(57)【要約】【課題】  微細な電極パターンとして形成できる導電性組成物を提供する。【解決手段】  所定のバインダ樹脂１０に、導電材２と、この導電材２の粒子径よりも小さい導電材３が含まれ、さらにバインダ樹脂１０には前記導電材３よりも微小な金属ナノ粒子を有する添加剤４が含まれている。金属ナノ粒子は、導電材２と導電材３とで形成される隙間５に充填され、加熱、硬化させたときに、金属ナノ粒子が成長または析出して、導電材２，３の各粒子で形成される隙間５内の金属の充填率が高められ、比抵抗を下げることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化したバインダ樹脂内に、導電材が含まれているとともに、隣接する前記導電材の隙間内に、導電性金属が析出しまたは凝集していることを特徴とする導電性組成物。
【請求項２】
前記バインダ樹脂内には、大きさの相違する導電材が含まれ、それぞれの導電材間の隙間内に、前記導電性金属が析出しまたは凝集している請求項１記載の導電性組成物。
【請求項３】
所定の粘度のバインダ樹脂に、導電材と共に金属ナノ粒子を含ませ、これにより所定のパターンの層を形成し、加熱焼成することにより、バインダ樹脂を硬化させると共に、前記導電材間の隙間に前記金属ナノ粒子を析出させ、または凝集させることを特徴とする導電性組成物の製造方法。
【請求項４】
所定の粘度のバインダ樹脂に、導電材と共に金属コロイド液を含ませ、これにより所定のパターンの層を形成し、加熱焼成することにより、バインダ樹脂を硬化させると共に、前記導電材間の隙間に前記金属コロイド液に含まれた金属を析出させ、または凝集させることを特徴とする導電性組成物の製造方法。
【請求項５】
所定の粘度のバインダ樹脂に、導電材と共にペースト状の金属有機化合物を含ませ、これにより所定のパターンの層を形成し、加熱焼成することにより、バインダ樹脂を硬化させると共に、前記導電材間の隙間に前記金属有機化合物に含まれた金属を析出させ、または凝集させることを特徴とする導電性組成物の製造方法。
【請求項６】
前記バインダ樹脂内に大きさの相違する前記導電材を含ませる請求項３ないし５のいずれかに記載の導電性組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば各種電子素子の基板などに電極などの導電層を形成する導電性組成物及びその製造方法に係り、特に比抵抗を低減できる導電性組成物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器などに搭載される回路基板としては、エッチング処理によって電極パターンを形成するものの他に、電極パターンを印刷で形成するものがある。
【０００３】
下記特許文献１に記載のものは、印刷で電極パターンを形成する電子部品用電極インキに関する発明である。この電極インキは、それぞれ１０μｍ以下の異なる粒径の金属粉を所定量、水または有機溶媒中に分散させることで得られるものである。
【０００４】
また下記特許文献２には、回路基板の電極パターンとして設けられる導電性ペーストが記載されている。この導電性ペーストは、平均粒径が１〜１００ｎｍの金属微粒子を有機化合物で被覆して、液体中にて安定に分散させるようにしたものである。この導電性ペーストを所定の基板に印刷して所定の温度で焼結することにより電極パターンが形成される。
【特許文献１】特開２０００−３３１５３４号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に示すものは、粒径の大きな金属粉と粒径の小さな金属粉を一緒に有機溶剤などに分散させた電極インキを形成することで、金属粉の沈殿を抑えて所定の粘度を維持するようにし、これをインキジェット装置に使用して印刷して所定の温度で加熱して焼結したときに印刷を安定にできるようにしたものである。しかし、特許文献１に記載のものでは電極パターンの微細化を進めると電極パターンが過度に発熱する問題があり、電極パターンの抵抗値を十分に低く設定する必要があるが、特許文献１に記載のものでは十分に低い抵抗値の電極パターンを得ることができず、装置の小型化を図るのが困難となる。
【０００６】
そこで、微細化を図るために特許文献２に示すように、平均粒径が１〜１００ｎｍの非常に小さい金属微粒子を所定の分散剤で被覆して有機溶媒中に分散させたものが提案されている。金属微粒子を分散剤で被覆することで、金属微粒子を有機溶媒中において安定して分散できるようにしている。しかし、電極パターンの全体を上記した金属微粒子で形成すると製造コストが高くなる問題がある。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、低抵抗でしかもコスト的に安価な導電層を形成できる導電性組成物及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の導電性組成物は、硬化したバインダ樹脂内に、導電材が含まれているとともに、隣接する前記導電材の隙間内に、導電性金属が析出しまたは凝集していることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明は、前記バインダ樹脂内には、大きさの相違する導電材が含まれ、それぞれの導電材間の隙間内に、前記導電性金属が析出しまたは凝集しているものである。
【００１０】
前記本発明の導電性組成物は、硬化したバインダ樹脂の内部において、導電材の間に導電性金属が析出しまたは凝集しているので、バインダ樹脂内での導電性金属の凝集率を高めることができ、比抵抗を低減できる。
【００１１】
本発明の導電性組成物の製造方法は、所定の粘度のバインダ樹脂に、導電材と共に金属ナノ粒子を含ませ、これにより所定のパターンの層を形成し、加熱焼成することにより、バインダ樹脂を硬化させると共に、前記導電材間の隙間に前記金属ナノ粒子を析出させ、または凝集させることを特徴とするものである。
【００１２】
または、所定の粘度のバインダ樹脂に、導電材と共に金属コロイド液を含ませ、これにより所定のパターンの層を形成し、加熱焼成することにより、バインダ樹脂を硬化させると共に、前記導電材間の隙間に前記金属コロイド液に含まれた金属を析出させ、または凝集させることを特徴とするものである。
【００１３】
あるいは、所定の粘度のバインダ樹脂に、導電材と共にペースト状の金属有機化合物を含ませ、これにより所定のパターンの層を形成し、加熱焼成することにより、バインダ樹脂を硬化させると共に、前記導電材間の隙間に前記金属有機化合物に含まれた金属を析出させ、または凝集させることを特徴とするものである。
【００１４】
前記導電性組成物の製造方法においても、前記バインダ樹脂内に大きさの相違する前記導電材を含ませることが好ましい。
【００１５】
前記本発明の導電性組成物の製造方法では、導電材と導電材との間に形成される隙間に、各種添加剤に含まれる金属成分がその隙間を埋めるようにして成長して析出しまたは凝集するので、隣接する導電材どうしの接触性が高められ比抵抗を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、従来よりもさらに比抵抗を下げることができ、その結果、微細な電極パターンを形成したときに過度に発熱するのを抑えることができ、装置をさらに小型化できる。また電極パターンをより長く引き回すこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の導電性組成物の硬化前の状態を示す充填構造図、図２は本発明の導電性組成物の硬化後の状態を示す充填構造図である。図３は回路基板を示す斜視図である。ただし、図１と図２はそれぞれ説明上規則的に配列した状態を示しているが、この状態に限られるものではない。
【００１８】
図１に示すように、本発明の導電性組成物１は所定のバインダ樹脂１０に、導電材２と、前記導電材よりも小さな別の導電材３が含まれている。前記導電材２と３はそれぞれ粒子状であり、導電材２の平均粒子径が導電材３の平均粒子径より十分に大きく形成されている。例えば、図１に示すように導電材２に含まれる複数の粒子が互いに接した状態にあるときに、導電材２の隣接する粒子と粒子とで形成される隙間５内に前記導電材３の粒子が充填されるように、互いの導電材２と導電材３との粒子径が設定されている。例えば、導電材２の平均粒子径が２〜３ミクロン（μｍ）で、前記導電材３の平均粒子径がそれよりも１桁程度小さい０．２〜０．３ミクロン（μｍ）である。
【００１９】
前記導電材２としては、銀、銅、白金、ニッケル、パラジウム、錫、銀−パラジウム、銀−錫、鉄−ニッケル（パーマロイ）などの金属や合金から選択できる。図３に示す回路基板２０の電極パターン２１として使用する場合には、銀や銅からなる金属単体、または前記金属単体を主成分とする合金などから選択することが好ましい。なお、電極パターンの比抵抗を下げることができるものであればこれらに限定されるものではない。
【００２０】
前記導電材３も上記した各種の金属または合金などから選択することができる。前記電極パターン２１として使用する場合には、同様に銀や銅からなる金属を選択することが好ましく、導電材２が銀であれば導電材３も銀というように、同種の金属を選択することが好ましい。ただし、必ずしも同種の金属に限られるものではなく、異種の金属の組合せであってもよい。
【００２１】
前記バインダ樹脂１０は、熱硬化性樹脂から選択することができる。例えば、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、シリコーン樹脂などから選択可能である。なお、必要に応じて熱硬化性樹脂を所定の有機溶媒などに溶解して粘度調整してもよい。
【００２２】
本発明の導電性組成物１では、前記導電材２，３が配合されたバインダ樹脂１０に、さらに所定の添加剤４が添加される。
【００２３】
この添加剤４は、例えば金属ナノ粒子のみで形成された粉末である。この金属ナノ粒子の粉末は、例えば金、銀、銅、白金、ニッケル、パラジウム、錫などから選択される。本明細書での金属ナノ粒子とは、平均粒子径が百ｎｍ（ナノメートル）以下のものを意味し、さらに好ましくは２０ｎｍ以下のものを意味する。この添加剤４を含ませた導電性組成物１を所定のパターンに印刷し、または塗布して、乾燥させ、且つ加熱処理することにより、前記導電材２と導電材３との間に添加剤４に含まれる導電性金属が析出しまたは凝集して、導電材料の充填率を高め、比抵抗を低下させることができる。
【００２４】
ただし添加剤４として使用される金属ナノ粒子は、表面活性が高いため粒子が凝集しやすくなる。このためこの凝集を防止するために所定の有機溶媒などを含む分散剤を前記金属ナノ粒子の粉末に添加して、粒子の凝集を防止するようにしてもよい。例えば、約５ｎｍの銀からなる金属ナノ粒子の場合、金属含有率を９０ｗｔ％（質量％）に設定したものを使用できる。
【００２５】
また、前記バインダ樹脂１０に添加する他の添加剤４としては、金属ナノ粒子を含む有機金属化合物、金属ナノ粒子を含む金属コロイド液などであってもよい。また、金属ナノ粒子、金属ナノ粒子を含む有機金属化合物及び金属ナノ粒子を含む金属コロイド液から複数を選択して添加することも可能できる。
【００２６】
前記金属ナノ粒子を含む有機金属化合物としては、金属ナノ粒子の金属と有機化合物の炭素原子とが結合した炭素−金属結合を有するものであり、例えば所定の溶媒に銀の金属ナノ粒子の金属含有率を約４０ｗｔ％（質量％）に設定したものを使用できる。
【００２７】
また金属ナノ粒子を含む金属コロイド液としては、金属ナノ粒子が所定の溶媒中に安定に分散するものから選択される。例えば、粒子径が約１０ｎｍの金や銀で形成された金属ナノ粒子で、金属ナノ粒子が金コロイド液であればアルコール系の有機溶媒に１０ｗｔ％、銀コロイド液であればアルコール系及び水系の溶媒にそれぞれ３０ｗｔ％のものを使用できる。添加剤４としてこのような金属コロイド液を添加すると、凝集や沈降を防止でき、有機溶媒から水まで幅広い媒体へ分散できるようになる。
【００２８】
本発明の導電性組成物１では、導電材２と導電材３とが同種の金属で形成され、さらに前記導電材２，３と前記金属ナノ粒子を含む添加剤４とが同様に同じ種類の金属で形成されることが好ましい。
【００２９】
以下、前記導電性組成物の製造方法について説明する。例えば、図３に示す回路基板２０の電極パターン２１を例に挙げて説明する。
【００３０】
図３に示す回路基板２０は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリイミドなどの合成樹脂製のシート状基板２２に図１に示す構造の導電性組成物１が一定の間隔で線状に形成される。このとき導電性組成物１は所定の粘度に調整されてスクリーン印刷などによって前記シート状基板２２上に印刷形成される。
【００３１】
前記導電性組成物１による電極パターン２１が形成されたシート状基板２２を乾燥後に、例えば１２０〜２００℃程度の焼成温度で加熱すると、バインダとしての熱硬化性樹脂に含まれる溶剤成分が揮発して導電性組成物１Ａが得られる。この導電性組成物１Ａでは、図２に示すように、導電材２の各粒子と導電材３の各粒子とで形成される隙間５に充填された金属ナノ粒子が成長または析出して、導電材２，３の各粒子間の充填率が上昇する。
【００３２】
したがって、導電性組成物１Ａ内での導電性が向上して、電極パターン２１として形成したときの各抵抗体の抵抗値（比抵抗）をさらに低くできる。抵抗値が低下することで、電極パターン２１をさらに細かいピッチで形成したとしても、発熱の問題を解消できる。また電極パターンを通電したときの電流のロスを低減できるため電極パターンを長く引き回すことも可能になる。
【００３３】
また添加剤４として銀からなる金属ナノ粒子を含む有機金属化合物を使用してもよい。この場合も加熱したときに、導電材２，３で形成される隙間５内に銀の金属ナノ粒子が析出または凝集して、隙間５内の銀の充填率をより高めることができる。
【００３４】
また添加剤４が銀や金の金属コロイド液であっても前記と同様に隙間５内の充填率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の導電性組成物の硬化前の状態を示す説明図、
【図２】本発明の導電性組成物の硬化後の状態を示す説明図、
【図３】回路基板を示す斜視図、
【符号の説明】
【００３６】
１，１Ａ  導電性組成物
２，３  導電材
４，４Ａ  添加剤
５  隙間
１０  バインダ樹脂
２０  回路基板
２１  電極パターン
２２  シート状基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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