TW201815990A - 銀糊及電子元件 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可形成電阻率低的配線的銀糊。藉由本發明,提供一種用於形成電子元件的電極的銀糊。該銀糊包含:第1銀粉末;第2銀粉末,相對於該第1銀粉末而平均粒徑相對較小;黏合劑樹脂;以及分散媒。第1銀粉末滿足下述的(A1)~(A4)的所有條件。(A1)加熱至600℃時的灼燒減量為0.05%以下;(A2)振實密度為5 g/cm3
以上;(A3)最大縱橫比為1.4以下;(A4)基於BET法的比表面積為0.8 m2
/g以下。第2銀粉末(B1)於加熱至600℃時的灼燒減量為0.05%以下。而且,第1銀粉末的平均粒徑(DL50
)與第2銀粉末的平均粒徑(DS50
)的比(DL50
/DS50
)為5以上。
Description
本發明是有關於一種可較佳地用於電子元件的配線的形成等的銀糊、以及使用該銀糊而形成的電子元件。 本申請主張基於2016年9月27日所申請的日本專利申請2016-188354號的優先權,並將該申請的全部內容作為參照而編入至本說明書中。
於電氣·電子機器用的電子元件中,廣泛採用不使用導線,而將包含相當於導線的導電性材料的粉末印刷於絕緣性基板上並進行配線的技術。用以形成配線的導電性材料一般以與黏合劑一同分散於分散媒中而成的導電性糊的形態來供於印刷。
根據用途而分別使用各種各樣的導電性糊。例如,於要求特別高的導電性(低電阻率特性)的用途中,使用包含銀粉末作為導電性材料的銀糊。相對於此,於欲相對抑制成本的用途等中,使用包含銅粉末或鋁粉末、鎳粉末等的導電性糊等。另外,例如針對使用環境或製造環境變成高溫的電子元件等,使用藉由煅燒來燒接於基板上的煅燒型的糊。另外,針對無法曝露於高溫下的電子元件等,使用藉由低溫下的加熱硬化來固著於基板上的加熱硬化型的糊。作為與煅燒型的銀糊相關的現有技術,例如可列舉專利文獻1~專利文獻3。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利申請公開2009-062558號公報 [專利文獻2]日本專利申請公開2011-181538號公報 [專利文獻3]日本專利第4805621號公報 [專利文獻4]日本專利第5146419號公報
[發明所欲解決之課題] 專利文獻1揭示有關於低溫同時煅燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC)配線基板用的導電性糊的技術,且為了抑制裂紋或分層的產生,而使用表面具有凹凸的多面體狀的銀粒子。另外,專利文獻2揭示有關於太陽電池元件的電極形成用的導電性糊的技術,且導電性糊中包含特定的性狀的銀粒子與玻璃粉。專利文獻3揭示有關於煅燒收縮小且煅燒後的電阻值低的導電性糊的技術,並使用利用霧化法與濕式還原法所製造的平均粒徑不同的兩種銀粉末。
已知此種煅燒型的導電性糊於以比較高的煅燒溫度進行煅燒時,可形成電阻率更低的銀電極(配線)。例如,關於現有的導電性糊,於600℃~700℃的作為煅燒溫度比較低的溫度下進行煅燒時所獲得的電極的電阻率(以下,亦簡稱為「電阻率」、「比電阻」等)為2.3 μΩ·cm程度以上,相對於此,於800℃以上的高溫下進行煅燒時所獲得的電極的電阻率為2.1 μΩ·cm程度以上。根據用途,該值可以說是足夠低的電阻率。然而,例如塊狀銀(bulk silver)的電阻率的理論值為1.6 μΩ·cm,因此對於銀電極要求更高水準(例如2 μΩ·cm以下)的低電阻化。進而,要求以更低的煅燒溫度達成所述低電阻值。 本發明是鑒於所述情況而成者,其目的在於提供一種例如即便藉由更低溫度(例如600℃左右)下的煅燒亦可形成電阻率低的配線的銀糊。另外,於其他形態中,提供一種使用所述銀糊的電子元件。 [解決課題之手段]
為了解決所述現有技術的課題,本文所揭示的技術提供一種銀糊,其用於形成電子元件的電極。該銀糊包含:第1銀粉末;第2銀粉末,相對於所述第1銀粉末而平均粒徑相對較小;黏合劑樹脂;以及分散媒。該第1銀粉末滿足以下的(A1)~(A4)的所有條件:(A1)加熱至600℃時的灼燒減量(ignition loss)為0.05%以下;(A2)振實密度(tap density)為5 g/cm3
以上;(A3)最大縱橫比為1.4以下;(A4)基於布厄特(Brunauer-Emmett-Teller,BET)法的比表面積為0.8 m2
/g以下。另外,第2銀粉末(B1)於加熱至600℃時的灼燒減量為0.05%以下。而且,第1銀粉末的平均粒徑(DL50
)與第2銀粉末的平均粒徑(DS50
)的比(DL50
/DS50
)為5以上。
本發明者等人為了實現可實現史無前例的低電阻率的電極形成用的銀糊而反覆努力研究,至此想到,使用較佳地組合所述(A1)~(A4)中示出的四個性狀並調整為特定範圍的銀粉末,而且將該銀粉末供給至基板上並進行煅燒,藉此可抑制煅燒體中的氣孔的形成,可形成較現有而言更低的電阻的電極(可為導體膜)(日本專利特願2015-253416)。然而,所述技術中,對於在600℃下對銀粉末進行低溫煅燒時所獲得的電極而言,存在研究電阻率進一步降低的餘地。因此,本文所揭示的技術中,藉由除具備所述(A1)~(A4)的性狀的第1銀粉末以外,併用粒徑更小的第2銀粉末,即便以600℃進行低溫煅燒時,亦可形成電阻更低的電極。藉此,例如以600℃進行煅燒時,與僅使用第1銀粉末的情況相比,可形成電阻更低的電極。例如,可實現電阻率未滿2.1 μΩ·cm的低電阻的電極。
再者,於本說明書中,「灼燒減量(Ig-loss)」是表示將銀粉末自室溫加熱至600℃時的質量減少的比例(%)的指標。該灼燒減量可依據JIS K0067:1992中所規定的化學製品的減量及殘渣試驗方法來測定。 另外,於本說明書中,「振實密度」是表示於特定容器內將銀粉末振實1000次後的粉末的表觀密度的指標。振實密度的測定可依據JIS Z2512:2012中所規定的金屬粉-振實密度測定方法來測定。
進而,於本說明書中,所謂「最大縱橫比」,是指於電子顯微鏡觀察中的三個視場以上的觀察像的各者中,對被認為縱橫比最高的三個銀粒子所測定的縱橫比的算術平均值。 於本說明書中,「比表面積」是基於BET法對藉由氣體吸附法所測定的銀粉末的氣體分子吸附等溫特性進行分析所獲得的比表面積。該比表面積可依據JIS Z8830:2013(ISO 9277:2010)中所規定的利用氣體吸附的粉體(固體)的比表面積測定方法來測定。
且說,專利文獻3如所述般,揭示如下內容:於構成導電性糊時,使用利用霧化法所製造的平均粒徑為5 μm以下的第1銀粉末、與利用濕式還原法所獲得的平均粒徑為1.0 μm~2.0 μm的微粉及平均粒徑為0.2 μm~0.6 μm的超微粉。然而,於該技術中減小導電性糊的煅燒收縮,抑制裂紋或基板的破裂的產生,形成低電阻的厚膜導體膜。因而,如本申請案般既未揭示亦未暗示用以藉由煅燒來實現史無前例的水準的低電阻率的構成。
另外,專利文獻4中揭示如下內容:於構成導電性糊時使用混合導電粉,所述混合導電粉包含:粒子的80%以上進行單分散且縱橫比為1.0以上、未滿1.5的導電性的球狀粒子(A2);以及粒徑較所述球狀粒子(A2)而言更小且縱橫比為1.0以上、未滿1.5的導電性的球狀粒子(B2);所述球狀粒子(A2)的平均粒徑為所述球狀粒子(B2)的平均粒徑的2倍~50倍,所述球狀粒子(A2):所述球狀粒子(B2)以體積比計為95:5~55:45,且所述混合導電粉的相對填充密度為69%以上。於該技術中,雖著眼於導電性粒子的粉體狀態的填充性的提高,但於煅燒時未對細密性作任何研究,就該方面而言,與已提高煅燒後的電極的細密性的本申請案發明有本質上的不同。
於本文所揭示的銀糊的較佳的一態樣中,(A5)第1銀粉末的平均粒徑為1.5 μm以上、3 μm以下。藉由此種構成,併用大粒徑的第1銀粉末與小粒徑的第2銀粉末,並可平衡性良好且較佳地滿足第1銀粉末的所述四個性狀。
於本文所揭示的銀糊的較佳的一態樣中,將(A6)第1銀粉末的比重為10.4 g/cm3
以上作為特徵。本文所揭示的技術將更高水準下的電極的低電阻率化作為目標。因而,較佳為構成第1銀粉末的銀粒子本身為不含氣孔、且比重高者。藉由此種構成,可更確實地形成電阻率低的銀電極。
於本文所揭示的銀糊的較佳的一態樣中,第2銀粉末的平均粒徑為0.5 μm以下。藉由此種構成,併用大粒徑的第1銀粉末與小粒徑的第2銀粉末,並可平衡性良好且簡便地滿足第1銀粉末的所述四個性狀而較佳。
於本文所揭示的銀糊的較佳的一態樣中,以於700℃以上、800℃以下的溫度範圍內進行煅燒時所獲得的銀煅燒物的電阻率達成2 μΩ·cm以下的方式構成。藉此,可穩定地形成電阻率為2 μΩ·cm以下的電極。
於本文所揭示的銀糊的較佳的一態樣中,以於600℃下進行煅燒時所獲得的銀煅燒物的電阻率達成未滿2.1 μΩ·cm的方式構成。藉此,即便藉由600℃這一較低溫度下的煅燒,亦可穩定地形成電阻率未滿2.1 μΩ·cm的電極,且可形成較未使用小粒徑的第2銀粉末時而言更低的電阻的電極。
於本文所揭示的銀糊的較佳的一態樣中,以於超過600℃、900℃以下的溫度範圍內進行煅燒時所獲得的銀煅燒物的電阻率達成1.9 μΩ·cm以下的方式構成。根據此種構成,藉由煅燒溫度進一步變高,進而可穩定地形成電阻率低的電極。
如上所述,根據本文所揭示的技術,可藉由例如600℃這一較低溫度下的煅燒來形成利用煅燒而氣孔的形成得到抑制的低電阻的銀電極。另外,該銀電極可藉由對以任意的形狀印刷於基材上的印刷體進行煅燒而簡便地形成。因而,可特別較佳地用於如下的電子元件,所述電子元件為於例如350℃~500℃的溫度範圍下使用、或於高溫下製造的電子元件,且為用於特別要求低電阻率的電極的用途的電子元件。就所述觀點而言,本文所揭示的技術亦提供一種具備該銀電極的電子元件。
以下,對本發明的較佳的實施形態進行說明。再者,於本說明書中特別提及的事項(例如,銀粉末的性狀)以外的事情且為本發明的實施中所需的事情(例如,銀糊的供給方法或電子元件的構成等)可基於由本說明書所指點的技術內容及該領域中的從業人員的一般的技術常識來理解。本發明可基於本說明書中所揭示的內容與該領域中的技術常識來實施。再者,於本說明書中表示範圍的「A~B」這一表述是指A以上、B以下。
[銀粉末] 本文所揭示的銀粉末是用以形成作為電子元件等中的導線的導電性(以下,有時簡稱為「導電性」)高的導體膜的材料。導體膜的形態並無限制,可為被稱作配線等的形態,亦可為被稱作電極等的形態。以下,將該導體膜稱作電極來進行說明。銀(Ag)的價格不如金(Au)那麼高,難以氧化且導電性優異,因此作為電極材料較佳。銀粉末只要是將銀作為主成分的粉末(粒子的集合),則其組成並無特別限制,可使用具備所期望的導電性或其他物性的銀粉末。此處,所謂主成分,是指構成銀粉末的成分中的最大成分。作為銀粉末,例如可列舉包含銀及銀合金以及該些的混合物或複合體等者作為一例。作為銀合金,例如可列舉銀-鈀(Ag-Pd)合金、銀-鉑(Ag-Pt)合金、銀-銅(Ag-Cu)合金等作為較佳例。例如,亦可使用核包含銀以外的銅或銀合金等金屬,覆蓋核的殼包含銀的核殼粒子等。銀粉末存在其純度(含量)越高,導電性變得越高的傾向,因此較佳為使用純度高者。銀粉末的純度較佳為95%以上,更佳為97%以上,特佳為99%以上。根據本文所揭示的技術,例如即便使用純度為99.5%程度以上(例如99.8%程度以上)的銀粉末,亦可形成電阻極低的電極。再者,就所述觀點而言,於本文所揭示的技術中,例如即便使用純度為99.99%以下(99.9%以下)的銀粉末,亦可形成電阻足夠低的電極。
所述銀粉末藉由煅燒而一體化,從而形成電極。即,就電極形成製程不同而言,可與藉由樹脂黏合劑等黏結劑而一體化的用途的銀粉末明確地區分。構成銀粉末的銀粒子於煅燒時,多個粒子伴隨燒結而一體化,表觀的體積減少。即,於燒結時銀粒子的位置移動。另外,伴隨燒結,銀粒子的形狀理想為以失去粒子間隙的方式變化。於本文所揭示的技術中,以於煅燒時銀粒子被更細密地填充而形成氣孔少的電極的方式,調整銀粉末的各種性狀。
即,本文所揭示的技術中,銀粉末包含平均粒徑相對大的第1銀粉末、與相對於該第1銀粉末而言平均粒徑相對小的第2銀粉末。該些是以煅燒時更好地失去粒子間隙的方式規定彼此的性狀。以下,對各銀粉末進行說明。
[第1銀粉末] 第1銀粉末可為藉由在煅燒過程中構成銀粉末的銀粒子彼此進行燒結來構成銀電極的主體的要素。該燒結中,銀粒子一般在熔點以下的溫度下軟化並熔融,以固相狀態或伴隨液相而產生物質移動,藉此進行細密一體化。而且,通過之後的放熱而使物質移動停止,從而獲得燒結體。此種第1銀粉末是以(A1)灼燒減量、(A2)振實密度、(A3)最大縱橫比及(A4)比表面積變成特定的範圍的方式來規定。以下,對各物性值進行說明。
(A1)灼燒減量(Ig-loss) 灼燒減量是表示將銀粉末自室溫加熱至600℃時的質量減少量的比例(%)的指標。因此種加熱而減少的成分是於煅燒時燃盡的成分(揮發成分),可於對第1銀粉末進行煅燒時阻礙銀粒子的順利的移動及填充。另外,在煅燒中殘留於銀電極內而可形成氣泡。可認為該揮發成分主要包含有機物,例如可為源自為了提高銀粉末的分散性而附著於銀粉末的表面上的分散劑、界面活性劑等的成分。於本文所揭示的技術中,為了抑制所述銀粒子的填充性的下降,將銀粉末的灼燒減量限制為0.05%以下。該灼燒減量較佳為0.045%以下,更佳為0.04%以下,特佳為0.035%以下。灼燒減量雖然亦取決於測定裝置的性能,但實質上可為0%。
(A2)振實密度 振實密度是表示藉由利用特定的振實條件的衝擊來消除由自然填充至容器中的粉體的凝聚所產生的空隙時的輕壓密狀態下的鬆密度的指標。此處,採用將振實的條件設為振實高度:5 cm、振實速度:100次/分鐘、振實次數:1000次時的振實密度。若銀粉末的振實密度過低,則供給至基材上時的銀粒子的排列容易變成空隙大的排列,進而於煅燒時當銀粒子移動時,填充性亦難以變高,故不佳。就所述觀點而言,於本文所揭示的技術中,將第1銀粉末的振實密度規定成5 g/cm3
以上。振實密度較佳為5.1 g/cm3
以上,更佳為5.2 g/cm3
以上,特佳為5.3 g/cm3
以上。振實密度的上限並無特別限制。粉體的密度存在振實密度<表觀密度≦比重的關係。因而,較佳為更接近根據第1銀粉末的平均粒徑等所算出的最密填充密度、或進而更接近銀的比重(10.50 g/cm3
)。
(A3)最大縱橫比 本文所揭示的第1銀粉末因供於煅燒,故構成第1銀粉末的銀粒子越接近正球形,填充性變得越佳,可稠密地構成作為煅燒物的電極。因而,妨礙所述煅燒時的填充性的非球形粒子的存在並不佳。於本文所揭示的技術中,將第1銀粉末中的銀粒子的最大縱橫比限制為1.4以下,藉此確保構成第1銀粉末的銀粒子的填充性高。再者,粒子的填充性最可能受到形狀背離正球的粒子阻礙,認為其與電極的更大的氣孔的形成相關聯。就此種觀點而言,將最大縱橫比而非平均縱橫比作為評價的指標。第1銀粉末的最大縱橫比較佳為1.35以下,更佳為1.3以下,特佳為1.25以下。 再者,本說明書中所謂最大縱橫比,是指於電子顯微鏡觀察中的三個視場以上的觀察像的各者中,選擇被認為縱橫比最高的三個銀粒子並對該些銀粒子所測定的縱橫比的算術平均值。另外,縱橫比是於將觀察像內的銀粒子的最大長徑(最大長度)設為a,將與該最大長徑正交的銀粒子的最大寬度設為b時,作為「a/b」所算出的指標。
(A4)比表面積 比表面積是由每單位重量來表示第1銀粉末所具備的表面積的值,且可為反映構成第1銀粉末的銀粒子的大小與表面形態的指標。一般而言,關於平均粒徑相同的粉體,可能存在比表面積越大,粒子的形狀越遠離正球形的傾向。因而,於本文所揭示的技術中,規定使用基於BET法的比表面積為0.8 m2
/g以下的銀粉末。再者,該0.8 m2
/g的比表面積相當於直徑約為0.7 μm的正球的銀粒子的比表面積。於本發明中,作為用於形成電子元件的電極的銀粉末,藉由所述值來評價適當與否。銀粉末的比表面積較佳為0.75 m2
/g以下,更佳為0.65 m2
/g以下,特佳為0.6 m2
/g以下。再者,比表面積小亦表示第1銀粉末的平均粒徑粗大。因而,雖因亦取決於電子元件的用途,故無法一概而論,但基於BET法的比表面積較佳為大概0.1 m2
/g以上,更佳為0.15 m2
/g以上。
本文所揭示的技術如所述般,為了更良好地提高第1銀粉末的煅燒時的填充性,而將所述四個指標組合來採用,並將其值調整成最合適的值。因而,為了形成電阻更低的電極,第1銀粉末必須同時滿足所述四個必要條件。藉此,當於比塊狀銀的熔點(約962℃)更低的溫度下對該第1銀粉末進行煅燒時,可獲得更細密的煅燒物。進而,可形成電阻率低的電極。
(A5)平均粒徑 再者,第1銀粉末的平均粒徑只要滿足所述必要條件,則並無特別限定。然而,就可較佳地用於目前的電子元件的製造的觀點而言,將平均粒徑設為特定的範圍者亦為較佳的態樣。若第1銀粉末的平均粒徑過小,則雖然於更低的溫度下進行燒結,但容易凝聚且煅燒時的銀粒子的填充性下降,故不佳。另外,難以取得與後述的第2銀粉末的平衡,因此不佳。因而,第1銀粉末的平均粒徑例如可為0.5 μm以上,可設為1.0 μm以上,典型的是,較佳為將1.5 μm以上作為基準。平均粒徑較佳為1.8 μm以上,更佳為2 μm以上,特佳為2.2 μm以上。另外,若銀粉末的平均粒徑過大,則因燒結而必須長時間曝露於高溫下,另外,就不滿足於低溫下實現燒結的要求這一方面而言不佳。因而,銀粉末的平均粒徑可將例如5 μm以下作為基準。平均粒徑較佳為4.5 μm以下,更佳為4 μm以下,特佳為3.5 μm以下。 再者,本說明書中的銀粉末的「平均粒徑」,採用基於雷射繞射·散射法的體積基準的粒度分佈中的累積體積50%時的粒徑(D50
)。以下,將關於第1銀粉末的累積體積50%時的粒徑(平均粒徑)表示為DL50
,將關於第2銀粉末的累積體積50%時的粒徑(平均粒徑)表示為DS50
。
另外,作為第1銀粉末,較佳為粒度分佈鮮明(狹窄)者。例如,可較佳地使用實質上不含平均粒徑為10 μm以上的粒子的銀粉末。進而,作為粒度分佈鮮明的指標,可採用基於雷射繞射·散射法的粒度分佈中的自小粒徑側起的累積10%體積時的粒徑(DL10
)與累積90%體積時的粒徑(DL90
)的比(DL10
/DL90
)。在構成粉末的粒徑全部相等的情況下,DL10
/DL90
的值變成1,相反地粒度分佈越寬廣,該DL10
/DL90
的值越接近0。較佳為使用如DL10
/DL90
的值為0.15以上,例如0.15以上、0.5以下的粒度分佈比較狹窄的粉末。
(A6)比重 第1銀粉末的比重雖然未嚴格地限定,但更佳為例如構成第1銀粉末的銀粒子本身所含的氣孔的比例少。因而,較佳為例如利用定容積膨脹法對第1銀粉末所測定的比重(亦稱為真密度)高。於本說明書中,第1銀粉末的比重採用藉由使用氦氣的定容積膨脹法所測定的值。第1銀粉末的比重可將大概10.3 g/cm3
以上作為基準,例如可設為10.35 g/cm3
以上。進而,第1銀粉末的比重較佳為10.4 g/cm3
以上,更佳為10.45 g/cm3
以上,特佳為10.5 g/cm3
以上。
[第2銀粉末] 第2銀粉末為與粒徑更大的所述第1銀粉末一起使用,並進入至第1銀粉末的間隙中,藉此有效地提高該些第1銀粉末及第2銀粉末的混合粉末的填充性的要素。此種第2銀粉末就僅相對於第1銀粉末的相對粒徑小而言,不可以說是適當的性狀。第2銀粉末要求於藉由煅燒而與第1銀粉末一同熔融,並藉由放熱而凝固時,確實地提高所形成的銀電極的細密性。此種第2銀粉末是以(B1)灼燒減量變成特定的範圍的方式來規定。另外,以第1銀粉末的平均粒徑(DL50
)與第2銀粉末的平均粒徑(DS50
)的比(DL50
/DS50
)為5以上的方式構成。以下,對第2銀粉末進行說明。
(B1)灼燒減量(Ig-loss) 灼燒減量於所述第1銀粉末的說明時進行了詳細敘述,因此省略再次說明。關於第2銀粉末,灼燒減量亦限制為0.05%以下。第2銀粉末的灼燒減量較佳為0.045%以下,更佳為0.04%以下,特佳為0.035%以下。灼燒減量雖然亦取決於測定裝置的性能,但實質上可為0%。
(B2)最大縱橫比 再者,第2銀粉末要求相對於第1粉末而為小粒徑,但其他性狀可與第1粉末相同。即,第2銀粉末較佳為最大縱橫比為1.4以下。第2銀粉末的最大縱橫比較佳為1.35以下,更佳為1.3以下,特佳為1.25以下。
(B3)平均粒徑比(DL50
/DS50
) 第1銀粉末與第2銀粉末較佳為彼此的平均粒徑可較佳地取得平衡。即,第1銀粉末的平均粒徑(DL50
)與第2銀粉末的平均粒徑(DS50
)的比(DL50
/DS50
)為5以上。藉此,於將包含第1銀粉末與第2銀粉末的銀糊供給至基板上時,第1銀粉末與第2銀粉末填充性良好地以三維方式進行排列,例如藉由所述排列而乾燥。另外,於糊的乾燥物(亦稱為乾燥塗膜)進行煅燒時,第1銀粉末與第2銀粉末可一面進行熔融,一面以進而彼此的間隙消失的方式且填埋間隙的方式進行填充。該熔融物冷卻並凝固,藉此可形成細密的銀電極。例如可形成史無前例的接近銀塊的電阻率的低電阻的銀電極。平均粒徑比(DL50
/DS50
)較佳為8以上,更佳為10以上,特佳為12以上。例如可為15以上。平均粒徑比(DL50
/DS50
)並無特別限定,就第1銀粉末的平均粒徑(DL50
)的較佳範圍、與第2銀粉末的操作性良好的平均粒徑(DS50
)的關係而言,例如可設為75以下,可為50以下,例如亦可為45以下。
(B4)平均粒徑 第2銀粉末的平均粒徑與第1銀粉末的平均粒徑的關係只要滿足所述平均粒徑比(DL50
/DS50
),則並無特別限定。然而,實際上第2銀粉末的平均粒徑例如可為0.05 μm以上,典型的是,較佳為將0.1 μm以上作為基準。另外,第2銀粉末的平均粒徑例如可設為0.6 μm以下(未滿0.6 μm),亦可為0.5 μm以下(未滿0.5 μm),特佳為0.4 μm以下。進一步限定而言,可設為0.1 μm以上、0.3 μm以下的範圍。
(B5)質量比例(WS
) 第2銀粉末藉由相對於第1銀粉末以極少量進行混合,與單獨使用第1銀粉末的情況相比較而言,可使糊的乾燥密度上昇。進而,亦可提高所形成的銀電極的密度。然而,為了更清楚地獲得該些效果,第1銀粉末中所混合的第2銀粉末的比例較佳為某程度地多。例如在第1銀粉末的質量(WL
)與第2銀粉末的質量(WS
)的總量(WL
+WS
)中所佔的第2銀粉末的質量(WS
)的比例較佳為超過10質量%,更佳為15質量%以上,特佳為20質量%以上。然而,若更小粒徑的第2銀粉末的比例過多,則銀糊的黏性過度上昇,或穩定性變低,或操作性惡化,因此不佳。例如,第2銀粉末的比例較佳為將50質量%以下作為基準。以所述方式取得兩者的平衡,藉此可簡便地形成細密的銀電極。
[銀糊] 以上的銀粉末於以混合狀態供給至基材後進行煅燒,使構成銀粉末的第1銀粉末與第2銀粉末一體地進行燒結,藉此可獲得作為燒結物的銀電極(可為配線)。銀粉末朝黏合劑樹脂中的供給方法並無特別限制。於本文所揭示的技術中,為了使所述銀粉末的供給性及操作性變得良好,亦可以使銀粉末分散於有機載體成分中而成的銀糊的形態提供。所述銀糊本質上包含銀粉末與有機載體成分。
再者,作為有機載體成分,可對應於所期望的目的,無特別限制地使用自先前以來用於此種銀糊的各種有機載體成分。典型的是,有機載體成分作為各種組成的黏合劑樹脂與分散媒(可為溶劑)的混合物來構成。於所述有機載體成分中,黏合劑樹脂可全部溶解於分散媒中,亦可一部分溶解或分散(可為所謂的乳液型的有機載體)。
黏合劑樹脂是於藉由對所製備的銀糊進行印刷、乾燥等來進行成膜化的階段中,承擔使銀粒子彼此、及銀粒子與基材結合的作用的成分。因而,於銀粒子藉由煅燒而一體化後,黏合劑樹脂可能成為不需要的電阻成分。因而,該黏合劑樹脂較佳為於比後述的煅燒溫度低的溫度下消失,而不會殘存於電極中的成分。作為此種黏合劑樹脂,可無特別限制地使用具有黏合劑功能的有機化合物。具體而言,例如可較佳地使用將乙基纖維素、羥基乙基纖維素、羧基甲基纖維素等纖維素系高分子,聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯等丙烯酸系樹脂,環氧樹脂,酚樹脂,醇酸樹脂,聚乙烯醇、聚乙烯丁醛等乙烯基系樹脂,松香或馬來酸化松香等松香系樹脂等作為基礎的黏合劑樹脂。特別是就可較佳地實現可進行良好的網版印刷的黏度特性而言,較佳為使用纖維素系高分子(例如乙基纖維素)。
再者,如上所述,該銀粉末的燒結性及燒結時的填充性優異。因而,於形成電阻率更低的電極的目的中,銀糊較佳為不含銀粉末及有機載體成分以外的成分。例如,該銀糊的較佳態樣為除有機載體成分以外,不含例如亦可稱為無機黏合劑的玻璃粉。
作為構成有機載體的分散媒而較佳者是沸點大體為200℃以上(典型的是約200℃~260℃)的有機溶劑。可更佳地使用沸點大體為230℃以上(典型的是略為230℃~260℃)的有機溶劑。作為此種有機溶劑,可較佳地使用丁基溶纖劑乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯(butyl carbitol acetate,BCA:二乙二醇單丁醚乙酸酯)等酯系溶劑,丁基卡必醇(butyl carbitol,BC:二乙二醇單丁醚)等醚系溶劑,乙二醇及二乙二醇衍生物,甲苯、二甲苯、礦油精、萜品醇(terpineol)、薄荷腦(menthanol)、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯(texanol)等有機溶劑。作為特佳的溶劑成分,可列舉:丁基卡必醇(BC)、丁基卡必醇乙酸酯(BCA)、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯等。
銀糊中所含的各構成成分的調配比例亦可根據電極的形成方法,典型的是印刷方法等而適宜調整,大概可根據以自先前以來所採用的此種銀糊為標準的調配比例來構成。作為一例,例如可將以下的調配作為基準來決定各構成成分的比例。
即,當將糊整體設為100質量%時,銀粉末於銀糊中所佔的含有比例適當的是大體設為80質量%以上(典型的是80質量%~98質量%),更佳為83質量%~96質量%左右,例如較佳為設為85質量%~95質量%左右。提高銀粉末的含有比例與降低黏合劑樹脂的比例相關聯,就可形狀精度良好地形成氣孔少且細密的電極圖案這一觀點而言較佳。另一方面,若該含有比例過高,則有時糊的處理性或對於各種印刷性的適應性等下降。
而且,當將銀粉末的質量設為100質量%時,較佳為以大體10質量%以下,典型的是0.3質量%~8質量%左右的比例含有有機載體成分中的黏合劑樹脂。特佳為相對於銀粉末100質量%,以0.5質量%~6質量%的比例含有。再者,所述黏合劑樹脂例如可包含溶解於有機溶劑中的黏合劑樹脂成分及未溶解於有機溶劑中的黏合劑樹脂成分。在包含溶解於有機溶劑中的黏合劑樹脂成分及未溶解於有機溶劑中的黏合劑樹脂成分的情況下,雖然該些的比例並無特別限制,但例如可使溶解於有機溶劑中的黏合劑樹脂成分佔(1成~10成)。 再者,所述有機載體的整體的含有比例可結合所獲得的糊的性狀而變化,作為大致的基準,當將銀糊整體設為100質量%時,例如適當的是變成2質量%~20質量%的量,較佳為5質量%~15質量%,尤其更佳為變成5質量%~10質量%的量。
另外,於不脫離本發明的目的的範圍內,本文所揭示的銀糊可包含所述以外的各種無機及/或有機質的添加劑。作為所述添加劑的較佳例,例如可列舉:界面活性劑、消泡劑、抗氧化劑、分散劑、黏度調整劑等添加劑。然而,銀糊更佳為不包含亦可變成雜質的該些成分的態樣。
此種銀糊可藉由以變成特定的調配(質量比例)的方式秤量所述材料,並以變成均質的方式進行混合來製備。材料的攪拌混合例如可使用三輥磨機、輥磨機、磁攪拌器、行星式混合機、分散機等公知的各種攪拌混合裝置來實施。 糊的較佳的黏度亦根據作為目標的電極的厚度(進而,糊印刷體的厚度)等而不同,因此並無特別限定。例如,在形成適合於積層陶瓷晶片的內部電極的形狀狀的(例如厚度為50 μm左右的)印刷體的情況下,可以銀糊的黏度變成350 Pa·s~450 Pa·s(10 rpm、25℃)的方式製備。藉此,可提高位置精度與形狀精度來印刷電極圖案。
所述糊較佳為於供給至基材上後,於50℃~150℃下靜置15分鐘~30分鐘左右來去除分散媒後進行煅燒。本文所揭示的銀糊因銀粉末的形狀較佳地進行調整,因此於去除分散媒後所獲得的乾燥物(乾燥塗膜)的階段可為細密(即高密度)。所述乾燥物的乾燥密度例如可設為7.2 g/cm3
以上,較佳為7.3 g/cm3
以上,更佳為7.4 g/cm3
以上,特佳為7.5 g/cm3
以上,例如可為7.6 g/cm3
以上。藉由可形成此種高密度的乾燥物,即便藉由更低溫度下的煅燒,亦可形成作為煅燒物的細密的電極。例如,圖2及圖3中分別例示了利用本文所揭示的技術而形成的電極、與現有電極的剖面SEM像。與圖3的電極相比,圖2的電極中明顯地抑制氣孔的形成而為細密。如此,可以說在乾燥物的階段實現高的乾燥密度可顯著地提高低溫時的銀粉末的燒結性。
煅燒溫度例如可基於銀粉末的燒結溫度而適當地決定。煅燒溫度雖亦取決於銀粉末的組成,但關於可看作純銀(例如純度為99.9%以上)的銀粉末,可設為比作為熔點的962℃低的溫度。因而,煅燒溫度例如可與現有的銀粉末同樣地設為800℃~900℃左右的溫度範圍。然而,本文所揭示的銀粉末可獲得電阻比於相同溫度下對現有的銀粉末進行煅燒時低的銀電極。進而,即便於以比現有的銀粉末低的溫度進行煅燒的情況下,亦可實現與現有相同程度或更低的電阻率的電極。因而,該銀粉末較佳為於例如900℃以下(未滿900℃)的溫度下進行煅燒。煅燒溫度更佳為850℃以下(未滿850℃),進而更佳為800℃以下(未滿800℃),特佳為750℃以下(未滿750℃)。例如,煅燒溫度可設為700℃以下(未滿700℃),特別是650℃以下(未滿650℃),例如600℃左右(典型的是580℃~620℃)。煅燒溫度的下限並無特別限制,例如例示設為550℃以上。
以上的銀糊的煅燒物特別是在600℃這一低溫下進行煅燒時所獲得的電極的電阻率特別低(例如,未滿2.1 μΩ·cm,較佳為2 μΩ·cm以下,特佳為1.9 μΩ·cm以下)。因而,可較佳地用作藉由所述溫度下的煅燒而特別要求低電阻率的用途的電極。 作為此種用途,例如可列舉各種構成及用途的電子元件的電極。作為較佳例,例如可列舉將使煅燒溫度下降至900℃左右以下的低溫同時煅燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics:LTCC)作為基材的陶瓷配線基板作為較佳例。於製造所述LTCC時,利用銀糊於陶瓷基板的生胚片(green sheet)上印刷配線圖案,藉此就可對陶瓷基板與電極進行共煅燒的方面而言亦較佳。因而,作為特別理想的用途,可列舉將印刷有所述配線圖案的生胚片積層並進行煅燒,並具備電極作為內部電極(內層配線)的積層陶瓷晶片。作為所述積層陶瓷晶片,並無特別限制,可列舉:積層陶瓷電容器(Multi-Layer Ceramic Capacitor:MLCC)、積層陶瓷電感器、積層陶瓷變阻器、積層正溫度係數(Positive Temperature Coefficient,PTC)熱阻器、積層負溫度係數(Negative Temperature Coefficient,NTC)熱阻器等。其中,可列舉為了抑制由內部電極所引起的焦耳熱的損失,而對電極要求更低的電阻率的積層陶瓷電感器作為理想的應用例。
圖1是示意性地表示積層晶片電感器1的剖面圖。該圖中的尺寸關係(長度、寬度、厚度等)或電介質層的積層數等的構成未必反映實際的尺寸關係及態樣。 積層晶片電感器1是例如將使用肥粒鐵粉末所形成的多個電介質層(陶瓷層)12積層一體化而形成的單片型(monolithic type)的積層陶瓷晶片。於各電介質層12之間具備作為內部電極22的線圈導體。線圈導體於各電介質層12之間形成線圈的一部分,且夾持電介質層12的兩個線圈導體透過設置於電介質層12片中的通路孔而導通。藉此,藉由內部電極22的整體而以變成三維的線圈形狀(螺旋)的方式構成。另外,積層晶片電感器1於其外表面中的相當於電介質層12的側面的部位具備外部電極20。
該積層晶片電感器1典型的是可藉由以下的程序來製造。即,首先,將以肥粒鐵粉末為主體的分散體供給至載片上,而形成包含電介質材料的生胚片。設為將該生胚片的煅燒溫度降低至900℃程度以下的調配。而且,藉由雷射照射等而於該生胚片的特定的位置上形成通路孔。繼而,以特定的電極圖案(線圈圖案)將本文所揭示的銀糊印刷於特定的位置上。若有必要,則亦可將為了通孔而製備的銀糊印刷於通路孔上。製作多片(例如100片以上)帶有此種電極圖案的生胚片,並將該些生胚片積層、壓接,藉此製作未煅燒的電子元件本體10。繼而,使所述積層晶片乾燥,並於特定的加熱條件(最高煅燒溫度為900℃以下)下煅燒特定時間(作為維持最高煅燒溫度的時間,例如為10分鐘~5小時左右)。藉此,生胚片得到煅燒,並且生胚片被一體地煅燒,而形成單片的電介質層12。另外,電極糊得到煅燒而形成內部電極22。藉此,製作於多個電介質層12之間夾持有內部電極22的形態的積層晶片電感器1的電子元件本體10。之後,將外部電極形成用的導電性糊塗佈於該電子元件本體10的所期望的部位上,並進行煅燒,藉此形成外部電極20。如此,可製造積層晶片電感器1。再者,所述積層晶片電感器1的構築製程並未特別對本發明賦予特徵,故省略詳細說明。
此處,用於內部電極22的形成的銀糊將所使用的銀粉末的灼燒減量抑制得低,可形成氣孔少且細密的電極。另外,例如可於600℃~700℃左右的低溫下進行煅燒。即便於在此種低溫下進行煅燒的情況下,內部電極22亦可實現例如2 μΩ·cm以下的低電阻率。而且,電介質層12包含直流重疊特性優異的電介質材料。內部電極22因可實現2 μΩ·cm以下的低電阻率,故提供由電極所引起的焦耳熱的損失小、可流入大電流的電源電路中所使用的晶片電感器1。例如,晶片的形狀可由1608形狀(1.6 mm×0.8 mm)、2520形狀(2.5 mm×2.0 mm)等尺寸來實現。
以下,對與本發明有關的若干實施例進行說明,但並非意在將本發明限定於該實施例所示者。
[實施形態1] (銀粉末) 首先,作為成為本例的銀糊的主體的大粒徑的銀粉末,準備下述的銀粉末A及B。 銀粉末A的平均粒徑(DL50
)為1.8 μm,Ig-loss為0.04%,振實密度為5.3 g/cm3
,最大縱橫比為1.2,BET比表面積為0.74 m2
/g,比重為10.5 g/cm3
。 銀粉末B的DL50
為2.4 μm,Ig-loss為0.42%,振實密度為5.7 g/cm3
,最大縱橫比為1.5,BET比表面積為0.41 m2
/g,比重為9.6 g/cm3
。
另外,作為與大粒徑粉末組合使用的小粒徑的銀粉末,準備五種銀粉末a~銀粉末e。 銀粉末a的平均粒徑(DS50
)為0.1 μm,Ig-loss為0.02質量%。 銀粉末b的DS50
為0.2 μm,Ig-loss為0.02質量%。 銀粉末c的DS50
為0.3 μm,Ig-loss為0.02質量%。 銀粉末d的DS50
為0.6 μm,Ig-loss為0.02質量%。 銀粉末e的DS50
為0.2 μm,Ig-loss為0.70質量%。
再者,藉由下述的程序來測定銀粉末的灼燒減量、振實密度、最大縱橫比、比表面積、平均粒徑、比重及乾燥密度。
[灼燒減量(Ig-loss)] 將各銀粉末各秤量約25 mg,並使用示差熱天平(理學(Rigaku)股份有限公司製造,TG8120)測定灼燒減量。測定條件是將乾燥溫度設為110℃,將相對於乾燥後的試樣的質量的自室溫加熱至600℃時的質量減少量的比例(%)設為灼燒減量。再者,將測定環境設為乾燥空氣,將昇溫速度設為10℃/min。
[振實密度] 將各銀粉末各秤量20 g(20.00±0.02 g),投入至容量為20 mL的量筒中後,藉由振實裝置來進行振實。將振實的條件設為振實高度:5 cm,振實速度:100次/min,振實次數:1000次。而且,測定振實後的粉末體積,並將銀粉末的質量除以振實後的粉末體積(表觀體積),藉此算出振實密度。再者,振實密度的測定是依據JIS Z2512:2012中所規定的金屬粉-振實密度測定方法來進行。
[最大縱橫比] 利用掃描式電子顯微鏡(基恩斯(Keyence)股份有限公司製造,VE-9800)觀察各銀粉末,並針對三個視場取得10000倍倍率的觀察像。而且,針對該些觀察像的各者,選定判斷為最大的三個銀粒子,並測定縱橫比。而且,將針對共計9個粒子所獲得的縱橫比的平均值設為最大縱橫比。再者,縱橫比是於將觀察像內的銀粒子的最大長徑(最大長度)設為a,將與該最大長徑正交的寬度設為b時,作為「a/b」所算出的指標。
[比表面積] 使用自動比表面積·細孔分佈測定裝置(貿騰(Mountech)(股)製造,馬克素布(Macsorb)HM型-1210)測定各銀粉末的比表面積。作為吸附氣體,使用氮氣。另外,比表面積藉由BET一點法來算出。
[平均粒徑] 使用雷射繞射·散射式粒度分佈測定裝置(堀場製作所股份有限公司製造,LA-920)對各銀粉末的平均粒徑進行測定。將平均粒徑設為藉由粒度分佈測定所獲得的體積基準的粒度分佈中的累積50%粒徑。
[比重] 使用乾式自動密度計(島津製作所(股)製造,麥克默瑞提克阿丘皮克(Micromeritics Accupyc)II1340),並藉由定容積膨脹法來測定各銀粉末的比重。作為置換氣體,使用氦氣(He)。
(銀糊) <參考例R1> 相對於銀粉末A 90質量份,以作為黏合劑的乙基纖維素1.5質量份、作為分散媒的丁基卡必醇8.5質量份的比例進行調配,並利用三輥磨機均勻地混合,藉此製備參考例R1的銀糊。
<例1~例4> 如下述表1所示,參考例R1中的銀粉末A中70質量%保持原樣,將剩餘30質量%分別置換為小粒徑的銀粉末a、b、c、d,其他條件同樣地進行而分別製備例1、例2、例3、例4的銀糊。
<例5> 參考例R1中的銀粉末A中70質量%保持原樣,將剩餘30質量%置換為小粒徑的銀粉末e,其他條件同樣地進行而製備例5的銀糊。
<例6> 使用銀粉末B來替換例5中的銀粉末A,其他條件同樣地進行而製備例6的銀糊。
再者,將大粒徑的銀粉末與小粒徑的銀粉末以預先乾燥的狀態混合後製備糊。將各例的銀糊中使用的大粒徑的銀粉末的平均粒徑(DL50
)、與小粒徑的銀粉末的平均粒徑(DS50
)的比(DL50
/DS50
)記載於表1的「比DL50
/DS50
」一欄中。另外,為了使各例的銀糊的印刷性一致,以糊的黏度變成350 Pa·s~450 Pa·s(10 rpm、25℃)的方式稍微調整分散媒的量。
[乾燥密度] 使用敷料器以約150 μm的厚度將所述準備的參考例R1及例1~例6的銀糊供給至基材上,並於130℃下乾燥1小時,藉此形成乾燥塗膜。而且,將該乾燥塗膜挖空成直徑為15 mm的圓盤狀,藉此準備各例各5個測定用試樣。而且,測定該測定用試樣的質量、半徑及厚度,藉此基於下式來算出乾燥塗膜的密度(乾燥密度)。 (乾燥密度)=(質量)/{π×(半徑)2
×(厚度)} 質量及半徑是對各測定用試樣各測定1次。厚度是使用數位電子測微計(安立(Anritsu)股份有限公司製造,K351C),於三處對各測定用試樣進行測定,並採用其平均值。乾燥密度採用針對5個測定用試樣所獲得的值的算術平均值,並示於表1的「乾燥密度」一欄中。
(電極) 藉由網版印刷法來將該銀糊圖案印刷於基材上,於130℃下乾燥30分鐘後進行煅燒,藉此於基材上製作銀線電極(煅燒物)。作為基材,使用氧化鋁板。另外,銀糊是以變成煅燒後的線寬為約200 μm、煅燒厚度為20 μm~40 μm、線間間距為200 μm的條紋狀的方式進行印刷。將煅燒溫度設為600℃,對於一部分銀糊而言,使煅燒溫度變化為700℃、800℃、900℃而形成銀線電極。
[電阻率] 使用數位萬用電表(岩通計測(股)製造,SC-7401),並利用二端子法,以端子間隔(導體長度)為100 mm的形式測定以所述方式製作的銀線電極的電阻率。而且,根據該電阻值並基於下式來算出片電阻值。將所獲得的電阻率連同煅燒溫度一同示於表1的「電阻率」一欄中。
[表1] 表 1
如表1所示,可知於僅使用大粒徑的銀粉末A的參考例R1中,藉由700℃~900℃的煅燒而可形成電阻率為1.9 μΩ·cm的低電阻的銀線電極。然而,對600℃的低溫煅燒而言,電阻率上昇為2.1 μΩ·cm,存在改善的餘地。
相對於此,可知如例1~例4所示,藉由相對於大粒徑的銀粉末A而併用小粒徑的銀粉末a~銀粉末d來製備銀糊,可大幅度地提高銀糊的乾燥密度。可知,所併用的小粒徑的銀粉末的直徑越小而銀糊的乾燥密度變得越高,例4的銀糊的乾燥密度較參考例R1而言高約1%,於例1的銀糊中較參考例R1而言高約10%。而且可知,藉由於600℃下對使用此種銀糊而製作的乾燥塗膜進行煅燒,例1~例3中可形成電阻率低至1.9 μΩ·cm的線電極。然而,由例4的糊所獲得的線電極的電阻率為2.1 μΩ·cm,與參考例R1相比未實現降低電阻率。認為其原因在於:若大粒徑的銀粉末A與小粒徑的銀粉末a~銀粉末d的平均粒徑比(DL50
/DS50
)超過3(例如為5以上),則在糊的乾燥塗膜的階段中小粒徑的銀粉末較佳地進入大粒徑的銀粉末的間隙,藉由煅燒而可形成稠密的電極。然而,若平均粒徑比(DL50
/DS50
)為3以下,則小粒徑的銀粉末的平均粒徑變得相對過大,明顯存在小粒徑的銀粉末擴大大粒徑的銀粉末的間隙的情況,未實現煅燒後的電極的低電阻化。
再者,關於例2的銀糊,使煅燒溫度以700℃~900℃變化。其結果為,可知當將煅燒溫度設為700℃及800℃時,與在600℃下進行煅燒時相比較,無法明確地降低電極的電阻率,但藉由在900℃下進行煅燒,可有意地將電阻率降低至1.8 μΩ·cm。認為對例1、例3、例4而言亦同樣地顯現出此種傾向。該些銀糊可藉由600℃下的低溫煅燒而形成低電阻的銀電極,當然可以說藉由提高煅燒溫度,可形成進而更細密且低電阻的電極。
另一方面,於使用小粒徑的銀粉末e的例5的糊中,較參考例R1而言可較佳地提高乾燥密度(增加約2%),但若與使用平均粒徑相同的銀粉末b的例2進行比較,則結果為乾燥密度變低。認為其原因在於:銀粉末e中存在縱橫比高的粒子,因此在糊的塗佈及乾燥的階段中,銀粉末e無法較佳地填埋銀粉末A的間隙。另外,於例5中藉由600℃的煅燒,無法形成電阻較參考例R1而言更低的線電極。認為其原因在於:銀粉末e的Ig-loss大,因此於電極的煅燒中銀粉末的有機成分自乾燥塗膜變成氣體而揮發,阻礙銀粉末的熔融·燒結時的密實化(densification)。
另外,於使用大粒徑的銀粉末B與小粒徑的銀粉末e的例6中,與例5或參考例R1相比較而言,無法提高乾燥密度或降低電阻率。認為其原因在於:大粒徑的銀粉末B自身存在縱橫比高的粒子,因此無法良好地進行大粒徑的粉末的填充自身,於乾燥塗膜形成大的空隙。
由此可知,藉由相對於具有適當性狀的大粒徑的銀粉末而併用更小粒徑的銀粉末來製備糊,與僅使用大粒徑的銀粉末的情況相比,可降低藉由600℃的煅燒而形成的導體膜的電阻率。再者,小粒徑的銀粉末相對於大粒徑的銀粉末的平均粒徑比(DL50
/DS50
)較佳為例如為5以上。另外,可知於該情況下,關於小粒徑的銀粉末亦需要降低Ig-loss,例如設為0.05質量%以下。
[實施形態2] (銀糊) 如表2所示,作為成為銀糊的主體的大粒徑的銀粉末,使用銀粉末C來替換實施形態1中的銀粉末A,其他條件同樣地進行而分別準備參考例R2的銀糊、與例7~例11的銀糊。 銀粉末C的平均粒徑(DL50
)為2.6 μm,Ig-loss為0.05%,振實密度為5.9 g/cm3
,最大縱橫比為1.1,BET比表面積為0.38 m2
/g,比重為10.5 g/cm3
。
使用所準備的R2與例7~例11的銀糊,與實施形態1同樣地進行而測定乾燥密度,並藉由600℃~900℃下的煅燒來形成銀線電極,測定電阻率。將乾燥密度及電阻率的測定結果示於表2的該欄中。
[表2] 表 2
※H的混合粉末振實密度為5.9 g/cm3
如表2所示,可知藉由使用平均粒徑較銀粉末A、B而言更大的銀粉末C作為大粒徑的銀粉末,單獨包含銀粉末C的參考例R2的銀糊的乾燥密度較參考例R1的糊的乾燥密度而言變低。然而,可知藉由相對於該銀粉末C而加入小粒徑的銀粉末a~銀粉末e來製備銀糊7~銀糊11,可大幅度地提高乾燥密度。於例7~例10中,可確認到小粒徑的銀粉末的平均粒徑變得越小而乾燥密度越變高。再者,於例11中,確認到小粒徑的銀粉末e中存在縱橫比高的粒子等,無法利用銀粉末e有效地填埋大粒徑的銀粉末C的間隙,乾燥密度並未那麼提高。可知,例7~例11的糊的乾燥密度較參考例R2的糊的乾燥密度而言,例11中提高約2%,例10中提高約8%,例9中提高約13%,例8中提高約15%,例7中提高約20%。再者,例如例8的銀粉末C與銀粉末b的混合粉末的振實密度為5.9 g/cm3
,與參考例R2的銀粉末C的振實密度一致,但例8的乾燥密度較參考例R2而言更高,藉由600℃煅燒而帶來的電阻值變低。由此可知,較粉末的狀態而言,銀粉末C與銀粉末b的組合於製備成銀糊後的情況下,分散性及填充性得到改善,可形成極細密的乾燥塗膜。另外,其結果可知,即便在600℃的低溫下亦可實現極良好的燒結。
另外,可知參考例R2與例7~例11中所形成的電極的電阻率和實施形態1的參考例R1與例1~例5中所形成的電極的電阻率成為略相等的值。銀粉末A及C雖平均粒徑不同,但均為適於藉由700℃~900℃下的煅燒而形成低電阻的銀電極的性狀的粉末。該些粉末在單獨使用的情況下,均可藉由700℃~900℃下的煅燒而形成1.9 μΩ·cm的電阻較低的銀電極,藉由600℃下的煅燒而形成2.1 μΩ·cm的電阻較低的銀電極。然而,可知根據本文所揭示的技術,藉由與所述實施形態1同樣地,併用更小粒徑的銀粉末來製備糊,與僅使用大粒徑的銀粉末的情況相比,可將藉由600℃這一更低溫度下的煅燒而形成的導體膜的電阻率降低至1.9 μΩ·cm。再者,可知此時的小粒徑的銀粉末相對於大粒徑的銀粉末的平均粒徑比(DL50
/DS50
)較佳為超過4,例如5以上。
另外,關於使用Ig-loss高的小粒徑的銀粉末e的例11,使煅燒溫度以700℃~900℃變化。其結果為可確認到,與對參考例R2或例8的銀糊觀察到的電阻率特性不同,在煅燒溫度為800℃以上的情況下,電阻率急速上昇至2.2 μΩ·cm~2.4 μΩ·cm。認為其原因在於:藉由高溫下的煅燒,小粒徑的銀粉末中所含的有機成分於接近突沸的狀態下急遽揮發,伴隨於此,電極構造混亂而於電極內形成氣泡。由此可知,關於小粒徑的銀粉末,Ig-loss較佳為低,例如設為0.05質量%以下。
[實施形態3] (銀糊) 如表3所示,將實施形態2的例8的銀糊作為基礎,以50:50、60:40、80:20、90:10的重量比使銀糊中的大粒徑的銀粉末C與小粒徑的銀粉末b的比例變化,藉此分別準備例12~例15的銀糊。而且,與實施形態1同樣地進行而測定各銀糊的乾燥密度、與在600℃下煅燒而成的銀線電極的電阻率,將其結果示於表3的該欄中。
[表3] 表 3
如表3所示,可知小粒徑的銀粉末的比例自0質量%增加至30質量%,各例的銀糊的乾燥密度越變高,小粒徑的銀粉末的比例大概成為30質量%左右時,乾燥密度成為最高的值。而且,可知若粒徑的銀粉末的比例較30質量%進一步增加,則有乾燥密度緩緩降低的傾向。 另外,可知於600℃下對各銀糊進行煅燒而獲得的銀線電極的電阻率藉由加入小粒徑的銀粉末而降低。此處,就較未混合小粒徑的銀粉末的參考例R2而言降低線電極的電阻率的觀點來說,小粒徑的銀粉末的比例只要超過0質量%即可。而且,可知例如藉由將小粒徑的銀粉末的比例設為10質量%以上,可藉由600℃的煅燒而形成2.0 μΩ·cm以下的線電極,藉由設為20質量%以上,可形成1.9 μΩ·cm以下的線電極。再者,如表3所示,於包含超過30質量%的比例的小粒徑的銀粉末的情況下所形成的電極的電阻率亦維持得低。然而,就銀粉末的操作性或銀糊的黏性控制的觀點而言,較50質量%而言過大地包含小粒徑的銀粉末可以說是不佳的。就所述觀點而言,可以說可將小粒徑的銀粉末的比例設為50質量%以下(例如,20質量%以上、50質量%以下,更穩定為25質量%以上、40質量%以下,例如為約30質量%)。
以上,詳細地說明了本發明的具體例,但該些僅為例示,並不限定專利申請的範圍。例如,於所述例中將銀糊的調配設為固定的調配,但所述銀糊中的黏合劑及分散劑是藉由煅燒而燒毀的成分,另外,亦取決於印刷法及印刷條件等,因此從業人員會理解所述銀糊中的黏合劑及分散劑並不對本文所揭示的技術造成本質的影響。於專利申請的範圍內所記載的技術中,包含對以上所例示的具體例進行各種變形、變更者。
1‧‧‧積層晶片電感器
10‧‧‧電子元件本體
12‧‧‧電介質層(陶瓷層)
20‧‧‧外部電極
22‧‧‧內部電極
圖1是概略性地說明使用一實施形態的銀糊所形成的積層晶片電感器的構成的剖面圖。 圖2是對一實施形態的銀糊進行煅燒而獲得的銀電極的剖面掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)像。 圖3是對現有的銀糊進行煅燒而獲得的銀電極的剖面SEM像。
Claims (8)
- 一種銀糊,其用於形成電子元件的電極,所述銀糊包含:第1銀粉末;第2銀粉末,相對於所述第1銀粉末而平均粒徑相對較小;黏合劑樹脂;以及分散媒, 所述第1銀粉末滿足下述的(A1)~(A4)的所有條件: (A1)加熱至600℃時的灼燒減量為0.05%以下; (A2)振實密度為5 g/cm3 以上; (A3)最大縱橫比為1.4以下; (A4)基於布厄特法的比表面積為0.8 m2 /g以下, 所述第2銀粉末(B1)於加熱至600℃時的灼燒減量為0.05%以下, 所述第1銀粉末的平均粒徑(DL50 )與所述第2銀粉末的平均粒徑(DS50 )的比(DL50 /DS50 )為5以上。
- 如申請專利範圍第1項所述的銀糊,其中(A5)所述第1銀粉末的平均粒徑為1.5 μm以上、3 μm以下。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的銀糊,其中(A6)所述第1銀粉末的比重為10.4 g/cm3 以上。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的銀糊,其中(B2)所述第2銀粉末的平均粒徑為0.5 μm以下。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的銀糊,其以於600℃下進行煅燒時所獲得的銀煅燒物的電阻率達成未滿2.1 μΩ·cm的方式構成。
- 如申請專利範圍第5項所述的銀糊,其以於超過600℃、900℃以下的溫度範圍內進行煅燒時所獲得的銀煅燒物的電阻率達成1.9 μΩ·cm以下的方式構成。
- 一種電子元件,其具備如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的銀糊的煅燒物作為電極。
- 如申請專利範圍第7項所述的電子元件,其具備陶瓷基材與配設於所述陶瓷基材的內部的內部電極,且 具備所述電極作為所述內部電極。
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