JPH0645102A - 厚膜抵抗体組成物 - Google Patents
厚膜抵抗体組成物Info
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Abstract
提供することである。 【構成】導電成分としてルテニウムの酸化物およびルテ
ニウムパイロクロア酸化物の少なくとも一方を含有する
厚膜抵抗体組成物において、銀を0.02〜5.0wt%
含有することを特徴とする厚膜抵抗体組成物。
Description
ムの酸化物および/またはルテニウムパイロクロア酸化
物を含有する厚膜抵抗体組成物に関し、特にPd/Ag
電極またはAg電極等と組み合わせて使用される厚膜抵
抗体組成物に関するものである。
において広く使用されている厚膜抵抗体組成物は、絶縁
性基体表面に形成された導体パターンまたは電極上に印
刷した後、焼成することによって抵抗体厚膜を生成させ
る組成物である。
結合剤を有機媒体(ベヒクル)中に分散させることによ
り調製される。導電成分は主に厚膜抵抗体の電気的性質
を決定する役割を有しルテニウム酸化物等が用いられて
いる。無機結合剤はガラスからなるもので主に厚膜を一
体に保持すると共にそれを基体に結合させる役割を有す
る。有機媒体は組成物の適用特性、特にそのレオロジー
に影響を与える分散媒体である。
電子回路またはチップ抵抗等に使用する場合、電気的安
定性が高いこと、特に多様な抵抗体のパッド長(幅)の
変化に対して抵抗値温度係数(TCR:Tempera
ture Coefficient of Resis
tance)の変動が小さいことが重要である。近年抵
抗体のサイズは、そのデバイスのデザインによって極小
(例えば 0.3×0.3mm)から数ミリ角の大きさ
まで多様化している。ところが、Pd/Ag電極または
Ag電極等と組み合わせる場合、抵抗形状が小さくなる
と、印刷形状もしくは膜厚が変わってしまったり、電極
からAgなどが拡散してくることによって、抵抗体厚膜
の抵抗値およびTCRが変動してしまう。抵抗値は多少
変動したとしても、抵抗体厚膜の一部をレーザによって
除去するレーザートリミングによって、所定の抵抗値に
調整することができる。しかし、TCRは一度変動して
しまうとそれを能動的に調整することができない。した
がって、抵抗値よりもTCRが抵抗体のパッド長に依存
する程度が小さいことすなわち形状効果(lengtheffec
t)が小さいことが望まれる。TCRには、高温TCR
(HTCR)と低温TCR(CTCR)があるが、HT
CRとCTCRのいずれもその形状効果が小さいことが
好ましい。
抵抗体組成物の成分および組成比を変えるなどの改良が
なされているが、満足な結果は得られていないのが現状
である。
目的は、TCRの形状効果が小さい厚膜抵抗体組成物を
提供することである。
してルテニウムの酸化物およびルテニウムパイロクロア
酸化物の少なくとも一方を含有する厚膜抵抗体組成物に
おいて、銀を0.02〜5.0wt%含有させることによ
って達成される。以下本発明をさらに詳細に説明する。
組成物は、主成分として導電成分と無機結合剤と有機媒
体(ベヒクル)とを含有し、さらに、銀を0.02〜
5.0wt%含有するものである。銀は、厚膜抵抗体組成
物中に金属銀(Ag)、銀イオン(Ag+ )および銀化
合物(Ag2 Oなど)のいずれの形態で存在していても
良い。本発明の厚膜抵抗体組成物は、導電成分、無機結
合剤、および場合により無機添加剤を有機媒体を混合し
て製造するが、銀は組成物の製造工程のいずれの段階で
含有させても良い。例えば、銀は、導電成分中に含有さ
せておいても、無機結合剤中に含有させておいてもよ
く、また、これらとは別に無機添加剤として厚膜抵抗体
組成物に添加してもよい。さらに、銀は、有機金属化合
物の形態にして有機媒体中に含有させ、この銀含有の有
機媒体を用いることによって、厚膜抵抗体組成物中に銀
を含有させることもできる。これらの併用すなわちガラ
スと有機媒体の両者に銀を含有させることなどもでき
る。
させておくことによって、電極からの銀成分の拡散が抵
抗体のTCRに及ぼす影響が小さくなり、このことが厚
膜抵抗体のTCRの形状効果の改善に寄与するものと考
えられる。 A.導電成分
して、ルテニウムの酸化物またはルテニウムパイロクロ
ア酸化物を含有する。ルテニウムパイロクロア酸化物
は、次の一般式で表わされるRu+4、Ir+4またはその
混合物(M″)の多成分化合物であるパイロクロア酸化
物の一種である。 (Mx Bi2-x )(M′y M″2-y )O7-z 式中、Mはイットリウム、タリウム、インジウム、カド
ミウム、鉛、銅および希土類金属より成る群から選ば
れ、M′は白金、チタン、クロム、ロジウムおよびアン
チモンより成る群から選ばれ、M″はルテニウム、イリ
ジウムまたはその混合物であり、xは0〜2であるがた
だし1価の銅に対してはx≦1であり、
ウムであるかまたは白金、チタン、クロム、ロジウムお
よびアンチモンのうちの1種より多い場合にはyは0〜
1であり、そしてzは0〜1であるがただしMが2価の
鉛またはカドミウムの場合にはこれは少なくとも約x/
2に等しい。これらルテニウムパイロクロア酸化物は、
米国特許第3583931号明細書に詳細に記載されて
いる。
ものは、ルテン酸ビスマスBi2 Ru2 O7 およびルテ
ン酸鉛Pb2 Ru2 O6 である。これらは、容易に純粋
の形で得られ、ガラス結合剤により悪影響を受けず、比
較的小さいTCRを有しており、空気中で約1000℃
まで加熱した場合でも安定であり、そして還元性雰囲気
中でも比較的安定だからである。より好ましいのはルテ
ン酸鉛Pb2 Ru2 O6 である。この他、Pb1.5 Bi
0.5 Ru2 O6.20およびCdBiRu2 O6.5のパイロ
クロアも用いることができる。これらすべてについてy
=0である。
ロクロア酸化物は、有機媒体を含む組成物全体重量を基
準として10〜50wt%、好ましくは12〜40wt%の
割合で用いる。合計無機固体分を基準とすると、14〜
75wt%,好ましくは17〜57wt%である。合計無機
固体分とは、導電成分と無機結合剤との合計をいう。本
発明の組成物が導電成分と無機結合剤以外に無機添加剤
を含有するときは、合計無機固体分とは該無機添加剤を
も含めたものである。 B.無機結合剤
合剤としては、一般に厚膜抵抗体組成物に用いられてい
る種々のガラスを用いることができる。すなわちPbO
を40〜80wt%およびSiO2 を10〜50wt%含有
し、これらPbOとSiO2 との合計が60%以上であ
るガラスを用いることができ、例えば、約23〜34w
t%のSiO2 を含有する珪酸鉛ガラス、約23〜34
wt%のSiO2 、約52〜73wt%のPbOおよび約4
〜14wt%のB2 O3 を含有する硼珪酸鉛ガラスを用い
ることができる。本発明において無機結合剤として使用
することができるガラスの組成の例を表1および表2に
示す。表1および表2に挙げたガラスは通常の製造方法
で製造することができる。
機結合剤として、上述のガラスを用いることができる
が、SiO2 30〜60wt%、CaO 5〜30wt
%、B2O3 1〜40wt%、PbO 0〜50wt%、
およびAl2 O3 0〜20wt%を含有し且つこれらS
iO2 、CaO、B2 O3 、PbOおよびAl2 O3 の
合計がその95wt%以上を占める第1のガラスと、Pb
Oが少なくとも50wt%を占めるPbO−SiO2 系ガ
ラスからなる第2のガラスとの混合物を用いると、より
好ましい効果を得ることができる。
しか含まないので一般的に高軟化点ガラスである。第2
のガラスは酸化鉛を最低50wt% 含むので一般的に低軟
化点ガラスである。
れ単独では厚膜抵抗体組成物のガラス結合剤として使用
することはできない。前者は焼結しないし、後者はガラ
スがやわらかすぎて抵抗体形状がくずれてしまうからで
ある。そうした単独では使用不可能とされていたガラス
を混合して使用することで、TCRの形状効果が小さく
且つオーバーコートガラスの焼成による抵抗値およびT
CRの変動も小さい厚膜抵抗体が得られたことは予期し
得ないことであった。
O3 、PbOおよびAl2 O3 の合計がその95wt%以
上を占めるガラスである。SiO2 は少なくとも30wt
% 必要である。それ未満では十分な高軟化点が得られに
くいからである。ただし60wt%以下とする。それより
多いとSiが結晶化するおそれがあるからである。Ca
Oは少なくとも5wt% 必要である。ただし30wt%以下
とする。30wt%を越えるとCaが他の元素と結晶化を
おこすおそれがあるからである。B2 O3 は少なくとも
1wt% 必要である。ただし40wt%以下とする。それよ
り多いとガラス化しないおそれがあるからである。Pb
Oは50wt% 以下でなければならない。50wt% を越え
ると十分な高軟化点が得られにくいからである。好まし
くは0〜30wt%、より好ましくは0〜20wt%であ
る。Al2 O3 は20wt% 以下でなければならない。2
0wt% を越えるとガラス化しないからである。好ましく
は0〜5wt%である。
体重量を基準として5〜35wt%、好ましくは10〜2
5wt%の割合で用いる。合計無機固体分を基準とする
と、7〜50wt%好ましくは14〜36wt%である。
wt%を占めるPbO−SiO2 系ガラスである。前記第
1のガラスはこの第2のガラスと組み合わせて用いるこ
とによって初めて抵抗体のTCRの形状効果の低減を達
成することができる。
%、SiO2 10〜35wt%、Al2 O3 0〜10
wt%、B2 O3 1〜10wt%、CuO 1〜10wt%
およびZnO 1〜10wt%を含有し且つこれらPb
O、SiO2 、Al2 O3 、B2 O3 、CuOおよびZ
nOがその95wt%以上を占めるガラスであることが好
ましい。この範囲の組成の第2のガラスと前記第1のガ
ラスとを混合することにより、TCRの形状効果および
オーバーコートガラスの焼成による抵抗値およびTCR
の変動が小さいことに加えてさらに焼結性も向上するか
らである。
体重量を基準として5〜40wt%、好ましくは10〜3
5wt%の割合で用いる。合計無機固体分を基準とする
と、7〜57wt%好ましくは14〜50wt%である。
としてさらに第3のガラスを含有することができる。こ
の第3のガラスは、その軟化点が第1のガラスより低く
第2のガラスより高くなるように調製したPbO−Si
O2 系ガラスである。例えば、PbO 65.0wt%、
SiO2 34.0wt%、およびAl2 O3 1.0wt
%の組成を有するものである。
体重量を基準として0〜30wt%、好ましくは5〜25
wt%の割合で用いる。合計無機固体分を基準とすると、
0〜43wt%好ましくは7〜36wt%である。
発明において無機結合剤として使用するガラスには、そ
れぞれ、前述した成分の他に、厚膜抵抗体の熱膨脹係数
およびガラス結合剤の熟成温度を調整するための成分を
5wt%未満含有させることができる。一般的な基体であ
る96%アルミナセラミックは75×10-7/℃の熱膨
張係数を有しているので、厚膜抵抗体の熱膨張係数はそ
れより低いことが好ましい。シリカ、酸化鉛及び酸化硼
素の含有量を調節することによって熱膨張係数を調整で
きることができる。少量のリチウム、カリウムまたはナ
トリウムの酸化物の導入によっても熱膨張係数を調整で
きることがある。酸化リチウムは約3重量%の程度まで
ガラス結合剤成分に包含させるのが有利である。約4%
までのZrO2 はアルカリ溶液中への溶解に対するガラ
スの抵抗性を強化させ、TiO2はガラスの酸による攻
撃に対する抵抗性を強化させるのである。ガラスがPb
Oを含まない亜鉛アルミノ硼硅酸塩ガラスである場合に
は、Na2 Oを含有させることにより好ましい熱膨張係
数範囲を得ることができる。
のガラスは、それぞれ、通常のガラス製造技術により製
造することができる。すなわち、所望の比率で所望の成
分またはその前駆体例えばB2 O3 に対するH3 BO3
を混合し、そしてこの混合物を加熱して溶融物を生成さ
せることにより製造することができる。当技術分野にお
いて周知のように、加熱は、ピーク温度まで、そして溶
融物が完全に液体となりしかも気体発生が停止するよう
な時間実施される。本発明においてはピーク温度は11
00〜1500℃、通常1200〜1400℃の範囲で
ある。次いで、溶融物を典型的には冷ベルト上かまたは
冷流水中に注いで冷却させることによって、急冷する。
その後、所望によりミル処理によって粒子サイズを低減
することができる。
つぼ中で電気加熱された炭化珪素炉で約1200〜14
00℃において20分〜1時間溶融させることにより製
造することができる。回転または振動ミル処理により最
終粒子サイズを1〜10m2 /gとすることができる。
振動ミル処理は、容器中に無機粉末とアルミナ等のシリ
ンダを入れ、次いでこの容器を特定時間振動させること
により水性媒体中で実施される。
せる場合には、無機結合剤であるガラスの製造時に、ガ
ラス原料中に、Ag2 OまたはAgNO3 を入れる方法
を採ることが好ましい。この場合、Ag2 OまたはAg
NO3 の量はそのガラスの約0.1wt%〜約10wt%程
度、厚膜抵抗体組成物の約0.02wt%〜約5wt%程度
が好ましい。 C.無機添加剤
rSiO4 、金属酸化物例えばMnOおよびNb2 O5
等の無機添加剤を含有することができる。ZrSiO4
は厚膜抵抗体のレーザートリミング性の向上に寄与し、
MnOおよびNb2 O5 は、TCRの調整に寄与する。
これら無機添加剤は、有機媒体を含む組成物全体重量を
基準として0〜20wt%、合計無機固体分を基準とする
と、0〜30wt%の割合で用いる。
無機結合剤とは別に無機添加剤として含有させる場合に
は、金属銀の粉末、Ag2 Oの粉末、またはAgNO3
の粉末を用い、これらを、導電成分および無機結合剤と
ともに有機媒体に混合する方法を採ることが好ましい。
この場合、金属銀、Ag2 O、またはAgNO3 の量
は、厚膜抵抗体組成物の約0.02wt%〜約5wt%程度
が好ましい。また、金属銀粉末は球状で粒径5μm以下
であるものが好ましい。Ag2 Oの好ましい粒径も5μ
m以下であり、AgNO3 の好ましい粒径も5μm以下
である。 D.有機媒体
に分散させて、印刷可能な組成物ペーストとする。有機
媒体は、組成物全体重量を基準として20〜40wt%、
好ましくは25〜35wt%の割合で用いる。
することができる。濃厚化剤および/または安定剤およ
び/またはその他の一般的添加剤を加えたかまたはこれ
らを加えていない水または種々の有機液体のいずれか一
つをベヒクルとして使用することができる。使用しうる
有機液体の例は,脂肪族アルコール、そのようなアルコ
ールのエステル例えばアセテートおよびプロピオネー
ト、テルペン例えば松根油、テルピネオールその他、溶
媒例えば松根油およびエチレングリコールモノアセテー
トのモノブチルエーテル中の樹脂例えば低級アルコール
のポリメタクリレートの溶液またはエチルセルロースの
溶液である。ベヒクルには基体への適用後の迅速な固化
を促進させるための揮発性液体を含有させることができ
るしまたはベヒクルはこれにより構成されていることも
できる。好ましいベヒクルはエチルセルロースおよびベ
ータテルピネオールをベースとするものである。
せる場合には、銀を銀レジネート等有機金属化合物の形
態にして有機媒体中に含有させることが好ましい。銀化
合物の量は、有機媒体の約0.05wt%〜約12.5wt
%程度、厚膜抵抗体組成物の約0.02wt%〜約5wt%
程度が好ましい。 E.調製、適用および試験方法 本発明の抵抗体組成物は、例えば3本ロールミルで製造
することができる。
ルミナまたはその他の誘電体基体上に、通常の方法でフ
ィルムとして印刷することができる。有利には、アルミ
ナ基体を使用し、抵抗体組成物を前焼成したパラジウム
−銀もしくは銀端子上に印刷する。
しく使用することができる。得られる印刷パターンは、
一般には放置して水平化し、約10分間高温例えば15
0℃で乾燥し、そして空気中ベルト炉中で約850℃の
ピーク温度で焼成する。次に、厚膜抵抗体組成物の各種
特性の試験方法を説明する。 (1) 厚膜抵抗体組成物ペーストの製造方法 所定の無機固体分とベヒクルを混合後、ロールミルによ
ってペーストを練る。 (2) 印刷および焼成
ルミナ基板に、Pd/Ag系厚膜導体を乾燥膜厚を18
±2μmになるように印刷し、150℃で10分間乾燥
する。このPd/Ag系厚膜導体は、ペースト中にPd
を0.5wt%含有するものである。
2mm×0.2mm、0.3mm×0.3mm、0.8
mm×0.8mmまたは1.3mm×1.3mmに印刷
する。厚さはいずれも乾燥膜厚が18±2μmになるよ
うにする。これを150℃で10分間乾燥した後、ベル
ト炉中で昇温し焼成する。ベルト炉の温度プロファイル
は、ピーク温度850℃に10分間維持した後冷却する
ものとし、焼成時間は昇温中100℃を越えたときから
冷却中100℃を下回ったときまでを30分間とする。 (3) 抵抗値およびHTCRおよびCTCRの測定
のオートレンジ・オートバランス・デイジタル・オーム
メーターを使用して端子パターンのプローブにより実施
する。具体的には、試料をチャンバー中の端子ポストに
載置し、そしてデジタルオームメーターに電気的に接続
する。チャンバー内の温度を25℃に調整し平衡化した
後各試料の抵抗を測定しそして記録する。次いでチャン
バーの温度を125℃に上げてまたは−55℃に下げて
平衡化した後、その試料の抵抗を再び測定しそして記録
する。高温抵抗値温度係数(HTCR)および低温抵抗
値温度係数(CTCR)を次式により計算する。 HTCR=((R125 C −R25C )/R25C )× 10
000 ppm/℃ CTCR=((R -55C −R25C )/R25C )× 10
000 ppm/℃ 形状効果は、サイズの異なる2つの抵抗体のHTCR値
の差(ΔHTCR)およびCTCRの差(ΔCTCR)
で評価する。
Ru2 O6 を、PbOおよびRuO2 を空気中800〜
1000℃で反応させ、続いて約3〜60m2 /gの表
面積まで微細化することにより製造した。実施例におい
て、RuO2 は、表面積約25m2 /gのものを用い
た。
ラスA,ガラスB1およびB2、ガラスCおよびガラス
D1およびD2)を、所定の原料を気体の発生が完全に
停止するまでガラスの組成に応じて約30分間〜5時
間、1000℃〜1700℃の範囲で加熱して溶融さ
せ、水中で急冷しそして約2〜5m2 /gの表面積まで
ミル処理することによって製造した。これらのガラスの
組成を表3に示す。なお、ガラスAは前述した第1のガ
ラスに該当し、ガラスB1およびB2は第2のガラス
に、ガラスCは第3のガラスに該当する。
0〜30部とβ−テルピネオール90〜70部との混合
物である。 実施例1
u2 O6 )系の従来品の組成物(例1)と、該組成物に
Ag粉を添加したもの(例2)を調製してTCRの形状
効果を比較した。抵抗体のサイズは1.3mm×1.3
mmおよび0.2mm×0.2mmである。例1の組成
を次に示す。例2は、例1の組成物に平均粒径1〜2μ
mの球状のAg粉を1wt%添加したものである。 例 1 Pb2 Ru2 O6 29.0wt% ガラスD1 31.0wt% ガラスD2 8.0Wt% ZrSiO4 5.0Wt% MnO 0.2Wt% 有機媒体 26.8Wt% 例1および例2の結果を次に示す。ここで、0.2mm
×0.2mmの抵抗体の抵抗値は厚膜換算が困難なた
め、シート抵抗値ではなく実測値である。 例1と例2の比較から、ΔHTCRおよびΔCTCRは
ともに銀粉を添加することによって非常に小さくなるこ
とがわかる。 実施例2
ムパイロクロア酸化物(Pb2 Ru2 O6 )系の組成物
(例3)と、該組成物の無機結合剤のガラスの一つにA
gO2 を含有させたもの(例4)を調製してTCRの形
状効果を比較した。抵抗体のサイズは0.8mm×0.
8mmおよび0.3mm×0.3mmである。例3およ
び例4の組成と測定結果を次に示す。 例3 例4 RuO2 3.0wt% 3.0wt% Pb2 Ru2 O6 17.0wt% 17.0wt% ガラスA 12.0wt% 12.0wt% ガラスB1 20.0Wt% −− ガラスB2 −− 20.0wt% ガラスC 16.8Wt% 16.8wt% Nb2 O5 1.2Wt% 1.2wt% 有機媒体 30.0Wt% 30.0wt% R (0.8mm) 30.9kΩ 31.0kΩ HTCR (0.8mm) +27 +43 CTCR (0.8mm) −52 −27 R (0.3mm) 23.4kΩ 25.2kΩ HTCR (0.3mm) +94 +103 CTCR (0.3mm) +41 +52 ΔR(%) −24.3% −18.7% ΔHTCR (ppm/℃) +67 +60 ΔCTCR (ppm/℃) +93 +79 例3と例4の比較から、ΔR、ΔHTCRおよびΔCT
CRは、銀を含有するガラス(ガラスB2)を用いるこ
とによって小さくなることがわかる。
3と例4とで差はなかった。したがって、本発明により
低抗体組成物の焼結の状態を変えずにTCRの形状効果
を小さくすることができることがわかる。 実施例3
AgO2 粉を含有させたもの(例5および例6)を調製
してTCRの形状効果を調べた。抵抗体のサイズは0.
8mm×0.8mmおよび0.3mm×0.3mmであ
る。例5および例6の組成と測定結果を次に示す。例5
と例6はいずれもΔR、ΔHTCRおよびΔCTCRが
小さく本発明の効果が明らかである。 例 5 例 6 RuO2 20.0wt% 20.0wt% ガラスA 14.5wt% 14.5wt% ガラスB1 19.0Wt% 19.0wt% ガラスC 12.0Wt% 12.0wt% Nb2 O5 1.4Wt% 1.4wt% Ag2 O 0.2wt% 0.5wt% 有機媒体 32.9Wt% 32.6wt% R (0.8mm) 7.33kΩ 7.51kΩ HTCR (0.8mm) −13 −9 CTCR (0.8mm) −81 −68 R (0.3mm) 6.86kΩ 6.93kΩ HTCR (0.3mm) +11 +20 CTCR (0.3mm) −43 −34 ΔR(%) −6.4% −7.7% ΔHTCR (ppm/℃) +24 +29 ΔCTCR (ppm/℃) +38 +34
体組成物は、TCRの形状効果が小さい厚膜抵抗体を与
える。
Claims (1)
- 【請求項1】導電成分としてルテニウムの酸化物および
ルテニウムパイロクロア酸化物の少なくとも一方を含有
する厚膜抵抗体組成物において、 銀を0.02〜5.0wt%含有することを特徴とする厚
膜抵抗体組成物。
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