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JP5907301B1 - 銀コート銅粉及びそれを用いた銅ペースト、導電性塗料、導電性シート、並びに銀コート銅粉の製造方法 - Google Patents

銀コート銅粉及びそれを用いた銅ペースト、導電性塗料、導電性シート、並びに銀コート銅粉の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】銅粉同士の接点を多くして優れた導電性を確保しつつ、導電性ペーストや電磁波シールド等の用途として好適に利用することができる銀コート銅粉を提供する。
【解決手段】本発明に係る銀コート銅粉1は、直線的に成長した主幹2とその主幹2から分かれた複数の枝3とを有する樹枝状の形状をなし、主幹2及び枝3は、走査電子顕微鏡(SEM)観察より求められる断面平均厚さが0.02μm〜5.0μmである平板状の銅粒子が集合して構成され、その銅粒子の表面に銀が被覆されており、当該銀コート銅粉1の平均粒子径(D50)が1.0μm〜100μmであり、銅粒子の平板状の面に対して垂直方向への最大高さが、その平板状の面の水平方向への最大長さに対して1/10以下である。
【選択図】図1

Description

本発明は、表面に銀を被覆した銅粉(銀コート銅粉)に関するものであり、導電性ペースト等の材料として用いられ、導電性を改善させることのできる新規な形状を有する銀コート銅粉粉及びそれを用いた銅ペースト、導電性塗料、導電性シート、並びにその銀コート銅粉の製造方法に関する。
電子機器における配線層や電極等の形成には、樹脂型ペーストや焼成型ペースト、電磁波シールド塗料のような、銀粉や銀コート銅粉等の金属フィラーを使用したペーストや塗料が多用されている。銀粉や銀コート銅粉の金属フィラーペーストは、各種基材上に塗布又は印刷され、加熱硬化あるいは加熱焼成の処理を受けて、配線層や電極等となる導電膜を形成する。
例えば、樹脂型導電性ペーストは、金属フィラーと、樹脂、硬化剤、溶剤等からなり、導電体回路パターン又は端子の上に印刷され、100℃〜200℃で加熱硬化させて導電膜となり、配線や電極を形成する。樹脂型導電性ペーストは、熱によって熱硬化型樹脂が硬化収縮するために金属フィラーが圧着され相互に接触することで金属フィラー同士が重なり、その結果電気的に接続した電流パスが形成される。この樹脂型導電性ペーストは、硬化温度が200℃以下で処理することから、プリント配線板等の熱に弱い材料を用いる基板に使用されている。
一方、焼成型導電性ペーストは、金属フィラーと、ガラス、溶剤等からなり、導電体回路パターン又は端子の上に印刷され、600℃〜800℃に加熱焼成して導電膜となり、配線や電極を形成する。焼成型導電性ペーストは、高い温度によって処理することで、金属フィラー同士が焼結して導通性が確保されるものである。この焼成型導電性ペーストは、このように高い焼成温度で処理されるため、樹脂材料を使用するようなプリント配線基板には使用できない点があるが、高温処理で金属フィラーが焼結することから低抵抗を実現することが可能となる。そのため、焼成型導電性ペーストは、積層セラミックコンデンサの外部電極等に使用されている。
一方、電磁波シールドは、電子機器からの電磁気的なノイズの発生を防止するために使用されるもので、特に近年では、パソコンや携帯の筐体が樹脂製になったことから、筐体に導電性を確保するために、蒸着法やスパッタ法で薄い金属皮膜を形成する方法や、導電性の塗料を塗布する方法、導電性のシートを必要な箇所に貼り付けて電磁波をシールドする方法等が提案されている。その中でも、樹脂中に金属フィラーを分散させて塗布する方法や樹脂中に金属フィラーを分散させてシート状に加工してそれを筐体に貼り付ける方法では、加工工程において特殊な設備を必要とせず自由度に優れており多用されている。
しかしながら、このような金属フィラーを樹脂中に分散させて塗布する場合やシート状に加工する場合においては、金属フィラーの樹脂中における分散状態が一様にならないため、電磁波シールドの効率を得るために金属フィラーの充填率を高める等の方法が必要となる。ところが、その場合には、多量の金属フィラーの添加することによってシート重量が重くなるとともに、樹脂シートの可撓性を損なう等の問題が発生していた。そのため、例えば特許文献1においては、それらの問題を解決するために平板状の金属フィラーを使用する方法が提案されており、このことによって、電磁波シールド効果に優れ、可撓性も良好な薄いシートを形成することができるとしている。
ここで、平板状の銅粉を作製するために、例えば特許文献2では、導電性ペーストのフィラーに適したフレーク状銅粉を得る方法が開示されている。具体的には、平均粒径0.5〜10μmの球状銅粉を原料として、ボールミルや振動ミルを用いて、ミル内に装填したメディアの機械的エネルギーにより機械的に平板状に加工するものである。
また、例えば特許文献3では、導電性ペースト用銅粉末、詳しくはスルーホール用及び外部電極用銅ペーストとして高性能が得られる円盤状銅粉末及びその製造方法に関する技術が開示されている。具体的には、粒状アトマイズ銅粉末を媒体攪拌ミルに投入し、粉砕媒体として1/8〜1/4インチ径のスチールボールを使用して、銅粉末に対して脂肪酸を重量で0.5〜1%添加し、空気中あるいは不活性雰囲気中で粉砕することによって平板状に加工するものである。
一方、これら導電性ペーストや電磁波シールド用に使用されている金属フィラーとしては、銀粉が多く用いられているが、低コスト化の流れにより、銀粉より安価な銅粉の表面に銀をコートすることで銀の使用量を低減させた銀コート銅粉を使用する傾向にある。
銅粉の表面に銀を被覆する方法としては、置換反応によって銅表面に銀を被覆する方法と、還元剤が含まれる無電解めっき溶液中で銀を被覆する方法がある。
置換反応によって銀を被覆する方法では、溶液中で銅が溶出するときに発生した電子によって銀イオンが還元されることで銅表面に銀の被膜が形成される。例えば特許文献4には、銀イオンが存在する溶液中に銅粉を投入することで、銅と銀イオンの置換反応によって銅表面に銀の被膜が形成される製造方法が開示されている。しかしながら、この置換反応による方法では、銅表面に銀の被膜が形成されると、それ以上の銅の溶解が進行しないため、銀の被覆量を制御できないという問題がある。
その問題を解決するために、還元剤が含まれた無電解めっき液で銀を被覆する方法がある。例えば特許文献5には、還元剤が溶存した溶液中で銅粉と硝酸銀との反応によって銀を被覆した銅粉を製造する方法が提案されている。
さて、銅粉としては、デンドライト状と呼ばれる樹枝状に析出した電解銅粉が知られており、形状が樹枝状になっていることから表面積が大きいことが特徴となっている。このようにデンドライト状の形状であることにより、これを導電膜等に用いた場合には、そのデンドライトの枝が重なり合い、導通が通りやすく、また球状粒子に比べて粒子同士の接点数が多くなることから、導電性ペースト等における導電性フィラーの量を少なくすることができるという利点がある。例えば、特許文献6及び7には、デンドライト状を呈した銅粉表面に銀を被覆した銀被覆銅粉が提案されている。
具体的に、特許文献6及び7には、デンドライト状により一層成長したものとして、主軸から分岐した長い枝が特徴のデンドライトが開示されており、その銀被覆銅粉は、従来のデンドライトよりも粒子同士の接点が多くなることで導通性が向上し、導電性ペースト等に用いると導電性粉末の量を少なくしても導電性を高めることができるとしている。
一方、樹枝状の銅粉を導電性ペーストや電磁波シールド用樹脂等の金属フィラーとして利用する場合に、その金属フィラーが樹枝状に発達した形状であると、樹枝状の銅粉同士が必要以上に絡み合ってしまうため、凝集が生じ易くなり、また流動性が低下して非常に扱い難くなり、生産性を低下させることの指摘が特許文献8に示されている。なお、特許文献8では、電解銅粉自体の強度を高めるため、電解銅粉を析出させるための電解液の硫酸銅水溶液中にタングステン酸塩を添加することで、電解銅粉自体の強度を向上させ、樹枝を折れ難くし、高い強度に成形することができるとしている。
このように、樹枝状の銅粉を導電性ペースト等の金属フィラーとして用いるのは容易でなく、ペーストの導電性の改善がなかなか進まない原因ともなっている。
導電性を確保するためには、3次元的な形状を有する樹枝状形状の方が粒状のものよりも接点を確保しやすく、導電性ペーストや電磁波シールドとして高い導電性を確保することが期待できる。しかしながら、従来のデンドライト状の形状を呈した銀被覆銅粉では、主軸から分岐した長い枝が特徴であるデンドライトであって、細長い枝状の形状であったことから、接点を確保する点から考えると構造が単純であり、より少ない銀被覆銅粉を用いて効果的に接点を確保する形状としては理想的な形状となっていない。
特開2003−258490号公報 特開2005−200734号公報 特開2002−15622号公報 特開2000−248303号公報 特開2006−161081号公報 特開2013−89576号公報 特開2013−100592号公報 特開2011−58027号公報
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、銅粉同士の接点を多くして優れた導電性を確保しつつ、導電性ペーストや電磁波シールド等の用途として好適に利用することができる銀コート銅粉を提供することを目的とする。
本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、主幹とその主幹から分かれた複数の枝とを有する樹枝状の形状をなし、主幹及び枝が、特定の断面平均厚さの平板状の銅粒子が集合して構成され、その銅粒子の表面に銀が被覆されてなり、平板状の面に対して垂直方向への成長が抑制された銀コート銅粉であることにより、銅粉同士の接点が多くなり優れた導電性を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のものを提供する。
(1)本発明の第1の発明は、直線的に成長した主幹と該主幹から分かれた複数の枝とを有する樹枝状の形状をなし、前記主幹及び前記枝は、走査電子顕微鏡(SEM)観察より求められる断面平均厚さが0.02μm〜5.0μmである平板状の銅粒子が集合して構成され、該銅粒子の表面に銀が被覆されており、当該銀コート銅粉の平均粒子径(D50)が1.0μm〜100μmであり、前記銅粒子の平板状の面に対して垂直方向への最大高さが、該平板状の面の水平方向への最大長さに対して1/10以下である銀コート銅粉である。
(2)本発明の第2の発明は、第1の発明において、銀被覆量が銀被覆した銀コート銅粉全体の質量100%に対して1質量%〜50質量%である銀コート銅粉である。
(3)本発明の第3の発明は、第1又は第2の発明において、嵩密度が0.5g/cm〜5.0g/cmの範囲であること銀コート銅粉である。
(4)本発明の第4の発明は、第1乃至第3のいずれかの発明において、BET比表面積値が0.2m/g〜5.0m/gである銀コート銅粉である。
(5)本発明の第5の発明は、第1乃至第4のいずれかの発明に係る銀コート銅粉を、全体の20質量%以上の割合で含有している金属フィラーである。
(6)本発明の第6の発明は、第5の発明に係る金属フィラーを樹脂に混合させてなる導電性ペーストである。
(7)本発明の第7の発明は、第5の発明に係る金属フィラーを用いてなる電磁波シールド用導電性塗料である。
(8)本発明の第8の発明は、第5の発明に係る金属フィラーを用いてなる電磁波シールド用導電性シートである。
(9)本発明の第9の発明は、第1乃至第4の発明に係る銀コート銅粉を製造する方法であって、電解法により電解液から陰極上に銅粉を析出させる工程と、該銅粉に銀を被覆する工程とを有し、前記電解液には、銅イオンと、下記式(1)で表されるフェナジン構造を有する化合物の1種類以上と、ノニオン界面活性剤の1種類以上とを含有させて電解を行う銀コート銅粉の製造方法である。
[式(1)中、R、R、R、R、R、R、R、Rは、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、及びC1〜C8アルキルからなる群から選択される基であり、Rは、水素、ハロゲン、アミノ、OH、−O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択された基であり、Aがハライドアニオンである。]
(10)本発明の第10の発明は、第1乃至第4の発明に係る銀コート銅粉を製造する方法であって、電解法により電解液から陰極上に銅粉を析出させる工程と、該銅粉に銀を被覆する工程とを有し、前記電解液には、銅イオンと、下記式(2)で表されるアゾベンゼン構造を有する化合物の1種類以上と、ノニオン界面活性剤の1種類以上とを含有させて電解を行う銀コート銅粉の製造方法である。
[式(2)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10は、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択される基である。]
(11)本発明の第11の発明は、第1乃至第4の発明に係る銀コート銅粉を製造する方法であって、電解法により電解液から陰極上に銅粉を析出させる工程と、該銅粉に銀を被覆する工程とを有し、前記電解液には、銅イオンと、下記式(3)で表される、フェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物の1種類以上と、ノニオン界面活性剤の1種類以上とを含有させて電解を行う銀コート銅粉の製造方法である。
[式(3)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13は、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、及びC1〜C8アルキルからなる群から選択される基であり、Rは、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択される基であり、Aがハライドアニオンである。]
(12)本発明の第12の発明は、第1乃至第4の発明に係る銀コート銅粉を製造する方法であって、電解法により電解液から陰極上に銅粉を析出させる工程と、該銅粉に銀を被覆する工程とを有し、前記電解液には、銅イオンと、下記式(1)で表されるフェナジン構造を有する化合物、下記式(2)で表されるアゾベンゼン構造を有する化合物、及び下記式(3)で表される、フェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物からなる群から選択される2種類以上と、ノニオン界面活性剤の1種類以上とを含有させて電解を行う銀コート銅粉の製造方法である。
[式(1)中、R、R、R、R、R、R、R、Rは、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、及びC1〜C8アルキルからなる群から選択される基であり、Rは、水素、ハロゲン、アミノ、OH、−O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択された基であり、Aがハライドアニオンである。]
[式(2)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10は、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択される基である。]
[式(3)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13は、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、及びC1〜C8アルキルからなる群から選択される基であり、Rは、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択される基であり、Aがハライドアニオンである。]
本発明に係る銀コート銅粉によれば、接点を多く確保することができるとともに接触面積を大きくとることができ、優れた導電性を確保し、また凝集を防止して導電性ペーストや電磁波シールド等の用途に好適に利用することができる。
樹枝状銀コート銅粉の具体的な形状を模式的に示した図である。 樹枝状銅銀コート銅粉の具体的な形状を模式的に示した図である。 従来例としての銀被覆する前の樹枝状銅粉を走査電子顕微鏡(SEM)により倍率5,000倍で観察したときの観察像を示す写真図である。 銀被覆する前の樹枝状銅粉を走査電子顕微鏡(SEM)により倍率1,000倍で観察したときの観察像を示す写真図である。 樹枝状銀コート銅粉を走査電子顕微鏡(SEM)により倍率1,000倍で観察したときの観察像を示す写真図である。 樹枝状銀コート銅粉を走査電子顕微鏡(SEM)により倍率1,000倍で観察したときの観察像を示す写真図である。
以下、本発明に係る銀コート銅粉の具体的な実施形態(以下、「本実施の形態」という)について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。また、本明細書にて、「X〜Y」(X、Yは任意の数値)との表記は、「X以上Y以下」の意味である。
≪1.樹枝状銀コート銅粉≫
本実施の形態に係る銀コート銅粉は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したとき、直線的に成長した主幹とその主幹から分かれた複数の枝とを有する樹枝状の形状をなし(以下、本実施の形態に係る銀コート銅粉を「樹枝状銀コート銅粉」ともいう)、その主幹及び枝は、特定の断面平均厚さを有する平板状の銅粒子が集合して構成され、これら平板状の銅粒子の表面に銀が被覆されている銀コート銅粉である。
具体的に、本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉においては、その主幹及び枝が、SEM観察より求められる断面平均厚さが0.02μm〜0.5μmの平板状の銅粒子が集合して構成されており、当該銀コート銅粉の平均粒子径(D50)が1.0μm〜100μmである。そして、この樹枝状銀コート銅粉では、平板状の銅粒子のその平板状の面に対して垂直方向への高さが、水平方向への最大長さに対して1/10以下となっており、垂直方向への成長を抑制した平滑な面を有することを特徴としている。
本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1は、詳しくは後述するが、例えば、銅イオンを含む硫酸酸性の電解液に陽極と陰極を浸漬し、直流電流を流して電気分解することにより陰極上に析出させて得られた銅粉の表面に銀を被覆することで作製することができる。
図1及び図2は、本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉の具体的な形状を模式的に示した図である。図1に示すように、この樹枝状銀コート銅粉1は、直線的に成長した主幹2とその主幹2から分かれた複数の枝3とを有する樹枝状の形状をなす。なお、樹枝状銀コート銅粉1における枝3は、主幹2から分岐した枝3a、3bだけでなく、その枝3a、3bからさらに分岐した枝の両方を意味する。
そして、上述したように、主幹2及び枝3は、SEM観察より求められる断面平均厚さが0.02μm〜5.0μmの平板状の銅粒子が集合して構成されている。このような平板状の銅粒子が形成されることは、後述するように、銅粉を電解析出させるに際して電解液中に添加した特定の添加剤が銅粒子の表面に吸着することで成長を抑制され、その結果として平板状に成長するものと考えられる。なお、このような平板状の銅粒子の表面に銀が被覆されることによって、銀コート銅粉1が構成されている。
ところが、例えば図2に示す平板状の面に対して垂直方向(図2中のZ方向)にも銅粉の成長が生じると、それぞれ成長した枝の銅粒子自体は平板状となるものの、垂直方向にも銅粒子が突起のように成長した銅粉が形成される。なお、図2は、平板状の面に水平な方向(平板方向)とその平板状の面に対して垂直な方向を示す図であり、平板方向とはX−Y方向を示し、垂直方向とはZ方向を示す。
ここで、図3は、銀を被覆する前の樹枝状銅粉において、平板状の面に対して垂直方向にも成長した銀粉をSEM(倍率5,000倍)により観察したときの観察像の一例を示す写真図である。この写真図に示す樹枝状銅粉では、平板状の面に対して垂直方向に銅粒子が成長して突起が形成され、また一部の平板状の面が折れ曲がって垂直方向に高さを有する形状となっている。
図3の写真図に示すように銅粒子が垂直方向に成長すると、例えばその銅粉に基づいて作製された銀コート銅粉を導電性ペーストや導電塗料等の用途に利用した場合に、その垂直方向への銅粒子の成長により銅粉が嵩高くなるために充填密度が得られなくなり、導電性を十分に確保できなくなる問題が発生する。
これに対して、本実施の形態に係る銀コート銅粉1では、平板状の面に対して垂直方向への成長を抑制して、ほぼ平滑な面を有する銅粉となっている。具体的に、図2に示すように、銀コート銅粉1は、平板状の面に対して垂直方向への最大高さ(図2中の符号「5」)が、平板状の面の水平方向への長尺となる最大長さ(図2中の符号「4」)に対して1/10以下になる。なお、平板状の面に対して垂直方向への最大高さ5とは、平板状の面の厚さではなく、例えば平板状の面に突起が形成されている場合はその突起の高さであり、平板状の「面」を基準として厚さ方向とは逆方向の“高さ”のことを意味する。また、平板状の面に対して水平方向への最大長さ4とは、平板状の面の長軸長さを意味する。
ここで、図4は、銀を被覆する前の樹枝状銅粉についてSEM(倍率1,000倍)により観察したときの観察像、つまり、平板状の面に対して垂直方向への成長を抑制した平板状の樹枝状銅粉の観察像の一例を示す写真図である。また、図5は、図4に示した垂直方向への成長を抑制した樹枝状銅粉に銀を被覆した樹枝状銀コート銅粉についてSEM(倍率1,000倍)により観察したときの観察像を示す写真図である。また、図6は、同様にして、垂直方向への成長を抑制した樹枝状銅粉に銀を被覆した樹枝状銀コート銅粉の別の箇所についてSEM(倍率1,000倍)により観察したときの観察像を示す写真図である。これらの写真図に示されるように、平板状の面に対して垂直方向への成長が抑制されて、ほぼ平滑な面を有する樹枝状であって平板な銅粉となっていることが分かる。
このような垂直方向への成長が抑制された平板な銀コート銅粉1であることにより、銅粉同士の接触面積を大きく確保することができる。そして、その接触面積が大きくなることで、低抵抗、すなわち高導電率を実現することができる。このことにより、より一層に導電性に優れ、またその導電性を良好に維持することができ、導電性塗料や導電性ペーストの用途に好適に用いることができる。また、樹枝状銀コート銅粉1が平板状の銅粒子が集合して構成されていることにより、配線材等の薄型化にも貢献することができる。
上述したように、樹枝状銀コート銅粉1において主幹2及び枝3を構成する、銀が被覆された平板状の銅粒子1は、その断面平均厚さが0.02μm〜5.0μmである。銀が被覆された平板状の銅粒子の断面平均厚さは、より薄い方が平板としての効果が発揮されることになる。すなわち、断面平均厚さが5.0μm以下である銀が被覆された平板状の銅粒子によって主幹2及び枝3が構成されることで、銅粒子同士、またそれにより構成される樹枝状銀コート銅粉1同士が接触する面積を大きく確保することができる。
なお、銀が被覆された平板状の銅粒子の断面平均厚さは、薄くなればなるほど、樹枝状銀コート銅粉1同士が接触する際における接点の数が少なくなってしまう。銀が被覆された銅粒子の断面平均厚さが0.02μm以上あれば、十分な接点の数を確保することができ、より好ましくは0.2μm以上であり、これにより接点の数を有効に増やすことができる。
また、本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1においては、その平均粒子径(D50)が1.0μm〜100μmである。平均粒子径は、後述する電解条件を変更することで制御可能である。また、必要に応じて、ジェットミル、サンプルミル、サイクロンミル、ビーズミル等の機械的な粉砕や解砕を付加することによって、所望とする大きさにさらに調整することが可能である。なお、平均粒子径(D50)は、例えば、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定することができる。
ここで、例えば特許文献1でも指摘されているように、樹枝状銀コート銅粉の問題点としては、導電性ペーストや電磁波シールド用の樹脂等の金属フィラーとして利用する場合に、樹脂中の金属フィラーが樹枝状に発達した形状であることにより、樹枝状の銅粉同士が絡み合って凝集が発生し、樹脂中に均一に分散しないことが挙げられる。また、その凝集により、ペーストの粘度が上昇して印刷による配線形成に問題が生じる。このことは、樹枝状銀コート銅粉の形状(粒子径)が大きいために発生するものであり、樹枝状の形状を有効に活かしながらこの問題を解決するためには、樹枝状銀コート銅粉の形状を小さくすることが必要となる。ところが、樹枝状銀コート銅粉の粒子径を小さくし過ぎると、その樹枝状形状を確保することができなくなる。そのため、樹枝状形状であることの効果、すなわち3次元的形状であることにより表面積が大きく成形性や焼結性に優れ、また枝状の箇所を介して強固に連結されて高い強度で成形できるという効果を確保するには、樹枝状銀コート銅粉が所定以上の大きさであることが必要となる。
この点において、本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1では、その平均粒子径が1.0μm〜100μmであることにより、表面積が大きくなり、良好な成形性や焼結性を確保することができる。そして、この樹枝状銀コート銅粉1では、樹枝状の形状であることに加えて、主幹2及び枝3が平板状の銅粒子1の集合体により構成されているため、樹枝状であることの3次元的効果と、その樹枝状の形状を構成する銅粒子1が平板状であることの効果により、銅粉同士の接点をより多く確保することができる。
平板状の銀コート銅粉を作製する方法として、特許文献2や特許文献3に記載されているように、機械的な方法平板状にする方法が示されている。この機械的な方法では、例えば球状銅粉を平板状にする場合には、機械的加工時に銅の酸化を防止する必要があるため、脂肪酸を添加し、空気中あるいは不活性雰囲気中で粉砕することによって平板状に加工している。しかしながら、完全に酸化を防止することができないことや、加工時に添加している脂肪酸がペースト化するときに分散性に影響を及ぼす場合があるため、加工終了後に除去することが必要となるが、その脂肪酸が機械加工時の圧力で銅表面に強固に固着する場合があり、完全に除去できないという問題が発生し、導電性ペーストや電磁波シールド用の樹脂等の金属フィラーとして利用する場合に酸化被膜や脂肪酸の付着が抵抗を大きくする原因となる。
これに対して、本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1は、機械的な加工を行うことなく直接電解によって成長させて平板の形状にすることができるため、これまでの機械的な方法で問題となっていた酸化の問題や脂肪酸の残留による問題は発生せず、表面状態が良好な銅粉となり、電気導電性としては極めて良好な状態とすることができ、導電性ペーストや電磁波シールド用の樹脂等の金属フィラーとして利用する場合に低抵抗を実現できる。なお、この樹枝状銀コート銅粉1の製造方法については後で詳述する。
また、さらに低抵抗を実現するためには、金属フィラーの充填率が問題となる。より充填率を高めるためには平板状の樹枝状銀コート銅粉の平滑性が必要となる。つまり、本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1の形態は、平板状の面に対して垂直方向への最大高さが、平板状の面に対して水平な方向への最大長さに対して1/10以下であることにより、平滑性が高く充填率が上昇するとともに、銅粉同士の面での接点が増加するため、さらに低抵抗が実現できる。
≪2.銀被覆量≫
本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1は、上述したように、断面平均厚さが0.02μm〜5.0μmの平板状であって表面に銀が被覆されている銅粒子によって樹枝状に構成されたものである。以下に、銀コート銅粉の表面に対する銀被覆について説明する。
本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1は、銀被覆する前の樹枝状銅粉に、好ましくは銀被覆した当該銀コート銅粉全体の質量100%に対して1質量%〜50質量%の割合で銀が被覆されたものであり、銀の厚さ(被覆厚み)としては0.1μm以下、好ましくは0.05μm以下の極薄い被膜である。このことから、樹枝状銀コート銅粉1は、銀被覆する前の樹枝状銅粉の形状をそのまま保持した形状になる。したがって、銀を被覆する前の銅粉の形状と、銅粉に銀を被覆した後の銀コート銅粉の形状とは、両者共に樹枝状の形状を有している。
樹枝状銀コート銅粉1における銀の被覆量は、上述したように、銀被覆した当該銀コート銅粉1全体の質量100%に対して1質量%〜50質量%の範囲であることが好ましい。銀の被覆量は、コストの観点からはできるだけ少ない方が好ましいが、少なすぎると銅粉表面に均一な銀の被膜が確保できず、導電性の低下の原因になる。そのため、銀の被覆量としては、銀被覆した当該銀コート銅粉1全体の質量100%に対して1質量%以上であることが好ましく、2質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることがさらに好ましい。
一方で、銀の被覆量が多くなるとコストの観点から好ましくなく、また必要以上に銀が銅粉表面に被覆されると、樹枝状銀コート銅粉1を構成する銅粒子の表面の微細な凸部がなくなってしまう可能性がある。このことから、銀の被覆量としては、銀被覆した当該銀コート銅粉1全体の質量100%に対して50質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。
また、本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1において、樹枝状銅粉の表面に被覆する銀の平均厚みとしては0.001μm〜0.1μm程度であり、0.005μm〜0.02μmであることが好ましい。銀の被覆厚みが平均で0.001μm未満であると、銅粉の表面に均一な銀の被覆を確保することができず、また導電性の低下の原因となる。一方で、銀の被覆厚みが平均で0.1μmを超えると、コストの観点から好ましくない。
このように樹枝状銅粉の表面に被覆する銀の平均厚みは、0.1μm以下であり、銀を被覆する前の樹枝状銅粉を構成する平板状の銅粒子の断面平均厚さ(0.02μm〜5.0μm)と比べて小さい。そのため、樹枝状銅粉の表面を銀で被覆する前後で、平板状の銅粒子の断面平均厚さは実質的に変化することはない。
樹枝状銀コート銅粉1の嵩密度としては、特に限定されないが、0.5g/cm〜5.0g/cmの範囲であることが好ましい。嵩密度が0.5g/cm未満であると、銀コート銅粉1同士の接点を十分に確保できない可能性がある。一方で、嵩密度が5.0g/cmを超えると、樹枝状銀コート銅粉1の平均粒子径も大きくなってしまい、すると表面積が小さくなって成形性や焼結性が悪化することがある。
また、本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1では、特に限定されないが、そのBET比表面積の値が0.2m/g〜5.0m/gであることが好ましい。BET比表面積値が0.2m/g未満であると、銀が被覆された銅粒子が上述したような所望の形状とはならないことがあり、高い導電性が得られないことがある。一方で、BET比表面積値が5.0m/gを超えると、樹枝状銀コート銅粉1の表面の銀被覆が不均一となり高い導電性が得られない可能性がある。また、銀コート銅粉1を構成する銅粒子が細かくなりすぎてしまい、銀コート銅粉が細かいひげ状の状態となって、導電性が低下することがある。なお、BET比表面積は、JIS Z8830:2013に準拠して測定することができる。
なお、電子顕微鏡で観察したときに、得られた銀コート銅粉のうちに、上述したような形状の樹枝状銀コート銅粉が所定の割合で占められていれば、それ以外の形状の銀コート銅粉が混じっていても、その樹枝状銀コート銅粉のみからなる銅粉と同様の効果を得ることができる。具体的には、電子顕微鏡(例えば500倍〜20,000倍)で観察したときに、上述した形状の樹枝状銀コート銅粉が全銀コート銅粉のうちの80個数%以上、好ましくは90個数%以上の割合を占めていれば、その他の形状の銀コート銅粉が含まれていてもよい。
≪3.銀コート銅粉の製造方法≫
次に、本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1の製造方法について説明する。以下では、先ず、樹枝状銀コート銅粉を構成する樹枝状銅粉の製造方法について説明し、続いて、樹枝状銅粉に対して銀を被覆して樹枝状銀コート銅粉を得る方法について説明する。
<3−1.銅粉の製造方法>
本実施の形態に係る樹枝状銅粉は、例えば、銅イオンを含有する硫酸酸性溶液を電解液として用いて所定の電解法により製造することができる。
電解に際しては、例えば、金属銅を陽極(アノード)とし、ステンレス板やチタン板等を陰極(カソード)として設置した電解槽中に、上述した銅イオンを含有する硫酸酸性の電解液を収容し、その電解液に所定の電流密度で直流電流を通電することによって電解処理を施す。これにより、通電に伴って陰極上に微細な樹枝状銅粉を析出(電析)させることができる。特に、本実施の形態においては、銅イオン源となる水溶性銅塩を含有する硫酸酸性の電解液に特定の添加剤とノニオン界面活性剤と塩化物イオンとを添加することで、平板状の銅粒子が集合して構成された平板状の樹枝状銅粉を析出させることができる。
(1)銅イオン
水溶性銅塩は、銅イオンを供給する銅イオン源であり、例えば硫酸銅五水和物等の硫酸銅、硝酸銅等が挙げられるが特に限定されない。また、酸化銅を硫酸溶液で溶解して硫酸酸性溶液にしてもよい。電解液中での銅イオン濃度としては、1g/L〜20g/L程度、好ましくは5g/L〜10g/L程度とすることができる。
(2)硫酸
硫酸は、硫酸酸性の電解液とするためのものである。電解液中の硫酸の濃度としては、遊離硫酸濃度として20g/L〜300g/L程度、好ましくは50g/L〜150g/L程度とすることができる。この硫酸濃度は、電解液の電導度に影響するため、カソード上に得られる銅粉の均一性に影響する。
(3)添加剤
添加剤としては、フェナジン構造を有する化合物、アゾベンゼン構造を有する化合物、及びフェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物からなる群から選択されるいずれかの化合物を1種類以上、あるいはその群から選択される分子構造の異なる化合物を2種類以上併せて用いる。本実施の形態においては、このような添加剤を、後述するノニオン界面活性剤と共に電解液に添加することによって、平板状の面に対して垂直方向への成長を抑えた銅粉、すなわち平滑な面を有する銅粉を製造することができる。
フェナジン構造を有する化合物、アゾベンゼン構造を有する化合物、フェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物からなる群から選択される添加剤の電解液中の濃度としては、添加する化合物の合計で1〜1000mg/L程度とすることが好ましい。
(フェナジン構造を有する化合物)
フェナジン構造を有する化合物は、下記式(1)によって表わすことができる。本実施の形態においては、下記式(1)で表されるフェナジン構造を有する化合物の1種類又は2種類以上を添加剤として含有させることができる。
ここで、式(1)中において、R、R、R、R、R、R、R、Rは、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、及びC1〜C8アルキルからなる群から選択される基である。また、Rは、水素、ハロゲン、アミノ、OH、−O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択された基である。また、Aは、ハライドアニオンである。
具体的に、フェナジン構造を有する化合物としては、例えば、5−メチルフェナジン−5−イウム、エルギノシンB、アエルギノシンA、5−エチルフェナジン−5−イウム、3,7−ジアミノ−5−フェニルフェナジン−5−イウム、5−エチルフェナジン−5−イウム、5−メチルフェナジン−5−イウム、3−アミノ−5−フェニル−7−(ジエチルアミノ)フェナジン−5−イウム、2,8−ジメチル−3,7−ジアミノ−5−フェニルフェナジン−5−イウム、1−メトキシ−5−メチルフェナジン−5−イウム、3−アミノ−7−(ジメチルアミノ)−1,2−ジメチル−5−(3−スルホナトフェニル)フェナジン−5−イウム、1,3−ジアミノ−5−メチルフェナジン−5−イウム、1,3−ジアミノ−5−フェニルフェナジン−5−イウム、3−アミノ−7−(ジエチルアミノ)−2−メチル−5−フェニルフェナジン−5−イウム、3,7−ビス(ジエチルアミノ)−5−フェニルフェナジン−5−イウム、2,8−ジメチル−3,7−ジアミノ−5−(4−メチルフェニル)フェナジン−5−イウム、3−(メチルアミノ)−5−メチルフェナジン−5−イウム、3−ヒドロキシ−7−(ジエチルアミノ)−5−フェニルフェナジン−5−イウム、5−アゾニアフェナジン、1−ヒドロキシ−5−メチルフェナジン−5−イウム、4H,6H−5−フェニル−3,7−ジオキソフェナジン−5−イウム、アニリノアポサフラニン、フェノサフラニン、ニュートラルレッド等が挙げられる。
(アゾベンゼン構造を有する化合物)
アゾベンゼン構造を有する化合物は、下記式(2)によって表わすことができる。本実施の形態においては、下記式(2)で表されるアゾベンゼン構造を有する化合物の1種類又は2種類以上を添加剤として含有させることができる。
ここで、式(2)中において、R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10は、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択される基である。
具体的に、アゾベンゼン構造を有する化合物としては、例えば、アゾベンゼン、4−アミノアゾベンゼン−4’−スルホン酸、4−(ジメチルアミノ)−4’−(トリフルオロメチル)アゾベンゼン、C.I.アシッドレッド13、マーキュリーオレンジ、2’,4’−ジアミノ−5’−メチルアゾベンゼン−4−スルホン酸ナトリウム、メチルレッド、メチルイエロー、メチルオレンジ、アゾベンゼン−2,4−ジアミン、アリザリンイエローGG、4−ジメチルアミノアゾベンゼン、オレンジI、サラゾスルファピリジン、4−(ジエチルアミノ)アゾベンゼン、オレンジOT、3−メトキシ−4−アミノアゾベンゼン、4−アミノアゾベンゼン、N,N,2−トリメチルアゾベンゼン−4−アミン、4−ヒドロキシアゾベンゼン、スダンI、4−アミノ−3,5−ジメチルアゾベンゼン、N,N−ジメチル−4−[(キノリン−6−イル)アゾ]ベンゼンアミン、o−アミノアゾトルエン、アリザリンイエローR、4’−(アミノスルホニル)−4−ヒドロキシアゾベンゼン−3−カルボン酸、コンゴーレッド、バイタルレッド、メタニルイエロー、オレンジII、ディスパースオレンジ3、C.I.ダイレクトオレンジ39、2,2’−ジヒドロキシアゾベンゼン、アゾベンゼン−4,4’−ジオール、ナフチルレッド、5−フェニルアゾベンゼン−2−オール、2,2’−ジメチルアゾベンゼン、C.I.モルダントイエロー12、モルダントイエロー10、アシッドイエロー、ディスパースブルー、ニューイエローRMF、ビストラミンブラウンG等が挙げられる。
(フェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物)
フェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物は、下記式(3)によって表わすことができる。本実施の形態においては、下記式(3)で表されるフェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物の1種類又は2種類以上を添加剤として含有させることができる。
ここで、式(3)中において、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13は、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、及びC1〜C8アルキルからなる群から選択される基である。また、Rは、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択される基である。また、Aは、ハライドアニオンである。
具体的に、フェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物としては、例えば、3−(ジエチルアミノ)−7−[(4−ヒドロキシフェニル)アゾ]−2,8−ジメチル−5−フェニルフェナジン−5−イウム、3−[[4−(ジメチルアミノ)フェニル]アゾ]−7−(ジエチルアミノ)−5−フェニルフェナジン−5−イウム、ヤヌスグリーンB、3−アミノ−7−[(2,4−ジアミノフェニル)アゾ]−2,8−ジメチル−5−フェニルフェナジン−5−イウム、2,8−ジメチル−3−アミノ−5−フェニル−7−(2−ヒドロキシ−1−ナフチルアゾ)フェナジン−5−イウム、3−[[4−(ジメチルアミノ)フェニル]アゾ]−7−(ジメチルアミノ)−5−フェニルフェナジン−5−イウム、3−アミノ−7−[[4−(ジメチルアミノ)フェニル]アゾ]−5−フェニルフェナジン−5−イウム、2−(ジエチルアミノ)−7−[4−(メチルプロパルギルアミノ)フェニルアゾ]−9−フェニル−9−アゾニア−10−アザアントラセン、2−(ジエチルアミノ)−7−[4−(メチル4−ペンチニルアミノ)フェニルアゾ]−9−フェニル−9−アゾニア−10−アザアントラセン、2−(ジエチルアミノ)−7−[4−(メチル2,3−ジヒドロキシプロピルアミノ)フェニルアゾ]−9−フェニル−9−アゾニア−10−アザアントラセン等が挙げられる。
(4)界面活性剤
界面活性剤としては、ノニオン界面活性剤を含有させる。本実施の形態においては、上述した添加剤と共にノニオン界面活性剤を電解液中に添加することによって、平板状の面に対して垂直方向への成長を抑えた銅粉、すなわち平滑な面を有する銅粉を製造することができる。
ノニオン界面活性剤としては、1種類単独で又は2種類以上を併せて用いることができ、電解液中の濃度としては合計で1〜10000mg/L程度とすることができる。
ノニオン界面活性剤の数平均分子量としては、特に限定されないが、100〜200000であることが好ましく、200〜15000であることがより好ましく、1000〜10000であることがさらに好ましい。数平均分子量が100未満の界面活性剤であると、樹枝状を呈しない微細な電解銅粉が析出される可能性がある。一方で、数平均分子量が200000を超える界面活性剤であると、平均粒子径の大きな電解銅粉が析出して、比表面積が0.2m/g未満の樹枝状銅粉しか得られない可能性がある。なお、本実施の形態において、数平均分子量は、テトラヒドロフラン(THF)を溶媒とするゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって求めたポリスチレン換算の分子量とする。
ノニオン界面活性剤の種類としては、特に限定されないが、エーテル基を有する界面活性剤であることが好ましく、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンイミン、プルロニック型界面活性剤、テトロニック型界面活性剤、ポリオキシエチレングリコール・グリセリンエーテル、ポリオキシエチレングリコール・ジアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール・アルキルエーテル、芳香族アルコールアルコキシレート、下記(x)式で表される高分子化合物等が挙げられ、これらのノニオン界面活性剤を1種単独で、又は2種以上を併せて用いることができる。
より具体的に、ポリエチレングリコールとしては、例えば下記式(i)で表されるものを用いることができる。
(式(i)中、n1は、1〜120の整数を示す。)
また、ポリプロピレングリコールとしては、例えば下記式(ii)で表されるものを用いることができる。
(式(ii)中、n1は、1〜90の整数を示す。)
また、ポリエチレンイミンとしては、例えば下記式(iii)で表されるものを用いることができる。
(式(iii)中、n1は、1〜120の整数を示す。)
また、プルロニック型界面活性剤としては、例えば下記式(iv)で表されるものを用いることができる。
(式(iv)中、n2及びl2は1〜30の整数を、m2は10〜100の整数を示す。)
また、テトロニック型界面活性剤としては、例えば下記式(v)で表されるものを用いることができる。
(式(v)中、n3は1〜200の整数を、m3は1〜40の整数を示す。)
また、ポリオキシエチレングリコール・グリセリルエーテルとしては、例えば下記式(vi)で表されるものを用いることができる。
(式(vi)中、n4、m4、及びl4はそれぞれ1〜200の整数を示す。)
また、ポリオキシエチレングリコール・ジアルキルエーテルとしては、例えば下記式(vii)で表されるものを用いることができる。
(式(vii)中、R1及びR2は水素原子又は炭素数1〜5の低級アルキル基を示し、n5は2〜200の整数を示す。)
また、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール・アルキルエーテルとしては、例えば下記式(viii)で表されるものを用いることができる。
(式(viii)中、R3は水素原子又は炭素数1〜5の低級アルキル基を示し、m6又はn6は2〜100の整数を示す。)
また、芳香族アルコールアルコキシレートとしては、例えば下記式(ix)で表されるものを用いることができる。
(式(ix)中、m7は1〜5の整数、n7は1〜120の整数を示す。)
また、下記(x)式で表される高分子化合物を用いることができる。
(式(x)中、Rは、炭素数5〜30の高級アルコールの残基、炭素数1〜30のアルキル基を有するアルキルフェノールの残基、炭素数1〜30のアルキル基を有するアルキルナフトールの残基、炭素数3〜25の脂肪酸アミドの残基、炭素数2〜5のアルキルアミンの残基、又は水酸基を示す。また、R及びRは、水素原子又はメチル基を示す。また、m及びnは、1〜100の整数を示す。)
(5)塩化物イオン
塩化物イオンとしては、塩酸、塩化ナトリウム等の塩化物イオンを供給する化合物(塩化物イオン源)を電解液中に添加することによって含有させることができる。塩化物イオンは、上述した添加剤やノニオン界面活性剤と共に、析出する銅粉の形状制御に寄与する。電解液中の塩化物イオン濃度としては、特に限定されないが、1mg/L〜500mg/L程度とすることができる。
本実施の形態に係る樹枝状銅粉1の製造方法においては、例えば、上述したような組成の電解液を用いて電解することによって陰極上に銅粉を析出生成させて製造する。電解方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、電流密度としては、硫酸酸性の電解液を用いて電解するにあたっては3A/dm〜30A/dmの範囲とすることが好ましく、電解液を攪拌しながら通電させる。また、電解液の液温(浴温)としては、例えば20℃〜60℃程度とすることができる。
<3−2.銀の被覆方法(銀コート銅粉の製造)>
本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1は、上述した電解法により作製した樹枝状銅粉の表面に、例えば、還元型無電解めっき法や置換型無電解めっき法を用いて銀を被覆することにより製造することができる。
特に、本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1では、銀を被覆する前の樹枝状銅粉において、平板状の面に対して垂直方向への成長を抑制した平滑な面を有するものであることにより、その銅粉の表面に銀を被覆するに際しては、より均一に銀を被覆させることができる。
樹枝状銅粉の表面に均一な厚みで銀を被覆するためには、銀めっきの前に洗浄を行うことが好ましく、樹枝状銅粉を洗浄液中に分散させ、攪拌しながら洗浄を行うことができる。この洗浄処理としては、酸性溶液中で行うのが好ましく、より好ましくは後述する還元剤にも用いられる多価カルボン酸を用いる。洗浄後には、樹枝状銅粉のろ過、分離と、水洗とを適宜繰り返して、水中に樹枝状銅粉が分散した水スラリーとする。なお、ろ過、分離と、水洗については、公知の方法を用いればよい。
具体的に、還元型無電解めっき法で銀コートする場合には、樹枝状銅粉を洗浄した後に得られた水スラリーに還元剤と銀イオン溶液を添加することによって、樹枝状銅粉の表面に銀を被覆させることができる。ここで、還元剤を水スラリーに予め添加して分散させた後に、その還元剤と樹枝状銅粉を含む水スラリーに銀イオン溶液を連続的に添加することによって、樹枝状銅粉の表面に銀をより均一に被覆させることができる。
還元剤としては、種々の還元剤を用いることができるが、銅の錯イオンを還元させることができない、還元力の弱い還元剤であることが好ましい。その弱い還元剤としては、還元性有機化合物を用いることができ、例えば、炭水化物類、多価カルボン酸及びその塩、アルデヒド類等を用いることができる。より具体的には、ぶどう糖(グルコース)、乳酸、シュウ酸、酒石酸、リンゴ酸、マロン酸、グリコール酸、酒石酸ナトリウムカリウム、ホルマリン等が挙げられる。
樹枝状銅粉を含む水スラリーに還元剤を添加した後、十分に還元剤を分散させるために攪拌等を行うことが好ましい。また、水スラリーを所望のpHに調整するために、酸又はアルカリを適宜添加することができる。さらに、アルコール等の水溶性有機溶媒を添加することによって、還元剤である還元性有機化合物の分散を促進させてもよい。
連続的に添加する銀イオン溶液としては、銀めっき液として公知のものを用いることができるが、その中でも硝酸銀溶液を用いることが好ましい。また、硝酸銀溶液は、錯形成が容易であることから、アンモニア性硝酸銀溶液として添加するのがより好ましい。なお、アンモニア性硝酸銀溶液に用いるアンモニアは、硝酸銀溶液に添加したり、予め還元剤と共に水スラリーに添加して分散させておいたり、硝酸銀溶液とは別のアンモニア溶液として同時に水スラリーに添加したり、これらの組み合わせを含めていずれかの方法を用いればよい。
銀イオン溶液は、例えば樹枝状銅粉と還元剤とを含む水スラリーに添加するにあたり、比較的ゆっくりとした速度で徐々に添加することが好ましく、これにより均一な厚みの銀の被膜を樹枝状銅粉の表面に形成することができる。また、被膜の厚みの均一性を高めるためには、添加の速度を一定とすることがより好ましい。さらに、予め水スラリーに添加した還元剤等を別の溶液で調整して、銀イオン溶液と共に徐々に追加で添加するようにしてもよい。
このようにして、銀イオン溶液等を添加した水スラリーをろ過、分離して水洗を行い、その後乾燥させることで、樹枝状の銀コート銅粉1を得ることができる。これらのろ過以降の処理手段としては、特に限定されるものではなく、公知の方法を用いればよい。
一方、置換型無電解めっき法で銀コートする方法は、銅と銀のイオン化傾向の違いを利用するものであり、溶液中で銅が溶解したときに発生する電子によって、溶液中の銀イオンを還元させて銅表面に析出させるものである。したがって、置換型の無電解銀めっき液は、銀イオン源として銀塩と、錯化剤と、伝導塩とが主要成分として構成されていれば銀コートが可能であるが、より均一に銀コートするためには必要に応じて界面活性剤、光沢剤、結晶調整剤、pH調整剤、沈殿防止剤、安定剤等を添加することができる。本実施の形態に係る銀コート銅粉の製造においても、そのめっき液としては特に限定されない。
より具体的に、銀塩としては、硝酸銀、ヨウ化銀、硫酸銀、ギ酸銀、酢酸銀、乳酸銀等を用いることができ、水スラリー中に分散した樹枝状銅粉と反応させることができる。めっき液中の銀イオン濃度としては、1g/L〜10g/L程度とすることができる。
また、錯化剤は、銀イオンと錯体を形成させるものであり、代表的なものとしてクエン酸、酒石酸、エチレンジアミン4酢酸、ニトリロ3酢酸等や、エチレンジアミン、グリシン、ヒダントイン、ピロリドン、コハク酸イミド等のN含有化合物、ヒドロキシエチリデン2ホスホン酸、アミノトリメチレンホスホン酸、メルカプトプロピオン酸、チオグリコール、チオセミカルバジド等を用いることができる。めっき液中の錯化剤の濃度としては、10g/L〜100g/L程度とすることができる。
また、伝導塩としては、硝酸、ホウ酸、リン酸等の無機酸、クエン酸、マレイン酸、酒石酸、フタル酸等の有機酸、またはそれらのナトリウム、カリウム、アンモニウム塩等を用いることができる。めっき液中の伝導塩の濃度としては、5g/L〜50g/L程度とすることができる。
樹枝状銅粉の表面に銀を被覆する際の被覆量のコントロールは、例えば、置換型無電解めっき液の銀の投入量を変えることで制御することができる。また、被膜の厚みの均一性を高めるためには、添加の速度を一定とするのが好ましい。
このようにして、反応終了後のスラリーをろ過、分離して水洗を行い、その後乾燥させることで、樹枝状の銀コート銅粉を得ることができる。これらのろ過以降の処理手段としては、特に限定されるものではなく、公知の方法を用いればよい。
≪4.導電性ペースト、電磁波シールド用導電性塗料、導電性シートの用途≫
本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1は、上述したように、主幹2と複数の枝3とを有する樹枝状の銀コート銅粉であり、主幹2及びその主幹2から分岐した複数の枝3とは断面平均厚さが0.02μm〜5.0μmである平板状であって表面銀が被覆された銅粒子が集合して構成されている。また、当該樹枝状銀コート銅粉の平均粒子径(D50)は、1.0μm〜100μmである。このような樹枝状銀コート銅粉1では、樹枝状の形状であることにより表面積が大きくなり、成形性や焼結性に優れたものとなり、また樹枝状であって且つ所定の断面平均厚さを有する平板状の銅粒子から構成されていることにより、接点の数を多く確保することができ、優れた導電性を発揮する。
しかも、この樹枝状銀コート銅粉1は、銅粒子の平板状の面に対して垂直方向への最大高さが、その平板状の面の水平方向への最大長さに対して1/10以下となっており、垂直方向への成長を抑制した平滑な面を有する銅粉である。このような樹枝状銀コート銅粉1によれば、より一層に銅粉同士の接点を増やすことができ、導電性を向上させることができる。
また、このような所定の構造を有する樹枝状銀コート銅粉1によれば、銅ペースト等とした場合であっても、凝集を抑制することができ、樹脂中に均一に分散させることが可能となり、またペーストの粘度上昇等による印刷性不良等の発生を抑制することができる。したがって、樹枝状銀コート銅粉1は、導電性ペーストや導電塗料等の用途に好適に用いることができる。
例えば導電性ペースト(銅ペースト)としては、本実施の形態に係る樹枝状銅粉1を金属フィラー(銅粉)として含み、バインダ樹脂、溶剤、さらに必要に応じて酸化防止剤やカップリング剤等の添加剤と混練することによって作製することができる。
本実施の形態においては、金属フィラー中に、上述した樹枝状銀コート銅粉1が20質量%以上、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上の量の割合となるよう構成する。金属フィラー中の樹枝状銀コート銅粉1の割合を20質量%以上とすれば、例えばその金属フィラーを銅ペーストに用いた場合、樹脂中に均一に分散させることができ、またペーストの粘度が過度に上昇して印刷性不良が生じることを防ぐことができる。また、平板状の微細な銅粒子の集合体からなる樹枝状銀コート銅粉1であることにより、導電性ペーストとして優れた導電性を発揮させることができる。
なお、金属フィラーとしては、上述したように樹枝状銀コート銅粉1が20質量%以上の量の割合となるように含んでいればよく、その他は例えば1μm〜20μm程度の球状銅粉等を混ぜ合わせてもよい。
具体的に、バインダ樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を用いることができる。また、溶剤としては、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、グリセリン、ターピネオール等の有機溶剤を用いることができる。また、その有機溶剤の添加量としては、特に限定されないが、スクリーン印刷やディスペンサー等の導電膜形成方法に適した粘度となるように、樹枝状銀コート銅粉1の粒度を考慮して添加量を調整することができる。
さらに、粘度調整のために他の樹脂成分を添加することもできる。例えば、エチルセルロースに代表されるセルロース系樹脂等が挙げられ、ターピネオール等の有機溶剤に溶解した有機ビヒクルとして添加される。なお、その樹脂成分の添加量としては、焼結性を阻害しない程度に抑える必要があり、好ましくは全体の5質量%以下とする。
また、添加剤としては、焼成後の導電性を改善するために酸化防止剤等を添加することができる。酸化防止剤としては、特に限定されないが、例えばヒドロキシカルボン酸等を挙げることができる。より具体的には、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、乳酸等のヒドロキシカルボン酸が好ましく、銀を被覆した銅への吸着力が高いクエン酸又はリンゴ酸が特に好ましい。酸化防止剤の添加量としては、酸化防止効果やペーストの粘度等を考慮して、例えば1〜15質量%程度とすることができる。
次に、電磁波シールド用材料として、本実施の形態に係る樹枝状銀コート銅粉1を金属フィラーとして利用する場合においても、特に限定された条件での使用に限れるものではなく、一般的な方法、例えば金属フィラーを樹脂と混合して使用することができる。
例えば、電磁波シールド用導電性シートの電磁波シールド層を形成するために使用される樹脂としては、特に限定されるものではなく、従来使用されている、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、オレフィン樹脂、塩素化オレフィン樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂などの各種重合体及び共重合体からなる熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、放射線硬化型樹脂等を適宜使用することができる。
電磁波シールド材を製造する方法としては、例えば、上述したような金属フィラーと樹脂とを、溶媒に分散又は溶解して塗料とし、その塗料を基材上に塗布又は印刷することによって電磁波シールド層を形成し、表面が固化する程度に乾燥することで製造することができる。また、金属フィラーを導電性シートの導電性接着剤層に利用することもできる。
また、本実施の形態に係る銀コート銅粉1を金属フィラーとして利用して電磁波シールド用導電性塗料とする場合においても、特に限定された条件での使用に限られるものではなく、一般的な方法、例えば金属フィラーを樹脂及び溶剤と混合し、さらに必要に応じて酸化防止剤、増粘剤、沈降防止剤等と混合して混練することで導電性塗料として利用することができる。
このときに使用するバインダ樹脂及び溶剤についても、特に限定されたものではなく、従来使用されている塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂やフェノール樹脂等を利用することができる。また、溶剤についても、従来使用されているイソプロパノール等のアルコール類、トルエン等の芳香族炭化水素類、酢酸メチル等のエステル類、メチルエチルケトン等のケトン類等を利用することができる。まあ、添加剤としての酸化防止剤についても、従来使用されている脂肪酸アミド、高級脂肪酸アミン、フェニレンジアミン誘導体、チタネート系カップリング剤等を利用することができる。
以下、本発明の実施例を比較例と共に示してさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
<評価方法>
下記実施例及び比較例にて得られた銅粉について、以下の方法により、形状の観察、平均粒子径の測定、比表面積等の測定を行った。
(形状の観察)
走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製,JSM−7100F型)により、所定の倍率の視野で任意に20視野を観察し、その視野内に含まれる銀コート銅粉を観察した。
(平均粒子径の測定)
得られた銀コート銅粉の平均粒子径(D50)については、レーザー回折・散乱法粒度分布測定器(日機装株式会社製,HRA9320 X−100)を用いて測定した。
(BET比表面積)
BET比表面積については、比表面積・細孔分布測定装置(カンタクローム社製,QUADRASORB SI)を用いて測定した。
(比抵抗値測定)
被膜の比抵抗値については、低抵抗率計(三菱化学株式会社製,Loresta−GP MCP−T600)を用いて四端子法によりシート抵抗値を測定し、一方で、表面粗さ形状測定器(東京精密株式会社製,SURFCOM130A)により被膜の膜厚を測定して、シート抵抗値を膜厚で除することによって求めた。
(電磁波シールド特性)
電磁波シールド特性の評価は、各実施例及び比較例にて得られた試料について、周波数1GHzの電磁波を用いて、その減衰率を測定して評価した。具体的には、樹枝状銀コート銅粉を使用していない比較例2の場合のレベルを『△』として、その比較例2のレベルよりも悪い場合を『×』とし、その比較例2のレベルよりも良好な場合を『○』とし、さらに優れている場合を『◎』として評価した。
また、電磁波シールドの可撓性についても評価するために、作製した電磁波シールドを折り曲げて電磁波シールド特性が変化するか否かを確認した。
[実施例1]
<樹枝状銅粉の製造>
容量が100Lの電解槽に、電極面積が200mm×200mmのチタンの製電極板を陰極とし、電極面積が200mm×200mmの銅製の電極板を陽極として用いて、その電解槽中に電解液を装入し、これに直流電流を通電して銅粉を陰極板に析出させた。
このとき、電解液としては、銅イオン濃度が15g/L、硫酸濃度が100g/Lの組成のものを用いた。また、この電解液に、塩酸溶液(和光純薬工業株式会社製)を電解液中の塩化物イオン(塩素イオン)濃度として50mg/Lなるように添加した。また、この電解液には、添加剤としてフェナジン構造を有する化合物であるサフラニン(関東化学工業株式会社製)を電解液中の濃度で100mg/Lとなるように添加し、さらに、ノニオン界面活性剤である分子量1000のポリエチレングリコール(PEG)(和光純薬工業株式会社製)を電解液中の濃度で500mg/Lとなるように添加した。
そして、上述したような濃度に調整した電解液を、ポンプを用いて15L/minの流量で循環しながら、温度を25℃に維持し、陰極の電流密度が10A/dmになるように通電して陰極板上に銅粉を析出させた。
陰極板上に析出した電解銅粉を、スクレーパーを用いて機械的に電解槽の槽底に掻き落として回収し、回収した銅粉を純水で洗浄した後、減圧乾燥器に入れて乾燥した。
<還元法による樹枝状銀コート銅粉の製造>
次に、上述した方法で作製した銅粉を用いて銀コート銅粉を作製した。
すなわち、得られた銅粉100gを3%酒石酸水溶液中で約1時間攪拌した後、ろ過、水洗して2リットルのイオン交換水中に分散させた。ここに、酒石酸6g、ぶどう糖6g、エタノール60mlを加え、さらに28%アンモニア水60mlを加えて攪拌し、その後、硝酸銀70gをイオン交換水4.5リットルに溶かした水溶液と、ぶどう糖30g、酒石酸30g、エタノール300mlをイオン交換水900mlに溶かした水溶液と、28%アンモニア水300mlとをそれぞれ60分間にわたり徐々に添加した。なお、このときの浴温は25℃であった。
各水溶液の添加が終了した後、粉末をろ過、水洗してエタノールを通じて乾燥させたところ、銅粉の表面に銀が被覆された銀コート銅粉が得られた。得られた銀コート銅粉をSEMにより倍率5,000倍の視野で観察した結果、少なくとも90個数%以上の銀コート銅粉が、表面に均一に銀が被覆された平板状の銅粒子が密集して集合し、樹枝状形状を呈した樹枝状銀コート銅粉であった。また、その樹枝状銀コート銅粉を回収して銀被覆量を測定したところ、当該銀コート銅粉全体の質量100%に対して銀被覆量は30.5質量%であった。
また、得られた樹枝状銀コート銅粉について、SEMにより観察しながら、平板状の銅粒子の断面平均厚さと、当該樹枝状銀コート銅粉の平板状の面に対して垂直方向に成長した最大長さと平板状の面に対して水平方向の長軸長さとの比を測定した。その結果、得られた樹枝状銀コート銅粉を構成する銅粒子は、断面平均厚さが2.6μmである平板状であった。また、その樹枝状銀コート銅粉の平均粒子径(D50)は47.7μmであった。そして、その銀コート銅粉の平板状の面から垂直方向に成長した最大長さと平板状の面に水平な方向(平板方向)の最大長さの比(垂直方向長さ/平板方向長軸長さ)は平均で0.062であった。
また、得られた樹枝状銀コート銅粉の嵩密度は2.9g/cmであった。また、BET比表面積は1.13m/gであった。
この実施例1の結果から、電解液中にフェナジン構造を有する化合物とノニオン界面活性剤とを添加して樹枝状の電解銅粉を作製し、得られた銅粉の表面に銀を被覆することによって、垂直方向への成長を抑えた平板状の樹枝状銀コート銅粉を作製することができることが分かった。
[実施例2]
<樹枝状銅粉の製造>
電解液に、塩化物イオン濃度が150mg/Lとなるように塩酸溶液(和光純薬工業株式会社製)を添加し、また添加剤としてアゾベンゼン構造を有する化合物であるメチルオレンジ(関東化学工業株式会社製)を電解液中の濃度で150mg/Lとなるように添加した。さらに、電解液に、ノニオン界面活性剤である分子量1000のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブチルエーテル(日油株式会社製,商品名:ユニルーブ50MB−11)を電解液中の濃度で700mg/Lとなるように添加した。それ以外は実施例1と同じ条件で電解処理を行い、樹枝状銅粉を作製した。
<還元法による樹枝状銀コート銅粉の製造>
次に、得られた樹枝状銅粉に対して、実施例1と同じ手順でその表面に銀を被覆したところ、樹枝状銅粉の表面に銀が被覆された銀コート銅粉が得られた。
得られた銀コート銅粉をSEMにより倍率5,000倍の視野で観察した結果、少なくとも90個数%以上の銀コート銅粉が、表面に銀が被覆された平板状の銅粒子が密集して集合し、樹枝状形状を呈した樹枝状銀コート銅粉であった。また、その樹枝状銀コート銅粉を回収して銀被覆量を測定したところ、当該銀コート銅粉全体の質量100%に対して銀被覆量は30.1質量%であった。
また、得られた樹枝状銀コート銅粉について、SEMにより観察しながら、平板状の銅粒子の断面平均厚さと、当該樹枝状銀コート銅粉の平板状の面に対して垂直方向に成長した最大長さと平板状の面に対して水平方向の長軸長さとの比を測定した。その結果、得られた樹枝状銀コート銅粉を構成する銅粒子は、断面平均厚さが1.8μmである平板状であった。また、その樹枝状銀コート銅粉の平均粒子径(D50)は36.6μmであった。そして、その銀コート銅粉の平板状の面から垂直方向に成長した最大長さと平板状の面に水平な方向(平板方向)の最大長さの比(垂直方向長さ/平板方向長軸長さ)は平均で0.036であった。
また、得られた樹枝状銀コート銅粉の嵩密度は2.2g/cmであった。また、BET比表面積は1.24m/gであった。
この実施例2の結果から、電解液中にアゾベンゼン構造を有する化合物とノニオン界面活性剤とを添加して樹枝状の電解銅粉を作製し、得られた銅粉の表面に銀を被覆することによって、垂直方向への成長を抑えた平板状の樹枝状銀コート銅粉を作製することができることが分かった。
[実施例3]
<樹枝状銅粉の製造>
電解液に、塩化物イオン濃度が80mg/Lとなるように塩酸溶液(和光純薬工業株式会社製)を添加し、また添加剤としてフェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物であるヤヌスグリーンB(関東化学工業株式会社製)を電解液中の濃度で600mg/Lとなるように添加した。さらに、電解液に、ノニオン界面活性剤である分子量3000のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブチルエーテル(日油株式会社製,商品名:ユニルーブ50MB−72)を電解液中の濃度で1000mg/Lとなるように添加した。それ以外は実施例1と同じ条件で電解処理を行い、樹枝状銅粉を作製した。
<置換法による樹枝状銀コート銅粉の作製>
次に、得られた樹枝状銅粉100gを用いて、置換型無電解めっき液によりその銅粉表面に銀被覆を形成させた。
置換型無電解めっき液としては、硝酸銀25g、クエン酸20g、エチレンジアミン10gをイオン交換水1リットルに溶かした組成の溶液を用い、その溶液中に樹枝状銅粉100gを投入し、45分間攪拌して反応させた。このときの浴温は30℃であった。
反応が終了した後、粉末をろ過、水洗してエタノールを通じて乾燥させたところ、樹枝状銅粉の表面に銀が被覆された銀コート銅粉が得られた。得られた銀コート銅粉をSEMにより倍率5,000倍の視野で観察した結果、少なくとも90個数%以上の銀コート銅粉が、表面に均一に銀が被覆された平板状の銅粒子が密集して集合し、樹枝状形状を呈した樹枝状銀コート銅粉であった。また、その樹枝状銀コート銅粉を回収して銀被覆量を測定したところ、当該銀コート銅粉全体の質量100%に対して銀被覆量は10.6質量%であった。
また、得られた樹枝状銀コート銅粉について、SEMにより観察しながら、平板状の銅粒子の断面平均厚さと、当該樹枝状銀コート銅粉の平板状の面に対して垂直方向に成長した最大長さと平板状の面に対して水平方向の長軸長さとの比を測定した。その結果、得られた樹枝状銀コート銅粉を構成する銅粒子は、断面平均厚さが1.2μmである平板状であった。また、その樹枝状銀コート銅粉の平均粒子径(D50)は32.9μmであった。そして、その銀コート銅粉の平板状の面から垂直方向に成長した最大長さと平板状の面に水平な方向(平板方向)の最大長さの比(垂直方向長さ/平板方向長軸長さ)は平均で0.024であった。
また、得られた樹枝状銀コート銅粉の嵩密度は1.9g/cmであった。また、BET比表面積は1.89m/gであった。
この実施例3の結果から、電解液中にフェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物と、ノニオン界面活性剤とを添加して樹枝状の電解銅粉を作製し、得られた銅粉の表面に銀を被覆することによって、垂直方向への成長を抑えた平板状の樹枝状銀コート銅粉を作製することができることが分かった。
[実施例4]
<樹枝状銅粉の製造>
電解液に、塩化物イオン濃度が100mg/Lなるように塩酸溶液(和光純薬工業株式会社製)を添加し、また添加剤としてアゾベンゼン構造を有する化合物であるメチルオレンジ(関東化学工業株式会社製)を電解液中の濃度で150mg/Lとなるように添加し、さらにフェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物であるヤヌスグリーンB(関東化学工業株式会社製)を電解液中の濃度で100mg/Lとなるように添加した。また、電解液に、ノニオン界面活性剤である分子量600のポリエチレングリコール(PEG)(和光純薬工業株式会社製)を電解液中の濃度で1000mg/Lとなるように、さらにノニオン界面活性剤である分子量3000のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブチルエーテル(日油株式会社製,商品名:ユニルーブ50MB−72)を電解液中の濃度で1000mg/Lとなるように添加し、それ以外は実施例1と同じ条件で電解処理を行い、樹枝状銅粉を作製した。
<還元法による樹枝状銀コート銅粉の製造>
次に、得られた樹枝状銅粉に対して、実施例1と同じ手順でその表面に銀を被覆したところ、樹枝状銅粉の表面に銀が被覆された銀コート銅粉が得られた。
得られた銀コート銅粉をSEMにより倍率5,000倍の視野で観察した結果、少なくとも90個数%以上の銀コート銅粉が、表面に銀が被覆された平板状の銅粒子が密集して集合し、樹枝状形状を呈した樹枝状銀コート銅粉であった。また、その樹枝状銀コート銅粉を回収して銀被覆量を測定したところ、当該銀コート銅粉全体の質量100%に対して銀被覆量は30.8質量%であった。
また、得られた樹枝状銀コート銅粉について、SEMにより観察しながら、平板状の銅粒子の断面平均厚さと、当該樹枝状銀コート銅粉の平板状の面に対して垂直方向に成長した最大長さと平板状の面に対して水平方向の長軸長さとの比を測定した。その結果、得られた樹枝状銀コート銅粉を構成する銅粒子は、断面平均厚さが0.4μmである平板状であった。また、その樹枝状銀コート銅粉の平均粒子径(D50)は18.5μmであった。そして、その銀コート銅粉の平板状の面から垂直方向に成長した最大長さと平板状の面に水平な方向(平板方向)の最大長さの比(垂直方向長さ/平板方向長軸長さ)は平均で0.056であった。
また、得られた樹枝状銀コート銅粉の嵩密度は1.1g/cmであった。また、BET比表面積は2.16m/gであった。
この実施例4の結果から、添加剤としてアゾベンゼン構造を有する化合物と、フェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物とを混合して添加し、さらに2種類以上のノニオン界面活性剤を添加して樹枝状の電解銅粉を作製し、得られた銅粉の表面に銀を被覆することによって、垂直方向への成長を抑えた平板状の樹枝状銀コート銅粉を作製することができることが分かった。
[実施例5]
実施例1にて得られた比表面積が1.13m/gの樹枝状銀コート銅粉55質量部に、フェノール樹脂(群栄化学株式会社製,PL−2211)15質量部、ブチルセロソルブ(関東化学株式会社製,鹿特級)10質量部を混合し、小型ニーダー(日本精機製作所製,ノンバブリングニーダーNBK−1)を用いて、1200rpm、3分間の混錬を3回繰り返すことでペースト化した。得られた導電ペーストを金属スキージでガラス上に印刷し、大気雰囲気中にて150℃、200℃でそれぞれ30分間硬化させた。
硬化により得られた被膜の比抵抗値は、それぞれ26.5×10−6Ω・cm(硬化温度150℃)、3.6×10−6Ω・cm(硬化温度200℃)であった。
[実施例6]
実施例2にて得られた比表面積が1.24m/gの樹枝状銀コート銅粉55質量部に、フェノール樹脂(群栄化学株式会社製,PL−2211)15質量部、ブチルセロソルブ(関東化学株式会社製,鹿特級)10質量部を混合し、小型ニーダー(日本精機製作所製,ノンバブリングニーダーNBK−1)を用いて、1200rpm、3分間の混錬を3回繰り返すことでペースト化した。得られた導電ペーストを金属スキージでガラス上に印刷し、大気雰囲気中にて150℃、200℃でそれぞれ30分間硬化させた。
硬化により得られた被膜の比抵抗値は、それぞれ28.3×10−6Ω・cm(硬化温度150℃)、4.4×10−6Ω・cm(硬化温度200℃)であった。
[実施例7]
実施例4にて得られた比表面積が2.16m/gの樹枝状銀コート銅粉55質量部に、フェノール樹脂(群栄化学株式会社製,PL−2211)15質量部、ブチルセロソルブ(関東化学株式会社製,鹿特級)10質量部を混合し、小型ニーダー(日本精機製作所製,ノンバブリングニーダーNBK−1)を用いて、1200rpm、3分間の混錬を3回繰り返すことでペースト化した。得られた導電ペーストを金属スキージでガラス上に印刷し、大気雰囲気中にて150℃、200℃でそれぞれ30分間硬化させた。
硬化により得られた被膜の比抵抗値は、それぞれ31.2×10−6Ω・cm(硬化温度150℃)、4.9×10−6Ω・cm(硬化温度200℃)であった。
[実施例8]
実施例1にて得られた比表面積が1.13m/gの銀コート銅粉と、実施例2にて得られた比表面積が1.24m/gの銀コート銅粉との異なる2種類を50:50の割合で混合させた銀コート銅粉55質量部(合計量)に、フェノール樹脂(群栄化学株式会社製,PL−2211)15質量部、ブチルセロソルブ(関東化学株式会社製,鹿特級)10質量部を混合し、小型ニーダー(日本精機製作所製,ノンバブリングニーダーNBK−1)を用いて、1200rpm、3分間の混錬を3回繰り返すことでペースト化した。得られた導電ペーストを金属スキージでガラス上に印刷し、大気雰囲気中にて150℃、200℃でそれぞれ30分間硬化させた。
硬化により得られた被膜の比抵抗値は、それぞれ28.9×10−6Ω・cm(硬化温度150℃)、3.1×10−6Ω・cm(硬化温度200℃)であった。
[実施例9]
実施例1にて得られた比表面積が1.13m/gの樹枝状銀コート銅粉を樹脂に分散させて電磁波シールド材とした。
すなわち、実施例1にて得られた樹枝状銀コート銅粉40gに対して、塩化ビニル樹脂100gと、メチルエチルケトン200gとをそれぞれ混合し、小型ニーダーを用いて、1200rpm、3分間の混錬を3回繰り返すことによってペースト化した。ペースト化に際しては、銀コート銅粉が凝集することなく、樹脂中に均一に分散した。これを、100μmの厚さの透明ポリエチレンテレフタレートシートからなる基材の上にメイヤーバーを用いて塗布・乾燥し、厚さ25μmの電磁波シールド層を形成した。
電磁波シールド特性については、周波数1GHzの電磁波を用いて、その減衰率を測定することによって評価した。表1に、特性評価の結果を示す。
[実施例10]
実施例2にて得られた比表面積が1.24m/gの樹枝状銀コート銅粉を樹脂に分散させて電磁波シールド材とした。
すなわち、実施例2にて得られた樹枝状銀コート銅粉40gに対して、塩化ビニル樹脂100gと、メチルエチルケトン200gとをそれぞれ混合し、小型ニーダーを用いて、1200rpm、3分間の混錬を3回繰り返すことによってペースト化した。ペースト化に際しては、銀コート銅粉が凝集することなく、樹脂中に均一に分散した。これを、100μmの厚さの透明ポリエチレンテレフタレートシートからなる基材の上にメイヤーバーを用いて塗布・乾燥し、厚さ25μmの電磁波シールド層を形成した。
電磁波シールド特性については、周波数1GHzの電磁波を用いて、その減衰率を測定することによって評価した。表1に、特性評価の結果を示す。
[実施例11]
実施例4にて得られた比表面積が2.16m/gの樹枝状銀コート銅粉を樹脂に分散させて電磁波シールド材とした。
すなわち、実施例4にて得られた樹枝状銀コート銅粉40gに対して、塩化ビニル樹脂100gと、メチルエチルケトン200gとをそれぞれ混合し、小型ニーダーを用いて、1200rpm、3分間の混錬を3回繰り返すことによってペースト化した。ペースト化に際しては、銅粉が凝集することなく、樹脂中に均一に分散した。これを、100μmの厚さの透明ポリエチレンテレフタレートシートからなる基材の上にメイヤーバーを用いて塗布・乾燥し、厚さ25μmの電磁波シールド層を形成した。
電磁波シールド特性については、周波数1GHzの電磁波を用いて、その減衰率を測定することによって評価した。表1に、特性評価の結果を示す。
[比較例1]
実施例1の条件において、添加剤としてフェナジン構造を有する化合物であるサフラニンと、ノニオン界面活性剤である分子量1000のポリエチレングリコール(PEG)を添加しないこと以外は、同一の条件にて銅粉を陰極板上に析出させた。そして、引き続き、実施例1と同一の条件で、得られた銅粉の表面に銀を被覆して銀コート銅粉を得た。
得られた銀コート銅粉の形状を、上述した走査型電子顕微鏡(SEM)による方法で観察した結果、得られた銀コート銅粉は樹枝状の形状を呈していたものの、粒状の銅粒子が集合したものであり、平板状の樹枝状銀コート銅粉ではなかった。また、得られた銀コート銅粉の比表面積は0.14m/gであり、銀被覆量は当該銀コート銅粉全体の質量100%に対して30.4質量%であった。
次に、作製した樹枝状銀コート銅粉55質量部に、フェノール樹脂(群栄化学株式会社製,PL−2211)15質量部、ブチルセロソルブ(関東化学株式会社製,鹿特級)10質量部を混合し、小型ニーダー(日本精機製作所製,ノンバブリングニーダーNBK−1)を用いて、1200rpm、3分間の混錬を3回繰り返すことでペースト化した。得られた導電ペーストを金属スキージでガラス上に印刷し、大気雰囲気中にて150℃、200℃でそれぞれ30分間硬化させた。
硬化により得られた被膜の比抵抗値は、それぞれ165×10−6Ω・cm(硬化温度150℃)、45.2×10−6Ω・cm(硬化温度200℃)であった。
[比較例2]
比較例1にて得られた銀コート銅粉を樹脂に分散させて電磁波シールド材とした。
すなわち、実施例1において添加剤としてサフラニンとノニオン界面活性剤を添加したい条件とした、比較例1にて得られた樹枝状銀コート銅粉に40gに対して、塩化ビニル樹脂100gと、メチルエチルケトン200gとをそれぞれ混合し、小型ニーダーを用いて、1200rpm、3分間の混錬を3回繰り返すことによってペースト化した。ペースト化に際しては、銀コート銅粉が凝集することなく、樹脂中に均一に分散した。これを、100μmの厚さの透明ポリエチレンテレフタレートシートからなる基材の上にメイヤーバーを用いて塗布・乾燥し、厚さ25μmの電磁波シールド層を形成した。
電磁波シールド特性については、周波数1GHzの電磁波を用いて、その減衰率を測定することによって評価した。表1に、特性評価の結果を示す。
1 (樹枝状)銀コート銅粉
2 主幹
3,3a,3b 枝
4 平板状の面に対して水平方向(X−Y方向)への最大長さ
5 平板状の面(X−Y面)に対して垂直方向への最大高さ

Claims (12)

  1. 直線的に成長した主幹と該主幹から分かれた複数の枝とを有する樹枝状の形状をなし、
    前記主幹及び前記枝は、走査電子顕微鏡(SEM)観察より求められる断面平均厚さが0.02μm〜5.0μmである平板状の銅粒子が集合して構成され、該銅粒子の表面に銀が被覆されており、
    前記銅粒子が集合して構成された銀コート銅粉は平板状であって平均粒子径(D50)が1.0μm〜100μmであり、
    当該銀コート銅粉は、該銀コート銅粉の平板状の面に対して垂直方向への最大高さが、該平板状の面の水平方向への最大長さに対して1/10以下である
    ことを特徴とする銀コート銅粉。
  2. 銀被覆量が銀被覆した銀コート銅粉全体の質量100%に対して1質量%〜50質量%であることを特徴とする請求項1記載の銀コート銅粉。
  3. 嵩密度が0.5g/cm〜5.0g/cmの範囲であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の銀コート銅粉。
  4. BET比表面積値が0.2m/g〜5.0m/gであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の銀コート銅粉。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の銀コート銅粉を、全体の20質量%以上の割合で含有していることを特徴とする金属フィラー。
  6. 請求項5に記載の金属フィラーを樹脂に混合させてなることを特徴とする導電性ペースト。
  7. 請求項5に記載の金属フィラーを用いてなることを特徴とする電磁波シールド用導電性塗料。
  8. 請求項5に記載の金属フィラーを用いてなることを特徴とする電磁波シールド用導電性シート。
  9. 請求項1乃至4のいずれかに記載の銀コート銅粉を製造する方法であって、
    電解法により電解液から陰極上に銅粉を析出させる工程と、該銅粉に銀を被覆する工程とを有し、
    前記電解液には、
    銅イオンと、
    下記式(1)で表されるフェナジン構造を有する化合物の1種類以上と、
    ノニオン界面活性剤の1種類以上と
    を含有させて電解を行うことを特徴とする銀コート銅粉の製造方法。
    [式(1)中、R、R、R、R、R、R、R、Rは、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、及びC1〜C8アルキルからなる群から選択される基であり、Rは、水素、ハロゲン、アミノ、OH、−O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択された基であり、Aがハライドアニオンである。]
  10. 請求項1乃至4のいずれかに記載の銀コート銅粉を製造する方法であって、
    電解法により電解液から陰極上に銅粉を析出させる工程と、該銅粉に銀を被覆する工程とを有し、
    前記電解液には、
    銅イオンと、
    下記式(2)で表されるアゾベンゼン構造を有する化合物の1種類以上と、
    ノニオン界面活性剤の1種類以上と
    を含有させて電解を行うことを特徴とする銀コート銅粉の製造方法。
    [式(2)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10は、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択される基である。]
  11. 請求項1乃至4のいずれかに記載の銀コート銅粉を製造する方法であって、
    電解法により電解液から陰極上に銅粉を析出させる工程と、該銅粉に銀を被覆する工程とを有し、
    前記電解液には、
    銅イオンと、
    下記式(3)で表される、フェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物の1種類以上と、
    ノニオン界面活性剤の1種類以上と
    を含有させて電解を行うことを特徴とする銀コート銅粉の製造方法。
    [式(3)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13は、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、及びC1〜C8アルキルからなる群から選択される基であり、Rは、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択される基であり、Aがハライドアニオンである。]
  12. 請求項1乃至4のいずれかに記載の銀コート銅粉を製造する方法であって、
    電解法により電解液から陰極上に銅粉を析出させる工程と、該銅粉に銀を被覆する工程とを有し、
    前記電解液には、
    銅イオンと、
    下記式(1)で表されるフェナジン構造を有する化合物、下記式(2)で表されるアゾベンゼン構造を有する化合物、及び下記式(3)で表される、フェナジン構造とアゾベンゼン構造とを有する化合物からなる群から選択される2種類以上と、
    ノニオン界面活性剤の1種類以上と
    を含有させて電解を行うことを特徴とする銀コート銅粉の製造方法。
    [式(1)中、R、R、R、R、R、R、R、Rは、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、及びC1〜C8アルキルからなる群から選択される基であり、Rは、水素、ハロゲン、アミノ、OH、−O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択された基であり、Aがハライドアニオンである。]
    [式(2)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10は、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択される基である。]
    [式(3)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13は、それぞれ別個に、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、及びC1〜C8アルキルからなる群から選択される基であり、Rは、水素、ハロゲン、アミノ、OH、=O、CN、SCN、SH、COOH、COO塩、COOエステル、SOH、SO塩、SOエステル、ベンゼンスルホン酸、低級アルキル、及びアリールからなる群から選択される基であり、Aがハライドアニオンである。]

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