説明

導電ペースト組成物及びそれを用いた厚膜チップ抵抗器

【課題】厚膜チップ抵抗器の電極形成などに用いる銀−樹脂系の導電ペースト組成物であって、電極と抵抗体の同時焼成時に熱収縮差によるクラックが生じず、チップ基板との接着強度が高く、且つめっき面との密着性にも優れた導電ペースト組成物、及びこれを用いた厚膜チップ抵抗器を提供する。
【解決手段】導電性フィラー(A)と、樹脂バインダー(B)と、有機溶剤(C)とを含む導電ペースト組成物において、樹脂バインダー(B)は、フリーフェノール含有量が5%以下のレゾール型フェノール樹脂であることを特徴とする導電ペースト組成物;特定のレゾール型フェノール樹脂を含んだ導電ペースト組成物を用いて電極を形成した厚膜チップ抵抗器によって提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導電ペースト組成物及びそれを用いた厚膜チップ抵抗器に関し、さらに詳しくは、厚膜チップ抵抗器の電極形成などに用いられ、上面電極と抵抗体の同時焼成時に熱収縮差によるクラックが生じず、チップ基板との接着強度が高く、且つめっき面との密着性にも優れた導電ペースト組成物及びそれを用いた厚膜チップ抵抗器に関する。
【背景技術】
【0002】
電子工業で使用されている厚膜チップ抵抗器は、機械的強度、熱伝導率、絶縁性などの特性に優れたアルミナなどの無機材料からなる基板上に、金(Au)、銀(Ag)/パラジウム(Pd)、銀(Ag)、銅(Cu)などからなる導体層が形成され、これら導体層の上を跨ぐように、導電体である酸化ルテニウム(RuO)とガラスの混合物などの高抵抗材料からなる10μm程度の抵抗体層が形成されている。
【0003】
そして、その上面には耐湿特性を維持するためにガラス保護膜が形成され、Ag/Pd導電ペーストなどで厚膜の側面電極が形成された後に、露出した上面電極及び側面電極に、半田付け時の電極食われを防止するために、Niバリヤ層がめっき等により施されている。
なお、厚膜チップ抵抗器のシート抵抗値は、RuOとガラスの混合比を変えることで幅広く変化させることができる。
【0004】
このような厚膜チップ抵抗器は、まず、厚膜チップ抵抗器を構成するチップ基板の多数個を縦方向及び横方向に連ねてなるアルミナ基板を用意し、このアルミナ基板表面における各チップ基板の箇所ごとにAg/Pd導電ペーストなどを印刷、乾燥、焼成して上面電極を形成する。次に、この各チップ基板の表面に、前記上面電極に跨るようにルテニウム系抵抗ペーストを帯状に印刷、乾燥、焼成して抵抗体を形成して製造される。
【0005】
最近では、厚膜チップ抵抗器の低価格化に対応して、上記製造工程を簡略化するために、上面電極と抵抗体を1回の焼成工程で形成する同時焼成が行われるようになってきた。この同時焼成方法は、各チップ基板の表面に上面電極用の導電ペーストを印刷、乾燥した後、その上面電極を跨ぐように抵抗ペーストを印刷、乾燥し、引き続いて約850℃で焼成することにより上面電極と抵抗体を同時に形成する方法である。
【0006】
しかし、上記の同時焼成を行うと、上面電極と抵抗体の接合部付近に焼成時の熱収縮差によるクラックが発生したり、導電ペースト成分と抵抗ペースト成分が焼成中に反応し、上面電極と抵抗体の重なり部分に発泡を生じたりするため、抵抗値のバラツキや電流ノイズの悪化、めっき付着性の悪化が生じるという問題があった。
【0007】
また、一般に導電ペーストにおいては、チップ基板と電極との間の接着強度を更に向上できることが望まれているが、厚膜チップ抵抗器の場合、Niめっき工程におけるめっき液の電極内部への浸入や、めっき時に発生する水素によって、チップ基板と電極との間の接着強度が著しく低下するという問題があった。そこで、接着強度を向上させるため電極を緻密に形成することも行われているが、電極の密度を上げ過ぎると焼成中に抵抗体中のガラスが電極表面に滲み出し、めっきの付着性が著しく低下するという別の問題が生じていた。
【0008】
Ag/Pd導電ペースト以外に、銀粉と熱硬化性の樹脂バインダーとを組み合わせた銀−樹脂系の半導体用導電性樹脂ペーストも提案されており(例えば、特許文献1参照)、ここに記載された、銀粉に特定の化学構造を有するフェノールノボラック型エポキシ樹脂と特定のフェノール樹脂硬化剤を組み合わせた銀−樹脂系の導電ペーストを用いれば、上記の問題を解決することが期待される。
【0009】
しかしながら、上記のような銀−樹脂系の導電ペーストは、エポキシ樹脂の硬化収縮率が小さいために残留応力歪が小さく、クラックの発生やチップ基板と上面電極の界面剥離が少ないという利点を有するものの、導電性の改善はあまり期待できない。また、エポキシ樹脂に含まれる塩素イオンが残留する危険があるうえ、湿度雰囲気下における信頼性に乏しく、めっき面との密着強度が弱いなどの欠点を有している。一方、フェノール樹脂は、塩素イオンを含まない利点を有するが、ポットライフが短い、硬化収縮率が大きいなどの欠点を有する。
【0010】
このような状況下、十分な導電性を有し、塩素イオンなどの不純物を残留することなく、湿度雰囲気下における信頼性が高く、めっき面との密着強度が大きいだけでなく、ポットライフが長く、硬化収縮率が小さい導電ペースト組成物の出現が切望されていた。
【特許文献1】特開平6−84974公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の目的は、上記した従来の問題点に鑑み、厚膜チップ抵抗器の電極形成などに用いる銀−樹脂系の導電ペースト組成物であって、上面電極と抵抗体の同時焼成時に熱収縮差によるクラックが生じず、チップ基板との接着強度が高く、且つめっき面との密着性にも優れた導電ペースト組成物、及びそれを用いた厚膜チップ抵抗器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、導電ペースト組成物の樹脂バインダーとして、フリーフェノール含有量が特定値以下のレゾール型フェノール樹脂を使用することで、ポットライフが長く、耐湿性に優れるようになるだけでなく、抵抗体の塗布・乾燥後の同時焼成時に熱収縮差によるクラックが生じなくなり、これにより電極とチップ基板との接着強度が高く、塩素イオンが混入せず、且つめっき面との密着性にも優れた厚膜チップ抵抗器が得られることを見出して、本発明を完成させるに至った。
【0013】
すなわち、本発明の第1の発明によれば、導電性フィラー(A)と、樹脂バインダー(B)と、有機溶剤(C)とを含む導電ペースト組成物において、樹脂バインダー(B)は、フリーフェノール含有量が5%以下のレゾール型フェノール樹脂であることを特徴とする導電ペースト組成物が提供される。
【0014】
また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、導電性フィラー(A)は、平均粒径(長径)が2〜10μmのフレーク状銀粉であることを特徴とする、導電ペースト組成物が提供される。
【0015】
また、本発明の第3の発明によれば、第1の発明において、導電性フィラー(A)の含有量が、組成物全体に対して50〜90重量%であることを特徴とする、導電ペースト組成物が提供される。
【0016】
また、本発明の第4の発明によれば、第1の発明において、前記レゾール型フェノール樹脂の平均分子量が、500〜3,000であることを特徴とする、導電ペースト組成物が提供される。
【0017】
また、本発明の第5の発明によれば、第1の発明において、樹脂バインダー(B)の含有量が、組成物全体に対して5〜50重量%であることを特徴とする、導電ペースト組成物が提供される。
【0018】
さらに、本発明の第6の発明によれば、第1の発明において、有機溶剤(C)の含有量が、樹脂バインダー(B)に対して5〜150重量%であることを特徴とする、導電ペースト組成物が提供される。
【0019】
一方、本発明の第7の発明によれば、第1〜6のいずれかに係る導電ペースト組成物を用いて電極を形成してなる厚膜チップ抵抗器が提供される。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、厚膜チップ抵抗器の製造過程における上面電極と抵抗体の同時焼成時に熱収縮差によるクラックが生じず、チップ基板との接着強度が高く、且つめっき面との密着性にも優れた導電ペースト組成物を提供することができる。また、本発明の導電ペースト組成物は、塩素イオンを含まず、ポットライフが長く、耐湿性にも優れている。
従って、本発明の導電ペースト組成物を用いることにより、クラックがなく且つチップ基板との接着強度及びめっき面との密着強度が高く、導電性に優れた電極を形成することができ、信頼性の高い厚膜チップ抵抗器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の導電ペースト組成物及びそれを用いた厚膜抵抗チップ抵抗器について詳細に説明する。
【0022】
1.導電ペースト組成物
本発明の導電ペースト組成物は、導電性フィラー(A)、樹脂バインダー(B)、有機溶剤(C)を主要な構成成分とし、その樹脂バインダーとして特定のレゾール型フェノール樹脂を用いたものである。
【0023】
(A)導電性フィラー
本発明において、導電性フィラーとしては、例えば、粉状の金、銀、銅、ニッケル、カーボン、あるいはそれらの化合物などが挙げられ、低抵抗体であれば従来公知のものが使用できる。
【0024】
しかし、厚膜チップ抵抗器の各種特性、例えば抵抗値、めっき面との密着強度、組成物調製時の分散性などを考慮すると、銀粉を用いることが好ましい。銀以外の導電性フィラーを用いると、樹脂バインダー成分とのキレート形成によると思われる粘度変化が生じて不安定になったり、めっき面との十分な密着強度が得られなかったりする場合がある。
【0025】
また、銀粉の形状は、球状、フレーク状、不定形のいずれでも良いが、フレーク状銀粉であることが好ましい。なかでも、長径における平均粒径が2〜10μmのフレーク状銀粉が好ましい。長径の平均粒径が10μmを超えると、スクリーン印刷の際にスクリーンが目詰まりし易くなるだけでなく、保存時に樹脂バインダーとの分離現象が生じ易くなるため好ましくない。また、平均粒径が2μm未満の場合には、均一な混合が困難となるうえ、組成物の粘度が著しく上昇し、塗布時に支障を来たすため好ましくない。
【0026】
導電性フィラーの導電ペースト組成物中における含有量は、一般的に20〜95重量%の範囲であるが、組成物の粘度や硬化後に得られる抵抗値の関係から、特に50〜90重量%の範囲が好ましい。含有量が20重量%未満では、導電性が不十分であり、95重量%を超えると粘度が大きくなりすぎて好ましくない。
【0027】
(B)樹脂バインダー
本発明における主たる樹脂バインダーは、フェノール又はその誘導体とホルムアルデヒドとを水酸化ナトリウムなどの触媒存在下に反応させて合成される熱硬化性のレゾール型フェノール樹脂である。
【0028】
本発明においてレゾール型フェノール樹脂は、主に接着機能を担う成分であるが、それだけではなく硬化反応時にアルデヒドを発生し、これが金属粉表面に生成した酸化膜を除去する作用を有するものと考えられる。
【0029】
レゾール型フェノール樹脂は、樹脂中のフリーフェノール含有量が5%以下でなければならない。フリーフェノールとは、レゾール型フェノール樹脂を合成する段階で未反応の低分子成分として残留するものであり、製造方法や製造会社によって含まれるフリーフェノールの量は大きく異なる。市販品の中にはフリーフェノールを10%以上含むものもあるが、5%を超える物を使用すると接着強度が著しく低下するため、実用に耐えうる導電ペースト組成物とすることができない。フリーフェノール含有量は少ないほど好ましく、3%以下であることが望ましい。
【0030】
樹脂中のフリーフェノール含有量が5%以下であれば、レゾール型フェノール樹脂の種類は特に限定されず、一般に市販されているものを使用することができる。樹脂中のフリーフェノールの含有量が5%を超えている場合、例えば抽出溶剤を添加し抽出・分離するなどの手段をとることにより、その含有量を低減させることができる。
【0031】
すなわち、抽出溶剤を添加、攪拌して、フリーフェノールを溶剤側に抽出させた後、静置して、樹脂層と溶剤層に2層分離させ、溶剤層を除去して、フリーフェノール含有量の低減された樹脂溶液とする。その後、適宜水分を除去すれば、本発明の導電ペースト組成物の成分として好適なレゾール型フェノール樹脂が得られる。前記の抽出操作は、レゾール型フェノール樹脂の安定性を保つために40℃以下で行うことが好ましい。
【0032】
抽出溶剤として用いられる炭化水素系溶剤としては、特に限定されないが、例えば、ヘプタン、ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素類、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン等の芳香族炭化水素類;或いはジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類が挙げられる。中でも、フリーフェノールの溶解性が良好な点からトルエン、キシレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン等が好ましい。
【0033】
レゾール型フェノール樹脂の平均分子量は、特に制限されるわけではないが、500〜3,000の範囲が好ましい。平均分子量が500未満では粘度が低くなるため、導電ペースト組成物の必須成分である有機溶剤を加えることが困難となり、また、平均分子量が3,000を超えると所望の粘度を得るために大量の溶剤添加が不可欠となり、めっき面への密着強度の低下などの特性低下が生じる場合がある。
【0034】
(C)有機溶剤
本発明の導電ペースト組成物は、有機溶剤を必須成分として含んでいる。有機溶剤は上記したレゾール型フェノール樹脂の希釈用であるため、常温、具体的には25℃以上で液状であると共に、レゾール型フェノール樹脂との相溶性を有することが必要である。
【0035】
また、有機溶剤の沸点は特に制限されないが、200℃以上であることが望ましい。沸点が200℃未満の有機溶剤を用いると、めっき面との密着強度が発現しなくなる場合があるからである。
【0036】
有機溶剤は、樹脂バインダーに対して5〜150重量%の範囲で添加又は含有させる。有機溶剤はフェノール樹脂の硬化反応に関与するものではなく、添加量が多くなると硬化後の電極のめっき面への密着強度が低下し易いため、樹脂バインダーに対して、10〜100重量%の範囲とすることが好ましい。
【0037】
これらの条件を満たす有機溶剤としては、例えば、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ブチルフタリルブチルグリコレート、カルビトールアセテートなど、沸点が200℃以上のグリコール類、酢酸エステル類などを挙げることができる。
【0038】
(D)その他
本発明の導電ペースト組成物は、上記した必須成分の他に、通常使用される添加剤、例えば、熱硬化性樹脂主剤、熱硬化性樹脂用の硬化剤、同硬化触媒(反応促進剤や反応開始剤等)、反応性希釈剤、各種変性剤、増粘剤、滑剤、レベリング剤、チキソトロピック剤、シランカップリング剤などを、本発明の目的を妨げない範囲で含むことができる。
【0039】
添加可能な熱硬化性樹脂や硬化剤としては、例えば、ビスフェノールA型をはじめとする各種エポキシ樹脂主剤、アミン系、酸無水物系などのエポキシ樹脂用硬化剤、ノボラック型等のフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ビス・マレイミドトリアジン樹脂、ポリアミドイミド樹脂などが挙げられ、これらの変性品や複合型も使用することができる。これらは、反応可能状態であれば、重合度や分子量に制約されることはない。
【0040】
ただし、これら熱硬化性樹脂や硬化剤の配合量は、樹脂バインダー成分に対して50重量%以下、好ましくは30重量%以下とする。50重量%を超えると、導電性が悪化したり、塩素イオンなどが混入したり、湿度雰囲気で信頼性が低下するなどの問題を生じることがある。
【0041】
また、好ましいシランカップリング剤としては、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランなどがある。
【0042】
2.導電ペースト組成物の調製
本発明の導電ペースト組成物を調製するには、上記した導電性フィラー、樹脂バインダー、及び有機溶剤を混練して、ペースト状とすればよい。
【0043】
この他に、前記添加剤、すなわち熱硬化性樹脂主剤、熱硬化性樹脂用の硬化剤、同硬化触媒(反応促進剤や反応開始剤等)、シランカップリング剤などを添加することもできる。各成分を混練するには、特別な装置を用いる必要はなく、例えば3本ロールミルなど公知の混練装置を使用することができる。
【0044】
3.厚膜チップ抵抗器
本発明の厚膜チップ抵抗器は、上記の導電ペースト組成物を用いて電極が形成された電子部品である。
【0045】
本発明の厚膜チップ抵抗器は、上記の導電ペースト組成物を基板上に塗付し、乾燥した後、抵抗体を塗布、乾燥してから同時焼成して、上面電極などの導電体、抵抗体を形成し、さらにガラス保護層、側面電極などを形成して得ることができる。
【0046】
具体的には、まず、チップ基板としてアルミナなどのセラミック基板を用意し、この基板表面における各チップ基板の箇所ごとに本発明の導電ペースト組成物を印刷、乾燥した後、150〜200℃の温度に加熱して硬化する。次いで、このアルミナ基板における各チップ基板の表面に、前記上面電極に跨るように抵抗ペーストを帯状に印刷、乾燥し焼成して上面電極と抵抗体とを同時に形成する。
【0047】
次に、前記各チップ基板の上面に、前記抵抗体全体を覆うように樹脂製コート材(プリコート樹脂組成物)を印刷、乾燥した後、150〜200℃で保護膜を形成する。この各チップ基板の抵抗体の一部をレーザー光により破壊して抵抗値修正(トリミング)を行った後、その抵抗体上に再び樹脂製コート材(オーバーコート樹脂組成物)を印刷、乾燥し、再び150〜200℃で硬化することにより第2の保護膜を形成する。
【0048】
その後、前記アルミナ基板を各チップ基板に切断し、ディッピングあるいはローラなどによって側面に厚膜導電ペーストを塗布し、乾燥後、空気中にて500〜600℃で焼成して側面電極を形成する。最後に、露出した上面電極及び側面電極に、半田付け時の電極食われ防止のために、Niめっき、Sn−Pbめっき等を施すことによって本発明の厚膜チップ抵抗器が完成する。
【実施例】
【0049】
次に本発明の実施例を比較例とともに示すが、本発明は、これら実施例によって限定されるものではない。
【0050】
(実施例1〜10)(比較例1〜3)
下記に示す銀粉、樹脂バインダー、及び有機溶剤を用い、下記表1に示す組成となるように3本ロールミルで混練して、試料1〜12の導電ペースト組成物をそれぞれ調製した。なお、試料13には、有機溶剤を配合していない。
【0051】
[銀粉]
A1:平均粒径1.8μmのフレーク状銀粉(福田金属箔工業(株)製、商品名:シルコートAgC−2011)
A2:平均粒径7.7μmのフレーク状銀粉(福田金属箔工業(株)製、商品名:シルコートAgC−2411)
A3:平均粒径12.2μmのフレーク状銀粉(福田金属箔工業(株)製、商品名:シルコートAgC−222)
【0052】
[樹脂バインダー]
B1:平均分子量1150、フリーフェノール2.7%のレゾール型フェノール樹脂/ブチルセロソルブ(沸点171℃)20%及びブチルカルビトールアセテート(沸点245℃)10%含有(群栄化学工業(株)製、商品名:PL4348)
B2:平均分子量1040、フリーフェノール8.9%のレゾール型フェノール樹脂/ブチルカルビトールアセテート(沸点245℃)30%含有(旭有機材工業(株)製、商品名:TR090)
B3:フェノールノボラック型エポキシ樹脂(下記化学式1で表され、n=0の量Aとn=1の量Bの比A/Bの値が9.0)
B4:フェノール樹脂(下記化学式2で表され、n=0の量Cとn=1の量Dとの比C/Dの値が13.3)
B5:平均分子量480、フリーフェノール1.9%のレゾール型フェノール樹脂/溶剤含まず
B6:平均分子量2800、フリーフェノール4.7%のレゾール型フェノール樹脂/ブチルカルビトールアセテート(沸点245℃)30%含有
【0053】
【化1】

【0054】
【化2】

【0055】
[有機溶剤]
BCA:ブチルカルビトールアセテート(沸点245℃)
CA:カルビトールアセテート(沸点210℃)
BC:ブチルセロソルブ(沸点171℃)
【0056】
【表1】

【0057】
得られた試料1〜13の各導電ペースト組成物を、純度96重量%の1インチ角のアルミナ基板(京セラ(株)製、商品名:A473)上に、硬化後の厚さが約8μmとなるように、2mm角のパッドにスクリーン印刷し、乾燥した後、温度150℃で30分間加熱硬化した。
【0058】
このように形成した各パッド上に、厚さ5μmのニッケルめっきを施し、直径0.65mmのスズめっき銅線を63重量%Sn−37重量%Pb半田で接合した。次に、上記スズめっき銅線をパッド端部で基板に対して直角に折り曲げ、引っ張り試験機により、基板を固定したままでスズめっき銅線を引っ張って接着強度を測定した。この接着強度が20N以上あれば、実用に供することができる。尚、上記引っ張り試験は半田付け直後のものについて測定した。
【0059】
また、上記のごとく形成した各パッドについて、デジタルマルチメーター(岩通電子(株)製、商品名:VOAC−7411)により、シート抵抗値を求めた。このシート抵抗値は、数値が小さいほど好ましい。これらの接着強度及びシート抵抗値の測定結果を、下記表2に示した。
【0060】
【表2】

【0061】
上記の結果から分かるように、本発明の実施例である試料1〜10では、いずれも良好なシート抵抗値と共に、20N以上の高い密着強度を得ることができた。しかし、比較例の試料11〜12は、樹脂バインダーとして特定のレゾール型フェノール樹脂を用いていないため、シート抵抗値又は接着強度が悪化している。また、比較例である試料13は、有機溶剤を含まないため接着強度が著しく低下した。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電性フィラー(A)と、樹脂バインダー(B)と、有機溶剤(C)とを含む導電ペースト組成物において、樹脂バインダー(B)は、フリーフェノール含有量が5%以下のレゾール型フェノール樹脂であることを特徴とする導電ペースト組成物。
【請求項2】
導電性フィラー(A)は、平均粒径(長径)が2〜10μmのフレーク状銀粉であることを特徴とする、請求項1に記載の導電ペースト組成物。
【請求項3】
導電性フィラー(A)の含有量が、組成物全体に対して50〜90重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の導電ペースト組成物。
【請求項4】
前記レゾール型フェノール樹脂の平均分子量が、500〜3,000であることを特徴とする、請求項1に記載の導電ペースト組成物。
【請求項5】
樹脂バインダー(B)の含有量が、組成物全体に対して5〜50重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の導電ペースト組成物。
【請求項6】
有機溶剤(C)の含有量が、樹脂バインダー(B)に対して5〜150重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の導電ペースト組成物。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれかに記載の導電ペースト組成物を用いて電極を形成してなる厚膜チップ抵抗器。

【公開番号】特開2006−140076(P2006−140076A)
【公開日】平成18年6月1日(2006.6.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−330012(P2004−330012)
【出願日】平成16年11月15日(2004.11.15)
【出願人】(000183303)住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Fターム(参考)】