JP2018040056A - 銀被覆合金粉末、導電性ペースト、電子部品及び電気装置 - Google Patents

銀被覆合金粉末、導電性ペースト、電子部品及び電気装置 Download PDF

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Abstract

【課題】より少ない層構成でありながら半田濡れ性及び半田食われ耐性に優れ、さらに導電性に優れた外部電極の形成に利用可能な金属粉末を提供することを目的とする。【解決手段】銅、ニッケル、亜鉛及び不可避不純物を含む合金コア粒子の表面に銀を含む被覆層を有する銀被覆合金粉末。【選択図】なし

Description

本発明は、電子部品の外部電極の形成材料として好適な銀被覆合金粉末、それを含む導電性ペースト、その導電性ペーストを使用して形成される外部電極を有する電子部品、及び当該電子部品を備える電気装置に関する。
電子機器を構成する電子部品として、コンデンサ、キャパシタ、インダクタ、圧電体素子、バリスタ、サーミスタなどの外部電極を有するものがある。これらのうちコンデンサ、キャパシタやインダクタは、例えば、誘電体層と内部電極層とが交互に積層された積層体と、この積層体の側面に形成されて内部電極と接続される外部電極を備えた構造をとっている。
電子部品は基板上に実装され、その他の電気素子と接続される。接続の代表的な手段としては半田接続が挙げられる。例えば、電子部品(の外部電極)と電気素子とが接続されるように半田ペーストを印刷し、200〜350℃程度の温度でリフローすることで接続が行われる。
半田接続が適切に行われるためには、第一に溶融した半田が外部電極に十分に濡れ、半田と外部電極との接合が十分に行われる必要がある(半田濡れ性)。第二に、溶融した半田に外部電極が溶け出してしまうことで起こると考えられている半田食われが生じないことが求められる(半田食われ耐性)。
外部電極は例えば銅などの導電性フィラーを含む焼成型導電性ペーストから形成されているが、良好な半田接続を行い、また信頼性を高めるために、前記ペーストから形成された導電膜にNiメッキ及びSnメッキを行って外部電極とすることが一般的に行われている(例えば特許文献1〜3)。
特開2014−84267号公報 特開2015−204453号公報 特開2014−107513号公報
しかしながら、導電膜、Niメッキ層、Snメッキ層という3層構成ではコスト、製造効率の点から改善の余地があり、また隣接する層(誘電体層と内部電極層との積層体などと導電膜、導電膜とNiメッキ層、Niメッキ層とSnメッキ層)どうしの密着性や接触抵抗なども考慮する必要があるので、このような3層構成により外部電極を形成するよりも、より少ない層構成とするのが望ましい。また、近年の電子機器の小型化の流れから外部電極の薄膜化が望まれるので、この点からみても、そのような層構成が望ましい。さらに、コンデンサやキャパシタなどの用途においては導電性も重要である。
そこで本発明は、より少ない層構成でありながら半田濡れ性及び半田食われ耐性に優れ、さらに導電性に優れた外部電極の形成に利用可能な金属粉末を提供することを目的とする。
また、良好な半田接続がなされるために、前記の外部電極が半田との接着強度に優れることが望ましい(前記の半田濡れ性は接着強度に影響する要素の一つである)。本発明は望ましくは、前記の目的を達成し、さらに半田との接着強度に特に優れた外部電極の形成に利用可能な金属粉末を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した。外部電極を形成するための導電性ペーストにおいて、導電性フィラーとしては金属粉が用いられるが、金属粉としては銅粉などの単一金属からなる粉、合金粉、単一金属又は合金からなるコア粒子を所定の金属で被覆した被覆金属粉などが現在提案されている。
外部電極の形成において、焼成型導電性ペーストの場合は、これを焼き付けて導電膜を形成したときに導電性フィラーは溶融するが、樹脂硬化型導電性ペーストの場合は、樹脂の硬化収縮により導電性フィラーを接触させることで導通を図るので、形成された導電膜においては導電性フィラーがおおよそそのままの形状、構成で存在していると考えられる。本発明者は樹脂硬化型導電性ペーストのこのような特徴に着目した。
本発明者はまず、導電性に最も優れる銀を導電性フィラーとして採用し、検討したところ、導電性に優れ、更に半田濡れ性にも優れるが、半田食われ耐性には非常に劣っていることがわかった。
半田食われの現象は、外部電極の表面に半田が接し、その接触面から電極が半田中に溶け出していくことで起こるものと考えられる。そこから本発明者らは、半田食われ耐性に優れる金属をコア粒子とし、それを銀によって被覆することで、優れた導電性と半田濡れ性を維持しつつ、半田食われについては、(外部電極表面にある金属粉末の)被覆銀は食われるがコア粒子の部分で半田食われを止めることに着想した。
前記のコア粒子として半田食われ耐性に優れるニッケルを採用し、銀被覆ニッケル粉を導電性フィラーとしたところ、半田濡れ性が大きく悪化してしまい、また導電性も大きく悪化していた。
そこで、導電性を高めるために、コア粒子に、安価で導電性に優れる銅を導入して銅−ニッケル合金に変更したところ、導電性が高まり、また意外なことに半田濡れ性が高まったが、それでもいま一歩であった。
ここで、金属コア粒子を金属で被覆した被覆金属粉については、金属コア粒子と被覆金属との相性や被覆反応条件などの影響で、完全にコア粒子を被覆できない場合があることが知られている。このことから、上記の銅−ニッケル合金とすることで半田濡れ性が向上したのは、ニッケルより銅−ニッケル合金の方が銀による被覆が良好に行われ(金属コア粒子を被覆する面積割合が増え)、結果として、導電膜の表面に半田濡れ性に優れる銀が存在する割合が上昇したためと推察される。
そこで、さらに銀被覆を良好に行うことを検討し、コア粒子を銅−ニッケル−亜鉛合金にしたところ、前記の良好な導電性を維持しつつ、半田濡れ性が改善し、また意外なことに半田食われ耐性も改善する場合が見られた。さらにこのような銀被覆合金粉末について、所定の方法で表面処理を行い、かつ所定条件で解砕処理を行うことにより、外部電極が半田との接着強度に特に優れることを見出した。
すなわち本発明は、銅、ニッケル、亜鉛及び不可避不純物を含む合金コア粒子の表面に銀を含む被覆層を有する銀被覆合金粉末である。
この銀被覆合金粉末のレーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積50%粒子径(D50)は、0.1〜10μmであることが好ましく、BET1点法により測定した比表面積は、0.08〜1.0m/gであることが好ましく、TAP密度は、3.0〜7.5g/cmであることが好ましい。
前記合金コア粒子における銅、ニッケル及び亜鉛の合計100質量%中において、銅の割合が40〜95質量%であり、ニッケルの割合が4〜40質量%であり、亜鉛の割合が1〜30質量%であることが好ましい。
この銀被覆合金粉末における銀の質量割合は1〜40質量%であることが好ましく、銀被覆合金粉末の酸素量が0.05〜0.45質量%であることが好ましい。また、銀被覆合金粉末の酸素量と比表面積との比率(O/BET)は、0.15〜4.0質量%・g/mであることが好ましく、0.25〜3.0質量%・g/mであることがより好ましい。
この銀被覆合金粉末のTAP密度の真密度に対する比率を(D50)で除した値(TAP密度/(真密度×D50))が0.223以上であることが好ましく、0.225〜0.300であることがより好ましい。
この銀被覆合金粉末を構成する任意の20粒子について、C元素及びAg元素に関してエネルギー分散型X線分析(EDS)を行ったとき、前記20粒子について得られたC元素及びAg元素についての各EDSスペクトルにおいて、C元素のスペクトルの積分値をI、Ag元素のスペクトルの積分値をIAgとすると、これらの比率(I/IAg)の標準偏差が0.010〜0.040の範囲にあることが好ましい。
本発明の銀被覆合金粉末には、後述する導電性ペースト中での分散性を向上させることでTAP密度を高めて、外部電極の導電性を高めるとともに、耐酸化性を付与して、導電性の経時変化を低下させるために、表面処理が施され、表面処理剤で構成される表面処理層を有するのが好ましい。表面処理剤の例としては炭素数1〜32の飽和若しくは不飽和脂肪酸、炭素数1〜32の飽和若しくは不飽和アミン及び環構成原子数が5〜12の複素環化合物が挙げられる。前記脂肪酸やアミンは、環状構造を有していてもよく、前記複素環化合物は飽和であっても不飽和であってもよく、また縮合環構造の化合物であってもよい。導電性の観点からは、表面処理剤として炭素数1〜32の飽和若しくは不飽和脂肪酸が好ましい。また、以上説明した脂肪酸及びアミンの炭素数は、分散性の観点から4〜24であることが好ましい。前記複素環化合物としてはトリアゾール化合物(分子内にトリアゾール構造を有する化合物)が好ましい。
本発明の銀被覆合金粉末及び硬化性樹脂を含む導電性ペーストを使用することで、従来よりも少ない層構成で、半田濡れ性、半田食われ耐性及び導電性に優れる外部電極を形成することができる。
前記導電性ペーストにおける硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂が挙げられ、導電性ペースト中の樹脂の含有割合は1〜40質量%であることが好ましい。
前記硬化性樹脂は、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、マレイミド樹脂、ジアリルフタレート樹脂、オキセタン樹脂、(メタ)アクリル樹脂、マレイン酸樹脂、無水マレイン酸樹脂、ポリブタジエン樹脂、アルキド系樹脂、アミノ系樹脂、ポリ乳酸樹脂、オキサゾリン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂及びフッ素樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
導電性ペースト中の銀被覆合金粉末の含有量は、50〜98質量%であることが好ましい。
このような導電性ペーストを使用して形成された外部電極を備える電子部品においては、前記外部電極が、本発明の銀被覆合金粉末及び硬化性樹脂を含んでいる。
前記外部電極における銀被覆合金粉末及び硬化性樹脂の合計において、銀被覆合金粉末の割合は60〜99質量%であることが好ましく、硬化性樹脂の割合は1〜40質量%であることが好ましい。
前記電子部品の例としては、コンデンサ、キャパシタ、インダクタ、積層配線板、圧電体素子、バリスタ、サーミスタ及び抵抗が挙げられる。
このような電子部品を備える電気装置は、基板と、該基板上に形成された電気素子と、該基板上に実装された電子部品と、前記電子部品及び電気素子を接続する半田部材とを備える構成である。
この電気装置は、前記電子部品の外部電極及び前記半田部材が接着しており、これらの接着強度が3.0×10Pa〜20.0×10Paであるのが好ましい。
前記基板としては、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスエポキシ基板、ポリマーフィルム、ガラス基板又はセラミック基板が挙げられ、前記半田部材は、錫、鉛、銀、銅、亜鉛、ビスマス、インジウム及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。
また、本発明の別の態様は、
銅、ニッケル、亜鉛及び不可避不純物を含む合金コア粒子の表面に銀を含む被覆層を形成する銀被覆工程と、
銀被覆工程で得られた銀被覆合金粉末を湿式にて表面処理剤で処理する表面処理工程と、
表面処理された銀被覆合金粉末を強解砕する解砕工程とを有する、
銀被覆合金粉末の製造方法である。
前記解砕工程において、表面処理された銀被覆合金粉末に対して、周速30m/s以上の速度で解砕を行い、前記周速(m/s)と解砕時間(秒)との積が、2000m以上であるのが好ましい。
本発明によれば、従来技術より少ない層構成でありながら半田濡れ性及び半田食われ耐性に優れ、さらに導電性に優れた外部電極の形成に利用可能な金属粉末(銀被覆合金粉末)が提供される。また、この銀被覆合金粉末を利用した、導電性ペースト、電子部品及び電気装置も提供される。
図1は、製造実施例1で得られた銀被覆合金粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図2は、製造実施例2で得られた銀被覆合金粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図3は、製造実施例3で得られた銀被覆合金粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図4は、製造実施例4で得られた銀被覆合金粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図5は、製造実施例5で得られた銀被覆合金粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図6は、製造実施例6で得られた銀被覆合金粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図7は、製造実施例7で得られた銀被覆合金粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図8は、製造比較例1で得られた銀粉のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図9は、製造比較例2で得られた銀被覆銅粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図10は、製造比較例3で得られた銀被覆ニッケル粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図11は、製造比較例4で得られた銀被覆Cu−Ni粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図12は、製造比較例5で得られた銀被覆Cu−Ni粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図13は、製造比較例6で得られた銀被覆Cu−Ni粉末のSEM観察像を示す((a)は拡大倍率1000倍、(b)は5000倍、(c)は10000倍)。 図14は、製造実施例1〜7で得られた銀被覆合金粉末の粒度分布測定結果を示す。 図15は、製造比較例1〜6で得られた金属粉末の粒度分布測定結果を示す。
以下、本発明を詳細に説明する。
[銀被覆合金粉末]
<銀被覆合金粉末の構成>
本発明の銀被覆合金粉末は、銅、ニッケル、亜鉛及び不可避不純物を含む合金コア粒子の表面に銀(銀または銀化合物)を含む被覆層を有している。銀を含む被覆層(以下、銀被覆層)は銀被覆合金粉末(を含む導電性ペーストから形成される外部電極)の優れた導電性と半田濡れ性に寄与し、また、合金コア粒子は銅を含むために耐酸化性に劣るので、銀被覆層により合金コア粒子の耐酸化性が高まっている。銀被覆層は好ましくは実質的に銀のみからなり、また、合金コア粒子を良好に被覆しているが、必ずしも合金コア粒子の表面全体を覆っている必要はなく、合金コア粒子の一部が露出していてもよい。前記合金コア粒子において、銅は銀被覆合金粉末の優れた導電性に寄与する。ニッケルは銀被覆合金粉末に優れた半田食われ耐性を付与し、具体的には銀被覆合金粉末の表面の銀被覆層は半田に食われるが、合金コア粒子がニッケルを有することで、合金コア粒子の部分で半田食われ現象を止めるものと考えられる。
さらに、亜鉛は合金コア粒子の銀被覆をより良好に(被覆する合金コア粒子の表面の面積割合が増えるように)行えるようにし、結果として良好な半田濡れ性を付与するものと考えられ、また、導電性が改善される場合もある。また、亜鉛が合金コア粒子に存在することで合金コア粒子が銅−ニッケルの場合より半田食われ耐性が良好になる場合があることから、合金コア粒子が銅−ニッケル−亜鉛の3元系合金になることで、合金コア粒子の半田食われ耐性がより良好になる場合があるものと考えられる。
このような銀被覆合金粉末における銀被覆層の量(銀の質量割合)は、良好な導電性及び半田濡れ性の観点から、好ましくは1〜40質量%であり、より好ましくは15〜30質量%である。なお、銀被覆合金粉末の製造コスト等の観点からは、銀の含有量は2〜12質量%であることが好ましい。また、合金コア粒子について、銅、ニッケル及び亜鉛の合計100質量%中において、銅の割合は、良好な導電性の観点から、好ましくは40〜95質量%であり、より好ましくは65〜90質量%である。前記合計100質量%中において、ニッケルの割合は、良好な半田食われ耐性の観点から、好ましくは4〜40質量%であり、より好ましくは8〜30質量%である。前記合計100質量%中において、亜鉛の割合は、良好な半田濡れ性及び半田食われ耐性の観点から、好ましくは1〜30質量%であり、より好ましくは5〜20質量%である。
銀被覆合金粉末の形状に特に制限はなく、球状や略球状でもよいし、粒状でもよいし、薄片状(フレーク状)でもよいし、不定形でもよい。フレーク状の銀被覆合金粉末は、当該粉末の製造条件を適宜調整することで製造できるし、また、球状の銀被覆合金粉末をボールミルなどで機械的に塑性変形させて扁平化することにより製造することもできる。なお、本発明者らの検討によると、球状ないし略球状の場合に半田食われ耐性に優れる傾向が認められた。
銀被覆合金粉末のレーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積50%粒子径(D50)は、導電性や薄い外部電極の形成を可能とする観点から、好ましくは0.1〜10μmであり、より好ましくは1〜9μmであり、特に好ましくは2〜6.5μmである。
銀被覆合金粉末のBET1点法により測定した比表面積は、良好な導電性を発揮する観点から、好ましくは0.08〜1.0m/gであり、より好ましくは0.08〜0.50m/gであり、特に好ましくは0.08〜0.30m/gである。
銀被覆合金粉末のTAP密度は、粉末の充填密度を高めて良好な導電性を発揮する観点から、好ましくは3.0〜7.5g/cmであり、より好ましくは4.6〜6.5g/cmである。
銀被覆合金粉末における合金コア粒子はその製造原料や製造工程に使用される装置・物質の影響などで微量の不可避不純物を含み得るが、その例としては、鉄、ナトリウム、カリウム、カルシウム、パラジウム、マグネシウム、酸素、炭素、窒素、リン、ケイ素、塩素が挙げられる。
これらの中でも酸素は銀被覆合金粉末の導電性に悪影響を与えるものと考えられる。この点から、銀被覆合金粉末の酸素量は好ましくは0.05〜0.60質量%であり、より好ましくは0.05〜0.45質量%である。
また、炭素は(熱)硬化の際に二酸化炭素などのガスの発生源となり、外部電極とそれが接する層の密着性が悪化する場合があるので、銀被覆合金粉末における炭素量は少ないことが好ましく、具体的には、好ましくは0.5質量%以下であり、さらに好ましくは0.35質量%以下である。
本発明の銀被覆合金粉末には、後述する導電性ペースト中での分散性を向上させることでTAP密度を高めて、外部電極の導電性を高めるとともに、耐酸化性を付与して、導電性の経時変化を低下させるために、表面処理が施されていてもよい。表面処理剤の例としては炭素数1〜32の飽和若しくは不飽和脂肪酸、炭素数1〜32の飽和若しくは不飽和アミン及び環構成原子数が5〜12の複素環化合物が挙げられる。前記脂肪酸やアミンは、環状構造を有していてもよく、前記複素環化合物は飽和であっても不飽和であってもよく、また縮合環構造の化合物であってもよい。導電性の観点からは、表面処理剤として炭素数1〜32の飽和若しくは不飽和脂肪酸が好ましい。また、以上説明した脂肪酸及びアミンの炭素数は、分散性の観点から4〜24であることが好ましい。前記複素環化合物としてはトリアゾール化合物(分子内にトリアゾール構造を有する化合物)が好ましい。
前記飽和若しくは不飽和脂肪酸として、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カブリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、バクセン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキジン酸、エイコサジエン酸、エイコサトリエン酸、エイコサテトラエン酸、アラキドン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、ネルボン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸などを使用することができるが、パルミチン酸、ステアリン酸またはオレイン酸を使用するのが好ましい。また前記トリアゾール化合物の例としては、ベンゾトリアゾールが挙げられる。
表面処理剤の添加量は、(表面処理されていない)銀被覆合金粉末に対して、0.1〜7質量%であるのが好ましく、0.3〜6質量%であるのがさらに好ましく、0.3〜5質量%であるのが最も好ましい。
このような表面処理剤で、後述する所定の方法で表面処理され、かつ所定の条件で解砕操作を受けた、表面処理剤からなる表面処理層を有する銀被覆合金粉末は、(当該粉末を含む導電性ペーストから形成した外部電極が)半田との特に接着強度に優れており、そのTAP密度の真密度に対する比率を(D50)で除した値(TAP密度/(真密度×D50))が0.223以上である。真密度は、銀被覆合金粉末の主要構成金属原子(Ag,Cu,Ni,Zn)の各密度に各比率(Ag,Cu,Ni,Znの合計を100質量%としたときの各々の比率)をかけて足し合わせることで求められる。
TAP密度を真密度で割ることによって、粉末を充填したときにどの程度バルク状態での密度に近いか(充填の度合い)が求められる。そして本発明の銀被覆合金粉末のD50は上述の通り好ましくは0.1〜10μmであるが、このような微粒領域では、粒径が大きくなるとTAP密度が大きくなる傾向がある。そこで、この粒径によるTAP密度上昇効果をキャンセルするために、D50で割ることとした。
半田との接着強度の観点からは、本発明の銀被覆合金粉末の上記値(TAP密度/(真密度×D50))が0.225〜0.300であることが好ましい。
そして、このような所定の表面処理層を有する銀被覆合金粉末においては、表面処理が好適に行われており、この銀被覆合金粉末を構成する任意の20粒子について、C元素及びAg元素に関してエネルギー分散型X線分析(EDS)を行ったとき、前記20粒子について得られたC元素及びAg元素についての各EDSスペクトルにおいて、C元素のスペクトルの積分値をI、Ag元素のスペクトルの積分値をIAgとすると、これらの比率(I/IAg)の標準偏差が0.010〜0.040の範囲にある。なお、EDS分析の詳細条件は実施例に記載の通りである。
表面処理層を構成する表面処理剤は一般的に炭素原子を有しているので、前記比率(I/IAg)は、表面処理層と銀被覆層の割合の指標と見ることができる。前記比率の標準偏差が前記のように小さな範囲にあるということは、表面処理層と銀被覆層の割合が粒子によってあまりばらつかず、表面処理層が均一に形成されていることを意味するものと考えられる。後述の実施例から明らかな通り、前記比率(I/IAg)の標準偏差が上記の範囲にある銀被覆合金粉末は、良好な半田との接着強度を示す。この接着強度の観点からは、前記比率(I/IAg)の標準偏差は、好ましくは0.010〜0.030である。
次に、本発明の銀被覆合金粉末のL*値は、銀被覆の均一性の尺度となり得るものであり、粒度分布が同様な銀粉のL*値に近いことが好ましい。具体的には、前記銀被覆合金粉末のL*値は、45〜81.6であることが好ましく、63〜81.6であることがより好ましい。
{銀被覆合金粉末の製造方法}
次に、本発明の銀被覆合金粉末の製造方法について説明する。
<合金コア粒子の製造方法>(合金コア粒子製造工程)
まず合金コア粒子の製造方法について説明する。本発明では、好ましくは合金コア粒子は水アトマイズ法により製造する。銅、ニッケル及び亜鉛を溶解した溶湯をタンディッシュから落下させながら、所定の水圧の高圧水を吹き付けて溶湯を急冷凝固させることで、合金コア粒子を製造することができる。
前記溶湯の温度は好ましくは1000〜1700℃であり、より好ましくは1200〜1700℃である。溶湯の温度を高くすると、粒子径の小さい合金コア粒子が得られる傾向にあり、これを銀被覆することで、粒子径の小さな銀被覆合金粉末を製造することができる。
水アトマイズは大気中や、アルゴン、窒素、一酸化炭素、水素などの非酸化性雰囲気中において実施することができる。非酸化性雰囲気で水アトマイズを実施すると、酸化を受けやすい銅の酸化を防止することができると考えられる。また、溶湯の調製も、大気中で行っても非酸化性雰囲気中で行ってもよい。さらに、合金コア粒子中の酸素量を低下させるために、溶湯にカーボンブラックや木炭などの還元剤を添加してもよい。
水アトマイズに使用する高圧水の水圧は好ましくは30〜200MPaであり、水圧を高くすると粒子径の小さい合金コア粒子を得ることができる。また高圧水としては純水、(pH5.0〜6.5程度の)弱酸性水や(pH8〜12程度の)アルカリ水を使用することができる。
水アトマイズ法によって溶湯から合金コア粒子を製造する際に、溶湯中の各構成金属の仕込み量を調整することによって、合金コア粒子中の銅、ニッケル及び亜鉛の割合を調整することができる。なお、亜鉛の沸点は1000℃以下と低く、水アトマイズ法によって溶湯から合金コア粒子を製造する際に一定量の亜鉛が蒸発するので、蒸発分を考慮して亜鉛の仕込み量を決定するのが好ましい。
また、溶湯を落下させながら高圧水を吹き付けて急冷凝固させることで、水中に合金コアが分散したスラリーが得られるが、これを固液分離し、得られた固形物を乾燥して合金コア粒子を得ることができる。なお、必要に応じて、固液分離して得られた固形物を乾燥する前に水洗してもよいし、乾燥した後に解砕したり、分級して粒度を調整してもよい。
<銀による被覆>(銀被覆工程)
例えば上記のようにして製造した合金コア粒子の表面に銀を含む被覆層(銀被覆層)を形成する。この被覆層を形成する方法として、合金コア粒子の構成金属と銀の置換反応を利用した置換法や、還元剤を用いる還元法により、合金コア粒子の表面に銀または銀化合物を析出させる方法を使用することができる。前記置換法では、例えば、溶媒中に合金コア粒子と銀または銀化合物を含む溶液を攪拌することで、合金コア粒子の表面に銀または銀化合物を析出させる方法を採用できる。さらに、溶媒中に合金コア粒子および有機物を含む溶液と、溶媒中に銀または銀化合物および有機物を含む溶液とを混合して攪拌することで、合金コア粒子の表面に銀または銀化合物を析出させる方法を採用できる。
置換法や還元法に使用する溶媒としては、水、有機溶媒またはこれらを混合した溶媒を使用することができる。水と有機溶媒を混合した溶媒を使用する場合には、室温(20〜30℃)において液体になる有機溶媒を使用する必要があるが、水と有機溶媒の混合比率は、使用する有機溶媒により適宜調整することができる。また、溶媒として使用する水は、不純物が混入するおそれがなければ、蒸留水、イオン交換水、工業用水などを使用することができる。
銀被覆層(銀または銀化合物からなる被覆層)の原料として、銀イオンを溶液中に存在させる必要があるため、水や多くの有機溶媒に対して高い溶解度を有する硝酸銀を使用するのが好ましい。また、銀被覆反応をできるだけ均一に行うために、固体の硝酸銀ではなく、硝酸銀を溶媒(水、有機溶媒またはこれらを混合した溶媒)に溶解した硝酸銀溶液を使用するのが好ましい。なお、使用する硝酸銀溶液の量、硝酸銀溶液中の硝酸銀の濃度および有機溶媒の量は、目的とする銀被覆層の量に応じて決定することができる。
銀被覆層をより均一に形成するために、溶液中にキレート化剤を添加してもよい。キレート化剤としては、銀イオンと合金コア粒子との置換反応により副生成する銅イオンなどが再析出しないように、銅イオンなどに対して錯安定度定数が高いキレート化剤を使用するのが好ましい。特に、銀被覆合金粉末の合金コア粒子は主構成要素として銅を含んでいるので、銅との錯安定度定数に留意してキレート化剤を選択するのが好ましい。具体的には、キレート化剤として、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、イミノジ酢酸、ジエチレントリアミン、トリエチレンジアミンおよびこれらの塩からなる群から選ばれたキレート化剤を使用することができる。
銀被覆反応を安定かつ安全に行うために、溶液中にpH緩衝剤を添加してもよい。このpH緩衝剤として、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、アンモニア水、炭酸水素ナトリウムなどを使用することができる。
銀被覆反応の際には、銀塩を添加する前に溶液中に合金コア粒子を入れて攪拌し、合金コア粒子が溶液中に十分に分散している状態で、銀塩を含む溶液を添加するのが好ましい。この銀被覆反応の際の反応温度は、反応液が凝固または蒸発する温度でなければよいが、好ましくは15〜80℃、さらに好ましくは20〜75℃、最も好ましくは25〜70℃の範囲で設定する。また、反応時間は、銀または銀化合物の被覆量や反応温度によって異なるが、1分〜5時間の範囲で設定することができる。
<表面処理剤による表面処理>(表面処理工程)
本発明の銀被覆合金粉末には、前述のとおり外部電極の導電性を向上させるなどのために、表面処理を施してもよい。表面処理は銀含有層で被覆した合金粉末と表面処理剤とを、実質的に液体の存在しない(表面処理剤自体が液体である場合には、表面処理剤以外の液体が実質的に存在しない)状態で混合したり(乾式表面処理)、銀含有層で被覆した合金粉末のスラリーに表面処理剤を添加して混合することによって(湿式表面処理)、行うことができる。湿式表面処理においては、銀含有層で被覆した合金粉末を液状媒体に分散させてスラリーとし、このスラリーを撹拌する。液状媒体は表面処理剤を溶解可能なものであれば特に制限されず、その例としては、水や、アルコール溶媒、ケトン溶媒、エーテル溶媒及びエステル溶媒などの有機溶媒が挙げられる。スラリーの撹拌時間は適宜調整可能であるが、例えば15分〜1時間である。これにより表面処理がなされ、濾過や乾燥操作を行うことで、表面処理層を有する銀被覆合金粉末を回収する。
そして今般本発明者らは、この表面処理を湿式にて行い、かつ得られた銀被覆合金粉末を、次に説明する解砕工程にて所定の条件で解砕することで、半田との接着強度に特に優れた外部電極を形成可能な銀被覆合金粉末とできることを見出した。
<銀被覆合金粉末の解砕>(解砕工程)
銀被覆合金粉末が凝集している場合には、この凝集をほぐすため、解砕を行ってもよい。このとき、前述の表面処理工程を湿式にて実施し、かつ、強解砕することによって、半田との接着強度に優れた外部電極を形成可能な銀被覆合金粉末が得られる。なお、銀被覆合金粉末について解砕を行う場合で表面処理を行う場合には、解砕は表面処理工程の前に行ってもよいし、表面処理工程の後に行ってもよいし、表面処理工程中すなわち表面処理と共に行ってもよい。表面処理により銀被覆合金粉末が若干凝集する場合があり得ることを考慮すると、解砕は表面処理工程の後に行うことが好ましい。
上記強解砕とは具体的には、銀被覆合金粉末に対して、周速30m/s以上の速度で解砕を行い、前記周速(m/s)と解砕時間(秒)との積が、2000m以上となる条件で解砕するものである。周速は、「円周率×ステム直径(mm)×回転数(rpm)÷60000」で計算することができる。また解砕時間とは、ステムを回転させて解砕を実行している時間である。半田との接着強度に特に優れた外部電極を形成可能な銀被覆合金粉末とする観点からは、前記周速は30m/s〜80m/sであることが好ましく、周速と解砕時間との積は、2500m〜10000mであることが好ましい。
[導電性ペースト]
次に、本発明の銀被覆合金粉末を含む、導電性ペーストについて説明する。当該導電性ペーストは前記銀被覆合金粉末に加えて硬化性樹脂を含む。導電性ペースト(中の硬化性樹脂)を硬化させて形成される導電膜は半田濡れ性及び半田食われ耐性に優れており、さらに導電性にも優れているので(さらに好適な形態では半田との接着強度に特に優れた外部電極を形成可能である)、外部電極の形成材料として好適である。
本発明の導電性ペーストにおいては、本発明の銀被覆合金粉末に該当する、粒径や形状その他の点で種類の異なる2種以上の銀被覆合金粉末を組み合わせて使用してもよい。導電性ペーストにおける銀被覆合金粉末の含有量は、適切な半田濡れ性、半田食われ耐性及び導電性を有する外部電極とする観点から、好ましくは50〜98質量%であり、より好ましくは70〜97質量%である。
導電性ペーストに使用される硬化性樹脂には熱硬化性樹脂と光硬化性樹脂があり、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、ジアリルフタレート樹脂、オキセタン樹脂及び(メタ)アクリル樹脂が挙げられ、光硬化性樹脂は、光により架橋反応を起こす不飽和結合を1分子中に1つ以上有する樹脂であればよく、その具体例としては、(メタ)アクリル樹脂、マレイン酸樹脂、無水マレイン酸樹脂、ポリブタジエン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アルキド系樹脂、アミノ系樹脂、ポリ乳酸樹脂、オキサゾリン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂が挙げられる。
これらの硬化性樹脂は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。また、導電性ペースト中の硬化性樹脂の含有割合は、十分に硬化して外部電極を形成し、同時に半田濡れ性、半田食われ耐性及び導電性を適切に発現する観点から、好ましくは1〜40質量%であり、より好ましくは3〜30質量%である。
本発明の導電性ペーストには、求められる特性に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、銅粉、銀粉、アルミニウム粉、ニッケル粉、亜鉛粉、錫粉、ビスマス粉及びリン粉などの、本発明の銀被覆合金粉末以外の金属粉末を添加してもよい。導電性ペースト中の前記金属粉末の含有量は、好ましくは1〜48質量%である。また、前記金属粉末は、1種単独で使用しても、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明の導電性ペースト中における、銀被覆合金粉末と金属粉末の合計含有量は、適切な半田濡れ性、半田食われ耐性及び導電性を発揮する観点から、好ましくは50〜98質量%であり、より好ましくは70〜97質量%である。
本発明の導電性ペーストには、当該ペーストを加熱により硬化させる場合、硬化させるため又は硬化を促進するため、熱重合開始剤を添加してもよい。熱重合開始剤としては、例えば、ハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、パーオキシエステル、ジアシルパーオキサイド、パーオキシカーボネート、パーオキシケタール、及びケトンパーオキサイドが挙げられる。これらの熱重合開始剤は、1種単独で使用しても、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、硬化を促進するため、ポリアミン、酸無水物、三ハロゲン化ホウ素化合物、三ハロゲン化ホウ素化合物のアミン錯塩、イミダゾール化合物、芳香族ジアミン系化合物、カルボン酸系化合物などの硬化剤を添加してもよい。これらは1種単独で使用しても、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、本発明の導電性ペーストを光重合させる場合には、導電性ペースト中に光重合開始剤を含有させる。光重合開始剤としては、通常、光ラジカル発生剤や光カチオン重合開始剤が用いられる。これらの光重合開始剤は1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
前記光ラジカル発生剤としては、この用途に用い得ることが知られている公知の化合物を用いることができる。例えば、ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,6−ジメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、または2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホシフィンオキシド等が使用可能である。
前記光カチオン重合開始剤とは、紫外線や電子線などの放射線の照射によりカチオン重合を開始させる化合物であり、その例として、芳香族スルホニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族ジアゾニウム塩及び芳香族アンモニウム塩が挙げられる。
さらに、光カチオン重合開始剤の他にも、重合性モノマーを硬化させるための硬化剤を導電性ペーストに添加してもよい。硬化剤としては、例えば、アミン化合物、アミン化合物から合成されるポリアミノアミド化合物等の化合物、3級アミン化合物、イミダゾール化合物、ヒドラジド化合物、メラミン化合物、酸無水物、フェノール化合物、熱潜在性カチオン重合触媒、ジシアンアミド及びその誘導体が挙げられる。
また、導電性ペーストに光増感剤を添加することもできる。光増感剤の具体例としては、ピレン、ペリレン、アクリジンオレンジ、チオキサントン、2−クロロチオキサントンおよびベンゾフラビンが挙げられる。
さらに、本発明の導電性ペーストには、必要に応じて、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ロジン、フェノキシ樹脂、ポリアセタール樹脂などの熱可塑性樹脂を添加することができる。これらの熱可塑性樹脂は、1種単独で使用しても、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明の導電性ペーストには、必要に応じて、界面活性剤、分散剤、安定化剤、可塑剤や、金属酸化物粉末などの添加剤を添加してもよい。
以上説明した導電性ペーストの調製方法は特に制限されるものではないが、例えば、各構成要素を計量して所定の容器に入れ、混練脱泡機、らいかい機、万能攪拌機、ニーダーなどを用いて予備混練した後、3本ロールで本混練することによって調製することができる。また、必要に応じて、その後、有機溶剤(例えばテキサノール(2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール2−メチルプロパノアート)、ターピネオール、カルビトールアセテート(ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート)、エチレングリコール、ジブチルアセテート又はジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート)を添加して、粘度調整を行ってもよい。
本発明の導電性ペーストのE型粘度計により測定した25℃における粘度は、導電性ペーストの印刷性等の観点から、80〜200Pa・sであることが好ましい。
[電子部品]
次に、本発明の導電性ペーストを利用して製造できる電子部品について説明する。電子部品は、外部電極を有し、半田により他の電気素子と接続されるものであれば、特に限定されるものではない。その具体例として、コンデンサ、キャパシタ、インダクタ、積層配線板、圧電体素子、バリスタ、サーミスタ及び抵抗が挙げられる。また、半導体チップなども挙げられる。
本発明の導電性ペーストは、電子部品を構成する部材の外部電極を形成すべき個所に塗布され、硬化性樹脂が硬化する条件で処理することにより、外部電極となる。導電性ペーストは、例えばディッピングや、スクリーン印刷及び転写捺染などの印刷方法により塗布される。電子部品を構成する部材は、例えば電子部品がコンデンサやキャパシタであれば、誘電体層と極性の異なる内部電極層とが交互に積層されてなる積層体の構成であり、この積層体の、内部電極層が交互に引き出される両端部に外部電極が形成される。
塗布された導電性ペーストについて、例えば熱硬化させる場合には、好ましくは100〜300℃、より好ましくは120〜250℃、さらに好ましくは150〜220℃の温度で、好ましくは10〜120分、より好ましくは15〜90分、さらに好ましくは20〜60分間加熱される。
導電性ペーストを光硬化させる場合には、硬化に際して照射する放射線の量は、光重合開始剤がラジカルを発生させる範囲であれば任意であるが、硬化性樹脂の組成及び光重合開始剤の種類及び量に応じて、波長200〜450nmの紫外線を、好ましくは0.1〜200J/cmの範囲で照射する。放射線は、複数回に分割して照射してもよい。なお、使用する光源ランプの具体例としては、メタルハライドランプ、高圧水銀灯ランプ、紫外線LEDランプがある。なお、重合をすみやかに完了させる目的で、上述したような光重合と熱重合を同時に行ってもよい。
以上説明した熱硬化又は光硬化により導電性ペースト中の硬化性樹脂を硬化させると、当該樹脂は硬化物を形成し、内部に含まれる銀被覆合金粉末は樹脂の硬化収縮により互いに接触して導通するようになり、外部電極となる。なお、導電性ペースト中に有機溶剤などの揮発性物質が含まれている場合には、硬化反応においてその少なくとも一部が揮散する。以上のようにして、外部電極を備える電子部品が得られる。
形成された外部電極において、銀被覆合金粉末及び硬化性樹脂(の硬化物)の合計における銀被覆粉末の割合は、導電性ペーストにおける割合とほぼ同様であり、好ましくは60〜99質量%であり、より好ましくは70〜97質量%である。同様に、外部電極において、前記の合計における硬化性樹脂(の硬化物)の割合は、好ましくは1〜40質量%であり、より好ましくは3〜30質量%である。
外部電極の、半田と接することになる表面には銀被覆合金粉末が多く存在すると考えられる。この銀被覆合金粉末においては銀被覆が良好になされているものと考えられるので、外部電極は半田濡れ性に優れる。さらに銀被覆層の内部の合金コア粒子は半田食われ耐性に優れているため、半田食われ現象によって表面の銀被覆層が食われても、合金コア粒子の部分で一定程度止められるものと考えられ、外部電極は半田食われ耐性に優れている。さらに外部電極は、銀被覆層や合金コア粒子の銅の存在により、導電性にも優れている。さらに本発明の好適な態様では、前記の外部電極は外部電極との接着強度に特に優れる。
[電気装置]
本発明の電子部品が備える外部電極は、上述の通り半田濡れ性、半田食われ耐性及び導電性に優れているため、他の電気素子と良好に半田接続することができる。本発明の電気装置は、基板と、基板上に形成された電気素子と、基板上に実装された電子部品と、前記電子部品及び電気素子を接続する半田部材とを備える構成であり、必要に応じてその他の部材や素子を備えてもよい。前記電気素子としては、例えば配線、リード、端子、電気回路及び電極が挙げられる。
電気素子は基板上に直接形成されてもよいし、例えば電気素子と基板との密着性を高めるための中間層を介して形成されていてもよい。電子部品は通常、半田部材によって電気素子に接続されることで、基板上に実装される。
前記基板は特に制限されるものではないが、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスエポキシ基板、ポリマーフィルム、ガラス基板又はセラミック基板(低温焼成セラミック基板を含む)であることが好ましい。
前記半田部材の材質は特に制限されるものではないが、例えば半田部材は、錫、鉛、銀、銅、亜鉛、ビスマス、インジウム及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属を含む。また、近年環境負荷の問題から鉛フリーの半田が望ましいとされていることから、半田部材は鉛を実質的に含まないことが好ましい。鉛フリーの半田部材としては、Sn/Ag/Cu半田、Sn/Zn/Bi半田、Sn/Cu半田、Sn/Ag/In/Bi半田やSn/Zn/Al半田が挙げられる。
このような半田を含む半田ペーストを、例えば電気素子上に印刷し、電子部品を印刷された半田ペースト上に配置する(電気素子及び電子部品に対しては、必要に応じてフラックス洗浄を行ってもよいし、半田ペーストにフラックスを含有させてもよい)。そしてリフロープロセスにより200〜350℃程度の温度で加熱することで、半田が溶融し、電気素子と電子部品(の外部電極)とが電気的及び物理的に接続される。このようにして本発明の電気装置が製造され、必要に応じてその他の部材や素子を基板上に形成ないし実装することが行われる。なお、この場合電子部品の外部電極が半田部材と接着するが、外部電極と半田部材の接着強度は、好ましくは3.0×10Pa〜20.0×10Paであり、より好ましくは7.0×10Pa〜19.0×10Paであり、さらに好ましくは9.0×10Pa〜18.0×10Paである。
以下、本発明を実施例及び比較例によって、より詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
[製造実施例1]
<合金コア粒子の粉末の製造>
大気中で、銅32kgとニッケル4kgと亜鉛4kgを1200℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:75MPa、水量:160L/分、pH:5.8))を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、合金粉末(銅−ニッケル−亜鉛合金粉末)を得た。
<銀被覆反応>
EDTA−2Na二水和物3.2kgと炭酸アンモニウム3.2kgを純水37.7kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物7.1kgと炭酸アンモニウム3.6kgを純水28.4kgに溶解した溶液に、硝酸銀1.2kgを純水3.7kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粒子の粉末(以下、「コア粉末」ともいう)として、得られた上記合金粉末6.8kgを溶液1に加えて、攪拌しながら35℃まで昇温させた。この合金粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された合金粉末を得た。
次に、得られた銀被覆合金粉末80gとパルミチン酸0.24g(銀被覆合金粉末に対して0.3質量%)をコーヒーミル(ステム直径:60mm)に入れ、回転数約14000rpm(周速:約44m/s)で20秒間の解砕(銀被覆合金粉末とパルミチン酸の混合を兼ねる)を2回行うことによって(周速(44m/s)と解砕時間(40秒)との積は1760m)、パルミチン酸で表面処理された略球状の銀被覆合金粉末1を得た。
[製造実施例2]
大気中で、銅32kgとニッケル4kgと亜鉛4kgを1200℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:71MPa、水量:160L/分、pH:5.8))を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、合金粉末(銅−ニッケル−亜鉛合金粉末)を得た。
EDTA−2Na二水和物2.4kgと炭酸アンモニウム2.4kgを純水27.7kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物11.8kgと炭酸アンモニウム5.9kgを純水47.1kgに溶解した溶液に、硝酸銀2kgを純水6.1kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記合金粉末5kgを溶液1に加えて、攪拌しながら45℃まで昇温させた。この合金粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された合金粉末を得た。この銀被覆合金粉末80gをとり、製造実施例1と同様にパルミチン酸で表面処理を行って、略球状の銀被覆合金粉末2を得た。
[製造実施例3]
大気中で、銅7.5kgとニッケル1.5kgと亜鉛1kgを1200℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:70MPa、水量:160L/分、pH:5.8))を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、合金粉末(銅−ニッケル−亜鉛合金粉末)を得た。
EDTA−2Na二水和物0.12kgと炭酸アンモニウム0.12kgを純水1.4kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物0.26kgと炭酸アンモニウム0.13kgを純水1kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.04kgを純水0.14kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記合金粉末0.25kgを溶液1に加えて、攪拌しながら35℃まで昇温させた。この合金粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された合金粉末を得た。この銀被覆合金粉末80gをとり、製造実施例1と同様にパルミチン酸で表面処理を行って、略球状の銀被覆合金粉末3を得た。
[製造実施例4]
大気中で、銅6.5kgとニッケル2.5kgと亜鉛1kgを1300℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:70MPa、水量:160L/分、pH:5.8))を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、合金粉末(銅−ニッケル−亜鉛合金粉末)を得た。
EDTA−2Na二水和物0.15kgと炭酸アンモニウム0.15kgを純水1.8kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物0.33kgと炭酸アンモニウム0.17kgを純水1.3kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.06kgを純水0.17kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記合金粉末0.32kgを溶液1に加えて、攪拌しながら25℃まで昇温させた。この合金粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された合金粉末を得た。この銀被覆合金粉末80gをとり、製造実施例1と同様にパルミチン酸で表面処理を行って、略球状の銀被覆合金粉末4を得た。
[製造実施例5]
大気中で、銅16kgとニッケル2kgと亜鉛2kgを1300℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:150MPa、水量:160L/分、pH:5.8))を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、合金粉末(銅−ニッケル−亜鉛合金粉末)を得た。
EDTA−2Na二水和物2.2kgと炭酸アンモニウム2.2kgを純水25.7kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物4.9kgと炭酸アンモニウム2.4kgを純水19.4kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.8kgを純水2.5kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記合金粉末4.6kgを溶液1に加えて、攪拌しながら35℃まで昇温させた。この合金粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された合金粉末を得た。この銀被覆合金粉末80gをとり、製造実施例1と同様にパルミチン酸で表面処理を行って、略球状の銀被覆合金粉末5を得た。
[製造実施例6]
大気中で、銅16kgとニッケル2kgと亜鉛2kgを1200℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:60MPa、水量:140L/分、pH:5.8))を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、合金粉末(銅−ニッケル−亜鉛合金粉末)を得た。
EDTA−2Na二水和物0.1kgと炭酸アンモニウム0.1kgを純水1.1kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物0.1kgと炭酸アンモニウム0.05kgを純水0.4kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.02kgを純水0.05kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記合金粉末0.2kgを溶液1に加えて、攪拌しながら35℃まで昇温させた。この合金粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された合金粉末を得た。この銀被覆合金粉末80gをとり、製造実施例1と同様にパルミチン酸で表面処理を行って、略球状の銀被覆合金粉末6を得た。
[製造実施例7]
大気中で、銅32kgとニッケル4kgと亜鉛4kgを1200℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:75MPa、水量:160L/分、pH:5.8))を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、合金粉末(銅−ニッケル−亜鉛合金粉末)を得た。
得られた合金粉末と、直径1.6mmのステンレスボールと、工業用アルコール(日本アルコール販売株式会社製のソルミックスAP7)を湿式メディア攪拌型ミル(棒状アーム型の攪拌羽根)に投入し、攪拌後に得られたスラリーをろ過し、乾燥して、フレーク状合金粉末を得た。
EDTA−2Na二水和物0.26kgと炭酸アンモニウム0.26gを純水3.1kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物1.3kgと炭酸アンモニウム0.65kgを純水5.2kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.2kgを純水0.67kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記フレーク状合金粉末550gを溶液1に加えて、攪拌しながら35℃まで昇温させた。このフレーク状合
金粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、分散剤としてパルミチン酸1.7gを工業用アルコール(日本アルコール販売株式会社製のソルミックスAP7)53.4gに溶解させた溶液を添加し、さらに40分間攪拌し、ろ過し、水洗し、乾燥して、フレーク状の銀被覆合金粉末7を得た。
[製造比較例1]
大気中で、銀7kgを1400℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:76MPa、水量:160L/分、pH10.3)を吹付けて急冷凝固させ、得られた銀の粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、銀粉末を得た。
次に、得られた銀粉末80gとパルミチン酸0.24g(銀粉末に対して0.3質量%)を製造実施例1の場合と同様のコーヒーミルに入れ、約14000rpmで20秒間の解砕を2回行うことによって、パルミチン酸で表面処理された略球状の銀粉末を得た。
[製造比較例2]
大気中で銅15kgを1300℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:65MPa、水量:160L/分、pH:10)を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、銅粉末を得た。
EDTA−2Na二水和物0.3kgと炭酸アンモニウム0.3kgを純水3.9kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物0.7kgと炭酸アンモニウム0.36kgを純水2.9kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.12kgを純水0.37kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記銅粉末0.7kgを溶液1に加えて、攪拌しながら25℃まで昇温させた。この銅粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、分散剤としてパルミチン酸2.1gを工業用アルコール(日本アルコール販売株式会社製のソルミックスAP7)67.9gに溶解させた溶液を添加し、さらに40分間攪拌し、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された略球状の銅粉末を得た。
[製造比較例3]
大気中でニッケル15kgを1600℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:150MPa、水量:160L/分、pH:5.8)を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、ニッケル粉末を得た。
EDTA−2Na二水和物0.17kgと炭酸アンモニウム0.17kgを純水1.9kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物0.37kgと炭酸アンモニウム0.18kgを純水1.5kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.06kgを純水0.19kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記ニッケル粉末0.35kgを溶液1に加えて、攪拌しながら70℃まで昇温させた。このニッケル粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された略球状の銀被覆ニッケル粉末を得た。この銀被覆ニッケル粉末80gをとり、製造比較例1と同様にパルミチン酸で表面処理を行って、略球状の銀被覆ニッケル粉末を得た。
[製造比較例4]
大気中で、銅18kgとニッケル2kgを1450℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:80MPa、水量:160L/分、pH:5.8)を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、銅−ニッケル合金粉末1を得た。
EDTA−2Na二水和物0.3kgと炭酸アンモニウム0.3kgを純水3.6kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物0.38kgと炭酸アンモニウム0.34kgを純水2.7kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.11kgを純水0.35kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記合金粉末0.65kgを溶液1に加えて、攪拌しながら35℃まで昇温させた。この合金粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された略球状の銀被覆銅−ニッケル合金粉末を得た。この銀被覆銅−ニッケル合金粉末80gをとり、製造比較例1と同様にパルミチン酸で表面処理を行って、略球状の銀被覆銅−ニッケル合金粉末1を得た。
[製造比較例5]
大気中で、銅8.5kgとニッケル1.5kgを1300℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:70MPa、水量:160L/分、pH:5.8)を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、略球状の銅−ニッケル合金粉末2を得た。
EDTA−2Na二水和物0.15kgと炭酸アンモニウム0.15kgを純水1.8kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物0.34kgと炭酸アンモニウム0.17kgを純水1.4kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.06kgを純水0.17kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記合金粉末0.32kgを溶液1に加えて、攪拌しながら25℃まで昇温させた。この合金粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された略球状の銀被覆銅−ニッケル合金粉末を得た。この銀被覆銅−ニッケル合金粉末80gをとり、製造比較例1と同様にパルミチン酸で表面処理を行って、略球状の銀被覆銅−ニッケル合金粉末2を得た。
[製造比較例6]
大気中で、銅38kgと亜鉛2kgを1200℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:70MPa、水量:160L/分、pH:5.8)を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、略球状の銅−亜鉛合金粉末を得た。
EDTA−2Na二水和物0.25kgと炭酸アンモニウム0.25kgを純水2.94kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物1.18kgと炭酸アンモニウム0.59kgを純水4.68kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.20kgを純水0.61kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記合金粉末0.53kgを溶液1に加えて、攪拌しながら25℃まで昇温させた。この銅粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、分散剤としてパルミチン酸1.6gを工業用アルコール(日本アルコール販売株式会社製のソルミックスAP7)51.4gに溶解させた溶液を添加し、さらに40分間攪拌し、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された略球状の銅−亜鉛合金粉末を得た。
[特性評価]
上記製造実施例1〜7及び製造比較例1〜6で得られた各金属粉末について、金属粉末全体における銀の質量割合、金属粉末における銅とニッケルと亜鉛の合計に対する各金属元素の質量割合、BET比表面積、TAP密度、酸素量、炭素量、粒度分布、色差及び熱重量増加率、並びに不純物元素量を求めた。より詳細には、以下のようにして各特性の測定を行った。
銀の質量割合:金属粉末を硝酸で溶解した後、塩酸を添加して生成した塩化銀(AgCl)の沈殿を乾燥し、重量を測定することにより求めた。
銅とニッケルと亜鉛の合計に対する各金属元素の質量割合:金属粉末(約2.5g)を塩化ビニル製リング(内径3.2cm×厚さ4mm)内に敷き詰めた後、錠剤型成型圧縮機(株式会社前川試験製作所製の型番BRE−50)により、100kNの荷重をかけて金属粉末のペレットを作製し、このペレットをサンプルホルダー(開口径3.0cm)に入れて蛍光X線分析装置(株式会社リガク製のRIX2000)内の測定位置にセットし、測定雰囲気を減圧下(8.0Pa)とし、X線出力を50kV、50mAとした条件で測定した結果から、装置に付属のソフトウェアで自動計算することによって求めた。
BET比表面積:BET比表面積測定器(ユアサアイオニクス株式会社製の4ソーブUS)を使用して、測定器内に105℃で20分間窒素ガスを流して脱気した後、窒素とヘリウムの混合ガス(N:30体積%、He:70体積%)を流しながら、BET1点法により測定した。
TAP密度:特開2007−263860号公報に記載された方法と同様に、金属粉末を内径6mm×高さ11.9mmの有底円筒形のダイに容積の80%まで充填して金属粉末層を形成し、この金属粉末層の上面に0.160N/mの圧力を均一に加え、この圧力で金属粉末がこれ以上密に充填されなくなるまで前記金属粉末層を圧縮した後、金属粉末層の高さを測定し、この金属粉末層の高さの測定値と、充填された金属粉末の重量とから、金属粉末の密度を求め、これを金属粉末のTAP密度とした。
酸素量:酸素・窒素分析装置(株式会社堀場製作所製のEMGA−920)により測定した。
炭素量:炭素・硫黄分析装置(堀場製作所製のEMIA−220V)により測定した。
粒度分布:レーザー回折式粒度分布測定装置(SYMPATEC社製のへロス粒度分布測定装置(HELOS&RODOS(気流式の乾燥モジュール)))を使用して、分散圧5barで測定した。
色差:測定試料として金属粉末5gを秤量して直径30mmの丸セルに入れ、10回タッピングして表面を平らにし、色差計(日本電色工業株式会社製のSpectro Color Meter SQ2000)によってSCEモードにて測定した。
熱重量増加率(300℃TG):示差熱熱重量同時測定装置(SIIナノテクノロジー株式会社のEXATERTG/DTA6300型)により、金属粉末を大気中に置いて室温(25℃)から昇温速度5℃/分で300℃まで昇温させて計測された重量と加熱前の金属粉末の重量の差(加熱により増加した重量)の、加熱前の金属粉末の重量に対する増加率(%)から、加熱により増加した重量はすべて金属粉末の酸化により増加した重量であるとみなして、金属粉末の大気中における(酸化に対する)高温安定性を評価した。
不純物元素量:銅とニッケルと亜鉛の合計に対する各金属元素の質量割合と同様にして求めた。このとき、銀、銅、ニッケル、亜鉛、酸素、炭素、カルシウム、パラジウム、鉄、ケイ素、塩素、リン、マグネシウムの合計を100質量%とした。
以上の評価結果を下記表1及び2に示す。
また、製造実施例1〜7及び製造比較例1〜6で得られた金属粉末のSEM観察像をそれぞれ図1〜13に示し、製造実施例1〜7の銀被覆合金粉末の粒度分布を図14に示し、製造比較例1〜6の金属粉末の粒度分布を図15に示す。
[抵抗評価]
<実施例1〜7及び比較例1〜6の導電性ペーストの調製>
製造実施例1〜7及び製造比較例1〜6で得られた各金属粉末9.3gと、熱硬化型樹脂としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(株式会社ADEKA製のアデカレジンEP−4901E)0.82gと、硬化剤として三フッ化ホウ素モノエチルアミン0.041gと、溶剤としてジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート0.25gと、分散剤としてオレイン酸0.01gとを混練脱泡機で混合した後、三本ロールを5回パスして均一に分散させ、得られた混練物に対してジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートを添加、混合して25℃における粘度をおよそ100Pa・sに調整し、実施例1〜7及び比較例1〜6の各導電性ペーストを得た。
<抵抗評価>
この導電性ペーストをスクリーン印刷法によってアルミナ基板上に(線幅500μm、線長37.5mmのパターンに)印刷した後、大気中において200℃で40分間加熱して硬化させることによって導電膜(膜厚およそ20μm)を形成し、得られた導電膜の体積抵抗率(初期抵抗)の算出を行った。
[半田濡れ性及び半田食われ耐性の評価]
上記のようにして得られた実施例1〜7及び比較例1〜6の導電性ペーストから形成されたアルミナ基板上の(抵抗評価時にスクリーン印刷により別に形成した)2mm角の導電膜(膜厚(25〜30)μm)について、以下のようにして半田濡れ性及び半田食われ耐性を評価した。
<半田濡れ性>
先に記載したアルミナ基板上に形成した導電膜を、ESR−250T4(フラックス、千住金属工業株式会社製)に浸漬させた後、260℃の鉛フリーはんだ(エコソルダーM705(Sn96.5Ag3Cu0.5半田、千住金属工業株式会社製))槽に1秒浸漬させた後、アルミナ基板を引き上げ、はんだ付けを行った。そして、2mm角の導電膜上に乗ったはんだをレーザー式顕微鏡VK−9710(KEYENCE社製)を用いて、表面形状を測定した。得られた高さデータを用いて、付属のソフトを用いて凹凸部計測を行い、高さ閾値が基板から40μm以上の部分をはんだが付着しているとし、その面積割合を求めた。
<半田食われ耐性>
鉛フリーはんだ槽に10秒浸漬させる以外は、はんだ濡れ性の評価と同様にして、はんだが付着している面積割合を求めた。
<結果>
以上の半田濡れ性及び半田食われ耐性の評価結果を、上記の抵抗評価結果とあわせて下記表3に示す。
表3に示される通り、実施例1〜7の各導電性ペーストだと、初期抵抗、はんだ評価共に、良好な数値を示していた。このことから、製造実施例1〜7の各銀被覆合金粉末ひいては実施例1〜7の各導電性ペーストを用いることにより、半田濡れ性及び半田食われ耐性に優れ、さらに導電性に優れた外部電極の形成が利用可能であることがわかる。
[製造実施例8〜11](表面処理条件及び解砕条件の検討)
<製造実施例8>
大気中で、銅32kgとニッケル4kgと亜鉛4kgを1200℃に加熱した溶湯をタンディッシュ下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気中で高圧水(水圧:150MPa、水量:160L/分、pH:5.8))を吹付けて急冷凝固させ、得られた合金粉末をろ過し、水洗し、乾燥し、解砕して、合金粉末(銅−ニッケル−亜鉛合金粉末)を得た。
EDTA−2Na二水和物0.12kgと炭酸アンモニウム0.12kgを純水1.39kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物0.55kgと炭酸アンモニウム0.28kgを純水2.21kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.09kgを純水0.29kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、得られた上記合金粉末0.25kgを溶液1に加えて、攪拌しながら35℃まで昇温させた。この合金粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、ろ過し、水洗し、乾燥して、銀により被覆された略球状の銀被覆合金粉末を得た。
次に、得られた銀被覆合金粉末80gとパルミチン酸0.24g(銀被覆合金粉末に対して0.3質量%)を製造実施例1の場合と同様のコーヒーミルに入れ、約14000rpmで20秒間の解砕を2回行うことによって(周速と解砕時間の積は1760m)、パルミチン酸で表面処理された略球状の銀被覆合金粉末8を得た。
<製造実施例9>
解砕条件を20秒間の解砕を4回に変更した(周速と解砕時間の積は3520m)以外は、製造実施例8と同様にして、パルミチン酸で表面処理された略球状の銀被覆合金粉末9を得た。
<製造実施例10>
製造実施例8と同様に、合金粉末(銅−ニッケル−亜鉛合金粉末)を製造した。EDTA−2Na二水和物0.24kgと炭酸アンモニウム0.24kgを純水2.77kgに溶解した溶液(溶液1)と、EDTA−2Na二水和物1.11kgと炭酸アンモニウム0.55kgを純水4.41kgに溶解した溶液に、硝酸銀0.18kgを純水0.57kgに溶解した溶液を加えて得られた溶液(溶液2)を用意した。
次に、窒素雰囲気下において、被覆するコア粉末として、前記合金粉末0.50kgを溶液1に加えて、攪拌しながら25℃まで昇温させた。この合金粉末が分散した溶液に溶液2を加えて1時間攪拌した後、分散剤としてパルミチン酸1.5gを工業用アルコール(日本アルコール販売株式会社製のソルミックスAP7)48.5gに溶解させた溶液を添加し、さらに40分間攪拌し、ろ過し、水洗し、乾燥して、パルミチン酸で表面処理された銀被覆合金粉末を得た。
そしてこの銀被覆合金粉末に対して約14000rpmで20秒間の解砕を2回行い(周速と解砕時間の積は1760m)、パルミチン酸で表面処理された略球状の銀被覆合金粉末10を得た。
<製造実施例11>
解砕条件を20秒間の解砕を4回に変更(周速と解砕時間の積は3520m)した以外は、製造実施例10と同様にして、パルミチン酸で表面処理された略球状の銀被覆合金粉末11を得た。
[特性評価]
上記製造実施例8〜11で得られた銀被覆合金粉末について、上記と同様な方法で、銀被覆合金粉末全体における銀の質量割合、銀被覆合金粉末における銅とニッケルと亜鉛の合計に対する各金属元素の質量割合、BET比表面積、TAP密度、酸素量、炭素量、粒度分布、色差及び熱重量増加率を求めた。結果を下記表4に示す。
[接着強度の評価]
<実施例8〜11の導電性ペーストの調製>
製造実施例8〜11で得られた各銀被覆合金粉末5.0gと、WO2016/017618号パンフレット記載のフェノキシ樹脂、多価アルコール系グリシジル型エポキシ樹脂及び硬化剤を含む混合物1.12gと、溶剤としてジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート0.02gとを混練脱泡機で混合した後、得られた混練物に対してジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートを添加、混合して25℃における粘度をおよそ100Pa・sに調整し、実施例8〜11の各導電性ペーストを得た。
<接着強度の評価>
メンディングテープ(スリーエムジャパン株式会社製)2枚をアルミナ基板(日本カーバイド工業株式会社製 4つ割りアルミナ基板 2−4−06、厚み0.65mm)上のAl焼成膜の上に3.0mm間隔で貼り、テープ間に上記で得られた導電性ペーストを乗せ、グラインドゲージ用のスキージでペーストを均した。
その後、前記のテープをアルミナ基板から剥がし、80℃、15分で予備乾燥を行い、その後200℃、30分で樹脂硬化を行い、厚み約20μmの樹脂硬化膜を得た。
そして、樹脂硬化膜上に、フラックス((株)弘輝 JS−EU−31)を塗布し、続いて幅1.5mmの半田リボン(丸正 Cu−O−150−1.5−B Sn/Pb 40μm)を乗せ、400℃に設定した半田ごてを用いて、半田リボンの長さ1.5cmの部分についてはんだ付けを行った。
その後、はんだ付けしていない半田リボンの部分(1cm)を立上げ、引張圧縮試験機(今田製作所製 SV−55CB)を用いて、はんだ付けされた半田リボンの部分と樹脂硬化膜との接着強度[N]を測定した。はんだ付け面積が0.015m×0.0015mであることから、測定値を2.25×10−5(m)で除した値を接着強度[Pa]とした。
その結果、実施例8〜11の導電性ペーストを使用して形成された導電膜(樹脂硬化膜)の半田との接着強度は、以下の表5の通りであった。また、あわせて銀被覆合金粉末のTAP密度/(真密度×D50)を示す。製造実施例1〜7の銀被覆合金粉末についての値もあわせて示す。
表5に示される通り、強解砕を経た製造実施例9の銀被覆合金粉末から得られた導電性ペーストにおける接着強度は、強解砕を経ていない製造実施例8の銀被覆合金粉末から得られた導電性ペーストよりも高い値を示した。同様に、強解砕を経た製造実施例11の銀被覆合金粉末から得られた導電性ペーストにおける接着強度は、強解砕を経ていない製造実施例10の銀被覆合金粉末から得られた導電性ペーストよりも高い値を示した。そして、製造実施例9と11とを比べた時、湿式にて表面処理工程を行い、且つ、表面処理後に強解砕を行った製造実施例11の銀被覆合金粉末から得られた導電性ペーストの方が、高い接着強度を示した。
[EDS分析]
製造実施例9及び製造実施例11で得られた銀被覆合金粉末について、以下の条件でエネルギー分散型X線分析(EDS)を行った。
すなわち、S−4700((株)日立製作所製)及びEX−250(検出器X−MAX20)((株)堀場製作所製)を用い、加速電圧20kVにて、銀被覆合金粉末を構成する任意の20個の粒子について、EDS元素マッピング測定(線分析)を行った(C元素及びAg元素について分析を行い、粉末試料はアルミテープで固定した)。
20個の粒子について得られたC元素及びAg元素についての各EDSスペクトルにおいて、C元素のスペクトルの積分値(I)及びAg元素のスペクトルの積分値(IAg)を求め、これらの比率(I/IAg)を求めた。さらに、20粒子分の比率(I/IAg)の平均値及び標準偏差を求めた。結果を下記表6及び7に示す。
表6及び7に示される通り、製造実施例9の銀被覆合金粉末の比率(I/IAg)の標準偏差は0.051で、製造実施例11の銀被覆合金粉末の比率(I/IAg)の標準偏差は0.021であった。表面処理剤であるパルミチン酸は炭素原子を有しているので、以上の結果から、製造実施例11の銀被覆合金粉末の方が、表面処理が良好になされている(粒子ごとの表面処理層の形成具合が均一である)ことが示唆された。

Claims (20)

  1. 銅、ニッケル、亜鉛及び不可避不純物を含む合金コア粒子の表面に銀を含む被覆層を有する銀被覆合金粉末。
  2. 前記銀被覆合金粉末のレーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積50%粒子径(D50)が0.1〜10μmである、請求項1に記載の銀被覆合金粉末。
  3. 前記合金コア粒子における銅、ニッケル及び亜鉛の合計100質量%中において、銅の割合が40〜95質量%であり、ニッケルの割合が4〜40質量%であり、亜鉛の割合が1〜30質量%である、請求項1又は2に記載の銀被覆合金粉末。
  4. 前記銀被覆合金粉末のBET1点法により測定した比表面積が、0.08〜1.0m/gである、請求項1〜3のいずれかに記載の銀被覆合金粉末。
  5. 前記銀被覆合金粉末のTAP密度が3.0〜7.5g/cmである、請求項1〜4のいずれかに記載の銀被覆合金粉末。
  6. 前記銀被覆合金粉末における銀の質量割合が1〜40質量%である、請求項1〜5のいずれかに記載の銀被覆合金粉末。
  7. 前記銀被覆合金粉末の酸素量が0.05〜0.45質量%である、請求項1〜6のいずれかに記載の銀被覆合金粉末。
  8. 前記銀被覆合金粉末のTAP密度の真密度に対する比率を(D50)で除した値(TAP密度/(真密度×D50))が0.223以上である、請求項1〜7のいずれかに記載の銀被覆合金粉末。
  9. 前記銀被覆合金粉末がその粒子表面に、表面処理剤で構成される表面処理層を有する、請求項1〜8のいずれかに記載の銀被覆合金粉末。
  10. 前記表面処理剤が、炭素数1〜32の飽和若しくは不飽和脂肪酸、炭素数1〜32の飽和若しくは不飽和アミン及び環構成原子数が5〜12の複素環化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項9に記載の銀被覆合金粉末。
  11. 前記銀被覆合金粉末を構成する任意の20粒子について、C元素及びAg元素に関してエネルギー分散型X線分析(EDS)を行ったとき、前記20粒子について得られたC元素及びAg元素についての各EDSスペクトルにおいて、C元素のスペクトルの積分値をI、Ag元素のスペクトルの積分値をIAgとすると、これらの比率(I/IAg)の標準偏差が0.010〜0.040の範囲にある、請求項9又は10に記載の銀被覆合金粉末。
  12. 銅、ニッケル、亜鉛及び不可避不純物を含む合金コア粒子の表面に銀を含む被覆層を形成する銀被覆工程と、
    銀被覆工程で得られた銀被覆合金粉末を湿式にて表面処理剤で処理する表面処理工程と、
    表面処理された銀被覆合金粉末を強解砕する解砕工程とを有する、
    銀被覆合金粉末の製造方法。
  13. 前記表面処理剤が、炭素数1〜32の飽和若しくは不飽和脂肪酸、炭素数1〜32の飽和若しくは不飽和アミン及び環構成原子数が5〜12の複素環化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項12に記載の銀被覆合金粉末の製造方法。
  14. 前記解砕工程において、表面処理された銀被覆合金粉末に対して、周速30m/s以上の速度で解砕を行い、前記周速(m/s)と解砕時間(秒)との積が、2000m以上である、請求項12又は13に記載の銀被覆合金粉末の製造方法。
  15. 請求項1〜11のいずれかに記載の銀被覆合金粉末及び硬化性樹脂を含む導電性ペースト。
  16. 前記導電性ペースト中の銀被覆合金粉末の含有量が50〜98質量%である、請求項15に記載の導電性ペースト。
  17. 外部電極を備える電子部品であって、前記外部電極が、請求項1〜11のいずれかに記載の銀被覆合金粉末及び硬化性樹脂を含む、電子部品。
  18. 前記外部電極における銀被覆合金粉末及び硬化性樹脂の合計における、銀被覆合金粉末の割合が60〜99質量%であり、硬化性樹脂の割合が1〜40質量%である、請求項17に記載の電子部品。
  19. 基板と、該基板上に形成された電気素子と、該基板上に実装された請求項17又は18に記載の電子部品と、前記電子部品及び電気素子を接続する半田部材とを備える電気装置。
  20. 前記電子部品の外部電極及び前記半田部材が接着しており、これらの接着強度が3.0×10Pa〜20.0×10Paである、請求項19に記載の電気装置。
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