JP2018063996A - チップ抵抗器及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡便な方法で形成可能であり、抵抗率が低く、絶縁基板との密着力に優れ、かつ信頼性の高い内部電極を有するチップ抵抗器及びその製造方法を提供する。【解決手段】絶縁基板と、前記絶縁基板上に位置する抵抗体と、前記抵抗体と電気的に接続している電極と、を有し、前記電極は、前記絶縁基板と接している内部電極を含み、前記内部電極は、銅を含有する金属相と、リン及び酸素を含有するガラス相と、を含む、チップ抵抗器。【選択図】なし

Description

本発明は、チップ抵抗器及びその製造方法に関する。
近年、携帯電話等の電気、電子機器の小型化、高集積化及び高周波化に伴い、小型で表面実装可能なチップ型の抵抗器(チップ抵抗器)の需要が急増している。
チップ抵抗器は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた抵抗体とを有し、さらに、抵抗体と、チップ抵抗器が戴置される回路基板とを電気的に接続するための電極が設けられている。電極は一般に、銅、ニッケル、錫、金、銀等の金属めっき層として形成される外部電極と、外部電極を形成する場所にめっき下地層として形成される内部電極(以下、単に内部電極ともいう)と、を有している。
内部電極は通常、金属粉末を含む導電性組成物を、絶縁基板の所望の領域にスクリーン印刷法等により付与し、これを600℃〜900℃の温度で熱処理(焼成)することで形成される。金属粉末としては、形成される内部電極の体積抵抗率(以下、単に「抵抗率」ともいう。)を下げる等の目的で、銀粉末又は銀を主成分とする粉末が一般的に用いられている(例えば、非特許文献1参照)。
M. Prudenziati, B. Morten, A. F. Gualtieri and M. Leoni, "Dissolution kinetics and diffusivity of silver in glassy layers for hybrid microelectronics.J. Mater. Sci.:Mater.Electron.15.447(2004)
しかし、チップ抵抗体の内部電極の形成に用いられている銀は、貴金属であって資源が限られており、地金自体が高価である。このため、銀に代わる内部電極の材料が望まれている。このような材料として有望視されている銅は、資源的に豊富であり、地金の価格も銀の約100分の1である。しかし、銅は大気中で酸化され易く、大気中で熱処理(焼成)する場合は200℃以上の温度に上げることが困難である。200℃以上の温度で熱処理(焼成)する場合には、酸素濃度を低下させる等の雰囲気の制御が必要となる、プロセスコストが高くなるなどの課題がある。このため、簡便な方法でも酸化が抑制された状態で形成可能な銅含有電極が求められている。更に、内部電極の絶縁基板に対する密着性の向上も求められている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡便な方法で形成可能であり、抵抗率が低く、絶縁基板との密着力に優れ、かつ信頼性の高い内部電極を有するチップ抵抗器及びその製造方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するための具体的な手段には、以下の実施態様が含まれる。
<1>絶縁基板と、前記絶縁基板上に位置する抵抗体と、前記抵抗体と電気的に接続している電極と、を有し、前記電極は、前記絶縁基板と接している内部電極を含み、前記内部電極は、銅を含有する金属相と、リン及び酸素を含有するガラス相と、を含む、チップ抵抗器。
<2>前記内部電極中の金属及びリンの総含有率は、45.0質量%〜98.0質量%である<1>に記載のチップ抵抗器。
<3>前記内部電極中の金属及びリンの総含有量に占めるリン含有率は、2.0質量%〜15.0質量%である<1>又は<2>に記載のチップ抵抗器。
<4>前記内部電極が錫をさらに含有する、<1>〜<3>のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
<5>前記内部電極がニッケルをさらに含有する、<1>〜<4>のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
<6>前記内部電極が、リン含有銅合金粒子、リン−錫含有銅合金粒子、及びリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子からなる群より選択される少なくとも1種の金属粒子と、ガラス粒子とを含有する内部電極用組成物の熱処理物である、<1>〜<5>のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
<7>前記リン含有銅合金粒子は、リン含有率が2.0質量%〜15.0質量%である<6>に記載のチップ抵抗器。
<8>前記リン−錫含有銅合金粒子は、リン含有率が2.0質量%〜15.0質量%である<6>〜<8>のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
<9>前記リン−錫含有銅合金粒子は、錫含有率が3.0質量%〜30.0質量%である<6>〜<8>のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
<10>前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、リン含有率が2.0質量%〜15.0質量%である<6>〜<9>のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
<11>前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、錫含有率が3.0質量%〜30.0質量%である<6>〜<10>のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
<12>前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、ニッケル含有率が3.0質量%〜30.0質量%である<6>〜<11>のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
<13>前記内部電極用組成物中の前記金属粒子の総含有率が、30.0質量%〜94.0質量%である<6>〜<12>のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
<14>前記電極用組成物中のガラス粒子の含有率が、0.1質量%〜15.0質量%である<6>〜<13>に記載のチップ抵抗器。
<15>前記電極用組成物が、樹脂を更に含む<6>〜<14>のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
<16>前記電極用組成物が、溶剤を更に含む<6>〜<15>のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
<17>リン含有銅合金粒子、リン−錫含有銅合金粒子、及びリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子からなる群より選択される少なくとも1種の金属粒子と、ガラス粒子とを含有する内部電極用組成物を前記絶縁基板に付与する工程と、前記内部電極用組成物を熱処理し、前記内部電極を形成する工程と、を有する<1>〜<16>に記載のチップ抵抗器の製造方法。
本発明によれば、簡便な方法で形成可能であり、抵抗率が低く、絶縁基板との密着力に優れ、かつ信頼性の高い内部電極を有するチップ抵抗器及びその製造方法が提供される。
本実施形態のチップ抵抗器の一例を示す概略断面図である。 本実施形態のチップ抵抗器の他の一例を示す概略断面図である。 本実施形態のチップ抵抗器の製造方法の一例を示す概略平面図である。 本実施形態のチップ抵抗器の製造方法の一例を示す概略平面図である。 本実施形態のチップ抵抗器の製造方法の一例を示す概略平面図である。 本実施形態のチップ抵抗器の製造方法の一例を示す概略平面図である。 本実施形態のチップ抵抗器の製造方法の一例を示す概略平面図である。 本実施形態のチップ抵抗器の製造方法の一例を示す概略斜視図である。 本実施形態のチップ抵抗器の製造方法の一例を示す概略斜視図である。 本実施形態のチップ抵抗器の製造方法の一例を示す概略斜視図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の含有率は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率を意味する。
本明細書において組成物中の各成分の粒子径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本明細書において「層」又は「膜」との語には、当該層又は膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本明細書において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
本明細書において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
<チップ抵抗器>
本実施形態のチップ抵抗器は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に位置する抵抗体と、前記抵抗体と電気的に接続している電極と、を有し、前記電極は、前記絶縁基板と接している内部電極を含み、前記内部電極は、銅を含有する金属相と、リン及び酸素を含有するガラス相と、を含む。
銅を含有する金属相とリン及び酸素を含有するガラス相とを含む内部電極は、内部電極を形成する際に大気中で熱処理(焼成)しても酸化され難く、低い抵抗率を有するものである。また、銅を含有する金属相とリン及び酸素を含有するガラス相とを含む内部電極は、絶縁基板に対する密着性に優れ、信頼性の高いチップ抵抗器を提供することができる。
内部電極中の金属及びリンの総含有率は、例えば、45.0質量%〜98.0質量%であることが好ましく、50.0質量%〜97.0質量%であることがより好ましく、55.0質量%〜95.0質量%であることが更に好ましい。金属及びリンの総含有率を45.0質量%以上とすることで、内部電極内の空隙部を効果的に低減させ、内部電極を緻密化させることができる傾向にある。一方、金属及びリンの総含有率を98.0質量%以下とすることで、絶縁基板に付与する際の作業性が向上し、内部電極がより低抵抗率化し、絶縁基板への密着力がより向上する傾向にある。
内部電極中の金属及びリンの総含有量に占める銅含有率は、例えば、40.0質量%〜98.0%であることが好ましく、45.0質量%〜95.0質量%であることがより好ましく、50.0質量%〜90.0質量%であることが更に好ましい。内部電極中の金属及びリンの総含有量に占める銅含有率が40.0質量%以上であることで、より低い抵抗率を達成できる傾向にある。一方、内部電極中の金属及びリンの総含有量に占める銅含有率が98.0質量%以下であることで、より優れた耐酸化性を達成できる傾向にある。
内部電極中の金属及びリンの総含有量に占めるリン含有率は、内部電極の低抵抗率化及びCu−P−Oガラス相の形成能の観点から、例えば、2.0質量%〜15.0質量%であることが好ましく、2.0質量%〜8.3質量%であることがより好ましく、2.5質量%〜8.0質量%であることが更に好ましく、3.0質量%〜7.5質量%であることが特に好ましい。内部電極中の金属及びリンの総含有量に占めるリン含有率が2.0質量%以上であることで、より優れた耐酸化性を達成できる傾向にある。一方、内部電極中の金属及びリンの総含有量に占めるリン含有率が15.0質量%以下であることで、より低い抵抗率を達成できる傾向にある。
内部電極中の金属及びリンの総含有量に占める錫含有率は、内部電極の低抵抗率化及びSn−P−Oガラス相の形成能の観点から、例えば、3.0質量%〜30.0質量%であることが好ましく、3.5質量%〜27.0質量%であることがより好ましく、4.0質量%〜25.0質量%であることが更に好ましい。内部電極中の金属及びリンの総含有量に占める錫含有率が3.0質量%以上であることで、Cu−Sn合金相を効果的に形成でき、より優れた耐酸化性を達成できる傾向にある。一方、内部電極中の金属及びリンの総含有量に占める錫含有率が30.0質量%以下であることで、Sn−P−Oガラス相の形成能が向上する傾向にある。
内部電極中の金属及びリンの総含有量に占めるニッケル含有率は、内部電極の低抵抗率化の観点から、例えば、3.0質量%〜30.0質量%であることが好ましく、3.5質量%〜27.0質量%であることがより好ましく、4.0質量%〜25.0質量%であることが更に好ましい。内部電極の金属及びリンの総含有量に占めるニッケル含有率が3.0質量%以上であることで、Cu−Sn−Ni合金相及びCu−Ni合金相を効果的に形成でき、より優れた耐酸化性を達成できる傾向にある。また、内部電極の金属及びリンの総含有量に占めるニッケル含有率が30.0質量%以下であることで、内部電極中のCu割合が増加し、内部電極の低抵抗率化を達成できる傾向にある。
内部電極を構成する各元素の含有率は、誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)法の定量分析又はエネルギー分散型X線分光(EDX)法の定量分析によって測定することができる。
本実施形態のチップ抵抗器は、リン含有銅合金粒子を含む金属粒子と、ガラス粒子とを含む電極用組成物の熱処理(焼成)物である内部電極を有することが好ましい。電極用組成物が金属粒子としてリン含有銅合金粒子を含むことで、大気中での熱処理(焼成)における銅の酸化が抑制され、体積抵抗率(以下、単に抵抗率ともいう)のより低い内部電極を形成できる。更に、電極用組成物を基板に付与して内部電極を形成する際、形成される内部電極の基板に対する密着力を向上させることができる。
図1及び図2は、本実施形態のチップ抵抗器の一例を示す概略断面図である。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
図1に示すチップ抵抗器は、絶縁基板1の上に抵抗体4が設けられている。絶縁基板1の抵抗体4が設けられた側の面(以下、表面ともいう)には、抵抗体4と接するように内部電極2(表面電極)が設けられ、絶縁基板1の抵抗体4が設けられていない側の面(以下、裏面ともいう)にも内部電極3(裏面電極)が設けられている。内部電極2、3は、それぞれ絶縁基板1の両端(通常は、絶縁基板1の長手方向の両端)に2箇所ずつ設けられている。抵抗体4の上には、ガラス保護コート5と樹脂保護コート6がこの順に設けられている。
絶縁基板1の側面(通常は、絶縁基板1の長手方向の両端)には、表面に設けられた内部電極2と、絶縁基板1の裏面に設けられた内部電極3の両方に接するように側面電極7が設けられている。さらに、側面電極7の上に外部電極8と外部電極9がこの順に設けられている。
図2に示すチップ抵抗器では、図1において絶縁基板1の表面の一方の端部に設けられた内部電極2と、裏面の同じ側の端部に設けられた内部電極3と、側面電極7とを個別に形成する代わりに、これらが内部電極10として一体的に形成されている。
以下では、まず、本実施形態のチップ抵抗器の製造に使用可能な内部電極用組成物について説明し、次いで、内部電極の形成方法について説明し、次いで、チップ抵抗器の製造方法について説明する。
<内部電極用組成物>
内部電極用組成物は、リン含有銅合金粒子、リン−錫含有銅合金粒子、及びリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子からなる群より選択される少なくとも1種の金属粒子と、ガラス粒子とを含有する。内部電極用組成物は、必要に応じてその他の成分を含有していてもよい。
(金属粒子)
内部電極用組成物は、リン含有銅合金粒子、リン−錫含有銅合金粒子、及びリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子からなる群より選択される少なくとも1種の金属粒子を含有する。
内部電極用組成物中の金属粒子の総含有率は、例えば、30.0質量%〜94.0質量%であることが好ましく、35.0質量%〜90.0質量%であることがより好ましく、40.0質量%〜85.0質量%であることが更に好ましい。金属粒子の総含有率を30.0質量%以上とすることで、内部電極内の空隙部を効果的に低減させ、内部電極を緻密化させることができる傾向にある。一方、金属粒子の総含有率を94.0質量%以下とすることで、絶縁基板に付与する際の作業性が向上し、内部電極がより低抵抗率化し、絶縁基板への密着力がより向上する傾向にある。
[リン含有銅合金粒子]
内部電極用組成物は、金属粒子として、リン含有銅合金粒子を含有していてもよい。リン含有銅合金としては、リン銅ろう(リン濃度:7質量%程度以下)と呼ばれるろう付け材料が知られている。リン銅ろうは、銅と銅との接合剤としても用いられるものである。下地電極用組成物においてリン含有銅合金粒子を用いることで、リンの銅酸化物に対する還元性を利用し、耐酸化性に優れ、抵抗率の低い内部電極を形成することができる。
また、内部電極用組成物が金属粒子としてリン含有銅合金粒子を含有することで、還元された銅の金属相を形成すること以外に、熱処理(焼成)中にリン及び酸素を含むガラス相(Cu−P−Oガラス相等)を形成することで、内部電極の絶縁基板に対する密着力を向上させることができる。これは、例えば以下のように考えることができる。
リン含有銅合金粒子を含有する下地電極用組成物を用いた場合、金属組織中にはリンを固溶した銅(Cu相)とリン化銅(CuP相)との混合組織が形成される。このとき、大気中での熱処理(焼成)のうち200℃付近の比較的低温領域で、Cu相は酸化されて酸化銅(CuO相)を形成するが、加熱温度を上げて420℃付近まで達すると、CuP相が酸化されてCu−P−Oガラス相が形成される一方、CuO相が再び銅に還元される。このガラス相の存在により、内部電極の絶縁基板に対する密着力が向上すると考えられる。
リン含有銅合金粒子のリン含有率は、内部電極の低抵抗率化及びCu−P−Oガラス相の形成能の観点から、例えば、2.0質量%〜15.0質量%であることが好ましく、2.0質量%〜8.3質量%であることがより好ましく、2.5質量%〜8.0質量%であることが更に好ましく、3.0質量%〜7.5質量%であることが特に好ましい。リン含有銅合金粒子のリン含有率が2.0質量%以上であることで、より優れた耐酸化性を達成できる傾向にある。一方、リン含有銅合金粒子のリン含有率が15.0質量%以下であることで、より低い抵抗率を達成できる傾向にある。
リン含有銅合金粒子は、リン及び銅以外に、不可避的に混入する他の原子を更に含んでいてもよい。他の原子としては、例えば、Ag、Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、及びAuを挙げることができる。
リン含有銅合金粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば、リン含有銅合金粒子中に1.0質量%以下とすることができ、耐酸化性及び内部電極の低抵抗率化の観点から、0.5質量%以下であることが好ましい。
なお、リン含有銅合金粒子を構成するリン含有銅合金における各元素の含有率は、誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)法の定量分析又はエネルギー分散型X線分光(EDX)法の定量分析によって測定することができる。
リン含有銅合金粒子の粒子径は特に制限されない。粒度分布において小径側から積算した体積が50%の場合における粒子径(以下、「D50%」と略記することがある。)は、例えば、0.4μm〜10μmであることが好ましく、1μm〜7μmであることがより好ましい。リン含有銅合金粒子のD50%を0.4μm以上とすることで、耐酸化性がより向上する傾向にある。一方、リン含有銅合金粒子のD50%を10μm以下とすることで、内部電極中におけるリン含有銅合金粒子を含んだ金属粒子同士の接触面積が大きくなり、内部電極の抵抗率がより低下する傾向にある。
なお、リン含有銅合金粒子の粒子径は、レーザー回折式粒度分布計(例えば、ベックマン・コールター(株)、LS 13 320型レーザー散乱回折法粒度分布測定装置)によって測定される。具体的には、溶剤(テルピネオール)125gに、リン含有銅合金粒子を0.01質量%〜0.3質量%の範囲内で添加し、分散液を調製する。この分散液の約100mL程度をセルに注入して25℃で測定する。粒度分布は、溶剤の屈折率を1.48として測定する。
リン含有銅合金粒子の形状としては特に制限されず、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。耐酸化性及び内部電極の低抵抗率化の観点から、リン含有銅合金粒子の形状は、略球状、扁平状、又は板状であることが好ましい。
リン含有銅合金は、通常用いられる方法で製造することができる。また、リン含有銅合金粒子は、所望のリン含有率となるように調製したリン含有銅合金を用いて、金属粒子を調製する通常の方法を用いて調製することができる。例えば、水アトマイズ法を用いて定法により製造することができる。なお、水アトマイズ法の詳細については金属便覧(丸善(株)出版事業部)等に記載されている。
具体的には、リン含有銅合金を熔解し、これをノズル噴霧によって粒子化した後、得られた粒子を乾燥及び分級することで、所望のリン含有銅合金粒子を製造することができる。また、分級条件を適宜選択することで、所望の粒子径を有するリン含有銅合金粒子を製造することができる。
リン含有銅合金粒子は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。リン含有銅合金粒子の2種以上を組み合わせて用いる態様としては、例えば、成分比率が異なるものの粒子径、粒度分布等の粒子形状が同じである2種以上のリン含有銅合金粒子を組み合わせて用いる態様、成分比率は同じであるものの粒子形状の異なる2種以上のリン含有銅合金粒子を組み合わせて用いる態様、並びに成分比率及び粒子形状がともに異なる2種以上のリン含有銅合金粒子を組み合わせて用いる態様が挙げられる。
内部電極用組成物がリン含有銅合金粒子を含有する場合、その含有率は特に制限されない。耐酸化性及び下地電極の低抵抗率化の観点から、内部電極用組成物中のリン含有銅合金粒子の含有率は、例えば、30.0質量%〜94.0質量%であることが好ましく、35.0質量%〜90.0質量%であることがより好ましく、40.0質量%〜85.0質量%であることが更に好ましい。
[リン−錫含有銅合金粒子]
内部電極用組成物は、金属粒子として、リン−錫含有銅合金粒子を含有していてもよい。内部電極用組成物においてリン−錫含有銅合金粒子を用いることで、抵抗率がより低く、絶縁基板との密着性により優れた内部電極を形成することができる傾向にある。
これは、例えば以下のように考えることができる。リン−錫含有銅合金粒子を熱処理(焼成)すると、リン−錫含有銅合金粒子中のリン、錫、及び銅が互いに反応して、Cu相、Cu−Sn合金相、及びSn−P−Oガラス相を形成する。Cu−Sn合金相が形成されると、共晶反応により合金の融点が低下し、Cu相が単体で形成される場合よりも内部電極の焼結性が向上し、結果として抵抗率をより低下させることができる。
また、リン−錫含有銅合金粒子の熱処理(焼成)により形成されるSn−P−Oガラス相は、Cu相及びCu−Sn合金相の間、並びにCu相及びCu−Sn合金相と絶縁基板との界面に存在する。これにより、内部電極自身の強度及び内部電極と絶縁基板との間の密着性がより向上する。
リン−錫含有銅合金粒子のリン含有率は、内部電極の低抵抗率化及びSn−P−Oガラス相の形成能の観点から、例えば、2.0質量%〜15.0質量%であることが好ましく、2.5質量%〜12.0質量%であることがより好ましく、3.0質量%〜10.5質量%であることが更に好ましい。リン−錫含有銅合金粒子のリン含有率が2.0質量%以上であることで、より優れた耐酸化性を達成できる傾向にある。一方、リン−錫含有銅合金粒子のリン含有率が15.0質量%以下であることで、より低い抵抗率を達成でき、また、Sn−P−Oガラス相の形成能が向上する傾向にある。
リン−錫含有銅合金粒子の錫含有率は、内部電極の低抵抗率化及びSn−P−Oガラス相の形成能の観点から、例えば、3.0質量%〜30.0質量%であることが好ましく、3.5質量%〜27.0質量%であることがより好ましく、4.0質量%〜25.0質量%であることが更に好ましい。リン−錫含有銅合金粒子の錫含有率が3.0質量%以上であることで、Cu−Sn合金相を効果的に形成でき、より優れた耐酸化性を達成できる傾向にある。一方、リン−錫含有銅合金粒子の錫含有率が30.0質量%以下であることで、Sn−P−Oガラス相の形成能が向上する傾向にある。
リン−錫含有銅合金粒子は、リン、錫、及び銅以外に、不可避的に混入する他の原子を更に含んでいてもよい。他の原子としては、例えば、Ag、Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、及びAuを挙げることができる。
リン−錫含有銅合金粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば、リン−錫含有銅合金粒子中に1.0質量%以下とすることができ、耐酸化性及び内部電極の低抵抗率化の観点から、0.5質量%以下であることが好ましい。
なお、リン−錫含有銅合金粒子を構成するリン−錫含有銅合金における各元素の含有率は、誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)法の定量分析又はエネルギー分散型X線分光(EDX)法の定量分析によって測定することができる。
リン−錫含有銅合金粒子の粒子径は特に制限されない。リン−錫含有銅合金粒子のD50%は、例えば、0.4μm〜10μmであることが好ましく、1μm〜7μmであることがより好ましい。リン−錫含有銅合金粒子のD50%を0.4μm以上とすることで、耐酸化性がより向上する傾向にある。一方、リン−錫含有銅合金粒子のD50%を10μm以下とすることで、内部電極中におけるリン−錫含有銅合金粒子を含んだ金属粒子同士の接触面積が大きくなり、内部電極の抵抗率がより低下する傾向にある。
なお、リン−錫含有銅合金粒子の粒子径(D50%)の測定方法は、リン含有銅合金粒子の粒子径の測定方法と同様である。
リン−錫含有銅合金粒子の形状としては特に制限されず、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。耐酸化性及び内部電極の低抵抗率化の観点から、リン−錫含有銅合金粒子の形状は、略球状、扁平状又は板状であることが好ましい。
リン−錫含有銅合金粒子は、リン含有銅合金粒子と同様に、水アトマイズ法を用いて定法により製造することができる。
リン−錫含有銅合金粒子は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。リン−錫含有銅合金粒子の2種以上を組み合わせて用いる態様としては、例えば、成分比率が異なるものの粒子径、粒度分布等の粒子形状が同じである2種以上のリン−錫含有銅合金粒子を組み合わせて用いる態様、成分比率は同じであるものの粒子形状の異なる2種以上のリン−錫含有銅合金粒子を組み合わせて用いる態様、並びに成分比率及び粒子形状がともに異なる2種以上のリン−錫含有銅合金粒子を組み合わせて用いる態様が挙げられる。
内部電極用組成物がリン−錫含有銅合金粒子を含有する場合、その含有率は特に制限されない。耐酸化性及び内部電極の低抵抗率化の観点から、内部電極用組成物中のリン−錫含有銅合金粒子の含有率は、例えば、30.0質量%〜94.0質量%であることが好ましく、35.0質量%〜90.0質量%であることがより好ましく、40.0質量%〜85.0質量%であることが更に好ましい。
[リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子]
内部電極用組成物は、金属粒子として、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を含有していてもよい。内部電極用組成物においてリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を用いることで、抵抗率がより低く、絶縁基板との密着性により優れた内部電極を形成することができる傾向にある。
これは、例えば以下のように考えることができる。リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を熱処理(焼成)すると、熱処理(焼成)中にリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子中のリン、錫、ニッケル、及び銅が互いに反応して、Cu相、Cu−Ni合金相、Cu−Sn−Ni合金相、及びSn−P−Oガラス相を形成する。
ここで、Cu−Sn合金相は、500℃程度の比較的低温で生成し、そして、形成されたCu−Sn合金相とニッケルとが更に反応し、Cu−Sn−Ni合金相を形成すると考えられる。このCu−Sn−Ni合金相は、500℃以上の高温(例えば、800℃)でも形成されることがある。また、これに伴い、金属相の錫濃度が減少し、Cu−Ni合金相及びCu相を部分的に形成することがある。結果として、より高温の熱処理(焼成)でも耐酸化性を保ったまま低抵抗率の内部電極を形成することができる。
また、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の熱処理(焼成)工程で形成されるSn−P−Oガラス相は、リン−錫含有銅合金粒子を用いた場合と同様に、合金粒子中のリンと錫とが反応して形成されるものである。このSn−P−Oガラス相が、Cu−Sn−Ni合金相、Cu−Ni合金相、及びCu相の間、並びにCu−Sn−Ni合金相、Cu−Ni合金相、及びCu相と絶縁基板との界面に存在することで、内部電極自身の強度及び内部電極と絶縁基板との間の密着性が向上する。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子のリン含有率は、内部電極の低抵抗率化及びSn−P−Oガラス層の形成能の観点から、例えば、2.0質量%〜15.0質量%であることが好ましく、2.5質量%〜12.0質量%であることがより好ましく、3.0質量%〜10.5質量%であることが更に好ましい。リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子のリン含有率が2.0質量%以上であることで、より優れた耐酸化性を達成できる傾向にある。一方、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子のリン含有率が15.0質量%以下であることで、より低い抵抗率を達成でき、また、Sn−P−Oガラス相の形成能が向上する傾向にある。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の錫含有率は、内部電極の低抵抗率化及びSn−P−Oガラス相の形成能の観点から、例えば、3.0質量%〜30.0質量%であることが好ましく、3.5質量%〜27.0質量%であることがより好ましく、4.0質量%〜25.0質量%であることが更に好ましい。リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の錫含有率が3.0質量%以上であることで、Cu−Sn−Ni合金相を効果的に形成でき、より優れた耐酸化性を達成できる傾向にある。一方、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の錫含有率が30.0質量%以下であることで、Sn−P−Oガラス相の形成能が向上する傾向にある。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子のニッケル含有率は、内部電極の低抵抗率化の観点から、例えば、3.0質量%〜30.0質量%であることが好ましく、3.5質量%〜27.0質量%であることがより好ましく、4.0質量%〜25.0質量%であることが更に好ましい。リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子のニッケル含有率が3.0質量%以上であることで、Cu−Sn−Ni合金相及びCu−Ni合金相を効果的に形成でき、より優れた耐酸化性を達成できる傾向にある。また、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子のニッケル含有率が30.0質量%以下であることで、内部電極中のCu割合が増加し、内部電極の低抵抗率化を達成できる傾向にある。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、リン、錫、ニッケル、及び銅以外に、不可避に混入する他の原子を更に含んでいてもよい。他の原子としては、例えば、Ag、Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、及びAuを挙げることができる。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子中に1.0質量%以下とすることができ、耐酸化性及び内部電極の低抵抗率化の観点から、0.5質量%以下であることが好ましい。
なお、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を構成するリン−錫−ニッケル含有銅合金における各元素の含有率は、誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)法の定量分析又はエネルギー分散型X線分光(EDX)法の定量分析によって測定することができる。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径は特に制限されない。リン−錫含有銅合金粒子のD50%は、例えば、0.4μm〜10μmであることが好ましく、1μm〜7μmであることがより好ましい。リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子のD50%を0.4μm以上とすることで、耐酸化性がより向上する傾向にある。一方、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子のD50%を10μm以下とすることで、内部電極中におけるリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を含んだ金属粒子同士の接触面積が大きくなり、内部電極の抵抗率がより低下する傾向にある。
なお、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径(D50%)の測定方法は、リン含有銅合金粒子の粒子径の測定方法と同様である。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の形状としては特に制限されず、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。耐酸化性及び内部電極の低抵抗率化の観点から、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の形状は、略球状、扁平状、又は板状であることが好ましい。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、リン含有銅合金粒子及びリン−錫含有銅合金粒子と同様に、水アトマイズ法を用いて定法により製造することができる。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせてもよい。リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の2種以上を組み合わせて用いる態様としては、成分比率が異なるものの粒子径、粒度分布等の粒子形状が同じである2種以上のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を組み合わせて用いる態様、成分比率は同じであるものの粒子形状の異なる2種以上のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を組み合わせて用いる態様、並びに成分比率及び粒子形状がともに異なる2種以上のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を組み合わせて用いる態様が挙げられる。
内部電極用組成物がリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を含有する場合、その含有率は特に制限されない。耐酸化性及び内部電極の低抵抗率化の観点から、内部電極用組成物中のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の含有率は、例えば、30.0質量%〜94.0質量%であることが好ましく、35.0質量%〜90.0質量%であることがより好ましく、40.0質量%〜85.0質量%であることが更に好ましい。
(ガラス粒子)
内部電極用組成物は、ガラス粒子の少なくとも1種を含有する。ここで、ガラス粒子とは、ガラス(ガラス転移現象を示す非晶質固体)が粒子状になったものを意味する。内部電極用組成物がガラス粒子を含有することで、形成した内部電極と絶縁基板との密着性が向上する。
ガラス粒子は、内部電極の低抵抗率化及び内部電極と絶縁基板との密着性の観点から、軟化点が650℃以下であることが好ましい。ガラス粒子の軟化点が650℃以下であることで、軟化(溶融)したガラス粒子が金属粒子を効果的に被覆し、金属粒子の反応が効果的に発現する傾向にある。すなわち、銅を含有する金属相とリン及び酸素を含有するガラス相とが効果的に形成され、内部電極の抵抗率がより低下し、また、内部電極と絶縁基板との密着性がより向上する傾向にある。
なお、ガラス粒子が溶融し、その溶融物が絶縁基板の表面を均一に覆うことによっても、内部電極の密着性が向上すると考えられるが、内部電極用組成物を用いれば、熱処理(焼成)中に金属粒子からもガラス相が生成されるため、結果として内部電極と絶縁基板との密着性をより向上させることができる。
リン含有銅合金粒子等の金属粒子間の反応及び焼結性、並びに金属粒子由来のガラス相形成能の観点から、ガラス粒子の軟化点は550℃以下であることがより好ましく、500℃以下であることが更に好ましい。ガラス粒子の軟化点は、示差熱−熱重量分析装置(TG−DTA)を用いて通常の方法によって測定される。
ガラス粒子を構成するガラス成分としては、例えば、酸化ケイ素(SiO又はSiO)、酸化リン(P)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ホウ素(B)、酸化バナジウム(V)、酸化カリウム(KO)、酸化ビスマス(Bi)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化リチウム(LiO)、酸化バリウム(BaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ベリリウム(BeO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化鉛(PbO)、酸化カドミウム(CdO)、酸化スズ(SnO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化タングステン(WO)、酸化モリブデン(MoO)、酸化ランタン(La)、酸化ニオブ(Nb)、酸化タンタル(Ta)、酸化イットリウム(Y)、酸化チタン(TiO)、酸化ゲルマニウム(GeO)、酸化テルル(TeO)、酸化ルテチウム(Lu)、酸化アンチモン(Sb)、酸化銅(CuO)、酸化鉄(FeO、Fe、又はFe)、酸化銀(AgO又はAgO)、及び酸化マンガン(MnO)が挙げられる。なお、本明細書において、ガラス粒子を構成するガラス成分は、いずれも酸化物で表記する。
中でも、SiO、P、Al、B、V、Bi、ZnO、及びPbOからなる群より選択される少なくとも1種を含むガラス粒子を用いることが好ましく、SiO、Al、B、Bi、及びPbOからなる群より選択される少なくとも1種を含むガラス粒子を用いることがより好ましい。このようなガラス粒子の場合には、軟化点がより効果的に低下する傾向にある。また、このようなガラス粒子は、金属粒子との濡れ性が向上するため、熱処理(焼成)における金属粒子間の焼結が進み、より抵抗率の低い内部電極を形成することができる傾向にある。
ガラス粒子の粒子径は特に制限されない。ガラス粒子のD50%は、例えば、0.5μm〜10μmであることが好ましく、0.8μm〜8μmであることがより好ましい。ガラス粒子のD50%を0.5μm以上とすることで、内部電極用組成物を調製する際の作業性が向上する傾向にある。一方、ガラス粒子のD50%を10μm以下とすることで、内部電極用組成物中にガラス粒子がより均一に分散し、内部電極と絶縁基板との密着性がより向上する傾向にある。
なお、ガラス粒子の粒子径(D50%)の測定方法は、リン含有銅合金粒子の粒子径の測定方法と同様である。
ガラス粒子の形状としては特に制限されず、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。耐酸化性及び内部電極の低抵抗率化の観点から、ガラス粒子の形状は、略球状、扁平状、又は板状であることが好ましい。
内部電極用組成物中のガラス粒子の含有率は、例えば、0.1質量%〜15.0質量%であることが好ましく、0.5質量%〜12.0質量%であることがより好ましく、1.0質量%〜10.0質量%であることが更に好ましい。かかる範囲の含有率でガラス粒子を含有することで、より効果的に耐酸化性及び内部電極の低抵抗率化が達成される傾向にある。更に、金属粒子間の接触及び反応を促進させることができる傾向にある。
(溶剤及び樹脂)
内部電極用組成物は、溶剤及び樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含有していてもよい。溶剤及び樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含有することにより、内部電極用組成物の液物性(粘度、表面張力等)を、絶縁基板に付与する際の付与方法に適した範囲内に調整することができる。
溶剤としては特に制限されない。溶剤としては、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン等の炭化水素溶剤、ジクロロエチレン、ジクロロエタン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素溶剤、テトラヒドロフラン、フラン、テトラヒドロピラン、ピラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、トリオキサン等の環状エーテル溶剤、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド溶剤、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン溶剤、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール溶剤、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノアセテート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノプロピオネート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノブチレート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等の多価アルコールのエステル溶剤、ブチルセルソルブ、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等の多価アルコールのエーテル溶剤、テルピネン、テルピネオール、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、ピネン、カルボン、オシメン、フェランドレン等のテルペン溶剤などが挙げられる。溶剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
溶剤としては、内部電極用組成物をコンデンサ本体に付与する際の付与特性(塗布性及び印刷性)の観点から、例えば、多価アルコールのエステル溶剤、テルペン溶剤、及び多価アルコールのエーテル溶剤からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、多価アルコールのエステル溶剤及びテルペン溶剤からなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
樹脂としては、熱処理(焼成)によって熱分解され得る樹脂であれば、当該技術分野において通常用いられる樹脂を特に制限なく用いることができ、天然高分子化合物であっても、合成高分子化合物であってもよい。具体的に、樹脂としては、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース樹脂、ポリビニルアルコール化合物、ポリビニルピロリドン化合物、ポリアクリル酸エチル等のアクリル樹脂、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂、フェノール変性アルキド樹脂、ひまし油脂肪酸変性アルキド樹脂等のアルキド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ロジンエステル樹脂などが挙げられる。樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂としては、熱処理(焼成)における消失性の観点から、セルロース樹脂及びアクリル樹脂からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
樹脂の重量平均分子量は特に制限されない。樹脂の重量平均分子量は、例えば、5000〜500000であることが好ましく、10000〜300000であることがより好ましい。樹脂の重量平均分子量が5000以上であると、内部電極用組成物の粘度の増加が抑制できる傾向にある。これは例えば、樹脂を金属粒子に吸着させたときの立体的な反発作用が充分となり、これら樹脂同士の凝集が抑制されるためと考えることができる。一方、樹脂の重量平均分子量が500000以下であると、樹脂同士が溶剤中で凝集することが抑制され、内部電極用組成物の粘度の増加が抑制できる傾向にある。また、樹脂の重量平均分子量が500000以下であると、樹脂の燃焼温度が高くなることが抑制され、内部電極用組成物を熱処理(焼成)する際に樹脂が燃焼されずに異物として残存することが抑制され、より低抵抗率な内部電極を形成することができる傾向にある。
重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて測定される分子量分布から標準ポリスチレンの検量線を使用して換算して求められる。検量線は、標準ポリスチレンの5サンプルセット(PStQuick MP−H、PStQuick B、東ソー(株))を用いて3次元で近似する。GPCの測定条件は、以下のとおりである。
・装置:(ポンプ:L−2130型[(株)日立ハイテクノロジーズ])、(検出器:L−2490型RI[(株)日立ハイテクノロジーズ])、(カラムオーブン:L−2350[(株)日立ハイテクノロジーズ])
・カラム:Gelpack GL−R440 + Gelpack GL−R450 + Gelpack GL−R400M(計3本)(日立化成(株))
・カラムサイズ:10.7mm×300mm(内径)
・溶離液:テトラヒドロフラン
・試料濃度:10mg/2mL
・注入量:200μL
・流量:2.05mL/分
・測定温度:25℃
内部電極用組成物が溶剤及び樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含有する場合、溶剤及び樹脂の含有率は、内部電極用組成物が所望の液物性となるように、使用する溶剤及び樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、溶剤及び樹脂の総含有率は、内部電極用組成物中、3.0質量%〜50.0質量%であることが好ましく、5.0質量%〜45.0質量%であることがより好ましく、7.0質量%〜40.0質量%であることが更に好ましい。溶剤及び樹脂の総含有率が上記範囲内であることにより、内部電極用組成物をコンデンサ本体に付与する際の付与特性が良好になり、所望の幅及び高さを有する内部電極をより容易に形成することができる傾向にある。
内部電極用組成物が溶剤及び樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含有する場合、溶剤及び樹脂の含有比は、内部電極用組成物が所望の液物性となるように、使用する溶剤及び樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。
内部電極用組成物は、耐酸化性、内部電極の低抵抗率化、及び絶縁基板への密着性の観点から、例えば、金属粒子の総含有率が30.0質量%〜94.0質量%であり、ガラス粒子の含有率が0.1質量%〜15.0質量%であることが好ましく、金属粒子の総含有率が35.0質量%〜90.0質量%であり、ガラス粒子の含有率が0.5質量%〜12.0質量%であることがより好ましく、金属粒子の総含有率が40.0質量%〜85.0質量%であり、ガラス粒子の含有率が1.0質量%〜10.0質量%であることが更に好ましい。
内部電極用組成物が溶剤及び樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含有する場合、耐酸化性、内部電極の低抵抗率化、及びコンデンサ本体への密着性の観点から、例えば、金属粒子の総含有率が30.0質量%〜94.0質量%であり、ガラス粒子の含有率が0.1質量%〜15.0質量%であり、溶剤及び樹脂の総含有率が3.0質量%〜50.0質量%であることが好ましく、金属粒子の総含有率が35.0質量%〜90.0質量%であり、ガラス粒子の含有率が0.5質量%〜12.0質量%であり、溶剤及び樹脂の総含有率が5.0質量%〜45.0質量%であることがより好ましく、金属粒子の総含有率が40.0質量%〜85.0質量%であり、ガラス粒子の含有率が1.0質量%〜10.0質量%であり、溶剤及び樹脂の総含有率が7.0質量%〜40.0質量%であることが更に好ましい。
(フラックス)
内部電極用組成物は、フラックスの少なくとも1種を含有していてもよい。フラックスを含有することで、金属粒子の表面に酸化膜が形成された場合に該酸化膜を除去し、熱処理(焼成)中の金属粒子の反応を促進させることができる傾向にある。また、フラックスを含有することで、内部電極と絶縁基板との密着性がより向上する傾向にある。
フラックスとしては、金属粒子の表面に形成される酸化膜を除去可能であれば特に制限されない。具体的には、例えば、脂肪酸、ホウ酸化合物、フッ化化合物、及びホウフッ化化合物を好ましいフラックスとして挙げることができる。フラックスは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
フラックスとしてより具体的には、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ソルビン酸、ステアロール酸、プロピオン酸、酸化ホウ素、ホウ酸カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸リチウム、ホウフッ化カリウム、ホウフッ化ナトリウム、ホウフッ化リチウム、酸性フッ化カリウム、酸性フッ化ナトリウム、酸性フッ化リチウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、及びフッ化リチウムが挙げられる。
中でも、熱処理(焼成)する際の耐熱性(フラックスが熱処理(焼成)の低温時に揮発しない特性)及び金属粒子の耐酸化性の補完の観点から、ホウ酸カリウム及びホウフッ化カリウムが好ましいフラックスとして挙げられる。
内部電極用組成物がフラックスを含有する場合、フラックスの含有率は、金属粒子の耐酸化性を効果的に発現させる観点及び熱処理(焼成)によりフラックスが除去されることで形成される空隙率の低減の観点から、内部電極用組成物中、例えば、0.1質量%〜5質量%であることが好ましく、0.3質量%〜4質量%であることがより好ましく、0.5質量%〜3.5質量%であることが更に好ましく、0.7質量%〜3質量%であることが特に好ましく、1質量%〜2.5質量%であることが極めて好ましい。
(その他の成分)
内部電極用組成物は、上述した成分に加え、必要に応じて、当該技術分野で通常用いられるその他の成分を更に含有することができる。その他の成分としては、例えば、可塑剤、分散剤、界面活性剤、無機結合剤、金属酸化物、セラミック、及び有機金属化合物が挙げられる。
(内部電極用組成物の調製方法)
内部電極用組成物の調製方法は特に制限されない。金属粒子、ガラス粒子、及び必要に応じて用いられる溶剤、樹脂等のその他の成分を、通常用いられる分散方法及び混合方法を用いて、分散及び混合することで調製することができる。
分散方法及び混合方法は特に制限されず、通常用いられる分散方法及び混合方法から適宜選択して適用することができる。
<内部電極の形成方法>
内部電極用組成物を用いた内部電極の形成方法は、内部電極用組成物を絶縁基板に付与する工程(以下、「付与工程」ともいう。)と、付与した内部電極用組成物を熱処理(焼成)し、内部電極を形成する工程(以下、「内部電極形成工程」ともいう。)とを有する。付与工程と内部電極形成工程との間には、必要に応じて、付与した内部電極用組成物を乾燥する工程(以下、「乾燥工程」ともいう。)を有していてもよい。また、付与工程と内部電極形成工程との間には、必要に応じて、付与した内部電極用組成物中の樹脂を熱分解する工程(以下、「脱脂工程」ともいう。)を有していてもよい。
前述した内部電極用組成物を用いることで、酸素の存在下(例えば、大気中)で熱処理(焼成)を行っても、抵抗率の低い内部電極を形成することができる。
(付与工程)
付与工程では、絶縁基板の内部電極を形成する領域に、所望の形状となるように内部電極用組成物を付与する。内部電極用組成物を付与する方法としては、例えば、スクリーン印刷法、インクジェット法、ディスペンサー法、及びディップ法が挙げられる。これらの中でも、生産性の観点から、スクリーン印刷法又はディップ法が好ましい。
内部電極用組成物を絶縁基板に付与する場合、内部電極用組成物は、ペースト状であることが好ましい。ペースト状の内部電極用組成物は、20Pa・s〜1000Pa・sの範囲の粘度を有することが好ましい。なお、内部電極用組成物の粘度は、ブルックフィールドHBT粘度計を用いて25℃の温度及び回転数5.0回転/分(rpm)の条件で測定される。
内部電極用組成物のコンデンサ本体への付与量は、形成する内部電極の大きさ等に応じて適宜選択することができる。例えば、内部電極用組成物の付与量は、3g/m〜120g/mとすることができ、5g/m〜100g/mであることが好ましい。
(乾燥工程)
内部電極用組成物を用いて内部電極を形成する際には、必要に応じて、内部電極用組成物中の溶剤を蒸散する目的で、乾燥工程を設けてもよい。乾燥工程は、付与工程の後に行われ、例えば、内部電極用組成物を300℃未満の温度で1秒間〜30分間熱処理する。乾燥工程により、内部電極用組成物に含有される溶剤が蒸散されて、内部電極中の残渣等による空隙部の形成を抑制することができる傾向にある。
乾燥工程の条件は、コンデンサ本体の誘電体の種類、内部電極用組成物中の溶剤の種類、内部電極用組成物の付与量等に応じて適宜設定することができる。乾燥工程では、生産性の観点から、例えば、280℃以下の温度で2秒間〜20分間の熱処理を行うことが好ましく、250℃以下の温度で3秒間〜15分間の熱処理を行うことがより好ましい。
乾燥工程に用いる装置としては、上記の温度に加熱できるものであれば特に制限されず、送風乾燥機、ホットプレート、トンネル炉、ベルト炉等を挙げることができる。
(内部電極形成工程)
内部電極形成工程では、付与した内部電極用組成物を熱処理(焼成)し、内部電極を形成する。内部電極形成工程における熱処理(焼成)条件としては、当該技術分野で通常用いられる熱処理(焼成)条件を適用することができる。一般に、熱処理(焼成)温度は900℃以下とされ、例えば、600℃〜900℃の範囲とすることができる。また、熱処理(焼成)時間は、熱処理(焼成)温度等に応じて適宜選択することができ、例えば、600℃〜900℃の温度範囲では10秒間〜2時間とすることができる。
(脱脂工程)
内部電極用組成物を用いて内部電極を形成する際には、必要に応じて、付与工程と内部電極形成工程との間に、内部電極用組成物中の樹脂を熱分解する目的で、脱脂工程を設けることができる。脱脂工程により、内部電極用組成物に含有される樹脂が熱分解されて、樹脂成分が内部電極中に残渣として残ることが抑制される傾向にある。そのため、金属粒子同士の反応及び焼結が樹脂成分の残渣により阻害されることが抑制され、低抵抗の内部電極を形成することができる傾向にある。また、熱処理(焼成)中にSn−P−Oガラス相を効果的に生成することができ、内部電極と絶縁基板との密着性を向上させることができる傾向にある。
脱脂工程では、例えば、300℃以上600℃未満の温度で5秒間〜3時間の熱処理を行う。脱脂工程の条件は、コンデンサ本体の誘電体の種類、内部電極用組成物中の樹脂の種類、内部電極用組成物の付与量等に応じて適宜設定することができる。脱脂工程では、生産性及び内部電極の低抵抗率化の観点から、350℃〜550℃の温度で5秒間〜3時間の熱処理を行うことが好ましく、350℃〜500℃の温度で10秒間〜2時間の熱処理を行うことがより好ましい。
脱脂工程及び内部電極形成工程に用いる装置としては、上記の温度に加熱できるものであれば特に制限されず、赤外線加熱炉、トンネル炉、ベルト炉等を挙げることができる。赤外線加熱炉は、電気エネルギーを電磁波の形で熱処理材料に投入し、熱エネルギーに変換するため高効率であり、また、短時間での急速加熱が可能である。更に、燃焼による生成物が少なく、また非接触加熱であるため、形成する内部電極の汚染を抑えることが可能である。トンネル炉及びベルト炉は、試料を自動で連続的に入口から出口へと搬送し、熱処理(焼成)するため、炉体の区分け及び搬送スピードの制御によって、熱処理(焼成)のムラを抑制することが可能である。このような中、生産性の観点からは、トンネル炉又はベルト炉を用いて熱処理(焼成)することが好適である。
なお、脱脂工程と内部電極形成工程とを連続的に行える観点からも、トンネル炉又はベルト炉を用いることが好ましい。例えば、内部電極用組成物を付与し、乾燥したコンデンサ本体をトンネル炉又はベルト炉に入れ、脱脂工程の条件で熱処理した後、コンデンサ本体をトンネル炉又はベルト炉から取り出さず、トンネル炉又はベルト炉の温度等の設定を変更することにより、内部電極形成工程の条件で熱処理(焼成)して、内部電極用組成物の熱処理(焼成)物である内部電極を形成してもよい。
<チップ抵抗器の製造方法>
本実施形態のチップ抵抗器の製造方法は、内部電極用組成物を絶縁基板に付与する工程(付与工程)と、付与した内部電極用組成物を熱処理(焼成)し、内部電極を形成する工程(内部電極形成工程)と、を有する。付与工程と内部電極形成工程との間には、必要に応じて、付与した内部電極用組成物を乾燥する工程(乾燥工程)を有していてもよい。また、付与工程と内部電極形成工程との間には、必要に応じて、付与した内部電極用組成物中の樹脂を熱分解する工程(脱脂工程)を有していてもよい。すなわち、本実施形態のチップ抵抗体の製造方法は、前述した内部電極の形成方法により内部電極を形成する工程を有する。
以下、図1に示す構造のチップ抵抗器の製造方法の具体例を、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(1)内部電極の形成
まず、図3aに示すように、複数のチップ抵抗器に分割可能な大きいサイズの絶縁基板1(以下、分割前の絶縁基板1ともいう)の表面に、チップ抵抗器のサイズにあわせて縦方向(チップ抵抗器の長手方向)と横方向(チップ抵抗器の幅方向)にそれぞれ分割溝11を形成して、後に分割溝11に沿って分割できるようにしておく。分割溝11の形成方法は特に制限はされず、例えば、ダイヤモンドカッター等で切削しても、レーザー等を用いて加工してもよい。
絶縁基板1の材質は、必要な絶縁性が得られるものであれば特に制限されず、アルミナ基板等のセラミック基板が一般的に使用される。絶縁性の観点からは、基板の純度は高いことが好ましい。具体的には、例えば、アルミナ基板の場合はアルミナの純度が90.0質量%以上であることが好ましく、95.0質量%以上であることがより好ましい。
次いで、図3bに示すように、分割前の絶縁基板1の一方の面に、分割後の各チップ抵抗器の内部電極2(表面電極)に相当する領域に、上述した方法により内部電極を形成する。同様に、分割前の絶縁基板1のもう一方の面に、分割後の各チップ抵抗器の内部電極3(裏面電極、図示せず)に相当する領域に、上述した方法により内部電極を形成する。
(2)抵抗体の形成
次いで、図3cに示すように、分割前の絶縁基板1の一方の面に形成した内部電極2と接するように抵抗体4を形成する。抵抗体4の形成方法としては、抵抗体用組成物を所定の領域に付与して熱処理(焼成)する方法が挙げられる。
抵抗体用組成物としては、導電粒子とガラス粒子を含むものが広く用いられており、導電粒子としては、酸化ルテニウムを代表とするルテニウム酸化物の粒子が好ましい。ルテニウム酸化物粒子とガラス粒子とを含む抵抗体組成物が好ましい理由としては、大気中での熱処理(焼成)が可能であること、抵抗温度係数をゼロに近づけることが容易であること、広い領域の抵抗値の抵抗体4を形成できること等が挙げられる。
ルテニウム酸化物粒子とガラス粒子を含む抵抗体用組成物は、ルテニウム酸化物粒子の配合比を多くすると抵抗値が下がり、ルテニウム酸化物粒子の配合比を少なくすると抵抗値が上がる傾向にある。このことを利用して、ルテニウム酸化物粒子とガラス粒子の配合比を調整することで、所望の抵抗値を発現させることができる。
ルテニウム酸化物としては、ルチル型の結晶構造を有する酸化ルテニウム、パイクロア型の結晶構造を有するルテニウム酸鉛、ルテニウム酸ビスマス、ペロブスカイト型結晶構造を有するルテニウム酸カルシウム、ルテニウム酸ストロンチウム、ルテニウム酸バリウム、ルテニウム酸ランタン等が挙げられる。ルテニウム酸化物は、金属的な導電性を示す酸化物であれば特に制限されず、1種又は2種以上を選択して使用できる。
抵抗体用組成物は、必要に応じて、ルテニウム酸化物粒子以外の導電性粒子を含んでいてもよい。ルテニウム酸化物粒子以外の導電性粒子としては、銀(Ag)粒子、パラジウム(Pd)粒子等が挙げられる。
抵抗体用組成物に含まれるガラス粒子の種類は特に制限されず、ケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス等が挙げられる。また、抵抗体用組成物に含まれるガラス粒子の粒子径は特に制限されない。ガラス粒子のD50%は、例えば、0.5μm〜10μmであることが好ましく、1.0μm〜8μmであることがより好ましい。抵抗体用組成物に含まれるガラス粒子のD50%が0.5μm以上であると、抵抗体用組成物の調製の際の作業性が向上する傾向にある。また、抵抗体用組成物に含まれるガラス粒子のD50%が10μm以下であると、抵抗体の抵抗値のバラツキが低減する傾向にある。
抵抗体用組成物の粘度は特に制限されず、抵抗体用組成物を付与する方法に応じて選択できる。例えば、抵抗体用組成物の粘度は溶剤、樹脂等を加えて20Pa・s〜1000Pa・sの範囲に調節してペースト状にしてもよい。抵抗体用組成物の粘度は、ブルックフィールドHBT粘度計を用いて25℃で測定される値とする。
抵抗体用組成物を付与する方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット法、ディスペンサー法、ディップ法等が挙げられる。生産性の観点からは、スクリーン印刷法又はディップ法が好ましい。
抵抗体用組成物の熱処理(焼成)条件は、抵抗体用組成物に含まれる導電粒子の焼結とガラス粒子の軟化が生じる温度と時間であれば、特に制限されない。例えば、600℃〜850℃の温度で1分間〜30分間とすることができる。
(3)ガラス保護コート5の形成
次いで、図3dに示すように、抵抗体4を覆うようにガラス保護コート5を形成する。ガラス保護コート5は、例えば、低融点のガラス粒子を含むガラス保護コート用組成物を所定の領域に付与して乾燥し、熱処理することで形成することができる。
ガラス保護コート用組成物に含まれるガラス粒子の種類は特に制限されず、ケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス等が挙げられる。ガラス粒子のD50%は、例えば、0.5μm〜10μmであることが好ましく、1.0μm〜8μmであることがより好ましい。ガラス保護コート用組成物に含まれるガラス粒子のD50%が0.5μm以上であると、ガラス保護コート用組成物の調製の際の作業性が向上する傾向にある。また、ガラス保護コート用組成物に含まれるガラス粒子のD50%が10μm以下であると、抵抗体の抵抗値のバラツキが低減する傾向にある。
ガラス保護コート用組成物の粘度は特に制限されず、ガラス保護コート用組成物を付与する方法に応じて選択できる。例えば、ガラス保護コート用組成物の粘度は溶剤、樹脂等を加えて20Pa・s〜1000Pa・sの範囲に調節してペースト状にしてもよい。ガラス保護コート用組成物の粘度は、ブルックフィールドHBT粘度計を用いて25℃で測定される値とする。
ガラス保護コート用組成物を付与する方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット法、ディスペンサー法、ディップ法等が挙げられる。生産性の観点からは、スクリーン印刷法又はディップ法が好ましい。
ガラス保護コート用組成物の熱処理条件は特に制限されず、ガラス粒子の軟化が生じる温度と時間で実施される。例えば、400℃〜800℃の温度で1分間〜30分間とすることができる。
(4)抵抗値の調整
ガラス保護コートの形成後、必要に応じて、ガラス保護コート5に覆われた状態の抵抗体4に対してレーザービームを照射して、トリミング溝(図示せず)を形成してもよい。トリミング溝の形成は、例えば、抵抗体4の長手方向の両端が接している内部電極2にプローブをそれぞれ接触させて、これらのプローブを介して抵抗値を測定しながらレーザートリミングすることで行う。トリミング溝の長さが長くなるに従って抵抗値が増大する傾向にある。このことを利用して、所望の抵抗値を示すように、トリミング溝を形成する。
(5)樹脂保護コートの形成
次いで、図3eに示すように、ガラス保護コート5の上をさらに覆うように樹脂保護コート6を形成する。樹脂保護コート6は、例えば、樹脂コート用組成物を所定の領域に付与して付与して乾燥し、熱処理することで形成することができる。
樹脂保護コートの形成に用いる樹脂の種類と熱処理条件は特に制限されない。例えば、エポキシ系樹脂を用いる場合は、熱処理の温度はエポキシ樹脂が硬化する温度(例えば、200℃程度)とすることができる。
(6)側面電極の形成
次いで、絶縁基板1を、縦方向にのみ分割溝11で分割して、複数のチップ抵抗器の絶縁基板が長手方向に連なった短冊状の絶縁基板1にする(一次分割)。次いで、図3fに示すように、得られた短冊状の絶縁基板1の一次分割により表れた断面に、側面電極7を形成する。この際、内部電極2と内部電極3に側面電極7が接するようにして、内部電極2と内部電極3を電気的に橋絡するようにすることが好ましい。
側面電極7の形成方法は、特に制限されない。例えば、導電性粒子を含む側面電極用組成物(ペースト)を付与し、熱処理(焼成)を行う方法が挙げられる。側面電極7の形成は、内部電極の形成に用いる内部電極用組成物を用いて行っても、異なる組成物を用いて行ってもよい。作業性の観点からは、側面伝教7の形成は、ディップ法により行うことが好ましい。
(7)外部電極の形成
側面電極7を形成した後、短冊状の絶縁基板1をチップ抵抗器の幅方向にさらに分割し(二次分割)、図3gに示すようなチップ抵抗器1個分のサイズにする。次いで、側面電極7を覆うように外部電極8を形成し、外部電極8を覆うように外部電極9を形成する。外部電極8は、例えば、絶縁基板1及び側面電極7との密着性向上と、熱応力(ヒートショック)に対するクッション性向上の観点から、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)及び銅(Cu)から選ばれる群のうち少なくとも1種が用いられている。外部電極8の形成方法としては、スパッタリング法、電解めっき法等が挙げられる。
外部電極8をスパッタリング法で形成する場合は、側面電極7を形成する工程を省略することができる。この場合、外部電極8が内部電極(表面電極)2と内部電極(裏面電極)3とを橋絡する側面電極としての機能を持つことになる。
図3hに示すように外部電極8の上に外部電極9を形成することで、チップ抵抗器の電極部のはんだ接続性が向上し、回路等への搭載が可能になる。外部電極9の形成方法としては、錫(Sn)、錫(Sn)−鉛(Pb)、錫(Sn)−ニッケル(Ni)、錫(Sn)−ニッケル(Ni)−銅(Cu)、金(Au)−ニッケル(Ni)金(Au)−パラジウム(Pd)−ニッケル(Ni)、銀(Ag)−ニッケル(Ni)、銀(Ag)−パラジウム(Pd)−ニッケル(Ni)等の金属膜を電解めっき法で形成する方法が挙げられる。
図2に示すような構成を有するチップ抵抗器は、内部電極2、内部電極3及び側面電極7を、内部電極10として一括して形成すること以外は上述と同じ方法によって製造できる。内部電極10は、上述した内部電極用組成物を、絶縁基板1の内部電極2、内部電極3及び側面電極7の形成領域に相当する領域に付与し、乾燥後、熱処理(焼成)することで形成できる。この場合、内部電極用組成物が付与される絶縁基板1は、予めチップ抵抗器1個分のサイズに切り出しておいても、チップ抵抗器の長手方向に沿って短冊状に分割(一次分割)した状態であってもよい。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、「部」及び「%」は質量基準である。
<実施例1>
(a)内部電極用組成物1の調製
93.0質量%の銅と、7.0質量%のリンとを含むリン含有銅合金を常法により調製し、これを融解して水アトマイズ法により粒子化した後、乾燥し、分級した。分級には、強制渦式分級機(ターボクラシファイア TC−15、日清エンジニアリング(株))を用いた。分級した粒子を不活性ガスと混合して、脱酸素及び脱水処理し、93.0質量%の銅と、7.0質量%のリンとを含むリン含有銅合金粒子を作製した。リン含有銅合金粒子の粒子径(D50%)は5.0μmであり、その形状は略球状であった。
二酸化ケイ素(SiO)3.5質量%、酸化ホウ素(B)14.3質量%、酸化ビスマス(Bi)79.3質量%、酸化アルミニウム(Al)2.4質量%、及び酸化リチウム(LiO)0.5質量%の組成のガラス(以下、「G01」と略記することがある。)を調製し、これを粉砕して、粒子径(D50%)が1.1μmであるガラスG01粒子を得た。ガラスG01粒子の軟化点は415℃であり、その形状は略球状であった。
なお、リン含有銅合金粒子及びガラス粒子の形状は、走査型電子顕微鏡(TM−1000型、(株)日立ハイテクノロジーズ)を用いて観察して判定した。リン含有銅合金粒子及びガラス粒子の粒子径(D50%)は、レーザー散乱回折法粒度分布測定装置(LS 13 320型、ベックマン・コールター(株)、測定波長:632nm)を用いて算出した。ガラス粒子の軟化点は、示差熱・熱重量同時測定装置(DTG−60H型、(株)島津製作所)を用いて、示差熱(DTA)曲線により求めた。具体的には、DTA曲線において、吸熱部から軟化点を見積もることができる。
上記で得られたリン含有銅合金粒子を67.0部、ガラスG01粒子を8.0部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(BC)を20.0部、及びポリアクリル酸エチル(EPA、藤倉化成(株)、重量平均分子量:155000)を5.0部、混ぜ合わせ、自動乳鉢混練装置を用いて混合してペースト化し、内部電極用組成物1を調製した。
(b)チップ抵抗器の作製
純度99.5質量%のアルミナ基板(20mm×20mm、厚さ0.8mm)を準備し、その表面を、図3aに示すように、2.5mm×5.0mm及び厚さ0.8mmのサイズのチップ抵抗器に分割できるようにレーザー加工して分割溝を形成した。
次いで、分割溝を形成したアルミナ基板の、抵抗体を形成する側の面(表面)の、分割溝で画された2.5mm×5.0mmのチップ抵抗器に相当する領域のそれぞれに、図3bに示すようなパターンとなるように内部電極用組成物1をスクリーン印刷により付与した。このとき、熱処理(焼成)後の膜厚が20μmとなるようにスクリーン印刷の条件を調整した。次いで、内部電極用組成物1を付与したアルミナ基板を150℃に加熱したオーブンの中に15分間入れ、溶剤を蒸散により取り除いた。
その後、分割溝を形成したアルミナ基板の裏面についても同様に、図3bに示すようなパターンとなるように、内部電極用組成物1をスクリーン印刷により付与した。このとき、熱処理(焼成)後の膜厚が20μmとなるようにスクリーン印刷の条件を調整した。次いで、内部電極用組成物1を付与したアルミナ基板を150℃に加熱したオーブンの中に15分間入れ、溶剤を蒸散により取り除いた。
続いて、トンネル炉((株)ノリタケカンパニーリミテド、1列搬送W/Bトンネル炉)を用いて大気雰囲気下、最高温度650℃で保持時間10秒の熱処理(焼成)を行って、アルミナ基板の両面に内部電極(表面電極及び裏面電極)をそれぞれ形成した。
次いで、図3cに示すように、各チップ抵抗器の両端に相当する位置に形成した内部電極(表面電極)と重なり合うように抵抗体用組成物1をスクリーン印刷法により付与した。スクリーン印刷は、各チップ抵抗器の抵抗体の幅が1.5mm、長さが3.0mmとなるように行った。また、熱処理(焼成)後の膜厚が10μmになるように、スクリーン印刷の条件を調整した。スクリーン印刷後、アルミナ基板を150℃に加熱したオーブンの中に15分間入れることで、乾燥し、トンネル炉((株)ノリタケカンパニーリミテド、1列搬送W/Bトンネル炉)を用いて大気雰囲気下、最高温度850℃で保持時間10分の熱処理(焼成)を行って、抵抗体を形成した。
抵抗体用組成物1は、7.5部の酸化ルテニウム粒子(D50%:100nm)と、42.5部のガラスGR01粒子(下記組成)と、40.0部のジエチレングリコールモノブチルエーテル(BC)と、10.0部のポリアクリル酸エチル(EPA、藤倉化成(株)、重量平均分子量:155000)とを混ぜ合わせ、自動乳鉢混練装置を用いて混合してペースト化することで調製した。
ガラスGR01粒子は、二酸化ケイ素(SiO)30.0質量%、酸化鉛(PbO)55.0質量%、酸化ホウ素(B)10.0質量%、酸化アルミニウム(Al)5.0質量%の組成のガラスを調製し、これを粒子径(D50%)が1.1μmとなるように粉砕して作製した。ガラスGR01粒子の軟化点は410℃であり、その形状は略球状であった。
抵抗体の形成後、図3dに示すように、抵抗体を覆う領域にガラスペースト1(下記組成)をスクリーン印刷により付与した。スクリーン印刷は、各チップ抵抗器のガラス保護コートの幅が1.6mm、長さが3.3mmとなるように行った。また、熱処理(焼成)後の膜厚が5μmになるように、スクリーン印刷の条件を調整した。スクリーン印刷後、アルミナ基板を150℃に加熱したオーブンの中に15分間入れることで、乾燥し、トンネル炉((株)ノリタケカンパニーリミテド、1列搬送W/Bトンネル炉)を用いて大気雰囲気下、最高温度600℃で保持時間10分の熱処理(焼成)を行って、ガラス保護コートを形成した。
ガラスペースト1は、50.0部のガラスGP01粒子と、40.0部のジエチレングリコールモノブチルエーテル(BC)と、10.0部のポリアクリル酸エチル(EPA、藤倉化成(株)、重量平均分子量:155000)とを混ぜ合わせ、自動乳鉢混練装置を用いて混合してペースト化することで調製した。
ガラスGP01粒子は、二酸化ケイ素(SiO)10.0質量%、酸化鉛(PbO)55.0質量%、酸化ホウ素(B)10.0質量%、酸化アルミニウム(Al)5.0質量%、酸化カルシウム(CaO)5.0質量%、酸化亜鉛(ZnO)15.0質量%の組成のガラスを調製し、これを粒子径(D50%)が0.8μmとなるように粉砕して作製した。ガラスGP01粒子の軟化点は385℃であり、その形状は略球状であった。
この後、抵抗体の長手方向の両端に形成された内部電極(表面電極)にプローブをそれぞれ接触させて、これらプローブを介して抵抗値を測定しながらレーザートリミングを行い、抵抗値を1kΩに調節した。
次いで、図3eに示すように、ガラス保護コートを覆うように樹脂保護コート用組成物をスクリーン印刷により付与した。樹脂保護コート用組成物としては、エポキシ系樹脂ペーストを用いた。印刷後のアルミナ基板を、150℃に加熱したオーブンの中に15分間入れることで、乾燥し、同オーブン内で大気雰囲気下、最高温度200℃で保持時間30分の熱処理(硬化)を行って、樹脂保護コートを形成した。
次いで、図3fに示すように、チップ抵抗器の長手方向に沿って形成した分割溝でアルミナ基板を短冊状に分割(一次分割)した。一次分割によって表れた側面を含む領域に、内部電極の形成に用いたものと同じ内部電極用組成物1をディップ法により付与し、内部電極(表面電極及び裏面電極)の形成と同じ条件で乾燥及び熱処理(焼成)することで、内部電極(表面電極)と内部電極(裏面電極)とを橋絡する側面電極を形成した。内部電極用組成物1のディップ法による付与は、熱処理(焼成)後の膜厚が20μmとなるように条件を調整して行った。
その後、チップ抵抗器の幅方向に沿って形成した分割溝でアルミナ基板をさらに分割(二次分割)し、図3gに示すようなチップ抵抗器1個分のサイズにした。二次分割後のアルミナ基板の側面電極を覆うように、ニッケルと錫をこの順で電解めっきして、図3hに示すようなパターンとなるように外部電極を形成し、チップ抵抗器1を作製した。
<実施例2>
リン含有銅合金粒子の銅含有率を93.0質量%から94.0質量%に変更し、リン含有率を7.0質量%から6.0質量%に変更したこと以外は実施例1と同様にして、内部電極用組成物2を調製した。そして、下地電極用組成物1の代わりに下地電極用組成物2を用いたこと以外は実施例1と同様にして、チップ抵抗器2を作製した。
<実施例3>
内部電極(表面電極)、内部電極(裏面電極)及び側面電極の形成のための熱処理(焼成)条件を、最高温度650℃で10秒間から、最高温度700℃で10秒間に変更したこと以外は実施例1と同様にして、チップ抵抗器3を作製した。
<実施例4>
84.0質量%の銅と、6.0質量%のリンと、10.0質量%の錫とを含むリン−錫含有銅合金を常法により調製し、これを熔解して水アトマイズ法により粒子化した後、実施例1と同様に乾燥、分級、脱酸素、及び脱水処理を行い、84.0質量%の銅と、6.0質量%のリンと、10.0質量%の錫とを含むリン−錫含有銅合金粒子を作製した。リン−錫含有銅合金粒子の粒子径(D50%)は5.0μmであり、その形状は略球状であった。
リン含有銅合金粒子の代わりに上記で得られたリン含有銅合金粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、内部電極用組成物4を調製した。そして、内部電極用組成物1の代わりに内部電極用組成物4を用いたこと以外は実施例3と同様にして、チップ抵抗器4を作製した。
<実施例5>
57.5質量%の銅と、5.0質量%のリンと、17.5質量%の錫と、20.0質量%のニッケルとを含むリン−錫−ニッケル含有銅合金を常法により調製し、これを熔解して水アトマイズ法により粒子化した後、実施例1と同様に乾燥、分級、脱酸素、及び脱水処理を行い、57.5質量%の銅と、5.0質量%のリンと、17.5質量%の錫と、20.0質量%のニッケルとを含むリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を作製した。リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径(D50%)は5.0μmであり、その形状は略球状であった。
リン含有銅合金粒子の代わりに上記で得られたリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、内部電極用組成物5を調製した。そして、内部電極用組成物1の代わりに内部電極用組成物5を用いたこと以外は、実施例3と同様にして、チップ抵抗器5を作製した。
<実施例6>
内部電極(表面電極)、内部電極(裏面電極)及び側面電極を形成する際の熱処理(焼成)条件を、最高温度700℃で保持時間10秒間から、最高温度700℃で保持時間20秒間に変更したこと以外は実施例5と同様にして、チップ抵抗器6を作製した。
<実施例7>
内部電極(表面電極)、内部電極(裏面電極)及び側面電極を形成する際の熱処理(焼成)条件を、最高温度700℃で保持時間10秒間から、最高温度700℃で保持時間30秒間に変更したこと以外は実施例5と同様にして、チップ抵抗器7を作製した。
<実施例8>
内部電極(表面電極)、内部電極(裏面電極)及び側面電極を形成する際の熱処理(焼成)条件を、最高温度700℃で保持時間10秒間から、最高温度750℃で保持時間10秒間に変更したこと以外は実施例5と同様にして、チップ抵抗器8を作製した。
<実施例9>
内部電極(表面電極)、内部電極(裏面電極)及び側面電極を形成する際の熱処理(焼成)条件を、最高温度700℃で保持時間10秒間から、最高温度650℃で保持時間60秒間に変更したこと以外は実施例5と同様にして、チップ抵抗器9を作製した。
<実施例10>
二酸化ケイ素(SiO)1.2質量%、酸化鉛(PbO)66.0質量%、酸化ホウ素(B)12.5質量%、酸化ビスマス(Bi)18.5質量%、及び酸化アルミニウム(Al)1.8質量%の組成のガラス(以下、「G02」と略記することがある。)を調製し、これを粉砕して、粒子径(D50%)が2.5μmであるガラスG02粒子を作製した。ガラスG02粒子の軟化点は405℃であり、その形状は略球状であった。
ガラスG01粒子の代わりにガラスG02粒子を用い、表1に示した組成となるように各成分の含有量を変更したこと以外は実施例5と同様にして、内部電極用組成物10を調製した。そして、内部電極用組成物5の代わりに内部電極用組成物10を用いたこと以外は実施例5と同様にして、チップ抵抗器10を作製した。
<実施例11>
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の銅含有率を57.5質量%から75.0質量%に変更し、リン含有率を5.0質量%から6.0質量%に変更し、錫含有率を17.5質量%から9.0質量%に変更し、ニッケル含有率を20.0質量%から10.0質量%に変更したこと以外は、実施例5と同様にして、内部電極用組成物11を調製した。そして、内部電極用組成物5の代わりに内部電極用組成物11を用いたこと以外は実施例5と同様にして、チップ抵抗器11を作製した。
<実施例12>
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径(D50%)を5.0μmから1.5μmに変更したこと以外は実施例11と同様にして、内部電極用組成物12を調製した。そして、内部電極用組成物5の代わりに内部電極用組成物12を用いたこと以外は実施例6と同様にして、チップ抵抗器12を作製した。
<実施例13>
実施例1で得られたリン含有銅合金粒子を80.2部、ガラスG01粒子を4.8部、テルピネオール(Ter)を14.6部、及びエチルセルロース(EC、ダウ・ケミカル日本(株)、重量平均分子量:190000)を0.5部、混ぜ合わせ、自動乳鉢混練装置を用いて混合してペースト化し、内部電極用組成物13を調製した。
内部電極用組成物1の代わりに内部電極用組成物13を用い、内部電極(表面電極)、内部電極(裏面電極)及び側面電極を形成する際の熱処理(焼成)条件を、最高温度650℃で保持時間10秒間から、最高温度700℃で保持時間20秒間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、チップ抵抗器13を作製した。
<実施例14>
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の銅含有率を57.5質量%から60.0質量%に変更し、リン含有率を5.0質量%から6.0質量%に変更し、錫含有率を17.5質量%から15.0質量%に変更し、ニッケル含有率を20.0質量%から19.0質量%に変更したこと以外は、実施例5と同様にして、内部電極用組成物14を調製した。そして、内部電極用組成物5の代わりに内部電極用組成物14を用いたこと以外は、実施例9と同様にして、チップ抵抗器14を作製した。
<実施例15>
表1に示した組成となるように各成分の含有量を変更したこと以外は、実施例5と同様にして、内部電極用組成物15を調製した。そして、内部電極用組成物5の代わりに内部電極用組成物15を用い、内部電極(表面電極)、内部電極(裏面電極)及び側面電極を形成する際の熱処理(焼成)条件を、最高温度700℃で保持時間10秒間から、最高温度750℃で保持時間60秒間に変更したこと以外は、実施例5と同様にして、チップ抵抗器15を作製した。
<比較例1>
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の代わりに銀粒子(粒子径(D50%):3.0μm)を用い、表1に示した組成となるように各成分の含有量を変更したこと以外は、実施例5と同様にして、内部電極用組成物C1を調製した。そして、内部電極用組成物5の代わりに内部電極用組成物C1を用いたこと以外は実施例5と同様にして、チップ抵抗器C1を作製した。
<比較例2>
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の代わりに銅粒子(純度99.5%、粒子径(D50%):5.0μm)を用い、表1に示した組成となるように各成分の含有量を変更したこと以外は、実施例5と同様にして、内部電極用組成物C2を調製した。そして、内部電極用組成物5の代わりに内部電極用組成物C2を用いたこと以外は実施例5と同様にして、チップ抵抗器C2を作製した。
<比較例3>
90.0質量%の銅と、10.0質量%の錫とを含む錫含有銅合金を常法により調製し、これを熔解して水アトマイズ法により粒子化した後、実施例1と同様に乾燥、分級、脱酸素、及び脱水処理を行い、90.0質量%の銅と、10.0質量%の錫とを含む錫含有銅合金粒子を作製した。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の代わりに上記で得られた錫含有銅合金粒子を用いたこと以外は実施例5と同様にして、内部電極用組成物C3を調製した。そして、内部電極用組成物5の代わりに内部電極用組成物C3を用いたこと以外は実施例5と同様にして、チップ抵抗器C3を作製した。
<比較例4>
58.0質量%の銅と、24.0質量%の錫と、18.0質量%のニッケルとを含む錫−ニッケル含有銅合金を常法により調製し、これを熔解して水アトマイズ法により粒子化した後、実施例1と同様に乾燥、分級、脱酸素、及び脱水処理を行い、58.0質量%の銅と、24.0質量%の錫と、18.0質量%のニッケルとを含む錫−ニッケル含有銅合金粒子を作製した。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の代わりに上記で得られた錫−ニッケル含有銅合金粒子を用いたこと以外は、実施例5と同様にして、内部電極用組成物C4を調製した。そして、内部電極用組成物5の代わりに内部電極用組成物C4を用いたこと以外は実施例5と同様にして、チップ抵抗器C4を作製した。
実施例1〜15及び比較例1〜5における内部電極用組成物の組成及び熱処理(焼成)条件を表1に示す。なお、実施例1〜15及び比較例2〜4では銀粒子を用いていないため、表1中の銀粒子の欄には「−」を付している。また、比較例1では銅合金粒子を用いていないため、表1中の銅合金粒子の欄には「−」を付している。
<評価>
(体積抵抗率)
図3bに示す状態の、内部電極(表面電極)及び内部電極(裏面電極)を形成したアルミナ基板について、抵抗率計(Loresta−EP MCP−T360型、三菱化学(株))を用いて、4探針法によって内部電極(表面電極)の体積抵抗率を測定した。結果を表2に示す。
(内部電極(表面電極)の断面組織)
図3bに示す状態の、内部電極(表面電極)及び内部電極(裏面電極)を形成したアルミナ基板について、アルミナ基板上に内部電極(表面電極)が形成されている部分を、ダイヤモンドカッター(RCO−961型、リファインテック(株))を用いて電極の厚み方向に切断した。切断して表れた断面を、走査型電子顕微鏡(TM−1000型、(株)日立ハイテクノロジーズ)を用いて観察した。また、内部電極(表面電極)内の組織を、査型電子顕微鏡(XL−30、FEI/Philips社)付属のエネルギー分散型X線分光器(EDX)を用いて分析し、Cu相、Cu−Sn合金相、Cu−Ni合金相、Cu−Sn−Ni合金相、及びSn−P−Oガラス相の有無を確認した。結果を表2に示す。
なお、比較例1については、内部電極用組成物C1における金属粒子として銀粒子のみを用いたことから、金属部分の組織分析を行わなかった。
(密着性試験)
図3bの状態の、内部電極(表面電極)及び内部電極(裏面電極)を形成したアルミナ基板について、アルミナ基板に対する内部電極(表面電極)の密着性を評価した。具体的には、内部電極(表面電極)の上にスタッドピン(ピン径;φ1.0mm)を、接着剤を用いて接合し、これを180℃のオーブンを用いて大気中で1時間加熱し、常温(25℃)まで冷却した。その後、薄膜密着強度測定装置(Romulus、QUAD GROUP社)を用いてスタッドピンに引張り荷重を印加し、破断時荷重を評価した。このとき、破断箇所も観察した。評価は各内部電極(表面電極)について2点行い、その平均値(単位:N)を密着力とした。結果を表2に示す。
(チップ抵抗器の評価)
作製したチップ抵抗器の外部電極に端子を取り付けた。その後、チップ抵抗器の特性として、端子間の初期抵抗値を、デジタルマルチメーター(2000 MULTIMETER、KEYTHLEY社)を用いて測定した。評価は、同じ条件で作製した5個のチップ抵抗器について行い、その平均値を初期抵抗値(単位:kΩ)とした。
次いで、初期抵抗値を測定したチップ抵抗器を、温度85℃、湿度85%の高温高湿槽(ライトスペック恒温器 LHU−124、エスペック(株))内で1000時間保持し、抵抗器を取り出して室温(25℃)に戻ってから24時間経過後に、再度抵抗値を測定した。評価は、5個のチップ抵抗器について行い、その平均値を高温高湿環境曝露後の抵抗値(単位:kΩ)とした。初期抵抗値(単位:kΩ)とした。
上記で得られた値から、高温高湿環境に曝露する前後の抵抗値の変化率(%)を、以下の式(1)によって計算した。式中、Rは高温高湿環境曝露後の抵抗値を示し、Rは初期抵抗値を示す。
抵抗値の変化率(%)=(R−R)/R×100・・・(1)
なお、比較例2〜4については、熱処理(焼成)中に側面電極が酸化し、電解めっきにより外部電極が形成されなかったため、チップ抵抗器としての評価ができなかった。
表2に示されるように、比較例2〜4においては、内部電極用組成物を熱処理(焼成)して得られる内部電極(表面電極)は高抵抗化した。これは、内部電極用組成物に含まれる銅合金粒子中にリンが含まれていないため、銅酸化物の銅への還元がなされずに、内部電極(表面電極)が酸化したものと考えられる。なお、内部電極(表面電極)の金属部分は、酸化銅(CuO)などの銅の酸化物が多く含まれており、分析からはCu相は検出されなかった。また、当然ながらリンを含んだガラス相も見られず、内部電極用組成物に用いたガラスフリットの溶融物が確認された。
一方、実施例1〜15で形成した内部電極(表面電極)は、比較例1に比べて最大10倍程度の体積抵抗率を示すものがあるが、いずれも1×10−5Ω・cmオーダーの低い値を示した。いずれの内部電極(表面電極)からもCu相が確認され、大気中の熱処理(焼成)工程で銅の還元が効果的に行われたものと考えられる。また、リン−錫含有銅合金粒子を用いた場合は、Cu相の他にCu−Sn合金相が、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を用いた場合は、Cu相の他にCu−Ni合金相及びCu−Sn−Ni合金相がそれぞれ確認された。また、実施例1〜15で形成した内部電極(表面電極)には、リンを含むガラス相が、表2に示した金属相及び合金相の間、並びに内部電極とアルミナ基板との界面に形成されていた。
実施例1〜15で形成した内部電極(表面電極)のアルミナ基板に対する密着力は、比較例1のものとほぼ同等であった。このことから、熱処理(焼成)工程で生成したリン含有のガラス相がアルミナ基板表面に効果的に濡れ広がったことで、内部電極(表面電極)のアルミナ基板に対する密着力が向上したことが分かる。比較例2〜4については、内部電極内が金属酸化物とガラスフリットの溶融物で占められており、アルミナ基板にある程度の強度で密着しているものと考えられる。
実施例1〜15で作製したチップ抵抗器の初期抵抗値は、比較例1のものとほぼ同等であった。このことから、内部電極(表面電極)の体積抵抗率が比較例1より高いものであっても、外部電極を充分に均一に形成でき、またレーザー加工による抵抗調整を実施することにより、電極用組成物に銀粒子を用いた比較例1に比べて遜色ないレベルの抵抗値が達成でき、高性能のチップ抵抗器を製造できることが分かった。
更に、実施例1〜15で作製したチップ抵抗器の抵抗値の高温高湿環境曝露の前後の変化は、比較例1とほぼ同等であった。このことからも、実施例で作製したチップ抵抗器は、電極用組成物に銀粒子を用いた比較例に比べて遜色ない高性能のチップ抵抗器できることが分かった。
1 絶縁基板
2 内部電極(表面電極)
3 内部電極(裏面電極)
4 抵抗体
5 ガラス保護コート
6 樹脂保護コート
7 側面電極
8 外部電極
9 外部電極
10 内部電極
11 分割溝

Claims (17)

  1. 絶縁基板と、前記絶縁基板上に位置する抵抗体と、前記抵抗体と電気的に接続している電極と、を有し、
    前記電極は、前記絶縁基板と接している内部電極を含み、
    前記内部電極は、銅を含有する金属相と、リン及び酸素を含有するガラス相と、を含む、チップ抵抗器。
  2. 前記内部電極中の金属及びリンの総含有率は、45.0質量%〜98.0質量%である請求項1に記載のチップ抵抗器。
  3. 前記内部電極中の金属及びリンの総含有量に占めるリン含有率は、2.0質量%〜15.0質量%である請求項1又は請求項2に記載のチップ抵抗器。
  4. 前記内部電極が錫をさらに含有する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
  5. 前記内部電極がニッケルをさらに含有する、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
  6. 前記内部電極が、リン含有銅合金粒子、リン−錫含有銅合金粒子、及びリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子からなる群より選択される少なくとも1種の金属粒子と、ガラス粒子とを含有する内部電極用組成物の熱処理物である、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
  7. 前記リン含有銅合金粒子は、リン含有率が2.0質量%〜15.0質量%である請求項6に記載のチップ抵抗器。
  8. 前記リン−錫含有銅合金粒子は、リン含有率が2.0質量%〜15.0質量%である請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
  9. 前記リン−錫含有銅合金粒子は、錫含有率が3.0質量%〜30.0質量%である請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
  10. 前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、リン含有率が2.0質量%〜15.0質量%である請求項6〜請求項9のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
  11. 前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、錫含有率が3.0質量%〜30.0質量%である請求項6〜請求項10のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
  12. 前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、ニッケル含有率が3.0質量%〜30.0質量%である請求項6〜請求項11のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
  13. 前記内部電極用組成物中の前記金属粒子の総含有率が、30.0質量%〜94.0質量%である請求項6〜請求項12のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
  14. 前記電極用組成物中のガラス粒子の含有率が、0.1質量%〜15.0質量%である請求項6〜請求項13に記載のチップ抵抗器。
  15. 前記電極用組成物が、樹脂を更に含む請求項6〜請求項14のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
  16. 前記電極用組成物が、溶剤を更に含む請求項6〜請求項15のいずれか1項に記載のチップ抵抗器。
  17. リン含有銅合金粒子、リン−錫含有銅合金粒子、及びリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子からなる群より選択される少なくとも1種の金属粒子と、ガラス粒子とを含有する内部電極用組成物を前記絶縁基板に付与する工程と、
    前記内部電極用組成物を熱処理し、前記内部電極を形成する工程と、を有する請求項1〜請求項16に記載のチップ抵抗器の製造方法。
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