JP7371620B2 - 導電パターンの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、導電パターンの製造方法に関する。
近年、入力手段としてタッチパネルが広く用いられている。タッチパネルは、液晶パネルや有機EL(エレクトロルミネッセンス)パネルなどの表示部と、特定の位置に入力された情報を検出するタッチセンサー等から構成される。タッチパネルの方式は、入力位置の検出方法により、抵抗膜方式、静電容量方式、光学方式、電磁誘導方式、超音波方式などに大別される。中でも、光学的に明るいこと、意匠性に優れること、構造が簡易であることおよび機能的に優れること等の理由により、静電容量方式のタッチパネルが広く用いられている。
静電容量方式のタッチセンサーは、第一電極と絶縁層を介して直交する第二電極を有し、タッチパネル面の電極に電圧をかけて、指などの導電体が触れた際の静電容量変化を検知することにより得られた接触位置を信号として出力する。静電容量方式のタッチセンサーに用いられる配線電極としては、配線電極を見えにくくする観点から酸化インジウムスズ等の透明配線電極が用いられることが一般的であったが、近年、高感度化や画面の大型化により、金属材料を用いた不透明配線電極が広まっている。また、タッチセンサーの高精細化、薄膜化や視認性向上のため、液晶パネルや有機ELパネルなどの表示部に、不透明配線電極を直接形成することが求められている。そのため、パターンを形成することに加えて、低温で導電パターンを形成する必要がある。そこで、低温のキュア条件において導電性を発現する導電パターンを形成する技術として、導電性フィラー、双性イオン化合物および熱硬化性化合物を含有する導電ペースト(例えば、特許文献1参照)が提案されている。また、導電パターン層の電気抵抗を低減させる技術として、導電パターン層に対して、室温の強酸水溶液と接触させる強酸処理工程、室温よりも高温の弱酸水溶液と接触させる弱酸処理工程を行い、導電パターン層中の金属粒子の少なくとも一部が融合した連なりを形成させて導電パターン層の表面抵抗率を低下させる方法(例えば、特許文献2参照)が提案されている。
国際公開第2014/208445号 特開2012-15143号公報
特許文献1~2の技術により、従来より低温で導電性を発現することができるものの、近年、さらに低温での導電性が求められており、100℃以下の低温条件においてはなお導電性が不十分である課題があった。
本発明は、前記課題に鑑み、100℃以下の低温においても導電性に優れた導電パターンを製造する方法を提供することを目的とする。
本発明は、
(1)基材上に、導電性粒子(a)、樹脂(b)を含むパターンを形成する工程と、
(2)形成されたパターンに、25℃におけるアニオンの共役酸の酸解離定数(pKa)が1.0以下である塩を少なくとも1種含み、25℃におけるpHが1.2~3.5である酸性水溶液を接触させる工程と
を有する導電パターンの製造方法である。
本発明によれば、100℃以下の低温においても、導電性に優れた導電パターンを形成することができる。
実施例において導電性の評価に用いたフォトマスクの透光パターンの概略図である。
本発明の導電パターンの製造方法は、
(1)基材上に、導電性粒子(a)、樹脂(b)を含むパターンを形成する工程(以下、工程(1)と記載する場合がある)と、
(2)形成されたパターンに、25℃におけるアニオンの共役酸の酸解離定数(pKa)が1.0以下である塩を少なくとも1種含み、25℃におけるpHが1.2~3.5である酸性水溶液を接触させる工程(以下、工程(2)と記載する場合がある)と
を有する。本発明の製造方法により得られる導電パターンは、樹脂(b)の有機成分と導電性粒子(a)の無機成分の複合物となっており、導電性粒子(a)同士が、原子拡散現象によってお互いに接触することにより導電性が発現するものである。樹脂(b)はバインダーとして、パターンと基材との密着性を向上させる作用を有する。25℃におけるアニオンの共役酸の酸解離定数(pKa)が1.0以下である塩を少なくとも1種含み、25℃におけるpHが1.2~3.5である酸性水溶液にパターンを接触させることにより、導電性粒子表面からの原子の拡散を促進し、100℃以下の低温であっても、導電性を向上させることができる。
まず、工程(1)について説明する。
基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」と記すことがある。)フィルムなどのポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、アラミドフィルム、エポキシ樹脂フィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、ポリサルフォン系フィルム、ガラス基板、シリコンウエハー、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板、加飾層形成基板、絶縁層形成基板などが挙げられる。
工程(1)において形成されるパターンは、導電性粒子(a)を含有する。導電性粒子(a)としては、例えば、銀、金、銅、白金、鉛、スズ、ニッケル、アルミニウム、タングステン、モリブデン、クロム、チタン、インジウムやこれら金属の合金などの粒子が挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。これらの中でも、導電性の観点から、銀、金および銅から選ばれる金属の粒子が好ましく、コストおよび安定性の観点から銀粒子がより好ましい。
導電性粒子(a)は、二層以上の層構造を有していてもよい。例えば、銅からなるコアの表面に銀からなるシェルを有するコアシェル構造を有してもよい。また、導電性粒子(a)は、有機成分や無機酸化物などにより表面が被覆されていてもよい。有機成分は小粒子径の導電性粒子の分散剤や導電助剤として機能する。有機成分としては、例えば、脂肪酸、アミン、チオール、シアンなどが挙げられる。
導電性粒子(a)の体積平均粒子径は、粒子間の相互作用を適度に抑制し、パターン中における導電性粒子(a)の分散性を向上させる観点から、0.1μm以上が好ましい。一方、導電性粒子(a)の体積平均粒子径は、導電パターンの表面平滑度および寸法精度を向上させ、微細な導電パターンを形成する観点から、2.0μm以下が好ましい。ここで、導電性粒子(a)の体積平均粒子径は、形成したパターンをTHF(テトラヒドロフロン)等の樹脂成分が可溶な溶媒を用いて溶解させ、遠心分離を行い、樹脂成分を除く固形分を沈殿させて回収する。次いで、回収した固形分を走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過型電子顕微鏡(TEM)により導電性粒子(a)を観察し、無作為に100個の導電性粒子(a)の一次粒子を選択して画像を取得し、一つ一つの一次粒子について画像解析により円換算した直径を求め、体積で重み付けをした平均径を算出することにより求めることができる。
パターン中における導電性粒子(a)の含有量は、65~90質量%が好ましい。導電性粒子(a)の含有量が65質量%以上であると、後述する工程(2)における導電性粒子(a)同士の接触確率が向上し、導電性をより向上させることができる。一方、導電性粒子(a)の含有量が90重量%以下であると、フォトリソグラフィにより、微細なパターンを形成することができる。ここで、導電パターン中の導電性粒子(a)の割合は、形成したパターンを削り取り、TG-DTA(示差熱天秤)により400~600℃で有機成分を燃焼させることにより導電パターン中の無機固形分の割合を求め、残存した無機固形分を硝酸等に溶解させてICP発光分光分析より無機固形分中の導電性粒子(a)の割合を測定することにより算出することができる。
工程(1)において形成されるパターンは、樹脂(b)を含有する。樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリエーテルウレタン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
工程(1)におけるパターン形成をフォトリソグラフィにより行う場合、前記樹脂(b)がカルボキシル基を有することが好ましく、後述する感光性ペーストを用いることが好ましい。
カルボキシル基を含有する樹脂としては、例えば、アクリル系共重合体、カルボン酸変性エポキシ樹脂、カルボン酸変性フェノール樹脂、ポリアミック酸、カルボン酸変性シロキサンポリマーなどが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。これらの中でも、紫外光透過率の高いアクリル系共重合体またはカルボン酸変性エポキシ樹脂が好ましい。
アクリル系共重合体としては、アクリル系モノマーと不飽和酸またはその酸無水物との共重合体が好ましく、さらに不飽和二重結合を有する他のモノマーとの共重合体でもよい。
アクリル系モノマーとしては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート(以下、「EA」と記すことがある。)、2-エチルヘキシルアクリレート、n-ブチルアクリレート(以下、「BA」と記すことがある。)、iso-ブチルアクリレート、iso-プロパンアクリレート、グリシジルアクリレート、ブトキシトリエチレングリコールアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、イソデキシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、2-メトキシエチルアクリレート、メトキシエチレングリコールアクリレート、メトキシジエチレングリコールアクリレート、オクタフロロペンチルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ステアリルアクリレート、トリフロロエチルアクリレート、アミノエチルアクリレート、フェニルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、1-ナフチルアクリレート、2-ナフチルアクリレート、チオフェノールアクリレート、ベンジルメルカプタンアクリレート、アリル化シクロヘキシルジアクリレート、メトキシ化シクロヘキシルジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、トリグリセロールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、アクリルアミド、N-メトキシメチルアクリルアミド、N-エトキシメチルアクリルアミド、N-n-ブトキシメチルアクリルアミド、N-イソブトキシメチルアクリルアミド、メタクリルフェノール、メタクリルアミドフェノール、γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N-(2-ヒドロキシフェニル)アクリルアミド、N-(3-ヒドロキシフェニル)アクリルアミド、N-(4-ヒドロキシフェニル)アクリルアミド、o-ヒドロキシフェニルアクリレート、m-ヒドロキシフェニルアクリレート、p-ヒドロキシフェニルアクリレート、2-(2-ヒドロキシフェニル)エチルアクリレート、2-(3-ヒドロキシフェニル)エチルアクリレート、2-(4-ヒドロキシフェニル)エチルアクリレートなどや、それらのアクリル基をメタクリル基に置換した化合物などが挙げられる。これらの中でも、エチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレートおよびイソボルニルアクリレートから選ばれたモノマーが特に好ましい。これらを2種以上用いてもよい。
不飽和酸またはその酸無水物としては、例えば、アクリル酸(以下、「AA」と記すことがある。)、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、酢酸ビニルや、これらの酸無水物などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。不飽和酸の共重合比により、アクリル系共重合体の酸価を調整することができる。
他の不飽和二重結合を有するモノマーとしては、例えば、o-ヒドロキシスチレン、m-ヒドロキシスチレン、p-ヒドロキシスチレンなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
カルボン酸変性エポキシ樹脂としては、エポキシ化合物と、不飽和酸または不飽和酸無水物との反応物が好ましい。ここで、カルボン酸変性エポキシ樹脂とは、エポキシ化合物のエポキシ基をカルボン酸またはカルボン酸無水物で変性したものであり、エポキシ基は含まれていない。
エポキシ化合物としては、例えば、グリシジルエーテル類、グリシジルアミン類、エポキシ樹脂などが挙げられる。より具体的には、グリシジルエーテル類としては、例えば、メチルグリシジルエーテル、エチルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、ビスフェノールフルオレンジグリシジルエーテル、ビフェノールジグリシジルエーテル、テトラメチルビフェノールグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、3’,4’-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートなどが挙げられる。グリシジルアミン類としては、例えば、tert-ブチルグリシジルアミンなどが挙げられる。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
不飽和酸または不飽和酸無水物としては、アクリル系共重合体の原料として先に例示したものなどが挙げられる。
前述のアクリル系共重合体やカルボン酸変性エポキシ樹脂に、グリシジル(メタ)アクリレート等の不飽和二重結合を有する化合物を反応させることにより、不飽和二重結合を導入することができる。樹脂(b)に不飽和二重結合を導入することにより、露光時に露光部の架橋密度を向上させることができ、現像マージンを広くして、微細なパターンを形成することができる。
樹脂(b)として、フェノール性水酸基を有するものも好ましく用いることができる。樹脂(b)がフェノール性水酸基を有することにより、基材表面の水酸基やアミノ基などの極性基と水素結合を形成し、パターンと基材との密着性を向上させることができる。
樹脂(b)の酸価は、50~250mgKOH/gが好ましい。酸価が50mgKOH/g以上であれば、現像液への溶解度が高くなり、現像残渣の発生を抑制することができる。酸価は60mgKOH/g以上がより好ましい。一方、酸価が250mgKOH/g以下であれば、現像液への過度な溶解を抑え、パターンの膜減りを抑制することができる。酸価は200mgKOH/g以下がより好ましい。なお、樹脂(b)の酸価は、JIS K 0070(1992)に準拠して測定することができる。
パターンの形成方法としては、例えば、前述の導電性粒子(a)、樹脂(b)、必要に応じてその他成分を含有するペーストを、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷などの印刷によりパターン形成する方法や、露光および現像の工程を有するフォトリソグラフィによりパターン形成する方法などが挙げられる。フォトリソグラフィによりパターン形成する方法としては、例えば、非感光性ペースト塗布膜上に感光レジストを塗布して露光、現像、エッチング及びレジスト除去の工程によりパターンを形成する方法、感光性ペースト塗布膜から露光および現像工程により直接パターンを形成する方法などが挙げられる。なかでもパターンの細線化及び製造工程数短縮化の観点から感光性ペースト塗布膜から露光および現像の工程を有するフォトリソグラフィによりパターン形成する方法が好ましい。
ペースト中における導電性粒子(a)の含有量は、固形分中65~90重量%が好ましい。
本発明の導電パターンの形成方法は、基材上に、導電性粒子(a)、カルボキシル基を含有する樹脂(B)(カルボキシル基含有樹脂(B)ともいう)、不飽和二重結合を有する反応性モノマー(c)ならびに光重合開始剤(d)を含有する感光性ペーストを塗布することにより塗布膜を形成し、該塗布膜を露光及び現像することによりパターンを形成するフォトリソグラフィ工程を有することが好ましい。このように導電パターンを形成することにより、簡単な方法で微細なパターンを容易に形成することができる。
カルボキシル基含有樹脂(B)としては、例えば、上述したカルボキシ基を有する樹脂(b)などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
カルボキシル基含有樹脂(B)の酸価は、例えば、アクリル系共重合体の場合、構成成分中の不飽和酸の割合により、所望の範囲に調整することができる。カルボン酸変性エポキシ樹脂の場合、多塩基酸無水物を反応させることにより、所望の範囲に調整することができる。カルボン酸変性フェノール樹脂の場合、構成成分中の多塩基酸無水物の割合により、所望の範囲に調整することができる。
不飽和二重結合を有する反応性モノマー(c)としては、例えば、アクリル系共重合体の原料として先に例示したアクリル系モノマー、スチレン「以下、(St)」などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
なお、工程(1)において用いられるペーストがアクリル系共重合体および不飽和二重結合を有する反応性モノマー(c)を含有する場合、ペースト中における不飽和二重結合を有する反応性モノマー(c)の含有量は、アクリル系共重合体100重量部に対して1~100重量部が好ましい。不飽和二重結合を有する反応性モノマー(c)を1重量部以上含有することにより、微細なパターンを形成することができる。一方、不飽和二重結合を有する反応性モノマー(c)を100重量部以下含有することにより、硬化収縮を適度に抑えて導電性をより向上させることができる。
光重合開始剤(d)とは、紫外線等の短波長の光を吸収して分解又は水素引き抜き反応を起こして、ラジカルを生じる化合物をいう。光重合開始剤(d)としては、例えば、ベンゾフェノン誘導体、アセトフェノン誘導体、チオキサントン誘導体、ベンジル誘導体、ベンゾイン誘導体、オキシム系化合物、α-ヒドロキシケトン系化合物、α-アミノアルキルフェノン系化合物、ホスフィンオキサイド系化合物、アントロン化合物、アントラキノン化合物等が挙げられる。ベンゾフェノン誘導体としては、例えば、ベンゾフェノン、O-ベンゾイル安息香酸メチル、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ジクロロベンゾフェノン、フルオレノン、4-ベンゾイル-4’-メチルジフェニルケトン等が挙げられる。アセトフェノン誘導体としては、例えば、p-t-ブチルジクロロアセトフェノン、4-アジドベンザルアセトフェノン、2,2’-ジエトキシアセトフェノン等が挙げられる。チオキサントン誘導体としては、例えば、チオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン等が挙げられる。ベンジル誘導体としては、例えば、ベンジル、ベンジルジメチルケタール、ベンジル-β-メトキシエチルアセタール等が挙げられる。ベンゾイン誘導体としては、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル等が挙げられる。オキシム系化合物としては、例えば、1,2-オクタンジオン-1-[4-(フェニルチオ)-2-(O-ベンゾイルオキシム)]、エタノン-1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-1-(O-アセチルオキシム)、1-フェニル-1,2-ブタンジオン-2-(O-メトキシカルボニル)オキシム、1-フェニル-プロパンジオン-2-(O-エトキシカルボニル)オキシム、1-フェニル-プロパンジオン-2-(O-ベンゾイル)オキシム、1,3-ジフェニル-プロパントリオン-2-(O-エトキシカルボニル)オキシム、1-フェニル-3-エトキシ-プロパントリオン-2-(O-ベンゾイル)オキシム等が挙げられる。α-ヒドロキシケトン系化合物としては、例えば、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン等が挙げられる。α-アミノアルキルフェノン系化合物としては、例えば、2-メチル-(4-メチルチオフェニル)-2-モルフォリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタン-1-オン、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチルベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イル-フェニル)ブタン-1-オン等が挙げられる。ホスフィンオキサイド系化合物としては、例えば、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキサイド等が挙げられる。アントロン化合物としては、アントロン、ベンズアントロン、ジベンゾスベロン、メチレンアントロン等が挙げられる。アントラキノン化合物としては、例えば、アントラキノン、2-t-ブチルアントラキノン、2-アミルアントラキノン、β-クロルアントラキノン等が挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。これらの中でも、光感度の高いオキシム系化合物が好ましい。
感光性ペーストにおける光重合開始剤(d)の含有量は、カルボキシル基含有樹脂(B)100重量部に対して、1~30重量部が好ましい。光重合開始剤(d)の含有量が1重量部以上であると、露光部の硬化密度が増加し、現像後の残膜率を高くすることができる。一方、光重合開始剤(d)の含有量が30重量部以下であると、パターン上部における光重合開始剤(d)による過剰な光吸収が抑制される。その結果、パターンを容易にテーパー形状にすることができ、基材との密着性を向上させることができる。
パターン形成に用いるペーストは、上記以外にも溶剤、可塑剤、レベリング剤、界面活性剤、シランカップリング剤、消泡剤、顔料等の添加剤を配合することもできる。
可塑剤の具体例としてはジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ポリエチレング
リコール、グリセリン等が挙げられる。レベリング剤の具体例としては特殊ビニル系重合
物、特殊アクリル系重合物などが挙げられる。
シランカップリング剤としては、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラ
ン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、3-メタクリロキシプロピ
ルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメト
キシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランなどが挙げられる。
溶剤としては、例えば、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、2-ジメチルアミノエタノール「以下、(DMEA)」、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、乳酸エチル、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、エチレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、ジアセトンアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコール、2,2,4,-トリメチル-1,3-ペンタンジオールモノイソブチレートなどが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。溶剤の沸点は150℃以上が好ましい。沸点が150℃以上であると、溶剤の揮発が抑制され、ペーストの増粘を抑制することができる。
感光性を有するペースト塗布膜からフォトリソグラフィによりパターン形成する方法を例に挙げて、工程(1)をさらに詳しく説明する。
まず、導電性粒子(a)、樹脂(b)、溶剤および必要に応じてその他成分を混合してペーストを作製する。混合装置としては、例えば、三本ローラーミル、ボールミル、遊星式ボールミル等の分散機や混練機などが挙げられる。
次に、得られたペーストを基材上に塗布し、乾燥する。ペーストの塗布方法としては、例えば、スピナーを用いた回転塗布、スプレー塗布、ロールコーティング、スクリーン印刷、ブレードコーター、ダイコーター、カレンダーコーター、メニスカスコーターまたはバーコーターを用いた塗布などが挙げられる。乾燥方法としては、例えば、オーブン、ホットプレート、赤外線等による加熱乾燥や、真空乾燥などが挙げられる。乾燥温度は50~180℃が好ましく、乾燥時間は1分間~数時間が好ましい。
次に、得られた塗布膜に、任意のパターン形成用マスクを介して露光し、潜像を形成する。露光の光源としては、水銀灯のi線(365nm)、h線(405nm)またはg線(436nm)が好ましく用いられる。
露光後、現像液を用いて現像することにより、未露光部を溶解除去して、所望のパターンを形成する。アルカリ現像を行う場合の現像液としては、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム、ジエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、酢酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエチルメタクリレート、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどの水溶液が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。また、場合によっては、これらの水溶液に、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン等の極性溶剤;メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類;乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類;シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;界面活性剤などを1種以上添加してもよい。
現像方法としては、例えば、露光したペースト塗布膜を有する基材を静置または回転させながら現像液を塗布膜面にスプレーする方法、露光したペースト塗布膜を有する基材を現像液中に浸漬する方法、露光したペースト塗布膜を有する基材を現像液中に浸漬しながら超音波をかける方法などが挙げられる。
現像後、リンス液によるリンス処理を施してもよい。リンス液としては、例えば、水、あるいは、水にエタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類または乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類を添加した水溶液などが挙げられる。
工程(1)により得られるパターンの厚みは、3μm以下が好ましい。厚みを3μm以下にすることにより、微細な導電パターンを形成することができる。また、酸性水溶液が染み込みやすくなり、短時間でもより良好な導電性を得ることができる。
次に工程(2)について説明する。
工程(2)においては、工程(1)において形成されたパターンに、25℃におけるアニオンの共役酸の酸解離定数(pKa)が1.0以下である塩を少なくとも1種含み、25℃におけるpHが1.2~3.5である酸性水溶液と接触させる。
酸性水溶液は25℃におけるアニオンの共役酸の酸解離定数(pKa)が1.0以下である塩を少なくとも1種含む。ここで、「塩」とは、プロトン以外のカチオンとアニオンから構成される成分をいい、本発明においては、水溶液中においてはカチオンとアニオンに電離した状態のものも「塩」に含むものとする。また、カチオンは一部が水酸基と結合したイオンとして存在することもあり、この場合の水溶液は酸性となる。塩に含まれるアニオンが酸水溶液中に存在することにより、導電性粒子(a)表面からの原子の拡散を促進し、導電性を向上させる。塩に含まれるプロトン以外のカチオンが酸水溶液中に存在することにより、後述する通り、pHが1.2以上であっても、アニオンの濃度を高くすることができる。結果として、導電パターンに含まれる導電性粒子(a)の腐食による導電性低下を抑制することができる。塩に含まれるアニオンの共役酸の25℃におけるpKaを1.0以下にすることにより、導電性粒子の原子拡散が促進され、導電性を向上させることができる。塩に含まれるアニオンの共役酸の25℃におけるpKaは-5.0以下がより好ましい。塩に含まれるアニオンの共役酸の25℃におけるpKaは、塩に含まれるアニオンを特定した上で、その共役酸について、吸光分析法を用いて測定することができる。尚、塩に含まれるアニオンの共役酸のpKaが-2以下の場合は文献値等を参照することができる。
25℃におけるアニオンの共役酸のpKaが1.0以下である塩は水溶性であれば特に制約はなく、例えば、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化ニッケル(II)、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、塩化スズ(II)、塩化銅(II)、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化ニッケル(II)、臭化鉄(II)、臭化鉄(III)、臭化銅(II)、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化ニッケル(II)、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウム、ベンゼンスルホン酸ナトリウム、ベンゼンスルホン酸カリウム、トリフルオロ酢酸ナトリウム、トリフルオロ酢酸カリウム等が挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
塩の濃度は0.05mol/L以上が好ましい。塩の濃度を0.05mol/L以上にすることにより、導電性粒子(a)表面からの原子の拡散を促進し、導電性をより向上させることができる。ここで「塩の濃度」は、塩を2種以上含有する場合、塩の合計の濃度をいう。
酸性水溶液に含まれる25℃におけるアニオンの共役酸のpKaが1.0以下である塩の種類及び濃度は、イオンクロマトグラフ法、誘導結合プラズマ質量分析法等により分析することができる。
酸性水溶液の25℃におけるpHは、1.2~3.5である。pHを1.2以上とすることにより、導電パターンに含まれる導電性粒子(a)の腐食による導電性低下を抑制することができる。一方、pHを3.5以下にすることにより、導電性粒子(a)表面からの原子の拡散を促進し、導電性を向上させることができる。pHは2.5以下がより好ましい。pHはガラス電極法により、ガラス電極と比較電極の2本の電極間に生じた電位差から測定することができる。
酸性水溶液には、上記塩以外の成分として、所定のpHの範囲となるように酸を含有しても構わない。酸としては、25℃における酸解離定数(pKa)が2~5である酸、すなわち弱酸を含有することが好ましい。多価の酸を含有する場合は、最も電離しやすい第1段階のpKaが2~5であることが好ましく、2種以上の酸を含有する場合は、最も電離しやすい酸のpKaが2~5であることが好ましい。pKaが2以上の弱酸を用いることにより、導電パターンに残存した酸による長期信頼性を向上させることができる。一方、pKaを5以下にすることにより、導電性をより向上させることができる。pKaは3.5以下がより好ましい。
25℃にけるpKaが2~5である酸としては、例えば、リン酸、クエン酸、酢酸、プロピオン酸、アスコルビン酸、ギ酸、乳酸等が挙げられる。pKaは、酸を分析により特定し、その酸について吸光分析法を用いることにより測定することができる。酸HXは水溶液中で、HXとXの両状態で存在しており、HXとXの吸収スペクトルの差から、水溶液中のHXとXの濃度を測定することができ、下数式(1)に基づき計算することができる。
Figure 0007371620000001
25℃におけるpKaが2~5である酸の濃度は、0.05~1mol/Lが好ましい。濃度を0.05mol/Lとすることにより、短時間で導電性をより向上させることができる。一方、濃度を1mol/L以下とすることにより、配線に酸が残留しにくくなり、信頼性を向上させることができる。なお、濃度は、含まれる酸の種類によって、所望のpHになるように適宜調整することができる。
工程(2)において、パターンに接触させる酸性水溶液の液温は、40℃~90℃が好ましい。液温を40℃以上にすることにより、より短時間で導電性を向上させることができる。液温は60℃以上がより好ましい。一方、液温を90℃以下にすることにより酸性水溶液の蒸発を抑制することができる。なお、酸性水溶液の液温は、含まれる酸の種類によって適宜調整することができる。
工程(2)において、酸性水溶液は予め加温してパターンに接触させてもよいし、パターンと、酸性水溶液が接触した状態で加熱してもよい。加熱方法としては、例えば、ホットプレート、熱風オーブン、イナートオーブン、IR炉、マイクロ波などによる加熱や、キセノンフラッシュランプ照射等挙げられる。
酸性水溶液の濃度は、0.05~1mol/Lが好ましい。濃度を0.05mol/Lとすることにより、短時間で導電性をより向上させることができる。一方、濃度を1mol/L以下とすることにより、配線に酸が残留しにくくなり、信頼性を向上させることができる。なお、濃度は、含まれる酸の種類によって、所望のpHになるように適宜調整することができる。
工程(2)により得られた導電パターンは、リンス液によるリンス処理を施しても構わない。ここでリンス液としては、例えば、水あるいは水にエタノール若しくはイソプロピルアルコール等のアルコール類又は乳酸エチル若しくはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類を加えた水溶液が挙げられる。リンス処理をすることで残留する酸を洗い流すことができ、配線の長期信頼性を高めることができる。
以下に本発明を実施例及び比較例を挙げて詳細に説明するが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
各実施例及び比較例で用いた材料は、以下のとおりである。
[導電性粒子(a)]
体積平均粒子径0.3μmの銀粒子
[不飽和二重結合を有する反応性モノマー(c)]
ライトアクリレートBP-4EA(アクリル系モノマー;共栄社化学株式会社製)。
(合成例1)
EA/メタクリル酸2-エチルヘキシル(以下、「2-EHMA」と記すことがある。)/スチレン/アクリル酸のアクリル系共重合体(共重合比率(質量部):20/40/20/15)に、グリシジルメタクリレート(以下、「GMA」と記すことがある。)を5質量部付加反応させたもの
窒素雰囲気の反応容器中に、150gの後述するDMEAを仕込み、オイルバスを用いて80℃まで昇温した。これに、20gのEA、40gの2-EHMA、20gのSt、15gのAA、0.8gの2,2’-アゾビスイソブチロニトリル及び10gのDMEAからなる混合物を、1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに6時間重合反応を行った。その後、1gのハイドロキノンモノメチルエーテルを添加して、重合反応を停止した。引き続き、5gのGMA、1gのトリエチルベンジルアンモニウムクロライド及び10gのDMEAからなる混合物を、0.5時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに2時間付加反応を行った。得られた反応溶液をメタノールで精製することで未反応不純物を除去し、さらに24時間真空乾燥することで、アクリル系共重合体(B-1)を得た。得られたアクリル系共重合体(B-1)の酸価は103mgKOH/gであった。
(合成例2)
エチレンオキサイド変性ビスフェノールAジアクリレート(FA-324A;日立化成工業株式会社製)/EA/AAのアクリル系共重合体(共重合比率(質量部):50/10/15)にGMAを5質量部付加反応させたもの
窒素雰囲気の反応容器中に、150gのDMEAを仕込み、オイルバスを用いて80℃まで昇温した。これに、50gのエチレンオキサイド変性ビスフェノールAジアクリレートFA-324A、20gのEA、15gのAA、0.8gの2,2’-アゾビスイソブチロニトリル及び10gのDMEAからなる混合物を、1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに6時間重合反応を行った。その後、1gのハイドロキノンモノメチルエーテルを添加して、重合反応を停止した。引き続き、5gのGMA、1gのトリエチルベンジルアンモニウムクロライド及び10gのDMEAからなる混合物を、0.5時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに2時間付加反応を行った。得られた反応溶液をメタノールで精製することで未反応不純物を除去し、さらに24時間真空乾燥することで、アクリル系共重合体(B-2)を得た。得られたアクリル系共重合体(B-2)の酸価は96mgKOH/gであった。
(合成例3)
EA/2-EHMA/BA/N-メチロールアクリルアミド/AAのアクリル系共重合体(共重合比率(質量部):20/40/20/5/15)
窒素雰囲気の反応容器中に、150gのDMEAを仕込み、オイルバスを用いて80℃まで昇温した。これに、20gのEA、40gの2-EHMA、20gのBA、5gのN-メチロールアクリルアミド、15gのAA、0.8gの2,2’-アゾビスイソブチロニトリル及び10gのDMEAからなる混合物を、1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに6時間重合反応を行った。その後、1gのハイドロキノンモノメチルエーテルを添加して、重合反応を停止した。得られた反応溶液をメタノールで精製することで未反応不純物を除去し、さらに24時間真空乾燥することで、アクリル系共重合体(B-3)を得た。得られたアクリル系共重合体(B-3)の酸価は103mgKOH/gであった。
[光重合開始剤(d)]
“IRGACURE(登録商標)”OXE01(商品名、BASFジャパン(株)製、オキシム系化合物)(以下、OXE01と称す)。
[溶剤]
DMEA(東京化成工業株式会社製)
各実施例および比較例における評価方法を以下に示す。
<pKaの測定>
酸のpKaは表1に記載の酸を0.01mol/Lに調整した酸性水溶液を25℃の液温に保ち、pKa分析装置(Sirius-T3;Pion社製)を用いて測定した。
塩を構成するアニオンの共役酸のpKaは、塩を構成するアニオンとプロトンからなる酸を0.01mol/Lに調整した後、水溶液を25℃の液温に保ち、pKa分析装置(Sirius-T3;Pion社製)を用いて測定した。塩を構成するアニオンの共役酸のpKaが-2以下の場合は、「David A. Evans、[online]、インターネット
<URL:http://evans.rc.fas.harvard.edu/pdf/evans_pKa_table.pdf>」を参照した。
<pHの測定>
酸性水溶液のpHは表1に記載の酸性水溶液を25℃の液温に保ち、pHメーター(F-71;株式会社堀場製作所製)を用いて測定した。
<パターニング性の評価>
各実施例及び比較例にて得られたパターニング性の評価用サンプルを光学顕微鏡で観察し、パターン間に残渣がなく、かつパターン剥がれのないラインアンドスペース(以下、「L/S」と記すことがある。)の値が最小の導電パターンを確認し、そのL/Sの値が7/7の場合をA、10/10の場合をB、15/15の場合をC、15/15で導電パターンが形成できない場合をD、とそれぞれ判定した。A>B>C>Dの順にパターニング性が優れており、微細なパターニングが可能なことを示す。
<導電性の評価>
各実施例及び比較例にて得られた導電性の評価用サンプルのそれぞれの端部を抵抗計(RM3544;HIOKI製)でつないで抵抗値を測定し、以下の数式(2)に基づいて比抵抗率を算出した。なお膜厚は、“サーフコム(登録商標)”1400((株)東京精密製)のような触針式段差計を用いて測定した。より具体的には、無作為に選択した10の位置の膜厚を触針式段差計(測長:1mm、走査速度:0.3mm/sec)でそれぞれ測定し、それらの平均値を求めることで算出した。また線幅は、無作為に選択した10の位置の線幅を光学顕微鏡でそれぞれ観察し、画像データを解析して、それらの平均値を求めることで算出した。
比抵抗 = 抵抗値×膜厚×線幅/ライン長 ・・・ (2)
比抵抗が小さいほど導電性に優れていることを示す。
(実施例1)
100mLクリーンボトルに、10.0gのアクリル系共重合体(B-1)、2.0gのライトアクリレートBP-4EA、0.60gのOXE01及び9.0gのDMEAを入れ、“あわとり錬太郎”(ARE-310;株式会社シンキー製)で混合して、21.6gの樹脂溶液(全固形分58.3質量%)を得た。
21.6gの得られた樹脂溶液及び50.4gの銀粒子を混ぜ合わせ、3本ローラーミル(EXAKT M-50;EXAKT社製)を用いて混練し、72.0gの導電ペースト1を得た。
厚さ50μmのPETフィルム上に、導電ペースト1を乾燥後の塗布膜厚が1.5μmになるようにスクリーン印刷法で塗布し、得られた塗布膜を80℃の乾燥オーブンで15分間乾燥した。以下のパターニング性、導電性を評価した。
パターニング性
一定のL/Sで配列された直線群すなわち透光パターンを1つのユニットとし、L/Sの値が異なる3種類のユニットをそれぞれ有するフォトマスクを介して、乾燥後の塗布膜を露光及び現像して、L/Sの値が異なる3種類のパターンをそれぞれ得た。その後、得られた3種類のパターンを表1に記載の酸性水溶液に所定時間浸漬させ、超純水によるリンス処理により酸を洗い流し、エアーカットで水を切り、80℃の乾燥オーブンで3分間乾燥させ、L/Sの値が異なる3種類の導電パターンをそれぞれ得、これをパターニング性の評価用サンプルとした。なお、フォトマスクが有する各ユニットのL/Sの値は、15/15、10/10、7/7とした(それぞれライン幅(μm)/間隔(μm)を表す)。露光は露光装置(PEM-6M;ユニオン光学株式会社製)を用いて露光量300mJ/cm(波長365nm換算)で全線露光を行い、現像は0.20質量%のNaCO溶液に基板を30秒間浸漬させた後、超純水によるリンス処理を施して行った。パターニング性についての評価結果を表1に示す。
導電性
図1に示す透光パターン100を100個有するフォトマスクを介して、乾燥後の塗布膜を露光及び現像して、パターンを得た。その後、得られたパターンを表1に記載の酸性水溶液に表1に記載の時間浸漬させ、超純水によるリンス処理により酸を洗い流し、エアーカットで水を切り、80℃の乾燥オーブンで3分間乾燥させ、導電性の評価用サンプルを得た。得られた導電パターンの線幅は0.10mmであり、ライン長は80mmであった。なお、露光及び現像の条件は、上記パターニング性の評価用サンプルの作製記載の条件と同様とした。導電性についての評価結果を表1に示す。
(実施例2~24、26)
表1に示す組成の導電ペーストにより所定のパターンを形成し、表1に示す酸性水溶液を用いて実施例1と同様の方法で導電パターンを製造し、実施例1と同様の評価をした。パターニング性および導電性についての評価結果を表1に示す。
(実施例25)
100mLクリーンボトルに、12.0gのアクリル系共重合体(B-2)、0.60gのOXE01及び9.0gのDMEAを入れ、“あわとり錬太郎”(ARE-310;株式会社シンキー製)で混合して、21.6gの樹脂溶液(全固形分58.3質量%)を得た。
21.6gの得られた樹脂溶液及び50.4gの銀粒子を混ぜ合わせ、3本ローラーミル(EXAKT M-50;EXAKT社製)を用いて混練し、72.0gの導電ペースト2を得た。導電ペースト2により所定のパターンを形成し、表1に示す酸性水溶液を用いて実施例1と同様の方法で導電パターンを製造し、実施例1と同様の評価をした。パターニング性および導電性についての評価結果を表1に示す。
(実施例27)
表1に示す組成の導電ペーストにより所定のパターンを形成し、得られたパターンを表1に示す酸性水溶液に表1に記載の時間浸漬させた後、洗浄を施すことなく、100℃の乾燥オーブンで10分間キュアした。その後、超純水によるリンス処理により酸を洗い流し、エアーカットで水を切り、80℃の乾燥オーブンで3分間乾燥させて導電パターンを製造し、実施例1と同様の評価をした。パターニング性および導電性についての評価結果を表1に示す。
(実施例28)
100mLクリーンボトルに、10.0gのアクリル系共重合体(B-1)及び8.0gのDMEAを入れ、“あわとり錬太郎”(ARE-310;株式会社シンキー製)で混合して、18.0gの樹脂溶液(全固形分55.6質量%)を得た。
18.0gの得られた樹脂溶液及び90.0gの銀粒子を混ぜ合わせ、3本ローラーミル(EXAKT M-50;EXAKT社製)を用いて混練し、108.0gの導電ペースト3を得た。
厚さ50μmのPETフィルム上に、導電ペースト3をグラビア印刷により、L/Sの値が異なる3種類のパターンをそれぞれ得た。得られたパターンを80℃の乾燥オーブンで15分間乾燥した。その後、得られた3種類のパターンを表1に記載の酸性水溶液に所定時間浸漬させ、超純水によるリンス処理により酸を洗い流し、エアーカットで水を切り、80℃の乾燥オーブンで3分間乾燥させ、L/Sの値が異なる3種類の導電パターンをそれぞれ得、これをパターニング性の評価用サンプルとした。なお、グラビア印刷で用いた凹版が有する各ユニットのL/Sの値は、15/15、10/10、7/7とした(それぞれライン幅(μm)/間隔(μm)を表す)。パターニング性についての評価結果を表1に示す。
厚さ50μmのPETフィルム上に、導電ペースト3をグラビア印刷により、導電性の評価に用いるパターンを得た。グラビア印刷で用いた凹版は、図1に示すパターン100を100個有する。得られたパターンを80℃の乾燥オーブンで15分間乾燥した。その後、得られたパターンを表1に記載の酸性水溶液に表1に記載の時間浸漬させ、超純水によるリンス処理により酸を洗い流し、エアーカットで水を切り、80℃の乾燥オーブンで3分間乾燥させ、導電性の評価用サンプルを得た。得られた導電パターンの線幅は0.10mmであり、ライン長は80mmであった。導電性についての評価結果を表1に示す。
(比較例1、2、6~9)
表2に示す組成の導電ペーストにより所定のパターンを形成し、表2に示す酸性水溶液を用いて実施例1と同様の方法で導電パターンを製造し、実施例1と同様の評価をした。パターニング性および導電性についての評価結果を表2に示す。
(比較例3)
表2に示す組成の導電ペーストにより所定のパターンを形成し、得られたパターンを25℃の0.2mol/Lの塩酸水溶液に1分間浸漬した後、70℃に加温された0.2mol/Lのクエン酸水溶液に5分間浸漬させ、超純水によるリンス処理により酸を洗い流し、エアーカットで水を切り、80℃の乾燥オーブンで3分間乾燥させて導電パターンを製造し、実施例1と同様の評価をした。パターニング性および導電性についての評価結果を表2に示す。
(比較例4)
表2に示す組成の導電ペーストにより所定のパターンを形成し、得られたパターンを25℃の0.2mol/Lの塩酸水溶液に1分間浸漬した後、70℃に加温された0.2mol/Lのクエン酸水溶液に10分間浸漬させ、超純水によるリンス処理により酸を洗い流し、エアーカットで水を切り、80℃の乾燥オーブンで3分間乾燥させて導電パターンを製造し、実施例1と同様の評価をした。パターニング性および導電性についての評価結果を表2に示す。
(比較例5)
表2に示す組成の導電ペーストにより所定のパターンを形成し、得られたパターンを25℃の1mol/Lの塩酸水溶液に1分間浸漬した後、70℃に加温された1mol/Lのクエン酸水溶液に10分間浸漬させ、超純水によるリンス処理により酸を洗い流し、エアーカットで水を切り、80℃の乾燥オーブンで3分間乾燥させて導電パターンを製造し、実施例1と同様の評価をした。パターニング性および導電性についての評価結果を表2に示す。
(比較例10)
表2に示す組成の導電ペーストにより所定のパターンを形成し、酸性水溶液に浸漬することなく、得られたパターンを100℃で1時間、乾燥オーブンでキュアして導電パターンを製造し、実施例1と同様の評価をした。パターニング性および導電性についての評価結果を表2に示す。
Figure 0007371620000002
Figure 0007371620000003
100 透光パターン

Claims (7)

  1. (1)基材上に、導電性粒子(a)、樹脂(b)を含むパターンを形成する工程と、
    (2)形成されたパターンに、25℃におけるアニオンの共役酸の酸解離定数(pKa)が1.0以下である塩を少なくとも1種含み、25℃におけるpHが1.2~3.5である酸性水溶液を接触させる工程とを有し、
    前記(1)のパターンを形成する工程が、基材上に、導電性粒子(a)、カルボキシル基を含有する樹脂(B)、不飽和二重結合を有する反応性モノマー(c)および光重合開始剤(d)を含有する感光性ペーストを塗布することにより塗布膜を形成し、該塗布膜を露光及び現像することによりパターンを形成するフォトリソグラフィ工程である導電パターンの製造方法。
  2. 前記酸性水溶液に含まれる塩の濃度が0.05mol/L以上である請求項1に記載の導電パターンの製造方法。
  3. 前記酸性水溶液に、前記塩以外の酸を含有し、当該酸のpKaが2~5である請求項1又は2に記載の導電パターンの製造方法。
  4. 前記酸性水溶液の液温が40℃~90℃である請求項1~3いずれか1項に記載の導電パターンの製造方法。
  5. 前記パターンと前記酸性水溶液とが接触した状態で加熱する請求項1~4いずれか1項に記載の導電パターンの製造方法。
  6. 前記導電性粒子(a)が銀粒子を含有する請求項1~いずれか1項に記載の導電パターンの製造方法。
  7. 前記導電パターンの厚みが3μm以下である請求項1~いずれか1項に記載の導電パターンの製造方法。
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