WO2020067282A1 - 銀粉およびその製造方法ならびに導電性ペースト - Google Patents

銀粉およびその製造方法ならびに導電性ペースト Download PDF

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政徳 藤井
優磨 東
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Definitions

  • the present invention relates to a silver powder, a method for producing the same, and a conductive paste.
  • the present invention particularly relates to a silver powder to be used as a conductive paste used for forming internal electrodes of a multilayer capacitor, a solar cell, a plasma display panel, a touch panel, and other circuits, a method for producing the same, and a conductive paste.
  • a method of forming internal electrodes of a multilayer capacitor, conductor patterns of a circuit board, electrodes and circuits of a substrate for a solar cell or a plasma display panel for example, a method in which silver powder is added to an organic solvent together with a glass frit and kneaded.
  • a method of forming a conductive pattern of a sintering type to be formed on a substrate in a predetermined pattern, and then heating the paste at a temperature of 500 ° C. or higher to remove an organic solvent and sinter silver powder to form a conductive film. is widely used.
  • the silver powder used is required to have an appropriately small particle size and uniform particle size, and to be dispersed in an organic solvent.
  • a silver powder for such a conductive paste As a silver powder for such a conductive paste, a silver powder having closed voids inside the particle is known (for example, see Patent Document 1). Having closed voids inside the particles allows firing at lower temperatures (eg, 400 ° C.).
  • silver powder and conductive paste capable of forming fine wiring and forming electrode wiring having low resistance after firing are required.
  • those present in the voids for example, moisture or organic matter taken in during the reduction
  • escape from the silver particles during firing if the gap is large, it is expected that the influence of the exit will remain largely.
  • an object of the present invention is to provide a silver powder capable of forming fine wiring and forming an electrode wiring in which the wiring after firing has lower resistance than before.
  • the present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned object, and as a result, have found that the size of the voids closed inside the particles of silver powder has an effect on the resistance value of the electrode wiring after firing. Was completed.
  • the size of the voids closed inside the particles is large, as in conventional silver powder, a large space remains after firing and the resistance of the electrode wiring increases, while the voids closed inside the particles are large.
  • a spherical silver powder having a small size and a large number of small voids dispersed therein has a reduced thermogravimetric reduction temperature, which makes it possible to form a low-resistance electrode wiring after firing.
  • the small voids have a larger area in contact with silver than the large voids, so the temperature inside the voids is likely to rise, and if many small voids are dispersed, the voids in the voids will be larger than if there are large voids. It is anticipated that the organic solvent, which becomes a conduction obstruction confined in the air, will be heated and burned at a lower temperature. The present inventors have found that it is better to control the liquid temperature during reduction in order to control the size of the voids closed inside the particles.
  • the present invention is based on the above findings by the present inventors, and means for solving the above problems are as follows. That is, ⁇ 1> A silver powder including silver particles having closed voids inside the particles, When the cross section of the silver particle is observed at a magnification of 10,000, the average of the number of voids having a Heywood diameter of 200 nm or more with respect to the area of the cross section is 0.01 / ⁇ m 2 or less, and When the cross section of the silver particle is observed at a magnification of 40,000, the average of the number of voids having a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm with respect to the area of the cross section is 25 / ⁇ m 2 or more. It is silver powder.
  • a porosity (%) represented by a void area with respect to an area of the cross section when the cross section of the silver particle is observed at a magnification of 40,000 is 1% to 4%.
  • ⁇ 4> When the silver powder is heated at a rate of 10 ° C./min from room temperature to 400 ° C. by a thermogravimetric / differential thermal analysis method, when the weight change is reduced by 90% of the maximum loss.
  • ⁇ 5> A method for producing silver powder containing silver particles having closed voids inside the particles, To an aqueous reaction system containing silver ions, a step of adding and mixing a reducing agent-containing solution containing an aldehyde as a reducing agent, A method for producing silver powder, characterized in that the liquid temperature of the aqueous reaction system is set to 33 ° C. or lower for 90 seconds after the start of mixing.
  • ⁇ 6> The method for producing silver powder according to ⁇ 5>, wherein the liquid temperature of the aqueous reaction system is set to 30 ° C. or less for 90 seconds after the start of mixing.
  • the liquid temperature of the aqueous reaction system before the addition of the reducing agent is 10 ° C. to 20 ° C.
  • the method for producing silver powder according to ⁇ 5> or ⁇ 6>, wherein the amount of the reducing agent added is 6.0 equivalents to 14.5 equivalents with respect to the amount of silver.
  • the above-mentioned problems in the related art can be solved, the above-mentioned object can be achieved, fine wiring can be drawn, and an electrode wiring in which the wiring after firing has a lower resistance than before is formed. Silver powder can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional SEM photograph of the silver powder of Example 1 at 10,000 times magnification.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional SEM photograph of the silver powder of Example 1 at a magnification of 40,000.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional SEM photograph of the silver powder of Example 2 at a magnification of 10,000.
  • FIG. 4 is a view showing a cross-sectional SEM photograph of the silver powder of Example 2 at a magnification of 40,000.
  • FIG. 5 is a view showing a cross-sectional SEM photograph of the silver powder of Comparative Example 1 at a magnification of 10,000.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional SEM photograph of the silver powder of Example 1 at 10,000 times magnification.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional SEM photograph of the silver powder of Example 1 at a magnification of 40,000.
  • FIG. 3 is a diagram showing
  • FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional SEM photograph of the silver powder of Comparative Example 1 at a magnification of 40,000.
  • FIG. 7 is a view showing a cross-sectional SEM photograph of the silver powder of Comparative Example 2 at a magnification of 10,000.
  • FIG. 8 is a view showing a cross-sectional SEM photograph of the silver powder of Comparative Example 2 at a magnification of 40,000.
  • the silver powder of the present invention is a silver powder containing silver particles having closed voids inside the particles.
  • the Heywood diameter with respect to the area of the cross section is 200 nm or more.
  • the average of the number of voids is 0.01 / ⁇ m 2 or less, and the cross section of the silver particle is observed at a magnification of 40,000, the Heywood diameter with respect to the area of the cross section is 10 nm or more and less than 30 nm. Is 25 or more / ⁇ m 2 or more.
  • the content of the silver particles with respect to the silver powder is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and even more preferably substantially 100% (that is, the silver powder is made of silver particles).
  • the silver particles have closed voids inside the particles.
  • the shape of the silver particles is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
  • the average of the Heywood diameter of the silver particle is preferably 0.3 ⁇ m or more, more preferably 0.4 ⁇ m or more, and still more preferably 0.5 ⁇ m or more.
  • the thickness is preferably 2 ⁇ m or less, more preferably 1.5 ⁇ m or less, and further preferably 1 ⁇ m or less from the viewpoint that fine wiring can be suitably drawn when forming electrode wiring.
  • the average of the aspect ratio (major axis / minor axis) of the silver particles is preferably 2 or less. If the average of the aspect ratios exceeds 2, the transmissibility of the mesh at the time of forming the paste decreases, and the possibility of uneven discharge in fine line printing increases.
  • ⁇ closed voids '' or ⁇ voids '' present inside the silver particles are, when observing the cross section of the silver particles, the voids observed inside the particles are connected from the outer periphery of the particles to the outside of the particles. It has no portion and means a void closed inside the particle.
  • the average number of voids having a Heywood diameter of 200 nm or more with respect to the area of the cross section is 0.01 / ⁇ m 2 or less, and 0.00 Pcs / ⁇ m 2 or less (that is, not observed) is preferable.
  • the number of silver particles observed at 10,000 times is preferably 100 or more, and the cross-sectional area of the silver particles observed at 10,000 times is preferably 60 ⁇ m 2 or more per visual field.
  • the total area of the cross section of the particles is preferably 120 ⁇ m 2 or more.
  • the number of voids having a Heywood diameter of 200 nm or more with respect to the area of the cross section in each visual field is counted, and the average value thereof is calculated.
  • the upper limit of the visual field to be observed is five visual fields.
  • the number and the area of the particles are included in the calculation. If a part of the gap is cut off by the field frame of the SEM image, the Heywood diameter is unknown, so that it is not adopted as the above-mentioned gap.
  • the average number of voids having a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm with respect to the area of the cross section is 25 / ⁇ m 2 or more, and 28 / ⁇ m 2 or more. ⁇ m 2 or more is preferred.
  • the reason for observing at a magnification of 40,000 is that a gap of 10 nm or more and less than 30 nm, which is difficult to observe at a magnification of 10,000, can be sufficiently observed. Using a photograph of the cross section of the particle taken at a magnification of 40,000 times, it can be observed by enlarging as necessary.
  • the area of the cross section of the silver particle observed at a magnification of 40,000 is preferably 3 ⁇ m 2 or more per visual field, and the total area of the cross section of the observed silver particle is preferably 15 ⁇ m 2 or more, more preferably 20 ⁇ m 2 or more.
  • the total area when observing five visual fields is preferably 15 ⁇ m 2 or more, and more preferably 20 ⁇ m 2 or more.
  • the upper limit of the total area of the cross section of the silver particle to be observed is set to 50 ⁇ m 2 .
  • a plurality of visual fields (preferably 5 visual fields or more) are observed, the number of voids having a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm with respect to the area of the cross section in each visual field is counted, and the average value thereof is calculated.
  • the number and the area of the particles are included in the calculation. If a part of the gap is cut off by the field frame of the SEM image, the Heywood diameter is unknown, so that it is not adopted as the above-mentioned gap.
  • the cross section of the silver particles and the voids inside the particles are embedded in a resin in which the silver particles in a dense state are buried in a resin, and then the cross section of the silver particles is exposed by polishing with a cross section polisher or the like. It can be observed using an electron microscope (FE-SEM) or the like. Then, the silver powder containing silver particles having closed voids inside the particles, when the cross section of the silver particles was observed as described above, more than half of the silver particles whose cross section was observed were closed inside the particles. Preferably, at least one void is observed.
  • the Heywood diameter of the gap can also be calculated.
  • the image on the screen is enlarged and traced so that the pointer can be easily controlled according to the size of the object to be traced.
  • the porosity (%) is represented by the area of a void relative to the area of the cross section when the cross section of the silver particle is observed at a magnification of 40,000.
  • a plurality of visual fields preferably five or more visual fields are observed, the porosity in each visual field is calculated, and the average value is calculated.
  • the porosity is preferably 1% to 4%, more preferably 2% to 3%.
  • the weight loss end temperature is determined by a thermogravimetric / differential thermal analysis method, wherein the silver powder is heated from room temperature to 400 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min. Indicates the temperature at which the temperature decreased.
  • a differential thermobalance for example, Rigaku Corporation, TG8120
  • TG-DTA method thermogravimetric / differential thermal analysis method
  • TG-DTA method thermogravimetric / differential thermal analysis method
  • the weight loss end temperature is preferably 300 ° C or lower, more preferably 270 ° C or lower.
  • the method for producing silver powder of the present invention is a method for producing silver powder including silver particles having closed voids inside the particles, and further includes a mixing step, and further includes a washing step, a drying step, and the like, if necessary. It has a process of.
  • the mixing step is a step of adding and mixing a reducing agent-containing solution containing an aldehyde as a reducing agent to an aqueous reaction system containing silver ions, and mixing the solution temperature of the aqueous reaction system until 90 seconds after the start of mixing. Is 33 ° C. or less.
  • the silver particles are reduced and precipitated from silver ions.
  • the liquid temperature of the aqueous reaction system after 90 seconds from the start of mixing rises with the progress of the reaction due to the start of mixing, but the maximum temperature thereof is maintained at 33 ° C or lower, and preferably at 30 ° C or lower. .
  • the maximum temperature exceeds 33 ° C.
  • the growth of silver particles is rapid, so that it is difficult to form fine voids, and large voids may be easily generated. Further, since a large amount of the organic component in the aqueous reaction system is taken into the large voids, the distribution of the organic component in the silver particles becomes non-uniform, which may have an adverse effect.
  • the liquid temperature of the aqueous reaction system before the addition of the reducing agent, and further provide a mechanism for cooling from the outside and releasing the reaction heat to cool the liquid temperature. More preferred.
  • cooling reducing the content of the reducing agent, reducing the content of silver, increasing the capacity of the aqueous reaction system after the addition of the reducing agent, lowering the temperature of the solution containing the reducing agent to be added, etc. It is also effective to suppress a rise in the liquid temperature.
  • a mechanism for cooling the liquid temperature for example, a mechanism equipped with a heat exchanger such as a water cooling jacket, a mechanism made of a material that easily radiates the outer wall to which the solution is in contact, a mechanism for attaching air radiating fins, and a mechanism for cooling the stirring blades
  • a mechanism having a function can be adopted.
  • the time required from the start of addition of the reducing agent to the completion of addition of the reducing agent is 10 times. It is preferably within seconds.
  • cavitation may be generated simultaneously with or during the addition of the reducing agent-containing solution.
  • a method for generating cavitation a method described in JP-A-2015-232180 can be employed.
  • aqueous reaction system containing silver ions an aqueous solution or slurry containing silver nitrate, a silver complex or a silver intermediate can be used.
  • the aqueous solution containing the silver complex can be produced by adding aqueous ammonia or an ammonium salt to an aqueous silver nitrate solution or a silver oxide suspension.
  • an aqueous silver ammine complex solution obtained by adding aqueous ammonia to an aqueous silver nitrate solution is preferable because silver particles have an appropriate particle size and a spherical shape.
  • the concentration of silver in the aqueous reaction system is preferably 0.8% by mass or less, more preferably 0.3 to 0.6% by mass.
  • the calorific value after the addition of the reducing agent increases, and the liquid temperature (maximum ultimate temperature) of the aqueous reaction system from 90 minutes after the start of mixing is controlled to 33 ° C. It can be difficult to:
  • the amount of ammonia to be added is preferably 1.2 equivalents to 3.2 equivalents (molar equivalents), more preferably 2.0 equivalents to 3.2 equivalents, based on the amount of silver. Is more preferred.
  • the calorific value after the addition of the reducing agent increases, and it becomes difficult to control the liquid temperature (the highest temperature reached) of the aqueous reaction system until 90 seconds after the start of mixing. Sometimes.
  • the temperature of the aqueous reaction system before the addition of the reducing agent is preferably 10 ° C. to room temperature (25 ° C.), more preferably 10 ° C. to 20 ° C. If the temperature is lower than 10 ° C., silver nitrate may be precipitated before adding the reducing agent. If the temperature is higher than 25 ° C., the content of the reducing agent is reduced, the content of silver is reduced, Even if control such as increasing the volume of the aqueous reaction system afterwards is performed, the liquid temperature of the aqueous reaction system (maximum 90 seconds after the start of mixing) can be maintained without significantly changing the particle characteristics such as the particle size of silver particles. It is sometimes difficult to control the temperature to reach 33 ° C. or lower.
  • liquid temperature of the aqueous reaction system before adding the reducing agent is set to 10 ° C. to 20 ° C.
  • amount of the reducing agent added is set to 6.0 equivalents to 14.5 equivalents to the silver amount as described later. This is preferable in that the maximum temperature by the reaction heat can be controlled to be 33 ° C. or less.
  • the reducing agent-containing solution contains an aldehyde as a reducing agent.
  • the aldehyde is not particularly limited as long as it has an aldehyde group in its molecule and functions as a reducing agent, and can be appropriately selected according to the purpose. Formaldehyde and acetaldehyde are preferred.
  • the reducing agent-containing solution is preferably an aqueous solution or an alcohol solution.
  • formalin can be used as an aqueous solution containing formaldehyde.
  • the content of the aldehyde in the reducing agent-containing solution is preferably 15.0% by mass to 40.0% by mass, and more preferably 30.0% by mass to 40.0% by mass.
  • the amount of the reducing agent to be added is preferably 6.0 equivalents to 14.5 equivalents (molar equivalents), more preferably 6.0 equivalents to 10.0 equivalents to the amount of silver. If the addition amount is less than 6.0 equivalents, non-reduction tends to occur, and if it exceeds 14.5 equivalents, the calorific value after the addition of the reducing agent increases, and the aqueous reaction from the start of mixing to 90 seconds after the start of mixing. It may be difficult to control the liquid temperature (maximum attained temperature) of the system to 33 ° C. or less. On the other hand, when the amount is 6.0 equivalents to 10.0 equivalents, it is advantageous in that many voids having a small size (that is, a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm) are easily generated.
  • the solution temperature tends to increase significantly immediately after the mixing of the reducing agent. Therefore, in the case of using the aldehyde-containing reducing agent-containing solution, it has been difficult to reduce the liquid temperature (maximum ultimate temperature) of the aqueous reaction system to 33 ° C. or lower during 90 seconds after the start of mixing.
  • the maximum temperature is set to 33 ° C. or lower, the silver powder of the present invention having desired void characteristics can be obtained.
  • hydrazine is used as a reducing agent, almost no voids are formed.
  • the conductive paste of the present invention preferably contains the silver powder of the present invention, a solvent and a binder, and further contains other components as necessary.
  • the amount of each of the conductive pastes so that the viscosity of the conductive paste is 100 Pa ⁇ s or more and 1,000 Pa ⁇ s or less at 25 ° C. and 1 rpm using a cone plate type viscometer. If the viscosity is less than 100 Pa ⁇ s, “bleeding” may occur in a low viscosity region, and if it exceeds 1,000 Pa ⁇ s, in a high viscosity region, “fading” Failure may occur.
  • the binder is not particularly limited as long as it has a thermal decomposition property that has been used as a resin composition that is fired at around 800 ° C. as an electrode of a solar cell, and a known resin can be used.
  • a known resin can be used.
  • Methylcellulose, ethylcellulose, cellulose derivatives such as carboxymethylcellulose, polyvinyl alcohols, polyvinylpyrrolidones, acrylic resins, alkyd resins, polypropylene resins, polyvinyl chloride resins, polyurethane resins, rosin resins, terpene resins, phenolic resins, Examples thereof include aliphatic petroleum resins, vinyl acetate resins, vinyl acetate-acrylate copolymers, and organic binders of butyral resin derivatives such as polyvinyl butyral. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the binder, and a known solvent can be used. It is preferable that the organic binder is previously dissolved and mixed in the production of a conductive paste.
  • the solvent include dioxane, hexane, toluene, ethyl cellosolve, cyclohexanone, butyl cellosolve, butyl cellosolve acetate, butyl carbitol, butyl carbitol acetate, diethylene glycol diethyl ether, diacetone alcohol, terpineol, methyl ethyl ketone, benzyl alcohol, 2,2 , 4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate. These may be used alone or in combination of two or more.
  • examples of the other components include a surfactant, a dispersant, and a viscosity modifier.
  • Example 1 A beaker (made of glass) provided with a cooling jacket capable of flowing cooling water in a coil shape around the beaker is charged with an aqueous silver nitrate solution having a silver concentration of 0.44% by mass (cooled in a refrigerator at 18.5 ° C.).
  • an aqueous silver nitrate solution having a silver concentration of 0.44% by mass cooled in a refrigerator at 18.5 ° C.
  • 151.8 g of a 28% by mass aqueous ammonia solution (corresponding to 2.6 molar equivalents with respect to silver) was added to the aqueous silver nitrate solution, and 30 seconds after the addition of the aqueous ammonia, 20 wt.
  • a 7.2% by mass aqueous sodium hydroxide solution was added to obtain a silver ammine complex aqueous solution.
  • the temperature of the cooling water was set to 20 ° C., and a thermocouple was provided at a position at half the liquid depth to measure the liquid temperature. As
  • the silver ammine complex aqueous solution was stirred, and 386.4 g of a 23% by mass formaldehyde solution (equivalent to 12.4 mol equivalents to silver) obtained by diluting formalin with pure water was mixed with the stirred silver ammine complex aqueous solution. And the cooling water was kept flowing. The maximum temperature reached for 90 seconds from the start of mixing was 30 ° C. Ninety seconds after the start of mixing, 6.01 g of a 1.55% by mass ethanolic stearate solution was added to terminate the reduction reaction, and a slurry containing silver particles was obtained. The slurry was filtered, washed with water until the conductivity of the filtrate became 0.2 mS, and then dried at 73 ° C.
  • Example 1 the silver powder of Example 1 was obtained.
  • Example 1 After the obtained silver powder of Example 1 was buried in a resin, it was polished by a cross section polisher to expose the particle cross section of the silver powder. Then, two fields of view were photographed at a magnification of 10,000 times using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM; JEM-9310FIB, manufactured by JEOL Ltd.) for the particle cross section. One field of view of the captured image is shown in FIG.
  • FE-SEM field emission scanning electron microscope
  • the photographed FE-SEM image was observed inside the silver particle in the cross section of the obtained silver particle using the image analysis type particle size distribution measurement software (Mac-View, manufactured by Mountech Co., Ltd.).
  • the Heywood diameter of the gap was calculated by tracing the outer periphery of the (closed) gap with a pointer on the screen displaying the image.
  • FIG. 1 shows an FE-SEM image of the silver powder of Example 1 at a magnification of 10,000.
  • a photograph of the particle cross section total area of the particle cross section of 62 ⁇ m 2
  • no void having a Heywood diameter of 200 nm or more was observed.
  • no void having a Heywood diameter of 200 nm or more was observed.
  • FIG. 2 shows one field of view of the captured image.
  • the photographed FE-SEM image using the image analysis type particle size distribution measurement software (manufactured by Mountech Co., Ltd., Mac-View), the obtained FE-SEM image is observed in the outer periphery of the obtained silver particle cross section and inside the silver particle.
  • the pointer on the screen displaying the image while enlarging the photograph as necessary, the cross-sectional area of the silver particle, the Heywood diameter of the silver particle, and the Heywood of the void The diameter and area were measured. The measurement was performed for each of five visual fields.
  • the number of voids having a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm was 566 in 5 visual fields in total, and the number of voids in 10 nm or more and less than 20 nm was 418 in 5 visual fields.
  • the number of voids having a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm with respect to the area of the particle cross section was 25 / ⁇ m 2 on average for five visual fields.
  • the porosity (%) represented by the area of the void relative to the area of the particle cross section was 2.7% on the average over five visual fields.
  • the silver powder of Example 1 was spherical, and the Heywood particle size of the cross section of the silver particles was 0.88 ⁇ m on average over five visual fields.
  • Example 2 In Example 1, the aqueous ammonia solution having a concentration of 28% by mass added to the aqueous silver nitrate solution was changed to 113.9 g (corresponding to 1.95 molar equivalents with respect to silver), the aqueous sodium hydroxide solution was not added, and formaldehyde was not added.
  • a silver powder of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the solution was changed to 37.0% and 181.2 g (corresponding to 9.3 molar equivalents with respect to silver).
  • the temperature of the cooling water was set to 20 ° C.
  • the liquid temperature of the aqueous silver ammine complex solution before the start of mixing was 20 ° C.
  • the maximum temperature for 90 seconds from the start of mixing was 27 ° C.
  • FIG. 3 shows an FE-SEM image of the silver powder of Example 2 at a magnification of 10,000 times.
  • the particle cross section total area of the particle cross section of 74 ⁇ m 2
  • no void having a Heywood diameter of 200 nm or more was observed.
  • no void having a Heywood diameter of 200 nm or more was observed.
  • FIG. 4 shows one visual field among images obtained by photographing five visual fields at a magnification of 40,000 for the particle cross section.
  • the number of voids having a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm at a magnification of 40,000 was 622 in 5 visual fields, and the number of voids of 10 nm or more and less than 20 nm was total in 5 visual fields. There were 417.
  • the number of voids having a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm with respect to the area of the particle cross section was 28 particles / ⁇ m 2 on average over five visual fields.
  • the porosity (%) represented by the area of the void relative to the area of the particle cross section was 2.0% on average over five visual fields.
  • the silver powder of Example 2 was spherical, and the Heywood particle size of the cross section of the silver particles was 0.76 ⁇ m on average over five visual fields.
  • Comparative Example 1 A silver powder of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that a cooling jacket was not provided and the silver nitrate solution was not cooled and a material having a temperature of 26.5 ° C. was used.
  • the liquid temperature of the aqueous silver ammine complex solution before the start of the mixing was 28 ° C., and the maximum temperature for 90 seconds from the start of the mixing was 37 ° C.
  • FIG. 5 shows an FE-SEM image of the silver powder of Comparative Example 1 at a magnification of 10,000.
  • a particle cross section (total area of the particle cross section: 70 ⁇ m 2 ) was observed at a magnification of 10,000 times, and as a result, a void having a Heywood diameter of 200 nm or more was observed. The number was two.
  • another visual field was observed, and the density of voids having a Heywood diameter of 200 nm or more (particles / ⁇ m 2 ) with respect to the area of the particle cross section in two visual fields was 0.05.
  • FIG. 6 shows one visual field among images obtained by photographing five visual fields at a magnification of 40,000 for the particle cross section.
  • the number of voids having a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm at a magnification of 40,000 times is 329 in 5 visual fields, and the number of voids of 10 nm or more and less than 20 nm is total in 5 visual fields.
  • the number of voids having a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm with respect to the area of the particle cross section was 16 / ⁇ m 2 on average for five visual fields.
  • the porosity (%) represented by the area of the voids with respect to the area of the particle cross section was 3.9% on average over five visual fields.
  • the silver powder of Comparative Example 1 was spherical, and the Heywood particle size of the cross section of the silver particles was 0.82 ⁇ m on average over five visual fields.
  • Comparative Example 2 A silver powder of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 2 except that a cooling jacket was not provided and the silver nitrate solution was not cooled and 26.5 ° C. was used.
  • the liquid temperature of the silver ammine complex aqueous solution before the start of the mixing was 28 ° C., and the maximum temperature for 90 seconds from the start of the mixing was 35.0 ° C.
  • FIG. 7 shows a FE-SEM image of the cross section of the silver powder of Comparative Example 2 at a magnification of 10,000.
  • voids having a Heywood diameter of 200 nm or more were observed. The number was ten.
  • Another visual field was observed in addition to FIG. 7, and the density of voids having a Heywood diameter of 200 nm or more (particles / ⁇ m 2 ) with respect to the area of the particle cross section in two visual fields was 0.07.
  • FIG. 8 shows one visual field among images obtained by photographing five visual fields at a magnification of 40,000 for the particle cross section.
  • the number of voids having a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm at a magnification of 40,000 times is 517 in 5 visual fields
  • the number of voids of 10 nm or more and less than 20 nm is total in 5 visual fields.
  • the number of voids having a Heywood diameter of 10 nm or more and less than 30 nm with respect to the area of the particle cross section was 25 / ⁇ m 2 on average for five visual fields.
  • the porosity (%) represented by the area of the void relative to the area of the particle cross section was 1.23% on average over 5 visual fields.
  • the silver powder of Comparative Example 2 was spherical, and the Heywood particle size of the cross section of the silver particles was 0.69 ⁇ m on average over five visual fields.
  • Table 1 shows a list of the numbers, the cross-sectional areas of the particles, and the porosity of the examples and the comparative examples for each range of the Heywood diameter of the voids for two visual fields at 10,000 times in two visual fields.
  • the number of voids having a Heywood diameter of 200 nm or more per cross-sectional area of 1 ⁇ m 2 is 0.05 / ⁇ m 2 in Comparative Example 1 and 0.07 / ⁇ m 2 in Comparative Example 2. 1 and Example 2 were zero.
  • each field of view (1) corresponds to the one on which an SEM image photograph is shown (FIGS. 1, 3, 5, and 7).
  • Tables 2-1 and 2-2 list the numbers, the cross-sectional areas of the particles, and the porosity of the voids for the five visual fields at a magnification of 40,000 in the examples and comparative examples for each of the five visual fields.
  • Table 3-1 and Table 3-2 show the production conditions of these examples and comparative examples, and the measurement results of the following powder characteristics of the obtained silver powder.
  • ⁇ Particle size distribution measurement> The volume-based cumulative 10% particle diameter (D10), cumulative 50% particle diameter (D50), cumulative 90% particle diameter (D90), and peak top frequency were measured by the following methods. That is, 0.1 g of silver powder was added to 40 mL of isopropyl alcohol (IPA) and dispersed for 2 minutes by an ultrasonic homogenizer (manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd., device name: US-150T; 19.5 kHz, tip diameter 18 mm). And a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (Microtrac MT-3300 EXII, manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.). The peak top frequency indicates a value of the frequency when the frequency (%) is the largest when the vertical axis of the particle diameter distribution is expressed as the frequency.
  • the weight loss end temperature was measured by a thermogravimetric / differential thermal analysis method (TG-DTA method) (Rigaku Corporation, Differential thermobalance TG8120) under the condition of a temperature rising rate from room temperature to 400 ° C. at a rate of 10 ° C./min under an air atmosphere. .
  • the weight loss end temperature was the temperature at which the weight change (vertical axis) was reduced to 90% of the maximum weight loss (maximum weight loss) up to 400 ° C.
  • thermogravimetric / differential thermal analysis results show that the weight loss end temperature is 331 ° C. in Comparative Example 1, 269 ° C. in Comparative Example 2, 265 ° C. in Example 1, and 250 ° C. in Example 2.
  • the weight reduction end temperatures of Examples 1 and 2 were low. It is expected that the components contained in the voids in Examples 1 and 2 are more likely to be removed at once than in the comparative example.
  • Example of manufacturing conductive paste (Example of manufacturing conductive paste) (Example 1-1)
  • the following components were mixed twice using a propeller-less self-revolving agitating and defoaming apparatus (AR-250, manufactured by Sinky Co., Ltd.) for 30 seconds, and then a three-roll mill (EXAKT80S, manufactured by EXAKT) , And the mixture was filtered through a 500 ⁇ m mesh to obtain a conductive paste of Example 3.
  • the conductive paste obtained in this manner was lined on a surface of a single-crystal silicon substrate for solar cells (100 ⁇ / ⁇ ) cut into 2.5 cm squares using a screen printing machine (MT-320T, manufactured by Microtech Co., Ltd.). After drying at 200 ° C. for 10 minutes using a hot-air dryer, a peak temperature of 770 ° C. in the atmosphere and an in-out temperature of 21 ° C. were obtained in a high-speed baking IR furnace (Nihon NGK Insulators Co., Ltd., high-speed baking test 4-chamber furnace). It was fired for 2 seconds to produce an electrode wiring. The electric resistance of the obtained conductive film is measured using a digital multimeter, and the width, thickness, and length of the fired line are measured using a microscope, and the volume resistance ( ⁇ ⁇ cm) is calculated. did. Table 4 shows the results.
  • Example 2-1 A conductive paste of Example 2-1 was obtained in the same manner as in Example 1-1, except that the silver powder of Example 1 was changed to the silver powder of Example 2. Table 4 shows the results.
  • Comparative Examples 1-1 and 2-1 were performed in the same manner as in Example 1-1, except that the silver powder of Example 1 was changed to the silver powder of Comparative Example 1 and the silver powder of Comparative Example 2, respectively. Was obtained. Table 4 shows the results.
  • the silver powder of the present invention can form fine wiring, and can form electrode wiring in which wiring after firing has lower resistance than before. Was.
  • the silver powder prepared according to the present invention can form fine wiring and can form electrode wiring in which the fired wiring has lower resistance than before. Therefore, it is possible to fire at a low temperature and to produce a paste with low resistance, so that it can be used for electrode wiring to various objects and is expected to improve the performance of solar cells and the like. You.

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Abstract

閉鎖された空隙を粒子内部に有する銀粒子を含む銀粉であって、 前記銀粒子の断面を10,000倍で観察したときに、前記断面の面積に対するHeywood径が200nm以上である空隙の個数の平均が、0.01個/μm以下であり、かつ、前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときに、前記断面の面積に対するHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数の平均が、25個/μm以上である銀粉を提供する。

Description

銀粉およびその製造方法ならびに導電性ペースト
 本発明は、銀粉およびその製造方法ならびに導電性ペーストに関する。本発明は、特に、積層コンデンサの内部電極、太陽電池、プラズマディスプレイパネル及びタッチパネル等の回路形成に使用される導電性ペーストに供される銀粉およびその製造方法ならびに導電性ペーストに関する。
 積層コンデンサの内部電極、回路基板の導体パターン、太陽電池やプラズマディスプレイパネル用基板の電極や回路などを形成する方法としては、例えば、銀粉をガラスフリットとともに有機溶媒中に加えて混練することによって製造される焼成型の導電性ペーストを基板上に所定のパターンに形成した後、500℃以上の温度で加熱することによって、有機溶媒を除去し、銀粉同士を焼結させて導電膜を形成する方法が広く用いられている。
 このような用途に使用される導電性ペーストに対しては、電子部品の小型化へ対応するために、導体パターンの高密度化、ファインライン化などへの対応が要求される。そのため、使用される銀粉に対しては、粒径が適度に小さく粒度が揃っていること、有機溶媒中で分散していることが要求される。
 こうした導電性ペースト用の銀粉として、閉鎖された空隙を粒子内部に有する銀粉が知られている(例えば、特許文献1参照)。
 粒子内部に閉鎖された空隙を有することにより、より低い温度(例えば400℃)でも焼成可能となる。
特開2015-232180号公報
 上述したように、電子部品の小型化に伴い、微細な配線を描画でき、かつ、焼成後の配線が低抵抗となる電極配線を形成することが可能な銀粉や導電性ペーストが求められている。ところで、粒子内部に閉鎖された空隙があると、その空隙内部に存在するもの(例えば還元時に取り込まれた水分や有機物等)は、焼成時に銀粒子から外部に抜ける。しかし、空隙が大きいと抜けるときの影響が大きく残ることが予想される。
 本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、本発明は、微細な配線を描画でき、かつ、焼成後の配線が従来よりもさらに低抵抗となる電極配線を形成することが可能な銀粉を提供することを目的とする。
 本発明者らは、前記目的を解決すべく、鋭意検討した結果、銀粉の粒子内部に閉鎖される空隙のサイズが、焼成後の電極配線の抵抗値に影響があることを知見し、本発明の完成に至った。すなわち、従来の銀粉のように、粒子内部に閉鎖される空隙のサイズが大きいと、大きな空間が焼成後も残存して電極配線の抵抗が大きくなり、一方で、粒子内部に閉鎖される空隙のサイズが小さく、かつ、小さい空隙が多く分散されている球状銀粉であれば、熱重量減少温度が低下し、焼成後に低抵抗な電極配線を形成することが可能となることが分かった。焼成時、小さい空隙は大きい空隙に比べて銀と接している面積が大きいので空隙内の温度が上昇しやすく、小さい空隙が多く分散されていると、大きい空隙がある場合と比べて、空隙内に閉じ込められた導通阻害となる有機溶媒がより低い温度で温められて燃焼すると予想される。そして、粒子内部に閉鎖される空隙のサイズを制御するためには、還元途中の液温を制御することが良いことを本発明者らは見出した。
 本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。すなわち、
<1> 閉鎖された空隙を粒子内部に有する銀粒子を含む銀粉であって、
 前記銀粒子の断面を10,000倍で観察したときに、前記断面の面積に対するHeywood径が200nm以上である空隙の個数の平均が、0.01個/μm以下であり、かつ、
 前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときに、前記断面の面積に対するHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数の平均が、25個/μm以上であることを特徴とする銀粉である。
<2> 前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときの、前記断面の面積に対する空隙の面積で表される空隙率(%)が、1%~4%である前記<1>に記載の銀粉である。
<3> 前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときの、銀粒子のHeywood径の平均が、0.5μm~1μmである前記<1>または<2>に記載の銀粉である。
<4> 熱重量・示差熱分析法により、室温から400℃まで昇温速度10℃/minの条件で前記銀粉を加熱した場合の、重量変化量が最大の減少量の90%重量減少したときの温度が、270℃以下である前記<1>から<3>のいずれかに記載の銀粉である。
<5> 閉鎖された空隙を粒子内部に有する銀粒子を含む銀粉の製造方法であって、
 銀イオンを含有する水性反応系に、還元剤としてアルデヒドを含有する還元剤含有溶液を添加して混合する工程を有し、
 混合開始から90秒間後までの水性反応系の液温を33℃以下とすることを特徴とする銀粉の製造方法である。
<6> 混合開始から90秒間後までの水性反応系の液温を30℃以下とする前記<5>に記載の銀粉の製造方法である。
<7> 還元剤添加前の前記水性反応系の液温が、10℃~20℃であり、
 還元剤の添加量が、銀量に対して6.0当量~14.5当量である前記<5>または<6>に記載の銀粉の製造方法である。
<8> 前記<1>から<4>のいずれかに記載の銀粉を含むことを特徴とする導電性ペーストである。
 本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、微細な配線を描画でき、かつ、焼成後の配線が従来よりもさらに低抵抗となる電極配線を形成することが可能な銀粉を提供することができる。
図1は、実施例1の銀粉の10,000倍での断面SEM写真を示す図である。 図2は、実施例1の銀粉の40,000倍での断面SEM写真を示す図である。 図3は、実施例2の銀粉の10,000倍での断面SEM写真を示す図である。 図4は、実施例2の銀粉の40,000倍での断面SEM写真を示す図である。 図5は、比較例1の銀粉の10,000倍での断面SEM写真を示す図である。 図6は、比較例1の銀粉の40,000倍での断面SEM写真を示す図である。 図7は、比較例2の銀粉の10,000倍での断面SEM写真を示す図である。 図8は、比較例2の銀粉の40,000倍での断面SEM写真を示す図である。
(銀粉)
 本発明の銀粉は、閉鎖された空隙を粒子内部に有する銀粒子を含む銀粉であって、前記銀粒子の断面を10,000倍で観察したときに、前記断面の面積に対するHeywood径が200nm以上である空隙の個数の平均が、0.01個/μm以下であり、かつ、前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときに、前記断面の面積に対するHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数の平均が、25個/μm以上である。
 前記銀粉に対する前記銀粒子の含有量としては、90質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましく、実質的に100%である(すなわち、前記銀粉が銀粒子からなる)ことが更に好ましい。
<銀粒子>
 前記銀粒子は、閉鎖された空隙を粒子内部に有する。
 前記銀粒子の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
 前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときの前記銀粒子のHeywood径の平均としては、0.3μm以上が好ましく、0.4μm以上がより好ましく、0.5μm以上がさらに好ましい。また、2μm以下が好ましく、1.5μm以下がより好ましく、電極配線を形成する際に、微細な配線を好適に描画できる点から1μm以下がさらに好ましい。前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときの前記Heywood径の平均が、0.3μm未満であると、Heywood径で同程度以上の空隙を粒子内部に有することが困難となり、粉末全体として大きな空隙が少ないかどうかを確認できないことがあり、2μmを超えると、40,000倍で観察したときの1視野において1粒子全体を視野に収められないことがある。
 前記銀粒子のアスペクト比(長径/短径)の平均としては、2以下が好ましい。前記アスペクト比の平均が2を超えると、ペースト化した際のメッシュ通過性が低下し、細線印刷における吐出ムラが起こる可能性が大きくなるためである。
-閉鎖された空隙-
 前記銀粒子の粒子内部に存在する「閉鎖された空隙」または「空隙」とは、前記銀粒子の断面を観察した場合に、粒子内部に観察される空隙が、粒子外周から粒子外部へ連結する部分を有しておらず、粒子内部に閉じた空隙であることをいう。
 前記銀粒子の断面を10,000倍で観察したときに、前記断面の面積に対するHeywood径が200nm以上である空隙の個数の平均としては、0.01個/μm以下であり、0.00個/μm以下(つまり、観察されないこと)が好ましい。
 10,000倍で観察する銀粒子の個数としては、任意の100個以上が好ましく、10,000倍で観察する銀粒子の断面の面積としては、1視野あたり60μm以上が好ましく、観察する銀粒子の断面の総面積としては、120μm以上が好ましい。
 2視野以上を観察し、各視野における前記断面の面積に対するHeywood径が200nm以上である空隙の個数をカウントし、それらの平均値を算出する。なお、観察する視野の上限は5視野とする。
 なお、SEM像の視野枠によって粒子の一部が見切れていたとしても、粒子の個数や面積としては含めて算出に用いる。SEM像の視野枠によって空隙の一部が見切れているものは、Heywood径が不明であるので上記の空隙として採用しない。
 前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときに、前記断面の面積に対するHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数の平均としては、25個/μm以上であり、28個/μm以上が好ましい。
 40,000倍で観察する理由は、10,000倍では観察が困難である10nm以上30nm未満である空隙を十分に観察できるためである。40,000倍で撮影した粒子断面の写真を用いて、必要に応じて拡大して観察することができる。なお、10nm未満である空隙は、SEM像の状態によって空隙として見えたり見えなかったりして、判別が困難であるため、前記個数には含めなかった。
 40,000倍で観察する銀粒子の断面の面積としては、1視野当たり3μm以上が好ましく、観察する銀粒子の断面の総面積としては、15μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましい。例えば、5視野を観察したときの総面積として、15μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましい。なお、観察する銀粒子の断面の総面積の上限は50μmとする。
 複数の視野(好ましくは5視野以上)を観察し、各視野における前記断面の面積に対するHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数をカウントし、それらの平均値を算出する。
 なお、SEM像の視野枠によって粒子の一部が見切れていたとしても、粒子の個数や面積としては含めて算出に用いる。SEM像の視野枠によって空隙の一部が見切れているものは、Heywood径が不明であるので上記の空隙として採用しない。
 前記銀粒子の断面と粒子内部の空隙は、密集した状態の銀粒子を樹脂に埋め固めた後、クロスセクションポリッシャーなどにより研磨することにより銀粒子の断面を露出させ、粒子断面について電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM)などを用いて観察することができる。
 そして、閉鎖された空隙を粒子内部に有する銀粒子を含む銀粉は、上記のようにして銀粒子の断面を観察したときに、断面が観察された銀粒子の半分以上において、粒子内部に閉じた空隙が少なくとも1つは観察されることが好ましい。
[銀粒子断面積、銀粒子断面のHeywood径、空隙面積、および空隙のHeywood径の測定方法]
 画像解析ソフト(例えば、株式会社マウンテック製、画像解析式粒度分布測定ソフトウェアMac-View)を用いて、FE-SEMにより撮影した銀粒子の断面の外周を、画像を表示した画面上のポインタでなぞることにより、一筆書きになぞり閉じた範囲内の粒子断面の面積を算出すると共に、銀粒子断面のHeywood径も算出することができる。また、銀粒子の断面に見られる(銀粒子の外周とつながりのない閉鎖した)空隙の外周を、同様に画像を表示した画面上のポインタでなぞることにより、一筆書きになぞり閉じた範囲内の空隙の面積を算出すると共に、空隙のHeywood径も算出することができる。画像解析ソフトにおいて、なぞる対象の大きさに合わせて、ポインタを制御しやすい大きさまで画面上の画像を拡大表示させてなぞることが好ましい。
[空隙率]
 前記空隙率(%)は、前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときの、前記断面の面積に対する空隙の面積で表される。複数の視野(好ましくは5視野以上)を観察し、各視野における空隙率を算出し、それらの平均値を算出する。
 前記空隙率としては、1%~4%が好ましく、2%~3%がより好ましい。
[減量終了温度]
 前記減量終了温度は、熱重量・示差熱分析法により、室温から400℃まで昇温速度10℃/minの条件で前記銀粉を加熱した場合の、重量変化量が最大の減少量の90%重量減少したときの温度を指す。
 具体的には、大気雰囲気下、室温から400℃まで昇温速度10℃/minの条件で、熱重量・示差熱分析法(TG-DTA法)による示差熱天秤(例えば、株式会社リガク、TG8120)を用いて重量変化量を測定した場合の、室温から400℃までの最大の減少量(最大減量)に対し、90%の重量が減少したときの温度として求めることができる。
 前記減量終了温度としては、300℃以下が好ましく、270℃以下がより好ましい。
(銀粉の製造方法)
 本発明の銀粉の製造方法は、閉鎖された空隙を粒子内部に有する銀粒子を含む銀粉の製造方法であって、混合工程を有し、さらに必要に応じて、洗浄工程、乾燥工程などのその他の工程を有する。
<混合工程>
 前記混合工程は、銀イオンを含有する水性反応系に、還元剤としてアルデヒドを含有する還元剤含有溶液を添加して混合する工程であり、混合開始から90秒間後までの水性反応系の液温を33℃以下とすることを特徴とする。
 混合工程により、銀イオンから前記銀粒子が還元析出される。
 混合開始から90秒間後までの水性反応系の液温は、混合開始による反応進行に伴い上昇するが、その最高到達温度は、33℃以下に維持され、30℃以下に維持されることが好ましい。
 前記最高到達温度が、33℃を超えると、銀粒子の成長が早いため、細かな空隙が出来にくく、大きな空隙が発生しやすくなることがある。そして、水性反応系中の有機成分が大きな空隙に多く取り込まれるため、銀粒子内での有機成分の分布が不均一となることによる悪影響が生じることがある。
 前記最高到達温度を実現するためには、還元剤添加前の前記水性反応系の液温を下げることが好ましく、さらに、外部から冷却し、反応熱を逃がして液温を冷やす機構を設けることがより好ましい。冷却すると共に、還元剤の含有量を低くする、銀の含有量を低くする、還元剤添加後の水性反応系の容量を増やす、添加する還元剤含有溶液の温度を下げるなどによって、反応熱による液温の上昇を抑制することも有効である。
 前記液温を冷やす機構としては、例えば、水冷ジャケットのような熱交換器をつけた機構、溶液が接する外壁を放熱しやすい材料とした機構、放熱フィンをつけて空冷する機構、撹拌翼に冷却機能をつけた機構など、種々の機構を採用することができる。
 なお、混合開始から90秒間後までの水性反応系の液温(最高到達温度)を測定および制御するにあたり、還元剤添加開始から還元剤添加完了までにかかる時間(還元剤添加時間)は、10秒間以内であることが好ましい。
 前記混合工程において、前記還元剤含有溶液の添加と同時ないし混合時に、キャビテーションを発生させてもよい。キャビテーションを発生させる方法としては、特開2015-232180号公報に記載された方法を採用することができる。
-水性反応系-
 前記銀イオンを含有する水性反応系としては、硝酸銀、銀錯体または銀中間体を含有する水溶液またはスラリーを使用することができる。銀錯体を含有する水溶液は、硝酸銀水溶液または酸化銀懸濁液にアンモニア水またはアンモニウム塩を添加することにより生成することができる。これらの中でも、銀粒子が適当な粒径と球状の形状を有する点から、硝酸銀水溶液にアンモニア水を添加して得られる銀アンミン錯体水溶液が好ましい。
 前記水性反応系における銀の濃度としては、0.8質量%以下が好ましく、0.3~0.6質量%がより好ましい。前記濃度が、0.8質量%を超えると、還元剤の添加後の発熱量が大きくなり、混合開始から90秒間後までの水性反応系の液温(最高到達温度)を制御し、33℃以下にすることが困難になることがある。
 前記銀錯体を含有する水溶液を調製する場合の、アンモニアの添加量としては、銀量に対して1.2当量~3.2当量(モル当量)が好ましく、2.0当量~3.2当量がより好ましい。前記添加量が、3.2当量を超えると、還元剤の添加後の発熱量が大きくなり、混合開始から90秒間後までの水性反応系の液温(最高到達温度)の制御が困難になることがある。
 前記水性反応系の還元剤添加前の液温としては、10℃~室温(25℃)が好ましく、10℃~20℃がより好ましい。
 前記温度が、10℃未満であると、還元剤添加前に硝酸銀が析出する恐れがあり、25℃を超えると、還元剤の含有量を低くする、銀の含有量を低くする、還元剤添加後の水性反応系の容量を増やすなどの制御を行ったとしても、銀粒子の粒径などの粒子特性を大幅に変えることなく、混合開始から90秒間後までの水性反応系の液温(最高到達温度)を制御し、33℃以下とすることが困難になることがある。
 なお、還元剤添加前の前記水性反応系の液温を10℃~20℃にすると共に、後述する通り、還元剤の添加量を銀量に対して6.0当量~14.5当量とすることにより、反応熱による前記最高到達温度を制御し、33℃以下にすることができる点で好ましい。
-還元剤含有溶液-
 前記還元剤含有溶液は、還元剤としてアルデヒドを含有する。
 前記アルデヒドとしては、その分子内にアルデヒド基を含有し、還元剤として機能する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドが好ましい。
 前記還元剤含有溶液は、水溶液またはアルコール溶液であることが好ましく、例えば、ホルムアルデヒドを含む水溶液としてホルマリンを使用することができる。
 前記還元剤含有溶液におけるアルデヒドの含有量としては、15.0質量%~40.0質量%が好ましく、30.0質量%~40.0質量%がより好ましい。
 還元剤の添加量としては、銀量に対して6.0当量~14.5当量(モル当量)が好ましく、6.0当量~10.0当量がより好ましい。前記添加量が6.0当量未満であると、未還元が起こりやすくなり、14.5当量を超えると、還元剤の添加後の発熱量が大きくなり、混合開始から90秒間後までの水性反応系の液温(最高到達温度)を制御し、33℃以下にすることが困難になることがある。一方、6.0当量~10.0当量であると、サイズの小さい(すなわち、Heywood径が10nm以上30nm未満である)空隙が多く発生しやすい点で有利である。
 なお、前記アルデヒドを含有する還元剤含有溶液は、他のアスコルビン酸等の還元剤に比べて、添加直後の反応が激しいため還元剤混合直後から液温が大きく上昇しやすい。そのため、前記アルデヒドを含有する還元剤含有溶液を用いる場合において、混合開始から90秒間後までの間の水性反応系の液温(最高到達温度)を33℃以下にすることは困難であった。しかし、本発明の銀粉の製造方法において、前記最高到達温度を33℃以下にすることにより、所望の空隙特性を有する本発明の銀粉を得ることができることを知見した。
 また、ヒドラジンを還元剤として用いた場合は、ほとんど空隙は生じない。
<その他の工程>
 前記その他の工程としては、例えば、洗浄工程、乾燥工程などが挙げられる。
(導電性ペースト)
 本発明の導電性ペーストは、本発明の前記銀粉を含み、溶剤、バインダーを含有することが好ましく、さらに必要に応じてその他の成分を含有する。
 前記導電性ペーストの粘度は、コーンプレートタイプ粘度計を用いて、25℃、1rpm値で、100Pa・s以上1,000Pa・s以下となるように各々の配合量の調整することが好ましい。前記粘度が、100Pa・s未満であると、低粘度の領域では「にじみ」が発生することがあり、1,000Pa・sを超えると、高粘度の領域では「かすれ」、と言った印刷の不具合が発生することがある。
<バインダー>
 前記バインダーとしては、太陽電池の電極用途として800℃近辺で焼成する樹脂組成物として用いられてきた熱分解性を有するものであれば特に制限はなく、公知の樹脂を用いることができ、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、フェノール系樹脂、脂肪族系石油樹脂、酢酸ビニル系樹脂、酢酸ビニル-アクリル酸エステル共重合体、ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂誘導体の有機バインダーなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<溶剤>
 前記溶剤は、前記バインダーを溶解することができるものであれば特に制限はなく、公知の溶剤を用いることができ、導電性ペーストの製造において前記有機バインダーを予め溶解、混合して用いることが好ましい。
 前記溶剤としては、例えば、ジオキサン、ヘキサン、トルエン、エチルセロソルブ、シクロヘキサノン、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジアセトンアルコール、ターピネオール、メチルエチルケトン、ベンジルアルコール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオールモノイソブチレートなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<その他の成分>
 前記その他の成分としては、例えば、界面活性剤、分散剤、粘度調整剤などが挙げられる。
 以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
(実施例1)
 ビーカーの周囲にコイル状に冷却水を流すことのできる冷却ジャケットが設置されているビーカー(ガラス製)に、銀濃度が0.44質量%の硝酸銀水溶液(冷蔵庫にて冷却して18.5℃としたもの)を3,667g準備し、前記硝酸銀水溶液に濃度28質量%のアンモニア水溶液151.8g(銀に対して2.6モル当量相当)を加え、アンモニア水の添加から30秒間後に、20質量%の水酸化ナトリウム水溶液7.2gを添加して銀アンミン錯体水溶液を得た。
 冷却水の温度を20℃に設定しており、液深さ半分の位置に熱電対を設けて液温を測定したところ、銀アンミン錯体水溶液の液温は20℃であった。
 前記銀アンミン錯体水溶液を攪拌し、ホルマリンを純水で希釈した23質量%のホルムアルデヒド溶液386.4g(銀に対して12.4モル当量相当)を、撹拌している前記銀アンミン錯体水溶液に混合すると共に、冷却水を流し続けた。
 混合開始から90秒間の最高到達温度は30℃であった。
 混合開始から90秒間後に1.55質量%のステアリン酸エタノール溶液6.01gを添加して還元反応を終了させ、銀粒子を含むスラリーを得た。
 前記スラリーを濾過し、ろ液の導電率が0.2mSになるまで水洗した後、真空乾燥機を用いて73℃で10時間乾燥させた。その後、得られた乾燥粉を解砕機(協立理工株式会社製、SK-M10型)に投入し、30秒間の解砕を2回繰り返した。このようにして実施例1の銀粉を得た。
 得られた実施例1の銀粉を、樹脂に埋めた後、クロスセクションポリッシャーによる研磨を行って銀粉の粒子断面を露出させた。そして、粒子断面について電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM;日本電子株式会社製、JEM-9310FIB)を用いて倍率10,000倍で2視野を撮影した。撮影した画像のうち1視野を図1に示す。
 また、撮影したFE-SEM画像について、画像解析式粒度分布測定ソフトウェア(株式会社マウンテック製、Mac-View)を用いて、得られた銀粒子断面の銀粒子内部に見られる(銀粒子の外周とつながりのない閉鎖した)空隙の外周を、画像を表示した画面上のポインタでなぞることで、空隙のHeywood径を算出した。
 実施例1の銀粉での倍率10,000倍のFE-SEM像を図1に示す。倍率10,000倍で粒子断面(粒子断面の総面積62μm)の写真を使用して必要に応じて拡大しながら観察した結果、Heywood径が200nm以上である空隙は観察されなかった。図1のほかにもう1視野を観察したが、Heywood径が200nm以上である空隙は観察されなかった。
 次いで、粒子断面について倍率40,000倍で5視野を撮影した。撮影した画像のうちの1視野を図2に示す。撮影したFE-SEM画像について、画像解析式粒度分布測定ソフトウェア(株式会社マウンテック製、Mac-View)を用いて、得られた銀粒子断面の粒子外周、および銀粒子内部に見られる(銀粒子の外周とつながりのない閉鎖した)空隙の外周を、必要に応じて写真を拡大しながら画像を表示した画面上のポインタでなぞることで、銀粒子の断面積、銀粒子のHeywood径、空隙のHeywood径、および面積を測定した。5視野についてそれぞれ測定した。
 実施例1の銀粉では、Heywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数は5視野で合計566個あり、そのうち、10nm以上20nm未満である空隙の個数は5視野で合計418個あった。粒子断面の面積に対するHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数は5視野分の平均で25個/μmであった。また、粒子断面の面積に対する空隙の面積で表される空隙率(%)は、5視野分の平均で2.7%であった。
 実施例1の銀粉は球状であり、銀粒子の断面のHeywood粒径は、5視野分の平均で0.88μmであった。
(実施例2)
 実施例1において、前記硝酸銀水溶液に加える濃度28質量%のアンモニア水溶液を113.9g(銀に対して1.95モル当量相当)に変更したこと、水酸化ナトリウム水溶液を添加しなかったこと、ホルムアルデヒド溶液を濃度37.0%、181.2g(銀に対して9.3モル当量相当)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして実施例2の銀粉を得た。
 冷却水の温度を20℃に設定しており、混合開始前の銀アンミン錯体水溶液の液温は20℃であり、混合開始から90秒間の最高到達温度は27℃であった。
 実施例2の銀粉での倍率10,000倍のFE-SEM像を図3に示す。倍率10,000倍において粒子断面(粒子断面の総面積74μm)を観察した結果、Heywood径が200nm以上である空隙は観察されなかった。図3のほかにもう1視野を観察したが、Heywood径が200nm以上である空隙は観察されなかった。
 粒子断面について倍率40,000倍で5視野を撮影した画像のうちの1視野を図4に示す。実施例2の銀粉では、倍率40,000倍においてHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数は5視野で合計622個あり、そのうち、10nm以上20nm未満である空隙の個数は5視野で合計417個あった。粒子断面の面積に対するHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数は、5視野分の平均で28個/μmであった。また、粒子断面の面積に対する空隙の面積で表される空隙率(%)は、5視野分の平均で2.0%であった。
 実施例2の銀粉は球状であり、銀粒子の断面のHeywood粒径は、5視野分の平均で0.76μmであった。
(比較例1)
 実施例1において、冷却ジャケットを設置せず、硝酸銀溶液を冷却せず26.5℃のものを使用した以外は、実施例1と同様にして比較例1の銀粉を得た。混合開始前の銀アンミン錯体水溶液の液温は28℃であり、混合開始から90秒間の最高到達温度は37℃であった。
 比較例1の銀粉での倍率10,000倍のFE-SEM像を図5に示す。比較例1の銀粉では、倍率10,000倍において粒子断面(粒子断面の総面積70μm)を観察した結果、Heywood径が200nm以上である空隙が観察された。その数は2個であった。図5のほかにもう1視野を観察し、2視野分における粒子断面の面積に対するHeywood径が200nm以上の空隙の密度(個/μm)は、0.05であった。
 粒子断面について倍率40,000倍で5視野を撮影した画像のうちの1視野を図6に示す。比較例1の銀粉では、倍率40,000倍においてHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数は5視野で合計329個あり、そのうち、10nm以上20nm未満である空隙の個数は5視野で合計192個あった。粒子断面の面積に対するHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数は、5視野分の平均で16個/μmであった。また、粒子断面の面積に対する空隙の面積で表される空隙率(%)は、5視野分の平均で3.9%であった。
 比較例1の銀粉は球状であり、銀粒子の断面のHeywood粒径は、5視野分の平均で0.82μmであった。
(比較例2)
 実施例2において、冷却ジャケットを設置せず、硝酸銀溶液を冷却せず26.5℃のものを使用した以外は、実施例2と同様にして比較例2の銀粉を得た。混合開始前の銀アンミン錯体水溶液の液温は28℃であり、混合開始から90秒間の最高到達温度は35.0℃であった。
 比較例2の銀粉の断面の倍率10,000倍のFE-SEM像を図7に示す。倍率10,000倍において粒子断面(粒子断面の総面積133μm)を観察した結果、Heywood径が200nm以上である空隙が観察された。その数は10個であった。図7のほかにもう1視野を観察し、2視野分における粒子断面の面積に対するHeywood径が200nm以上の空隙の密度(個/μm)は、0.07であった。
 粒子断面について倍率40,000倍で5視野を撮影した画像のうちの1視野を図8に示す。比較例2の銀粉では、倍率40,000倍においてHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数は5視野で合計517個あり、そのうち、10nm以上20nm未満である空隙の個数は5視野で合計443個あった。粒子断面の面積に対するHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数は、5視野分の平均で25個/μmであった。また、粒子断面の面積に対する空隙の面積で表される空隙率(%)は、5視野分の平均で1.23%であった。
 比較例2の銀粉は球状であり、銀粒子の断面のHeywood粒径は、5視野分の平均で0.69μmであった。
 実施例および比較例の、10,000倍における2視野分の空隙のHeywood径の範囲ごとの個数、粒子の断面の面積、空隙率の一覧を表1に示す。断面積1μm当たりのHeywood径200nm以上の空隙数(2視野平均)は、比較例1が0.05個/μmであり、比較例2が0.07個/μmであり、実施例1と実施例2はゼロであった。
 なお、それぞれの視野(1)が、SEM像写真を掲載したもの(図1、3、5、および7)に対応する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 実施例および比較例の、40,000倍における5視野分の空隙のHeywood径の範囲ごとの個数、粒子の断面の面積、空隙率の一覧を表2-1、および表2-2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 これらの実施例および比較例の製造条件と、得られた銀粉の下記の粉体特性の測定結果を表3-1、および表3-2に示す。
<比表面積測定>
 BET比表面積測定器(ユアサアイオニクス株式会社製、4ソーブUS)を使用してBET1点法により測定した。
<粒度分布測定>
 体積基準の累積10%粒子径(D10)、累積50%粒子径(D50)、累積90%粒子径(D90)、およびピークトップ頻度を以下の方法により測定した。
 すなわち、銀粉0.1gをイソプロピルアルコール(IPA)40mLに加えて超音波ホモジナイザー(株式会社日本精機製作所製、装置名:US-150T;19.5kHz、チップ先端直径18mm)により2分間分散させた後、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社製、マイクトロラックMT-3300 EXII)により測定した。
 なお、ピークトップ頻度とは、粒子径の分布の縦軸を頻度として表した際の、頻度(%)が最も大きいときの頻度の値を表す。
<減量終了温度>
 大気雰囲気下、室温から400℃まで昇温速度10℃/minの条件で、熱重量・示差熱分析法(TG-DTA法)(株式会社リガク、示差熱天秤TG8120)により減量終了温度を測定した。減量終了温度は、重量変化量(縦軸)が、400℃までの最大の減少量(最大減量)の90%まで減少したときの温度とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 これらの結果から、熱重量・示差熱分析法の結果から、減量終了温度が比較例1では331℃、比較例2では269℃、実施例1では265℃、実施例2では250℃を示しており、実施例1~2の減量終了温度が低いことが分かった。実施例1~2が比較例に比べて、空隙内に含まれる成分が一度に抜けやすい傾向があると予想される。
(導電性ペーストの製造例)
(実施例1-1)
 下記の各成分を、プロペラレス自公転式攪拌脱泡装置(株式会社シンキー製、AR-250)を用いて30秒間混合する操作を2回行った後、3本ロールミル(EXAKT社製、EXAKT80S)を用いて混練し、500μmメッシュで濾過することで、実施例3の導電性ペーストを得た。
 ・実施例1の銀粉:25.5g
 ・富士フイルム和光純薬株式会社製、ターピネオール(TPO):1.37g
 ・富士フイルム和光純薬株式会社製、100cos 11.5% in TPO:3.13g
 このようにして得られた導電性ペーストを、2.5cm角に切った太陽電池用単結晶シリコン基板(100Ω/□)の表面にスクリーン印刷機(マイクロテック株式会社製、MT-320T)によって線状に印刷し、熱風式乾燥機により200℃で10分間乾燥した後、高速焼成IR炉(日本ガイシ株式会社、高速焼成試験4室炉)により、大気中においてピーク温度770℃、イン-アウト21秒間で焼成して電極配線を作製した。得られた導電膜についてデジタルマルチメーターを用いて電気抵抗を計測し、また、マイクロスコープを用いて焼成後の線の幅、厚み、および長さを計測し、体積抵抗(Ω・cm)を算出した。結果を表4に示す。
(実施例2-1)
 実施例1-1において、実施例1の銀粉を実施例2の銀粉に変更したこと以外は、実施例1-1と同様にして実施例2-1の導電性ペーストを得た。結果を表4に示す。
(比較例1-1および2-1)
 実施例1-1において、実施例1の銀粉を比較例1の銀粉および比較例2の銀粉にそれぞれ変更したこと以外は、実施例1-1と同様にして比較例1-1および2-1の導電性ペーストを得た。結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 これらの実施例および比較例より、本発明の銀粉は、微細な配線を描画でき、かつ、焼成後の配線が従来よりもさらに低抵抗となる電極配線を形成することが可能であることが分かった。
 以上より、本発明により作成された銀粉は、微細な配線を描画でき、かつ、焼成後の配線が従来よりもさらに低抵抗となる電極配線を形成することが可能であることが分かった。したがって、低温での焼成が可能かつ、低抵抗なペーストの作成が可能となるため、様々な対象物への電極配線に使用可能であり、また、太陽電池等の性能を向上させることが期待される。

Claims (8)

  1.  閉鎖された空隙を粒子内部に有する銀粒子を含む銀粉であって、
     前記銀粒子の断面を10,000倍で観察したときに、前記断面の面積に対するHeywood径が200nm以上である空隙の個数の平均が、0.01個/μm以下であり、かつ、
     前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときに、前記断面の面積に対するHeywood径が10nm以上30nm未満である空隙の個数の平均が、25個/μm以上であることを特徴とする銀粉。
  2.  前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときの、前記断面の面積に対する空隙の面積で表される空隙率(%)が、1%~4%である請求項1に記載の銀粉。
  3.  前記銀粒子の断面を40,000倍で観察したときの、銀粒子のHeywood径の平均が、0.5μm~1μmである請求項1または2に記載の銀粉。
  4.  熱重量・示差熱分析法により、室温から400℃まで昇温速度10℃/minの条件で前記銀粉を加熱した場合の、重量変化量が最大の減少量の90%重量減少したときの温度が、270℃以下である請求項1から3のいずれかに記載の銀粉。
  5.  閉鎖された空隙を粒子内部に有する銀粒子を含む銀粉の製造方法であって、
     銀イオンを含有する水性反応系に、還元剤としてアルデヒドを含有する還元剤含有溶液を添加して混合する工程を有し、
     混合開始から90秒間後までの水性反応系の液温を33℃以下とすることを特徴とする銀粉の製造方法。
  6.  混合開始から90秒間後までの水性反応系の液温を30℃以下とする請求項5に記載の銀粉の製造方法。
  7.  還元剤添加前の前記水性反応系の液温が、10℃~20℃であり、
     還元剤の添加量が、銀量に対して6.0当量~14.5当量である請求項5または6に記載の銀粉の製造方法。
  8.  請求項1から4のいずれかに記載の銀粉を含むことを特徴とする導電性ペースト。
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