(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成物の総重量に基づいて、Ｃ８〜Ｃ１２カルボン酸銀３０〜６０重量％、分子量の異なるエチルセルロースの混合物を含む高分子エチルセルロース結合剤０．１〜１０重量％、及び残部の少なくとも１種の有機溶媒のフレークレス印刷可能組成物を含む分子インク。
【請求項２】
前記カルボン酸銀は４５〜５５重量％の量で存在する、請求項１に記載のインク。
【請求項３】
前記カルボン酸銀はネオデカン酸銀である、請求項１から２のいずれか一項に記載のインク。
【請求項４】
組成物の総重量に基づいて、ビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート５〜７５重量％、高分子結合剤０．２５〜１０重量％、及び残部の少なくとも１種の有機溶媒のフレークレス印刷可能組成物を含む分子インク。
【請求項５】
前記ビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートは、６５〜７５重量％の量で存在する、請求項４に記載のインク。
【請求項６】
前記結合剤は、エチルセルロース、ポリピロリドン、エポキシ、フェノール樹脂、アクリル、ウレタン、シリコーン、スチレン  アリルアルコール、ポリアルキレンカルボナート、ポリビニルアセタール、ポリエステル、ポリウレタン、ポリオレフィン、フッ素樹脂、フルオロエラストマー、熱可塑性エラストマー又はそれらの任意の混合物を含む、請求項４または５に記載のインク。
【請求項７】
前記結合剤はエチルセルロースを含む、請求項４または５に記載のインク。
【請求項８】
前記エチルセルロースは、分子量の異なるエチルセルロースの混合物を含む、請求項７に記載のインク。
【請求項９】
前記エチルセルロースは平均重量平均分子量が３５，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲である、請求項１から３、７および８のいずれか一項に記載のインク。
【請求項１０】
前記平均重量平均分子量が６０，０００〜９５，０００ｇ／ｍｏｌの範囲である、請求項９に記載のインク。
【請求項１１】
前記エチルセルロースは、重量平均分子量が６０，０００〜７０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲である第１のエチルセルロースと、重量平均分子量が９０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲である第２のエチルセルロースとを含む、請求項１から３、７および８のいずれか一項に記載のインク。
【請求項１２】
前記結合剤は、エチルセルロースとは異なる１種以上の別のポリマーをさらに含む、請求項７から１１のいずれか一項に記載のインク。
【請求項１３】
前記組成物は０．２５〜１０重量％の前記結合剤を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のインク。
【請求項１４】
前記組成物は２．５〜５重量％の前記結合剤を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のインク。
【請求項１５】
前記溶媒は芳香族有機溶媒を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のインク。
【請求項１６】
前記芳香族有機溶媒は、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、クロロベンゼン、ベンジルエーテル、アニソール、ベンゾニトリル、ピリジン、ジエチルベンゼン、プロピルベンゼン、クメン、イソブチルベンゼン、ｐ−シメン、インダン、テトラリン、トリメチルベンゼン（例えば、メシチレン）、ジュレン、ｐ−クメン、テトラリン又はそれらの任意の混合物を含む、請求項１５に記載のインク。
【請求項１７】
前記芳香族有機溶媒は、トルエン、キシレン、アニソール、ジエチルベンゼン又はそれらの任意の混合物を含む、請求項１５に記載のインク。
【請求項１８】
前記溶媒は、前記溶媒の重量に基づいて７５重量％以下の量の非芳香族有機溶媒をさらに含む、請求項１５から１７のいずれか一項に記載のインク。
【請求項１９】
前記非芳香族有機溶媒はテルピネオール又はオクタノールを含み、前記少なくとも１種の芳香族溶媒はキシレンを含む、請求項１８に記載のインク。
【請求項２０】
前記溶媒は非芳香族有機溶媒を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のインク。
【請求項２１】
前記非芳香族有機溶媒は、テルピネオール、アルファ−テルピネン、ガンマ−テルピネン、テルピノレン、リモネン、ピネン、カレン、メチルシクロヘキサノール、オクタノール、ヘプタノール又はそれらの任意の混合物を含む、請求項２０に記載のインク。
【請求項２２】
前記非芳香族有機溶媒は、テルピネオール、α−テルピネン、２−メチルシクロヘキサノール、１−オクタノール又はそれらの任意の混合物を含む、請求項２０に記載のインク。
【請求項２３】
前記非芳香族有機溶媒はγ−テルピネン及び１−オクタノールを含む、請求項２０に記載のインク。
【請求項２４】
前記非芳香族有機溶媒は２−メチルシクロヘキサノールを含む、請求項２０に記載のインク。
【請求項２５】
前記溶媒はジエチルベンゼン及び１−オクタノールを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のインク。
【請求項２６】
粘度は１５００ｃＰ以上である、請求項１から２５のいずれか一項に記載のインク。
【請求項２７】
前記組成物は、前記組成物の総重量に基づいて、ネオデカン酸銀４５〜５５重量％、重量平均分子量が６０，０００〜７０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲である第１のエチルセルロースと、重量平均分子量が９０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲である第２のエチルセルロースとの混合物２．５〜５重量％、及び少なくとも１種の芳香族溶媒とテルピネオールとの混合物を含む残部の有機溶媒を含む、請求項１に記載のインク。
【請求項２８】
スクリーン印刷可能である、請求項１から２７のいずれか一項に記載のインク。
【請求項２９】
インクジェット印刷可能である、請求項１から２７のいずれか一項に記載のインク。
【請求項３０】
導電性金属配線を基板上に作製するプロセスであって、請求項１から２９のいずれか一項に記載のインクを基板上に印刷して、前記インクの配線を前記基板上に形成し、前記インクの前記配線を前記印刷基板上で焼結させて、前記導電性金属配線を形成する、プロセス。
【請求項３１】
前記焼結は加熱によって行われる、請求項３０に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記加熱は１２５〜２５０℃の範囲の温度で行われる、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記焼結は光焼結によって行われる、請求項３０に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記焼結は１〜１５分間行われる、請求項３０から３３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記印刷はスクリーン印刷である、請求項３０から３４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記印刷はインクジェット印刷である、請求項３０から３４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項３７】
請求項３０から３６のいずれか一項に記載のプロセスによって作製される導電性配線を含む印刷基板。
【請求項３８】
前記導電性配線の厚さは１ミクロン以下である、請求項３７に記載の基板。
【請求項３９】
前記厚さは０．４〜１ミクロンの範囲である、請求項３８に記載の基板。
【請求項４０】
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオレフィン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、シリコーンメンブレン、織物、紙、ガラス、金属又は誘電体コーティングを含む、請求項３７から３９のいずれか一項に記載の基板。
【請求項４１】
ポリイミドを含む、請求項３７から３９のいずれか一項に記載の基板。
【請求項４２】
柔軟である、請求項３７から４１のいずれか一項に記載の基板。
【請求項４３】
前記導電性配線の抵抗率は５ミリオーム／ｓｑ／ミル以下である、請求項３７から４２のいずれか一項に記載の基板。
【請求項４４】
前記導電性配線は少なくとも１日間開回路遮断しない、請求項４３に記載の基板。
【請求項４５】
前記導電性配線は、ＡＳＴＭ試験Ｆ１６８３−０２による１０回の圧縮曲げ又は１０回の引っ張り曲げサイクル後に１０％以下の変化で前記抵抗を維持することができる、請求項４３又は４４に記載の基板。
【請求項４６】
前記導電性配線は、ＡＳＴＭ試験Ｆ１６８３−０２による１回の圧縮折り曲げ又は１回の引っ張り折り曲げサイクル後に１０％以下の変化で前記抵抗を維持することができる、請求項４３から４５のいずれか一項に記載の基板。
【請求項４７】
接着剤は、前記導電性配線に対する接着強度が、ＩＰＣ剪断力試験に従って封入なしで４ポンド以上である、請求項３７から４６のいずれか一項に記載の基板。
【請求項４８】
前記導電性配線がスクリーン印刷された、請求項３７から４７のいずれか一項に記載の基板。
【請求項４９】
請求項３７から４８のいずれか一項に記載の基板上に導電性配線を備える電子デバイス。
【請求項５０】
電気回路、導電性母線、センサ、アンテナ（例えば、ＲＦＩＤアンテナ）、タッチセンサ、薄膜トランジスタ、ダイオード又はスマートパッケージングを含む、請求項４９に記載の電子デバイス。
【請求項５１】
ＲＦＩＤアンテナを備える請求項４９に記載の電子デバイス。
【請求項５２】
導電性母線を備える請求項４９に記載の電子デバイス。
【請求項５３】
ダイオードを備える請求項４９に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、参照によりその全体を本明細書に援用する２０１４年６月１９日に出願された米国特許仮出願Ｎｏ．ＵＳＳＮ６２／０１４，３６０号の利益を主張するものである。
【０００２】
分野
本願は、分子インク（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｉｎｋ）及びそれから製造されるデバイス、特にフレキシブル回路に関する。
【背景技術】
【０００３】
スクリーン印刷は、導電性特徴部（ｆｅａｔｕｒｅ）をフレキシブル基板上に作製する一般に使用される技術であり、印刷電子工業において採用される最も一般的なインクは、金属フレークに基づいている。工業設備は、一般に、１００μｍ未満の配線（ｔｒａｃｅ）幅、及び５μｍ未満の配線厚さの製造に問題がある。銀フレークインクは、厚さ４ミクロン未満のときには、十分な導電性の配線を生成しない。さらに、銀フレークインクは、柔軟な導電性配線が得られず、厚さが４ミクロン未満のときに折り曲げることができない。銀フレークインクは、接合箇所を導電性接着剤で強化するために封入（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）を必要とする接着制限を受ける配線も生成する。銀フレークのサイズ（数ミクロン）のため、細い配線のアスペクト比を最小化するために大いに望ましいサブミクロン厚さの導電性配線を印刷することができない。さらに、現行のスクリーン印刷インクは、トポグラフ的に平坦な表面を作製することができない。
【０００４】
上で強調したように、大部分の市販スクリーン印刷インクは、銀フレーク配合を利用する。これらのフレークインクで遭遇する問題は、その大きい寸法（数ミクロンのフレークサイズ）に起因する。フレークは大きいので、それを小さいスクリーン寸法を通して物理的に印刷し、フレークのすべてが十分重なって導電性配線を生成する均一な配線を作製することが困難であり得る。スクリーンインクを高分子基板に印刷する場合、インクは、より低い温度で焼結しなければならず、その結果、フレークは軽く焼結されるにすぎず、シート抵抗値が一般に１０〜５０ミリオーム／ｓｑ／ミルの配線が生成する。さらに、得られた配線は、大きい重なった銀フレークで構成されるので、表面トポグラフィーが一般に粗い。粗面は、アンテナの性能が表面粗さによってある程度決まるＲＦＩＤの用途で特に問題になる。この問題を克服するためにナノ粒子（直径＜１００ｎｍ）を使用する例があるが、ナノ粒子は、製造するのに比較的費用がかかり、性能向上も追加の費用を正当化するには不十分である。
【０００５】
柔軟な導電性配線を生成することができる印刷可能な分子インク、特にスクリーン印刷用分子インクが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の分子インクは、３つの主成分、すなわち、金属前駆体分子、結合剤及び少なくとも１種の有機溶媒を含む。インク処理中の金属前駆体分子の分解によって導電性金属粒子が生成し、結合剤は導電性金属粒子同士を結合させ、適切な機械的性質及び基板接着性を配線に付与し、溶媒は、主に、インクを印刷可能にするのを助けるのに使用される。溶媒は、分子インクを溶解させて、より均一なインク、及びそれでできた配線を与えることもできる。基板に堆積して、配線を形成し、（例えば、熱又は光によって）適切に処理されると、金属前駆体分子は、結合剤によって結合された導電性ナノ粒子を形成する。得られた配線は、相互接続された金属ナノ粒子で構成されるが、ナノ粒子はその場で生成され、したがって、インクのコストは市販フレークインクと競合することができる。さらに、相互接続されたナノ粒子構造のために、抵抗率値は金属フレークインクよりも低い。さらに、分子インクから生じる配線は、接着剤との結合が金属フレークインクよりも改善され、印刷解像度が金属フレークインクよりも良好であり、粗さが金属フレークインクの最高１／８倍である。
【０００７】
一態様においては、組成物の総重量に基づいて、Ｃ８〜Ｃ１２カルボン酸銀３０〜６０重量％、高分子結合剤０．１〜１０重量％、及び残部の少なくとも１種の有機溶媒のフレークレス印刷可能組成物を含む分子インクを提供する。
【０００８】
別の一態様においては、組成物の総重量に基づいて、Ｃ８〜Ｃ１２カルボン酸銀３０〜６０重量％、高分子結合剤０．２５〜１０重量％、及び残部の少なくとも１種の有機溶媒のフレークレス印刷可能組成物を含む分子インクを提供する。
【０００９】
別の一態様においては、組成物の総重量に基づいて、ビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート５〜７５重量％、高分子結合剤０．１〜１０重量％、及び残部の少なくとも１種の有機溶媒のフレークレス印刷可能組成物を提供する。
【００１０】
別の一態様においては、組成物の総重量に基づいて、ビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート５〜７５重量％、高分子結合剤０．２５〜１０重量％、及び残部の少なくとも１種の有機溶媒のフレークレス印刷可能組成物を提供する。
【００１１】
別の一態様においては、導電性金属配線を基板上に作製するプロセスであって、分子インクを基板上に印刷して、インクの配線を基板上に形成し、インクの配線を印刷基板上で焼結させて、導電性金属配線を形成する、プロセスを提供する。
【００１２】
別の一態様においては、該プロセスによって作製される導電性配線を含む印刷基板を提供する。
【００１３】
別の一態様においては、該プロセスによって作製される導電性配線が基板に印刷された電子デバイスを提供する。
【００１４】
本発明の分子インクは、インクを用いて作製することができる導電性配線の諸性質の予想外の組合せ、及び導電性配線から製作されるデバイスの予想外の組合せを可能にする。例えば、導電性配線は、平滑で、薄く、細く、柔軟で、導電性の高いある組合せを有し得る。導電性配線は、基板、特にフレキシブル基板への高い接着性を示すことができる。接着性が高いと、導電性エポキシを使用して、封入を必要とせずに、剪断力が４ポンドを超える（４ポンド未満の最小値がない）業界標準性能規準を満たすことができる。さらに、本発明のインクでできた導電性配線は、より少ないステップでより効率的に作製することができ、したがって、既存のナノ粒子でできた等価な導電性配線よりもかなり安価に作製できる。金属イオンは、電子回路にすぐに使用可能な金属配線に直接変換され、寸法が調節された金属粒子を形成するのに必要なステップが不要である。
【００１５】
特に、予想外なことに、本発明のインクをスクリーン印刷すると厚さ１ミクロン未満の導電性配線を形成することができ、導電性配線は、基板接着性及び低抵抗（高導電率）を維持しながら、柔軟性の標準曲げ及び折り曲げ（ｃｒｅａｓｅ）試験に合格することができる。
【００１６】
更なる特徴は、以下の詳細な説明の過程で記述され、又は明らかになるはずである。本明細書に記載の各特徴は、他の記述された特徴の任意の１つ以上と任意の組合せで利用することができ、各特徴は、当業者に明白な場合を除き、他の特徴の存在に必ずしも依拠しないことを理解すべきである。
【００１７】
理解を容易にするために、好ましい実施形態を、添付図面を参照して、実施例によって以下に詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】種々の銀系分子インクでできた導電性配線の電気的性質のデータである。
【図１Ｂ】種々の銀系分子インクでできた導電性配線の機械的性質（ＡＳＴＭ  Ｆ１６８３−０２）のデータである。表の結果は、試験を行った後に認められた抵抗変化である。理想的には、抵抗増加は、試験後、１０％未満にすべきである。「失格」と表に記入される場合、配線は、試験中に破損し、抵抗を測定することができない。
【図１Ｃ】本発明の銀系インクでできた５〜２０ミル幅の配線のＡＳＴＭ  Ｆ１６８１−０７ａによって測定された電流容量を示すグラフである。
【図１Ｄ】銀系インクから得られる種々の配線に接着剤を用いて封止剤（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ）なしで接着されたＬＥＤを除去するのに必要な剪断力（ポンド）をＩＰＣ剪断力試験によって比較したグラフである。
【図２Ａ】異なる分子量のエチルセルロースを用いて調合された銅系インクでできた銅フィルムの抵抗率（μΩ・ｃｍ）対エチルセルロース分子量（ｇ／ｍｏｌ）のグラフである。
【図２Ｂ】異なる分子量のエチルセルロースを用いて調合された銅系インクでできた銅配線の柔軟性試験（ＡＳＴＭ  Ｆ１６８３−０２）前後の線抵抗変化（％）対エチルセルロース分子量（ｇ／ｍｏｌ）のグラフである。
【図３】結合剤を含まない幾つかのアミン銅（ＩＩ）ホルマート系インクでできた配線の抵抗率（μΩ・ｃｍ）を示すグラフである。ここで、アミルアミンはビス（アミルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートであり、ヘキシルアミンはビス（ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートであり、６−メチル−２−ヘプチルアミンはビス（６−メチル−２−ヘプチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートであり、ＥｔＨｅｘ２はビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）であり、オクチル２はビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートであり、オクチル３ａはトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートである。
【図４】様々な別の実施形態の銀系分子インクでできた導電性配線の電気的及び機械的性質のデータである。公称線幅は、配線の印刷に使用されたスクリーンにおける特徴部の実際の幅である。Δは、公称線幅と測定線幅の差として定義される。
【図５】次の特徴部から２．４ミル離れた配線線幅２．４ミルの櫛形特徴部としてＫａｐｔｏｎ（商標）に印刷された分子インク（ＮＲＣ−７）の線解像度（Ａ）、特徴部の光学表面粗さ測定装置画像（Ｂ）、並びに配線線幅（ピーク）、及び特徴部間の間隙（谷）を示す特徴部の表面粗さ測定装置分析結果（Ｃ）を示す図である。（Ｃ）の背景の灰色の棒グラフは、反射率データである。反射率データの強度が低い場合には、装置はＫａｐｔｏｎ（商標）基板を分析しており、反射率強度が高い場合には、表面粗さ測定装置は銀配線を測定している。
【図６】表面粗さ測定装置で分析された導電性配線のデジタル画像（Ａ）、画像から得られた対応するデータ（Ｂ）、及び（Ｂ）の２つの（Ｐ１及びＰ２）強調区間の配線の得られた表面粗さ分析結果（Ｃ）を示す図である。導電性配線を分子インクＮＲＣ−７（Ｅ１４）を用いて印刷した。
【図７】分子銀インク（ＮＲＣ−２、Ｅ１１）の性質を市販インク（Ｈｅｎｋｅｌ  ７２５Ａ）と比較したデータである。灰色で強調された性質は、ＮＲＣ−２の性能に匹敵しないことに留意されたい。
【図８】Ｋａｐｔｏｎ（商標）上で２．４ＫＶ及びパルス幅１５００ｍｓで光焼結されたＮＲＣ−７のデータである。印刷は光焼結前に乾燥されなかった。
【図９】Ｍｅｌｉｎｅｘ（商標）上で２．６ＫＶ及びパルス幅１０００ｍｓで光焼結されたＮＲＣ−１６のデータである。光焼結前に印刷を１５分間乾燥させた。
【図１０】銀系分子インクＮＲＣ−１５（Ｅ１７）でできた導電性配線の線解像度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
分子インクは、フレークを含まず、金属フレークを使用せずに導電率を与える。その代わり、分子インクは、金属前駆体分子、特にカルボン酸金属、より具体的にはＣ８〜Ｃ１２カルボン酸銀又はビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート若しくはトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートを含む。インクはフレークを含まないので、インクから形成される導電性配線は、極めて薄く細い導電性配線を形成することができる相互接続された金属ナノ粒子を含む。
【００２０】
分子インクは、組成物の総重量に基づいて、Ｃ８〜Ｃ１２カルボン酸銀約３０〜６０重量％又はビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート若しくはトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート約５〜７５重量％を含む組成物を含む。好ましくは、組成物は、カルボン酸銀約４５〜５５重量％、例えば、約５０重量％、又はビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート若しくはトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート約６５〜７５重量％、例えば、約７２重量％を含む。
【００２１】
一実施形態においては、カルボン酸銀は、Ｃ８〜Ｃ１２アルカン酸の銀塩である。アルカン酸は、好ましくはデカン酸、より好ましくはネオデカン酸である。カルボン酸銀は、最も好ましくはネオデカン酸銀である。別の一実施形態においては、カルボン酸金属は、ギ酸及び２−エチル−１−ヘキシルアミン又はオクチルアミンの銅複合体である。カルボン酸銅は、最も好ましくはビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートである。
【００２２】
分子インク中の組成物は、組成物の総重量に基づいて、高分子結合剤約０．１〜１０重量％、好ましくは約０．２５〜１０重量％も含む。スクリーン印刷可能な銀インクの場合、組成物は、好ましくは結合剤約２．５〜５重量％、例えば、約５重量％を含む。銅インクの場合、組成物は、好ましくは結合剤約０．５〜２重量％、より好ましくは約０．５〜１．５重量％、例えば、約１重量％を含む。
【００２３】
高分子結合剤の量は、金属前駆体分子中の金属の質量で表すこともできる。好ましくは、高分子結合剤は、金属前駆体中の金属の重量に基づいて約２．５〜５２重量％の範囲で組成物中に存在することができる。金属前駆体中の金属の重量は、前駆体を含む他の要素を含まない金属の総重量である。より好ましくは、高分子結合剤は、金属前駆体中の金属の重量に基づいて約６．５〜３６重量％の範囲である。
【００２４】
高分子結合剤は、好ましくは、エチルセルロース、ポリピロリドン、エポキシ、フェノール樹脂、アクリル、ウレタン、シリコーン、スチレン  アリルアルコール、ポリアルキレンカルボナート、ポリビニルアセタール、ポリエステル、ポリウレタン、ポリオレフィン、フッ素樹脂、フルオロエラストマー、熱可塑性エラストマー又はそれらの任意の混合物を含む。高分子結合剤は、好ましくは、エチルセルロース又はポリウレタン、特にエチルセルロースを含む。
【００２５】
結合剤、特にエチルセルロースの分子量は、分子インクから形成される導電性配線の性質の最適化にある役割を果たし得る。好ましくは、結合剤は、平均重量平均分子量（ＭＷ）が約３５，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌ、より好ましくは約６０，０００〜９５，０００ｇ／ｍｏｌの範囲である。結合剤の平均重量平均分子量は、分子量が異なる結合剤の混合物を使用することによって、所望の値に調節することができる。結合剤の混合物は、好ましくは、重量平均分子量が約６０，０００〜７０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲、例えば、約６５，０００ｇ／ｍｏｌである第１の結合剤、及び重量平均分子量が約９０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲、例えば、約９６，０００ｇ／ｍｏｌである第２の結合剤を含む。混合物中の第１と第２の結合剤の比率は、好ましくは、約１０：１から１：１０、又は１０：１から１：１、又は約７：１から５：３である。結合剤の分子量分布は、単峰性でも、多峰性、例えば、二峰性でもよい。一部の実施形態においては、結合剤は、異なるタイプのポリマーの混合物を含むことができる。
【００２６】
分子インク中の組成物は、溶媒も含む。溶媒は、一般に、組成物の残部を構成する。残部は、ある場合には、約１５〜９４．７５重量％であり得る。銀インクの場合、残部は、好ましくは、溶媒４０〜５２．５重量％、例えば、約４５重量％である。銅インクの場合、残部は、好ましくは、溶媒２５〜３０重量％、例えば、約２７重量％である。
【００２７】
溶媒は、少なくとも１種の芳香族有機溶媒、少なくとも１種の非芳香族有機溶媒又はそれらの任意の混合物を含むことができる。
【００２８】
一部の実施形態においては、溶媒は、好ましくは、少なくとも１種の芳香族有機溶媒を含む。少なくとも１種の芳香族有機溶媒は、好ましくは、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、クロロベンゼン、ベンジルエーテル、アニソール、ベンゾニトリル、ピリジン、ジエチルベンゼン、プロピルベンゼン、クメン、イソブチルベンゼン、ｐ−シメン、テトラリン、トリメチルベンゼン（例えば、メシチレン）、ジュレン、ｐ−クメン又はそれらの任意の混合物を含む。少なくとも１種の芳香族有機溶媒は、より好ましくは、トルエン、キシレン、アニソール、ジエチルベンゼン又はそれらの任意の混合物を含む。銀系インクの場合、溶媒は、より好ましくは、キシレン、ジエチルベンゼン、トルエン又はそれらの任意の混合物を含む。銅系インクの場合、溶媒は、好ましくは、アニソールを含む。
【００２９】
一部の実施形態においては、溶媒は、好ましくは、少なくとも１種の非芳香族有機溶媒を含む。少なくとも１種の非芳香族有機溶媒は、好ましくは、テルペン系溶媒、アルコール又はそれらの任意の混合物を含む。非芳香族有機溶媒の幾つかの例としては、テルピネオール、アルファ−テルピネン、ガンマ−テルピネン、テルピノレン、リモネン、ピネン、カレン、メチルシクロヘキサノール、オクタノール、ヘプタノール又はそれらの任意の混合物が挙げられる。特に、テルピネオール、α−テルピネン、２−メチルシクロヘキサノール、１−オクタノール及びそれらの混合物、特に２−メチルシクロヘキサノールが挙げられる。一部の実施形態においては、溶媒は、好ましくは、少なくとも１種の芳香族有機溶媒と少なくとも１種の非芳香族有機溶媒の混合物を含む。非芳香族有機溶媒は、好ましくは、溶媒混合物中に、溶媒の重量に基づいて約７５重量％以下、例えば、約５０重量％以下の量で存在する。一実施形態においては、銀系インクの場合、溶媒は、キシレンとテルピネオール又はジエチルベンゼンと１−オクタノールの混合物を含むことができる。
【００３０】
インクは、任意の種類の印刷用に調合することができるが、インクは、特にスクリーン印刷に適している。この点で、インクは、好ましくは、粘度が約１５００ｃＰ以上である。さらに、溶媒は、好ましくは、インクが印刷中に徐々に蒸発するように十分に高い沸点を有する。これは、性能を改善するためにインクを薄めなければならなくなるまでに実施することができる印刷サイクル数を増加させることが知られている。
【００３１】
分子インクは、基板に堆積、例えば、印刷して、インクの配線を基板上に形成することができる。配線内の銀塩を乾燥させ、分解して、導電性配線を形成することは、任意の適切な技術によって実施することができ、技術及び条件は、配線を堆積する基板のタイプに左右される。例えば、銀塩の乾燥及び分解は、加熱及び／又は光焼結によって行うことができる。
【００３２】
一技術においては、基板を加熱して、配線を乾燥及び焼結させて、導電性配線を形成する。焼結によって金属前駆体分子を分解して、金属の導電性ナノ粒子を形成する。加熱は、好ましくは、約１２５〜２５０℃、例えば、約１５０〜２３０℃の範囲の温度で行われる。銀インクの場合、約２００〜２３０℃の範囲の温度が特に好ましい。銅インクの場合、約１２５〜１７５℃の範囲の温度が特に好ましい。加熱は、好ましくは、約１時間以下、より好ましくは約１５分間以下、例えば、約１〜１５分間、又は約２〜１５分間、特に約３〜１０分間行われる。加熱は、配線を基板上で焼結させて導電性配線を形成する温度と時間の十分なバランスで行われる。加熱装置のタイプも、焼結に必要な温度及び時間に考慮される。焼結は、酸化性雰囲気（例えば、空気）又は不活性雰囲気（例えば、窒素及び／又はアルゴンガス）下で基板を用いて行うことができる。銀インクの場合、焼結中の酸素の存在が望ましいこともある。銅インクの場合、不活性若しくは還元性雰囲気、又は酸素含有量が好ましくは約１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは約５００ｐｐｍ以下の酸素欠乏雰囲気が望ましいこともある。
【００３３】
別の技術においては、光焼結システムは、広帯域スペクトルの光を送る高強度ランプ（例えば、パルスキセノンランプ）を特徴として備えることができる。ランプは、約５〜２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギーを配線に送ることができる。パルス幅は、好ましくは、約０．５８〜１．５ｍｓの範囲である。駆動電圧は、好ましくは、約２．０〜２．８ｋＶの範囲である。光焼結は、周囲条件下で（例えば、空気中で）行うことができる。光焼結は、特に、ポリエチレンテレフタレート及びポリイミド基板に適している。
【００３４】
上記プロセスによって製造される印刷基板は、厚さ約４ミクロン以下の導電性配線を備えることができる。配線を約１ミクロン以下、例えば、約０．３〜１ミクロン又は約０．４〜１ミクロンにできることが特に有利である。基板上の導電性配線は、幅約５ミル以下に細くすることができ、約３ミル、更には約２ミルもの細さにすることができる。５ミルよりも太い配線は、印刷パラメータを調節することによって形成することができる。さらに、導電性配線は、フレークインクに比べて極めて平滑である。表面高さの二乗平均平方根（ＲＲＭＳ：ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ）によって定義される、本発明のインクでできた導電性配線の表面粗さは、フレークインクでできた導電性配線の表面粗さよりも小さい。例えば、本発明のインクでできた厚さ０．５４０μｍの配線の表面粗さは、一般に０．１４μｍであるが、フレークインクでできた５μｍ配線の表面粗さは、一般に０．８μｍである。
【００３５】
導電性配線は、シート抵抗を約６ミリオーム／ｓｑ／ミル、好ましくは約５ミリオーム／ｓｑ／ミル以下、例えば、約３〜４ミリオーム／ｓｑ／ミルとすることができ、これは市販フレークインクよりも低い。本導電性配線の厚さは約１ミクロン以下にすることができるので、導電率及び相当する電流容量の改善は、約１０倍の配線厚さの減少と組み合わされる。フレークインクの配線はサブミクロンの厚さでは導電性でさえないので、これは極めて重要である。
【００３６】
現行フレークインクから作製される厚さ４ミクロン未満の配線は、一般に、柔軟性に対する標準曲げ及び折り曲げ試験（ＡＳＴＭ  Ｆ１６８３−０２）において劣っている。それに対して、本発明の導電性配線は、高導電率を維持しながら、柔軟性のＡＳＴＭ標準試験において優れている。最適な一実施形態においては、導電性配線は、ＡＳＴＭ試験Ｆ１６８３−０２による１０回の圧縮曲げ又は１０回の引っ張り曲げサイクル後に、約１５％以下、好ましくは約１０％以下、より好ましくは約５％以下、更により好ましくは約３％以下の変化で抵抗率（導電率）を維持することができる。別の最適な一実施形態においては、導電性配線は、ＡＳＴＭ試験Ｆ１６８３−０２による１回の圧縮折り曲げ又は１回の引っ張り折り曲げサイクル後に、約１５％以下、好ましくは約１０％以下、より好ましくは約５％以下、更により好ましくは約１％以下の変化で抵抗率（導電率）を維持することができる。
【００３７】
本発明のインクを用いて作製される導電性配線は、基板（特にフレキシブル基板）及び接着剤への接着を高めることができる。接着剤は、導電性配線に対する接着強度をＩＰＣ剪断力試験に従って封入なしで４ポンド以上とすることができ、これは、類似の市販フレークインクよりもかなり良好である。
【００３８】
本発明のインクは、任意の適切な方法、例えば、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷（例えば、スタンプ）、グラビア印刷、オフセット印刷、エアブラッシング、エアロゾル印刷、植字、又は任意の他の方法によって基板に堆積させることができる。堆積後、例えば、溶媒を蒸発させるのに適切な時間、インクを周囲条件で乾燥させる、又はインクを加熱することによって、インクを乾燥又は硬化させることができる。本発明のインクは、特に、スクリーン印刷に適している。
【００３９】
先行技術の分子インクは、一般に、スクリーン印刷用に調合されず、基板への接着が制限されたスクリーン印刷導電性配線が得られる。接着の制限は、開回路遮断（ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｒｅａｋ）及び導電率の全損（すなわち、無限の抵抗率）をもたらし、配線は、基板表面から剥離し、又はマクロ構造若しくは微細構造のクラックを形成する。それに対して、本発明の導電性配線は、上述したように、基板への接着が良好であり、少なくとも１日、好ましくは少なくとも１か月、より好ましくは少なくとも１年の間、開回路遮断を発生しない。本発明の印刷配線は、網目接着試験（ＡＳＴＭ  Ｆ１８４２−０９）後の等級が５Ｂ（剥離なし）である。
【００４０】
分子インクで形成された導電性配線は、金属フレークインクよりも薄く、抵抗率が低く、印刷解像度が良好であり、粗さが金属フレークインクの最高１／８倍である。さらに、配線にエポキシ接着剤で接着された発光ダイオード（ＬＥＤ）を除去するのに必要な剪断力が、市販フレークインクの場合よりも少なくとも１．２倍強い（図１Ｄ）。
【００４１】
基板は、任意の印刷可能表面とすることができる。印刷可能表面としては、とりわけ、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）（例えば、Ｍｅｌｉｎｅｘ（商標））、ポリオレフィン（例えば、シリカ充填ポリオレフィン（Ｔｅｓｌｉｎ（商標）））、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリイミド（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（商標））、シリコーンメンブレン、織物（例えば、セルロース織物）、紙、ガラス、金属、誘電体コーティングが挙げられる。フレキシブル基板が好ましい。
【００４２】
基板上の印刷導電性配線は、電子デバイス、例えば、電気回路、導電性母線（例えば、光電池用）、センサ、アンテナ（例えば、ＲＦＩＤアンテナ）、タッチセンサ、薄膜トランジスタ、ダイオード、及びスマートパッケージング（例えば、スマート薬物パッケージング）に採り入れることができる。本発明の分子インクは、こうした電子デバイスの小型化を可能にする。
【実施例】
【００４３】
実施例１：銀系インク
一連のネオデカン酸銀（ＡｇＮＤ）系インク（１５０ｇ）を以下に示すように調合し、該インクの配線をＫａｐｔｏｎ（商標）ＨＰＰ−ＳＴの８．５×１１”シート上に種々のパターンで堆積させた。パターンは、ドット、円、直線配線、屈曲配線などであり、特徴部の幅は２〜２０ミルであった。パターンをスクリーン印刷（方法１）によって、又はスコッチテープを使用して、正方形（電気的性質測定用）及びより細くより長い配線（機械的性質測定用）を画定し、スクリーン印刷に類似したスキージを用いてインクを広げる類似の方法（方法２）によって作成した。インク組成物、並びにインク組成物から作製される配線の電気的及び機械的性質を図１Ａ、図１Ｂ及び図４に示す。
【００４４】
配線の電気的性質については、１０ｃｍ直線配線の抵抗をオーム計で測定することによって表した。焼結配線の実際の幅をＳＥＭ、光学顕微鏡法、Ｄｅｋｔａｋ表面粗さ測定装置、又はＣｙｂｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ３Ｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｆｉｌｅｒで測定した。配線幅は、長さ各１０ｃｍの配線における正方形の数を求めるのに使用することができ、続いてシート抵抗を計算するのに使用することができる。このデータを表１に要約する。
【００４５】
【表１】
0006541696.tif 000002
【００４６】
表１は、Ｋａｐｔｏｎ（商標）に印刷され、２３０℃で１２分間焼結されたＮＲＣ−２（Ｅ１１）の電気的データを示す。それは、線幅２〜２０ミル、厚さ０．６〜０．９μｍ、長さ１０ｃｍの線状配線の集団の平均である。
【００４７】
配線の厚さについては、Ｄｅｋｔａｋ表面粗さ測定装置又はＣｙｂｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ３Ｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｆｉｌｅｒを用いて表した。一般に、２〜５ミルの配線は、１０〜２０ミルの配線よりも薄く、厚さが約０．３〜０．９μｍの範囲である。分子インクから得られる配線は、従来の銀フレークインクを用いて得られるものよりもはるかに薄い。配線厚さ測定値を使用して、配線の体積抵抗率とシート抵抗値の両方を計算した。典型的なシート抵抗値は、配線幅に応じて、２．３〜６．０ｍΩ／□／ミルの範囲である。
【００４８】
シート抵抗値の低い値は、配線の固有の薄さによるものであるが、薄さは、電流容量に影響せず、電流容量は、導体又は基板を融解／分解する前に導体が輸送できるアンペア数として定義される。配線をメンブレンスイッチ回路の一部として導体の電流容量を決定する標準試験法に供した（ＡＳＴＭ  Ｆ１６８１−０７ａ）。図１Ｃに強調したように、５〜２０ミル幅の配線の電流容量は、１８６ｍＡから３５０ｍＡの範囲である。これは、厚さ４〜５μｍにもかかわらず、５〜２０ミル幅の配線で１５０ｍＡから３５０ｍＡの一般的な電流容量値を有する銀フレークインクから得られる配線に匹敵する。
【００４９】
インクを商業的に利用しようとする場合には、得られる配線の機械的性質も重要である。機械的試験は、メンブレンスイッチ、メンブレンスイッチテール組立品又はメンブレンスイッチ部品を折り曲げる、又は屈曲させる標準的慣行に配線を供することを含む（ＡＳＴＭ  Ｆ１６８３−０２）。曲げ試験は、配線を直径１ｃｍの棒に１０回巻き付けるものである。折り曲げ試験は、配線を折りたたみ、１ｋｇのおもりを配線の上で転がして折り曲げを生じるものである。
【００５０】
図４は、様々な別の実施形態の銀系分子インクでできた導電性配線の電気的及び機械的性質のデータである。図４は、配合及び溶媒組成物に使用されるネオデカン酸銀（Ａｇ塩）の重量％、エチルセルロース結合剤の重量％を含む。配合の多様性にもかかわらず、加工配線のシート抵抗率、配線解像度、配線厚さ、表面粗さ及び機械的性質はすべて不変である。図４に概説したようにインク配合を変えると、インクを薄めなければならなくなるまでに、又は印刷品質が低下したのでスクリーンを掃除しなければならなくなるまでに、インクを用いて実施することができる印刷サイクル数を増加させるのに役立つ。図４に示すように、配合の変更にもかかわらず、配線は、なおもＡＳＴＭ曲げ及び折り曲げ試験に合格することができる。合格は、曲げ又は折り曲げ試験の実施後の１０％未満の抵抗変化として定義される。
【００５１】
さらに、得られる配線は、優れた解像度で印刷することができる。ＮＲＣ−７を印刷した配線では、２．４ミル離れた２．４ミルの線（１．４ミル離れた測定線幅３．４ミル）は、図５に示すように、分離可能であった。さらに、平均表面粗さ（Ｒａ）、二乗平均平方根表面粗さ（Ｒｑ）、ピークから谷までの高さ（Ｒｔ）及び平均粗さ深さ（Ｒｚ）が市販フレークインクの約１／８倍である極めて平滑な配線をＮＲＣ−７から印刷することができる（図６）。
【００５２】
比較用インク（Ｃ１）
比較のために、ネオデカン酸銀及びキシレンを含む単純なインク調合物を先行技術（Ｄｅａｒｄｅｎ  ２００５）に従って調製した。このインク調合物をＫａｐｔｏｎ（商標）ＨＰＰ−ＳＴ（ＤｕＰｏｎｔ製）の上に正方形として印刷し、２３０℃で１０分間焼結して、導電性配線を作製すると、銀配線のシート抵抗は１．３３ｍΩ／□／ミルであり、厚さは０．７μｍであり、計算抵抗率は約３．３μΩ・ｃｍである。抵抗率は、バルク銀の約２倍である。
【００５３】
配線は、最初に、ＡＳＴＭ  Ｆ１６８３−０２によって定義された曲げ試験後にその導電率の１０％未満を失い、折り曲げ試験後にその導電率の１０％超を失った。しかし、配線の導電性がもたらされた約１日後に、配線は、基板から剥離して、開回路遮断を生じ、このインクと基板の接着が弱いことを示した。さらに、インクの粘度はスクリーン印刷には余りにも低すぎて、この先行技術は、接着が良好で抵抗率が低いスクリーン印刷可能インクを調合する方法を教示するものではない。
【００５４】
エチルセルロース結合剤（ＭＷ＝６５，０００ｇ／ｍｏｌ）及びキシレン溶媒を含むインク（Ｅ１〜Ｅ４）
スクリーン印刷可能なネオデカン酸銀（ＡｇＮＤ）系インク調合物を調製する試みを、ＡｇＮＤ／キシレン混合物に添加するエチルセルロース（ＥＣ）ポリマーの重量百分率を増加させて行った。特に、ＥＣ（ＭＷ＝６５，０００ｇ／ｍｏｌ）の０．２５％、１．２５％、２．５％及び５重量％溶液とキシレン４９．７５％、４８．７５％、４７．５％及び４５％並びにＡｇＮＤ５０％（重量）。ＥＣの重量百分率が増加すると、焼結フィルムの抵抗率が、それぞれ３．３１μΩ・ｃｍから４．４２μΩ・ｃｍ、５．８６μΩ・ｃｍ、最後に７．４２μΩ・ｃｍに増加する（方法２−正方形パターン）。インクの粘度は、有効なスクリーン印刷のために、望ましくは１，５００ｃＰを超える。これは、ＥＣ重量百分率が２．５％を超えると生じる。
【００５５】
機械的性質に関して、方法２に基づく配線から作製された焼結配線は、ＥＣ含有量にかかわらず、ＡＳＴＭ  Ｆ１６８３−０２によって定義された曲げ試験後にその導電率の１０％未満を失う。５％のＥＣ含有量においては、配線は、一貫して、折り曲げ試験後にその導電率の１０％超を失う。しかし、配線のすべてが、ある期間にわたって開回路遮断を起こさずに基板に接着したままであり、これらのインクと基板の接着の強さを証明している。
【００５６】
エチルセルロース結合剤（ＭＷ＝９６，０００ｇ／ｍｏｌ）及びキシレン溶媒を含むインク（Ｅ５〜Ｅ８）
スクリーン印刷可能インクを調製する試みを、ＥＣ（ＭＷ＝９６，０００ｇ／ｍｏｌ）２．５％、１．２５％及び０．５％、キシレン４７．５％、４８．７５％及び４９．５％、並びにＡｇＮＤ５０％を用いて行った。ＥＣ（ＭＷ＝９６，０００ｇ／ｍｏｌ）２．５％を含むインクの粘度は５，０００〜１０，０００ｃＰであり、他の調合物は１，５００ｃＰ未満であった。テープパターンの印刷後、焼結配線のシート抵抗値は、それぞれ３８．９ｍΩ／□、３５．５ｍΩ／□及び６１．１ｍΩ／□である。これは、ＥＣ濃度が類似しているが分子量が異なる（ＭＷ＝６５，０００ｇ／ｍｏｌ）場合に得られたデータと一致している。より高分子量のＥＣポリマーを使用しても、折り曲げ試験における導電率損失が１０％未満に低下しない。
【００５７】
ＥＣ（ＭＷ＝９６，０００ｇ／ｍｏｌ）２．５％、トルエン４７．５％及びＡｇＮＤ５０％を含むトルエン系インクも評価した。スクリーン印刷及び焼結後、配線は、体積抵抗率が７．５μΩ・ｃｍであり、厚さが０．６７μｍであり、シート抵抗値が２．９ｍΩ／□／ミルであった。
【００５８】
スクリーン印刷配線は、ＡＳＴＭ  Ｆ１６８３−０２によって定義された曲げ試験後にその導電率の１０％未満を失うが、折り曲げ試験後にその導電率の１０％超を一貫して失う。しかし、Ｅ８の配線は、ある期間にわたって開回路遮断を起こさずに基板に接着したままであり、インクと基板の接着の強さを証明している。
【００５９】
エチルセルロース結合剤（ＭＷ＝６５，０００ｇ／ｍｏｌ）及びキシレン／テルピネオール溶媒を含むインク（Ｅ９〜Ｅ１０）
ＥＣ（ＭＷ＝６５，０００ｇ／ｍｏｌ）５％を含む１：１及び３：１重量のキシレン：テルピネオールを含む溶媒混合物を使用して、重量比１：１の溶媒混合物とＡｇＮＤを混合することによってインクを調合した。インクは、ＡｇＮＤ５０重量％、ＥＣ２．５重量％及び溶媒４７．５重量％を含む。これらのインクの粘度は、５，０００〜７，５００ｃＰの範囲である。正方形パターン（方法２）の調製後、焼結配線の抵抗率は、３：１及び１：１（キシレン：テルピネオール）調合物でそれぞれ１７．４μΩ・ｃｍ及び１３．１μΩ・ｃｍである。これらのインク調合物から作製される配線の粘度及び抵抗率は、スクリーン印刷に適している。
【００６０】
スクリーン印刷配線は、ＡＳＴＭ  Ｆ１６８３−０２によって定義された曲げ試験後にその導電率の１０％未満を失うが、折り曲げ試験後にその導電率の１０％超を一貫して失う。しかし、Ｅ１０の配線は、ある期間にわたって開回路遮断を起こさずに基板に接着したままであり、このインクと基板の接着の強さを証明している。１：１テルピネオール：キシレンを含む調合物もスクリーン印刷され、結果は同様である。混合テルピネオール：キシレン溶液を使用することは、インクを薄める必要が生じるまでに行われる印刷サイクル数の増加に関して、高沸点テルピネオールの存在のために、利点がある。
【００６１】
エチルセルロース結合剤混合物（ＭＷ＝６５，０００ｇ／ｍｏｌ及びＭＷ＝９６，０００ｇ／ｍｏｌ）を含むインク（Ｅ１１）
ＭＷ＝３９，０００ｇ／ｍｏｌ、６５，０００ｇ／ｍｏｌ及び９６，０００ｇ／ｍｏｌのＥＣの単独での使用は、得られる加工配線が折り曲げ試験（ＡＳＴＭ  Ｆ１６８３−０２）後にその導電率の１０％超を一貫して失うので、最適ではない。７：１キシレン：テルピネオールの溶媒混合物中のＭＷ＝６５，０００と９６，０００のＥＣの７：１混合物（合計５重量％）を使用すると、粘度５，０００〜８，０００ｃＰのインクが得られる。インク（ＡｇＮＤ  ＮＲＣ−２）は、ＡｇＮＤ５０重量％、ＥＣ２．５重量％及び溶媒４７．５重量％を含む。スクリーン印刷配線は、体積抵抗率値が１１．６μΩ・ｃｍ（配線厚さ０．６２μｍ）であり、シート抵抗が４．５ｍΩ／□／ミルである）。
【００６２】
スクリーン印刷配線は、ＡＳＴＭ  Ｆ１６８３−０２によって定義された曲げ試験と折り曲げ試験の両方の後にその導電率の１０％未満を失う。配線はすべて、ある期間にわたって開回路遮断を起こさずに基板に接着したままである。結合剤が分子量の異なるエチルセルロースの混合物で形成されるインクは、結合剤が単一の分子量のエチルセルロースで形成されるインクから調製される配線に比べて、最適化された導電性配線を与える。
【００６３】
接着強さを市販銀フレークインクと比較して更に調べた。図１Ｄは、接着剤（Ｌｏｃｔｉｔｅ３８８０）で配線に接着されたＬＥＤを除去するのに必要な剪断力（ポンド）を比較したグラフである。この剪断力試験は、接着剤と配線の接着強度を測定するものであって、必ずしも配線と基板の接着強度を測定するものではないことに留意されたい。本発明のＥ１１インク（ＡｇＮＤ  ＮＲＣ−２）を種々の基板（ポリエステル、Ｋａｐｔｏｎ（商標））上の市販スクリーン印刷導電性インクＣＸＴ−０５８７（ニュージャージー州カールシュタットのＳｕｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製銀系インク）及び７２５Ａ（ミシガン州ポートヒューロンのＡｃｈｅｓｏｎ  Ｃｏｌｌｏｉｄｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ製銀系インク）と比較する。図１Ｄから分かるように、接着剤は、Ｋａｐｔｏｎ（商標）に印刷されたＡｇＮＤ  ＮＲＣ−２に少なくとも４ポンドの力でＬＥＤを接着させるのに対して、他の配線への接着はすべて、少なくとも幾つかの例で接着力が４ポンド未満である。ＡｇＮＤ  ＮＲＣ−２は、すべての場合において他のインクよりも性能が優れている。ＮＲＣ−２（Ｅ１１）インクは、ＡＳＴＭ  Ｆ１８４２−０９網目接着試験後に剥離が起こらないことを示す等級５Ｂによって特徴づけられるように、Ｋａｐｔｏｎ（商標）に極めて良く接着する。
【００６４】
フレークインクとの更なる比較
図７において強調したように、本発明の分子インク（ＮＲＣ−２）を市販フレークインク（Ｈｅｎｋｅｌ  ７２５Ａ）と比較すると、インクのシート抵抗率値は、Ｈｅｎｋｅｌ  ７２５Ａの約１／５である。
【００６５】
ＮＲＣ−７及びＮＲＣ−１６の光焼結
ＮＲＣ−７（Ｅ１４）インク及びＮＲＣ−１６（Ｅ１５）インクを前記試験パターンにスクリーン印刷し、配線を、別段の記載がない限り、光焼結前に７５℃で１５分間乾燥させた。すべての光処理を周囲条件下でＸｅｎｏｎ  ２０００Ｓｉｎｔｅｒｏｎ（商標）を用いて行った。基板をＸｅｎｏｎランプの露光域（４０ｍｍ開口部）の下に移送する搬送ステージの上に試料を置いた。配線を１ｍｍ搬送ステップを用いて各ステップ後にランプを点火してパルスで処理した。別段の記載がない限り、２４０ｎｍ未満の波長をＸｅｎｏｎ球の広帯域スペクトルから除去し、光の焦点面が基板よりも０．５インチ上にあり、パルス幅が５８０ｍｓから１５００ｍｓになるように、球の高さを調節した。各試料に４０パルスの光を６分間の処理サイクルで照射した。図８において強調したように、これらの配線の体積抵抗率及びシート抵抗率値は、Ｋａｐｔｏｎ（商標）基板上の配線の熱処理によって得られた値に極めて近い（それぞれ約１０〜２０対５〜７ｍΩ／□／ミル）。さらに、図９は、分子インクをＭｅｌｉｎｅｘ（商標）上で処理することができ、この基板上の体積抵抗率及びシート抵抗率値もＫａｐｔｏｎ（商標）上の熱処理配線（図４）よりも約２〜４倍高いにすぎないことを示している。
【００６６】
非芳香族溶媒を含むインク
銀分子インクＮＲＣ−１４（Ｅ１６）、ＮＲＣ−１５（Ｅ１７）及びＮＲＣ−５１（Ｅ１８）を、ネオデカン酸銀５０重量％、及びＥＣ４６エチルセルロース結合剤（ＮＲＣ−１４及びＮＲＣ−１５）５％又はエチルセルロース（ＮＲＣ−５１）４％を用いて、非芳香族溶媒中で調合した。ＮＲＣ−１４の溶媒は、α−テルピネン４０％と１−オクタノール５％の混合物であった。ＮＲＣ−１５の溶媒は、α−テルピネン２２．５％と１−オクタノール２２．５％の混合物であった。ＮＲＣ−５１の溶媒は２−メチルシクロヘキサノールであった。インクの試験パターンをＫａｐｔｏｎ（商標）基板にスクリーン印刷し、１５０℃で３０分間アニールし、次いで２３０℃で１２分間更に処理することによって、インクの導電性配線を作製した。得られた線幅及び配線厚さを光学表面粗さ測定装置で測定し、配線中の正方形の数に対する長さ１０ｃｍの配線の抵抗を測定することによってシート抵抗を求めた（図８及び図９）。
【００６７】
ＮＲＣ−１４（Ｅ１６）、ＮＲＣ−１５（Ｅ１７）及びＮＲＣ−５１（Ｅ１８）から作製された導電性銀配線の電気的性質を図４に示す。ＮＲＣ−１４（Ｅ１６）及びＮＲＣ−５１（Ｅ１８）は、少なくとも２０回の印刷を通して調整なしに繰り返すことができ、シート抵抗率値が１０ｍΩ／□／ミル未満の配線を作製することができる。ＮＲＣ−１５からの配線は、少なくとも１０回の印刷を通して調整なしに繰り返すことができ、やはりシート抵抗率値が１０ｍΩ／□／ミル未満の配線を作製することができる。ＮＲＣ−１４、ＮＲＣ−１５及びＮＲＣ−５１から作製される導電性銀配線の曲げ及び折り曲げ試験データを図４に示す。曲げ及び折り曲げ試験は、前述のように行われた。全３種のインクは優れた機械的性質を有する。抵抗が１０％を超えて増加する例もあったが、割れ及び／又は剥離に起因する開放故障（ｏｐｅｎ  ｆａｉｌｓ）はない。銀系分子インクＮＲＣ−１５でできた導電性銀配線の線解像度を図１０に示す。線を公称２ミル線幅及び４ミル間隔で印刷した。
【００６８】
実施例２：銅系インク
ギ酸銅二水和物５ｇをアセトニトリル６００ｍＬに懸濁させ、オクチルアミン１３ｍＬを添加することによって、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートを調製した。溶液を５時間混合し、濾過して未反応ギ酸銅を除去し、続いて−４℃で４８時間結晶化させた。結晶を濾過によって収集し、減圧下で５時間乾燥させた。
【００６９】
オクチルアミン１８ｍＬをギ酸銅（ＩＩ）５ｇごとに添加した以外はビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートと同様にしてトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートを調製した。
【００７０】
ギ酸銅二水和物５ｇをヘプタン６００ｍＬに懸濁させ、２−エチル−１−ヘキシルアミン１３ｍＬを添加することによって、ビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートを調製した。溶液を５時間混合し、濾過して未反応ギ酸銅を除去し、続いて−４℃で４８時間結晶化させた。結晶を濾過によって収集し、減圧下で５時間乾燥させた。
【００７１】
１０％（ｇ／ｇ）エチルセルロースをアニソールに溶解させることによって、様々な分子量のエチルセルロースの溶液を調製した。エチルセルロースの重量平均分子量（ＭＷ）は約３８，０００ｇ／ｍｏｌから約９６，０００ｇ／ｍｏｌであった。１０％エチルセルロース溶液０．１５ｇをトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート１．０８ｇと混合することによって、同じ重量％のエチルセルロースを含むインクを調製した。銅インクは、ギ酸銅複合体７２重量％、エチルセルロース１．０重量％及びアニソール２７重量％を含んだ。混合物を８分間遊星混合（ｐｌａｎｅｔａｒｙ  ｍｉｘｉｎｇ）して均質化させた。インクをＭｅｌｉｎｅｘ（商標）基板（ＰＥＴ）に寸法７ｃｍ×１ｍｍの配線として、又は１ｃｍ×１ｃｍの正方形として（方法２）印刷した。インクを窒素下で１５０℃に加熱し、この温度で３分間保持することによって熱的に焼結させた。
【００７２】
銅フィルムの抵抗率値を１ｃｍ×１ｃｍの正方形上で求め、ＡＳＴＭ柔軟性試験（ＡＳＴＭ  Ｆ１６８３−０２）を長さ７ｃｍの配線で行った。図２Ａによれば、抵抗率値は、初期に、エチルセルロースの分子量の増加とともに著しく減少し、次いではるかに高い分子量で増加し始める。図２Ｂは、柔軟性試験の抵抗変化に関して同様のパターンを示す。データの示すところによれば、最適平均分子（ＭＷ）範囲は約７０，０００〜９０，０００ｇ／ｍｏｌである。
【００７３】
別の実験においては、幾つかの異なるアミン銅（ＩＩ）ホルマート系インクでできた配線の抵抗率を比較した。インクを結合剤なしでアニソール中で調合し、配線を方法２によって印刷した。図３によれば、ビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート及びトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートでできた配線は、極めて密接に関連した複合体でも、別のアミン銅（ＩＩ）ホルマート複合体からの配線よりも有意にかなり低い抵抗率を有する。ビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート（ＥｔＨｅｘ２）でできた配線は、特に、抵抗率がビス（ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート（ＥｔＨｅｘ２）の１／４〜１／５であり、オクチルアミン複合体（オクチル２及びオクチル３ａ）でできた配線の１／２〜１／３である。
【００７４】
参考文献：その各々の全体の内容を参照によって援用する。
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Ｊａｈｎ  ＳＦ、Ｊａｋｏｂ  Ａ、Ｂｌａｕｄｅｃｋ  Ｔ、Ｓｃｈｍｉｄｔ  Ｐ、Ｌａｎｇ  Ｈ、Ｂａｕｍａｎｎ  ＲＲ．（２０１０）Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ．５１８、３２１８〜３２２２。
Ｋｉｍ  ＳＪ、Ｌｅｅ  Ｊ、Ｃｈｏｉ  Ｙ−Ｈ、Ｙｅｏｎ  Ｄ−Ｈ、Ｂｙｕｎ  Ｙ．（２０１２）Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ．５２０、２７３１〜２７３４。
Ｓｈｉｎ  ＤＹ、Ｊｕｎｇ  Ｍ、Ｃｈｕｎ  Ｓ．（２０１２）Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．２２、１１７５５〜１１７６４。
Ｙａｂｕｋｉ  Ａ、Ａｒｒｉｆｆｉｎ  Ｎ、Ｙａｎａｓｅ  Ｍ．（２０１１）Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ．５１９、６５３０〜６５３３。
Ｙａｋｕｂｉ  Ａ、Ｔａｎａｋａ  Ｓ．（２０１２）Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｂｕｌｌｅｔｉｎ．４７、４１０７〜４１１１。
米国特許第７，１１５，２１８号−Ｋｙｄｄら、２００６年１０月３日発行。
米国特許第７，６２９，０１７号−Ｋｏｄａｓら、２００９年１２月８日発行。
米国特許第７，６８３，１０７号−Ｙａｎｇ、２０１０年３月２２３発行。
米国特許第７，６９１，６６４号−Ｋｏｄａｓら、２０１０年４月６日発行。
米国特許第７，９７６，７３７号−Ｈｅｏら、２０１１年７月１２日発行。
米国特許出願公開第２０１１／１１１１３８号−ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈら、２０１１年５月１２日公開。
米国特許出願公開第２０１２／０１０４３３０号−Ｃｈｏｉら、２０１２年５月３日公開。
米国特許出願公開第２０１３／０１５６９７１号−ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈら、２０１３年６月２０日公開。
米国特許出願公開第２０１３／０１２１８７２号−Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ、２０１３年５月１６日公開。
国際公開第２０１０／０３２９３７号−Ｎａｍら、２０１０年３月２５日公開。
国際公開第２０１２／１４４６１０号−Ｍａｒｉｎａら、２０１２年１０月２６日公開。
国際公開第２０１２／０１４９３３号−Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ、２０１２年２月２日公開。
【００７５】
本明細書を検討することによって、新規な特徴が当業者に明らかになるであろう。しかし、特許請求の範囲は、実施形態によって限定されるべきではなく、全体として特許請求の範囲及び本明細書の表現と一致した最も広範な解釈がなされるべきであることを理解すべきである。
【図１Ａ】
0006541696.tif 000003
【図１Ｂ】
0006541696.tif 000004
【図１Ｃ】
0006541696.tif 000005
【図１Ｄ】
0006541696.tif 000006
【図２Ａ】
0006541696.tif 000007
【図２Ｂ】
0006541696.tif 000008
【図３】
0006541696.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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