JP2007224422A - Silver powder and paste using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、還元析出法により得られる銀粉の製造方法および当該方法により製造される銀粉に関する。詳しくは、コンデンサ用内部電極または回路基板導体パターンなどの電子部品に好適に使用される銀粉の製造方法および当該方法により製造される銀粉に関する。 The present invention relates to a method for producing silver powder obtained by a reduction precipitation method and a silver powder produced by the method. More specifically, the present invention relates to a method for producing silver powder suitably used for electronic components such as capacitor internal electrodes or circuit board conductor patterns, and silver powder produced by the method.
従来、積層コンデンサの内部電極または回路導体パターンなどに、銀粉をガラスフリットとともに有機ビヒクル中に加え混練して製造される銀ペーストが使用されており、このようなペーストのための銀粉には、粒子径が適当に小さく、粒度が揃っていることが要求されている。
上記の銀粉の製造には、銀塩含有水溶液にアルカリを加え、酸化銀を生成させ、さらに還元剤を加えることで銀粉を製造する方法、もしくは銀塩含有水溶液に錯化剤を加え錯体を生成させ、さらに還元剤を加えることで銀粉を得る方法が用いられている。
Conventionally, a silver paste produced by kneading silver powder in an organic vehicle with glass frit and kneading is used for an internal electrode or a circuit conductor pattern of a multilayer capacitor, and the silver powder for such paste includes particles. It is required that the diameter is appropriately small and the particle size is uniform.
For the production of the above silver powder, alkali is added to the silver salt-containing aqueous solution to form silver oxide, and further a reducing agent is added to produce silver powder, or a complexing agent is added to the silver salt-containing aqueous solution to form a complex. And a method of obtaining a silver powder by adding a reducing agent.
しかしながら、これらの方法で製造された銀粉は凝集が激しく、ファインライン化が進む導体パターンや積層セラミックコンデンサの内部電極の薄膜化に対応できないという欠点があった。
そのため、得られる銀粉をより凝集の少ないものとすべく改善が行われ、それらの研究成果が例えば特開昭49−113754号公報、特開昭52−54661号公報、特開昭54−121270号公報および特開昭61−243105号公報などに開示されている。
However, the silver powder produced by these methods has a strong agglomeration, and has a disadvantage that it cannot cope with the thinning of the conductive pattern and the internal electrode of the multilayer ceramic capacitor which are becoming finer.
For this reason, improvements have been made so that the resulting silver powder has less agglomeration, and the results of such research have been disclosed in, for example, JP-A-49-113754, JP-A-52-54661, JP-A-54-121270. This is disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 61-243105.
すなわち、特開昭49−113754号公報には、銀塩水溶液に苛性アルカリを加え、酸化銀を生成させ、界面活性剤を加えて酸化銀を分散させた後に還元する方法が開示され、酸化銀が生成したところで界面活性剤を加えることで特性のばらつきの少ない均質な銀粉が得られると記載されている。
特開昭52−54661号公報には、銀塩溶液をアミンの存在下でヒドラジンで還元して銀粉を製造する際にアミンの種類および添加量を変えることで銀粉の比表面積を調整する方法が開示され、アミンの存在はヒドラジンの強い還元力を弱め不均一反応を防止する効果があると記載されている。
That is, JP-A-49-113754 discloses a method in which a caustic alkali is added to an aqueous silver salt solution to form silver oxide, and a surfactant is added to disperse the silver oxide, followed by reduction. It is described that a homogeneous silver powder with little variation in characteristics can be obtained by adding a surfactant when the slag is formed.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-54661 discloses a method for adjusting the specific surface area of silver powder by changing the kind and addition amount of amine when a silver salt solution is reduced with hydrazine in the presence of an amine to produce silver powder. It is disclosed that the presence of amines has the effect of reducing the strong reducing power of hydrazine and preventing heterogeneous reactions.
特開昭54−121270号公報には、硝酸銀溶液とホルマリンの混合水溶液に析出銀量に対して0.1〜5重量%の脂肪酸を添加攪拌し、これにアルカリ性溶液を添加して、銀粉末を析出させる方法が開示され、還元反応により銀微粒子が析出した時点で、脂肪酸が銀微粒子を被覆することで微細で分散した銀粉が得られると記載されている。
特開昭61−243105号公報には、疎水性反応槽内で還元剤を用いてアンモニア性硝酸銀錯体溶液を還元して、銀微粒子を製造する方法において、反応溶液中にカチオン系界面活性剤を添加することで、単分散した銀微粒子を得る方法が開示され、疎水性反応槽を使用する理由は、親水性の場合、析出反応が容器の壁面で起こるために凝集した粒度分布の幅の広い銀粒子しか得られないと記載している。また反応溶液中にカチオン系界面活性剤を添加する理由は、アンモニア性硝酸銀錯体溶液を還元することによって、水溶液中に析出した銀微粒子が凝集しないで単分散状態を保つようにするためと記載されている。この方法と同様にして、特開昭61−276904号公報にはアニオン系界面活性剤を、特開昭61−276905号公報には、ノニオン系界面活性剤を、特開昭61−276906号公報には両性界面活性剤を、特開昭61−276907号公報には保護コロイドを用いた方法が記載されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 61-243105 discloses that a cationic surfactant is added to a reaction solution in a method for producing silver fine particles by reducing an ammoniacal silver nitrate complex solution using a reducing agent in a hydrophobic reaction tank. A method of obtaining monodispersed silver fine particles by adding is disclosed, and the reason for using a hydrophobic reaction vessel is that, in the case of hydrophilicity, the precipitation reaction occurs on the wall surface of the container, so that the aggregated particle size distribution is wide. It describes that only silver particles can be obtained. In addition, the reason for adding a cationic surfactant to the reaction solution is to reduce the ammoniacal silver nitrate complex solution so that the silver fine particles deposited in the aqueous solution do not aggregate and maintain a monodispersed state. ing. In the same manner as this method, JP-A 61-276904 discloses an anionic surfactant, JP-A 61-276905 discloses a nonionic surfactant, and JP-A 61-276906. Describes a method using an amphoteric surfactant and JP-A-61-276907 discloses a method using a protective colloid.
しかしながら、このような従来技術の中には、界面活性剤や脂肪酸、アミン等を反応液中に添加する方法となっていたため、特開昭49−113754号公報および特開昭61−243105号公報、特開昭61−276904号公報から特開昭61−276907号公報の方法では、使用する界面活性剤の種類によっては、反応溶液のpHや共存するイオンにより、分散効果が不十分もしくは効果が現れない場合があり、使用できる界面活性剤の種類が限定されてしまい、また銀粉表面への厳密な被覆量を制御するのは困難であり、特開昭54−121270号公報の方法では、脂肪酸の添加量が多い場合に未還元反応になったり、また分散剤が脂肪酸に限定されてしまい、特開昭52−54661号公報の場合は、アミンの添加により比表面積を調整する方法であり、分散性の良い銀粉は得られないという課題があった。
したがって本発明の目的は、還元前に反応液に分散剤を加える従来の銀粉製造方法のように、添加量によって未還元反応が生じたり分散剤の種類、量が限定されたりすることがなく、しかも分散性の優れた銀粉が得られる銀粉の製造方法とそれにより得られる銀粉を提供することにある。
However, among these conventional techniques, surfactants, fatty acids, amines, and the like have been added to the reaction solution, and therefore, Japanese Patent Laid-Open Nos. 49-113754 and 61-243105 are disclosed. In the methods of JP-A-61-276904 to JP-A-61-276907, depending on the type of surfactant used, the dispersion effect is insufficient or effective depending on the pH of the reaction solution and coexisting ions. In some cases, the type of surfactant that can be used is limited, and it is difficult to control the exact amount of coating on the surface of the silver powder. In the case of Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-54661, the ratio is increased by adding an amine. A method of adjusting the area, there is a problem that good dispersibility silver powder can not be obtained.
Therefore, the purpose of the present invention is that, as in the conventional silver powder production method in which a dispersant is added to a reaction solution before reduction, an unreduced reaction does not occur or the type and amount of the dispersant are not limited by the amount added, And it is providing the manufacturing method of the silver powder from which the silver powder excellent in the dispersibility is obtained, and the silver powder obtained by it.
本発明者らは上記目的を達成するために鋭意研究した結果、銀錯体(銀塩)もしくは酸化銀の一方または両者を含有する水溶液あるいは水性懸濁液あるいは両者の混合体からなる水性反応系に還元剤含有水溶液を加える際、還元された銀粒子の凝集を防ぐために還元剤含有水溶液の添加速度を速くし、1当量/分以上の速度で添加し、得られた銀粉含有スラリーを濾過、水洗して含水率20〜80%のウエットケーキとし、このウエットケーキを混合機中で混合砕解するか、あるいは混合機中で分散剤とともに混合砕解すれば、前記課題が解消されて優れた分散性を有する銀粉が得られることを見いだし本発明に到達した。 As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventors have developed an aqueous reaction system comprising an aqueous solution or aqueous suspension containing one or both of a silver complex (silver salt) and silver oxide, or a mixture of both. When adding a reducing agent-containing aqueous solution, the addition rate of the reducing agent-containing aqueous solution is increased in order to prevent aggregation of the reduced silver particles, and the resulting silver powder-containing slurry is filtered and washed with water at a rate of 1 equivalent / min or more. If the wet cake has a moisture content of 20 to 80% and this wet cake is mixed and pulverized in a mixer, or mixed and pulverized with a dispersant in the mixer, the above problems are eliminated and excellent dispersibility is obtained. The present inventors have found that silver powder having the above can be obtained and reached the present invention.
すなわち本発明は第1に、銀塩と酸化銀の少なくとも一方を含有する水性反応系に還元剤含有水溶液を添加し銀粒子を還元析出させる銀粉の製造方法において、銀粒子の還元析出後の析出銀粒子含有水性反応系を濾過してウエットケーキとし、該ウエットケーキを砕解することを特徴とする銀粉の製造方法:第2に、前記ウエットケーキの含水率が20〜80%であることを特徴とする前記第1記載の銀粉の製造方法:第3に、前記ウエットケーキに分散剤を添加することを特徴とする前記第1または第2のいずれかに記載の銀粉の製造方法:第4に、前記分散剤として、脂肪酸、脂肪酸塩、界面活性剤、有機金属、および保護コロイドのいずれか1種以上が選択使用されることを特徴とする前記第3記載の銀粉の製造方法:第5に、前記還元剤含有水溶液の添加速度が含有銀量に対し1当量/分以上であることを特徴とする前記第1〜第4のいずれかに記載の銀粉の製造方法:第6に、前記第1〜第5のいずれかに記載の方法で製造された銀粉であって、該銀粉のタップ密度が2g/cm3以上、レーザー回折法平均粒径が0.1〜5μm、かつ比表面積が5m2/g以下であることを特徴とする銀粉:第7に、前記銀粉がペースト化された際、セラミックス基板上に印刷された塗膜において、表面あらさRaが2μm以下、塗膜密度が4.5g/cm3以上であり、かつ該塗膜を大気中で焼成して得られる焼成膜において、表面あらさRaが2μm以下、焼成膜密度が10g/cm3以上の特性をもたらす前記第6記載の銀粉:第8に、前記第1〜第5のいずれかに記載の方法で製造された銀粉を用いたペーストのセラミックス基板上に印刷された塗膜において、表面あらさRaが2μm以下、塗膜密度が4.5g/cm3以上であり、かつ該塗膜を大気中で焼成して得られる焼成膜において、表面あらさRaが2μm以下、焼成膜密度が10g/cm3以上となることを特徴とするペースト、を提供するものである。 That is, the present invention firstly relates to a method for producing silver powder in which a reducing agent-containing aqueous solution is added to an aqueous reaction system containing at least one of a silver salt and silver oxide to reduce and precipitate silver particles. Silver powder-containing aqueous reaction system is filtered to obtain a wet cake, and the wet cake is crushed. Second, the wet cake has a moisture content of 20 to 80%. The method for producing silver powder according to the first aspect, characterized in that thirdly, a dispersant is added to the wet cake, The method for producing silver powder according to either the first aspect or the second aspect, wherein the fourth method is the fourth aspect. In addition, as the dispersing agent, any one or more of fatty acids, fatty acid salts, surfactants, organic metals, and protective colloids are selectively used. The return The method for producing silver powder according to any one of the first to fourth aspects, wherein the addition rate of the agent-containing aqueous solution is 1 equivalent / min or more with respect to the silver content: sixth, the first to first A silver powder produced by the method according to any one of 5 above, wherein the tap density of the silver powder is 2 g / cm 3 or more, the laser diffraction method average particle diameter is 0.1 to 5 μm, and the specific surface area is 5 m 2 / g. Silver powder characterized by the following: Seventh, when the silver powder is pasted, the coating film printed on the ceramic substrate has a surface roughness Ra of 2 μm or less and a coating film density of 4.5 g / cm. is 3 or more, and the coating film in the fired film obtained by baking in air, the surface roughness Ra is 2μm or less, of the sixth wherein fired film density leads to 10 g / cm 3 or more characteristic silver powder: the 8 manufactured by the method according to any one of the first to fifth. In the coating film printed on the ceramic substrate of the paste using the silver powder, the surface roughness Ra is 2 μm or less, the coating film density is 4.5 g / cm 3 or more, and the coating film is baked in the air. In the fired film obtained as described above, a paste having a surface roughness Ra of 2 μm or less and a fired film density of 10 g / cm 3 or more is provided.
還元前に反応液に分散剤を添加する従来法では添加量によって未還元反応を生じる場合があり、分散剤の種類、量が限定されてしまうのに対し、本発明の方法によれば、還元剤含有水溶液の添加速度を1当量/分以上とし、得られた銀粉含有スラリーを濾過、水洗して含水率20〜80%のウエットケーキとし、これを混合機中で混合砕解するか、混合機中で分散剤とともに混合砕解するので、分散性に優れた銀粉がえられ、ペースト化して回路基板の導体パターン等に好適な塗膜または焼成膜とすることができる。 In the conventional method in which a dispersant is added to the reaction solution before the reduction, an unreduced reaction may occur depending on the amount added, and the type and amount of the dispersant are limited. The addition rate of the agent-containing aqueous solution is set to 1 equivalent / min or more, and the resulting silver powder-containing slurry is filtered and washed with water to obtain a wet cake with a water content of 20 to 80%. Since it is mixed and disintegrated together with the dispersant in the machine, a silver powder having excellent dispersibility is obtained, and it can be made into a paste to form a coating film or a fired film suitable for a conductor pattern of a circuit board.
本発明の製造方法の特徴は、還元工程において銀イオン(銀塩)または酸化銀を含む水性反応系に還元剤水溶液を1当量/分以上の速度で添加すること、あるいは反応系内における銀の還元反応すなわち銀粉の生成反応が1分以内程度で終了するようにすること、および還元析出した銀粉を濾過水洗後、含水率20〜80%のウエットケーキとして、乾燥せずに混合機により砕解すること、さらに分散剤の添加は上記砕解の際に添加することにある。
本発明における製造方法で、銀粉に還元する前の銀の形態は特に限定するものではない。具体的には、銀錯体塩含有水溶液の場合は硝酸銀水溶液に錯化剤を加えて得られるので、錯化剤にはアンモニア水、アンモニウム塩、キレート化合物等が使用できる。一方酸化銀含有水性懸濁液の場合は硝酸銀水溶液にアルカリ例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水酸化物の添加により得ることができる。また、こうして得られた銀錯体塩含有水溶液もしくは酸化銀含有水性懸濁液を混合してから還元しても何ら差し支えない。
A feature of the production method of the present invention is that an aqueous reducing agent solution is added to an aqueous reaction system containing silver ions (silver salts) or silver oxide in the reduction step at a rate of 1 equivalent / min or more, or silver in the reaction system The reduction reaction, that is, the generation reaction of silver powder should be completed within about 1 minute, and the reduced and precipitated silver powder is washed with filtered water and then disintegrated as a wet cake with a water content of 20 to 80% by a mixer without drying. Furthermore, the addition of a dispersant is to be added during the above-mentioned disintegration.
In the production method of the present invention, the form of silver before being reduced to silver powder is not particularly limited. Specifically, in the case of an aqueous solution containing a silver complex salt, it can be obtained by adding a complexing agent to an aqueous silver nitrate solution, and ammonia water, ammonium salt, chelate compound, etc. can be used as the complexing agent. On the other hand, a silver oxide-containing aqueous suspension can be obtained by adding an alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide to a silver nitrate aqueous solution. In addition, the silver complex salt-containing aqueous solution or silver oxide-containing aqueous suspension thus obtained may be mixed and then reduced.
次に還元剤であるが、水溶液中の酸化還元反応を利用して、銀粉を製造する公知の方法で用いる還元剤であれば何ら問題はない。具体例としては、ヒドラジン、ヒドラジン化合物、ホルマリン、ぶどう糖、水素化ほう酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウム、亜硫酸塩、ギ酸、ギ酸ナトリウム、無水亜硫酸ナトリウム、L(+)酒石酸、ギ酸アンモニウム、ロンガリット、L−アスコルビン酸またはこれらの混合物である。そしてこれらの還元剤のうち固体状のものは水溶液として使用する。したがって使用の際には水溶液とした際に分解してしまう物質については、溶液pHをアルカリ側にするなどの処理が必要である。還元時の温度については20〜80℃の温度範囲で行うのが望ましい。
還元剤の添加方法については、銀粉の凝集を防ぐために、還元剤含有水溶液を1当量/分以上の速さあるいは反応当量の還元剤が1分以内に反応系全体に行きわたる速さで添加するようにする。還元剤が添加される水性反応系の大きさが実操業で使用する反応槽程度の大きさのものである限り、その反応系の大きさによって厳密に添加速度を変更する必要はなく1当量/分以上の速度で添加すれば効果があることが確認された。この操作の理由は定かではないが、還元剤を短時間で添加することで、銀粒子への還元析出が一挙に生じ、短時間で還元反応が終了するために発生した核同士の凝集が生じにくく、分散性が向上するものと考えられる。また還元の際には、より短時間で反応が終了するように反応液を撹拌することが好ましい。
Next, as a reducing agent, there is no problem as long as it is a reducing agent used in a known method for producing silver powder using an oxidation-reduction reaction in an aqueous solution. Specific examples include hydrazine, hydrazine compounds, formalin, glucose, sodium borohydride, sodium hypophosphite, sulfite, formic acid, sodium formate, anhydrous sodium sulfite, L (+) tartaric acid, ammonium formate, longgarit, L- Ascorbic acid or a mixture thereof. Of these reducing agents, the solid one is used as an aqueous solution. Therefore, a substance that decomposes when used as an aqueous solution at the time of use requires treatment such as bringing the solution pH to the alkali side. About the temperature at the time of reduction | restoration, it is desirable to carry out in the temperature range of 20-80 degreeC.
Regarding the method of adding the reducing agent, in order to prevent aggregation of the silver powder, the reducing agent-containing aqueous solution is added at a rate of 1 equivalent / min or more or at a rate that the reaction equivalent of the reducing agent reaches the entire reaction system within 1 minute. Like that. As long as the size of the aqueous reaction system to which the reducing agent is added is as large as the reaction tank used in actual operation, it is not necessary to change the addition rate strictly depending on the size of the reaction system, and 1 equivalent / It was confirmed that if it was added at a rate of more than a minute, there was an effect. The reason for this operation is not clear, but by adding the reducing agent in a short time, reduction precipitation on the silver particles occurs all at once, and agglomeration between the nuclei generated because the reduction reaction is completed in a short time occurs. It is difficult to improve dispersibility. In the reduction, the reaction solution is preferably stirred so that the reaction is completed in a shorter time.
還元、析出により得られた銀粉含有水溶液は、濾過水洗により銀粉からなる含水率20〜80%のウエットケーキとする。濾過の方法は固液分離に使用される方法であれば問題ない。例を挙げると遠心濾過機、フィルタープレス、ブフナー漏斗などである。
ウェットケーキの含水率を20〜80%と限定した理由は、含水率20%未満であると得られるケーキが固くなり、後工程の砕解が効率悪くなるためであり、含有率80%を越えても、後工程の砕解が効率が下がるためである。
こうして得たウェットケーキ混合機により砕解する工程に通すことより、分散性の優れた銀粉が得られる。分散剤を添加しても添加しなくてもよいが、分散剤を添加混合することにより分散効果が大きくなり、より好ましい結果を得ることができる。
The silver powder-containing aqueous solution obtained by reduction and precipitation is made into a wet cake having a water content of 20 to 80% made of silver powder by washing with filtered water. There is no problem if the filtration method is a method used for solid-liquid separation. Examples include centrifugal filters, filter presses, and Buchner funnels.
The reason why the moisture content of the wet cake is limited to 20 to 80% is that the cake obtained when the moisture content is less than 20% becomes harder and the disintegration in the subsequent process becomes less efficient, and the content exceeds 80%. However, the efficiency of the disintegration in the subsequent process is lowered.
Silver powder with excellent dispersibility can be obtained by passing through the step of crushing with the wet cake mixer thus obtained. Although a dispersant may or may not be added, the dispersion effect is increased by adding and mixing the dispersant, and more preferable results can be obtained.
ここで使用する混合機には、固液混合に使用される混合機か固体の粉砕に使用される混合粉砕機などがある。
ここで使用する分散剤の種類については、あらゆる種類が使用できるが、好適に用いることができるのは、脂肪酸、脂肪酸塩、脂肪酸または脂肪酸塩のエマルジョン、陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、有機金属、保護コロイドのいずれかであり、1種以上選択できる。添加量については特に限定するものではなく、銀粉の用途に合わせ適量添加すればよい。
混合機により砕解されたウェットケーキは、濃度の高い銀粉含有スラリーとなっており、さらにこれを濾過、水洗することで、分散剤で表面が被覆された銀粉ウェットケーキが得られる。濾過、水洗の方法は先にも述べた通り、通常の固液分離に使用する装置を用いれば何ら問題はない。
こうして得られた銀粉ウェットケーキは乾燥工程を経て銀粉となる。乾燥方法については公知の方法および設備を用いれば良く、雰囲気も特に限定されるものではない。乾燥温度は80℃以下が好ましい。
The mixer used here includes a mixer used for solid-liquid mixing or a mixing pulverizer used for solid pulverization.
Any kind of dispersant can be used here, but fatty acid, fatty acid salt, fatty acid or fatty acid salt emulsion, cationic surfactant, anionic surfactant can be preferably used. , An amphoteric surfactant, a nonionic surfactant, an organic metal, or a protective colloid, and one or more can be selected. The addition amount is not particularly limited, and an appropriate amount may be added according to the use of silver powder.
The wet cake crushed by the mixer is a high-concentration silver powder-containing slurry, and is further filtered and washed with water to obtain a silver powder wet cake whose surface is coated with a dispersant. As described above, there is no problem with the filtration and water washing methods if an apparatus used for ordinary solid-liquid separation is used.
The silver powder wet cake thus obtained becomes silver powder through a drying process. As the drying method, known methods and equipment may be used, and the atmosphere is not particularly limited. The drying temperature is preferably 80 ° C. or lower.
これら工程を通して製造された銀粉は、タップ密度が2g/cm3以上、レーザー回折法による平均粒径が0.1〜5μm、比表面積が5m2/g以下の物性を有するものである。
タップ密度はJIS K5101−1991の20.2のタップ法に準じた方法により測定した。タッピング回数は1,000回である。従来方法により製造した銀粉は分散性が不十分であり、この方法で測定したタップ密度は2g/cm3未満であるのに対し、本発明により得られる銀粉は単分散により近い状態のためタップ密度は2g/cm3以上となる。
銀粉の平均粒径については、レーザー回折法により測定しており、装置は島津製作所製レーザー回折式粒度測定機SALD−1100を用いた。分散媒は、ヘキサメタリン酸ナトリウムを蒸留水に溶解し、0.2%水溶液として用いた。また測定時に分散媒50ml当り1滴の家庭用液体洗剤を加えている。測定時の屈折率はA3である。
この方法で測定した場合、本発明により得られた銀粉は平均粒径0.1〜5μmとなるのに対し、従来法による銀粉は5μmを越える値となり分散性が劣っている。
比表面積はBET法で測定した。本発明法で製造した銀粉は5m2/g以下となる。
上記特性を持つ銀粉を、その主用途であるペーストとして評価すると、その銀粉の優れた面を知ることができる。
The silver powder produced through these steps has physical properties such that the tap density is 2 g / cm 3 or more, the average particle size by laser diffraction method is 0.1 to 5 μm, and the specific surface area is 5 m 2 / g or less.
The tap density was measured by a method according to JIS K5101-1991 20.2 tap method. The number of tapping is 1,000 times. The silver powder produced by the conventional method has insufficient dispersibility, and the tap density measured by this method is less than 2 g / cm 3 , whereas the silver powder obtained by the present invention is closer to monodispersion, so the tap density. Is 2 g / cm 3 or more.
About the average particle diameter of silver powder, it measured by the laser diffraction method, and the apparatus used Shimadzu Corporation laser diffraction type particle size measuring machine SALD-1100. As a dispersion medium, sodium hexametaphosphate was dissolved in distilled water and used as a 0.2% aqueous solution. In addition, one drop of household liquid detergent is added per 50 ml of the dispersion medium at the time of measurement. The refractive index at the time of measurement is A3.
When measured by this method, the silver powder obtained by the present invention has an average particle size of 0.1 to 5 μm, whereas the silver powder obtained by the conventional method has a value exceeding 5 μm and is inferior in dispersibility.
The specific surface area was measured by the BET method. The silver powder produced by the method of the present invention is 5 m 2 / g or less.
When the silver powder having the above characteristics is evaluated as a paste which is the main application, the excellent surface of the silver powder can be known.
ペースト化の方法については、公知の例に従って実施すれば、特に問題はない。ここではハイブリッドICなどの導体パターン形成に使用される厚膜銀ペーストを例とする。まずペーストに使用するビヒクルであるが、一般的には各種セルロース、アクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂などを、アルコール系、エステル系、エーテル系、炭化水素等の溶剤に溶解したものが用いられる。また導体パターンとアルミナ基板などのセラミック基板を結着するために、各種無機バインダーがペーストに添加される。無機バインダーとしては、酸化銅、酸化ビスマスといった金属酸化物や、ガラスを微細に粉砕したガラスフリットといわれるものが用いられる。 The pasting method is not particularly problematic as long as it is carried out according to known examples. Here, a thick film silver paste used for forming a conductor pattern such as a hybrid IC is taken as an example. First, the vehicle used for the paste is generally used by dissolving various celluloses, acrylic resins, phenol resins, alkyd resins and the like in solvents such as alcohols, esters, ethers, and hydrocarbons. Various inorganic binders are added to the paste in order to bind the conductor pattern and a ceramic substrate such as an alumina substrate. As the inorganic binder, a metal oxide such as copper oxide or bismuth oxide, or a so-called glass frit obtained by finely pulverizing glass is used.
評価のための試験においては、上記ペースト構成物の多くの組み合わせの中より、極く一般的な組成でペーストを調製し、銀粉の評価を行った。
ビヒクルは45cpのエチルセルロースをターピネオールに溶解し、10%溶液を調製した。このビヒクルと日本電気ガラス製GA−8ガラス粉および銀粉を次の組成となるように秤量する。
ビヒクルは37.4%、銀粉61%、6A−8ガラス粉1.6%
これらペースト構成物をビーカー中で予備混合後、3本ロールにて分散、ペーストを得る。
図1は銀粉のペースト化後の印刷方法を示した斜視図で、同図aはメンディングテープを貼った基板上にペーストを引き延ばしてED印刷する様子を、同図bは基板上に印刷されたペースト塗膜を示す。
すなわち、このペースト3をメンディングテープ2を一定間隔で平行に貼った96%アルミナ基板1上に盛り、ガラス棒4でペーストを引き延ばして印刷し、テープ剥離後、ペースト塗膜5を10分間のレべリング後、熱風循環乾燥機で150℃、10分の乾燥を行う。
In the test for evaluation, a paste was prepared with a very general composition from among many combinations of the paste components, and silver powder was evaluated.
As a vehicle, 45 cp of ethyl cellulose was dissolved in terpineol to prepare a 10% solution. This vehicle, Nippon Electric Glass GA-8 glass powder and silver powder are weighed so as to have the following composition.
Vehicle is 37.4%, silver powder 61%, 6A-8 glass powder 1.6%
These paste components are premixed in a beaker and then dispersed by a three roll to obtain a paste.
FIG. 1 is a perspective view showing a printing method after forming a silver powder paste. FIG. 1a shows a state in which the paste is stretched on a substrate with a mending tape and ED printing is performed, and FIG. The pasted coating film is shown.
That is, this paste 3 is placed on a 96% alumina substrate 1 having
乾燥させた塗膜は次の方法により評価した。表面あらさは触針式表面あらさ計で測定できるが、ここでは(株)ミツトヨ製Surftest−501を用いて測定した。測定モードはRaとし、測定レンジ80μm、カットオフ値0.3mm、測定区間3とした。
塗膜密度は次の方法により測定した。塗膜の厚さは日本真空技術株式会社製DEKTAKIIA表面あらさ計により測定したが、同様の測定機構を持つ装置であれば問題はない。塗膜の幅と長さはノギスにより測定した。塗膜の重さは印刷前に基板の重さを測定しておき、ペーストを印刷、乾燥後の(基板+塗膜)の重さを測定し、それらの差から求めた。そして次式により塗膜密度を求めた。
D=(w2−w1)/A×B×T
ここではDは塗膜密度(g/cm3)、w1は基板の重さ(g)、w2は(基板+塗膜)の重さ(g)、Aは塗膜の幅(cm)、Bは塗膜の長さ(cm)、Tは塗膜の厚さ(cm)である。
The dried coating film was evaluated by the following method. The surface roughness can be measured with a stylus type surface roughness meter, but here, it was measured using Surftest-501 manufactured by Mitutoyo Corporation. The measurement mode was Ra, the measurement range was 80 μm, the cutoff value was 0.3 mm, and the measurement section was 3.
The coating film density was measured by the following method. The thickness of the coating film was measured with a DEKTAKIIA surface roughness meter manufactured by Nippon Vacuum Technology Co., Ltd., but there is no problem as long as the apparatus has a similar measurement mechanism. The width and length of the coating film were measured with calipers. The weight of the coating film was obtained by measuring the weight of the substrate before printing, measuring the weight of the substrate after printing and drying (substrate + coating film), and determining the difference between them. And the coating-film density was calculated | required by following Formula.
D = (w 2 −w 1 ) / A × B × T
Here, D is the coating density (g / cm 3 ), w 1 is the weight (g) of the substrate, w 2 is the weight (g) of (substrate + coating), and A is the width (cm) of the coating. , B is the length (cm) of the coating film, and T is the thickness (cm) of the coating film.
これらの方法により銀粉を評価したところ次のことを見いだした。
分散性の優れた銀粉を用いたペーストの塗膜はRaが2μm以下となり、特に優れた銀粉は0.7μm以下と小さい値を示し、かつ塗膜密度Dは4.5g/cm3以上の値を示し、緻密な塗膜になるのである。このように緻密でしかも表面が滑らかな塗膜は、タップ密度2g/cm3以上、レーザー回折法による平均粒径0.1〜5μmで、比表面積5m2/g以下の銀粉から得られることは言うまでもない。
また、このような特性を持つ塗膜は焼成により銀導体パターンとした際にも、優れた特性を示すことを見いだした。
この塗膜に、大気中でベルト炉により850℃、7分の焼成を施し、焼成膜を得る。そして塗膜と同様の方法により、焼成膜の表面あらさRa、焼成膜密度を測定した。その結果、焼成膜Raは2μm以下で、特に分散性の優れた銀粉を用いた場合、0.8μm以下となった。また焼成膜密度においても10g/cm3以上の緻密な膜を得ることができる。
When silver powder was evaluated by these methods, the following was found.
The coating film of the paste using the silver powder having excellent dispersibility has a Ra of 2 μm or less, the particularly excellent silver powder shows a small value of 0.7 μm or less, and the coating film density D is a value of 4.5 g / cm 3 or more. It becomes a dense coating film. Such a dense and smooth coating film can be obtained from silver powder having a tap density of 2 g / cm 3 or more, an average particle size of 0.1 to 5 μm by laser diffraction method, and a specific surface area of 5 m 2 / g or less. Needless to say.
In addition, it has been found that a coating film having such characteristics exhibits excellent characteristics even when a silver conductor pattern is formed by firing.
This coating film is baked at 850 ° C. for 7 minutes in the air using a belt furnace to obtain a baked film. Then, the surface roughness Ra and the fired film density of the fired film were measured by the same method as that for the coating film. As a result, the fired film Ra was 2 μm or less, particularly 0.8 μm or less when silver powder having excellent dispersibility was used. Also, a dense film having a fired film density of 10 g / cm 3 or more can be obtained.
このように、塗膜密度が高く、焼成膜密度も高くなる銀粉を用いることは、焼成によるパターンの収縮率の低減または各種基板や素材との収縮率の整合性を高め、その結果として得られる応用製品の歩留りの上昇と高特性化に大きく寄与することとなり、銀粉の分散剤の種類、添加量によりペースト塗膜の収縮率を制御できる点も本発明の製造方法の特徴であり、銀粉の特徴でもある。
以下実施例により本発明をさらに詳細に説明する。しかし本発明の範囲は以下の実施例により制限されるものではない。
Thus, the use of silver powder having a high coating film density and a high fired film density reduces the shrinkage rate of the pattern by firing or increases the consistency of the shrinkage rate with various substrates and materials, and is obtained as a result. It is a feature of the production method of the present invention that the shrinkage rate of the paste coating film can be controlled by the type and amount of the silver powder dispersant, which greatly contributes to the increase in yield and high performance of applied products. It is also a feature.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited by the following examples.
[実施例1]
銀イオンとして20g/lの硝酸銀水溶液2000mlに、25%アンモニア水150mlを加え、銀アンミン錯体水溶液を得た。この水溶液を液温20℃とし、攪拌しながら37%ホルマリン水溶液45mlを40秒間で加え、銀粉を析出させ銀粉含有スラリーを得た。このスラリーをブフナー漏斗で濾過水洗し、含水率55%のウェットケーキを得た。このウエットケーキと銀粉の重量に対して1%分の東邦化学工業(株)会社製非イオン性陰イオン界面活性剤GAFACRA−600を卓上ブレンダーミル内で約60秒混合砕解した、その後、再びブフナー漏斗にて濾過、水洗し、さらに大気中70℃、24時間乾燥して銀粉を得た。得られた銀粉はタップ密度2.8g/cm3、レーザー回折法平均粒径3.0μm、比表面積0.7m2/gであった。
さらにこの粉末をペースト化し、評価を行った。方法は前項「発明の実施の形態」の項で記述した方法である。その結果、塗膜密度は4.7g/cm3、塗膜Ra=1.7μm、焼成膜密度10.5g/cm3、焼成膜Ra=1.35μmで、塗膜密度、焼成膜密度とも良好な結果が得られた。
[Example 1]
150 ml of 25% aqueous ammonia was added to 2000 ml of 20 g / l silver nitrate aqueous solution as silver ions to obtain a silver ammine complex aqueous solution. The aqueous solution was brought to a liquid temperature of 20 ° C., and 45 ml of a 37% formalin aqueous solution was added over 40 seconds with stirring to precipitate silver powder to obtain a silver powder-containing slurry. The slurry was filtered and washed with a Buchner funnel to obtain a wet cake having a water content of 55%. The non-ionic anionic surfactant GAFACRA-600 manufactured by Toho Chemical Industry Co., Ltd. for 1% of the weight of the wet cake and silver powder was mixed and disintegrated in a table blender mill for about 60 seconds, and then again. The mixture was filtered with a Buchner funnel, washed with water, and further dried in air at 70 ° C. for 24 hours to obtain silver powder. The obtained silver powder had a tap density of 2.8 g / cm 3 , a laser diffraction method average particle size of 3.0 μm, and a specific surface area of 0.7 m 2 / g.
Further, this powder was made into a paste and evaluated. The method is the method described in the preceding section “Embodiments of the Invention”. As a result, the coating film density was 4.7 g / cm 3 , the coating film Ra = 1.7 μm, the fired film density 10.5 g / cm 3 , and the fired film Ra = 1.35 μm, and both the coating film density and the fired film density were good. Results were obtained.
[実施例2]
銀イオン濃度として80g/lの硝酸銀水溶液2000mlを温度25℃とした後に、攪拌しながら、100g/lの水酸化ナトリウム水溶液800mlを加え、酸化銀スラリーを得た。このスラリーに37%ホルマリン溶液140mlを50秒間で添加して銀粒子へ還元し、得られた銀粉含有スラリーをブフナー漏斗で濾過、水洗し、含水率40%のウェットケーキを得た。
次いで中京油脂(株)会社製のステアリン酸をエマルジョン化したセロゾール920を銀量に対し、1重量%分用意し、先のウェットケーキとともに卓上ブレンダーミル内で60秒混合砕解した。こうして得た混合物をブフナー漏斗で濾過、水洗し、大気中で70℃24時間の乾燥を行った。
得られた銀粉はタップ密度3.2g/cm3、レーザー回折法平均粒径1.0μm、比表面積1.5m2/gで分散性に優れたものであった。
さらにこの粉末をペースト化し評価を行った。方法は前項「発明の実施の形態」の項で記述した方法である。その結果、塗膜密度は5.3g/cm3、塗膜Ra=0.5μm、焼成膜密度10.7g/cm3、焼成膜Ra=0.4μmという緻密で表面平滑性に優れたものであった。
[Example 2]
The silver nitrate concentration of 2000 ml of 80 g / l silver nitrate aqueous solution was adjusted to a temperature of 25 ° C., and then 800 ml of 100 g / l sodium hydroxide aqueous solution was added with stirring to obtain a silver oxide slurry. To this slurry, 140 ml of 37% formalin solution was added over 50 seconds to reduce to silver particles, and the resulting silver powder-containing slurry was filtered with a Buchner funnel and washed with water to obtain a wet cake with a moisture content of 40%.
Next, 1% by weight of Cellosol 920 obtained by emulsifying stearic acid manufactured by Chukyo Oil & Fat Co., Ltd. was prepared with respect to the amount of silver, and mixed and pulverized in the table blender mill for 60 seconds together with the previous wet cake. The mixture thus obtained was filtered with a Buchner funnel, washed with water, and dried in the atmosphere at 70 ° C. for 24 hours.
The obtained silver powder was excellent in dispersibility with a tap density of 3.2 g / cm 3 , a laser diffraction method average particle diameter of 1.0 μm, and a specific surface area of 1.5 m 2 / g.
Furthermore, this powder was made into a paste and evaluated. The method is the method described in the preceding section “Embodiments of the Invention”. As a result, the coating film density was 5.3 g / cm 3 , the coating film Ra = 0.5 μm, the fired film density 10.7 g / cm 3 , and the fired film Ra = 0.4 μm. there were.
[比較例]
銀イオン濃度として60g/lの硝酸銀水溶液2000mlを温度25℃として、200g/lの水酸化ナトリウム600mlを加え、酸化銀スラリーを得た。さらに37%ホルマリン溶液140mlを14ml/minの添加速度で10分間加え酸化銀粒子を銀粒子へ還元した。その後、ブフナー漏斗で濾過、水洗し、70℃、24時間の乾燥を行い、銀粉を得た。
こうして得られた銀粉はタップ密度1.0g/cm3、レーザー回折法平均粒径15.0μm、比表面積0.9m2/gで分散性の劣るものであった。
この銀粉を実施例と同じ方法でペースト化し、評価したところ、塗膜密度は3.0g/cm3、塗膜Ra=2.5μm、焼成膜密度7.5g/cm3、焼成膜Ra=2.1μmと緻密化の進んでいない状態であった。
[Comparative example]
A silver oxide slurry was obtained by adding 2000 ml of an aqueous silver nitrate solution having a silver ion concentration of 2000 ml at a temperature of 25 ° C. and adding 600 ml of 200 g / l sodium hydroxide. Further, 140 ml of 37% formalin solution was added at an addition rate of 14 ml / min for 10 minutes to reduce the silver oxide particles to silver particles. Thereafter, the mixture was filtered with a Buchner funnel, washed with water, and dried at 70 ° C. for 24 hours to obtain silver powder.
The silver powder thus obtained was inferior in dispersibility with a tap density of 1.0 g / cm 3 , a laser diffraction method average particle size of 15.0 μm and a specific surface area of 0.9 m 2 / g.
When this silver powder was pasted and evaluated in the same manner as in the examples, the coating film density was 3.0 g / cm 3 , the coating film Ra = 2.5 μm, the fired film density 7.5 g / cm 3 , and the fired film Ra = 2. It was in a state where the densification was not progressing to 0.1 μm.
1 96%アルミナ基板
2 メンディングテープ
3 ペースト
4 ガラス棒
5 ペースト塗膜
1 96
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