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JP7830196B2 - silver fine particles - Google Patents
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JP7830196B2 - silver fine particles - Google Patents

silver fine particles

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JP7830196B2 JP2022060374A JP2022060374A JP7830196B2 JP 7830196 B2 JP7830196 B2 JP 7830196B2 JP 2022060374 A JP2022060374 A JP 2022060374A JP 2022060374 A JP2022060374 A JP 2022060374A JP 7830196 B2 JP7830196 B2 JP 7830196B2
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Description

本発明は、半導体素子、高周波デバイス、発光ダイオード又は半導体レーザー等と基板等との接合、又は配線等に用いられる銀微粒子に関する。 This invention relates to silver nanoparticles used for bonding or wiring between semiconductor elements, high-frequency devices, light-emitting diodes, or semiconductor lasers, etc., and substrates.

現在、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム、又はダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体を用いたパワー半導体素子が開発されている。パワー半導体素子は、Si又はGaAsを用いた半導体素子に比べてオン抵抗が低く、高速スイッチイングさせることが可能であり、小型化もできる。しかもパワー半導体素子は、耐熱性が高く250~300℃の高温でも動作が可能である。
半導体素子と基板等との接合には、従来からはんだが利用されている。しかしながら、パワー半導体素子は、動作温度が従来の半導体素子に比べて高く、はんだを用いた接合では、はんだが融解しない温度で使用する必要がある。はんだを接合に用いた場合、パワー半導体素子は使用に制約を受ける。このように、接合材料についても高い温度で使用できることが要求されている。
Currently, power semiconductor devices using wide-bandgap semiconductors such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium oxide, or diamond are being developed. Compared to semiconductor devices using Si or GaAs, power semiconductor devices have lower on-resistance, enable high-speed switching, and can be miniaturized. Moreover, power semiconductor devices have high heat resistance and can operate at high temperatures of 250 to 300°C.
Solder has traditionally been used to join semiconductor elements to substrates and other materials. However, power semiconductor elements have a higher operating temperature than conventional semiconductor elements, and soldering requires use at a temperature where the solder does not melt. When solder is used for joining, the use of power semiconductor elements is restricted. Thus, joining materials that can be used at high temperatures are also required.

例えば、特許文献1には、共晶AuGeはんだを用いて、SiC半導体素子を接合することが記載されている。
はんだ以外に、接合材料として、特許文献2に、低温焼結性銀微粒子及び熱硬化型バインダを含み、熱硬化型バインダが、(B1)フタル酸ジグリシジルエステル、テトラヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル及びそれらのC1~C4アルキル置換体からなる群より選択される少なくとも1種のエポキシ樹脂、並びに(B2)カチオン重合開始剤、アミン系硬化剤及び酸無水物硬化剤からなる群より選択される少なくとも1種の硬化剤からなり、銀微粒子100質量部に対して、熱硬化型バインダが2~7質量部である熱伝導性ペーストが記載されている。
For example, Patent Document 1 describes joining SiC semiconductor elements using eutectic AuGe solder.
In addition to solder, Patent Document 2 describes a thermally conductive paste as a bonding material comprising low-temperature sinterable silver nanoparticles and a thermosetting binder, wherein the thermosetting binder consists of (B1) at least one epoxy resin selected from the group consisting of diglycidyl phthalate, diglycidyl tetrahydrophthalate, diglycidyl hexahydrophthalate and C1-C4 alkyl substituted derivatives thereof, and (B2) at least one curing agent selected from the group consisting of cationic polymerization initiators, amine curing agents and acid anhydride curing agents, and the amount of thermosetting binder is 2 to 7 parts by mass per 100 parts by mass of silver nanoparticles.

特許第5856314号公報Patent No. 5856314 特許第6343041号公報Patent No. 6343041

上述のように、特許文献1のようにAuGeはんだを用いた場合、熱膨張係数が大きく、パワー半導体素子の動作に伴う温度変化により体積が変動してクラック等が生じ、十分な接合が維持できない。また、AuGeはんだは、銅又は銀等に比べて融点が低く、耐熱性も十分ではない。
特許文献2のように熱硬化型バインダを含有する場合、体積収縮率は小さくできるが、体積抵抗値が大きく、導電性が十分ではない。
このように、接合材料として、耐熱性を満足しつつ、導電性に優れたものがないが現状である。
As described above, when AuGe solder is used as in Patent Document 1, its coefficient of thermal expansion is large, and the volume fluctuates due to temperature changes associated with the operation of the power semiconductor element, causing cracks and other damage, making it impossible to maintain a sufficient bond. Furthermore, AuGe solder has a lower melting point than copper or silver, and its heat resistance is not sufficient.
When a thermosetting binder is included, as in Patent Document 2, the volume shrinkage rate can be reduced, but the volume resistivity is high and the conductivity is insufficient.
Thus, currently, there is no bonding material that satisfies the requirements for heat resistance while also possessing excellent conductivity.

本発明の目的は、体積収縮を抑制し、かつ導電性が高い銀微粒子を提供することにある。 The object of this invention is to provide silver nanoparticles that suppress volume shrinkage and have high conductivity.

上述の目的を達成するために、本発明の一態様は、BET法により測定された粒径が0.1μm以上1μm以下であり、ペレットの状態で大気中において温度150℃で1時間焼成した後の体積抵抗値が10μΩ・cm以下、かつ体積収縮率が5%未満である、銀微粒子を提供するものである。
粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合が、体積基準で40%以下であることが好ましい。なお、粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合が、体積基準で35%以下であることがより好ましく、粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合が、体積基準で5%以下であることがさらに好ましい。
To achieve the above objective, one aspect of the present invention provides silver nanoparticles having a particle size of 0.1 μm or more and 1 μm or less as measured by the BET method, a volume resistivity of 10 μΩ·cm or less after firing in the atmosphere at a temperature of 150°C for 1 hour in pellet form, and a volume shrinkage rate of less than 5%.
It is preferable that the content of particles with a particle size of less than 0.1 μm is 40% or less by volume. More preferably, the content of particles with a particle size of less than 0.1 μm is 35% or less by volume, and even more preferably, the content of particles with a particle size of less than 0.1 μm is 5% or less by volume.

本発明によれば、体積収縮を抑制し、かつ導電性が高い銀微粒子を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide silver nanoparticles that suppress volume shrinkage and have high conductivity.

本発明の銀微粒子の利用形態の一例を示す模式図である。This is a schematic diagram illustrating an example of how the silver nanoparticles of the present invention can be used. 本発明の銀微粒子の製造装置の一例を示す模式図である。This is a schematic diagram showing an example of a manufacturing apparatus for silver nanoparticles according to the present invention. 本発明の実施例1、2の銀微粒子の粒度分布を示すグラフである。This graph shows the particle size distribution of silver nanoparticles in Examples 1 and 2 of the present invention. 本発明の実施例1の銀微粒子のSEM像を示す模式図である。This is a schematic diagram showing an SEM image of silver nanoparticles according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例2の銀微粒子のSEM像を示す模式図である。This is a schematic diagram showing an SEM image of silver nanoparticles according to Example 2 of the present invention. 従来の銀微粒子のSEM像を示す模式図である。This is a schematic diagram showing a conventional SEM image of silver nanoparticles.

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の銀微粒子を詳細に説明する。
なお、以下に説明する図は、本発明を説明するための例示的なものであり、以下に示す図に本発明が限定されるものではない。
以下、銀微粒子について説明する。
The silver nanoparticles of the present invention will be described in detail below based on preferred embodiments shown in the attached drawings.
The figures described below are illustrative examples for illustrating the present invention, and the present invention is not limited to the figures shown below.
The following describes silver nanoparticles.

[銀微粒子]
銀微粒子は、BET法により測定された粒径が0.1μm以上1μm以下であり、ペレットの状態で大気中において温度150℃で1時間焼成した後の体積抵抗値が10μΩ・cm以下、かつ体積収縮率が5%未満である。
本発明において、大気中とは、一般に空気中と呼ばれる雰囲気のことである。大気中のことを、大気雰囲気ともいう。空気の組成は、窒素78.08体積%、酸素20.95体積%、アルゴン0.93体積%、二酸化炭素0.03体積%である。なお、空気の組成に対して一般的な測定誤差は許容される。
粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合が、体積基準で40%以下であることが好ましい。なお、粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合が、体積基準で35%以下であることがより好ましく、粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合が、体積基準で5%以下であることがさらに好ましい。また、粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合の下限値は、体積基準で0%である。
また、銀微粒子の粒径は、ペレットの状態で大気中(すなわち、空気中)において温度150℃で1時間焼成した後の体積収縮率が小さくなることから、100~400nmが好ましく、200nm~400nmがさらに好ましい。
銀微粒子のBET法により測定された粒径とは、BET法を用いて測定された平均粒子径である。BET法では、粒子が球形であることを仮定して比表面積から算出している。
銀微粒子は、溶媒内等に分散されている状態ではなく、銀微粒子単独で存在する。このため、銀微粒子を利用する場合、銀微粒子だけで焼成体を得ることができる。
また、銀微粒子を溶媒と組み合わせて使用する場合、銀微粒子と溶媒との組合せも特に限定されるものではなく、溶媒の選択の自由度が高い。
[Silver fine particles]
The silver nanoparticles have a particle size of 0.1 μm or more and 1 μm or less as measured by the BET method, and after firing in pellet form in air at a temperature of 150°C for 1 hour, their volume resistivity is 10 μΩ·cm or less and their volume shrinkage rate is less than 5%.
In this invention, "atmosphere" refers to the atmosphere generally known as air. The atmosphere is also called the atmospheric environment. The composition of air is 78.08% nitrogen by volume, 20.95% oxygen by volume, 0.93% argon by volume, and 0.03% carbon dioxide by volume. A general measurement error is acceptable for the composition of air.
It is preferable that the content of particles with a particle size of less than 0.1 μm is 40% or less by volume. More preferably, the content of particles with a particle size of less than 0.1 μm is 35% or less by volume, and even more preferably, the content of particles with a particle size of less than 0.1 μm is 5% or less by volume. Furthermore, the lower limit of the content of particles with a particle size of less than 0.1 μm is 0% by volume.
Furthermore, the particle size of the silver nanoparticles is preferably 100 to 400 nm, and more preferably 200 to 400 nm, because this reduces the volume shrinkage rate after firing in the atmosphere (i.e., air) at a temperature of 150°C for 1 hour in the pellet state.
The particle size of silver nanoparticles measured by the BET method is the average particle diameter measured using the BET method. In the BET method, the particle size is calculated from the specific surface area, assuming that the particles are spherical.
The silver nanoparticles exist independently, rather than being dispersed in a solvent or other medium. Therefore, when using silver nanoparticles, a calcined body can be obtained using only the silver nanoparticles.
Furthermore, when using silver nanoparticles in combination with a solvent, the combination of silver nanoparticles and the solvent is not particularly limited, offering a high degree of freedom in solvent selection.

体積抵抗値としては、9μΩ・cm以下であることが好ましく、8μΩ・cm以下であることがより好ましく、7μΩ・cm以下であることが最も好ましい。また、体積抵抗値の下限値は、1.47μΩ・cmである。
また、体積収縮率としては、3%以下であることが好ましく、1%以下であることがより好ましく、0%であることが最も好ましい。また、体積収縮率の下限値は、0%である。
また、銀微粒子は、粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合が、体積基準で40%以下であると、焼成後にクラックが発生することが抑制されるため、好ましい。
銀微粒子において、粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合は、銀微粒子のSEM(走査電子顕微鏡)像を取得し、SEM像を画像解析することによって得られた体積基準の粒度分布から求める。すなわち、粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合は、銀微粒子全体の体積に対する割合として求められる。
The volume resistivity is preferably 9 μΩ·cm or less, more preferably 8 μΩ·cm or less, and most preferably 7 μΩ·cm or less. The lower limit of the volume resistivity is 1.47 μΩ·cm.
Furthermore, the volume shrinkage rate is preferably 3% or less, more preferably 1% or less, and most preferably 0%. The lower limit of the volume shrinkage rate is 0%.
Furthermore, it is preferable that the silver nanoparticles contain 40% or less of particles with a particle size of less than 0.1 μm by volume, as this suppresses the occurrence of cracks after firing.
In silver nanoparticles, the proportion of particles with a particle size of less than 0.1 μm is determined from the volume-based particle size distribution obtained by acquiring SEM (scanning electron microscope) images of the silver nanoparticles and performing image analysis on the SEM images. In other words, the proportion of particles with a particle size of less than 0.1 μm is determined as a percentage of the total volume of the silver nanoparticles.

焼成については、銀微粒子を円筒状のペレットに成形し、ペレットを電気炉内に設置し、大気中において温度150℃で1時間焼成する。
ペレットは、銀微粒子をプレス機を用いて、圧力127MPaで10秒間保持して作製する。
体積抵抗値は、ペレットを用いて四端子法にて測定して得られた値である。例えば、測定装置には三菱化学株式会社製ロレスタEP(MCP-T360)が用いられる。焼成の前後でペレットの体積抵抗値を測定することにより、焼成後の体積抵抗値の変化を測定できる。
For firing, the silver nanoparticles are formed into cylindrical pellets, which are then placed in an electric furnace and fired at 150°C for one hour in the open air.
The pellets are produced by pressing silver nanoparticles in a press machine and holding them at a pressure of 127 MPa for 10 seconds.
The volume resistivity is a value obtained by measuring pellets using the four-terminal method. For example, the Loresta EP (MCP-T360) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation is used as the measuring device. By measuring the volume resistivity of the pellets before and after firing, the change in volume resistivity after firing can be measured.

体積収縮率は、銀微粒子を、上述のようにプレス機を用いて、圧力127MPaで10秒間保持して円筒状のペレットを作製し、円筒状のペレットの厚みと直径をノギスにて測定し、焼成前後のペレットの体積から算出した値である。体積収縮率は、下記式により得られる。また、ペレットの焼成には電気炉を用いる。
体積収縮率(%)=100-((焼成後の体積/焼成前の体積)×100)
The volume shrinkage rate is calculated by forming cylindrical pellets from silver nanoparticles using a press machine as described above, holding them at a pressure of 127 MPa for 10 seconds. The thickness and diameter of the cylindrical pellets are measured with calipers, and the volume shrinkage rate is calculated from the volume of the pellets before and after firing. The volume shrinkage rate is obtained by the following formula. An electric furnace is used for firing the pellets.
Volume shrinkage rate (%) = 100 - ((Volume after firing / Volume before firing) × 100)

銀微粒子は、BET法により測定された粒径が0.1μm以上1μm以下であり、ペレットの状態で大気中において温度150℃で1時間焼成した後の体積抵抗値が10μΩ・cm以下、かつ体積収縮率が5%未満であることにより、体積収縮を抑制し、かつ導電性が高い。また、銀微粒子は、はんだ等に比べて融点が高く、耐熱性も優れる。このため、銀微粒子を接合材料に用いた場合、耐熱性を満足しつつ、導電性に優れたものとすることができる。
また、粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合が、体積基準で40%以下であると、粒径が大きなものが揃うため、銀微粒子の焼成後に、体積が収縮することを更に抑制できるため、好ましい。
Silver nanoparticles have a particle size of 0.1 μm to 1 μm as measured by the BET method, and after firing in pellet form in air at 150°C for 1 hour, their volume resistivity is 10 μΩ·cm or less, and their volume shrinkage rate is less than 5%. This suppresses volume shrinkage and provides high conductivity. Furthermore, silver nanoparticles have a higher melting point than solder and other materials, and exhibit superior heat resistance. Therefore, when silver nanoparticles are used as a bonding material, it is possible to achieve excellent conductivity while satisfying heat resistance requirements.
Furthermore, it is preferable that the proportion of particles with a particle size of less than 0.1 μm is 40% or less by volume, because this ensures that larger particles are more uniform, thereby further suppressing volume shrinkage after firing of the silver nanoparticles.

図1は本発明の銀微粒子の利用形態の一例を示す模式図である。
銀微粒子は、例えば、図1に示す基板50とパワー半導体素子52との接合に利用される。銀微粒子は、ダイアタッチメントに利用される。
銀微粒子は、基板50とパワー半導体素子52とを接合する接合部54を構成する。接合部54は、銀微粒子を、例えば、温度150℃で1時間、大気中で焼成することにより形成される。接合部54により、基板50とパワー半導体素子52とが接合され、基板50とパワー半導体素子52とは物理的に固定される。
銀微粒子は、融点が、はんだ及び樹脂に比して高く耐熱性が高い。また、銀微粒子は、上述のようにペレットの状態で大気中において温度150℃で1時間焼成した後の体積抵抗値が10μΩ・cm以下、かつ体積収縮率が5%未満である。このことから、パワー半導体素子52の動作に伴い温度変化が生じても接合部54は体積変動が小さく、クラックの発生等が抑制される。これにより、接合が維持され、高い耐久性も得られる。また、銀微粒子は、焼成後の体積抵抗値が低いため、熱伝導性も優れ、接合部54により、パワー半導体素子52で発生した熱を基板50に効率良く伝導できる。
基板50は、例えば、Si等のセラミックス基板に銅配線が設けられたものである。
パワー半導体素子52は、例えば、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム、又はダイヤモンド等の半導体を用いた半導体素子である。
なお、銀微粒子は、パワー半導体素子52との接合に限定されるものではなく、高周波デバイス、発光ダイオード又は半導体レーザー等の接合にも利用できる。銀微粒子は、発熱量が多いもの、動作温度が高いものとの接合に好適である。
また、銀微粒子は、接合以外に、信号配線、及び導電配線等の各種の配線にも利用できる。
Figure 1 is a schematic diagram showing an example of how the silver nanoparticles of the present invention can be used.
Silver nanoparticles are used, for example, in the bonding between the substrate 50 and the power semiconductor element 52 shown in Figure 1. Silver nanoparticles are also used in die attachments.
The silver nanoparticles constitute a bonding portion 54 that joins the substrate 50 and the power semiconductor element 52. The bonding portion 54 is formed by firing the silver nanoparticles in air at a temperature of 150°C for 1 hour. The bonding portion 54 joins the substrate 50 and the power semiconductor element 52, physically fixing them together.
Silver nanoparticles have a higher melting point and higher heat resistance compared to solder and resin. Furthermore, as mentioned above, the volume resistivity of silver nanoparticles after firing in pellet form at 150°C for 1 hour in air is 10 μΩ·cm or less, and the volume shrinkage rate is less than 5%. As a result, even if temperature changes occur due to the operation of the power semiconductor element 52, the volume fluctuation of the junction 54 is small, and the occurrence of cracks is suppressed. This maintains the junction and provides high durability. In addition, because the volume resistivity of silver nanoparticles is low after firing, they also have excellent thermal conductivity, and the heat generated by the power semiconductor element 52 can be efficiently conducted to the substrate 50 by the junction 54.
The substrate 50 is, for example, a ceramic substrate such as Si3N4 on which copper wiring is provided.
The power semiconductor element 52 is a semiconductor element that uses a semiconductor such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium oxide, or diamond.
Furthermore, the silver nanoparticles are not limited to bonding with power semiconductor elements 52, but can also be used for bonding with high-frequency devices, light-emitting diodes, or semiconductor lasers. Silver nanoparticles are suitable for bonding with devices that generate a lot of heat or have high operating temperatures.
Furthermore, silver nanoparticles can be used not only for bonding but also for various types of wiring, such as signal wiring and conductive wiring.

[銀微粒子の製造方法]
次に、銀微粒子の製造方法の一例について、図2に基づいて説明するが、本発明の銀微粒子の製造方法は、図2に示す銀微粒子の製造装置を用いた製造方法に限定されない。
図2は本発明の銀微粒子の製造装置の一例を示す模式図である。
図2に示す銀微粒子の製造装置10(以下、単に製造装置10という)により、上述の銀微粒子を得ることができる。
[Method for manufacturing silver nanoparticles]
Next, an example of a method for producing silver nanoparticles will be described based on Figure 2, but the method for producing silver nanoparticles of the present invention is not limited to a method using the silver nanoparticle production apparatus shown in Figure 2.
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of a silver nanoparticle manufacturing apparatus according to the present invention.
The above-mentioned silver nanoparticles can be obtained using the silver nanoparticle manufacturing apparatus 10 shown in Figure 2 (hereinafter simply referred to as the manufacturing apparatus 10).

製造装置10は、熱プラズマ炎を発生させるプラズマトーチ12と、銀微粒子の原料粉末をプラズマトーチ12内へ供給する材料供給装置14と、銀の1次微粒子15を生成させるための冷却槽としての機能を有するチャンバ16と、銀の1次微粒子15から任意に規定された粒径以上の粒径を有する粗大粒子を除去するサイクロン19と、サイクロン19により分級された所望の粒径を有する銀の2次微粒子18を回収する回収部20とを有する。チャンバ16とサイクロン19とは接続管21aにより接続されている。また、サイクロン19と回収部20とは、内管19eに接続された接続管21bにより接続されている。
製造装置10は、さらに、銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18に表面処理剤を供給する供給部40とを有する。
銀の1次微粒子15及び銀の2次微粒子18は、いずれも本発明の微粒子の製造途中の微粒子体である。銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18を表面処理して得られたもの、すなわち、表面処理された銀微粒子30が本発明の微粒子である。
材料供給装置14、チャンバ16、サイクロン19、回収部20については、例えば、特開2007-138287号公報の各種装置を用いることができる。
The manufacturing apparatus 10 includes a plasma torch 12 for generating a thermal plasma flame, a material supply device 14 for supplying raw material powder of silver nanoparticles into the plasma torch 12, a chamber 16 that functions as a cooling tank for generating primary silver nanoparticles 15, a cyclone 19 for removing coarse particles having a particle size greater than or equal to an arbitrarily defined particle size from the primary silver nanoparticles 15, and a recovery unit 20 for recovering secondary silver nanoparticles 18 having a desired particle size that have been classified by the cyclone 19. The chamber 16 and the cyclone 19 are connected by a connecting pipe 21a. The cyclone 19 and the recovery unit 20 are connected by a connecting pipe 21b connected to an inner pipe 19e.
The manufacturing apparatus 10 further includes a supply unit 40 that supplies a surface treatment agent to primary silver particles 15 or secondary silver particles 18.
The primary silver particles 15 and the secondary silver particles 18 are both fine particles obtained during the manufacturing process of the fine particles of the present invention. The fine particles of the present invention are obtained by surface-treating the primary silver particles 15 or the secondary silver particles 18, i.e., the surface-treated silver particles 30.
For the material supply device 14, chamber 16, cyclone 19, and recovery unit 20, for example, various devices described in Japanese Patent Application Publication No. 2007-138287 can be used.

本実施形態において、微粒子の製造には、原料として、例えば、銀の粉末が用いられる。
銀の粉末は、熱プラズマ炎中で容易に蒸発するように、その平均粒径が適宜設定される。銀の粉末の平均粒径は、レーザー回折法を用いて測定されたものであり、例えば、100μm以下であり、好ましくは50μm以下、さらに好ましくは15μm以下である。
In this embodiment, for example, silver powder is used as a raw material for producing fine particles.
The average particle size of the silver powder is appropriately set so that it evaporates easily in a thermal plasma flame. The average particle size of the silver powder is measured using laser diffraction and is, for example, 100 μm or less, preferably 50 μm or less, and more preferably 15 μm or less.

プラズマトーチ12は、石英管12aと、その外側を取り巻く高周波発振用コイル12bとで構成されている。プラズマトーチ12の上部には微粒子の原料粉末をプラズマトーチ12内に供給するための後述する供給管14aがその中央部に設けられている。プラズマガス供給口12cが、供給管14aの周辺部(同一円周上)に形成されており、プラズマガス供給口12cはリング状である。高周波発振用コイル12bには高周波電圧を発生する電源(図示せず)が接続されている。高周波発振用コイル12bに高周波電圧が印加されると熱プラズマ炎24が発生する。熱プラズマ炎24により、原料(図示せず)が蒸発し、気相状態の混合物になる。プラズマトーチ12が、気相法を用いて原料を気相状態の混合物にする処理部である。 The plasma torch 12 consists of a quartz tube 12a and a high-frequency oscillation coil 12b surrounding it. A supply pipe 14a (described later) for supplying fine particle raw material powder into the plasma torch 12 is located in the center of the upper part of the plasma torch 12. A plasma gas supply port 12c is formed around the supply pipe 14a (on the same circumference), and the plasma gas supply port 12c is ring-shaped. A power supply (not shown) that generates a high-frequency voltage is connected to the high-frequency oscillation coil 12b. When a high-frequency voltage is applied to the high-frequency oscillation coil 12b, a thermal plasma flame 24 is generated. The thermal plasma flame 24 evaporates the raw material (not shown), turning it into a mixture in a gaseous state. The plasma torch 12 is a processing unit that uses a gaseous method to turn the raw material into a mixture in a gaseous state.

プラズマガス供給部22は、プラズマガスをプラズマトーチ12内に供給するものである。プラズマガス供給部22は配管22aを介してプラズマガス供給口12cに接続されている。プラズマガス供給部22は図示はしないが供給量を調整するためのバルブ等の供給量調整部が設けられている。プラズマガスは、プラズマガス供給部22からリング状のプラズマガス供給口12cを経て、矢印Pで示す方向と矢印Sで示す方向からプラズマトーチ12内に供給される。 The plasma gas supply unit 22 supplies plasma gas into the plasma torch 12. The plasma gas supply unit 22 is connected to the plasma gas supply port 12c via piping 22a. Although not shown in the diagram, the plasma gas supply unit 22 is equipped with a supply volume adjustment unit, such as a valve, for adjusting the supply amount. The plasma gas is supplied from the plasma gas supply unit 22 through the ring-shaped plasma gas supply port 12c into the plasma torch 12 from the directions indicated by arrows P and S.

プラズマガスには、例えば、水素ガスとアルゴンガスの混合ガスが用いられる。この場合、プラズマガス供給部22に、水素ガスと、アルゴンガスとが貯蔵される。プラズマガス供給部22から水素ガス、及びアルゴンガスが配管22aを介してプラズマガス供給口12cを経て、矢印Pで示す方向と矢印Sで示す方向からプラズマトーチ12内に供給される。なお、矢印Pで示す方向にはアルゴンガスだけを供給してもよい。
また、プラズマガスには、銀微粒子に応じたものが用いられるため、上述のように混合ガスを用いることは必須ではなく、プラズマガスとしては1種のガスでもよい。
高周波発振用コイル12bに高周波電圧が印加されると、プラズマトーチ12内で熱プラズマ炎24が発生する。
For example, a mixture of hydrogen gas and argon gas is used as the plasma gas. In this case, hydrogen gas and argon gas are stored in the plasma gas supply unit 22. From the plasma gas supply unit 22, hydrogen gas and argon gas are supplied into the plasma torch 12 via piping 22a and the plasma gas supply port 12c from the directions indicated by arrows P and S. Note that only argon gas may be supplied in the direction indicated by arrow P.
Furthermore, since the plasma gas used depends on the silver nanoparticles, it is not essential to use a mixed gas as described above, and a single type of gas may suffice as the plasma gas.
When a high-frequency voltage is applied to the high-frequency oscillation coil 12b, a thermal plasma flame 24 is generated inside the plasma torch 12.

熱プラズマ炎24の温度は、原料粉末の沸点よりも高い必要がある。一方、熱プラズマ炎24の温度が高いほど、容易に原料粉末が気相状態となるので好ましいが、特に温度は限定されるものではない。例えば、熱プラズマ炎24の温度を6000℃とすることもできるし、理論上は10000℃程度に達するものと考えられる。
また、プラズマトーチ12内における圧力雰囲気は、大気圧以下であることが好ましい。ここで、大気圧以下の雰囲気については、特に限定されないが、例えば、0.5~100kPaである。
The temperature of the thermal plasma flame 24 must be higher than the boiling point of the raw material powder. On the other hand, a higher temperature of the thermal plasma flame 24 is preferable because it makes it easier for the raw material powder to enter a gaseous state, but the temperature is not particularly limited. For example, the temperature of the thermal plasma flame 24 can be set to 6000°C, and theoretically it is thought that it can reach about 10000°C.
Furthermore, the pressure atmosphere inside the plasma torch 12 is preferably below atmospheric pressure. Here, the atmosphere below atmospheric pressure is not particularly limited, but for example, it is 0.5 to 100 kPa.

なお、石英管12aの外側は、同心円状に形成された管(図示されていない)で囲まれており、この管と石英管12aとの間に冷却水を循環させて石英管12aを水冷し、プラズマトーチ12内で発生した熱プラズマ炎24により石英管12aが高温になりすぎるのを防止している。 Furthermore, the outside of the quartz tube 12a is surrounded by concentrically formed tubes (not shown). Cooling water is circulated between these tubes and the quartz tube 12a to water-cool it, preventing the quartz tube 12a from becoming too hot due to the thermal plasma flame 24 generated in the plasma torch 12.

材料供給装置14は、供給管14aを介してプラズマトーチ12の上部に接続されている。材料供給装置14は、原料をプラズマトーチ12内の熱プラズマ炎24中に供給するものである。
材料供給装置14は、原料を熱プラズマ炎24中に供給することができれば、特に限定されるものではなく、例えば、原料を粒子状に分散させた状態で熱プラズマ炎24中に供給する。
The material supply device 14 is connected to the top of the plasma torch 12 via a supply pipe 14a. The material supply device 14 supplies raw materials into the thermal plasma flame 24 inside the plasma torch 12.
The material supply device 14 is not particularly limited as long as it can supply the raw material into the thermal plasma flame 24. For example, the raw material may be supplied into the thermal plasma flame 24 in a state where it is dispersed in particulate form.

原料が粉末の場合、例えば、銀の粉末を、粉末の形態で供給する材料供給装置14としては、上述のように、例えば、特開2007-138287号公報に開示されているものを用いることができる。この場合、材料供給装置14は、例えば、原料を貯蔵する貯蔵槽(図示せず)と、原料を定量搬送するスクリューフィーダ(図示せず)と、スクリューフィーダで搬送された原料が最終的に散布される前に、これを一次粒子の状態に分散させる分散部(図示せず)と、キャリアガス供給源(図示せず)とを有する。 When the raw material is in powder form, for example, a material supply device 14 that supplies silver powder in powder form can be, as described above, for example, one disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 2007-138287. In this case, the material supply device 14 includes, for example, a storage tank (not shown) for storing the raw material, a screw feeder (not shown) for quantitatively transporting the raw material, a dispersion unit (not shown) for dispersing the raw material transported by the screw feeder into primary particles before it is finally scattered, and a carrier gas supply source (not shown).

キャリアガス供給源から押出し圧力がかけられたキャリアガスとともに原料は供給管14aを介してプラズマトーチ12内の熱プラズマ炎24中へ供給される。
材料供給装置14は、原料の凝集を防止し、分散状態を維持したまま、原料をプラズマトーチ12内に散布することができるものであれば、その構成は特に限定されるものではない。キャリアガスには、例えば、アルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。キャリアガス流量は、例えば、フロート式流量計等の流量計を用いて制御することができる。また、キャリアガスの流量値とは、流量計の目盛り値のことである。
The raw material, along with the carrier gas under extrusion pressure from the carrier gas supply source, is supplied to the thermal plasma flame 24 in the plasma torch 12 via the supply pipe 14a.
The material supply device 14 is not particularly limited in its configuration, as long as it can prevent the aggregation of raw materials and disperse them into the plasma torch 12 while maintaining a dispersed state. An inert gas such as argon gas is used as the carrier gas. The carrier gas flow rate can be controlled using a flow meter such as a float-type flow meter. The carrier gas flow rate value is the scale value of the flow meter.

チャンバ16は、プラズマトーチ12の下方に隣接して設けられており、チャンバ16内で、冷却ガスを用いることなく、上述の気相状態の混合物から、微粒子体である銀の1次微粒子15が生成される。チャンバ16は冷却槽として機能するものである。なお、冷却ガスは、急冷ガスとも呼ばれるものであり、アルゴンガス等が用いられる。 Chamber 16 is located adjacent to the lower part of the plasma torch 12. Within Chamber 16, primary silver particles 15, which are particulate matter, are generated from the aforementioned gaseous mixture without the use of a cooling gas. Chamber 16 functions as a cooling tank. The cooling gas, also known as a rapid cooling gas, is typically argon gas or similar.

気体供給部28は、例えば、接続管21a内又は接続管21b内に、不活性ガスを含む温度調整ガスを供給するものである。気体供給部28は、銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18に不活性ガスを含む温度調整ガスを供給する。
気体供給部28は、例えば、バルブ28aと、バルブ28aに接続された第1の気体供給管28bと第2の気体供給管28cとを有する。第1の気体供給管28bは接続管21aに接続され、第2の気体供給管28cは接続管21bに接続されている。
バルブ28aを切換えることにより第1の気体供給管28b又は第2の気体供給管28cのいずれかに温度調整ガスが供給され、接続管21a内又は接続管21b内に温度調整ガスが供給される。
The gas supply unit 28 supplies a temperature-regulating gas containing an inert gas to, for example, the connecting pipe 21a or the connecting pipe 21b. The gas supply unit 28 supplies the temperature-regulating gas containing an inert gas to the primary silver particles 15 or the secondary silver particles 18.
The gas supply unit 28 includes, for example, a valve 28a and a first gas supply pipe 28b and a second gas supply pipe 28c connected to the valve 28a. The first gas supply pipe 28b is connected to a connecting pipe 21a, and the second gas supply pipe 28c is connected to the connecting pipe 21b.
By switching valve 28a, temperature-regulating gas is supplied to either the first gas supply pipe 28b or the second gas supply pipe 28c, and the temperature-regulating gas is supplied to either the connecting pipe 21a or the connecting pipe 21b.

気体供給部28は、さらに第1の気体供給管28b又は第2の気体供給管28cに供給する温度調整ガスに押出し圧力をかけるコンプレッサ、又はブロア等の圧力付与装置(図示せず)を有する。
また、気体供給部28は、温度調整ガスを貯蔵する貯蔵部(図示せず)と、ガス供給量を制御する圧力制御弁とを有する。温度調整ガスは、例えば、アルゴンガスである。
気体供給部28から接続管21a内又は接続管21b内に供給される温度調整ガスにより、所望のガス温度に調整することができる。
The gas supply unit 28 further includes a compressor or a pressure-applying device (not shown) such as a blower that applies extrusion pressure to the temperature-regulating gas supplied to the first gas supply pipe 28b or the second gas supply pipe 28c.
Furthermore, the gas supply unit 28 includes a storage unit (not shown) for storing temperature-regulating gas and a pressure control valve for controlling the amount of gas supplied. The temperature-regulating gas is, for example, argon gas.
The desired gas temperature can be adjusted by the temperature-regulating gas supplied from the gas supply unit 28 into the connecting pipe 21a or the connecting pipe 21b.

図2に示すように、チャンバ16には、銀の1次微粒子15を所望の粒径で分級するためのサイクロン19が設けられている。このサイクロン19は、チャンバ16から1次微粒子15を供給する入口管19aと、この入口管19aと接続され、サイクロン19の上部に位置する円筒形状の外筒19bと、この外筒19b下部から下側に向かって連続し、かつ、径が漸減する円錐台部19cと、この円錐台部19c下側に接続され、上述の所望の粒径以上の粒径を有する粗大粒子を回収する粗大粒子回収チャンバ19dと、後に詳述する回収部20に接続され、外筒19bに突設される内管19eとを備えている。チャンバ16と入口管19aとは接続管21aにより接続されており、1次微粒子15は接続管21aを通ってサイクロン19に移動する。接続管21aは1次微粒子15の搬送路である。 As shown in Figure 2, the chamber 16 is equipped with a cyclone 19 for classifying primary silver particles 15 to a desired particle size. This cyclone 19 comprises an inlet pipe 19a for supplying primary particles 15 from the chamber 16, a cylindrical outer cylinder 19b connected to the inlet pipe 19a and located at the top of the cyclone 19, a frustoconical section 19c extending downward from the bottom of the outer cylinder 19b with a gradually decreasing diameter, a coarse particle recovery chamber 19d connected to the bottom of the frustoconical section 19c for recovering coarse particles having a particle size greater than or equal to the desired particle size, and an inner pipe 19e protruding from the outer cylinder 19b and connected to a recovery section 20 (described in detail later). The chamber 16 and the inlet pipe 19a are connected by a connecting pipe 21a, and the primary particles 15 move to the cyclone 19 through the connecting pipe 21a. The connecting pipe 21a is a transport path for the primary particles 15.

サイクロン19の入口管19aから、1次微粒子15を含んだ気流が、外筒19b内周壁に沿って吹き込まれ、これにより、この気流が図2中に矢印Tで示すように外筒19bの内周壁から円錐台部19c方向に向かって流れることで下降する旋回流が形成される。
そして、上述の下降する旋回流が反転し、上昇流になったとき、遠心力と抗力のバランスにより、粗大粒子は、上昇流にのることができず、円錐台部19c側面に沿って下降し、粗大粒子回収チャンバ19dで回収される。また、遠心力よりも抗力の影響をより受けた微粒子は、円錐台部19c内壁での上昇流とともに内管19e及び接続管21bを経てサイクロン19外に排出される。
An airflow containing primary particles 15 is blown in from the inlet pipe 19a of the cyclone 19 along the inner circumferential wall of the outer cylinder 19b, thereby forming a downward-flowing swirling flow as this airflow flows from the inner circumferential wall of the outer cylinder 19b toward the frustoconical portion 19c, as indicated by the arrow T in Figure 2.
Then, when the aforementioned downward swirling flow reverses and becomes an upward flow, due to the balance between centrifugal force and drag, the coarse particles cannot ride the upward flow and descend along the side of the frustum 19c, where they are collected in the coarse particle collection chamber 19d. Furthermore, fine particles that are more affected by drag than by centrifugal force are discharged outside the cyclone 19 along with the upward flow along the inner wall of the frustum 19c through the inner tube 19e and connecting tube 21b.

また、内管19e及び接続管21bを通して、後に詳述する回収部20から負圧(吸引力)が生じるようになっている。そして、この負圧(吸引力)によって、上述の旋回する気流から分離した微粒子が、符号Uで示すように吸引され、内管19e及び接続管21bを通して回収部20に送られるようになっている。 Furthermore, negative pressure (suction force) is generated from the recovery unit 20, which will be described in detail later, through the inner tube 19e and the connecting tube 21b. This negative pressure (suction force) then draws in the fine particles separated from the swirling airflow, as indicated by the symbol U, and sends them to the recovery unit 20 through the inner tube 19e and the connecting tube 21b.

サイクロン19内の気流の出口である内管19eの延長上に所望のナノメートルオーダの粒径を有する銀微粒子30を回収する回収部20が設けられている。回収部20は、回収室20aと、回収室20a内に設けられたフィルター20bと、回収室20a内下方に設けられた管を介して接続された真空ポンプ29とを備える。サイクロン19から送られた銀微粒子30は、真空ポンプ29で吸引されることにより、回収室20a内に引き込まれ、フィルター20bの表面で留まった状態にされて回収される。
なお、上述の製造装置10において、使用するサイクロンの個数は、1つに限定されず、2つ以上でもよい。
A recovery unit 20 is provided on the extension of the inner tube 19e, which is the outlet for the airflow inside the cyclone 19, to recover silver nanoparticles 30 having a desired particle size on the order of nanometers. The recovery unit 20 comprises a recovery chamber 20a, a filter 20b provided inside the recovery chamber 20a, and a vacuum pump 29 connected via a tube provided below inside the recovery chamber 20a. The silver nanoparticles 30 sent from the cyclone 19 are drawn into the recovery chamber 20a by the vacuum pump 29 and are recovered while remaining on the surface of the filter 20b.
Furthermore, in the manufacturing apparatus 10 described above, the number of cyclones used is not limited to one, but may be two or more.

供給部40は、チャンバ16内、接続管21aにおける第1の気体供給管28bの下流、又は接続管21bにおける第2の気体供給管28cの下流で、銀の微粒子に表面処理剤Stを供給するものである。ここで、接続管21aに対してチャンバ16側を上流側といい、サイクロン19側を下流側という。
供給部40は、例えば、バルブ41と、バルブ41に接続された第1供給管41aと第2供給管41bと第3供給管41cとを有する。第1供給管41aがチャンバ16の側面16bに接続されている。第2供給管41bが接続管21aに第1の気体供給管28bの下流で接続され、第3供給管41cが接続管21bに第2の気体供給管28cの下流で接続されている。第1供給管41aは、例えば、チャンバ16において、接続管21aが接続された位置と同程度か、又はそれ以下の高さに接続されている。表面処理剤Stは第1供給管41aを経てチャンバ16の内側壁16aからチャンバ16内に供給される。
第2供給管41bの接続管21aにおける接続位置をPとし、第3供給管41cの接続管21bにおける接続位置をPとする。第3供給管41cの接続位置Pは、第2供給管41bの接続位置Pよりも下流にある。
供給部40は、チャンバ16内の銀の1次微粒子15、接続管21aを通る銀の1次微粒子15又は接続管21bを通る銀の2次微粒子18に表面処理剤Stを供給する。
供給部40は、表面処理剤Stに適する温度領域で、表面処理剤Stを供給するものである。銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18に表面処理剤Stが付着し、銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18が表面処理されて、銀微粒子の融着が防止されて、銀微粒子30が得られる。
供給部40による表面処理剤Stの供給方法は、特に限定されるものではなく、例えば、表面処理剤Stを液滴化して銀の2次微粒子18に噴霧する方法が例示される。
The supply unit 40 supplies the surface treatment agent St to the silver fine particles within the chamber 16, either downstream of the first gas supply pipe 28b in the connecting pipe 21a, or downstream of the second gas supply pipe 28c in the connecting pipe 21b. Here, the side of the chamber 16 with respect to the connecting pipe 21a is referred to as the upstream side, and the side of the cyclone 19 is referred to as the downstream side.
The supply unit 40 includes, for example, a valve 41 and a first supply pipe 41a, a second supply pipe 41b, and a third supply pipe 41c connected to the valve 41. The first supply pipe 41a is connected to the side surface 16b of the chamber 16. The second supply pipe 41b is connected to the connecting pipe 21a downstream of the first gas supply pipe 28b, and the third supply pipe 41c is connected to the connecting pipe 21b downstream of the second gas supply pipe 28c. The first supply pipe 41a is connected in the chamber 16, for example, at a height of approximately the same as or lower than the position where the connecting pipe 21a is connected. The surface treatment agent St is supplied into the chamber 16 from the inner wall 16a of the chamber 16 via the first supply pipe 41a.
Let P1 be the connection point in the connecting pipe 21a of the second supply pipe 41b, and let P2 be the connection point in the connecting pipe 21b of the third supply pipe 41c. The connection point P2 of the third supply pipe 41c is downstream of the connection point P1 of the second supply pipe 41b.
The supply unit 40 supplies the surface treatment agent St to the primary silver particles 15 in the chamber 16, the primary silver particles 15 passing through the connecting pipe 21a, or the secondary silver particles 18 passing through the connecting pipe 21b.
The supply unit 40 supplies the surface treatment agent St in a temperature range suitable for the surface treatment agent St. The surface treatment agent St adheres to the primary silver particles 15 or secondary silver particles 18, the primary silver particles 15 or secondary silver particles 18 are surface-treated, the fusion of the silver particles is prevented, and silver particles 30 are obtained.
The method of supplying the surface treatment agent St by the supply unit 40 is not particularly limited, and an example is a method of forming the surface treatment agent St into droplets and spraying them onto the secondary silver particles 18.

上述のように、表面処理剤Stは適する温度領域で供給される。適する温度領域とは、表面処理剤Stが、銀微粒子の融着を防ぐ役割を果たすことができる温度領域である。したがって、銀微粒子の融着を防ぐことができれば、表面処理剤Stが変性する温度領域から導入してもよく、表面処理剤Stが変性しない温度領域から導入してもよい。
なお、表面処理された微粒子の表面状態は、例えば、FT-IR(フーリエ変換赤外分光光度計)を用いて調べることができる。
As described above, the surface treatment agent St is supplied within a suitable temperature range. The suitable temperature range is the temperature range in which the surface treatment agent St can prevent the fusion of silver nanoparticles. Therefore, as long as the fusion of silver nanoparticles can be prevented, the surface treatment agent St may be introduced from a temperature range in which it denatures, or from a temperature range in which it does not denature.
Furthermore, the surface condition of surface-treated microparticles can be examined, for example, using an FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectrophotometer).

上述の銀微粒子の融着を防ぐ役割を果たすことができる温度領域とは1次微粒子15を表面処理剤Stの変性で生じた有機物もしくは表面処理剤Stで被覆できる温度領域である。上述の表面処理剤Stが変性しない温度領域とは、示差熱―熱重量同時測定(TG-DTA)により測定した温度を基に決定される温度領域のことである。
上述の表面処理剤Stが変性しない温度領域は、表面処理剤Stの示差熱―熱重量同時測定において、重量減少割合が50質量%以下である温度領域とする。重量減少割合は、より好ましくは30質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以下である。
なお、示差熱―熱重量同時測定には、株式会社日立ハイテクサイエンスのSTA7200(商品名)が用いられる。
The temperature range that can prevent the fusion of the silver nanoparticles described above is the temperature range in which the primary nanoparticles 15 can be coated with organic matter produced by the modification of the surface treatment agent St or with the surface treatment agent St itself. The temperature range in which the surface treatment agent St does not modify is the temperature range determined based on the temperature measured by differential thermal-thermogravimetric analysis (TG-DTA).
The temperature range in which the surface treatment agent St does not denature is defined as the temperature range in which the weight loss rate of the surface treatment agent St, measured by differential thermal-thermogravimetric simultaneous measurement, is 50% by mass or less. More preferably, the weight loss rate is 30% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less.
For simultaneous differential thermal and thermogravimetric measurements, the STA7200 (product name) from Hitachi High-Tech Science Corporation is used.

表面処理剤Stは、特に限定されるものではないが、例えば、有機酸単体及び有機酸溶液、並びにアミン基を有する有機物及びアミン基を有する有機物の溶液である。
また、有機酸が使用状態で液状であれば必ずしも水溶液のように、有機酸を溶媒に溶解させる必要はなく、有機酸を単体で使用することもできる。有機酸以外の酸性物質、塩基性物質、天然樹脂及び合成樹脂等の表面処理剤Stを使用する場合でも、有機酸と同様であり、使用状態で液状であれば単体で使用することができる。
アミン基を有する有機物は、例えば、ドデシルアミンである。
The surface treatment agent St is not particularly limited, but examples include an organic acid alone and a solution of an organic acid, as well as an organic substance having an amine group and a solution of an organic substance having an amine group.
Furthermore, if the organic acid is in liquid form when used, it is not necessarily required to dissolve it in a solvent, as in an aqueous solution; the organic acid can be used on its own. The same applies to surface treatment agents St other than organic acids, such as acidic substances, basic substances, natural resins, and synthetic resins; if they are in liquid form when used, they can be used on their own.
An example of an organic substance having an amine group is dodecylamine.

(分散剤単体及び分散剤溶液)
分散剤は、例えば、アミン基のみを有する分散剤等が用いられる。分散剤には、以下のものを用いることができる。分散剤がアミン基を有する場合、分散剤のアミン価は、10以上100以下が好ましく、10以上60以下がより好ましい。
(Dispersant alone and dispersant solution)
For example, a dispersant having only amine groups can be used. The following can be used as dispersants. When the dispersant has amine groups, the amine value of the dispersant is preferably 10 to 100, and more preferably 10 to 60.

アミン基のみを有する分散剤としては、例えば、DISPERBYK-102、DISPERBYK-160、DISPERBYK-161、DISPERBYK-162、DISPERBYK-2163、DISPERBYK-2164、DISPERBYK-166、DISPERBYK-167、DISPERBYK-168、DISPERBYK-2000、DISPERBYK-2050、DISPERBYK-2150、DISPERBYK-2155、DISPERBYK-LPN6919、DISPERBYK-LPN21116、DISPERBYK-LPN21234、DISPERBYK-9075、DISPERBYK-9077(以上、ビックケミー社製);EFKA 4015、EFKA 4020、EFKA 4046、EFKA 4047、EFKA 4050、EFKA 4055、EFKA 4060、EFKA 4080、EFKA 4300、EFKA 4330、EFKA 4340、EFKA 4400、EFKA 4401、EFKA 4402、EFKA 4403、EFKA 4800(以上、BASF社製);アジスパー(登録商標)PB711(味の素ファインテクノ株式会社製)等が挙げられる。 Examples of dispersants containing only amine groups include DISPERBYK-102, DISPERBYK-160, DISPERBYK-161, DISPERBYK-162, DISPERBYK-2163, DISPERBYK-2164, DISPERBYK-166, DISPERBYK-167, DISPERBYK-168, and DISPER BYK-2000, DISPERBYK-2050, DISPERBYK-2150, DISPERBYK-2155, DISPERBYK-LPN6919, DISPERBYK-LPN21116, DISPERBYK-LPN21234, DISPERBYK-9075, DISPERBYK-9077 (all manufactured by Big Chemie); EFKA Examples include EFKA 4015, EFKA 4020, EFKA 4046, EFKA 4047, EFKA 4050, EFKA 4055, EFKA 4060, EFKA 4080, EFKA 4300, EFKA 4330, EFKA 4340, EFKA 4400, EFKA 4401, EFKA 4402, EFKA 4403, and EFKA 4800 (all manufactured by BASF); and Adisper® PB711 (manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.).

アミン基を有する高分子分散剤としては、例えば、DISPERBYK-142、DISPERBYK-145、DISPERBYK-2001、DISPERBYK-2010、DISPERBYK-2020、DISPERBYK-2025、DISPERBYK-9076、Anti-Terra-205(以上、ビックケミー社製);SOLSPERSE 24000(ルーブリゾール株式会社製);アジスパー(登録商標)PB821、アジスパーPB880、アジスパーPB881(以上、味の素ファインテクノ株式会社製)等を挙げることができる。 Examples of polymeric dispersants containing amine groups include DISPERBY K-142, DISPERBY K-145, DISPERBY K-2001, DISPERBY K-2010, DISPERBY K-2020, DISPERBY K-2025, DISPERBY K-9076, and Anti-Terra-205 (all manufactured by Bic Chemie); SOLSPERSE 24000 (manufactured by Lubrizol Corporation); and Azisper (registered trademark) PB821, Azisper PB880, and Azisper PB881 (all manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.).

(有機溶媒)
有機溶媒は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。有機溶媒としては、例えば、メタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、アルキルハライド類、ホルムアミド等のアミド類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、酢酸エチル等のエステル類、及びエーテル類等が挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよく、2種以上のもの組み合わせてもよい。
(Organic solvents)
There are no particular restrictions on organic solvents, and they can be appropriately selected depending on the purpose. Examples of organic solvents include alcohols such as methanol, ketones such as acetone, alkyl halides, amides such as formamide, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, heterocyclic compounds, hydrocarbons, esters such as ethyl acetate, and ethers. These may be used individually or in combination of two or more.

(有機酸単体及び有機酸溶液)
表面処理剤に酸性物質である有機酸を用いる場合、例えば、溶媒に純水を用いて水溶液として、供給部40から噴霧する。この場合、有機酸は、水溶性であり、かつ低沸点であることが好ましく、有機酸はC、O及びHだけで構成されていることが好ましい。有機酸としては、例えば、L-アスコルビン酸(C)、ギ酸(CH)、グルタル酸(C)、コハク酸(C)、シュウ酸(C)、DL-酒石酸(C)、ラクトース一水和物、マルトース一水和物、マレイン酸(C)、D-マンニット(C14)、クエン酸(C)、リンゴ酸(C)、マロン酸(C)及び脂肪族カルボン酸等を用いることができる。上述の有機酸のうち、少なくとも1種を用いることが好ましい。
有機酸の水溶液を液滴化する噴霧ガスは、例えば、アルゴンガスが用いられるが、アルゴンガスに限定されるものではなく、窒素ガス等の不活性ガスを用いることができる。
(Organic acids by themselves and organic acid solutions)
When using an organic acid, which is an acidic substance, as a surface treatment agent, for example, an aqueous solution is sprayed from the supply unit 40 using pure water as the solvent. In this case, the organic acid is preferably water-soluble and has a low boiling point, and is preferably composed only of C, O, and H. Examples of organic acids that can be used include L - ascorbic acid (C6H8O6 ) , formic acid ( CH2O2 ), glutaric acid ( C5H8O4 ), succinic acid ( C4H6O4 ) , oxalic acid ( C2H2O4 ) , DL-tartaric acid ( C4H6O6 ), lactose monohydrate, maltose monohydrate, maleic acid (C4H4O4 ) , D- mannitol ( C6H14O6 ), citric acid ( C6H8O7 ) , malic acid ( C4H6O5 ), malonic acid ( C3H4O4 ) , and aliphatic carboxylic acids . It is preferable to use at least one of the above - mentioned organic acids.
For example, argon gas is used as the atomizing gas to atomize an aqueous solution of an organic acid, but it is not limited to argon gas; inert gases such as nitrogen gas can also be used.

銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18の搬送路の温度を計測するセンサ(図示せず)を有してもよい。このセンサの温度の計測結果は、表面処理剤Stに適する温度領域であるか否かの判定に利用される。この場合、温度の計測結果は、例えば、供給部40に出力される。供給部40では、センサによる、銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18の搬送路の温度の計測結果に基づき、表面処理剤Stに適する温度領域であるか否かを判定することができる。銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18の搬送路の温度が、表面処理剤Stに適さない温度領域の場合、例えば、気体供給部28から供給される温度調整ガスの流量を変更する。
上述のように、センサの温度の計測結果は、表面処理剤Stに適する温度領域であるか否かの判定に用いられるため、センサは、第2供給管41bの接続管21aにおける接続位置Pよりも上流に設けることが好ましい。このため、センサは、例えば、接続管21aに設けられる。
センサは温度を計測できれば、その構成は特に限定されるものではないが、計測時間が短いことが好ましい。このため、センサには、例えば、抵抗温度計、放射温度計、赤外放射温度センサ、及びサーミスタ等を用いることができる。
The system may include a sensor (not shown) for measuring the temperature of the transport path for the primary silver particles 15 or secondary silver particles 18. The temperature measurement result from this sensor is used to determine whether or not the temperature is within a suitable range for the surface treatment agent St. In this case, the temperature measurement result is output to, for example, the supply unit 40. The supply unit 40 can determine whether or not the temperature is within a suitable range for the surface treatment agent St based on the temperature measurement result from the sensor for the transport path for the primary silver particles 15 or secondary silver particles 18. If the temperature of the transport path for the primary silver particles 15 or secondary silver particles 18 is within a temperature range unsuitable for the surface treatment agent St, the flow rate of the temperature-regulating gas supplied from the gas supply unit 28 is changed, for example.
As described above, the temperature measurement result from the sensor is used to determine whether or not the temperature range is suitable for the surface treatment agent St. Therefore, it is preferable to install the sensor upstream of the connection position P1 in the connecting pipe 21a of the second supply pipe 41b. For this reason, the sensor is installed, for example, in the connecting pipe 21a.
While the configuration of a sensor is not particularly limited as long as it can measure temperature, a short measurement time is preferable. For this reason, sensors such as resistance thermometers, radiation thermometers, infrared radiation temperature sensors, and thermistors can be used.

次に、上述の製造装置10を用いた銀微粒子の製造方法の一例について説明する。
まず、銀微粒子の原料粉末として、例えば、平均粒子径が15μm以下の銀の粉末を材料供給装置14に投入する。
プラズマガスに、例えば、アルゴンガス及び水素ガスを用い、高周波発振用コイル12bに高周波電圧を印加し、プラズマトーチ12内に熱プラズマ炎24を発生させる。
次に、キャリアガスとして、例えば、アルゴンガスを用いて銀の粉末を気体搬送し、供給管14aを介してプラズマトーチ12内の熱プラズマ炎24中に供給する。供給された銀の粉末は、熱プラズマ炎24中で蒸発して気相状態の混合物となり、チャンバ16内で、冷却ガスを用いることなく、気相状態の混合物から銀の1次微粒子15が生成される。
Next, an example of a method for producing silver nanoparticles using the manufacturing apparatus 10 described above will be explained.
First, as a raw material powder for silver nanoparticles, for example, silver powder with an average particle size of 15 μm or less is put into the material supply device 14.
For example, argon gas and hydrogen gas are used as the plasma gas, and a high-frequency voltage is applied to the high-frequency oscillation coil 12b to generate a thermal plasma flame 24 inside the plasma torch 12.
Next, silver powder is transported as a gas using, for example, argon gas, and supplied to the thermal plasma flame 24 in the plasma torch 12 via the supply pipe 14a. The supplied silver powder evaporates in the thermal plasma flame 24 to become a mixture in a gaseous state, and primary silver particles 15 are generated in the chamber 16 from the mixture in the gaseous state without the use of a cooling gas.

そして、チャンバ16内で得られた銀の1次微粒子15は、接続管21aを通りサイクロン19の入口管19aから、気流とともに外筒19bの内周壁に沿って吹き込まれ、これにより、この気流が図2の矢印Tに示すように外筒19bの内周壁に沿って流れることにより、旋回流を形成して下降する。そして、上述の下降する旋回流が反転し、上昇流になったとき、遠心力と抗力のバランスにより、粗大粒子は、上昇流にのることができず、円錐台部19c側面に沿って下降し、粗大粒子回収チャンバ19dで回収される。また、遠心力よりも抗力の影響をより受けた微粒子は、円錐台部19c内壁での上昇流とともに内壁からサイクロン19外に排出される。
排出された銀の2次微粒子18は、真空ポンプ29による回収部20からの負圧(吸引力)によって、図1中、符号Uに示す方向に吸引されて内管19e及び接続管21bを通過する。
The primary silver particles 15 obtained in the chamber 16 are then blown into the cyclone 19 through the connecting pipe 21a and the inlet pipe 19a, along the inner wall of the outer cylinder 19b, along with the airflow. As a result, this airflow flows along the inner wall of the outer cylinder 19b, as shown by arrow T in Figure 2, forming a swirling flow and descending. When the descending swirling flow reverses and becomes an upward flow, due to the balance between centrifugal force and drag, the coarse particles cannot ride the upward flow and descend along the side of the frustoconical section 19c, where they are collected in the coarse particle collection chamber 19d. Fine particles that are more affected by drag than centrifugal force are discharged from the inner wall of the frustoconical section 19c along with the upward flow on the inner wall, leaving the cyclone 19.
The discharged secondary silver particles 18 are sucked in the direction indicated by the symbol U in Figure 1 by the negative pressure (suction force) from the recovery unit 20 by the vacuum pump 29, and pass through the inner tube 19e and connecting tube 21b.

銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18が接続管21a内又は接続管21b内を通過する際、気体供給部28から温度調整ガスが、第1の気体供給管28b又は第2の気体供給管28cを通り接続管21a内又は接続管21b内に供給されて、銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18が冷却される。温度調整ガスにより、銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18を表面処理剤に適する温度領域とした後、さらに、供給部40からチャンバ16内、接続管21a内又は接続管21b内に、表面処理剤Stが銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18に、例えば、噴霧等の形態で供給されて、銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18が表面処理される。
表面処理された銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18、すなわち、銀微粒子30が回収部20に送られ、回収部20のフィルター20bで銀微粒子30が回収される。このようにして、銀微粒子が得られる。
As the primary silver particles 15 or secondary silver particles 18 pass through the connecting pipe 21a or connecting pipe 21b, a temperature-regulating gas is supplied from the gas supply unit 28 through the first gas supply pipe 28b or the second gas supply pipe 28c into the connecting pipe 21a or connecting pipe 21b, thereby cooling the primary silver particles 15 or secondary silver particles 18. After the temperature-regulating gas brings the primary silver particles 15 or secondary silver particles 18 to a temperature range suitable for the surface treatment agent, the surface treatment agent St is further supplied from the supply unit 40 into the chamber 16, the connecting pipe 21a, or the connecting pipe 21b to the primary silver particles 15 or secondary silver particles 18, for example, in the form of a spray, thereby surface-treating the primary silver particles 15 or secondary silver particles 18.
Surface-treated primary silver particles 15 or secondary silver particles 18, i.e., silver particles 30, are sent to the recovery unit 20, where they are collected by the filter 20b of the recovery unit 20. In this way, silver particles are obtained.

銀微粒子30が回収部20に回収されるとき、サイクロン19内の内圧は、大気圧以下であることが好ましい。また、銀微粒子30の粒径は、目的に応じて、ナノメートルオーダの任意の粒径が規定される。
なお、本発明では、熱源に熱プラズマ炎を用いて銀の1次微粒子を形成しているが、他の気相法を用いて銀の1次微粒子を形成することもできる。このため、気相法であれば、熱プラズマ炎を用いることに限定されるものではなく、例えば、火炎法により、銀の1次微粒子を形成する製造方法でもよい。なお、熱プラズマ炎を用いた1次微粒子の製造方法を熱プラズマ法という。
When the silver nanoparticles 30 are collected in the collection unit 20, the internal pressure inside the cyclone 19 is preferably below atmospheric pressure. Furthermore, the particle size of the silver nanoparticles 30 can be any size on the order of nanometers, depending on the purpose.
In this invention, primary silver nanoparticles are formed using a thermal plasma flame as the heat source, but primary silver nanoparticles can also be formed using other gas-phase methods. Therefore, as long as a gas-phase method is used, it is not limited to using a thermal plasma flame; for example, a manufacturing method for forming primary silver nanoparticles using a flame method is also acceptable. The method of manufacturing primary silver nanoparticles using a thermal plasma flame is called the thermal plasma method.

ここで、火炎法とは、火炎を熱源として用い,銀を含む原料を火炎に通すことにより微粒子を合成する方法である。火炎法では、銀を含む原料を、火炎に供給し火炎の中で銀粒子を生成させて銀粒子の成長を抑制して銀の1次微粒子15を得る。さらに、表面処理剤Stを、銀の1次微粒子15又は銀の2次微粒子18に供給して、銀微粒子を製造する。
なお、火炎法においても、表面処理剤は、上述の熱プラズマ法と同じものを用いることができる。
Here, the flame method is a method of synthesizing fine particles by using a flame as a heat source and passing a silver-containing raw material through the flame. In the flame method, a silver-containing raw material is supplied to the flame, and silver particles are generated in the flame, and the growth of the silver particles is suppressed to obtain primary silver fine particles 15. Furthermore, a surface treatment agent St is supplied to the primary silver fine particles 15 or secondary silver fine particles 18 to produce silver fine particles.
Furthermore, in the flame method, the same surface treatment agent as in the thermal plasma method described above can be used.

本発明は、基本的に以上のように構成されるものである。以上、本発明の銀微粒子について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。 The present invention is basically configured as described above. While the silver nanoparticles of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various improvements or modifications may be made without departing from the spirit of the invention.

以下、本発明の銀微粒子について、より具体的に説明する。
本実施例においては、実施例1~3の銀微粒子及び従来の銀微粒子を製造した。実施例1~3の銀微粒子及び従来の銀微粒子の製造には図2に示す製造装置10を用いた。以下に製造条件を示す。
The silver nanoparticles of the present invention will be described in more detail below.
In this example, silver nanoparticles of Examples 1 to 3 and conventional silver nanoparticles were manufactured. The manufacturing apparatus 10 shown in Figure 2 was used to manufacture the silver nanoparticles of Examples 1 to 3 and the conventional silver nanoparticles. The manufacturing conditions are shown below.

実施例1では原料粉末に、平均粒子径15μmの銀の粉末を用いた。銀の粉体の平均粒径は粒度分布計で測定した値である。粒度分布計にはマイクロトラック・ベル株式会社製MT3300を用いた。
なお、銀微粒子の製造条件は、プラズマへの入力を18kW一定として、プラズマトーチ内圧力は60kPaに固定した。
キャリアガスにアルゴンガスを用いた。アルゴンガスの流量を5リットル/分(標準状態換算)とした。
プラズマガスにアルゴンガスと水素ガスとを用いた。アルゴンガスの流量を200リットル/分(標準状態換算)とし、水素ガスの流量を5リットル/分(標準状態換算)とした。
温度調整ガスにアルゴンガスを用いた。アルゴンガスの流量を240リットル/分(標準状態換算)とした。
実施例1では、有機酸にクエン酸を用いた。溶媒に純水を用い、クエン酸を含む水溶液(クエン酸の濃度3.76W/W%)を、噴霧ガスを用いて、チャンバ16の側面16bに接続された第2供給管41b(図2参照)から銀の1次微粒子に噴霧した。噴霧ガスにアルゴンガスを用いた。
In Example 1, silver powder with an average particle size of 15 μm was used as the raw material powder. The average particle size of the silver powder was measured using a particle size analyzer. A Microtrac-Bell MT3300 was used as the particle size analyzer.
The manufacturing conditions for the silver nanoparticles were as follows: the plasma input was kept constant at 18 kW, and the pressure inside the plasma torch was fixed at 60 kPa.
Argon gas was used as the carrier gas. The argon gas flow rate was set to 5 liters/minute (at standard conditions).
Argon and hydrogen gases were used as plasma gases. The flow rate of argon gas was set to 200 liters/minute (at standard conditions), and the flow rate of hydrogen gas was set to 5 liters/minute (at standard conditions).
Argon gas was used as the temperature control gas. The argon gas flow rate was set to 240 liters/minute (converted to standard conditions).
In Example 1, citric acid was used as the organic acid. Pure water was used as the solvent, and an aqueous solution containing citric acid (citric acid concentration 3.76 W/W%) was sprayed onto primary silver particles from a second supply pipe 41b (see Figure 2) connected to the side surface 16b of the chamber 16 using a spray gas. Argon gas was used as the spray gas.

実施例2は、実施例1に比して、以下のこと以外は、実施例1と同じとした。
実施例2では、プラズマトーチ内圧力を85kPaに固定した。また、温度調整ガスのアルゴンガスの流量を15リットル/分(標準状態換算)とした。
Example 2 was the same as Example 1, except for the following:
In Example 2, the internal pressure of the plasma torch was fixed at 85 kPa. The flow rate of the argon gas used for temperature control was set to 15 liters/minute (converted to standard conditions).

実施例3は、実施例2に比して、以下のこと以外は、実施例2と同じとした。実施例3は、温度調整ガスを用いなかった。 Example 3 was identical to Example 2, except for the following: Example 3 did not use a temperature-regulating gas.

従来の銀微粒子では、プラズマへの入力を14kW一定として、プラズマトーチ内圧力は40kPaに固定した。
キャリアガスにアルゴンガスを用いた。アルゴンガスの流量を5リットル/分(標準状態換算)とした。
プラズマガスにアルゴンガスと水素ガスとを用いた。アルゴンガスの流量を170リットル/分(標準状態換算)とし、水素ガスの流量を5リットル/分(標準状態換算)とした。
冷却ガスにアルゴンガスとメタンガスを用いた。アルゴンガスの流量を300リットル/分(標準状態換算)とし、メタンガスの流量を5.7リットル/分(標準状態換算)とした。
なお、従来の銀微粒子では、温度調整用ガスを供給せず、また、有機酸を用いなかった。
In the conventional silver nanoparticle setup, the plasma input was kept constant at 14 kW, and the internal pressure of the plasma torch was fixed at 40 kPa.
Argon gas was used as the carrier gas. The argon gas flow rate was set to 5 liters/minute (at standard conditions).
Argon and hydrogen gases were used as plasma gases. The flow rate of argon gas was set to 170 liters/minute (at standard conditions), and the flow rate of hydrogen gas was set to 5 liters/minute (at standard conditions).
Argon and methane gases were used as cooling gases. The flow rate of argon gas was set to 300 liters/minute (at standard conditions), and the flow rate of methane gas was set to 5.7 liters/minute (at standard conditions).
In contrast, conventional silver nanoparticles did not use temperature-regulating gases or organic acids.

実施例1~3について、得られた銀微粒子のSEM像を得た。SEM像は株式会社日立ハイテクノロジーズ製Regulus8220を用いて取得した。
実施例1~3の銀微粒子のSEM像を、それぞれ画像解析して粒度分布を算出した。その結果を図3に示す。図3は本発明の実施例1、2の銀微粒子の粒度分布を示すグラフである。図3に示す銀微粒子の粒度分布は、体積基準で得られた粒度分布を示す。
図3において、符号62は実施例1の粒径の累積分布を示し、符号63は実施例1の粒径の頻度分布を示す。実施例2はBET法による粒径が192nmであった。
符号64は実施例2の粒径の累積分布を示し、符号65は実施例2の粒径の頻度分布を示す。実施例2はBET法による粒径が356nmであった。また、実施例3はBET法による粒径が386nmであった。実施例1~3の銀微粒子のBET法による粒径の測定には、株式会社マウンテック製Macsorb HM-1208を用いた。
実施例1~3の銀微粒子において、粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合は、まず、銀微粒子のSEM像を画像解析して体積基準での粒度分布を求めた。次に、体積基準での粒度分布から、銀微粒子について、粒径が0.1μm(100nm)未満の粒子の含有割合を求めた。
図3に示すように実施例1、2は、粒径が0.1μm(100nm)未満の粒子の含有割合が少ない。なお、実施例3も、粒径が0.1μm(100nm)未満の粒子の含有割合が少ないことを確認している。
For Examples 1 to 3, SEM images of the obtained silver nanoparticles were acquired. The SEM images were obtained using a Regulus 8220 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation.
The particle size distribution was calculated by image analysis of the SEM images of the silver nanoparticles of Examples 1 to 3. The results are shown in Figure 3. Figure 3 is a graph showing the particle size distribution of the silver nanoparticles of Examples 1 and 2 of the present invention. The particle size distribution of the silver nanoparticles shown in Figure 3 is the particle size distribution obtained on a volume basis.
In Figure 3, reference numeral 62 indicates the cumulative particle size distribution for Example 1, and reference numeral 63 indicates the frequency particle size distribution for Example 1. In Example 2, the particle size determined by the BET method was 192 nm.
Reference numeral 64 indicates the cumulative particle size distribution of Example 2, and reference numeral 65 indicates the frequency particle size distribution of Example 2. The particle size of Example 2 measured by the BET method was 356 nm. The particle size of Example 3 measured by the BET method was 386 nm. A Macsorb HM-1208 manufactured by Mountec Co., Ltd. was used to measure the particle size of the silver nanoparticles of Examples 1 to 3 by the BET method.
In the silver nanoparticles of Examples 1 to 3, the proportion of particles with a particle size of less than 0.1 μm was first determined by image analysis of SEM images of the silver nanoparticles to obtain the particle size distribution based on volume. Next, the proportion of particles with a particle size of less than 0.1 μm (100 nm) was determined for the silver nanoparticles from the particle size distribution based on volume.
As shown in Figure 3, Examples 1 and 2 have a low proportion of particles with a particle size of less than 0.1 μm (100 nm). It has also been confirmed that Example 3 has a low proportion of particles with a particle size of less than 0.1 μm (100 nm).

実施例1~3及び従来の銀微粒子について、円筒状のペレットに成形して焼成前の体積抵抗値と、大気中(すなわち、空気中)において温度150℃で1時間焼成した後の体積抵抗値と体積収縮率を測定した。その結果、下記表1に示す。なお、大気(空気)の組成は、上述の通りである。
下記表1には、実施例1~3の粒径、及び粒径が0.1μm(100nm)未満の粒子の体積基準の含有割合も示す。なお、下記表1では、上述の「従来の銀微粒子」を「従来例」とした。
体積抵抗値の測定においては、まず、銀微粒子をプレス機を用いて、圧力127MPaで10秒間保持して円筒状のペレットを作製した。測定装置に三菱化学株式会社製ロレスタEP(MCP-T360)を用い、四端子法にて、焼成前後のペレットの体積抵抗値を測定した。
なお、ペレットは、電気炉内に設置し、大気中(大気雰囲気)において温度150℃で1時間焼成した。
For Examples 1-3 and conventional silver nanoparticles, the volume resistivity was measured before firing after forming them into cylindrical pellets, and the volume resistivity and volume shrinkage rate were measured after firing in air (i.e., in air) at a temperature of 150°C for 1 hour. The results are shown in Table 1 below. The composition of the air was as described above.
Table 1 below shows the particle sizes of Examples 1 to 3, as well as the volume-based content percentage of particles with a particle size of less than 0.1 μm (100 nm). In Table 1 below, the "conventional silver nanoparticles" mentioned above are referred to as the "conventional example."
In measuring the volume resistivity, silver nanoparticles were first pressed at a pressure of 127 MPa for 10 seconds to produce cylindrical pellets. A Mitsubishi Chemical Corporation Loresta EP (MCP-T360) was used as the measuring device, and the volume resistivity of the pellets before and after firing was measured using the four-terminal method.
The pellets were placed in an electric furnace and fired in the atmosphere at a temperature of 150°C for 1 hour.

体積収縮率の測定においては、まず、銀微粒子をプレス機を用いて、圧力127MPaで10秒間保持して円筒状のペレットを作製した。円筒状のペレットの厚みと直径をノギスにて測定して、焼成前の体積を得た。焼成後についても、円筒状のペレットの厚みと直径をノギスにて測定して、焼成後の体積を得た。焼成前後のペレットの体積から体積収縮率を算出した。体積収縮率の算出には下記式を用いた。なお、ペレットは、電気炉内に設置し、大気中において温度150℃で1時間焼成した。
体積収縮率(%)=100-((焼成後の体積/焼成前の体積)×100)
なお、密度については、以下のようにして測定した。焼成前の円筒状のペレットの厚みと直径をノギスにて測定し、ペレットの質量を電子天秤にて測定し、円筒状のペレットの体積と質量とから、焼成前の円筒状のペレットの密度を算出した。また、焼成後の円筒状のペレットの厚みと直径をノギスにて測定し、ペレットの質量を電子天秤にて測定し、焼成後の円筒状のペレットの体積と質量とから、焼成後の円筒状のペレットの密度を算出した。
In measuring the volume shrinkage rate, first, silver nanoparticles were pressed using a press machine and held at a pressure of 127 MPa for 10 seconds to produce cylindrical pellets. The thickness and diameter of the cylindrical pellets were measured with calipers to obtain the volume before firing. After firing, the thickness and diameter of the cylindrical pellets were also measured with calipers to obtain the volume after firing. The volume shrinkage rate was calculated from the volumes of the pellets before and after firing. The following formula was used to calculate the volume shrinkage rate. The pellets were placed in an electric furnace and fired in air at a temperature of 150°C for 1 hour.
Volume shrinkage rate (%) = 100 - ((Volume after firing / Volume before firing) × 100)
The density was measured as follows: The thickness and diameter of the cylindrical pellets before firing were measured with calipers, and the mass of the pellets was measured with an electronic balance. The density of the cylindrical pellets before firing was calculated from the volume and mass of the cylindrical pellets. After firing, the thickness and diameter of the cylindrical pellets were measured with calipers, and the mass of the pellets was measured with an electronic balance. The density of the cylindrical pellets after firing was calculated from the volume and mass of the cylindrical pellets after firing.

図4は本発明の実施例1の銀微粒子のSEM像を示す模式図であり、図5は本発明の実施例2の銀微粒子のSEM像を示す模式図である。図6は従来の銀微粒子のSEM像を示す模式図である。
図4~図6に示すように、実施例1、2の銀微粒子は、従来の銀微粒子よりも粒径が大きく、かつ粒径が小さいものが少ない。なお、実施例3も、従来の銀微粒子よりも粒径が大きく、かつ粒径が小さいものが少ないことを確認している。
表1に示すように、実施例1~3の銀微粒子は、円筒状のペレットに成形して大気中において温度150℃で1時間焼成した後では、従来の銀微粒子に比して、体積抵抗値が小さく、かつ体積収縮率も小さい。
Figure 4 is a schematic diagram showing an SEM image of silver nanoparticles according to Example 1 of the present invention, and Figure 5 is a schematic diagram showing an SEM image of silver nanoparticles according to Example 2 of the present invention. Figure 6 is a schematic diagram showing an SEM image of conventional silver nanoparticles.
As shown in Figures 4 to 6, the silver nanoparticles of Examples 1 and 2 have larger particle sizes and fewer small particles than conventional silver nanoparticles. It was also confirmed that Example 3 has larger particle sizes and fewer small particles than conventional silver nanoparticles.
As shown in Table 1, the silver nanoparticles of Examples 1 to 3, after being formed into cylindrical pellets and fired in air at a temperature of 150°C for 1 hour, exhibited lower volume resistivity and lower volume shrinkage compared to conventional silver nanoparticles.

10 銀微粒子の製造装置(製造装置)
12 プラズマトーチ
12a 石英管
12b 高周波発振用コイル
12c プラズマガス供給口
14 材料供給装置
14a 供給管
15 1次微粒子
16 チャンバ
16a 内側壁
16b 側面
18 2次微粒子
19 サイクロン
19a 入口管
19b 外筒
19c 円錐台部
19d 粗大粒子回収チャンバ
19e 内管
20 回収部
20a 回収室
20b フィルター
21a、21b 接続管
22 プラズマガス供給部
22a 配管
24 熱プラズマ炎
28 気体供給部
28a バルブ
28b 第1の気体供給管
28c 第2の気体供給管
29 真空ポンプ
30 銀微粒子
40 供給部
41 バルブ
41a 第1供給管
41b 第2供給管
41c 第3供給管
50 基板
52 パワー半導体素子
54 接合部
St 表面処理剤
10. Manufacturing equipment for silver nanoparticles (manufacturing equipment)
12 Plasma torch 12a Quartz tube 12b High-frequency oscillation coil 12c Plasma gas supply port 14 Material supply device 14a Supply pipe 15 Primary particles 16 Chamber 16a Inner wall 16b Side 18 Secondary particles 19 Cyclone 19a Inlet pipe 19b Outer cylinder 19c Truncated cone section 19d Coarse particle recovery chamber 19e Inner pipe 20 Recovery section 20a Recovery chamber 20b Filter 21a, 21b Connecting pipes 22 Plasma gas supply section 22a Piping 24 Thermal plasma flame 28 Gas supply section 28a Valve 28b First gas supply pipe 28c Second gas supply pipe 29 Vacuum pump 30 Silver particles 40 Supply section 41 Valve 41a First supply pipe 41b Second supply tube 41c Third supply tube 50 Substrate 52 Power semiconductor element 54 Joint St Surface treatment agent

Claims (1)

粒径が0.1μm未満の粒子の含有割合が体積基準で0.2~3.0%であり、
BET法により測定された粒径が192~386nmであり、
焼成前の密度が7.19~7.66g/cm であり、前記焼成前の体積抵抗値が31.0~68.1μΩ・cmであり、
前記粒径が0.1μm未満の粒子の前記含有割合は、銀微粒子のSEM像を画像解析して求めた体積基準での粒度分布から、銀微粒子全体の体積に対する割合として求めたものである、銀微粒子。
The content of particles with a particle size of less than 0.1 μm is 0.2 to 3.0% by volume.
The particle size measured by the BET method was 192–386 nm.
The density before firing is 7.19 to 7.66 g/cm³ , and the volume resistivity before firing is 31.0 to 68.1 μΩ·cm.
The proportion of particles with a particle size of less than 0.1 μm is determined as a percentage of the total volume of silver nanoparticles, based on the volume-based particle size distribution obtained by image analysis of SEM images of the silver nanoparticles .
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