WO2024048851A1 - Method for producing co-firable copper-zinc alloy powder for multilayer ceramic device, copper-zinc alloy powder produced thereby, electrode paste comprising same, and multilayer ceramic device - Google Patents

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Abstract

The present invention is technically characterized in that copper and zinc are alloyed by comprising: a first step of mixing a copper or copper oxide powder and a zinc powder to prepare a mixture powder; a second step of thermally treating the mixture powder in a reducing atmosphere to prepare a copper-zinc alloy powder; a third step of thermally treating the copper-zinc alloy powder in an oxidizing atmosphere to prepare a copper oxide-zinc oxide alloy powder; a fourth step of pulverizing the copper oxide-zinc oxide alloy powder to prepare a pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder; and a fifth step of thermally treating the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder in a reducing atmosphere to re-reduce the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder to a copper-zinc alloy powder.

Description

동시 소성이 가능한 적층형 세라믹 소자용 구리-아연 합금 분말의 제조방법 및 이로부터 제조되는 구리-아연 합금 분말, 이를 포함하는 전극 페이스트 및 적층형 세라믹 소자Method for manufacturing copper-zinc alloy powder for multilayer ceramic devices capable of simultaneous firing, copper-zinc alloy powder manufactured therefrom, electrode paste containing the same, and multilayer ceramic device
본 발명은 동시 소성이 가능한 적층형 세라믹 소자용 구리-아연 합금 분말의 제조방법 및 이로부터 제조되는 구리-아연 합금 분말, 이를 포함하는 전극 페이스트 및 적층형 세라믹 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a copper-zinc alloy powder for a multilayer ceramic device capable of simultaneous firing, a copper-zinc alloy powder manufactured therefrom, an electrode paste containing the same, and a multilayer ceramic device.
세라믹 소자는 빠른 응답성과 정밀성을 가지고 소형 경량화가 가능하여 미소변위 제어장치, 밸브 및 펌프 등에 그 응용성이 확대되고 있음에도 불구하고 전기식 소자보다 변위가 작아 한계성을 보임에 따라, 이를 극복하기 위해 전극이 형성된 얇은 세라믹을 여러층 겹친 적층형 세라믹 소자가 개발되고 있다.Ceramic elements have fast response and precision, can be made small and lightweight, and their application is expanding to micro-displacement control devices, valves and pumps. However, they have limitations due to their smaller displacement than electric elements. To overcome this, electrodes are used. A multilayer ceramic device in which several layers of thin ceramics are formed is being developed.
적층형 세라믹 소자는 먼저 세라믹 재료를 얇은 세라믹 형태로 만들고, 세라믹의 표면에 전도체 물질로 전극을 형성한 후 다수 개 적층하는 방식으로 제조되며, 이때 적층된 세라믹은 강도가 약하기 때문에 열처리를 통하여 단단하게 경화시키게 된다.Multilayer ceramic elements are manufactured by first making ceramic materials into a thin ceramic form, forming electrodes with conductive materials on the surface of the ceramic, and then stacking multiple pieces. At this time, since the strength of the laminated ceramics is weak, they are hardened through heat treatment. It will be done.
전극 재료와 관련하여, 은(Ag)은 녹는점이 961 ℃로 매우 낮아 녹는점이 높은 팔라듐(Pd)이나 백금(Pt)과 고용시켜 은팔라듐(AgPd), 은백금(AgPt)으로 사용되고 있다. 하지만 팔라듐과 같은 귀금속은 매우 고가여서 비교적 저렴한 가격의 은의 비율을 높여 전극 재료로 사용하기는 하나, 경제적인 이유로 적층형 세라믹 소자 양산화에 결정적인 어려움이 되고 있다.Regarding electrode materials, silver (Ag) has a very low melting point of 961°C, so it is used as silver palladium (AgPd) and silver platinum (AgPt) by dissolving it in solid solution with palladium (Pd) or platinum (Pt), which have high melting points. However, precious metals such as palladium are very expensive, so although it is used as an electrode material by increasing the proportion of relatively inexpensive silver, it is a critical difficulty in mass production of multilayer ceramic devices for economic reasons.
전극 재료로 구리(Cu)나 니켈(Ni)을 사용하는 사례가 있다. '적층 세라믹 부품(KR 10-1580350 B1)'에서는 내부 전극층에 첨가되는 공재의 함량 또는 크기를 조절하고, 상기 공재의 높은 소결 구동력을 이용하여 상기 내부 전극의 연결성을 높일 수 있는 적층 세라믹 부품으로서, 내부 전극으로 구리 또는 니켈을 적용하였다.There are cases where copper (Cu) or nickel (Ni) is used as an electrode material. The 'multilayer ceramic part (KR 10-1580350 B1)' is a multilayer ceramic part that can control the content or size of the co-material added to the internal electrode layer and increase the connectivity of the internal electrode by using the high sintering driving force of the co-material, Copper or nickel was applied as the internal electrode.
하지만 보통 구리와 니켈을 합금화하는 과정에서 특정 부분에 구리나 니켈 원소가 석출되는 편석이 쉽게 발생되어서 구리와 니켈 간에 분리되는 경향이 나타나는 문제점이 있으며, 이런 문제점을 해소해 보기 위해 구리의 소결 거동을 변화시켜 보더라도 적층형 세라믹 소자를 제조하는 데에는 한계가 있어 왔다. 특히 니켈의 경우 이차전지의 전극 소재로 사용되고 있어 가격이 비싸 사용에 어려움이 있으므로, 니켈보다 가격이 저렴한 금속을 이용하여 전기전도성을 안정적으로 유지할 수 있는 구리계 합금 분말과, 이를 포함하는 전극 페이스트 및 적층형 세라믹 소자에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.However, in the process of alloying copper and nickel, there is a problem that segregation, in which copper or nickel elements precipitate easily in certain areas, tends to separate copper and nickel. In order to solve this problem, the sintering behavior of copper is examined. Even with changes, there have been limitations in manufacturing multilayer ceramic devices. In particular, nickel is used as an electrode material for secondary batteries and is difficult to use due to its high price. Therefore, copper-based alloy powder that can maintain stable electrical conductivity by using a metal that is cheaper than nickel, electrode paste containing it, and There is a need for technology development for multilayer ceramic devices.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 구리와 아연 간에 합금화가 이루어져 전기전도성이 안정적으로 유지될 수 있도록, 동시 소성이 가능한 적층형 세라믹 소자용 구리-아연 합금 분말의 제조방법 및 이로부터 제조되는 구리-아연 합금 분말, 이를 포함하는 전극 페이스트 및 적층형 세라믹 소자를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.The present invention was invented to solve the above problems, and is a method for producing copper-zinc alloy powder for a multilayer ceramic device capable of simultaneous firing so that electrical conductivity can be maintained stably by alloying copper and zinc, and the method for manufacturing copper-zinc alloy powder therefrom The technical problem is to provide manufactured copper-zinc alloy powder, electrode paste containing it, and multilayer ceramic device.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 구리 또는 산화구리 분말과 아연 분말을 혼합하여, 혼합 분말을 제조하는 제1 단계; 상기 혼합 분말을 환원 분위기에서 열처리하여, 구리-아연 합금 분말을 제조하는 제2 단계; 상기 구리-아연 합금 분말을 산화 분위기에서 열처리하여, 산화구리-산화아연 합금 분말을 제조하는 제3 단계; 상기 산화구리-산화아연 합금 분말을 분쇄하여, 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 제조하는 제4 단계; 및 상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 환원 분위기에서 열처리하여, 상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 구리-아연 합금 분말로 재환원하는 제5 단계;를 포함하여, 구리와 아연 간에 합금화가 이루어지는 것을 특징으로 하는, 동시 소성이 가능한 적층형 세라믹 소자용 구리-아연 합금 분말의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention includes a first step of mixing copper or copper oxide powder and zinc powder to produce a mixed powder; A second step of heat treating the mixed powder in a reducing atmosphere to produce copper-zinc alloy powder; A third step of heat-treating the copper-zinc alloy powder in an oxidizing atmosphere to produce copper oxide-zinc oxide alloy powder; A fourth step of pulverizing the copper oxide-zinc oxide alloy powder to produce pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder; And a fifth step of heat-treating the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder in a reducing atmosphere to re-reduce the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder to copper-zinc alloy powder, including alloying between copper and zinc. Provided is a method for producing copper-zinc alloy powder for a multilayer ceramic device capable of simultaneous firing, characterized in that:
본 발명에 있어서, 상기 제1 단계는, 상기 구리 또는 산화구리 분말과 상기 아연 분말을 5 ~ 9.9 : 0.1 ~ 5 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the first step is characterized in that the copper or copper oxide powder and the zinc powder are mixed at a weight ratio of 5 to 9.9:0.1 to 5.
본 발명에 있어서, 상기 제2 단계는, 상기 혼합 분말을 수소 또는 수소/질소 혼합가스 분위기에서 500 내지 650 ℃의 온도로 열처리하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the second step is characterized in that the mixed powder is heat-treated at a temperature of 500 to 650 ° C. in a hydrogen or hydrogen/nitrogen mixed gas atmosphere.
본 발명에 있어서, 상기 제3 단계는, 상기 구리-아연 합금 분말을 산소 또는 대기 분위기에서 500 내지 900 ℃의 온도로 열처리하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the third step is characterized in that the copper-zinc alloy powder is heat-treated at a temperature of 500 to 900 ° C. in an oxygen or atmospheric atmosphere.
본 발명에 있어서, 상기 제5 단계는, 상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 수소 또는 수소/질소 혼합가스 분위기에서 상기 제2 단계의 열처리 온도보다 낮은 온도로 열처리하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the fifth step is characterized in that the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder is heat-treated at a temperature lower than the heat treatment temperature of the second step in a hydrogen or hydrogen/nitrogen mixed gas atmosphere.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상기 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 구리-아연 합금 분말을 제공한다.In order to solve the above other technical problems, the present invention provides a copper-zinc alloy powder, which is produced by the above method.
상기의 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 유기용매와 바인더를 혼합하여 형성되는 유기 비히클; 및 상기 구리-아연 합금 분말;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 페이스트를 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention includes an organic vehicle formed by mixing an organic solvent and a binder; And it provides an electrode paste, characterized in that it includes the copper-zinc alloy powder.
상기의 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 세라믹 테이프에 상기 전극 페이스트를 인쇄하여 세라믹 적층체를 형성하고, 산화 분위기에서 열처리한 후 환원 분위기에서 열처리하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 적층형 세라믹 소자를 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention is a multilayer ceramic, which is formed by printing the electrode paste on a ceramic tape to form a ceramic laminate, heat treating it in an oxidizing atmosphere, and then heat treating it in a reducing atmosphere. Devices are provided.
본 발명에 있어서, 상기 세라믹 소자는, 상기 세라믹 적층체를 산화 분위기에서 100 내지 650 ℃로 열처리하여 상기 바인더를 번아웃(burn-out)하여 탈지한 후, 산화 분위기에서 800 내지 1,100 ℃로 열처리하여 소결하는 단계; 및 상기 소결된 세라믹 적층체를 환원 분위기에서 100 내지 300 ℃로 열처리하는 단계;를 통하여 형성되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the ceramic element is made by heat-treating the ceramic laminate at 100 to 650°C in an oxidizing atmosphere to burn-out and degrease the binder, and then heat-treating the ceramic laminate at 800 to 1,100°C in an oxidizing atmosphere. Sintering; and heat treating the sintered ceramic laminate at 100 to 300° C. in a reducing atmosphere.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따르면, 구리와 아연의 이종 금속을 이용하여 산화 분위기에서도 동시 소성이 가능하도록 하여 이종 금속 간의 수축률을 제어함으로써 결국 수축(shrinkage)과 박리(delamination)를 방지할 수 있는 구리-아연 합금 분말을 제조할 수 있으며, 순수 구리의 경우보다 아연과 합금되어 치밀한 조직을 가져 내열성을 최대 1,050 ℃까지 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as a means of solving the above problem, simultaneous firing is possible even in an oxidizing atmosphere using dissimilar metals of copper and zinc, thereby controlling the shrinkage rate between dissimilar metals, ultimately preventing shrinkage and delamination. Copper-zinc alloy powder can be manufactured, and it has a dense structure by alloying with zinc compared to pure copper, which has the effect of improving heat resistance up to 1,050 ℃.
특히, 본 발명의 구리-아연 합금 분말은 벌크 구리(Bulk Cu), 고가인 은팔라듐(AgPd) 소재와 비교하여 전기전도도가 안정적으로 유지되므로, 고가의 은팔라듐(AgPd)을 대신하여 전극 페이스트 제조 후 적층형 세라믹 소자의 전극으로 활용하여 경제성을 높일 수 있는 효과가 있다.In particular, the copper-zinc alloy powder of the present invention maintains stable electrical conductivity compared to bulk copper (Bulk Cu) and expensive silver palladium (AgPd) materials, so it can be used to manufacture electrode paste instead of expensive silver palladium (AgPd). It has the effect of increasing economic efficiency by using it as an electrode for a post-laminated ceramic device.
도 1은 본 발명에 따른 구리-아연 합금 분말의 제조방법을 나타낸 순서도이다.1 is a flowchart showing a method of manufacturing copper-zinc alloy powder according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 전극 페이스트 및 적층형 세라믹 소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.Figure 2 is a flowchart showing a method of manufacturing an electrode paste and a multilayer ceramic device according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 적층형 세라믹 소자의 전극 제조방법을 나타낸 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing a method for manufacturing electrodes of a multilayer ceramic device according to the present invention.
도 4는 구리-아연 합금 분말의 표면 변화를 나타낸 SEM 사진이다.Figure 4 is an SEM photograph showing surface changes of copper-zinc alloy powder.
도 5는 전극 소재에 따른 전기전도도를 비교하여 나타낸 그래프이다.Figure 5 is a graph comparing electrical conductivity according to electrode material.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and take various forms, specific embodiments will be described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of a combination of features, numbers, steps, components, etc. described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features, numbers, or steps. , it should be understood that the existence or addition possibility of combinations of components, etc. is not excluded in advance.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.
여기서 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시 형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Here, repeated descriptions, known functions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention, and detailed descriptions of configurations are omitted. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
본 발명은 동시 소성이 가능한 적층형 세라믹 소자용 구리-아연 합금 분말의 제조방법에 관한 것이다. 관련하여 도 1은 본 발명에 따른 구리-아연 합금 분말의 제조방법을 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 구리-아연 합금 분말은, 구리 또는 산화구리 분말과 아연 분말을 혼합하여, 혼합 분말을 제조하는 제1 단계(S10)와, 상기 혼합 분말을 환원 분위기에서 열처리하여, 구리-아연 합금 분말을 제조하는 제2 단계(S20)와, 상기 구리-아연 합금 분말을 산화 분위기에서 열처리하여, 산화구리-산화아연 합금 분말을 제조하는 제3 단계(S30)와, 상기 산화구리-산화아연 합금 분말을 분쇄하여, 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 제조하는 제4 단계(S40)와, 상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 환원 분위기에서 열처리하여, 상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 구리-아연 합금 분말로 재환원하는 제5 단계(S50)를 통하여 제조되며, 특히 구리와 아연 간에 합금화가 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method of manufacturing copper-zinc alloy powder for a multilayer ceramic device capable of simultaneous firing. In relation to this, Figure 1 is a flowchart showing a method of manufacturing copper-zinc alloy powder according to the present invention. Referring to Figure 1, the copper-zinc alloy powder of the present invention includes a first step (S10) of mixing copper or copper oxide powder and zinc powder to produce a mixed powder, and heat treating the mixed powder in a reducing atmosphere, A second step (S20) of producing a copper-zinc alloy powder, a third step (S30) of producing a copper oxide-zinc oxide alloy powder by heat-treating the copper-zinc alloy powder in an oxidizing atmosphere, and the copper oxide -A fourth step (S40) of pulverizing the zinc oxide alloy powder to produce pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder, and heat-treating the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder in a reducing atmosphere to oxidize the pulverized copper oxide alloy powder. It is manufactured through the fifth step (S50) of reducing copper-zinc oxide alloy powder to copper-zinc alloy powder, and is particularly characterized by alloying between copper and zinc.
상술한 제조방법에 의하면 먼저, 제1 단계는 구리 또는 산화구리 분말과 아연 분말을 혼합하여, 혼합 분말을 제조하는 단계이다(S10).According to the above-described manufacturing method, the first step is to prepare a mixed powder by mixing copper or copper oxide powder and zinc powder (S10).
상기 구리 또는 산화구리 분말과 상기 아연 분말을 5 ~ 9.9 : 0.1 ~ 5 중량비로 혼합할 수 있다. 구리 또는 산화구리 분말이 5 중량비 미만이거나 아연 분말이 5 중량비를 초과하면 전기전도성 향상 측면에서 조율하기 어렵고, 구리 또는 산화구리 분말이 9.9 중량비를 초과하거나 아연 분말이 0.1 중량비 미만이면 구리와 아연 간의 수축(shrinkage) 또는 박리(delamination)를 야기할 수 있어 바람직하지 않다.The copper or copper oxide powder and the zinc powder may be mixed at a weight ratio of 5 to 9.9:0.1 to 5. If the copper or copper oxide powder is less than 5 weight ratio or the zinc powder is more than 5 weight ratio, it is difficult to tune in terms of improving electrical conductivity, and if the copper or copper oxide powder exceeds 9.9 weight ratio or the zinc powder is less than 0.1 weight ratio, shrinkage between copper and zinc occurs. It is undesirable because it may cause shrinkage or delamination.
다음으로, 제2 단계는 상기 혼합 분말을 환원 분위기에서 열처리하여, 구리-아연 합금 분말을 제조하는 단계이다(S20).Next, the second step is to heat-treat the mixed powder in a reducing atmosphere to produce copper-zinc alloy powder (S20).
상기 혼합 분말을 수소 또는 수소/질소 혼합가스 분위기에서 500 내지 650 ℃의 온도로 열처리한다. 아연의 녹는점이 약 419 ℃ 정도 되며, 구리와 아연의 합금화를 위해 최소 아연의 녹는점 이상이 되어야 하며, 공정 효율성을 위해 500 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 500 ℃ 미만으로 환원 열처리하면 구리와 아연 간의 합금화가 이루어지는데 많은 시간이 소요되는 단점이 있으며, 650 ℃를 초과하면 높은 온도로 인해 구리-아연 합금 분말의 물성 변질을 초래할 수 있다. 구리의 녹는점은 1,085 ℃로 높기 때문에 환원 분위기에서 500 내지 650 ℃의 온도로 열처리하게 되면 녹는점이 약 419 ℃ 정도로 낮은 아연이 녹으면서 구리의 표면을 감싼 합금 분말 형태가 만들어질 수 있다. 단, 아연의 산화 속도가 구리의 산화 속도보다 상대적으로 빠르다 할 수 있는데, 이때 합금 분말 표면에 산화막이 형성될 수 있다.The mixed powder is heat-treated at a temperature of 500 to 650° C. in a hydrogen or hydrogen/nitrogen mixed gas atmosphere. The melting point of zinc is approximately 419 ℃, and for alloying copper and zinc, it must be above the minimum melting point of zinc, and for process efficiency, it is desirable to be above 500 ℃. Reduction heat treatment below 500°C has the disadvantage of requiring a long time for alloying between copper and zinc, and exceeding 650°C may result in deterioration of the physical properties of the copper-zinc alloy powder due to the high temperature. Since the melting point of copper is as high as 1,085°C, when heat-treated at a temperature of 500 to 650°C in a reducing atmosphere, zinc, which has a low melting point of about 419°C, melts and forms an alloy powder covering the surface of copper. However, the oxidation rate of zinc may be relatively faster than that of copper, and in this case, an oxide film may be formed on the surface of the alloy powder.
다음으로, 제3 단계는 상기 구리-아연 합금 분말을 산화 분위기에서 열처리하여, 산화구리-산화아연 합금 분말을 제조하는 단계이다(S30).Next, the third step is to heat-treat the copper-zinc alloy powder in an oxidizing atmosphere to produce copper oxide-zinc oxide alloy powder (S30).
상기 구리-아연 합금 분말을 산소 또는 대기 분위기에서 500 내지 900 ℃의 온도로 열처리한다. 구리-아연 합금 분말의 산화를 위하여 최소 500 ℃ 이상의 산소 또는 대기 분위기에서 열처리가 이루어져야 하며, 900 ℃를 초과하면 구리와 아연이 과산화되어 바람직하지 않다.The copper-zinc alloy powder is heat-treated at a temperature of 500 to 900° C. in an oxygen or atmospheric atmosphere. In order to oxidize copper-zinc alloy powder, heat treatment must be performed in an oxygen or air atmosphere at a temperature of at least 500 ℃. If it exceeds 900 ℃, copper and zinc are peroxidized, which is undesirable.
다음으로, 제4 단계는 상기 산화구리-산화아연 합금 분말을 분쇄하여, 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 제조하는 단계이다(S40).Next, the fourth step is to grind the copper oxide-zinc oxide alloy powder to produce pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder (S40).
산화구리-산화아연 합금 분말을 0.5 내지 10 ㎛의 입자 크기로 분쇄한다. 적층형 세라믹 소자의 전극으로 적용하기 위하여 0.5 내지 10 ㎛ 크기의 입자 형태로 분쇄할 수 있는데, 바람직하게는 1 내지 5 ㎛ 크기로 분쇄할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1 ㎛ 이하의 크기를 가지도록 분쇄할 수 있다.The copper oxide-zinc oxide alloy powder is ground to a particle size of 0.5 to 10 μm. In order to be applied as an electrode of a multilayer ceramic device, it can be ground into particles with a size of 0.5 to 10 ㎛, preferably 1 to 5 ㎛, and more preferably 1 ㎛ or less. can do.
다음으로, 제5 단계는 상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 환원 분위기에서 열처리하여, 상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 구리-아연 합금 분말로 재환원하는 단계이다(S50).Next, the fifth step is a step of heat treating the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder in a reducing atmosphere to re-reduce the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder to the copper-zinc alloy powder (S50).
상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 수소 또는 수소/질소 혼합가스 분위기에서 상기 제2 단계의 열처리 온도보다 상대적으로 낮은 온도로 열처리하여 안정화시키면 구리-아연 합금 분말 표면에 형성되었던 산화막의 제거가 이루어진다. 열처리의 경우 100 내지 300 ℃에서 이루어질 수 있으며, 100 ℃ 미만일 경우 산화물 형태의 산화구리 또는 산화아연이 금속 형태로 완전한 환원이 이루어지기 까지 많은 시간이 소모되어 수소/질소 혼합가스의 사용량이 많아져야 해 공정상 단점이 있으며, 300 ℃를 초과하는 온도는 구리-아연 합금 분말로 재환원시키는데 안정화되는 온도라 할 수 없다.When the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder is stabilized by heat treatment in a hydrogen or hydrogen/nitrogen mixed gas atmosphere at a temperature relatively lower than the heat treatment temperature of the second step, the oxide film formed on the surface of the copper-zinc alloy powder can be removed. It comes true. In the case of heat treatment, it can be carried out at 100 to 300 ℃. If the temperature is less than 100 ℃, it takes a lot of time for the oxide form of copper oxide or zinc oxide to be completely reduced to the metal form, so the amount of hydrogen / nitrogen mixed gas must be increased. There are disadvantages in the process, and temperatures exceeding 300°C cannot be said to be a stable temperature for re-reduction to copper-zinc alloy powder.
한편, 상기 방법으로 제조되는 구리-아연 합금 분말을 이용하여 전극 페이스트 및 적층형 세라믹 소자를 제조할 수 있다. 관련해서 도 2는 본 발명에 따른 전극 페이스트 및 적층형 세라믹 소자의 제조방법을 나타낸 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 적층형 세라믹 소자의 전극 제조방법을 나타낸 모식도이다.Meanwhile, electrode paste and a multilayer ceramic device can be manufactured using the copper-zinc alloy powder produced by the above method. In relation to this, Figure 2 is a flowchart showing an electrode paste and a method of manufacturing a multilayer ceramic device according to the present invention, and Figure 3 is a schematic diagram showing a method of manufacturing an electrode of a multilayer ceramic device according to the present invention.
전극 페이스트는 유기용매와 바인더를 혼합하여 형성되는 유기 비히클과, 상기 방법으로 제조된 구리-아연 합금 분말을 포함하여 구성될 수 있다. 이때 유기 비히클과 혼합되는 구리-아연 합금 분말에 있어서, 제4 단계의 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말이 사용될 수 있다. 즉 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말과 유기 비히클을 1 : 1의 중량비로 믹서에 투입해 600 ~ 1,000 rpm으로 1차 혼합한 후, 3롤밀에서 2차 혼합을 거친 후 여과하여 전극 페이스트를 얻을 수 있게 된다.The electrode paste may include an organic vehicle formed by mixing an organic solvent and a binder, and the copper-zinc alloy powder prepared by the above method. At this time, in the copper-zinc alloy powder mixed with the organic vehicle, the fourth stage pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder may be used. That is, the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder and the organic vehicle are put into a mixer at a weight ratio of 1:1 and mixed first at 600 to 1,000 rpm, then secondly mixed in a three-roll mill, and then filtered to obtain an electrode paste. It becomes possible.
유기 비히클은 산화구리-산화아연 합금 분말을 응집시키기 위해 잡아주는 역할을 한다. 유기용매는 PGME(propylene glycol monomethyl ether), Terpineol(α, b, d, g), Dihydro-Terpineol, Dihydro-Terpinyl-Acetate로 이루어진 군에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 바인더는 에탄올(ethanol)에 에틸 셀룰로스(ethyl cellulose)를 20 중량%로 용융시켜 제조될 수 있으며, 경우에 따라 PVB(Polyvinyl Butyral)를 사용할 수도 있다. 유기 비히클 제조 시 추가적으로 DOP(di-2-ethylhexyl phtalate) 가소제, BYK-111(분산제), Borosilicate glass frit 등을 첨가할 수도 있다.The organic vehicle serves to hold the copper oxide-zinc oxide alloy powder to agglomerate. The organic solvent can be selected from the group consisting of PGME (propylene glycol monomethyl ether), Terpineol (α, b, d, g), Dihydro-Terpineol, and Dihydro-Terpinyl-Acetate. The binder can be manufactured by melting 20% by weight of ethyl cellulose in ethanol, and in some cases, PVB (Polyvinyl Butyral) can be used. When manufacturing an organic vehicle, additional DOP (di-2-ethylhexyl phtalate) plasticizer, BYK-111 (dispersant), borosilicate glass frit, etc. may be added.
이러한 유기 비히클은 유기용매와 바인더를 5 ~ 9 : 1 ~ 5의 중량비로 혼합하여 제조될 수 있다. 유기용매가 4 중량비 미만이면 바인더의 균질 혼합을 도모할 수 없고, 9 중량비를 초과하면 너무 많은 유기용매의 사용으로 유기 비히클의 물성을 저해할 수 있다. 바인더가 1 중량비 미만이거나 5 중량비를 초과하면 전극 페이스트 형성에 바람직하지 않다.Such an organic vehicle can be prepared by mixing an organic solvent and a binder at a weight ratio of 5 to 9:1 to 5. If the organic solvent is less than 4 weight ratio, homogeneous mixing of the binder cannot be achieved, and if it exceeds 9 weight ratio, the physical properties of the organic vehicle may be impaired due to the use of too much organic solvent. If the binder is less than 1 weight ratio or exceeds 5 weight ratio, it is not desirable for electrode paste formation.
이러한 전극 페이스트를 이용하여 적층형 세라믹 소자를 제조하기 위해 시트 형상의 세라믹 테이프에 상기 전극 페이스트를 스크린 프린팅으로 인쇄하여 세라믹 적층체를 형성하고, 산화 분위기에서 열처리한 후 환원 분위기에서 열처리한다.To manufacture a multilayer ceramic device using this electrode paste, the electrode paste is printed on a sheet-shaped ceramic tape by screen printing to form a ceramic laminate, and then heat-treated in an oxidizing atmosphere and then in a reducing atmosphere.
상기 적층형 세라믹 소자는, 상기 세라믹 적층체를 산화 분위기에서 100 내지 650 ℃로 열처리하여 상기 바인더를 번아웃(burn-out)하여 유기물 번아웃을 통해 탈지한 후, 산화 분위기에서 800 내지 1,100 ℃로 열처리하여 소결하는 단계에 이어서, 상기 소결된 세라믹 적층체를 환원 분위기에서 100 내지 300 ℃로 열처리하여 안정화시키는 단계를 통하여 결국 금속산화물이 금속으로 환원되면서 적층형 세라믹 소자가 제조된다. 즉 재환원 열처리를 통하여 산화구리-산화아연의 산소와 수소가 결합하여 물이 형성되고 증발하면서 구리-아연으로 환원이 이루어진다.In the multilayer ceramic device, the ceramic laminate is heat-treated at 100 to 650° C. in an oxidizing atmosphere to burn-out the binder and degreased through organic burn-out, and then heat-treated at 800 to 1,100° C. in an oxidizing atmosphere. Following the sintering step, the sintered ceramic laminate is stabilized by heat treatment at 100 to 300° C. in a reducing atmosphere. Eventually, the metal oxide is reduced to metal, thereby manufacturing a multilayer ceramic device. In other words, through re-reduction heat treatment, oxygen and hydrogen of copper oxide-zinc oxide combine to form water, and as it evaporates, it is reduced to copper-zinc.
따라서, 종래 적층형 세라믹 소자의 제조 시 세라믹 테이프에 전극 페이스트를 프린팅하여 적층한 후 초기부터 환원 분위기(N2, H2)에서 탈지, 소결(산소분압 pO2 < 10-13 atm) 및 재산화 열처리(산소분압 pO2 < 10-6 atm)를 거침에 따라 전용 장비가 필요하고 가스 주입 등 공정이 번거로웠던 것과 달리, 본 발명에 따른 적층형 세라믹 소자는 대기 분위기에서 탈지 및 동시 소성이 가능하고, 후처리 공정에서 환원 분위기로 열처리를 가해주기만 하면 적층형 세라믹 소자를 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다.Therefore, when manufacturing a conventional multilayer ceramic device, electrode paste is printed and laminated on a ceramic tape, and then degreasing, sintering (oxygen partial pressure pO 2 < 10 -13 atm) and reoxidation heat treatment in a reducing atmosphere (N 2 , H 2 ) from the beginning. (Oxygen partial pressure pO 2 < 10 -6 atm), unlike the need for dedicated equipment and cumbersome processes such as gas injection, the multilayer ceramic device according to the present invention is capable of degreasing and simultaneous firing in an atmospheric atmosphere, There is an advantage that a multilayer ceramic device can be easily manufactured by simply applying heat treatment in a reducing atmosphere in the post-treatment process.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail as follows. However, the following examples are merely illustrative to aid understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
<실시예 1><Example 1>
구리-아연 합금 분말의 제조Preparation of copper-zinc alloy powder
산화구리 분말(Cu2O, CuO)과 아연(Zn) 분말을 준비하여, 산화구리(I) 분말과 아연 분말을 9 : 1 중량비로 에탄올에 넣어 습식 혼합시켜 균일하게 섞이도록 하였다. 균일하게 혼합된 용액을 100 ℃ 이하의 상온 혹은 고온에서 건조시켜 균일하게 혼합된 구리-아연 혼합 분말을 얻었다.Copper oxide powder (Cu 2 O, CuO) and zinc (Zn) powder were prepared, and the copper (I) oxide powder and zinc powder were added to ethanol at a weight ratio of 9:1 and wet mixed to ensure uniform mixing. The uniformly mixed solution was dried at room temperature or high temperature below 100°C to obtain a uniformly mixed copper-zinc mixed powder.
균일하게 혼합된 구리-아연 혼합 분말을 순수 수소 분위기 혹은 수소/질소 혼합가스 분위기에서 600 ℃ 온도로 환원 열처리 하여 구리-아연 합금 분말을 형성하였다.The uniformly mixed copper-zinc mixed powder was subjected to reduction heat treatment at 600°C in a pure hydrogen atmosphere or a hydrogen/nitrogen mixed gas atmosphere to form copper-zinc alloy powder.
구리-아연 합금 분말을 대기 분위기 혹은 산소 분위기에서 600 ℃ 온도로 열처리하여 산화구리-산화아연 합금 분말을 형성하였다.The copper-zinc alloy powder was heat-treated at 600° C. in an air or oxygen atmosphere to form a copper oxide-zinc oxide alloy powder.
얻어진 산화구리(CuO)-산화아연(ZnO) 합금 분말을 지르코니아 볼을 이용하여 24 시간 볼밀링으로 분쇄하여 평균 직경이 0.5 내지 10 ㎛인 산화구리-산화아연 합금 분말을 얻었다.The obtained copper oxide (CuO)-zinc oxide (ZnO) alloy powder was ground by ball milling for 24 hours using zirconia balls to obtain copper oxide-zinc oxide alloy powder with an average diameter of 0.5 to 10 ㎛.
분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 수소 또는 수소/질소 혼합가스 분위기에서 상기 환원 열처리보다 낮은 100 ~ 300 ℃의 온도 범위에서 적절한 온도로 조절해 열처리함으로써, 상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 구리-아연 합금 분말로 재환원시켰다.By heat-treating the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder in a hydrogen or hydrogen/nitrogen mixed gas atmosphere by adjusting it to an appropriate temperature in the temperature range of 100 to 300 ° C., which is lower than the reduction heat treatment, the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder was re-reduced to copper-zinc alloy powder.
전극 페이스트의 제조Preparation of electrode paste
유기용매와 바인더를 5 ~ 9 : 1 ~ 5의 중량비로 혼합하여 유기 비히클을 제조하였으며, 이때 혼합비율에 따라 다른 점도 특성을 나타내었다. 유기용매는 테르피네올(terpineol)을 사용하였으며, 바인더는 에탄올에 에틸 셀룰로스(ethyl cellulose) 20 중량%로 녹여 제조하여 사용하였다.The organic vehicle was prepared by mixing the organic solvent and binder at a weight ratio of 5 to 9:1 to 5, and showed different viscosity characteristics depending on the mixing ratio. The organic solvent was terpineol, and the binder was prepared by dissolving 20% by weight of ethyl cellulose in ethanol.
상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말과 상기 제조된 유기 비히클을 1 : 1의 중량비로 700 ~ 1,000 rpm으로 20 초 이상 혼합하여 전극 페이스트를 제조하였다.An electrode paste was prepared by mixing the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder and the prepared organic vehicle at a weight ratio of 1:1 at 700 to 1,000 rpm for more than 20 seconds.
적층형 세라믹 소자의 제조Manufacturing of layered ceramic devices
구리-아연 전극을 얻기 위해 상기 전극 페이스트를 기판에 인쇄하고, 대기 분위기에서 550 ℃로 열처리하여 바인더를 번아웃(burn-out)하여 탈지한 다음 대기 분위기에서 950 ℃로 열처리하여 소결 후, 수소/질소 혼합가스 분위기에서 100 ~ 300 ℃ 온도에서 재환원 열처리하여 산화구리-산화아연을 구리-아연으로 환원시켰다. 열처리 과정을 통해 산화구리-산화아연의 산소와 수소가 결합하여 물이 형성되고 증발하면서 구리-아연으로 환원되었다.To obtain a copper-zinc electrode, the electrode paste is printed on a substrate, heat treated at 550°C in an atmospheric atmosphere to burn-out and degrease the binder, and then heat treated at 950°C in an atmospheric atmosphere to sinter, followed by hydrogen/hydrogen Copper oxide-zinc oxide was reduced to copper-zinc by re-reduction heat treatment at a temperature of 100 to 300°C in a nitrogen gas atmosphere. Through the heat treatment process, the oxygen and hydrogen of the copper oxide-zinc oxide combined to form water, which was reduced to copper-zinc as it evaporated.
도 4는 구리-아연 합금 분말의 표면 변화를 나타낸 SEM 사진이다. 즉, 적층형 세라믹 소자의 탈지, 소결 및 환원 후처리 공정을 거치면서 구리계 합금화가 이루어짐을 확인할 수 있다.Figure 4 is an SEM photograph showing surface changes of copper-zinc alloy powder. In other words, it can be confirmed that copper-based alloying is achieved through the degreasing, sintering, and reduction post-treatment processes of the multilayer ceramic device.
<비교예 1><Comparative Example 1>
비교예 1에서는 실시예 1과 동일한 과정으로 적층형 세라믹 소자를 제조하되, 전극 소재로 구리-아연 합금이 아닌, Bulk Cu를 적용하여 적층형 세라믹 소자를 제조하였다.In Comparative Example 1, a multilayer ceramic device was manufactured through the same process as Example 1, except that bulk Cu, rather than copper-zinc alloy, was used as the electrode material.
<비교예 2><Comparative Example 2>
비교예 2에서는 실시예 1과 동일한 과정으로 적층형 세라믹 소자를 제조하되, 전극 소재로 구리-아연 합금이 아닌, AgPd을 적용하여 적층형 세라믹 소자를 제조하였다.In Comparative Example 2, a multilayer ceramic device was manufactured through the same process as Example 1, except that AgPd, rather than copper-zinc alloy, was used as the electrode material.
도 5는 전극 소재에 따른 전기전도도를 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 비교예 1은 전기전도도가 108 (Ω·M)-1에 가깝고 비교예 2는 107 (Ω·M)-1에 가까운데, 실시예 1의 적층형 세라믹 소자에서의 구리-아연 합금 전극에서는 비교예 2보다 전기전도도가 상대적으로 더 크게 나옴을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 본 발명의 구리-아연 합금이 전극으로 적용된 적층형 세라믹 소자에서 구리와 아연 간의 수축(shrinkage)과 박리(delamination)가 발생하지 않아 전기전도성이 안정적으로 유지됨을 알 수 있다.Figure 5 is a graph comparing electrical conductivity according to electrode material. Referring to FIG. 5, Comparative Example 1 has an electrical conductivity close to 10 8 (Ω·M) -1 and Comparative Example 2 has an electrical conductivity close to 10 7 (Ω·M) -1 . The copper in the multilayer ceramic device of Example 1 -It was confirmed that the electrical conductivity was relatively greater in the zinc alloy electrode than in Comparative Example 2, and this showed that shrinkage and peeling between copper and zinc in the multilayer ceramic device in which the copper-zinc alloy of the present invention was applied as an electrode ( It can be seen that electrical conductivity is maintained stably as delamination does not occur.
정리하면, 본 발명은 구리 또는 산화구리 분말과 아연 분말을 혼합한 후 환원 분위기에서 열처리한 후 산화 분위기에서 열처리하고, 분쇄 과정을 거쳐 환원 분위기에서 열처리함으로써, 구리와 아연 간에 합금화가 이루어지고 금속산화막을 제거할 수 있으며, 전기전도성이 안정적으로 유지될 수 있는 특징이 있다.In summary, the present invention mixes copper or copper oxide powder and zinc powder, heat-treats them in a reducing atmosphere, heat-treats them in an oxidizing atmosphere, goes through a grinding process, and heat-treats them in a reducing atmosphere, thereby forming an alloy between copper and zinc and forming a metal oxide film. can be removed, and has the characteristic of maintaining stable electrical conductivity.
이러한 특징에 따르면, 구리와 아연의 이종 금속을 이용하여 산화 분위기에서도 동시 소성이 가능하도록 하여 이종 금속 간의 수축률을 제어함으로써 결국 수축(shrinkage)과 박리(delamination)를 방지할 수 있는 구리-아연 합금 분말을 제조할 수 있으며, 이를 이용하여 전극 페이스트 및 적층형 세라믹 소자를 제조할 수 있는 장점이 있다.According to these characteristics, it is a copper-zinc alloy powder that allows simultaneous firing even in an oxidizing atmosphere using dissimilar metals of copper and zinc, ultimately preventing shrinkage and delamination by controlling the shrinkage rate between dissimilar metals. It has the advantage of being able to manufacture electrode paste and multilayer ceramic elements using this.
또한 본 발명의 구리-아연 합금 분말은 벌크 구리(Bulk Cu), 은팔라듐(AgPd) 소재와 비교하여 전기전도도가 안정적으로 유지되므로, 고가의 니켈을 대신하여 적층형 세라믹 소자의 전극으로 활용하여 경제성을 높일 수 있는데 의미가 있다.In addition, the copper-zinc alloy powder of the present invention maintains stable electrical conductivity compared to bulk copper (Bulk Cu) and silver palladium (AgPd) materials, so it can be used as an electrode for multilayer ceramic devices instead of expensive nickel, making it economical. It can be raised, but it is meaningful.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for explanation, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these examples. The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the scope of the patent claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of the present invention.

Claims (9)

  1. 구리 또는 산화구리 분말과 아연 분말을 혼합하여, 혼합 분말을 제조하는 제1 단계;A first step of mixing copper or copper oxide powder and zinc powder to produce a mixed powder;
    상기 혼합 분말을 환원 분위기에서 열처리하여, 구리-아연 합금 분말을 제조하는 제2 단계;A second step of heat treating the mixed powder in a reducing atmosphere to produce copper-zinc alloy powder;
    상기 구리-아연 합금 분말을 산화 분위기에서 열처리하여, 산화구리-산화아연 합금 분말을 제조하는 제3 단계;A third step of heat-treating the copper-zinc alloy powder in an oxidizing atmosphere to produce copper oxide-zinc oxide alloy powder;
    상기 산화구리-산화아연 합금 분말을 분쇄하여, 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 제조하는 제4 단계; 및A fourth step of pulverizing the copper oxide-zinc oxide alloy powder to produce pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder; and
    상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 환원 분위기에서 열처리하여, 상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 구리-아연 합금 분말로 재환원하는 제5 단계;를 포함하여,Including a fifth step of heat-treating the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder in a reducing atmosphere to re-reduce the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder to a copper-zinc alloy powder,
    구리와 아연 간에 합금화가 이루어지는 것을 특징으로 하는, 동시 소성이 가능한 적층형 세라믹 소자용 구리-아연 합금 분말의 제조방법.A method for producing copper-zinc alloy powder for a multilayer ceramic device capable of simultaneous firing, characterized in that alloying occurs between copper and zinc.
  2. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 제1 단계는,The first step is,
    상기 구리 또는 산화구리 분말과 상기 아연 분말을 5 ~ 9.9 : 0.1 ~ 5 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 동시 소성이 가능한 적층형 세라믹 소자용 구리-아연 합금 분말의 제조방법.A method for producing a copper-zinc alloy powder for a multilayer ceramic device capable of simultaneous firing, characterized in that the copper or copper oxide powder and the zinc powder are mixed at a weight ratio of 5 to 9.9:0.1 to 5.
  3. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 제2 단계는,The second step is,
    상기 혼합 분말을 수소 또는 수소/질소 혼합가스 분위기에서 500 내지 650 ℃의 온도로 열처리하는 것을 특징으로 하는, 동시 소성이 가능한 적층형 세라믹 소자용 구리-아연 합금 분말의 제조방법.A method for producing a copper-zinc alloy powder for a multilayer ceramic device capable of simultaneous firing, characterized in that the mixed powder is heat-treated at a temperature of 500 to 650 ° C. in a hydrogen or hydrogen/nitrogen mixed gas atmosphere.
  4. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 제3 단계는,The third step is,
    상기 구리-아연 합금 분말을 산소 또는 대기 분위기에서 500 내지 900 ℃의 온도로 열처리하는 것을 특징으로 하는, 동시 소성이 가능한 적층형 세라믹 소자용 구리-아연 합금 분말의 제조방법.A method for producing a copper-zinc alloy powder for a multilayer ceramic device capable of simultaneous firing, characterized in that the copper-zinc alloy powder is heat-treated at a temperature of 500 to 900 ° C. in an oxygen or atmospheric atmosphere.
  5. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 제5 단계는,The fifth step is,
    상기 분쇄된 산화구리-산화아연 합금 분말을 수소 또는 수소/질소 혼합가스 분위기에서 상기 제2 단계의 열처리 온도보다 낮은 온도로 열처리하는 것을 특징으로 하는, 동시 소성이 가능한 적층형 세라믹 소자용 구리-아연 합금 분말의 제조방법.A copper-zinc alloy for a multilayer ceramic device capable of simultaneous firing, characterized in that the pulverized copper oxide-zinc oxide alloy powder is heat-treated in a hydrogen or hydrogen/nitrogen mixed gas atmosphere at a temperature lower than the heat treatment temperature of the second step. Method for producing powder.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 구리-아연 합금 분말.Copper-zinc alloy powder, characterized in that it is produced by the method of any one of claims 1 to 5.
  7. 유기용매와 바인더를 혼합하여 형성되는 유기 비히클; 및An organic vehicle formed by mixing an organic solvent and a binder; and
    제6 항의 구리-아연 합금 분말;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 페이스트.The electrode paste comprising the copper-zinc alloy powder of claim 6.
  8. 세라믹 테이프에 제7 항의 전극 페이스트를 인쇄하여 세라믹 적층체를 형성하고, 산화 분위기에서 열처리한 후 환원 분위기에서 열처리하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 적층형 세라믹 소자.A multilayer ceramic device, characterized in that it is formed by printing the electrode paste of claim 7 on a ceramic tape to form a ceramic laminate, heat treating it in an oxidizing atmosphere, and then heat treating it in a reducing atmosphere.
  9. 제8 항에 있어서,According to clause 8,
    상기 적층형 세라믹 소자는,The multilayer ceramic device,
    상기 세라믹 적층체를 산화 분위기에서 100 내지 650 ℃로 열처리하여 상기 바인더를 번아웃(burn-out)하여 탈지한 후, 산화 분위기에서 800 내지 1,100 ℃로 열처리하여 소결하는 단계; 및heat-treating the ceramic laminate at 100 to 650°C in an oxidizing atmosphere to burn-out and degrease the binder, and then sintering the ceramic laminate by heat-treating it at 800 to 1,100°C in an oxidizing atmosphere; and
    상기 소결된 세라믹 적층체를 환원 분위기에서 100 내지 300 ℃로 열처리하는 단계;를 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 적층형 세라믹 소자.A multilayer ceramic device, characterized in that it is formed through the step of heat treating the sintered ceramic laminate at 100 to 300 ° C. in a reducing atmosphere.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015021143A (en) * 2013-07-16 2015-02-02 Dowaエレクトロニクス株式会社 Silver-coated copper alloy powder and method for producing the same
KR20190018183A (en) * 2017-08-14 2019-02-22 한국전기연구원 Piezo-electric ceramic element using internal electrode and method of manufacturing the same
KR20190105371A (en) * 2018-03-05 2019-09-17 한국생산기술연구원 A method for producing a dispersion strengthened powder and a powder produced thereby
KR20220064828A (en) * 2020-11-12 2022-05-19 한국전기연구원 Low-diffusion copper/nickel alloy powder for ceramic devices, manufacturing method the same, paste including copper/nickel alloy powder, and ceramic device including copper/nickel alloy powder
KR20230066859A (en) * 2021-11-08 2023-05-16 한국전기연구원 Method for producingcopper composite compound

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101580350B1 (en) 2012-06-04 2015-12-23 삼성전기주식회사 Multilayered ceramic elements

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015021143A (en) * 2013-07-16 2015-02-02 Dowaエレクトロニクス株式会社 Silver-coated copper alloy powder and method for producing the same
KR20190018183A (en) * 2017-08-14 2019-02-22 한국전기연구원 Piezo-electric ceramic element using internal electrode and method of manufacturing the same
KR20190105371A (en) * 2018-03-05 2019-09-17 한국생산기술연구원 A method for producing a dispersion strengthened powder and a powder produced thereby
KR20220064828A (en) * 2020-11-12 2022-05-19 한국전기연구원 Low-diffusion copper/nickel alloy powder for ceramic devices, manufacturing method the same, paste including copper/nickel alloy powder, and ceramic device including copper/nickel alloy powder
KR20230066859A (en) * 2021-11-08 2023-05-16 한국전기연구원 Method for producingcopper composite compound

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