JPH079841B2 - 厚膜抵抗体の製造方法 - Google Patents

厚膜抵抗体の製造方法

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JPH079841B2
JPH079841B2 JP61093786A JP9378686A JPH079841B2 JP H079841 B2 JPH079841 B2 JP H079841B2 JP 61093786 A JP61093786 A JP 61093786A JP 9378686 A JP9378686 A JP 9378686A JP H079841 B2 JPH079841 B2 JP H079841B2
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寛敏 渡辺
治 牧野
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、厚膜抵抗体の製造方法に係り、特に非還元性
ガラスと珪化物導体とアルミナとから構成される厚膜抵
抗体の製造方法に関するものである。
従来の技術 従来、電極を備えた絶縁性磁器基板上に設ける抵抗材料
として、酸化ルテニウム(RuO2)−ガラスから構成され
るRuO2系厚膜抵抗体がひろく実用に供されている。
この厚膜抵抗体は、焼結絶縁性磁器基板上に銀あるいは
銀とパラジウムからなる電極を空気中で焼付けたうえ
で、RuO2−ガラスを樹脂バインダと溶剤からなるビヒク
ル中に分散させたペーストを絶縁性磁器基板上の前記電
極に接続するように印刷し、空気中700〜900℃の温度で
焼成して形成される。これら厚膜技術に関しては、プラ
ナー、フィリップス著:シック フィルム サーキッ
ツ、ロンドン、ブッテ ロワース〔Planer Phillips:Th
ick Film Circuits.LONDON BUTTE−RWORTHS〕に論じら
れてる。
しかしながら、上記のような構成では電極および抵抗
に、ともに貴金属を用いるため、高価になるばかりか、
銀(Ag)の半田くわれや移動を防止するため電極部にニ
ッケル(Ni)などのメッキを施すなど手間がかかるとい
う問題があった。
さらに銀−パラジウム電極等の貴金属以外の卑金属電極
上、例えばW、Mo、Cu上にRuO2−ガラス系厚膜抵抗体を
空気中で形成することを考えた場合、電極材料の酸化現
象が生じ、電極上への厚膜抵抗体の形成は不可能であ
る。
そのため、卑金属電極を用いて厚膜抵抗体を形成するた
めには厚膜抵抗体を還元雰囲気中、あるいは中性雰囲気
中などの悲酸化性雰囲気中で焼成する必要がある。しか
し、RuO2系厚膜抵抗材料はその性質上非酸化性雰囲気中
で処理された場合、 RuO2+H2→Ru+H2O 等の反応が容易に起こり、抵抗体としての特性が得られ
ない。
一方、珪化物−ガラス系厚膜抵抗材料は空気中での焼成
が可能であると同時に、珪化物の性質上雰囲気が還元雰
囲気、中性雰囲気を問わず化学変化を受けることがな
い。従って、珪化物−ガラス系厚膜抵抗体は還元雰囲気
中や、中性雰囲気中でも焼成が可能なものである(特公
昭59−15481号公報)。
確かにこの構成では、電極、抵抗材料ともに卑金属を
用いるため安価であり、銅(Cu)などの卑金属は半田
づけが容易で、しかも耐マイグレーション性も優れて
いる。また、抵抗温度係数(TCR)や、ノイズ(N)、
短時間過負荷特性(STOL)などの初期的な抵抗特性はRu
O2系厚膜抵抗体と同様に優れている。
発明が解決しようとする問題点 しかし、前述のような珪化物抵抗体は初期的には満足で
きるものの、抵抗の経時変化が大きいため実用上大きな
不安を残している。特に高抵抗化を図るため珪化物導体
量を極度(<20wt%)に少なくした場合、高抵抗化用の
フィラーとしてアルミナを添加した場合、さらには高温
・高湿の環境下に長時間おかれた場合、抵抗体の面積抵
抗Rsが増大し実用に耐えない抵抗変化が生じる。これ
は、明らかにされたわけではないが、形成された抵抗体
表面の珪化物粒子の水分と熱による化学的反応によって
生じるものと考えられる。
また、元来ガラスを構成する酸化物の珪化物粉体に対す
る濡れ性は悪く、このため珪化物粒子のごく表面だけに
酸化膜を形成する必要があるが、非酸化性雰囲気中で焼
成される抵抗体内でガラス−珪化物間の相互反応は期待
できない。
このように、従来の珪化物−ガラス系厚膜抵抗体は高抵
抗化を図ることが困難であり、また、信頼性の不安定さ
からなかなか実用に供されないのが実情であった。
本発明は、前記問題点を解決するもので、卑金属導体を
電極とし、非酸化性雰囲気中で形成できる安価で高信頼
性な厚膜抵抗体の製造方法を提供しようとするものであ
る。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明の厚膜抵抗体の製造
方法は非還元性ガラスと珪化物導体粉末とアルミナ粉末
とを混練し、前記混練後の粉末を非酸化性雰囲気中1000
〜1200℃で熱処理する工程と、前記熱処理後の固形混合
物を粉砕微粉化した後ペースト化する工程と、電極とし
て卑金属電極がメタライズされた絶縁性磁器基板上に前
記ペーストをスクリーン印刷して、800〜1100℃の非酸
化性雰囲気中で焼成する工程を備えたものである。
作用 本発明は上記したように、非還元性ガラスと珪化物導体
粉末とアルミナ粉末との混合物を非酸化性雰囲気中1000
〜1200℃で熱処理することにより、熱処理粉はガラスが
溶融して珪化物粒子、アルミナ粒子を被い、三成分が一
体化している。
即ち、前記熱処理粉を粉砕微粉化した後ペースト化し、
絶縁性磁器基板上にスクリーン印刷して、800〜1100℃
の非還元性雰囲気中で焼成しても、珪化物−ガラス間の
濡れ性が改善されているため充分にグレーズ化し、同時
に珪化物粒子が抵抗膜表面に露出しなくなり、このため
抵抗体は外界の湿度の影響を受けにくくなり、さらには
アルミナ粒子が高抵抗化用のフィラーとして充分作用
し、高抵抗で耐湿特性の良好な抵抗が得られる。
即ち、卑金属を電極とし、非酸化性雰囲気中で形成でき
る安価で高信頼性の厚膜抵抗体が得られる。
実施例 以下本発明の厚膜抵抗体の製造方法の一実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。
第1図は本発明の一実施例における厚膜抵抗体の断面図
を示すものであり、1は絶縁性磁器基板、2は卑金属電
極膜、3は抵抗体膜を示す。また、第2図は本発明の製
造方法によって得られた抵抗体のモデル図、第3図は従
来の抵抗体のモデル図をそれぞれ示し、4aと5aは珪化物
粒子、4bはガラス、4cと5cはアルミナ粒子、4dは熱処理
粉粒子、5bはガラス粒子をそれぞれ示す。
まず、珪化物導体粉末は、珪素と各金属をArガス中の12
00〜1400℃の温度で反応させ、珪化モリブデン(MoS
i2)、珪化タンタル(TaSi2)、珪化マグネシウム(Mg2
Si)、珪化コバルト(CoSi2)、珪化ニッケル(NiSi2
の各珪化物を得、有機溶媒中で湿式粉砕を行なって得
た。一方、非還元性ガラス粉体は原料粉体として、BaCO
3、H3BO3、MgO、CaCO3、SiO2、Al2O3を主に用い、1200
〜1300℃の温度で溶融後純水中で急冷し、粗粉砕、湿式
粉砕をおこなって微粉化した。
この非還元性ガラス粉末に珪化物導体粉体を40〜80重量
%、アルミナ粉末を10〜30重量%加え、混合して混合粉
を得た。つぎに前記混合粉を金型を用いて乾式成形し、
この成形物をArガス中1000〜1200℃、保持時間10〜60分
で熱処理した。最適な熱処理条件はガラスの軟化点や珪
化物の種類、珪化物の濃度やアルミナ濃度によってこと
なる。
この熱処理物を粗粉砕の後、キシレンとメノウ玉石を用
い、ボールミナ中で湿式粉砕して微粉化を行ない熱処理
粉末とした。この熱処理粉末をSEMで観察したところ、
第2図に示すように珪化物粒子5aとアルミナ粉末5cがガ
ラス5b中に閉じ込められている構造となっていた。
これら熱処理粉末と非還元性ガラス粉末を珪化物導体粉
末/(熱処理粉末+非還元性ガラス)比が重量比で0.1
〜0.4となるように混合し、厚膜抵抗体粉末とした。
この厚膜抵抗体粉末と混練するビヒクルはテルピネオー
ル中にポリメチルメタアクリレートが10%重量比になる
よう秤量し、溶解して得た。
そして、厚膜抵抗粉末を1gあたり0.6〜0.7ccのビヒクル
で混練して厚膜抵抗体ペーストを得た。
この厚膜抵抗体ペーストを325メッシュのステンレスス
クリーンを用いて卑金属電極(Cu、Ni、Mo、W)を備え
たアルミナ基板上にスクリーン印刷した。この後120℃
で10分間乾燥してから、雰囲気制御可能な厚膜炉で焼成
した。厚膜炉の条件は釣鐘状の温度プロファイルで最高
温度900〜1100℃10分間保持のトータル焼成時間45分で
あった。このときの雰囲気は窒素雰囲気でおこなった。
このようにしてえられた厚膜抵抗体の代表的抵抗諸特性
を第1表に示す。
なお、面積抵抗Rsは、抵抗体の膜厚12μmに換算して評
価した。また、短時間過負荷テスト(STOL:Short Time
Over−load Test)は250mW/mm2の電力を5秒間印加して
初期値に対する抵抗変化率で評価した。また、抵抗温度
係数TCR(ppm/℃)は、25℃時の抵抗値に対する125℃時
の抵抗値を1℃あたりの変化率で評価した。なお、電流
ノイズN(dB)はQuan−tech社製抵抗ノイズメーター31
5Bで測定した。また、耐湿テストは温度60℃、相対湿度
95%雰囲気中に1000時間放置した後の初期値に対する抵
抗変化律ΔR(%)で評価した。
以上のように本実施例によれば、非還元性ガラスと珪化
物導体粉末とアルミナ粉末と混練し、前記混練後の粉末
を非酸化性雰囲気中1000〜1200℃で熱処理する工程を備
えているため、前記熱処理後の固形混合物を粉砕微粉化
する工程を経たのちペースト化し、電極として卑金属導
体がメタライズされた絶縁性磁器基板上にスクリーン印
刷後、800〜1100℃の温度の非酸化雰囲気中で焼成する
工程において、実用に耐えうる高信頼性の厚膜抵抗体を
容易に形成することができる。
次に本発明の効果を明らかにするため、従来例として珪
化物導体粉末とAl2O3粉末と非還元性ガラス粉末とを単
に混合した厚膜抵抗体粉末を用いて、実施例と同様に厚
膜炉中で焼成した厚膜抵抗体の抵抗諸特性を第2表に示
す。
以上の従来例に示すようにこれらの抵抗体は初期的には
満足できるものもあるが、経時変化が大きい等の欠点が
ある。すなわち、第1表(2)に示す実施例の抵抗体は
60℃95%RHの雰囲気中に放置した1000時間のデータのΔ
Rが+0.5%以下であるのに対して、第2表(2)に示
す従来例はΔRが+1.8〜+5.3%と変化量が大きい。し
かもこの第2表(2)に示す値は抵抗体としての特性
(0.5%以下)を満足していない。TCRでも同様に実施例
第1表(2)ではTCRは±250ppm/℃以内であるのに、従
来例第2表(2)では−300や−500ppm/℃等の大きな値
を示しており実用に耐えない。また、アルミナが高抵抗
化のためのフィラーとしてうまく作用していない。
なお、実施例において、有機ポリマーとしてポリメチル
メタアクリレートを用いたが、低温で解重合をおこし昇
華飛散するものであれば何でもよい。
また、実施例ではAr中で熱処理したが非酸化性雰囲気で
あれば良く、7%未満の水素を含む還元性雰囲気、ある
いは窒素雰囲気中でも熱処理可能である。
さらに、実施例では硼珪酸ガラスをもちいたが、ガラス
の性質としては非還元性であればよい。
また、実施例では窒素雰囲気中で焼成したが、非酸化性
雰囲気であれば良く、7%未満の水素を含む還元性雰囲
気中でも焼成可能である。
発明の効果 以上のように本発明の厚膜抵抗体の製造方法は非還元性
ガラスと珪化物導体粉末とアルミナ粉末とを混練し、前
記混練後の粉末を非酸化性雰囲気中1000〜1200℃で熱処
理する工程と、前記熱処理後の固形混合物を粉砕微粉化
した後ペースト化する工程と、電極として卑金属導体が
メタライズされた絶縁性磁器基板上に前記ペーストをス
クリーン印刷して、800〜1100℃の非酸化性雰囲気中で
焼成する工程を備えているため、卑金属導体を電極とし
て、非酸化性雰囲気中で形成できる安価で高信頼性な厚
膜抵抗体を提供でき、工業上極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における厚膜抵抗体の断面
図、第2図は本発明の製造方法によって得られた熱処理
粉末のSEM観察のモデル図、第3図は従来の抵抗体粉末
のSEM観察のモデル図である。 1……絶縁性磁器基板、2……卑金属電極膜、3……抵
抗体膜、4a,5a……珪化物粒子、4b……ガラス、5b……
ガラス粒子、4c,5c……アルミナ粒子。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非還元性ガラスと珪化物導体粉末とアルミ
    ナ粉末とを混合し、前記混合後の粉末を非酸化性雰囲気
    中1000〜1200℃で熱処理する工程と、前記熱処理後の固
    形混合物を粉砕微粉化した後ペースト化する工程と、電
    極として卑金属導体がメタライズされた絶縁性磁器基板
    上に前記ペーストをスクリーン印刷して800〜1100℃の
    非酸化性雰囲気中で焼成する工程を備えたことを特徴と
    する厚膜抵抗体の製造方法。
  2. 【請求項2】珪化物導体粉末が、珪化モリブデン、珪化
    タンタル、珪化マグネシウム、珪化コバルト、珪化ニッ
    ケルのうち一種以上から形成されることを特徴とする特
    許請求の範囲第(1)項記載の厚膜抵抗体の製造方法。
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