説明

抵抗体ペースト及び抵抗体、

【課題】 TCR特性等に優れるとともに、所望の抵抗値を示す抵抗体を形成可能とする。
【解決手段】 導電性材料及びガラス組成物を含有する抵抗体組成物が有機ビヒクル中に分散されてなる抵抗体ペーストであって、前記抵抗体組成物がアルカリ金属を含む複合酸化物を含有する。前記複合酸化物は、アルカリ金属と、Nb、Ta、Tiから選ばれる少なくとも1種とを含む。前記複合酸化物は、LiNbO、LiTaO、LiTiO、NaNbO、NaTaO、NaTiO、NaTi、KNbO、KTaO、KTiOから選択される少なくとも1種である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導電性材料及びガラス組成物を含有する抵抗体ペーストに関し、さらにはかかる抵抗体ペーストを用いて形成される抵抗体に関する。
【背景技術】
【0002】
絶縁材料(ガラス)や導電性材料を含む厚膜抵抗体ペーストを基板上に塗布し焼成することによって形成される抵抗体においては、通常、導電性材料として酸化ルテニウム(RuO)や鉛ルテニウム複合酸化物(PbRu)等の粒子(導電粒子)が用いられ、ガラスとしてPbO系ガラスが用いられている。ガラスは、導電粒子と基板との結着剤としての機能を果たし、これら導電粒子とガラスの比率によって抵抗値調整が可能である。
【0003】
近年、環境問題が盛んに議論されており、例えばはんだ材料等においては、鉛を排除することが求められている。抵抗体も例外ではなく、したがって、環境に配慮した場合、PbO系ガラスは勿論のこと、導電性材料である鉛ルテニウム複合酸化物の使用も避けなければならない。このような状況から、使用するガラスや導電性材料から鉛を排除した鉛フリーの抵抗体ペーストについての研究がなされており、例えばRu複合酸化物は、酸化ルテニウムに比べて高い抵抗値を実現し得ることから、鉛ルテニウム複合酸化物に代わる導電性材料として有望視されている。
【0004】
ところで、抵抗体ペーストを構成する導電性材料やガラス組成物として実質的に鉛を含まない材料を用いると、抵抗体の温度特性(TCR)特性が著しく悪化するという問題が生じる。そこで、例えば特許文献1においては、TCR特性の改善を目的としてWOを添加物として加えている。また、例えば特許文献2や特許文献3には、鉛フリーの厚膜抵抗体のTCR特性等の改善を目的に、CaTiO等のペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物(以下、ペロブスカイト型化合物と称する。)を添加物として加えることが開示されている。
【特許文献1】特開2002−198203号公報
【特許文献2】特開2003−197405号公報
【特許文献3】特開2004−356266号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記特許文献1〜3に記載される抵抗体においても、従来の鉛系抵抗体のTCRのレベルには未だ到達しておらず、TCR悪化の不都合が完全に解消されたわけではない。
【0006】
また、鉛フリーの抵抗体の前記導電性材料に用いられるRu複合酸化物としてはCaRuOやSrRuO等のペロブスカイト型化合物が代表的であるが、例えばこれらペロブスカイト型化合物は、抵抗体ペーストの状態、すなわちガラスと混合された状態で熱処理(焼成)を行うと、容易に分解されて酸化ルテニウムとなる。その結果、得られる抵抗体において所望の抵抗値が得られないという問題がある。同様に、添加物として加えられるペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物も、やはり抵抗体ペーストとしてガラスと混合して熱処理を行うと、容易に分解してその機能を発揮できないという問題がある。
【0007】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、TCR特性等に優れるとともに、所望の抵抗値を示す抵抗体を形成することが可能な抵抗体ペーストを提供することを目的とする。また、本発明は、前記抵抗体ペーストを用いた抵抗体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者は、前述の目的を達成するために、長期に亘り鋭意研究を重ねてきた。その結果、アルカリ金属を含む複合酸化物がTCRの改善やペロブスカイト型化合物の分解抑制に極めて有用であるとの知見を得るに至った。
【0009】
本発明はこのような知見に基づいて完成されたものである。すなわち、本発明に係る抵抗体ペーストは、導電性材料及びガラス組成物を含有する抵抗体組成物が有機ビヒクル中に分散されてなる抵抗体ペーストであって、前記抵抗体組成物がアルカリ金属を含む複合酸化物を含有することを特徴とする。また、本発明に係る抵抗体は、前記抵抗体ペーストを用いて形成されたことを特徴とする。
【0010】
前記アルカリ金属を含む複合酸化物の添加は、抵抗体ペーストを焼き付けて形成される抵抗体のTCR改善に有効であり、また例えばペロブスカイト型化合物の分解抑制という観点においても有効である。
【0011】
抵抗体ペースト中に導電性材料や添加物として含まれるペロブスカイト型化合物は、抵抗体ペーストを焼き付けて抵抗体とした場合に、容易に分解してその機能が失われる。例えば、導電性材料であるRu複合酸化物が前記焼き付けによって酸化ルテニウム等に分解されると、抵抗値等が大きく変動し、所望の抵抗値から大きく外れる等の支障をきたす。
【0012】
本発明では、抵抗体ペースト中にアルカリ金属を含む複合酸化物を存在させているので、前記導電性材料や添加物の分解が抑制され、前記不都合が解消される。その理由について、詳細は不明であるが、前記アルカリ金属を含む複合酸化物を存在させた状態で抵抗体ペーストの焼き付けを行った場合、ペロブスカイト型化合物の分解が充分に抑制されることが実験的に確かめられている。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、TCR特性の改善を図るとともに、例えば導電性材料や添加物としてのペロブスカイト型化合物等の分解を抑制して所望の抵抗値を示す抵抗体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明を適用した抵抗体ペースト及び抵抗体について詳細に説明する。
【0015】
本発明の抵抗体ペーストは、実質的に鉛を含まない導電性材料とガラス組成物と添加物とを含み、これらの成分からなる抵抗体組成物が、有機ビヒクルと混合されてなるものである。特に本発明では、抵抗体ペースト中にアルカリ金属を含む複合酸化物を含有する点に特徴がある。
【0016】
ここで、導電性材料は、絶縁体であるガラス組成物中に分散されることで、構造物である抵抗体に導電性を付与する役割を持つ。導電性材料としては、実質的に鉛を含まない導電性材料が用いられ、例えばRuを含む導電性材料が用いられる。Ruを含む導電性材料としては、RuOやRu複合酸化物等を挙げることができる。Ru複合酸化物としては、CaRuO、SrRuO、BaRuO、BiRuから選ばれる1種若しくは2種以上が好ましい。特に、ABOで表され、CaRuO、SrRuO、BaRuO等のペロブスカイト型化合物を用いる場合に本発明を適用することが好ましい。
【0017】
ガラス組成物は、その組成は特に限定されないが、本発明では環境保全上、やはり鉛を実質的に含まない鉛フリーのガラス組成物を用いることが好ましい。なお、本発明において、「鉛を実質的に含まない」とは、不純物レベルを越える鉛を含まないことを意味し、不純物レベルの量(例えば、ガラス組成物中の含有量が0.05質量%以下程度)であれば含有されていてもよい趣旨である。鉛は、不可避不純物として極微量程度に含有されることがある。
【0018】
ガラス組成物は、抵抗体とされたとき、抵抗体中で導電性材料及び添加物を基板と結着させる役割を持つ。ガラス組成物としては、原料である修飾酸化物成分、網目形成酸化物成分等を混合し、ガラス化したものを用いることができ、特に、主たる修飾酸化物成分として、アルカリ土類金属の酸化物、具体的にはCaO、SrO、BaOから選ばれる1種若しくは2種以上を用いた、いわゆるCaO系ガラスが好適である。また、主たる修飾酸化物成分として、ZnOを含むZnO系ガラス、Biを含むBi系ガラス等も使用できる。
【0019】
前記ガラス組成物におけるその他の成分であるが、網目形成酸化物成分としては、B及びSiOを挙げることができる。また、前記主たる修飾酸化物成分の他、その他の修飾酸化物成分として、任意の金属酸化物を用いることができる。具体的な金属酸化物としては、例えばZrO、Al、ZnO、CuO、NiO、CoO、MnO、Cr、V、MgO、LiO、NaO、KO、TiO、SnO、Y、Fe3、Ta、Nb等を挙げることができ、これらから選ばれる1種若しくは2種以上を用いればよい。中でも、ZrO、Ta、Nbは、高抵抗を有する抵抗体ペースト用のガラス組成物の成分として好適な酸化物であり、これらを20モル%以下の範囲内で添加することが好ましい。
【0020】
本発明の抵抗体ペーストは、導電性材料及びガラス組成物に加えて、添加物としてアルカリ金属を含む複合酸化物を含有する点に特徴がある。前記複合酸化物は、アルカリ金属(Li、Na、K)の複合酸化物であればよいが、特にはアルカリ金属と、Nb、Ta、Tiから選ばれる少なくとも1種とを含む複合酸化物であることが好ましい。かかる複合酸化物は、具体的には、LiNbO、LiTaO、LiTiO、NaNbO、NaTaO、NaTiO、NaTi、KNbO、KTaO、KTiOから選択される少なくとも1種である。
【0021】
抵抗体ペーストには、前記複合酸化物に加えて、添加物としてBaTiO、SrTiO、CaTiO、MgTiO、CoTiO、NiTiO等のペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物が含まれていてもよい。中でもBaTiO、SrTiO、CaTiO、MgTiO等のアルカリ土類金属とTiとを含む複合酸化物を抵抗体ペーストに含有されていてもよい。
【0022】
また、添加物として、金属材料を組み合わせて添加することも有効である。この場合、金属材料としては、任意の導電性金属の微粒子等が使用可能であるが、前記複合酸化物との組み合わせという観点からは、AgやPd等の単体金属の他、Ag−Pd等、AgやPdの合金等が好適である。
【0023】
また、その他の添加物として、金属酸化物、特にCuO、CuO等を使用することで、STOLの改善を図ることができる。
【0024】
前述の各成分を含む抵抗体成分については、組成も最適化することが好ましい。具体的には、抵抗体組成物の組成は、
導電性材料:30〜80質量%
ガラス組成物:10〜55質量%
アルカリ金属を含む複合酸化物:0.1〜25質量%(ただし、0は含まず。)
金属材料:0〜20質量%
その他の添加物:0〜10質量%
であることが好ましい。
【0025】
前記抵抗体組成物の組成は、抵抗値の他、TCR等の観点から決められ、前記範囲とすることで、それぞれの抵抗値において、TCR等を確実に小さな値とすることができる。
【0026】
前述の抵抗体組成物は、有機ビヒクル中に分散することで抵抗体ペーストとされるが、抵抗体ペースト用の有機ビヒクルとしては、この種の抵抗体ペーストに用いられるものがいずれも使用可能であり、例えば、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、メタクリル樹脂、ブチルメタクリレート等のバインダ樹脂と、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、トルエン、各種アルコール、キシレン等の溶剤とを混合して用いることができる。このとき、各種の分散剤や活性剤、可塑剤等を用途等に応じて適宜併用することも可能である。
【0027】
前記有機ビヒクルの配合比率であるが、抵抗体組成物の質量(W1)と、有機ビヒクルの質量(W2)の比率(W2/W1)が、0.25〜4(W2:W1=1:0.25〜1:4)であることが好ましい。より好ましくは、前記比率(W2/W1)が0.5〜2である。前記比率を外れると、抵抗体を例えば基板上に形成するのに適した粘度の抵抗体ペーストを得ることができなくなるおそれがある。
【0028】
抵抗体を形成するには、前述の成分を含む抵抗体ペーストを例えば基板上にスクリーン印刷等の手法で印刷(塗布)し、850℃程度の温度で焼成すればよい。基板としては、Al基板やBaTiO基板の誘電体基板や、低温焼成セラミック基板、AlN基板等を用いることができる。基板形態としては、単層基板、複合基板、多層基板のいずれであってもよい。多層基板の場合、抵抗体は、表面に形成してもよいし、内部に形成してもよい。
【0029】
前述のように、抵抗体を形成する際には、導電性材料や添加物として各種のペロブスカイト型化合物がガラス組成物と混合された状態で焼成(熱処理)されるが、従来は、焼成によって前記ペロブスカイト型化合物は分解されてしまい、それぞれの機能を充分に果たすことができない。
【0030】
そこで、本発明においては、例えば、導電性材料(CaRuO、SrRuO、BaRuO等)、添加物としてのアルカリ土類金属とTiとを含む複合酸化物(MgTiO、CaTiO、SrTiO、BaTiO等)等、抵抗体ペーストの成分としてペロブスカイト型化合物を用いる場合、抵抗体ペーストにアルカリ金属を含む複合酸化物を添加する。これによって、導電性材料や添加物として用いたペロブスカイト型化合物の分解が抑制され、所望の抵抗値を示す抵抗体を得ることができる。また、アルカリ金属を含む複合酸化物の添加により、TCR特性に優れた抵抗体を形成することができる。
【0031】
抵抗体の形成に際しては、通常、基板に電極となる導電パターンを形成するが、この導電パターンは、例えば、AgやPt、Pd等を含むAg系の良導電材料を含む導電ペーストを印刷することにより形成することができる。また、形成した抵抗体の表面に、ガラス膜等の保護膜(オーバーグレーズ)を形成してもよい。
【0032】
本発明の抵抗体を適用可能な電子部品としては特に限定されないが、例えば単層または多層の回路基板、チップ抵抗器等の抵抗器、アイソレータ素子、C−R複合素子、モジュール素子の他、積層チップコンデンサ等のコンデンサやインダクタ等が挙げられ、コンデンサやインダクタ等の電極部分にも適用することができる。
【実施例】
【0033】
以下、本発明の具体的な実施例について、実験結果に基づき説明する。
【0034】
<ガラス組成物の作製>
、SiO、CaCO、SrCO、BaCO、ZrO、Ta等の原料を所定量秤量し、ボールミルにて混合して乾燥した。得られた粉末を5℃/分の速度で1300℃まで昇温しその温度を1時間保持した後に水中投下することによって急冷し、ガラス化した。得られたガラス化物をボールミルで粉砕し、ガラス粉末を得た。各成分の比率を変えることにより、CaO系ガラス、ZnO系ガラス及びBi系ガラスの3種類のガラス組成物を作製した。なお、CaO系ガラス、ZnO系ガラス及びBi系ガラスは、それぞれ下記のような成分を含有するものである。
【0035】
CaO系ガラス:CaO、B、SiO、ZrO、Ta
ZnO系ガラス:ZnO、B、SiO、ZrO、Ta
Bi系ガラス:Bi、B、SiO
【0036】
<導電性材料>
導電性材料として、CaRuO、SrRuO及びBaRuOを用意した。
【0037】
<添加物>
添加物として、LiNbO、LiTaO、LiTiO、NaNbO、NaTaO、NaTiO、NaTi、KNbO、KTaO及びKTiOを用意した。
<有機ビヒクルの作製>
バインダとしてエチルセルロース、有機溶剤としてターピネオールを用い、有機溶剤を加熱撹拌しながらバインダを溶かして、有機ビヒクルを作製した。
【0038】
<抵抗体ペーストの作製>
導電性材料、ガラス組成物、添加物及び有機ビヒクルを各組成となるように秤量し、3本ロールミルで混練し、抵抗体ペーストを得た。なお、導電性材料、ガラス組成物粉末及び添加物の合計質量と有機ビヒクルの質量の比は、得られた抵抗体ペーストがスクリーン印刷に適した粘度となるように、質量比で1:0.25〜1:4の範囲で調合し、抵抗体ペーストを作製した。
【0039】
<抵抗体の作製>
純度96%のアルミナ基板上に、Ag−Pt導体ペーストを所定形状にスクリーン印刷して乾燥させた。Ag−Pt導体ペーストにおけるAgの割合は95質量%、Ptの割合は5質量%とした。このアルミナ基板をベルト炉に入れ、投入から排出まで1時間のパターンで焼き付けを行った。この時の焼き付け温度は850℃、その温度での保持時間は10分間とした。
【0040】
このようにして導体が形成されたアルミナ基板上に、先に作製した抵抗体ペーストをスクリーン印刷法にて所定の形状(1mm×1mmの方形状)のパターンで塗布し、乾燥した。その後、導体焼き付けと同じ条件で抵抗体ペーストを焼き付け、抵抗体を得た。
【0041】
<抵抗体の特性評価>
(1)抵抗値
Agilent Technologies社製の製品番号 34401Aにより測定。試料数24個の平均値を求めた。
【0042】
(2)TCR
室温25℃を基準として、−55℃及び125℃へ温度を変えた時の抵抗値変化率を求めた。試料数10個の平均値である。−55℃、25℃、125℃の抵抗値をR-55、R25、R125(Ω/□)とおくと、CTCR及びHTCRは以下のように表される。
CTCR(ppm/℃)=[(R-55−R25)/R25/80]×1000000
HTCR(ppm/℃)=[(R125−R25)/R25/100]×1000000
CTCR及びHTCRのうち絶対値の大きい方をTCR値とした。
【0043】
<試料1〜試料13>
導電性材料としてCaRuOを、ガラス組成物としてCaO系ガラスを用いるとともに、添加物としてアルカリ金属を含む複合酸化物を表1に示すように選択して用いた。なお、試料1は、アルカリ金属を含む複合酸化物を添加しない例であり、本発明の比較例に相当する試料である。
【0044】
<試料14〜試料19>
導電性材料としてSrRuOを、ガラス組成物としてCaO系ガラスを用いるとともに、添加物としてアルカリ金属を含む複合酸化物を表1に示すように選択して用いた。なお、試料14は、アルカリ金属を含む複合酸化物を添加しない例であり、本発明の比較例に相当する試料である。
【0045】
<試料20〜試料23>
導電性材料としてCaRuOを、ガラス組成物としてZnO系ガラスを用いるとともに、添加物としてアルカリ金属を含む複合酸化物を表1に示すように選択して用いた。なお、試料20は、アルカリ金属を含む複合酸化物を添加しない例であり、本発明の比較例に相当する試料である。
【0046】
<試料24〜試料27>
導電性材料としてBaRuOを、ガラス組成物としてBi系ガラスを用いるとともに、添加物としてアルカリ金属を含む複合酸化物を表1に示すように選択して用いた。なお、試料24は、アルカリ金属を含む複合酸化物を添加しない例であり、本発明の比較例に相当する試料である。
【0047】
これら各試料における抵抗体組成物の組成、及び特性評価結果を表1に示す。なお、表中*印を付与した試料は、比較例に相当するものである。表中、各成分の含有量を質量%で表す。
【0048】
【表1】

【0049】
表1から明らかなように、アルカリ金属を含む複合酸化物を抵抗体ペースト中に添加した場合(試料2〜試料13)、前記複合酸化物を含有しない場合(試料1)に比べてTCR特性が改善され、また、高い抵抗値を示している。これは、試料1においてはペロブスカイト型化合物であるCaRuOが焼成によってほとんど分解してしまうのに対し、試料2〜試料11においては、複合酸化物の添加によりCaRuOの分解が抑制され、焼成後の抵抗体中にCaRuOが残存しているためと推測される。
【0050】
前記傾向は、導電性材料としてSrRuOを用いた場合、ガラス組成物としてZnO系ガラスを用いた場合、導電性材料としてBaRuOを用いるとともにガラス組成物としてBi系ガラスを用いた場合、いずれにおいても同様であった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電性材料及びガラス組成物を含有する抵抗体組成物が有機ビヒクル中に分散されてなる抵抗体ペーストであって、
前記抵抗体組成物がアルカリ金属を含む複合酸化物を含有することを特徴とする抵抗体ペースト。
【請求項2】
前記複合酸化物が、アルカリ金属と、Nb、Ta、Tiから選ばれる少なくとも1種とを含むことを特徴とする請求項1記載の抵抗体ペースト。
【請求項3】
前記複合酸化物が、LiNbO、LiTaO、LiTiO、NaNbO、NaTaO、NaTiO、NaTi、KNbO、KTaO、KTiOから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項2記載の抵抗体ペースト。
【請求項4】
前記抵抗体組成物が添加物として前記複合酸化物を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の抵抗体ペースト。
【請求項5】
前記導電性材料がペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の抵抗体ペースト。
【請求項6】
前記化合物がCaRuO、SrRuO、BaRuOから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項5記載の抵抗体ペースト。
【請求項7】
前記抵抗体組成物が添加物としてペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物を含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の抵抗体ペースト。
【請求項8】
前記化合物がアルカリ土類金属とTiとを含む複合酸化物であることを特徴とする請求項7記載の抵抗体ペースト。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれか1項記載の抵抗体ペーストを用いて形成されたことを特徴とする抵抗体。

【公開番号】特開2006−261348(P2006−261348A)
【公開日】平成18年9月28日(2006.9.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−75987(P2005−75987)
【出願日】平成17年3月16日(2005.3.16)
【出願人】(000003067)TDK株式会社 (7,238)
【Fターム(参考)】