JP5980574B2 - Material for forming conductive metal thick film and method for forming conductive metal thick film - Google Patents
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Description
本発明は、導電性金属厚膜形成用材料、ならびに、該導電性金属厚膜形成用材料を利用して、導電性金属厚膜を形成する方法に関する。特には、本発明は、還元性雰囲気下、マイクロ波プラズマを利用する焼成処理が可能な、導電性金属ペースト型の導電性金属厚膜形成用材料、ならびに、該導電性金属厚膜形成用材料を利用して、還元性雰囲気下、マイクロ波プラズマを利用する焼成処理プロセスによって、「バルク状の導電性金属厚膜」を形成する方法に関する。 The present invention relates to a conductive metal thick film forming material and a method of forming a conductive metal thick film using the conductive metal thick film forming material. In particular, the present invention relates to a conductive metal paste type conductive metal thick film forming material capable of being fired using microwave plasma in a reducing atmosphere, and the conductive metal thick film forming material. The present invention relates to a method of forming a “bulk conductive metal thick film” by a firing process using microwave plasma in a reducing atmosphere.
導電体層の形成に利用可能な導電性銅ペーストとして、銅ナノ粒子の低温焼成を利用することで、焼成工程における加熱温度を300℃以下にすることが可能な導電性銅ペーストが既に提案されている。 As a conductive copper paste that can be used to form a conductor layer, a conductive copper paste that can reduce the heating temperature in the baking process to 300 ° C. or lower by using low-temperature baking of copper nanoparticles has already been proposed. ing.
例えば、平均粒子径を1〜100nmの範囲に選択される、表面に酸化銅被覆層を有する銅ナノ粒子を含有する分散液を利用して、該分散液の塗布層を基板上に描画した上で、塗布層中に含まれる、表面に酸化銅被覆層を有する銅ナノ粒子に対して、表面の酸化銅を還元する処理を施し、さらに、還元処理を受けた銅ナノ粒子の焼成を行って、焼結体層を形成する手法が提案されている。その際、同一工程内で実施される、還元処理と焼成処理は、加熱温度を、300℃以下に選択して、還元性気体の存在下、生起されるプラズマ雰囲気内に、塗布層中に含まれる、銅ナノ粒子を曝すことにより行うことを技術的特徴としている(特許文献1を参照)。該表面に酸化銅被覆層を有する銅ナノ粒子の焼成法を適用することで、平均膜厚3μm、抵抗率3.2μΩ・cmの銅の焼結体膜を作製した事例が開示されている。 For example, using a dispersion containing copper nanoparticles having a copper oxide coating layer on the surface, the average particle diameter being selected in the range of 1 to 100 nm, and drawing the coating layer of the dispersion on the substrate In the coating layer, the copper nanoparticles having a copper oxide coating layer on the surface are subjected to a treatment for reducing the copper oxide on the surface, and further, the copper nanoparticles subjected to the reduction treatment are fired. A method for forming a sintered body layer has been proposed. At that time, the reduction treatment and the baking treatment carried out in the same process are included in the coating layer in the plasma atmosphere generated in the presence of the reducing gas by selecting a heating temperature of 300 ° C. or lower. It is a technical feature that is performed by exposing copper nanoparticles (see Patent Document 1). An example is disclosed in which a copper sintered body film having an average film thickness of 3 μm and a resistivity of 3.2 μΩ · cm was produced by applying a copper nanoparticle firing method having a copper oxide coating layer on the surface.
同様に、平均粒子径を1〜100nmの範囲に選択される、表面に酸化銅被覆層を有する銅ナノ粒子を含有する分散液を利用して、該分散液の塗布層を転写シート上に描画した上で、塗布層中に含まれる、表面に酸化銅被覆層を有する銅ナノ粒子に対して、表面の酸化銅を還元する処理を施し、さらに、還元処理を受けた銅ナノ粒子の焼成を行って、焼結体層を形成する手法が提案されている。その際、同一工程内で実施される、還元処理と焼成処理は、加熱温度を、300℃以下に選択して、還元性気体の存在下、生起されるプラズマ雰囲気内に、塗布層中に含まれる、銅ナノ粒子を曝すことにより行うことを技術的特徴としている(特許文献2を参照)。該銅ナノ粒子の焼成法を適用することで、平均膜厚2μm、抵抗率4.9μΩ・cmの銅の焼結体膜を作製した事例が開示されている。 Similarly, using a dispersion liquid containing copper nanoparticles having a copper oxide coating layer on the surface, the average particle diameter being selected in the range of 1 to 100 nm, the coating layer of the dispersion liquid is drawn on the transfer sheet. After that, the copper nanoparticles having a copper oxide coating layer on the surface, which is included in the coating layer, are subjected to a treatment for reducing the copper oxide on the surface, and further, the copper nanoparticles subjected to the reduction treatment are fired. A method for forming a sintered body layer has been proposed. At that time, the reduction treatment and the baking treatment carried out in the same process are included in the coating layer in the plasma atmosphere generated in the presence of the reducing gas by selecting a heating temperature of 300 ° C. or lower. It is a technical feature that is performed by exposing copper nanoparticles (see Patent Document 2). An example is disclosed in which a copper sintered body film having an average film thickness of 2 μm and a resistivity of 4.9 μΩ · cm was produced by applying the copper nanoparticle firing method.
その他、二つの金属層の面相互を導電性接合する際、該導電性接合に利用される、金属ナノ粒子で構成される導電性接合層の作製に、表面酸化膜層を有する金属ナノ粒子分散液を採用し、乾燥処理済の塗布層を、水素を含む高周波プラズマ雰囲気中において、150℃以下の加熱温度で処理を施すことで、表面酸化膜層の還元と、金属ナノ粒子の焼結を行い、導電性接合層を作製する手法も提案されている。なお、高周波プラズマには、アルゴンに高周波(周波数13.56MHz)を印加して、生成されるアルゴン・プラズマが利用されている(特許文献3を参照)。 In addition, when conducting conductive bonding between two metal layers, metal nanoparticles dispersed with a surface oxide film layer are used to produce a conductive bonding layer composed of metal nanoparticles used for the conductive bonding. By applying the liquid and drying the coated layer in a high-frequency plasma atmosphere containing hydrogen at a heating temperature of 150 ° C. or lower, the reduction of the surface oxide film layer and the sintering of the metal nanoparticles are performed. A method for producing a conductive bonding layer has also been proposed. Note that argon plasma generated by applying a high frequency (frequency: 13.56 MHz) to argon is used as the high-frequency plasma (see Patent Document 3).
また、銅厚膜の作製に利用可能な導電性銅ペーストとして、銅粉、微細銅粉、銅ナノ粒子、銅ナノ粒子表面の被覆に使用する、被覆剤分子である(ジアルキルアミノ)アルキルアミン、有機溶媒を含む導電性銅ペーストが提案されている。具体的には、
熱硬化性樹脂成分あるいはガラスフリットを配合していない導電性銅ペーストであって、
該導電性銅ペーストは、
銅粉、微細銅粉、銅ナノ粒子、(ジアルキルアミノ)アルキルアミン、第三の有機溶媒を含み、
前記第三の有機溶媒は、室温で液体であり、沸点は、200℃以上であるが、400℃を超えない範囲であり、ヒドロキシル基以外の反応性官能基を内在していない、アルコール性ヒドロキシル基を有する有機溶媒であり;
前記銅ナノ粒子は、(ジアルキルアミノ)アルキルアミン中に分散した分散液として、前記第三の有機溶媒と混合して、混合液とされ、
前記銅粉と微細銅粉が、前記混合液中に分散されているペースト状の組成物であり;
前記銅粉の平均粒径は、2〜10μmの範囲に選択され、
前記微細銅粉の平均粒子径は、0.2〜1.0μmの範囲に選択され、
前記銅ナノ粒子の平均粒子径は、10nm〜100nmの範囲に選択され、
前記(ジアルキルアミノ)アルキルアミンは、室温で液体であり、沸点は、230℃以上であるが、300℃を超えない範囲の(ジアルキルアミノ)アルキルアミンであり、
前記銅粉と微細銅粉の含有比率、(銅粉の含有量):(微細銅粉の含有量)は、80質量部:20質量部〜60質量部:40質量部の範囲に選択され、
前記銅粉、微細銅粉の重量の総和(WCu-powder+WCu-fine-powder)と、第三の有機溶媒の重量(Wdispersion-medium)の比率、(WCu-powder+WCu-fine-powder):Wdispersion-mediumは、100質量部:3質量部〜100質量部:10質量部の範囲に選択され、
前記銅粉、微細銅粉の重量の総和(WCu-powder+WCu-fine-powder)と、前記銅ナノ粒子の重量の総和(WCu-nano-particle)の比率、(WCu-powder+WCu-fine-powder):(WCu-nano-particle)は、100質量部:3質量部〜100質量部:15質量部の範囲に選択され、
前記銅ナノ粒子と(ジアルキルアミノ)アルキルアミンの含有比率は、該銅ナノ粒子の体積の合計(VCu-nano-particle)と、(ジアルキルアミノ)アルキルアミンの体積(Vdispersion-medium)の比率、(VCu-nano-particle):Vamineは、10:50〜10:100の範囲に選択され;
該導電性銅ペーストは、300℃以上400℃以下の温度に加熱することで、焼成することが可能である
ことを特徴とする導電性銅ペーストが提案されている(特許文献4を参照)。該導電性銅ペーストの塗布膜に対して、水素ガスを含む還元性雰囲気中、300℃以上400℃以下の温度、例えば、不活性ガス中に水素ガスを1〜4体積%で含有する雰囲気中で、350℃〜400℃の範囲に選択する温度に加熱することで、焼結体膜を作製できることが記載されている。作製される焼結体膜の膜厚は、20μm〜100μmの範囲に選択でき、その際、抵抗率が15μΩ・cm以下の範囲の導電性厚膜が作製できることも記載されている。少なくとも、銅粉相互の接触部位の近傍の狭い隙間に、銅ナノ粒子が充填され、低温焼結される結果、各銅粉相互の接触部位の実効的な接触面積が拡大され、銅粉相互の焼結体層全体の抵抗率が一層低減されることも明示されている。但し、実施例中に開示される事例では、膜厚55μmの焼結体膜(銅厚膜)中に残余している「空隙」の比率は、20体積%、またはそれ以上となっている。
In addition, as conductive copper paste that can be used for the production of copper thick films, copper powder, fine copper powder, copper nanoparticles, and coating molecules used on the surface of copper nanoparticles (dialkylamino) alkylamine, A conductive copper paste containing an organic solvent has been proposed. In particular,
A conductive copper paste not containing a thermosetting resin component or glass frit,
The conductive copper paste is
Including copper powder, fine copper powder, copper nanoparticles, (dialkylamino) alkylamine, a third organic solvent,
The third organic solvent is a liquid at room temperature, has a boiling point of 200 ° C. or higher, but does not exceed 400 ° C., and has no reactive functional groups other than hydroxyl groups. An organic solvent having a group;
The copper nanoparticles are mixed with the third organic solvent as a dispersion dispersed in (dialkylamino) alkylamine, to form a mixed solution,
The copper powder and the fine copper powder are a paste-like composition dispersed in the mixed solution;
The average particle size of the copper powder is selected in the range of 2 to 10 μm,
The average particle diameter of the fine copper powder is selected in the range of 0.2 to 1.0 μm,
The average particle diameter of the copper nanoparticles is selected in the range of 10 nm to 100 nm,
The (dialkylamino) alkylamine is a liquid at room temperature and has a boiling point of 230 ° C. or higher but not exceeding 300 ° C.
The content ratio of the copper powder and fine copper powder, (copper powder content): (fine copper powder content) is selected in the range of 80 parts by mass: 20 parts by mass to 60 parts by mass: 40 parts by mass,
The ratio of the total weight of the copper powder and fine copper powder (WCu-powder + WCu-fine-powder) to the weight of the third organic solvent (Wdispersion-medium), (WCu-powder + WCu-fine-powder): Wdispersion-medium Is selected in the range of 100 parts by mass: 3 parts by mass to 100 parts by mass: 10 parts by mass,
The ratio of the total weight of the copper powder and fine copper powder (WCu-powder + WCu-fine-powder) to the total weight of the copper nanoparticles (WCu-nano-particle), (WCu-powder + WCu-fine-powder): (WCu-nano-particle) is selected in the range of 100 parts by mass: 3 parts by mass to 100 parts by mass: 15 parts by mass,
The content ratio of the copper nanoparticles and (dialkylamino) alkylamine is the ratio of the total volume of the copper nanoparticles (VCu-nano-particle) to the volume of (dialkylamino) alkylamine (Vdispersion-medium). VCu-nano-particle): Vamine is selected in the range of 10:50 to 10: 100;
There has been proposed a conductive copper paste characterized in that the conductive copper paste can be fired by heating to a temperature of 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower (see Patent Document 4). In a reducing atmosphere containing hydrogen gas with respect to the coating film of the conductive copper paste, a temperature of 300 ° C. to 400 ° C., for example, an atmosphere containing 1 to 4% by volume of hydrogen gas in an inert gas Thus, it is described that a sintered body film can be produced by heating to a temperature selected in the range of 350 ° C. to 400 ° C. It is also described that the thickness of the sintered body film to be produced can be selected in the range of 20 μm to 100 μm, and in that case, a conductive thick film having a resistivity of 15 μΩ · cm or less can be produced. At least the narrow gaps near the contact areas between the copper powders are filled with copper nanoparticles and sintered at a low temperature. As a result, the effective contact area of the contact areas between the copper powders is expanded, It is also shown that the resistivity of the entire sintered body layer is further reduced. However, in the case disclosed in the examples, the ratio of the “voids” remaining in the 55 μm-thick sintered body film (copper thick film) is 20% by volume or more.
その他、アルミニウム焼結体膜の作製に利用可能な導電性アルミニウムペーストとして、アルミニウム粉末、金属ナノ粒子、(ジアルキルアミノ)アルキルアミン、有機溶媒を含む導電性銅ペーストが提案されている。具体的には、
ガラスフリットを配合していない導電性アルミニウムペーストであって、
該導電性アルミニウムペーストは、
アルミニウム粉末、金属ナノ粒子、有機分散溶媒を含み、
該アルミニウム粉末と、金属ナノ粒子が、有機分散溶媒中に分散されているペースト状の組成物であり、
前記アルミニウム粉末の平均粒径は、1μm〜5μmの範囲に選択され、
前記金属ナノ粒子の平均粒子径は、5nm〜50nmの範囲に選択され、
前記金属ナノ粒子の表面は、被覆剤分子により被覆されており、
前記被覆剤分子は、炭素数10〜18の脂肪族モノカルボン酸、および炭素数8〜14の脂肪族モノアミンまたはジアミンからなる群から選択される、前記有機分散溶媒に対して親和性を有する化合物であり、
前記有機分散溶媒は、沸点が150℃〜350℃の範囲の非極性有機溶媒であり、
前記アルミニウム粉末100質量部当たり、
前記金属ナノ粒子の含有量は、100質量部〜230質量部の範囲に選択され、
前記有機分散溶媒の含有量は、15質量部〜35質量部の範囲に選択されており、
前記金属ナノ粒子の表面を被覆する被覆剤分子の含有量は、
前記金属ナノ粒子100質量部当たり、8質量部〜15質量部の範囲に選択されており、
該導電性アルミニウムペーストは、350℃以上500℃以下の温度に加熱することで、焼成することが可能である
ことを特徴とする導電性アルミニウムペーストが提案されている(特許文献5を参照)。該導電性アルミニウムペーストの好ましい形態として、
前記アルミニウム粉末、金属ナノ粒子に加えて、
サブミクロンの平均粒子径を有する金属微細粉末を含み、
前記金属微細粉末の平均粒子径は、0.1μm〜1μmの範囲に選択され、
前記アルミニウム粉末100質量部当たり、
前記金属微細粉末の含有量の総和は、5質量部〜50質量部の範囲に選択されている、導電性アルミニウムペーストも提案されている。該導電性アルミニウムペーストは、少なくとも、厚さ15μm程度のアルミニウム焼結体膜の作製に利用できることが検証されている。その際、アルミニウム粉末相互の接触部位の周囲の隙間に金属ナノ粒子が充填され、生成される金属ナノ粒子の焼結体が、アルミニウム粉末相互の密着性を向上させる接着剤層として機能する。その結果、アルミニウム粉末相互の接触部位における実効的な接触面積が拡大し、該接触部位における接触抵抗を低減する効果を有することも明記されている。但し、実施例中に開示される事例では、膜厚10μm程度の焼結体膜(アルミニウム厚膜)中に残余している「空隙」の比率は、8.5体積%、または、それ以上となっている。
In addition, a conductive copper paste containing aluminum powder, metal nanoparticles, (dialkylamino) alkylamine, and an organic solvent has been proposed as a conductive aluminum paste that can be used for producing an aluminum sintered body film. In particular,
A conductive aluminum paste that does not contain glass frit,
The conductive aluminum paste is
Including aluminum powder, metal nanoparticles, organic dispersion solvent,
The aluminum powder and the metal nanoparticles are a paste-like composition dispersed in an organic dispersion solvent,
The average particle size of the aluminum powder is selected in the range of 1 μm to 5 μm,
The average particle size of the metal nanoparticles is selected in the range of 5 nm to 50 nm,
The surface of the metal nanoparticles is coated with a coating molecule,
The compound having an affinity for the organic dispersion solvent, wherein the coating agent molecule is selected from the group consisting of an aliphatic monocarboxylic acid having 10 to 18 carbon atoms and an aliphatic monoamine or diamine having 8 to 14 carbon atoms. And
The organic dispersion solvent is a nonpolar organic solvent having a boiling point in the range of 150 ° C to 350 ° C,
Per 100 parts by weight of the aluminum powder,
The content of the metal nanoparticles is selected in the range of 100 parts by mass to 230 parts by mass,
The content of the organic dispersion solvent is selected in the range of 15 to 35 parts by mass,
The content of the coating molecule covering the surface of the metal nanoparticles is
It is selected in the range of 8 to 15 parts by mass per 100 parts by mass of the metal nanoparticles,
There has been proposed a conductive aluminum paste characterized in that the conductive aluminum paste can be fired by heating to a temperature of 350 ° C. or higher and 500 ° C. or lower (see Patent Document 5). As a preferred form of the conductive aluminum paste,
In addition to the aluminum powder and metal nanoparticles,
Including fine metal powder having an average particle size of submicron,
The average particle size of the metal fine powder is selected in the range of 0.1 μm to 1 μm,
Per 100 parts by weight of the aluminum powder,
A conductive aluminum paste is proposed in which the total content of the metal fine powder is selected in the range of 5 to 50 parts by mass. It has been verified that the conductive aluminum paste can be used for producing an aluminum sintered body film having a thickness of about 15 μm. At that time, metal nanoparticles are filled in gaps around the contact sites between the aluminum powders, and the resulting sintered metal nanoparticles function as an adhesive layer that improves the adhesion between the aluminum powders. As a result, it is specified that the effective contact area at the contact area between the aluminum powders is increased, and the contact resistance at the contact area is reduced. However, in the examples disclosed in the examples, the ratio of the “void” remaining in the sintered body film (aluminum thick film) having a film thickness of about 10 μm is 8.5% by volume or more. It has become.
なお、厚膜の導電体層の作製にも適合する、金属粉末と金属ナノ粒子を含有し、樹脂成分を配合している導電性金属ペーストも提案されている。具体的には、
導電性金属ペーストであって、
該導電性金属ペーストは、ワニス状の樹脂組成物と、その中に均一に分散された、金属フィラーならびに微細な平均粒子径の金属超微粒子とを含んでなり、
前記金属フィラーは、その平均粒子径が0.5〜20μmの範囲に選択され、
前記微細な平均粒子径の金属超微粒子は、その平均粒子径が1〜100nmの範囲に選択され、
金属超微粒子表面は、かかる金属超微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物1種以上により被覆されており、
前記金属超微粒子100質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物一種以上を総和として、0.1〜60質量部を含有してなり、
前記ワニス状の樹脂組成物は、有機バインダーとして機能する樹脂成分、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物に対して、加熱した際、その窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基との反応性を有する化合物成分、ならびに少なくとも一種以上の有機溶剤を含み、
前記金属フィラーならびに微細な平均粒子径の金属超微粒子の総和、100質量部当たり、前記ワニス状の樹脂組成物を5〜100質量部含有してなることを特徴とする導電性金属ペーストが提案されている(特許文献6を参照)。有機バインダーとして機能する「樹脂成分」、例えば、熱硬化性樹脂は、基材との密着性を向上させる機能を有している。また、前記導電性金属ペーストを利用して作製される導電層では、金属フィラーと金属超微粒子の焼結体の隙間を、「樹脂」が密に充填する結果、内部に「ボイド」は存在しない状態となっている。
In addition, a conductive metal paste containing metal powder and metal nanoparticles and blending a resin component is also proposed, which is suitable for the production of a thick film conductor layer. In particular,
A conductive metal paste,
The conductive metal paste comprises a varnish-like resin composition, a metal filler uniformly dispersed therein, and metal ultrafine particles having a fine average particle diameter,
The metal filler is selected in the range of an average particle size of 0.5 to 20 μm,
The metal ultrafine particles having a fine average particle diameter are selected so that the average particle diameter is in the range of 1 to 100 nm,
The ultrafine metal particle surface contains nitrogen, oxygen, or sulfur atoms as groups capable of coordinative bonding with the metal elements contained in the ultrafine metal particles, and coordinated bonds by lone electron pairs of these atoms. Covered with one or more compounds having a group capable of
The total amount of one or more compounds having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms with respect to 100 parts by mass of the ultrafine metal particles, 0.1 to 60 parts by mass,
The varnish-like resin composition is a group containing a nitrogen, oxygen, or sulfur atom when heated with respect to a resin component that functions as an organic binder, and a compound having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms. A compound component having reactivity with, and at least one organic solvent,
A conductive metal paste comprising 5 to 100 parts by mass of the varnish-like resin composition per 100 parts by mass of the total of the metal filler and ultrafine metal particles having a fine average particle diameter is proposed. (See Patent Document 6). A “resin component” that functions as an organic binder, for example, a thermosetting resin, has a function of improving adhesion to a substrate. Further, in the conductive layer produced using the conductive metal paste, there is no “void” inside as a result of the “resin” densely filling the gap between the sintered body of the metal filler and the metal ultrafine particles. It is in a state.
還元性雰囲気中、300℃以上400℃以下の温度、例えば、還元性雰囲気下、350℃で、少なくとも10分間以上の加熱処理することで、焼成することが可能であり、銅厚膜の作製に利用可能な導電性銅ペーストは、既に提案されている。但し、前記の加熱処理に因って、既に提案されている導電性銅ペーストを採用することで作製される「銅厚膜」は、該焼成膜中の「空隙率」が20体積%、またはそれ以上であり、すなわち、内部に「ボイド」が存在しており、「バルク状の銅厚膜」とは申せないものである。 It can be fired by heat treatment at a temperature of 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower in a reducing atmosphere, for example, at 350 ° C. in a reducing atmosphere for at least 10 minutes. Available conductive copper pastes have already been proposed. However, due to the heat treatment, the “copper thick film” produced by adopting the already proposed conductive copper paste has a “porosity” of 20% by volume in the fired film, or More than that, that is, there are “voids” inside, and cannot be said to be “bulk copper thick film”.
すなわち、内部に「ボイド」が実質的に存在していない「バルク状の銅厚膜」の作製に利用可能な、導電性銅ペースト型の「銅厚膜形成用材料」の開発が望まれている。 In other words, the development of a “copper thick film forming material” of the conductive copper paste type that can be used for the production of “bulk copper thick film” in which “void” does not substantially exist inside is desired. Yes.
例えば、300℃以上400℃以下の温度で10分間以上の加熱に代えて、少なくとも、基材の予備加熱温度を200℃以下に選択し、その後、焼成処理に要する加熱時間が10分間以下であっても、良好な焼結が可能であり、内部に「ボイド」が実質的に存在していない「バルク状の銅厚膜」の作製に利用可能な導電性銅ペーストの開発が望まれている。 For example, instead of heating at a temperature of 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower for 10 minutes or longer, at least the preheating temperature of the substrate is selected to be 200 ° C. or lower, and then the heating time required for the firing treatment is 10 minutes or shorter. However, there is a demand for the development of a conductive copper paste that can be used for the production of “bulk copper thick film” that can be satisfactorily sintered and has substantially no “void” inside. .
さらには、300℃以上400℃以下の温度で10分間以上の加熱に代えて、基材の予備加熱温度を、少なくとも、200℃以下に選択し、200℃以下に選択される該基材の加熱温度下、10分間以下の時間、望ましくは、5分間以下の時間、還元性雰囲気下、プラズマを照射することで、良好な焼成が可能であり、内部に「ボイド」が実質的に存在していない「バルク状の銅厚膜」の作製に利用可能な導電性銅ペーストの開発が望まれている。 Furthermore, instead of heating at a temperature of 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower for 10 minutes or longer, the substrate preheating temperature is selected to be at least 200 ° C. or lower and the substrate is heated to 200 ° C. or lower. Good firing is possible by irradiating the plasma under a reducing atmosphere for 10 minutes or less, preferably 5 minutes or less at a temperature, and there are substantially "voids" inside. There is a demand for the development of a conductive copper paste that can be used to produce a “bulk copper thick film”.
また、銅厚膜の作製に加えて、銀厚膜の作製においても、内部に「ボイド」が実質的に存在していない「バルク状の銀厚膜」の作製に利用可能な、導電性銀ペースト型の「銀厚膜形成用材料」の開発が望まれている。 In addition to the production of copper thick film, conductive silver that can be used for production of “bulk-shaped silver thick film” in which “void” does not substantially exist in the production of silver thick film. Development of a paste-type “material for forming a silver thick film” is desired.
例えば、300℃以上400℃以下の温度で10分間以上の加熱に代えて、基材の予備加熱温度を、少なくとも、200℃以下に選択し、200℃以下に選択される該基材の加熱温度下、10分間以下の時間、望ましくは、5分間以下の時間、還元性雰囲気下、プラズマを照射することで、良好な焼成が可能であり、内部に「ボイド」が実質的に存在していない「バルク状の銀厚膜」の作製に利用可能な導電性銀ペーストの開発が望まれている。 For example, instead of heating at a temperature of 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower for 10 minutes or longer, the substrate preheating temperature is selected to be at least 200 ° C. or lower, and the heating temperature of the substrate is selected to be 200 ° C. or lower. Lower, 10 minutes or less, desirably 5 minutes or less, plasma can be irradiated in a reducing atmosphere for good firing, and there is substantially no “void” inside. Development of a conductive silver paste that can be used for the production of a “bulk-shaped silver thick film” is desired.
本発明は前記の課題を解決するものである。本発明の目標は、例えば、還元性雰囲気下、プラズマを照射することで、良好な焼成が可能であり、膜厚1μm以上の「バルク状の導電性金属厚膜」の作製に利用可能な、新規な構成を採用する、導電性金属ペースト型の「導電性金属厚膜形成用材料」、ならびに、該導電性金属ペースト型の「導電性金属厚膜形成用材料」を利用して、膜厚1μm以上の「バルク状の導電性金属厚膜」を形成する方法を提供することにある。 The present invention solves the above problems. The goal of the present invention is, for example, that it can be fired satisfactorily by irradiating plasma in a reducing atmosphere, and can be used for the production of a “bulk conductive metal thick film” having a film thickness of 1 μm or more. Using a new configuration, the conductive metal paste type “conductive metal thick film forming material” and the conductive metal paste type “conductive metal thick film forming material” An object of the present invention is to provide a method for forming a “bulk conductive metal thick film” of 1 μm or more.
具体的には、本発明の目標の一つは、還元性雰囲気下、プラズマを照射することで、良好な焼成が可能であり、膜厚1μm以上の「バルク状の銅厚膜」の作製に利用可能な、新規な構成を採用する、導電性銅ペースト型の「銅厚膜形成用材料」、ならびに、該導電性銅ペースト型の「銅厚膜形成用材料」を利用して、膜厚1μm以上の「バルク状の銅厚膜」を形成する方法を提供することにある。 Specifically, one of the goals of the present invention is to produce a “bulk copper thick film” having a film thickness of 1 μm or more by irradiating plasma in a reducing atmosphere, which enables good firing. Utilizing a new structure that can be used, conductive copper paste type “copper thick film forming material”, and the conductive copper paste type “copper thick film forming material” An object of the present invention is to provide a method of forming a “bulk copper thick film” of 1 μm or more.
本発明の目標の他一つは、還元性雰囲気下、プラズマを照射することで、良好な焼成が可能であり、膜厚1μm以上の「バルク状の銀厚膜」の作製に利用可能な、新規な構成を採用する、導電性銀ペースト型の「銀厚膜形成用材料」、ならびに、該導電性銀ペースト型の「銀厚膜形成用材料」を利用して、膜厚1μm以上の「バルク状の銀厚膜」を形成する方法を提供することにある。 Another goal of the present invention is that it can be fired satisfactorily by irradiating plasma in a reducing atmosphere, and can be used for the production of a “bulk-shaped silver thick film” having a film thickness of 1 μm or more. A conductive silver paste type “silver thick film forming material” and a “silver thick film forming material” of the conductive silver paste type adopting a novel configuration, and having a film thickness of 1 μm or more The object is to provide a method of forming a “bulk-shaped silver thick film”.
本発明の「好ましい目標」は、例えば、基材の予備加熱温度を少なくとも、200℃以下に選択し、200℃以下に選択される該基材の加熱温度下、10分間以下の時間、望ましくは、5分間以下の時間、還元性雰囲気下、プラズマを照射することで焼成が可能であり、膜厚10μm以上の「バルク状の銅厚膜」の作製に利用可能な、新規な導電性銅ペースト型の銅厚膜形成用材料、ならびに、膜厚10μm以上の「バルク状の銀厚膜」の作製に利用可能な、新規な導電性銀ペースト型の銀厚膜形成用材料を提供することにある。 The “preferable target” of the present invention is, for example, that the preheating temperature of the substrate is selected to be at least 200 ° C. or less, and the heating temperature of the substrate is selected to be 200 ° C. or less. A novel conductive copper paste that can be fired by irradiating plasma in a reducing atmosphere for a period of 5 minutes or less and that can be used to produce a “bulk copper thick film” with a thickness of 10 μm or more To provide a novel copper thick film forming material and a novel conductive silver paste type silver thick film forming material that can be used for the production of a “bulk-shaped silver thick film” having a thickness of 10 μm or more is there.
本出願人は、「導電性金属厚膜」の形成に適用可能な導電性金属ペーストとして、下記の二種の導電性金属ペーストを既に提案し、特許出願を行っている。 The present applicant has already proposed the following two types of conductive metal pastes and applied for patents as conductive metal pastes applicable to the formation of a “conductive metal thick film”.
既に提案している「導電性金属ペースト」の一つ(特願2010−265991)は、以下の構成を有している。
「バインダー樹脂成分を含有していない導電性金属ペーストであって、
該導電性金属ペーストは、金属微細粉末、その表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子を、分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該導電性金属ペーストは、150℃〜250℃の範囲に選択する温度で焼結処理を施すことで、前記金属微細粉末と金属ナノ粒子の焼結体からなる導電体層の形成が可能であり;
前記金属微細粉末は、該金属微細粉末を構成する金属種は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケルからなる群から選択される、一種の金属からなる金属微細粉末、二種以上の金属種からなる金属微細粉末の混合物、あるいは、二種以上の金属種からなる合金からなる金属微細粉末のいずれかであり;
前記金属ナノ粒子は、該金属ナノ粒子を構成する金属種は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケルからなる群から選択される、一種の金属からなる金属ナノ粒子、二種以上の金属種からなる金属ナノ粒子の混合物、あるいは、二種以上の金属種からなる合金からなる金属ナノ粒子のいずれかであり;
前記金属微細粉末の平均粒子径dmetal-particleは、作製する導電体層の膜厚tconductive-layerに対して、(1/3・tconductive-layer)≧dmetal-particle≧(1/100・tconductive-layer)の範囲に選択され;
前記金属ナノ粒子自体の平均粒子径dmetal-particleは、前記金属微細粉末の平均粒子径dmetal-particleに対して、(1/10・dmetal-particle)≧dnano-particle≧(1/100・dmetal-particle)の範囲に選択され;
該導電性金属ペースト中に含有される、前記金属微細粉末の体積比率をVmetal-particle、金属ナノ粒子の体積比率をVnano-particle、その被覆剤分子層の形成に利用される被覆剤分子の体積比率をVcoating-molecule、分散溶媒の体積比率をVsolventとすると、
金属微細粉末の体積比率Vmetal-particleと、金属ナノ粒子の体積比率Vnano-particleの和(Vmetal-particle+Vnano-particle)は、30体積%〜55体積%の範囲に選択され;
比Vmetal-particle:(Vnano-particle+Vcoating-molecule+Vsolvent)は、1:1〜1:4.6の範囲に選択され;
比(Vnano-particle+Vcoating-molecule):Vsolventは、1:0.7〜1:3の範囲に選択され;
比(Vmetal-particle:Vnano-particle)は、90:10〜60:40の範囲に選択され;
前記分散溶媒は、沸点が150℃〜300℃の範囲の炭化水素溶媒、あるいは、沸点が150℃〜300℃の範囲のアルコール溶媒からなる群より選択され;
前記被覆剤分子層の形成に利用される被覆剤分子は、前記金属ナノ粒子の表面との非共有結合的に分子間結合の形成に利用される原子団として、アミノ基またはカルボキシル基を有し、前記炭化水素溶媒またはアルコール溶媒中の炭化水素基と親和性を有する炭化水素基と、前記アミノ基またはカルボキシル基とで構成される有機化合物であって、その沸点が130℃〜250℃の範囲のアミノ基またはカルボキシル基を有する有機化合物からなる群より選択されている
ことを特徴とする、導電性金属ペースト」
前記の構成を有する「導電性金属ペースト」、例えば、「導電性銀ペースト」を利用する際、150℃〜250℃の範囲に選択する温度で焼結処理を施す場合、平均膜厚33.5μmの銀厚膜の作製に適用すると、「作製される銀厚膜」中に残余している「空隙」の比率は、6.4体積%に達することを検証している。
One of the already proposed “conductive metal pastes” (Japanese Patent Application No. 2010-265991) has the following configuration.
"A conductive metal paste containing no binder resin component,
The conductive metal paste is a dispersion obtained by uniformly dispersing fine metal powder, metal nanoparticles having a coating molecular layer on the surface thereof in a dispersion solvent,
The conductive metal paste can be subjected to a sintering treatment at a temperature selected in the range of 150 ° C. to 250 ° C., thereby forming a conductor layer composed of a sintered body of the metal fine powder and metal nanoparticles. ;
The metal fine powder, the metal species constituting the metal fine powder is selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, one type of metal fine powder, two or more types of metal Either a mixture of fine metal powders consisting of seeds or a fine metal powder consisting of an alloy consisting of two or more metal species;
The metal nanoparticle is a metal nanoparticle composed of one kind of metal selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, and two or more kinds of metals. Either a mixture of metal nanoparticles consisting of seeds or metal nanoparticles consisting of an alloy consisting of two or more metal species;
The average particle diameter dmetal-particle of the metal fine powder is (1/3 · tconductive-layer) ≧ dmetal-particle ≧ (1/100 · tconductive-layer) with respect to the thickness tconductive-layer of the conductive layer to be produced. ) Selected in the range;
The average particle diameter dmetal-particle of the metal nanoparticle itself is (1/10 · dmetal-particle) ≧ dnano-particle ≧ (1/100 · dmetal-) relative to the average particle diameter dmetal-particle of the fine metal powder. particle) range;
The volume ratio of the metal fine powder contained in the conductive metal paste is Vmetal-particle, the volume ratio of the metal nanoparticles is Vnano-particle, and the volume of the coating molecule used to form the coating molecule layer. If the ratio is Vcoating-molecule and the volume ratio of the dispersion solvent is Vsolvent,
The sum of the volume ratio Vmetal-particle of the metal fine powder and the volume ratio Vnano-particle of the metal nanoparticles (Vmetal-particle + Vnano-particle) is selected in the range of 30 volume% to 55 volume%;
The ratio Vmetal-particle: (Vnano-particle + Vcoating-molecule + Vsolvent) is selected in the range of 1: 1 to 1: 4.6;
Ratio (Vnano-particle + Vcoating-molecule): Vsolvent is selected in the range of 1: 0.7 to 1: 3;
The ratio (Vmetal-particle: Vnano-particle) is selected in the range of 90: 10-60: 40;
The dispersion solvent is selected from the group consisting of a hydrocarbon solvent having a boiling point in the range of 150 ° C. to 300 ° C., or an alcohol solvent having a boiling point in the range of 150 ° C. to 300 ° C .;
The coating molecule used for forming the coating molecular layer has an amino group or a carboxyl group as an atomic group used for forming an intermolecular bond non-covalently with the surface of the metal nanoparticle. An organic compound composed of a hydrocarbon group having an affinity for a hydrocarbon group in the hydrocarbon solvent or alcohol solvent, and the amino group or carboxyl group, the boiling point of which is in the range of 130 ° C to 250 ° C. Conductive metal paste characterized by being selected from the group consisting of organic compounds having amino groups or carboxyl groups of
When using the “conductive metal paste” having the above-described configuration, for example, “conductive silver paste”, when the sintering process is performed at a temperature selected in the range of 150 ° C. to 250 ° C., the average film thickness is 33.5 μm. It is verified that the ratio of the “void” remaining in the “produced silver thick film” reaches 6.4% by volume when applied to the production of a thick silver film.
既に提案している「導電性金属ペースト」の他の一つ(特願2011−140609)は、例えば、以下の構成を有している。
「バインダー樹脂成分を含有していない導電性ペーストであって、
該導電性ペーストは、金属マイクロ粒子と、その表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子を、分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該導電性ペーストを、基材表面に塗布して、塗布膜を形成し、
該塗布膜を静置し、塗布膜中に含まれる金属マイクロ粒子を沈降させ、基材表面に金属マイクロ粒子の集積層を形成し、
その後、150℃〜300℃の範囲に選択する温度Theatingで加熱処理を施すことにより、金属ナノ粒子の低温焼結を進行させ、前記金属マイクロ粒子の集積層に由来する下層部と、その上部に前記金属ナノ粒子の低温焼結体に由来する表層部を具える、傾斜組成を有する導電性構造体の形成が可能であり;
前記金属マイクロ粒子は、該金属マイクロ粒子を構成する金属種は、金、銀、銅、白金、パラジウム、インジウム、ビスマス、チタン、スズ、ニッケル、アルミニウムからなる群から選択される、一種の金属からなる金属マイクロ粒子、二種以上の金属種からなる金属マイクロ粒子の混合物、あるいは、二種以上の金属種からなる合金からなる金属マイクロ粒子のいずれかであり;
前記金属ナノ粒子は、該金属ナノ粒子を構成する金属種は、金、銀、銅、白金、パラジウム、インジウム、ビスマス、チタン、スズ、ニッケル、アルミニウムからなる群から選択される、一種の金属からなる金属ナノ粒子、二種以上の金属種からなる金属ナノ粒子の混合物、あるいは、二種以上の金属種からなる合金からなる金属ナノ粒子のいずれかであり;
前記金属マイクロ粒子の平均粒子径dmetal-particleは、1μm〜10μmの範囲に選択され;
前記金属ナノ粒子自体の平均粒子径dnano-particleは、1nm〜100nmの範囲に選択され;
前記被覆剤分子層の形成に利用される被覆剤分子は、その沸点Tcoating-molecule-b.p.が、
150℃〜250℃の範囲である、アルキルアミンからなる群から選択され;
前記分散溶媒は、その沸点Tsolvent-b.p.が、150℃〜350℃の範囲である、炭化水素溶媒からなる群から選択され;
該導電性ペースト中に含有される、前記金属マイクロ粒子の体積比率をVmetal-particle、金属ナノ粒子の体積比率をVnano-particle、その被覆剤分子層の形成に利用される被覆剤分子の体積比率をVcoating-molecule、分散溶媒の体積比率をVsolventとすると、
前記金属マイクロ粒子の体積比率Vmetal-particleと、金属ナノ粒子の体積比率Vnano-particleの和(Vmetal-particle+Vnano-particle)は、40体積%〜60体積%の範囲に選択され、
比Vmetal-particle:Vnano-particleは、90:10〜60:40の範囲に選択され、
前記金属マイクロ粒子の体積比率Vmetal-particleは、20体積%〜50体積%の範囲に選択され、
比Vnano-particle:Vcoating-moleculeは、1:1〜1:2の範囲に選択され;
比Vnano-particle:(Vnano-particle+Vcoating-molecule+Vsolvent)は、10:100〜30:100の範囲に選択されている
ことを特徴とする、導電性ペースト」
前記の構成を有する「導電性ペースト」、例えば、「導電性銅ペースト」を利用する際、150℃〜300℃の範囲に選択する温度で焼結処理を施す場合、平均膜厚55μmの銅厚膜の作製に適用すると、「作製される銅厚膜」中に残余している「空隙」の比率は、22.7体積%に達することを検証している。
Another one of the “conductive metal paste” that has already been proposed (Japanese Patent Application No. 2011-140609) has the following configuration, for example.
"A conductive paste that does not contain a binder resin component,
The conductive paste is a dispersion obtained by uniformly dispersing metal nanoparticles and metal nanoparticles having a coating molecular layer on the surface thereof in a dispersion solvent.
The conductive paste is applied to the substrate surface to form a coating film,
The coating film is allowed to stand, metal microparticles contained in the coating film are allowed to settle, and an accumulation layer of metal microparticles is formed on the surface of the substrate.
Thereafter, by performing heat treatment at a temperature Theating selected in the range of 150 ° C. to 300 ° C., low-temperature sintering of the metal nanoparticles proceeds, and a lower layer portion derived from the metal microparticle accumulation layer and an upper portion thereof It is possible to form a conductive structure having a gradient composition comprising a surface layer derived from a low-temperature sintered body of the metal nanoparticles;
The metal microparticle is a kind of metal selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, indium, bismuth, titanium, tin, nickel, and aluminum. Metal microparticles, a mixture of metal microparticles composed of two or more metal species, or metal microparticles composed of an alloy composed of two or more metal species;
The metal nanoparticle is a kind of metal selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, indium, bismuth, titanium, tin, nickel, and aluminum. A metal nanoparticle, a mixture of metal nanoparticles composed of two or more metal species, or a metal nanoparticle composed of an alloy composed of two or more metal species;
The average particle diameter dmetal-particle of the metal microparticle is selected in the range of 1 μm to 10 μm;
The average particle diameter dnano-particle of the metal nanoparticles themselves is selected in the range of 1 nm to 100 nm;
The coating molecule used for forming the coating molecule layer has a boiling point Tcoating-molecule-bp,
Selected from the group consisting of alkylamines ranging from 150 ° C to 250 ° C;
The dispersion solvent is selected from the group consisting of hydrocarbon solvents, the boiling point Tsolvent-bp of which ranges from 150 ° C to 350 ° C;
The volume ratio of the metal microparticles contained in the conductive paste is Vmetal-particle, the volume ratio of the metal nanoparticles is Vnano-particle, and the volume ratio of the coating molecules used to form the coating molecule layer. Is Vcoating-molecule and the volume ratio of the dispersion solvent is Vsolvent.
The sum of the volume ratio Vmetal-particle of the metal microparticles and the volume ratio Vnano-particle of the metal nanoparticles (Vmetal-particle + Vnano-particle) is selected in the range of 40 vol% to 60 vol%,
The ratio Vmetal-particle: Vnano-particle is selected in the range of 90: 10-60: 40,
The volume ratio Vmetal-particle of the metal microparticle is selected in the range of 20 vol% to 50 vol%,
The ratio Vnano-particle: Vcoating-molecule is selected in the range of 1: 1 to 1: 2.
The ratio Vnano-particle: (Vnano-particle + Vcoating-molecule + Vsolvent) is selected in the range of 10: 100 to 30: 100.
When using the “conductive paste” having the above-described configuration, for example, “conductive copper paste”, when the sintering process is performed at a temperature selected in the range of 150 ° C. to 300 ° C., the copper thickness with an average film thickness of 55 μm When applied to the production of a film, it has been verified that the ratio of “voids” remaining in the “produced copper thick film” reaches 22.7% by volume.
本発明者らは、既に提案している、上記の二種の導電性金属ペースト(特願2010−265991、特願2011−140609)と異なる構成を具え、膜厚1μm以上の「バルク状の導電性金属厚膜」の作製に利用可能な、導電性金属ペースト型の「導電性金属厚膜形成用材料」の開発を進めた。 The present inventors have a configuration different from the above-described two types of conductive metal pastes (Japanese Patent Application Nos. 2010-265991 and 2011-140609), and have a “bulk-like conductive type having a thickness of 1 μm or more. We have developed a conductive metal paste type “conductive metal thick film forming material” that can be used for the production of “conductive metal thick film”.
本発明者らは、表面に酸化銅被覆層を有する銅ナノ粒子は、加熱温度を、300℃以下に選択して、還元性気体の存在下、生起されるプラズマ雰囲気内に曝すことにより、還元処理と焼成処理を併行して実施できる点に着目した。また、銅厚膜を作製する際、銅粉、微細銅粉、銅ナノ粒子を併用することで、銅粉、微細銅粉からなる積層構造を形成し、該積層構造を形成する、銅粉、微細銅粉の接触部位に銅ナノ粒子の焼結体を充填することで、良好な導電性を示す銅厚膜が得られる点にも着目した。 The present inventors reduced the copper nanoparticles having a copper oxide coating layer on the surface by selecting a heating temperature of 300 ° C. or less and exposing them to a generated plasma atmosphere in the presence of a reducing gas. It paid attention to the point which can carry out processing and baking processing in parallel. Moreover, when producing a copper thick film, copper powder, fine copper powder, and copper nanoparticles are used in combination to form a laminated structure composed of copper powder and fine copper powder, forming the laminated structure, copper powder, The inventors also paid attention to the fact that a copper thick film exhibiting good conductivity can be obtained by filling a contact portion of fine copper powder with a sintered body of copper nanoparticles.
上記の二つの要素技術を利用し、さらに、銅粉、微細銅粉からなる積層構造中の隙間に、銅ナノ粒子が密に充填され、加えて、銅粉、微細銅粉からなる積層構造の上面の凹凸を銅ナノ粒子で埋め込む構造を達成すると、得られる銅厚膜の上面には、銅粉、微細銅粉相互の隙間に起因する「ボイド」が生じない、膜厚1μm以上の「バルク状の銅厚膜」の形成が可能であることを見出した。 Utilizing the above two elemental technologies, copper nanoparticles are densely filled in the gaps in the laminated structure consisting of copper powder and fine copper powder, and in addition, the laminated structure consisting of copper powder and fine copper powder When the structure of embedding the unevenness of the upper surface with copper nanoparticles is achieved, a “bulk” having a film thickness of 1 μm or more is formed on the upper surface of the resulting thick copper film, in which no “void” is generated due to a gap between the copper powder and the fine copper powder. It has been found that it is possible to form a “thick copper film”.
さらに、表面に酸化銀被覆層を有する銀ナノ粒子は、加熱温度を、300℃以下に選択して、還元性気体の存在下、生起されるプラズマ雰囲気内に曝すことにより、還元処理と焼成処理を併行して実施できる点に着目した。また、銀厚膜を作製する際、銀粉、銀ナノ粒子を併用することで、銀粉からなる積層構造を形成し、該積層構造を形成する、銀粉の接触部位に銀ナノ粒子の焼結体を充填することで、良好な導電性を示す銀厚膜が得られる点にも着目した。 Furthermore, the silver nanoparticles having a silver oxide coating layer on the surface are subjected to a reduction treatment and a firing treatment by selecting a heating temperature of 300 ° C. or less and exposing them to a generated plasma atmosphere in the presence of a reducing gas. We focused on the fact that it can be implemented in parallel. Moreover, when producing a silver thick film, by using silver powder and silver nanoparticles in combination, a laminated structure made of silver powder is formed, and a sintered body of silver nanoparticles is formed at the contact portion of the silver powder to form the laminated structure. It also paid attention to the fact that a thick silver film showing good conductivity can be obtained by filling.
上記の二つの要素技術を利用し、さらに、銀粉からなる積層構造中の隙間に、銀ナノ粒子が密に充填され、加えて、銀粉からなる積層構造の上面の凹凸を銀ナノ粒子で埋め込む構造を達成すると、得られる銀厚膜の上面には、銀粉相互の隙間に起因する「ボイド」が生じない、「バルク状の銀厚膜」の形成が可能であることを見出した。 Utilizing the above two elemental technologies, a structure in which silver nanoparticles are densely filled in gaps in a laminated structure made of silver powder, and in addition, the irregularities on the upper surface of the laminated structure made of silver powder are embedded with silver nanoparticles As a result, it has been found that a “bulk-shaped thick silver film” can be formed on the upper surface of the resulting thick silver film without causing “voids” due to gaps between silver powders.
その際、使用される「導電性金属ペースト」型の導電性金属厚膜形成用材料、例えば、「導電性銅ペースト」型の銅厚膜形成用材料、「導電性銀ペースト」型の銀厚膜形成用材料では、それぞれ、銅ナノ粒子、銀ナノ粒子を利用しているが、銅ナノ粒子、銀ナノ粒子、金ナノ粒子からなる群から選択される金属ナノ粒子を使用する場合、膜厚1μm以上の「バルク状の銅厚膜」の形成、膜厚1μm以上の「バルク状の銀厚膜」の形成が可能であることを見出した。 At that time, the “conductive metal paste” type conductive metal thick film forming material used, for example, the “conductive copper paste” type copper thick film forming material, the “conductive silver paste” type silver thickness The film forming materials use copper nanoparticles and silver nanoparticles, respectively, but when using metal nanoparticles selected from the group consisting of copper nanoparticles, silver nanoparticles, and gold nanoparticles, the film thickness It has been found that a “bulk-shaped copper thick film” having a thickness of 1 μm or more and a “bulk-shaped silver thick film” having a thickness of 1 μm or more can be formed.
本発明は、上記の知見に基づき、完成されたものである。 The present invention has been completed based on the above findings.
本発明にかかる「導電性金属厚膜形成用材料」は、
導電性金属厚膜の形成に使用される導電性金属厚膜形成用材料であって、
該導電性金属厚膜形成用材料は、導電性金属厚膜の形成に使用される金属粒子および金属ナノ粒子、ならびに、有機物を含んでおり、塗布可能な流動性を示す材料であり、
基材上に導電性金属厚膜形成用材料を塗布し、導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を形成した後、
還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施すことにより、
塗布膜中に含有される金属粒子および金属ナノ粒子から、バルク状の導電性金属厚膜を形成することができる
ことを特徴とする、導電性金属厚膜形成用材料である。
"Conductive metal thick film forming material" according to the present invention,
A conductive metal thick film forming material used for forming a conductive metal thick film,
The conductive metal thick film forming material includes metal particles and metal nanoparticles used for forming the conductive metal thick film, and an organic substance, and is a material that exhibits fluidity that can be applied.
After applying a conductive metal thick film forming material on the substrate and forming a conductive metal thick film forming material coating film,
By applying a firing process by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
A conductive metal thick film forming material characterized in that a bulk conductive metal thick film can be formed from metal particles and metal nanoparticles contained in a coating film.
本発明にかかる「導電性金属厚膜形成用材料」では、下記の好ましい態様を採用できる。 In the “conductive metal thick film forming material” according to the present invention, the following preferred embodiments can be adopted.
前記金属粒子は、銅粒子、銀粒子、アルミニウム粒子からなる群から選択されることが好ましい。 The metal particles are preferably selected from the group consisting of copper particles, silver particles, and aluminum particles.
前記金属ナノ粒子は、銅ナノ粒子、銀ナノ粒子、金ナノ粒子から選択されることが好ましい。 The metal nanoparticles are preferably selected from copper nanoparticles, silver nanoparticles, and gold nanoparticles.
前記金属ナノ粒子は、
その表面に、金属と非共有結合的な分子間結合の形成に利用できる原子団として、アミノ基(−NH2)を有する化合物またはカルボキシル基(−COOH)を有する化合物一種以上からなる被覆剤分子層が形成されていることが好ましい。
The metal nanoparticles are
A coating molecule layer comprising at least one compound having an amino group (—NH 2) or a carboxyl group (—COOH) as an atomic group that can be used for forming a non-covalent intermolecular bond with a metal on the surface. Is preferably formed.
前記金属ナノ粒子は、
その平均粒子径が、1nm〜200nmの範囲、好ましくは5nm〜100nmの範囲、より好ましくは10nm〜100nmの範囲に選択されていることが望ましい。
The metal nanoparticles are
The average particle diameter is desirably selected in the range of 1 nm to 200 nm, preferably in the range of 5 nm to 100 nm, more preferably in the range of 10 nm to 100 nm.
前記金属粒子は、
その外形形状が、略球状および/または鱗片状である金属粒子であることが望ましい。
The metal particles are
It is desirable that the outer shape is a metal particle having a substantially spherical shape and / or a scale shape.
前記金属粒子は、
その平均粒子径が、0.2μm〜30μmの範囲、好ましくは0.3μm〜20μmの範囲、より好ましくは0.4μm〜10μmの範囲に選択されていることが望ましい。
The metal particles are
It is desirable that the average particle diameter is selected in the range of 0.2 μm to 30 μm, preferably in the range of 0.3 μm to 20 μm, more preferably in the range of 0.4 μm to 10 μm.
被覆剤分子層の形成に使用される、前記アミノ基を有する化合物として、
末端アミノ基を1つ以上有するアミン化合物一種以上を選択することが好ましい。
As the compound having an amino group, used for forming the coating agent molecular layer,
It is preferable to select one or more amine compounds having one or more terminal amino groups.
末端アミノ基を1つ以上有するアミン化合物一種以上は、アルキルアミンを含むことが好ましい。 One or more amine compounds having one or more terminal amino groups preferably contain an alkylamine.
被覆剤分子層の形成に使用される、前記カルボキシル基を有する化合物一種以上は、炭素数8〜20の脂肪族カルボン酸を含むことが好ましい。 It is preferable that the one or more compounds having a carboxyl group used for forming the coating agent molecular layer include an aliphatic carboxylic acid having 8 to 20 carbon atoms.
前記金属粒子100体積%に対して、
金属ナノ粒子の含有量は、5体積%〜90体積%の範囲、好ましくは7体積%〜80体積%の範囲に選択されていることが望ましい。
For 100 volume% of the metal particles,
The content of the metal nanoparticles is desirably selected in the range of 5% by volume to 90% by volume, preferably in the range of 7% by volume to 80% by volume.
金属粒子と金属ナノ粒子の総和が、全体の30体積%〜80体積%の範囲、好ましくは40体積%〜70体積%の範囲に選択されていることが望ましい。 It is desirable that the total sum of the metal particles and the metal nanoparticles is selected in the range of 30% by volume to 80% by volume, preferably in the range of 40% by volume to 70% by volume.
塗布可能な流動性を示す材料は、
前記金属粒子と金属ナノ粒子の混合物に対して、印刷に適した粘度に調整するために、溶剤の添加がなされていることが好ましい。
The material showing the fluidity that can be applied is
In order to adjust the viscosity of the mixture of metal particles and metal nanoparticles to a viscosity suitable for printing, it is preferable to add a solvent.
塗布可能な流動性を示す材料は、
前記金属粒子と金属ナノ粒子の混合物に対して、基材との密着性を向上させたり、硬化後の流動性を持たせたりするために、樹脂の添加がなされていることが好ましい。
The material showing the fluidity that can be applied is
It is preferable that a resin is added to the mixture of the metal particles and the metal nanoparticles in order to improve the adhesion to the base material or to impart fluidity after curing.
マイクロ波プラズマの照射に際し、
マイクロ波プラズマの生成に使用する、前記マイクロ波の周波数は、
300MHz〜300GHzの範囲、好ましくは3GHz〜100GHzの範囲に選択されていることが望ましい。
When irradiating with microwave plasma,
The frequency of the microwave used to generate the microwave plasma is
It is desirable that the frequency is selected in the range of 300 MHz to 300 GHz, preferably in the range of 3 GHz to 100 GHz.
マイクロ波プラズマの照射に際し、
マイクロ波プラズマの生成に使用する、前記マイクロ波の出力は、300W〜3kWの範囲に選択されていることが好ましい。
When irradiating with microwave plasma,
The output of the microwave used for generating the microwave plasma is preferably selected in the range of 300 W to 3 kW.
マイクロ波プラズマの照射に際し、
前記マイクロ波プラズマの照射時間は、30秒間〜30分間の範囲、好ましくは1分間〜15分間の範囲に選択されていることが望ましい。
When irradiating with microwave plasma,
The microwave plasma irradiation time is preferably selected in the range of 30 seconds to 30 minutes, preferably in the range of 1 minute to 15 minutes.
還元性雰囲気下における、マイクロ波プラズマの照射に際し、
該還元性雰囲気は、水素または水素と窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスとの混合物であることが望ましい。
Upon irradiation with microwave plasma in a reducing atmosphere,
The reducing atmosphere is preferably hydrogen or a mixture of hydrogen and an inert gas such as nitrogen, helium, or argon.
基材上に導電性金属厚膜形成用材料を塗布し、導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を形成した後、
還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施す過程は、
基材上に導電性金属厚膜形成用材料を塗布する工程後に、
導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を乾燥して溶剤を除去する工程、
減圧下において残存する有機物を除去する工程、
還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する工程を有することが望ましい。
After applying a conductive metal thick film forming material on the substrate and forming a conductive metal thick film forming material coating film,
The process of firing by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
After the step of applying the conductive metal thick film forming material on the substrate,
Drying the coating film of the conductive metal thick film forming material to remove the solvent,
Removing the remaining organic matter under reduced pressure;
It is desirable to have a step of firing by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere.
本発明にかかる「導電性金属厚膜の形成方法」は、
導電性金属厚膜形成用材料を使用して、導電性金属厚膜を形成する方法であって、
前記導電性金属厚膜形成用材料は、
導電性金属厚膜の形成に使用される金属粒子および金属ナノ粒子、ならびに、有機物を含んでおり、塗布可能な流動性を示し、
基材上に導電性金属厚膜形成用材料を塗布し、導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を形成した後、
還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施すことにより、
塗布膜中に含有される金属粒子および金属ナノ粒子から、バルク状の導電性金属厚膜を形成することができる材料であり、
導電性金属厚膜の形成方法は、
基材上に導電性金属厚膜形成用材料を塗布し、導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を形成した後、
還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施すことにより、
塗布膜中に含有される金属粒子および金属ナノ粒子から、バルク状の導電性金属厚膜を形成する
過程を具える、
ことを特徴とする、導電性金属厚膜の形成方法である。
The “method for forming a conductive metal thick film” according to the present invention includes:
A method of forming a conductive metal thick film using a conductive metal thick film forming material,
The conductive metal thick film forming material is:
It contains metal particles and metal nanoparticles used to form a conductive metal thick film, and organic matter, and exhibits applicable fluidity.
After applying a conductive metal thick film forming material on the substrate and forming a conductive metal thick film forming material coating film,
By applying a firing process by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
It is a material that can form a bulk conductive metal thick film from metal particles and metal nanoparticles contained in the coating film,
The method for forming the conductive metal thick film is as follows:
After applying a conductive metal thick film forming material on the substrate and forming a conductive metal thick film forming material coating film,
By applying a firing process by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
Comprising a process of forming a bulk conductive metal thick film from metal particles and metal nanoparticles contained in a coating film,
This is a method for forming a conductive metal thick film.
本発明にかかる「導電性金属厚膜の形成方法」では、例えば、使用する「導電性金属厚膜形成用材料」では、下記の好ましい態様を採用できる。 In the “method for forming a conductive metal thick film” according to the present invention, for example, the following preferred embodiments can be adopted for the “conductive metal thick film forming material” used.
前記金属粒子は、銅粒子、銀粒子、アルミニウム粒子からなる群から選択されることが好ましい。 The metal particles are preferably selected from the group consisting of copper particles, silver particles, and aluminum particles.
前記金属ナノ粒子は、銅ナノ粒子、銀ナノ粒子、金ナノ粒子から選択されることが好ましい。 The metal nanoparticles are preferably selected from copper nanoparticles, silver nanoparticles, and gold nanoparticles.
前記金属ナノ粒子は、
その表面に、金属と非共有結合的な分子間結合の形成に利用できる原子団として、アミノ基(−NH2)を有する化合物またはカルボキシル基(−COOH)を有する化合物一種以上からなる被覆剤分子層が形成されていることが好ましい。
The metal nanoparticles are
A coating molecule layer comprising at least one compound having an amino group (—NH 2) or a carboxyl group (—COOH) as an atomic group that can be used for forming a non-covalent intermolecular bond with a metal on the surface. Is preferably formed.
前記金属ナノ粒子は、
その平均粒子径が、1nm〜200nmの範囲、好ましくは5nm〜100nmの範囲、より好ましくは10nm〜100nmの範囲に選択されていることが望ましい。
The metal nanoparticles are
The average particle diameter is desirably selected in the range of 1 nm to 200 nm, preferably in the range of 5 nm to 100 nm, more preferably in the range of 10 nm to 100 nm.
前記金属粒子は、
その外形形状が、略球状および/または鱗片状である金属粒子であることが望ましい。
The metal particles are
It is desirable that the outer shape is a metal particle having a substantially spherical shape and / or a scale shape.
前記金属粒子は、
その平均粒子径が、0.2μm〜30μmの範囲、好ましくは0.3μm〜20μmの範囲、より好ましくは0.4μm〜10μmの範囲に選択されていることが望ましい。
The metal particles are
It is desirable that the average particle diameter is selected in the range of 0.2 μm to 30 μm, preferably in the range of 0.3 μm to 20 μm, more preferably in the range of 0.4 μm to 10 μm.
被覆剤分子層の形成に使用される、前記アミノ基を有する化合物として、
末端アミノ基を1つ以上有するアミン化合物一種以上を選択することが好ましい。
As the compound having an amino group, used for forming the coating agent molecular layer,
It is preferable to select one or more amine compounds having one or more terminal amino groups.
末端アミノ基を1つ以上有するアミン化合物一種以上は、アルキルアミンを含むことが好ましい。 One or more amine compounds having one or more terminal amino groups preferably contain an alkylamine.
被覆剤分子層の形成に使用される、前記カルボキシル基を有する化合物一種以上は、炭素数8〜20の脂肪族カルボン酸を含むことが好ましい。 It is preferable that the one or more compounds having a carboxyl group used for forming the coating agent molecular layer include an aliphatic carboxylic acid having 8 to 20 carbon atoms.
前記金属粒子100体積%に対して、
金属ナノ粒子の含有量は、5体積%〜90体積%の範囲、好ましくは7体積%〜80体積%の範囲に選択されていることが望ましい。
For 100 volume% of the metal particles,
The content of the metal nanoparticles is desirably selected in the range of 5% by volume to 90% by volume, preferably in the range of 7% by volume to 80% by volume.
金属粒子と金属ナノ粒子の総和が、全体の30体積%〜80体積%の範囲、好ましくは40体積%〜70体積%の範囲に選択されていることが望ましい。 It is desirable that the total sum of the metal particles and the metal nanoparticles is selected in the range of 30% by volume to 80% by volume, preferably in the range of 40% by volume to 70% by volume.
塗布可能な流動性を示す材料は、
前記金属粒子と金属ナノ粒子の混合物に対して、印刷に適した粘度に調整するために、溶剤の添加がなされていることが好ましい。
The material showing the fluidity that can be applied is
In order to adjust the viscosity of the mixture of metal particles and metal nanoparticles to a viscosity suitable for printing, it is preferable to add a solvent.
塗布可能な流動性を示す材料は、
前記金属粒子と金属ナノ粒子の混合物に対して、基材との密着性を向上させたり、硬化後の流動性を持たせたりするために、樹脂の添加がなされていることが好ましい。
The material showing the fluidity that can be applied is
It is preferable that a resin is added to the mixture of the metal particles and the metal nanoparticles in order to improve the adhesion to the base material or to impart fluidity after curing.
マイクロ波プラズマの照射に際し、
マイクロ波プラズマの生成に使用する、前記マイクロ波の周波数は、
300MHz〜300GHzの範囲、好ましくは3GHz〜100GHzの範囲に選択されていることが望ましい。
When irradiating with microwave plasma,
The frequency of the microwave used to generate the microwave plasma is
It is desirable that the frequency is selected in the range of 300 MHz to 300 GHz, preferably in the range of 3 GHz to 100 GHz.
マイクロ波プラズマの照射に際し、
マイクロ波プラズマの生成に使用する、前記マイクロ波の出力は、300W〜3kWの範囲に選択されていることが好ましい。
When irradiating with microwave plasma,
The output of the microwave used for generating the microwave plasma is preferably selected in the range of 300 W to 3 kW.
マイクロ波プラズマの照射に際し、
前記マイクロ波プラズマの照射時間は、30秒間〜30分間の範囲、好ましくは1分間〜15分間の範囲に選択されていることが望ましい。
When irradiating with microwave plasma,
The microwave plasma irradiation time is preferably selected in the range of 30 seconds to 30 minutes, preferably in the range of 1 minute to 15 minutes.
還元性雰囲気下における、マイクロ波プラズマの照射に際し、
該還元性雰囲気は、水素または水素と窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスとの混合物であることが望ましい。
Upon irradiation with microwave plasma in a reducing atmosphere,
The reducing atmosphere is preferably hydrogen or a mixture of hydrogen and an inert gas such as nitrogen, helium, or argon.
基材上に導電性金属厚膜形成用材料を塗布し、導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を形成した後、
還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施す過程は、
基材上に導電性金属厚膜形成用材料を塗布する工程後に、
導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を乾燥して溶剤を除去する工程、
減圧下において残存する有機物を除去する工程、
還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する工程を有することが望ましい。
After applying a conductive metal thick film forming material on the substrate and forming a conductive metal thick film forming material coating film,
The process of firing by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
After the step of applying the conductive metal thick film forming material on the substrate,
Drying the coating film of the conductive metal thick film forming material to remove the solvent,
Removing the remaining organic matter under reduced pressure;
It is desirable to have a step of firing by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere.
本発明にかかる「導電性金属厚膜形成用材料」を利用することにより、基材上に導電性金属厚膜形成用材料を塗布し、導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を形成した後、還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施すことにより、塗布膜中に含有される金属粒子および金属ナノ粒子から、「バルク状の導電性金属厚膜」を形成することができる。 By using the “conductive metal thick film forming material” according to the present invention, the conductive metal thick film forming material was applied onto the substrate to form a coating film of the conductive metal thick film forming material. After that, a “bulk conductive metal thick film” is formed from the metal particles and metal nanoparticles contained in the coating film by performing a firing process by irradiating with microwave plasma in a reducing atmosphere. be able to.
例えば、本発明にかかる導電性銅ペースト型の「銅厚膜形成用材料」を利用することで、300℃以上400℃以下の温度で10分間以上の加熱に代えて、基材の予備加熱温度を、少なくとも、180℃以下の温度に選択し、200℃以下に選択される該基材の加熱温度下、例えば、10分間以下の時間、還元性雰囲気下、プラズマを照射することで、良好な導電性を有する、「バルク状の銅厚膜」を簡便に作製することが可能となる。 For example, by using the “copper thick film forming material” of the conductive copper paste type according to the present invention, instead of heating at a temperature of 300 ° C. or more and 400 ° C. or less for 10 minutes or more, the substrate preheating temperature At least at a temperature of 180 ° C. or less, and at a heating temperature of the substrate selected to be 200 ° C. or less, for example, by irradiating plasma in a reducing atmosphere for a time of 10 minutes or less. It becomes possible to easily produce a “bulk copper thick film” having conductivity.
また、本発明にかかる導電性銀ペースト型の「銀厚膜形成用材料」を利用することで、300℃以上400℃以下の温度で10分間以上の加熱に代えて、基材の予備加熱温度を、少なくとも、180℃以下の温度に選択し、200℃以下に選択される該基材の加熱温度下、例えば、10分間以下の時間、還元性雰囲気下、プラズマを照射することで、良好な導電性を有する、「バルク状の銀厚膜」を簡便に作製することが可能となる。 Further, by using the conductive silver paste type “material for forming a thick silver film” according to the present invention, the heating temperature of the base material is changed to a preheating temperature of the base material in place of heating at a temperature of 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower for 10 minutes or longer. At least at a temperature of 180 ° C. or less, and at a heating temperature of the substrate selected to be 200 ° C. or less, for example, by irradiating plasma in a reducing atmosphere for a time of 10 minutes or less. It is possible to easily produce a “bulk-shaped silver thick film” having conductivity.
さらには、本発明にかかる導電性銀ペースト型の「アルミニウム厚膜形成用材料」を利用することで、300℃以上400℃以下の温度で10分間以上の加熱に代えて、基材の予備加熱温度を、少なくとも、180℃以下の温度に選択し、200℃以下に選択される該基材の加熱温度下、例えば、10分間以下の時間、還元性雰囲気下、プラズマを照射することで、良好な導電性を有する、「バルク状のアルミニウム厚膜」を簡便に作製することが可能となる。 Furthermore, by using the conductive aluminum paste type “aluminum thick film forming material” according to the present invention, the substrate is preheated at a temperature of 300 ° C. to 400 ° C. for 10 minutes or more. The temperature is selected to be at least 180 ° C. or lower, and the substrate is selected to be 200 ° C. or lower. For example, the plasma is irradiated in a reducing atmosphere for 10 minutes or less in a reducing atmosphere. It is possible to easily produce a “bulk-like thick aluminum film” having excellent conductivity.
本発明にかかる「導電性金属厚膜形成用材料」、ならびに、「導電性金属厚膜の形成方法」に関して、その代表的な形態を参照して、より詳しく説明する。 The “conductive metal thick film forming material” and the “conductive metal thick film forming method” according to the present invention will be described in more detail with reference to typical embodiments thereof.
本発明にかかる「導電性金属厚膜形成用材料」は、少なくとも、導電性金属厚膜形成に使用する金属粒子と金属ナノ粒子を含有している。一般に、作製する「導電性金属厚膜」の用途に基づき、導電性金属厚膜形成に使用する金属粒子と金属ナノ粒子の金属種は選択される。通常、金属粒子として、平均粒子径が1μm以上の「金属マイクロ粒子」である「金属粉末」を利用する。一般に、「金属粉末」を構成する金属種は、例えば。金、銀、銅、白金、パラジウム、インジウム、ビスマス、チタン、スズ、ニッケル、アルミニウムからなる群から選択される。その際、「金属ナノ粒子」を構成する金属種も、金、銀、銅、白金、パラジウム、インジウム、ビスマス、チタン、スズ、ニッケル、アルミニウムからなる群から選択することが可能である。従って、本発明にかかる「導電性金属厚膜形成用材料」は、少なくとも、導電性金属厚膜形成に使用する金属粒子の金属種と、金属ナノ粒子の金属種の組み合わせに応じて、種々の形態、すなわち、「金属粉末」を構成する金属種の選択に従って、該金属種の「金属厚膜形成用材料」となる。 The “conductive metal thick film forming material” according to the present invention contains at least metal particles and metal nanoparticles used for forming the conductive metal thick film. Generally, based on the use of the “conductive metal thick film” to be produced, the metal species used for forming the conductive metal thick film and the metal species of the metal nanoparticles are selected. Usually, “metal powder” which is “metal microparticles” having an average particle diameter of 1 μm or more is used as the metal particles. In general, the metal species constituting the “metal powder” are, for example. It is selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, indium, bismuth, titanium, tin, nickel, and aluminum. At that time, the metal species constituting the “metal nanoparticles” can also be selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, indium, bismuth, titanium, tin, nickel, and aluminum. Therefore, the “material for forming a conductive metal thick film” according to the present invention includes at least various metal species used for forming the conductive metal thick film and various combinations of metal species of the metal nanoparticles. According to the form, that is, the selection of the metal species constituting the “metal powder”, the “metal thick film forming material” of the metal species is obtained.
本発明にかかる「導電性金属厚膜形成用材料」の代表的な形態の一例として、
導電性金属厚膜形成に使用する金属粒子として、少なくとも、平均粒子径が1μm以上の「銅マイクロ粒子」である「銅粉末」を採用し、金属ナノ粒子として、「銅ナノ粒子」、「銀ナノ粒子」、「金ナノ粒子」のいずれか、特には、「銅ナノ粒子」を選択する形態、「銅厚膜形成用材料」;
導電性金属厚膜形成に使用する金属粒子として、少なくとも、平均粒子径が1μm以上の「銀マイクロ粒子」である「銀粉末」を採用し、金属ナノ粒子として、「銅ナノ粒子」、「銀ナノ粒子」、「金ナノ粒子」のいずれか、特には、「銀ナノ粒子」を選択する形態、「銀厚膜形成用材料」;
導電性金属厚膜形成に使用する金属粒子として、少なくとも、平均粒子径が1μm以上の「アルミニウムマイクロ粒子」である「銀粉末」を採用し、金属ナノ粒子として、「銅ナノ粒子」、「銀ナノ粒子」、「金ナノ粒子」のいずれか、特には、「銀ナノ粒子」を選択する形態、「アルミニウム厚膜形成用材料」;
の三種の形態を挙げることができる。
As an example of a representative form of the “conductive metal thick film forming material” according to the present invention,
As the metal particles used for forming the conductive metal thick film, at least “copper powder” which is “copper microparticles” having an average particle diameter of 1 μm or more is adopted, and as the metal nanoparticles, “copper nanoparticles”, “silver” “Nanoparticles”, “gold nanoparticles”, in particular, a form of selecting “copper nanoparticles”, “copper thick film forming material”;
As the metal particles used for forming the conductive metal thick film, at least “silver powder” which is “silver microparticles” having an average particle diameter of 1 μm or more is adopted, and “copper nanoparticles”, “silver” are used as metal nanoparticles. “Nanoparticles”, “gold nanoparticles”, in particular, “silver nanoparticles” in a selected form, “silver thick film forming material”;
As the metal particles used for forming the conductive metal thick film, at least “silver powder” which is “aluminum microparticles” having an average particle diameter of 1 μm or more is adopted, and as the metal nanoparticles, “copper nanoparticles”, “silver” “Nanoparticles”, “gold nanoparticles”, in particular, “silver nanoparticles” in a selected form, “aluminum thick film forming material”;
The following three forms can be mentioned.
本発明にかかる「導電性金属厚膜形成用材料」は、下記の「銅厚膜形成用材料」の形態、「銀厚膜形成用材料」の形態、あるいは、「アルミニウム厚膜形成用材料」で実施することが望ましい。 The “conductive metal thick film forming material” according to the present invention is the following “copper thick film forming material”, “silver thick film forming material”, or “aluminum thick film forming material”. It is desirable to implement in.
以下に、本発明にかかる「銅厚膜形成用材料」、「銅厚膜の形成方法」、ならびに、「アルミニウム厚膜形成用材料」に関して、より詳細に説明する。 Hereinafter, the “copper thick film forming material”, the “copper thick film forming method”, and the “aluminum thick film forming material” according to the present invention will be described in more detail.
まず、本発明にかかる「銅厚膜形成用材料」において、形成対象の「銅厚膜」の平均膜厚tCu-sintered layerは、少なくとも、1μm以上(tCu-sintered layer≧1μm)の範囲、通常、10μm〜100μmの範囲(100μm≧tCu-sintered layer≧10μm)、好ましくは、15μm〜60μmの範囲(60μm≧tCu-sintered layer≧15μm)に選択される。 First, in the “copper thick film forming material” according to the present invention, the average film thickness tCu-sintered layer of the “copper thick film” to be formed is at least 1 μm or more (tCu-sintered layer ≧ 1 μm), usually The range is 10 μm to 100 μm (100 μm ≧ tCu-sintered layer ≧ 10 μm), preferably 15 μm to 60 μm (60 μm ≧ tCu-sintered layer ≧ 15 μm).
目標とする「銅厚膜」の平均膜厚tCu-sintered layerを達成するため、銅粉末が緻密に積層された、銅粉末の積層構造を主骨格する、焼成膜を形成する。そのため、銅粉末の積層構造の構成に利用する、銅粉末の平均粒子径dCu-particleは、少なくとも、目標とする「銅厚膜」の平均膜厚tCu-sintered layerを超えない範囲(tCu-sintered layer>dCu-particle)に選択する。銅粉末の粒子径は、平均粒子径dCu-particleを中心として、分布を示すため、平均粒子径dCu-particleよりも大きな粒子径を有する銅粉末が含まれる。その粒子径分布を考慮して、使用される銅粉末の平均粒子径dCu-particleは、通常、1/2・(tCu-sintered layer)≧dCu-particle≧1/20・(tCu-sintered layer)の範囲、好ましくは、1/3・(tCu-sintered layer)≧dCu-particle≧1/10・(tCu-sintered layer)の範囲に選択する。 In order to achieve the target “thick copper film” average film thickness tCu-sintered layer, a fired film having a main structure of a laminated structure of copper powder in which copper powder is densely laminated is formed. Therefore, the average particle diameter dCu-particle of the copper powder used for the structure of the laminated structure of the copper powder is at least within a range not exceeding the target average film thickness tCu-sintered layer of the “copper thick film” (tCu-sintered layer). layer> dCu-particle). Since the particle diameter of the copper powder shows a distribution centering on the average particle diameter dCu-particle, copper powder having a particle diameter larger than the average particle diameter dCu-particle is included. Considering the particle size distribution, the average particle size dCu-particle of the copper powder used is usually 1/2 · (tCu-sintered layer) ≧ dCu-particle ≧ 1/20 · (tCu-sintered layer) Preferably, the range of 1/3 · (tCu-sintered layer) ≧ dCu-particle ≧ 1/10 · (tCu-sintered layer) is selected.
銅粉末の積層構造を構成している、「銅粉末」相互の接触部位における、接触抵抗rcontact-Cu-particleを実効的に低減するため、「銅粉末」相互の接触部位の近傍の狭い隙間に、銅ナノ粒子を充填し、銅ナノ粒子の低温焼結体を形成する。 In order to effectively reduce the contact resistance rcontact-Cu-particle at the contact area between “copper powder”, which constitutes the laminated structure of copper powder, in the narrow gap near the contact area between “copper powder” The copper nanoparticles are filled to form a low-temperature sintered body of copper nanoparticles.
また、銅粉末の積層構造を構成している、「銅粉末」の間には「隙間」が存在するため、「銅粉末の積層構造」中には、該「銅粉末」の間に存在する「隙間」に起因する、「空隙」が存在している。 In addition, since there is a “gap” between the “copper powder” constituting the laminated structure of the copper powder, it exists between the “copper powder” in the “laminated structure of the copper powder”. There are “voids” due to “clearances”.
使用する「銅粉末」のタップ密度ρCu-particle-tapは、金属銅(バルク)の密度ρCu-bulkよりも小さい。「銅粉末の積層構造」中に存在する「空隙」の体積(vspace)の合計Σvspace、「銅粉末の積層構造」中の「銅粉末」の体積(vparticle)の合計Σvparticleの和(Σvspace+Σvparticle)は、「銅粉末の積層構造」の嵩体積に相当する。 The tap density ρCu-particle-tap of the “copper powder” used is smaller than the density ρCu-bulk of metallic copper (bulk). The sum (Σvspace + Σvparticle) of the volume (vspace) of the “void” existing in the “copper powder laminate structure” and the sum of the volume (vparticle) of the “copper powder” (vparticle) in the “copper powder laminate structure” This corresponds to the bulk volume of the “laminated structure of copper powder”.
「銅粉末の積層構造」中の「銅粉末」が、「最密充填」状態で積層されていると仮定すると、「銅粉末の積層構造」中の「銅粉末」の体積(vparticle)の合計Σvparticleと、「銅粉末の積層構造」の嵩体積(Σvspace+Σvparticle)の比、{Σvparticle/(Σvspace+Σvparticle)}は、(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)と見積もられる。従って、「銅粉末の積層構造」中に存在する「空隙」の体積(vspace)の合計Σvspaceと、「銅粉末の積層構造」の嵩体積(Σvspace+Σvparticle)の比、{Σvspace/(Σvspace+Σvparticle)}は、{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。 Assuming that the “copper powder” in the “copper powder laminate structure” is laminated in the “close-packed” state, the total volume (vparticle) of the “copper powder” in the “copper powder laminate structure” The ratio of Σvparticle to the bulk volume (Σvspace + Σvparticle) of the “copper powder laminated structure”, {Σvparticle / (Σvspace + Σvparticle)}, is estimated as (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk). Therefore, the ratio {Σvspace / (Σvspace + Σvparticle)} of the total volume Σvspace of the “voids” existing in the “copper powder laminate structure” and the bulk volume (Σvspace + Σvparticle) of the “copper powder laminate structure” is , {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}.
本発明にかかる「銅厚膜形成用材料」では、好ましくは、銅微細粉末を添加して、「銅粉末」の間に存在する「隙間」に、「銅微細粉末」が取り込まれ、「銅粉末の積層構造」中に存在する「空隙」の相当部分を、「銅微細粉末」が充填している形態とする。
「銅粉末」の間に存在する「隙間」に充填される、「銅微細粉末」の平均粒子径dCu-fine-particleは、「銅粉末」の平均粒子径dCu-particleを基準として、通常、1/3・(dCu-particle)≧dCu-fine-particle≧1/15・(dCu-particle)の範囲、好ましくは、1/4・(dCu-particle)≧dCu-fine-particle≧1/10・(dCu-particle)の範囲に選択する。
In the “copper thick film forming material” according to the present invention, preferably, a copper fine powder is added, and the “copper fine powder” is taken into “interstices” existing between the “copper powder”. It is assumed that a “copper fine powder” is filled in a substantial portion of “voids” existing in the “laminated structure of powder”.
The average particle diameter dCu-fine-particle of the “copper fine powder” filled in the “gap” existing between the “copper powder” is usually based on the average particle diameter dCu-particle of the “copper powder”. 1/3 · (dCu-particle) ≧ dCu-fine-particle ≧ 1/15 · (dCu-particle), preferably 1/4 · (dCu-particle) ≧ dCu-fine-particle ≧ 1/10・ Select within the range of (dCu-particle).
「銅微細粉末」のタップ密度ρCu-fine-particle-tapは、金属銅(バルク)の密度ρCu-bulkよりも小さい。 The tap density ρCu-fine-particle-tap of “copper fine powder” is smaller than the density ρCu-bulk of metallic copper (bulk).
「銅粉末」の間に存在する「隙間」に取り込まれる「銅微細粉末」は、「最密充填」状態で、該「隙間」に取り込まれることは極稀である。「銅粉末」自体の粒子径分布を有するため、「銅粉末」の間に存在する「隙間」個々のサイズも、分布を有している。その結果、「銅微細粉末」は、「最密充填」状態で、該「隙間」に取り込まれることは実質的に皆無である。 The “copper fine powder” taken into the “gap” existing between the “copper powder” is rarely taken into the “gap” in the “close-packed” state. Since the “copper powder” itself has a particle size distribution, the individual sizes of the “gap” existing between the “copper powder” also have a distribution. As a result, the “copper fine powder” is virtually never taken into the “gap” in the “close-packed” state.
「隙間」に取り込まれる「銅微細粉末」の嵩体積の総和は、「銅粉末の積層構造」中に存在する「空隙」の体積(vspace)の合計Σvspaceよりも、ある程度小さい。「隙間」に取り込まれる「銅微細粉末」の嵩体積の総和は、取り込まれる「銅微細粉末」の体積(vfine-particle)の合計Σvfine-particleに対して、{(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)・Σvfine-particle}程度と見積もられる。 The sum total of the bulk volume of the “copper fine powder” taken into the “gap” is somewhat smaller than the total Σvspace of the volume (vspace) of “voids” existing in the “laminated structure of copper powder”. The sum of the bulk volume of the “copper fine powder” taken into the “gap” is {(ρCu-bulk / ρCu-fine] with respect to the total Σvfine-particle of the volume (vfine-particle) of the taken “copper fine powder”. -particle-tap) · Σvfine-particle}.
従って、「銅粉末の積層構造」中に存在する「空隙」の体積(vspace)の合計Σvspaceに対して、{(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)・Σvfine-particle}は、少なくとも、Σvspace>{(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)・Σvfine-particle}である。「銅微細粉末」を添加する場合、通常、5/6・Σvspace≧{(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)・Σvfine-particle}≧2/6・Σvspaceの範囲、好ましくは、4/5・Σvspace≧{(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)・Σvfine-particle}≧2/5・Σvspaceの範囲となるように、添加する「銅微細粉末」の体積(vfine-particle)の合計Σvfine-particleを調整することが望ましい。 Therefore, {(ρCu-bulk / ρCu-fine-particle-tap) · Σvfine-particle} is at least relative to the total Σvspace of the volume (vspace) of “voids” present in the “copper powder laminate structure”. , Σvspace> {(ρCu-bulk / ρCu-fine-particle-tap) · Σvfine-particle}. When adding “copper fine powder”, usually in the range of 5/6 · Σvspace ≧ {(ρCu-bulk / ρCu-fine-particle-tap) · Σvfine-particle} ≧ 2/6 · Σvspace, preferably 4 / 5 · Σvspace ≧ {(ρCu-bulk / ρCu-fine-particle-tap) · Σvfine-particle} ≧ 2/5 · the volume of “copper fine powder” to be in the range of Σvspace (vfine-particle It is desirable to adjust the total Σvfine-particle).
Σvspaceは、「銅粉末」の体積(vparticle)の合計Σvparticleを基準として、
(Σvspace/Σvparticle)
={1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}/(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)
={(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)−1}程度と見積もられる。
Σvspace is based on the total Σvparticle of the volume (vparticle) of “copper powder”.
(Σvspace / Σvparticle)
= {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} / (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)
= {(ΡCu-bulk / ρCu-particle-tap) -1}.
添加する「銅微細粉末」の体積(vfine-particle)の合計Σvfine-particleと、「銅粉末」の体積(vparticle)の合計Σvparticleの比(Σvfine-particle/Σvparticle)は、
通常、5/6・{(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)−1}/(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)≧(Σvfine-particle/Σvparticle)≧2/6・{(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)−1}/(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)の範囲、
好ましくは、4/5・{(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)−1}/(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)≧(Σvfine-particle/Σvparticle)≧2/5・{(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)−1}/(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)の範囲に調整することが望ましい。
The ratio (Σvfine-particle / Σvparticle) of the total volume (vfine-particle) of the added “copper fine powder” Σvfine-particle and the total volume (vparticle) of the “copper powder” (Σvfine-particle / Σvparticle)
Usually, 5/6 · {(ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) -1} / (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle-tap) ≧ (Σvfine-particle / Σvparticle) ≧ 2/6 · {( ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) -1} / (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle-tap),
Preferably, 4/5 · {(ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) -1} / (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle-tap) ≧ (Σvfine-particle / Σvparticle) ≧ 2/5 · { It is desirable to adjust to the range of (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) -1} / (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle-tap).
「銅粉末の積層構造」中に存在する「空隙」の相当部分を、「銅微細粉末」が充填している形態においては、「銅微細粉末」の充填後も、「銅粉末」と「銅微細粉末」の間、「銅微細粉末」相互の間に、なお、狭い隙間は残余している。この狭い隙間の体積の合計、すなわち、「銅粉末の積層構造」中に存在する「残余空隙」の体積の合計は、「空隙」の体積(vspace)の合計Σvspaceから、添加される「銅微細粉末」の体積(vfine-particle)の合計Σvfine-particleを差し引いたもの(Σvspace−Σvfine-particle)に相当する。 In a form in which “copper fine powder” is filled with a substantial portion of “voids” present in “laminated structure of copper powder”, “copper powder” and “copper” are filled even after filling with “copper fine powder”. A narrow gap remains between the “fine powder” and the “copper fine powder”. The total volume of the narrow gaps, that is, the total volume of the “remaining voids” present in the “copper powder laminate structure” is added from the total Σvspace of the volume (vspace) of the “voids”. This corresponds to a value obtained by subtracting the total Σvfine-particle (Σvspace-Σvfine-particle) of the volume of powder ”(vfine-particle).
本発明にかかる「銅厚膜形成用材料」には、「銅粉末」と「銅微細粉末」に加えて、「銅ナノ粒子」、該「銅ナノ粒子」の表面を被覆する「被覆剤分子層」の形成に使用される「被覆剤分子」と、分散溶媒として利用する「有機溶剤」が含有されている。 In addition to “copper powder” and “copper fine powder”, the “copper thick film forming material” according to the present invention includes “copper nanoparticles” and “coating agent molecules that coat the surfaces of the“ copper nanoparticles ”. “Coating molecule” used for forming the “layer” and “organic solvent” used as a dispersion solvent are contained.
「被覆剤分子」の一部は、「有機溶剤」中に溶解しており、「有機溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」と、「銅ナノ粒子」表面の「被覆剤分子層」を構成している「被覆剤分子」は、解離平衡を達成している。すなわち、「銅ナノ粒子」表面に「被覆剤分子層」を形成している「被覆剤分子」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと、「有機溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseとの間で、解離平衡が達成されている。 Part of the “coating agent molecule” is dissolved in the “organic solvent”, and the “coating agent molecule” dissolved in the “organic solvent” and the “coating agent molecular layer” on the surface of the “copper nanoparticles” The “coating molecule” constituting “is achieving a dissociation equilibrium. That is, the “coating molecule molecule” forming the “coating agent molecular layer” on the “copper nanoparticle” surface, and the “coating agent molecule” dissolved in the “organic solvent”. The dissociation equilibrium is achieved between the concentration of Ccoating-molecule-liquid-phase.
「被覆剤分子」は、「銅粉末」と「銅微細粉末」の表面にも、面密度Ccoating-molecule-surfaceの「被覆剤分子層」を構成することが可能である。但し、「銅ナノ粒子」の表面積の総和ΣSCu-nanoparticle、「銅微細粉末」の表面積の総和ΣSCu-fine-particle、「銅粉末」の表面積の総和ΣSCu-particleは、ΣSCu-nanoparticle≫ΣSCu-fine-particle≫ΣSCu-particleの関係にあり、「銅微細粉末」の表面、「銅粉末」の表面を被覆する「被覆剤分子」の量は、「銅ナノ粒子」の表面を被覆する「被覆剤分子」の量に対して、無視できる範囲である。 The “coating agent molecule” can also form a “coating agent molecule layer” having a surface density Ccoating-molecule-surface on the surfaces of “copper powder” and “copper fine powder”. However, the total surface area of “copper nanoparticles” ΣSCu-nanoparticle, the total surface area of “copper fine powder” ΣSCu-fine-particle, the total surface area of “copper powder” ΣSCu-particle is ΣSCu-nanoparticle >> ΣSCu-fine -particle >> ΣSCu-particle, and the amount of “coating molecules” covering the surface of “copper fine powder” and “copper powder” is the same as “coating agent” covering the surface of “copper nanoparticles” It is a negligible range for the amount of “molecule”.
従って、「銅ナノ粒子」の表面を被覆する「被覆剤分子」の量Mcoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」の量Mcoating-molecule-liquid-phaseの合計は、「銅厚膜形成用材料」中に含まれる「被覆剤分子」の総量Mcoating-moleculeと見做せる(Mcoating-molecule=Mcoating-molecule-surface+Mcoating-molecule-liquid-phase)。 Therefore, the amount Mcoating-molecule-surface of the “coating molecule” covering the surface of the “copper nanoparticle” and the amount Mcoating-molecule-liquid-phase of the “coating agent molecule” dissolved in the “solvent”. The total can be regarded as the total amount Mcoating-molecule of “coating agent molecules” contained in the “copper thick film forming material” (Mcoating-molecule = Mcoating-molecule-surface + Mcoating-molecule-liquid-phase).
表面に「被覆剤分子層」を形成している「銅ナノ粒子」は、「被覆剤分子」を溶解している「有機溶剤」中に均一に分散して、「液相」を構成している。 The “copper nanoparticles” that form the “coating agent molecular layer” on the surface are uniformly dispersed in the “organic solvent” in which the “coating agent molecule” is dissolved to form a “liquid phase”. Yes.
この「液相」が、「銅粉末の積層構造」中に存在する「残余空隙」を満たし、余剰の「液相」は、「銅粉末の積層構造」の上面を浸す状態となる。 This “liquid phase” fills the “residual voids” present in the “copper powder laminated structure”, and the excess “liquid phase” immerses the upper surface of the “copper powder laminated structure”.
「銅ナノ粒子」の体積(vnano-particle)の合計Σvnano-particle、「被覆剤分子」の体積(vcoating-molecule)、「有機溶剤」の体積(vsolvent)の総和、{Σvnano-particle+vcoating-molecule+vsolvent}は、少なくとも、「銅粉末の積層構造」中に存在する「残余空隙」の体積の合計(Σvspace−Σvfine-particle)よりも大きい範囲({Σvnano-particle+vcoating-molecule+vsolvent}>(Σvspace−Σvfine-particle))とする。 Sum of volume (vnano-particle) of “copper nanoparticles” Σvnano-particle, volume of “coating agent molecule” (vcoating-molecule), sum of volume of “organic solvent” (vsolvent), {Σvnano-particle + vcoating-molecule + vsolvent} Is at least larger than the total volume (Σvspace−Σvfine-particle) of “residual voids” existing in the “copper powder laminated structure” ({Σvnano-particle + vcoating-molecule + vsolvent}> (Σvspace−Σvfine-particle) ).
なお、「銅ナノ粒子」の体積(vnano-particle)の合計Σvnano-particleは、「銅粉末の積層構造」中に存在する「残余空隙」の体積の合計(Σvspace−Σvfine-particle)を基準として、通常、(Σvspace−Σvfine-particle)≧Σvnano-particle≧1/2・(Σvspace−Σvfine-particle)の範囲に選択することができる。 Note that the total volume (vnano-particle) of “copper nanoparticles” Σvnano-particle is based on the total volume of “residual voids” (Σvspace−Σvfine-particle) present in the “laminated structure of copper powder”. In general, (Σvspace−Σvfine-particle) ≧ Σvnano-particle ≧ 1/2 · (Σvspace−Σvfine-particle) can be selected.
「銅ナノ粒子」は、低温焼成することが可能である必要があり、少なくとも、「銅ナノ粒子」自体の平均粒子径dCu-nanoparticleは、100nmを超えない範囲(100nm≧dCu-nanoparticle)に選択する。 The “copper nanoparticles” need to be able to be fired at a low temperature, and at least the average particle diameter dCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” itself is selected within a range not exceeding 100 nm (100 nm ≧ dCu-nanoparticle) To do.
「液相」中では、「銅ナノ粒子」の表面には、「被覆剤分子層」が形成されており、この「被覆剤分子層」の厚さtcoating-moleculeを含め、表面に「被覆剤分子層」を形成している「銅ナノ粒子」の平均粒子径は、(dCu-nanoparticle+2tcoating-molecule)となっている。 In the “liquid phase”, a “coating agent molecular layer” is formed on the surface of the “copper nanoparticle”, and the “coating agent layer” includes the thickness tcoating-molecule of the “coating agent molecular layer”. The average particle diameter of the “copper nanoparticles” forming the “molecular layer” is (dCu-nanoparticle + 2 tcoating-molecule).
「銅粉末」相互の接触部位の近傍の狭い隙間、「銅粉末」と「銅微細粉末」との間の狭い隙間、「銅微細粉末」相互の間の狭い隙間に、表面に「被覆剤分子層」を形成している「銅ナノ粒子」の状態で進入し、充填されることが必要である。 “Copper powder” is a narrow gap near the contact area between each other, “narrow gap between“ copper powder ”and“ copper fine powder ”, and“ narrow gap between “copper fine powder” ” It is necessary to enter and be filled in the “copper nanoparticles” forming the “layer”.
「銅微細粉末」相互の間の狭い隙間に、表面に「被覆剤分子層」を形成している「銅ナノ粒子」の状態で進入し、充填されるためには、平均粒子径(dCu-nanoparticle+2tcoating-molecule)は、「銅微細粉末」の平均粒子径dCu-fine-particleを基準として、通常、1/5・dCu-fine-particle>(dCu-nanoparticle+2tcoating-molecule)の範囲、好ましくは、1/10・dCu-fine-particle>(dCu-nanoparticle+2tcoating-molecule)>1/40・dCu-fine-particleの範囲に選択することが望ましい。 In order to enter and fill the narrow gaps between the “copper fine powders” in the form of “copper nanoparticles” forming a “coating agent molecular layer” on the surface, the average particle diameter (dCu− The nanoparticle + 2tcoating-molecule) is usually in the range of 1/5 · dCu-fine-particle> (dCu-nanoparticle + 2tcoating-molecule), preferably 1 based on the average particle diameter dCu-fine-particle of “copper fine powder”. / 10 · dCu-fine-particle> (dCu-nanoparticle + 2tcoating-molecule)> 1/40 · dCu-fine-particle is preferably selected.
平均粒子径(dCu-nanoparticle+2tcoating-molecule)が小さくなるとともに、表面に「被覆剤分子層」を形成している「銅ナノ粒子」における、「銅ナノ粒子」自体の体積(vnano-particle)と、その表面に形成されている「被覆剤分子層」の体積(vcoating-molecule-surface)の比、(vcoating-molecule-surface/vnano-particle)は、(2tcoating-molecule/dCu-nanoparticle)に比例して、増大する。一般に、(2tcoating-molecule/dCu-nanoparticle)を、1/5>(2tcoating-molecule/dCu-nanoparticle)の範囲、好ましくは、1/10>(2tcoating-molecule/dCu-nanoparticle)の範囲に選択することが望ましい。 As the average particle diameter (dCu-nanoparticle + 2 tcoating-molecule) becomes smaller, the volume (vnano-particle) of the “copper nanoparticles” itself in the “copper nanoparticles” forming the “coating agent molecular layer” on the surface, The ratio (vcoating-molecule-surface / vnano-particle) of the “coating molecule layer” formed on the surface is proportional to (2tcoating-molecule / dCu-nanoparticle). Increase. In general, (2tcoating-molecule / dCu-nanoparticle) is selected in the range 1/5> (2tcoating-molecule / dCu-nanoparticle), preferably 1/10> (2tcoating-molecule / dCu-nanoparticle). It is desirable.
「銅ナノ粒子」自体の平均粒子径dCu-nanoparticleは、通常、1nm〜100nmの範囲、好ましくは、5nm〜100nmの範囲、より好ましくは、10nm〜100nmの範囲に選択することが望ましい。(2tcoating-molecule/dCu-nanoparticle)を前記の範囲に留める目的で、「銅ナノ粒子」自体の平均粒子径dCu-nanoparticleを、20nm〜100nmの範囲に選択することもできる。 The average particle diameter dCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” itself is usually selected in the range of 1 nm to 100 nm, preferably in the range of 5 nm to 100 nm, more preferably in the range of 10 nm to 100 nm. In order to keep (2tcoating-molecule / dCu-nanoparticle) within the above range, the average particle diameter dCu-nanoparticle of the “copper nanoparticle” itself can be selected in the range of 20 nm to 100 nm.
「液相」中おける、表面に「被覆剤分子層」を有する「銅ナノ粒子」の体積(vnano-particle+vcoating-molecule-surface)の合計Σ(vnano-particle+vcoating-molecule-surface)と、「有機溶剤」の体積(vsolvent)の比、{Σ(vnano-particle+vcoating-molecule-surface)/vsolvent}は、少なくとも、1>{Σ(vnano-particle+vcoating-molecule-surface)/vsolvent}の範囲、通常は、4/5>{Σ(vnano-particle+vcoating-molecule-surface)/vsolvent}の範囲、好ましくは、2/3>{Σ(vnano-particle+vcoating-molecule-surface)/vsolvent}の範囲に選択することが望ましい。 In the “liquid phase”, the total volume (vnano-particle + vcoating-molecule-surface) of “copper nanoparticles” having “coating agent molecular layer” on the surface (vnano-particle + vcoating-molecule-surface) and “organic solvent” The ratio of {volume (vsolvent)}, {Σ (vnano-particle + vcoating-molecule-surface) / vsolvent} is at least 1> {Σ (vnano-particle + vcoating-molecule-surface) / vsolvent}, usually 4 / 5> {Σ (vnano-particle + vcoating-molecule-surface) / vsolvent}, preferably 2/3> {Σ (vnano-particle + vcoating-molecule-surface) / vsolvent}.
「銅ナノ粒子」表面に形成されている「被覆剤分子層」に利用される「被覆剤分子」として、銅と非共有結合的な分子間結合の形成に利用できる原子団として、アミノ基(−NH2)を有する化合物、またはカルボキシル基(−COOH)を有する化合物を利用することが望ましい。 As a “coating agent molecule” used in the “coating agent molecular layer” formed on the surface of the “copper nanoparticle”, an amino group (as an atomic group that can be used for forming a non-covalent intermolecular bond with copper) It is desirable to use a compound having —NH 2) or a compound having a carboxyl group (—COOH).
なお、「被覆剤分子」として利用される、アミノ基(−NH2)を有する化合物、またはカルボキシル基(−COOH)を有する化合物の沸点は、大気圧下では、150℃〜400℃の範囲、好ましくは、180℃〜370℃の範囲であることが望ましい。また、減圧下、例えば、200Paの減圧下における沸点は、10℃〜200℃の範囲、好ましくは、40℃〜170℃の範囲であることが望ましい。 The boiling point of the compound having an amino group (—NH 2) or the compound having a carboxyl group (—COOH) used as a “coating agent molecule” is in the range of 150 ° C. to 400 ° C., preferably under atmospheric pressure. Is preferably in the range of 180 ° C to 370 ° C. The boiling point under reduced pressure, for example, 200 Pa, is preferably in the range of 10 ° C to 200 ° C, and preferably in the range of 40 ° C to 170 ° C.
「被覆剤分子」として利用可能な、アミノ基(−NH2)を有する化合物として、末端アミノ基を1つ以上有するアミン化合物、例えば、アルキルアミンが例示できる。なお、アルキルアミンを構成するアルキル鎖の炭素数は、8〜20の範囲、好ましくは、10〜18の範囲に選択することが望ましい。 Examples of the compound having an amino group (—NH 2) that can be used as the “coating agent molecule” include amine compounds having one or more terminal amino groups, such as alkylamines. The number of carbon atoms in the alkyl chain constituting the alkylamine is desirably selected in the range of 8-20, preferably in the range of 10-18.
末端アミノ基を1つ以上有するアミン化合物として、2-エチルヘキシルオキシプロピルアミン(沸点235℃)などの(アルキルオキシ)アルキルアミン、オレイルアミン(融点21℃、沸点364℃)などの炭素数8〜20の直鎖脂肪族アミンを使用することもできる。 As an amine compound having one or more terminal amino groups, (alkyloxy) alkylamine such as 2-ethylhexyloxypropylamine (boiling point 235 ° C.), carbon number 8-20 such as oleylamine (melting point 21 ° C., boiling point 364 ° C.) Linear aliphatic amines can also be used.
「被覆剤分子」として利用可能な、カルボキシル基(−COOH)を有する化合物として、炭素数8〜20の脂肪族カルボン酸、好ましくは、炭素数8〜20の脂肪族モノカルボン酸、例えば、炭素数8〜20のアルカン酸を例示できる。 As a compound having a carboxyl group (—COOH) that can be used as a “coating agent molecule”, an aliphatic carboxylic acid having 8 to 20 carbon atoms, preferably an aliphatic monocarboxylic acid having 8 to 20 carbon atoms, such as carbon The alkanoic acid of several 8-20 can be illustrated.
用いる「有機溶剤」は、表面に形成されている「被覆剤分子層」を利用して、「銅ナノ粒子」を均一に分散させる際、その分散溶媒として利用される。また、「被覆剤分子」を溶解できることも必要である。 The “organic solvent” to be used is used as a dispersion solvent when the “copper nanoparticles” are uniformly dispersed using the “coating agent molecular layer” formed on the surface. It must also be able to dissolve the “coating molecule”.
「被覆剤分子」の溶解度が所定の水準以上であり、本発明の「銅厚膜形成用材料」の厚い塗布膜を形成する際、その蒸散は急速に進行することのない、高い沸点を有する「有機溶剤」を利用することが望ましい。例えば、室温から120℃以上に予備加熱した際、「銅ナノ粒子」の表面に形成されている「被覆剤分子層」を構成する「被覆剤分子」を溶出させることが可能な、「被覆剤分子」の溶解度が有する、「高沸点有機溶剤」、例えば、「高沸点の非極性有機溶剤」、「高沸点の低極性有機溶剤」を利用することが可能である。 The solubility of the “coating agent molecule” is not less than a predetermined level, and when forming a thick coating film of the “copper thick film forming material” of the present invention, the transpiration does not proceed rapidly and has a high boiling point. It is desirable to use “organic solvents”. For example, when preheating from room temperature to 120 ° C. or higher, “coating agent molecules” constituting “coating agent molecular layer” formed on the surface of “copper nanoparticles” can be eluted. It is possible to use a “high boiling organic solvent” having a solubility of “molecule”, for example, a “high boiling nonpolar organic solvent” or a “high boiling low polar organic solvent”.
アミノ基(−NH2)を有する化合物を「被覆剤分子」として利用する際、例えば、トリプロピレングリコール(分子量192、沸点268℃)を、「有機溶剤」に使用することが可能である。 When using a compound having an amino group (—NH 2) as a “coating agent molecule”, for example, tripropylene glycol (molecular weight 192, boiling point 268 ° C.) can be used as the “organic solvent”.
使用する「有機溶剤」の沸点Tbp-solventは、150℃〜300℃の範囲、好ましくは、180℃〜280℃の範囲となるように、「有機溶剤」を選択する。 The “organic solvent” is selected so that the boiling point Tbp-solvent of the “organic solvent” to be used is in the range of 150 ° C. to 300 ° C., preferably in the range of 180 ° C. to 280 ° C.
なお、使用する「被覆剤分子」の沸点Tbp-coating-moleculeは、130℃〜300℃の範囲、好ましくは、150℃〜270℃の範囲となるように、「被覆剤分子」を選択することもできる。 The “coating agent molecule” should be selected such that the boiling point Tbp-coating-molecule of the “coating agent molecule” used is in the range of 130 ° C. to 300 ° C., preferably in the range of 150 ° C. to 270 ° C. You can also.
本発明の「銅厚膜形成用材料」の厚い塗布膜を形成する際、該「銅厚膜形成用材料」の塗布膜の厚さと、平面パターン形状を保持する必要があり、液粘度を、少なくとも、30Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)以上、好ましくは、50Pa・s〜200Pa・sの範囲に調整することが望ましい。例えば、塗布膜の膜厚を20μm〜200μmの範囲に選択する場合、液粘度は、少なくとも、50Pa・s〜200Pa・sの範囲に調整することが望ましい。 When forming a thick coating film of the “copper thick film forming material” of the present invention, it is necessary to maintain the thickness of the coating film of the “copper thick film forming material” and the planar pattern shape, It is at least 30 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.) or more, preferably 50 Pa · s to 200 Pa · s. For example, when the thickness of the coating film is selected in the range of 20 μm to 200 μm, the liquid viscosity is desirably adjusted to at least the range of 50 Pa · s to 200 Pa · s.
その他、本発明にかかる「銅厚膜形成用材料」では、「基材との密着性を向上させたり、硬化後の流動性を持たせたりするために」、「樹脂」を添加する形態とすることも可能である。 In addition, in the “material for forming a copper thick film” according to the present invention, “in order to improve adhesion with a base material or to have fluidity after curing”, a form in which “resin” is added. It is also possible to do.
添加する「樹脂」として、「基材との密着性を向上させる」目的では、熱硬化性樹脂、例えば、エポキシ樹脂などが利用できる。添加する「樹脂」として、「硬化後の流動性を持たせる」目的では、熱可塑性樹脂、例えば、アクリル樹脂などが利用できる。 As the “resin” to be added, a thermosetting resin such as an epoxy resin can be used for the purpose of “improving adhesion with the substrate”. As the “resin” to be added, a thermoplastic resin such as an acrylic resin can be used for the purpose of “giving fluidity after curing”.
本発明にかかる「銅厚膜形成用材料」中に添加する「樹脂」の量は、銅厚膜形成用材料中に含有される、「銅粉末」の体積比率VCu-particle、「銅微細粉末」の体積比率VCu-fine-particle、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticle、「被覆剤分子」の体積比率Vcoating-molecule、「有機溶剤」の体積比率Vsolventの合計{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle+Vcoating-molecule+Vsolvent}を基準として、「樹脂」の体積比率Vresinは、
0.25≧{Vresin/(VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle+Vcoating-molecule+Vsolvent)}の範囲、
好ましくは、0.25≧{Vresin/(VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle+Vcoating-molecule+Vsolvent)}≧0.05の範囲に選択することが望ましい。
The amount of “resin” added to the “copper thick film forming material” according to the present invention is the volume ratio VCu-particle of “copper powder” contained in the copper thick film forming material, “copper fine powder”. "VCu-fine-particle", "Cu nanoparticle" volume ratio VCu-nanoparticle, "Coating molecule" volume ratio Vcoating-molecule, "Organic solvent" volume ratio Vsolvent total {VCu-particle + VCu-fine -particle + VCu-nanoparticle + Vcoating-molecule + Vsolvent}, the volume ratio Vresin of “resin” is
0.25 ≧ {Vresin / (VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle + Vcoating-molecule + Vsolvent)} range,
Preferably, it is desirable to select 0.25 ≧ {Vresin / (VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle + Vcoating-molecule + Vsolvent)} ≧ 0.05.
通常、添加される「樹脂」は、「有機溶剤」と混和され、「液相」を構成する。その際、「樹脂」と「有機溶剤」との体積比、(Vresin/Vsolvent)は、通常、0.65≧(Vresin/Vsolvent)≧0.35の範囲、好ましくは、0.60≧(Vresin/Vsolvent)≧0.40の範囲に選択することが望ましい。 Usually, the added “resin” is mixed with an “organic solvent” to constitute a “liquid phase”. In this case, the volume ratio (Vresin / Vsolvent) of “resin” to “organic solvent” is usually in the range of 0.65 ≧ (Vresin / Vsolvent) ≧ 0.35, preferably 0.60 ≧ (Vresin /Vsolvent)≧0.40 is preferable.
「樹脂」として、「熱硬化性樹脂」を採用する際、該「熱硬化性樹脂」の硬化温度Tcureは、通常、120℃〜250℃の範囲、好ましくは、150℃〜220℃の範囲であることが望ましい。特には、後述する作製プロセス中、180℃以下の温度に選択される予備加熱温度Tpreheatingで実施される、「予備加熱乾燥工程」、「減圧乾燥工程」時には、該「熱硬化性樹脂」の熱硬化は進行しない範囲に、該「熱硬化性樹脂」の硬化温度Tcureがあることが望ましい。すなわち、該「熱硬化性樹脂」の硬化温度Tcureが、「予備加熱乾燥工程」、「減圧乾燥工程」において採用する予備加熱温度Tpreheatingより高い場合、「予備加熱乾燥工程」、「減圧乾燥工程」時には、「熱硬化性樹脂」の熱硬化は進行せず、「熱硬化性樹脂」の熱硬化処理は、後述する作製プロセス中、「マイクロ波プラズマ照射による焼成工程」において、「銅ナノ粒子」の焼成と併行して実施される。 When “thermosetting resin” is adopted as the “resin”, the curing temperature Tcure of the “thermosetting resin” is usually in the range of 120 ° C. to 250 ° C., preferably in the range of 150 ° C. to 220 ° C. It is desirable to be. In particular, during the “preheating drying step” and the “vacuum drying step” performed at a preheating temperature Tpreheating selected at a temperature of 180 ° C. or lower during the manufacturing process described later, the heat of the “thermosetting resin” It is desirable that the curing temperature Tcure of the “thermosetting resin” be within a range where curing does not proceed. That is, when the curing temperature Tcure of the “thermosetting resin” is higher than the preheating temperature Tpreheating employed in the “preheating drying step” and the “vacuum drying step”, the “preheating drying step” and the “vacuum drying step” Sometimes, the thermosetting of the “thermosetting resin” does not proceed, and the thermosetting treatment of the “thermosetting resin” is performed in the “baking step by microwave plasma irradiation” during the manufacturing process described later. This is carried out in parallel with the firing.
「樹脂」として、「熱可塑性樹脂」を採用する際、該「熱可塑性樹脂」のガラス転位温度Tgは、通常、−20℃〜200℃の範囲、好ましくは、−10℃〜150℃の範囲であることが望ましい。従って、後述する作製プロセス中、「マイクロ波プラズマ照射による焼成工程」において、「銅ナノ粒子」の焼成と併行して、添加されている「熱可塑性樹脂」のガラス転位も起こる。特には、後述する作製プロセス中、180℃以下の温度に選択される予備加熱温度Tpreheatingで実施される「予備加熱乾燥工程」、「減圧乾燥工程」が完了した時点において、「溶剤」が除去された状態となる際、含有されている「熱可塑性樹脂」は、少なくとも、ガラス転位した状態となっていることが好ましい。従って、該「熱可塑性樹脂」のガラス転位温度Tgは、180℃以下の温度に選択される予備加熱温度Tpreheatingより低いことが好ましい。 When adopting “thermoplastic resin” as “resin”, glass transition temperature Tg of “thermoplastic resin” is usually in the range of −20 ° C. to 200 ° C., preferably in the range of −10 ° C. to 150 ° C. It is desirable that Accordingly, during the manufacturing process described later, glass transition of the added “thermoplastic resin” also occurs in the “firing step by microwave plasma irradiation” in parallel with the firing of “copper nanoparticles”. In particular, the “solvent” is removed at the time when the “preheating drying step” and the “reduced pressure drying step” performed at the preheating temperature Tpreheating selected at a temperature of 180 ° C. or lower are completed during the manufacturing process described later. It is preferable that at least the “thermoplastic resin” contained is in a state of glass transition. Accordingly, the glass transition temperature Tg of the “thermoplastic resin” is preferably lower than the preheating temperature Tpreheating selected to be a temperature of 180 ° C. or lower.
なお、形成される「銅厚膜」中における「樹脂」の量は、本発明の効果を損なわない範囲内において適宜決定すれば良い。 The amount of “resin” in the formed “copper thick film” may be appropriately determined within a range not impairing the effects of the present invention.
一方、本発明の「銅厚膜形成用材料」を利用して、「銅厚膜」を形成する方法は、下記の工程を具えている。 On the other hand, the method of forming the “copper thick film” using the “copper thick film forming material” of the present invention includes the following steps.
基材上に銅厚膜形成用材料を塗布する、銅厚膜形成用材料の塗布工程、
得られる塗布膜を180℃以下の温度に選択される予備加熱温度で加熱して、乾燥するとともに、含有されている銅粉末、銅微細粉末を沈降させる、予備加熱乾燥工程、
予備加熱温度に加熱しつつ、減圧下において、残存する溶剤、有機物を蒸散させ除去する、減圧乾燥工程、
予備加熱温度に加熱しつつ、還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する、マイクロ波プラズマ照射による焼成工程
「銅厚膜形成用材料の塗布工程」
基材上に銅厚膜形成用材料を塗布する際、塗布膜の平均厚さtpasteは、目標とする銅厚膜の平均膜厚tCu-sintered layerを基準として、選択する。
Applying a copper thick film forming material on a substrate, applying a copper thick film forming material,
A preheat drying step of heating and drying the resulting coating film at a preheating temperature selected at a temperature of 180 ° C. or lower, and precipitating the contained copper powder and copper fine powder,
A vacuum drying process that removes the remaining solvent and organic matter by evaporation under reduced pressure while heating to the preheating temperature,
Firing process by microwave plasma irradiation, heating to preheating temperature and irradiating with microwave plasma in reducing atmosphere "Coating process of copper thick film forming material"
When applying the copper thick film forming material on the base material, the average thickness tpaste of the coating film is selected on the basis of the target average thickness tCu-sintered layer of the copper thick film.
具体的には、銅厚膜形成用材料中に含有される、「銅粉末」の体積比率VCu-particle、「銅微細粉末」の体積比率VCu-fine-particle、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticle、「被覆剤分子」の体積比率Vcoating-molecule、「有機溶剤」の体積比率Vsolventの合計{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle+Vcoating-molecule+Vsolvent}=100体積%である際、形成される銅厚膜中には、「銅粉末」の体積比率VCu-particle、「銅微細粉末」の体積比率VCu-fine-particle、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticleの合計{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}に相当する体積の金属銅原子が含まれる。 Specifically, the volume ratio VCu-particle of “copper powder”, the volume ratio VCu-fine-particle of “copper fine powder”, and the volume ratio of “copper nanoparticles” contained in the copper thick film forming material VCu-nanoparticle, “coating agent molecule” volume ratio Vcoating-molecule, “organic solvent” volume ratio Vsolvent total {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle + Vcoating-molecule + Vsolvent} = 100% by volume In the copper thick film, the volume ratio VCu-particle of “copper powder”, the volume ratio VCu-fine-particle of “copper fine powder”, and the volume ratio VCu-nanoparticle of “copper nanoparticles” {VCu-particle + VCu- A volume of metallic copper atoms corresponding to fine-particle + VCu-nanoparticle} is included.
作製される「銅厚膜」の嵩体積に対する、残留する「空隙」の比率、「空隙率」Vvoidの目標を考慮して、下記の関係を満足するように、塗布膜の平均厚さtpasteを選択する。
(tCu-sintered layer/tpaste)・(1−Vvoid)=
={VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle+Vcoating-molecule+Vsolvent}
「銅厚膜形成用材料」の塗布手段としては、スクリーン印刷が好適に利用できる。
Taking into account the ratio of the remaining “void” to the bulk volume of the “copper thick film” to be produced and the target of “void ratio” Vvoid, the average thickness tpaste of the coating film is set so as to satisfy the following relationship: select.
(TCu-sintered layer / tpaste) · (1-Vvoid) =
= {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle} / {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle + Vcoating-molecule + Vsolvent}
As a means for applying the “copper thick film forming material”, screen printing can be suitably used.
「予備加熱乾燥工程」
得られる塗布膜中に含まれる、「有機溶剤」は、180℃以下の温度に選択される予備加熱温度Tpreheatingに加熱すると、塗布膜の表面から蒸散し、塗布膜の乾燥が進む。乾燥が完了すると、「有機溶剤」が除去された「乾燥処理済塗布膜」となる。「乾燥処理済塗布膜」の平均膜厚tdried-pasteは、塗布膜の平均厚さtpasteを基準として、大凡、tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle+Vcoating-molecule}/{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle+Vcoating-molecule+Vsolvent}と見積もられる。
"Preheating drying process"
When the “organic solvent” contained in the obtained coating film is heated to a preheating temperature Tpreheating selected to a temperature of 180 ° C. or less, the coating film evaporates from the surface of the coating film, and drying of the coating film proceeds. When drying is completed, a “dried coating film” from which “organic solvent” has been removed is obtained. The average film thickness tdried-paste of the “dried coating film” is approximately tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle + Vcoating-molecule} / {VCu-particle + VCu− Fine-particle + VCu-nanoparticle + Vcoating-molecule + Vsolvent}.
該「予備加熱乾燥工程」において、「有機溶剤」のみを選択的に除去するためには、「液相」中において、「有機溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」は蒸散しないが、「有機溶剤」は蒸散する条件を選択する必要がある。 In the “preheating drying step”, in order to selectively remove only the “organic solvent”, the “coating agent molecule” dissolved in the “organic solvent” does not evaporate in the “liquid phase”. It is necessary to select the conditions for transpiration of the “organic solvent”.
室温においては、「銅厚膜形成用材料」の塗布膜中に含有される、「銅粉末」と「銅微細粉末」、ならびに、「銅ナノ粒子」は、「有機溶剤」中に分散されている。その際、「銅ナノ粒子」は、その表面に「被覆剤分子層」を形成した状態で、「有機溶剤」中に分散されている。また、「有機溶剤」中に分散されている、「銅粉末」と「銅微細粉末」の表面に露呈している金属銅原子には、「被覆剤分子」が非共役結合的に結合している(化学吸着しいる)。 At room temperature, “copper powder” and “copper fine powder” and “copper nanoparticles” contained in the coating film of “copper thick film forming material” are dispersed in “organic solvent”. Yes. At that time, the “copper nanoparticles” are dispersed in the “organic solvent” in a state in which the “coating agent molecular layer” is formed on the surface thereof. In addition, the “coating agent molecules” are bonded in a non-conjugated manner to the metal copper atoms exposed in the surfaces of “copper powder” and “copper fine powder” dispersed in the “organic solvent”. Yes (chemical adsorption).
その際、表面に「被覆剤分子層」を有する「銅ナノ粒子」全体の比重は、表面に「被覆剤分子」が化学吸着している「銅粉末」あるいは「銅微細粉末」全体の比重より、格段に小さく、勿論、粒子径も桁違いに小さい。そのため、表面に「被覆剤分子層」を有する「銅ナノ粒子」の分散性は、表面に「被覆剤分子」が化学吸着している「銅粉末」あるいは「銅微細粉末」の分散性よりも、桁違いに優れている。 At that time, the specific gravity of the entire “copper nanoparticles” having the “coating agent molecular layer” on the surface is more than the specific gravity of the “copper powder” or “copper fine powder” on which the “coating agent molecules” are chemically adsorbed on the surface. Of course, the particle size is extremely small, and of course, the particle size is extremely small. Therefore, the dispersibility of “copper nanoparticles” having a “coating molecule layer” on the surface is more than the dispersibility of “copper powder” or “copper fine powder” on which “coating agent molecules” are chemically adsorbed on the surface. , Is superior in orders of magnitude.
180℃以下の温度に選択される予備加熱温度Tpreheatingに加熱すると、「銅粉末」と「銅微細粉末」の表面に化学吸着している「被覆剤分子」は、熱的に脱着し、「有機溶剤」中に溶出される。また、加熱にともなって、「有機溶剤」の粘度も大幅に低下する。その結果、180℃以下の温度に選択される予備加熱温度Tpreheatingに加熱すると、「銅粉末」と「銅微細粉末」の分散性は失われる。 When heated to a preheating temperature Tpreheating selected at a temperature of 180 ° C. or less, the “coating agent molecules” chemically adsorbed on the surfaces of “copper powder” and “copper fine powder” are thermally desorbed, It is eluted in the “solvent”. In addition, the viscosity of the “organic solvent” significantly decreases with heating. As a result, dispersibility of “copper powder” and “copper fine powder” is lost when heated to a preheating temperature Tpreheating selected to be a temperature of 180 ° C. or less.
例えば、「銅粉末」の平均粒子径dCu- particle、「銅微細粉末」の平均粒子径dCu-fine-particle、「銅ナノ粒子」自体の平均粒子径dCu-nanoparticleが、dCu- particle>dCu-fine-particle≫dCu-nanoparticleである場合、「銅粉末」と「銅微細粉末」の分散性は失われる段階でも、表面に「被覆剤分子層」を有する「銅ナノ粒子」は、「有機溶剤」中に分散した状態を保つことが可能である。 For example, the average particle diameter dCu-particle of “copper powder”, the average particle diameter dCu-fine-particle of “copper fine powder”, and the average particle diameter dCu-nanoparticle of “copper nanoparticle” itself are dCu-particle> dCu- In the case of fine-particle >> dCu-nanoparticle, even if the dispersibility of “copper powder” and “copper fine powder” is lost, “copper nanoparticle” having “coating agent molecular layer” on the surface is “organic solvent” It is possible to keep the state dispersed in.
180℃以下の温度に選択される予備加熱温度Tpreheatingで加熱する間に、塗布膜中に含まれる、「銅粉末」と「銅微細粉末」の沈降が進行する。この「銅粉末」と「銅微細粉末」の沈降の際、「銅粉末」が緻密に積層して、「銅粉末」の積層構造が形成される。同時に沈降する「銅微細粉末」は、「銅粉末」の積層構造中に取り込まれる。具体的には、「銅粉末」の積層構造中、「銅粉末」相互の間に隙間が存在するが、「銅微細粉末」は、この「銅粉末」相互の間の隙間を充填するように、「銅粉末」の積層構造中に取り込まれる。形成される「銅粉末」の積層構造中、「銅粉末」相互の間の隙間を「銅微細粉末」は密に充填するが、なお、「銅粉末」と「銅微細粉末」の間、「銅微細粉末」相互の間に微細な隙間が存在している。一方、「銅ナノ粒子」は、「有機溶剤」中に均一に分散して、「液相」を構成している。この「液相」は、形成される「銅粉末」の積層構造中の狭い隙間に浸潤している。また、形成される「銅粉末」の積層構造の上面には、「液相」からなる上層が存在している。 During heating at a preheating temperature Tpreheating selected to be a temperature of 180 ° C. or lower, precipitation of “copper powder” and “copper fine powder” contained in the coating film proceeds. When the “copper powder” and the “copper fine powder” are settled, the “copper powder” is densely laminated to form a laminated structure of the “copper powder”. The “copper fine powder” that settles at the same time is taken into the laminated structure of the “copper powder”. Specifically, in the laminated structure of “copper powder”, there is a gap between “copper powder”, but “copper fine powder” fills the gap between these “copper powder”. Incorporated into the laminated structure of “copper powder”. In the laminated structure of the “copper powder” formed, the “copper fine powder” closely fills the gaps between the “copper powder”, but between the “copper powder” and the “copper fine powder” There are fine gaps between “copper fine powder”. On the other hand, “copper nanoparticles” are uniformly dispersed in an “organic solvent” to constitute a “liquid phase”. This “liquid phase” infiltrates narrow gaps in the laminated structure of the “copper powder” to be formed. In addition, an upper layer made of a “liquid phase” exists on the upper surface of the laminated structure of “copper powder” to be formed.
図2に、dCu- particle>dCu-fine-particle≫dCu-nanoparticleである場合、塗布膜中に形成される、「銅粉末」の積層構造(マイクロ粒子集積層)と、その上面に存在する、「液相」(ナノ粒子/溶媒) からなる上層に、分離した状態の一例を模式的に示す。 In FIG. 2, when dCu-particle> dCu-fine-particle >> dCu-nanoparticle, the “copper powder” laminated structure (microparticle accumulation layer) formed in the coating film and the upper surface thereof are present. An example of the separated state is schematically shown in the upper layer composed of “liquid phase” (nanoparticle / solvent).
「予備加熱乾燥工程」中に、「液相」(ナノ粒子/溶媒) からなる上層中に含まれる「有機溶剤」の蒸散が完了すると、「液相」(ナノ粒子/溶媒) からなる上層中に含まれている「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造(マイクロ粒子集積層)の上面を被覆する、「銅ナノ粒子の積層構造」(ナノ粒子集積層)を構成する。従って、「銅粉末」の積層構造(マイクロ粒子集積層)と、「銅ナノ粒子の積層構造」(ナノ粒子集積層)の二層で構成される「乾燥処理済塗布膜」となる。 Upon completion of the evaporation of the “organic solvent” contained in the upper layer composed of the “liquid phase” (nanoparticles / solvent) during the “preheating drying process”, the upper layer composed of the “liquid phase” (nanoparticles / solvent) The “copper nanoparticles” included in the structure constitute a “copper nanoparticle multilayer structure” (nanoparticle aggregate layer) covering the upper surface of the “copper powder” multilayer structure (microparticle multilayer layer). Therefore, it becomes a “dried coating film” composed of two layers of a “copper powder” laminated structure (microparticle integrated layer) and a “copper nanoparticle laminated structure” (nanoparticle integrated layer).
図2に示す二層の構成中、「銅粉末」の積層構造(マイクロ粒子集積層)の膜厚tCu-particle-stacked-layerは、塗布膜の平均厚さtpasteを基準として、tpaste・{VCu-particle/100体積%)・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もられる。 In the two-layer structure shown in FIG. 2, the film thickness tCu-particle-stacked-layer of the “copper powder” laminated structure (microparticle accumulation layer) is tpaste · {VCu based on the average thickness tpaste of the coating film. -particle / 100 vol%) · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap).
「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に「銅微細粉末」が全て収納される状態において、まだ残っている「残余空隙」Vunoccupied spaceは、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleと見積もられる。この「残余空隙」Vunoccupied spaceを、「銅ナノ粒子」が緻密に充填すると、充填される「銅ナノ粒子」の嵩体積vCu-nanoparticle-occupied-tapの合計ΣvCu-nanoparticle-occupied-tapは、ΣvCu-nanoparticle-occupied-tap=Vunoccupied spaceと見積もられる。 In a state where all of the “copper fine powder” is accommodated in the “void” in the laminated structure of the “copper powder”, the remaining “remaining void” Vunoccupied space is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu- particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu-fine-particle. When this “residual void” Vunoccupied space is densely filled with “copper nanoparticles”, the total volume of the filled “copper nanoparticles” vCu-nanoparticle-occupied-tap ΣvCu-nanoparticle-occupied-tap is ΣvCu -nanoparticle-occupied-tap = Estimated as Vunoccupied space.
一方、「液相」(ナノ粒子/溶媒)中に含まれる、「銅ナノ粒子」全ての嵩体積vCu-nanoparticle-tapの合計ΣvCu-nanoparticle-tapは、ΣvCu-nanoparticle-tap=VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle-tap)と見積もられる。 On the other hand, the total ΣvCu-nanoparticle-tap of the bulk volume vCu-nanoparticle-tap of all “copper nanoparticles” contained in the “liquid phase” (nanoparticle / solvent) is ΣvCu-nanoparticle-tap = VCu-nanoparticle · (ΡCu-bulk / ρCu-nanoparticle-tap) is estimated.
ΣvCu-nanoparticle-tap>ΣvCu-nanoparticle-occupied-tapであるため、少なくとも、(ΣvCu-nanoparticle-tap−ΣvCu-nanoparticle-occupied-tap)の嵩体積の部分は、「銅粉末」の積層構造(マイクロ粒子集積層)の上面を被覆する、「銅ナノ粒子の積層構造」(ナノ粒子集積層)を構成する。 Since ΣvCu-nanoparticle-tap> ΣvCu-nanoparticle-occupied-tap, at least the bulk part of (ΣvCu-nanoparticle-tap-ΣvCu-nanoparticle-occupied-tap) has a laminated structure of “copper powder” (micro A “stacked structure of copper nanoparticles” (nanoparticle accumulation layer) covering the upper surface of the particle accumulation layer) is formed.
この「残余空隙」Vunoccupied spaceを「銅ナノ粒子」が緻密に充填する状態では、「銅粉末」の積層構造(マイクロ粒子集積層)と、「銅ナノ粒子の積層構造」(ナノ粒子集積層)の二層の見かけ体積の和は、{VCu-particle+VCu-fine-particle}+VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle-tap)と見積もられる。従って、下層の「銅粉末」の積層構造(マイクロ粒子集積層)の膜厚tCu-particle-stacked-lower-layerと、上層の「銅ナノ粒子の積層構造」(ナノ粒子集積層)の膜厚tCu-nanoparticle-stacked-upper-layerの二層の膜厚の合計{tCu-particle-stacked-lower-layer+tCu-nanoparticle-stacked-upper-layer}は、塗布膜の平均厚さtpasteを基準として、tpaste・[{VCu-particle+VCu-fine-particle}+VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle-tap)]/100体積%と見積もられる。 In the state where this “residual void” Vunoccupied space is densely filled with “copper nanoparticles”, the “copper powder” stack structure (microparticle stack layer) and the “copper nanoparticle stack structure” (nanoparticle stack layer) The sum of the apparent volumes of the two layers is estimated as {VCu-particle + VCu-fine-particle} + VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle-tap). Therefore, the film thickness tCu-particle-stacked-lower-layer of the lower layer “copper powder” (microparticle accumulation layer) and the film thickness of the upper layer “stacked structure of copper nanoparticles” (nanoparticle accumulation layer) The total thickness of two layers of tCu-nanoparticle-stacked-upper-layer {tCu-particle-stacked-lower-layer + tCu-nanoparticle-stacked-upper-layer} is based on the average thickness tpaste of the coating film. -[{VCu-particle + VCu-fine-particle} + VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle-tap)] / 100% by volume.
従って、上層の「銅ナノ粒子の積層構造」(ナノ粒子集積層)の膜厚tCu-nanoparticle-stacked-upper-layerは、{tCu-particle-stacked-lower-layer+tCu-nanoparticle-stacked-upper-layer}−tCu-particle-stacked-layerと、見積もられる。 Therefore, the film thickness tCu-nanoparticle-stacked-upper-layer of the upper layer “stacked structure of copper nanoparticles” (nanoparticle accumulation layer) is {tCu-particle-stacked-lower-layer + tCu-nanoparticle-stacked-upper-layer } -TCu-particle-stacked-layer.
すなわち、「有機溶剤」と「被覆剤分子」が除去された段階で、「銅粉末」、「銅微細粉末」、「銅ナノ粒子」全体が最密状態で積層している状態では、「銅粉末」の積層構造(マイクロ粒子集積層)と、「銅ナノ粒子の積層構造」(ナノ粒子集積層)の二層の膜厚の合計は最小となり、塗布膜の平均厚さtpasteを基準として、tpaste・[{VCu-particle+VCu-fine-particle}+VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle-tap)]/100体積%と見積もられる。
本発明では、「予備加熱乾燥工程」と、後述の「減圧乾燥工程」を組み合わせることで、「有機溶剤」と「被覆剤分子」が除去された段階で、実質的に、「銅粉末」、「銅微細粉末」、「銅ナノ粒子」全体が最密状態で積層している状態を達成している。
That is, when the “organic solvent” and the “coating agent molecule” are removed, the “copper powder”, the “copper fine powder”, and the “copper nanoparticle” are laminated in a close-packed state. The total thickness of the two layers of the “powder” laminate structure (microparticle accumulation layer) and the “copper nanoparticle accumulation structure” (nanoparticle accumulation layer) is minimized, and the average thickness tpaste of the coating film is used as a reference. tpaste · [{VCu-particle + VCu-fine-particle} + VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle-tap)] / 100% by volume.
In the present invention, by combining the “preheating drying step” and the “reduced pressure drying step” described later, the “organic solvent” and the “coating agent molecule” are substantially removed at the stage where “copper powder”, The "copper fine powder" and the "copper nanoparticles" are all stacked in a close-packed state.
なお、「予備加熱乾燥工程」時の予備加熱温度Tpreheatingは、120℃〜180℃の範囲に選択することが望ましい。 In addition, as for the preheating temperature Tpreheating at the time of a "preheating drying process", it is desirable to select in the range of 120 to 180 degreeC.
「減圧乾燥工程」
「予備加熱乾燥工程」において、「有機溶剤」のみが選択的に除去されると、「被覆剤分子」が、「乾燥処理済塗布膜」中に残余している。
"Decompression drying process"
When only the “organic solvent” is selectively removed in the “preheating drying step”, the “coating agent molecules” remain in the “dried coating film”.
この残余している「被覆剤分子」を、減圧下、180℃以下の温度(Tpreheating)で加熱処理を施すことで、蒸散させ、除去する。 The remaining “coating agent molecules” are evaporated and removed by heat treatment under reduced pressure at a temperature of 180 ° C. or lower (Tpreheating).
該「残余する有機物の除去工程」における「減圧」条件では、圧力を1Pa〜200Paの範囲、好ましくは、5Pa〜100Paの範囲に維持する。 In the “reduced pressure” condition in the “remaining organic matter removing step”, the pressure is maintained in the range of 1 Pa to 200 Pa, preferably in the range of 5 Pa to 100 Pa.
従って、「被覆剤分子」の除去を終えた時点では、「乾燥処理済塗布膜」中には、「銅粉末」、「銅微細粉末」、「銅ナノ粒子」のみが残る状態となる。 Therefore, at the time when removal of the “coating agent molecules” is completed, only “copper powder”, “copper fine powder”, and “copper nanoparticles” remain in the “dried coating film”.
「乾燥処理済塗布膜」は、通常、「銅粉末」の積層構造(マイクロ粒子集積層)と、「銅ナノ粒子の積層構造」(ナノ粒子集積層)の二層で構成される。その際、「銅粉末」の積層構造(マイクロ粒子集積層)中、「銅粉末」相互の接触部位、「銅粉末」と「銅微細粉末」の間の接触部位、「銅微細粉末」相互の接触部位に存在する、狭い隙間には、「銅ナノ粒子」が充填された状態となっている。 The “dried coating film” is usually composed of two layers of a “copper powder” laminated structure (microparticle integrated layer) and a “copper nanoparticle laminated structure” (nanoparticle integrated layer). At that time, in the “copper powder” laminated structure (microparticle accumulation layer), the contact area between “copper powder”, the contact area between “copper powder” and “copper fine powder”, and the mutual contact between “copper fine powder” A narrow gap existing at the contact site is filled with “copper nanoparticles”.
「銅粉末」の積層構造(マイクロ粒子集積層)中に浸潤している「液相」は、減圧乾燥処理を進めると、徐々に蒸散されるが、「毛管現象」により、「銅粉末」相互の接触部位、「銅粉末」と「銅微細粉末」の間の接触部位、「銅微細粉末」相互の接触部位に存在する、狭い隙間に浸入した状態となる。その結果、「液相」中に含有されている「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」相互の接触部位、「銅粉末」と「銅微細粉末」の間の接触部位、「銅微細粉末」相互の接触部位に存在する、狭い隙間に集積され、該、狭い隙間には、「銅ナノ粒子」が充填された状態となる。 The “liquid phase” infiltrating the laminated structure (microparticle accumulation layer) of “copper powder” gradually evaporates when the vacuum drying process proceeds. In contact with each other, a contact portion between “copper powder” and “copper fine powder”, and a contact portion between “copper fine powder”. As a result, the “copper nanoparticles” contained in the “liquid phase” are the contact sites between the “copper powder”, the contact site between the “copper powder” and the “copper fine powder”, and the “copper fine powder”. Accumulated in narrow gaps that exist at mutual contact sites, the narrow gaps are filled with “copper nanoparticles”.
「被覆剤分子」は、前記の「減圧」条件下において、180℃以下の温度(Tpreheating)で加熱処理を施すことで、蒸散可能であるので、例えば、200Paの減圧状態における、沸点Tbp-coating-molecule(P=200Pa)は、少なくとも、180℃>Tbp-coating-molecule(P=200Pa)、好ましくは、120℃>Tbp-coating-molecule(P=200Pa)である。 The “coating agent molecule” can be evaporated by performing a heat treatment at a temperature of 180 ° C. or less (Tpreheating) under the above-mentioned “reduced pressure” condition. For example, the boiling point Tbp-coating in a reduced pressure state of 200 Pa. -molecule (P = 200 Pa) is at least 180 ° C.> Tbp-coating-molecule (P = 200 Pa), preferably 120 ° C.> Tbp-coating-molecule (P = 200 Pa).
なお、「減圧乾燥工程」時の加熱温度(ステージ温度)は、通常、「予備加熱乾燥工程」時の予備加熱温度Tpreheatingと等しくすることが望ましい。従って、「減圧乾燥工程」時の加熱温度も、120℃〜180℃の範囲に選択することが望ましい。 The heating temperature (stage temperature) at the “reduced pressure drying step” is usually preferably equal to the preheating temperature Tpreheating at the “preheating drying step”. Therefore, it is desirable to select the heating temperature in the “vacuum drying step” in the range of 120 ° C. to 180 ° C.
「マイクロ波プラズマ照射による焼成工程」
該「マイクロ波プラズマ照射による焼成工程」では、「予備加熱乾燥工程」、「減圧乾燥工程」を実施する結果、「有機溶剤」、「被覆剤分子」が除去され、「乾燥処理済塗布膜」中には、「銅粉末」、「銅微細粉末」、「銅ナノ粒子」のみが残る状態とした上で、減圧下、180℃以下の温度(Tpreheating)で基材を加熱しつつ、還元性雰囲気下、マイクロ波プラズマを照射して、「銅ナノ粒子」の焼成がなされる。
"Baking process by microwave plasma irradiation"
In the “firing process by microwave plasma irradiation”, as a result of performing the “preheating drying process” and the “reduced pressure drying process”, the “organic solvent” and the “coating agent molecule” are removed, and the “dried coating film” In the inside, only “copper powder”, “copper fine powder”, and “copper nanoparticles” remain, and the reducing property is reduced while heating the substrate at a temperature of 180 ° C. or less (Tpreheating) under reduced pressure. In the atmosphere, microwave plasma is irradiated to bak the “copper nanoparticles”.
「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」では、ステージ温度を、180℃以下の温度(Tpreheating)に維持した状態で、プラズマ焼成炉内に、水素を含む不活性ガスを導入し、プラズマ焼成炉内の圧力を、所定の圧力(減圧状態)に制御した上で、マイクロ波を供給して、水素を含む不活性ガスにマイクロ波プラズマを発生させる。発生したマイクロ波プラズマにより照射された状態で、所定の処理時間保持することで、プラズマ焼成処理を施す。 In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”, an inert gas containing hydrogen is introduced into the plasma firing furnace in a state where the stage temperature is maintained at a temperature (Tpreheating) of 180 ° C. or less. After the internal pressure is controlled to a predetermined pressure (depressurized state), microwaves are supplied to generate microwave plasma in an inert gas containing hydrogen. A plasma baking process is performed by holding for a predetermined processing time while being irradiated with the generated microwave plasma.
マイクロ波プラズマの生成に使用する、前記マイクロ波の周波数は、
300MHz〜300GHzの範囲、好ましくは3GHz〜100GHzの範囲に選択される。
The frequency of the microwave used to generate the microwave plasma is
The range is selected from 300 MHz to 300 GHz, preferably from 3 GHz to 100 GHz.
マイクロ波プラズマの生成時、プラズマ焼成炉内の圧力を、1Pa〜200Paの範囲、好ましくは、5Pa〜100Paの範囲に維持する。水素を含む不活性ガスとしては、Heガス、Arガス、窒素ガスから選択される不活性ガスに、水素を1体積%〜5体積%の範囲で添加した混合ガスを利用することができる。水素を含む「窒素ガス」を利用して、マイクロ波プラズマの生成を行って、該マイクロ波プラズマによる照射を利用できる点は、本発明の技術的特徴の一つである。 At the time of generating the microwave plasma, the pressure in the plasma baking furnace is maintained in the range of 1 Pa to 200 Pa, preferably in the range of 5 Pa to 100 Pa. As the inert gas containing hydrogen, a mixed gas obtained by adding hydrogen in an amount of 1 to 5% by volume to an inert gas selected from He gas, Ar gas, and nitrogen gas can be used. It is one of the technical features of the present invention that microwave plasma can be generated using “nitrogen gas” containing hydrogen and irradiation by the microwave plasma can be used.
マイクロ波プラズマにより照射された状態に保持する、処理時間は、照射されるマイクロ波プラズマのプラズマ密度に依存し、また、併行して加熱をおこなっている、ステージ温度にも依存する。 The processing time for maintaining the state irradiated with the microwave plasma depends on the plasma density of the irradiated microwave plasma and also depends on the stage temperature at which the heating is performed in parallel.
ステージ温度(Tpreheating)は、120℃〜180℃の範囲に選択することが望ましい。 The stage temperature (Tpreheating) is preferably selected in the range of 120 ° C to 180 ° C.
例えば、後述する実施例で使用されるプラズマ焼成炉、「ニッシン製プラズマ焼成炉」において、マイクロ波(周波数2.4GHz)を高周波電源(周波数2.4GHz)から高周波電力1.5kWで供給し、10Paの減圧状態で、ヘリウム-3%水素ガスにマイクロ波プラズマを発生させることができる。同様の周波数、減圧状態のヘリウム-3%水素ガス使用する場合には、供給されるマイクロ波の出力(電力)は、300W〜3kWの範囲に選択することができる。 For example, in a plasma firing furnace used in the examples described later, “Nissin plasma firing furnace”, a microwave (frequency 2.4 GHz) is supplied from a high frequency power source (frequency 2.4 GHz) with a high frequency power of 1.5 kW, Microwave plasma can be generated in helium-3% hydrogen gas at a reduced pressure of 10 Pa. When helium-3% hydrogen gas having the same frequency and reduced pressure is used, the output (electric power) of the supplied microwave can be selected in the range of 300 W to 3 kW.
マイクロ波プラズマの生成に使用する、マイクロ波の出力(電力)は、使用する装置の規模に依存し、また、プラスマの生成条件(圧力、使用するガスの種類)にも依存する。 The output (electric power) of the microwave used for generating the microwave plasma depends on the scale of the apparatus used, and also depends on the plasma generation conditions (pressure, type of gas used).
発生したマイクロ波プラズマにより照射された状態の保持することで、「乾燥処理済塗布膜」の上面側から底面に向かって、プラズマ焼成処理が進行する。従って、処理時間が短いと、「乾燥処理済塗布膜」の上面側は、十分にプラズマ焼成処理が完了するが、「乾燥処理済塗布膜」の底面側は、プラズマ焼成処理が十分に達成されていない状態となる。 By maintaining the state irradiated by the generated microwave plasma, the plasma baking process proceeds from the upper surface side to the bottom surface of the “dried coating film”. Therefore, when the processing time is short, the upper surface side of the “dried coating film” is sufficiently plasma-baked, but the bottom surface side of the “dried coating film” is sufficiently plasma-baked. Not in a state.
従って、「乾燥処理済塗布膜」の厚さに応じて、マイクロ波プラズマの照射に際し、
前記マイクロ波プラズマの照射時間を、30秒間〜30分間の範囲、好ましくは、1分間〜15分間の範囲に選択することが望ましい。
Therefore, depending on the thickness of the “dried coating film”, upon microwave plasma irradiation,
The irradiation time of the microwave plasma is desirably selected in the range of 30 seconds to 30 minutes, preferably in the range of 1 minute to 15 minutes.
本発明にかかる「銅厚膜形成用材料」は、通常、「銅ナノ粒子」を採用するが、「銅ナノ粒子」に代えて、「銀ナノ粒子」または「金ナノ粒子」を使用する形態とすることもできる。その際、「銅ナノ粒子」の「銀ナノ粒子」または「金ナノ粒子」への変更を除き、その他の構成は、上述する構成と本質的に同じ構成を選択することができる。 The “copper thick film forming material” according to the present invention usually employs “copper nanoparticles”, but uses “silver nanoparticles” or “gold nanoparticles” instead of “copper nanoparticles”. It can also be. At that time, except for the change of “copper nanoparticles” to “silver nanoparticles” or “gold nanoparticles”, the other configurations can be selected to be essentially the same as the configurations described above.
一方、「銅ナノ粒子」の「銀ナノ粒子」または「金ナノ粒子」への変更に伴い、本発明の「銅厚膜形成用材料」を利用して、「銅厚膜」を形成する方法では、
「銀ナノ粒子」を採用する際には、
「予備加熱乾燥工程」時の予備加熱温度Tpreheating、「減圧乾燥工程」時の加熱温度(ステージ温度)は、100℃〜150℃の範囲に選択することが望ましい。
「金ナノ粒子」を採用する際には、
「予備加熱乾燥工程」時の予備加熱温度Tpreheating、「減圧乾燥工程」時の加熱温度(ステージ温度)は、120℃〜180℃の範囲に選択することが望ましい。
On the other hand, a method of forming a “copper thick film” using the “copper thick film forming material” of the present invention in accordance with the change of “copper nanoparticles” to “silver nanoparticles” or “gold nanoparticles”. Then
When adopting `` silver nanoparticles ''
The preheating temperature Tpreheating at the “preheating drying step” and the heating temperature (stage temperature) at the “reduced pressure drying step” are preferably selected in the range of 100 ° C. to 150 ° C.
When adopting “gold nanoparticles”
The preheating temperature Tpreheating at the “preheating drying step” and the heating temperature (stage temperature) at the “reduced pressure drying step” are preferably selected in the range of 120 ° C. to 180 ° C.
すなわち、「予備加熱乾燥工程」、「減圧乾燥工程」を実施する際、「液相」中において、「銀ナノ粒子」相互の低温焼結の進行を回避するため、上記の温度範囲を選択することが望ましい。「予備加熱乾燥工程」、「減圧乾燥工程」を実施する際、「液相」中において、「金ナノ粒子」相互の低温焼結の進行を回避するため、上記の温度範囲を選択することが望ましい。 That is, when performing the “preheating drying step” and the “reduced pressure drying step”, the above temperature range is selected in order to avoid the progress of low-temperature sintering between the “silver nanoparticles” in the “liquid phase”. It is desirable. When performing the “preheating drying process” and “reduced pressure drying process”, the above temperature range can be selected in order to avoid the progress of low temperature sintering between the “gold nanoparticles” in the “liquid phase”. desirable.
以下に、本発明にかかる「銀厚膜形成用材料」、ならびに、「銀厚膜の形成方法」に関して、より詳細に説明する。 Hereinafter, the “material for forming a silver thick film” and the “method for forming a silver thick film” according to the present invention will be described in more detail.
本発明にかかる「銀厚膜形成用材料」は、上述の本発明にかかる「銅厚膜形成用材料」で使用される金属材料の「銅」を、「銀」に置き換えたものに相当している。金属材料の「銅」を、「銀」に置き換える点を除き、本発明にかかる「銀厚膜形成用材料」の構成は、上述の本発明にかかる「銅厚膜形成用材料」の構成と本質的に同じである。 The “silver thick film forming material” according to the present invention corresponds to the “copper” of the metal material used in the “copper thick film forming material” according to the present invention described above replaced with “silver”. ing. Except for replacing “copper” of the metal material with “silver”, the configuration of the “silver thick film forming material” according to the present invention is the same as the configuration of the “copper thick film forming material” according to the present invention. It is essentially the same.
一方、「銅ナノ粒子」に代えて、「銀ナノ粒子」を使用することに伴い、本発明の「銀厚膜形成用材料」を利用して、「銀厚膜」を形成する方法では、
「予備加熱乾燥工程」時の予備加熱温度Tpreheating、「減圧乾燥工程」時の加熱温度(ステージ温度)は、100℃〜150℃の範囲に選択することが望ましい。
On the other hand, instead of “copper nanoparticles”, using “silver nanoparticles”, the method of forming “silver thick film” using the “material for forming silver thick film” of the present invention,
The preheating temperature Tpreheating at the “preheating drying step” and the heating temperature (stage temperature) at the “reduced pressure drying step” are preferably selected in the range of 100 ° C. to 150 ° C.
本発明にかかる「銀厚膜形成用材料」は、通常、「銀ナノ粒子」を採用するが、「銀ナノ粒子」に代えて、「銅ナノ粒子」または「金ナノ粒子」を使用する形態とすることもできる。その際、「銀ナノ粒子」の「銅ナノ粒子」または「金ナノ粒子」への変更を除き、その他の構成は、上述する構成と本質的に同じ構成を選択することができる。 The “material for forming a silver thick film” according to the present invention usually employs “silver nanoparticles”, but uses “copper nanoparticles” or “gold nanoparticles” instead of “silver nanoparticles”. It can also be. In that case, except for the change from “silver nanoparticles” to “copper nanoparticles” or “gold nanoparticles”, the other configurations can be selected to be essentially the same as the configurations described above.
一方、「銀ナノ粒子」の「銅ナノ粒子」または「金ナノ粒子」への変更に伴い、本発明の「銀厚膜形成用材料」を利用して、「銀厚膜」を形成する方法では、
「銅ナノ粒子」を採用する際には、
「予備加熱乾燥工程」時の予備加熱温度Tpreheating、「減圧乾燥工程」時の加熱温度(ステージ温度)は、120℃〜180℃の範囲に選択することが望ましい。
「金ナノ粒子」を採用する際には、
「予備加熱乾燥工程」時の予備加熱温度Tpreheating、「減圧乾燥工程」時の加熱温度(ステージ温度)は、120℃〜180℃の範囲に選択することが望ましい。
On the other hand, a method of forming a “silver thick film” using the “material for forming a silver thick film” of the present invention in accordance with the change of the “silver nanoparticles” to “copper nanoparticles” or “gold nanoparticles” Then
When adopting `` copper nanoparticles ''
The preheating temperature Tpreheating at the “preheating drying step” and the heating temperature (stage temperature) at the “reduced pressure drying step” are preferably selected in the range of 120 ° C. to 180 ° C.
When adopting “gold nanoparticles”
The preheating temperature Tpreheating at the “preheating drying step” and the heating temperature (stage temperature) at the “reduced pressure drying step” are preferably selected in the range of 120 ° C. to 180 ° C.
すなわち、「予備加熱乾燥工程」、「減圧乾燥工程」を実施する際、「液相」中において、「銅ナノ粒子」相互の低温焼結の進行を回避するため、上記の温度範囲を選択することが望ましい。「予備加熱乾燥工程」、「減圧乾燥工程」を実施する際、「液相」中において、「金ナノ粒子」相互の低温焼結の進行を回避するため、上記の温度範囲を選択することが望ましい。 That is, when performing the “preheating drying process” and the “reduced pressure drying process”, the above temperature range is selected in order to avoid the progress of low-temperature sintering between the “copper nanoparticles” in the “liquid phase”. It is desirable. When performing the “preheating drying process” and “reduced pressure drying process”, the above temperature range can be selected in order to avoid the progress of low temperature sintering between the “gold nanoparticles” in the “liquid phase”. desirable.
以下に、本発明にかかる「アルミニウム厚膜形成用材料」、ならびに、「アルミニウム厚膜の形成方法」に関して、より詳細に説明する。 Hereinafter, the “aluminum thick film forming material” and the “aluminum thick film forming method” according to the present invention will be described in more detail.
本発明にかかる「アルミニウム厚膜形成用材料」は、上述の本発明にかかる「銅厚膜形成用材料」で使用される「銅粉末」なたびに「銅微細粉末」に金属材料の「銅」を、「アルミミウム」に置き換えたものに相当している。「金属粉末」なたびに「金属微細粉末」に用いる金属材料の「銅」を、「アルミニウム」に置き換える点を除き、本発明にかかる「アルミニウム厚膜形成用材料」の構成は、上述の本発明にかかる「銅厚膜形成用材料」の構成と本質的に同じである。 The “aluminum thick film forming material” according to the present invention is the “copper fine powder” used in the above “copper thick film forming material” according to the present invention. Is replaced with “aluminum”. The configuration of the “aluminum thick film forming material” according to the present invention is the same as that described above except that “copper” in the metal material used for the “fine metal powder” is replaced with “aluminum” every time “metal powder” is used. This is essentially the same as the configuration of the “copper thick film forming material” according to the invention.
一方、「銅ナノ粒子」に代えて、「銀ナノ粒子」を使用することに伴い、本発明の「アルミニウム厚膜形成用材料」を利用して、「アルミニウム厚膜」を形成する方法では、
「予備加熱乾燥工程」時の予備加熱温度Tpreheating、「減圧乾燥工程」時の加熱温度(ステージ温度)は、100℃〜150℃の範囲に選択することが望ましい。
On the other hand, instead of “copper nanoparticles”, using “silver nanoparticles”, the “aluminum thick film forming material” of the present invention is used to form an “aluminum thick film”.
The preheating temperature Tpreheating at the “preheating drying step” and the heating temperature (stage temperature) at the “reduced pressure drying step” are preferably selected in the range of 100 ° C. to 150 ° C.
本発明にかかる「アルミニウム厚膜形成用材料」は、通常、「アルミニウムナノ粒子」を採用するが、「銀ナノ粒子」に代えて、「銅ナノ粒子」または「金ナノ粒子」を使用する形態とすることもできる。その際、「銀ナノ粒子」の「銅ナノ粒子」または「金ナノ粒子」への変更を除き、その他の構成は、上述する構成と本質的に同じ構成を選択することができる。 The “aluminum thick film forming material” according to the present invention usually employs “aluminum nanoparticles”, but uses “copper nanoparticles” or “gold nanoparticles” instead of “silver nanoparticles”. It can also be. In that case, except for the change from “silver nanoparticles” to “copper nanoparticles” or “gold nanoparticles”, the other configurations can be selected to be essentially the same as the configurations described above.
一方、「銀ナノ粒子」の「銅ナノ粒子」または「金ナノ粒子」への変更に伴い、本発明の「アルミニウム厚膜形成用材料」を利用して、「アルミニウム厚膜」を形成する方法では、
「銅ナノ粒子」を採用する際には、
「予備加熱乾燥工程」時の予備加熱温度Tpreheating、「減圧乾燥工程」時の加熱温度(ステージ温度)は、120℃〜180℃の範囲に選択することが望ましい。
「金ナノ粒子」を採用する際には、
「予備加熱乾燥工程」時の予備加熱温度Tpreheating、「減圧乾燥工程」時の加熱温度(ステージ温度)は、120℃〜180℃の範囲に選択することが望ましい。
On the other hand, a method of forming an “aluminum thick film” using the “aluminum thick film forming material” of the present invention in accordance with the change from “silver nanoparticles” to “copper nanoparticles” or “gold nanoparticles” Then
When adopting `` copper nanoparticles ''
The preheating temperature Tpreheating at the “preheating drying step” and the heating temperature (stage temperature) at the “reduced pressure drying step” are preferably selected in the range of 120 ° C. to 180 ° C.
When adopting “gold nanoparticles”
The preheating temperature Tpreheating at the “preheating drying step” and the heating temperature (stage temperature) at the “reduced pressure drying step” are preferably selected in the range of 120 ° C. to 180 ° C.
すなわち、「予備加熱乾燥工程」、「減圧乾燥工程」を実施する際、「液相」中において、「銅ナノ粒子」相互の低温焼結の進行を回避するため、上記の温度範囲を選択することが望ましい。「予備加熱乾燥工程」、「減圧乾燥工程」を実施する際、「液相」中において、「金ナノ粒子」相互の低温焼結の進行を回避するため、上記の温度範囲を選択することが望ましい。 That is, when performing the “preheating drying process” and the “reduced pressure drying process”, the above temperature range is selected in order to avoid the progress of low-temperature sintering between the “copper nanoparticles” in the “liquid phase”. It is desirable. When performing the “preheating drying process” and “reduced pressure drying process”, the above temperature range can be selected in order to avoid the progress of low temperature sintering between the “gold nanoparticles” in the “liquid phase”. desirable.
以下に、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。これらの実施例は、本発明にかかる最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例により限定を受けるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. These examples are examples of the best mode according to the present invention, but the present invention is not limited by these examples.
「銅厚膜形成用材料」
(実施例1)
本実施例1の銅厚膜形成用材料は、下記の原料を用いて、「導電性銅ペースト」の形状に調製されている。
"Copper thick film forming material"
Example 1
The material for forming a copper thick film of Example 1 is prepared in the shape of “conductive copper paste” using the following raw materials.
銅マイクロ粒子として、湿式法で作製される銅粉末である、三井金属(株)製1400YM(平均粒子径dCu-particle4μm:タップ密度ρCu-particle-tap 5.5g/cm3)を使用する。銅サブミクロン粒子として、湿式法で作製される銅微細粉末である、三井金属(株)製1050Y(平均粒子径dCu-fine-particle0.8μm:タップ密度ρCu-fine-particle-tap 4.3g/cm3)を使用する。 As the copper microparticles, 1400YM (average particle diameter dCu-particle 4 μm: tap density ρCu-particle-tap 5.5 g / cm 3) manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a copper powder produced by a wet method, is used. 1050Y manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd. (average particle diameter dCu-fine-particle 0.8 μm: tap density ρCu-fine-particle-tap 4.3 g / copper fine powder produced by a wet method as copper submicron particles cm3) is used.
「銅ナノ粒子分散液」として、ハリマ化成製銅ナノ粒子NPCを利用する。該ハリマ化成製銅ナノ粒子NPCは、銅ナノ粒子と「被覆剤分子アミン」とで構成されている。「銅ナノ粒子NPC」100質量部当たり、銅ナノ粒子99質量部と、「被覆剤分子アミン」1質量部が含まれている。該「銅ナノ粒子NPC」中に含まれている、銅ナノ粒子の平均粒子径dCu-nanoparticleは、80nmである。該銅ナノ粒子の表面には、「被覆剤分子アミン」の表面被覆分子層が形成されている。銅ナノ粒子NPCでは、該「被覆剤分子アミン」として、2-エチルヘキシルオキシプロピルアミン(沸点235℃、密度ρcoating-molecule 0.85g/cm3)を使用している。従って、該「銅ナノ粒子NPC」中に含まれている、「銅ナノ粒子」と「被覆剤分子アミン」の体積の比率は、「銅ナノ粒子」:「被覆剤分子アミン」=(33.0/8.94):(0.3/0.85)=3.69:0.353=91.3体積%:8.7体積%と見積もられる。銅ナノ粒子NPC中に含有される「銅ナノ粒子」は、最密充填状態で積層した場合、その嵩密度(タップ密度)は、金属銅(バルク)の密度ρCu-bulk=8.94g/cm3に対して、約2/3程度と見積もられる。すなわち、銅ナノ粒子NPC中に含有される「銅ナノ粒子」の嵩密度(タップ密度)ρCu-nanoparticleは、6.0g/cm3程度と見積もられる。 As “copper nanoparticle dispersion liquid”, Harima Kasei copper nanoparticle NPC is used. The Harima Kasei copper nanoparticle NPC is composed of copper nanoparticles and “coating agent molecular amine”. 99 parts by mass of copper nanoparticles and 1 part by mass of “coating agent molecular amine” are contained per 100 parts by mass of “copper nanoparticle NPC”. The average particle diameter dCu-nanoparticle of the copper nanoparticles contained in the “copper nanoparticle NPC” is 80 nm. A surface coating molecular layer of “coating agent molecular amine” is formed on the surface of the copper nanoparticles. In the copper nanoparticle NPC, 2-ethylhexyloxypropylamine (boiling point 235 ° C., density ρcoating-molecule 0.85 g / cm 3) is used as the “coating agent molecular amine”. Therefore, the volume ratio of “copper nanoparticles” and “coating agent molecular amine” contained in the “copper nanoparticle NPC” is “copper nanoparticle”: “coating agent molecular amine” = (33. 0 / 8.94) :( 0.3 / 0.85) = 3.69: 0.353 = 91.3% by volume: 8.7% by volume. When the “copper nanoparticles” contained in the copper nanoparticle NPC are stacked in a close-packed state, the bulk density (tap density) is the density of metallic copper (bulk) ρCu-bulk = 8.94 g / cm 3. On the other hand, it is estimated to be about 2/3. That is, the bulk density (tap density) ρCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” contained in the copper nanoparticle NPC is estimated to be about 6.0 g / cm 3.
「高沸点の非極性有機溶剤」として、日本乳化剤製トリプロピレングリコール(分子量192、沸点268℃、密度ρsolvent 1.02g/cm3)を使用する。 As a “high-boiling nonpolar organic solvent”, tripropylene glycol (molecular weight 192, boiling point 268 ° C., density ρsolvent 1.02 g / cm 3) manufactured by Nippon Emulsifier is used.
ハリマ化成製「銅ナノ粒子NPC」33.3質量部(銅ナノ粒子33.0質量部と「被覆剤分子アミン」0.3質量部)、三井金属(株)製1400YM50.8質量部、三井金属(株)製1050Y11.1質量部、日本乳化剤製トリプロピレングリコール4.8質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、分散溶媒中に銅粉末、銅微細粉末、銅ナノ粒子を均一に分散させ、「導電性銅ペースト」を調製する。 33.3 parts by mass of “Copper Nanoparticles NPC” manufactured by Harima Chemicals (33.0 parts by mass of copper nanoparticles and 0.3 parts by mass of “coating agent molecular amine”), 10.8YM by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., 50.8 parts by mass, Mitsui Metal Co., Ltd. 1050Y11.1 mass part and Japanese emulsifier tripropylene glycol 4.8 mass part are mixed uniformly. The mixture is stirred with a stirring deaerator to uniformly disperse copper powder, copper fine powder, and copper nanoparticles in a dispersion solvent to prepare a “conductive copper paste”.
調製された「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particle、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particle、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleは、VCu-particle=36.25体積%;VCu-fine-particle=7.92体積%;VCu-nanoparticle=23.55体積%である。「被覆剤分子アミン」の体積比率Vcoating-moleculeと、「溶剤」の体積比率Vsolventの合計は、{Vcoating-molecule+Vsolvent}=32.3体積%である。 The volume ratio VCu-particle of the copper powder, the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder, and the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper nanoparticle contained in the prepared “conductive copper paste” are VCu-particle = VCu-fine-particle = 7.92% by volume; VCu-nanoparticle = 23.55% by volume. The sum of the volume ratio Vcoating-molecule of the “coating agent amine” and the volume ratio Vsolvent of the “solvent” is {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 32.3 vol%.
なお、銅粉末の体積比率VCu-particleと銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleの和(VCu-particle+VCu-fine-particle)と、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleの比は、(VCu-particle+VCu-fine-particle):VCu-nanoparticle=100:53.3と算出される。
{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/{Vcoating-molecule+Vsolvent}={(50.8+11.1+33.0)/8.94}/{0.3/0.85+4.8/1.02}=10.615/(0.353+4.706)=10.615/5.059=67.72:32.28
「導電性銅ペースト」中、銅ナノ粒子は、その表面に「被覆剤分子アミン」からなる被覆剤分子層を形成して、「溶剤」のトリプロピレングリコール中に均一に分散されている。その際、「溶剤」のトリプロピレングリコール中には、「被覆剤分子アミン」が溶解している。銅ナノ粒子表面に被覆剤分子層を形成している「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseとの間で、解離平衡が達成されている。
The ratio of the volume ratio VCu-particle of copper powder and the volume ratio VCu-fine-particle of copper fine powder (VCu-particle + VCu-fine-particle) and the volume ratio of copper nanoparticles VCu-nanoparticle is (VCu -particle + VCu-fine-particle): VCu-nanoparticle = 100: 53.3.
{VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle} / {Vcoating-molecule + Vsolvent} = {(50.8 + 11.1 + 33.0) /8.94} / {0.3 / 0.85 + 4.8 / 1.02} = 10.615 / (0.353 + 4.706) = 10.615 / 5.059 = 67.72: 32.28
In the “conductive copper paste”, the copper nanoparticles are uniformly dispersed in the “solvent” tripropylene glycol by forming a coating molecular layer composed of “coating molecular amine” on the surface thereof. At that time, the “coating agent molecular amine” is dissolved in the “solvent” tripropylene glycol. Surface density Ccoating-molecule-surface of “Coating molecular amine” forming a coating molecular layer on the surface of copper nanoparticles and concentration of “Coating molecular amine” dissolved in “solvent” Ccoating-molecule Dissociation equilibrium is achieved with -liquid-phase.
「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」は、そのアミノ基の孤立電子対を利用して、銅ナノ粒子表面に露呈する銅原子に配位的結合をしている。加えて、銅粉末、銅微細粉末の表面に銅原子が露呈している場合、該銅原子に対しても、「被覆剤分子アミン」は、そのアミノ基の孤立電子対を利用して、配位的結合が可能である。但し、銅ナノ粒子の表面積の総和ΣSCu-nanoparticle、銅微細粉末の表面積の総和ΣSCu-fine-particle、銅粉末の表面積の総和ΣSCu-particleは、ΣSCu-nanoparticle≫ΣSCu-fine-particle≫ΣSCu-particleの関係にあり、銅微細粉末の表面、銅粉末の表面を被覆する「被覆剤分子アミン」の量は、銅ナノ粒子の表面を被覆する「被覆剤分子アミン」の量に対して、無視できる範囲である。 The “coating agent molecular amine” contained in the “conductive copper paste” is coordinated to the copper atom exposed on the surface of the copper nanoparticle by utilizing the lone pair of the amino group. In addition, when copper atoms are exposed on the surfaces of copper powder and copper fine powder, the “coating agent molecular amine” is also distributed to the copper atoms by utilizing the lone pair of the amino group. Coordinate bonding is possible. However, the total surface area of copper nanoparticles ΣSCu-nanoparticle, the total surface area of copper fine powder ΣSCu-fine-particle, and the total surface area of copper powder ΣSCu-particle is ΣSCu-nanoparticle >> ΣSCu-fine-particle >> ΣSCu-particle The amount of “coating agent molecular amine” covering the surface of copper fine powder and the surface of copper powder is negligible with respect to the amount of “coating agent molecular amine” covering the surface of copper nanoparticles. It is a range.
従って、銅ナノ粒子の表面を被覆する「被覆剤分子アミン」の量Mcoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の量Mcoating-molecule-liquid-phaseの合計は、「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeと見做せる(Mcoating-molecule=Mcoating-molecule-surface+Mcoating-molecule-liquid-phase)。 Therefore, the amount Mcoating-molecule-surface of the “coating molecule amine” coating the surface of the copper nanoparticles and the amount Mcoating-molecule-liquid-phase of the “coating agent molecular amine” dissolved in the “solvent”. The total can be regarded as the total amount Mcoating-molecule of “coating agent molecular amine” contained in “conductive copper paste” (Mcoating-molecule = Mcoating-molecule-surface + Mcoating-molecule-liquid-phase).
調製された「導電性銅ペースト」の液粘度は、150Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。 The liquid viscosity of the prepared “conductive copper paste” was 150 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The prepared “conductive copper paste” was applied in a 10 mm × 50 mm pattern on a slide glass. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、下記の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 Using a Nissin plasma baking furnace, the paste coating film was subjected to the following procedures according to the following procedures: “preheating drying (solvent removal) step”, “vacuum drying (organic matter removal) step”, “microwave plasma irradiation ( Plasma firing) step ”was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」として、ニッシン製プラズマ焼成炉内で、大気圧下、ステージ温度150℃で予備加熱を30秒間行う。「減圧乾燥(有機物除去)工程」として、ステージ温度150℃に維持した状態で、「真空引き」を60秒間行い、プラズマ焼成炉内を減圧状態に保持する。該減圧状態における、プラズマ焼成炉内の圧力は、10Pa以下に保持されている。 As a “preheating drying (solvent removal) step”, preheating is performed for 30 seconds at a stage temperature of 150 ° C. under atmospheric pressure in a Nissin plasma baking furnace. As a “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “evacuation” is performed for 60 seconds while maintaining the stage temperature at 150 ° C., and the inside of the plasma firing furnace is maintained in a reduced pressure state. The pressure in the plasma baking furnace in the reduced pressure state is maintained at 10 Pa or less.
「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」では、まず、ステージ温度150℃に維持した状態で、プラズマ焼成炉内に、流速25sccmでヘリウム-3%水素を30秒間導入する。プラズマ焼成炉内の圧力を、10Paに制御した上で、マイクロ波(周波数2.4GHz)を高周波電源(周波数2.4GHz)から高周波電力1.5kWで供給し、ヘリウム-3%水素ガスにマイクロ波プラズマを発生させる。ステージ温度150℃に維持した状態で、マイクロ波プラズマ照射を90秒間続け、プラズマ焼成処理を施す。該ヘリウム-3%水素ガスからなる、還元性雰囲気下、発生したマイクロ波プラズマの照射によって、ペースト塗布膜中に含まれている、銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成がなされる。 In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”, first, helium-3% hydrogen is introduced into the plasma firing furnace at a flow rate of 25 sccm for 30 seconds while the stage temperature is maintained at 150 ° C. After controlling the pressure in the plasma firing furnace to 10 Pa, a microwave (frequency 2.4 GHz) is supplied from a high frequency power source (frequency 2.4 GHz) at a high frequency power of 1.5 kW, and helium-3% hydrogen gas is micronized. Generate wave plasma. In a state where the stage temperature is maintained at 150 ° C., microwave plasma irradiation is continued for 90 seconds to perform a plasma baking process. The copper powder, the copper fine powder and the copper nanoparticles contained in the paste coating film are fired by irradiation of the generated microwave plasma in a reducing atmosphere composed of the helium-3% hydrogen gas.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、3.0μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 3.0 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、90.3/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=9.7体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 90.3 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 9.7% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 3.0μΩ・cmは、1.8倍となっている。 The volume resistivity of 3.0 μΩ · cm of the obtained fired product is 1.8 times that of the resistivity of metallic copper of 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
実施例1の「導電性銅ペースト」で使用される「銅粉末」は、最密充填状態で積層される際、その嵩密度(タップ密度ρCu-particle-tap)は、5.5g/cm3である。金属銅(バルク)の密度ρCu-bulkは8.94g/cm3であるので、最密充填状態で積層される際、その積層構造中に存在する「空隙」の比率は、{(1/ρCu-particle-tap)−(1/ρCu-bulk)}・(1/ρCu-particle-tap)={1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particleに対して、該「空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅微細粉末」のタップ密度ρCu-fine-particle-tapは4.3g/cm3である。従って、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleに対して、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)である。「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}が、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)を上回る場合には、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に、「銅微細粉末」が全て収納される状態を達成できる。 The “copper powder” used in the “conductive copper paste” of Example 1 has a bulk density (tap density ρCu-particle-tap) of 5.5 g / cm 3 when laminated in a close-packed state. is there. Since the density ρCu-bulk of metallic copper (bulk) is 8.94 g / cm 3, the ratio of “voids” existing in the laminated structure is {(1 / ρCu− particle-tap) − (1 / ρCu-bulk)} · (1 / ρCu-particle-tap) = {1− (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. For the volume ratio VCu-particle of the copper powder contained in the “conductive copper paste” of Example 1, the “void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · { 1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. The tap density ρCu-fine-particle-tap of “copper fine powder” contained in the “conductive copper paste” of Example 1 is 4.3 g / cm 3. Therefore, when the “copper fine powder” is gathered in a close-packed state, the volume is VCu-fine-particle · (ρCu-bulk / ρCu-fine with respect to the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder. -particle). “Void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} "Bulk" when assembled in the close-packed state: If it exceeds VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle), "void" in the laminated structure of "copper powder" A state in which all of the “copper fine powder” is housed can be achieved.
「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に「銅微細粉末」が全て収納される状態において、まだ残っている「残余空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleと見積もられる。 In a state where all of the “copper fine powder” is stored in the “void” in the laminated structure of “copper powder”, the remaining “remaining void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle- tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu-fine-particle.
「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticleが超えている場合、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 “Residual voids” remaining in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu When the volume ratio VCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” included in the “conductive copper paste” of Example 1 exceeds -fine-particles, a part of the “copper nanoparticles” The remaining “copper nanoparticles” are filled in the “powder” laminate structure, but the remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a “copper nanoparticle” laminate on the upper surface of the “copper powder” laminate structure. The
具体的には、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」のタップ密度ρCu-nanoparticleは、約6.0g/cm3である。従って、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-nanoparticleに対して、VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)である。「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を施し、「乾燥処理済塗布膜」を形成すると、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際の嵩:VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)が、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを上回る場合には、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 Specifically, the tap density ρCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” contained in the “conductive copper paste” of Example 1 is about 6.0 g / cm 3. Therefore, when the “copper nanoparticles” are aggregated in the close-packed state, the volume is VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) with respect to the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper fine powder. When the “preheated drying (solvent removal) step” is performed to form the “dried coating film”, the bulk when the “copper nanoparticles” aggregate in the closest packing state: VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) remains in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle ・ (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) ・ {1- (ρCu-particle-tap / ρCu -bulk)}-When exceeding VCu-fine-particle, some of the "copper nanoparticles" fill the "residual voids" remaining in the "copper powder" laminate structure, but the remaining "copper" “Nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” on the top surface of the “copper powder” stack structure.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を終えた時点では、「銅ナノ粒子」の表面は、「被覆剤分子層」で被覆された状態である。表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」が「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填する。残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 At the time when the “preheating drying (solvent removal) step” is completed, the surface of the “copper nanoparticles” is in a state of being coated with the “coating agent molecular layer”. The “copper nanoparticles” having the “coating molecule layer” on the surface fill the “remaining voids” remaining in the laminated structure of the “copper powder”. The remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” having a “covering agent molecular layer” on the upper surface of the stack structure of “copper powder”.
なお、実施例1で使用する「導電性銅ペースト」の場合、平均厚さtpasteのペースト塗布膜中に含まれる、「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerは、tCu-particle-layer={[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もられる。{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)={[40μm・{36.25体積%}/100体積%]}・(8.94/5.5)=23.57μmと見積もられる。得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、見積もられる「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerより遥かに厚い。 In the case of the “conductive copper paste” used in Example 1, the average thickness tCu-particle-layer of the laminated structure of “copper powder” included in the paste coating film having the average thickness tpaste is tCu−. It is estimated that particle-layer = {[tpaste · {VCu-particle} / 100 volume%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap). {[Tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) = {[40 μm · {36.25 vol%} / 100 vol%]} · (8.94 /5.5)=2.57 μm. The average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is much thicker than the average thickness tCu-particle-layer of the estimated laminated structure of “copper powder”.
その際、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}=36.25体積%・(8.94/5.5)・{1−(5.5/8.94)}=22.41体積%と見積もられる。「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)は、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)=7.92体積%・(8.94/4.3)=16.47体積%と見積もられる。従って、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」内に、「銅微細粉末」が充填された状態となっている推断される。 At that time, “void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} is VCu -particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} = 36.25% by volume · (8.94 / 5.5) · {1- It is estimated that (5.5 / 8.94)} = 22.41% by volume. "Bulk" when "copper fine powder" is assembled in the close-packed state: VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle) is VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu -fine-particle) = 7.92 vol% · (8.94 / 4.3) = 16.47 vol%. Accordingly, it is assumed that “copper fine powder” is filled in “voids” in the laminated structure of “copper powder”.
(実施例2)
本実施例2の銅厚膜形成用材料は、下記の原料を用いて、「導電性銅ペースト」の形状に調製されている。
(Example 2)
The material for forming a copper thick film of Example 2 is prepared in the form of “conductive copper paste” using the following raw materials.
銅マイクロ粒子として、湿式法で作製される銅粉末である、三井金属(株)製1400YMを使用する。銅サブミクロン粒子として、湿式法で作製される銅微細粉末である、三井金属(株)製1050Yを使用する。 As the copper microparticles, 1400YM manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a copper powder produced by a wet method, is used. As the copper submicron particles, 1050Y manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a fine copper powder produced by a wet method, is used.
「銅ナノ粒子分散液」として、ハリマ化成製銅ナノ粒子NPC−J2を利用する。該ハリマ化成製銅ナノ粒子NPC−J2は、銅ナノ粒子と「被覆剤分子アミン」とで構成されている。「銅ナノ粒子NPC−J2」100質量部当たり、銅ナノ粒子90.7質量部と、「被覆剤分子アミン」9.3質量部が含まれている。該「銅ナノ粒子NPC−J2」中に含まれている、銅ナノ粒子の平均粒子径dCu-nanoparticleは、20nmである。該銅ナノ粒子の表面には、「被覆剤分子アミン」の表面被覆分子層が形成されている。本実施例2では、該「被覆剤分子アミン」として、オレイルアミン(融点21℃、沸点364℃、密度ρcoating-molecule 0.813g/cm3)を使用している。従って、該「銅ナノ粒子NPC−J2」中に含まれる、「銅ナノ粒子」と「被覆剤分子アミン」の体積比率は、「銅ナノ粒子」:「被覆剤分子アミン」=46.94体積%:53.06体積%と見積もられる。「銅ナノ粒子NPC−J2」中に含有される「銅ナノ粒子」も、最密充填状態で積層した場合、その嵩密度(タップ密度)は、金属銅(バルク)の密度ρCu-bulk=8.94g/cm3に対して、約2/3程度と見積もられる。すなわち、「銅ナノ粒子NPC−J2」に含有される「銅ナノ粒子」の嵩密度(タップ密度)ρCu-nanoparticleも、6.0g/cm3程度と見積もられる。 As the “copper nanoparticle dispersion”, Harima Kasei copper nanoparticle NPC-J2 is used. The Harima Kasei copper nanoparticles NPC-J2 are composed of copper nanoparticles and a “coating agent molecular amine”. 90.7 parts by mass of copper nanoparticles and 9.3 parts by mass of “coating agent molecular amine” are contained per 100 parts by mass of “copper nanoparticles NPC-J2”. The average particle diameter dCu-nanoparticle of the copper nanoparticles contained in the “copper nanoparticles NPC-J2” is 20 nm. A surface coating molecular layer of “coating agent molecular amine” is formed on the surface of the copper nanoparticles. In Example 2, oleylamine (melting point 21 ° C., boiling point 364 ° C., density ρcoating-molecule 0.813 g / cm 3) is used as the “coating agent molecular amine”. Therefore, the volume ratio of “copper nanoparticles” and “coating agent molecular amine” contained in the “copper nanoparticles NPC-J2” is “copper nanoparticle”: “coating agent molecular amine” = 46.94 volume. %: Estimated as 53.06% by volume. When “copper nanoparticles” contained in “copper nanoparticles NPC-J2” are also stacked in a close-packed state, the bulk density (tap density) is the density of metallic copper (bulk) ρCu-bulk = 8 It is estimated to be about 2/3 for .94g / cm3. That is, the bulk density (tap density) ρCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” contained in the “copper nanoparticles NPC-J2” is also estimated to be about 6.0 g / cm 3.
「高沸点の非極性有機溶剤」として、日本乳化剤製トリプロピレングリコールを使用する。 As a “high-boiling nonpolar organic solvent”, tripropylene glycol manufactured by Nippon Emulsifier is used.
ハリマ化成製「銅ナノ粒子NPC−J2」35.4質量部(銅ナノ粒子32.1質量部と「被覆剤分子アミン」3.3質量部)、三井金属(株)製1400YM49.2質量部、三井金属(株)製1050Y10.7質量部、日本乳化剤製トリプロピレングリコール4.7質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、分散溶媒中に銅粉末、銅微細粉末、銅ナノ粒子を均一に分散させ、「導電性銅ペースト」を調製する。 35.4 parts by mass of “Copper Nanoparticles NPC-J2” (32.1 parts by mass of copper nanoparticles and 3.3 parts by mass of “Coating Molecular Amine”) manufactured by Harima Kasei Co., Ltd., 1400 YM 49.2 parts by mass of Mitsui Metals , 10.7 parts by mass of Mitsui Kinzoku Co., Ltd. and 4.7 parts by mass of tripropylene glycol made by Nippon Emulsifier are mixed uniformly. The mixture is stirred with a stirring deaerator to uniformly disperse copper powder, copper fine powder, and copper nanoparticles in a dispersion solvent to prepare a “conductive copper paste”.
調製された「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particle、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particle、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleは、VCu-particle=30.67体積%;VCu-fine-particle=6.67体積%;VCu-nanoparticle=20.01体積%である。「被覆剤分子アミン」の体積比率Vcoating-moleculeと、「溶剤」の体積比率Vsolventの合計は、{Vcoating-molecule+Vsolvent}=42.64体積%である。 The volume ratio VCu-particle of the copper powder, the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder, and the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper nanoparticle contained in the prepared “conductive copper paste” are VCu-particle = 30.67% by volume; VCu-fine-particle = 6.67% by volume; VCu-nanoparticle = 20.01% by volume. The sum of the volume ratio Vcoating-molecule of the “coating agent amine” and the volume ratio Vsolvent of the “solvent” is {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 42.64% by volume.
なお、銅粉末の体積比率VCu-particleと銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleの和(VCu-particle+VCu-fine-particle)と、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleの比は、(VCu-particle+VCu-fine-particle):VCu-nanoparticle=100:53.6と算出される。
{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/{Vcoating-molecule+Vsolvent}=57.36:42.64
「導電性銅ペースト」中、銅ナノ粒子は、その表面に「被覆剤分子アミン」からなる被覆剤分子層を形成して、「溶剤」のトリプロピレングリコール中に均一に分散されている。その際、「溶剤」のトリプロピレングリコール中には、「被覆剤分子アミン」が溶解している。銅ナノ粒子表面に被覆剤分子層を形成している「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseとの間で、解離平衡が達成されている。
The ratio of the volume ratio VCu-particle of copper powder and the volume ratio VCu-fine-particle of copper fine powder (VCu-particle + VCu-fine-particle) and the volume ratio of copper nanoparticles VCu-nanoparticle is (VCu -particle + VCu-fine-particle): VCu-nanoparticle = 100: 53.6.
{VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle} / {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 57.36: 42.64
In the “conductive copper paste”, the copper nanoparticles are uniformly dispersed in the “solvent” tripropylene glycol by forming a coating molecular layer composed of “coating molecular amine” on the surface thereof. At that time, the “coating agent molecular amine” is dissolved in the “solvent” tripropylene glycol. Surface density Ccoating-molecule-surface of “Coating molecular amine” forming a coating molecular layer on the surface of copper nanoparticles and concentration of “Coating molecular amine” dissolved in “solvent” Ccoating-molecule Dissociation equilibrium is achieved with -liquid-phase.
実施例2の「導電性銅ペースト」でも、ΣSCu-nanoparticle≫ΣSCu-fine-particle≫ΣSCu-particleの関係になっている。 Also in the “conductive copper paste” of Example 2, the relationship is ΣSCu-nanoparticle >> ΣSCu-fine-particle >> ΣSCu-particle.
従って、銅ナノ粒子の表面を被覆する「被覆剤分子アミン」の量Mcoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の量Mcoating-molecule-liquid-phaseの合計は、「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeと見做せる(Mcoating-molecule=Mcoating-molecule-surface+Mcoating-molecule-liquid-phase)。 Therefore, the amount Mcoating-molecule-surface of the “coating molecule amine” coating the surface of the copper nanoparticles and the amount Mcoating-molecule-liquid-phase of the “coating agent molecular amine” dissolved in the “solvent”. The total can be regarded as the total amount Mcoating-molecule of “coating agent molecular amine” contained in “conductive copper paste” (Mcoating-molecule = Mcoating-molecule-surface + Mcoating-molecule-liquid-phase).
その際、実施例2の「導電性銅ペースト」中の銅ナノ粒子の表面積の総和ΣSCu-nanoparticleは、実施例1の「導電性銅ペースト」中の銅ナノ粒子の表面積の総和ΣSCu-nanoparticle、の約62倍となっている。実施例2の「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeは、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeの11倍でしかない。 At that time, the total surface area ΣSCu-nanoparticle of the copper nanoparticles in the “conductive copper paste” of Example 2 is the total surface area ΣSCu-nanoparticle of the copper nanoparticles in the “conductive copper paste” of Example 1. It is about 62 times that. The total amount Mcoating-molecule of “coating agent molecular amine” contained in “conductive copper paste” of Example 2 is the total amount Mcoating of “coating agent molecular amine” contained in “conductive copper paste” of Example 1. It is only 11 times the -molecule.
すなわち、実施例2の「導電性銅ペースト」における、銅ナノ粒子表面における「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseは、実施例1の「導電性銅ペースト」における、銅ナノ粒子表面における「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseと比較すると、相当に低く、少なくとも1/2以下になっていると推断される。 That is, in the “conductive copper paste” of Example 2, the surface density Ccoating-molecule-surface of the “coating agent molecular amine” on the surface of the copper nanoparticles and the “coating agent molecular amine” dissolved in the “solvent” Concentration Ccoating-molecule-liquid-phase is dissolved in “Coating-molecule-surface” and “Solvent” of “Coating molecule amine” on the surface of copper nanoparticles in “Conductive copper paste” of Example 1. Compared with the concentration Ccoating-molecule-liquid-phase of the “coating agent molecular amine”, it is estimated that it is considerably lower and at least ½ or less.
調製された「導電性銅ペースト」の液粘度は、145Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。 The liquid viscosity of the prepared “conductive copper paste” was 145 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The prepared “conductive copper paste” was applied in a 10 mm × 50 mm pattern on a slide glass. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、実施例1に記載の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 For the paste coating film, using a Nissin plasma baking furnace, the procedure described in Example 1 was followed by a “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “micro A wave plasma irradiation (plasma firing) step "was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、3.7μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 3.7 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、76.47/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=23.53体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 76.47 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 23.53 volume%.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 3.7μΩ・cmは、2.1倍となっている。 The volume resistivity of 3.7 μΩ · cm of the obtained fired product is 2.1 times that of the resistivity of metallic copper of 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
実施例2の「導電性銅ペースト」で使用される「銅粉末」は、最密充填状態で積層される際、その嵩密度(タップ密度ρCu-particle-tap)は、5.5g/cm3である。金属銅(バルク)の密度ρCu-bulkは8.94g/cm3であるので、最密充填状態で積層される際、その積層構造中に存在する「空隙」の比率は、{(1/ρCu-particle-tap)−(1/ρCu-bulk)}・(1/ρCu-particle-tap)={1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例2の「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particleに対して、該「空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅微細粉末」のタップ密度ρCu-fine-particle-tapは4.3g/cm3である。従って、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleに対して、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)である。「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}が、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)を上回る場合には、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に、「銅微細粉末」が全て収納される状態を達成できる。 The “copper powder” used in the “conductive copper paste” of Example 2 has a bulk density (tap density ρCu-particle-tap) of 5.5 g / cm 3 when laminated in a close-packed state. is there. Since the density ρCu-bulk of metallic copper (bulk) is 8.94 g / cm 3, the ratio of “voids” existing in the laminated structure is {(1 / ρCu− particle-tap) − (1 / ρCu-bulk)} · (1 / ρCu-particle-tap) = {1− (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. With respect to the volume ratio VCu-particle of the copper powder contained in the “conductive copper paste” of Example 2, the “void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · { 1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. The tap density ρCu-fine-particle-tap of “copper fine powder” contained in the “conductive copper paste” of Example 1 is 4.3 g / cm 3. Therefore, when the “copper fine powder” is gathered in a close-packed state, the volume is VCu-fine-particle · (ρCu-bulk / ρCu-fine with respect to the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder. -particle). “Void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} "Bulk" when assembled in the close-packed state: If it exceeds VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle), "void" in the laminated structure of "copper powder" A state in which all of the “copper fine powder” is housed can be achieved.
「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に「銅微細粉末」が全て収納される状態において、まだ残っている「残余空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleと見積もられる。 In a state where all of the “copper fine powder” is stored in the “void” in the laminated structure of “copper powder”, the remaining “remaining void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle- tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu-fine-particle.
「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticleが超えている場合、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 “Residual voids” remaining in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu When the volume ratio VCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” included in the “conductive copper paste” of Example 1 exceeds -fine-particles, a part of the “copper nanoparticles” The remaining “copper nanoparticles” are filled in the “powder” laminate structure, but the remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a “copper nanoparticle” laminate on the upper surface of the “copper powder” laminate structure. The
具体的には、実施例2の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」のタップ密度ρCu-nanoparticleは、約6.0g/cm3である。従って、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-nanoparticleに対して、VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)である。「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を施し、「乾燥処理済塗布膜」を形成すると、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際の嵩:VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)が、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを上回る場合には、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 Specifically, the tap density ρCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” contained in the “conductive copper paste” of Example 2 is about 6.0 g / cm 3. Therefore, when the “copper nanoparticles” are aggregated in the close-packed state, the volume is VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) with respect to the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper fine powder. When the “preheated drying (solvent removal) step” is performed to form the “dried coating film”, the bulk when the “copper nanoparticles” aggregate in the closest packing state: VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) remains in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle ・ (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) ・ {1- (ρCu-particle-tap / ρCu -bulk)}-When exceeding VCu-fine-particle, some of the "copper nanoparticles" fill the "residual voids" remaining in the "copper powder" laminate structure, but the remaining "copper" “Nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” on the top surface of the “copper powder” stack structure.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を終えた時点では、「銅ナノ粒子」の表面は、「被覆剤分子層」で被覆された状態である。表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」が「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填する。残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 At the time when the “preheating drying (solvent removal) step” is completed, the surface of the “copper nanoparticles” is in a state of being coated with the “coating agent molecular layer”. The “copper nanoparticles” having the “coating molecule layer” on the surface fill the “remaining voids” remaining in the laminated structure of the “copper powder”. The remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” having a “covering agent molecular layer” on the upper surface of the stack structure of “copper powder”.
実施例2で使用する「銅ナノ粒子NPC−J2」中に含まれている、銅ナノ粒子の平均粒子径dCu-nanoparticleは、20nmであり、実施例1で使用する「銅ナノ粒子NPC」中に含まれている、銅ナノ粒子の平均粒子径dCu-nanoparticleの80nmの1/4である。表面の「被覆剤分子層」の厚さは同程度とすると、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填する、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」中の「銅ナノ粒子」自体の体積総和は、実施例1と比較し、相当に減少する。結果的に、「銅粉末」の積層構造の上面に、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」の積層を形成する「銅ナノ粒子」自体の体積総和は、実施例1と比較し、相当に増加する。 The average particle diameter dCu-nanoparticle of the copper nanoparticles contained in the “copper nanoparticles NPC-J2” used in Example 2 is 20 nm. In the “copper nanoparticles NPC” used in Example 1 Is 1/4 of 80 nm of the average particle diameter dCu-nanoparticle of the copper nanoparticles. Assuming that the thickness of the “coating agent molecular layer” on the surface is the same, the “copper molecular layer” on the surface fills the “remaining voids” remaining in the laminated structure of the “copper powder”. The total volume of the “copper nanoparticles” themselves in the “nanoparticles” is considerably reduced as compared with Example 1. As a result, the total volume of the “copper nanoparticles” themselves, which forms a laminate of “copper nanoparticles” having a “coating agent molecular layer” on the surface on the upper surface of the “copper powder” laminate structure, Compared with, it increases considerably.
なお、実施例2で使用する「導電性銅ペースト」の場合、平均厚さtpasteのペースト塗布膜中に含まれる、「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerは、tCu-particle-layer={[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もられる。{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)={[40μm・{30.67体積%}/100体積%]}・(8.94/5.5)=19.94μmと見積もられる。得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、見積もられる「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerより遥かに厚い。 In the case of the “conductive copper paste” used in Example 2, the average thickness tCu-particle-layer of the laminated structure of “copper powder” contained in the paste coating film having the average thickness tpaste is tCu- It is estimated that particle-layer = {[tpaste · {VCu-particle} / 100 volume%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap). {[Tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) = {[40 μm · {30.67 vol%} / 100 vol%]} · (8.94 /5.5)=1.94 μm. The average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is much thicker than the average thickness tCu-particle-layer of the estimated laminated structure of “copper powder”.
その際、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}=30.67体積%・(8.94/5.5)・{1−(5.5/8.94)}=19.18体積%と見積もられる。「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)は、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)=6.67体積%・(8.94/4.3)=13.87体積%と見積もられる。従って、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」内に、「銅微細粉末」が充填された状態となっている推断される。 At that time, “void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} is VCu -particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} = 30.67% by volume · (8.94 / 5.5) · {1- It is estimated that (5.5 / 8.94)} = 19.18% by volume. "Bulk" when "copper fine powder" is assembled in the close-packed state: VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle) is VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu -fine-particle) = 6.67 vol% · (8.94 / 4.3) = 13.87 vol%. Accordingly, it is assumed that “copper fine powder” is filled in “voids” in the laminated structure of “copper powder”.
(実施例3)
本実施例3の銅厚膜形成用材料は、下記の原料を用いて、「導電性銅ペースト」の形状に調製されている。
(Example 3)
The material for forming a copper thick film of Example 3 is prepared in the shape of “conductive copper paste” using the following raw materials.
銅マイクロ粒子として、湿式法で作製される銅粉末である、三井金属(株)製1400YMを使用する。銅サブミクロン粒子として、湿式法で作製される銅微細粉末である、三井金属(株)製1050Yを使用する。 As the copper microparticles, 1400YM manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a copper powder produced by a wet method, is used. As the copper submicron particles, 1050Y manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a fine copper powder produced by a wet method, is used.
「銅ナノ粒子分散液」として、ハリマ化成製銅ナノ粒子NPC−J1を利用する。該ハリマ化成製銅ナノ粒子NPC−J1は、銅ナノ粒子と「被覆剤分子アミン」と、溶剤(トリプロピレングリコール)で構成されている。「銅ナノ粒子NPC−J1」100質量部当たり、銅ナノ粒子72.2質量部と、「被覆剤分子アミン」10.6質量部、「溶剤(トリプロピレングリコール)」17.2質量部が含まれている。該「銅ナノ粒子NPC」中に含まれている、銅ナノ粒子の平均粒子径dCu-nanoparticleは、5nmである。該銅ナノ粒子の表面には、「被覆剤分子アミン」の表面被覆分子層が形成されている。実施例2と同じく、本実施例3でも、該「被覆剤分子アミン」として、オレイルアミンを使用している。従って、該「銅ナノ粒子NPC−J1」中に含まれている、「銅ナノ粒子」、「被覆剤分子アミン」、「溶剤(トリプロピレングリコール)」の体積の比率は、「銅ナノ粒子」:「被覆剤分子アミン」:「溶剤」=21.29体積%:34.32体積%:44.38体積%と見積もられる。「銅ナノ粒子NPC−J2」中に含有される「銅ナノ粒子」も、最密充填状態で積層した場合、その嵩密度(タップ密度)は、金属銅(バルク)の密度ρCu-bulk=8.94g/cm3に対して、約2/3程度と見積もられる。すなわち、「銅ナノ粒子NPC−J2」に含有される「銅ナノ粒子」の嵩密度(タップ密度)ρCu-nanoparticleも、6.0g/cm3程度と見積もられる。 As the “copper nanoparticle dispersion”, Harima Kasei copper nanoparticle NPC-J1 is used. The Harima Kasei copper nanoparticles NPC-J1 are composed of copper nanoparticles, a “coating agent molecular amine”, and a solvent (tripropylene glycol). Contains 72.2 parts by mass of copper nanoparticles, 10.6 parts by mass of “coating agent molecular amine” and 17.2 parts by mass of “solvent (tripropylene glycol)” per 100 parts by mass of “copper nanoparticles NPC-J1” It is. The average particle diameter dCu-nanoparticle of the copper nanoparticles contained in the “copper nanoparticle NPC” is 5 nm. A surface coating molecular layer of “coating agent molecular amine” is formed on the surface of the copper nanoparticles. As in Example 2, in this Example 3, oleylamine is used as the “coating agent molecular amine”. Therefore, the volume ratio of “copper nanoparticles”, “coating agent molecular amine”, and “solvent (tripropylene glycol)” contained in the “copper nanoparticles NPC-J1” is “copper nanoparticles”. : "Coating molecular amine": "Solvent" = 21.29% by volume: 34.32% by volume: 44.38% by volume. When “copper nanoparticles” contained in “copper nanoparticles NPC-J2” are also stacked in a close-packed state, the bulk density (tap density) is the density of metallic copper (bulk) ρCu-bulk = 8 It is estimated to be about 2/3 for .94g / cm3. That is, the bulk density (tap density) ρCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” contained in the “copper nanoparticles NPC-J2” is also estimated to be about 6.0 g / cm 3.
ハリマ化成製「銅ナノ粒子NPC−J1」42.5質量部(銅ナノ粒子30.7質量部、「被覆剤分子アミン」4.5質量部、「溶剤(トリプロピレングリコール)」7.3質量部)に、三井金属(株)製1400YM47.2質量部、三井金属(株)製1050Y10.3質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、分散溶媒中に銅粉末、銅微細粉末、銅ナノ粒子を均一に分散させ、「導電性銅ペースト」を調製する。 42.5 parts by mass of Harima Chemical Co., Ltd. “copper nanoparticles NPC-J1” (30.7 parts by mass of copper nanoparticles, 4.5 parts by mass of “coating agent molecular amine”, 7.3 parts by mass of “solvent (tripropylene glycol)” Part) is uniformly mixed with 47.2 parts by mass of Mitsui Kinzoku Co., Ltd. 1400YM and 1050Y10.3 parts by mass of Mitsui Kinzoku Co., Ltd. The mixture is stirred with a stirring deaerator to uniformly disperse copper powder, copper fine powder, and copper nanoparticles in a dispersion solvent to prepare a “conductive copper paste”.
調製された「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particle、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particle、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleは、VCu-particle=23.41体積%;VCu-fine-particle=5.11体積%;VCu-nanoparticle=15.22体積%である。「被覆剤分子アミン」の体積比率Vcoating-moleculeと、「溶剤」の体積比率Vsolventの合計は、{Vcoating-molecule+Vsolvent}=56.24体積%である。 The volume ratio VCu-particle of the copper powder, the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder, and the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper nanoparticle contained in the prepared “conductive copper paste” are VCu-particle = VCu-fine-particle = 5.11% by volume; VCu-nanoparticle = 15.22% by volume. The sum of the volume ratio Vcoating-molecule of the “coating agent molecular amine” and the volume ratio Vsolvent of the “solvent” is {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 56.24% by volume.
なお、銅粉末の体積比率VCu-particleと銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleの和(VCu-particle+VCu-fine-particle)と、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleの比は、(VCu-particle+VCu-fine-particle):VCu-nanoparticle=100:53.4と算出される。
{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/{Vcoating-molecule+Vsolvent}=43.74/56.24
「導電性銅ペースト」中、銅ナノ粒子は、その表面に「被覆剤分子アミン」からなる被覆剤分子層を形成して、「溶剤」のトリプロピレングリコール中に均一に分散されている。その際、「溶剤」のトリプロピレングリコール中には、「被覆剤分子アミン」が溶解している。銅ナノ粒子表面に被覆剤分子層を形成している「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseとの間で、解離平衡が達成されている。
The ratio of the volume ratio VCu-particle of copper powder and the volume ratio VCu-fine-particle of copper fine powder (VCu-particle + VCu-fine-particle) and the volume ratio of copper nanoparticles VCu-nanoparticle is (VCu -particle + VCu-fine-particle): VCu-nanoparticle = 100: 53.4.
{VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle} / {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 43.74 / 56.24
In the “conductive copper paste”, the copper nanoparticles are uniformly dispersed in the “solvent” tripropylene glycol by forming a coating molecular layer composed of “coating molecular amine” on the surface thereof. At that time, the “coating agent molecular amine” is dissolved in the “solvent” tripropylene glycol. Surface density Ccoating-molecule-surface of “Coating molecular amine” forming a coating molecular layer on the surface of copper nanoparticles and concentration of “Coating molecular amine” dissolved in “solvent” Ccoating-molecule Dissociation equilibrium is achieved with -liquid-phase.
実施例3の「導電性銅ペースト」でも、ΣSCu-nanoparticle≫ΣSCu-fine-particle≫ΣSCu-particleの関係になっている。 The “conductive copper paste” in Example 3 also has a relationship of ΣSCu-nanoparticle >> ΣSCu-fine-particle >> ΣSCu-particle.
従って、銅ナノ粒子の表面を被覆する「被覆剤分子アミン」の量Mcoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の量Mcoating-molecule-liquid-phaseの合計は、「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeと見做せる(Mcoating-molecule=Mcoating-molecule-surface+Mcoating-molecule-liquid-phase)。 Therefore, the amount Mcoating-molecule-surface of the “coating molecule amine” coating the surface of the copper nanoparticles and the amount Mcoating-molecule-liquid-phase of the “coating agent molecular amine” dissolved in the “solvent”. The total can be regarded as the total amount Mcoating-molecule of “coating agent molecular amine” contained in “conductive copper paste” (Mcoating-molecule = Mcoating-molecule-surface + Mcoating-molecule-liquid-phase).
その際、実施例3の「導電性銅ペースト」中の銅ナノ粒子の表面積の総和ΣSCu-nanoparticleは、実施例1の「導電性銅ペースト」中の銅ナノ粒子の表面積の総和ΣSCu-nanoparticle、の約238倍となっている。実施例3の「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeは、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeの15倍でしかない。 At that time, the total surface area ΣSCu-nanoparticle of the copper nanoparticles in the “conductive copper paste” of Example 3 is the total surface area ΣSCu-nanoparticle of the copper nanoparticles in the “conductive copper paste” of Example 1. It is about 238 times. The total amount Mcoating-molecule of the “coating agent molecular amine” contained in the “conductive copper paste” of Example 3 is the total amount Mcoating of the “coating agent molecular amine” contained in the “conductive copper paste” of Example 1. It is only 15 times the -molecule.
すなわち、実施例3の「導電性銅ペースト」における、銅ナノ粒子表面における「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseは、実施例1の「導電性銅ペースト」における、銅ナノ粒子表面における「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseと比較すると、相当に低く、少なくとも1/5以下になっていると推断される。 That is, in the “conductive copper paste” of Example 3, the surface density Ccoating-molecule-surface of the “coating agent molecular amine” on the surface of the copper nanoparticles and the “coating agent molecular amine” dissolved in the “solvent” Concentration Ccoating-molecule-liquid-phase is dissolved in “Coating-molecule-surface” and “Solvent” of “Coating molecule amine” on the surface of copper nanoparticles in “Conductive copper paste” of Example 1. Compared with the concentration Ccoating-molecule-liquid-phase of the “coating agent molecular amine”, it is assumed that the concentration is considerably lower and at least 1/5 or less.
調製された「導電性銅ペースト」の液粘度は、135Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。 The liquid viscosity of the prepared “conductive copper paste” was 135 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The prepared “conductive copper paste” was applied in a 10 mm × 50 mm pattern on a slide glass. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、実施例1に記載の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 For the paste coating film, using a Nissin plasma baking furnace, the procedure described in Example 1 was followed by a “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “micro A wave plasma irradiation (plasma firing) step "was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、4.9μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 4.9 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、58.32/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=41.68体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 58.32 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated as Vvoid = 41.68% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 4.9μΩ・cmは、2.93倍となっている。 The volume specific resistivity 4.9 μΩ · cm of the obtained fired product is 2.93 times the resistivity of metallic copper 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
実施例3の「導電性銅ペースト」で使用される「銅粉末」は、最密充填状態で積層される際、その嵩密度(タップ密度ρCu-particle-tap)は、5.5g/cm3である。金属銅(バルク)の密度ρCu-bulkは8.94g/cm3であるので、最密充填状態で積層される際、その積層構造中に存在する「空隙」の比率は、{(1/ρCu-particle-tap)−(1/ρCu-bulk)}・(1/ρCu-particle-tap)={1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例3の「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particleに対して、該「空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅微細粉末」のタップ密度ρCu-fine-particle-tapは4.3g/cm3である。従って、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleに対して、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)である。「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}が、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)を上回る場合には、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に、「銅微細粉末」が全て収納される状態を達成できる。 The “copper powder” used in the “conductive copper paste” of Example 3 has a bulk density (tap density ρCu-particle-tap) of 5.5 g / cm 3 when laminated in a close-packed state. is there. Since the density ρCu-bulk of metallic copper (bulk) is 8.94 g / cm 3, the ratio of “voids” existing in the laminated structure is {(1 / ρCu− particle-tap) − (1 / ρCu-bulk)} · (1 / ρCu-particle-tap) = {1− (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. With respect to the volume ratio VCu-particle of the copper powder contained in the “conductive copper paste” of Example 3, the “void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · { 1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. The tap density ρCu-fine-particle-tap of “copper fine powder” contained in the “conductive copper paste” of Example 1 is 4.3 g / cm 3. Therefore, when the “copper fine powder” is gathered in a close-packed state, the volume is VCu-fine-particle · (ρCu-bulk / ρCu-fine with respect to the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder. -particle). “Void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} "Bulk" when assembled in the close-packed state: If it exceeds VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle), "void" in the laminated structure of "copper powder" A state in which all of the “copper fine powder” is housed can be achieved.
「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に「銅微細粉末」が全て収納される状態において、まだ残っている「残余空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleと見積もられる。 In a state where all of the “copper fine powder” is stored in the “void” in the laminated structure of “copper powder”, the remaining “remaining void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle- tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu-fine-particle.
「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticleが超えている場合、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 “Residual voids” remaining in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu When the volume ratio VCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” included in the “conductive copper paste” of Example 1 exceeds -fine-particles, a part of the “copper nanoparticles” The remaining “copper nanoparticles” are filled in the “powder” laminate structure, but the remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a “copper nanoparticle” laminate on the upper surface of the “copper powder” laminate structure. The
具体的には、実施例3の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」のタップ密度ρCu-nanoparticleは、約6.0g/cm3である。従って、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-nanoparticleに対して、VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)である。「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を施し、「乾燥処理済塗布膜」を形成すると、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際の嵩:VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)が、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを上回る場合には、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 Specifically, the tap density ρCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” contained in the “conductive copper paste” of Example 3 is about 6.0 g / cm 3. Therefore, when the “copper nanoparticles” are aggregated in the close-packed state, the volume is VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) with respect to the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper fine powder. When the “preheated drying (solvent removal) step” is performed to form the “dried coating film”, the bulk when the “copper nanoparticles” aggregate in the closest packing state: VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) remains in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle ・ (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) ・ {1- (ρCu-particle-tap / ρCu -bulk)}-When exceeding VCu-fine-particle, some of the "copper nanoparticles" fill the "residual voids" remaining in the "copper powder" laminate structure, but the remaining "copper" “Nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” on the top surface of the “copper powder” stack structure.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を終えた時点では、「銅ナノ粒子」の表面は、「被覆剤分子層」で被覆された状態である。表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」が「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填する。残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 At the time when the “preheating drying (solvent removal) step” is completed, the surface of the “copper nanoparticles” is in a state of being coated with the “coating agent molecular layer”. The “copper nanoparticles” having the “coating molecule layer” on the surface fill the “remaining voids” remaining in the laminated structure of the “copper powder”. The remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” having a “covering agent molecular layer” on the upper surface of the stack structure of “copper powder”.
実施例3で使用する「銅ナノ粒子NPC−J1」中に含まれている、銅ナノ粒子の平均粒子径dCu-nanoparticleは、5nmであり、実施例1で使用する「銅ナノ粒子NPC」中に含まれている、銅ナノ粒子の平均粒子径dCu-nanoparticleの80nmの1/16である。表面の「被覆剤分子層」の厚さは同程度とすると、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填する、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」中の「銅ナノ粒子」自体の体積総和は、実施例1と比較し、大幅に減少する。結果的に、「銅粉末」の積層構造の上面に、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」の積層を形成する「銅ナノ粒子」自体の体積総和は、実施例1と比較し、大幅に増加する。 The average particle diameter dCu-nanoparticle of the copper nanoparticles contained in the “copper nanoparticles NPC-J1” used in Example 3 is 5 nm, and in the “copper nanoparticles NPC” used in Example 1 Is 1/16 of 80 nm of the average particle diameter dCu-nanoparticle of the copper nanoparticles. Assuming that the thickness of the “coating agent molecular layer” on the surface is the same, the “copper molecular layer” on the surface fills the “remaining voids” remaining in the laminated structure of the “copper powder”. The total volume of the “copper nanoparticles” in the “nanoparticles” is significantly reduced as compared with Example 1. As a result, the total volume of the “copper nanoparticles” themselves, which forms a laminate of “copper nanoparticles” having a “coating agent molecular layer” on the surface on the upper surface of the “copper powder” laminate structure, Compared with, it increases significantly.
なお、実施例3で使用する「導電性銅ペースト」の場合、平均厚さtpasteのペースト塗布膜中に含まれる、「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerは、tCu-particle-layer={[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もられる。{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)={[40μm・{23.41体積%}/100体積%]}・(8.94/5.5)=15.22μmと見積もられる。得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、見積もられる「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerより遥かに厚い。 In the case of the “conductive copper paste” used in Example 3, the average thickness tCu-particle-layer of the laminated structure of “copper powder” included in the paste coating film having the average thickness tpaste is tCu- It is estimated that particle-layer = {[tpaste · {VCu-particle} / 100 volume%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap). {[Tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) = {[40 μm · {23.41 vol%} / 100 vol%]} · (8.94 /5.5)=15.22 μm. The average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is much thicker than the average thickness tCu-particle-layer of the estimated laminated structure of “copper powder”.
その際、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}=23.41体積%・(8.94/5.5)・{1−(5.5/8.94)}=14.64体積%と見積もられる。「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)は、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)=5.11体積%・(8.94/4.3)=10.62体積%と見積もられる。従って、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」内に、「銅微細粉末」が充填された状態となっている推断される。 At that time, “void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} is VCu -particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} = 23.41% by volume · (8.94 / 5.5) · {1- It is estimated that (5.5 / 8.94)} = 14.64% by volume. "Bulk" when "copper fine powder" is assembled in the close-packed state: VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle) is VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu -fine-particle) = 5.11% by volume · (8.94 / 4.3) = 10.62% by volume. Accordingly, it is assumed that “copper fine powder” is filled in “voids” in the laminated structure of “copper powder”.
(実施例4)
本実施例4の銅厚膜形成用材料は、実施例1に記載の原料を用いて、その配合比率を変更して、「導電性銅ペースト」の形状に調製されている。
Example 4
The copper thick film forming material of Example 4 is prepared in the shape of “conductive copper paste” using the raw materials described in Example 1 and changing the blending ratio.
ハリマ化成製「銅ナノ粒子NPC」22.2質量部(銅ナノ粒子22.0質量部と「被覆剤分子アミン」0.2質量部)、三井金属(株)製1400YM59.9質量部、三井金属(株)製1050Y13.1質量部、日本乳化剤製トリプロピレングリコール4.8質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、分散溶媒中に銅粉末、銅微細粉末、銅ナノ粒子を均一に分散させ、「導電性銅ペースト」を調製する。 Harima Chemical Co., Ltd. “copper nanoparticles NPC” 22.2 parts by mass (copper nanoparticles 22.0 parts by mass and “coating agent molecular amine” 0.2 parts by mass), Mitsui Metals Co., Ltd. 1400YM 59.9 parts by mass, Mitsui Metal Co., Ltd. 1050Y13.1 mass part and Japanese emulsifier tripropylene glycol 4.8 mass part are mixed uniformly. The mixture is stirred with a stirring deaerator to uniformly disperse copper powder, copper fine powder, and copper nanoparticles in a dispersion solvent to prepare a “conductive copper paste”.
調製された「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particle、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particle、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleは、VCu-particle=43.04体積%;VCu-fine-particle=9.41体積%;VCu-nanoparticle=15.81体積%である。「被覆剤分子アミン」の体積比率Vcoating-moleculeと、「溶剤」の体積比率Vsolventの合計は、{Vcoating-molecule+Vsolvent}=31.74体積%である。 The volume ratio VCu-particle of the copper powder, the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder, and the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper nanoparticle contained in the prepared “conductive copper paste” are VCu-particle = VCu-fine-particle = 9.41% by volume; VCu-nanoparticle = 15.81% by volume. The sum of the volume ratio Vcoating-molecule of the “coating agent amine” and the volume ratio Vsolvent of the “solvent” is {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 31.74% by volume.
なお、銅粉末の体積比率VCu-particleと銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleの和(VCu-particle+VCu-fine-particle)と、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleの比は、(VCu-particle+VCu-fine-particle):VCu-nanoparticle=100:30.1と算出される。
{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/{Vcoating-molecule+Vsolvent}=68.26/31.74
「導電性銅ペースト」中、銅ナノ粒子は、その表面に「被覆剤分子アミン」からなる被覆剤分子層を形成して、「溶剤」のトリプロピレングリコール中に均一に分散されている。その際、「溶剤」のトリプロピレングリコール中には、「被覆剤分子アミン」が溶解している。銅ナノ粒子表面に被覆剤分子層を形成している「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseとの間で、解離平衡が達成されている。
The ratio of the volume ratio VCu-particle of copper powder and the volume ratio VCu-fine-particle of copper fine powder (VCu-particle + VCu-fine-particle) and the volume ratio of copper nanoparticles VCu-nanoparticle is (VCu -particle + VCu-fine-particle): VCu-nanoparticle = 100: 30.1.
{VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle} / {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 68.26 / 31.74
In the “conductive copper paste”, the copper nanoparticles are uniformly dispersed in the “solvent” tripropylene glycol by forming a coating molecular layer composed of “coating molecular amine” on the surface thereof. At that time, the “coating agent molecular amine” is dissolved in the “solvent” tripropylene glycol. Surface density Ccoating-molecule-surface of “Coating molecular amine” forming a coating molecular layer on the surface of copper nanoparticles and concentration of “Coating molecular amine” dissolved in “solvent” Ccoating-molecule Dissociation equilibrium is achieved with -liquid-phase.
実施例4の「導電性銅ペースト」でも、ΣSCu-nanoparticle≫ΣSCu-fine-particle≫ΣSCu-particleの関係になっている。 Also in the “conductive copper paste” of Example 4, the relationship is ΣSCu-nanoparticle >> ΣSCu-fine-particle >> ΣSCu-particle.
従って、銅ナノ粒子の表面を被覆する「被覆剤分子アミン」の量Mcoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の量Mcoating-molecule-liquid-phaseの合計は、「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeと見做せる(Mcoating-molecule=Mcoating-molecule-surface+Mcoating-molecule-liquid-phase)。 Therefore, the amount Mcoating-molecule-surface of the “coating molecule amine” coating the surface of the copper nanoparticles and the amount Mcoating-molecule-liquid-phase of the “coating agent molecular amine” dissolved in the “solvent”. The total can be regarded as the total amount Mcoating-molecule of “coating agent molecular amine” contained in “conductive copper paste” (Mcoating-molecule = Mcoating-molecule-surface + Mcoating-molecule-liquid-phase).
その際、実施例4の「導電性銅ペースト」中の銅ナノ粒子の表面積の総和ΣSCu-nanoparticleは、実施例1の「導電性銅ペースト」中の銅ナノ粒子の表面積の総和ΣSCu-nanoparticle、の2/3倍となっている。実施例4の「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeは、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeの2/3倍である。 At that time, the total surface area ΣSCu-nanoparticle of the copper nanoparticles in the “conductive copper paste” of Example 4 is the total surface area ΣSCu-nanoparticle of the copper nanoparticles in the “conductive copper paste” of Example 1. It is 2/3 times. The total amount Mcoating-molecule of the “coating agent molecular amine” contained in the “conductive copper paste” of Example 4 is the total amount Mcoating of the “coating agent molecular amine” contained in the “conductive copper paste” of Example 1. -2/3 times the molecule.
すなわち、実施例4の「導電性銅ペースト」における、銅ナノ粒子表面における「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseは、実施例1の「導電性銅ペースト」における、銅ナノ粒子表面における「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseと比較すると、若干低くになっていると推断される。 That is, in the “conductive copper paste” of Example 4, the surface density of the “coating agent molecular amine” on the surface of the copper nanoparticles Ccoating-molecule-surface and the “coating agent molecular amine” dissolved in the “solvent” Concentration Ccoating-molecule-liquid-phase is dissolved in “Coating-molecule-surface” and “Solvent” of “Coating molecule amine” on the surface of copper nanoparticles in “Conductive copper paste” of Example 1. The concentration of the “coating molecule amine” is estimated to be slightly lower than the concentration Ccoating-molecule-liquid-phase.
調製された「導電性銅ペースト」の液粘度は、160Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。 The liquid viscosity of the prepared “conductive copper paste” was 160 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The prepared “conductive copper paste” was applied in a 10 mm × 50 mm pattern on a slide glass. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、実施例1に記載の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 For the paste coating film, using a Nissin plasma baking furnace, the procedure described in Example 1 was followed by a “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “micro A wave plasma irradiation (plasma firing) step "was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、3.2μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 3.2 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、91.0/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=9.0体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 91.0 / 100. It has become. In other words, the “void ratio” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 9.0% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 3.2μΩ・cmは、1.91倍となっている。 The volume specific resistivity 3.2 μΩ · cm of the obtained fired product is 1.91 times that of the metallic copper resistivity 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
実施例4の「導電性銅ペースト」で使用される「銅粉末」は、最密充填状態で積層される際、その嵩密度(タップ密度ρCu-particle-tap)は、5.5g/cm3である。金属銅(バルク)の密度ρCu-bulkは8.94g/cm3であるので、最密充填状態で積層される際、その積層構造中に存在する「空隙」の比率は、{(1/ρCu-particle-tap)−(1/ρCu-bulk)}・(1/ρCu-particle-tap)={1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例4の「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particleに対して、該「空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅微細粉末」のタップ密度ρCu-fine-particle-tapは4.3g/cm3である。従って、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleに対して、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)である。「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}が、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)を上回る場合には、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に、「銅微細粉末」が全て収納される状態を達成できる。 The “copper powder” used in the “conductive copper paste” of Example 4 has a bulk density (tap density ρCu-particle-tap) of 5.5 g / cm 3 when laminated in a close-packed state. is there. Since the density ρCu-bulk of metallic copper (bulk) is 8.94 g / cm 3, the ratio of “voids” existing in the laminated structure is {(1 / ρCu− particle-tap) − (1 / ρCu-bulk)} · (1 / ρCu-particle-tap) = {1− (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. With respect to the volume ratio VCu-particle of the copper powder contained in the “conductive copper paste” of Example 4, the “void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · { 1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. The tap density ρCu-fine-particle-tap of “copper fine powder” contained in the “conductive copper paste” of Example 1 is 4.3 g / cm 3. Therefore, when the “copper fine powder” is gathered in a close-packed state, the volume is VCu-fine-particle · (ρCu-bulk / ρCu-fine with respect to the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder. -particle). “Void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} "Bulk" when assembled in the close-packed state: If it exceeds VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle), "void" in the laminated structure of "copper powder" A state in which all of the “copper fine powder” is housed can be achieved.
「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に「銅微細粉末」が全て収納される状態において、まだ残っている「残余空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleと見積もられる。 In a state where all of the “copper fine powder” is stored in the “void” in the laminated structure of “copper powder”, the remaining “remaining void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle- tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu-fine-particle.
「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticleが下回る場合、「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填すると想定される。 “Residual voids” remaining in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu When the volume ratio VCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” included in the “conductive copper paste” of Example 1 is less than the fine particle, the “copper nanoparticles” is a laminated structure of “copper powder” It is assumed that the “residual void” remaining inside is filled.
具体的には、実施例4の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」のタップ密度ρCu-nanoparticleは、約6.0g/cm3である。従って、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-nanoparticleに対して、VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)である。「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を施し、「乾燥処理済塗布膜」を形成すると、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際の嵩:VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)が、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを下回る場合には、「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填すると想定される。 Specifically, the tap density ρCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” contained in the “conductive copper paste” of Example 4 is about 6.0 g / cm 3. Therefore, when the “copper nanoparticles” are aggregated in the close-packed state, the volume is VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) with respect to the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper fine powder. When the “preheated drying (solvent removal) step” is performed to form the “dried coating film”, the bulk when the “copper nanoparticles” aggregate in the closest packing state: VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) remains in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle ・ (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) ・ {1- (ρCu-particle-tap / ρCu -bulk)}-VCu-fine-particles, the “copper nanoparticles” are assumed to fill the “residual voids” remaining in the “copper powder” laminate structure.
なお、実施例4で使用する「導電性銅ペースト」の場合、平均厚さtpasteのペースト塗布膜中に含まれる、「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerは、tCu-particle-layer={[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もられる。{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)={[40μm・{43.04体積%}/100体積%]}・(8.94/4.55)=27.98μmと見積もられる。得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、見積もられる「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerより若干厚い。 In the case of the “conductive copper paste” used in Example 4, the average thickness tCu-particle-layer of the laminated structure of “copper powder” included in the paste coating film having the average thickness tpaste is tCu−. It is estimated that particle-layer = {[tpaste · {VCu-particle} / 100 volume%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap). {[Tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) = {[40 μm · {43.04 vol%} / 100 vol%]} · (8.94 /4.55)=27.98 μm. The average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is slightly thicker than the estimated average thickness tCu-particle-layer of the laminated structure of “copper powder”.
その際、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}=43.04体積%・(8.94/5.5)・{1−(5.5/8.94)}=26.92体積%と見積もられる。「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)は、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)=9.41体積%・(8.94/4.3)=19.56体積%と見積もられる。従って、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」内に、「銅微細粉末」が充填された状態となっている推断される。 At that time, “void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} is VCu -particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} = 43.04% by volume · (8.94 / 5.5) · {1- It is estimated that (5.5 / 8.94)} = 26.92% by volume. "Bulk" when "copper fine powder" is assembled in the close-packed state: VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle) is VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu -fine-particle) = 9.41% by volume · (8.94 / 4.3) = 19.56% by volume. Accordingly, it is assumed that “copper fine powder” is filled in “voids” in the laminated structure of “copper powder”.
(実施例5)
本実施例5の銅厚膜形成用材料は、実施例1に記載の原料を用いて、その配合比率を変更して、「導電性銅ペースト」の形状に調製されている。
(Example 5)
The material for forming a copper thick film of Example 5 is prepared in the shape of “conductive copper paste” using the raw materials described in Example 1 and changing the blending ratio.
ハリマ化成製「銅ナノ粒子NPC」44.4質量部(銅ナノ粒子44.0質量部と「被覆剤分子アミン」0.4質量部)、三井金属(株)製1400YM41.7質量部、三井金属(株)製1050Y9.1質量部、日本乳化剤製トリプロピレングリコール4.8質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、分散溶媒中に銅粉末、銅微細粉末、銅ナノ粒子を均一に分散させ、「導電性銅ペースト」を調製する。 44.4 parts by mass of “Copper nanoparticles NPC” (44.0 parts by mass of copper nanoparticles and 0.4 parts by mass of “coating agent molecular amine”), 1400YM 41.7 parts by mass of Mitsui Kinzoku Co., Ltd., Mitsui Metal Co., Ltd. 1050Y9.1 mass part and Japanese emulsifier tripropylene glycol 4.8 mass part are mixed uniformly. The mixture is stirred with a stirring deaerator to uniformly disperse copper powder, copper fine powder, and copper nanoparticles in a dispersion solvent to prepare a “conductive copper paste”.
調製された「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particle、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particle、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleは、VCu-particle=29.56体積%;VCu-fine-particle=6.45体積%;VCu-nanoparticle=31.19体積%である。「被覆剤分子アミン」の体積比率Vcoating-moleculeと、「溶剤」の体積比率Vsolventの合計は、{Vcoating-molecule+Vsolvent}=32.80体積%である。 The volume ratio VCu-particle of the copper powder, the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder, and the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper nanoparticle contained in the prepared “conductive copper paste” are VCu-particle = VCu-fine-particle = 6.45% by volume; VCu-nanoparticle = 31.19% by volume. The sum of the volume ratio Vcoating-molecule of “coating agent molecular amine” and the volume ratio Vsolvent of “solvent” is {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 32.80 vol%.
なお、銅粉末の体積比率VCu-particleと銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleの和(VCu-particle+VCu-fine-particle)と、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleの比は、(VCu-particle+VCu-fine-particle):VCu-nanoparticle=100:86.6と算出される。
{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/{Vcoating-molecule+Vsolvent}=67.20/32.80
「導電性銅ペースト」中、銅ナノ粒子は、その表面に「被覆剤分子アミン」からなる被覆剤分子層を形成して、「溶剤」のトリプロピレングリコール中に均一に分散されている。その際、「溶剤」のトリプロピレングリコール中には、「被覆剤分子アミン」が溶解している。銅ナノ粒子表面に被覆剤分子層を形成している「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseとの間で、解離平衡が達成されている。
The ratio of the volume ratio VCu-particle of copper powder and the volume ratio VCu-fine-particle of copper fine powder (VCu-particle + VCu-fine-particle) and the volume ratio of copper nanoparticles VCu-nanoparticle is (VCu -particle + VCu-fine-particle): VCu-nanoparticle = 100: 86.6.
{VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle} / {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 67.20 / 32.80
In the “conductive copper paste”, the copper nanoparticles are uniformly dispersed in the “solvent” tripropylene glycol by forming a coating molecular layer composed of “coating molecular amine” on the surface thereof. At that time, the “coating agent molecular amine” is dissolved in the “solvent” tripropylene glycol. Surface density Ccoating-molecule-surface of “Coating molecular amine” forming a coating molecular layer on the surface of copper nanoparticles and concentration of “Coating molecular amine” dissolved in “solvent” Ccoating-molecule Dissociation equilibrium is achieved with -liquid-phase.
実施例5の「導電性銅ペースト」でも、ΣSCu-nanoparticle≫ΣSCu-fine-particle≫ΣSCu-particleの関係になっている。 Also in the “conductive copper paste” of Example 5, the relationship is ΣSCu-nanoparticle >> ΣSCu-fine-particle >> ΣSCu-particle.
従って、銅ナノ粒子の表面を被覆する「被覆剤分子アミン」の量Mcoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の量Mcoating-molecule-liquid-phaseの合計は、「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeと見做せる(Mcoating-molecule=Mcoating-molecule-surface+Mcoating-molecule-liquid-phase)。 Therefore, the amount Mcoating-molecule-surface of the “coating molecule amine” coating the surface of the copper nanoparticles and the amount Mcoating-molecule-liquid-phase of the “coating agent molecular amine” dissolved in the “solvent”. The total can be regarded as the total amount Mcoating-molecule of “coating agent molecular amine” contained in “conductive copper paste” (Mcoating-molecule = Mcoating-molecule-surface + Mcoating-molecule-liquid-phase).
その際、実施例5の「導電性銅ペースト」中の銅ナノ粒子の表面積の総和ΣSCu-nanoparticleは、実施例1の「導電性銅ペースト」中の銅ナノ粒子の表面積の総和ΣSCu-nanoparticle、の4/3倍となっている。実施例5の「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeは、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる「被覆剤分子アミン」の総量Mcoating-moleculeの4/3倍である。 At that time, the total surface area ΣSCu-nanoparticle of the copper nanoparticles in the “conductive copper paste” of Example 5 is the total surface area ΣSCu-nanoparticle of the copper nanoparticles in the “conductive copper paste” of Example 1. It is 4/3 times. The total amount Mcoating-molecule of the “coating agent molecular amine” contained in the “conductive copper paste” of Example 5 is the total amount Mcoating of the “coating agent molecular amine” contained in the “conductive copper paste” of Example 1. -4/3 times -molecule.
すなわち、実施例5の「導電性銅ペースト」における、銅ナノ粒子表面における「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseは、実施例1の「導電性銅ペースト」における、銅ナノ粒子表面における「被覆剤分子アミン」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子アミン」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseと比較すると、若干高くになっていると推断される。 That is, in the “conductive copper paste” of Example 5, the surface density Ccoating-molecule-surface of the “coating agent molecular amine” on the surface of the copper nanoparticles and the “coating agent molecular amine” dissolved in the “solvent” Concentration Ccoating-molecule-liquid-phase is dissolved in “Coating-molecule-surface” and “Solvent” of “Coating molecule amine” on the surface of copper nanoparticles in “Conductive copper paste” of Example 1. It is estimated that the concentration of the “coating molecule amine” is slightly higher than the concentration Ccoating-molecule-liquid-phase.
調製された「導電性銅ペースト」の液粘度は、148Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。 The liquid viscosity of the prepared “conductive copper paste” was 148 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The prepared “conductive copper paste” was applied in a 10 mm × 50 mm pattern on a slide glass. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、実施例1に記載の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 For the paste coating film, using a Nissin plasma baking furnace, the procedure described in Example 1 was followed by a “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “micro A wave plasma irradiation (plasma firing) step "was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、3.8μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 3.8 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、89.6/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=10.4体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 89.6 / 100. It has become. In other words, the “void ratio” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 10.4% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 3.8μΩ・cmは、2.27倍となっている。 The volume specific resistivity 3.8 μΩ · cm of the obtained fired product is 2.27 times that of the metal copper resistivity 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
実施例5の「導電性銅ペースト」で使用される「銅粉末」は、最密充填状態で積層される際、その嵩密度(タップ密度ρCu-particle-tap)は、5.5g/cm3である。金属銅(バルク)の密度ρCu-bulkは8.94g/cm3であるので、最密充填状態で積層される際、その積層構造中に存在する「空隙」の比率は、{(1/ρCu-particle-tap)−(1/ρCu-bulk)}・(1/ρCu-particle-tap)={1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例5の「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particleに対して、該「空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅微細粉末」のタップ密度ρCu-fine-particle-tapは4.3g/cm3である。従って、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleに対して、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)である。「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}が、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)を上回る場合には、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に、「銅微細粉末」が全て収納される状態を達成できる。 The “copper powder” used in the “conductive copper paste” of Example 5 has a bulk density (tap density ρCu-particle-tap) of 5.5 g / cm 3 when laminated in a close-packed state. is there. Since the density ρCu-bulk of metallic copper (bulk) is 8.94 g / cm 3, the ratio of “voids” existing in the laminated structure is {(1 / ρCu− particle-tap) − (1 / ρCu-bulk)} · (1 / ρCu-particle-tap) = {1− (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. With respect to the volume ratio VCu-particle of the copper powder contained in the “conductive copper paste” of Example 5, the “void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · { 1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. The tap density ρCu-fine-particle-tap of “copper fine powder” contained in the “conductive copper paste” of Example 1 is 4.3 g / cm 3. Therefore, when the “copper fine powder” is gathered in a close-packed state, the volume is VCu-fine-particle · (ρCu-bulk / ρCu-fine with respect to the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder. -particle). “Void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} "Bulk" when assembled in the close-packed state: If it exceeds VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle), "void" in the laminated structure of "copper powder" A state in which all of the “copper fine powder” is housed can be achieved.
「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に「銅微細粉末」が全て収納される状態において、まだ残っている「残余空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleと見積もられる。 In a state where all of the “copper fine powder” is stored in the “void” in the laminated structure of “copper powder”, the remaining “remaining void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle- tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu-fine-particle.
「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticleが超えている場合、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 “Residual voids” remaining in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu When the volume ratio VCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” included in the “conductive copper paste” of Example 1 exceeds -fine-particles, a part of the “copper nanoparticles” The remaining “copper nanoparticles” are filled in the “powder” laminate structure, but the remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a “copper nanoparticle” laminate on the upper surface of the “copper powder” laminate structure. The
具体的には、実施例5の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」のタップ密度ρCu-nanoparticleは、約6.0g/cm3である。従って、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-nanoparticleに対して、VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)である。「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を施し、「乾燥処理済塗布膜」を形成すると、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際の嵩:VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)が、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを上回る場合には、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 Specifically, the tap density ρCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” contained in the “conductive copper paste” of Example 5 is about 6.0 g / cm 3. Therefore, when the “copper nanoparticles” are aggregated in the close-packed state, the volume is VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) with respect to the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper fine powder. When the “preheated drying (solvent removal) step” is performed to form the “dried coating film”, the bulk when the “copper nanoparticles” aggregate in the closest packing state: VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) remains in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle ・ (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) ・ {1- (ρCu-particle-tap / ρCu -bulk)}-When exceeding VCu-fine-particle, some of the "copper nanoparticles" fill the "residual voids" remaining in the "copper powder" laminate structure, but the remaining "copper" “Nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” on the top surface of the “copper powder” stack structure.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を終えた時点では、「銅ナノ粒子」の表面は、「被覆剤分子層」で被覆された状態である。表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」が「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填する。残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 At the time when the “preheating drying (solvent removal) step” is completed, the surface of the “copper nanoparticles” is in a state of being coated with the “coating agent molecular layer”. The “copper nanoparticles” having the “coating molecule layer” on the surface fill the “remaining voids” remaining in the laminated structure of the “copper powder”. The remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” having a “covering agent molecular layer” on the upper surface of the stack structure of “copper powder”.
実施例5で使用する「導電性銅ペースト」中に含まれている、銅粉末の体積比率VCu-particleは、実施例1で使用する「導電性銅ペースト」中に含まれている、銅粉末の体積比率VCu-particleと比較すると、約4/5である。実施例5で使用する「導電性銅ペースト」中に含まれている、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticleは、実施例1で使用する「導電性銅ペースト」中に含まれている、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticleと比較すると、4/3である。表面の「被覆剤分子層」の厚さは同程度とすると、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填する、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」中の「銅ナノ粒子」自体の体積総和は、実施例1と比較し、大幅に減少する。結果的に、「銅粉末」の積層構造の上面に、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」の積層を形成する「銅ナノ粒子」自体の体積総和は、実施例1と比較し、大幅に増加する。 The volume ratio VCu-particle of the copper powder contained in the “conductive copper paste” used in Example 5 is the copper powder contained in the “conductive copper paste” used in Example 1. The volume ratio of VCu-particle is about 4/5. The volume ratio VCu-nanoparticle of “copper nanoparticles” contained in the “conductive copper paste” used in Example 5 is contained in the “conductive copper paste” used in Example 1. The volume ratio VCu-nanoparticle of “copper nanoparticles” is 4/3. Assuming that the thickness of the “coating agent molecular layer” on the surface is the same, the “copper molecular layer” on the surface fills the “remaining voids” remaining in the laminated structure of the “copper powder”. The total volume of the “copper nanoparticles” in the “nanoparticles” is significantly reduced as compared with Example 1. As a result, the total volume of the “copper nanoparticles” themselves, which forms a laminate of “copper nanoparticles” having a “coating agent molecular layer” on the surface on the upper surface of the “copper powder” laminate structure, Compared with, it increases significantly.
なお、実施例5で使用する「導電性銅ペースト」の場合、平均厚さtpasteのペースト塗布膜中に含まれる、「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerは、tCu-particle-layer={[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もられる。{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)={[40μm・{29.56体積%}/100体積%]}・(8.94/5.5)=19.22μmと見積もられる。得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、見積もられる「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerより遥かに厚い。 In the case of the “conductive copper paste” used in Example 5, the average thickness tCu-particle-layer of the laminated structure of “copper powder” included in the paste coating film having the average thickness tpaste is tCu−. It is estimated that particle-layer = {[tpaste · {VCu-particle} / 100 volume%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap). {[Tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) = {[40 μm · {29.56 vol%} / 100 vol%]} · (8.94 /5.5)=19.22 μm. The average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is much thicker than the average thickness tCu-particle-layer of the estimated laminated structure of “copper powder”.
その際、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}=29.56体積%・(8.94/5.5)・{1−(5.5/8.94)}=18.49体積%と見積もられる。「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)は、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)=6.45体積%・(8.94/4.3)=13.41体積%と見積もられる。従って、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」内に、「銅微細粉末」が充填された状態となっている推断される。 At that time, “void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} is VCu -particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} = 29.56% by volume · (8.94 / 5.5) · {1- It is estimated that (5.5 / 8.94)} = 18.49% by volume. "Bulk" when "copper fine powder" is assembled in the close-packed state: VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle) is VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu -fine-particle) = 6.45 vol% · (8.94 / 4.3) = 13.41 vol%. Accordingly, it is assumed that “copper fine powder” is filled in “voids” in the laminated structure of “copper powder”.
(実施例6)
本実施例6の銅厚膜形成用材料は、下記の原料を用いて、「導電性銅ペースト」の形状に調製されている。
(Example 6)
The material for forming a copper thick film of Example 6 is prepared in the form of “conductive copper paste” using the following raw materials.
銅マイクロ粒子として、アトマイズ法で作製される銅粉末である、三井金属(株)製MA−C025K(平均粒子径dCu-particle2.5μm:タップ密度ρCu-particle-tap 4.55g/cm3)を使用する。銅サブミクロン粒子として、湿式法で作製される銅微細粉末である、三井金属(株)製1050Y(平均粒子径dCu-fine-particle0.8μm:タップ密度ρCu-fine-particle-tap 4.3g/cm3)を使用する。 As copper microparticles, MA-C025K (average particle diameter dCu-particle 2.5 μm: tap density ρCu-particle-tap 4.55 g / cm3) manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a copper powder produced by the atomization method, is used. To do. 1050Y manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd. (average particle diameter dCu-fine-particle 0.8 μm: tap density ρCu-fine-particle-tap 4.3 g / copper fine powder produced by a wet method as copper submicron particles cm3) is used.
「銅ナノ粒子分散液」として、ハリマ化成製銅ナノ粒子NPCを利用する。該「銅ナノ粒子NPC」中に含まれている、「銅ナノ粒子」と「被覆剤分子アミン」の体積の比率は、「銅ナノ粒子」:「被覆剤分子アミン」=91.3体積%:8.7体積%と見積もられる。 As “copper nanoparticle dispersion liquid”, Harima Kasei copper nanoparticle NPC is used. The volume ratio of “copper nanoparticles” and “coating agent molecular amine” contained in the “copper nanoparticle NPC” is “copper nanoparticles”: “coating agent molecular amine” = 91.3 vol% : Estimated to be 8.7% by volume.
「高沸点の非極性有機溶剤」として、日本乳化剤製トリプロピレングリコールを使用する。 As a “high-boiling nonpolar organic solvent”, tripropylene glycol manufactured by Nippon Emulsifier is used.
ハリマ化成製「銅ナノ粒子NPC」33.3質量部(銅ナノ粒子33.0質量部と「被覆剤分子アミン」0.3質量部)、三井金属(株)製MA−C025K 50.8質量部、三井金属(株)製1050Y11.1質量部、日本乳化剤製トリプロピレングリコール4.8質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、分散溶媒中に銅粉末、銅微細粉末、銅ナノ粒子を均一に分散させ、「導電性銅ペースト」を調製する。 Harima Chemical Co., Ltd. “Copper Nanoparticles NPC” 33.3 parts by mass (copper nanoparticles 33.0 parts by mass and “Coating Molecular Amine” 0.3 parts by mass), Mitsui Metals Co., Ltd. MA-C025K 50.8 parts by mass Part, Mitsui Kinzoku Co., Ltd. product 1050Y11.1 mass part, Japanese emulsifier tripropylene glycol 4.8 mass part is mixed uniformly. The mixture is stirred with a stirring deaerator to uniformly disperse copper powder, copper fine powder, and copper nanoparticles in a dispersion solvent to prepare a “conductive copper paste”.
調製された「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particle、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particle、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleは、VCu-particle=36.25体積%;VCu-fine-particle=7.92体積%;VCu-nanoparticle=23.55体積%である。「被覆剤分子アミン」の体積比率Vcoating-moleculeと、「溶剤」の体積比率Vsolventの合計は、{Vcoating-molecule+Vsolvent}=32.3体積%である。 The volume ratio VCu-particle of the copper powder, the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder, and the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper nanoparticle contained in the prepared “conductive copper paste” are VCu-particle = VCu-fine-particle = 7.92% by volume; VCu-nanoparticle = 23.55% by volume. The sum of the volume ratio Vcoating-molecule of the “coating agent amine” and the volume ratio Vsolvent of the “solvent” is {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 32.3 vol%.
なお、銅粉末の体積比率VCu-particleと銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleの和(VCu-particle+VCu-fine-particle)と、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleの比は、(VCu-particle+VCu-fine-particle):VCu-nanoparticle=100:53.3と算出される。
{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/{Vcoating-molecule+Vsolvent}=67.72:32.28
調製された「導電性銅ペースト」の液粘度は、136Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。
The ratio of the volume ratio VCu-particle of copper powder and the volume ratio VCu-fine-particle of copper fine powder (VCu-particle + VCu-fine-particle) and the volume ratio of copper nanoparticles VCu-nanoparticle is (VCu -particle + VCu-fine-particle): VCu-nanoparticle = 100: 53.3.
{VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle} / {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 67.72: 32.28
The liquid viscosity of the prepared “conductive copper paste” was 136 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The prepared “conductive copper paste” was applied in a 10 mm × 50 mm pattern on a slide glass. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、実施例1に記載の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 For the paste coating film, using a Nissin plasma baking furnace, the procedure described in Example 1 was followed by a “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “micro A wave plasma irradiation (plasma firing) step "was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、3.5μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 3.5 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、90.3/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=9.7体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 90.3 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 9.7% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 3.5μΩ・cmは、2.09倍となっている。 The volume resistivity of 3.5 μΩ · cm of the obtained fired product is 2.09 times that of the metal copper resistivity of 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
実施例6の「導電性銅ペースト」で使用される「銅粉末」は、最密充填状態で積層される際、その嵩密度(タップ密度ρCu-particle-tap)は、4.55g/cm3である。金属銅(バルク)の密度ρCu-bulkは8.94g/cm3であるので、最密充填状態で積層される際、その積層構造中に存在する「空隙」の比率は、{(1/ρCu-particle-tap)−(1/ρCu-bulk)}・(1/ρCu-particle-tap)={1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例6の「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particleに対して、該「空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅微細粉末」のタップ密度ρCu-fine-particle-tapは4.3g/cm3である。従って、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleに対して、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)である。「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}が、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)を上回る場合には、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に、「銅微細粉末」が全て収納される状態を達成できる。 The “copper powder” used in the “conductive copper paste” of Example 6 has a bulk density (tap density ρCu-particle-tap) of 4.55 g / cm 3 when laminated in a close-packed state. is there. Since the density ρCu-bulk of metallic copper (bulk) is 8.94 g / cm 3, the ratio of “voids” existing in the laminated structure is {(1 / ρCu− particle-tap) − (1 / ρCu-bulk)} · (1 / ρCu-particle-tap) = {1− (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. With respect to the volume ratio VCu-particle of the copper powder contained in the “conductive copper paste” of Example 6, the “void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · { 1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. The tap density ρCu-fine-particle-tap of “copper fine powder” contained in the “conductive copper paste” of Example 1 is 4.3 g / cm 3. Therefore, when the “copper fine powder” is gathered in a close-packed state, the volume is VCu-fine-particle · (ρCu-bulk / ρCu-fine with respect to the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder. -particle). “Void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} "Bulk" when assembled in the close-packed state: If it exceeds VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle), "void" in the laminated structure of "copper powder" A state in which all of the “copper fine powder” is housed can be achieved.
「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に「銅微細粉末」が全て収納される状態において、まだ残っている「残余空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleと見積もられる。 In a state where all of the “copper fine powder” is stored in the “void” in the laminated structure of “copper powder”, the remaining “remaining void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle- tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu-fine-particle.
「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticleが超えている場合、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 “Residual voids” remaining in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu When the volume ratio VCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” included in the “conductive copper paste” of Example 1 exceeds -fine-particles, a part of the “copper nanoparticles” The remaining “copper nanoparticles” are filled in the “powder” laminate structure, but the remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a “copper nanoparticle” laminate on the upper surface of the “copper powder” laminate structure. The
具体的には、実施例6の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」のタップ密度ρCu-nanoparticleは、約6.0g/cm3である。従って、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-nanoparticleに対して、VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)である。「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を施し、「乾燥処理済塗布膜」を形成すると、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際の嵩:VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)が、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを上回る場合には、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 Specifically, the tap density ρCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” contained in the “conductive copper paste” of Example 6 is about 6.0 g / cm 3. Therefore, when the “copper nanoparticles” are aggregated in the close-packed state, the volume is VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) with respect to the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper fine powder. When the “preheated drying (solvent removal) step” is performed to form the “dried coating film”, the bulk when the “copper nanoparticles” aggregate in the closest packing state: VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) remains in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle ・ (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) ・ {1- (ρCu-particle-tap / ρCu -bulk)}-When exceeding VCu-fine-particle, some of the "copper nanoparticles" fill the "residual voids" remaining in the "copper powder" laminate structure, but the remaining "copper" “Nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” on the top surface of the “copper powder” stack structure.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を終えた時点では、「銅ナノ粒子」の表面は、「被覆剤分子層」で被覆された状態である。表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」が「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填する。残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 At the time when the “preheating drying (solvent removal) step” is completed, the surface of the “copper nanoparticles” is in a state of being coated with the “coating agent molecular layer”. The “copper nanoparticles” having the “coating molecule layer” on the surface fill the “remaining voids” remaining in the laminated structure of the “copper powder”. The remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” having a “covering agent molecular layer” on the upper surface of the stack structure of “copper powder”.
実施例6で使用する「導電性銅ペースト」中に含まれている、銅粉末の嵩密度(タップ密度ρCu-particle-tap) 4.55g/cm3は、実施例1で使用する「導電性銅ペースト」中に含まれている、銅粉末の嵩密度(タップ密度ρCu-particle-tap) 5.5g/cm3と比較すると、見かけ上、約4/5である。「微粉アトマイズ銅粉」は、「湿式銅粉」と比較し、「粒子径分布」は広くなっている。それに伴って、「銅粉末」の積層構造の上面に、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」の積層を形成する「銅ナノ粒子」自体の体積総和は、実施例1と比較し、若干に増加していると推定される。 The bulk density (tap density ρCu-particle-tap) of 4.55 g / cm 3 contained in the “conductive copper paste” used in Example 6 is “conductive copper paste” used in Example 1. Compared with the bulk density (tap density ρCu-particle-tap) of 5.5 g / cm 3 of the copper powder contained in the “paste”, it is about 4/5. “Fine powder atomized copper powder” has a wider “particle size distribution” than “wet copper powder”. Accordingly, the total volume of the “copper nanoparticles” themselves, which forms a laminate of “copper nanoparticles” having a “coating agent molecular layer” on the surface on the upper surface of the “copper powder” laminate structure, is shown in Example 1. It is estimated that there is a slight increase compared to.
なお、実施例6で使用する「導電性銅ペースト」の場合、平均厚さtpasteのペースト塗布膜中に含まれる、「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerは、tCu-particle-layer={[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もられる。{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)={[40μm・{36.25体積%}/100体積%]}・(8.94/4.55)=28.49μmと見積もられる。得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、見積もられる「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerより若干厚い。 In the case of the “conductive copper paste” used in Example 6, the average thickness tCu-particle-layer of the laminated structure of “copper powder” contained in the paste coating film having the average thickness tpaste is tCu− It is estimated that particle-layer = {[tpaste · {VCu-particle} / 100 volume%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap). {[Tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) = {[40 μm · {36.25 vol%} / 100 vol%]} · (8.94 /4.55)=28.49 μm. The average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is slightly thicker than the estimated average thickness tCu-particle-layer of the laminated structure of “copper powder”.
その際、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}=36.25体積%・(8.94/4.55)・{1−(4.55/8.94)}=34.98体積%と見積もられる。「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)は、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)=7.92体積%・(8.94/4.3)=16.47体積%と見積もられる。従って、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」内に、「銅微細粉末」が充填された状態となっている推断される。 At that time, “void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} is VCu -particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} = 36.25% by volume · (8.94 / 4.55) · {1- It is estimated that (4.55 / 8.94)} = 34.98% by volume. "Bulk" when "copper fine powder" is assembled in the close-packed state: VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle) is VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu -fine-particle) = 7.92 vol% · (8.94 / 4.3) = 16.47 vol%. Accordingly, it is assumed that “copper fine powder” is filled in “voids” in the laminated structure of “copper powder”.
(実施例7)
本実施例7の銅厚膜形成用材料は、下記の原料を用いて、「導電性銅ペースト」の形状に調製されている。
(Example 7)
The material for forming a copper thick film of Example 7 is prepared in the shape of “conductive copper paste” using the following raw materials.
銅マイクロ粒子として、電解法で作製される樹枝状の銅粉に、機械的粉砕処理を施すことで調製される銅粉末である、三井金属(株)製MFD2(粒子径分布極大10μm−20μm:タップ密度 4.87g/cm3)を使用する。銅サブミクロン粒子として、湿式法で作製される銅微細粉末である、三井金属(株)製1050Y(平均粒子径0.8μm:タップ密度 4.3g/cm3)を使用する。 MFD2 manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd. (particle size distribution maximum 10 μm-20 μm), which is a copper powder prepared by subjecting a dendritic copper powder produced by an electrolytic method to mechanical pulverization treatment as copper microparticles. A tap density of 4.87 g / cm3) is used. As the copper submicron particles, 1050Y (average particle diameter 0.8 μm: tap density 4.3 g / cm 3) manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a copper fine powder produced by a wet method, is used.
「銅ナノ粒子分散液」として、ハリマ化成製銅ナノ粒子NPCを利用する。「銅ナノ粒子NPC」中に含まれている、「銅ナノ粒子」と「被覆剤分子アミン」の体積の比率は、「銅ナノ粒子」:「被覆剤分子アミン」=91.3体積%:8.7体積%と見積もられる。 As “copper nanoparticle dispersion liquid”, Harima Kasei copper nanoparticle NPC is used. The volume ratio of “copper nanoparticles” and “coating agent molecular amine” contained in “copper nanoparticle NPC” is “copper nanoparticle”: “coating agent molecular amine” = 91.3 vol%: Estimated at 8.7% by volume.
「高沸点の非極性有機溶剤」として、日本乳化剤製トリプロピレングリコールを使用する。 As a “high-boiling nonpolar organic solvent”, tripropylene glycol manufactured by Nippon Emulsifier is used.
ハリマ化成製「銅ナノ粒子NPC」33.3質量部(銅ナノ粒子33.0質量部と「被覆剤分子アミン」0.3質量部)、三井金属(株)製MFD2 45.2質量部、三井金属(株)製1050Y16.7質量部、日本乳化剤製トリプロピレングリコール4.8質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、分散溶媒中に銅粉末、銅微細粉末、銅ナノ粒子を均一に分散させ、「導電性銅ペースト」を調製する。 33.3 parts by mass of “Copper nanoparticles NPC” manufactured by Harima Kasei Co., Ltd. (33.0 parts by mass of copper nanoparticles and 0.3 parts by mass of “covering agent molecular amine”), 45.2 parts by mass of MFD2 manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd. 16.7 parts by mass of Mitsui Kinzoku 1050Y and 4.8 parts by mass of tripropylene glycol manufactured by Nippon Emulsifier are mixed uniformly. The mixture is stirred with a stirring deaerator to uniformly disperse copper powder, copper fine powder, and copper nanoparticles in a dispersion solvent to prepare a “conductive copper paste”.
調製された「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particle、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particle、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleは、VCu-particle=32.26体積%;VCu-fine-particle=11.92体積%;VCu-nanoparticle=23.55体積%である。「被覆剤分子アミン」の体積比率Vcoating-moleculeと、「溶剤」の体積比率Vsolventの合計は、{Vcoating-molecule+Vsolvent}=32.28体積%である。 The volume ratio VCu-particle of the copper powder, the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder, and the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper nanoparticle contained in the prepared “conductive copper paste” are VCu-particle = VCu-fine-particle = 11.92% by volume; VCu-nanoparticle = 23.55% by volume. The sum of the volume ratio Vcoating-molecule of the “coating agent molecular amine” and the volume ratio Vsolvent of the “solvent” is {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 32.28% by volume.
なお、銅粉末の体積比率VCu-particleと銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleの和(VCu-particle+VCu-fine-particle)と、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleの比は、(VCu-particle+VCu-fine-particle):VCu-nanoparticle=100:53.3と算出される。
{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/{Vcoating-molecule+Vsolvent}=67.72:32.28
調製された「導電性銅ペースト」の液粘度は、160Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。
The ratio of the volume ratio VCu-particle of copper powder and the volume ratio VCu-fine-particle of copper fine powder (VCu-particle + VCu-fine-particle) and the volume ratio of copper nanoparticles VCu-nanoparticle is (VCu -particle + VCu-fine-particle): VCu-nanoparticle = 100: 53.3.
{VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle} / {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 67.72: 32.28
The liquid viscosity of the prepared “conductive copper paste” was 160 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The prepared “conductive copper paste” was applied in a 10 mm × 50 mm pattern on a slide glass. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、実施例1に記載の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 For the paste coating film, using a Nissin plasma baking furnace, the procedure described in Example 1 was followed by a “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “micro A wave plasma irradiation (plasma firing) step "was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、4.0μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 4.0 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、90.3/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=9.7体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 90.3 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 9.7% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 4.0μΩ・cmは、2.39倍となっている。 The volume specific resistivity 4.0 μΩ · cm of the obtained fired product is 2.39 times that of the metallic copper resistivity 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
実施例7の「導電性銅ペースト」で使用される「銅粉末」は、最密充填状態で積層される際、その嵩密度(タップ密度ρCu-particle-tap)は、4.87g/cm3である。金属銅(バルク)の密度ρCu-bulkは8.94g/cm3であるので、最密充填状態で積層される際、その積層構造中に存在する「空隙」の比率は、{(1/ρCu-particle-tap)−(1/ρCu-bulk)}・(1/ρCu-particle-tap)={1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例7の「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particleに対して、該「空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}と見積もられる。実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅微細粉末」のタップ密度ρCu-fine-particle-tapは4.3g/cm3である。従って、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleに対して、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)である。「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}が、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)を上回る場合には、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に、「銅微細粉末」が全て収納される状態を達成できる。 The “copper powder” used in the “conductive copper paste” of Example 7 has a bulk density (tap density ρCu-particle-tap) of 4.87 g / cm 3 when laminated in a close-packed state. is there. Since the density ρCu-bulk of metallic copper (bulk) is 8.94 g / cm 3, the ratio of “voids” existing in the laminated structure is {(1 / ρCu− particle-tap) − (1 / ρCu-bulk)} · (1 / ρCu-particle-tap) = {1− (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. With respect to the volume ratio VCu-particle of the copper powder contained in the “conductive copper paste” of Example 7, the “void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · { 1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}. The tap density ρCu-fine-particle-tap of “copper fine powder” contained in the “conductive copper paste” of Example 1 is 4.3 g / cm 3. Therefore, when the “copper fine powder” is gathered in a close-packed state, the volume is VCu-fine-particle · (ρCu-bulk / ρCu-fine with respect to the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder. -particle). “Void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} "Bulk" when assembled in the close-packed state: If it exceeds VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle), "void" in the laminated structure of "copper powder" A state in which all of the “copper fine powder” is housed can be achieved.
「銅粉末」の積層構造中の「空隙」中に「銅微細粉末」が全て収納される状態において、まだ残っている「残余空隙」は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleと見積もられる。 In a state where all of the “copper fine powder” is stored in the “void” in the laminated structure of “copper powder”, the remaining “remaining void” is VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle- tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu-fine-particle.
「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを、実施例1の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」の体積比率VCu-nanoparticleが超えている場合、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 “Residual voids” remaining in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu When the volume ratio VCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” included in the “conductive copper paste” of Example 1 exceeds -fine-particles, a part of the “copper nanoparticles” The remaining “copper nanoparticles” are filled in the “powder” laminate structure, but the remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a “copper nanoparticle” laminate on the upper surface of the “copper powder” laminate structure. The
具体的には、実施例7の「導電性銅ペースト」中に含まれる、「銅ナノ粒子」のタップ密度ρCu-nanoparticleは、約6.0g/cm3である。従って、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際、その嵩は、銅微細粉末の体積比率VCu-nanoparticleに対して、VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)である。「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を施し、「乾燥処理済塗布膜」を形成すると、「銅ナノ粒子」が最密充填状態で凝集した際の嵩:VCu-nanoparticle・(ρCu-bulk/ρCu-nanoparticle)が、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleを上回る場合には、「銅ナノ粒子」の一部は、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填するが、残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 Specifically, the tap density ρCu-nanoparticle of the “copper nanoparticles” contained in the “conductive copper paste” of Example 7 is about 6.0 g / cm 3. Therefore, when the “copper nanoparticles” are aggregated in the close-packed state, the volume is VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) with respect to the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper fine powder. When the “preheated drying (solvent removal) step” is performed to form the “dried coating film”, the bulk when the “copper nanoparticles” aggregate in the closest packing state: VCu-nanoparticle · (ρCu-bulk / ρCu-nanoparticle) remains in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle ・ (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) ・ {1- (ρCu-particle-tap / ρCu -bulk)}-When exceeding VCu-fine-particle, some of the "copper nanoparticles" fill the "residual voids" remaining in the "copper powder" laminate structure, but the remaining "copper" “Nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” on the top surface of the “copper powder” stack structure.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を終えた時点では、「銅ナノ粒子」の表面は、「被覆剤分子層」で被覆された状態である。表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」が「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填する。残る「銅ナノ粒子」は、「銅粉末」の積層構造の上面に、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」の積層を形成すると想定される。 At the time when the “preheating drying (solvent removal) step” is completed, the surface of the “copper nanoparticles” is in a state of being coated with the “coating agent molecular layer”. The “copper nanoparticles” having the “coating molecule layer” on the surface fill the “remaining voids” remaining in the laminated structure of the “copper powder”. The remaining “copper nanoparticles” are assumed to form a stack of “copper nanoparticles” having a “covering agent molecular layer” on the upper surface of the stack structure of “copper powder”.
実施例7の「導電性銅ペースト」中では、「銅微細粉末」の体積比率VCu-fine-particleと、「銅粉末」の体積比率VCu-particleの比(VCu-fine-particle:VCu-particle)は、実施例1の「導電性銅ペースト」より、顕著に高くなっている。その結果、「銅粉末」の積層構造中に残っている「残余空隙」を充填する、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」中の「銅ナノ粒子」自体の体積総和は、実施例1と比較し、大幅に減少する。結果的に、「銅粉末」の積層構造の上面に、表面に「被覆剤分子層」が存在する「銅ナノ粒子」の積層を形成する「銅ナノ粒子」自体の体積総和は、実施例1と比較し、大幅に増加する。 In the “conductive copper paste” of Example 7, the ratio of the volume ratio VCu-fine-particle of “copper fine powder” to the volume ratio VCu-particle of “copper powder” (VCu-fine-particle: VCu-particle ) Is significantly higher than the “conductive copper paste” of Example 1. As a result, the total volume of the “copper nanoparticles” themselves in the “copper nanoparticles” that fill the “remaining voids” remaining in the laminated structure of the “copper powder” and have the “coating agent molecular layer” on the surface. Is significantly reduced as compared with Example 1. As a result, the total volume of the “copper nanoparticles” themselves, which forms a laminate of “copper nanoparticles” having a “coating agent molecular layer” on the surface on the upper surface of the “copper powder” laminate structure, Compared with, it increases significantly.
なお、実施例7で使用する「導電性銅ペースト」の場合、平均厚さtpasteのペースト塗布膜中に含まれる、「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerは、tCu-particle-layer={[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もられる。{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)={[40μm・{32.26体積%}/100体積%]}・(8.94/4.87)=23.69μmと見積もられる。得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、見積もられる「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerより遥かに厚い。 In the case of the “conductive copper paste” used in Example 7, the average thickness tCu-particle-layer of the laminated structure of “copper powder” contained in the paste coating film having the average thickness tpaste is tCu− It is estimated that particle-layer = {[tpaste · {VCu-particle} / 100 volume%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap). {[Tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) = {[40 μm · {32.26 vol%} / 100 vol%]} · (8.94 /4.87)=23.69 μm. The average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is much thicker than the average thickness tCu-particle-layer of the estimated laminated structure of “copper powder”.
その際、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}=32.26体積%・(8.94/4.87)・{1−(4.87/8.94)}=26.96体積%と見積もられる。「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)は、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)=11.92体積%・(8.94/4.3)=24.78体積%と見積もられる。従って、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」内に、「銅微細粉末」が充填された状態となっている推断される。 At that time, “void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} is VCu -particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} = 32.26% by volume · (8.94 / 4.87) · {1- It is estimated that (4.87 / 8.94)} = 26.96% by volume. "Bulk" when "copper fine powder" is assembled in the close-packed state: VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle) is VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu -fine-particle) = 11.92% by volume · (8.94 / 4.3) = 24.78% by volume. Accordingly, it is assumed that “copper fine powder” is filled in “voids” in the laminated structure of “copper powder”.
(実施例8)
本実施例8の銅厚膜形成用材料は、下記の原料を用いて、「導電性銅ペースト」の形状に調製されている。
(Example 8)
The material for forming a copper thick film of Example 8 is prepared in the form of “conductive copper paste” using the following raw materials.
銅マイクロ粒子として、湿式法で作製される銅粉末である、三井金属(株)製1400YM(平均粒子径4μm:タップ密度 5.5g/cm3)を使用する。銅サブミクロン粒子として、湿式法で作製される銅微細粉末である、三井金属(株)製1050Y(平均粒子径0.8μm:タップ密度 4.3g/cm3)を使用する。 As the copper microparticles, 1400YM (average particle diameter 4 μm: tap density 5.5 g / cm 3) manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a copper powder produced by a wet method, is used. As the copper submicron particles, 1050Y (average particle diameter 0.8 μm: tap density 4.3 g / cm 3) manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a copper fine powder produced by a wet method, is used.
「銅ナノ粒子分散液」として、ハリマ化成製銅ナノ粒子NPCを利用する。「銅ナノ粒子NPC」中に含まれている、「銅ナノ粒子」と「被覆剤分子アミン」の体積の比率は、「銅ナノ粒子」:「被覆剤分子アミン」=91.3体積%:8.7体積%と見積もられる。 As “copper nanoparticle dispersion liquid”, Harima Kasei copper nanoparticle NPC is used. The volume ratio of “copper nanoparticles” and “coating agent molecular amine” contained in “copper nanoparticle NPC” is “copper nanoparticle”: “coating agent molecular amine” = 91.3 vol%: Estimated at 8.7% by volume.
「高沸点の非極性有機溶剤」として、テルピネオール(terpineol)(分子量154.25、融点31−35℃、沸点217−218℃、密度ρsolvent 0.94g/cm3)を使用する。通常、テルピネオール(terpineol)は、4種の異性体:α、β、γ、δ−テルピネオールの混合物であるが、該混合物中の主成分はα−テルピネオール(融点18℃、沸点218℃、81−82℃/4.5mmHg、密度ρsolvent 0.9338g/cm3)である。 As a “high boiling nonpolar organic solvent”, terpineol (molecular weight 154.25, melting point 31-35 ° C., boiling point 217-218 ° C., density ρsolvent 0.94 g / cm 3) is used. Usually, terpineol is a mixture of four isomers: α, β, γ, δ-terpineol, and the main component in the mixture is α-terpineol (melting point 18 ° C., boiling point 218 ° C., 81- 82 ° C./4.5 mmHg, density ρsolvent 0.9338 g / cm 3).
ハリマ化成製「銅ナノ粒子NPC」33.3質量部(銅ナノ粒子33.0質量部と「被覆剤分子アミン」0.3質量部)、三井金属(株)製1400YM50.8質量部、三井金属(株)製1050Y11.1質量部、テルピネオール4.8質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、分散溶媒中に銅粉末、銅微細粉末、銅ナノ粒子を均一に分散させ、「導電性銅ペースト」を調製する。 33.3 parts by mass of “Copper Nanoparticles NPC” manufactured by Harima Chemicals (33.0 parts by mass of copper nanoparticles and 0.3 parts by mass of “coating agent molecular amine”), 10.8YM by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., 50.8 parts by mass, Mitsui Metal Co., Ltd. 1050Y11.1 mass part and terpineol 4.8 mass part are mixed uniformly. The mixture is stirred with a stirring deaerator to uniformly disperse copper powder, copper fine powder, and copper nanoparticles in a dispersion solvent to prepare a “conductive copper paste”.
調製された「導電性銅ペースト」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particle、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particle、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleは、VCu-particle=35.27体積%;VCu-fine-particle=7.71体積%;VCu-nanoparticle=22.92体積%である。「被覆剤分子アミン」の体積比率Vcoating-moleculeと、「溶剤」の体積比率Vsolventの合計は、{Vcoating-molecule+Vsolvent}=34.10体積%である。 The volume ratio VCu-particle of the copper powder, the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder, and the volume ratio VCu-nanoparticle of the copper nanoparticle contained in the prepared “conductive copper paste” are VCu-particle = 35.27% by volume; VCu-fine-particle = 7.71% by volume; VCu-nanoparticle = 22.92% by volume. The sum of the volume ratio Vcoating-molecule of the “coating agent molecular amine” and the volume ratio Vsolvent of the “solvent” is {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 34.10 vol%.
なお、銅粉末の体積比率VCu-particleと銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleの和(VCu-particle+VCu-fine-particle)と、銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleの比は、(VCu-particle+VCu-fine-particle):VCu-nanoparticle=100:53.3と算出される。
{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/{Vcoating-molecule+Vsolvent}=65.90:34.10
調製された「導電性銅ペースト」の液粘度は、144Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。
The ratio of the volume ratio VCu-particle of copper powder and the volume ratio VCu-fine-particle of copper fine powder (VCu-particle + VCu-fine-particle) and the volume ratio of copper nanoparticles VCu-nanoparticle is (VCu -particle + VCu-fine-particle): VCu-nanoparticle = 100: 53.3.
{VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu-nanoparticle} / {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 65.90: 34.10
The liquid viscosity of the prepared “conductive copper paste” was 144 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The prepared “conductive copper paste” was applied in a 10 mm × 50 mm pattern on a slide glass. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、実施例1に記載の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 For the paste coating film, using a Nissin plasma baking furnace, the procedure described in Example 1 was followed by a “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “micro A wave plasma irradiation (plasma firing) step "was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、3.1μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 3.1 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、87.87/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=12.13体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 87.87 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 12.13% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 3.1μΩ・cmは、1.85倍となっている。 The volume specific resistivity 3.1 μΩ · cm of the obtained fired product is 1.85 times that of the metal copper resistivity 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
なお、実施例8で使用する「導電性銅ペースト」の場合、平均厚さtpasteのペースト塗布膜中に含まれる、「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerは、tCu-particle-layer={[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もられる。{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)={[40μm・{35.27体積%}/100体積%]}・(8.94/5.5)=22.93μmと見積もられる。得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、見積もられる「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerより遥かに厚い。 In the case of the “conductive copper paste” used in Example 8, the average thickness tCu-particle-layer of the laminated structure of “copper powder” included in the paste coating film having the average thickness tpaste is tCu−. It is estimated that particle-layer = {[tpaste · {VCu-particle} / 100 volume%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap). {[Tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) = {[40 μm · {35.27 vol%} / 100 vol%]} · (8.94 /5.5)=2.93 μm. The average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is much thicker than the average thickness tCu-particle-layer of the estimated laminated structure of “copper powder”.
その際、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}=35.27体積%・(8.94/5.5)・{1−(5.5/8.94)}=22.06体積%と見積もられる。「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)は、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)=7.71体積%・(8.94/4.3)=16.03体積%と見積もられる。従って、「銅粉末」の積層構造中の「空隙」内に、「銅微細粉末」が充填された状態となっている推断される。 At that time, “void” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} is VCu -particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} = 35.27% by volume · (8.94 / 5.5) · {1- It is estimated that (5.5 / 8.94)} = 22.06% by volume. "Bulk" when "copper fine powder" is assembled in the close-packed state: VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle) is VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu -fine-particle) = 7.71% by volume · (8.94 / 4.3) = 16.03% by volume. Accordingly, it is assumed that “copper fine powder” is filled in “voids” in the laminated structure of “copper powder”.
(実施例9)
本実施例9では、実施例1で調製される「導電性銅ペースト」を使用し、実施例1に記載する条件とは相違する条件を採用して、銅厚膜の形成を行っている。
Example 9
In Example 9, the “conductive copper paste” prepared in Example 1 was used, and conditions different from those described in Example 1 were used to form a thick copper film.
実施例1において調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The “conductive copper paste” prepared in Example 1 was applied on a slide glass in a 10 mm × 50 mm pattern. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、下記の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 Using a Nissin plasma baking furnace, the paste coating film was subjected to the following procedures according to the following procedures: “preheating drying (solvent removal) step”, “vacuum drying (organic matter removal) step”, “microwave plasma irradiation ( Plasma firing) step ”was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」は、実施例1に記載する条件と同じ条件を採用している。 The “preheating drying (solvent removal) step” and the “reduced pressure drying (organic matter removal) step” employ the same conditions as described in Example 1.
「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」では、まず、実施例1に記載する条件と同じ条件を採用して、ヘリウム-3%水素ガスにマイクロ波プラズマを発生させる。ステージ温度150℃に維持した状態で、マイクロ波プラズマ照射を60秒間続け、プラズマ焼成処理を施す。該ヘリウム-3%水素ガスからなる、還元性雰囲気下、発生したマイクロ波プラズマの照射によって、ペースト塗布膜中に含まれている、銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成がなされる。 In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”, first, microwave plasma is generated in helium-3% hydrogen gas under the same conditions as described in Example 1. In a state where the stage temperature is maintained at 150 ° C., microwave plasma irradiation is continued for 60 seconds to perform a plasma baking process. The copper powder, the copper fine powder and the copper nanoparticles contained in the paste coating film are fired by irradiation of the generated microwave plasma in a reducing atmosphere composed of the helium-3% hydrogen gas.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、3.3μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 3.3 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、90.3/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=9.7体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 90.3 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 9.7% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 3.3μΩ・cmは、1.97倍となっている。 The volume specific resistivity 3.3 μΩ · cm of the obtained fired product is 1.97 times that of the metal copper resistivity 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
(実施例10)
本実施例10では、実施例1で調製される「導電性銅ペースト」を使用し、実施例1に記載する条件とは相違する条件を採用して、銅厚膜の形成を行っている。
実施例1において調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。
(Example 10)
In Example 10, the “conductive copper paste” prepared in Example 1 is used, and conditions different from those described in Example 1 are adopted to form a thick copper film.
The “conductive copper paste” prepared in Example 1 was applied on a slide glass in a 10 mm × 50 mm pattern. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、下記の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 Using a Nissin plasma baking furnace, the paste coating film was subjected to the following procedures according to the following procedures: “preheating drying (solvent removal) step”, “vacuum drying (organic matter removal) step”, “microwave plasma irradiation ( Plasma firing) step ”was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」は、実施例1に記載する条件と同じ条件を採用している。 The “preheating drying (solvent removal) step” and the “reduced pressure drying (organic matter removal) step” employ the same conditions as described in Example 1.
「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」では、まず、実施例1に記載する条件と同じ条件を採用して、ヘリウム-3%水素ガスにマイクロ波プラズマを発生させる。ステージ温度150℃に維持した状態で、マイクロ波プラズマ照射を120秒間続け、プラズマ焼成処理を施す。該ヘリウム-3%水素ガスからなる、還元性雰囲気下、発生したマイクロ波プラズマの照射によって、ペースト塗布膜中に含まれている、銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成がなされる。 In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”, first, microwave plasma is generated in helium-3% hydrogen gas under the same conditions as described in Example 1. In a state where the stage temperature is maintained at 150 ° C., microwave plasma irradiation is continued for 120 seconds to perform plasma baking. The copper powder, the copper fine powder and the copper nanoparticles contained in the paste coating film are fired by irradiation of the generated microwave plasma in a reducing atmosphere composed of the helium-3% hydrogen gas.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、2.9μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 2.9 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、90.3/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=9.7体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 90.3 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 9.7% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 2.9μΩ・cmは、1.73倍となっている。 The volume specific resistivity 2.9 μΩ · cm of the obtained fired product is 1.73 times that of the metal copper resistivity 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
(実施例11)
本実施例11では、実施例1で調製される「導電性銅ペースト」を使用し、実施例1に記載する条件とは相違する条件を採用して、銅厚膜の形成を行っている。
(Example 11)
In Example 11, the “conductive copper paste” prepared in Example 1 is used, and a condition different from the condition described in Example 1 is adopted to form a thick copper film.
実施例1において調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The “conductive copper paste” prepared in Example 1 was applied on a slide glass in a 10 mm × 50 mm pattern. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、下記の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 Using a Nissin plasma baking furnace, the paste coating film was subjected to the following procedures according to the following procedures: “preheating drying (solvent removal) step”, “vacuum drying (organic matter removal) step”, “microwave plasma irradiation ( Plasma firing) step ”was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」として、ニッシン製プラズマ焼成炉内で、大気圧下、ステージ温度120℃で予備加熱を30秒間行う。「減圧乾燥(有機物除去)工程」として、ステージ温度120℃に維持した状態で、「真空引き」を60秒間行い、プラズマ焼成炉内を減圧状態に保持する。該減圧状態における、プラズマ焼成炉内の圧力は、10Pa以下に保持されている。 As a “preheating drying (solvent removal) step”, preheating is performed for 30 seconds at a stage temperature of 120 ° C. under atmospheric pressure in a Nissin plasma baking furnace. As a “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “evacuation” is performed for 60 seconds while maintaining the stage temperature at 120 ° C., and the inside of the plasma firing furnace is maintained in a reduced pressure state. The pressure in the plasma baking furnace in the reduced pressure state is maintained at 10 Pa or less.
「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」では、まず、ステージ温度120℃に維持した状態で、プラズマ焼成炉内に、流速25sccmでヘリウム-3%水素を30秒間導入する。プラズマ焼成炉内の圧力を、10Paに制御した上で、マイクロ波(周波数2.4GHz)を高周波電源(周波数2.4GHz)から高周波電力1.5kWで供給し、ヘリウム-3%水素ガスにマイクロ波プラズマを発生させる。ステージ温度120℃に維持した状態で、マイクロ波プラズマ照射を90秒間続け、プラズマ焼成処理を施す。該ヘリウム-3%水素ガスからなる、還元性雰囲気下、発生したマイクロ波プラズマの照射によって、ペースト塗布膜中に含まれている、銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成がなされる。 In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”, first, helium-3% hydrogen is introduced into the plasma firing furnace at a flow rate of 25 sccm for 30 seconds while the stage temperature is maintained at 120 ° C. After controlling the pressure in the plasma firing furnace to 10 Pa, a microwave (frequency 2.4 GHz) is supplied from a high frequency power source (frequency 2.4 GHz) at a high frequency power of 1.5 kW, and helium-3% hydrogen gas is micronized. Generate wave plasma. In a state where the stage temperature is maintained at 120 ° C., microwave plasma irradiation is continued for 90 seconds to perform a plasma baking process. The copper powder, the copper fine powder and the copper nanoparticles contained in the paste coating film are fired by irradiation of the generated microwave plasma in a reducing atmosphere composed of the helium-3% hydrogen gas.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、3.6μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 3.6 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、90.3/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=9.7体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 90.3 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 9.7% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 3.6μΩ・cmは、2.15倍となっている。 The volume specific resistivity 3.6 μΩ · cm of the obtained fired product is 2.15 times that of the metal copper resistivity 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
(実施例12)
本実施例12では、実施例1で調製される「導電性銅ペースト」を使用し、実施例1に記載する条件とは相違する条件を採用して、銅厚膜の形成を行っている。
(Example 12)
In the present Example 12, the “conductive copper paste” prepared in Example 1 is used, and conditions different from those described in Example 1 are employed to form a thick copper film.
実施例1において調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The “conductive copper paste” prepared in Example 1 was applied on a slide glass in a 10 mm × 50 mm pattern. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、下記の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 Using a Nissin plasma baking furnace, the paste coating film was subjected to the following procedures according to the following procedures: “preheating drying (solvent removal) step”, “vacuum drying (organic matter removal) step”, “microwave plasma irradiation ( Plasma firing) step ”was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」として、ニッシン製プラズマ焼成炉内で、大気圧下、ステージ温度180℃で予備加熱を30秒間行う。「減圧乾燥(有機物除去)工程」として、ステージ温度180℃に維持した状態で、「真空引き」を60秒間行い、プラズマ焼成炉内を減圧状態に保持する。該減圧状態における、プラズマ焼成炉内の圧力は、10Pa以下に保持されている。 As a “preheating drying (solvent removal) step”, preheating is performed for 30 seconds at a stage temperature of 180 ° C. under atmospheric pressure in a Nissin plasma baking furnace. As a “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “evacuation” is performed for 60 seconds while maintaining the stage temperature at 180 ° C., and the inside of the plasma firing furnace is maintained in a reduced pressure state. The pressure in the plasma baking furnace in the reduced pressure state is maintained at 10 Pa or less.
「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」では、まず、ステージ温度180℃に維持した状態で、プラズマ焼成炉内に、流速25sccmでヘリウム-3%水素を30秒間導入する。プラズマ焼成炉内の圧力を、10Paに制御した上で、マイクロ波(周波数2.4GHz)を高周波電源(周波数2.4GHz)から高周波電力1.5kWで供給し、ヘリウム-3%水素ガスにマイクロ波プラズマを発生させる。ステージ温度120℃に維持した状態で、マイクロ波プラズマ照射を90秒間続け、プラズマ焼成処理を施す。該ヘリウム-3%水素ガスからなる、還元性雰囲気下、発生したマイクロ波プラズマの照射によって、ペースト塗布膜中に含まれている、銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成がなされる。 In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”, helium-3% hydrogen is first introduced into the plasma firing furnace at a flow rate of 25 sccm for 30 seconds while the stage temperature is maintained at 180 ° C. After controlling the pressure in the plasma firing furnace to 10 Pa, a microwave (frequency 2.4 GHz) is supplied from a high frequency power source (frequency 2.4 GHz) at a high frequency power of 1.5 kW, and helium-3% hydrogen gas is micronized. Generate wave plasma. In a state where the stage temperature is maintained at 120 ° C., microwave plasma irradiation is continued for 90 seconds to perform a plasma baking process. The copper powder, the copper fine powder and the copper nanoparticles contained in the paste coating film are fired by irradiation of the generated microwave plasma in a reducing atmosphere composed of the helium-3% hydrogen gas.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、2.8μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 2.8 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、90.3/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=9.7体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 90.3 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 9.7% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 2.8μΩ・cmは、1.67倍となっている。 The volume specific resistivity 2.8 μΩ · cm of the obtained fired product is 1.67 times the resistivity of metallic copper 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
(実施例13)
本実施例13では、実施例1で調製される「導電性銅ペースト」を使用し、実施例9に記載するプラズマ焼成条件と同じプラズマ焼成条件を採用して、実施例9と異なる膜厚の銅厚膜の形成を行っている。
(Example 13)
In this Example 13, the “conductive copper paste” prepared in Example 1 was used, and the same plasma baking conditions as those described in Example 9 were adopted. A thick copper film is formed.
実施例1において調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=20μmであった。 The “conductive copper paste” prepared in Example 1 was applied on a slide glass in a 10 mm × 50 mm pattern. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 20 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、実施例9に記載の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 For the paste coating film, using a Nissin plasma baking furnace, the procedure described in Example 9 was followed by a “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “micro A wave plasma irradiation (plasma firing) step "was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=15μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、3.1μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 15 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 3.1 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、90.3/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=9.7体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 90.3 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 9.7% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 3.1μΩ・cmは、1.85倍となっている。 The volume specific resistivity 3.1 μΩ · cm of the obtained fired product is 1.85 times that of the metal copper resistivity 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
なお、実施例13の場合も、平均厚さtpasteのペースト塗布膜中に含まれる、「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerは、tCu-particle-layer={[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もられる。{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)={[20μm・{36.25体積%}/100体積%]}・(8.94/5.5)=11.78μmと見積もられる。得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、見積もられる「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerより遥かに厚い。 In the case of Example 13, the average thickness tCu-particle-layer of the “copper powder” laminated structure included in the paste coating film having an average thickness tpaste is tCu-particle-layer = {[tpaste · {VCu-particle} / 100% by volume]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap). {[Tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) = {[20 μm · {36.25 vol%} / 100 vol%]} · (8.94 /5.5)=11.78 μm. The average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is much thicker than the average thickness tCu-particle-layer of the estimated laminated structure of “copper powder”.
(実施例14)
本実施例14では、実施例1で調製される「導電性銅ペースト」を使用し、実施例9に記載するプラズマ焼成条件と同じプラズマ焼成条件を採用して、実施例9と異なる膜厚の銅厚膜の形成を行っている。
(Example 14)
In this Example 14, the “conductive copper paste” prepared in Example 1 was used, and the same plasma baking condition as the plasma baking condition described in Example 9 was adopted. A thick copper film is formed.
実施例1において調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=80μmであった。 The “conductive copper paste” prepared in Example 1 was applied on a slide glass in a 10 mm × 50 mm pattern. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 80 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、実施例9に記載の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 For the paste coating film, using a Nissin plasma baking furnace, the procedure described in Example 9 was followed by a “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “micro A wave plasma irradiation (plasma firing) step "was performed, and the copper powder, copper fine powder and copper nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=60μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、3.8μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 60 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 3.8 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、90.3/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=9.7体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 90.3 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 9.7% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 3.8μΩ・cmは、2.27倍となっている。 The volume specific resistivity 3.8 μΩ · cm of the obtained fired product is 2.27 times that of the metal copper resistivity 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
なお、実施例14の場合も、平均厚さtpasteのペースト塗布膜中に含まれる、「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerは、tCu-particle-layer={[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もられる。{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)={[80μm・{36.25体積%}/100体積%]}・(8.94/5.5)=47.14μmと見積もられる。得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、見積もられる「銅粉末」の積層構造の平均厚さtCu-particle-layerより遥かに厚い。 In the case of Example 14, the average thickness tCu-particle-layer of the laminated structure of “copper powder” included in the paste coating film having an average thickness tpaste is tCu-particle-layer = {[tpaste · {VCu-particle} / 100% by volume]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap). {[Tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) = {[80 μm · {36.25 vol%} / 100 vol%]} · (8.94 /5.5)=47.14 μm. The average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is much thicker than the average thickness tCu-particle-layer of the estimated laminated structure of “copper powder”.
(比較例1)
本比較例1では、実施例1で調製される「導電性銅ペースト」を使用し、還元性雰囲気下、加熱処理を施すことによって、銅厚膜の形成を行っている。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the “conductive copper paste” prepared in Example 1 is used, and a thick copper film is formed by performing heat treatment in a reducing atmosphere.
実施例1で調製された「導電性銅ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The “conductive copper paste” prepared in Example 1 was applied on a slide glass in a 10 mm × 50 mm pattern. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、米倉製作所製赤外炉を使用して、下記の手順で、窒素-3%水素の還元性雰囲気下、300℃で15分間の加熱処理を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末、銅微細粉末と銅ナノ粒子の焼成を行った。 The paste coating film was subjected to a heat treatment at 300 ° C. for 15 minutes in a reducing atmosphere of nitrogen-3% hydrogen using an infrared furnace manufactured by Yonekura Seisakusho, in the following procedure. The copper powder, copper fine powder, and copper nanoparticles contained in were fired.
米倉製作所製赤外炉内において、窒素-3%水素の還元性雰囲気(1気圧)下、昇温速度1600℃/時間で、室温(25℃)から300℃まで昇温する。該昇温過程に要する時間は、約10.3分間である。昇温後、窒素-3%水素の還元性雰囲気(1気圧)下、300℃で15分間加熱処理を施す。 In an infrared furnace manufactured by Yonekura Seisakusho, the temperature is raised from room temperature (25 ° C.) to 300 ° C. at a heating rate of 1600 ° C./hour in a reducing atmosphere of nitrogen—3% (1 atm). The time required for the temperature raising process is about 10.3 minutes. After the temperature rise, heat treatment is performed at 300 ° C. for 15 minutes in a reducing atmosphere of nitrogen-3% (1 atm).
加熱処理時の温度300℃は、トリプロピレングリコールの沸点268℃よりも、有意に高いため、前記昇温過程中、268℃に達する時点では、トリプロピレングリコールの蒸散は完了していると推断される。 Since the temperature of 300 ° C. during the heat treatment is significantly higher than the boiling point of 268 ° C. of tripropylene glycol, when the temperature reaches 268 ° C. during the temperature rising process, it is assumed that the evaporation of tripropylene glycol is completed. The
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=30μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、4.5μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 30 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 4.5 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle+VCu-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、90.3/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=9.7体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle + VCu -nanoparticle} / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 90.3 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 9.7% by volume.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 4.5μΩ・cmは、2.7倍となっている。 The volume resistivity of 4.5 μΩ · cm of the obtained fired product is 2.7 times the resistivity of metallic copper, 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
比較例1においても、実施例1で調製される「導電性ペースト」の塗布膜に対して、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を施し、溶剤を蒸散させると、「銅粉末」が緻密に積層された形状の「乾燥処理済塗布膜」が得られる。該「乾燥処理済塗布膜」を構成する、「銅粉末」は、「タップ密度」の測定時の同じ緻密さで積層していると推断される。 Also in Comparative Example 1, when the “pre-heating drying (solvent removal) step” was performed on the coating film of “conductive paste” prepared in Example 1 and the solvent was evaporated, the “copper powder” was dense. Thus, a “dried coating film” having a shape laminated on the substrate is obtained. It is presumed that the “copper powder” constituting the “dried coating film” is laminated with the same denseness when the “tap density” is measured.
金属銅(バルク)の密度ρCu-bulk=8.94g/cm3に対して、「銅粉末」のタップ密度はρCu-particle-tap=5.5g/cm3である。従って、「銅粉末」の積層構造の平均膜厚tCu-particle-layerは、{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と見積もることができる。{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)={[40μm・{36.25体積%}/100体積%]}・(8.94/5.5)=23.56μmと見積もられる。得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、見積もられる「銅粉末」の積層構造の平均膜厚tCu-particle-layerよりも遥かに厚い。 The tap density of “copper powder” is ρCu-particle-tap = 5.5 g / cm 3, whereas the density of metallic copper (bulk) ρCu-bulk = 8.94 g / cm 3. Therefore, the average film thickness tCu-particle-layer of the “copper powder” laminate structure is estimated as {[tpaste · {VCu-particle} / 100% by volume]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap). Can do. {[Tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) = {[40 μm · {36.25 vol%} / 100 vol%]} · (8.94 /5.5)=2.56 μm. The average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is much thicker than the average film thickness tCu-particle-layer of the estimated “copper powder” laminate structure.
「乾燥処理済塗布膜」において、「銅粉末」が緻密に積層された構造の「隙間」を、「銅微細粉末」と「銅ナノ粒子」が埋めている。 In the “dried coating film”, “copper fine powder” and “copper nanoparticles” fill a “gap” of a structure in which “copper powder” is densely laminated.
金属銅(バルク)の密度ρCu-bulk=8.94g/cm3に対して、「銅粉末」のタップ密度はρCu-particle-tap=5.5g/cm3であるので、緻密に積層されている「銅粉末」中に存在する「隙間」は、{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}・{VCu-particle}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)体積%と見積もることが可能である。この「隙間」内に、タップ密度ρCu-fine-particle-tap=4.3g/cm3の「銅微細粉末」と「銅ナノ粒子」が収納されるためには、「銅微細粉末」体積比率VCu-fine-particleと、「銅ナノ粒子」体積比率VCu-nanoparticleは、次の条件を満たすことが必要である。{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}・{VCu-particle}・(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)体積%>{VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)体積%+VCu-nanoparticle体積%}
比較例1の場合、緻密に積層されている「銅粉末」中に存在する「隙間」は、{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}・{VCu-particle}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)体積%={1−(5.5/8.94)}・{36.25}・(8.94/5.5)体積%=22.67体積%と見積もることが可能である。タップ密度ρCu-fine-particle-tap=4.3g/cm3の「銅微細粉末」の嵩体積比率は、{VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)体積%={7.92・(8.94/4.3)体積%=16.47体積%と見積もることが可能である。従って、緻密に積層されている「銅粉末」中に存在する「隙間」中に、タップ密度ρCu-fine-particle-tap=4.3g/cm3の「銅微細粉末」を、全て収納することが可能である。その際、緻密に積層されている「銅粉末」中に存在する「隙間」中に「銅微細粉末」が全て収納される状態において、まだ残っている「残余空隙」の体積比率は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particleと見積もられる。VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}−VCu-fine-particle=22.67体積%−7.92体積%=14.75体積%と見積もられる。銅ナノ粒子の体積比率VCu-nanoparticleは、VCu-nanoparticle=23.55体積%であり、まだ残っている「残余空隙」の体積比率より多い。従って、まだ残っている「残余空隙」に、銅ナノ粒子の一部は収納可能であるが、相当部分は収納できない。
The density of metallic copper (bulk) ρCu-bulk = 8.94 g / cm 3, whereas the tap density of “copper powder” is ρCu-particle-tap = 5.5 g / cm 3, so the layers are densely stacked. “Gap” existing in “copper powder” is estimated as {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} · {VCu-particle} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) volume%. Is possible. In order to accommodate “copper fine powder” and “copper nanoparticles” with tap density ρCu-fine-particle-tap = 4.3 g / cm 3 in this “gap”, the volume ratio VCu of “copper fine powder” -Fine-particle and "copper nanoparticle" volume ratio VCu-nanoparticle must satisfy the following conditions. {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}, {VCu-particle}, (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk) volume%> {VCu-fine-particle, (ρCu-bulk / ρCu- fine-particle-tap) volume% + VCu-nanoparticle volume%}
In the case of Comparative Example 1, the “gap” existing in the densely laminated “copper powder” is {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} · {VCu-particle} · (ρCu− bulk / ρCu-particle-tap) volume% = {1- (5.5 / 8.94)} · {36.25} · (8.94 / 5.5) volume% = 22.67 volume% It is possible. The bulk volume ratio of “copper fine powder” with a tap density of ρCu-fine-particle-tap = 4.3 g / cm3 is {VCu-fine-particle · (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle-tap) volume% = It can be estimated that {7.92 · (8.94 / 4.3) volume% = 16.47 volume%. Therefore, all of the “copper fine powder” having a tap density ρCu-fine-particle-tap = 4.3 g / cm 3 can be accommodated in the “gap” existing in the “copper powder” densely laminated. Is possible. At that time, the volume ratio of the “residual voids” still remaining in the state where all of the “copper fine powder” is accommodated in the “interstices” existing in the “copper powder” densely laminated is VCu− It is estimated that particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)}-VCu-fine-particle. VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} − VCu-fine-particle = 22.67 vol% −7.92 vol% = It is estimated to be 14.75% by volume. The volume ratio VCu-nanoparticle of the copper nanoparticles is VCu-nanoparticle = 23.55% by volume, which is larger than the volume ratio of the “residual voids” still remaining. Therefore, a part of the copper nanoparticles can be stored in the remaining “remaining void”, but a corresponding part cannot be stored.
実施例1において調製された「導電性銅ペースト」は、比較例1に記載する条件を選択すると、
得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、塗布膜の膜厚tpasteに対して、tCu-sintered layer=(3/4)・tpasteの関係を満たす「銅厚膜」の作製が可能であることを査証する結果が得られている。
The “conductive copper paste” prepared in Example 1 is selected by selecting the conditions described in Comparative Example 1.
The average thickness tCu-sintered layer of the fired product can be a “copper thick film” that satisfies the relationship of tCu-sintered layer = (3/4) · tpaste with respect to the coating film thickness tpaste. Visa results have been obtained.
加えて、実施例1において調製された「導電性銅ペースト」は、実施例1、実施例9〜実施例14に記載する条件、
すなわち、塗布膜の膜厚tpasteが、少なくとも、80μm≧tpaste≧20μmの範囲、
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」における、ステージ温度Tstage-heatingが、少なくとも、180℃≧Tstage-heating≧120℃の範囲、
「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」において、マイクロ波(周波数2.4GHz)を高周波電源(周波数2.4GHz)から高周波電力1.5kWで供給し、ヘリウム-3%水素ガスにマイクロ波プラズマを発生させ、該マイクロ波プラズマを照射する時間tplasma−treatingが、少なくとも、120秒間≧tplasma−treating≧60秒間の範囲に選択する条件では、
得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、塗布膜の膜厚tpasteに対して、tCu-sintered layer=(3/4)・tpasteの関係を満たす「銅厚膜」の作製に適することを査証する結果が得られている。
In addition, the “conductive copper paste” prepared in Example 1 is the conditions described in Example 1 and Examples 9 to 14,
That is, the coating film thickness tpaste is at least in the range of 80 μm ≧ tpaste ≧ 20 μm,
The stage temperature Tstage-heating in the “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, and “microwave plasma irradiation (plasma firing) step” is at least 180 ° C. ≧ Tstage-heating ≧ In the range of 120 ° C,
In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”, a microwave (frequency 2.4 GHz) is supplied from a high frequency power source (frequency 2.4 GHz) with a high frequency power of 1.5 kW, and microwave plasma is applied to helium-3% hydrogen gas. And the time tplasma-treating to irradiate the microwave plasma is selected to be at least 120 seconds ≧ tplasma-treating ≧ 60 seconds.
The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product is suitable for the production of a “copper thick film” that satisfies the relationship of tCu-sintered layer = (3/4) · tpaste with respect to the film thickness tpaste of the coating film. Visa results have been obtained.
実施例1において調製された「導電性銅ペースト」を使用する際、少なくとも、塗布膜の膜厚tpasteが、tpaste=40μmである場合、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を施し、溶剤を蒸散させると、「銅粉末」が緻密に積層された形状の「乾燥処理済塗布膜」が得られる。該「乾燥処理済塗布膜」の平均膜厚tdried-pasteは、実施例1、実施例9〜実施例12の場合と、比較例1の場合では、同じ平均膜厚tdried-pasteとなっていると推断される。従って、実施例1、実施例9〜実施例12の場合も、比較例1の場合と同様に、「乾燥処理済塗布膜」の平均膜厚tdried-pasteは、「銅粉末」の積層構造部の厚さ{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と、その上面に形成される「銅ナノ粒子」の積層構造部の厚さの和と見積もることができる。得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「乾燥処理済塗布膜」の平均膜厚tdried-pasteと略等しいと見積もられる。 When using the “conductive copper paste” prepared in Example 1, at least when the coating film thickness tpaste is tpaste = 40 μm, the “preheating drying (solvent removal) step” is performed, and the solvent is removed. When evaporated, a “dried coating film” having a shape in which “copper powder” is densely laminated is obtained. The average film thickness tdried-paste of the “dried coating film” is the same average film thickness tdried-paste in the case of Example 1, Examples 9 to 12 and Comparative Example 1. It is guessed. Accordingly, in the case of Example 1 and Examples 9 to 12, as in the case of Comparative Example 1, the average film thickness tdried-paste of the “dried coating film” is a laminated structure portion of “copper powder”. Thickness {[tpaste · {VCu-particle} / 100% by volume]} · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) and the thickness of the layered structure of “copper nanoparticles” formed on the top surface Can be estimated as the sum of The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product obtained is estimated to be approximately equal to the average film thickness tdried-paste of the “dried coating film”.
実施例1において調製された「導電性銅ペースト」を使用する際、同じ焼成条件を採用している、実施例13、実施例9、実施例14で形成された「銅厚膜」の平均膜厚tCu-sintered layerは、塗布膜の膜厚tpasteに比例している。「乾燥処理済塗布膜」の平均膜厚tdried-pasteも、「銅粉末」の積層構造部の厚さ{[tpaste・{VCu-particle}/100体積%]}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)と、その上面に形成される「銅ナノ粒子」の積層構造部の厚さの和と見積もることができる。従って、得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「乾燥処理済塗布膜」の平均膜厚tdried-pasteと略等しくなる結果、「銅厚膜」の平均膜厚tCu-sintered layerは、塗布膜の膜厚tpasteに比例していると理解される。 When using the “conductive copper paste” prepared in Example 1, the average film of “copper thick film” formed in Example 13, Example 9, and Example 14 adopting the same firing conditions The thickness tCu-sintered layer is proportional to the film thickness tpaste of the coating film. The average film thickness tdried-paste of the “dried coating film” is also the thickness {[tpaste · {VCu-particle} / 100 vol%]} · (ρCu-bulk / ρCu- particle-tap) and the thickness of the laminated structure of “copper nanoparticles” formed on the upper surface thereof can be estimated. Accordingly, the average film thickness tCu-sintered layer of the obtained fired product is substantially equal to the average film thickness tdried-paste of the “dried coating film”. As a result, the average film thickness tCu-sintered layer of the “copper thick film” is It is understood that it is proportional to the film thickness tpaste of the coating film.
さらに、同じ焼成条件を採用して、実施例13で形成された平均膜厚tCu-sintered layerが15μmの「銅厚膜」、実施例9で形成された平均膜厚tCu-sintered layerが30μmの「銅厚膜」、実施例14で形成された平均膜厚tCu-sintered layerが60μmの「銅厚膜」の間で、その「体積固有抵抗率」:ρ15μm-plasma−treating、ρ30μm-plasma−treating、ρ60μm-plasma−treatingは、平均膜厚tCu-sintered layerが増すとともに、増加しているが、比較例1で形成された平均膜厚tCu-sintered layerが30μmの「銅厚膜」の「体積固有抵抗率」ρ30μm-thermal−heatingと比較すると、顕著に低い値となっている。 Furthermore, by adopting the same firing conditions, the average film thickness tCu-sintered layer formed in Example 13 is 15 μm “copper thick film”, and the average film thickness tCu-sintered layer formed in Example 9 is 30 μm. Between the “copper thick film” and the “copper thick film” having an average film thickness tCu-sintered layer of 60 μm formed in Example 14, its “volume resistivity”: ρ15 μm-plasma-treating, ρ30 μm-plasma- Treating, ρ60 μm-plasma-treating increases as the average film thickness tCu-sintered layer increases, but the “thick copper film” of the “copper thick film” formed in Comparative Example 1 has an average film thickness tCu-sintered layer of 30 μm. Compared with “volume resistivity” ρ30 μm-thermal-heating, the value is significantly lower.
実施例13、実施例9、実施例14では、塗布膜の膜厚tpasteは、20μm、40μm、80μmと厚くなるとともに、「乾燥処理済塗布膜」の平均膜厚tdried-pasteのうち、「銅粉末」の積層構造部の上面に形成される「銅ナノ粒子」の積層構造部の厚さは厚くなっている。「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」における処理時間は等しいため、上面に形成される「銅ナノ粒子」の積層構造部の厚さが増すと、その下層に存在する、「銅粉末」の積層構造部の焼成の進行レベルが低下する。上面に形成される「銅ナノ粒子」の積層構造部の焼成は進行するが、その下層に存在する、「銅粉末」の積層構造部の焼成の進行レベルが、塗布膜の膜厚tpasteが厚くなるとともに低下する。その結果、実施例13、実施例9、実施例14における「体積固有抵抗率」:ρ15μm-plasma−treating、ρ30μm-plasma−treating、ρ60μm-plasma−treatingは、塗布膜の膜厚tpasteが増すとともに、増加していると判断される。 In Example 13, Example 9, and Example 14, the film thickness tpaste of the coating film is increased to 20 μm, 40 μm, and 80 μm, and among the average film thickness tdried-paste of the “dried coating film”, “copper” The thickness of the laminated structure portion of “copper nanoparticles” formed on the upper surface of the laminated structure portion of “powder” is thick. Since the processing time in the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step” is equal, when the thickness of the laminated structure of “copper nanoparticles” formed on the upper surface increases, the “copper powder” present in the lower layer increases. The progress level of firing of the laminated structure portion is lowered. The firing of the laminated structure portion of “copper nanoparticles” formed on the upper surface proceeds, but the progress level of the firing of the laminated structure portion of “copper powder” existing in the lower layer is such that the film thickness tpaste of the coating film is thicker. It decreases with becoming. As a result, “Volume Specific Resistivity” in Examples 13, 9, and 14: ρ15 μm-plasma-treating, ρ30 μm-plasma-treating, and ρ60 μm-plasma-treating increase the film thickness tpaste of the coating film. , Is judged to be increasing.
実施例9、実施例1、実施例10の間では、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」における処理時間が増すと、「銅厚膜」の平均膜厚tCu-sintered layerは、同じであるが、「銅厚膜」の「体積固有抵抗率」は、徐々に低下している。「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」における処理時間が増すと、上面に形成される「銅ナノ粒子」の積層構造部の焼成に加えて、その下層に存在する、「銅粉末」の積層構造部の焼成の進行レベルも上昇する。その結果、実施例9、実施例1、実施例10の間では、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」における処理時間が増すとともに、「銅厚膜」の「体積固有抵抗率」は、徐々に低下すると判断される。 Between Example 9, Example 1, and Example 10, when the processing time in the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step” increases, the average film thickness tCu-sintered layer of the “copper thick film” is the same. However, the “volume resistivity” of the “copper thick film” gradually decreases. When the processing time in the “microwave plasma irradiation (plasma firing) process” increases, in addition to firing the laminated structure of the “copper nanoparticles” formed on the upper surface, the “copper powder” layer that exists in the lower layer The progress level of the firing of the structure portion also increases. As a result, between Example 9, Example 1, and Example 10, as the processing time in the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step” increases, the “volume resistivity” of the “copper thick film” is It is judged to gradually decrease.
実施例11、実施例1、実施例12の間では、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」における、ステージ温度Tstage-heatingが120℃、150℃、180℃と上昇するとともに、「銅厚膜」の平均膜厚tCu-sintered layerは同じであるが、「銅厚膜」の「体積固有抵抗率」は、徐々に低下している。「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」における、ステージ温度Tstage-heatingが上昇するとともに、上面に形成される「銅ナノ粒子」の積層構造部の焼成に加えて、その下層に存在する、「銅粉末」の積層構造部の焼成の進行レベルも上昇する。その結果、実施例11、実施例1、実施例12の間では、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」における、ステージ温度Tstage-heatingが上昇するとともに、「銅厚膜」の「体積固有抵抗率」は、徐々に低下すると判断される。 Between Example 11, Example 1, and Example 12, the stages in the “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, and “microwave plasma irradiation (plasma firing) step” As the temperature Tstage-heating increases to 120 ° C, 150 ° C, and 180 ° C, the average film thickness tCu-sintered layer of the "copper thick film" is the same, but the "volume resistivity" of the "copper thick film" is , Is gradually falling. As the stage temperature Tstage-heating increases in the “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, and “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”, “ In addition to firing the laminated structure portion of “copper nanoparticles”, the progress level of firing of the laminated structure portion of “copper powder” existing in the lower layer is also increased. As a result, between Example 11, Example 1, and Example 12, the “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, and “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”. It is determined that the “volume resistivity” of the “copper thick film” gradually decreases as the stage temperature Tstage-heating increases.
還元性雰囲気下、「マイクロ波プラズマ照射」を利用する焼成工程を採用する場合と、還元性雰囲気下、「加熱処理」を利用する焼成工程を採用する場合において、平均化された「空隙率」は同じであるが、例えば、焼成された「銅厚膜」の表面の微視的な形状を比較すると、明確な差異が存在している。図1に、還元性雰囲気下、「マイクロ波プラズマ照射」を利用する焼成工程を採用する場合と、還元性雰囲気下、「加熱処理」を利用する焼成工程を採用する場合における、焼成された「銅厚膜」の微視的構造のSEM観測結果を対比して示す。 The average "porosity" when using a firing process that uses "microwave plasma irradiation" in a reducing atmosphere and when using a firing process that uses "heat treatment" in a reducing atmosphere Are the same, but there is a clear difference when, for example, comparing the microscopic shape of the surface of the fired “copper thick film”. In FIG. 1, when the firing step using “microwave plasma irradiation” is employed under a reducing atmosphere and when the firing step utilizing “heat treatment” is employed under a reducing atmosphere, The SEM observation result of the microscopic structure of “copper thick film” is shown in comparison.
例えば、実施例1に記載する製造プロセスでは、「乾燥処理済塗布膜」を形成した時点で、下層に存在する、「銅粉末」の積層構造部と、その上面に形成される「銅ナノ粒子」の積層構造部の「二層」構造が、既に形成されている。その後、上面に形成される「銅ナノ粒子」の積層構造部から、還元性雰囲気下、「マイクロ波プラズマ照射」を利用する焼成工程を実施することで、上面には、「銅ナノ粒子」のみからなる「銅ナノ粒子焼結体層」が形成される。「銅粉末」の積層構造部の焼成により形成される、下層の「銅厚膜」基部の表面は、その上面は、「銅ナノ粒子」のみからなる「銅ナノ粒子焼結体層」で覆われる結果、作製された「銅厚膜」の上面には、「銅粉末」、「銅微細粉末」は本質的に露呈しない。従って、「銅粉末」、「銅微細粉末」間の「隙間」を反映する「ボイド」は、上面の「銅ナノ粒子焼結体層」には、本質的に生成していない。 For example, in the manufacturing process described in Example 1, at the time when the “dried coating film” is formed, the “copper powder” laminated structure portion existing in the lower layer and the “copper nanoparticles” formed on the upper surface thereof are formed. The “two-layer” structure of the laminated structure portion is already formed. After that, by performing a firing process using “microwave plasma irradiation” in a reducing atmosphere from the laminated structure of “copper nanoparticles” formed on the upper surface, only “copper nanoparticles” are present on the upper surface. A “copper nanoparticle sintered body layer” is formed. The upper surface of the lower “copper thick film” base formed by firing the laminated structure of “copper powder” is covered with a “copper nanoparticle sintered body layer” consisting only of “copper nanoparticles”. As a result, “copper powder” and “copper fine powder” are essentially not exposed on the upper surface of the produced “copper thick film”. Accordingly, the “void” reflecting the “gap” between the “copper powder” and the “copper fine powder” is essentially not formed in the “copper nanoparticle sintered body layer” on the upper surface.
一方、比較例1に記載する製造プロセスでは、「塗布」を終えた後、昇温する過程では、「銅粉末」、「銅微細粉末」が沈降する結果、「銅粉末」相互の隙間を「銅微細粉末」が充填している、「銅粉末」の積層構造部が構成される。この「銅粉末」の積層構造部の隙間に、「銅ナノ粒子」の分散液が浸潤した状態で、「溶剤」が徐々に蒸散する。結果的に、「銅粉末」の積層構造部の上面には、「銅微細粉末」と「銅ナノ粒子」とで構成される表層部が存在する状態となる。従って、作製された「銅厚膜」の上面には、「銅微細粉末」が露呈する状態となり、「銅微細粉末」間の「隙間」を反映する「ボイド」が生成している。 On the other hand, in the manufacturing process described in Comparative Example 1, in the process of raising the temperature after finishing “coating”, “copper powder” and “copper fine powder” are settled. A laminated structure portion of “copper powder” filled with “copper fine powder” is formed. The “solvent” gradually evaporates in a state where the dispersion liquid of “copper nanoparticles” is infiltrated into the gap between the laminated structures of the “copper powder”. As a result, on the upper surface of the laminated structure portion of “copper powder”, a surface layer portion composed of “copper fine powder” and “copper nanoparticles” is present. Accordingly, the “copper fine powder” is exposed on the upper surface of the produced “copper thick film”, and “voids” reflecting the “gap” between the “copper fine powder” are generated.
(比較例2)
本比較例2では、下記の原料を用いて、銅粉末と銅微細粉末を含む「ペースト」状の分散液を調製している。
(Comparative Example 2)
In this comparative example 2, a “paste” -like dispersion liquid containing copper powder and copper fine powder is prepared using the following raw materials.
銅マイクロ粒子として、湿式法で作製される銅粉末である、三井金属(株)製1400YM(平均粒子径4μm:タップ密度 5.5g/cm3)を使用する。銅サブミクロン粒子として、湿式法で作製される銅微細粉末である、三井金属(株)製1050Y(平均粒子径0.8μm:タップ密度 4.3g/cm3)を使用する。 As the copper microparticles, 1400YM (average particle diameter 4 μm: tap density 5.5 g / cm 3) manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a copper powder produced by a wet method, is used. As the copper submicron particles, 1050Y (average particle diameter 0.8 μm: tap density 4.3 g / cm 3) manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a copper fine powder produced by a wet method, is used.
「高沸点の非極性有機溶剤」として、日本乳化剤製トリプロピレングリコールを使用する。 As a “high-boiling nonpolar organic solvent”, tripropylene glycol manufactured by Nippon Emulsifier is used.
三井金属(株)製1400YM78.1質量部、三井金属(株)製1050Y17.1質量部、日本乳化剤製トリプロピレングリコール4.8質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、分散溶媒中に銅粉末、銅微細粉末を均一に分散させ、「ペースト状の分散液」を調製する。 1400YM 78.1 parts by mass of Mitsui Kinzoku Co., Ltd., 1050Y17.1 parts by mass of Mitsui Kinzoku Co., Ltd., and 4.8 parts by mass of tripropylene glycol manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd. are uniformly mixed. The mixture is stirred with a stirring deaerator to uniformly disperse the copper powder and the fine copper powder in the dispersion solvent to prepare a “pasty dispersion”.
金属銅(バルク)の密度ρCu-bulk=8.94g/cm3であるので、調製された「ペースト状の分散液」中に含まれる、銅粉末の体積比率VCu-particle、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleは、VCu-particle=56.84体積%;VCu-fine-particle=12.46体積%である。「溶剤」の体積比率Vsolventは、Vsolvent=30.65体積%である。
{VCu-particle+VCu-fine-particle}/{Vsolvent}=69.35:30.65
調製された「ペースト状の分散液」の液粘度は、166Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。
Since the density of metallic copper (bulk) is ρCu-bulk = 8.94 g / cm 3, the volume ratio VCu-particle of copper powder and the volume ratio of copper fine powder contained in the prepared “pasted dispersion” VCu-fine-particle is VCu-particle = 56.84% by volume; VCu-fine-particle = 12.46% by volume. The volume ratio Vsolvent of “solvent” is Vsolvent = 30.65% by volume.
{VCu-particle + VCu-fine-particle} / {Vsolvent} = 69.35: 30.65
The liquid viscosity of the prepared “pasty dispersion liquid” was 166 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
調製された「ペースト状の分散液」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The prepared “pasty dispersion” was applied in a 10 mm × 50 mm pattern on a slide glass. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、実施例1に記載の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末と銅微細粉末の焼成を行った。 For the paste coating film, using a Nissin plasma baking furnace, the procedure described in Example 1 was followed by a “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “micro A wave plasma irradiation (plasma firing) step "was performed, and the copper powder and the copper fine powder contained in the paste coating film were fired.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=32μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、800μΩ・cmであった。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 32 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 800 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-particle+VCu-fine-particle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、86.7/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=13.3体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-particle + VCu-fine-particle } / 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 86.7 / 100. It has become. In other words, the “void ratio” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 13.3 volume%.
金属銅の抵抗率 1.673μΩ・cm(30℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 800μΩ・cmは、478倍となっている。 The volume specific resistivity 800 μΩ · cm of the obtained fired product is 478 times that of the metal copper resistivity 1.673 μΩ · cm (30 ° C.).
比較例2の「ペースト状の分散液」を使用して作製された焼成物の表面形状を、SEM観測したところ、「銅粉末と銅微細粉末」の凝集体ではあるが、「ボイド」構造が高い密度で観察される。 When the surface shape of the fired product produced using the “paste-like dispersion liquid” of Comparative Example 2 was observed by SEM, it was an aggregate of “copper powder and copper fine powder”, but the “void” structure was Observed at high density.
比較例2の「ペースト状の分散液」中には、「銅ナノ粒子」は含有されていないため、「銅粉末と銅微細粉末」の凝集体において、「銅粉末」相互が接する部位、「銅粉末と銅微細粉末」が接する部位、ならびに、「銅微細粉末」相互が接する部位に、「銅ナノ粒子」の低温焼結体が形成され、「銅粉末」相互が接する部位の接触抵抗rCu-particle-contact、「銅粉末と銅微細粉末」が接する部位の接触抵抗rCu-particle/Cu-fine-particle-contact、ならびに、「銅微細粉末」相互が接する部位の接触抵抗rCu-fine-particle-contactを低減する効果は存在しない。従って、比較例2において形成された焼成物の体積固有抵抗率は、比較例1において形成された焼成物の体積固有抵抗率と比較しても、2桁以上も高くなっていると、判断される。 Since “copper nanoparticles” are not contained in the “paste-like dispersion liquid” of Comparative Example 2, in the aggregate of “copper powder and copper fine powder”, “copper powder” is in contact with each other, “ A low-temperature sintered body of “copper nanoparticles” is formed at a portion where “copper powder and copper fine powder” are in contact with each other, and at a portion where “copper fine powder” is in contact with each other. -particle-contact, contact resistance rCu-particle / Cu-fine-particle-contact where "copper powder and copper fine powder" contact, and contact resistance rCu-fine-particle where "copper fine powder" contact each other There is no effect to reduce -contact. Therefore, it is determined that the volume resistivity of the fired product formed in Comparative Example 2 is two orders of magnitude higher than the volume resistivity of the fired product formed in Comparative Example 1. The
従って、比較例2において形成された焼成物は、ステージ温度150℃、還元性雰囲気下、マイクロ波プラズマを照射する処理を施しても、「銅粉末」相互、「銅粉末と銅微細粉末」、「銅微細粉末」相互の間では、実質的に焼成は進行していないことを査証している。 Therefore, the fired product formed in Comparative Example 2 was subjected to a treatment of irradiating microwave plasma under a stage temperature of 150 ° C. and a reducing atmosphere, and “copper powder”, “copper powder and copper fine powder”, It is verified that the calcination does not proceed substantially between the “copper fine powders”.
比較例2の「ペースト状の分散液」の塗布膜に対して、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を施し、溶剤を蒸散させると、銅粉末が緻密に積層された形状の「乾燥処理済塗布膜」が得られる。該「乾燥処理済塗布膜」を構成する、銅粉末は、「タップ密度」の測定時の同じ緻密さで積層していると推断される。 When a “preheating drying (solvent removal) step” is performed on the coating film of the “paste-like dispersion liquid” in Comparative Example 2 to evaporate the solvent, a “drying treatment” in which the copper powder is densely laminated. Finished coating film ". It is presumed that the copper powder constituting the “dried coating film” is laminated with the same denseness when the “tap density” is measured.
その際、「銅粉末」の積層構造中の「隙間」:VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}は、VCu-particle・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)・{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}=56.84体積%・(8.94/5.5)・{1−(5.5/8.94)}=35.55体積%と見積もられる。「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)は、VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle)=12.46体積%・(8.94/4.3)=25.91体積%と見積もられる。従って、「銅粉末」の積層構造中の「隙間」は、「銅微細粉末」が最密充填状態で集合した際の「嵩」よりも大きいという条件:{1−(ρCu-particle-tap/ρCu-bulk)}・{VCu-particle}・(ρCu-bulk/ρCu-particle-tap)体積%>VCu-fine-particle・(ρCu-bulk/ρCu-fine-particle-tap)体積%を満たしている。すなわち、「銅粉末」の積層構造中の「隙間」内に、「銅微細粉末」が充填された状態となっていると推断される。 At that time, “gap” in the laminated structure of “copper powder”: VCu-particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} is VCu -particle · (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) · {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} = 56.84% by volume · (8.94 / 5.5) · {1- It is estimated that (5.5 / 8.94)} = 35.55% by volume. "Bulk" when "copper fine powder" is assembled in the close-packed state: VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle) is VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu -fine-particle) = 12.46 vol% · (8.94 / 4.3) = 25.91 vol%. Therefore, the condition that the “gap” in the laminated structure of “copper powder” is larger than the “bulk” when the “copper fine powder” is assembled in the closest packing state: {1- (ρCu-particle-tap / ρCu-bulk)} ・ {VCu-particle} ・ (ρCu-bulk / ρCu-particle-tap) volume%> VCu-fine-particle (ρCu-bulk / ρCu-fine-particle-tap) Yes. That is, it is inferred that “copper fine powder” is filled in “clearance” in the laminated structure of “copper powder”.
従って、「乾燥処理済塗布膜」において、「銅粉末」が緻密に積層された構造の「隙間」を、「銅微細粉末」が埋めていると推断される。 Therefore, it is presumed that in the “dried coating film”, the “copper fine powder” fills the “gap” of the structure in which the “copper powder” is densely laminated.
(比較例3)
本比較例3では、下記の原料を用いて、銅微細粉末を含む「ペースト」状の分散液を調製している。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, a “paste” -like dispersion liquid containing copper fine powder is prepared using the following raw materials.
銅サブミクロン粒子として、湿式法で作製される銅微細粉末である、三井金属(株)製1050Y(平均粒子径0.8μm:タップ密度 ρCu-fine-particle-tap=4.3g/cm3)を使用する。 As a copper submicron particle, 1050Y (average particle diameter 0.8 μm: tap density ρCu-fine-particle-tap = 4.3 g / cm 3) manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., which is a copper fine powder produced by a wet method. use.
「高沸点の非極性有機溶剤」として、日本乳化剤製トリプロピレングリコールを使用する。 As a “high-boiling nonpolar organic solvent”, tripropylene glycol manufactured by Nippon Emulsifier is used.
三井金属(株)製1050Y95.2質量部、日本乳化剤製トリプロピレングリコール4.8質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、分散溶媒中に銅微細粉末を均一に分散させ、「ペースト状の分散液」を調製する。 1050Y95.2 parts by mass manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd. and 4.8 parts by mass of tripropylene glycol manufactured by Nippon Emulsifier Co. The mixture is stirred with a stirring deaerator to uniformly disperse the copper fine powder in the dispersion solvent, thereby preparing a “pasty dispersion”.
金属銅(バルク)の密度ρCu-bulk=8.94g/cm3であるので、調製された「ペースト状の分散液」中に含まれる、銅微細粉末の体積比率VCu-fine-particleは、VCu-fine-particle=69.35体積%である。「溶剤」の体積比率Vsolventは、Vsolvent=30.65体積%である。 Since the density of metallic copper (bulk) is ρCu-bulk = 8.94 g / cm 3, the volume ratio VCu-fine-particle of the copper fine powder contained in the prepared “pasty dispersion” is VCu− fine-particle = 69.35% by volume. The volume ratio Vsolvent of “solvent” is Vsolvent = 30.65% by volume.
調製された「ペースト状の分散液」の液粘度は、132Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。 The liquid viscosity of the prepared “pasty dispersion liquid” was 132 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
調製された「ペースト状の分散液」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=40μmであった。 The prepared “pasty dispersion” was applied in a 10 mm × 50 mm pattern on a slide glass. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 40 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、実施例1に記載の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銅粉末と銅微細粉末の焼成を行った。 For the paste coating film, using a Nissin plasma baking furnace, the procedure described in Example 1 was followed by a “preheating drying (solvent removal) step”, “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “micro A wave plasma irradiation (plasma firing) step "was performed, and the copper powder and the copper fine powder contained in the paste coating film were fired.
得られた焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、tCu-sintered layer=32μmであった。該焼成物について、シート抵抗値の測定を試みたが、測定可能な範囲を超えていることが判明した。すなわち、「体積固有抵抗率」が、1000μΩ・cmを遥かに超えているため、シート抵抗値の測定が困難であることが判明した。 The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product was tCu-sintered layer = 32 μm. For the fired product, an attempt was made to measure the sheet resistance value, but it was found that it exceeded the measurable range. That is, since the “volume resistivity” far exceeds 1000 μΩ · cm, it has been found that it is difficult to measure the sheet resistance value.
得られる焼成物が、「バルク金属銅厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerは、tCu-bulk layer=tpaste・{VCu-fine-particle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tCu-sintered layerは、「バルク金属銅厚膜」の膜厚tCu-bulk layerより厚く、比tCu-bulk layer/tCu-sintered layerは、86.7/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=13.3体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal copper thick film”, the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film” is tCu-bulk layer = tpaste · {VCu-fine-particle} / Estimated to be 100% by volume. The average film thickness tCu-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tCu-bulk layer of the “bulk metal copper thick film”, and the ratio tCu-bulk layer / tCu-sintered layer is 86.7 / 100. It has become. In other words, the “void ratio” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 13.3 volume%.
比較例3の「ペースト状の分散液」を使用して作製された焼成物の表面形状を、SEM観測したところ、「銅微細粉末」の凝集体ではあるが、「ボイド」構造が高い密度で観察される。 When the surface shape of the fired product produced using the “paste-like dispersion liquid” of Comparative Example 3 was observed by SEM, it was an aggregate of “copper fine powder”, but the “void” structure had a high density. Observed.
比較例3の「ペースト状の分散液」の塗布膜に対して、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」を施し、溶剤を蒸散させると、銅微細粉末が緻密に積層された形状の「乾燥処理済塗布膜」が得られる。該「乾燥処理済塗布膜」を構成する、銅微細粉末は、「タップ密度」の測定時の同じ緻密さで積層していると推断される。 When the “preliminary drying (solvent removal) step” is performed on the coating film of the “paste-like dispersion liquid” of Comparative Example 3 and the solvent is evaporated, the “drying” of the shape in which the copper fine powder is densely laminated is performed. A “treated coating film” is obtained. It is presumed that the copper fine powder constituting the “dried coating film” is laminated with the same denseness when measuring the “tap density”.
金属銅(バルク)の密度ρCu-bulk=8.94g/cm3に対して、「銅微細粉末」のタップ密度はρCu-fine-particle-tap=4.3g/cm3であるので、緻密に積層されている「銅微細粉末」中に存在する「空隙率」:Vempty-space体積%は、{1−(ρCu-fine-particle-tap/ρCu-bulk)}・100体積%と見積もることが可能である。実際に、{1−(ρCu-fine-particle-tap/ρCu-bulk)}・100体積%={1−(4.3g/cm3/8.94g/cm3)}・100体積%=51.9体積%と見積もられる。 The density of metallic copper (bulk) ρCu-bulk = 8.94g / cm3, whereas the tap density of “copper fine powder” is ρCu-fine-particle-tap = 4.3g / cm3. "Void fraction" existing in "copper fine powder": Vempty-space volume% can be estimated as {1- (ρCu-fine-particle-tap / ρCu-bulk)} · 100 volume% is there. Actually, {1- (ρCu-fine-particle-tap / ρCu-bulk)} · 100 volume% = {1- (4.3 g / cm 3 /8.94 g / cm 3)} · 100 volume% = 51.9 Estimated as volume%.
「ペースト状の分散液」中に含まれる「溶剤」の体積比率Vsolventは、Vsolvent=30.65体積%であり、緻密に積層されている「銅微細粉末」中に存在する「空隙率」:Vempty-space体積%よりも遥かに小さい。 The volume ratio Vsolvent of the “solvent” contained in the “pasty dispersion” is Vsolvent = 30.65% by volume, and the “porosity” present in the densely laminated “copper fine powder”: Much smaller than Vempty-space volume%.
「銀厚膜形成用材料」
(実施例15)
本実施例15の銀厚膜形成用材料は、下記の原料を用いて、「導電性銀ペースト」の形状に調製されている。
"Material for forming silver thick film"
(Example 15)
The material for forming a silver thick film of Example 15 is prepared in the shape of “conductive silver paste” using the following raw materials.
銀マイクロ粒子として、湿式法で作製される銀微細粉末である、DOWAエレクトロニクス(株)製AG−5−7F(平均粒子径dAg-particle3μm、タップ密度ρAg- particle-tap 5.9g/cm3)を使用する。 AG-5-7F (average particle diameter dAg-particle 3 μm, tap density ρAg-particle-tap 5.9 g / cm 3) manufactured by DOWA Electronics Co., Ltd., which is a fine silver powder produced by a wet method, as silver microparticles use.
銀ナノ粒子分散液として、ハリマ化成製銀ナノ粒子を利用する。該分散液中に分散されている、銀ナノ粒子の平均粒子径dAg-nanoparticleは、62nmである。この銀ナノ粒子の表面には、被覆剤分子(2−エチルヘキサン酸とドデシルアミン)の表面被覆分子層が形成されている。「被覆剤分子」として、2−エチルヘキサン酸(分子量144.21、沸点228℃、密度ρcoating-molecule-acid 0.90g/cm3)と、ドデシルアミン(分子量185.34、沸点247℃、密度ρcoating-molecule-amine 0.7841g/cm3(40℃))を使用している。2−エチルヘキサン酸とドデシルアミンの含有比率は、(2−エチルヘキサン酸:ドデシルアミン)=(0.28質量部:0.36質量部)、従って、モル比率で、2−エチルヘキサン酸:ドデシルアミン=1モル:1モルに選択されている。 Harima Kasei silver nanoparticles are used as the silver nanoparticle dispersion. The average particle diameter dAg-nanoparticle of the silver nanoparticles dispersed in the dispersion is 62 nm. On the surface of the silver nanoparticles, a surface coating molecular layer of coating molecules (2-ethylhexanoic acid and dodecylamine) is formed. As "coating agent molecules", 2-ethylhexanoic acid (molecular weight 144.21, boiling point 228 ° C, density ρcoating-molecule-acid 0.90 g / cm3) and dodecylamine (molecular weight 185.34, boiling point 247 ° C, density ρcoating -molecule-amine 0.7841 g / cm3 (40 ° C.)). The content ratio of 2-ethylhexanoic acid and dodecylamine is (2-ethylhexanoic acid: dodecylamine) = (0.28 parts by mass: 0.36 parts by mass). Dodecylamine = 1 mol: 1 mol is selected.
「銀ナノ粒子分散液」中に含有される「銀ナノ粒子」も、最密充填状態で積層した場合、その嵩密度(タップ密度)は、金属銀(バルク)の密度ρAg-bulk=10.49g/cm3に対して、約2/3程度と見積もられる。すなわち、「銀ナノ粒子分散液」に含有される「銀ナノ粒子」の嵩密度(タップ密度)ρAg-nanoparticleは、7.0g/cm3程度と見積もられる。 When “silver nanoparticles” contained in the “silver nanoparticle dispersion liquid” are also laminated in a close-packed state, the bulk density (tap density) is the density of metallic silver (bulk) ρAg-bulk = 10. It is estimated to be about 2/3 for 49 g / cm3. That is, the bulk density (tap density) ρAg-nanoparticle of the “silver nanoparticles” contained in the “silver nanoparticle dispersion liquid” is estimated to be about 7.0 g / cm 3.
高沸点溶剤として、1−デカノール(融点6.4℃、沸点232.9℃、密度ρsolvent 0.829g/cm3)を使用する。 1-decanol (melting point 6.4 ° C., boiling point 232.9 ° C., density ρsolvent 0.829 g / cm 3) is used as the high boiling point solvent.
DOWAエレクトロニクス(株)製AG−5−7F8質量部、ハリマ化成製銀ナノ粒子2質量部、その被覆剤分子0.1質量部、1−デカノール1.6質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、銀粉末を均一に分散させ、導電性銀ペーストを得る。 AG-5-7F8 parts by mass of DOWA Electronics Co., Ltd., 2 parts by mass of Harima Kasei silver nanoparticles, 0.1 parts by mass of the coating molecule, and 1.6 parts by mass of 1-decanol are mixed uniformly. Stir with a stirring deaerator to disperse the silver powder uniformly to obtain a conductive silver paste.
調製された「導電性銀ペースト」中に含まれる、銀粉末の体積比率VAg-particle、銀ナノ粒子の体積比率VAg-nanoparticleは、VAg-particle=25.39体積%;VAg-nanoparticle=6.35体積%である。「被覆剤分子」の体積比率Vcoating-moleculeと、「溶剤」の体積比率Vsolventの合計は、{Vcoating-molecule+Vsolvent}=(4.01+64.25)体積%=68.26体積%である。 The volume ratio VAg-particle of silver powder and the volume ratio VAg-nanoparticle of silver nanoparticles contained in the prepared “conductive silver paste” are VAg-particle = 25.39 vol%; VAg-nanoparticle = 6. 35% by volume. The sum of the volume ratio Vcoating-molecule of “coating agent molecule” and the volume ratio Vsolvent of “solvent” is {Vcoating-molecule + Vsolvent} = (4.01 + 64.25) volume% = 68.26 volume%.
なお、銀粉末の体積比率VAg-particleと、銀ナノ粒子の体積比率VAg-nanoparticleの比は、VAg-particle:VAg-nanoparticle=100:25.0と算出される。
{VAg-particle+VAg-nanoparticle}/{Vcoating-molecule+Vsolvent}=31.74:68.26である。
The ratio of the volume ratio VAg-particle of silver powder to the volume ratio VAg-nanoparticle of silver nanoparticles is calculated as VAg-particle: VAg-nanoparticle = 100: 25.0.
{VAg-particle + VAg-nanoparticle} / {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 31.74: 68.26.
調製された「導電性銀ペースト」の液粘度は、60Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。 The liquid viscosity of the prepared “conductive silver paste” was 60 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
「導電性銀ペースト」中、銀ナノ粒子は、その表面に「被覆剤分子」からなる被覆剤分子層を形成して、「溶剤」の1−デカノール中に均一に分散されている。その際、「溶剤」の1−デカノール中には、「被覆剤分子」が溶解している。銀ナノ粒子表面に被覆剤分子層を形成している「被覆剤分子」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseとの間で、解離平衡が達成されている。 In the “conductive silver paste”, the silver nanoparticles are uniformly dispersed in 1-decanol of “solvent” by forming a coating molecule layer composed of “coating molecule” on the surface thereof. At that time, “coating agent molecule” is dissolved in 1-decanol of “solvent”. Surface density Ccoating-molecule-surface of “coating molecule” forming coating molecule layer on silver nanoparticle surface and concentration of “coating molecule” dissolved in “solvent” Ccoating-molecule-liquid A dissociation equilibrium is achieved with -phase.
実施例16の「導電性銀ペースト」でも、ΣSAg-nanoparticle≫ΣSAg-particleの関係になっている。 The “conductive silver paste” of Example 16 also has a relationship of ΣSAg-nanoparticle >> ΣSAg-particle.
従って、銀ナノ粒子の表面を被覆する「被覆剤分子」の量Mcoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」の量Mcoating-molecule-liquid-phaseの合計は、「導電性銀ペースト」中に含まれる「被覆剤分子」の総量Mcoating-moleculeと見做せる(Mcoating-molecule=Mcoating-molecule-surface+Mcoating-molecule-liquid-phase)。 Therefore, the sum of the amount “coating molecule” covering the surface of the silver nanoparticles Mcoating-molecule-surface and the amount “coating molecule” dissolved in the “solvent” Mcoating-molecule-liquid-phase is The total amount of “coating agent molecules” contained in the “conductive silver paste” Mcoating-molecule (Mcoating-molecule = Mcoating-molecule-surface + Mcoating-molecule-liquid-phase).
調製された「導電性銀ペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=30μmであった。 The prepared “conductive silver paste” was applied on a slide glass in a pattern of 10 mm × 50 mm. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 30 μm.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、下記の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銀粉末と銀ナノ粒子の焼成を行った。 Using a Nissin plasma baking furnace, the paste coating film was subjected to the following procedures according to the following procedures: “preheating drying (solvent removal) step”, “vacuum drying (organic matter removal) step”, “microwave plasma irradiation ( Plasma firing) step ”was performed, and the silver powder and silver nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」として、ニッシン製プラズマ焼成炉内で、大気圧下、ステージ温度100℃で予備加熱を180秒間行う。「減圧乾燥(有機物除去)工程」として、ステージ温度100℃に維持した状態で、「真空引き」を60秒間行い、プラズマ焼成炉内を減圧状態に保持する。該減圧状態における、プラズマ焼成炉内の圧力は、10Pa以下に保持されている。 As a “preheating drying (solvent removal) step”, preheating is performed for 180 seconds at a stage temperature of 100 ° C. under atmospheric pressure in a Nissin plasma baking furnace. As the “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “evacuation” is performed for 60 seconds while maintaining the stage temperature at 100 ° C., and the inside of the plasma firing furnace is maintained in a reduced pressure state. The pressure in the plasma baking furnace in the reduced pressure state is maintained at 10 Pa or less.
「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」では、まず、ステージ温度100℃に維持した状態で、プラズマ焼成炉内に、流速50sccmでヘリウム-3%水素を30秒間導入する。プラズマ焼成炉内の圧力を、10Paに制御した上で、マイクロ波(周波数2.4GHz)を高周波電源(周波数2.4GHz)から高周波電力1.5kWで供給し、ヘリウム-3%水素ガスにマイクロ波プラズマを発生させる。ステージ温度100℃に維持した状態で、マイクロ波プラズマ照射を120秒間続け、プラズマ焼成処理を施す。該ヘリウム-3%水素ガスからなる、還元性雰囲気下、発生したマイクロ波プラズマの照射によって、ペースト塗布膜中に含まれている、銀粉末と銀ナノ粒子の焼成がなされる。 In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”, helium-3% hydrogen is first introduced into the plasma firing furnace at a flow rate of 50 sccm for 30 seconds while the stage temperature is maintained at 100 ° C. After controlling the pressure in the plasma firing furnace to 10 Pa, a microwave (frequency 2.4 GHz) is supplied from a high frequency power source (frequency 2.4 GHz) at a high frequency power of 1.5 kW, and helium-3% hydrogen gas is micronized. Generate wave plasma. In a state where the stage temperature is maintained at 100 ° C., microwave plasma irradiation is continued for 120 seconds to perform plasma baking. The silver powder and silver nanoparticles contained in the paste coating film are fired by irradiation of the generated microwave plasma in a reducing atmosphere made of the helium-3% hydrogen gas.
得られた焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、tAg-sintered layer=15μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、3.8μΩ・cmであった。 The average film thickness tAg-sintered layer of the obtained fired product was tAg-sintered layer = 15 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 3.8 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銀厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銀厚膜」の膜厚tAg-bulk layerは、tAg-bulk layer=tpaste・{VAg-particle+VAg-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、「バルク金属銀厚膜」の膜厚tAg-bulk layerより厚く、比tAg-bulk layer/tAg-sintered layerは、63.48/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=36.52体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal silver thick film”, the film thickness tAg-bulk layer of the “bulk metal silver thick film” is tAg-bulk layer = tpaste · {VAg-particle + VAg-nanoparticle} / Estimated to be 100% by volume. The average film thickness tAg-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tAg-bulk layer of the “bulk metal silver thick film”, and the ratio tAg-bulk layer / tAg-sintered layer is 63.48 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 36.52% by volume.
金属銀の抵抗率 1.587μΩ・cm(20℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 3.8μΩ・cmは、2.4倍となっている。 The volume specific resistivity 3.8 μΩ · cm of the obtained fired product is 2.4 times that of the resistivity of metallic silver 1.587 μΩ · cm (20 ° C.).
なお、該「導電性銀ペースト」の塗布膜中に含まれる「銀粉末」が、嵩密度(タップ密度)ρAg-particle-tap 5.9g/cm3の緻密な積層構造を形成すると、該「銀粉末」の積層構造の平均厚さtAg-particle-layerは、tAg-particle-layer=tpaste・(VAg-particle/100体積)・(ρAg-bulk/ρAg-particle-tap)と見積もられる。tAg-particle-layer=tpaste・(VAg-particle/100体積)(ρAg-bulk/ρAg-particle-tap)=30μm・(25.39体積%/100体積)・(10.49/5.9)=13.54μmと見積もられる。 When the “silver powder” contained in the coating film of the “conductive silver paste” forms a dense laminated structure having a bulk density (tap density) ρAg-particle-tap of 5.9 g / cm 3, the “silver powder” The average thickness tAg-particle-layer of the laminated structure of “powder” is estimated as tAg-particle-layer = tpaste · (VAg-particle / 100 volume) · (ρAg-bulk / ρAg-particle-tap). tAg-particle-layer = tpaste · (VAg-particle / 100 volume) (ρAg-bulk / ρAg-particle-tap) = 30 μm · (25.39% by volume / 100 volume) · (10.49 / 5.9) = 13.54 μm.
なお、該「銀粉末」の積層構造中に存在する「隙間」は、{1−(ρAg-particle-tap/ρAg-bulk)}・{VAg-particle}・(ρAg-bulk/ρAg-particle-tap)体積%と見積もることが可能である。{1−(ρAg-particle-tap/ρAg-bulk)}・{VAg-particle}・(ρAg-bulk/ρAg-particle-tap)={1−(5.9/10.49)}・{25.39体積%}・(10.49/5.9)=19.75体積%と見積もられる。「銀ナノ粒子」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VAg-nanoparticle・(ρAg-bulk/ρAg-nanoparticle-tap)は、VAg-nanoparticle・(ρAg-bulk/ρAg-nanoparticle-tap)=6.35体積%・(10.49/7.0)=9.52体積%と見積もられる。また、銀ナノ粒子の体積比率VAg-nanoparticleと、「被覆剤分子」の体積比率Vcoating-moleculeの和(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)は、(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)=(6.35+4.01)=10.36体積%である。見積もられる「銀粉末」の積層構造中に存在する「隙間」の体積比率よりも、和(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)が小さくなっている。 The “gap” existing in the laminated structure of the “silver powder” is {1- (ρAg-particle-tap / ρAg-bulk)} · {VAg-particle} · (ρAg-bulk / ρAg-particle- tap) volume% can be estimated. {1- (ρAg-particle-tap / ρAg-bulk)} · {VAg-particle} · (ρAg-bulk / ρAg-particle-tap) = {1- (5.9 / 10.49)} · {25 .39% by volume} · (10.49 / 5.9) = 19.75% by volume. “Bulk” when “silver nanoparticles” are assembled in a close-packed state: VAg-nanoparticle (ρAg-bulk / ρAg-nanoparticle-tap) is VAg-nanoparticle (ρAg-bulk / ρAg-nanoparticle-tap) ) = 6.35% by volume · (10.49 / 7.0) = 9.52% by volume. Further, the sum of the volume ratio Vag-nanoparticle of silver nanoparticles and the volume ratio Vcoating-molecule of the “coating agent molecule” (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) is (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) = (6.35 + 4.01) = 10.36 vol%. The sum (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) is smaller than the volume ratio of “gap” existing in the estimated laminated structure of “silver powder”.
一方、得られた焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、「銀粉末」の積層構造の平均厚さtAg-particle-layerより厚くなっている。勿論、「乾燥処理済塗布膜」の平均膜厚tdried-pasteは、得られた焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerと同程度と予測される。従って、「乾燥処理済塗布膜」は、「銀粉末」の積層構造の平均厚さtAg-particle-layerに相当する下層と、その上面に「銀ナノ粒子」の積層構造からなる上層が形成された「二層構造」を構成していると推断される。「銀ナノ粒子」の積層構造からなる上層の平均厚さtAg-nanoparticle-upper-layerは、(tdried-paste−tAg-particle-layer)=(tAg-sintered layer−tAg-particle-layer)=1.46μm程度と推定される。 On the other hand, the average film thickness tAg-sintered layer of the fired product is thicker than the average thickness tAg-particle-layer of the “silver powder” laminated structure. Of course, the average film thickness tdried-paste of the “dried coating film” is predicted to be approximately the same as the average film thickness tAg-sintered layer of the obtained fired product. Therefore, the “dried coating film” has a lower layer corresponding to the average thickness tAg-particle-layer of the laminated structure of “silver powder” and an upper layer made of a laminated structure of “silver nanoparticles” on the upper surface. It is presumed that it constitutes a “two-layer structure”. The average thickness tAg-nanoparticle-upper-layer of the layered structure of “silver nanoparticles” is (tdried-paste-tAg-particle-layer) = (tAg-sintered layer-tAg-particle-layer) = 1 It is estimated to be about .46 μm.
(実施例16)
本実施例16では、実施例15で調製される「導電性銀ペースト」を使用し、実施例16に記載するプラズマ焼成条件と同じプラズマ焼成条件を採用して、実施例15と異なる膜厚の銀厚膜の形成を行っている。
(Example 16)
In this Example 16, the “conductive silver paste” prepared in Example 15 was used, and the same plasma baking condition as the plasma baking condition described in Example 16 was adopted. A thick silver film is formed.
ペースト塗布膜の平均厚さtpasteを、tpaste=60μmに選択し、実施例15と同じ条件で、ペースト塗布膜中に含まれている、銀粉末と銀ナノ粒子の焼成をおこなった。 The average thickness tpaste of the paste coating film was selected to be tpaste = 60 μm, and the silver powder and silver nanoparticles contained in the paste coating film were fired under the same conditions as in Example 15.
得られた焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、tAg-sintered layer=32μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、5.5μΩ・cmであった。 The average film thickness tAg-sintered layer of the obtained fired product was tAg-sintered layer = 32 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 5.5 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銀厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銀厚膜」の膜厚tAg-bulk layerは、tAg-bulk layer=tpaste・{VAg-particle+VAg-nanoparticle}/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、「バルク金属銀厚膜」の膜厚tAg-bulk layerより厚く、比tAg-bulk layer/tAg-sintered layerは、59.51/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=40.49体積%と見積もられる。 Assuming that the resulting fired product is a “bulk metal silver thick film”, the film thickness tAg-bulk layer of the “bulk metal silver thick film” is tAg-bulk layer = tpaste · {VAg-particle + VAg-nanoparticle} / Estimated to be 100% by volume. The average film thickness tAg-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tAg-bulk layer of the “bulk metal silver thick film”, and the ratio tAg-bulk layer / tAg-sintered layer is 59.51 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 40.49% by volume.
金属銀の抵抗率 1.587μΩ・cm(20℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 5.5μΩ・cmは、3.46倍となっている。 The volume resistivity of 5.5 μΩ · cm of the obtained fired product is 3.46 times that of the resistivity of metallic silver of 1.587 μΩ · cm (20 ° C.).
なお、該「導電性銀ペースト」の塗布膜中に含まれる「銀粉末」が、嵩密度(タップ密度)ρAg-particle-tap 5.9g/cm3の緻密な積層構造を形成すると、該「銀粉末」の積層構造の平均厚さtAg-particle-layerは、tAg-particle-layer=tpaste・(VAg-particle/100体積)・(ρAg-bulk/ρAg-particle-tap)と見積もられる。tAg-particle-layer=tpaste・(VAg-particle/100体積)(ρAg-bulk/ρAg-particle-tap)=60μm・(25.39体積%/100体積)・(10.49/5.9)=27.09μmと見積もられる。 When the “silver powder” contained in the coating film of the “conductive silver paste” forms a dense laminated structure having a bulk density (tap density) ρAg-particle-tap of 5.9 g / cm 3, the “silver powder” The average thickness tAg-particle-layer of the laminated structure of “powder” is estimated as tAg-particle-layer = tpaste · (VAg-particle / 100 volume) · (ρAg-bulk / ρAg-particle-tap). tAg-particle-layer = tpaste · (VAg-particle / 100 volume) (ρAg-bulk / ρAg-particle-tap) = 60 μm · (25.39% by volume / 100 volume) · (10.49 / 5.9) = 27.09 μm.
なお、該「銀粉末」の積層構造中に存在する「隙間」は、{1−(ρAg-particle-tap/ρAg-bulk)}・{VAg-particle}・(ρAg-bulk/ρAg-particle-tap)体積%と見積もることが可能である。{1−(ρAg-particle-tap/ρAg-bulk)}・{VAg-particle}・(ρAg-bulk/ρAg-particle-tap)={1−(5.9/10.49)}・{25.39体積%}・(10.49/5.9)=19.75体積%と見積もられる。「銀ナノ粒子」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VAg-nanoparticle・(ρAg-bulk/ρAg-nanoparticle-tap)は、VAg-nanoparticle・(ρAg-bulk/ρAg-nanoparticle-tap)=6.35体積%・(10.49/7.0)=9.52体積%と見積もられる。また、銀ナノ粒子の体積比率VAg-nanoparticleと、「被覆剤分子」の体積比率Vcoating-moleculeの和(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)は、(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)=(6.35+4.01)=10.36体積%である。見積もられる「銀粉末」の積層構造中に存在する「隙間」の体積比率よりも、和(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)が小さくなっている。 The “gap” existing in the laminated structure of the “silver powder” is {1- (ρAg-particle-tap / ρAg-bulk)} · {VAg-particle} · (ρAg-bulk / ρAg-particle- tap) volume% can be estimated. {1- (ρAg-particle-tap / ρAg-bulk)} · {VAg-particle} · (ρAg-bulk / ρAg-particle-tap) = {1- (5.9 / 10.49)} · {25 .39% by volume} · (10.49 / 5.9) = 19.75% by volume. “Bulk” when “silver nanoparticles” are assembled in a close-packed state: VAg-nanoparticle (ρAg-bulk / ρAg-nanoparticle-tap) is VAg-nanoparticle ) = 6.35% by volume · (10.49 / 7.0) = 9.52% by volume. Further, the sum of the volume ratio Vag-nanoparticle of silver nanoparticles and the volume ratio Vcoating-molecule of the “coating agent molecule” (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) is (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) = (6.35 + 4.01) = 10.36 vol%. The sum (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) is smaller than the volume ratio of “gap” existing in the estimated laminated structure of “silver powder”.
得られた焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、「銀粉末」の積層構造の平均厚さtAg-particle-layerより遥かに厚くなっている。その際、「乾燥処理済塗布膜」の平均膜厚tdried-pasteは、得られた焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerと同程度と予測される。従って、「乾燥処理済塗布膜」は、「銀粉末」の積層構造の平均厚さtAg-particle-layerに相当する下層と、その上面に「銀ナノ粒子」の積層構造からなる上層が形成された「二層構造」を構成していると推断される。「銀ナノ粒子」の積層構造からなる上層の平均厚さtAg-nanoparticle-upper-layerは、(tdried-paste−tAg-particle-layer)=(tAg-sintered layer−tAg-particle-layer)=4.91μm程度と推定される。 The average film thickness tAg-sintered layer of the fired product obtained is much thicker than the average thickness tAg-particle-layer of the laminated structure of “silver powder”. At that time, the average film thickness tdried-paste of the “dried coating film” is predicted to be about the same as the average film thickness tAg-sintered layer of the obtained fired product. Therefore, the “dried coating film” has a lower layer corresponding to the average thickness tAg-particle-layer of the laminated structure of “silver powder” and an upper layer made of a laminated structure of “silver nanoparticles” on the upper surface. It is presumed that it constitutes a “two-layer structure”. The average thickness tAg-nanoparticle-upper-layer of the laminated layer of “silver nanoparticles” is (tdried-paste-tAg-particle-layer) = (tAg-sintered layer-tAg-particle-layer) = 4 It is estimated to be about 91 μm.
(比較例4)
比較例4では、実施例16の「導電性銀ペースト」の調製に利用されている、「ハリマ化成製銀ナノ粒子」を採用して、銀粉末を含有してなく、銀ナノ粒子が高沸点溶剤中に分散されている「銀ナノ粒子分散液」を調製している。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, “Harima Kasei Silver Nanoparticles” used in the preparation of “Conductive Silver Paste” of Example 16 was adopted, and the silver nanoparticles were not contained and the silver nanoparticles had a high boiling point. A “silver nanoparticle dispersion liquid” dispersed in a solvent is prepared.
比較例4の「銀ナノ粒子分散液」に分散されている、銀ナノ粒子の平均粒子径dAg-nanoparticleは、62nmである。この銀ナノ粒子の表面には、被覆剤分子(2−エチルヘキサン酸とドデシルアミン)の表面被覆分子層が形成されている。「被覆剤分子」として、2−エチルヘキサン酸とドデシルアミンを使用している。2−エチルヘキサン酸とドデシルアミンの含有比率は、モル比率で、2−エチルヘキサン酸:ドデシルアミン=1モル:1モルに選択されている。 The average particle diameter dAg-nanoparticle of the silver nanoparticles dispersed in the “silver nanoparticle dispersion liquid” of Comparative Example 4 is 62 nm. On the surface of the silver nanoparticles, a surface coating molecular layer of coating molecules (2-ethylhexanoic acid and dodecylamine) is formed. 2-Ethylhexanoic acid and dodecylamine are used as “coating agent molecules”. The content ratio of 2-ethylhexanoic acid and dodecylamine is selected as a molar ratio of 2-ethylhexanoic acid: dodecylamine = 1 mol: 1 mol.
高沸点溶剤として、1−デカノールを使用している。 1-decanol is used as the high boiling point solvent.
比較例4の「銀ナノ粒子分散液」中には、ハリマ化成製銀ナノ粒子2質量部当たり、その被覆剤分子0.1質量部、1−デカノール0.3質量部が含まれている。 The “silver nanoparticle dispersion liquid” of Comparative Example 4 contains 0.1 part by mass of the coating agent molecule and 0.3 part by mass of 1-decanol per 2 parts by mass of Harima Kasei silver nanoparticles.
該「銀ナノ粒子分散液」中に含まれる、「銀ナノ粒子」の体積比率VAg-nanoparticleは、VAg-nanoparticle=28.33体積%;「被覆剤分子」の体積比率Vcoating-moleculeは、Vcoating-molecule=18.02体積%;「溶剤」の体積比率Vsolventは、Vsolvent=53.65体積%である。従って、「被覆剤分子」の体積比率Vcoating-moleculeと、「溶剤」の体積比率Vsolventの合計は、{Vcoating-molecule+Vsolvent}=71.67体積%である。
{VAg-nanoparticle}/{Vcoating-molecule+Vsolvent}=28.33:71.67である。
The volume ratio VAg-nanoparticle of “silver nanoparticles” contained in the “silver nanoparticle dispersion liquid” is VAg-nanoparticle = 28.33% by volume; the volume ratio Vcoating-molecule of “coating agent molecule” is Vcoating -molecule = 18.02% by volume; The volume ratio Vsolvent of “solvent” is Vsolvent = 53.65% by volume. Therefore, the sum of the volume ratio Vcoating-molecule of the “coating agent molecule” and the volume ratio Vsolvent of the “solvent” is {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 71.67 volume%.
{VAg-nanoparticle} / {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 28.33: 71.67.
比較例4の「銀ナノ粒子分散液」の液粘度は、55Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。 The liquid viscosity of the “silver nanoparticle dispersion liquid” in Comparative Example 4 was 55 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
比較例4の「銀ナノ粒子分散液」中、銀ナノ粒子は、その表面に「被覆剤分子」からなる被覆剤分子層を形成して、「溶剤」の1−デカノール中に均一に分散されている。その際、「溶剤」の1−デカノール中には、「被覆剤分子」が溶解している。銀ナノ粒子表面に被覆剤分子層を形成している「被覆剤分子」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseとの間で、解離平衡が達成されている。 In the “silver nanoparticle dispersion liquid” of Comparative Example 4, the silver nanoparticles are uniformly dispersed in 1-decanol of “solvent” by forming a coating molecule layer composed of “coating molecule” on the surface thereof. ing. At that time, “coating agent molecule” is dissolved in 1-decanol of “solvent”. Surface density Ccoating-molecule-surface of “coating molecule” forming coating molecule layer on silver nanoparticle surface and concentration of “coating molecule” dissolved in “solvent” Ccoating-molecule-liquid A dissociation equilibrium is achieved with -phase.
実施例15の「導電性銀ペースト」中、「被覆剤分子」/「溶剤」の含有量比は、0.1質量部/1.6質量部であるが、比較例4の「銀ナノ粒子分散液」中、「被覆剤分子」/「溶剤」の含有量比は、0.1質量部/0.3質量部である。従って、実施例16の「導電性銀ペースト」中において、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseは、比較例4の「銀ナノ粒子分散液」中において、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseと、同じ程度と推断される。その際、比較例4の「銀ナノ粒子分散液」中、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」の量Mcoating-molecule-liquid-phaseは、実施例15の「導電性銀ペースト」中、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」の量Mcoating-molecule-liquid-phaseよりも、相当に少ないと判断される。換言すると、比較例4の「銀ナノ粒子分散液」中、「銀ナノ粒子」の表面に形成されている「被覆剤分子層」に含まれる「被覆剤分子」の量Mcoating-molecule-surfaceは、実施例15の「導電性銀ペースト」中、「銀ナノ粒子」の表面に形成されている「被覆剤分子層」に含まれる「被覆剤分子」の量Mcoating-molecule-surfaceと比較すると、相当に多いと判断される。実施例15の「導電性銀ペースト」中、「銀ナノ粒子」の表面に形成されている「被覆剤分子層」の膜厚tcoating-moleculeと比較し、比較例4の「銀ナノ粒子分散液」中、「銀ナノ粒子」の表面に形成されている「被覆剤分子層」の膜厚tcoating-moleculeは、相当に厚いと判断される。 In the “conductive silver paste” of Example 15, the content ratio of “covering agent molecule” / “solvent” is 0.1 parts by mass / 1.6 parts by mass. In the “dispersion”, the content ratio of “coating agent molecule” / “solvent” is 0.1 part by mass / 0.3 part by mass. Accordingly, the concentration Ccoating-molecule-liquid-phase of the “coating agent molecule” dissolved in the “solvent” in the “conductive silver paste” of Example 16 is the “silver nanoparticle dispersion liquid of Comparative Example 4”. ”Is estimated to be the same as the concentration Ccoating-molecule-liquid-phase of the“ coating molecule ”dissolved in the“ solvent ”. At that time, the amount Mcoating-molecule-liquid-phase of the “coating agent molecule” dissolved in the “solvent” in the “silver nanoparticle dispersion liquid” of Comparative Example 4 was the “conductive silver paste of Example 15”. The amount of the “coating agent molecule” dissolved in the “solvent” is determined to be considerably less than the Mcoating-molecule-liquid-phase. In other words, in the “silver nanoparticle dispersion” of Comparative Example 4, the amount “coating molecule” included in the “coating molecule layer” formed on the surface of the “silver nanoparticle” Mcoating-molecule-surface is In the “conductive silver paste” of Example 15, the amount of “coating molecule” contained in the “coating molecule layer” formed on the surface of “silver nanoparticles”, compared to the Mcoating-molecule-surface, It is judged that there are many. Compared to the film thickness tcoating-molecule of the “coating agent molecular layer” formed on the surface of “silver nanoparticles” in the “conductive silver paste” of Example 15, “silver nanoparticle dispersion liquid” of Comparative Example 4 The film thickness tcoating-molecule of the “coating molecule layer” formed on the surface of the “silver nanoparticles” is determined to be considerably thick.
調製されたペースト状の「銀ナノ粒子分散液」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=30μmであった。 The prepared paste-like “silver nanoparticle dispersion liquid” was applied on a slide glass in a pattern of 10 mm × 50 mm. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 30 μm.
該「銀ナノ粒子分散液」塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、下記の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、「銀ナノ粒子分散液」塗布膜中に含まれている銀ナノ粒子の焼成を行った。 For the “silver nanoparticle dispersion” coating film, using a Nissin plasma firing furnace, the following procedure is followed: “preheating drying (solvent removal) step”, “vacuum drying (organic matter removal) step”, The “microwave plasma irradiation (plasma firing) step” was performed, and the silver nanoparticles contained in the “silver nanoparticle dispersion liquid” coating film were fired.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」として、ニッシン製プラズマ焼成炉内で、大気圧下、ステージ温度100℃で予備加熱を180秒間行う。「減圧乾燥(有機物除去)工程」として、ステージ温度100℃に維持した状態で、「真空引き」を60秒間行い、プラズマ焼成炉内を減圧状態に保持する。該減圧状態における、プラズマ焼成炉内の圧力は、10Pa以下に保持されている。 As a “preheating drying (solvent removal) step”, preheating is performed for 180 seconds at a stage temperature of 100 ° C. under atmospheric pressure in a Nissin plasma baking furnace. As the “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “evacuation” is performed for 60 seconds while maintaining the stage temperature at 100 ° C., and the inside of the plasma firing furnace is maintained in a reduced pressure state. The pressure in the plasma baking furnace in the reduced pressure state is maintained at 10 Pa or less.
「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」では、まず、ステージ温度100℃に維持した状態で、プラズマ焼成炉内に、流速50sccmでヘリウム-3%水素を30秒間導入する。プラズマ焼成炉内の圧力を、10Paに制御した上で、マイクロ波(周波数2.4GHz)を高周波電源(周波数2.4GHz)から高周波電力1.5kWで供給し、ヘリウム-3%水素ガスにマイクロ波プラズマを発生させる。ステージ温度100℃に維持した状態で、マイクロ波プラズマ照射を120秒間続け、プラズマ焼成処理を施す。該ヘリウム-3%水素ガスからなる、還元性雰囲気下、発生したマイクロ波プラズマの照射によって、「銀ナノ粒子分散液」塗布膜中に含まれている、銀ナノ粒子の焼成がなされる。 In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”, helium-3% hydrogen is first introduced into the plasma firing furnace at a flow rate of 50 sccm for 30 seconds while the stage temperature is maintained at 100 ° C. After controlling the pressure in the plasma firing furnace to 10 Pa, a microwave (frequency 2.4 GHz) is supplied from a high frequency power source (frequency 2.4 GHz) at a high frequency power of 1.5 kW, and helium-3% hydrogen gas is micronized. Generate wave plasma. In a state where the stage temperature is maintained at 100 ° C., microwave plasma irradiation is continued for 120 seconds to perform plasma baking. The silver nanoparticles contained in the “silver nanoparticle dispersion liquid” coating film are fired by irradiation of the generated microwave plasma made of the helium-3% hydrogen gas in a reducing atmosphere.
得られた焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、tAg-sintered layer=10μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、8.5μΩ・cmであった。 The average film thickness tAg-sintered layer of the obtained fired product was tAg-sintered layer = 10 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 8.5 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銀厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銀厚膜」の膜厚tAg-bulk layerは、tAg-bulk layer=tpaste・VAg-nanoparticle/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、「バルク金属銀厚膜」の膜厚tAg-bulk layerより厚く、比tAg-bulk layer/tAg-sintered layerは、84.99/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=15.01体積%と見積もられる。 Assuming that the obtained fired product is a “bulk metal silver thick film”, the film thickness tAg-bulk layer of the “bulk metal silver thick film” is tAg-bulk layer = tpaste · VAg-nanoparticle / 100 vol%. Estimated. The average film thickness tAg-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tAg-bulk layer of the “bulk metal silver thick film”, and the ratio tAg-bulk layer / tAg-sintered layer is 84.99 / 100. It has become. In other words, the “void ratio” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 15.01% by volume.
なお、平均厚さtpasteの「銀ナノ粒子分散液」塗布膜中に含有されている「銀ナノ粒子」が、嵩密度(タップ密度)ρAg-nanoparticle=7.0g/cm3の緻密な積層構造を形成すると、該「銀ナノ粒子」の積層構造の平均厚さtAg-nanoparticle-layerは、tAg-nanoparticle-layer=tAg-bulk layer・(ρAg-bulk/ρAg-nanoparticle)と見積もられる。tAg-nanoparticle-layer=tAg-bulk layer・(ρAg-bulk/ρAg-nanoparticle)=30μm・(28.33体積%/100体積%)・(10.49/7.0)=12.74μmと見積もられる。一方、平均厚さtpasteの「銀ナノ粒子分散液」塗布膜中に含有されている「銀ナノ粒子」と「被覆剤分子」の体積比率の和(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)は、46.35体積%である。「溶剤」が蒸散し、この「銀ナノ粒子」と「被覆剤分子」が積層構造を構成すると、その膜厚tpredried-layerは、tpredried-layer=tpaste・(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)/100体積%=30μm・(46.35体積%/100体積%)=13.90μmと見積もられる。 The “silver nanoparticles” contained in the “silver nanoparticle dispersion” coating film having an average thickness tpaste has a dense laminated structure with a bulk density (tap density) ρAg-nanoparticle = 7.0 g / cm 3. When formed, the average thickness tAg-nanoparticle-layer of the laminated structure of the “silver nanoparticles” is estimated as tAg-nanoparticle-layer = tAg-bulk layer · (ρAg-bulk / ρAg-nanoparticle). tAg-nanoparticle-layer = tAg-bulk layer · (ρAg-bulk / ρAg-nanoparticle) = 30 μm · (28.33 vol% / 100 vol%) · (10.49 / 7.0) = 12.74 μm It is. On the other hand, the sum of the volume ratios (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) of “silver nanoparticles” and “coating agent molecules” contained in the “silver nanoparticle dispersion” coating film having an average thickness tpaste is 46.35. % By volume. When the “solvent” evaporates and the “silver nanoparticles” and “coating agent molecules” form a laminated structure, the film thickness tpredried-layer is tpredried-layer = tpaste · (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) / 100 volume. % = 30 μm · (46.35% by volume / 100% by volume) = 13.90 μm.
実際に得られる焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、該「銀ナノ粒子」の積層構造の平均厚さtAg-nanoparticle-layerより薄い。また、実際に得られる焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、膜厚tpredried-layerより薄い。従って、「溶剤」、「被覆剤分子」の除去と、「銀ナノ粒子」の焼成に伴って、実際に得られる焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、「銀ナノ粒子」の積層構造の平均厚さtAg-nanoparticle-layerより薄くなっている。 The average film thickness tAg-sintered layer of the fired product actually obtained is thinner than the average thickness tAg-nanoparticle-layer of the laminated structure of the “silver nanoparticles”. Moreover, the average film thickness tAg-sintered layer of the fired product actually obtained is thinner than the film thickness tpredried-layer. Accordingly, the average film thickness tAg-sintered layer of the fired product actually obtained by removing the “solvent” and “coating agent molecule” and firing the “silver nanoparticles” is the laminated structure of “silver nanoparticles”. It is thinner than the average thickness of tAg-nanoparticle-layer.
金属銀の抵抗率 1.587μΩ・cm(20℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 8.5μΩ・cmは、5.3倍となっている。 The volume resistivity of 8.5 μΩ · cm of the obtained fired product is 5.3 times that of the resistivity of metallic silver of 1.587 μΩ · cm (20 ° C.).
(比較例5)
本比較例5では、比較例4で調製される「銀ナノ粒子分散液」を使用し、比較例4に記載するプラズマ焼成条件と同じプラズマ焼成条件を採用して、比較例4と異なる膜厚の導電性銀厚膜の形成を試みている。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, the “silver nanoparticle dispersion” prepared in Comparative Example 4 was used, and the same plasma baking conditions as those described in Comparative Example 4 were adopted. An attempt is made to form a thick conductive silver film.
「銀ナノ粒子分散液」塗布膜の平均厚さtpasteを、tpaste=60μmに選択し、比較例4と同じ条件で、「銀ナノ粒子分散液」塗布膜中に含まれている、銀ナノ粒子の焼成をおこなった。 Silver nanoparticles contained in the “silver nanoparticle dispersion” coating film under the same conditions as in Comparative Example 4 with the average thickness tpaste of the “silver nanoparticle dispersion liquid” coating film being selected as tpaste = 60 μm. Was fired.
得られた焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、tAg-sintered layer=28μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、2.0Ω・cm=2.0×106μΩ・cmであった。 The average thickness tAg-sintered layer of the obtained fired product was tAg-sintered layer = 28 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 2.0 Ω · cm = 2.0 × 10 6 μΩ · cm.
得られる焼成物が、「バルク金属銀厚膜」となったと仮定すると、「バルク金属銀厚膜」の膜厚tAg-bulk layerは、tAg-bulk layer=tpaste・VAg-nanoparticle/100体積%と見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、「バルク金属銀厚膜」の膜厚tAg-bulk layerより厚く、比tAg-bulk layer/tAg-sintered layerは、60.70/100となっている。換言すると、得られる焼成物中の「空隙率」は、Vvoid=39.30体積%と見積もられる。 Assuming that the obtained fired product is a “bulk metal silver thick film”, the film thickness tAg-bulk layer of the “bulk metal silver thick film” is tAg-bulk layer = tpaste · VAg-nanoparticle / 100 vol%. Estimated. The average film thickness tAg-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the film thickness tAg-bulk layer of the “bulk metal silver thick film”, and the ratio tAg-bulk layer / tAg-sintered layer is 60.70 / 100. It has become. In other words, the “porosity” in the obtained fired product is estimated to be Vvoid = 39.30% by volume.
なお、平均厚さtpasteの「銀ナノ粒子分散液」塗布膜中に含有されている「銀ナノ粒子」が、嵩密度(タップ密度)ρAg-nanoparticle=7.0g/cm3の緻密な積層構造を形成すると、該「銀ナノ粒子」の積層構造の平均厚さtAg-nanoparticle-layerは、tAg-nanoparticle-layer=tAg-bulk layer・(ρAg-bulk/ρAg-nanoparticle)と見積もられる。tAg-nanoparticle-layer=tAg-bulk layer・(ρAg-bulk/ρAg-nanoparticle)=60μm・(28.33体積%/100体積%)・(10.49/7.0)=25.47μmと見積もられる。「溶剤」が蒸散し、この「銀ナノ粒子」と「被覆剤分子」が積層構造を構成すると、その膜厚tpredried-layerは、tpredried-layer=tpaste・(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)/100体積%=60μm・(46.35体積%/100体積%)=27.81μmと見積もられる。実際に得られる焼成物の平均膜厚tAg-sintered layerは、該「銀ナノ粒子」の積層構造の平均厚さtAg-nanoparticle-layerより厚く、膜厚tpredried-layerと略等しくなっている。 The “silver nanoparticles” contained in the “silver nanoparticle dispersion” coating film having an average thickness tpaste has a dense laminated structure with a bulk density (tap density) ρAg-nanoparticle = 7.0 g / cm 3. When formed, the average thickness tAg-nanoparticle-layer of the laminated structure of the “silver nanoparticles” is estimated as tAg-nanoparticle-layer = tAg-bulk layer · (ρAg-bulk / ρAg-nanoparticle). tAg-nanoparticle-layer = tAg-bulk layer · (ρAg-bulk / ρAg-nanoparticle) = 60 μm · (28.33% by volume / 100% by volume) · (10.49 / 7.0) = 25.47 μm It is. When the “solvent” evaporates and the “silver nanoparticles” and “coating agent molecules” form a laminated structure, the film thickness tpredried-layer is tpredried-layer = tpaste · (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) / 100 volume. % = 60 μm · (46.35% by volume / 100% by volume) = 27.81 μm. The average thickness tAg-sintered layer of the fired product actually obtained is thicker than the average thickness tAg-nanoparticle-layer of the laminated structure of the “silver nanoparticles” and is substantially equal to the thickness tpredried-layer.
金属銀の抵抗率 1.587μΩ・cm(20℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 2.0Ω・cm=2.0×106μΩ・cmは、1.26×106倍となっている。すなわち、得られた焼成物は、「導電性銀厚膜」とは見做せないものである。具体的には、平均膜厚tAg-sintered layer=28μmの焼成物において、その表面の極く薄い部分は、「銀ナノ粒子」相互の焼結に伴って、「導電性」を示す「焼成物」となっているが、大半の部分は、「銀ナノ粒子」の凝集体となっているが、「銀ナノ粒子」相互の焼結は進行していないと判断される。 The resistivity of metallic silver is 1.587 μΩ · cm (20 ° C.), and the volume resistivity of the obtained fired product is 2.0Ω · cm = 2.0 × 106 μΩ · cm is 1.26 × 106 times. It has become. That is, the obtained fired product cannot be regarded as a “conductive silver thick film”. Specifically, in a fired product having an average film thickness tAg-sintered layer = 28 μm, a very thin portion of the surface is a “baked product” that exhibits “conductivity” due to the mutual sintering of “silver nanoparticles”. However, most of the parts are aggregates of “silver nanoparticles”, but it is judged that the sintering of “silver nanoparticles” does not proceed.
比較例4の「銀ナノ粒子分散液」を使用する際、塗布膜の平均厚さtpasteが2倍に増すと、「銀ナノ粒子分散液」の塗布膜中に含有される、「被覆剤分子」の総量Mcoating-molecule、ならびに「溶剤」の総量Msolventは2倍に増す。 When the “silver nanoparticle dispersion liquid” of Comparative Example 4 is used, when the average thickness tpaste of the coating film is doubled, the “coating molecule” contained in the coating film of the “silver nanoparticle dispersion liquid” The total amount Mcoating-molecule and the total amount Msolvent of “solvent” are doubled.
一方、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」では、「溶剤」の蒸散、「被覆剤分子」の蒸散は、塗布膜の表面から主に進行する。「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」の処理条件、処理時間が等しい場合、その間に除去される、「被覆剤分子」の量ΔMcoating-molecule、ならびに「溶剤」の量ΔMsolventは、比較例4と比較例5の間で、本質的に差異は無い。 On the other hand, in the “preheating drying (solvent removal) step” and “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, the evaporation of the “solvent” and the evaporation of the “coating agent molecule” proceed mainly from the surface of the coating film. When the processing conditions and the processing time of the “preheating drying (solvent removal) step” and “reduced pressure drying (organic matter removal) step” are equal, the amount of “coating molecule” ΔMcoating-molecule removed during The amount ΔMsolvent is not essentially different between Comparative Example 4 and Comparative Example 5.
従って、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」を終了した時点で、比較例4の塗布膜中に残余している、「被覆剤分子」の残余量{Mcoating-molecule−ΔMcoating-molecule}、「溶剤」の残余量{Msolvent−ΔMsolvent}に対して、比較例5の塗布膜では、「被覆剤分子」の残余量は、{2Mcoating-molecule−ΔMcoating-molecule};「溶剤」の残余量は、{2Msolvent−ΔMsolvent}となる。 Therefore, when the “preheating drying (solvent removal) step” and the “reduced pressure drying (organic matter removal) step” are completed, the remaining amount of “coating agent molecules” remaining in the coating film of Comparative Example 4 { Mcoating-molecule-ΔMcoating-molecule} and the residual amount of “solvent” {Msolvent-ΔMsolvent}, in the coating film of Comparative Example 5, the residual amount of “coating agent molecule” is {2Mcoating-molecule-ΔMcoating-molecule } The remaining amount of “solvent” is {2Msolvent−ΔMsolvent}.
従って、比較例4の塗布膜では、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」が完了した時点では、含有されている「銀ナノ粒子」は積層構造を形成し、積層構造を構成している、「銀ナノ粒子」の大半は、表面の「被覆剤分子層」が除去された状態となっている。但し、積層構造の底部分では、「銀ナノ粒子」の表面に「被覆剤分子層」が残留していると推断される。「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」では、表面の「被覆剤分子層」が除去された状態の「銀ナノ粒子」相互の焼結が進行するが、積層構造の底部分、表面に「被覆剤分子層」が残留している「銀ナノ粒子」相互の焼結は進行しないと推断される。 Therefore, in the coating film of Comparative Example 4, when the “preheating drying (solvent removal) step” and the “vacuum drying (organic matter removal) step” are completed, the contained “silver nanoparticles” form a laminated structure. However, most of the “silver nanoparticles” constituting the laminated structure are in a state where the “coating agent molecular layer” on the surface is removed. However, it is inferred that the “coating agent molecular layer” remains on the surface of the “silver nanoparticles” at the bottom of the laminated structure. In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) process”, sintering of “silver nanoparticles” in a state where the “coating agent molecular layer” on the surface has been removed proceeds, It is presumed that the sintering of “silver nanoparticles” in which the “coating molecular layer” remains does not proceed.
一方、比較例5の塗布膜では、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」が完了した時点では、含有されている「銀ナノ粒子」の大半は、その表面に「被覆剤分子層」が残留している状態となっている。すなわち、表面に「被覆剤分子層」を有する「銀ナノ粒子」からなる積層構造は形成されている。但し、該積層構造の上面部分では、「銀ナノ粒子」表面の「被覆剤分子層」が除去された状態となっていると推断される。「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」では、積層構造の上面部分では、表面の「被覆剤分子層」が除去された状態の「銀ナノ粒子」相互の焼結が進行するが、積層構造の大半を占める、表面に「被覆剤分子層」が残留している「銀ナノ粒子」相互の焼結は進行しないと推断される。 On the other hand, in the coating film of Comparative Example 5, at the time when the “preheating drying (solvent removal) step” and the “vacuum drying (organic matter removal) step” were completed, most of the contained “silver nanoparticles” The “covering agent molecular layer” remains on the surface. That is, a laminated structure composed of “silver nanoparticles” having a “coating agent molecular layer” on the surface is formed. However, it is presumed that the “coating agent molecular layer” on the surface of the “silver nanoparticles” is removed from the upper surface portion of the laminated structure. In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) process”, sintering of “silver nanoparticles” in a state where the “coating agent molecular layer” on the surface is removed proceeds on the upper surface portion of the laminated structure. It is presumed that the sintering of “silver nanoparticles” in which the “coating agent molecular layer” remains on the surface does not proceed.
「アルミニウム厚膜形成用材料」
(実施例17)
本実施例17のアルミニウム厚膜形成用材料は、下記の原料を用いて、「導電性アルミニウムペースト」の形状に調製されている。
"Material for forming aluminum thick film"
(Example 17)
The material for forming an aluminum thick film of Example 17 is prepared in the form of “conductive aluminum paste” using the following raw materials.
アルミニウムマイクロ粒子として、ミナルコ(株)製#900F(アトマイズ粉、平均粒子径dAl-particle2.4μm、嵩密度(タップ密度)ρAl-particle-tape 1.0g/cm3)を使用する。なお、金属アルミニウム(バルク)の密度ρAl-bulkは、2.699g/cm3(20℃)である。 As aluminum microparticles, Minalco's # 900F (atomized powder, average particle diameter dAl-particle 2.4 μm, bulk density (tap density) ρAl-particle-tape 1.0 g / cm3) is used. The density ρAl-bulk of metallic aluminum (bulk) is 2.699 g / cm 3 (20 ° C.).
金属ナノ粒子分散液として、ハリマ化成製銀ナノ粒子を利用する。該分散液中に分散されている、銀ナノ粒子の平均粒子径dAg-nanoparticleは、10nmである。この銀ナノ粒子の表面には、被覆剤分子ドデシルアミンの表面被覆分子層が形成されている。「被覆剤分子」として、ドデシルアミン(分子量185.34、沸点247℃、密度ρcoating-molecule-amine 0.7841g/cm3(40℃))を使用している。「銀ナノ粒子分散液」中に含有される「銀ナノ粒子」も、最密充填状態で積層した場合、その嵩密度(タップ密度)は、金属銀(バルク)の密度ρAg-bulk=10.49g/cm3に対して、約2/3程度と見積もられる。すなわち、「銀ナノ粒子分散液」に含有される「銀ナノ粒子」の嵩密度(タップ密度)ρAg-nanoparticleは、7.0g/cm3程度と見積もられる。 Harima Kasei silver nanoparticles are used as the metal nanoparticle dispersion. The average particle diameter dAg-nanoparticle of the silver nanoparticles dispersed in the dispersion is 10 nm. On the surface of the silver nanoparticles, a surface coating molecular layer of a coating molecule dodecylamine is formed. As the “coating agent molecule”, dodecylamine (molecular weight: 185.34, boiling point: 247 ° C., density ρcoating-molecule-amine 0.7841 g / cm 3 (40 ° C.)) is used. When “silver nanoparticles” contained in the “silver nanoparticle dispersion liquid” are also laminated in a close-packed state, the bulk density (tap density) is the density of metallic silver (bulk) ρAg-bulk = 10. It is estimated to be about 2/3 for 49 g / cm3. That is, the bulk density (tap density) ρAg-nanoparticle of the “silver nanoparticles” contained in the “silver nanoparticle dispersion liquid” is estimated to be about 7.0 g / cm 3.
高沸点の非極性有機溶媒として、石油系ノンアロマ炭化水素溶媒である、JX日鉱日石エネルギー製AF5号ソルベント(沸点:275−306℃;流動点:−30℃;密度ρsolvent 0.815g/cm3(15℃))を使用する。 As a non-polar organic solvent having a high boiling point, a petroleum non-aromatic hydrocarbon solvent, No. AF5 solvent manufactured by JX Nippon Oil & Energy (boiling point: 275-306 ° C; pour point: -30 ° C; density ρsolvent 0.815 g / cm 3 ( 15 ° C)).
ミナルコ(株)製#900F7質量部、ハリマ化成製銀ナノ粒子2質量部、その被覆剤分子0.1質量部、JX日鉱日石エネルギー製AF5号ソルベント5質量部を均一に混合する。撹拌脱泡機で撹拌して、アルミニウム粉末を均一に分散させ、導電性アルミニウムペーストを得る。 Minalco Co., Ltd. # 900F7 parts by mass, Harima Kasei silver nanoparticles 2 parts by mass, coating agent molecules 0.1 parts by mass, JX Nippon Oil & Energy's AF5 Solvent 5 parts by mass are mixed uniformly. The mixture is stirred with a stirring deaerator to uniformly disperse the aluminum powder, thereby obtaining a conductive aluminum paste.
調製された「導電性アルミニウムペースト」中に含まれる、アルミニウム粉末の体積比率VAl-particle、銀ナノ粒子の体積比率VAg-nanoparticleは、VAl-particle=28.67体積%;VAg-nanoparticle=2.11体積%である。「被覆剤分子」の体積比率Vcoating-moleculeと、「溶剤」の体積比率Vsolventの合計は、{Vcoating-molecule+Vsolvent}=(1.41+67.81)体積%=69.22体積%である。 The volume ratio VAl-particle of the aluminum powder and the volume ratio VAg-nanoparticle of the silver nanoparticles contained in the prepared “conductive aluminum paste” are VA-particle = 28.67% by volume; VAg-nanoparticle = 2. 11% by volume. The sum of the volume ratio Vcoating-molecule of “coating agent molecule” and the volume ratio Vsolvent of “solvent” is {Vcoating-molecule + Vsolvent} = (1.41 + 67.81) volume% = 69.22 volume%.
なお、アルミニウム粉末の体積比率VAl-particleと、銀ナノ粒子の体積比率VAg-nanoparticleの比は、VAl-particle:VAg-nanoparticle=100:7.36と算出される。
{VAl-particle+VAg-nanoparticle}/{Vcoating-molecule+Vsolvent}=30.78:69.22である。
The ratio of the volume ratio VAl-particle of the aluminum powder and the volume ratio VAg-nanoparticle of the silver nanoparticles is calculated as VA1-particle: VAg-nanoparticle = 100: 7.36.
{VAl-particle + VAg-nanoparticle} / {Vcoating-molecule + Vsolvent} = 30.78: 69.22.
調製された「導電性アルミニウムペースト」の液粘度は、105Pa・s(スパイラル回転粘度計 10rpm 25℃)であった。 The liquid viscosity of the prepared “conductive aluminum paste” was 105 Pa · s (spiral rotational viscometer 10 rpm 25 ° C.).
「導電性アルミニウムペースト」中、銀ナノ粒子は、その表面に「被覆剤分子」からなる被覆剤分子層を形成して、「溶剤」のAF5号ソルベント中に均一に分散されている。その際、「溶剤」のAF5号ソルベント中には、「被覆剤分子」が溶解している。銀ナノ粒子表面に被覆剤分子層を形成している「被覆剤分子」の面密度Ccoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」の濃度Ccoating-molecule-liquid-phaseとの間で、解離平衡が達成されている。 In the “conductive aluminum paste”, the silver nanoparticles are uniformly dispersed in the “solvent” AF No. 5 solvent by forming a coating agent molecular layer composed of “coating agent molecules” on the surface thereof. At that time, “coating agent molecules” are dissolved in the AF5 solvent of “solvent”. Surface density Ccoating-molecule-surface of “coating molecule” forming coating molecule layer on silver nanoparticle surface and concentration of “coating molecule” dissolved in “solvent” Ccoating-molecule-liquid A dissociation equilibrium is achieved with -phase.
従って、銀ナノ粒子の表面を被覆する「被覆剤分子」の量Mcoating-molecule-surfaceと、「溶剤」中に溶解している「被覆剤分子」の量Mcoating-molecule-liquid-phaseの合計は、「導電性アルミニウムペースト」中に含まれる「被覆剤分子」の総量Mcoating-moleculeと見做せる(Mcoating-molecule=Mcoating-molecule-surface+Mcoating-molecule-liquid-phase)。 Therefore, the sum of the amount “coating molecule” covering the surface of the silver nanoparticles Mcoating-molecule-surface and the amount “coating molecule” dissolved in the “solvent” Mcoating-molecule-liquid-phase is The total amount of “coating agent molecules” contained in “conductive aluminum paste” Mcoating-molecule (Mcoating-molecule = Mcoating-molecule-surface + Mcoating-molecule-liquid-phase).
調製された「導電性アルミニウムペースト」を、スライドガラス上に、10mm×50mmのパターンで塗布した。該ペースト塗布膜の平均厚さtpasteは、tpaste=30μmであった。 The prepared “conductive aluminum paste” was applied in a 10 mm × 50 mm pattern on a slide glass. The average thickness tpaste of the paste coating film was tpaste = 30 μm.
なお、該ペースト塗布膜中に含まれる「アルミニウム粉末」が、嵩密度(タップ密度)ρAl-particle-tap 1.0g/cm3の緻密な積層構造を形成すると、該「アルミニウム粉末」の積層構造の平均厚さtAl-particle-layerは、tAl-particle-layer=tpaste・(VAl-particle/100体積)・(ρAl-bulk/ρAl-particle-tap)と見積もられる。tAl-particle-layer=tpaste・(VAl-particle/100体積)(ρAl-bulk/ρAl-particle-tap)=30μm・(28.67体積%/100体積)・(2.699/1.0)=23.21μmと見積もられる。 When the “aluminum powder” contained in the paste coating film forms a dense laminated structure with a bulk density (tap density) ρAl-particle-tap of 1.0 g / cm 3, the laminated structure of the “aluminum powder” The average thickness tAl-particle-layer is estimated as tAl-particle-layer = tpaste · (VAl-particle / 100 volume) · (ρAl-bulk / ρAl-particle-tap). tAl-particle-layer = tpaste · (VAl-particle / 100 volume) (ρAl-bulk / ρAl-particle-tap) = 30 μm · (28.67 vol% / 100 volume) · (2.699 / 1.0) = 23.21 μm.
その際、該「アルミニウム粉末」の積層構造中に存在する「隙間」は、{1−(ρAl-particle-tap/ρAl-bulk)}・{VAl-particle}・(ρAl-bulk/ρAl-particle-tap)体積%と見積もることが可能である。{1−(ρAl-particle-tap/ρAl-bulk)}・{VAl-particle}・(ρAl-bulk/ρAl-particle-tap)={1−(1.0/2.699)}・{28.67体積%}・(2.699/1.0)=48.71体積%と見積もられる。「銀ナノ粒子」が最密充填状態で集合した際の「嵩」:VAg-nanoparticle・(ρAg-bulk/ρAg-nanoparticle-tap)は、VAg-nanoparticle・(ρAg-bulk/ρAg-nanoparticle-tap)=2.11体積%・(10.49/7.0)=3.16体積%と見積もられる。また、銀ナノ粒子の体積比率VAg-nanoparticleと、「被覆剤分子」の体積比率Vcoating-moleculeの和(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)は、(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)=(2.11+1.41)=3.52体積%である。見積もられる「アルミニウム粉末」の積層構造中に存在する「隙間」の体積比率よりも、和(VAg-nanoparticle+Vcoating-molecule)が小さくなっている。 At this time, the “gap” existing in the laminated structure of the “aluminum powder” is {1- (ρAl-particle-tap / ρAl-bulk)} · {VAl-particle} · (ρAl-bulk / ρAl-particle). -tap) volume% can be estimated. {1- (ρAl-particle-tap / ρAl-bulk)} · {VAl-particle} · (ρAl-bulk / ρAl-particle-tap) = {1- (1.0 / 2.699)} · {28 .67% by volume} · (2.699 / 1.0) = 48.71% by volume. “Bulk” when “silver nanoparticles” are assembled in a close-packed state: VAg-nanoparticle (ρAg-bulk / ρAg-nanoparticle-tap) is VAg-nanoparticle (ρAg-bulk / ρAg-nanoparticle-tap) ) = 2.11 volume% · (10.49 / 7.0) = 3.16 volume%. Further, the sum of the volume ratio Vag-nanoparticle of silver nanoparticles and the volume ratio Vcoating-molecule of “coating agent molecule” (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) is (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) = (2.11 + 1.41) = 3.52% by volume. The sum (VAg-nanoparticle + Vcoating-molecule) is smaller than the volume ratio of the “gap” existing in the estimated laminated structure of “aluminum powder”.
後述するように、実際に得られる焼成物の平均膜厚tAl-sintered layerは、見積もられる「アルミニウム粉末」の積層構造の平均厚さtAg-particle-layerと略等しい。 As will be described later, the average film thickness tAl-sintered layer of the fired product actually obtained is substantially equal to the estimated average thickness tAg-particle-layer of the laminated structure of “aluminum powder”.
該ペースト塗布膜に対して、ニッシン製プラズマ焼成炉を使用して、下記の手順で、「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」、「減圧乾燥(有機物除去)工程」、「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」を施し、ペースト塗布膜中に含まれている銀粉末と銀ナノ粒子の焼成を行った。 Using a Nissin plasma baking furnace, the paste coating film was subjected to the following procedures according to the following procedures: “preheating drying (solvent removal) step”, “vacuum drying (organic matter removal) step”, “microwave plasma irradiation ( Plasma firing) step ”was performed, and the silver powder and silver nanoparticles contained in the paste coating film were fired.
「予備加熱乾燥(溶剤除去)工程」として、ニッシン製プラズマ焼成炉内で、大気圧下、ステージ温度100℃で予備加熱を180秒間行う。「減圧乾燥(有機物除去)工程」として、ステージ温度100℃に維持した状態で、「真空引き」を60秒間行い、プラズマ焼成炉内を減圧状態に保持する。該減圧状態における、プラズマ焼成炉内の圧力は、10Pa以下に保持されている。 As a “preheating drying (solvent removal) step”, preheating is performed for 180 seconds at a stage temperature of 100 ° C. under atmospheric pressure in a Nissin plasma baking furnace. As the “reduced pressure drying (organic matter removal) step”, “evacuation” is performed for 60 seconds while maintaining the stage temperature at 100 ° C., and the inside of the plasma firing furnace is maintained in a reduced pressure state. The pressure in the plasma baking furnace in the reduced pressure state is maintained at 10 Pa or less.
「マイクロ波プラズマ照射(プラズマ焼成)工程」では、まず、ステージ温度100℃に維持した状態で、プラズマ焼成炉内に、流速50sccmでヘリウム-3%水素を30秒間導入する。プラズマ焼成炉内の圧力を、10Paに制御した上で、マイクロ波(周波数2.4GHz)を高周波電源(周波数2.4GHz)から高周波電力1.5kWで供給し、ヘリウム-3%水素ガスにマイクロ波プラズマを発生させる。ステージ温度100℃に維持した状態で、マイクロ波プラズマ照射を120秒間続け、プラズマ焼成処理を施す。該ヘリウム-3%水素ガスからなる、還元性雰囲気下、発生したマイクロ波プラズマの照射によって、ペースト塗布膜中に含まれている、アルミニウム粉末と銀ナノ粒子の焼成がなされる。 In the “microwave plasma irradiation (plasma firing) step”, helium-3% hydrogen is first introduced into the plasma firing furnace at a flow rate of 50 sccm for 30 seconds while the stage temperature is maintained at 100 ° C. After controlling the pressure in the plasma firing furnace to 10 Pa, a microwave (frequency 2.4 GHz) is supplied from a high frequency power source (frequency 2.4 GHz) at a high frequency power of 1.5 kW, and helium-3% hydrogen gas is micronized. Generate wave plasma. In a state where the stage temperature is maintained at 100 ° C., microwave plasma irradiation is continued for 120 seconds to perform plasma baking. The aluminum powder and silver nanoparticles contained in the paste coating film are fired by irradiation with the generated microwave plasma in a reducing atmosphere composed of the helium-3% hydrogen gas.
得られた焼成物の平均膜厚tAl-sintered layerは、tAl-sintered layer=23μmであった。該焼成物を前記平均膜厚の均一な導電体と仮定して、測定したシート抵抗値から、体積固有抵抗率を算出した。算出された体積固有抵抗率は、4.8μΩ・cmであった。 The average film thickness tAl-sintered layer of the fired product was tAl-sintered layer = 23 μm. The volume resistivity was calculated from the measured sheet resistance value, assuming that the fired product was a conductor having a uniform average film thickness. The calculated volume resistivity was 4.8 μΩ · cm.
金属アルミニウム(バルク)の抵抗率 2.655μΩ・cm(20℃)に対して、得られた焼成物の体積固有抵抗率 4.8μΩ・cmは、1.81倍となっている。 The resistivity 4.8 μΩ · cm of the obtained fired product is 1.81 times that of the metal aluminum (bulk) resistivity of 2.655 μΩ · cm (20 ° C.).
そして、この焼成物である導電性金属厚膜は従来のものと比較してバルク状である点で従来品とは明らかに異なるものであった。 The conductive metal thick film as the fired product was clearly different from the conventional product in that it was bulky compared to the conventional product.
本発明の「導電性金属厚膜形成用材料」、例えば、本発明にかかる銅厚膜形成用材料は、ボイドのない銅厚膜の形成に好適に利用でき、その焼成膜の内部にはボイドが残存してなく、バルク状の銅厚膜は、導電材料や接合材料としての信頼性の向上に貢献する。また、本発明にかかる銀厚膜形成用材料は、ボイドのない銀厚膜の形成に好適に利用でき、その焼成膜の内部にはボイドが残存してなく、バルク状の銀厚膜は、導電材料や接合材料としての信頼性の向上に貢献する。 The “conductive metal thick film forming material” of the present invention, for example, the copper thick film forming material according to the present invention can be suitably used for forming a copper thick film without voids, and voids are formed inside the fired film. Therefore, the bulk copper thick film contributes to the improvement of reliability as a conductive material or a bonding material. Further, the material for forming a silver thick film according to the present invention can be suitably used for forming a silver thick film without voids, no voids remain in the fired film, and the bulk silver thick film is Contributes to improving the reliability of conductive materials and bonding materials.
Claims (25)
該導電性金属厚膜形成用材料は、導電性金属厚膜の形成に使用される金属粒子および金属ナノ粒子、ならびに有機物を含んでおり、塗布可能な流動性を示す材料であり、
前記塗布可能な流動性を示す導電性金属厚膜形成用材料中に含まれる前記金属粒子は、銅粒子、銀粒子、アルミニウム粒子からなる群から選択され、
前記金属粒子の外形形状は、略球状および/または鱗片状であり、
前記金属粒子の平均粒子径は、0.3μm〜20μmの範囲に選択されており;
前記塗布可能な流動性を示す導電性金属厚膜形成用材料中に含まれる前記金属ナノ粒子は、銅ナノ粒子、銀ナノ粒子、金ナノ粒子から選択され、
前記金属ナノ粒子の平均粒子径は、1nm以上、かつ100nmを超えない範囲に選択されており、
前記金属ナノ粒子の表面に、金属と非共有結合的な分子間結合の形成に利用できる原子団として、アミノ基(−NH2)を有する化合物またはカルボキシル基(−COOH)を有する化合物一種以上からなる被覆剤分子層が形成されており、
但し、前記アミノ基(−NH2)を有する化合物は、(ジアルキルアミノ)アルキルアミンとは異なっており;
前記塗布可能な流動性を示す導電性金属厚膜形成用材料中に含まれる前記有機物は、前記金属粒子と金属ナノ粒子の混合物に対して、印刷に適した粘度に調整するために添加されている有機溶剤と含み、
前記有機溶剤には、沸点Tbp-solventが、150℃〜300℃の範囲である高沸点の非極性有機溶剤が採用されており;
前記塗布可能な流動性を示す導電性金属厚膜形成用材料中に含有されている前記金属粒子と金属ナノ粒子の体積(含有量)の総和は、前記塗布可能な流動性を示す導電性金属厚膜形成用材料全体の体積の30体積%〜80体積%の範囲に選択されており;
前記塗布可能な流動性を示す導電性金属厚膜形成用材料中に含有されている前記金属粒子の体積(含有量)の総和と前記金属ナノ粒子の体積(含有量)の総和の比率(体積%比);前記金属粒子の体積(含有量)の総和:前記金属ナノ粒子の体積(含有量)の総和は、
前記金属粒子の体積(含有量)の総和:100に対して、前記金属ナノ粒子の体積(含有量)の総和が、5〜90の範囲に選択されており;
前記塗布可能な流動性を示す導電性金属厚膜形成用材料の25℃における液粘度は、少なくとも、50Pa・s〜200Pa・sの範囲に選択されており;
前記塗布可能な流動性を示す導電性金属厚膜形成用材料は、
下記の導電性金属厚膜の形成において、導電性金属厚膜形成用材料を使用する方法によって、導電性金属厚膜の形成に使用することができ;
前記導電性金属厚膜の形成において、前記導電性金属厚膜形成用材料を使用する方法は、
基材上に前記導電性金属厚膜形成用材料を塗布し、前記導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を形成した後、
前記塗布膜に、還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施すことにより、
前記塗布膜中に含有される金属粒子および金属ナノ粒子から、バルク状の導電性金属厚膜を形成することができる工程を具えている
ことを特徴とする、導電性金属厚膜形成用材料。 A conductive metal thick film forming material used for forming a conductive metal thick film,
The conductive metal thick film forming material includes metal particles and metal nanoparticles used for forming a conductive metal thick film, and an organic substance, and is a material exhibiting an applicable fluidity,
The metal particles contained in the conductive metal thick film forming material exhibiting the flowability that can be applied are selected from the group consisting of copper particles, silver particles, and aluminum particles,
The outer shape of the metal particles is substantially spherical and / or scaly,
The average particle size of the metal particles is selected in the range of 0.3 μm to 20 μm;
The metal nanoparticles contained in the conductive metal thick film-forming material exhibiting the flowability that can be applied are selected from copper nanoparticles, silver nanoparticles, and gold nanoparticles,
The average particle diameter of the metal nanoparticles is selected in a range of 1 nm or more and not exceeding 100 nm,
A compound having an amino group (—NH 2 ) or a compound having a carboxyl group (—COOH) as an atomic group that can be used for forming a non-covalent intermolecular bond with the metal on the surface of the metal nanoparticles. A coating molecular layer is formed,
Provided that the compound having an amino group (—NH 2 ) is different from (dialkylamino) alkylamine;
The organic substance contained in the conductive metal thick film forming material exhibiting the flowability that can be applied is added to the mixture of the metal particles and the metal nanoparticles to adjust the viscosity to be suitable for printing. Including organic solvents,
As the organic solvent, a high-polarity nonpolar organic solvent having a boiling point Tbp-solvent in the range of 150 ° C. to 300 ° C. is adopted;
The total volume (content) of the metal particles and the metal nanoparticles contained in the conductive metal thick film forming material exhibiting the fluidity that can be applied is the conductive metal exhibiting the fluidity that can be applied. Selected in the range of 30 vol% to 80 vol% of the total thickness of the thick film forming material;
The ratio (volume) of the sum of the volume (content) of the metal particles and the volume (content) of the metal nanoparticles contained in the conductive metal thick film forming material exhibiting fluidity that can be applied % Ratio); the total volume (content) of the metal particles: the total volume (content) of the metal nanoparticles is:
The total volume (content) of the metal nanoparticles is selected in the range of 5 to 90 with respect to the total volume (content) of the metal particles: 100;
The liquid viscosity at 25 ° C. of the conductive metal thick film-forming material exhibiting fluidity that can be applied is selected at least in the range of 50 Pa · s to 200 Pa · s;
The conductive metal thick film forming material exhibiting the flowability that can be applied,
In the formation of the following conductive metal thick film, it can be used for forming the conductive metal thick film by the method using the conductive metal thick film forming material;
In the formation of the conductive metal thick film, the method of using the conductive metal thick film forming material,
After applying the conductive metal thick film forming material on a substrate and forming a coating film of the conductive metal thick film forming material,
By subjecting the coating film to a firing process by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
A conductive metal thick film forming material comprising a step of forming a bulk conductive metal thick film from metal particles and metal nanoparticles contained in the coating film.
前記金属ナノ粒子は、銅ナノ粒子である
ことを特徴とする、請求項1に記載の材料。 The metal particles are copper particles,
The material according to claim 1, wherein the metal nanoparticles are copper nanoparticles.
前記金属ナノ粒子は、銀ナノ粒子である
ことを特徴とする、請求項1に記載の材料。 The metal particles are silver particles,
The material according to claim 1, wherein the metal nanoparticles are silver nanoparticles.
前記金属ナノ粒子は、銀ナノ粒子である
ことを特徴とする、請求項1に記載の材料。 The metal particles are aluminum particles,
The material according to claim 1, wherein the metal nanoparticles are silver nanoparticles.
その平均粒子径が、5nm〜100nmの範囲に選択されている
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の材料。 The metal nanoparticles are
The material according to any one of claims 1 to 4, wherein the average particle size is selected in the range of 5 nm to 100 nm.
その平均粒子径が、10nm〜100nmの範囲に選択されている
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の材料。 The metal nanoparticles are
The material according to any one of claims 1 to 5, wherein the average particle size is selected in the range of 10 nm to 100 nm.
その平均粒子径が、0.4μm〜10μmの範囲に選択されている
ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の材料。 The metal particles are
The material according to any one of claims 1 to 6, wherein the average particle size is selected in the range of 0.4 µm to 10 µm.
末端アミノ基を1つ以上有するアミン化合物一種以上を選択する
ことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の材料。 As the compound having an amino group, used for forming the coating agent molecular layer,
The material according to claim 1, wherein one or more amine compounds having one or more terminal amino groups are selected.
ことを特徴とする、請求項8に記載の材料。 9. The material according to claim 8, wherein the one or more amine compounds having one or more terminal amino groups contain an alkylamine.
ことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の材料。 8. The compound according to claim 1, wherein the one or more compounds having a carboxyl group used for forming the coating agent molecular layer include an aliphatic carboxylic acid having 8 to 20 carbon atoms. The materials described.
前記金属粒子の体積(含有量)の総和:100に対して、前記金属ナノ粒子の体積(含有量)の総和が、7〜80の範囲に選択されている
ことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の材料。 The ratio (volume) of the sum of the volume (content) of the metal particles and the volume (content) of the metal nanoparticles contained in the conductive metal thick film forming material exhibiting fluidity that can be applied % Ratio); the total volume (content) of the metal particles: the total volume (content) of the metal nanoparticles is:
The total volume (content) of the metal nanoparticles is selected in a range of 7 to 80 with respect to the total volume (content) of the metal particles: 100. The material as described in any one of -10.
ことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の材料。 The total volume (content) of the metal particles and the metal nanoparticles contained in the conductive metal thick film forming material exhibiting the fluidity that can be applied is the conductive metal exhibiting the fluidity that can be applied. The material according to any one of claims 1 to 11, wherein the material is selected in a range of 40% by volume to 70% by volume of the total volume forming material.
ことを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の材料。 The organic solvent added to the material for forming a conductive metal thick film exhibiting fluidity that can be applied is a high-boiling nonpolar organic solvent having a boiling point Tbp-solvent of 180 ° C. to 280 ° C. The material according to claim 1, wherein the material is a material.
基材との密着性を向上させたり、硬化後の流動性を持たせたりするために、樹脂の添加がなされている
ことを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載の材料。 In the conductive metal thick film forming material showing fluidity that can be applied,
14. The resin according to any one of claims 1 to 13, wherein a resin is added in order to improve adhesion with a base material or to impart fluidity after curing. material.
ことを特徴とする、請求項14に記載の材料。 The volume ratio of the resin to the organic solvent added in the conductive metal thick film forming material exhibiting fluidity that can be applied: (Vresin / Vsolvent) is 0.65 ≧ (Vresin / Vsolvent) ≧ 0 The material according to claim 14, characterized in that it is selected in the range of.
ことを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一項に記載の材料。 The organic solvent added to the conductive metal thick film-forming material exhibiting the flowability that can be applied is tripropylene glycol, according to any one of claims 1 to 15. Materials described in.
前記導電性金属厚膜の形成方法は、
下記の導電性金属厚膜の形成において、導電性金属厚膜形成用材料を使用する方法によって、導電性金属厚膜の形成を行う方法であり、
前記導電性金属厚膜の形成において、前記導電性金属厚膜形成用材料を使用する方法は、
基材上に前記導電性金属厚膜形成用材料を塗布し、前記導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を形成した後、
前記塗布膜に、還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施すことにより、
塗布膜中に含有される金属粒子および金属ナノ粒子から、バルク状の導電性金属厚膜を形成する
過程を具える
ことを特徴とする、導電性金属厚膜の形成方法。 A method for forming a conductive metal thick film using the conductive metal thick film forming material according to claim 1,
The method for forming the conductive metal thick film is as follows:
In the formation of the following conductive metal thick film is a method of forming a conductive metal thick film by a method using a conductive metal thick film forming material,
In the formation of the conductive metal thick film, the method of using the conductive metal thick film forming material,
After applying the conductive metal thick film forming material on a substrate and forming a coating film of the conductive metal thick film forming material,
By subjecting the coating film to a firing process by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
A method for forming a conductive metal thick film, comprising the step of forming a bulk conductive metal thick film from metal particles and metal nanoparticles contained in a coating film.
ことを特徴とする、請求項17に記載の導電性金属厚膜の形成方法。 The conductive metal forming the thick film material is characterized by a conductive metal thick film forming material of any one of claims 2 to 16, a conductive metal thickness of Claim 17 Method for forming a film.
前記塗布膜に、還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施す際、
マイクロ波プラズマの生成に使用する、前記マイクロ波の周波数は、
300MHz〜300GHzの範囲に選択されている
ことを特徴とする、請求項17または18に記載の方法。 In the method of using the conductive metal thick film forming material in the formation of the conductive metal thick film,
When the coating film is subjected to a process of firing by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
The frequency of the microwave used to generate the microwave plasma is
The method according to claim 17 or 18 , characterized in that it is selected in the range of 300 MHz to 300 GHz.
3GHz〜100GHzの範囲に選択されている
ことを特徴とする、請求項19に記載の方法。 The frequency of the microwave used to generate the microwave plasma is
The method according to claim 19 , characterized in that it is selected in the range of 3 GHz to 100 GHz.
前記塗布膜に、還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施す際、
マイクロ波プラズマの生成に使用する、前記マイクロ波の出力は、300W〜3kWの範囲に選択されている
ことを特徴とする、請求項19または20に記載の方法。 In the method of using the conductive metal thick film forming material in the formation of the conductive metal thick film,
When the coating film is subjected to a process of firing by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
21. The method according to claim 19 or 20 , wherein the microwave output used for generating the microwave plasma is selected in the range of 300W to 3kW.
前記塗布膜に、還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施す際、
前記マイクロ波プラズマの照射時間は、30秒間〜30分間の範囲に選択されている
ことを特徴とする、請求項17〜21のいずれか一項に記載の方法。 In the method of using the conductive metal thick film forming material in the formation of the conductive metal thick film,
When the coating film is subjected to a process of firing by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
The method according to any one of claims 17 to 21 , wherein the irradiation time of the microwave plasma is selected in a range of 30 seconds to 30 minutes.
ことを特徴とする、請求項22に記載の方法。 The method according to claim 22 , wherein the microwave plasma irradiation time is selected in a range of 1 minute to 15 minutes.
前記塗布膜に、還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施す際、
前記還元性雰囲気は、水素または水素と窒素、ヘリウム、アルゴンから選択される不活性ガスとの混合物である
ことを特徴とする、請求項19〜23のいずれか一項に記載の方法。 In the method of using the conductive metal thick film forming material in the formation of the conductive metal thick film,
When the coating film is subjected to a process of firing by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
The method according to any one of claims 19 to 23 , wherein the reducing atmosphere is hydrogen or a mixture of hydrogen and an inert gas selected from nitrogen, helium, and argon.
基材上に導電性金属厚膜形成用材料を塗布し、導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を形成した後、
前記塗布膜に、還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する処理を施す過程は、
基材上に導電性金属厚膜形成用材料を塗布する工程後に、
導電性金属厚膜形成用材料の塗布膜を乾燥して有機溶剤を除去する工程、
減圧下において残存する有機物を除去する工程、
還元性雰囲気下でマイクロ波プラズマを照射して焼成する工程を有する
ことを特徴とする、請求項17〜24のいずれか一項に記載の方法。 In the method of using the conductive metal thick film forming material in the formation of the conductive metal thick film,
After applying a conductive metal thick film forming material on the substrate and forming a conductive metal thick film forming material coating film,
The process of subjecting the coating film to a firing process by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere,
After the step of applying the conductive metal thick film forming material on the substrate,
Drying the coating film of the conductive metal thick film forming material to remove the organic solvent,
Removing the remaining organic matter under reduced pressure;
The method according to any one of claims 17 to 24 , comprising a step of firing by irradiating microwave plasma in a reducing atmosphere.
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