JP7567160B2

JP7567160B2 - 物品の製造方法

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Publication number: JP7567160B2
Application number: JP2019157995A
Authority: JP
Inventors: 元気米倉; 芳則江尻; 高明納堂
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2024-10-16
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: JP2021036067A

Description

本発明は、物品の製造方法及び金属焼結体層形成用組成物に関する。

回路パターンの形成方法として、プリンテッドエレクトロニクス法と称される方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。この方法は、金属粒子を含むインク、ペースト等で構成されたパターンをインクジェット印刷、スクリーン印刷、ディスペンス印刷等によって基材上に形成する工程と、金属粒子を含むパターンを加熱することによって導電性を有する回路パターンを形成する工程とを含む。インク又はペーストに含まれる金属粒子が熱によって焼結して焼結体層となることで導電性が発現する。

近年、配線の小型軽量化の観点から、ＭｏｌｄｅｄＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＤｅｖｉｃｅｓ（以下「ＭＩＤ」という場合がある。）に注目が集まっている。ＭＩＤは、凹凸面、曲面等の三次元形状の面を有する成形体に直接配線が形成された部材であり、例えば、配線上にはんだを用いて電子部品が実装されることにより、種々の分野で利用されている。ＭＩＤの形成技術によれば、デバイスのデッドスペースに配線を形成した構造、ハーネスを除去した構造等が作製できるため、車載用部材の軽量化、スマートフォンの小型化等が可能となる。ＭＩＤの形成技術の一態様として、ＬａｓｅｒＤｉｒｅｃｔＳｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ法（以下、「ＬＤＳ法」という場合がある。）が知られている。ＬＤＳ法は、金属粒子を含む成形体を製造する工程と、この成形体の表面の回路を形成すべき領域にレーザーを照射することによって金属粒子を導体化させる工程と、成形体表面の導体化した部分に無電解めっきを行うことで回路を形成する工程とを含む。

特開２０１２－０７２４１８号公報特開２０１４－１４８７３２号公報

プリンテッドエレクトロニクス法においては、回路パターンを構成する焼結体層の基材に対する密着性と焼結体層の導電性がトレードオフの関係にある。すなわち、焼結体層の密着性を向上させるためのバインダー樹脂を金属粒子とともにインク又はペーストに配合すると、焼結体層の導電性が低下する傾向にある。従来のプリンテッドエレクトロニクス法はこの点において改善の余地があった。

本発明は、基材と、その表面上に形成された金属の焼結体層とを備える物品であって、基材に対する焼結体層の優れた密着性と焼結体層の優れた導電性の両方が十分に高水準である物品の製造方法を提供することを目的とする。本発明は、また、そのような物品における焼結体層を形成するための金属焼結体層形成用組成物を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、物品の製造方法に関する。この物品の製造方法は、基材の表面上に、金属粒子を含有する組成物を用いて金属粒子含有層を形成する工程と、金属粒子が焼結して金属の焼結体層が形成されるように、金属粒子含有層に向けてレーザーを照射する工程とを含む。なお、金属粒子は、メジアン径が４．０μｍ以上であるフレーク状の金属粒子を含む。

本発明者らの調査によると、従来、レーザー照射によって金属粒子を焼結させ、厚さ１μｍ程度の焼結体層を形成する技術は知られていた。しかし、この技術においては、レーザー照射領域において焼結体層のひび割れが生じる虞があった。ひび割れにより、基材に対する焼結体層の密着性と焼結体層の導電性が低下する。

これに対し、本発明の製造方法によれば、レーザー照射により、金属粒子を焼結させて基材上に焼結体層を形成できるとともに、焼結体層のひび割れを抑制することができる。本発明者らは、いわゆる大粒径のフレーク状の金属粒子が焼結による収縮を抑制しているものと推察している。

本発明の一側面は、メジアン径が４．０μｍ以上であるフレーク状の金属粒子を含む、レーザー焼成による金属焼結体層形成用組成物に関する。この組成物は、例えば、上記製造方法において用いることができ、これにより基材に対する優れた密着性と優れた導電性とを有する層を基材の表面上に形成することができる。

本発明によれば、基材と、その表面上に形成された金属の焼結体層とを備える物品であって、基材に対する焼結体層の優れた密着性と焼結体層の優れた導電性の両方が十分に高水準である物品の製造方法が提供される。また、本発明によれば、この物品における焼結体層を形成するための金属焼結体層形成用組成物が提供される。

図１は一実施形態に係る物品の製造方法により得られる物品を示す斜視図である。図２（ａ）～図２（ｃ）は基材上に焼結体層を形成する工程を模式的に示す断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）はそれぞれ実施例及び比較例の金属焼結体層形成用の組成物を用いて形成された金属焼結体層の外観写真である。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。

本明細書において、「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。本明細書において、「～」を用いて示された数値範囲には、「～」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。本明細書において、組成物中の各成分の含有率又は含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。

＜物品＞
図１は、一実施形態に係る物品の製造方法により得られる物品を示す斜視図である。図１に示すように、物品１は、基材２と、基材２上に設けられた焼結体層３とを備える。焼結体層３が接する基材２の表面には粗化部２ａ（図２（ｃ）参照）が形成されていてよい。粗化部２ａは焼結体層３の形成に使用されるレーザー照射に起因して形成されるものである。

基材２の形状は、用途等に応じて適宜選択される。基材２は、例えば凹凸形状等の三次元形状を有する立体物であってよい。基材２は、例えば、金型を用いて樹脂を成型することによって作製されたものである。基材２を構成する樹脂としては、耐熱性が低い樹脂（例えば後述するガラス転移温度及び／又は５％熱重量減少温度を有する樹脂）であってよく、例えば、熱可塑性樹脂であってよい。熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、液晶プラスチックなどであってよく、好ましくはポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート又は液晶プラスチックである。

樹脂のガラス転移温度は、１５０℃以下、１２０℃以下、又は８０℃以下であってよく、３０℃以上であってもよい。樹脂のガラス転移温度は、動的粘弾性測定によって測定され、具体的には、例えば、動的粘弾性測定装置を用い、周波数１０Ｈｚ、昇温速度５℃／分、温度範囲２０～２６０℃の条件で、ｔａｎδが最大値を示す温度として測定される。

樹脂の５％熱重量減少温度は、４００℃以下、３００℃以下、２５０℃以下、又は２００℃以下であってよい。樹脂の５％熱重量減少温度は、熱重量分析計（ＴＧＡ）を用いて、窒素雰囲気下で、２５℃から昇温速度：５℃／分で昇温させたときに、樹脂の重量が、２５℃における（昇温前の）樹脂の重量に対して５重量％減少したときの温度として定義される。

焼結体層３は、例えば、基材２の一面２ｆ側（図１においては上面側）の面上に設けられている。基材２の一面２ｆは、凹凸面、曲面等の三次元形状を有する面であってよい。焼結体層３は、導電性を有する層であり、例えば、電気回路を形成する配線であってよい（上面から見たときに線状であってよい）。

焼結体層３は、銅の焼結体を含む層であってよい。焼結体層３は、銅粒子を含む組成物を焼結させることによって得られるものであってよい（詳細は後述）。焼結体層３は、例えば多孔性の層であってよい。焼結体層３の気孔率は、１０％以上、１３％以上、又は１５％以上であってよく、７０％以下、５５％以下、又は４０％以下であってもよい。焼結体層３の気孔率は、走査型電子顕微鏡、走査型イオン顕微鏡等によって観察した焼結体層３の断面画像を、画像解析ソフトを用いて解析することにより得られる、焼結体層３断面の全面積に対する焼結体が存在しない非導電部分の面積の比率を意味する。

焼結体層３は、充分な厚さを有する細線状の配線になり得る。焼結体層３の厚さは、５．０μｍ以上、７．０μｍ以上又は１０．０μｍ以上であってもよく、６０μｍ以下、５０μｍ以下又は３２μｍ以下であってもよい。焼結体層３の線幅（上面からみたときの焼結体層（配線）３の短手方向（配線が延びる方向と垂直な方向）の長さ）は、１ｍｍ以下、０．７ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、又は０．２ｍｍ以下であってよい。

＜物品の製造方法＞
図２（ａ）～図２（ｃ）を参照しながら、物品１の製造方法について説明する。この製造方法は、基材２の表面上に、金属粒子を含有する組成物を用いて金属粒子含有層３Ｐを形成する工程と、金属粒子が焼結して金属の焼結体層３が形成されるように、金属粒子含有層３Ｐに向けてレーザーを照射する工程とを含む。ここで、金属粒子は焼結性金属を含んでいてよく、例えば銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）等を含んでいてよい。焼結性金属とは、その金属粒子が融点よりも低い温度で加熱されたときに焼結体を形成し得る金属である。以下、焼結性金属が銅である場合を例にとり説明をするが、以下の記載において、「銅」を焼結性を有する他の「金属」に置き換えてよい。

（金属粒子含有層を形成する工程）
この工程は、基材２の一面２ｆ側の面上に、銅粒子を含有する組成物を塗布することによって、当該組成物からなる（を含有する）金属粒子含有層３Ｐを形成する工程である（図２（ａ）参照）。本実施形態においては、基材２表面のパターンを形成すべき領域を覆うように、金属粒子含有層３Ｐを形成する。つまり、本実施形態においては基材２表面の所定の領域にいわゆるベタ塗りで金属粒子含有層３Ｐを形成する。

金属粒子含有層３Ｐは、例えば、エアロゾルジェットを用いた方法によって形成することができる。装置としては、アトマイザーとアトマイザーに連結された吐出ノズルとを備える噴霧装置を用いることができる。このような噴霧装置は、公知の噴射方法が適用される装置をそのまま使用することができる。公知の噴射方法としては、例えば、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、サーマルスプレー法等が挙げられる。

この工程で用いられる組成物（金属焼結体層形成用組成物）は、少なくとも銅粒子を含有しており、例えば分散媒を更に含有している。銅粒子は、熱伝導率及び焼結性の観点から、主成分として銅を含有する。銅粒子における銅元素の割合は、水素、炭素、酸素を除く全元素を基準として、８０原子％以上、９０原子％以上、又は９５原子％以上であってよい。当該元素割合が８０原子％以上であると、銅に由来する熱伝導率及び焼結性が発現し易い傾向にある。

銅粒子の形状としては、特に制限されないが、例えば、球状、略球状、多面体状、針状、フレーク状、ロッド状等が挙げられる。銅粒子は、少なくともフレーク状の銅粒子を含み、さらに形状の異なる他の銅粒子を含んでいてもよい。異なる形状の銅粒子を含むことによって、形成される配線のひび割れが抑制され、かつ充分な厚さを有する配線を形成し易くなる傾向にある。この理由は必ずしも定かではないが、異なる形状の銅粒子が互いに隙間を補完し、銅粒子同士の融着等による体積減少の全方位的な発生が抑制されるためであると考えられる。これにより、充分な厚さを有する配線においても、ひび割れが抑制されると推察される。形状の異なるものの組み合わせは、特に制限されないが、例えば、フレーク状銅粒子（Ａ１）と球状銅粒子（Ａ２）との組み合わせであることが好ましい。

フレーク状銅粒子（Ａ１）のメジアン径は、４．０μｍ以上である。これにより、レーザー焼成による焼結体層のひび割れを抑制することができる。この観点から、当該メジアン径は、５．０μｍ以上又は８．０μｍ以上であってもよい。当該メジアン径の上限は、良好な低温焼結性及び塗布性を維持し易いという観点から、２０．０μｍとすることができる。球状銅粒子（Ａ２）のメジアン径は、０．１～２．０μｍ、０．１～１．２μｍ、０．１～０．９μｍ、又は０．１～０．６μｍであってもよい。このようなメジアン径を有するフレーク状銅粒子（Ａ１）と球状銅粒子（Ａ２）とを組み合わせることによって、低温での融着性により優れる傾向にある。粒子のメジアン径は、レーザー折式粒度分布計（例えば、サブミクロン粒子アナライザＮ５ＰＬＵＳ（ベックマン・コールター社）等）で測定したＤ５０の値（体積分布の累積中央値）を意味する。

組成物中の、フレーク状銅粒子（Ａ１）の含有量に対する球状銅粒子（Ａ２）の含有量の割合（球状銅粒子（Ａ２）の含有量／フレーク状銅粒子（Ａ１）の含有量）は、０．２５～４．０、０．３～３．０、又は０．４～２．５であってもよい。フレーク状銅粒子（Ａ１）の含有量に対する球状銅粒子（Ａ２）の含有量がこのような範囲であると、ひび割れがより抑制される傾向にある。

銅粒子の含有量は、組成物全質量１００質量部に対して、２０～８０質量部であってもよい。銅粒子の含有量は、３０質量部以上、４０質量部以上、又は５０質量部以上であってもよい。銅粒子の含有量が、組成物全質量１００質量部に対して、２０質量部以上であると、より充分な厚みを有する配線を形成できる傾向にある。銅粒子の含有量は、７５質量部以下、７０質量部以下、又は６５質量部以下であってもよい。銅粒子の含有量が、組成物全質量１００質量部に対して、８０質量部以下であると、装置からの吐出性により優れる傾向にある。

一実施形態として、銅粒子は、銅を含むコア粒子とコア粒子の表面の少なくとも一部を被覆する有機物とを有する銅含有粒子であってもよい。銅含有粒子は、例えば、銅を含むコア粒子と、コア粒子の表面の少なくとも一部に存在するアルキルアミンに由来する物質を含む有機物と、を有していてよい。当該アルキルアミンは、炭化水素基の炭素数が７以下であるアルキルアミンであってよい。この銅含有粒子は、有機物を構成するアルキルアミンの炭化水素基の鎖長が比較的短いため、比較的低い温度（例えば、１５０℃以下）でも熱分解し、コア粒子同士が融着し易い。このような銅含有粒子としては、例えば、特開２０１６－０３７６２７号公報に記載の銅含有粒子を好適に用いることができる。なお、優れた導電性を達成する観点から、焼結体層３には有機物は残存していないことが好ましく、焼結体層３における有機物の含有量は好ましくは３質量％以下であり、より好ましくは２質量％以下であり、更に好ましくは１質量％以下である。本実施形態に係る製造方法によれば焼結体層３がバインダー樹脂（有機物）を含んでいなくても、焼結体層３の基材２に対する優れた密着性を達成できる。

有機物は、炭化水素基の炭素数が７以下であるアルキルアミンを含んでいてもよい。炭化水素基の炭素数が７以下であるアルキルアミンは、例えば、１級アミン、２級アミン、アルキレンジアミン等であってよい。１級アミンとしては、エチルアミン、２－エトキシエチルアミン、プロピルアミン、３－エトキシプロピルアミン、ブチルアミン、４－メトキシブチルアミン、イソブチルアミン、ペンチルアミン、イソペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン等を挙げることができる。２級アミンとしては、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、エチルプロピルアミン、エチルペンチルアミン等を挙げることができる。アルキレンジアミンとしては、エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ’－ジメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジエチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ’－ジエチルエチレンジアミン、１，３－プロパンジアミン、２，２－ジメチル－１，３－プロパンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチル－１，３－ジアミノプロパン、Ｎ，Ｎ’－ジメチル－１，３－ジアミノプロパン、Ｎ，Ｎ－ジエチル－１，３－ジアミノプロパン、１，４－ジアミノブタン、１，５－ジアミノ－２－メチルペンタン、１，６－ジアミノへキサン、Ｎ，Ｎ’－ジメチル－１，６－ジアミノへキサン、１，７－ジアミノヘプタン等を挙げることができる。

コア粒子の表面の少なくとも一部を被覆する有機物は、炭化水素基の炭素数が７以下であるアルキルアミン以外の有機物を含んでいてもよい。有機物全体に対する炭化水素基の炭素数が７以下であるアルキルアミンの割合は、５０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましく、７０質量％以上であることが更に好ましい。

コア粒子の表面の少なくとも一部を被覆する有機物は、その割合がコア粒子及び有機物の合計に対して０．１～２０質量％であることが好ましい。有機物の割合が０．１質量％以上であると、充分な耐酸化性が得られる傾向にある。有機物の割合が２０質量％以下であると、低温での導体化が達成され易くなる傾向にある。コア粒子及び有機物の合計に対する有機物の割合は０．３～１０質量％であることがより好ましく、０．５～５質量％であることが更に好ましい。

銅含有粒子は、少なくとも銅を含み、必要に応じてその他の物質を含んでもよい。その他の物質としては、金、銀、白金、錫、ニッケル等の金属又はこれらの金属元素を含む化合物、還元性化合物又は有機物、酸化物、塩化物等を挙げることができる。導電性に優れる導体を形成する観点からは、銅含有粒子中の銅の含有率は５０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましく、７０質量％以上であることが更に好ましい。銅含有粒子の製造方法は特に制限されない。製造方法としては、例えば、特開２０１６－０３７６２６号公報に開示される銅含有粒子の製造方法が挙げられる。

分散媒は、特に制限されずに、導電インク、導電ペースト等の製造に一般に用いられる有機溶剤から用途に応じて適宜選択できる。分散媒は、１種を単独で用いても２種以上を併用してもよい。粘度調整の観点から、分散媒は、テルピネオール、イソボルニルシクロヘキサノール、ジヒドロテルピネオール、ジヒドロテルピネオールアセテート等であってよい。分散媒の含有量は、銅粒子１００質量部に対して、１質量部以上、３質量部以上、又は５質量部以上であってよく、３００質量部以下、２００質量部以下、又は１５０質量部以下であってよい。

組成物は、必要に応じて、銅粒子及び分散媒以外のその他の成分を更に含有していてもよい。その他の成分としては、例えば、シランカップリング剤、高分子化合物（樹脂）、ラジカル開始剤、還元剤等が挙げられる。また、その他の成分としては、銅粒子以外のその他の金属粒子が挙げられる。その他の金属粒子としては、例えば、ニッケル、銀、金、パラジウム、白金等の粒子が挙げられる。その他の金属粒子の含有量は、充分な接合性を得る観点から、組成物に含まれる金属粒子の全質量を基準として、２０質量％未満であってよく、１０質量％以下であってもよい。その他の金属粒子が含まれる場合、銅粒子の含有量を基準として設定される分散媒の含有量等は、銅粒子及び金属粒子の含有量を基準として設定することができる。

組成物の２５℃における粘度は、組成物の使用方法に応じて適宜設定することができ、例えば、１０～５０００ｍＰａ・ｓ、５０～３０００ｍＰａ・ｓ、１００～１５００ｍＰａ・ｓ、又は２００～１０００ｍＰａ・ｓであってよい。組成物の２５℃における粘度は、Ｅ型粘度計（東機産業株式会社製、製品名：ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲ－ＴＶ２２、適用コーンプレート型ロータ：３°×Ｒ１７．６５）を用いて測定される２５℃における粘度を意味する。

組成物の製造方法は、特に限定されずに、当該技術分野で通常用いられる方法を用いることができる。例えば、銅粒子及び分散媒、並びに必要に応じてその他の成分を分散処理することで調製することができる。分散処理は、石川式撹拌機、自転公転式撹拌機、超薄膜高速回転式分散機、ロールミル、超音波分散機、ビーズミル等のメディア分散機、ホモミキサー、シルバーソン撹拌機等のキャビテーション撹拌装置、アルテマイザー等の対向衝突法などを用いることができる。また、これらの手法を適宜組み合わせて用いてもよい。

金属粒子含有層を形成する工程に先立ち、基材２の表面に粗化処理を施してもよい。これにより、基材２に対する焼結体層のより優れた密着性を達成できる。粗化処理の方法としては、例えばレーザー照射、研磨、サンドブラスト、ウェットブラスト、フレーム処理、コロナ処理、プラズマ処理等が挙げられる。あるいは、粗化処理された基材２として、凹凸加工された金型により成型された基材２を用いてもよい。粗化処理は、基材２の表面粗さＲａが０．３～６．０μｍ程度になるよう実施することができる。

（レーザーを照射する工程）
この工程は、銅粒子が焼結して銅の焼結体層３が形成されるように、金属粒子含有層３Ｐに向けてレーザーを照射する工程である（図２（ｂ）参照）。この際、焼結体層３が接する基材２の表面に粗化部２ａが形成されてよい。粗化部２ａはレーザー照射に起因する熱、すなわち、レーザー照射による直接的な熱及びレーザー照射によって加熱された銅粒子の熱によって形成されると推察される。

装置としては、例えば、樹脂又はセラミックスの加工に使用されるレーザーマーカーを使用することができる。レーザーは、例えば、近赤外レーザー（波長：１０６４ｎｍ）、可視光レーザー（波長：５３２ｎｍ）、紫外レーザー（波長：３５５ｎｍ）等を使用することができる。

レーザー照射のパラメータとしては、例えば、レーザー平均出力（Ｗ）、周波数（Ｈｚ）及びスキャン速度（ｍｍ／ｓ）が挙げられる。これらのパラメータは、金属粒子含有層３Ｐの厚さ、形成すべき焼結体層３の形状（線又は面）、基材２の材質に応じて適宜設定すればよい。例えば、金属粒子含有層３Ｐに向けて所定の条件でレーザーを照射したところ、金属粒子含有層３Ｐの下地である基材２の表面に焼けこげが生じた場合、レーザー出力を下げる、Ｑスイッチ周波数を高くする、スキャンスピードを高くする等の手段を講じればよい。なお、本発明者らの検討によると、焼結体層３を面状に形成する場合、焼結体層３を線状に形成する場合と比較してスキャンスピードを高くすることが好ましい。

焼結体層３がパターンを構成するように、金属粒子含有層３Ｐに対してレーザーを照射する相対的位置を移動させながら、レーザー照射を実施すればよい。レーザー照射は、レーザーを照射する領域に還元性ガスを吹き付けながら実施してもよいし、このようなガスの吹き付けを行うことなく、空気雰囲気下で実施してもよい。後述の実施例においては、空気雰囲気下（大気中）で金属粒子含有層３Ｐに向けてレーザーを照射しただけで銅色に輝く焼結体層３が形成された（図２（ｃ）及び図３（ａ）参照）。

本実施形態に係る製造方法によれば、焼結体層３を形成する工程において、レーザーを用いているため、基材２の一面２ｆが三次元形状を有している場合でも、所定のパターンで焼結体層３を形成できる。レーザー照射によって焼結体層３及びこれに接する基材２の表面に粗化部２ａを形成することで、導電性の低下をもたらすバインダー樹脂を使用しなくても基材２に対する焼結体層の優れた密着性を達成できる。

物品１は、ＭＩＤ（成形回路部品、立体成形回路部品、三次元成形回路部品等とも呼ばれる）として好適に用いることができる。具体的には、物品１は、スマートフォンアンテナ、車載用配線、積層板、太陽電池パネル、ディスプレイ、トランジスタ、半導体パッケージ、積層セラミックコンデンサ等として好適に使用される。物品１は、電気配線、放熱膜、表面被覆膜等の部材として利用することもできる。

本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、材料コストが低いという利点はあるものの、酸化され易い銅粒子を金属粒子として使用する場合を例示したが、銅粒子の代わりに、銀粒子、銀－パラジウム粒子、アルミニウム粒子又はニッケル粒子を使用してもよい。

また、上記実施形態においては、いわゆるベタ塗りの金属粒子含有層３Ｐを形成する場合を例示したが、焼結体層３のパターンに対応したパターンとなるように、金属粒子含有層３Ｐを形成してもよい。この場合、金属粒子含有層３Ｐの形成には非接触型の印刷方法を採用できる。具体的には、ジェットディスペンサーを用いた方法、エアロゾルジェットを用いた方法、ピエゾジェットディスペンサーを用いた方法等であってよく、基材２における三次元形状を有する面に対しても好適に印刷できる観点から、好ましくは、エアロゾルジェットを用いた方法である。

＜金属焼結体層形成用組成物＞
上記物品の製造方法において用いられる組成物は、メジアン径が４．０μｍ以上であるフレーク状の金属粒子を含む。このような組成物は、レーザー照射により金属粒子を焼結させて基材上にひび割れの抑制された焼結体層を形成する際に有用である。そのため、上記組成物は、レーザー焼成による金属焼結体層形成用組成物であると言うことができる。

以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

＜組成物の調製＞
以下に示す銅粒子（Ａ）又は銅粒子（ａ）４６質量部と、以下に示す有機溶剤（Ｂ）５４質量部とを混合し、実施例及び比較例の、金属焼結体層形成用の組成物を調製した。なお、銅粒子のメジアン径（Ｄ５０）は、サブミクロン粒子アナライザＮ５ＰＬＵＳ（ベックマン・コールター社）を用いて測定した。

（銅粒子（Ａ））
銅粒子（Ａ）として、フレーク状銅粒子（Ａ１）と球状銅粒子（Ａ２）とを３０：７０（質量比）で混合したもの（フレーク状銅粒子（Ａ１）の含有量に対する球状銅粒子（Ａ２）の含有量の割合：２．３）を用いた。
フレーク状銅粒子（Ａ１）：製品名：３Ｌ３Ｎ、福田金属箔粉工業株式会社、メジアン径（Ｄ５０）：５．０μｍ
球状銅粒子（Ａ２）：製品名：ＣＨ０２００、三井金属鉱業株式会社、メジアン径（Ｄ５０）：０．１５μｍ

（銅粒子（ａ））
銅粒子（ａ）として、フレーク状銅粒子（ａ１）と球状銅粒子（Ａ２）とを３０：７０（質量比）で混合したもの（フレーク状銅粒子（ａ１）の含有量に対する球状銅粒子（Ａ２）の含有量の割合：２．３）を用いた。
フレーク状銅粒子（ａ１）：製品名：１０５０ＹＦ、三井金属鉱業株式会社、メジアン径（Ｄ５０）：１．４μｍ
球状銅粒子（Ａ２）：製品名：ＣＨ０２００、三井金属鉱業株式会社、メジアン径（Ｄ５０）：０．１５μｍ

（有機溶剤（Ｂ））
有機溶剤として、テルピネオール７０質量部と、テルソルブＭＴＰＨ（商品名、日本テルペン化学株式会社製、イソボルニルシクロヘキサノール）３０質量部とを混合したものを使用した。

（金属粒子含有層を形成する工程）
ポリプロピレン基板（サイズ：４０ｍｍ×２５ｍｍ）の両サイドをテープでマスキングした。このポリプロピレン基板を平板ステージに載せ、その表面に上記組成物を塗布した。テープの厚さ分だけ、ポリプロピレン基板上にペースト状の組成物が残るようにした。その後、１１０℃の温度条件で６０分にわたって乾燥処理を行った。これにより、ポリプロピレン基板上に厚さ約２０μｍの金属粒子含有層を形成した。

（レーザーを照射する工程）
ポリプロピレン基板上の金属粒子含有層に向けてレーザーを照射した。装置として、ファイバーレーザー加工機（株式会社群協製作所製、ＧｕｎｙｕｃｕｔＧＴ１３００Ｒ）を使用した。以下の条件でレーザーの照射を行った。
・レーザー：近赤外レーザー（波長：１．０７μｍ）
・レーザー平均出力：１８Ｗ
・周波数：５００Ｈｚ
・スキャンスピード：５００～４０００ｍｍ／ｓ
・レーザー照射雰囲気：大気

＜各種評価＞
（外観写真）
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ実施例及び比較例の金属焼結体層形成用の組成物を用いて形成された金属焼結体層の外観写真である。同図に示されるように、実施例の方が、比較例に比して金属焼結体層のひび割れが抑制されていた。実施例の金属焼結体層を爪で引っかいても焼結体層が剥がれ落ちることはなかった。

（導電性評価）
実施例の金属焼結体層形成用の組成物を用いて形成された金属焼結体層（配線）について、導電性評価を行った。具体的には、テスターを用いて配線１５ｍｍ長さにおける抵抗値を測定した。実施例の配線抵抗は３．２Ωであり、優れた導電性を有していた。

１…物品、２…基材、２ａ…粗化部、２ｆ…基材の一面、３…焼結体層、３Ｐ…金属粒子含有層。

Claims

基材の表面上に、銅粒子を含有する組成物を用いて銅粒子含有層を形成する工程と、
前記銅粒子が焼結して銅の焼結体層が形成されるように、前記銅粒子含有層に向けてレーザーを照射する工程と、を含み、
前記銅粒子が、メジアン径が４．０～２０．０μｍであるフレーク状銅粒子及びメジアン径が０．１～０．６μｍである球状銅粒子を含み、前記フレーク状銅粒子の含有量に対する前記球状銅粒子の含有量の割合（球状銅粒子の含有量／フレーク状銅粒子の含有量）が０．２５～４．０である、物品の製造方法。
前記焼結体層の厚さが５．０～６０μｍである、請求項１に記載の製造方法。
空気雰囲気下において、前記銅粒子含有層に向けてレーザーを照射する、請求項１又は２に記載の製造方法。
前記基材が樹脂で形成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法。
前記樹脂がポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート又は液晶プラスチックである、請求項４に記載の製造方法。