JP7622738B2 - 厚膜抵抗ペースト、厚膜抵抗体、及び電子部品 - Google Patents
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Description
また、100Ω未満の低い抵抗値を出現させる際には、導電粉末として、更に銀、もしくはパラジウム、あるいはその両方の粉末を含有させている。
本発明の目的は、ホウケイ酸鉛ガラスを使用しながら、外観にクラックの異常がなく、十分な耐サージ性を有する特に低抵抗用に優れた厚膜抵抗ペースト、その厚膜抵抗ペーストを用いた厚膜抵抗体、及びその厚膜抵抗体を備えた電子部品を提供することにある。
本実施形態の厚膜抵抗ペーストは、銀粉末もしくはパラジウム粉末、あるいはその両方の混合粉末と、酸化ルテニウム含有ガラス粉末と有機ビヒクルを含有してなる。以下、各成分について詳細に説明する。
本発明の厚膜抵抗ペーストにおける導電物には、銀もしくはパラジウム、あるいはその両方の混合物と、酸化ルテニウムを用いる。一般的な厚膜抵抗ペーストは、導電物と、ガラスとを、それぞれ粉末状で含有した構造であるが、本発明の厚膜抵抗ペーストにおいては、導電物である酸化ルテニウム粉末を単独では用いず、酸化ルテニウムとガラスを用いて作製された酸化ルテニウム含有ガラスを粉砕して得られる、酸化ルテニウム含有ガラス粉末を用いた構造となっている。
酸化ルテニウム含有ガラス粉末を形成するのに用いる酸化ルテニウムの粒径は、特に限定されないが、比表面積5m2/g以上となる粒径にするのが望ましい。比表面積5m2/g未満では、酸化ルテニウムの粒径が大きすぎて、厚膜抵抗体内の導電域の均一性を低下させ、耐サージ性を悪化させる虞がある。
また、本発明の厚膜抵抗ペーストにおいては、低い抵抗値を効率よく発現させるため、銀粉末もしくはパラジウム粉末、あるいはその両方の混合粉末を含有させる。
銀粉末、およびパラジウム粉末の粒径は、特に限定されないが、小型化の進む電子部品用として、銀粉末は平均粒径1μm以上10μm以下、パラジウム粉末は平均粒径0.2μm以上1μm以下のものを使用するのが望ましい。銀粉末やパラジウム粉末の種類、および平均粒径の選定は、使用する対象の抵抗体のサイズや特性に合わせて、適宜選定すればよい。
本発明の厚膜抵抗ペースト中の酸化ルテニウム含有ガラスに用いるガラス成分は、酸化ケイ素(SiO2)、酸化鉛(PbO)および酸化ホウ素(B2O3)を含有する。その他、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化バリウム(BaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化カドミウム(CdO)、酸化錫(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ビスマス(Bi2O3)等を含有させてもよい。また、酸化アルミニウム(Al2O3)を含有させてもよい。
SiO2は、本発明のガラス成分の骨格となる成分であり、配合量は酸化ルテニウム含有ガラスに含まれるガラス成分100質量%に対し、3質量%以上60質量%以下である。60質量%よりも多いと、形成するガラスの軟化点が高くなりすぎてしまう。また、3質量%よりも少ないと化学的に安定したガラスが得られない。
PbOは、軟化点を低下させる働きと、酸化ルテニウムとの濡れを促進し、分散性を高める働きを持つ。配合量は酸化ルテニウム含有ガラスに含まれるガラス成分100質量%に対し、30質量%以上90質量%以下である。30質量%未満だと、形成するガラスの軟化点が高くなりすぎてしまう。また、90質量%よりも多いと、化学的に安定したガラス状態を得ることが難しくなる。
B2O3は、SiO2とともに本発明のガラス成分の骨格となる成分であり、形成するガラスの軟化点を低下させる効果がある。配合量は酸化ルテニウム含有ガラスに含まれるガラス成分100質量%に対し、5質量%以上50質量%以下である。5質量%未満では形成するガラスの靱性が低下し、クラックが入りやすくなり、レーザートリミング性が悪化する。また、50質量%よりも多いとガラス成分の分相を起こしやすく、耐水性も低下する。
SiO2、PbO、およびB2O3の合計含有量は、酸化ルテニウム含有ガラスに含まれるガラス成分100質量%に対し、50質量%以上である。50質量%未満では、ガラスを安定して形成することが困難であり、本発明の厚膜抵抗体の電気特性において、耐サージ性を満足させることが困難になる。
上記必須ガラス成分の他、各種特性を向上させるために、酸化ルテニウム含有ガラスの特性を悪化させない範囲で、酸化物をガラス成分として更に含有させることができる。具体的には、Al2O3、MgO、CaO、BaO、SrO、CdO、SnO、ZnO、Bi2O3等を含有させることができる。これらのガラス成分の配合量は、酸化ルテニウム含有ガラスに含まれるガラス成分100質量%に対し、それぞれ20質量%以下である。
本発明の厚膜抵抗ペーストに用いる酸化ルテニウム含有ガラスにおいて、導電物である酸化ルテニウムと、ガラス成分の配合割合は、酸化ルテニウム含有ガラス組成100質量%に対し、酸化ルテニウムを10質量%以上60質量%以下、ガラス成分を40質量%以上90質量%以下とする。酸化ルテニウムが10質量%未満では製造された酸化ルテニウム含有ガラス粉末の抵抗値が高くなりすぎ、ほとんど導電性を示さない。また、60質量%より多いと、ガラス成分が酸化ルテニウム粉末を覆いきれず、酸化ルテニウム含有ガラスが脆くなってしまう。酸化ルテニウムとガラス成分の配合割合を調整することで、厚膜抵抗体の抵抗値を、目的の抵抗値近傍に調整することが可能である。
酸化ルテニウム含有ガラスは、平均粒径が5μm以下になるように粉砕する。平均粒径が5μmより大きいと、厚膜抵抗体の均一性が低下し、耐サージ性に劣り、厚膜抵抗体表面にクラックを生じる虞があるので好ましくない。粉砕方法はボールミル、遊星ミル、ビーズミルなどを用いることができる。
なお、本発明において、平均粒径とはメディアン径を意味し、ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液2g/Lに測定する粉末を超音波分散し、純水溶媒を用いた粒度分布計(HPA9320-100X、マイクロトラックベル社製)を用いて測定された数値である。
本発明の厚膜抵抗ペーストには、厚膜抵抗体の抵抗値、TCR、その他特性を調整、改善する目的で導電物を含まないホウケイ酸ガラスおよび、一般的に使用される添加剤をさらに含有させてもよい。また、分散性を向上させるために添加剤として分散剤を含有させてもよい。主な添加剤としては、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化チタン(TiO2)、酸化銅(CuO)、酸化マンガン(MnO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)等が挙げられる。添加剤の含有量は、目的とする改善特性に応じて調整できるが、無機物の総量100質量%中に10質量%以下であるのが好ましい。
本発明の厚膜抵抗ペーストに使用する有機ビヒクルは特に制限がなく、一般的な抵抗ペーストに用いられている、ターピネオール等の溶剤にエチルセルロース、ロジン等の樹脂を溶解したもの等を使用することができる。有機ビヒクルの配合量は、印刷方法等に応じて適宜調整すればよいが、一般的には抵抗ペーストの総量100質量%に対して、20質量%以上50質量%以下である。
銀粉末もしくはパラジウム粉末、あるいはその両方の混合粉末と、酸化ルテニウム含有ガラス粉末、および有機ビヒクルを、必要に応じてさらにホウケイ酸鉛ガラス粉末や添加剤等を添加して混合し、厚膜抵抗ペーストを製造する方法は、特に限定されず、一般的な3本ロールミルやビーズミル等を使用することができる。
得られた厚膜抵抗ペーストをセラミック基板上に印刷し、有機溶剤を乾燥処理により除去した後、例えば800℃~900℃の温度で焼成することにより、厚膜抵抗体を得ることができる。
ガラス材料を60質量%と酸化ルテニウムを40質量%の割合で混合、溶融した後、冷却して酸化ルテニウム含有ガラスを作製した。作製した導電物含有ガラスのガラス組成は、ガラス成分100質量%に対して、SiO2が33質量%、PbOが48質量%、Al2O3が5質量%、B2O3が7質量%、ZnOが2質量%、CaOが5質量%である。
得られた酸化ルテニウム含有ガラスをボールミルで平均粒径が約1μmとなるように粉砕した。酸化ルテニウム含有ガラス粉末を28質量%、ホウケイ酸鉛ガラス粉末を10質量%、パラジウムを被覆した銀粉末(パラジウムと銀の質量比30対70)を32質量%、添加剤としてMn2O3を1質量%、Nb2O5を1質量%含有し、残部が有機ビヒクルからなる厚膜抵抗体組成物を、3本ロールミルにて各種無機材料が有機ビヒクル中に分散するように混錬し、実施例1の厚膜抵抗ペーストを作製した。なお、ホウケイ酸鉛ガラス粉末には、ガラス成分100質量%に対して、SiO2が33質量%、PbOが48質量%、Al2O3が5質量%、B2O3が7質量%、ZnOが2質量%、CaOが5質量%含有するものを、有機ビヒクルにはターピネオール100質量部に対してエチルセルロースを20質量部溶解したものを用いた。実施例1の厚膜抵抗ペーストの組成及び厚膜抵抗ペーストの製造に用いた酸化ルテニウム含有ガラスの組成を表1に示す。
(評価用試料の作製)
予め、アルミナ基板上に印刷された1.0mm間隔の5対の電極間に、作製した厚膜抵抗ペーストを幅1.0mmで印刷し、ピーク温度150℃×5分のベルト炉で乾燥処理した。その後、ピーク温度850℃×9分のベルト炉で焼成した。同様の処理をした試料をアルミナ基板単位で5枚作製し、評価用試料1の厚膜抵抗体(合計25個)を得た。
また、0.3mm間隔の電極間に、幅0.3mmで印刷した以外は評価用試料1と同様の方法で、アルミナ基板単位で1枚、評価用試料2の厚膜抵抗体(5個)を得た。
膜厚は、触針式の表面粗さ計を用いて、評価用試料1の中からアルミナ基板単位で任意の1枚を選択し、5個の厚膜抵抗体の膜厚をそれぞれ測定し、その5点の平均値を実測膜厚とした。
5枚のアルミナ基板上に形成された、それぞれ5個の評価用試料1(合計25個)の25℃の抵抗値を回路計(2001MULTIMETER、KEITHLEY社製)を用いて計測し、その平均値を実測抵抗値とした。次式(1)を用いて、膜厚を7μmとしたときの換算面積抵抗値を算出した。算出した換算面積抵抗値を表3に示す。
換算面積抵抗値(Ω)=実測抵抗値(Ω)×(実測膜厚(μm)/7(μm))・・・(1)
1枚のアルミナ基板上に形成された、評価試料1の厚膜抵抗体5個について、恒温槽にて-55℃、25℃、および125℃で30分間保持した時のそれぞれの抵抗値を測定した。測定したそれぞれの抵抗値をR-55、R25、R125とし、次式(2)を用いて低温TCRを、次式(3)を用いて高温TCRをそれぞれ算出した。算出した5点の低温TCR及び高温TCRの平均値を表3に示す。
低温TCR(ppm/℃)=[(R-55-R25)/R25]/(-80)×106・・・(2)
高温TCR(ppm/℃)=[(R125-R25)/R25]/(100)×106・・・(3)
評価試料2の厚膜抵抗体に対し、半導体デバイス静電気試験器(ESS-6008、ノイズ研究所製)を用いて、200pFの電気容量、内部抵抗0Ωの条件にて電圧を印加する静電気放電試験を実施した。4kVの印加電圧を1秒間隔で5回、評価試料2の厚膜抵抗体に印加し、電圧印加前の抵抗値Rsと電圧印加後の抵抗値Reを測定し、その抵抗値変化率を次式(4)を用いて算出した。算出した5点の抵抗変化率の平均値を表3に示す。
抵抗値変化率(%)=(Re-Rs)/Rs×100・・・(4)
評価試料1の厚膜抵抗体の表面を、金属顕微鏡を用いて観察した。焼結に伴う微細な空隙が部分的に存在するレベルの外観は「〇」、複数の空隙が繋がるなどしてクラック状の欠陥が存在するレベルの外観は「×」と評価した。評価結果を表3に、表面観察した金属顕微鏡の写真を図1に示す。
ガラス材料、酸化ルテニウムをそれぞれ表1に示す割合で混合、溶融した後、冷却して酸化ルテニウム含有ガラスを作製した。作製したそれぞれの導電物含有ガラスのガラス組成は、ガラス成分100質量%に対する、SiO 2 、PbO、Al 2 O 3 、B 2 O 3 、ZnO、CaOそれぞれの含有量が表1に示す割合となっている。
得られたそれぞれの酸化ルテニウム含有ガラスをボールミルで平均粒径が表1に示す値となるように粉砕した。酸化ルテニウム含有ガラス粉末、ホウケイ酸鉛ガラス粉末、パラジウムを被覆した銀粉末(パラジウムと銀の質量比30対70)、添加剤、有機ビヒクルを表1に示す割合で含有してなる厚膜抵抗体組成物を、3本ロールミルにて各種無機材料が有機ビヒクル中に分散するように混錬し、実施例2~12の厚膜抵抗ペーストを作製した。ホウケイ酸鉛ガラス粉末、有機ビヒクルは、実施例1で用いたのと同じ組成である。
また、実施例1と同様の方法で評価用試料の厚膜抵抗体を作製し、実施例1と同様の評価を行った。各評価結果を表3に示す。
なお、実施例4、7、9、10は参考例である。
酸化ルテニウム含有ガラスを用いず、導電物とガラスとを、それぞれ粉末状で添加する従来の製造方法で厚膜抵抗ペーストを作製した。ただし、酸化ルテニウム含有ガラスを粉砕して得られる、酸化ルテニウム含有ガラス粉末を用いずに、酸化ルテニウム粉末とガラス粉末をそれぞれ添加した場合、厚膜抵抗ペーストに適した抵抗値に調整すると、電気特性(TCR)等に差が生じてしまう。そのため、従来の製造方法で作成する比較例1では、TCR等を調整するため、導電物として、酸化ルテニウム粉末に加え、ルテニウム酸鉛粉末を配合し、酸化ルテニウム粉末とルテニウム酸鉛粉末、パラジウムを被覆した銀粉末(パラジウムと銀の質量比30対70)等の配合量を調整した。すなわち、酸化ルテニウム粉末を20質量%、ルテニウム酸鉛粉末を5質量%、パラジウムを被覆した銀粉末(パラジウムと銀の質量比30対70)を42質量%、ガラス粉末を30質量%、添加剤としてMn2O3を1質量%、Nb2O5を1質量%含有し、残部が有機ビヒクルからなる配合量の厚膜抵抗体組成物とし、3本ロールミルにより各種無機材料が有機ビヒクル中に分散するように混錬し、比較例1の厚膜ペーストを作製した。作製した厚膜抵抗ペースト内のガラス組成は、ガラス成分100質量%に対して、SiO2が33質量%、PbOが47質量%、Al2O3が5質量%、B2O3が7質量%、ZnOが3質量%、CaOが5質量%である。有機ビヒクルは、実施例1で用いたのと同じ組成である。比較例1の厚膜抵抗ペーストの組成及び厚膜抵抗ペーストの製造に用いたガラスの組成を表2に示す。
また、実施例1と同様の方法で評価用試料の厚膜抵抗体を作製し、実施例1と同様の評価を行った。各評価結果を表3に、表面観察した金属顕微鏡の写真を図2に示す。
ガラス材料、酸化ルテニウムをそれぞれ表1に示す割合で混合、溶融した後、冷却して酸化ルテニウム含有ガラスを作製した。作製したそれぞれの導電物含有ガラスのガラス組成は、ガラス成分100質量%に対する、SiO2、PbO、Al2O3、B2O3、ZnO、CaOそれぞれの含有量が表1に示す割合となっている。
得られたそれぞれの酸化ルテニウム含有ガラスをボールミルで平均粒径が表1に示す値となるように粉砕した。酸化ルテニウム含有ガラス粉末、ホウケイ酸鉛ガラス粉末、パラジウムを被覆した銀粉末(パラジウムと銀の質量比30対70)、添加剤、有機ビヒクルを表1に示す割合で含有してなる厚膜抵抗体組成物を、3本ロールミルにて各種無機材料が有機ビヒクル中に分散するように混錬し、比較例2~10の厚膜抵抗ペーストを作製した。ホウケイ酸鉛ガラス粉末、有機ビヒクルは、実施例1で用いたのと同じ組成である。
また、実施例1と同様の方法で評価用試料の厚膜抵抗体を作製し、実施例1と同様の評価を行った。各評価結果を表3に示す。
また、酸化ルテニウムの含有量が本発明の請求範囲より少ない酸化ルテニウム含有ガラスを用いて得た厚膜抵抗ペーストにより形成された比較例2の厚膜抵抗体は、導電物含有ガラス粉末の抵抗値が高くなりすぎ、ほとんど導電性を示さないことが認められた。
また、酸化ルテニウムの含有量が本発明の請求範囲より多い酸化ルテニウム含有ガラスを用いて得た厚膜抵抗ペーストにより形成された比較例3の厚膜抵抗体は、表面にクラック状の欠陥が認められた。
また、酸化ケイ素、酸化鉛、もしくは酸化ホウ素の含有量、または、これら必須ガラス成分の合計含有量が本発明の請求範囲を外れたガラス成分を用いて得た厚膜抵抗ペーストにより形成された比較例4~10の厚膜抵抗体は、実施例1~12の厚膜抵抗体に比べて静電気放電試験前後の抵抗値変化率が高く、耐サージ性に劣っていることが認められた。
Claims (4)
- 銀粉末もしくはパラジウム粉末、あるいはその両方の混合粉末と、酸化ルテニウム含有ガラス粉末と、有機ビヒクルを含有してなり、
前記酸化ルテニウム含有ガラス粉末が、酸化ルテニウムを10質量%以上60質量%以下含有し、
かつ、ガラス組成がガラス成分100質量%に対して、酸化ケイ素を33質量%以上60質量%以下、酸化鉛を30質量%以上90質量%以下、酸化ホウ素を5質量%以上50質量%以下含有し、
かつ、酸化ケイ素と酸化鉛と酸化ホウ素の合計含有量がガラス成分100質量%に対して50質量%以上であること、
を特徴とする厚膜抵抗ペースト。 - 前記酸化ルテニウム含有ガラス粉末の平均粒子径が5μm以下であること、を特徴とする請求項1に記載の厚膜抵抗ペースト。
- 請求項1又は2に記載の厚膜抵抗ペーストの焼結体からなる厚膜抵抗体。
- 請求項3に記載の厚膜抵抗体を備えた電子部品。
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