JP5003250B2 - Thick film resistor paste, thick film resistor and method for forming the same - Google Patents
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Description
本発明は、厚膜抵抗体ペースト、詳しくは、絶縁基板との接着強度が高い厚膜抵抗体を形成でき、有害な鉛やカドミウムを含まない銅−ニッケル系の厚膜抵抗体ペースト、及びこれを用いた厚膜抵抗体の形成方法、並びにこの方法により得られる厚膜抵抗体に関する。 The present invention relates to a thick film resistor paste, specifically, a copper-nickel thick film resistor paste that can form a thick film resistor having high adhesive strength with an insulating substrate and does not contain harmful lead or cadmium, and the same. The present invention relates to a method for forming a thick film resistor using a thick film resistor, and a thick film resistor obtained by this method.
従来、厚膜抵抗体を備えたセラミック製の厚膜基板を得るには、有機ビヒクル中にAgやPdなどの貴金属粉末とガラスフリットを含んだペーストをセラミック基板上に印刷し、焼成して導体(電極)を形成した後、その上にRuO2又はAg−Pd等の導電性粉末と酸化鉛系ガラスを含む抵抗体ペーストを印刷し、焼成することによって形成している。 Conventionally, in order to obtain a ceramic thick film substrate having a thick film resistor, a paste containing a noble metal powder such as Ag or Pd and glass frit in an organic vehicle is printed on the ceramic substrate and fired to obtain a conductor. After the (electrode) is formed, a resistor paste containing conductive powder such as RuO 2 or Ag—Pd and lead oxide glass is printed thereon and then fired.
近年、電子部品の軽薄短小化が進むに伴って、製造コストの低減が強く求められると共に、銀を含む貴金属組成物を使用する場合には、銀のエレクトロマイグレーションによる絶縁不良の増加が懸念されている。このような観点から、AgやPdなどの高価な貴金属粉末を含むペーストに代えて、銅粉末を用いたペーストが検討され、これにより銅電極を形成した厚膜基板が実用化されている。 In recent years, as electronic components have become lighter, thinner and shorter, reduction in manufacturing cost is strongly demanded, and when using a noble metal composition containing silver, there is a concern about an increase in insulation failure due to silver electromigration. Yes. From such a viewpoint, instead of a paste containing an expensive noble metal powder such as Ag or Pd, a paste using a copper powder has been studied, and a thick film substrate on which a copper electrode is formed has been put to practical use.
このように銅を電極として用いる場合には、焼成時に銅が酸化されることを防止するため、ペーストの焼成を窒素雰囲気下で行う必要がある。しかし、窒素雰囲気下での焼成では、抵抗体形成のために従来のRuO2又はAg−Pd等の導電性粉末と酸化鉛系ガラスを含む抵抗体ペーストを使用すると、抵抗体ペースト中の酸化物が還元を受けるため、所望の抵抗値を得ることが難しくなるという問題があった。 Thus, when using copper as an electrode, in order to prevent copper being oxidized at the time of baking, it is necessary to perform baking of a paste in nitrogen atmosphere. However, in the firing in a nitrogen atmosphere, when a resistor paste containing a conductive powder such as RuO 2 or Ag—Pd and lead oxide glass is used for resistor formation, the oxide in the resistor paste is used. Has undergone a reduction, which makes it difficult to obtain a desired resistance value.
加えて、窒素雰囲気下での焼成においては、ペースト中の有機成分が酸素と反応して揮発する、いわゆるバーンアウトが不十分になりやすいという問題があった。特に、ペーストでパターン形成した大量の基板を一度に焼成する場合や、基板上にペーストで形成した抵抗体のパターン面積が大きい場合には、そのペースト中の有機成分の燃え残りが多くなるため、得られる抵抗体の焼結緻密性が悪化し、セラミック基板との接着強度が低下しやすかった。 In addition, firing in a nitrogen atmosphere has a problem that organic components in the paste react with oxygen and volatilize, so-called burnout tends to be insufficient. In particular, when baking a large number of substrates patterned with paste at once, or when the pattern area of a resistor formed with paste on the substrate is large, the unburned residue of organic components in the paste increases, The sintered compactness of the resulting resistor was deteriorated, and the adhesive strength with the ceramic substrate was likely to be lowered.
また、鉛やカドミウムなどは環境に対して悪影響を与えることから、近年では脱鉛や脱カドミウムなどの対策を施した有害物質フリーの材料が求められている。厚膜基板においても同様であり、有害物質フリーの材料、特に鉛やカドミウムを含まないガラス粉末を用いた厚膜抵抗体ペーストが強く要望されている。 In addition, since lead, cadmium, and the like have an adverse effect on the environment, in recent years, there has been a demand for a hazardous substance-free material with measures such as deleading and cadmium removal. The same applies to thick film substrates, and there is a strong demand for thick film resistor pastes that use toxic substance-free materials, particularly glass powder that does not contain lead or cadmium.
この要望に対し、特開平11−233302号公報には、銅とニッケルからなる導電性粉末と、400〜500℃の範囲の軟化点を有するカドミウムを含まないガラス粉末と、酸化バナジウム、又は酸化バナジウムと酸化ビスマス、酸化マンガン、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化錫及び酸化コバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属酸化物と、有機ビヒクルとを含む厚膜抵抗体ペースト(組成物)が提案されている。 In response to this demand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-233302 discloses a conductive powder made of copper and nickel, a glass powder not containing cadmium having a softening point in the range of 400 to 500 ° C., vanadium oxide, or vanadium oxide. Film resistor paste (composition), and at least one metal oxide selected from the group consisting of bismuth oxide, manganese oxide, silicon oxide, titanium oxide, antimony oxide, tin oxide and cobalt oxide, and an organic vehicle Has been proposed.
この厚膜抵抗体ペーストは、導電性粉末が銅−ニッケル系であると共に、環境に有害なカドミウムを含まないガラス粉末を用い、窒素雰囲気中で焼成してセラミック基板との接着強度に優れた厚膜抵抗体を形成することができる。しかしながら、この厚膜抵抗体ペーストは、所望の軟化点を得るために酸化鉛系ガラスを用いる必要があることから、有害物質フリーの要望を十分に満たすものではなかった。 In this thick film resistor paste, the conductive powder is copper-nickel based and glass powder that does not contain cadmium harmful to the environment is used. The thick film resistor paste is fired in a nitrogen atmosphere and has excellent adhesion strength to the ceramic substrate. A film resistor can be formed. However, since this thick film resistor paste needs to use lead oxide glass in order to obtain a desired softening point, it does not sufficiently satisfy the demand for harmful substances.
また、特開2006−066475号公報には、銅及びニッケルからなる導電性粉末と、NiO粉末と、鉛及びカドミウムを含まないガラス粉末と、有機ビヒクルとを含有する厚膜抵抗体ペースト(組成物)が提案されている。この厚膜抵抗体ペーストは有害物フリーの要望を満たすものである。しかし、酸素濃度など雰囲気に影響されやすく、焼成雰囲気を厳密に管理しないと基板に密着せず、基板サイズが大きくなると剥がれてしまうという問題があった。 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-066475 discloses a thick film resistor paste (composition) containing conductive powder made of copper and nickel, NiO powder, glass powder not containing lead and cadmium, and an organic vehicle. ) Has been proposed. This thick film resistor paste satisfies the requirement of no harmful substances. However, there is a problem that it is easily influenced by the atmosphere such as oxygen concentration, and does not adhere to the substrate unless the firing atmosphere is strictly controlled, and peels off when the substrate size increases.
具体的には、上記特開2006−066475号公報記載の厚膜抵抗体ペーストは、基板のサイズが1インチ四方程度のものでは問題が生じないが、現在チップ抵抗器の製造で多用されている5cm×6cm及びそれ以上のセラミック基板になると、基板サイズが大きいために炉内雰囲気のバラツキの影響を受け、セラミック基板上に形成された厚膜抵抗体に部分的な剥がれが生じてしまう。このため、サイズの大きな基板に適用する厚膜抵抗体ペーストとしては、実用に耐えることができなかった。 Specifically, the thick film resistor paste described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-066475 has no problem when the substrate size is about 1 inch square, but is currently widely used in the manufacture of chip resistors. When the ceramic substrate has a size of 5 cm × 6 cm or more, the substrate size is large, and therefore, the thick film resistor formed on the ceramic substrate is partially peeled off due to the influence of variations in the furnace atmosphere. For this reason, as a thick film resistor paste applied to a large substrate, it could not withstand practical use.
本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、銅−ニッケル系の導電性粉末を使用し、有害な鉛やカドミウムを含まない有害物質フリーであって、窒素雰囲気中での焼成により、セラミック基板の大きさにかかわらず接着強度が高く、抵抗値のバラツキが少なく、優れた抵抗温度係数(TCR)を有する抵抗体を得ることができる厚膜抵抗体ペースト、及びこれを用いた厚膜抵抗体、並びにその形成方法を提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional problems, the present invention uses a copper-nickel-based conductive powder, is free of harmful substances containing no harmful lead or cadmium, and is fired in a nitrogen atmosphere. Film resistor paste having a high adhesive strength, little variation in resistance value, and having an excellent resistance temperature coefficient (TCR) regardless of the size of the film, and a thick film resistor using the same And a method of forming the same.
本発明者らは、従来の銅−ニッケル系の導電性粉末を使用し、有害な鉛やカドミウムを含まない厚膜抵抗体ペーストの問題点、即ち、基板サイズが大きくなるとセラミック基板上に形成された厚膜抵抗体に部分的な剥がれが生じる原因について鋭意研究を行った結果、従来から一般的に行われている鉄製の3本ロールミルによる混練の際などに混入する鉄の含有量が影響していることを見出した。この知見に基づいて、ペーストの鉄含有率を抑制することにより、窒素などの非酸化性雰囲気下で焼成したとき、サイズの大きなセラミック基板であっても接着強度の高い厚膜抵抗体が得られることを実証し、本発明を完成するに至ったものである。 The inventors of the present invention use conventional copper-nickel-based conductive powder and have a problem with thick film resistor paste that does not contain harmful lead and cadmium, that is, when the substrate size is increased, it is formed on the ceramic substrate. As a result of intensive research on the cause of partial peeling of thick film resistors, the content of iron mixed during kneading with a conventional three-roll mill made of iron has been affected. I found out. Based on this finding, by suppressing the iron content of the paste, a thick film resistor with high adhesive strength can be obtained even when fired in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen, even with a large ceramic substrate. This has been proved and the present invention has been completed.
即ち、本発明が提供する厚膜抵抗体ペーストは、銅及びニッケルからなる導電性粉末と、鉛及びカドミウムを含まないガラス粉末と、NiO粉末と、有機ビヒクルとを含有し、鉄含有率が50質量ppm以下であることを特徴とする。
That is, the thick film resistor paste provided by the present invention includes a conductive powder composed of copper and nickel, a glass powder not containing lead and cadmium, a NiO powder, and an organic vehicle, and has an iron content of 50. It is the mass ppm or less.
上記本発明の厚膜抵抗体ペーストにおいては、前記ガラス粉末が、SiO2:5〜20質量%、B2O3:30〜50質量%、Al2O3:1〜5質量%、ZnO:30〜40質量%、Na2O:5〜10質量%からなることが好ましい。 In thick-film resistor paste of the present invention, the glass powder, SiO 2: 5 to 20 wt%, B 2 O 3: 30~50 wt%, Al 2 O 3: 1~5 wt%, ZnO: 30-40 wt%, Na 2 O: preferably consists of 5 to 10 wt%.
上記本発明の厚膜抵抗体ペーストにおいては、前記導電性粉末における銅とニッケルの質量比が、Cu:Ni=40:60〜80:20であることが好ましい。また、前記導電性粉末の含有量は、ペースト全体に対して50〜90質量%であることが好ましい。 In the above thick film resistor paste of the present invention, the mass ratio of copper and nickel in the conductive powder is preferably Cu: Ni = 40: 60 to 80:20. Moreover, it is preferable that content of the said electroconductive powder is 50-90 mass% with respect to the whole paste.
また、上記本発明の厚膜抵抗体ペーストにおいて、前記ガラス粉末の含有量は導電性粉末100質量部に対して3〜40質量部であることが好ましい。更に、前記NiO粉末の含有量は、導電性粉末100重量部に対して1〜40質量部であることが好ましい。 In the thick film resistor paste of the present invention, the content of the glass powder is preferably 3 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive powder. Furthermore, it is preferable that content of the said NiO powder is 1-40 mass parts with respect to 100 weight part of electroconductive powder.
上記本発明の厚膜抵抗体ペーストにおいては、前記有機ビヒクルが、メタクリル酸エステル樹脂又はポリ−α−メチルスチレン樹脂と、溶剤のターピネオール又はジヒドロターピネオールとからなることが好ましい。 In the thick film resistor paste of the present invention, the organic vehicle is preferably composed of a methacrylic ester resin or a poly-α-methylstyrene resin and a solvent terpineol or dihydroterpineol.
また、本発明は、上記した厚膜抵抗体ペーストをセラミック基板に塗付した後、非酸化性雰囲気中において1000℃以下の温度で焼成することを特徴とする厚膜抵抗体の形成方法を提供する。更に、本発明は、この厚膜抵抗体の形成方法により形成され、鉛及びカドミウムを含まないことを特徴とする厚膜抵抗体を提供するものである。 The present invention also provides a method for forming a thick film resistor, characterized in that the thick film resistor paste described above is applied to a ceramic substrate and then fired at a temperature of 1000 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere. To do. Furthermore, the present invention provides a thick film resistor which is formed by this method of forming a thick film resistor and does not contain lead and cadmium.
本発明によれば、有害な鉛とカドミウムを含まない有害物質フリーであって、非酸化性雰囲気中での焼成によって、高い接着強度の厚膜抵抗体が得られる厚膜抵抗体ペーストを提供することができる。また、この厚膜抵抗体ペーストを用いることによって、抵抗値のバラツキ及び抵抗温度係数(TCR)に優れ、セラミック基板との接着強度が高く、有害物質フリーの厚膜抵抗体、並びにその簡単な形成方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a thick film resistor paste which is free of harmful substances containing no harmful lead and cadmium and can be obtained by firing in a non-oxidizing atmosphere to obtain a thick film resistor having high adhesive strength. be able to. Also, by using this thick film resistor paste, the resistance value variation and the resistance temperature coefficient (TCR) are excellent, the adhesive strength with the ceramic substrate is high, and the harmful substance-free thick film resistor and its simple formation A method can be provided.
特に、従来の銅−ニッケル系の導電性粉末で且つ有害物質フリーの厚膜抵抗体ペーストでは、基板サイズが現在チップ抵抗器の製造で多用されている5cm×6cm程度になると、その上に形成した厚膜抵抗体に部分的な剥がれが発生していたのに対し、本発明の厚膜抵抗体ペーストでは、基板サイズが5cm×6cm程度以上になっても部分的な剥がれが発生することなく、信頼性の高い厚膜抵抗体を安定して形成することができる。 In particular, the conventional copper-nickel-based conductive powder and harmful substance-free thick film resistor paste is formed on the substrate when the substrate size is about 5 cm × 6 cm, which is currently widely used in the manufacture of chip resistors. The thick film resistor was partially peeled, whereas the thick film resistor paste of the present invention did not cause partial peeling even when the substrate size was about 5 cm × 6 cm or more. A highly reliable thick film resistor can be formed stably.
本発明の厚膜抵抗体ペーストは、銅とニッケルからなる導電性粉末(A)と、鉛及びカドミウムを含まないガラス粉末(B)と、NiO粉末(C)と、有機ビヒクル(D)とを含有している。特に基板サイズの大きいセラミック基板上に厚膜抵抗体を形成する場合、焼成時における厚膜抵抗体の剥がれを防止するためには、厚膜抵抗体ペースト中の鉄含有率を100質量ppm以下とすることが重要である。 The thick film resistor paste of the present invention comprises conductive powder (A) made of copper and nickel, glass powder (B) containing no lead or cadmium, NiO powder (C), and organic vehicle (D). Contains. Particularly when a thick film resistor is formed on a ceramic substrate having a large substrate size, the iron content in the thick film resistor paste is 100 mass ppm or less in order to prevent peeling of the thick film resistor during firing. It is important to.
例えば、鉄含有率が120質量ppmの厚膜抵抗体ペーストでは、5cm×6cmのアルミナ基板に印刷して乾燥し、非酸化性雰囲気下にピーク温度900℃で保持時間10分のベルト式焼成炉で焼成すると、得られる厚膜抵抗体の一部に部分的な剥がれが生じる。一方、鉄含有率が40質量ppmの厚膜抵抗ペーストでは、上記と同じ基板を用いて同様に焼成しても、得られる厚膜抵抗体には部分的にも全体的にも剥がれが生じることはない。 For example, for a thick film resistor paste having an iron content of 120 mass ppm, a belt-type firing furnace is printed on an alumina substrate of 5 cm × 6 cm and dried, and has a peak temperature of 900 ° C. and a holding time of 10 minutes in a non-oxidizing atmosphere. When fired, partial peeling occurs in a portion of the thick film resistor obtained. On the other hand, in the thick film resistor paste having an iron content of 40 mass ppm, the resulting thick film resistor may be partially or wholly peeled even when fired in the same manner using the same substrate as above. There is no.
この厚膜抵抗体の一部に剥がれが生じる原因は、既に述べたように、ペースト中の鉄の影響と考えられる。即ち、ペースト中の鉄が焼成時にガラス粉末の溶融を阻害し、更に非酸化性雰囲気のバラツキによって局所的にガラス粉末の溶融が阻害されるため、基板に密着し難くなる個所が生じる。ところが、鉄の含有率が100質量ppm以下にまで低くなると、非酸化性雰囲気のバラツキが生じていたとしても、鉄による障害がないために、ガラス粉末の溶融が確保され、厚膜抵抗体の剥がれが生じない。 The cause of the peeling of a part of the thick film resistor is considered to be the influence of iron in the paste as described above. That is, the iron in the paste inhibits the melting of the glass powder during firing, and further, the melting of the glass powder is locally inhibited by the variation in the non-oxidizing atmosphere. However, when the iron content is reduced to 100 ppm by mass or less, even if there is a variation in the non-oxidizing atmosphere, since there is no obstacle due to iron, melting of the glass powder is ensured, and the thick film resistor No peeling occurs.
一般に、上記したペーストの各原料は、これらの製造するための素原料の純度を向上させるために精製などを行っても、また各原料を製造する際に不純物を除去するために洗浄などを行っても、結果的に不純物として鉄を数十質量ppm含有することがある。そのため、これらの原料を用いた厚膜抵抗体ペーストは、不純物として鉄を含むことになる。更には、従来からペーストを製造する際に使用されている鉄製の製造装置、ヘラ、薬さじ等から、特にペースト練肉工程での鉄製の3本ロールミルから多くの鉄がペースト中に混入する。 In general, each raw material of the paste described above is purified in order to improve the purity of the raw material for manufacturing these materials, or is washed in order to remove impurities when manufacturing each raw material. However, as a result, it may contain several tens of mass ppm of iron as an impurity. Therefore, the thick film resistor paste using these raw materials contains iron as an impurity. Furthermore, a large amount of iron is mixed in the paste from an iron manufacturing apparatus, a spatula, a medicine spoon, and the like that are conventionally used when manufacturing a paste, particularly from an iron three-roll mill in the paste kneading process.
そこで、本発明においては、原料の精製や洗浄を行うことはもとより、3本ロールミルをはじめ製造装置などは鉄を含まないセラミック製のものを使用するなど、鉄の混入を防ぐことによって、厚膜抵抗体ペースト中に含まれる鉄を100質量ppm以下に制御する。ペースト中の鉄含有率は少ないほど望ましく、好ましくは80質量ppm以下、更に好ましくは50質量ppm以下である。 Therefore, in the present invention, in addition to refining and washing the raw materials, the production apparatus such as a three-roll mill uses a ceramic product that does not contain iron. The iron contained in the resistor paste is controlled to 100 mass ppm or less. The lower the iron content in the paste, the more desirable, preferably 80 ppm by mass or less, and more preferably 50 ppm by mass or less.
尚、ペースト中の鉄含有率は、化学分析により求めることができる。例えば、ペーストを王水、硫酸、硝酸、などの酸に溶解し、ICP(誘導結合プラズマ)発光分析装置により測定することができる。 The iron content in the paste can be obtained by chemical analysis. For example, the paste can be dissolved in an acid such as aqua regia, sulfuric acid, nitric acid, etc. and measured by an ICP (inductively coupled plasma) emission spectrometer.
本発明の厚膜抵抗体ペーストを構成する主成分において、導電性粉末(A)は銅(Cu)とニッケル(Ni)からなるものであればよく、具体的には、銅粉末とニッケル粉末の混合粉末、銅とニッケルの合金粉末、あるいは銅粉末及び/又はニッケル粉末を銅−ニッケル合金粉末に混合した混合物粉末を用いることができる。 In the main component constituting the thick film resistor paste of the present invention, the conductive powder (A) may be made of copper (Cu) and nickel (Ni), specifically, copper powder and nickel powder. A mixed powder, an alloy powder of copper and nickel, or a mixture powder obtained by mixing copper powder and / or nickel powder with copper-nickel alloy powder can be used.
上記導電性粉末(A)において、銅粉末及びニッケル粉末は、それぞれの硫酸塩水溶液をヒドラジンで還元することによって得られ、また金属の融液をアトマイズすることによって得ることができる。また、銅とニッケルの硫酸塩水溶液の混合液にヒドラジンを添加すれば、銅とニッケルの共沈混合物が生成し、これを乾燥することで銅粉末とニッケル粉末の混合粉末が得られる。一方、銅−ニッケル合金粉末は、銅とニッケルの混合融液をアトマイズすることによって製造することができる。 In the conductive powder (A), the copper powder and the nickel powder can be obtained by reducing each sulfate aqueous solution with hydrazine, and can be obtained by atomizing a metal melt. Moreover, if hydrazine is added to the mixed solution of the copper and nickel sulfate aqueous solution, a coprecipitation mixture of copper and nickel is generated, and dried to obtain a mixed powder of copper powder and nickel powder. On the other hand, the copper-nickel alloy powder can be manufactured by atomizing a mixed melt of copper and nickel.
また、銅とニッケルからなる導電性粉末(A)の粒度は、D50で10μm以下であることが望ましく、D50で7μm以下であることが更に望ましい。粒度D50が10μmを超えるものは、NiO粉末やガラス粉末との混合性、有機ビヒクルへの分散性の点で好ましくない。尚、粒度の確認は公知の粒度解析計(例えば「マイクロトラック」登録商標)を用いることができる。D50は、累積粒度分布と粒径のメジアン値である。 The particle size of the conductive powder (A) made of copper and nickel is preferably 10 μm or less at D 50 and more preferably 7 μm or less at D 50 . A particle size D 50 exceeding 10 μm is not preferable from the viewpoint of mixing with NiO powder or glass powder and dispersibility in an organic vehicle. For confirmation of the particle size, a known particle size analyzer (for example, “Microtrack” registered trademark) can be used. D 50 is the cumulative particle size distribution and the median value of the particle size.
導電性粉末(A)における銅(Cu)とニッケル(Ni)の重量比、即ちCu:Ni質量比は、40:60〜80:20の範囲であることが望ましい。Cu:Ni質量比が上記範囲以外では、抵抗温度係数(TCR)が200ppm/℃を超えてしまい、厚膜抵抗体として使用できないからである。良好な抵抗値及び抵抗温度係数特性の厚膜抵抗体を得るには、特に50:50〜70:30のCu:Ni質量比が好ましい。 The weight ratio of copper (Cu) and nickel (Ni) in the conductive powder (A), that is, the Cu: Ni mass ratio is preferably in the range of 40:60 to 80:20. This is because when the Cu: Ni mass ratio is outside the above range, the temperature coefficient of resistance (TCR) exceeds 200 ppm / ° C. and cannot be used as a thick film resistor. In order to obtain a thick film resistor having a good resistance value and resistance temperature coefficient characteristics, a Cu: Ni mass ratio of 50:50 to 70:30 is particularly preferable.
また、厚膜抵抗体ペースト中における導電性粉末(A)の含有量は、ペースト全体に対し50〜90質量%であることが望ましい。導電性粉末(A)の含有量が50質量%未満では導電性が不足し、90重量%を超えるとスクリーン印刷性が悪化するからである。 The content of the conductive powder (A) in the thick film resistor paste is desirably 50 to 90% by mass with respect to the entire paste. This is because if the content of the conductive powder (A) is less than 50% by mass, the conductivity is insufficient, and if it exceeds 90% by weight, the screen printability deteriorates.
ガラス粉末(B)は、厚膜抵抗体をアルミナなどのセラミック基板に接着するための必須成分であり、導電性粉末の結合剤としても機能する。ガラス粉末(B)の粒度は、D50で10μm以下であることが望ましく、D50で7μm以下が更に望ましい。粒度D50が10μmを超えるものは、銅粉末、ニッケル粉末及びNiO粉末との混合性、有機ビヒクルへの分散性の点で好ましくない。 The glass powder (B) is an essential component for bonding the thick film resistor to a ceramic substrate such as alumina, and also functions as a binder for the conductive powder. The particle size of the glass powder (B) is desirably 10μm or less at D 50, 7 [mu] m or less is more preferable in D 50. A particle size D 50 exceeding 10 μm is not preferable from the viewpoints of mixing with copper powder, nickel powder and NiO powder, and dispersibility in an organic vehicle.
鉛(Pb)及びカドミウム(Cd)を含まないガラス粉末(B)としては、SiO2:5〜20質量%、B2O3:30〜50質量%、Al2O3:1〜5質量%、ZnO:30〜40質量%、Na2O:5〜10質量%の組成が好ましい。ZnOは脱バインダーを促進させる作用があり、またB2O3及びNa2Oがガラス軟化点を400〜500℃程度に低下させることにより、後述するNiO粉末(C)の使用と相まって、カドミウムと鉛を共に含まない厚膜抵抗体ペーストが可能になったものである。 The lead (Pb) and glass powder that does not contain cadmium (Cd) (B), SiO 2: 5~20 wt%, B 2 O 3: 30~50 wt%, Al 2 O 3: 1~5 wt% , ZnO: 30 to 40% by mass, Na 2 O: 5 to 10% by mass are preferable. ZnO has an action of promoting debinding, and B 2 O 3 and Na 2 O reduce the glass softening point to about 400 to 500 ° C. A thick film resistor paste that does not contain lead is now possible.
また、厚膜抵抗体ペースト中のガラス粉末(B)の含有量は、導電性粉末(A)100質量部に対して3〜40質量部の範囲が好ましく、4〜20質量部の範囲が更に好ましい。ガラス粉末(B)の含有量が3質量部未満では基板との接着性が不十分となり、逆に40質量部を越えるとガラスの滲み出しが起こり易くなったり、ヒートサイクルによる抵抗値変化率が大きくなったりするため好ましくない。 Further, the content of the glass powder (B) in the thick film resistor paste is preferably in the range of 3 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive powder (A), and further in the range of 4 to 20 parts by mass. preferable. If the content of the glass powder (B) is less than 3 parts by mass, the adhesion to the substrate becomes insufficient. Conversely, if it exceeds 40 parts by mass, the glass tends to exude or the rate of change in resistance value due to heat cycle is high. It is not preferable because it becomes large.
酸化第二ニッケル(NiO)粉末(C)は、ペーストの焼成過程において、金属の低温での焼結を防止し、バインダー成分の揮散(バーンアウト)を良好にすると共に、ガラスに溶解してガラスの結晶化、高軟化点化、高粘性化をもたらし、溶融したガラスが焼結粒界を通って抵抗体表面へ移行するのを防止することで、抵抗体と基板との界面での強固なガラス接着層の形成を促進する作用がある。このような特有な作用効果を有するNiO粉末の使用により、上記した鉄含有率の抑制と相まって、鉛やカドミウムを含まないガラス粉末(B)を用いても、セラミック基板との接着強度に優れた銅−ニッケル系の厚膜抵抗体を形成することが可能になるものである。 The nickel oxide (NiO) powder (C) prevents sintering of the metal at a low temperature during the baking process of the paste, improves the volatilization (burnout) of the binder component, and dissolves in the glass. Crystallization, high softening point, and high viscosity, and prevents the molten glass from passing through the sintered grain boundary to the resistor surface, thereby strengthening the interface between the resistor and the substrate. There exists an effect | action which accelerates | stimulates formation of a glass contact bonding layer. By using the NiO powder having such a specific action and effect, combined with the suppression of the iron content described above, the glass substrate (B) containing no lead or cadmium is used, and the adhesive strength to the ceramic substrate is excellent. A copper-nickel thick film resistor can be formed.
更に、NiO粉末(C)の効果を説明すると、NiO粉末(C)を添加していない厚膜抵抗体ペーストを焼成して厚膜抵抗体を形成すると、機械的な衝撃や半田付けなどの熱衝撃が加わったとき、厚膜抵抗体がアルミナなどのセラミック基板から剥がれることがある。NiO粉末(C)を加えることで、上述の作用効果により、機械的な衝撃などが加わってもセラミック基板から厚膜抵抗体が剥がれる事態を防止することができる。 Further, the effect of the NiO powder (C) will be explained. When a thick film resistor is formed by baking a thick film resistor paste to which the NiO powder (C) is not added, heat such as mechanical impact or soldering is formed. When an impact is applied, the thick film resistor may be peeled off from a ceramic substrate such as alumina. By adding the NiO powder (C), it is possible to prevent the thick film resistor from being peeled off from the ceramic substrate even when a mechanical impact or the like is applied due to the above-described effects.
NiO粉末(C)の粒度は、D50で10μm以下であることが望ましく、D50で7μm以下が更に望ましい。粒度D50が10μmを超えるものは、銅粉末、ニッケル粉末及びガラス粉末との混合性や、有機ビヒクルへの分散性の点で好ましくない。 The particle size of the NiO powder (C) is desirably 10μm or less at D 50, 7 [mu] m or less is more preferable in D 50. A particle size D 50 exceeding 10 μm is not preferable in terms of mixing with copper powder, nickel powder and glass powder, and dispersibility in an organic vehicle.
厚膜抵抗体ペースト中のNiO粉末(C)の含有量は、導電性粉末(A)100質量部に対して1〜40重量部の範囲が好ましく、1〜30質量部の範囲が更に好ましい。NiO粉末(C)の含有量が、導電性粉末(A)100質量部に対して1重量部未満では、上記した特有の作用効果が十分に発揮されない。また、40質量部を超えると、シート抵抗値のバラツキが大きくなり、ヒートサイクルの変化率も大きくなるため好ましくない。 The content of the NiO powder (C) in the thick film resistor paste is preferably in the range of 1 to 40 parts by weight, more preferably in the range of 1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive powder (A). When the content of the NiO powder (C) is less than 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive powder (A), the above-described specific effects cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, if it exceeds 40 parts by mass, the variation in sheet resistance value increases and the rate of change in heat cycle also increases, which is not preferable.
有機ビヒクル(D)は、導電性粉末(A)、ガラス粉末(B)及びNiO粉末(C)を均一に溶解して分散させる溶剤成分と、バインダーとしての樹脂成分とからなる媒体である。このような機能を有する有機ビヒクルであれば特に制限されず、厚膜抵抗体ペーストとして従来から汎用されているものを用いることができる。 The organic vehicle (D) is a medium composed of a solvent component that uniformly dissolves and disperses the conductive powder (A), the glass powder (B), and the NiO powder (C), and a resin component as a binder. Any organic vehicle having such a function is not particularly limited, and a conventionally used thick film resistor paste can be used.
有機ビヒクル(D)の溶剤成分は、樹脂成分を溶解すると共に、導電性粉末(A)、ガラス粉末(B)及びNiO粉末(C)をペースト中で安定に分散させる機能を果たすものであるが、ペーストを基板へ塗布したとき上記粉末を均一に展延させ、且つ焼成時までに気化する性質を有する必要がある。そのため、溶剤成分の沸点は200〜300℃程度が望ましく、200℃よりも低い沸点の溶剤を使用すると印刷作業中に溶剤の揮発によって粘性が変化してしまい、また300℃よりも高い沸点を有する溶剤では乾燥工程において効率的な乾燥が行われ難くなり、乾燥膜に残留する。残留した溶剤成分は、焼成時に揮発して非酸化性雰囲気を変化させるため、厚膜抵抗体が変質し、所望の特性が得られない。 The solvent component of the organic vehicle (D) functions to dissolve the resin component and to stably disperse the conductive powder (A), the glass powder (B), and the NiO powder (C) in the paste. When the paste is applied to the substrate, the powder must be spread uniformly and vaporized by firing. Therefore, the boiling point of the solvent component is desirably about 200 to 300 ° C. If a solvent having a boiling point lower than 200 ° C. is used, the viscosity changes due to the volatilization of the solvent during the printing operation, and the boiling point is higher than 300 ° C. With the solvent, efficient drying is difficult to be performed in the drying process, and the solvent remains in the dry film. The remaining solvent component volatilizes during firing and changes the non-oxidizing atmosphere, so that the thick film resistor is altered and desired characteristics cannot be obtained.
このような要求を満たす溶剤として、具体的には、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、オクタノール、フタル酸ジエチルなどが挙げられる。これらの溶剤のうち、導電性粉末(A)中の銅を酸化させる恐れがないこと、並びに入手のしやすさ、取り扱いやすさなどを考慮すると、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、オクタノールが好ましい。 Specific examples of solvents that satisfy such requirements include terpineol, dihydroterpineol, butyl carbitol, butyl carbitol acetate, octanol, and diethyl phthalate. Of these solvents, terpineol, dihydroterpineol, and octanol are preferred in view of the fact that there is no fear of oxidizing copper in the conductive powder (A), availability, and handling.
また、有機ビヒクル(D)の樹脂成分としては、メタクリル酸エステル樹脂、ポリ−α−メチルスチレン樹脂、エチルセルロース、マレイン酸樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール、ロジン、ポリエチレン、ポリエステル樹脂、塩化ビニリデン樹脂などが知られている。 Examples of the resin component of the organic vehicle (D) include methacrylic acid ester resin, poly-α-methylstyrene resin, ethyl cellulose, maleic acid resin, vinyl acetate resin, polyvinyl alcohol, rosin, polyethylene, polyester resin, and vinylidene chloride resin. It has been known.
これらの樹脂のうち、メタクリル酸エステル樹脂、ポリ−α−メチルスチレン樹脂は、窒素などの非酸化性雰囲気中での分解性が優れている。メタクリル酸エステル樹脂やポリ−α−メチルスチレンの分子量は、溶剤成分に溶解するのであれば特に制限されるものではない。また、これら樹脂を共重合させたものを用いても問題はない。一方、エチルセルロースなどは、非酸化性雰囲気中で分解し難いため、炭素として厚膜抵抗体の焼成膜に残留する。残留した炭素は、ガラス粉末(B)の溶融性を阻害し、厚膜抵抗体の剥がれなどの不具合を生じやすくなるため好ましくない。 Among these resins, methacrylic ester resins and poly-α-methylstyrene resins are excellent in decomposability in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen. The molecular weight of the methacrylic acid ester resin or poly-α-methylstyrene is not particularly limited as long as it dissolves in the solvent component. Further, there is no problem even if a copolymer obtained by copolymerizing these resins is used. On the other hand, ethyl cellulose or the like hardly decomposes in a non-oxidizing atmosphere, and therefore remains as carbon in the fired film of the thick film resistor. Residual carbon is not preferable because it impedes the meltability of the glass powder (B) and tends to cause problems such as peeling of the thick film resistor.
有機ビヒクル(D)には、従来からペーストに使用されている各種添加剤、例えば、安定剤、潤滑剤、酸化防止剤、粘度調整剤、消泡剤などを配合することができる。例えば、スクリーン印刷により塗布する場合には、塗付されたペーストにスクリーンのメッシュ痕跡による凹凸が生じやすいが、この防止のために有機ビヒクル中にグリコール類を添加することができる。エチルヘキサンジオール、メチルペンタジオール、エチルヘプタンジオールなどのグリコール類は、常温では一般に固体であるが、他の溶剤と組み合わせて用いることによって、ひび割れやピンホールの発生を抑制する効果を有するからである。 Various additives conventionally used in pastes, for example, stabilizers, lubricants, antioxidants, viscosity modifiers, antifoaming agents, and the like can be blended with the organic vehicle (D). For example, when applied by screen printing, unevenness due to screen mesh marks is likely to occur in the applied paste, but glycols can be added to the organic vehicle to prevent this. This is because glycols such as ethylhexanediol, methylpentadiol, and ethylheptanediol are generally solid at room temperature, but have the effect of suppressing the generation of cracks and pinholes when used in combination with other solvents. .
本発明の厚膜抵抗体ペーストを調整するには、上記した導電性粉末(A)、ガラス粉末(B)及びNiO粉末(C)を、有機ビヒクル(D)と混練してペースト状とすればよい。この場合に留意することは、いわいゆる練肉工程での製造設備からの鉄の混入、特に3本ロールミルからの鉄の混入である。そのため、ペーストを練肉する際には、セラミック製の3本ロールミル、ポット及びボールなどがセラミック製のボールミル、ローターやビーズ等がセラミック製のビーズミルなどを使用することが望ましい。 In order to adjust the thick film resistor paste of the present invention, the conductive powder (A), glass powder (B) and NiO powder (C) described above are kneaded with the organic vehicle (D) to form a paste. Good. In this case, attention should be paid to the mixing of iron from the production equipment in the so-called kneaded meat process, particularly the mixing of iron from the three-roll mill. Therefore, when the paste is kneaded, it is desirable to use a ceramic three-roll mill, pots and balls that are made of ceramic, and rotors and beads that are made of ceramic.
尚、ペーストの調整では、導電性末や有機ビヒクルなどの原料を3本ロール等で練肉する前に粗分散のために撹拌したり、練肉されたペーストを脱泡のためにミキサーで撹拌したりするが、これらの撹拌工程における鉄の混入は、鉄製ロールなどを用いた練肉工程からの混入と比べれば極めて僅かであり、焼成時の抵抗体膜に影響を与えることはない。 In preparing the paste, the raw materials such as conductive powder and organic vehicle are agitated for coarse dispersion before kneading with three rolls, or the kneaded paste is agitated with a mixer for defoaming. However, the mixing of iron in these stirring steps is very small compared to mixing from the kneading process using an iron roll or the like, and does not affect the resistor film during firing.
また、上記した練肉とは、ペーストに関する技術分野では広く知られている用語であり、顔料などの粉体をビーズミルなどによりビヒクル中に分散せしめる仕上げ練りを意味する。本発明においては、導電性粉末等と有機ビヒクルを粗分散したものを、更にロールミル、ボールミル、ビーズミルなど用いて分散せしめるための仕上げ練りのことである。 Further, the above-mentioned paste meat is a term widely known in the technical field relating to pastes, and means finish kneading in which a powder such as a pigment is dispersed in a vehicle by a bead mill or the like. In the present invention, it is a finish kneading for further dispersing a coarsely dispersed conductive powder or the like and an organic vehicle using a roll mill, a ball mill, a bead mill or the like.
本発明の厚膜抵抗体ペーストは、スクリーン印刷などの手法によりアルミナなどのセラミック基板に塗布し、100℃〜200℃の温度で乾燥した後、非酸化性雰囲気中において1000℃以下の温度で焼成することによって、厚膜抵抗体を形成することができる。 The thick film resistor paste of the present invention is applied to a ceramic substrate such as alumina by a method such as screen printing, dried at a temperature of 100 ° C. to 200 ° C., and then fired at a temperature of 1000 ° C. or less in a non-oxidizing atmosphere. By doing so, a thick film resistor can be formed.
このようにして得られる本発明の厚膜抵抗体は、鉛やカドミウムなどの有害物質を含まず、良好なシート抵抗値のバラツキと抵抗温度係数(TCR)を有している。しかも、セラミック基板との接着強度が高く、基板サイズが大きくても、具体的にはチップ抵抗器の製造で多用されている5cm×6cm以上の基板であっても、部分的にも全体的にも厚膜抵抗体の剥がれをなくすことができる。 The thick film resistor of the present invention thus obtained does not contain harmful substances such as lead and cadmium, and has good variation in sheet resistance value and resistance temperature coefficient (TCR). Moreover, even if the adhesive strength with the ceramic substrate is high and the substrate size is large, specifically, a substrate of 5 cm × 6 cm or more, which is frequently used in the manufacture of chip resistors, partially or entirely. Also, peeling of the thick film resistor can be eliminated.
[厚膜抵抗体ペーストの調製]
Ni粉末(粒度D50=1μm)30質量部とCu粉末(粒度D50=3μm)70質量部を混合し、この導電性粉末100重量部に対して、ガラス粉末(粒度D50=4μm)4質量部とNiO粉末(粒度D50=1.5μm)1重量部を配合した。尚、使用したガラス粉末は、SiO2:10質量%、B2O3:45質量%、Al2O3:2質量%、ZnO:36質量%、Na2O:7質量%となるように素原料を調整し、1300℃で溶融して急冷し、ジェットミルで粉砕して製造したものである。
[Preparation of thick film resistor paste]
30 parts by mass of Ni powder (particle size D 50 = 1 μm) and 70 parts by mass of Cu powder (particle size D 50 = 3 μm) are mixed. Glass powder (particle size D 50 = 4 μm) 4 with respect to 100 parts by weight of the conductive powder. Part by mass and 1 part by weight of NiO powder (particle size D 50 = 1.5 μm) were blended. The glass powder used was SiO 2 : 10% by mass, B 2 O 3 : 45% by mass, Al 2 O 3 : 2% by mass, ZnO: 36% by mass, Na 2 O: 7% by mass. The raw material is prepared, melted at 1300 ° C., rapidly cooled, and pulverized with a jet mill.
次に、上記配合の無機粉末(導電性粉末+ガラス粉末+NiO粉末)に有機ビヒクルを加えて、無機粉末80質量%に対し有機ビヒクル20質量%となるように配合し、セラミック製3本ロールミルで練肉することにより、試料1の厚膜抵抗体ペーストを調整した。尚、有機ビヒクルは、メタクリル酸エステル樹脂(分子量60000)20質量%とターピネオール80質量%とを、60℃に加熱して溶解したものである。 Next, an organic vehicle is added to the inorganic powder (conducting powder + glass powder + NiO powder) having the above composition, and blended so that the organic vehicle becomes 20% by mass with respect to 80% by mass of the inorganic powder. The thick film resistor paste of Sample 1 was prepared by kneading. The organic vehicle is obtained by dissolving 20% by mass of a methacrylic ester resin (molecular weight 60000) and 80% by mass of terpineol by heating to 60 ° C.
次に、上記試料1と同様にして、導電性粉末100重量部に対するNiO粉末を30重量部とした試料2の厚膜抵抗体ペーストを調製した。また、比較例として、鉄製3本ロールミルを使用した以外は上記試料1と同様にして、試料1と同一組成の試料3並びに上記試料2と同一組成の試料4の各ペーストを準備した。更に、NiO粉末を含まない以外は上記試料1と同様にして、比較例の試料5のペーストを調整した。 Next, a thick film resistor paste of Sample 2 was prepared in the same manner as Sample 1 above, with 30 parts by weight of NiO powder per 100 parts by weight of conductive powder. As comparative examples, pastes of Sample 3 having the same composition as Sample 1 and Sample 4 having the same composition as Sample 2 were prepared in the same manner as Sample 1 except that an iron three-roll mill was used. Further, the paste of the sample 5 of the comparative example was prepared in the same manner as the sample 1 except that the NiO powder was not included.
これらの試料1〜5の各厚膜抵抗体ペーストについて、NiO粉末の配合量、使用した3本ロールミルの材質、ペースト中に含まれる鉄の含有量を、それぞれ下記表1にまとめて示した。尚、ペーストの鉄含有率は、ペーストを王水に溶解し、ICPにより測定して求めたものである。 For each thick film resistor paste of Samples 1 to 5, the blending amount of NiO powder, the material of the three-roll mill used, and the iron content contained in the paste are summarized in Table 1 below. The iron content of the paste is obtained by dissolving the paste in aqua regia and measuring with ICP.
[厚膜抵抗体の形成]
上記表1に示す各試料の厚膜抵抗体ペーストを、予め厚膜銅電極を焼付け形成した縦5cm×横6cm×厚み0.6mmのアルミナ基板上に、1.0mm×1.0mmのパターン状にスクリーン印刷して、乾燥した。その後、ベルト式焼成炉を使用して、窒素雰囲気中にてピーク温度900℃で保持時間10分の焼成を行い、それぞれ焼成膜厚15μmの厚膜抵抗体を形成した。これら各試料の厚膜抵抗体は、5枚の基板に形成し、且つ基板1枚につき120個形成した。
[Formation of thick film resistor]
The thick film resistor paste of each sample shown in Table 1 above is patterned on a alumina substrate having a length of 5 cm, a width of 6 cm, and a thickness of 0.6 mm on which a thick film copper electrode has been previously baked to form a pattern of 1.0 mm × 1.0 mm. Screen printed and dried. Thereafter, using a belt-type firing furnace, firing was performed in a nitrogen atmosphere at a peak temperature of 900 ° C. for a holding time of 10 minutes to form thick film resistors each having a fired film thickness of 15 μm. The thick film resistors of these samples were formed on five substrates, and 120 were formed on each substrate.
[厚膜抵抗体の評価]
得られた各厚膜抵抗体について、目視によりアルミナ基板との剥がれの状態を確認し、その結果を下記表2に示した。即ち、剥がれモードについては、「剥がれ無し」を○、「部分的剥がれ」を△、「全体的剥がれ」を×として評価した。また、剥がれ率に関しては、全厚膜抵抗体600個に対する「部分的剥がれ」と「全体的剥がれ」の合計数の割合を%で表示した。ここで、「部分的剥がれ」とは抵抗体の一部が剥がれた状態、「全体的剥がれ」とは抵抗体の全体が剥がれた状態をいう。尚、「全体的剥がれ」又は「部分的剥がれ」が発生した厚膜抵抗体は実用に適さない。
[Evaluation of thick film resistors]
About each obtained thick film resistor, the state of peeling with an alumina substrate was confirmed visually, and the result was shown in following Table 2. That is, for the peeling mode, “no peeling” was evaluated as “◯”, “partial peeling” as “Δ”, and “total peeling” as “×”. Regarding the peeling rate, the ratio of the total number of “partial peeling” and “total peeling” to 600 total thick film resistors was expressed in%. Here, “partial peeling” means a state where a part of the resistor is peeled off, and “total peeling” means a state where the whole resistor is peeled off. A thick film resistor in which “total peeling” or “partial peeling” has occurred is not suitable for practical use.
また、各試料の厚膜抵抗体ペーストについて、シート抵抗値とそのバラツキ、及び抵抗温度係数(TCR)を測定し、その結果を下記表2に併せて示した。抵抗値の測定にはデジタルマルチメータを、TCRの測定にはデジタルマルチメータと恒温槽からなるTCR測定装置を用いた。尚、抵抗値及びTCRを測定した厚膜抵抗体は、試料ごとに基板5枚から任意に1枚を選び、その基板中から25個を選択したものである。 Moreover, about the thick film resistor paste of each sample, sheet resistance value, its dispersion | variation, and resistance temperature coefficient (TCR) were measured, and the result was combined with following Table 2, and was shown. A digital multimeter was used for measuring the resistance value, and a TCR measuring device including a digital multimeter and a thermostat was used for measuring the TCR. In addition, the thick film resistor which measured resistance value and TCR selected one sheet | seat arbitrarily from five board | substrates for every sample, and selected 25 pieces from the board | substrate.
厚膜抵抗体のシート抵抗値のバラツキは、下記数式1に示す変動係数(CVR)として算出した。CVRが5%未満であることが実用レベルである。
[数式1]
変動係数(CVR)=母集団の標準偏差×100/シート抵抗値の平均値
The variation of the sheet resistance value of the thick film resistor was calculated as a coefficient of variation (CVR) shown in the following formula 1. It is a practical level that CVR is less than 5%.
[Formula 1]
Coefficient of variation (CVR) = population standard deviation × 100 / average value of sheet resistance
抵抗温度係数(TCR)については、−55℃〜+25℃での低温側のTCR(CTCR)と、25℃〜125℃の高温側のTCR(HTCR)とがある。両者とも−200ppm〜+200ppmが実用の範囲である。CTCR及びHTCRは、下記数式2及び数式3より算出される。 As for the temperature coefficient of resistance (TCR), there are a low temperature side TCR (CTCR) at −55 ° C. to + 25 ° C. and a high temperature side TCR (HTCR) at 25 ° C. to 125 ° C. In both cases, −200 ppm to +200 ppm is a practical range. CTCR and HTCR are calculated from Equation 2 and Equation 3 below.
[数式2]
CTCR=(−55℃の抵抗値−25℃の抵抗値)×106/25℃の抵抗値/(−55−25)
[数式3]
HTCR=(125℃の抵抗値−25℃の抵抗値)×106/25℃の抵抗値/(125−25)
[Formula 2]
CTCR = (resistance value at −55 ° C.−resistance value at −25 ° C.) × 10 6 / resistance value at 25 ° C./(−55−25)
[Formula 3]
HTCR = (resistance value at 125 ° C.−resistance value at 25 ° C.) × 10 6 / resistance value at 25 ° C./(125-25)
更に、各試料の厚膜抵抗体ペーストについて、ヒートサイクル試験によるシート抵抗値の変化率を測定し、その結果を下記表2に併せて示した。ヒートサイクル試験は、低温(−55℃×保持時間30分)→室温(25℃×保持時間3分)→高温(125℃×保持時間30分)→室温(25℃×保持時間3分)を1サイクルとし、このヒートサイクルを連続5サイクル行い、試験前後の室温でのシート抵抗値を測定し、下記数式4により抵抗値の変化率を算出した。このヒートサイクル試験による抵抗値の変化率が4%を超えると、実用的な厚膜抵抗体とはいえない。 Furthermore, the change rate of the sheet resistance value by the heat cycle test was measured for the thick film resistor paste of each sample, and the results are also shown in Table 2 below. Heat cycle test: low temperature (−55 ° C. × retention time 30 minutes) → room temperature (25 ° C. × retention time 3 minutes) → high temperature (125 ° C. × retention time 30 minutes) → room temperature (25 ° C. × retention time 3 minutes) One cycle was performed, and this heat cycle was performed continuously for 5 cycles. The sheet resistance value at room temperature before and after the test was measured, and the change rate of the resistance value was calculated by the following mathematical formula 4. If the rate of change in resistance value by this heat cycle test exceeds 4%, it cannot be said to be a practical thick film resistor.
[数式4]
抵抗値変化率=(ヒートサイクル試験後の抵抗値−ヒートサイクル試験前の抵抗値)×100/ヒートサイクル試験前の抵抗値
[Formula 4]
Resistance value change rate = (resistance value after heat cycle test−resistance value before heat cycle test) × 100 / resistance value before heat cycle test
本発明の試料1と比較例の試料3、及び本発明の試料2と比較例の試料4を比べると、それぞれペーストの組成は同一であるにもかかわらず、基板サイズが5cm×6cmのアルミナ基板上に形成した厚膜抵抗体の剥がれの状態が異なる。即ち、本発明の試料1〜2では剥がれが全く発生しなかったのに対し、比較例の試料3〜4では部分的剥がれが発生し、厚膜抵抗体として実用的でないことから抵抗値やTCRなどの評価を中止した。また、比較例の試料5は、厚膜抵抗体の剥がれは発生しなかったが、NiO粉末を含んでいないため、ヒートサイクルによる抵抗変化率が実用的とされる4%を大幅に超えている。 Comparing sample 1 of the present invention with sample 3 of the comparative example, and sample 2 of the present invention and sample 4 of the comparative example, an alumina substrate having a substrate size of 5 cm × 6 cm despite the same paste composition. The state of peeling of the thick film resistor formed above is different. That is, no peeling occurred in Samples 1 and 2 of the present invention, whereas partial peeling occurred in Samples 3 and 4 of the comparative example, which is not practical as a thick film resistor. The evaluation such as was canceled. Moreover, although the sample 5 of the comparative example did not peel off the thick film resistor, since it does not contain NiO powder, the resistance change rate due to heat cycle greatly exceeds 4%, which is considered practical. .
[参考例]
上記表1に示す試料1〜5の各厚膜抵抗体ペーストを用いて、予め厚膜銅電極を焼付け形成した1インチ四方のアルミナ基板上に、1.0mm×1.0mmのパターン状にスクリーン印刷して乾燥し、ベルト式焼成炉を用いて窒素雰囲気中にてピーク温度900℃で保持時間10分の焼成を行い、それぞれ焼成膜厚15μmの厚膜抵抗体を形成した。各試料の厚膜抵抗体は、5枚の基板に形成し、且つ基板1枚につき10個形成した。
[Reference example]
Using a thick film resistor paste of each of samples 1 to 5 shown in Table 1 above, a screen in a pattern of 1.0 mm × 1.0 mm is formed on a 1 inch square alumina substrate on which a thick film copper electrode is previously baked. Printing and drying were performed, and firing was performed at a peak temperature of 900 ° C. in a nitrogen atmosphere using a belt-type firing furnace for 10 minutes to form a thick film resistor having a fired film thickness of 15 μm. The thick film resistors of each sample were formed on five substrates, and ten were formed per substrate.
得られた各厚膜抵抗体について、上記実施例と同様にして、目視によりアルミナ基板との剥がれの状態を確認した。その結果、本発明の試料1〜2はもちろん、比較例である試料3〜5についても厚膜抵抗体の剥がれは認められなかった。これは、基板サイズが上記実施例に比べて小さいため、焼成炉内の窒素雰囲気のばらつきも小さくなり、その結果としてペースト中の鉄含有率にかかわらず、基板との密着性の低下が起こらなかったものである。 About each obtained thick film resistor, it carried out similarly to the said Example, and confirmed the state of peeling with an alumina substrate by visual observation. As a result, peeling of the thick film resistor was not observed for the samples 1 to 2 of the present invention and the samples 3 to 5 as comparative examples. This is because the substrate size is smaller than in the above example, so the variation in the nitrogen atmosphere in the firing furnace is also reduced, and as a result, no decrease in adhesion to the substrate occurs regardless of the iron content in the paste. It is a thing.
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