JP3640552B2

JP3640552B2 - 粒度分布の小さい銅粉の製造法

Info

Publication number: JP3640552B2
Application number: JP32386698A
Authority: JP
Inventors: 和司佐野; 美洋岡田; 宏昌三好
Original assignee: Dowa Holdings Co Ltd; Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: JP2000144217A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，湿式法による銅粉製造法に係り，特に，粒径の揃った銅粉を，意図する粒径のものに自在に制御して製造する銅粉製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より，絶縁基板上に導電ペーストをスクリーン印刷して厚膜回路基板を作製する場合，該導電ペーストとしては銀系ペーストが主に使用されてきたが，銅ペーストも使用される傾向にある。銅ペーストは銀系ペーストに比べて次のような利点があるからである。
【０００３】
(1) マイグレーションが起き難いのでショートし難い。
(2) 導体抵抗および高周波損失が小さいので回路の微細化が可能である。
(3) 耐半田性に優れるので信頼性が高い。
(4) 低コスト化が可能である。
【０００４】
このような利点をもつ銅ペーストは，粒径が０.５〜１０μｍ程度の銅粉をビヒクルに分散させることによって得られる。
【０００５】
銅粉の製造法としては，機械的粉砕法，溶融銅を噴霧するアトマイズ法，陰極への電解析出法，蒸発蒸着法，湿式還元法等が知られている。これらはそれぞれ得失があるが，湿式還元法はペースト用に適する粒径の微細粉を比較的容易に得ることができるので，導電ペースト用銅粉を製造する場合の主流となっており，例えば特開平４−１１６１０９号公報，特開平２−１９７０１２号公報および特開昭６２−９９４０６号公報には湿式還元法による銅粉の製造法が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の湿式還元法では，得られる銅粉の粒径は一義的に決まることが多い。ところが，銅粉は一般にその平均粒径によってその用途が異なるので，用途に応じた粒径のものを自由に製造できることが望まれる。また，従来の湿式還元法では，粒径が大きくなると，その粒度の分布も大きくなるのが一般であり，所定の平均粒径をもつ粒度の銅粉を得ても，粒度分布が大きいために，必要とする特性が出ない場合があった。
【０００７】
このように，従来の湿式還元法では粒径が分布し，形状も一定せず，またその粒径を正確にコントロールすることは困難であり，粒径分布，形状および粒径の制御は経験に頼らざるを得なかった。したがって，磁気シールド用銅粉，導電ペーストや導電フイラー用銅粉など，用途に応じて要求される性状を満足するように銅粉を製造することは必ずしも容易ではなかった。
【０００８】
本発明の課題は，このような問題を解決し，大きさが任意の粒径の揃った（粒度分布の幅が狭い）銅粉を湿式還元法で得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決すべく本発明者らは鋭意研究を重ねたところ，従来の湿式還元法における還元過程で，適正に酸化工程を導入すると，この酸化工程の条件設定によって，粒径，形状，粒度分布を自在に調整できることを知見した。
【００１０】
本発明はこの知見に基づくものであり，銅塩水溶液とアルカリ剤を反応させて水酸化銅を析出させた懸濁液に還元剤を添加して亜酸化銅にまで中間還元し，該亜酸化銅の懸濁液に酸素含有ガスを吹き込んで酸化処理し，次いで還元剤で金属銅にまで水中で最終還元する銅粉の製造法であって，前記酸素含有ガスの吹き込み量と時間を調整することにより銅粉の粒径を制御することを特徴とする度分布の小さい銅粉の製造法を提供する。
【００１１】
ここで，酸素含有ガスは空気を使用することができ，また銅塩水溶液は硫酸銅水溶液を，アルカリ剤はＮａＯＨ水溶液を使用することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
湿式還元法による銅粉の一般的な製造法は，銅塩水溶液とアルカリ剤を反応させて水酸化銅を析出させる工程，得られた水酸化銅を亜酸化銅にまで水中で中間還元する工程，得られた亜酸化銅を金属銅に水中で最終還元する工程からなり，得られた金属銅は液から分離したあと，耐酸化性付与のための表面処理を施し或いは施すことなく，乾燥することによって微細銅粉を得るものである。本発明においては，このような湿式還元法の還元途中で酸化処理を挿入する点に特徴がある。すなわち，亜酸化銅までの還元が完了した段階で，酸素含有ガス吹き込みによる酸化処理を行い，この酸化処理後に最終還元を行うのであり，この酸化処理以外の前後の工程は従来法と同様であってもよい。
【００１３】
本発明者らは，この酸化処理を挿入すると，最終還元後の銅粉の粒径分布が小さくなることを見い出し，また酸化処理の程度を調節することによりその平均粒径を自在に変化させることができることを見い出した。このような酸化処理が，従来の湿式還元法で採用されたとする報告はない。
【００１４】
亜酸化銅の懸濁液に吹き込む酸素含有ガスの量を多くすると最終還元されたときの銅粉の粒径は大きくなる。酸素含有ガスの吹き込み量は流量と吹き込み時間で決まるが，この流量と吹き込み時間を調節することにより，銅粉の粒径制御を正確に行えることがわかった。また，この酸化処理を行うと，行わない場合に比べて，粒度分布の幅が狭くなって粒径の揃った粒子が得られ，しかも，その形状も，球状のものを得る場合には，殆んどが球状になることがわかった。このような成果を得るに必要な酸素含有ガスの吹き込み量は，液中の銅１モルに対して酸素量が少なくとも０.１モル以上となるように流量と吹き込み時間を調節するのがよい。吹き込み量の上限については特に規制しないが，あまり吹き込み量が多くなっても効果が飽和するので，吹き込みの仕方にもよるが，液中の銅１モルに対して酸素量が２０モル以下，場合によっては１０モル以下であってもよい。吹き込む酸素含有ガスとしては空気の使用が最も便利であり，特別のことがない限り，常温の空気を常温の懸濁液に吹き込めばよい。もちろん酸素富化空気や純酸素ガスも使用できる。
【００１５】
この酸化処理は，亜酸化銅にまで還元された還元途中の段階で行うことが望ましく，銅塩水溶液とアルカリ剤を反応させて水酸化銅を析出させた段階で酸化処理を行っても，最終銅粉の粒度分布や粒径の制御性はそれほどよくはなく，かえって酸化処理が無駄な工程となってしまうことにもなりかねない。
【００１６】
本発明法において，亜酸化銅にまで還元された段階で酸化処理を行うこと以外は，従来の湿式還元法と同様の処理を行うことができる。すなわち，まず銅塩水溶液とアルカリ剤を反応させて水酸化銅を析出させる工程では，銅塩水溶液としては硫酸銅水溶液を，またアルカリ剤としてはＮａＯＨ水溶液が最も普通に使用でき，場合によっては，前者は塩化銅，炭酸銅，硝酸銅などの水溶液であってもよく，後者についても他に影響を与えないアルカリ剤であれば使用可能である。水酸化銅の析出反応は，所定濃度の銅塩水溶液と所定の濃度のアルカリ水溶液を別途に作製し，両液を混ぜ合わせて直ちに強攪拌する方法，或いは銅塩水溶液にアルカリ水溶液を攪拌下に添加し続けるという方法で進行させるのがよい。これにより粒状の水酸化銅が析出した懸濁液が得られる。
【００１７】
ついで，得られた水酸化銅懸濁液に対して，還元剤を添加して水酸化銅を亜酸化銅に還元（中間還元）するが，この還元剤にはグリコース（ブドウ糖）が使用できる。この中間還元工程は不活性ガス雰囲気下で昇温しながら行うのがよい。そして，この中間還元処理を終えたあと，雰囲気ガスを酸素含有ガスに代え，この酸素含有ガスを液中にバブリングするという前記の酸化処理を行う。この中間還元後に酸化処理を行うことにより，液のｐＨは５〜９となる。次いで，この懸濁液を不活性ガス雰囲気下でデカンテーションし，その上澄液を除去することにより，沈殿を採取する。
【００１８】
この沈殿を新たな水中に懸濁させ，還元剤として抱水ヒドラジンを用いて金属銅にまで最終還元する。こうして得られた液中の金属銅を液から分離し，これを耐酸化性付与のための表面処理を施し，或いは施すことなく，乾燥することにより，金属銅粉を得ることができる。
【００１９】
このようにして本発明は，水酸化銅から金属銅粉に還元する通常の湿式還元法において，その還元途中で酸化処理工程を導入することにより，粒径の揃った金属銅粉を得ることに成功したもので，しかも，その粒径の大きさも任意に調整できるので，用途に適した性質の銅粉を効率よく製造できるようになり，金属銅粉の価値を大いに高めることができる。
【００２０】
【実施例】
〔実施例１〕
次の硫酸銅水溶液Ａとアルカリ水溶液Ｂを準備した。
硫酸銅水溶液Ａ：
〔ＣｕＳＯ₄・５Ｈ₂Ｏ：０.６９２５Ｋｇ〕＋〔純水：２.２０Ｋｇ〕
アルカリ水溶液Ｂ：
〔濃度48.3％のＮａＯＨ水溶液：０.５７８Ｋｇ〕＋〔純水：４.１２Ｋｇ〕
【００２１】
温度２７℃に保持した該アルカリ水溶液Ｂに，温度２９℃の該硫酸銅水溶液Ａを全量添加し強攪拌する。発熱によりＡ＋Ｂの液の温度は３４℃まで上昇し，液中に水酸化銅が析出した懸濁液が得られる。この液のｐＨは１３.７４である。Ａ液とＢ液の混合量比は，液中の銅に対して苛性ソーダの当量比が１.２５である。
【００２２】
得られた水酸化銅懸濁液の全量に対し，純水１.４１Ｋｇに０.９９３５Ｋｇのブドウ糖を溶かしたブドウ糖溶液を添加し，添加後３０分間で液の温度を７０℃まで昇温したあと，１５分間保持する。ここまでの処理操作は全て窒素雰囲気下で行う。
【００２３】
ついで，この液中に０.７リットル／分の流量で２００分間にわたって空気をバブリングさせる。これにより，液のｐＨは６.２となる。
【００２４】
この懸濁液を窒素雰囲気中で２日間静置したあと，上澄液（ｐＨ６.９２）を除去し，沈殿をほぼ全量採取し，この沈殿物に純水０.７Ｋｇを追加する。
【００２５】
この懸濁液全量に対し，抱水ヒドラジン０.０６５Ｋｇを添加する。発熱反応により液の温度は５０℃に昇温し，最終的に８０℃まで昇温し，反応が終了する。反応終了後の懸濁液を固液分離し，銅粉を採取し，これを１２０℃の窒素雰囲気中で乾燥して粒状銅粉を得る。
【００２６】
得られた銅粉を電子顕微鏡ＳＥＭ像で，平均粒径，粒度分布，形状の調査を行い，その結果を表１および図１に示した。これらの調査は，該ＳＥＭ像中に１００〜２００個の粒子が入る視野を囲い，この視野内で見える全粒子について，長径と短径を計測することによって行った。すなわち，平均粒径＝（ΣＸ³/粒子個数)^1/3で求めた。ただし，Ｘ＝（長径＋短径）／２である。また，粒度分布は（長径＋短径）／２の値を横軸にとり，その頻度数を縦軸にして粒度分布を図面上にプロットして統計処理した。図１にその結果を示した。粒子の形状については，長径／短径の値が０.９〜１.０の範囲に入る粒子数を数え，この範囲に入る粒子数の割合が９０％以上の場合には球形，７０〜９０％未満の場合にはほぼ球形，７０％未満の場合には非球形とした。
【００２７】
〔実施例２〜３〕
空気のバブリング条件を表１のように各種変化させた以外は，実施例１を繰り返した。その結果，各例において表１および図２〜３に示す特性の銅粉が得られた。また，実施例１〜３で得られた銅粉の各電子顕微鏡ＳＥＭ像をそれぞれ図５〜図７に示した。
【００２８】
〔対照例〕
空気のバブリングを行わなかった以外は，実施例１を繰り返した。その結果，表１および図４に示す特性の銅粉が得られた。その電子顕微鏡ＳＥＭ像を図８に示した。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１および図１〜８の結果から，実施例１〜３ではいずれも粒径分布が小さい球状の銅粉が得られたがことがわかる。また，その平均粒径は空気のバブリング条件を変えると変わることがわかる。すなわち，空気のバブリング量と時間を調整することにより，粒径分布の小さい，意図する粒径の球状銅粉を得ることができることが明らかである。これに対して，空気のバブリングを行わない対照例では粒度分布が大きくなり，また形状もばらついている。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によると，湿式還元法によって粒度分布の小さな形状が一定の銅粉を意図する粒度で得ることができる。したがって，用途に応じた形状と粒径をもつ銅粉の製造が可能となり，銅粉用途での品質向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１で得られた銅粉の粒度分布示した図である。
【図２】本発明の実施例２で得られた銅粉の粒度分布示した図である。
【図３】本発明の実施例３で得られた銅粉の粒度分布示した図である。
【図４】本発明の対照例で得られた銅粉の粒度分布示した図である。
【図５】本発明の実施例１で得られた銅粉の電子顕微鏡写真像であり，倍率５０００倍で見たものである。
【図６】本発明の実施例２で得られた銅粉の電子顕微鏡写真像であり，倍率５０００倍で見たものである。
【図７】本発明の実施例３で得られた銅粉の電子顕微鏡写真像であり，倍率５０００倍で見たものである。
【図８】本発明の対照例で得られた銅粉の電子顕微鏡写真像であり，倍率５０００倍で見たものである。

Claims

銅塩水溶液とアルカリ剤を反応させて水酸化銅を析出させた懸濁液に還元剤を添加して亜酸化銅にまで中間還元し，該亜酸化銅の懸濁液に酸素含有ガスを吹き込んで酸化処理し，次いで還元剤で金属銅にまで水中で最終還元する銅粉の製造法であって，前記酸素含有ガスの吹き込み量と時間を調整することにより銅粉の粒径を制御することを特徴とする粒度分布の小さい銅粉の製造法。
酸素含有ガスは空気である請求項１に記載の粒度分布の小さい銅粉の製造法。
銅塩水溶液は硫酸銅水溶液であり，アルカリ剤はＮａＯＨ水溶液である請求項１または２に記載の銅粉の製法。