JP4146119B2 - 導電ペースト用銅合金粉 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電ペースト用銅合金粉に関し、特に積層セラミックコンデンサ内部電極用合金粉として用いた場合に最適な導電ペースト用銅合金粉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層セラミックコンデンサは従来、次のように製造されている。セラミック誘電体シート上に金属粉末ペーストを印刷又はスプレイしたものを、相互に電極構造をもつように多数枚を積み重ねる。この積み重ねた積層体を圧着により一体化後、焼結し、外部引出し電極を焼きつける。このような積層セラミックコンデンサは、実効誘電体の厚みを薄くすることができ、容量容積比が大きく、また内部インダクタンスが小さく、高周波数帯域例えばＧＨｚオーダーまで使用できるなどの特性がある。
【０００３】
このような積層セラミックコンデンサはセラミック誘電体と内部電極とを同時に焼成するため、内部電極用材料としてはセラミックスの焼結温度より高い融点をもつこと、セラミックスと反応しないことが必要である。このため以前はＰｔ，Ｐｄなどの貴金属を使用していたが高価であるという欠点があった。この欠点を解決するため、誘電体セラミックスの焼結温度を９００〜１１００℃に低下させ、電極材料にＡｇ−Ｐｄ合金を用いたり、Ｎｉなどの安価な卑金属を用いたものが実用化されている。近年は、さらに高周波数帯域で作動させるための積層セラミックコンデンサの要求があり、このため内部電極用材料としては、電気抵抗が低いことが必須事項であり、現在はＣｕが有力候補として挙げられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｃｕは低融点のため、誘電体の焼結温度との差が大きく、内部電極の割れや剥離、あるいは誘電体の焼成不良等が発生しやすいという問題がある。またＣｕは雰囲気中の酸素により、焼結工程で容易に酸化され、酸化物の混入によって内部電極が焼結不良になったり、電気比抵抗が増加するという問題がある。これに対して、雰囲気を還元性にすれば酸化を妨げることはできるが、セラミック誘電体が還元されてしまい誘電体としての良好な性能を発揮できない。
【０００５】
そこで、Ｃｕよりも高温で焼結を開始し、その際に雰囲気により酸化されない粉末が望まれている。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、特に焼結開始温度の上昇と耐酸化性向上を図った、Ｃｕを主体とする合金から成る導電ペースト用銅合金粉を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その特徴とする技術手段は、Ｃｕ：８０〜９９．９質量％及びＴａ，Ｗから成る群から選ばれた１又は２の元素：０．１〜２０質量％から成り、平均粒径が０．１〜１μｍであることを特徴とする導電ペースト用銅合金粉である。本発明はＣｕの焼結開始温度を高め、高温硬さを向上させる一方、電気比抵抗をあまり増加させない元素を添加する。また合金化によって、活量低下と不働態の形成を図り、耐酸化性を向上させることができる。
【０００７】
添加元素としては、Ｃｕの焼結開始温度の向昇に効果があるもの、又は、高温硬さの向上が見られるもので、電気比抵抗の増加の少ない金属としてＴａ，Ｗからなる群を選定した。これらの添加量は０．１質量％未満では焼結開始温度の向上、耐酸化性改善の効果が少なく、２０質量％を越えると電気比抵抗の増加が著しく、従来のＮｉよりも高抵抗となるため、０．１〜２０質量％の範囲に限定した。より好ましくは、Ｃｕ：８０〜９９．５質量％及びＴａ，Ｗから成る群から選ばれた１又は２の元素：０．５〜２０質量％である。
【０００８】
また平均粒度は均一な膜厚を形成する導電ペーストとして適切な粒度とし、０．１〜１μｍとした。０．１μｍ未満ではスクリーン印刷等が困難になる。１μｍを越えると膜厚にばらつきを生ずるので１μｍ以下に限定した。
【０００９】
銅合金粉の形状は球形が好ましい。これはペーストにしたときに分散性、流動性に優れるためである。
【００１０】
このような銅合金粉は化学気相反応によって粒度の揃った球形状の粉を容易に製造することができる。例えばＣｕの塩化物及び合金化すべき元素の塩化物をそれぞれ加熱して蒸発させ、これらの蒸気を混合し水素ガスによって還元する。合金の組成及び粉体の粒度は、反応条件（温度、反応時間など）を変化させて制御することができる。化学気相反応では異種金属元素が原子レベルで混合するため均一な合金を得ることができる。
【００１１】
導電ペーストは従来の方法で製造することができる。一例を示すと銅合金粉１００質量部に対して、エチルセルロースなどのバインダ１〜５質量部、テレピネオールなどの溶媒５〜２０質量部を混合してペーストを製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
合金成分、平均粒径を変化させた銅合金粉を試作し、銅合金粉の焼結開始温度、電気比抵抗及び昇温時の重量増加率を測定した。測定結果を表１、図１、図２に示す。
【００１３】
なお、焼結開始温度は、銅合金粉に圧力をかけて圧粉体を製作し、この圧粉体の温度をあげていったときの圧粉体の高さ（試料高さ）と温度の関係を調査し、圧粉体の高さが減少し始めた温度を焼結開始温度とした。質量増加率は、ＴＧ測定により空気気流中、一定速度で上昇したときの質量増加率を求めた。質量増加率が０．２％に達する温度を酸化開始温度とした。平均粒径は電子顕微鏡写真を画像解析して求めた個数基準の粒度分布における５０％粒子径とした。
【００１４】
【表１】
【００１５】
表１は、本発明の実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５、及び比較例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７を示した。実施例では比較例Ｎｏ．７（Ｃｕ単独）よりも焼結開始温度が向上し、酸化による重量増加が少なく、電気抵抗の上昇も許容される範囲である。これに比べ、比較例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６では電気抵抗が過大である。
【００１６】
図１は、表１に示した実施例Ｎｏ．３（Ｃｕ９９質量％、Ｔａ１質量％）及び比較例Ｎｏ．７（Ｃｕ単独）についての温度と試料高さとの関係を模式的に示したものである。実施例Ｎｏ．３では焼結開始温度が、Ｃｕ単独の場合よりも高いことがわかる。図２は実施例Ｎｏ．３及び比較例Ｎｏ．７についての温度上昇に伴う銅合金の重量変化の関係を模式的に示すグラフである。実施例Ｎｏ．３では重量変化が小さく、酸化しにくいことが分かる。
【００１７】
また、ドクターブレード法で製造された誘電体シートと、本発明の銅合金粉を有機溶媒中に分散させた導電性ペーストを印刷法により成膜したものを複数積層した後、焼成して積層セラミックコンデンサを製造した。得られた積層セラミックコンデンサは割れ、剥離などの欠陥がなく、従来よりも高い周波数帯域で良好な作動特性を示した。
【００１８】
本発明の銅合金粉は、電気比抵抗が小さく、焼結開始温度が高く、かつ、耐酸化性に優れるので、積層セラミックコンデンサ内部電極用として最適である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、積層セラミックコンデンサ用の導電ペースト用金属として高周波数帯域で良好な作動特性を示し、電気抵抗が小さく、焼結開始温度が高く、耐酸化性の向上した、導電ペースト用銅合金粉を安価に提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例の焼結開始温度を模式的に示すグラフである。
【図２】実施例及び比較例の重量増加率を模式的に示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電ペースト用銅合金粉に関し、特に積層セラミックコンデンサ内部電極用合金粉として用いた場合に最適な導電ペースト用銅合金粉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層セラミックコンデンサは従来、次のように製造されている。セラミック誘電体シート上に金属粉末ペーストを印刷又はスプレイしたものを、相互に電極構造をもつように多数枚を積み重ねる。この積み重ねた積層体を圧着により一体化後、焼結し、外部引出し電極を焼きつける。このような積層セラミックコンデンサは、実効誘電体の厚みを薄くすることができ、容量容積比が大きく、また内部インダクタンスが小さく、高周波数帯域例えばＧＨｚオーダーまで使用できるなどの特性がある。
【０００３】
このような積層セラミックコンデンサはセラミック誘電体と内部電極とを同時に焼成するため、内部電極用材料としてはセラミックスの焼結温度より高い融点をもつこと、セラミックスと反応しないことが必要である。このため以前はＰｔ，Ｐｄなどの貴金属を使用していたが高価であるという欠点があった。この欠点を解決するため、誘電体セラミックスの焼結温度を９００〜１１００℃に低下させ、電極材料にＡｇ−Ｐｄ合金を用いたり、Ｎｉなどの安価な卑金属を用いたものが実用化されている。近年は、さらに高周波数帯域で作動させるための積層セラミックコンデンサの要求があり、このため内部電極用材料としては、電気抵抗が低いことが必須事項であり、現在はＣｕが有力候補として挙げられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｃｕは低融点のため、誘電体の焼結温度との差が大きく、内部電極の割れや剥離、あるいは誘電体の焼成不良等が発生しやすいという問題がある。またＣｕは雰囲気中の酸素により、焼結工程で容易に酸化され、酸化物の混入によって内部電極が焼結不良になったり、電気比抵抗が増加するという問題がある。これに対して、雰囲気を還元性にすれば酸化を妨げることはできるが、セラミック誘電体が還元されてしまい誘電体としての良好な性能を発揮できない。
【０００５】
そこで、Ｃｕよりも高温で焼結を開始し、その際に雰囲気により酸化されない粉末が望まれている。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、特に焼結開始温度の上昇と耐酸化性向上を図った、Ｃｕを主体とする合金から成る導電ペースト用銅合金粉を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その特徴とする技術手段は、Ｃｕ：８０〜９９．９質量％及びＴａ，Ｗから成る群から選ばれた１又は２の元素：０．１〜２０質量％から成り、平均粒径が０．１〜１μｍであることを特徴とする導電ペースト用銅合金粉である。本発明はＣｕの焼結開始温度を高め、高温硬さを向上させる一方、電気比抵抗をあまり増加させない元素を添加する。また合金化によって、活量低下と不働態の形成を図り、耐酸化性を向上させることができる。
【０００７】
添加元素としては、Ｃｕの焼結開始温度の向昇に効果があるもの、又は、高温硬さの向上が見られるもので、電気比抵抗の増加の少ない金属としてＴａ，Ｗからなる群を選定した。これらの添加量は０．１質量％未満では焼結開始温度の向上、耐酸化性改善の効果が少なく、２０質量％を越えると電気比抵抗の増加が著しく、従来のＮｉよりも高抵抗となるため、０．１〜２０質量％の範囲に限定した。より好ましくは、Ｃｕ：８０〜９９．５質量％及びＴａ，Ｗから成る群から選ばれた１又は２の元素：０．５〜２０質量％である。
【０００８】
また平均粒度は均一な膜厚を形成する導電ペーストとして適切な粒度とし、０．１〜１μｍとした。０．１μｍ未満ではスクリーン印刷等が困難になる。１μｍを越えると膜厚にばらつきを生ずるので１μｍ以下に限定した。
【０００９】
銅合金粉の形状は球形が好ましい。これはペーストにしたときに分散性、流動性に優れるためである。
【００１０】
このような銅合金粉は化学気相反応によって粒度の揃った球形状の粉を容易に製造することができる。例えばＣｕの塩化物及び合金化すべき元素の塩化物をそれぞれ加熱して蒸発させ、これらの蒸気を混合し水素ガスによって還元する。合金の組成及び粉体の粒度は、反応条件（温度、反応時間など）を変化させて制御することができる。化学気相反応では異種金属元素が原子レベルで混合するため均一な合金を得ることができる。
【００１１】
導電ペーストは従来の方法で製造することができる。一例を示すと銅合金粉１００質量部に対して、エチルセルロースなどのバインダ１〜５質量部、テレピネオールなどの溶媒５〜２０質量部を混合してペーストを製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
合金成分、平均粒径を変化させた銅合金粉を試作し、銅合金粉の焼結開始温度、電気比抵抗及び昇温時の重量増加率を測定した。測定結果を表１、図１、図２に示す。
【００１３】
なお、焼結開始温度は、銅合金粉に圧力をかけて圧粉体を製作し、この圧粉体の温度をあげていったときの圧粉体の高さ（試料高さ）と温度の関係を調査し、圧粉体の高さが減少し始めた温度を焼結開始温度とした。質量増加率は、ＴＧ測定により空気気流中、一定速度で上昇したときの質量増加率を求めた。質量増加率が０．２％に達する温度を酸化開始温度とした。平均粒径は電子顕微鏡写真を画像解析して求めた個数基準の粒度分布における５０％粒子径とした。
【００１４】
【表１】
表１は、本発明の実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５、及び比較例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７を示した。実施例では比較例Ｎｏ．７（Ｃｕ単独）よりも焼結開始温度が向上し、酸化による重量増加が少なく、電気抵抗の上昇も許容される範囲である。これに比べ、比較例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６では電気抵抗が過大である。
【００１６】
図１は、表１に示した実施例Ｎｏ．３（Ｃｕ９９質量％、Ｔａ１質量％）及び比較例Ｎｏ．７（Ｃｕ単独）についての温度と試料高さとの関係を模式的に示したものである。実施例Ｎｏ．３では焼結開始温度が、Ｃｕ単独の場合よりも高いことがわかる。図２は実施例Ｎｏ．３及び比較例Ｎｏ．７についての温度上昇に伴う銅合金の重量変化の関係を模式的に示すグラフである。実施例Ｎｏ．３では重量変化が小さく、酸化しにくいことが分かる。
【００１７】
また、ドクターブレード法で製造された誘電体シートと、本発明の銅合金粉を有機溶媒中に分散させた導電性ペーストを印刷法により成膜したものを複数積層した後、焼成して積層セラミックコンデンサを製造した。得られた積層セラミックコンデンサは割れ、剥離などの欠陥がなく、従来よりも高い周波数帯域で良好な作動特性を示した。
【００１８】
本発明の銅合金粉は、電気比抵抗が小さく、焼結開始温度が高く、かつ、耐酸化性に優れるので、積層セラミックコンデンサ内部電極用として最適である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、積層セラミックコンデンサ用の導電ペースト用金属として高周波数帯域で良好な作動特性を示し、電気抵抗が小さく、焼結開始温度が高く、耐酸化性の向上した、導電ペースト用銅合金粉を安価に提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例の焼結開始温度を模式的に示すグラフである。
【図２】実施例及び比較例の重量増加率を模式的に示すグラフである。
Claims (1)
- Ｃｕ：８０〜９９．９質量％及びＴａ，Ｗから成る群から選ばれた１又は２の元素：０．１〜２０質量％から成り、平均粒径が０．１〜１μｍであることを特徴とする導電ペースト用銅合金粉。
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