(57)【要約】【課題】これまで不可能であった５００〜１０００℃以上の高温酸化雰囲気中での電気的接触を可能とする導電性酸化物を用いることにより、いわゆる高温用はんだとして使用でき、それ以外にも例えば酸化雰囲気中高温の環境となる電気炉、燃料電池や熱電材料、溶鉱炉、焼却炉、航空機やロケットのエンジン部周辺での電気的接触用材料として、或いは酸化雰囲気中の温度計などの計測装置、また高温用パワーデバイスや厚膜抵抗体、発光体などの素子に利用できる酸化物導電性ペーストを提供する。【解決手段】本発明の酸化物導電性ペーストは、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、白金、金、銀、パラジウム、モリブデン、タングステンより選ばれる少なくとも１種の元素を含む粒径５〜１００μｍの導電性酸化物粒子と、バインダー、溶剤からなる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルテニウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、白金、金、銀、パラジウム、モリブデン、タングステンより選ばれる少なくとも１種の元素を含む粒径５〜１００μｍの導電性酸化物粒子と、バインダー、溶剤からなる酸化物導電性ペースト。
【請求項２】
導電性酸化物粒子がルテニウムとストロンチウムを含む請求項１に記載の酸化物導電性ペースト。
【請求項３】
導電性酸化物粒子がＳｒ２ＲｕＯ４，Ｓｒ３Ｒｕ２Ｏ７，ＳｒＲｕＯ３のいずれかである請求項２に記載の酸化物導電性ペースト。
【請求項４】
バインダーは、無機物又は有機高分子の何れか、若しくは両方からなる請求項１〜３の何れか一項に記載の酸化物導電性ペースト。
【請求項５】
バインダーとしての無機物は、酸化シリコン、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化硼素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化錫、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化イットリウム、酸化バリウム、酸化セリウム、白金、金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン、タングステンの中から選ばれる１種以上である請求項４に記載の酸化物導電性ペースト。
【請求項６】
バインダーとしての有機高分子は、セルロース系高分子、ビニル系高分子、ポリエステル系高分子、ポリアミド系高分子、ポリウレタン系高分子の中から選ばれる１種以上である請求項４に記載の酸化物導電性ペースト。
【請求項７】
溶剤は、水、酢酸ブチル、エチルアルコール、アセトン、トルエンの中から選ばれる１種以上である請求項１〜６の何れか一項に記載の酸化物導電性ペースト。
【請求項８】
導電性酸化物粒子が粒径５〜１００μｍのＳｒ２ＲｕＯ４であり、バインダーが酸化シリコン、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化硼素であり、溶剤が水である、請求項１〜５，７の何れか一項に記載の酸化物導電性ペースト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、これまで不可能であった５００〜１０００℃以上の高温酸化雰囲気中での電気的接触を可能とする導電性酸化物を用いることにより、いわゆる高温用はんだとして使用でき、それ以外にも例えば酸化雰囲気中高温の環境となる電気炉、燃料電池や熱電材料、溶鉱炉、焼却炉、航空機やロケットのエンジン部周辺での電気的接触用材料として、或いは酸化雰囲気中の温度計などの計測装置、また高温用パワーデバイスや厚膜抵抗体、発光体などの素子に利用できる酸化物導電性ペーストに関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで知られている電気伝導性材料粒子を用いたペーストには、銀、カーボン、金、パラジウム、白金、銅、２酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）が用いられている。
【０００３】
特に広く使用されている銀のペーストは、電極付けや回路パターニングに利用されている。しかし、銀の融点は１０００℃程度に過ぎないことから、これ以上の高温領域での用途には使用することができなかった。
上記電気伝導性材料粒子で一番融点が高いのはカーボン（炭素）であり、３０００℃以上まで固体として存在する。しかし、カーボンが高温で安定に存在するのは不活性ガス或いは真空雰囲気の時のみであり、その雰囲気中に酸素等の他の元素が存在すると１０００℃以下で例えば二酸化炭素に変化してしまう。
産業上の利用で最も多い用途は、言うまでもなく空気中での用途であり、酸素を含む雰囲気に対する材料の安定性は、特に高温材料には強く要求される。即ち高温酸化雰囲気中での安定性が重要となる。酸素雰囲気中で高い融点を持ち、安定な導電性を保つものとしては、白金がよく知られており、その融点は酸素雰囲気中で約１８００℃であることから１７００℃程度までの高温まで使用することができる。要するに最近までは１７００℃以上の酸素雰囲気中で安定に金属的な導電性を保ち続ける材料のペーストは存在しなかった。
【０００４】
また、導電性を示す酸化物も希に知られており、上記のＲｕＯ２やＭｏＯ２、ＩｒＯ２などがある。通常は酸化物になると半導体や絶縁体になる場合が多い。近年酸化物半導体を用いた燃料電池や熱電材料の研究が進んでいるが、その電極材料として、銀や白金が主に研究されている。酸化物と単なる金属の接触には、良好な界面を得ることが、界面抵抗の抑制や界面付近の材料の変質を防ぐ手段であり、酸素の移動等がそのような界面での問題を引き起こす可能性が十分考えられる。従って、単なる金属よりは、同じ酸化物同士の界面の方が安定だと考えられる。酸化物導電性材料として、ＲｕＯ２が厚膜抵抗体の用途で広く知られている。しかし、ＲｕＯ２を初めとする上記導電性酸化物ＭｏＯ２，ＩｒＯ２は、空気中で５００〜１０００℃程度に加熱すると、蒸発してしまったり、変質して絶縁体になってしまい、到底高温酸化雰囲気中で安定であるとは言い難い。
【０００５】
ところが、ストロンチウムを含むルテニウム酸化物Ｓｒ２ＲｕＯ４が、酸化雰囲気中約２０００℃まで安定に電気伝導性を保ち続けることが最近判明した（特許文献１など）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３５４４７６号公報
【０００７】
また、本出願人の一人は、Ｓｒ２ＲｕＯ４を用いた高温用導電性ペーストを作成した提案（特願２００１−３７２４９６）をした。このＳｒ２ＲｕＯ４粒子を含む高温用導電性ペーストは、前述の問題を解決することができるが、用途が主に半導体プロセス用であるため、その実施例では、Ｓｒ２ＲｕＯ４粒子の粒径は５μｍ以下に制御されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような小さな粒径では、半導体回路の微細なパターニングには最適であるが、燃料電池や熱電材料などの比較的大きなスケールの材料の電気的・物理的接触には適当でないことが見出された。即ち、上記ペーストにおいては、電気伝導性酸化物の粒子に、バインダーと溶剤を混ぜ合わせるため、絶縁体のバインダーの粒子や溶剤で電気伝導性酸化物の粒子を取り囲むことになるため、電気伝導性酸化物粒子の粒径があまりに小さくなると、粒同士の電気的接触が悪くなり、ペースト全体の電気伝導性が小さくなる。例えば既に市販されている銀粒子のペーストは平均粒径が１０μｍ程度で、固化したペーストは十分な電気伝導性を持つが、より粒径を小さくすると、電気伝導性が悪くなることが知られている。要するに前述の比較的大きなスケールの高温デバイスに使用する電極材としての利用においては、むしろ粒径を大きくして電気伝導性を良くする必要があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記に鑑み、燃料電池や熱電材料などの比較的大きなスケールの高温デバイスや、計測装置、厚膜抵抗体や発光体などの素子にも好適に利用できる酸化物導電性ペーストを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、白金、金、銀、パラジウム、モリブデン、タングステンより選ばれる少なくとも１種の元素を含む粒径５〜１００μｍの導電性酸化物粒子と、バインダー、溶剤からなる酸化物導電性ペーストを提案するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる導電性酸化物粒子は、前述のようにルテニウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、白金、金、銀、パラジウム、モリブデン、タングステンより選ばれる少なくとも１種の元素を含む粒径５〜１００μｍの粒子である。一元酸化物でも二元酸化物或いはそれ以上の多元酸化物でも良いが、導電性を有する酸化物粒子であって、高融点のものが好適に用いられる。特にルテニウムとストロンチウムを含むものが望ましく、より具体的にはＳｒ２ＲｕＯ４，Ｓｒ３Ｒｕ２Ｏ７，ＳｒＲｕＯ３のいずれかを用いることが望ましい。粒径が１００μｍを超えるものでは均一な電気伝導性が得られにくく、粒径が５μｍに満たないものでは前述のように比較的大きなスケールの材料の電気的・物理的接触（電極材）には適していない。
【００１２】
本発明に用いるバインダーは、無機物又は有機高分子の何れか、若しくは両方からなるものでも良い。
バインダーとしての無機物としては、微粒子状のものが用いられ、酸化シリコン、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化硼素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化錫、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化イットリウム、酸化バリウム、酸化セリウムなどの絶縁材料や、白金、金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン、タングステンなどの比較的低融点材料の中から選ばれる１種以上である。
尚、本発明において高融点とはおよそ１０００〜２０００℃以上、低融点とは１０００℃以下を指す。
バインダーとしての有機高分子としては、ニトロセルロース、アセチルセルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、エチルセルロース、ベンジルセルロースなどのセルロース系高分子、塩化ビニル、酢酸ビニル、ポリビニルアルコールなどのビニル系高分子、アルキド樹脂、マレイン酸樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系高分子、ナイロン６，ナイロン６６，ナイロン６，１０などのポリアミド系高分子、ポリエーテルポリウレタン、ポリエステルポリウレタンなどのポリウレタン系高分子の中から選ばれる１種以上である。
【００１３】
本発明に用いる溶剤は、水、酢酸ブチル、エチルアルコール、アセトン、トルエンの中から選ばれる１種以上である。特に限定するものではないが、前記バインダーとして無機物を用いる場合には水が良く、水溶性の有機高分子と共に用いる場合には水−アルコールなどの水系が良い。また、バインダーとして有機高分子を用いる場合、当該有機高分子が溶解するものであれば特に限定するものではなく、ベンゼン、キシレン、トルエン等の芳香族系溶剤、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール等のアルコール系溶剤、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、エーテル系溶剤、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、テルピネオールなどの有機極性溶剤、或いはこれらの混合溶剤を用いることができる。
【００１４】
本発明の実施の形態をまとめると、以下のようになる
［１］ルテニウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、白金、金、銀、パラジウム、モリブデン、タングステンより選ばれる少なくとも１種の元素を含む粒径５〜１００μｍの導電性酸化物粒子と、バインダー、溶剤からなる酸化物導電性ペースト。
［２］導電性酸化物粒子がルテニウムとストロンチウムを含む上記１に記載の酸化物導電性ペースト。
［３］導電性酸化物粒子がＳｒ２ＲｕＯ４，Ｓｒ３Ｒｕ２Ｏ７，ＳｒＲｕＯ３のいずれかである上記２に記載の酸化物導電性ペースト。
［４］バインダーは、無機物又は有機高分子の何れか、若しくは両方からなる上記１〜３の何れか一つに記載の酸化物導電性ペースト。
［５］バインダーとしての無機物は、酸化シリコン、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化硼素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化錫、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化イットリウム、酸化バリウム、酸化セリウム、白金、金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン、タングステンの中から選ばれる１種以上である上記４に記載の酸化物導電性ペースト。
［６］バインダーとしての有機高分子は、セルロース系高分子、ビニル系高分子、ポリエステル系高分子、ポリアミド系高分子、ポリウレタン系高分子の中から選ばれる１種以上である上記４に記載の酸化物導電性ペースト。
［７］溶剤は、水、酢酸ブチル、エチルアルコール、アセトン、トルエンの中から選ばれる１種以上である上記１〜６の何れか一つに記載の酸化物導電性ペースト。
［８］導電性酸化物粒子が粒径５〜１００μｍのＳｒ２ＲｕＯ４であり、バインダーが酸化シリコン、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化硼素であり、溶剤が水である、上記１〜５，７の何れかに記載の酸化物導電性ペースト。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りどのようにでも実施することができる。
【００１６】
予め高融点導電性ペースト用原料粉のＳｒ２ＲｕＯ４多結晶粉末を次のようにして作成した。ＳｒＣＯ３とＲｕＯ２をモル比２：１で混合、瑪瑙乳鉢で細かく十分に３０分程度混合した後、空気中１２００度で、アルミナ坩堝中、粉末状のまま２４時間焼結した。焼結体を再び粉砕・混合し、再びアルミナ坩堝中、粉末状のまま、空気中１３００℃で２４時間焼結することによりＳｒ２ＲｕＯ４粉末を得た。１３００℃で２４時間焼結した原料粉末を瑪瑙の乳鉢で入念にすりつぶし、ふるいにかけることで原料粉末の粒径を５〜１００μｍとした。
【００１７】
上記Ｓｒ２ＲｕＯ４の粉末粒子と、酸化シリコン、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化硼素からなるバインダー粉末と溶剤の水をよく混ぜ合わせた。
得られたペーストを酸化アルミニウムの基板に厚さ１ｍｍになるように塗布し、空気中で８６０℃で、１５分焼結させた。固化したペーストは電気伝導性を示し、バインダー粉末とＳｒ２ＲｕＯ４粒子粉末の質量比を変えることで、焼結後のペーストすなわち厚膜の電気抵抗が大きく変化した（図１）。Ｓｒ２ＲｕＯ４粒子のペースト全体に対する比が大きければ大きいほど、電気抵抗が低下している。また焼結されて固まったペーストはしっかりと基板に接着・固定されており、強度も数ｃｍ程度の大きさの２枚の酸化アルミニウム板を接着するのに十分なものであった。
同様の実験を酸化ジルコニウム、石英の基板でも行った。酸化ジルコニウム板では、酸化アルミニウム板と同様の結果であったが、石英板では、ペーストと石英が反応したため、電気伝導性を持たせることができなかった。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の酸化物導電性ペーストは、比較的大きなスケールの高温デバイスに使用する電極材としての利用において好適に用いることができるものであって、例えば酸化雰囲気中高温の環境となる電気炉、燃料電池や熱電材料、溶鉱炉、焼却炉、航空機やロケットのエンジン部周辺での電気的接触用材料として、或いは酸化雰囲気中の温度計などの計測装置、また高温用パワーデバイスや厚膜抵抗体、発光体などの素子への利用が期待されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例におけるＳｒ２ＲｕＯ４粒子のペースト全体に対する比と電気抵抗との関係を示す相関図である。
【図１】
2004192853.tif 000002