JP3722282B2 - 金属粒子含有組成物、導電ペースト及びその製造方法 - Google Patents

金属粒子含有組成物、導電ペースト及びその製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電ペースト用金属粒子含有組成物、導電ペースト及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化に伴い、これらに用いられる電子部品もまた小型化が要求されている。なかでもセラミックスを使用したインダクタ、コンデンサ、フィルタ等の機能部品は、多層積層構造により、特性の向上とともに、小型化が図られるようになってきた。
【０００３】
このような積層部品は、セラミックス粉末を有機ビヒクルと混合し、シート法または印刷法等の手段で作製されたグリーンシートに、電極となる導電ペーストを印刷し、積層、圧着及び切断等の工程を経た後、焼成され、更に、外部電極を形成することにより製造される。導電ペーストは、所定の金属粉末を、有機ビヒクル及び有機溶剤中に分散させたものからなる。
【０００４】
導電ペーストに用いられる金属粉末の製造方法としては、気相化学反応法、沈殿還元法、還元析出法または熱還元法等と称される種々の方法が知られている。何れの場合も、金属粉末を水洗浄した後、乾燥させて製造される。導電ペーストの調整に当っては、乾燥した金属粉末を、有機ビヒクル及び有機溶剤中に分散させていた。
【０００５】
しかしながら、乾燥した金属粉末は凝集し易く、金属粉末が本来持っている粒径よりも大きな粒径の金属凝集粒子を生成してしまう。特に最近は、電極膜厚の薄膜化に対応して、金属粉末の微粉化が進行しており、金属粉末の凝集が発生し易くなっている。
【０００６】
金属粉末の凝集が発生すると、この金属粉末を、有機ビヒクル及び有機溶剤中に分散させて、導電ペーストを調整した場合、導電ペーストに大きな金属凝集粒子が内在することになってしまう。金属凝集粒子の内在する導電ペーストを用いて電子部品の電極を形成した場合、電子部品の信頼性及び歩留を著しく低下させる。例えば、セラミック積層部品の内部電極を形成した場合、図２に示すように、内部電極１に金属凝集粒子１１が発生することがある。金属凝集粒子１１の粒径が、内部電極１の膜厚よりも大きくなると、内部電極１−１間のセラミックス２の部分を極端に圧迫し、信頼性を著しく低下させるとともに、歩留を低下させる。
【０００７】
金属凝集粒子を、元の金属粒子に分離するためには、導電ペースト製造における混合分散に長時間をかけなければならず、必然的に工程効率の低下、コストアップを招いてしまう。
【０００８】
更に、従来、導電ペーストは、金属粉末をビヒクル及び有機溶剤と混合した後、三本ロールを用い、混練分散させていたが、三本ロールによる分散作業には、機械的な構造から種々の危険性を伴い、作業自体も熟練度が要求されるなど、製造時に適切に管理しなければならない点が多く、煩雑である。しかも、分散作業時間が長いことからコストアップも招く。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、金属粒子の凝集を起こさない金属粒子含有組成物、及び、導電ペーストを提供することである。
【００１０】
本発明のもう一つの課題は、電子部品の信頼性及び歩留を著しく向上させ得る金属粒子含有組成物、及び、導電ペーストを提供することである。
【００１１】
本発明の更にもう一つの課題は、上述した金属粒子含有組成物、及び、導電ペーストを、安価に製造する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る導電ペースト用金属粒子含有組成物は、溶剤と、金属粒子または金属化合物粒子とを含む。前記溶剤は、導電ペーストに含まれるべき有機成分と相溶性を持っている。前記金属粒子または前記金属化合物粒子（以下金属粒子と称する）は、乾燥しており、その表面に前記溶剤が付着している。
【００１３】
上述したように、本発明に係る導電ペースト用金属粒子含有組成物は、乾燥した金属粒子の表面に、導電ペーストに含まれるべき有機成分と相溶性を持つ溶剤が付着しているから、金属粒子が、１μｍ以下、例えば、０．２μｍ以下の粒径に微小化されても、良好な分散性を確保できる。このため、金属粉末の分散に起因する種々の問題が解決され、信頼性、及び、歩留が著しく向上する。
【００１４】
しかも、金属粒子の凝集が発生しないのに加えて、溶剤が導電ペーストに含まれるべき有機成分と相溶性を持つため、導電ペースト製造時に、金属粒子含有組成物を、有機ビヒクル及び溶剤に極めて円滑、均一、かつ迅速に分散させることができる。このため、混合分散に要する作業時間が著しく短縮され、工程効率が向上し、コストダウンが図られる。
【００１５】
本発明に係る導電ペースト用金属粒子含有組成物は、水洗浄を経て生成された未乾燥の金属粒子に、導電ペーストに含まれるべき、有機成分と相溶性を持つ溶剤を加え、この溶剤によって水を置換し、その後に乾燥させることによって製造することができる。
【００１６】
水洗浄を経て生成された金属粒子に加えられる溶剤は遅乾性溶剤であり、金属粒子に付着する。図１は、この状態を模式的に示す図で、金属粒子１２の周りに、溶剤１３が付着している状態を示している。このため、溶剤１３の付着した金属粒子１２が沈殿し、水から分離される。
【００１７】
本発明に係る導電ペースト用金属粒子含有組成物の製造工程において用いられる溶剤としては、この種の溶剤として従来より周知のもであれば、使用することができる。具体的一例としては、例えば、ブチルカルビトール等を挙げることができる。この溶剤は、金属粒子群の全表面積に対し０．００２５〜０．０２ｇ／ｍ2の範囲で加えられる。この意味するところは、金属粒子の１つを取り出して見た場合、溶剤が、金属粒子のほぼ全表面に付着している場合のみならず、金属粒子の表面に部分的に付着している状態をも含むということである。
【００１８】
金属粒子は、従来より周知の製造方法、例えば、気相化学反応法、沈殿還元法、還元析出法または熱還元法等によって製造できる。水洗浄後に乾燥させることなく、溶剤を加えて水を置換し、その後、乾燥させる。本発明に適用される金属粒子には、材料上の制限は殆どない。Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ｐｄ、またはこれらの合金等の粒子に、広く適用できる。
【００１９】
本発明に係る導電ペーストの製造方法では、上述した金属粒子含有組成物と、有機成分、具体的には、有機ビヒクル及び溶剤と混合する。
【００２０】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。但し、本発明に係る事例に限定されるものではない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
＜実施例１＞
ａ．金属粒子含有組成物の製造方法
気相化学反応法により得られたＮｉ金属粒子を水洗浄し、比表面積１．７ｍ2／ｇのＮｉ金属粒子及び水を含むスラリーを得た。このスラリーは、Ｎｉ金属粒子１００重量部に対して、水が８０重量部含まれていた。
【００２２】
上述したスラリーに対し、溶剤としてブチルカルビトール０．２〜０．７重量部を混合し、Ｎｉ金属粒子を凝集沈降させ、水を分離した。こうして得られたスラリーには、Ｎｉ金属粒子１００重量部に対して、水が５〜１０重量部含まれていた。そこで、水の分離を更に促進するため、当該スラリーに溶剤としてブチルカルビトール０．２〜２．５重量部を加えて混合した後、当該スラリーを乾燥させた。これにより、乾燥したＮｉ金属粒子に、ブチルカルビトールを残存させたＮｉ金属粒子含有組成物が得られる。
【００２３】
ｂ．導電ペーストの製造法
上記工程によって得られた金属粒子含有組成物を用い、Ｎｉ金属粒子含有率５０ｗｔ％、及び、所定の粘度になるように、有機ビヒクル及び有機溶剤を加えて混合し、導電ペーストを製造した。この導電ペーストを、ドクターブレード法によりシート化し、乾燥させた。これを試料No.１とする。
【００２４】
＜比較例１＞
ａ．金属粉末の製造方法
気相化学反応法により得られたＮｉ金属粒子を水洗浄し、更に、乾燥させて、比表面積１．７ｍ2／ｇのＮｉ金属粒子（乾燥Ｎｉ金属粉末）を得た。
【００２５】
ｂ．導電ペーストの製造法
上記工程によって得られた金属粒子含有組成物を用い、Ｎｉ金属粒子含有率５０ｗｔ％、及び、所定の粘度になるように、有機ビヒクル及び有機溶剤を加えて混合し、導電ペーストを製造した。この導電ペーストを、ドクターブレード法によりシート化し、乾燥させた。これを試料No.２とする。
【００２６】
＜評価方法及び評価結果＞
試料１，２について、乾燥シートの密度、及び、表面粗さについて評価した。乾燥シートの密度は、乾燥させたシートを所定の大きさに切断し、その体積と重量から算出した値を評価した。
【００２７】
乾燥シート表面粗さは、表面粗さ計（株式会社東京精密製サーフコム５７０Ａ、ルビー端子０．８ｍｍＲ）を用いて測定し、評価した。表１に評価結果を示す。
表１中の数値はサンプル数１０個の平均である。
Figure 0003722282
表１に示されているように、本発明の実施例１で得られた試料No.１は、乾燥シート表面粗さＲａ、Ｒｍａｘが、比較例１で得られた試料No.２のそれの約４０％改善されており、極めて表面性のよい電極膜が得られていることが解る。
【００２８】
＜実施例２＞
ａ．金属粒子含有組成物（粒子）の製造方法
沈殿還元法により得られたＡｇ金属粒子を水洗浄し、比表面積３．６ｍ2／ｇのＡｇ金属粒子及び水を含むスラリーを得た。このスラリーは、Ａｇ金属粒子１００重量部に対して、水が８０重量部含まれていた。
【００２９】
上述したスラリーに対し、溶剤としてブチルカルビトール０．４〜１．４重量部を混合し、Ａｇ金属粒子を凝集沈降させ、水を分離した。こうして得られたスラリーには、Ａｇ金属粒子１００重量部に対して、水が５〜１０重量部含まれていた。そこで、水の分離を更に促進するため、当該スラリーに溶剤としてブチルカルビトール０．４〜５重量部を加えて混合した後、当該スラリーを乾燥させた。これにより、乾燥したＡｇ金属粒子に、ブチルカルビトールを残存させたＡｇ金属粒子含有組成物が得られる。
【００３０】
ｂ．導電ペーストの製造法
上記工程によって得られた金属粒子含有組成物を用い、Ａｇ金属粒子含有率８０ｗｔ％、及び、所定の粘度になるように、有機ビヒクル及び有機溶剤を加えて混合し、導電ペーストを製造した。この導電ペーストを、ドクターブレード法によりシート化し、乾燥させた。これを試料No.３とする。
【００３１】
＜比較例２＞
ａ．金属粉末の製造方法
沈殿還元法により得られたＡｇ金属粒子を水洗浄し、更に、乾燥させて、比表面積３．６ｍ2／ｇのＡｇ金属粒子（乾燥Ａｇ金属粉末）を得た。
【００３２】
ｂ．導電ペーストの製造法
上記工程によって得られた金属粒子含有組成物を用いＡｇ金属粒子含有率８０ｗｔ％、及び、所定の粘度になるように、有機ビヒクル及び有機溶剤を加えて混合し、導電ペーストを製造した。この導電ペーストを、ドクターブレード法によりシート化し、乾燥させた。これを試料No.４とする。
【００３３】
＜評価方法及び評価結果＞
試料３、４について、乾燥シートの密度、及び、表面粗さについて評価した。乾燥シートの密度は、乾燥させたシートを所定の大きさに切断し、その体積と重量から算出した値を評価した。
【００３４】
乾燥シート表面粗さは、表面粗さ計（株式会社東京精密製サーフコム５７０Ａ、ルビー端子０．８ｍｍＲ）を用いて測定し、評価した。表２に評価結果を示す。
表２中の数値はサンプル数１０個の平均である。
Figure 0003722282
表２に示されているように、本発明の実施例２で得られた試料No.３は、乾燥シート表面粗さＲａ、Ｒｍａｘが、比較例２で得られた試料No.４の約半分の値になっており、極めて表面性のよい電極膜が得られていることが解る。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）金属粒子の凝集を起こさない金属粒子含有組成物、及び、導電ペーストを提供することができる。
（ｂ）電子部品の信頼性及び歩留を著しく向上させ得る金属粒子含有組成物、及び、導電ペーストを提供することができる。
（ｃ）上述した金属粒子含有組成物、及び、導電ペーストを、安価に製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製造方法において、乾燥した金属粒子に溶剤が付着した状態を模式的に示す図である。
【図２】従来技術の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１２ 金属粒子
１３ 溶剤

Claims (5)

  1. 金属粒子または金属化合物粒子を含有し導電ペーストに用いられる粒子の製造方法であって、
    金属粒子または金属化合物粒子を水洗浄する工程と、
    次に、水洗浄された後の前記金属粒子または前記金属化合物粒子に対し、導電ペーストに含まれるべき有機成分と相溶性を持つ溶剤を加えて、水分を置換する工程と、
    前記工程の後、更に、導電ペーストに含まれるべき有機成分と相溶性を持つ前記溶剤を加えて、水分を更に置換する工程と、
    その後に、乾燥させる工程、
    とを含む製造方法。
  2. 請求項１に記載された製造方法であって、前記溶剤は沸点１５０度以上で、遅乾性を有する製造方法。
  3. 請求項１又は２に記載された製造方法であって、前記金属粒子または金属化合物粒子は、平均粒径が１μｍ以下である製造方法。
  4. 請求項１乃至３の何れかに記載された製造方法であって、前記溶剤は、沸点１５０度以上であり、前記金属粒子または前記金属化合物粒子の群の全表面積に対し０．００２５〜０．０２ｇ／ｍ2の範囲で含まれている製造方法。
  5. 請求項１乃至４の何れかに記載された製造方法であって、
    前記溶剤はブチルカルビトールである製造方法。
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