博士（工学）佐々木 学′位論文題名

     博士（工学）佐々木 学′位論文題名

プリント回路導体用銅微粉末製造法に 関する研究 学位論文内容の要旨

仁

   高速、大 容量電子 機器の性 能向上のためには、LSI 、ハイブリッド IC 等の技術開発と 共に、これらの部品を実装するプリント配線基板技術の開発が必要である。導体回路ペース ト用金属粉末としては、低抵抗、低価格の銅微粉末が注目され、一部の電子機器では銅を用 いた低温焼成セラミックス多層配線基板がすでに実用化されているが、さらに性能の向上が 求められている。導体回路べースト用金属粉末には、粒径が0 ．2 〜 5um で、粒度分布幅が狭 く、分散性の良いこと、および充填率の高いことが要求される。特に銅微粉末に対しては空 気中での耐酸化性が優れていることが要求される。O ．lum 以下の金属超微粒子製造法や10H m 以上の金属粉製造法に関してはさまざまな報告があるが、O ． 1 〜 5Um で任意の平均粒径を 持ち、粒度分布幅が狭い金属微粉末製造法に関する報告はない。

   銅粉の工業的製造法としては、水素加圧還元法が実用化された例があるが、その場合には 数十 um 、あるいは数百皿 m の粉末冶金用銅粉として製造されていた。本研究の発端は、以 前、銅電解液の浄液法として水素加圧還元法による脱銅法の研究を行い、数um から数十 H m の平滑な結晶面の単結晶状銅粉や、単結晶凝集体を得たことにあり、銅微粉末製造法とし ての検討も行っていた。

   このような背景から本研究は、液栢法による銅微粉末製造法について検討し、導体回路ペ ースト用銅撒粉末製造プロセスの開発を目的として行った。本論文は全 8 章から構成されて いる。

   第 1 章では導体回路ペースト用鋼鐓粉末としては、どのような特性が要求されるのかを明 確にした。金属徽粉末製造法としては、液相法が粒子形状、平均柆径の制御が容易であり、

大量生産 性に優れ る等の理 由で、他 の金麗粉末 製造法と 比較して有効な方法である。

   第 2 章では液相還元法で球状金属徽扮末の製造法を検討した。最初に球状銀微粉末製造法 の検討を行った。アンモニア性硝酸銀水溶液とヒドロキノン等の還元荊水溶液を混合すると、

O ． 1 〜 lum の球状銀粒子が得られる。還元反応は数秒以内に終了し、還元宰は100S になる。

内部構造観察の結果、球状銀粒子は約20no 程度の微細な銀の1 次粒子の凝集体であることを 明らかにした。球状銀粒子のゼー夕 I 位測定を行い、溶液内の1 次粒子のファンデルワ―ル スカと静 I 気反発カを計算した。その合計（全ポテンシャルエネルギ―）は常に負の値を示 すので、溶液内で発生した1 次粒子は急速凝集することを明らかにした。球状銀粒子の生成 機構を次のように仮定した。a ）2 液混合後、均一核発生が起こり、核は約20nrn 程度まで結晶 成長する。b ）その直後に1 次粒子は球状に凝集して、サプミクロンオーダーの大きさになる。

この仮定に基づき2 次元で計算した積算型粒度分布直線の傾斜と製造した球状銀微粉末の積 算型粒度分布直糠の傾斜とがほぽ一致し、仮定した球状銀粒子生成機構の妥当性が示された。

また、この生成援構に基づいた方法で、銅、金、パラジウムの球状徽粉末も製造することが できた。しかし球状銅鐓粉末は、空気中ですぐに酸化変色する。水素加圧還元法で製造した 銅粉は lO 弘 m 以上の大きさではあるが、空気中で長期間酸化変色しない。そこで導体回路ぺ ース卜用銅微粉末製造法として、水素加圧還元法を検討した。

   第 3 章では、銅微粉末製造に先だってオートクレ―ブを用いた硫酸銅水溶液の水素加圧還 元反応の速度諭的検討を行った。銅電解液中に不純物として含まれるBi が水素還元反応速度 を著しく速めることが明らかになっているが、鋼鐓粉末製造の上でも反応時間を短縮できる ことは得策なので、Bi の反応促進効果について検討した。実験の結果、Bi は金属銅核発生前

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学位論文審査の要旨

主 査    教 授    永 井 忠 雄 副 査    教 授    千 葉 忠 俊

副査   教授   石井邦宜      学 位 論 文 題 名

プリント回路導鰆用銅微粉末製造法に関する研究

  

本諭 文は 、厚膜プリント 回路導鰆ペースト用金属微粉 末、特に銅鰯翻眛氾耀黻に 関する 研究をまと めたものである。銅を導体とする低温焼成多層セラミヅクス酉溌尅鹹鳳よ、LSI、 ハイプリヽッドIC等の部品を高密度で搭載し、：大頬囀旧E耐轗器の中枢を桐澱；する。この配線 基板の高密 剛ヒ、微細配線化のために は、プリント、穴開け、位置決め詮ど、機臓工作ヒの お 嗣馳 匂問 題と共に、ヨ嚠 鯑捌嘩として使用する銅微粉 末の諸特性の改善＃必要と をる。

  

この目的で、化学趨げそ法、水素加圧還元法による微粉末製造の実験的検討を綴て、不均化 反応による 銅微粉末襲造法を開発する に至った研究結果を述ぺたもので、有用な多くの新知 見が合まれている。その主なものを次に列挙する。

1

． 化 学 還 元 法 に よ る 球 状銀 微粒 子は 、 約20nmの

1

凋 陪晶 が凝 集す る とい う機 構で 生成 することを 明らかにした。この機購に 沿った方法で、球状の金および銅の微粒子が得られた が 、 銅 閥 粥 将 獄

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酸 化 性 カ 韻 鼠 く 、 導 体 ペ ー ス ト と し て は 不 適 当 で あ っ た 。

2

．酸性硫 酸鯛水溶液の水素加圧還元反 応の速度論的解明が行われ た。とくにピスマス塩は 銅 表面 での

Cu2

゛bsCu゛ に 還元 され る反 応 遇程 に触 媒と して 働 き、 還元 速度 を10倍 程度 速める。こ の結果として、攬拌が不充分の場合には水素の溶け込みの過程に律速

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醐呈が移行 することを 明らかにした。水素加圧還 元法では耐酸化性に優れた銅微粉末が得られるが、数 十弘mと平 均粒径が大きく、導体ペース ト原料として不適当であっ た。また、水素加圧還元 法の金麗銅 核発生頻度は小さく、その ため粒径を1um程度まで小さ くすることはできない。

3

．不均化 反応を利用する銅微粉末製造 法を提案した。この時に単 分散微粒子製造哩論を応 用 する ため の 適切 毅製 造条 件の 設 定、およぴその具体 的手法を考案した。即ち、220℃の

Cu

゛水 溶液 を 大気 圧容 器中 に噴 射 、急 冷し て、 極端 を

Cu

゛ 過飽和状態からの爆発 的核発 生により、 多数の銅恢を生成させ、銅 粒子の微細化を実現した。この容器中に適量、遣温の 碗 翻欝

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溶 液 を予 め入 れて おき 、 望ま れる

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の任 意の 粒 径の 銅勧 吩を 製造 す るた めに適切試 過膨眦ヒを創り出すと共に 、これを徐冷して緩やかな結晶成長を行わせることに より、銅微粉に高い耐酸化性を付与することに成功した。

4

． 不 均化 反応 で製 造し た 銅微 粉末 は、粒度分布幅カ堰 めて狭い。平均粒径1 0,umの鋼吩 に 平 均 粒 径

1

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鋼 扮 を30％謂 合 した とき 、充 填率 は

59

％ に達 した 。 この 調恰 粉を 用い て、セラミ ックス多層

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醺韜畠板を工場で試作したところ、これまで使用してきた銅粉と比較 して健全な 導体回路が形成され、製造 工程における不良率の低下、および基板の性能と信頼 性の向上が期待できるという結果が示された。

  

以上のよ うに、本論文は低温焼成多 層セラミヅクス酉醵韜餬硼銅繊粉末の湿式製造法に関 係する化学 反応の特敢を明らかにする とともに、不噺ぬミ応を利用する製造法を開発し、導 体ぺ―スト 用として必要な形状と粒餐 の制御、耐酸化性の付与等、プロセスの要点を占める 技術開発を 行い、この用途に最適の銅 織粉末製造法を開発したものである。これらの成果は 金矚工学、 粉体製造工学の進歩に貢鬮 けるところ大詮るものがある。よって著者は、北淘遭 大学博士（工学）の学位を授与される資格あるものと認める。

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