JP2021197224A - 白金ペースト - Google Patents

Abstract

【課題】高温下で継続使用しても抵抗値が変化しにくい導電膜を作製することができる白金ペーストを提供する。【解決手段】白金粉末とセラミック粉末と樹脂と溶剤とを含み、セラミック基材上に印刷される白金ペーストにおいて、前記セラミック粉末が、酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の少なくとも一つと、酸化イットリウム粉末と、からなることを特徴とする白金ペースト。【選択図】なし

Description

本発明は、セラミック基材上に電気回路(導電膜)を作製するために利用することができる白金ペーストに関する。

通常、セラミック基材上にスクリーン印刷等の方法で白金粉末とセラミック粉末を含むペーストが塗布された後、焼成することにより導電膜がセラミック基材上に形成される。

特許文献１には、白金粉末に、所定範囲のアルミナ粉末及びジルコニア粉末からなる骨材、樹脂、有機溶媒を含んで成る電極形成用の導電性ペーストにより、低抵抗の電極膜を形成することができることが記載されている。

特許６３７７５０４

特許文献１は、電極形成用のペーストに関するものであり、下地セラミックとの接合性に優れ、低抵抗の電極を形成することができる導電性ペーストを提供することである。また、従来技術における信頼性評価としては、導電膜が所定の高温になるように電圧を印加（発熱）し、その後放冷の繰り返しテストを行い、それぞれの導電膜が断線するまでのサイクル数で評価していた。

ところで、一般的に電極形成用ペーストなどを含む導電膜形成用ペーストは、それを用いて形成した導電膜の抵抗が低いこと、断線しづらいことを求められる。

特に、発熱部や検出部を供するための導電膜などは電気抵抗値の変化を制御に用いることが多い都合上、使用中の電気抵抗変化が少ない性質を強く求められる。

導電膜を形成する金属は、高温下で熱の影響を受けて次第に凝集と結晶粒の粗大化が進むと抵抗値が増加するとともに、膜中の金属の偏在化による局所的な異常発熱が生じ、断線しやすくなると推定されている。この金属の凝集と結晶粒の粗大化は、より長期の使用、より高温下での使用で顕在化し、最終的に不可逆的な電気回路の破壊をもたらす。一般的に、セラミック(金属酸化物)粉末を白金ペーストに添加し、ペーストの焼成時に白金と金属酸化物の混合焼成物とすることで、金属酸化物が白金からなる導電膜に割り入って白金の粒成長を抑制し、導電膜の耐久性を延ばしている。しかし、添加した金属酸化物も凝集と粒成長を起こすため、特により高温下使用での導電膜の高耐久化要求を満足するに至っていない問題がある。

近年、導電膜には継続使用しても抵抗値が変化しにくいという信頼性がますます求められている。

そこで、本発明の目的は、高温下で継続使用しても抵抗値が変化しにくい導電膜を作製することができる白金ペーストを提供することである。

本発明者らは、上記の課題を達成すべく鋭意検討した結果、導電膜中の白金の凝集と結晶粒の粗大化を抑制するため、ペーストを構成するセラミック粉末に酸化イットリウム粉末を添加することにより、導電膜を高耐久化でき継続使用しても抵抗値が変化しにくくなることを見出し、本発明を完成するに至った。
なお、上記高耐久化は、導電膜中において、添加した酸化イットリウムが、その難焼結性により、ペースト焼成中及び導電膜使用中の白金の凝集と粒成長を、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの少なくとも一つから成るセラミック以上に抑制すると共に、前述のセラミックの凝集と粒成長を抑制することで得られると推定される。

本発明は、
白金粉末とセラミック粉末と樹脂と溶剤とを含み、セラミック基材上に印刷される白金ペーストにおいて、
前記セラミック粉末が
酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の少なくとも一つと
酸化イットリウム粉末と
からなることを特徴とする白金ペーストである。
なお、前記セラミック粉末は、酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の一方だけを含んでもよく、あるいは、両方を含んでもよい。

上記構成において、前記白金粉末と前記セラミック粉末とから成る固形分に対するセラミック粉末の割合が1〜40wt%であるようにしても良い。

また、上記構成において、前記セラミック粉末中の酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の少なくとも一つの割合が10〜95wt%、前記セラミック粉末中の酸化イットリウム粉末の割合が5〜90wt%であるようにしてもよい。
なお、前記セラミック粉末中に、酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の一方だけを含む場合には、当該一方の粉末の割合が10〜95wt%であるようにしてもよい。
また、前記セラミック粉末中に、酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の両方を含む場合には、当該両方の粉末の割合が合計で10〜95wt%であるようにしてもよい。

本発明は特に400℃を超える高温下で使用される導電膜の形成に適する。

本発明に従うと、継続使用しても抵抗値が変化しにくい導電膜を作製することができる白金ペーストを提供することができる。

本発明のペーストにかかる白金粉末は、その形状には特に制限はないが、一般に球状であることが好ましい。粒径にも特に制限はないが、例えば、粒径0.1μm〜10μmの白金粉末を使用することができる。

セラミック粉末は、セラミック基材上に形成する導電膜の密着性の向上、白金の凝集と結晶粒の粗大化の抑制、添加したセラミック粉末の凝集と粒成長の抑制などの目的で使用されるものであり、本発明では、酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末、酸化イットリウム粉末を使用することができる。セラミック粉末の粒径に特に制限はないが、例えば、粒径0.01〜5μmのセラミック粉末を使用することができる。ジルコニア粉末としては、各種の安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアを使用することができる。例えば、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）が1〜10モル％添加されたイットリア安定化ジルコニアを使用することができる。

なお、白金粉末とセラミック粉末とから成る固形分に対するセラミック粉末の割合は1〜40wt%含むことができる。好ましくは3〜35wt%であり、7〜20%とすることがさらに好ましい。セラミック粉末の割合が１wt％未満である場合、下地セラミック基材とペーストを焼成し形成した導電膜の密着力が低く、また、導電膜の耐熱性が十分でない。40wt％を超える場合、電気伝導に寄与する白金の割合が低くなり、導電膜の電気抵抗率が高くなり、抵抗値の安定性が悪くなる。

また、セラミック粉末中の酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の少なくとも一つの割合が10〜95wt%、セラミック粉末中の酸化イットリウム粉末の割合が5〜90wt%とすることができる。セラミック粉末中の酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の少なくとも一つの割合が10〜90wt%、セラミック粉末中の酸化イットリウム粉末の割合が10〜90wt%とすることが好ましい。セラミック粉末中の酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の少なくとも一つの割合が10〜85wt%、セラミック粉末中の酸化イットリウム粉末の割合が15〜90wt%とすることがさらに好ましい。

樹脂は、セルロース樹脂、アクリル樹脂、ロジン樹脂、テルペン樹脂、ブチラール樹脂など、一般の電子ペーストに適する有機化合物を使用することができる。とりわけ、セルロース樹脂、なかでもエチルセルロースを使用すると粘度の調整、基材への密着力の向上、糸曳の抑制の観点で良好なペーストの製造に寄与する。

溶剤は、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、N-メチルピロリドン、メシチレン、2-エチルへキサノール、トリデカン、テキサノール、など、一般の電子ペーストに適する有機化合物を使用できる。とりわけ、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、テキサノールが好適である。

(ペースト製造方法)
ペーストの製造方法の一例は以下の通りである。白金粉末、各セラミック粉末(酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末、酸化イットリウム粉末)及び、エチルセルロース(樹脂)とターピネオール(溶剤)等とからなる有機ビヒクルを計量し、一次混練した後、3本ロールミルにて仕上げ混練を行い、ペーストを得る。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。

上の製造方法を用いて白金粉末とセラミック粉末とから成る固形分に対するセラミック粉末の重量割合と、セラミック粉末中の酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末、酸化イットリウム粉末の各重量割合を表1に示す値にし、樹脂をエチルセルロース、溶剤をターピネオールを用いて実施例1〜5のペーストを作製した。なお、ジルコニア粉末としては、イットリア安定化ジルコニアを使用した。

比較例

セラミック粉末が、酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末又は酸化イットリウム粉末のみと、酸化アルミニウム粉末と酸化ジルコニウム粉末を用いた比較例1〜4を作製した。なお、ジルコニア粉末としては、イットリア安定化ジルコニアを使用した。

（導電膜の耐久性の評価）
実施例1〜5、比較例1〜4で得られたペーストをアルミナ基材上にスクリーン印刷した後、80℃で30分間乾燥後、1500℃で10分間保持焼成して各導電膜を形成した。それぞれの導電膜の温度を放射温度計で測定しつつ1050℃になるように電圧を印加した状態をオン、通電せず発熱していない状態をオフとして、オンとオフの繰り返しを1サイクルとして、その繰り返しテストで耐熱性を評価した。各導電膜の寿命は、各導電膜の抵抗が初期値の1割増加するまでのサイクル数とし、比較例1を基準(100%)にし各比率を算出し、その結果を表1に示す。

（実施例と比較例の耐久性）
表1に示すように、酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の少なくとも1つと酸化イットリウム粉末を加えたセラミックス粉末を使用したペーストで作製した実施例1〜5の導電膜は、セラミック粉末が、酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末又は酸化イットリウム粉末のみと、酸化アルミニウム粉末と酸化ジルコニウム粉末を用いた比較例1〜4の導電膜と比較して、導電膜の寿命(耐熱性)が向上した。

Claims (3)

1. 白金粉末とセラミック粉末と樹脂と溶剤とを含み、セラミック基材上に印刷される白金ペーストにおいて、
   前記セラミック粉末が、
   酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の少なくとも一つと、
   酸化イットリウム粉末と、
   からなることを特徴とする白金ペースト。
2. 前記白金粉末と前記セラミック粉末とから成る固形分に対する前記セラミック粉末の割合が1〜40wt%であることを特徴とする請求項1に記載の白金ペースト。
3. 前記セラミック粉末中の酸化アルミニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末の少なくとも一つの割合が10〜95wt%、前記セラミック粉末中の酸化イットリウム粉末の割合が5〜90wt%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の白金ペースト。