(57)【要約】  本発明は、別個の成分として、約１５μｍ未満の平均粒径を有する高融点（ＨＭＰ）金属または金属合金粉末を含む金属成分と、有機酸および有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む、二成分の印刷可能な導電性組成物を提供する。有機酸は、少なくとも２つのカルボン酸基を有し、多くとも約４の第１の対数酸解離定数（ｐＫａ１）を有することを特徴とする。これらの２つの成分は、別個に製造および貯蔵され、その組み合わされる導電性組成物は印刷に使用される直前に一緒に混合される。さらに、二成分組成物を含むキットが提供され、金属成分およびフラックス成分は、別個の容器に配置される。本発明はさらに、二成分組成物の堆積およびパターニングのための方法を提供し、その方法は、金属成分をフラックス成分と混合し、得られた混合物を絶縁基板に適用することを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
二成分の印刷可能な導電性組成物であって、混合の準備ができている別個の成分として：
（ａ）約１５μｍ未満の平均粒径を有する高融点（ＨＭＰ）金属または金属合金粉末を含む金属成分と、
（ｂ）少なくとも２つのカルボン酸基および多くとも約４の第１の対数酸解離定数（ｐＫａ１）を有することを特徴とする有機酸、ならびに有機溶媒を含むフラックス成分と、を含み、
前記２つの成分が、別個に保管され、使用前に混合される、二成分の印刷可能な導電性組成物。
【請求項２】
前記金属成分、前記フラックス成分、またはその両方が、チオール化合物、チオアミド化合物、尿素化合物、ならびにそれらの塩、組み合わせ、および誘導体からなる群から選択される安定剤をさらに含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記安定剤が、チオ尿素、オクタンチオール、ドデカンチオール、ジメチル尿素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
前記安定剤が、チオ尿素（ＳＣ（ＮＨ２）２）を含む、請求項３に記載の組成物。
【請求項５】
前記フラックス成分が、前記フラックス成分の総重量のうち、前記安定剤を、約０．１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含む、請求項２〜４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６】
前記有機酸が、約２３０ｇ／モル未満の分子量（Ｍｗ）を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項７】
前記有機酸が、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、マレイン酸、マロン酸、グルタミン酸、フタル酸、フマル酸、ならびにそれらの異性体および組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項８】
前記有機酸のｐＫａ１が、約２．５〜約３．５の範囲である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項９】
前記有機酸が、クエン酸である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１０】
前記フラックス成分が、前記フラックス成分の総重量のうち、前記有機酸を、約２％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１１】
前記有機溶媒が、グリコールジエーテル、エステル、ハロゲン化芳香族化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１２】
前記グリコールジエーテルが、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１１に記載の組成物。
【請求項１３】
前記フラックス成分が、前記フラックス成分の総重量のうち、前記有機溶媒を、約２０％（ｗ／ｗ）〜約７０％（ｗ／ｗ）含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１４】
前記ＨＭＰ金属または金属合金粉末が、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｂｅ、およびＲｈからなる群から選択される少なくとも１つの金属を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１５】
前記ＨＭＰ金属または金属合金粉末が、銅（Ｃｕ）を含む、請求項１４に記載の組成物。
【請求項１６】
前記ＨＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径が、約０．１μｍ〜約１０μｍの範囲である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１７】
前記金属成分が、前記金属成分の総重量のうち、前記ＨＭＰ金属または金属合金を、約３０％（ｗ／ｗ）〜約１００％（ｗ／ｗ）含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１８】
前記金属成分、前記フラックス成分、またはその両方が、低融点（ＬＭＰ）金属または金属合金をさらに含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１９】
前記ＬＭＰ金属または金属合金粉末が、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｓｅ、およびＰｏからなる群から選択される少なくとも１つの金属を含む、請求項１８に記載の組成物。
【請求項２０】
前記ＬＭＰ金属または金属合金粉末が、スズ（Ｓｎ）合金を含む、請求項１９に記載の組成物。
【請求項２１】
前記金属成分が、前記金属成分の総重量のうち、前記ＬＭＰ金属または金属合金を、最大約７０％（ｗ／ｗ）含む、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２２】
前記フラックス成分が、前記フラックス成分の総重量のうち、前記ＬＭＰ金属または金属合金を、最大約８０％（ｗ／ｗ）含む、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２３】
前記金属成分が、前記ＨＭＰ金属または金属合金に対して不活性である液状分散媒をさらに含む、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２４】
前記液状分散媒が、グリコールジエーテル、エステル、ハロゲン化芳香族化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２３に記載の組成物。
【請求項２５】
前記グリコールジエーテルが、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２４に記載の組成物。
【請求項２６】
前記金属成分が、前記金属成分の総重量のうち、前記液状分散媒を、最大約３０％（ｗ／ｗ）含む、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２７】
前記金属成分、前記フラックス成分、またはその両方が、接着促進剤、酸化防止剤、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの添加剤をさらに含む、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２８】
前記接着促進剤が、樹脂酸、脂肪酸、およびそれらの組み合わせまたは誘導体からなる群から選択される１つのカルボン酸基を有する有機酸を含む、請求項２７に記載の組成物。
【請求項２９】
前記フラックス成分が、前記フラックス成分の総重量のうち、前記少なくとも１つの添加剤を、最大約３０％（ｗ／ｗ）含む、請求項２７または２８に記載の組成物。
【請求項３０】
前記金属成分が、少なくとも２つのカルボン酸基を有する前記有機酸を本質的に含まない、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３１】
前記フラックス成分が、約１００〜約３０，０００ｃＰの範囲の粘度を有する、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３２】
前記金属成分が、
約３５％（ｗ／ｗ）〜約７５％（ｗ／ｗ）の銅粉末と、
約２５％（ｗ／ｗ）〜約６５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末と、を含み、
前記フラックス成分が、
約５％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）のクエン酸または酒石酸と、
約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）の樹脂酸と、
約５％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテルと、を含む、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３３】
前記金属成分が、
約３５％（ｗ／ｗ）〜約７５％（ｗ／ｗ）の銅粉末と、
約２５％（ｗ／ｗ）〜約６５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末と、を含み、
前記フラックス成分が、
約５％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）のクエン酸と、
約０．１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のチオ尿素と、
約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）の樹脂酸と、
約５％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテルと、を含む、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３４】
前記金属成分が、
約１００％（ｗ／ｗ）の銅粉末を含み、
前記フラックス成分が、
約２％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）のクエン酸と、
約５０％（ｗ／ｗ）〜約８０％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末と、
約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）の樹脂酸と、
約３％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテルと、を含む、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３５】
前記２つの別個の成分の混合後に、
約２０％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）の銅粉末と、
約１５％（ｗ／ｗ）〜約５５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末と、
約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のクエン酸または酒石酸と、
約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテルと、
約１％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）のチオ尿素と、を含む、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３６】
前記２つの別個の成分の混合後に、
約２０％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）の銅粉末と、
約１５％（ｗ／ｗ）〜約５５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末と、
約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のクエン酸または酒石酸と、
約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテルと、
約０．５（ｗ／ｗ）〜約５％（ｗ／ｗ）の樹脂酸と、
約１％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）のチオ尿素と、を含む、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３７】
前記金属成分および前記フラックス成分が、別個の容器に配置される、請求項１〜３６のいずれか一項に記載の組成物を含むキット。
【請求項３８】
所定の体積の前記金属成分および所定の体積の前記フラックス成分を提供するように構成された投入装置をさらに含む、請求項３７に記載のキット。
【請求項３９】
前記金属成分を前記フラックス成分と混合するための説明書をさらに含む、請求項３６または３７に記載のキット。
【請求項４０】
前記説明書が、前記金属成分と前記フラックス成分との重量比が約２０：１〜約２：１の範囲であることを指示している、請求項３９に記載のキット。
【請求項４１】
前記説明書が、前記金属成分と前記フラックス成分との前記混合物の粘度が約２，０００ｃＰ〜約３００，０００ｃＰの範囲であることを指示している、請求項３９または４０に記載のキット。
【請求項４２】
前記説明書が、前記金属成分と前記フラックス成分との前記混合物を、前記混合後約２４時間未満以内に印刷に使用することを指示している、請求項３９〜４１のいずれか一項に記載のキット。
【請求項４３】
請求項１〜４２のいずれか一項に記載の二成分導電性組成物の堆積およびパターニングのための方法であって、
ａ）前記金属成分を前記フラックス成分と混合することと、
ｂ）ステップ（ａ）で得られた前記混合物を絶縁基板に適用することと、を含む、方法。
【請求項４４】
ステップ（ａ）における前記金属成分と前記フラックス成分との重量比が、約２０：１〜約２：１の範囲である、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
ステップ（ａ）で得られた前記混合物の粘度が、約２，０００ｃＰ〜約３００，０００ｃＰの範囲である、請求項４３または４４に記載の方法。
【請求項４６】
ステップ（ａ）とステップ（ｂ）との間の時間が、約２４時間未満である、請求項４３〜４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記適用した混合物を、前記導電性組成物を焼結するのに十分な時間、焼結温度に加熱することを含むステップ（ｃ）をさらに含む、請求項４３〜４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
請求項４３〜４７のいずれか一項に記載の方法によって得られた少なくとも１つの導電性トレースを含む、印刷された電子デバイス。
【請求項４９】
前記導電性トレースの厚さが、約１μｍ〜約３０μｍの範囲である、請求項４８に記載の印刷された電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷エレクトロニクス（ＰＥ）および印刷回路基板（ＰＣＢ）で使用するための二成分の印刷可能な導電性組成物およびキットに関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷エレクトロニクス（ＰＥ）は、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセットリソグラフィー、ディスペンシング、レーザー支援フォワードトランスファー、インプリンティング、またはインクジェット印刷などの広く普及している低コストの技術を用いて、様々な基板上にパターンを画定することによって、電子デバイスを作るために使用される一連の印刷方法である。これらの方法では、電気的に機能する電子インクまたは光学インクが基板に堆積され、アクティブまたはパッシブデバイス、例えば、ＲＦＩＤ（無線自動識別）デバイス、ディスプレイ、太陽電池、ヒーター、電極、バッテリー、キーパッド、スイッチ、センサー、医療用デバイス、印刷回路基板（ＰＣＢ）、キーボード、アンテナ、電子皮膚パッチ、コイル、抵抗器、およびパッケージングが作られる。印刷エレクトロニクスは、今日最も急速に成長している技術の１つであり、いくつかの産業にとって、例えば、ヘルスケア、航空宇宙、ＩＯＴ（モノのインターネット）、メディア、および輸送、ならびに電子デバイス、例えば、ヒーター、および電気製品上の印刷された電気導体にとって非情に有用なものになっている。
【０００３】
電子機器の作製のための印刷技術の魅力は、主に、従来のＰＣＢ製造と比較して、はるかに単純で費用効果の高い方法で絶縁材料上に導電性トレースを印刷し得ることに起因している。使用する印刷方法の選択は、印刷層に関する要件、印刷材料の特性、ならびに最終的な印刷製品の経済的および技術的な考慮事項によって決定される。現在の印刷エレクトロニクス技術では、典型的には、厚さが１５μｍ以下の導電性トレースが必要である。さらに、多くの用途では、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの低温基板を使用している。その結果、硬化または焼結を含む任意の高温処理は、１５０℃未満の温度で行うべきである。
【０００４】
有機材料および無機材料の両方が、導体、半導体、誘電体、または絶縁体を製造するための印刷エレクトロニクスのために使用することができる。インク材料は、液体形態、溶液、ペースト、分散液、または懸濁液の形態であることができる。電子的機能および印刷適性は、互いに干渉し合う場合があり、慎重に最適化する必要がある。印刷では、粘度、表面張力、および固形分を厳密に制御しなければならない。湿潤、接着、および溶解性などのクロスレイヤー相互作用（ｃｒｏｓｓ−ｌａｙｅｒ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）、ならびに堆積後の乾燥手順は、結果に影響を及ぼす。従来の印刷インクにおいて一般的に使用されている添加剤を組み込むことは、導電性に影響を及ぼす可能性があるため、望ましくない。
【０００５】
導電性インクは、典型的には、溶媒、樹脂、および充填剤を含む低粘度から中粘度の液体である。溶媒は、インクを液体状態に変換し、インクの乾燥プロファイルを調整する。樹脂は、基材への接着力または機械的強度などのインクの機械的特性を調整する。充填剤は、典型的には、金属または金属合金粉末のマイクロまたはナノ粒子を含み、それにより、インクおよびそのそれぞれの生成物に導電性が付与される。銀は、導電性インクで使用される最も一般的な金属である。ほとんどの銀インクは、溶媒および樹脂を混合したナノサイズの銀粒子でできている。そのようなインクは、スクリーン印刷ならびに他の印刷技術で広く使用されている。銀に基づく導電性インクの使用には、いくつかの欠点がある。その中には、銀の移行、インクの層間剥離、誘電体の層間剥離、および銀粉末の高コストがある。導電性インクにおいて銀の可能な代替の１つは銅である。銅は周囲環境で容易に酸化する傾向があるため、印刷エレクトロニクス分野では広く使用されておらず、そのため、導電性を維持するために高価な機器およびプロセスを使用する必要がある。さらに、導電性を得るために、銅粒子は、ＰＥで使用される主流のポリマー基板と適合性のない温度で焼結しなければならない。
【０００６】
非導電性ポリマー基板上でのナノサイズ粒子の焼結では、ナノサイズ粒子がかなり低い温度で焼結する場合に達成され得るが、印刷プロセスの総コストを大幅に増加させ、いくつかの技術的な制限を有し、そして業界では広く受け入れられていないフォトニックパルシングなどの特注で高価な資本設備を使用する必要がある。あるいは、銅などの高融点（ＨＭＰ）金属を、ＨＭＰ粉末粒子間のバインダー相として機能するはんだ合金などの低融点（ＬＭＰ）金属または合金と混合することによって、焼結を達成することができる。このアプローチは、一般には液相焼結（ＬＰＳ）または過渡液相焼結（ＴＬＰＳ）として知られている。状況に応じて、混合粉末をＬＭＰ合金の融点以上に加熱したり、またはＬＭＰ合金の焼結温度まで加熱したりすることができる。
【０００７】
ＬＰＳ／ＴＬＰＳ焼結中の銅の酸化を抑制するために、フラクシング化学薬品（ｆｌｕｘｉｎｇ  ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）が使用される。Ｃａｐｏｔｅらによる米国特許第５，３７６，４０３号は、目的の最終用途に応じて、比較的高融点の金属粉末、はんだ粉、融剤としても機能する活性架橋剤、樹脂、および反応性モノマーまたはポリマーのうちの３つ以上を含む導電性接着剤を開示している。導電性接着剤組成物を用いる単層および多層プリント基板を作製するための方法に関する最近の米国特許第５，７１６，６６３号では、Ｃａｐｏｔｅらは、その組成物が、ＴＬＰＳプロセスを経て、金属粒子間に真の金属接合を形成する、高融点金属と比較的低融点の合金を使用することを説明している。とりわけ、米国特許第５，８３０，３８９号、同第５，８５３，６２２号、同第５，９２２，３９７号、および同第９，００５，３３０号を含む他の米国特許は、電子機器製造のためのＬＰＳ／ＴＬＰＳの異なる側面をさらに開示している。
【０００８】
ＷＯ２０００／０５９６４５は、回路素子およびビアの電解めっきのための改良されたシード層としてＴＬＰＳ複合材を使用する逐次的方法による複雑な多層回路の作製方法に関する。当該発明での使用が企図されたＴＬＰＳ複合材は、典型的には、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、ＬＭＰ金属または金属合金粉末（はんだ）、任意選択で、バインダー、任意選択で、主要な融剤としても作用する、潜在的または化学的に保護された硬化剤を含む架橋剤を含有する。ＥＰ０７９３４０５は、少なくとも１つの高融点粒子相材料、少なくとも１つの低融点材料、ならびに樹脂および架橋剤を含む有機部分を一般的に含む焼結可能な組成物を含む電子アセンブリに関する。
【０００９】
したがって、ＴＬＰＳアプローチでは、ＰＣＢ基板への金属の接着を改善するために、および／または導電性トレースの物理的特性と構造に対するフラックスの悪影響を低減するために、カスタマイズされた有機材料が必要である。
【００１０】
本発明の発明者らの一部の者によるＷＯ２０１６／１６６７５１は、はんだ系インクの堆積によって得ることができるＰＣＢトレースの有孔率を低減し、かつ導電率を高めるための代替アプローチを提供する。二段階のパターニング方法は、２つの異なるインク組成物を含み、当該２つの組成物は、連続的に適用され、個別に焼結されて、単一の導電経路を形成し、第２の組成物の適用は、第１の層の細孔またはボイドを埋める役割を果たす。
【００１１】
印刷された電子デバイスにおいて薄膜導電性素子を形成するための導電性インク組成物に対する満たされていないニーズが依然として残っている。当該組成物は、費用効率が高く、妥当な貯蔵寿命を有するべきである。当該組成物を印刷することによって得られる導電性素子は、高い導電性、機械的安定性、および様々な基材への強力な接着力を有するべきである。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、印刷エレクトロニクスの分野で使用するために、特に、様々な印刷電子デバイスにおける導電性トレース、ライン、ワイヤ、パッド、および回路の作製のために、有利な印刷可能な導電性組成物およびキットを提供する。
【００１３】
本発明は、安定であり、一緒に混合して使用前に導電性インク組成物を形成する２つの別個の成分を提供することによって、すぐに使用できる組成物の不安定性の問題を克服する。したがって、本発明によって提供される印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分、すなわち、サブ１５μｍ粒子を有するＨＭＰ金属または金属合金粉末を含む第１の金属成分と、第２のフラックス成分と、を含む、すぐに混合できる組成物である。当該成分は、製造、輸送、および貯蔵中は、別個に保管され、印刷の前に直接混合されるべきである。本発明は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末をフラックス成分から分離することにより、その高い効率を維持し、かつ妥当なポットライフを提供しながら、印刷可能な組成物の貯蔵寿命を大幅に延長するという予想外の発見に部分的に基づいている。
【００１４】
本発明の原理によれば、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、十分に導電性である薄い印刷トレース（例えば、約２０μｍ以下の厚さ）を得るために、約１５μｍ未満であるべきである。はんだ付け中の銅の酸化度を低下させるために日常的に使用される通常のフラックス（例えば、ロジン含有有機フラックス）は、印刷組成物の焼結中に微細な金属および金属合金粉末を効率的に保護しなかったことがここで初めて開示される。そのような組成物の使用は、低い導電性の薄い金属トレース（すなわち、約３０μｍ未満の厚さ）をもたらし、それは電子デバイスでの使用に好適ではない。
【００１５】
これらの問題を克服するために、本明細書で「活性化フラックス」とも称される本発明の二成分組成物のフラックス成分は、印刷および焼結プロセス中に増強された化学活性を提供する少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸を含む。本発明はさらに、複数のカルボン酸基を有する当該有機酸を、小粒子を有するＨＭＰ金属または金属合金粉末と組み合わせて、単一成分の導電性インクとして使用すると、室温でも、貯蔵時間の関数として、インクの導電性が劣化し、粘度が大幅に増加したという予想外の発見にさらに基づいている。これは、焼結中に当該有機酸を使用することによってもたらされる保護の増強を考慮すると、特に驚くべきことである。したがって、印刷可能な導電性組成物の高活性有機酸が、インクの製造および貯蔵中にＨＭＰ金属または金属合金粉末とは別個に維持されることが本発明の必須条件である。
【００１６】
例えば、２つの成分を混合した後のインクのポットライフおよび安定性などの印刷可能な組成物の特性のさらなる改善は、とりわけ、硫黄含有有機化合物を含む安定剤の添加と、フラックス成分の酸性度の制御と、によって達成された。
【００１７】
本発明の第１の態様によれば、混合の準備ができている２つの別個の成分として、約１５μｍ未満の平均粒径を有する高融点（ＨＭＰ）金属または金属合金粉末を含む金属成分と、少なくとも２つのカルボン酸基および多くとも約４の第１の対数酸解離定数（ｐＫａ１）を有することを特徴とする有機酸、ならびに有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む二成分の印刷可能な導電性組成物であって、その２つの成分は、別個に保管され、使用前に混合される、組成物が提供される。
【００１８】
いくつかの実施形態によれば、金属成分、フラックス成分、またはその両方は、安定剤をさらに含む。安定剤は、チオール化合物、チオアミド化合物、尿素化合物、およびそれらの塩、誘導体、ならびに組み合わせからなる群から選択することができる。さらなる実施形態では、安定剤は、チオ尿素、オクタンチオール、ドデカンチオール、ジメチル尿素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。ある特定の実施形態では、安定剤はＳＣ（ＮＨ２）２を含む。フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、安定剤を約０．１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含むことができる。
【００１９】
いくつかの実施形態によれば、有機酸は、約２３０ｇ／モル未満の分子量（Ｍｗ）を有する。さらなる実施形態によれば、有機酸のｐＫａ１は、約２〜約４の範囲である。ある特定の実施形態によれば、有機酸のｐＫａ１は、約２．５〜約３．５の範囲である。
【００２０】
いくつかの実施形態によれば、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸は、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、マレイン酸、マロン酸、グルタミン酸、フタル酸、フマル酸、ならびにそれらの異性体および組み合わせからなる群から選択される。さらなる実施形態では、有機酸は、クエン酸および酒石酸から選択される。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。ある特定の実施形態では、有機酸はクエン酸である。
【００２１】
フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、有機酸を約２％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）含むことができる。
【００２２】
いくつかの実施形態によれば、フラックス成分の有機溶媒は、グリコールジエーテル、エステル、ハロゲン化芳香族化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態によれば、グリコールジエーテルは、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、有機溶媒を約０．５％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）含むことができる。
【００２３】
いくつかの実施形態によれば、ＨＭＰ金属または金属合金粉末は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｂｅ、およびＲｈからなる群から選択される少なくとも１つの金属を含む。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの例示的実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末は銅（Ｃｕ）を含む。いくつかの実施形態によれば、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約０．１μｍ〜約１０μｍの範囲である。金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を約３０％（ｗ／ｗ）〜約１００％（ｗ／ｗ）含むことができる。
【００２４】
いくつかの実施形態によれば、金属成分、フラックス成分、またはその両方は、低融点（ＬＭＰ）金属または金属合金をさらに含む。いくつかの実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｓｅ、およびＰｏからなる群から選択される少なくとも１つの金属を含む。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの例示的な実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、スズ（Ｓｎ）合金を含む。さらなる実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約１５μｍ未満である。金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＬＭＰ金属または金属合金を最大約７０％（ｗ／ｗ）含むことができる。いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、ＬＭＰ金属または金属合金を最大約８０％（ｗ／ｗ）含む。
【００２５】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、ＨＭＰ金属または金属合金に対して不活性である液状分散媒をさらに含む。液状分散媒は、グリコールジエーテル、エステル、ハロゲン化芳香族化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択することができる。いくつかの実施形態によれば、グリコールジエーテルは、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、液状分散媒を最大約３０％（ｗ／ｗ）含む。
【００２６】
いくつかの実施形態によれば、金属成分、フラックス成分、またはその両方は、接着促進剤、抗酸化剤、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの添加剤をさらに含む。
【００２７】
いくつかの実施形態によれば、接着促進剤は、１つのカルボン酸基を有する有機酸を含む。いくつかの実施形態によれば、１つのカルボン酸基を有する有機酸は、樹脂酸、脂肪酸、およびそれらの組み合わせまたは誘導体からなる群から選択される。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。ある特定の実施形態では、１つのカルボン酸基を有する有機酸は、少なくとも約２５０ｇ／モルの分子量を有する。
【００２８】
いくつかの実施形態によれば、抗酸化剤はフェノールを含む。さらなる実施形態では、フェノールは、ヒドロキノン、ブチル化ヒドロキシルトルエン、およびそれらの組み合わせまたは誘導体からなる群から選択される。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【００２９】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、少なくとも１つの添加剤を少なくとも最大約４０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、少なくとも１つの添加剤を最大約３０％（ｗ／ｗ）含む。
【００３０】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸を約５％（ｗ／ｗ）以下含む。いくつかの実施形態によれば、金属成分は、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸を本質的に含まない。
【００３１】
いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、約１００〜約３０，０００ｃＰの範囲の粘度を有する。
【００３２】
ある特定の実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、約３５％（ｗ／ｗ）〜約７５％（ｗ／ｗ）の銅粉末および約２５％（ｗ／ｗ）〜約６５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末を含む金属成分と、約５％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）のクエン酸または酒石酸、約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）の樹脂酸、および約５％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。
【００３３】
ある特定の実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、約３５％（ｗ／ｗ）〜約７５％（ｗ／ｗ）の銅粉末および約２５％（ｗ／ｗ）〜約６５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末を含む金属成分と、約５％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）のクエン酸、約０．１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のチオ尿素、約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）の樹脂酸、および約５％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。
【００３４】
ある特定の実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、約１００（ｗ／ｗ）の銅粉末を含む金属成分と、約２％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）のクエン酸、約５０％（ｗ／ｗ）〜約８０％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末、約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）の樹脂酸、および約３％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。
【００３５】
いくつかの実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、以下の２つの別個の成分の混合後に、約２０％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）の銅粉末、約１５％（ｗ／ｗ）〜約５５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末、約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のクエン酸または酒石酸、約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテル、および約１％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）のチオ尿素を含む。
【００３６】
いくつかの実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、以下の２つの別個の成分の混合後に、約２０％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）の銅粉末、約１５％（ｗ／ｗ）〜約５５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末、約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のクエン酸または酒石酸、約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテル、約０．５％（ｗ／ｗ）〜約５％（ｗ／ｗ）の樹脂酸、および約１％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）のチオ尿素を含む。
【００３７】
別の態様によれば、本発明は、上記の様々な実施形態において提示された組成物を含むキットを提供し、その金属成分およびフラックス成分は、別個の容器に配置される。
【００３８】
いくつかの実施形態によれば、キットは、所定の体積の金属成分および所定の体積のフラックス成分を提供するように構成された投入装置をさらに含む。
【００３９】
いくつかの実施形態では、キットは、金属成分をフラックス成分と混合するための説明書をさらに含む。さらなる実施形態では、説明書は、金属成分とフラックス成分との重量比が、約２０：１〜約２：１の範囲であることを指示している。なおさらなる実施形態では、説明書は、金属成分とフラックス成分との混合物の粘度が、約２，０００ｃＰ〜約３００，０００ｃＰの範囲であることを指示している。さらに他の実施形態では、説明書は、金属成分とフラックス成分との混合物を、混合後約２４時間未満以内に印刷に使用することを指示している。
【００４０】
さらに別の態様によれば、本発明は、上記の様々な実施形態に提示されているような二成分の導電性組成物の堆積およびパターニングのための方法を提供し、その方法は、
ａ）金属成分をフラックス成分と混合することと、
ｂ）ステップ（ａ）で得られた混合物を絶縁基板に適用することと、を含む。
【００４１】
いくつかの実施形態によれば、ステップ（ａ）における金属成分とフラックス成分との重量比は、約２０：１〜約２：１の範囲である。いくつかの実施形態によれば、ステップ（ａ）で得られた混合物の粘度は、約２，０００ｃＰ〜約３００，０００ｃＰの範囲である。さらなる実施形態によれば、ステップ（ａ）とステップ（ｂ）との間の時間は、約２４時間未満である。
【００４２】
いくつかの実施形態によれば、その方法は、導電性組成物を焼結するのに十分な時間、適用した混合物を焼結温度に加熱することを含むステップ（ｃ）をさらに含む。
【００４３】
さらに別の態様によれば、本発明は、上で提示した方法によって得られた少なくとも１つの導電性トレースを含む印刷電子デバイスを提供する。いくつかの実施形態によれば、当該導電性トレースの厚さは、約１μｍ〜約３０μｍの範囲である。
【００４４】
本明細書に開示される態様および実施形態のそれぞれの任意の組み合わせは、本発明の開示内に明示的に包含されることを理解するべきである。
【００４５】
本発明のさらなる実施形態および適用可能性の全範囲は、以下に与えられる詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、本発明の精神および範囲内での様々な変更および修正は、この詳細な説明から当業者に明らかになるであろうから、詳細な説明および具体的な実施例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、単に例示として与えられているにすぎないことは理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】クエン酸を含む活性化フラックスを含む導電性組成物の粘度（四角）と、当該組成物から得られたトレース線の抵抗（菱形）を、当該組成物の成分を混合した後の時間の関数として示したグラフである。
【図２】酒石酸を含む活性化フラックスを含む導電性組成物から得られたトレース線の抵抗を、当該組成物の成分の混合後の時間の関数として示したグラフである。
【図３Ａ】安定剤としてチオ尿素を含む二成分組成物の粘度（四角）と、当該組成物から得られたトレース線の抵抗（菱形）を、２つの成分の混合後の時間の関数として示したグラフである。
【図３Ｂ】安定剤を含まない二成分組成物（菱形）と比較した、安定剤としてドデカンチオール（四角）およびオクタンチオール（三角形）を含む二成分組成物の粘度を、２つの成分の混合後の時間の関数として示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明は、印刷エレクトロニクスの分野で使用するために、特に、様々な印刷電子デバイスにおける薄い導電性トレース、ライン、ワイヤ、ビア、電極、パッド、および回路の作製のために、「インク」とも称される、有利な印刷可能な導電性組成物を提供する。
【００４８】
本発明の印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分、すなわち、金属成分およびフラックス成分を含む、すぐに混合できる組成物である。当該成分は、製造、輸送、および貯蔵中は、別個に保管され、印刷の直前に混合されるべきである。本発明は、印刷可能なインクの金属成分をフラックス成分から分離することにより、その効率を損なうことなく印刷可能な組成物の貯蔵寿命を大幅に延ばすという驚くべき発見に一部基づいている。さらに、二成分の印刷可能な導電性組成物は、現在の印刷エレクトロニクス技術の要件を満たす導電性、接着性、および厚さを提供することが見出された。特に、本発明の銅系組成物は、銀系インクに匹敵する、薄い（すなわち、１〜２０μｍの範囲）導電性トレースおよび導電性を有する層を形成するのに好適である。したがって、本発明は、費用効果が優れている、高活性の印刷可能な導電性組成物を提供し、その貯蔵寿命は、室温に保たれたときに同じ配合成分を含む単一成分の印刷可能なインクの貯蔵寿命よりも約３００倍以上長い。
【００４９】
二成分組成物の金属成分は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末を含み、それは、任意選択で、有機溶媒に懸濁させることができ、かつ／またはＬＭＰ金属または金属合金粉末と混合することができる。印刷エレクトロニクス技術の厚さの基準を満たすために、印刷可能な組成物の金属または金属合金粉末の平均粒径は、１５μｍを超えるべきではない。理論または作用メカニズムに束縛されることを望まないが、当該ミクロンからサブミクロンのサイズの粉末は、高い表面エネルギーを有し、周囲条件であっても酸化を受け易い。したがって、そのような活性粉末をフラックス成分とは別個に保管することが、印刷可能な組成物の貯蔵寿命を延ばし、印刷された組成物の導電性を高めることは、特に驚くべきことである。本明細書で使用される場合、「貯蔵寿命」という用語は、金属成分とフラックス成分が別個に貯蔵されている時間、および当該成分の混合までの時間を指す。
【００５０】
本発明の発明者らは、はんだ付け中の銅の酸化の程度を低減するために日常的に使用されているロジン系フラックスは、印刷された組成物の焼結中にミクロンサイズのＨＭＰ金属および金属合金粉末を保護するのに十分に活性ではなく、その結果として、金属トレースの導電性が低くなり、電子デバイスでの使用に好適ではないことを発見した。したがって、本発明の二成分組成物のフラックス成分は、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸を使用し、金属粉末の印刷および焼結中の活性が向上することによって特徴付けられる。驚くべきことに、単一成分の導電性インクとして、ミクロンサイズのＨＭＰ金属または金属合金粉末と組み合わせて、当該有機酸を使用すると、貯蔵時間の関数としてインクの導電性が劣化した。
【００５１】
本発明の第１の態様によれば、別個の成分として、
（ａ）約１５μｍ未満の平均粒径を有する高融点（ＨＭＰ）金属または金属合金粉末を含む金属成分と、
（ｂ）少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸および有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む、二成分の印刷可能な導電性組成物が提供される。
【００５２】
本明細書で使用される「二成分組成物」という用語は、使用前に別々に保管され、かつ、すぐに使用できる印刷可能なインクを提供するために混合される少なくとも２つの組成物を含む製品を指す。いくつかの実施形態では、二成分組成物は、２つの成分、すなわち、金属成分と、フラックス成分と、を含む。追加の実施形態では、二成分組成物は３つの成分を含む。例えば、二成分組成物は、異なる金属または金属合金（例えば、ＬＭＰ金属合金）を含む、第１の金属成分、フラックス成分、および第２の金属成分を含むことができる。あるいは、二成分組成物は、金属成分、第１のフラックス成分、および第２のフラックス成分を含むことができる。
【００５３】
二成分の印刷可能な組成物の文脈で本明細書で使用される「導電性」という用語は、組成物の堆積および高温処理後に当該組成物から調製された印刷導電性トレースの導電性を指す。さらなる実施形態では、「導電性」という用語は、当該組成物から調製された導電性トレースを指し、それは、トレースの厚さ１ミル（または約２５μｍ）あたり約１００ミリオーム／ｓｑ未満の抵抗を有する。本明細書で使用する「導電性トレース」という用語は、導電性パッド、導電性ライン、導電性端子、導電性層、コネクタ、ビアなどの、電子デバイス上の任意の導電性流路を含むものと理解されるが、それらに限定されない。
【００５４】
本明細書で使用される「高融点（ＨＭＰ）金属」という用語は、いくつかの実施形態では、約６５０℃を超える融点を有する金属を指す。さらなる実施形態では、「高融点（ＨＭＰ）金属」という用語は、約９００℃以上の融点を有する金属を指す。さらなる実施形態では、「ＨＭＰ金属」という用語は、約１０００℃以上の融点を有する金属を指す。本明細書で使用される「ＨＭＰ金属合金」という用語は、いくつかの実施形態では、前述のＨＭＰ金属を少なくとも約８０％（ｗ／ｗ）含む合金または金属間化合物を指す。さらなる実施形態では、「ＨＭＰ金属合金」という用語は、前述のＨＭＰ金属から本質的になる合金または金属間化合物を指す。
【００５５】
いくつかの実施形態によれば、ＨＭＰ金属または金属合金粉末は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｂｅ、およびＲｈから選択される少なくとも１つの金属を含む。いくつかの例示的な実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末は、Ｃｕ（銅）またはＣｕ合金を含む。
【００５６】
いくつかの実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末は、約９９．５％を超える銅重量含有量を有する高純度Ｃｕを含む。さらなる実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末は、約９９．６％超、約９９．８％超、または約９９．９５％超の銅重量含有量を含む高純度Ｃｕを含む。
【００５７】
いくつかの実施形態によれば、ＨＭＰ金属または金属合金粉末は、粒子を含む粒子状物質の形態である。いくつかの実施形態では、ＨＭＰ金属合金粉末は、実質的に球形の形状を有する粒子を含む。他の実施形態では、ＨＭＰ金属合金粉末は、フレークまたは小板形状の粒子を含む。追加の実施形態では、ＨＭＰ金属合金粉末は、樹枝状または海綿状の形状を有する粒子を含む。
【００５８】
本発明の二成分組成物における使用に好適な金属または金属合金粉末は、単分散または多分散粒子を含むことができる。
【００５９】
本発明の様々な実施形態で使用される「粒径」という用語は、粒子が球状でない場合、その最長寸法における粒子の長さを指す。粒子が本質的に球形である場合、「粒径」という用語は粒子直径を指す。したがって、ある特定のそのような実施形態では、「粒径」および「粒子直径」という用語は互換的に使用される。
【００６０】
「平均粒径」という用語は、単分散粒子または多分散粒子のサイズを指すことができる。本明細書で使用される「平均粒径」という用語は、いくつかの実施形態では、レーザー光回折散乱（または動的光散乱）によって決定される等価球径を指す。いくつかの実施形態では、「平均粒径」という用語は、沈降場流動分画、光子相関分光法、またはディスク遠心分離などの当業者に周知の従来の粒径測定技術によって測定されるような粒径の算術平均を指す。ある特定のそのような実施形態では、「約１５μｍ未満の平均粒径」という用語は、上記技術によって測定された粒径の少なくとも約８０％を平均すると、算術平均粒径が約１５μｍ未満であることを意味する。追加の実施形態では、「平均粒径」という用語は、粉末の試料を一連のタイラーシーブ（Ｔｙｌｅｒ  ｓｉｅｖｅｓ）でいくつかのフラクション（典型的には５つのフラクション）にふるい分けすることによって計算される。それによって得られた重量分率を、ふるいのアパーチャサイズに対してプロットする。平均粒径は、粉末の５０重量％が通過するアパーチャサイズであると見なされる。
【００６１】
ある特定の実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約１０μｍ未満である。ある特定の実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約５μｍ未満である。
【００６２】
いくつかの実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約０．１μｍ〜約１５μｍの範囲である。さらなる実施形態では、平均粒径は、約０．１μｍ〜約１０μｍの範囲である。なおさらなる実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約０．５μｍ〜約１０μｍの範囲である。さらに他の実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲である。なおさらなる実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約１μｍ〜約５μｍの範囲である。追加の実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約０．１μｍ〜約５μｍの範囲である。いくつかの追加の実施形態では、平均粒径は、約０．１μｍ〜約１μｍ、または約１μｍ〜約１０μｍの範囲である。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【００６３】
ある特定の実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金粉末は、約０．１μｍ〜約１０μｍの範囲の平均粒径を有する銅を含む。
【００６４】
いくつかの実施形態によれば、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の表面積は、約０．１〜約５０ｍ２／ｇの範囲である。さらなる実施形態によれば、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の表面積は、約０．５〜約２５ｍ２／ｇの範囲である。なおさらなる実施形態によれば、ＨＭＰ金属または金属合金粉末の表面積は、約１〜約１０ｍ２／ｇの範囲である。
【００６５】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を約３０％（ｗ／ｗ）〜約１００％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約３０％〜約４０％（ｗ／ｗ）、または約４０％〜約５０％（ｗ／ｗ）、または約５０％〜約６０％（ｗ／ｗ）、または約６０％〜約７０％（ｗ／ｗ）、または約７０％〜約９０％（ｗ／ｗ）含む。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【００６６】
いくつかの実施形態では、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約４０％（ｗ／ｗ）〜約９０％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態では、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約４０％（ｗ／ｗ）〜約８０％（ｗ／ｗ）含む。なおさらなる実施形態では、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約４０％（ｗ／ｗ）〜約７０％（ｗ／ｗ）を含む。さらに他の実施形態では、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約４０％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの例示的な実施形態では、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約５０％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態では、当該ＨＭＰ金属または金属合金は銅を含む。
【００６７】
いくつかの実施形態では、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約４０％（ｗ／ｗ）〜約１００％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態では、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約５０％（ｗ／ｗ）〜約１００％（ｗ／ｗ）含む。なおさらなる実施形態では、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約６０％（ｗ／ｗ）〜約１００％（ｗ／ｗ）含む。さらに他の実施形態では、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約７０％（ｗ／ｗ）〜約１００％（ｗ／ｗ）含む。なおさらなる実施形態では、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約８０％（ｗ／ｗ）〜約１００％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＨＭＰ金属または金属合金を、約９０％〜約１００％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの例示的な実施形態では、金属成分は、ＨＭＰ金属を約１００％（ｗ／ｗ）含む。
【００６８】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、低融点（ＬＭＰ）金属または金属合金をさらに含む。本明細書で使用される「低融点（ＬＭＰ）金属」という用語は、いくつかの実施形態では、約４００℃未満の融点を有する金属を指す。さらなる実施形態では、「ＬＭＰ金属」という用語は、約２５０℃以下の融点を有する金属を指す。本明細書で使用される「ＬＭＰ金属合金」という用語は、いくつかの実施形態では、共晶または非共晶組成の合金または金属間化合物を指す。本明細書で使用される「共晶合金」という用語は、いくつかの実施形態では、単一の温度で溶融または凝固する合金を指す。さらなる実施形態では、「ＬＰＭ金属合金」という用語は、前述のＬＭＰ金属から本質的になる合金または金属間化合物を指す。
【００６９】
理論または作用メカニズムに束縛されることを望まないが、ＬＭＰ金属または金属合金は、ＨＭＰ粉末粒子間のバインダー相として機能するはんだ合金として使用されることが企図される。混合粉末は、ＬＭＰ合金の融点を超えて加熱することができ、またはＬＭＰ合金の焼結温度まで加熱することができる。いくつかの実施形態によれば、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｓｅ、およびＰｏから選択される少なくとも１つの金属を含む。いくつかの例示的な実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、Ｓｎ（スズ）またはスズ合金を含む。いくつかの実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、Ｓｎ（スズ）および／またはＢｉ（ビスマス）を含む。さらなる実施形態では、ＬＭＰ金属合金は、スズ−ビスマス（Ｓｎ／Ｂｉ）合金を含む。さらなる実施形態では、ＬＭＰ金属合金は、スズ−ビスマス−銀（Ｓｎ／Ｂｉ／Ａｇ）合金を含む。
【００７０】
いくつかの実施形態によれば、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、粒子を含む粒子状物質の形態である。いくつかの実施形態では、ＬＭＰ金属合金粉末は、実質的に球形の形状を有する粒子を含む。他の実施形態では、ＬＭＰ金属合金粉末は、フレークまたは小板形状の粒子を含む。追加の実施形態では、ＬＭＰ金属合金粉末は、樹枝状または海綿状の形状を有する粒子を含む。
【００７１】
いくつかの実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約０．１μｍ〜約１５μｍの範囲である。さらなる実施形態では、平均粒径は、約０．１μｍ〜約１０μｍの範囲である。なおさらなる実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約０．５μｍ〜約１０μｍの範囲である。さらに他の実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲である。なおさらなる実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約１μｍ〜約５μｍの範囲である。追加の実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末の平均粒径は、約０．１μｍ〜約５μｍの範囲である。いくつかの追加の実施形態では、平均粒径は、約０．１μｍ〜約１μｍ、または約１μｍ〜約１０μｍの範囲である。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【００７２】
ある特定の実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、約０．５μｍ〜約１０μｍの範囲の平均粒径を有するＳｎまたはＳｎ合金を含む。
【００７３】
いくつかの実施形態によれば、ＬＭＰ金属または金属合金粉末の表面積は、約０．１〜約５０ｍ２／ｇの範囲である。さらなる実施形態によれば、ＬＭＰ金属または金属合金粉末の表面積は、約０．５〜約２５ｍ２／ｇの範囲である。なおさらなる実施形態によれば、ＬＭＰ金属または金属合金粉末の表面積は、約１〜約１０ｍ２／ｇの範囲である。
【００７４】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ＬＭＰ金属または金属合金を、約０％（ｗ／ｗ）〜約７０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態によれば、金属成分は、ＬＭＰ金属または金属合金を、約１０％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態によれば、金属成分は、ＬＭＰ金属または金属合金を、約２０％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態によれば、金属成分は、約３０％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）から選択される範囲のＬＭＰ金属または金属合金粉末を含む。いくつかの例示的な実施形態では、金属成分は、約４０％（ｗ／ｗ）のＬＭＰ金属または金属合金を含む。いくつかの実施形態によれば、金属成分は、約１％（ｗ／ｗ）〜約１５％（ｗ／ｗ）、または約１５％（ｗ／ｗ）〜約３５％（ｗ／ｗ）、または約３５％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）の範囲のＬＭＰ金属または金属合金粉末を含む。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。さらなる実施形態では、当該ＬＭＰ金属または金属合金は、スズ、スズ合金、またはスズ−ビスマス合金を含む。
【００７５】
金属成分がＬＭＰ金属または金属合金を含むいくつかの実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金と、ＬＭＰ金属または金属合金との間の重量比は、約５：１〜約１：５の範囲である。さらなる実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金と、ＬＭＰ金属または金属合金との間の重量比は、約４：１〜約１：４の範囲である。なおさらなる実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金と、ＬＭＰ金属または金属合金との間の重量比は、約３：１〜約１：３の範囲である。さらに他の実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金と、ＬＭＰ金属または金属合金との間の重量比は、約２：１〜約１：２の範囲である。いくつかの実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金と、ＬＭＰ金属または金属合金との間の重量比は、約１：１である。
【００７６】
あるいは、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、別個の成分として、例えば、追加の金属構成要素として、または参照により全体が本明細書に組み込まれるＷＯ２０１６／１６６７５１に記載のようにして、提供され得る。
【００７７】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末に対して不活性である液状分散媒をさらに含む。本明細書で使用される「不活性」という用語は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末とのレドックス反応に関与しない溶媒を指す。いくつかの実施形態では、液状分散媒は、ＬＭＰ金属または金属合金粉末に対してさらに不活性である。液状分散媒は、極性溶媒、非極性溶媒、芳香族溶媒、ハロゲン化溶媒、またはそれらの組み合わせから選択することができる。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、液状分散媒は、水溶性である有機溶媒を含む。
【００７８】
いくつかの実施形態では、液状分散媒は、グリコールジエーテルを含む。いくつかの関連する実施形態において、グリコールジエーテルは、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、およびポリエチレングリコールジメチルエーテルから選択される。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【００７９】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、液状分散媒を、約０％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態では、金属成分は、液状分散媒を、約１％（ｗ／ｗ）〜約２５％（ｗ／ｗ）、または約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）、または約１％（ｗ／ｗ）〜約１５％（ｗ／ｗ）含む。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの例示的な実施形態によれば、金属成分は、液状分散媒を約１０％（ｗ／ｗ）含む。
【００８０】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、液状分散媒を含まない。いくつかの実施形態によれば、金属成分は、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲の平均粒径を有する銅を含むＨＭＰ金属または金属合金粉末を含み、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲の平均粒径を有するＳｎＢｉ合金を含む。いくつかの実施形態では、金属成分は、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲である平均粒径を有する銅を含むＨＭＰ金属または金属合金粉末を含む。
【００８１】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、少なくとも１つの安定剤をさらに含む。いくつかの実施形態によれば、安定剤は界面活性剤として作用することができる。本明細書で使用される「界面活性剤」という用語は、いくつかの実施形態では、ＨＭＰ金属もしくは金属合金粉末、ＬＭＰ金属もしくは金属合金粉末、または両方と相互作用する分子または分子の組み合わせを指す。当該相互作用は、二成分の印刷可能な導電性組成物の混合の前または後に起こり得る。好適な安定剤の非限定的な例としては、チオール、チオアミド、尿素、シラン、アルカンホスホン酸、およびアミン化合物、ならびにそれらの塩、組み合わせ、および誘導体が挙げられる。
【００８２】
いくつかの実施形態では、安定剤はチオール化合物を含む。本明細書で使用される「チオール化合物」という用語は、−ＳＨ基を有する有機化合物を指す。いくつかの実施形態によれば、チオールは、アルキルチオール、アリールチオール、アルキルアリールチオール、アルケニルチオール、アルキニルチオール、シクロアルキルチオール、ヘテロシクリルチオール、ヘテロアリールチオール、アルキルチオレート、アルケニルチオレート、アルキニルチオレート、シクロアルキルチオレート、ヘテロシクリルチオレート、ヘテロアリールチオレート、ω−官能化アルカンチオレート、アレンチオレート、（γ−メルカプトプロピル）トリ−メチルオキシシラン、ジアルキルジスルフィド、チオエステル（例えば、メルカプト酢酸メチル）、またはそれらの組み合わせから選択される。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【００８３】
ある特定の実施形態では、チオール化合物は、アルキルチオールである。「アルキル」基は、直鎖、分岐鎖、および環状のアルキル基を含む飽和脂肪族炭化水素を指す。一実施形態では、アルキル基は、６〜１６個の炭素を有し、本明細書ではＣ６〜Ｃ１６−アルキルと称する。さらなる実施形態では、アルキル基は、８〜１２個の炭素を有し、本明細書ではＣ８〜Ｃ１２−アルキルと称する。アルキル基は、非置換であってもよく、またはアルコール、ケトン、アルデヒド、ハロゲン、カーボネート、カルボキシレート、カルボン酸、アシル、アミド（ａｍｉｄｏ）、アミド（ａｍｉｄｅ）、アミン、イミン、エステル、エーテル、シアノ、ニトロ、シラン、アジド、ホスフェート、ホスフィネート、ホスホネート、ホスホニウム、ホスホロチオエート、ホスホリル、スルファモイル、スルフェート、スルフィン酸、スルホンアミド、スルホネート、スルホン酸、スルホニル、スルホキシド、チオール、チオウレイド、およびウレイドから選択される１つ以上の基で置換されていてもよい。好適なアルキルチオールの非限定的な例としては、オクタンチオールおよびドデカンチオールが挙げられる。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【００８４】
いくつかの実施形態では、チオール化合物はアリールチオールである。「アリール」基は、芳香族単環式または多環式環系を指す。一実施形態では、アリール基は６〜１０個の炭素原子を有する。アリールは、本明細書で定義されるように、少なくとも１つの「環系置換基」およびそれらの組み合わせで任意選択で置換される。例示的なアリール基としては、フェニルまたはナフチルが挙げられる。アルキルアリールは、本明細書で定義されるアリール基に結合された、本明細書で定義されるアルキル基である。アリール基は、非置換であるか、またはアルキルについて上で定義した１つ以上の基で、利用可能な炭素原子を介して、置換され得る。好適なアリールチオールの１つの非限定的な例としては、ベンゼンチオールが挙げられる。
【００８５】
いくつかの実施形態では、チオール化合物はヘテロアリールチオールである。「ヘテロアリール」基は、原子が、窒素、硫黄、および酸素から選択される少なくとも１つのヘテロ原子環を含有するヘテロ芳香族系を指す。ヘテロアリールは５個以上の環原子を含有する。ヘテロアリール基は、単環式、二環式、三環式などであり得る。この定義には、ベンゾ複素環も含まれる。ヘテロアリール基は、非置換であり得るか、またはアルキルについて上で定義した１つ以上の基で、利用可能な原子を介して、置換され得る。好適なヘテロアリールチオールの１つの非限定的な例は、２−メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）である。
【００８６】
いくつかの実施形態では、安定剤はチオアミド化合物を含む。本明細書で使用される「チオアミド化合物」という用語は、−Ｃ（＝Ｓ）−ＮＲ’Ｒ’’−基を有する有機化合物を指し、式中、Ｒ’およびＲ’’のそれぞれは、Ｈ、アルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクリルからなる群から独立して選択される。ある特定の実施形態では、チオアミドは、アミド結合のカルボニル基がチオカルボニル基で置き換えられているアミド（またはオキシアミド）に対応している。
【００８７】
いくつかの実施形態では、チオアミド化合物は、チオ尿素を含む。本明細書で使用される「チオ尿素」という用語は、式−ＮＲ１Ｒ２−Ｃ（＝Ｓ）−ＮＲ３Ｒ４基を有する有機化合物を指し、式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は、Ｈ、アルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクリルからなる群から独立して選択される。いくつかの実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４のそれぞれはＨである。いくつかの例示的な実施形態では、界面活性剤はＳＣ（ＮＨ２）２を含む。
【００８８】
いくつかの実施形態では、安定剤は尿素化合物を含む。本明細書で使用される「尿素化合物」という用語は、式−ＮＲ１Ｒ２−Ｃ（＝Ｓ）−ＮＲ３Ｒ４基を有する有機化合物を指し、式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は、Ｈ、アルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクリルからなる群から独立して選択される。いくつかの実施形態では、尿素化合物は、ジメチル尿素、アリル尿素、メチル尿素、エチル尿素、ブチル尿素、ベンジル尿素、フェニル尿素、１，３−ジプロピル尿素、１，３−ジオクタデシル尿素、ならびにそれらの組み合わせ、誘導体、および異性体からなる群から選択される。ある特定の実施形態では、尿素化合物はジメチル尿素である。さらなる実施形態では、当該ジメチル尿素は、１，３−ジメチル尿素である。
【００８９】
いくつかの実施形態では、安定剤はシラン化合物を含む。本明細書で使用される「シラン化合物」という用語は、式Ｒ−ＳｉＸ３を有する有機シラン化合物を指し、式中、Ｒは、１０個以上の炭素原子を有する、長鎖アルキルまたはフッ素化アルキル基を表し、特に、Ｃ１０〜Ｃ２０アルキルまたはフッ素化アルキル基を表す。いくつかの実施形態では、アルキル基は、分岐しており、少なくとも１つのメチル基を含むか、または炭素、水素、およびフッ素原子以外の別の元素もしくは基をさらに含む。Ｘは、ハロゲン原子またはアルコキシ基、例えば、Ｃ１〜Ｃ３アルコキシ基を示す。いくつかの実施形態では、Ｘは、Ｒの長さの半分以下の長さを有するアルコキシ基である。好適なシラン界面活性剤の非限定的な例としては、ペルフルオロデシルジメチルクロロシランが挙げられる。
【００９０】
いくつかの実施形態では、安定剤はアルカンホスホン酸を含む。いくつかの実施形態では、界面活性剤は、直鎖アルキルホスホン酸および／またはそれらのホスホン酸塩を含む。「ホスホン酸」という用語は、非極性有機疎水性基およびアニオン性無機親水性基の両方からなる二官能性化学構造、ＲＰ（Ｏ）（ＯＨ）２を指す。いくつかの実施形態では、Ｒは、６〜１８個の炭素を含む炭化水素鎖である。そのような界面活性剤の非限定的な例としては、デシルホスホン酸、ドデシルホスホン酸、ヘキシルホスホン酸、またはオクタデシルホスホン酸が挙げられる。他の実施形態では、Ｒは、炭化水素鎖と、限定するものではないが、１，１０−デカンジイルビス（ホスホン酸）などの少なくとも１つの追加のアルカンホスホン酸基と、を含む。
【００９１】
いくつかの実施形態では、安定剤はアミン化合物を含む。「アミン化合物」という用語は、一級、二級、三級、または環状のアミンを指し得る。いくつかの実施形態では、アミンは、４〜２８個の炭素を含む炭化水素鎖に連結されたアミン基を含む。いくつかの実施形態では、アミンは、少なくとも１つのアリール基を含む。アミン界面活性剤の非限定的な例としては、アルギニン、３−メチル−５−オクタデシルスルホニル、［１，２，４］トリアゾール−４−イルアミン、ジメチルアルキルアミン、ビス（２−ヒドロキシエチル）アルキルアミン、またはラウリルジメチルアミンオキシド（ＬＤＡＯ）が挙げられる。他の実施形態では、アミン基は第四級アンモニウムカチオンであり、ＮＲ＋４の化学構造を有し、式中、Ｒはアルキル基またはアリール基であり、その化合物はその適合性のある第四級アンモニウム塩をさらに含む。第四級アンモニウム基の非限定的な例は、塩化ベンゼトニウム、塩化セチルピリジニウム（ＣＰＣ）、または塩化ジメチルジオクタデシルアンモニウムである。
【００９２】
いくつかの実施形態によれば、安定剤は、チオ尿素（ＳＣ（ＮＨ２）２）、ジメチル尿素、ドデカンチオール、およびオクタンチオールからなる群から選択される。ある特定の実施形態では、安定剤はチオ尿素である。
【００９３】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、安定剤を、約０％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、安定剤を、約０．１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含む。なおさらなる実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、安定剤を、約１％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）含む。
【００９４】
ある特定の実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、チオ尿素を、約１％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）含む。さらなるある特定の実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、ドデカンチオールを、約１％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）含む。追加の実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、オクタンチオールを、約１％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）含む。
【００９５】
いくつかの実施形態では、金属成分は本質的に安定剤を含まない。
【００９６】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、接着促進剤、抗酸化剤、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの添加剤をさらに含む。いくつかの実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、添加剤を、約０％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、添加剤を、約０．０５％（ｗ／ｗ）〜約５％（ｗ／ｗ）含む。なおさらなる実施形態によれば、金属成分は、金属成分の総重量のうち、添加剤を、約０．１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含む。
【００９７】
好適な接着促進剤の１つの非限定的な例としては、１つのカルボン酸基を有する有機酸が挙げられる。いくつかの実施形態によれば、１つのカルボン酸基を有する有機酸は、少なくとも約２００ｇ／モルの分子量を有する。さらなる実施形態によれば、１つのカルボン酸基を有する有機酸は、少なくとも約２５０ｇ／モルの分子量を有する。いくつかの実施形態によれば、１つのカルボン酸基を有する有機酸は、約５を超える対数酸解離定数（ｐＫａ）を有する。さらなる実施形態では、１つのカルボン酸基を有する有機酸は、約６を超えるｐＫａを有する。本明細書で使用される対数酸解離定数という用語は、約２０〜２５℃の温度で、化合物がプロトンを水へと失う化合物の反応の平衡定数に関する対数を指す。
【００９８】
１つのカルボン酸基を有する有機酸は、樹脂酸、脂肪酸、およびそれらの組み合わせまたは誘導体から選択することができる。ある特定の実施形態では、１つのカルボン酸基を有する有機酸は、飽和または不飽和のいずれかである脂肪族炭化水素鎖を含むカルボン酸である。いくつかの実施形態では、炭化水素鎖は、約１０〜３０個の炭素を有する。いくつかの実施形態では、当該有機酸は脂肪酸である。好適な脂肪酸の非限定的な例としては、ラウリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ミリスチン酸、およびリノール酸が挙げられる。
【００９９】
いくつかの実施形態では、当該有機酸は樹脂酸である。本明細書で使用される「樹脂」または「ロジン」という用語は、樹木樹脂などの天然源に由来するカルボン酸を有する有機化合物を指す。好適な樹脂酸の非限定的な例としては、アビエチン酸、ピマル酸、イソピマル酸、ネオアビエチン酸、ジヒドロアビエチン酸、およびデヒドロアビエチン酸が挙げられる。
【０１００】
好適な抗酸化剤の１つの非限定的な例は、フェノールである。フェノールは、ヒドロキノン、ブチル化ヒドロキシルトルエン、カテコール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、ブチルヒドロキシアニソール、２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、およびそれらの組み合わせから選択することができる。いくつかの例示的な実施形態では、抗酸化剤はヒドロキノンである。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、金属成分は脂肪酸を本質的に含まない。さらなる実施形態では、金属成分は接着促進剤を本質的に含まない。
【０１０２】
「実質的に含まない」、「実質的に欠く」、「本質的に欠く」、「欠く」、「含まない（ｄｏｅｓ  ｎｏｔ  ｉｎｃｌｕｄｅ）」、および「含まない（ｄｏｅｓ  ｎｏｔ  ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語は、互換的に使用され、０．１モル％未満、０．０１モル％未満、または０．００１モル％未満の特定の化合物を含む組成物を指す。さらなる実施形態では、「実質的に含まない」という用語は、従来の分析技術では検出できない特定の化合物の量を指す。
【０１０３】
さらなる実施形態では、金属成分は、上で挙げた任意の添加剤を本質的に含まない。
【０１０４】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸を約５％（ｗ／ｗ）以下含む。さらなる実施形態によれば、金属成分は、約２％（ｗ／ｗ）以下の当該有機酸を含む。なおさらなる実施形態によれば、金属成分は、約０．５％（ｗ／ｗ）以下または約０．０１％（ｗ／ｗ）以下の当該有機酸を含む。いくつかの現在好ましい実施形態によれば、金属成分は、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸を本質的に含まない。
【０１０５】
いくつかの実施形態によれば、上で提示した金属成分は、金属分散体の形態であり、ＨＭＰ金属または金属合金、および、任意選択で、ＬＭＰ金属または金属合金は、液状分散媒中に分散される。本明細書で使用される「分散液」という用語は、懸濁液を包含することを意味する。ある特定の実施形態では、当該分散液は本質的に均質である。交換可能に使用できる「均質」および「均一」という用語は、いくつかの実施形態では、金属または金属合金粉末の粒子の重量百分率が、２つの異なる部分間で、約９５％未満だけ、約８５％未満だけ、または約７５％未満だけ変動する分散を指す。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【０１０６】
いくつかの実施形態によれば、分散液は、約５００〜約１００００ｃＰの範囲の粘度を有する。いくつかの実施形態によれば、当該分散液は、約５０００〜約５００００ｃＰの範囲の粘度を有する。さらなる実施形態では、分散液は、約５００００〜約４０００００ｃＰの範囲の粘度を有する。本発明の様々な実施形態で提示される粘度値は、１０〜１５０（１／秒）の剪断速度および２５℃の温度でブルックフィールド粘度計によって測定された粘度を指す。
【０１０７】
いくつかの実施形態によれば、上で提示したような金属成分は、金属分散液の形態ではない。さらなるそのような実施形態では、ＨＭＰ金属または金属合金、および、任意選択で、ＬＭＰ金属または金属合金を含む金属成分は、粒子を含む粒子状物質の形態である。
【０１０８】
上記のように、本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、印刷可能な組成物の第２の成分として、フラックス成分を含む。フラックス成分は、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸と、有機溶媒と、を含む。
【０１０９】
本明細書で使用される「少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸」という用語は、いくつかの実施形態では、少なくとも２つのカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）の存在と関連のある酸性度に基づく酸性特性を有する有機化合物を指す。いくつかの実施形態によれば、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸は、約２３０ｇ／モル未満の分子量（Ｍｗ）を有する。さらなる実施形態では、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸は、約２００ｇ／モル未満のＭｗを有する。いくつかの実施形態では、当該有機酸は３つのカルボン酸基を有する。
【０１１０】
少なくとも２つのカルボン酸基を有するそのような有機酸の非限定的な例としては、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、マレイン酸、マロン酸、グルタミン酸、グルタル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シュウ酸、フマル酸、アジピン酸、コハク酸、ならびにそれらの塩、誘導体、異性体、およびそれらの組み合わせが挙げられる。「異性体」という用語は、本明細書ではその最も広い意味で使用され、構造異性体、幾何異性体、および立体異性体を含む。
【０１１１】
理論または作用メカニズムに束縛されることを望まないが、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸は、二成分組成物の焼結中に、ＨＭＰ金属もしくは金属合金および／またはＬＭＰ金属もしくは金属合金の酸化を低減または排除する非毒性で非腐食性の還元剤として作用し得る、と企図される。カルボン酸基を１つだけ有する有機酸は、ＨＭＰ金属を酸化から効率的に保護しないことが発見された。したがって、本フラックス成分の高い活性は、有機酸中の２つ以上のカルボン酸基の存在に由来すると企図される。さらに、低い酸性度（すなわち、約４を超えるｐＫａ）を有するそのような有機酸は、焼結中にＨＭＰ金属を保護する際にはあまり効率的ではないことを見出した。したがって、いくつかの現在好ましい実施形態では、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸は、多くとも約４の第１の対数酸解離定数（ｐＫａ１）を有する。
【０１１２】
さらに、高度に酸性の化合物（すなわち、約２未満の初期ｐＫａを有する）は、本組成物の２つの成分を混合し、金属錯体および／または塩を形成した直後に、ＨＭＰ金属粒子と反応することができ、それにより、ポットライフに有意な影響を与え、特に、混合された二成分組成物の粘度を増加させ、印刷されたトレースラインの導電性を低下させる。本明細書で使用される場合、「ポットライフ」という用語は、金属成分と、フラックス成分との混合後、かつその混合物の印刷前の時間を指す。この時間中、混合物は、その特性を維持し、適用に好適であるべきである。
【０１１３】
したがって、二成分組成物のポットライフを増加させるために、フラックス成分の酸性度、特に、有機酸の酸性度定数を制御することができる。したがって、いくつかの現在好ましい実施形態では、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸は、約２〜約４の範囲のｐＫａ１を有する。さらなる実施形態によれば、有機酸は、約２．５〜約３．５の範囲のｐＫａ１を有する。
【０１１４】
いくつかの実施形態によれば、有機酸は、少なくとも約５０％（ｗ／ｗ）の有機溶媒における溶解度を有する。さらなる実施形態では、有機酸の溶解度は少なくとも約６０％（ｗ／ｗ）である。追加の実施形態では、溶解度は少なくとも約７０％（ｗ／ｗ）である。
【０１１５】
いくつかの現在の好ましい実施形態では、有機酸は、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、マロン酸、フマル酸、フタル酸、テレフタル酸、およびそれらの組み合わせから選択される。さらなる実施形態では、有機酸は、クエン酸、酒石酸、およびそれらの組み合わせから選択される。なおさらなる実施形態では、有機酸はクエン酸である。追加の実施形態では、当該酸は酒石酸である。
【０１１６】
いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラクシング成分の総重量のうち、有機酸を、約２％（ｗ／ｗ）〜約９８％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態によれば、フラックス成分は、有機酸を、約２％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）含む。追加の実施形態では、フラックス成分は、約５％（ｗ／ｗ）〜約９８％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態では、フラックス成分は、有機酸を、約５％（ｗ／ｗ）〜約７０％（ｗ／ｗ）含む。なおさらなる実施形態では、フラックス成分は、有機酸を、約５％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）含む。ある特定の実施形態では、当該有機酸はクエン酸である。追加の実施形態では、当該酸は酒石酸である。
【０１１７】
フラックス成分における使用に好適な有機溶媒は、極性溶媒、非極性溶媒、芳香族溶媒、ハロゲン化溶媒、またはそれらの組み合わせから選択することができる。いくつかの実施形態では、有機溶媒は水溶性である。
【０１１８】
いくつかの実施形態によれば、第１の有機溶媒は、グリコールジエーテル、エステル、ハロゲン化芳香族化合物、およびそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態によれば、グリコールジエーテルは、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、およびポリエチレングリコールジメチルエーテルから選択される。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【０１１９】
いくつかの実施形態によれば、有機溶媒は、液状分散媒と同一である。いくつかの実施形態によれば、有機溶媒は、液状分散媒とは異なる。
【０１２０】
いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量の約０．５％（ｗ／ｗ）〜約７０％（ｗ／ｗ）の範囲の重量パーセントで有機溶媒を含む。いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量の約０．５％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）の範囲の重量パーセントで有機溶媒を含む。いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量の約０．５％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）の範囲の重量パーセントで有機溶媒を含む。いくつかの実施形態では、フラックス成分は、約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）、または約５％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）、または約１０％（ｗ／ｗ）〜約４０％（ｗ／ｗ）の範囲の量で有機溶媒を含む。さらなる実施形態では、フラックス成分は、約１０％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）、または約３５％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）の範囲の量で有機溶媒を含む。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、フラックス成分は、約５％（ｗ／ｗ）〜約２５％（ｗ／ｗ）の範囲の量で有機溶媒を含む。いくつかの実施形態では、フラックス成分は、約５％（ｗ／ｗ）〜約１５％（ｗ／ｗ）の範囲の量で有機溶媒を含む。いくつかの実施形態では、フラックス成分は、約３５％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）の範囲の量で有機溶媒を含む。いくつかの実施形態では、フラックス成分は、約５０％（ｗ／ｗ）の有機溶媒を含む。
【０１２１】
いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、金属成分の実施形態に関して上で詳述したように、低融点（ＬＭＰ）金属または金属合金を含む。さらなる実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｓｅ、およびＰｏからなる群から選択される少なくとも１つの金属を含む。なおさらなる実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、スズまたはスズ合金を含む。さらに他の実施形態では、ＬＭＰ金属または金属合金粉末は、ＳｎおよびＢｉを含む。ある特定の実施形態では、ＬＭＰ合金は、Ｓｎ／Ｂｉ合金を含む。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、ＬＭＰ金属または金属合金を、約０％（ｗ／ｗ）〜約９０％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態では、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、ＬＭＰ金属または金属合金を、約０％（ｗ／ｗ）〜約４０％（ｗ／ｗ）または約４０％（ｗ／ｗ）〜約９０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、ＬＭＰ金属または金属合金を、約１０％〜約８０％（ｗ／ｗ）、またはＬＭＰ金属または金属合金を、約２０％〜約７０％（ｗ／ｗ）、またはＬＭＰ金属または金属合金を、約３０％〜約６０％（ｗ／ｗ）含む。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。さらなる実施形態では、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、ＬＭＰ金属または金属合金を、約０％（ｗ／ｗ）〜約８０％（ｗ／ｗ）含む。ある特定の実施形態では、当該ＬＭＰ金属または金属合金は、スズ合金またはスズ−ビスマス合金である。
【０１２３】
本発明の発明者らは、さらに、二成分の印刷可能な導電性組成物中に、特に、組成物のフラックス成分中に、安定剤を組み込むと、当該組成物が基板に適用され焼結されるとき、高度に導電性で機械的に安定な金属トレースまたはラインが形成されることもさらに示した。理論または作用メカニズムに束縛されることを望まないが、安定剤の添加により、２つの成分の混合後の導電性組成物のポットライフを増加させることが企図される。安定剤の存在は、金属成分とフラックス成分との混合後かつ印刷前に、導電性組成物の所望の粘度を維持するのを助けることができる。
【０１２４】
いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、金属成分の実施形態に関して上で詳述したように、少なくとも１つの安定剤をさらに含む。さらなる実施形態では、安定剤は、チオール、チオアミド、シラン、アルカンホスホン酸、アミン、尿素、およびそれらの塩、組み合わせ、または誘導体からなる群から選択される。さらに他の実施形態では、安定剤は、チオール、チオアミド、尿素、ならびにそれらの塩、組み合わせ、および誘導体からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、チオールは、アルキルチオールを含む。さらなる実施形態では、アルキルチオールは、オクタンチオールおよびドデカンチオールから選択される。いくつかの実施形態では、チオアミドはチオ尿素を含む。さらなる実施形態では、安定剤はＳＣ（ＮＨ２）２を含む。追加の実施形態では、尿素はジメチル尿素を含む。
【０１２５】
いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、安定剤を、約０％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、安定剤を、約０．０５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、安定剤を、約０．１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態では、フラックス成分は、安定剤を、約０．５％（ｗ／ｗ）〜約７．５％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの例示的な実施形態では、フラックス成分は、安定剤を、約１％（ｗ／ｗ）〜約５％（ｗ／ｗ）含む。ある特定の実施形態では、安定剤はチオ尿素である。追加の実施形態では、安定剤は、オクタンチオールおよびドデカンチオールから選択される。
【０１２６】
いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、金属成分の実施形態に関して上で詳述したように、接着促進剤、酸化防止剤、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの添加剤をさらに含む。
【０１２７】
いくつかの実施形態によれば、接着促進剤は、１つのカルボン酸基を有する有機酸を含む。いくつかの実施形態によれば、１つのカルボン酸基を有する有機酸は、樹脂酸、脂肪酸、およびそれらの組み合わせまたは誘導体からなる群から選択される。好適な樹脂酸の非限定的な例としては、アビエチン酸、ピマル酸、イソピマル酸、ネオアビエチン酸、ジヒドロアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸などが挙げられる。いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、接着促進剤としてロジンを含む。
【０１２８】
いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、添加剤を、約０％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、添加剤を、約０．０５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、添加剤を、約０．１％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態では、フラックス成分は、添加剤を、約０．５％（ｗ／ｗ）〜約７．５％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態では、フラックス成分は、添加剤を、約１％（ｗ／ｗ）〜約５％（ｗ／ｗ）含む。追加の実施形態では、フラックス成分は、添加剤を、約１０％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含む。
【０１２９】
いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、接着促進剤を、約０％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、フラックス成分の総重量のうち、接着促進剤を、約０．０５％（ｗ／ｗ）〜約１５％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、接着促進剤を、約０．０５％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）、または約１０％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態では、フラックス成分は、接着促進剤を、約０．５％（ｗ／ｗ）〜約７．５％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態では、フラックス成分は、接着促進剤を、約１％（ｗ／ｗ）〜約５％（ｗ／ｗ）含む。いくつかの実施形態では、フラックス成分は、接着促進剤を、約４％（ｗ／ｗ）含む。追加の実施形態では、フラックス成分は、接着促進剤を、約１２％（ｗ／ｗ）含む。さらなる実施形態では、当該添加剤は、接着促進剤として樹脂酸を含む。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、フラックス成分は、本質的に脂肪酸を含まない。さらなる実施形態では、フラックス成分は、本質的に接着促進剤を含まない。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、金属成分、フラックス成分、または両方は、水素化ホウ素ナトリウムで前処理されるＬＭＰ金属または金属合金粉末を含む。
【０１３２】
いくつかの実施形態によれば、フラックス成分は、約１００〜約３０，０００ｃＰの範囲の粘度を有する。さらなる実施形態によれば、フラックス成分は、約２００〜約２０，０００ｃＰの範囲の粘度を有する。なおさらなる実施形態によれば、フラックス成分は、約４００〜約１０，０００ｃＰの範囲の粘度を有する。追加の実施形態によれば、フラックス成分は、約１００〜約３，０００ｃＰの範囲の粘度を有する。
【０１３３】
いくつかの実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、ＬＭＰ金属または金属合金粉末を含む金属成分と、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、接着促進剤、安定剤、および有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、銅粉末およびスズ合金粉末を含む金属成分と、クエン酸、樹脂酸、安定剤、およびグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。いくつかの実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末を含む金属成分と、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、接着促進剤、安定剤および有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、銅粉末を含む金属成分と、スズ合金粉末、クエン酸、樹脂酸、安定剤、およびグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態では、安定剤はチオ尿素である。
【０１３４】
いくつかの実施形態によれば、上で提示し本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、および液状分散媒を含む金属成分と、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、接着促進剤、および有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、銅粉末、スズ粉末、およびグリコールジエーテルを含む金属成分と、クエン酸、樹脂酸、およびグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。
【０１３５】
いくつかの実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、接着促進剤、および液状分散媒を含む金属成分と、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、および有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、銅粉末、樹脂酸、およびグリコールジエーテルを含む金属成分と、クエン酸、樹脂酸、スズ粉末、およびグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。
【０１３６】
いくつかの実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、接着促進剤、および液状分散媒を含む金属成分と、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、接着促進剤、および有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、銅粉末、スズ粉末、樹脂酸、およびグリコールジエーテルを含む金属成分と、クエン酸、樹脂酸、およびグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。
【０１３７】
いくつかの実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、接着促進剤、および液状分散媒を含む金属成分と、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、接着促進剤、および有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、銅粉末、スズ粉末、樹脂酸、クエン酸、およびグリコールジエーテルを含む金属成分と、クエン酸、樹脂酸、およびグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。
【０１３８】
いくつかの実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、および液状分散媒を含む金属成分と、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、接着促進剤、および有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、銅粉末およびグリコールジエーテルを含む金属成分と、クエン酸、樹脂酸、スズ粉末、およびグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。
【０１３９】
いくつかの実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、および液状分散媒を含む金属成分と、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、接着促進剤、安定剤および有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、銅粉末およびグリコールジエーテルを含む金属成分と、スズ合金粉末、クエン酸、樹脂酸、安定剤、およびグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態では、安定剤はチオ尿素である。
【０１４０】
いくつかの実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、および液状分散媒を含む金属成分と、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、接着促進剤、安定剤、および有機溶媒を含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態によれば、上で提示した本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、銅粉末、スズ合金粉末、およびグリコールジエーテルを含む金属成分と、クエン酸、樹脂酸、安定剤、およびグリコールジエーテルを含むフラックス成分と、を含む。さらなる実施形態では、安定剤はチオ尿素である。
【０１４１】
特定の実施形態によれば、本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、以下のものを含む：
１．以下の配合成分を含む金属成分：
約３０％（ｗ／ｗ）〜約７０％（ｗ／ｗ）の銅粉末、約２５％（ｗ／ｗ）〜約６５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末、および約５％（ｗ／ｗ）〜約１５％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテル、および
２．以下の配合成分を含むフラックス成分：
約３０％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）のクエン酸、約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）の樹脂酸、および約５％（ｗ／ｗ）〜約７０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテル。
【０１４２】
ある特定の実施形態によれば、本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、以下のものを含む：
１．以下の配合成分を含む金属成分：
約３５％（ｗ／ｗ）〜約７５％（ｗ／ｗ）の銅粉末および約２５％（ｗ／ｗ）〜約６５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末、および
２．以下の配合成分を含むフラックス成分：
約５％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）のクエン酸または酒石酸、約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）の樹脂酸、および約５％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテル。
【０１４３】
ある特定の実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、以下のものを含む：
１．以下の配合成分を含む金属成分：
約３５％（ｗ／ｗ）〜約７５％（ｗ／ｗ）の銅粉末および約２５％（ｗ／ｗ）〜約６５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末、および
２．以下の配合成分を含むフラックス成分：
約５％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）のクエン酸または酒石酸、約０．１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のチオ尿素、および約５％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテル。
【０１４４】
ある特定の実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、以下のものを含む：
１．以下の配合成分を含む金属成分：
約３５％（ｗ／ｗ）〜約７５％（ｗ／ｗ）の銅粉末および約２５％（ｗ／ｗ）〜約６５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末、および
２．以下の配合成分を含むフラックス成分：
約５％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）のクエン酸、約０．１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のチオ尿素、約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）の樹脂酸、および約５％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテル。
【０１４５】
ある特定の実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、以下のものを含む：
１．以下のものを含む金属成分：
約１００％（ｗ／ｗ）の銅粉末、および
２．以下の配合成分を含むフラックス成分：
約２％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）のクエン酸、約５０％（ｗ／ｗ）〜約８０％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末、約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）の樹脂酸、および約３％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテル。
【０１４６】
ある特定の実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、以下のものを含む：
１．以下のものを含む金属成分：
約１００％（ｗ／ｗ）の銅粉末、および
２．以下の配合成分を含むフラックス成分：
約２％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）のクエン酸または酒石酸、約５０％（ｗ／ｗ）〜約８０％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末、約０．１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のチオ尿素、約１％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）の樹脂酸、および約３％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテル。
【０１４７】
いくつかの実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、少なくとも約１ヶ月の貯蔵寿命を有する。さらなる実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、少なくとも約６ヶ月の貯蔵寿命を有する。なおさらなる実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、少なくとも約１年の貯蔵寿命を有する。
【０１４８】
いくつかの実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、少なくとも約３時間のポットライフを有する。さらなる実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、少なくとも約５時間のポットライフを有する。なおさらなる実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、少なくとも約１０時間のポットライフを有する。さらに他の実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、少なくとも約１５時間のポットライフを有する。なおさらなる実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、少なくとも約２４時間のポットライフを有する。ある特定の実施形態では、二成分の印刷可能な導電性組成物は、安定剤を含む。
【０１４９】
いくつかの実施形態によれば、本発明の二成分の印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分の混合後に、約１５μｍ未満の平均粒径を有するＨＭＰ金属または金属合金粉末、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、および有機溶媒を含む。さらなる実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分の混合後に、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、および有機溶媒を含む。なおさらなる実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分の混合後に、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、有機溶媒、および安定剤を含む。さらに他の実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分の混合後に、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、有機溶媒、および安定剤を含む。さらに他の実施形態によれば、二成分の印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分の混合後に、ＨＭＰ金属または金属合金粉末、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸、有機溶媒、安定剤、および接着促進剤を含む。
【０１５０】
ある特定の実施形態では、二成分の印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分の混合後に、銅粉末、スズ合金粉末、クエン酸または酒石酸、およびグリコールジエーテルを含む。さらなる実施形態では、二成分の印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分の混合後に、銅粉末、スズ合金粉末、クエン酸または酒石酸、グリコールジエーテル、およびチオ尿素を含む。二成分の印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分の混合後に、約２０％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）の銅粉末、約１５％（ｗ／ｗ）〜約５５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末、約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のクエン酸または酒石酸、約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテル、および約１％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）のチオ尿素を含む。さらなる実施形態では、二成分の印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分の混合後に、銅粉末、スズ合金粉末、クエン酸または酒石酸、グリコールジエーテル、チオ尿素、および樹脂酸を含む。二成分の印刷可能な導電性組成物は、２つの別個の成分の混合後に、約２０％（ｗ／ｗ）〜約６０％（ｗ／ｗ）の銅粉末、約１５％（ｗ／ｗ）〜約５５％（ｗ／ｗ）のスズ合金粉末、約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のクエン酸または酒石酸、約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のグリコールジエーテル、１％（ｗ／ｗ）〜約１０％（ｗ／ｗ）のチオ尿素、および約０．５％（ｗ／ｗ）〜約５％（ｗ／ｗ）の樹脂酸を含むことができる。
【０１５１】
いくつかの実施形態によれば、ＨＭＰ金属または金属合金粉末およびＬＭＰ金属または金属合金粉末を含む粒子状物質の重量パーセントは、金属成分とフラックス成分との混合後には、混合された二成分組成物の総重量の約７５％〜約９０％の範囲である。
【０１５２】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末および液状分散媒を容器に入れ、手動で、または機械的混合機を使用して混合することによって形成される。追加の実施形態では、金属成分は、ＬＭＰ金属または金属合金粉末、添加剤、または両方をさらに含む。そのようなある特定の実施形態では、金属成分は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末を、液状分散媒を、ならびに、ＬＭＰ金属または金属合金粉末および添加剤の少なくとも１つを、容器に入れ、手動でまたは機械的混合機によって混合することによって、形成される。
【０１５３】
いくつかの実施形態によれば、金属成分は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末をＬＭＰ金属または金属合金粉末と混合することによって、形成される。追加の実施形態によれば、金属成分は、ＨＭＰ金属または金属合金粉末のみからなる。
【０１５４】
いくつかの実施形態では、フラックス成分は、
（ａ）少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸を有機溶媒に溶解し、溶液を形成することによって、形成される。さらなる実施形態では、プロセスは、
（ｂ）ロジンを接着促進剤として添加することと、
（ｃ）酸およびロジンが完全に溶解するまで、ステップ（ａ）および（ｂ）の溶液を特定の温度まで加熱および混合することと、を含む。
【０１５５】
いくつかの実施形態では、ステップ（ｂ）は、安定剤の添加をさらに含む。
【０１５６】
さらなる実施形態では、少なくとも２つのカルボン酸基を有する有機酸は、クエン酸または酒石酸である。さらになおさらなる実施形態では、有機溶媒は、エチレングリコールジメチルエーテルを含む。なおさらなる実施形態では、ステップ（ｃ）における特定の温度は、約５０〜約１００℃の範囲から選択される。さらになおさらなる実施形態では、特定の温度は、約８０〜約１００℃の範囲から選択される。
【０１５７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、上で提示した二成分の印刷可能な導電性組成物は、印刷電子デバイスの製造プロセスにおいて基板上にトレース印刷するための導電性インクとして使用するように構成される。本明細書で使用する場合、「印刷電子デバイス」という用語は、電気を伝導することができ、かつ、印刷デバイスもしくはプロセスまたは当技術分野で知られている任意の他の堆積プロセスを使用して、基板の表面上に導電性材料を堆積させることによって形成される、少なくとも部分的または完全に機能する電子デバイスを指す。したがって、「印刷」電子フィーチャ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｆｅａｔｕｒｅｓ）という用語は、限定することを意図するものではなく、便宜のためにのみ使用される。
【０１５８】
印刷電子デバイスの非限定的な例としては、印刷回路基板（ＰＣＢ）、アンテナ、ＲＦＩＤデバイス、ディスプレイ、太陽電池、ヒーター、電極、バッテリー、キーパッド、スイッチ、センサー、医療デバイス、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられる。「印刷電子デバイス」および「電子デバイス」という用語は、互換的に使用することができる。
【０１５９】
アンテナは、電力を電波に、またはその逆に変換する電気デバイスであり、ラジオ放送、放送テレビ、双方向ラジオ、通信受信機、レーダー、携帯電話、衛星通信、ワイヤレスマイク、ブルートゥース（登録商標）対応デバイス、ワイヤレスコンピューターネットワーク、ベビーモニターなどのシステムで使用することができる。
【０１６０】
無線周波数識別（ＲＦＩＤ）デバイスは、電磁場を使用してオブジェクトに取り付けられたタグを自動的に識別および追跡し、そのタグは、電子的に保存された情報を含むことができる。ＲＦＩＤデバイスは、商取引で、例えば、商品の追跡、アクセス制御デバイス、例えば、ＩＤバッジ、広告、輸送、物流で使用することができる。
【０１６１】
表示デバイスは、視覚情報を提示するための出力デバイスであり、テレビ受像機、コンピューターモニター、ヘッドマウントディスプレイ、医療用モニターなどの様々な用途に含めることができる。
【０１６２】
太陽電池（または光電池）は、光起電力効果によって光エネルギーを電気に変換することができ、電気を供給するために使用できる電子デバイスである。
【０１６３】
ヒーターは、電気エネルギーを熱に変換することができ、空間の加熱、液体の加熱、固体の加熱、工業用電熱などに使用することができる。
【０１６４】
電極は、半導体および電解質などの回路の非金属部分との接触に使用される電気導体であり、燃料電池、スーパーキャパシタ、医療用デバイス、バッテリー、膜／電極接合体などの様々な電気機器において使用することができる。
【０１６５】
キーパッドとは、計算機、押しボタン式電話、自動販売機、ＡＴＭ、キーボード、コンビネーションロック、デジタルドアロックなどの主に数値入力を必要とする英数字キーボードおよび他のデバイスで使用するために、数字、記号、もしくはアルファベットの文字が付いたブロックまたは「パッド」に配置された一連のボタンである。
【０１６６】
センサーは、温度、圧力、または材料濃度などの環境における出来事または変化を検出し、かつ、その情報を他の電子機器、（多くの場合はコンピュータープロセッサ）に送信することを目的とした電子デバイスまたはサブシステムである。
【０１６７】
ヒーターは、電流により熱を発生させる抵抗素子である。印刷されたインクは、抵抗素子として、導体として、またはその両方として使用することができる。
【０１６８】
いくつかの実施形態では、印刷電子デバイスは、剛性成分である。いくつかの実施形態では、印刷デバイス成分は、可撓性成分である。電子デバイスは、平面、非平面、三次元（３Ｄ）形状または表面、またはそれらの任意の組み合わせを有することができる。
【０１６９】
さらに別の態様によれば、本発明は、金属成分およびフラックス成分が別個の容器に配置されている、上で提示した二成分の印刷可能な導電性組成物を含むキットを提供する。いくつかの実施形態によれば、キットは、所定の体積または重量の金属成分および所定の体積または重量のフラックス成分を提供するように構成された投入装置をさらに含む。本明細書で使用される「所定の体積」という用語は、ユーザが選択した調整可能な体積を指す。あるいは、金属成分およびフラックス成分の望ましい投入量は、例えば、天びんなどの従来の機器によって測定することができる。
【０１７０】
いくつかの実施形態によれば、キットは、金属成分をフラックス成分と混合するための説明書をさらに含む。さらなる実施形態では、説明書は、金属成分とフラックス成分との重量比が、約１０：１〜約１：３の範囲であることを指示している。なおさらなる実施形態では、説明書は、金属成分とフラックス成分との重量比が、約５：１〜約２：１の範囲であることを指示している。
【０１７１】
いくつかの実施形態では、説明書は、金属成分とフラックス成分との混合物の粘度が、約２，０００ｃＰ〜約３００，０００ｃＰの範囲であることを指示している。さらなる実施形態では、説明書は、金属成分とフラックス成分との混合物の粘度が、約５，０００ｃＰ〜約１５０，０００ｃＰの範囲であることを指示している。追加の実施形態では、説明書は、金属成分とフラックス成分との混合物の粘度が、約２，０００ｃＰ〜約３０，０００ｃＰの範囲であることを指示している。
【０１７２】
いくつかの実施形態では、説明書は、金属成分とフラックス成分との混合物を、混合後約２４時間未満以内に印刷に使用することを指示している。さらなる実施形態では、説明書は、金属成分とフラックス成分の混合物が、混合後約１５時間、１０時間、６時間、５時間、または３時間以内に印刷のために使用されることを指示している。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【０１７３】
いくつかの実施形態では、金属成分とフラックス成分との混合物の粘度は、約２，０００ｃＰ〜約３００，０００ｃＰの範囲である。さらなる実施形態では、金属成分とフラックス成分との混合物の粘度は、約５，０００ｃＰ〜約１５０，０００ｃＰの範囲である。追加の実施形態では、金属成分とフラックス成分との混合物の粘度は、約２，０００ｃＰ〜約３０，０００ｃＰの範囲である。
【０１７４】
さらに別の態様によれば、本発明は、上で提示した二成分の導電性組成物の堆積およびパターニングのための方法を提供し、その方法は、（ａ）金属成分をフラックス成分と混合することと、（ｂ）ステップ（ａ）で得られた混合物を絶縁基板に適用することと、を含む。
【０１７５】
いくつかの実施形態では、（ａ）における、金属成分とフラックス成分との重量比は、約２０：１〜約１：３の範囲である。さらなる実施形態では、（ａ）における、金属成分とフラックス成分との重量比は、約２０：１〜約２：１の範囲である。なおさらなる実施形態では、（ａ）における、金属成分とフラックス成分との重量比は、約１０：１〜約２：１の範囲である。さらに他の実施形態では、（ａ）における、金属成分とフラックス成分との重量比は、約８：１〜約３：１の範囲である。
【０１７６】
いくつかの実施形態では、ステップ（ａ）で得られた混合物の粘度は、約２，０００ｃＰ〜約３００，０００ｃＰの範囲である。さらなる実施形態では、金属成分とフラックス成分との混合物の粘度は、約５，０００ｃＰ〜約１５０，０００ｃＰの範囲である。追加の実施形態では、金属成分とフラックス成分との混合物の粘度は、約２，０００ｃＰ〜約３０，０００ｃＰの範囲である。
【０１７７】
いくつかの実施形態では、ステップ（ａ）とステップ（ｂ）との間の時間は、約２４時間未満である。いくつかの実施形態では、ステップ（ａ）とステップ（ｂ）との間の時間は、約１５時間、１０時間、６時間、５時間、または３時間未満である。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【０１７８】
いくつかの実施形態では、その方法は、導電性組成物を焼結するのに十分な時間、適用した組成物を焼結温度に加熱することを含むステップ（ｃ）をさらに含む。いくつかの実施形態では、当該温度は、約１２０〜約２５０℃の範囲である。ある特定の実施形態では、当該温度は、約１３０〜約１６０℃の範囲である。追加の実施形態では、焼結時間は約１〜約６分の範囲である。
【０１７９】
理論または作用メカニズムに束縛されることを望まないが、導電性組成物の加熱中に、液相焼結（ＬＰＳ）および／またはＴＬＰＳが起こり、導電性トレースが形成されることが企図される。いくつかの実施形態によれば、導電性組成物の加熱中に、ＨＭＰ金属またはＨＭＰ金属合金粉末を溶融させることなく焼結が起こる。いくつかの実施形態では、導電性組成物の加熱中に、約５０％〜約１００％のＬＭＰ金属または金属合金粉末が、溶融し、ＨＭＰ金属または金属合金粉末を湿潤させる。
【０１８０】
いくつかの実施形態では、導電性組成物は、基材の少なくとも１つの表面上に直接適用される。基材は、剛性または可撓性基材であり得る。いくつかの実施形態では、基板は、半導体、プラスチック、ガラス、ガラス繊維、シリコン、セラミック、エポキシ、ポリマー、および複合材料から選択される材料を含む。好適なポリマー基材の非限定的な例としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、エポキシ、セルロース系フィルム、ポリイミド、例えば、限定するものではないが、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、およびポリウレタンが挙げられる。いくつかの例示的な実施形態では、電子デバイスは、ＰＣＢであり、基板は、ＦＲ−４ガラスエポキシ基板である。
【０１８１】
いくつかの実施形態では、基板は、１つ以上のビアをさらに含む。ある特定のそのような実施形態では、ビアは、基板の上面と底面との間の電気的相互接続を可能にする。
【０１８２】
いくつかの実施形態によれば、導電性組成物の加熱は、外部加熱源によって行われる。好適な外部加熱源の非限定的な例としては、集束ＩＲ、間接ＩＲ、ハロゲンランプ、レーザービーム、熱風、ＵＶ、およびそれらの組み合わせが挙げられる。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。
【０１８３】
いくつかの実施形態では、ステップ（ａ）で得られた混合物を適用するステップは、３Ｄ印刷、インクジェット印刷、ディスペンシング、スクリーン印刷、ステンシル印刷、ドクターブレード法、スプレーイング、ブラッシング、ローリング、パッド転写、レーザー誘起順方向印刷（ｌａｓｅｒ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｆｏｒｗａｒｄ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、インプリンティング、および適用積み（ｍａｎｕａｌ  ｌａｙｅｒｉｎｇ）の群から選択される方法によって行う。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。ある特定の実施形態では、導電性組成物を適用するステップは、３Ｄ印刷、インクジェット印刷、またはスクリーン印刷によって行う。
【０１８４】
本明細書で使用される場合、「３Ｄ印刷」または「付加製造（ＡＭ）」という用語は、既知の３Ｄ処理技術を使用して、オブジェクトを作製するコンピューター制御プログラムの下で材料の層が形成される３次元オブジェクトを作製するために使用されるプロセスを指す。３Ｄ印刷またはＡＭ法は、コンピューター支援設計（ＣＡＤ）モデルを利用して三次元オブジェクトを製造することができる。３Ｄ処理技術の非限定的な例としては、溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）、ダイレクトインクライティング（ＤＩＷ）、パウダーベッドおよびインクジェットヘッド３Ｄ印刷（３ＤＰ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、またはダイレクトメタルレーザー焼結（ＤＭＬＳ）、およびレーザー誘起順方向転写（ＬＩＦＴ）が挙げられる。
【０１８５】
いくつかの実施形態では、ステップ（ａ）で得られた混合物を基材に適用するステップは、基材の少なくとも１つの表面上に所定のパターンを形成することを含む。いくつかの実施形態では、組成物の適用または堆積は、導電性トレースのパターンおよび形状を規定する。本明細書で使用される場合、「形状」という用語は、デカルト座標の三次元システムにおける幾何学的寸法を指す。さらなる実施形態では、所定のパターンは、印刷機、または機器、例えば、プリンタもしくはスクリーンによって制御される。他の実施形態では、組成物を適用するステップは、基板の少なくとも１つの表面にマスクを適用することと、マスクで覆われていない基板の残りの裸表面に導電性組成物を適用することと、を含む。
【０１８６】
別の態様によれば、本発明は、本明細書で上で提示した本発明の方法によって得られる少なくとも１つの導電性トレースを含む印刷電子デバイスを提供する。印刷電子デバイスは、印刷回路基板（ＰＣＢ）、アンテナ、ＲＦＩＤデバイス、ディスプレイ、太陽電池、ヒーター、電極、バッテリー、キーパッド、スイッチ、センサー、医療用デバイス、またはそれらの任意の組み合わせから選択することができる。
【０１８７】
いくつかの実施形態では、当該導電性トレースの厚さは、約１μｍ〜約３０μｍの範囲である。さらなる実施形態では、当該導電性トレースの厚さは、約１μｍ〜約２５μｍの範囲である。さらに他の実施形態では、当該導電性トレースの厚さは、約１μｍ〜約２０μｍの範囲である。なおさらなる実施形態では、当該導電性トレースの厚さは、約１μｍ〜約１０μｍの範囲である。
【０１８８】
いくつかの実施形態では、導電性トレースは、約１〜約１００ミリオーム／ｓｑの範囲の抵抗を有する。さらになおさらなる実施形態では、導電性トレースは、約２０〜約５０ミリオーム／ｓｑの範囲の抵抗を有する。さらなる実施形態では、当該導電性トレースの厚さは、約２５μｍである。
【０１８９】
本明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、複数の参照を包含する。「および」という用語または「または」という用語は、その内容について別段の明確な指示がない限り、「および／または」を含む意味で、一般に使用されることに留意すべきである。本明細書で使用される場合、「約」という用語は、量、時間的持続時間（ｔｅｍｐｏｒａｌ  ｄｕｒａｔｉｏｎ）などの測定可能な値を指すとき、指定された値から、＋  ／−１０％、より好ましくは＋／−  ５％、さらにより好ましくは＋／−１％、なおより好ましくは＋／−０．１％の変動を含むことを意味し、その変動は、開示された方法を行うのに好適である。
【０１９０】
以下の実施例は、本発明のいくつかの実施形態をさらに詳しく示すために提示される。しかしながら、それらは決して本発明の広い範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に開示された原理の多くの変形および修正を容易に考案することができる。
【実施例】
【０１９１】
比較例１：市販のフラックスを含む単一成分の印刷可能な組成物
単一成分の印刷可能な組成物を、以下の配合成分（重量パーセント）を混合することによって調製した：
３μｍの平均直径を有する４３％の銅粒子；
３μｍの平均直径の粒子を有する３５％のＳｎ４２／Ｂｉ５８合金粉末；
２２％の市販のフラックス（ＡＩＭ  Ｍｅｔａｌｓ＆Ａｌｌｏｙｓ  ＬＰ（ＡＩＭ）からのＲＭＡ２５８−１５ＲまたはＮＣペーストフラックスのいずれか）。
【０１９２】
単一成分の印刷可能な組成物を、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材上にスクリーン印刷して、２０μｍのフィルム厚を有する、長さ５０ｍｍおよび幅２ｍｍのラインのパターンを形成した。１５０℃で焼結させるために試料を強制空気オーブンに入れた。冷却時に、４線センシングモードでＦｌｕｋｅ８８４５Ａマルチメーターによってトレースライン抵抗を測定した。試料は導電性ではなかった。
【０１９３】
実施例１：活性化フラックスを含む印刷可能な導電性組成物
印刷組成物の導電率を高めるために、特に、焼結中の銅の酸化を防止するために、以下の組成を有する活性化フラックスを調製した：
４１％のクエン酸、
７％のガムロジン、および
５２％のグリコールジエーテル。
５ｇの活性化フラックスを、１８ｇの金属成分と混合して、以下の配合成分（重量パーセント）を有する印刷可能な組成物を得た：
３μｍの平均直径を有する４３％の銅粒子；
３μｍの平均直径の粒子を有する３５％のＳｎ４２／Ｂｉ５８合金粉末；および
２２％の活性化フラックス。
【０１９４】
混合直後に、この組成物を、ＰＥＴ基板上にスクリーン印刷して、厚さは１５μｍを有する、長さ５０ｍｍおよび幅２ｍｍのラインのパターンを形成した。試料を熱風オーブンに入れ、１５０℃で５分間焼結した。冷却時に、４線センシングモードでＦｌｕｋｅ８８４５Ａマルチメーターによってトレースライン抵抗を測定した。試料は導電性であった。したがって、クエン酸を含む活性化フラックスは、焼結中にミクロンサイズの銅粒子を効果的に保護することが示された。
【０１９５】
実施例２：活性化フラックスを含む印刷可能な組成物の安定性
活性化フラックスを含む印刷可能な組成物の安定性を試験するために、室温に保持された実施例１に記載した混合組成物の粘度を、ブルックフィールドデジタル粘度計によって毎時測定した。各粘度測定後、トレースラインを印刷し、１５０℃で焼結し、その抵抗を測定した。
【０１９６】
成分の混合後の時間の関数としての印刷可能な組成物の抵抗と粘度を図１に示す。活性化フラックスを含む印刷可能な組成物は、室温で約２〜３時間安定であることを認めることができる。理論または作用メカニズムに束縛されることを望まないが、導電性組成物の特性の劣化は、クエン酸と金属粒子との間の反応、および高分子量の金属−クエン酸塩錯体の形成に起因し得ると仮定された。活性化フラックスの高い反応性を考慮して、ミクロンサイズの銅粒子を含む金属成分は、活性化フラックスとは別個に調製かつ保存し、印刷の直前にそれと混合すべきであると結論された。
【０１９７】
実施例３：異なるカルボン酸を含む活性化フラックス
実施例１および実施例２に提示した組成物の活性化フラックス中のクエン酸を置き換えることにより、追加のカルボン酸を試験した。これらの活性化フラックスは、実施例２に記載したように、金属成分と組み合わせて、抵抗および粘度について試験した。表１に、それらのカルボン酸およびその特性を、定性的な抵抗および粘度の試験結果とともに掲げる。
【０１９８】
見出された２つの最も有望な酸は、クエン酸および酒石酸であり、良好な溶解性を示し、その結果として、良好なフラックス特性が得られた。組成物配合成分の混合後に、時間の関数として、酒石酸系組成物を印刷することによって得られたトレースラインの抵抗を図２に示す。
【０１９９】
マレイン酸を含む印刷可能な組成物から得られたトレースラインは、２０オームを超える抵抗を有し、それはクエン酸系インクよりも３０倍超大きい。
【０２００】
シュウ酸系インクは、その成分の混合後、室温において、必要以上に速く反応した。その粘度は数分以内に増加したため、印刷には好適ではなかった。したがって、当該インクは耐性について試験しなかった。
【０２０１】
酢酸を含有するインクから得られたトレースラインの抵抗は、約２キロオームであった。
【表１】
2021518480.tif 000002
【０２０２】
したがって、活性化フラックスの特性に影響を与える２つの重要な因子は、酸性度およびカルボキシル基の数であると仮定された。酸性度の低いカルボン酸を使用した場合、フラックス活性は不良であった。例えば、単一のカルボン酸基を有するカルボン酸（すなわち、酢酸）の酸性度は低すぎる。したがって、フラックス成分の有機酸が２つのカルボン酸基を有することが必須条件である。好ましくは、当該有機酸はまた、最大約４のｐＫａを有するべきである。一方、強酸性のカルボン酸（たとえば、シュウ酸など）は、焼結が始まる前に、室温または高温において、銅粒子と素早く反応することがあり、それにより、混合組成物の粘度と印刷組成物の導電性とに悪影響を及ぼし、二成分組成物のポットライフを減少させる。
【０２０３】
実施例４：二成分組成物の貯蔵寿命（組成物Ａ）
金属成分およびフラックス成分の２つの別個に保管された成分を含む印刷可能な導電性組成物（組成物Ａ）を調製した。
【０２０４】
金属成分は（重量パーセントで）、
３μｍの平均直径を有する５５％の銅粒子、および
３μｍの平均直径の粒子を有する４５％のＳｎ４２／Ｂｉ５８合金粉末から構成されていた。
その粉末を、よく混合し、閉じたガラス瓶に室温で保持した。
【０２０５】
フラックス成分は（重量パーセントで）、
４１％のクエン酸、
７％のガムロジン、
５２％のグリコールジエーテルから構成されていた。
【０２０６】
フラックス成分をメタノールに溶解し、メタノール全体が蒸発するまで混合しながら蒸留した。次いで、フラックス成分を、閉じたガラス瓶の中で室温に保持した。
【０２０７】
１ヶ月の貯蔵後、両方の成分を３．６：１（重量で）の割合で混合し、混合された印刷組成物の粘度および耐性を、実施例２に記載のようにして試験した。その結果は、実施例２で得られたものと同様であり、活性化フラックスを含む二成分組成物は、１ヶ月の貯蔵後でも印刷に好適であった。したがって、フラックス成分とは別に金属成分を保管することにより、十分な貯蔵寿命を有する二成分の印刷可能な導電性組成物が提供されると結論した。金属成分は、銅粉末とスズ−ビスマス合金粉末の両方を含有していたため、実施例２で提示された組成物の性能の劣化は、活性化フラックスと金属成分、すなわち、銅粒子、スズ合金粒子、またはその両方との間の化学反応と関連していると仮定される。
【０２０８】
実施例５：二成分組成物の貯蔵寿命（組成物Ｂ）
金属成分およびフラックス成分の２つの別個に保管された成分を含む追加の印刷可能な導電性組成物（組成物Ｂ）を調製した。
【０２０９】
金属成分は、
３μｍの平均直径を有する１００％の銅粒子から構成されており、
閉じたガラス瓶に室温で保持した。
【０２１０】
フラックス成分は（重量パーセントで）、
３μｍの平均直径の粒子を有する６７％のＳｎ４２／Ｂｉ５８合金粉末、
１２％のクエン酸、
４％のガムロジン、
１７％のグリコールジエーテルから構成されており、
閉じたガラス瓶に室温で保持した。
【０２１１】
１ヶ月後、２つの成分を、０．７５：１（重量で）の割合で混合し、実施例２に記載したように試験した。結果は、実施例４に示したものと同様であった。組成物Ｂはまた、１ヶ月の貯蔵後の印刷にも好適であった。組成物Ｂの金属成分は銅粉末のみを含有し、スズ−ビスマス合金粉末はクエン酸と一緒にフラックス成分中に存在したため、実施例２で提示された性能の劣化は、活性化されたフラックスと、銅粒子との間の化学的相互作用に起因すると結論された。したがって、銅粉末を含む金属成分をフラックス成分とは別に保管することが必須条件である。
【０２１２】
実施例６−追加の二成分組成物の配合（組成物Ｃ）
金属成分およびフラックス成分の２つの別個に保管された成分を含む追加の印刷可能な導電性組成物（組成物Ｃ）を調製した。
【０２１３】
金属成分は（重量パーセントで）、
約３μｍの平均直径を有する４８％の銅粉末、
約４μｍの平均直径を有する４３％のスズ粉末、および
９％のグリコールジエーテルから構成されていた。
【０２１４】
フラックス成分は（重量パーセントで）、
８０％のクエン酸、
１７％のグリコールジエーテル、および
３％のロジンから構成されていた。
【０２１５】
金属成分は、
（ａ）銅およびスズ粉末をグリコールジエーテルに分散させることと、
均一な混合物が（ｂ）粘度が約５００００ｃＰの粘度で得られるまで、２５℃で１０分間混合することによって、混合物を形成することと、によって調製した。
【０２１６】
フラックス成分は、
（ａ）クエン酸をメタノールに溶解し、３０分間混合することによって、形成することと、
（ｂ）ロジンおよびグリコールジエーテルをステップ（ａ）からの溶液に添加し、１０分間混合することと、
（ｃ）均一な混合物が得られるまで、溶液を８０〜１００℃に加熱することと、によって、調製した。
（ｄ）その金属成分およびフラックス成分を、印刷前に２４時間、２５℃の温度で個別に保管した。
【０２１７】
次いで、２つの成分を、３：１（重量で）の割合で混合した。二成分の印刷可能な導電性組成物（組成物Ｃ）は、ガラス基板上の２つのテープの間に組成物を重ね、厚さ（高さ）４０μｍを有する長さ５０ｍｍ×幅２．５ｍｍの導電層を形成することによって、印刷した。テープを取り除いた後、試料をオーブンに入れ、１５０℃で焼結して導電性トレース線を形成させた。
【０２１８】
印刷組成物（組成物Ｃ）の特徴は、その抵抗、基板への接着、およびそのはんだ付け特性を測定することによって調べた。
【０２１９】
導電性ラインの抵抗は、４線センシングモードでＦｌｕｋｅ８８４５Ａマルチメーターによって測定した。測定された抵抗は、約０．４オームであり、太さ２５μｍのラインで２０〜５０ミリオーム／ｓｑに相当する。
【０２２０】
基材への接着力は、３Ｍの２５０Ｓｃｏｔｃｈテープを、印刷されたガラスの表面に貼り付け、続いてテープを引き上げ、欠損について、印刷されたラインを観察することによって、判定した。
【０２２１】
印刷されたラインは、市販のはんだペーストではんだ付けすることによって、細い銅ワイヤに接続された。ラインとワイヤとの間の接続は許容できることが分かった。
【０２２２】
二成分の印刷可能な導電性組成物（組成物Ｃ）は、ＰＥＴ基板上にスクリーン印刷によって、さらに印刷され、厚さ（高さ）が０．０１ｍｍを有する長さ１００ｍｍ×幅１ｍｍの導電層を形成した。導電性印刷層は、ＰＥＴ基板上で曲線（ジグザグ）の形態であった。次いで、印刷された基板を、導電層が形成されるまで、１５０℃での焼結のためにオーブンに入れた。抵抗を、４線センシングモードでＦｌｕｋｅ８８４５Ａマルチメーターによって測定した。測定された抵抗は、約５オームであり、太さ２５μｍのラインで２０〜５０ミリオーム／ｓｑに相当する。
【０２２３】
実施例７−追加の二成分組成物の配合（組成物Ｄ）
金属成分およびフラックス成分（組成物Ｄ）の２つの別個に保管された成分を含む追加の印刷可能な導電性組成物を調製する。
【０２２４】
金属成分は（重量パーセントで）、
約３μｍの平均直径を有する９０％の銅粉末、
１０％のグリコールジエーテルから構成されている。
【０２２５】
フラックス成分は（重量パーセントで）、
２０％のクエン酸、
約４μｍの平均直径を有する７０％のスズ粉末、
１％のロジン、および
９％のグリコールジエーテルから構成されている。
【０２２６】
実施例８：安定剤を使用したポットライフの延長
二成分組成物のポットライフを評価するために、当該組成物の以下の２つの別個の成分を混合した。
金属成分は（重量パーセントで）、
３μｍの平均直径を有する５５％の銅粒子、および
３μｍの平均直径の粒子を有する４５％のＳｎ４２／Ｂｉ５８合金粉末から構成されていた。
【０２２７】
フラックス成分は（重量パーセントで）、
３６％のクエン酸、
１２％のガムロジン、
４％のチオ尿素、
４８％グリコールジエーテルから構成されていた。
【０２２８】
２つの成分は３．６：１（重量で）の割合で混合した。混合した組成物を室温に保持し、その粘度をブルックフィールドデジタル粘度計により毎時測定した。各粘度測定に続いて、ガラス基板上にラインを印刷した。ラインは、長さ５０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ４０μｍであった。次いで、印刷したインクを１５０℃の強制空気オーブンで焼結し、得られた印刷ラインの抵抗を測定した。
【０２２９】
組成物のポットライフ（抵抗および粘度）を図３Ａに示す。チオ尿素は、二成分組成物のポットライフを延長する安定剤として作用することが認められる。
【０２３０】
実施例９：代替安定剤
チオ尿素の代わりにチオール系安定剤を含む二成分組成物を使用して、実施例８を繰り返した。試験した安定剤は、ドデカンチオールおよびオクタンチオールを含んでいた。金属成分とフラックス成分の混合後の時間の関数として、印刷組成物の抵抗を図３Ｂに示す。ドデカンチオールおよびオクタンチオールの両方は、抵抗率に関して、安定剤を含まない組成物と比較して、インクのポットライフを延長することが認められる。粘度挙動は、同様の傾向を示した（すなわち、安定剤を含まない組成物と比較して粘度上昇が小さい）。
【０２３１】
当業者には、本発明が、上で特に示され説明されたものによって限定されないことが理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組み合わせおよび部分的組み合わせの両方、ならびに変形および修正を含む。したがって、本発明は、特に説明した実施形態に限定されるものとして構成されるものではなく、また本発明の範囲および概念は、以下の特許請求の範囲を参照することによってより容易に理解されよう。
【図１】
2021518480.tif 000003
【図２】
2021518480.tif 000004
【図３Ａ】
2021518480.tif 000005
【図３Ｂ】
2021518480.tif 000006
【国際調査報告】
2021518480.tif 000007
2021518480.tif 000008
2021518480.tif 000009
2021518480.tif 000010
2021518480.tif 000011
2021518480.tif 000012