TWI722603B

TWI722603B - 低溫度係數電阻膏體材料及低溫度係數電阻膜體之製備方法

Info

Publication number: TWI722603B
Application number: TW108137360A
Authority: TW
Inventors: 江傳宗; 劉賾銘
Original assignee: 道登電子材料股份有限公司
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2021-03-21
Also published as: TW202117756A

Abstract

本發明提供一種低溫度係數電阻膏體材料及包含其之膜體之製備方法。以總重量為基準，該低溫度係數電阻膏體材料包括：70~90wt%的金屬粉末；1~20wt%的玻璃組成物；以及1~20wt%的有機載體，且製得的該低溫度係數電阻膜體的體電阻率介於1mΩ．cm至15mΩ．cm之間，電阻溫度係數(Temperature Coefficient of Resistance，TCR)不大於100ppm/℃。

Description

低溫度係數電阻膏體材料及低溫度係數電阻膜體之製備方法

本發明關於一種電子材料，特別是一種具有低溫度係數的電阻膏體材料，以及包含其之膜體之製備方法。

電阻膏可用於形成厚膜電阻，這類電阻可形成為長方形、曲線形或其他的形狀，在精密電阻及功率電阻的製造中常被使用。應用方法是將電阻膏印刷到基板表面後，燒結形成微米厚膜的電阻。

當電阻膏含有玻璃材料時，不僅具有電阻值調節功能，還可強化與基板的附著性。然而在習知技術中，此類含有玻璃材料的電阻膏主要是以含鉛玻璃組成物結合銀或氧化銅等金屬粉末及高分子有機載體組成，具有低電阻溫度係數(Temperature Coefficient of Resistance，TCR)的效果。

但含鉛玻璃組成物在歐盟RoHS規範中被視為電子電器設備中的有害成分物質。因此，在保有低電阻溫度係數及優異電性的前提下，提供一種既能與金屬粉末有優異燒結匹配性，又可以滿足環保法規要求的電阻膏材料，為目前本領域人士持續努力研發的目標。

為達上述目的，本發明提供一種低溫度係數電阻膏體材料。具體而言，該膏體材料包括：70~90wt%的金屬粉末；1~20wt%的玻璃組成物；以及1~20wt%的有機載體；其中，該玻璃組成物包括0.5~5wt%的Li₂O、20~50wt%的ZnO、1~5wt%的Al₂O₃、1~10wt%的Na₂O、0.3~5wt%的SrO、1~15wt%的V₂O₅、20~50wt%的B₂O₃、以及1~10wt%的SiO₂。

於本發明一實施例中，該金屬粉末包括至少一選自由Cu金屬粉末、Cu₂O金屬粉末、NiO金屬粉末、Ni金屬粉末及其組合所組成之群組。

於本發明一實施例中，該Cu金屬粉末的平均粒徑為0.3~10μm、該Cu₂O金屬粉末的平均粒徑為0.5~5μm、該BaTiO₃金屬粉末的平均粒徑為0.05~3μm、該NiO金屬粉末的平均粒徑為0.5~3μm、且該Ni金屬粉末的平均粒徑為0.2~3μm。

於本發明一實施例中，該金屬粉末更包括一BaTiO₃金屬粉末，該BaTiO₃金屬粉末的平均粒徑為0.05~3μm。

於本發明一實施例中，經該低溫度係數電阻膏體材料所製得之一膜體的體電阻率介於1mΩ．cm至15mΩ．cm之間。

本發明更提供一種低溫度係數電阻膜體之製備方法，該方法包括：(A)將Li₂O、ZnO、Al₂O₃、Na₂O、SrO、V₂O₅、B₂O₃、以及SiO₂粉末混合為一玻璃組成物，並將該玻璃組成物進行一熔融步驟及一水淬步驟以獲得一非晶質玻璃相材料，其中以該玻璃組成物之總重量為基準，該玻璃組成物包括0.5~5wt%的Li₂O、20~50wt%的ZnO、1~5wt%的Al₂O₃、1~10wt%的Na₂O、0.3~5wt%的SrO、1~15wt%的V₂O₅、20~50wt%的B₂O₃、以及1~10wt%的SiO₂；(B)將該非晶質玻璃相材料與一金屬粉末及一有機載體混合以獲得一低溫度係數電阻膏體材料；以及(C)在還原氣氛下燒結該低溫度係數電阻膏體材料以獲得該低溫度係數電阻膜體。

於本發明一實施例中，於步驟(A)中，該熔融步驟係於1000至1500℃之溫度範圍內進行。

於本發明一實施例中，於步驟(A)中，在經該水淬步驟以獲得該非晶質玻璃相材料後，更包括一研磨步驟，使該非晶質玻璃相材料形成平均粒徑為1~5μm的粉末態。

於本發明一實施例中，於步驟(C)中，燒結之溫度係介於800℃至1000℃之間。

於本發明一實施例中，於步驟(C)中，該低溫度係數電阻膜體的體電阻率介於1mΩ．cm至15mΩ．cm之間。

於本發明一實施例中，於步驟(C)中，該低溫度係數電阻膜體的電阻溫度係數(Temperature Coefficient of Resistance，TCR)不大於100ppm/℃。

本發明中，該低溫度係數電阻膏體材料的組成包括非鉛的玻璃組成物，且當針對該玻璃組成物中的成分配比進行調整時，軟化點溫度範圍可在400~700℃之間，故在燒結時能與其中的金屬粉末產生最佳的燒結匹配性。又，經測試，以此膏體製得的膜體具有介於1mΩ．cm至15mΩ．cm之間的低體電阻率及不大於100ppm/℃的電阻溫度係數(Temperature Coefficient of Resistance，TCR)的優異電性。

以下將透過具體實施例說明本發明的低溫度係數電阻膏體材料及包含其之膜體之製備方法。

低溫度係數電阻膏體材料之製備

首先，取Li₂O、ZnO、Al₂O₃、Na₂O、SrO、V₂O₅、B₂O₃、及SiO₂粉末，以總重量為基準，依據以下比例攪拌混合：0.5~5wt%的Li₂O、20~50wt%的ZnO、1~5wt%的Al₂O₃、1~10wt%的Na₂O、0.3~5wt%的SrO、1~15wt%的V₂O₅、20~50wt%的B₂O₃、及1~10wt%的SiO₂。

上述粉末混合後放入坩鍋載具中，將粉末連同坩鍋載具一起以電阻爐升溫到1000至1500℃之溫度進行熔融步驟2至4小時後，快速倒入去離子水中水萃獲得塊狀之非晶質玻璃相材料。

接下來，將塊狀之非晶質玻璃相材料利用粗磨機、細磨機及珠磨機等進行研磨約24小時後，形成平均粒徑為1~5μm的粉末態。

秤取金屬粉末與上述粉末態的非晶質玻璃相材料混合，並加入有機載體，比例為：金屬粉末佔全體總重量的70~90wt%、粉末態的非晶質玻璃相材料(即，玻璃組成物)佔全體總重量的1~20wt%、有機載體佔全體總重量的1~20wt%。經充分混合並以三輥軋機(three roll mills)分散研磨機分散後，再經過過濾及脫泡作業，即獲得本發明之低溫度係數電阻膏體材料。

補充說明的是，上述低溫度係數電阻膏體材料製備過程中所使用的金屬粉末可為平均粒徑為0.3~10μm的Cu金屬粉末、平均粒徑為0.5~5μm的Cu₂O金屬粉末、平均粒徑為0.05~3μm的BaTiO₃金屬粉末、平均粒徑為0.5~3μm的NiO金屬粉末、平均粒徑為0.2~3μm的Ni金屬粉末或上述兩種以上金屬粉末的任意組合。關於有機載體，本實施例中，係將松油醇、乙基纖維素、分散劑、密著劑、流平劑、觸變劑充分地混合並攪拌約五小時後製得，惟，適用本發明的有機載體的組成成分並不僅限於此，本領域人士可依據實際需求增減有機載體中的組成成分，此屬於本領域習知範疇，在此不進一步討論。

低溫度係數電阻膜體之製備

將上述的低溫度係數電阻膏體材料網印在適當的基板上，譬如陶瓷基板，在約200℃環境下20分鐘烘乾，最後在還原氣氛下燒結後即可獲得本發明的具有低溫度係數電阻膜體。上述燒結，可在氣氛爐中以約介於800℃至1000℃之間、較佳約介於850℃至900℃之間的溫度約10分鐘進行。

經上述方法所獲得的膜體具有低溫度係數，體電阻率介於1mΩ．cm至15mΩ．cm之間，且電阻溫度係數(Temperature Coefficient of Resistance，TCR)不大於100ppm/℃(即≦100ppm/℃)。

為了更清楚展示本發明使用的特定組成的玻璃組成物及「金屬粉末：玻璃組成物：有機載體」的比例關係，對於膏體及膜體的低電阻率及優異電性確實有其貢獻，下文將針對不含有本發明之玻璃組成物的膜體的比較例，以及多組不同比例的「金屬粉末：玻璃組成物：有機載體」的實施例進行比較，紀錄比較例和實施例的低溫度係數電阻膏體材料同樣經過850℃~900℃的燒結形成膜體後，體電阻及電阻溫度係數(TCR)數值。結果如下表1。

由表1內容可清楚看到，比較例1不含有本發明的玻璃組成物的膜體，其體電阻值為35mΩ．cm、電阻溫度係數(Temperature Coefficient of Resistance，TCR)不大於1000ppm/℃。但隨著玻璃組成物的含量增加，如比較例1-0至1-2及實施例1-3至1-4所示，體電阻值及電阻溫度係數都隨之下降，當膏體中的玻璃組成物比例為8.5wt%或10wt%時，體電阻會大幅降至1.6mΩ．cm或1mΩ．cm，且電阻溫度係數也會下降至小於等於100ppm/℃的程度。相似的趨勢也可以從比較例2-0至2-2及實施例2-3至2-4、比較例3-0至3-2及實施例3-3至3-4、及比較例4-0至4-2及實施例4-3至實施例4-4觀察得到，上述實施例的差異僅在於Cu/Ni含量比例不同。

Claims

一種低溫度係數電阻膏體材料，包括：70~90wt%的金屬粉末；8.5~10wt%的玻璃組成物；以及1~20wt%的有機載體；其中，該玻璃組成物包括0.5~5wt%的Li₂O、20~50wt%的ZnO、1~5wt%的Al₂O₃、1~10wt%的Na₂O、0.3~5wt%的SrO、1~15wt%的V₂O₅、20~50wt%的B₂O₃、以及1~10wt%的SiO₂。
如申請專利範圍第1項所述的低溫度係數電阻膏體材料，其中，該金屬粉末包括至少一選自由Cu金屬粉末、Cu₂O金屬粉末、NiO金屬粉末、Ni金屬粉末及其組合所組成之群組。
如申請專利範圍第2項所述的低溫度係數電阻膏體材料，其中，該Cu金屬粉末的平均粒徑為0.3~10μm、該Cu₂O金屬粉末的平均粒徑為0.5~5μm、該NiO金屬粉末的平均粒徑為0.5~3μm、且該Ni金屬粉末的平均粒徑為0.2~3μm。
如申請專利範圍第2項所述的低溫度係數電阻膏體材料，其中，該金屬粉末更包括一BaTiO₃金屬粉末，該BaTiO₃金屬粉末的平均粒徑為0.05~3μm。
如申請專利範圍第1項所述的低溫度係數電阻膏體材料，其中，經該低溫度係數電阻膏體材料所製得之一膜體的體電阻率介於1mΩ．cm至15mΩ．cm之間。
一種低溫度係數電阻膜體之製備方法，包括： (A)將Li₂O、ZnO、Al₂O₃、Na₂O、SrO、V₂O₅、B₂O₃、以及SiO₂粉末混合為一玻璃組成物，並將該玻璃組成物進行一熔融步驟及一水淬步驟以獲得一非晶質玻璃相材料，該玻璃組成物包括0.5~5wt%的Li₂O、20~50wt%的ZnO、1~5wt%的Al₂O₃、1~10wt%的Na₂O、0.3~5wt%的SrO、1~15wt%的V₂O₅、20~50wt%的B₂O₃、以及1~10wt%的SiO₂；(B)將該非晶質玻璃相材料與一金屬粉末及一有機載體混合以獲得一低溫度係數電阻膏體材料，其中，該低溫度係數電阻膏體材料包括70~90wt%的金屬粉末；8.5~10wt%的玻璃組成物；以及1~20wt%的有機載體；以及(C)在還原氣氛下燒結該低溫度係數電阻膏體材料以獲得該低溫度係數電阻膜體。
如申請專利範圍第6項所述的低溫度係數電阻膜體之製備方法，其中，該熔融步驟係於1000至1500℃之溫度範圍內進行。
如申請專利範圍第6項所述的低溫度係數電阻膜體之製備方法，其中，在經該水淬步驟以獲得該非晶質玻璃相材料後，更包括一研磨步驟，使該非晶質玻璃相材料形成平均粒徑為1~5μm的粉末態。
如申請專利範圍第6項所述的低溫度係數電阻膜體之製備方法，其中，燒結之溫度係介於800℃至1000℃之間。
如申請專利範圍第6項所述的低溫度係數電阻膜體之製備方法，其中，該低溫度係數電阻膜體的體電阻率介於1mΩ．cm至15mΩ．cm之間。
如申請專利範圍第6項所述的低溫度係數電阻膜體之製備方法，其中，該低溫度係數電阻膜體的電阻溫度係數(Temperature Coefficient of Resistance，TCR)不大於100ppm/℃。