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1. WO2020184107 - ELECTROCONDUCTIVE INK-JET INK

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明 細 書

発明の名称 導電性インクジェットインク

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007   0008  

課題を解決するための手段

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015  

図面の簡単な説明

0016  

発明を実施するための形態

0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064  

符号の説明

0065  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3   4  

明 細 書

発明の名称 : 導電性インクジェットインク

技術分野

[0001]
 本発明は、導電性インクジェットインクに関する。具体的には、電子部品の製造に用いられる導電性インクジェットインクに関する。本出願は、2019年3月11日に出願された日本国特許出願2019-044188号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。

背景技術

[0002]
 模様や文字などの画像を印刷対象に描画する印刷方法の一つとして、従来からインクジェット印刷が用いられている。かかるインクジェット印刷は、精度の高い画像を低コストかつオンデマンドで印刷でき、印刷対象へのダメージも少ないため、種々の分野への応用が検討されている。例えば、近年では、電子部品の製造における導電回路パターン(電極など)の形成にインクジェット印刷を使用することが検討されている。
[0003]
 かかる電子部品の製造では、金属粒子等を含む無機粉体を導電性材料として添加された導電性インクジェットインク(以下、「導電性インク」ともいう)が使用される。かかる導電性インクの一例として、銀や銀銅合金等のナノ金属パウダーを含むインクが特許文献1に開示されている。また、酸化銀、酸化銅、酸化パラジウム、酸化ニッケル、酸化鉛、酸化コバルト等の金属酸化物微粒子を含むインクが特許文献2に開示されている。一般に、インクジェット印刷を適切に行うためには、導電性インクが低粘度であり、かつ、無機粉体の濃度が高いことが求められる。上述した特許文献1、2では、これらのインクジェット適正を得るための技術が提案されている。
[0004]
 また、導電性インクジェットインクでは、印刷時の吐出性や印刷後の導電性等を確保するという観点から、無機粉体を安定的に分散させることも求められる。例えば、特許文献3では、酸点と塩基点とが表面に混在する固体微粒子(無機粉体)の分散性を高めるために、酸性吸着基又は塩基性吸着基の何れか一方のみを有する第1分散剤と、酸性吸着基と基性吸着基の両方を有する第2分散剤とを添加する技術が開示されている。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 日本国特許出願公表第2008-513565号公報
特許文献2 : 日本国特許出願公開第2012-216425号公報
特許文献3 : 日本国特許出願公開第2015-62871号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 ところで、電子部品の中には、プラズマ耐久性が求められる製品(例えば、静電チャック等)がある。かかる耐プラズマ性の電子部品では、基材にアルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミック材料が用いられる。そして、耐プラズマ性の電子部品の製造工程では、セラミック材料を含む無機基材の焼結のために1200℃以上の高温焼成が施される。この耐プラズマ性の電子部品の導電性材料には、上述の高温焼成において導電回路パターンの形状を維持するため、タングステン(W)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、クロム(Cr)等の融点1200℃以上の金属粒子(以下、「高融点金属粒子」とも言う)が用いられる。
[0007]
 本発明者らは、上記耐プラズマ性の電子部品の導電回路パターンをインクジェット印刷によって形成することを検討している。しかしながら、融点が1200℃以上の高融点金属粒子は、AgやCu等からなる一般的な金属粒子と比べ、液中で沈降や凝集が生じやすいという性質を有している。このため、高融点金属粒子を含む導電性インクでは、インク粘度を低い状態で長期間維持することが難しく、吐出性と経日安定性の点において改善の余地があった。
[0008]
 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、高融点金属粒子を含有する導電性インクにおいて、インクジェット装置からの吐出性を改善し、かつ、好適な吐出性を長期間維持することを可能にする技術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

[0009]
 ここに開示される導電性インクジェットインクは、電子部品の製造に用いられる。かかる導電性インクジェットインクは、少なくとも、融点が1200℃以上の金属粒子を含む無機粉末と、分散剤と、有機溶剤と、ポリビニルアセタール樹脂とを含有する。この導電性インクジェットインクでは、無機粉末の平均一次粒子径が500nm以下であり、インクジェットインクの総体積を100体積%としたときの無機粉末の体積が7.5体積%以下であり、インクジェットインクの総体積を100体積%としたときの分散剤の体積(V )に対する無機粉末の比表面積(S )の割合(S /V )が0.25以上10以下である。そして、ここに開示される導電性インクジェットインクでは、ポリビニルアセタール樹脂の平均分子量が2.5×10 以上6.4×10 以下であり、かつ、有機溶剤の重量(W )に対するポリビニルアセタール樹脂の重量(W PA)の割合(W PA/W )が0.5wt%以上3wt%以下である。
[0010]
 ここに開示される導電性インクは、少なくとも、無機粉末と、分散剤と、有機溶剤と、ポリビニルアセタール樹脂とを含有する。そして、これらの材料を適切な条件の下で混合することによって、吐出性と経日安定性に優れた導電性インクを調製できることが本発明者らの実験によって確認されている。したがって、ここに開示される導電性インクによると、インクジェット印刷を用いた耐プラズマ性の電子部品(静電チャック等)の製造を実現することができる。
[0011]
 ここに開示される導電性インクジェットインクの好ましい一態様では、無機粉末の平均一次粒子径が150nm以上である。これによって、無機粉末が凝集して吐出性が低下することを抑制できる。
[0012]
 ここに開示される導電性インクジェットインクの好ましい一態様では、インクジェットインクの総体積を100体積%としたときの無機粉末の体積が1.5体積%以上である。これによって、少ない印刷回数で好適な厚みの導電回路パターンを形成できるため、電子部品の製造効率の向上に貢献できる。
[0013]
 ここに開示される導電性インクジェットインクの好ましい一態様では、金属粒子は、W、Co、Ni、Fe、Pt、Cr、PdおよびMoからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含む。これらの金属粒子は、特に耐熱性に優れている(融点:1400℃以上)ため、耐プラズマ性の電子部品の製造に好適に使用できる。
[0014]
 ここに開示される導電性インクジェットインクの好ましい一態様では、ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルブチラール樹脂および/またはポリビニルホルマール樹脂である。これらの樹脂材料をポリビニルアセタール樹脂として添加することによって、無機粉体の沈殿を適切に抑制し、吐出性や経日安定性を好適に向上させることができる。
[0015]
 ここに開示される導電性インクジェットインクの好ましい一態様では、無機粉末の総重量を100質量%としたときの金属粒子の質量が50質量%以上である。ここに開示される導電性インクにおける無機粉末は、高融点金属粒子以外の無機粒子(例えば、セラミック粒子)を含み得る。但し、焼成後の導電回路パターンの導電性を好適に確保するという観点から、無機粉末における高融点金属粒子の含有量(質量%)は50質量%以上に設定した方が好ましい。

図面の簡単な説明

[0016]
[図1] 図1は、導電性インクにおける無機粉体の状態を示す模式図である。
[図2] 図2は、導電性インクの製造に用いられる撹拌粉砕機を模式的に示す断面図である。
[図3] 図3は、インクジェット装置の一例を模式的に示す全体図である。
[図4] 図4は、図3中のインクジェット装置のインクジェットヘッドを模式的に示す断面図である。

発明を実施するための形態

[0017]
 以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
[0018]
1.導電性インクジェットインク
 ここに開示される導電性インクは、少なくとも、(a)無機粉末と、(b)分散剤と、(c)有機溶剤と、(d)ポリビニルアセタール樹脂とを含有する。これらの(a)~(d)の材料を適切な条件の下で混合することによって、吐出性と経日安定性に優れた導電性インクを調製できることが本発明者らの実験によって確認されている。
[0019]
 特に限定して解釈されるものではないが、上記(a)~(d)の材料を含む導電性インクでは、図1に示すように、金属粒子Aの表面に分散剤Bが付着しているため、金属粒子A同士の凝集が抑制されると予想される。さらに、ポリビニルアセタール樹脂Cが有機溶剤中に分散することによって、金属粒子Aの沈殿が抑制されると予想される。
 しかし、本発明者らが実際に実験を行ったところ、(b)分散剤と(d)ポリビニルアセタール樹脂を単に添加するのみでは、吐出性と経日安定性の両方を高いレベルで両立させることができず、電子部品の製造に使用し得る導電性インクを得ることができなかった。これに対して、本発明者らが種々の実験と検討を繰り返した結果、上述した(b)分散剤による凝集抑制効果と、(d)ポリビニルアセタール樹脂による沈殿抑制効果を適切に発揮させるには、種々の条件を満たす必要があることを見出した。
[0020]
 以下、上述した(a)~(d)の各材料の詳細と、(b)分散剤と(d)ポリビニルアセタール樹脂の効果を適切に発揮させるための条件について説明する。
[0021]
(a)無機粉末
 無機粉末は、焼成後の印刷層(導電回路パターン)の主成分を構成する材料である。かかる焼成後の印刷層に導電性を付与するため、ここに開示される導電性インクでは無機粉末に金属粒子が含まれている。この金属粒子は、融点が1200℃以上の金属元素を含む高融点金属粒子である。かかる高融点金属粒子を使用することによって、高温環境に晒された場合でも導電回路パターンの形状を維持できるため、高温焼成が行われる耐プラズマ性の電子部品(静電チャック等)を好適に製造できる。なお、上記高融点金属の好適例として、W、Co、Ni、Fe、Pt、Cr、PdおよびMo等が挙げられる。これらの金属元素は、特に耐熱性に優れている(融点:1400℃以上)ため、耐プラズマ性の電子部品の製造に特に好適に使用できる。また、上述の高融点金属の中でも、W、Pt、PdおよびMoは、特に耐熱性に優れている(融点:1500℃以上)。しかし、これらの高融点金属は、比重が非常に大きい(比重10以上)ため、沈殿による吐出性や経日安定性の低下が生じやすい。しかし、ここに開示される技術によると、上述した凝集抑制効果と沈殿抑制効果を適切に発揮させることができるため、WやPt等の比重が大きな高融点金属を含む導電性インクを安定して使用できる。
[0022]
 また、無機粉末は、ここに開示される技術の効果を阻害しない範囲内であれば、高融点金属粒子以外の無機粒子を含んでいてもよい。かかる無機粒子の一例として、ZrO 、Al 、Ag O、Cu O、PdO、NiO、CoO等のセラミック粒子が挙げられる。これらのセラミック粒子は、一般的な金属粒子よりも融点が高いため、高融点金属粒子と混合することによって、印刷後の導電回路パターンの耐熱性の向上を図ることができる。なお、セラミック粒子等の無機粒子を添加する場合には、無機粉末の総質量を100wt%としたときの高融点金属粒子の含有量を50wt%以上にすることが好ましい。これによって、導電回路パターンの導電性と耐熱性を高いレベルで両立できる。
[0023]
 ここに開示される導電性インクにおける無機粉末の平均一次粒子径は、吐出性と経日安定性に影響し得る要素の一つである。具体的には、無機粉末の平均一次粒子径が大きすぎると、ポリビニルアセタール樹脂による沈殿抑制効果が適切に発揮されず、経日安定性の低下が生じ得る。また、分散剤による凝集抑制効果が発揮されたとしても、無機粉末の一次粒子径自体が大きすぎると、インクジェット装置の吐出口が詰まって吐出性が低下する虞がある。これらの点から、ここに開示される導電性インクでは、無機粉末の平均一次粒子径が500nm以下に設定されている。なお、より良好な吐出性と経日安定性を得るという観点から、無機粉末の平均一次粒子径は、475nm以下であることが好ましく、450nm以下であることがより好ましく、425nm以下であることがさらに好ましく、400nm以下であることが特に好ましい。
 一方、平均一次粒子径が小さくなるにつれて無機粉末が凝集しやすくなる傾向があるため、無機粉末の平均一次粒子径の下限は、150nm以上であることが好ましく、170nm以上であることがより好ましく、180nm以上であることがさらに好ましく、200nm以上であることが特に好ましい。
[0024]
 なお、本明細書における「平均一次粒子径」は、SEM(Scanning Electron Microscope)観察画像に基づいて測定された値である。具体的には、導電性インクのSEM画像から、無機粉体の一次粒子をランダムに100個選択し、選択した粒子の粒子径を平均粒子径としている。
[0025]
 さらに、ここに開示される導電性インクでは、吐出性と経日安定性に影響し得る要素の一つとして、無機粉末の含有量も所定の範囲内に調節されている。具体的には、無機粉末の含有量が多くなりすぎると、分散剤による凝集抑制効果やポリビニルアセタール樹脂による沈殿抑制効果が発揮されたとしても、無機粉末の凝集や沈殿を十分に防止できず、吐出性や経日安定性が低下する。このため、ここに開示される導電性インクでは、インク総体積を100体積%としたときの無機粉末の体積が7.5体積%以下に設定されている。また、吐出性や経日安定性の低下をより好適に防止するという観点から、無機粉末材料の体積は、7体積%以下であることが好ましく、6.5体積%以下であることがより好ましく、6体積%以下であることがさらに好ましく、5.5体積%以下であることが特に好ましい。
 一方、少ない印刷回数で好適な厚みの導電回路パターンを形成するという観点からは、無機粉末の含有量を増加させた方が好ましい。かかる観点から、導電性インク中の無機粉末材料の体積の下限は、1体積%以上であることが好ましく、1.5体積%以上であることがより好ましく、2体積%以上であることがさらに好ましく、3体積%以上であることが特に好ましい。
[0026]
 また、詳しくは後述するが、ここに開示される導電性インクでは、分散剤による凝集抑制効果を適切に発揮させるために、分散剤の体積(V )に対する無機粉末の比表面積(S )の割合(S /V )が所定の範囲内の値に定められている。但し、無機粉末の比表面積(S )自体は、上記S /V が所定の範囲を満たしていれば特に限定されず、所望の値に適宜調節することができる。例えば、無機粉末の比表面積(S )の下限は、0.5m /g以上であってもよく、1m /g以上であってもよく、1.5m /g以上であってもよく、2m /g以上であってもよい。一方、無機粉末の比表面積(S )の上限は、8m /g以下であってもよく、7.5m /g以下であってもよく、7m /g以下であってもよく、6.5m /g以下であってもよい。
[0027]
(b)分散剤
 ここに開示される導電性インクは分散剤を含有する。かかる分散剤としては、無機粉末に対して高分子吸着による立体障害を形成し、好適な凝集抑制効果を発揮できるものが好ましい。かかる分散剤の好適例として、カチオン系分散剤やアニオン系分散剤等が用いられる。カチオン系分散剤は、酸塩基反応によって無機粉体(好適には金属粒子)の表面に効率良く付着する。また、このカチオン系分散剤の一例としてアミン系分散剤が挙げられる。適切に選択されたこれらの分散剤は、立体障害により無機粉体の凝集をより好適に抑制できると共に、インクの経日安定性の向上にも貢献できる。なお、アミン系分散剤の好適例として、平均分子量が1×10 以上5×10 以下(例えば1×10 程度)の脂肪酸アミン系分散剤、ポリエステルアミン系分散剤などが挙げられる。
[0028]
 上述したように、ここに開示される導電性インクでは、分散剤による凝集抑制効果を適切に発揮させるために、分散剤の体積(V )に対する無機粉末の比表面積(S )の割合(S /V )を所定の範囲内の値に定めている。具体的には、ここに開示される導電性インクにおける分散剤は、無機粉末の各粒子の表面に付着することによって凝集抑制効果を発揮する。本発明者らは、かかる凝集抑制効果を適切に発揮させるためには、無機粉末の比表面積(S )に対して十分な量の分散剤が添加されている必要があると考え、上記S /V の上限値を10以下に設定している。これによって、無機粉末の各粒子の表面を十分に被覆する程度の分散剤が添加されるため、凝集抑制効果を適切に発揮させて、高いレベルの吐出性を得ることができる。なお、凝集抑制効果をより好適に発揮させるという観点から、上記S /V は、9以下であることが好ましく、8.5以下であることがより好ましく、8以下であることがさらに好ましく、7.5以下であることが特に好ましい。
 一方、本発明者らは、無機粉末の比表面積(S )に対する分散剤の含有量を多くし過ぎると、無機粉末の表面に付着していない分散剤(余剰の分散剤)が生じるため、却って吐出性が低下するおそれがあると考え、上記S /V の下限値を0.25以上に設定している。なお、余剰の分散剤による吐出性の低下を更に好適に防止するという観点から、上記S /V の下限値は、0.3以上であることが好ましく、0.4以上であることがより好ましく、0.7以上であることがさらに好ましく、1以上であることが特に好ましい。
[0029]
 なお、上述した無機粉末の比表面積(S )と同様に、上記S /V が0.25以上10以下の範囲内であれば、分散剤の体積(V )自体は特に限定されない。例えば、分散剤の体積(V )の下限は、0.1体積%以上であってもよく、0.2体積%以上であってもよく、0.4体積%以上であってもよく、0.6体積%以上であってもよい。一方、分散剤の体積(V )の上限は、20体積%以下であってもよく、15体積%以下であってもよく、10体積%以下であってもよく、7.5体積%以下であってもよい。
[0030]
(c)有機溶剤
 ここに開示される導電性インクは有機溶剤を含有する。有機溶剤は、無機粉末やポリビニルアセタール樹脂を適切に分散できればよく、従来のインクジェットインクに使用され得る有機溶剤を特に制限なく使用できる。なお、インクの吐出性や経日安定性を考慮すると、低粘度かつ高沸点の有機溶剤を特に好ましく用いることができる。かかる有機溶剤の好適例として、グリコールアセテートや脂肪族モノアルコールなどが挙げられる。グリコールアセテートとしては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブ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ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチルグリコールアセテート、ブチルジグリコールアセテート等が挙げられる。また、脂肪族モノアルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、n-アミルアルコール、ヘキサノール、ヘプタノール、n-オクタノール、2-エチルヘキサノール、イソオクタノール、ノナノール、デカノール、イソウンデカノール、ラウリルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール等の直鎖又は分岐脂肪族アルコール、が挙げられる。
[0031]
(d)ポリビニルアセタール樹脂
 ここに開示される導電性インクは、ポリビニルアセタール樹脂を含有する。上述したように、ポリビニルアセタール樹脂は、有機溶剤中に分散し、無機粉末の沈殿を抑制する機能を有している。ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコール樹脂をアセタール化することによって生成される樹脂を包含する。かかるポリビニルアセタール樹脂の一例として、ポリビニルブチラール樹脂やポリビニルホルマール樹脂(ビニロン)等が挙げられる。
[0032]
 ここに開示される導電性インクでは、ポリビニルアセタール樹脂による沈殿抑制効果を適切に発揮させるために、当該ポリビニルアセタール樹脂の平均分子量を所定の範囲内に設定している。具体的には、ポリビニルアセタール樹脂の平均分子量が小さくなり過ぎると、当該樹脂が無機粉末の沈降を阻害できなくなり、経日安定性が大きく低下するおそれがある。このため、ここに開示される導電性インクでは、ポリビニルアセタール樹脂の平均分子量が2.5×10 以上に設定されている。なお、沈殿抑制作用をより好適に発揮させるという観点から、上記平均分子量の下限は、3×10 以上であることが好ましく、3.2×10 以上であることがより好ましく、3.6×10 以上であることがさらに好ましく、4×10 以上であることが特に好ましい。
 一方、ポリビニルアセタール樹脂の平均分子量が大きくなり過ぎると、有機溶剤の粘度が上昇して吐出性が低下するおそれがある。このため、ここに開示される導電性インクでは、ポリビニルアセタール樹脂の平均分子量の上限が6.4×10 以下に設定されている。なお、好適な吐出性を確保するという観点から、上記平均分子量の上限は、6.2×10 以下であることが好ましく、6×10 以下であることがより好ましく、5.8×10 以下であることがさらに好ましく、5.6×10 以下であることが特に好ましい。
[0033]
 さらに、ここに開示される導電性インクでは、ポリビニルアセタール樹脂による沈殿抑制効果を適切に発揮させるために、有機溶剤の重量(W )に対するポリビニルアセタール樹脂の重量(W PA)の割合(W PA/W )を所定の範囲内の値に定めている。具体的には、沈殿抑制効果を適切に発揮させて経日安定性を向上させるためには、有機溶剤中に十分な量のポリビニルアセタール樹脂が分散していることが求められる。かかる観点から、ここに開示される導電性インクでは、上記有機溶剤の重量(W )に対するポリビニルアセタール樹脂の重量(W PA)の割合(W PA/W )を0.5wt%以上に設定している。なお、沈殿抑制作用を更に好適に発揮させるという観点から、上記W PA/W の下限は、0.6wt%以上であることが好ましく、0.7wt%以上であることがより好ましく、0.8wt%以上であることがさらに好ましく、1wt%以上であることが特に好ましい。また、ポリビニルアセタール樹脂の含有量(W PA)は、無機基材の表面に対する定着強度にも影響し得る。そして、W PA/W を0.5wt%以上にすることによって、十分な定着強度が得られることが本発明者らの実験によって確認されている。
 一方、有機溶剤中に分散しているポリビニルアセタール樹脂の量が多すぎると、導電性インクの粘度が上昇して吐出性が低下する。このため、ここに開示される導電性インクでは、上記W PA/W の上限値を3wt%以下に設定している。なお、より好適な吐出性を確保するという観点から、上記W PA/W の上限は、2.75wt%以下であることが好ましく、2.5wt%以下であることがより好ましく、2.25wt%以下であることがさらに好ましく、2wt%以下であることが特に好ましい。
[0034]
(e)その他の成分
 ここに開示される導電性インクは、本発明の効果を損なわない範囲で、インクジェットインク(典型的には、無機基材用インクジェットインク)に用いられ得る公知の添加剤を、必要に応じてさらに含有してもよい。なお、かかる添加剤については、目的に応じて適宜変更することができ、本発明を特徴づけるものではないため、詳しい説明は省略する。
[0035]
2.導電性インクの調製
 次に、ここに開示される導電性インクを調製(製造)する手順について説明する。ここに開示される導電性インクは、上記凝集抑制効果と沈殿抑制効果とが発揮される条件の下で(a)~(d)の材料を混合した後、無機粉体の解砕・分散を行うことによって調製され得る。図2は導電性インクの製造に用いられる撹拌粉砕機を模式的に示す断面図である。なお、以下の説明は、ここで開示される導電性インクを限定することを意図したものではない。
[0036]
 ここに開示される導電性インクを製造するに際には、先ず、上述した(a)~(d)の材料を秤量して混合することによって当該インクの前駆物質であるスラリーを調製する。このとき、上述した「無機粉末の体積」、「分散剤の体積に対する無機粉末の比表面積の割合(S /V )」、「ポリビニルアセタール樹脂の平均分子量」、「有機溶剤の重量に対するポリビニルアセタール樹脂の重量の割合(W PA/W )」の各々が所望の値になるように、混合する材料を調節する。
[0037]
 次に、図2に示すような撹拌粉砕機100を用いて、スラリーの撹拌と無機粉体の粉砕を行う。具体的には、上記したスラリーに粉砕用ビーズ(例えば、直径0.5mmのジルコニアビーズ)を添加した後に、供給口110から撹拌容器120内にスラリーを供給する。この撹拌容器120内には、複数の撹拌羽132を有したシャフト134が収容されている。かかるシャフト134の一端はモータ(図示省略)に取り付けられており、当該モータを稼働させてシャフト134を回転させることによって複数の撹拌羽132でスラリーを送液方向Dの下流側に送り出しながら撹拌する。この撹拌の際に、スラリーに添加された粉砕用ビーズによって金属粒子等を含む無機粉体が粉砕され、微粒化した無機粉体がスラリー中に分散される。
[0038]
 そして、送液方向Dの下流側まで送り出されたスラリーは、フィルター140を通過する。これによって、粉砕用ビーズや微粒化されなかった無機粉体がフィルター140によって捕集され、微粒化された無機粉体が十分に分散された導電性インクが排出口150から排出される。このとき、フィルター140の孔径を調節することによって、導電性インクにおける「無機粉体の平均一次粒子径」を所望の範囲内に調節できる。
[0039]
 このようにして得られた導電性インクは、分散剤による凝集抑制効果と、ポリビニルアセタール樹脂による沈殿抑制効果とが適切に発揮されるように種々の条件が調節されているため、融点1200℃以上の高融点金属を含んでいるにもかかわらず、高いレベルの吐出性と経日安定性を得ることができる。
[0040]
3.導電性インクの用途
 次に、ここに開示される導電性インクの用途について説明する。ここに開示される導電性インクは、電子部品の製造に使用される。なお、本明細書において「電子部品に使用される」とは、ここに開示される導電性インクを無機基材の表面に直接付着させる態様だけでなく、転写紙等の中間材を介して間接的に無機基材の表面に付着させる態様も包含し得る。
[0041]
(1)印刷
 図3はインクジェット装置の一例を模式的に示す全体図である。図4は図3中のインクジェット装置のインクジェットヘッドを模式的に示す断面図である。
[0042]
 ここに開示される導電性インクは、図3に示すようなインクジェット装置1によって、印刷対象の表面に印刷される。印刷対象である無機基材Wは、特に限定されず、一般的な電子部品の基材として使用され得るものを特に制限なく使用できる。なお、ここに開示される導電性インクは、無機粉末に高融点金属が含まれているため、1200℃以上の高温焼成が施されるアルミナ製や窒化アルミニウム製の無機基材Wに特に好ましく使用され得る。
[0043]
 図3に示すインクジェット装置1の構造について説明する。かかるインクジェット装置1は、導電性インクを貯蔵するインクジェットヘッド10を備えている。このインクジェットヘッド10は、印刷カートリッジ40の内部に収容されている。印刷カートリッジ40は、ガイド軸20に挿通されており、当該ガイド軸20の軸方向Xに沿って往復動するように構成されている。また、図示は省略するが、このインクジェット装置1は、ガイド軸20を垂直方向Yに移動させる移動手段を備えている。これによって、インクジェット装置1は、無機基材Wの所望の位置に導電性インクを吐出できる。
[0044]
 図3に示すインクジェットヘッド10には、例えば、図4に示されるようなピエゾ型のインクジェットヘッドが用いられる。かかるピエゾ型のインクジェットヘッド10には、ケース12内にインクを貯蔵する貯蔵部13が設けられており、当該貯蔵部13が送液経路15を介して吐出部16と連通している。この吐出部16には、ケース12外に開放された吐出口17が設けられていると共に、当該吐出口17に対向するようにピエゾ素子18が配置されている。かかるインクジェットヘッド10では、ピエゾ素子18を振動させることによって、吐出部16内のインクを吐出口17から無機基材W(図2参照)に向けて吐出する。このとき、ここに開示される導電性インクは、分散剤による凝集抑制効果と、ポリビニルアセタール樹脂による沈殿抑制効果が適切に発揮されるように各材料が混合されているため、長期間に亘ってインク粘度を低い状態に維持できる。このため、吐出口17から精度高くインクを吐出することができ、印刷対象である無機基材Wの表面に精密なパターン(画像)を印刷できる。
[0045]
(2)焼成
 ここに開示される製造方法では、所望のパターンが印刷された無機基材Wを、最高焼成温度が1200℃以上(好ましくは1200℃~2000℃、より好ましくは1300℃~1600℃)になるような条件で焼成する。これによって、有機溶剤が蒸発し、分散剤やポリビニルアセタール樹脂等の樹脂材料が焼失すると共に、無機粉末が無機基材Wの表面に定着し、導電回路パターンが形成される。このとき、ここに開示される導電性インクには、融点1200℃以上の高融点金属が含まれているため、焼成中に無機粉末が溶融して導電回路パターンの形状が崩れることを防止できる。このため、ここに開示される導電性インクによると、高温焼成を要する耐プラズマ性の電子部品(静電チャック等)を適切に製造することができる。
[0046]
[試験例]
 以下、本発明に関する試験例を説明するが、かかる試験例は本発明を限定することを意図したものではない。
[0047]
1.第1の試験
 無機粉末と分散剤と有機溶剤とポリビニルアセタール樹脂とを含む31種類のインクジェットインク(例1~31)を調製した。具体的には、表1に示すとおりに各原料を混合したスラリーを調製し、粉砕用ビーズ(直径0.5mmのジルコニアビーズ)を使用した粉砕・分散処理を行うことによって例1~31のインクを得た。各例で使用した材料を以下で説明する
[0048]
(無機粉末)
 無機粉末としてパラジウム粒子(融点:1552℃、比重:12.0)を使用した。なお、本試験では、パラジウム粒子の平均一次粒子径と、比表面積と、添加量(体積%)を、表1に示すように例1~31で異ならせた。
[0049]
(分散剤)
 分散剤として、カチオン性の脂肪酸アミン系分散剤(クローダジャパン株式会社製:HypermerKD1)を使用した。なお、本試験では、表1に示すように、分散剤の体積(V )に対する無機粉末材料の比表面積(S )の割合(S /V )が各例で異なるように、例1~31で分散剤の添加量(体積%)を調節した。
[0050]
(有機溶剤)
 有機溶剤として、株式会社ダイセル製のブチルジグリコールアセテート(BDGA)を使用した。なお、本試験では、各例における有機溶剤の重量(W )を30gに設定した。
[0051]
(ポリビニルアセタール樹脂)
 ポリビニルアセタール樹脂として、ポリビニルブチラール樹脂(積水化学工業株式会社製、エスレックシリーズ)を使用した。なお、本試験では、表1に示すように、2.3×10 ~6.6×10 の範囲内で各例のポリビニルブチラール樹脂の平均分子量が異なるように、重合度の異なる複数種類のポリビニルブチラール樹脂を混合した。
 さらに、本試験では、上述した有機溶剤の重量(W )に対するポリビニルブチラール樹脂の重量(W PA)の割合(W PA/W )が各例で異なるように、例1~30でポリビニルブチラール樹脂の添加量(体積%)を調節した。なお、本試験では、ポリビニルブチラール樹脂を添加しない(添加量=0重量%)導電性インクも準備した(例31)。
[0052]
<評価試験>
(1)吐出性
 インクジェット装置(富士フィルム株式会社製:マテリアルプリンター DMP-2831)を使用し、各例のインクを10pl/dot、1200dpiの吐出条件で無機基材(アルミナ製)の表面に膜状に印刷した。このとき、上記インクジェット装置に付属のカメラを用いて吐出状態を目視で観察した。ここでは、吐出口から無機基材に向かって直線的にインクが吐出された場合を「◎」、吐出口からインクが吐出された場合を「○」、吐出口からインクが吐出されなかった場合を「×」と評価した。評価結果を表1に示す。
[0053]
(2)付着強度
 各例のインクが付着した無機機材の表面に付箋紙(3M株式会社製:ポストイット通常粘着)を貼り付けた後、当該付箋紙を剥がして粘着部分にインクが付着しているか否かを目視で確認した。本評価では、付箋紙にインクが付着していなかった場合を「○」、付着していた場合を「×」と評価した。評価結果を表1に示す。
[0054]
(3)経日安定性
 各例のインクを60℃の環境で2週間保持した後、マルバーン・パーティカル株式会社製のゼータサイザーを用いて、動的光散乱法に基づく平均粒子径を測定した。そして、インク調製直後の平均粒子径(D1)に対する保持試験後の平均粒子径(D2)の割合(D2/D1)を算出した。本評価では、当該D2/D1が1.2以下の場合を「◎」、1.2超1.5以下の場合を「○」、1.5超の場合を「×」と評価した。評価結果を表1に示す。
[0055]
[表1]


[0056]
 表1に示すように、例1~15では、吐出性と付着強度と経日安定性の何れにおいても好適な結果が得られた。このことから、無機粉体の平均一次粒子径と、無機粉末の添加量(体積%)と、分散剤の体積に対する無機粉末の比表面積の割合(S /V )と、ポリビニルアセタール樹脂の平均分子量と、有機溶剤の重量に対するポリビニルアセタール樹脂の重量の割合(W PA/W )の各々を所定の範囲内に調節することによって、インクジェット装置からの吐出性に優れ、かつ、長期間の保存が容易な導電性インクを調製できることが分かった。
[0057]
2.第2の試験
 無機粉末に含まれる金属粒子を各例で異ならせた点を除いて、上述した第1の試験と同じ条件で11種類の導電性インク(例32~43)を調製した。具体的には、例32~34および例39~42では、タングステン粒子(融点:3407℃、比重:19.3)を含む無機粉末を使用した。また、例37、38、43では白金粒子(融点:1796℃、比重:21.5)を含む無機粉末を使用した。そして、例35、36では、パラジウム粒子とジルコニア(ZrO )粒子の混合粉末を無機粉末として使用した。なお、その他の条件については、表2に示す通りである。
[0058]
 各例のインクについて、第1の実験と同じ条件で、吐出性と付着強度と経日安定性を評価した。評価結果を表2に示す。
[0059]
[表2]


[0060]
 表2に示すように、例32~38において、吐出性と付着強度と経日安定性の各々について好適な結果が得られた。このことから、パラジウム以外の高融点金属を使用した場合や、セラミック粒子を含む混合粉体を使用した場合でも、ここに開示される技術の効果を適切に発揮できることが分かった。
[0061]
3.第3の試験
 分散剤と有機溶剤の材料を異ならせた点を除いて、第1の試験と同じ条件で3種類のインク(例44~46)を調製した。具体的には、例44~46では、分散剤としてアニオン系分散剤(ビックケミー・ジャパン株式会社製:BYK LP C-22124)を使用し、有機溶剤として2-オクタノール(昭和化学株式会社製)を使用した。なお、その他の条件については、表3に示す通りである。そして、第3の試験においても、第1の実験と同じ条件で、吐出性と付着強度と経日安定性評価した。評価結果を表3に示す。
[0062]
[表3]


[0063]
 表3に示すように、例44において、吐出性と付着強度と経日安定性の各々について好適な結果が得られた。このことから、ここに開示される技術において、分散剤や有機溶剤の種類は特に限定されず、種々の材料を使用できると予想される。
[0064]
 以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

符号の説明

[0065]
 1    インクジェット装置
 10   インクジェットヘッド
 12   ケース
 13   貯蔵部
 15   送液経路
 16   吐出部
 17   吐出口
 18   ピエゾ素子
 20   ガイド軸
 30   UV照射手段
 40   印刷カートリッジ
 100  撹拌粉砕機
 110  供給口
 120  撹拌容器
 132  撹拌羽
 134  シャフト
 140  フィルター
 150  排出口

請求の範囲

[請求項1]
 電子部品の製造に用いられる導電性インクジェットインクであって、
 少なくとも、融点が1200℃以上の金属粒子を含む無機粉末と、分散剤と、有機溶剤と、ポリビニルアセタール樹脂とを含有し、
 前記無機粉末の平均一次粒子径が500nm以下であり、
 前記インクジェットインクの総体積を100体積%としたときの前記無機粉末の体積が7.5体積%以下であり、
 前記インクジェットインクの総体積を100体積%としたときの前記分散剤の体積(V )に対する前記無機粉末の比表面積(S )の割合(S /V )が0.25以上10以下であり、
 前記ポリビニルアセタール樹脂の平均分子量が2.5×10 以上6.4×10 以下であり、かつ、
 前記有機溶剤の重量(W )に対する前記ポリビニルアセタール樹脂の重量(W PA)の割合(W PA/W )が0.5wt%以上3wt%以下である、
導電性インクジェットインク。
[請求項2]
 前記無機粉末の平均一次粒子径が150nm以上である、請求項1に記載の導電性インクジェットインク。
[請求項3]
 前記インクジェットインクの総体積を100体積%としたときの前記無機粉末の体積が1.5体積%以上である、請求項1または2に記載の導電性インクジェットインク。
[請求項4]
 前記金属粒子は、W、Co、Ni、Fe、Pt、Cr、PdおよびMoからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の導電性インクジェットインク。
[請求項5]
 前記ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルブチラール樹脂および/またはポリビニルホルマール樹脂である、請求項1~4のいずれか一項に記載の導電性インクジェットインク。
[請求項6]
 前記無機粉末の総重量を100質量%としたときの前記金属粒子の質量が50質量%以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載の導電性インクジェットインク。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]