JP2021161495A - Nickel particle and method for producing the same, as well as conductive composition - Google Patents

Nickel particle and method for producing the same, as well as conductive composition Download PDF

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Hideo UESUGI
駿 福里
Shun Fukusato
圭 穴井
Kei Anai
良憲 清水
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Abstract

To provide a nickel particle that has excellent low-temperature sinterability.SOLUTION: The nickel particle of the present invention has a 50% particle diameter D50 in the number distribution measured by scanning electron microscopy of less than 50 nm, and has a crystallite size obtained from the half value width of a peak due to (111) plane of nickel by Scherrer's equation in X-ray diffraction measurement of less than 15 nm. Further, a method for producing nickel particle comprising a step of mixing a water-soluble nickel source, a metal element source nobler than nickel, and a reducing compound to reduce the nickel source is also provided. Further, a conductive composition containing the nickel particle and an organic solvent is also provided.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ニッケル粒子及びその製造方法、並びに導電性組成物に関する。 The present invention relates to nickel particles, a method for producing the same, and a conductive composition.

近年の世界的な省エネルギー化の流れに伴い、インバータなど電力変換・制御装置としてパワーデバイスと呼ばれる半導体素子が盛んに用いられるようになってきている。パワーデバイスは、メモリやマイクロプロセッサといった集積回路と異なり、高電流及び高電圧を制御するためのものなので、駆動時の発熱量が非常に大きくなる傾向にある。そのため、パワーデバイスを基板に接合するための接合材料にはデバイスのOn/Offの繰り返し動作により生じる熱応力に対する高い接合信頼性が必要である。これに加えて、製造されるパワーデバイスの性能に影響を与えないようにするために、300℃以下の接合温度で接合性能を発現できる接合材料も望まれている。
このような性能も満たしうる接合材料として、銀や銅を含む金属粒子が検討されているが、これらの金属はパワーデバイスに用いられるSiやSiC等の半導体との熱膨張係数の差が大きいために、熱応力に対する接合信頼性が十分でないことがある。したがって、接合信頼性を確保するために、半導体の熱膨張係数に比較的近いニッケルなどの金属を含む接合材料が望まれている。
With the recent trend of energy saving worldwide, semiconductor elements called power devices have been actively used as power conversion / control devices such as inverters. Unlike integrated circuits such as memories and microprocessors, power devices are for controlling high current and high voltage, so the amount of heat generated during driving tends to be very large. Therefore, the bonding material for bonding the power device to the substrate is required to have high bonding reliability against the thermal stress generated by the repeated operation of On / Off of the device. In addition to this, in order not to affect the performance of the manufactured power device, a bonding material capable of exhibiting bonding performance at a bonding temperature of 300 ° C. or lower is also desired.
Metal particles containing silver and copper have been studied as bonding materials that can satisfy such performance, but these metals have a large difference in thermal expansion coefficient from semiconductors such as Si and SiC used in power devices. In addition, the joint reliability against thermal stress may not be sufficient. Therefore, in order to ensure the bonding reliability, a bonding material containing a metal such as nickel, which is relatively close to the coefficient of thermal expansion of the semiconductor, is desired.

本出願人は、ニッケル質量に対して0.01〜2質量%のリンを含有しており、粒径が0.5μm以下であるニッケル微粉末を提案した(特許文献1)。このニッケル微粉末は、粒径が揃っており、熱収縮特性に優れているものである。 The applicant has proposed a nickel fine powder containing 0.01 to 2% by mass of phosphorus with respect to the mass of nickel and having a particle size of 0.5 μm or less (Patent Document 1). This nickel fine powder has a uniform particle size and is excellent in heat shrinkage characteristics.

また特許文献2には、水酸化ニッケルの被膜を有し、水酸化ニッケル、炭素元素及び酸素元素の各含有量が所定の質量割合となっているニッケル微粒子が開示されている。このニッケル微粒子は、高いシェア強度を有する接合層を形成可能であることも開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses nickel fine particles having a nickel hydroxide film and having a predetermined mass ratio of nickel hydroxide, carbon element and oxygen element. It is also disclosed that the nickel fine particles can form a bonding layer having a high share strength.

特開2000−313906号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-313906 特開2014−162967号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-162967

特許文献1及び2に記載のニッケル粒子は、これを接合材料の製造原料として用いる場合、ニッケルの融点が高いことに起因して、焼結時における粒子の溶融性が十分でなく、所望の接合層を形成できないことがあった。 When the nickel particles described in Patent Documents 1 and 2 are used as a raw material for producing a bonding material, the meltability of the particles at the time of sintering is not sufficient due to the high melting point of nickel, and the desired bonding is performed. Sometimes it was not possible to form a layer.

したがって、本発明の課題は、低温焼結性に優れるニッケル粒子を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide nickel particles having excellent low-temperature sinterability.

本発明は、走査型電子顕微鏡観察で測定された個数分布における50%粒子径D50が50nm未満であり、
X線回折測定においてニッケルの(111)面に由来するピークの半値幅からシェラーの式により求められる結晶子サイズが15nm未満である、ニッケル粒子を提供するものである。
In the present invention, the 50% particle size D50 in the number distribution measured by scanning electron microscopy is less than 50 nm.
Provided are nickel particles having a crystallite size of less than 15 nm determined by Scheller's equation from the full width at half maximum of a peak derived from the (111) plane of nickel in an X-ray diffraction measurement.

また本発明は、水溶性ニッケル源、ニッケルよりも貴な金属元素源及び還元性化合物を混合して、ニッケルイオンを還元する工程を備える、ニッケル粒子の製造方法を提供するものである。 The present invention also provides a method for producing nickel particles, which comprises a step of mixing a water-soluble nickel source, a metal element source nobler than nickel, and a reducing compound to reduce nickel ions.

更に本発明は、前記ニッケル粒子と溶媒とを含む、導電性組成物を提供するものである。 Furthermore, the present invention provides a conductive composition containing the nickel particles and a solvent.

本発明によれば、低温焼結性に優れるニッケル粒子が提供される。 According to the present invention, nickel particles having excellent low-temperature sinterability are provided.

図1は、15万倍で観察した焼成前後における実施例のニッケル粒子の走査型電子顕微鏡像である。FIG. 1 is a scanning electron microscope image of nickel particles of an example before and after firing observed at a magnification of 150,000.

本発明のニッケル粒子は、走査型電子顕微鏡によって真上から観察したときに、個数分布における50%粒子径D50が、好ましくは50nm未満、より好ましくは40nm以下、更に好ましくは30nm以下である。このようなD50を有することによって、低温での焼結性を効果的に発現させることができる。また、該粒子を導電性ペースト等に含有させて用いる場合に、良好な充填性を発現した接合材料を得ることができる。一方で、低温での焼結性と、粒子の取り扱い性とを両立する観点から、D50は10nm以上が現実的である。このようなD50を有するニッケル粒子は、例えば後述する製造方法によって製造することができる。 The nickel particles of the present invention have a 50% particle diameter D50 in the number distribution of preferably less than 50 nm, more preferably 40 nm or less, still more preferably 30 nm or less when observed from directly above with a scanning electron microscope. By having such a D50, sinterability at a low temperature can be effectively exhibited. Further, when the particles are contained in a conductive paste or the like and used, a bonding material exhibiting good filling property can be obtained. On the other hand, from the viewpoint of achieving both sinterability at low temperature and handleability of particles, D50 is realistically 10 nm or more. Nickel particles having such D50 can be produced, for example, by a production method described later.

D50は、例えば以下の方法で測定することができる。まず、倍率15万倍におけるニッケル粒子の走査型電子顕微鏡像から、粒子どうしが重なり合っていないものを無作為に1000個以上選んで粒径(ヘイウッド径)を測定する。次いで、得られた各粒子の粒径から、個数基準に基づく粒度分布を得る。そして、個数基準に基づく粒度分布の中央値の粒径を、本発明におけるD50とすることができる。 D50 can be measured by, for example, the following method. First, from a scanning electron microscope image of nickel particles at a magnification of 150,000 times, 1000 or more particles in which the particles do not overlap are randomly selected and the particle size (Haywood diameter) is measured. Then, from the obtained particle size of each particle, a particle size distribution based on the number standard is obtained. Then, the median particle size of the particle size distribution based on the number standard can be set to D50 in the present invention.

ニッケル粒子は、その結晶子サイズが、好ましくは15nm未満であり、より好ましくは13nm以下であり、更に好ましくは10nm以下である。このような結晶子サイズであることによって、一つの粒子中に多くの結晶子を存在させて、結晶子どうしの界面を多く形成することができるので、粒子を加熱したときに結晶子界面における原子拡散を活発にすることができる。その結果、低温での粒子の溶融性を高めて、焼結性を向上させることができる。このような低温焼結性の向上は結晶子サイズが小さければ小さいほど顕著に奏される。かかるニッケル粒子は、例えば後述する製造方法によって製造することができる。 The nickel particles have a crystallite size of preferably less than 15 nm, more preferably 13 nm or less, still more preferably 10 nm or less. With such a crystallite size, many crystallites can be present in one particle and many interfaces between the crystallites can be formed. Therefore, when the particles are heated, the atoms at the crystallite interface can be formed. Diffusion can be activated. As a result, the meltability of the particles at a low temperature can be increased, and the sinterability can be improved. Such an improvement in low-temperature sinterability is more remarkable as the crystallite size is smaller. Such nickel particles can be produced, for example, by a production method described later.

ニッケル粒子の結晶子サイズは、X線回折測定によって得られたニッケルの(111)面に由来する回折ピークの半値幅から、シェラーの式に基づいて測定される。X線回折測定は、例えば株式会社リガク製のX線回折測定装置「RINT−TTR−III」を用いて測定することができる。X線源としてはCuKα(X線波長:0.154056nm)を用い、管電圧を50kV、管電流を300mAとする。測定範囲は2θ=20〜90°、スキャン速度は20°/分、スキャンステップは0.02°とする。解析には、例えば株式会社リガク製のソフトウェア「PDXL」を用いて、バックグラウンドを除去後、シェラーの式(D=Kλ/βcosθ)を用い、結晶子サイズを算出することができる。シェラーの式中、Dは結晶子サイズ(nm)、Kはシェラー定数(0.9400)、λはX線の波長(nm)、βは半値幅(rad)、θは回折角(rad)である。
なお、ニッケル粒子はFCC結晶構造とHCP結晶構造をとりうるが、本発明のニッケル粒子は(111)面を有するFCC結晶構造が好ましい。
The crystallite size of nickel particles is measured based on Scheller's equation from the half width of the diffraction peak derived from the (111) plane of nickel obtained by X-ray diffraction measurement. The X-ray diffraction measurement can be performed using, for example, an X-ray diffraction measuring device "RINT-TTR-III" manufactured by Rigaku Co., Ltd. CuKα (X-ray wavelength: 0.154056 nm) is used as the X-ray source, and the tube voltage is 50 kV and the tube current is 300 mA. The measurement range is 2θ = 20 to 90 °, the scan speed is 20 ° / min, and the scan step is 0.02 °. For the analysis, for example, software "PDXL" manufactured by Rigaku Co., Ltd. can be used to remove the background, and then Scheller's formula (D = Kλ / βcosθ) can be used to calculate the crystallite size. In Scheller's equation, D is the crystallite size (nm), K is the Scheller constant (0.9400), λ is the wavelength of X-rays (nm), β is the full width at half maximum (rad), and θ is the diffraction angle (rad). be.
The nickel particles may have an FCC crystal structure and an HCP crystal structure, but the nickel particles of the present invention preferably have an FCC crystal structure having a (111) plane.

以上の構成を有するニッケル粒子は、D50及び結晶子サイズがともに所定の値未満となっていることによって、ニッケル粒子表面と、該粒子中の結晶子界面とに存在する粒子中の原子が温度上昇とともに拡散しやすくなるので、粒子の軟化や溶融が低温の加熱条件であっても生じやすくなる。その結果、低温での焼結性に優れたニッケル粒子となる。また、窒素ガスなどの不活性雰囲気下での加熱等といった、水素ガスなどの還元性雰囲気下での加熱と比較して焼結が進行しづらい条件であっても、ニッケル粒子の焼結性が高いものとなる。このような粒子は、例えばダイボンディング用材料等の接合材料に含まれる構成材料として好適に用いることができる。 Since both D50 and the crystallite size of the nickel particles having the above structure are less than the predetermined values, the temperature of the atoms in the particles existing at the surface of the nickel particles and the crystallite interface in the particles rises. Since the particles are easily diffused together with the particles, softening and melting of the particles are likely to occur even under low temperature heating conditions. The result is nickel particles with excellent sinterability at low temperatures. Further, even under conditions where sintering is difficult to proceed as compared with heating in a reducing atmosphere such as hydrogen gas, such as heating in an inert atmosphere such as nitrogen gas, the sintering property of nickel particles is high. It will be expensive. Such particles can be suitably used as a constituent material contained in a bonding material such as a material for die bonding.

ニッケル粒子は、リン元素を含み、且つリン元素の含有量が所定の範囲であることも好ましい。詳細には、ニッケル粒子におけるリン元素の含有量は、好ましくは0.01質量%以上10.0質量%以下であり、より好ましくは0.01質量%以上8質量%以下であり、更に好ましくは1質量%以上7質量%以下である。ニッケル粒子中におけるリンの存在形態は明確ではないが、リン元素の含有量をこのような範囲にすることによって、融点降下を発生させて、低温での焼結性をさらに向上させることができる。このようなニッケル粒子は、例えば後述する製造方法によって製造することができる。ニッケル粒子中のリン元素の有無及びその含有量は、例えば、誘導結合プラズマ発光分光分析で測定することができる。 It is also preferable that the nickel particles contain a phosphorus element and the phosphorus element content is in a predetermined range. Specifically, the content of the phosphorus element in the nickel particles is preferably 0.01% by mass or more and 10.0% by mass or less, more preferably 0.01% by mass or more and 8% by mass or less, and further preferably. It is 1% by mass or more and 7% by mass or less. Although the form of phosphorus present in the nickel particles is not clear, by setting the content of phosphorus element in such a range, a melting point drop can be generated and the sinterability at low temperature can be further improved. Such nickel particles can be produced, for example, by a production method described later. The presence or absence of the phosphorus element and its content in the nickel particles can be measured by, for example, inductively coupled plasma emission spectroscopy.

ニッケル粒子は、第1金属としてのニッケルよりも貴な金属元素を含み、且つ該金属元素の含有量が所定の範囲であることも好ましい。「ニッケルよりも貴な金属元素」とは、ニッケル単体よりも標準電極電位が高い金属元素を指し、以下の説明ではこれを「第2金属元素」ともいう。本発明においては、第2金属元素として、好ましくは銅、銀並びにパラジウム、白金及び金等の貴金属のうち一種以上、より好ましくはパラジウム、白金、金のうち一種以上、更に好ましくはパラジウムが用いられる。 It is also preferable that the nickel particles contain a metal element that is more noble than nickel as the first metal, and the content of the metal element is in a predetermined range. The "metal element nobler than nickel" refers to a metal element having a higher standard electrode potential than nickel alone, and is also referred to as a "second metal element" in the following description. In the present invention, as the second metal element, preferably one or more of copper, silver and noble metals such as palladium, platinum and gold, more preferably one or more of palladium, platinum and gold, and even more preferably palladium are used. ..

ニッケル粒子における第2金属元素の含有量は、好ましくは0.02質量%以上0.50質量%以下であり、より好ましくは0.04質量%以上0.30質量%以下であり、更に好ましくは0.06質量%以上0.10質量%以下である。第2金属元素の存在態様は、単体であってもよく、第1金属であるニッケルとの合金であってもよい。第2金属元素の含有量をこのような範囲にすることによって、融点降下を発生させて、低温での焼結性に一層優れたニッケル粒子を、製造コストを低減して得ることができる。このようなニッケル粒子は、例えば後述する製造方法によって製造することができる。第2金属元素の有無及びその含有量は、例えば、誘導結合プラズマ発光分光分析で測定することができる。 The content of the second metal element in the nickel particles is preferably 0.02% by mass or more and 0.50% by mass or less, more preferably 0.04% by mass or more and 0.30% by mass or less, and further preferably. It is 0.06% by mass or more and 0.10% by mass or less. The existence mode of the second metal element may be a simple substance or an alloy with nickel, which is the first metal. By setting the content of the second metal element in such a range, nickel particles having a lower melting point and more excellent sinterability at a low temperature can be obtained at a reduced production cost. Such nickel particles can be produced, for example, by a production method described later. The presence or absence of the second metal element and its content can be measured by, for example, inductively coupled plasma emission spectroscopy.

ニッケル粒子の形状は、例えば球状、フレーク状、多面体状など種々の形状のうち一種以上を採用することができる。ニッケル粒子を含む接合材料において、低温での焼結性に優れる観点と、焼結後に得られる接合体の密度を高める観点とから、ニッケル粒子の形状は球状であることが好ましい。ここでいう球状とは、以下の方法で測定した円形度係数が0.75以上のものをいい、更に好ましくは0.80以上である。円形度係数は、測定対象の粒子の走査型電子顕微鏡像から、粒子どうしが重なり合っていないものを無作為に200個選び出し、粒子の二次元投影像の面積をSとし、周囲長をLとしたときに、粒子の円形度係数を4πS/Lの式から算出し、各粒子の円形度係数の算術平均値を上述した円形度係数とする。粒子の二次元投影像が真円である場合は粒子の円形度係数は1となるので、円形度係数の数値が高いほど、粒子が真球に近い形状であるといえる。したがって、ニッケル粒子の円形度係数は好ましくは1以下であり、0.95以下が現実的である。 As the shape of the nickel particles, one or more of various shapes such as a spherical shape, a flake shape, and a polyhedral shape can be adopted. In the bonding material containing nickel particles, the shape of the nickel particles is preferably spherical from the viewpoint of excellent sinterability at low temperature and the viewpoint of increasing the density of the bonded body obtained after sintering. The term “spherical” as used herein means that the circularity coefficient measured by the following method is 0.75 or more, and more preferably 0.80 or more. For the circularity coefficient, 200 particles in which the particles do not overlap were randomly selected from the scanning electron microscope images of the particles to be measured, and the area of the two-dimensional projection image of the particles was S and the peripheral length was L. Occasionally, the circularity coefficient of the particles is calculated from the equation of 4πS / L 2 , and the arithmetic average value of the circularity coefficient of each particle is taken as the above-mentioned circularity coefficient. When the two-dimensional projection image of the particle is a perfect circle, the circularity coefficient of the particle is 1, so it can be said that the higher the value of the circularity coefficient, the closer the particle is to a true sphere. Therefore, the circularity coefficient of the nickel particles is preferably 1 or less, and 0.95 or less is realistic.

ニッケル粒子のBET比表面積は、好ましくは15.0m/g以上40.0m/g以下であり、更に好ましくは20.0m/g以上35.0m/g以下である。BET比表面積の大きさと、粒子径の小ささとは概ね相関しているので、BET比表面積がこのような範囲にあることによって、ニッケル粒子の粒子径を十分に小さくして、低温焼結性を更に高めることができる点で有利である。BET比表面積は、例えば株式会社マウンテック社製の「Macsorb HM model−1201」を用い、窒素吸着法(BET一点法)で測定することができる。測定試料の量は0.1〜0.2gとし、吸着ガスは、窒素を30容量%、及びキャリアガスであるヘリウムを70容量%含有する窒素−ヘリウム混合ガスとし、予備脱気条件はヘリウム/窒素雰囲気下、75℃で20分間とする。 BET specific surface area of the nickel particles is preferably not more than 15.0 m 2 / g or more 40.0m 2 / g, still more preferably not more than 20.0 m 2 / g or more 35.0 m 2 / g. Since the size of the BET specific surface area and the small particle size are generally correlated, when the BET specific surface area is in such a range, the particle size of the nickel particles is sufficiently reduced and the low temperature sinterability is achieved. It is advantageous in that it can further increase. The BET specific surface area can be measured by a nitrogen adsorption method (BET one-point method) using, for example, "Macsorb HM model-1201" manufactured by Mountech Co., Ltd. The amount of the measurement sample was 0.1 to 0.2 g, the adsorbed gas was a nitrogen-helium mixed gas containing 30% by volume of nitrogen and 70% by volume of helium as a carrier gas, and the preliminary degassing condition was helium /. The temperature is 75 ° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere.

次に、上述したニッケル粒子の好適な製造方法を説明する。本製造方法は、水溶性ニッケル源、第2金属元素源及び還元性化合物を混合して、ニッケルイオンを還元する工程を備える。本方法は、湿式条件下で行うことが好ましい。つまり本方法は、水溶性ニッケル源、第2金属元素源及び還元性化合物を混合した水性液中でニッケルイオンを還元して、ニッケル粒子を生成させることが好ましい。以下に、湿式条件での製造方法を例にとり説明する。 Next, a preferred method for producing the nickel particles described above will be described. The present production method comprises a step of mixing a water-soluble nickel source, a second metal element source and a reducing compound to reduce nickel ions. This method is preferably performed under wet conditions. That is, in this method, it is preferable to reduce nickel ions in an aqueous solution in which a water-soluble nickel source, a second metal element source and a reducing compound are mixed to generate nickel particles. The manufacturing method under wet conditions will be described below as an example.

まず、水溶性ニッケル源、第2金属元素源及び還元性化合物を混合した反応液を調製する。本工程においては、純水等の溶媒に各原料を同時に添加して反応液としてもよく、各原料を任意の順序で溶媒に添加して反応液としてもよい。ニッケルイオンの還元反応を制御しやすくして、製造時の取扱い性を高める観点から、水溶性ニッケル源と第2金属元素源とを純水等の溶媒に混合したニッケル原料溶液と、還元性化合物を純水等の溶媒に混合した還元性溶液とをそれぞれ別に調製し、その後、ニッケル原料溶液と還元性溶液とを混合して反応液とし、ニッケルイオンの還元反応を開始することが好ましい。この場合、ニッケル原料溶液は、還元性化合物を非含有とする。同様に、還元性溶液は、水溶性ニッケル源及び第2金属元素源をともに非含有とする。
特に、ニッケル原料溶液、還元性溶液及び反応液を調製するための溶媒は、いずれも水のみを用いることが、得られるニッケル粒子への意図しない不純物の混入を低減できる点で好ましい。以下の説明では、ニッケル原料溶液と、還元性溶液とをそれぞれ独立に調製したあと、これらの溶液を混合して反応液とした製造方法を例にとり説明する。
First, a reaction solution in which a water-soluble nickel source, a second metal element source and a reducing compound are mixed is prepared. In this step, each raw material may be added to a solvent such as pure water at the same time to prepare a reaction solution, or each raw material may be added to the solvent in an arbitrary order to prepare a reaction solution. From the viewpoint of making it easier to control the reduction reaction of nickel ions and improving the handleability during production, a nickel raw material solution in which a water-soluble nickel source and a second metal element source are mixed in a solvent such as pure water, and a reducing compound. It is preferable to separately prepare a reducing solution prepared by mixing the above with a solvent such as pure water, and then mix the nickel raw material solution and the reducing solution to prepare a reaction solution, and start the nickel ion reduction reaction. In this case, the nickel raw material solution is free of reducing compounds. Similarly, the reducing solution is free of both a water-soluble nickel source and a secondary metal element source.
In particular, it is preferable to use only water as the solvent for preparing the nickel raw material solution, the reducing solution and the reaction solution, because it is possible to reduce the mixing of unintended impurities into the obtained nickel particles. In the following description, a production method in which a nickel raw material solution and a reducing solution are prepared independently and then these solutions are mixed to prepare a reaction solution will be described as an example.

まず、水溶性ニッケル源及び第2金属元素源を含むニッケル原料溶液を調製する。水溶性ニッケル源としては、例えばギ酸ニッケル、酢酸ニッケル、マロン酸ニッケル及びコハク酸ニッケル等のニッケル有機酸塩、硝酸ニッケル及び硫酸ニッケル等のニッケル無機酸塩、塩化ニッケル等のハロゲン化物、水酸化ニッケル等の水酸化物、等の各種ニッケル化合物が挙げられる。これらのニッケル化合物は、無水物であってもよく、水和物であってもよい。これらのニッケル化合物は単独で又は複数組み合わせて用いることができる。 First, a nickel raw material solution containing a water-soluble nickel source and a second metal element source is prepared. Examples of the water-soluble nickel source include nickel organic acid salts such as nickel formate, nickel acetate, nickel malonate and nickel succinate, nickel inorganic acid salts such as nickel nitrate and nickel sulfate, halides such as nickel chloride, and nickel hydroxide. Hydroxide, etc., and various nickel compounds such as. These nickel compounds may be anhydrous or hydrated. These nickel compounds can be used alone or in combination of two or more.

ニッケル原料溶液に含まれる第2金属元素源は、ニッケルイオンの還元を促進させて、所望の粒径及び結晶子サイズを有するニッケル粒子を得るために用いられる。第2金属元素源としては、例えば銀、銅、パラジウム、白金及び金などの第2金属と、硝酸、硫酸、酢酸及び炭酸等の無機酸または有機酸との塩等の水溶性の第2金属化合物が好ましく用いられる。これにより、得られるニッケル粒子の融点降下を適度に発現させて、より低温での焼結特性を向上させることができるという利点もある。 The second metal element source contained in the nickel raw material solution is used to promote the reduction of nickel ions to obtain nickel particles having a desired particle size and crystallite size. As the secondary metal element source, for example, a water-soluble secondary metal such as a salt of a secondary metal such as silver, copper, palladium, platinum and gold and an inorganic acid such as nitrate, sulfuric acid, acetic acid and carbonic acid or an organic acid. Compounds are preferably used. This also has the advantage that the melting point drop of the obtained nickel particles can be appropriately expressed and the sintering characteristics at a lower temperature can be improved.

ニッケル原料溶液における水溶性ニッケル源の含有量は、ニッケル元素のモル濃度で表して、0.1mol/L以上1.0mol/L以下が好ましく、0.3mol/L以上0.7mol/L以下が更に好ましい。 The content of the water-soluble nickel source in the nickel raw material solution is preferably 0.1 mol / L or more and 1.0 mol / L or less, preferably 0.3 mol / L or more and 0.7 mol / L or less, in terms of the molar concentration of the nickel element. More preferred.

また、ニッケル原料溶液における第2金属元素源の含有量は、ニッケル元素に対する第2金属元素のモル比で表して、5.0×10−5以上5.0×10−2以下が好ましく、1.0×10−4以上2.5×10−2以下が更に好ましい。このような割合で第2金属元素源を含有させることによって、得られるニッケル粒子の粒径を小さく制御しやすくすることができる。また、第2金属元素の含有量が上述した範囲に制御されたニッケル粒子を得ることができる。 The content of the second metal element source in the nickel raw material solution is preferably 5.0 × 10-5 or more and 5.0 × 10-2 or less in terms of the molar ratio of the second metal element to the nickel element. More preferably, it is 0.0 × 10 -4 or more and 2.5 × 10 -2 or less. By containing the second metal element source in such a ratio, the particle size of the obtained nickel particles can be made small and easily controlled. Further, it is possible to obtain nickel particles in which the content of the second metal element is controlled within the above-mentioned range.

ニッケル原料溶液の調製にあたり、水溶性ニッケル源及び第2金属元素源の添加順序や方法に特に制限はない。例えば、固形の水溶性ニッケル化合物及び固形の第2金属化合物を、純水等の溶媒に任意の順序で又は同時に添加して溶液としてもよく、水溶性ニッケル化合物及び第2金属化合物の少なくとも一方を予め純水等に溶解させたあと、これらを任意の順序で又は同時に添加し、混合して溶液としてもよい。いずれの場合であっても、後述する工程において、ニッケルイオンの還元効率を高めて、粒径の小さいニッケル粒子を得る観点から、ニッケル原料溶液の調製後は、撹拌しながら40℃以上90℃以下に加熱して、ニッケルイオンを還元することが好ましい。 In preparing the nickel raw material solution, there are no particular restrictions on the order and method of adding the water-soluble nickel source and the second metal element source. For example, a solid water-soluble nickel compound and a solid secondary metal compound may be added to a solvent such as pure water in any order or at the same time to form a solution, and at least one of the water-soluble nickel compound and the secondary metal compound may be added. After being dissolved in pure water or the like in advance, these may be added in any order or at the same time and mixed to form a solution. In any case, from the viewpoint of increasing the reduction efficiency of nickel ions and obtaining nickel particles having a small particle size in the steps described later, after the preparation of the nickel raw material solution, the temperature is 40 ° C. or higher and 90 ° C. or lower with stirring. It is preferable to reduce the nickel ions by heating to.

また、ニッケル原料溶液とは別に、還元性化合物を含む還元性溶液を調製する。本方法において用いられる還元性化合物は好ましくは水溶性である。そのような還元性化合物としては、例えば、ヒドラジン、塩酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジン及び抱水ヒドラジン等のヒドラジン系化合物、水素化ホウ素ナトリウムやジメチルアミンボラン等のホウ素化合物及びその塩、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム及びチオ硫酸ナトリウム等の硫黄オキソ酸塩、亜硝酸ナトリウム及び次亜硝酸ナトリウム等の窒素オキソ酸塩、亜リン酸、亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸及び次亜リン酸ナトリウム等のリンオキソ酸及びその塩が挙げられる。これらの還元性化合物は、無水物であってもよく、水和物であってもよい。これらの還元性化合物は1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Further, a reducing solution containing a reducing compound is prepared separately from the nickel raw material solution. The reducing compound used in this method is preferably water soluble. Examples of such reducing compounds include hydrazine compounds such as hydrazine, hydrazine hydrochloride, hydrazine sulfate and hydrous hydrazine, boron compounds such as sodium hydride and dimethylamine borane and salts thereof, sodium sulfite and sodium hydrogen sulfite. And sulfur oxo acidates such as sodium thiosulfate, nitrogen oxo salts such as sodium nitrite and sodium hyponitrite, phosphoric acids such as phosphite, sodium phosphite, hypophosphite and sodium hypophosphite, and The salt can be mentioned. These reducing compounds may be anhydrous or hydrated. These reducing compounds may be used alone or in combination of two or more.

還元性溶液は、その25℃におけるpHが8.0以上のアルカリ性条件にすることが、還元性化合物、特にヒドラジン系化合物を用いた場合に、ニッケルイオンの還元反応が良好に進行する点で好ましい。この場合、pHの調整は、本発明の効果が奏される限りにおいて、各種の酸や塩基性物質を用いることができ、例えば水酸化ナトリウムやアンモニアを用いることができる。 It is preferable that the reducing solution has an alkaline condition having a pH of 8.0 or more at 25 ° C., because a reducing reaction of nickel ions proceeds satisfactorily when a reducing compound, particularly a hydrazine-based compound, is used. .. In this case, various acids and basic substances can be used for adjusting the pH as long as the effects of the present invention are exhibited, and for example, sodium hydroxide and ammonia can be used.

続いて、ニッケル原料溶液と、還元性溶液とを混合した反応液中で、ニッケルイオンと、好ましくは第2金属イオンとを還元させてニッケル粒子を得る。ニッケル原料溶液と還元性溶液との混合割合としては、還元性溶液100質量部に対してニッケル原料溶液を100質量部以上500質量部以下とすることが好ましい。また、ニッケル原料溶液と還元性溶液との混合においては、一方を他方に添加して混合してもよく、これらの溶液を同時に混合してもよい。また、これらの溶液の混合は、一括添加であってもよく、滴下等による逐次添加であってもよい。
ニッケルイオンの還元反応を良好に進行させる観点から、反応液中の25℃におけるpHを8.0以上のアルカリ性条件にすることが好ましい。反応液をアルカリ性条件とするためには、例えば還元性溶液のpHを高くなるように変更したり、あるいはアルカリ性条件とした還元性溶液の混合比率を変更したりすることによって、適宜調整することができる。
Subsequently, nickel ions and preferably second metal ions are reduced in a reaction solution in which a nickel raw material solution and a reducing solution are mixed to obtain nickel particles. The mixing ratio of the nickel raw material solution and the reducing solution is preferably 100 parts by mass or more and 500 parts by mass or less of the nickel raw material solution with respect to 100 parts by mass of the reducing solution. Further, in the mixing of the nickel raw material solution and the reducing solution, one may be added to the other and mixed, or these solutions may be mixed at the same time. Further, these solutions may be mixed by batch addition or sequential addition by dropping or the like.
From the viewpoint of allowing the reduction reaction of nickel ions to proceed satisfactorily, it is preferable to set the pH of the reaction solution at 25 ° C. to an alkaline condition of 8.0 or more. In order to make the reaction solution alkaline, for example, the pH of the reducing solution may be changed to be high, or the mixing ratio of the reducing solution under alkaline conditions may be changed to make appropriate adjustments. can.

反応液中の還元反応において、高い還元性を有し、且つ還元後における意図しない不純物の発生や混入を低減する観点から、還元性溶液中の還元性化合物としてヒドラジン系化合物を用いることが好ましく、産業的に広く利用され、且つ安価で多量に入手しやすい観点から、ヒドラジンの無水物又は水和物を用いることが更に好ましい。また、還元後のニッケルの粒成長を制御しやすくして、D50が小さく且つ結晶子サイズが小さいニッケル粒子を効率的に得る観点から、還元性溶液中の還元性化合物として、ヒドラジン系化合物に加えて、リンオキソ酸及びその塩を用いることが好ましく、リンオキソ酸塩を用いることが更に好ましく、次亜リン酸塩を用いることが一層好ましく、次亜リン酸ナトリウムを用いることがより一層好ましい。
特に、第2金属元素源としてパラジウム化合物を用い、且つ還元性化合物としてヒドラジン及びリンオキソ酸塩を組み合わせて用いることによって、ニッケルイオンの還元反応及び粒成長の進行を適度に制御して、粒径が小さく且つ結晶子サイズが小さいニッケル粒子を生産性高く得られる点で好ましい。
In the reduction reaction in the reaction solution, it is preferable to use a hydrazine compound as the reducing compound in the reducing solution from the viewpoint of having high reducing property and reducing the generation and mixing of unintended impurities after the reduction. It is more preferable to use hydrazine anhydride or hydrate from the viewpoint of being widely used industrially, inexpensive and easily available in large quantities. Further, from the viewpoint of facilitating the control of the grain growth of nickel after reduction and efficiently obtaining nickel particles having a small D50 and a small crystallite size, it is added to the hydrazine-based compound as a reducing compound in the reducing solution. Therefore, it is preferable to use phosphoric acid and a salt thereof, further preferably to use phosphoric acid salt, further preferably to use hypophosphite, and even more preferably to use sodium hypophosphite.
In particular, by using a palladium compound as the second metal element source and using a combination of hydrazine and phosphoroxate as the reducing compound, the reduction reaction of nickel ions and the progress of grain growth are appropriately controlled, and the particle size can be adjusted. It is preferable in that nickel particles having a small size and a small crystallite size can be obtained with high productivity.

還元性溶液中の還元性化合物として、ヒドラジンに加えて、リンオキソ酸塩を用いることによって、D50が小さく且つ結晶子サイズが小さいニッケル粒子を効率的に得られることについて、本発明者は以下のように推測している。まず、反応液中のヒドラジンによって、第2金属元素源に由来する第2金属イオンがニッケルイオンよりも先に還元されて、第2金属元素の非常に微小な粒子が反応液中に生成する。続いて、反応液中に生成した第2金属元素の微小粒子を核として、該粒子表面にニッケルがヒドラジンによって還元されて析出し、非常に微小なニッケル粒子が生成する。さらに、ヒドラジンによって還元された第2金属元素粒子及び該粒子表面に析出した金属ニッケル自体が触媒として機能し、リンオキソ酸塩によるニッケルイオンの還元反応が促進され、粒成長とともにリン元素がニッケル粒子中に取り込まれる。このとき、ニッケルの粒成長が反応液中の各粒子で同時に起こり、反応液中のニッケルイオンが粒成長の際に多量に消費されるので、1粒子当たりの粒成長に消費されるニッケルイオン量は少なくなり、1粒子ごとの粒成長が抑制される。その結果、D50が小さく且つ結晶子サイズが小さいニッケル粒子を効率的に得られると考えられる。 By using a phosphoroxate in addition to hydrazine as the reducing compound in the reducing solution, nickel particles having a small D50 and a small crystallite size can be efficiently obtained. I'm guessing. First, the hydrazine in the reaction solution reduces the second metal ion derived from the second metal element source before the nickel ion, and very fine particles of the second metal element are generated in the reaction solution. Subsequently, with the fine particles of the second metal element generated in the reaction solution as nuclei, nickel is reduced and precipitated by hydrazine on the surface of the particles, and very fine nickel particles are generated. Furthermore, the second metal element particles reduced by hydrazine and the metallic nickel itself precipitated on the surface of the particles function as a catalyst, the reduction reaction of nickel ions by phosphoroxate is promoted, and the phosphorus element is contained in the nickel particles as the grains grow. Is taken in by. At this time, nickel grain growth occurs simultaneously in each particle in the reaction solution, and a large amount of nickel ions in the reaction solution are consumed during the grain growth. Therefore, the amount of nickel ions consumed for grain growth per particle. Is reduced, and grain growth for each particle is suppressed. As a result, it is considered that nickel particles having a small D50 and a small crystallite size can be efficiently obtained.

また本方法の好適な方法として、予めアルカリ条件とした還元性溶液を用いて反応液を調製することによって、ニッケル原料溶液に均一に存在するニッケルイオンが反応液中で還元され、還元反応に起因するニッケルの核生成及び粒成長が反応液中で均一に且つ同時に進行する。その結果、粒子ごとの微粒化が効率的に達成されると考えられる。一方、予めアルカリ条件としたニッケル原料溶液を用いて反応液を調製する場合、ニッケル原料溶液中のニッケルイオンと水酸化物イオンとが反応して水酸化ニッケルが析出した状態で反応液中に混合されてしまうので、上述したD50と結晶子サイズとを両立して有するニッケル粒子を製造することが困難となると考えられる。 Further, as a preferable method of this method, by preparing a reaction solution using a reducing solution in which alkaline conditions are prepared in advance, nickel ions uniformly present in the nickel raw material solution are reduced in the reaction solution, which is caused by the reduction reaction. Nucleation and grain growth of the nickel proceed uniformly and simultaneously in the reaction solution. As a result, it is considered that atomization of each particle is efficiently achieved. On the other hand, when a reaction solution is prepared using a nickel raw material solution prepared in advance under alkaline conditions, the nickel ions and hydroxide ions in the nickel raw material solution react with each other to precipitate nickel hydroxide, which is mixed in the reaction solution. Therefore, it is considered difficult to produce nickel particles having both the above-mentioned D50 and crystallite size.

反応液の調製においては、反応液中の還元性化合物の総含有量が、ニッケル元素1モルに対して、好ましくは4モル以上20モル以下、更に好ましくは6モル以上15モル以下となるように、還元性溶液を混合する。還元性化合物の総含有量をこのような割合とすることによって、D50及び結晶子サイズが上述した範囲内にあるニッケル粒子を効率良く得ることができる。 In the preparation of the reaction solution, the total content of the reducing compound in the reaction solution is preferably 4 mol or more and 20 mol or less, more preferably 6 mol or more and 15 mol or less, based on 1 mol of the nickel element. , Mix the reducing solution. By setting the total content of the reducing compound to such a ratio, nickel particles having D50 and crystallite size within the above-mentioned ranges can be efficiently obtained.

還元性化合物として、ヒドラジン系化合物とリンオキソ酸及びその塩とを組み合わせて用いる場合、反応液中のヒドラジン系化合物の含有量は、ニッケル元素1モルに対して、好ましくは1モル以上20モル以下、更に好ましくは4モル以上15モル以下とする。また、反応液中のリンオキソ酸及びその塩の含有量は、ニッケル元素1モルに対して、好ましくは0.01モル以上15モル以下、更に好ましくは0.1モル以上10モル以下とする。還元性化合物の濃度をこれらの範囲に制御することによって、ニッケルイオンの還元反応及び粒成長の進行を適度に制御して、粒径が小さく且つ結晶子サイズが小さいニッケル粒子を生産性高く得ることができる。また、リンの含有量を上述の範囲としたニッケル粒子を得ることができる。 When a hydrazine compound is used in combination with a phosphoric acid and a salt thereof as the reducing compound, the content of the hydrazine compound in the reaction solution is preferably 1 mol or more and 20 mol or less with respect to 1 mol of the nickel element. More preferably, it is 4 mol or more and 15 mol or less. The content of phosphorus oxo acid and its salt in the reaction solution is preferably 0.01 mol or more and 15 mol or less, and more preferably 0.1 mol or more and 10 mol or less with respect to 1 mol of the nickel element. By controlling the concentration of the reducing compound in these ranges, the reduction reaction of nickel ions and the progress of grain growth can be appropriately controlled, and nickel particles having a small particle size and a small crystallite size can be obtained with high productivity. Can be done. In addition, nickel particles having a phosphorus content in the above range can be obtained.

反応液中のニッケルイオンの還元を効率よく進行させ、粒径が小さいニッケル粒子を生産性高く得る観点から、反応液を加熱することが好ましい。反応液の加熱条件は、ニッケル原料溶液と還元性溶液の混合開始時点から反応終了時点にわたって、40℃以上90℃以下、特に60℃以上80℃以下に維持するように加熱することが好ましい。混合開始時点から終了時点までの時間は、15分以上120分以下とすることが好ましい。また、還元反応を均一に生じさせて、粒径のばらつきが少ないニッケル粒子を得る観点から、混合開始時点から反応終了時点にわたって、反応液の撹拌を継続することも好ましい。 It is preferable to heat the reaction solution from the viewpoint of efficiently advancing the reduction of nickel ions in the reaction solution and obtaining nickel particles having a small particle size with high productivity. The heating conditions of the reaction solution are preferably 40 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, particularly 60 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, from the start of mixing the nickel raw material solution and the reducing solution to the end of the reaction. The time from the start time to the end time of mixing is preferably 15 minutes or more and 120 minutes or less. Further, from the viewpoint of uniformly causing the reduction reaction to obtain nickel particles having little variation in particle size, it is also preferable to continue stirring the reaction solution from the start of mixing to the end of the reaction.

このようにして得られたニッケル粒子は、デカンテーション法等による洗浄後、水やアルコール等の有機溶媒等に分散させて、スラリーやインク、ペースト等としてもよい。また、洗浄したニッケル粒子を乾燥させて、該粒子の集合体である乾燥粉としてもよい。 The nickel particles thus obtained may be washed by a decantation method or the like and then dispersed in an organic solvent such as water or alcohol to form a slurry, ink, paste or the like. Further, the washed nickel particles may be dried to obtain a dry powder which is an aggregate of the particles.

以上の工程を経て得られたニッケル粒子は、粒径が小さく、且つ結晶子サイズが小さいものとなる。また、このようにして得られた粒子は、一般に球状のものとなる。なお、本発明の効果が奏される限りにおいて、得られたニッケル粒子がリン元素や第2金属元素以外の他の元素を含むことや、ニッケル粒子表面が不可避的に微量酸化されることを排除するものではない。 The nickel particles obtained through the above steps have a small particle size and a small crystallite size. Further, the particles thus obtained are generally spherical. As long as the effect of the present invention is exhibited, it is excluded that the obtained nickel particles contain elements other than the phosphorus element and the second metal element, and that the surface of the nickel particles is inevitably slightly oxidized. It's not something to do.

ニッケル粒子は、導電性組成物に配合される金属フィラーとして好適に用いられる。導電性組成物は、金属フィラーとしてのニッケル粒子と、溶媒とを含み、好ましくはバインダ樹脂を含むものである。導電性組成物の形状としては、例えば導電性スラリー、導電性インク及び導電性ペーストなどが挙げられる。 Nickel particles are suitably used as a metal filler to be blended in a conductive composition. The conductive composition contains nickel particles as a metal filler and a solvent, and preferably contains a binder resin. Examples of the shape of the conductive composition include a conductive slurry, a conductive ink, and a conductive paste.

導電性組成物に用いられる溶媒としては、例えば水、アルコール、ケトン、エステル、エーテル及び炭化水素が挙げられる。それらの中でも、ターピネオール及びジヒドロターピネオール等のアルコール、並びにエチルカルビトール及びブチルカルビトール等のエーテルのうち少なくとも一種が好ましい。また、導電性組成物に用いられるバインダ樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂及びセルロース樹脂等のうち少なくとも一種が挙げられる。 Examples of the solvent used in the conductive composition include water, alcohols, ketones, esters, ethers and hydrocarbons. Among them, at least one of alcohols such as tarpineol and dihydroterpineol, and ethers such as ethyl carbitol and butyl carbitol are preferable. Further, examples of the binder resin used in the conductive composition include at least one of acrylic resin, epoxy resin, polyester resin, polycarbonate resin, cellulose resin and the like.

導電性組成物は、例えばこれを所定の手段によって塗布することで、プリント配線基板の配線回路や、チップ部品の電極を形成することができる。またプリント配線基板中のビア充填用材料や、プリント配線基板に電子デバイスを表面実装するときの接着剤として用いることもできる。特に、ニッケル粒子を含む導電性組成物は、ダイボンディング用材料等といった、基板とチップとを接合するための接合材料として特に好適に用いることができる。 The conductive composition can be applied, for example, by a predetermined means to form a wiring circuit of a printed wiring board or an electrode of a chip component. It can also be used as a via filling material in a printed wiring board or as an adhesive when surface-mounting an electronic device on a printed wiring board. In particular, the conductive composition containing nickel particles can be particularly preferably used as a bonding material for bonding a substrate and a chip, such as a material for die bonding.

ニッケルは、その熱膨張係数が、SiやSiCなどの半導体チップの熱膨張係数と比較的近い。したがって、ニッケルを含む導電性組成物をワイヤボンディング構造体における接合材料として用いると、温度変化が生じたときにパッケージへの応力負荷がかかりづらく、熱応力に対する接合信頼性を高めることができる。しかし、ニッケルは、典型的な導電性材料である銀や銅などの金属と比較して高融点の材料であり溶融性が低いので、例えば300℃以下などの低温での焼結性が十分でなく、目的とする製品に所望の性能が発現できないことがあった。 The coefficient of thermal expansion of nickel is relatively close to the coefficient of thermal expansion of semiconductor chips such as Si and SiC. Therefore, when a conductive composition containing nickel is used as a bonding material in a wire bonding structure, it is difficult to apply a stress load to the package when a temperature change occurs, and the bonding reliability against thermal stress can be improved. However, nickel is a material with a high melting point and low meltability as compared with metals such as silver and copper, which are typical conductive materials, so that nickel has sufficient sinterability at low temperatures such as 300 ° C. or lower. In some cases, the desired performance could not be achieved in the target product.

この点に関して、本発明の導電性組成物によれば、粒径が小さく、且つ結晶子サイズが小さいニッケル粒子を含むので、ニッケル粒子を低温で焼結させることが可能となる。また、焼結後に形成されたニッケル層の密度が高く、導電性及び熱応力に対する接合信頼性が両立して高いものとなる。 In this regard, according to the conductive composition of the present invention, since nickel particles having a small particle size and a small crystallite size are contained, the nickel particles can be sintered at a low temperature. Further, the density of the nickel layer formed after sintering is high, and the bonding reliability with respect to conductivity and thermal stress is both high.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples.

〔実施例1〕
(1)ニッケル原料溶液の調製
水溶性ニッケル源として酢酸ニッケル四水和物を用い、第2金属元素源として硝酸パラジウムを用いた。14.95gの酢酸ニッケル四水和物と、パラジウム元素濃度で1.00g/Lの硝酸パラジウム水溶液3.53g(Ni元素に対するPd元素のモル比:5.5×10−4)とを120.78gの純水に溶解し、ニッケル原料溶液を得た。
[Example 1]
(1) Preparation of Nickel Raw Material Solution Nickel acetate tetrahydrate was used as a water-soluble nickel source, and palladium nitrate was used as a second metal element source. 14.95 g of nickel acetate tetrahydrate and 3.53 g of an aqueous palladium nitrate solution having a palladium element concentration of 1.00 g / L (molar ratio of Pd element to Ni element: 5.5 × 10 -4 ) were added to 120. It was dissolved in 78 g of pure water to obtain a nickel raw material solution.

(2)還元性溶液の調製
還元性化合物としてヒドラジン1水和物及び次亜リン酸ナトリウムを用いた。12.04gのヒドラジン1水和物及び25.48gの次亜リン酸ナトリウムと、純水50.00gと水酸化ナトリウム15.00gとを混合して、還元性溶液を得た。
(2) Preparation of reducing solution Hydrazine monohydrate and sodium hypophosphite were used as reducing compounds. 12.04 g of hydrazine monohydrate and 25.48 g of sodium hypophosphite were mixed with 50.00 g of pure water and 15.00 g of sodium hydroxide to obtain a reducing solution.

(3)ニッケル粒子の合成
前記工程(1)で得られたニッケル原料溶液を80℃に加熱しながら攪拌し、還元性溶液を一括添加にて混合して、反応液を調製した。ニッケル元素に対する還元性化合物のモル比は8.0とし、ニッケル元素に対するヒドラジン1水和物のモル比が4.0、ニッケル元素に対する次亜リン酸ナトリウム量のモル比が4.0であった。
反応液は、混合開始時点から反応終了時点にわたって、70℃以上90℃以下の温度を維持するように加熱して1時間撹拌して反応させた。次いで、純水によるデカンテーションを行い、更にエタノールで溶媒置換を行った。その後デカンテーションにより濃縮し、固形分の真空乾燥をこの順で行い、目的とするニッケル粒子の乾燥粉を得た。ニッケル粒子におけるリン及びパラジウムの各含有量は、以下の表1に示すとおりであった。
(3) Synthesis of Nickel Particles The nickel raw material solution obtained in the above step (1) was stirred while heating at 80 ° C., and the reducing solution was mixed by batch addition to prepare a reaction solution. The molar ratio of the reducing compound to the nickel element was 8.0, the molar ratio of hydrazine monohydrate to the nickel element was 4.0, and the molar ratio of the amount of sodium hypophosphite to the nickel element was 4.0. ..
The reaction solution was heated from the start of mixing to the end of the reaction so as to maintain a temperature of 70 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, and stirred for 1 hour for reaction. Then, decantation was carried out with pure water, and further solvent substitution was carried out with ethanol. Then, it was concentrated by decantation, and the solid content was vacuum dried in this order to obtain a dry powder of the desired nickel particles. The contents of phosphorus and palladium in the nickel particles are as shown in Table 1 below.

〔実施例2〕
ヒドラジン1水和物と次亜リン酸ナトリウムとを含む還元性溶液において、ヒドラジン1水和物を23.14g、次亜リン酸ナトリウムの含有量を0.62gに変更したほかは、実施例1と同様にニッケル粒子を製造した。ニッケル元素に対する還元性化合物のモル比は8.0とし、ニッケル元素に対するヒドラジン1水和物のモル比が7.9、ニッケル元素に対する次亜リン酸ナトリウムのモル比が0.1であった。ニッケル粒子におけるリン及びパラジウムの各含有量は、以下の表1に示すとおりであった。
[Example 2]
In the reducing solution containing hydrazine monohydrate and sodium hypophosphate, the content of hydrazine monohydrate was changed to 23.14 g and the content of sodium hypophosphate was changed to 0.62 g. Nickel particles were produced in the same manner as in the above. The molar ratio of the reducing compound to the nickel element was 8.0, the molar ratio of hydrazine monohydrate to the nickel element was 7.9, and the molar ratio of sodium hypophosphite to the nickel element was 0.1. The contents of phosphorus and palladium in the nickel particles are as shown in Table 1 below.

〔実施例3〕
酢酸ニッケル四水和物に代えて、15.37gの硫酸ニッケル六水和物に変更した(Ni元素に対するPd元素のモル比:5.5×10−4)ほかは、実施例1と同様にニッケル粒子を製造した。ニッケル粒子におけるリン及びパラジウムの各含有量は、以下の表1に示すとおりであった。
[Example 3]
The same as in Example 1 except that the nickel acetate tetrahydrate was changed to 15.37 g of nickel sulfate hexahydrate (molar ratio of Pd element to Ni element: 5.5 × 10 -4). Nickel particles were produced. The contents of phosphorus and palladium in the nickel particles are as shown in Table 1 below.

〔実施例4〕
酢酸ニッケル四水和物の添加量を6.35g、パラジウム元素濃度で1.00g/Lの硝酸パラジウム水溶液を5.41g(Ni元素に対するPd元素のモル比:2.0×10−3)としてニッケル溶液を調整し、還元性化合物として7.66gのヒドラジン1水和物のみを用いた以外は、実施例1と同様にニッケル粒子を製造した。反応液中のニッケル元素に対するヒドラジン1水和物のモル比は6.0であった。ニッケル粒子におけるリン及びパラジウムの各含有量は、以下の表1に示すとおりであった。
[Example 4]
The amount of nickel acetate tetrahydrate added is 6.35 g, and the amount of palladium nitrate aqueous solution of 1.00 g / L in palladium element concentration is 5.41 g (molar ratio of Pd element to Ni element: 2.0 × 10 -3 ). Nickel particles were produced in the same manner as in Example 1 except that the nickel solution was prepared and only 7.66 g of hydrazine monohydrate was used as the reducing compound. The molar ratio of hydrazine monohydrate to the elemental nickel in the reaction solution was 6.0. The contents of phosphorus and palladium in the nickel particles are as shown in Table 1 below.

〔比較例1〕
本比較例は、特開2000−313906号公報の実施例9に記載の方法に基づいて、ニッケル粒子を製造した。本方法は、第2金属元素源を用いずに、ニッケル源と還元性化合物とを混合した反応液を用いたものである。
[Comparative Example 1]
In this comparative example, nickel particles were produced based on the method described in Example 9 of JP-A-2000-313906. This method uses a reaction solution in which a nickel source and a reducing compound are mixed without using a second metal element source.

〔粒径の測定〕
実施例及び比較例で得られたニッケル粒子のD50(nm)を、上述した測定方法でそれぞれ測定した。結果を以下の表1に示す。
[Measurement of particle size]
The D50 (nm) of the nickel particles obtained in Examples and Comparative Examples was measured by the above-mentioned measuring methods, respectively. The results are shown in Table 1 below.

〔結晶子サイズの測定〕
実施例及び比較例で得られたニッケル粒子の結晶子サイズ(nm)を、上述のX線回折測定装置及び測定条件で得られた回折ピークについて、ニッケルの(111)面に由来する2θ=40〜50°の範囲に観察されたピークの半値幅に基づいて測定した。結果を以下の表1に示す。
[Measurement of crystallite size]
The crystallite size (nm) of the nickel particles obtained in Examples and Comparative Examples is 2θ = 40 derived from the (111) plane of nickel with respect to the diffraction peak obtained by the above-mentioned X-ray diffraction measuring device and measurement conditions. Measurements were made based on the half width of the peaks observed in the range of ~ 50 °. The results are shown in Table 1 below.

〔リン及びパラジウム含有量の測定〕
実施例及び比較例のニッケル粒子におけるリン及びパラジウムの各含有量について、該粒子を105℃で2時間乾燥した後、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(日立ハイテクサイエンス社製、型番:PS3520UV−DD)を用いて測定した。結果を以下の表1に示す。なお、リン又はパラジウムの含有量が0.01質量%未満であったものは、表中にて「<0.01」とした。
[Measurement of phosphorus and palladium contents]
For each content of phosphorus and palladium in the nickel particles of Examples and Comparative Examples, the particles were dried at 105 ° C. for 2 hours, and then an inductively coupled plasma emission spectrophotometer (manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., model number: PS3520UV-DD). Was measured using. The results are shown in Table 1 below. When the content of phosphorus or palladium was less than 0.01% by mass, it was set as "<0.01" in the table.

〔焼結性の評価〕
実施例及び比較例で得られたニッケル粒子を用いて、以下の方法で焼結性を評価した。
まず、実施例及び比較例で得られたニッケル粒子を自転・公転ミキサー(株式会社シンキー社製、あわとり練太郎、型式:ARE−500)を用いてターピネオールに分散させスラリーとした。スラリーの固形分濃度は、30質量%であった。
次いで、得られたスラリー1.0gを雰囲気炉(光洋サーモシステム株式会社製KLO−30NL)に導入し、30℃の炉内温度で30分間窒素フローして炉内の雰囲気を窒素に置換したあと、窒素雰囲気下で20℃/minの昇温速度で300℃まで昇温し、300℃で30分間保持し、スラリーを焼成した。
[Evaluation of sinterability]
Using the nickel particles obtained in Examples and Comparative Examples, the sinterability was evaluated by the following method.
First, the nickel particles obtained in Examples and Comparative Examples were dispersed in tarpineol using a rotation / revolution mixer (Sinky Co., Ltd., Awatori Rentaro, model: ARE-500) to prepare a slurry. The solid content concentration of the slurry was 30% by mass.
Next, 1.0 g of the obtained slurry was introduced into an atmosphere furnace (KLO-30NL manufactured by Koyo Thermo System Co., Ltd.), and nitrogen flowed at a furnace temperature of 30 ° C. for 30 minutes to replace the atmosphere in the furnace with nitrogen. , The temperature was raised to 300 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min in a nitrogen atmosphere, and the slurry was calcined at 300 ° C. for 30 minutes.

実施例1のニッケル粒子について、焼成前後の走査型電子顕微鏡像を図1に示す。実施例1のニッケル粒子は、焼成前において粒子の形状が確認できた。また、焼成後において、粒子ごとの界面が明瞭に判別できない程度に粒子どうしが結合している現象が観察され、低温焼結性が非常に良好であることが判る。 The scanning electron microscope images of the nickel particles of Example 1 before and after firing are shown in FIG. The shape of the nickel particles of Example 1 could be confirmed before firing. Further, after firing, a phenomenon in which the particles are bonded to each other to the extent that the interface of each particle cannot be clearly discriminated is observed, and it can be seen that the low-temperature sinterability is very good.

また、各実施例及び比較例のニッケル粒子につき、上述の条件での焼成前後のニッケル粒子のBET比表面積(m/g)を上述の方法でそれぞれ測定し、焼成前のニッケル粒子のBET比表面積に対する焼成後のニッケル粒子のBET比表面積の比を算出した。比表面積の比が小さいほど、粒子どうしが結合して比表面積が小さくなっており低温焼結性が高いことを示す。結果を表1に示す。
実施例のニッケル粒子は、比較例のものと比較して、BET比表面積の比が小さく、低温焼結性に優れていることが判る。D50及び結晶子サイズが小さいほどBET比表面積の比が小さくなっており、焼結性が向上していることを示している。
Further, for the nickel particles of each Example and Comparative Example, the BET specific surface area (m 2 / g) of the nickel particles before and after firing under the above conditions was measured by the above method, and the BET ratio of the nickel particles before firing was measured. The ratio of the BET specific surface area of the nickel particles after firing to the surface area was calculated. The smaller the ratio of the specific surface area, the smaller the specific surface area due to the bonds between the particles, indicating that the low temperature sinterability is high. The results are shown in Table 1.
It can be seen that the nickel particles of the examples have a small ratio of the BET specific surface area and are excellent in low-temperature sinterability as compared with those of the comparative examples. The smaller the D50 and the crystallite size, the smaller the ratio of the BET specific surface area, indicating that the sinterability is improved.

Figure 2021161495
Figure 2021161495

Claims (7)

走査型電子顕微鏡観察で測定された個数分布における50%粒子径D50が50nm未満であり、
X線回折測定においてニッケルの(111)面に由来するピークの半値幅からシェラーの式により求められる結晶子サイズが15nm未満である、ニッケル粒子。
The 50% particle size D50 in the number distribution measured by scanning electron microscopy is less than 50 nm.
Nickel particles having a crystallite size of less than 15 nm determined by Scheller's equation from the full width at half maximum of the peak derived from the (111) plane of nickel in the X-ray diffraction measurement.
リン元素を含み、該リン元素の含有量が0.01質量%以上10.0質量%以下である、請求項1に記載のニッケル粒子。 The nickel particle according to claim 1, which contains a phosphorus element and has a phosphorus element content of 0.01% by mass or more and 10.0% by mass or less. ニッケルよりも貴な金属元素を含み、該金属元素の含有量が0.02質量%以上0.50質量%以下である、請求項1又は2に記載のニッケル粒子。 The nickel particle according to claim 1 or 2, which contains a metal element nobler than nickel and has a content of the metal element of 0.02% by mass or more and 0.50% by mass or less. 水溶性ニッケル源、ニッケルよりも貴な金属元素源及び還元性化合物を混合して、ニッケルを還元する工程を備える、ニッケル粒子の製造方法。 A method for producing nickel particles, comprising a step of reducing nickel by mixing a water-soluble nickel source, a metal element source nobler than nickel, and a reducing compound. 前記還元性化合物としてヒドラジン系化合物を用いる、請求項4に記載の製造方法。 The production method according to claim 4, wherein a hydrazine-based compound is used as the reducing compound. 前記還元性化合物としてリンオキソ酸又はその塩を更に用いる、請求項5に記載の製造方法。 The production method according to claim 5, further using a phosphorus oxo acid or a salt thereof as the reducing compound. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のニッケル粒子と溶媒とを含む、導電性組成物。
A conductive composition containing the nickel particles according to any one of claims 1 to 3 and a solvent.
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