JP6515742B2 - 厚膜抵抗体およびサーマルヘッド - Google Patents
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Description
厚膜抵抗体を形成するのに、主にルテニウム酸化物などの導電物粉末と、ガラス、及び無機添加剤からなる酸化物粉末と、有機ビヒクルから構成される厚膜抵抗体ペーストが用いられる。
本発明の厚膜抵抗体は、絶縁基板上に厚膜ペーストを用いて形成され、その上にPbO、SiO2、Al2O3、及びZrO2を主成分とするオーバーコートガラス層が形成された厚膜抵抗体であって、導電性粉末と、SiO2、PbO、Al2O3、CaO、B2O3、およびBaOを含み、かつMgOを含まないか、1質量%未満含有する酸化物粉末と有機ビヒクルを含む厚膜抵抗体用ペーストにより形成されることを特徴とする。
本発明で用いる厚膜ペーストは、導電性粉末、酸化物粉末、および有機ビヒクルを含み、前記酸化物粉末がSiO2、PbO、Al2O3、CaO、B2O3、およびBaOを含み、かつMgOを含まないか、1質量%未満含有する。
本発明における導電粒子は、特に限定されないが、ルテニウム酸化物であることが好ましい。酸化ルテニウムのほかに、例えばルテニウム酸化物とPbなど他元素との固溶体を用いることもできる。平均粒径は、他の原料との混合、分散性の観点から0.1μm以下が好ましい。
本発明の厚膜抵抗体に用いるペーストでは、酸化物粉末(以下、ガラスともいう)として、SiO2、PbO、Al2O3、CaO、B2O3、およびBaOを含み、かつMgOを含まないか、1質量%未満含有する。
本発明において、有機ビヒクルは、樹脂と溶剤を主成分とするものであり、導電粒子とガラスの混合物を均一に分散させる作用があれば、その種類は特に制限されない。
厚膜ペーストの基板への印刷物は、100〜300℃で乾燥させ、600〜900℃で焼成させるのが好ましい。また、ガラスペーストの焼成物への印刷物は、100〜300℃で乾燥させ、600〜900℃で焼成させるのが好ましい。乾燥温度や焼成温度が低すぎると、膜中に気泡が生じやすくなり、一方、焼成温度が高すぎると、膜中に残った気泡がピンホールになりやすい傾向がある。
本発明は、前記の厚膜抵抗体を備えてなるサーマルヘッドである。厚膜抵抗体1が、図1のように、ガラスなどによるグレース層が形成された絶縁基板3上に設けられた共通電極パターン導体4と個別電極パターン導体5の上に厚膜ペーストを用いて形成され、その上にPbO、SiO2、Al2O3、及びZrO2を主成分とするオーバーコートガラス層2が形成されて、図5のように、電極導体が電源12と接続されている。
厚膜抵抗体は、導電性粉末と、SiO2、PbO、Al2O3、CaO、B2O3、およびBaOを含み、かつMgOを含まないか、1質量%未満含有する酸化物粉末と有機ビヒクルを含む厚膜抵抗体用ペーストにより形成されている。
導電物としてルテニウム酸化物の微粉末(平均粒径0.05μm)、酸化物粉末として、組成がSiO2:53.032質量%、B2O3:5.771質量%、PbO:15.800質量%、Al2O3:10.851質量%、CaO:8.823質量%、BaO:5.723質量%(平均粒径2μm)のものを用意した。この酸化物粉末には、MgOが含まれていない。
次に、これらを有機ビヒクル中に3本ロールミルにて分散させて厚膜ペーストを作製した。導電物と酸化物粉末とは、質量比で、1:1とした(それぞれ全体の30質量%、30質量%となる)。有機ビヒクルにはエチルセルロースをターピネオールに溶解したものを用いた。
得られた厚膜抵抗体ペーストを、アルミナ基板上にAu電極を形成したものに、厚さ10μmとなるように印刷し、250℃で乾燥したあと、800℃で30分間焼成し、厚膜抵抗体を得た。
上記抵抗体の上にオーバーコートを目的としたガラスペーストを厚さ10μmとなるように印刷し、250℃で乾燥したあと、800℃で30分間焼成した。ガラスペーストにはPbO−SiO2−Al2O3−ZrO2を主成分とするものを用いた。
上記厚膜抵抗体に対し、ステップストレス試験を行った。電圧のオン・オフをそれぞれ0.003秒、0.007秒の間隔で交互に6000サイクル行い、1ワットから8ワットまで0.1ワット刻みで行った。この試験を5つの試料に対して行い、初期抵抗値に対して1つでも抵抗変化率が1 %を越えたワット数を破壊点としたところ、破壊点は5.4ワットであった。
また、上記厚膜抵抗体ペーストを18mm×18mmの形でアルミナ基板上に印刷・乾燥・焼成した後、同様にオーバーコートを施し、厚膜抵抗体を得た。該厚膜抵抗体のオーバーコートガラス表面上に存在するピンホールの数を光学顕微鏡にて観測したところ、2個のピンホールが観測された。
用いた酸化物粉末の組成、得られた厚膜抵抗体の破壊点、ピンホールの数を表1に示した。
酸化物粉末として、MgOを0.005質量%含むものを用いた以外は、実施例1と同様にして厚膜ペーストを作製した。
すなわち、導電物としてルテニウム酸化物の微粉末(平均粒径0.05μm)を用い、酸化物粉末の組成がSiO2:56.097質量%、B2O3:5.100質量%、PbO:15.299質量%、Al2O3:10.199質量%、CaO:8.200質量%、BaO:5.100質量%、MgO:0.005質量%のもの(平均粒径2μm)を有機ビヒクル中に3本ロールミルにて分散させて厚膜ペーストを作製した。導電物と酸化物粉末とは、質量比で、1:1とした(それぞれ全体の30質量%、30質量%となる)。有機ビヒクルにはエチルセルロースをターピネオールに溶解したものを用いた。
得られた厚膜抵抗体ペーストを、アルミナ基板上にAu電極を形成したものに、厚さ10mmとなるように印刷し、250℃で乾燥したあと、800℃で30分間焼成し、厚膜抵抗体を得た。
上記抵抗体の上にオーバーコートを目的としたガラスペーストを厚さ10μmとなるように印刷し、250℃で乾燥したあと、800℃で30分間焼成した。ガラスペーストにはPbO−SiO2−Al2O3−ZrO2を主成分とするものを用いた。
上記厚膜抵抗体に対し、ステップストレス試験を行ったところ、破壊点は6.1ワットであった。
上記厚膜抵抗体ペーストから得られた該厚膜抵抗体のオーバーコートガラス表面上に存在するピンホールの数を光学顕微鏡にて観測したところ、6個のピンホールが観測された。
用いた酸化物粉末の組成、得られた厚膜抵抗体の破壊点、ピンホールの数を表1に示した。
酸化物粉末として、MgOを0.010質量%含むものを用いた以外は、実施例1、2と同様にして厚膜ペーストを作製した。
すなわち、酸化物粉末の組成がSiO2:56.090質量%、B2O3:5.100質量%、PbO:15.300質量%、Al2O3:10.200質量%、CaO:8.200質量%、BaO:5.100質量%、MgO:0.010質量%のものを用い、その他の条件は実施例1と同様にして厚膜抵抗体ペーストを作製した。実施例1と同様にステップストレス試験を行ったところ、破壊点は6.1ワットであった。
上記厚膜抵抗体ペーストを18mm×18mmの形でアルミナ基板上に印刷・乾燥・焼成した後、同様にオーバーコートを施し、厚膜抵抗体を得た。該厚膜抵抗体のオーバーコートガラス表面上に存在するピンホールの数を光学顕微鏡にて観測したところ、3個のピンホールが観測された。
酸化物粉末として、MgOを0.050質量%含むものを用いた以外は、実施例1、2と同様にして厚膜ペーストを作製した。
すなわち、酸化物粉末の組成がSiO2:56.070質量%、B2O3:5.100質量%、PbO:15.290質量%、Al2O3:10.190質量%、CaO:8.200質量%、BaO:5.100質量%、MgO:0.050質量%のものを用い、その他の条件は実施例1と同様にして厚膜抵抗体ペーストを作製した。実施例1と同様にステップストレス試験を行ったところ、破壊点は6.3ワットであった。
上記厚膜抵抗体ペーストを18mm×18mmの形でアルミナ基板上に印刷・乾燥・焼成した後、同様にオーバーコートを施し、厚膜抵抗体を得た。該厚膜抵抗体のオーバーコートガラス表面上に存在するピンホールの数を光学顕微鏡にて観測したところ、7個のピンホールが観測された。
酸化物粉末として、MgOを0.100質量%含むものを用いた以外は、実施例1、2と同様にして厚膜ペーストを作製した。
すなわち、酸化物粉末の組成がSiO2:56.050質量%、B2O3:5.090質量%、PbO:15.280質量%、Al2O3:10.180質量%、CaO:8.200質量%、BaO:5.100質量%、MgO:0.100質量%のものを用い、その他の条件は実施例1と同様にして厚膜抵抗体ペーストを作製した。実施例1と同様にステップストレス試験を行ったところ、破壊点は6.4ワットであった。
上記厚膜抵抗体ペーストを18mm×18mmの形でアルミナ基板上に印刷・乾燥・焼成した後、同様にオーバーコートを施し、厚膜抵抗体を得た。該厚膜抵抗体のオーバーコートガラス表面上に存在するピンホールの数を光学顕微鏡にて観測したところ、5個のピンホールが観測された。
酸化物粉末として、MgOを0.500質量%含むものを用いた以外は、実施例1、2と同様にして厚膜ペーストを作製した。
すなわち、酸化物粉末の組成がSiO2:55.820質量%、B2O3:5.070質量%、PbO:15.200質量%、Al2O3:10.110質量%、CaO:8.200質量%、BaO:5.100質量%、MgO:0.500質量%のものを用い、その他の条件は実施例1と同様にして厚膜抵抗体ペーストを作製した。実施例1と同様にステップストレス試験を行ったところ、破壊点は6.8ワットであった。
上記厚膜抵抗体ペーストを18mm×18mmの形でアルミナ基板上に印刷・乾燥・焼成した後、同様にオーバーコートを施し、厚膜抵抗体を得た。該厚膜抵抗体のオーバーコートガラス表面上に存在するピンホールの数を光学顕微鏡にて観測したところ、6個のピンホールが観測された。
酸化物粉末として、MgOを増量し1.000質量%含むものを用いた以外は、実施例1、2と同様にして厚膜ペーストを作製した。
すなわち、酸化物粉末の組成がSiO2:55.540質量%、B2O3:5.050質量%、PbO:15.150質量%、Al2O3:10.090質量%、CaO:8.120質量%、BaO:5.050質量%、MgO:1.000質量%のものを用い、その他の条件は実施例1と同様にして厚膜抵抗体ペーストを作製した。実施例1と同様にステップストレス試験を行ったところ、破壊点は7.1ワットであった。
上記厚膜抵抗体ペーストを18mm×18mmの形でアルミナ基板上に印刷・乾燥・焼成した後、同様にオーバーコートを施し、厚膜抵抗体を得た。該厚膜抵抗体のオーバーコートガラス表面上に存在するピンホールの数を光学顕微鏡にて観測したところ、16個のピンホールが観測された。この縦断面の写真を図2に示すが、ガラス層に気泡が写っており、このような気泡が表面に近いほどピンホールになりやすい。
酸化物粉末として、MgOを増量し2.000質量%含むものを用いた以外は、実施例1、2と同様にして厚膜ペーストを作製した。
すなわち、酸化物粉末の組成がSiO2:55.200質量%、B2O3:4.990質量%、PbO:14.970質量%、Al2O3:9.870質量%、CaO:8.020質量%、BaO:4.950質量%、MgO:2.000質量%のものを用い、その他の条件は実施例1と同様にして厚膜抵抗体ペーストを作製した。実施例1と同様にステップストレス試験を行ったところ、破壊点は7.4ワットであった。
上記厚膜抵抗体ペーストを18mm×18mmの形でアルミナ基板上に印刷・乾燥・焼成した後、同様にオーバーコートを施し、厚膜抵抗体を得た。該厚膜抵抗体のオーバーコートガラス表面上に存在するピンホールの数を光学顕微鏡にて観測したところ、14個のピンホールが観測された。
酸化物粉末として、MgOを増量し3.000質量%含むものを用いた以外は、実施例1、2と同様にして厚膜ペーストを作製した。
すなわち、酸化物粉末の組成がSiO2:54.440質量%、B2O3:4.930質量%、PbO:14.830質量%、Al2O3:9.890質量%、CaO:7.960質量%、BaO:4.950質量%、MgO:3.000質量%のものを用い、その他の条件は実施例1と同様にして厚膜抵抗体ペーストを作製した。実施例1と同様にステップストレス試験を行ったところ、破壊点は7.6ワットであった。
上記厚膜抵抗体ペーストを18mm×18mmの形でアルミナ基板上に印刷・乾燥・焼成した後、同様にオーバーコートを施し、厚膜抵抗体を得た。該厚膜抵抗体のオーバーコートガラス表面上に存在するピンホールの数を光学顕微鏡にて観測したところ、14個のピンホールが観測された。
酸化物粉末として、MgOを増量し4.000質量%含むものを用いた以外は、実施例1、2と同様にして厚膜ペーストを作製した。
すなわち、酸化物粉末の組成がSiO2:53.930質量%、B2O3:4.850質量%、PbO:14.680質量%、Al2O3:9.760質量%、CaO:7.880質量%、BaO:4.900質量%、MgO:4.000質量%のものを用い、その他の条件は実施例1と同様にして厚膜抵抗体ペーストを作製した。実施例1と同様にステップストレス試験を行ったところ、破壊点は7.9ワットであった。
上記厚膜抵抗体ペーストを18mm×18mmの形でアルミナ基板上に印刷・乾燥・焼成した後、同様にオーバーコートを施し、厚膜抵抗体を得た。該厚膜抵抗体のオーバーコートガラス表面上に存在するピンホールの数を光学顕微鏡にて観測したところ、18個のピンホールが観測された。
酸化物粉末として、MgOを増量し6.000質量%含むものを用いた以外は、実施例1、2と同様にして厚膜ペーストを作製した。
すなわち、酸化物粉末の組成がSiO2:52.700質量%、B2O3:4.800質量%、PbO:14.400質量%、Al2O3:9.600質量%、CaO:7.700質量%、BaO:4.800質量%、MgO:6.000質量%のものを用い、その他の条件は実施例1と同様にして厚膜抵抗体ペーストを作製した。実施例1と同様にステップストレス試験を行ったところ、破壊点は7.9ワットであった。
上記厚膜抵抗体ペーストを18mm×18mmの形でアルミナ基板上に印刷・乾燥・焼成した後、同様にオーバーコートを施し、厚膜抵抗体を得た。該厚膜抵抗体のオーバーコートガラス表面上に存在するピンホールの数を光学顕微鏡にて観測したところ、22個のピンホールが観測された。
上記実施例と比較例の結果を示す表1から次のことが分かる。本発明の実施例1〜6は、酸化物粉末が特定の組成を有する厚膜抵抗体ペーストを用いたために、いずれも厚膜抵抗体に対するステップストレス試験で破壊点が5.0ワット以上と大きく、かつ厚膜抵抗体のオーバーコートガラス形成時におけるピンホールの発生数も7個以下と少なかった。
2 オーバーコートガラス層
3 基板
4,5 電極導体
10 プラテン
11 感熱紙
Claims (7)
- 絶縁基板上に厚膜抵抗体用ペーストを用いて形成され、その上にPbO、SiO2、Al2O3、及びZrO2を主成分とするオーバーコートガラス層が形成された厚膜抵抗体であって、
前記厚膜抵抗体用ペーストは、導電性粉末と、SiO2、PbO、Al2O3、CaO、B2O3、およびBaOを含み、かつMgOを含まないか、1質量%未満含有する酸化物粉末と有機ビヒクルを含み、
前記酸化物粉末の組成が、SiO2:50〜60質量%、PbO:15〜25質量%、Al2O3:7〜15質量%、CaO:5〜10質量%、B2O3:2〜7質量%、およびBaO:2〜7質量%である、
ことを特徴とする厚膜抵抗体。 - 前記酸化物粉末中の前記MgOの含有量が、0.005〜0.5質量%であることを特徴とする請求項1に記載の厚膜抵抗体。
- 前記導電性粉末が、酸化ルテニウムであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の厚膜抵抗体。
- 前記オーバーコートガラス層の組成が、PbO:38.0〜45.0質量%、SiO2:28.0〜33.5質量%、Al2O3:23.0〜27.0質量%、およびZrO2:1.5〜4.0であることを特徴とする請求項1に記載の厚膜抵抗体。
- 前記導電性粉末の含有量が、厚膜の5〜40質量%であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の厚膜抵抗体。
- 前記酸化物粉末の含有量が、厚膜の20〜60質量%であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の厚膜抵抗体。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の厚膜抵抗体を備えてなるサーマルヘッド。
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