KR101239391B1 - Method of manufacturing fine cupper powders for electronic materials with easily size control - Google Patents
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Abstract
입도 제어가 용이한 전자소재용 구리분말 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법은 (a) 시드(seed)로서 팔라듐(Pd) 입자를 함유하는 Pd 현탁액(suspension)을 마련하는 단계; (b) 상기 Pd 현탁액에 Cu2O를 첨가하여, Cu2O의 농도가 1.25 ~ 40 g/L인 Cu2O 슬러리를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 Cu2O 슬러리에 환원제로 N2H4를 공급하여 상기 Cu2O 슬러리에 포함된 Cu2O를 Cu로 환원시켜, 상기 Pd 입자 상에 Cu 분말을 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. Disclosed is a method for producing copper powder for electronic materials, the particle size of which is easy to control.
Method for producing a fine copper powder for an electronic material according to the present invention comprises the steps of (a) preparing a Pd suspension containing palladium (Pd) particles as a seed (seed); (b) adding Cu 2 O to the Pd suspension to form a Cu 2 O slurry having a concentration of Cu 2 O of 1.25-40 g / L; And (c) supplying N 2 H 4 to the Cu 2 O slurry as a reducing agent to reduce Cu 2 O contained in the Cu 2 O slurry to Cu to grow Cu powder on the Pd particles. Characterized in that.
Description
본 발명은 미세 구리 분말 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 입도 제어가 용이한 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing fine copper powder, and more particularly, to a method for producing fine copper powder for an electronic material, the particle size of which is easy to control.
전자산업의 비약적인 발전에 따라 전자회로 소자는 미소화, 고기능화, 다양화 및 정밀화되고 있다. 첨단 전자제품에는 우수한 물성과 기능성을 가진 재료들이 요구되고 있다. 특히 전자제품의 소형화, 다기능화 등에 맞추어 구리 분말의 사용량이 급증하고 있으며, 미크론(㎛) 단위의 구리 분말이 전도성 잉크, 페이스트, 및 반도체 소자의 접점재료 등으로 널리 이용되고 있다With the rapid development of the electronics industry, electronic circuit devices are becoming smaller, more functionalized, diversified and precise. Advanced electronics demand materials with excellent properties and functionality. In particular, the amount of copper powder is rapidly increasing in accordance with miniaturization and multifunction of electronic products, and copper powder in micron (μm) units is widely used as a conductive ink, a paste, and a contact material for semiconductor devices.
일반적으로 구리 분말은 순도가 높은 금속을 얻을 수 있는 수용액 또는 유기용액에서 환원하여 합성하는 액상환원법으로 제조되고 있다. In general, copper powder is prepared by a liquid reduction method that is synthesized by reducing in an aqueous solution or an organic solution to obtain a high purity metal.
그러나, 기존의 액상 환원법을 이용한 미세 구리 분말의 제조는 공정 비용 소요가 크며, 또한 공정 조건이 까다롭다. However, the production of fine copper powder using the conventional liquid phase reduction method requires a high process cost, and the process conditions are difficult.
또한, 기존의 액상 환원법을 이용하여 제조되는 구리 분말은 그 표면에 산화막이 형성되어, 제조되는 구리 분말의 전기적 특성이 저하되는 문제점이 있었다.
In addition, the copper powder produced by using the conventional liquid reduction method has a problem that the oxide film is formed on the surface, the electrical properties of the copper powder to be produced is reduced.
본 발명의 목적은 고밀도 전자회로 소자 제조에 적용할 수 있도록 미세한 입도 및 고른 입도 분포를 갖는 전자소재용 미세 구리 분말을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a method for producing a fine copper powder for electronic materials having a fine particle size and even particle size distribution to be applied to the production of high-density electronic circuit devices.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법은 (a) 시드(seed)로서 팔라듐(Pd) 입자를 함유하는 Pd 현탁액(suspension)을 마련하는 단계; (b) 상기 Pd 현탁액에 Cu2O를 첨가하여, Cu2O의 농도가 1.25 ~ 40 g/L인 Cu2O 슬러리를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 Cu2O 슬러리에 환원제로 N2H4를 공급하여 상기 Cu2O 슬러리에 포함된 Cu2O를 Cu로 환원시켜, 상기 Pd 입자 상에 Cu 분말을 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Method for producing a fine copper powder for an electronic material according to an embodiment of the present invention for achieving the above object comprises the steps of (a) preparing a Pd suspension containing palladium (Pd) particles as a seed (seed); (b) adding Cu 2 O to the Pd suspension to form a Cu 2 O slurry having a concentration of Cu 2 O of 1.25-40 g / L; And (c) supplying N 2 H 4 to the Cu 2 O slurry as a reducing agent to reduce Cu 2 O contained in the Cu 2 O slurry to Cu to grow Cu powder on the Pd particles. Characterized in that.
본 발명에 따른 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법은 Cu2O 농도가 최적화된 Cu2O 슬러리를 이용하여 N2H4 환원제를 이용하여 팔라듐 시드 상에 구리 분말을 성장시킴으로써, 평균입도가 0.1 ~ 1.0㎛인 미세 구리 분말을 쉽게 제조할 수 있다. 또한 Cu2O 슬러리에서, Cu2O의 농도를 조절함으로써 입도 제어를 용이하게 할 수 있다.
In the method for producing fine copper powder for an electronic material according to the present invention, by growing a copper powder on a palladium seed by using a N 2 H 4 reducing agent using a Cu 2 O slurry with optimized Cu 2 O concentration, the average particle size is 0.1 ~ A fine copper powder of 1.0 μm can be easily produced. In addition, in the Cu 2 O slurry, the particle size control can be facilitated by adjusting the concentration of Cu 2 O.
도 1은 본 발명에 따른 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2 내지 도 8은 Cu2O 농도에 따른 제조된 구리 분말의 SEM 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 Cu2O 농도에 따른 반응 시간을 나타낸 것이다.
도 10은 Cu2O의 농도에 따라 반응에 참여한 Pd 농도를 측정하여 반응에 활성화된 Pd의 함량을 나타낸 것이다.
도 11은 Cu2O 농도 변화에 따른 제조되는 구리 분말의 평균 입도 분포를 나타낸 것이다.
도 12는 반응 시간에 따른 반응 생성물의 X선 회절 패턴을 나타낸 것이다.
도 13 내지 도 17은 반응 온도를 40 ~ 80℃로 변화시켜 생성된 구리 분말의 SEM 결과를 나타낸 것이다.
도 18은 반응 온도에 따른 입자 크기와 반응에 소요된 시간을 나타낸 것이다.
도 19는 반응 온도에 따른 입도분포의 변화를 나타낸 것이다.
도 20은 반응 온도에 따라 실제 반응에 참여한 Pd 농도를 측정하여, 반응에 활성화된 Pd의 농도를 나타낸 것이다.
1 is a flow chart schematically showing a method for producing fine copper powder for an electronic material according to the present invention.
2 to 8 show SEM results of the prepared copper powder according to the Cu 2 O concentration.
9 shows the reaction time according to the Cu 2 O concentration.
10 shows the content of Pd activated in the reaction by measuring the concentration of Pd participating in the reaction according to the concentration of Cu 2 O.
Figure 11 shows the average particle size distribution of the copper powder prepared according to the Cu 2 O concentration change.
Figure 12 shows the X-ray diffraction pattern of the reaction product with the reaction time.
13 to 17 show SEM results of the copper powder produced by changing the reaction temperature to 40 ~ 80 ℃.
18 shows particle size and time taken for the reaction according to the reaction temperature.
Figure 19 shows the change in particle size distribution with the reaction temperature.
20 shows the concentration of Pd activated in the reaction by measuring the concentration of Pd participating in the actual reaction according to the reaction temperature.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments and drawings described in detail below.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims.
이하에서는, 본 발명에 따른 입도 제어가 용이한 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a fine copper powder manufacturing method for an electronic material having an easy particle size control according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 1 is a flow chart schematically showing a method for producing fine copper powder for an electronic material according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 미세 구리 분말 제조 방법은 Pd 현탁액 마련 단계(S110), Cu2O 슬러리 형성 단계(S120) 및 N2H4 이용 Cu2O 환원 단계(S130)를 포함한다.
Referring to FIG. 1, the method for preparing fine copper powder according to the present invention includes preparing a Pd suspension (S110), forming a Cu 2 O slurry (S120), and reducing a Cu 2 O using N 2 H 4 step (S130). .
Pd 현탁액 마련Raise Pd Suspension
Pd 현탁액 마련 단계(S110)에서는 구리 분말 생성 시드(seed)로서 팔라듐(Pd) 입자를 함유하는 Pd 현탁액(seed suspension)을 마련한다. In the preparing of the Pd suspension (S110), a Pd suspension containing palladium (Pd) particles as a copper powder generating seed is prepared.
Pd 입자는 구리 분말의 생성 및 성장에 대한 핵(nucleation)으로 작용한다. 구리 분말 형성시의 시드로 은(Ag)를 이용할 수도 있다. 그러나, 은의 경우 구리를 치환하는 현상이 생긴다. 이는 구리를 분말 형태로 성장시키기 보다는 구리 미세 유리입자가 생성되어 치밀한 표면을 갖는 균일한 입자를 제조할 수 없는 문제점이 있다. Pd particles act as a nucleus for the production and growth of copper powder. Silver (Ag) can also be used as a seed at the time of copper powder formation. However, in the case of silver, the phenomenon of substituting copper occurs. This is a problem that the copper fine glass particles are produced rather than growing the copper in powder form to produce a uniform particle having a dense surface.
그러나, 팔라듐(Pd)의 경우는 표면 활성이 은 보다 우수하여 이러한 촉매 반응에 따라 팔라듐 표면에 구리 입자가 생성되어 보다 큰 입자로 쉽게 성장하여 입자 및 치밀한 표면을 갖는 입자 생성이 가능하다.
However, in the case of palladium (Pd), the surface activity is better than silver, and copper particles are formed on the surface of the palladium according to the catalytic reaction, thereby easily growing into larger particles, thereby producing particles and particles having a dense surface.
이때, 팔라듐 입자는 PdCl2를 증류수에 용해시켜 이온화한 후, 환원제로서N2H4를 첨가하여 하기 반응식 1 및 하기식 2에 따른 화학반응을 통하여 얻어질 수 있다. In this case, the palladium particles may be obtained by dissolving PdCl 2 in distilled water and ionizing the same, and then adding N 2 H 4 as a reducing agent through a chemical reaction according to
반응식 1 : N2H4 + 4OH- → N2 + 4H2O + 4e- Scheme 1: N 2 H 4 + 4OH - → N 2 + 4H 2 O + 4e -
반응식 2 : Pd+2 + 2e- → Pd
Scheme 2: Pd +2 + 2e - → Pd
팔라듐 이온의 농도가 높을수록, 그 만큼 구리 분말이 생성될 수 있는 핵이 많이 존재하게 되는 것이므로, Cu2O의 환원 반응에 의한 구리 분말 생성 시간이 단축될 수 있으며, 생성되는 구리 분말의 입도 분포를 좁힐 수 있고 또한 분말의 사이즈도 감소시킬 수 있다. 다만, 팔라듐 이온의 농도가 1 x 10-4 M를 초과하는 경우, Cu2O의 환원 반응에서 팔라듐 시드에 석출되는 구리의 양이 지나치게 적어 비경제적인 문제점이 있다. Since the higher the concentration of palladium ions, the more nuclei in which the copper powder can be generated, the copper powder generation time by the reduction reaction of Cu 2 O can be shortened, and the particle size distribution of the generated copper powder Can be reduced and the size of the powder can be reduced. However, when the concentration of palladium ions exceeds 1 x 10 -4 M, the amount of copper precipitated in the palladium seed in the reduction reaction of Cu 2 O is too small, there is an uneconomical problem.
따라서, 증류수에 용해되어 있는 팔라듐 이온(Pd2+)의 농도는 1 x 10-6 M ~ 1 x 10-4 M인 것이 바람직하다. Therefore, the concentration of palladium ions (Pd 2+ ) dissolved in distilled water is preferably 1 × 10 −6 M to 1 × 10 −4 M.
한편, 팔라듐 현탁액에는 안정화제로서 Polyvinyl pyrrolidone(PVP)가 포함될수 있다. 이때, PVP의 농도는 5 g/L ~ 15 g/L인 것이 바람직하다. PVP가 5 g/L 미만의 농도를 가질 경우 팔라듐의 안정화 효과를 충분히 얻기 힘들다. 반대로, PVP의 농도가 15 g/L를 초과하는 경우 분산 효과의 과잉으로 현상이 불규칙한 입자가 생성되어 입도 제어가 어렵다.
Meanwhile, the palladium suspension may include polyvinyl pyrrolidone (PVP) as a stabilizer. At this time, the concentration of PVP is preferably 5 g / L ~ 15 g / L. If the PVP has a concentration of less than 5 g / L, it is difficult to obtain a sufficient stabilization effect of palladium. On the contrary, when the concentration of PVP exceeds 15 g / L, the particles have irregular phenomena due to the excessive dispersion effect, making it difficult to control the particle size.
CuCu 22 O 슬러리 형성O slurry formation
Cu2O 슬러리 형성 단계(S120)에서는 팔라듐 현탁액에 Cu2O를 첨가하여 Cu2O 슬러리를 형성한다. In the Cu 2 O slurry forming step (S120), Cu 2 O is added to the palladium suspension to form a Cu 2 O slurry.
팔라듐 입자 혹은 구리 분말의 분산성을 향상시키기 위하여, Cu2O 슬러리에는 분산제로서 sodium pyrophosphate (Na4O7P2)가 첨가될 수 있다. 이러한 sodium pyrophosphate는 Na4O7P2·10H2O와 같은 하이드레이트(hydrate) 형태로 공급될 수 있다. 이때, 상기 sodium pyrophosphate는 80 mg/L ~ 120 mg/L의 농도로 첨가되는 것이 바람직하다. Sodium pyrophosphate의 농도가 80 mg/L 미만일 경우 팔라듐 시드 혹은 구리 분말의 분산 효과가 불충분하다. 또한 sodium pyrophosphate의 농도가 120 mg/L를 초과하는 경우 더 이상의 분산 효과 증대없이 제조되는 구리 분말의 순도 저하를 초래할 수 있다.
In order to improve the dispersibility of the palladium particles or copper powder, sodium pyrophosphate (Na 4 O 7 P 2 ) may be added to the Cu 2 O slurry as a dispersant. The sodium pyrophosphate may be supplied in the form of a hydrate such as Na 4 O 7 P 2 · 10H 2 O. At this time, the sodium pyrophosphate is preferably added at a concentration of 80 mg / L ~ 120 mg / L. If the concentration of sodium pyrophosphate is less than 80 mg / L, the dispersion effect of palladium seed or copper powder is insufficient. In addition, when the concentration of sodium pyrophosphate exceeds 120 mg / L may lead to a reduction in the purity of the copper powder prepared without further dispersing effect.
한편, 상기 Cu2O 슬러리에서 Cu2O의 농도는 1.25 ~ 40 g/L 인 것이 바람직하다. Cu2O의 농도가 1.25 g/L 미만일 경우 활성화된 팔라듐 시드에 석출되는 Cu 분말의 양이 적어 비경제적이다. 반대로, Cu2O의 농도가 40 g/L를 초과하는 경우 입도 분포가 과다하게 넓어지며, 제조되는 구리 분말의 평균 입도 역시 과다하게 증가하는 문제점이 있다.
On the other hand, the concentration of Cu 2 O in the Cu 2 O slurry is preferably 1.25 ~ 40 g / L. When the concentration of Cu 2 O is less than 1.25 g / L, the amount of Cu powder deposited on the activated palladium seed is low, which is uneconomical. On the contrary, when the concentration of Cu 2 O exceeds 40 g / L, the particle size distribution is excessively widened, and the average particle size of the copper powder to be produced is also excessively increased.
NN 22 HH 44 이용 Cu Use Cu 22 O 환원O reduction
N2H4를 이용한 Cu2O 환원 단계(S130)에서는 Cu2O 슬러리의 Cu2O를 Cu로 환원시켜, 팔라듐 입자 상에 구리 분말을 형성한다. 이때, 환원제로 N2H4를 이용한다. 본 단계(S130)에서 환원제인 N2H4는 하이드라진 모노하이드레이트(Hydrazine monohydrate, N2H4·H2O) 형태로 공급될 수 있으며, 이는 팔라듐 현탁액 마련 단계(S110)에서도 마찬가지로 적용될 수 있다. The Cu 2 O reduction step (S130) with N 2 H 4 by reduction of Cu 2 O in the Cu 2 O slurry of Cu, to form a copper powder to the palladium particles. At this time, N 2 H 4 is used as the reducing agent. The reducing agent N 2 H 4 in this step (S130) may be supplied in the form of hydrazine monohydrate (N 2 H 4 · H 2 O), it can be applied in the palladium suspension preparation step (S110) as well.
환원제인 N2H4는 하이드라진 모노하이드레이트 형태로 반응용기에 한 방울씩 드롭하는 드롭와이즈(dropwise) 방식을 이용하여 반연속적으로 공급되는 것이 바람직하다. 실험 결과, 하이드라진 모노하이드레이트를 한번에 공급하는 배치식(batch) 방법보다 반응 중 한 방울씩 반연속적으로 공급하는 경우, 단분산된 구리 분말을 확보할 수 있었으며, 입자 사이즈도 조절하기 용이하였다. The reducing agent N 2 H 4 is preferably supplied in a semi-continuous manner using a dropwise method of dropwise dropping the reaction vessel in the form of hydrazine monohydrate. As a result of the experiment, the monodisperse copper powder could be secured and the particle size was easy to control when supplying dropwise semi-continuously during the reaction than the batch method of supplying hydrazine monohydrate at once.
한편, 하이드라진 모노하이드레이트의 주입 속도가 0.3 mL/min 미만일 경우 제조되는 구리 분말의 사이즈가 커지고, 분산성이 저하되는 문제점이 있었다. 하이드라진 모노하이드레이트의 주입 속도가 증가함에 따라 제조되는 구리 분말의 사이즈가 감소하며, 분산화도 향상되었다. 다만, 하이드라진 모노하이드레이트의 주입 속도는 10 mL/min에서 그 효과가 포하되므로, N2H4의 주입 속도는 0.3 ~ 10 mL/min 인 것이 바람직하다.
On the other hand, when the injection rate of the hydrazine monohydrate is less than 0.3 mL / min, the size of the copper powder produced is large, there was a problem that the dispersibility is lowered. As the injection rate of hydrazine monohydrate increases, the size of the copper powder produced decreases, and the dispersibility is improved. However, since the effect of the injection rate of hydrazine monohydrate is included at 10 mL / min, it is preferable that the injection rate of N 2 H 4 is 0.3 ~ 10 mL / min.
구리 분말은 하기 반응식 3 ~ 5에 따른 화학반응을 통하여 얻어질 수 있다. The copper powder may be obtained through a chemical reaction according to Schemes 3 to 5 below.
반응식 3 : N2H4 + 4H2O + 2e- → 2NH4OH + 2OH- Scheme 3: N 2 H 4 + 4H 2 O + 2e - → 2NH 4 OH + 2OH -
반응식 4 : Cu2O + 4NH4OH → 2[Cu(NH3)2]+ + 4H2O + 1/2O2 Scheme 4: Cu 2 O + 4 NH 4 OH → 2 [Cu (NH 3 ) 2 ] + + 4 H 2 O + 1 / 2O 2
반응식 5 : [Cu(NH3)2]+ + e- + 2H2O → Cu + 2NH4OH
Scheme 5 : [Cu (NH 3) 2 ] + + e - + 2H 2 O → Cu + 2NH 4 OH
반응식 4는 Cu2O에서 구리가 용해되어 구리 암모늄 착물을 형성하는 과정에 해당하고, 반응식 5는 구리 암모늄 착물이 전자에 의해 환원되어 팔라듐 시드 위에 성장하는 과정에 해당한다.
Scheme 4 corresponds to a process in which copper is dissolved in Cu 2 O to form a copper ammonium complex, and
본 발명에서 구리 분말 제조를 위한 Cu2O의 환원 반응은 50℃ ~ 80℃의 온도에서 실시되는 것이 바람직하다. 반응온도가 50℃ 미만일 경우 반응이 발생하지 않는 문제점이 있고, 반대로 반응 온도가 80℃를 초과하는 경우 분말의 입도가 증가되어 일정한 입도를 갖는 분말을 생성하기 어렵다는 문제점이 있다.In the present invention, the reduction reaction of Cu 2 O for producing copper powder is preferably carried out at a temperature of 50 ℃ to 80 ℃. If the reaction temperature is less than 50 ℃ there is a problem that the reaction does not occur, on the contrary, if the reaction temperature exceeds 80 ℃ there is a problem that it is difficult to produce a powder having a constant particle size by increasing the particle size of the powder.
또한, 본 발명에서 구리 분말 제조를 위한 Cu2O의 환원 반응은 도 12 등을 참조할 때, 최소 5분 이상 실시되는 것이 바람직하고, 다른 조건들을 고려할 때 대략 5 ~ 50분 정도 실시되는 것이 더욱 바람직하다. 반응시간이 5분 미만일 경우, Cu2O의 액상 환원반응이 불충분하여, Cu2O에서 Cu로 변화되는 양도 불충분할 수 있다.
In addition, in the present invention, the reduction reaction of Cu 2 O for the production of copper powder is preferably carried out for at least 5 minutes, referring to Figure 12, etc., more preferably about 5 to 50 minutes in consideration of other conditions. desirable. If the reaction time is less than 5 minutes, the liquid phase reduction of Cu 2 O is insufficient, and the amount of Cu 2 O to Cu change may be insufficient.
상기 도 1에 따른 제조되는 구리 분말은 구형을 가질 수 있으며, 0.1 ~ 1.0 ㎛의 평균 입도를 가질 수 있다.
The copper powder prepared according to FIG. 1 may have a spherical shape, and may have an average particle size of 0.1 μm to 1.0 μm.
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명에 따른 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법에 대하여 살펴보기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, a method of manufacturing fine copper powder for an electronic material according to the present invention will be described through a preferred embodiment of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
Details that are not described herein will be omitted since those skilled in the art can sufficiently infer technically.
실시예에서 사용된 물질은 다음과 같다. The materials used in the examples are as follows.
구리 공급원 : Copper (I) oxide(Cu2O, 순도95%, Junsei chemical Co., JapanCopper source: Copper (I) oxide (Cu 2 O, purity 95%, Junsei chemical Co., Japan
팔라듐(Pd) : PdCl2(순도 99.99 %, Kojima chemical reagents Inc., Japan.)를 증류수에 용해시켜 사용. Palladium (Pd): PdCl 2 (purity 99.99%, Kojima chemical reagents Inc., Japan.) Dissolved in distilled water and used.
환원제 : N2H4.H2O, 순도 80 %, DC chemical Co., Korea) Reducing Agent: N 2 H 4 .H 2 O,
안정화제 : PVP k-30 (C6H6NO)n 12~13 %, Junsei Chemical Co., JapanStabilizer: PVP k-30 (C 6 H 6 NO) n 12 ~ 13%, Junsei Chemical Co., Japan
분산제 : Na4O7P2·10H2O 99 %, Junsei Chemical Co., Japan Dispersant: Na 4 O 7 P 2 · 10H 2 O 99%, Junsei Chemical Co., Japan
모든 시약들은 탈이온수에 용해하여 실험에 이용하였으며 Cu 분말 합성 후 탈이온수 및 에탄올을 사용하여 3회 세척하여 물리화학적 분석을 행하여 특성을 조사하였다.
All the reagents were dissolved in deionized water and used in the experiment. After the synthesis of Cu powder, washing was performed three times using deionized water and ethanol to investigate their properties.
CuCu 22 O 및 Cu(OH)O and Cu (OH) 22 의 증류수 용해도 및 표면적Distilled water solubility and surface area
하기 표 1에 Cu2O 및 Cu(OH)2의 증류수 용해도 및 표면적을 나타내었다. Table 1 shows the solubility and surface area of distilled water of Cu 2 O and Cu (OH) 2 .
[표 1][Table 1]
표 1을 참조하면, Cu2O 및 Cu(OH)2의 증류수 용해도는 CuSO4에 비하여 매우 낮은 것을 알 수 있다. 이를 통하여, 구리산화물 슬러리를 이용하여 구리분말을 제조시에는 용해되는 구리이온의 용해도가 작기 때문에 반응 중에 구리분말의 응집을 방지하고 단분산을 증가시킬 수 있다는 것을 유추할 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen that the solubility of distilled water of Cu 2 O and Cu (OH) 2 is very low compared to CuSO 4 . Through this, it can be inferred that when the copper powder is prepared using the copper oxide slurry, since the solubility of the copper ions dissolved is small, it is possible to prevent aggregation of the copper powder and increase monodispersion during the reaction.
다만, 표 1을 참조하면, Cu(OH)2의 비표면적이 Cu2O에 비하여 10배 이상 크다는 것을 알 수 있다. Cu(OH)2의 경우 금속 분말 제조시에 비표면적이 넓어 용해되는 이온의 양이 증가한다. 따라서, 구리 이온의 용해도를 낮추기 위해서는 Cu2O를 이용하는 것이 더 바람직하다.
However, referring to Table 1, it can be seen that the specific surface area of Cu (OH) 2 is 10 times or more larger than that of Cu 2 O. In the case of Cu (OH) 2 , the specific surface area of the metal powder is increased to increase the amount of dissolved ions. Therefore, in order to lower the solubility of the copper ions, it is more preferable to use a Cu 2 O.
CuCu 22 O 농도의 영향Effect of O Concentration
도 2 내지 도 8은 Cu2O 농도에 따른 제조된 구리 분말의 SEM 결과를 나타낸 것이고, 도 9는 Cu2O 농도에 따른 반응 시간을 나타낸 것이다. 2 to 8 show SEM results of the prepared copper powder according to the Cu 2 O concentration, and FIG. 9 shows the reaction time according to the Cu 2 O concentration.
실험은 Pd2+ 농도 11.5x10-6 M, 온도 60℃, PVP 농도 10 g/L, N2H4 0.6 mL/min 및 Na4O7P2 99 mg/L의 실험 조건에서 Cu2O 농도를 2.5 ~ 40 g/L로 변화시키면서 제조된 구리 분말의 SEM 결과 및 입자크기와 반응소요시간을 측정하였다. Experiments Pd 2+ concentration 11.5x10 -6 M,
도 2 내지 도 8을 참조하면, 전체적인 반응조건에서 생성된 구리분말의 형상은 구형이며 비교적 분산화가 이루어지는 것을 확인할 수 있다. 다만, Cu2O의 농도가 1.25 g/L에서 2.5 g/L로 증가함에 따라 입자의 평균입도가 183 nm에서 178 nm로 감소하지만 2.5 g/L에서 40 g/L까지 증가함에 따라 입자크기는 354 nm로 증가한다. 이는 구리의 전구체인 구리 암모늄 착물의 농도가 증가하기 때문으로 보인다. 2 to 8, it can be seen that the shape of the copper powder produced under the overall reaction conditions is spherical and relatively dispersed. However, as the concentration of Cu 2 O increases from 1.25 g / L to 2.5 g / L, the average particle size decreases from 183 nm to 178 nm, but the particle size increases from 2.5 g / L to 40 g / L. Increases to 354 nm. This seems to be due to an increase in the concentration of copper ammonium complexes, which are precursors of copper.
도 9를 참조하면, Cu2O농도 변화에 따라 입자크기는 초기에 약간 감소 후 계속적으로 증가하나 반응 소요시간은 초기 약간 증가 후 증가율이 둔화되고 있다. 이는 Cu2O의 농도가 증가함에 따라 반응에 참여하는 Cu의 용해도가 증가하여 활성화된 Pd에 그 석출량이 증가하기 때문이다. Referring to FIG. 9, as the Cu 2 O concentration changes, the particle size gradually decreases initially and then continuously increases, but the reaction time is slowed after the initial increase slightly. This is because, as the concentration of Cu 2 O increases, the solubility of Cu participating in the reaction increases, and the amount of precipitation of the activated Pd increases.
도 10은 Cu2O의 농도에 따라 반응에 참여한 Pd 농도를 측정하여 반응에 활성화된 Pd의 함량을 나타낸 것이다. 10 shows the content of Pd activated in the reaction by measuring the concentration of Pd participating in the reaction according to the concentration of Cu 2 O.
도 10을 참조하면, 활성화된 Pd의 함량은 Cu2O의 농도 1.25 g/L의 경우 14 % Pd 함량이 나타나고 있으며 Cu2O 농도가 2.5, 5, 10, 20, 30 및 40 g/L으로 변화할 때 활성화된 Pd 함량은 28, 47, 55, 72, 81 및 86 %로 변화되는 것을 알 수 있다. 10, the content of the active Pd appears the 14% Pd content, if the concentration of 1.25 g / L of Cu 2 O and the Cu 2 O concentration of 2.5, 5, 10, 20, 30 and 40 g / L It can be seen that the activated Pd content changes to 28, 47, 55, 72, 81 and 86% when changed.
즉, Cu2O 농도가 10 g/L 까지는 활성화된 Pd의 함량이 급격히 증가하나, 그 이후에는 증가율이 둔화됨을 알 수 있다. 이는 용해되는 Cu의 농도가 증가함으로 초기 Cu2O 농도에서는 활성화된 Pd에 석출이 되어 평균 입도가 감소하나 Cu2O 농도가 증가함에 따라 활성화된 Pd가 부족하여 입도분포가 불균일하게 되는 것으로 보인다. That is, it can be seen that the content of activated Pd increases rapidly until the Cu 2 O concentration is 10 g / L, but the rate of increase slows down thereafter. As the concentration of dissolved Cu increases, the initial Cu 2 O concentration precipitates in activated Pd, and the average particle size decreases. However, as the concentration of Cu 2 O increases, the particle size distribution appears to be unstable due to insufficient activated Pd.
도 11은 Cu2O 변화에 따른 제조되는 구리 분말의 평균 입도 분포를 나타낸 것이다. Figure 11 shows the average particle size distribution of the copper powder prepared according to the Cu 2 O change.
도 11을 참조하면, Cu2O의 농도가 증가함에 따라 입도분포가 좁아지며 40 g/L에서는 입도분포가 넓어지고 있다. 이는 Cu의 용해도가 증가함에 따라 입자의 성장과 입도의 불균일성이 나타나기 때문이다.
Referring to FIG. 11, as the concentration of Cu 2 O increases, the particle size distribution is narrowed, and the particle size distribution is widened at 40 g / L. This is because non-uniformity of particle growth and particle size appears as the solubility of Cu increases.
반응 시간의 영향 Influence of reaction time
도 12는 반응 시간에 따른 반응 생성물의 X선 회절 패턴을 나타낸 것이다. Figure 12 shows the X-ray diffraction pattern of the reaction product with the reaction time.
실험 조건은 Pd+2 57.5x10-6 M, PVP 10 g/L, Cu2O 10g/L, 반응온도 60℃, N2H4 0.6 ml/min, Na4O7P2 99 mg/L이었으며, 반응시간 0분 경과, 5분 경과, 10분 경과 및 20분 경과후 반응 생성물의 XRD 결과를 나타내었다. Experimental conditions were Pd +2 57.5x10 -6 M,
도 12를 참조하면, 반응시간 10분까지는 Cu2O의 피크가 보이나 20분 이후에는 Cu의 결정상만 존재하는 것을 알 수 있다. XRD 결과에서 반응시간 전체에 Cu2O 및 Cu 피크만 보이는 것으로 보아 본 반응에서 Cu2O가 Cu로 직접 변환되는 것으로 보인다. Cu2O의 낮은 용해도에도 불구하고 Cu 분말 생성 반응은 용해, 환원, 핵생성 및 핵성장의 일반적인 결정성장의 단계로 변환되는 것을 볼 수 있다.
Referring to FIG. 12, it can be seen that a peak of Cu 2 O is visible until 10 minutes of reaction time, but only a crystal phase of Cu is present after 20 minutes. The XRD results show that only Cu 2 O and Cu peaks are seen throughout the reaction time, indicating that Cu 2 O is directly converted to Cu in this reaction. In spite of the low solubility of Cu 2 O, it can be seen that the Cu powder formation reaction is converted to the normal crystal growth phases of dissolution, reduction, nucleation and nucleation.
반응 온도의 영향 Influence of reaction temperature
Cu2O 슬러리로부터 Cu 분말을 제조하기 위한 반응온도의 영향을 조사하였다. 실험을 위하여, Pd2+ 농도 11.5x10-6 M, PVP 농도 10 g/L, Cu2O 농도 10 g/L, N2H4 0.6 mL/min 및 Na4O7P2 99 mg/L의 실험 조건을 이용하고, 반응 온도를 40 ~ 80℃로 변화시켰다.The effect of reaction temperature for preparing Cu powder from Cu 2 O slurry was investigated. For the experiment, Pd 2+ concentration 11.5 × 10 −6 M,
도 13 내지 도 17은 반응 온도를 40 ~ 80℃로 변화시켜 생성된 구리 분말의 SEM 결과를 나타낸 것이다. 13 to 17 show SEM results of the copper powder produced by changing the reaction temperature to 40 ~ 80 ℃.
도 13 내지 도 17을 참조하면, 반응온도가 증가함에 따라 입자의 형상은 구형화되고, 분산도 역시 증가하며 입자크기도 감소함을 확인할 수 있다. 13 to 17, it can be seen that as the reaction temperature increases, the shape of the particles becomes spherical, the dispersion degree also increases, and the particle size decreases.
도 18은 반응 온도에 따른 입자 크기와 반응에 소요된 시간을 나타낸 것이다. 18 shows particle size and time taken for the reaction according to the reaction temperature.
도 18을 참조하면, 반응온도가 40℃에서 80℃로 증가함에 따라 반응 생성물의 평균 입도가 425nm에서 150nm정도로 감소하는 것으로 보인다. 전체적인 반응온도 조건에서 입자크기는 직선적으로 감소하며 50 ℃ 이상에서는 감소율이 둔화되는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 18, as the reaction temperature increases from 40 ° C. to 80 ° C., the average particle size of the reaction product appears to decrease from 425 nm to 150 nm. It can be seen that the particle size decreases linearly at the overall reaction temperature and the rate of decrease decreases above 50 ° C.
또한, 도 18을 참조하면, 반응 종료까지 소요되는 시간 역시 온도 증가에 따라 직선적으로 감소되고 있음을 볼 수 있다. 이는 온도증가에 따라 Cu2O로부터 용해되는 Cu의 양이 증가하고, 용해된 Cu가 시드인 Pd에 급격히 석출되기 때문인 것으로 보인다. In addition, referring to Figure 18, it can be seen that the time required to complete the reaction is also decreasing linearly with increasing temperature. This seems to be because the amount of Cu dissolved from Cu 2 O increases with increasing temperature, and the dissolved Cu rapidly precipitates in the seed Pd.
도 19는 반응 온도에 따른 입도분포의 변화를 나타낸 것이다. Figure 19 shows the change in particle size distribution with the reaction temperature.
도 19를 참조하면, 온도가 증가함에 따라 입도 분포는 bi-modal에서 mono-modal로 변화하는 것을 알 수 있다. 이는 반응 온도가 증가할 수록 시드로 작용하는Pd의 활성화 정도가 증가하고 이에 따라, 입도 분포가 mono-modal로 좁아지는 것으로 볼 수 있다. Referring to FIG. 19, it can be seen that the particle size distribution changes from bi-modal to mono-modal as the temperature increases. It can be seen that as the reaction temperature increases, the degree of activation of Pd, which acts as a seed, increases and, accordingly, the particle size distribution narrows to mono-modal.
도 20은 반응 온도에 따라 실제 반응에 참여한 Pd 농도를 측정하여, 반응에 활성화된 Pd의 농도를 나타낸 것이다. 20 shows the concentration of Pd activated in the reaction by measuring the concentration of Pd participating in the actual reaction according to the reaction temperature.
도 20을 참조하면, 반응 온도가 증가함에 따라 활성화된 Pd의 농도 역시 증가되는 것을 볼 수 있다. 즉, 반응에 참여하는 Pd의 양이 증가함에 따라, 입자 크기가 감소하고 입도분포가 mono-modal로 변화하는 것으로 볼 수 있다.
Referring to FIG. 20, it can be seen that the concentration of activated Pd also increases as the reaction temperature increases. In other words, as the amount of Pd participating in the reaction increases, the particle size decreases and the particle size distribution changes to mono-modal.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
S110 : 팔라듐 현탁액 마련 단계
S120 : Cu2O 슬러리 형성 단계
S130 : N2H4 이용 Cu2O 환원 단계S110: preparing the palladium suspension
S120: Cu 2 O slurry formation step
S130: Cu 2 O reduction step using N 2 H 4
Claims (10)
(b) 상기 Pd 현탁액에 Cu2O를 첨가하여, Cu2O의 농도가 1.25 ~ 40 g/L인 Cu2O 슬러리를 형성하는 단계; 및
(c) 상기 Cu2O 슬러리에 환원제로 N2H4를 공급하여 상기 Cu2O 슬러리에 포함된 Cu2O를 Cu로 환원시켜, 상기 Pd 입자 상에 Cu 분말을 성장시키는 단계;를 포함하며,
(c) 상기 Cu2O 슬러리에 환원제로 N2H4를 공급하여 상기 Cu2O 슬러리에 포함된 Cu2O를 Cu로 환원시켜, 상기 Pd 입자 상에 Cu 분말을 성장시키는 단계;를 포함하며,
상기 N2H4는 드롭와이즈(dropwise) 방식을 이용하여 반연속적으로 0.3 ~ 10 mL/min의 속도로 공급되는 것을 특징으로 하는 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법.
(a) preparing a Pd suspension containing palladium (Pd) particles as a seed;
(b) adding Cu 2 O to the Pd suspension to form a Cu 2 O slurry having a concentration of Cu 2 O of 1.25-40 g / L; And
(c) supplying N 2 H 4 to the Cu 2 O slurry as a reducing agent to reduce Cu 2 O contained in the Cu 2 O slurry to Cu to grow Cu powder on the Pd particles; and ,
(c) supplying N 2 H 4 to the Cu 2 O slurry as a reducing agent to reduce Cu 2 O contained in the Cu 2 O slurry to Cu to grow Cu powder on the Pd particles; and ,
The N 2 H 4 is a fine copper powder manufacturing method for an electronic material, characterized in that supplied in a rate of 0.3 ~ 10 mL / min semi-continuously using a dropwise (dropwise) method.
상기 N2H4는
하이드라진 모노하이드레이트(Hydrazine monohydrate) 형태로 공급되는 것을 특징으로 하는 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
N 2 H 4 is
Method for producing a fine copper powder for electronic materials, characterized in that supplied in the form of hydrazine monohydrate (Hydrazine monohydrate).
상기 팔라듐 현탁액은
PdCl2를 증류수에 용해시켜 이온화한 후, N2H4를 첨가하여 하기 반응식 1 및 하기식 2에 따른 화학반응을 통하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법.
반응식 1 : N2H4 + 4OH- → N2 + 4H2O + 4e-
반응식 2 : Pd+2 + 2e- → Pd
The method of claim 1,
The palladium suspension is
PdCl 2 is dissolved in distilled water and ionized, and then N 2 H 4 is added to obtain a fine copper powder for an electronic material, characterized in that obtained through the chemical reaction according to Schemes 1 and 2.
Scheme 1: N 2 H 4 + 4OH - → N 2 + 4H 2 O + 4e -
Scheme 2: Pd +2 + 2e - → Pd
상기 구리 분말은
하기 반응식 3 ~ 5에 따른 반응을 통하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법.
반응식 3 : N2H4 + 4H2O + 2e- → 2NH4OH + 2OH-
반응식 4 : Cu2O + 4NH4OH → 2[Cu(NH3)2]+ + 4H2O + 1/2O2
반응식 5 : [Cu(NH3)2]+ + e- + 2H2O → Cu + 2NH4OH
The method of claim 5,
The copper powder is
Method for producing a fine copper powder for an electronic material, characterized in that obtained through the reaction according to Schemes 3 to 5.
Scheme 3: N 2 H 4 + 4H 2 O + 2e - → 2NH 4 OH + 2OH -
Scheme 4: Cu 2 O + 4 NH 4 OH → 2 [Cu (NH 3 ) 2 ] + + 4 H 2 O + 1 / 2O 2
Scheme 5 : [Cu (NH 3) 2 ] + + e - + 2H 2 O → Cu + 2NH 4 OH
상기 증류수에 용해되는 팔라듐 이온(Pd2+)의 농도는
1 x 10-6 M ~ 1 x 10-4 M인 것을 특징으로 하는 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법.
The method of claim 5,
The concentration of palladium ions (Pd 2+ ) dissolved in the distilled water is
1 x 10 -6 M to 1 x 10 -4 M, characterized in that the fine copper powder manufacturing method for electronic materials.
상기 팔라듐 현탁액에는
Polyvinyl pyrrolidone(PVP)가 50 ~ 150 g/L의 농도로 첨가되는 것을 특징으로 하는 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
The palladium suspension
Polyvinyl pyrrolidone (PVP) is a method for producing fine copper powder for electronic materials, characterized in that added at a concentration of 50 ~ 150 g / L.
상기 Cu2O 슬러리에는
sodium pyrophosphate가 80 ~ 120 mg/L의 농도로 첨가되는 것을 특징으로 하는 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
The Cu 2 O slurry
Method for producing fine copper powder for electronic materials, characterized in that sodium pyrophosphate is added at a concentration of 80 ~ 120 mg / L.
상기 (c) 단계는
50℃ ~ 80℃의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 전자소재용 미세 구리 분말 제조 방법. The method of claim 1,
The step (c)
Method for producing fine copper powder for electronic materials, characterized in that carried out at a temperature of 50 ℃ to 80 ℃.
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