公开/公告号CN109427427A
专利类型发明专利
公开/公告日2019-03-05
原文格式PDF
申请/专利权人 住友金属矿山株式会社;
申请/专利号CN201810597309.1
申请日2018-06-12
分类号
代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所;
代理人刘强
地址 日本东京都
入库时间 2024-02-19 06:50:21
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-05-05
授权
授权
2019-03-29
实质审查的生效 IPC(主分类):H01B1/14 申请日:20180612
实质审查的生效
2019-03-05
公开
公开
技术领域
本申请发明涉及制作片式电阻、厚膜电阻基板、厚膜电阻体加热器等时使用的厚膜电阻体组合物。
背景技术
一般地,片式电阻器、厚膜电阻体、厚膜电阻体加热器等例如将氧化铝基板用于基板,将厚膜电极用于电极,将厚膜电阻或薄膜电阻用于电阻。这些电阻器根据其用途、特性,有各种各样的种类,随着装置的小型化,电阻器关联部件的小型化也急速地发展。
进而,片式电阻器的特性也存在着例如耐电涌、可调节品、高精度品等各种制品。
片式电阻器的电阻值的调整一般采用如下方法:其采用通过激光将厚膜电阻体的一部分切除的激光调节。但是,对于采用激光调节的电阻值的调整而言,在厚膜电阻体的表面残留切除痕迹。因此,作为不残留切除痕迹的厚膜电阻体的电阻值的调整方法,有通过利用激光的照射来引起厚膜电阻体的特性变化从而降低电阻值的方法、将脉冲电压施加于厚膜电阻体来降低电阻值的方法等。
这些采用激光引起特性变化的方法、将脉冲电压施加于厚膜电阻体而降低电阻值的方法是利用了通过施加没有对厚膜电阻体的外观给予物理上的破坏的程度的能量的激光、脉冲电压而使电阻值降低的调整方法。
其中,将高电压脉冲施加于厚膜电阻体而降低电阻值的方法作为脉冲调节法已知。在专利文献1和2中公开了有关脉冲调节法的技术。
由于今后进一步的部件的小型化等,认为这样的不伴有物理上的破坏的电阻值的调整方法将变得比目前更为必要。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-067366号公报
专利文献2:日本特开2002-127483号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,因厚膜电阻体组合物的组成不同,即使对得到的厚膜电阻体采用脉冲调节法尝试电阻值调整,有时电阻值的调整、即电阻值的变化也不充分。
鉴于这样的状况,本发明的课题是提供能够采用脉冲调节法有效率地调整厚膜电阻体的电阻值的厚膜电阻体组合物。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题,发现可提供如下的电阻体糊剂,本申请发明人进而完成了本发明,该电阻体糊剂为在导电材料中将二氧化钌粉末和玻璃料有机载体混合而成的电阻体糊剂,通过适当地调整为了满足耐电涌特性而使软化点比糊剂的烧成温度高的玻璃料和为了在施加了脉冲电压时得到适当的电阻变化量的厚膜电阻体而使其软化点比糊剂的烧成温度低的玻璃料与比表面积粒径为30nm以上且100nm以下的钌化合物粉末的比率,从而同时具有耐电涌、耐脉冲特性。
本发明的第1发明为厚膜电阻体组合物,其为包含玻璃料和钌化合物粉末的电阻体组合物,其特征在于,该玻璃料包含软化点为550℃以上且650℃以下的玻璃料LM、和在比该玻璃料LM的软化点高200℃以上且350℃以下的范围显示高温软化点的玻璃料HM,相对于玻璃料LM和玻璃料HM的合计量,含有15质量%以上且50质量%以下的玻璃料LM,钌化合物粉末的比表面积粒径为30nm以上且100nm以下。
本发明的第2发明为厚膜电阻体组合物,其特征在于,含有15质量%以上且35质量%以下的第1发明中的钌化合物粉末。
本发明的第3发明为厚膜电阻体组合物,其特征在于,第1和第2发明中的钌化合物粉末为二氧化钌粉末。
本发明的第4发明为厚膜电阻体组合物,其特征在于,第1-第3发明中的玻璃料的50%体积累计粒度为20μm以下。
本发明的第5发明为厚膜电阻糊剂,其特征在于,包含第1-第4发明中的厚膜电阻体组合物和使树脂溶解于有机溶剂而成的载体。
发明效果
根据本发明,可获得比现有的厚膜电阻体组合物大的电阻变化量,能够容易地得到利用脉冲对电阻值进行调整时电阻变化幅度大的电阻体,极大地有助于调整作业的改善,起到工业上显著的效果。
附图说明
图1为表示实施例6中的施加电力与电阻值变化率的关系的图。
具体实施方式
本发明涉及的厚膜电阻体组合物为包含玻璃料和钌化合物粉末的电阻体组合物,该玻璃料的构成是如下的玻璃料:包含显示550℃以上且650℃以下的软化点的玻璃料LM和在比该玻璃料LM的软化点高200℃以上且350℃以下的范围显示高温软化点的玻璃料HM,相对于玻璃料LM和玻璃料HM的合计量,含有15质量%以上且50质量%以下的玻璃料LM。进而,就钌化合物粉末而言,其特征在于,其比表面积粒径为30nm以上且100nm以下,另外,作为钌化合物粉末,优选“二氧化钌粉末”。
使用上述厚膜电阻体组合物,将厚膜电阻体组合物与后述的有机载体混炼,能够得到厚膜电阻糊剂。
能够将该得到的厚膜电阻体糊剂在氧化铝基板等陶瓷基板的表面进行印刷等,形成含有厚膜电阻体组合物的印刷膜,进行烧成而得到厚膜电阻体。
以下对于各构成要素进行说明。
[玻璃料]
本发明涉及的厚膜电阻体组合物中使用的玻璃料由软化点为550℃以上且650℃以下的软化点低的玻璃料LM和在比该玻璃料LM的软化点高200℃以上且350℃以下的范围显示出高温软化点的玻璃料HM这两种玻璃料构成。
其中,玻璃料的软化点设为与采用差示热分析法(TG-DTA)在大气中以每分10℃将玻璃料升温、加热而得到的差示热曲线的最低温侧的差示热曲线的减少显现的温度相比高温侧的下一差示热曲线减少的峰的温度。应予说明,本发明中使用的玻璃料的软化点可通过玻璃料的成分组成进行调整。
厚膜电阻体通过将厚膜电阻体组合物烧成而得到。得到厚膜电阻体时的烧成温度如后述那样,为800℃至900℃,软化点低的玻璃料LM在烧成的过程中熔融,玻璃料HM不如玻璃料LM,但也软化。而且,在将厚膜电阻体组合物烧成的过程中,形成在玻璃料LM熔融的基体中玻璃料HM散布的厚膜电阻体的玻璃基体(LH)。
为了形成在该基体中具有比形成了该基体的玻璃料LM的软化点高的软化点的玻璃料HM散布的玻璃基体(LH),玻璃料LM的软化点需要为550℃以上且650℃以下。
另外,形成这样的玻璃基体(LH)对采用脉冲调节的电阻值调整和对最终得到的厚膜电阻体瞬间地施加了高电力时的耐久性即耐电涌性产生影响。即,如果软化点低的玻璃料LM的软化点不到550℃,则得到的厚膜电阻体的耐电涌性劣化。另一方面,如果玻璃料LM的软化点超过650℃,根据与软化点高的玻璃料HM的配合比例,采用脉冲调节等的玻璃基体(LH)的软化不充分,有时采用脉冲调节的电阻值调整的幅度变窄。
另外,玻璃料HM需要比玻璃料LM的软化点高200℃以上且350℃以下的范围的高温软化点。即,软化点高的玻璃料HM的软化点是在玻璃料LM的软化点上加上了200℃至350℃的温度的软化点。在玻璃料HM的软化点比玻璃料LM的软化点只高不到200℃的情况下,对于厚膜电阻体的玻璃基体(LH)的温度变得柔软,因此有时耐电涌性差,在玻璃料HM的软化点比玻璃料LM的软化点高大于350℃的情况下,有时采用脉冲调节的电阻值的调整幅度变小。
本发明涉及的厚膜电阻体组合物中的玻璃料LM和玻璃料HM的两软化点对厚膜电阻体的玻璃基体(LH)的软化产生影响,因此对采用脉冲调节法的电阻值的调整产生影响。因此,在厚膜电阻体组合物中,通过使玻璃料和钌化合物粉末的配合比例变得合理,从而调整了得到的厚膜电阻体的电阻值。
就电阻值高的厚膜电阻体组合物而言,钌化合物粉末的配合比例减少,就电阻值低的厚膜电阻体组合物而言,钌化合物粉末的配合比例增加。作为该配合比例的结果,在采用脉冲调节法调整电阻值的方法中,发现如下倾向:就相同的脉冲电压的施加前后的电阻值的变化量而言,电阻值超过3000Ω的高电阻者容易变大,如果是3000Ω以下的低电阻,则变小。
在该脉冲调节法中,认为利用脉冲电压的能量,构成厚膜电阻体的玻璃基体再熔融或再软化,导致电阻值的变化,认为通过脉冲电压的施加、构成厚膜电阻体的玻璃基体的熔融容易性与电阻范围产生的电阻值变化率的大小有关。
另外,由于高电阻范围的厚膜电阻体中所含的玻璃的量比低电阻范围的配合比例多,因此容易进行构成厚膜电阻体的玻璃基体的再熔融或再软化,高电阻范围的采用脉冲调节法的电阻值变化变大。另一方面,对于低电阻范围的厚膜电阻体而言,由于玻璃的量少且导电物质的配合比高,因此难以进行构成厚膜电阻体的玻璃基体的再熔融或再软化,因此采用脉冲调节法的电阻值变化变小。
因此,本发明中为了使低电阻范围的厚膜电阻体成为采用脉冲调节法容易调整电阻值的厚膜电阻体组合物,相对于软化点低的玻璃料LM和软化点高的玻璃料HM的合计量,需要包含15质量%至50质量%的玻璃料LM。
在全部玻璃料中超过50质量%来使用玻璃料LM的情况下,对于耐电涌变弱,通过脉冲调节调整电阻值后的稳定性等变差。耐电涌性的劣化是构成厚膜电阻体的玻璃基体(LH)的软化的影响。以提高厚膜电阻体的耐电涌性为目的,为了调整玻璃基体(LH)的软化,在厚膜电阻体组合物中显示比基体高的软化点的玻璃料HM变得必要。
即,含有50质量%以上的软化点高的玻璃料HM。另一方面,如果全部玻璃料中的玻璃料LM的含有率不到15质量%,则玻璃料HM过多,采用脉冲调节的电阻值调整的幅度变小。
一般地,玻璃料的化学组成多含有金属氧化物,其中多含有PbO、S iO2、B2O3、BaO、CaO、Al2O3等。其中,本发明涉及的厚膜电阻体组合物中能够使用的玻璃料的化学组成只要为硼硅酸铅系玻璃、硼硅酸钡系玻璃、硼硅酸钙系玻璃、硼硅酸锌系玻璃等玻璃系、显示软化点、为可调整的组成即可。
为了得到软化点低的玻璃料LM,以氧化物换算计,可增加PbO、BaO、CaO、ZnO2、B2O3、Na2O等碱金属氧化物的配合比例,要得到软化点高的玻璃料HM时,可增加SiO2的配合比例。进而,由于各玻璃料的构成成分的配合比例,玻璃料的烧成物的热膨胀系数变化,因此可适当地调整与使用的基板的最优化。
另外,玻璃料也作为使厚膜电阻体密合于基板的粘结材料发挥功能。因此,在将厚膜电阻体组合物烧成时,基板与玻璃料需要粘结。因此,玻璃料的组成需要为能够与氧化铝等陶瓷基板粘结的组成。如果是硼硅酸铅系玻璃、硼硅酸钡系玻璃、硼硅酸钙系玻璃、硼硅酸锌系玻璃,则在将厚膜电阻体组合物烧成的过程中能够与氧化铝基板粘结。特别是在本发明的厚膜电阻体组合物中,就与基板的粘结性而言,软化点低的玻璃料LM的熔融性的影响大。
软化点高的玻璃料HM和软化点低的玻璃料LM的在厚膜电阻体组合物中所含的玻璃料的50%体积累计粒度(D50)优选0.5~20μm,更优选为0.5~15μm,进一步优选为0.5~6μm,优选边判明粉体的凝聚状态等边进行选择。应予说明,50%体积累计粒度(D50)为体积累计粒度分布的中位值,50%体积累计粒度能够采用激光衍射·散射式粒度分布测定装置的Microtrac(注册商标)测定。
如果玻璃料的50%体积累计粒度超过20μm,厚膜电阻体的表面粗糙度变粗,形成了厚膜电阻体加热器的情况下,有时不能充分地传热。另一方面,如果50%体积累计粒度不到0.5μm,则需要对玻璃料进行过度的粉碎处理,因此玻璃料的生产率降低,有可能杂质等的混入也增加。
[钌化合物粉末]
其次,厚膜电阻体组合物中的钌化合物粉末作为导电性成分发挥功能。
在该钌化合物粉末中,能够使用二氧化钌粉末、钌酸铅粉末、钌酸锶粉末这样的钌复合氧化物粉末。
对钌化合物粉末的各粒子的形状并无特别限定,可以是球形、椭圆形、板状、针状等。
优选在厚膜电阻体组合物中含有15质量%以上且35质量%以下的钌化合物粉末,更优选为20质量%以上且35质量%以下,进一步优选为25质量%以上且35质量%以下。
在厚膜电阻体组合物中,用玻璃料与钌化合物粉末的配合比例调整了得到的厚膜电阻体的电阻值。如果厚膜电阻体组合物中所含的钌化合物粉末的含有率不到15质量%,则电阻值过度升高。另一方面,如果厚膜电阻体组合物中所含的钌化合物粉末的含有率超过35质量%,则厚膜电阻体的烧结面没有变得致密,因此不能确保厚膜电阻体的机械强度。
另外,对于由本发明涉及的厚膜电阻体组合物得到的厚膜电阻体而言,将钌化合物粉末分散在上述玻璃基体(LH)中,作为钌化合物粒子存在,形成了导电网络。
对于使用了脉冲调节法的电阻值调整而言,认为通过对于厚膜电阻体施加脉冲电压,从而通过其玻璃基体(LH)的再熔融、再软化,钌化合物粒子存在的位置变化,钌化合物粒子的距离缩短等,进行导电网络的再构筑。考虑这样的脉冲调节性,选择钌化合物粉末的比表面积粒径。
更具体地进行说明,钌化合物粉末的平均粒径用比表面积粒径表示,为30nm以上且100nm以下。如果钌化合物粉末的比表面积粒径不到30nm,有时对厚膜电阻体进行了脉冲调节时的电阻值变化率小,电阻值的调整困难。其原因不清楚,但认为如果钌化合物粉末的比表面积粒径不到30nm,则施加了脉冲电压的厚膜电阻体的玻璃基体的再熔融导致的导电网络的再筑造的规模小。
另一方面,如果钌化合物粉末的比表面积粒径超过100nm,有时厚膜电阻体的表面粗糙度变大,有时不适于发热电阻体。
比表面积粒径能够用下述(1)式求出。另外,钌化合物粉末的比表面积能够采用BET法测定。
【数1】
D[nm]=6×103/(ρ·S)···(1)
其中,D为钌化合物粉末的比表面积粒径[nm],ρ为钌化合物粉末的密度[g/cm3],S为钌化合物粉末的比表面积[m2/g]。如果在钌化合物粉末中使用二氧化钌粉末,则ρ能够设为7.05[g/cm3]。
优选将二氧化钌用于钌化合物。这是因为,二氧化钌与钌酸铅等钌复合氧化物相比,电阻率小,适于实现低电阻范围的厚膜电阻体的电阻值50Ω~3000Ω的范围。用厚膜电阻体制成发热电阻的情况下,考虑脉冲调节性、得到的厚膜电阻体的消耗电力,优选使厚膜电阻体的电阻值成为50Ω~1000Ω。
[厚膜电阻体组合物]
本发明涉及的厚膜电阻体组合物含有软化点不同的2种玻璃料、即软化点低的玻璃料LM和软化点比其高的玻璃料HM,还含有钌化合物。另外,在厚膜电阻体组合物中也能够添加具有调整作为厚膜电阻体的电特性之一的电阻温度系数等效果的公知的TiO2粉末等。
[有机载体]
本发明中使用的有机载体未必是特定的载体,可以是制造厚膜电阻糊剂一般所使用的载体。希望在干燥和烧成时的脱粘结剂时挥发、分解而消失。能够使用下述的有机溶剂、例如乙基纤维素、硝基纤维素等纤维素系树脂、丙烯酸系树脂等树脂。
能够将这些树脂溶解于萜品醇等萜烯醇类、苧烯等萜烯类、丁基卡必醇乙酸酯、丁基溶纤剂乙酸酯等醚类等有机溶剂而成的产物作为有机载体使用。为了厚膜电阻糊剂的粘度调整,可进一步添加萜品醇等有机溶剂。
另外,为了使厚膜电阻体组合物在载体中分散,作为分散剂,可添加具有羧基、氨基的高分子分散剂、硬脂酸等脂肪酸、卵磷脂等磷脂质类。
[厚膜电阻糊剂的制造方法]
希望使二氧化钌粉末、玻璃料、有机载体、有机溶剂均匀地分散。对于方法并无限定,但公知的采用三辊研磨机的分散方法是优选的。
[厚膜电阻体的形成方法]
对于得到的厚膜电阻糊剂,采用丝网印刷在氧化铝等陶瓷基板上印刷厚膜电阻体的图案,经过干燥和烧成,能够形成厚膜电阻体。
烧成条件能够规定为:在大气中峰值温度800℃至900℃下,该峰值温度的保持时间为5分钟至60分钟,另外,使从室温至峰值温度的升温时间为5分钟至60分钟,在峰值温度保持结束后,冷却到室温。在烧成的过程的升温时,进行将厚膜电阻糊剂的印刷膜中残留的有机溶剂、树脂成分除去的脱粘结剂处理。
在峰值温度800℃至900℃下烧成了的厚膜电阻体调整到膜厚5μm~20μm,更优选的膜厚为10μm~15μm。
进而,就厚膜电阻体而言,通过用能够在600℃左右的烧成温度下烧成的玻璃糊剂被覆其表面,将该玻璃糊剂烧成,制成厚膜电阻体的保护膜,从而能够制成带有保护膜的厚膜电阻器。通过这样在厚膜电阻体的表面配置由玻璃糊剂形成了的保护膜,从而能够使厚膜电阻器的表面变得平滑。
再有,在厚膜电阻体的形成之前,可采用公知的厚膜技术在陶瓷基板的表面形成成为厚膜电阻体的端子的电极。
[厚膜电阻体的脉冲调节]
采用脉冲调节法对烧成得到的厚膜电阻体的电阻值进行调整。
具体地,将1000V~6000V的脉冲电压施加于厚膜电阻体,施加脉冲电压直至成为规定的电阻值。施加电压可根据厚膜电阻体的电阻值适当地选择。逐次施加脉冲电压1000V~6000V,相对于施加前的电阻值,施加后的电阻值的变化率比-40%小的情况下,有效率的电阻值调整困难。
实施例
以下基于实施例对本发明具体地说明,但本发明并不限定于这些实施例。
将本发明的实施例和比较例中使用的玻璃料的组成示于表1中。玻璃料(A)和(B)为软化点高的玻璃料HM,玻璃料(C)为软化点低的玻璃料LM。
玻璃料(A)的软化点为856℃,50%体积累计粒度(D50)为3.6μm,玻璃料(B)是将玻璃料(A)用球磨机粉碎,50%体积累计粒度(D50)为1.4μm,玻璃料(C)的软化点为640℃,50%体积累计粒度(D50)为1.5μm。各玻璃料的50%体积累计粒度(D50)的测定使用MicrotracBELCorp.制造的Microtrac(注册商标)进行。
将二氧化钌用于钌化合物粉末,使用了采用BET法测定的比表面积粒径为24nm(比表面积35m2/g)的二氧化钌粉末(A)、比表面积粒径为40nm(比表面积21.5m2/g)的二氧化钌粉末(B)和比表面积粒径为73nm(比表面积11.6m2/g)的二氧化钌粉末(C)。
【表1】
单位:质量%
相对于萜品醇的组成75质量%,添加乙基纤维素25质量%,边用气动马达搅拌,边加热至60℃,进行分散,制作了有机载体。
接下来,在由表2和表3中所示的比例的二氧化钌粉末和玻璃料组成的厚膜电阻体组合物100重量份中加入表2和表3的重量份的有机载体和溶剂,进而,根据需要加入溶剂的萜品醇,使用三辊研磨机进一步混炼,制作了实施例1-6和比较例1-7涉及的厚膜电阻糊剂。
使用制作的厚膜电阻糊剂,将各实施例和各比较例涉及的厚膜电阻糊剂采用厚膜法设置了银电极的1英寸的氧化铝基板进行印刷,在大气中120℃下干燥后,采用峰值温度及其保持时间为810℃、9分钟的条件,用带式炉烧成,得到了厚膜电阻体。用带式炉的升温、峰值温度保持、降温所需的总时间合计设为30分钟。厚膜电阻体的大小为长(电极间距离)0.3mm宽0.3mm,膜厚大致调整至12μm。再有,就银电极而言,将银电极糊剂在氧化铝基板印刷,在120℃下干燥5分钟,在峰值温度850℃下烧成9分钟而设置。从带式炉的入口到出口的时间设为30分钟。
采用数字万用表(KEITHLEY公司制造、Model2001 Multimeter)测定了得到的厚膜电阻体25个的电阻值。另外,就电阻值变化率而言,对厚膜电阻体按脉冲电压1000V、1500V、2000V、2500V、3000V的顺序进行各电压1秒的施加,由电压施加前的电阻值与直至脉冲电压3000V的电压施加后的电阻值之差和电压施加前的电阻值计算电阻值变化率。在实施例和比较例中示出电阻值变化率的最大值。
进而,对于实施例6的厚膜电阻体5个,施加从1W至10W的电力,计算与初期电阻值的变化率,确认了耐电涌特性。
对于其结果,将实施例的结果示于表2中,将比较例的结果示于表3中。
【表2】
【表3】
对于如实施例1~3那样使用了比表面积为11.6m2/g的二氧化钌粉末(C)的电阻糊剂而言,电阻值调整的幅度(电阻值变化率)的绝对值成为50%以上,获得了大的值。对于实施例4~6,使用了比表面积为21.5m2/g的二氧化钌粉末(B),这种情况下,电阻值调整的幅度(电阻值变化率)的绝对值也均成为了50%以上。
比较例1示出现有的组成中的电阻值变化率的结果,组成为比表面积粒径24nm(比表面积35m2/g)的二氧化钌粉末(A)和将玻璃料(A)用球磨机粉碎而成的玻璃料(B)和有机载体。
由其脉冲电压的施加前后的电阻值求出的电阻值调整的幅度(电阻值变化率)的绝对值为34.2%,是比本发明涉及的实施例小的结果。
另外,在玻璃料中只使用了未粉碎的粒径大的玻璃料(A)的比较例2至6的电阻值变化率很小(比较例2)、或者没有变化(比较例3-5),即使是降低的比较例6也为-26.0%,与本发明涉及的实施例相比,其绝对值小,是电阻值变化率小的结果。
进而,如比较例7中所示那样单独使用了粉碎的软化点856℃的玻璃料(B)的情况下没有获得大的电阻值变化率。
在图1中示出实施例6的情况下的厚膜电阻体的SST(级增应力试验,Step StressTest)时的施加电力与电阻值变化率的关系。
对于施加电力,电阻值变化率在负区域中没有变化。在负区域中电阻值变化率变化的情况下,设想是玻璃与导电填料等不均匀所产生的影响,在实施例6中,在负区域中电阻值变化率没有变化,是与现有品相比毫不逊色的结果。
机译: 玻璃组合物,包括该玻璃组合物的厚膜电阻器糊剂,包含该厚膜电阻器糊剂的厚膜电阻器和包含该厚膜电阻器的电子设备
机译: 金属氧化物粉末,金属氧化物粉末的制造方法,使用该金属氧化物粉末的厚膜电阻的组合物,厚膜电阻的糊剂,厚膜电阻,以及厚膜电阻的制造方法
机译: 氧化钌粉末,厚膜电阻器组合物,厚膜电阻器糊剂和厚膜电阻器