JP7490528B2 - Copper Powder - Google Patents

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Description

本発明は、銅粉体に関する。 The present invention relates to copper powder.

微細な金属粒子の集合体である金属粉や金属粉を含む導電性ペーストは、低温同時焼成セラミックス(LTCC)基板の配線や端子、積層セラミックコンデンサ(MLCC)の内部電極や外部電極など、各種電子部品を製造するための原材料として幅広く利用されている。特に、銅粉体は、銅の高い導電性に起因し、MLCCの内部電極の薄膜化や外部電極の小型が可能であること、周波数特性の大幅な改善が可能であることから、従来多用されてきたニッケル粉や銀粉に替わる材料として期待されている。 Metal powders, which are aggregates of fine metal particles, and conductive pastes containing metal powders are widely used as raw materials for manufacturing various electronic components, such as wiring and terminals for low-temperature co-fired ceramic (LTCC) substrates and internal and external electrodes for multilayer ceramic capacitors (MLCC). Copper powder in particular is expected to be a replacement for nickel powder and silver powder, which have been widely used in the past, because the high conductivity of copper makes it possible to thin the internal electrodes of MLCCs and to miniaturize their external electrodes, as well as to significantly improve frequency characteristics.

例えば、MLCCの電極形成に用いる導電性ペースト用の銅粉体として、次のような技術が提案されている。 For example, the following technology has been proposed for copper powder for conductive paste used to form electrodes for MLCCs:

特許文献1は、焼結遅延性に優れた、表面処理された銅粉体等についての開示がある。銅粉体に対して、カップリング処理をすることで、銅粉体表面にAl、Si等の元素からなる表面処理層を設けることで、焼結開始温度を高温化させることができると記載されている。 Patent Document 1 discloses surface-treated copper powder with excellent sintering retardation. It describes how the sintering start temperature can be increased by subjecting the copper powder to a coupling treatment to provide a surface treatment layer made of elements such as Al and Si on the copper powder surface.

また、特許文献2には、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置によって測定される体積累積粒径D50が0.20μm~0.70μmであり、かつ、当該D50に対する結晶子径の比率(結晶子径/D50)が0.15~0.60(μm/μm)であり、且つ、比表面積に対する酸素量(O量)の割合が0.10~0.40(wt%・g/m2)であることを特徴とする銅粉体が記載されている。 Patent Document 2 describes copper powder that has a volume cumulative particle size D50 measured by a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device of 0.20 μm to 0.70 μm, a ratio of crystallite size to D50 (crystallite size/D50) of 0.15 to 0.60 (μm/μm), and a ratio of oxygen content (O content) to specific surface area of 0.10 to 0.40 (wt% g/m2).

特開2003-16832号公報JP 2003-16832 A 国際公開第2015/122251号International Publication No. 2015/122251

銅の融点(約1083度)はニッケルの融点(約1455度)よりも低く、銅粉体の微細化に伴って、銅粉体の比表面積は増加するため、銅粉体の融点はさらに低下する。このため、微細な銅粉体が積層セラミックコンデンサ(MLCC)の内部電極に用いられた場合、比較的低温で銅粉体の溶融が開始され、電極層にクラックが発生する問題があった。また、銅粉体の融点が低くなる程、降温時の電極層の収縮によって誘電層と電極層との剥離が起こる問題もあった。したがって、このような問題を解決するためには、電極層の焼結開始温度が、誘電層の焼結開始温度に近いことが重要となる。具体的には、電極層を形成する銅粉体の焼結開始温度を高くする必要がある。また、銅粉体を導電性ペーストとして用いる場合、銅粉体の充填性を更に向上させることが望まれていた。 The melting point of copper (about 1083 degrees) is lower than that of nickel (about 1455 degrees), and as the copper powder is refined, the specific surface area of the copper powder increases, so the melting point of the copper powder is further reduced. For this reason, when fine copper powder is used for the internal electrodes of a multilayer ceramic capacitor (MLCC), the copper powder starts to melt at a relatively low temperature, causing cracks in the electrode layer. In addition, the lower the melting point of the copper powder, the more likely it is that the electrode layer will shrink when the temperature is lowered, causing peeling between the dielectric layer and the electrode layer. Therefore, in order to solve such problems, it is important that the sintering start temperature of the electrode layer is close to the sintering start temperature of the dielectric layer. Specifically, it is necessary to increase the sintering start temperature of the copper powder that forms the electrode layer. In addition, when copper powder is used as a conductive paste, it is desirable to further improve the filling property of the copper powder.

しかしながら、特許文献1では、焼結開始温度を高くすることは記載されているが、その手段はあくまで、銅粉体表面に対して表面処理(カップリング処理)を行うことのみであり、充填性を更に向上させることについての課題は記載されていない。 However, although Patent Document 1 describes increasing the sintering start temperature, the only means for achieving this is to perform a surface treatment (coupling treatment) on the copper powder surface, and there is no mention of the issue of further improving the packing property.

また、特許文献2では、その目的は、微粒銅粉体であっても、圧粉抵抗が低く優れた導電性を確保することができる銅粉体を提供することであり、球形状または略球形状の銅粒子を含有する銅粉体であれば、特に優れた分散性を得ることができるとの記載がある通り、充填性を更に向上させるという意図はない。 In addition, in Patent Document 2, the objective is to provide a copper powder that can ensure low compression resistance and excellent conductivity even if it is fine copper powder, and there is no intention to further improve the packing property, as it is described that copper powder containing spherical or nearly spherical copper particles can obtain particularly excellent dispersibility.

そこで、本発明は、焼結開始温度が高く、充填性の高い銅粉体を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide copper powder that has a high sintering initiation temperature and high packing properties.

本発明の一実施形態に係る銅粉体は、電子顕微鏡観察の画像解析で得られた平均粒子径(D50SEM)が0.1μm以上0.5μm以下であり、平均円形度が0.80以上であり、かつ、平均粒子径(D50SEM)とBET比表面積(SBET)とが(式1)の関係式を満たす。 The copper powder according to one embodiment of the present invention has an average particle size ( D50SEM ) of 0.1 μm or more and 0.5 μm or less, an average circularity of 0.80 or more, and a relationship between the average particle size ( D50SEM ) and the BET specific surface area (S BET ) satisfying the relationship (Formula 1).

Figure 0007490528000001
Figure 0007490528000001

また、銅粉体は、平均粒子径(D50SEM)に対する平均結晶子径(D)の比(D/D50SEM)が0.1以上0.5以下であってもよい。 The copper powder may have a ratio (D/D 50SEM ) of the average crystallite size (D) to the average particle size (D 50SEM ) of 0.1 or more and 0.5 or less.

また、銅粉体は、(式2)で表されるスパンSが、0.5以上1.0以下であってもよい。 The copper powder may also have a span S, expressed by formula 2, of 0.5 or more and 1.0 or less.

Figure 0007490528000002
(ここで、(式2)のD90SEMおよびD10SEMは、それぞれ電子顕微鏡観察の画像解析で得られた体積基準の粒子径ヒストグラムにおける累積頻度が90%および10%のときの粒子径を表す)
Figure 0007490528000002
(Here, D90SEM and D10SEM in (Equation 2) represent particle sizes at which the cumulative frequencies in a volume-based particle size histogram obtained by image analysis of electron microscope observation are 90% and 10%, respectively.)

また、銅粉体は、1000℃における熱収縮率が17%以下であってもよい。 The copper powder may also have a thermal shrinkage rate of 17% or less at 1000°C.

本発明によると、焼結開始温度が高く、充填性の高い銅粉体を提供することができる。また、本発明の銅粉は焼結開始温度が高いため、MLCCの内部電極に利用すれば、電極層のクラックの発生や降温時の電極層の収縮による誘電層と電極層との剥離を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to provide copper powder with a high sintering start temperature and high packing properties. In addition, because the copper powder of the present invention has a high sintering start temperature, when used in the internal electrodes of an MLCC, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the electrode layer and peeling between the dielectric layer and the electrode layer due to the shrinkage of the electrode layer when the temperature is lowered.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態や実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。 The following describes in detail the embodiments of the present invention. However, the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention, and should not be construed as being limited to the description of the embodiments and examples exemplified below.

[1.銅粉体の製造方法]
本発明の一実施形態に係る銅粉体は、複数の銅粒子を含む銅粉体である。以下、本実施形態に係る銅粉体の製造方法について説明する。
[1. Manufacturing method of copper powder]
The copper powder according to one embodiment of the present invention is a copper powder containing a plurality of copper particles. Hereinafter, a method for producing the copper powder according to this embodiment will be described.

[1-1.塩化銅ガスの生成]
本実施形態に係る銅粉体の製造方法では、塩化銅ガスを用いる。塩化銅ガスは、金属銅を原料として、金属銅と塩素ガスとを反応させることにより生成する。本製造方法を用いた塩化銅ガスは、原料として塩化銅ではなく、塩化銅よりも安価な金属銅を用いており、コストを抑制することができる。また、金属銅を用いることで塩化銅ガスの生成量を制御することができるため、塩化銅ガスの供給量を安定化させることができる。
[1-1. Generation of copper chloride gas]
In the method for producing copper powder according to the present embodiment, copper chloride gas is used. Copper chloride gas is produced by reacting metallic copper with chlorine gas using metallic copper as a raw material. The copper chloride gas produced by this production method uses metallic copper, which is less expensive than copper chloride, as a raw material instead of copper chloride, and can reduce costs. In addition, the amount of copper chloride gas produced can be controlled by using metallic copper, so the supply amount of copper chloride gas can be stabilized.

具体的な塩化銅ガスの製造方法としては、金属銅をその融点以下(例えば800℃以上1000℃以下)で塩素ガスと反応させることによって、塩化銅ガスを生成させることができる。塩素ガスは、実質的に塩素のみを含有するものであってもよく、窒素やアルゴンなどの希釈用の不活性ガスを含有する混合ガスであってもよい。混合ガスを用いることで、金属銅と反応させる塩素の量を容易に、かつ精密に制御することが可能となる。 A specific method for producing copper chloride gas is to react metallic copper with chlorine gas at or below its melting point (e.g., 800°C to 1000°C) to produce copper chloride gas. The chlorine gas may contain substantially only chlorine, or it may be a mixed gas containing a diluting inert gas such as nitrogen or argon. By using a mixed gas, it is possible to easily and precisely control the amount of chlorine reacted with metallic copper.

[1-2.塩化銅の還元]
次に、生成させた塩化銅ガスと還元性ガスとを反応させて塩化銅を還元し、銅粉体の一次粉体を生成させる。還元性ガスとしては、例えば、水素やヒドラジン、アンモニア、メタンなどを用いることができる。還元性ガスは、塩化銅ガスに対して化学量論量以上用いることができる。また、生成させた銅粉体の一次粉体を不活性ガスにより急冷する。なお、本実施形態においては、還元反応後の冷却速度が、連結粒子の発生に関連があるため、これらの適切な条件等については後述する。
[1-2. Reduction of copper chloride]
Next, the generated copper chloride gas is reacted with a reducing gas to reduce the copper chloride, thereby generating a primary powder of copper powder. As the reducing gas, for example, hydrogen, hydrazine, ammonia, methane, etc. can be used. The reducing gas can be used in an amount equal to or greater than the stoichiometric amount of the copper chloride gas. The generated primary powder of copper powder is quenched with an inert gas. In this embodiment, the cooling rate after the reduction reaction is related to the generation of linked particles, and appropriate conditions for these will be described later.

[1-3.塩素成分の低減]
塩化銅の還元においては、銅粉体とともに塩化水素も生成される。また、未反応の塩素が還元性ガスと反応することによっても塩化水素が生成される。これらの塩化水素は、銅粉体の純度低下の一因となる。塩化水素に由来する塩素が塩化銅として銅粉体に残留すると、銅粉体を用いて作製される電極や配線の劣化を加速させる要因となる。そこで、上記の製造方法によって得られた銅粉体に対し、銅粉体が含有する塩素成分を低減するための処理を行ってもよい。
[1-3. Reduction of chlorine components]
In the reduction of copper chloride, hydrogen chloride is also produced along with copper powder. Hydrogen chloride is also produced by the reaction of unreacted chlorine with a reducing gas. These hydrogen chlorides contribute to a decrease in the purity of the copper powder. If chlorine derived from hydrogen chloride remains in the copper powder as copper chloride, it will accelerate the deterioration of electrodes and wiring made using the copper powder. Therefore, the copper powder obtained by the above manufacturing method may be treated to reduce the chlorine content of the copper powder.

具体的には、銅粉体を塩基の水溶液あるいは懸濁液で処理することで、塩素成分の除去を行うことができる。塩基の水溶液としては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物が挙げられる。塩基濃度は、0.1モル/L以上、あるいは0.5モル/L以上でよく、1.5モル/L以下、あるいは1.2モル/L以下とすることができる。 Specifically, the chlorine components can be removed by treating the copper powder with an aqueous solution or suspension of a base. Examples of the aqueous solution of the base include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The base concentration may be 0.1 mol/L or more, or 0.5 mol/L or more, and may be 1.5 mol/L or less, or 1.2 mol/L or less.

[1-4.酸素成分の低減]
銅は比較的酸化されやすい金属であるため、銅粉体の酸化は、銅粒子の表面だけでなく内部まで進行しやすい。酸化が進行すると銅粒子の表面に酸化銅の層が形成されるとともに、凹凸が発生する。このような酸化に起因する凹凸は、銅粉体を用いて形成される配線や電極の導電性の低下や表面の平坦性低下の原因となり、その結果、電子部品における電気抵抗の増大や接触不良を誘発する。また、焼結時における熱収縮率が増大するため、配線や電極の剥離が生じやすくなる。そこで、上記の製造方法によって得られた銅粉体に対して、銅粉体の酸素成分の低減のために、酸化銅を除去する、または酸素含有量を低減する処理を行ってもよい。
[1-4. Reduction of oxygen components]
Since copper is a metal that is relatively easily oxidized, the oxidation of copper powder is likely to progress not only to the surface of the copper particles but also to the inside. As the oxidation progresses, a layer of copper oxide is formed on the surface of the copper particles, and unevenness occurs. Such unevenness caused by oxidation causes a decrease in the conductivity of wiring and electrodes formed using the copper powder and a decrease in the flatness of the surface, which results in an increase in electrical resistance and poor contact in electronic components. In addition, the thermal shrinkage rate during sintering increases, making it easier for wiring and electrodes to peel off. Therefore, the copper powder obtained by the above manufacturing method may be treated to remove copper oxide or reduce the oxygen content in order to reduce the oxygen content of the copper powder.

具体的には、塩素成分の低減処理を行った後の銅粉体を、アスコルビン酸やヒドラジン、クエン酸などを含む溶液、または懸濁液を洗浄液として用いて、酸素含有量を低減する。その後、水で洗浄し、ろ過し、乾燥する。 Specifically, after the copper powder has been treated to reduce the chlorine content, the oxygen content is reduced by using a solution or suspension containing ascorbic acid, hydrazine, citric acid, etc. as a cleaning liquid. The copper powder is then washed with water, filtered, and dried.

以下、酸素含有量の低減処理で使用可能な溶液や懸濁液を総じて洗浄液と記す。洗浄液中の溶媒は水やエタノールやイソプロピルアルコールなどのアルコール、アセトンやメチルエチルケトンなどのケトン類、あるいはこれらの混合溶媒が挙げられる。 In the following, solutions and suspensions that can be used in the process of reducing oxygen content will be collectively referred to as cleaning solutions. The solvents in cleaning solutions include water, alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and mixtures of these solvents.

なお、本実施形態においては、アスコルビン酸の濃度が、酸化に起因する凹凸の発生に関連があるため、これらの適切な条件等については後述する。 In this embodiment, the concentration of ascorbic acid is related to the occurrence of unevenness due to oxidation, so appropriate conditions for this will be described later.

[1-5.表面処理]
上述したように、銅は比較的酸化されやすい金属である。そこで、銅粒子の表面の酸化を抑制するため、上記の製造方法によって得られた銅粉体に対して、表面処理を行ってもよい。
[1-5. Surface treatment]
As described above, copper is a metal that is relatively easily oxidized. Therefore, in order to suppress the oxidation of the surfaces of the copper particles, the copper powder obtained by the above-mentioned production method may be subjected to a surface treatment.

具体的には、表面処理剤を含む溶液または懸濁液で銅粉体を処理する。表面処理剤としては、ベンゾトリアゾールとその誘導体、トリアゾールとその誘導体、チアゾールとその誘導体、ベンゾチアゾールとその誘導体、イミダゾールとその誘導体、およびベンゾイミダゾールとその誘導体などの含窒素ヘテロ芳香族化合物に例示される材料を使用することができる。 Specifically, the copper powder is treated with a solution or suspension containing a surface treatment agent. Examples of the surface treatment agent that can be used include nitrogen-containing heteroaromatic compounds such as benzotriazole and its derivatives, triazole and its derivatives, thiazole and its derivatives, benzothiazole and its derivatives, imidazole and its derivatives, and benzimidazole and its derivatives.

[1-6.その他の工程]
任意の工程として、得られる銅粉体を乾燥、分級、解砕、篩別などの工程を行ってもよい。分級は乾式分級でも湿式分級でもよく、乾式分級では、気流分級、重力場分級、慣性力場分級、遠心力場分級など、任意の方式を採用できる。解砕は、例えば、ジェットミルを用いて行うことができる。篩別は、所望のメッシュサイズを有する篩を振動させ、これに銅粉体を通過させることで行うことができる。分級、解砕、篩別処理を行うことで、銅粉体の粒子径分布をより小さくすることが可能である。
[1-6. Other steps]
As an optional step, the obtained copper powder may be subjected to a step of drying, classification, crushing, sieving, etc. Classification may be dry classification or wet classification, and in the case of dry classification, any method such as air classification, gravity field classification, inertial field classification, centrifugal field classification, etc. may be adopted. Crushing may be performed, for example, using a jet mill. Sieving may be performed by vibrating a sieve having a desired mesh size and passing the copper powder through it. By performing classification, crushing, and sieving treatments, it is possible to further narrow the particle size distribution of the copper powder.

[2.銅粉体の特性]
本発明の一実施形態に係る銅粉体の特性は、以下の通りである。
2. Characteristics of copper powder
The characteristics of the copper powder according to one embodiment of the present invention are as follows:

[2-1.平均粒子径]
銅粉体の平均粒子径とは、銅粉体の体積基準の粒子径ヒストグラムにおける累積頻度が50%になるときの粒子径のことをいう。銅粉体の体積基準の粒子径とは、銅粉体に含まれる各粒子の体積で重みづけられた粒子径である。以下の式で表されるように、粒子径d(iは1からkの自然数、i≦k)を有する粒子の総体積を粉体に含まれる全粒子の総体積で除すことで、粒子径dを有する粒子の頻度Fが得られる。この頻度Fを累積し、50%となるときの粒子径がメジアン径D50である。ここでは、電子顕微鏡観察の画像解析で得られた平均粒子径をD50SEM、レーザー回析法で得られた平均粒子径をD50として表記する。
[2-1. Average particle size]
The average particle size of the copper powder refers to the particle size at which the cumulative frequency in the volumetric particle size histogram of the copper powder is 50%. This is the particle size weighted by the volume of each particle contained in the powder. As expressed by the following formula, the particle size d i (i is a natural number from 1 to k, i≦k) of particles The frequency F of particles having a particle diameter d i is obtained by dividing the total volume by the total volume of all particles contained in the powder. The particle diameter at which this frequency F is accumulated and reaches 50% is the median. Here, the average particle diameter obtained by image analysis of observation with an electron microscope is expressed as D 50 SEM , and the average particle diameter obtained by laser diffraction method is expressed as D 50 .

Figure 0007490528000003
Figure 0007490528000003

ここで、Vは、粒子径dを有する銅粒子の体積であり、nは粒子径dを有する銅粒子の個数である。 Here, V i is the volume of a copper particle having a particle diameter d i , and n i is the number of copper particles having a particle diameter d i .

以下に、電子顕微鏡の画像解析で得られた平均粒子径(D50SEM)における体積Vおよび粒子径dの算出方法について説明する。銅粉体を光学顕微鏡や電子顕微鏡で観察した顕微鏡写真において、輪郭が確認された銅粒子(例えば100個から10000個、典型的には500個)を目視観察する。次いで、目視観察された銅粒子の表面積Sから、下式により、粒子径dを算出する。 The following describes how to calculate the volume V i and particle diameter d i in the average particle diameter (D 50SEM ) obtained by image analysis of an electron microscope. In a micrograph of copper powder observed with an optical microscope or an electron microscope, copper particles (e.g., 100 to 10,000, typically 500) whose outlines have been confirmed are visually observed. Next, the particle diameter d i is calculated from the surface area S i of the visually observed copper particles according to the following formula.

Figure 0007490528000004
Figure 0007490528000004

次いで、算出された粒子径dから、下式により、銅粒子の体積Vを算出する。 Next, the volume V i of the copper particles is calculated from the calculated particle diameter d i by the following formula.

Figure 0007490528000005
Figure 0007490528000005

具体的には、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM:株式会社日立ハイテクノロジーズ製 SU5000)を用いて、倍率15000倍におけるSEM像の一つの視野中に存在する約500個の銅粒子を画像解析ソフト(株式会社マウンテック製 Macview4.0)を用いて解析することができる。 Specifically, for example, a scanning electron microscope (SEM: SU5000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) can be used to analyze approximately 500 copper particles present in one field of view of an SEM image at a magnification of 15,000 times using image analysis software (Macview 4.0 manufactured by Mountec Co., Ltd.).

また、レーザー回折法で得られた平均粒子径(D50)は、上述したように、体積基準の平均粒子径をいう。 Moreover, the average particle size (D 50 ) obtained by the laser diffraction method refers to the volume-based average particle size, as described above.

具体的には、例えば、粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製 レーザー回折/散乱式粒度分布装置LA-960)を用いて、粒度分布を体積基準で作成し、その中央値を平均粒子径とすることで測定することができる。 Specifically, for example, a particle size distribution measuring device (LA-960 laser diffraction/scattering particle size distribution device manufactured by Horiba, Ltd.) is used to create a particle size distribution on a volume basis, and the median value is used as the average particle size.

本実施形態に係る銅粉体の平均粒子径(D50SEM)は、0.1μm以上0.5μm以下であることが好ましい。この範囲を満たす銅粉体を焼結することで、厚さの小さい金属膜を与えることができるため、例えばMLCCの電極の薄膜化、LTCC基板などの電子部品の配線や端子の微細化などに寄与することができる。また、銅粒子の凝集を抑制することができ、このことは銅粉体の取り扱いを容易にする。 The average particle size ( D50SEM ) of the copper powder according to this embodiment is preferably 0.1 μm or more and 0.5 μm or less. By sintering the copper powder satisfying this range, a metal film with a small thickness can be obtained, which can contribute to, for example, thinning of electrodes of MLCC, and finer wiring and terminals of electronic components such as LTCC substrates. In addition, the aggregation of copper particles can be suppressed, which makes the copper powder easier to handle.

電極層の更なる薄膜化の課題に対応するために、平均粒子径(D50SEM)の上限は0.5μm以下であることが必要であり、0.4μm以下であることが好ましく、0.35μm以下であることがさらに好ましい。平均粒子径(D50SEM)の下限は0.1μm以上であることが必要である。更に平均粒子径(D50SEM)の下限が小さい銅粉体は、製造することが困難であり、また、あまりに平均粒子径(D50SEM)が小さいと、銅粒子同士が凝集し易くなって、取り扱いが困難になってしまう可能性がある。平均粒子径(D50SEM)が0.1μm以上0.5μm以下の銅粉体は、気相成長法の条件の適正化で得ることができる。 In order to meet the challenge of further thinning the electrode layer, the upper limit of the average particle size (D 50SEM ) must be 0.5 μm or less, preferably 0.4 μm or less, and more preferably 0.35 μm or less. The lower limit of the average particle size (D 50SEM ) must be 0.1 μm or more. Furthermore, copper powder with a small lower limit of the average particle size (D 50SEM ) is difficult to manufacture, and if the average particle size (D 50SEM ) is too small, the copper particles may easily aggregate with each other, making handling difficult. Copper powder with an average particle size (D 50SEM ) of 0.1 μm or more and 0.5 μm or less can be obtained by optimizing the conditions of the vapor phase growth method.

銅粉体の平均粒子径(D50SEM)および平均粒子径(D50)は、金属銅の塩化時の温度、塩素ガスの流量、塩素ガスと希釈ガスの比率、塩化銅の還元時の温度、塩化銅ガスと還元性ガスの流量比などの条件を適宜設定することで、上述した範囲で制御することができる。 The average particle size ( D50SEM ) and average particle size ( D50 ) of the copper powder can be controlled within the above-mentioned ranges by appropriately setting conditions such as the temperature during chlorination of metallic copper, the flow rate of chlorine gas, the ratio of chlorine gas to diluent gas, the temperature during reduction of copper chloride, and the flow rate ratio of copper chloride gas to reducing gas.

[2-2.BET比表面積(SBET)]
比表面積とは、単位量あたり(通常は1gあたり)の表面積である。比表面積は表面の構造や粒子の構造に関する重要な物性値である。
[2-2. BET specific surface area (S BET )]
The specific surface area is the surface area per unit amount (usually per gram). The specific surface area is an important physical property value related to the structure of a surface or the structure of a particle.

BET法は、気相吸着法による粉体の表面積の測定法である。BET法では、吸着等温線から1gの試料の持つ表面積、すなわち比表面積を求める。すなわち、BET式に基づいて吸着量を求め、吸着分子1個が表面で占める面積を掛けることによって比表面積を求めることができる。吸着気体として、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、クリプトンガス、一酸化炭素ガス、または二酸化炭素ガスを用いることができ、吸着量は、被吸着気体の圧力、または容積の変化から測定することができる。なお、本明細書においては、BET法を用いて吸着気体として窒素ガスによって測定された比表面積を、BET比表面積(SBET)として記載する。 The BET method is a method for measuring the surface area of a powder by a gas-phase adsorption method. In the BET method, the surface area of 1 g of a sample, i.e., the specific surface area, is calculated from the adsorption isotherm. That is, the specific surface area can be calculated by calculating the amount of adsorption based on the BET formula and multiplying it by the area of the surface occupied by one adsorbed molecule. For example, nitrogen gas, argon gas, krypton gas, carbon monoxide gas, or carbon dioxide gas can be used as the adsorbed gas, and the amount of adsorption can be measured from the change in pressure or volume of the adsorbed gas. In this specification, the specific surface area measured by the BET method using nitrogen gas as the adsorbed gas is described as the BET specific surface area (S BET ).

BET法の具体的な測定は、前処理として120度の温度で真空脱気を行い、吸着ガスとして窒素ガスを吸着させ、BET式からBET比表面積を算出する。具体的には、例えば、全自動比表面積測定装置 Macsorb(登録商標)測定装置(株式会社マウンテック製)を用いて、BET比表面積を算出することができる。 Specific measurements using the BET method involve vacuum degassing at a temperature of 120 degrees as a pretreatment, adsorbing nitrogen gas as the adsorption gas, and then calculating the BET specific surface area using the BET formula. Specifically, the BET specific surface area can be calculated using, for example, a fully automatic specific surface area measuring device, a Macsorb (registered trademark) measuring device (manufactured by Mountec Co., Ltd.).

[2-3.D50SEMとSBETとの関係式]
また、本実施形態に係る銅粉のBET比表面積(SBET)と平均粒子径(D50SEM)とは(式1)の関係式を満たす。
[2-3. Relationship between D50SEM and S BET ]
Moreover, the BET specific surface area (S BET ) and the average particle diameter (D 50 SEM ) of the copper powder according to this embodiment satisfy the relationship expressed by (Formula 1).

Figure 0007490528000006
Figure 0007490528000006

(式1)の左辺は以下のように展開することができる。ここで、銅粒子が直径D50SEMの真球であると仮定し、銅粒子の密度をρとする。 The left side of Equation 1 can be expanded as follows: Here, it is assumed that the copper particles are true spheres with a diameter D 50 SEM , and the density of the copper particles is ρ.

Figure 0007490528000007
Figure 0007490528000007

したがって、(式1)の左辺は密度に相関のあるパラメータであるということができる。 Therefore, the left side of (Equation 1) can be said to be a parameter that is correlated with density.

銅粒子の密度が高い場合、銅原子の結合が強いと考えることができる。逆に、銅粒子の密度が低い場合、銅原子の結合が弱いと考えることができる。そのため、(式1)の左辺は、銅原子の結合の強さを表したものと考えることもできる。(式1)を満たす銅粉体は、銅粒子の銅原子の結合が強く、焼結開始温度が高くなり、電極層のクラックの発生や降温時の電極層の収縮による誘電層と電極層との剥離を抑制することができる。 When the density of the copper particles is high, it can be considered that the bonds between the copper atoms are strong. Conversely, when the density of the copper particles is low, it can be considered that the bonds between the copper atoms are weak. Therefore, the left side of (Equation 1) can be considered to represent the strength of the bonds between the copper atoms. Copper powder that satisfies (Equation 1) has strong bonds between the copper atoms of the copper particles, a high sintering start temperature, and can suppress the occurrence of cracks in the electrode layer and peeling between the dielectric layer and the electrode layer due to shrinkage of the electrode layer when the temperature is lowered.

また、D50SEMとSBETとは、粒子形状が均一である場合、反比例の関係になる。粒子形状が楕円形状であることや、粒子表面上に凹凸が存在すると、SBETが大きくなるため、6/(D50SEM・SBET)の値は小さくなる。そこで、本発明者らは、6/(D50SEM・SBET)に着目することで、球形である粒子の存在割合の指標に結びつくと考え、充填性の評価指標の一つとした。 Furthermore, D50SEM and S BET are inversely proportional when the particle shape is uniform. If the particle shape is elliptical or if there are irregularities on the particle surface, S BET increases, and the value of 6/( D50SEM ·S BET ) decreases. Therefore, the inventors of the present invention considered that focusing on 6/( D50SEM ·S BET ) would lead to an index of the proportion of spherical particles, and used it as one of the evaluation indexes for packing property.

[2-4.平均円形度]
本発明の銅粉体は、その形状が真球に近い。より具体的には、銅粉体の平均円形度は、例えば0.80以上であることが好ましく、0.88以上であることが好ましく、0.91以上であることがさらに好ましい。平均円形度とは、銅粉体の形状を表すパラメータの一つであり、銅粉体を顕微鏡観察して得られる画像を解析し、複数の(例えば500個)粒子について円形度Cを求め、それを平均した値である。個々の各銅粒子の円形度Cは、以下の式によって表される。
[2-4. Average circularity]
The copper powder of the present invention has a shape close to a perfect sphere. More specifically, the average circularity of the copper powder is, for example, preferably 0.80 or more, preferably 0.88 or more, and more preferably 0.91 or more. The average circularity is one of the parameters that represent the shape of the copper powder, and is a value obtained by analyzing an image obtained by observing the copper powder under a microscope, determining the circularity C of a plurality of particles (for example, 500 particles), and averaging the results. The circularity C of each individual copper particle is expressed by the following formula.

Figure 0007490528000008
Figure 0007490528000008

ここで、Aは顕微鏡像中における各粒子の投影面の周囲長、Bはこの投影面の面積と等しい面積の円の周囲長である。本発明の銅粉体は、高い平均円形度のため、充填性が良好となる。 Here, A is the perimeter of the projected surface of each particle in the microscope image, and B is the perimeter of a circle with an area equal to the area of this projected surface. The copper powder of the present invention has a high average circularity, which results in good packing properties.

[2-5.平均結晶子径]
結晶子径とは、単結晶とみなせる領域の長さを表す指標である。個々の銅粒子は、単一または複数の結晶子を有している。平均結晶子径は、個々の銅粒子の結晶子の大きさの平均値である。平均結晶子径は、銅粉体に対してX線回折の測定によって得られる各種のパラメータ(使用するX線の波長λ、回折X線の広がりの半値幅β、ブラッグ角θ)を、下記式に示すシェラーの式に代入して計算することで得られる値として定義される。ここで、Kはシェラー定数である。
[2-5. Average crystallite size]
The crystallite size is an index that indicates the length of the region that can be considered as a single crystal. Each copper particle has a single or multiple crystallites. The average crystallite size is the average of the individual copper particles. The average crystallite size is the average value of the crystallite size. The average crystallite size is determined by measuring various parameters (wavelength λ of the X-ray used, half width of the diffracted X-ray) obtained by X-ray diffraction measurement of copper powder. The value is defined as a value obtained by substituting the above-mentioned parameters (angle β, Bragg angle θ) into the Scherrer equation shown below, where K is the Scherrer constant.

Figure 0007490528000009
Figure 0007490528000009

平均結晶子径の具体的な測定条件としては、加速電圧45kV、放電電流40mAの条件を用いることができ、例えば、X線回折装置(スペクトリス株式会社製 X’PertPro)を用いて、CuKα線で銅結晶の(111)面の回折ピークの半値幅を求め、上記式のシェラーの式により平均結晶子径を算出することができる。なお、本明細書においては、平均結晶子径を、Dとして記載する。 Specific measurement conditions for the average crystallite size are an acceleration voltage of 45 kV and a discharge current of 40 mA. For example, an X-ray diffractometer (Spectris X'PertPro) is used to determine the half-width of the diffraction peak of the (111) plane of the copper crystal with CuKα radiation, and the average crystallite size can be calculated using the Scherrer formula shown above. In this specification, the average crystallite size is referred to as D.

[2-6.比(D/D50SEM)]
本実施形態に係る銅粉体の平均粒子径(D50SEM)に対する平均結晶子径(D)の比(D/D50SEM)は、0.10以上0.50以下であることが好ましい。この範囲に含まれる銅粉体は、気相成長法を用いて適切な成長条件によって得ることができる。気相成長法は、高温で成長させることにも起因して、平均結晶子径が大きな銅粉体を得ることができる。0.10以上であると平均結晶子径が大きくなり、焼結開始温度が高くなるため好ましい。0.50より大きいことは好ましいが、それほどまでに結晶子径が大きな銅粉体を得ることは困難なため、平均結晶子径の上限は0.50が好ましい。
[2-6. Ratio (D/D 50SEM )]
The ratio (D/D 50SEM ) of the average crystallite diameter (D) to the average particle diameter (D 50SEM ) of the copper powder according to this embodiment is preferably 0.10 or more and 0.50 or less. The copper powder contained in the above can be obtained by vapor phase growth under appropriate growth conditions. The vapor phase growth method can produce copper powder with a large average crystallite size due to the high temperature at which it is grown. If the ratio is 0.10 or more, the average crystallite size becomes large and the sintering start temperature becomes high, which is preferable. If the ratio is more than 0.50, it is preferable that the crystallite size is so large. Since copper powder is difficult to obtain, the upper limit of the average crystallite size is preferably 0.50.

[2-7.比(D50/D50SEM)]
本実施形態に係る銅粉体の電子顕微鏡観察の画像解析で得られた平均粒子径(D50SEM)に対するレーザー回折法による平均粒子径(D50)の比(平均粒子径(D50)/平均粒子径(D50SEM))は、1.8以下、好ましくは1.7以下である。
[2-7. Ratio ( D50 / D50SEM )]
The ratio of the average particle diameter (D 50 ) obtained by a laser diffraction method to the average particle diameter (D 50 SEM ) obtained by image analysis of the copper powder observed by an electron microscope according to this embodiment (average particle diameter (D 50 )/average The particle size (D 50 SEM ) is not more than 1.8, preferably not more than 1.7.

平均粒子径(D50)/平均粒子径(D50SEM)が、上記範囲内であると、銅粉体同士の凝集が少なくなるため、銅粉体の分散性を高くすることができる。 When the average particle size (D 50 )/average particle size (D 50 SEM ) is within the above range, aggregation between copper powder particles is reduced, and therefore the dispersibility of the copper powder can be increased.

[2-8.スパンS]
本実施形態に係る銅粉体の粒子径は、ばらつきが小さく、粒子径分布が狭いため、充填性が高い。より具体的には、(式2)で表されるスパンSが0.5以上1.0以下であることが好ましく、0.5以上0.7以下であることがさらに好ましい。
[2-8. Span S]
The particle size of the copper powder according to the present embodiment has a small variation and a narrow particle size distribution, and therefore has high packing properties. More specifically, the span S represented by (Equation 2) is preferably 0.5 to 1.0, and more preferably 0.5 to 0.7.

Figure 0007490528000010
Figure 0007490528000010

ここで、D90SEMとD10SEMとは、それぞれ電子顕微鏡観察の画像解析で得られた体積基準の粒子径ヒストグラムにおける累積頻度が90%と10%になるときの粒子径であり、粒子径分布を表す指標である。 Here, D 90SEM and D 10SEM are particle sizes at which the cumulative frequencies in a volume-based particle size histogram obtained by image analysis of electron microscope observation are 90% and 10%, respectively, and are indexes representing particle size distribution.

[2-9.熱収縮率]
本実施形態に係る銅粉体の1000℃における熱収縮率は、17%以下であり、好ましくは15%以下である。
[2-9. Heat shrinkage rate]
The thermal shrinkage rate of the copper powder according to this embodiment at 1000° C. is 17% or less, and preferably 15% or less.

一般に、銅粒子を含む導電性ペーストより形成される銅粉体の塗膜は、銅粒子間に細かな隙間が生じており、この隙間をなくし充填性を高めることで、より低抵抗な銅塗膜を得ることができる。 Generally, a copper powder coating formed from a conductive paste containing copper particles has small gaps between the copper particles, and by eliminating these gaps and increasing the filling ability, a copper coating with lower resistance can be obtained.

本実施形態に係る銅粉体は、上記範囲内であることにより、これを用いて得られる導電性ペーストより形成した塗膜の銅粒子間の隙間が容易に埋まるため、より電気抵抗値を低減することが可能となる。 The copper powder according to this embodiment is within the above range, so that the gaps between the copper particles in the coating film formed from the conductive paste obtained using this powder are easily filled, making it possible to further reduce the electrical resistance value.

熱収縮率は以下の方法で決定した。銅粉体を直径5mm、高さ約40mmの円筒状の筒体に充填した。筐体の上部からポンチを押し込み、0.87ton/cmで10秒間加圧し、銅粉体を高さ約5mmの円柱状に成形した。この成形体を長軸が鉛直方向となるように配置し、長軸方向に98.0mNの荷重を付与しながら昇温炉で加熱した。加熱は、2体積%の水素ガスを含む窒素ガスの気流下(流速300mL/min)、5℃/minの昇温速度で室温(20℃)から1000℃まで行った。加熱中、成形体の高さ変化(膨張・収縮)をモニターし、下記の(式3)に従って、1000℃における熱収縮率を算出した。 The thermal shrinkage was determined by the following method. Copper powder was filled into a cylindrical cylinder with a diameter of 5 mm and a height of about 40 mm. A punch was pressed into the top of the housing and pressurized at 0.87 ton/ cm2 for 10 seconds to mold the copper powder into a cylindrical shape with a height of about 5 mm. The molded body was placed so that the long axis was in the vertical direction, and heated in a heating furnace while applying a load of 98.0 mN in the long axis direction. Heating was performed from room temperature (20 ° C) to 1000 ° C at a heating rate of 5 ° C / min under a nitrogen gas flow containing 2 vol % hydrogen gas (flow rate 300 mL / min). During heating, the height change (expansion / contraction) of the molded body was monitored, and the thermal shrinkage at 1000 ° C was calculated according to the following (Equation 3).

Figure 0007490528000011
Figure 0007490528000011

ここで、h20は、20℃における成形体の高さであり、h1000は、1000℃における成形体の高さである。 Here, h20 is the height of the compact at 20°C and h1000 is the height of the compact at 1000°C.

本実施形態に係る気相成長法による銅粉体の製造において、本発明者らは、特に、塩化銅と還元性ガスとの還元反応により得られた銅粉体の冷却速度と、洗浄液中のアスコルビン酸濃度とに着目した。その理由は、塩化銅と還元性ガスとの還元反応により得られた銅粉体の冷却速度を調整することで、連結粒子を少なくすることができるため、充填性が向上した銅粒子を得ることができるからである。また、洗浄液中のアスコルビン酸濃度を調整することで、銅粒子表面の酸化銅を除去することができるため、凹凸を減少させ、充填性が向上した銅粒子を得ることができるからである。 In producing copper powder by the vapor phase growth method according to this embodiment, the inventors focused in particular on the cooling rate of the copper powder obtained by the reduction reaction between copper chloride and a reducing gas, and the concentration of ascorbic acid in the cleaning solution. This is because by adjusting the cooling rate of the copper powder obtained by the reduction reaction between copper chloride and a reducing gas, it is possible to reduce the number of connected particles, thereby obtaining copper particles with improved packing properties. In addition, by adjusting the concentration of ascorbic acid in the cleaning solution, it is possible to remove copper oxide from the surfaces of the copper particles, thereby reducing unevenness and obtaining copper particles with improved packing properties.

したがって、塩化銅と還元性ガスとの還元反応により得られた銅粉体の冷却速度は、500℃/秒以上、好ましくは750℃/秒以上、さらに好ましくは1000℃/秒以上である。 Therefore, the cooling rate of the copper powder obtained by the reduction reaction of copper chloride with a reducing gas is 500°C/sec or more, preferably 750°C/sec or more, and more preferably 1000°C/sec or more.

また、洗浄液中のアスコルビン酸濃度は、5質量%以上25質量%以下、あるいは10質量%以上20質量%以下でよい。 The concentration of ascorbic acid in the cleaning solution may be 5% by mass or more and 25% by mass or less, or 10% by mass or more and 20% by mass or less.

なお、塩化銅と還元性ガスとの還元反応により得られた銅粉体の冷却速度とは、還元反応で生成された銅粉体の温度と冷却用不活性ガスを還元反応で生成された銅粉体に接触させて、該銅粉体の温度を下げたときの温度差を、該温度差を得るのに要した時間で除した値をいう。 The cooling rate of copper powder obtained by the reduction reaction of copper chloride with a reducing gas refers to the temperature difference between the temperature of the copper powder produced by the reduction reaction and the temperature of the copper powder produced by the reduction reaction when the copper powder is brought into contact with a cooling inert gas to lower the temperature of the copper powder, divided by the time required to obtain the temperature difference.

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

(実施例1)
塩化炉に、原料として平均直径1.5cmの球状の金属銅を設置し、塩化炉の温度を900℃に加熱した。塩化炉の上部の塩素導入管から導入された混合ガスの塩素ガスと窒素ガスの体積比は29:61であった。また、塩化炉の下部の塩素導入管から導入された混合ガスの塩素ガスと窒素ガスの体積比は2:98であった。その結果、塩化炉の上部の塩素導入管および下部の塩素導入管から導入された混合ガスの塩素ガスと窒素ガスの体積比は1:0.17であった。このような条件の下で、金属銅と塩素ガスを反応させて、塩化銅ガスを生成させた。
Example 1
Spherical metallic copper with an average diameter of 1.5 cm was placed in the chlorination furnace as a raw material, and the temperature of the chlorination furnace was heated to 900°C. The volume ratio of chlorine gas and nitrogen gas in the mixed gas introduced from the chlorine introduction tube at the top of the chlorination furnace was 29:61. The volume ratio of chlorine gas and nitrogen gas in the mixed gas introduced from the chlorine introduction tube at the bottom of the chlorination furnace was 2:98. As a result, the volume ratio of chlorine gas and nitrogen gas in the mixed gas introduced from the chlorine introduction tube at the top and the chlorine introduction tube at the bottom of the chlorination furnace was 1:0.17. Under these conditions, metallic copper and chlorine gas were reacted to generate copper chloride gas.

生成させた塩化銅ガスを1150℃に加熱した還元炉に導入した。また、塩化銅ガスに対して4600モル%の水素ガスおよび塩化銅ガスに対して24600モル%の窒素ガスを還元炉に導入した。塩化銅が還元され、銅を生成させた。生成させた銅を、窒素ガスを用いて、冷却速度750℃/秒で冷却して個々の銅粒子とし、銅粒子の集合体として銅粉体を得た。 The generated copper chloride gas was introduced into a reduction furnace heated to 1150°C. In addition, 4600 mol% hydrogen gas relative to the copper chloride gas and 24600 mol% nitrogen gas relative to the copper chloride gas were introduced into the reduction furnace. The copper chloride was reduced to generate copper. The generated copper was cooled using nitrogen gas at a cooling rate of 750°C/sec to form individual copper particles, and copper powder was obtained as an aggregate of copper particles.

引き続き、得られた銅粉体に対して、塩素成分と酸素成分の低減処理を行った。具体的には、得られた銅粉体に対して、40重量%の水酸化ナトリウム水溶液(約300mL)、10重量%のアスコルビン酸水溶液(約300mL)を加え、得られた混合物を室温(25℃)で30分間攪拌した。攪拌終了後、混合物をろ過し、水で洗浄し、乾燥することで、塩素成分と酸素成分が低減された銅粉体を得た。 The copper powder obtained was then subjected to a process for reducing the chlorine and oxygen components. Specifically, a 40% by weight aqueous solution of sodium hydroxide (approximately 300 mL) and a 10% by weight aqueous solution of ascorbic acid (approximately 300 mL) were added to the copper powder obtained, and the resulting mixture was stirred at room temperature (25°C) for 30 minutes. After stirring was completed, the mixture was filtered, washed with water, and dried to obtain copper powder with reduced chlorine and oxygen components.

その後、表面安定化処理を行った。具体的には、アスコルビン酸水溶液で処理した銅粉体に対して、室温(25℃)で0.30重量%のベンゾトリアゾールを表面処理剤として含む水溶液(約300mL)を加え、得られた混合物を30分間攪拌した。攪拌終了後、混合物を静置し、上澄みを除去し、乾燥することにより、実施例1の銅粉体を得た。 Then, a surface stabilization treatment was performed. Specifically, an aqueous solution (approximately 300 mL) containing 0.30 wt % benzotriazole as a surface treatment agent was added to the copper powder treated with the ascorbic acid aqueous solution at room temperature (25°C), and the resulting mixture was stirred for 30 minutes. After stirring was completed, the mixture was left to stand, the supernatant was removed, and the mixture was dried to obtain the copper powder of Example 1.

(実施例2)
冷却速度を500℃/秒とした以外は、実施例1と同様の条件で、実施例2の銅粉体を得た。
Example 2
Copper powder of Example 2 was obtained under the same conditions as in Example 1, except that the cooling rate was 500° C./sec.

(実施例3)
冷却速度を500℃/秒、アスコルビン酸濃度を20質量%とした以外は、実施例1と同様の条件で、実施例3の銅粉体を得た。
Example 3
Copper powder of Example 3 was obtained under the same conditions as in Example 1, except that the cooling rate was 500° C./sec and the ascorbic acid concentration was 20 mass %.

(実施例4)
冷却速度を1000℃/秒、アスコルビン酸濃度を20質量%とした以外は、実施例1と同様の条件で、実施例4の銅粉体を得た。
Example 4
The copper powder of Example 4 was obtained under the same conditions as in Example 1, except that the cooling rate was 1000° C./sec and the ascorbic acid concentration was 20 mass %.

(実施例5)
冷却速度を1000℃/秒とした以外は、実施例1と同様の条件で、実施例5の銅粉体を得た。
Example 5
Copper powder of Example 5 was obtained under the same conditions as in Example 1, except that the cooling rate was 1000° C./sec.

(実施例6)
冷却速度を750℃/秒、アスコルビン酸濃度を20質量%とした以外は、実施例1と同様の条件で、実施例6の銅粉体を得た。
Example 6
The copper powder of Example 6 was obtained under the same conditions as in Example 1, except that the cooling rate was 750° C./sec and the ascorbic acid concentration was 20 mass %.

(比較例1)
比較例1の銅粉体は、特開2007-254846号に開示された湿式法を利用して、比較例1の銅粉体を得た。
(Comparative Example 1)
The copper powder of Comparative Example 1 was obtained by utilizing the wet method disclosed in JP 2007-254846 A.

(比較例2)
比較例2の銅粉体は、特許文献1に開示された湿式法を利用して、比較例2の銅粉体を得た。
(Comparative Example 2)
The copper powder of Comparative Example 2 was obtained by utilizing the wet method disclosed in Patent Document 1.

<評価>
実施例1~6、ならびに比較例1および比較例2の銅粉体の平均粒子径D50SEM、D10SEM、D90SEM、平均粒子径D50、平均円形度、比表面積SBET、平均結晶子径D、焼結開始温度および熱収縮率を測定した。
<Evaluation>
The average particle diameters D 50SEM , D 10SEM , D 90SEM , average particle diameter D 50 , average circularity, specific surface area S BET , average crystallite diameter D, sintering initiation temperature and thermal shrinkage of the copper powders of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were measured.

<平均粒子径D50SEM、D10SEM、D90SEM
平均粒子径D50SEM、D10SEM、D90SEMは、以下のように測定した。走査型電子顕微鏡(SEM:株式会社日立ハイテクノロジーズ製 SU5000、以下同様)を用いて、倍率15000倍におけるSEM像の一つの視野中に存在する500個の銅粒子の像を画像解析ソフト(株式会社マウンテック製 Macview4.0)を用いて解析した。この解析で得られた個々の銅粒子の粒子径から平均粒子径D50SEM、D10SEM、D90SEMを算出した。
<Average particle size D50SEM , D10SEM , D90SEM >
The average particle diameters D50SEM , D10SEM , and D90SEM were measured as follows. Using a scanning electron microscope (SEM: SU5000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, the same applies below), images of 500 copper particles present in one field of view of an SEM image at a magnification of 15,000 times were analyzed using image analysis software (Macview 4.0 manufactured by Mountec Co., Ltd.). The average particle diameters D50SEM , D10SEM , and D90SEM were calculated from the particle diameters of the individual copper particles obtained by this analysis.

<平均粒子径D50
平均粒子径D50は、以下のように測定した。アルコール溶媒に対しレーザー光透過率が80~90%となるように銅粉体を加え、5分間、超音波で分散させた後、粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製 レーザー回折/散乱式粒度分布装置LA-960)により、平均粒子径D50を測定した。
<Average particle diameter D50 >
The average particle diameter D50 was measured as follows: Copper powder was added to an alcohol solvent so that the laser light transmittance was 80 to 90%, and the mixture was dispersed ultrasonically for 5 minutes. The average particle diameter D50 was then measured using a particle size distribution analyzer (LA-960 laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer, manufactured by Horiba, Ltd.).

<平均円形度>
平均円形度は、以下のように測定した。SEMを用い、倍率15000倍におけるSEM像の一つの視野中に存在する約500個の銅粒子を画像解析ソフト(株式会社マウンテック製 Macview4.0)を用いて解析し、約500個の銅粒子の各々について円形度Cを求め、その平均から平均円形度を算出した。
<Average circularity>
The average circularity was measured as follows: Using an SEM, about 500 copper particles present in one field of view of an SEM image at a magnification of 15,000 times were analyzed using image analysis software (Macview 4.0 manufactured by Mountech Co., Ltd.), and the circularity C of each of the about 500 copper particles was determined, and the average circularity was calculated from the average.

<比表面積SBET
比表面積SBETは、以下のように測定した。JIS R 1626-1996(ファインセラミックス粉体の気体吸着BET法による比表面積の測定方法)の「6.2 流動法の(3.5)一点法」に準拠して、前処理温度120度で真空脱気を行い、窒素ガスを吸着させた後、全自動比表面積測定装置Macsorb(登録商標)測定装置(株式会社マウンテック製)により、比表面積SBETを測定した。
<Specific surface area S BET >
The specific surface area S BET was measured as follows: In accordance with "6.2 Fluidized method (3.5) One-point method" of JIS R 1626-1996 (Method for measuring specific surface area of fine ceramic powder by gas adsorption BET method), vacuum degassing was performed at a pretreatment temperature of 120°C, nitrogen gas was adsorbed, and then the specific surface area S BET was measured using a fully automatic specific surface area measuring device Macsorb (registered trademark) measuring device (manufactured by Mountec Co., Ltd.).

<平均結晶子径D>
平均結晶子径Dは、X線回折装置(スペクトリス株式会社製 X’PertPro)を用い、加速電圧45kV、放電電流40mAの条件で発生させたCuKα線で得られた銅結晶の(111)面の回折ピークの半値幅とシェラーの式により算出した。
<Average crystallite diameter D>
The average crystallite diameter D was calculated using the Scherrer formula and the half-width of the diffraction peak of the (111) plane of the copper crystal obtained using an X-ray diffractometer (X'PertPro manufactured by Spectris Co., Ltd.) with CuKα rays generated under conditions of an acceleration voltage of 45 kV and a discharge current of 40 mA.

<焼結開始温度>
焼結開始温度は以下の方法で決定した。銅粉体を直径5mm、高さ約40mmの円筒状の筒体に充填した。筐体の上部からポンチを押し込み、0.87ton/cmで10秒間加圧し、銅粉体を高さ約5mmの円柱状に成形した。この成形体を長軸が鉛直方向となるように配置し、長軸方向に98.0mNの荷重を付与しながら昇温炉で加熱した。加熱は、2体積%の水素ガスを含む窒素ガスの気流下(流速300mL/min)、5℃/minの昇温速度で室温(25℃)から1000℃まで行った。加熱中、成形体の高さ変化(膨張・収縮)をモニターし、熱機械分析曲線を得た。この熱機械分析曲線に基づき、成形体の高さの変化(収縮)が始まり、その収縮率が5%に達した時の温度を焼結開始温度として採用した。また、焼結開始温度の判定基準は、焼結開始温度が680℃以上を「良」、焼結開始温度が660℃以上680℃未満を「可」、焼結開始温度が660℃未満を「不可」とした。
<Sintering start temperature>
The sintering start temperature was determined by the following method. Copper powder was filled into a cylindrical cylinder with a diameter of 5 mm and a height of about 40 mm. A punch was pressed into the top of the housing and pressed at 0.87 ton/ cm2 for 10 seconds to mold the copper powder into a cylindrical shape with a height of about 5 mm. The molded body was placed so that the long axis was in the vertical direction, and heated in a heating furnace while applying a load of 98.0 mN in the long axis direction. Heating was performed from room temperature (25 ° C) to 1000 ° C at a heating rate of 5 ° C / min under a nitrogen gas flow containing 2 vol % hydrogen gas (flow rate 300 mL / min). During heating, the height change (expansion / contraction) of the molded body was monitored, and a thermomechanical analysis curve was obtained. Based on this thermomechanical analysis curve, the temperature at which the height change (contraction) of the molded body started and the contraction rate reached 5% was adopted as the sintering start temperature. The sintering start temperature was judged as "good" when it was 680° C. or higher, "passable" when it was 660° C. or higher and less than 680° C., and "unacceptable" when it was less than 660° C.

<熱収縮率>
熱収縮率は以下の方法で決定した。銅粉体を直径5mm、高さ約40mmの円筒状の筒体に充填した。筐体の上部からポンチを押し込み、0.87ton/cmで10秒間加圧し、銅粉体を高さ約5mmの円柱状に成形した。この成形体を長軸が鉛直方向となるように配置し、長軸方向に98.0mNの荷重を付与しながら昇温炉で加熱した。加熱は、2体積%の水素ガスを含む窒素ガスの気流下(流速300mL/min)、5℃/minの昇温速度で室温(20℃)から1000℃まで行った。加熱中、成形体の高さ変化(膨張・収縮)をモニターし、上述した(式3)に従って、1000℃における熱収縮率を算出した。
<Heat shrinkage rate>
The thermal shrinkage was determined by the following method. Copper powder was filled into a cylindrical cylinder with a diameter of 5 mm and a height of about 40 mm. A punch was pressed into the top of the housing and pressurized at 0.87 ton/ cm2 for 10 seconds to mold the copper powder into a cylindrical shape with a height of about 5 mm. The molded body was placed so that the long axis was vertical, and heated in a heating furnace while applying a load of 98.0 mN in the long axis direction. Heating was performed from room temperature (20 ° C) to 1000 ° C at a heating rate of 5 ° C / min under a stream of nitrogen gas containing 2 vol % hydrogen gas (flow rate 300 mL / min). During heating, the height change (expansion / contraction) of the molded body was monitored, and the thermal shrinkage at 1000 ° C was calculated according to the above-mentioned (Equation 3).

熱収縮率の判定基準は、熱収縮率が15%以下を「良」、熱収縮率が17%以下を「可」、熱収縮率が17%超を「不可」とした。1000℃における熱収縮率が17%以下であると、充填性が向上し、これを用いて得られる導電性ペーストより形成した塗膜の銅粒子間の隙間が容易に埋まり、より電気抵抗値を低減することが可能となる。 The criteria for the thermal shrinkage rate were: a thermal shrinkage rate of 15% or less was "good", a thermal shrinkage rate of 17% or less was "passable", and a thermal shrinkage rate of over 17% was "unacceptable". If the thermal shrinkage rate at 1000°C is 17% or less, the filling property is improved, and the gaps between the copper particles in the coating film formed from the conductive paste obtained using this are easily filled, making it possible to further reduce the electrical resistance value.

以上の評価結果を、各種パラメータとともに表1に示す。 The above evaluation results are shown in Table 1 along with various parameters.

Figure 0007490528000012
Figure 0007490528000013
Figure 0007490528000012
Figure 0007490528000013

実施例1~6の銅粉体は気相成長法で作製されているため、平均粒子径D50SEMあるいは平均粒子径D50が小さく、平均結晶子径Dが大きい。その結果、D/D50SEMが大きく、焼結開始温度が660℃以上と高かった。この結果は、湿式法で作製される比較例1の結果と対照的である。実施例1~6の銅粉体は、焼結開始温度が660℃以上と高温であるため、MLCCの内部電極に利用すれば、電極層のクラックの発生やMLCC中の銅粉体と誘電体とを焼結する際に生じる剥離を抑制することができ、高い歩留まりでMLCCを提供することができる。 The copper powders of Examples 1 to 6 were produced by a vapor phase growth method, and therefore had a small average particle size D50SEM or average particle size D50 , and a large average crystallite size D. As a result, D/ D50SEM was large, and the sintering start temperature was high, at 660°C or higher. This result is in contrast to the result of Comparative Example 1, which was produced by a wet method. Since the copper powders of Examples 1 to 6 have a high sintering start temperature of 660°C or higher, if used for the internal electrodes of an MLCC, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the electrode layer and peeling that occurs when the copper powder and dielectric in the MLCC are sintered, and it is possible to provide an MLCC with a high yield.

なお、比較例2の銅粉体は、D/D50SEMが小さいにもかかわらず、焼結開始温度が720℃と高い。比較例2は湿式法で作製され、カップリング処理を行っている影響により、複数の物質(Si、Al、Zn等)が銅粉体表面に付着している可能性が高い。そのため、銅粉体表面の不純物の影響により焼結開始温度が高くなったと推察される。 The copper powder of Comparative Example 2 has a high sintering start temperature of 720°C, even though the D/D 50SEM is small. Comparative Example 2 was produced by a wet method, and it is highly likely that multiple substances (Si, Al, Zn, etc.) are attached to the copper powder surface due to the effect of the coupling treatment. Therefore, it is presumed that the sintering start temperature is high due to the effect of impurities on the copper powder surface.

また、比較例1および2の銅粉体と対照的に、実施例1~6の銅粉体の6/(D50SEM・SBET)が5.5以上であるため、1000℃における熱収縮率が17%以下であり、良好な値だった。 In contrast to the copper powders of Comparative Examples 1 and 2, the copper powders of Examples 1 to 6 had a 6/(D 50 SEM ·S BET ) of 5.5 or more, and therefore had a good thermal shrinkage rate at 1000° C. of 17% or less.

また、比較例1および2の銅粉体と対照的に、実施例1~6の銅粉体の平均円形度が0.88以上と高かった。とくに、実施例3、4および6は0.91以上と非常に良好な値だった。 In contrast to the copper powders of Comparative Examples 1 and 2, the copper powders of Examples 1 to 6 had high average circularity of 0.88 or more. In particular, Examples 3, 4, and 6 had very good values of 0.91 or more.

また、比較例1および2の銅粉体と対照的に、実施例1~6の銅粉体のD50/D50SEMが1.8以下であり、良好な値だった。 In contrast to the copper powders of Comparative Examples 1 and 2, the copper powders of Examples 1 to 6 had D 50 /D 50SEM of 1.8 or less, which was a good value.

本発明の一実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜構成要素を組み合わせて実施することができる。また、本発明の一実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。 One embodiment of the present invention can be implemented by combining appropriate components as long as they are not mutually inconsistent. In addition, a product in which a person skilled in the art has appropriately added or removed components or modified the design based on one embodiment of the present invention, or in which a process has been added or omitted or conditions have been changed, is also included in the scope of the present invention as long as it contains the gist of the present invention.

また、本発明の一実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。 In addition, even if there are other effects and advantages different from those brought about by one embodiment of the present invention, if they are clear from the description in this specification or can be easily predicted by a person skilled in the art, they are naturally understood to be brought about by the present invention.

本発明による銅粉体は、焼結開始温度が高く、充填性が良好という特徴を有する。そのため、MLCCの電極に好適に用いることができる。
The copper powder according to the present invention has the characteristics of a high sintering temperature and good packing property, and therefore can be suitably used for electrodes of MLCC.

Claims (3)

660℃以上の焼結開始温度を有する、複数の銅粒子を含む銅粉体であって、
前記複数の銅粒子は銀を含まず、
電子顕微鏡観察の画像解析で得られた平均粒子径(D50SEM)が0.1μm以上0.35μm以下であり、平均円形度が0.80以上であり、かつ、前記平均粒子径(D50SEM)とBET比表面積(SBET)とが(式1)の関係式を満たし、
前記平均粒子径(D 50SEM )に対する平均結晶子径(D)の比(D/D 50SEM )が0.1以上0.5以下である銅粉体。
Figure 0007490528000014
A copper powder containing a plurality of copper particles having a sintering start temperature of 660° C. or more ,
the plurality of copper particles does not contain silver;
the average particle size ( D50SEM ) obtained by image analysis of observation with an electron microscope is 0.1 μm or more and 0.35 μm or less, the average circularity is 0.80 or more, and the average particle size ( D50SEM ) and the BET specific surface area (S BET ) satisfy the relationship formula (Formula 1);
The copper powder has a ratio (D/D 50SEM ) of the average crystallite diameter (D) to the average particle diameter (D 50SEM ) of 0.1 or more and 0.5 or less .
Figure 0007490528000014
(式2)で表されるスパンSが、0.5以上1.0以下である請求項1に記載の銅粉体。
Figure 0007490528000015
(ここで、(式2)のD90SEMおよびD10SEMは、それぞれ電子顕微鏡観察の画像解析で得られた体積基準の粒子径ヒストグラムにおける累積頻度が90%および10%のときの粒子径を表す)
The copper powder according to claim 1 , wherein the span S represented by (Equation 2) is 0.5 or more and 1.0 or less.
Figure 0007490528000015
(Here, D90SEM and D10SEM in (Equation 2) represent particle sizes at which the cumulative frequencies in a volume-based particle size histogram obtained by image analysis of electron microscope observation are 90% and 10%, respectively.)
1000℃における熱収縮率が17%以下である請求項1または請求項に記載の銅粉体。
3. The copper powder according to claim 1 , which has a thermal shrinkage rate of 17% or less at 1000°C.
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