JP5376255B2 - Firing type conductive copper paste - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焼成型導電性銅ペーストに関し、特には、350℃〜450℃の範囲に選択される温度において焼成を行うことが可能な、ガラスフリットを含有する焼成型導電性銅ペーストに関する。 The present invention relates to a fired conductive copper paste, and more particularly to a fired conductive copper paste containing glass frit that can be fired at a temperature selected in the range of 350 ° C to 450 ° C.
焼成型導電性銅ペーストは、電子機器などの製造に際し、種々の電子部品実装用のセラミックス基板など、耐熱性に優れた絶縁性無機材料からなる基板上に、印刷法によって導電性回路パターンを形成する用途に広く利用されている。その際、耐熱性に優れた絶縁性無機材料からなる基板の表面に、焼成型導電性銅ペーストで形成される導電体層を接着固定するため、焼成型導電性銅ペースト中には、ガラスフリットが配合されている。 Firing-type conductive copper paste forms conductive circuit patterns by printing on substrates made of insulating inorganic materials with excellent heat resistance, such as ceramic substrates for mounting various electronic components, when manufacturing electronic devices. Widely used in applications. At that time, in order to adhere and fix the conductive layer formed of the baked conductive copper paste to the surface of the substrate made of an insulating inorganic material having excellent heat resistance, the baked conductive copper paste includes a glass frit. Is blended.
従って、焼成型導電性銅ペーストは、導電性部材である銅粉と、微粉末状のガラスフリットを、有機ビヒクル中に分散させたペーストとされている。その際、分散溶媒にバインダを添加した有機ビヒクルを使用し、該バインダを利用して、塗布に適する粘性を有する分散液に調製している。焼成型導電性銅ペーストを塗布した後、塗布膜に乾燥処理を施し、含まれる分散溶媒を一部蒸散させると、銅粉と微粉末状のガラスフリットがバインダにより保持された高粘度の塗布膜となる。その後、高温処理して、残余する分散溶媒ならびにバインダの蒸散、あるいは分解と分解生成物の蒸散を行うとともに、微粉末状のガラスフリットの軟化、流動化を行うと、塗布膜中に含まれる銅粉相互が接触し、焼成が進行する。従って、軟化、流動化したガラスフリット成分により、絶縁性無機材料からなる基板表面と銅粉が濡れた状態となる結果、その後、冷却時に再ガラス化した、ガラスフリット成分によって、基板表面と導電体層との間の密着・固定がなされる。 Accordingly, the fired conductive copper paste is a paste in which copper powder as a conductive member and fine powdery glass frit are dispersed in an organic vehicle. At that time, an organic vehicle in which a binder is added to a dispersion solvent is used, and the binder is used to prepare a dispersion having a viscosity suitable for coating. High-viscosity coating film in which copper powder and fine powder-like glass frit are held by a binder after applying the baking type conductive copper paste and then drying the coating film to partially evaporate the contained dispersion solvent. It becomes. Thereafter, the copper is contained in the coating film by high-temperature treatment to evaporate the remaining dispersion solvent and binder, or to evaporate the decomposition and decomposition products and soften and fluidize the fine powdered glass frit. The powders come into contact with each other and firing proceeds. Accordingly, the softened and fluidized glass frit component causes the substrate surface made of an insulating inorganic material and the copper powder to become wet, and then the glass frit component re-vitrified during cooling causes the substrate surface and the conductor to become wet. Adhesion and fixation between layers are made.
従来の焼成型導電性銅ペーストでは、焼成処理時の加熱温度は、600℃以上の範囲に選択されていた。その際、利用されるガラスフリットの軟化点は、500℃以上の範囲に選択されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。 In the conventional fired conductive copper paste, the heating temperature during the firing process has been selected in the range of 600 ° C. or higher. At that time, the softening point of the glass frit used is selected in the range of 500 ° C. or more (see Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).
従来の焼成型導電性銅ペーストでは、基板を構成する絶縁性無機材料は、600℃を超える加熱に十分に耐える、優れた耐熱性を有するため、焼成処理時の加熱温度を600℃以上の範囲に選択されている。その際、利用されるガラスフリットの軟化点は、500℃以上の範囲であるが、焼成処理時の加熱温度を、ガラスフリットの軟化点よりも、100℃以上高く選択することで、ガラスフリットの流動性を高くしている。加えて、導電性媒質の銅粉表面、ならびに、基板材料表面に対する、軟化・流動化しているガラスフリット成分の濡れ性が高くしている。その結果、ガラスフリットの基板表面に対する高い密着性を利用することで、形成される焼成型導電体膜を基板表面に固定化している。 In the conventional fired conductive copper paste, the insulating inorganic material constituting the substrate has an excellent heat resistance that sufficiently withstands heating exceeding 600 ° C., so the heating temperature during the firing treatment is in the range of 600 ° C. or more. Is selected. At that time, the softening point of the glass frit to be used is in the range of 500 ° C. or higher. However, by selecting the heating temperature during the baking process to be 100 ° C. or higher than the softening point of the glass frit, Increases fluidity. In addition, the wettability of the softened and fluidized glass frit component to the copper powder surface of the conductive medium and the substrate material surface is increased. As a result, by using the high adhesion of the glass frit to the substrate surface, the formed fired conductor film is fixed to the substrate surface.
一方、焼成型導電体膜の使用範囲を拡大する上では、従来の焼成型導電性銅ペーストの使用時に必要とされる、600℃を超える焼成処理時の加熱温度に代えて、より低い温度の焼成処理によっても、基板表面に対する高い密着性と高い導電性を有する、厚膜の焼成型導電体膜の作製に適する、低温焼結可能な焼成型導電性銅ペーストの開発が望まれる。 On the other hand, in expanding the range of use of the firing-type conductor film, instead of the heating temperature during the firing process exceeding 600 ° C., which is required when using the conventional firing-type conductive copper paste, It is desired to develop a fired conductive copper paste that can be sintered at a low temperature and suitable for the production of a thick fired conductive film having high adhesion to the substrate surface and high conductivity even by the firing treatment.
本発明は前記の課題を解決するものである。従って、本発明の目的は、焼成処理時の加熱温度を、従前の600℃を超える温度よりも有意に低い温度、例えば、350℃〜450℃の範囲に選択する際にも、基板表面に対する高い密着性と高い導電性を有する、厚膜の焼成型導電体膜の作製を可能とする、新規な構成の低温焼結可能な焼成型導電性銅ペーストを提供することにある。加えて、本発明の更なる目的は、かかる低温焼結可能な焼成型導電性銅ペーストを利用して、従前の600℃を超える温度よりも有意に低い温度、例えば、350℃〜450℃の範囲に、焼成処理時の加熱温度を選択して、基板表面に対する高い密着性と高い導電性を有する、厚膜の焼成型導電体膜を作製する方法を提供することにある。 The present invention solves the above problems. Therefore, the object of the present invention is to increase the heating temperature during the baking treatment to a temperature significantly lower than the temperature exceeding 600 ° C., for example, in the range of 350 ° C. to 450 ° C. It is an object of the present invention to provide a fired conductive copper paste having a novel configuration and capable of low temperature sintering, which enables the production of a thick fired conductive film having high adhesion and high conductivity. In addition, a further object of the present invention is to make use of such a low temperature sinterable calcined conductive copper paste at a temperature significantly lower than the previous temperature exceeding 600 ° C., for example, 350 ° C. to 450 ° C. An object of the present invention is to provide a method for producing a thick fired conductive film having high adhesion to the substrate surface and high conductivity by selecting a heating temperature during firing treatment.
本発明者らは、上記の課題を解決するため、焼成処理時の加熱温度Tsinteringを、従前の600℃を超える温度よりも有意に低い温度、例えば、350℃〜450℃の範囲に変更する際、従来の焼成型導電性銅ペーストの構成と変更すべき点を検討した。 In order to solve the above-mentioned problems, the inventors change the heating temperature T sintering at the time of the firing treatment to a temperature significantly lower than the temperature exceeding 600 ° C., for example, in the range of 350 ° C. to 450 ° C. At that time, the configuration of the conventional fired conductive copper paste and the points to be changed were examined.
まず、従来の焼成型導電性銅ペーストで利用されているガラスフリットは、焼成処理時の加熱温度Tsinteringを600℃以上の範囲に選択するため、該ガラスフリットの結晶化温度Tfrit-crystallizingは、焼成処理時の加熱温度Tsinteringよりも高く、一方、該ガラスフリットの軟化点Tsofteningは、焼成処理時の加熱温度Tsinteringより低いが、例えば、500℃以上の範囲に選択している。 First, a glass frit which is used in conventional calcination type conductive copper paste, to select the heating temperature T Sintering at firing process in the range of above 600 ° C., a crystallization temperature T frit-crystallizing of the glass frit , higher than the heating temperature T sintering at firing process, whereas the softening point T softening of the glass frit is lower than the heating temperature T sintering during firing process, for example, is selected in a range of more than 500 ° C..
それに対して、焼成処理時の加熱温度Tsinteringを、例えば、350℃〜450℃の範囲に変更する際にも、使用するガラスフリットの結晶化温度Tfrit-crystallizingは、Tsinteringよりも高く、同時に、該ガラスフリットの軟化点Tfrit-softeningは、Tsinteringより低いこと(Tfrit-crystallizing>Tsintering>Tfrit-softening)、少なくとも、20℃以上低いこと((Tsintering−Tfrit-softening)≧20℃)が望ましいことを見出した。 In contrast, the heating temperature T Sintering during firing process, for example, even when changing the range of 350 ° C. to 450 ° C., a crystallization temperature T frit-crystallizing glass frit used is higher than T Sintering, At the same time, the softening point T frit- softening of the glass frit is lower than T stabilizing (T frit-crystallizing > T stabilizing > T frit-softening ), and at least 20 ° C. or lower ((T thermally- T frit-softening ) ≧ 20 ° C. was found desirable.
通常、焼成型導電性銅ペーストは、固形成分に相当する、銅粉と、粉末状のガラスフリットを、分散媒(液相)に相当する、有機ビヒクル中に、均一に分散させた分散液の形態である。焼成型導電性銅ペーストの塗布膜に、乾燥処理と、焼成処理を施すと、有機ビヒクル部分が除去され、固形成分に相当する、銅粉と粉末状のガラスフリットから焼成型導電体膜が形成される。焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉と粉末状のガラスフリットの体積比率の和、Vsolid-component(体積%)を考慮すると、塗布膜の膜厚tpasteに対して、tpaste・(Vsolid-component/100体積%)程度の膜厚の焼成型導電体膜が作製される。 Usually, a fired conductive copper paste is a dispersion of a copper powder equivalent to a solid component and a powdered glass frit uniformly dispersed in an organic vehicle corresponding to a dispersion medium (liquid phase). It is a form. When dried and fired, the coating film of fired conductive copper paste removes the organic vehicle and forms a fired conductor film from copper powder and powdery glass frit, which is a solid component. Is done. Considering the sum of the volume ratio of the copper powder and the powdered glass frit contained in the fired conductive copper paste, V solid-component (volume%), the thickness t paste of the coating film is t A fired conductive film having a thickness of about paste · (V solid-component / 100 volume%) is produced.
従って、厚膜の焼成型導電体膜を作製する場合、作製される焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerを基準として、焼成型導電性銅ペーストの塗布膜の膜厚tpasteを、tsintered-layer/(Vsolid-component/100体積%)程度に選択する。例えば、前記含有される固形成分の体積比率の和、Vsolid-component(体積%)を60体積%とすれば、下記のような厚い焼成型導電体膜を作製することが可能である。焼成型導電性銅ペースト塗布膜の膜厚tpasteを、例えば、50μm程度に選択すると、焼成処理後、焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerは、例えば、30μm程度とすることが可能であることに想到した。 Therefore, when producing a thick fired conductive film, the film thickness t paste of the fired conductive copper paste coating film is determined based on the thickness t sintered -layer of the fired conductive film to be produced. Select about t sintered-layer / (V solid-component / 100 volume%). For example, when the sum of the volume ratios of the solid components contained and V solid-component (volume%) is 60 volume%, it is possible to produce a thick fired conductor film as described below. When the film thickness t paste of the fired conductive copper paste coating film is selected to be, for example, about 50 μm, the film thickness t sintered-layer of the fired conductive film can be set to, for example, about 30 μm after the firing process. I came up with that.
また、作製される焼成型導電体膜は、銅粉とガラスフリットから構成されている。具体的には、焼成処理時、銅粉が積層した構造の隙間に、軟化、流動化したガラスフリットが浸潤し、冷却によって、ガラスフリットがガラス化する結果、銅粉が積層した構造の隙間にガラス化したガラスフリットが充填され、焼成型導電体膜が形成される。その際、基板表面と焼成型導電体膜との界面にガラス化したガラスフリットが充填され、基板表面にガラス化したガラスフリットが緻密に接する状態となると、該ガラス化したガラスフリットの接着性によって、焼成型導電体膜が基板表面に密着、固定される。焼成処理時の加熱温度Tsinteringを、例えば、350℃〜450℃の範囲に変更する際、Tfrit-crystallizing>Tsintering>Tfrit-softeningと、(Tsintering−Tfrit-softening)≧20℃の条件が満たされると、該ガラス化したガラスフリットの接着性によって、焼成型導電体膜が基板表面に密着、固定される。 In addition, the fired conductive film produced is composed of copper powder and glass frit. Specifically, during the firing process, softened and fluidized glass frit is infiltrated into the gap in the structure in which the copper powder is laminated, and as a result of cooling the glass frit to vitrify, the gap in the structure in which the copper powder is laminated is formed. A vitrified glass frit is filled to form a fired conductive film. At that time, when the vitrified glass frit is filled in the interface between the substrate surface and the fired conductive film, and the vitrified glass frit comes into close contact with the substrate surface, the vitrified glass frit adheres. The fired conductive film is adhered and fixed to the substrate surface. For example, when the heating temperature T sintering during the firing process is changed to a range of 350 ° C. to 450 ° C., T frit-crystallizing > T heating > T frit-softening and (T thermally -T frit-softening ) ≧ 20 ° C. When the above condition is satisfied, the fired conductive film is adhered and fixed to the substrate surface by the adhesiveness of the vitrified glass frit.
一方、使用する銅粉の平均粒径dparticleは、作製する焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerに対して、通常、1/3tsintered-layer≧dparticle≧1/20tsintered-layerの範囲、好ましくは、1/5tsintered-layer≧dparticle≧1/10tsintered-layerの範囲に選択することにより、作製する焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerの面内バラツキΔtsintered-layerを、目標とする膜厚tsintered-layerの1/10以下に留めることが可能となることを確認した。焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerを、例えば、30μm程度とする場合、使用する銅粉の平均粒径dparticleは、通常、10μm≧dparticle≧1.5μm、好ましくは、6μm≧dparticle≧2μm程度に選択することが望ましいことを見出した。 On the other hand, the average particle diameter d particle of copper powder to be used is, relative to the thickness t a sintered-layer firing type conductive film to prepare, typically, 1 / 3t sintered-layer ≧ d particle ≧ 1 / 20t sintered-layer , Preferably 1 / 5t sintered-layer ≧ d particle ≧ 1 / 10t sintered-layer , so that the in-plane variation Δt sintered of the thickness t sintered-layer of the sintered conductive film to be produced the -layer, it was confirmed that it is possible to be kept to less than one-tenth of the thickness t sintered-layer of the target. When the film thickness t sintered-layer of the fired conductive film is, for example, about 30 μm, the average particle diameter d particle of the copper powder used is usually 10 μm ≧ d particle ≧ 1.5 μm, preferably 6 μm ≧ It has been found that it is desirable to select d particle ≧ 2 μm.
焼成型導電性銅ペーストの塗布膜を形成し、乾燥処理を施すことで、銅粉と粉末状のガラスフリットが均一に混合された固形成分からなる乾燥処理済塗布膜に変換した際、該乾燥処理済塗布膜の形状を保持するため、有機バインダを利用する。該乾燥処理済塗布膜中では、銅粉と粉末状のガラスフリットが均一に混合され、特に、銅粉が積層した構造の隙間に、粉末状のガラスフリットが均一に挿入された状態となることが望ましいことを見出した。例えば、銅粉の平均粒径dparticleに対して、粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritを、通常、1/10dparticle≦dfrit≦1/2dparticle、好ましくは、1/5dparticle≦dfrit≦((2)1/2−1)dparticleの条件を満たすように選択することで、銅粉相互の隙間に、粉末状のガラスフリットを均一に充填することが可能となることを見出した。 When the coating film of the baked conductive copper paste is formed and dried, it is converted into a dried coating film made of a solid component in which copper powder and powdery glass frit are uniformly mixed. In order to maintain the shape of the processed coating film, an organic binder is used. In the dried coating film, the copper powder and the powdery glass frit are uniformly mixed, and in particular, the powdery glass frit is uniformly inserted in the gap of the structure in which the copper powder is laminated. Found it desirable. For example, with respect to the average particle diameter d particle of copper powder, the average particle diameter d frit powdery glass frit, usually, 1 / 10d particle ≦ d frit ≦ 1 / 2d particle, preferably, 1 / 5d particle ≦ d frit ≦ ((2) 1/2 −1) By selecting so as to satisfy the condition of d particle , it is possible to uniformly fill a powdery glass frit in a gap between copper powders. I found it.
加えて、銅粉が積層した構造の隙間に、粉末状のガラスフリットが均一に充填された状態において、銅粉と粉末状のガラスフリットとの間には、狭い隙間が存在している。この狭い隙間に、微細銅粉を充填すると、銅粉が積層した構造の隙間を、微細銅粉と粉末状のガラスフリットが均一に密に充填した状態となる。その状態で焼成処理を施すと、銅粉相互の狭い隙間に微細銅粉が充填された状態で焼成される結果、形成される銅粉と微細銅粉の焼成体の隙間をガラス化したガラスフリットが充填された、緻密な焼成型導電体膜が形成できることに想到した。この緻密な焼成型導電体膜では、銅粉相互が接する部位では、その部位の周囲の狭い隙間に微細銅粉が充填され、この接触部位における接触抵抗を低減させる。銅粉相互が接する部位の周囲に存在する狭い隙間に微細銅粉が充填した状態を達成するためには、銅粉の平均粒径dparticleに対して、微細銅粉の平均粒径dfine-particleを、通常、1/20dparticle≦dfine-particle≦1/4dparticle、好ましくは、1/10dparticle≦dfine-particle≦1/5dparticleの条件を満たすように選択することが望ましいことを見出した。 In addition, a narrow gap exists between the copper powder and the powdery glass frit in a state where the powdery glass frit is uniformly filled in the gap of the structure in which the copper powder is laminated. When the fine copper powder is filled into the narrow gap, the fine copper powder and the powdery glass frit are uniformly and densely filled in the gap of the structure in which the copper powder is laminated. When the baking treatment is performed in that state, the glass frit is formed by vitrifying the gap between the formed copper powder and the sintered body of the fine copper powder as a result of firing with the fine copper powder filled in the narrow gap between the copper powders. It has been conceived that a dense fired conductive film filled with can be formed. In this dense fired-type conductive film, in a portion where the copper powders are in contact with each other, a narrow gap around the portion is filled with the fine copper powder, and the contact resistance at this contact portion is reduced. In order to achieve a state in which the fine copper powder is filled in a narrow gap existing around the portion where the copper powders are in contact with each other, the average particle diameter d fine- of the fine copper powder is compared to the average particle diameter d particle of the copper powder. It is desirable that the particles are usually selected so as to satisfy the condition of 1 / 20d particle ≦ d fine-particle ≦ 1 / 4d particle , preferably 1 / 10d particle ≦ d fine-particle ≦ 1 / 5d particle. I found it.
その際、微細銅粉の平均粒径dfine-particleが0.1μm以下となると、微細銅粉が凝集し、凝集塊(二次粒子)を構成する結果、焼成型導電性銅ペースト中に均一に分散させる際、支障となる。従って、微細銅粉の平均粒径dfine-particleは、通常、0.2μm以上に選択することが望ましいことも見出した。 At that time, when the average particle diameter d fine-particle of the fine copper powder is 0.1 μm or less, the fine copper powder aggregates and forms an agglomerate (secondary particle). It will be a hindrance when dispersed. Therefore, it has also been found that the average particle diameter d fine-particle of the fine copper powder is preferably selected to be 0.2 μm or more.
焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉、微細銅粉、粉末状のガラスフリットを均一に分散させるため、分散剤、例えば、高分子ポリカルボン酸型の高分子界面活性剤を利用することが望ましいことを見出した。銅粉、微細銅粉、粉末状のガラスフリットの表面を、分散剤、例えば、高分子ポリカルボン酸型の高分子界面活性剤で被覆することで、これらの細かな粉体(微細な粒子)が凝集して、凝集塊(二次粒子)を構成することを防止できる。 In order to uniformly disperse the copper powder, fine copper powder, and powdery glass frit contained in the fired conductive copper paste, a dispersant, for example, a polymer surfactant of the polymer polycarboxylic acid type is used. I found it desirable. By coating the surface of copper powder, fine copper powder, and powdery glass frit with a dispersant, for example, a polymer surfactant of a polymer polycarboxylic acid type, these fine powders (fine particles) Can be prevented from agglomerating to form aggregates (secondary particles).
分散剤で被覆する結果、これらの細かな粉体(微細な粒子)は凝集性を持たないが、乾燥処理済塗布膜中では、有機バインダを利用することで、これらの細かな粉体(微細な粒子)からなる凝集構造を形成することを可能としている。その後、大気雰囲気下、350℃〜450℃の範囲に選択する温度Tsinteringで酸化処理を施すと、有機バインダは、酸化的に分解され、除去され、同時に、ガラスフリットの軟化、流動化が進行し、焼成体が形成される。前記酸化処理において形成される焼成体中、微細銅粉の表面には、酸化被膜が形成されているので、不活性ガス中に水素ガスを混合した還元性雰囲気下、350℃〜450℃の範囲に選択する温度Tsinteringで還元処理を施し、微細銅粉表面の酸化被膜を還元するとともに、銅粉、微細銅粉の焼成を進めることで、焼成型導電体膜を形成することが可能であることを確認した。 As a result of coating with a dispersant, these fine powders (fine particles) do not have cohesiveness. However, these fine powders (fine particles) can be obtained by using an organic binder in the dried coating film. It is possible to form an agglomerated structure composed of small particles. Thereafter, an air atmosphere, when subjected to oxidation treatment at a temperature T Sintering selected from the range of 350 ° C. to 450 ° C., the organic binder is decomposed oxidatively and removed, at the same time, softening of the glass frit, fluidization progresses As a result, a fired body is formed. Since the oxide film is formed on the surface of the fine copper powder in the fired body formed in the oxidation treatment, the range is 350 ° C. to 450 ° C. in a reducing atmosphere in which hydrogen gas is mixed in an inert gas. subjected to reduction treatment at a temperature T sintering be selected, as well as reducing the oxide film of the fine copper powder surface, copper powder, by advancing the firing of the fine copper powder, it is possible to form a sintered type conductive film It was confirmed.
焼成型導電性銅ペースト塗布膜の膜厚tpasteを、例えば、50μm程度にする上では、通常、スクリーン印刷法を採用する。スクリーン印刷法を適用する場合、焼成型導電性銅ペーストの液粘度は、10Pa・s〜100Pa・sの範囲に選択する必要がある。有機バインダを添加することで、液相の有機ビヒクルの粘度の上昇が図られるが、含有される固体成分の体積比率の和、Vsolid-component(体積%)を調整することで、ペーストの液粘度を上記の範囲に調整する必要がある。その際、焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)は、65体積%≧(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)≧40体積%の範囲に選択することが望ましいことも確認した。 In order to set the film thickness t paste of the fired conductive copper paste coating film to about 50 μm, for example, a screen printing method is usually employed. When the screen printing method is applied, the liquid viscosity of the fired conductive copper paste needs to be selected in the range of 10 Pa · s to 100 Pa · s. By adding an organic binder, the viscosity of the organic vehicle in the liquid phase is increased, but by adjusting the sum of the volume ratios of the solid components contained, V solid-component (volume%), the liquid of the paste It is necessary to adjust the viscosity to the above range. At that time, contained in the baking-type electroconductive copper paste, the volume of copper powder ratio V particle, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit powdered glass frit (V particle + V fine-particle + V frit) was also confirmed that it is desirable to select the range of 65 vol% ≧ (V particle + V fine -particle + V frit) ≧ 40 % by volume.
加えて、銅粉の体積比率Vparticleと、微細銅粉の体積比率Vfine-particleと粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vfine-particle+Vfrit)の比、Vparticle:(Vfine-particle+Vfrit)を、1:0.40〜1:0.75の範囲に選択することで、銅粉で形成される積層構造の隙間を、微細銅粉と粉末状のガラスフリットが充填する状態とできることも確認した。 In addition, the ratio of the volume ratio V particle of the copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, and the volume ratio V frit of the glassy glass frit (V fine-particle + V frit ), V particle :( V fine-particle + V frit ) is selected in the range of 1: 0.40 to 1: 0.75, so that the fine copper powder and the powdered glass frit are formed in the gap between the laminated structures formed of copper powder. It was also confirmed that it can be filled.
銅粉、微細銅粉、粉末状のガラスフリットの表面を被覆する、例えば、高分子ポリカルボン酸型の高分子界面活性剤などの分散剤の体積比率Vdispersing-agentと、銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)の比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit):Vdispersing-agentを、1:0.095を超えない範囲、例えば、1:001〜1:0.095の範囲に選択することで、銅粉、微細銅粉、粉末状のガラスフリットの表面に適正な分散剤の被覆がなされることも確認した。 The volume ratio V dispersing-agent of the dispersing agent such as a polymeric surfactant of a polymer polycarboxylic acid type that coats the surface of copper powder, fine copper powder, powdery glass frit, and the volume ratio of the copper powder V particle , volume ratio V fine-particle of fine copper powder, sum of volume ratio V frit of powdered glass frit (V particle + V fine-particle + V frit ), (V particle + V fine-particle + V frit ): By selecting V dispersing-agent in a range not exceeding 1: 0.095, for example, in the range of 1: 001 to 1: 0.095, the surface of copper powder, fine copper powder, powdery glass frit is applied. It was also confirmed that an appropriate coating of the dispersant was made.
形成される焼成型導電体膜において、銅粉相互が接する部位の周囲の狭い隙間に微細銅粉が密に充填される状態とする上では、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの比、Vparticle:Vfine-particleを、80:20〜60:40の範囲に選択することが望ましいことも確認した。 In the formed baked conductor film, when the fine copper powder is densely filled in the narrow gap around the part where the copper powder contacts, the volume ratio V particle of the copper powder and the volume of the fine copper powder It was also confirmed that it is desirable to select the ratio V fine-particle ratio, V particle : V fine-particle , in the range of 80:20 to 60:40.
上記の焼成処理に先立ち、含有されている分散溶媒を一部蒸散させる乾燥処理を実施するが、この乾燥処理は、通常、乾燥処理温度Tdryingに加熱して、分散溶媒を選択的に蒸散させる。該乾燥処理温度Tdryingは、通常、使用する分散溶媒の沸点Tsolvent-b.p.以下の温度に選択する。一方、使用する分散溶媒は、その一部は乾燥処理工程中に蒸散されるが、有機バインダとともに残余している部分は、焼成処理温度Tsinteringに加熱する間に蒸散させる必要がある。従って、使用する分散溶媒の沸点Tsolvent-b.p.は、Tsintering>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満足するように選択する。一方、有機バインダは、乾燥処理の間は、実質的に蒸散しないことが必要である。従って、有機バインダの沸点Tbinder-b.p.は、分散溶媒の沸点Tsolvent-b.p.よりも高く、Tbinder-b.p.>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満足するように選択する。また、例えば、高分子ポリカルボン酸型の高分子界面活性剤などの分散剤も、乾燥処理の間は、実質的に蒸散しないことが必要である。従って、分散剤の沸点Tdispersing-agent-b.p.は、分散溶媒の沸点Tsolvent-b.p.よりも高く、Tdispersing-agent-b.p.>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満足するように選択する。 Prior to the above baking treatment, a drying process is carried out in which a part of the contained dispersion solvent is evaporated, and this drying process is usually performed by heating to a drying treatment temperature T drying to selectively evaporate the dispersion solvent. . The drying treatment temperature T drying is usually selected to be a temperature below the boiling point T solvent-bp of the dispersion solvent used. On the other hand, the dispersion solvent used, the a part is transpired during the drying process, a portion which residual with organic binder, it is necessary to evaporate during heating to the firing treatment temperature T Sintering. Therefore, the boiling point T solvent-bp of the dispersion solvent to be used is selected so as to satisfy the condition of T stabilizing > T solvent-bp > T drying . On the other hand, the organic binder must be substantially free of transpiration during the drying process. Therefore, the boiling point T binder-bp of the organic binder is selected to be higher than the boiling point T solvent-bp of the dispersion solvent and satisfy the condition of T binder-bp > T solvent-bp > T drying . Also, for example, a dispersing agent such as a polymeric polycarboxylic acid type polymeric surfactant should not substantially evaporate during the drying process. Accordingly, the boiling point T dispersing-agent-bp of the dispersing agent is selected to be higher than the boiling point T solvent-bp of the dispersing solvent and satisfy the condition of T dispersing-agent-bp > T solvent-bp > T drying .
さらに、銅粉、微細銅粉に加えて、銅ナノ粒子を少量添加することも可能であることを見出した。銅ナノ粒子の平均粒子径は、微細銅粉の平均粒径よりも小さいので、銅粉相互が接する部位の周囲のより狭い隙間に充填可能である。従って、銅粉相互が接する部位の周囲に充填される銅ナノ粒子は、該接触部位における接触抵抗を低減させる機能を発揮することを見出した。焼成型導電性銅ペースト中に付加的に添加される銅ナノ粒子の体積比率Vnano-particleは、通常、微細銅粉の体積比率Vfine-particleよりも遥かに低く、設定する。例えば、付加的に添加される銅ナノ粒子の体積比率Vnano-particleと、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの和(Vparticle+Vfine-particle)の比、(Vparticle+Vfine-particle):Vnano-particleは、100:1〜100:5の範囲に選択することが可能である。 Furthermore, it discovered that it was also possible to add a small amount of copper nanoparticles in addition to copper powder and fine copper powder. Since the average particle diameter of the copper nanoparticles is smaller than the average particle diameter of the fine copper powder, it can be filled in a narrower gap around the portion where the copper powder contacts each other. Therefore, it discovered that the copper nanoparticle filled around the site | part which copper powder mutually contacts exhibits the function to reduce the contact resistance in this contact part. The volume ratio V nano-particle of the copper nanoparticles additionally added to the fired conductive copper paste is usually set to be much lower than the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder. For example, the ratio of the volume ratio V nano-particle of copper nanoparticles added additionally, the volume ratio V particle of copper powder and the volume ratio V fine-particle of fine copper powder (V particle + V fine-particle ) , (V particle + V fine-particle ): V nano-particle can be selected in the range of 100: 1 to 100: 5.
また、銅粉、微細銅粉に加えて、銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物を少量添加することも可能であることを見出した。微細な粉末状の該カルボン酸金属塩化合物を添加し、混合する過程で、分散溶媒中に均一に分布している状態、好ましくは、分散溶媒中に溶解している状態とする。その際、該カルボン酸金属塩化合物を分散溶媒中に均一に分布している状態、好ましくは、分散溶媒中に溶解している状態とするため、該カルボン酸金属塩化合物の体積比率Vmetal -carboxylateと、分散溶媒の体積比率Vsolventの比、Vmetal -carboxylate:Vsolventは、通常、2:100〜33:100の範囲に選択することが望ましいことも確認した。乾燥処理を施すと、銅粉が積層した構造中の隙間に、微細銅粉、粉末状のガラスフリットともに、分散溶媒から析出してくる、微細な粉末状のカルボン酸金属塩化合物も充填される。例えば、銅粉相互が接する部位の周囲のより狭い隙間に、微細な粉末状のカルボン酸金属塩化合物を充填することが可能である。その後、酸化処理を施すと、カルボン酸金属塩化合物は酸化的に分解され、金属酸化物に変換される。次いで、還元処理を施すと、該金属酸化物も還元され、金属原子が生成する。生成する金属原子は、銅粉、微細銅粉の表面に付着する。特に、銅粉相互が接する部位の周囲のより狭い隙間に充填されていた微細な粉末状のカルボン酸金属塩化合物に由来する金属原子が、該接触部位のより狭い隙間を充填する。 Moreover, in addition to copper powder and fine copper powder, it discovered that it was also possible to add a small amount of the carboxylic acid metal salt compound which has metal cation seed | species other than copper. In the process of adding and mixing the fine powder metal carboxylate compound, the powder is uniformly distributed in the dispersion solvent, preferably dissolved in the dispersion solvent. At that time, in order to make the carboxylic acid metal salt compound uniformly distributed in the dispersion solvent, preferably dissolved in the dispersion solvent, the volume ratio V metal − of the carboxylic acid metal salt compound is used. It was also confirmed that the ratio of the carboxylate and the volume ratio V solvent of the dispersion solvent, V metal -carboxylate : V solvent, is usually preferably selected in the range of 2: 100 to 33: 100. When the drying process is performed, the fine powdery metal carboxylate compound precipitated from the dispersion solvent is filled in the gaps in the structure where the copper powder is laminated together with the fine copper powder and the powdery glass frit. . For example, it is possible to fill a fine powdery carboxylic acid metal salt compound in a narrower gap around a portion where copper powders contact each other. Thereafter, when an oxidation treatment is performed, the carboxylic acid metal salt compound is oxidatively decomposed and converted into a metal oxide. Next, when a reduction treatment is performed, the metal oxide is also reduced to generate metal atoms. The generated metal atoms adhere to the surfaces of copper powder and fine copper powder. In particular, metal atoms derived from a fine powdery metal carboxylate compound filled in a narrow gap around a portion where copper powders contact each other fill a narrow gap in the contact portion.
例えば、該カルボン酸金属塩化合物を構成する金属カチオン種が、銅よりも卑な金属のカチオン種である場合、該接触部位のより狭い隙間に銅よりも卑な金属が充填される状態となる。作製された焼成型導電体膜を酸化すると、銅よりも卑な金属が優先的に酸化を受け、銅粉相互が接触する部位の銅表面の酸化が抑制される。その結果、酸化に起因する、該接触部位の接触抵抗の上昇を抑制することが可能であることを見出した。 For example, when the metal cation species constituting the carboxylic acid metal salt compound is a cation species of a metal that is baser than copper, the base metal is filled in a narrower gap at the contact site than copper. . When the produced fired conductor film is oxidized, the base metal is preferentially oxidized over copper, and the oxidation of the copper surface at the portion where the copper powders are in contact with each other is suppressed. As a result, it has been found that it is possible to suppress an increase in contact resistance at the contact site due to oxidation.
その際、焼成型導電性銅ペースト中に付加的に添加される銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物の体積比率Vmetal -carboxylateと、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの和(Vparticle+Vfine-particle)の比、(Vparticle+Vfine-particle):Vmetal -carboxylateは、100:1〜100:30の範囲に選択することが可能である。 At that time, the volume ratio V metal- carboxylate of the carboxylic acid metal salt compound having a metal cation species other than copper, which is additionally added to the fired conductive copper paste, the volume ratio V particle of the copper powder, and the fine copper powder Volume ratio of V fine-particle (V particle + V fine-particle ), (V particle + V fine-particle ): V metal -carboxylate can be selected in the range of 100: 1 to 100: 30 It is.
本発明者らは、上記の一連の知見に基づき、本発明を完成するに至った。 Based on the above-described series of findings, the inventors have completed the present invention.
すなわち、本発明にかかる焼成型導電性銅ペーストは、
ガラスフリットを含有する焼成型導電性銅ペーストであって、
該焼成型導電性銅ペーストは、銅粉、微細銅粉、ガラスフリット、分散剤、有機バインダ、分散溶媒を含んでなり、
該焼成型導電性銅ペーストを使用して、
(工程1)該焼成型導電性銅ペーストを塗布して塗布膜を形成する塗布工程;
(工程2)温度Tdryingに加熱して、該塗布膜中に含まれる分散溶媒を一部蒸散させて、乾燥処理済塗布膜を形成する乾燥処理工程;
(工程3)大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱して、該乾燥処理済塗布膜中に含まれる、分散剤、有機バインダ、分散溶媒を除去し、銅粉、微細銅粉の表面に酸化被膜を形成し、ガラスフリットの軟化を行って、焼成体を形成する酸化処理工程;
(工程4)不活性ガス中に水素ガスを1体積%〜4体積%の範囲で含む還元性雰囲気下、温度Tsinteringに加熱して、該焼成体に含まれる銅粉、微細銅粉の表面の酸化被膜を還元し、銅粉、微細銅粉の焼結を行って、焼成型導電体を形成する還元処理工程;
前記工程1〜工程4を含む焼成型導電体の作製プロセスを利用して、焼成型導電体を作製することができ、
前記温度Tsinteringは、350℃≦Tsintering≦450℃の範囲に選択され、
前記温度Tdryingは、100℃≦Tdrying<150℃の範囲に選択され、
前記銅粉の平均粒径dparticleは、10μm≧dparticle≧1.5μmの範囲に選択され;
前記微細銅粉の平均粒径dfine-particleは、1/20dparticle≦dfine-particle≦1/4dparticleの範囲に選択され;
前記ガラスフリットは、その軟化点Tfrit-softeningと結晶化温度Tfrit-crystallizingは、Tfrit-crystallizing>Tsintering>Tfrit-softeningと(Tsintering−Tfrit-softening)≧20℃の条件を満たすガラスフリット材料で形成される、粉末状のガラスフリットであり、
該粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritは、1/10dparticle≦dfrit≦1/2dparticleの範囲に選択され、
前記分散溶媒は、高沸点の有機溶媒であって、大気中におけるその沸点または分解点Tsolvent-b.p.は、Tsintering>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満たしており、
前記有機バインダは、前記分散溶媒に溶解可能であり、その沸点Tbinder-b.p.は、Tbinder-b.p.>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満たし、大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱することで、酸化的に分解可能な高分子化合物であり、
前記分散剤は、その沸点Tdispersing-agent-b.p.は、Tdispersing-agent-b.p.>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満たし、大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱することで、酸化的に分解可能な高分子界面活性剤であり、
該焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfrit、分散剤の体積比率Vdispersing-agent、有機バインダの体積比率Vbinder、分散溶媒の体積比率Vsolventは、下記の条件を満たす:
銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)は、65体積%≧(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)≧40体積%の範囲に選択され;
銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfrit、分散剤の体積比率Vdispersing-agentの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent)と、有機バインダの体積比率Vbinder、分散溶媒の体積比率Vsolventの和(Vbinder+Vsolvent)の比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent):(Vbinder+Vsolvent)は、1:0.5〜1:1.4の範囲に選択され;
銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)と、分散剤の体積比率Vdispersing-agentの比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit):Vdispersing-agentは、1:0.095を超えない範囲に選択され;
銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの比、Vparticle:Vfine-particleは、80:20〜60:40の範囲に選択され、
銅粉の体積比率Vparticleと、微細銅粉の体積比率Vfine-particleと粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vfine-particle+Vfrit)の比、Vparticle:(Vfine-particle+Vfrit)は、1:0.40〜1:0.75の範囲に選択され、
銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfrit、分散剤の体積比率Vdispersing-agentの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent)と、有機バインダの体積比率Vbinderの比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent):Vbinderは、1:0.045を超えない範囲に選択される
ことを特徴とする、焼成型導電性銅ペーストである。
That is, the fired conductive copper paste according to the present invention is
A fired conductive copper paste containing glass frit,
The fired conductive copper paste comprises copper powder, fine copper powder, glass frit, a dispersant, an organic binder, and a dispersion solvent.
Using the fired conductive copper paste,
(Step 1) A coating step of coating the fired conductive copper paste to form a coating film;
(Step 2) A drying treatment step of heating to the temperature T drying to partially evaporate the dispersion solvent contained in the coating film to form a dried coating film;
(Step 3) under an air atmosphere and heated to a temperature T Sintering, contained in the dry treated coating film, dispersing agent, an organic binder, a dispersion solvent was removed and copper powder, oxide film on the surface of the fine copper powder Forming an baked body by softening the glass frit to form a fired body;
(Step 4) under a reducing atmosphere containing hydrogen gas in an inert gas in the range of 1 vol% to 4 vol%, and heated to a temperature T Sintering, copper powder contained in said heat-surface of the fine copper powder A reduction treatment step of reducing the oxide film and sintering the copper powder and fine copper powder to form a fired conductor;
Using the process for producing a fired-type conductor including the steps 1 to 4, a fired-type conductor can be produced,
Wherein the temperature T Sintering is selected in the range of 350 ℃ ≦ T sintering ≦ 450 ℃ ,
The temperature T drying is selected in a range of 100 ° C. ≦ T drying <150 ° C.,
The average particle diameter d particle of the copper powder is selected in the range of 10 μm ≧ d particle ≧ 1.5 μm;
An average particle diameter d fine-particle of the fine copper powder is selected in a range of 1/20 d particle ≦ d fine-particle ≦ 1/4 d particle ;
The glass frit has a softening point T frit-softening and a crystallization temperature T frit-crystallizing satisfying the following conditions: T frit-crystallizing > T thermally > T frit-softening and (T thermally -T frit-softening ) ≧ 20 ° C. A powdered glass frit formed of a filling glass frit material;
The average particle diameter d frit of the powdery glass frit is selected in the range of 1/10 d particle ≦ d frit ≦ 1/2 d particle ,
The dispersion solvent is an organic solvent having a high boiling point, and the boiling point or decomposition point T solvent-bp in the atmosphere satisfies the condition of T oxidizing > T solvent-bp > T drying ,
The organic binder is soluble in the dispersion solvent, the boiling point T binder-bp is to satisfy the condition of T binder-bp> T solvent- bp> T drying, air atmosphere, heated to a temperature T Sintering It is a polymer compound that can be decomposed oxidatively,
The dispersing agent, the boiling point T dispersing-agent-bp satisfies the condition of T dispersing-agent-bp> T solvent-bp> T drying, air atmosphere, heating to a temperature T Sintering, oxidatively A degradable polymer surfactant,
Contained in該焼molding conductive copper paste, the volume ratio V particle of copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, powdered glass frit volume ratio V frit, the volume ratio V Dispersing dispersant -agent , organic binder volume ratio V binder , and dispersion solvent volume ratio V solvent satisfy the following conditions:
The volume of copper powder ratio V particle, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit powdered glass frit (V particle + V fine-particle + V frit) is 65 vol% ≧ (V particle + V fine-particle + V frit ) ≧ 40% by volume;
Volume ratio V particle of copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, powdered glass frit volume ratio V frit, the sum of the volume ratio V Dispersing-agent dispersant (V particle + V fine-particle + V frit + V dispersing-agent ), the organic binder volume ratio V binder , and the ratio of the dispersion solvent volume ratio V solvent (V binder + V solvent ), (V particle + V fine-particle + V frit + V dispersing-agent ): (V binder + V solvent ) is selected in the range of 1: 0.5 to 1: 1.4;
Volume ratio V particle of copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit of powdered glass frit (V particle + V fine-particle + V frit), the volume ratio V Dispersing dispersant -agent ratio, (V particle + V fine-particle + V frit ): V dispersing-agent is selected in a range not exceeding 1: 0.095;
The ratio of the volume ratio V particle of the copper powder to the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, V particle : V fine-particle is selected in the range of 80:20 to 60:40,
And the volume ratio V particle of copper powder, the ratio of the sum of the volume ratio V frit of the volume ratio V fine-particle powdered glass frit fine copper powder (V fine-particle + V frit ), V particle: (V fine- particle + V frit ) is selected in the range of 1: 0.40 to 1: 0.75,
Volume ratio V particle of copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, powdered glass frit volume ratio V frit, the sum of the volume ratio V Dispersing-agent dispersant (V particle + V fine-particle + V frit + V dispersing-agent ) and organic binder volume ratio V binder , (V particle + V fine-particle + V frit + V dispersing-agent ): V binder should be selected in a range not exceeding 1: 0.045 Is a fired conductive copper paste.
その際、前記ガラスフリットの軟化点Tfrit-softeningは、300℃〜400℃の範囲に選択されることが望ましい。 At that time, the softening point T frit- softening of the glass frit is preferably selected in the range of 300 ° C to 400 ° C.
前記銅粉の平均粒径dparticleは、10μm≧dparticle≧2μmの範囲に選択され;
前記微細銅粉の平均粒径dfine-particleは、1μm≧dfine-particle≧0.2μmの範囲に選択され;
前記粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritは、1.4μm≧dfrit≧0.2μmの範囲に選択される形態とすることができる。
The average particle diameter d particle of the copper powder is selected in the range of 10 μm ≧ d particle ≧ 2 μm;
The average particle diameter d fine-particle of the fine copper powder is selected in the range of 1 μm ≧ d fine-particle ≧ 0.2 μm;
The powdery glass frit may have an average particle size d frit selected in the range of 1.4 μm ≧ d frit ≧ 0.2 μm.
前記分散溶媒の大気中における沸点または分解点Tsolvent-b.p.は、180℃〜350℃の範囲に選択されることが望ましい。 The boiling point or decomposition point T solvent-bp in the atmosphere of the dispersion solvent is preferably selected in the range of 180 ° C to 350 ° C.
前記分散剤は、高分子ポリカルボン酸型の高分子界面活性剤であることが好ましい。 The dispersant is preferably a polymeric polycarboxylic acid type polymeric surfactant.
前記有機バインダは、大気雰囲気下、300℃〜450℃の範囲に選択される温度に加熱することで、酸化的に分解可能な高分子化合物であり、
該酸化的な分解後、残留する炭素成分量は、該高分子化合物の5質量%以下であることが好ましい。
The organic binder is a polymer compound that can be decomposed oxidatively by heating to a temperature selected in the range of 300 ° C. to 450 ° C. in an air atmosphere,
The amount of carbon component remaining after the oxidative decomposition is preferably 5% by mass or less of the polymer compound.
前記ガラスフリットは、300℃〜400℃の範囲の軟化点Tfrit-softeningを示す、五酸化バナジウムを含有する非晶質複合酸化物、酸化ビスマスを含有する非晶質複合酸化物、リン酸を含有する非晶質複合酸化物の群から選択される、非晶質複合酸化物材料からなる、粉末状のガラスフリットであることが望ましい。 The glass frit comprises an amorphous composite oxide containing vanadium pentoxide, an amorphous composite oxide containing bismuth oxide, and phosphoric acid exhibiting a softening point T frit- softening in the range of 300 ° C. to 400 ° C. A powdery glass frit made of an amorphous composite oxide material selected from the group of amorphous composite oxides contained is desirable.
加えて、本発明にかかる焼成型導電性銅ペーストは、
前記焼成型導電性銅ペースト中には、銅粉、微細銅粉、ガラスフリット、分散剤、有機バインダ、分散溶媒に加えて、銅ナノ粒子が含有されており、
前記銅ナノ粒子の平均粒子径dnano-particleは、100nm≧dnano-particle≧50nmの範囲に選択され、
該焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの和(Vparticle+Vfine-particle)と、銅ナノ粒子の体積比率Vnano-particleの比、(Vparticle+Vfine-particle):Vnano-particleは、100:1〜100:5の範囲に選択される形態とすることもできる。
In addition, the fired conductive copper paste according to the present invention is:
In the fired conductive copper paste, in addition to copper powder, fine copper powder, glass frit, dispersant, organic binder, dispersion solvent, copper nanoparticles are contained,
The average particle diameter d nano-particle of the copper nanoparticles is selected in the range of 100 nm ≧ d nano-particle ≧ 50 nm,
The volume ratio V particle of copper powder and the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder (V particle + V fine-particle ) and the volume ratio V of the copper nanoparticles contained in the fired conductive copper paste Nano-particle ratio, (V particle + V fine-particle ): V nano-particle may be in a form selected in the range of 100: 1 to 100: 5.
また、本発明にかかる焼成型導電性銅ペーストは、
前記焼成型導電性銅ペースト中には、銅粉、微細銅粉、ガラスフリット、分散剤、有機バインダ、分散溶媒に加えて、銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物が含有されており、
該カルボン酸金属塩化合物は、分散溶媒中に均一に分布している状態で含有されており、
該カルボン酸金属塩化合物の体積比率Vmetal-carboxylateと分散溶媒の体積比率Vsolventの比、Vmetal-carboxylate:Vsolventは、2:100〜33:100の範囲に選択され、
該焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの和(Vparticle+Vfine-particle)と、銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物の体積比率Vmetal-carboxylateの比、(Vparticle+Vfine-particle):Vmetal -carboxylateは、100:1〜100:30の範囲に選択される形態とすることもできる。
In addition, the fired conductive copper paste according to the present invention is
In the fired conductive copper paste, in addition to copper powder, fine copper powder, glass frit, dispersant, organic binder, dispersion solvent, a carboxylic acid metal salt compound having a metal cation species other than copper is contained. And
The carboxylic acid metal salt compound is contained in a state of being uniformly distributed in the dispersion solvent,
Volume ratio V metal-carboxylate and the ratio of the volume ratio V Solvent for dispersion solvent of the carboxylic acid metal salt compound, V metal-carboxylate: V solvent is 2: 100 to 33: are selected in a range of 100,
The volume ratio V particle of the copper powder and the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder (V particle + V fine-particle ) and metal cation species other than copper contained in the fired conductive copper paste The volume ratio V metal-carboxylate of the carboxylic acid metal salt compound possessed, (V particle + V fine-particle ): V metal -carboxylate may be selected in the range of 100: 1 to 100: 30. .
前記銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物中に含まれる金属カチオン種は、銅よりも卑な金属種のカチオン種である態様を選択することができる。 The aspect in which the metal cation species contained in the carboxylic acid metal salt compound having a metal cation species other than copper can be selected as a cation species of a metal species that is baser than copper.
なお、本発明にかかる焼成型導電性銅ペーストの液粘度は、10Pa・s〜100Pa・sの範囲に選択されることが好ましい。 In addition, it is preferable that the liquid viscosity of the baking type electroconductive copper paste concerning this invention is selected in the range of 10 Pa * s-100 Pa * s.
さらに、本発明は、上記の本発明にかかる焼成型導電性銅ペーストの用途発明をも提供している。すなわち、上記の本発明にかかる焼成型導電性銅ペーストを使用する方法に相当する、焼成型導電体の作製方法の発明も提供している。 Furthermore, the present invention also provides an application invention of the fired conductive copper paste according to the present invention. That is, the invention of the manufacturing method of a baking type conductor equivalent to the method of using the baking type electroconductive copper paste concerning said invention is also provided.
従って、本発明にかかる焼成型導電体の作製方法は、
ガラスフリットを含有する焼成型導電性銅ペーストを使用し、焼成型導電体を作製する方法であって、
前記焼成型導電性銅ペーストは、上述の本発明にかかる焼成型導電性銅ペーストであり、
該焼成型導電性銅ペーストを使用する、焼成型導電体の作製プロセスは、下記工程1〜工程4を含み、
(工程1)該焼成型導電性銅ペーストを塗布して塗布膜を形成する塗布工程;
(工程2)温度Tdryingに加熱して、該塗布膜中に含まれる分散溶媒を一部蒸散させて、乾燥処理済塗布膜を形成する乾燥処理工程;
(工程3)大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱して、該乾燥処理済塗布膜中に含まれる、分散剤、有機バインダ、分散溶媒を除去し、銅粉、微細銅粉の表面に酸化被膜を形成し、ガラスフリットの軟化を行って、焼成体を形成する酸化処理工程;
(工程4)不活性ガス中に水素ガスを1体積%〜4体積%の範囲で含む還元性雰囲気下、温度Tsinteringに加熱して、該焼成体に含まれる銅粉、微細銅粉の表面の酸化被膜を還元し、銅粉、微細銅粉の焼結を行って、焼成型導電体を形成する還元処理工程;
前記温度Tsinteringは、350℃≦Tsintering≦450℃の範囲に選択され、
前記温度Tdryingは、100℃≦Tdrying<150℃の範囲に選択されている
ことを特徴とする、焼成型導電体の作製方法である。
Therefore, the method for producing the fired conductor according to the present invention is as follows.
A method for producing a fired-type conductor using a fired-type conductive copper paste containing glass frit,
The fired conductive copper paste is a fired conductive copper paste according to the present invention described above,
The process for producing a fired-type conductor using the fired-type conductive copper paste includes the following steps 1 to 4;
(Step 1) A coating step of coating the fired conductive copper paste to form a coating film;
(Step 2) A drying treatment step of heating to the temperature T drying to partially evaporate the dispersion solvent contained in the coating film to form a dried coating film;
(Step 3) under an air atmosphere and heated to a temperature T Sintering, contained in the dry treated coating film, dispersing agent, an organic binder, a dispersion solvent was removed and copper powder, oxide film on the surface of the fine copper powder Forming an baked body by softening the glass frit to form a fired body;
(Step 4) under a reducing atmosphere containing hydrogen gas in an inert gas in the range of 1 vol% to 4 vol%, and heated to a temperature T Sintering, copper powder contained in said heat-surface of the fine copper powder A reduction treatment step of reducing the oxide film and sintering the copper powder and fine copper powder to form a fired conductor;
Wherein the temperature T Sintering is selected in the range of 350 ℃ ≦ T sintering ≦ 450 ℃ ,
The temperature T drying is selected from a range of 100 ° C. ≦ T drying <150 ° C.
本発明の焼成型導電性銅ペーストは、平均粒径が10μm〜2μmの銅粉、平均粒径が1μm〜0.2μmの微細銅粉、平均粒径が1.4μm〜0.2μmの粉末状のガラスフリット、分散剤、有機バインダ、分散溶媒を含有し、軟化点が300℃〜400℃の範囲のガラスフリットを採用しており、該焼成型導電性銅ペーストを塗布し、乾燥処理を行った乾燥処理済塗布膜に対して、大気雰囲気下、350℃〜450℃の範囲に加熱して、分散剤、有機バインダを除去する酸化処理と、水素ガスを含む還元性雰囲気下、350℃〜450℃の範囲に加熱して、微細銅粉表面の酸化被膜を還元除去し、銅粉、微細銅粉の焼結を行う還元処理を組み合わせた、焼成処理を施すことで、基板表面に対する高い密着性と高い導電性を有する、厚膜の焼成型導電体膜の作製を可能としている。 The fired conductive copper paste of the present invention is a copper powder having an average particle diameter of 10 μm to 2 μm, a fine copper powder having an average particle diameter of 1 μm to 0.2 μm, and a powder form having an average particle diameter of 1.4 μm to 0.2 μm. Glass frit, a dispersant, an organic binder, and a dispersion solvent are used, and a glass frit having a softening point in the range of 300 ° C. to 400 ° C. is applied, and the fired conductive copper paste is applied and dried. The dried coating film was heated to 350 ° C. to 450 ° C. in an air atmosphere to remove the dispersant and the organic binder, and 350 ° C. to 350 ° C. in a reducing atmosphere containing hydrogen gas. High adhesion to the substrate surface by heating in a range of 450 ° C, reducing and removing the oxide film on the surface of the fine copper powder, and combining the reduction treatment to sinter copper powder and fine copper powder Thick film with high conductivity and high conductivity Thereby enabling the fabrication of conductive films.
以下に、本発明にかかる焼成型導電性銅ペーストに関して、より詳しく説明する。 Hereinafter, the fired conductive copper paste according to the present invention will be described in more detail.
従来の焼成型導電性銅ペーストは、焼成処理時の加熱温度Tsinteringは、600℃以上に設定する際に適する構成を採用しているのに対して、本発明の焼成型導電性銅ペーストは、焼成処理時の加熱温度Tsinteringは、350℃〜450℃の範囲に選択する際に、適する構成を採用している点に特徴がある。本発明の焼成型導電性銅ペーストでは、焼成処理時の加熱温度Tsinteringを350℃〜450℃の範囲に選択するため、使用するガラスフリットは、その軟化点Tfrit-softeningと結晶化温度Tfrit-crystallizingは、Tfrit-crystallizing>Tsintering>Tfrit-softeningと(Tsintering−Tfrit-softening)≧20℃の条件を満たすガラスフリット材料で形成される、粉末状のガラスフリットである。一方、焼成処理時の加熱温度Tsinteringを350℃〜450℃の範囲に選択する際に、基板表面に対する高い密着性と高い導電性を有する焼成型導電体膜を作製するため、該焼成型導電性銅ペーストを塗布し、乾燥処理を行った乾燥処理済塗布膜に対して、大気雰囲気下、350℃〜450℃の範囲に加熱して、分散剤、有機バインダを除去する酸化処理と、水素ガスを含む還元性雰囲気下、350℃〜450℃の範囲に加熱して、微細銅粉表面の酸化被膜を還元除去し、銅粉、微細銅粉の焼結を行う還元処理を組み合わせた、焼成処理を施す形態を選択している。従って、本発明の焼成型導電性銅ペーストは、銅粉、微細銅粉、ガラスフリット、分散剤、有機バインダ、分散溶媒を含み、前記の酸化処理と還元処理を組み合わせた、焼成処理を採用することに伴い、該焼成処理に適合する組成を選択している。 Conventional calcination type conductive copper paste, the heating temperature T Sintering during firing process, whereas adopts a configuration suitable for when setting above 600 ° C., cermet type conductive copper paste of the present invention The heating temperature T sintering at the time of the firing process is characterized in that a suitable configuration is adopted when selecting in the range of 350 ° C to 450 ° C. The baking-type electroconductive copper paste of the present invention, for selecting the heating temperature T Sintering at firing process in the range of 350 ° C. to 450 ° C., the glass frit to be used, the crystallization temperature T and its softening point T frit-Softening The frit-crystallizing is a powdered glass frit formed of a glass frit material that satisfies the following conditions: T frit-crystallizing > T fisting > T frit-softening and (T annealing -T frit-softening ) ≧ 20 ° C. On the other hand, when selecting the heating temperature T Sintering at firing process in the range of 350 ° C. to 450 ° C., to produce a sintered type conductive film having high adhesion and high electrical conductivity to the substrate surface,該焼molded conductive An oxidation treatment for removing the dispersant and the organic binder by heating in a range of 350 ° C. to 450 ° C. in an air atmosphere with respect to the dried coating film that has been coated with a conductive copper paste and subjected to a drying treatment; and hydrogen Firing in a reducing atmosphere containing gas, combined with a reduction treatment in which the oxide film on the surface of the fine copper powder is reduced and removed, and sintering of the copper powder and the fine copper powder is performed by heating in a range of 350 ° C to 450 ° C. A form to be processed is selected. Therefore, the fired conductive copper paste of the present invention employs a firing treatment that includes copper powder, fine copper powder, glass frit, a dispersant, an organic binder, and a dispersion solvent, and combines the oxidation treatment and the reduction treatment. Along with this, a composition suitable for the baking treatment is selected.
本発明の焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉、微細銅粉、ガラスフリット、分散剤、有機バインダ、分散溶媒の6種成分、それぞれについて、以下に説明する。 Each of the six components of copper powder, fine copper powder, glass frit, dispersant, organic binder, and dispersion solvent contained in the fired conductive copper paste of the present invention will be described below.
まず、本発明の焼成型導電性銅ペーストは、厚膜の焼成型導電体膜を作製する用途に適合する必要がある。具体的には、作製される焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerは、通常、10μm〜30μmの範囲に選択される。焼成型導電体膜は、銅粉、微細銅粉、ガラスフリットで構成される。実際は、焼成処理の結果、銅粉が積層した構造の隙間に、微細銅粉と軟化したガラスフリットが充填された状態で、銅粉、微細銅粉が焼結されて、導電体構造を形成し、該導電体構造の隙間に、軟化、流動化したガラスフリットが浸潤する。次いで、冷却時に、ガラスフリットは再ガラス化し、銅粉、微細銅粉の焼結により形成される導電体構造の表面を、再ガラス化したガラスフリットが被覆し、該ガラスフリットの接着性を利用して、焼成型導電体膜は基板表面に密着、固定される。 First, the fired conductive copper paste of the present invention needs to be adapted for use in producing a thick fired conductive film. Specifically, the thickness t sintered-layer of the fired conductive film to be produced is usually selected in the range of 10 μm to 30 μm. The fired conductor film is composed of copper powder, fine copper powder, and glass frit. Actually, as a result of the firing treatment, the copper powder and the fine copper powder are sintered to form a conductor structure in a state in which the fine copper powder and the softened glass frit are filled in the gap between the structures in which the copper powder is laminated. The softened and fluidized glass frit is infiltrated into the gap between the conductor structures. Next, upon cooling, the glass frit is re-glassed, and the surface of the conductor structure formed by sintering copper powder and fine copper powder is covered with the re-glassed glass frit, and the adhesiveness of the glass frit is utilized. Then, the fired conductive film is adhered and fixed to the substrate surface.
従って、作製される焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerは、銅粉が積層した構造の厚さによって決定される。焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerの面内のバラツキΔtsintered-layerは、銅粉が積層した構造の厚さのバラツキに起因しており、使用される銅粉の平均粒径dparticleの1/2程度となる。また、焼成型導電体膜の表面には、使用している銅粉の外形に起因する凹凸が存在する。この表面凹凸δtsintered-layerは、使用している銅粉の平均粒径dparticleの1/4程度となる。 Therefore, the thickness t sintered-layer of the fired conductive film to be produced is determined by the thickness of the structure in which the copper powder is laminated. The in - plane variation Δt sintered-layer of the thickness t sintered-layer of the fired conductive film is caused by the variation in the thickness of the structure in which the copper powder is laminated, and the average particle diameter d of the copper powder used It becomes about 1/2 of the particle . Further, irregularities resulting from the outer shape of the copper powder used are present on the surface of the fired conductive film. This surface irregularity δt sintered-layer is about ¼ of the average particle diameter d particle of the copper powder used.
焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerに対する、面内のバラツキΔtsintered-layerの比率、(Δtsintered-layer/tsintered-layer)は、通常、(Δtsintered-layer/tsintered-layer)<1/5、好ましくは、(Δtsintered-layer/tsintered-layer)≦1/10の範囲に留めることが望ましい。従って、(Δtsintered-layer/tsintered-layer)≒1/2(dparticle/tsintered-layer)<1/5、好ましくは、1/2(dparticle/tsintered-layer)≦1/10の範囲とすることが望ましい。 The ratio of the in - plane variation Δt sintered-layer to the film thickness t sintered-layer of the sintered conductive film, (Δt sintered-layer / t sintered-layer ), is usually (Δt sintered-layer / t sintered-layer). ) <1/5, preferably (Δt sintered-layer / t sintered-layer ) ≦ 1/10 . Therefore, (Δt sintered-layer / t sintered-layer ) ≈1 / 2 (d particle / t sintered-layer ) <1/5, preferably 1/2 (d particle / t sintered-layer ) ≦ 1/10 It is desirable to be in the range.
一方、焼成型導電体膜の抵抗率ρconductive-layerは、銅粉相互が接する部位の接触抵抗の総和Σρcontactと、銅粉末自体の抵抗の総和Σρparticleの合計で近似される(ρconductive-layer≒Σρcontact+Σρparticle)。使用する銅粉の平均粒径dparticleが小さくなると、銅粉相互が接する部位の密度が増し、銅粉相互が接する部位の接触抵抗の総和Σρcontactは相対的に増加する。その点を考慮する、使用する銅粉の平均粒径dparticleは、焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerに対して、通常、(dparticle/tsintered-layer)≧1/20、好ましくは、(dparticle/tsintered-layer)≧1/10の範囲に選択することが望ましい。 On the other hand, the resistivity ρ conductive-layer of the fired conductive film is approximated by the sum of the sum Σρ contact of the contact resistance of the portions where the copper powders are in contact with the sum Σρ particle of the resistance of the copper powder itself (ρ conductive-layer layer ≒ Σρ contact + Σρ particle ). When the average particle diameter d particle of the copper powder to be used is reduced, the density of the portions where the copper powders are in contact with each other increases, and the total contact resistance Σρ contact of the portions where the copper powders are in contact with each other relatively increases. Considering this point, the average particle diameter d particle of the copper powder to be used is usually (d particle / t sintered-layer ) ≧ 1/20 with respect to the film thickness t sintered-layer of the fired conductive film. Preferably, it is desirable to select a range of (d particle / t sintered-layer ) ≧ 1/10 .
従って、本発明の焼成型導電性銅ペーストでは、使用する銅粉の平均粒径dparticleは、作製する焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerに対して、通常、1/3tsintered-layer≧dparticle≧1/20tsintered-layerの範囲、好ましくは、1/5tsintered-layer≧dparticle≧1/10tsintered-layerの範囲に選択する。前記の選択により、作製する焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerの面内バラツキΔtsintered-layerを、目標とする膜厚tsintered-layerの1/10以下に留めることが可能となる。特に、焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerを、例えば、10μm〜30μmの範囲に選択する場合、使用する銅粉の平均粒径dparticleは、少なくとも、10μm≧dparticle≧1.5μmの範囲、例えば、10μm≧dparticle≧2μmの範囲、好ましくは、6μm≧dparticle≧2μmの範囲に選択することが望ましい。 Therefore, in the fired conductive copper paste of the present invention, the average particle diameter d particle of the copper powder used is usually 1/3 t sintered-layer relative to the film thickness t sintered-layer of the fired conductive film to be produced. The range of layer ≧ d particle ≧ 1/20 t sintered-layer , preferably 1/5 t sintered-layer ≧ d particle ≧ 1/10 t sintered-layer is selected. By the above selection, the in-plane variation Δt sintered-layer of the film thickness t sintered-layer of the fired conductive film to be manufactured can be kept to 1/10 or less of the target film thickness t sintered-layer. . In particular, when the thickness t- sintered-layer of the sintered conductor film is selected in the range of, for example, 10 μm to 30 μm, the average particle diameter d particle of the copper powder to be used is at least 10 μm ≧ d particle ≧ 1.5 μm. For example, it is desirable to select a range of 10 μm ≧ d particle ≧ 2 μm, preferably a range of 6 μm ≧ d particle ≧ 2 μm.
本発明の焼成型導電性銅ペーストでは、銅粉に加えて、微細銅粉を使用することで、銅粉が積層した構造の隙間、特には、銅粉相互が接する部位の周囲に形成される隙間に、微細銅粉が充填された状態とする。この銅粉相互が接する部位の周囲に形成される隙間に充填される微細銅粉は、焼結された際、隣接する二つの銅粉と電気的に接触する。その結果、銅粉相互が接する部位の実効的な接触抵抗ρcontact-eff.は、銅粉相互が接する部位の接触抵抗ρcontactと、その周囲に形成される隙間に充填される微細銅粉を介した導通経路の実効的な抵抗ρbypass-contactとを用いて、(1/ρcontact-eff)=(1/ρcontact)+(1/ρbypass-contact)と表記できる。すなわち、微細銅粉を介した導通経路が形成される結果、銅粉相互が接する部位の実効的な接触抵抗ρcontact-eff.の低減がなされる。 In the fired conductive copper paste of the present invention, a fine copper powder is used in addition to the copper powder to form a gap in a structure in which the copper powder is laminated, particularly around a portion where the copper powder contacts each other. The gap is filled with fine copper powder. The fine copper powder filled in the gap formed around the portion where the copper powders are in contact with each other is in electrical contact with two adjacent copper powders when sintered. As a result, the effective contact resistance ρ contact-eff. Of the part where the copper powders are in contact with each other is the contact resistance ρ contact of the part where the copper powders are in contact with each other and the fine copper powder filled in the gap formed around it. (1 / ρ contact-eff ) = (1 / ρ contact ) + (1 / ρ bypass-contact ) using the effective resistance ρ bypass-contact of the conduction path via That is, as a result of the formation of a conduction path through the fine copper powder, the effective contact resistance ρ contact-eff. Of the portion where the copper powder contacts is reduced.
銅粉相互が接する部位の周囲に形成される隙間に、微細銅粉を効率的に充填するため、銅粉の平均粒径dparticleに対して、微細銅粉の平均粒径dfine-particleを、通常、1/20dparticle≦dfine-particle≦1/4dparticle、好ましくは、1/10dparticle≦dfine-particle≦1/5dparticleを満たすように選択することが望ましい。 In order to efficiently fill the fine copper powder in the gap formed around the part where the copper powders are in contact with each other, the average particle diameter d fine-particle of the fine copper powder is set to the average particle diameter d particle of the copper powder. Usually, it is desirable to select 1 / 20d particle ≦ d fine-particle ≦ 1 / 4d particle , preferably 1 / 10d particle ≦ d fine-particle ≦ 1 / 5d particle .
一方、微細銅粉の平均粒径dfine-particleが0.1μm以下となると、微細銅粉が凝集し、凝集塊(二次粒子)を構成する結果、焼成型導電性銅ペースト中に均一に分散させる際、支障となる。従って、微細銅粉の平均粒径dfine-particleは、通常、0.2μm以上に選択することが望ましい。 On the other hand, when the average particle diameter d fine-particle of the fine copper powder is 0.1 μm or less, the fine copper powder aggregates and forms an agglomerate (secondary particle). It becomes a hindrance when dispersing. Therefore, the average particle diameter d fine-particle of the fine copper powder is usually preferably selected to be 0.2 μm or more.
前記の二つの条件を考慮すると、使用する銅粉の平均粒径dparticleを、例えば、10μm≧dparticle≧2μmの範囲、好ましくは、6μm≧dparticle≧2μmの範囲に選択する際、微細銅粉の平均粒径dfine-particleは、例えば、1μm≧dparticle≧0.2μmの範囲、好ましくは、0.6μm≧dparticle≧0.2μmの範囲に選択することが望ましい。 Considering the two conditions above, the average particle diameter d particle of copper powder to be used, for example, the range of 10μm ≧ d particle ≧ 2μm, preferably, when selecting the range of 6μm ≧ d particle ≧ 2μm, fine copper The average particle diameter d fine-particle of the powder is, for example, desirably selected in the range of 1 μm ≧ d particle ≧ 0.2 μm, preferably in the range of 0.6 μm ≧ d particle ≧ 0.2 μm.
その際、微細銅粉は、銅粉が積層した構造の隙間に充填されることが好ましいので、本発明の焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの比、Vparticle:Vfine-particleは、80:20〜60:40の範囲、好ましくは、80:20〜65:35の範囲に選択することが望ましい。 At that time, since the fine copper powder is preferably filled in the gap of the structure in which the copper powder is laminated, the volume ratio V particle of the copper powder and the fine copper contained in the fired conductive copper paste of the present invention. The powder volume ratio V fine-particle ratio, V particle : V fine-particle, is preferably selected in the range of 80:20 to 60:40, and preferably in the range of 80:20 to 65:35.
銅粉と微細銅粉の形状は、ともに、球形であることが望ましい。すなわち、球形の銅粉を使用すると、銅粉相互が接する部位の周囲に形成される隙間のサイズの分布は、銅粉の積層した構造中、面内方向と膜厚方向の何れでも、実質的に同じ分布を示す。その際、球形の微細銅粉を使用することで、その隙間に微細銅粉を効率的に充填することができる。 Both the copper powder and the fine copper powder are preferably spherical in shape. In other words, when spherical copper powder is used, the distribution of the size of the gap formed around the part where the copper powders are in contact with each other is substantially the same in both the in-plane direction and the film thickness direction in the laminated structure of copper powder. Shows the same distribution. At that time, by using spherical fine copper powder, the fine copper powder can be efficiently filled into the gap.
形成される焼成型導電体膜においては、銅粉、微細銅粉の焼結により形成される導電体構造の表面を、再ガラス化したガラスフリットが被覆し、該ガラスフリットの接着性を利用して、焼成型導電体膜は基板表面に密着、固定する。従って、再ガラス化したガラスフリットは、銅粉、微細銅粉の焼結により形成される導電体構造の内部の隙間と、焼成型導電体膜と基板表面の界面に残る隙間を満たすことが望ましい。そのためには、焼成処理に先立ち、焼成型導電性銅ペーストの塗布膜に乾燥処理を施し、乾燥処理済塗布膜を作製した時点で、銅粉が積層した構造中に形成される隙間に、微細銅粉と粉末状のガラスフリットを均一に充填した状態とすることが望ましい。 In the fired-type conductor film to be formed, the surface of the conductor structure formed by sintering copper powder and fine copper powder is covered with re-glassified glass frit, and the adhesiveness of the glass frit is utilized. Then, the fired conductive film is adhered and fixed to the substrate surface. Therefore, it is desirable that the re-glassified glass frit fills the gap inside the conductor structure formed by sintering copper powder and fine copper powder and the gap left at the interface between the fired-type conductor film and the substrate surface. . For that purpose, prior to the firing treatment, the coating film of the firing type conductive copper paste is subjected to a drying treatment, and when the dried coating film is produced, the gap formed in the structure in which the copper powder is laminated is finely formed. It is desirable that the copper powder and the powdered glass frit are uniformly filled.
例えば、平均粒径dparticleの球形の銅粉が立方最密充填構造を形成する場合、8つの球形銅粉で囲まれる隙間の間隔サイズは、((3)1/2−1)dparticle程度となっている。また。4つの球形銅粉の間に形成される隙間(開口)の間隔サイズは、((2)1/2−1)dparticle程度となっている。従って、粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritを、dfrit≦((3)1/2−1)dparticleの範囲に選択すると、銅粉の積層した構造を形成する際、粉末状のガラスフリットを8つの球形銅粉で囲まれる隙間に充填した状態とすることができる。特に、dfrit≦((2)1/2−1)dparticleの範囲に選択すると、4つの球形銅粉の間に形成される隙間(開口)を粉末状のガラスフリットが通過でき、該隙間(開口)を経由して、粉末状のガラスフリットを球形銅粉で囲まれる隙間に充填することが可能となる。 For example, when spherical copper powder having an average particle diameter d particle forms a cubic close-packed structure, the interval size of the gap surrounded by eight spherical copper powders is about ((3) 1/2 −1) d particle. It has become. Also. The interval size of the gap (opening) formed between the four spherical copper powders is about ((2) 1/2 −1) d particle . Therefore, when the average particle diameter d frit of the powdery glass frit is selected within the range of d frit ≦ ((3) 1/2 −1) d particle , the powdery glass frit has a powdery shape when forming a laminated structure of copper powder. The glass frit can be filled in a gap surrounded by eight spherical copper powders. In particular, when d frit ≦ ((2) 1/2 −1) d particle is selected, the powdery glass frit can pass through a gap (opening) formed between four spherical copper powders, and the gap It becomes possible to fill the gap surrounded by the spherical copper powder with the powdered glass frit via (opening).
一方、粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritが、微細銅粉の平均粒径dfine-particleよりも小さくなると、銅粉相互が接する部位の周囲に形成される隙間に、微細銅粉に代わって、粉末状のガラスフリットが充填される確率が急激に増す。その確率の急激な上昇を回避するため、粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritが、微細銅粉の平均粒径dfine-particleよりも大きくすることが望ましい。 On the other hand, when the average particle diameter d frit of the powdery glass frit is smaller than the average particle diameter d fine-particle of the fine copper powder, the fine copper powder is formed in the gap formed around the portion where the copper powder contacts each other. Instead, the probability that the powdered glass frit is filled increases rapidly. In order to avoid an abrupt increase in the probability, it is desirable that the average particle diameter d frit of the powdered glass frit is larger than the average particle diameter d fine-particle of the fine copper powder.
従って、粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritは、dfrit≦((3)1/2−1)dparticle、dfine-particle≦dfritの条件、好ましくは、dfrit≦((2)1/2−1)dparticle、2dfine-particle≦dfritの条件を満足するように選択することが望ましい。例えば、銅粉の平均粒径dparticleに対して、粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritを、通常、1/10dparticle≦dfrit≦1/2dparticle、好ましくは、1/5dparticle≦dfrit≦((2)1/2−1)dparticleの条件を満たすように選択することが望ましい。粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritを前記の範囲に選択すると、銅粉が積層した構造の隙間に、粉末状のガラスフリットと微細銅粉の混合物を均一に充填することが可能である。 Therefore, the average particle diameter d frit of the powdery glass frit is such that d frit ≦ ((3) 1/2 −1) d particle and d fine-particle ≦ d frit , preferably d frit ≦ ((2 ) 1 / 2-1) It is desirable to select so as to satisfy the conditions of d particle and 2d fine-particle ≦ d frit . For example, with respect to the average particle diameter d particle of copper powder, the average particle diameter d frit powdery glass frit, usually, 1 / 10d particle ≦ d frit ≦ 1 / 2d particle, preferably, 1 / 5d particle ≦ It is desirable to select d frit ≦ ((2) 1/2 −1) d particle . When the average particle diameter d frit of the powdery glass frit is selected within the above range, it is possible to uniformly fill the mixture of the powdered glass frit and fine copper powder into the gaps in the structure in which the copper powder is laminated. .
例えば、2dfine-particle≦dfrit≦((2)1/2−1)dparticleの条件を満足する場合、銅粉が積層した構造の隙間に、粉末状のガラスフリットが均一に充填された状態において、銅粉と粉末状のガラスフリットとの間には、狭い隙間が存在している。この狭い隙間に、1/5dparticle以下の平均粒径dfine-particleを有する微細銅粉を効率よく充填することが可能となる。 For example, when the condition of 2d fine-particle ≦ d frit ≦ ((2) 1/2 −1) d particle is satisfied, the powdery glass frit is uniformly filled in the gap of the structure in which the copper powder is laminated. In the state, a narrow gap exists between the copper powder and the powdery glass frit. This narrow gap can be efficiently filled with fine copper powder having an average particle diameter d fine-particle of 1/5 d particle or less.
上記の条件を考慮すると、使用する銅粉の平均粒径dparticleを、例えば、10μm≧dparticle≧2μmの範囲、好ましくは、6μm≧dparticle≧2μmの範囲に選択し、微細銅粉の平均粒径dfine-particleを、例えば、1μm≧dparticle≧0.2μmの範囲、好ましくは、0.6μm≧dparticle≧0.2μmの範囲に選択する際、ガラスフリットの平均粒径dfine-particleは、例えば、1.4μm≧dfrit≧0.2μmの範囲、好ましくは、1.2μm≧dfrit≧0.4μmの範囲に選択することが望ましい。 Considering the above conditions, the average particle diameter d particle of the copper powder to be used is selected, for example, in the range of 10 μm ≧ d particle ≧ 2 μm, preferably in the range of 6 μm ≧ d particle ≧ 2 μm. When the particle size d fine-particle is selected, for example, in the range of 1 μm ≧ d particle ≧ 0.2 μm, preferably in the range of 0.6 μm ≧ d particle ≧ 0.2 μm, the average particle size d fine- of the glass frit is selected. For example, it is desirable to select the particles in the range of 1.4 μm ≧ d frit ≧ 0.2 μm, and preferably in the range of 1.2 μm ≧ d frit ≧ 0.4 μm.
本発明にかかる焼成型導電性銅ペースト中には、通常、分散剤が含有されており、銅粉と微細銅粉、ならびに、粉末状のガラスフリットは、その表面を該分散剤が被覆した状態で、有機バインダと分散溶媒からなる液相(有機ビヒクル)中に均一に分散されている。 The fired conductive copper paste according to the present invention usually contains a dispersant, and the copper powder, fine copper powder, and powdery glass frit are covered with the dispersant. Thus, it is uniformly dispersed in a liquid phase (organic vehicle) comprising an organic binder and a dispersion solvent.
焼成型導電性銅ペーストの塗布膜を形成し、乾燥処理を施すと、分散溶媒の一部が蒸散され、銅粉が積層された構造が形成され、その隙間には、微細銅粉、粉末状のガラスフリットが均一に混合され、有機バインダと残った分散溶媒で構成される液相に分散された分散液が浸潤した状態となる。形成される乾燥処理済塗布膜では、銅粉が積層された構造中に存在する隙間に、微細銅粉、粉末状のガラスフリットと、有機バインダを含む流動性混合物が密に充填された状態となる。その際、該乾燥処理済塗布膜の形状を保持するため、有機バインダが利用されている。 When a coating film of a fired conductive copper paste is formed and dried, a part of the dispersion solvent is evaporated and a structure in which copper powder is laminated is formed. The glass frit is uniformly mixed, and the dispersion liquid dispersed in the liquid phase composed of the organic binder and the remaining dispersion solvent is infiltrated. In the dry-processed coating film to be formed, the gap existing in the structure in which the copper powder is laminated is densely filled with the fine copper powder, the powdery glass frit, and the fluid mixture containing the organic binder. Become. At this time, an organic binder is used in order to maintain the shape of the dried coating film.
該乾燥処理済塗布膜に変換した際、銅粉が積層した構造の隙間に、微細銅粉と粉末状のガラスフリットが充填される状態とすることが望ましい。従って、本発明の焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticleと、微細銅粉の体積比率Vfine-particleと粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vfine-particle+Vfrit)の比、Vparticle:(Vfine-particle+Vfrit)を、通常、1:0.40〜1:0.75の範囲、好ましくは、1:0.45〜1:0.70の範囲、より好ましくは、1:0.50〜1:0.65の範囲、に選択することが望ましい。 When converted into the dried coating film, it is desirable that the gap between the structures in which the copper powder is laminated is filled with fine copper powder and powdered glass frit. Therefore, the sum of the volume ratio V particle of the copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, and the volume ratio V frit of the powdered glass frit contained in the fired conductive copper paste of the present invention ( V fine-particle + V frit ), V particle : (V fine-particle + V frit ), usually in the range of 1: 0.40 to 1: 0.75, preferably 1: 0.45 to 1: It is desirable to select in the range of 0.70, more preferably in the range of 1: 0.50 to 1: 0.65.
一方、最終的に作製される焼成型導電体膜では、銅粉と微細銅粉からなる焼結体層中に存在する隙間、ならびに、銅粉と微細銅粉からなる焼結体層と基体表面の界面に存在する隙間が、再ガラス化したガラスフリットで充填された状態とする必要がある。そのため、焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの和(Vparticle+Vfine-particle)と、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの比、(Vparticle+Vfine-particle):Vfritは、1:0.05〜1:0.15の範囲、好ましくは、1:0.05〜1:0.12の範囲、より好ましくは、1:0.06〜1:0.095の範囲に選択することが望ましい。 On the other hand, in the finally produced sintered conductor film, the gap existing in the sintered body layer made of copper powder and fine copper powder, and the sintered body layer made of copper powder and fine copper powder and the substrate surface It is necessary that the gap existing at the interface is filled with re-glazed glass frit. Therefore, the sum of the volume ratio V particle of copper powder and the volume ratio V fine-particle of fine copper powder (V particle + V fine-particle ) contained in the fired conductive copper paste and the powdered glass frit Volume ratio V frit ratio, (V particle + V fine-particle ): V frit is in the range of 1: 0.05 to 1: 0.15, preferably in the range of 1: 0.05 to 1: 0.12. More preferably, it is desirable to select in the range of 1: 0.06 to 1: 0.095.
銅粉と微細銅粉、ならびに、粉末状のガラスフリットの表面を、分散剤が被覆する状態とするためには、焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)と、分散剤の体積比率Vdispersing-agentの比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit):Vdispersing-agentを、1:0.095を超えない範囲に選択する。分散剤を添加する際には、例えば、1:0.001〜1:0.095の範囲、好ましくは、1:0.003〜1:0.095の範囲、より好ましくは、1:0.01〜1:0.07の範囲、さらに好ましくは、1:0.015〜1:0.045の範囲に選択することができる。 In order to make the surface of the copper powder and fine copper powder and the powdered glass frit coated with the dispersant, the volume ratio V particle of the copper powder contained in the fired conductive copper paste, volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit of powdered glass frit (V particle + V fine-particle + V frit), the ratio of the volume ratio V dispersing-agent of the dispersing agent, (V particle + V fine-particle + V frit ): V dispersing-agent is selected in a range not exceeding 1: 0.095. When the dispersant is added, for example, a range of 1: 0.001 to 1: 0.095, preferably a range of 1: 0.003 to 1: 0.095, more preferably 1: 0. The range of 01 to 1: 0.07, more preferably, the range of 1: 0.015 to 1: 0.045 can be selected.
作製される焼成型導電体膜は、乾燥処理と焼成処理を施す間に、分散剤、有機バインダ、分散溶媒が除去され、銅粉と微細銅粉、ガラスフリットで構成される。なお、焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)を、固形成分の体積比率Vsolid-component(体積%)とすると、塗布膜の膜厚tpasteに対する、作製される焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerの比率、(tsintered-layer/tpaste)は、固形成分の体積比率Vsolid-component(体積%)程度となる。 The fired-type conductor film to be produced is composed of copper powder, fine copper powder, and glass frit from which the dispersant, the organic binder, and the dispersion solvent are removed during the drying process and the firing process. Incidentally, contained in cermet type conductive copper paste, the volume ratio V particle of copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit powdered glass frit (V particle + V fine -particle + V frit ) is a solid component volume ratio V solid-component (volume%), the ratio of the thickness t sintered-layer of the fired conductive film to the film thickness t paste of the coating film, (T sintered-layer / t paste ) is about a solid component volume ratio V solid-component (volume%).
本発明の焼成型導電性銅ペーストにおいては、焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)を、通常、65体積%≧(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)≧40体積%の範囲、好ましくは、60体積%≧(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)≧45体積%の範囲に選択する。例えば、前記固形成分の体積比率の和、Vsolid-component(体積%)を60体積%とすれば、焼成型導電性銅ペースト塗布膜の膜厚tpasteを、例えば、50μm程度に選択すると、焼成処理後、焼成型導電体膜の膜厚tsintered-layerを、30μm程度とすることが可能である。 In the fired conductive copper paste of the present invention, the volume ratio V particle of the copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, and the volume of the powdered glass frit contained in the fired conductive copper paste. The sum of the ratios V frit (V particle + V fine-particle + V frit ) is usually in the range of 65 vol% ≧ (V particle + V fine-particle + V frit ) ≧ 40 vol%, preferably 60 vol% ≧ (V particle + V fine-particle + V frit ) ≧ 45 vol%. For example, if the sum of the volume ratios of the solid components and V solid-component (volume%) is 60 volume%, the film thickness t paste of the fired conductive copper paste coating film is selected to be, for example, about 50 μm. After the firing treatment, the thickness t sintered-layer of the fired conductive film can be set to about 30 μm.
銅粉と微細銅粉、ならびに、粉末状のガラスフリットは、その表面を分散剤が被覆する状態で、有機バインダと分散溶媒からなる液相(有機ビヒクル)中に均一に分散させる。その際、焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfrit、分散剤の体積比率Vdispersing-agentの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent)と、有機バインダの体積比率Vbinder、分散溶媒の体積比率Vsolventの和(Vbinder+Vsolvent)の比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent):(Vbinder+Vsolvent)は、通常、1:0.5〜1:1.4の範囲、好ましくは、1:0.55〜1:1.3の範囲、より好ましくは、1:0.6〜1:1.2の範囲に選択することが望ましい。 Copper powder, fine copper powder, and powdery glass frit are uniformly dispersed in a liquid phase (organic vehicle) composed of an organic binder and a dispersion solvent in a state where the surface is coated with a dispersant. At that time, contained in the baking-type electroconductive copper paste, copper powder volume ratio V particle, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, powdered glass frit volume ratio V frit, the volume ratio of the dispersing agent The ratio of the sum of V dispersing-agent (V particle + V fine-particle + V frit + V dispersing-agent ), the organic binder volume ratio V binder , and the dispersion solvent volume ratio V solvent (V binder + V solvent ), (V particle + V fine-particle + V frit + V dispersing-agent ) :( V binder + V solvent ) is usually in the range of 1: 0.5 to 1: 1.4, preferably 1: 0.55 to 1: 1. It is desirable to select a range of 3, more preferably, a range of 1: 0.6 to 1: 1.2.
その際、銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfrit、分散剤の体積比率Vdispersing-agentの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent)と、有機バインダの体積比率Vbinderの比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent):Vbinderは、1:0.045を超えない範囲、例えば、1:0〜1:0.045の範囲、好ましくは、1:0.015〜1:0.045の範囲に選択する。なお、有機バインダは、使用される分散溶媒中に溶解させることで、焼成型導電性銅ペーストの粘度を目標範囲に調整する機能を有するため、分散溶媒自体の流動性に依存して、前記の範囲内でその含有比率を調節する。 At that time, the volume ratio V particle of copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, powdered glass frit volume ratio V frit, the sum of the volume ratio V Dispersing-agent dispersant (V particle + V fine- particle + V frit + V dispersing-agent ) and organic binder volume ratio V binder , (V particle + V fine-particle + V frit + V dispersing-agent ): V binder does not exceed 1: 0.045, for example, The range is 1: 0 to 1: 0.045, preferably 1: 0.015 to 1: 0.045. The organic binder has a function of adjusting the viscosity of the baked conductive copper paste to a target range by dissolving in the dispersion solvent to be used. Therefore, depending on the fluidity of the dispersion solvent itself, The content ratio is adjusted within the range.
本発明の焼成型導電性銅ペーストを利用して、焼成型導電体膜を作製する際、下記工程1〜工程4を含む作製プロセスを利用する。 When producing a fired conductive film using the fired conductive copper paste of the present invention, a production process including the following steps 1 to 4 is utilized.
(工程1)該焼成型導電性銅ペーストを塗布して塗布膜を形成する塗布工程;
(工程2)温度Tdryingに加熱して、該塗布膜中に含まれる分散溶媒を一部蒸散させて、乾燥処理済塗布膜を形成する乾燥処理工程;
(工程3)大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱して、該乾燥処理済塗布膜中に含まれる、分散剤、有機バインダ、分散溶媒を除去し、銅粉、微細銅粉の表面に酸化被膜を形成し、ガラスフリットの軟化を行って、焼成体を形成する酸化処理工程;
(工程4)不活性ガス中に水素ガスを1体積%〜4体積%の範囲、好ましくは、2体積%〜4体積%の範囲で含む還元性雰囲気下、温度Tsinteringに加熱して、該焼成体に含まれる銅粉、微細銅粉の表面の酸化被膜を還元し、銅粉、微細銅粉の焼結を行って、焼成型導電体を形成する還元処理工程
特に、工程3、工程4を組み合わせた焼成処理における、加熱温度Tsinteringは、通常、350℃≦Tsintering≦450℃の範囲、好ましくは、400℃≦Tsintering≦450℃の範囲に選択する。また、工程2の乾燥処理工程時の加熱温度Tdryingは、100℃≦Tdrying<150℃の範囲、好ましくは、100℃≦Tdrying≦130℃の範囲に選択することが望ましい。
(Step 1) A coating step of coating the fired conductive copper paste to form a coating film;
(Step 2) A drying treatment step of heating to the temperature T drying to partially evaporate the dispersion solvent contained in the coating film to form a dried coating film;
(Step 3) under an air atmosphere and heated to a temperature T Sintering, contained in the dry treated coating film, dispersing agent, an organic binder, a dispersion solvent was removed and copper powder, oxide film on the surface of the fine copper powder Forming an baked body by softening the glass frit to form a fired body;
(Step 4) inert gas 1 vol% to 4 vol% in the range of hydrogen gas into, preferably, under a reducing atmosphere containing in the range of 2 vol% to 4 vol%, and heated to a temperature T Sintering, the Reduction treatment process for reducing the oxide film on the surface of the copper powder and fine copper powder contained in the fired body and sintering the copper powder and fine copper powder to form a fired conductor. calcination treatment at a heating temperature T sintering that combines typically, 350 ° C. ≦ T range sintering ≦ 450 ° C., preferably, selected within the range of 400 ℃ ≦ T sintering ≦ 450 ℃ . In addition, the heating temperature T drying at the time of the drying process of step 2 is preferably selected in the range of 100 ° C. ≦ T drying <150 ° C., preferably in the range of 100 ° C. ≦ T drying ≦ 130 ° C.
分散溶媒は、工程2の乾燥処理工程において、その一部を蒸散させるが、一部は残留して、有機バインダと残留した分散溶媒からなる液相を維持する必要がある。一方、有機バインダと分散剤は、工程2の乾燥処理工程の段階では、蒸散しないことが必要である。 A part of the dispersion solvent is evaporated in the drying treatment step of Step 2, but a part of the dispersion solvent remains, and it is necessary to maintain a liquid phase composed of the organic binder and the remaining dispersion solvent. On the other hand, it is necessary that the organic binder and the dispersant do not evaporate at the stage of the drying process of Step 2.
一方、工程3の酸化処理工程中に、分散剤、有機バインダ、ならびに、残留している分散溶媒を除去する必要がある。 On the other hand, it is necessary to remove the dispersant, the organic binder, and the remaining dispersion solvent during the oxidation treatment step of step 3.
従って、分散溶媒として、高沸点の有機溶媒を利用する。該高沸点の有機溶媒の沸点は、温度Tdryingより高く、一方、大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱することで、容易に蒸散または、分解され、除去されることが必要である。すなわち、大気中におけるその沸点または分解点Tsolvent-b.p.は、Tsintering>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満たしている、有機溶媒を、分散溶媒に選択する。例えば、大気中におけるその沸点または分解点Tsolvent-b.p.は、350℃≧Tsolvent-b.p.≧180℃の範囲、より好ましくは、300℃≧Tsolvent-b.p.≧200℃の範囲である有機溶媒を、分散溶媒に選択することが望ましい。 Therefore, an organic solvent having a high boiling point is used as the dispersion solvent. The boiling point of the organic solvent having a high boiling point is higher than the temperature T drying , and on the other hand, it is necessary to be easily evaporated or decomposed and removed by heating to the temperature T annealing in an air atmosphere. That is, the boiling point or decomposition point T Solvent-bp in the atmosphere satisfies the condition of T sintering> T solvent-bp> T drying, the organic solvent is selected in the dispersion solvent. For example, an organic solvent whose boiling point or decomposition point T solvent-bp in the atmosphere is in the range of 350 ° C. ≧ T solvent-bp ≧ 180 ° C., more preferably in the range of 300 ° C. ≧ T solvent-bp ≧ 200 ° C. It is desirable to select a dispersion solvent.
なお、分散溶媒は、有機バインダと均一な液相を形成する必要がある。例えば、有機バインダとして、エチルセルロースなどのセルロース類、(メタ)アクリル樹脂を利用する場合、分散溶媒として、ターピネオール(α-terpineol、融点31−35℃、沸点217−218℃)、グリコールエーテル類、ジオール類、グリセリン(沸点290.5℃ 分解)など、有機バインダの溶解性に優れた、沸点Tsolvent-b.pが180℃〜350℃の範囲の有機溶媒が利用できる。さらには、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコールの誘導体、ポリエーテル(日油製ポリセリンシリーズ)など、分解点が180℃〜350℃の範囲のポリマー型の有機溶媒を、分散溶媒に利用することもできる。 The dispersion solvent needs to form a uniform liquid phase with the organic binder. For example, when an organic binder such as cellulose such as ethyl cellulose or a (meth) acrylic resin is used, as a dispersion solvent, terpineol (α-terpineol, melting point 31-35 ° C., boiling point 217-218 ° C.), glycol ethers, diol An organic solvent having a boiling point T solvent-bp in the range of 180 ° C. to 350 ° C. that is excellent in solubility of the organic binder, such as glycerin (boiling point: 290.5 ° C. decomposition). Furthermore, polymer-type organic solvents having a decomposition point in the range of 180 ° C. to 350 ° C., such as polyalkylene glycol, polyalkylene glycol derivatives, and polyether (polyethylene series manufactured by NOF Corporation) may be used as the dispersion solvent. it can.
一方、有機バインダには、前記分散溶媒に溶解可能であり、その沸点Tbinder-b.p.は、Tbinder-b.p.>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満たし、大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱することで、酸化的に分解可能な高分子化合物が利用できる。例えば、大気雰囲気下、300℃〜450℃の範囲の温度に加熱することで、酸化的に分解され、その分解後に残余する炭素成分は、該高分子化合物に対して、5質量%以下となる高分子化合物を利用することが好ましい。例えば、エチルセルロース、(メタ)アクリル樹脂は、有機バインダとして、好適に利用できる。 On the other hand, the organic binder is soluble in the dispersion solvent, the boiling point T binder-bp satisfies the condition of T binder-bp> T solvent- bp> T drying, air atmosphere, heating to a temperature T Sintering By doing so, a polymer compound that can be decomposed oxidatively can be used. For example, by heating to a temperature in the range of 300 ° C. to 450 ° C. in an air atmosphere, the carbon component that is oxidatively decomposed and remains after the decomposition is 5% by mass or less with respect to the polymer compound. It is preferable to use a polymer compound. For example, ethyl cellulose and (meth) acrylic resin can be suitably used as the organic binder.
分散剤には、その沸点Tdispersing-agent-b.p.は、Tdispersing-agent-b.p.>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満たし、大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱することで、酸化的に分解可能な高分子界面活性剤が利用できる。例えば、高分子ポリカルボン酸型の高分子界面活性剤を、分散剤として利用することが好ましい。分散剤として利用可能な、高分子ポリカルボン酸型の高分子界面活性剤として、日油製マリアリムAKM−0531,マリアリムAFB−1521,マリアリムAWS−0851,マリアリムAEM−3511,マリアリムAAB−0851,マリアリムAFB−0561,マリアリムAKM−1511-60、花王製のデモールEP、ポイズ520、ポイズ521、ポイズ530、ポイズ532A、ホモゲノールL−18、ホモゲノールL−1820を例示することができる。 The dispersing agent, the boiling point T dispersing-agent-bp satisfies the condition of T dispersing-agent-bp> T solvent-bp> T drying, air atmosphere, heating to a temperature T Sintering, oxidatively Degradable polymeric surfactants can be used. For example, it is preferable to use a polymeric surfactant of a polymeric polycarboxylic acid type as a dispersant. As a polymeric polycarboxylic acid type polymeric surfactant that can be used as a dispersant, NOF's Marialim AKM-0531, Marialim AFB-1521, Mariarim AWS-0851, Marialim AEM-3511, Marialim AAB-0851, Mariarim Examples include AFB-0561, Marialim AKM-1511-60, DEMO EP made by Kao, Poise 520, Poise 521, Poise 530, Poise 532A, Homogenol L-18, and Homogenol L-1820.
本発明の焼成型導電性銅ペーストでは、焼成処理時の加熱温度Tsinteringを350℃〜450℃の範囲に選択するため、使用するガラスフリットは、その軟化点Tfrit-softeningと結晶化温度Tfrit-crystallizingは、Tfrit-crystallizing>Tsintering>Tfrit-softeningと(Tsintering−Tfrit-softening)≧20℃、好ましくは、60℃≧(Tsintering−Tfrit-softening)≧40℃の条件を満たすガラスフリット材料で形成される、粉末状のガラスフリットである。 The baking-type electroconductive copper paste of the present invention, for selecting the heating temperature T Sintering at firing process in the range of 350 ° C. to 450 ° C., the glass frit to be used, the crystallization temperature T and its softening point T frit-Softening frit-crystallizing is, T frit-crystallizing> T sintering > T frit-softening and (T sintering -T frit-softening) ≧ 20 ℃, preferably, 60 ℃ ≧ (T sintering -T frit-softening) ≧ 40 ℃ It is a powdery glass frit formed of a glass frit material that satisfies the conditions.
例えば、軟化点Tfrit-softeningが、400℃≧Tfrit-softening≧300℃の範囲である、五酸化バナジウムを含有する非晶質複合酸化物、酸化ビスマスを含有する非晶質複合酸化物、リン酸を含有する非晶質複合酸化物の群から選択される、非晶質複合酸化物材料からなる、粉末状のガラスフリットが、好適に使用できる。利用可能な五酸化バナジウムを含有する非晶質複合酸化物、酸化ビスマスを含有する非晶質複合酸化物、リン酸を含有する非晶質複合酸化物の群から選択される、非晶質複合酸化物材料からなる、粉末状のガラスフリットとして、例えば、特許第4299021号公報(V2O5-ZnO-BaO-TeO2系ガラスフリット)、特開2010−184852号公報(V2O5-P2O5-TeO2-Fe2O3系ガラスフリット)、特開2010−70426号公報(B2O3-Bi2O3系ガラスフリット)、特開2002−326838号公報(P2O5-SnO系ガラスフリット、P2O5-SnO-B2O3系ガラスフリット、P2O5-SnO-SiO2系ガラスフリット)に開示される組成を有し、記載される方法で調製されるガラスフリットを粉末化したものを利用することができる。 For example, an amorphous composite oxide containing vanadium pentoxide, an amorphous composite oxide containing bismuth oxide having a softening point T frit- softening of 400 ° C. ≧ T frit-softening ≧ 300 ° C. A powdery glass frit made of an amorphous composite oxide material selected from the group of amorphous composite oxides containing phosphoric acid can be suitably used. Amorphous composite selected from the group of available amorphous composite oxides containing vanadium pentoxide, amorphous composite oxides containing bismuth oxide, and amorphous composite oxides containing phosphoric acid As a powdery glass frit made of an oxide material, for example, Japanese Patent No. 4299021 (V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-184852 (V 2 O 5 − P 2 O 5 —TeO 2 —Fe 2 O 3 glass frit), JP 2010-70426 (B 2 O 3 —Bi 2 O 3 glass frit), JP 2002-326838 A (P 2 O 5 -SnO glass frit, P 2 O 5 -SnO-B 2 O 3 glass frit, P 2 O 5 -SnO-SiO 2 glass frit) and prepared by the method described It is possible to use a powdered glass frit.
具体的には、軟化点Tfrit-softeningが、400℃≧Tfrit-softening≧300℃の範囲である、五酸化バナジウムを含有する非晶質複合酸化物からなるガラスフリットの一例として、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリットとV2O5-P2O5-TeO2-Fe2O3系のガラスフリットを例示できる。軟化点Tfrit-softeningが、400℃≧Tfrit-softening≧300℃の範囲である、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリットの組成の一例として、16−80質量%のV2O5、6−40質量%のZnO、4−50質量%のBaO、10−60質量%のTeO2からなるガラス組成物を例示できる(例えば、特許第4299021号公報を参照)。なお、後述の実施例1では、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリット(軟化点311℃、結晶化温度444℃)を使用している。 Specifically, as an example of a glass frit made of an amorphous composite oxide containing vanadium pentoxide having a softening point T frit- softening of 400 ° C. ≧ T frit-softening ≧ 300 ° C., V 2 Examples thereof include O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit and V 2 O 5 —P 2 O 5 —TeO 2 —Fe 2 O 3 glass frit. As an example of the composition of the glass frit of the V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 system in which the softening point T frit-softening is in the range of 400 ° C. ≧ T frit-softening ≧ 300 ° C., 16-80% by mass A glass composition composed of V 2 O 5 , 6-40% by mass of ZnO, 4-50% by mass of BaO, 10-60% by mass of TeO 2 can be exemplified (for example, see Japanese Patent No. 4299021). In Example 1 described later, a glass frit of V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 (softening point 311 ° C., crystallization temperature 444 ° C.) is used.
また、軟化点Tfrit-softeningが、400℃≧Tfrit-softening≧300℃の範囲である、V2O5-P2O5-TeO2-Fe2O3系のガラスフリットの組成の一例として、
V2O5の含有量を45〜65質量%、P2O5の含有量を10〜20質量%、TeO2の含有量を10〜25質量%、Fe2O3の含有量を5〜15質量%の範囲に選択し、それ以外の副次成分である、MnO2,ZnO,WO3,MoO3,BaOの含有量は合計で10質量%以下に選択されているガラス組成物;
V2O5の含有量を40〜55質量%、P2O5の含有量を5〜15質量%、TeO2の含有量を20〜30質量%、BaOの含有量を2〜10質量%に選択し、WO3の含有量を15質量%以下、MoO3の含有量を15質量%以下、Fe2O3の含有量を8質量%以下、R2O(R:アルカリ金属)の含有量を5質量%以下の範囲に選択し、その際、P2O5とTeO2の含有量の和は30〜40質量%、WO3とMoO3の含有量の和は5〜15質量%、Fe2O3とR2Oの含有量の和は2〜8質量%の範囲に、それぞれ調整しているガラス組成物などを例示できる(特開2010−184852号公報を参照)。
Further, an example of the composition of a glass frit of V 2 O 5 —P 2 O 5 —TeO 2 —Fe 2 O 3 in which the softening point T frit-softening is in the range of 400 ° C. ≧ T frit-softening ≧ 300 ° C. As
The content of V 2 O 5 is 45 to 65% by mass, the content of P 2 O 5 is 10 to 20% by mass, the content of TeO 2 is 10 to 25% by mass, and the content of Fe 2 O 3 is 5 to 5%. A glass composition selected in the range of 15% by mass and the other subcomponents, MnO 2 , ZnO, WO 3 , MoO 3 , and BaO, being selected to be 10% by mass or less in total;
The content of V 2 O 5 is 40 to 55% by mass, the content of P 2 O 5 is 5 to 15% by mass, the content of TeO 2 is 20 to 30% by mass, and the content of BaO is 2 to 10% by mass. The content of WO 3 is 15% by mass or less, the content of MoO 3 is 15% by mass or less, the content of Fe 2 O 3 is 8% by mass or less, and the content of R 2 O (R: alkali metal) The amount is selected in the range of 5% by mass or less, in which case the sum of the contents of P 2 O 5 and TeO 2 is 30 to 40% by mass, and the sum of the contents of WO 3 and MoO 3 is 5 to 15% by mass. The sum of the contents of Fe 2 O 3 and R 2 O can be exemplified by a glass composition or the like adjusted in the range of 2 to 8% by mass (see JP 2010-184852 A).
軟化点Tfrit-softeningが、400℃≧Tfrit-softening≧300℃の範囲である、酸化ビスマスを含有する非晶質複合酸化物からなるガラスフリットの一例として、B2O3-Bi2O3系のガラスフリットを例示できる。軟化点Tfrit-softeningが、400℃≧Tfrit-softening≧300℃の範囲である、B2O3-Bi2O3系のガラスフリットの組成の一例として、
B2O3の含有量を4〜12質量%、Bi2O3の含有量を83〜93質量%の範囲に選択し、それ以外の副次成分について、R2O(Li2O,Na2O,K2Oより選択される一種類以上の合計)の含有量を0.1〜6質量%、Al2O3の含有量を0.1〜5質量%の範囲に、それぞれ選択しているガラス組成物を例示できる(特開2010−70426号公報を参照)。なお、後述の実施例5では、B2O3-Bi2O3系のガラスフリット(軟化点390℃、結晶化温度460℃)を使用している。
As an example of a glass frit made of an amorphous composite oxide containing bismuth oxide having a softening point T frit- softening of 400 ° C. ≧ T frit-softening ≧ 300 ° C., B 2 O 3 —Bi 2 O An example is a 3 series glass frit. As an example of the composition of a B 2 O 3 -Bi 2 O 3 glass frit having a softening point T frit- softening of 400 ° C. ≧ T frit-softening ≧ 300 ° C.
The content of B 2 O 3 is selected in the range of 4 to 12% by mass and the content of Bi 2 O 3 is selected in the range of 83 to 93% by mass. The other secondary components are selected from R 2 O (Li 2 O, Na The total content of one or more selected from 2 O and K 2 O is selected in the range of 0.1 to 6% by mass, and the content of Al 2 O 3 is selected in the range of 0.1 to 5% by mass. The glass composition which can be illustrated can be illustrated (refer Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-70426). In Example 5 described later, a B 2 O 3 —Bi 2 O 3 -based glass frit (softening point: 390 ° C., crystallization temperature: 460 ° C.) is used.
軟化点Tfrit-softeningが、400℃≧Tfrit-softening≧300℃の範囲である、リン酸を含有する非晶質複合酸化物からなるガラスフリットの一例として、P2O5-SnO系のガラスフリット、P2O5-SnO-B2O3系のガラスフリット、P2O5-SnO-SiO2系のガラスフリットなどを例示できる(特開2002−326838号公報を参照)。その他、前記の軟化点範囲を満足する、P2O5-ZnO-SnO系のガラスフリット(軟化点340℃)も利用可能である。 As an example of a glass frit made of an amorphous complex oxide containing phosphoric acid having a softening point T frit- softening in the range of 400 ° C. ≧ T frit-softening ≧ 300 ° C., a P 2 O 5 —SnO system Examples thereof include a glass frit, a P 2 O 5 —SnO—B 2 O 3 glass frit, and a P 2 O 5 —SnO—SiO 2 glass frit (see JP 2002-326838 A). In addition, a P 2 O 5 —ZnO—SnO-based glass frit (softening point of 340 ° C.) that satisfies the above softening point range can also be used.
軟化点Tfrit-softeningが、400℃≧Tfrit-softening≧300℃の範囲である、P2O5-SnO系ガラスフリットの一例として、P2O5の含有量を25〜50mol%、SnOの含有量を40〜70mol%の範囲に選択し、それ以外の副次成分について、ZnOの含有量を0〜20mol%、Li2Oの含有量を0〜10mol%、Al2O3の含有量を0〜10mol%、SiO2の含有量を0〜10mol%の範囲に、それぞれ選択しているガラス組成物を例示できる。 Softening point T frit-Softening is in the range of 400 ℃ ≧ T frit-softening ≧ 300 ℃, as an example of the P 2 O 5 -SnO-based glass frit, 25~50Mol% content of P 2 O 5, SnO of the content selected in the range of 40~70mol%, the other secondary components, 0 to 20 mol% of the content of ZnO, 0-10 mol% and the content of Li 2 O, content of Al 2 O 3 amount of 0-10 mol%, the content of SiO 2 in the range of 0-10 mol%, can be exemplified glass compositions are respectively selected.
軟化点Tfrit-softeningが、400℃≧Tfrit-softening≧300℃の範囲である、P2O5-SnO-B2O3系ガラスフリットの一例として、P2O5の含有量を15〜35mol%、SnOの含有量を40〜65mol%、B2O3の含有量を15〜25mol%の範囲に選択し、それ以外の副次成分について、ZnOの含有量を0〜15mol%、Li2Oの含有量を0〜10mol%、Al2O3の含有量を0〜10mol%、SiO2の含有量を0〜5mol%の範囲に、それぞれ選択しているガラス組成物を例示できる。 As an example of a P 2 O 5 —SnO—B 2 O 3 glass frit having a softening point T frit- softening of 400 ° C. ≧ T frit-softening ≧ 300 ° C., the content of P 2 O 5 is 15 ~35mol%, 40~65mol the content of SnO%, B content of 2 O 3 selected in the range of 15 to 25%, for the other secondary components, 0~15mol% content of ZnO, Examples of the glass composition selected include the Li 2 O content of 0 to 10 mol%, the Al 2 O 3 content of 0 to 10 mol%, and the SiO 2 content of 0 to 5 mol%. .
軟化点Tfrit-softeningが、400℃≧Tfrit-softening≧300℃の範囲である、P2O5-SnO-SiO2系ガラスフリットの一例として、P2O5の含有量を10〜50mol%、SnOの含有量を40〜80mol%、SiO2の含有量を5.5〜20mol%の範囲に選択し、それ以外の副次成分について、ZnOの含有量を0〜15mol%、Li2Oの含有量を0〜10mol%、Al2O3の含有量を0〜10mol%の範囲に、それぞれ選択しているガラス組成物を例示できる。 Softening point T frit-Softening is in the range of 400 ℃ ≧ T frit-softening ≧ 300 ℃, as an example of the P 2 O 5 -SnO-SiO 2 based glass frit, 10-50 mol content of P 2 O 5 %, 40~80mol the content of SnO%, select the content of SiO 2 in the range of 5.5~20mol%, the other secondary components, 0~15mol% content of ZnO, Li 2 O 0-10 mol% of the content of the content of Al 2 O 3 in the range of 0-10 mol%, can be exemplified glass compositions are respectively selected.
前記五酸化バナジウムを含有する非晶質複合酸化物、酸化ビスマスを含有する非晶質複合酸化物、リン酸を含有する非晶質複合酸化物は、ガラス材料、酸化物系セラミックス、シリコンからなる基板に表面に対して、高い接着性を示す。従って、これらの非晶質複合酸化物からなるガラスフリットを利用することで、ガラス材料、酸化物系セラミックス、シリコンからなる基板表面に高い密着性を示す、焼成型導電体膜を作製することが可能となる。 The amorphous composite oxide containing vanadium pentoxide, the amorphous composite oxide containing bismuth oxide, and the amorphous composite oxide containing phosphoric acid are composed of a glass material, an oxide ceramic, and silicon. High adhesion to the surface of the substrate. Therefore, by using the glass frit made of these amorphous composite oxides, it is possible to produce a fired conductive film that exhibits high adhesion to the substrate surface made of glass material, oxide ceramics, and silicon. It becomes possible.
本発明の焼成型導電性銅ペーストの第三の形態では、銅粉、微細銅粉に加えて、銅ナノ粒子を少量、焼成型導電性銅ペースト中に添加する。 In the third form of the fired conductive copper paste of the present invention, a small amount of copper nanoparticles are added to the fired conductive copper paste in addition to the copper powder and fine copper powder.
添加される銅ナノ粒子の平均粒子径dnano-particleは、100nm≧dnano-particle≧50nmの範囲に選択する。微細銅粉の平均粒径dfine-particleは、通常、0.2μm以上に選択するため、銅ナノ粒子の平均粒子径dnano-particleは、微細銅粉の平均粒径dfine-particleよりも有意に小さいので、微細銅粉では充填が困難な、銅粉相互が接する部位の周囲のより狭い隙間に、該銅ナノ粒子を充填することが可能である。 The average particle diameter d nano-particle of the copper nanoparticles to be added is selected in the range of 100 nm ≧ d nano-particle ≧ 50 nm. Since the average particle diameter d fine-particle of fine copper powder is usually selected to be 0.2 μm or more, the average particle diameter d nano-particle of copper nanoparticles is larger than the average particle diameter d fine-particle of fine copper powder. Since it is significantly small, it is possible to fill the copper nanoparticles in a narrower gap around the portion where the copper powders are in contact with each other, which is difficult to fill with the fine copper powder.
乾燥処理を施すと、銅粉が積層した構造中の隙間に、微細銅粉、粉末状のガラスフリットともに、銅ナノ粒子も充填される。銅ナノ粒子の平均粒子径dnano-particleは、微細銅粉の平均粒径dfine-particle、粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritより有意に小さいが、微細銅粉、粉末状のガラスフリット相互の隙間のサイズと同程度であるため、銅粉相互が接する部位の周囲のより狭い隙間に優先的に充填される。具体的には、乾燥処理の際、銅粉相互が接する部位の周囲のより狭い隙間には、毛管現象によって、分散溶媒と有機バインダからなる液相(有機ビヒクル)が供給される。銅ナノ粒子は、分散溶媒と有機バインダからなる液相(有機ビヒクル)中に分散されているため、該液相とともに、銅粉相互が接する部位の周囲のより狭い隙間には供給され、効率的により狭い隙間に充填される。 When the drying treatment is performed, the gaps in the structure in which the copper powder is laminated are filled with the copper nanoparticles as well as the fine copper powder and the powdery glass frit. The average particle diameter d nano-particle of copper nanoparticles have an average particle size d fine-particle of the fine copper powder, but significantly smaller than the average particle diameter d frit powdery glass frit, fine copper powder, powdered glass Since the size of the gap between the frit is about the same, the narrower gap around the portion where the copper powder contacts is preferentially filled. Specifically, during the drying process, a liquid phase (organic vehicle) composed of a dispersion solvent and an organic binder is supplied to a narrower gap around the portion where the copper powders are in contact with each other by capillary action. Since the copper nanoparticles are dispersed in a liquid phase (organic vehicle) composed of a dispersion solvent and an organic binder, the copper nanoparticles are supplied together with the liquid phase to a narrower gap around the portion where the copper powders are in contact with each other. To fill a narrow gap.
焼成型導電体膜を作製した際、銅粉相互が接する部位の周囲のより狭い隙間に充填された銅ナノ粒子は、二つの銅粉と電気的に接触するため、銅粉相互が接する部位の周囲に形成される隙間に充填される微細銅粉を介した導通経路に加えて、より狭い隙間に充填される銅ナノ粒子を介した導通経路が追加される。 When the sintered conductor film is prepared, the copper nanoparticles filled in the narrower gap around the part where the copper powders are in contact with each other are in electrical contact with the two copper powders. In addition to the conduction path through the fine copper powder filled in the gap formed around, a conduction path through the copper nanoparticles filled in the narrower gap is added.
その結果、銅粉相互が接する部位の実効的な接触抵抗ρcontact-eff.は、銅粉相互が接する部位の接触抵抗ρcontactと、その周囲に形成される隙間に充填される微細銅粉を介した導通経路の実効的な抵抗ρbypass-contact、より狭い隙間に充填される銅ナノ粒子を介した導通経路の実効的な抵抗ρnano-bypass-contact、を用いて、(1/ρcontact-eff)=(1/ρcontact)+(1/ρbypass-contact)+(1/ρnano-bypass-contact)と表記できる。すなわち、微細銅粉を介した導通経路と銅ナノ粒子を介した導通経路が形成される結果、銅粉相互が接する部位の実効的な接触抵抗ρcontact-eff.のさらなる低減がなされる。 As a result, the effective contact resistance ρ contact-eff. Of the part where the copper powders are in contact with each other is the contact resistance ρ contact of the part where the copper powders are in contact with each other and the fine copper powder filled in the gap formed around it. Using the effective resistance ρ bypass-contact of the conduction path via the, and the effective resistance ρ nano-bypass-contact of the conduction path via the copper nanoparticles filled in the narrower gap, (1 / ρ contact -eff ) = (1 / ρ contact ) + (1 / ρ bypass-contact ) + (1 / ρ nano-bypass-contact ). In other words, as a result of the formation of a conduction path via the fine copper powder and a conduction path via the copper nanoparticles, the effective contact resistance ρ contact-eff. Of the portion where the copper powder contacts each other is further reduced.
その際、微細銅粉では充填が困難であるが、銅ナノ粒子であれば充填が可能である、銅粉相互が接する部位の周囲に形成されるより狭い隙間の体積は、微細銅粉が充填可能な隙間の体積と比較すると、遥かに小さい。この点を考慮して、焼成型導電性銅ペースト中に付加的に添加される銅ナノ粒子の体積比率Vnano-particleは、通常、微細銅粉の体積比率Vfine-particleよりも遥かに低く、設定する。例えば、付加的に添加される銅ナノ粒子の体積比率Vnano-particleと、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの和(Vparticle+Vfine-particle)の比、(Vparticle+Vfine-particle):Vnano-particleは、100:1〜100:5の範囲、好ましくは、100:2〜100:4の範囲に選択することが望ましい。 At that time, filling with fine copper powder is difficult, but filling with copper nanoparticles is possible, and the volume of narrower gaps formed around the part where the copper powder contacts each other is filled with fine copper powder Compared to the possible gap volume, it is much smaller. Considering this point, the volume ratio V nano-particle of the copper nanoparticles additionally added to the fired conductive copper paste is usually much lower than the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder. Set. For example, the ratio of the volume ratio V nano-particle of copper nanoparticles added additionally, the volume ratio V particle of copper powder and the volume ratio V fine-particle of fine copper powder (V particle + V fine-particle ) , (V particle + V fine-particle ): V nano-particle is selected in the range of 100: 1 to 100: 5, preferably in the range of 100: 2 to 100: 4.
銅ナノ粒子は、銅ナノ粒子相互が凝集して、凝集体(二次粒子)を形成することを防止するため、予め、その表面に被覆剤分子層を形成することが望ましい。この銅ナノ粒子の表面を被覆する、被覆剤分子層も、分散剤と同様に、上記工程3の酸化処理工程において、除去される。その結果、銅ナノ粒子の表面にも、酸化被膜が生成されるが、工程4の還元処理工程の間に、銅ナノ粒子表面の酸化被膜も還元され、除去される。すなわち、上記工程2の乾燥処理工程の加熱温度Tdrying、100℃≦Tdrying<150℃の範囲においては、該被覆剤分子層の除去は実質的に進行せず、その後、工程3の酸化処理工程において、加熱温度Tsintering、350℃≦Tsintering≦450℃の範囲に加熱することで、該被覆剤分子層の除去が進行する。従って、被覆剤分子層を形成する被覆剤分子の沸点または分解点Tcoating-molecule-b.p.は、乾燥処理工程の加熱温度Tdryingより高く、酸化処理工程の加熱温度Tsinteringより低いこと、すなわち、Tsintering>Tcoating-molecule-b.p.>Tdryingの条件を満たすこと必要である。 In order to prevent the copper nanoparticles from aggregating with each other and forming an aggregate (secondary particle), it is desirable to form a coating agent molecular layer on the surface in advance. The coating agent molecular layer covering the surface of the copper nanoparticles is also removed in the oxidation treatment step of step 3 as in the case of the dispersant. As a result, an oxide film is also generated on the surface of the copper nanoparticle, but the oxide film on the surface of the copper nanoparticle is also reduced and removed during the reduction treatment step of Step 4. That is, in the range of the heating temperature T drying and the drying temperature of 100 ° C. ≦ T drying <150 ° C. in the step 2 above, the removal of the coating agent molecular layer does not substantially proceed. in step, by heating in the range of heating temperature T sintering, 350 ℃ ≦ T sintering ≦ 450 ℃, removal of the covering agent molecule layer progresses. Therefore, the boiling point or decomposition point T coating-molecule-bp covering agent molecules forming a coating agent molecule layer is higher than the heating temperature T Drying of the drying process, lower than the heating temperature T Sintering of the oxidation treatment process, i.e., It is necessary to satisfy the condition of T blocking > T coating-molecule-bp > T drying .
この被覆剤分子層を形成する被覆剤分子として、銅ナノ粒子を構成する金属銅原子と配位的な結合が可能な基として、窒素、または酸素原子を含み、該窒素、または酸素原子の有する孤立電子対により、金属銅原子に配位的な結合が可能な基を有する有機化合物が利用できる。その際、銅ナノ粒子の表面を被覆する被覆剤分子として、分散溶媒に利用される有機溶媒に親和性を示す炭化水素鎖を具えているものを選択する。窒素、または酸素原子の有する孤立電子対により、金属銅原子に配位的な結合が可能な基を有する有機化合物として、前記金属銅原子に配位的な結合が可能な基として、例えば、アミノ基を有する、アミン化合物、好ましくは、飽和または不飽和脂肪族アミン、より好ましくは、アルキルアミンを利用することができる。また、銅ナノ粒子に表面に、カルボン酸銅塩(−COOCu)の形状で、被覆剤分子層を形成可能な、カルボキシレート基(−COO-)を有している、カルボン酸銅塩化合物、好ましくは、飽和または不飽和脂肪酸銅塩を利用することができる。 As a coating agent molecule forming this coating agent molecular layer, as a group capable of coordinative bonding with a metal copper atom constituting a copper nanoparticle, nitrogen or an oxygen atom is contained, and the nitrogen or oxygen atom has An organic compound having a group capable of coordinative bonding to a metal copper atom by a lone electron pair can be used. At that time, as the coating agent molecules for coating the surface of the copper nanoparticles, those having a hydrocarbon chain having an affinity for the organic solvent used as the dispersion solvent are selected. As an organic compound having a group capable of coordinative bonding to a metal copper atom by a lone pair of electrons of nitrogen or oxygen atoms, examples of a group capable of coordinating bond to the metal copper atom include amino An amine compound having a group, preferably a saturated or unsaturated aliphatic amine, more preferably an alkylamine can be used. In addition, a copper carboxylate compound having a carboxylate group (—COO − ) capable of forming a coating agent molecular layer in the form of a carboxylate copper salt (—COOCu) on the surface of the copper nanoparticles, Preferably, saturated or unsaturated fatty acid copper salts can be used.
前記被覆剤分子として利用される、飽和または不飽和脂肪族アミン、特には、アルキルアミンは、その沸点は、180℃〜350℃の範囲、好ましくは、200℃〜350℃の範囲であることが望ましい。 A saturated or unsaturated aliphatic amine, particularly an alkylamine, used as the coating agent molecule has a boiling point in the range of 180 ° C. to 350 ° C., preferably in the range of 200 ° C. to 350 ° C. desirable.
前記被覆剤分子として利用される、カルボン酸銅塩化合物は、加熱によって、分解されることで除去される。なお、乾燥処理工程では、加熱分解は進行せず、酸化処理工程時の加熱により、加熱分解が進行する、カルボン酸銅塩化合物、例えば、飽和または不飽和脂肪酸銅塩を使用する。従って、該カルボン酸銅塩化合物の分解が開始する分解温度は、180℃〜350℃の範囲、好ましくは、200℃〜350℃の範囲であることが望ましい。 The carboxylic acid copper salt compound used as the coating agent molecule is removed by being decomposed by heating. In the drying treatment step, a carboxylic acid copper salt compound, for example, a saturated or unsaturated fatty acid copper salt is used in which the thermal decomposition does not proceed but the thermal decomposition proceeds by heating during the oxidation treatment step. Therefore, the decomposition temperature at which decomposition of the carboxylic acid copper salt compound starts is desirably in the range of 180 ° C to 350 ° C, and preferably in the range of 200 ° C to 350 ° C.
さらには、前記被覆剤分子として利用される、高分子ポリカルボン酸型の高分子界面活性剤として、上記分散剤に利用される、高分子ポリカルボン酸型の高分子界面活性剤を使用することができる。 Furthermore, as the polymer surfactant of the polymer polycarboxylic acid type used as the coating agent molecule, the polymer surfactant of the polymer polycarboxylic acid type used in the dispersant is used. Can do.
本発明の焼成型導電性銅ペーストの第二の形態では、銅粉、微細銅粉に加えて、銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物を少量、焼成型導電性銅ペースト中に添加する。該カルボン酸金属塩化合物を添加し、混合する過程で、分散溶媒中に均一に分布している状態、好ましくは、分散溶媒中に溶解している状態とする。従って、焼成型導電性銅ペーストを調製する際、添加される該カルボン酸金属塩化合物を、予め、分散溶媒中に溶解した状態とした上で、銅粉、微細銅粉、ガラスフリットと混合する形態を採用することができる。 In the second form of the fired conductive copper paste of the present invention, in addition to the copper powder and fine copper powder, a small amount of a metal carboxylate compound having a metal cation species other than copper is contained in the fired conductive copper paste. Added. In the process of adding and mixing the carboxylic acid metal salt compound, the carboxylic acid metal salt compound is uniformly distributed in the dispersion solvent, preferably dissolved in the dispersion solvent. Accordingly, when preparing the fired conductive copper paste, the carboxylic acid metal salt compound to be added is previously dissolved in a dispersion solvent and then mixed with copper powder, fine copper powder, and glass frit. A form can be adopted.
その際、該カルボン酸金属塩化合物が分散溶媒中に均一に分布している状態とするため、該カルボン酸金属塩化合物の体積比率Vmetal -carboxylateと、分散溶媒の体積比率Vsolventの比、Vmetal -carboxylate:Vsolventは、通常、2:100〜33:100の範囲、好ましくは、2.2:100〜33:100の範囲に選択することが望ましい。 At that time, to a state in which the carboxylic acid metal salt compound is uniformly distributed in the dispersion solvent, and the volume ratio V metal -carboxylate of the carboxylic acid metal salt compound, the ratio of the volume ratio V Solvent for dispersion solvent, V metal -carboxylate : V solvent is usually selected in the range of 2: 100 to 33: 100, preferably in the range of 2.2: 100 to 33: 100.
該銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物の密度dmetal -carboxylate
(g/cm3)、分散溶媒の密度dsolvent(g/cm3)を考慮すると、前記体積比は、質量比に換算すると、(dmetal -carboxylate/dsolvent)・Vmetal -carboxylate:Vsolventとなる。従って、該分散溶媒に対する、該カルボン酸金属塩化合物の溶解度は、(dmetal -carboxylate/dsolvent)・Vmetal-carboxylate/Vsolvent(g/g)以上となるように、分散溶媒を選択する必要がある。
Density of metal carboxylate having a metal cation species other than copper d metal -carboxylate
(G / cm 3), considering the density of the dispersion solvent d Solvent (g / cm 3), wherein the volume ratio, in terms of mass ratio, (d metal -carboxylate / d solvent ) · V metal -carboxylate: V It becomes solvent . Therefore, the dispersion solvent is selected so that the solubility of the carboxylic acid metal salt compound in the dispersion solvent is not less than (d metal -carboxylate / d solvent ) · V metal-carboxylate / V solvent (g / g). There is a need.
焼成型導電性銅ペーストの調製時、該カルボン酸金属塩化合物を、前記分散溶媒に予め溶解する、あるいは、該カルボン酸金属塩化合物の溶解度が高い有機溶媒中に予め溶解した高濃度のカルボン酸金属塩化合物の溶液を作製し、分散溶媒中に混合することで、該カルボン酸金属塩化合物は、分散溶媒中に溶解された状態とする。高濃度のカルボン酸金属塩化合物溶液の作製に利用可能な有機溶媒の一例として、トルエン(沸点110.6℃)、キシレン(例えば、p-キシレン、沸点138.35℃)、ミネラルスピリット(沸点範囲130℃〜180℃)、ターピネオール、2−エチルヘキサン酸(沸点227℃)などを挙げることができる。 At the time of preparation of the fired conductive copper paste, the carboxylic acid metal salt compound is dissolved in the dispersion solvent in advance, or a high concentration carboxylic acid dissolved in advance in an organic solvent in which the solubility of the carboxylic acid metal salt compound is high A solution of the metal salt compound is prepared and mixed in the dispersion solvent, whereby the carboxylic acid metal salt compound is dissolved in the dispersion solvent. As an example of an organic solvent that can be used for preparing a high-concentration carboxylic acid metal salt compound solution, toluene (boiling point 110.6 ° C.), xylene (for example, p-xylene, boiling point 138.35 ° C.), mineral spirit (boiling range) 130 ° C to 180 ° C), terpineol, 2-ethylhexanoic acid (boiling point 227 ° C), and the like.
乾燥処理を施すと、分散溶媒の相当部分が蒸散し、その結果、分散溶媒中に溶解している該カルボン酸金属塩化合物の相当部分が、微細な粉末の形状で析出する。従って、乾燥処理を施すと、銅粉が積層した構造中の隙間に、微細銅粉、粉末状のガラスフリットともに、析出してきた微細な粉末状のカルボン酸金属塩化合物も充填される。例えば、銅粉相互が接する部位の周囲のより狭い隙間に、微細な粉末状のカルボン酸金属塩化合物を充填することが可能である。 When the drying treatment is performed, a substantial part of the dispersion solvent is evaporated, and as a result, a substantial part of the carboxylic acid metal salt compound dissolved in the dispersion solvent is precipitated in the form of a fine powder. Therefore, when the drying treatment is performed, the fine powdery carboxylic acid metal salt compound that has precipitated is filled together with the fine copper powder and the powdery glass frit in the gaps in the structure in which the copper powder is laminated. For example, it is possible to fill a fine powdery carboxylic acid metal salt compound in a narrower gap around a portion where copper powders contact each other.
その後、酸化処理を施すと、カルボン酸金属塩化合物は酸化的に分解され、金属酸化物に変換される。次いで、還元処理を施すと、該金属酸化物も還元され、金属原子が生成する。生成する金属原子は、銅粉、微細銅粉の表面に付着する。特に、銅粉相互が接する部位の周囲のより狭い隙間に充填されていた、微細な粉末状のカルボン酸金属塩化合物に由来する金属原子が、該接触部位のより狭い隙間を充填する。 Thereafter, when an oxidation treatment is performed, the carboxylic acid metal salt compound is oxidatively decomposed and converted into a metal oxide. Next, when a reduction treatment is performed, the metal oxide is also reduced to generate metal atoms. The generated metal atoms adhere to the surfaces of copper powder and fine copper powder. In particular, metal atoms derived from a fine powdery metal carboxylate compound that has been filled in a narrow gap around a portion where copper powders contact each other fill a narrower gap in the contact portion.
例えば、該カルボン酸金属塩化合物を構成する金属カチオン種が、銅よりも卑な金属のカチオン種である場合、該接触部位のより狭い隙間に銅よりも卑な金属が充填される状態となる。作製された焼成型導電体膜を酸化すると、銅よりも卑な金属が優先的に酸化を受け、銅粉相互が接触する部位の銅表面の酸化が抑制される。その結果、酸化に起因する、該接触部位の接触抵抗の上昇を抑制することが可能である。 For example, when the metal cation species constituting the carboxylic acid metal salt compound is a cation species of a metal that is baser than copper, the base metal is filled in a narrower gap at the contact site than copper. . When the produced fired conductor film is oxidized, the base metal is preferentially oxidized over copper, and the oxidation of the copper surface at the portion where the copper powders are in contact with each other is suppressed. As a result, it is possible to suppress an increase in contact resistance at the contact site due to oxidation.
焼成型導電性銅ペースト中に付加的に添加される銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物の体積比率Vmetal -carboxylateと、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの和(Vparticle+Vfine-particle)の比、(Vparticle+Vfine-particle):Vmetal -carboxylateは、100:1〜100:30の範囲、好ましくは、100:1.5〜100:30の範囲に選択することが望ましい。前記の範囲に選択する結果、焼成型導電性銅ペースト中に付加的に添加される銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物に由来する金属の体積比率Vmetal-atomと、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの和(Vparticle+Vfine-particle)の比、(Vparticle+Vfine-particle):Vmetal-atomは、100:0.05〜100:1の範囲、好ましくは、100:0.06〜100:0.8の範囲となることが望ましい。 The volume ratio V metal- carboxylate of the carboxylic acid metal salt compound having a metal cation species other than copper that is additionally added to the fired conductive copper paste, the volume ratio V particle of the copper powder, and the volume ratio of the fine copper powder the ratio of the sum of V fine-particle (V particle + V fine-particle), (V particle + V fine-particle): V metal -carboxylate is 100: 1 to 100: 30 range, preferably 100: 1.5 It is desirable to select in the range of ˜100: 30. As a result of selecting the above range, the volume ratio V metal-atom of the metal derived from the carboxylic acid metal salt compound having a metal cation species other than copper, which is additionally added to the fired conductive copper paste, and copper powder The ratio of the volume ratio V particle to the fine copper powder volume ratio V fine-particle (V particle + V fine-particle ), (V particle + V fine-particle ): V metal-atom is 100: 0.05 ~ The range is 100: 1, preferably 100: 0.06 to 100: 0.8.
前記銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物中に含まれる金属カチオン種は、銅よりも卑な金属種のカチオン種であることが望ましい。好適に利用可能な、銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物として、2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)(分解点250〜300℃)、2-エチルヘキサン酸マンガン(II)(分解点250〜300℃)、2-エチルヘキサン酸コバルト(II)(分解点250〜300℃)などを挙げることができる。 The metal cation species contained in the carboxylic acid metal salt compound having a metal cation species other than copper is desirably a cation species of a base species that is lower than copper. As a carboxylic acid metal salt compound having a metal cation species other than copper, which can be suitably used, nickel (II) 2-ethylhexanoate (decomposition point 250 to 300 ° C.), manganese (II) 2-ethylhexanoate (decomposition) Point 250-300 ° C.) and cobalt (II) 2-ethylhexanoate (decomposition point 250-300 ° C.).
なお、金属ニッケルの抵抗率ρNiは、6.84μΩ・cm、金属マンガンの抵抗率ρMnは、185.0μΩ・cm(20℃)、金属コバルトの抵抗率ρCoは、6.24μΩ・cmであり、金属銅の抵抗率ρCuは、1.673μΩ・cm(20℃)より、いずれも、高い値である。また、金属ニッケル、金属マンガン、金属コバルトは、いずれも、金属銅よりも、卑な金属である。 Note that the resistivity ρ Ni of metallic nickel is 6.84 μΩ · cm, the resistivity ρ Mn of metallic manganese is 185.0 μΩ · cm (20 ° C.), and the resistivity ρ Co of metallic cobalt is 6.24 μΩ · cm. The resistivity ρ Cu of metallic copper is higher than 1.673 μΩ · cm (20 ° C.). Metal nickel, metal manganese, and metal cobalt are all base metals rather than metal copper.
前記銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物は、焼成処理を施す際、分解して、銅よりも卑な金属原子を生成することが可能である必要がある。加えて、焼成型導電性銅ペーストを調製する際、分散溶媒中に溶解し、溶液として含有される必要がある。前記ニッケル、マンガン、コバルトの二価のカチオン種を含むカルボン酸金属塩化合物は、前記の二つの条件を満足する、銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物として、好適に利用される。 The carboxylic acid metal salt compound having a metal cation species other than copper needs to be capable of decomposing and producing a base metal atom that is lower than copper when performing the baking treatment. In addition, when preparing a fired conductive copper paste, it is necessary to dissolve in a dispersion solvent and to be contained as a solution. The carboxylic acid metal salt compound containing the divalent cation species of nickel, manganese and cobalt is suitably used as a carboxylic acid metal salt compound having a metal cation species other than copper that satisfies the above two conditions. .
焼成型導電性銅ペースト塗布膜の膜厚tpasteを、例えば、50μm程度にする上では、通常、スクリーン印刷法を採用する。スクリーン印刷法を適用する場合、焼成型導電性銅ペーストの液粘度は、10Pa・s〜100Pa・sの範囲、好ましくは、20Pa・s〜80Pa・sの範囲に選択する。有機バインダを添加することで、液相の有機ビヒクルの粘度の上昇が図られるが、含有される固体成分の体積比率の和、Vsolid-component(体積%)を調整することで、ペーストの液粘度を上記の範囲に調整することもできる。 In order to set the film thickness t paste of the fired conductive copper paste coating film to about 50 μm, for example, a screen printing method is usually employed. When the screen printing method is applied, the liquid viscosity of the fired conductive copper paste is selected in the range of 10 Pa · s to 100 Pa · s, preferably in the range of 20 Pa · s to 80 Pa · s. By adding an organic binder, the viscosity of the organic vehicle in the liquid phase is increased, but by adjusting the sum of the volume ratios of the solid components contained, V solid-component (volume%), the liquid of the paste The viscosity can also be adjusted to the above range.
以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、ここに示す実施例は、本発明にかかる最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明はかかる具体例に示す形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, although the Example shown here is an example of the best embodiment concerning this invention, this invention is not limited to the form shown to this specific example.
(実施例1)
本実施例1の焼成型導電性銅ペーストは下記の手順で調製されている。
Example 1
The fired conductive copper paste of Example 1 is prepared by the following procedure.
平均粒径dparticle4μmの球状銅粉70質量部と平均粒径dfine-particle0.4μmの球状微細銅粉30質量部に、分散剤としてマリアリムAFB−0851(日油株式会社製)0.2質量部、分散溶媒としてターピネオール(沸点217℃)10質量部、エチルセルロース0.5質量部、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリット(軟化点311℃、結晶化温度444℃、平均粒径dfrit0.95μm)4.5質量部をそれぞれ混合した。この混合物を三本ロール混練機にて混練し、銅ペーストを調製した。 To 70 parts by mass of spherical copper powder having an average particle diameter d particle of 4 μm and 30 parts by mass of spherical fine copper powder having an average particle diameter d fine-particle of 0.4 μm, Marialim AFB-0851 (manufactured by NOF Corporation) 2 parts by weight, 10 parts by weight of terpineol (boiling point 217 ° C.) as a dispersion solvent, 0.5 parts by weight of ethyl cellulose, V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit (softening point 311 ° C., crystallization temperature 444 ° C. , Average particle diameter d frit 0.95 μm) was mixed with 4.5 parts by mass. This mixture was kneaded with a three-roll kneader to prepare a copper paste.
該銅ペースト中、球状銅粉の体積比率Vparticleは、33.2体積%;球状微細銅粉の体積比率Vfine-particleは、14.2体積%;ガラスフリットの体積比率Vfritは、4.4体積%;分散剤の体積比率Vdispersing-agentは、0.9体積%;有機バインダの体積比率Vbinderは、1.9体積%;分散溶媒の体積比率Vsolventは、45.4体積%となっている。 In the copper paste, the volume ratio V particle of spherical copper powder is 33.2% by volume; the volume ratio V fine-particle of spherical fine copper powder is 14.2% by volume; the volume ratio V frit of glass frit is 4 Dispersing agent volume ratio V dispersing-agent is 0.9 vol%; organic binder volume ratio V binder is 1.9 vol%; dispersing solvent volume ratio V solvent is 45.4 vol. %.
なお、マリアリムAFB−0851は、油性分散剤に適する、高分子ポリカルボン酸型の界面活性剤であるが、大気雰囲気下、10分間、350℃以上に加熱すると、分解される。有機バインダ成分として使用する、エチルセルロースは、大気雰囲気下、10分間、350℃以上に加熱すると、分解される。使用した球状銅粉と球状微細銅粉は、湿式法で作製されており、その表面は、極く薄い酸化被膜で覆われている。球状銅粉、球状微細銅粉、ガラスフリットの表面は、高分子ポリカルボン酸型の界面活性剤であるマリアリムAFB−0851で被覆され、エチルセルロースとターピネオールで構成される液相中に均一に分散されている。 Marialim AFB-0851 is a high molecular weight polycarboxylic acid type surfactant suitable for an oil-based dispersant, but decomposes when heated to 350 ° C. or higher for 10 minutes in an air atmosphere. Ethyl cellulose used as an organic binder component is decomposed when heated to 350 ° C. or higher for 10 minutes in an air atmosphere. The used spherical copper powder and spherical fine copper powder are produced by a wet method, and the surface thereof is covered with a very thin oxide film. The surfaces of spherical copper powder, spherical fine copper powder, and glass frit are coated with Mariarim AFB-0851, which is a polymer polycarboxylic acid type surfactant, and are uniformly dispersed in a liquid phase composed of ethyl cellulose and terpineol. ing.
調製された銅ペーストの粘度は、30Pa・sであった。 The viscosity of the prepared copper paste was 30 Pa · s.
該銅ペースト中に含有される球状銅粉の体積比率Vparticle、球状微細銅粉の体積比率Vfine-particle、ガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)は、51.9体積%に相当している。また、球状銅粉の体積比率Vparticleと、球状微細銅粉の体積比率Vfine-particleとガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vfine-particle+Vfrit)の比、Vparticle:(Vfine-particle+Vfrit)は、1:0.56となっている。分散剤であるマリアリムAFB−0851の体積比率Vdispersing-agentと、和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)の比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit):Vdispersing-agentは、1:0.02となっている。ガラスフリットの平均粒径dfrit0.95μmは、球状銅粉の平均粒径dparticle4μmに対して、dfrit<((2)1/2−1)dparticleの関係を満足している。従って、例えば、球状銅粉が立方最密充填状態で積層した場合、その球状銅粉相互の隙間に、微細銅粉とガラスフリットが充填されている状態とすることが可能となっている。 Spherical copper powder having a volume ratio V particle contained in the copper paste, the volume ratio V fine-particle spherical fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit glass frit (V particle + V fine-particle + V frit) is This corresponds to 51.9% by volume. Moreover, the volume ratio V particle of the spherical copper powder, the ratio of the sum of the volume ratio V frit of the volume ratio V fine-particle glass frit spherical fine copper powder (V fine-particle + V frit ), V particle: (V fine -particle + V frit ) is 1: 0.56. The ratio of the volume ratio V dispersing-agent of Marialim AFB-0851 which is a dispersant to the sum (V particle + V fine-particle + V frit ), (V particle + V fine-particle + V frit ): V dispersing-agent is 1: It is 0.02. The average particle diameter d frit of 0.95 μm of the glass frit satisfies the relationship of d frit <((2) 1/2 −1) d particle with respect to the average particle diameter d particle of 4 μm of the spherical copper powder. Therefore, for example, when spherical copper powders are stacked in a cubic close-packed state, it is possible to have a state in which fine copper powder and glass frit are filled in the gaps between the spherical copper powders.
この銅ペーストをガラス基板にスクリーン印刷し、3mm×20mmの短冊状パターンの塗布膜を作製した。作製された塗布膜の平均膜厚tpasteは、30μmであった。該塗布膜を120℃で1分間乾燥し、電気炉を用いて大気雰囲気下400℃で10分間焼成処理した。電気炉から取り出された焼成膜に、窒素−4%水素ガスを流した赤外線焼成炉にて、400℃、10分間還元処理を施した。 This copper paste was screen-printed on a glass substrate to produce a 3 mm × 20 mm strip pattern coating film. The produced coating film had an average film thickness t paste of 30 μm. The coating film was dried at 120 ° C. for 1 minute and baked at 400 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere using an electric furnace. The fired film taken out from the electric furnace was subjected to reduction treatment at 400 ° C. for 10 minutes in an infrared firing furnace in which nitrogen-4% hydrogen gas was passed.
還元処理済みの焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、25μmであった。前記平均膜厚の均一な導電体膜と仮定し、該還元処理済み焼成膜の体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、8.8μΩ・cmであった。還元処理済み焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、tpaste×(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)/100体積%≒15.6μmに対して、約1.61倍となっている。金属銅の抵抗率ρCuは、1.673μΩ・cm(20℃)であり、8.8μΩ・cmは、その約5.26倍である。 The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment was 25 μm. Assuming that the conductor film has a uniform average film thickness, the volume resistivity of the reduced fired film was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 8.8 μΩ · cm. The average film thickness t sintered-layer of the fired film after reduction treatment is about 1.61 times that of t paste × (V particle + V fine-particle + V frit ) / 100 volume% ≈15.6 μm. The resistivity ρ Cu of metallic copper is 1.673 μΩ · cm (20 ° C.), and 8.8 μΩ · cm is about 5.26 times that.
この還元処理済み焼成膜を、大気雰囲気下、125℃のオーブン中に48時間放置し、酸化処理を施した。その後、前記平均膜厚tsintered-layerの均一な導電体膜と仮定し、酸化処理を施した焼成膜について、その体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、13.2μΩ・cmであった。従って、前記酸化処理に伴う体積抵抗率の変化率は、(13.2/8.8)=1.5倍であった。 The reduction-treated fired film was left in an oven at 125 ° C. for 48 hours in an air atmosphere to be oxidized. Thereafter, assuming that the conductor film has a uniform average thickness t sintered-layer , the volume resistivity of the fired film subjected to the oxidation treatment was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 13.2 μΩ · cm. Therefore, the change rate of the volume resistivity accompanying the oxidation treatment was (13.2 / 8.8) = 1.5 times.
(実施例2)
本実施例2の焼成型導電性銅ペーストは下記の手順で調製されている。
(Example 2)
The fired conductive copper paste of Example 2 is prepared by the following procedure.
平均粒径dparticle4μmの球状銅粉70質量部と平均粒径dfine-particle0.4μmの球状微細銅粉30質量部に、分散剤としてマリアリムAFB−0851(日油株式会社製)0.2質量部、分散溶媒としてターピネオール(沸点217℃)10質量部、エチルセルロース0.5質量部、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリット(軟化点311℃、結晶化温度444℃、平均粒径dfrit0.95μm)4.5質量部、平均粒径dnano-particle50nmの銅ナノ粒子2質量部をそれぞれ混合した。この混合物を三本ロール混練機にて混練し、銅ペーストを調製した。 To 70 parts by mass of spherical copper powder having an average particle diameter d particle of 4 μm and 30 parts by mass of spherical fine copper powder having an average particle diameter d fine-particle of 0.4 μm, Marialim AFB-0851 (manufactured by NOF Corporation) 2 parts by weight, 10 parts by weight of terpineol (boiling point 217 ° C.) as a dispersion solvent, 0.5 parts by weight of ethyl cellulose, V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit (softening point 311 ° C., crystallization temperature 444 ° C. , Average particle diameter d frit 0.95 μm) and 4.5 parts by mass, and 2 parts by mass of copper nanoparticles having an average particle diameter d nano-particle of 50 nm were mixed. This mixture was kneaded with a three-roll kneader to prepare a copper paste.
該銅ペースト中、球状銅粉の体積比率Vparticleは、32.9体積%;球状微細銅粉の体積比率Vfine-particleは、14.1体積%;ガラスフリットの体積比率Vfritは、4.4体積%;銅ナノ粒子の体積比率Vnano-particleは、0.9体積%;分散剤の体積比率Vdispersing-agentは、0.9体積%;有機バインダの体積比率Vbinderは、1.8体積%;分散溶媒の体積比率Vsolventは、45.0体積%となっている。 In the copper paste, the volume ratio V particle of spherical copper powder is 32.9% by volume; the volume ratio V fine-particle of spherical fine copper powder is 14.1% by volume; the volume ratio V frit of glass frit is 4 4 volume%; volume ratio V nano-particle of copper nanoparticles is 0.9 volume%; volume ratio of dispersant V dispersing-agent is 0.9 volume%; volume ratio of organic binder V binder is 1 .8% by volume; The volume ratio V solvent of the dispersion solvent is 45.0% by volume.
球状銅粉、球状微細銅粉、エチルセルロース、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリットは、上記実施例1で使用しているものと同じものである。銅ナノ粒子は、液相還元法で作製されており、その表面は、被覆剤分子2−エチルヘキシルオキシプロピルアミン(沸点290℃)で覆われている。球状銅粉、球状微細銅粉、ガラスフリットの表面は、高分子ポリカルボン酸型の界面活性剤であるマリアリムAFB−0851で被覆され、エチルセルロースとターピネオールで構成される液相中に均一に分散されている。一方、銅ナノ粒子は、その表面に被覆剤分子層で被覆された状態で、前記液相中に分散されている。 The spherical copper powder, spherical fine copper powder, ethyl cellulose, and V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit are the same as those used in Example 1 above. Copper nanoparticles are produced by a liquid phase reduction method, and the surface thereof is covered with a coating molecule 2-ethylhexyloxypropylamine (boiling point 290 ° C.). The surfaces of spherical copper powder, spherical fine copper powder, and glass frit are coated with Mariarim AFB-0851, which is a polymer polycarboxylic acid type surfactant, and are uniformly dispersed in a liquid phase composed of ethyl cellulose and terpineol. ing. On the other hand, the copper nanoparticles are dispersed in the liquid phase in a state where the surface thereof is coated with a coating agent molecular layer.
調製された銅ペーストの粘度は、35Pa・sであった。 The viscosity of the prepared copper paste was 35 Pa · s.
該銅ペースト中に含有される球状銅粉の体積比率Vparticle、球状微細銅粉の体積比率Vfine-particle、銅ナノ粒子の体積比率Vnano-particle、ガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vnano-particle+Vfrit)は、52.3体積%に相当している。また、球状銅粉の体積比率Vparticleと、球状微細銅粉の体積比率Vfine-particle、銅ナノ粒子の体積比率Vnano-particle、ガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vfine-particle+Vnano-particle+Vfrit)の比、Vparticle:(Vfine-particle+Vnano-particle+Vfrit)は、1:0.59となっている。従って、例えば、球状銅粉が立方最密充填状態で積層した場合、その球状銅粉相互の隙間に、微細銅粉、銅ナノ粒子、ガラスフリットが充填されている状態とすることが可能となっている。 Spherical copper powder having a volume ratio V particle contained in the copper paste, the volume ratio V fine-particle spherical fine copper powder, the volume ratio V nano-particle of copper nanoparticles, the sum of the volume ratio V frit glass frit ( V particle + V fine-particle + V nano-particle + V frit ) corresponds to 52.3% by volume. Moreover, the volume ratio V particle of the spherical copper powder, the volume ratio V fine-particle spherical fine copper powder, the volume ratio V nano-particle of copper nanoparticles, the sum of the volume ratio V frit glass frit (V fine-particle + V The ratio of nano-particle + V frit ), V particle : (V fine-particle + V nano-particle + V frit ) is 1: 0.59. Therefore, for example, when spherical copper powder is stacked in a cubic close-packed state, it becomes possible to have a state in which fine copper powder, copper nanoparticles, and glass frit are filled in the gaps between the spherical copper powders. ing.
この銅ペーストをガラス基板にスクリーン印刷し、3mm×20mmの短冊状パターンの塗布膜を作製した。作製された塗布膜の平均膜厚tpasteは、30μmであった。該塗布膜を120℃で1分間乾燥し、電気炉を用いて大気雰囲気下400℃で10分間焼成処理した。電気炉から取り出された焼成膜に、窒素−4%水素ガスを流した赤外線焼成炉にて、400℃、10分間還元処理を施した。 This copper paste was screen-printed on a glass substrate to produce a 3 mm × 20 mm strip pattern coating film. The produced coating film had an average film thickness t paste of 30 μm. The coating film was dried at 120 ° C. for 1 minute and baked at 400 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere using an electric furnace. The fired film taken out from the electric furnace was subjected to reduction treatment at 400 ° C. for 10 minutes in an infrared firing furnace in which nitrogen-4% hydrogen gas was passed.
還元処理済みの焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、20μmであった。前記平均膜厚の均一な導電体膜と仮定し、該還元処理済み焼成膜の体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、7.0μΩ・cmであった。還元処理済み焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、tpaste×(Vparticle+Vfine-particle+Vnano-particle+Vfrit)/100体積%≒15.7μmに対して、約1.27倍となっている。金属銅の抵抗率ρCuは、1.673μΩ・cm(20℃)であり、7.0μΩ・cmは、その約4.18倍である。 The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment was 20 μm. Assuming that the conductor film has a uniform average film thickness, the volume resistivity of the reduced fired film was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 7.0 μΩ · cm. The average film thickness t sintered-layer of the fired film after reduction treatment is about 1.27 times for t paste × (V particle + V fine-particle + V nano-particle + V frit ) / 100 vol% ≈15.7 μm. It has become. The resistivity ρ Cu of metallic copper is 1.673 μΩ · cm (20 ° C.), and 7.0 μΩ · cm is about 4.18 times that.
この還元処理済み焼成膜を、大気雰囲気下、125℃のオーブン中に48時間放置し、酸化処理を施した。その後、前記平均膜厚tsintered-layerの均一な導電体膜と仮定し、酸化処理を施した焼成膜について、その体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、11.1μΩ・cmであった。従って、前記酸化処理に伴う体積抵抗率の変化率は、(11.1/7.0)=1.59倍であった。 The reduction-treated fired film was left in an oven at 125 ° C. for 48 hours in an air atmosphere to be oxidized. Thereafter, assuming that the conductor film has a uniform average thickness t sintered-layer , the volume resistivity of the fired film subjected to the oxidation treatment was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 11.1 μΩ · cm. Therefore, the change rate of the volume resistivity accompanying the oxidation treatment was (11.1 / 7.0) = 1.59 times.
(実施例3)
本実施例3では、実施例1の焼成型導電性銅ペーストを使用して、下記する条件で、焼成膜を作製した。
(Example 3)
In Example 3, a fired film was produced using the fired conductive copper paste of Example 1 under the following conditions.
実施例1で調製した銅ペーストをガラス基板にスクリーン印刷し、3mm×20mmの短冊状パターンの塗布膜を作製した。作製された塗布膜の平均膜厚tpasteは、30μmであった。該塗布膜を120℃で1分間乾燥し、電気炉を用いて大気雰囲気下350℃で10分間焼成処理した。電気炉から取り出された焼成膜に、窒素−4%水素ガスを流した赤外線焼成炉にて、350℃、10分間還元処理を施した。 The copper paste prepared in Example 1 was screen-printed on a glass substrate to produce a 3 mm × 20 mm strip pattern coating film. The produced coating film had an average film thickness t paste of 30 μm. The coating film was dried at 120 ° C. for 1 minute and baked at 350 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere using an electric furnace. The fired film taken out from the electric furnace was subjected to reduction treatment at 350 ° C. for 10 minutes in an infrared firing furnace in which nitrogen-4% hydrogen gas was passed.
還元処理済みの焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、25μmであった。前記平均膜厚の均一な導電体膜と仮定し、該還元処理済み焼成膜の体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、12.6μΩ・cmであった。還元処理済み焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、tpaste×(Vparticle+Vfine-particle+Vnano-particle+Vfrit)/100体積%≒15.6μmに対して、約1.61倍となっている。金属銅の抵抗率ρCuは、1.673μΩ・cm(20℃)であり、12.6μΩ・cmは、その約7.53倍である。 The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment was 25 μm. Assuming that the conductor film has a uniform average film thickness, the volume resistivity of the reduced fired film was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 12.6 μΩ · cm. The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment is about 1.61 times for t paste × (V particle + V fine-particle + V nano-particle + V frit ) / 100 vol% ≈15.6 μm. It has become. The resistivity ρ Cu of metallic copper is 1.673 μΩ · cm (20 ° C.), and 12.6 μΩ · cm is about 7.53 times that.
この還元処理済み焼成膜を、大気雰囲気下、125℃のオーブン中に48時間放置し、酸化処理を施した。その後、前記平均膜厚tsintered-layerの均一な導電体膜と仮定し、酸化処理を施した焼成膜について、その体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、18.5μΩ・cmであった。従って、前記酸化処理に伴う体積抵抗率の変化率は、(18.5/12.6)=1.61倍であった。 The reduction-treated fired film was left in an oven at 125 ° C. for 48 hours in an air atmosphere to be oxidized. Thereafter, assuming that the conductor film has a uniform average thickness t sintered-layer , the volume resistivity of the fired film subjected to the oxidation treatment was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 18.5 μΩ · cm. Therefore, the change rate of the volume resistivity accompanying the oxidation treatment was (18.5 / 12.6) = 1.61 times.
(実施例4)
本実施例4の焼成型導電性銅ペーストは下記の手順で調製されている。
Example 4
The fired conductive copper paste of Example 4 is prepared by the following procedure.
平均粒径dparticle4μmの球状銅粉70質量部と平均粒径dfine-particle0.4μmの球状微細銅粉30質量部に、分散剤としてマリアリムAFB−0851(日油株式会社製)0.2質量部、分散溶媒としてターピネオール(沸点217℃)10質量部、アクリル樹脂0.5質量部、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリット(軟化点311℃、結晶化温度444℃、平均粒径dfrit0.95μm)4.5質量部をそれぞれ混合した。この混合物を三本ロール混練機にて混練し、銅ペーストを調製した。 To 70 parts by mass of spherical copper powder having an average particle diameter d particle of 4 μm and 30 parts by mass of spherical fine copper powder having an average particle diameter d fine-particle of 0.4 μm, Marialim AFB-0851 (manufactured by NOF Corporation) 2 parts by mass, terpineol (boiling point 217 ° C.) 10 parts by mass, acrylic resin 0.5 part by mass, V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit (softening point 311 ° C., crystallization temperature 444) (C °, average particle diameter d frit 0.95 μm) 4.5 parts by mass were mixed. This mixture was kneaded with a three-roll kneader to prepare a copper paste.
該銅ペースト中、球状銅粉の体積比率Vparticleは、33.1体積%;球状微細銅粉の体積比率Vfine-particleは、14.2体積%;ガラスフリットの体積比率Vfritは、4.4体積%;分散剤の体積比率Vdispersing-agentは、0.9体積%;有機バインダの体積比率Vbinderは、2.2体積%;分散溶媒の体積比率Vsolventは、45.2体積%となっている。 In the copper paste, the volume ratio V particle of spherical copper powder is 33.1% by volume; the volume ratio V fine-particle of spherical fine copper powder is 14.2% by volume; the volume ratio V frit of glass frit is 4 Dispersing agent volume ratio V dispersing-agent is 0.9 vol%; Organic binder volume ratio V binder is 2.2 vol%; Dispersing solvent volume ratio V solvent is 45.2 vol. %.
球状銅粉、球状微細銅粉、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリットは、上記実施例1で使用しているものと同じものである。有機バインダ成分として使用する、アクリル樹脂は、大気雰囲気下、5分間、300℃以上に加熱すると、分解される。球状銅粉、球状微細銅粉、ガラスフリットの表面は、高分子ポリカルボン酸型の界面活性剤であるマリアリムAFB−0851で被覆され、アクリル樹脂とターピネオールで構成される液相中に均一に分散されている。 The spherical copper powder, spherical fine copper powder, and V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit are the same as those used in Example 1 above. The acrylic resin used as the organic binder component is decomposed when heated to 300 ° C. or higher for 5 minutes in an air atmosphere. The surfaces of spherical copper powder, spherical fine copper powder, and glass frit are coated with Mariarim AFB-0851, which is a polymeric polycarboxylic acid type surfactant, and uniformly dispersed in a liquid phase composed of acrylic resin and terpineol. Has been.
調製された銅ペーストの粘度は、30Pa・sであった。 The viscosity of the prepared copper paste was 30 Pa · s.
該銅ペースト中に含有される球状銅粉の体積比率Vparticle、球状微細銅粉の体積比率Vfine-particle、ガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)は、51.7体積%に相当している。実施例1の焼成型導電性銅ペーストと同様に、本実施例4の焼成型導電性銅ペーストにおいても、例えば、球状銅粉が立方最密充填状態で積層した場合、その球状銅粉相互の隙間に、微細銅粉、銅ナノ粒子、ガラスフリットが充填されている状態とすることが可能となっている。 Spherical copper powder having a volume ratio V particle contained in the copper paste, the volume ratio V fine-particle spherical fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit glass frit (V particle + V fine-particle + V frit) is This corresponds to 51.7% by volume. Similar to the fired conductive copper paste of Example 1, in the fired conductive copper paste of Example 4, for example, when spherical copper powder is laminated in a close-packed state of cubic, The gap can be filled with fine copper powder, copper nanoparticles, and glass frit.
この銅ペーストをガラス基板にスクリーン印刷し、3mm×20mmの短冊状パターンの塗布膜を作製した。作製された塗布膜の平均膜厚tpasteは、30μmであった。該塗布膜を120℃で1分間乾燥し、電気炉を用いて大気雰囲気下350℃で10分間焼成処理した。電気炉から取り出された焼成膜に、窒素−4%水素ガスを流した赤外線焼成炉にて、350℃、10分間還元処理を施した。 This copper paste was screen-printed on a glass substrate to produce a 3 mm × 20 mm strip pattern coating film. The produced coating film had an average film thickness t paste of 30 μm. The coating film was dried at 120 ° C. for 1 minute and baked at 350 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere using an electric furnace. The fired film taken out from the electric furnace was subjected to reduction treatment at 350 ° C. for 10 minutes in an infrared firing furnace in which nitrogen-4% hydrogen gas was passed.
還元処理済みの焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、25μmであった。前記平均膜厚の均一な導電体膜と仮定し、該還元処理済み焼成膜の体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、10.5μΩ・cmであった。還元処理済み焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、tpaste×(Vparticle+Vfine-particle+Vnano-particle+Vfrit)/100体積%≒15.5μmに対して、約1.61倍となっている。金属銅の抵抗率ρCuは、1.673μΩ・cm(20℃)であり、10.5μΩ・cmは、その約6.28倍である。 The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment was 25 μm. Assuming that the conductor film has a uniform average film thickness, the volume resistivity of the reduced fired film was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 10.5 μΩ · cm. The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment is about 1.61 times for t paste × (V particle + V fine-particle + V nano-particle + V frit ) / 100 vol% ≈15.5 μm. It has become. The resistivity ρ Cu of metallic copper is 1.673 μΩ · cm (20 ° C.), and 10.5 μΩ · cm is about 6.28 times that.
この還元処理済み焼成膜を、大気雰囲気下、125℃のオーブン中に48時間放置し、酸化処理を施した。その後、前記平均膜厚tsintered-layerの均一な導電体膜と仮定し、酸化処理を施した焼成膜について、その体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、18.5μΩ・cmであった。従って、前記酸化処理に伴う体積抵抗率の変化率は、(18.5/10.5)=1.61倍であった。 The reduction-treated fired film was left in an oven at 125 ° C. for 48 hours in an air atmosphere to be oxidized. Thereafter, assuming that the conductor film has a uniform average thickness t sintered-layer , the volume resistivity of the fired film subjected to the oxidation treatment was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 18.5 μΩ · cm. Therefore, the change rate of the volume resistivity accompanying the oxidation treatment was (18.5 / 10.5) = 1.61 times.
(実施例5)
本実施例5の焼成型導電性銅ペーストは下記の手順で調製されている。
(Example 5)
The fired conductive copper paste of Example 5 is prepared by the following procedure.
平均粒径dparticle4μmの球状銅粉70質量部と平均粒径dfine-particle0.4μmの球状微細銅粉30質量部に、分散剤としてマリアリムAFB−0851(日油株式会社製)0.2質量部、分散溶媒としてターピネオール(沸点217℃)10質量部、エチルセルロース0.5質量部、B2O3-Bi2O3系のガラスフリット(軟化点390℃、結晶化温度460℃、平均粒径dfrit0.8μm)4.5質量部をそれぞれ混合した。この混合物を三本ロール混練機にて混練し、銅ペーストを調製した。 To 70 parts by mass of spherical copper powder having an average particle diameter d particle of 4 μm and 30 parts by mass of spherical fine copper powder having an average particle diameter d fine-particle of 0.4 μm, Marialim AFB-0851 (manufactured by NOF Corporation) 2 parts by mass, 10 parts by mass of terpineol (boiling point 217 ° C.) as a dispersion solvent, 0.5 parts by mass of ethyl cellulose, B 2 O 3 —Bi 2 O 3 -based glass frit (softening point 390 ° C., crystallization temperature 460 ° C., average 4.5 parts by mass of particle diameter d frit 0.8 μm) were mixed. This mixture was kneaded with a three-roll kneader to prepare a copper paste.
該銅ペースト中、球状銅粉の体積比率Vparticleは、33.6体積%;球状微細銅粉の体積比率Vfine-particleは、14.4体積%;ガラスフリットの体積比率Vfritは、3.4体積%;分散剤の体積比率Vdispersing-agentは、1.0体積%;有機バインダの体積比率Vbinderは、1.9体積%;分散溶媒の体積比率Vsolventは、45.7体積%となっている。 In the copper paste, the volume ratio V particle of spherical copper powder is 33.6% by volume; the volume ratio V fine-particle of spherical fine copper powder is 14.4% by volume; the volume ratio V frit of glass frit is 3 Dispersing agent volume ratio V dispersing-agent is 1.0 vol%; organic binder volume ratio V binder is 1.9 vol%; dispersing solvent volume ratio V solvent is 45.7 vol. %.
球状銅粉、球状微細銅粉、エチルセルロースは、上記実施例1で使用しているものと同じものである。球状銅粉、球状微細銅粉、ガラスフリットの表面は、高分子ポリカルボン酸型の界面活性剤であるマリアリムAFB−0851で被覆され、エチルセルロースとターピネオールで構成される液相中に均一に分散されている。 Spherical copper powder, spherical fine copper powder, and ethyl cellulose are the same as those used in Example 1 above. The surfaces of spherical copper powder, spherical fine copper powder, and glass frit are coated with Mariarim AFB-0851, which is a polymer polycarboxylic acid type surfactant, and are uniformly dispersed in a liquid phase composed of ethyl cellulose and terpineol. ing.
調製された銅ペーストの粘度は、30Pa・sであった。 The viscosity of the prepared copper paste was 30 Pa · s.
該銅ペースト中に含有される球状銅粉の体積比率Vparticle、球状微細銅粉の体積比率Vfine-particle、ガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)は、51.4体積%に相当している。実施例1の焼成型導電性銅ペーストと同様に、本実施例5の焼成型導電性銅ペーストにおいても、例えば、球状銅粉が立方最密充填状態で積層した場合、その球状銅粉相互の隙間に、微細銅粉、ガラスフリットが充填されている状態とすることが可能となっている。 Spherical copper powder having a volume ratio V particle contained in the copper paste, the volume ratio V fine-particle spherical fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit glass frit (V particle + V fine-particle + V frit) is This corresponds to 51.4% by volume. Similarly to the firing type conductive copper paste of Example 1, in the firing type conductive copper paste of Example 5, for example, when spherical copper powder is laminated in a close-packed state of cubic, The gap can be filled with fine copper powder and glass frit.
この銅ペーストをガラス基板にスクリーン印刷し、3mm×20mmの短冊状パターンの塗布膜を作製した。作製された塗布膜の平均膜厚tpasteは、30μmであった。該塗布膜を120℃で1分間乾燥し、電気炉を用いて大気雰囲気下450℃で10分間焼成処理した。電気炉から取り出された焼成膜に、窒素−4%水素ガスを流した赤外線焼成炉にて、450℃、10分間還元処理を施した。 This copper paste was screen-printed on a glass substrate to produce a 3 mm × 20 mm strip pattern coating film. The produced coating film had an average film thickness t paste of 30 μm. The coating film was dried at 120 ° C. for 1 minute and baked at 450 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere using an electric furnace. The fired film taken out from the electric furnace was subjected to reduction treatment at 450 ° C. for 10 minutes in an infrared firing furnace in which nitrogen-4% hydrogen gas was passed.
還元処理済みの焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、20μmであった。前記平均膜厚の均一な導電体膜と仮定し、該還元処理済み焼成膜の体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、8.7μΩ・cmであった。還元処理済み焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、tpaste×(Vparticle+Vfine-particle+Vnano-particle+Vfrit)/100体積%≒15.4μmに対して、約1.30倍となっている。金属銅の抵抗率ρCuは、1.673μΩ・cm(20℃)であり、8.7μΩ・cmは、その約5.20倍である。 The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment was 20 μm. Assuming that the conductor film has a uniform average film thickness, the volume resistivity of the reduced fired film was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 8.7 μΩ · cm. The average film thickness t sintered-layer of the fired film after reduction treatment is about 1.30 times for t paste × (V particle + V fine-particle + V nano-particle + V frit ) / 100 vol% ≈15.4 μm. It has become. The resistivity ρ Cu of metallic copper is 1.673 μΩ · cm (20 ° C.), and 8.7 μΩ · cm is about 5.20 times that.
この還元処理済み焼成膜を、大気雰囲気下、125℃のオーブン中に48時間放置し、酸化処理を施した。その後、前記平均膜厚tsintered-layerの均一な導電体膜と仮定し、酸化処理を施した焼成膜について、その体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、12.9μΩ・cmであった。従って、前記酸化処理に伴う体積抵抗率の変化率は、(12.9/8.7)=1.48倍であった。 The reduction-treated fired film was left in an oven at 125 ° C. for 48 hours in an air atmosphere to be oxidized. Thereafter, assuming that the conductor film has a uniform average thickness t sintered-layer , the volume resistivity of the fired film subjected to the oxidation treatment was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 12.9 μΩ · cm. Therefore, the change rate of the volume resistivity accompanying the oxidation treatment was (12.9 / 8.7) = 1.48 times.
(実施例6)
本実施例6の焼成型導電性銅ペーストは下記の手順で調製されている。
(Example 6)
The fired conductive copper paste of Example 6 is prepared by the following procedure.
平均粒径dparticle4μmの球状銅粉70質量部と平均粒径dfine-particle0.4μmの球状微細銅粉30質量部に、分散剤としてマリアリムAFB−0851(日油株式会社製)0.2質量部、分散溶媒としてポリプロピレングリコール(分子量4000、分解温度260℃)10質量部、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリット(軟化点311℃、結晶化温度444℃、平均粒径dfrit0.95μm)4.5質量部をそれぞれ混合した。この混合物を三本ロール混練機にて混練し、銅ペーストを調製した。 To 70 parts by mass of spherical copper powder having an average particle diameter d particle of 4 μm and 30 parts by mass of spherical fine copper powder having an average particle diameter d fine-particle of 0.4 μm, Marialim AFB-0851 (manufactured by NOF Corporation) 2 parts by mass, polypropylene glycol (molecular weight 4000, decomposition temperature 260 ° C.) as a dispersion solvent, V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit (softening point 311 ° C., crystallization temperature 444 ° C., average (Particle size d frit 0.95 μm) 4.5 parts by mass were mixed. This mixture was kneaded with a three-roll kneader to prepare a copper paste.
該銅ペースト中、球状銅粉の体積比率Vparticleは、35.1体積%;球状微細銅粉の体積比率Vfine-particleは、15.0体積%;ガラスフリットの体積比率Vfritは、4.7体積%;分散剤の体積比率Vdispersing-agentは、1.0体積%;有機バインダの体積比率Vbinderは、0体積%;分散溶媒の体積比率Vsolventは、44.2体積%となっている。 In the copper paste, the volume ratio V particle of spherical copper powder is 35.1% by volume; the volume ratio V fine-particle of spherical fine copper powder is 15.0% by volume; the volume ratio V frit of glass frit is 4 Dispersant volume ratio V dispersing-agent is 1.0 vol%; Organic binder volume ratio V binder is 0 vol%; Dispersing solvent volume ratio V solvent is 44.2 vol% It has become.
球状銅粉、球状微細銅粉、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリットは、上記実施例1で使用しているものと同じものである。球状銅粉、球状微細銅粉、ガラスフリットの表面は、高分子ポリカルボン酸型の界面活性剤であるマリアリムAFB−0851で被覆され、液相(ポリプロピレングリコール)中に均一に分散されている。 The spherical copper powder, spherical fine copper powder, and V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit are the same as those used in Example 1 above. The surfaces of the spherical copper powder, spherical fine copper powder, and glass frit are coated with Mariarim AFB-0851, which is a polymer polycarboxylic acid type surfactant, and are uniformly dispersed in the liquid phase (polypropylene glycol).
調製された銅ペーストの粘度は、30Pa・sであった。 The viscosity of the prepared copper paste was 30 Pa · s.
該銅ペースト中に含有される球状銅粉の体積比率Vparticle、球状微細銅粉の体積比率Vfine-particle、ガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)は、54.8体積%に相当している。実施例1の焼成型導電性銅ペーストと同様に、本実施例6の焼成型導電性銅ペーストにおいても、例えば、球状銅粉が立方最密充填状態で積層した場合、その球状銅粉相互の隙間に、微細銅粉、ガラスフリットが充填されている状態とすることが可能となっている。 Spherical copper powder having a volume ratio V particle contained in the copper paste, the volume ratio V fine-particle spherical fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit glass frit (V particle + V fine-particle + V frit) is This corresponds to 54.8% by volume. Similarly to the fired conductive copper paste of Example 1, in the fired conductive copper paste of Example 6, for example, when spherical copper powders are stacked in a cubic close packed state, The gap can be filled with fine copper powder and glass frit.
この銅ペーストをガラス基板にスクリーン印刷し、3mm×20mmの短冊状パターンの塗布膜を作製した。作製された塗布膜の平均膜厚tpasteは、30μmであった。該塗布膜を120℃で1分間乾燥し、電気炉を用いて大気雰囲気下400℃で10分間焼成処理した。電気炉から取り出された焼成膜に、窒素−4%水素ガスを流した赤外線焼成炉にて、400℃、10分間還元処理を施した。 This copper paste was screen-printed on a glass substrate to produce a 3 mm × 20 mm strip pattern coating film. The produced coating film had an average film thickness t paste of 30 μm. The coating film was dried at 120 ° C. for 1 minute and baked at 400 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere using an electric furnace. The fired film taken out from the electric furnace was subjected to reduction treatment at 400 ° C. for 10 minutes in an infrared firing furnace in which nitrogen-4% hydrogen gas was passed.
還元処理済みの焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、24μmであった。前記平均膜厚の均一な導電体膜と仮定し、該還元処理済み焼成膜の体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、7.8μΩ・cmであった。還元処理済み焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、tpaste×(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)/100体積%≒16.4μmに対して、約1.46倍となっている。金属銅の抵抗率ρCuは、1.673μΩ・cm(20℃)であり、7.8μΩ・cmは、その約4.66倍である。 The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment was 24 μm. Assuming that the conductor film has a uniform average film thickness, the volume resistivity of the reduced fired film was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 7.8 μΩ · cm. The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment is about 1.46 times that of t paste × (V particle + V fine-particle + V frit ) / 100 volume% ≈16.4 μm. The resistivity ρ Cu of metallic copper is 1.673 μΩ · cm (20 ° C.), and 7.8 μΩ · cm is about 4.66 times that.
この還元処理済み焼成膜を、大気雰囲気下、125℃のオーブン中に48時間放置し、酸化処理を施した。その後、前記平均膜厚tsintered-layerの均一な導電体膜と仮定し、酸化処理を施した焼成膜について、その体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、12.5μΩ・cmであった。従って、前記酸化処理に伴う体積抵抗率の変化率は、(12.5/7.8)=1.6倍であった。 The reduction-treated fired film was left in an oven at 125 ° C. for 48 hours in an air atmosphere to be oxidized. Thereafter, assuming that the conductor film has a uniform average thickness t sintered-layer , the volume resistivity of the fired film subjected to the oxidation treatment was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 12.5 μΩ · cm. Therefore, the change rate of the volume resistivity accompanying the oxidation treatment was (12.5 / 7.8) = 1.6 times.
(実施例7)
本実施例7の焼成型導電性銅ペーストは下記の手順で調製されている。
(Example 7)
The fired conductive copper paste of Example 7 is prepared by the following procedure.
平均粒径dparticle4μmの球状銅粉70質量部と平均粒径dfine-particle0.4μmの球状微細銅粉30質量部に、分散剤としてマリアリムAFB−0851(日油株式会社製)0.2質量部、分散溶媒としてターピネオール(沸点217℃)10質量部、エチルセルロース0.5質量部、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリット(軟化点311℃、結晶化温度444℃、平均粒径dfrit0.95μm)4.5質量部、2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)(分子量345)2.9質量部をそれぞれ混合した。この混合物を三本ロール混練機にて混練し、銅ペーストを調製した。 To 70 parts by mass of spherical copper powder having an average particle diameter d particle of 4 μm and 30 parts by mass of spherical fine copper powder having an average particle diameter d fine-particle of 0.4 μm, Marialim AFB-0851 (manufactured by NOF Corporation) 2 parts by weight, 10 parts by weight of terpineol (boiling point 217 ° C.) as a dispersion solvent, 0.5 parts by weight of ethyl cellulose, V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit (softening point 311 ° C., crystallization temperature 444 ° C. , 4.5 parts by weight of average particle diameter d frit 0.95 μm) and 2.9 parts by weight of nickel (II) 2-ethylhexanoate (molecular weight 345). This mixture was kneaded with a three-roll kneader to prepare a copper paste.
該銅ペースト中、球状銅粉の体積比率Vparticleは、29.5体積%;球状微細銅粉の体積比率Vfine-particleは、12.6体積%;ガラスフリットの体積比率Vfritは、3.9体積%;2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)の体積比率VNi-carboxylateは、11.3体積%;分散剤の体積比率Vdispersing-agentは、0.8体積%;有機バインダの体積比率Vbinderは、1.7体積%;分散溶媒の体積比率Vsolventは、40.2体積%となっている。 In the copper paste, the volume ratio V particle of spherical copper powder is 29.5% by volume; the volume ratio V fine-particle of spherical fine copper powder is 12.6% by volume; the volume ratio V frit of glass frit is 3 0.9% by volume; Volume ratio V Ni-carboxylate of nickel (II) 2-ethylhexanoate is 11.3% by volume; Volume ratio of dispersing agent V dispersing-agent is 0.8% by volume; Volume of organic binder The ratio V binder is 1.7% by volume; the volume ratio V solvent of the dispersion solvent is 40.2% by volume.
球状銅粉、球状微細銅粉、エチルセルロース、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリットは、上記実施例1で使用しているものと同じものである。2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)は、微細粉末の形状で添加し、混合することで、エチルセルロースとターピネオールで構成される液相中に溶解されている。2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)(分子量345)2.9質量部中のニッケル量は0.5質量部に相当する。2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)は、10分間、350℃以上に加熱すると、分解され、金属ニッケルに変換される。その後、酸化を受けると、酸化ニッケル(II)に変換される。球状銅粉、球状微細銅粉、ガラスフリットの表面は、高分子ポリカルボン酸型の界面活性剤であるマリアリムAFB−0851で被覆され、2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)を溶解している、エチルセルロースとターピネオールで構成される液相中に均一に分散されている。 The spherical copper powder, spherical fine copper powder, ethyl cellulose, and V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit are the same as those used in Example 1 above. Nickel (II) 2-ethylhexanoate is dissolved in a liquid phase composed of ethylcellulose and terpineol by adding and mixing in the form of fine powder. The amount of nickel in 2.9 parts by mass of nickel 2-ethylhexanoate (II) (molecular weight 345) corresponds to 0.5 parts by mass. When nickel 2-ethylhexanoate (II) is heated to 350 ° C. or higher for 10 minutes, it is decomposed and converted to metallic nickel. Thereafter, when oxidized, it is converted to nickel (II) oxide. The surface of the spherical copper powder, spherical fine copper powder, and glass frit is coated with Mariarim AFB-0851 which is a high molecular weight polycarboxylic acid type surfactant and dissolves nickel 2-ethylhexanoate (II). It is uniformly dispersed in a liquid phase composed of ethyl cellulose and terpineol.
2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)の体積比率VNi-carboxylateと、分散溶媒ターピネオールの体積比率Vsolventの比を、VNi-carboxylate:Vsolvent=28.1:100に選択している。従って、ターピネオールに対する2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)の溶解度は、29g/100g(25℃)以上である。 And the volume ratio V Ni-carboxylate of nickel 2-ethylhexanoate (II), the ratio of the volume ratio V Solvent for dispersion solvent terpineol, V Ni-carboxylate: V solvent = 28.1: are selected 100. Therefore, the solubility of nickel 2-ethylhexanoate (II) in terpineol is 29 g / 100 g (25 ° C.) or more.
調製された銅ペーストの粘度は、34Pa・sであった。 The viscosity of the prepared copper paste was 34 Pa · s.
該銅ペースト中に含有される球状銅粉の体積比率Vparticle、球状微細銅粉の体積比率Vfine-particle、ガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)は、48.2体積%に相当している。また、球状銅粉の体積比率Vparticleと、2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)の体積比率VNi-carboxylate、球状微細銅粉の体積比率Vfine-particle、ガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vfine-particle+VNi-carboxylate+Vfrit)の比、Vparticle:(Vfine-particle+VNi-carboxylate+Vfrit)は、1:0.95となっている。分散剤であるマリアリムAFB−0851の体積比率Vdispersing-agentと、和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)の比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit):Vdispersing-agentは、1:0.02となっている。 Spherical copper powder having a volume ratio V particle contained in the copper paste, the volume ratio V fine-particle spherical fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit glass frit (V particle + V fine-particle + V frit) is This corresponds to 48.2% by volume. Further, the sum of the volume ratio V particle of the spherical copper powder, 2 volume ratio V Ni-carboxylate of nickel ethylhexanoate (II), the volume of the spherical fine copper powder ratio V fine-particle, glass frit volume ratio V frit The ratio of (V fine-particle + V Ni-carboxylate + V frit ), V particle : (V fine-particle + V Ni-carboxylate + V frit ) is 1: 0.95. The ratio of the volume ratio V dispersing-agent of Marialim AFB-0851 which is a dispersant to the sum (V particle + V fine-particle + V frit ), (V particle + V fine-particle + V frit ): V dispersing-agent is 1: It is 0.02.
従って、例えば、球状銅粉が立方最密充填状態で積層した場合、乾燥処理を行うと、その球状銅粉相互の隙間に、析出した2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)、微細銅粉、ガラスフリットが充填されている状態とすることが可能となっている。さらに、焼成処理を施すと、析出した2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)が分解されると、球状銅粉相互の隙間に、微細銅粉と、析出した2-エチルヘキサン酸ニッケル(II)に由来する金属ニッケルが充填され、また、軟化したガラスフリットが該球状銅粉の表面を濡らし、球状銅粉相互の隙間を部分的に封止した状態となる。 Therefore, for example, when spherical copper powder is laminated in a close-packed state of cubic, when drying is performed, nickel 2-ethylhexanoate (II), fine copper powder, and glass deposited in the gaps between the spherical copper powders. The frit can be filled. Furthermore, when the calcination treatment is performed, the precipitated nickel 2-ethylhexanoate (II) is decomposed, and the fine copper powder and the deposited nickel 2-ethylhexanoate (II) are formed in the gaps between the spherical copper powders. The derived metallic nickel is filled, and the softened glass frit wets the surface of the spherical copper powder, and the gap between the spherical copper powders is partially sealed.
この銅ペーストをガラス基板にスクリーン印刷し、3mm×20mmの短冊状パターンの塗布膜を作製した。作製された塗布膜の平均膜厚tpasteは、30μmであった。該塗布膜を120℃で1分間乾燥し、電気炉を用いて大気雰囲気下450℃で10分間焼成処理した。電気炉から取り出された焼成膜に、窒素−4%水素ガスを流した赤外線焼成炉にて、450℃、10分間還元処理を施した。 This copper paste was screen-printed on a glass substrate to produce a 3 mm × 20 mm strip pattern coating film. The produced coating film had an average film thickness t paste of 30 μm. The coating film was dried at 120 ° C. for 1 minute and baked at 450 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere using an electric furnace. The fired film taken out from the electric furnace was subjected to reduction treatment at 450 ° C. for 10 minutes in an infrared firing furnace in which nitrogen-4% hydrogen gas was passed.
還元処理済みの焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、20μmであった。前記平均膜厚の均一な導電体膜と仮定し、該還元処理済み焼成膜の体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、9.5μΩ・cmであった。還元処理済み焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、tpaste×(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)/100体積%≒14.5μmに対して、約1.38倍となっている。金属銅の抵抗率ρCuは、1.673μΩ・cm(20℃)であり、9.5μΩ・cmは、その約5.68倍である。 The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment was 20 μm. Assuming that the conductor film has a uniform average film thickness, the volume resistivity of the reduced fired film was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 9.5 μΩ · cm. The average film thickness t sintered-layer of the reduced fired film is about 1.38 times that of t paste × (V particle + V fine-particle + V frit ) / 100 volume% ≈14.5 μm. The resistivity ρ Cu of metallic copper is 1.673 μΩ · cm (20 ° C.), and 9.5 μΩ · cm is about 5.68 times that.
この還元処理済み焼成膜を、大気雰囲気下、125℃のオーブン中に48時間放置し、酸化処理を施した。その後、前記平均膜厚tsintered-layerの均一な導電体膜と仮定し、酸化処理を施した焼成膜について、その体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、9.8μΩ・cmであった。従って、前記酸化処理に伴う体積抵抗率の変化率は、(9.8/9.5)=1.03倍であった。 The reduction-treated fired film was left in an oven at 125 ° C. for 48 hours in an air atmosphere to be oxidized. Thereafter, assuming that the conductor film has a uniform average thickness t sintered-layer , the volume resistivity of the fired film subjected to the oxidation treatment was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 9.8 μΩ · cm. Therefore, the volume resistivity change rate accompanying the oxidation treatment was (9.8 / 9.5) = 1.03 times.
(参考例1)
本参考例1では、実施例5の焼成型導電性銅ペーストを使用して、下記する条件で、焼成膜を作製した。
(Reference Example 1)
In Reference Example 1, a fired film was produced using the fired conductive copper paste of Example 5 under the following conditions.
実施例5で調製した銅ペーストをガラス基板にスクリーン印刷し、3mm×20mmの短冊状パターンの塗布膜を作製した。作製された塗布膜の平均膜厚tpasteは、30μmであった。該塗布膜を120℃で1分間乾燥し、電気炉を用いて大気雰囲気下400℃で10分間焼成処理した。電気炉から取り出された焼成膜に、窒素−4%水素ガスを流した赤外線焼成炉にて、400℃、10分間還元処理を施した。 The copper paste prepared in Example 5 was screen-printed on a glass substrate to produce a 3 mm × 20 mm strip pattern coating film. The produced coating film had an average film thickness t paste of 30 μm. The coating film was dried at 120 ° C. for 1 minute and baked at 400 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere using an electric furnace. The fired film taken out from the electric furnace was subjected to reduction treatment at 400 ° C. for 10 minutes in an infrared firing furnace in which nitrogen-4% hydrogen gas was passed.
還元処理済みの焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、21μmであった。前記平均膜厚の均一な導電体膜と仮定し、該還元処理済み焼成膜の体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、8.9μΩ・cmであった。還元処理済み焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、tpaste×(Vparticle+Vfine-particle+Vnano-particle+Vfrit)/100体積%≒14.5μmに対して、約1.45倍となっている。金属銅の抵抗率ρCuは、1.673μΩ・cm(20℃)であり、8.9μΩ・cmは、その約5.32倍である。 The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment was 21 μm. Assuming that the conductor film has a uniform average film thickness, the volume resistivity of the reduced fired film was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 8.9 μΩ · cm. The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment is about 1.45 times for t paste × (V particle + V fine-particle + V nano-particle + V frit ) / 100 vol% ≈14.5 μm. It has become. The resistivity ρ Cu of metallic copper is 1.673 μΩ · cm (20 ° C.), and 8.9 μΩ · cm is about 5.32 times that.
テープ剥離試験によって、ガラス基板上に形成された焼成膜の剥離の有無を確認した。参考例1で作製した焼成膜は、剥離を生じていた。従って、参考例1で作製した焼成膜では、ガラス基板の平坦な表面に対する密着性は「不良」と判断される。 The presence or absence of peeling of the fired film formed on the glass substrate was confirmed by a tape peeling test. The fired film produced in Reference Example 1 was peeled off. Therefore, in the fired film produced in Reference Example 1, the adhesion to the flat surface of the glass substrate is judged as “poor”.
使用しているガラスフリットの軟化点390℃に対して、実施例5においては、焼成処理の温度は450℃であり、少なくとも、30℃以上高く選択されているが、参考例1においては、焼成処理の温度は400℃であり、10℃高いのみである。そのため、400℃に加熱した際、銅粉相互の隙間に充填されている、微細粉末状のガラスフリットは軟化しているが、ガラス基板の表面と、焼成膜下面を構成する銅粉との隙間に、軟化したガラスフリットが密に充填された状態を形成していないと推定される。その結果、実施例5の焼成型導電性銅ペーストを利用して、参考例1の焼成条件で作製した焼成膜では、ガラスフリットを利用するガラス基板に対する密着性の向上効果は、十分に発揮されていない。 In Example 5, the temperature of the baking treatment is 450 ° C., which is selected to be at least 30 ° C. higher than the softening point of 390 ° C. of the glass frit used. The processing temperature is 400 ° C., which is only 10 ° C. higher. Therefore, when heated to 400 ° C., the fine powdery glass frit filled in the gap between the copper powders is softened, but the gap between the surface of the glass substrate and the copper powder constituting the lower surface of the fired film In addition, it is presumed that the softened glass frit does not form a densely packed state. As a result, with the fired film produced under the firing conditions of Reference Example 1 using the fired conductive copper paste of Example 5, the effect of improving the adhesion to the glass substrate using the glass frit is sufficiently exhibited. Not.
下記の表1−1〜表1−3に、上記の実施例1〜実施例7、参考例1に記載する結果を纏める。 The results described in Examples 1 to 7 and Reference Example 1 are summarized in Tables 1-1 to 1-3 below.
(実施例8)
本実施例8の焼成型導電性銅ペーストは下記の手順で調製されている。
(Example 8)
The fired conductive copper paste of Example 8 is prepared by the following procedure.
平均粒径dparticle4μmの球状銅粉61質量部と平均粒径dfine-particle0.4μmの球状微細銅粉26質量部に、分散剤としてマリアリムAKM−1511−60(日油株式会社製)0.3質量部、分散溶媒としてトリプロピレングリコールモノメチルーテル(沸点242℃)8.7質量部、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリット(軟化点311℃、結晶化温度444℃、平均粒径dfrit0.95μm)4質量部をそれぞれ混合した。この混合物を三本ロール混練機にて混練し、銅ペーストを調製した。 Mariarim AKM-1511-60 (manufactured by NOF Corporation) as a dispersant in 61 parts by mass of spherical copper powder with an average particle diameter d particle of 4 μm and 26 parts by mass of spherical fine copper powder with an average particle diameter d fine-particle of 0.4 μm 0.3 parts by mass, 8.7 parts by mass of tripropylene glycol monomethyl ether (boiling point 242 ° C.) as a dispersion solvent, V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit (softening point 311 ° C., crystallization temperature (444 ° C., average particle diameter d frit 0.95 μm) 4 parts by mass were mixed. This mixture was kneaded with a three-roll kneader to prepare a copper paste.
該銅ペースト中、球状銅粉の体積比率Vparticleは、34.2体積%;球状微細銅粉の体積比率Vfine-particleは、14.6体積%;ガラスフリットの体積比率Vfritは、4.7体積%;分散剤の体積比率Vdispersing-agentは、1.7体積%;有機バインダの体積比率Vbinderは、0体積%;分散溶媒の体積比率Vsolventは、44.8体積%となっている。 In the copper paste, the volume ratio V particle of spherical copper powder is 34.2% by volume; the volume ratio V fine-particle of spherical fine copper powder is 14.6% by volume; the volume ratio V frit of glass frit is 4 Dispersing agent volume ratio V dispersing-agent is 1.7 vol%; Organic binder volume ratio V binder is 0 vol%; Dispersing solvent volume ratio V solvent is 44.8 vol% It has become.
なお、マリアリムAKM−1511−60は、水溶性を有する分散剤に適する、高分子ポリカルボン酸型の界面活性剤であるが、大気雰囲気下、10分間、350℃以上に加熱すると、分解される。球状銅粉、球状微細銅粉、V2O5-ZnO-BaO-TeO2系のガラスフリットは、上記実施例1で使用しているものと同じものである。球状銅粉、球状微細銅粉、ガラスフリットの表面は、高分子ポリカルボン酸型の界面活性剤であるマリアリムAKM−1511−60で被覆され、液相(トリプロピレングリコールモノメチルーテル)中に均一に分散されている。 Marialim AKM-1511-60 is a polymeric polycarboxylic acid type surfactant suitable for a water-soluble dispersant, but decomposes when heated to 350 ° C. or higher for 10 minutes in an air atmosphere. . The spherical copper powder, spherical fine copper powder, and V 2 O 5 —ZnO—BaO—TeO 2 glass frit are the same as those used in Example 1 above. The surfaces of spherical copper powder, spherical fine copper powder, and glass frit are coated with Marialim AKM-1511-60, which is a polymeric polycarboxylic acid type surfactant, and uniform in the liquid phase (tripropylene glycol monomethyl ether). Are distributed.
調製された銅ペーストの粘度は、30Pa・sであった。 The viscosity of the prepared copper paste was 30 Pa · s.
該銅ペースト中に含有される球状銅粉の体積比率Vparticle、球状微細銅粉の体積比率Vfine-particle、ガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)は、53.5体積%に相当している。また、球状銅粉の体積比率Vparticleと、球状微細銅粉の体積比率Vfine-particleとガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vfine-particle+Vfrit)の比、Vparticle:(Vfine-particle+Vfrit)は、1:0.56となっている。実施例1の焼成型導電性銅ペーストと同様に、本実施例8の焼成型導電性銅ペーストにおいても、例えば、球状銅粉が立方最密充填状態で積層した場合、その球状銅粉相互の隙間に、微細銅粉、ガラスフリットが充填されている状態とすることが可能となっている。 Spherical copper powder having a volume ratio V particle contained in the copper paste, the volume ratio V fine-particle spherical fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit glass frit (V particle + V fine-particle + V frit) is This corresponds to 53.5% by volume. Moreover, the volume ratio V particle of the spherical copper powder, the ratio of the sum of the volume ratio V frit of the volume ratio V fine-particle glass frit spherical fine copper powder (V fine-particle + V frit ), V particle: (V fine -particle + V frit ) is 1: 0.56. Similarly to the firing type conductive copper paste of Example 1, in the firing type conductive copper paste of Example 8, for example, when spherical copper powders are laminated in a cubic close-packed state, The gap can be filled with fine copper powder and glass frit.
この銅ペーストをガラス基板にスクリーン印刷し、3mm×20mmの短冊状パターンの塗布膜を作製した。作製された塗布膜の平均膜厚tpasteは、30μmであった。該塗布膜を150℃で1分間乾燥し、電気炉を用いて大気雰囲気下400℃で10分間焼成処理した。電気炉から取り出された焼成膜に、窒素−4%水素ガスを流した赤外線焼成炉にて、400℃、10分間還元処理を施した。 This copper paste was screen-printed on a glass substrate to produce a 3 mm × 20 mm strip pattern coating film. The produced coating film had an average film thickness t paste of 30 μm. The coating film was dried at 150 ° C. for 1 minute and baked at 400 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere using an electric furnace. The fired film taken out from the electric furnace was subjected to reduction treatment at 400 ° C. for 10 minutes in an infrared firing furnace in which nitrogen-4% hydrogen gas was passed.
還元処理済みの焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、24μmであった。前記平均膜厚の均一な導電体膜と仮定し、該還元処理済み焼成膜の体積抵抗率を4端針プローブにて測定した。測定された体積抵抗率は、6.1μΩ・cmであった。還元処理済み焼成膜の平均膜厚tsintered-layerは、tpaste×(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)/100体積%≒16.1μmに対して、約1.50倍となっている。金属銅の抵抗率ρCuは、1.673μΩ・cm(20℃)であり、6.1μΩ・cmは、その約3.64倍である。 The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment was 24 μm. Assuming that the conductor film has a uniform average film thickness, the volume resistivity of the reduced fired film was measured with a four-end needle probe. The measured volume resistivity was 6.1 μΩ · cm. The average film thickness t sintered-layer of the fired film after the reduction treatment is about 1.50 times with respect to t paste × (V particle + V fine-particle + V frit ) / 100 volume% ≈16.1 μm. The resistivity ρ Cu of metallic copper is 1.673 μΩ · cm (20 ° C.), and 6.1 μΩ · cm is about 3.64 times that.
実施例8の焼成型導電性銅ペーストを利用して作製した、還元処理済み焼成膜の断面を光学顕微鏡で観察した。図1に、光学顕微鏡による焼成膜断面を観察した結果の一例を示す。球状銅粉が積層する構造中、球形銅粉相互の隙間に、球状微細銅粉が充填され、球形銅粉と球状微細銅粉の狭い隙間と表面を覆うように、ガラスフリットが浸潤している。また、ガラス基板表面と焼結膜の界面の隙間も、ガラスフリットが浸潤している。従って、ガラスフリットは、ガラス基板表面に対する、焼結膜の密着性を向上させている。 The cross section of the fired film after reduction treatment produced using the fired conductive copper paste of Example 8 was observed with an optical microscope. In FIG. 1, an example of the result of having observed the fired film cross section by an optical microscope is shown. In the structure in which spherical copper powder is laminated, spherical fine copper powder is filled in the gaps between the spherical copper powders, and the glass frit is infiltrated so as to cover the narrow gap and the surface of the spherical copper powder and spherical fine copper powder. . The glass frit is also infiltrated in the gap between the glass substrate surface and the sintered film. Therefore, the glass frit improves the adhesion of the sintered film to the glass substrate surface.
本発明にかかる焼成型導電性銅ペーストは、膜厚の厚い銅粉焼成体型の導電体膜の作製に利用できる。本発明にかかる焼成型導電性銅ペーストは、特には、焼成処理時の加熱温度を、350℃〜450℃の範囲に選択して、基板表面に対して高い密着性を示し、良好な導電性を有する、膜厚の厚い銅粉焼成体型の導電体膜の作製に好適に利用できる。 The fired conductive copper paste according to the present invention can be used for producing a copper powder fired body type conductor film having a large film thickness. The baked conductive copper paste according to the present invention is particularly good in that the heating temperature during the baking process is selected in the range of 350 ° C. to 450 ° C. and exhibits high adhesion to the substrate surface. It can utilize suitably for preparation of the copper powder baking body type conductor film with a thick film.
Claims (12)
該焼成型導電性銅ペーストは、銅粉、微細銅粉、ガラスフリット、分散剤、有機バインダ、分散溶媒を含んでなり、
該焼成型導電性銅ペーストを使用して、
(工程1)該焼成型導電性銅ペーストを塗布して塗布膜を形成する塗布工程;
(工程2)温度Tdryingに加熱して、該塗布膜中に含まれる分散溶媒を一部蒸散させて、乾燥処理済塗布膜を形成する乾燥処理工程;
(工程3)大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱して、該乾燥処理済塗布膜中に含まれる、分散剤、有機バインダ、分散溶媒を除去し、銅粉、微細銅粉の表面に酸化被膜を形成し、ガラスフリットの軟化を行って、焼成体を形成する酸化処理工程;
(工程4)不活性ガス中に水素ガスを1体積%〜4体積%の範囲で含む還元性雰囲気下、温度Tsinteringに加熱して、該焼成体に含まれる銅粉、微細銅粉の表面の酸化被膜を還元し、銅粉、微細銅粉の焼結を行って、焼成型導電体を形成する還元処理工程;
前記工程1〜工程4を含む焼成型導電体の作製プロセスを利用して、焼成型導電体を作製することができ、
前記温度Tsinteringは、350℃≦Tsintering≦450℃の範囲に選択され、
前記温度Tdryingは、100℃≦Tdrying<150℃の範囲に選択され、
前記銅粉の平均粒径dparticleは、10μm≧dparticle≧1.5μmの範囲に選択され;
前記微細銅粉の平均粒径dfine-particleは、1/20dparticle≦dfine-particle≦1/4dparticleの範囲に選択され;
前記ガラスフリットは、その軟化点Tfrit-softeningと結晶化温度Tfrit-crystallizingは、Tfrit-crystallizing>Tsintering>Tfrit-softeningと(Tsintering−Tfrit-softening)≧20℃の条件を満たすガラスフリット材料で形成される、粉末状のガラスフリットであり、
該粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritは、1/10dparticle≦dfrit≦1/2dparticleの範囲に選択され、
前記分散溶媒は、高沸点の有機溶媒であって、大気中におけるその沸点または分解点Tsolvent-b.p.は、Tsintering>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満たしており、
前記有機バインダは、前記分散溶媒に溶解可能であり、その沸点Tbinder-b.p.は、Tbinder-b.p.>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満たし、大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱することで、酸化的に分解可能な高分子化合物であり、
前記分散剤は、その沸点Tdispersing-agent-b.p.は、Tdispersing-agent-b.p.>Tsolvent-b.p.>Tdryingの条件を満たし、大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱することで、酸化的に分解可能な高分子界面活性剤であり、
該焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfrit、分散剤の体積比率Vdispersing-agent、有機バインダの体積比率Vbinder、分散溶媒の体積比率Vsolventは、下記の条件を満たす:
銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)は、65体積%≧(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)≧40体積%の範囲に選択され;
銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfrit、分散剤の体積比率Vdispersing-agentの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent)と、有機バインダの体積比率Vbinder、分散溶媒の体積比率Vsolventの和(Vbinder+Vsolvent)の比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent):(Vbinder+Vsolvent)は、1:0.5〜1:1.4の範囲に選択され;
銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit)と、分散剤の体積比率Vdispersing-agentの比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit):Vdispersing-agentは、1:0.095を超えない範囲に選択され;
銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの比、Vparticle:Vfine-particleは、80:20〜60:40の範囲に選択され、
銅粉の体積比率Vparticleと、微細銅粉の体積比率Vfine-particleと粉末状のガラスフリットの体積比率Vfritの和(Vfine-particle+Vfrit)の比、Vparticle:(Vfine-particle+Vfrit)は、1:0.40〜1:0.75の範囲に選択され、
銅粉の体積比率Vparticle、微細銅粉の体積比率Vfine-particle、粉末状のガラスフリットの体積比率Vfrit、分散剤の体積比率Vdispersing-agentの和(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent)と、有機バインダの体積比率Vbinderの比、(Vparticle+Vfine-particle+Vfrit+Vdispersing-agent):Vbinderは、1:0.045を超えない範囲に選択される
ことを特徴とする、焼成型導電性銅ペースト。 A fired conductive copper paste containing glass frit,
The fired conductive copper paste comprises copper powder, fine copper powder, glass frit, a dispersant, an organic binder, and a dispersion solvent.
Using the fired conductive copper paste,
(Step 1) A coating step of coating the fired conductive copper paste to form a coating film;
(Step 2) A drying treatment step of heating to the temperature T drying to partially evaporate the dispersion solvent contained in the coating film to form a dried coating film;
(Step 3) under an air atmosphere and heated to a temperature T Sintering, contained in the dry treated coating film, dispersing agent, an organic binder, a dispersion solvent was removed and copper powder, oxide film on the surface of the fine copper powder Forming an baked body by softening the glass frit to form a fired body;
(Step 4) under a reducing atmosphere containing hydrogen gas in an inert gas in the range of 1 vol% to 4 vol%, and heated to a temperature T Sintering, copper powder contained in said heat-surface of the fine copper powder A reduction treatment step of reducing the oxide film and sintering the copper powder and fine copper powder to form a fired conductor;
Using the process for producing a fired-type conductor including the steps 1 to 4, a fired-type conductor can be produced,
Wherein the temperature T Sintering is selected in the range of 350 ℃ ≦ T sintering ≦ 450 ℃ ,
The temperature T drying is selected in a range of 100 ° C. ≦ T drying <150 ° C.,
The average particle diameter d particle of the copper powder is selected in the range of 10 μm ≧ d particle ≧ 1.5 μm;
An average particle diameter d fine-particle of the fine copper powder is selected in a range of 1/20 d particle ≦ d fine-particle ≦ 1/4 d particle ;
The glass frit has a softening point T frit-softening and a crystallization temperature T frit-crystallizing satisfying the following conditions: T frit-crystallizing > T thermally > T frit-softening and (T thermally -T frit-softening ) ≧ 20 ° C. A powdered glass frit formed of a filling glass frit material;
The average particle diameter d frit of the powdery glass frit is selected in the range of 1/10 d particle ≦ d frit ≦ 1/2 d particle ,
The dispersion solvent is an organic solvent having a high boiling point, and the boiling point or decomposition point T solvent-bp in the atmosphere satisfies the condition of T oxidizing > T solvent-bp > T drying ,
The organic binder is soluble in the dispersion solvent, the boiling point T binder-bp is to satisfy the condition of T binder-bp> T solvent- bp> T drying, air atmosphere, heated to a temperature T Sintering It is a polymer compound that can be decomposed oxidatively,
The dispersing agent, the boiling point T dispersing-agent-bp satisfies the condition of T dispersing-agent-bp> T solvent-bp> T drying, air atmosphere, heating to a temperature T Sintering, oxidatively A degradable polymer surfactant,
Contained in該焼molding conductive copper paste, the volume ratio V particle of copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, powdered glass frit volume ratio V frit, the volume ratio V Dispersing dispersant -agent , organic binder volume ratio V binder , and dispersion solvent volume ratio V solvent satisfy the following conditions:
The volume of copper powder ratio V particle, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit powdered glass frit (V particle + V fine-particle + V frit) is 65 vol% ≧ (V particle + V fine-particle + V frit ) ≧ 40% by volume;
Volume ratio V particle of copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, powdered glass frit volume ratio V frit, the sum of the volume ratio V Dispersing-agent dispersant (V particle + V fine-particle + V frit + V dispersing-agent ), the organic binder volume ratio V binder , and the ratio of the dispersion solvent volume ratio V solvent (V binder + V solvent ), (V particle + V fine-particle + V frit + V dispersing-agent ): (V binder + V solvent ) is selected in the range of 1: 0.5 to 1: 1.4;
Volume ratio V particle of copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, the sum of the volume ratio V frit of powdered glass frit (V particle + V fine-particle + V frit), the volume ratio V Dispersing dispersant -agent ratio, (V particle + V fine-particle + V frit ): V dispersing-agent is selected in a range not exceeding 1: 0.095;
The ratio of the volume ratio V particle of the copper powder to the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, V particle : V fine-particle is selected in the range of 80:20 to 60:40,
And the volume ratio V particle of copper powder, the ratio of the sum of the volume ratio V frit of the volume ratio V fine-particle powdered glass frit fine copper powder (V fine-particle + V frit ), V particle: (V fine- particle + V frit ) is selected in the range of 1: 0.40 to 1: 0.75,
Volume ratio V particle of copper powder, the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder, powdered glass frit volume ratio V frit, the sum of the volume ratio V Dispersing-agent dispersant (V particle + V fine-particle + V frit + V dispersing-agent ) and organic binder volume ratio V binder , (V particle + V fine-particle + V frit + V dispersing-agent ): V binder should be selected in a range not exceeding 1: 0.045 A fired conductive copper paste characterized by the above.
ことを特徴とする、請求項1に記載の焼成型導電性銅ペースト。 The fired conductive copper paste according to claim 1, wherein a softening point T frit- softening of the glass frit is selected in a range of 300 ° C to 400 ° C.
前記微細銅粉の平均粒径dfine-particleは、1μm≧dfine-particle≧0.2μmの範囲に選択され;
前記粉末状のガラスフリットの平均粒径dfritは、1.4μm≧dfrit≧0.2μmの範囲に選択される
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の焼成型導電性銅ペースト。 The average particle diameter d particle of the copper powder is selected in the range of 10 μm ≧ d particle ≧ 2 μm;
The average particle diameter d fine-particle of the fine copper powder is selected in the range of 1 μm ≧ d fine-particle ≧ 0.2 μm;
The fired conductive copper paste according to claim 1 or 2, wherein an average particle diameter d frit of the powdery glass frit is selected in a range of 1.4 µm ≥ d frit ≥ 0.2 µm. .
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の焼成型導電性銅ペースト。 4. The fired conductivity according to claim 1, wherein a boiling point or a decomposition point T solvent-bp in the atmosphere of the dispersion solvent is selected in a range of 180 ° C. to 350 ° C. 5. Copper paste.
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の焼成型導電性銅ペースト。 The fired conductive copper paste according to any one of claims 1 to 4, wherein the dispersant is a polymer surfactant of a polymer polycarboxylic acid type.
該酸化的な分解後、残留する炭素成分量は、該高分子化合物の5質量%以下である
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の焼成型導電性銅ペースト。 The organic binder is a polymer compound that can be decomposed oxidatively by heating to a temperature selected in the range of 300 ° C. to 450 ° C. in an air atmosphere,
The fired conductive copper paste according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount of carbon component remaining after the oxidative decomposition is 5% by mass or less of the polymer compound. .
ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の焼成型導電性銅ペースト。 The glass frit comprises an amorphous composite oxide containing vanadium pentoxide, an amorphous composite oxide containing bismuth oxide, and phosphoric acid exhibiting a softening point T frit- softening in the range of 300 ° C. to 400 ° C. It is a powdery glass frit which consists of an amorphous complex oxide material selected from the group of the amorphous complex oxide to contain, It is any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. Firing-type conductive copper paste.
該カルボン酸金属塩化合物は、分散溶媒中に均一に分布している状態で含有されており、
該カルボン酸金属塩化合物の体積比率Vmetal-carboxylateと分散溶媒の体積比率Vsolventの比、Vmetal-carboxylate:Vsolventは、2:100〜33:100の範囲に選択され、
該焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの和(Vparticle+Vfine-particle)と、銅以外の金属カチオン種を有するカルボン酸金属塩化合物の体積比率Vmetal-carboxylateの比、(Vparticle+Vfine-particle):Vmetal -carboxylateは、100:1〜100:30の範囲に選択される
ことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の焼成型導電性銅ペースト。 In the fired conductive copper paste, in addition to copper powder, fine copper powder, glass frit, dispersant, organic binder, dispersion solvent, a carboxylic acid metal salt compound having a metal cation species other than copper is contained. And
The carboxylic acid metal salt compound is contained in a state of being uniformly distributed in the dispersion solvent,
Volume ratio V metal-carboxylate and the ratio of the volume ratio V Solvent for dispersion solvent of the carboxylic acid metal salt compound, V metal-carboxylate: V solvent is 2: 100 to 33: are selected in a range of 100,
The volume ratio V particle of the copper powder and the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder (V particle + V fine-particle ) and metal cation species other than copper contained in the fired conductive copper paste The ratio of the volume ratio V metal-carboxylate of the carboxylic acid metal salt compound, (V particle + V fine-particle ): V metal -carboxylate is selected in the range of 100: 1 to 100: 30, The fired conductive copper paste according to any one of claims 1 to 7.
ことを特徴とする、請求項8に記載の焼成型導電性銅ペースト。 9. The fired conductivity according to claim 8, wherein the metal cation species contained in the carboxylic acid metal salt compound having a metal cation species other than copper is a cation species of a metal species that is baser than copper. Copper paste.
前記銅ナノ粒子の平均粒子径dnano-particleは、100nm≧dnano-particle≧50nmの範囲に選択され、
該焼成型導電性銅ペースト中に含有される、銅粉の体積比率Vparticleと微細銅粉の体積比率Vfine-particleの和(Vparticle+Vfine-particle)と、銅ナノ粒子の体積比率Vnano-particleの比、(Vparticle+Vfine-particle):Vnano-particleは、100:1〜100:5の範囲に選択される
ことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の焼成型導電性銅ペースト。 In the fired conductive copper paste, in addition to copper powder, fine copper powder, glass frit, dispersant, organic binder, dispersion solvent, copper nanoparticles are contained,
The average particle diameter d nano-particle of the copper nanoparticles is selected in the range of 100 nm ≧ d nano-particle ≧ 50 nm,
The volume ratio V particle of copper powder and the volume ratio V fine-particle of the fine copper powder (V particle + V fine-particle ) and the volume ratio V of the copper nanoparticles contained in the fired conductive copper paste The ratio of nano-particle , (V particle + V fine-particle ): V nano-particle is selected in the range of 100: 1 to 100: 5, according to any one of claims 1-9. The firing type conductive copper paste described in 1.
ことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の焼成型導電性銅ペースト。 The fired conductive copper paste according to any one of claims 1 to 10, wherein the liquid viscosity of the fired conductive copper paste is selected in the range of 10 Pa · s to 100 Pa · s. .
前記焼成型導電性銅ペーストは、請求項1〜11のいずれか一項に記載される焼成型導電性銅ペーストであり、
該焼成型導電性銅ペーストを使用する、焼成型導電体の作製プロセスは、下記工程1〜工程4を含み、
(工程1)該焼成型導電性銅ペーストを塗布して塗布膜を形成する塗布工程;
(工程2)温度Tdryingに加熱して、該塗布膜中に含まれる分散溶媒を一部蒸散させて、乾燥処理済塗布膜を形成する乾燥処理工程;
(工程3)大気雰囲気下、温度Tsinteringに加熱して、該乾燥処理済塗布膜中に含まれる、分散剤、有機バインダ、分散溶媒を除去し、銅粉、微細銅粉の表面に酸化被膜を形成し、ガラスフリットの軟化を行って、焼成体を形成する酸化処理工程;
(工程4)不活性ガス中に水素ガスを1体積%〜4体積%の範囲で含む還元性雰囲気下、温度Tsinteringに加熱して、該焼成体に含まれる銅粉、微細銅粉の表面の酸化被膜を還元し、銅粉、微細銅粉の焼結を行って、焼成型導電体を形成する還元処理工程;
前記温度Tsinteringは、350℃≦Tsintering≦450℃の範囲に選択され、
前記温度Tdryingは、100℃≦Tdrying<150℃の範囲に選択されている
ことを特徴とする、焼成型導電体の作製方法。 A method for producing a fired-type conductor using a fired-type conductive copper paste containing glass frit,
The fired conductive copper paste is a fired conductive copper paste according to any one of claims 1 to 11,
The process for producing a fired-type conductor using the fired-type conductive copper paste includes the following steps 1 to 4;
(Step 1) A coating step of coating the fired conductive copper paste to form a coating film;
(Step 2) A drying treatment step of heating to the temperature T drying to partially evaporate the dispersion solvent contained in the coating film to form a dried coating film;
(Step 3) under an air atmosphere and heated to a temperature T Sintering, contained in the dry treated coating film, dispersing agent, an organic binder, a dispersion solvent was removed and copper powder, oxide film on the surface of the fine copper powder Forming an baked body by softening the glass frit to form a fired body;
(Step 4) under a reducing atmosphere containing hydrogen gas in an inert gas in the range of 1 vol% to 4 vol%, and heated to a temperature T Sintering, copper powder contained in said heat-surface of the fine copper powder A reduction treatment step of reducing the oxide film and sintering the copper powder and fine copper powder to form a fired conductor;
Wherein the temperature T Sintering is selected in the range of 350 ℃ ≦ T sintering ≦ 450 ℃ ,
The temperature T drying is selected in the range of 100 ° C. ≦ T drying <150 ° C.
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