DE2115814A1

DE2115814A1 - Widerstandspaste und verfahren zur herstellung eines elektrischen dickfilmbauelementes

Info

Publication number: DE2115814A1
Application number: DE19712115814
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Kummer
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1971-04-01
Filing date: 1971-04-01
Publication date: 1973-04-26
Also published as: DE2115814B2; DE2115814C3

Description

"Widerstandspaste und Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Dickfilmbauelementes" Die Erfindung betrifft eine Widerstandspaste, enthaltend ein Ruthenat, ein glasartiges Bindemittel und ein Anpastmittel.
Widerstandspasten werden zur Herstellung von elektrischen Dickfilmbauelementen verwendet.
Bekannt ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift 1 903 561 die Verwendung von Bi2Ru2O7 und aus der Deutschen Offenlegungsschrift 1 932 720 die von Tl2 Ru2O7 für elektrische Widerstandspasten. Solche Widerstandspasten enthalten als wesentliche Bestandteile außer der elektrisch leitenden Komponente ein glasartiges Bindemittel, z. B. Bleiborosilicat, die beide in einem öligen Anpastmittel suspendiert sind. Als Anpastmittel werden beispielsweise Lösungen eines Harzes wie Polystyrol oder Äthylcellulose in einem nur langsam verdunstenden Lösungsmittel wie Terpineol oder Testbenzin benutzt. Zur Einstellung des Temperaturkoeffizienten und des Widerstandswertes können noch Edelmetalle oder Schwermetalloxide zugesetzt sein. Diese Widerstandspasten sind den bekannten Rutheniumoxid enthaltenden triderstandpasten überlegen.
Ein Nachteil dieser bekannten Widerstandspasten besteht darin, daß sie bei der Herstellung eines elektrischen Dickfilmbauelement es mit Kontaktierungsbahnen aus Palladium/Silb er-Leit erp sten nicht gleichzeitig eingebrannt werden können (Cofiring).
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine ruthenathaltige Widerstandspaste zu finden, die gleichzeitig und gemeinsam mit der Kontaktierungsbahn aus einer Leiterpaste eingebrannt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Widerstandspaste, die neben einem glassartigen Bindemittel, einem Anpastmittel und gegebenenfalls einem Edelmetall oder Schwermetalloxid ein Ruthenat enthält, erf.indungsgemäß dadurch, daß das Ruthenat ein Brdalkaliruthenat(IV) oder ein Gemisch aus Erdalkaliruthenaten(IV) ist.
Bewährt haben sich Widerstandspasten mit einem Ruthenatanteil von 5 bis 60 %, bezogen auf die gesamte Paste. Von den Brdalkaliruthenaten wird Bariumruthenat zur Herstellung der Widerstandspaste bevorzugt. Aber auch Klazium- und Strontiumruthenat haben sich als brauchbar erwiesen.
Völlig überraschend hat sich herausgestellt, daß die erfindungsgemäß auf Brdalkaliruthenat-Basis aufgebaute Widerstandspaste zusammen mit Kontakti erungsbahnen, beispielsweise aus einer Palladium /Silber-haltigen Leiterpaste, auf einen keramischen Trä-und ger gleichzeitig gemeinsam eingebrannt werden kann. Die Oberlappungszone (Bereich, in dem Widerstandsschicht und Weiterbahn überlagert sind) weist nach dem gemeinsamen Einbrennen keinerlei Krater und Blasen aul. Aus dieser guten Verträglichkeit von erfindungsgemäßer Widerstands- und bekannter Leiterpaste ergibt sich als weiterer Vorteil eine lineare Abhängigkeit des Widerstandswertes der eingebrannten erfindungsgemäßen Widerstandspaste von der Länge der Widerstandsschicht, während sich bei bekannten Widerstandspasten erhebliche Abweichungen von der linearen Abhängigkeit zeigen.
In der Figur ist diese lineare Abhängigkeit anhand von Meßwerten dargestellt. diese Figur zeigt die Abhängigkeit des Widerstandswertes einer 1 mm breiten Schicht aus einer Widerstandspaste geuaß Beispiel 1, die gemeinsam mit einer handelsüblichen Palladium/Silber-Leiterpaste als Kontaktierungsbahn bei 760 °C eingebrannt worden ist. Man erkennt, daß eine sehr gut lineare Abhängigkeit zwischen Länge und Widerstandswert besteht. Aus der Steigung der Kurve errechnet sich der Flächenwiderstand der Widerstandsschicht zu 520 # pro Quadrat.
Nachfolgend sind drei Beispiele für die Zusammensetzung von erfindungsgemäßen Widerstandspasten angegeben: Beispiel 1 40 gew.-teile BaRuO5 und 60 Gew.-Teile eines Glases der Zusammensetzung 50 % PbO, 34 % SiO2, 8 % B2O3, 5 % CaO und 3 % Al2O3 werden in einer Kugelmühle so lange unter Zusatz von 200 Gew.-Teilen Wasser vermahlen, bis alle BaRuO3- und Glas@@@ @@kel Kleiner als 5 µ sind. Das BaRuO3-Glaspulver-Gemisch @@@ abfiltriert und getrocken. 10 Gew.-Teile des Gemisches werden auf einem Walzenstuhl mit 5 Gew.-Teilen einer Lösung von 5 5' Äthylcellulose in Terpineol zu einer homogenen, gut druckfähigen Paste gemischt, die 9,4 c;'o Ruthenium enthält.
Beispiel 2 30 Gew.-Teile BaRuO3 und 70 Gew.-Teile des Glases aus Beispiel 1 werden in einer Vibrationsmühle gemeinsam trocken vermahlen, bis alle Teilchen kleiner als 5 /u sind. Nach dem Anpasten von 10 Teilen des Pulvergemisches mit 5 Teilen einer Lösung von 5 % Äthylcellulose in Torpineol erhältz man eine homogene Widerstandspaste mit einem Rutheniumgehalt von 7,05 e/.
Beispiel 3 Han verfährt wie in Beispiel 1, verwendet jedoch 28 Gew.-Teile CaRuO3 und 72 Gewe-Teile- des Glases aus Beispiel 1. Die hieraus hergestellte Widerstandspaste enthält 10 % Ruthenium.
Eine nach Beispiel 1 hergestellte Widerstandspaste wird durch ein 160 mesh Stahlsieb auf beispielsweise plättchenförmige, zu mehr als 90 % aus Al2O3 bestehende keramische Träger einer Widerstandsschicht aufgebracht. Die Einbrenntemperatur beträgt beispielsweise 800 °C. Die Dicke der Widerstandsschicht beträgt 25 /u.
Analog der Herstellung einer Widerstandsschicht aus einer Widerstandspaste gemäß Beispiel 1 rurden auch Widerstandsschichten aus einer Widerstandspaste gemäß Beispiel 2 und 3 erhalten.
Die e Einbrenntemperaturen betrugen hierbei auch jeweils 800 00.
Flächenwiderstand und Temperaturkoeffizient der so erhaltenen Widerstandsschichten sind in der Tabelle angegeben.

Tabelle

Itiderstanclsschicht Flächenwider- Temperaturkoeffi-

aus Widerstandspaste stand zient

nach Beispiel (n pro Quadrat) (10-6 pro Grad C)

25 bis 125 0C

1 595 + 740

2 22 300 + 180

3 47 000 - 75

Zur Herstellung von elektrischen Dickfilmbauelementen eignet sich die erfindungsgemäße Widerstandspaste vorzüglich. Zuerst werden auf einen keramischen Träger, wie beispielsweise Al203-Keramik, die Leiterpasten in bekannter Weise aufgebracht, danach wird zwischen den Enden jeweils zweier Leiterbahnen die erfindungsgemäße Widerstandspaste wie oben angegeben aufgebracht Anschließend werden Leiterbahnen und Widerstandsschicht in eine Durchlaufofen gleichzeitig und gemeinsam eingebrannt. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Arbeitsersparnis dadurch, daß ein Arbeitsgang gegenüber bekannten Verfahren, bei denen nacheinander in zwei getrennten Arbeitsgängen einmal die Leiterbahnen und zum anderen die Widerstandsschichten eingebrannt werden, wegfällt. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Widerstandspaste lassen sich also die elektrischen Bauelemente wesentlich preiswerter herstellen.

Wie schon eingangs angedeutet, können der erfindungsgemäßen Widerstandspaste in an sich bekannter Weise gegebenenfalls noch pulverförmiges Edelmetall, insbesondere Silber, oder Schwermetalloxide, beispielsweise Nickel- und/oder Kobaltoxid, zugesetzt werden, un den ,Jiderstandswert und den Temperaturkoeffizienten in gewünschter Weise zu beeinflussen.

Claims

Patentansprüche

1. Widerstandspaste, enthaltend ein Ruthenat, ein glasartiges Bindemittel und ein Anpastmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Ruthenat ein Erdalkaliruthenat( iv) oder ein Gemisch aus Erdalkaliruthenaten(IV) ist.

2. Widerstandspaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 60 Vü Erdalkaliruthenat(IV) enthält.

3. Widerstandspaste nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdalkaliruthenat(IV) Bariumruthenat(IV) ist.

4. Widerstandspaste nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein Edelmetall enthält.

5. Widerstandspaste nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetall Silber ist.

6. Widerstandspaste nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schwermetalloxide wie Nickel- und/oder Kobaltoxid enthält.

7. Widerstandspaste nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspruches dadurch gekennzeichnet, daß sie Erdalkaliruthenat(IV)-Teilchen enthält, die kleiner als 5 /u sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Dickfilmbauelementes, bei dem auf einem keramischen Träger zunächst eine Leiterbahn aus einer Palladium/Silber-haltigen Leiterpaste aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Leiterbahnen eine Widerstandsschicht aus einer ein Erdalkaliruthenat(IV) oder ein Erdalkaliruthenat(IV)-Gemisch enthaltenden Widerstandspaste so aufgebracht wird, daß die Widerstandsschicht en ihren Endbereichen die Leiterbahnen überlappt,und daß anschließend die Leiter- und Widerstandspaste gleichzeitig und gemeinsam in einem Ofen eingebrannt werden.