JP2022151975A - 銅粒子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】配線材料又は接合材料として用いた場合に銅配線等の導電性や伝熱性に優れ、電子回路を形成する際に微細な配線パターンを実現でき、かつ金属不純物の拡散により他部材の特性を損なうことがない。【解決手段】粒子表面がカルボン酸銅由来の有機分子により構成された有機保護膜で被覆され、粒子に含まれる酸化還元電位が銅より卑な金属の合計した不純物濃度が１０質量ｐｐｍ未満であって、一次粒子の平均粒径が５０ｎｍを超え２００ｎｍ以下の銅粒子である。銅粒子を飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）を用いて分析したときに、ＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にあって、Ｃ2Ｈ3Ｏ2-イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にある。【選択図】図１
Description
本発明は、導電用又は接合用ペーストの原料として用いられる、銅粒子及びその製造方法に関する。
電子部品等の電極や電子回路の配線を形成する方法として、接合材料の銅粒子を導電性フィラーとして含有させた導電性ペーストや導電性インクを基板に印刷する方法が広くしられている。例えば、上記銅粒子はスラリー状に調製されてから有機物質に混入され、導電性ペーストや導電性インク等の接合材料として使用される。こうした導電性インクや導電性ペースト等を例えば、インクジェットプリンター、スクリーン印刷機、又はオフセット印刷機等を用いて直接基板に塗布することで、基板等上に簡便に配線等を形成する方法が近年開発され実用化されている。
一方、近年になって、導電性インク等を用いて形成する電子回路を更に微細化し、又は電子デバイスを更に小型化かつ高密度化することが求められている。その結果、電子回路を形成する上で、より微細な配線パターンが求められている。このため、導電性インク等の原材料である導電性スラリーの一般的な導電性金属材料である銅粒子に対しても、ナノサイズ又はサブミクロンサイズの極小粒径であることが望まれるようになってきている。
ナノサイズ又はサブミクロンサイズの粒子を製造する代表的な方法は、液相還元法である。この方法では、原料を溶媒中に溶解して金属イオンを含むように溶液を調製し、粒子同士の凝集を抑制するための分散剤が共存する中で金属イオンを還元することで金属粒子を析出させる。還元剤を用いて液中で銅イオンを還元する液相還元法による銅粒子の製造方法に関する従来の技術としては、例えば還元剤としてヒドラジン化合物や水酸化ホウ素ナトリウムを用いる方法が知られている（例えば、特許文献１（請求項１、３～５、段落[００１９]）参照、特許文献２（請求項２、実施例１～５）参照、特許文献３（請求項２、段落[００２４]、段落[００２５]）参照。）。
特許文献１には、－（Ｃ＝Ｏ）Ｏ－部位を複数有する配位子が銅に配位した銅錯体を含む水溶液に、粒子間での凝集及び／又は粒子の酸化を抑制するための剤が存在しない条件下で、還元剤を作用させる銅粒子の製造方法が開示されている。この方法では、銅－ニトリロ三酢酸錯体を介してｐＨ８～１４の範囲でヒドラジン化合物或いは水素化ホウ素ナトリウム等を添加することにより、一次粒子の平均粒径が０．０１μｍ以上０．３μｍ以下の銅粒子を製造している。
また、特許文献２には、ヒドラジン系還元剤の添加前に銅塩水溶液のｐＨを水酸化ナトリウムを用いて１２以上に調整した後、還元糖を添加してからヒドラジン系還元剤を添加することにより、粒径が０．５μｍ～３．１μｍの銅粒子を製造する方法が記載されている。
また、特許文献３には、硫酸銅水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を添加して酸化第二銅を生成させた後、グルコースのような還元剤を添加してからヒドラジン系還元剤を添加することにより、平均粒子径が０．１～１０μｍの銅粒子を製造する方法が記載されている。
また、保護剤で表面が被覆された、金、銀、銅、白金、又はパラジウムなどの金属微粒子であって、前記保護剤がアミン化合物、カルボン酸化合物のうち少なくとも１種類から選択され、前記金属微粒子に含まれるアルカリ金属、ハロゲン、硫黄、及びリンの合計含有量が前記金属微粒子の質量に対して０．１ｍａｓｓ％未満であることを特徴とする金属微粒子が開示されている（特許文献４（請求項１、４及び８、段落[００５５]、段落[００９８]、段落[００９９]）参照。）。ここで０．１ｍａｓｓ％は１０００質量ｐｐｍである。
特許文献４に示される金属微粒子の製造方法では、還元剤及び保護剤を含む液相中に固体状態で分散する金属化合物から金属核を還元析出させ、この金属核を凝集させるとともに保護剤で被覆して、金属微粒子を生成した後で、金属微粒子に含まれるアルカリ金属、ハロゲン、硫黄及びリンの不純物を除去することにより、金属微粒子を精製している。そして原料としての金属化合物には、金属酸化物や貴金属酸化物のようなアルカリ金属、ハロゲン、硫黄及びリンの不純物を含まないものが好ましいとされる。
特許文献４に示される実施例５においては、ビス（アセチルアセトナト）銅を原料として用い、ビス（２－エチルヘキシル）アミンを保護剤及び還元剤として用い、ドデシルアミンを保護剤として用いている。これらを混合した溶液を２２０℃に加熱して、Ｃｕ(Ｃ5Ｈ7Ｏ2)2を還元させ、ドデシルアミン及びビス（２－エチルヘキシル）アミンで被覆されたＣｕ金属微粒子の分散液を得ている。そしてこの分散液を精製することによりＣｕ金属微粒子を得ている。
特許文献４には、実施例５で得られたＣｕ金属微粒子に含まれる不純物元素及びその含有量を、イオンクロマトグラフィー又はＩＣＰ蛍光分光分析により、測定したところ、Ｃｌ成分が０．００５ｍａｓｓ％（５０質量ｐｐｍ）含有され、Ｃｌ以外のハロゲン、アルカリ金属、硫黄、リンは検出されなかった旨が記載されている。
更に、有機保護が銅ナノ粒子表面に形成された接合材料用粒子及びその製造方法が開示されている（特許文献５（請求項１、４、段落[００１２]、段落[００１５]参照。）。この接合材料用粒子は、ＢＥＴ比表面積が３．５ｍ2／ｇ以上８ｍ2／ｇ以下の範囲にあって、前記比表面積より換算したＢＥＴ径が８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲にあり、前記有機保護膜が前記接合材料用粒子１００質量％に対して０．５質量％以上２．０質量％以下の範囲で含まれる。
また、この接合材料用粒子の製造方法では、室温のクエン酸銅の水分散液にｐＨ調整剤を加えてｐＨ３以上ｐＨ７未満にｐＨ調整し、不活性ガス雰囲気下でこのｐＨ調整したクエン酸銅の水分散液にヒドラジン化合物を添加混合し、不活性ガス雰囲気下でこの混合液を６０℃以上８０℃以下の温度に加熱し１．５時間以上２．５時間以下保持することにより、クエン酸銅を還元して銅ナノ粒子を生成させ、この銅ナノ粒子の表面に有機保護膜を形成している。
また、この接合材料用粒子の製造方法では、室温のクエン酸銅の水分散液にｐＨ調整剤を加えてｐＨ３以上ｐＨ７未満にｐＨ調整し、不活性ガス雰囲気下でこのｐＨ調整したクエン酸銅の水分散液にヒドラジン化合物を添加混合し、不活性ガス雰囲気下でこの混合液を６０℃以上８０℃以下の温度に加熱し１．５時間以上２．５時間以下保持することにより、クエン酸銅を還元して銅ナノ粒子を生成させ、この銅ナノ粒子の表面に有機保護膜を形成している。
特許文献１～３に示される液相還元法で得られるナノサイズ又はサブミクロンサイズの銅粒子には、酸化還元の駆動力となる、銅イオンの酸化還元電位とヒドラジン化合物又は水素化ホウ素ナトリウムのような還元剤の酸化還元電位との差に起因して、濃度１０質量ｐｐｍ以上の数十質量ｐｐｍオーダーの濃度の金属不純物が含まれることがあった。
特許文献３に示される工業用の硫酸銅を銅原料に使用する場合には、ニッケル、鉄、鉛、銀のような金属元素を金属不純物として含み易い。これらの金属元素の酸化還元電位はヒドラジン化合物や水酸化ホウ素ナトリウムの酸化還元電位よりも高いため、これらの金属元素は、銅イオンから銅に還元するときに、析出して、濃度１０質量ｐｐｍ以上の銅粒子の金属不純物になることがあった。また、特許文献１及び２のようにアルカリ性領域で還元した場合には、金属不純物が析出し易く、更に、特許文献１のように還元剤として水素化ホウ素ナトリウムを用いたり、特許文献２のようにｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムを用いた場合には、ナトリウムが析出し易く、結果として金属不純物が濃度１０質量ｐｐｍ以上含まれる銅粒子が作られる課題があった。
特許文献４に示される実施例５の銅粒子の評価として、銅粒子にアルカリ金属が含有元素として検出されない旨が記載されているが、特許文献４は、アルカリ金属以外の金属不純物についての記載がなく、次の理由でこの銅粒子はアルカリ金属以外の金属を含有している蓋然性が高い。即ち、特許文献４に示される方法で還元剤として用いた脂肪族アミン化合物、実施例５ではビス（２－エチルヘキシル）アミンは、金属微粒子への配位的な吸着性を示すとともに、電子供与性のアルキル基を有することで窒素原子上の非共有電子対の電子密度が高くなり、高い還元性を有する。このことから、金属化合物中には、アルカリ金属以外の酸化還元電位の観点から金属不純物となり得る金属元素、例えば鉄やニッケル等の金属元素が不純物として析出してしまう課題があった。
また、特許文献４に示される銅粒子を含む金属微粒子の製造方法では、不純物を含まない金属化合物を原料として用いることが好ましいとされる。このため、不純物を含まない金属化合物、例えば金属酸化物や貴金属酸化物を原料として選定するなどの制約を生じ易かった。またこの銅粒子の方法では、２３０℃といった高温下でないと金属化合物からなる金属核を還元析出できず、更に金属微粒子に含まれる不純物を除去するための精製工程を必要とするという課題があった。
更に、特許文献５に示される接合材料用粒子では、ＢＥＴ径での下限値を８０ｎｍとしているため、この粒子を用いて作られたペーストにより配線パターンを形成する場合、狭ピッチの微細な配線パターンを形成することが難しい場合があった。また特許文献５に示される接合材料用粒子の製造方法、即ち銅粒子の製造方法では、混合液のｐＨが中性に近いｐＨ６～７の範囲では、また混合液の加熱温度が７５℃を超えた場合には、不純物濃度が１０質量ｐｐｍ未満にならない課題があった。
こうした濃度１０質量ｐｐｍ以上の金属不純物を含む銅粒子は、配線材料に用いた場合、銅配線等の導電性や伝熱性に優れるものの、濃度１０質量ｐｐｍ以上の金属不純物に起因して、金属不純物の拡散による他部材への特性悪化が懸念される。例えば、銅粒子を含む導電ペーストをＭＬＣＣ（積層セラミックコンデンサ）に代表されるようなセラミック基材に塗布した場合、セラミック基材に金属不純物が拡散し、基材の絶縁性を損なうおそれがあった。
本発明の目的は、配線材料又は接合材料として用いた場合に銅配線等の導電性や伝熱性に優れ、電子回路を形成する際に微細な配線パターンを実現でき、かつ金属不純物の拡散により他部材の特性を損なうことのない銅粒子及びその製造方法を提供することにある。
本発明者らは、カルボン酸銅を銅の供給源とし、還元剤としてヒドラジン化合物を用いて、また水酸化ナトリウムを用いずに済む酸性領域において、所定の温度で、所定の時間、所定の酸化還元電位を有するヒドラジン化合物でカルボン酸銅を還元すると、粒子間での凝集及び／又は粒子の酸化を抑制するための分散剤及び表面保護剤を用いずに、粒子表面がカルボン酸銅由来の有機分子により構成された有機保護膜で被覆され、かつ酸化還元電位が銅より卑な金属の不純物を１０質量ｐｐｍ未満の濃度に低減した、一次粒子の平均粒径が５０ｎｍを超え２００ｎｍ以下の範囲の銅粒子が得られることを知見し、本発明に到達した。
本発明の第１の観点は、粒子表面がカルボン酸銅由来の有機分子により構成された有機保護膜で被覆された銅粒子において、前記銅粒子に含まれる酸化還元電位が銅より卑な金属の合計した不純物濃度が１０質量ｐｐｍ未満であり、一次粒子の平均粒径が５０ｎｍを超え２００ｎｍ以下の範囲にあり、前記銅粒子を飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）を用いて分析したときに、ＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にあって、Ｃ2Ｈ3Ｏ2
-イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にある銅粒子である。
本発明の第２の観点は、粒子間での凝集及び／又は粒子の酸化を抑制するための分散剤及び表面保護剤を用いずに、第１の観点の銅粒子を製造する方法であって、カルボン酸銅の水分散液にｐＨ調整剤を加えて前記水分散液のｐＨを３以上６未満の酸性領域に調整する工程と、前記ｐＨ調整したカルボン酸銅の水分散液に酸化還元電位が－０．７Ｖ～－０．５Ｖの範囲にあるヒドラジン化合物の水溶液を添加混合して混合液を得る工程と、不活性ガス雰囲気下、前記混合液を６０℃～７５℃の温度に加熱し、１．５時間～２．５時間保持することにより、前記カルボン酸銅を還元して銅粒子が分散した銅粒子分散液を得る工程とを含むことを特徴とする銅粒子の製造方法である。
本発明の第３の観点は、第２の観点に基づく発明であって、前記カルボン酸銅が、水に難溶性であって、炭素数が４～８であるカルボン酸銅からなる群より選ばれた１種又は２種以上の銅塩である銅粒子の製造方法である。
本発明の第４の観点は、第２の観点に基づく発明であって、前記ｐＨ調整剤がカルボン酸アンモニウムである銅粒子の製造方法である。
本発明の第１の観点の銅粒子は、粒子表面がカルボン酸銅由来の有機分子により構成された有機保護膜で被覆されるため、銅粒子の保管中の耐酸化性に優れる。特に特許文献４に示される銅粒子では、アミン化合物やカルボン酸化合物のような添加物による保護剤で粒子表面が被覆されるため、金属不純物の混入リスクが高いのに対して、本発明の第１の観点の銅粒子は粒子表面がカルボン酸銅由来であるため、金属不純物の混入リスクが低い特長がある。また、酸化還元電位が銅より卑な金属の不純物濃度が１０質量ｐｐｍ未満であるため、銅粒子を配線材料又は接合材料として用いた場合に金属不純物の拡散により他部材の特性を損なうことがない。また、銅粒子は、一次粒子の平均粒径が５０ｎｍを超え２００ｎｍ以下の範囲にあるため、配線材料又は接合材料として用いた場合に銅配線等の導電性や伝熱性に優れ、電子回路を形成する際に微細な配線パターンを実現できるとともに、銅粒子の反応面積が大きく、加熱による反応性が高く、これにより銅粒子を比較的低温で焼結させることができる。
また、本発明の第１の観点の銅粒子は、銅粒子を飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）を用いて分析したときに、ＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にあって、Ｃ2Ｈ3Ｏ2
-イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にあるため、銅粒子を保護するうえで、有機保護膜の量が不足しない。この有機保護膜により、銅粒子の表面が酸化せず、かつ銅粒子同士の凝集を防ぐことができる。
本発明の第２の観点の銅粒子の製造方法では、銅イオンの供給源を液中の水溶性の錯体からではなく、カルボン酸銅という金属化合物を銅イオンの供給源とすることにより、カルボン酸銅から僅かに溶出する銅イオンと、還元剤であるヒドラジン化合物とを逐次反応させるため、酸性領域でも液中の銅イオン濃度を低下させることが可能となり、一次粒子の平均粒径が５０ｎｍを超え２００ｎｍ以下の範囲の銅粒子を得ることができる。
また、カルボン酸銅を構成する非金属部分である有機分子が、表面保護膜として、銅粒子のコア粒子表面を被覆するため、特許文献４に示すような、銅粒子の凝集を防止するための分散剤や表面保護剤を用いなくても済み、また表面保護剤に起因する不純物の混入がなく、銅粒子の不純物濃度をより一層低下させることができる。また上記有機分子が銅粒子の表面に存在するため、銅粒子（コア粒子）の溶解を抑制し、銅イオンが水酸化銅(II)になりにくくかつ水酸化銅(II)として沈殿しにくく、目標とする粒子を高収率で製造することができる。更に得られた銅粒子の保管中の耐酸化性に優れる。
更に、カルボン酸銅の水分散液のｐＨを３以上６未満の酸性領域に調整しておき、酸化還元電位が－０．７Ｖ～－０．５Ｖのヒドラジン化合物で６０℃～７５℃の温度で、所定の時間、カルボン酸銅を還元すると、特許文献５に記載のｐＨ６～７の中和に近いｐＨ値を含まないため、銅イオンの酸化還元電位とヒドラジン化合物の酸化還元電位との差が僅かになり、銅より卑な金属の析出が抑制され、銅より卑な金属の不純物濃度が１０質量ｐｐｍ未満となる。また特許文献５に記載された混合物の加熱を８０℃の温度で行わないため、カルボン酸銅からの銅イオンの溶出が抑制され、一次粒子の粒径制御が容易になり、特許文献５に示されるＢＥＴ径８０ｎｍ～２００ｎｍの範囲よりも狭い５０ｎｍを超え８０ｎｍ未満の範囲の一次粒子の平均粒径を得ることもできる。
本発明の第３の観点の銅粒子の製造方法では、水に難溶性であって、炭素数が４～８であるカルボン酸銅からなる群より選ばれた１種又は２種以上の銅塩である。炭素数の異なるカルボン酸銅を用いることにより粒径を変化させることが可能であり、一次粒子の平均粒径が５０ｎｍを超え２００ｎｍ以下の範囲にある銅粒子が得られる。また、２種以上の銅塩を用いることで、粒度分布の調整が可能となる。
本発明の第４の観点の銅粒子の製造方法では、ｐＨ調整剤に、残留金属不純物の要因となる、例えばナトリウムを含む水酸化ナトリウムを用いずに、カルボン酸アンモニウムを用いて酸性領域を作り出すため、得られる銅粒子の金属不純物をより一層低減することができる。
次に、本発明を実施するための実施形態を図面に基づいて説明する。
〔銅粒子〕
図１に示すように、この実施形態の銅粒子１０では、金属銅からなるコア粒子１１の表面がカルボン酸銅由来の有機分子により構成された有機保護膜１２で被覆される。この銅粒子１０は、粒子に含まれる酸化還元電位が銅より卑な金属の合計した不純物濃度が１０質量ｐｐｍ未満である。この不純物濃度は、１質量ｐｐｍ未満であることが好ましい。上記不純物濃度が１０質量ｐｐｍ以上になると、銅粒子を配線材料として用いた場合に、金属不純物の拡散により他部材の特性を損なうおそれがある。例えば配線が施される基板等を不純物が汚染して基板等の絶縁性を損なうおそれがある。
図１に示すように、この実施形態の銅粒子１０では、金属銅からなるコア粒子１１の表面がカルボン酸銅由来の有機分子により構成された有機保護膜１２で被覆される。この銅粒子１０は、粒子に含まれる酸化還元電位が銅より卑な金属の合計した不純物濃度が１０質量ｐｐｍ未満である。この不純物濃度は、１質量ｐｐｍ未満であることが好ましい。上記不純物濃度が１０質量ｐｐｍ以上になると、銅粒子を配線材料として用いた場合に、金属不純物の拡散により他部材の特性を損なうおそれがある。例えば配線が施される基板等を不純物が汚染して基板等の絶縁性を損なうおそれがある。
上記カルボン酸銅としては、水に難溶性であって、炭素数が４～８であるカルボン酸銅からなる群より選ばれた１種又は２種以上の銅塩が好ましく用いられる。これを例示すれば、酒石酸銅（炭素数４）、クエン酸銅（炭素数６）、フタル酸銅（炭素数８）が挙げられる。しかし、これらに限るものではなく、安息香酸銅（炭素数１４）も用いることができる。炭素数が大きいほど、より小さい粒径の銅粒子が得られる。炭素数が４未満のカルボン酸銅は水に溶け易くなる。炭素数が８を超えると、水に難溶性ではあるが、水中に分散しにくくなる。銅粒子１０に含まれる酸化還元電位が銅より卑な金属としては、特許文献４に示されるカリウム、ナトリウム等のアルカリ金属のみならず、アルカリ金属以外のアルカリ土類金属、遷移金属等が挙げられる。これらの金属の濃度は、ＩＣＰ－ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析法）により測定される。不純物金属として、酸化還元電位が銅より卑な金属とするのは、銅より貴な金、銀等の金属は、酸化還元電位が銅より高いため、還元剤の種類の如何にかかわらず、析出してしまう元素であるからである。
銅粒子１０は、一次粒子の状態でその平均粒径が５０ｎｍを超え２００ｎｍの範囲にある。特許文献５では一次粒子の平均粒径の下限値をＢＥＴ径で８０ｎｍとしているため、この粒子を用いて作られたペーストにより配線パターンを形成する場合、狭ピッチの微細な配線パターンを形成することが難しい場合があったけれども、本実施形態の銅粒子は、その下限値を５０ｎｍを超えた値にしているため、インクジェット方式による印刷に代表されるような更なる狭ピッチの微細な配線パターンを容易に形成することが可能になる。平均粒径が５０ｎｍ以下では、銅粒子を用いてペーストを作製する際に、所定の組成では増粘してしまう不具合がある。また２００ｎｍを超えると、銅粒子の反応面積が大きくなく、加熱による反応性が低く、これにより比較的低温での焼結ができない。一次粒子の平均粒径は、狭ピッチの微細な配線パターンを容易に形成し得る観点から、５０ｎｍを超え８０ｎｍ未満の範囲であることが好ましい。
上記一次粒子の平均粒径は、次の方法により求められる。先ず、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、銅粒子のサイズに応じて倍率を決め、銅粒子のＳＥＭ像を撮影する。１００００倍から５００００倍の範囲で撮影を行うことが好ましい。次いで、画像解析ソフトを用いてＳＥＭ像を解析し、１サンプルあたり３００個以上の粒子についてＨｅｙｗｏｏｄ径を求め、Ｈｅｙｗｏｏｄ径の算術平均値を一次粒子の平均粒径とする。
有機保護膜１２は、カルボン酸銅由来の有機分子で構成されている。この有機保護膜１２は、金属銅からなるコア粒子１１の表面を被覆し、製造してからペーストになるまでの保管中のコア粒子１１の酸化防止の役割を果たす。有機保護膜の被覆量は、銅粒子を飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）を用いて分析することが好ましい。この分析法では、分析したときの、ＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオン及びＣ2Ｈ3Ｏ2
-イオンの検出量により測定される。本実施形態の有機保護膜は、銅粒子を上記分析法で分析したときに、ＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にあって、Ｃ2Ｈ3Ｏ2
-イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にあるように、コア粒子１１を被覆する。Ｃｕ+イオンの検出量に対するＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンの検出量及びＣｕ+イオンの検出量に対するＣ2Ｈ3Ｏ2
-イオンの検出量は、コア粒子表面に存在するカルボン酸銅由来の被覆物の量を表している。
上記イオンの検出量が上記範囲であれば、コア粒子１１を保護するうえで、有機保護膜の量が不足しない。上記範囲の下限値未満では、有機保護膜の被覆量が少なくなり、コア粒子の表面が活性となって銅粒子を酸化させる。
〔銅粒子の製造方法〕
本実施形態の銅粒子の製造方法では、カルボン酸銅の水分散液にｐＨ調整剤を加えてこの水分散液のｐＨを３以上６未満の酸性領域に調整し、このｐＨ調整したカルボン酸銅の水分散液に、酸化還元電位が－０．７Ｖ～－０．５Ｖの範囲にあるヒドラジン化合物の水溶液を添加混合して混合液を得た後、不活性ガス雰囲気下、前記混合液を６０℃～７５℃の温度に加熱し、１．５時間～２．５時間保持することにより、カルボン酸銅を還元して銅粒子が分散した銅粒子分散液を得る。
本実施形態の銅粒子の製造方法では、カルボン酸銅の水分散液にｐＨ調整剤を加えてこの水分散液のｐＨを３以上６未満の酸性領域に調整し、このｐＨ調整したカルボン酸銅の水分散液に、酸化還元電位が－０．７Ｖ～－０．５Ｖの範囲にあるヒドラジン化合物の水溶液を添加混合して混合液を得た後、不活性ガス雰囲気下、前記混合液を６０℃～７５℃の温度に加熱し、１．５時間～２．５時間保持することにより、カルボン酸銅を還元して銅粒子が分散した銅粒子分散液を得る。
出発原料のカルボン酸銅は、市販のカルボン酸銅水和物や工業用硫酸銅とカルボン酸ナトリウム、カルボン酸アンモニウムとを反応させて合成したもの等を用いることができる。またこのカルボン酸銅は、図２に示すように、カルボン酸塩水溶液と銅電解液とを、大気雰囲気下、反応槽に入れ、６０℃～８０℃の温度で撹拌して反応させ、カルボン酸銅懸濁液を得た後、洗浄し、固液分離して、固形分を乾燥させて得られた粉末状の高純度のカルボン酸銅を用いてもよい。ここでのカルボン酸塩水溶液は、クエン酸、フタル酸、安息香酸、酒石酸等のカルボン酸のナトリウム塩やアンモニウム塩をイオン交換水、蒸留水等の純水に溶解して調製される。
図２に示すように、粉末状のカルボン酸銅を室温のイオン交換水、蒸留水等の純水に入れ、均一に分散するように撹拌して、２５質量％以上４０質量％以下の濃度のカルボン酸銅の水分散液を得る。このカルボン酸銅の水分散液にｐＨ調整剤を加えてこの水分散液のｐＨを３以上６未満の酸性領域に調整する。ｐＨ調整剤としては、金属成分を含まないカルボン酸アンモニウムが好ましい。ｐＨ調整剤によるｐＨ調整をｐＨ３以上６未満にするのは、ｐＨ３未満では、カルボン酸銅からの銅イオンの溶出が遅く、反応が速やかに進行しにくく、目標とする粒子が得にくい。またｐＨ６以上では、ヒドラジン化合物でカルボン酸銅を還元するときに、溶出した銅イオンが水酸化銅(II)になり易くかつ沈殿し易くなり、高い収率で銅粒子を製造できない。またヒドラジンの還元力が強くなり、反応が進みやすくなるため、一次粒子の平均粒径が増大する。好ましいｐＨは４以上５以下である。
図２に示すように、このｐＨ調整したカルボン酸銅の水分散液に、雰囲気下で、還元剤として、酸化還元電位が－０．７Ｖ～－０．５Ｖの範囲にあるヒドラジン化合物の水溶液を添加混合して混合液を得る。ヒドラジン一水和物をはじめとするヒドラジン系の還元剤は、酸性域とアルカリ域で異なる反応となることが知られている。
ここで、酸化還元電位とは標準水素電極（ＮＨＥ）に対する電位差の意味である。酸化還元電位が－０．７Ｖ未満では、銅との酸化還元電位差が大きくなり１０質量ｐｐｍ以上の金属不純物が含まれてしまう不具合があり、－０．５Ｖを超えると銅との酸化還元電位差が小さくなるため、カルボン酸銅の還元が完了しない不具合がある。好ましい酸化還元電位の範囲は－０．６Ｖ～－０．５Ｖである。
酸化還元電位Ｅ（Ｖ）は、ｐＨ値に基づいて、以下の式（１）で表される。
（酸性域）Ｎ2Ｈ5 + ＝ Ｎ2 ＋ ５Ｈ+ ＋ ４ｅ-
（アルカリ域）Ｎ2Ｈ4 ＋ ４ＯＨ- ＝ Ｎ2 ＋ ４Ｈ2Ｏ ＋ ４ｅ-
酸化還元電位Ｅ（Ｖ）：－０．２３ －０．０７５×ｐＨ （１）
例えば、ｐＨが３であるときには、上記式（１）は[－０．２３ －０．０７５×３]となり、酸化還元電位は、－０．４５５Ｖとなる。なお、後述する実施例及び比較例における酸化還元電位は、小数点以下第二位を四捨五入して、例えば－０．４５５Ｖは－０．５Ｖで示している。
ここで、酸化還元電位とは標準水素電極（ＮＨＥ）に対する電位差の意味である。酸化還元電位が－０．７Ｖ未満では、銅との酸化還元電位差が大きくなり１０質量ｐｐｍ以上の金属不純物が含まれてしまう不具合があり、－０．５Ｖを超えると銅との酸化還元電位差が小さくなるため、カルボン酸銅の還元が完了しない不具合がある。好ましい酸化還元電位の範囲は－０．６Ｖ～－０．５Ｖである。
酸化還元電位Ｅ（Ｖ）は、ｐＨ値に基づいて、以下の式（１）で表される。
（酸性域）Ｎ2Ｈ5 + ＝ Ｎ2 ＋ ５Ｈ+ ＋ ４ｅ-
（アルカリ域）Ｎ2Ｈ4 ＋ ４ＯＨ- ＝ Ｎ2 ＋ ４Ｈ2Ｏ ＋ ４ｅ-
酸化還元電位Ｅ（Ｖ）：－０．２３ －０．０７５×ｐＨ （１）
例えば、ｐＨが３であるときには、上記式（１）は[－０．２３ －０．０７５×３]となり、酸化還元電位は、－０．４５５Ｖとなる。なお、後述する実施例及び比較例における酸化還元電位は、小数点以下第二位を四捨五入して、例えば－０．４５５Ｖは－０．５Ｖで示している。
次いで、図２に示すように、不活性ガス雰囲気下でこの混合液を６０℃以上７５℃以下の温度に加熱し１．５時間以上２．５時間以下保持することにより、上記カルボン酸銅を還元してコア粒子を生成させ、このコア粒子の表面にカルボン酸銅由来の有機保護膜を形成して、所望の粒径の銅粒子の分散液が作られる。不活性ガス雰囲気下で加熱保持するのは、コア粒子の酸化を防止するためである。混合液の加熱温度が６０℃未満では、カルボン酸銅の還元力が低すぎて還元反応が完了しない。７５℃を超えるか、又は保持時間が２．５時間を超えると、カルボン酸銅からの銅イオンの溶出量が増えて、反応速度が上がるため、１０質量ｐｐｍ以上の金属不純物が含まれてしまうとともに、有機保護膜の被覆量が減少する。更に、一次粒子の粒径制御が困難になり、２００ｎｍ以下の範囲の一次粒子の平均粒径を得ることが困難になる。また、保持時間が１．５時間未満では、カルボン酸銅が完全に還元せずに所望の粒子が得られない。２．５時間を超えると、粒径差によって生じた自由エネルギーを緩和するように微粒子の消失と粗粒子の成長が起こることで粒成長が生じるため、結果として平均粒径が２００ｎｍ以下の範囲の一次粒子が得られない。好ましい加熱温度は６５℃以上７０℃以下であり、好ましい保持時間は２時間以上２．５時間以下である。
このカルボン酸銅の還元を不活性ガス雰囲気下で行うのは、液中に溶出する銅の酸化を防止するためである。不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられる。ヒドラジン化合物は、酸性下でカルボン酸銅を還元するときに、還元反応後に残渣を生じないこと、安全性が比較的高いこと及び取扱いが容易であること等の利点がある。このヒドラジン化合物としては、ヒドラジン一水和物、無水ヒドラジン、塩酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジン等が挙げられる。この中で、硫黄や塩素といった不純物となり得る成分がないことが望ましいため、ヒドラジン一水和物が好ましい。
一般的にｐＨ６未満の酸性液中で生成した銅は溶解してしまう。しかし本実施形態では、ｐＨ６未満の酸性液に還元剤であるヒドラジン化合物を添加混合して、液中にコア粒子が生成すると、カルボン酸銅から生成したカルボン酸イオン由来の成分がコア粒子表面を速やかに被覆し、コア粒子の溶解を抑制する。ｐＨ６未満の酸性液は、温度５０℃以上７０℃以下にしておくことが還元反応が進行し易く好ましい。
図２に示すように、上記銅粒子の分散液を洗浄した後、これを不活性ガス雰囲気下で、例えば遠心分離機を用いて、固液分離して、凍結乾燥法、減圧乾燥法で乾燥することにより、目標とする、上述したコア粒子表面に有機保護膜が形成された銅粒子が得られる。この銅粒子は、コア粒子表面が有機保護膜で被覆されているため、配線用又は接合用ペーストとして用いるまで、大気中に保管しても、粒子の酸化を防止することができる。
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
先ず、実施例と比較例で使用するカルボン酸銅の種類及びその炭素数と、カルボン酸銅に含まれる酸化還元電位が銅より卑な金属の不純物の合計濃度と、各金属の不純物濃度とを、以下の表１に示す。また表１の下部に、各カルボン酸銅の製造方法を示す。表１に示す酸化還元電位が銅より卑な金属の不純物の合計濃度は概算値である。
＜実施例１＞
先ず、出発原料であるカルボン酸銅として、表１に示すクエン酸銅を用意した。このクエン酸銅を室温のイオン交換水に入れ、撹拌羽根を用いて撹拌し、濃度３０質量％のクエン酸銅の水分散液を調製した。次いで、このクエン酸銅の水分散液にｐＨ調整剤としてのクエン酸アンモニウム水溶液を加えて、上記水分散液のｐＨが３になるように調整した。次に、ｐＨ調整した液を５０℃の温度にし、窒素ガス雰囲気下で、ｐＨ調整した液に還元剤として、銅イオンを還元できる１．２倍当量分である酸化還元電位が－０．５Ｖのヒドラジン一水和物水溶液（２倍希釈）を一気に添加し、撹拌羽を用いて均一に混合した。更に、目標とする銅粒子を合成するために、上記水分散液と上記還元剤との混合液を窒素ガス雰囲気下で保持温度の７０℃まで昇温し、７０℃で２時間保持した。遠心分離機を用いて、加熱保持した液中に生成した粒子を固液分離して回収した。回収した粒子を減圧乾燥法で乾燥し、実施例１の銅粒子を製造した。
先ず、出発原料であるカルボン酸銅として、表１に示すクエン酸銅を用意した。このクエン酸銅を室温のイオン交換水に入れ、撹拌羽根を用いて撹拌し、濃度３０質量％のクエン酸銅の水分散液を調製した。次いで、このクエン酸銅の水分散液にｐＨ調整剤としてのクエン酸アンモニウム水溶液を加えて、上記水分散液のｐＨが３になるように調整した。次に、ｐＨ調整した液を５０℃の温度にし、窒素ガス雰囲気下で、ｐＨ調整した液に還元剤として、銅イオンを還元できる１．２倍当量分である酸化還元電位が－０．５Ｖのヒドラジン一水和物水溶液（２倍希釈）を一気に添加し、撹拌羽を用いて均一に混合した。更に、目標とする銅粒子を合成するために、上記水分散液と上記還元剤との混合液を窒素ガス雰囲気下で保持温度の７０℃まで昇温し、７０℃で２時間保持した。遠心分離機を用いて、加熱保持した液中に生成した粒子を固液分離して回収した。回収した粒子を減圧乾燥法で乾燥し、実施例１の銅粒子を製造した。
実施例１及び次に述べる実施例２～２６の製造条件を下記の表２に、また比較例１～２２の銅粒子の製造条件を下記の表３に示す。
＜実施例２～２６、比較例１～３、６～１６＞
実施例１の出発原料であるクエン酸銅と同一又は異なるカルボン酸銅を用い、調整したｐＨ値を実施例１と同一又は変更し、還元剤の種類及び酸化還元電位を実施例１と同一又は変更し、銅粒子の合成時の保持温度とその保持時間を実施例１と同一又は変更した。それ以外は実施例１と同様にして、実施例２～２６、比較例１～３、６～１６の銅粒子を製造した。これらの銅粒子の中で、実施例５、実施例１０及び実施例１６で得られた各銅粒子の集合体を走査型電子顕微鏡で撮影した写真図を、図３、図４及び図５にそれぞれ示す。
実施例１の出発原料であるクエン酸銅と同一又は異なるカルボン酸銅を用い、調整したｐＨ値を実施例１と同一又は変更し、還元剤の種類及び酸化還元電位を実施例１と同一又は変更し、銅粒子の合成時の保持温度とその保持時間を実施例１と同一又は変更した。それ以外は実施例１と同様にして、実施例２～２６、比較例１～３、６～１６の銅粒子を製造した。これらの銅粒子の中で、実施例５、実施例１０及び実施例１６で得られた各銅粒子の集合体を走査型電子顕微鏡で撮影した写真図を、図３、図４及び図５にそれぞれ示す。
＜比較例４＞
実施例１の還元剤であるヒドラジン一水和物をギ酸アンモニウムに変更し、この還元剤の酸化還元電位を０．３Ｖに変更し、ｐＨ値を５に変更した。実施例１の合成時の保持温度及びその保持時間は変更しなかった。それ以外は実施例１と同様にして、比較例４の銅粒子を製造した。
実施例１の還元剤であるヒドラジン一水和物をギ酸アンモニウムに変更し、この還元剤の酸化還元電位を０．３Ｖに変更し、ｐＨ値を５に変更した。実施例１の合成時の保持温度及びその保持時間は変更しなかった。それ以外は実施例１と同様にして、比較例４の銅粒子を製造した。
＜比較例５＞
実施例１の還元剤であるヒドラジン一水和物をギ酸に変更し、この還元剤の酸化還元電位を－０．２Ｖに変更し、ｐＨ値を３に変更した。実施例１の合成時の保持温度は変更せずに、その保持時間を１.５時間に変更した。それ以外は実施例１と同様にして、比較例５の銅粒子を製造した。
実施例１の還元剤であるヒドラジン一水和物をギ酸に変更し、この還元剤の酸化還元電位を－０．２Ｖに変更し、ｐＨ値を３に変更した。実施例１の合成時の保持温度は変更せずに、その保持時間を１.５時間に変更した。それ以外は実施例１と同様にして、比較例５の銅粒子を製造した。
＜比較例１７＞
実施例１のカルボン酸銅の代わりに、銅アンミン錯体を用いて、ｐＨ値を５に変更し、実施例１と同一の還元剤を用いて、還元剤の酸化還元電位を－０．９Ｖに変更した。それ以外は実施例１と同様にして、比較例１７の銅粒子を製造した。
実施例１のカルボン酸銅の代わりに、銅アンミン錯体を用いて、ｐＨ値を５に変更し、実施例１と同一の還元剤を用いて、還元剤の酸化還元電位を－０．９Ｖに変更した。それ以外は実施例１と同様にして、比較例１７の銅粒子を製造した。
＜比較例１８＞
実施例１のカルボン酸銅の代わりに、銅アンミン錯体を用いて、ｐＨ値を５に変更し、実施例１と同一の還元剤を用いて、還元剤の酸化還元電位を－１．０Ｖに変更した。それ以外は実施例１と同様にして、比較例１８の銅粒子を製造した。
実施例１のカルボン酸銅の代わりに、銅アンミン錯体を用いて、ｐＨ値を５に変更し、実施例１と同一の還元剤を用いて、還元剤の酸化還元電位を－１．０Ｖに変更した。それ以外は実施例１と同様にして、比較例１８の銅粒子を製造した。
＜比較例１９＞
実施例１のｐＨ値を５に変更し、還元剤の酸化還元電位を－0．６Ｖに変更し、合成時の保持温度は変更せずに、その保持時間を１．５時間に変更した。更にコア粒子の表面保護剤として、メチルセルロースを粒子に対して５質量％添加した。それ以外は実施例１と同様にして、比較例１９の銅粒子を製造した。
実施例１のｐＨ値を５に変更し、還元剤の酸化還元電位を－0．６Ｖに変更し、合成時の保持温度は変更せずに、その保持時間を１．５時間に変更した。更にコア粒子の表面保護剤として、メチルセルロースを粒子に対して５質量％添加した。それ以外は実施例１と同様にして、比較例１９の銅粒子を製造した。
＜比較例２０＞
比較例１９で使用したコア粒子の表面保護剤であるメチルセルロースを、ポリエチレングリコールに変更し、粒子に対して５質量％添加した。それ以外は比較例１９と同様にして、比較例２０の銅粒子を製造した。
比較例１９で使用したコア粒子の表面保護剤であるメチルセルロースを、ポリエチレングリコールに変更し、粒子に対して５質量％添加した。それ以外は比較例１９と同様にして、比較例２０の銅粒子を製造した。
＜比較例２１＞
比較例１９で使用したコア粒子の表面保護剤であるメチルセルロースを、ポリビニルアルコールに変更し、粒子に対して５質量％添加した。それ以外は比較例１９と同様にして、比較例２１の銅粒子を製造した。
比較例１９で使用したコア粒子の表面保護剤であるメチルセルロースを、ポリビニルアルコールに変更し、粒子に対して５質量％添加した。それ以外は比較例１９と同様にして、比較例２１の銅粒子を製造した。
＜比較例２２＞
比較例１９で使用したコア粒子の表面保護剤であるメチルセルロースを、ゼラチンに変更し、粒子に対して５質量％添加した。それ以外は比較例１９と同様にして、比較例２２の銅粒子を製造した。
比較例１９で使用したコア粒子の表面保護剤であるメチルセルロースを、ゼラチンに変更し、粒子に対して５質量％添加した。それ以外は比較例１９と同様にして、比較例２２の銅粒子を製造した。
＜比較評価試験と結果＞
実施例１～２６及び比較例１～２２の中で、銅粒子を製造することができた例における(1)銅粒子の一次粒子の平均粒径、(2)酸化還元電位が銅より卑な金属の不純物の合計濃度、及び(3)銅粒子を飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）を用いて分析したときのＣｕ+イオンの検出量に対するＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンとＣ2Ｈ3Ｏ2 -イオンの各検出量を、上述した方法でそれぞれ求めた。それらの結果を以下の表４及び表６にそれぞれ示す。ここで、酸化還元電位が銅より卑な金属不純物の合計濃度は、各金属不純物を合計した濃度である。酸化還元電位が銅より卑な金属の不純物の合計濃度と各金属不純物の濃度を、以下の表５及び表７に示す。また還元不十分で合成できなかった比較例１、比較例４～６及び比較例９については、上記項目における値を記載していない。
実施例１～２６及び比較例１～２２の中で、銅粒子を製造することができた例における(1)銅粒子の一次粒子の平均粒径、(2)酸化還元電位が銅より卑な金属の不純物の合計濃度、及び(3)銅粒子を飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）を用いて分析したときのＣｕ+イオンの検出量に対するＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンとＣ2Ｈ3Ｏ2 -イオンの各検出量を、上述した方法でそれぞれ求めた。それらの結果を以下の表４及び表６にそれぞれ示す。ここで、酸化還元電位が銅より卑な金属不純物の合計濃度は、各金属不純物を合計した濃度である。酸化還元電位が銅より卑な金属の不純物の合計濃度と各金属不純物の濃度を、以下の表５及び表７に示す。また還元不十分で合成できなかった比較例１、比較例４～６及び比較例９については、上記項目における値を記載していない。
表６及び表７から明らかなように、比較例１では、クエン酸銅の水分散液のｐＨを２に調整し、強酸性下で－０．４Ｖの還元剤を添加したため、混合液を７０℃で２時間加熱したが、クエン酸銅からの銅イオンの溶出が遅く、クエン酸銅の還元が完了せず、銅粒子を製造することができなかった。
比較例２では、クエン酸銅の水分散液のｐＨを８に調整し、アルカリ性下で－０．８Ｖの還元剤を添加したため、液中で粒成長が生じて一次粒子の平均粒径が２８５ｎｍとなり、しかも得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が２０質量ｐｐｍと高かった。
比較例３では、クエン酸銅の水分散液のｐＨを１０に調整し、強アルカリ性下で－１．０Ｖの還元剤を添加したため、液中で粒成長が生じて一次粒子の平均粒径が３２０ｎｍとなり、しかも得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が６０質量ｐｐｍと高かった。
比較例４では、還元剤に０．３Ｖのギ酸アンモニウムを用いたため、クエン酸銅の還元が進行せず、銅粒子を製造することができなかった。
比較例５では、還元剤に－０．２Ｖのギ酸を用いたため、クエン酸銅の還元が進行せず、銅粒子を製造することができなかった。
比較例６では、クエン酸銅の還元剤として－０．６Ｖのヒドラジン－水和物を用いたが、混合液を７０℃で加熱したが、その保持時間が１．０時間と短すぎたため、クエン酸銅の還元が完了せず、銅粒子を製造することができなかった。
比較例７では、クエン酸銅の還元剤として－０．６Ｖのヒドラジン－水和物を用いたが、混合液を６０℃で加熱したが、その保持時間が３．０時間と長すぎたため、得られた銅粒子の合計した金属不純物の濃度は１０質量ｐｐｍ未満であったが、液中で粒成長が生じて一次粒子の平均粒径が２５１ｎｍとなった。また、飛行時間型二次イオン質量分析では、ＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンとＣ2Ｈ3Ｏ2
-イオンの検出量がＣｕ+イオンの検出量に対して０．０１倍未満となり、有機保護膜の被覆量が少なかった。
比較例８では、クエン酸銅の還元剤として－０．６Ｖのヒドラジン－水和物を用いたが、混合液の加熱温度が８０℃と高過ぎたため、その保持時間が１．５時間と適切であったが、液中で粒成長が生じて一次粒子の平均粒径が２２５ｎｍとなり、しかも得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が２０質量ｐｐｍと高かった。また、飛行時間型二次イオン質量分析では、ＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンとＣ2Ｈ3Ｏ2
-イオンの検出量がＣｕ+イオンの検出量に対して０．０１倍未満となり、有機保護膜の被覆量が少なかった。
比較例９では、クエン酸銅の還元剤として－０．６Ｖのヒドラジン－水和物を用いたが、混合液の加熱温度が５５℃と低過ぎたため、その保持時間が２．５時間と適切であったが、クエン酸銅の還元が完了せず、銅粒子を製造することができなかった。
比較例１０では、クエン酸銅の還元剤として－０．７Ｖのヒドラジン－水和物を用いて、混合液を７０℃に加熱して２．０時間保持したけれども、カルボン酸銅の水分散液をｐＨ６で調整したため、銅イオンの酸化還元電位とヒドラジン化合物の酸化還元電位との差が大きくなり、銅より卑な金属の析出が促進され、得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が２０質量ｐｐｍと高かった。
比較例１１では、フタル酸銅の水分散液のｐＨを８に調整し、－０．９Ｖの還元剤を用いたため、混合液を７０℃に加熱して２．０時間保持したけれども、液中で粒成長が生じて一次粒子の平均粒径が３３１ｎｍとなり、しかも得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が３０質量ｐｐｍと高かった。
比較例１２では、フタル酸銅の水分散液のｐＨを１０に調整し、－１．０Ｖの還元剤を用いたため、混合液を７０℃に加熱して２．０時間保持したけれども、液中で粒成長が生じて一次粒子の平均粒径が３９９ｎｍとなり、しかも得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が５０質量ｐｐｍと高かった。
比較例１３では、酒石酸銅の水分散液のｐＨを８に調整し、－０．９Ｖの還元剤を用いたため、混合液を７０℃に加熱して２．０時間保持したけれども、得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が３０質量ｐｐｍと高かった。
比較例１４では、酒石酸銅の水分散液のｐＨを１０に調整し、－１．０Ｖの還元剤を用いたため、混合液を７０℃に加熱して２．０時間保持したけれども、得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が５０質量ｐｐｍと高かった。
比較例１５では、安息香酸銅の水分散液のｐＨを８に調整し、－０．９Ｖの還元剤を用いたため、混合液を７０℃に加熱して２．０時間保持したけれども、得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が３０質量ｐｐｍと高かった。
比較例１６では、安息香酸銅の水分散液のｐＨを１０に調整し、－１．０Ｖの還元剤を用いたため、混合液を７０℃に加熱して２．０時間保持したけれども、得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が４０質量ｐｐｍと高かった。
比較例１７では、還元剤としてヒドラジン－水和物を用いた。この還元剤の酸化還元電位が－０．９Ｖであって、銅アンミン錯体をｐＨ値が５の酸性下で用いたため、混合液を７０℃に加熱して２．０時間保持したけれども、液中で粒成長が生じて一次粒子の平均粒径が４００ｎｍとなり、しかも得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が５０質量ｐｐｍと高かった。またＣｕ+イオンの検出量に対するＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンとＣ2Ｈ3Ｏ2
-イオンの各検出量を調べたが、カルボン酸銅由来の成分が含まれなかったため、いずれも検出されなかった。
比較例１８では、還元剤としてヒドラジン－水和物を用いた。この還元剤の酸化還元電位が－１．０Ｖであって、銅アンミン錯体をｐＨ値が５の酸性下で用いたため、混合液を７０℃に加熱して２．０時間保持したけれども、液中で粒成長が生じて一次粒子の平均粒径が１６６ｎｍとなり、しかも得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が９０質量ｐｐｍと高かった。またＣｕ+イオンの検出量に対するＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンとＣ2Ｈ3Ｏ2
-イオンの各検出量を調べたが、カルボン酸銅由来の成分が含まれなかったため、いずれも検出されなかった。
比較例１９～２２では、それぞれメチルセルロース、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ゼラチンをコア粒子の表面保護剤として添加したため、還元剤として－０．６Ｖのヒドラジン－水和物を用い、ｐＨ値を５に調整し、混合液を７０℃に加熱して１．５時間保持したけれども、得られた銅粒子の合計した金属不純物濃度が２０質量ｐｐｍ～８０質量ｐｐｍと高かった。これらは表面保護剤に含有する金属不純物が影響した結果であると考えられる。
これらに対して、実施例１～２６では、ｐＨ３以上ｐＨ６未満の酸性下で還元剤を添加混合し、還元剤としてヒドラジン化合物を用い、合成液の加熱時の保持温度を６０℃以上７５℃以下とし、その保持時間を１．５時間以上２．５時間以下にしたため、銅粒子の一次粒子の平均粒径は５１ｎｍ（実施例２２）～１８０ｎｍ（実施例１９）の範囲にあり、銅粒子に含まれる酸化還元電位が銅より卑な金属の合計した不純物濃度が、いずれも１０質量ｐｐｍ未満であった。
本発明の銅粒子は、ファインピッチ用鉛フリーの配線用又は接合用粒子として利用でき、この配線用粒子又は接合用粒子を原料として得られる配線用ペースト又は接合用ペーストは、微細な電子部品の実装に好適に用いることができる。
１０ 銅粒子
１１ コア粒子
１２ 有機保護膜
１１ コア粒子
１２ 有機保護膜
本発明の第１の観点は、金属銅からなるコア粒子の表面がカルボン酸銅由来の有機分子により構成された有機保護膜で被覆された銅粒子において、前記銅粒子に含まれる酸化還元電位が銅より卑な金属の合計した不純物濃度が１０質量ｐｐｍ未満であり、前記銅粒子が一次粒子の状態でその平均粒径が５０ｎｍを超え２００ｎｍ以下の範囲にあり、前記銅粒子を飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）を用いて分析したときに、ＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にあって、Ｃ2Ｈ3Ｏ2
-イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にある銅粒子である。
Claims (4)
- 粒子表面がカルボン酸銅由来の有機分子により構成された有機保護膜で被覆された銅粒子において、
前記銅粒子に含まれる酸化還元電位が銅より卑な金属の合計した不純物濃度が１０質量ｐｐｍ未満であり、
一次粒子の平均粒径が５０ｎｍを超え２００ｎｍ以下の範囲にあり、
前記銅粒子を飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）を用いて分析したときに、ＣｕＣ2Ｏ2Ｈ-イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にあって、Ｃ2Ｈ3Ｏ2 -イオンの検出量が、Ｃｕ+イオンの検出量に対して０．０２倍以上の範囲にあることを特徴とする銅粒子。 - 粒子間での凝集及び／又は粒子の酸化を抑制するための分散剤及び表面保護剤を用いずに、請求項１に記載された銅粒子を製造する方法であって、
カルボン酸銅の水分散液にｐＨ調整剤を加えて前記水分散液のｐＨを３以上６未満の酸性領域に調整する工程と、
前記ｐＨ調整したカルボン酸銅の水分散液に酸化還元電位が－０．７Ｖ～－０．５Ｖの範囲にあるヒドラジン化合物の水溶液を添加混合して混合液を得る工程と、
不活性ガス雰囲気下、前記混合液を６０℃～７５℃の温度に加熱し、１．５時間～２．５時間保持することにより、前記カルボン酸銅を還元して銅粒子が分散した銅粒子分散液を得る工程と
を含むことを特徴とする銅粒子の製造方法。 - 前記カルボン酸銅が、水に難溶性であって、炭素数が４～８であるカルボン酸銅からなる群より選ばれた１種又は２種以上の銅塩である請求項２記載の銅粒子の製造方法。
- 前記ｐＨ調整剤がカルボン酸アンモニウムである請求項２記載の銅粒子の製造方法。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05331508A (ja) * | 1992-05-29 | 1993-12-14 | Murata Mfg Co Ltd | 銅粉末の製造方法 |
| JP2009084614A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 銅粉およびその製造方法、銅ペースト、積層セラミックコンデンサ、並びに銅粉判定方法 |
| JP2010116625A (ja) * | 2008-10-17 | 2010-05-27 | Mitsubishi Materials Corp | 金属ナノ粒子の合成方法 |
| CN102581294A (zh) * | 2012-03-26 | 2012-07-18 | 沈阳化工大学 | 一种纳米金属铜粉体的制备方法 |
| JP2014221927A (ja) * | 2013-05-13 | 2014-11-27 | 国立大学法人東北大学 | 銅微粒子およびその製造方法 |
| JP2016069716A (ja) * | 2014-10-01 | 2016-05-09 | 協立化学産業株式会社 | 被覆銅粒子及びその製造方法 |
| JP2019077926A (ja) * | 2017-10-25 | 2019-05-23 | 株式会社村田製作所 | 複合銅粒子、銅インク、および、複合銅粒子の製造方法 |
| JP2020090725A (ja) * | 2020-02-14 | 2020-06-11 | 協立化学産業株式会社 | 複合粒子、銅ペースト組成物、および導電体 |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05331508A (ja) * | 1992-05-29 | 1993-12-14 | Murata Mfg Co Ltd | 銅粉末の製造方法 |
| JP2009084614A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 銅粉およびその製造方法、銅ペースト、積層セラミックコンデンサ、並びに銅粉判定方法 |
| JP2010116625A (ja) * | 2008-10-17 | 2010-05-27 | Mitsubishi Materials Corp | 金属ナノ粒子の合成方法 |
| CN102581294A (zh) * | 2012-03-26 | 2012-07-18 | 沈阳化工大学 | 一种纳米金属铜粉体的制备方法 |
| JP2014221927A (ja) * | 2013-05-13 | 2014-11-27 | 国立大学法人東北大学 | 銅微粒子およびその製造方法 |
| JP2016069716A (ja) * | 2014-10-01 | 2016-05-09 | 協立化学産業株式会社 | 被覆銅粒子及びその製造方法 |
| JP2019077926A (ja) * | 2017-10-25 | 2019-05-23 | 株式会社村田製作所 | 複合銅粒子、銅インク、および、複合銅粒子の製造方法 |
| JP2020090725A (ja) * | 2020-02-14 | 2020-06-11 | 協立化学産業株式会社 | 複合粒子、銅ペースト組成物、および導電体 |
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