製造超細金屬粉末的方法和由其製造的超細金屬粉末的製作方法

2023-09-23 14:41:40

專利名稱：製造超細金屬粉末的方法和由其製造的超細金屬粉末的製作方法
技術領域：
本發明涉及超細金屬粉末及其製造方法，更特別地，涉及用於MLCC用電極等的超細金屬粉末及其製造方法。
背景技術：
隨著多功能電子產品的增加和可攜式電子裝置的傳播的增長，裝配這些電子裝置的部件在保持多功能性的同時得以小型化。例如，積極地開展小、薄且大容量的多層陶瓷電容器(MLCC)的開發，所述多層陶瓷電容器是電子產品內的主要部件。為了增加具有預定厚度的晶片產品的容量，需要增加介電陶瓷材料的介電常數， 或者在相同材料的情況下通過薄化介電層和電極層而增加相同晶片產品中的電極層數。為此目的，最近已經開發了厚度為Iym以下的陶瓷生片，且相應地增加了對薄電極層的需求。為了製造薄電極層，需要製造形成電極層的電極粉末使得具有超細粉末粒子。在相關領域中，為了製造超細金屬粉末，主要使用機械粉碎粉末粒子的物理方法。然而，物理方法在超細金屬粉末的製造中有局限。

發明內容
本發明的一個方面提供了能夠容易地製造用於MLCC用電極等的超細金屬粉末的製造超細金屬粉末的方法和由其製造的超細金屬粉末。按照本發明的一個方面，提供了製造超細金屬粉末的方法，所述方法包括準備其中形成了圖案的母模(master mold)；通過對所述圖案塗布聚合物材料而形成犧牲層；在所述犧牲層上形成金屬層；以及通過除去所述犧牲層並將所述金屬層與所述母模分離而形成單獨的超細金屬粉末。所述分離可以包括通過使用溶解所述犧牲層的溶劑而除去犧牲層。所述分離可以包括通過對浸入到所述溶劑中的所述犧牲層施加超聲波而除去犧牲層。所述聚合物材料可以是乙基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或聚乙烯醇(PVA)。所述犧牲層的形成可以包括製備溶解了所述聚合物材料的聚合物溶液；以及對所述犧牲層塗布所述聚合物溶液。所述聚合物材料可以是乙基纖維素，且所述聚合物溶液的分子量可以為 40，000 200，000。所述聚合物材料可以是聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，且所述聚合物溶液的分子量可以
3為 200，000 400，000。所述聚合物材料的塗布可以通過噴塗法、轉移塗布法(tranferapplying method) 或接觸塗布法來進行。所述金屬層的形成可以通過濺射法、電鑄法、熱蒸發法或電子束蒸發法來進行。所形成的犧牲層的厚度可以為0. 1 2μπι。所形成的犧牲層的厚度相對於所述超細金屬粉末的直徑可以為 20%。所述超細金屬粉末的寬度/厚度之比可以為10 200。所述超細金屬粉末可以是鎳(Ni)粉。可以將所述圖案形成為具有其中突起和凹槽交替布置的格子形狀。所述超細金屬粉末可以由上述製造超細金屬粉末的方法中的任一種製造。


從連同附圖進行的下列詳細說明中，將更清楚地理解本發明的上述和其它方面、 特徵和其它優點，其中圖1是示意性地示出本發明例示性實施方案的超細金屬粉末的透視圖；圖2是本發明例示性實施方案的超細金屬粉末的照片；圖3Α 3D是各自示出按照本發明例示性實施方案的工藝順序製造超細金屬粉末的方法的圖；圖4Α是示出本發明例示性實施方案在母模中形成的圖案平面的照片；圖4Β是沿圖4Α中所示的母模的線A-A'拍攝的橫截面照片；圖5是本發明例示性實施方案的其中在母模圖案上形成犧牲層的狀態的照片；圖6是示出本發明例示性實施方案的製造超細金屬粉末的方法的流程圖。
具體實施例方式現在將參考附圖詳細描述本發明的例示性實施方案。然而本發明可以以許多不同的形式來實施且不應當被理解為限於本文中陳述的實施方案。相反，提供了這些實施方案， 使得本公開內容將是徹底而完整的，且將向本領域的技術人員充分傳達本發明的範圍。在附圖中，為了清晰可以放大形狀和尺寸，且自始至終將使用相同的附圖標記標出相同或相似部件。在下文中，將參考附圖詳細描述本發明的例示性實施方案。此時，應當注意，在理解附圖時相似的附圖標記表示相似的部件。此外，為了避免不必要地模糊本發明的主題，將取消與眾所周知的功能或構造相關的詳細說明。基於相同原因，應當注意，在附圖中示出的一些部件被放大、省略或示意性地圖解說明，且各部件的尺寸並不精確地反映其實際尺寸。在下文中，將參考附圖詳細描述本發明的例示性實施方案。圖1是示意性地示出本發明例示性實施方案的超細金屬粉末的透視圖，且圖2是本發明例示性實施方案的超細金屬粉末的照片。參考圖1和2，將本發明例示性實施方案的超細金屬粉末32形成為具有各自為薄片狀的粒子。圖1和2都示出了其中將超細金屬粉末32形成為具有長方形薄片形狀的情況，但是本發明的例示性實施方案不限於此。因此，必要時，超細金屬粉末32可以以各種形狀形成，只要可以將其形成為具有薄片形狀即可。在本發明的例示性實施方案中，超細金屬粉末32的寬度(或直徑)/厚度之比可以為10 200。此外，本發明例示性實施方案的超細金屬粉末32可以是用於製造多層陶瓷電容器(在下文中，稱為MLCC)用電極的鎳(Ni)粉。如上所述，當將超細金屬粉末32形成為具有薄片形狀時，可以均勻地形成超細金屬粉末32的尺寸或厚度，因而能夠解決超細金屬粉末32的粒子的附聚或形成附聚物。在後面要描述的製造超細金屬粉末32的方法中將對其進行詳細描述。接著，將參考例示性實施方案詳細描述本發明例示性實施方案的製造超細金屬粉末的方法。從製造超細金屬粉末的方法的下列描述中，電極粉末的構型將更加顯而易見。圖3A 3D是各自示出按照本發明例示性實施方案的工藝順序製造超細金屬粉末的方法的圖，圖6是示出本發明例示性實施方案的製造超細金屬粉末的方法的流程圖。在圖6的基礎上首先參考圖3A，本發明例示性實施方案的製造超細金屬粉末32的方法從準備其中形成了圖案12的母模(未示出)的步驟(SlO)開始。可以以圓筒形滾筒形狀來形成本發明例示性實施方案的母模，且可以沿其外圍表面形成圖案12。本發明的例示性實施方案將經由實施例來描述其中沿圓筒形滾筒形狀的母模外圍表面在貼附在母模上的基膜(base film) 10上形成圖案12的情況。在這種情況下，基膜 10可以由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)等製成，但是不限於此。在母模(即，基膜)中形成圖案12的方法可以是各種各樣的。例如，可以使用基於圖案12的形狀或尺寸使用感光樹脂的光學平版印刷(光刻)技術，且可以使用利用紫外線固化樹脂或熱固性樹脂的納米壓印平版印刷(NIL)技術。另外，本發明例示性實施方案的圖案12可以通過使用凹版印刷技術、化學蝕刻法等形成。另外，可以通過機械直接加工在母模上形成圖案12。圖4A是示出本發明例示性實施方案在母模中形成的圖案平面的照片，圖4B是沿圖4A中所示的母模的線A-A'拍攝的橫截面照片。參考圖4A和4B，以格子形狀形成本發明例示性實施方案的母模的圖案12，且對其進行構造使得突起和凹槽交替布置。隨著如上所述形成圖案12，可以通過使用所有突起的頂面和凹槽的底面來製造長方形超細金屬粉末32。此外，由於圖案12的形狀，本發明例示性實施方案的母模可以通過使用全部面積而不浪費空間來製造超細金屬粉末32。接著，如圖;3B中所示，進行在形成於母模中的圖案12上形成犧牲層20的步驟 (Sll)。圖5是本發明例示性實施方案的其中在母模圖案上形成犧牲層的狀態的照片。參考圖5，當將超細金屬粉末32與母模分離時，犧牲層20起到在保持超細金屬粉末32的形狀的同時容易將超細金屬粉末32與母模分離的作用。為此目的，本發明例示性實施方案的製造超細金屬粉末的方法使用材料容易溶於特定溶劑的犧牲層20。例如，本發明例示性實施方案的犧牲層20可以由聚合物材料製成。另外，犧牲層 20由不與超細金屬粉末32反應的材料製成。
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更詳細地，在聚合物材料中，本發明例示性實施方案的犧牲層20可以由例如乙基纖維素製成。乙基纖維素具有在許多溶劑中容易分解的特性，所述溶劑如乙醇、醇如異丙醇 (IPA)等、丙酮、酮如甲乙酮(MEK)等。另外，當形成犧牲層20時，可以使用水溶性樹脂如聚乙烯醇(PVA)等。然而，本發明的例示性實施方案不限於此，且可以使用各種聚合物材料，只要所述材料可以在溶劑中容易地分解且不與超細金屬粉末32反應即可。例如，可以使用聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚苯乙烯(PS)、丙烯酸樹脂等。或者，可以使用各種酚基樹脂如酚醛清漆樹脂。可以通過使用溶劑將溶解了聚合物材料的溶液50(在下文中，聚合物溶液)塗布至母模的圖案12來形成犧牲層20。在這種情況下，作為溶劑材料，可以使用能夠溶解聚合物材料而不使形成於基膜10上的圖案12變形的材料。另外，作為塗布聚合物溶液的方法，可以使用與聚合物溶液的物理性質或圖案12 的形狀和特性相應的塗布方法。特別地，為了在圖案12上均勻地形成犧牲層20，需要設計適當的塗布工藝並選擇聚合物溶液。例如，當聚合物溶液的粘度相對低且將母模的圖案12形成為具有細尺寸時，可以使用噴塗法作為塗布方法。在這種情況下，可以通過實驗獲得變量如尺寸、壓力、噴嘴的氣壓等的最佳數字，以及聚合物溶液的乾燥特性，以更均勻的厚度在圖案12上形成犧牲層 20。然而，本發明例示性實施方案的塗布聚合物溶液的方法不限於此，但是可以使用各種塗布方法如使用微凹版印刷工藝的轉移塗布法，使用刮條塗布機、輥子等的接觸塗布法。同時，本發明的例示性實施方案將經由實施例描述其中製造M粉作為超細金屬粉末32的情況。在這種情況下，當Ni粉的尺寸(即直徑)可以是IOym以下時，犧牲層20 的最佳厚度可以是0. 1 2μπι。當通過超細金屬粉末32的尺寸來計算犧牲層20的厚度時，可以將犧牲層20的厚度形成為相對於超細金屬粉末32的尺寸(直徑)的比率為1 20%。另外，當製造聚合物溶液時，用作犧牲層20的聚合物材料的分子量對聚合物溶液的粘度特性有影響。因此，在乙基纖維素的情況下，本發明例示性實施方案的聚合物溶液的分子量可以為約40，000 200，000，在PVB的情況下，本發明例示性實施方案的聚合物溶液的分子量可以為約200，000 400，000。然而，本發明的例示性實施方案不限於此，且考慮到塗布方法或犧牲層20的厚度，可以將聚合物溶液的濃度確定在適當水平。同時，重要的是以適當厚度在圖案12上形成本發明例示性實施方案的犧牲層20， 且可以將犧牲層20形成為比後面形成的金屬層30的厚度更厚。當將犧牲層20形成得太薄(例如，Ο. μπι以下)時，在金屬層30的分離期間難以將溶劑滲透到犧牲層20中，使得為了分離金屬層30可能要消耗相當大量的時間和精力。另一方面，當犧牲層20形成得太厚Qym以上)時，可能出現如下缺陷不均勻地形成超細金屬粉末32的形狀。接著，如圖3C中所示，進行在犧牲層20上形成金屬層30的步驟(S12)。如上所述，本發明例示性實施方案將經由實施例描述其中製造M粉作為超細金屬粉末32的情況。因此，在犧牲層20上形成鎳(Ni)層作為金屬層30。金屬層30可以通過各種蒸發法來製造。例如，可以使用電鑄法。更詳細地對此進行描述，在本發明例示性實施方案的形成金屬層30的步驟(S12)中，可以通過濺射法等在犧牲層20上形成薄金屬籽晶層，然後，可以對所述金屬籽晶層進行電鑄工藝以形成具有期望厚度的金屬層30。在其中最終形成的金屬層30的厚度是幾十μ m以上的情況下，主要使用電鑄法。 因此，可以將電鑄法用於形成尺寸厚於超細金屬粉末32或鍍層的尺寸的金屬薄片。另一方面，當形成像超細金屬粉末32 —樣具有幾十nm 幾μ m的薄厚度的金屬層30時，可以使用物理蒸發法如熱蒸發、電子束蒸發、濺射等。可以通過蒸發法將本發明例示性實施方案的金屬層30形成為具有IOnm IOOnm的厚度。然而，本發明不限於此。接著，如圖3D中所示，進行將金屬層30與母模分離的步驟(S 13)。通過除去介於母模和金屬層30之間的犧牲層20，將本發明例示性實施方案的金屬層30與母模分離。為此目的，本發明例示性實施方案的製造超細金屬粉末32的方法通過將其中疊層了犧牲層20和金屬層30的母模(master molder)(在下文中，稱為金屬結構)浸入到容易溶解犧牲層20的特定溶劑50(在下文中，稱為聚合物分解溶劑)中而除去所述犧牲層 20。例如，當將乙基纖維素用作聚合物材料時，乙基纖維素在乙醇、甲苯或其混合溶劑中表現出優異的溶解性。因此，當將金屬結構浸入到聚合物分解溶劑50中時，由乙基纖維素製成的犧牲層20容易被聚合物分解溶劑50溶解，使得將金屬層30與金屬結構分離且所述金屬層30如圖1中所示由單獨的超細金屬粉末32製成。在這種情況下，為了平穩地分離金屬層30，本發明例示性實施方案的形成超細金屬粉末的方法可以使用超聲波。即，通過對浸入到溶解犧牲層20的聚合物分解溶劑50中的金屬結構施加超聲波，可以促進犧牲層20的溶解。根據圖案12的形狀或尺寸，超聲處理可能是不必要的，但是當使用超聲波時，可以更容易將聚合物分解溶劑50滲透到犧牲層20中，使得犧牲層20的溶解速率更快。因此， 在相對短的時間內進行分離金屬層的步驟。可以由單獨設置的超聲振動器(未示出)來施加超聲波。然而，可以使用各種裝置，只要所述裝置可以對其中浸漬了聚合物分解溶劑50和金屬結構的容器施加超聲波即可。另外，為了容易地提取與金屬結構分離的超細金屬粉末32，可以另外使用磁鐵。可以多方面地使用通過上述方法製造的本發明例示性實施方案的超細金屬粉末 32。例如，通過將本發明例示性實施方案的超細金屬粉末32與樹脂粘結劑和有機溶劑混合，可以製造導電糊。在這種情況下，可以將全部都是在燒制工藝期間容易除去的有機化合物的醇酸樹脂、乙基纖維素等用作樹脂粘結劑，且可以將全部都是在對所述糊適當賦予粘性並被塗布至生片之後通過乾燥工藝容易揮發的有機化合物的松油醇、丁基卡必醇乙酸酯、煤油等用作有機溶劑。當製造電子裝置(例如，MLCC)時，可以將上述製造的本發明例示性實施方案的導電糊用於形成電極(例如，鎳(Ni)電極)。如上所述，本發明例示性實施方案的超細金屬粉末可以是MLCC用鎳(Ni)電極粉末且被形成為具有尺寸均勻的扁平薄片形狀。結果，當通過使用本發明例示性實施方案的超細金屬粉末製造導電糊或電磁波屏蔽材料時，因為超細金屬粉末具有均勻尺寸，所以在熱處理工藝如燒制工藝等之前和之後能夠形成具有極高堆積密度和電極連接性的電極層。 因此，按照本發明的例示性實施方案，在使MLCC用電極形成得更薄的同時，可以使由於高溫收縮而造成的電極連接性下降的缺陷最小化。此外，按照本發明例示性實施方案的製造超細金屬粉末的方法，通過使用圖案來製造超細金屬粉末，使得能夠自由控制超細金屬粉末的形狀，從而容易製造具有特定形狀的超細金屬粉末。另外，按照本發明的例示性實施方案，即使製造了具有極薄厚度的超細金屬粉末， 通過犧牲層也能夠容易地將所述超細金屬粉末與母模分離。結果，按照本發明的例示性實施方案，能夠容易地分離超細金屬粉末而不損傷母模的圖案或超細金屬粉末。另一方面，在相關領域中，通過僅使用機械加工法可能獲得形狀不同於球形的粉末粒子，使得粉末粒子的形狀或尺寸不均勻且難以控制粉末粒子的厚度。這導致粉末的凝集或附聚物的形成。然而，例示性實施方案的製造超細金屬粉末的方法能夠製造具有均勻尺寸和形狀的粉末粒子並從溶劑中提取單獨分散的粉末，使得其能夠最小化上述缺陷。同時，上述本發明例示性實施方案的製造超細金屬粉末的方法和由其製造的超細金屬粉末不限於上述方法，因此，能夠進行各種應用。例如，上述本發明例示性實施方案經由實施例描述其中以格子形狀形成圖案的情況，但是本發明的例示性實施方案不限於此。 結果，必要時可以以各種形狀如圓形、三角形、長方體形狀等形成圖案，從而製造相應的超細金屬粉末。此外，上述例示性實施方案經由實施例描述了其中製造電極粉末的情況，但是本發明的例示性實施方案不限於此。結果，可以容易地將本發明的例示性實施方案應用於其中將金屬製造為具有薄片形狀的所有情況。儘管已經結合例示性實施方案示出並描述了本發明，但是對本領域的技術人員來說顯而易見，在不背離由所附的權利要求書限定的本發明的主旨和範圍的情況下，可以進行修改和變化。
權利要求
1.一種製造超細金屬粉末的方法，所述方法包括準備其中形成了圖案的母模；通過對所述圖案塗布聚合物材料而形成犧牲層；在所述犧牲層上形成金屬層；以及通過除去所述犧牲層並將所述金屬層與所述母模分離而形成單獨的超細金屬粉末。
2.權利要求1的方法，其中所述分離包括通過使用溶解所述犧牲層的溶劑而除去所述犧牲層。
3.權利要求2的方法，其中所述分離包括通過對浸入到所述溶劑中的所述犧牲層施加超聲波而除去所述犧牲層。
4.權利要求1的方法，其中所述聚合物材料是乙基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或聚乙烯醇(PVA)。
5.權利要求1的方法，其中犧牲層的形成包括製備溶解了所述聚合物材料的聚合物溶液；以及對所述犧牲層塗布所述聚合物溶液。
6.權利要求5的方法，其中所述聚合物材料是乙基纖維素，且所述聚合物溶液的分子量為 40，000 200，000。
7.權利要求5的方法，其中所述聚合物材料是聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，且所述聚合物溶液的分子量為200，000 400，000。
8.權利要求5的方法，其中通過噴塗法、轉移塗布法或接觸塗布法進行聚合物材料的塗布。
9.權利要求1的方法，其中通過濺射法、電鑄法、熱蒸發法或電子束蒸發法進行金屬層的形成。
10.權利要求1的方法，其中形成的犧牲層的厚度為0.1 2μπι。
11.權利要求1的方法，其中形成的犧牲層的厚度相對於所述超細金屬粉末的直徑為 20%。
12.權利要求1的方法，其中所述超細金屬粉末的寬度/厚度之比為10 200。
13.權利要求1的方法，其中所述超細金屬粉末為鎳(Ni)粉。
14.權利要求1的方法，其中形成的圖案具有其中突起和凹槽交替布置的格子形狀。
15.一種超細金屬粉末，其通過權利要求1所述的製造超細金屬粉末的方法製得。
全文摘要
本發明涉及製造超細金屬粉末的方法和由其製造的超細金屬粉末，所述超細金屬粉末用於MLCC用電極。所述製造超細金屬粉末的方法包括準備其中形成了圖案的母模；通過在所述圖案上塗布聚合物材料而形成犧牲層；在所述犧牲層上形成金屬層；以及通過除去所述犧牲層並將所述金屬層與所述母模分離而形成單獨的超細金屬粉末。
文檔編號B22F9/02GK102451912SQ20111008518
公開日2012年5月16日 申請日期2011年3月31日 優先權日2010年10月22日
發明者申知桓, 趙廷珉, 魏聖權 申請人:三星電機株式會社