JP6158461B1 - Silver powder and silver paste and use thereof - Google Patents
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Abstract
電気抵抗率の低い配線を形成可能な銀粉末を提供する。本発明により、電子素子の電極を形成するために用いられる銀粉末が提供される。この銀粉末は、下記の(1)〜(4):(1)600℃まで加熱したときの強熱減量が0.05%以下である;(2)タップ密度が5g/cm3以上である;(3)最大アスペクト比が1.4以下である;(4)BET法に基づく比表面積が0.8m2/g以下である;の条件をいずれも満たす。A silver powder capable of forming a wiring having a low electric resistivity is provided. According to the present invention, a silver powder used for forming an electrode of an electronic device is provided. This silver powder has the following (1) to (4): (1) The loss on ignition when heated to 600 ° C. is 0.05% or less; (2) The tap density is 5 g / cm 3 or more; (3) The maximum aspect ratio is 1.4 or less; (4) the specific surface area based on the BET method is 0.8 m2 / g or less;
Description
本発明は、電子素子における配線の形成等に好適に用いることができる銀粉末および銀ペーストに関する。
本出願は、2015年12月25日に出願された日本国特許出願2015−253416号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。The present invention relates to a silver powder and a silver paste that can be suitably used for forming a wiring in an electronic device.
This application claims the priority based on the Japan patent application 2015-253416 for which it applied on December 25, 2015, The whole content of the application is integrated in this specification as a reference.
電気・電子機器用の電子素子においては、導線を用いることなく、絶縁性基板に導線に相当する導電性材料からなる粉末を印刷して配線する技術が広く採用されている。配線を形成するための導電性材料は、一般にバインダとともに分散媒に分散された導電性ペーストの形態で印刷に供される。 2. Description of the Related Art In electronic devices for electric / electronic devices, a technique of printing and wiring a powder made of a conductive material corresponding to a conductive wire on an insulating substrate without using a conductive wire is widely adopted. The conductive material for forming the wiring is generally used for printing in the form of a conductive paste dispersed in a dispersion medium together with a binder.
導電性ペーストは、用途によって様々な種類のものが使い分けられている。例えば、特に高い電気伝導性(低抵抗率特性)が要求される用途では、導電性材料として銀粉末を含む銀ペーストが用いられている。これに対し、比較的コストを抑えたい用途等では、銅粉末や、アルミニウム粉末、ニッケル粉末等を含む導電性ペースト等が用いられている。また、例えば、使用環境や製造環境が高温となる電子素子については、焼成により基板に焼き付ける焼成型のペーストが用いられている。また、高温に晒すことができない電子素子については、低温での加熱硬化により基板に固着させる加熱硬化型のペーストが用いられている。焼成型の銀ペーストに関する従来技術として、例えば、引用文献1〜2が挙げられる。 Various types of conductive paste are used depending on the application. For example, in applications that require particularly high electrical conductivity (low resistivity characteristics), silver paste containing silver powder is used as the conductive material. On the other hand, conductive paste containing copper powder, aluminum powder, nickel powder, or the like is used in applications where the cost is relatively low. In addition, for example, for electronic elements in which the use environment and the production environment are high, a firing-type paste that is baked onto a substrate by firing is used. For electronic elements that cannot be exposed to high temperatures, heat-curable pastes that are fixed to a substrate by heat-curing at low temperatures are used. As a prior art regarding a baking type silver paste, the cited references 1-2 are mentioned, for example.
特許文献1は、低温同時焼成セラミックス(Low Temperature Co-fired Ceramics:LTCC)配線基板用の導電性ペーストに関する技術であって、クラックやデラミネーションの発生を抑制するために、表面に凹凸を有する多面体状の銀粒子を使用することが開示されている。また特許文献2は、太陽電池素子の電極形成用の導電性ペーストに関する技術であって、導電性ペースト中に所定の性状の銀粒子とガラスフリットとを含むことが開示されている。 Patent Document 1 relates to a conductive paste for a low temperature co-fired ceramics (LTCC) wiring board, and has a polyhedron with irregularities on the surface in order to suppress generation of cracks and delamination. The use of silver-like silver particles is disclosed. Patent Document 2 discloses a technique relating to a conductive paste for forming an electrode of a solar cell element, and discloses that the conductive paste contains silver particles having a predetermined property and glass frit.
このような焼成型の導電性ペーストは、比較的高い焼成温度で焼成したときに抵抗率のより低い銀電極(配線)を形成できることが知られている。例えば、従来の導電性ペーストについては、600℃〜700℃の焼成温度としては比較的低温で焼成した場合に得られる電極の電気抵抗率(比抵抗)が2.3μΩ・cm程度以上であるのに対し、800℃以上の高温で焼成した場合に得られる電極の電気抵抗率は2.1μΩ・cm程度以上である。この値は、用途によっては十分に低い電気抵抗率であるといえる。しかしながら、例えば、バルク銀の電気抵抗率の理論値が1.6μΩ・cmであることから、銀電極についてはより高いレベル(例えば2μΩ・cm以下)の低抵抗化が求められている。さらには、より低い焼成温度でかかる低抵抗値を達成することが求められている。本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気抵抗率の低い配線を形成可能な導電性材料としての銀粉末を提供することにある。また他の側面において、かかる銀粉末を用いた導電性ペーストを提供することにある。 It is known that such a firing type conductive paste can form a silver electrode (wiring) having a lower resistivity when fired at a relatively high firing temperature. For example, in the case of the conventional conductive paste, the electrical resistivity (specific resistance) of the electrode obtained when firing at a relatively low temperature is 600 ° C. to 700 ° C. is about 2.3 μΩ · cm or more. On the other hand, the electrical resistivity of the electrode obtained when firing at a high temperature of 800 ° C. or higher is about 2.1 μΩ · cm or higher. This value can be said to be a sufficiently low electrical resistivity depending on the application. However, for example, since the theoretical value of the electrical resistivity of bulk silver is 1.6 μΩ · cm, the silver electrode is required to have a lower resistance at a higher level (for example, 2 μΩ · cm or less). Furthermore, it is required to achieve such a low resistance value at a lower firing temperature. This invention is made | formed in view of said situation, The objective is to provide the silver powder as an electroconductive material which can form wiring with a low electrical resistivity. Another object of the present invention is to provide a conductive paste using such silver powder.
上記の従来技術の課題を解決するために、ここに開示される技術は、電子素子の電極を形成するために用いられる銀粉末を提供する。この銀粉末は、次の(1)〜(4):(1)乾燥温度110℃で乾燥した試料について600℃まで加熱したときの強熱減量が0.05%以下である;(2)タップ密度が5g/cm3以上である;(3)最大アスペクト比が1.4以下である;(4)BET法に基づく比表面積が0.8m2/g以下である;の条件をいずれも満たす。 In order to solve the above-described problems of the prior art, the technology disclosed herein provides a silver powder that is used to form an electrode of an electronic device. This silver powder has the following (1) to (4): (1) Loss on ignition when heated to 600 ° C for a sample dried at a drying temperature of 110 ° C is 0.05% or less; (2) Tap The density is 5 g / cm 3 or more; (3) the maximum aspect ratio is 1.4 or less; (4) the specific surface area based on the BET method is 0.8 m 2 / g or less; .
本発明者らは鋭意検討を重ね、銀粉末の上記4つの性状を所定の範囲で好適に組み合わせて調整することで、これまでにない低い電気抵抗率を実現し得る電極形成用の銀粉末が実現されることを見出し、本発明を完成させるに至った。上記構成によれば、例えば銀粉末を基材上に供給して焼成することにより、電極中の気孔の形成が抑制されて、従来よりも低抵抗の電極(配線)を形成することができる。例えば、電気抵抗率が2μΩ・cm以下の低抵抗な電極を実現することができる。さらには、従来よりも低い焼成温度における焼成で、かかる低抵抗な電極を形成することができる。 The inventors of the present invention have intensively studied and adjusting the above-mentioned four properties of the silver powder in a predetermined range to adjust the silver powder for electrode formation capable of realizing an unprecedented low electrical resistivity. As a result, the present invention has been completed. According to the above configuration, for example, by supplying silver powder onto the base material and firing, formation of pores in the electrode is suppressed, and an electrode (wiring) having a resistance lower than that of the conventional electrode can be formed. For example, a low-resistance electrode having an electrical resistivity of 2 μΩ · cm or less can be realized. Furthermore, such a low-resistance electrode can be formed by firing at a firing temperature lower than conventional.
なお、本明細書において「強熱減量(Ig-loss)」とは、乾燥温度110℃で乾燥した銀粉末を600℃にまで加熱したときの質量減少の割合(%)を示す指標である。この強熱減量は、JIS K0067:1992にて規定される化学製品の減量及び残分試験方法に準じて測定することができる。
また、本明細書において「タップ密度」とは、所定容器内で銀粉末を1000回タップした後の粉末の見掛け密度を示す指標である。タップ密度の測定は、JIS Z2512:2012に規定される金属粉−タップ密度測定方法に準じて測定することができる。
Note that the "loss on ignition (Ig-loss)" as used herein, is an indicator showing the percent mass loss upon heating up to 6 00 ° C. silver powder was dried at a drying temperature of 110 ° C. . This loss on ignition can be measured in accordance with the chemical product weight loss and residue test methods specified in JIS K0067: 1992.
Further, in this specification, “tap density” is an index indicating the apparent density of powder after tapping silver powder 1000 times in a predetermined container. The tap density can be measured according to the metal powder-tap density measuring method specified in JIS Z2512: 2012.
さらに、本明細書において「最大アスペクト比」とは、電子顕微鏡観察における3視野以上の観察像のそれぞれにおいて、アスペクト比が最も高いと思われる3つの銀粒子について測定されるアスペクト比の算術平均値を意味する。
本明細書において「比表面積」とは、ガス吸着法によって測定された銀粉末のガス分子吸着等温特性を、BET法に基づき解析して得られる比表面積である。この比表面積は、JIS Z8830:2013(ISO 9277:2010)に規定されるガス吸着による粉体(固体)の比表面積測定方法に準じて測定することができる。Furthermore, in this specification, the “maximum aspect ratio” means an arithmetic average value of aspect ratios measured for three silver particles that are considered to have the highest aspect ratio in each of observation images of three or more fields in electron microscope observation. Means.
In this specification, the “specific surface area” is a specific surface area obtained by analyzing gas molecule adsorption isothermal characteristics of silver powder measured by the gas adsorption method based on the BET method. This specific surface area can be measured according to the specific surface area measurement method of powder (solid) by gas adsorption prescribed in JIS Z8830: 2013 (ISO 9277: 2010).
ここで開示される銀粉末の好ましい一態様では、(5)電子顕微鏡観察に基づく平均粒子径が1μm以上3μm以下であることを特徴とする。このような構成により、上記4つの性状が実現し易く、低抵抗な電極を形成し易くなるために好ましい。 In a preferred embodiment of the silver powder disclosed herein, (5) an average particle diameter based on observation with an electron microscope is 1 μm or more and 3 μm or less. Such a configuration is preferable because the above four properties are easily realized and a low-resistance electrode is easily formed.
ここで開示される銀粉末の好ましい一態様では、(6)比重が10.4g/cm3以上であることを特徴とする。ここに開示される技術は、より高いレベルでの電極の低抵抗率化を目的としている。したがって、銀粉末を構成する銀粒子自体が気孔を含まず、比重が高いものであることが好ましい。このような構成により、抵抗率の低い銀電極をより確実に形成することができる。In a preferred embodiment of the silver powder disclosed herein, (6) the specific gravity is 10.4 g / cm 3 or more. The technique disclosed herein aims to reduce the resistivity of the electrode at a higher level. Therefore, it is preferable that the silver particles themselves constituting the silver powder do not contain pores and have a high specific gravity. With such a configuration, a silver electrode having a low resistivity can be more reliably formed.
他の側面において、ここに開示される発明は、銀ペーストを提供する。かかる銀ペーストは、上記のいずれかの銀粉末と、バインダ樹脂と、分散媒とを含む。このような構成により、上記の銀粉末を好適に所望の基材に供給することができ、低抵抗な電極を効率よく簡便に形成することができる。例えば、印刷技術を利用して、微細な電極パターンを一枚の基材に複数印刷することができて効率的である。 In another aspect, the invention disclosed herein provides a silver paste. Such a silver paste contains any of the silver powders described above, a binder resin, and a dispersion medium. With such a configuration, the above-described silver powder can be suitably supplied to a desired substrate, and a low-resistance electrode can be formed efficiently and simply. For example, a plurality of fine electrode patterns can be printed on a single substrate by using a printing technique, which is efficient.
ここで開示される銀ペーストの好ましい一態様では、700℃以上800℃以下の温度範囲で焼成したときに得られる銀焼成物の電気抵抗率が2μΩ・cm以下を達成するよう構成されている。これにより、電気抵抗率が2μΩ・cm以下の電極を安定して形成することができる。 In a preferred embodiment of the silver paste disclosed herein, the electric resistivity of the fired silver product obtained when fired in a temperature range of 700 ° C. or higher and 800 ° C. or lower is configured to achieve 2 μΩ · cm or lower. Thereby, an electrode having an electrical resistivity of 2 μΩ · cm or less can be stably formed.
ここで開示される銀ペーストの好ましい一態様では、600℃以上900℃以下の温度範囲で焼成したときに得られる銀焼成物の電気抵抗率が2.1μΩ・cm以下を達成するよう構成されている。これにより、比較的低温から高温に至る広い焼成温度において、電気抵抗率が2.1μΩ・cm以下の電極を安定して形成することができる。 In a preferred embodiment of the silver paste disclosed herein, the electrical resistivity of the silver fired product obtained when fired in a temperature range of 600 ° C. or higher and 900 ° C. or lower is configured to achieve 2.1 μΩ · cm or lower. Yes. Thus, an electrode having an electrical resistivity of 2.1 μΩ · cm or less can be stably formed at a wide firing temperature from a relatively low temperature to a high temperature.
ここで開示される銀ペーストの好ましい一態様では、600℃以上800℃以下の温度範囲で焼成したときに得られる銀焼成物の電気抵抗率が2μΩ・cm以下を達成するよう構成されている。これにより、600℃という比較的低い焼成温度においても、電気抵抗率が2μΩ・cm以下の電極を安定して形成することができる。 In a preferred embodiment of the silver paste disclosed herein, the electrical resistivity of the silver fired product obtained when fired in a temperature range of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower is configured to achieve 2 μΩ · cm or lower. Thereby, an electrode having an electric resistivity of 2 μΩ · cm or less can be stably formed even at a relatively low firing temperature of 600 ° C.
以上のように、ここに開示される技術によると、焼成により気孔の形成が抑制された低抵抗な銀電極を作製することができる。また、この銀電極は、基材上に任意の形状で印刷した印刷体を焼成することにより簡便に形成することができる。したがって、高温で使用されたり、高温で製造されたりする電子素子であって、特に低い抵抗率の電極が求められる用途で特に好適に適用することができる。かかる観点から、ここに開示される技術は、この銀電極を備えた電子素子をも提供する。 As described above, according to the technology disclosed herein, it is possible to produce a low-resistance silver electrode in which pore formation is suppressed by firing. Moreover, this silver electrode can be simply formed by baking the printing body printed on the base material by arbitrary shapes. Therefore, it is an electronic device that is used at a high temperature or manufactured at a high temperature, and can be particularly suitably applied to an application that requires an electrode having a particularly low resistivity. From this point of view, the technology disclosed herein also provides an electronic device including this silver electrode.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項(例えば、銀粉末の性状)以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、銀ペーストの供給方法や、電子素子の構成等)は、本明細書により教示されている技術内容と、当該分野における当業者の一般的な技術常識とに基づいて理解することができる。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、本明細書において範囲を示す「A〜B」との表記は、A以上B以下を意味する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification (for example, properties of silver powder) and matters necessary for the implementation of the present invention (for example, a method for supplying a silver paste, a configuration of an electronic device, etc.) Can be understood on the basis of the technical contents taught in the present specification and the general technical common knowledge of those skilled in the art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. In the present specification, the notation “A to B” indicating a range means A or more and B or less.
[銀粉末]
ここに開示される銀粉末は、電子素子等における導線たる電気伝導性(以下、単に「導電性」という場合がある。)の高い配線を形成するため材料である。銀(Ag)は、金(Au)ほど高価ではなく、酸化され難くかつ導電性に優れることから電極材料として好ましい。銀粉末は、銀を主成分とする粉末(粒子の集合)であればその組成は特に制限されず、所望の導電性やその他の物性を備える銀粉末を用いることができる。ここで主成分とは、銀粉末を構成する成分のうちの最大成分であることを意味する。銀粉末としては、例えば、銀および銀合金ならびにそれらの混合物または複合体等から構成されたものが一例として挙げられる。銀合金としては、例えば、銀−パラジウム(Ag−Pd)合金、銀−白金(Ag−Pt)合金、銀−銅(Ag−Cu)合金等が好ましい例として挙げられる。例えば、コアが銀以外の銅や銀合金等の金属から構成され、コアを覆うシェルが銀からなるコアシェル粒子等を用いることもできる。銀粉末は、その純度(含有量)が高いほど導電性が高くなる傾向があることから、純度の高いものを使用することが好ましい。銀粉末は、純度95%以上が好ましく、97%以上がより好ましく、99%以上が特に好ましい。ここに開示される技術によると、例えば、純度が99.5%程度以上(例えば99.8%程度以上)の銀粉末を使用することでも、極めて低抵抗の電極を形成することが可能とされる。なお、かかる観点において、ここに開示される技術においては、例えば、純度99.99%以下(99.9%以下)の銀粉末を用いても、十分に低抵抗の電極を形成することが可能である。[Silver powder]
The silver powder disclosed here is a material for forming a wiring having high electrical conductivity (hereinafter sometimes simply referred to as “conductivity”) as a conductive wire in an electronic device or the like. Silver (Ag) is preferable as an electrode material because it is not as expensive as gold (Au), is hardly oxidized, and has excellent conductivity. The composition of the silver powder is not particularly limited as long as it is a powder (aggregation of particles) containing silver as a main component, and a silver powder having desired conductivity and other physical properties can be used. Here, the main component means that it is the maximum component among the components constituting the silver powder. Examples of the silver powder include silver and silver alloys, and mixtures or composites thereof. Preferred examples of the silver alloy include a silver-palladium (Ag—Pd) alloy, a silver-platinum (Ag—Pt) alloy, a silver-copper (Ag—Cu) alloy, and the like. For example, core-shell particles in which the core is made of metal other than silver, such as copper or silver alloy, and the shell covering the core is made of silver can also be used. Since the silver powder tends to have higher conductivity as its purity (content) is higher, it is preferable to use a silver powder having higher purity. The silver powder preferably has a purity of 95% or more, more preferably 97% or more, and particularly preferably 99% or more. According to the technology disclosed herein, for example, it is possible to form an extremely low resistance electrode even by using silver powder having a purity of about 99.5% or more (for example, about 99.8% or more). The From this point of view, in the technique disclosed herein, it is possible to form a sufficiently low-resistance electrode even when, for example, silver powder having a purity of 99.99% or less (99.9% or less) is used. It is.
上記の銀粉末は焼成されることにより一体化されて、電極を形成する。銀粉末を構成する銀粒子は、焼成の際に焼結に伴い複数の粒子が一体化され、見掛けの体積が減少する。つまり、銀粒子は焼結に際して位置が移動する。また、銀粒子は焼結に伴い、粒子間隙が失われるように形状が変化する。ここに開示される技術においては、焼成時に銀粒子がより緻密に充填されて気孔の少ない電極を形成するように、銀粉末の各種性状を調整している。すなわち、銀粉末は、(1)強熱減量、(2)タップ密度、(3)最大アスペクト比および(4)比表面積が、所定の範囲となるように定められている。以下に、各物性値について説明する。 The silver powder is integrated by firing to form an electrode. When the silver particles constituting the silver powder are sintered, a plurality of particles are integrated with the sintering, and the apparent volume is reduced. That is, the position of silver particles moves during sintering. In addition, the shape of the silver particles changes with sintering so that the particle gap is lost. In the technology disclosed herein, various properties of the silver powder are adjusted so that the silver particles are more densely packed during firing to form an electrode with fewer pores. That is, the silver powder is determined such that (1) ignition loss, (2) tap density, (3) maximum aspect ratio, and (4) specific surface area are within a predetermined range. Below, each physical-property value is demonstrated.
(1)強熱減量(Ig−loss)
強熱減量は、乾燥温度110℃で乾燥した銀粉末を600℃にまで加熱したときの質量減少量の割合(%)を示す指標である。このような加熱により減少する成分は、焼成の際に燃えぬける成分(揮発成分)であり、銀粉末を焼成したときに銀粒子の円滑な移動および充填を阻害し得る。この揮発成分は主に有機物からなると考えられ、例えば銀粉末の分散性を高めるために銀粉末の表面に付着される分散剤、界面活性剤などに由来する成分であり得る。ここに開示される技術では、上記銀粒子の充填性の低下を抑制するべく、銀粉末の強熱減量を0.05%以下に制限している。この強熱減量は0.045%以下が好ましく、0.04%以下がより好ましく、0.035%以下が特に好ましい。強熱減量は、測定装置の性能にもよるが、実質的に0%であってもよい。
(1) Loss on ignition (Ig-loss)
The ignition loss is an index showing the proportion (%) of the weight loss when heated silver powder was dried at a drying temperature of 110 ° C. until the 6 00 ° C.. The component which decreases by such heating is a component (volatile component) that burns out during firing, and can inhibit the smooth movement and filling of silver particles when the silver powder is fired. This volatile component is considered to be mainly composed of an organic substance, and may be a component derived from, for example, a dispersant or a surfactant attached to the surface of the silver powder in order to enhance the dispersibility of the silver powder. In the technique disclosed here, the loss on ignition of the silver powder is limited to 0.05% or less in order to suppress a decrease in the packing property of the silver particles. The ignition loss is preferably 0.045% or less, more preferably 0.04% or less, and particularly preferably 0.035% or less. The ignition loss depends on the performance of the measuring device, but may be substantially 0%.
(2)タップ密度
タップ密度は、容器に自然充填された粉体の凝集による空隙を、所定のタッピング条件による衝撃によって解消したときの、軽い圧密状態における嵩密度を示す指標である。ここでは、タッピングの条件を、タップ高さ:5cm、タップ速度:100回/分、タッピング回数:1000回としたときのタップ密度を採用している。銀粉末のタップ密度が低すぎると、基材上に供給したときの銀粒子の配列が空隙の大きいものとなりやすく、さらに、焼成時に銀粒子が移動するときにも充填性が高まり難くなるために好ましくない。かかる観点から、ここに開示される技術では、銀粉末のタップ密度を5g/cm3以上に規定している。タップ密度は5.1g/cm3以上が好ましく、5.2g/cm3以上がより好ましく、5.3g/cm3以上が特に好ましい。タップ密度の上限は特に制限されない。粉体の密度には、タップ密度<見掛け密度≦比重の関係がある。したがって、銀粉末の平均粒子径等から算出される最密充填密度や、さらには銀の比重(10.50g/cm3)により近いことが好ましい。(2) Tap density The tap density is an index indicating a bulk density in a lightly consolidated state when voids due to aggregation of powder naturally filled in a container are eliminated by impact under a predetermined tapping condition. Here, the tap density when the tap height is 5 cm, the tap speed is 100 times / minute, and the tapping frequency is 1000 times is adopted. If the tap density of the silver powder is too low, the arrangement of the silver particles when supplied onto the base material tends to be large in voids, and further, the filling property is difficult to increase when the silver particles move during firing. It is not preferable. From this point of view, in the technique disclosed herein, the tap density of the silver powder is regulated to 5 g / cm 3 or more. Tap density is preferably 5.1 g / cm 3 or more, more preferably 5.2 g / cm 3 or more, 5.3 g / cm 3 or more is particularly preferable. The upper limit of the tap density is not particularly limited. The density of the powder has a relationship of tap density <apparent density ≦ specific gravity. Therefore, it is preferable that it is closer to the closest packing density calculated from the average particle diameter of the silver powder or the specific gravity of silver (10.50 g / cm 3 ).
(3)最大アスペクト比
ここに開示される銀粉末は焼成に供されることから、銀粉末を構成する銀粒子は真球形に近いほど充填性が良くなり、焼成物である電極を密に構成し得る。したがって、かかる焼成時の充填性を妨げる非球形粒子の存在は好ましくない。ここに開示される技術においては、銀粒子の最大アスペクト比を1.4以下に制限することで、銀粉末を構成する銀粒子の充填性を確保するようにしている。なお、粒子の充填性は、形状が真球から離れた粒子によりもっとも阻害され得、このことが電極のより大きな気孔の形成に繋がるとの観点から、平均アスペクト比ではなく、最大アスペクト比を評価の指標としている。銀粉末の最大アスペクト比は、1.35以下が好ましく、1.3以下がより好ましく、1.25以下が特に好ましい。
なお、最大アスペクト比とは、電子顕微鏡観察における3視野以上の観察像のそれぞれにおいて、アスペクト比が最も高いと思われる3つの銀粒子を選択し、これらの銀粒子について測定されるアスペクト比の算術平均値を意味する。また、アスペクト比は、観察像内における銀粒子の最大長径(最大長)をa、この最大長径に直交する銀粒子の最大幅をbとしたとき、「a/b」として算出される指標である。(3) Maximum aspect ratio Since the silver powder disclosed here is subjected to firing, the closer the silver particles constituting the silver powder are to the true spherical shape, the better the filling property, and the denser the electrode that is the fired product. Can do. Therefore, the presence of non-spherical particles that hinder the filling properties during firing is not preferable. In the technique disclosed here, the maximum aspect ratio of the silver particles is limited to 1.4 or less, thereby ensuring the filling property of the silver particles constituting the silver powder. In addition, the packing aspect of the particles is most disturbed by the particles whose shape is far from the true sphere, and the maximum aspect ratio is evaluated instead of the average aspect ratio from the viewpoint that this leads to the formation of larger pores in the electrode. As an indicator. The maximum aspect ratio of the silver powder is preferably 1.35 or less, more preferably 1.3 or less, and particularly preferably 1.25 or less.
Note that the maximum aspect ratio is the arithmetic of the aspect ratio measured for these silver particles by selecting the three silver particles that are considered to have the highest aspect ratio in each of the observation images of three or more fields in the electron microscope observation. Mean value. The aspect ratio is an index calculated as “a / b” where a is the maximum long diameter (maximum length) of silver particles in the observed image and b is the maximum width of silver particles orthogonal to the maximum long diameter. is there.
(4)比表面積
比表面積は、銀粉末が備える表面積を単位重量当たりで示した値であり、銀粉末を構成する銀粒子の大きさと表面形態とを反映した指標であり得る。一般に平均粒子径が同じ粉体については、比表面積が大きいほど粒子の形状が真球形から遠ざかる傾向にあり得る。したがって、ここに開示される技術においては、BET法に基づく比表面積が0.8m2/g以下の銀粉末を用いるように規定している。なお、この0.8m2/gとの比表面積は、直径が約0.7μmの真球の銀粒子についての比表面積に相当する。本発明においては、電子素子の電極を形成するために用いる銀粉末として、かかる値により適否を評価するようにしている。銀粉末の比表面積は、0.75m2/g以下が好ましく、0.65m2/g以下がより好ましく、0.6m2/g以下が特に好ましい。なお、比表面積が小さいことは銀粉末の平均粒子径が粗大であることをも意味する。したがって、電子素子の用途にもよるため一概には言えないが、BET法に基づく比表面積は、概ね0.1m2/g以上であることが好ましく、0.15m2/g以上であることがより好ましい。(4) Specific surface area The specific surface area is a value indicating the surface area of the silver powder per unit weight, and can be an index reflecting the size and surface morphology of the silver particles constituting the silver powder. In general, for powders having the same average particle diameter, the larger the specific surface area, the more likely the shape of the particles to be farther from a true sphere. Therefore, in the technique disclosed here, it is prescribed | regulated that the specific surface area based on BET method should use the silver powder of 0.8 m < 2 > / g or less. The specific surface area of 0.8 m 2 / g corresponds to the specific surface area of true spherical silver particles having a diameter of about 0.7 μm. In the present invention, the suitability of the silver powder used for forming the electrode of the electronic element is evaluated based on such a value. The specific surface area of silver powder is preferably 0.75 m 2 / g or less, more preferably 0.65m 2 / g, 0.6m 2 / g or less is particularly preferred. In addition, that a specific surface area is small also means that the average particle diameter of silver powder is coarse. Therefore, although it cannot be generally described because it depends on the use of the electronic device, the specific surface area based on the BET method is preferably about 0.1 m 2 / g or more, and preferably about 0.15 m 2 / g or more. More preferred.
ここに開示される技術は、上記のとおり、銀粉末の焼成時の充填性をより良く高めるよう、上記4つの指標を組み合わせて採用し、その値を最適なものに調整している。したがって、より低抵抗な電極を形成するために、銀粉末が上記4つの要件を同時に満たすことは欠かせない。これにより、この銀粉末をバルク銀の融点(約962℃)よりも低温で焼成したときにより緻密な焼成物を得ることができる。延いては抵抗率の低い電極を形成することができる。 As described above, the technique disclosed herein employs a combination of the above four indices and adjusts the value to an optimum value in order to improve the filling property during the firing of the silver powder. Therefore, in order to form a lower resistance electrode, it is essential that the silver powder satisfies the above four requirements simultaneously. Thereby, when this silver powder is baked at a temperature lower than the melting point of bulk silver (about 962 ° C.), a denser baked product can be obtained. As a result, an electrode having a low resistivity can be formed.
(5)平均粒子径
なお、銀粉末の平均粒子径は上記要件を満たす限り特に限定されない。しかしながら、現時点における電子素子の製造に好適に用いることができるとの観点から、平均粒子径を所定の範囲のものとすることも好ましい態様である。銀粉末の平均粒子径が小さすぎると、より低温で焼結が進行するものの、一次粒子が凝集しやすくなり焼成時の銀粒子の充填性が低下するために好ましくない。そこで、銀粉末は、一次粒子および二次粒子(凝集粒子)を区別して観察することが可能な電子顕微鏡に基づいて、例えば一次粒子の平均粒子径が1μm以上のものであることが好適である。平均粒子径は1.1μm以上であることが好ましく、1.2μm以上がより好ましく、1.3μm以上が特に好ましい。例えば、1.5μm以上とすることができる。また、銀粉末の一次粒子の平均粒子径が大きすぎると、焼結のために高温に長時間晒す必要があり、また低温で焼結を実現するとの要望を満たさないという点で好ましくない。したがって、銀粉末の電子顕微鏡観察に基づく平均粒子径は、例えば5μm以下を目安とすることができる。平均粒子径は4.5μm以下であることが好ましく、4μm以下がより好ましく、3.5μm以下が特に好ましい。(5) Average particle diameter In addition, the average particle diameter of silver powder is not specifically limited as long as the said requirements are satisfy | filled. However, it is also a preferable aspect that the average particle diameter is within a predetermined range from the viewpoint that it can be suitably used for the production of electronic devices at the present time. If the average particle size of the silver powder is too small, sintering proceeds at a lower temperature, but the primary particles tend to aggregate and the packing property of the silver particles during firing is lowered, which is not preferable. In view of this, the silver powder preferably has an average particle diameter of, for example, 1 μm or more based on an electron microscope capable of distinguishing and observing primary particles and secondary particles (aggregated particles). . The average particle diameter is preferably 1.1 μm or more, more preferably 1.2 μm or more, and particularly preferably 1.3 μm or more. For example, it can be 1.5 μm or more. In addition, if the average particle size of the primary particles of the silver powder is too large, it is not preferable in that it needs to be exposed to a high temperature for a long time for sintering and does not satisfy the desire to realize sintering at a low temperature. Therefore, the average particle diameter based on the electron microscope observation of the silver powder can be set to 5 μm or less, for example. The average particle size is preferably 4.5 μm or less, more preferably 4 μm or less, and particularly preferably 3.5 μm or less.
なお、本明細書において「電子顕微鏡観察に基づく平均粒子径」とは、例えば走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)や透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)等に代表される電子顕微鏡により観察された100個の銀粉末粒子の、円相当径に基づく粒度分布(個数基準)における累積50%粒径(DEM50)である。In this specification, “average particle diameter based on electron microscope observation” refers to an electron microscope represented by, for example, a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), and the like. Is the cumulative 50% particle size (D EM50 ) in the particle size distribution (number basis) based on the equivalent circle diameter of 100 silver powder particles observed by the above.
なお、粉末の平均粒子径としては、レーザ回折・散乱法によっても評価が為されている。レーザ回折・散乱法によると、一次粒子と二次粒子とを完全には区別することなく平均粒子径を測定する。ここに開示される銀粉末は、レーザ回折・散乱法に基づく銀粉末の平均粒子径については、例えば0.5μm以上を目安とすることが好適である。レーザ回折・散乱法に基づく平均粒子径は0.7μm以上であることが好ましく、1μm以上がより好ましく、1.2μm以上が特に好ましい。一方、銀粉末の平均粒子径の上限については、レーザ回折・散乱法と電子顕微鏡観察法とで大きな差異は見られず、例えば5μm以下を好適範囲の目安とすることができる。平均粒子径は4.5μm以下であることが好ましく、4μm以下がより好ましく、3.5μm以下が特に好ましい。
なお、本明細書における「レーザ回折・散乱法に基づく平均粒子径」とは、レーザ回折・散乱法によって測定される体積基準の粒度分布における累積体積50%時の粒径(DL50)を採用している。The average particle diameter of the powder is also evaluated by a laser diffraction / scattering method. According to the laser diffraction / scattering method, the average particle diameter is measured without completely distinguishing primary particles and secondary particles. As for the silver powder disclosed here, the average particle diameter of the silver powder based on the laser diffraction / scattering method is preferably, for example, 0.5 μm or more. The average particle diameter based on the laser diffraction / scattering method is preferably 0.7 μm or more, more preferably 1 μm or more, and particularly preferably 1.2 μm or more. On the other hand, with respect to the upper limit of the average particle diameter of the silver powder, there is no significant difference between the laser diffraction / scattering method and the electron microscope observation method. The average particle size is preferably 4.5 μm or less, more preferably 4 μm or less, and particularly preferably 3.5 μm or less.
As used herein, “average particle size based on laser diffraction / scattering method” refers to the particle size (D L50 ) when the cumulative volume is 50% in the volume-based particle size distribution measured by the laser diffraction / scattering method. doing.
また、銀粉末としては、粒度分布のシャープな(狭い)ものが好ましい。例えば、平均粒子径が10μm以上の粒子を実質的に含まないような銀粉末を好ましく用いることができる。さらに、粒度分布がシャープであることの指標として、レーザ回折・散乱法に基づく粒度分布における小粒径側からの累積10%体積時の粒径(DL10)と累積90%体積時の粒径(DL90)との比(DL10/DL90)が採用できる。粉末を構成する粒径が全て等しい場合はDL10/DL90の値は1となり、逆に粒度分布が広くなる程このDL10/DL90の値は0に近づくことになる。DL10/DL90の値が0.15以上、例えば0.15以上0.5以下であるような、比較的狭い粒度分布の粉末の使用が好ましい。Further, as the silver powder, those having a sharp (narrow) particle size distribution are preferable. For example, a silver powder that does not substantially contain particles having an average particle diameter of 10 μm or more can be preferably used. Furthermore, as an indicator of the sharpness of the particle size distribution, the particle size distribution ( DL10 ) from the small particle size side in the particle size distribution based on the laser diffraction / scattering method and the particle size at the cumulative 90% volume (D L90) and the ratio of (D L10 / D L90) can be employed. When all the particle sizes constituting the powder are equal, the value of D L10 / D L90 is 1, and conversely, the value of D L10 / D L90 approaches 0 as the particle size distribution becomes wider. It is preferable to use a powder having a relatively narrow particle size distribution such that the value of D L10 / D L90 is 0.15 or more, for example 0.15 or more and 0.5 or less.
また他の側面において、銀粉末は、平均粒子径の異なる2つの粒子群を混合して用いることもできる。この場合、例えば、第1の粒子群の平均粒子径(DL50)を2μm〜5μm(例えば2μm)の範囲とし、第2の粒子群の平均粒子径(DL50)を0.5μm〜2μm(例えば0.5μm)の範囲とすることが好適例として挙げられる。このとき各粒子群の粒度分布は、上記のとおりシャープなものであることが好ましい。そして、例えば、第1の粒子群が65〜90質量%(例えば、70質量%)の割合で、第2の粒子群が35〜10質量%(例えば、30質量%)の割合となるように混合する。これにより、充填性の良好な銀粉末を用意することができる。
このような平均粒子径および粒度分布特性を有する銀粉末は、充填性がよく緻密な電極を形成し得る。このことは、抵抗率のより低い電極を形成するにあたって有利である。In another aspect, the silver powder can be used by mixing two particle groups having different average particle diameters. In this case, for example, the average particle diameter (D L50 ) of the first particle group is in the range of 2 μm to 5 μm (for example, 2 μm), and the average particle diameter (D L50 ) of the second particle group is 0.5 μm to 2 μm ( For example, a preferable range is 0.5 μm). At this time, the particle size distribution of each particle group is preferably sharp as described above. For example, the first particle group has a ratio of 65 to 90% by mass (for example, 70% by mass) and the second particle group has a ratio of 35 to 10% by mass (for example, 30% by mass). Mix. Thereby, silver powder with favorable filling property can be prepared.
A silver powder having such an average particle size and particle size distribution characteristic can form a dense electrode with good filling properties. This is advantageous in forming a lower resistivity electrode.
(6)比重
銀粉末の比重は厳密には限定されないものの、例えば、銀粉末を構成する銀粒子自体に含まれる気孔の割合が少ないことがより好ましい。したがって、例えば、銀粉末について定容積膨張法により測定される比重(真密度ともいう。)が高いことが好ましい。本明細書において、銀粉末の比重は、ヘリウムガスを使用した定容積膨張法により測定される値を採用している。銀粉末の比重は、概ね10.3g/cm3以上を目安とすることができ、例えば10.35g/cm3以上とすることができる。さらに、銀粉末の比重は、10.4g/cm3以上であることが好ましく、10.45g/cm3以上がより好ましく、10.5g/cm3以上が特に好ましい。(6) Specific gravity Although the specific gravity of the silver powder is not strictly limited, for example, it is more preferable that the ratio of pores contained in the silver particles themselves constituting the silver powder is small. Therefore, for example, it is preferable that the specific gravity (also referred to as true density) of silver powder measured by a constant volume expansion method is high. In this specification, the specific gravity of the silver powder adopts a value measured by a constant volume expansion method using helium gas. The specific gravity of the silver powder can be approximately 10.3 g / cm 3 or more, for example, 10.35 g / cm 3 or more. Furthermore, the specific gravity of the silver powder is preferably 10.4 g / cm 3 or more, more preferably 10.45 g / cm 3 or more, 10.5 g / cm 3 or more is particularly preferable.
以上の銀粉末は、任意の基材に供給したのち焼成し、銀粉末を構成する銀粒子を一体的に焼結させることで、焼結物としての銀電極(配線であり得る。)を得ることができる。焼成温度は、銀粉末の組成にもよるが、純銀(例えば純度99.9%以上)と見なせる銀粉末については融点である962℃よりも低い温度とすることができる。したがって、焼成温度は、例えば従来の銀粉末と同様に800℃〜900℃程度の温度範囲とすることができる。しかしながら、ここに開示される銀粉末は、従来の銀粉末を同じ温度で焼成したときよりも低抵抗の銀電極を得ることができる。さらには、従来の銀粉末よりも低い温度で焼成した場合であっても、従来と同程度かより低い抵抗率の電極を実現し得る。したがって、この銀粉末は、例えば、900℃以下(900℃未満)の温度で焼成することが好ましい。焼成温度は、850℃以下(850℃未満)がより好ましく、800℃以下(800℃未満)がさらに好ましく、750℃以下(750℃未満)が特に好ましい。例えば、焼成温度は、700℃以下(700℃未満)、特に650℃以下(650℃未満)、例えば600℃程度(典型的には580℃〜620℃)とすることができる。焼成温度の下限については特に制限されず、例えば、550℃以上とすることが例示される。 The above silver powder is fired after being supplied to an arbitrary base material, and the silver particles constituting the silver powder are integrally sintered to obtain a silver electrode (which may be a wiring) as a sintered product. be able to. Although the firing temperature depends on the composition of the silver powder, the silver powder that can be regarded as pure silver (for example, purity 99.9% or more) can be set to a temperature lower than 962 ° C., which is the melting point. Therefore, the firing temperature can be in the temperature range of about 800 ° C. to 900 ° C., for example, as in the case of conventional silver powder. However, the silver powder disclosed here can obtain a silver electrode having a lower resistance than when the conventional silver powder is fired at the same temperature. Furthermore, even when firing at a temperature lower than that of conventional silver powder, an electrode having a resistivity equivalent to or lower than that of the conventional one can be realized. Therefore, this silver powder is preferably fired at a temperature of 900 ° C. or lower (less than 900 ° C.), for example. The firing temperature is more preferably 850 ° C. or less (less than 850 ° C.), further preferably 800 ° C. or less (less than 800 ° C.), and particularly preferably 750 ° C. or less (less than 750 ° C.). For example, the firing temperature can be 700 ° C. or less (less than 700 ° C.), particularly 650 ° C. or less (less than 650 ° C.), for example, about 600 ° C. (typically 580 ° C. to 620 ° C.). It does not restrict | limit especially about the minimum of baking temperature, For example, setting it as 550 degreeC or more is illustrated.
[銀ペースト]
上記の銀粉末のバインダ樹脂への供給手法は特に制限されない。ここに開示される技術においては、上記銀粉末の供給性およびハンドリング性を良好なものとするために、銀粉末を有機ビヒクル成分に分散させた銀ペーストの形態で提供することもできる。かかる銀ペーストは、本質的に、銀粉末と、有機ビヒクル成分とを含んでいる。
有機ビヒクル成分としては、所望の目的に応じて、従来よりこの種の銀ペーストに用いられている各種のものを特に制限なく使用することができる。典型的には、有機ビヒクル成分は、種々の組成のバインダ樹脂と分散媒との混合物として構成される。かかる有機ビヒクル成分において、バインダ樹脂は分散媒に全てが溶解していても良いし、一部が溶解または分散(いわゆるエマルジョンタイプの有機ビヒクルであり得る。)していても良い。[Silver paste]
The method for supplying the silver powder to the binder resin is not particularly limited. In the technique disclosed herein, the silver powder can be provided in the form of a silver paste dispersed in an organic vehicle component in order to improve the supply and handling properties of the silver powder. Such a silver paste essentially comprises silver powder and an organic vehicle component.
As the organic vehicle component, various materials conventionally used in this type of silver paste can be used without particular limitation depending on the desired purpose. Typically, the organic vehicle component is configured as a mixture of binder resins and dispersion media of various compositions. In such an organic vehicle component, the binder resin may be completely dissolved in the dispersion medium, or a part thereof may be dissolved or dispersed (may be a so-called emulsion type organic vehicle).
バインダ樹脂は、調整した銀ペーストを、印刷,乾燥等を行うことで成膜化した段階において、銀粒子同士、および、銀粒子と基材とを結合させる役割を担う成分である。したがって、銀粒子が焼成により一体化された後は、バインダ樹脂は不要な抵抗成分となり得る。したがって、このバインダ樹脂は、焼成温度よりも低い温度で消失し、電極中に残存しない成分であることが好ましい。このようなバインダ樹脂としては、バインダ機能を有する有機化合物を特に制限なく用いることができる。具体的には、例えば、エチルセルロース,ヒドロキシエチルセルロース,カルボキシメチルセルロース等のセルロース系高分子、ポリブチルメタクリレート,ポリメチルメタクリレート,ポリエチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリビニルアルコール,ポリビニルブチラール等のビニル系樹脂、ロジンやマレイン化ロジン等のロジン系樹脂等をベースとするバインダ樹脂が好適に用いられる。特に、良好なスクリーン印刷を行うことができる粘度特性を好適に実現し得ることから、セルロース系高分子(例えばエチルセルロース)の使用が好ましい。 The binder resin is a component that plays a role of bonding the silver particles and the silver particles and the base material at a stage where the prepared silver paste is formed into a film by printing, drying or the like. Therefore, after the silver particles are integrated by baking, the binder resin can be an unnecessary resistance component. Therefore, this binder resin is preferably a component that disappears at a temperature lower than the firing temperature and does not remain in the electrode. As such a binder resin, an organic compound having a binder function can be used without particular limitation. Specifically, for example, cellulose polymers such as ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, acrylic resins such as polybutyl methacrylate, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, epoxy resins, phenol resins, alkyd resins, polyvinyl alcohol, Binder resins based on vinyl resins such as polyvinyl butyral and rosin resins such as rosin and maleinized rosin are preferably used. In particular, the use of a cellulosic polymer (for example, ethyl cellulose) is preferable because viscosity characteristics capable of performing good screen printing can be suitably realized.
なお、上記のとおり、この銀粉末は焼結性および焼結時の充填性に優れている。したがって、より抵抗率の低い電極を形成する目的においては、銀ペーストは、銀粉末および有機ビヒクル成分以外の成分を含まないことが好ましい。例えば、この銀ペーストは、有機ビヒクル成分以外に、例えば、無機バインダともいえるガラスフリットを含まないことが好ましい態様である。 In addition, as above-mentioned, this silver powder is excellent in sinterability and the filling property at the time of sintering. Therefore, for the purpose of forming an electrode having a lower resistivity, the silver paste preferably does not contain components other than silver powder and organic vehicle components. For example, it is a preferable aspect that this silver paste does not contain glass frit which can be said to be an inorganic binder in addition to the organic vehicle component.
有機ビヒクルを構成する分散媒として好ましいものは、沸点がおよそ200℃以上(典型的には約200℃〜260℃)の有機溶剤である。沸点がおよそ230℃以上(典型的にはほぼ230℃〜260℃)の有機溶剤がより好ましく用いられる。このような有機溶剤としては、ブチルセロソルブアセテート,ブチルカルビトールアセテート(BCA:ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート)等のエステル系溶剤、ブチルカルビトール(BC:ジエチレングリコールモノブチルエーテル)等のエーテル系溶剤、エチレングリコールおよびジエチレングリコール誘導体、トルエン,キシレン,ミネラルスピリット,ターピネオール,メンタノール,テキサノール等の有機溶剤を好適に用いることができる。特に好ましい溶剤成分として、ブチルカルビトール(BC)、ブチルカルビトールアセテート(BCA)、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート等が挙げられる。 A preferable dispersion medium constituting the organic vehicle is an organic solvent having a boiling point of about 200 ° C. or higher (typically about 200 ° C. to 260 ° C.). An organic solvent having a boiling point of about 230 ° C. or higher (typically about 230 ° C. to 260 ° C.) is more preferably used. Examples of such organic solvents include ester solvents such as butyl cellosolve acetate and butyl carbitol acetate (BCA: diethylene glycol monobutyl ether acetate), ether solvents such as butyl carbitol (BC: diethylene glycol monobutyl ether), ethylene glycol and diethylene glycol. An organic solvent such as a derivative, toluene, xylene, mineral spirit, terpineol, mentanol, or texanol can be preferably used. Particularly preferred solvent components include butyl carbitol (BC), butyl carbitol acetate (BCA), 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate and the like.
銀ペーストに含まれる各構成成分の配合割合は、電極の形成方法、典型的には印刷方法等によっても適宜調整することができ、概ね、従来より採用されているこの種の導電性組成物に準じた配合割合をもとに構成することができる。一例として、例えば、以下の配合を目安に各構成成分の割合を決定することができる。 The blending ratio of each constituent component contained in the silver paste can be adjusted as appropriate by the electrode forming method, typically the printing method, and the like. It can comprise based on the mixing | blending ratio which followed. As an example, for example, the ratio of each component can be determined using the following formulation as a guide.
すなわち、銀ペースト中に占める銀粉末の含有割合は、ペースト全体を100質量%としたとき、およそ80質量%以上(典型的には80質量%〜98質量%)とすることが適当であり、より好ましくは83質量%〜96質量%程度、例えば85質量%〜95質量%程度とすることが好ましい。銀粉末の含有割合を高くすることは、バインダ樹脂の割合を低下することに繋がり、気孔が少なく緻密な電極パターンを形状精度よく形成することができるという観点から好ましい。一方、この含有割合が高すぎると、ペーストの取扱性や、各種の印刷性に対する適性等が低下することがある。 That is, the content ratio of the silver powder in the silver paste is suitably about 80% by mass or more (typically 80% by mass to 98% by mass) when the entire paste is 100% by mass, More preferably, it is about 83 mass%-about 96 mass%, for example, it is preferable to set it as about 85 mass%-about 95 mass%. Increasing the silver powder content ratio is preferable from the viewpoint of reducing the binder resin ratio and forming a dense electrode pattern with few pores with high shape accuracy. On the other hand, if the content is too high, the handleability of the paste and the suitability for various printability may be reduced.
そして、有機ビヒクル成分のうちバインダ樹脂は、銀粉末の質量を100質量%としたとき、およそ10質量%以下、典型的には0.3質量%〜8質量%程度の割合で含有されることが好ましい。特に好ましくは、銀粉末100質量%に対して0.5質量%〜6質量%の割合で含有される。なお、かかるバインダ樹脂は、例えば、有機溶剤中に溶解しているバインダ樹脂成分と、有機溶剤中に溶解していないバインダ樹脂成分とが含まれていても良い。有機溶剤中に溶解しているバインダ樹脂成分と、溶解していないバインダ樹脂成分とが含まれる場合、それらの割合に特に制限はないものの、例えば、有機溶剤中に溶解しているバインダ樹脂成分が(1割〜10割)を占めるようにすることができる。
なお、上記有機ビヒクルの全体としての含有割合は、得られるペーストの性状に合わせて可変であり、おおよその目安として、導電性組成物全体を100質量%としたとき、例えば2質量%〜20質量%となる量が適当であり、5質量%〜15質量%であるのが好ましく、特に5質量%〜10質量%となる量がより好ましい。Of the organic vehicle components, the binder resin is contained in a proportion of about 10% by mass or less, typically about 0.3% by mass to 8% by mass, when the mass of the silver powder is 100% by mass. Is preferred. Particularly preferably, it is contained in a proportion of 0.5% by mass to 6% by mass with respect to 100% by mass of silver powder. In addition, this binder resin may contain the binder resin component which is melt | dissolving in the organic solvent, and the binder resin component which is not melt | dissolved in the organic solvent, for example. When the binder resin component dissolved in the organic solvent and the binder resin component not dissolved are included, the ratio thereof is not particularly limited, but for example, the binder resin component dissolved in the organic solvent is (10% to 10%) can be occupied.
In addition, the content ratio as a whole of the organic vehicle is variable in accordance with the properties of the obtained paste. As an approximate guide, when the entire conductive composition is 100% by mass, for example, 2% by mass to 20% by mass. % Is appropriate, preferably 5% by mass to 15% by mass, and more preferably 5% by mass to 10% by mass.
また、ここに開示される導電性組成物は、本発明の目的から逸脱しない範囲において、上記以外の種々の無機および/または有機質の添加剤を含ませることができる。かかる添加剤の好適例として、例えば、界面活性剤、消泡剤、酸化防止剤、分散剤、粘度調整剤等の添加剤が挙げられる。 Further, the conductive composition disclosed herein can contain various inorganic and / or organic additives other than those described above without departing from the object of the present invention. Preferable examples of such additives include additives such as surfactants, antifoaming agents, antioxidants, dispersants, viscosity modifiers and the like.
このような銀ペーストは、上述した材料を所定の配合(質量比率)となるよう秤量し、均質になるよう混合することで調製することができる。材料の撹拌混合は、例えば三本ロールミル、ロールミル、マグネチックスターラー、プラネタリーミキサー、ディスパー等公知の種々の撹拌混合装置を用いて実施することができる。
ペーストの好適な粘度は、目的とする電極の厚み(延いては、ペースト印刷体の厚み)等によっても異なるため特に限定されない。例えば、積層セラミックチップの内部電極に適した形状状の(例えば厚みが50μm程度の)印刷体を形成する場合には、銀ペーストの粘度が350〜450Pa・s(10rpm,25℃)となるよう調製するとよい。これによって、電極パターンを、位置精度と形状精度とを高めて印刷することができる。Such a silver paste can be prepared by weighing the above-described materials so as to have a predetermined composition (mass ratio) and mixing them uniformly. The materials can be stirred and mixed using various known stirring and mixing devices such as a three-roll mill, a roll mill, a magnetic stirrer, a planetary mixer, and a disper.
The suitable viscosity of the paste is not particularly limited because it varies depending on the thickness of the target electrode (and thus the thickness of the paste print). For example, when forming a printed material having a shape suitable for the internal electrode of the multilayer ceramic chip (for example, having a thickness of about 50 μm), the viscosity of the silver paste is 350 to 450 Pa · s (10 rpm, 25 ° C.). It may be prepared. As a result, the electrode pattern can be printed with increased positional accuracy and shape accuracy.
かかるペーストは、基材上に供給したのち、50〜150℃で15〜30分間ほど静置して分散媒を除去したのち焼成することが好ましい。焼成温度は、上記の銀粉末の焼成温度と同様に決定することができる。これにより、基材上に、銀粒子が緻密に焼結してなる銀電極が形成される。 Such a paste is preferably baked after being supplied onto the substrate and then allowed to stand at 50 to 150 ° C. for 15 to 30 minutes to remove the dispersion medium. The firing temperature can be determined in the same manner as the firing temperature of the silver powder. Thereby, the silver electrode formed by sintering silver particles densely is formed on the substrate.
以上の銀ペーストの焼成物は、抵抗率が特に低い(例えば2μΩ・cm以下)ために、特に低い電気抵抗率が求められる用途の電極として好適に利用することが考慮される。例えば、様々な構成および用途の電子素子の電極として利用することができる。好適例として、例えば、焼成温度が900℃程度以下にまで低下されたLTCCを基材とするセラミック配線基板が好適例として挙げられる。かかるLTCCの製造に際しては、セラミック基板のグリーンシート上に銀ペーストで配線パターンすることで、セラミック基板と電極とを共焼成できる点においても好ましい。したがって、かかる配線パターンが印刷されたグリーンシートが積層されて焼成され、電極が内部電極(内層配線)として備えられる積層セラミックチップが特に望ましい用途として挙げられる。かかる積層セラミックチップとしては、特に制限されるものではないが、積層セラミックコンデンサ(Multi-Layer Ceramic Capacitor:MLCC)、積層セラミックインダクタ、積層セラミックバリスタ、積層PTCサーミスタ、積層NTCサーミスタ等が挙げられる。なかでも、内部電極によるジュール熱の損失を抑制するため、電極により低い抵抗率が要求される積層セラミックインダクタが望ましい適用例として挙げられる。 The fired product of the above silver paste has a particularly low resistivity (for example, 2 μΩ · cm or less), and therefore, it is considered that the silver paste is suitably used as an electrode for a use requiring a particularly low electrical resistivity. For example, it can be used as an electrode of an electronic device having various configurations and applications. As a suitable example, for example, a ceramic wiring board based on LTCC whose firing temperature has been lowered to about 900 ° C. or less is cited as a suitable example. When manufacturing such LTCC, it is preferable in that the ceramic substrate and the electrode can be co-fired by forming a wiring pattern with a silver paste on a green sheet of the ceramic substrate. Therefore, a multilayer ceramic chip in which green sheets on which such wiring patterns are printed is laminated and fired, and electrodes are provided as internal electrodes (inner layer wiring) is particularly desirable. The multilayer ceramic chip is not particularly limited, and examples thereof include a multilayer ceramic capacitor (MLCC), a multilayer ceramic inductor, a multilayer ceramic varistor, a multilayer PTC thermistor, and a multilayer NTC thermistor. Among these, in order to suppress the loss of Joule heat due to the internal electrode, a multilayer ceramic inductor in which a low resistivity is required for the electrode can be cited as a desirable application example.
図1は、積層チップインダクタ1を模式的に示した断面図である。この図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)や誘電体層の積層数等の構成は、必ずしも実際の寸法関係および態様を反映するものではない。
積層チップインダクタ1は、例えば、フェライト粉末を用いて形成された複数の誘電体層(セラミック層)12が積層一体化されて形成されたモノリシックタイプの積層セラミックチップである。各誘電体層12の間には、内部電極22としてのコイル導体が備えられている。コイル導体は、各誘電体層12の間にはコイルの一部が形成されており、誘電体層12シートに設けられたビアホールを通じて、誘電体層12を挟む2つのコイル導体が導通されている。このことにより、内部電極22の全体で3次元的なコイル形状(螺旋)となるように構成されている。また、積層チップインダクタ1は、その外表面のうち誘電体層12の側面にあたる部位に外部電極20が備えられている。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a multilayer chip inductor 1. Configurations such as dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) and the number of laminated dielectric layers in this figure do not necessarily reflect actual dimensional relationships and modes.
The multilayer chip inductor 1 is a monolithic type multilayer ceramic chip formed by, for example, laminating and integrating a plurality of dielectric layers (ceramic layers) 12 formed using ferrite powder. A coil conductor as the internal electrode 22 is provided between the dielectric layers 12. In the coil conductor, a part of the coil is formed between each dielectric layer 12, and the two coil conductors sandwiching the dielectric layer 12 are conducted through via holes provided in the dielectric layer 12 sheet. . Thus, the entire internal electrode 22 is configured to have a three-dimensional coil shape (spiral). The multilayer chip inductor 1 includes an external electrode 20 at a portion corresponding to the side surface of the dielectric layer 12 in the outer surface.
この積層チップインダクタ1は、典型的には、以下の手順で製造することができる。すなわち、まず、フェライト粉末を主体とする分散体をキャリアシート上に供給し、誘電体材料からなるグリーンシートを形成する。このグリーンシートの焼成温度は900℃程度以下にまで低下された配合とされている。そしてこのグリーンシートの所定の位置に、レーザ照射等によりビアホールが形成される。次いで、ここに開示される銀ペーストを、所定の位置に、所定の電極パターン(コイルパターン)で印刷する。必要であれば、ビアホールに、スルーホール用に調製した銀ペーストを印刷してもよい。このような電極パターン付きグリーンシートを複数枚(例えば100枚以上)作製し、これらを積層、圧着することによって未焼成の電子素子本体10を作製する。次いで、かかる積層チップを乾燥させ、所定の加熱条件(最高焼成温度が900℃以下)で所定時間(最高焼成温度を維持する時間としては、例えば、10分〜5時間程度)焼成する。これによって、グリーンシートが焼成されるとともに、グリーンシートが一体的に焼成され、モノシリックな誘電体層12が形成される。また電極ペーストが焼成されて内部電極22が形成される。これにより、複数の誘電体層12の間に内部電極22が挟まれた形態の積層チップインダクタ1の電子素子本体10が作製される。その後、この電子素子本体10の所望の箇所に、外部電極形成用の導電性ペーストを塗布し、焼成することによって、外部電極20を形成する。このようにして、積層チップインダクタ1を製造することができる。換言すると、セラミック基材としての誘電体の内部に内部電極が配設された積層チップインダクタ1の形態の電子素子本体10が実現される。なお、上述した積層チップインダクタ1の構築プロセスは、特に本発明を特徴付けるものではないため、詳細な説明を省略している。 This multilayer chip inductor 1 can typically be manufactured by the following procedure. That is, first, a dispersion mainly composed of ferrite powder is supplied onto a carrier sheet to form a green sheet made of a dielectric material. The green sheet is fired at a firing temperature of about 900 ° C. or lower. A via hole is formed at a predetermined position of the green sheet by laser irradiation or the like. Next, the silver paste disclosed herein is printed at a predetermined position with a predetermined electrode pattern (coil pattern). If necessary, a silver paste prepared for a through hole may be printed on the via hole. A plurality of such green sheets with an electrode pattern (for example, 100 sheets or more) are produced, and these are laminated and pressure-bonded to produce an unfired electronic element body 10. Next, the laminated chip is dried and fired under a predetermined heating condition (maximum baking temperature is 900 ° C. or less) for a predetermined time (the time for maintaining the maximum baking temperature is, for example, about 10 minutes to 5 hours). As a result, the green sheet is fired and the green sheet is fired integrally to form the monolithic dielectric layer 12. The electrode paste is baked to form the internal electrode 22. Thereby, the electronic element body 10 of the multilayer chip inductor 1 in the form in which the internal electrode 22 is sandwiched between the plurality of dielectric layers 12 is manufactured. Thereafter, the external electrode 20 is formed by applying a conductive paste for forming an external electrode to a desired portion of the electronic element body 10 and baking it. In this way, the multilayer chip inductor 1 can be manufactured. In other words, the electronic element body 10 in the form of the multilayer chip inductor 1 in which the internal electrode is disposed inside the dielectric as the ceramic substrate is realized. Note that the construction process of the multilayer chip inductor 1 described above does not particularly characterize the present invention, and thus detailed description thereof is omitted.
ここで内部電極22の形成に用いた銀ペーストは、使用する銀粉末の強熱減量が低く抑えられており、気孔の少ない緻密な銀電極を形成し得る。また、例えば600℃〜700℃程度の低温にて焼成することが可能である。このような低温で焼成した場合においても、内部電極22は、例えば2μΩ・cm以下の低い抵抗率を実現し得る。そして誘電体層12は、直流重畳特性に優れた誘電体材料から構成されている。内部電極22は2Ω・cm以下の低抵抗率を実現し得ることから、電極によるジュール熱の損失が小さく、大電流を流すことが可能な電源回路に用いられるチップインダクタ1が提供される。例えばチップの形状は1608形状(1.6mm×0.8mm)、2520形状(2.5mm×2.0mm)等のサイズで実現することができる。 Here, the silver paste used for forming the internal electrode 22 is capable of forming a dense silver electrode with few pores because the ignition loss of the silver powder used is kept low. For example, it is possible to perform firing at a low temperature of about 600 ° C to 700 ° C. Even when firing at such a low temperature, the internal electrode 22 can achieve a low resistivity of, for example, 2 μΩ · cm or less. The dielectric layer 12 is made of a dielectric material having excellent direct current superposition characteristics. Since the internal electrode 22 can realize a low resistivity of 2 Ω · cm or less, the chip inductor 1 used in a power supply circuit capable of flowing a large current with a small loss of Joule heat due to the electrode is provided. For example, the shape of the chip can be realized in a size such as a 1608 shape (1.6 mm × 0.8 mm), a 2520 shape (2.5 mm × 2.0 mm), or the like.
以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明を係る実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, some examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.
(銀粉末)
まず、銀ペーストの主体となる銀粉末として例1〜8の銀粉末を用意した。
例1および例6の銀粉末は、アトマイズ法により製造した銀粉末である。平均粒子径の比較的大きい例1の粉末と、平均粒子径の比較的小さい例6の粉末とを用意した。
例2,例7および例8の銀粉末は、湿式法により製造した銀粉末である。平均粒子径が比較的小さい例8の粉末と、平均粒子径が比較的大きい例2および例7の粉末とを用意した。
例3〜例5の銀粉末は、PVD法により製造した銀粉末である。平均粒子径が比較的小さい例3の粉末と、平均粒子径が比較的大きい例5の粉末と、その中間の例4の粉末とを用意した。
そして、これらの粉末の強熱減量、タップ密度、最大アスペクト比、比表面積、平均粒子径、嵩密度および乾燥密度を下記の手順で測定した。(Silver powder)
First, the silver powder of Examples 1-8 was prepared as a silver powder used as the main body of a silver paste.
The silver powder of Example 1 and Example 6 is a silver powder manufactured by the atomizing method. The powder of Example 1 having a relatively large average particle size and the powder of Example 6 having a relatively small average particle size were prepared.
The silver powders of Examples 2, 7 and 8 are silver powders produced by a wet method. The powder of Example 8 having a relatively small average particle diameter and the powders of Examples 2 and 7 having a relatively large average particle diameter were prepared.
The silver powders of Examples 3 to 5 are silver powders produced by the PVD method. The powder of Example 3 having a relatively small average particle size, the powder of Example 5 having a relatively large average particle size, and the powder of Example 4 in the middle thereof were prepared.
The ignition loss, tap density, maximum aspect ratio, specific surface area, average particle diameter, bulk density and dry density of these powders were measured by the following procedure.
[強熱減量(Ig−loss)]
各銀粉末を約25mgずつ秤量し、示差熱天秤(株式会社リガク製、TG8120)を用いて強熱減量を測定した。測定条件は、乾燥温度を110℃とし、乾燥後の試料の質量に対する、室温から600℃にまで加熱したときの質量減少量の割合(%)を強熱減量とした。なお、測定雰囲気は乾燥空気とし、昇温速度は10℃/分とした。得られた強熱減量を、表1の「Ig−loss」の欄に示した。[Ignition loss (Ig-loss)]
About 25 mg of each silver powder was weighed, and the ignition loss was measured using a differential thermal balance (TG8120, manufactured by Rigaku Corporation). The measurement conditions were such that the drying temperature was 110 ° C., and the ratio (%) of the mass loss when heated from room temperature to 600 ° C. with respect to the mass of the dried sample was the ignition loss. The measurement atmosphere was dry air, and the temperature rising rate was 10 ° C./min. The obtained loss on ignition is shown in the “Ig-loss” column of Table 1.
[タップ密度]
各銀粉末を20g(20.00±0.02g)ずつ秤量し、容量20mLのメスシリンダーに投入したのち、タッピング装置によりタップした。タッピングの条件は、タップ高さ:5cm、タップ速度:100回/min、タップ回数:1000回とした。そしてタップ後の粉末体積を測定し、銀粉末の質量をタップ後の粉末体積(見かけ体積)で除することでタップ密度を算出した。なお、タップ密度の測定は、JIS Z2512:2012に規定される金属粉−タップ密度測定方法に準じて行った。得られたタップ密度を、表1の「Tap密度」の欄に示した。[Tap density]
Each silver powder was weighed by 20 g (20.00 ± 0.02 g), put into a 20 mL measuring cylinder, and then tapped with a tapping device. The tapping conditions were tap height: 5 cm, tap speed: 100 times / min, and tap number: 1000 times. Then, the powder volume after tapping was measured, and the tap density was calculated by dividing the mass of the silver powder by the powder volume (apparent volume) after tapping. The tap density was measured according to the metal powder-tap density measuring method defined in JIS Z2512: 2012. The obtained tap density is shown in the “Tap density” column of Table 1.
[最大アスペクト比]
各銀粉末を、走査型電子顕微鏡(株式会社キーエンス製、VE−9800)にて観察し、10000倍の倍率の観察像を3視野について取得した。そしてこれらの観察像のそれぞれについて、最も大きいと判断される3つの銀粒子を選定し、アスペクト比を測定した。そして計9つの粒子について得たアスペクト比の平均値を最大アスペクト比とした。なお、アスペクト比は、観察像内における銀粒子の最大長径(最大長)をa、この最大長径に直交する幅をbとしたとき、「a/b」として算出される指標である。得られた最大アスペクト比を、表1の「最大アスペクト比」の欄に示した。[Maximum aspect ratio]
Each silver powder was observed with a scanning electron microscope (manufactured by Keyence Corporation, VE-9800), and observation images with a magnification of 10000 times were obtained for three visual fields. And about each of these observation images, three silver particles judged to be the largest were selected, and the aspect ratio was measured. The average value of the aspect ratios obtained for a total of nine particles was taken as the maximum aspect ratio. The aspect ratio is an index calculated as “a / b” where a is the maximum major axis (maximum length) of silver particles in the observed image and b is the width orthogonal to the maximum major axis. The obtained maximum aspect ratio is shown in the “maximum aspect ratio” column of Table 1.
[比表面積]
各銀粉末の比表面積を、自動比表面積・細孔分布測定装置((株)マウンテック製、Macsorb HM model−1210)を用いて測定した。吸着ガスとしては、窒素ガスを用いた。また、比表面積は、BET1点法により算出した。得られた比表面積を、表1の「BET比表面積」の欄に示した。[Specific surface area]
The specific surface area of each silver powder was measured using an automatic specific surface area / pore distribution measuring device (Macsorb HM model-1210, manufactured by Mountec Co., Ltd.). Nitrogen gas was used as the adsorption gas. The specific surface area was calculated by the BET 1-point method. The specific surface area obtained is shown in the column “BET specific surface area” in Table 1.
[平均粒子径]
各銀粉末の平均粒子径を、電子顕微鏡観察法と、レーザ回折・散乱法との二通りで測定した。
電子顕微鏡観察法では、まず、SEM観察用の試料ステージに両面テープを貼り、その上に測定対象の銀粉末を薄くまばらに供給して、ステージに粉末を固定した。次いで、銀粉末を固定したステージに金蒸着を施し、電子顕微鏡((株)キーエンス製、VE−9800)にセットして、加速電圧20kV、倍率1万倍の条件で、ステージ上に固定された粉末を粒子がまばらに存在し得る粉末端部領域において撮影した。そして、画像解析式粒度分布測定ソフトウェア((株)マウンテック製、Mac-View Ver. 4)を用い、得られたSEMの粒子画像から任意の100個の粒子に基づき粒度分布を自動計測した。かかる粒度分布から累積50%粒径を求め、電子顕微鏡観察に基づく平均粒子径とした。その結果を、表1の「DSEM50」の欄に示した。[Average particle size]
The average particle diameter of each silver powder was measured in two ways: an electron microscope observation method and a laser diffraction / scattering method.
In the electron microscope observation method, first, a double-sided tape was applied to a sample stage for SEM observation, and silver powder to be measured was supplied thinly and sparsely thereon, and the powder was fixed to the stage. Next, gold deposition was performed on the stage on which the silver powder was fixed, and the stage was set on an electron microscope (manufactured by Keyence Co., Ltd., VE-9800) and fixed on the stage under the conditions of an acceleration voltage of 20 kV and a magnification of 10,000 times. The powder was photographed in the powder end region where the particles could be sparse. Then, using an image analysis type particle size distribution measurement software (manufactured by Mountec Co., Ltd., Mac-View Ver. 4), the particle size distribution was automatically measured based on arbitrary 100 particles from the obtained SEM particle image. A cumulative 50% particle size was determined from the particle size distribution, and was taken as the average particle size based on electron microscope observation. The results are shown in the column of “D SEM 50” in Table 1.
また、レーザ回折・散乱法では、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製、LA−920)を用いて粒度分布を自動計測した。平均粒子径は、粒度分布測定により得られた体積基準の粒度分布における積算50%粒径とした。その結果を、表1の「DL50」の欄に示した。In the laser diffraction / scattering method, the particle size distribution was automatically measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.). The average particle size was set to a 50% cumulative particle size in the volume-based particle size distribution obtained by particle size distribution measurement. The results are shown in the column “D L 50” in Table 1.
[比重]
各銀粉末の比重を、乾式自動密度計((株)島津製作所製、マイクロメリティックス アキュピックII1340)を用いて、定容積膨張法により測定した。置換ガスとしてはヘリウム(He)を用いた。
得られた真比重を、表1の「比重」の欄に示した。[specific gravity]
The specific gravity of each silver powder was measured by a constant volume expansion method using a dry automatic densimeter (manufactured by Shimadzu Corporation, Micromeritics Accupic II 1340). Helium (He) was used as a replacement gas.
The true specific gravity obtained is shown in the “specific gravity” column of Table 1.
(銀ペースト)
用意した銀粉末90質量部に対し、バインダとしてのエチルセルロースを1.5質量部、分散媒としてのブチルカルビトールを8.5質量部の割合で配合し、3本ロールミルで均一に混合することで、例1〜8の銀ペーストを調製した。なお、本実施形態では、各例の銀ペーストの印刷性を揃えるために、ペーストの粘度が350〜450Pa・s(10rpm,25℃)となるよう調整した。(Silver paste)
By blending 1.5 parts by mass of ethyl cellulose as a binder and 8.5 parts by mass of butyl carbitol as a dispersion medium with 90 parts by mass of the prepared silver powder, and uniformly mixing with a three-roll mill The silver pastes of Examples 1-8 were prepared. In addition, in this embodiment, in order to arrange the printability of the silver paste of each example, it adjusted so that the viscosity of a paste might be 350-450 Pa.s (10 rpm, 25 degreeC).
[乾燥密度]
各銀ペーストを、アプリケーターを用いて基材上に約150μmの厚みに供給し、130℃で1時間乾燥させることで乾燥塗膜を形成した。そしてこの乾燥塗膜を、直径15mmの円盤状にくり抜くことで、5つの測定用試料を用意した。そしてこの測定用試料の重量、半径および厚みを測定することで、下式に基づき、乾燥塗膜の密度(乾燥密度)を算出した。
(乾燥密度)=(重量)/{π×(半径)2×(厚み)};
重量および半径は、各測定用試料について1回ずつ測定した。厚みは、デジタル電子マイクロメーター(アンリツ株式会社製、K351C)を用い、各測定用試料につき3か所で測定し、その平均値を採用した。乾燥密度は、5つの測定用試料について得られた値の平均値(n=5)を採用し、表1の「乾燥密度」の欄に示した。[Dry density]
Each silver paste was supplied to a thickness of about 150 μm on the substrate using an applicator and dried at 130 ° C. for 1 hour to form a dry coating film. Then, five samples for measurement were prepared by cutting out the dried coating film into a disk shape having a diameter of 15 mm. And the density (dry density) of the dry coating film was computed based on the following Formula by measuring the weight of this sample for a measurement, a radius, and thickness.
(Dry density) = (Weight) / {π × (Radius) 2 × (Thickness)};
The weight and radius were measured once for each measurement sample. The thickness was measured at three locations for each measurement sample using a digital electronic micrometer (K351C, manufactured by Anritsu Corporation), and the average value was adopted. As the dry density, an average value (n = 5) of the values obtained for the five measurement samples was adopted and shown in the “dry density” column of Table 1.
(電極)
この銀ペーストを、スクリーン印刷法により基材上にパターン印刷し、130℃で30分間乾燥させたのち焼成することで、基材上に銀ライン電極(焼成物)を作製した。基材としては、アルミナ板を用いた。また、銀ペーストは、焼成後のライン幅が200μm、焼成厚みが20〜40μm、ライン間ピッチが200μmの縞状になるよう印刷した。焼成温度は、600℃,700℃,800℃,900℃の4通りとした。
参考のために、図2に例4(または例5)の銀ペーストを、図3に例7(または例3,6)の銀ペーストを、900℃で焼成して得られた銀電極の断面SEM像を示した。(electrode)
This silver paste was subjected to pattern printing on a substrate by a screen printing method, dried at 130 ° C. for 30 minutes, and then fired to produce a silver line electrode (fired product) on the substrate. An alumina plate was used as the substrate. The silver paste was printed so as to have a stripe shape with a line width after firing of 200 μm, a fired thickness of 20 to 40 μm, and a pitch between lines of 200 μm. There were four firing temperatures of 600 ° C., 700 ° C., 800 ° C., and 900 ° C.
For reference, a cross section of a silver electrode obtained by firing the silver paste of Example 4 (or Example 5) in FIG. 2 and the silver paste of Example 7 (or Examples 3 and 6) in FIG. 3 at 900 ° C. An SEM image was shown.
[電気抵抗率]
以上のように作製した銀パターン配線の電気抵抗率を、デジタルマルチメーター(岩通計測(株)製、SC−7401)を用いて測定した。得られた電気抵抗率を、焼成温度ごとに、表1の「抵抗率」の欄に示した。[Electric resistivity]
The electrical resistivity of the silver pattern wiring produced as described above was measured using a digital multimeter (manufactured by Iwatatsu Measurement Co., Ltd., SC-7401). The obtained electrical resistivity was shown in the “Resistivity” column of Table 1 for each firing temperature.
表1に示したように、全ての銀ペーストの焼成温度と電気抵抗率との関係をみると、概ね高温で焼成することで電気抵抗率の低い電極を形成できる傾向があることがわかる。しかしながら、バルク銀の融点である962℃に近い900℃で焼成すると、一部の銀ペースト(例7)については抵抗率が急激に高くなってしまうことがわかる。これは電極内部に含有された有機物やガスに起因し、これらが燃焼・膨張することにより電極内部に大きな空隙がたくさんできるためと考えられる。また、電極内部の有機物やガスは、使用した銀粉や焼成時のバインダ樹脂の燃え残りに由来すると考えられる。 As shown in Table 1, when the relationship between the firing temperature and the electrical resistivity of all the silver pastes is observed, it can be seen that an electrode having a low electrical resistivity tends to be formed by firing at a high temperature. However, when firing at 900 ° C., which is close to 962 ° C., which is the melting point of bulk silver, it can be seen that the resistivity of some silver pastes (Example 7) increases rapidly. This is considered to be due to organic matter and gas contained in the electrode, and a large amount of large voids are formed in the electrode by burning and expanding them. Moreover, it is thought that the organic substance and gas inside an electrode originate from the unburned residue of the used silver powder and the binder resin at the time of baking.
ここに開示された性状を備える例2,例4,例5の銀粉末を用いた銀ペーストについては、比較的低温での焼成により電気抵抗率の低い電極を形成できることがわかった。また、図2に示されるように、ここに開示される銀ペーストにより形成された電極は、電極内に残された空隙が小さいことがわかる。これに対し、図3に示されるように、従来の銀ペーストにより形成された電極は、電極内に大きな空隙がたくさん形成されていることがわかる。大きな空隙は、電極内の導電パスの形成を大きく阻害するため、電極の抵抗率を高めてしまうために好ましくないといえる。 Regarding the silver paste using the silver powders of Examples 2, 4 and 5 having the properties disclosed herein, it was found that an electrode having a low electrical resistivity can be formed by firing at a relatively low temperature. In addition, as shown in FIG. 2, it can be seen that the electrode formed of the silver paste disclosed here has a small gap left in the electrode. On the other hand, as shown in FIG. 3, it can be seen that the electrode formed from the conventional silver paste has many large voids formed in the electrode. Large voids are undesirable because they greatly hinder the formation of conductive paths in the electrodes and increase the resistivity of the electrodes.
より詳細には、例えば例2の銀ペーストについては、焼成温度が900℃よりも低い範囲では、600℃の低温であっても、焼成により得られる焼成物の抵抗率が2.0μΩ・cm以下という、低い抵抗率を実現し得ることがわかった。焼成温度が700℃〜800℃の範囲では、焼成物の抵抗率が1.9μΩ・cm以下という低い抵抗率を実現し得ることもわかった。
また、例4および例5の銀ペーストについては、焼成温度が600℃よりも高い範囲で、焼成により得られる焼成物の抵抗率が2.0μΩ・cm以下(1.9μΩ・cm以下)という、低い抵抗率を実現し得ることがわかった。また例4および例5の銀ペーストは、600℃で焼成したときの焼成物の抵抗率も2.1μΩ・cmと比較的低いことが確認できた。More specifically, for example, in the case of the silver paste of Example 2, in the range where the firing temperature is lower than 900 ° C., the resistivity of the fired product obtained by firing is 2.0 μΩ · cm or less even at a low temperature of 600 ° C. It was found that a low resistivity can be realized. It was also found that when the firing temperature is in the range of 700 ° C. to 800 ° C., the resistivity of the fired product can be as low as 1.9 μΩ · cm or less.
Moreover, about the silver paste of Example 4 and Example 5, in the range whose baking temperature is higher than 600 degreeC, the resistivity of the baked product obtained by baking is called 2.0 microhm * cm or less (1.9 microohm * cm or less), It has been found that low resistivity can be achieved. In addition, it was confirmed that the silver pastes of Examples 4 and 5 also had a relatively low resistivity of 2.1 μΩ · cm when fired at 600 ° C.
これに対し、例1の銀ペーストについては、800℃〜900℃の高温での焼成によると比較的低抵抗の焼成物が得られるものの、600℃〜700℃の低温においては他の例と比較して抵抗率が高めとなった。特に600℃での焼成では、焼成物の抵抗率が全例を通じて最も高くなることがわかった。これはアスペクト比が大きな銀粒子が混入しているため、焼成時にアスペクト比の大きな粒子の動きが阻害され、銀粉末の充填性が損なわれ、結果として焼成物中に比較的大きな空隙が形成されたことによるものと考えられる。 In contrast, for the silver paste of Example 1, a fired product having a relatively low resistance can be obtained by baking at a high temperature of 800 ° C. to 900 ° C., but compared with other examples at a low temperature of 600 ° C. to 700 ° C. As a result, the resistivity increased. In particular, it has been found that the resistivity of the fired product is the highest in all cases when firing at 600 ° C. This is because silver particles with a large aspect ratio are mixed in, so the movement of particles with a large aspect ratio is hindered during firing, and the filling of the silver powder is impaired, resulting in the formation of relatively large voids in the fired product. This is thought to be due to this.
例3の銀ペーストについては、焼成物の抵抗率焼成温度の影響をさほど受けず、2.1〜2.3μΩ・cmで安定して低めの抵抗率を実現し得ることがわかった。しかしながら、2.1μΩ・cmの低抵抗を実現するためには900℃での焼成が必要であり、低温焼成による低抵抗な電極形成は不可能であることがわかった。例3のペーストに用いた銀粉末は、平均粒子径が小さいことからもわかるように比表面積が高く、銀粉末が凝集し易いためにタップ密度が低い。このような性状により、焼成中の電極においても銀粒子間に空隙が形成されたまま残存しやすいことによるものと考えられる。 About the silver paste of Example 3, it turned out that it is not received to the influence of the resistivity baking temperature of a baked product so much, and a low resistivity can be implement | achieved stably at 2.1-2.3 microhm * cm. However, in order to realize a low resistance of 2.1 μΩ · cm, firing at 900 ° C. is necessary, and it has been found that it is impossible to form a low resistance electrode by low-temperature firing. The silver powder used in the paste of Example 3 has a high specific surface area as can be seen from the small average particle size, and the tap density is low because the silver powder tends to aggregate. This is considered to be due to the fact that voids are easily formed between the silver particles even in the electrode being fired due to such properties.
例6の銀ペーストについては、800℃〜900℃の高温での焼成によると比較的低抵抗の焼成物が得られるものの、例1ほどではないが、600℃での低温焼成によると他の例と比較して焼成物の抵抗率が高めとなることがわかった。例6の銀粉末は、平均粒子径はさほど小さくないものの、アスペクト比の高い粒子が存在し、比表面積も高く、真球形に近い粒子が少ないといえる。そのため、タップ密度が低くなり、焼成中の電極においても銀粒子間に空隙が形成されたまま残存しやすいことによるものと考えられる。 As for the silver paste of Example 6, a fired product having a relatively low resistance can be obtained by baking at a high temperature of 800 ° C. to 900 ° C., but it is not as high as Example 1, but another example is obtained by baking at 600 ° C. It was found that the resistivity of the fired product was higher than that. Although the silver powder of Example 6 is not so small in average particle diameter, it can be said that there are particles having a high aspect ratio, a high specific surface area, and few particles close to a true sphere. For this reason, it is considered that the tap density is low, and even in the electrode being fired, it is easy to remain with voids formed between the silver particles.
例7および例8の銀ペーストについては、焼成温度によらずに全体的に抵抗率が高い焼成物が得られている。これは、例7および8の銀粉末のIg−lossが高く、電極の焼成中の有機成分の揮発量も多いことから、電極に空隙が形成され易いことによるものと考えられる。Ig−lossが少ないことは、例えば、MLCCの製造に際しても有利な特徴となり得るために好ましい。なお、例7および例8の銀ペーストの間の比較では、例8のペーストの方がより微細な銀粉末を使用している。そのため例8の銀ペーストの方が焼結性が高く、若干低い抵抗率が達成されたものと考えられる。 For the silver pastes of Examples 7 and 8, a fired product having a high resistivity as a whole is obtained regardless of the firing temperature. This is presumably because the silver powders of Examples 7 and 8 have a high Ig-loss and the amount of volatilization of the organic component during firing of the electrode is large, so that voids are easily formed in the electrode. Low Ig-loss is preferable because, for example, it can be an advantageous feature in the production of MLCCs. In addition, in the comparison between the silver pastes of Example 7 and Example 8, the paste of Example 8 uses finer silver powder. Therefore, it is considered that the silver paste of Example 8 has higher sinterability and a slightly lower resistivity was achieved.
なお、銀粉末は、大まかにはその製法により性状がある程度特徴づけられる。例えば、湿式法やアトマイズ法等により、銀粉末を形成する際の原料液に保護材等を多く含ませると、製造された銀粉末のIg−lossが高くなり得る。また、PVD法によると、比較的真球形に近く最大アスペクト比の小さい銀粉末を容易に作製することができる。しかしながら、上記例に示されるように、電極形成用の銀粉末としては、製法のみに限定されるものではなく、銀粒子自身の性状により適否が判断され得ることがわかる。 The silver powder is characterized to some extent by its manufacturing method. For example, when a large amount of a protective material or the like is included in the raw material liquid for forming silver powder by a wet method, an atomizing method, or the like, the Ig-loss of the manufactured silver powder can be increased. Further, according to the PVD method, a silver powder that is relatively spherical and has a small maximum aspect ratio can be easily produced. However, as shown in the above example, it is understood that the silver powder for electrode formation is not limited only to the production method, and suitability can be determined by the properties of the silver particles themselves.
なお、ここに開示される性状を満たす例2,例4,例5の銀粉末は、いずれも比重が10.4g/cm3以上である。また、例2,例4,例5の銀粉末を用いた銀ペーストは、乾燥膜を形成したときに、その乾燥密度が6.9g/cm3以上の高い値を実現することがわかる。このように、ここに開示される性状を満たす銀粉末は、ペーストの形態で基材上に供給されて電極を形成する用途に特に有用であることがわかる。The silver powders of Examples 2, 4 and 5 that satisfy the properties disclosed herein have a specific gravity of 10.4 g / cm 3 or more. Moreover, it turns out that the silver paste using the silver powder of Example 2, Example 4, Example 5 implement | achieves the high value whose dry density is 6.9 g / cm < 3 > or more when a dry film is formed. Thus, it can be seen that a silver powder satisfying the properties disclosed herein is particularly useful for applications where it is supplied on a substrate in the form of a paste to form an electrode.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。例えば、上記例では銀ペーストの配合を一定のものとしたが、かかる銀ペーストにおけるバインダおよび分散剤は、焼成により焼失する成分であり、また印刷法および印刷条件にもよるため、ここに開示される技術に本質的な影響を与えるものでないことは当業者に理解される。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. For example, in the above example, the composition of the silver paste is constant, but the binder and the dispersant in the silver paste are components that are burned out by firing, and are also disclosed here because they depend on the printing method and printing conditions. It will be understood by those skilled in the art that it has no essential effect on the technology. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
1 積層チップインダクタ
10 電子素子本体
12 誘電体層
20 外部電極
22 内部電極DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multilayer chip inductor 10 Electronic element main body 12 Dielectric layer 20 External electrode 22 Internal electrode
Claims (10)
下記の(1)〜(4):
(1)乾燥温度110℃で乾燥した試料について600℃まで加熱したときの強熱減量が0.05%以下である;
(2)タップ密度が5g/cm3以上である;
(3)最大アスペクト比が1.4以下である;
(4)BET法に基づく比表面積が0.8m2/g以下である;
の条件をいずれも満たす、銀粉末。 A silver powder used to form an electrode of an electronic device,
The following (1) to (4):
(1) The loss on ignition when the sample dried at a drying temperature of 110 ° C. is heated to 600 ° C. is 0.05% or less;
(2) The tap density is 5 g / cm 3 or more;
(3) the maximum aspect ratio is 1.4 or less;
(4) The specific surface area based on the BET method is 0.8 m 2 / g or less;
Silver powder that satisfies all of these conditions.
前記電極は、前記内部電極として備えられている、請求項8または9に記載の電子素子。 A ceramic base material, and an internal electrode disposed inside the ceramic base material,
The electronic device according to claim 8, wherein the electrode is provided as the internal electrode.
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