JP7298416B2 - Composition for thick film resistor, paste for thick film resistor, and thick film resistor - Google Patents
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Description
本発明は、厚膜抵抗体用組成物、厚膜抵抗体用ペースト、及び厚膜抵抗体に関する。 The present invention relates to a composition for thick film resistors, a paste for thick film resistors, and a thick film resistor.
一般にチップ抵抗器、ハイブリットIC、または抵抗ネットワーク等の厚膜抵抗体は、セラミック基板に厚膜抵抗体用ペーストを印刷して焼成することによって形成されている。厚膜抵抗体用の組成物は、導電粒子として酸化ルテニウムを代表とするルテニウム系導電粒子とガラスを主な成分としたものが広く用いられている。 Thick-film resistors such as chip resistors, hybrid ICs, and resistor networks are generally formed by printing a thick-film resistor paste on a ceramic substrate and firing the printed paste. Compositions for thick-film resistors are widely used that mainly contain ruthenium-based conductive particles, typically ruthenium oxide, and glass as conductive particles.
ルテニウム系導電粒子とガラスが厚膜抵抗体に用いられる理由は、空気中での焼成ができ、抵抗温度係数(TCR)を0に近づけることが可能であることに加え、広い領域の抵抗値の抵抗体が形成可能であることなどが挙げられる。 The reason why ruthenium conductive particles and glass are used for thick film resistors is that they can be fired in air and the temperature coefficient of resistance (TCR) can be brought close to zero. For example, a resistor can be formed.
ここで、抵抗温度係数は、25℃の抵抗値に対して-55℃と125℃での抵抗値により求められる温度係数で、以下の式により求められる。なお、以下の式中R-55が-55℃における抵抗値、R25が25℃における抵抗値、R125が125℃における抵抗値、をそれぞれ意味する。-55℃と25℃の抵抗値から求められる抵抗温度係数を低温側TCR(COLD-TCR)といい、25℃と125℃の抵抗値から求められる抵抗温度係数を高温側TCR(HOT-TCR)という。 Here, the temperature coefficient of resistance is a temperature coefficient obtained from resistance values at -55°C and 125°C with respect to a resistance value at 25°C, and is obtained by the following formula. In the following formulas, R -55 means the resistance value at -55°C, R 25 means the resistance value at 25°C, and R 125 means the resistance value at 125°C. The temperature coefficient of resistance obtained from the resistance values at -55°C and 25°C is called the cold side TCR (COLD-TCR), and the temperature coefficient of resistance obtained from the resistance values at 25°C and 125°C is called the high temperature side TCR (HOT-TCR). It says.
COLD-TCR(ppm/℃)=(R-55-R25)/R25/(-80)×106
HOT-TCR(ppm/℃)=(R125-R25)/R25/(100)×106
厚膜抵抗体では、COLD-TCRとHOT―TCRとの両者を0に近づけることが求められている。
COLD-TCR (ppm/°C) = (R −55 −R 25 )/R 25 /(−80)×10 6
HOT-TCR (ppm/° C.)=(R 125 −R 25 )/R 25 /(100)×10 6
Thick film resistors are required to have both COLD-TCR and HOT-TCR close to zero.
従来より厚膜抵抗体に最も使用されているルテニウム系導電粒子としては、ルチル型の結晶構造を有する酸化ルテニウム(RuO2)、パイロクロア型の結晶構造を有するルテニウム酸鉛(Pb2Ru2O6.5)が挙げられる。これらはいずれも金属的な導電特性を示す酸化物である。 Ruthenium-based conductive particles most commonly used in thick film resistors include ruthenium oxide (RuO 2 ) having a rutile crystal structure and lead ruthenate (Pb 2 Ru 2 O 6 ) having a pyrochlore crystal structure. .5 ). All of these are oxides exhibiting metallic conductive properties.
厚膜抵抗体のガラスには、一般的に厚膜抵抗体用ペーストの焼成温度よりも低い軟化点のガラスが用いられており、従来より酸化鉛(PbO)を含むガラスが用いられていた。その理由としては、酸化鉛(PbO)はガラスの軟化点を下げる効果があり、含有率を変えることによって広範囲にわたって軟化点を変えられることや、比較的、化学的な耐久性が高いガラスが作れること、絶縁性が高く耐圧に優れていることが挙げられる。 As the thick film resistor glass, glass having a softening point lower than the firing temperature of the thick film resistor paste is generally used, and glass containing lead oxide (PbO) has been conventionally used. The reason for this is that lead oxide (PbO) has the effect of lowering the softening point of glass, and by changing the content rate, the softening point can be changed over a wide range, and that glass with relatively high chemical durability can be produced. and high insulation and excellent withstand voltage.
ルテニウム系導電粒子とガラスとを含む厚膜抵抗体用組成物では、低い抵抗値が望まれる場合にはルテニウム系導電粒子を多く、ガラスを少なく配合し、高い抵抗値が望まれる場合にはルテニウム系導電粒子を少なく、ガラスを多く配合して抵抗値を調整している。ルテニウム系導電粒子を多く配合する低抵抗域では抵抗温度係数がプラスに大きくなり易く、ルテニウム系導電粒子の配合が少ない高抵抗域では抵抗温度係数がマイナスになり易い特徴がある。 In the thick-film resistor composition containing ruthenium-based conductive particles and glass, when a low resistance value is desired, a large amount of ruthenium-based conductive particles and a small amount of glass are blended, and when a high resistance value is desired, ruthenium The resistance value is adjusted by adding less conductive particles and more glass. The temperature coefficient of resistance tends to be positive in the low resistance region where a large amount of ruthenium-based conductive particles are blended, and the temperature coefficient of resistance tends to be negative in the high-resistance region where the ruthenium-based conductive particles are less blended.
抵抗温度係数は既述の式から明らかなように、温度変化による抵抗値の変化を表したもので、厚膜抵抗体の重要な特性の一つである。抵抗温度係数は主に金属酸化物である添加剤を厚膜抵抗体用組成物に加えることで調整が可能である。抵抗温度係数を減少させる、すなわちマイナス方向に調整することは比較的容易であり、添加剤としてはマンガン酸化物、ニオブ酸化物、チタン酸化物等が挙げられる。しかし、抵抗温度係数を増加させる、すなわちプラス方向に調整することは困難であり、マイナスの抵抗温度係数を有する厚膜抵抗体の抵抗温度係数を0付近に調整することは実質上行えない。従って、抵抗温度係数がマイナスになりやすい抵抗値が高い領域では、抵抗温度係数がプラスに大きくなる導電粒子とガラスの組み合わせが望ましい。 As is clear from the above formula, the temperature coefficient of resistance expresses the change in resistance value due to temperature change, and is one of the important characteristics of a thick film resistor. The temperature coefficient of resistance can be adjusted by adding additives, mainly metal oxides, to the composition for thick film resistors. It is relatively easy to reduce the temperature coefficient of resistance, that is, to adjust it in the negative direction, and examples of additives include manganese oxide, niobium oxide, and titanium oxide. However, it is difficult to increase the temperature coefficient of resistance, that is, to adjust it in the positive direction. Therefore, in a high resistance region where the temperature coefficient of resistance tends to be negative, it is desirable to combine conductive particles and glass in which the temperature coefficient of resistance is large and positive.
ルテニウム酸鉛(Pb2Ru2O6.5)は酸化ルテニウム(RuO2)よりも比抵抗が高く、厚膜抵抗体の抵抗温度係数が高くなる特徴がある。このため抵抗値の高い領域では導電粒子としてルテニウム酸鉛(Pb2Ru2O6.5)が使用されてきた。 Lead ruthenate (Pb 2 Ru 2 O 6.5 ) has a higher specific resistance than ruthenium oxide (RuO 2 ), and is characterized by a high temperature coefficient of resistance of the thick film resistor. For this reason, lead ruthenate (Pb 2 Ru 2 O 6.5 ) has been used as the conductive particles in areas of high resistance.
このように従来の厚膜抵抗体用組成物には、導電粒子およびガラスの両方について、鉛成分を含有した材料が用いられていた。しかしながら、鉛成分は人体への影響および公害の点から望ましくなく、鉛を含有しない厚膜抵抗体用組成物の開発が強く求められている。 As described above, in conventional compositions for thick film resistors, materials containing a lead component were used for both the conductive particles and the glass. However, the lead component is undesirable from the viewpoint of its effect on the human body and pollution, and there is a strong demand for the development of lead-free compositions for thick film resistors.
そこで従来から、鉛を含有しない厚膜抵抗体用組成物が提案されている(特許文献1~4)。 Therefore, conventionally, lead-free compositions for thick film resistors have been proposed (Patent Documents 1 to 4).
特許文献1には、少なくとも実質的に鉛を含まないガラス組成物及び実質的に鉛を含まない所定の平均粒径の導電材料を含有し、これらが有機ビヒクルと混合されてなる抵抗体ペーストが開示されている。そして、導電材料として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が挙げられている。 Patent Document 1 discloses a resistor paste containing at least a substantially lead-free glass composition and a substantially lead-free conductive material having a predetermined average particle size, which are mixed with an organic vehicle. disclosed. Calcium ruthenate, strontium ruthenate, and barium ruthenate are mentioned as conductive materials.
特許文献1によれば、使用する導電材料の粒径を所定の範囲とし、反応相を除いた導電材料の実質的な粒径を確保することで所望の効果を得るとしている。 According to Patent Document 1, the particle size of the conductive material used is within a predetermined range, and the desired effect is obtained by ensuring the substantial particle size of the conductive material excluding the reaction phase.
特許文献2では、ガラス組成物に、導電性を与えるための金属元素を含む第1の導電性材料をあらかじめ溶解させてガラス材料を得る工程と、前記ガラス材料と、前記金属元素を含む第2の導電性材料と、ビヒクルとを混練する工程とを備えており、前記ガラス組成物及び前記第1及び第2の導電性材料は鉛を含まないことを特徴とする抵抗体ペーストの製造方法が提案されている。そして、第1、第2の導電性材料としてRuO2等が挙げられている。 In Patent Document 2, a step of obtaining a glass material by previously dissolving a first conductive material containing a metal element for imparting conductivity to a glass composition; and a step of kneading a conductive material and a vehicle, wherein the glass composition and the first and second conductive materials do not contain lead. Proposed. RuO 2 and the like are mentioned as the first and second conductive materials.
特許文献3では、(a)ルテニウム系導電性材料と(b)所定の組成の鉛およびカドミウムを含まないガラス組成物とのベース固形物を含有し、(a)および(b)の全てが有機媒体中に分散されていることを特徴とする厚膜ペースト組成物が提案されている。そして、ルテニウム系導電性材料としてルテニウム酸ビスマスが挙げられている。 Patent Document 3 contains a base solid of (a) a ruthenium-based conductive material and (b) a lead- and cadmium-free glass composition having a predetermined composition, and all of (a) and (b) are organic. A thick film paste composition has been proposed, characterized in that it is dispersed in a medium. Bismuth ruthenate is mentioned as a ruthenium-based conductive material.
特許文献4では、鉛成分を含まないルテニウム系導電性成分と、ガラスの塩基度(Po値)が0.4~0.9である鉛成分を含まないガラスと、有機ビヒクルとを含む抵抗体組成物であって、これを高温で焼成して得られる厚膜抵抗体中にMSi2Al2O8結晶(M:Ba及び/又はSr)が存在することを特徴とする抵抗体組成物が提案されている。
特許文献4によれば、ガラスの塩基度がルテニウム複合酸化物の塩基度に近いことで、ルテニウム複合酸化物の分解抑制効果が大きいとされている。また、ガラス中に所定の結晶相を析出させることによって導電ネットワークを形成できるとされている。
In Patent Document 4, a resistor containing a ruthenium-based conductive component that does not contain a lead component, a glass that does not contain a lead component and has a glass basicity (Po value) of 0.4 to 0.9, and an organic vehicle A resistor composition characterized in that MSi 2 Al 2 O 8 crystals (M: Ba and/or Sr) are present in a thick film resistor obtained by firing the composition at a high temperature Proposed.
According to Patent Document 4, the basicity of the glass is close to the basicity of the ruthenium composite oxide, so that the effect of suppressing the decomposition of the ruthenium composite oxide is large. Further, it is said that a conductive network can be formed by precipitating a predetermined crystal phase in the glass.
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、抵抗温度係数の改善ができているとはいえなかった。また、粒径の大きい導電粒子を用いると、形成された抵抗体の電流ノイズが大きく、良好な負荷特性が得られないという問題があった。 However, it cannot be said that the technology disclosed in Patent Document 1 can improve the temperature coefficient of resistance. In addition, when conductive particles having a large particle size are used, there is a problem that current noise in the formed resistor is large and good load characteristics cannot be obtained.
特許文献2に開示された技術では、ガラス中に溶解する酸化ルテニウムの量が製造条件によって大きく変動し、抵抗値が安定しないという問題があった。 The technique disclosed in Patent Document 2 has a problem that the amount of ruthenium oxide dissolved in the glass fluctuates greatly depending on the manufacturing conditions, and the resistance value is not stable.
特許文献3に開示された厚膜ペースト組成物では、抵抗温度係数がマイナスに大きくなり、抵抗温度係数を0に近づけることはできなかった。 In the thick-film paste composition disclosed in Patent Document 3, the temperature coefficient of resistance increased negatively, and the temperature coefficient of resistance could not be brought close to zero.
特許文献4に開示された技術では、導電粒子としてルテニウム複合酸化物を用いることを前提としており、ルテニウム複合酸化物よりも工業的に簡便に得られる酸化ルテニウムについては具体的には検討されていなかった。また、本発明の発明者らの調査によれば、塩基度が0.4~0.9であるガラスを用い、厚膜抵抗体にMSi2Al2O8(M:Ba及び/又はSr)を発生させた抵抗体でも、TCRが中~高抵抗域(1k~10MΩ領域)で-100ppm/℃未満になることがあった。 The technique disclosed in Patent Document 4 is based on the premise that ruthenium composite oxide is used as the conductive particles, and ruthenium oxide, which is industrially easier to obtain than ruthenium composite oxide, has not been specifically studied. rice field. Further, according to investigations by the inventors of the present invention, glass having a basicity of 0.4 to 0.9 is used, and MSi 2 Al 2 O 8 (M: Ba and/or Sr) is used for the thick film resistor. Even with the resistor that generated the TCR, it sometimes became less than −100 ppm/° C. in the middle to high resistance range (1 k to 10 MΩ range).
上記従来技術の問題に鑑み、本発明の一側面では、抵抗温度係数に優れた厚膜抵抗体を形成できる、鉛成分を含有しない厚膜抵抗体用組成物を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, it is an object of one aspect of the present invention to provide a lead-free composition for thick film resistors, which is capable of forming a thick film resistor having an excellent temperature coefficient of resistance.
上記課題を解決するため本発明は、
鉛成分を含まないルテニウム系導電粉末と、鉛成分を含まないガラス粉末とを含む厚膜抵抗体用組成物であって、
前記ガラス粉末が、SiとBとR(前記RはCa、Sr、Baから選択された1種類以上のアルカリ土類元素を示す)を含み、前記SiをSiO
2
として10質量%以上50質量%以下、前記BをB
2
O
3
として8質量%以上19質量%以下、前記RをROとして40質量%以上65質量%以下の割合で含み、かつ添加成分として少なくともAl
2
O
3
を含んでおり、
前記ガラス粉末は、電子スピン共鳴分光分析法によりE´センターとして検出される欠陥量が0以上5.0×1015spins/g以下である厚膜抵抗体用組成物を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention
A composition for a thick film resistor containing a lead-free ruthenium-based conductive powder and a lead-free glass powder,
The glass powder contains Si, B, and R ( the R represents one or more alkaline earth elements selected from Ca, Sr, and Ba), and the Si is 10% by mass or more and 50% by mass as SiO 2 Hereinafter, the B is 8% by mass or more and 19% by mass or less as B 2 O 3, and the R is 40% by mass or more and 65% by mass or less as RO, and at least Al 2 O 3 is included as an additive component. ,
The glass powder provides a composition for a thick film resistor in which the amount of defects detected as E' centers by electron spin resonance spectroscopy is 0 or more and 5.0×10 15 spins/g or less.
本発明の一側面によれば、抵抗温度係数に優れた厚膜抵抗体を形成できる、鉛成分を含有しない厚膜抵抗体用組成物を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a lead-free composition for a thick film resistor, which can form a thick film resistor having an excellent temperature coefficient of resistance.
以下、本発明の厚膜抵抗体用組成物、厚膜抵抗体用ペースト、及び厚膜抵抗体の一実施形態について説明する。
[厚膜抵抗体用組成物]
本実施形態に係る厚膜抵抗体用組成物は、鉛成分を含まないルテニウム系導電粉末と、鉛成分を含まないガラス粉末とを含むことができる。そして、上記ガラス粉末は、Si(ケイ素)とB(ホウ素)とRを含み、電子スピン共鳴分光分析法によりE´センターとして検出される欠陥量を0以上5.0×1015spins/g以下とすることができる。なお、上記RはCa、Sr、Baから選択された1種類以上のアルカリ土類元素を示す。
An embodiment of the composition for a thick film resistor, the paste for a thick film resistor, and the thick film resistor of the present invention will be described below.
[Composition for thick film resistor]
The composition for a thick film resistor according to the present embodiment can contain a lead-free ruthenium-based conductive powder and a lead-free glass powder. The glass powder contains Si (silicon), B (boron), and R, and the amount of defects detected as E′ centers by electron spin resonance spectroscopy is 0 or more and 5.0×10 15 spins/g or less. can be In addition, said R represents one or more alkaline earth elements selected from Ca, Sr and Ba.
本発明の発明者は、所定の成分を含有するガラス粉末のSi原子の不対電子に起因する欠陥量が0以上5.0×1015spins/g以下であれば、該ガラス粉末を含む厚膜抵抗体用組成物を焼成して得られる厚膜抵抗体の抵抗温度係数を規格下限の-100ppm/℃以上とし、0に近づけることが可能であることを見出し、本発明を完成させた。 The inventors of the present invention have found that if the amount of defects caused by unpaired electrons of Si atoms in the glass powder containing a predetermined component is 0 or more and 5.0 × 10 15 spins/g or less, the thickness of the glass powder containing the glass powder The inventors have found that the temperature coefficient of resistance of a thick film resistor obtained by firing a composition for a film resistor can be set to −100 ppm/° C. or more, which is the lower limit of the specification, and can be approached to 0, and have completed the present invention.
以下、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物に含まれる各成分について説明する。
(ルテニウム系導電粉末)
ルテニウム系導電粉末としては、ルテニウムを含有し、鉛成分を含有しない各種導電粉末を用いることができる。なお、本明細書において、「鉛成分を含有しない」とは鉛を意図して添加していないことを意味し、鉛の含有量が0であることを意味する。ただし、製造工程等で不純物成分、不可避成分として混入することを排除するものではない。
Each component contained in the composition for a thick film resistor of this embodiment will be described below.
(Ruthenium-based conductive powder)
As the ruthenium-based conductive powder, various conductive powders containing ruthenium and containing no lead component can be used. In this specification, "not containing a lead component" means that lead is not intentionally added, and means that the lead content is zero. However, it does not exclude the contamination as an impurity component or an unavoidable component in the manufacturing process or the like.
ルテニウム系導電粉末としては、例えば酸化ルテニウム(RuO2);ルテニウム酸ネオジウム(Nd2Ru2O7)、ルテニウム酸サマリウム(Sm2Ru2O7)、ルテニウム酸ネオジウムカルシウム(NdCaRu2O7)、ルテニウム酸サマリウムストロンチウム(SmSrRu2O7)や、これらの関連酸化物等のパイロクロア構造を有するルテニウム複合酸化物;ルテニウム酸カルシウム(CaRuO3)、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO3)、ルテニウム酸バリウム(BaRuO3)等のペロブスカイト構造を有するルテニウム複合酸化物;ルテニウム酸コバルト(Co2RuO4)、ルテニウム酸ストロンチウム(Sr2RuO4)や、その他のルテニウム複合酸化物;から選択された1種類以上を用いることができ、例えば、上記酸化物から選択された2種類以上の混合物を用いることもできる。 Ruthenium-based conductive powders include, for example, ruthenium oxide (RuO 2 ); neodymium ruthenate (Nd 2 Ru 2 O 7 ), samarium ruthenate (Sm 2 Ru 2 O 7 ), neodymium calcium ruthenate (NdCaRu 2 O 7 ), Ruthenium composite oxides having a pyrochlore structure such as samarium strontium ruthenate ( SmSrRu2O7 ) and related oxides thereof ; calcium ruthenate ( CaRuO3 ), strontium ruthenate ( SrRuO3 ), barium ruthenate ( BaRuO3) ), cobalt ruthenate (Co 2 RuO 4 ), strontium ruthenate (Sr 2 RuO 4 ), and other ruthenium composite oxides; For example, a mixture of two or more selected from the above oxides can also be used.
既述の様に、添加剤を用いても抵抗温度係数を増加させる方向、すなわちプラス方向に調整することは困難である。このため、抵抗温度係数がマイナスになり過ぎてしまうと0付近、例えば±100ppm/℃以内に調整することが困難である。しかし、抵抗温度係数がプラスであればその値が高くても調整剤等の添加剤で抵抗温度係数を0付近に調整することが可能である。 As described above, it is difficult to increase the temperature coefficient of resistance, that is, to adjust it in the positive direction even if an additive is used. For this reason, if the temperature coefficient of resistance becomes too negative, it is difficult to adjust it to around 0, for example, within ±100 ppm/°C. However, if the temperature coefficient of resistance is positive, even if the value is high, it is possible to adjust the temperature coefficient of resistance to around 0 with an additive such as a modifier.
鉛を含有しない厚膜抵抗体用組成物の導電物としては、厚膜抵抗体用組成物を焼成して得られる厚膜抵抗体の抵抗値が安定な、ルテニウム系導電粉末を好ましく用いることができ、特に酸化ルテニウム粉末や、ルテニウム複合酸化物粉末等のルテニウム含有酸化物粉末をより好ましく用いることができる。これらのなかで、工業的に簡便に用いることができるのは酸化ルテニウムである。このため、ルテニウム系導電粉末としては、酸化ルテニウム粉末をさらに好ましく用いることができる。特に、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物によれば、従来、ルテニウム系導電粉末として、例えば酸化ルテニウム粉末を用いた場合、抵抗温度係数が大幅にマイナスになってしまう抵抗値の領域においても、例えば必要に応じて添加剤量を調整することで抵抗温度係数が0に近い厚膜抵抗体を提供できる。このため、ルテニウム系導電粉末として酸化ルテニウム粉末を用いた場合に、特に高い効果を発揮できるので好ましい。 As the conductive material of the composition for thick film resistors that does not contain lead, ruthenium-based conductive powder is preferably used because the resistance value of the thick film resistor obtained by firing the composition for thick film resistors is stable. In particular, ruthenium oxide powder and ruthenium-containing oxide powder such as ruthenium composite oxide powder can be used more preferably. Among these, ruthenium oxide can be easily used industrially. Therefore, ruthenium oxide powder can be more preferably used as the ruthenium-based conductive powder. In particular, according to the composition for a thick film resistor of the present embodiment, conventionally, when using, for example, ruthenium oxide powder as the ruthenium-based conductive powder, the temperature coefficient of resistance becomes significantly negative in the resistance value region. Also, it is possible to provide a thick film resistor having a temperature coefficient of resistance close to 0 by adjusting the amount of the additive, for example, as required. For this reason, it is preferable to use ruthenium oxide powder as the ruthenium-based conductive powder because it can exhibit a particularly high effect.
本実施形態の厚膜抵抗体用組成物に用いるルテニウム系導電粉末の粒径は特に限定されない。ただし、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物に用いるルテニウム系導電粉末は、比表面積換算による平均粒径が20nm以上115nm以下であることが好ましい。比表面積換算による平均粒径はルテニウム系導電粉末の粒径をD1(nm)、密度をρ(g/cm3)、比表面積をS(m2/g)とし、粉末を真球とみなすと、以下の式(1)に示す関係式が成り立つ。このD1によって算出される粒径を比表面積換算による平均粒径、すなわち比表面積径とする。 The particle size of the ruthenium-based conductive powder used in the thick film resistor composition of the present embodiment is not particularly limited. However, the ruthenium-based conductive powder used in the thick film resistor composition of the present embodiment preferably has an average particle size of 20 nm or more and 115 nm or less in terms of specific surface area. Assuming that the particle size of the ruthenium-based conductive powder is D1 (nm), the density is ρ (g/cm 3 ), the specific surface area is S (m 2 /g), and the powder is regarded as a true sphere, the average particle size in terms of specific surface area is , the following relational expression (1) holds. The particle size calculated by D1 is defined as the average particle size in terms of specific surface area, that is, the specific surface area.
D1(nm)=6×103/(ρ・S) ・・・(1)
ルテニウム系導電粉末が酸化ルテニウム粉末の場合、酸化ルテニウムの密度を7.05g/cm3として、式(1)によって算出した比表面積径を20nm以上115nm以下とすることが好ましく、25nm以上115nm以下とすることがより好ましい。ルテニウム系導電粉末が酸化ルテニウム粉末以外の場合においても、同様に用いた材料対応する密度、および比表面積から、上記式(1)により算出した比表面積径を20nm以上115nm以下にすることが好ましく、25nm以上115nm以下とすることがより好ましい。
D1 (nm)=6×10 3 /(ρ·S) (1)
When the ruthenium-based conductive powder is ruthenium oxide powder, the density of the ruthenium oxide is preferably 7.05 g/cm 3 and the specific surface area calculated by the formula (1) is preferably 20 nm or more and 115 nm or less, more preferably 25 nm or more and 115 nm or less. is more preferable. Even when the ruthenium-based conductive powder is other than ruthenium oxide powder, the specific surface area calculated by the above formula (1) is preferably 20 nm or more and 115 nm or less from the density and specific surface area corresponding to the materials used in the same manner. More preferably, the thickness is 25 nm or more and 115 nm or less.
ルテニウム系導電粉末の比表面積径を20nm以上とすることで、該ルテニウム系導電粉末を含む厚膜抵抗体用組成物の抵抗温度係数をより確実にプラスにできる。一方、ルテニウム系導電粉末の比表面積径を115nm以下とすることで、耐電圧特性を高めることができる。 By setting the specific surface area diameter of the ruthenium-based conductive powder to 20 nm or more, the temperature coefficient of resistance of the thick-film resistor composition containing the ruthenium-based conductive powder can be more reliably made positive. On the other hand, by setting the specific surface area diameter of the ruthenium-based conductive powder to 115 nm or less, the withstand voltage characteristics can be enhanced.
本実施形態の厚膜抵抗体用組成物に用いるルテニウム系導電粉末の調製方法は特に限定されず、任意の方法で調製できる。 The method for preparing the ruthenium-based conductive powder used in the composition for thick film resistors of the present embodiment is not particularly limited, and it can be prepared by any method.
ここでは、酸化ルテニウム粉末を製造する場合を例に、ルテニウム系導電粉末の調製方法について説明する。 Here, a method for preparing a ruthenium-based conductive powder will be described, taking the case of producing a ruthenium oxide powder as an example.
酸化ルテニウム粉末の製造方法としては、例えば湿式で合成された酸化ルテニウム水和物を熱処理することによって製造する方法が望ましい。係る製造方法では、その合成方法や熱処理の条件等によって比表面積径や結晶子径を変化させることができる。 As a method for producing ruthenium oxide powder, for example, a method of producing by heat-treating ruthenium oxide hydrate synthesized in a wet process is desirable. In such a production method, the specific surface area diameter and the crystallite diameter can be changed depending on the synthesis method, heat treatment conditions, and the like.
酸化ルテニウム粉末の製造方法は、例えば以下の工程を有することができる。
湿式法により酸化ルテニウム水和物を合成する酸化ルテニウム水和物生成工程。
溶液中の、酸化ルテニウム水和物を分離回収する酸化ルテニウム水和物回収工程。
酸化ルテニウム水和物を乾燥する乾燥工程。
酸化ルテニウム水和物を熱処理する熱処理工程。
A method for producing ruthenium oxide powder can have, for example, the following steps.
A ruthenium oxide hydrate production step for synthesizing ruthenium oxide hydrate by a wet method.
A ruthenium oxide hydrate recovery step for separating and recovering ruthenium oxide hydrate in the solution.
A drying step for drying the ruthenium oxide hydrate.
A heat treatment step of heat-treating the ruthenium oxide hydrate.
なお、従来一般的に用いられていた粒径の大きい酸化ルテニウムを製造した後、該酸化ルテニウムを粉砕する酸化ルテニウム粉末の製造方法は、粒径が小さくなりにくく、粒径のばらつきも大きくなる。このため本実施形態の厚膜抵抗体用組成物に用いる酸化ルテニウム粉末の製造方法としては、上記酸化ルテニウム水和物を熱処理することで製造する製造方法によることが好ましい。 In the conventional method of producing ruthenium oxide powder in which ruthenium oxide having a large particle size is produced and then the ruthenium oxide is pulverized, it is difficult to reduce the particle size and the variation in particle size is large. Therefore, as a method for producing the ruthenium oxide powder used in the composition for a thick film resistor of the present embodiment, it is preferable to employ a production method in which the ruthenium oxide hydrate is produced by heat treatment.
酸化ルテニウム水和物生成工程において、酸化ルテニウム水和物を合成する方法は特に限定されないが、例えばルテニウム含有水溶液において、酸化ルテニウム水和物を析出、沈殿させる方法が挙げられる。具体的には、例えばK2RuO4水溶液にエタノールを加えて酸化ルテニウム水和物の澱物を得る方法や、RuCl3水溶液をKOH等で中和して酸化ルテニウム水和物の澱物を得る方法等が挙げられる。 In the ruthenium oxide hydrate production step, the method for synthesizing ruthenium oxide hydrate is not particularly limited, but examples thereof include a method of precipitating and precipitating ruthenium oxide hydrate in a ruthenium-containing aqueous solution. Specifically, for example, ethanol is added to an aqueous K 2 RuO 4 solution to obtain a precipitate of ruthenium oxide hydrate, and an aqueous RuCl 3 solution is neutralized with KOH or the like to obtain a precipitate of ruthenium oxide hydrate. methods and the like.
そして、上述のように、酸化ルテニウム水和物回収工程と、乾燥工程とで、酸化ルテニウム水和物の沈殿物を固液分離し、必要に応じて洗浄した後、乾燥することで酸化ルテニウム水和物の粉末を得ることができる。 Then, as described above, in the ruthenium oxide hydrate recovery step and the drying step, the precipitate of ruthenium oxide hydrate is solid-liquid separated, washed as necessary, and then dried to obtain ruthenium oxide water. A powder of hydrates can be obtained.
乾燥工程で得られた酸化ルテニウム水和物を熱処理する熱処理工程の条件は特に限定されないが、例えば酸化ルテニウム水和物粉末は、酸化雰囲気下で400℃以上の温度で熱処理することで結晶水がとれ、結晶性の高い酸化ルテニウム粉末とすることができる。ここで酸化雰囲気とは、酸素を10容積%以上含む気体であり、例えば空気を使用できる。 The conditions of the heat treatment step for heat-treating the ruthenium oxide hydrate obtained in the drying step are not particularly limited. Thus, a highly crystalline ruthenium oxide powder can be obtained. Here, the oxidizing atmosphere is a gas containing 10% by volume or more of oxygen, and for example, air can be used.
熱処理工程において酸化ルテニウム水和物粉末を熱処理する際の温度を、上述のように400℃以上とすることで、特に結晶性に優れた酸化ルテニウム(RuO2)粉末を得ることができるため好ましい。熱処理工程における酸化ルテニウム水和物粉末の熱処理温度の上限値は特に限定されないが、過度に高温にすると得られる酸化ルテニウム粉末の結晶子径や比表面積径が大きくなり過ぎたり、ルテニウムが6価や8価の酸化物(RuO3やRuO4)となって揮発する割合が高くなる場合がある。このため、例えば1000℃以下の温度で熱処理を行うことが好ましい。 By setting the temperature for heat-treating the ruthenium oxide hydrate powder in the heat treatment step to 400° C. or higher as described above, it is possible to obtain a ruthenium oxide (RuO 2 ) powder having particularly excellent crystallinity, which is preferable. The upper limit of the heat treatment temperature of the ruthenium oxide hydrate powder in the heat treatment step is not particularly limited. In some cases, the rate of volatilization as octavalent oxides (RuO 3 and RuO 4 ) increases. Therefore, it is preferable to perform the heat treatment at a temperature of 1000° C. or less, for example.
特に、酸化ルテニウム水和物粉末を熱処理する温度は、500℃以上1000℃以下であることがより好ましい。 In particular, the temperature for heat-treating the ruthenium oxide hydrate powder is more preferably 500° C. or higher and 1000° C. or lower.
既述のように、酸化ルテニウム水和物を製造する際の合成条件や、熱処理の条件等により、得られる酸化ルテニウム粉末の比表面積径や、結晶性を変化させることができる。このため、例えば予備試験等を行っておき、所望の結晶子径、比表面積径を備えた酸化ルテニウム粉末が得られるように条件を選択することが好ましい。 As described above, the specific surface area and crystallinity of the resulting ruthenium oxide powder can be changed by changing the synthesis conditions, heat treatment conditions, and the like when producing the ruthenium oxide hydrate. Therefore, it is preferable to conduct a preliminary test, for example, and select conditions so that a ruthenium oxide powder having a desired crystallite size and specific surface area can be obtained.
酸化ルテニウム粉末の製造方法は、上述の工程以外にも任意の工程を有することもできる。 The method for producing ruthenium oxide powder can also have arbitrary steps in addition to the steps described above.
上述のように、酸化ルテニウム水和物回収工程で酸化ルテニウム水和物の沈殿物を固液分離し、乾燥工程で乾燥した後、熱処理工程の前に、得られた酸化ルテニウム水和物を機械的に解砕して、解砕された酸化ルテニウム水和物粉末を得ることもできる(解砕工程)。 As described above, the precipitate of ruthenium oxide hydrate is solid-liquid separated in the ruthenium oxide hydrate recovery step, dried in the drying step, and then mechanically separated before the heat treatment step. It is also possible to obtain a pulverized ruthenium oxide hydrate powder (pulverization step).
そして、解砕された酸化ルテニウム水和物粉末を、熱処理工程に供し、酸化雰囲気下、400℃以上の温度で熱処理されることで、上述の通り結晶水がとれ、酸化ルテニウム粉末の結晶性を高めることができる。上述のように解砕工程を実施することで、熱処理工程に供する酸化ルテニウム水和物粉末について、凝集の程度を抑制、低減することができる。そして、解砕した酸化ルテニウム水和物粉末を熱処理することで熱処理による粗大粒子や連結粒子の生成を抑制することができる。このため、解砕工程での条件を選択することでも、所望の結晶子径や、比表面積径を備えた酸化ルテニウム粉末を得ることができる。 Then, the pulverized ruthenium oxide hydrate powder is subjected to a heat treatment step and heat treated at a temperature of 400 ° C. or higher in an oxidizing atmosphere to remove water of crystallization as described above and improve the crystallinity of the ruthenium oxide powder. can be enhanced. By performing the pulverization step as described above, the degree of aggregation of the ruthenium oxide hydrate powder to be subjected to the heat treatment step can be suppressed or reduced. By heat-treating the pulverized ruthenium oxide hydrate powder, it is possible to suppress the generation of coarse particles and connected particles due to the heat treatment. Therefore, ruthenium oxide powder having a desired crystallite size and specific surface area can be obtained by selecting conditions in the pulverization step.
なお、解砕工程での解砕条件は特に限定されるものではなく、目的とする酸化ルテニウム粉末が得られるように、予備試験等を行い任意に選択できる。 The crushing conditions in the crushing step are not particularly limited, and can be arbitrarily selected through preliminary tests and the like so as to obtain the desired ruthenium oxide powder.
また、酸化ルテニウム粉末の製造方法は、熱処理工程後に、得られた酸化ルテニウム粉末を、分級することもできる(分級工程)。このように分級工程を実施することで、所望の比表面積径の酸化ルテニウム粉末を選択的に回収することができる。 Further, in the method for producing ruthenium oxide powder, the obtained ruthenium oxide powder can be classified after the heat treatment step (classification step). By performing the classification step in this manner, ruthenium oxide powder having a desired specific surface area can be selectively recovered.
ここまで、酸化ルテニウム粉末の場合を例に説明したが、ルテニウム複合酸化物についてもほぼ同様にして調製できる。例えば酸化ルテニウム水和物生成工程において、ルテニウムに加えて、ルテニウム以外の所定の金属成分を添加し、ルテニウム複合酸化物の水和物を調製し、係る水和物を用いることで、ルテニウム複合酸化物を調製することもできる。
(ガラス粉末)
本実施形態の厚膜抵抗体用組成物は、鉛成分を含まないガラス粉末(ガラス)を含有することができる。なお、鉛成分を含まないガラス粉末とは、鉛を意図して添加していないことを意味し、鉛の含有量が0であることを意味する。ただし、製造工程等で不純物成分、不可避成分として混入することを排除するものではない。
So far, the case of ruthenium oxide powder has been described as an example, but a ruthenium composite oxide can also be prepared in substantially the same manner. For example, in the ruthenium oxide hydrate production step, in addition to ruthenium, a predetermined metal component other than ruthenium is added to prepare a hydrate of the ruthenium composite oxide, and by using the hydrate, ruthenium composite oxide can also be prepared.
(glass powder)
The composition for a thick film resistor of the present embodiment can contain glass powder (glass) containing no lead component. The glass powder containing no lead component means that lead is not intentionally added, and means that the lead content is zero. However, it does not exclude the contamination as an impurity component or an unavoidable component in the manufacturing process or the like.
鉛成分を含有しない厚膜抵抗体用組成物のガラス粉末では、骨格となるSiO2以外に金属酸化物を配合することによって、焼成時の流動性を調整することができる。SiO2以外の金属酸化物としては、B2O3やROなどを用いることができる。ROの元素RはCa、Sr、Baから選択された1種類以上のアルカリ土類元素を示す。このため、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物に用いるガラス粉末としては、例えばSiとBとRとを含むガラス粉末を好適に用いることができる。Rについては、上述のようにCa、Sr、Baから選択された1種類以上のアルカリ土類元素を示す。 In the lead-free thick-film resistor composition glass powder, the fluidity at the time of firing can be adjusted by adding a metal oxide in addition to SiO 2 as the skeleton. B 2 O 3 and RO can be used as metal oxides other than SiO 2 . Element R of RO represents one or more alkaline earth elements selected from Ca, Sr, and Ba. Therefore, glass powder containing Si, B and R, for example, can be suitably used as the glass powder used in the thick film resistor composition of the present embodiment. R represents one or more alkaline earth elements selected from Ca, Sr and Ba as described above.
厚膜抵抗体に含まれるガラスは、導電粒子であるルテニウム系導電粉末との間で電気的な作用をする。ガラスの電気的な作用や、光学的な作用のような、ガラスを構成する電子が関与するほとんどの物性には、非特許文献1に開示される森永の式から算出されるガラスの塩基度との関係がみられることが知られている。例えば、Si、B、およびBaを含むガラス(Si-B-Ba系ガラスとも表記する)においてBaの含有量を変動させると、ガラスの塩基度を変化する。 The glass contained in the thick film resistor has an electrical action with the ruthenium-based conductive powder, which is conductive particles. Most of the physical properties related to the electrons that make up the glass, such as the electrical action and optical action of the glass, are calculated from the Morinaga formula disclosed in Non-Patent Document 1. It is known that there is a relationship between For example, when the content of Ba in a glass containing Si, B, and Ba (also referred to as Si—B—Ba glass) is changed, the basicity of the glass is changed.
ガラスの塩基度pOは非特許文献1に開示されるように、ガラスを構成する酸化物成分の陽イオンと酸素イオン間のクーロン引力Aiを基にガラスの酸素イオン供給能力として評価できる。塩基度pOの値が大きくなるに従って塩基性が強くなることを示している。 As disclosed in Non-Patent Document 1, the basicity pO of the glass can be evaluated as the oxygen ion supplying ability of the glass based on the Coulomb attractive force Ai between the cations of the oxide components constituting the glass and the oxygen ions. This indicates that the higher the value of the basicity pO, the stronger the basicity.
ここで、陽イオン-酸素イオン間のクーロン引力Aiは、以下の式(2)によって求められる。 Here, the Coulomb attractive force A i between cations and oxygen ions is obtained by the following equation (2).
Ai=Zi×2/(ri+1.40)2 ・・・(2)
上記式(2)中のZiは陽イオンの価数を、riは陽イオンの半径(Å)を、1.40は酸素イオンの半径(Å)を、2は酸素イオンの価数をそれぞれ意味している。
A i =Z i ×2/(r i +1.40) 2 (2)
In the above formula (2), Z i is the cation valence, r i is the cation radius (Å), 1.40 is the oxygen ion radius (Å), and 2 is the oxygen ion valence. each means.
そして、以下の式(3)で表される、Aiの逆数は、酸化物の酸素イオン供給能力として評価できる。 Then, the reciprocal of A i represented by the following equation (3) can be evaluated as the oxygen ion supply capability of the oxide.
pOi′=1/Ai ・・・(3)
多成分系のガラスの酸素イオン供給能力では、陽イオンのモル分率niを用いて拡張でき、以下の式(4)のように表記できる。
pO i '=1/A i (3)
The oxygen ion supply capacity of multi-component glass can be expanded using the cation molar fraction ni , and can be expressed as in the following equation (4).
pO′=Σ(ni×pOi′) ・・・(4)
式(4)中のpOi´はガラスを構成する各酸化物の塩基度を意味する。
pO′=Σ( ni × pOi ′) (4)
pO i ' in the formula (4) means the basicity of each oxide constituting the glass.
そして塩基度pOは、CaOの塩基度を1、SiO2の塩基度を0として規格化をおこなうと、以下の式(5)で表される。 The basicity pO is normalized by setting the basicity of CaO to 1 and the basicity of SiO 2 to 0, and is expressed by the following formula (5).
pO=(pO′-0.405)/1.023 ・・・(5)
ところで、Si-B-Ba系ガラスであっても、ガラスのSi、B、Ba以外の構成元素を変えると、ほぼ同じ値のガラスの塩基度であっても、抵抗温度係数が異なることがある。係るガラスの塩基度と抵抗温度係数との関係からすれば、抵抗温度係数に優れた厚膜抵抗体を作製するための厚膜抵抗体用組成物のガラス粉末について、ガラスの塩基度では適切に選択できないことになる。そこで、本発明の発明者はガラス粉末について更なる検討を行った。
pO=(pO'-0.405)/1.023 (5)
By the way, even with Si--B--Ba-based glasses, if the constituent elements of the glass other than Si, B, and Ba are changed, the temperature coefficient of resistance may differ even if the basicity of the glass has almost the same value. . In view of the relationship between the basicity of glass and the temperature coefficient of resistance, the glass powder of the composition for thick film resistors for producing a thick film resistor having an excellent temperature coefficient of resistance is appropriately You will not be able to choose. Therefore, the inventors of the present invention conducted further studies on the glass powder.
ガラスのSi原子には不対電子が生じることあり、この不対電子は、磁性中心活性として発現し、電子スピン共鳴(Electron Spin Resonance;ESR)分光分析法で測定されるE´センター(Eプライムセンター)として検出される。 Unpaired electrons can occur in the Si atoms of the glass, and these unpaired electrons manifest as magnetic center activity and the E′ center (E prime center).
厚膜抵抗体の導電機構を検討すると、電子伝導はガラス骨格を経由することから、本発明の発明者はガラスの主骨格であるSiにおいても何かしらの導電に関する因子を保有しているものと推定し、特に不対電子を保有するガラス欠陥であるE´センター量の関与の推定に至った。すなわち、E´センター量が多いとガラスの電子伝導が促進されて抵抗温度係数がマイナスなると推定した。 Considering the conduction mechanism of thick film resistors, electron conduction passes through the glass skeleton, so the inventor of the present invention presumes that Si, which is the main skeleton of glass, also has some factor related to conduction. As a result, it was presumed that the amount of E' centers, which are glass defects having unpaired electrons, is particularly involved. That is, it was presumed that a large amount of E' centers promotes electron conduction in the glass, resulting in a negative temperature coefficient of resistance.
そこで、厚膜抵抗体用ペーストに用いられる程度にまで粒度分布を調整したガラス粉末のE´センター量を電子スピン共鳴分光分析法により測定した。また、E´センター量を評価したガラス粉末と酸化ルテニウム粉末のみを用い、用いたガラス粉末以外の構成は同一とした厚膜抵抗体を製造し、抵抗温度係数を測定した。その結果、ガラスの塩基度が高くても、抵抗値の上昇に伴って抵抗温度係数が低下してマイナス値が大きくなる場合は、E´センター量が多い傾向を示すことが確認された。 Therefore, the amount of E' centers of the glass powder whose particle size distribution is adjusted to the extent that it is used for paste for thick film resistors was measured by electron spin resonance spectroscopy. In addition, thick film resistors were manufactured by using only the glass powder for which the E' center amount was evaluated and the ruthenium oxide powder, and having the same composition other than the glass powder used, and the temperature coefficient of resistance was measured. As a result, it was confirmed that even if the basicity of the glass is high, when the temperature coefficient of resistance decreases as the resistance value increases and the negative value increases, the E′ center amount tends to increase.
また、電子スピン共鳴測定分光分析法で測定されるE´センターとして検出される欠陥が確認できないヒュームドシリカ微粉末と酸化ルテニウム粉末のみを用い、酸化ルテニウム粉末の割合を変更した複数の厚膜抵抗体を作製し、抵抗温度係数を確認した。その結果、厚膜抵抗体が高抵抗になるに従って抵抗温度係数は低下したが、1MΩで600ppm/℃程度になり抵抗温度係数がマイナスにならないことが確認された。 In addition, a plurality of thick film resistors using only fumed silica fine powder and ruthenium oxide powder in which no defects detected as E′ centers as measured by electron spin resonance spectroscopy can be confirmed, and changing the ratio of ruthenium oxide powder A body was fabricated and the temperature coefficient of resistance was confirmed. As a result, although the temperature coefficient of resistance decreased as the resistance of the thick film resistor increased, it was confirmed that the temperature coefficient of resistance was about 600 ppm/° C. at 1 MΩ and the temperature coefficient of resistance did not become negative.
ただし、ガラス粉末にヒュームドシリカを用いると、厚膜抵抗体とセラミック基板との密着が不十分で現実的ではない。なお、ヒュームドシリカの電子スピン共鳴測定分光分析法で測定されるE´センターとして検出される欠陥は0である。 However, if fumed silica is used as the glass powder, the adhesion between the thick film resistor and the ceramic substrate is insufficient, which is not practical. The number of defects detected as E' centers measured by electron spin resonance spectroscopy of fumed silica is zero.
以上の検討結果から、本実施形態の厚膜抵抗体に用いるガラス粉末は、SiとBとRとを含み、電子スピン共鳴分光分析法によりE´センターとして検出される欠陥量が0以上5.0×1015spins/g以下であることが好ましい。なお、Rは、既述の様にCa、Sr、Baから選択された1種類以上のアルカリ土類元素を示している。 From the above examination results, the glass powder used for the thick film resistor of the present embodiment contains Si, B and R, and the amount of defects detected as E' centers by electron spin resonance spectroscopy is 0 or more. It is preferably 0×10 15 spins/g or less. In addition, R represents one or more alkaline earth elements selected from Ca, Sr, and Ba as described above.
既述の様に、本発明の発明者の検討によれば、用いるガラス粉末、すなわち含有するガラスのE´センターとして検出される欠陥量を抑制することで、厚膜抵抗体の中~高抵抗域(1kΩ~10MΩ領域)における抵抗温度係数がマイナス側に大きくなることを抑制できる。特に、厚膜抵抗体用組成物に用いるガラス粉末のE´センターとして検出される欠陥量が5.0×1015spins/g以下の場合、中~高抵抗域(1kΩ~10MΩ領域)において抵抗温度係数がマイナス側に大きくなることを抑制し、例えば-100ppm/℃以上にできる。 As described above, according to the studies of the inventors of the present invention, by suppressing the amount of defects detected as the E' center of the glass powder used, that is, the contained glass, the medium to high resistance of the thick film resistor It is possible to suppress the temperature coefficient of resistance from increasing to the negative side in the region (1 kΩ to 10 MΩ region). In particular, when the amount of defects detected as the E' center of the glass powder used in the composition for a thick film resistor is 5.0 × 10 15 spins/g or less, the resistance in the medium to high resistance range (1 kΩ to 10 MΩ region) The temperature coefficient can be suppressed from increasing to the negative side, and can be set to -100 ppm/°C or higher, for example.
既述の様に、本発明の発明者の検討によれば、厚膜抵抗体の抵抗温度係数は、厚膜抵抗体用組成物に用いるガラス粉末のE´センターとして検出される欠陥量に大きく影響を受ける。そして、ガラス粉末のガラスの塩基度が厚膜抵抗体の抵抗温度係数に与える影響は、上記欠陥量と比較すると小さい。しかしながら、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物が含有するガラス粉末のガラスの塩基度が高い方が、抵抗温度係数はマイナス側から、0近傍へシフトし易くなる。このため、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物が含有するガラス粉末のガラスの塩基度は、高い方が好ましい。本実施形態の厚膜抵抗体用組成物が含有するガラス粉末のガラスの塩基度は、例えば0.4以上0.7以下であることが好ましい。 As described above, according to the study of the inventors of the present invention, the temperature coefficient of resistance of the thick film resistor is larger than the defect amount detected as the E' center of the glass powder used in the composition for the thick film resistor. to be influenced. The effect of the glass basicity of the glass powder on the temperature coefficient of resistance of the thick film resistor is small compared to the amount of defects. However, the higher the glass basicity of the glass powder contained in the composition for a thick film resistor of the present embodiment, the more likely the temperature coefficient of resistance will shift from the negative side to near zero. Therefore, it is preferable that the glass basicity of the glass powder contained in the composition for a thick film resistor of the present embodiment is high. The glass basicity of the glass powder contained in the composition for a thick film resistor of the present embodiment is preferably, for example, 0.4 or more and 0.7 or less.
本実施形態の厚膜抵抗体用組成物が含有するガラス粉末の粒径は限定されないが、ガラス粉末の粒度が大きすぎると厚膜抵抗体の抵抗値ばらつきの増大や負荷特性が低下する原因となる。このため、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物が含有するガラス粉末は、レーザー回折を利用した粒度分布計により測定した50%体積累計粒度が2.0μm以下であることが好ましい。 The particle size of the glass powder contained in the composition for a thick film resistor of the present embodiment is not limited, but if the particle size of the glass powder is too large, it may cause an increase in variation in the resistance value of the thick film resistor and a decrease in load characteristics. Become. Therefore, the glass powder contained in the composition for a thick film resistor of the present embodiment preferably has a 50% volume cumulative particle size of 2.0 μm or less as measured by a particle size distribution meter using laser diffraction.
一方、ガラス粉末の粒度を過度に小さくすると、生産性が低くなり、不純物等の混入も増える恐れがある。このため、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物が含有するガラス粉末の50%体積累計粒度は0.7μm以上が好ましい。 On the other hand, if the particle size of the glass powder is excessively small, the productivity will be lowered, and there is a possibility that the contamination of impurities and the like will increase. Therefore, the 50% volume cumulative particle size of the glass powder contained in the thick film resistor composition of the present embodiment is preferably 0.7 μm or more.
従って、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物が含有するガラス粉末の、50%体積累計粒度は、0.7μm以上2.0μm以下であることが好ましい。 Therefore, the glass powder contained in the thick film resistor composition of the present embodiment preferably has a 50% volume cumulative particle size of 0.7 μm or more and 2.0 μm or less.
本実施形態の厚膜抵抗体用組成物が含有するガラス粉末は、既述の様にSiとBとRとを含有していればよく、その具体的な組成は特に限定されない。例えば、流動性を高める観点から、ガラス粉末は、SiO2の含有割合が50質量部以下であることが好ましい。ただし、SiO2の含有割合が10質量部より小さいとガラスになり難くなる場合がある。このため、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物が含有するガラス粉末は、SiO2を10質量部以上50質量部以下の割合で含有することが好ましい。 The glass powder contained in the composition for a thick film resistor of the present embodiment may contain Si, B and R as described above, and its specific composition is not particularly limited. For example, from the viewpoint of enhancing fluidity, the glass powder preferably contains 50 parts by mass or less of SiO 2 . However, if the content of SiO 2 is less than 10 parts by mass, it may become difficult to form glass. Therefore, the glass powder contained in the composition for a thick film resistor of the present embodiment preferably contains SiO 2 in a proportion of 10 parts by mass or more and 50 parts by mass or less.
また、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物のガラス粉末は、B2O3を、8質量部以上30質量部以下の割合で含有することが好ましい。これは、B2O3の含有割合を8質量部以上とすることで、流動性を十分に高めることができ、30質量部以下とすることで耐候性を高めることができるからである。 Further, the glass powder of the composition for thick film resistors of the present embodiment preferably contains B 2 O 3 in a proportion of 8 parts by mass or more and 30 parts by mass or less. This is because when the content of B 2 O 3 is 8 parts by mass or more, fluidity can be sufficiently improved, and when it is 30 parts by mass or less, weather resistance can be improved.
本実施形態の厚膜抵抗体用組成物のガラス粉末は、ROを、40質量部以上65質量部以下の割合で含有することが好ましい。これは、ROの含有割合を40質量部以上とすることで、該厚膜抵抗体用組成物を用いて得られる厚膜抵抗体の抵抗温度係数がマイナスになることを特に抑制できるからである。またROの含有割合を65質量部以下とすることで、ガラス成分の結晶化を抑制し、ガラスを形成し易くすることができる。なお、ガラス粉末が複数種のROを含む場合には、その合計が上記範囲を充足することが好ましい。 The glass powder of the composition for thick film resistors of the present embodiment preferably contains RO in a proportion of 40 parts by mass or more and 65 parts by mass or less. This is because when the RO content is 40 parts by mass or more, the temperature coefficient of resistance of the thick film resistor obtained using the composition for a thick film resistor can be particularly suppressed from becoming negative. . Further, by setting the content of RO to 65 parts by mass or less, crystallization of the glass component can be suppressed and glass can be easily formed. In addition, when the glass powder contains a plurality of types of RO, the total preferably satisfies the above range.
本実施形態の厚膜抵抗体用組成物に含まれるガラス粉末は、既述のSiO2とB2O3とROに加えて、ガラスの耐候性や焼成時の流動性を調整する目的で他の成分を含有することもできる。任意の添加成分の例としては、Al2O3、ZrO2、TiO2、SnO2、ZnO、Li2O、Na2O、K2O等が挙げられ、これらの化合物から選択された1種類以上をガラスに添加することもできる。 In addition to SiO 2 , B 2 O 3 and RO described above, the glass powder contained in the composition for a thick film resistor of the present embodiment includes other powders for the purpose of adjusting the weather resistance of the glass and fluidity during firing. can also contain the components of Examples of optional additive components include Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , SnO 2 , ZnO, Li 2 O, Na 2 O, K 2 O and the like, and one selected from these compounds The above can also be added to the glass.
上記化合物のうち、Al2O3はガラスの分相を抑制しやすく、ZrO2、TiO2はガラスの耐候性を向上させる働きがある。また、SnO2、ZnO、Li2O、Na2O、K2O等はガラスの流動性を高める働きがある。このため、厚膜抵抗体用組成物等に要求される性能等に応じて、添加成分を添加することもできる。 Among the above compounds, Al 2 O 3 tends to suppress the phase separation of the glass, and ZrO 2 and TiO 2 work to improve the weather resistance of the glass. Also, SnO 2 , ZnO, Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, etc. have the function of increasing the fluidity of the glass. Therefore, additional components can be added depending on the performance required for the composition for thick film resistors.
ガラスの焼成時の流動性に影響する尺度として軟化点がある。一般に、厚膜抵抗体を製造する際の、厚膜抵抗体用組成物を焼成する温度は800℃以上900℃以下である。 The softening point is a measure that affects the fluidity of glass during firing. In general, the temperature for baking the composition for thick film resistors is 800° C. or higher and 900° C. or lower when manufacturing thick film resistors.
このように、厚膜抵抗体を製造する際の厚膜抵抗体用組成物の焼成温度が800℃以上900℃以下の場合、本実施形態に係る厚膜抵抗体用組成物に用いるガラスの軟化点は、600℃以上800℃以下が好ましく、600℃以上750℃以下がより好ましい。 As described above, when the baking temperature of the composition for a thick film resistor is 800° C. or more and 900° C. or less when manufacturing a thick film resistor, the glass used for the composition for a thick film resistor according to the present embodiment softens. The point is preferably 600° C. or higher and 800° C. or lower, more preferably 600° C. or higher and 750° C. or lower.
ここで、軟化点は、ガラスを示差熱分析法(TG-DTA)にて大気中で、10℃/minで昇温、加熱し、得られた示差熱曲線の最も低温側の示差熱曲線の減少が発現する温度よりも高温側の次の示差熱曲線が減少するピークの温度である。 Here, the softening point is the differential thermal curve on the lowest temperature side of the differential thermal curve obtained by heating and heating the glass at 10 ° C./min in the atmosphere by differential thermal analysis (TG-DTA). It is the peak temperature at which the next differential thermal curve decreases, which is higher than the temperature at which the decrease occurs.
本実施形態のガラス粉末の調製方法は特に限定されず、所望の組成、特性となるように調製できる。ガラス粉末は、例えば所定の成分またはそれらの前駆体を目的とする配合にあわせて混合し、得られた混合物を溶融し急冷することによって製造できる。溶融温度は特に限定されるものではないが例えば1400℃前後とすることができる。また、急冷の方法についても特に限定されないが、溶融物を冷水中に入れるか冷ベルト上に流すことにより行うことができる。 The method for preparing the glass powder of the present embodiment is not particularly limited, and it can be prepared so as to have the desired composition and properties. Glass powders can be produced, for example, by mixing predetermined components or their precursors in a desired formulation, melting and quenching the resulting mixture. Although the melting temperature is not particularly limited, it can be around 1400°C, for example. Also, the method of quenching is not particularly limited, but it can be carried out by placing the melt in cold water or flowing it on a cooling belt.
ガラスの粉砕にはボールミル、遊星ミル、ビーズミルなど用いることができるが、粒度をシャープにするには湿式粉砕を用いることが望ましい。
(厚膜抵抗体用組成物の組成について)
本実施形態の厚膜抵抗体用組成物に含まれるルテニウム系導電粉末と、ガラス粉末との混合比は特に限定されるものではない。例えば所望する抵抗値等によって、ルテニウム系導電粉末とガラス粉末との混合比率を変更できる。ルテニウム系導電粉末の質量:ガラス粉末の質量は、例えば5:95以上50:50以下とすることができる。すなわち、ルテニウム系導電粉末とガラス粉末とのうち、ルテニウム系導電粉末の割合を、5質量%以上50質量%以下とすることが好ましい。
A ball mill, a planetary mill, a bead mill, or the like can be used for pulverizing the glass, but wet pulverization is preferably used to sharpen the particle size.
(Composition of composition for thick film resistor)
The mixing ratio of the ruthenium-based conductive powder and the glass powder contained in the thick film resistor composition of the present embodiment is not particularly limited. For example, the mixing ratio of the ruthenium-based conductive powder and the glass powder can be changed depending on the desired resistance value. The mass of the ruthenium-based conductive powder: the mass of the glass powder can be, for example, 5:95 or more and 50:50 or less. That is, the ratio of the ruthenium-based conductive powder to the ruthenium-based conductive powder and the glass powder is preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less.
これは、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物が含有するルテニウム系導電粉末とガラス粉末との合計を100質量%とした場合に、ルテニウム系導電粉末の割合を5質量%未満にすると、得られる厚膜抵抗体の抵抗値が高くなり過ぎて不安定となるおそれがあるからである。 This is because, when the total amount of the ruthenium-based conductive powder and the glass powder contained in the composition for a thick film resistor of the present embodiment is 100% by mass, if the ratio of the ruthenium-based conductive powder is less than 5% by mass, This is because the resulting thick film resistor may have an excessively high resistance value and become unstable.
また、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物が含有するルテニウム系導電粉末とガラス粉末との合計を100質量%とした場合に、ルテニウム系導電粉末の割合を50質量%以下とすることで、得られる厚膜抵抗体の強度を十分に高くすることができ、脆くなることを特に確実に防ぐことができるからである。 Further, when the total of the ruthenium-based conductive powder and the glass powder contained in the composition for a thick film resistor of the present embodiment is 100% by mass, the proportion of the ruthenium-based conductive powder is set to 50% by mass or less. This is because the strength of the resulting thick film resistor can be sufficiently increased, and brittleness can be particularly reliably prevented.
本実施形態の厚膜抵抗体用組成物中のルテニウム系導電粉末と、ガラス粉末との混合割合は、ルテニウム系導電粉末の質量:ガラス粉末の質量=5:95以上40:60以下の範囲であることがより好ましい。すなわち、ルテニウム系導電粉末とガラス粉末とのうち、ルテニウム系導電粉末の割合を、5質量%以上40質量%以下とすることがより好ましい。 The mixing ratio of the ruthenium-based conductive powder and the glass powder in the composition for a thick film resistor of the present embodiment is in the range of mass of ruthenium-based conductive powder:mass of glass powder=5:95 or more and 40:60 or less. It is more preferable to have That is, it is more preferable to set the ratio of the ruthenium-based conductive powder to 5% by mass or more and 40% by mass or less in the ruthenium-based conductive powder and the glass powder.
なお、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物は、既述のルテニウム系導電粉末と、ガラス粉末とを主成分として含むことが好ましく、ルテニウム系導電粉末と、ガラス粉末とのみから構成することもできる。本実施形態の厚膜抵抗体用組成物は、既述のルテニウム系導電粉末とガラス粉末との混合粉末を、例えば80量%以上100質量%以下の割合で含有することが好ましく、85質量%以上100質量%以下の割合で含有することがより好ましい。 The thick film resistor composition of the present embodiment preferably contains the aforementioned ruthenium-based conductive powder and glass powder as main components, and may be composed only of the ruthenium-based conductive powder and glass powder. can also The composition for a thick film resistor of the present embodiment preferably contains the above-described mixed powder of the ruthenium-based conductive powder and the glass powder at a ratio of, for example, 80% by mass or more and 100% by mass or less, and 85% by mass. It is more preferable to contain at a ratio of 100% by mass or more.
本実施形態の厚膜抵抗体用組成物は、必要に応じて任意の成分をさらに含有することもできる。なお、これらの任意の成分についても鉛成分を含有しない材料を用いることができる。 The composition for thick film resistors of the present embodiment may further contain optional components as necessary. Note that a material containing no lead component can also be used for these arbitrary components.
本実施形態の厚膜抵抗体用組成物には、抵抗体の抵抗値や、抵抗温度係数、負荷特性、トリミング性の改善、調整を目的として一般に使用される添加剤を加えても良い。代表的な添加剤としてはNb2O5、Ta2O5、TiO2、CuO、MnO2、ZrO2、Al2O3、SiO2、ZrSiO4等が挙げられる。これらの添加剤から選択された1種類以上を加えることでより優れた特性を有する厚膜抵抗体を作成することができる。添加する量は目的によって調整されるが、ルテニウム系導電粉末とガラス粉末との合計100質量部に対して20質量部以下とすることが好ましい。 Additives generally used for the purpose of improving and adjusting the resistance value, temperature coefficient of resistance, load characteristics, and trimming properties of the resistor may be added to the thick film resistor composition of the present embodiment. Typical additives include Nb2O5 , Ta2O5 , TiO2 , CuO, MnO2 , ZrO2 , Al2O3 , SiO2 , ZrSiO4 and the like . By adding one or more selected from these additives, a thick film resistor having better characteristics can be produced. Although the amount to be added is adjusted depending on the purpose, it is preferably 20 parts by mass or less with respect to the total of 100 parts by mass of the ruthenium-based conductive powder and the glass powder.
なお、これらの成分は添加しないこともできる。すなわち本実施形態の厚膜抵抗体用組成物は、ルテニウム系導電粉末と、ガラス粉末とから構成することもできる。このため、ルテニウム系導電粉末とガラス粉末の合計100質量部に対して、これらの添加剤は0以上となるように添加できる。 Note that these components may not be added. That is, the composition for a thick film resistor of this embodiment can also be composed of a ruthenium-based conductive powder and a glass powder. Therefore, these additives can be added so as to be 0 or more with respect to a total of 100 parts by mass of the ruthenium-based conductive powder and the glass powder.
以上に説明した本実施形態の厚膜抵抗体用組成物によれば、所定のガラス粉末を用いることで、該厚膜抵抗体用組成物を用いて抵抗温度係数に優れた厚膜抵抗体を形成できる。また、ルテニウム系導電粉末や、ガラス粉末について、鉛成分を含有しない材料を用いている。このため、本実施形態の厚膜抵抗体用組成物についても鉛成分を含有しない組成物とすることができる。
[厚膜抵抗体用ペースト]
本実施形態の厚膜抵抗体用ペーストの一構成例について説明する。
According to the composition for a thick film resistor of the present embodiment described above, by using a predetermined glass powder, a thick film resistor having an excellent temperature coefficient of resistance can be produced using the composition for a thick film resistor. can be formed. In addition, materials containing no lead component are used for the ruthenium-based conductive powder and the glass powder. Therefore, the composition for thick film resistors of the present embodiment can also be a composition that does not contain a lead component.
[Paste for thick film resistors]
A configuration example of the thick film resistor paste of the present embodiment will be described.
本実施形態の厚膜抵抗体用ペーストは、既述の厚膜抵抗体用組成物と、有機ビヒクルとを含むことができる。本実施形態の厚膜抵抗体用ペーストは、既述の厚膜抵抗体用組成物を有機ビヒクル中に分散した構成を有することが好ましい。 The thick film resistor paste of the present embodiment can contain the aforementioned thick film resistor composition and an organic vehicle. The thick film resistor paste of the present embodiment preferably has a structure in which the thick film resistor composition described above is dispersed in an organic vehicle.
上述のように、本実施形態の厚膜抵抗体用ペーストは、有機ビヒクルと呼ばれる樹脂成分を溶解した溶剤中に、既述の厚膜抵抗体用組成物を分散することで厚膜抵抗体用ペーストとすることができる。 As described above, the thick-film resistor paste of the present embodiment is prepared by dispersing the above-described thick-film resistor composition in a solvent in which a resin component called an organic vehicle is dissolved. It can be a paste.
有機ビヒクルの樹脂や溶剤の種類、配合については特に限定されるものではない。有機ビヒクルの樹脂成分としては、例えばエチルセルロース、アクリル酸エステル、メタアクリル酸エステル、ロジン、マレイン酸エステル等から選択された1種類以上を用いることができる。 There are no particular restrictions on the type and composition of the organic vehicle resin and solvent. As the resin component of the organic vehicle, for example, one or more selected from ethyl cellulose, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, rosin, maleic acid ester and the like can be used.
また、溶剤としては、例えばターピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート等から選択された1種類以上を用いることができる。なお、厚膜抵抗体用ペーストの乾燥を遅らせる目的で、沸点が高い溶剤を加えることもできる。また、必要に応じて、分散剤や可塑剤など加えることもできる。 As the solvent, for example, one or more selected from terpineol, butyl carbitol, butyl carbitol acetate and the like can be used. A solvent having a high boiling point may be added for the purpose of delaying the drying of the thick film resistor paste. Moreover, a dispersant, a plasticizer, etc. can also be added as needed.
樹脂成分や、溶剤の配合比は、得られる厚膜抵抗体用ペーストに要求される粘度等に応じて調整することができる。厚膜抵抗体用組成物に対する有機ビヒクルの割合は、特に限定されないが、厚膜抵抗体用組成物を100質量部とした場合に、有機ビヒクルの割合を例えば20質量部以上200質量部以下とすることができる。 The compounding ratio of the resin component and the solvent can be adjusted according to the viscosity and the like required for the thick film resistor paste to be obtained. The ratio of the organic vehicle to the composition for thick film resistors is not particularly limited, but when the composition for thick film resistors is 100 parts by mass, the ratio of the organic vehicle is, for example, 20 parts by mass or more and 200 parts by mass or less. can do.
本実施形態の厚膜抵抗体用ペーストを製造する方法は特に限定されないが、例えばスリーロールミル(3本ロールミル)、遊星ミル、ビーズミル等から選択される1種類以上を用いて、既述の厚膜抵抗体用組成物を有機ビヒクル中に分散させることもできる。また、例えば既述の厚膜抵抗体用組成物をボールミルや擂潰(らいかい)機で混合してから、有機ビヒクル中に分散させることもできる。 The method for producing the thick film resistor paste of the present embodiment is not particularly limited. The resistor composition can also be dispersed in an organic vehicle. Alternatively, for example, the composition for thick film resistors described above may be mixed in a ball mill or a grinder and then dispersed in an organic vehicle.
厚膜抵抗体用ペーストでは、ルテニウム系導電粉末等の無機原料粉末の凝集を解し、樹脂成分を溶解した溶剤、すなわち有機ビヒクル中に分散することが望ましい。一般に、粉末の粒径が小さくなると凝集が強くなり、二次粒子を形成し易くなる。このため、本実施形態の厚膜抵抗体用ペーストでは、二次粒子を解し、一次粒子に分散させることを容易にするために、脂肪酸等を分散剤として添加し、含有することもできる。
[厚膜抵抗体]
本実施形態の厚膜抵抗体の一構成例について説明する。
In the paste for thick film resistors, it is desirable to break the agglomeration of the inorganic raw material powder such as the ruthenium-based conductive powder and disperse it in a solvent in which the resin component is dissolved, ie, an organic vehicle. In general, the smaller the particle size of the powder, the stronger the agglomeration and the easier the formation of secondary particles. Therefore, the thick film resistor paste of the present embodiment may contain a fatty acid or the like as a dispersant in order to facilitate the disaggregation of the secondary particles and their dispersion into the primary particles.
[Thick film resistor]
A configuration example of the thick film resistor of this embodiment will be described.
本実施形態の厚膜抵抗体は、既述の厚膜抵抗体用組成物、厚膜抵抗体用ペーストを用いて製造することができる。このため、本実施形態の厚膜抵抗体は、既述の厚膜抵抗体用組成物を含むことができ、既述のルテニウム系導電粉末と、ガラス成分とを含むことができる。 The thick film resistor of the present embodiment can be manufactured using the thick film resistor composition and the thick film resistor paste described above. Therefore, the thick film resistor of the present embodiment can contain the composition for a thick film resistor described above, and can contain the ruthenium-based conductive powder described above and a glass component.
なお、既述のように、厚膜抵抗体用組成物では、ルテニウム系導電粉末とガラス粉末とのうち、ルテニウム系導電粉末の割合を、5質量%以上50質量%以下とすることが好ましい。そして、本実施形態の厚膜抵抗体は、該厚膜抵抗体用組成物を用いて製造でき、得られる厚膜抵抗体内のガラス成分は、厚膜抵抗体用組成物のガラス粉末に由来する。このため、本実施形態の厚膜抵抗体は厚膜抵抗体用組成物と同様に、ルテニウム系導電粉末と、ガラス成分とのうち、ルテニウム系導電粉末の割合が、5質量%以上50質量%以下であることが好ましく、5質量%以上40質量%以下であることがより好ましい。 As described above, in the composition for a thick film resistor, the ratio of the ruthenium-based conductive powder to the ruthenium-based conductive powder and the glass powder is preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less. The thick film resistor of the present embodiment can be manufactured using the thick film resistor composition, and the glass component in the resulting thick film resistor is derived from the glass powder of the thick film resistor composition. . Therefore, in the thick film resistor of the present embodiment, similarly to the composition for a thick film resistor, the proportion of the ruthenium conductive powder in the ruthenium conductive powder and the glass component is 5% by mass or more and 50% by mass. It is preferably 5% by mass or more, and more preferably 5% by mass or more and 40% by mass or less.
本実施形態の厚膜抵抗体の製造方法は特に限定されないが、例えば既述の厚膜抵抗体用組成物を、セラミック基板上で焼成して形成することができる。また、既述の厚膜抵抗体用ペーストを、セラミック基板に塗布した後、焼成して形成することもできる。 The method for producing the thick film resistor of the present embodiment is not particularly limited, but for example, the thick film resistor composition described above can be fired on a ceramic substrate. Alternatively, the thick-film resistor paste described above may be applied to a ceramic substrate and then fired to form the ceramic substrate.
以下に具体的な実施例、比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(評価方法)
まず、以下の参考例、実施例、比較例(まとめて「実験例」とも記載する)における評価方法について説明する。
(1)ガラス粉末の欠陥量の測定
ガラス粉末を試料管に充填し、液体窒素温度(77K)で電子スピン共鳴分光分析装置(日本電子株式会社製)を用いて測定した。ガラス粉末の欠陥量は、濃度が既知の2,2,6,6,-テトラメチル-4-ピペリジオール-1-オキシルとルビーを標準試料として定量を行った。
(2)ガラス粉末の50%体積累計粒度
50%体積累計粒度は、レーザー回折を利用した粒度分布計により測定した。
(3)ガラス粉末の軟化点測定
ガラス粉末の軟化点は、ガラス粉末を示差熱分析法(TG-DTA)にて大気中で毎分10℃昇温、加熱し、得られた示差熱曲線の最も低温側の示差熱曲線の減少が発現する温度よりも高温側の次の示差熱曲線が減少するピークの温度とした。
(4)酸化ルテニウム粉末の比表面積換算による平均粒径(比表面積径)
比表面積径は比表面積と密度より算出できる。比表面積は測定が簡単にできるBET1点法を用いた。比表面積径をD1(nm)、密度をρ(g/cm3)、比表面積をS(m2/g)とし、粉末を真球とみなすと、以下の式(1)に示す関係式が成り立つ。このD1によって算出される粒径を比表面積径とした。
Although specific examples and comparative examples will be given below, the present invention is not limited to these examples.
(Evaluation method)
First, evaluation methods in the following reference examples, examples, and comparative examples (also collectively referred to as “experimental examples”) will be described.
(1) Measurement of Defect Amount of Glass Powder Glass powder was filled in a sample tube and measured using an electron spin resonance spectrometer (manufactured by JEOL Ltd.) at liquid nitrogen temperature (77K). The amount of defects in the glass powder was quantified using 2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidiol-1-oxyl and ruby of known concentrations as standard samples.
(2) 50% Volume Cumulative Particle Size of Glass Powder The 50% volume cumulative particle size was measured with a particle size distribution meter using laser diffraction.
(3) Measurement of the softening point of the glass powder The softening point of the glass powder is determined by heating the glass powder at 10°C per minute in the atmosphere using the differential thermal analysis method (TG-DTA). The peak temperature at which the next differential heat curve on the high temperature side decreases was taken as the temperature at which the decrease in the differential heat curve on the lowest temperature side appears.
(4) Average particle size (specific surface area diameter) of ruthenium oxide powder in terms of specific surface area
The specific surface area can be calculated from the specific surface area and density. The specific surface area was measured using the BET one-point method, which allows easy measurement. Assuming that the specific surface area diameter is D1 (nm), the density is ρ (g/cm 3 ), the specific surface area is S (m 2 /g), and the powder is regarded as a true sphere, the following relational expression (1) is obtained. It holds. The particle diameter calculated by this D1 was taken as the specific surface area diameter.
D1(nm)=6×103/(ρ・S) ・・・(1)
酸化ルテニウムの密度を7.05g/cm3として、比表面積径を算出した。
(5)膜厚
膜厚は、各実施例、比較例において同様にして作製した5個の厚膜抵抗体について、触針の厚さ粗さ計(東京精密社製 型番:サーフコム480B)により膜厚を測定し、測定した値を平均することで該厚膜抵抗体の膜厚を算出した。
(6)抵抗値の測定
面積抵抗値は、各実験例において同様にして作製した25個の厚膜抵抗体の抵抗値をデジタルマルチメーター(KEITHLEY社製、2001番)で測定した値を平均することで、算出した。
(7)抵抗温度係数
抵抗温度係数の測定に当たっては、各実験例において同様にして作製した5個の厚膜抵抗体について、-55℃、25℃、125℃にそれぞれ15分保持してからそれぞれ抵抗値を測定し、-55℃での抵抗値をR-55、25℃での抵抗値をR25、125℃での抵抗値をR125とした。そして、以下の式(A)、式(B)によって、各厚膜抵抗体について、各温度域での抵抗温度係数を計算した。次いで、算出した各温度域での抵抗温度係数の5個の厚膜抵抗体の平均を計算し、各実験例で得られた厚膜抵抗体の各温度域での抵抗温度係数(COLD-TCR、HOT-TCR)とした。いずれも単位はppm/℃になる。抵抗温度係数は0に近いことが望ましく、抵抗温度係数≦±100ppm/℃であることが優れた抵抗体の目安とされている。
D1 (nm)=6×10 3 /(ρ·S) (1)
The specific surface area was calculated assuming that the density of ruthenium oxide was 7.05 g/cm 3 .
(5) Film thickness The film thickness was measured using a stylus thickness and roughness meter (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd., model number: Surfcom 480B) for five thick-film resistors produced in the same manner in each example and comparative example. The thickness of the thick film resistor was calculated by measuring the thickness and averaging the measured values.
(6) Measurement of resistance value The sheet resistance value is the average value of the resistance values of 25 thick film resistors prepared in the same manner in each experimental example measured with a digital multimeter (manufactured by KEITHLEY, No. 2001). It was calculated by
(7) Temperature coefficient of resistance In measuring the temperature coefficient of resistance, five thick-film resistors prepared in the same manner in each experimental example were held at −55° C., 25° C., and 125° C. for 15 minutes, respectively. The resistance value was measured, and the resistance value at −55° C. was defined as R −55 , the resistance value at 25° C. as R 25 , and the resistance value at 125° C. as R 125 . Then, the temperature coefficient of resistance in each temperature range was calculated for each thick film resistor using the following formulas (A) and (B). Then, the average temperature coefficient of resistance of five thick film resistors in each temperature range was calculated, and the temperature coefficient of resistance (COLD-TCR , HOT-TCR). Both units are ppm/°C. The temperature coefficient of resistance is desirably close to 0, and the temperature coefficient of resistance ≦±100 ppm/° C. is regarded as a standard for an excellent resistor.
COLD-TCR=(R-55-R25)/R25/(-80)×106 ・・・(A)
HOT-TCR=(R125-R25)/R25/(100)×106 ・・・(B)
なお、表1において、COLD-TCRはC-TCR、HOT-TCRはH-TCRと表記している。
(参考例1)
低い抵抗値の厚膜抵抗体から高い抵抗値の厚膜抵抗体までが得られるように、比表面積径が36nmの酸化ルテニウム粉末と粒径15nm(TEM像による面積平均粒径)のヒュームドシリカの質量比率(酸化ルテニウム/ガラス)が、表1に示すように、87.5/12.5、80/20、75/25になるように計量、混合し、厚膜抵抗体用組成物とした。
COLD-TCR=(R −55 −R 25 )/R 25 /(−80)×10 6 (A)
HOT-TCR=(R 125 −R 25 )/R 25 /(100)×10 6 (B)
In Table 1, COLD-TCR is written as C-TCR, and HOT-TCR is written as H-TCR.
(Reference example 1)
Ruthenium oxide powder with a specific surface area of 36 nm and fumed silica with a particle size of 15 nm (area average particle size according to TEM image) are used so that thick film resistors with low resistance values to high resistance values can be obtained. mass ratio (ruthenium oxide/glass) is 87.5/12.5, 80/20, 75/25 as shown in Table 1, weighed and mixed, and the thick film resistor composition and bottom.
次いで、該厚膜抵抗体用組成物100質量部に有機ビヒクル40質量部を加え、三本ロールミル混練して参考例1に係る厚膜抵抗体用ペーストを作製した。なお、有機ビヒクルは、ターピネオール85質量%とエチルセルロース15質量%を混合し80℃で溶解して作成した。 Next, 40 parts by mass of an organic vehicle was added to 100 parts by mass of the composition for thick film resistors, and the mixture was kneaded in a three-roll mill to prepare a paste for thick film resistors according to Reference Example 1. The organic vehicle was prepared by mixing 85% by mass of terpineol and 15% by mass of ethyl cellulose and dissolving the mixture at 80°C.
予めアルミナ基板に焼成して形成された、1質量%のPdと、99質量%のAgとを含む電極上に、作製した厚膜抵抗体用ペーストを焼成後の膜厚が6μm~8μmの範囲内となるように印刷した。次いで、150℃で5分間乾燥させた後、ピーク温度850℃で9分間、昇温時間と降温時間を含めたトータル30分で焼成し厚膜抵抗体を形成した。なお、厚膜抵抗体のサイズは抵抗体幅が1.0mm、抵抗体長さ(電極間)が1.0mmとなるようにした。 The thickness of the thick-film resistor paste after firing is in the range of 6 μm to 8 μm after firing on an electrode containing 1% by mass of Pd and 99% by mass of Ag, which is pre-fired on an alumina substrate. printed to be inside. Next, after drying at 150° C. for 5 minutes, firing was performed at a peak temperature of 850° C. for 9 minutes in total, including heating and cooling times, for a total of 30 minutes to form a thick film resistor. The size of the thick film resistor was such that the resistor width was 1.0 mm and the resistor length (between electrodes) was 1.0 mm.
その後、それぞれの混合比の厚膜抵抗体用ペーストの焼成体である厚膜抵抗体を得た後に、抵抗値と抵抗温度係数を求めた。結果を表1に示す。
(実施例1)
本実施例では、森永の式で算定される塩基度が0.60で、E´センターとして検出される欠陥量が4.3×1015spins/gであるガラス粉末を用いた。なお、係るガラス粉末は、SiO2:22質量%、B2O3:13質量%、Al2O3:3質量%、CaO:5質量%、BaO:45質量%、ZnO:12質量%の割合で各成分を含有し、軟化点700℃、50%体積累計粒度0.95μmであった。
After that, after obtaining thick film resistors, which are sintered bodies of thick film resistor pastes having respective mixing ratios, resistance values and temperature coefficients of resistance were determined. Table 1 shows the results.
(Example 1)
In this example, a glass powder having a basicity calculated by Morinaga's formula of 0.60 and an amount of defects detected as E' centers of 4.3×10 15 spins/g was used. The glass powder contains SiO2 : 22% by mass, B2O3 : 13% by mass, Al2O3 : 3 % by mass, CaO: 5% by mass, BaO: 45% by mass, and ZnO: 12% by mass. Each component was contained in proportion, the softening point was 700° C., and the 50% volume cumulative particle size was 0.95 μm.
ヒュームドシリカに替えて、上記ガラス粉末を用い、表1に示した割合で酸化ルテニウム粉末と混合した点以外は、参考例1と同様にして、厚膜抵抗体用組成物、厚膜抵抗体用ペースト、厚膜抵抗体を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例2)
本実施例では、森永の式で算定される塩基度が0.60で、E´センターとして検出される欠陥量が4.9×1015spins/gであるガラス粉末を用いた。なお、係るガラス粉末は、SiO2:19質量%、B2O3:19質量%、Al2O3:5質量%、SrO:1質量%、BaO:56質量%の割合で各成分を含有し、軟化点690℃、50%体積累計粒度0.95μmであった。
A composition for a thick film resistor and a thick film resistor were prepared in the same manner as in Reference Example 1, except that the above glass powder was used instead of fumed silica and mixed with ruthenium oxide powder at the ratio shown in Table 1. A paste and a thick film resistor were prepared and evaluated. Table 1 shows the results.
(Example 2)
In this example, a glass powder having a basicity calculated by Morinaga's formula of 0.60 and an amount of defects detected as E' centers of 4.9×10 15 spins/g was used. The glass powder contains SiO 2 : 19% by mass, B 2 O 3 : 19% by mass, Al 2 O 3 : 5% by mass, SrO: 1% by mass, and BaO: 56% by mass. It had a softening point of 690° C. and a 50% volume cumulative particle size of 0.95 μm.
ヒュームドシリカに替えて、上記ガラス粉末を用い、表1に示した割合で酸化ルテニウム粉末と混合した点以外は、参考例1と同様にして、厚膜抵抗体用組成物、厚膜抵抗体用ペースト、厚膜抵抗体を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例1)
本比較例では、森永の式で算定される塩基度が0.39で、E´センターとして検出される欠陥量が5.6×1015spins/gであるガラス粉末を用いた。なお、係るガラス粉末は、SiO2:42質量%、B2O3:6質量%、Al2O3:6質量%、CaO:5質量%、BaO:26質量%、ZnO:15質量%の割合で各成分を含有し、軟化点800℃、50%体積累計粒度1.3μmであった。
A composition for a thick film resistor and a thick film resistor were prepared in the same manner as in Reference Example 1, except that the above glass powder was used instead of fumed silica and mixed with ruthenium oxide powder at the ratio shown in Table 1. A paste and a thick film resistor were prepared and evaluated. Table 1 shows the results.
(Comparative example 1)
In this comparative example, a glass powder having a basicity calculated by Morinaga's formula of 0.39 and an amount of defects detected as E' centers of 5.6×10 15 spins/g was used. The glass powder contains SiO 2 : 42% by mass, B 2 O 3 : 6% by mass, Al 2 O 3 : 6% by mass, CaO: 5% by mass, BaO: 26% by mass, and ZnO: 15% by mass. Each component was contained in proportion, the softening point was 800° C., and the 50% volume cumulative particle size was 1.3 μm.
ヒュームドシリカに替えて、上記ガラス粉末を用い、表1に示した割合で酸化ルテニウム粉末と混合した点以外は、参考例1と同様にして、厚膜抵抗体用組成物、厚膜抵抗体用ペースト、厚膜抵抗体を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例2)
本比較例では、森永の式で算定される塩基度が0.62で、E´センターとして検出される欠陥量が8.2×1015spins/gであるガラス粉末を用いた。なお、係るガラス粉末は、SiO2:22質量%、B2O3:13質量%、CaO:5質量%、BaO:46質量%、ZnO:14質量%の割合で各成分を含有し、軟化点670℃、50%体積累計粒度1.3μmであった。
A composition for a thick film resistor and a thick film resistor were prepared in the same manner as in Reference Example 1, except that the above glass powder was used instead of fumed silica and mixed with ruthenium oxide powder at the ratio shown in Table 1. A paste and a thick film resistor were prepared and evaluated. Table 1 shows the results.
(Comparative example 2)
In this comparative example, a glass powder having a basicity calculated by Morinaga's formula of 0.62 and an amount of defects detected as E' centers of 8.2×10 15 spins/g was used. The glass powder contains SiO 2 : 22% by mass, B 2 O 3 : 13% by mass, CaO: 5% by mass, BaO: 46% by mass, and ZnO: 14% by mass. Point 670° C., 50% volume cumulative particle size 1.3 μm.
ヒュームドシリカに替えて、上記ガラス粉末を用い、表1に示した割合で酸化ルテニウム粉末と混合した点以外は、参考例1と同様にして、厚膜抵抗体用組成物、厚膜抵抗体用ペースト、厚膜抵抗体を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。 A composition for a thick film resistor and a thick film resistor were prepared in the same manner as in Reference Example 1, except that the above glass powder was used instead of fumed silica and mixed with ruthenium oxide powder at the ratio shown in Table 1. A paste and a thick film resistor were prepared and evaluated. Table 1 shows the results.
一方、比較例1、2においては、欠陥量が多いガラス粉末を用いたため、抵抗温度係数が-100ppm/℃未満になる厚膜抵抗体が得られることを確認できた。 On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, it was confirmed that a thick film resistor having a temperature coefficient of resistance of less than −100 ppm/° C. was obtained because glass powder with a large amount of defects was used.
Claims (6)
前記ガラス粉末が、SiとBとR(前記RはCa、Sr、Baから選択された1種類以上のアルカリ土類元素を示す)を含み、前記SiをSiO 2 として10質量%以上50質量%以下、前記BをB 2 O 3 として8質量%以上19質量%以下、前記RをROとして40質量%以上65質量%以下の割合で含み、かつ添加成分として少なくともAl 2 O 3 を含んでおり、
前記ガラス粉末は、電子スピン共鳴分光分析法によりE´センターとして検出される欠陥量が0以上5.0×1015spins/g以下である厚膜抵抗体用組成物。 A composition for a thick film resistor containing a lead-free ruthenium-based conductive powder and a lead-free glass powder,
The glass powder contains Si, B, and R ( the R represents one or more alkaline earth elements selected from Ca, Sr, and Ba), and the Si is 10% by mass or more and 50% by mass as SiO 2 Hereinafter, the B is 8% by mass or more and 19% by mass or less as B 2 O 3, and the R is 40% by mass or more and 65% by mass or less as RO, and at least Al 2 O 3 is included as an additive component. ,
The composition for a thick film resistor, wherein the glass powder has a defect amount of 0 or more and 5.0×10 15 spins/g or less as E′ centers detected by electron spin resonance spectroscopy.
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