JP2008303076A

JP2008303076A - 無鉛絶縁性被膜材料

Info

Publication number: JP2008303076A
Application number: JP2007149022A
Authority: JP
Inventors: Jun Hamada; 潤濱田; Naoya Hayakawa; 直也早川; Kazutoshi Nakaya; 和敏中屋
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2008-12-18

Abstract

【課題】荷重センサに代表される電子材料基板開発において、低温で熔融できて耐水性の高い絶縁性被膜ガラス材料が望まれている。
【解決手段】重量％でＳｉＯ_２を３〜２３、Ｂ_２Ｏ_３を１〜７、ＺｎＯを１〜７、ＢａＯを０〜１０、Ｂｉ_２Ｏ_３を６０〜８８、Ａｌ_２Ｏ_３を０．１〜５含むことを特徴とする無鉛絶縁性被膜材料。また、上記のガラスの粉末とセラミックス粉末のフィラーからなることを特徴とする無鉛絶縁性皮膜材料。
軟化点が３５０℃以上４８０℃以下、３０〜３００℃における平均熱膨張係数が（８５〜１３０）×１０^−７／℃である特徴も有す。
【選択図】なし

Description

本発明は、各種荷重を測定する荷重センサ等に代表される電子材料基板用の無鉛絶縁性被膜材料に関する。

車両の座席下に配置して乗員の体重を測定し、その体重の違いからエアバックの展開力を制御できるアドバンスエアバックシステム、あるいはその他荷重を測定する荷重センサが幅広く利用されている。アドバンスエアバックシステムは、衝突時において従来の乗員保護の目的のほか、エアバックの低リスク展開による子供や小柄な大人の乗員に対する保護を目的としている。

このアドバンスエアバックシステムに用いられる荷重センサの構造は、金属弾性体の上にガラスなどの絶縁層を形成し、その上に電極配線、感歪抵抗体を形成する。そしてそれらを覆う形で保護材が形成される。これら保護材としては樹脂や低融点ガラスなどが用いられている(特許文献１参照)。
特開２００５−１７２５３０号公報

しかしながら、上述した従来の荷重センサの構造においては、感歪抵抗体の上面を覆う保護材としてガラスを使用した場合には、保護層としての防湿効果は十分満足できるものであるが、ガラスの焼成時に加わる高温のため感歪抵抗体の抵抗値が変化してしまい感歪抵抗体としての性能が劣化して十分な機能を果たさないという問題があった。また、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の有機性樹脂を使用した場合には、焼成時の温度は比較的低いので感歪抵抗体の劣化は起こりにくいが、反面、防湿効果が十分に得られず、長期使用により感歪抵抗体に水分が到達し十分な機能を果たせないという問題があった。

そこで本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたもので、５００℃以下の低温で焼成することができるガラスを用い、抵抗変化率が低く強度や耐水性の高い保護層を提供することを目的とする。

さらに従来、低融点ガラスには鉛系のガラスが採用されてきた。鉛成分はガラスを低融点とするうえで重要な成分ではあるものの、人体や環境に与える弊害が大きい。本発明ではガラス組成を無鉛化することによって人体、環境に対する影響、絶縁特性等に与える影響は殆どなく、実質的にＰｂＯの影響を受けないことになる。

本発明は、電子材料基板用の絶縁性被膜ガラス材料において、該ガラス材料の組成が、重量％でＳｉＯ_２を３〜２３、Ｂ_２Ｏ_３を１〜７、ＺｎＯを１〜７、ＢａＯを０〜１０、Ｂｉ_２Ｏ_３を６０〜８８、Ａｌ_２Ｏ_３を０．１〜５含むことを特徴とする無鉛絶縁性被膜材料である。

また、上記のガラス材料の粉末とセラミックス粉末のフィラーからなることを特徴とする絶縁性被膜材料である。

また、上記ガラス材料の粉末が６０〜９８ｗｔ％でセラミックス粉末のフィラーが２〜４０ｗｔ％であることを特徴とする上記の無鉛絶縁性被膜材料である。

また、軟化点が３８０℃以上５５０℃以下、３０〜３００℃における平均熱膨張係数が（８０〜１２０）×１０^−７／℃であることを特徴とする上記の無鉛絶縁性皮膜材料である。

さらに、上記の無鉛絶縁性皮膜材料を使っていることを特徴とする荷重センサである。

さらに、上記の無鉛絶縁性皮膜材料を使っていることを特徴とする電子材料用基板である。

さらに、上記の無鉛絶縁性皮膜材料と有機ビヒクルとからなることを特徴とするガラスペーストである。

ＳｉＯ_２はガラス形成成分であり、安定したガラスを形成することができるもので、３〜２３％（重量％、以下においても同様である）で含有させる。２３％を越えると、ガラスの軟化点が上昇し、低温での焼成が困難となる。より好ましくは、６〜１７％の範囲である。

Ｂ_２Ｏ_３はＳｉＯ_２同様のガラス形成成分であり、ガラス溶融を容易とし、ガラスの熱膨張係数において過度の上昇を抑え、かつ、焼付け時にガラスに適度の流動性を与えるものである。ガラス中に１〜７％で含有させるのが好ましい。１％未満ではガラスの流動性が不充分となり、焼結性が損なわれる。他方７％を越えるとガラスの安定性を低下させる。より好ましくは１〜６％の範囲である。

ＺｎＯはガラスの軟化点を下げ、熱膨張係数を適宜範囲に調整する成分で、ガラス中に１〜７％の範囲で含有させるのが好ましい。１％未満ではその作用を発揮し得ず、７％を超えるとガラスが不安定化し熔融時に結晶化しやすくなる。より好ましくは１〜６％の範囲である。

Ｂｉ_２Ｏ_３はガラスを低融点化し、流動性を与える成分である。ガラス中に６０〜８８％で含有させるのが好ましい。６０％未満ではその作用を発揮し得ず、他方８８％を超えると熱膨張係数が過大となる。また、８８％を超えると耐水性が下がる傾向がある。より好ましくは７０〜８５％である。

Ａｌ_２Ｏ_３はガラスを安定化させる。ガラス中に０．１〜５％で含有させるのが好ましい。０．１％未満ではその作用を発揮し得ず、他方５％を超えるとガラスが不安定となる。より好ましくは０．１〜３％である。
ＢａＯは必須ではないがガラスに適度に流動性を与え、熱膨張係数を適宜範囲に調整するもので、他の物性を損なわない限り、これらを適宜加えても良い。

この他にも、一般的な酸化物で表すＩｎ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＴｅＯ_２、ＣｕＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２、ＭｎＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｏＯなどを、他の物性を損なわない限り含有してもよい。一般に本発明の目的とする他の物性を損なわないで含有できる量は５％以下である。

実質的にＰｂＯを含まないことにより、人体や環境に与える影響を皆無とすることができる。ここで、実質的にＰｂＯを含まないとは、ＰｂＯがガラス原料中に不純物として混入する程度の量を意味する。例えば、低融点ガラス中における０．３wt％以下の範囲であれば、先述した弊害、すなわち人体、環境に対する影響、絶縁特性等に与える影響は殆どなく、実質的にＰｂＯの影響を受けないことになる。

３０℃〜３００℃における熱膨張係数が（８０〜１２０）×１０^−７／℃、軟化点が３８０℃以上５５０℃以下である上記の無鉛絶縁性皮膜材料である。熱膨張係数が（８０〜１２０）×１０^−７／℃を外れると厚膜形成時に被膜の剥離等の問題が発生する。好ましくは、（８５〜１１０）×１０^−７／℃の範囲である。また、軟化点が５５０℃を越えると、厚膜形成時にそれ以上の温度をかける必要があり、感歪抵抗体の抵抗値が変化し正確な機能を果たさない問題が発生する。また、軟化点が３８０℃より低いと耐水性が下がる傾向がある。好ましくは、４００℃以上５３０℃以下である。

また、上記のガラスの粉末とセラミックス粉末のフィラーからなることを特徴とする無鉛絶縁性被膜材料である。セラミックス粉末をフィラーとして導入することによって膜強度の向上や耐水・耐酸性を向上させた無鉛絶縁性被膜材料とすることができる。

なお、ここでのフィラーとは、ガラス中に混合される微結晶及び多結晶の粒子の粉末であり、最終的な被膜の中に、その状態で溶融せずに残るものである。

ガラス粉末とセラミックス粉末のフィラーの混合比は広く取ることができるが、セラミック粉末フィラーが２ｗｔ％未満ではフィラーの効果は見られない。また、４０ｗｔ％を超えると焼結性が損なわれ基板との剥離が起こる恐れがある。このため、好ましくは２〜４０ｗｔ％の範囲であるが、さらに好ましくは、４〜３５ｗｔ％の範囲である。セラミックス粉末としてはＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２などに代表される無機フィラーが用いられる。

さらにまた、上記の無鉛絶縁性皮膜材料を使っていることを特徴とする荷重センサである。上述の無鉛絶縁性皮膜材料を使うことにより、焼成後の抵抗値変化も少なく高品質な荷重センサとすることができる。

さらにまた、上記の無鉛絶縁性皮膜材料を使っていることを特徴とする電子材料用基板である。上記の無鉛絶縁性皮膜材料を使うことにより、作業温度を低温化することができ、他材料への負担を低減することができる。

さらにまた、上記の無鉛絶縁性皮膜材料と有機ビヒクルとからなるガラスペーストである。有機ビヒクルとしてはエチルセルロースなどの樹脂をαテルピネオールやブチルカルビトールアセテートなどの有機溶剤に溶かしたものに代表される。有機ビヒクルと混合し、ガラスペーストとして提供することで様々な分野におけるガラス材料として使用することができる。

また、本発明は荷重センサの最上層である保護層への適用に限定されず、下層である絶縁層にも適用することができる。

以下、実施例に基づき、説明する。

（無鉛絶縁性皮膜材料）
まず、ガラス粉末は、実施例に記載した所定組成となるように各種無機原料を秤量、混合して原料バッチを作製する。この原料バッチを白金ルツボに投入し、電気加熱炉内で１０００〜１３００℃、１〜２時間で加熱溶融して表１の実施例１〜５、表２の比較例１〜５に示す組成のガラスを得た。

ガラスの一部は型に流し込み、ブロック状にして熱物性(熱膨張係数、軟化点)測定用に供した。残余のガラスは急冷双ロール成形機にてフレーク状とし、粉砕装置で平均粒径１〜４μｍ、最大粒径１０μｍ未満の粉末状に整粒した。

次いで、αテルピネオールとブチルカルビトールアセテートからなるペーストオイルにバインダーとしてのエチルセルロースと上記ガラス粉を混合し、粘度、３００±５０ポイズ程度のペーストを調製した。

（無鉛絶縁性被膜の形成）
次に、本発明が利用される荷重センサの製造方法について説明する。

まず、ステンレスなどの金属ベース基板からなる起歪体上面に絶縁性ガラス層を形成する。この場合、起歪体の上面にガラスペーストを印刷にて塗布し、約５５０℃の加熱炉で約１５分間焼成して前記絶縁層形成する。この場合の絶縁性ガラスペーストには５５０℃にて焼成可能な低融点ガラスが使用される。

次に、前記絶縁層の上面に銀ペーストを印刷にて塗布し、上記と同様に加熱炉で焼成して銀電極配線を形成する。そして、前記配線パターンの上面の電極部分に抵抗ペーストを印刷にて塗布し、上記と同様な方法で焼成して感歪抵抗体を形成する。次に、上記にて形成した配線パターン上に低融点ガラスからなるガラスペーストを印刷・焼成し保護層を得た。

感歪抵抗体の抵抗値の変化について、保護層の焼成前後における抵抗変化率が１０％以下のものを○、１０％以上のものを×とした。

耐水性については、作製した荷重センサを１週間水に浸漬し、その後水分が感歪抵抗体に到達し、荷重センサの出力特性が不安定なものを×とした。
（結果）
無鉛絶縁性皮膜材料の組成および、各種試験結果を表に示す。

表１における実施例１〜５に示すように、本発明の組成範囲内においては、焼成前後での抵抗変化率も低く、また耐水性も良好で安定した出力特性を有する荷重センサを得ることができた。

他方、本発明の組成範囲を外れる表２における比較例１〜５は、抵抗変化率や耐水性において良好な特性を示さず、荷重センサの無鉛絶縁性皮膜材料として適していない。

Claims

電子材料基板用の絶縁性被膜ガラス材料において、該ガラス材料の組成が、重量％でＳｉＯ_２を３〜２３、Ｂ_２Ｏ_３を１〜７、ＺｎＯを１〜７、ＢａＯを０〜１０、Ｂｉ_２Ｏ_３を６０〜８８、Ａｌ_２Ｏ_３を０．１〜５含むことを特徴とする無鉛絶縁性被膜材料。
請求項１記載のガラス材料の粉末とセラミックス粉末のフィラーからなることを特徴とする無鉛絶縁性被膜材料。
ガラス材料の粉末が６０〜９８ｗｔ％でセラミックス粉末のフィラーが２〜４０ｗｔ％であることを特徴とする請求項２に記載の無鉛絶縁性被膜材料。
軟化点が３８０℃以上５５０℃以下、また３０〜３００℃における平均熱膨張係数が（８０〜１２０）×１０^−７／℃であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無鉛絶縁性被膜材料。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無鉛絶縁性被膜材料を使っていることを特徴とする荷重センサ。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無鉛絶縁性被膜材料を使っていることを特徴とする電子材料用基板。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無鉛絶縁性被膜材料と有機ビヒクルとからなることを特徴とするガラスペースト。