説明

導電膜形成のための金属ペースト

本発明は導電膜形成のための金属ペーストに関するものであって、ヘテロ原子P、S、OまたはNを有する反応性有機溶媒に溶解された金属溶液;金属粉末;バインダー;及び粘度調節用極性または非極性溶媒残量で構成される導電膜形成用ペーストを提供する。
本発明の金属ペースト組成物を用いると従来のペーストで形成された伝導性パターンと比較して相対的に薄い厚さまたは狭い線幅でもはるかに低い電気抵抗の特性を示し、高価なナノスケールの金属粒子を用いなくても非常に低い温度で熱処理が可能である、良好な微細構造を有する導電膜を得ることができる。特に本発明の金属ペーストは銀ペーストを提供し、この銀ペーストは経済的に製造でき、さまざまな表面に適用できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は導電膜形成のための金属ペーストに関する。LCD(液晶ディスプレイ)とPDP(プラズマディスプレイパネル)のような平板ディスプレイの導電線パターン形成、及びタッチスクリーンの電極部、面発光バックライト(FFL)のPAD部電極、フレキシブルPCBの電極部やRFIDのアンテナ等に導電膜が用いられる。
【背景技術】
【0002】
半導体やディスプレイに適用されるパターン形成技術は大別して3種に分けられる。第一に、薄膜形成技術に主に適用される減法(subtractive;成膜をした後リソグラフィでパターンを現像した後エッチングして製造)、第二に、スクリーン印刷方式のような厚膜形成技術に主に適用される加法(additive;スクリーンプリンティングのような接触印刷方式によるパターン形成)と第三に、これらを併用する加減法に分けることができる。
【0003】
ディスプレイに適用される導電性パターンの形成は主に加法であって、接触または非接触印刷方式によって、基板の種類と使用目的によって適切なインクまたはペーストを一定なパターンで形成して後処理して、基板上に固定する過程を経る。場合によって、エッチングを付加する加減法が採用されることもある。
【0004】
ベスト(Vest、R.W.)がMOD物質を用いてインクの製造可能性を試験した(IEEE Transactions on Components、Hybrids and Mamufacturing Technology、12(4)、545−549、1987)以来、MOD物質を用いるパターン形成用インクに対して多くの研究がなされた。
【0005】
ここでMOD(metallo−organic decompositon)物質とは有機金属化合物で金属溶融温度より低い温度で分解されて金属化される化合物をいう。
【0006】
コビオ社(Kovio、Inc)の米国特許6878184号にMODと還元剤(例えば、アルデヒド)を用いてナノパーティクル状のインクを形成する技術を開示している。しかし、この技術では反応条件が難しく、高価なMOD物質を大量に用いなければならない。また形成されたナノパーティクル状の粒子では十分な電気伝導性を得ることができない。
【0007】
前記MODインクとナノパーティクルを懸濁して用いるインクは比較的低い金属化温度を達成することはできるが、高価で、バルク金属に比べて電気伝導性が著しく低下するという問題点がある。
【0008】
バルク金属が有する高い電気伝導性と低温金属化が可能なMODの長所を組み合わせて、キド(Kydd)その他の国際公開WO98−37133は、MOD物質と粒子性金属の複合組成物をスクリーン印刷用インクで用いることを開示している。しかし前記特許では、プラスチック基板に用いることができるように十分低い温度で金属化する印刷用インクを提示できなくなっている。また、MOD物質と粒子性金属は粒子状態であるため、インクで製造するためにはこれらと共にビヒクルをボールミルによって微細に粉砕して混合しなければならない別途の製造工程が必要である。またこのようなインクの製造は現場適応性が非常に低く、製造社であらかじめ製造された通り用いなければならない等の問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国特許6878184号
【特許文献2】国際公開WO98−37133
【非特許文献】
【0010】
【非特許文献1】IEEE Transactions on Components、Hybrids and Mamufacturing Technology、12(4)、545−549、1987
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の目的は電気伝導性が優秀な導電膜形成のための金属ペーストを提供することである。
【0012】
また、本発明の目的は非常に低い低温焼成条件で優秀な電気伝導性を有しながら、経済的に製造可能でさまざまな表面に適用性が高い銀ペーストを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明によって、ヘテロ原子P、S、OまたはNを有する反応性有機溶媒に溶解された金属溶液;金属粉末;バインダー;及び粘度調節用極性または非極性溶媒残量で構成される導電膜形成用ペーストが提供される。前記ヘテロ原子P、S、OとNを有する反応性有機溶媒はケトン基、メルカプト基、カルボキシル基、アニリン基、エーテル基または亜硫酸基等を有して特定金属とキレートまたは錯体を形成する有機溶媒である。
【0014】
また、本発明によって、1〜3のカルボキシル基を有する炭素数0〜12の脂肪族カルボキシ化(今後"脂肪酸")金属有効量と前記脂肪酸金属を溶解する反応性有機溶媒で構成される金属溶液;金属粉末;熱硬化性バインダー;及び粘度調節用極性または非極性溶媒残量で構成される導電膜形成用ペーストが提供される。前記反応性有機溶媒は前記脂肪酸金属を溶解して溶液状態にする。前記反応性有機溶媒はヘテロ原子P、S、OとNを有する溶媒でケトン基、メルカプト基、カルボキシル基、アニリン基、エーテル基または亜硫酸基を有する有機溶媒である。
【0015】
前記金属は例えば、銀、鉄、亜鉛、スズ、ニッケル、インジウム、金、白金、パラジウム、鉛、アンチモン、銅またはこれらの合金であるが、これらに制限されない。前記金属溶液と前記金属粉末は相異なる金属であることができるが、好ましくは同じ金属である。前記金属溶液は、好ましくは0.1〜90重量%、最も好ましくは0.1〜40重量%であって、前記金属粉末は、好ましくは1〜95重量%、最も好ましくは1〜65重量%である。前記銀粉末の平均粒径は、好ましくはマイクロメーター単位で、例えば、0.1ないし10マイクロメーターの範囲で、最も好ましくは1ないし5マイクロメーター範囲である。
【0016】
本発明の金属ペースト組成物は金属インク、すなわち有機金属溶液を金属ペーストのビヒクルで用いることに特徴がある。従来の金属粉末+ビヒクルでなったペーストより低温金属化が可能であって、また従来の金属粉末+MOD粉末の混合ボールミル粉砕物より製造するのが容易である。これを概略的に説明すると次の図のとおりである。

【0017】
本発明の金属ペーストは金属が溶液に懸濁されていることを意味し、多様な粘度を使用目的によって選定することができる。このような金属ペーストは粘度を調節し、適切なバインダーを添加して、多様な印刷方法、例えば、グラビア、フレキソ印刷、スクリーン、ロータリー、ディスペンサー、オフセットに適用されることができる。コーティング可能な粘度は1〜70,000cPsである。シルクスクリーン印刷の場合10,000〜35,000cPsであって、好ましくは10,000〜20,000cPsである。
【0018】
前記バインダーは広くは天然、合成高分子またはこれらの混合物である。例えば、ロジン配合物、ウレタン系、アクリル系とエポキシ樹脂系列の熱硬化性バインダー等が用いられることができるが、一般的に0.1〜15重量%、好ましくは1〜13重量%用いられる。15重量%を越えれば伝導性が不良になって、0.1重量%未満ならば結合力が低下する。
好ましくは前記金属は特に銀である。本発明によって、好ましい実施例で、1〜3のカルボキシル基を有する炭素数1〜12の脂肪酸銀有効量と銀とキレート剤または錯体を形成する反応性有機溶媒で構成される銀溶液0.1〜90重量%;銀粉末1〜60重量%;熱硬化性バインダー1〜13重量%;及び粘度調節用極性または非極性溶媒残量で構成される導電膜形成用ペーストが提供される。
【0019】
本発明の脂肪酸銀は直鎖または分枝状であってアミノ基、ニトロ基またはヒドロキシ基によって置換されることができる。前記反応性有機溶媒は、望ましくは、炭素数1〜6の脂肪族またはヒドロキシ基を有する脂肪族で一つ以上置換されたアミンと炭素数1〜16の直鎖または分枝状の脂肪族チオールで構成される群から選択される。前記脂肪酸銀は、好ましくは飽和された、または二重結合を一個または二個を有する脂肪酸銀である。例えば、マレイン酸銀、マロン酸銀、コハク酸銀、酢酸銀、リンゴ酸銀、メタクリル酸銀、プロピオン酸銀、ソルビン酸銀、クエン酸銀、ウンデシレン酸銀、ネオデカン酸銀、オレイン酸銀、シュウ酸銀、ギ酸銀、グルコン酸銀またはこれらの混合物であって、好ましくはクエン酸銀、シュウ酸銀、ギ酸銀、マレイン酸銀またはこれらの混合物である。
【0020】
前記銀溶液は好ましくは0.1〜40重量%の範囲である。
【0021】
前記銀粉末の平均粒径は、好ましくはマイクロメーター単位で、例えば、0.1ないし10マイクロメーターの範囲で、最も好ましくは1ないし5マイクロメーター範囲である。前記銀粉末の形態は好ましくは板状である。
【0022】
前記反応性有機溶媒は、好ましくはメチルアミン、エチルアミン、イソプロピルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンまたは炭素数5ないし14の直鎖状の飽和脂肪族チオールであって、最も好ましくはエチルアミンである。
【0023】
前記極性または非極性溶媒は、1ないし3価のヒドロキシ基を有する炭素数1ないし4の脂肪族アルコール、前記アルコールとの炭素数2ないし8のアルキルエーテル、または前記アルコールとの炭素数2ないし8のアルキルエステルで、例えば、ブチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、テルピネオール、テキサノール、メントール、イソアミルアセテート、メタノール、エタノールとこれらの混合物で構成される群から選択される。
【発明の効果】
【0024】
本発明による金属ペースト組成物は、既存の金属ペーストと比較してはるかに緻密な微細構造を有していて、既存のペーストで形成された伝導性パターンと比較して相対的に薄い厚さまたは狭い線幅でもはるかに低い電気抵抗の特性を示し、高価なナノスケールの金属粒子を用いなくても非常に低い温度で熱処理が可能であるという長所を提供する。また、本発明の銀ペーストは経済的に製造可能で多様な表面に高い適応性を示す。
【0025】
本発明の銀ペーストはガラス基板、PETのようなプラスチック基板、特にフレキシブルPCBの基板で用いられるポリイミド基板に適用可能であって、次世代フレキシブルディスプレイ、タッチパネル、フレキシブルPCB、RFID等に応用され、これらの生産工程と費用を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】従来の銀粉末+ビヒクルでなった銀ペーストのガラス基板上導電膜SEM写真である。
【図2】本発明の銀ペースト組成物のガラス基板上導電膜SEM写真である。
【図3】本発明の銀ペースト組成物をガラス基板上にシルクスクリーンで印刷して焼成して形成した導電膜の写真である。
【図4】本発明の銀ペースト組成物をPET基板上にシルクスクリーンで印刷して焼成して形成した導電膜の写真である。
【図5】本発明の銀ペースト組成物をポリイミド基板上にシルクスクリーンで印刷して焼成して形成した導電膜の写真である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下本発明を実施例によって詳細に説明する。このような実施例は本発明を例示するためのもので本発明の保護範囲を制限するものと解釈されてはならない。これら実施例で、板状銀粉末は直径が厚さの50倍であって、平均粒径が3マイクロメーターである板状銀粉末を用いる。また、これら実施例で、熱硬化性バインダーでは二液型エポキシ系列のレジン成分でKumhoP&B化学のKER3001(商品名)と硬化剤でアルドリッチ社の2−エチルイミダゾールを95:5容量配合比で用いた。また、実施例で脂肪酸銀溶液がそれぞれ2、4、6、10、16と20重量%になるように添加した。ここで銀インクとは銀溶液と同じ意味で用いられる。
〔比較例1〕
板状銀粉末(直径が厚さの50倍であって平均粒径が3マイクロメーター)60gと、ノーマルテルピネオール14.38gと、ブチルカルビトールアセテート2.5gと、エタノール残量で構成された100gペースト組成物を完全に混合してペースト組成物を作った。前記ペースト組成物をガラス基板上にコーティングして、130°C、200°C、250°Cで熱処理し、2−プローブ装置で線抵抗を測定して表1に表示した.200°Cでガラス基板上にコーティングされた銀膜は、既存のペーストと比較するために切断して断面及び表面をSEMで観察し、そのイメージを図1に表示した。
【実施例1】
【0028】
50mmolのギ酸を50mLのメタノールに解離させる。撹はんされているこの溶液に50mmolのNaOHが解離されている50mLの水をゆっくり添加して、ギ酸ナトリウムを形成させる。この溶液に50mmolの硝酸銀が解離されている50mLの水を添加させれば白色沈殿が迅速に形成される。この沈殿物を水で十分に洗浄した次に濾過して、再びメタノールで十分に洗浄して常温で乾燥してギ酸銀を製造する。
【0029】
前記ギ酸銀0.1molを0.12molのエチルアミンで完全に溶解させた次に、メタノールで全体重量が50gになるように調節した。続いて30分間十分に撹はんして完全に透明なギ酸銀インクを製造した。
【0030】
前記製造されたギ酸銀インク2gを平均粒子サイズが3μmである板状銀粉末59.4gとノーマルテルピネオール14.4gとブチルカルビトールアセテート2.5g、エポキシ樹脂バインダー4gとエタノール残量で構成された100gペースト組成物に入れて完全に混合してペースト組成物を作った。
【0031】
前記ペースト組成物をガラス基板、PET基板、またはポリイミド基板上にスクリーンプリンティングして、各々130°C、200°C、250°Cで熱処理し、2−プローブ装置で線抵抗を測定して特性化した。別途にガラス基板上にコーティングされた銀膜は既存のペーストと比較するために切断して断面及び表面をSEMで観察した。塗膜の粘度、熱処理された塗膜の接着力と電気抵抗は表1に整理した。
【実施例2】
【0032】
実施例1で製造されたギ酸銀インクを用いた。ギ酸銀インク4gと板状銀粉末58.8gを用いることを除いては実施例1と同じく実施してペースト組成物を作って実施した。塗膜の粘度、熱処理された塗膜の接着力と電気抵抗は表1に整理した。
【実施例3】
【0033】
実施例1で製造されたギ酸銀を用いた。ギ酸銀インク6gと板状銀粉末58.2gを用いることを除いては実施例1と同じく実施した。塗膜の粘度、熱処理された塗膜の接着力と電気抵抗は表1に整理した。
【実施例4】
【0034】
実施例1で製造されたギ酸銀を用いた。ギ酸銀インク10gと板状銀粉末57gを用いることを除いては実施例1と同じく実施した。塗膜の粘度、熱処理された塗膜の接着力と電気抵抗は表1に整理した。
【実施例5】
【0035】
実施例1で製造されたギ酸銀を用いた。ギ酸銀インク16gと板状銀粉末55.2gを用いることを除いては実施例1と同じく実施した。塗膜の粘度、熱処理された塗膜の接着力と電気抵抗は表1に整理した。
【実施例6】
【0036】
実施例1で製造されたギ酸銀を用いた。ギ酸銀インク20gと板状銀粉末54gを用いることを除いては実施例1と同じく実施した。塗膜の粘度、熱処理された塗膜の接着力と電気抵抗は表1に整理した。
【実施例7】
【0037】
ギ酸の代わりにシュウ酸を用いることを除いて実施例1と同じ方法でシュウ酸銀インクを製造する。前記製造されたシュウ酸銀インク2gと板状銀粉末59.4gを用いることを除いては実施例1と同じくペースト組成物を作って実施した。塗膜の粘度、熱処理された塗膜の接着力と電気抵抗は表1に整理した。
【実施例8】
【0038】
シュウ酸銀インク4gと板状銀粉末58.8gを用いることを除いては実施例7と同じく実施した。
【実施例9】
【0039】
シュウ酸銀インク6gと板状銀粉末58.2gを用いることを除いては実施例7と同じく実施した。
【実施例10】
【0040】
シュウ酸銀インク10gと板状銀粉末57gを用いることを除いては実施例7と同じく実施した。特に200°Cで熱処理されたガラス基板上塗膜の断面及び表面のSEMイメージを図2に例示した。図1よりはるかに緻密な構造を有していることを示す。図3、図4と図5はそれぞれガラス基板、PET基板、またはポリイミド基板上に前記ペーストをスクリーンプリンティングして200°Cで熱処理した後の写真を示す。
【実施例11】
【0041】
シュウ酸銀インク16gと板状銀粉末55.2gを用いることを除いては実施例7と同じく実施した。
【実施例12】
【0042】
シュウ酸銀インク20gと板状銀粉末54gを用いることを除いては実施例7と同じく実施した。
【実施例13】
【0043】
ギ酸の代わりにクエン酸を用いることを除いて実施例1と同じ方法でクエン酸銀インクを製造する。前記製造されたクエン酸銀インク2gと板状銀粉末59.4gを用いることを除いては実施例1と同じくペースト組成物を作って実施した。塗膜の粘度、熱処理された塗膜の接着力と電気抵抗は表2に整理した。
【実施例14】
【0044】
クエン酸銀インク4gと板状銀粉末58.8gを用いることを除いては実施例13と同じく実施した。
【実施例15】
【0045】
クエン酸銀インク6gと板状銀粉末58.2gを用いることを除いては実施例13と同じく実施した。
【実施例16】
【0046】
クエン酸銀インク10gと板状銀粉末57gを用いることを除いては実施例13と同じく実施した。
【実施例17】
【0047】
クエン酸銀インク16gと板状銀粉末55.2gを用いることを除いては実施例13と同じく実施した。
【実施例18】
【0048】
クエン酸銀インク20gと板状銀粉末54gを用いることを除いては実施例13と同じく実施した。
【実施例19】
【0049】
ギ酸の代わりにリンゴ酸を用いることを除いて実施例1と同じ方法でリンゴ酸銀インクを製造する。前記製造されたリンゴ酸銀インク2gと板状銀粉末59.4gを用いることを除いては実施例1と同じくペースト組成物を作って実施した。塗膜の粘度、熱処理された塗膜の接着力と電気抵抗は表2に整理した。
【実施例20】
【0050】
リンゴ酸銀インク4gと板状銀粉末58.8gを用いることを除いては実施例19と同じく実施した。
【実施例21】
【0051】
リンゴ酸銀インク6gと板状銀粉末58.2gを用いることを除いては実施例19と同じく実施した。
【実施例22】
【0052】
リンゴ酸銀インク10gと板状銀粉末57gを用いることを除いては実施例19と同じく実施した。
【実施例23】
【0053】
リンゴ酸銀インク16gと板状銀粉末55.2gを用いることを除いては実施例19と同じく実施した。
【実施例24】
【0054】
リンゴ酸銀インク20gと板状銀粉末54gを用いることを除いては実施例19と同じく実施した。
【0055】
【表1】

【0056】
【表2】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヘテロ原子P、S、OまたはNを有する反応性有機溶媒に溶解された金属溶液;金属粉末;バインダー;及び粘度調節用極性または非極性溶媒残量で構成される導電膜形成用ペースト。
【請求項2】
1〜3のカルボキシル基を有する炭素数1〜12の脂肪酸金属有効量と前記脂肪酸金属を溶解するための反応性有機溶媒で構成される金属溶液;金属粉末;バインダー;及び粘度調節用極性または非極性溶媒残量で構成される導電膜形成用ペースト。
【請求項3】
前記金属が銀であって前記銀溶液が0.1〜90重量%であり前記銀粉末が1〜95重量%であって前記バインダーは0.1〜15重量%である請求項2に記載の導電膜形成用ペースト。
【請求項4】
前記反応性有機溶媒は炭素数1〜6の脂肪族で一つ以上置換されたアミンと炭素数1〜16の直鎖または分枝状の脂肪族チオールで構成される群から選択される請求項3に記載の導電膜形成用ペースト。
【請求項5】
前記脂肪酸銀はアミノ基、ニトロ基またはヒドロキシ基に置換されて前記反応性有機溶媒アミンの置換基である炭素数1〜6の脂肪族はニトロ基またはヒドロキシ基に置換される請求項4に記載の導電膜形成用ペースト。
【請求項6】
前記銀粉末の平均粒径がマイクロメーター単位である請求項4に記載の導電膜形成用ペースト。
【請求項7】
前記脂肪酸銀がクエン酸銀、シュウ酸銀、ギ酸銀、マレイン酸銀またはこれらの混合物で構成される群から選択される請求項6に記載の導電膜形成用ペースト。
【請求項8】
前記バインダーが高分子化合物である請求項7に記載の導電膜形成用ペースト。
【請求項9】
前記反応性有機溶媒はメチルアミン、エチルアミン、イソプロピルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンまたは炭素数5ないし14の直鎖状の飽和脂肪族チオールである請求項8に記載の導電膜形成用ペースト。
【請求項10】
前記バインダーは熱硬化性で、1〜13重量%であって、前記銀溶液は0.1〜40重量%である請求項9に記載の導電膜形成用ペースト。
【請求項11】
前記極性または非極性溶媒は1ないし3価のヒドロキシ基を有する炭素数1ないし4の脂肪族アルコール、前記アルコールとの炭素数2ないし8のアルキルエーテルまたは前記アルコールとの炭素数2ないし8のアルキルエステルである請求項10に記載の導電膜形成用ペースト。
【請求項12】
前記極性または非極性溶媒は、ブチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、テルピネオール、テキサノール、メントール、イソアミルアセテート、メタノール、エタノールとこれらの混合物で構成される群から選択される請求項11に記載の導電膜形成用ペースト。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公表番号】特表2010−505230(P2010−505230A)
【公表日】平成22年2月18日(2010.2.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−530245(P2009−530245)
【出願日】平成19年5月28日(2007.5.28)
【国際出願番号】PCT/KR2007/002561
【国際公開番号】WO2008/093915
【国際公開日】平成20年8月7日(2008.8.7)
【出願人】(508051872)イグザクス インコーポレイテッド (3)
【Fターム(参考)】