DE69818122T2

DE69818122T2 - Paste für einen Dickschichtwiderstand

Info

Publication number: DE69818122T2
Application number: DE69818122T
Authority: DE
Inventors: Masashi Mine-shi Fukaya; Tomoko Mine-shi Matsuo; Yoshinobu Hiratsuka-shi Watanabe; Chiaki Ebina-shi Higuchi
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2018-02-10
Also published as: EP0862189A1; DE69818122D1; US6123874A; EP0862189B1; JP3611160B2; JPH10224004A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Paste für einen Dickschichtwiderstand gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die EP-A-0 548 865 offenbart eine solche Paste für einen Dickschichtwiderstand, die aus einem Gemisch eines ersten und eines zweiten Glaspulvers, einem Pulver aus einem leitfähigen Material und einem organischen Bindemittel besteht. Die Mischungsbereiche der Glaspulver sind derart, dass die Menge des ersten Glaspulvers größer als die Menge des zweiten Glaspulvers sein kann. Das erste Glaspulver besitzt einen Einfrierpunkt höher als das zweite Glaspulver. Einige der in dieser Druckschrift erwähnten Glaszusammensetzungen erfüllen die Bedingung, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Glaspulvers größer als derjenige des zweiten Glaspulvers ist.
Eine Paste für einen Dickschichtwiderstand des RuO₂-Systems wird herkömmlicherweise auf eine Oberfläche eines Keramiksubstrats in ein Dickschichtwiderstandsmuster gedruckt, wenn Widerstände auf der Substratoberfläche durch einen Dickschichtprozess hergestellt werden. Das Dickschichtwiderstandsmuster wird dann bei einer Temperatur im Bereich zwischen 600 und 900°C gebrannt, um in Dickschichtwiderstände hergestellt zu werden. Da ein Widerstandswert des Dickschichtwiderstands im allgemeinen nach dem Brennen variiert, wird der Dickschichtwiderstand nach dem Brennen durch einen Laser-Trimm-Prozess getrimmt, sodass der Widerstandswert eingestellt wird.
Bei dem Laser-Trimmen resultiert eine thermische Belastung manchmal in dem Auftreten von Mikrorissen in dem Dickschichtwiderstand. Die Mikrorisse schreiten bei der tatsächlichen Benutzung des Keramiksubstrats nach und nach fort, wodurch der Widerstandswert des Dickschichtwiderstands demgemäß mit der Zeit variiert. Die Schwankung des Widerstandswerts verringert die Zuverlässigkeit der Schaltung. Die Mikrorisse neigen unter dem Zustand zu einer Ausbreitung, in dem der Dickschichtwiderstand einer Dehnungsbeanspruchung unterzogen wird. Demgemäß ist die Anwendung einer Druckkraft auf den Dickschichtwiderstand wünschenswert, sodass die Ausbreitung der Mikrorisse verhindert wird. Zu diesem Zweck muss der Dickschichtwiderstand einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Keramiksubstrat haben.
Jedoch besteht die herkömmlicherweise zur Herstellung des Dickschichtwiderstands auf dem Keramiksubstrat verwendete Paste für einen Dickschichtwiderstand aus einem Gemisch eines Glaspulvers, RuO₂-Pulver und einem organischen Bindemittel. RuO₂ hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 6,0 × 10^–6/Grad. Andererseits hat ein bei niedriger Temperatur gebranntes Keramiksubstrat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5,5 × 10^–6/Grad, welcher Wert kleiner als ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Aluminiumoxidsubstrats ist. Demgemäß sollte das Glas der Paste für den Dickschichtwiderstand einen Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 5,5 × 10^–6/Grad haben. Jedoch ist ein Auswahlbereich von Glas begrenzt, wenn elektrische Eigenschaften, mechanische Festigkeit, Schädlichkeit, usw. berücksichtigt werden. Somit ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des herkömmlich verwendeten Glases unvermeidbar etwa gleich demjenigen oder größer als derjenige des Keramiksubstrats. In diesem Stand der Technik ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Dickschichtwiderstands mit dem oben beschriebenen Glas und RuO₂ etwa gleich demjenigen des Keramiksubstrats im kleinsten Fall. Demgemäß wird der Dickschichtwiderstand einer unzureichenden Druckkraft aufgrund des Unterschiedes zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Dickschichtwiderstands und des Keramiksubstrats unterzogen. Außerdem wird manchmal eine Zugkraft auf den Dickschichtwiderstand ausgeübt. Folglich neigen in dem Dickschichtwiderstand während des Laser-Trimmens erzeugte Mikrorisse dazu, sich bei der tatsächlichen Verwendung auszubreiten, was mit fortschreitender Zeit in großen Schwankungen des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstands resultiert.
Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Paste für einen Dickschichtwiderstand vorzusehen, welche die Schwankungen des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstands mit fortschreitender Zeit reduzieren kann.
Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die so zusammengesetzte Paste für einen Dickschichtwiderstand wird durch die folgenden Schritte des Brennens in einen Dickschichtwiderstand gesintert, wenn sie auf einem Keramiksubstrat gedruckt ist und dann gebrannt.
Erster Schritt:
Das zweite Glas mit einem niedrigeren Einfrierpunkt schmilzt aufgrund eines Temperaturanstiegs während des Brennens zuerst. Das geschmolzene zweite Glas umhüllt das Pulver aus leitfähigem Material, wie schematisch in 1A dargestellt. Das erste Glaspulver mit einem höheren Einfrierpunkt wird in dieser Stufe nicht geschmolzen. Der Einfrierpunkt entspricht einer Erweichungstemperatur des Glases, bei der die Wärmeausdehnung des Glases mit einem Anstieg der Temperatur stoppt. Die Wärmeausdehnung des Glases schreitet unterhalb des Einfrierpunktes im wesentlichen linear mit einem Anstieg der Temperatur fort. Oberhalb des Einfrierpunktes schrumpft das Glas.
Zweiter Schritt:
Das erste Glaspulver mit dem höheren Einfrierpunkt schmilzt in diesem Schritt nach und nach. Das zuvor geschmolzene zweite Glas fließt, sodass es das erste Glas umhüllt.
Dritter Schritt:
Mit weiterem Fortschreiten des Brennens schmilzt das erste Glas, um eng an dem zweiten Glas anzuhaften, wie schematisch in 1B dargestellt. Das leitfähige Material sammelt sich oder klebt an einer Schnittstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Glas, wodurch leitende Pfade gebildet werden. Das in der Paste für den Dickschichtwiderstand enthaltene organische Bindemittel wird während des ersten bis dritten Schritts thermisch zersetzt oder verbrannt, sodass das organische Bindemittel aus der Schicht des Dickschichtwiderstands beseitigt wird.
Vierter Schritt:
Sowohl das erste als auch das zweite Glas werden aufgrund eines Temperaturabfalls in einer Endstufe des Brennens gehärtet, wodurch die Schicht des Dickschichtwiderstands auf dem Keramiksubstrat gebildet wird.
Der so gebrannte Dickschichtwiderstand hat einen Aufbau, bei dem das zweite Glas mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten das erste Glas mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten umhüllt. Bei diesem Aufbau reduziert das zweite Glas den Wärmeausdehnungskoeffizienten des gesamten Dickschichtwiderstands. Außerdem übt das erste Glas eine Druckkraft auf das zweite Glas aus. Folglich dämmt das der Druckkraft unterworfene zweite Glas die Ausbreitung von Mikrorissen ein, selbst wenn das nach dem Brennen durchgeführte Laser-Trimmen in Mikrorissen in dem Dickschichtwiderstand resultiert.
Der Effekt des Eindämmens des Ausbreitens der Mikrorisse wird mit einer Erhöhung der auf das zweite Glas ausgeübten Druckkraft erhöht. Die Druckkraft wird mit einer Erhöhung des Unterschiedes zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten und des zweiten Glases erhöht. Außerdem muss, damit das zweite Glas das erste Glas umhüllen kann, das zweite Glas ausreichend geschmolzen sein, bis das erste Glas zu schmelzen beginnt. Demgemäß kann das erste Glas durch das zweite Glas nicht aus reichend umhüllt sein, wenn die Unterschiede zwischen den Einfrierpunkten und demgemäß zwischen den Temperaturen, bei denen das erste bzw. das zweite Glas zu schmelzen beginnt, klein sind. Bei diesem Aufbau kann auf das zweite Glas keine ausreichende Druckkraft ausgeübt werden, wenn der Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem ersten und dem zweiten Glas groß ist.
In Anbetracht des oben beschriebenen Nachteils ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Glaspulvers vorzugsweise um 0,5 × 10^–6/Grad oder mehr größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Glaspulvers. Der Einfrierpunkt des ersten Glaspulvers ist vorzugsweise um 30°C oder mehr höher als der Einfrierpunkt des zweiten Glaspulvers. In diesem Fall schmilzt das zweite Glas ausreichend, bevor das erste Glas zu schmelzen beginnt, wodurch das zweite Glas das erste Glas zuverlässig umhüllt. Da außerdem der Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten und des zweiten Glases 0,5 × 10^–6/Grad oder mehr beträgt, ist die von dem ersten Glas auf das zweite Glas ausgeübte Druckkraft ausreichend erhöht. Folglich kann eine zum Eindämmen des Ausbreitens von Mikrorissen ausreichende Druckkraft erzielt werden, sodass die Schwankungen des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstands mit fortschreitender Zeit effektiv eingeschränkt werden können.
Das erste und das zweite Glaspulver enthalten vorzugsweise jeweils kein Pb, Cd und Ni. In der herkömmlichen Paste für einen Dickschichtwiderstand enthaltenes Pb, Cd und Ni sind Metalle mit jeweils einer Möglichkeit einer negativen Beeinflussung der Umwelt. Da das erste und das zweite Glas jeweils kein Pb, Cd und Ni enthalten, kann eine Abfallbeseitigung einfach durchgeführt werden, und der Schutz der Umwelt kann verbessert werden.
Was die Zusammensetzung des Glases betrifft, enthält das erste Glaspulver zu insgesamt 95 Gew.-% oder mehr 20 bis 26 Gew.-% CaO, 37 bis 59 Gew.-% SiO₂, 5 bis 13 Gew.-% Al₂O₃ und 8 bis 28 Gew.-% B₂O₃, und das zweite Glaspulver enthält zu insgesamt 85 Gew.-% oder mehr 53 bis 72 Gew.-% SiO₂, 20 bis 30 Gew.-% B₂O₃ und 1 bis 7 Gew.-% Na₂O. Die oben beschriebene Zusammensetzung des ersten und des zweiten Glases kann den Unterschied von 0,5 × 10^–6/Grad oder mehr zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten beider Gläser und dem Unterschied von 30°C oder mehr zwischen den Einfrierpunkten beider Gläser gewährleisten.
Da das zweite Glas, auf welches die Druckkraft ausgeübt wird, die Ausbreitung von Mikrorissen eindämmt, ist eine gewisse Zumischmenge des zweiten Glases erforderlich. Jedoch wird eine von dem zweiten Glas auf das erste Glas ausgeübte Zugkraft mit einem Anstieg in der Menge des zweiten Glases erhöht, wodurch der Mikrorisseindämmungseffekt durch die auf das erste Glas ausgeübte Zugkraft verringert wird. In Anbetracht dieses Nachteils hat das erste Glaspulver vorzugsweise einen Mischungsanteil von 73 bis 99 Gew.-% zu einer Gesamtmenge des ersten und des zweiten gemischten Glases, und das zweite Glaspulver hat einen Mischungsanteil von 27 bis 1 Gew.-%. Die Ergebnisse eines durch die Erfinder ausgeführten Temperaturversuchs, der später im Detail beschrieben wird, bestätigen, dass eine Veränderungsrate des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstands einen Sollwert von 1% übersteigt, wenn ein Mischungsanteil des zweiten Glases 27 Gew.-% übersteigt, wodurch ein effektiver Mikrorisseindämmungseffekt aus dem zweiten Glas nicht erzielt wird, wie in 3 dargestellt. Ferner bestätigen die Ergebnisse der Tests, dass die Veränderungsrate des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstands unter 1% ist, selbst wenn der Mischungsanteil des zweiten Glases 1 Gew.-% beträgt, wodurch ein effektiver Mikrorisseindämmungseffekt auf dem zweiten Glas erzielt wird. Folglich kann ein zufriedenstellender Mikrorisseindämmungseffekt aus dem zweiten Glas erzielt werden, wenn der Mischungsanteil des zweiten Glases in einem Bereich zwischen 27 und 1 Gew.-% liegt.
Die Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
1A einen Dickschichtwiderstand eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Zustand des Dickschichtwiderstands in einer ersten Halbstufe des Brennens gezeigt ist;
1B den Zustand des Dickschichtwiderstands in einer zweiten Halbstufe des Brennens;
2 eine schematische Draufsicht des in dem Temperaturtest eingesetzten Dickschichtwiderstands zur Erläuterung der Form und der Größe des Dickschichtwiderstands;
3 eine Graphik der Beziehung zwischen dem Mischungsanteil des Glases B und der Veränderungsrate des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstands;
4 eine Graphik der Beziehung zwischen dem Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Gläsern A und B und der Veränderungsrate des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstands; und
5 eine Graphik der Beziehung zwischen dem Unterschied zwischen den Einfrier- punkten der Gläser A und B und der Veränderungsrate des Widerstandwerts des Dickschichtwiderstands.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Eine Paste für einen Dickschichtwiderstand des Ausführungsbeispiels besteht aus einem Gemisch eines Pulvers von Glas A, eines Pulvers von Glas B, eines als elektrisch leitfähiges Material dienenden Pulvers von RuO₂ und eines organischen Bindemittels. Das organische Bindemittel besteht aus einem Bindemittelharz wie beispielsweise Ethylzellulose und einem Lösungsmittel wie beispielsweise Terpineol. Eine zugemischte Menge des Glases A ist größer als eine zugemischte Menge des Glases B. Das Glas A mit einer größeren Menge enthält zu insgesamt 95 Gew.-% oder mehr 20 bis 26 Gew.-% CaO, 37 bis 59 Gew.-% SiO₂, 5 bis 13 Gew.-% Al₂O₃ und 8 bis 28 Gew.-% B₂O₃. Das Glas B mit einer kleineren Menge enthält zu insgesamt 85 Gew.-% oder mehr 53 bis 72 Gew.-% SiO₂, 20 bis 30 Gew.-% B₂O₃ und 1 bis 7 Gew.-% Na₂O. Jedes der Gläser A und B enthält kein Blei (Pb), Cadmium (Cd) oder Nickel (Ni), welches Metalle mit jeweils einer Möglichkeit einer negativen Beeinflussung der Umwelt sind. Falls Aα einen Koeffizienten der Wärmeausdehnung des Glases A, AD einen Einfrierpunkt, Bα einen Koeffizienten der Wärmeausdehnung des Glases B und BD einen Einfrierpunkt bezeichnen, gelten die folgenden Beziehungen: Aα – Bα ≥ 0,5 × 10^–6/Grad und AD – BD ≥ 30°C.
Das Glas A weist einen Mischungsanteil von 73 bis 99 Gew.-% zu einer Gesamtmenge der Gläser A und B auf, und das Glas B weist einen Mischungsanteil von 27 bis 1 Gew.-% auf. Ein Mischungsanteil von RuO₂ zu der Paste für den Dickschichtwiderstand kann entsprechend eines erforderlichen Widerstandswerts bestimmt werden. Der Widerstandswert wird mit einem Anstieg des Mischungsanteils von RuO₂ gesenkt.
BEISPIELE
Ein Temperaturtest wurde ausgeführt, um die Beziehungen zwischen der Zusammensetzung, dem Wärmeausdehnungskoeffizienten und dem Einfrierpunkt jedes Glases A und B und einer Veränderungsrate des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstandes aufgrund des Tests zu offenbaren. Tabelle 1 zeigt fünf Beispiele A1 bis A5 des Glases A mit jeweils der größeren Menge, und Tabelle 2 zeigt fünf Beispiels B1 bis B5 des Glases B mit jeweils der kleineren Menge.
TABELLE 1
TABELLE 2
Jede der Proben A1 bis A5 enthielt zu insgesamt 95 Gew.-% oder mehr 20 bis 26 Gew.-% CaO, 37 bis 59 Gew.-% SiO₂, 5 bis 13 Gew.-% Al₂O₃ und 8 bis 28 Gew.-% B₂O₃. Die Einfrierpunkte der Proben A1 bis A5 lagen in einem Bereich zwischen 685 und 722°C. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Proben A1 bis A5 lagen in einem Bereich zwischen 5,4 × 10^–6/Grad und 6,9 × 10^–6/Grad.
Jede der Proben B1 bis B5 enthielt zu insgesamt 85 Gew.-% oder mehr 53 bis 72 Gew.-% SiO₂, 20 bis 30 Gew.-% B₂O₃ und 1 bis 7 Gew.-% Na₂O. Die Einfrierpunkte der Proben B1 bis B5 lagen in einem Bereich zwischen 636 und 661°C. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Proben B1 bis B5 lagen in einem Bereich zwischen 3,95 × 10^–6/Grad und 4,94 × 10^–6/Grad.
Pulver der Gläser A und B jeweils mit Mischungsanteilen, wie in Tabelle 3 (Beispiele) und Tabelle 4 (Vergleichsfälle) dargestellt, wurden mit einem Pulver von RuO₂ mit einem mittleren Korndurchmesser von 0,2 μm und einem organischen Bindemittel gemischt. Das Gemisch wurde dann durch eine Dreiwalzen-Mischmaschine gut in eine Paste für einen Dickschichtwiderstand vermischt. Der Mischungsanteil des RuO₂-Pulvers wurde zwischen 15, 20 und 25 Gew.-% verändert, um dadurch die Widerstandswerte der Dickschichtwiderstände zu verändern.
TABELLE 3
TABELLE 4
Bei niedriger Temperatur gebrannte Schaltungssubstrate mit jeweils einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5,5 × 10^–6/Grad wurden als Keramiksubstrat verwendet, auf denen die Pasten für den Dickschichtwiderstand gedruckt werden sollten. Jedes bei niedriger Temperatur gebrannte Keramiksubstrat wurde aus einem Keramikmaterial bestehend aus einem Gemisch von 60 Gew.-% Glaspulver des CaO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O-₃ Systems und 40 Gew.-% Al₂O₃-Pulver gemacht. Wie in 2 dargestellt, wurde ein Ag/Pd-Leiter für Elektroden des Widerstandes auf der Oberfläche des bei niedriger Temperatur gebrannten Keramiksubstrats in Abständen von 2 mm gedruckt und gebrannt. Die Paste für den Dickschichtwiderstand wurde auf den Ag/Pd-Leiter auf der Oberfläche des Substrats so mit Siebdruck aufgebracht, dass sie in ihrem getrockneten Zustand eine Dicke von 20 μm aufweist und dann bei 120°C getrocknet. Ein daraus resultierendes Dickschichtwiderstandsmuster besitzt eine Länge von 2 mm und eine Breite von 1 mm. Ferner wurde auf dem Dickschichtwiderstandsmuster mittels Siebdruck eine Überzugsglaspaste so aufgebracht, dass sie in ihrem getrockneten Zustand eine Dicke von 13 μm besitzt, und dann bei 120°C getrocknet.
Anschließend wurde das bei niedriger Temperatur gebrannte Keramiksubstrat in einem Ofen mit Riemenantrieb zum Brennen bei einer Spitzentemperatur von 900°C für 60 Minuten mit einer Haltezeit von 6 Minuten aufgenommen, sodass der Dickschichtwiderstand und das Überzugsglas gemeinsam gebrannt wurden.
Der oben beschriebene Dickschichtwiderstand wurde durch die folgenden Schritte gesintert:
Erster Schritt:
Die Temperatur des Glases wird mit fortschreitender Brennzeit erhöht. Das Glas B mit einem niedrigeren Einfrierpunkt schmilzt aufgrund eines Temperaturanstiegs während des Brennens zuerst. Das geschmolzene Glas B umhüllt das RuO₂-Pulver, wie schematisch in 1A dargestellt. Das Glas A mit einem höheren Einfrierpunkt wird bei dieser Stufe nicht geschmolzen.
Zweiter Schritt:
Das Glas A mit dem höheren Einfrierpunkt beginnt mit weiterem Anstieg der Temperatur allmählich zu Schmelzen. Das zuvor geschmolzene Glas B fließt, um das Glas A zu umhüllen.
Dritter Schritt:
Mit weiter fortschreitendem Brennen schmilzt das Glas A, um eng an dem Glas B anzuhaften, wie schematisch in 1B dargestellt. Das RuO₂ haftet an einer Schnittstelle zwischen den Gläsern A und B, wodurch leitende Pfade gebildet werden. Das in der Paste für den Dickschichtwiderstand enthaltene organische Bindemittel wird während des ersten bis dritten Schritts thermisch zersetzt oder verbrannt, sodass das organische Bindemittel aus der Schicht des Dickschichtwiderstands beseitigt wird.
Vierter Schritt:
Beide Gläser A und B werden aufgrund eines Temperaturabfalls in einer Endstufe des Brennens gehärtet, wodurch die Schicht des Dickschichtwiderstands auf dem Keramiksubstrat gebildet wird.
Der wie oben beschrieben gebrannte Dickschichtwiderstand hat einen Aufbau, bei dem das Glas B mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten das Glas mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten umhüllt. Bei diesem Aufbau reduziert das Glas B den Wärmeausdehnungskoeffizienten des gesamten Dickschichtwiderstands. Außerdem übt das Glas A eine Druckkraft auf das Glas B aus.
Ein Temperaturtest wurde ausgeführt, nachdem der Oberflächenschichtwiderstand durch Laser-Trimmen so bearbeitet wurde, dass der Widerstandswert auf das Doppelte seines Anfangswerts eingestellt wurde. In dem Temperaturtest wurde der Dickschichtwiderstand einer Temperatur von –40°C für 30 Minuten und dann einer weiteren Temperatur von 150°C für 30 Minuten in einem Zyklus ausgesetzt. Eine Messung wurde von einer Veränderungsrate des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstandes nach Ausführung von 1.000 Zyklen zu dem Widerstandswert nach Ablauf von 10 Minuten nach dem Laser-Trimmen genommen. Tabellen 3 (Beispiele der Erfindung) und 4 (Vergleichsfälle) zeigen die Ergebnisse der Messung. Die Ergebnisse der Messung sind in 3 bis 5 aufgetragen. 3 zeigt die Beziehung zwischen einem Mischungsanteil des Glases B und der Veränderungsrate des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstandes. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Gläsern A und B und der Veränderungsrate des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstandes. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Unterschied zwischen den Einfrierpunkten der Gläser A und B und der Veränderungsrate des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstandes.
Vergleichsfälle Nr. 1, 3 bis 6 in Tabelle 4 zeigen Pasten für den Dickschichtwiderstand mit jeweils nur dem Glas A, deren Zusammensetzung die gleiche wie die der herkömmlichen Paste für einen Dickschichtwiderstand ist. In den Vergleichsfällen 1, 3 bis 6 liegt die Veränderungsrate des Widerstandswerts aufgrund des Temperaturzyklus zwischen 1,34 und 1,85. Ein Sollwert (1% oder weniger) kann durch die Vergleichsfälle Nr. 1, 3 bis 6 nicht erzielt werden. Der Grund hierfür ist, dass aus dem Laser-Trimmen des Dickschichtwiderstandes resultierende Mikrorisse sich als Ergebnis des Temperaturtests ausbreiteten.
Dagegen weist jeder der durch Brennen der Pasten für den Dickschichtwiderstand der Beispiele Nr. 1 bis 16 in Tabelle 3 hergestellten Dickschichtwiderstände jeweils einen Aufbau auf, bei dem das Glas B mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten das Glas A mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten umhüllt. Bei diesem Aufbau reduziert das Glas B mit dem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten jenen des gesamten Dickschichtwiderstandes. Außerdem übt das Glas A eine Druckkraft auf das Glas B aus. Folglich dämmt das der Druckkraft unterzogene Glas B die Ausbreitung von Mikrorissen ein, selbst wenn das nach dem Brennen durchgeführte Laser-Trimmen in den Mikrorissen in dem Dickschichtwiderstand resultiert. Somit liegt die Veränderungsrate des Widerstandswerts aufgrund des Temperaturzyklus in den Beispielen Nr. 1 bis 16 in einem Bereich zwischen 0,15 und 0,84%, welcher Bereich den Sollwert zufriedenstellend erreichen kann.
Da das Glas B, auf welches die Druckkraft ausgeübt wird, die Ausbreitung von Mikrorissen eindämmt, ist eine gewisse Menge des Glases B erforderlich. Jedoch wird eine von dem Glas B auf das Glas A ausgeübte Zugkraft mit einem Anstieg der Menge des Glases B erhöht, wodurch der Mikrorisseindämmungseffekt durch die auf das Glas A ausgeübte Zugkraft reduziert wird.
Die Ergebnisse des Temperaturtests zeigen, dass der Mikrorisseindämmungseffekt maximal und die Veränderungsrate des Widerstandswerts minimal (0,21 bis 0,23%) wird, wenn der Mischungsanteil des Glases B zwischen 10 und 15% liegt. Wenn der Mischungsanteil des Glases B 15% übersteigt, wird die Veränderungsrate des Widerstandswertes mit einem Anstieg des Mischungsanteils des Glases B allmählich erhöht. Die Veränderungsrate des Widerstandswerts des Dickschichtwiderstandes übersteigt den Sollwert von 1%, wenn der Mischungsanteil des Glases B 27 Gew.-% übersteigt. Demgemäß kann der Mikrorisseindämmungseffekt aus dem Glas B nicht erzielt werden, wenn dessen Mischungsanteil 27 Gew.-% übersteigt.
Wenn ferner der Mischungsanteil des Glases B unter 10% verringert wird, wird die Veränderungsrate des Widerstandswerts mit einem Absenken des Mischungsanteils des Glases B allmählich erhöht. Die Veränderungsrate des Widerstandswerts ist jedoch geringer als 1%, wenn 1 Gew.-% des Glases B in dem Dickschichtwiderstand enthalten sind. Dies zeigt, dass ein zufriedenstellender Mikrorisseindämmungseffekt erzielt werden kann, wenn der Dickschichtwiderstand nur 1 Gew.-% Glas B enthält. Aus den Ergebnissen des Temperaturtests sollte das Glas B einen Mischungsanteil von 27 bis 1 Gew.-% haben. Folglich kann ein zufriedenstellender Mikrorisseindämmungseffekt durch das Glas B erzielt werden, wenn der Mischungsanteil davon zwischen 27 und 1 Gew.-% liegt.
Der Effekt des Eindämmens der Ausbreitung von Mikrorissen wird mit einem Anstieg der auf das Glas B ausgeübten Druckkraft erhöht. Die Druckkraft und demzufolge der Mikrorisseindämmungseffekt werden mit einer Verkleinerung des Unterschiedes zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Gläser A und B verringert. Die Ergebnisse des Temperaturtests zeigen, dass die Veränderungsrate des Widerstandswerts den Wert von 1,16% einnimmt, welcher Wert den Sollwert übersteigt, wenn der Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Gläser A und B 0,46 × 10^–6/Grad ist, wie in dem Vergleichsfall Nr. 7 in Tabelle 4. Die Ergebnisse zeigen ferner, dass die Veränderungsrate des Widerstandswerts den Wert bei oder unter dem Sollwert (1%) annimmt, wenn der Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Gläser A und B bei oder über 0,5 × 10^–6/Grad ist, wie in 4 dargestellt.
Außerdem muss, um einen ausreichenden Mikrorisseindämmungseffekt aus dem Glas B zu erzielen, das Glas B mit dem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten das Glas A mit dem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten umhüllen, wie in 1B dargestellt. Zu diesem Zweck muss das Glas B ausreichend geschmolzen sein, bis das Glas A zu schmelzen beginnt. Demgemäß kann das Glas A durch das Glas B nicht ausreichend umhüllt werden, wenn die Unterschiede zwischen den Einfrierpunkten und demgemäß zwischen den Temperaturen, bei denen die Gläser A und B zu schmelzen zu beginnen, klein sind. Bei diesem Aufbau wird auf das Glas B keine ausreichende Druckkraft ausgeübt, selbst wenn der Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Gläsern A und B groß ist.
Die Ergebnisse des Temperaturtests zeigen, dass die Veränderungsrate des Widerstandswerts den Wert von 1,26% annimmt, welcher Wert den Sollwert übersteigt, wenn der Unterschied zwischen den Einfrierpunkten der Gläser A und B bei 24°C ist, wie in dem Vergleichsfall Nr. 8 in Tabelle 4. Die Ergebnisse des Tests zeigen ferner, dass die Veränderungsrate des Widerstandswerts bei oder unter dem Sollwert ist und demgemäß ein zufriedenstellender Mikrorisseindämmungseffekt von dem Glas B nicht erzielt werden kann, wenn der Unterschied zwischen den Einfrierpunkten der Gläser A und B bei oder über 30°C ist.
In dem obigen Ausführungsbeispiel wird das bei niedriger Temperatur gebrannte Keramiksubstrat als ein Keramiksubstrat verwendet, auf dem die Paste für den Dickschichtwiderstand gedruckt und gebrannt wird. Jedoch kann ein anderes Keramiksubstrat wie beispielsweise ein Aluminiumoxidsubstrat oder ein Aluminiumnitridsubstrat anstelle des bei niedriger Temperatur gebrannten Keramiksubstrats verwendet werden.
Obwohl die Paste für den Dickschichtwiderstand in dem obigen Ausführungsbeispiel RuO₂ als das leitfähige Material enthält, kann ein anderes leitfähiges Material wie beispielsweise M₂Ru₂O_7–x mit M = Bi, Al, usw. oder MoO₃ verwendet werden. Außerdem wird der Mischungsanteil des RuO₂-Pulvers in dem obigen Ausführungsbeispiel zwischen 15, 20 und 25 Gew.-% verändert, um dadurch die Widerstandswerte der Dickschichtwiderstände zu variieren. Jedoch sollte der Mischungsanteil von RuO₂ nicht auf diese Werte beschränkt sein und kann entsprechend einem gewünschten Widerstandswert bestimmt werden.
Die obige Beschreibung und die Zeichnungen veranschaulichen nur die Grundsätze der vorliegenden Erfindung und sollen nicht einschränkend verstanden werden. Verschiedene Veränderungen und Modifikationen sind für den Fachmann selbstverständlich.

Claims

Paste für einen Dickschichtwiderstand, bestehend aus einem Gemisch aus einem ersten Glaspulver, einem zweiten Glaspulver, einem Pulver aus einem leitfähigen Material und einem organischen Bindemittel, wobei eine Menge des gemischten ersten Glaspulvers größer als eine Menge des gemischten zweiten Glaspulvers ist, und das erste Glaspulver einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen höheren Einfrierpunkt als das zweite Glaspulver aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Glaspulver zu insgesamt 95 Gew.-% oder mehr 20 bis 26 Gew.-% CaO, 37 bis 59 Gew.-% SiO₂, 5 bis 13 Gew.-% Al₂O₃ und 8 bis 28 Gew.-% B₂O₃ enthält und das zweite Glaspulver zu insgesamt 85 Gew.-% oder mehr 53 bis 72 Gew.-% SiO₂, 20 bis 30 Gew.-% B₂O₃ und 1 bis 7 Gew.-% Na₂O enthält, und dass das erste Glaspulver einen Mischungsanteil von 73 bis 99 Gew.-% zu einer Gesamtmenge des ersten und des zweiten Glaspulvers aufweist und das zweite Glaspulver einen Mischungsanteil von 27 bis 1 Gew.-% aufweist.
Paste für einen Dickschichtwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Glaspulvers um 0,5 × 10^–6/Grad oder mehr größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Glaspulvers ist.
Paste für einen Dickschichtwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfrierpunkt des ersten Glaspulvers um 30°C oder mehr höher als der Einfrierpunkt des zweiten Glaspulvers ist.
Paste für einen Dickschichtwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Glaspulver kein Pb, Cd und Ni enthalten.