JP2014179315A - 銀導電膜の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】低温で短時間の熱処理でも銀微粒子同士を焼結させて、十分な導電性を示す銀導電膜を大量生産することができる、銀導電膜の製造方法を提供する。
【解決手段】塩素化合物などのハロゲン化物を塗布した基材上に、水系分散媒中に30〜70質量%銀微粒子が分散した銀微粒子分散液をフレキソ印刷によって塗布した後、その印刷経路に設置された赤外線(IR)加熱炉内において60〜200℃で0.1〜5秒間加熱して焼成することによって、ロール・ツー・ロールの連続式で銀導電膜を基材上に形成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、銀導電膜の製造方法に関し、特に、RFIDアンテナなどの電子部品の導電回路などの形成に使用する銀導電膜の製造方法に関する。
従来、RFIDアンテナなどの高信頼性が要求される電子部品の配線や導電回路は、マスクした基板上に高価な貴金属のスパッタリングにより形成されている。しかし、スパッタリングにより配線や導電回路を形成する方法では、様々な工程が必要となるため、生産性が高いとはいえず、また、原料として投入される高価な貴金属のすべてが配線や導電回路の形成に使用されるのではないため、資源の有効活用の観点から、他の方法により配線や導電回路を形成することが検討されている。
近年、電子部品の配線や導電回路などを大量に且つ容易に形成する方法として、印刷技術を応用して配線や導電回路などを形成するプリンテッド・エレクトロニクスが注目されており、金属粒子を分散媒中に分散させた導電性インクを、フレキソ印刷やスクリーン印刷などの様々な印刷技術により基材上に印刷した後に、金属粒子同士を焼結させて配線や導電回路などを形成することが検討されている。
一方、金属粒子の粒径が数nm〜数十nm程度になると、比表面積が非常に大きくなって、融点が劇的に低下するため、数μm程度の粒径の金属粒子を分散媒中に分散させた導電性インクを使用して配線や導電回路を形成する場合と比べて、微細な配線や導電回路の形成が可能になるだけでなく、200℃以下の低温で焼成しても金属粒子同士を焼結させることができるようになるので、耐熱性の低い基板などの様々な基板を使用することができるようになる。そのため、粒径が数十nm以下の金属微粒子(金属ナノ粒子)を分散媒中に分散させた導電性インク(金属微粒子分散液)をプリンテッド・エレクトロニクスに応用して電子部品の微細な配線や導電回路を形成することが期待されている。
また、粒径が数十nm以下の金属微粒子は、活性が非常に高く、そのままでは粒子として不安定であるので、金属微粒子同士の焼結や凝集を防止して、金属微粒子の独立性や保存安定性を確保するために、長鎖の界面活性剤などの有機物で被覆した金属微粒子をデカンやターピネオールなどの有機溶媒中に分散させた導電性インク(金属微粒子分散液)が提案されている。しかし、金属微粒子を高分子量の長鎖の界面活性剤で被覆すると、その沸点や分解点が高いことから、金属微粒子同士を焼結させて金属導電膜を形成することにより配線や導電回路など形成する際に、金属微粒子の表面の界面活性剤を除去や分解するために、高温で処理する必要があり、耐熱性の低い基板を使用することができなくなるだけでなく、30分〜1時間程度の比較的長時間にわたって熱処理する必要があり、生産性が悪くなる。また、導電性インクの分散媒として有機溶媒を使用すると、廃棄の際に注意を払わなければ環境汚染の原因になり得るし、また、加熱の際や開放系で放置した場合に蒸発した有機成分が周囲に拡散するため、大量に処理する場合に局所排気装置の設置などが必要になるので、有機溶媒を主成分としない分散媒を使用することができれば、環境面および作業面において望ましい。
そのため、炭素数3〜8の直鎖脂肪酸またはその誘導体で被覆された金属ナノ粒子が水を主体とする媒体中に分散した金属ナノ粒子組成物が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この金属ナノ粒子組成物を使用すれば、低温で短時間の熱処理、例えば、140℃以下で90秒未満の熱処理でも金属ナノ粒子同士を焼結させて基材上に良好な配線や導電回路など形成することができる。
また、水溶媒や有機溶媒中に金属コロイドとして分散された金属超微粒子と、イオン結合により分子内にハロゲンを有する化合物とを作用させて、基材上で導電性を得る方法(例えば、特許文献2参照)や、水性媒体中に0.1μm以下の銀超微粒子とポリマーラテックスと水溶性ハロゲン化物とを含有する銀超微粒子含有組成物を基材の表面に塗布して乾燥させることにより導電性パターンを作製する方法(例えば、特許文献3参照)が提案されている。これらの方法では、焼成工程を必要とせずに、基材上に配線や導電回路など形成することができる。
特開2011−202265号公報(段落番号0027−0045) 特開2008−4375号公報(段落番号0014) 特開2011−159392号公報(段落番号0020)
しかし、工業的に通常用いられているロール・ツー・ロールの連続式のフレキソ印刷機により、特許文献1の金属ナノ粒子組成物をPETフィルムや紙などの安価で且つ耐熱性の低い基板上に印刷して熱処理すると、金属ナノ粒子同士を十分に焼結させることができず、良好な導電性を得るのは困難である。すなわち、ロール・ツー・ロールの連続式のフレキソ印刷機では、生産性を高めるために印刷速度を高速にすると、フレキソ印刷機に付属する熱処理炉内を仮に(特許文献1の金属ナノ粒子組成物の金属ナノ粒子同士を焼結させるために)140℃に設定しても、基材がその温度まで加熱される前に熱処理炉から送出されてしまう。一方、設定温度を高くすると、金属ナノ粒子同士を焼成することができても、熱により基板が変形したり焦げてしまうなどの問題がある。そのため、金属ナノ粒子同士を十分に焼結させることができず、良好な導電性を得るのは困難である。
また、特許文献2や特許文献3の方法では、焼成工程を必要とせずに、基材上に塗布して乾燥させることにより導電性パターンを形成しているので、ロール・ツー・ロールの連続式のフレキソ印刷機により、基材上に印刷して良好な導電性を得るのは困難である。
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、低温で短時間の熱処理でも銀微粒子同士を焼結させて、十分な導電性を示す銀導電膜を大量生産することができる、銀導電膜の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ハロゲン化物を塗布した基材上に、水系分散媒中に銀微粒子が分散した銀微粒子分散液を塗布した後、60〜200℃で0.1〜5秒間加熱して焼成することによって銀導電膜を基材上に形成すれば、低温で短時間の熱処理でも銀微粒子同士を焼結させて、十分な導電性を示す銀導電膜を大量生産することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明による銀導電膜の製造方法は、ハロゲン化物を塗布した基材上に、水系分散媒中に銀微粒子が分散した銀微粒子分散液を塗布した後、60〜200℃で0.1〜5秒間加熱して焼成することによって、銀導電膜を基材上に形成することを特徴とする。
この銀導電膜の製造方法において、ハロゲン化物が塩素化合物であるのが好ましく、塩素化合物が、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムからなる群から選ばれる1種以上であるのが好ましく、塩素化合物の塗布量が、銀導電膜を形成する基材の面積に対して0.1〜1.0g/mであるのが好ましい。また、銀微粒子分散液中の銀微粒子の含有量が30〜70質量%であるのが好ましく、40〜65質量%であるのがさらに好ましい。また、水系分散媒が50質量%以上の水を含む溶媒であるのが好ましく、銀微粒子の平均粒径が1〜100nmであるのが好ましい。また、銀微粒子分散液の基材への塗布が、フレキソ印刷によって行われるのが好ましい。さらに、加熱が、赤外線または遠赤外線による加熱であるのが好ましく、加熱による熱エネルギーが30〜500Jであるのが好ましい。また、銀微粒子分散液の基材への塗布およびその後の焼成がロール・ツー・ロールの連続式で行われるのが好ましい。
なお、本明細書中において、「銀微粒子の平均粒径」とは、銀微粒子の透過型電子顕微鏡写真(TEM像)による一次粒子径の平均値である平均一次粒子径をいう。
本発明によれば、低温で短時間の熱処理でも銀微粒子同士を焼結させて、十分な導電性を示す銀導電膜を大量生産することができる、銀導電膜の製造方法を提供することができる。
実施例および比較例において基材上に塗布した水系Agインクの形状(RFIDアンテナの形状)を示す平面図である。
本発明による銀導電膜の製造方法の実施の形態では、ハロゲン化物を塗布した基材上に、水系分散媒中に銀微粒子が分散した銀微粒子分散液を塗布した後、60〜200℃で0.1〜5秒間加熱して焼成することによって、銀導電膜を基材上に形成する。
基材としては、塗工紙、キャストコート紙、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなどの様々な基材を使用することができるが、紙からなる基材を使用するのが好ましい。
ハロゲン化物は、塩素化合物であるのが好ましく、塩素化合物として、次亜塩素酸などのオキソ酸、亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸カルシウムなどのオキソ酸塩、塩酸などの水素化物、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、バリウム塩、ストロンチウム塩、アンモニウム塩、ジルコニウム塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩などの無機塩などを使用することができる。これらのうち、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムからなる群から選ばれる1種以上の塩素化合物を使用するのが好ましい。このような塩素化合物の塗布量は、銀導電膜を形成する基材の面積に対して0.1〜1.0g/mであるのが好ましい。
水系分散媒は、水を主成分とする溶媒であり、好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは75質量%以上の水を含む溶媒である。この水系分散媒の粘度を調整するために、銀微粒子分散液に対して10質量%以下のポリウレタンシックナーなどのシックナー(増粘剤)を添加してもよく、湿潤のために10質量%以下のプロピレングリコールなどの有機溶媒を添加してもよい。また、水系分散媒と基材との密着性をより強固にするために、水中に高分子が安定して懸濁および分散した水性分散樹脂を添加してもよい。この水性分散樹脂として、塩化ビニルなどの水性ラテックスなどを使用することができる。水性分散樹脂の添加量は、0.5〜8質量%であるのが好ましく、1〜7質量%であるのがさらに好ましい。0.5質量%未満では基材との密着性をより強固にするには十分ではなく、8質量%よりも多いと、銀微粒子分散液中に凝集塊が発生するなど、分散性が悪化するととともに、塗膜化する際の導電性に悪影響を及ぼすため好ましくない。
銀微粒子分散液の基材への塗布は、フレキソ印刷によって行われるのが好ましい。また、焼成の際の加熱は、赤外線または遠赤外線による加熱であるのが好ましく、赤外線(IR)加熱炉を使用することができる。この加熱温度は、60〜200℃でよく、60〜140℃であるのが好ましい。また、加熱時間(加熱炉内滞留時間)は、0.1〜5秒間でよく、0.2〜3秒間であるのが好ましく、0.3〜2秒間であるのがさらに好ましい。また、この加熱による熱エネルギーが30〜500Jであるのが好ましく、40〜450Jであるのがさらに好ましい。また、銀微粒子分散液の基材への塗布およびその後の焼成をロール・ツー・ロールの連続式で行うことにより、銀導電膜を基材上に(連続的に)形成するのが好ましい。
銀微粒子は、平均粒径が1〜100nmであり、1〜50nmであるのが好ましく、1〜30nmであるのがさらに好ましく、1〜20nmであるのが最も好ましい。平均粒径が100nmよりも大きいと、銀微粒子として期待される低温焼結性が得られ難くなる。また、銀微粒子分散液中の銀微粒子の含有量は、30〜70質量%であり、40〜65質量%であるのが好ましい。また、銀微粒子は、表面が炭素数3〜8の直鎖脂肪酸またはその誘導体で被覆されているのが好ましい。このような被覆により銀微粒子間の焼結を防ぎ、銀微粒子間の距離を適度に保つことができる。炭素数が8よりも大きくなると、熱分解時に高い熱エネルギーが必要となり、一方、炭素数が3より小さくなると、銀微粒子間の距離を適度に保つことができなくなる。
なお、銀微粒子の平均粒径(平均一次粒子径)は、例えば、60質量%のAg粒子と3.0質量%の塩化ビニルコポリマーラテックスと2.0質量%のポリウレタンシックナーと2.5質量%のプロピレングリコールとを含む水系Agインクなどの銀微粒子を含む水系Agインク2質量部をシクロヘキサン96質量部とオレイン酸2質量部の混合溶液に添加し、超音波によって分散させた後、得られた分散溶液を支持膜付きCuマイクログリッドに滴下して乾燥させ、このマイクログリッド上の銀微粒子を透過型電子顕微鏡(日本電子株式会社製のJEM−100CXMark−II型)により加速電圧100kVとして明視野で観察した像を倍率300,000倍で撮影し、得られたTEM像から算出することができる。この銀微粒子の平均一次粒子径の算出は、例えば、画像解析ソフト(旭化成エンジニアリング株式会社製のA像くん(登録商標))を使用して行うことができる。この画像解析ソフトは、色の濃淡で個々の粒子を識別して解析するものであり、例えば、300,000倍のTEM像に対して「粒子の明度」を「暗」、「雑音除去フィルタ」を「有」、「円形しきい値」を「20」、「重なり度」を「50」とする条件で円形粒子解析を行って、200個以上の粒子について一次粒子径を測定し、その数平均径を求めて平均一次粒子径とすることができる。なお、TEM像中に凝結粒子や異形粒子が多数ある場合には、測定不能とすればよい。
以下、本発明による銀導電膜の製造方法の実施例について詳細に説明する。
[実施例1〜7]
まず、塩化ナトリウム(NaCl)(和光純薬工業株式会社製)を純水に溶解して3質量%の塩化ナトリウム水溶液を用意した。
次に、ロール・ツー・ロール印刷機(Geiger Tool & Mfg.Co.製のCombination Gravure Flexographic Presses)にダイレクトグラビア印刷ユニットをセットし、ベタ塗り用のグラビア印刷版(150LS、セル体積18cc/mのベタ版)を用いて、塗工紙(三菱製紙株式会社製のDF−110GN)からなる基材に上記の塩化ナトリウム水溶液を印刷速度30m/分で塗布した後、印刷経路に設置したIR加熱炉(2.6kW、SIRランプ×2、ランプ長0.2m)により、IRの出力40%で乾燥させて、(塩化ナトリウムの塗布量が0.54g/mの)ハロゲン化物塗布基材Aを作製した。
また、60質量%のAg粒子(平均粒径10nmの銀粒子)と、3.0質量%の塩化ビニルコポリマーラテックスと、2.0質量%のポリウレタンシックナーと、2.5質量%のプロピレングリコールとを含む水系Agインク(ピーケム・アソシエイツ・インク社製のPFI−700型)を用意した。
次に、上記のロール・ツー・ロール印刷機にフレキソ印刷ユニットをセットし、フレキソ印刷版(250LS、95DOT%)を用いて、アニロックス容量を5.8BCM、印刷速度をそれぞれ6m/分(実施例1)、15m/分(実施例2)、15m/分(実施例3)、30m/分(実施例4)、45m/分(実施例5)、30m/分(実施例6)、45m/分(実施例7)として上記のハロゲン化物塗布基材Aに上記の水系Agインクを図1に示す形状(全長32.0mm、全幅18.5mm、線幅0.7mmのRFIDアンテナ10の形状、参照符号11はICチップ実装部を示す)に印刷した後、印刷経路に設置したIR加熱炉(2.6kW、SIRランプ×2、ランプ長0.2m)により、それぞれIRの出力を40%(実施例1、3、6、7)、60%(実施例2、4、5)で2.0秒間(実施例1)、0.8秒間(実施例2)、0.8秒間(実施例3)、0.4秒間(実施例4)、0.3秒間(実施例5)、0.4秒間(実施例6)、0.3秒間(実施例7)加熱して、IRエネルギー(熱エネルギー(J)=熱処理時間(s)×出力(%)×IRランプ(2.6kW×2)/照射面積(m))がそれぞれ297J(実施例1)、178J(実施例2)、119J(実施例3)、89J(実施例4)、59J(実施例5)、59J(実施例6)、40J(実施例7)で焼成することによって、銀導電膜を作製した。なお、焼成直後の基材の表面温度を放射温度計(KEYENCE社製のIT2−80)で測定したところ、それぞれ168℃(実施例1)、143℃(実施例2)、123℃(実施例3)、109℃(実施例4)、89℃(実施例5)、88℃(実施例6)、69℃(実施例7)であった。
作製した銀導電膜のライン抵抗(図1に示すDとEの間の電気抵抗)をテスター(CUSTOM社製の型式CDM−03D)により測定したところ、それぞれ44Ω(実施例1)、58Ω(実施例2)、62Ω(実施例3)、66Ω(実施例4)、67Ω(実施例5)、69Ω(実施例6)、63Ω(実施例7)であった。
また、レーザーマイクロスコープ(KEYENCE社製の型式VK−9700)を用いて、銀導電膜が形成された基材Aの表面と銀導電膜の表面との高低差を100箇所測定し、平均値を算出することによって、銀導電膜の膜厚を求めたところ、それぞれ2.2μm(実施例1)、2.0μm(実施例2)、2.1μm(実施例3)、1.8μm(実施例4)、1.8μm(実施例5)、1.9μm(実施例6)、1.8μm(実施例7)であった。
さらに、銀導電膜の膜厚、電気抵抗および面積(156.3mm)から、銀導電膜の体積抵抗率を求めたところ、それぞれ20.2μΩ・cm(実施例1)、24.6μΩ・cm(実施例2)、27.6μΩ・cm(実施例3)、25.0μΩ・cm(実施例4)、25.2μΩ・cm(実施例5)、27.6μΩ・cm(実施例6)、23.8μΩ・cm(実施例7)であった。
[実施例8〜13]
ベタ塗り用のグラビア印刷版(500LS、セル体積5cc/mのベタ版)を用いた以外は、実施例1〜7と同様の方法により、(塩化ナトリウムの塗布量が0.15g/mの)ハロゲン化物塗布基材Bを作製し、印刷速度をそれぞれ6m/分(実施例8)、15m/分(実施例9)、30m/分(実施例10)、45m/分(実施例11)、30m/分(実施例12)、45m/分(実施例13)として上記のハロゲン化物塗布基材Bに実施例1〜7と同様の水系Agインクを印刷した後、それぞれIRの出力を40%(実施例8、9、12、13)、60%(実施例10、11)で2.0秒間(実施例8)、0.8秒間(実施例9)、0.4秒間(実施例10)、0.3秒間(実施例11)、0.4秒間(実施例12)、0.3秒間(実施例13)加熱して、IRエネルギー297J(実施例8)、119J(実施例9)、89J(実施例10)、59J(実施例11)、59J(実施例12)、40J(実施例13)で焼成した以外は、実施例1〜7と同様の方法により、銀導電膜を作製した。なお、焼成直後の基材の表面温度を放射温度計(KEYENCE社製のIT2−80)で測定したところ、それぞれ168℃(実施例8)、123℃(実施例9)、109℃(実施例10)、89℃(実施例11)、88℃(実施例12)、69℃(実施例13)であった。
また、実施例1〜7と同様の方法により、作製した銀導電膜のライン抵抗を測定し、膜厚および体積抵抗率を求めたところ、ライン抵抗は、それぞれ42Ω(実施例8)、68Ω(実施例9)、76Ω(実施例10)、91Ω(実施例11)、97Ω(実施例12)、98Ω(実施例13)、膜厚は、それぞれ2.2μm(実施例8)、2.1μm(実施例9)、1.8μm(実施例10)、1.8μm(実施例11)、1.8μm(実施例12)、1.8μm(実施例13)、体積抵抗率は、それぞれ19.4μΩ・cm(実施例8)、30.3μΩ・cm(実施例9)、28.7μΩ・cm(実施例10)、34.4μΩ・cm(実施例11)、36.7μΩ・cm(実施例12)、37.0μΩ・cm(実施例13)であった。
[実施例14〜17]
塩化ナトリウム水溶液に代えて、塩化アンモニウム(NHCl)(和光純薬工業株式会社製)を純水に溶解した3質量%の塩化アンモニウム水溶液を使用した以外は、実施例1〜7と同様の方法により、(塩化アンモニウムの塗布量が0.54g/mの)ハロゲン化物塗布基材Cを作製し、印刷速度をそれぞれ6m/分(実施例14)、15m/分(実施例15)、30m/分(実施例16)、45m/分(実施例17)として上記のハロゲン化物塗布基材Cに実施例1〜7と同様の水系Agインクを印刷した後、それぞれIRの出力を40%で2.0秒間(実施例14)、0.8秒間(実施例15)、0.4秒間(実施例16)、0.3秒間(実施例17)加熱して、297J(実施例14)、119J(実施例15)、59J(実施例16)、40J(実施例17)で焼成した以外は、実施例1〜7と同様の方法により、銀導電膜を作製した。なお、焼成直後の基材の表面温度を放射温度計(KEYENCE社製のIT2−80)で測定したところ、それぞれ168℃(実施例14)、123℃(実施例15)、88℃(実施例16)、69℃(実施例17)であった。
また、実施例1〜7と同様の方法により、作製した銀導電膜のライン抵抗を測定し、膜厚および体積抵抗率を求めたところ、ライン抵抗は、それぞれ68Ω(実施例14)、106Ω(実施例15)、153Ω(実施例16)、124Ω(実施例17)、膜厚は、それぞれ2.2μm(実施例14)、2.1μm(実施例15)、1.8μm(実施例16)、1.8μm(実施例17)、体積抵抗率は、それぞれ31.5μΩ・cm(実施例14)、47.0μΩ・cm(実施例15)、57.8μΩ・cm(実施例16)、47.0μΩ・cm(実施例17)であった。
[実施例18〜24]
塩化ナトリウム水溶液に代えて、塩化カリウム(KCl)(和光純薬工業株式会社製)を純水に溶解した3質量%の塩化カリウム水溶液を使用した以外は、実施例1〜7と同様の方法により、(塩化カリウムの塗布量が0.54g/mの)ハロゲン化物塗布基材Dを作製し、印刷速度をそれぞれ6m/分(実施例18)、15m/分(実施例19)、15m/分(実施例20)、30m/分(実施例21)、45m/分(実施例22)、30m/分(実施例23)、45m/分(実施例24)として上記のハロゲン化物塗布基材Dに実施例1〜7と同様の水系Agインクを印刷した後、それぞれIRの出力を40%(実施例18、20、23、24)、60%(実施例19、21、22)で2.0秒間(実施例18)、0.8秒間(実施例19)、0.8秒間(実施例20)、0.4秒間(実施例21)、0.3秒間(実施例22)、0.4秒間(実施例23)、0.3秒間(実施例24)加熱して、IRエネルギー297J(実施例18)、178J(実施例19)、119J(実施例20)、89J(実施例21)、59J(実施例22)、59J(実施例23)、40J(実施例24)で焼成した以外は、実施例1〜7と同様の方法により、銀導電膜を作製した。なお、焼成直後の基材の表面温度を放射温度計(KEYENCE社製のIT2−80)で測定したところ、それぞれ168℃(実施例18)、143℃(実施例19)、123℃(実施例20)、109℃(実施例21)、89℃(実施例22)、88℃(実施例23)、69℃(実施例24)であった。
また、実施例1〜7と同様の方法により、作製した銀導電膜のライン抵抗を測定し、膜厚および体積抵抗率を求めたところ、ライン抵抗は、それぞれ53Ω(実施例18)、52Ω(実施例19)、62Ω(実施例20)、60Ω(実施例21)、63Ω(実施例22)、69Ω(実施例23)、68Ω(実施例24)、膜厚は、それぞれ2.2μm(実施例18)、2.1μm(実施例19)、2.1μm(実施例20)、1.8μm(実施例21)、1.8μm(実施例22)、2.0μm(実施例23)、1.8μm(実施例24)、体積抵抗率は、それぞれ24.6μΩ・cm(実施例18)、22.8μΩ・cm(実施例19)、27.2μΩ・cm(実施例20)、22.7μΩ・cm(実施例21)、24.0μΩ・cm(実施例22)、29.1μΩ・cm(実施例23)、25.8μΩ・cm(実施例24)であった。
[実施例25〜28]
塩化ナトリウム水溶液に代えて、塩化カルシウム(CaCl)(和光純薬工業株式会社製)を純水に溶解した3質量%の塩化カルシウム水溶液を使用した以外は、実施例1〜7と同様の方法により、(塩化カルシウムの塗布量が0.54g/mの)ハロゲン化物塗布基材Eを作製し、印刷速度をそれぞれ15m/分(実施例25)、30m/分(実施例26)、45m/分(実施例27)、45m/分(実施例28)として上記のハロゲン化物塗布基材Eに実施例1〜7と同様の水系Agインクを印刷した後、それぞれIRの出力を60%(実施例25〜27)、40%(実施例28)で0.8秒間(実施例25)、0.4秒間(実施例26)、0.3秒間(実施例27)、0.3秒間(実施例28)加熱して、178J(実施例25)、89J(実施例26)、59J(実施例27)、40J(実施例28)で焼成した以外は、実施例1〜7と同様の方法により、銀導電膜を作製した。なお、焼成直後の基材の表面温度を放射温度計(KEYENCE社製のIT2−80)で測定したところ、それぞれ143℃(実施例25)、109℃(実施例26)、89℃(実施例27)、69℃(実施例28)であった。
また、実施例1〜7と同様の方法により、作製した銀導電膜のライン抵抗を測定し、膜厚および体積抵抗率を求めたところ、ライン抵抗は、それぞれ59Ω(実施例25)、60Ω(実施例26)、66Ω(実施例27)、76Ω(実施例28)、膜厚は、それぞれ2.1μm(実施例25)、1.8μm(実施例26)、1.8μm(実施例27)、1.8μm(実施例28)、体積抵抗率は、それぞれ25.9μΩ・cm(実施例25)、22.6μΩ・cm(実施例26)、25.1μΩ・cm(実施例27)、28.8μΩ・cm(実施例28)であった。
[比較例1〜4]
ハロゲン化物を塗布しなかった以外は、実施例1〜7と同様の基材を使用し、印刷速度をそれぞれ30m/分(比較例1)、45m/分(比較例2)、30m/分(比較例3)、45m/分(比較例4)として上記の基材に実施例1〜7と同様の水系Agインクを印刷した後、それぞれIRの出力を60%(比較例1、2)、40%(比較例3、4)で0.4秒間(比較例1)、0.3秒間(比較例2)、0.4秒間(比較例3)、0.3秒間(比較例4)加熱して、IRエネルギー89J(比較例1)、59J(比較例2)、59J(比較例3)、40J(比較例4)で焼成した以外は、実施例1〜7と同様の方法により、銀導電膜を作製した。なお、焼成直後の基材の表面温度を放射温度計(KEYENCE社製のIT2−80)で測定したところ、それぞれ109℃(比較例1)、89℃(比較例2)、88℃(比較例3)、69℃(比較例4)であった。
また、実施例1〜7と同様の方法により、作製した銀導電膜のライン抵抗を測定し、膜厚および体積抵抗率を求めたところ、ライン抵抗は、それぞれ340Ω(比較例1)、855Ω(比較例2)、1272Ω(比較例3)、1882Ω(比較例4)、膜厚は、それぞれ1.9μm(比較例1)、1.8μm(比較例2)、1.9μm(比較例3)、1.8μm(比較例4)、体積抵抗率は、それぞれ136.1μΩ・cm(比較例1)、324.1μΩ・cm(比較例2)、509.0μΩ・cm(比較例3)、713.5μΩ・cm(比較例4)であった。
実施例1〜25および比較例1〜4で作製した銀導電膜の製造条件および特性を表1〜表3に示す。
Figure 2014179315
Figure 2014179315
Figure 2014179315
表1〜表3からわかるように、少量の塩素化合物を塗布した基材上に銀微粒子分散液を塗布し、60〜200℃の低温で短時間(0.1〜5秒間)加熱して焼成することによって、十分な導電性を示す銀導電膜を得ることができる。
本発明による銀導電膜の製造方法によって製造された銀導電膜は、プリンテッド・エレクトロニクスに適用することができ、例えば、印刷CPU、印刷照明、印刷タグ、オール印刷ディスプレイ、センサ、プリント配線板、有機太陽電池、電子ブック、ナノインプリントLED、液晶ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、印刷メモリなどの製造に使用することができる。
10 RFIDアンテナ
11 ICチップ実装部

Claims (12)

  1. ハロゲン化物を塗布した基材上に、水系分散媒中に銀微粒子が分散した銀微粒子分散液を塗布した後、60〜200℃で0.1〜5秒間加熱して焼成することによって、銀導電膜を基材上に形成することを特徴とする、銀導電膜の製造方法。
  2. 前記ハロゲン化物が塩素化合物であることを特徴とする、請求項1に記載の銀導電膜の製造方法。
  3. 前記塩素化合物が、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項2に記載の銀導電膜の製造方法。
  4. 前記塩素化合物の塗布量が、前記銀導電膜を形成する基材の面積に対して0.1〜1.0g/mであることを特徴とする、請求項2または3に記載の銀導電膜の製造方法。
  5. 前記銀微粒子分散液中の銀微粒子の含有量が30〜70質量%であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の銀導電膜の製造方法。
  6. 前記銀微粒子分散液中の銀微粒子の含有量が40〜65質量%であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の銀導電膜の製造方法。
  7. 前記水系分散媒が50質量%以上の水を含む溶媒であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載の銀導電膜の製造方法。
  8. 前記銀微粒子の平均粒径が1〜100nmであることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれかに記載の銀導電膜の製造方法。
  9. 前記銀微粒子分散液の基材への塗布が、フレキソ印刷によって行われることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれかに記載の銀導電膜の製造方法。
  10. 前記加熱が、赤外線または遠赤外線による加熱であることを特徴とする、請求項1乃至9のいずれかに記載の銀導電膜の製造方法。
  11. 前記加熱による熱エネルギーが30〜500Jであることを特徴とする、請求項1乃至10のいずれかに記載の銀導電膜の製造方法。
  12. 前記銀微粒子分散液の基材への塗布およびその後の焼成がロール・ツー・ロールの連続式で行われることを特徴とする、請求項1乃至11のいずれかに記載の銀導電膜の製造方法。
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