JPH0784605B2 - 銅微粉末の製造方法 - Google Patents

銅微粉末の製造方法

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JPH0784605B2 JP12036188A JP12036188A JPH0784605B2 JP H0784605 B2 JPH0784605 B2 JP H0784605B2 JP 12036188 A JP12036188 A JP 12036188A JP 12036188 A JP12036188 A JP 12036188A JP H0784605 B2 JPH0784605 B2 JP H0784605B2
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    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks

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  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子回路の厚膜導体を成形するための銅塗料
として、特に有用な粒子が単分散した球状の銅微粉末の
製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
銅塗料は、電子回路の厚膜導体を形成するのに現在使用
されている銀あるいはパラジウム塗料の代替品として、
最近注目され始めている。この銅塗料には通常0.2μm
〜10μmの銅微粉末が用いられているが、塗料を焼付け
たとき緻密な銅の導体膜を得るためには粒子が単分散し
た凝集のない、不純物の少ない球状銅微粉末が望まれて
いる。また、緻密な銅の導体膜を得るため、最密充てん
となるように、2種〜3種の粒度分布巾の狭い粉末を混
合して用いることも行われ、これに用いる銅粉は、球状
であるとともに粒径の揃った単分散した粉末であること
が要求される。
従来、銅微粉末の製造方法としては種々提案されている
が、0.2μm〜10μmの粒径の銅粉末を製造できる方法
としては、 炭酸銅を含む銅含有溶液とヒドラジンあるいはヒドラ
ジン化合物と混合し、これを加熱することにより銅粉末
を還元析出せしめる方法。(特開昭57−155302号) 酸化銅を保護コロイドを含む水性媒体中でヒドラジン
及び/又はヒドラジン化合物で還元する方法。(特公昭
61−55562号) 還元剤としてヒドラジンを用いて硫酸銅水溶液を還元
して銅微粒子を製造する方法において、反応溶液中に界
面活性剤を添加することによって単分散した銅微粒子を
得る方法。(特開昭62−27508号,特開昭62−40302号,
特開昭62−77407号,特開昭62−77408号) 等がある。しかしながら、これら従来の方法では(a)
粒径が揃っている、(b)単分散している、(c)不純
物が少ない、(d)球状である、の条件を全て満足する
銅粉末は得られない。
即ち、前記の炭酸銅をヒドラジンで還元する方法で
は、析出中に銅粉が凝集するため形状が不規則となる。
また、の酸化銅を保護コロイドを含む水性媒体中で還
元する方法では、保護コロイドにより銅粉の凝集につい
てある程度防止されるものの満足できるものではない。
本発明者等の実験では、平均粒径1.5μmの粉末をこの
方法で製造した場合、0.7μm〜8μmの範囲の粒径を
有する粉末が得られる。さらにこの方法で問題となるの
は保護コロイド、即ちアラビアゴム等の水溶性高分子化
合物が銅粉中に残留すると、厚膜導体の焼成時に銅粉同
志の結合を妨害することがあり好ましくないことであ
る。またの硫酸銅水溶液を界面活性剤の存在下にヒド
ラジンで還元する方法では水溶液から銅を析出させるた
めの、析出時の粒径にばらつきを生じ、例えば平均粒径
が2.5μmのもので0.5μm〜8μmまでの粒径の粉末が
混入している。
〔本発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、まず製造コストの有利性から水溶液中で銅化
合物を還元する製造方法であって、反応時間によって粒
形が影響させることなく短時間でも単分散した球状銅微
粉末が得られ、さらに粒度分布巾が狭く、かつ粒度もあ
る程度自由に変えられる銅微粉末の製造方法を種々研究
した結果、酸化銅をあらかじめ多価アルコールで表面処
理してヒドラジンを含む水溶液で還元すれば解決するこ
とを見出し本発明を完成したものである。
〔問題点を解決するための手段〕 即ち、本発明は、酸化銅粉末の表面を多価アルコールで
被覆した後、該酸化銅粉末をヒドラジンにより還元する
ことを特徴とする銅微粉末の製造方法である。
〔作用〕
本発明の出発原料の銅化合物は酸化銅であることが必要
であり、酸化銅としては酸化第一銅、酸化第二銅のいず
れも使用でき、ほとんど同じ結果を与える。
酸化銅以外の硫酸銅、硝酸銅、酢酸銅などの銅塩を出発
原料とすると、球状でない銅微粉末が多く析出しよくな
い。また、水酸化銅、炭酸銅を出発原料とすると銅塩を
用いたものより球状化するが、酸化銅を用いた場合より
も不規則状粉を多く含み粒度分布巾も広いものとなりよ
くない。
粒度分布巾の狭い球状銅微粉末を製造するためには出発
原料として酸化銅を用いる必要があるが、さらに酸化銅
を用いると銅微粉末の粒度(平均粒径とも言う)もある
程度自由に変えることができる。すなわち酸化銅の粉末
の粒度と析出する銅微粉末の粒度はある程度相関性があ
り、酸化銅の粉末粒度が大きいと銅微粉末も大きくな
り、酸化銅の粉末粒度を小さくすると銅微粉末も小さく
なる。
さらに、酸化銅は他の銅化合物に比べ化合物中の銅含有
量が大であり、銅粉を析出する原料としては安価である
特徴も有する。
本発明では、酸化銅粉末の表面を多価アルコールで被覆
する工程を経るが、この工程を経ることにより、酸化銅
の粉末粒度を大きくしても粗大凝集物がなく、また小さ
い酸化銅の粉末を用いても微細なコロイド状とならず、
粒度の揃った銅微粉末が得られる。
多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチ
レングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレ
ングリコール、グリセリンなどが適する。多価アルコー
ルの添加量は酸化銅に対して重量で0.5wt%から効果が
あり、20wt%までが適量であり、これ以上の添加は効果
も少なく経済的でない。
なお、1価のアルコールでは単分散した球状銅微粉末を
得ることができない。
酸化銅を多価アルコールで被覆する方法は、酸化銅に多
価アルコールを加え、攪拌混合あるいは粉砕すればよ
い。
攪拌混合の場合の混合機としては、通常のミキサー、ニ
ーダなどが使用できる。粉砕しながら行う場合は、ボー
ルミル、アトライター、振動ミルなどボールを粉砕媒体
とする、粉砕機を用いると効率よく粉砕、被覆処理をす
ることができる。
本発明において粉砕しながら酸化銅表面に多価アルコー
ルの被覆を形成することは、粒度の小さい銅微粉末を製
造する場合に重要である。
酸化銅の粉末が小さくなると均一に多価アルコールの被
覆を形成することが難しくなり、本発明の効果が十分得
られない場合がある。特に、小さい酸化銅の粉末を用い
て小さい銅微粉末を得ようとする場合は、大きい酸化銅
に多価アルコールを加え、粉砕しながら均一に被覆処理
した小さい酸化銅の粉末にしたものを用いる方が粒度の
揃った均一な球状銅微粉末が容易に得られるよい方法で
ある。
本発明に用いる還元剤はヒドラジン及びヒドラジン水化
物が適し、塩酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジンなどのヒド
ラジン化合物も使用できるが、洗浄に問題があり、好ま
しくない。
ヒドラジン以外の還元剤としてホルムアルデヒド、ブド
ウ糖、次亜リン酸、水素化ホウ素ナトリウムなどがある
が、還元力が弱く酸化銅を金属銅に還元出来なかった
り、例え還元析出しても粒度分布の広い不規則形状の銅
粉しか得られない。
還元剤としてのヒドラジンの量は水溶液の量とも関係す
るが、基本的には酸化銅の量によって決定される。酸化
銅に対するヒドラジン量は重量で10wt%から還元反応が
認められるが50wt%以上加えた方が早く反応が進み短時
間に反応が終了する。なお、ヒドラジン量は多く加える
ほど早く反応が進むが200wt%以上加えても同じとなり
経済的でない。
多価アルコールで被覆処理した酸化銅を分散、懸濁させ
る水溶液の量は酸化銅がうまく攪拌できる量であればよ
く、酸化銅容積の約50倍程度が好ましいが、攪拌操作を
行わない場合には、特に限定されるものではない。
還元反応が開始する温度は約40℃からであるが反応が終
了するまで長時間必要なため60℃以上に加温した方がよ
い。なお、70℃以上に加温すると反応熱により自然に約
100℃まで昇温するので、70℃以上になると加温しなく
てもよい。
短時間に銅微粉末を得るためにはヒドラジン量を多く
し、70℃まで加温する方法がよく、これによって得られ
る銅微粉末が不規則形状になることはない。
なお、本発明を実施するために使用する反応槽は、攪拌
装置のついたものが好ましく、反応容器は不純物溶出防
止のためガラス製が好ましいが、ステンレス製あるいは
テフロンなどでコーティングした容器でもよい。
本発明の方法における銅微粉末の還元過程を説明すれ
ば、多価アルコールで被覆処理した酸化銅を水溶液に分
散、懸濁し、攪拌しながらヒドラジンを添加し、還元反
応温度まで徐々に加温すると黒色あるいは赤褐色の懸濁
液がしだいに赤色となり、銅色に変化する。これを放置
すると下部に銅微粉末が沈降し、上部は無色透明の液と
なる。沈降した銅微粉末を取り出し、アルコールあるい
はアセトンなどの有機溶剤で洗浄し、通常の方法で乾燥
すると粒度の揃った10μm以下の単分散した球状銅微粉
末が得られる。
多価アルコールで被覆処理した酸化銅を用いると反応速
度を早くしても単分散した球状銅微粉末が得られること
については充分解明されていないが、次のように考えら
れる。
酸化銅粉末の表面に被覆された多価アルコールは、酸化
銅との間で銅化合物を形成し、これを水に分散させても
直ちに多価アルコールが水に溶解分散しないものと推定
される。従って、ヒドラジンにより還元され析出する銅
は近接する多価アルコールにより、他の析出銅との接触
が妨害され、単分散した球状銅微粉末が得られるものと
考えられる。
このことは多価アルコールを水溶液中に銅粉量と同量加
えても凝集した不規則形状の銅粉しか得られないことか
らも推測される。
単分散した球状銅微粉末を得るためには、銅イオン濃度
を少なくしてゆっくり析出させる方法しかなかったが、
多価アルコール中では、高い銅イオン濃度であっても、
銅イオンの移動が遅いため銅の核が一定間隔でしか析出
しないため、その後の銅の還元析出においてくっつき合
わず、反応速度が早くても単分散した、球状銅微粉末が
得られるのであろう。
〔実施例〕
以下に、本発明の実施例を示す。
実施例(1) 平均粒径10μmの酸化第二銅50gにエチレングリコール
を5g加え、ミキサーで10分間攪拌混合し、しかる後に全
量を500ccの水溶液に分散、懸濁し、次いで攪拌しなが
らヒドラジン1水和物を50g添加し、15分後に70℃にな
るように徐々に加温した。懸濁液が70℃近くになると急
激な反応が生じ、10分後に液温が90℃に昇温すると同時
に反応が終了し、銅微粉末が析出した。
アスピレータでろ過後、アセトンで洗浄し、その後20℃
で自然乾燥した。
39gの銅微粉末が得られ、電子顕微鏡にて粉末の粒度、
粒形を見ると1μm〜2μmの揃った凝集のない単分散
した球状粉末であった。不純物として酸素量を測定した
結果、0.13%と非常に少ないものであった。
実施例(2) 実施例(1)と同じ酸化第二銅を用い、酸化第二銅を表
面処理する多価アルコールのみジエチレングリコールに
変えた以外は実施例(1)と同様にして銅微粉末を得
た。
39gの銅微粉末が得られ、電子顕微鏡にて粉末の粒度、
粒形を見ると1μm〜2μmの揃った凝集のない単分散
した球状粉末であり、酸素量も0.14%と非常に少ないも
のであった。
実施例(3) 実施例(1)と同じ酸化第二銅を用い、酸化第二銅を表
面処理する多価アルコールのみトリエチレングリコール
に変えた以外は実施例(1)と同様にして銅微粉末を得
た。
39gの銅微粉末が得られ、電子顕微鏡にて粉末の粒度、
粒形を見ると1μm〜2μmの揃った凝集のない単分散
した球状粉末であり、酸素量も0.15%と非常に少ないも
のであった。
実施例(4) 実施例(1)と同じ酸化第二銅を用い、酸化第二銅を表
面処理する多価アルコールのみポリエチレングリコール
#300に変えた以外は実施例(1)と同様にして銅微粉
末を得た。
39gの銅微粉末が得られ、電子顕微鏡にて粉末の粒度、
粒形を見ると1μm〜2μmの揃った凝集のない単分散
した球状粉末であり、酸素量も0.13%と非常に少ないも
のであった。
実施例(5) 実施例(1)と同じ酸化第二銅を用い、酸化第二銅を表
面処理する多価アルコールのみグリセリンに変えた以外
は実施例(1)と同様にして銅微粉末を得た。
39gの銅微粉末が得られ、電子顕微鏡にて粉末の粒度、
粒形を見ると1μm〜2μmの揃った凝集のない単分散
した球状粉末であり、酸素量も0.15%と非常に少ないも
のであった。
実施例(6) 実施例(1)と同じ平均粒径10μmの酸化第二銅100gを
用い、エチレングリコールを0.5g加え、5mmφのステン
レスボールを粉砕媒体としたアトライターで30分間粉砕
した。粉砕後の酸化第二銅の平均粒径は5μmであっ
た。
このように粉砕しながら表面処理した平均粒径5μmの
酸化第二銅50gを500ccの水溶液に分散、懸濁し、次いで
攪拌しながらビトラジン1水和物を50g添加し、15分後
に70℃になるように徐々に加温した。懸濁液が70℃近く
になると急激な反応が生じ、10分後に液温が92℃に昇温
すると同時に反応が終了し、銅微粉末が析出した。アス
ピレータでろ過後、アセトンで洗浄し、その後20℃で自
然乾燥した。
39gの銅微粉末が得られ、電子顕微鏡にて粉末の粒度、
粒形を見ると0.5μm〜1μmの揃った凝集のない単分
散した球状粉末であった。不純物として酸素量を測定し
た結果0.19%と非常に少ないものであった。
実施例(7) 実施例(1)と同じ平均粒径10μmの酸化第二銅100gを
用い、エチレングリコールを5g加え、5mmφのステンレ
スボールを粉砕媒体としたアトライターで180分間粉砕
した。粉砕後の酸化第二銅の平均粒径は0.5μmであっ
た。
このように粉砕しながら表面処理した平均粒径0.5μm
の酸化第二銅50gを500ccの水溶液に分散、懸濁し、次い
で攪拌しながらビトラジン1水和物を50g添加し、15分
後に70℃になるように徐々に加温した。懸濁液が70℃近
くになると急激な反応が生じ、10分後に液温が95℃に昇
温すると同時に反応が終了し、銅微粉末が析出した。ア
スピレータでろ過後、アセトンで洗浄し、その後20℃で
自然乾燥した。
39gの銅微粉末が得られ、電子顕微鏡にて粉末の粒度、
粒形を見ると0.3μm〜0.6μmの揃った凝集のない単分
散した球状粉末であった。不純物として酸素量を測定し
た結果0.19%と非常に少ないものであった。
実施例(8) 平均粒径10μmの酸化第一銅50gに、エチレングリコー
ルを5g加え、ミキサーで10分間攪拌混合し、しかる後に
全量を500ccの水溶液に分散、懸濁し、次いで攪拌しな
がらビトラジン1水和物を50g添加し、15分後に70℃に
なるように徐々に加温した。懸濁液が70℃近くになると
急激な反応が生じ、10分後に液温が90℃に昇温すると同
時に反応が終了し、銅微粉末が析出した。アスピレータ
でろ過後、アセトンで洗浄し、その後20℃で自然乾燥し
た。
44gの銅微粉末が得られ、電子顕微鏡にて粉末の粒度、
粒形を見ると2μm〜3μmの揃った凝集のない単分散
した球状粉末であった。不純物として酸素量を測定した
結果0.11%と非常に少ないものであった。
実施例(9) 平均粒径10μmの酸化第一銅50gに、グリセリンを5g加
え、ミキサーで10分間攪拌混合し、しかる後に全量を50
0ccの水溶液に分散、懸濁し、次いで攪拌しながらビト
ラジン1水和物を25g添加し、15分後に60℃になるよう
に徐々に加温した。懸濁液が40℃以上になると徐々に反
応が開始し、60℃になると明らかに銅の析出が認めら
れ、30分後に反応が終了し、銅微粉末が析出した。アス
ピレータでろ過後、アセトンで洗浄し、その後20℃で自
然乾燥した。
44gの銅微粉末が得られ、電子顕微鏡にて粉末の粒度、
粒形を見ると4μm〜5μmの揃った凝集のない単分散
した球状粉末であった。不純物として酸素量を測定した
結果0.10%と非常に少ないものであった。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば、粒度分布巾の狭い、単分散
した球状銅微粉末を短時間にしかも安価に製造すること
ができる。
本発明によって得られる球状銅微粉末は、より緻密な厚
膜導体を形成する銅塗料に特に適し、また高純度である
ことから、各種触媒用としても有用なものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化銅粉末の表面を多価アルコールで被覆
    した後、該酸化銅粉末をヒドラジンにより還元すること
    を特徴とする銅微粉末の製造方法。
  2. 【請求項2】酸化銅粉末と多価アルコールを混合機又は
    粉砕機に装入し、混合又は粉砕操作を行うことにより酸
    化銅粉末の表面を多価アルコールで被覆することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載の銅微粉末の製造方
    法。
  3. 【請求項3】多価アルコールで被覆された酸化銅粉末を
    水中に分散した状態で、攪拌しながらヒドラジン又はヒ
    ドラジン水溶液を添加することにより該酸化銅粉末を還
    元することを特徴とする特許請求の範囲第1項もしくは
    第2項に記載の銅微粉末の製造方法。
  4. 【請求項4】多価アルコールで被覆された酸化銅粉末を
    水中に分散した状態で、攪拌しながらヒドラジン又はヒ
    ドラジン水溶液を添加し、次いでこの混合懸濁液を加熱
    することにより該酸化銅粉末を還元することを特徴とす
    る特許請求の範囲第3項に記載の銅微粉末の製造方法。
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