JP3739147B2 - ペースト及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、品質を向上させながら製造コストを低減可能にするペースト及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペーストには大別して、導体ペースト、抵抗ペースト、及び誘電体ペーストの三種類が有る。導体ペーストは、電気回路や電極用の焼成膜を形成するもので、金ペースト、銀ペースト、銀合金ペースト、銅ペースト、銅合金ペースト等が用いられる。抵抗ペーストは、電気回路形成用の抵抗素子やヒータ等を焼成形成するために用いられるもので、白金系ペースト、白金合金系ペースト、ルテニウム系ペースト等が有る。又、誘電体ペーストは、電気回路や電極表面の絶縁、コンデンサ素子の電極間誘電体、ヒータ表面の絶縁、或いは回路素子、センサ類、定着ローラ他の機器の被覆用として用いられ、主にガラス類が原材料として用いられる。
【０００３】
金ペースト、銀ペースト他の導体ペーストは、主原料として金属粒子が用いられている。例えば、金粒子を得るためには、金塊を王水中に投入して溶解させた後、ここに還元水を加えて還元させて金粒子を析出させた後、これを洗浄してから乾燥して水分を飛ばして金粒子を得る。銀粒子も類似の化学的方法により得る事が出来る。
かくして得られた金属粒子は、ガラスフリット、樹脂、その他の添加物と共に有機溶媒中に分散させて導体ペーストを得る。この分散のためにロールやブレンダーが用いられる為、乾燥金属粒子が二次凝集したまま押圧されて部分的に箔状になり、製品不良を生ずることが有った。
また、抵抗ペーストにおいても、乾燥金属粒子の凝集によって製品不良を生ずる可能性が有った。
【０００４】
誘電体ペーストの場合は、ガラスやセラミックス等を１０μｍ程度の粒径まで粉砕するためにボールミル工程が必要となる。このボールミルポットからの原料のディスチャージの際に水性液が用いられる上、原料が水に濡れてしまい、これまた乾燥工程が必要となる。この乾燥でガラス類等は再び塊状になってしまい扱いにくいものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この様に、従来技術によれば、必ず原料粒子の乾燥工程がついてまわり、多大な乾燥空間を要するばかりか、多大な費用と時間とを要するものであった。
そればかりか、ペースト中の原料粒子の分散性も充分でなく、金属粒子にあっては乾燥によって二次凝集することもあった。特に、金粒子の様に軟質粒子においては、その可能性が高かった。
【０００６】
そこでこの発明は、ペースト中の原料粒子の分散性を良くして焼成膜の品質の向上を図ると共に、製造コストの低減を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、金属粒子水性ディスパージョンに界面活性剤を投入して金属粒子の表面を親油化した後、水より比重の大きな油水分離溶剤を投入して水を除去し、しかる後に容易に揮発しない有機溶媒を投入してから前記油水分離溶剤を揮発させて置換し、前記親油化した金属粒子を有機溶媒中に分散させるペーストの製造方法によって達成される。
（製造方法１）
この発明の目的は、上記製造方法１において、金属粒子は金粒子とすることによって良好に達成される。
（製造方法２）
また、この発明の目的は、少なくとも一種類の水にぬれた原料粒子の表面を親油化処理してから水よりも比重の大きな油水分離溶剤と混合して水を除去し、しかる後に容易に揮発しない有機溶媒を投入してから前記油水分離溶剤を揮発させて置換し、前記親油化した原料粒子を有機溶媒中に分散させるペーストの製造方法によって達成される。
（製造方法３）
更に、この発明の目的は、上記の製造方法１ないし３のいずれか１つの製造方法によって製造されたペーストによっても達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明によれば、少なくとも一種類の原料粒子の表面を親油化処理後、水よりも比重の大きな油水分離溶剤を投入して水を除去し、しかる後に容易に揮発しない有機溶媒を投入してから前記油水分離溶剤を揮発させて置換し、親油化した原料粒子を有機溶媒中に分散させてペーストを得るものであるので、原料粒子が良好に分散して二次凝集を生ずることが無くなるばかりか、原料粒子の乾燥工程が不要となり、製造工程が簡略化出来るものとなる。
主原料粒子が金のごとく柔らかい材質である場合には、不良率が極めて小さくなるので、特に有効である。原料粒子としては、各種の金属粒子やガラス粉末粒子を用いる事が出来る他、市販の乾燥した原料粒子も、その表面を親油化することにより、この発明を適用する事が出来る。
【０００９】
ガラス粉末粒子類、セラミック粉末粒子類を得るために、ボールミル内に原料を投入して粉砕するが、これを取り出す際に水等を用いるので、粒子が濡れてしまうため、これを乾燥し、この際固化したものを再び粉末状にするのは非常にわずらわしく、時間と費用を要する。そこでこの発明においては、濡れた原料粒子を乾燥することなく、粒子表面を直接親油化してから油水分離溶剤と混合して分離した水を除き、この油水分離溶剤と有機溶媒とを置換して、粒子を溶媒中に分散させてペーストを得る。そのため、乾燥の段取りが不要となり、流れの良い製造を行える。
又、この発明によれば、粒子表面が親油化されるので、粒子が溶媒中で二次凝集することが無く、粒径０．５μｍ以下の原料であっても問題なく用いることが可能であり、その分焼成膜品質の向上と用途拡大の自由度の大きなペーストを製造できるものとなる。
【００１０】
更に、この発明による製造方法において一部の添加物としてあらかじめ乾燥した材料粒子を用いる場合、或いは乾燥粒子のみでペーストを製造する場合には、乾燥粒子の表面を親油化してから有機溶媒に分散させることができる。
【００１１】
【実施例】
先ず、９９．９９％以上の純度を持った金１Ｋｇを４リットルの王水に投入して溶解させた後、これに還元剤として４０リットルの塩化ヒドロキシルアミンを投入して金粒子を還元析出させて４５リットルの金粒子水性ディスパージョンを得た。この金粒子水性ディスパージョン中に界面活性剤としてドデシルアミン８０ｇを加えて溶解させて、析出金粒子の表面を親油化させた。尚、界面活性剤の投入タイミングは、金粒子水性ディスパージョン完成後に限定されるものでは無く、還元剤投入前、或いは還元剤投入と同時に投入して、金粒子の還元析出と同時に金粒子の表面を親油化するようにしても良い。
【００１２】
界面活性剤を加えた金粒子水性ディスパージョンを一昼夜放置し、表面が親油化された金粒子を自然沈下させて上澄み液を抜き取り、約４リットルまで濃縮した。この濃縮された金粒子水性ディスパージョン４リットル中に、水よりも比重の大きな油水分離溶剤としてのパークロロエチレン３リットルを投入した。この状態では、金粒子表面に親水基が吸着すると共に親油基が外側に向く界面活性剤は、その親油基によってパークロロエチレンに良く濡れ、水はパークロロエチレンの上に浮く。そこで、ゆっくりと攪拌して水を全部追い出して上部に浮かせて除去し、金粒子表面を完全に親油化する。次いで、パークロロエチレン中に金粒子の分散した金粒子油性デイスパージョンを放置して金粒子を沈下させて上澄み液を抜き取り、数十ｃｃ程度まで濃縮した。この濃縮油性ディスバージョンに、容易に揮発しない有機溶媒としてターピネオイル３リットルを加え、攪拌した後静置して上澄み液を抜き取り、これを３回繰り返した。その後、更に澄みでてくる有機溶媒を可能な限り吸い取り、金粒子の含有率を９０％以上とした。この間に、パークロロエチレンからなる油水分離溶剤は揮発した。尚、油水分離溶剤としては、パークロロエチレンの他に、クロロホルム、メチレンクロライド、フレオン類等があり、金属粒子の粒径他の条件によって使いわけられる。
【００１３】
その後、９０％の金粒子を内在する有機溶媒中に、必要に応じてガラスフリット、無機添加物、樹脂類等を適量加えて、金粒子の重量パーセントを８０％から８５％としてから、ロールやブレンダー等の機械にかけて金粒子を有機溶媒中に分散させる。この際、金粒子の表面は親油化されているので二次凝集を生ずることは無く、良好に分散されたペーストを得る事ができる。ここで得られた金ペーストをスクリーンを用いて基板上に印刷してから焼成して評価した所、導体抵抗値は３．５ｍΩ／□（膜厚１０μｍ）、表面粗さは０．３１６μｍ、密着力は３．８Ｋｇ／４ｍｍ²であり、同一の金粒子径、同一の添加物の従来方式の金ペースト（乾燥金粒子使用）の導体抵抗値５．１ｍΩ／□（膜厚１０μｍ）、表面粗さ０．４５７μｍ、及び密着強度２．６Ｋｇ／４ｍｍ²であった点と比較すると、導体抵抗値は３１．４パーセント低下し、表面粗さは３０．９パーセント低下し、密着力は４６．２パーセント向上したことになる。
【００１４】
ペーストに用いる主原料粒子としては、上記の実施例に示した様な金粒子等の金属粒子の他、ガラス粉末粒子やセラミック粉末粒子等を用いることができる。又、金属粒子としては、合金粒子でも良いが、例えば銀−パラジウムペーストのごとく、銀とパラジウムとを別々に溶解還元析出させた各粒子を、別々に親油化し、これらを適量ずつ混合して油水分離、或いは油水分離してから混合する等の方法を用いても良い。白金−パラジウムペースト、白金−ロジウムペースト等は、合金を用いた方が効率的である。
【００１５】
【発明の効果】
以上の通りこの発明によれば、乾燥工程が省略出来るので、製造コストが低減されるばかりか、均一分散しているので粘度の急変等の異常が生ずる事がなく、製造しやすくなる。また、この発明の方法によって得られたペーストは、粒子が均一分散しているため基板への焼成膜の密着力が大きくなると共に表面粗さも低減され、導体ペーストにあっては導体抵抗が低減され、抵抗ペーストにあっては抵抗値の不均一問題やそれによる局部的静電破損も生じなくなり、また誘電体ペーストにあっては安定した絶縁特性が得られる等品質が一段と向上する効果が得られる。

Claims (4)

1. 金属粒子水性ディスパージョンに界面活性剤を投入して金属粒子の表面を親油化した後、水より比重の大きな油水分離溶剤を投入して水を除去し、しかる後に容易に揮発しない有機溶媒を投入してから前記油水分離溶剤を揮発させて置換し、前記親油化した金属粒子を有機溶媒中に分散させるペーストの製造方法。
2. 前記金属粒子は、金粒子であることを特徴とする請求項１記載のペーストの製造方法。。
3. 少なくとも一種類の水にぬれた原料粒子の表面を親油化処理してから水よりも比重の大きな油水分離溶剤と混合して水を除去し、しかる後に容易に揮発しない有機溶媒を投入してから前記油水分離溶剤を揮発させて置換し、前記親油化した原料粒子を有機溶媒中に分散させるペーストの製造方法。
4. 請求項１ないし３記載のいずれか１つの製造方法により製造されたペースト。