KR100213343B1 - 저항재료와, 이것을 사용한 저항 페이스트 및 저항체 - Google Patents

저항재료와, 이것을 사용한 저항 페이스트 및 저항체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 저항 페이스트는, 일반식 CaxSr1-xRuO3(x=0.25~0.75몰)로 표현되는 조성을 갖고, 본 발명에 따른 저항재료 5~65중량%와 비환원성 유리프릿 35~95중량%를 함유하는 고형성분에 유기 담체를 첨가하고, 반죽함으로써 형성된다. 형성된 저항 페이스트를 기판에 도포하고, 중성 또는 환원성 분위기중에서 저항체를 소성한다. 저항체는 10㏀을 넘는 저항값을 포함하는 넓은 저항값 범위에서 임의의 저항값을 갖으며, 원하는 저항값을 갖는 저항체의 재현성이 좋은 것이 특징이다.

Description

저항 페이스트 및 저항체
본 발명은 저항재료와, 중성 또는 환원성 분위기중에서 소성(燒成)을 행하는 것이 가능한 저항 페이스트, 및 상기한 저항 페이스트를 사용하여 형성되는 저항체에 관한 것이다.
일반적으로, 알루미늄이나 지르코니아 등으로 구성된 세라믹 기판은, 각종 전자부품을 실장할 수 있도록 전극이나 저항체 등을 위한 회로패턴이 형성되어 있다. 그리고, 전극(전극 패턴)은 통상적으로 은, 은-필라듐합금 등으로 구성된 귀금속(noble metal) 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄해서 기판위에 형성하고, 이 인쇄된 페이스트를 공기중에서 소성한다.
그러나, 상기한 귀금속 페이스트는 고가일 뿐만 아니라, 이행저항성(移行抵抗性; migration resistance) 등에 문제가 있기 때문에, 귀금속 페이스트를 대신하여 구리, 니켈, 알루미늄 등을 도체성분으로 하는 비천금속(base metal) 페이스트의 이행이 이같은 기술 분야에서 인정되고 있다.
상기한 비천금속 페이스트를 기판상에 스크린 인쇄법으로 인쇄하고, 이것을 중성 또는 환원성 분위기중에서 소성함으로써 값싸고 양호한 전극패턴을 제공할 수 있다.
이 경우에는, 인쇄된 비천금속 페이스트를 소성한 후에 형성된 복수개의 비천금속 전극을 서로 연결하기 위해서, 기판상에 배열되는 저항체(저항 패턴)을 형성하기 위한 저항 페이스트도 중성 또는 환원성 분위기중에서 소성하는 것이 바람직하다.
따라서, 중성 또는 환원성 분위기중에서 수성하여 저항체(저항 패턴)을 형성하는 것이 가능한 다양한 저항 페이스트가 제안되기에 이르렀다. 전기한 저항 페이스트는, 예를 들면, 일본 특허공보 제 59-6481호와 58-21402호에 개시된 LaB6계 저항 페이스트, 일본 공개공보 제 63-224301호에 개시된 NbB2계 저항 페이스트, 및 일본 공개공보 제 2-249203호에 개신된 NbxLa1-xB6-4x의 고용체(solid solution)계 저항 페이스트를 포함한다. 그러나, 상술한 종래의 저항 페이스트는, 저항재료와 유리프릿(glass frit)의 혼합비를 변화시켜 광범위한 저항값을 얻고자하는 경우에, 페이스트에서 유리프릿의 양을 약간 변환시켜도 페이스트의 저항값의 변화가 급격하여(즉, 페이스트의 저항값은 페이스트의 조성에 크게 의존한다) 원하는 저항값을 얻는 것이 곤란함과 동시에, 원하는 저항값에 대한 재현성이 매우 나쁘다는 문제점이 있다. 따라서, 종래의 저항 페이스트는 10Ω/sq.와 10㏀/sq. 사이의 단지 좁은 범위에서 저항값을 갖는 실용적인 저항체를 형성하는데도 문제점이 있다.
상술한 것과는 별도로, RuO2, SrRuO3,및 CaRuO3등의 저항원료로 구성된다른 저항 페이스트가 또한 제안되고 있다. 그런, RuO2로 이루워진 저항 페이스트는 중성 또는 환원성 분위기중에서 소성할때, RuO2가 Ru 금속으로 환원되어 저항체가 될수 없는 문제점이 있다. SrRuO3나 CaRuO3로 이루워진 저항 페이스트는 유리프릿(glass frit)의 배합비가 어느 정도 이상으로 증가하면, 페이스트의 저항값이 급격히 커져서 페이스트의 원하는 저항값에 대한 재현성이 매우 나쁘다는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 기술에서의 전기한 문제점의 해결 방안을 찾고, 중성 또는 환원성의 분위기에서 소성될 수 있으며, 10㏀ 이상의 저항값을 포함하는 광범위한 저항값 범위에서 소정의 저항값을 갖는 저항체를 제공할 수 있는 저항 페이스트; 상기한 저항 페이스트를 구성하는 저항재료; 및 상기한 저하 페이스트를 사용하여 형성되는 저항체로서, 광범위한 저항값 범위에서 저항값을 얻을 수 있으며, 얻은 저항값의 재현성이 우수한 저항체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1도는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 저항체의 면적저항값과 저항체를 제조하는데 있어서의, 저항 페이스트에 첨가하는 유리프릿(glass frit)의 양과의 관과를 나타낸 그래프이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본원 발명의 저항재료는, 하기 화학식으로 표시되는 조성을 갖는 것을 특징으로 한다 :
CaxSr1-xRuO3
(식중에서, x는 0.25~0.75몰이다)
또, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 저항 페이스트는, 상기 본 발명의 저항 페이스트의 약 5~65중량%, 비환원성 유리프릿 약 35~95중량%을 함유한 고형성분과 유기 담체로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 저항체는, 기판 위에 저항 페이스트를 도포하고, 소성함으로써 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 저항재료는, 하기 화학식에 대응하는 조성을 갖는다 :
CaxSr1-xRuO3
(식중에서, x는 0.25~0.75몰이다)
본 발명의 저항 페이스트는 저항재료의 약 5~65중량%와 비환원성 유리프릿 35~95중량%을 함유한 고형성분과 유기 담체를 포함한다.
저항 페이스트의 첫번째 구현예는 비환원성 유리프릿이 B2O3-SiO2-BaO-CaO-Nb2O5계의 유리프릿인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 저항체는, 기판 위에 저항 페이스트를 도포하고, 소성함으로써 형성된다.
본 발명의 저항재료에 있어서, x의 값을 0.25~0.75몰의 범위로 한 것은, x의 값이 0.25몰 미만인 경우, 저항재료 조성물중에서 유리프릿 함유량의 증가에 따른 저항값의 증가를 완화하는 효과가 인정되지 않기 때문이다. 또한, 0.75몰을 넘으면, 저항값의 증가가 다시 급격해져서 저항 물질로 이루워진 저항체의 원하는 저항값의 재현성이 열화된다.
본 발명의 저항 페이스트에 있어서, 고형성분중의 저항재료의 함량을 5~65중량%의 범위로 하고, 비환원성 유리프릿을 35~95중량%로 한다. 이것은 고형성분중의 비환원성 유리프릿량이 35중량% 미만이 되면, 페이스트와 기판과의 밀착성이 저하되고, 95중량%을 넘으면 유리성분이 누출되어 전극에 저항체를 소성하는 접착성(weldability)이 열화되기 때문이다.
또한, 본 발명의 저항 페이스트를 준비하는 것은, 유기 담체를 저항재료와 유리프릿으로 이루워진 혼합물(고형 성분)에 첨가하여 반죽함으로써, 저항 페이스트가 필요한 인쇄특성을 가지고 있다. 전기한 유기 담체은 일반적으로 두께막저항체 형성을 위해 통상의 저항 페이스트에 사용되고, 예를 들면, 에틸 셀룰로오스계 수지나 아크릴계 수지 등을 α-테르피네올과 같은 테르펜계 용매나 케로신, 부틸카르비톨, 카르비톨 아세테이트 등의 고비점(高沸点) 용매에 용해시켜서 준비할 수 있다. 또, 필요하다면 요변성(搖變性; thixotropic)을 부여하는 첨가제를 페이스트에 첨가할 수도 있다.
이하, 구현예를 참고로하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 이것은 본 발명의 범주에 한정되는 것은 아니다.
[구현예]
먼저, 알루미나로 이루어진 절연기판(알루미나기판)상에 페이스트를 스크린인쇄법으로 인쇄하고, 질소 분위기중에서 소성하여 전극(전극 패턴)을 형성하였다. 그리고, 저항재료의 원료물질로서, 분말상의 RuO2, CaCO3, 및 SrCO3를 CaxSr1-xRuO3(x=소정 몰 비율)의 조성이 되도록 소정의 비율로 칭량하고, 포트 밀(pot mill)에서 습식 혼합하였다. 그 후, 혼합물을 건조하고, 소정의 평균 입자 지름을 갖는 입자로 제분한 후, 입자를 알루미나 도가니에 넣고 질소 분위기중(환원성 분위기중)에서 900~1300℃로 2시간 가열하여 조성이 CaxSr1-xRuO3인 재료를 제조한다. 다음에, 이것을 아세톤 용매중에서, 진동 분쇄기를 이용하여 평균 입자 지름이 약 1㎛가 될 때까지 분쇄한 후, 건조시킴으로써, 다양한 저항재료 샘플을 제조하였다.
또, 질소 분위기를 공기분위기로 바꾸는 것을 제외하고, 상기와 동일한 방법으로 다른 저항재료 샘플을 제조하였다.
표 1에 CaxSr1-xRuO3의 다양한 저항재료를 샘플의 x값을 나타내었다. 표 1에서 샘플번호에 별표(*)를 붙인 것은 본 발명의 범위외의 비교예를 나타낸다.
또, B2O3, SiO2, BaO, CaO 및 Nb2O5을 36.05 : 31.67 : 18.02 : 9.26 : 5.00의 몰비로 혼합한 후, 1200~1350℃에서 용융시킴으로써, B2O3-SiO2-BaO-CaO- Nb2O5계의 용융유리를 얻었다. 그리고, 이 용융유리를 순수한 물에서 급냉시킨후, 진동 분쇄기를 사용하여 평균 입자 지름이 5㎛가 될 때가지 분쇄하여 비환원성 유리프릿을 제조하였다.
이 후에, 상기 저항재료와 비환원성 유리프릿을 표 1에 나타낸 바와 같은 여러가지의 비율로 혼합하였고, 이것에 아크릴계 수지를 α-테르피네올로 희석하여 이루어진 유기 담체을 첨가하여 반죽함으로써 저항 페이스트 샘플를 얻었다.
또한, 고형성분(저항재료 샘플과 비환원성 유리프릿 샘플의 혼합물)과 유기 담체의 배합율은 중량비로 약 60 : 40으로 하였다.
이어서, 알루미나 기판상에 동 페이스트를 소성함으로써 형성한 전극간에, 상기에서 얻어진 저항 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄하였다. 따라서, 인쇄된 저항 패턴은, 양단측의 전극의 일부를 포함하며, 길이 1.5㎜, 폭 1.5㎜로 하였다. 그리고, 저항 페이스트를 인쇄한 알루미나 기판을 120℃에서 10분간 건조한 후, 질소 분위기를 갖는 터널 로(tunnel furnace)에서 피크 온도 900℃로 10분간 유지하여 소성을 행함으로써 저항체를 기판위에 형성하고, 이것을 샘플로 하였다.
상기와 같이 준비한 각 샘플(샘플번호 1~20)에 대한 면적 저항값을 측정해서, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 면적 저항값은 25℃의 온도조건에서 디지탈 전압계를 이용하여 측정하였다.
또한, 도 1은 몰비율 x의 값을 다양한 파라미터로 한 경웨, 제조된 저항체 샘플의 면적 저항값과 제조된 저항체 샘플의 유리프릿량의 관계를 나타낸다. 또한, 도 1에 있어서, d(x=0.50(샘플번호 19~22))만이 공기 분위기중에서 제조한 저항재료를 사용한 경우의 데이타를 나타내고, 그 이외는 모두 질소 분위기중에서 합성한 저항재료를 사용한 경우의 데이타를 나타내고 있다. 또, 도 1에 있어서, a(x=0.75(샘플번호 6~8), b(x=0.50(샘플번호 9~11), c(x=0.25(샘플번호 12~14), 및 d(x=0.50(샘플번호 19~22))는 각각 본 발명의 범위내의 구현예의 데이타이며, 그 이외의 e(x=1.00(샘플번호 1~3)), f(x=0.00(샘플번호 17~18))는 본 발명의 범위외의 비교예의 데이타이다. 또한 g(x=0.80(샘플번호 4,5)) 및 h(x=0.20(샘플번호 15,16))도 몰비율 x의 값이 본 발명의 범위외가 되는 비교예이다.
표 1 및 도 1로부터, 본 발명의 범위내의 조성을 갖는 저항재료(질소분위기중에서 제조한 저항재료(샘플번호 6~14) 및 공기 분위기중에서 제조한 저항재료(샘플번호 19~22))중에서 임의의 것으로 이루워진 저항체 샘플의 면적 저항값의 변동은 저항재료의 조성의 변동을 따르고, 본 발명의 범위외의 것(샘플번호 1~5 및 샘플번호 15~18)의 저항체 샘플의 면적 저항값보다 작다. 즉, 면적 저항체의 조성 의존성이 감소하고 있다는 것을 알 수 있다.
특히, 표 1 및 도 1에서 명백해지듯이, x=1.00의 저항체의 샘플(CaRuO3, 샘플번호 1, 2 및 3)의 경우, 저항재료의 유리프릿량이 80중량%를 넘으면 저항값의 증가 기울기가 급격해지며, 저항재료와 유리프릿의 혼합비가 단지 약간 변하면 저항체 샘플들의 저항값이 대폭 변동한다. 따라서, 큰 저항값을, 예를 들면 5㏀ 이상, 갖는 저항체 샘플들을 만드는 것이 매우 곤란해지며 아울러, 이 저항체 샘플들의 원하는 저항값에 대한 재현성이 저하된다.
또, 표 1 및 도 1에서 알 수 있듯이, x=0.00의 샘플(SrRuO3, 샘플번호 17~18)에서는, 저항재료의 유리프릿량이 80중량%가 되면 저항값이 1GΩ이상에 이르게 된다. 따라서, x=0.00인 샘플들의 저항값에서 조성 의존성은 매우 크고, 저항재료와 유리프릿의 혼합비가 약간 변함으로 인해 저항값이 대폭 변동된다. 따라서, 원하는 저항값을 얻는 것이 매우 곤란할 뿐만 아니라, 샘플들의 높은 재현성을 기대할 수 없게 된다. 또, x =0.80으로 한 경우(샘플번호 4~5) 및 x=0.2로 한 경우(샘플번호 15~16)에도, 마찬가지로 저항값의 조성 의존성이 매우 크다는 것을 알 수 있다.
이에 비하여, 본 발명의 범위내의 조성을 갖는 소성 저항체(샘플번호 6~14와 샘플번호 19~22)로 이루워진 저항체 샘플의 저항값에서, 증가경향은 완만하다. 본 발명에 따르면, 특히 높은 저항값 범위에 있어서 원하는 저항값을 갖는 저항체를 실현하는 것이 용이해짐과 동시에 원하는 저항값을 갖는 저항체의 재현성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 정의된 범위로 x의 값을 적절하게 선택하는, 즉 일반식 CaxSr1-xRuO3로 나타낸 조성을 갖는 저항재료 중의 Ca와 Sr의 비율을 조정함과 아울러, 본 발명의 저항 페이스트에서 저항재료과 유리프릿의 배합비율을 적절하게 선택함으로써, 10㏀을 넘는 저항값을 포함하는 넓은 저항값 범위에서(예를 들면 1㏀~수㏀) 임의의 저항값을 갖는 저항체를 확실하게 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 표 1 및 도 1에서 알 수 있듯이, 공기 분위기중에서 합성한 저항재료로 이루워진 각각의 저항체 샘플들이(d(x=0.50), 샘플번호 19~22), 동일한 조성일지라도, 질소 분위기중에서 제조한 저항재료가 사용되고 있는 저항체 샘플들(b(x=0.50), 샘플번호 9~11)보다도 면적 저항값의 레벨이 높아지는 경향이 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 저항 페이스트가 저항체가 되는 제조시의 분위기를 구분하여 사용함으로써, 제조되는 저항체의 면적 저항값의 레벨을 제어할 수 있다. 본 발명에서, CaRuO3와 SuRuO34에 관하여 x=0.25~0.75몰의 범위가 되도록 미리 혼합한 후, 질소 또는 공기 분위기중에서 혼합물을 가열한 후에 CaxSr1-xRuO3계의 고형액으로 이루워진 저항재료를 제조하는데 의의가 있다. 이렇게 제조된 저항재료는 특유의 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 상기 구현예에서는, 비환원성 유리프릿으로서, B2O3, SiO2, BaO, CaO, Nb2O5을 각각 36.05 : 31.67 : 18.02 : 9.26 : 5.00의 몰비로 함유하는 유리프릿을 사용한 경우에 관하여 설명하였지만, 비환원성 유리프릿의 성분이나 조성비는 이것에 한정되지 않으며, 다른 성분으로 이루어지는 유리프릿이나 조성비가 다른 비환성 유리프릿을 사용할 수도 있다.
상기 구현예에서, 알루미나 기판상에 저항체를 형성하는 것에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명의 저항체를 형성하는 기판은 알루미나 기판으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 다른 다양한 기판들이나, 다른 다양한 물질들로 만든 베이스들에 저항체를 형성할 수 있다.
본 발명은 또한 그 외의 점에 있어서도, 상기 구현예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명에서의 저항 페이스트에서, 저항재료와 비환원성 유리프릿을 배합하여 이루어지는 고형성분과 유기 담체의 배합비율, 소성시의 온도조건이나 분위기조건 등에 관하여, 발명의 요지의 범위내에서 여러가지로 응용, 변형을 가할 수도 있다.
이상에서, 설명한 바와 같이, 본 발명의 저항 페이스트는, 일반식 CaxSr1-xRuO3(x=0.25~0.75몰)로 나타내는 조성을 갖는 본 발명의 저항재료 약 5~65중량%와 비환성원성 유리프릿 35~93중량%를 함유하는 고형성분을 유기 담체과 반죽함으로써 형성된다. 본 발명의 저항 페이스트를 기판에 도포하고, 중성 또는 환원성 분위기중에서 소성함으로써, 종래의 저항체에 비하여 저항값의 증가경향이 완만한 저항체를 확실하게 제조하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에서 저항값의 재현성이 뛰어난 저항체를 확실하게 형성할 수 있다.
특히, 본 발명의 저항 페이스트를 사용하여 CaxSr1-xRuO3(x=0.25~0.75몰) 중의 x의 값을 적절하게 선택함과 아울러, 페이스트에서 저항재료와 유리프릿의 배합비율을 적절하게 선택함으로써, 10㏀을 넘는 저항값을 포함하는 넓은 저항값 범위(예를 들면 1㏀~수㏀)에서 임의의 저항값을 갖는 저항체를 확실하게 형성할 수 있다.
앞서 상술한 것들은, 단지 본 발명의 바람직한 구현예에 관한 것이며, 개시의 목적으로 사용된 본 발명의 구현예의 모든 변화와 수정까지도 발명의 취지와 영역에서 벗어나지 않는한, 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야만 한다.

Claims (8)

  1. 유기담체와 고형성분을 포함하는 저항 페이스트로서, 상기 고형성분이, 하기 화학식으로 표시되는 조성을 저항재료 5~65중량%와,
    CaxSr1-xRuO3
    (식중에서, x=0.25~0.75 몰)
    비환원성 유리프릿 35~95중량%를 포함하는 것임을 특징으로 하는 저항 페이스트.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 비원원 유리프릿이 B2O3-SiO2-BaO-CaO- Nb2O5계 유리프릿임을 특징으로 하는 저항 페이스트.
  3. 제1항에 기재된 저항 페이스트가 소성되어 있는 기판을 포함함을 특징으로 하는 저항체.
  4. 제2항에 기재된 저항 페이스트가 소성되어 있는 기판을 포함함을 특징으로 하는 저항체.
  5. 저항체의 제조방법에 있어서, 제1항에 기재된 저항 페이스트를 기판에 도포하는 공정; 및 상기한 저항 페이스트가 도포된 기판을 소성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 저항체의 제조방법.
  6. 저항체의 제조방법에 있어서, 제2항에 기재된 저항 페이스트를 기판에 도포하는 공정; 및 상기한 저항 페이스트가 도포된 기판을 소성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 저항체의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 전기한 소성 공정은 환원성 분위기에서 실시됨을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 전기한 소성공정은 중성 분위기에서 실시됨을 특징으로 하는 제조방법.
KR1019950066344A 1994-12-30 1995-12-29 저항재료와, 이것을 사용한 저항 페이스트 및 저항체 KR100213343B1 (ko)

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