KR100908609B1 - Thermosetting thick film resistor paste, manufacturing method thereof and thick film resistor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열경화형 후막 저항체용 페이스트와 그것의 제조방법 및 후막 저항체에 관한 것으로, 특히 저항체 조성물이 유기용매 내에 분산되어 이루어지는 후막 저항체용 페이스트로서, 상기 저항체 조성물은 도전성 재료로써 카본블랙을 포함하고, 필러(filler)와 유기물 레진을 함유하며, 상기 필러는 0 미만의 온도 저항 계수(Temperature coefficient of Resistance:TcR)를 가지는 것이거나 또는 1×10-5/K 내지 1×10-7/K 범위 내의 열팽창 계수를 가지는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 카본블랙과 함께 상기한 필러를 사용함으로써 낮은 저항값을 유지하는 것과 동시에 저항체의 온도 저항 계수(TcR)를 ±100ppm/℃ 이내로 현저히 낮출 수 있는 효과가 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermosetting thick film resistor paste, a method for manufacturing the same, and a thick film resistor, particularly a thick film resistor paste in which a resistor composition is dispersed in an organic solvent, wherein the resistor composition includes carbon black as a conductive material. Contains fillers and organic resins, the fillers having a Temperature coefficient of Resistance (TcR) of less than 0 or in the range of 1 × 10 −5 / K to 1 × 10 −7 / K It has a coefficient of thermal expansion. The present invention has the effect of maintaining a low resistance value by using the above-described filler together with carbon black and at the same time significantly lowering the temperature resistance coefficient (TcR) of the resistor within ± 100 ppm / ° C.
Description
본 발명은 후막 저항체에 관한 것으로, 특히 후막 저항체를 제조하는데 유용한 열경화형 후막 저항체용 페이스트와 그것의 제조방법 및 상기 열경화형 후막 저항체용 페이스트를 이용하여 형성되는 후막 저항체에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 도전성 재료로서 카본블랙을 사용하고 여기에 필러(filler)를 함께 사용하는 것을 특징으로 하는 후막 저항체용 페이스트이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thick film resistor, and more particularly, to a thermosetting thick film resistor paste useful for producing a thick film resistor, a method for producing the same, and a thick film resistor formed using the thermosetting thick film resistor paste. More specifically, the thick film resistor paste is characterized by using carbon black as a conductive material and using a filler together.
현재 소형의 전자기기를 개발하기 위해서 저항 등의 수동 소자의 크기를 줄이고, 인쇄회로기판의 회로 폭과 선폭 간의 간격을 줄임으로써 소형화하고 있으나, 최근에는 인쇄회로기판 내부에 수동소자의 기능을 하는 물질을 기판 내부에 넣어 줌으로서 회로 기판 표면에서의 공간을 넓히는 효과를 얻고 있다. Currently, in order to develop small electronic devices, the size of passive elements such as resistors is reduced and the size of the printed circuit board is reduced by reducing the distance between the circuit width and the line width. By encapsulating the inside of the substrate, the effect of widening the space on the circuit board surface is obtained.
이런 의미에서, 후막 저항체(또는 후막 레지스터) 페이스트는 절연 기판의 표면에 형성된 전도체 패턴 또는 전극 상에 조성물을 인쇄한 후, 이 인쇄물을 소성함으로써 후막 레지스터를 형성하는 조성물이다. 이렇게 형성되는 후막 저항체는 넓은 범위의 저항값들을 구현할 수 있기 때문에, 하이브리드 전자 회로에서 저항체 구성 요소로서 많이 활용되어 왔다. In this sense, the thick film resistor (or thick film resistor) paste is a composition that forms a thick film resistor by printing the composition on a conductor pattern or electrode formed on the surface of an insulating substrate and then firing the printed matter. Since the thick film resistors thus formed can implement a wide range of resistance values, they have been widely used as resistor components in hybrid electronic circuits.
일반적으로 후막 레지스트 조성물, 즉 후막 저항체용 페이스트는 유기용매(유기 매질 또는 유기 비히클) 중에 도전성 재료(전도성 성분)와 유기조성물(유리물 바인더 또는 유기 가교제)을 분산시켜서 제조한다. 여기서, 상기 도전성 재료는 주로 후막 저항체의 전기적 특성을 결정하는 역할을 하며, 이러한 전도성 성분으로는 주로 납루테늄 산화물이나 루테늄 피로클로르 옥사이드 등이 사용되고 있다. 그리고, 상기 유기조성물은 저항체의 저항값을 조절하는 것과 동시에 페이스트를 일체적으로 융합시켜서 기판에 결합시키는 역할을 하며 또한, 상기 유기 조성물은 후막용 페이스트의 도포 특성, 특히 레올로지에 영향을 미치는 요소이다. In general, a thick film resist composition, that is, a thick film resistor paste is prepared by dispersing a conductive material (conductive component) and an organic composition (glass binder or organic crosslinking agent) in an organic solvent (organic medium or organic vehicle). Here, the conductive material mainly serves to determine the electrical properties of the thick film resistor, and as such a conductive component, mainly, ruthenium oxide or ruthenium pyrochlor oxide is used. The organic composition controls the resistance of the resistor and fuses the paste integrally to bond the substrate to the substrate. The organic composition also affects the coating properties of the thick film paste, in particular, the rheology. to be.
이와 같은 기본 구성으로 이루어진 후막 저항체용 페이스트를 활용하여 후막 저항체를 제조하는 제작 순서는 도 1a 내지 도 1e에 표시되어 있다. 이것은 종래 기술에 따른 스크린 프린팅법에 의해 열경화성 후막 레지스터를 제조하는 과정을 나타내는 순서도이다. 이를 상세히 설명하면 먼저 기판(101) 위에 동박(102)을 부착하거나(도 1a) 또는 도금에 의하여 원하는 모양의 금속 패드(103)를 형성한다(도 1b). 그리고, 이러한 금속 패드(103) 사이에 스크린 프린팅 방법을 활용하여 후막 레지스터 페이스트 또는 잉크(104)를 도포한다(도 1c). 도포된 후막 레지스터는 레벨링 및 건조를 거쳐 유기 용매를 휘발시킨 후, 열경화 공정을 거쳐 유기레진을 경화시킴으로써 최종적인 저항체를 얻는다(도 1d). 마지막으로, 이렇게 제작된 저항체 표면에 보호막을 처리함으로써 후막 레지스터를 완성한다(도 1e). The fabrication procedure for manufacturing the thick film resistor using the thick film resistor paste having the basic configuration is shown in FIGS. 1A to 1E. This is a flowchart showing a process of manufacturing a thermosetting thick film resistor by the screen printing method according to the prior art. In detail, first, the
후막 저항체 조성물의 경우 낮은 저항값을 구현하기 위하여 전기전도성이 우수한 카본 블랙이나 그라파이트 분말을 도전성 재료로 사용하여 후막 저항체 조성물을 제작하는 기술이 등장하게 되었다. 하지만, 이러한 경우 구현된 저항체에서 가져야 하는 온도 변화에 따른 저항값의 변화, 즉 온도 저항 계수(temperature coefficient of resistance:TcR)는 카본 블랙과 그라파이트 분말 및 사용된 유기물의 특성에 의하여 좌우되는데, 통상 그라파이트와 카본 블랙의 TcR 값이 수백에서 수천의 값을 가져서 매우 높기 때문에, 만들어진 저항체의 저항값 온도 특성이 매우 불규칙하고, 심한 편차를 보이는 심각한 문제점이 대두되었다. In the case of the thick film resistor composition, a technique of manufacturing a thick film resistor composition using carbon black or graphite powder having excellent electrical conductivity as a conductive material has been introduced to realize a low resistance value. However, in this case, the change in resistance value, that is, the temperature coefficient of resistance (TcR) according to the temperature change that should be realized in the implemented resistor, depends on the characteristics of the carbon black and the graphite powder and the organic material used. Since the TcR values of and carbon blacks are very high, ranging from hundreds to thousands of values, a serious problem has arisen in that the resistance temperature characteristics of the made resistors are very irregular and have severe deviations.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 저항체 조성물이 유기용매 내에 분산되어 이루어지는 후막 저항체용 페이스트로서, 상기 저항체 조성물은 카본블랙을 도전성 재료로 포함하고, 음(-)의 온도 저항 계수(TcR)를 가지나 또는 매우 낮은 열팽창 계수를 가지는 필러 및 유기 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 후막 저항체용 페이스트와 이에 따른 후막 저항체를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention for solving the above problems is a thick film resistor paste in which a resistor composition is dispersed in an organic solvent, wherein the resistor composition includes carbon black as a conductive material and has a negative temperature resistance coefficient (TcR). To provide a thick film resistor paste and a thick film resistor according to the present invention, characterized in that it contains a filler having a) or a very low coefficient of thermal expansion and an organic composition.
이러한 본 발명에 따라, 카본블랙과 함께 상기한 필러를 사용함으로써 높은 전기전도성 즉 낮은 저항값을 유지하는 것과 동시에 저항체의 TcR 값을 종래보다 10배 이상 현저히 낮추고자 하는 것이 본 발명의 목적이다. 또한, 전도성이 우수한 카본블랙과 상기 필러를 혼합하여 후막 저항체를 제조함으로써, 상기 후막 저항체의 저항값을 낮게 유지할 수 있고, TcR값도 궁극적으로는 0에 가까운 저항체를 제작하고자 하는 것이다. 나아가, 카본블랙과 상기 필러의 혼합비에 따라 저항값과 TcR 값을 조절하여, 제작된 저항체의 저항값 오차허용율(tolerance)이 10%이내에 들어오도록 하는 것을 가능하게 하고자 한다. According to the present invention, it is an object of the present invention to maintain a high electrical conductivity, that is, a low resistance value, and to significantly lower the TcR value of the resistor by 10 times or more than conventionally by using the above-described filler together with carbon black. In addition, by preparing a thick film resistor by mixing the carbon black and the filler excellent in conductivity, the resistance value of the thick film resistor can be kept low, and the TcR value is ultimately close to zero. Furthermore, by adjusting the resistance value and the TcR value according to the mixing ratio of the carbon black and the filler, it is possible to allow the resistance value tolerance of the manufactured resistor to be within 10%.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열경화형 후막 저항체용 페이스트는, 저항체 조성물이 유기용매 내에 분산되어 이루어지는 후막 저항체용 페이 스트로써, 상기 저항체 조성물은 도전성 재료로써 카본블랙을 포함하고, 필러(filler)와 유기물 레진을 함유하며, 상기 필러는 0 미만의 온도 저항 계수(Temperature coefficient of Resistance:TcR)를 가지는 것이거나 또는 1×10-5/K 내지 1×10-7/K 범위 내의 열팽창 계수를 가지는 것을 특징으로 한다. The thermosetting thick film resistor paste according to the present invention for achieving the above object is a paste for a thick film resistor, the resistor composition is dispersed in an organic solvent, the resistor composition comprises carbon black as a conductive material, filler and organic resin, the filler having a Temperature coefficient of Resistance (TcR) of less than zero or a coefficient of thermal expansion within the range of 1 × 10 −5 / K to 1 × 10 −7 / K Characterized in having a.
여기서, 상기 필러는 Te분말, Zn-Sb분말 또는 SiO2 산화물인 것이 바람직하며, 상기 0 미만의 온도 저항 계수는 -50ppm/℃ 내지 -500ppm/℃ 범위 내의 온도 저항 계수인 것이 더욱 바람직하다. Here, the filler is preferably a Te powder, Zn-Sb powder or SiO 2 oxide, the temperature resistance coefficient of less than 0 is more preferably a temperature resistance coefficient in the range of -50ppm / ℃ to -500ppm / ℃.
그리고, 본 발명의 다른 실시형태는 상기 열경화형 후막 저항체용 페이스트의 제조방법으로써, 유기 조성물을 유기용매 내에 분산시켜서 유기물 레진을 준비하는 단계; 상기 준비된 유기물 레진에 0 미만의 온도 저항 계수(TcR)를 가지거나 또는 1×10-5/K 내지 1×10-7/K 범위 내의 열팽창 계수를 가지는 필러를 투여한 후, 1차 혼합하는 단계; 상기 1차 혼합한 유기물 레진에 카본블랙을 투여한 후, 2차 혼합하는단계; 및 상기 2차 혼합한 유기물 레진에 대해서 탈포 및 필터링 과정을 거친 후, 3-roll 밀링을 실시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. Another embodiment of the present invention provides a method for preparing the thermosetting thick film resistor paste, comprising: preparing an organic resin by dispersing an organic composition in an organic solvent; First mixing the prepared organic resin with a temperature resistance coefficient (TcR) of less than 0 or a filler having a thermal expansion coefficient within a range of 1 × 10 −5 / K to 1 × 10 −7 / K, followed by primary mixing ; Administering carbon black to the first mixed organic resin, followed by second mixing; And after performing a defoaming and filtering process for the secondary mixed organic resin, performing 3-roll milling.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태는 상기한 바와 같은 열경화형 후막 저항체용 페 이스트를 이용하여 형성된 것으로, 저항값이 0.2㏀/□ ~ 0.4㏀/□ 이고, 온도 저항 계수(TcR)는 0~100(단, 0은 포함하지 않음)인 것을 특징으로 하는 후막 저항체가 가능하다. Further, another embodiment of the present invention is formed by using the above-mentioned thermosetting thick film resistor paste, wherein the resistance value is 0.2 kV / □ to 0.4 kV / □, and the temperature resistance coefficient (TcR) is 0 to A thick film resistor is possible, which is 100 (but not including 0).
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
상기한 본 발명에 의하는 경우, 카본블랙과 함께 음(-)의 온도 저항 계수(TcR)를 가지나 또는 매우 낮은 열팽창 계수를 가지는 필러를 사용함으로써 높은 전기전도성을 유지하는 것과 동시에 저항체의 TcR 값을 종래보다 10배 이상 현저히 낮출 수 있는 효과가 있다. 또한, 전도성이 우수한 카본블랙과 상기 필러를 혼합하여 후막 저항체를 제조함으로써, 후막 저항체의 저항값을 낮게 유지할 수 있고, TcR값도 ±100ppm/℃ 이내로 현저히 낮출 수 있는 효과가 있다. 나아가, 카본블랙과 상기 필러의 혼합비에 따라 저항값 및 TcR 값을 조절하여, 제작된 저항체의 저항값 공차(tolerance)가 10%이내에 들어오는 조성물을 제공할 수 있는 것이다. According to the present invention described above, by using a filler having a negative temperature resistance coefficient (TcR) together with carbon black or having a very low thermal expansion coefficient, the TcR value of the resistor can be maintained while maintaining high electrical conductivity. There is an effect that can be significantly lower than 10 times than conventional. In addition, by producing a thick film resistor by mixing the carbon black and the filler excellent in conductivity, the resistance value of the thick film resistor can be kept low, the TcR value can also be significantly lowered to within ± 100ppm / ℃. Furthermore, by adjusting the resistance value and the TcR value according to the mixing ratio of the carbon black and the filler, it is possible to provide a composition in which the resistance value tolerance of the manufactured resistor is within 10%.
이하, 본 발명에 따른 열경화형 후막 저항체용 페이스트와 이것의 제조방법 및 후막 저항체의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the thermosetting type thick-film resistor paste which concerns on this invention, its manufacturing method, and preferable embodiment of a thick film resistor are demonstrated in detail.
본 발명에 있어서는, 유기용매 내에 분산되는 저항체 조성물로써 도전성 재료인 카본블랙을 음(-)의 온도 저항 계수(TcR)를 가지나 또는 매우 낮은 열팽창 계수를 가지는 필러와 함께 혼합하는 조합이 중요하고, 상기 조합으로 후막 저항체용 페이스트를 제조함으로써 형성된 후막 형성체의 온도 저항 계수(TcR)는 상기 필러를 첨가하지 않을 때보다 현저히 낮아지게 되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, as a resistor composition dispersed in an organic solvent, a combination of mixing carbon black, which is a conductive material, with a filler having a negative temperature resistance coefficient (TcR) or having a very low coefficient of thermal expansion is important. The temperature resistance coefficient TcR of the thick film forming body formed by manufacturing the thick film resistor paste in combination is characterized in that it becomes significantly lower than when the filler is not added.
구체적으로, 본 발명에 따른 후막 저항체용 페이스트는, 도전성재료와 상기한 필러 및 유기물 레진(유기 용매와 유기 조성물)을 포함하고, 이들 성분으로 이루어지는 저항체 조성물이 유기용매(유기 비히클)와 혼합되어 이루어지는 것이다.Specifically, the thick film resistor paste according to the present invention comprises a conductive material, the above-described filler and an organic resin (an organic solvent and an organic composition), and a resistor composition composed of these components is mixed with an organic solvent (organic vehicle). will be.
여기서, 상기 도전성재료는 절연체인 유기조성물 내에 분산됨으로써, 구조물인 후막저항체에 도전성을 부여하는 역할을 한다. 본 발명에서 이용되는 도전성재료로는 전기전도성이 우수한 카본블랙이 바람직하고, 그라파이트 분말을 이용하는 것도 가능하다. 본 발명은 도전성 재료에 합금 분말을 함께 혼합하여 TcR 값을 낮추는 것을 특징으로 하는바, 전기전도성이 우수하면서도 상대적으로 TcR 값이 높은 카본블랙이나 그라파이트 분말에 적용되는 것이 바람직하다. Here, the conductive material is dispersed in the organic composition as an insulator, thereby providing conductivity to the thick film resistor as a structure. As the conductive material used in the present invention, carbon black excellent in electrical conductivity is preferable, and graphite powder can also be used. The present invention is characterized by lowering the TcR value by mixing the alloy powder together with the conductive material, it is preferable to be applied to carbon black or graphite powder having excellent electrical conductivity and relatively high TcR value.
본 발명자들은 상술한 목적을 달성하기 위하여 오랜 기간에 걸쳐 예의 연구를 거듭해 온 결과, 후막 저항체를 구성하는 저항체 조성물로써 도전성 재료와 함께 음(-)의 온도 저항 계수(TcR)를 가지나 또는 매우 낮은 열팽창 계수를 가지는 필러를 사 용하는 경우에 특이적으로 TcR이 개선된다는 깨달음을 얻기에 이르렀다. 본 발명은 이러한 깨달음에 기초하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 후막 저항체용 페이스트는 유기용매와 유기조성물로 구성된 유기물 레진 내에 도전성 재료가 분산되어 이루어지는 후막 저항체 조성물로서, 상기 유기용매 또는 유기조성물이 상기한 필러를 함유하는 것을 특징으로 한다.The present inventors have intensively studied for a long time in order to achieve the above-mentioned object, and as a result, a resistor composition constituting a thick film resistor has a negative temperature resistance coefficient (TcR) with a conductive material or a very low thermal expansion. The use of fillers with coefficients has led to the realization that TcR is specifically improved. The present invention has been completed based on this understanding. That is, the thick film resistor paste of the present invention is a thick film resistor composition in which a conductive material is dispersed in an organic resin composed of an organic solvent and an organic composition, wherein the organic solvent or the organic composition contains the above filler.
본 발명에 따른 후막 저항체용 페이스트에서 특징적인 것은, 후막 저항체용 페이스트를 구성하는 유기용매와 유기조성물이 상기한 필러를 포함한다는 것이다. 상기 필러는 본 발명에 따라 유기용매 내에 분산되는데, 저항체 조성물로서 도전성 재료 및 유기조성물과 함께 혼합됨으로써 후막 저항체에서의 저항값은 유지되면서 TCR 특성을 크게 개선시킨다. 상기 유기용매나 유기조성물 내에 합금 분말이 용해됨으로써 온도 특성이 개선되는 이유에 대하여 그 구체적인 것은 분명하지 않지만, 본 발명자들의 실험에 의해 확인된 사실이다.Characteristic of the thick film resistor paste according to the present invention is that the organic solvent and the organic composition constituting the thick film resistor paste contain the above-mentioned filler. The filler is dispersed in the organic solvent according to the present invention, and is mixed with the conductive material and the organic composition as the resistor composition, thereby greatly improving the TCR characteristics while maintaining the resistance value in the thick film resistor. The specific reason for the improvement of the temperature characteristic by dissolving the alloy powder in the organic solvent or the organic composition is not clear, but it is confirmed by the experiments of the present inventors.
더욱 구체적으로, 본 발명은 전기전도성이 우수한 카본블랙과 TcR 값이 0 미만이거나 또는 1×10-5/K 내지 1×10-7/K 범위 내의 열팽창 계수를 가지는 필러를 열경화성 유기물과 혼합하여 후막 공정이 용이한 후막 저항체 제작용 조성물을 제공함에 있다. 특히, 상기 0 미만의 온도 저항 계수(TcR)는 -50ppm/℃ 내지 -500ppm/℃ 범위 내의 온도 저항 계수를 가지는 것이 바람직하다. 본 발명자들은 필러가 상기한 범 위 내의 TcR값 또는 열팽창 계수를 가지는 경우, 의도하는 효과를 얻기에 가장 적합하다는 사실을 확인하였다.More specifically, the present invention provides a thick film obtained by mixing a carbon black having excellent electrical conductivity and a filler having a TcR value of less than 0 or having a thermal expansion coefficient within a range of 1 × 10 −5 / K to 1 × 10 −7 / K with a thermosetting organic material. It is to provide a composition for producing a thick film resistor easy to process. In particular, the temperature resistance coefficient TcR of less than 0 preferably has a temperature resistance coefficient in the range of -50 ppm / 占 폚 to -500 ppm / 占 폚. The inventors have found that the filler is most suitable for obtaining the intended effect when the filler has a TcR value or a coefficient of thermal expansion within the above range.
TcR값이 음의 값을 가지거나 매우 낮은 열팽창 계수를 가지는 필러로는 다양한 종류가 있을 수 있고, 본 발명이 이러한 필러를 이용하는 것은 전기 전도성이 우수한 카본 블랙과의 혼합시 전도성의 값을 유지하면서 저항체의 TcR값을 매우 낮게, 특히 종래보다 10배 이상 낮게, 궁극적으로는 0에 가깝게 만들기 위함이다. 필러로써 TcR이 음(-)의 값을 가지거나 매우 낮은 열팽창계수(CTE)를 가지는 조성물은 하기의 표 1에 예시적으로 개시된 바와 같다. There may be various kinds of fillers having a negative TcR value or a very low coefficient of thermal expansion, and the present invention uses such a filler to maintain the conductivity while mixing with carbon black having excellent electrical conductivity. This is to make the TcR value of very low, in particular more than 10 times lower than the conventional one, and ultimately close to zero. Compositions in which TcR has a negative (-) value or a very low coefficient of thermal expansion (CTE) as fillers are exemplarily disclosed in Table 1 below.
[표 1: 필러의 종류와 특성]Table 1: Filler Types and Characteristics
본 발명에 따라 카본 블랙과 혼합하여 TcR 값을 제어하기 위한 조성물은, 상기 표 1에 기재된 원소 분말, 합금 분말 또는 산화물로 제한되는 것은 아니고, 0보다 작은 TcR값을 가지거나 비교적 낮은 CTE값을 가지는 다른 모든 분말, 산화물 또는 합금 분말을 포함할 수 있다. 그 중에서도, 본 발명자들은 상기 표 1에 개시된 바와 같은 Te분말, Zn-Sb분말 또는 SiO2 산화물을 사용하는 것이 가장 바람직하다는 것을 확인하였다. The composition for controlling the TcR value by mixing with carbon black according to the present invention is not limited to the element powder, alloy powder or oxide described in Table 1 above, and has a TcR value less than zero or a relatively low CTE value. All other powders, oxides or alloy powders. Among them, the inventors found that it is most preferable to use Te powder, Zn-Sb powder or SiO 2 oxide as disclosed in Table 1 above.
이 경우, 상기 후막 저항체용 페이스트에 포함되는 카본블랙과 상기 필러의 혼합 조성은 상기 카본블랙이 5~7 중량부이고, 상기 필러는 2~4 중량부인 것이 바람직하다. 상기 카본블랙과 필러의 조합 비율이 상기한 범위를 벗어나는 경우, 제조되는 후막 저항체는 전기전도성은 좋지만 TcR값이 여전히 높거나 또는 TcR값이 낮아지더라도 전도성이 나빠지기 때문이다. In this case, the mixed composition of the carbon black and the filler contained in the thick film resistor paste is preferably 5 to 7 parts by weight of the carbon black, and 2 to 4 parts by weight of the filler. When the combination ratio of the carbon black and the filler is out of the above range, the thick film resistor to be produced has good electrical conductivity but poor conductivity even if the TcR value is still high or the TcR value is low.
이와 함께, 상기 카본블랙은 10㎚ 내지 수 ㎛ 범위 내의 입자 크기를 가지고, 상기 필러는 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 범위 내의 입자 크기를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 필러의 입자 크기가 상기 카본블랙의 입자 크기보다 큰 것이 바람직한 이유는 상기 필러에 의해 TcR값을 낮추면서 동시에 상기 필러 보다 작은 크기의 입자인 카본블랙으로 하여금 전기전도성을 높게 유지할 수 있도록 하기 위함이다. Along with this, the carbon black preferably has a particle size in the range of 10 nm to several μm, and the filler has a particle size in the range of several μm to several tens of μm. As such, it is preferable that the particle size of the filler is larger than the particle size of the carbon black so that the TcR value can be lowered by the filler and carbon black, which is particles smaller than the filler, can maintain high electrical conductivity. To do this.
본 발명에 따른 열경화형 후막 저항체용 페이스트는 상기와 같은 도전성 재료와 함께 필러를 저항체 조성물의 기본 조성으로 포함하고, 여기에 유기조성물을 더 포함할 수 있으며, 선택적으로 무기물계 가교제를 함유하는 것도 가능하다. The thermosetting thick film resistor paste according to the present invention includes a filler as a basic composition of the resistor composition together with the conductive material as described above, and may further include an organic composition, and may optionally contain an inorganic crosslinking agent. Do.
상기 유기조성물은, 그 조성이 특히 한정되지 않지만, 본 발명에서는 환경보전상, 납을 실질적으로 포함하지 않는 납프리의 유기조성물을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 유기조성물은, 후막 저항체가 되었을 때, 후막저항체 내에서 도전성재료 및 첨가물을 기판과 결착시키는 역할을 한다. 본 발명에서 사용되는 유기조성물로서는, 흡습성과 내구성이 뛰어난 에폭시 수지를 사용할 수 있고, 그 중에서도 노블락 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. Although the composition is not specifically limited in the said organic composition, In this invention, it is preferable to use the lead-free organic composition which does not contain lead substantially for environmental conservation. When the organic composition becomes a thick film resistor, the organic composition serves to bind the conductive material and the additive to the substrate in the thick film resistor. As the organic composition used in the present invention, an epoxy resin excellent in hygroscopicity and durability can be used, and among them, it is preferable to use a noblock epoxy resin.
상기 열경화형 가교제(무기물계 가교제)로서는 멜라민계, 무수물계, 페녹시 노블락계 등 200도 이하에서 경화되는 것을 사용하는 것이 바람직하고, 이것은 후막 저항체의 트리밍 특성을 개선하기 위한 용도로 사용되어, 특히 내열성, 작업성이 우수한 페녹시 노블락계를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. As the thermosetting crosslinking agent (inorganic crosslinking agent), it is preferable to use one cured at 200 degrees or less, such as melamine, anhydride, phenoxy noblock, and the like, which is used for improving the trimming properties of the thick film resistor, and in particular, It is more preferable to use the phenoxy noblock system which is excellent in heat resistance and workability.
상술한 바와 같은 저항체 조성물은, 유기용매 내에 분산됨으로써 후막저항체 페이스트가 되는데, 후막 저항체용 페이스트의 유기 비히클로서는, 본 발명에 따른 후막 저항체 페이스트에 이용되는 것이면 모두 사용가능하다. 예를 들어, 에틸셀룰로오스, 폴리비닐부티랄, 메타크릴수지, 부틸메타크릴레이트 등의 바인더수지와, 테르피네올, 부틸카르비톨, 부틸카르비톨아세테이트, 아세테이트, 톨루엔, 각종 알콜, 크실렌 등의 용제를 혼합하여 이용할 수 있다. 그 중에서도 상기 유기용매는 휘발성이 적으면서 사용되는 에폭시와 가교제와의 상용성이 있는 것이 바람직하다. 특히, 상기 유기용매는 gamma-Butylactone 용매와 아세테이트(acetate)계의 MPA 용매 중에서 1종 또는 2종이 선택되어 이루어진 것이 가장 바람직하다. 이 때, 각종 분산제나 활성제, 가소제 등을 용도 등에 따라 적절히 병용할 수도 있다.The resistor composition as described above becomes a thick film resistor paste by being dispersed in an organic solvent. As the organic vehicle of the thick film resistor paste, any of the resistor compositions can be used as long as it is used in the thick film resistor paste according to the present invention. For example, binder resins, such as ethyl cellulose, polyvinyl butyral, methacryl resin, and butyl methacrylate, terpineol, butyl carbitol, butyl carbitol acetate, acetate, toluene, various alcohols, solvents, such as xylene It can mix and use. Especially, it is preferable that the said organic solvent has compatibility with the epoxy and crosslinking agent which are used, while being low in volatility. In particular, the organic solvent is most preferably one or two selected from gamma-Butylactone solvent and acetate (acetate) MPA solvent. At this time, various dispersing agents, activators, plasticizers, etc. can also be used together suitably according to a use.
또한, 본 발명자들은 후막 저항체에 사용하는 유기용매와 여기에 분산되는 저항체 조성물의 조성 비율을 재검토함으로써 TCR을 크게 개선할 수 있다는 사실을 발견하였다. 본 발명의 후막 저항체용 페이스트는 이러한 깨달음에 기초하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 후막 저항체용 페이스트는 하기의 조성을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the inventors have found that the TCR can be greatly improved by reviewing the composition ratio of the organic solvent used in the thick film resistor and the resistor composition dispersed therein. The thick film resistor paste of the present invention is completed based on such an enlightenment. That is, the thick film resistor paste of the present invention may have the following composition.
즉, 상술한 바와 같은 후막 저항체용 페이스트에 있어서, 상기 카본블랙은 5~7 중량부이고, 상기 필러는 2~4 중량부이며, 상기 유기물 레진(유기 용매와 유기조성물이 혼합된 것)은 30~35 중량부로 하는 것이다. 상기 카본블랙과 필러 및 유기물 레진의 조합 비율이 상기한 범위를 벗어나는 경우, 제조되는 후막 저항체의 물리적 특성과 작업상의 편의성이 떨어지기 때문이다. That is, in the thick film resistor paste as described above, the carbon black is 5 to 7 parts by weight, the filler is 2 to 4 parts by weight, and the organic resin (mixed organic solvent and organic composition) is 30 It is made into ~ 35 weight part. This is because when the combination ratio of the carbon black, the filler, and the organic resin is outside the above range, the physical properties and the operational convenience of the thick film resistor to be produced are inferior.
상기한 후막 저항체용 페이스트의 조성은, 제조된 후막 저항체의 저항값이나 TcR 값에 의해 고려될 수 있고, 상기한 범위로 함으로써 각각의 저항값에 있어서, 상기 TcR 값을 확실하게 작은 값으로 할 수 있다. The composition of the above-mentioned thick film resistor paste can be considered by the resistance value or the TcR value of the manufactured thick film resistor, and by setting it as the above range, the TcR value can be surely set to a small value in each resistance value. have.
본 발명에 따른 후막 저항체용 페이스트에는 상기한 도전성 재료, 필러, 유기조성물 및 선택적으로 포함되는 무기물계 가교제 이외에 저항값 및 온도 특성의 조정 등을 목적으로 하는 다른 첨가물이 포함되어 있어도 좋다. 첨가물로서는 티타늄 화합물이나 금속 산화물 등을 들 수 있으며, 필요에 따라 적당히 선택하여 사용하 는 것이 가능하다. The thick film resistor paste according to the present invention may contain other additives for the purpose of adjusting the resistance value and temperature characteristics, in addition to the above-mentioned conductive material, filler, organic composition and optionally included inorganic crosslinking agent. Examples of the additive include titanium compounds, metal oxides, and the like, and may be appropriately selected and used as necessary.
한편, 본 발명의 다른 실시형태는 상기한 바와 같은 열경화형 후막 저항체용 페이스트를 제조하는 제조방법일 수 있다. 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열경화형 후막 저항체용 페이스트를 제조하는 과정을 나타내는 흐름도이다.On the other hand, another embodiment of the present invention may be a manufacturing method for producing a thermosetting thick film resistor paste as described above. 2 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a thermosetting thick film resistor paste according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열경화형 후막 저항체용 페이스트의 제조방법은 먼저 유기조성물 및 무기물계 가교제를 유기용매 내에 분산시켜서 유기물 레진을 준비하고(S210), 상기 준비된 유기물 레진에 상술한 바와 같은 본 발명의 필러를 투여한 후, 1차 혼합하며(S220), 상기 1차 혼합한 유기물 레진에 카본블랙을 투여한 후, 2차 혼합하는 과정을 거친다(S230). 이러한 본 발명은 상기 필러를 투여한 다음에, 카본블랙을 투여하여 혼합시키는 것으로, 먼저 유기물을 고속 혼합기로 혼합 후 무기물을 투입하여 혼합 시키는 것이다. 이어서, 상기 2차 혼합한 유기물 레진에 대해서 탈포 및 필터링 과정을 거친 후, 3-roll 밀링을 실시하는데(S240), 이것은 통상적인 후막 레지스터 조성물의 제작 방법과 동일하다. As shown in FIG. 2, the method for preparing a thermosetting thick film resistor paste according to the present invention first prepares an organic resin by dispersing an organic composition and an inorganic crosslinking agent in an organic solvent (S210), and preparing the organic resin in detail. After administering the filler of the present invention as described above, the first mixing (S220), after administering the carbon black to the first organic resin mixture, and undergoes a second mixing process (S230). In the present invention, after the filler is administered, carbon black is administered and mixed. First, the organic material is mixed with a high speed mixer, and then the inorganic material is added and mixed. Subsequently, the secondary mixed organic resin is subjected to a defoaming and filtering process, and then subjected to 3-roll milling (S240), which is the same as a method of manufacturing a conventional thick film resistor composition.
본 발명의 또 다른 실시형태는 상술한 바와 같은 열경화형 후막 저항체용 페이스트를 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 후막 저항체이다. Another embodiment of the present invention is a thick film resistor, which is formed by using the thermosetting thick film resistor paste as described above.
후막 저항체를 형성하는 데에는, 상기한 성분을 포함하는 후막저항체 페이스트를, 예를 들어 기판 상에 스크린 인쇄 등의 수법으로 인쇄(도포)하고, 180℃ 정도의 온도에서 경화하면 된다. 기판으로서는, Al2O3기판이나 BaTiO3기판의 유전체기판이나, 저온소성 세라믹기판, AlN기판, 일반적인 FR4 기판 및 각종 유기물 기판 등을 이용할 수 있다. 기판형태로서는, 단층기판, 복합기판, 다층기판 중 어느 것이어도 된다. 다층기판의 경우, 후막저항체는 표면에 형성해도 되고, 내부에 형성해도 된다. 형성된 후막저항체에 있어서는, 상기 후막저항체 페이스트에 포함되는 저항체 조성물의 조성이 열경화 후에도 대략 그대로 유지된다.To form a thick film resistor, the thick film resistor paste containing the above-described components may be printed (coated) on a substrate by, for example, screen printing or the like, and cured at a temperature of about 180 ° C. As the substrate, a dielectric substrate of an Al 2 O 3 substrate or a BaTiO 3 substrate, a low temperature fired ceramic substrate, an AlN substrate, a general FR4 substrate, various organic substrates, or the like can be used. As a board | substrate form, any of a single | mono layer board, a composite board, and a multilayer board | substrate may be sufficient. In the case of a multilayer substrate, a thick film resistor may be formed on the surface or may be formed inside. In the formed thick film resistor, the composition of the resistor composition contained in the thick film resistor paste is maintained substantially as it is even after thermosetting.
후막저항체의 형성시에는, 통상, 기판에 전극이 되는 도전패턴을 형성하는데, 이 도전패턴은, 예를 들어 Ag나 Pt, Pd 등을 포함하는 Ag계의 양도전재료를 포함하는 도전페이스트를 인쇄함으로써 형성할 수 있다. 또한 Cu foil을 에칭 혹은 Cu 및 기타 금속 물질을 Plating법, sputtering등의 방법을 활용하여 기판에 증착하여 형성할 수 있다. 또한, 형성한 후막저항체의 표면에 유리막 등의 보호막(오버글레이즈)을 형성해도 된다.In the formation of a thick film resistor, a conductive pattern serving as an electrode is usually formed on a substrate, and the conductive pattern prints a conductive paste containing Ag-based conductive material including Ag, Pt, Pd, or the like. It can form by doing. In addition, Cu foil may be formed by etching or depositing Cu and other metal materials on a substrate by using a plating method or a sputtering method. In addition, a protective film (overglaze) such as a glass film may be formed on the surface of the formed thick film resistor.
본 발명의 후막저항체를 적용가능한 전자부품으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 단층 또는 다층의 회로기판, 칩저항기 등의 저항기, 아이솔레이터소자, C-R복합소자, 모듈소자 등을 들 수 있다. 또한, 적층칩 콘덴서 등의 콘덴서나 인덕터 등의 전극부분에도 적용할 수 있다.The electronic component to which the thick film resistor of the present invention can be applied is not particularly limited, and examples thereof include a single layer or multilayer circuit board, a resistor such as a chip resistor, an isolator element, a C-R composite element, a module element, and the like. The present invention can also be applied to capacitors such as multilayer chip capacitors and electrode portions such as inductors.
이렇게 형성된 후막 저항체는 저항값이 0.2㏀/□ ~ 0.4㏀/□ 인 것을 특징으로 할 수 있고, 저항값의 오차허용율(tolerance)이 10% 이내인 것을 특징으로 하는 것도 가능하며, 특히, TcR 값은 0~100(단, 0은 포함하지 않음)인 것이 가장 바람직하다. The thick film resistor thus formed may be characterized in that the resistance value is 0.2 kW / □ to 0.4 kW / □, and the tolerance value of the resistance value may be within 10%. In particular, TcR Most preferably, the value is 0-100 (but 0 is not included).
이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참고로 하여 구체적으로 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. Hereinafter, one preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The invention can be better understood by the following examples, which are intended for the purpose of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.
실시예Example : : 후막Thick curtain 저항체용 페이스트 제조 Resistor Paste Manufacturing
본 발명에서 열경화형 후막 저항체용 페이스트를 제작하기 위한 조성물로서 다음의 재료들을 사용하였다. In the present invention, the following materials were used as a composition for producing a paste for thermosetting thick film resistors.
먼저, 저항체 조성물을 분산시키기 위한 유기용매로는 용제로서 gamma-Butylactone 과 acetate계의 MPA를 사용하였다. 그리고, 저항제 조성물로 포함되는 무기물로써는 카본블랙은 Cabot사의 Vulcan XC72R 카본 블랙을 이용하였고, 필러로는 고순도화학사의 Te, ZnSb, SiO2 분말을 사용하였다. 또한, 유기조성물로는 국도화학에서 제공하는 YDPN641 노블락 에폭시와 경화제로는 강남화성(주)에서 제공하는 Phenolite TD2106를 사용하였다. First, gamma-Butylactone and acetate-based MPA were used as organic solvents to disperse the resistor composition. As the inorganic material included in the resist composition, carbon black was used as Caul's Vulcan XC72R carbon black, and as filler, Te, ZnSb, and SiO 2 powder made by high purity chemicals were used. As the organic composition, YDPN641 noblock epoxy provided by Kukdo Chemical and Phenolite TD2106 provided by Gangnam Chemical Co., Ltd. were used.
그런 다음에는 상기한 재료들을 이용하여 유기물 레진을 합성하였다. 유기물 레진은 상기한 유기용매에 상기한 유기조성물과 무기물계 가교제를 분산시켜서 준비하였고, 여기에 상기 필러를 투여하여 1차 혼합 후 카본 블랙을 투여하여 2차 혼합을 실시하였다. 2차 혼합 후에는 3roll milling을 실시하여 최종적으로 후막 저항체용 페이스트를 제작하였다. 비교예로서는, 상기한 필러를 제외하고 후막 저항체용 페이스트를 제작하였다. Then, the organic resin was synthesized using the above materials. The organic resin was prepared by dispersing the organic composition and the inorganic crosslinking agent in the above organic solvent, and the filler was administered to the first and then the carbon black was administered to carry out the second mixing. After the second mixing, 3 roll milling was performed to finally prepare a thick film resistor paste. As a comparative example, the thick film resistor paste was produced except the above-mentioned filler.
하기의 표 2에는 이와 같은 방법으로 그 구성비율을 달리하여 제작된 열경화형 후막 저항체용 페이스트의 조성과 이것의 저항값 및 오차허용율(Tolerance) 그리고 TcR을 측정하여 나타내었다. Table 2 below shows the composition of the thermosetting thick film resistor paste prepared by varying the composition ratio by the above method, its resistance value, tolerance, and TcR.
[표 2: 열경화형 후막 저항체용 페이스트의 조성 및 특성]Table 2: Composition and Characteristics of Paste for Thermosetting Thick Film Resistor
그 결과, 상기한 표 2에 도시된 바와 같이, 전도성이 우수한 카본블랙과 필러를 혼 합하여 사용함으로써 높은 전기전도성을 유지하는 것과 동시에 저항체의 TcR 값을 현저히 낮출 수 있는 효과가 있다. 또한, 전도성이 우수한 카본블랙과 필러를 혼합하여 후막 저항체를 제조함으로써, 상기 후막 저항체의 저항값을 낮게 유지할 수 있고, TcR값도 ±100ppm/℃ 이내로 현저히 낮은 저항체를 제작할 수 있는 효과가 있다. 나아가, 상기 카본블랙과 필러의 혼합비에 따라 저항값과 TcR 값을 조절하여, 제작된 저항체의 저항값 공차(tolerance)가 10%이내에 들어오도록 하는 것도 가능하게 할 수 있음을 확인하였다. As a result, as shown in Table 2, by using a mixture of carbon black and a filler having excellent conductivity, it is possible to maintain a high electrical conductivity and at the same time significantly lower the TcR value of the resistor. In addition, by producing a thick film resistor by mixing a carbon black and a filler excellent in conductivity, the resistance value of the thick film resistor can be kept low, the TcR value is also within ± 100ppm / ℃ has the effect of producing a significantly low resistor. Furthermore, it was confirmed that it is possible to adjust the resistance value and the TcR value according to the mixing ratio of the carbon black and the filler so that the resistance value tolerance of the manufactured resistor can be within 10%.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진자에게 명백한 것이다. On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments, the invention is variously modified and modified without departing from the technical features or fields of the invention provided by the claims below It will be apparent to those skilled in the art that such changes can be made.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 저항체 조성물이 유기용매 내에 분산되어 이루어지는 후막 저항체용 페이스트로써, 상기 저항체 조성물은 카본블랙을 도전성 재료로 포함하고, 음(-)의 온도 저항 계수(TcR)를 가지나 또는 매우 낮은 열팽창 계수를 가지는 필러와 유기 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 후막 저항체용 페이스트를 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, the resistor composition is a thick film resistor paste in which a resistor composition is dispersed in an organic solvent, wherein the resistor composition includes carbon black as a conductive material and has a negative temperature resistance coefficient (TcR). Alternatively, a thick film resistor paste can be provided comprising a filler having an extremely low coefficient of thermal expansion and an organic composition.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 스크린 프린팅법에 의해 후막 저항체를 제조하는 과정을 나타내는 순서도이고,1A to 1E are flowcharts illustrating a process of manufacturing a thick film resistor by screen printing according to the related art.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열경화형 후막 저항체용 페이스트를 제조하는 과정을 나타내는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a thermosetting thick film resistor paste according to an exemplary embodiment of the present invention.
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