专利名称：铜粉、铜膏以及用于制备铜粉的方法
技术领域：
本发明涉及铜粉、铜膏(copper paste)以及用于制备铜粉的方法。
背景技术：
铜具有类似于银的比电阻值，但是其材料成本远低于银，从而使得目前将铜用于大多数电子元件的电线(布线，electric wiring)中。在使用铜粉形成铜膏的情况中，铜粉自然氧化或者在烧结处理期间的加热处理时铜粉氧化等，使得其导电性劣化。同时，已经提出了使用纳米尺寸的铜颗粒形成膏和使用所述膏形成导电图案的技术。作为实例，专利文献I公开了其中在约350° C下对包含纳米尺寸的铜颗粒的膏进行烧结以形成铜金属线的技术。通常，随着烧结温度升高，加剧了金属的氧化，使得导电性降低。为了克服在上述高温烧结处理时的导电性降低，专利文献2公开了一种利用银涂覆铜颗粒的表面，从而降低铜颗粒的烧结温度的技术。然而，增加了额外的制备涂覆的银的工艺，并且增加了材料成本。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种铜粉，所述铜粉能够进行低温烧结处理并在所述烧结处理之后具有提高的导电性。本发明的另一个目的是提供一种用于制备所述铜粉的方法。本发明的另一个目的是提供一种包含所述铜粉的铜膏。根据本发明的示例性实施方式，提供了一种铜粉，包含:铜颗粒和在所述铜颗粒的表面上形成的氧化亚铜膜(cuprous oxide film)。所述铜粉可具有0.1至10 μ m的直径，并且基于所述铜粉的重量，所述氧化亚铜膜可具有5至20wt%的重量。所述氧化亚铜膜的厚度可以为所述铜粉直径的2%至10%。根据本发明的示例性实施方式，提供一种密封所述铜颗粒的整个表面以便将所述铜颗粒与外部空气隔绝的氧化亚铜膜。根据本发明的一个示例性实施方式，提供了一种铜膏，包含:在铜颗粒的表面上形成有氧化亚铜膜的铜粉、粘合剂和溶剂。根据本发明的另一个示例性实施方式，提供了一种用于制备铜粉的方法，所述方法包括:通过将铜颗粒放入碱性水溶液(aqueous alkaline solution)中接着进行搅拌来制备第一溶液；通过将脂肪酸放入所述第一溶液中来制备第二溶液；以及通过将所述铜颗粒从所述第二溶液中分离并提纯，然后将所述铜颗粒在空气中静置而在所述铜颗粒的每一个的表面上形成氧化亚铜膜。所述铜粉可具有0.1至10 μ m的直径。另外，基于所述铜粉的重量，所述氧化亚铜膜可具有5至20wt%的重量。另外，在形成所述氧化亚铜膜时，所述氧化亚铜膜的厚度可以为所述铜粉直径的2% 至 10% ο根据本发明的还另一个示例性实施方式，提供了一种用于制备铜粉的方法，所述方法包括:通过将铜颗粒放入碱性水溶液中接着进行搅拌来制备第一溶液；通过将脂肪酸放入所述第一溶液中来制备第二溶液；以及通过将所述铜颗粒从所述第二溶液中分离并提纯，然后将所述铜颗粒在空气中静置而形成密封所述铜颗粒的每一个的整个表面以便将所述铜颗粒与外部空气(external air)隔绝(阻隔，block)的氧化亚铜膜。
图1是示意性示出根据本发明示例性实施方式的铜粉的横截面结构的视图；图2是示出根据本发明示例性实施方式的铜粉的X射线衍射图的视图；图3是示出在对根据本发明示例性实施方式的铜粉进行加热时伴随温度的重量变化的视图；和图4是示出用于制备根据本发明示例性实施方式的铜粉的方法的流程图。
具体实施例方式根据参考附图的实施方式的下列说明，本发明及其实现方法的各种优势和特征将变得显而易见。然而，本发明可以以许多不同的形式进行修改，并且其不应被限制为本文中提出的实施方式。可以提供这些实施方式使得本发明的公开内容是彻底和完整的，并将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。整个说明书中相同的附图标记表示相同的要素。本说明书中所用的术语用于解释实施方式而不是限制本发明。除非明确说明与此相反，否则在本说明书中的单数形式包含了复数形式。措词“包含”及变体诸如“包括”或“含有”应被理解为意指包含所述成分、步骤、操作和/或要素，但是不排除任何其他成分、步骤、操作和/或要素。在下文中，将参考附图对本发明的示例性实施方式的构造和作用效果进行更详细的说明。图1是示意性示出根据本发明示例性实施方式的铜粉的横截面结构的视图。参考图1，根据本发明示例性实施方式的铜粉100可包含在铜颗粒110的表面上形成且由氧化亚铜(Cu2O)制成的氧化亚铜膜120。在这种情况下，氧化亚铜膜120优选将铜颗粒的每一个的整个表面密封，从而将铜颗粒与外部空气隔绝。同时，铜粉可具有0.1至ΙΟμπι的直径。当其直径过小时，所有铜粉都变得被氧化。当其直径过大时，表面处理效果不充分，从而使得在上述范围内的直径是优选的。另外，基于铜粉的重量，氧化亚铜膜可具有5至20wt%的重量。当氧化亚铜膜的含量过小时，表面处理效果不充分。当其含量过大时,在再还原(re-reduction)方面具有问题,从而使得在上述范围内的含量是优选的。通常，在将铜颗粒原样在空气中静置的情况下，空气中的氧与铜颗粒的表面反应，使得铜颗粒被连续氧化。在这种自然氧化的情况下，相对缓慢地形成氧化膜。由此形成的氧化膜具有大密度和紧密的结构，使得在对铜粉进行烧制时，氧化膜不会被快速还原且残留在铜颗粒的表面上，从而增大了通过烧制处理形成的导电图案的电阻。然而，根据本发明示例性实施方式的铜粉100包含在铜颗粒110的表面上形成的氧化亚铜膜120。与自然形成的氧化膜相比,氧化亚铜膜120具有小密度和松散的结构,使得在烧制处理期间其可以快速地被还原，从而使得可以进行低温烧制处理。另外，氧化亚铜膜120用于隔绝空气中的氧，使得铜颗粒110的整个表面不怎么与空气中的氧反应，从而使得可以防止或减少铜粉的另外的自然氧化。图2是示出根据本发明示例性实施方式的铜粉的X射线衍射图的视图。参考图2，当对根据本发明示例性实施方式的铜粉的X射线衍射图进行分析时，可以理解，一起示出了铜(mCu4-长)的结晶峰和氧化亚铜(Cu2O)的结晶峰(111，200，220 )。因此，通过处理铜粉的表面而在铜粉中形成了氧化亚铜(Cu2O )膜。图3是示出在对根据本发明示例性实施方式的铜粉进行加热时伴随温度的重量变化的视图。参考图3，根据本发明示例性实施方式的铜粉的重量在约210° C之前降低，且之后，其重量再次增加。在加热开始时，铜粉表面的氧化亚铜膜被还原，使得铜粉的重量下降。当将温度升高至超过约210° C时，氧化亚铜膜被完全还原且然后其再次被氧化，使得其重量增加。因此，如图3中所示，确认了重量变化。S卩，当将由根据本发明示例性实施方式的铜粉制成的铜膏印刷为导电图案并然后对其进行烧制时，铜粉表面的所有氧化亚铜膜在约210° C下都被还原以在铜颗粒之间连接，从而形成导电图案，由此使得与现有技术相比，导电图案的电阻率可以显著地降低。在如上所述形成导电图案之后，尽管其再次被氧化，但是仅导电图案的外部表面被氧化，使得其电阻率未升高。图4是示出用于制备根据本发明实施方式的铜粉的方法的流程图。参考图4，用于制备根据本发明示例性实施方式的铜粉的方法可以包括:通过将铜颗粒放入碱性水溶液中接着进行搅拌来制备第一溶液(S100);通过将脂肪酸放入所述第一溶液中来制备第二溶液(SllO);以及通过将所述铜颗粒从所述第二溶液中分离并提纯，然后将所述铜颗粒在空气中静置而在所述铜颗粒的每一个的表面上形成氧化亚铜膜(S120)。首先，当将铜颗粒放入碱性水溶液中并进行搅拌时，铜颗粒的表面具有碱性，使得可以在良好分散的同时对铜颗粒进行搅拌(S100 )。然后，当将脂肪酸放入其中铜颗粒良好分散的溶液中时，在水溶液中在铜颗粒的每一个的表面上，粘附于铜颗粒的表面的一种表面缺陷(缺陷，defector)(例如，-OH或-O)和来自脂肪酸的一些成分(例如CO2H)相互结合,从而导致铜颗粒凝聚(coagulation)(SllO)0在这种情况下，可以将甲酸、乙酸、丁酸、辛酸、十二烷酸、十八烷酸、油酸等用作脂肪酸。然后，当分离和提纯铜颗粒并然后将它们在空气中静置时，进行表面氧化而在其表面上形成氧化亚铜膜(S120)。如上所述的表面缺陷(缺陷,defector)快速地用于使空气中的氧与铜颗粒的表面反应，从而形成氧化亚铜膜。同时，为了使氧化亚铜膜防止铜颗粒的自然氧化并且在烧制时，将其顺利地还原以形成导电图案，氧化亚铜与铜粉的重量比，氧化亚铜膜的厚度、平均密度等需要在如上所述的合适范围内实施。因此，为了使得基于铜粉的重量氧化亚铜膜具有5至20wt%的重量，需要在50° C以下的温度下进行置换反应，并且还需要在室温下进行干燥。另外，在形成氧化亚铜膜时，需要氧化亚铜膜的厚度为铜粉直径的2%至10%。同时，可以通过在铜粉中混入粘合剂、溶剂和添加剂来制备铜膏。〈实验例1>通过将根据本发明示例性实施方式的铜粉与粘合剂、溶剂和添加剂混合而制备铜膏。进行使用制备的铜膏的丝网印刷工艺以在透明导电氧化物(TCO)层上印刷具有ΙΟΟμπι线宽度和6cm线长度的导电图案，接着在氮气氛和还原气氛下在200° C下烧结I小时，然后测量其电阻。[表 I]
权利要求
1.一种铜粉,包含: 铜颗粒和在所述铜颗粒的表面上形成的氧化亚铜膜。
2.根据权利要求1所述的铜粉，其中，所述铜粉具有0.1至10 μ m的直径，并且 基于所述铜粉的重量，所述氧化亚铜膜具有5至20wt%的重量。
3.根据权利要求1所述的铜粉，其中，所述氧化亚铜膜的厚度为所述铜粉直径的2%至10%。
4.一种铜粉,包含: 密封铜颗粒的整个表面以便将所述铜颗粒与外部空气隔绝的氧化亚铜膜。
5.一种铜膏，包含: 在铜颗粒的表面上形成有氧化亚铜膜的铜粉、粘合剂和溶剂。
6.一种用于制备铜粉的方法，包括: 通过将铜颗粒放入碱性水溶液中接着进行搅拌来制备第一溶液； 通过将脂肪酸放入所述第一溶液中来制备第二溶液；以及 通过将所述铜颗粒从所述第二溶液中分离并提纯，然后将所述铜颗粒在空气中静置而在所述铜颗粒的每一个的表面上形成氧化亚铜膜。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述铜粉具有0.1至10 μ m的直径。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，基于所述铜粉的重量，所述氧化亚铜膜具有5至20wt%的重量。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在形成所述氧化亚铜膜时，所述氧化亚铜膜的厚度为所述铜粉直径的2%至10%。
10.一种制备铜粉的方法，包括: 通过将铜颗粒放入碱性水溶液中接着进行搅拌来制备第一溶液； 通过将脂肪酸放入所述第一溶液中来制备第二溶液；以及 通过将所述铜颗粒从所述第二溶液中分离并提纯，然后将所述铜颗粒在空气中静置而形成密封所述铜颗粒的每一个的整个表面以便将所述铜颗粒与外部空气隔绝的氧化亚铜膜。
全文摘要
本发明公开了铜粉、铜膏以及用于制备铜粉的方法。所述铜粉包含铜颗粒和在所述铜颗粒的表面上形成的氧化亚铜膜。所述铜粉在该铜粉的表面上设置有具有松散结构的氧化亚铜膜，由此防止所述铜颗粒被自然氧化，使得可以进行低温烧制处理并具有提高的导电性。
文档编号B22F1/02GK103182504SQ201210581220
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者李贵钟, 李永日, 权志汉, 金东勋 申请人:三星电机株式会社