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JP4530617B2 - Method for producing copper powder for copper paste and copper powder for copper paste obtained by the production method - Google Patents
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JP4530617B2 - Method for producing copper powder for copper paste and copper powder for copper paste obtained by the production method - Google Patents

Method for producing copper powder for copper paste and copper powder for copper paste obtained by the production method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本件出願に係る発明は、銅ペースト用の銅粉の製造方法及びその製造方法により得られる銅ペースト用の銅粉に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から銅粉は、銅ペーストの原料として広く用いられてきた。銅ペーストは、その取り扱いの容易さ故に、スクリーン印刷法を用いたプリント配線板の回路形成、各種電気的接点部等に応用され、電気的導通確保の手段に用いられてきた。
【0003】
この銅ペーストに用いる銅粉は、ペースト粘度を減少させ、ペーストとしての取り扱いを容易にし、プリント配線板のビアホールの穴埋め性を向上させることが望まれてきた。これらの市場要求に応えるため、銅ペーストの銅粉の持つ物性である粒径、粉粒の比表面積の減少、粉粒体表面の有機剤による表面処理等の種々の解決手段が採用され、銅ペースト粘度の低減を図ることが行われてきた。
【0004】
そして、上述した銅粉の備える物性をコントロールすることにより、銅ペーストの粘度の低減に関しては、優れた効果を挙げてきたのである。
【0005】
【特許文献1】
特開平3−137174号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、銅ペースト用の銅粉の持つ物性である粒径、粉粒の比表面積の減少、粉粒体表面の有機剤による表面処理等の要因を管理するだけでは、銅ペーストの粘度制御を完全に行うことはできず、目標粘度をクリアすることができずロット毎のバラツキが大きなものとなる傾向が存在していた。
【0007】
また、銅ペースト用の銅粉には、導体形成に用いた際に、導体の持つ抵抗が低いものであるという特性が求められることは当然であり、低抵抗の導体形成が可能であるという性質を併せ持つ必要性がある。
【0008】
従って、銅ペーストの粘度制御を完全に行うことが可能で、優れた充填性を確保できる銅粉の供給が市場において求められてきたのである。又、銅ペーストに加工して導体を形成する場合には導体抵抗を低減させることも求められてきた。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そこで、本件発明者等は、銅粉の凝集度がペースト化した際の粘度に与える影響に着目し、鋭意研究した結果、以下に説明する銅ペースト用の銅粉の製造方法及びその製造方法により得られる銅ペースト用の銅粉に関する発明に想到したのである。
【0010】
<銅ペースト用の銅粉> 本件発明に係る銅粉は、「カルボン酸含有有機溶媒で表面処理を施したことを特徴とする銅ペースト用の銅粉」であり、その粉体特性は、「(1)前記銅粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径D50が4.3μm〜6.9μm。(2)前記銅粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径D50と画像解析により得られる平均粒径DIAとを用いてD50/DIAで表される凝集度の値が1.2〜1.7。(3)前記銅粉の比表面積が0.17m/g〜0.22m/g。(4)タップ充填密度が4.8g/cm以上。」である。
【0011】
まず、本件発明に係る銅粉は、後述する銅ペースト用の銅粉の製造方法により得られるものであり、通常の銅粉で見られる粉粒の凝集状態を無くして、単分散状態に近づけるため、カルボン酸含有有機溶媒で表面処理を施した後に、解粒処理を行い凝集度を適度に調整したものである。このカルボン酸含有有機溶媒での銅粉の表面処理は、銅粉の粉粒表面にカルボン酸の金属塩等が形成され、銅ペーストに加工したときペースト粘度を効果的に低減させることが可能となるのである。より具体的に表現すれば、吸着カルボン酸とカルボン酸の金属塩の混在した表面処理層又はカルボン酸の金属塩のみの表面処理層の存在により、銅粉の経時的な表面酸化を効果的に防止することで、銅ペーストに加工して、その銅ペーストを用いて形成した導体の電気抵抗の変化を最小限に抑制することを可能とするのである。
【0012】
更に、本件発明に係る銅ペースト用の銅粉は、(1)前記銅粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径D50が4.3μm〜6.9μm。(2)前記銅粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径D50と画像解析により得られる平均粒径DIAとを用いてD50/DIAで表される凝集度の値が1.2〜1.7。(3)前記銅粉の比表面積が0.17m/g〜0.22m/g。(4)タップ充填密度が4.8g/cm以上。の各特性を具備するものであることが望ましいのである。以下の製造方法の説明で明らかになるが、適度な一次粒子径を持つ銅粉の粉粒が凝集したものを、解粒処理を施すことで、(1)(4)の各粉体特性を満足する銅粉が得られるのである。
【0013】
(1)の粉体特性は、前記銅粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径D50が4.3μm〜6.9μmである。ここで銅粉の粉粒の平均粒径を表すのには、当業者間で一般的に用いられるレーザー回折散乱式粒度分布測定法を用いて得られる平均粒径をD50を用いたのである。そして、本件発明者等が、平均粒径と銅ペースト粘度との関係を慎重に確認したが、一定レベルの相関は存在しても、強い相関関係があると断定できるものではなかった。例えば、X−Y平面の一軸に平均粒径D50、他軸側に銅ペースト粘度をとって、銅粉の平均粒径D50と銅ペースト粘度との相関性を確認し、最小自乗法を用いて算出した相関係数は、平均して0.5以下であった。
【0014】
しかしながら、経験則に照らし合わせてみると、平均粒径D50が4.3μm未満の場合には、銅ペーストに加工したときの粘度上昇が著しく、取扱いの困難な銅ペーストになる。また、同時に、その銅ペーストを用いて形成した導体は、電気抵抗が上昇する傾向が出るのである。一方、ペースト粘度の観点からのみ考えると、平均粒径D50の値には特に上限は存在しないが、銅粉を用いて銅ペーストに加工し、200μm径以下のプリント配線板のビアホール内を充填することを想定すると、平均粒径D50が6.9μmを超えると、銅ペーストの充填性能が損なわれ、充填が困難となるのである。
【0015】
(2)の粉体特性は、前記銅粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径D50と画像解析により得られる平均粒径DIAとを用いてD50/DIAで表される凝集度の値が1.2〜1.7である。この粉体特性が、最も粘度との関係が大きなものと考えられる。
【0016】
本件発明者等は、銅粉の平均粒径D50と銅ペーストの粘度との相関関係が、強いものではなかったため、銅ペースト粘度と平均粒径との関係以上に相関性の認められる指標を探した。その結果、レーザー回折散乱式粒度分布測定法を用いて得られる平均粒径D50の値と、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察される銅粉の観察像(倍率1000倍で観察)を画像解析することにより得られる平均粒径DIAとの比に着目したのである。なお、本件明細書における走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察される銅粉の画像解析は、旭エンジニアリング株式会社製のIP−1000PCを用いて、円度しきい値10、重なり度20として円形粒子解析を行い、平均粒径DIAを求めたものである。
【0017】
即ち、レーザー回折散乱式粒度分布測定法を用いて得られる平均粒径D50の値は、真に粉粒の一つ一つの径を直接観察したものではないと考えられる。殆どの銅粉を構成する粉粒は、個々の粒子が完全に分離した、いわゆる単分散粉ではなく、複数個の粉粒が凝集して集合した状態になっているからである。レーザー回折散乱式粒度分布測定法は、凝集した粉粒を一個の粒子(凝集粒子)として捉えて、平均粒径を算出していると言えるのである。
【0018】
これに対して、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察される銅粉の観察像を画像処理することにより得られる平均粒径DIAは、SEM観察像から直接得るものであるため、一次粒子が確実に捉えられることになり、反対に粉粒の凝集状態の存在を全く反映させていないことになる。
【0019】
従って、広く用いられてきた平均粒径D50の値又は平均粒径DIAの値を単独で用いて、銅ペーストの粘度と対比してみることは、いずれの場合にも、銅ペーストの製造に用いた銅粉の内在する状態を正確に反映させたものとはならないと考えられる。
【0020】
以上のように考えた結果、本件発明者等は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法の平均粒径D50と画像解析により得られる平均粒径DIAとを用いて、D50/DIAで算出される値を凝集度として捉えることとしたのである。即ち、同一ロットの銅粉においてD50とDIAとの値が同一精度で測定できるものと仮定して、上述した理論で考えると、凝集状態のあることを測定値に反映させるD50の値は、DIAの値よりも大きな値になると考えられる。このとき、D50の値は、銅粉の粉粒の凝集状態がなくなるほど、限りなくDIAの値に近づいてゆき、凝集度であるD50/DIAの値は、1に近づくことになる。凝集度が1となった段階で、粉粒の凝集状態が全く無くなった単分散粉と言えるのである。
【0021】
そこで、本件発明者等は、凝集度と各凝集度の銅粉を用いて製造した銅ペーストとの相関関係を調べてみた。その結果、極めて良好な相関関係が得られた。このとき最小二乗法により得られる相関直線の持つ相関係数は、平均して0.7以上であり、強い相関を持つことが分かるのである。このことから分かるように、銅粉の持つ凝集度をコントロールしてやれば、その銅粉を用いて製造する銅ペーストの粘度の自由なコントロールが可能となると判断できるのである。しかも、凝集度を1.7以下にしておけば、得られる相関直線の傾きが小さく、銅ペーストの粘度の変動を極めて狭い領域に納めることが可能となることが分かったのである。そして、凝集度の値が1.2になれば、ほぼ完全に近い分散状態が得られていると判断できるのである。
【0022】
また、現実に凝集度を算出してみると、1未満の値を示す場合もある。これは、凝集度の算出に用いるDIAを真球と仮定しているからと考えられ、理論的には1未満の値にはならないのであるが、現実には、真球ではないがために1未満の凝集度の値が得られるようである。以上に述べた考え方に基づき、凝集度の値を1.2〜1.7と定めたのである。
【0023】
このD50/DIAで表される凝集度の値が1.7以下となると、銅ペーストの樹脂の構成が同じであれば、従来にないレベルでの銅ペーストの粘度の低減が可能となるのである。また、凝集状態が解消されていればいるほど、その銅粉を用いて銅ペーストを製造して、プリント配線板のビアホール等の穴埋めを行う際の充填性を向上させることが可能であり、結果として形成した導体の電気的抵抗を低くすることが可能となるのである。なお、解粒処理を行わない場合の凝集状態にある乾燥した銅粉の凝集度は、測定誤差による変動は有るものの確実に1.7を超えるのが通常である。
【0024】
以上のことから銅ペーストの粘度は、銅粉の持つ凝集度の変化に応じて変化するものと考えられるが、銅粉の場合には凝集度の値を1.7以下とすると、この凝集度領域における粘度の値の変動が、非常に小さくなる事が分かったのである。
【0025】
即ち、銅粉の凝集度が1.7より大きくなると、銅ペースト粘度が、銅粉の凝集度の変化による影響を受け大きく変化する。更に、検証実験を続けた結果、銅粉の凝集度を1.7以下に維持しておけば、凝集度の変化による銅ペーストの粘度のバラツキを小さくして、しかも、銅粉の平均粒径の変化による影響も小さくできることも分かってきたのである。
【0026】
(3)の粉体特性は、銅粉の比表面積が0.17m/g〜0.22m/gである。従来から、銅ペーストの粘度を下げるために寄与する要因として考えられてきた銅粉の粉体特性の一つであり、粉粒の比表面積は、粉粒の粒子径が同程度であれば、その比表面積が小さいほど粉粒の表面が滑らかであることを意味しており、比表面積が小さければ小さいほど、銅ペーストの粘度を低くすることが出来るという見解については事実であり、間違いのないものと言える。また、銅粉の表面処理剤の種類により、銅粉表面と銅ペーストを構成する樹脂との親和性が異なるため、銅ペーストの粘度に影響を与えることも現実に起こっている。従って、銅粉表面を表面処理する際には、銅ペーストを構成する樹脂との相性を十分に考慮して選択使用しなければならないことが理解できる。
【0027】
そこで、本件発明者等が、銅ペーストに用いる銅粉であることを前提に考えると、(1)及び(2)の粉体特性を満足し、更に比表面積を0.17m/g〜0.22m/gの範囲に制御することが、銅ペースト用の銅粉として最も適していると判断できたのである。比表面積の下限値は、上述した解粒処理を用いても、銅粉の比表面積を0.17m/g未満まで平滑化させる事は困難であり、本件発明で採用した製造方法の限界として定まるものである。一方、比表面積が0.22m/gを超えると、比表面積の増加による銅ペーストの増粘傾向が顕著になるのである。
【0028】
更に、(4)の粉体特性は、タップ充填密度が4.8g/cm以上というものである。タップ充填密度も、ペースト粘度の増粘化傾向、銅粉を用いて銅ペーストを製造しプリント配線板のビアホール等の穴埋めを行う際の充填性の指標として用いることも可能である。タップ充填密度は、銅粉の凝集の仕方(即ち、2次構造体の形状)、粒径との関係で定まるものであるからである。従って、上述した粉体特性の条件を満たせば、必然的にタップ充填密度が4.8g/cm以上となるのである。反対に言えば、タップ充填密度が4.8g/cm未満の場合には、銅ペーストに加工したときの増粘傾向が顕著になるのである。
【0029】
以上に述べた粉体特性を兼ね備えた銅粉を用いて、銅ペーストを製造すると、その銅ペーストの粘度は低く、上述した粉体特性の範囲では、大きな変動のないペースト粘度を達成できるのである。そして、銅ペーストの製造に用いる銅粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径D50を、200μm径以下のプリント配線板のビアホール内を充填することを目的とした銅ペースト用に定めているため、プリント配線板の導体形成用途に非常に適したものとなる。その結果、本件発明に係る銅ペーストを用いることで、高品質のプリント配線板が提供可能となるのである。
【0030】
<銅粉の製造方法> 本件発明に係る製造方法は、「ルボン酸含有有機溶媒で表面処理を施した銅ペースト用の銅粉の製造方法であって、湿式法で得られた凝集状態にある銅粉を、カルボン酸含有有機溶媒と接触させ表面処理し、乾燥させ、当該銅粉を風力サーキュレータを用いて、エアをブロワーして、凝集した銅粉を円周軌道を描くように吹き上げてサーキュレーションさせ、このときに発生する遠心力により粉粒同士を気流中で相互に衝突させ、粒子の凝集状態を無くす解粒処理を行うことで、以下に示す(1)〜(4)の各粉体特性を備えるものとすることを特徴とする銅ペースト用の銅粉の製造方法。(1)前記銅粉の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 が4.3μm〜6.9μm。(2)前記銅粉の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 と画像解析により得られる平均粒径D IA とを用いてD 50 /D IA で表される凝集度の値が1.2〜1.7。(3)前記銅粉の比表面積が0.17m /g〜0.22m /g。(4)タップ充填密度が4.8g/cm 以上。」である。従って、この製造方法は、カルボン酸含有有機溶媒を用いて銅粉の粉粒表面を表面処理し、解粒処理を行う点に特徴がある。
【0031】
まず、表面処理に関して説明する。解粒処理を行う前の銅粉に、カルボン酸含有有機溶媒で表面処理を施すのである。ここで言う「カルボン酸含有有機溶媒」とは、カルボン酸を、有機溶媒(エタノール、メタノール、アセトン、メチルエチルケトンのいずれか1種又は2種以上を混合したもの)に溶解させたものである。この表面処理は、前記カルボン酸含有有機溶媒に銅粉を入れ混合攪拌する等の方法により、カルボン酸含有有機溶媒と銅粉とを接触させることで、銅粉の粉粒表面にカルボン酸成分を吸着させ、その後銅粉を濾別採取して、乾燥させるものである。また、このカルボン酸による処理方法には、カルボン酸を気化させた気流中に銅粉を入れて処理することも可能である。即ち、カルボン酸を用いて処理する方法は、銅粉表面の均一な表面処理ができるものであれば、特に限定を要するものではない。
【0032】
ここで言うカルボン酸とは、いわゆる飽和脂肪酸及び不飽和脂肪酸を用いることができる。本件発明において用いることのできる飽和脂肪酸の種類を具体的に列挙すると、エナント酸(C13COOH)、カプリル酸(C15COOH)、ペラルゴン酸(C17COOH)、カプリン酸(C19COOH)、ウンデシル酸(C1021COOH)、ラウリン酸(C1123COOH)、トリデシル酸(C1225COOH)、ミリスチン酸(C1327COOH)、ペンタデシル酸(C1429COOH)、パルミチン酸(C1531COOH)、ヘプタデシル酸(C1633COOH)、ステアリン酸(C1735COOH)、ノナデカン酸(C1837COOH)、アラキン酸(C1939COOH)、ベヘン酸(C2143COOH)のいずれか1種又は2種以上を混合したものである。
【0033】
そして、本件発明において用いることのできる不飽和脂肪酸の種類を具体的に列挙すると、アクリル酸(CH=CHCOOH)、クロトン酸(CHCH=CHCOOH)、イソクロトン酸(CHCH=CHCOOH)、ウンデシレン酸(CH=CH(CHCOOH)、オレイン酸(C1733COOH)、エライジン酸(CH(CHCH=CH(CHCOOH)、セトレイン酸(CH(CHCH=CH(CHCOOH)、ブラシジン酸(C2141COOH)、エルカ酸(C2141COOH)、ソルビン酸(CCOOH)、リノール酸(C1731COOH)、リノレン酸(C1729COOH)、アラキドン酸(C1331COOH)のいずれか1種又は2種以上を混合したものである。
【0034】
以上に述べたカルボン酸を用いて、銅粉の構成成分である銅と接触させ乾燥させると、銅粉の粉粒表面に吸着カルボン酸及びカルボン酸の金属塩の混在した表面処理層が形成され、銅ペーストに加工したときペースト粘度を効果的に低減させることが可能となるのである。しかも、その銅ペーストを用いて形成した導体の導電性を損なうこともないのである。ここで「2種以上」としているのは、以上に列挙した飽和脂肪酸の複数種、不飽和脂肪酸の複数種を混合して用いるものであっても構わないことを意味している。
【0035】
そして、表面処理を行った後に銅粉を濾別採取して行う乾燥は、乾燥温度50℃〜100℃、乾燥時間2〜8時間の条件で行うことが好ましい。乾燥温度は、銅粉の表面酸化を防止するため、可能な限り低温領域を採用することが望まれる。乾燥温度が50℃未満では、銅粉という粉粒体に吸着した水分を十分に除去する事ができず、しかも、カルボン酸の定着が強固に出来ないためである。一方、乾燥温度を、100℃を超える温度とすると、表面処理層の損傷が起こりやすくなるためである。この乾燥温度範囲において、その加熱温度に合わせた加熱時間も採用すべきである。低温でも、あまりに長時間の乾燥を行うと表面処理層が損傷を起こし、乾燥時間が短すぎると、銅粉の吸着水分の除去が不完全となるのである。
【0036】
ここで、「湿式法で得られた凝集状態にある銅粉」を対象としたのは、銅ペースト用途という主な使用目的を考慮し、一つの粉粒としてみたときに微細な粉粒を製造するのが容易であるが一定の凝集状態が形成されるためである。銅粉の粉粒の凝集状態は、所謂ヒドラジン還元法に代表される湿式法であっても、高圧アトマイズ法に代表される乾式法であっても、不可避的に発生し得るものである。特に、湿式法の場合には、粉粒の凝集状態の形成が起こりやすい傾向にある。即ち、一般的に湿式法による銅粉の製造は、硫酸銅溶液を出発原料として、水酸化ナトリウム溶液を用いて反応させ、酸化銅を得て、これを所謂ヒドラジン還元する等して、洗浄、濾過、乾燥することで行われる。このようにして乾燥した銅粉が得られるのである。そして、このように湿式法で得られた銅粉の粉体は、一定の凝集状態にある。
【0037】
この凝集した状態の粉体を、一粒一粒の粉体に分離することを、本件明細書では「解粒」と称し、解粒する操作を「解粒処理」と称しているのである。ここで言う解粒処理は、乾燥した凝集状態にある銅粉を、遠心力を利用した風力サーキュレータを用いて、銅粉の粉粒同士を衝突させることで、単分散状態に近づける方法を採用することが好ましいのである。
【0038】
単に解粒作業を行うことを目的とするのであれば、解粒の行える手段として、高エネルギーボールミル、高速導体衝突式気流型粉砕機、衝撃式粉砕機、ゲージミル、媒体攪拌型ミル、高水圧式粉砕装置等種々の物を用いることが可能である。ところが、銅ペーストの粘度を可能な限り低減させることを考えるに、上述したように粉粒の比表面積を可能な限り小さなものとすることが求められる。従って、解粒は可能であっても、解粒時に粉粒の表面に損傷を与え、その比表面積を増加させるような解粒手法であってはならないのである。
【0039】
このような認識に基づいて、本件発明者等が鋭意研究した結果、銅粉の粉粒が装置の内壁部、攪拌羽根、粉砕媒体等の部分と接触することを最小限に抑制し、凝集した粉粒同士が相互に衝突し合い、しかも、解粒が十分可能であり、同時に、粉粒同士の衝突による粉粒表面の平滑化の可能な手法を採用したのである。この解粒処理に用いるのが、遠心力を利用した風力サーキュレータである。ここで言う「風力サーキュレータ」とは、エアをブロワーして、凝集した銅粉を円周軌道を描くように吹き上げてサーキュレーションさせ、このときに発生する遠心力により粉粒同士を気流中で相互に衝突させ、解粒作業を行うために用いるのである。このときに、遠心力を利用した市販の風力分級器を用いることも可能である。このような場合には、あくまでも分級を目的としたものではなく、風力分級器に凝集した銅粉を円周軌道を描くように吹き上げるサーキュレータの役割を果たさせるのである。
【0040】
そして、本件発明に係る銅粉を用いて製造される銅ペーストは、ペースト粘度が低いためビアホール等の充填性に優れ、しかも、ペースト粘度の経時変化が起こりにくいため、銅ペーストの品質管理が容易となり、製造現場での管理コストの低減、生産効率の向上が期待できるのである。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態を通じて、比較例と対比しつつ、本件発明に関し、より詳細に説明する。
【0042】
そこで、最初に実施形態と比較例とで共通する内容となる、湿式法による銅粉の製造方法について説明する。ここでは、硫酸銅(五水塩)100kgを、温水に溶解させ液温60℃の200リットルの溶液とした。そして、ここに125リットルの25質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を60℃に維持しつつ、1時間の攪拌を行い、酸化第二銅を生成した。
【0043】
酸化第二銅の生成が終了すると、液温を60℃に維持し続け、ここに濃度450g/lのグルコース水溶液80リットルを、20分かけて一定の速度で添加し、酸化第一銅スラリーを生成した。ここで、このスラリーを一旦濾過し、洗浄した後、温水を加えて320リットルの再スラリーとした。
【0044】
次に、再スラリーに、1.5kgのアミノ酢酸及び0.7kgのアラビアゴムを添加し、攪拌して、溶液温度を50℃に保持した。この状態の再スラリーに、20質量%濃度の水加ヒドラジン50リットルを、60分かけて一定の速度で添加し、酸化第一銅を還元して銅粉として、銅粉スラリーを生成した。
【0045】
続いて、この銅粉スラリーを濾過し、純水で十分に洗浄し、濾過して水切りを行い、乾燥して銅粉を得た。この銅粉が第1実施形態で用いる凝集状態にある乾燥した銅粉である。この凝集状態にある銅粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法の平均粒径D50は5.56であり、画像解析により得られる平均粒径DIAは3.18、従って、D50/DIAで算出される凝集度は1.75であった。
【0046】
実施形態: 本実施形態では、解粒処理することで低凝集性の銅粉を製造し、その銅粉を用いて銅ペーストを製造し、銅ペーストの粘度を測定したのである。
【0047】
上述する製造方法により得られた「乾燥した凝集状態にある銅粉」5kgを、ヌッチェに入れ、5gのオレイン酸を加えて分散させた5リットルのメタノール溶液を滴下して、当該銅粉の粉粒表面に表面処理層を形成した。そして、吸引濾過することで、銅粉と溶液とを濾別し、70℃の温度で5時間乾燥させた。
【0048】
そして、表面処理の終了した銅粉を、市販の風力分級器である日清エンジニアリング社製のターボクラシファイヤを用いて、回転数6500rpmでサーキュレーションさせ、凝集状態にある粉粒同士を衝突させて解粒処理を行った。
【0049】
この結果、得られた銅粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法の平均粒径D50は5.23μm、画像解析により得られる平均粒径DIAは4.02μm、従って、D50/DIAで算出される凝集度は1.30、比表面積が0.19m/g 、タップ充填密度が5.1g/cmであった。本件明細書におけるレーザー回折散乱式粒度分布測定法の平均粒径D50は、銅粉0.1gをSNディスパーサント5468の0.1%水溶液(サンノプコ社製)と混合し、超音波ホモジナイザ(日本精機製作所製 US−300T)で5分間分散させた後、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置であるMicro Trac HRA 9320−X100型(Leeds+Northrup社製)を用いて行った。
【0050】
次に、この解粒処理した銅粉を用いて、エポキシ系銅ペーストを製造した。当該銅粉を85重量部、第1のエポキシ樹脂には油化シェル社製のエピコート828を3重量部、第2のエポキシ樹脂には東都化成株式会社製のYD−171を9重量部、エポキシ樹脂硬化剤として味の素株式会社製のアミキュアMY−24を3重量部として、これらを混合して30分間の混錬を行ってエポキシ系銅ペーストを得たのである。
【0051】
以上のようにして得られたエポキシ系銅ペーストの製造直後の粘度を測定すると140Pa・sという結果が得られている。なお、本件明細書における粘度の測定には、東機産業社製の粘度計であるRE−105Uを用いて、0.5rpmの回転数で測定したものである。
【0052】
比較例: 解粒処理を行うことなく、凝集状態にある銅粉を用いて製造したエポキシ系銅ペーストの製造直後の粘度を測定すると1013Pa・sという結果が得られている。この結果を、本件発明に係る実施形態の場合と比較すると明らかなように、本件実施形態に係る解粒処理を行った銅粉は、その凝集度が小さく、その効果として銅ペーストの粘度が低くなっていることが分かる。しかも、製造ロット数を増加させて対比させれば、より明確になることであるが、本件発明に係る銅粉を用いると銅ペーストの粘度のバラツキが非常に小さくなってくるのである。
【0053】
【発明の効果】
本件発明に係る銅粉は、その粉粒特性から分かるように非常に分散性が高いものであり、従来の凝集状態にある銅粉を用いた場合に比べ、銅ペースト粘度を低粘度化させることが可能で、安定したペースト品質の確保が可能となる。このような低粘度の銅ペーストは、充填性に優れているため、特にプリント配線板のビアホール内部等の導体形成の場において有用であり、微細回路の引き回しも容易となる。従って、プリント配線板の製造現場におけるペースト管理の煩雑さを解消し、トータル製造コストを下げ、しかも、高品質の接続信頼性に優れた製品供給を可能とするのである。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The invention according to this application isMethod for producing copper powder for copper paste and copper powder for copper paste obtained by the production methodIt is about.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, copper powder has been widely used as a raw material for copper paste. Because of its ease of handling, copper paste has been applied to circuit formation of printed wiring boards using a screen printing method, various electrical contact portions, etc., and has been used as a means for ensuring electrical continuity.
[0003]
The copper powder used in this copper paste has been desired to reduce the paste viscosity, facilitate handling as a paste, and improve the fillability of via holes in printed wiring boards. In order to meet these market demands, various solution means such as particle size, which is the physical property of copper powder of copper paste, reduction of specific surface area of powder particles, surface treatment with organic agent on the surface of powder particles, etc. are adopted. Attempts have been made to reduce paste viscosity.
[0004]
And by controlling the physical property with which the copper powder mentioned above is provided, regarding the reduction | decrease in the viscosity of a copper paste, the outstanding effect has been mentioned.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 3-137174
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, just controlling the physical properties of copper powder for copper paste, such as particle size, reduction of specific surface area of powder particles, and surface treatment with organic agent on the surface of powder particles, complete control of viscosity of copper paste. However, the target viscosity could not be cleared, and there was a tendency that the variation from lot to lot was large.
[0007]
Moreover, it is natural that the copper powder for copper paste is required to have a characteristic that the resistance of the conductor is low when it is used for conductor formation, and it is possible to form a conductor with low resistance. It is necessary to have both.
[0008]
Accordingly, the supply of copper powder that can completely control the viscosity of the copper paste and can ensure excellent filling properties has been demanded in the market. In addition, when forming a conductor by processing into a copper paste, it has also been required to reduce the conductor resistance.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  Therefore, the inventors of the present invention focused on the effect of the degree of aggregation of the copper powder on the viscosity at the time of making a paste, and as a result of earnest research, will be described below.Method for producing copper powder for copper paste and copper powder for copper paste obtained by the production methodI came up with an invention related to this.
[0010]
<Copper powder for copper paste> The copper powder according to the present invention was "surface-treated with a carboxylic acid-containing organic solvent.It is characterized byCopper for copper pasteIn "powder"Yes, its powder characteristics are(1)Average particle diameter D of said copper powder by laser diffraction scattering type particle size distribution measuring method50Is 4.3 μm to 6.9 μm.(2)Average particle diameter D of said copper powder by laser diffraction scattering type particle size distribution measuring method50And average particle diameter D obtained by image analysisIAAnd D50/ DIAThe value of the degree of aggregation represented by is 1.2 to 1.7.(3)Specific surface area of the copper powder is 0.17m2/G-0.22m2/ G.(4)Tap filling density is 4.8 g / cm3more than. Is.
[0011]
  First, the copper powder according to the present invention isIt is obtained by a method for producing copper powder for copper paste described later,In order to eliminate the agglomeration state of powder particles found in ordinary copper powder and bring it closer to a monodispersed state, the surface treatment is performed with a carboxylic acid-containing organic solvent, and then the flocculation treatment is performed to adjust the aggregation degree appropriately. is there. The surface treatment of the copper powder with this carboxylic acid-containing organic solvent can effectively reduce the paste viscosity when a metal salt of carboxylic acid is formed on the surface of the copper powder and processed into a copper paste. It becomes. More specifically, the surface oxidation of copper powder over time is effectively achieved by the presence of a surface treatment layer in which adsorbed carboxylic acid and metal salt of carboxylic acid are mixed or a surface treatment layer of only metal salt of carboxylic acid. By preventing this, it is possible to minimize the change in electrical resistance of a conductor formed using the copper paste by processing into a copper paste.
[0012]
  Furthermore, the copper powder for copper paste according to the present invention is:(1)Average particle diameter D of said copper powder by laser diffraction scattering type particle size distribution measuring method50Is 4.3 μm to 6.9 μm.(2)Average particle diameter D of said copper powder by laser diffraction scattering type particle size distribution measuring method50And average particle diameter D obtained by image analysisIAAnd D50/ DIAThe value of the degree of aggregation represented by is 1.2 to 1.7.(3)Specific surface area of the copper powder is 0.17m2/G-0.22m2/ G.(4)Tap filling density is 4.8 g / cm3more than. ofIt is desirable to have each characteristic. As will be apparent from the following description of the production method, by subjecting the agglomeration of copper powder particles having an appropriate primary particle size to a pulverization treatment,(1)~(4)Thus, a copper powder satisfying the above powder characteristics can be obtained.
[0013]
  (1)The powder characteristics of the copper powder are the average particle diameter D measured by laser diffraction scattering particle size distribution measurement of the copper powder.50Is 4.3 μm to 6.9 μm. In order to express the average particle size of the copper powder particles, the average particle size obtained using a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring method generally used by those skilled in the art is represented by D50Was used. And although this inventor etc. checked the relationship between an average particle diameter and copper paste viscosity carefully, even if there existed a certain level of correlation, it could not be determined that there was a strong correlation. For example, the average particle diameter D on one axis of the XY plane50Taking the viscosity of the copper paste on the other axis side, the average particle diameter D of the copper powder50The correlation coefficient calculated using the least square method was 0.5 or less on average.
[0014]
However, in light of the rule of thumb, the average particle size D50Is less than 4.3 μm, the viscosity increases significantly when processed into a copper paste, resulting in a copper paste that is difficult to handle. At the same time, the conductor formed using the copper paste tends to increase in electrical resistance. On the other hand, considering only from the viewpoint of paste viscosity, the average particle diameter D50There is no particular upper limit to the value of the average particle diameter D, assuming that it is processed into a copper paste using copper powder and filled in the via hole of a printed wiring board having a diameter of 200 μm or less.50If the thickness exceeds 6.9 μm, the filling performance of the copper paste is impaired and filling becomes difficult.
[0015]
  (2)The powder characteristics of the copper powder are the average particle diameter D measured by laser diffraction scattering particle size distribution measurement of the copper powder.50And average particle diameter D obtained by image analysisIAAnd D50/ DIAThe value of the degree of aggregation represented by is 1.2 to 1.7. This powder characteristic is considered to have the largest relationship with the viscosity.
[0016]
The inventors have determined that the average particle size D of the copper powder is50Since the correlation between the viscosity of the copper paste and the copper paste was not strong, an index was found that is more correlated than the relationship between the viscosity of the copper paste and the average particle size. As a result, the average particle diameter D obtained using the laser diffraction scattering particle size distribution measurement method50And the average particle diameter D obtained by image analysis of an observation image (observed at a magnification of 1000 times) of the copper powder observed using a scanning electron microscope (SEM)IAWe focused on the ratio. In addition, as for the image analysis of the copper powder observed using the scanning electron microscope (SEM) in this specification, IPA-1000PC made by Asahi Engineering Co., Ltd. is used. Perform circular particle analysis and average particle size DIAIs what we asked for.
[0017]
That is, the average particle diameter D obtained using the laser diffraction scattering type particle size distribution measurement method50The value of is considered not to be a direct observation of the diameter of each particle. This is because the powder particles constituting most of the copper powder are not so-called monodispersed powders in which individual particles are completely separated, but a plurality of powder particles are aggregated and aggregated. In the laser diffraction / scattering particle size distribution measurement method, it can be said that the average particle size is calculated by capturing the aggregated particles as one particle (aggregated particles).
[0018]
On the other hand, the average particle diameter D obtained by image-processing the observation image of the copper powder observed using a scanning electron microscope (SEM)IASince it is obtained directly from the SEM observation image, the primary particles are surely captured, and on the contrary, the existence of the aggregation state of the powder particles is not reflected at all.
[0019]
Therefore, the widely used average particle diameter D50Value or average particle size DIAUsing the value of, alone and contrasting with the viscosity of the copper paste does not accurately reflect the state of the copper powder used in the manufacture of the copper paste in any case Conceivable.
[0020]
As a result of the above consideration, the present inventors have determined that the average particle size D of the laser diffraction scattering type particle size distribution measurement method is as follows.50And average particle diameter D obtained by image analysisIAAnd D50/ DIAThe value calculated in (1) was taken as the degree of aggregation. That is, D in the same lot of copper powder.50And DIAAssuming that the values can be measured with the same accuracy, and considering the above-mentioned theory, the fact that there is an aggregated state is reflected in the measured values D50The value of D isIAIt is considered that the value is larger than the value of. At this time, D50The value of D is endlessly enough to eliminate the agglomeration state of copper powder particles.IAD, which is the degree of cohesion50/ DIAThe value of will approach 1. It can be said that it is a monodispersed powder in which the agglomeration state of the powder is completely lost when the aggregation degree becomes 1.
[0021]
Therefore, the inventors of the present invention examined the correlation between the cohesion degree and the copper paste produced using the copper powder of each cohesion degree. As a result, a very good correlation was obtained. At this time, the correlation coefficient of the correlation line obtained by the method of least squares is 0.7 or more on average, and it can be seen that there is a strong correlation. As can be seen from this, it can be determined that if the degree of aggregation of the copper powder is controlled, the viscosity of the copper paste manufactured using the copper powder can be freely controlled. Moreover, it has been found that if the degree of aggregation is 1.7 or less, the slope of the obtained correlation line is small, and the variation in the viscosity of the copper paste can be accommodated in a very narrow region. If the cohesion value is 1.2, it can be determined that a nearly complete dispersion state is obtained.
[0022]
Further, when the degree of aggregation is actually calculated, a value less than 1 may be indicated. This is the D used to calculate the degree of aggregationIAIs not a true sphere in theory, but in reality, it is not a true sphere, so a cohesion value of less than 1 is obtained. It is. Based on the idea described above, the value of the degree of aggregation is set to 1.2 to 1.7.
[0023]
This D50/ DIAWhen the cohesion value represented by the formula (1) is 1.7 or less, the viscosity of the copper paste can be reduced to an unprecedented level if the resin composition of the copper paste is the same. In addition, the more the agglomerated state is resolved, the more it is possible to produce a copper paste using the copper powder and improve the filling property when filling a via hole such as a printed wiring board. As a result, the electrical resistance of the conductor formed can be reduced. Note that the degree of agglomeration of the dried copper powder in the agglomerated state when the pulverization treatment is not performed is normally surely over 1.7, although there are fluctuations due to measurement errors.
[0024]
From the above, the viscosity of the copper paste is considered to change according to the change in the cohesion degree of the copper powder. In the case of the copper powder, the cohesion degree is set to 1.7 or less. It has been found that the variation of the viscosity value in the region is very small.
[0025]
That is, when the cohesion degree of copper powder becomes larger than 1.7, the viscosity of the copper paste changes greatly due to the influence of the change in the cohesion degree of copper powder. Furthermore, as a result of continuing the verification experiment, if the cohesion degree of the copper powder is maintained at 1.7 or less, the variation in the viscosity of the copper paste due to the change in the cohesion degree is reduced, and the average particle diameter of the copper powder is reduced. It has also been found that the effects of changes in the environment can be reduced.
[0026]
  (3)The powder characteristics of the copper powder are 0.17m in specific surface area.2/G-0.22m2/ G. Conventionally, it is one of the powder characteristics of copper powder that has been considered as a factor contributing to lowering the viscosity of the copper paste, and the specific surface area of the powder, if the particle diameter of the powder is similar, This means that the smaller the specific surface area, the smoother the surface of the powder, and the smaller the specific surface area, the lower the viscosity of the copper paste, and the fact is true. It can be said that. In addition, since the affinity between the surface of the copper powder and the resin constituting the copper paste differs depending on the type of the surface treatment agent for the copper powder, it also actually affects the viscosity of the copper paste. Therefore, it can be understood that when the surface of the copper powder is subjected to surface treatment, it must be selectively used in consideration of the compatibility with the resin constituting the copper paste.
[0027]
  Therefore, considering that the present inventors are copper powder used for copper paste,(1)as well as(2)Satisfying the powder characteristics of 0.17m2/G-0.22m2It was determined that controlling to the range of / g was most suitable as copper powder for copper paste. The lower limit of the specific surface area is 0.17 m of the specific surface area of the copper powder even if the above-described pulverization treatment is used.2/ G is difficult to smooth, and is determined as the limit of the manufacturing method employed in the present invention. On the other hand, the specific surface area is 0.22 m2If it exceeds / g, the tendency of thickening of the copper paste due to the increase in specific surface area becomes remarkable.
[0028]
  Furthermore,(4)As for the powder characteristics, the tap filling density is 4.8 g / cm.3That's it. The tap filling density can also be used as an index of filling property when the paste viscosity is increased and copper paste is used to fill a via hole or the like of a printed wiring board. This is because the tap filling density is determined by the relationship between the coagulation of copper powder (that is, the shape of the secondary structure) and the particle size. Therefore, if the above-mentioned powder characteristic conditions are satisfied, the tap packing density is necessarily 4.8 g / cm.3That's it. Conversely, the tap packing density is 4.8 g / cm.3If it is less than 1, the tendency to increase the viscosity when processed into a copper paste becomes remarkable.
[0029]
When a copper paste is produced using the copper powder having the above-mentioned powder characteristics, the viscosity of the copper paste is low, and within the above-mentioned powder characteristic range, a paste viscosity without significant variation can be achieved. . And the average particle diameter D by the laser diffraction scattering type particle size distribution measuring method of the copper powder used for manufacture of copper paste50Is defined for a copper paste intended to fill a via hole of a printed wiring board having a diameter of 200 μm or less, and thus is very suitable for a conductor forming application of a printed wiring board. As a result, a high-quality printed wiring board can be provided by using the copper paste according to the present invention.
[0030]
<The manufacturing method of copper powder> The manufacturing method which concerns on this invention is "MosquitoA method for producing copper powder for copper paste surface-treated with a rubonic acid-containing organic solvent, wherein the copper powder in an aggregated state obtained by a wet method is contacted with a carboxylic acid-containing organic solvent, and surface-treated. Dry the copper powder with a wind circulatorThe air is blown, and the agglomerated copper powder is blown up in a circular orbit and circulated, and the centrifugal force generated at this time causes the powder particles to collide with each other in the airflow, causing the particles to agglomerate. EliminateDisaggregation treatmentI dothingAnd the manufacturing method of the copper powder for copper pastes provided with each powder characteristic of (1)-(4) shown below. (1) Average particle diameter D of said copper powder by laser diffraction scattering type particle size distribution measurement method 50 Is 4.3 μm to 6.9 μm. (2) Average particle diameter D of said copper powder by laser diffraction scattering type particle size distribution measurement method 50 And average particle diameter D obtained by image analysis IA And D 50 / D IA The value of the degree of aggregation represented by is 1.2 to 1.7. (3) The specific surface area of the copper powder is 0.17 m 2 /G-0.22m 2 / G. (4) Tap filling density is 4.8 g / cm 3 more than.Is. Therefore, this production method is characterized in that the surface of the copper powder particles is surface-treated using a carboxylic acid-containing organic solvent, and the pulverization treatment is performed.
[0031]
First, the surface treatment will be described. The copper powder before the pulverization treatment is subjected to a surface treatment with a carboxylic acid-containing organic solvent. The “carboxylic acid-containing organic solvent” referred to here is a solution in which carboxylic acid is dissolved in an organic solvent (a mixture of one or more of ethanol, methanol, acetone, and methyl ethyl ketone). This surface treatment is carried out by bringing the carboxylic acid-containing organic solvent and the copper powder into contact with each other by a method such as mixing and stirring the copper powder in the carboxylic acid-containing organic solvent, so that the carboxylic acid component is added to the powder particle surface of the copper powder. Then, the copper powder is collected by filtration and dried. Further, in this treatment method using carboxylic acid, it is also possible to perform treatment by putting copper powder in an air stream in which carboxylic acid is vaporized. That is, the method of treating with carboxylic acid is not particularly limited as long as the surface of the copper powder can be uniformly treated.
[0032]
As the carboxylic acid referred to here, so-called saturated fatty acids and unsaturated fatty acids can be used. Specific examples of saturated fatty acids that can be used in the present invention are enanthate (C6H13COOH), caprylic acid (C7H15COOH), pelargonic acid (C8H17COOH), capric acid (C9H19COOH), undecyl acid (C10H21COOH), lauric acid (C11H23COOH), tridecylic acid (C12H25COOH), myristic acid (C13H27COOH), pentadecylic acid (C14H29COOH), palmitic acid (C15H31COOH), heptadecyl acid (C16H33COOH), stearic acid (C17H35COOH), nonadecanoic acid (C18H37COOH), arachidic acid (C19H39COOH), behenic acid (C21H43COOH), or a mixture of two or more.
[0033]
And when specifically listing the types of unsaturated fatty acids that can be used in the present invention, acrylic acid (CH2= CHCOOH), crotonic acid (CH3CH = CHCOOH), isocrotonic acid (CH3CH = CHCOOH), undecylenic acid (CH2= CH (CH2)9COOH), oleic acid (C17H33COOH), elaidic acid (CH3(CH2)7CH = CH (CH2)7COOH), cetreic acid (CH3(CH2)9CH = CH (CH2)9COOH), brassic acid (C21H41COOH), erucic acid (C21H41COOH), sorbic acid (C5H7COOH), linoleic acid (C17H31COOH), linolenic acid (C17H29COOH), arachidonic acid (C13H31COOH), or a mixture of two or more.
[0034]
When the above-described carboxylic acid is used and contacted with copper, which is a component of copper powder, and dried, a surface treatment layer in which adsorbed carboxylic acid and metal salt of carboxylic acid are mixed is formed on the surface of the copper powder particles. When processed into a copper paste, the paste viscosity can be effectively reduced. Moreover, the conductivity of the conductor formed using the copper paste is not impaired. Here, “two or more types” means that a plurality of types of saturated fatty acids and a plurality of types of unsaturated fatty acids listed above may be used in combination.
[0035]
And after performing surface treatment, it is preferable to perform the drying performed by collecting copper powder by filtration under the conditions of a drying temperature of 50 to 100 ° C. and a drying time of 2 to 8 hours. In order to prevent the surface oxidation of the copper powder, it is desirable that the drying temperature be as low as possible. This is because if the drying temperature is less than 50 ° C., the moisture adsorbed on the powder body called copper powder cannot be removed sufficiently, and the carboxylic acid cannot be firmly fixed. On the other hand, if the drying temperature exceeds 100 ° C., the surface treatment layer is likely to be damaged. In this drying temperature range, a heating time corresponding to the heating temperature should also be adopted. Even if the drying is performed at a low temperature for too long, the surface treatment layer is damaged. If the drying time is too short, the removal of the adsorbed moisture of the copper powder becomes incomplete.
[0036]
Here, “the copper powder in an agglomerated state obtained by a wet method” is targeted for the main purpose of use as a copper paste, producing fine powder when viewed as one powder. This is because a certain aggregated state is formed although it is easy to do. The agglomerated state of the copper powder particles can inevitably occur even in a wet method typified by a so-called hydrazine reduction method or a dry method typified by a high-pressure atomizing method. In particular, in the case of the wet method, there is a tendency that formation of an aggregated state of powder particles is likely to occur. That is, in general, the production of copper powder by a wet method is performed by using a copper sulfate solution as a starting material, reacting with a sodium hydroxide solution to obtain copper oxide, and performing so-called hydrazine reduction, washing, It is performed by filtering and drying. In this way, dried copper powder is obtained. And the powder of the copper powder obtained by the wet method in this way exists in a fixed aggregation state.
[0037]
In this specification, separating the agglomerated powder into a single powder is referred to as “pulverization”, and the pulverization operation is referred to as “pulverization treatment”. The pulverization treatment referred to here employs a method of bringing the copper powder in a dry agglomerated state closer to a monodispersed state by causing the powder particles of the copper powder to collide with each other using a wind circulator utilizing centrifugal force. It is preferable.
[0038]
If the purpose is simply pulverization, high energy ball mill, high-speed conductor impingement airflow pulverizer, impact pulverizer, gauge mill, medium agitation mill, high water pressure Various things such as a pulverizer can be used. However, in consideration of reducing the viscosity of the copper paste as much as possible, the specific surface area of the powder is required to be as small as possible as described above. Therefore, even if granulation is possible, it should not be a granulation technique that damages the surface of the granule during granulation and increases its specific surface area.
[0039]
Based on this recognition, the inventors of the present invention conducted extensive research, and as a result, the powder particles of the copper powder were minimized and agglomerated while coming into contact with the inner wall portion of the apparatus, the stirring blade, the grinding media, and the like. A method was adopted in which the powder particles collide with each other and the particle size was sufficiently disintegrated, and at the same time, the surface of the powder particles could be smoothed by the collision of the powder particles. A wind circulator using centrifugal force is used for the pulverization treatment. The term “wind circulator” as used herein refers to a blower of air that blows up the agglomerated copper powder in a circular orbit and circulates it. It is used to perform the pulverization work. At this time, it is also possible to use a commercially available air classifier using centrifugal force. In such a case, it is not intended only for classification, but serves as a circulator that blows up the copper powder agglomerated on the air classifier so as to draw a circular orbit.
[0040]
And the copper paste manufactured using the copper powder according to the present invention is excellent in filling properties such as via holes because the paste viscosity is low, and the paste viscosity is less likely to change over time, so the quality control of the copper paste is easy. Thus, the management cost at the manufacturing site can be reduced and the production efficiency can be expected to increase.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the present invention through an embodiment while comparing with a comparative example.
[0042]
Then, the manufacturing method of the copper powder by the wet method which becomes the content which is common in embodiment and a comparative example first is demonstrated. Here, 100 kg of copper sulfate (pentahydrate) was dissolved in warm water to form a 200 liter solution having a liquid temperature of 60 ° C. And 125 liters of 25 mass% sodium hydroxide aqueous solution was added here, stirring was performed for 1 hour, maintaining liquid temperature at 60 degreeC, and the cupric oxide was produced | generated.
[0043]
When the production of cupric oxide is completed, the liquid temperature is continuously maintained at 60 ° C., and 80 liters of an aqueous glucose solution having a concentration of 450 g / l is added thereto at a constant rate over 20 minutes. Generated. Here, the slurry was once filtered and washed, and then warm water was added to form a 320 liter reslurry.
[0044]
Next, 1.5 kg of aminoacetic acid and 0.7 kg of gum arabic were added to the reslurry and stirred to maintain the solution temperature at 50 ° C. To the reslurry in this state, 50 liters of hydrazine hydrate having a concentration of 20% by mass was added at a constant rate over 60 minutes, and cuprous oxide was reduced to produce a copper powder slurry as copper powder.
[0045]
Subsequently, the copper powder slurry was filtered, washed thoroughly with pure water, filtered to drain, and dried to obtain copper powder. This copper powder is a dried copper powder in an agglomerated state used in the first embodiment. Average particle diameter D of the laser diffraction scattering type particle size distribution measuring method of the copper powder in this aggregated state50Is 5.56, and the average particle diameter D obtained by image analysis isIAIs 3.18, so D50/ DIAThe degree of aggregation calculated in (1) was 1.75.
[0046]
Embodiment:  In the present embodiment, a low-aggregation copper powder is produced by pulverization treatment, a copper paste is produced using the copper powder, and the viscosity of the copper paste is measured.
[0047]
5 kg of “dried copper powder in a coagulated state” obtained by the above-described production method is put into Nutsche, and 5 liters of methanol solution dispersed by adding 5 g of oleic acid is added dropwise. A surface treatment layer was formed on the grain surface. Then, the copper powder and the solution were separated by suction filtration and dried at a temperature of 70 ° C. for 5 hours.
[0048]
Then, the surface-treated copper powder is circulated at a rotational speed of 6500 rpm using a commercially available air classifier, a turbo classifier manufactured by Nissin Engineering Co., and the powder particles in an agglomerated state collide with each other. A pulverization treatment was performed.
[0049]
As a result, the average particle diameter D of laser diffraction scattering type particle size distribution measurement method of the obtained copper powder50Is 5.23 μm, average particle diameter D obtained by image analysisIAIs 4.02 μm, so D50/ DIAThe agglomeration degree calculated by 1 is 1.30 and the specific surface area is 0.19 m.2/ G, tap filling density is 5.1 g / cm3Met. Average particle diameter D of laser diffraction scattering type particle size distribution measuring method in this specification50Is mixed with 0.1% aqueous solution of SN Dispersant 5468 (manufactured by Sannopco) and dispersed with an ultrasonic homogenizer (US-300T, manufactured by Nippon Seiki Seisakusho) for 5 minutes, followed by laser diffraction scattering. This was carried out using a Micro Trac HRA 9320-X100 model (Leeds + Northrup), which is a particle size distribution analyzer.
[0050]
Next, an epoxy-based copper paste was manufactured using the pulverized copper powder. 85 parts by weight of the copper powder, 3 parts by weight of Epicoat 828 manufactured by Yuka Shell Co., Ltd. for the first epoxy resin, 9 parts by weight of YD-171 manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd. for the second epoxy resin, epoxy As a resin curing agent, 3 parts by weight of Ajinomoto MY-24 manufactured by Ajinomoto Co., Inc. was mixed and kneaded for 30 minutes to obtain an epoxy copper paste.
[0051]
When the viscosity immediately after the production of the epoxy-based copper paste obtained as described above was measured, a result of 140 Pa · s was obtained. In addition, the measurement of the viscosity in this specification uses a RE-105U which is a viscometer manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. and measured at a rotation speed of 0.5 rpm.
[0052]
Comparative example:  A viscosity of 1013 Pa · s was obtained when the viscosity immediately after the production of the epoxy-based copper paste produced using the copper powder in an agglomerated state without performing the pulverization treatment was obtained. As is clear from the comparison of the results with the embodiment according to the present invention, the copper powder subjected to the pulverization treatment according to the present embodiment has a low degree of aggregation, and as a result, the viscosity of the copper paste is low. You can see that In addition, if the number of production lots is increased and compared, it becomes clearer. However, when the copper powder according to the present invention is used, the variation in the viscosity of the copper paste becomes very small.
[0053]
【The invention's effect】
The copper powder according to the present invention has very high dispersibility, as can be seen from its particle characteristics, and lowers the viscosity of the copper paste compared to the conventional case of using copper powder in an agglomerated state. It is possible to secure a stable paste quality. Such a low-viscosity copper paste is excellent in filling properties, and is particularly useful in the formation of a conductor such as the inside of a via hole of a printed wiring board, and facilitates the routing of a fine circuit. Therefore, the complexity of paste management at the production site of the printed wiring board is eliminated, the total production cost is reduced, and the product can be supplied with high quality connection reliability.

Claims (5)

ルボン酸含有有機溶媒で表面処理を施した銅ペースト用の銅粉の製造方法であって、
湿式法で得られた凝集状態にある銅粉を、カルボン酸含有有機溶媒と接触させ表面処理し、乾燥させ、
当該銅粉を風力サーキュレータを用いて、エアをブロワーして、凝集した銅粉を円周軌道を描くように吹き上げてサーキュレーションさせ、このときに発生する遠心力により粉粒同士を気流中で相互に衝突させ、粒子の凝集状態を無くす解粒処理を行うことで、以下に示す(1)〜(4)の各粉体特性を備えるものとすることを特徴とする銅ペースト用の銅粉の製造方法。
(1) 前記銅粉の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 が4.3μm〜6.9μm。
(2) 前記銅粉の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 と画像解析により得られる平均粒径D IA とを用いてD 50 /D IA で表される凝集度の値が1.2〜1.7。
(3) 前記銅粉の比表面積が0.17m /g〜0.22m /g。
(4) タップ充填密度が4.8g/cm 以上。
A method of manufacturing a copper powder for copper paste surface-treated with Ca carboxylic acid-containing organic solvents,
The copper powder in an agglomerated state obtained by a wet method is contacted with a carboxylic acid-containing organic solvent, surface-treated, dried,
The copper powder is circulated by blowing air using a wind circulator and blowing the agglomerated copper powder in a circular orbit, and the centrifugal force generated at this time causes the particles to interact with each other in the airflow. The copper powder for copper paste is characterized by having the following powder characteristics (1) to (4) by performing a pulverization treatment that causes the particles to collide with each other and eliminate the aggregation state of the particles . Production method.
(1) the copper powder average particle size D 50 by laser diffraction scattering particle size distribution measurement method is 4.3Myuemu~6.9Myuemu.
(2) The value of the degree of aggregation represented by D 50 / D IA using the average particle diameter D 50 by the laser diffraction scattering particle size distribution measurement method of the copper powder and the average particle diameter D IA obtained by image analysis is 1.2-1.7.
(3) a specific surface area of the copper powder is 0.17m 2 /g~0.22m 2 / g.
(4) The tap filling density is 4.8 g / cm 3 or more.
カルボン酸含有有機溶媒は、カルボン酸として飽和脂肪酸であるエナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸のいずれか1種又は2種以上を用い、有機溶媒であるエタノール、メタノール、アセトン、メチルエチルケトンのいずれか1種又は2種以上に混合したものである請求項に記載の銅ペースト用の銅粉の製造方法。Carboxylic acid-containing organic solvents are saturated fatty acids such as enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, undecylic acid, lauric acid, tridecylic acid, myristic acid, pentadecylic acid, palmitic acid, heptadecylic acid, stearic acid, nonadecanoic, arachidic, or using one or more of behenic acid, ethanol, or the organic solvent, methanol, acetone, to claim 1 is obtained by mixing any one or two or more of methyl ethyl ketone The manufacturing method of the copper powder for copper paste of description. カルボン酸含有有機溶媒は、カルボン酸として不飽和脂肪酸であるアクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、ウンデシル酸、オレイン酸、エライジン酸、セトレイン酸、ブラシジル酸、エルカ酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸のいずれか1種又は2種以上を用い、有機溶媒であるエタノール、メタノール、アセトン、メチルエチルケトンのいずれか1種又は2種以上に混合したものである請求項に記載の銅ペースト用の銅粉の製造方法。Carboxylic acid-containing organic solvents are unsaturated fatty acids such as acrylic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, undecylic acid, oleic acid, elaidic acid, cetreic acid, brassylic acid, erucic acid, sorbic acid, linoleic acid, linolenic acid 2. The copper paste according to claim 1, wherein one or more of arachidonic acid is used and mixed with one or more of ethanol, methanol, acetone, and methyl ethyl ketone, which are organic solvents. Copper powder manufacturing method. 乾燥は、乾燥温度50℃〜100℃、乾燥時間2〜8時間の条件で行うものである請求項1〜請求項3のいずれかに記載の銅ペースト用の銅粉の製造方法。The method for producing a copper powder for copper paste according to any one of claims 1 to 3 , wherein the drying is performed under conditions of a drying temperature of 50C to 100C and a drying time of 2 to 8 hours. 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の銅ペースト用の銅粉の製造方法により得られることを特徴とするカルボン酸含有有機溶媒で表面処理を施した銅ペースト用の銅粉 A copper powder for copper paste, which is obtained by the method for producing a copper powder for copper paste according to any one of claims 1 to 4, and which has been surface-treated with a carboxylic acid-containing organic solvent .
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