JPH05225823A - Copper conductor paste and its manufacture - Google Patents

Copper conductor paste and its manufacture

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JPH05225823A
JPH05225823A JP2394692A JP2394692A JPH05225823A JP H05225823 A JPH05225823 A JP H05225823A JP 2394692 A JP2394692 A JP 2394692A JP 2394692 A JP2394692 A JP 2394692A JP H05225823 A JPH05225823 A JP H05225823A
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JP
Japan
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copper
powder
copper powder
conductor paste
particle size
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2394692A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Nakada
好和 中田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05225823A publication Critical patent/JPH05225823A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve the adhesive strength with a base. CONSTITUTION:While the carbon content of a copper powder used as conductive particles in a copper conductor paste is limited less than 0.10%, a copper powder manufactured by reducing a copper oxide powder in a water solution including an interface activate agent is used. By regulating the adding amount of the interface active agent in such a way, the diameter of particle and the carbon content can be controlled, and the copper particles are made into spherical and its carbon content is made less than 0.10 %. Consequently, the adhesive strength with a base can be improved extensively.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス等の絶縁
性基板上に銅厚膜の電極および配線パターンを形成させ
るための銅導体ペースト及びその製造方法に関し、さら
に詳しくは、基板に対する接着強度が高い銅厚膜の電極
および配線を形成させるための銅導体ペースト及びその
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a copper conductor paste for forming a copper thick film electrode and a wiring pattern on an insulating substrate such as ceramics, and a method for producing the same, and more specifically, to an adhesive strength to the substrate. The present invention relates to a copper conductor paste for forming electrodes and wirings having a high copper thick film and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラス、セラミックス等の絶縁性基板上
にスクリーン印刷法もしくは直接描画法などで導体ペー
ストを所定パターンで塗布し焼成することで電極および
配線を形成する技術は、厚膜技術としてすでに実用化さ
れている。かかる厚膜技術において、従来のAg/Pd 系導
体ペーストに代わり、低抵抗率であり、耐マグレーショ
ンに優れるため微細回路の配線が形成可能な銅導体ペー
ストが用いられる傾向にあることは周知の事実である。
2. Description of the Related Art Techniques for forming electrodes and wirings by applying a conductive paste in a predetermined pattern on an insulating substrate such as glass or ceramics by a screen printing method or a direct drawing method and baking the same are already known as thick film technology. It has been put to practical use. It is well known that in such a thick film technology, a copper conductor paste, which has a low resistivity and is excellent in anti-maglation, can be used for forming fine circuit wiring, instead of the conventional Ag / Pd-based conductor paste. It is a fact.

【0003】銅導体ペーストは、一般には、銅粉末をガ
ラスフリットおよび金属酸化物粉末とともにビヒクル中
に分散させて成るものである。銅粉末は焼成時に焼結す
ることで導体厚膜を形成し、ガラスフリットおよび金属
酸化物粉末はこの銅厚膜を基板に接着させる作用があ
る。ビヒクルはこれらの粉末を印刷可能にするための有
機液体媒体である。
Copper conductor pastes generally consist of copper powder dispersed in a vehicle together with glass frit and metal oxide powder. The copper powder forms a conductor thick film by sintering during firing, and the glass frit and the metal oxide powder have an action of adhering the copper thick film to the substrate. The vehicle is an organic liquid medium for making these powders printable.

【0004】かかる銅導体ペースト用の銅粉末として
は、粒径0.5 μm から10μm の銅粉末が用いられてい
る。粒径が約0.5 μm 未満の粉末は嵩密度が低いのでペ
ースト化に多量のビヒクルを必要とするので好ましくな
く、他方、粒径が約10μm 超の粉末を用いた場合は通常
の焼成条件では十分に焼結した厚膜の形成が困難となる
うえ、印刷性の点でも微細配線の印刷に難があるので好
ましくない。なお、銅粉末の粒子形状はスクリーン印刷
性および充填性が優れる球状粒子が好ましい。
Copper powder having a particle size of 0.5 μm to 10 μm is used as the copper powder for the copper conductor paste. Powders with a particle size of less than about 0.5 μm are not preferable because they have a large bulk density and require a large amount of vehicle to be pasted.On the other hand, when powders with a particle size of more than about 10 μm are used, normal firing conditions are sufficient. It is not preferable because it is difficult to form a thick film that is sintered, and it is difficult to print fine wiring in terms of printability. The particle shape of the copper powder is preferably spherical particles having excellent screen printability and filling properties.

【0005】導体ペーストに用いられる粉末の具体的粒
径は上記範囲内において焼成温度により決定される。通
常、焼成温度が低いほど粒径の小さい粉末が用いられ
る。特に、銅厚膜回路基板の生産性および信頼性向上に
は極力低い焼成温度で焼結状態が高精度に制御された銅
厚膜を形成することが不可欠であり、そのためには原料
銅粉末は粒度分布が厳密に制御できるものでなければな
らない。
The specific particle size of the powder used for the conductor paste is determined by the firing temperature within the above range. Usually, a powder having a smaller particle size is used as the firing temperature is lower. In particular, in order to improve the productivity and reliability of a copper thick film circuit board, it is essential to form a copper thick film in which the sintering state is controlled with high accuracy at a firing temperature as low as possible. The particle size distribution must be strictly controllable.

【0006】ガラスフリットは焼成時に溶融して銅粉末
間から基板界面へ流動することで銅厚膜を基板に接合さ
せている。すなわち、ガラスフリットが基板上に突起状
に固着することで、銅厚膜と基板との間に機械的な噛み
合わせによるアンカー結合を実現しているのである。金
属酸化物粉末はガラスフリットと同様に銅厚膜を基板に
接着させる働きがあり、銅厚膜とガラスフリットおよび
基板とを化学的に結合させる作用がある。
The glass frit is melted at the time of firing and flows from between the copper powder to the interface of the substrate to bond the copper thick film to the substrate. That is, since the glass frit is fixed to the substrate in a protruding shape, the anchor connection is realized between the thick copper film and the substrate by mechanical engagement. The metal oxide powder has a function of adhering the copper thick film to the substrate similarly to the glass frit, and has a function of chemically bonding the copper thick film to the glass frit and the substrate.

【0007】ビヒクルは樹脂を溶剤に溶解したものであ
り、印刷可能性を確保するために配合するが、焼成時に
揮発・燃焼して消失する。通常、銅導体ペーストの焼成
は窒素雰囲気で行われる。焼成工程では、まず、約120
℃近傍で揮発性溶剤が蒸発する。次に、200 ℃から400
℃の間にかけて樹脂が燃焼飛散する。この反応を脱バイ
ンダーという。温度がさらに上昇するとガラスフリット
が溶融して基板へ流動する。その後、銅粉末が焼結して
導体厚膜を形成し、また金属酸化物が反応して厚膜を基
板に結合させる。
The vehicle is a resin in which a resin is dissolved, and is mixed in order to ensure printability. However, the vehicle volatilizes and burns during firing and disappears. Normally, firing of the copper conductor paste is performed in a nitrogen atmosphere. In the firing process, first about 120
Volatile solvents evaporate near ℃. Then from 200 ℃ to 400
The resin burns and scatters over the temperature range of ℃. This reaction is called binder removal. When the temperature rises further, the glass frit melts and flows to the substrate. Thereafter, the copper powder sinters to form a thick conductor film and the metal oxide reacts to bond the thick film to the substrate.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の銅導体ペースト
には次のような問題点が見られる。 (1) 銅厚膜と基板との接着強度が十分でなく、特に長時
間高温環境下に置かれた場合の接着強度、つまりエージ
ング強度が十分でない。 特に、最近のように集積密度が向上し、発熱量が多いI
Cを実装する銅厚膜基板にはかかるエージング強度の改
善が強く求められている。 (2) 回路が微細になればなる程、電極面積も小さくなっ
て短時間で効果的なはんだ付けが行われることが求めら
れるが、そのためにははんだに対する濡れ性の一層の改
善も求められるが、現在の銅導体ペーストではそのよう
な要求を必ずしも満足させていない。
The conventional copper conductor paste has the following problems. (1) Adhesive strength between the copper thick film and the substrate is not sufficient, and especially when placed in a high temperature environment for a long time, that is, aging strength is not sufficient. Especially, as recently, the integration density is improved and the amount of heat generated is large.
There is a strong demand for improvement of such aging strength in a copper thick film substrate on which C is mounted. (2) As the circuit becomes finer, the electrode area becomes smaller and effective soldering is required in a short time, but for that purpose, further improvement of wettability to solder is required. However, current copper conductor pastes do not always meet such requirements.

【0009】以上の点に鑑み、本発明は、基板との接着
強度、特にエージング強度の高い銅導体厚膜が形成可能
であって、かつはんだに対する濡れ性の改善された銅導
体ペースト及びその製造方法を提供することを目的とす
る。さらに、本発明は、基板との接着強度およびはんだ
に対する濡れ性を改善するとともに、製造が容易で安価
な銅導体ペースト及びその製造方法を提供することを目
的とする。
In view of the above points, the present invention provides a copper conductor paste capable of forming a copper conductor thick film having high adhesion strength to a substrate, particularly high aging strength, and improved wettability with solder, and manufacturing thereof. The purpose is to provide a method. Another object of the present invention is to provide a copper conductor paste that is easy to manufacture and inexpensive, and a method for manufacturing the same, while improving the adhesive strength with a substrate and the wettability to solder.

【0010】[0010]

【課題が解決するための手段】ここに、本発明者は、次
のような点を知見した。 (1) 銅導体厚膜の基板に対する接着強度を高めるには焼
結性に優れ、かつ、高純度の銅粉末を用いる必要があ
る。 上記性状を満足するためには銅粉末は粒子形状が球状
で、不純物とくに炭素含有量の少ないことが望ましい。
これまで銅粒子の炭素含有量には着目されることがな
く、保護コロイドに由来する炭素がほぼ0.15wt%程度含
有されているのが通常であった。
The present inventor has found the following points. (1) In order to increase the adhesion strength of the copper conductor thick film to the substrate, it is necessary to use copper powder having excellent sinterability and high purity. In order to satisfy the above properties, it is desirable that the copper powder has a spherical particle shape and has a small amount of impurities, especially carbon content.
Until now, no attention has been paid to the carbon content of the copper particles, and it has been usual that the carbon derived from the protective colloid is contained at about 0.15 wt%.

【0011】その機構はまだ十分解明されているわけで
はないが、次のように考えられる。すなわち、球状粉末
は充填性が高いために焼結性が高く、また、比表面積が
小さいので最小量のビヒクルでペースト化できるため脱
バインダーが容易である。一方、炭素含有量の高い銅粉
末は、酸素、ナトリウム、鉄などの不純物のうち特に炭
素を多く含む銅粉末は焼結性が低いうえに基板と化学的
結合を起こし難いので接着強度が弱いと考えられる。
The mechanism is not yet fully understood, but it is considered as follows. That is, the spherical powder has a high filling property and thus a high sinterability, and since the specific surface area is small, it can be made into a paste with a minimum amount of vehicle, so that the binder can be easily removed. On the other hand, a copper powder with a high carbon content has a low adhesive strength because the copper powder containing a large amount of carbon among impurities such as oxygen, sodium and iron has low sinterability and is unlikely to cause a chemical bond with the substrate. Conceivable.

【0012】通常のペースト用銅粉末の製造方法は、銅
塩水溶液もしくは酸化銅スラリーに還元剤を添加して銅
粉末を析出させる湿式還元法にて行われるが、このまま
では球状の銅粉末は得られないために酸化銅に保護コロ
イド、シランカップリング剤等を、硫酸銅水溶液に界面
活性剤等が添加されている (特公昭61−55562 号公報、
特開平2−34708 号公報、特開昭62−27508 号公報参
照) 。
A usual method for producing a copper powder for a paste is a wet reduction method in which a reducing agent is added to an aqueous copper salt solution or a copper oxide slurry to precipitate the copper powder, but a spherical copper powder is obtained as it is. Therefore, protective colloids, silane coupling agents, etc. are added to copper oxide, and surfactants, etc. are added to copper sulfate aqueous solution (Japanese Patent Publication No. 61-55562).
(See JP-A-2-34708 and JP-A-62-27508).

【0013】しかし、これらの従来法によっても銅導体
ペーストに適した銅粉末の製造は困難である。すなわ
ち、保護コロイドによる球状化には保護コロイドが銅粒
子表面を厚く被覆しなければ効果がなく、このために多
量の保護コロイドを要するため、それらより混入する炭
素量を無視することはできず、その結果、銅粉末自体の
炭素量が例えば 1.5%と高くなり好ましくない。また、
保護コロイドは保管中に変質するので安定性に欠ける。
シランカップリング剤を使用する場合は廃液処理が難し
く、その操作にかなりのコストがかかる。
However, it is difficult to produce a copper powder suitable for a copper conductor paste even by these conventional methods. That is, spheroidizing with protective colloid is ineffective unless the protective colloid covers the surface of the copper particles thickly, and thus a large amount of protective colloid is required, so the amount of carbon mixed from them cannot be ignored. As a result, the amount of carbon in the copper powder itself is as high as 1.5%, which is not preferable. Also,
The protective colloid deteriorates during storage and thus lacks stability.
When a silane coupling agent is used, it is difficult to treat the waste liquid, and the operation requires a considerable cost.

【0014】特開昭62−27508 号公報に開示された方法
では界面活性剤の存在下ではあるがヒドラジンと硫酸銅
水溶液を直接反応させているために瞬時に銅粒子が析出
するので、銅粉末の粒径は両者の混合操作の影響を強く
受けるので再現性に欠けるうえ、反応が活発なためにヒ
ドラジンの分解による窒素ガスの放出が激しいので界面
活性剤が作用しにくく得られる粒子も不定形状であり、
また、硫酸イオン等の不純物混入があるので好ましくな
い。
According to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-27508, copper particles are instantly precipitated because the hydrazine and the aqueous solution of copper sulfate are directly reacted with each other in the presence of a surfactant. Since the particle size of is strongly affected by the mixing operation of both, it is not reproducible.Because of the active reaction, the nitrogen gas is strongly released due to the decomposition of hydrazine, so that the surfactant is hard to act and the obtained particles are indefinite. And
In addition, impurities such as sulfate ions are mixed, which is not preferable.

【0015】(2) 銅厚膜の導体特性は導体ペーストの原
料である銅粉末の粒径に大きく左右される。このため、
銅厚膜の導体特性の信頼性を高めるには粒径が精度よく
制御された銅粉末を使用する必要がある。前述したよう
に導体ペーストに用いる銅粉末の粒径は約0.5 μm から
10μm であるため、この粒径範囲内でバラツキが±10%
以下に制御された任意の粒径に制御された粉末を使用し
なければならない。
(2) The conductor characteristics of the copper thick film are greatly influenced by the particle size of the copper powder which is the raw material of the conductor paste. For this reason,
In order to improve the reliability of the conductor characteristics of the copper thick film, it is necessary to use copper powder whose particle size is precisely controlled. As mentioned above, the particle size of the copper powder used in the conductor paste is approximately 0.5 μm.
Since it is 10 μm, the variation is ± 10% within this particle size range.
A controlled powder of any controlled particle size should be used below.

【0016】この点、従来法における粒径制御方法は、
(1) 出発銅塩の種類を変える、(2)水溶液中の銅イオン
濃度の制御、(3) 出発酸化銅粉末の粒径を変える、(4)
反応温度の制御、(5) 各種保護コロイドの添加、(6) 各
種シランカップリング剤の添加等がある。
In this respect, the conventional particle size control method is as follows:
(1) Change the type of starting copper salt, (2) Control copper ion concentration in aqueous solution, (3) Change the particle size of starting copper oxide powder, (4)
Control of reaction temperature, (5) addition of various protective colloids, (6) addition of various silane coupling agents, etc.

【0017】しかし、上記粒径制御方法はそれぞれ、
(1) 危険もしくは高価な銅塩、あるいは不純物混入のお
それがある銅塩を使用しなければならない。(2) 粒径に
よっては銅粉末の収率が低い。(3) 任意の粒径の酸化銅
粉末を調達する必要がある。(4) 高温の場合、多量の熱
量を要し、かつ制御が困難であるため銅粉末の粒径がば
らつき易い。(5) 保護コロイドは天然の高分子であるた
め保護コロイドが付着した銅粉末は含有炭素量が高く、
さらに保護コロイドは保管中に変質するために信頼性が
ない。(6) 酸化銅粉末にあらかじめシランカップリング
剤で表面処理する操作が必要であり、また、シランカッ
プリング剤は固体粒子の分散能力が弱い等の欠点があ
る。
However, the above particle size control methods are
(1) Dangerous or expensive copper salt, or copper salt that may be mixed with impurities must be used. (2) The yield of copper powder is low depending on the particle size. (3) It is necessary to procure copper oxide powder with an arbitrary particle size. (4) When the temperature is high, a large amount of heat is required and it is difficult to control, so that the particle size of the copper powder easily varies. (5) Since the protective colloid is a natural polymer, the copper powder to which the protective colloid adheres has a high carbon content,
Furthermore, protective colloids are unreliable because they deteriorate during storage. (6) The copper oxide powder needs to be surface-treated with a silane coupling agent in advance, and the silane coupling agent has drawbacks such as weak dispersion ability of solid particles.

【0018】この点、酸化銅粉末を界面活性剤を含む水
性媒体中で還元することで粒度の揃った球状の銅粉末が
生成し、かつ界面活性剤の含有量を調整することで該銅
粉末の粒径制御が可能となる。ここに、本発明は、銅粉
末と、ガラスフリットと、金属酸化物粉末と、ビヒクル
とを含有する銅導体ペーストにおいて、前記銅粉末が炭
素含有量0.10重量%以下で、球状であることを特徴とす
る銅導体ペーストである。また、別の面からは、本発明
は、界面活性剤を含む水性媒体中で酸化銅粉末を還元
し、得られた銅粉末を、ガラスフリット、金属酸化物粒
子、およびビヒクルと混合することを特徴とする銅導体
ペーストの製造方法である。
In this respect, by reducing the copper oxide powder in an aqueous medium containing a surfactant, spherical copper powder having a uniform particle size is produced, and by adjusting the content of the surfactant, the copper powder is adjusted. It is possible to control the particle size of. Here, the present invention is a copper conductor paste containing a copper powder, a glass frit, a metal oxide powder, and a vehicle, wherein the copper powder has a carbon content of 0.10% by weight or less and is spherical. And a copper conductor paste. Also, from another aspect, the present invention comprises reducing the copper oxide powder in an aqueous medium containing a surfactant and mixing the resulting copper powder with glass frits, metal oxide particles, and a vehicle. It is a characteristic method for producing a copper conductor paste.

【0019】[0019]

【作用】このように、本発明は、銅粉末が粒子形状が球
状であり、かつ、炭素含有量0.10重量%以下と純度が高
いために高接着性導体厚膜が得られるのである。炭素含
有量が0.10重量%を超えると、接着強度、特にエージン
グ強度が大幅に低下する。粒子形状は球形であるが、こ
れは印刷性の改善のためである。本発明に用いられるガ
ラスフリットは公知のガラスフリットであればよい。た
とえばPbO-Bc2O3-SiO2系ガラスが使用可能である。ガラ
スフリットの粒径は1μm から10μm が好ましい。ガラ
スフリットの添加量は銅粉末100 重量部に対して2重量
%から5重量%が好ましい。
As described above, according to the present invention, since the copper powder has a spherical particle shape and the carbon content is 0.10% by weight or less and the purity is high, a highly adhesive thick conductor film can be obtained. If the carbon content exceeds 0.10% by weight, the adhesive strength, particularly the aging strength, is significantly reduced. The particle shape is spherical, but this is for improving printability. The glass frit used in the present invention may be a known glass frit. For example, PbO-Bc 2 O 3 -SiO 2 based glass can be used. The particle size of the glass frit is preferably 1 μm to 10 μm. The amount of glass frit added is preferably 2 to 5% by weight with respect to 100 parts by weight of copper powder.

【0020】本発明の導体ペーストに添加する金属酸化
物粉末は、特に制限されないが、好ましくは酸化銅およ
び酸化カドミニウム粉末である。なお、金属酸化物の過
剰の添加は銅粉末の焼結を阻害し、銅厚膜のハンダに対
する濡れ性を著しく低下させるので適量添加しなければ
ならない。好ましくは銅粉末100 重量部に対して1重量
部以上2重量部以下である。本発明に用いられるビヒク
ルとしては公知のビヒクルが使用可能である。たとえ
ば、アクリル樹脂もしくはセルロース樹脂をテルピネオ
ール等の溶剤に溶解させたものが使用可能である。
The metal oxide powder added to the conductor paste of the present invention is not particularly limited, but copper oxide and cadmium oxide powders are preferable. It should be noted that an excessive addition of the metal oxide hinders the sintering of the copper powder and remarkably lowers the wettability of the copper thick film to the solder, and therefore an appropriate amount must be added. The amount is preferably 1 part by weight or more and 2 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the copper powder. As the vehicle used in the present invention, a known vehicle can be used. For example, an acrylic resin or a cellulose resin dissolved in a solvent such as terpineol can be used.

【0021】本発明の銅導体ペーストはアルミナ等の全
てのセラミックス基板に適用可能である。本発明の銅導
体ペーストの焼成雰囲気は一般に行われている窒素雰囲
気下で行うことができる。かかる銅導体ペースト用の銅
粉末は、酸化銅粉末を界面活性剤を含む水性媒体中に還
元させて得られる。界面活性剤は、固体粒子の表面への
吸着効率が高いので微量の添加で球状化作用があり、炭
素含有量 0.1%以下の高純度粉末が得られるのである。
The copper conductor paste of the present invention can be applied to all ceramic substrates such as alumina. The firing atmosphere of the copper conductor paste of the present invention can be performed under a generally used nitrogen atmosphere. The copper powder for such a copper conductor paste is obtained by reducing copper oxide powder in an aqueous medium containing a surfactant. Since the surfactant has a high adsorption efficiency on the surface of the solid particles, it has a spheroidizing action even when added in a small amount, and a high-purity powder having a carbon content of 0.1% or less can be obtained.

【0022】すなわち、初期段階では酸化銅粉末は界面
活性剤を含む水性媒体中に分散しているため、界面活性
剤は酸化銅粉末の表面に付着し、余剰の界面活性剤は水
中に浮遊している。次に、還元剤が添加されると酸化銅
粉末は分解して銅粒子が界面活性剤に被覆されながら析
出する。最終的にはすべての界面活性剤が銅粉末に被覆
する。このため、粒度のバラツキの少ない球状の銅粉末
が得られ、しかも、界面活性剤の量が多いほど銅粉末の
粒径は小さくなるため、界面活性剤の量を調整すること
により銅粉末の粒径が制御できる。銅粉末の粒径dと界
面活性剤の添加量Xとの関係は簡単な計算によりd=c
/X (c: 定数) が導かれる。
That is, since the copper oxide powder is dispersed in the aqueous medium containing the surfactant in the initial stage, the surfactant adheres to the surface of the copper oxide powder and the surplus surfactant floats in the water. ing. Next, when the reducing agent is added, the copper oxide powder is decomposed and the copper particles are deposited while being coated with the surfactant. Eventually all the surfactant will coat the copper powder. Therefore, spherical copper powder with less variation in particle size can be obtained, and the larger the amount of the surfactant, the smaller the particle size of the copper powder. Therefore, by adjusting the amount of the surfactant, the particle size of the copper powder can be reduced. The diameter can be controlled. The relation between the particle size d of the copper powder and the additive amount X of the surfactant is d = c by a simple calculation.
/ X (c: constant) is derived.

【0023】本発明において銅粉末の製造に必要な酸化
銅粉末は酸化第1銅および酸化第2銅粉末のいずれも使
用可能である。銅粉末の球状化に効果のある界面活性剤
は好ましくは陰イオン性界面活性剤であり、具体的には
分散力の強いナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、
特殊ポリカルボン酸型高分子界面活性剤である。
In the present invention, the copper oxide powder required for producing the copper powder may be either cuprous oxide powder or cupric oxide powder. Surfactant effective in spheroidizing the copper powder is preferably an anionic surfactant, specifically, a naphthalene sulfonic acid formalin condensate having a strong dispersive power,
It is a special polycarboxylic acid type polymer surfactant.

【0024】本発明において酸化銅から金属銅への還元
に用いる還元剤としてはヒドラジンおよびヒドラジン化
合物、次亜リン酸アルカリ、水素化ほう素アルカリ、ホ
ルマリン等が使用可能であるが、還元力、作業性、コス
トの点よりヒドラジンおよびヒドラジン化合物が好まし
い。ヒドラジンの最適添加量は反応温度および反応時間
によって異なるが、酸化銅1モルに対しヒドラジン0.1
モル以上がよい。銅粉末製造における反応温度は室温か
ら80℃の範囲で設定が可能であるが、制御性の点から室
温から60℃の範囲に設定することが好ましい。
In the present invention, as the reducing agent used for the reduction of copper oxide to metallic copper, hydrazine and hydrazine compounds, alkali hypophosphite, alkali borohydride, formalin and the like can be used. Hydrazine and a hydrazine compound are preferable in terms of properties and cost. The optimum addition amount of hydrazine depends on the reaction temperature and the reaction time, but 0.1 mol of hydrazine is added to 1 mol of copper oxide.
More than a mole is good. The reaction temperature in the production of copper powder can be set in the range of room temperature to 80 ° C, but is preferably set in the range of room temperature to 60 ° C from the viewpoint of controllability.

【0025】銅粉末の粒径は反応温度、溶液温度および
界面活性剤の添加量を調整することで制御可能である
が、0.5 μm から10μm の範囲で調整することが好まし
い。銅粉末の粒径が0.5 μm 未満では比表面積が大き
く、嵩高となるためにペースト化に多量のビヒクルを要
するので好ましくなく、10μm 超では焼結性が低下する
うえに微細線の印刷に難がある。最終的に得られた銅粉
末はベンゾトリアゾール等により防錆処理を行ってもよ
い。
The particle size of the copper powder can be controlled by adjusting the reaction temperature, the solution temperature and the amount of the surfactant added, but it is preferably adjusted in the range of 0.5 μm to 10 μm. If the particle size of the copper powder is less than 0.5 μm, the specific surface area is large and bulky, so a large amount of vehicle is required to form a paste, which is not preferable.If it exceeds 10 μm, the sinterability is reduced and it is difficult to print fine lines. is there. The finally obtained copper powder may be rust-proofed with benzotriazole or the like.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明を具体的実施例により説明す
る。実施例1 粒径2μm の酸化第1銅粉末11.26gを、特殊ポリカルボ
ン酸型高分子界面活性剤を0.1 〜0.4 %溶解した水溶液
160ml の中に分散させ、攪拌しながら、温度を60℃に調
整する。次に、20mlの抱水ヒドラジン(80 %) を注入し
20分間反応させ銅粉末を生成させる。得られた銅粉末は
水洗したのち、乾燥して秤量したところ、10g が回収さ
れた。走査電子顕微鏡で粒径および粒子形状を調べた。
結果は表1にまとめて示す。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to specific examples. Example 1 An aqueous solution in which 11.26 g of cuprous oxide powder having a particle size of 2 μm was dissolved in a special polycarboxylic acid type polymer surfactant in an amount of 0.1 to 0.4%.
Disperse in 160 ml and adjust the temperature to 60 ° C with stirring. Then inject 20 ml of hydrazine hydrate (80%)
React for 20 minutes to produce copper powder. The obtained copper powder was washed with water, dried and weighed, and 10 g of the copper powder was recovered. The particle size and particle shape were examined with a scanning electron microscope.
The results are summarized in Table 1.

【0027】比較用として、同じ酸化第1銅粉末11.26g
をアラビアゴムを1%溶解した水溶液160ml の中に分散
させ60℃に調整した。次いで攪拌しながら、抱水ヒドラ
ジン(80 %) を20ml注入し、20分間反応させて銅粉末を
生成させた。得られた銅粉末を濾過乾燥後、秤量したと
ころ、10g が回収された。走査型電子顕微鏡で粒径およ
び形状を調べた。結果は同じく表1に示す。図1は、表
1に結果をグラフに示すものであって、界面活性剤の添
加量を調整することで、得られる粒径を調整できるのが
分かる。比較例では界面活性剤を用いていないため、粒
径のバラツキが大きく、炭素含有量は0.4 %とかなり高
く、生成粒子の形状も不定形とあるように、安定しな
い。
11.26 g of the same cuprous oxide powder for comparison
Was dispersed in 160 ml of an aqueous solution containing 1% of gum arabic and adjusted to 60 ° C. Then, with stirring, 20 ml of hydrazine hydrate (80%) was injected and reacted for 20 minutes to produce a copper powder. The obtained copper powder was filtered and dried, and then weighed, and 10 g was recovered. The particle size and shape were examined with a scanning electron microscope. The results are also shown in Table 1. FIG. 1 is a graph showing the results in Table 1, and it can be seen that the particle size obtained can be adjusted by adjusting the addition amount of the surfactant. In the comparative example, since no surfactant is used, the variation in particle size is large, the carbon content is as high as 0.4%, and the shape of the produced particles is indefinite, which is not stable.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】(注) * 不定形状 : 球状ではなく、い
びつな形状または表面に凹凸がある形状実施例2 粒径2μm の酸化第1銅粉末11.26gを160gの水に分散さ
せナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物型高分子界面
活性剤を0.48〜0.15gを添加させ、攪拌しながら、温度
を50℃に調整する。次に、20mlの抱水ヒドラジン(80
%) を注入し30分間反応させ銅粉末を生成させる。得ら
れた銅粉末は水洗したのち、乾燥して表2に示す銅粉末
AないしFを得た。
(Note) * Irregular shape: not spherical shape but irregular shape or surface irregularity Example 2 11.26 g of cuprous oxide powder having a particle size of 2 μm is dispersed in 160 g of water to form a naphthalenesulfonic acid formalin condensation product. 0.48 to 0.15 g of the physical polymer surfactant is added, and the temperature is adjusted to 50 ° C. while stirring. Next, add 20 ml of hydrazine hydrate (80
%) And react for 30 minutes to produce copper powder. The obtained copper powder was washed with water and then dried to obtain copper powders A to F shown in Table 2.

【0030】なお、比較例として界面活性剤を無添加で
生成させた銅粉末G〜Iを用いた。銅粉末Gは界面活性
剤の代わりに保護コロイドアラビアゴム0.2gを添加
して同様の操作で得たものであり、銅粉末Hは界面活性
剤の代わりに保護コロイドゼラチン0.1gを添加して得た
ものであり、銅粉末Iは、市販銅粉末で、三井金属鉱業
(株) 製Cu Fine Powder 1110 lot No.S-900603PN であ
った。なお、銅粉末の平均粒径および粒子形状は走査電
子顕微鏡より求めた。「球状」と「粒状」との判定も、
走査電子顕微鏡によった。
As comparative examples, copper powders G to I produced without adding a surfactant were used. Copper powder G was obtained by the same operation by adding 0.2 g of protective colloid gum arabic instead of the surfactant, and copper powder H was obtained by adding 0.1 g of protective colloid gelatin instead of the surfactant. The obtained copper powder I is a commercially available copper powder, and Mitsui Mining & Smelting
It was Cu Fine Powder 1110 lot No. S-900603PN manufactured by Co., Ltd. The average particle size and particle shape of the copper powder were determined by a scanning electron microscope. The judgment of "spherical" and "granular"
By a scanning electron microscope.

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】(注) *1: 保護コロイドアラビアゴム、 *
2: 保護コロイドゼラチン *3: 市販銅粉末使用 次いで、このようにして製造された銅粉末を使用して銅
導体ペーストを調製した。表3の組成割合で調整した各
導体ペーストを純度96%のアルミナ基板上にスクリーン
印刷機で適当なパターンに印刷を行い、120 ℃で10分間
乾燥した後、窒素雰囲気中で、ベルト炉においてピーク
900 ℃×10分を含む1サイクル70分のプロフィールで焼
成をおこない膜厚20μm の銅導体厚膜を得た。得られた
銅導体厚膜の各特性を次の要領で評価した。
(Note) * 1: Protective colloid gum arabic, *
2: Protective colloidal gelatin * 3: Using commercially available copper powder Next, a copper conductor paste was prepared using the copper powder thus produced. Each conductor paste prepared by the composition ratio in Table 3 was printed on a 96% pure alumina substrate in an appropriate pattern with a screen printer, dried at 120 ° C for 10 minutes, and then peaked in a belt furnace in a nitrogen atmosphere.
A copper conductor thick film with a film thickness of 20 μm was obtained by firing in a profile of 70 minutes for 1 cycle including 900 ° C. × 10 minutes. Each property of the obtained copper conductor thick film was evaluated in the following manner.

【0033】(接着強度)2mm角の銅厚膜を230 ±3℃の
温度に維持し63%Sn−37%Pbハンダ槽に3±0.5 秒間浸
漬した後、その上に直径0.6 mmの錫メッキ銅線をハンダ
ゴテにてハンダ付けした。錫メッキ銅線を被膜端部より
1mmの位置で90℃曲げて基板と垂直とし、基板を固定し
た状態で引張り試験機により10cm/minの速度で錫メッキ
銅線を引張り、錫メッキ銅線が基板から剥がれたときの
接着強度を測定した。接着強度はハンダ付け直後の値
(初期強度) 、および150 ℃で1000時間エージングした
後の値 (エージング強度) を測定した。
(Adhesive strength) A 2 mm square copper thick film was maintained at a temperature of 230 ± 3 ° C and immersed in a 63% Sn-37% Pb solder bath for 3 ± 0.5 seconds, and then tin-plated with a diameter of 0.6 mm. The copper wire was soldered with a soldering iron. Bend the tin-plated copper wire at a position of 1 mm from the end of the coating at 90 ° C to make it perpendicular to the substrate. With the substrate fixed, pull the tin-plated copper wire at a speed of 10 cm / min with a tensile tester to remove the tin-plated copper wire. The adhesive strength when peeled from the substrate was measured. The adhesive strength is the value immediately after soldering
(Initial strength) and the value after aging at 150 ° C. for 1000 hours (aging strength) were measured.

【0034】(ハンダ濡れ性)焼成部品を230 ±3℃の温
度に維持した63%Sn−37%Pbハンダ槽に3±0.5 秒浸漬
し、10mm角の銅厚膜上に被着したハンダ層に生成したピ
ンホール数を測定した。
(Solder wettability) The fired parts were immersed in a 63% Sn-37% Pb solder bath maintained at a temperature of 230 ± 3 ° C for 3 ± 0.5 seconds, and a solder layer deposited on a 10 mm square copper thick film. The number of pinholes generated in the above was measured.

【0035】[0035]

【表3】 [Table 3]

【0036】[0036]

【発明の効果】以上の述べたように、本発明による銅導
体ペーストは基板との接着強度が高く、かつ、ハンダ濡
れも良好である導体厚膜を形成できる効果がある。しか
も、それらは、粒度を高精度で制御しながら球状で製造
でき、総合的にかなり安価に供給できるなど、その実際
上の価値は大きい。
As described above, the copper conductor paste according to the present invention has an effect of forming a thick conductor film having high adhesive strength with a substrate and good solder wetting. Moreover, they can be manufactured in a spherical shape while controlling the particle size with high accuracy, and can be supplied at a considerably low cost comprehensively, which is of great practical value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例の結果を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the results of Examples.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 銅粉末と、ガラスフリットと、金属酸化
物粉末と、ビヒクルとを含有する銅導体ペーストにおい
て、前記銅粉末が炭素含有量0.10重量%以下で、球状で
あることを特徴とする銅導体ペースト。
1. A copper conductor paste containing copper powder, glass frit, metal oxide powder, and vehicle, wherein the copper powder has a carbon content of 0.10% by weight or less and is spherical. Copper conductor paste.
【請求項2】 界面活性剤を含む水性媒体中で酸化銅粉
末を還元し、得られた銅粉末を、ガラスフリット、金属
酸化物粒子、およびビヒクルと混合することを特徴とす
る銅導体ペーストの製造方法。
2. A copper conductor paste, comprising reducing a copper oxide powder in an aqueous medium containing a surfactant, and mixing the obtained copper powder with glass frit, metal oxide particles, and a vehicle. Production method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000076699A1 (en) * 1999-06-15 2000-12-21 Kimoto, Masaaki Ultrafine composite metal powder and method for producing the same
JP2014129609A (en) * 2014-03-07 2014-07-10 Hokkaido Univ Method for producing copper fine particle

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