JP2024008681A - copper powder - Google Patents

copper powder Download PDF

Info

Publication number
JP2024008681A
JP2024008681A JP2022110736A JP2022110736A JP2024008681A JP 2024008681 A JP2024008681 A JP 2024008681A JP 2022110736 A JP2022110736 A JP 2022110736A JP 2022110736 A JP2022110736 A JP 2022110736A JP 2024008681 A JP2024008681 A JP 2024008681A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
copper powder
peak
copper
ratio
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022110736A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
礼奈 土橋
Rena Dobashi
広典 折笠
Hironori Origasa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JX Nippon Mining and Metals Corp
Original Assignee
JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JX Nippon Mining and Metals Corp filed Critical JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority to JP2022110736A priority Critical patent/JP2024008681A/en
Priority to TW111128572A priority patent/TW202402678A/en
Priority to PCT/JP2022/029352 priority patent/WO2024009522A1/en
Publication of JP2024008681A publication Critical patent/JP2024008681A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054Nanosized particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/20Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide copper powder having excellent low temperature sinterability.
SOLUTION: Copper powder with the ratio of carbon content C (mass%) to BET specific surface area (m2/g) (C/SSA) being 0.07 or less, and the peak area ratio (A2/A1) of an area A1 for a peak having a peak top in the range of 284 eV to 285 eV to an area A2 for a peak having a peak top in the range of 288 eV to 289.2 eV in the C1s spectrum by X-ray photoelectron spectroscopy being 0.5 or more.
SELECTED DRAWING: None
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

この明細書は、銅粉に関する技術を開示するものである。 This specification discloses technology related to copper powder.

銅粉を含み、印刷による基材上での回路形成や半導体素子と基材との接合等に用いられる導電性ペーストには、使用に際し、当該ペーストに含まれる銅粉を加熱により焼結させる焼結型のものがある。 Conductive pastes that contain copper powder and are used for forming circuits on substrates by printing, bonding semiconductor elements and substrates, etc., require a sintering process in which the copper powder contained in the paste is sintered by heating. There are cases of condensation.

焼結型の導電性ペーストは、比較的低温の加熱で銅粉が焼結することが求められる。これはすなわち、加熱時の温度が高い場合、その熱が基材や半導体素子に影響を及ぼすおそれがあるからである。また、高温で加熱時及び加熱後の冷却時に基材ないし半導体素子に大きな熱応力が生じ、このことが回路や半導体素子の電気的特性を変化させる懸念もある。 A sintered conductive paste is required to sinter copper powder by heating at a relatively low temperature. This is because if the temperature during heating is high, the heat may affect the base material and the semiconductor element. Further, large thermal stress is generated in the base material or the semiconductor element during heating at high temperatures and cooling after heating, and there is also a concern that this may change the electrical characteristics of the circuit and the semiconductor element.

なお、特許文献1では、「導電性塗膜の製造において、パラジウム等の高価な触媒を用いることなく、無電解金属めっきを施すことのできる銅粉末含有塗膜用の銅粉末及び銅ペーストと、該銅ペーストを用いて形成される銅粉末含有塗膜への無電解金属めっきにより導電性塗膜を効率よく形成する製造方法を提供すること」を課題とし、「SEM観察による平均粒子径が0.05~2μmの銅粉末であり、該銅粉末のBET比表面積値(SSA)(m2/g)と炭素含量(C)(重量%)が下記式[1]の関係にある銅粉末。C/SSA≦7×10-2・・・・[1]」が提案されている。 Furthermore, in Patent Document 1, "copper powder and copper paste for a coating film containing copper powder that can perform electroless metal plating without using an expensive catalyst such as palladium in the production of a conductive coating film," The objective is to provide a manufacturing method for efficiently forming a conductive coating film by electroless metal plating on a copper powder-containing coating film formed using the copper paste. A copper powder having a diameter of .05 to 2 μm, the BET specific surface area value (SSA) (m 2 /g) and carbon content (C) (wt%) of the copper powder having a relationship according to the following formula [1]. C/SSA≦7×10 −2 ...[1]" has been proposed.

国際公開第2012/157704号International Publication No. 2012/157704

銅粉の低温焼結については様々な研究開発が進められているものの、より一層低温で焼結することが求められる場合がある。 Although various research and development efforts are underway regarding low-temperature sintering of copper powder, there are cases where sintering at an even lower temperature is required.

この明細書では、優れた低温焼結性を有する銅粉を開示する。 This specification discloses a copper powder that has excellent low-temperature sinterability.

この明細書で開示する銅粉は、BET比表面積(m2/g)に対する炭素含有量C(質量%)の比(C/SSA)が0.07以下であり、X線光電子分光法によるC1sスペクトルにおいて、284eV~285eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A1に対する、288eV~289.2eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A2のピーク面積比(A2/A1)が、0.5以上であるというものである。 The copper powder disclosed in this specification has a ratio (C/SSA) of carbon content C (mass%) to BET specific surface area (m 2 /g) of 0.07 or less, and C1s by X-ray photoelectron spectroscopy. In the spectrum, the peak area ratio (A2/A1) of the area A2 of the peak having a peak top in the range of 288 eV to 289.2 eV to the area A1 of the peak having the peak top in the range of 284 eV to 285 eV is 0.5 or more. That is.

上記の銅粉は、優れた低温焼結性を有するものである。 The above-mentioned copper powder has excellent low-temperature sinterability.

発明例5のXPSによるC1sスペクトルである。This is a C1s spectrum obtained by XPS of Invention Example 5.

以下に、上述した銅粉の実施の形態について詳細に説明する。
一の実施形態の銅粉は、BET比表面積(m2/g)に対する炭素含有量C(質量%)の比(C/SSA)が0.07以下であり、X線光電子分光法によるC1sスペクトルにおいて、284eV~285eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A1に対する、288eV~289.2eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A2のピーク面積比(A2/A1)が、0.5以上であるというものである。
Below, embodiments of the copper powder described above will be described in detail.
The copper powder of one embodiment has a ratio (C/SSA) of carbon content C (mass%) to BET specific surface area (m 2 /g) of 0.07 or less, and has a C1s spectrum determined by X-ray photoelectron spectroscopy. The peak area ratio (A2/A1) of the area A2 of the peak having the peak top in the range of 288 eV to 289.2 eV to the area A1 of the peak having the peak top in the range of 284 eV to 285 eV is 0.5 or more. There is.

このような銅粉は、詳細については後述するが、BET比表面積(m2/g)に対する炭素含有量C(質量%)の比(C/SSA)が小さいことにより、比較的低温で焼結しやすくなる。また、上記の銅粉では、XPSでのC1sスペクトルにおける所定のピーク面積比(A2/A1)が大きい。ここで、284eV~285eVの範囲にピークトップを有するピークは、炭素原子と結合した炭素に対応し、それよりも高エネルギー側の288eV~289.2eVの範囲にピークトップを有するピークは、酸素と二重結合した炭素に対応する。それらのピーク面積比(A2/A1)が大きい銅粉は、酸素含有率の高い有機物を含むものであると認められる。酸素含有率の高い有機物は、数百度以上に加熱すると熱分解によりCOやCO2が生じやすく、熱分解残渣として固体の炭素が残存しにくい。そのため、酸素含有率の高い有機物で被覆された銅粉は比較的低温で焼結が進みやすいと考えられる。但し、このような理論には限定されない。 Although the details will be described later, such copper powder can be sintered at relatively low temperatures due to its small ratio (C/SSA) of carbon content C (mass%) to BET specific surface area (m 2 /g). It becomes easier to do. Further, in the above copper powder, the predetermined peak area ratio (A2/A1) in the C1s spectrum in XPS is large. Here, a peak with a peak top in the range of 284 eV to 285 eV corresponds to carbon bonded to a carbon atom, and a peak with a peak top in the range of 288 eV to 289.2 eV on the higher energy side corresponds to oxygen. Corresponds to double-bonded carbon. Copper powder with a large peak area ratio (A2/A1) is recognized to contain organic matter with a high oxygen content. When organic substances with a high oxygen content are heated above several hundred degrees Celsius, CO and CO 2 are likely to be produced due to thermal decomposition, and solid carbon is difficult to remain as a thermal decomposition residue. Therefore, it is thought that copper powder coated with an organic material with a high oxygen content is likely to be sintered easily at a relatively low temperature. However, it is not limited to this theory.

(BET比表面積)
銅粉のBET比表面積は、0.5m2/g以上であること、10.0m2/g以下であることが好ましい。BET比表面積が10.0m2/gを超える場合は、耐酸化性を担保することが難しく、また吸湿や凝集などにより、ペースト特性に問題が生じることが懸念される。一方、BET比表面積が小さすぎる場合は、銅粉の粒径が大きく、低温で焼結しないことやペーストを印刷した回路や接合面の平滑性が充分ではないことが懸念される。この観点から、銅粉のBET比表面積は、0.5m2/g~10.0m2/gであることが好ましく、さらに2.0m2/g~6.0m2/gであることがより一層好ましい。
(BET specific surface area)
The BET specific surface area of the copper powder is preferably 0.5 m 2 /g or more and 10.0 m 2 /g or less. When the BET specific surface area exceeds 10.0 m 2 /g, it is difficult to ensure oxidation resistance, and there is a concern that problems may arise in paste properties due to moisture absorption, aggregation, etc. On the other hand, if the BET specific surface area is too small, the particle size of the copper powder is large, and there is concern that it will not sinter at low temperatures and that the circuit printed with the paste or the bonding surface will not have sufficient smoothness. From this point of view, the BET specific surface area of the copper powder is preferably 0.5 m 2 /g to 10.0 m 2 /g, more preferably 2.0 m 2 /g to 6.0 m 2 /g. More preferred.

銅粉のBET比表面積の測定は、JIS Z8830:2013に準拠し、たとえば銅粉を真空中にて70℃の温度で5時間にわたって脱気した後、マイクロトラック・ベル社のBELSORP-mini IIを用いて実施することができる。 The BET specific surface area of copper powder is measured in accordance with JIS Z8830:2013. For example, after degassing the copper powder in a vacuum at a temperature of 70°C for 5 hours, It can be implemented using

(平均粒径)
銅粉の平均粒径は、好ましくは0.05μm~2.00μm、より好ましくは0.05μm~1.50μm、特に好ましくは0.1μm~0.5μmである。銅粉の平均粒径が大きすぎると低温で焼結しないことや、ペーストを印刷した回路や接合面の平滑性が充分ではないことが懸念される。また、銅粉の平均粒径が小さすぎると、耐酸化性を担保することが難しく、また吸湿や凝集などにより、ペースト特性に問題が生じることが懸念される。
(Average particle size)
The average particle size of the copper powder is preferably 0.05 μm to 2.00 μm, more preferably 0.05 μm to 1.50 μm, particularly preferably 0.1 μm to 0.5 μm. If the average particle size of the copper powder is too large, there are concerns that it will not sinter at low temperatures and that the smoothness of circuits and bonding surfaces printed with the paste will not be sufficient. Furthermore, if the average particle size of the copper powder is too small, it will be difficult to ensure oxidation resistance, and there is a concern that problems will arise in paste properties due to moisture absorption, aggregation, etc.

銅粉の平均粒径はBET比表面積の値から次式を用いて計算することができる。
D=6/(ρ×SSA)
ここで、Dは平均粒径、ρは銅の真密度、SSAはBET比表面積である。
The average particle size of the copper powder can be calculated from the BET specific surface area value using the following formula.
D=6/(ρ×SSA)
Here, D is the average particle diameter, ρ is the true density of copper, and SSA is the BET specific surface area.

(C/SSA)
銅粉は、その製造の過程において有機物還元剤や分散剤を用いるために、炭素を含有していることが一般的である。銅粉のBET比表面積(m2/g)を「SSA」とし、銅粉の炭素含有量(質量%)を「C」としたとき、実施形態の銅粉は、それらの比(C/SSA)が0.07以下になる。この比(C/SSA)が0.07よりも大きい場合は、BET比表面積に対して炭素含有量が多すぎることにより、優れた保管性や分散性が得られるも、焼結プロセスにおいて、有機物還元剤や分散剤の熱分解残渣として炭素が銅粉の表面に残存し、銅粉の焼結が進みにくくなる。すなわち、低温焼結性が損なわれる。このことから、上記の比は0.07以下、より好ましくは0.05以下である。
(C/SSA)
Copper powder generally contains carbon because organic reducing agents and dispersants are used in the manufacturing process. When the BET specific surface area (m 2 /g) of the copper powder is "SSA" and the carbon content (mass%) of the copper powder is "C", the copper powder of the embodiment has a ratio (C/SSA) of the copper powder. ) becomes 0.07 or less. If this ratio (C/SSA) is larger than 0.07, the carbon content is too large relative to the BET specific surface area, and although excellent storage and dispersibility can be obtained, organic Carbon remains on the surface of the copper powder as a thermal decomposition residue of the reducing agent and dispersant, making it difficult for the copper powder to sinter. That is, low-temperature sinterability is impaired. From this, the above ratio is 0.07 or less, more preferably 0.05 or less.

この一方で、BET比表面積(m2/g)に対する炭素含有量C(質量%)の比(C/SSA)が小さいと、耐酸化性が損なわれたり、有機溶媒との馴染みが悪く、分散性に優れたペーストとならないおそれがある。したがって、この比(C/SSA)は、0.01以上、さらに0.02以上であることが好ましい。 On the other hand, if the ratio (C/SSA) of carbon content C (mass%) to BET specific surface area (m 2 /g) is small, oxidation resistance will be impaired, compatibility with organic solvents will be poor, and dispersion will be reduced. There is a risk that the paste will not have excellent properties. Therefore, this ratio (C/SSA) is preferably 0.01 or more, and more preferably 0.02 or more.

BET比表面積(m2/g)に対する炭素含有量C(質量%)の比(C/SSA)の算出に用いる銅粉の炭素含有量は、高周波誘導加熱炉燃焼-赤外線吸収法により測定する。具体的には、LECO製CS844型等の炭素硫黄分析装置を用いて、助燃剤をLECO製LECOCEL II及びFeチップ等とし、検量線にスチールピンを使用して、銅粉の炭素含有量を測定することができる。 The carbon content of the copper powder used to calculate the ratio (C/SSA) of carbon content C (mass %) to BET specific surface area (m 2 /g) is measured by high frequency induction heating furnace combustion-infrared absorption method. Specifically, using a carbon sulfur analyzer such as LECO's CS844 model, using LECO's LECOCEL II and Fe chips as combustion improvers, and using a steel pin as a calibration curve, the carbon content of the copper powder was measured. can do.

(O/SSA)
銅粉に含まれる有機物が、焼結プロセスにおいて熱分解によりCOやCO2として消失するためには、銅粉に酸素が含まれることが必要である。銅粉のBET比表面積(m2/g)を「SSA」とし、銅粉の酸素含有量(質量%)を「O」としたとき、実施形態の銅粉は、それらの比(O/SSA)が0.15よりも大きい。この比(O/SSA)が0.15よりも大きいと、銅粉に含まれる有機物が、焼結プロセスにおいて容易にCOやCO2へと変換され、低温焼結性に優れた銅粉となる。上記の比(O/SSA)は、0.15よりも大きい値であることが好ましく、さらに0.17以上であることが好適である。
(O/SSA)
In order for the organic matter contained in the copper powder to disappear as CO or CO 2 through thermal decomposition in the sintering process, it is necessary for the copper powder to contain oxygen. When the BET specific surface area (m 2 /g) of the copper powder is "SSA" and the oxygen content (mass %) of the copper powder is "O", the copper powder of the embodiment has a ratio (O/SSA) of the copper powder. ) is greater than 0.15. When this ratio (O/SSA) is greater than 0.15, the organic matter contained in the copper powder is easily converted into CO or CO 2 during the sintering process, resulting in a copper powder with excellent low-temperature sinterability. . The above ratio (O/SSA) is preferably a value larger than 0.15, and more preferably 0.17 or more.

BET比表面積(m2/g)に対する酸素含有量O(質量%)の比(O/SSA)は、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.3以下である。この比(O/SSA)が大きすぎることは、酸素が有機物由来のものだけではなく、銅粉の表面が著しく酸化していることを意味しており、本銅粉を用いて調整されたペーストの特性が安定しないなどの影響があるためである。 The ratio (O/SSA) of oxygen content O (mass %) to BET specific surface area (m 2 /g) is preferably 0.5 or less, more preferably 0.3 or less. If this ratio (O/SSA) is too large, it means that the oxygen is not only derived from organic matter, but also that the surface of the copper powder is significantly oxidized. This is because there are effects such as unstable characteristics.

BET比表面積(m2/g)に対する酸素含有量O(質量%)の比(O/SSA)を求める際に使用する銅粉の酸素含有量は、不活性ガス融解-赤外線吸収法にて測定する。ここでは、酸素窒素分析装置としてLECO製TC600型を使用し、検量線にスチールピンを用いて、銅粉をニッケルカプセルに入れて測定した。 The oxygen content of the copper powder used to determine the ratio (O/SSA) of oxygen content O (mass%) to BET specific surface area (m 2 /g) is measured by inert gas melting-infrared absorption method. do. Here, TC600 model manufactured by LECO was used as an oxygen nitrogen analyzer, a steel pin was used as a calibration curve, and copper powder was placed in a nickel capsule for measurement.

(XPSピーク面積比)
銅粉をX線光電子分光法により分析したとき、その分析結果として、Cの1s軌道のスペクトルであるC1sスペクトルが得られる。このC1sスペクトルにて、284eV~285eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A1に対する、288eV~289.2eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A2の比としてのピーク面積比(A2/A1)は、0.5以上である。
(XPS peak area ratio)
When copper powder is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, a C1s spectrum, which is a spectrum of the C1s orbital, is obtained as a result of the analysis. In this C1s spectrum, the peak area ratio (A2/A1) is the ratio of the area A2 of the peak having a peak top in the range of 288 eV to 289.2 eV to the area A1 of the peak having the peak top in the range of 284 eV to 285 eV. is 0.5 or more.

ここで、284eV~285eVのピークは、酸素などの極性の高い原子と結合していない炭素の1s軌道の電子に対応する。ここではC-C結合を有する炭素に対応すると同定される。一方、高エネルギー側である288eV~289.2eVのピークは、酸素などの極性の高い原子と結合した炭素の1s軌道の電子に対応し、ここではC-O二重結合を有する炭素に対応すると同定される。銅粉が酸素の多い有機物を含む場合、前者のピーク強度と比較して後者のピーク強度が相対的に高くなり、ピーク面積比(A2/A1)が大きくなる。ピーク面積比(A2/A1)が0.5以上である場合は、銅粉を加熱したときに、有機物の熱分解生成物としてCOやCO2が生じやすく、熱分解残渣としての炭素が銅粉の表面に残存しにくい。このことから銅粉の焼結が比較的低温で進みやすくなると考えられる。このような観点から、ピーク面積比(A2/A1)は0.6以上であることがより好ましい。一方、ピーク面積比(A2/A1)は、通常10を超えることはなく、1.0以下となる場合がある。 Here, the peak between 284 eV and 285 eV corresponds to electrons in the 1s orbit of carbon that are not bonded to highly polar atoms such as oxygen. Here, it is identified as corresponding to carbon having a C--C bond. On the other hand, the peak of 288 eV to 289.2 eV, which is on the high energy side, corresponds to electrons in the 1s orbit of carbon bonded to highly polar atoms such as oxygen, and here it is assumed that it corresponds to carbon having a C-O double bond. Identified. When the copper powder contains oxygen-rich organic matter, the latter peak intensity becomes relatively high compared to the former peak intensity, and the peak area ratio (A2/A1) becomes large. When the peak area ratio (A2/A1) is 0.5 or more, when copper powder is heated, CO and CO 2 are likely to be generated as thermal decomposition products of organic matter, and carbon as a thermal decomposition residue is absorbed into the copper powder. Does not easily remain on surfaces. From this, it is thought that sintering of copper powder progresses more easily at relatively low temperatures. From such a viewpoint, it is more preferable that the peak area ratio (A2/A1) is 0.6 or more. On the other hand, the peak area ratio (A2/A1) usually does not exceed 10 and may be 1.0 or less.

また、X線光電子分光法によるC1sスペクトルにおいて、284eV~285eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A1に対する、286eV~288eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A3の比であるピーク面積比(A3/A1)は、0.3以上であることが好適である。
なお、288eVの位置にピークトップを有するピークの面積は、面積A2とみなす。
In addition, in the C1s spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy, the peak area ratio ( A3/A1) is preferably 0.3 or more.
Note that the area of the peak having the peak top at the position of 288 eV is regarded as area A2.

286eV~288eVのピークは、酸素と単結合する炭素原子に対応する。ピーク面積比(A3/A1)が0.3以上である銅粉は、その理由は不明であるが低温焼結性に優れた銅粉であった。ピーク面積比(A3/A1)は、好ましくは0.3~0.7であり、より好ましくは0.3~0.5である。 The peak between 286 eV and 288 eV corresponds to a carbon atom that has a single bond with oxygen. Copper powders with a peak area ratio (A3/A1) of 0.3 or more were copper powders with excellent low-temperature sinterability, although the reason is unknown. The peak area ratio (A3/A1) is preferably 0.3 to 0.7, more preferably 0.3 to 0.5.

上記のピーク面積比(A2/A1)やピーク面積比(A3/A1)を求めるため、X線光電子分光法(XPS)の測定・分析は以下のように行った。
装置:アルバック・ファイ株式会社製PHI 5000 Versa Probe II(中和銃つき)
励起源:単色化AlKα
出力:25.0W
検出面積:100μmΦ
入射角:90度
取り出し角:45度
測定においては、銅粉をペレット状に成型して測定した。
測定後のデータ解析には、データ解析ソフト:アルバック・ファイ株式会社製MultiPakを用いた。データ解析においては、フォークト関数を用いてピーク分割を行い、各ピークの面積を計算した。また、C1sに帰属できるピークのうち、最も結合エネルギーの低いピークの位置を284.8eVと補正した。
In order to obtain the above peak area ratio (A2/A1) and peak area ratio (A3/A1), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement and analysis were performed as follows.
Equipment: PHI 5000 Versa Probe II manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd. (with neutralization gun)
Excitation source: monochromatic AlKα
Output: 25.0W
Detection area: 100μmΦ
Incident angle: 90 degrees Extraction angle: 45 degrees In the measurement, copper powder was molded into a pellet shape and measured.
For data analysis after measurement, data analysis software: MultiPak manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd. was used. In data analysis, peak division was performed using the Voigt function, and the area of each peak was calculated. Furthermore, among the peaks that can be attributed to C1s, the position of the peak with the lowest binding energy was corrected to 284.8 eV.

(低温焼結性)
また、上記の銅粉は、比較的低い温度で焼結することが可能なものである。かかる低温焼結性は、次のようにして確認することができる。約0.3gの銅粉を直径5mmの円柱状の型に充填してから一軸加圧を行い、高さが約3mmの円柱状であって密度が4.7±0.1g/ccである圧粉体ペレットを作製する。その後、熱機械分析装置(TMA)を用いて、水素(H2)を2体積%で含むとともに残部が窒素(N2)である雰囲気の下、上記の圧粉体ペレットを25℃から10℃/minの速度で昇温する。このとき、温度の上昇に伴い、圧粉体ペレットを構成する銅粒子が焼結し、圧粉体の体積は減少して、金属銅の密度(約8.9g/cm3)に近づく。そのような圧粉体ペレットの収縮方向の円柱高さの変化率を線収縮率と称すると、この線収縮率が5%になるときの温度が低い方が、優れた低温焼結性を有する銅粉であると評価することができる。特に、上記の線収縮率が5%になるときの温度が350℃以下であることが好ましい。
(Low temperature sinterability)
Moreover, the above-mentioned copper powder can be sintered at a relatively low temperature. Such low-temperature sinterability can be confirmed as follows. Approximately 0.3 g of copper powder is filled into a cylindrical mold with a diameter of 5 mm, and then uniaxial pressure is applied to form a cylindrical mold with a height of approximately 3 mm and a density of 4.7 ± 0.1 g/cc. Produce compacted powder pellets. Thereafter, using a thermomechanical analyzer (TMA), the green powder pellets were analyzed from 25°C to 10°C in an atmosphere containing 2% by volume of hydrogen (H 2 ) and the balance being nitrogen (N 2 ). The temperature is raised at a rate of /min. At this time, as the temperature rises, the copper particles constituting the compact pellet are sintered, and the volume of the compact decreases, approaching the density of metallic copper (about 8.9 g/cm 3 ). If the rate of change in the cylinder height in the shrinkage direction of such a compacted powder pellet is called the linear shrinkage rate, the lower the temperature at which this linear shrinkage rate is 5%, the better the low-temperature sinterability. It can be evaluated as copper powder. In particular, it is preferable that the temperature at which the above-mentioned linear shrinkage rate becomes 5% is 350° C. or lower.

(製造方法)
以上に述べたような銅粉は、たとえば、化学還元法または不均化法を用いること等により製造することができる。銅粉の製造はそれらに限らないが、化学還元法の詳細については次のとおりである。
(Production method)
Copper powder as described above can be produced by, for example, using a chemical reduction method or a disproportionation method. Although the production of copper powder is not limited to these methods, details of the chemical reduction method are as follows.

化学還元法による場合は、たとえば、原料溶液として、銅塩水溶液、アルカリ水溶液及び還元剤水溶液等を用意する工程と、それらの原料溶液を混合、反応させ、銅粒子を含むスラリーを得る工程と、銅粒子を洗浄する工程と、固液分離を行う工程と、乾燥する工程と、必要に応じて粉砕する工程とをこの順序で行う。
より具体的な一例では、硫酸銅水溶液を、適切な反応温度に昇温した後、水酸化ナトリウム水溶液やアンモニア水溶液でpHを調整した後、ヒドラジン水溶液を一気に添加して反応を行い、硫酸銅を粒径100nm程度の亜酸化銅粒子へ還元する。亜酸化銅粒子を含むスラリーを反応温度に昇温した後、水酸化ナトリウムとヒドラジンとを含む水溶液を滴下し、さらにその後にヒドラジン水溶液を滴下することで亜酸化銅粒子を銅粒子へ還元させる。反応終了後、得られたスラリーを濾過し、次いで純水及びメタノールで洗浄し、更に乾燥させる。これにより、銅粉が得られる。
When using a chemical reduction method, for example, a step of preparing a copper salt aqueous solution, an alkaline aqueous solution, a reducing agent aqueous solution, etc. as a raw material solution, a step of mixing and reacting these raw material solutions to obtain a slurry containing copper particles, A step of washing the copper particles, a step of performing solid-liquid separation, a step of drying, and a step of pulverizing as necessary are performed in this order.
In a more specific example, a copper sulfate aqueous solution is heated to an appropriate reaction temperature, the pH is adjusted with a sodium hydroxide aqueous solution or an ammonia aqueous solution, and a hydrazine aqueous solution is added all at once to carry out the reaction. It is reduced to cuprous oxide particles with a particle size of about 100 nm. After heating the slurry containing cuprous oxide particles to the reaction temperature, an aqueous solution containing sodium hydroxide and hydrazine is added dropwise, and then an aqueous hydrazine solution is added dropwise to reduce the cuprous oxide particles to copper particles. After the reaction is completed, the resulting slurry is filtered, then washed with pure water and methanol, and further dried. Thereby, copper powder is obtained.

硫酸銅水溶液に添加するヒドラジン等の還元剤は、2価の銅を1価の銅(亜酸化銅)に還元するためのものである。このとき、還元剤を一気に添加すると、それにより生成される亜酸化銅粒子が上記のように微細になりやすい。比較的微細な亜酸化銅粒子が生成した後は、還元剤を分けて添加することができる。亜酸化銅粒子の生成後、主として、1回目に添加する還元剤は、金属銅の核の生成に利用され、また2回目に添加する還元剤は、その金属銅の核の成長に利用され得る。 The reducing agent such as hydrazine added to the copper sulfate aqueous solution is for reducing divalent copper to monovalent copper (cuprous oxide). At this time, if the reducing agent is added all at once, the resulting cuprous oxide particles tend to become fine as described above. After the relatively fine cuprous oxide particles are formed, the reducing agent can be added in portions. After the generation of cuprous oxide particles, the reducing agent added the first time is mainly used to generate the nucleus of metallic copper, and the reducing agent added the second time can be used for the growth of the nucleus of the metallic copper. .

なお、上記の製造では、銅塩水溶液として、硫酸銅もしくは硝酸塩の水溶液を用いることができる。アルカリ水溶液は具体的には、NaOH、KOHもしくはNH4OH等の水溶液とすることがある。還元剤水溶液の還元剤としては、ヒドラジンの他に水素化ホウ素ナトリウムやグルコースなどの有機物を挙げることができる。 In the above production, an aqueous solution of copper sulfate or nitrate can be used as the aqueous copper salt solution. Specifically, the alkaline aqueous solution may be an aqueous solution of NaOH, KOH, NH 4 OH, or the like. Examples of the reducing agent in the aqueous reducing agent solution include organic substances such as sodium borohydride and glucose in addition to hydrazine.

必要に応じて、銅粉を製造する過程の途中で、錯化剤や分散剤等の有機物を添加してもよい。たとえば、原料溶液を用意する工程から、銅粒子を含むスラリーを得る工程までの間に、ゼラチンやアンモニア、アラビアゴム等を一回以上添加することができる。 If necessary, an organic substance such as a complexing agent or a dispersing agent may be added during the process of producing copper powder. For example, gelatin, ammonia, gum arabic, etc. can be added one or more times between the step of preparing a raw material solution and the step of obtaining a slurry containing copper particles.

(用途)
このようにして製造された銅粉は、たとえば、樹脂材料及び分散媒等と混合してペースト状にし、半導体素子と基板との接合や配線形成に使用され得る導電性ペースト等に用いることに特に適している。
(Application)
Copper powder produced in this way is particularly suitable for use in conductive pastes, etc., which can be mixed with resin materials, dispersion media, etc., and made into a paste, which can be used for bonding semiconductor elements and substrates and for forming wiring. Are suitable.

次に、上述した銅粉を試作し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、これに限定されることを意図するものではない。 Next, the above-mentioned copper powder was prototyped and its effects were confirmed, which will be explained below. However, the description here is for the purpose of mere illustration, and is not intended to be limiting.

(発明例1)
始めに硫酸銅5水和物2400gとクエン酸30gを8.7Lの純水に溶かした水溶液に、水酸化ナトリウム540gとヒドラジン一水和物144gの混合水溶液6.7Lを一気に混合し、亜酸化銅のナノ粒子(平均粒径が約100nm)を含むスラリーを合成した。次いで、この亜酸化銅粒子が懸濁したスラリーを50℃以上に加熱し、ヒドラジン一水和物29gと水酸化ナトリウム252gの混合水溶液4.5Lを滴下し、水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを調整した。その後、さらにヒドラジン一水和物115gの水溶液1.3Lを滴下して、亜酸化銅を金属銅へ還元した。反応終了後、デカンテーションを繰り返し水洗し、乾燥・粉砕を行って、銅粉を得た。
(Invention example 1)
First, 6.7 L of a mixed aqueous solution of 540 g of sodium hydroxide and 144 g of hydrazine monohydrate was mixed at once into an aqueous solution of 2,400 g of copper sulfate pentahydrate and 30 g of citric acid dissolved in 8.7 L of pure water. A slurry containing copper nanoparticles (average particle size of about 100 nm) was synthesized. Next, the slurry in which the cuprous oxide particles were suspended was heated to 50°C or higher, 4.5 L of a mixed aqueous solution of 29 g of hydrazine monohydrate and 252 g of sodium hydroxide was added dropwise, and the sodium hydroxide aqueous solution was added to adjust the pH. adjusted. Thereafter, 1.3 L of an aqueous solution of 115 g of hydrazine monohydrate was added dropwise to reduce the cuprous oxide to metallic copper. After the reaction was completed, the product was repeatedly washed with water by decantation, dried and pulverized to obtain copper powder.

(発明例2)
亜酸化銅を含むスラリーを合成するまでは発明例1と同様とした。次いで、ヒドラジン一水和物43gと水酸化ナトリウム252gの混合水溶液4.5Lを滴下してから、pHを調整し、さらにヒドラジン一水和物101gの水溶液1.3Lを滴下して亜酸化銅を金属銅へ還元し、同様に水洗・乾燥・粉砕を行った。
(Invention example 2)
The procedure was the same as Invention Example 1 until the slurry containing cuprous oxide was synthesized. Next, 4.5 L of a mixed aqueous solution of 43 g of hydrazine monohydrate and 252 g of sodium hydroxide was added dropwise, the pH was adjusted, and 1.3 L of an aqueous solution of 101 g of hydrazine monohydrate was added dropwise to remove cuprous oxide. It was reduced to metallic copper, washed with water, dried, and crushed in the same manner.

(発明例3、4、5)
亜酸化銅を含むスラリーを合成するまでは発明例1と同様とした。次いで、ヒドラジン一水和物72gと水酸化ナトリウム252gの混合水溶液4.5Lを滴下してから、pHを調整し、さらにヒドラジン一水和物72gの水溶液1.3Lを滴下して亜酸化銅を金属銅へ還元し、同様に水洗・乾燥・粉砕を行った。
(Invention examples 3, 4, 5)
The procedure was the same as Invention Example 1 until the slurry containing cuprous oxide was synthesized. Next, 4.5 L of a mixed aqueous solution of 72 g of hydrazine monohydrate and 252 g of sodium hydroxide was added dropwise, the pH was adjusted, and 1.3 L of an aqueous solution of 72 g of hydrazine monohydrate was added dropwise to dissolve cuprous oxide. It was reduced to metallic copper, washed with water, dried, and crushed in the same manner.

(比較例1)
硫酸銅5水和物2400gとクエン酸30gを8.7Lの純水に溶かした水溶液に、水酸化ナトリウム540gとヒドラジン一水和物144gの混合水溶液6.7Lを滴下し、亜酸化銅を合成した。次いで、亜酸化銅が懸濁したスラリーを70℃に調整し、水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを10に調整した。その後、ヒドラジン一水和物14gと水酸化ナトリウムを加えて、亜酸化銅の一部の金属銅への還元を開始した。さらに、クエン酸水溶液を添加してからヒドラジン一水和物を加えて、穏やかに還元を数時間行った。反応終了後、水洗・乾燥・粉砕を行って、銅の粉体を得た。この銅の粉体600gに、表面処理を施すため、酸素濃度が高く分子量の小さなマロン酸0.3gを含有する水溶液2Lを加え、室温下にて350rpmで60分攪拌して粒子表面にマロン酸を吸着させ、その後、洗浄・乾燥を行って銅粉を作製した。
(Comparative example 1)
To an aqueous solution of 2400 g of copper sulfate pentahydrate and 30 g of citric acid dissolved in 8.7 L of pure water, 6.7 L of a mixed aqueous solution of 540 g of sodium hydroxide and 144 g of hydrazine monohydrate was added dropwise to synthesize cuprous oxide. did. Next, the slurry in which cuprous oxide was suspended was adjusted to 70°C, and the pH was adjusted to 10 by adding an aqueous sodium hydroxide solution. Thereafter, 14 g of hydrazine monohydrate and sodium hydroxide were added to start reducing some of the cuprous oxide to metallic copper. Furthermore, citric acid aqueous solution was added and then hydrazine monohydrate was added to carry out gentle reduction for several hours. After completion of the reaction, washing with water, drying, and pulverization were performed to obtain copper powder. To perform surface treatment on 600 g of this copper powder, 2 L of an aqueous solution containing 0.3 g of malonic acid with high oxygen concentration and small molecular weight was added, and the mixture was stirred at 350 rpm for 60 minutes at room temperature to coat the surface of the particles with malonic acid. was adsorbed, and then washed and dried to produce copper powder.

(比較例2)
市販の銅粉を入手した。
(Comparative example 2)
I obtained commercially available copper powder.

(評価)
上述した発明例1~5並びに比較例1及び2の各銅粉について、先に述べた測定方法等を行い、BET比表面積、粒径、炭素含有量、酸素含有量、低温焼結性並びに、各ピーク面積A1、A3及びA2を確認した。その結果を表1に示す。なお参考までに、発明例5のXPSによるC1sスペクトルを図1に示す。
(evaluation)
Each of the copper powders of Invention Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 described above was subjected to the measurement method described above, and the BET specific surface area, particle size, carbon content, oxygen content, low temperature sinterability, and Each peak area A1, A3 and A2 was confirmed. The results are shown in Table 1. For reference, the C1s spectrum of Invention Example 5 by XPS is shown in FIG.

表1に示すところから、発明例1~5はいずれも、C/SSAが0.07以下であり、ピーク面積比(A2/A1)が0.5以上であることから、TMAによる5%収縮温度の結果から解かるように、低温焼結性に優れたものであった。その中でもピーク面積比(A3/A1)が0.3よりも大きい発明例2~5はTMAによる5%収縮温度が280℃未満であった。 From what is shown in Table 1, all invention examples 1 to 5 have a C/SSA of 0.07 or less and a peak area ratio (A2/A1) of 0.5 or more, so 5% shrinkage due to TMA As can be seen from the temperature results, it had excellent low-temperature sinterability. Among them, invention examples 2 to 5 with a peak area ratio (A3/A1) greater than 0.3 had a 5% shrinkage temperature due to TMA of less than 280°C.

一方、比較例1は、C/SSAが0.07より大きかったので、TMAによる5%収縮温度が高くなった。比較例2は、ピーク面積比(A2/A1)が0.5より小さく、TMAによる5%収縮温度が高かった。 On the other hand, in Comparative Example 1, the C/SSA was greater than 0.07, so the 5% shrinkage temperature due to TMA was high. In Comparative Example 2, the peak area ratio (A2/A1) was smaller than 0.5 and the 5% shrinkage temperature due to TMA was high.

よって、発明例1~5の銅粉は、低温焼結性に優れたものであるといえる。 Therefore, it can be said that the copper powders of Invention Examples 1 to 5 have excellent low-temperature sinterability.

Claims (6)

BET比表面積(m2/g)に対する炭素含有量C(質量%)の比(C/SSA)が0.07以下であり、
X線光電子分光法によるC1sスペクトルにおいて、284eV~285eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A1に対する、288eV~289.2eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A2のピーク面積比(A2/A1)が、0.5以上である銅粉。
The ratio (C/SSA) of carbon content C (mass%) to BET specific surface area (m 2 /g) is 0.07 or less,
In the C1s spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy, the peak area ratio (A2/A1 ) is 0.5 or more.
X線光電子分光法によるC1sスペクトルにおいて、284eV~285eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A1に対する、286eV~288eVの範囲にピークトップを有するピークの面積A3のピーク面積比(A3/A1)が、0.3以上である請求項1に記載の銅粉。 In the C1s spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy, the peak area ratio (A3/A1) of the area A3 of the peak having the peak top in the range of 286 eV to 288 eV to the area A1 of the peak having the peak top in the range of 284 eV to 285 eV is , 0.3 or more. 前記ピーク面積比(A2/A1)が1.0以下である請求項1又は2に記載の銅粉。 The copper powder according to claim 1 or 2, wherein the peak area ratio (A2/A1) is 1.0 or less. BET比表面積が0.5m2/g~10.0m2/gである請求項1又は2のいずれか一項に記載の銅粉。 The copper powder according to claim 1 or 2, having a BET specific surface area of 0.5 m 2 /g to 10.0 m 2 /g. BET比表面積から算出される平均粒径が0.05μm~2.00μmである請求項1又は2に記載の銅粉。 The copper powder according to claim 1 or 2, wherein the average particle diameter calculated from the BET specific surface area is 0.05 μm to 2.00 μm. BET比表面積(m2/g)に対する酸素含有量O(質量%)の比(O/SSA)が0.15よりも大きい請求項1又は2に記載の銅粉。 The copper powder according to claim 1 or 2, wherein the ratio (O/SSA) of oxygen content O (mass %) to BET specific surface area (m 2 /g) is larger than 0.15.
JP2022110736A 2022-07-08 2022-07-08 copper powder Pending JP2024008681A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022110736A JP2024008681A (en) 2022-07-08 2022-07-08 copper powder
TW111128572A TW202402678A (en) 2022-07-08 2022-07-29 copper powder
PCT/JP2022/029352 WO2024009522A1 (en) 2022-07-08 2022-07-29 Copper powder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022110736A JP2024008681A (en) 2022-07-08 2022-07-08 copper powder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024008681A true JP2024008681A (en) 2024-01-19

Family

ID=89453158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022110736A Pending JP2024008681A (en) 2022-07-08 2022-07-08 copper powder

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2024008681A (en)
TW (1) TW202402678A (en)
WO (1) WO2024009522A1 (en)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102118308B1 (en) * 2012-11-26 2020-06-03 미쓰이금속광업주식회사 Copper powder and method for producing same
JP6168837B2 (en) * 2013-05-13 2017-07-26 国立大学法人東北大学 Copper fine particles and method for producing the same
US10340154B2 (en) * 2015-10-02 2019-07-02 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Bonding junction structure
JP7039126B2 (en) * 2016-12-28 2022-03-22 Dowaエレクトロニクス株式会社 Copper powder and its manufacturing method
JP6955377B2 (en) * 2017-06-16 2021-10-27 三井金属鉱業株式会社 Copper particles
TWI792540B (en) * 2020-09-15 2023-02-11 日商Jx金屬股份有限公司 Copper powder and copper powder manufacturing method
JP7122436B1 (en) * 2021-06-08 2022-08-19 Jx金属株式会社 copper powder

Also Published As

Publication number Publication date
TW202402678A (en) 2024-01-16
WO2024009522A1 (en) 2024-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ishizaki et al. A new one-pot method for the synthesis of Cu nanoparticles for low temperature bonding
JP6274444B2 (en) Method for producing copper powder
KR101141839B1 (en) Silver Powder and Method for Producing Same
WO2011115213A1 (en) Process for production of nickel nanoparticles
JP2005314755A (en) Flake copper powder, production method therefor and conductive paste
JP6842836B2 (en) Method for manufacturing copper paste and copper sintered body
WO2022259630A1 (en) Copper powder
JPWO2018181482A1 (en) Copper particles and method for producing the same
JP5525301B2 (en) Method for producing metal fine particles / metal oxide fine particles, metal fine particles / metal oxide fine particles, metal-containing paste, and metal film / metal oxide film
JP2020053404A (en) Copper paste and manufacturing method of sintered body of copper
JP2010043339A (en) Nickel powder and its method for manufacturing
JP4701426B2 (en) Copper powder and copper powder manufacturing method
JP5255580B2 (en) Method for producing flake copper powder
WO2024009522A1 (en) Copper powder
WO2010018781A1 (en) Composite nanoparticle and process for producing same
WO2013111939A1 (en) Porous metal nanopowder and method for manufacturing same
JP2013040358A (en) Method for manufacturing metal porous body
JP2015096637A (en) Copper-containing fine-particle aggregate and production method thereof
TW201338893A (en) Silver powder
JP5063624B2 (en) Method for producing nickel fine particles
JP6815619B2 (en) Manufacturing method of copper particles
JP6179423B2 (en) Method for producing sulfur-containing nickel powder
Wencheng et al. Thermal behavior of copper powder prepared by hydrothermal treatment
JP2021161495A (en) Nickel particle and method for producing the same, as well as conductive composition
JP2022180322A (en) Copper powder and conductive composition comprising the same, and wiring structure comprising the same and method for producing conductive member using the same