JPH09270308A - 面状厚膜抵抗体及びその抵抗値調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単に所望の抵抗値に調整でき、かつ、長期
間その抵抗値を維持できるようにする。 【解決手段】 基板１上に設けられた面状厚膜抵抗体３
の表面３ａを、サンドブラスト法により削り取り膜厚を
調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスセンサや湿
度センサなどの加熱用等に用いられる面状厚膜抵抗体及
びその抵抗値調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスセンサ等の面状厚膜抵抗体は基板上
にスクリーン印刷することにより形成されるが、この厚
膜抵抗体の抵抗値を設計値に正確にあわせることがガス
センサを動作させる上で重要である。そこで、該厚膜抵
抗体の側部をレーザやサンドブラストなどにより削り、
抵抗値の調整、所謂トリミングを行っている。

【０００３】このレーザによるトリミング法は、レーザ
のビームを面状厚膜抵抗体の側部に照射して局部的に加
熱し、その側部の抵抗体を蒸発させてカットし、該抵抗
体の幅を部分的に細くする方法である。

【０００４】又、サンドブラストによるトリミング法
は、アルミナ粉末などの研磨砥粒をノズルから噴射さ
せ、このビームにより面状厚膜抵抗体の側部を削って、
該抵抗体の幅を部分的に細くする方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来例のトリミング法
には次の様な問題がある。 （１）レーザによるトリミング法。 （ａ）レーザのビームが非常に高温であるため、カット
される局部の周辺に熱的影響が生じ、トリミング後にガ
スセンサの面状厚膜抵抗体の抵抗値が次第に変動し、抵
抗値が設計値からはずれることがある。

【０００６】（ｂ）高温加熱により発生する熱応力によ
りカット部周辺にマイクロクラックが発生する。そのた
め、この抵抗体をガスセンサに用い高温で使用すると、
マイクロクラックが成長して該抵抗体の抵抗値が経年変
化し、長期に安定した抵抗値を維持することは困難であ
る。

【０００７】（ｃ）カット部近傍の面状厚膜抵抗体の幅
はレーザカットにより狭くなっているため、他の部分に
比べ抵抗が大きい。そのため、このカット部近傍が異常
高温となり断線してしまい、厚膜抵抗体として機能しな
くなることがある。

【０００８】（２）サンドブラストによるトリミング方
法。 （ａ）この方法にも、前記レーザによるトリミング法の
（１）（ｃ）の如き問題が発生する。 （ｂ）サンドブラスト法のノズルの径は広く、例えば、
直径０．３ｍｍであり、幅の狭い面状厚膜抵抗体、例え
ば、幅１５０μｍの場合には、正確にトリミングするこ
とは困難である。 （ｃ）そこで、面状厚膜抵抗体の幅に対応させてサンド
ブラスト法のノズルの径を狭くすることも考えられる
が、この径を絞ると、ノズルが詰まって運転できない。

【０００９】この発明は上記事情に鑑み、簡単に所望の
抵抗値に調整でき、かつ、長期間その抵抗値を維持でき
るようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来例
の問題点の解決のためには、トリミングにより熱的影響
を与えず、厚膜抵抗体の幅に局部的に狭い部分が発生し
ないようにすることが必要と考え、トリミング方法につ
いて鋭意研究した。その結果、面状厚膜抵抗体を側部か
ら削り幅を狭くするのではなく、表面をかんなで削る様
にして削り膜厚を調整すれば前記従来例の問題点は解決
できることを知った。

【００１１】そこで、本発明者は、次の様に本発明を構
成した。この発明は、少なくとも表面の一部が、抵抗値
調整のために削られたトリミング面であることを特徴と
する面状厚膜抵抗体、である。

【００１２】この発明は、基板上に設けられた面状厚膜
抵抗体の抵抗値を調整する方法であって；該面状厚膜抵
抗体の表面を、削り取り手段により削り膜厚を調整する
ことを特徴とする面状厚膜抵抗体の抵抗値調整方法、で
ある。

【００１３】

【実施例】この発明の実施例を図１〜図３により説明す
る。３は、例えば、ガスセンサや湿度センサ等に用いら
れる膜厚ｔ1の面状厚膜抵抗体であり、蛇行形状に形成
されている。この抵抗体３の幅Ｗは、例えば、１５０μ
ｍに形成させる。

【００１４】この抵抗体３は、アルミナ基板１に抵抗値
を測定するための電極パッド２と２を形成した後、５５
ｖｏｌ％の白金を含む酸化鉄にビークルを混合したペー
ストを上記基板１の上にスクリーン印刷することにより
形成される。

【００１５】この酸化鉄と白金の混合割合は必要に応じ
て適宜調整されるが、抵抗値の調整上、酸化鉄１０〜５
５ｖｏｌ％、白金４５〜９０ｖｏｌ％が好適である。
又、白金の平均粒径は０．５μｍ（粒度分布が０．０５
〜１０μｍ）のものを用いる。

【００１６】このスクリーン印刷された面状厚膜抵抗体
３は乾燥後、６００℃〜１３００℃、望ましくは７００
℃〜９００℃で１時間焼成する。

【００１７】サンドブラスト法に用いるアルミナ粉末の
噴射ノズル５は、長さＨのスリットであるが、このよう
なスリットにすることにより厚膜抵抗体の表面の削り取
り能率を向上させることができる。

【００１８】前記コンタクトピン４により面状厚膜抵抗
体３の抵抗値を測定しながら噴射ノズル５を矢印Ａ５方
向に移動させ、アルミナ粉末とドライエアを併せたビー
ムＢを面状厚膜抵抗体３の表面３ａの全面に噴射する
と、該表面３ａはかんなで削られる様にして削られ、そ
の膜厚ｔ1は次第に薄くなる。

【００１９】そうすると、該抵抗体３の抵抗値は次第に
変化し、ついには、所望の抵抗値となり、その表面３ａ
は抵抗値調整の為に削られたトリミング面１０となる。

【００２０】このトリミング法では、噴射ノズル５が面
状厚膜抵抗体３の蛇行方向と直交する方向に往復動する
ので、該抵抗体３の表面３ａは均一に削られ、均一な膜
厚ｔ2となる。そのため、全長にわたり均熱な面状厚膜
抵抗体３となる。

【００２１】噴射ノズル５の噴射圧力は、０．０５ｋｇ
／ｃｍ²〜１．０ｋｇ／ｃｍ²の範囲で選択され、例え
ば、０．２０ｋｇ／ｃｍ²が選ばれる。この噴射圧力が
１．０ｋｇ／ｃｍ²より高いと、該抵抗体３を切りす
ぎ、断線してしまうことがあり、又、０．０５ｋｇ／ｃ
ｍ²より低いと、アルミナ粉末を供給するチューブの途
中でアルミナ粉末が失速して目詰りを起こし、連続運転
が不可能となることがある。

【００２２】アルミナ粉末などの研磨砥粒の粒径は０．
１〜１００μｍが好ましい。粒径が０．１μｍより小さ
いと、削り取る力が弱くトリミングに時間がかかりす
ぎ、又、１００μｍより大きいと、トリミング面１０の
平滑性が悪くなりトリミングの精度が悪くなってしま
う。

【００２３】面状厚膜抵抗体３の抵抗値と噴射ノズル５
からのアルミナ粉末の噴射時間との関係を調べたとこ
ろ、図４の結果を得た。図４において横軸はトリミング
時間（ｓｅｃ．）、縦軸は抵抗変化量（％）であり、該
時間を制御することにより所望の抵抗値に調整すること
ができることがわかる。

【００２４】この実施例ではトリミングにより抵抗値の
変化量を約５０％まで調整が可能である。一般にスクリ
ーン印刷法で作製された厚膜抵抗体は±２０％位の抵抗
値のばらつきがあるが、この実施例では±５％の精度内
に抵抗値を調整することが可能である。

【００２５】なお、面状厚膜抵抗体３の膜厚は１μｍ以
上になるようにトリミング面が形成されるが、その理由
は次の通りである。 （１）膜厚が１μｍより薄いと該抵坑体を加熱用ヒータ
として使用した場合、電流密度が高くなり過ぎ、異常加
熱などによってヒータの抵坑値が経時変化したり、場合
によっては断線してしまう。 （２）厚膜抵坑体を形成するアルミナ基板の表面には通
常凹凸があり、膜厚が１μｍより薄い場合にはその凹凸
によりトリミングの精度が悪くなってしまう。

【００２６】

【実施例２】この発明の第２実施例を図５、図６により
説明する。この実施例と第１実施例との相違点は次の通
りである。

【００２７】（１）面状厚膜抵抗体の原料として、酸化
鉄に酸化ケイ素、酸化カルシウム等、公知の焼結助剤や
焼結抑制剤が添加物として加えられ、又、白金に金、パ
ラジウム、イリジウム、銀など他の金属が加えられてい
ること。 （２）噴射ノゾル１５が円筒状であり、研磨砥粒とし、
炭化ケイ素やダイヤモンド等が用いられていること。 （３）面状厚膜抵抗体の一部を太くして、そこにトリミ
ング面を形成したこと。

【００２８】（４）噴射ノズル１５を面状厚膜抵抗体３
の表面３ａの一部１３に向ってのみ対向させ、その部分
１３のみに研磨砥粒を噴射して膜厚をｔ1からｔ2にトリ
ミングし、トリミング面２０を形成すること。

【００２９】

【実施例３】この発明の第３実施例を図７により説明す
る。この実施例と第１実施例との相違点は、次の通りで
ある。 （１）面状厚膜抵抗体の形状が方形状に形成されている
こと。 （２）噴射ノズル３５を矢印Ｘ３３方向又は矢印Ｙ３３
方向に振りながら面状厚膜抵抗体３３の表面３３ａの全
面を削り取りトリミング面３０とすること。

【００３０】

【実施例４】この発明の第４実施例を図９〜図１１によ
り説明する。第１実施例に従い、基板１に設けた面状厚
膜抵抗体４３のトリミングを行い抵抗値の変化量を０〜
５０％の範囲で変化させた。この厚膜抵抗体４３の電極
パッド２を直径１００μｍの白金リードワイヤ４１を介
して台座４５に立設されたステム４６に固定して加熱素
子４８を形成した。このような加熱素子４８は、例え
ば、半導体式ガスセンサや加熱リフレッシュ型湿度セン
サとして広く用いられている。

【００３１】この加熱素子４８の信頼性加速試験として
約６００℃の高温連続動作と、約５００℃と室温での温
度サイクル試験を行ったところ、図１０、図１１の結果
を得た。

【００３２】図１０は前者の実験結果であり、横軸は通
電時間（ｈ）、縦軸は抵抗変化率を示す。又、Ｐａは従
来例の厚膜抵抗体、Ｉａは本発明のトリミング量３０％
における面状厚膜抵抗体である。なお、トリミング量０
％、１０％、２０％、４０％、５０％、の各場合におい
て、ほぼ同一結果が得られた。

【００３３】図１１は後者の実験結果であり、横軸は温
度サイクル数（回）、縦軸は抵抗変化率を示す。又、Ｐ
ｂは従来例の面状厚膜抵抗体、Ｉｂは本発明のトリミン
グ量３０％における面状厚膜抵抗体である。なお、トリ
ミング量０％、１０％、２０％、４０％、５０％、の各
場合においてもほぼ同一結果を得た。

【００３４】トリミングによる抵抗値変化量を０〜５０
％に変化させても経時安定性には差が見られず、このト
リミング法が長期に渡って安定なヒータを得るのに優れ
た方法であることが確認できた。

【００３５】これらに比べ、従来例の方法で得たヒータ
は高温連続動作試験では短時間のうちに断線してしま
い、又、温度サイクル試験ではサイクル数６５００回で
約２倍に高抵抗化してしまい、実用上問題が生ずる。

【００３６】この発明の実施例は上記に限定されるもの
ではなく、例えば、面状厚膜抵抗体の材料として酸化ル
テニウム等を用いてもよい。又、トリミング方法として
面状厚膜抵抗体に熱的悪影響を与えず、トリミング面に
極端な凹凸が発生しない様な方法であれば特に限定され
ないので、例えば、サンドペーパーにより表面を削り取
っても良い。更に、この発明は、加熱用ヒータのみなら
ず、容量の調整など他の電子部品のトリミングにも応用
することができる。

【００３７】

【発明の効果】この発明は以上の様に構成したので、簡
単に精度良く設計抵抗値に調整することができるととも
に、長期間にわたりその値を維持することができる。そ
の為、従来例に比べ信頼性に優れた面状厚膜抵抗体を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す側面図である。

【図２】本発明の第１実施例を示す平面図である。

【図３】図２のIII−III線断面図である。

【図４】トリミング時間と抵抗変化量との関係を示す図
である。

【図５】本発明の第２実施例を示す平面図である。

【図６】図５のVI−VI線断面図である。

【図７】本発明の第３実施例を示す平面図である。

【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。

【図９】本発明の第４実施例を示す正面図である。

【図１０】通電時間と抵抗変化率との関係を示す図であ
る。

【図１１】温度サイクル数と抵抗変化率との関係を示す
図である。

【符号の説明】

１ 基板 ３ 耐状厚膜抵抗体 ５ 噴射ノズル １０ トリミング面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面の少なくとも一部が抵抗値調整のた
   めに削られたトリミング面であることを特徴とする面状
   厚膜抵抗体。
2. 【請求項２】 トリミング面が、面状厚膜抵抗体の表面
   の全面にわたって形成されていることを特徴とする請求
   項１記載の面状厚膜抵抗体。
3. 【請求項３】 基板上に設けられた面状厚膜抵抗体の抵
   抗値を調整する方法であって；該面状厚膜抵抗体の表面
   を、削り取り手段により削り膜厚を調整することを特徴
   とする面状厚膜抵抗体の抵抗値調整方法。
4. 【請求項４】 削り取り手段が、噴射ノズルから研磨砥
   粒を噴出せしめるサンドブラスト法であることを特徴と
   する請求項３記載の面状厚膜抵抗体の抵抗値調整方法。
5. 【請求項５】 噴射ノズルの噴射圧力が、０．０５ｋｇ
   ／ｃｍ²〜１．０ｋｇ／ｃｍ²であることを特徴とする請
   求項４記載の面状厚膜抵抗体の抵抗値調整方法。
6. 【請求項６】 研磨砥粒が、アルミナ粉末、炭化ケイ
   素、又は、ダイヤモンドであることを特徴とする請求項
   ４記載の面状厚膜抵抗体の抵抗値調整方法。
7. 【請求項７】 研磨砥粒が、０．１μｍ〜１００μｍの
   粒径であることを特徴とする請求項４記載の面状厚膜抵
   抗体の抵抗値調整方法。