KR102384488B1 - 저항 페이스트 및 그의 소성에 의해 제작되는 저항체 - Google Patents

Abstract

높은 저항값을 가지면서 전류 노이즈가 작은 양호한 전기적 특성을 갖는 납 프리의 후막 저항체 및 그의 재료가 되는 납 프리의 저항 페이스트를 제공한다. 이산화루테늄을 포함하는 도전성 입자와, 납을 포함하지 않는 유리 프릿과, 유기 비히클과, 첨가제를 함유하는 저항 페이스트로서, 상기 첨가제로서 비표면적 60㎡/g 이상 125㎡/g 이하의 비정질 실리카가 5질량% 이상 12질량% 이하 포함되어 있다.

Description

저항 페이스트 및 그의 소성에 의해 제작되는 저항체

본 발명은, 후막 칩 저항기나 하이브리드 IC 등의 저항체의 재료로서 사용되는 저항 페이스트, 특히 납을 함유하지 않는 저항 페이스트 및 이것을 소성해서 제작되는 저항체에 관한 것이다.

종래, 전자 부품의 저항체 피막을 형성하는 방법으로서는, 막 형성 재료를 포함하는 저항 페이스트를 사용해서 성막하는 후막 방식과 막 형성 재료를 스퍼터링 등을 함으로써 성막하는 박막 방식이 일반적으로 알려져 있다. 그들 중, 후막 방식은 저항 페이스트를 세라믹 기판 상에 인쇄한 후, 소성함으로써 저항체를 형성하는 것이며, 이 방법은 성막에 필요한 설비가 저렴하고 생산성도 높은 점에서, 칩 저항기나 하이브리드 IC 등의 전자 부품이 갖는 저항체의 제조에 광범위하게 이용되고 있다.

상기 후막 방식에 사용하는 저항 페이스트는, 도전성 입자 및 유리 프릿, 그리고 그들을 인쇄에 적합한 페이스트상으로 하기 위한 유기 비히클을 함유하고 있다. 도전성 입자로서는, 이산화루테늄(RuO₂)이나 파이로클로어형 루테늄계 산화물(Pb₂Ru₂O_7-X, Bi₂Ru₂O₇)이 일반적으로 사용되고 있다. 이와 같이 도전성 입자로서 Ru계 산화물을 사용하는 것은, 주로 도전성 입자의 농도에 대하여 저항값이 완만하게 변화하기 때문이다.

또한, 유리 프릿으로서는, 붕규산납 유리(PbO-SiO₂-B₂O₃)나 알루미노붕규산납 유리(PbO-SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃) 등, 납을 다량으로 포함하는 붕규산납계 유리가 사용되고 있다. 이와 같이 유리 프릿에 붕규산납계 유리를 사용하는 것은, Ru계 산화물과의 습윤성이 좋고, 열팽창 계수가 기판의 그것과 가까워서, 소성 시의 점성 등이 적합하기 때문이다.

상기 저항 페이스트에서는, 성막 후의 저항체의 특성을 개선하기 위해서, 각종 첨가제를 함유시키는 것이 예전부터 행해지고 있다. 예를 들어 특허문헌 1에는, 미세화된 산화루테늄 분말과, PbO를 갖는 유리와, 산화 니오븀(Nb₂O₅)을 불활성 비히클과 함께 혼합해서 전기적 특성이 우수한 후막 저항체용 저항 페이스트를 제작하는 기술이 개시되어 있다.

일본특허공고 소63-035081호 공보

그러나, 첨가제로서 Nb₂O₅를 사용한 경우에는, 소량의 첨가량으로 특성의 향상이 도모되지만, 저항값도 크게 바뀌어 버리기 때문에, 저항값의 조정이 어렵다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 근년, 환경 보호를 고려하여 전자 부품에서는 납 프리화가 진행되고 있으며, 저항 페이스트에 있어서도 납 프리화가 요구되고 있다. 또한, 상기한 저항 페이스트를 재료로 해서 제작되는 전자 부품 등은 점점 소형화, 고성능화하는 경향에 있으며, 이에 수반하여 저항 페이스트에는 저항값이 높고 또한 전류 노이즈가 작은 저항체를 제작할 수 있는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 높은 저항값을 가지면서 전류 노이즈를 작게 억제하는 것이 가능한 전기적 특성이 우수한 납 프리의 후막 저항체를 형성할 수 있는 납 프리의 저항 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 상기 목적을 달성 가능한 납 프리의 저항 페이스트에 대해서 검토를 거듭한 결과, 저항 페이스트에 특정한 첨가제를 함유시킴으로써, 도전성 입자에 루테늄을 포함하는 납 프리의 산화물을 사용함과 함께, 유리 프릿에도 납 프리의 것을 사용하는 경우에도 양호한 전기적 특성을 갖는 저항체를 제작할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명이 제공하는 저항 페이스트는, 이산화루테늄을 포함하는 도전성 입자와, 납을 포함하지 않는 유리 프릿과, 유기 비히클과, 첨가제를 함유하는 저항 페이스트로서, 상기 첨가제로서 비표면적 60㎡/g 이상 125㎡/g 이하의 비정질 실리카가 5질량% 이상 12질량% 이하 포함되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따르면, 납에 의한 환경 오염을 일으키지 않고, 높은 저항값을 가지면서 전류 노이즈를 작게 억제하는 것이 가능한 전기적 특성이 우수한 후막 저항체를 제작할 수 있는 저항 페이스트를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 저항 페이스트의 실시 형태에 대해서 설명한다. 이 본 발명의 실시 형태의 저항 페이스트에 함유되는 도전성 입자로서의 이산화루테늄의 형태에 대해서는 특별히 제한은 없고, 일반적인 제법으로 얻어지는 산화물을 사용할 수 있다. 단, 소성에 의해 형성되는 후막 저항체의 저항값의 변동이나 전류 노이즈를 가능한 한 억제하기 위해서, 당해 후막 저항체 중의 도전 패스를 미세하게 하는 것이 바람직하고, 그를 위해서는 산화물의 입자의 BET 직경에 의한 평균 입경은 1.0㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 저항 페이스트에 함유되는 유리 프릿은, 납을 포함하지 않는 것이면 특별히 그 조성에 제한은 없다. 예를 들어, 붕규산 유리, 알루미노붕규산 유리, 붕규산알칼리 토류 유리, 붕규산알칼리 유리, 붕규산아연 유리, 붕규산비스무트 유리 등을 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 후막 저항체 중의 도전 패스를 미세하게 해서 해당 후막 저항체의 저항값의 변동이나 전류 노이즈를 가능한 한 억제하기 위해서, 유리 프릿의 레이저 회절식 입도 분포 측정에 의한 D50(메디안 직경)은 5㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 저항 페이스트에 함유되는 유기 비히클은, 저항 페이스트에 통상 사용되고 있는 것이어도 되고, 예를 들어 에틸셀룰로오스, 부티랄, 아크릴 등의 수지를 테르피네올, 부틸카르비톨아세테이트 등의 용제에 용해한 것이 적합하게 사용된다.

상기 저항 페이스트는, 또한 첨가제로서 비표면적 60㎡/g 이상 125㎡/g 이하인 비정질 실리카(SiO₂)를 5질량% 이상 12질량% 이하 함유하고 있다. 비정질 실리카는, 소성에 의해 형성되는 저항체의 저항값을 상승시켜서 전류 노이즈를 작게 하는 작용을 갖고 있다. 비정질 실리카의 비표면적을 60㎡/g 이상 125㎡/g 이하로 한정하는 이유는, 비표면적이 60㎡/g 미만에서는 전류 노이즈(dB)가 마이너스가 되기 어렵고, 반대로 125㎡/g을 초과하면 저항 페이스트의 점도가 너무 높아져서 해당 저항 페이스트의 제조가 곤란해지기 때문이다. 또한, 비정질 실리카의 함유량을 저항 페이스트에 대하여 5질량% 이상 12질량% 이하로 하는 것은, 5질량% 미만에서는 전류 노이즈(dB)가 마이너스가 되기 어렵고, 반대로 12질량%를 넘어도 전류 노이즈(dB)가 마이너스가 되기 어려워지기 때문이다.

상기한 본 발명의 실시 형태의 저항 페이스트의 제조법은 특별히 제약은 없으며, 롤밀 등의 시판되고 있는 혼련 장치에, 상기한 저항 페이스트의 구성 성분의 소정량을 칭량해서 장입하여, 혼련함으로써 제작할 수 있다. 그 때, 도전성 입자와 유리 프릿의 혼합 비율은, 질량 기준에 의한 도전성 입자/유리 프릿의 비로 5/95 내지 50/50 정도인 것이 바람직하다. 또한, 저항체의 제작법도 특별히 제약은 없으며, 상기한 본 발명의 실시 형태의 저항 페이스트를 재료로 해서 사용해서 종래와 마찬가지 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기한 저항 페이스트를 알루미나 기판 등의 통상의 기판 상에 스크린 인쇄법 등에 의해 도포하고, 건조한 후, 벨트로 등을 사용해서 800 내지 900℃ 정도의 피크 온도에서 소성함으로써, 납 프리의 저항체를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태의 저항 페이스트는, 상기한 필수 성분 외에, 후막 저항체의 전기적 특성을 조정하기 위해서 종래부터 통상 사용되고 있는 예를 들어 분산제, 가소제 등의 다양한 첨가제를 필요에 따라서 첨가해도 된다.

실시예

도전성 입자, 유리 프릿, 유기 비히클 및 첨가제를 다양한 배합 비율로 혼합해서 복수의 저항 페이스트 시료를 제조하고, 그들을 각각 소성함으로써 후막 저항체를 형성하고, 그의 전기적 특성에 대해서 평가했다. 구체적으로는, 도전성 입자에는 수산화 루테늄을 배소함으로써 제작한 BET 직경 40㎚의 RuO₂ 분말을 준비했다. 유리 프릿에는 일반적인 방법으로 혼합, 용융, 급랭, 분쇄함으로써 제작한 10질량% SrO-43질량% SiO₂-16질량% B₂O₃-4질량% Al₂O₃-20질량% ZnO-7질량% Na₂O의 조성을 갖는 레이저 회절식 입도 분포 측정에 의한 D50이 1.9㎛인 유리 프릿을 준비했다.

첨가제에는 비표면적이 각각 3㎡/g, 30㎡/g, 60㎡/g, 80㎡/g 및 125㎡/g의 5종류의 비정질 SiO₂를 준비하고, 유기 비히클에는 에틸셀룰로오스와 테르피네올을 주성분으로 하는 것을 준비했다. 이들 RuO₂ 분말, 유리 프릿, 첨가제 및 유기 비히클을 다양한 배합 비율이 되도록 칭량하여, 삼축 롤밀로 혼련했다. 이에 의해 시료 1 내지 17의 저항 페이스트를 제작했다.

이어서, 각 시료의 저항 페이스트에 대하여, AgPd 페이스트를 사용해서 전극간 거리 1㎜의 2개의 전극이 형성된 알루미나 기판을 준비하고, 해당 알루미나 기판 상에 있어서 상기 양 전극을 접속하도록 저항 페이스트를 폭 1㎜로 스크린 인쇄하고, 150℃에서 10분간 건조한 후, 벨트로에서 피크 온도 850℃에서 9분간 소성했다. 이와 같이 해서 제작한 후막 저항체의 전기적 특성(저항값, 전류 노이즈)을 측정했다. 저항 페이스트의 조성과 각 페이스트에 의해 얻어진 저항체의 특성을 하기 표 1에 나타낸다. 또한, 저항값은 KEITHLEY사제의 Model2001Multimeter를 사용해서 4단자법으로 측정하고, 전류 노이즈는 Quan-Tech사제의 노이즈 미터Model315C를 사용해서 1/10W 인가로 측정했다.

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 저렴한 RuO₂를 포함하는 도전성 입자와 납 프리의 유리 프릿을 사용해서 후막 저항체를 형성한 경우에 있어서도, 첨가제로서 비표면적 60㎡/g 이상 125㎡/g 이하의 비정질 SiO₂를 본 발명이 규정하는 범위 내에서 첨가함으로써, 비정질 SiO₂를 첨가하지 않는 경우나 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 태양으로 비정질 SiO₂를 첨가하는 경우에 비해 전류 노이즈를 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 이산화루테늄을 포함하는 도전성 입자와, 납을 포함하지 않는 유리 프릿과, 유기 비히클과, 첨가제를 함유하는 저항 페이스트로서, 상기 첨가제로서 비표면적 60㎡/g 이상 125㎡/g 이하의 비정질 실리카가 저항 페이스트에 대하여 5질량% 이상 12질량% 이하 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 저항 페이스트.
2. 제1항에 기재된 저항 페이스트를 소성해서 이루어지는 납 프리의 저항체.
3. 제2항에 기재된 저항체를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 부품.
4. 제1항에 기재된 저항 페이스트를 소성함으로써 저항체를 제작하는 것을 특징으로 하는 납 프리의 저항체의 제조 방법.