JP2015048531A - 金属粉末の製造方法及び積層セラミック電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】粒度分布が均一な微粒の金属粉末の水系溶媒を用いた製造方法及び該粉末を使用した積層セラミックキャパシタの提供。【解決手段】金属前駆体及び水系溶媒を含む第１溶液を用意する段階と、窒素（Ｎ）を含む界面活性剤、還元剤及び水系溶媒を含む第２溶液を用意する段階と、上記第２溶液を加熱する段階と、加熱した上記第２溶液と上記第１溶液を混合して第３溶液を用意する段階と、上記第３溶液を攪拌して表面から窒素（Ｎ）が検出される金属粒子を得る。【選択図】図１
Description
本発明は、金属粉末の製造方法及び積層セラミック電子部品に関する。
通常、キャパシタ、インダクタ、圧電素子、バリスタ、またはサーミスターなどのセラミック材料を使用する電子部品は、セラミック材料からなるセラミック素体と、素体の内部に形成された内部電極と、上記内部電極と接続されるようにセラミック素体の表面に設けられた外部電極と、を備える。
上記外部電極は、一般的に導電性金属粉末を含むペーストを利用して製造され、優れた性能の外部電極を開発するために、小さくて均一な粒度分布を有する金属粉末に対する研究が成されている。
気相法で粒子を作る方法は、ナノ粒子の製造は容易であるが、製造方法が複雑で、均一な品質に製造することが困難である。また、環境汚染の恐れがあったり、製造工程上、爆発の危険性が高くて安全な作業環境を形成することが困難であるという問題点がある。
一方、湿式粒子合成法は、特に貴金属に対して収率が高いという長所を有するが、非水系溶媒を使用しなければならないという問題があった。
従って、水系でも粒度分布が均一な微粒の金属粉末を生産することができる新しい方法が求められている。
本発明は、粒度分布が均一な微粒の金属粉末の製造方法及びそれを利用して製造された積層セラミックキャパシタを提供する。
本発明の一実施形態は、金属前駆体及び水系溶媒を含む第１溶液を用意する段階と、窒素（Ｎ）を含む界面活性剤、還元剤及び水系溶媒を含む第２溶液を用意する段階と、上記第２溶液を加熱する段階と、加熱した上記第２溶液と上記第１溶液を混合して第３溶液を用意する段階と、上記第３溶液を攪拌して表面から窒素（Ｎ）が検出される金属粒子を得る段階と、を含む金属粉末の製造方法を提供することができる。
上記金属前駆体は銀、金、銅、ニッケル、コバルト、白金、パラジウム及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも一つの金属を含んでもよい。
上記金属前駆体は硫酸銅、塩化銅、窒酸銅のうち一つ以上を含んでもよい。
上記第１溶液はｐＨ調節剤をさらに含んでもよい。
上記ｐＨ調節剤はアンモニア水を含んでもよい。
上記第１溶液はｐＨが６〜１０であってもよい。
上記金属粒子を得る段階は、上記第３溶液を１から２時間攪拌する段階を含んでもよい。
上記界面活性剤はゼラチン（ｇｅｌａｔｉｎ）を含んでもよい。
上記還元剤はアスコルビン酸（ａｓｃｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ）を含んでもよい。
上記第２溶液を加熱する段階は、上記第２溶液が５０℃〜９０℃になるように行われてもよい。
上記金属粒子を得る段階の後に、遠心分離器を利用して上記金属粒子を洗浄する段階をさらに含んでもよい。
本発明のさらに他の実施形態は、誘電体層を含むセラミック本体と、上記セラミック本体内で上記誘電体層を介して対向配置される第１及び第２内部電極と、上記第１及び第２内部電極とそれぞれ電気的に連結される第１及び第２外部電極と、を含み、上記第１及び第２外部電極は表面から窒素（Ｎ）が検出される金属粒子を含む積層セラミックキャパシタを提供することができる。
本発明によれば、粒度偏差の小さい微粒の金属粉末、その製造方法及びそれを適用した積層セラミックキャパシタを提供することができる。
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
金属粉末の製造方法
図１は、本発明の実施形態による金属粉末の製造方法を示すフローチャートである。
図１は、本発明の実施形態による金属粉末の製造方法を示すフローチャートである。
図１を参照すると、本発明の実施形態による金属粉末の製造方法は、第１溶液を用意する段階（Ｓ１）と、第２溶液を用意する段階（Ｓ２）と、上記第２溶液を加熱する段階（Ｓ３）と、加熱した上記第２溶液と上記第１溶液を混合して第３溶液を用意する段階（Ｓ４）と、上記第３溶液を攪拌して金属粒子を得る段階（Ｓ５）と、を含んでもよい。
上記第１溶液は金属前駆体及び水系溶媒を含んでもよく、上記金属前駆体は銀、金、銅、ニッケル、コバルト、白金、パラジウム及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも一つの金属を含むことができる。
上記金属は、上記金属の硫酸塩、塩酸塩及び窒酸塩の形態で上記金属前駆体に含まれもよい。
即ち、金属前駆体が銅を含む場合、上記銅は硫酸銅、塩化銅、窒酸銅のうち一つ以上の形態で含まれることができる。
上記水系溶媒はこれに限定されないが、水（純水）を含んでもよい。
さらに、上記第１溶液のｐＨは６〜１０であってもよく、ｐＨを調節するためのｐＨ調節剤をさらに含んでもよい。上記ｐＨ調節剤はアンモニア水を含むことができる。
上記第１溶液のｐＨが６未満では、金属粉末の粒度を制御することが困難で、ｐＨが１０を超えると、金属粉末の収率が低くなるという問題がある。
上記第２溶液は、界面活性剤、還元剤及び水系溶媒を含んでもよい。
上記界面活性剤は窒素（Ｎ）を含んでもよく、これに限定されないが、モノエタノールアミン（ｍｏｎｏｅｔｈａｎｏｌ ａｍｉｎｅ）、イソプロピルモノエタノールアミン（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ｍｏｎｏｅｔｈａｎｏｌ ａｍｉｎｅ）、Ｎ−シクロヘキシルアミン（Ｎ−ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌａｍｉｎｅ）、アニリン（ａｎｉｌｉｎｅ）、エチルアミン（ｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ）、ピロール（ｐｙｒｒｏｌｅ）、ピロリジン（ｐｙｒｏｌｉｄｉｎｅ）、ジイソプロピルアミン（ｄｉｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｍｉｎｅ）、ジエチルアミン（ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ）、ジｔｅｒｔブチルアニリン（ｄｉｔｅｒｔｂｕｔｙｌａｎｉｌｉｎｅ）、トリエチルアミン（ｔｒｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ）、ポリエチレンアミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎ ａｍｉｎｅ）及びゼラチン（ｇｅｌａｔｉｎ）からなる群より選択される一つ以上を含んでもよい。
特に、本発明の一実施形態では、界面活性剤としてゼラチン（ｇｅｌａｔｉｎ）を含むことができる。ゼラチンは、毒性のない親水性界面活性剤であり、本発明が求めている程度の粒度制御力を有しており、所望する水準の平均粒径（約０．５〜１．５μｍ）の金属粉末の製造が容易である。
また、上記還元剤はアスコルビン酸（ａｓｃｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ）を含んでもよい。一般的に液相還元法に用いられる還元剤であるヒドラジンは人体に有害で、還元力が強いため、生成される金属粒子の粒度偏差が非常に大きくなるという問題があるが、アスコルビン酸は人体に無害で、これを還元剤として使用する場合、金属粒子のサイズを容易に制御することができる。
上記水系溶媒は、これに限定されないが、水（純水）を含んでもよく、第１溶液に含まれた水系溶媒と同一であってもよい。
次に、界面活性剤、還元剤及び水系溶媒を含む第２溶液を加熱してから、第１溶液と加熱した第２溶液を混合して第３溶液を用意することができる。
上記第２溶液は５０℃〜９０℃になるように加熱してもよい。第２溶液の加熱温度が５０℃未満では、還元エネルギーが十分でないため、還元されない金属前駆体が存在し収率が減少する恐れがある。
また、加熱温度が９０℃を超えると、粒子成長が過度に行われて粗大な粒子が生成され、粒度分布が均一でないという問題が発生する恐れがある。
次に、上記第３溶液を約１時間から２時間攪拌して金属粒子を得ることができ、上記金属粒子は、界面活性剤により表面から窒素（Ｎ）が検出されることができる。
さらに、得られた金属粒子を遠心分離器を利用して洗浄する段階をさらに含んでもよい。
本発明の製造方法は、有機溶媒を使用せずに水系溶媒を使用し、人体に有害なヒドラジンを使用しないため、環境に優しい方法で金属粉末を製造することができる。さらに、本発明により製造された金属粉末は、粉末を構成する金属粒子が小さく、粒子サイズの偏差が小さいという長所がある。
積層セラミック電子部品
図２は本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタを概略的に示す斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ'線の断面図である。
図２は本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタを概略的に示す斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ'線の断面図である。
図２及び図３を参照すると、本実施形態による積層セラミックキャパシタ１００はセラミック本体１１０と、第１及び第２外部電極１３１、１３２と、を含んでもよい。
上記セラミック本体１１０の形状は特に制限されないが、図示されたように上記セラミック本体１１０は六面体状であってもよい。チップの焼成時のセラミック粉末の焼成収縮により、セラミック本体１１０は完全な直線を有する六面体状ではないが、実質的に六面体状であることができる。
上記セラミック本体は、複数の誘電体層１１１と、誘電体層１１１上に形成された第１及び第２内部電極１２１、１２２と、を含み、第１及び第２内部電極が形成された複数の誘電体層が積層されて形成されてもよい。
また、第１及び第２内部電極は、一つの誘電体層１１１を介して対向配置されてもよい。
本発明の一実施形態によると、上記セラミック本体１１０を構成する複数の誘電体層１１１は焼結された状態であって、隣接する誘電体層同士は境界が確認できないほどに一体化されていてもよい。
上記誘電体層は、誘電体の主成分として高い誘電率を有するセラミック粉末を含むことができ、これに限定されないが、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）系またはチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）系粉末を含んでもよい。
本発明の一実施形態によると、第１及び第２内部電極１２１、１２２は導電性金属を含む導電性ペーストにより形成されてもよい。
上記導電性金属は、これに制限されないが、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）またはこれらの合金であってもよい。
さらに、これに制限されないが、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法などの印刷法を用いて、誘電体層を形成するセラミックグリーンシート上に導電性ペーストで内部電極を印刷してもよい。
内部電極が印刷されたセラミックグリーンシートを交互に積層して焼成し、セラミック本体１１０を形成することができる。
次に、上記第１及び第２内部電極１２１、１２２とそれぞれ電気的に連結されるように第１及び第２外部電極１３１、１３２が形成され、上記第１及び第２外部電極は表面から窒素（Ｎ）が検出される金属粒子を含むことができる。
具体的には、上記第１及び第２外部電極１３１、１３２は、上記第１及び第２内部電極とそれぞれ電気的に連結されるようにセラミック本体の外部面に外部電極用導電性ペーストを塗布した後焼結して形成してもよい。
上記導電性ペーストは導電性粉末、ガラスフリット、ベース樹脂及び有機ビヒクルなどを混合して用意してもよく、上記導電性ペーストに含まれる導電性粉末は上述した実施形態により製造された金属粉末を含んでもよい。
上記導電性ペーストに含まれる金属粉末に関する説明は、上述した実施形態による金属粉末の製造方法に関する説明と重なるため、ここではその説明を省略する。
上記ベース樹脂、有機ビヒクル（ｖｅｈｉｃｌｅ）及びその他添加剤は、通常、外部電極用導電性ペースト組成物の製造時に用いられるものであれば、特に制限されず、その含量も本発明の目的に応じて多様に適用してもよい。
本発明の実施形態により製造された金属粉末は、粒子のサイズが小さく、粒子のサイズ分布が均一であるため、これを含む外部電極用導電性ペーストを用いて外部電極を形成すると、最終的に形成される外部電極の緻密度を向上させることができる。
実施例１
硫酸銅（ＣｕＳＯ４）を水に溶かした後、アンモニア水（ａｍｍｏｎｉａ）を利用してｐＨを８に調整した第１溶液を用意する。
硫酸銅（ＣｕＳＯ４）を水に溶かした後、アンモニア水（ａｍｍｏｎｉａ）を利用してｐＨを８に調整した第１溶液を用意する。
次に、ゼラチン（ｇｅｌａｔｉｎ）とアスコルビン酸（ａｓｃｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ）を水に溶かした第２溶液を用意する。次いで、第２溶液を８０℃に加熱してから第１溶液と混合して第３溶液を用意する。
第３溶液を約１時間攪拌した後、遠心分離機を利用して粒子を洗浄して乾燥し、実施例１の金属粉末を得る。
比較例１
硫酸銅（ＣｕＳＯ４）を水に溶かした後、アンモニア水（ａｍｍｏｎｉａ）を利用してｐＨを８に調整した第４溶液を用意する。
硫酸銅（ＣｕＳＯ４）を水に溶かした後、アンモニア水（ａｍｍｏｎｉａ）を利用してｐＨを８に調整した第４溶液を用意する。
次に、アスコルビン酸（ａｓｃｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ）を水に溶かした第５溶液を用意する。次いで、第５溶液を８０℃に加熱してから第４溶液と混合して第６溶液を用意する。
第６溶液を約１時間攪拌した後、遠心分離機を利用して粒子を洗浄して乾燥し、比較例１の金属粉末を得る。
図４は本発明の実施例１による金属粉末の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真であり、図５は比較例１による金属粉末の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真である。
図６は、本発明の実施例１と比較例１のＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析グラフである。
図４及び図５を参照すると、実施例１の金属粉末は、粒径が１０μｍ水準の非常に小さいサイズの粒子で構成されており、粒子サイズの分布が均一であるが、比較例１の金属粉末は、２０μｍ以上の粒子が多数含まれており、粒子サイズも均一でないことが分かる。
具体的には、実施例１の金属粉末は平均粒径が約１．１７μｍで、標準偏差が０．１８μｍと小さく、均一なサイズの粒子が合成されているが、比較例１の金属粉末は平均粒径が２．０μｍで、標準偏差が０．５３μｍと比較的大きく、不均一なサイズの粒子が合成されていることが分かる。
さらに、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析結果である図６を参照すると、本発明の実施例１による金属粉末からは、４００ｅＶ辺りで窒素（Ｎ）に該当するピーク（ｐｅａｋ）が検出されたが、比較例１による金属粉末からは、窒素（Ｎ）に該当するピークが検出されなかった。
従って、実施例１により製造された金属粉末からは、表面から窒素（Ｎ）が検出されることが分かる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
１００ 積層セラミックキャパシタ
１１０ セラミック本体
１１１ 誘電体層
１２１、１２２ 第１及び第２内部電極
１３１、１３２ 第１及び第２外部電極
１１０ セラミック本体
１１１ 誘電体層
１２１、１２２ 第１及び第２内部電極
１３１、１３２ 第１及び第２外部電極
Claims (12)
- 金属前駆体及び水系溶媒を含む第１溶液を用意する段階と、
窒素（Ｎ）を含む界面活性剤、還元剤及び水系溶媒を含む第２溶液を用意する段階と、
前記第２溶液を加熱する段階と、
加熱した前記第２溶液と前記第１溶液を混合して第３溶液を用意する段階と、
前記第３溶液を攪拌して表面から窒素（Ｎ）が検出される金属粒子を得る段階と、
を含む金属粉末の製造方法。 - 前記金属前駆体は銀、金、銅、ニッケル、コバルト、白金、パラジウム及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも一つの金属を含む、請求項１に記載の金属粉末の製造方法。
- 前記金属前駆体は硫酸銅、塩化銅、窒酸銅のうち一つ以上を含む、請求項１または２に記載の金属粉末の製造方法。
- 前記第１溶液はｐＨ調節剤をさらに含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の金属粉末の製造方法。
- 前記ｐＨ調節剤はアンモニア水を含む、請求項４に記載の金属粉末の製造方法。
- 前記第１溶液はｐＨが６〜１０である、請求項１から５のいずれか１項に記載の金属粉末の製造方法。
- 前記金属粒子を得る段階は、前記第３溶液を１から２時間攪拌する段階を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の金属粉末の製造方法。
- 前記界面活性剤はゼラチン（ｇｅｌａｔｉｎ）を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の金属粉末の製造方法。
- 前記還元剤はアスコルビン酸（ａｓｃｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ）を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の金属粉末の製造方法。
- 前記第２溶液を加熱する段階は、前記第２溶液が５０℃〜９０℃になるように行われることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の金属粉末の製造方法。
- 前記金属粒子を得る段階の後に、遠心分離器を利用して前記金属粒子を洗浄する段階をさらに含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の金属粉末の製造方法。
- 誘電体層を含むセラミック本体と、
前記セラミック本体内で前記誘電体層を介して対向配置される第１及び第２内部電極と、
前記第１及び第２内部電極とそれぞれ電気的に連結される第１及び第２外部電極と、を含み、前記第１及び第２外部電極は表面から窒素（Ｎ）が検出される金属粒子を含む積層セラミックキャパシタ。
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