CN108470614B - 片式电阻器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种片式电阻器。公开了一种制造片式电阻器的方法,该方法包括以下步骤:(a)在绝缘基板上施用导电糊料,其中该导电糊料包含,(i)40‑80重量百分比(wt.%)的导电粉末;(ii)1‑14wt.%的玻璃料,(iii)0.01‑3wt.%的氧化镁(MgO),以及(iv)10‑55wt.%的有机载体,其中wt.%是基于该导电糊料的重量;(b)烧制该施用的导电糊料以形成前电极。

Description

片式电阻器
技术领域
本发明涉及一种片式电阻器,特别涉及形成片式电阻器前电极的导电糊料。
背景技术
片式电阻器的前电极需要抵抗来源于制造工艺中使用的焊料或电镀的酸。
JP5426241公开了一种片式电阻器。片式电阻器的前电极通过印刷含有金属粉末、无铅玻璃料和树脂粘合剂的导电糊料而形成,其中该金属粉末选自由以下组成的组:金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、钯(Pd)和它们的合金,并且该玻璃料包含含有60wt.%或更多的SiO2的第一玻璃料和含有5wt.%或更多的TiO2的第二玻璃料,第一玻璃料和第二玻璃料的重量比为1:3至5:1。
发明内容
本发明目的是提供用于制造具有耐酸性的片式电阻器的方法。
一个方面涉及一种制造片式电阻器的方法,该方法包括以下步骤:(a)在绝缘基板上施用导电糊料,其中该导电糊料包含,(i)40-80重量百分比(wt.%)的导电粉末;(ii)1-14wt.%的玻璃料,(iii)0.01-3wt.%的氧化镁(MgO),以及(iv)10-55wt.%的有机载体,其中wt.%是基于该导电糊料的重量;(b)烧制该施用的导电糊料以形成前电极。
另一方面涉及一种形成片式电阻器的前电极的导电糊料,该导电糊料包含:(i)40-80重量百分比(wt.%)的导电粉末;(ii)1-14wt.%的玻璃料,(iii)0.01-3wt.%的氧化镁(MgO),以及(iv)10-55wt.%的有机载体,其中wt.%是基于该导电糊料的重量。
另一方面涉及一种片式电阻器,该片式电阻器包含绝缘基板、在该绝缘基板上形成的一对前电极、以及在该绝缘基板上形成的用以桥接该对前电极的电阻器厚膜,其中这些前电极包含导电金属、玻璃和氧化镁(MgO)。
可以通过本发明提供具有耐酸性的片式电阻器。
附图说明
图1至图4是用于说明制造片式电阻器的方法的示意图;并且
图5是示出了实例中的电极图案的图。
具体实施方式
形成片式电阻器的方法在图1至图4中作了解释。
制备绝缘基板101(图1)。绝缘基板101在一个实施例中是陶瓷基板,在另一个实施例中可以是氧化铝基板。
在基板101的正侧面上施用导电糊料103。在一个实施例中,导电糊料103被丝网印刷在绝缘基板101上。在一个实施例中,在基板101的两个边缘处以方形图案施用该导电糊料。在一个实施例中,该施用的导电糊料的方形图案为50-500μm宽,150-600μm长以及1-20μm厚。可以调节导电糊料粘度以适合于施用如丝网印刷等方法。在一个实施例中,通过Brookfield HBT用10rpm的14号转子测量的导电糊料的粘度为100-450Pa·s,在另一个实施例中为200-380Pa·s。
烧制导电糊料层103以形成前电极。烧制峰值温度在一个实施例中为700-950℃,在另一个实施例中为750-920℃,在另一个实施例中为800-900℃。在峰值温度下的烧制时间在一个实施例中为3-30分钟,在另一个实施例中为5-20分钟,在另一个实施例中为7-15分钟。
将电阻器糊料201施用在绝缘基板101上以桥接前电极203(图2)。在一个实施例中,电阻器糊料层201的两个边缘叠置在前电极203的内端上。
烧制电阻器糊料层201以形成电阻器厚膜301(图3)。烧制温度在一个实施例中为700-950℃,在另一个实施例中为750-920℃,在另一个实施例中为800-900℃。在烧制温度下的烧制时间在一个实施例中为3-30分钟,在另一个实施例中为5-20分钟,在另一个实施例中为7-15分钟。对于电阻器厚膜可以将US2012164314、US2009261307、US2011089381通过引用结合在此。
在一个实施例中,通过在电阻器厚膜301上形成修整槽可以调节电阻率。在一个实施例中,修整槽通过激光在电阻器厚膜201上形成。在一个实施例中,修整槽是单线、双线或L形线。在一个实施例中,激光是钇-铝-石榴石(YAG)激光(1064nm)、Greeb激光(532nm)或UV激光(360nm)。可以使用激光修整器,例如来自欧姆龙激光株式会社(OMRON LASERFRONTINC.)的LSR436系列。
在一个实施例中,可以在基板101的背侧面上任选地形成一对背侧面电极303。背侧面是正侧面的相反侧,其中形成前电极203。背侧面电极303可以通过施用导电糊料并烧制该施用的导电糊料而形成。在一个实施例,形成前电极203的导电糊料同样可用于形成背侧面电极303。在另一个实施例中,形成背侧面电极303的导电糊料可以与前电极203不同。在一个实施例中,施加方法和烧制条件可以与前电极203相同。
在一个实施例(图4)中,片式电阻器400可以进一步包含在片式电阻器的两侧上的外部电极401。在一个实施例中,外部电极401可以通过将该片式电阻器的侧面浸入到导电浆料中而形成。在另一个实施例中,导电浆料包含至少金属粉末和有机介质。加热施用在片式电阻器两侧的导电浆料。在一个实施例中,当导电浆料是加热可固化型时,加热温度为150-300℃。在另一个实施例中,当导电浆料是烧制型时,加热温度为600-950℃。
在一个实施例中,片式电阻器400可以任选地包含在外部电极401和背侧面电极303上的电镀层405。电镀层405能够增强电极的可焊性和耐焊料浸润性。在另一个实施例中,电镀层405可以是镍层、锡层或其组合。在另一个实施例中,片式电阻器400不包含在外部电极401上的电镀层。
在一个实施例中,片式电阻器400可以任选地进一步包含在电阻器厚膜301上的玻璃涂层407和树脂涂层409。玻璃涂层407和树脂涂层409能够防止前电极203和电阻器厚膜301暴露于空气中。
在一个实施例中,通过焊接将片式电阻器400安装在电气装置中。
以下说明形成前电极的导电糊料。基于该导电糊料的重量,该导电糊料包含(i)40-80wt.%的导电粉末;(ii)1-14wt.%的玻璃料,(iii)0.01-3wt.%的氧化镁(MgO),以及(iv)10-55wt.%的有机载体。
(i)导电粉末
导电粉末是为前电极提供电导率的粉末。导电粉末是金属粉末,该金属粉末具有
在一个实施例中在293开尔文下7.00×106西门子(S)/m或更高、在另一个实施例中在293开尔文下8.50×106S/m或更高、在另一个实施例中在293开尔文下1.00×107S/m或更高、在另一个实施例中在293开尔文下4.00×107S/m或更高的电导率。
在一个实施例中,该导电粉末可以是选自由以下组成的组的金属粉末:铝(Al,3.64×107S/m)、镍(Ni,1.45×107S/m)、铜(Cu,5.81×107S/m)、银(Ag,6.17×107S/m)、金(Au,4.17×107S/m)、钼(Mo,2.10×107S/m)、镁(Mg,2.30×107S/m)、钨(W,1.82×107S/m)、钴(Co,1.46×107S/m)、锌(Zn,1.64×107S/m)、铂(Pt,9.43×106S/m)、钯(Pd,9.5×106S/m)、其合金及其混合物。在另一个实施例中,该导电粉末可以选自由以下组成的组:银、金、铜、其合金以及其混合物。在另一个实施例中,导电粉末可以是银。
该导电粉末的粒径(D50)在一个实施例中为0.5-12μm,在另一个实施例中为1-10.5μm,并且在另一个实施例中为1.3-9.5μm。粒径(D50)可以通过用Microtrac型号S-3500的激光衍射散射法测定。
该导电粉末的比表面积(SA)在一个实施例中为1.5-8m2/g,在另一个实施例中为1.9-6.9m2/g,并且在另一个实施例中为2.2-5.5m2/g。比表面积可以通过BET法,用来自康塔仪器公司(Quantachrome Instruments Corporation)的MonosorbTM测量。
基于该导电糊料的重量,该导电粉末为40-80重量百分比(wt.%),在另一个实施例中为52-75wt.%,在另一个实施例中为54-70wt.%,在另一个实施例为55-65wt.%。
(ii)玻璃料
玻璃料用于增加前电极与基板的黏附性。
玻璃料的化学组成不受限制。在一个实施例中,该玻璃料包含金属氧化物,该金属氧化物选自由以下组成的组:氧化铋(Bi2O3)、氧化硼(B2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)及其混合物。在另一个实施例中,玻璃料是Si-B-Zn玻璃、Bi-B-Zn玻璃或其混合物。在另一个实施例中,玻璃料不含铅。
玻璃料的软化点在一个实施例中为350-750℃,在另一个实施例中为400-700℃,在另一个实施例中为500-700℃。
基于该导电糊料的重量,该玻璃料为1-14wt.%,在另一个实施例中为3-12wt.%,在一个实施例中为5-9wt.%。
(iii)氧化镁
如以下实例中示出的,氧化镁(MgO)能够改进前电极的耐酸性。在一个实施例中,该MgO呈粉末的形状。该MgO粉末的粒径(D50)在一个实施例中为0.1-8μm,在另一个实施例中为0.2-6.5μm,在另一个实施例中为0.4-5.5μm,在另一个实施例中为0.8-5μm。粒径(D50)可以通过用Microtrac型号S-3500的激光衍射散射法测定。
基于该导电糊料的重量,该MgO为0.01-3wt.%,在另一个实施例中为0.05-2.1wt.%,在另一个实施例中为0.-1.5wt.%,在另一个实施例中为0.2-1.3wt.%,在另一个实施例为0.3-0.8wt.%。
在一个实施例中,该导电糊料分别地包含该玻璃料和该MgO粉末。
(iv)有机载体
将导电粉末和玻璃料分散在有机载体中以形成具有施用于基板上的合适粘度的“糊料”。
在一个实施例中,有机载体包含有机聚合物和任选的溶剂。可将多种惰性的粘性材料用作有机聚合物。该有机聚合物可以选自由以下组成的组:乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、木松香、酚醛树脂、低级醇的聚甲基丙烯酸酯、乙二醇单乙酸酯的单丁醚及其混合物。
在一个实施例中,有机载体任选地包含用于调节粘度的溶剂。该溶剂可以选自由以下组成的组:texanol、酯醇、萜品醇、煤油、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二醇、二元酯及其混合物。考虑到有机聚合物的溶解度,对溶剂进行选择。在一个实施例中,有机介质可以是乙基纤维素和texanol的混合物。
有机载体任选地包含有机添加剂。在一个实施例中,有机添加剂包括增稠剂、稳定剂、粘度调节剂、表面活性剂和触变剂中的一种或多种。有机添加剂的量取决于所得导电糊料的期望特性。
基于该导电糊料的重量,该有机载体为10-55wt.%,在另一个实施例中为15-48wt.%,并且在另一个实施例中为20-35wt.%。
(v)钙长石
在一个实施例中,该导电糊料可以进一步包含钙长石(CaAl2Si2O8)。钙长石能够增加前电极对绝缘基板的黏附性。
在一个实施例中,该钙长石呈粉末的形状。该钙长石的粒径(D50)在一个实施例中为0.5-5μm,在另一个实施例中为0.7-3μm,在另一个实施例中为0.8-2μm。粒径(D50)可以通过用Microtrac型号S-3500的激光衍射散射法测定。
基于该导电糊料的重量,该钙长石在一个实施例中为0.01-3wt.%,在另一个实施例中为0.05-1.5wt.%,在另一个实施例中为0.1-1.0wt.%。
对于钙长石,US5518663可以通过引用结合在此。
(vi)附加的金属氧化物
在一个实施例中,导电糊料还可以包含附加的金属氧化物。附加的金属氧化物能够起到TCR调节剂或耐焊料浸润性改进剂的作用。在另一个实施例中,附加的金属氧化物可以选自由以下组成的组:ZnO、氧化铱(Ir2O3、IrO2)、氧化钛(TiO2)、氧化铑(Rh2O3、RhO2、RhO3)、氧化钌(RuO2、RuO3、RuO4)、氧化铼(Re2O3、ReO3、Re2O7)、氧化锡(SnO、SnO2)、钌烧绿石氧化物及其混合物。
在另一个实施例中,钌烧绿石氧化物可以是钌酸铋(Bi2Ru2O7)、钌酸铜铋(CuBiRu2O6.5)或其混合物。对于钌烧绿石氧化物,US3583931和US8815125可以通过引用结合在此。
附加的金属氧化物的粒径(D50)在一个实施例中为0.1-10μm,在另一个实施例中为0.5-5μm。
基于该导电糊料的重量,该附加的金属氧化物在一个实施例中为0.5-5.0wt%,在另一个实施例中为1.0-4.0wt%,在另一个实施例中为1.8-3.2wt%。
实例
本发明通过以下实例来说明但不限于以下实例。
将银粉、Si-B-Zn玻璃料和金属氧化物分散在混合器里的有机载体中,并通过三辊研磨机均质化。银粉是第一Ag粉(粒径(D50):约2μm,SA:约3m2/g)和第二Ag粉(粒径(D50):约9μm,SA:约4m2/g)的混合物。每种材料的量如表1所示。有机载体是基于有机载体的重量35wt.%的树脂、54wt.%的溶剂和11wt.%的有机添加剂的混合物。通过Brookfield HBT用10rpm速度的14号转子测得的糊料粘度约为340Pa·s。
将导电糊料以方形图案501(图5)丝网印刷在氧化铝基板101(25mm长,25mm宽,0.6mm厚)上。图案501是九个方形并且每个尺寸是2mm宽,2mm长和8μm厚。在150℃下干燥持续10分钟后,通过在850℃下烧制方形图案501持续10分钟,形成前电极。
测量方形图案的耐酸性。将具有方形图案501的氧化铝基板101浸入到pH 1的磺酸锡电镀溶液中持续一小时。将氧化铝基板101取出并干燥。将所有九个方形的前电极用
Figure BDA0001580690130000081
胶带粘贴并且然后用手剥离。计数九个中的被剥离的电极的数目。
测量前电极的电阻率(Rs)以查看含有金属氧化物的前电极是否能够具有足够低的电阻率。在氧化铝基板上重新形成线条图案的前电极。线条图案电极是0.5mm宽,135.5mm长和8μm厚。用数字万用表(型号2100,吉时利仪器公司(Keithley Instruments,Inc.))测量线条图案电极的电阻率。
结果示出于表1中。与其中导电糊料分别不含有金属氧化物、CuO、Bi2O3、ZnO、Fe2O3、ZrO、MnO2、和CaO的对比实例(Com.Ex.)1-8相比,在实例(Ex.)1-3中,当导电糊料含有MgO粉末时,被剥离的电极的数目大幅度地降低。含有金属氧化物的前电极的电阻率能够全部停留在8.0mohm/sq.或更低,该更低是可接受地低的(对比实例1-8和实例1-3)。
Figure BDA0001580690130000091
当导电糊料进一步含有钙长石(CaAl2Si2O8,D50:1.1μm)作为黏附增强剂时,测量耐酸性和电阻率。
除了使用如表2中示出的不同的导电糊料之外,以与实例1相同的方式形成前电极并且测量其耐酸性和电阻率。在所有实例4-6中,前电极的耐酸性和电阻率两者都是足够的。
表2(wt.%)
Figure BDA0001580690130000101
检查了MgO粉末的粒径的影响。除了使用如表3中示出的不同的导电糊料之外,以与实例1相同的方式形成前电极并且测量其耐酸性和电阻率。MgO粉末的粒径(D50)分别是0.5μm、1.0μm和4.7μm。在所有实例7-9中,无论MgO粉末粒径如何,前电极的耐酸性和电阻率两者都是足够的。
表3(wt.%)
Figure BDA0001580690130000102

Claims (12)

1.一种制造片式电阻器的方法,该方法包括以下步骤:
(a)在氧化铝基板上施用导电糊料,其中该导电糊料包含,
(i)40-80重量百分比(wt.%)的导电粉末;
(ii)1-14wt.%的玻璃料,其中该玻璃料是包含金属氧化物的无铅玻璃料,所述金属氧化物选自由以下组成的组:氧化铋(Bi2O3)、氧化硼(B2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)以及其混合物,
(iii)0.01-3wt.%的氧化镁(MgO)粉末,以及
(iv)10-55wt.%的有机载体,
其中wt.%是基于该导电糊料的重量;
(b)烧制该施用的导电糊料以形成前电极。
2.如权利要求1所述的方法,其中该导电粉末的粒径(D50)是0.5-12μm。
3.如权利要求1所述的方法,其中该导电粉末选自由以下组成的组:铝、镍、铜、银、金、钼、镁、钨、钴、锌、铂、钯、其合金以及其混合物。
4.如权利要求1所述的方法,其中该MgO粉末具有0.1-8μm的粒径(D50)。
5.如权利要求1所述的方法,其中该导电糊料进一步包含钙长石(CaAl2Si2O8)。
6.如权利要求1所述的方法,其中步骤(b)中的烧制温度是700-950℃。
7.如权利要求1所述的方法,其中该方法进一步包括步骤(c)将电阻器糊料施用在该绝缘基板上以桥接一对前电极;并且(d)烧制该施用的电阻器糊料以形成电阻器厚膜。
8.一种形成具有氧化铝基板的片式电阻器的前电极的导电糊料,该导电糊料包含:
(i)40-80重量百分比(wt.%)的导电粉末;
(ii)1-14wt.%的玻璃料,其中该玻璃料是包含金属氧化物的无铅玻璃料,所述金属氧化物选自由以下组成的组:氧化铋(Bi2O3)、氧化硼(B2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)以及其混合物,
(iii)0.01-3wt.%的氧化镁(MgO)粉末,以及
(iv)10-55wt.%的有机载体,
其中wt.%是基于该导电糊料的重量。
9.如权利要求8所述的导电糊料,其中该导电粉末的粒径(D50)是0.5-12μm。
10.如权利要求8所述的导电糊料,其中该MgO粉末具有0.1-8μm的粒径(D50)。
11.如权利要求8所述的导电糊料,其中该导电糊料进一步包含钙长石(CaAl2Si2O8)。
12.一种根据权利要求1所述的方法制造的片式电阻器,其包含氧化铝基板、在该氧化铝基板上形成的一对前电极、以及在该氧化铝基板上形成的用以桥接一对前电极的电阻器厚膜,其中这些前电极包含导电金属、玻璃和氧化镁(MgO)。
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