(57)【要約】【課題】  粒径が微小で且つ粗粒を含まず、多層配線基板の導電ペースト用や導電樹脂用の導電性粒子として好適な金属錫微粉末、並びにその金属錫微粉末を効率よく製造する方法及び製造装置を提供する。【解決手段】  プラズマ法により金属錫微微粒子を生成させ、その金属錫微粒子を冷却チャンバー５により搬送ガスの温度を制御しながら搬送して、有機溶剤中に捕集するか、又は搬送しながら被覆室４で有機溶剤６のガスと接触させて微粒子表面を有機溶剤で被覆した後、回収室２で回収する。得られる金属錫微粉末は球状で、平均粒径が０.４〜２μｍ及び最大粒径が５μｍ以下であり、粒径が均一で分散性に優れ、微粒子表面が有機溶剤で被覆されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状が球状の金属錫微粒子からなり、平均粒径が０.４〜２μｍ及び最大粒径が５μｍ以下であり、粒径が均一で分散性に優れ、微粒子表面が有機溶剤で被覆されていることを特徴とする球状金属錫微粉末。
【請求項２】
プラズマ法により金属錫微粉末を製造する方法であって、生成した金属錫微粒子を有機溶剤中に捕集するか、又は生成した金属錫微粒子を搬送ガスにより搬送しながら有機溶剤のガスと接触させ、球状の微粒子表面を有機溶剤で被覆して回収することを特徴とする球状金属錫微粉末の製造方法。
【請求項３】
プラズマ法により金属錫微粉末を製造する装置であって、陰極及び錫原料を装着した陽極を有する蒸発室と、生成した金属錫微粒子を回収する回収室と、蒸発室と回収室を連通する搬送管に設けた温度調節手段とを備え、回収室に金属錫微粒子捕集用の有機溶剤が貯留されているか、又は回収室の上流に設けた被覆室に金属錫微粒子被覆用の有機溶剤のガスが供給されることを特徴とする球状金属錫微粉末の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣ基板などの多層配線基板に使用される導電性ペースト用及び導電樹脂用の導電性粒子などとして好適な金属錫微粉末、並びにその製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＣ基板などの多層配線基板の導電ペースト用や導電樹脂用の導電性粒子として、銀、銅、錫等の低融点金属の粉末が使用されている。これらの金属粉末の製造方法としては、一般に、アトマイズ法やアークプラズマ法等の乾式法と、湿式還元法とが知られている。
【０００３】
特に導電ペースト用の金属粉末については、近年の多層配線基板等のファインピッチ化に伴い、微小粒径で粗粒を含まないことが要求されている。しかし、一般的な水アトマイズ法で作製した金属粉末は粒径分布が広く、しかも平均粒径が５μｍ以下のものでは球状粉を得ることが困難であった。一方、噴霧媒体に不活性ガスを用いるガスアトマイズ法によれば、球状粉が得られるものの、平均粒径が十数μｍ程度と大きくなり、微細配線の導電ペースト用としては使用できない。
【０００４】
最近では、上記水アトマイズ法の改良により、平均粒径５μｍ以下の微粒子も作製可能になっている。しかし、微細配線の導電ペースト用として好適な粒径、例えば平均粒径２μｍの微粉末を得るには、広い粒度分布から分級する必要があった。このように改良された水アトマイズ法においても、技術的に後工程の分級法を適用する必要があるうえ、分級効率も１０％程度であるため、製造コストが高く、経済的に問題があった。
【０００５】
また、アークプラズマ法（特許第１１４６１７０号公報）を用いて、金属粉末を作製することも知られている。しかし、アークプラズマ法で生成した微粒子は、プラズマガスが高温なため生成直後に非常に強固な凝集が起こりやすく、特に錫等の低融点金属では粒子間での焼結が進み、ぶどう房状の形状になる（Ｈ. Ｔｏｋｕ，Ｏ.Ｗ. Ｂｅｎｄｅ，Ａ.Ｃ. Ｄｏｒｉｎｇ，Ａ.Ｃ. ｄｅ Ｃｒｕｚ，Ｐ.Ｋ. Ｋｉｙｏｈａｒａ  and  Ａ.Ｌ. Ｓｉｌｖａ，“ＫＯＮＡ”,２１，（２００３），１６３−１７７）。このようなぶどう房状に凝集した微粒子を導電性ペースト用や導電樹脂用の導電性粒子として用いると、焼結時に凝集微粒子が粗大化して、ボイドやクラックの発生原因になるという問題があった。
【０００６】
一方、一般的な湿式還元法では、粒径１μｍ以下の金属微粒子の作製が可能である。しかしながら、凝集が起こりやすく、粒子形状としても良好な球状粉を得ることができない。そのため、保護剤を添加して凝集を抑制しながら、還元する方法等が用いられている（特開２００３−３０６７０７号公報）。この改良された湿式還元法によれば、平均粒径０.１μｍ以下の金属微粉末が得られるが、粒径が小さいために嵩密度が低く、導電ペーストとしたとき分散性が悪く、また添加した保護剤が残留するため良好な導電性が得られない等の問題があった。
【特許文献１】特許第１１４６１７０号公報
【特許文献２】特開２００３−３０６７０７号公報
【非特許文献１】Ｈ. Ｔｏｋｕ，Ｏ.Ｗ. Ｂｅｎｄｅ，Ａ.Ｃ.Ｄｏｒｉｎｇ，Ａ.Ｃ. ｄｅ Ｃｒｕｚ，Ｐ.Ｋ. Ｋｉｙｏｈａｒａ  and  Ａ.Ｌ. Ｓｉｌｖａ，“ＫＯＮＡ”,２１，（２００３），１６３−１７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した従来の事情に鑑み、粒径が微小で且つ粗粒を含まず、多層配線基板の導電ペースト用や導電樹脂用の導電性粒子として好適な球状の金属錫微粉末、並びにその球状金属錫微粉末を効率よく製造する方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、導電ペースト用や導電樹脂用の金属錫微粉末を製造する方法について鋭意検討した結果、形状が球状で且つ好適な粒径の金属微粒子の製造に適したプラズマ法に着目すると共に、得られる金属微粒子の表面を有機溶剤で被覆して回収することによって、粒径が微小で且つ粗粒を含まず、分散性の良好な球状金属錫微粉末が製造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。
【０００９】
即ち、本発明が提供する球状金属錫微粉末は、形状が球状の金属錫微粒子からなり、平均粒径が０.４〜２μｍ及び最大粒径が５μｍ以下であり、粒径が均一で分散性に優れ、球状の微粒子表面が有機溶剤で被覆されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記本発明の球状金属錫微粉末を製造する方法は、生成した金属錫微粒子を有機溶剤中に捕集するか、又は生成した金属錫微粒子を搬送ガスにより搬送しながら有機溶剤のガスと接触させ、球状の微粒子表面を有機溶剤で被覆して回収することを特徴とする。
【００１１】
更に、上記本発明の球状金属錫微粉末を製造する装置は、プラズマ法により金属錫微粉末を製造する装置であって、陰極及び錫原料を装着した陽極を有する蒸発室と、生成した金属錫微粒子を回収する回収室と、蒸発室と回収室を連通する搬送管に設けた温度調節手段とを備え、回収室に金属錫微粒子捕集用の有機溶剤が貯留されているか、又は回収室の上流に設けた被覆室に金属錫微粒子被覆用の有機溶剤のガスが供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プラズマ法を用い且つ生成した微粒子の表面を有機溶剤で被覆して回収することにより、低融点金属の錫であっても微粒子の凝集を防止することができ、粒径が均一で且つ粗粒を含まず、分散性に優れた球状の金属錫微粉末を効率的に製造することができる。
【００１３】
しかも、この球状金属錫微粉末は、微粒子表面が有機溶剤で被覆されているので耐酸化性に優れるうえ、被覆用有機溶剤として導電ペーストの構成成分であるテルピネオール等を使用すれば、残留する有機溶剤が導電ペースト作製時に不純物にならないという利点がある。また、この球状金属錫微粉末は、平均粒径が０.４〜２μｍと小さく且つ５μｍを超える粗粒を含まないため、微細な配線ピッチが要求される導電ペースト及び導電樹脂の導電性粒子として、特にスルーホール用の導電ペーストの導電性粒子として好適に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の球状金属錫微粉末は、非酸化性雰囲気でのプラズマ法により製造される。プラズマ法による粉末の製造は、プラズマの高温により被加熱原料を溶融蒸発させることにより、微粒子を生成させるものである。一般にはアークプラズマが利用され、陰極と陽極（被加熱原料側）の間に発生するアークプラズマにより被加熱原料を溶融蒸発させて粉末を製造する。
【００１５】
上記プラズマ法により錫原料を溶融蒸発させることによって、形状が球状で、微細な配線ピッチが要求される導電ペースト等に適した粒径の金属錫微粒子、具体的には、平均粒径が０.４〜２μｍと小さく且つ最大粒径が５μｍ以下であり、粗粒を含まない金属錫微粒子を作製することができる。平均粒径が２μｍを超えるか又は最大粒径が５μｍを超えると、微細な配線ピッチ用の導電ペースト等への適用が難しくなり、また平均粒径が０.４μｍ未満では微粒子同士の凝集が起こりやすくなるからである。
【００１６】
錫原料を溶融蒸発させる際には、錫の酸化反応を防止するために、アークプラズマガスとして非酸化性ガスを用いる。一般的にはアルゴンなどの不活性ガスを使用するが、不活性ガスに水素ガスを混合して使用すれば、錫の酸化防止と同時に、錫の蒸発速度を向上させることができる。ただし、水素ガスの混入量が多くなると、生成した金属錫微粒子の凝集が起こりやすくなるため、特に微粒子を搬送する間の温度制御等により凝集を防止することが望ましい。
【００１７】
また、金属錫微粒子の粒径や分散性は、微粒子製造時の雰囲気温度や搬送ガス温度により変化し、製造時の電流が小さく雰囲気温度が低いほど、また搬送ガス温度が低いほど、微粒子の粒径が小さくなり且つ分散性が向上する。例えば、粒径０.４μｍ同士の微粒子は１００℃程度で融合し、また粒径が２μｍの場合には１６０℃程度で融合して、大きな粒子に成長しやすいか凝集を起こしやすい。従って、例えば、生成した微粒子を搬送ガスで搬送する間、搬送ガスの温度を上記の温度よりも低い温度に調節することにより、得られる金属錫微粒子の粒径及び分散性を所望の好ましい範囲に調整することが可能である。
【００１８】
更に、本発明においては、上記プラズマ法により生成した球状の金属錫微粒子の表面を有機溶剤で被覆して回収する。例えば、生成した金属錫微粒子を有機溶剤中に捕集し、有機溶剤を濾過や蒸発等により分離して、有機溶剤で表面被覆された金属錫微粉末を回収する。また、生成した金属錫微粒子を搬送ガスにより搬送しながら、有機溶剤のガスと接触させて表面を被覆した後、その金属錫微粉末を回収することもできる。
【００１９】
一般に金属微粒子は表面活性が高いうえ、錫は低融点金属であるため、粒成長・凝集などが起こりやすい。しかし、本発明においては、金属錫微粒子の生成から回収までの間に搬送ガスの温度を適切に制御すると共に、その微粒子表面を有機溶剤で被覆して回収するので、粒成長及び凝集を抑制することができる。また、微粒子の生成から有機溶剤で表面被覆して回収するまで、大気に暴露されることがないため、活性の強い微粒子でも酸化等の汚染を防ぐことができる。
【００２０】
上記金属錫微粒子の表面被覆に用いる有機溶剤としては、芳香族系、アルコール系、エステル系、ケトン系などの有機溶剤、例えば、テルピネオール、ジヒドロテルピネオール、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、又はそれらの酢酸エステル、ペンタンジオールアルキルエーテル、ジブチルフタレート、γ−ブチロラクトン等がある。
【００２１】
特に、表面被覆用にテルピネオール等の導電性ペーストに通常使用されている有機溶剤を使用すれば、その有機溶剤で表面被覆された金属錫微粉末で導電ペーストを作製する際に、残留している有機溶剤が不純物となることがなく極めて有利である。
【００２２】
次に、本発明による球状金属錫微粉末の製造装置を、図１により具体的に説明する。この装置は、錫原料をアークプラズマにより溶融蒸発させる蒸発室１と、生成した金属錫微粒子を回収する回収室２と、蒸発室１と回収室２の間を連通する搬送管３と、回収室２の上流側で搬送管３に設けた被覆室４と、蒸発室１の出口で搬送管３に設けた温度調節用の冷却チャンバー５とを備えている。被覆室４には有機溶剤６が入れてあり、ヒーター７により有機溶剤６を蒸発させてガス化するようになっている。
【００２３】
蒸発室１は直流アークの陰極８ａと陽極８ｂを備え、陽極８ｂには錫原料１０が取り付けてある。錫原料１０として錫地金又は錫粉末を用い、バッチ式では定量を及び量産時には１〜１０ｇ／分で定量的に連続して供給する。ガス供給口９から蒸発室１にアークプラズマガス及び搬送ガスを供給しながら、陰極８ａと陽極８ｂの間でアーク放電させることによって錫原料１０を溶融蒸発させ、金属錫微粒子を生成させる。一般的に、アークプラズマガス及び搬送ガスとしてアルゴンと水素を用い、トータル流量１０〜２００リットル／分となるように混合して又別々に供給する。
【００２４】
蒸発室１で生成した錫微粒子は、搬送ガスにより搬送管３を通って被覆室４に送られる。その際、微粒子製造時の雰囲気温度や搬送ガス温度が高いと、錫微粒子が凝集して大きな粒子になりやすい。また、搬送管３は高温の搬送ガス（アルゴン＋水素）によりが加熱されて次第に温度上昇するため、一層凝集が起こりやすくなる。そこで、搬送管３に設置した熱電対（図示せず）で温度を測定しながら、冷却水等を流した冷却チャンバー５で冷却することにより搬送ガスの温度を調節する。
【００２５】
被覆室４に入った錫微粒子は、ヒーター７により蒸発させた有機溶剤６のガスと接触することにより、その表面に有機溶剤がコーティングされる。表面に有機溶剤の被覆層が形成された錫微粒子は、更に搬送ガスにより回収室２に運ばれて沈降堆積し、金属錫微粉末１１として回収される。尚、図１の装置では有機溶剤のガスで被覆するための被覆室４を設けたが、この被覆室４の代わりに、回収室２に有機溶剤を貯留して、この有機溶剤中に錫微粒子を捕集して回収することによっても、錫微粒子の表面に有機溶剤を被覆することができる。
【実施例】
【００２６】
［実施例１］
活性アークプラズマ微粉製造装置（ホソカワミクロン(株)製、ＡＲＣ−ＩＥ）を備えた図１の製造装置（ただし、被覆室４は設置せず）を用い、その陽極８ｂに錫原料１０として金属錫地金約６０ｇを取り付けた。アルゴンガス７０リットル／分と水素１０リットル／分を流しながら、陽極８ｂと陰極８ａ（タングステン＋２％トリウム）の間に直流を供給し、電流２００Ａ、電圧３０Ｖでアーク放電させることによって、金属錫地金を溶融蒸発させた。生成した錫微粒子は８０℃に制御した搬送ガスにより回収室２に導入し、回収室２に貯留されているテルピネオール中に捕集して金属錫微粉末を回収した。
【００２７】
回収して乾燥させた金属錫微粉末の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図２に示す。この金属錫微粉末の粒度分布は、レーザー回折法によれば、Ｄ１０＝０.１４μｍ、Ｄ５０＝０.４９μｍ、Ｄ９０＝０.９４μｍ、Ｄ１００＝２.３１μｍであった。また、図２のＳＥＭ写真から求めた平均粒径は、Ｄ５０＝０.４１μｍであった。この結果から、球状であって、粗粒を含まず、即ち５μｍ以上の粗大粒子がなく、分散性に優れた金属錫微粉末が得られたことが分かる。
【００２８】
［実施例２］
図１の製造装置（被覆室４を設置）を用い、実施例１と同様の条件で錫原料を溶融蒸発させ、生成した錫微粒子を被覆室４でテルピネオールのガスに接触させた後、回収室２に導入して金属錫微粉末を回収した。その際、アークプラズマガス及び搬送ガスの流量は、アルゴンガス３０リットル／分、水素３リットル／分とした。
【００２９】
回収した金属錫微粉末の粒度分布は、レーザー回折法によれば、Ｄ１０＝０.１３μｍ、Ｄ５０＝０.５３μｍ、Ｄ９０＝１.００μｍ、Ｄ１００＝１.９４μｍであった。また、ＳＥＭ写真の観察からも、５μｍ以上の粗大粒子は存在しなかった。この結果から、球状であって、粗粒を含まず、即ち５μｍ以上の粗大粒子がなく、分散性に優れた金属錫微粉末が得られたことが分かる。
【００３０】
［実施例３］
図１の製造装置（被覆室４を設置）を用い、実施例２と同様の方法により、金属錫微粉末を製造して回収した。その際、アークプラズマガス及び搬送ガスの流量は、アルゴンガス５０リットル／分、水素１０リットル／分とした。
【００３１】
回収した金属錫微粉末の粒度分布は、レーザー回折法によれば、Ｄ１０＝０.１３μｍ、Ｄ５０＝０.９８μｍ、Ｄ９０＝１.８０μｍ、Ｄ１００＝３.８９μｍであった。また、ＳＥＭ写真の観察からも、５μｍ以上の粗大粒子は存在しなかった。この結果から、球状であって、粗粒を含まず、即ち５μｍ以上の粗大粒子がなく、分散性に優れた金属錫微粉末が得られたことが分かる。
【００３２】
［従来例］
上記と同じ活性アークプラズマ微粉製造装置を用い、陽極に錫原料として金属錫地金約６０ｇを取り付けた。アルゴンガス８０リットル／分を流しながら、電流１５０Ａ、電圧３０Ｖでアーク放電させることによって、金属錫地金を溶融蒸発させた。生成した錫微粒子は、そのまま搬送ガスにより回収室に導入して回収した。尚、凝集を起こり難くするため、水素を含まないアルゴンガス雰囲気を用い且つ低電流で実施し、ガス流量はトータルで実施例１と同じにした。
【００３３】
回収した金属錫微粉末の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図３に示す。この金属錫微粉末は、ＳＥＭ観察による一次粒子径は０.５μｍ以下であるが、一次粒子の粒子間焼結が進行して、ぶどう状の凝集体を形成していた。また、レーザー回折法による粒度分布は、Ｄ１０＝０.６９μｍ、Ｄ５０＝３.２９μｍ、Ｄ９０＝１４.８μｍ、Ｄ１００＝３７.０μｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による金属錫微粉末製造装置の一具体例を示す概略の断面図である。
【図２】本発明の金属錫微粉末の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】通常のプラズマ法による金属錫微粉末の走査型電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００３５】
１      蒸発室
２      回収室
３      搬送管
４      被覆室
５      冷却チャンバー
６      有機溶剤
７      ヒーター
８ａ    陰極
８ｂ    陽極
９      ガス供給口
１０      錫原料
１１      金属錫微粉末
【図１】
2006241549.tif 000003
【図２】
2006241549.tif 000004
【図３】
2006241549.tif 000005