説明

耐酸化性に優れる外部電極用導電性ペースト用銅粉及び銅ペースト

【課題】 電気的特性への悪影響を回避しながら、従来の導電性ペースト用銅粉より更に耐酸化性、高い初期導電率及び耐湿性を有する導電性ペースト用銅粉を提供する。
【解決手段】 粒径が、球状粉の場合では平均粒径1μm以上10μm以下、あるいは鱗片粉の場合では平均粒径が3μm以上40μm以下であり、その表面に3級アミンを有する重量平均分子量2000〜200000の3級アミン置換ポリスチレンがコーティング膜として、その銅粉表面を被覆していることを特徴とする耐酸化性に優れた外部電極用導電性ペースト用銅粉。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、外部電極用導電性ペースト用銅粉に関し、特に積層セラミックコンデンサや積層セラミックインダクタなどの積層セラミック電子部品の外部電極を形成するための導電性ペーストに使用する銅粉に関するものである。
【背景技術】
【0002】
積層セラミックコンデンサの一般的な製造方法は、まず、チタン酸バリウム系セラミックなどの誘電体セラミックグリーンシートを複数枚用意し、各々のシートの上に、内部電極用の導電性ペーストを所定のパターンで印刷し、これらのシートを積み重ねて圧着することによって、誘電体セラミックグリーンシートと導電性ペースト層が交互に積層された積層体を作製する。この積層体を所定の形状の複数のチップに切断した後、高温で同時に焼成して、積層セラミックコンデンサの素体を作製する。
【0003】
次いで、この素体の内部電極が露出する端面に、導電性粉体、ガラス粉末および有機ビヒクルを主成分とする外部電極用の導電性銅ペーストを塗布し、乾燥した後、高温で焼成することによって外部電極を形成する。その後、必要に応じて外部電極にニッケルやスズなどのめっき層を電気めっきなどにより形成する。
【0004】
ここで使用される外部電極用導電性銅ペーストは、一般には樹脂系バインダーと溶媒からなるビヒクル中にフィラーとして導電性の粉体(導電フィラーと呼ぶ)である銅粉を分散させた流動性のある流体を指し、これを適当な温度に昇温したときにビヒクルが蒸発・分解し、残った導電フィラーが焼結体となって電気の良導体が形成されるものを言う。
【0005】
その実際の使用にあたっては、基板の表面や内部の孔に、このような導電ペーストを塗布または充填した状態で基板と共に適切な加熱処理が行なわれ、この加熱処理によってビヒクルが蒸発・分解・燃焼して除去され、導電フィラーとしての銅粉が互いに焼結して通電可能な回路が形成される。積層セラミックスコンデンサーの場合にも、多数のセラミックス基板の間に内部電極用の導電ペーストを介在させ、またそれらの内部電極間を連結する外部電極用の導電ペーストを塗布し、同様に加熱処理を行い、ビヒクルが蒸発・分解されて除去されて金属粉が焼結し、内部電極および外部電極が形成される。そのさい内部電極と外部電極は別々に焼成されるのが一般的である。
【0006】
従来、積層セラミックコンデンサなどの内部電極を形成するための導電性ペーストに使用する金属材料として、パラジウム、銀−パラジウム、白金などが使用されていたが、これらは高価な貴金属であるため、コストがかかるという問題があった。そのため、近年では、ニッケルや銅などの卑金属を使用するのが主流になってきており、現在では、内部電極には主にニッケル微粒子(積層セラミックコンデンサの大きさや容量などにもよるが、一般に平均粒径0.1〜0.5μmのニッケル微粒子)が使用されている。また、銅は、導電率が高く、融点が低いため、積層セラミックコンデンサの焼成時の低温化などの生産時の省エネに寄与することが可能であり、外部電極用の金属材料として使用されている。
【0007】
しかし、銅粉は通常空気中において表面が酸化され、この酸化物が不動態性を示さず不安定なため、さらに酸化が進行し、導電性が低下する性質を有している。したがってプリント基板などのための印刷用インキ、合成樹脂などに配合して導電性を得るために、従来からこの目的のための銅粉に対して種々の表面処理方法あるいは添加剤の検討がなされている。例えば、銅粉の防錆のための表面処理方法としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾールなどによる処理が提案されている(例えば、日刊工業新聞社刊「防錆技術便覧」参照)が、これらの処理により得られる保護皮膜は、銅粉の変色防止効果は認められるが、導電性ペースト用銅粉の導電性を著しく低下させるために、銅粉の表面処理剤としては使用不可能である。
【0008】
また、導電性を低下させない方法として、特許文献1及び2では原料である水酸化銅から還元剤を用いて金属銅粒子に還元する際に、還元剤としてヒドラジンまたはヒドラジン化合物を使用する手法であり、製法が限定される。
【0009】
さらに特許文献3においては、水溶性の有機溶媒中で、銅粉,オルガノシラン化合物および水を反応させてオルガノシランの加水分解生成物を生成させ,得られた懸濁液にゲル化剤を添加して銅粉にゲルコーティング膜を被着させる手法が挙げられているが、溶液の調整や膜厚の均一化には手間がかかる。
【0010】
一方、特許文献4および5には、銅ペースト組成物にホウ酸及びホウ素を添加することが記載されている。しかしながら、吸湿性の強いホウ酸やホウ素を外部電極用銅ペースト組成物中に添加すると、そのペースト中に微量に存在する水分や、外気の湿度の影響を受け、ペースト中に分散したホウ酸やホウ素が、吸湿や潮解を起こし、ペーストの粘度の安定性が劣り、粘度が大きく経時変化するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開2004−211108公報
【特許文献2】特開2008−285761公報
【特許文献3】特開2004−149817公報
【特許文献4】特開平10−74661公報
【特許文献5】特開平11−87167公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明は、上述のような従来技術の有する問題を解消するために成されたもので、電気的特性への悪影響を回避しながら、従来の導電性ペースト用銅粉より更に耐酸化性、高い初期導電率及び耐湿性を有する導電性ペースト用銅粉を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、下記の化学式1で示される3級アミン置換ポリスチレンを被覆することで、高い耐酸化性を有する銅粉及び、電気的特性への悪影響を回避する銅ペーストを安定して製造することができることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【0014】
本発明に係る第一の発明は、耐酸化性に優れた外部電極用導電性ペースト用銅粉が下記の化学式1に示す3級アミンを有する重量平均分子量2000〜200000のポリマーがコーティング膜として銅粉の表面を被覆していることを特徴とする。
【0015】
【化1】

【0016】
また、本発明に係る第2の発明は、耐酸化性に優れた外部電極用導電ペースト用銅粉が、外部電極用導電性ペースト用銅粉の粒径が球状粉の場合では平均粒径1μm以上10μm以下、あるいは鱗片粉の場合では平均粒径が3μm以上、40μm以下であり、化学式2で示す3級アミン置換ポリスチレン(重量平均分子量2000〜200000)のコーティング膜が形成されていることを特徴とする。
【0017】
【化2】

【0018】
さらに、本発明にかかる第3の発明は、耐酸化性に優れた外部電極用導電性ペースト用銅粉が、球状または鱗片状の形状を有することを特徴とし、第4の発明は、外部電極用銅ペーストが、前記外部電極用導電性ペースト用銅粉が樹脂系バインダーと溶媒とからなるビヒクルに分散していることを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
なお、銅粉の導電性を損なうことなく被覆可能な材料としては、導電性ポリマーが挙げられるが、剛直な特性を持つためにその柔軟性が悪く、銅粉の表面を均一に被覆することができないため、酸化抑制効果がなかった。また合成難度も高いという課題もある。
【0020】
一般的なコーティング材料であるシリコンポリマーは、容易に銅粉を被覆できるために、酸化抑制効果はあるものの、導電性を持たないことから、銅粉の導電性を著しく低下させる。
一方、化学式1で示される3級アミン置換ポリスチレンは、対応する3級アミン置換スチレンモノマーから合成され、分子量が大きく得られるために薄膜で均一なコーティング膜を欠損なく銅粉に被覆させることが可能である。
また、化学式1で示される3級アミン置換ポリスチレンの3級アミン部位によって半導体特性が付与されており、形成されたコーティング膜は銅粉の導電性を損なうことがない。
また、化学式1で示される3級アミン置換ポリスチレンのポリスチレン骨格に基づき、高いガスバリア性及び撥水効果を付与させることが可能となり、被覆された銅粉は高温高湿条件下にて高い酸化抑制機能を持つ。
【0021】
さらに、銅粉へのコーティング手法には、3級アミン置換ポリスチレンをハロゲン系炭化水素、トルエン、テトラヒドロフラン、アルコール類に溶解させ、特に制限はないが湿式法、スプレー法を用いてよい。
【0022】
この銅粉は、例えば平均粒径が10μm以下の銅粉の粒子表面に0.5μm以下の厚みの3級アミン置換ポリスチレンが形成されているものであり、銅粒子は形状を問わず、球状のものであるほか鱗片状の形状を有することもできる。さらに本発明の銅ペースト組成物は、主として3級アミン置換ポリスチレンによるコーティング膜をもつ耐酸化性に優れた銅粉、およびガラス質フリットと有機ビヒクルとから構成されている。
【0023】
本発明によれば、銅粉の耐酸化性を著しく高めることができるようになり、その結果、導電ペーストのフィラーに使用した場合、その焼結過程での脱バインダー工程での銅粉の酸化を防止できるようになった。これにより、酸化した銅粉を還元する工程が不要となり、導電性ペーストの焼成工程が簡略化できる。
さらに、本発明の外部電極用銅ペースト組成物を用いることによって、内部電極と外部電極の接続性を確保し、積層セラミックコンデンサとしての電気特性、特に容量特性に優れ、信頼性に優れた積層セラミックコンデンサを得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明を詳細に説明する。
(1)3級アミン置換ポリスチレン
本発明のポリマーは、3級アミンを置換したポリスチレンで重量平均分子量が2000〜200000であることを特徴とするが、例えば、ハロゲン置換芳香族化合物とアミン置換芳香族化合物のカップリング反応により2級アミンとし、p−ブロモスチレンとのカップリング反応により得られたモノマー2(化学式3)を重合することで3級アミン置換ポリスチレン(化学式2)を得ることができる。
この合成の際のカップリング反応は、パラジウム触媒を用いたものやウルマン反応、スティルカップリング反応等が望ましいが、特にこれらに限定されない。また、重合反応はラジカル重合が簡便かつ重合度高くポリマーが得られるが、アニオン重合等でも可能である。また、合成経路として、3級アミン合成後にウィティッヒ反応やヘック反応等によりビニル基を構築しモノマーとする経路なども適用できる。
重量平均分子量が2000未満の場合、銅粉全表面にコーティング膜を形成させることが難しく、重量平均分子量が200000を超えると溶媒とする有機溶剤が限定される為好ましくない。
【0025】
【化2】

【0026】
【化3】

【0027】
(2)銅粉
本発明に用いる銅粉の形状は、特に制限されず、鱗片状または球状の銅粉、あるいは混合して使用することができる。
本発明に用いられる銅粉の製造方法としては、湿式還元法、乾式法等、特に限定はしないが、好ましくは、乾式法の一種である水アトマイズ法によって得られる銅粉を用いるのが良い。この製法は、コスト面で他の製法に比較してより安価に製造できるためである。同様に、鱗片状の銅粉についても、アトマイズ粉を元粉とし、これに、一般的に鱗片粉末を得る方法、例えば、機械的粉砕、圧延等により鱗片化することにより得られる。
外部電極用銅ペースト組成物に用いられる鱗片状銅粉としては、扁平長粒径が3〜30μm程度の粒径が、球状の銅粉としては1〜4μmの平均粒径が、好適に使用することができる。
【0028】
鱗片状の銅粉は、粘性の調整や、外部電極用銅ペースト組成物の焼結後に、積層体のエッジ部分(肩の部分)が切れてしまうエッジ切れを防止するために添加する場合があるが、鱗片状の銅粉の扁平長粒径が3μm未満では、エッジ切れ抑制の効果が小さくなり、40μmを超えると、焼結膜の平滑性が損なわれ、銅粉の焼結性遅延により、焼結面にポアが生じ、めっき液の侵入を引き起こすことがある。
【0029】
球状の銅粉の場合、その平均粒径が1μm未満では、銅粉が酸化されやすくなり、これに起因して銅の酸化による焼結不良、容量不足、または、ペースト粘度の経時変化が起こりやすくなる。一方、平均粒径が10μmを超えると、銅粉の焼結の進行が遅くなり、通常の焼結温度、すなわち900℃の温度では十分に焼結が進行しないために、焼結面にポアが生じたり、後工程におけるめっき工程で、めっき液の外部電極内への侵入を引き起こしたりすることがある。
【0030】
銅粉の粒径としては、鱗片状または球状で、粒径が小さいほど焼結が進みやすくなる傾向があることを加味し、外部電極用銅ペースト組成物の焼結温度やチップサイズに応じて、粒径や、鱗片状と球状の混合比を最適化して使用することができる。
【0031】
銅粉に対して2質量%以上5質量%以下の本発明の3級アミン置換ポリスチレンを溶解させた有機溶媒、例えばハロゲン系炭化水素、アルコール類、テトラヒドロフランに、湿式法の場合は銅粉を入れて2分以上撹拌、浸漬させた後、溶媒を除去して目的とするコーティング膜を有する銅粉を得る。溶媒を除去する工程は特に制限されないが、コーティング膜形成前に銅粉が酸化されることを避ける為に減圧下で除去されることが望ましい。
【0032】
(3)ガラス質フリット
本発明に用いるガラス質フリットとしては、特に制限されず、外部電極用銅ペースト組成物に一般的に使用されるガラス質フリットを好適に使用できる。例えば、平均粒径1〜6μmで、軟化点が600〜800℃のホウ珪酸ガラス(SiO−B系)、ホウ珪酸バリウムガラス(BaO−SiO−B系)等の無鉛ガラス質フリットを挙げることができる。
【0033】
そのガラス質フリットの添加量は、外部電極の焼結温度と、使用する銅粉の粒径とによって、最適量とすることが望ましい。たとえば、焼結温度が高くなるほど、また、銅紛の粒径の小さなガラス質フリットを用いるほど、外部電極は緻密化し、ガラス質フリットが外部電極の表面に押し出される傾向にあるため、これを抑えるには、ガラス質フリットの添加量を減らすことが有効である。
実際には、銅粉に対して、1.5質量%以上14質量%以下の範囲で調節するのが望ましい。1.5質量%未満であると、前記積層体と外部電極との接着強度が弱くなり、また、14質量%を超えると、焼結後にガラスが押し出されて外部電極の表面をガラスが覆う状態となり、めっき付き性が悪くなる。
【0034】
(4)有機ビヒクル
本発明において使用する有機ビヒクルは、特に制限されず、一般的に外部電極用銅ペースト組成物に使用されているものでよい。
例示すれば、樹脂成分としてアクリル樹脂やセルロース樹脂を、溶剤としてはターピネオールやジヒドロターピネオール等のテルペン系溶剤、エチルカルビトール、ブチルカルビトール等のエーテル系溶剤を、単独または複数、混合して使用できる。有機ビヒクルの使用量としては、外部電極用銅ペースト組成物に適度な粘性および塗布性が得られれば良く、例えば、銅粉に対して、1〜50質量%である。
【0035】
(5)焼結プロセスにおける銅粉の酸化の評価
本発明者らは、焼結プロセスにおける銅粉の酸化が、内部電極と外部電極との接続性に影響を及ぼしているものと考え、本発明の3級アミン置換ポリスチレンがコーティング膜として銅の酸化抑制に与える効果についても検証した。
そこで、アルミナ基板に、銅粉と、ガラス質フリットと、有機ビヒクルとからなる外部電極用銅ペースト組成物を印刷して、乾燥したものを試料とし、酸化銅が生成するかを確認する実験を行った。ピーク温度900℃のプロファイルにおいて、焼成途中における炉内温度が450℃、550℃、650℃、800℃の各温度に達した時点で酸化されないように試料を炉からサンプリングして、各温度で酸化銅がどれだけ生成しているかを確認した。
【0036】
酸化銅の生成量は、参考文献(特開2000−280248号公報)に記載されている測定方法に従って求めた。すなわち、前記条件で焼結およびサンプリングされた焼結基板をXRD回折し、Cuメインピーク(2θ=50.4度)、酸化銅CuOメインピーク(2θ=36.4度)に着目し、そのピークカウント数を比較することで、各温度で酸化銅がどれだけ生成しているかを調べた。
未処理の銅粉を原料とした場合、3級アミン置換ポリスチレンと同様に導電性を持つ低分子化合物を銅粉に被覆させた場合、本発明の3級アミン置換ポリスチレンを被覆させた銅粉を原料とした場合について、それらを使用した外部電極用銅ペースト組成物を作製し、450℃、550℃、650℃、800℃、900℃での焼結におけるCuピーク及び酸化銅CuOのピークを比較した。
【0037】
その結果、未処理の銅粉を原料とした銅ペースト組成物では550℃、650℃、800℃のサンプルでは、酸化銅ピークが検出されたのに対し、導電性低分子化合物を被覆した銅粉は550℃、650℃、800℃で比較的弱いが酸化銅ピークが検出された。一方、3級アミン置換ポリスチレンを被覆させた銅粉を原料とした銅ペースト組成物ではまったく検出されなかった。
【0038】
一般的に、外部電極用銅ペースト組成物の銅粉が酸化される温度域は約600〜650℃付近であり、外部電極の銅と内部電極のニッケルの焼結にともなう合金化がまだ進行していない温度域では、銅の酸化が徐々に進行してしまうものと考えられる。
また、導電性低分子化合物を被覆した銅粉の場合、均一なコーティング層を形成することが困難な為、完全に銅粉表面を被覆できず部分的に金属銅表面が剥き出しとなり酸化された部分があったと考えられる。
【0039】
本発明の3級アミンを有する重量平均分子量2000〜200000の3級アミン置換ポリスチレンが被覆された銅粉を用いた場合、表層の均一なコーティング膜により銅の酸化は抑制され、結果として良好な導電性が維持され、銅ペースト組成物焼結後の積層セラミックコンデンサの容量も容量設計値に達する結果になるものと考えられる。
【0040】
以上によって、本発明の3級アミンを有する重量平均分子量2000〜200000の3級アミン置換ポリスチレンを被覆した銅粉を使用した外部電極用銅ペースト組成物では、ニッケル内部電極との焼結が、銅粉の酸化よりも先に進行し、その結果として、接続をより強固なものにしているものと考えられる。
【実施例】
【0041】
次に、本発明について実施例を用いて説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。先ず、実施例で用いた3級アミン置換ポリスチレンについて示す。
(1)3級アミン置換ポリスチレンの合成
以下で説明する合成手法によって、4−ブロモアニソールとp−アニシジンを原料として、3級アミン置換ポリスチレンを作製した。なお、合成手法は、以下の方法に限定されるものではない。
【0042】
[化合物3(化学式4)の合成]
出発原料の4−ブロモアニソール:15gと、p−アニシジン:20gとをトルエン:70mlに溶解させ、BINAP(2,2’−ビスジフェニルフォスフィノ−1,1’−ビナフチル:3.4g、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):1.8g、ナトリウム−tert−ブトキシド:22gを加え、95℃で5時間反応させ、精製により下記化学式4に示される化合物3を得た。
【0043】
【化4】

【0044】
[化合物4(化学式5)の合成]
得られた化合物3:2gをトルエン:30mlに溶解させ、1−ブロモ−4−ヨードベンゼン:2.7g、ヨウ化銅(I):0.7g、ナトリウム−tert-ブトキシド:13g、2,2−ビピリジン:0.3gを加え、95℃で7時間反応させ、精製により下記化学式5に示す化合物4を得た。
【0045】
【化5】

【0046】
[モノマー2の合成]
得られた化合物4:870mgをトルエン:10mlに溶解させ、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(0):8g、トリ−n−ブチルビニルスズ:10.8g、ジブチルヒドロキシトルエン:251gを加え、95℃で7時間反応させ、精製によりモノマー2を得た。
また、他の方法として、得られた化合物3:2gをトルエン:30mlに溶解し、p-ブロモスチレン:1.25 ml、ヨウ化銅(I):0.7g、ナトリウム−tert−ブトキシド:13gおよび2−ビピリジン:0.3gを加え、40℃で暗所にて24時間反応させ、精製によりモノマー2を得た。
【0047】
[3級アミン置換ポリスチレンの合成]
得られたモノマー2:42mgに、ラジカル反応開始剤としてAIBN(α,α'−アゾビスイソブチロニトリル)を添加し、窒素雰囲気下にて60−70℃で撹拌して3級アミン置換ポリスチレンを合成した。
【0048】
ところで、モノマーにおける反応点数に、分子鎖の延長しやすさが依存するため、ここでは、AIBNの添加量を0.05M(試料5)、0.1M(試料1)、0.2M(試料2)、0.5M(試料3)、1.0M(試料4)の5水準として、試料1〜5(本発明の範囲内は試料1〜3、範囲外は試料4〜5)の3級アミン置換ポリスチレンを作製した。
【0049】
その作製した5水準の3級アミン置換ポリスチレンの分子量を、ゲル浸透クロマトグラフィー(東ソー株式会社製GPC−8020)にて重量平均分子量を測定し、大気中光電子分光装置(理研計測株式会社製AC―2)にて得られたイオン化ポテンシャルの結果から導電性の有無を判定した。その測定結果を表1に示す。
試料1〜5の3級アミン置換ポリスチレンは、いずれも良好な導電性を示していた。
【0050】
【表1】

【0051】
(2)銅粉への被覆
(1)で作製した試料1〜5の各3級アミン置換ポリスチレンを、それぞれ銅粉に対して所定量を溶解させたテトラヒドロフラン溶液に、鱗片状銅粉末(福田金属箔粉工業製、品番3L3、平均粒径13.1μm)あるいは球状銅粉末(日本アトマイズ加工(株)製、品番HXR−Cu、粒径1μm)を浸積して形成した溶液を5分間撹拌した後に、銅粉をろ過により分離し、真空条件下で乾燥させて試料1〜5の各3級アミン置換ポリスチレンで被覆した鱗片状銅粉末、球状銅粉末を作製した。
【0052】
(3)有機ビヒクルの作製
配合比率を、ターピネオール73質量%に、エチルセルロース1質量%、アクリル樹脂26質量%とし、全量を軽く分散させた後、エアーモーターで撹拌しながら60℃まで加熱し透明で粘稠な有機ビヒクルを作製した。
【0053】
(4)外部電極用銅ペースト組成物の作製
前工程の(2)銅粉への被覆により作製した被覆された銅粉を用いて、この銅粉100重量部に対し、ホウ珪酸バリウムガラス質フリット(BaO−SiO−B系、軟化点730℃)4.5重量部、ホウ珪酸亜鉛ガラス質フリット(ZnO−B−SiO系、軟化点570℃)0.5重量部、および(3)で作製した有機ビヒクル35重量部を秤量し、これらを全量ミキサーで混合した後、更に三本ロールミルによって混練して、外部電極用銅ペースト組成物を作製した。
【0054】
(5)焼結による試料の作製
従来技術と同様にして、設計静電容量が1μFとなる積層体を形成し、ニッケル製内部電極の露出した端面に(4)で作製した外部電極用銅ペースト組成物を塗布し、120℃で乾燥した後、窒素雰囲気のベルト炉で、ピーク温度900℃、炉入り口から出口まで60分のプロファイルで焼成して、特性評価用の試料を作製した。
【0055】
[内部電極との絶縁抵抗の評価]
(a)静電容量
それぞれの組成の外部電極用銅ペースト組成物を焼き付けて得た銅外部電極に、ニッケルめっきを施して、積層セラミックコンデンサを作製した。
その積層セラミックコンデンサの静電容量を、LCRメータ(ヒューレットパッカード社製、型式4278A)にて測定した。測定周波数は1kHzで、設計静電容量の1μFに対し、測定された静電容量が0.9μF以上のものを「○」、0.9μF未満のものを「×」と評価した。
【0056】
(b)絶縁抵抗
作製した積層セラミックコンデンサの絶縁抵抗を、高抵抗計(ヒューレットパッカード社製、型式4329A)にて測定した。
また、60℃、95%RHの高温高湿条件下に500時間放置した後、再度測定を行った。なお、測定電圧は50Vで、絶縁抵抗が1×10以上のものを「○」、1×10未満のものを「×」とした。
【実施例1】
【0057】
(1)で作製した試料1の3級アミン置換ポリスチレンを、銅粉に対して2質量%溶解させたテトラヒドロフラン溶液に、鱗片状銅粉末(福田金属箔粉工業製、品番3L3、平均粒径13.1μm)を浸積して形成した溶液を5分間撹拌した後に、銅粉をろ過により分離し、真空条件下で乾燥させて試料1の3級アミン置換ポリスチレンで被覆した鱗片状銅粉末を作製した。
その銅粉末を用いて、外部電極用銅ペースト組成物を作製、焼成して銅外部電極を形成し、実施例1に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定して、その測定結果を表2に示す。
【実施例2】
【0058】
試料2の3級アミン置換ポリスチレンを用いた以外は、実施例1と同様の条件で実施例2に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定した。その測定結果を表2に示す。
【実施例3】
【0059】
試料3の3級アミン置換ポリスチレンを用いた以外は、実施例1と同様の条件で実施例3に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定した。その測定結果を表2に示す。
【実施例4】
【0060】
試料1の3級アミン置換ポリスチレンを銅粉に対して5質量%溶解させたテトラヒドロフラン溶液に、鱗片状銅粉末(福田金属箔粉工業製、品番3L3、平均粒径13.1μm)を浸積し、その溶液を5分間撹拌した後に銅粉をろ過により分離し、真空条件下で乾燥させて試料1の3級アミン置換ポリスチレンで被覆された鱗片状銅粉を作製した。
その銅粉末を用いて、外部電極用銅ペースト組成物を作製、焼成して銅外部電極を形成し、実施例4に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定して、その測定結果を表2に示す。
【実施例5】
【0061】
試料1の3級アミン置換ポリスチレンを銅粉に対して2質量%溶解させたテトラヒドロフラン溶液に、球状銅粉末(日本アトマイズ加工株式会社製、品番HXR−Cu、粒径1μm)を浸積し、その溶液を5分間撹拌した後に銅粉をろ過により分離し、真空条件下で乾燥させて試料1の3級アミン置換ポリスチレンで被覆された球状銅粉を作製した。
その銅粉末を用いて、外部電極用銅ペースト組成物を作製、焼成して銅外部電極を形成し、実施例5に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定して、その測定結果を表2に示す。
【実施例6】
【0062】
試料3の3級アミン置換ポリスチレンを、銅粉に対して2質量%溶解させたテトラヒドロフラン溶液に、球状銅粉末(日本アトマイズ加工株式会社製、品番HXR−Cu、粒径1μm)を浸積し、その溶液を5分間撹拌した後に銅球状粉をろ過により分離し、真空条件下で乾燥させて試料3の3級アミン置換ポリスチレンで被覆された球状銅粉を作製した。
その銅粉末を用いて、外部電極用銅ペースト組成物を作製、焼成して銅外部電極を形成し、実施例6に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定して、その測定結果を表2に示す。
【0063】
(比較例1)
試料4の3級アミン置換ポリスチレンを用いた以外は、実施例1と同様の条件で比較例1に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定した。その測定結果を表2に示す。
【0064】
(比較例2)
試料5の3級アミン置換ポリスチレンを用いた以外は、実施例1と同様の条件で比較例2に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定した。その測定結果を表2に示す。
【0065】
(比較例3)
導電性低分子化合物であるN,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(以下、TPDと称す)をテトラヒドロフランに溶解させ、実施例1と同様に、導電性低分子化合物のTPDで被覆された鱗片状銅粉を作製した。
その銅粉末を用いて、外部電極用銅ペースト組成物を作製、焼成して銅外部電極を形成し、比較例3に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定して、その測定結果を表2に示す。
【0066】
(比較例4)
導電性低分子化合物の2,4,6−トリ(2−ピリジル)−1,3,5−トリアジン(以下、TPTZと称す)をテトラヒドロフランに溶解させ、実施例1と同様にTPTZで被覆された鱗片状銅粉を作製した。
その銅粉末を用いて、外部電極用銅ペースト組成物を作製、焼成して銅外部電極を形成し、比較例4に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定して、その測定結果を表2に示す。
【0067】
(比較例5)
非3級アミン置換ポリスチレンのポリスチレンをトルエンに溶解させ、実施例1と同様にポリスチレンで被覆された鱗片状銅粉を作製した。
その銅粉末を用いて、外部電極用銅ペースト組成物を作製、焼成して銅外部電極を形成し、比較例5に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定して、その測定結果を表2に示す。
【0068】
(比較例6)
3級アミン置換ポリスチレンを被覆していない鱗片状銅粉末(福田金属箔粉工業製、品番3L3、平均粒径13.1μm)を用いて、外部電極用銅ペースト組成物を作製、焼成して銅外部電極を形成し、比較例6に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定して、その測定結果を表2に示す。
【0069】
(比較例7)
(1)で作製した試料1の3級アミン置換ポリスチレンを銅粉に対して1質量%溶解させたテトラヒドロフラン溶液に、鱗片状銅粉末(福田金属箔粉工業製、品番3L3、平均粒径13.1μm)を浸積し、その溶液を5分間撹拌した後に鱗片状銅粉をろ過により分離し、真空条件下で乾燥させて試料1の3級アミン置換ポリスチレンで被覆された鱗片状銅粉を作製した。
その銅粉末を用いて、外部電極用銅ペースト組成物を作製、焼成して銅外部電極を形成し、比較例7に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定して、その測定結果を表2に示す。
【0070】
(比較例8)
(1)で作製した試料1の3級アミン置換ポリスチレンを、銅粉に対して7質量%溶解させたテトラヒドロフラン溶液に、鱗片状銅粉末(福田金属箔粉工業製、品番3L3、平均粒径13.1μm)を浸積し、その溶液を5分間撹拌した後に銅粉をろ過により分離し、真空条件下で乾燥させて試料1の3級アミン置換ポリスチレンで被覆された鱗片状銅粉を作製した。
その銅粉末を用いて、外部電極用銅ペースト組成物を作製、焼成して銅外部電極を形成し、比較例8に係る特性評価用の積層セラミックコンデンサを作製した。その積層セラミックコンデサの静電容量および絶縁抵抗を測定して、その測定結果を表2に示す。
【0071】
【表2】

【0072】
試料4の3級アミン置換ポリスチレンを用いた比較例1では、その重量平均分子量が小さく、銅粉表面の被覆が十分でなかったために、被覆されなかった表面が酸化し、静電容量も、絶縁抵抗も「×」であった。また、重量平均分子量が大きすぎる試料5の3級アミン置換ポリスチレンをコーティング膜に用いた比較例2では、有機溶剤のテトラヒドロフラン、トルエンに溶解しなかった為、銅粉へ均一なコーティング膜を被覆させることができなかった。
【0073】
本発明の3級アミン置換ポリスチレンの代りに、導電性低分子化合物であるN,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)を用いた比較例3、および導電性低分子化合物である2,4,6−トリ(2−ピリジル)−1,3,5−トリアジン(TPTZ)を用いた比較例4では、静電容量が劣り、高温高湿条件下での絶縁抵抗の劣化も見られる。また、非3級アミン置換ポリスチレンであるポリスチレンをトルエンに溶解したものを用いた比較例5では、静電容量、絶縁抵抗共に劣っていることが分かる。
さらに、銅粉を3級アミン置換ポリスチレンによって被覆しないで用いた比較例6では、測定したすべての特性において劣っていることがわかる。
【0074】
試料1の3級アミン置換ポリスチレンを銅粉に対して1質量%と少ない量を溶解させたテトラヒドロフラン溶液を用いたコーティング膜を被覆した比較例7では、測定したすべての特性が満足しなかったことがわかる。また、銅粉に対する3級アミン置換ポリスチレンの量が7質量%と多すぎる比較例8でも同様に測定したすべての特性において劣っていることがわかる。
【0075】
一方、本発明の条件を満足する実施例1から実施例6では、静電容量、絶縁抵抗(初期、高温高湿条件下)共に、優れていることがわかる。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
化学式1に示す3級アミンを有する重量平均分子量2000〜200000のポリマーがコーティング膜として銅粉の表面を被覆していることを特徴とする耐酸化性に優れた外部電極用導電性ペースト用銅粉。
【化1】

【請求項2】
前記外部電極用導電性ペースト用銅粉の粒径が、球状粉の場合では平均粒径1μm以上10μm以下、あるいは鱗片粉の場合では平均粒径が3μm以上、40μm以下であり、化学式2で示す3級アミン置換ポリスチレン(重量平均分子量2000〜200000)のコーティング膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の耐酸化性に優れた外部電極用導電ペースト用銅粉。
【化2】

【請求項3】
前記銅粉が、球状または鱗片状の形状を有することを特徴とする請求項1に記載の耐酸化性に優れた外部電極用導電性ペースト用銅粉。
【請求項4】
樹脂系バインダーと溶媒とからなるビヒクルに、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の外部電極用導電性ペースト用銅粉が分散していることを特徴とする外部電極用銅ペースト。

【公開番号】特開2012−52181(P2012−52181A)
【公開日】平成24年3月15日(2012.3.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−195027(P2010−195027)
【出願日】平成22年8月31日(2010.8.31)
【出願人】(000183303)住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【出願人】(899000068)学校法人早稲田大学 (602)
【Fターム(参考)】