KR910001506B1 - 도전성 페이스트 조성물 - Google Patents

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Description

도전성 페이스트 조성물

제1도는 본 발명의 실시예에서 시료의 전극막 중 Pd 및 TiO₂의 총 중량에 대한 TiO₂의 중량 백분률과 그의 비저항간의 관계를 도시한 도면.

본 발명은 후막 회로와 같은 도전성 후막 및(또는) 세라믹 캐패시터를 제조하기 위한 도전성 페이스트 조성물에 관한 것이다.

통상적으로, 세라믹 캐패시터와 같은 전자 부품용 내부 전극 페이스트로서는 도전성 금속 분말을 함유하는 금속 페이스트가 가장 흔히 사용된다. 이러한 페이스트는 도전성 금속 분말, 적합한 결합제 및 용매를 반죽하여서 제조할 수 있다. 페이스트를 스크린 프린팅하여서 세라믹 그린 시트와 같은 기판에 도포한후, 얇은 판으로 만들고, 압착한다. 그후, 이 결과로서 생긴 구조물을 1000℃ 내지 1350℃의 고온에서 소성하여 내부 전극막을 제조한다.

통상적으로 도전성 페이스트용 도전 금속으로서는 금, 팔라듐, 백금 등과 같은 귀금속 입자를 사용한다. 그러나, 통상적인 전극에서는 고 도전율을 얻을 수 없으므로 필요한 도전율을 유지하기 위해서는 전극의 두께를 증가시켜야 한다. 이러한 이유 때문에, 비용이 저렴한 콤팩트 전자 부품을 얻기가 어렵다.

그러므로, 본 발명의 목적은 소량의 도전성 물질을 사용하여 고 도전율을 갖는 도전성 페이스트 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의하면, 다음과 같은 성분 즉, a) 평균 입도가 약 0.3 내지 1.0μm인 도전성 금속 입자, b) 도전성 금속으로 균일하게 피복되고 평균 입도가 1μm 이하인 입자 및 c) 상기 (a)와 (b) 입자의 혼합물이 분산된 유기 매질로 혼합·조성된 조성물이 제공된다.

본 발명자들은 상기 도전성 페이스트 조성물의 도전율 문제를 해결하기 위해 다방면으로 연구를 행한 결과, 종래의 문제를 해결하기 위해 "도전성 금속으로 피복시킨 입자"를 도전성 금속 입자와 혼합시키는 방법을 발견하였다. 도전성 금속으로 피복시킨 입자는 산화 금속 등의 입자를 핵(core)으로서 사용하고, 그 핵 입자를 도전성 금속으로 균일하게 피복시킨 입자임을 주목해야 한다. 특히, 평균 입도가 0.3 내지 1.0μm 인 팔라듐 입자를 평균 입도 lμm 이하인, 팔 라듐으로 피복시킨 TiO₂입자와 혼합하여서, 팔라듐 입자만을 함유하는 조성물보다 양호한 도전율을 갖는 도전성 막을 얻을 수 있다. 도전율을 개선시킨 결과, 양호한 유전 손실 탄젠트와 E.S.R. 특성을 갖는 세라믹 캐패시터 내부 전극을 얻을 수 있다.

[A. 도전성 금속 입자]

본 발명에 사용되는 도전성 금속 입자용 금속으로는 구리와 같은 도전성 금속은 물론, 팔라듐, 은, 백금등과 같은 귀금속 및 Pd/Ag와 같은 상기 금속의 합금이 포함된다. 구리를 사용하는 경우, 소성처리(이에 대해서는 후에 기재할 것임)는 환원성 분위기(reducing atmosphere)에서 행하는 것이 적합하다. 상기한 도전성 금속 중에서는, 귀금속이 적합하며, 특히 팔라듐이 가장 적합하다.

도전성 금속 입자의 평균 입도는 약 0.3μm 내지 약 1.0μm의 범위내가 적합하다. 도전성 금속 입자의 입도가 1.0μm를 초과하는 경우에는, 막 연속성이 감소되어서 저항이 증가한다. 한편, 입도가 0.3μm 미만인 경우에는 입자(특히, Pd입자)가 응집되어 1μm 이상의 입자 덩어리로 쉽게 전환된다. 이러한 입자의 덩어리를 페이스트로서 분산시킨 후에는, 이 입자들은 1μm 이하의 크기를 가질 수가 없게 된다. 그러므로, 입자의 충전 특성이 부적합하게 손상되고, 페이스트의 유동성이 감소된다. 이러한 입자 덩어리를 갖는 페이스트는 불량한 은폐 분말을 갖게 되고, 소성후 전극막이 불연속으로 될 수 있다.

본 발명에 사용되는 도전성 입자로는 양호한 구형과 균일성을 갖는 것이 적합하다.

[B. 도전성 금속으로 피복시킨 입자]

본 발명에 사용되는 도전성 금속으로 피복시킨 입자는, 산화 금속 등의 입자를 핵으로서 사용하고 그 핵입자를 도전성 금속으로 균일하게 피복시킨 입자이다.

핵 입자로서는 TiO₂입자가 적합하다. 이 대신에, BaTiO₃, 세라믹(BaTiO₃와 산화물을 혼합하고 소성한 후 분쇄하여 제조함), Al₂O₃, SiO₂및 고융점 유리 입자 등을 사용할 수 있다.

피복용 도전성 금속으로는 구리와 같은 도전성 금속은 물론, 팔라듐, 은, 백금 등과 같은 귀금속 및 Pd/Ag와 같은 상기 금속 합금이 포함된다. 피복 금속은 도전성 금속 입자와 동일한 유형의 금속이 적합하다.

도전성 금속으로 피복시킨 입자의 평균 입도는 약 1μm 이하가 적합하다. 기본적으로는, 도전성 금속으로 피복된 입자는 도전성 금속 입자보다 작아야 한다. 도전성 금속으로 피복시킨 입자가 도전성 금속입자보다 지나치게 크면, 인접한 도전성 금속 입자간에 소결이 억제되어서 도전막의 저항이 상승된다. 도전성 금속으로 피복시킨 입자는 충진된 상태에서 인접한 도전성 금속 입자사이에 틈이 생길 수 있을 정도의 입도를 갖는 것이 이상적이다.

본 발명의 도전성 페이스트 조성물에 사용하기에 적합한 도전성 금속 피복 입자로서는, 1μm 이하, 적합하게는 약 0.02μm의 평균 입도를 갖는 TiO₂입자를 핵으로서 사용하고, 팔라듐을 그 위에 피복시켜서 평균 입도가 1μm 이하, 적합하게는 약 0.02μm인 입자로 제공한 것이다.

본 발명에 사용되는 도전성 금속으로 피복시킨 입자는 미합중국 특허 제4,450,188호, 일본국 특허공개(소) 제56-150101호, 동 제57-41301호, 동 제58-37166호 및 동 제58-68918호에 기재된 방법으로 제조할수 있다. 본 발명에 사용된 평균 입도는 "적산 용적 50%의 입도(D₅₀)"를 나타내며, "마이크로트랙 입도 분석기[닉끼소 코., 엘티디(NIKKISO CO., LTD)제품]" 등으로 측정할 수 있다.

본 발명의 도전성 페이스트 조성물에 있어서, 산화물의 총 함량은 도전성 금속 입자와 도전성 금속으로 피복시킨 입자의 총 함량에 대해 1% 내지 11% 중량 범위, 적합하게는 4% 내지 8% 중량 범위내가 되도록 한다.

[C. 유기 매질]

유기 매질의 주목적은 입자 또는 조성물의 미분 고상물을 세라믹이나 또는 기타 기판에 용이하게 도포될 수 있는 형태로 분산시키기 위한 매개물을 제공하기 위한 것이다. 유기 매질은 첫째로 고상물이 적합한 안정도로 분산될 수 있는 것이어야 한다. 둘째로, 유기 매질의 유동학적 특성은 양호한 도포 특성을 분산질에 부여할 수 있어야 한다.

대부분의 후막 조성물은 스크린 프린팅 법에 의해 기판에 도포한다. 그러므로, 후막 조성물은 용이하게 스크린을 통과할 수 있도록 적합한 점도를 가져야 한다. 또한, 스크린후 신속히 성형됨으로써 양호한 해상력을 제공하기 위해서는 조성물이 요변적(thixotropic)이어야 한다. 유동학적 특성이 우선적으로 중요하지만, 또한 고상물과 기판의 적당한 습윤성, 양호한 건조율, 거친 조작을 지탱할 만한 건조막 강도 및 양호한 소성 특징을 제공하기 위해서는 유기 매질을 적합하게 제제하여야 한다. 만족할만한 소성 조성물의 외관도 역시 중요하다.

이러한 모든 기준의 관점에서, 각종 불활성 액체가 유기 매질로서 사용될 수 있다. 전형적으로, 대부분의 후막 조성물용 유기 매질은 용매 중에 용해시킨 수지 용액이고, 흔히 수지와 요변제를 모두 함유하는 용매액이다. 일반적으로, 용매는 130°-350℃의 범위 내에서 비등한다.

이러한 목적으로 가장 흔하게 사용되는 수지는 에틸셀룰로오스이다. 그러나, 에틸히드록시에틸 셀룰로오스, 나무로진, 에틸셀룰로오스와 페놀 수지와의 혼합물, 저급 알코올의 폴리메타크릴레이트 및 에틸렌 글리콜 모노아세테이주의 모노부틸 에테르와 같은 수지도 사용할 수 있다.

후막 도포용으로 가장 광범위하게 사용되는 용매로는 알파-또는 델타-테레피네올과 같은 테르펜, 또는 이와 기타 용매(예를들면, 등유, 디부틸프탈레이트, 부틸 카르비톨, 부틸 카르비톨 아세테이트, 헥실렌 글리콜 및 고비점 알코올과 알코올 에스테르)와의 혼합물이 있다. 이들과 기타 용매를 다양하게 조합하여 제제함으로써 각 도포에 대해 바람직한 점도 및 휘발성 요구 조건을 충족시킬 수 있다.

통상적으로 사용되는 요변제 중에는 수소첨가한 피마자유, 그 유도체 및 에틸 셀룰로오스가 있다. 물론, 반드시 요변제를 혼입할 필요는 없는데, 이점에 관해서는 임의의 현탁액 중에서 고유 전단 티닝(shearthinning inherent)과 관련된 용매 수지 특성이 그 자체만으로 적합할 수 있기 때문이다.

페이스트 분산질 중 유기 매질 대 고상물의 비는 상당히 변화적으로, 분산질을 도포하는 방법과 사용된 유기 매질의 종류에 좌우된다. 일반적으로, 양호한 적용 범위를 얻기 위해서는 분산질에 상보적으로 60%-90% 중량의 고상물과 40%-10% 중량의 유기 매질을 함유시킨다.

페이스트는 3회전 분쇄기에서 제조하는 것이 편리하다. 페이스트의 점도는 브룩필드(Brookfield) 점도계상에서 실온에서 저전단율, 중전단율 및 고전단율로 측정했을때 전형적으로 하기 범위가 된다(표 1 참조) .

[표 1]

사용되는 유기 매질(매개물)의 양 및 종류는 주로, 목적하는 최종 제제물의 점도 및 프린트 두께로 결정한다.

[D. 조성물의 제제 및 도포]

본 발명의 도전성 페이스트 조성물은 도전성 금속 입자, 도전성 금속으로 피복시킨 입자 및 유기 매질을 혼합하고, 3회전 분쇄기로 분산시키는 방법으로 제조할 수 있다. 이 페이스트를 스크린 프린트에 의해 산화알루미늄 기판에 도포하고, 1350℃의 온도에서 소성함으로써 전극막을 얻을 수 있다.

[E. 시험 방법]

도전성 페이스트 조성물의 도전율 시험은 다음과 같은 방법으로 행한다.

물질을 혼합하고 3회전 분쇄기로 분산시켜서 페이스트 조성물을 얻는다. 이어서, 페이스트 조성물을 산화알루미늄 기판[96% 산화알루미늄, 25mm×25mm, 두께=0.635mm, 교세라 코프르(KYOCERA COPR)제품]상에 스크린-프린트한다. 스크린으로는, 28미크론의 배선 직경과 325메쉬를 갖는 스테인레스 스틸 스크린을 사용한다. 프린트 패턴은 지그재그식 장방형 패턴으로 하여, 폭 0.5mm, 길이 100mm, 소성후 두께 약 3μm를 갖는 전극을 형성한다.

그후, 프린트된 산화알루미늄 기판을 소성한다. 소성 온도는 실온에서 1350℃까지 2시간내로 증가시키고, 1350℃의 온도를 1시간동안 유지한후, 온도를 2시간내에 실온으로 감소시킨다.

이 결과로 생긴 전극의 저항, 두께, 폭 및 길이를 측정하고, 이들 측정치로부터 비저항을 계산한다.

[실시예]

팔라듐 입자 48-100중량부, 팔라듐으로 피복시킨 TiO₂입자 0-52중량부, 에틸 셀룰로오스 9중량부 및 테르피네을 73중량부를 사용하여 하기 표 2에 나타낸 시료1-7의 페이스트를 제조하고, 이 페이스트를 상기한 방법에 의해 산화알루미늄 기판상에 각각 프린트하였다. 프린트된 기판을 1350℃의 온도에서 소성하여 시료 1-7을 얻었다.

비교예로서, 페이스트는 팔라듐 입자 94중량부, TiO₂분말 6중량부, 에틸 셀룰로오스 9중량부 및 테르피네올 73중량부로 제조하고, 이를 상기 시료 1-7과 동일한 조건하에서 기판상에 프린트하고, 소성하였다.

이들 시료의 전극막의 비저항을 측정하였다.

사용한 팔라듐 입자는 D₅₀=0.88μm이었고, 팔라듐으로 피복시킨 TiO₂입자는 상품명 "Pd26-Ti22(Pd : 26% 용적, TiO : 2×10²Å)"로 가와스미 기지쯔 겐뀨쇼(Kawasumi Gijitsu Kenkyusho)에서 시판하고 있는 것을 사용하였다.

그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 제1도에는 시료 1-7의 전극막에서 Pd와 TiO₂의 총 중량에 대한 TiO₂의 중량백분율과 그의 비저항 사이의 관계가 도시되어 있다.

[표 2]

제1도로부터 알수 있는 바와 같이, 전극막의 비저항은 팔라듐이 피복된 TiO₂입자의 TiO₂량에 대해 최소치를 나타낸다. TiO₂를 약 1%-11% 중량 함유하는 전극막은 100% 팔라듐의 전극막보다 높은 도전성을 가질 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 도전성 페이스트 조성물을 사용하면 양호한 특성을 갖는 저렴한 도전막을 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. a) 평균 입도가 약 0.3 내지 1.0μm인 도전성 금속 입자, b) 도전 금속으로 균일하게 피복된, 평균입도가 lμm 이하인 입자, c) 유기 매질의 혼합물로 되어, 상기 (a)와 (b) 입자의 혼합물이 분산된 유기매질로 조성되는 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트 조성물.
2. 제1항에 있어서, b) 입자가 도전성 금속으로 균일하게 피복된 TiO₂입자인 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트 조성물.
3. 제2항에 있어서, a)와 b) 입자의 도전성 금속이 동일한 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트 조성물.
4. 제3항에 있어서, 도전성 금속이 귀금속인 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트 조성물.
5. 제4항에 있어서, 귀금속이 팔라듐인 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트 조성물.
6. 제5항에 있어서, 조성물 중 TiO₂의 총 함량이 a)와 b) 입자의 총 함량에 대해 1%-11% 중량 범위인 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트 조성물.
7. 제5항에 있어서, 조성물 중 TiO₂의 총 함량이 a)와 b) 입자의 총 함량에 대해 4%-8% 중량 범위인 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트 조성물.

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