[发明专利]金属粉浆料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及可适用于制造芯片层合陶瓷电容器用电极且烧结延迟性优异的金属粉浆料、及其制造方法。

背景技术

芯片层合陶瓷电容器形成将陶瓷电介质和内部电极重叠成层状而形成一体的结构，所层合的各层分别构成电容器元件，通过外部电极连接这些元件使形成电性并联，从而整体上成为一个小型且大容量的电容器。

在芯片层合陶瓷电容器的制造中，电介质的薄片如下制造。即，首先，向BaTiO₃等电介质原料粉末中加入分散剂或作为成型助剂的有机粘合剂和溶剂，经过粉碎、混合、脱泡步骤，得到料浆。之后，利用模具涂布等涂布方法，使料浆在PET膜等载体膜上较薄地延展进行涂布。将其干燥，得到薄的电介质薄片(印刷电路基板，green sheet)。

另一方面，作为芯片层合陶瓷电容器的内部电极原料的金属粉末与电介质原料粉末的情形一样，经过与分散剂或作为成型助剂的有机粘合剂和溶剂的混合、脱泡步骤，成为料浆。主要通过丝网印刷法将其在印刷电路基板(电介质薄片)上印刷内部电极，进行干燥，之后将印刷过的印刷电路基板从载体膜上剥离，将多个这样的印刷电路基板层合。

对层合的印刷电路基板施加数十～数百MPa的压制压力使之成为一体，之后切割成各个芯片。之后，利用烧结炉将内部电极层、电介质层在1000℃左右的高温下烧结。以这种方式制造芯片层合陶瓷电容器。

从成本角度、环境管制的角度考虑，芯片层合陶瓷电容器的内部电极使用各种金属，另外，随着电容器的小型化，内部电极存在薄层化的倾向，希望内部电极用粉末的颗粒尺寸更小。

然而，颗粒的小径化会使熔点降低，烧结时会在更低的温度开始熔融，导致电极层本身产生裂纹。另外，由于在降温后电极层急剧收缩，因此有可能发生电介质层与电极层的剥离(脱层)，因而对内部电极用金属粉要求与电介质同等的热收缩特性。作为表示该特性的指标，有烧结起始温度。

针对这样的要求，有人提出了如下的方法：向浆料中添加电介质颗粒或玻璃料，减少Cu粉彼此之间的接点，或者，对Cu粉进行表面处理，以获得适合于芯片层合陶瓷电容器的内部电极的Cu粉。

向浆料中添加电介质颗粒或玻璃料时，若它们不小于Cu粉，则在烧结后的导体层中它们会成为电阻，作为电极的功能降低。因此，电介质颗粒或玻璃料必须小于Cu粉。Cu粉本身为0.1μm时，电介质颗粒或玻璃料必须是数十nm的大小。因此，操作变得困难，而且浆料的原料成本会提高。

专利文献1 (日本专利第4001438号)是如下的技术：将Cu粉分散在溶液中，向其中添加金属元素的水溶性盐的水溶液，调节pH使金属氧化物粘着在Cu粉表面，再使这些表面处理铜粉相互碰撞，以强化表面处理层的粘着。但由于步骤是由使金属氧化物吸附于铜粉、以及粘着强化构成，所以在产率方面存在问题。另外，若铜粉的粒径进一步小于0.5μm，则其与所吸附的金属氧化物颗粒的大小接近，因此预料氧化物在铜粉上的吸附本身会变得困难。

专利文献2 (日本专利第4164009号)是用具有特定官能团的硅油包覆铜粉的技术。但由于是将油和Cu粉混合，因此容易凝聚，在操作性方面存在问题。另外，在分离油和Cu粉时难以进行过滤，在操作性方面存在问题。

专利文献3 (日本专利第3646259号)是如下的技术：利用氨催化剂使水解的烷氧基硅烷在铜粉表面缩聚，形成SiO₂凝胶涂膜。但在应用于粒径为1μm以下的铜粉时，必须连续添加作为催化剂的NH₃以防止其凝聚，反应的控制依赖于添加的具体操作技能的优劣而非常难以进行，在操作性和产率方面存在问题。

专利文献4 (日本特开2012-140661)是如下的技术：在Cu粉的制造过程中，用肼等还原Cu²⁺时，向反应系统中添加水溶性硅酸，从而使硅酸进入Cu粉内部，进而吸附在表面。虽然烧结延迟性因该硅酸而提高，但由于Cu粉的形状扁平，因此电极表面很可能会变得不平坦而布满凹凸。若电极层的厚度变薄，则该凹凸变得明显，因此在原理上不适合于将电极层薄层化以增加层合数而以高容量化为目标的电容器。另外，在将内部存在硅酸盐的铜粉制成浆料，再形成内部电极图案而获得的铜电极中，Si在Cu上固溶的可能性高。这是由于：内部电极的烧结通常是在还原环境中进行的。因此，这样的电极导电率低，作为电极所要求的导电功能有可能劣化。