JP6914999B2 - Surface treatment copper powder - Google Patents

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本発明は、表面処理銅粉に関する。 The present invention relates to surface-treated copper powder.

電子材料として、銅粉のペーストが使用されるようになってきた。銅粉のペーストは、例えば、基材へ印刷又は塗布した後に、還元雰囲気で焼成して、配線の形成や電極の形成等に使用される。使用される電極層の薄膜化、及び配線の狭ピッチ化等に伴って、ペースト材料の銅粉には微粉化が求められている。 Copper powder paste has come to be used as an electronic material. The copper powder paste is, for example, printed or applied to a base material and then fired in a reducing atmosphere to be used for forming wiring, forming electrodes, and the like. As the electrode layer used becomes thinner and the pitch of wiring becomes narrower, the copper powder of the paste material is required to be made finer.

微細な(例えばサブミクロンサイズの)金属粉は、単体金属の融点よりもはるかに低い温度で焼結が始まる。コスト及びマイグレーションの観点から、なかでも銅粉が注目されている。 Fine (eg, submicron-sized) metal powders begin to sinter at temperatures well below the melting point of elemental metals. Copper powder is attracting particular attention from the viewpoint of cost and migration.

銅粉のペーストが高品質の配線や電極を形成するためには、銅粉の酸化をできるだけ防止しなければならないと従来は考えられていた。しかし、近年では、主に還元雰囲気下の焼成で使用される場合を想定して、銅粉の表面に積極的に酸化層を形成して、この形成を制御することによって、優れた特性の銅粉のペーストを得ようとする試みがなされるようになってきた。 In order for the copper powder paste to form high quality wiring and electrodes, it has been conventionally considered that the oxidation of the copper powder must be prevented as much as possible. However, in recent years, assuming that it is mainly used for firing in a reducing atmosphere, copper having excellent properties is obtained by positively forming an oxide layer on the surface of copper powder and controlling this formation. Attempts have been made to obtain powdered pastes.

特許文献1は、銅粉の粒子表面に均一な銅酸化物の層を積極的に形成する技術を開示しており、これによって銅粉の焼結温度を低下させるとしている。 Patent Document 1 discloses a technique for positively forming a uniform copper oxide layer on the surface of copper powder particles, thereby lowering the sintering temperature of the copper powder.

特許文献2は、金属粉を加熱して酸化させる技術を開示している。 Patent Document 2 discloses a technique for heating and oxidizing a metal powder.

特許文献3は、金属粉に脂肪酸類を付着させて、酸化銅層を脂肪酸で保護する技術を開示している。 Patent Document 3 discloses a technique of adhering fatty acids to a metal powder to protect the copper oxide layer with fatty acids.

特許文献4は、銅粉のペーストの印刷特性を向上させるために、タップ密度値5.1g/cm3以上の銅粉を用いる技術を開示している。 Patent Document 4 discloses a technique using copper powder having a tap density value of 5.1 g / cm 3 or more in order to improve the printing characteristics of the copper powder paste.

特許文献5は、不均化法による銅粉の製造方法を開示している。 Patent Document 5 discloses a method for producing copper powder by a disproportionation method.

特許文献6は、化学還元法による銅粉の製造方法を開示している。 Patent Document 6 discloses a method for producing copper powder by a chemical reduction method.

特開2011−094236号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-094236 特開2003−105402号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-105402 特開2013−136840号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-136840 特開2007−332391号公報JP-A-2007-332391 特許第6297018号公報Japanese Patent No. 6297018 特許第4164009号公報Japanese Patent No. 4164009

本発明者の検討によれば、特許文献1及び特許文献2に開示された技術によって製造された金属粉は、加熱によって酸化された後に必要となる解砕作業が難しいものとなり、金属粉が凝集したものとなってしまう恐れの大きいものであった。 According to the study of the present inventor, the metal powder produced by the techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 becomes difficult to crush the metal powder required after being oxidized by heating, and the metal powder agglomerates. There was a great risk that it would end up being a patent.

また、本発明者の検討によれば、特許文献3に開示された技術によって製造された金属粉は、使用されている脂肪酸類によって金属粉の凝集が促進されてしまい、金属粉が凝集したものとなってしまう恐れの大きいものであった。 Further, according to the study of the present inventor, the metal powder produced by the technique disclosed in Patent Document 3 is one in which the metal powder is agglomerated due to the agglomeration of the metal powder being promoted by the fatty acids used. There was a great risk that it would become.

そして、本発明者の検討によれば、このように酸化層を付与された金属粉が凝集して、凝集体が形成されてしまうと、この金属粉凝集体を比較的低温の還元雰囲気で焼成した場合に、凝集体の内部まで十分に還元されない場合が生じてしまうこと、この結果として、焼結が不十分な部分が生じて、焼結体の比抵抗が高くなってしまうことがわかった。さらに、金属粉凝集体が混入すると、これに起因して塗膜粗さが粗くなってしまうことがわかった。このような金属粉凝集体を含むペーストを焼成して、配線材として用いた場合は、例えば、高周波における伝送損失が大きくなる等の不具合が予想される。 Then, according to the study of the present inventor, when the metal powder to which the oxide layer is imparted is aggregated to form an agglomerate, the metal powder agglomerate is calcined in a relatively low temperature reducing atmosphere. In that case, it was found that the inside of the agglomerate may not be sufficiently reduced, and as a result, a portion where the sintering is insufficient is generated and the specific resistance of the sintered body is increased. .. Furthermore, it was found that when the metal powder agglomerates were mixed, the coating film roughness became rough due to this. When a paste containing such a metal powder agglomerate is fired and used as a wiring material, problems such as an increase in transmission loss at high frequencies are expected.

そこで、銅粉表面に酸化層を備えた銅粉であって、酸化層の形成に伴う上記問題を解消した銅粉が求められていた。したがって、本発明の目的は、銅粉のペーストとした場合に、ペーストの塗膜の表面粗さが低減され、比較的低温で焼結した場合のペースト焼結体の比抵抗が低減された、銅粉表面に酸化層を備えた銅粉を提供することにある。 Therefore, there has been a demand for a copper powder having an oxide layer on the surface of the copper powder, which solves the above-mentioned problems associated with the formation of the oxide layer. Therefore, an object of the present invention is that the surface roughness of the coating film of the paste is reduced when the paste is made of copper powder, and the specific resistance of the paste sintered body when sintered at a relatively low temperature is reduced. It is an object of the present invention to provide a copper powder having an oxide layer on the surface of the copper powder.

本発明者は、鋭意研究の結果、後述する銅粉によって、上記目的を達成できることを見いだして、本発明に到達した。 As a result of diligent research, the present inventor has found that the above object can be achieved by using copper powder, which will be described later, and has arrived at the present invention.

したがって、本発明は、次の(1)を含む。
(1)
表面に酸化層を有する表面処理銅粉であって、
XPSスペクトルにおけるO1s、C1s、Cu2p3の光電子強度比から求められる前記酸化層の厚みが2〜20nmであり、
表面処理銅粉のかさ密度が3m2-1以下である、表面処理銅粉。
Therefore, the present invention includes the following (1).
(1)
A surface-treated copper powder having an oxide layer on its surface.
The thickness of the oxide layer determined from the photoelectron intensity ratio of O1s, C1s, and Cu2p3 in the XPS spectrum is 2 to 20 nm.
Surface-treated copper powder having a bulk density of 3 m 2 g -1 or less.

本発明によれば、銅粉表面に酸化層を備えた銅粉を得ることができ、この銅粉によれば、銅粉のペーストとした場合に、印刷されたペーストの塗膜の表面粗さが低減されたものとすることができ、このペーストの塗膜の焼結体はその比抵抗が低減されたものとすることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a copper powder having an oxide layer on the surface of the copper powder. Can be reduced, and the specific resistance of the sintered body of the coating film of this paste can be reduced.

図1は、実施例4による表面処理銅粉に対するXPS分析で得られたチャートである。FIG. 1 is a chart obtained by XPS analysis on the surface-treated copper powder according to Example 4. 図2は、実施例4による表面処理銅粉に対するスパッタ深さと酸素の原子濃度との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the sputtering depth and the atomic concentration of oxygen with respect to the surface-treated copper powder according to Example 4.

以下に本発明を実施の態様をあげて詳細に説明する。本発明は以下にあげる具体的な実施の態様に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments. The present invention is not limited to the specific embodiments listed below.

[銅粉表面に酸化層を備えた表面処理銅粉]
本発明による表面処理銅粉は、表面に酸化層を有する表面処理銅粉であって、XPSスペクトルにおけるO1s、C1s、Cu2p3の光電子強度比から求められる前記酸化層の厚みが2〜20nmであり、表面処理銅粉のかさ密度が3m2-1以下である。
[Surface-treated copper powder with an oxide layer on the surface of the copper powder]
The surface-treated copper powder according to the present invention is a surface-treated copper powder having an oxide layer on its surface, and the thickness of the oxide layer determined from the photoelectron intensity ratio of O1s, C1s, and Cu2p3 in the XPS spectrum is 2 to 20 nm. The bulk density of the surface-treated copper powder is 3 m 2 g -1 or less.

このような表面処理銅粉とすることで、銅粉のペーストとした場合に、印刷されたペーストの塗膜の表面粗さが低減されたものとすることができ、このペーストの塗膜の焼結体はその比抵抗が低減されたものとなっている。 By using such a surface-treated copper powder, it is possible to reduce the surface roughness of the coating film of the printed paste when the copper powder paste is used, and the coating film of this paste is baked. The body has a reduced specific resistance.

[酸化層]
本発明による表面処理銅粉は、表面に酸化層を有している。好適な実施の態様において、この酸化層は、金属銅の酸化物の層であり、好適な酸化物として、亜酸化銅をあげることができる。
[Oxidized layer]
The surface-treated copper powder according to the present invention has an oxide layer on its surface. In a preferred embodiment, the oxide layer is a layer of an oxide of metallic copper, and cuprous oxide can be mentioned as a suitable oxide.

[酸化層の厚み]
酸化層の厚みは、実施例において後述する手段によって、測定して算出することができる。すなわち、実施例において後述した手段に基づいて、XPSスペクトルにおけるO1s、C1s、Cu2p3の光電子強度比から求めることができる。好適な実施の態様において、この手段によって測定した酸化層の厚みは、例えば2〜20nm、好ましくは2.0〜18.5nmとすることができ、あるいは5.0〜23nmとすることができ、あるいは6.0〜18.5nmとすることができ、あるいは2.0〜9.0nmとすることができる。
[Thickness of oxide layer]
The thickness of the oxide layer can be measured and calculated by means described later in the examples. That is, it can be obtained from the photoelectron intensity ratios of O1s, C1s, and Cu2p3 in the XPS spectrum based on the means described later in the examples. In a preferred embodiment, the thickness of the oxide layer measured by this means can be, for example, 2 to 20 nm, preferably 2.0 to 18.5 nm, or 5.0 to 23 nm. Alternatively, it can be 6.0 to 18.5 nm, or 2.0 to 9.0 nm.

好適な実施の態様において、本発明による表面処理銅粉は、表面処理銅粉を含むペーストを調製した場合において、このペーストによって得られた塗膜の表面粗さが、低減されたものであると同時に、ペーストを焼結して得られる焼結体の比抵抗が、極めて低減されたものとなっている。この理由は不明ではあるが、上記酸化層の厚みが上記範囲となることによって、ペースト中での分散性が良好であると同時に、優れた焼結性を実現するものとなっていると、本発明者は考察している。優れた焼結性は、上記範囲の酸化層の厚みとなることで、焼結時に十分に還元され、還元不良部分が生じることなく、表面処理銅粉の間の焼結起点として、良好に振る舞うことによって実現されていると、本発明者は考察している。 In a preferred embodiment, the surface-treated copper powder according to the present invention is said to have a reduced surface roughness of a coating film obtained by this paste when a paste containing the surface-treated copper powder is prepared. At the same time, the specific resistance of the sintered body obtained by sintering the paste is extremely reduced. Although the reason for this is unknown, it is stated that the thickness of the oxide layer in the above range provides good dispersibility in the paste and at the same time realizes excellent sinterability. The inventor is considering. The excellent sinterability is such that the thickness of the oxide layer in the above range is sufficiently reduced at the time of sintering, and it behaves well as a sintering starting point between the surface-treated copper powders without causing a reduction defective portion. The present inventor considers that it is realized by this.

[固めかさ密度]
好適な実施の態様において、本発明に係る銅粉は、タップ密度(固めかさ密度)を、例えば3g/cm3以下、好ましくは2.9g/cm3以下、好ましくは2.8g/cm3以下とすることができる。上記の上限よりもタップ密度(固めかさ密度)を小さくすることによって、ペースト中における銅粉の分散性を良好なものとすることができる。好適な実施の態様において、このタップ密度(固めかさ密度)は、例えば1.0g/cm3以上、好ましくは1.7g/cm3以上とすることができる。上記のように低減された固めかさ密度を備えたことを指して、本発明では低充填性と表現することがある。
[Bulk density]
In a preferred embodiment, the copper powder according to the present invention has a tap density (bulk density) of, for example, 3 g / cm 3 or less, preferably 2.9 g / cm 3 or less, preferably 2.8 g / cm 3 or less. Can be. By making the tap density (bulk density) smaller than the above upper limit, the dispersibility of the copper powder in the paste can be improved. In a preferred embodiment, the tap density (bulk density) can be, for example, 1.0 g / cm 3 or more, preferably 1.7 g / cm 3 or more. In the present invention, it is sometimes referred to as low filling property to indicate that it has a reduced bulk density as described above.

タップ密度は、公知の手段によって測定することができ、具体的には、実施例において後述する手段と条件によって、測定することができる。すなわち、ホソカワミクロン(株)製のパウダテスタPT−Xを使って測定することができる。具体的には10ccのカップにガイドを取り付けて粉体を入れ、1000回タップさせて、ガイドを外して、10ccの容積を上回っている部分を摺り切り、容器に入っている粉体の重量を測定し、固めかさ密度を求めることができる。 The tap density can be measured by a known means, and specifically, can be measured by the means and conditions described later in the examples. That is, it can be measured using a powder tester PT-X manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd. Specifically, attach a guide to a 10 cc cup, put the powder in it, tap it 1000 times, remove the guide, scrape off the part that exceeds the volume of 10 cc, and weigh the powder in the container. It can be measured and the bulk density can be determined.

好適な実施の態様において、本発明による表面処理銅粉は、表面処理銅粉を含むペーストを調製した場合において、このペーストによって得られた塗膜の表面粗さが、低減されたものとなっている。この理由は不明ではあるが、タップ密度(固めかさ密度)が低いことが関係していると本発明者は考察している。すなわち、かさ密度の低さ(低充填性)が、溶剤や樹脂等のペーストの組成物の侵入を促して、良好な分散性を実現し、これによって塗膜の均一性が実現されたのではないかと、本発明者は考察している。 In a preferred embodiment, the surface-treated copper powder according to the present invention has a reduced surface roughness of the coating film obtained by the paste when a paste containing the surface-treated copper powder is prepared. There is. The reason for this is unknown, but the present inventor considers that it is related to the low tap density (bulk density). That is, the low bulk density (low filling property) promotes the penetration of the composition of the paste such as solvent and resin, and realizes good dispersibility, thereby realizing the uniformity of the coating film. The present inventor considers whether or not it is possible.

[比表面積]
好適な実施の態様において、本発明に係る表面処理銅粉は、BET比表面積を、例えば1.5m2-1以上、好ましくは1.9m2-1以上50m2-1以下、さらに好ましくは1.9m2-1以上20m2-1以下、さらに好ましくは1.9m2-1以上5.0m2-1以下とすることができる。BET比表面積は、公知の手段によって測定することができ、具体的には、実施例において後述する手段と条件によって、測定することができる。
[Specific surface area]
In a preferred embodiment, the surface-treated copper powder according to the present invention has a BET specific surface area of, for example, 1.5 m 2 g -1 or more, preferably 1.9 m 2 g -1 or more and 50 m 2 g -1 or less, and further. It is preferably 1.9 m 2 g -1 or more and 20 m 2 g -1 or less, and more preferably 1.9 m 2 g -1 or more and 5.0 m 2 g -1 or less. The BET specific surface area can be measured by a known means, and specifically, can be measured by the means and conditions described later in the examples.

[高分子]
好適な実施の態様において、本発明の表面処理銅粉は、その製造方法に依存して、酸化層の表面に、さらに、多糖類、天然ゴム類、高分子タンパクの中から選ばれる1種以上の高分子が付着していてもよく、その層が形成されていてもよい。好適な天然ゴム類として、例えばアラビアゴムをあげることができる。
[High molecular]
In a preferred embodiment, the surface-treated copper powder of the present invention is one or more selected from polysaccharides, natural rubbers, and high molecular weight proteins on the surface of the oxide layer, depending on the production method thereof. The polymer of the above may be attached, and the layer may be formed. As a suitable natural rubber, for example, gum arabic can be mentioned.

[表面処理銅粉の製造]
好適な実施の態様において、本発明の表面処理銅粉は、実施例において後述する方法によって製造することができる。しかし、本発明の表面処理銅粉の製造方法は、実施例において後述する方法に限られるものではない。「表面処理銅粉」とは、表面処理された状態に至った銅粉であり、具体的には、処理されることによって本発明に係る特定事項を備えるに至った銅粉である。
[Manufacturing of surface-treated copper powder]
In a preferred embodiment, the surface-treated copper powder of the present invention can be produced by the method described later in the examples. However, the method for producing the surface-treated copper powder of the present invention is not limited to the method described later in the examples. The "surface-treated copper powder" is a copper powder that has reached a surface-treated state, and specifically, is a copper powder that has been treated to provide specific matters according to the present invention.

好適な実施の態様において、本発明の表面処理銅粉は、湿式法によって製造された銅粉を、スラリーのpHが4〜9の範囲になるまで、デカンテーションで水洗を繰り返し、固液分離して得られた銅粉とpH8〜14のアルカリ水溶液と接触させるpH処理工程、を含む方法によって製造することができる。 In a preferred embodiment, in the surface-treated copper powder of the present invention, the copper powder produced by the wet method is repeatedly washed with water by decantation until the pH of the slurry is in the range of 4 to 9, and solid-liquid separation is performed. It can be produced by a method including a pH treatment step of contacting the obtained copper powder with an alkaline aqueous solution having a pH of 8 to 14.

[pH処理工程]
好適な実施の態様において、pH処理工程は、上記pHのアルカリ水溶液と接触させることによって行われる。好適な実施の態様において、接触としては、例えば、湿式法によって製造された銅粉を、上記水溶液中で撹拌することによって行うことができる。撹拌は、例えば、公知の手段によって行うことができ、例えばホモジナイザー、回転羽根、超音波照射、ミキサー、及び撹拌子を用いて撹拌することができる撹拌の時間は、例えば5分以上48時間以内、好ましくは20分以上36時間以内、さらに好ましくは60分以上24時間以内とすることができる。好適な実施の態様において、攪拌する間に維持する温度としては、例えば10〜50℃、好ましくは10〜35℃とすることができる。好適な実施の態様において、接触としては、例えば、湿式法によって製造された銅粉に対して、上記水溶液を通液することによって行うことができる。アルカリ水溶液との接触は、例えばバッチ式で1回行ってもよく、あるいは複数回行うこともできる。アルカリ水溶液と接触させた後の銅粉は、公知の手段によって固液分離して、ケーキとして得ることができる。好適な実施の態様において、アルカリ水溶液と接触させた後の銅粉を、純水で洗浄することができる。
[PH treatment step]
In a preferred embodiment, the pH treatment step is performed by contacting with an alkaline aqueous solution of the above pH. In a preferred embodiment, the contact can be performed, for example, by stirring the copper powder produced by the wet method in the aqueous solution. Stirring can be performed by, for example, known means, and the stirring time, which can be stirred using, for example, a homogenizer, a rotary blade, ultrasonic irradiation, a mixer, and a stirrer, is, for example, 5 minutes or more and 48 hours or less. It can be preferably 20 minutes or more and 36 hours or less, and more preferably 60 minutes or more and 24 hours or less. In a preferred embodiment, the temperature maintained during stirring can be, for example, 10 to 50 ° C, preferably 10 to 35 ° C. In a preferred embodiment, the contact can be performed, for example, by passing the above aqueous solution through a copper powder produced by a wet method. The contact with the alkaline aqueous solution may be performed once, for example, in a batch system, or may be performed a plurality of times. The copper powder after being brought into contact with the alkaline aqueous solution can be solid-liquid separated by a known means to obtain a cake. In a preferred embodiment, the copper powder after contact with the alkaline aqueous solution can be washed with pure water.

好適な実施の態様において、純水による洗浄は、公知の手段によって行うことができるが、例えば、固液分離して得られたケーキに対して純水を通液することによって行うことができる。 In a preferred embodiment, washing with pure water can be performed by known means, for example, by passing pure water through a cake obtained by solid-liquid separation.

好適な実施の一態様において、pH処理工程は、銅粉に上述の高分子を付着させた後に行なうことができる。これにより、銅粉に緩やかに酸化層を形成することができる。好適な実施の一態様において、pH処理工程は、銅粉に上述の高分子を付着させる前に行なうことができる。これにより、銅粉に短時間に酸化層を形成することができる。 In one aspect of the preferred embodiment, the pH treatment step can be performed after the above-mentioned polymer is attached to the copper powder. As a result, an oxide layer can be gently formed on the copper powder. In one preferred embodiment, the pH treatment step can be performed prior to adhering the macromolecules to the copper powder. As a result, an oxide layer can be formed on the copper powder in a short time.

[アルカリ水溶液]
好適な実施の態様において、湿式法によって製造された銅粉と接触させるアルカリ水溶液のpHは、例えばpH8〜14、あるいはpH8〜12、pH10〜13.5とすることができる。上記pHへと調整されたアルカリ水溶液としては、例えばアンモニア水、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、分子末端にアミノ基を含む有機物の水溶液、あるいはこれらの混合水溶液を使用することができる。
[Alkaline aqueous solution]
In a preferred embodiment, the pH of the alkaline aqueous solution to be brought into contact with the copper powder produced by the wet method can be, for example, pH 8 to 14, pH 8 to 12, pH 10 to 13.5. As the alkaline aqueous solution adjusted to the above pH, for example, an aqueous solution of ammonia, an aqueous solution of sodium hydroxide, an aqueous solution of potassium hydroxide, an aqueous solution of an organic substance containing an amino group at the molecular terminal, or a mixed aqueous solution thereof can be used.

[乾燥]
好適な実施の態様において、pH処理された銅粉は、その後に乾燥される。乾燥は、公知の手段によって行うことができ、例えば60〜300℃、好ましくは60〜150℃で、窒素雰囲気あるいは真空雰囲気で乾燥することができる。このようにして得られた銅粉は、しばしば乾燥ケーキの形態として得られる。
[Dry]
In a preferred embodiment, the pH treated copper powder is then dried. The drying can be carried out by a known means, for example, at 60 to 300 ° C., preferably 60 to 150 ° C., and can be dried in a nitrogen atmosphere or a vacuum atmosphere. The copper powder thus obtained is often obtained in the form of a dried cake.

[解砕]
好適な実施の態様において、pH処理されて次に乾燥された銅粉は、その後に解砕される。解砕は、公知の手段で行うことができ、例えば乳棒、乳鉢、ミキサーを使用することができる。本発明によれば、このような簡易な手段による粗解砕によって十分に解砕されて、二次粒子が十分に低減されたものとなっている。ただし、解砕手段としては、さらに強力な解砕手段を採用することを除外するものではなく、例えばヘンシェルミキサーのような機械的な解砕や、ジェットミル解砕を行ってもよい。
[Crushing]
In a preferred embodiment, the pH-treated and then dried copper powder is then crushed. The crushing can be performed by a known means, for example, a pestle, a mortar, or a mixer can be used. According to the present invention, the secondary particles are sufficiently reduced by being sufficiently crushed by coarse crushing by such a simple means. However, the crushing means does not exclude the adoption of a more powerful crushing means, and mechanical crushing such as a Henschel mixer or jet mill crushing may be performed.

好適な実施の態様において、解砕の後の処理として、解砕された粒子を分級してもよい。分級に使用できる手段としては、特に制約はなく、公知の手段を使用することができる。このような手段として、例えば、篩の通過、気流式分級、湿式分級をあげることができる。分級の目安として、例えば目開き10〜100μmの篩を通過するという目安をあげることができる。 In a preferred embodiment, the crushed particles may be classified as a post-crushing treatment. The means that can be used for classification is not particularly limited, and known means can be used. Examples of such means include passing through a sieve, air flow classification, and wet classification. As a guideline for classification, for example, a guideline for passing through a sieve having an opening of 10 to 100 μm can be given.

[銅粉ペースト]
好適な実施の態様において、本発明の表面処理銅粉は、この銅粉を含む銅粉ペーストの態様として好適に使用することができる。銅粉ペーストは、例えば表面処理銅粉を、バインダー樹脂、有機溶剤と混練して調製することができる。
[Copper powder paste]
In a preferred embodiment, the surface-treated copper powder of the present invention can be suitably used as an aspect of a copper powder paste containing this copper powder. The copper powder paste can be prepared, for example, by kneading surface-treated copper powder with a binder resin and an organic solvent.

好適な実施の態様において、ペーストに使用されるバインダー樹脂としては、Tgが50〜200℃であるバインダー樹脂であれば特に制限なく使用することができる。銅微粒子は非酸化性雰囲気下又は還元性雰囲気下で焼成されるので、バインダー樹脂としては熱分解温度の低いバインダー樹脂が好ましい。好適なバインダー樹脂として、例えば、セルロース系樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、アクリルメタクリル共重合樹脂ブチラール樹脂、ロジンをあげることができる。バインダー樹脂として、特にアクリル樹脂、メタクリル樹脂、アクリルメタクリル共重合樹脂又はロジンが好ましい。特に窒素雰囲気でTG測定(熱重量測定)をした場合、250〜350℃での重量減少が30%以上であるバインダー樹脂を好適に使用することができる。本発明で得られる銅微粒子は有機溶剤のみとあわせてペーストにすることも可能ではあるが、ペーストにバインダー樹脂を添加した場合でも、バインダー樹脂が完全に分解、燃焼しない温度で焼成しても銅微粒子間の焼結が進行するという特徴がある。ペーストで厚い塗膜を得たい場合はバインダー樹脂量を増加することで、印刷性を損なわずに厚膜を形成することが可能である。 In a preferred embodiment, the binder resin used for the paste is not particularly limited as long as it is a binder resin having a Tg of 50 to 200 ° C. Since the copper fine particles are fired in a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere, a binder resin having a low thermal decomposition temperature is preferable as the binder resin. Suitable binder resins include, for example, cellulose-based resins, acrylic resins, methacrylic resins, acrylic methacrylic copolymer resins butyral resins, and rosins. As the binder resin, an acrylic resin, a methacrylic resin, an acrylic methacrylic copolymer resin or a rosin is particularly preferable. In particular, when TG measurement (thermogravimetric measurement) is performed in a nitrogen atmosphere, a binder resin having a weight loss of 30% or more at 250 to 350 ° C. can be preferably used. The copper fine particles obtained in the present invention can be made into a paste together with only an organic solvent, but even when a binder resin is added to the paste, copper is copper even when fired at a temperature at which the binder resin does not completely decompose and burn. It is characterized by the progress of sintering between fine particles. When it is desired to obtain a thick coating film with a paste, it is possible to form a thick film without impairing printability by increasing the amount of the binder resin.

[ペースト塗膜の表面粗さRa]
好適な実施の態様において、本発明の表面処理銅粉を含む銅粉ペーストを印刷した後に、乾燥した塗膜の表面粗さRaは、例えば0.01〜0.4μmの範囲、好ましくは0.01〜0.3μmの範囲、好ましくは0.04〜0.2μmの範囲、好ましくは0.04〜0.15μmの範囲、好ましくは0.04〜0.10μmの範囲とすることができる。乾燥塗膜の表面粗さRaは、公知の手段によって測定することができ、具体的には、実施例において後述する手段と条件によって、測定することができる。このような塗膜を焼結して形成された焼結体は、電子回路や電子部品において、電極層、及び導電層等として、好適に使用できるものとなっている。
[Surface roughness Ra of paste coating film]
In a preferred embodiment, after printing the copper powder paste containing the surface-treated copper powder of the present invention, the surface roughness Ra of the dried coating film is, for example, in the range of 0.01 to 0.4 μm, preferably 0. It can be in the range of 01 to 0.3 μm, preferably in the range of 0.04 to 0.2 μm, preferably in the range of 0.04 to 0.15 μm, preferably in the range of 0.04 to 0.10 μm. The surface roughness Ra of the dry coating film can be measured by a known means, and specifically, can be measured by the means and conditions described later in the examples. The sintered body formed by sintering such a coating film can be suitably used as an electrode layer, a conductive layer, or the like in an electronic circuit or an electronic component.

[焼結体]
好適な実施の態様において、本発明の表面処理銅粉を含む銅粉ペーストは、これを印刷あるいは塗工した後に、焼結して、焼結体とすることができる。好適な実施の態様において、得られた焼結体は、その表面が滑らかなものとなっていると同時に、優れた比抵抗を備えたものとなっている。表面が滑らかになることは塗膜内で銅粉が均一に充填(分散)されていることを示唆していると考えられ、これにより粉体間の焼結が促進され、低比抵抗が実現したと発明者は考えている。
[Sintered body]
In a preferred embodiment, the copper powder paste containing the surface-treated copper powder of the present invention can be printed or coated, and then sintered to obtain a sintered body. In a preferred embodiment, the obtained sintered body has a smooth surface and at the same time has excellent specific resistance. The smooth surface is considered to suggest that the copper powder is uniformly filled (dispersed) in the coating film, which promotes sintering between the powders and realizes low resistivity. The inventor thinks that he did.

好適な実施の態様において、焼結体を調製するための焼結は、公知の条件によって行うことができ、例えば200〜1000℃の範囲の温度で、還元性雰囲気下において、0.1〜10時間の加熱によって、焼結することができる。 In a preferred embodiment, the sintering for preparing the sintered body can be carried out under known conditions, for example, at a temperature in the range of 200 to 1000 ° C. under a reducing atmosphere, 0.1 to 10 It can be sintered by heating for hours.

[焼結体の比抵抗]
好適な実施の態様において、本発明の表面処理銅粉を含む銅粉ペーストの塗膜の焼結体は、優れた比抵抗を備えたものとなっている。比抵抗の測定は、実施例において後述する手段によって測定することができる。好適な実施の態様において、比抵抗の値は、例えば15μΩcm以下、好ましくは14μΩcm以下、例えば2〜12μΩcmの範囲、好ましくは5〜14μΩcmの範囲とすることができる。
[Specific resistance of sintered body]
In a preferred embodiment, the sintered body of the coating film of the copper powder paste containing the surface-treated copper powder of the present invention has excellent specific resistance. The specific resistance can be measured by the means described later in the examples. In a preferred embodiment, the resistivity value can be, for example, 15 μΩcm or less, preferably 14 μΩcm or less, for example, in the range of 2-12 μΩcm, preferably in the range of 5-14 μΩcm.

本発明の表面処理銅粉を含む銅粉ペーストの塗膜の焼結体の比抵抗が、このように低減されたものとなっている理由は不明であるが、表面処理銅粉の酸化層の厚みが上記範囲となることによって、焼結時に十分に還元され、還元不良部分が生じることなく、かつ、表面処理銅粉の間の焼結起点として、良好に振る舞うことによって、全体として優れた比抵抗を呈するものとなったと、本発明者は考察している。 The reason why the resistivity of the sintered body of the coating film of the copper powder paste containing the surface-treated copper powder of the present invention is reduced in this way is unknown, but the oxide layer of the surface-treated copper powder When the thickness is in the above range, it is sufficiently reduced at the time of sintering, no poor reduction portion is generated, and it behaves well as a sintering starting point between the surface-treated copper powders, so that an excellent ratio as a whole is obtained. The present inventor considers that it has become a resistance.

[湿式法によって製造された銅粉]
好適な実施の態様において、pH処理工程に供される銅粉は、湿式法によって製造された銅粉である。湿式法には、例えば、いわゆる不均化法といわゆる化学還元法が含まれる。
[Copper powder produced by the wet method]
In a preferred embodiment, the copper powder subjected to the pH treatment step is a copper powder produced by a wet method. The wet method includes, for example, a so-called disproportionation method and a so-called chemical reduction method.

好適な実施の態様において、不均化法による銅粉の製造方法として、例えば特許文献5(特許第6297018号)に開示された方法を使用することができる。好適な実施の態様において、不均化法による銅粉の製造方法として、例えば、アラビアゴムの添加剤を含む水性溶媒中に亜酸化銅を添加してスラリーを作製する工程、スラリーに希硫酸を5秒以内に一度に添加して不均化反応を行う工程、を含む製造方法をあげることができる。好適な実施の態様において、上記スラリーは、室温(20〜25℃)以下に保持するとともに、同様に室温以下に保持した希硫酸を添加して、不均化反応を行うことができる。好適な実施の態様において、上記スラリーは、7℃以下に保持するとともに、同様に7℃以下に保持した希硫酸を添加して、不均化反応を行うことができる。好適な実施の態様において、希硫酸の添加は、pH2.5以下、好ましくはpH2.0以下、さらに好ましくはpH1.5以下となるように、添加することができる。好適な実施の態様において、スラリーへの希硫酸の添加は、5分以内、好ましくは1分以内、さらに好ましくは30秒以内、さらに好ましくは10秒以内、さらに好ましくは5秒以内となるように、添加することができる。好適な実施の態様において、上記不均化反応は10分間で終了するものとすることができる。好適な実施の態様において、上記スラリー中のアラビアゴムの濃度は、0.229〜1.143g/Lとすることができる。上記亜酸化銅としては、公知の方法で使用された亜酸化銅、好ましくは亜酸化銅粒子を使用することができ、この亜酸化銅粒子の粒径等は不均化反応によって生成する銅粉の粒子の粒径等とは直接に関係がないので、粗粒の亜酸化銅粒子を使用することができる。この不均化反応の原理は次のようなものである:
Cu2O+H2SO4 → Cu↓+CuSO4+H2
In a preferred embodiment, as a method for producing copper powder by the disproportionation method, for example, the method disclosed in Patent Document 5 (Patent No. 6297018) can be used. In a preferred embodiment, as a method for producing copper powder by the disproportionation method, for example, a step of adding cuprous oxide to an aqueous solvent containing an additive of arabic rubber to prepare a slurry, and adding dilute sulfuric acid to the slurry. A production method including a step of adding all at once within 5 seconds to carry out a disproportionation reaction can be mentioned. In a preferred embodiment, the slurry can be kept at room temperature (20 to 25 ° C.) or lower, and dilute sulfuric acid similarly kept at room temperature or lower can be added to carry out a disproportionation reaction. In a preferred embodiment, the slurry can be kept at 7 ° C. or lower, and dilute sulfuric acid similarly kept at 7 ° C. or lower can be added to carry out a disproportionation reaction. In a preferred embodiment, the dilute sulfuric acid can be added so as to have a pH of 2.5 or less, preferably pH 2.0 or less, and more preferably pH 1.5 or less. In a preferred embodiment, the addition of dilute sulfuric acid to the slurry should be within 5 minutes, preferably within 1 minute, more preferably within 30 seconds, even more preferably within 10 seconds, even more preferably within 5 seconds. , Can be added. In a preferred embodiment, the disproportionation reaction can be completed in 10 minutes. In a preferred embodiment, the concentration of gum arabic in the slurry can be 0.229 to 1.143 g / L. As the cuprous oxide, cuprous oxide used by a known method, preferably cuprous oxide particles, can be used, and the particle size and the like of the cuprous oxide particles are copper powder produced by the disproportionation reaction. Since it is not directly related to the particle size and the like of the particles, coarse-grained cuprous oxide particles can be used. The principle of this disproportionation reaction is as follows:
Cu 2 O + H 2 SO 4 → Cu ↓ + Cu SO 4 + H 2 O

このようにして得られた銅粉は、洗浄した後に、スラリーの形態で、上記pH処理工程に供してもよく、いったん乾燥した銅粉の形態とした後に、上記pH処理工程に供してもよい。 The copper powder thus obtained may be subjected to the above-mentioned pH treatment step in the form of a slurry after being washed, or may be subjected to the above-mentioned pH treatment step in the form of once dried copper powder. ..

好適な実施の態様において、化学還元法による銅粉の製造方法として、例えば特許文献6(特許第4164009号)に開示された方法を使用することができる。好適な実施の態様において、化学還元法による銅粉の製造方法として、例えば、アラビアゴム2gを2900mLの純水に添加した後、硫酸銅125gを添加し撹拌しながら、80%ヒドラジン一水和物を360mL添加して、ヒドラジン一水和物の添加後〜3時間かけて室温から60℃に昇温し、更に3時間かけて酸化銅を反応させて、反応終了後、得られたスラリーをヌッチェでろ過し、次いで純水及びメタノールで洗浄し、更に乾燥させて銅粉を得ることができる。このように得られた乾燥した銅粉を、上記pH処理工程に供してもよく、スラリーの形態のままで、上記pH処理工程に供してもよい。 In a preferred embodiment, as a method for producing copper powder by a chemical reduction method, for example, the method disclosed in Patent Document 6 (Patent No. 4164009) can be used. In a preferred embodiment, as a method for producing copper powder by a chemical reduction method, for example, after adding 2 g of Arabic rubber to 2900 mL of pure water, 125 g of copper sulfate is added and stirred to obtain 80% hydrazine monohydrate. 360 mL was added, the temperature was raised from room temperature to 60 ° C. over 3 hours after the addition of hydrazine monohydrate, and copper oxide was reacted over another 3 hours. It can be filtered with (1), then washed with pure water and methanol, and further dried to obtain copper powder. The dried copper powder thus obtained may be subjected to the above-mentioned pH treatment step, or may be subjected to the above-mentioned pH treatment step in the form of a slurry.

[好適な実施の態様]
本発明は次の(1)以下の実施態様を含む。
(1)
表面に酸化層を有する表面処理銅粉であって、
XPSスペクトルにおけるO1s、C1s、Cu2p3の光電子強度比から求められる前記酸化層の厚みが2〜20nmであり、
表面処理銅粉のかさ密度が3m2-1以下である、表面処理銅粉。
(2)
酸化層が、亜酸化銅を含む層である、(1)に記載の表面処理銅粉。
(3)
亜酸化銅の層によって金属銅の表面が被覆されてなる、(1)〜(2)のいずれかに記載の表面処理銅粉。
(4)
比表面積が1.5m2-1以上である、(1)〜(3)のいずれかに記載の表面処理銅粉。
[Preferable embodiment]
The present invention includes the following (1) embodiments.
(1)
A surface-treated copper powder having an oxide layer on its surface.
The thickness of the oxide layer determined from the photoelectron intensity ratio of O1s, C1s, and Cu2p3 in the XPS spectrum is 2 to 20 nm.
Surface-treated copper powder having a bulk density of 3 m 2 g -1 or less.
(2)
The surface-treated copper powder according to (1), wherein the oxide layer is a layer containing cuprous oxide.
(3)
The surface-treated copper powder according to any one of (1) to (2), wherein the surface of metallic copper is coated with a layer of cuprous oxide.
(4)
The surface-treated copper powder according to any one of (1) to (3), which has a specific surface area of 1.5 m 2 g -1 or more.

したがって、本発明は、上記の表面処理銅粉を含み、低充填性処理銅粉、低充填性銅粉、低充填性表面処理銅粉を含む。 Therefore, the present invention includes the above-mentioned surface-treated copper powder, and includes low-fillable treated copper powder, low-fillable copper powder, and low-fillable surface-treated copper powder.

以下に実施例をあげて、本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
[銅粉ケーキの調整]
30Lの容器に硫酸銅五水和物を3.9kg、純水を8.8L入れて、ウォーターバスで70℃に加温しながら回転羽根で200rpmで撹拌し、硫酸銅水溶液を調整した。ここに28%アンモニア水を水溶液のpHが8.5に達するまでに添加した。さらに撹拌しながら、80gL-1のアラビアゴム水溶液を100g添加した後、25%ヒドラジン水溶液を6Lを1Lmin-1の速度で添加し、滴下終了後1時間撹拌した。静置して生じた上澄み液を捨て、そこに純水を10L加え、300rpmで10分撹拌した。同じように静置して生じた上澄み液を捨て、そこに純水を10L加え、pHが7.0±0.2になるように希硫酸を添加し、300rpmで10分撹拌した。このスラリーを吸引濾過で固液分離し、ろ紙上に残ったケーキの上にさらに純水を10Lかけて吸引濾過を行った。
[Example 1]
[Adjustment of copper powder cake]
3.9 kg of copper sulfate pentahydrate and 8.8 L of pure water were placed in a 30 L container, and the mixture was stirred at 200 rpm with a rotary blade while being heated to 70 ° C. in a water bath to prepare a copper sulfate aqueous solution. 28% aqueous ammonia was added thereto until the pH of the aqueous solution reached 8.5. While further stirring , 100 g of 80 gL -1 aqueous gum arabic solution was added, then 6 L of 25% hydrazine aqueous solution was added at a rate of 1 Lmin -1, and the mixture was stirred for 1 hour after the completion of the dropping. The supernatant liquid generated by allowing to stand was discarded, 10 L of pure water was added thereto, and the mixture was stirred at 300 rpm for 10 minutes. In the same manner, the supernatant liquid generated by standing still was discarded, 10 L of pure water was added thereto, dilute sulfuric acid was added so that the pH became 7.0 ± 0.2, and the mixture was stirred at 300 rpm for 10 minutes. This slurry was solid-liquid separated by suction filtration, and 10 L of pure water was further applied to the cake remaining on the filter paper for suction filtration.

[銅粉ケーキの調製後の処理]
回収された銅粉ケーキ1100g(湿質量)を、pH8へ調製したアンモニア水2L中に投入して、攪拌した。攪拌は、30℃で1時間行った。その後、吸引ろ過によって固液分離して、pH処理された銅粉のケーキを得た。得られたケーキを、ろ過後の純水のpHが8を下回ることを目安として純水によって洗浄した。
洗浄後の銅粉のケーキを、100℃で窒素雰囲気下で乾燥して、pH処理された銅粉の乾燥ケーキを得た。
得られた乾燥ケーキを、乳棒と乳鉢によって解砕し、目開き37μmの篩に通して、後述するペーストに供される銅粉を得た。
[Treatment after preparation of copper powder cake]
1100 g (wet mass) of the recovered copper powder cake was put into 2 L of aqueous ammonia prepared to pH 8 and stirred. Stirring was performed at 30 ° C. for 1 hour. Then, solid-liquid separation was performed by suction filtration to obtain a pH-treated copper powder cake. The obtained cake was washed with pure water so that the pH of the pure water after filtration was less than 8 as a guide.
The washed copper powder cake was dried at 100 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a pH-treated copper powder dried cake.
The obtained dried cake was crushed with a milk stick and a mortar and passed through a sieve having a mesh size of 37 μm to obtain copper powder to be used for a paste described later.

[実施例2〜5、比較例1、4]
実施例2〜5、比較例1、4として、pHの値、及び処理時間を変更して、実施例1と同様に銅粉ケーキを調整した。得られた銅粉ケーキを、各所定pHへと調整されたアンモニア水中へ投入して、30℃で各所定時間の攪拌を行って、実施例1と同様に、pH処理された銅粉の乾燥ケーキを得た。その後、実施例1と同様にして、後述するペーストに供される銅粉を得た。ただし、各実施例及び比較例において、調整したアンモニアの各pH値と、30℃での各攪拌時間は、実施例1からそれぞれ表1の値へと変更して、処理を行った。各実施例及び比較例におけるpHの値、及び処理時間を、表1にまとめて示す。
[Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 and 4]
As Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 and 4, the pH value and the treatment time were changed to prepare a copper powder cake in the same manner as in Example 1. The obtained copper powder cake was put into ammonia water adjusted to each predetermined pH, stirred at 30 ° C. for each predetermined time, and the pH-treated copper powder was dried in the same manner as in Example 1. I got a cake. Then, in the same manner as in Example 1, copper powder to be used for the paste described later was obtained. However, in each Example and Comparative Example, each pH value of the adjusted ammonia and each stirring time at 30 ° C. were changed from Example 1 to the values shown in Table 1 for the treatment. The pH values and treatment times in each Example and Comparative Example are summarized in Table 1.

[実施例6]
実施例1の製粉に関する手順において、アラビアゴム水溶液の濃度を20gL-1、ヒドラジンの添加速度を0.5Lmin-1とした以外は実施例1と同じ操作を行った。
[Example 6]
In the procedure for milling in Example 1, the same operation as in Example 1 was carried out except that the concentration of the gum arabic aqueous solution was 20 gL -1 and the addition rate of hydrazine was 0.5 Lmin -1.

[比較例2]
実施例1の手順において、製粉後の水洗、酸洗、水洗を経て吸引濾過後に回収された銅粉ケーキを、100℃で窒素雰囲気下で乾燥して、乾燥ケーキを得た。
この乾燥ケーキを乳棒と乳鉢によって解砕し、目開き37μmの篩に通して、銅粉を得た。
得られた銅粉を、特許文献2(特開2003−105402号公報)に記載の条件に従い、ホットプレート上で大気中、200℃、2時間で加熱処理した。これによって表面に酸化膜が形成された銅粉を得た。
得られた銅粉を乳棒と乳鉢によって解砕し、目開き37μmの篩を通らなかったため、目開き88μmの篩を通し、後述するペーストに供される銅粉を得た。
[Comparative Example 2]
In the procedure of Example 1, the copper powder cake recovered after suction filtration after milling, pickling, and washing with water was dried at 100 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a dried cake.
The dried cake was crushed with a pestle and a mortar and passed through a sieve having a mesh size of 37 μm to obtain copper powder.
The obtained copper powder was heat-treated on a hot plate at 200 ° C. for 2 hours in accordance with the conditions described in Patent Document 2 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-105402). As a result, a copper powder having an oxide film formed on its surface was obtained.
The obtained copper powder was crushed by a milk stick and a mortar and did not pass through a sieve having a mesh size of 37 μm. Therefore, the copper powder was passed through a sieve having a mesh size of 88 μm to obtain copper powder to be used for a paste described later.

[比較例3]
実施例1の手順において、製粉後の水洗、酸洗、水洗を経て吸引濾過後に回収された銅粉ケーキを、苛性ソーダでpH8に調整したアルカリ水溶液5Lに分散させ、回転羽根で撹拌した。ここにオレイン酸を5g添加し、1時間撹拌した。吸引濾過でケーキを回収し、回収ケーキを赤外水分計で含水率が1%を下回るまで室温25℃下で大気乾燥して乾燥ケーキを得た。
得られた乾燥ケーキを乳棒と乳鉢によって解砕し、目開き37μmの篩を通らなかったため、目開き105μmの篩を通し、後述するペーストに供される銅粉を得た。
[Comparative Example 3]
In the procedure of Example 1, the copper powder cake recovered after suction filtration after milling, pickling, and washing was dispersed in 5 L of an alkaline aqueous solution adjusted to pH 8 with caustic soda, and stirred with a rotary blade. 5 g of oleic acid was added thereto, and the mixture was stirred for 1 hour. The cake was collected by suction filtration, and the recovered cake was air-dried at room temperature of 25 ° C. until the moisture content fell below 1% with an infrared moisture meter to obtain a dried cake.
The obtained dried cake was crushed with a milk stick and a mortar, and since it did not pass through a sieve having a mesh size of 37 μm, it was passed through a sieve having a mesh size of 105 μm to obtain copper powder to be used for a paste described later.

[酸化層厚みの測定]
実施例1〜6及び比較例1〜4によって得られたペーストに供される銅粉を、試料容器に底面が見えないくらいに敷き詰め、ハンドプレスで敷き詰めた銅粉層をならし、アルバック・ファイ株式会社製PHI 5000 Versa Probe IIを用いて以下の条件でXPS分析を行った。この結果を後述するように解析して、乾燥銅粉の表面に存在する酸化層の厚みを、それぞれ求めた。
到達真空度:8.2×10-8Pa
励起源:単色化AlKα
出力:24.9W
X線ビーム径:100μmφ
入射角:90度
取り出し角:45度
中和銃あり
スパッタ条件:
イオン種:Ar+
加速電圧:2kV
レート:3.6nm/min(SiO2換算)
[Measurement of oxide layer thickness]
The copper powder used in the pastes obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 was spread on the sample container so that the bottom surface could not be seen, and the copper powder layer spread by hand press was smoothed to obtain an ULVAC FI. XPS analysis was performed under the following conditions using PHI 5000 Versa Probe II manufactured by PHI Co., Ltd. This result was analyzed as described later, and the thickness of the oxide layer existing on the surface of the dried copper powder was determined.
Ultimate vacuum: 8.2 x 10 -8 Pa
Excitation source: Monochromatic AlKα
Output: 24.9W
X-ray beam diameter: 100 μmφ
Incident angle: 90 degrees Extraction angle: 45 degrees With neutralizing gun Sputtering conditions:
Ion species: Ar +
Acceleration voltage: 2kV
Rate: 3.6 nm / min (SiO 2 conversion)

図1に、実施例4によって得られたペーストに供される銅粉に対するXPS分析によって得られたチャートを示す。横軸は結合エネルギー(eV)であり、縦軸は光電子強度である。
最初に、図1のチャートにおいて、930eVから960eVのCu 2pの光電子スペクトルに着目した。CuOに起因するピークではなく、Cu2Oに起因するピークが認められたことから、銅粉表面には酸化物の層が存在していること、その酸化物はCu2Oであることと、判定した。
FIG. 1 shows a chart obtained by XPS analysis on the copper powder used in the paste obtained in Example 4. The horizontal axis is the binding energy (eV), and the vertical axis is the photoelectron intensity.
First, in the chart of FIG. 1, attention was paid to the photoelectron spectrum of Cu 2p of 930 eV to 960 eV. Since a peak caused by Cu 2 O was observed instead of a peak caused by Cu O, it was found that a layer of oxide was present on the surface of the copper powder, that the oxide was Cu 2 O, and that the oxide was Cu 2 O. Judged.

同様に、実施例1〜3,5,6、及び比較例1〜4の銅粉表面にもCu2Oを含む層が存在していることを確認した。
図2に、実施例4の銅粉に対する酸素濃度(原子濃度%)の深さ方向濃度プロファイルを示す。横軸はスパッタ深さ(nm)であり、縦軸は酸素濃度(原子濃度%)である。
より具体的には、各深さ位置毎に、XPSスペクトルにおけるO1s、C1s、Cu2p3の光電子強度比(これら3つの合計光電子強度に対するO1sの光電子強度の割合)を酸素濃度として算出した。
算出された酸素濃度の傾きがマイナス1を上回る深さ位置を、銅層と酸化層との境界位置、即ち、酸化層の厚みであると定義した。
Similarly, it was confirmed that a layer containing Cu 2 O was also present on the surfaces of the copper powders of Examples 1 to 3, 5 and 6 and Comparative Examples 1 to 4.
FIG. 2 shows the concentration profile in the depth direction of the oxygen concentration (atomic concentration%) with respect to the copper powder of Example 4. The horizontal axis is the sputtering depth (nm), and the vertical axis is the oxygen concentration (atomic concentration%).
More specifically, for each depth position, the photoelectron intensity ratio of O1s, C1s, and Cu2p3 in the XPS spectrum (ratio of the photoelectron intensity of O1s to the total photoelectron intensity of these three) was calculated as the oxygen concentration.
The depth position where the calculated slope of the oxygen concentration exceeds -1 is defined as the boundary position between the copper layer and the oxide layer, that is, the thickness of the oxide layer.

一例として、図2に示される実施例4の銅粉の酸化層の具体的な厚みの算出方法について説明する。
まず、最表層のデータ(スパッタ深さ0nm相当)を除くプロットを累乗近似(各プロットデータを対数変換した上で直線回帰として最小二乗法を適用)し、該近似曲線の接線の傾きが−1を上回った位置を酸化層の厚みであると判定した。
yを酸素濃度、xをスパッタ深さとすると、累乗近似を行なうとy=34.857×x^(−0.407)となる。各地点における傾きは−0.407×34.857×x^(−1.407)であるから、傾きが−1を上回るのは6.8nmであった。
As an example, a method for calculating the specific thickness of the oxide layer of the copper powder of Example 4 shown in FIG. 2 will be described.
First, the plots excluding the data on the outermost layer (equivalent to a sputter depth of 0 nm) are subjected to a power approximation (the least squares method is applied as linear regression after logarithmic conversion of each plot data), and the slope of the tangent line of the approximation curve is -1. The position exceeding the above was determined to be the thickness of the oxide layer.
Assuming that y is the oxygen concentration and x is the sputter depth, the power approximation gives y = 34.857 × x ^ (−0.407). Since the slope at each point was −0.407 × 34.857 × x ^ (-1.407), it was 6.8 nm that the slope exceeded -1.

後述するBET比表面積から求められる粒子サイズが0.2μm程度であるのに対して、X線照射エリア(分析エリア)は100μmφなので、XPSで得られる情報は粒子一つに関する情報というよりも複数の粒子にわたる全体的な情報とみるのが妥当である。そして、試料容器に敷き詰められた粉体全体をスパッタしてゆくことで深さ方向の情報が得られる。まず、容器の最上面に存在する粒子の酸化銅がスパッタされ、スパッタ深さが容器底面に向かうにつれて、当該粒子の金属銅が露出し、当該金属銅がスパッタされる。とはいえ、当該粒子の上面の酸化銅が削り取られて金属銅が露出しても、当該粒子の側面の酸化銅は依然として露出し続ける。また、同時に、当該粒子以外の粒子の上面の酸化銅もスパッタされることになるから、全体としては、金属銅と酸化銅とが同時に検出され続ける。結果として、酸化銅が検出されない状態となることはなく、金属銅だけが検出される状態になることはない。そこで、上述のように対数グラフの傾きが「−1」となったスパッタ深さの位置が、酸素濃度の減少に対する深さ方向への移動の寄与が十分に小さくなった位置と判定して、この位置を酸化銅層と金属銅層の境界位置に対応すると規定した。 While the particle size obtained from the BET specific surface area, which will be described later, is about 0.2 μm, the X-ray irradiation area (analysis area) is 100 μmφ, so the information obtained by XPS is more than one particle. It is reasonable to see it as the overall information across the particles. Then, information in the depth direction can be obtained by sputtering the entire powder spread in the sample container. First, the copper oxide of the particles existing on the uppermost surface of the container is sputtered, and as the sputter depth approaches the bottom surface of the container, the metallic copper of the particles is exposed and the metallic copper is sputtered. However, even if the copper oxide on the upper surface of the particle is scraped off to expose the metallic copper, the copper oxide on the side surface of the particle is still exposed. At the same time, the copper oxide on the upper surface of the particles other than the particles is also sputtered, so that the metallic copper and the copper oxide are continuously detected at the same time as a whole. As a result, copper oxide is not undetectable, and only metallic copper is not detected. Therefore, it is determined that the position of the spatter depth where the slope of the logarithmic graph is "-1" as described above is the position where the contribution of the movement in the depth direction to the decrease of the oxygen concentration is sufficiently small. This position is defined as corresponding to the boundary position between the copper oxide layer and the metallic copper layer.

[かさ密度の測定]
実施例1〜6及び比較例1〜4によって得られた乾燥銅粉に対して、次の条件でタップ密度を測定した。
ホソカワミクロン(株)パウダテスタPT−Xを使って測定した。10ccのカップにガイドを取り付けて粉体を入れ、1000回タップさせて、ガイドを外して、10ccの容積を上回っている部分を摺り切り、容器に入っている粉体の重量を測定し、タップ密度(固めかさ密度)を求めた。
[Measurement of bulk density]
The tap densities of the dried copper powders obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were measured under the following conditions.
The measurement was carried out using Powder Tester PT-X manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd. Attach a guide to a 10cc cup, put the powder in it, tap it 1000 times, remove the guide, scrape off the part that exceeds the volume of 10cc, weigh the powder in the container, and tap it. The density (bulk density) was determined.

[比表面積の測定]
実施例1〜6及び比較例1〜4によって得られた乾燥銅粉のBET比表面積を、BELSORP−miniII(マイクロトラックベル社)を用いて、JIS Z8830:2013に準拠して測定した。より具体的には、銅粉を真空中で200℃、5時間脱気した後、比表面積を測定した。
[Measurement of specific surface area]
The BET specific surface area of the dried copper powders obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 was measured using BELSORP-miniII (Microtrac Bell) in accordance with JIS Z8830: 2013. More specifically, the specific surface area was measured after degassing the copper powder in vacuum at 200 ° C. for 5 hours.

[安息角の測定]
実施例1〜6及び比較例1〜4によって得られた乾燥銅粉の安息角を、ホソカワミクロン(株)パウダテスタPT−Xを用いて、JIS R9301−2−2:1999に準拠して測定した。より具体的には、710μmの篩に銅粉を通した後、100gの銅粉を落とした。これにより形成された山を側面から撮影し、山の底辺の内角を安息角として求めた。
[Measurement of angle of repose]
The angle of repose of the dried copper powder obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 was measured using Powder Tester PT-X of Hosokawa Micron Co., Ltd. in accordance with JIS R9301-2-2: 1999. More specifically, after passing the copper powder through a 710 μm sieve, 100 g of the copper powder was dropped. The mountain formed by this was photographed from the side, and the internal angle of the bottom of the mountain was calculated as the angle of repose.

[ペースト塗膜の表面粗さRa]
ジヒドロターピネオールとアクリル樹脂ビークル(固形分35%、残部ジヒドロターピネオール、互応化学KFA−2000)をジヒドロターピネオール:アクリル樹脂(固形分)が14:1の比率となるように秤量し、自転公転ミキサーで5分撹拌した。実施例1〜6及び比較例1〜4によって得られた乾燥銅粉と上記撹拌物との比率が85:1(重量比)となるように混合し、さらに自転公転ミキサーで5分撹拌した。得られた混合物を、ロール径80mmのロール間ギャップを5μmとした3本ロールに5パス通し、ペーストを得た。ロール材質は3本ともアルミナロールである。得られたペーストを25μmギャップのアプリケーターを使って5cm/秒の移動速度でスライドガラス上に塗膜し、120℃、10分で乾燥させた。得られた塗膜の塗工方向のRaをJIS B 0601−2001に従って触針式粗さ計で計測し、5点平均で算出した。
[Surface roughness Ra of paste coating film]
Weigh dihydroterpineol and acrylic resin vehicle (solid content 35%, balance dihydroterpineol, reciprocal chemical KFA-2000) so that the ratio of dihydroterpineol: acrylic resin (solid content) is 14: 1, and use a rotation / revolution mixer for 5 Stir for minutes. The dried copper powders obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were mixed so that the ratio of the agitated product to the agitated product was 85: 1 (weight ratio), and the mixture was further stirred with a rotation / revolution mixer for 5 minutes. The obtained mixture was passed through three rolls having a roll diameter of 80 mm and a gap between rolls of 5 μm for 5 passes to obtain a paste. All three rolls are alumina rolls. The obtained paste was coated on a slide glass at a moving speed of 5 cm / sec using an applicator with a 25 μm gap, and dried at 120 ° C. for 10 minutes. Ra in the coating direction of the obtained coating film was measured with a stylus type roughness meter according to JIS B 0601-2001, and calculated by averaging 5 points.

[比抵抗の測定]
上記表面粗さRaの測定のために調整したペーストを、スクリーン版(ステンレスメッシュ、線径18μm、紗厚38μm、オープニング33μm、開口率42%)を使って、スライドガラス上に、幅5mm、長さ20mmのラインを3本印刷した。3vol%水素(残部窒素)中で銅の融点よりもはるかに低い250℃で、30分間焼成し、焼成体を得た。得られた焼成体の抵抗をロレスターGXで測定し、3次元測定装置で焼成体の厚みを算出し、抵抗値と焼成体断面積、焼成体長さから焼成体の比抵抗を求めた。
[Measurement of resistivity]
The paste prepared for the measurement of the surface roughness Ra is placed on a slide glass using a screen plate (stainless steel mesh, wire diameter 18 μm, gauze thickness 38 μm, opening 33 μm, aperture ratio 42%), width 5 mm, length. Three 20 mm lines were printed. A calcined product was obtained by firing in 3 vol% hydrogen (residual nitrogen) at 250 ° C., which is much lower than the melting point of copper, for 30 minutes. The resistance of the obtained fired body was measured by Lorester GX, the thickness of the fired body was calculated by a three-dimensional measuring device, and the specific resistance of the fired body was obtained from the resistance value, the cross-sectional area of the fired body, and the length of the fired body.

[結果]
実施例1〜6及び比較例1〜4について、上記の測定の結果を、表1にまとめて示す。
[result]
The results of the above measurements for Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 are summarized in Table 1.

Figure 0006914999
Figure 0006914999

表1に示されるように、本願発明の実施例による表面処理銅粉は、それを銅粉ペーストとして印刷した塗膜の表面粗さが低減されたものとなっており、同時にこの塗膜を焼成した焼成体の比抵抗が低減されたものとなっていた。表面粗さの低減は、単なる平滑性の目安を超えて、塗膜に含まれる金属粉凝集体の少なさを表現する目安となっており、塗膜内部の空隙の少なさを表現する目安ともなっており、塗膜の焼成体における比抵抗の少なさのみならず、高周波特性の優秀性を表現するものとなると、本発明者は考察している。 As shown in Table 1, the surface-treated copper powder according to the embodiment of the present invention has a reduced surface roughness of a coating film printed as a copper powder paste, and at the same time, this coating film is fired. The specific resistance of the fired body was reduced. The reduction of surface roughness is a guideline for expressing the small amount of metal powder agglomerates contained in the coating film, which is more than a simple guideline for smoothness, and is also a guideline for expressing the small number of voids inside the coating film. Therefore, the present inventor considers that it expresses not only the low resistivity of the fired body of the coating film but also the excellent high frequency characteristics.

本発明は、銅粉ペーストに好適に使用可能な表面処理銅粉を提供する。本発明は産業上有用な発明である。 The present invention provides a surface-treated copper powder that can be suitably used for a copper powder paste. The present invention is an industrially useful invention.

Claims (4)

表面に酸化層を有する表面処理銅粉であって、
XPSスペクトルにおけるO1s、C1s、Cu2p3の光電子強度比から求められる前記酸化層の厚みが2.5〜9nmであり、
表面処理銅粉を、10ccのカップにガイドを取り付けて粉体を入れ、1000回タップさせて、ガイドを外して、10ccの容積を上回っている部分を摺り切り、容器に入っている粉体の重量を測定して得られた、固めかさ密度が2.9g/cm 以下である、表面処理銅粉。
A surface-treated copper powder having an oxide layer on its surface.
The thickness of the oxide layer determined from the photoelectron intensity ratios of O1s, C1s, and Cu2p3 in the XPS spectrum is 2.5 to 9 nm .
For surface-treated copper powder , attach a guide to a 10 cc cup, put the powder in it, tap it 1000 times, remove the guide, scrape off the part that exceeds the volume of 10 cc, and put the powder in the container. A surface-treated copper powder having a bulk density of 2.9 g / cm 3 or less, obtained by measuring the weight.
酸化層が、亜酸化銅を含む層である、請求項1に記載の表面処理銅粉。 The surface-treated copper powder according to claim 1, wherein the oxide layer is a layer containing cuprous oxide. 亜酸化銅の層によって金属銅の表面が被覆されてなる、請求項1〜2のいずれかに記載の表面処理銅粉。 The surface-treated copper powder according to any one of claims 1 and 2, wherein the surface of metallic copper is coated with a layer of cuprous oxide. 比表面積が1.5m2-1以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の表面処理銅粉。 The surface-treated copper powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the specific surface area is 1.5 m 2 g -1 or more.
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