KR0123907B1

KR0123907B1 - 박막 저항체 제조방법

Info

Publication number: KR0123907B1
Application number: KR1019890006238A
Authority: KR
Inventors: 바바가즈오; 요시유끼 스라쓰끼; 구미꼬 다까하시
Original assignee: 고바야시 요오다로; 후지제록스 가부시끼가이샤
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1997-12-09
Also published as: DE68914876T2; EP0341708A2; JPH07105282B2; EP0341708A3; JPH01286402A; EP0341708B1; DE68914876D1; KR890017727A; US5633035A

Abstract

내용없음

Description

박막 저항체 제조방법

제1도는 본 발명과 종래기술의 저항체 샘플을 스텝 스트레스 시험(SST)에 의하여 강도 측정한 결과를 나타낸 그래프.

제2는 본 발명 저향체의 소성온도에 따른 중량 변화를 나타낸 그래프.

본 발명은 하이브리드 IC 및 각종 전자장치에 사용되는 저항체 제조방법에 관한 것으로 특히 본 발명은 균일한 박막 저항체 제조방법에 관한 것이다.

종래에 하이브리드 IC 및 서멀 헤드 등의 전자장치에 유용한 저항체를 제조하는데 두가지 기본 방식이 있었다. 그 하나의 방식은 기판상에 후막 저항체 페이스트(past)를 코팅한 후 소성하여 형성시키는 후막 방식이고 나머지 방식은 스퍼터링 또는 다른 박막 증착 기술을 채용한 박막 방식이다.

후막 방식에서는 루테늄 산화물(ruthenium oxide)과 유리 프리트(frit)의 혼합분말을 용제와 수지로 된 유기 비히클(organic vehicle)내에 분산시켜 얻어진 후막저항체 페이스트를 기판상에 스크린 인쇄한 후, 소성하여 저항체를 만든다.

박막 방식에서는 진공증착법을 채용하여 탄타륨등의 내화성 금속의 박막을 스퍼터링(sputpering)에 의해서 기판상에 증착시킨다음 사진석판법에 의해서 패턴을 형성하여 박막 저항체를 제조한다. 이 방법은 서멀헤드(thermal head)를 제조하는데 현재 사용되고 있는 방식이다.

종래의 후막 저항체 페이스트를 사용하는 후막 방식은 염가의 설비로 고생산성을 달성하는데 유용하다.

그러나 그들의 막 두께가 크고(≥10㎛) 도 후막 페이스트가 유리 프리트와 루테늄 산화물 분말의 불균일한 혼합물이기 때문에 이 방식으로 제조된 저항체는 전계에 대한 안전도가 낮다는 즉 그들 저항이 전압변동으로 있으면 급격히 변화된다는 문제가 있다.

그외에도 또 후막 방식은 다음과 같은 단점이 있다. 즉, 최종제품의 저항치를 유리 프리트와 루테늄의 혼합비를 조정하는 것 만으로는 관리할 수 없고 유리 프리트 및 루테늄 산화물 분말의 입자 직경의 차이뿐만 아니라 사용된 소성온도에 따라서도 저항치의 변화가 크게 생긴다. 동일 조성 범위와 평균 입자경의 분말을 사용할 경우에도 저항치가 로트(lot)별로 달라진다.

박막 방식은 균일한 박막 저항체를 제조할 수 있으나 이 방식은 고가의 설비를 요하고 생산성이 낮다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위해 후막 방식으로 박막 저항체를 제조하는 박막 저항체의 제조방법을 제공하는데 있다. 여기서 용어 박막 저항체라 함은 박막 방식에 의해 제조된 박막 저항체를 뜻하는 것이 아니고, 후막 방식에 의해 제조되는 저항체를 뜻하는 것으로 후막 방식으로도 두께가 얇은 저항체를 제조할 수 있기 때문에 사용된 것이다.

본 발명에 의한 박막 저항체의 제조방법은 종래의 후막 저항체의 제조방법 보다도 하기와 같은 이점들을 제공한다.

하기의 이점들은 설명 목적을 위한 것으로 본 발명의 이점이 이들에 한정되는 것은 아니다.

(1) 본 발명의 박막 저항체의 제조방법은 비록 제조 그 장치가 종래의 유리 프리트를 기재로 한 후막 저항체의 제조에 채용된 제조장치보다도 염가이지만 균일한 박막 저항체로서 제조할 수 있다.

(2) 본 발명의 후막 방식에 의해 제조되는 박막 저항체가 나타내는 저항치는 사용되는 금속의 혼합비, 소성조건 및 막두께에 의해서 실질적으로 결정되므로, 로트별 변화를 포함한 다른 요인의 영향을 고려할 필요가 없다.

(3) 본 발명에 의한 박막 저항체는 종래기술에 의한 후막 저항체보다도 전력에 따른 변화가 적다. 캐패시터의 방전중에 종래의 저항체는 저항치가 감소되었으나 이와 대조적으로 본 발명의 박막 저항체는 이와 같은 문제가 생기지 않는다. 따라서 다른 수단에 의해서 생기는 스태틱(static) 또는 노이즈(noise) 에도 좌우되지 않는 신뢰성이 높은 특징을 갖는다.

본 발명의 추가 목적들과 이점들을 이하에서 설명한다.

본 발명의 추가 목적과 이점들은 다음 설명으로부터 명백해질 것이고 본 발명의 실시예에 의해서 알 수 있을 것이다.

본 발명의 목적들과 이점들은 인스트루멘타리티 및 조합에 의해서 실현되고 또한 얻어지며, 특히 첨부한 청구범위에 기재되어 있다.

전술한 목적들과 이점들을 달성하기 위하여 본 발명의 후막 방식에 의해 제조된 박막 저항체는 저항재료로서 로듐(Rh)산화물과 실리콘(Si), 연(Pb), 비스므스(Bi), 질코늄(Zr), 바륨(Ba), 알루미늄(Al), 보론(B), 석(Sn) 및 티탄늄(Ti)으로 구성된 그룹으로부터 선택한 적어도 하나의 금속(M)과 혼합물로 구성하되, 여기서 M/Rh 즉, 로듐(Rh) 원자수에 대한 금속(M) 원자수의 비를 0.3∼3.0범위로 하여 구성한다. 이 박막 저항체는 로듐(Rh)뿐만 아니라 실리콘(Si), 연(Pb), 비스므스(Bi), 질코늄(Zr), 바륨(Ba), 알루미늄(Al), 보론(B), 석(Sn), 티탄늄(Ti)으로 구성된 그룹으로부터 선택한 적어도 하나의 금속(M)을 함유하며, M/Rh 즉, 로듐(Rh) 원자수에 대한 금속(M) 원자수의 비를 0.3∼3.0범위로 하고, 용액점도를 4,000∼30,000c.p.s로 조정하여 된 금속유기물 용액을 제조하여, 기판상에 도포후 건조시킨 다음 500℃이상의 피크 온도로 공기중에서 기판상에 도포된 금속유기물을 소성시키는 방법에 의하여 형성한다.

본 발명의 명세서의 일부인 첨부 도면과 함께 이하에 실시예를 예시하여 본 발명의 원리를 설명하겠다.

본 발명에 의하면 저항물질로서 로듐 산화물을 함유하는 박막 저항체가 제공된다. 이 박막 저항체는 저항 물질로서 로듐(Rh)뿐만 아니라 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 바륨(Ba), 석(Sn), 티탄늄(Ti), 질코늄(Zr), 보론(B), 연(Pb), 및 비스므스(Bi)로 된 그룹으로부터 선택한 적어도 1종의 금속(M)을 함유하되, M/Rh, 즉 로듐 원자수에 대한 금속 원자수를 0.3∼3.0의 범위로 함유하는 금속유기물의 용액을 기판상에 도포하여 건조한 후 도포된 기판을 500℃이상의 피크 온도에서 공기중에서 소성시켜 형성한다.

얻어진 저항체는 산화로듐(RhO₂)을 함유하지 않고 다른 금속은 그 산화물 또는 그 금속과 로듐의 복합산화물 형태의 균질 구조를 형성된다.

[실시예]

본 발명일 일 실시예를 이하에 상세히 설명한다. 금속유기물 용액으로서 하기 번호의 메탈레지네이트(Metal Resinate)(잉겔하드미네날케미칼사(Engelhard Minerals ChemicalsCorporation)의 상품명)을 사용했다.

Rh…#8826 Si…#28-FC

Al…#A-3808 Ba…#137-C

Sn…#118-B Ti…#9428

Zr…#54237 B…#11-A

Pb…#207-A Bi…#8365

이들 용액들을 각 원자수의 비가 표 1에 나타낸 값이 되는 비율로 혼합했다. 이 혼합물의 점도는 에틸셀루로스등의 수지 및 α-테르피네올 또는 부틸카르비톨아세테이트 등의 용액을 사용하여 5,000∼30,000cps으로 조장했다. 얻어진 혼합물을 150∼400메슈의 스테인레스강 스크린을 사용하여 글라스드세라믹(Al₂O₃)기판상에 도포하여 120℃에서 건조한 후에 적외선 벨트 소성로내의 공기중에서 500∼800℃정도의 피크 온도에서 10분동안 소성시켜, 기판상에 저항체 막을 형성기켰다. 얻어진 저항체 막은 두께가 0.05∼0.3㎛이었다.

상기 실시예에서 제조한 몇몇 저항체들의 쉬트 저항치를 표 1에 나타났다. 표 1의 데이터는 70wt%의 용매와 30wt%의 수지로된 혼합물을 비히클로서 사용하여 200메슈의 스크린으로 인쇄한 후에 800℃의 피크온도에서 소성한 것에 대한 것이다.

[표1]

저항체 조성 및 쉬트 저항치

M/Rh가 0.3이하일 경우에는 연속막을 얻을 수 없다. 예를들면 M/Rh가 0일 경우 얻어지는 막은 그라스드세라믹 기판으로부터 벗겨진다. 또 M/Rh가 표 1의 L에 나타낸 바와 같이 02. 이면(Rh : Si : Bi = 1 : 0.1 : 0.1)막에 균열이 생겨 막의 쉬트 저항치를 증가시킬 뿐만 아니라 로트 마다의 저항치도 변화된다. 또 M/Rh가 3.0을 초과하면 얻어지는 막은 저항체라기보다 오히려 전기 절연체물로 되어 버린다. 따라서 M/Rh값은 0.3∼3.0의 범위에서 적의 선택하여야 한다.

상기 실시예로서는 인겔하드 미네랄케미칼사 판매의 각종 메탈제리네이트를 사용했다. 그러나 그외에도 적당한 다수의 각종 금속유기물이 있다. 이들 재료로는 로듐 또는 Si·Bi·Pb등의 다른 금속과 카본산 등의 유기물의 착체이고 α-테르피네올 및 부틸카르비톨아세테이트 등의 유기용매에 용해가능한 것이면 각종 금속유기물을 사용할 수 있다.

로듐 착체의 예로는 카본산 착체, 환식 테르펜 머캅타이드 착체, β-디케톤 착체 등을 들 수 있다.

Si 착체의 예로는

및 저분자량 실리콘 수지 및 실리콘알콕시드가 사용된다.

Bi착체의 예로는

Pb착체의 예로는

기타 금속들의 착체로서는 카본산 착체,

및 메탈알콕사이드 를

들을 수 있다.

제1도에서 가열막저항체(Ⅰ) 및 (Ⅰ')는 Rh : Si : Bi = 1 : 0.5 : 0.5의 비이고 800℃ 및 500℃의 피크 온도에서 각각 가열하여 제조된 것이다. 곡선(Ⅱ)는 종래의 산화물 기재 가열막 저항체를 나타내고 있다. 이들 모두는 스텝스트레스 시험(Step stress test : SST)에 의해서 강도 측정을 행하였다. 그 결과를 제1도에 나타냈고, 그 횡측은 전력량(W)을 종축은 저항 변화율이다.

SST에 의한 강도측정은 공지의 것이며 전력 변화에 따른 저항 변화율도 조사하는 것이다. 이 시험의 결과를 제1도에 나타내었다. 시험시 각 전력마다 10ms폭의 펄스를 10ms마다 반복하여 1000펄스를 인가한 후에 펄스 높이를 증가시켜 인가 전압을 변경시켜 저항치 변화를 측정했다.

측정한 발열 저항체(Ⅰ) 및 (Ⅰ')의 크기는 100㎛×150㎛였고 막 두께는 0.15㎛이었다. 그들의 저항치는 각각 2.0K였다.( Rh : Si : Bi = 1.0 : 0.5 : 0.5) 측정한 종래의 후막 저항체(Ⅱ)는 크기가 동일하고 그 막 두께는 15㎛이었다.

제1도에서 명백한 바와 같이 본 발명에 의해서 제조한 가열 저항체의 2개의 샘플은 전력 변화에도 불구하고 저항치 변화는 극히 적었다. 다시말하면 이들의 저항체들은 전력에 대해서 현저히 안정도가 증가됨으로써 장치의 신뢰도를 향상시켰다는 것이다.

본 발명의 방법에서는 도포된 기판을 500℃ 이상의 피크 온도에서 소성한다. 소성온도가 500℃이하이면 소명하는 저항체 막을 형성하는데 더 큰 어려움이 있다. 이것은 제1도에 나타낸 저항체 막에 열중량 분석 결과로부터도 명백하다. 500℃ 또는 그 이상에서는 막의 중량이 실제로 일정치를 유지하며, 발열 저항체의 성막이 종료된 것이라고 생각된다.

이 분야에 통상의 지식을 가진자이면 상술 실시예를 용이하게 변경 실시할 수 있다. 따라서 본 발명은 상술한 특정설명 대표적인 장치 및 설명용 실시예에 한정되는 것이 아니고, 청구범위 내에서 여러 가지로 수정 변경할 수 있다.

Claims

로듐(Rh)을 함유하는 금속유기물, 실리콘(Si), 연(Pb), 비스므스(Bi), 질코늄(Zr), 바륨(Ba), 알루미늄(Al), 보론(B), 석(Sn) 및 티탄늄(Ti)으로 구성된 그룹에서 선택한 적어도 1종의 원소를 함유하는 금속유기물, 유기용매 및 에틸셀루로즈의 용액(용액중에 용해된 로듐(Rh)의 원자수와 로듐이외의 금속(M) 의 합계 원자수의 비(M/Rh)가 0.3∼3.0임)을 제조하는 단계, 상기 용액을 필수성분으로 하여 구성되는 피막을 기판상에 도포하는 단계, 기판상에 도포된 용액을 건조하는 단계, 건조후 상기 기판상에 피복된 상기 용액을 공기중에서 소성하여 시판상에 로듐 산화물과 상기한 적어도 1종 원소 산화물의 균질구조로 된 박막 저항체를 형성하는 박막 저항체 제조방법.
제1항에 있어서, 기판상에 도포된 금속유기물 용액을 건조하는 단계는 120℃에서 행하는 것이 특징인 박막 저항체 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 기판상에 도포된 상기 금속유기물의 소성단계는 소성시간이 10분 정도인 것이 특징인 박막 저항체의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 기판상에 도포된 상기 금속유기물의 소성 단계에서의 소성온도가

500∼800℃범위인 특징인 박막 저항체의 제조방법.
제1항에 있어서, 로듐함유 금속유기물이:

카본산 착체, 환식 테르펜 머캅타이드 착체, β-디케톤 착체이고, 실리콘(Si) 함유 금속유기물이;

및 저분자량 실리콘 수지이고, 비스므스(Bi) 함유 금속유기물이;

-연(Pb) 함유 금속유기물이

-기타 원소함유 금속유기물이

및 금속알콕시드
것이 특징인 박막 저항체 제조방법.