(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
導電性ペーストは、樹脂系バインダーと溶媒からなるビヒクル中に導電フィラーを分散させた流動性組成物であり、電気回路の形成や、セラミックコンデンサの外部電極の形成などに広く用いられている。この種の導電性ペーストには、樹脂の硬化によって導電性フィラーが圧着され導通を確保する樹脂硬化型と、高温焼結によって有機成分が揮発し導電性フィラーが焼結して導通を確保する焼結型とがある。
【0003】
このうちの焼結型導電性ペーストは、一般に導電フィラー(金属粉末)とガラスフリットとを有機ビヒクル中に分散させてなるペースト状組成物であり、400〜800℃にて焼結することにより、有機ビヒクルが揮発し、さらに導電フィラーが焼結することによって導通性を確保するものである。この際、ガラスフリットは、この導電膜を基板に接着させる作用を有し、有機ビヒクルは、金属粉末およびガラスフリットを印刷可能にするための有機液体媒体として作用する。
【0004】
このような焼結型導電性ペーストに用いる銀粉については、従来、電極や回路のファインライン化に対応すべく、微粒で且つシャープな粒度分布を有する銀粉が一般的に求められるため、それに対応した新たな技術が提案されている。
また、この種の銀粉には、乾式法で作製された乾式銀粉と湿式法で作製された湿式銀粉とがあるが、湿式銀粉は、小さな結晶が集まって一つの粒子を形成するため、乾式銀粉に比べて、焼成温度が低いという特徴がある。
【0005】
そこで湿式銀粉に関し、従来、例えば特許文献1において、微粒の銀粉であって、しかも粉粒の凝集の少ない単分散により近い分散性を備える微粒銀粉として、走査型電子顕微鏡像の画像解析により得られる一次粒子の平均粒径D
IAが0.6μm以下であり、前記一次粒子の平均粒径D
IAと、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径D
50とを用いてD
50/D
IAで表される凝集度が1.5以下であり、結晶子径が10nm以下であり、有機不純物含有量が炭素量換算で0.25wt%以下である微粒銀粉が提案されている。
【0006】
また、特許文献2には、平均粒径が0.1μm以上、1μm未満であり、粒度分布がシャープでかつ高分散性の球状銀粉として、レーザー回折法により測定した累積10質量%粒径をD10、累積50質量%粒径をD50、累積90質量%粒径をD90と表記し、走査型電子顕微鏡像の画像解析から得られる一次粒子の平均粒径をDSEMと表記したとき、D50が0.1μm以上、1μm未満、且つ、D50/DSEMの値が1.3以下、且つ、(D90−D10)/D50の値が0.8以下であることを特徴とする球状銀粉が提案されている。
【発明を実施するための形態】
【0011】
次に、実施の形態例に基づいて本発明を説明するが、本発明が次に説明する実施形態に限定されるものではない。
【0012】
<本銀粉>
本実施形態に係る銀粉(以下、「本銀粉」と称する)は、査型電子顕微鏡像(SEM)の画像解析により得られるD50(「
SEMD50」と称する)が2.50μm〜7.50μmであり、走査型電子顕微鏡像(SEM)の画像解析により得られるD10(「
SEMD10」と称する)、D50(「
SEMD50」と称する)及びD90(「
SEMD90」と称する)の関係が、関係式:(
SEMD90―
SEMD10)/
SEMD50≦0.50で示されることを特徴とする銀粉である。
以下、本銀粉の特徴について説明する。
【0013】
(湿式銀粉)
本銀粉は、湿式法で作製される湿式銀粉、乾式法で作製される銀粉のいずれも包含する。中でも、湿式銀粉であるのが好ましい。
湿式銀粉の特徴は、小さな結晶子が集まって一つの粒子を形成するため、乾式法で作製される銀粉に比べて、TMA測定における500℃での収縮率が大きいという特徴がある。本銀粉が湿式銀粉であれば、TMA測定における500℃での収縮は1.0〜23.0%、中でも3.0%以上或いは23.0%以下となり、その中でも好ましくは5.0%以上或いは23.0%以下となる。
【0014】
このとき、上記のTMA測定における収縮率は次のように測定することができる。
銀粉(サンプル)0.2gを用い、493kgの加重をかけてφ3.8mmの円柱状に成形した。この成形体の縦方向の線収縮率(%)を、イコーインスツルメンツ社製の熱機械分析装置(TMA)(EXSTAR6000TMA/SS6200)を用い、98mNの加重をかけながらAir雰囲気中20℃/分の昇温速度で測定し、500℃における熱収縮率(%)を求めることができる。
【0015】
また、湿式法によれば、真球状或いは略真球状の粒子であって、且つ大粒径のものを作製することができる。乾式法であっても、アトマイズ法或いはPVD法によって球状の粒子を作製することは可能であるが、アトマイズ法では真球粒子を作製することは困難であるし、PVD法では、真球が得られても、本発明が規定するほど大きな粒子を作製することは困難である。
【0016】
(D50)
本銀粉においては、走査型電子顕微鏡(SEM)像の画像解析により得られるD50(「
SEMD50」と称する)が2.50μm〜7.50μmであることが重要である。
本銀粉の
SEMD50が2.50μm以上であれば、ペースト調製時に樹脂の量を減らすことができ、その結果として形成した焼結導体の電気抵抗を低くすることができる。また、
SEMD50が7.50μm以下であれば比較的安定的に製造できる。
よって、かかる観点から、本銀粉の
SEMD50は、特に3.00μm以上、或いは6.50μm以下、中でも3.00μm以上、或いは、5.50μm以下であるのがより一層好ましい。
【0017】
(粒度分布)
本銀粉においては、走査型電子顕微鏡(SEM)像の画像解析により得られるD10(「
SEMD10」と称する)、D50(「
SEMD50」と称する)及びD90(「
SEMD90」と称する)の関係が、関係式:(
SEMD90―
SEMD10)/
SEMD50≦0.50で示されることが重要である。
【0018】
ここで、D10は、走査型電子顕微鏡(SEM)像の画像解析により得られる粒度分布における個数基準累積度数10%の粒子径の意味であり、D50は、当該個数基準累積度数50%の粒子径の意味であり、D90は、当該個数基準累積度数90%の粒子径の意味である。
【0019】
(
SEMD90―
SEMD10)/
SEMD50の値が0.50以下であれば、粒度分布が揃っており、均質な導電性ペーストを形成することができるばかりか、ある温度域で短時間のうちに焼結させることができる。かかる観点から、(
SEMD90―
SEMD10)/
SEMD50の値は0.20以上或いは0.44以下であるのが好ましく、中でも0.20以上或いは0.40以下であるのがより一層好ましい。
【0020】
ただし、微粒子や粗粒子が若干含まれていても、効果に影響は少ないため、おおまかに見て粒度が揃っていればよい。その意味で(
SEMD90―
SEMD10)/
SEMD50の値が0.50以下であれば、微粒子や粗粒子が含まれていてもよい。
また、(
SEMD90―
SEMD10)/
SEMD50の分布が、一つの頂点と両側になめらかな裾野を有する単峰性ピークを示すものであり、分級によって区切られる分布とは区別されるものである。
【0021】
<製法>
次に、本銀粉の好ましい製造方法として、湿式法による具体的な製造方法について説明する。但し、上述のように湿式法に限定するものではない。
【0022】
従来の湿式還元法で大粒径の銀粉を製造しようとすると、還元反応をゆっくりと進行させ、粒子を成長させる過程が必要であった。しかし、そのようにすると、小粒径或いは小粒径の凝集体が混在するようになるためシャープな粒度分布を得ることは困難であった。また、アトマイズ法によって大粒径を製造することは可能であるが、粒子が安定過ぎる為に、焼結温度が高くなり、焼結型導電性ペーストに用いる銀粉としては不向きとなる。さらにまた、分級によって大粒径且つシャープな粒度分布を得ることも可能であるが、生産性が問題であった。
そこで、本発明は、還元反応に用いる還元剤溶液の溶存酸素を高めて、銀原料溶液、還元剤溶液およびその他添加剤を静止した状態で反応させることで、大粒径であり、且つ粒径が揃っている銀粉を得ることに成功した。すなわち、還元剤溶液中の溶存酸素が少ないと、すぐに還元反応が始まって微粒子ができてしまうが、溶存酸素が多ければ、先ず溶存酸素が還元反応するので、銀が反応して還元析出するまでの時間を稼ぐことができる。よって、この間に、還元剤溶液の液組成が均質で落ち着いた状態になり、その結果、還元析出される粒度を揃えることができ、一次粒子の粒径が大きく且つ粒径が揃った湿式銀粉を得ることができる。
【0023】
ここで、本銀粉の製造方法の具体的な一例について説明する。
先ず、硝酸銀などの銀水溶液に錯化剤を加え、必要に応じてステアリン酸NaやKなどのステアリン酸塩を加えて撹拌した後、溶存酸素量を高めた還元剤溶液を添加し、次いで必要に応じて分散剤を添加して撹拌
することなく反応させて銀粒子を還元析出させ、その後、ろ過、洗浄、乾燥などの工程を経て、本銀粉を得ることができる。
【0024】
ここで、還元剤溶液は、純水に還元剤(ヒドラジン)を添加して調製し、その際に、純水に還元剤(ヒドラジン)を添加してから、銀水溶液に添加するまでの時間によって、還元剤溶液における溶存酸素量の調整を図ることができる。つまり、純水に還元剤(ヒドラジン)を添加すると、もともと純水に含まれている溶存酸素が還元剤(ヒドラジン)による還元作用によって消費されて経過時間とともに少なくなるため、純水に還元剤(ヒドラジン)を添加した後、できるだけ短時間のうちに銀溶液に添加するのが好ましい。
ただし、純水をバブリングするなど、溶液中の溶存酸素量を増加させるようにしてもよい。
【0025】
上記の製法において、硝酸銀などの銀水溶液は、硝酸銀、銀塩錯体、及び銀中間体のいずれかを含有する水溶液、又はスラリーを使用することができる。
また、錯化剤としては、例えばアンモニア水、アンモニウム塩、キレート化合物等を挙げることができる。
還元剤としては、アスコルビン酸、亜硫酸塩、アルカノールアミン、過酸化水素水、ギ酸、ギ酸アンモニウム、ギ酸ナトリウム、グリオキサール、酒石酸、次亜燐酸ナトリウム、水素化ホウ素金属塩、ジメチルアミンボラン、ヒドラジン、ヒドラジン化合物、ヒドロキノン、ピロガロール、ぶどう糖、没食子酸、ホルマリン、無水亜硫酸ナトリウム、ロンガリットなどを含む水溶液を挙げることができる。
分散剤としては、脂肪酸、脂肪酸塩、界面活性剤、有機金属、キレート剤、保護コロイド等を挙げることができる。
【0026】
(形状加工)
本銀粉は、そのまま利用することも可能であるが、本銀粉を形状加工処理した上で、利用することもできる。
例えば、球状粒子粉末(:80%以上が球状粒子からなる粉末)を、機械的に形状加工して、フレーク状、鱗片状、平板状などの非球状粒子粉末(:80%以上が非球状粒子からなる粉末)に加工することができる。
より具体的には、ビーズミル、ボールミル、アトライター、振動ミルなどを用いて機械的に偏平化加工(圧伸延または展伸)することにより、フレーク状粒子粉末(:80%以上がフレーク状粒子からなる粉末)に形状加工することができる。この際、粒子同士の凝集や結合を防止しながら各粒子を独立した状態で加工するために、例えばステアリン酸などの脂肪酸や、界面活性剤などの助剤を添加するのが好ましい。
そして、このような形状加工処理した銀粉を利用することもできるし、また、形状加工しない元粉とこれとを混合して利用することもできる。
【0027】
本銀粉は、粒径がきれいに揃っているため、粒径に適したメディアを効果的に選択できるため、フレーク粉としても、均質なフレーク粉粒子を得ることができる。
球形粉とフレーク粉の混合粉でもよい。
【0028】
<用途>
本銀粉は、導電ペースト用、特に焼結型導電性ペースト用の銀粉として好適である。
【0029】
焼結型導電性ペーストは、例えば有機ビヒクル中に、本銀粉をガラスフリットと共に混合することで調製することができる。
この際、ガラスフリットとしては、例えば、鉛ボロシリケートガラスや、ジンクボロシリケート等の無鉛ガラスも挙げることができる。
また、樹脂バインダーとしては、例えば任意の樹脂バインダーを使用することができる。例えばエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ケイ素樹脂、ユリア樹脂、アクリル樹脂、セルロース樹脂から選ばれる1種以上を含む組成を採用するのが望ましい。
【0030】
<語句の説明>
本明細書において「X〜Y」(X,Yは任意の数字)と表現する場合、特にことわらない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」或いは「好ましくはYより小さい」の意も包含する。
また、「X以上」(Xは任意の数字)或いは「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、「Xより大きいことが好ましい」或いは「Y未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。
【実施例】
【0031】
以下、本発明を下記実施例及び比較例に基づいてさらに詳述する。
実施例および比較例で得られた銀粉に関して、以下に示す方法で諸特性を評価した。
【0032】
(1)
SEMD10、
SEMD50、
SEMD90
走査型電子顕微鏡(SEM)(PHILIPS社製 XL30)を用いて1000〜3000倍にて撮影した任意の3視野の走査型電子顕微鏡(SEM)像を、BMPファイルに変換し、旭エンジニアリング株式会社製のIP−1000PCの統合アプリケーションであるA像くんで取り込み、円度しきい値50、重なり度30、標本数150〜350として円形粒子解析を行ない、
SEMD10、
SEMD50、
SEMD90を手動補正をかけることなく計測した。
【0033】
(2)溶存酸素
HORIBA製作所製のDO(溶存酸素)計(OM−51)を用いて、ヒドラジン水溶液中の溶存酸素濃度を測定した。
【0034】
(3)均質性評価
銀粉3.5gに、エチルセルロース(100cp)を5%含有したテルピネオールを少量ずつ加えながらヘラで混合していき、樹脂が一様になじんだ時点での樹脂添加量(Xg)を測定した。ペースト中の銀濃度を次の式で求め、95%以上を均質性が高いと判断した。
【0035】
(ペースト中の銀濃度(%))={(銀粉3.5g)/(銀粉3.5g+樹脂添加量Xg)}×100
【0036】
<実施例1>
銀濃度400g/Lの硝酸銀水溶液50mLを純水1Lに溶解させて硝酸銀水溶液を調製し、濃度25質量%のアンモニア水60mLを添加して攪拌することにより、銀アンミン錯体水溶液を得た。
次いで、20〜30℃の銀アンミン錯体水溶液に、1%濃度のアミン系の分散剤(平均分子量10000)水溶液6mLを添加して攪拌し、溶存酸素濃度6.00〜8.00mg/Lに調整した濃度11.9g/Lのヒドラジン水溶液1Lを混合し、撹拌することなく反応させて銀粒子を還元析出させた。
次いで、この銀粒子をろ過し、ろ液の伝導率が40μS/cm以下となるまで水洗後、乾燥させることにより銀粉(サンプル)を得た。得られた銀粉粒子は略真球状であった。
【0037】
<実施例2>
銀濃度400g/Lの硝酸銀水溶液50mLを純水1Lに溶解させて硝酸銀水溶液を調製し、濃度25質量%のアンモニア水60mLを添加して攪拌することにより、銀アンミン錯体水溶液を得た。
次いで、20〜30℃の銀アンミン錯体水溶液に、1%濃度のアミン系の分散剤(平均分子量10000)水溶液10mLを添加して攪拌し、溶存酸素濃度6.00〜8.00mg/Lに調整した濃度11.9g/Lのヒドラジン水溶液1Lを混合し、撹拌することなく反応させて銀粒子を還元析出させた。
次いで、この銀粒子をろ過し、ろ液の伝導率が40μS/cm以下となるまで水洗後、乾燥させることにより銀粉(サンプル)を得た。得られた銀粉粒子は略真球状であった。
【0038】
<実施例3>
銀濃度400g/Lの硝酸銀水溶液50mLを純水1Lに溶解させて硝酸銀水溶液を調製し、濃度25質量%のアンモニア水60mLを添加して攪拌することにより、銀アンミン錯体水溶液を得た。
次いで、20℃の銀アンミン錯体水溶液に、溶存酸素濃度6.00〜8.00mg/Lに調整した、濃度11.9g/Lのヒドラジン水溶液1Lと濃度2.9g/Lの脂肪酸塩水溶液35mL(銀1molに対して1.76×10
-3molに相当)の混合溶液を加えて、撹拌することなく反応させて銀粒子を還元析出させた。
次いで、この銀粒子をろ過し、ろ液の伝導率が40μS/cm以下となるまで水洗後、乾燥させることにより銀粉(サンプル)を得た。得られた銀粉粒子は略真球状であった。
【0039】
<実施例4>
銀濃度400g/Lの硝酸銀水溶液50mLを純水1Lに溶解させて硝酸銀水溶液を調製し、濃度25質量%のアンモニア水50mLを添加して攪拌することにより、銀アンミン錯体水溶液を得た。次いで、20℃の銀アンミン錯体水溶液に、溶存酸素濃度6.00〜8.00mg/Lに調整した、濃度11.9g/Lのヒドラジン水溶液1Lと濃度5g/Lのゼラチン水溶液48mL(銀1molに対して1.29gに相当)の混合溶液を加えて、撹拌することなく反応させて銀粒子を還元析出させた。
次いで、この銀粒子をろ過し、ろ液の伝導率が40μS/cm以下となるまで水洗後、乾燥させることにより銀粉(サンプル)を得た。得られた銀粉粒子は略真球状であった。
【0040】
<比較例1>
銀濃度400g/Lの硝酸銀水溶液50mLを純水1Lに溶解させて硝酸銀水溶液を調製し、濃度25質量%のアンモニア水60mLを添加して攪拌することにより、銀アンミン錯体水溶液を得た。
次いで、20〜30℃の銀アンミン錯体水溶液に、1%濃度のアミン系の分散剤(平均分子量10000)水溶液6mLを添加して攪拌し、溶存酸素濃度3.00〜5.00mg/Lに調整した濃度11.9g/Lのヒドラジン水溶液1Lを混合し、撹拌することなく反応させて銀粒子を還元析出させた。
次いで、この銀粒子をろ過し、ろ液の伝導率が40μS/cm以下となるまで水洗後、乾燥させることにより銀粉(サンプル)を得た。
【0041】
<比較例2>
銀濃度400g/Lの硝酸銀水溶液50mLを純水1Lに溶解させて硝酸銀水溶液を調製し、濃度25質量%のアンモニア水60mLを添加して攪拌することにより、銀アンミン錯体水溶液を得た。
次いで、20〜30℃の銀アンミン錯体水溶液に、1%濃度のアミン系の分散剤(平均分子量10000)水溶液6mLを添加して攪拌し、溶存酸素濃度0.20〜2.00mg/Lに調整した濃度11.9g/Lのヒドラジン水溶液1Lを混合し、撹拌することなく反応させて銀粒子を還元析出させた。
次いで、この銀粒子をろ過し、ろ液の伝導率が40μS/cm以下となるまで水洗後、乾燥させることにより銀粉(サンプル)を得た。
【0042】
<比較例3>
銀濃度400g/Lの硝酸銀水溶液50mLを純水1Lに溶解させて硝酸銀水溶液を調製し、濃度25質量%のアンモニア水60mLを添加して攪拌することにより、銀アンミン錯体水溶液を得た。
次いで、20〜30℃の銀アンミン錯体水溶液に、1%濃度のアミン系の分散剤(平均分子量10000)水溶液10mLを添加して攪拌し、溶存酸素濃度3.00〜5.00mg/Lに調整した濃度11.9g/Lのヒドラジン水溶液1Lを混合し、撹拌することなく反応させて銀粒子を還元析出させた。
次いで、この銀粒子をろ過し、ろ液の伝導率が40μS/cm以下となるまで水洗後、乾燥させることにより銀粉(サンプル)を得た。
【0043】
<比較例4>
銀濃度400g/Lの硝酸銀水溶液50mLを純水1Lに溶解させて硝酸銀水溶液を調製し、濃度25質量%のアンモニア水60mLを添加して攪拌することにより、銀アンミン錯体水溶液を得た。
次いで、20〜30℃の銀アンミン錯体水溶液に、1%濃度のアミン系の分散剤(平均分子量10000)水溶液10mLを添加して攪拌し、溶存酸素濃度0.20〜2.00mg/Lに調整した濃度11.9g/Lのヒドラジン水溶液1Lを混合し、撹拌することなく反応させて銀粒子を還元析出させた。
次いで、この銀粒子をろ過し、ろ液の伝導率が40μS/cm以下となるまで水洗後、乾燥させることにより銀粉(サンプル)を得た。
【0044】
<比較例5>
銀濃度400g/Lの硝酸銀水溶液50mLを純水1Lに溶解させて硝酸銀水溶液を調製し、濃度25質量%のアンモニア水60mLを添加して攪拌することにより、銀アンミン錯体水溶液を得た。
次いで、20℃の銀アンミン錯体水溶液に、溶存酸素濃度0.20〜2.00mg/Lに調整した、濃度11.9g/Lのヒドラジン水溶液1Lと濃度2.9g/Lの脂肪酸塩水溶液35mL(銀1molに対して1.76×10
-3molに相当)の混合溶液を加えて、撹拌することなく反応させて銀粒子を還元析出させた。
次いで、この銀粒子をろ過し、ろ液の伝導率が40μS/cm以下となるまで水洗後、乾燥させることにより銀粉(サンプル)を得た。
【0045】
<比較例6>
銀濃度400g/Lの硝酸銀水溶液50mLを純水1Lに溶解させて硝酸銀水溶液を調製し、濃度25質量%のアンモニア水50mLを添加して攪拌することにより、銀アンミン錯体水溶液を得た。次いで、20℃の銀アンミン錯体水溶液に、溶存酸素濃度0.20〜2.00mg/Lに調整した、濃度11.9g/Lのヒドラジン水溶液1Lと濃度5g/Lのゼラチン水溶液48mL(銀1molに対して1.29gに相当)の混合溶液を加えて、撹拌することなく反応させて銀粒子を還元析出させた。
次いで、この銀粒子をろ過し、ろ液の伝導率が40μS/cm以下となるまで水洗後、乾燥させることにより銀粉(サンプル)を得た。
【0046】
【表1】
【0047】
(考察)
実施例の銀粉は、比較例の銀粉及び従来知られた銀粉に比べて大粒子でありながら、粒径が揃っているため、これを用いて銀ペーストを作製すれば、銀濃度を高くすることができ、均質で且つ、電気抵抗がより一層低い焼結導体を形成することができる。
このような観点から、本銀粉においては、
SEMD50が2.50μm〜7.50μmであり、且つ、(
SEMD90―
SEMD10)/
SEMD50≦0.50であるのが好ましいと考えることができる。