金属ペーストとナノインクの違い | 技術資料
１．金属結合を形成しない金属ペースト
ナノインクの原料となる金属ナノ粒子水溶液
現在、産業で実用化されている塗布型の導電材料で、重要なものは「銀ペースト」です。
一般的な銀ペーストは、マイクロメートルサイズの銀の微粒子、バインダーと溶剤から構成されます。
銀の粒子サイズが大きいため、粘度の低い液中では粒子が容易に沈殿してしまいます。
銀微粒子の沈降を防ぐために、かなり粘度の高い状態で供給されることが多いです。
そのため、粘度の高い材料に適した、スクリーン印刷やディスペンサーを用いて塗布されます。
銀ペーストの導電機構は、互いに接触が得られた粒子を通って電気が流れます。
粒子間の電気接続を良好なものとするため、球状の粒子ではなく、
通常は平べったいフレーク状の銀微粒子が用いられます。
微粒子をフレーク状とすることで、各粒子間の接触が強化されるため、
より有利な電気伝導パスを形成することができます。
塗布後の加熱温度を200℃以下に抑えた場合、銀微粒子間に金属結合はできません。
銀ペーストで得られる体積抵抗率は、おおむね 5×10-5 Ωcm程度であり、
バルク銀と比較して、抵抗率は数十倍劣ります（注）。
また、銀ペーストで問題となるのが、抵抗率の経時変化です。
先に述べたように、銀ペーストの塗布膜では、電気は接触した粒子間を通ります。
つまり、粒子間の電気接続が抵抗率を決定する大きな要因となります。
銀が安定な物質であれば、いつまでも同じ抵抗率が得られるはずです。
しかしながら、大気下で銀は酸化します。
銀が酸化すると、抵抗率が上昇します。つまり、銀微粒子間の抵抗率は時間経過とともに悪化していきます。
このため、銀ペースト塗布膜は、抵抗率の経時変化が避けられません。
抵抗率の悪化をあらかじめ織り込んで、プロセスに適用する必要性があります。
（注）メーカー公表値は、この数分の1程度の値もあります。
しかしながら、ユーザーの実際のプロセスではこの程度の抵抗値となると考えて概ね正しいと言えます。
２．金属結合を形成するナノインク
銀ナノ粒子の電子顕微鏡像
金属ナノインクは、数～数十ナノメートルの金属ナノ粒子が液中分散したものです。
これを塗布乾燥させると、ナノ粒子が緻密に並んだ薄膜が得られます。
この薄膜を熱処理すると、ナノ粒子特有の融点降下によって(技術情報:融点降下とは?参照)、
粒子同士が融着し、金属結合を形成します。
その結果、ナノインクによって得られる塗布膜は、金属箔に近いものとなります。
ここが、従来の銀ペーストに代表される塗布材料と完全に異なる点です。
例えば、銀ナノインク塗布膜の最表面は酸化を受けますが、一般的な環境で膜内部まで酸化する事はありません。
電気伝導は金属を通して行われるため、銀ナノインク塗布膜の抵抗率の経時劣化はほとんど無視できるレベルです。
最終的に得られる抵抗率は、バルク金属の数倍、当社の銀インクでは 5×10-6 Ωcm 以下です。
この値は、従来の銀ペーストと比較すると 1/10 程度です。
すなわち、銀ペーストと比較して、銀使用量が 1/10 ですむ上に、
抵抗率の経時安定性に優れた金属膜を銀ナノインクは形成できるといえます。
ナノインクは、これから最も大きな市場を形成する塗布導電材料といわれています。
このことは、導電膜を形成させる材料として、ナノインクがほぼ完全な材料であるからといえます。
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