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JPH0738325B2 - Thick film resistor composition and use thereof - Google Patents

Thick film resistor composition and use thereof

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Publication number
JPH0738325B2
JPH0738325B2 JP63264091A JP26409188A JPH0738325B2 JP H0738325 B2 JPH0738325 B2 JP H0738325B2 JP 63264091 A JP63264091 A JP 63264091A JP 26409188 A JP26409188 A JP 26409188A JP H0738325 B2 JPH0738325 B2 JP H0738325B2
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JP
Japan
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thick film
glass
boride
film resistor
metal
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP63264091A
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Japanese (ja)
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修 伊藤
忠道 浅井
敏夫 小川
長谷川  満
昭 池上
喜重 遠藤
通男 大谷
勝男 海老沢
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Hitachi Ltd
Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Chemical Co Ltd
Priority to JP63264091A priority Critical patent/JPH0738325B2/en
Publication of JPH02112202A publication Critical patent/JPH02112202A/en
Publication of JPH0738325B2 publication Critical patent/JPH0738325B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、厚膜ハイブリツドIC等に用いる厚膜抵抗組成
物及びそれを用いた厚膜ハイブリツドICに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thick film resistance composition used for a thick film hybrid IC and the like, and a thick film hybrid IC using the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、厚膜ハイブリツドIC等に用いられている抵抗体用
材料には、空気中で焼成できるものとしてRuO2系材料が
一般に用いられてきた。したがつて、導体回路も空気中
で焼成されても酸化等の心配のないAg-Pb系材料が使用
されていた。
Conventionally, as a resistor material used in a thick film hybrid IC or the like, a RuO 2 based material has been generally used because it can be fired in air. Therefore, the conductor circuit was also made of Ag-Pb-based material that would not be oxidized even if it was fired in air.

しかし、Ag-Pb系材料は抵抗値が比較的高く厚膜ハイブ
リツドICの低インピーダンス化を図る上でのネツクとな
つていた。一方、銅系の回路導体はAg-Pb系に比べて低
インピーダンスであるという利点があるが、銅は酸化さ
れやすいので非酸化性雰囲気中例えば窒素ガス中でない
と焼成できない。また抵抗材料に上記のRuO2系材料を用
いると窒素ガス中ではRuO2が還元されてしまうため使用
できないという問題がある。そこで、銅系の導体回路を
有する厚膜ハイブリツドICにおいては抵抗材料として、
金属6ホウ化物例えばLaB6にガラス粉、有機ビヒクルを
加えたペースト(特公昭59−51721号)が知られてい
る。
However, Ag-Pb materials have a relatively high resistance value, and have been a link for lowering the impedance of thick film hybrid ICs. On the other hand, the copper-based circuit conductor has an advantage that it has a lower impedance than the Ag-Pb-based circuit conductor, but since copper is easily oxidized, it can be fired only in a non-oxidizing atmosphere, for example, in nitrogen gas. Further, when the above RuO 2 type material is used as the resistance material, there is a problem that it cannot be used because RuO 2 is reduced in nitrogen gas. Therefore, as a resistance material in a thick film hybrid IC having a copper-based conductor circuit,
A metal hexaboride (for example, LaB 6) in which glass powder and an organic vehicle are added (Japanese Patent Publication No. 59-51721) is known.

しかし、これらは面積抵抗値で数KΩ/□以上の抵抗値
の安定な抵抗体が得られないという問題がある。
However, these have a problem that a stable resistor having a sheet resistance of several KΩ / □ or more cannot be obtained.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

LaB6を中心とした金属6ホウ化物は、ホウケイ酸系のガ
ラスと組合せることにより厚膜抵抗体として安定した抵
抗特性を実現する。しかしこの抵抗体は、実用的に10〜
104Ω/□しか満足していない。金属ホウ化物には、こ
れら6ホウ化物以上の、電気伝導性、融点、化学的安定
性を備える優れたものがIVa、Va、VIIa、VIII族のホウ
化物にある。しかし、これらのホウ化物は、通常のホウ
ケイ酸ガラスとは濡れ性が悪いために厚膜抵抗体の導電
粒子として用いることができなかつた。LaB6などの希土
類元素を含む化合物に較べ、人手が容易で安価なこれら
IVa、Va、VIIa、VIII族のホウ化物を厚膜抵抗体の導電
粒子とすることができる技術を開発するのが本発明の目
的である。
The metal 6 boride centered on LaB 6 realizes stable resistance characteristics as a thick film resistor by combining with a borosilicate glass. However, this resistor is practically 10 ~
Only 10 4 Ω / □ is satisfied. Among the metal borides, IVa, Va, VIIa, and VIII borides are superior to those having 6 or more borides, which are excellent in electrical conductivity, melting point, and chemical stability. However, since these borides have poor wettability with ordinary borosilicate glass, they cannot be used as conductive particles for thick film resistors. Compared to compounds containing rare earth elements such as LaB 6, these are easier and cheaper to work with.
It is an object of the present invention to develop a technique in which a boride of Group IVa, Va, VIIa or VIII can be used as a conductive particle of a thick film resistor.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明を概説すれば、本発明の第1の発明は厚膜抵抗体
組成物に関する発明であつて、(a)周期表IVa,Va、VI
Ia、VIII族の金属のホウ化物よりなる群から選択した少
なくとも1種のホウ化物の2〜70体積部(全固体基
準)、 (b)上記ホウ化物を構成する金属とイオン半径におい
て0.02nm以内にある金属の酸化物を1〜30重量部含有
し、非酸化性雰囲気で焼成可能で、かつ焼成によつて上
記ホウ化物により還元されないガラスの8〜30体積部
(全固体基準) の各粉末の混合物と、有効量の有機ビヒクルとを含有し
ていることを特徴とする。
Briefly describing the present invention, the first invention of the present invention relates to a thick film resistor composition, comprising (a) Periodic Table IVa, Va, VI
2 to 70 parts by volume (all solids basis) of at least one boride selected from the group consisting of borides of Group Ia and VIII metals, (b) within 0.02 nm in the metal and ionic radius of the above boride. Powder of 8 to 30 parts by volume (all solids basis) of a glass containing 1 to 30 parts by weight of the metal oxide in 1), capable of firing in a non-oxidizing atmosphere, and not reduced by the above boride upon firing. And a effective amount of an organic vehicle.

そして、本発明の第2の発明は厚膜ハイブリツドICに関
する発明であつて、セラミツクス焼結体からなる基板上
に厚膜導体及び厚膜抵抗体を備えた厚膜ハイブリツドIC
において、その抵抗体が、第1の発明の厚膜抵抗体組成
物の焼結体であることを特徴とする。
A second invention of the present invention relates to a thick film hybrid IC, which is a thick film hybrid IC having a thick film conductor and a thick film resistor on a substrate made of a ceramics sintered body.
In the above, the resistor is a sintered body of the thick film resistor composition of the first invention.

前記目的は、金属ホウ化物と例えばホウケイ酸アツミガ
ラスの濡れ性を向上させることにより、達成される。濡
れ性を向上させるためには、金属ホウ化物を構成する金
属とイオン半径において0.02nm以内にある金属の酸化物
をホウケイ酸アルミガラス中に添加することにより、達
成される。
The object is achieved by improving the wettability of metal borides with, for example, borosilicate atumi glass. In order to improve the wettability, the metal boride and the metal oxide having an ionic radius within 0.02 nm are added to the borosilicate aluminum glass.

LaB6等金属6ホウ化物がホウケイ酸アルミガラスと濡れ
性がよいのは、このガラス中に含まれるCaO等、軟化点
を調整するために添加している金属酸化物中の金属と、
ホウ化物中の金属のイオン半径の大きさが非常に近いた
めである(表1参照)。
The metal 6 boride such as LaB 6 has good wettability with the aluminum borosilicate glass because the metal in the metal oxide added to adjust the softening point such as CaO contained in the glass,
This is because the ionic radii of metals in borides are very close to each other (see Table 1).

イオン半径の大きさが近いならば、互いの原子の位置を
交換することは容易である。したがつて、導電粒子中の
金属原子とガラス中の金属原子が交換可能であれば、そ
れらにより形成される界面のエネルギーは低くなり、濡
れ性は良好となる。
If the ionic radii are close in size, it is easy to exchange the positions of atoms with each other. Therefore, if the metal atoms in the conductive particles and the metal atoms in the glass are exchangeable, the energy of the interface formed by them becomes low and the wettability becomes good.

この機構に従えば、一般の導電性金属ホウ化物において
も、ガラス中にこのホウ化物の金属と同程度のイオン半
径をもつ金属酸化物を添加して、ガラスとの濡れ性を向
上させることにより厚膜抵抗体用の導電粒子として用い
ることができる。その際には、添加する酸化物がガラス
化を妨げないようにすることが必要である。
According to this mechanism, even in a general conductive metal boride, by adding a metal oxide having an ionic radius similar to that of the metal of the boride to the glass, the wettability with the glass is improved. It can be used as conductive particles for thick film resistors. In that case, it is necessary that the added oxide does not hinder vitrification.

厚膜抵抗体は、導電粒子同士をガラスが結合させる構造
をとつている。したがつて、ガラス量があまり少ない
と、導電粒子は結合することができず、電流を流すこと
が困難になり、また基板との接着性も悪くなる。また、
導電粒子の量があまり少ないと、導電粒子の連鎖が切れ
てしまうので導通経路を形成できなくなる。これらを考
慮に入れると厚膜抵抗体中の導電成分は、2〜70体積部
(全固体基準)であることが望ましい。
The thick film resistor has a structure in which conductive particles are bonded to each other by glass. Therefore, if the amount of glass is too small, the conductive particles cannot bond with each other, and it becomes difficult to pass an electric current, and the adhesiveness to the substrate deteriorates. Also,
If the amount of the conductive particles is too small, the chain of the conductive particles will be broken and the conductive path cannot be formed. Taking these into consideration, the conductive component in the thick film resistor is preferably 2 to 70 parts by volume (based on all solids).

また、高抵抗範囲を安定して実現するためには抵抗体中
に導電粒子の細い導電経路を形成する必要がある。その
ためには、導電粒子の粒径が小さくなければならず、0.
5μm以下、より好ましくは0.1μm以下が望ましい。
Further, in order to stably realize the high resistance range, it is necessary to form a thin conductive path of conductive particles in the resistor. For that, the particle size of the conductive particles must be small, 0.
It is preferably 5 μm or less, more preferably 0.1 μm or less.

上記ホウ化物粒子はアークプラズマや高周波誘導プラズ
マ等の熱源を用いて生成するのが好ましい。
The boride particles are preferably generated using a heat source such as arc plasma or high frequency induction plasma.

本発明のホウ化物中の金属として特に好ましいものは、
IV族としてTi、Zr、Hf、V族としてV、Nb、Ta、VIIa族
としてMn、VIII族としてFe、Co、Niがある。
Particularly preferred as the metal in the boride of the present invention is
There are Ti, Zr, Hf as the IV group, V, Nb, Ta as the V group, Mn as the VIIa group, and Fe, Co, Ni as the VIII group.

このような粒径の小さい金属ホウ化物と、ホウ化物との
濡れ性を改善したガラスを組合せることにより、10〜10
6Ω/□の抵抗値範囲をカバーし、抵抗の温度特性も良
好な安定した新規の厚膜抵抗体を開発することができ
る。
By combining a metal boride having such a small particle size and glass having improved wettability with the boride, 10 to 10
It is possible to develop a stable new thick film resistor that covers the resistance value range of 6 Ω / □ and has good temperature characteristics of resistance.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
The present invention is not limited to these examples.

実施例1 IVa、Va族のホウ化物の粉末を、誘導プラズマ法により
融解急冷し、0.5μm以下の微粉末を作製した。表1よ
り、濡れ性を向上させる金属としてハフニウムを選定
し、酸化ハフニウムを添加したホウケイ酸アルミガラス
を作製した。組成は、表2に示す。
Example 1 A powder of a boride of group IVa and Va was melted and quenched by an induction plasma method to prepare a fine powder of 0.5 μm or less. From Table 1, hafnium was selected as a metal for improving the wettability, and an aluminum borosilicate glass to which hafnium oxide was added was prepared. The composition is shown in Table 2.

これらの導電性粉末とガラス粉末をらいかい機で混合し
た後、有機ビヒクルとして20%メタクリル酸系樹脂/ブ
チルカルビトールアセテート溶液を粉末成分に対し約20
重量%加え、3本ロールを用いて室温で混練し、ペース
ト状の本発明の厚膜抵抗体組成物を得た。
After mixing these conductive powders and glass powder with a frying machine, add 20% methacrylic acid-based resin / butyl carbitol acetate solution as an organic vehicle to about 20 parts of the powder component.
% By weight and kneaded at room temperature using a three-roll mill to obtain a thick film resistor composition of the present invention in a paste form.

次に、第1図に示す抵抗体を作製した。すなわち、第1
図は本発明の1実施例に用いた試験用抵抗体の平面図で
あり、符号1はアルミナ基板、2はCu導体、3は抵抗体
を意味する。第1図に示すようにアルミナ基板1(0.8m
m×72mm×55mm)上に、銅系の導体ペースト(デユポン
社製:9153)を用いてスクリーン印刷法によりCu導体2
を形成後、120℃、10分乾燥し、窒素ガス中で900℃、10
分の焼成を行つた。
Next, the resistor shown in FIG. 1 was produced. That is, the first
FIG. 1 is a plan view of a test resistor used in one embodiment of the present invention. Reference numeral 1 is an alumina substrate, 2 is a Cu conductor, and 3 is a resistor. As shown in Fig. 1, alumina substrate 1 (0.8m
Cu conductor 2 by a screen printing method using a copper-based conductor paste (Dyupon Co., Ltd .: 9153) on m × 72 mm × 55 mm)
After forming, dry at 120 ℃, 10 minutes, 900 ℃, 10 in nitrogen gas
Minutes were fired.

次に、前記厚膜抵抗体組成物を同様にして、印刷し抵抗
体3を形成した。これを、120℃、10分乾燥し、次いで
窒素ガス中で950℃で焼成を行つて抵抗体を作製した。
Next, the thick film resistor composition was similarly printed to form a resistor 3. This was dried at 120 ° C. for 10 minutes and then fired at 950 ° C. in nitrogen gas to produce a resistor.

表3にTiB2系抵抗体の各組成ごとの面積抵抗値とTCR
(抵抗温度係数)を示す。また表4にはTaB系抵抗体の
各組成ごとの面積抵抗値とTCRを示す。
Table 3 shows the sheet resistance and TCR for each composition of TiB 2 series resistors.
(Resistance temperature coefficient) is shown. Further, Table 4 shows the sheet resistance and TCR for each composition of the TaB type resistor.

比較例1 ガラス粉末として、酸化ハフニウムを含まないホウケイ
酸アルミガラスを用意し(表2参照)、実施例1で用い
たTiB2と混合し、実施例1と同様のプロセスで抵抗ペー
ストを作製した。そして、実施例1と同様にアルミナ基
板上に導体ペースト、抵抗ペーストを印刷焼成し、抵抗
体を作製した。表5に各組成ごとの面積抵抗値とTCRを
示す。
Comparative Example 1 As a glass powder, borosilicate aluminum glass containing no hafnium oxide was prepared (see Table 2), mixed with TiB 2 used in Example 1, and a resistance paste was prepared by the same process as in Example 1. . Then, in the same manner as in Example 1, the conductor paste and the resistance paste were printed and fired on the alumina substrate to manufacture a resistor. Table 5 shows the sheet resistance and TCR for each composition.

ここで作製した抵抗体の抵抗値は高い領域しかカバーせ
ず、TCRも負の大きな値をとるものが大部分を占め厚膜
抵抗体としては不安定な特性を示している。これは、実
施例1と比較してガラスがTiB2とよく濡れないためであ
る。なぜならば、実施例1で用いたガラスには、Tiイオ
ンに近いイオン半径をもつHfイオンが含まれており、容
易にガラスとホウ化物の界面を形成するのに対し、比較
例1で用いたガラスにおいては、Tiイオンに近いイオン
半径をもつ金属イオンがガラス中に含まれていないの
で、ガラスとホウ化物との界面の形成が困難であるから
である。先にも述べたように、導電粒子とガラスとの濡
れ性がよいと導電粒子同士が強固に結合して、厚膜抵抗
体に望まれる10Ω/□から106Ω/□までの抵抗値範囲
を実現できる。一方、濡れ性が悪いと、導電粒子同士の
結合がうまく進行しないので、低抵抗値範囲を実現でき
ない。
The resistance value of the resistor manufactured here covers only a high value region, and most of the TCR has a large negative value, which is unstable as a thick film resistor. This is because the glass does not wet well with TiB 2 as compared with Example 1. This is because the glass used in Example 1 contains Hf ions having an ionic radius close to that of Ti ions and easily forms the interface between the glass and the boride, whereas the glass used in Comparative Example 1 In glass, metal ions having an ionic radius close to that of Ti ions are not contained in the glass, so that it is difficult to form the interface between the glass and the boride. As mentioned earlier, if the conductive particles and glass have good wettability, the conductive particles are firmly bonded to each other, and the resistance value range desired from 10 Ω / □ to 10 6 Ω / □ is desired for thick film resistors. Can be realized. On the other hand, if the wettability is poor, the bonding between the conductive particles does not proceed well, so that the low resistance value range cannot be realized.

このガラスと導電粒子との濡れ性の差が、TiB2を導電粒
子とする厚膜抵抗体において、表3と表5の差として表
れたのである。
The difference in the wettability between the glass and the conductive particles appears as the difference between Table 3 and Table 5 in the thick film resistor having TiB 2 as the conductive particles.

比較例2 金属ホウ化物とガラスとの濡れ性を比較するために、ペ
レツト状(15φ×5mmt)の金属ホウ化物の上にペレツト
状(10φ×3mmt)のガラスをのせ加熱することにより濡
れ角の測定を行つた(第2図)。すなわち、第2−1
図、第2−2図、第2−3図は本発明の他の実施例に用
いた濡れ性を評価する試験片の側面図であり、符号4は
LaB6焼結体、5はTiB2焼結体、6はガラス(HfO2
し)、7はガラス(HfO2入り)を意味する。また、第3
図は濡れ角の定義を示す試験片の側面図である。濡れ角
の測定において、加熱温度は、ガラスの軟化温度とし、
10分間保持した。表6に、金属ホウ化物とガラスの組合
せと濡れ角について示す。
Comparative Example 2 In order to compare the wettability between the metal boride and the glass, the wetting angle of the pellet-shaped (15φ × 5 mmt) metal boride was changed by heating the pellet-shaped (10φ × 3 mmt) glass. The measurement was performed (Fig. 2). That is, the 2-1
FIGS. 2-2 and 2-3 are side views of test pieces for evaluating wettability used in other examples of the present invention, and reference numeral 4
LaB 6 sintered body, 5 means TiB 2 sintered body, 6 means glass (without HfO 2 ), and 7 means glass (containing HfO 2 ). Also, the third
The figure is a side view of the test piece showing the definition of the wetting angle. In measuring the wetting angle, the heating temperature is the softening temperature of the glass,
Hold for 10 minutes. Table 6 shows combinations of metal borides and glass and wetting angles.

酸化ハフニウム入りのガラスを用いると、TiB2において
もガラスとの濡れ性が向上することがわかる。
It can be seen that the use of glass containing hafnium oxide also improves the wettability of TiB 2 with glass.

実施例2 第4図は高周波増幅回路用の厚膜ハイブリツドICの導
体、抵抗体のパターンを示す図であり、符号1〜3は第
1図と同義である。導体にはCu(デユポン社製:9153)
を用いた。抵抗体には、実施例1において作製したTiB2
−ガラス系(表3のNo.1、2、4、5、6)の5種類を
用いた。抵抗体は、1成分必要な全抵抗範囲をカバーし
ているので、チツプ抵抗を組込む必要はない。
Embodiment 2 FIG. 4 is a diagram showing patterns of conductors and resistors of a thick film hybrid IC for a high frequency amplifier circuit, and reference numerals 1 to 3 are synonymous with FIG. Cu for conductor (Deupon: 9153)
Was used. For the resistor, TiB 2 produced in Example 1 was used.
-Five types of glass type (No. 1, 2, 4, 5, 6 in Table 3) were used. Since the resistor covers the entire resistance range required for one component, it is not necessary to incorporate a chip resistor.

実施例3 VIIa族のホウ化物としてMnB2の微粉末を導電粉末として
用いた。MnB2の抵抗率は71μΩ・cmである。このMnイオ
ンのイオン半径に近いものとして、Mgイオンを選定し、
この酸化物であるMgOを、ガラス中に添加した。ガラス
の組成を表7に示す。
Example 3 A fine powder of MnB 2 as a boride of Group VIIa was used as a conductive powder. The resistivity of MnB 2 is 71 μΩ · cm. The Mg ion is selected as one close to the ionic radius of this Mn ion,
This oxide, MgO, was added into the glass. The composition of the glass is shown in Table 7.

これらの導電性粉末とガラス粉末をらいかい機で混合し
た後、有機ビヒクルとして、20%メタクリル酸系樹脂/
ブチルカルビトールアセテート溶液を粉末成分に対し、
約20重量%を加え、3本ロールを用いて室温で混練し、
ペースト状の本発明の厚膜抵抗組成物を得た。
After mixing these conductive powders and glass powders with a frying machine, use 20% methacrylic resin / organic resin as an organic vehicle.
Butyl carbitol acetate solution to the powder component,
Add about 20% by weight and knead at room temperature using 3 rolls.
A thick film resistance composition of the present invention in the form of a paste was obtained.

次に、第1図に示すようにアルミナ基板1(0.8mm×72m
m×55mm)上に、銅系の導体ペースト(デユポン社製:91
53)を用いて、スクリーン印刷法によりCu導体2を形成
後、120℃、10分乾燥し、窒素ガス中で、900℃、10分の
焼成を行つた。
Next, as shown in Fig. 1, the alumina substrate 1 (0.8 mm x 72 m
m × 55mm), copper-based conductor paste (made by Deupon: 91
53) was used to form a Cu conductor 2 by a screen printing method, followed by drying at 120 ° C. for 10 minutes and firing in nitrogen gas at 900 ° C. for 10 minutes.

次に、前記厚膜抵抗組成物を同様にして、印刷し抵抗体
3を形成した。これを120℃、10分乾燥し、次いで窒素
ガス中で950℃で焼成を行つて抵抗体を作製した。
Next, the thick film resistance composition was similarly printed to form a resistor 3. This was dried at 120 ° C. for 10 minutes, and then baked at 950 ° C. in nitrogen gas to manufacture a resistor.

表8にMnB2系抵抗体の各組成ごとの面積抵抗値とTCR
(抵抗温度係数)を示す。
Table 8 shows the sheet resistance and TCR for each composition of MnB 2 series resistors.
(Resistance temperature coefficient) is shown.

実施例4 VIII族のホウ化物としてNiBの微粉末を導電性粉末とし
て用いた。NiBの抵抗率は50μΩ・cmである。このNiイ
オンのイオン半径に近いものとして、Mnイオンを選定
し、この酸化物であるMnO2を、ガラス中に添加した。ガ
ラスの組成を表9に示す。
Example 4 A fine powder of NiB as a boride of Group VIII was used as a conductive powder. The resistivity of NiB is 50 μΩ · cm. Mn ions were selected as those having an ionic radius close to that of Ni ions, and MnO 2 which was this oxide was added to the glass. Table 9 shows the composition of the glass.

これらの導電性粉末とガラス粉末をらいかい機で混合し
た後、有機ビヒクルとして、20%メタクリル酸系樹脂/
ブチルカルビトールアセテート溶液を粉末成分に対し、
約20重量%加え、3本ロールを用いて室温で混練し、ペ
ースト状の本発明の厚膜抵抗組成物を得た。
After mixing these conductive powders and glass powders with a frying machine, use 20% methacrylic resin / organic resin as an organic vehicle.
Butyl carbitol acetate solution to the powder component,
About 20% by weight was added, and the mixture was kneaded at room temperature using a triple roll to obtain a thick film resistance composition of the present invention in a paste form.

次に、第1図に示すようにアルミナ基板1(0.8mm×72m
m×55mm)上に、銅系の導体ペースト(デユポン社製:91
53)を用いて、スクリーン印刷法によりCu導体2を形成
後、120℃、10分乾燥し、窒素ガス中で、900℃、10分の
焼成を行つた。
Next, as shown in Fig. 1, the alumina substrate 1 (0.8 mm x 72 m
m × 55mm), copper-based conductor paste (made by Deupon: 91
53) was used to form a Cu conductor 2 by a screen printing method, followed by drying at 120 ° C. for 10 minutes and firing in nitrogen gas at 900 ° C. for 10 minutes.

次に、前記厚膜抵抗組成物を同様にして、印刷し抵抗体
3を形成した。これを120℃、10分乾燥し、次いで窒素
ガス中で950℃で焼成を行つて抵抗体を作製した。
Next, the thick film resistance composition was similarly printed to form a resistor 3. This was dried at 120 ° C. for 10 minutes, and then baked at 950 ° C. in nitrogen gas to manufacture a resistor.

表10にMiB系抵抗体の各組成ごとの面積抵抗値とTCR(抵
抗温度係数)を示す。
Table 10 shows the sheet resistance and TCR (temperature coefficient of resistance) for each composition of MiB series resistors.

実施例5 金属ホウ化物とガラスとの濡れ性を比較するために、種
々の金属ホウ化物と、ホウケイ酸アルミガラスを準備し
た。ペレツト状(15φ×5mmt)の金属ホウ化物の上にペ
レツト状(10φ×3mmt)のガラスをのせ加熱することに
より、濡れ角の測定を行つた。加熱温度は、ガラスの軟
化温度である880℃とし、10分間保持した。濡れ角の測
定結果を第5図に示す。ここで横軸は、金属ホウ化物を
構成する金属イオンのイオン半径(Å)を、縦軸は濡れ
角(度)を示す。また、ここで用いたガラスにおいて修
飾イオンとなつているCaのイオン半径も参考のために示
した。この第5図より、Caのイオン半径に近い金属によ
り構成される金属ホウ化物とガラスとの濡れ性が良好で
あることがわかる。この結果に従えば、抵抗体中の導電
粒子とガラスの濡れ性を改善して抵抗体電気特性を向上
させるためには、ガラス中の修飾イオンのイオン半径と
金属ホウ化物を構成する金属のイオン半径が近いことが
必要であることがわかる。
Example 5 In order to compare the wettability between a metal boride and glass, various metal borides and aluminum borosilicate glass were prepared. The wetting angle was measured by placing a pellet-shaped (10φ × 3mmt) glass on a pellet-shaped (15φ × 5mmt) metal boride and heating it. The heating temperature was 880 ° C., which is the softening temperature of the glass, and the temperature was maintained for 10 minutes. The measurement result of the wetting angle is shown in FIG. Here, the horizontal axis represents the ionic radius (Å) of the metal ions forming the metal boride, and the vertical axis represents the wetting angle (degree). In addition, the ionic radius of Ca, which is a modifying ion in the glass used here, is also shown for reference. From FIG. 5, it can be seen that the wettability between the glass and the metal boride made of a metal having an ionic radius close to that of Ca is good. According to this result, in order to improve the wettability between the conductive particles in the resistor and the glass and improve the electrical properties of the resistor, the ionic radius of the modifying ion in the glass and the ion of the metal forming the metal boride are It can be seen that the radii need to be close.

実施例6 アークプラズマ熱源を用いて生成したTiB2超微粒子を用
いた厚膜抵抗体の製法を示す。
Example 6 A method for manufacturing a thick film resistor using TiB 2 ultrafine particles generated by using an arc plasma heat source will be described.

まず、機械粉砕法により得た数μmの粒径を有するTiB2
粉末を成形し、成形体を作製する。成形体の直径は30m
m、厚さは5mmである。そして、この成形体を母材とし、
W電極との間にアークを発生させ、それにより生ずるプ
ラズマ熱源中でTiB2を蒸発させ、急冷後捕集し、TiB2
微粒子を作製する。この時、雰囲気ガスはAr+50%H2
あり、電極−母材間には40V、150Aの入力を加えた。こ
れより、表面の平滑な球形に近い、粒径が0.1μm以下
のTiB2超微粒子を得ることができた。このTiB2超微粒子
と濡れ性のよいガラスとして、Tiとのイオン半径を考慮
し、通常のホウケイ酸ガラスにHfO2粉末を添加しガラス
を作製した。用いた酸化物原料の組成比を表11に示す。
First, TiB 2 having a particle size of several μm obtained by a mechanical grinding method
The powder is molded into a molded body. The diameter of the molded body is 30 m
m, thickness is 5 mm. Then, using this molded body as a base material,
An arc is generated between the electrode and the W electrode, TiB 2 is evaporated in a plasma heat source generated by the arc, and the TiB 2 is collected after quenching to produce TiB 2 ultrafine particles. At this time, the atmosphere gas was Ar + 50% H 2 , and 40 V, 150 A was applied between the electrode and the base material. From this, it was possible to obtain TiB 2 ultrafine particles having a particle diameter of 0.1 μm or less and having a spherical shape with a smooth surface. As a glass having good wettability with the TiB 2 ultrafine particles, HfO 2 powder was added to ordinary borosilicate glass in consideration of the ionic radius of Ti to prepare a glass. Table 11 shows the composition ratio of the oxide raw materials used.

これらの酸化物粉末は、混合後、白金るつぼの中で約15
00℃で溶融させ冷水中に注ぎ、粉砕工程を経てフリツト
化し作製する。これらのTiB2超微粒子とガラス粉末をら
いかい機で混合した後有機ビヒクルとして、アクリル樹
脂/ブチルカルビトールアセテート溶液を粉末成分に対
し約20重量%加え、3本ロールを用いて室温で混練し、
ペースト状の本発明の厚膜抵抗組成物を得た。
After mixing, these oxide powders were mixed in a platinum crucible for about 15 times.
It is melted at 00 ° C, poured into cold water, crushed through a crushing process and made into frits. After mixing these TiB 2 ultrafine particles and glass powder with a frying machine, add about 20% by weight of acrylic resin / butyl carbitol acetate solution to the powder component as an organic vehicle, and knead at room temperature using 3 rolls. ,
A thick film resistance composition of the present invention in the form of a paste was obtained.

この厚膜抵抗組成物を、実施例1と同様にCu導体が印刷
・焼成されたアルミナ基板にスクリーン印刷法によりパ
ターンを形成した。これを120℃、10分乾燥し、次いでN
2ガス中で900℃、10分の焼成を行つた。表12に、導電
相、ガラス相の組成の異なる10種類の抵抗体の、面積抵
抗値、抵抗温度係数、抵抗値のばらつき、電流雑音の測
定結果をまとめて示す。
A pattern was formed from this thick film resistance composition on the alumina substrate on which the Cu conductor was printed and fired by the screen printing method in the same manner as in Example 1. This is dried at 120 ℃ for 10 minutes, then N
Firing was performed in 2 gases at 900 ° C for 10 minutes. Table 12 shows the measurement results of the sheet resistance, the temperature coefficient of resistance, the variation in resistance, and the current noise of 10 types of resistors having different compositions of the conductive phase and the glass phase.

抵抗値のばらつきは、20個の抵抗体の平均面積抵抗と、
その標準偏差の比により算出した。これらの抵抗体は、
厚膜抵抗体に望まれる10〜1MΩ/□の抵抗値範囲をカバ
ーし、抵抗温度係数も±300ppm以内と小さい値を示して
いる。
The variation in resistance value is the average sheet resistance of 20 resistors,
It was calculated by the ratio of the standard deviations. These resistors are
It covers the resistance value range of 10 to 1 MΩ / □ desired for thick film resistors and has a small resistance temperature coefficient within ± 300 ppm.

実施例7 高周波誘導プラズマ熱源を用いて生成したTaB超微粒子
を用いた厚膜抵抗体の製法を示す。まず、雰囲気ガスで
あるAr+Heを高周波誘導コイルの中で、10kV−1Aの入力
条件のもとにプラズマ化し、続いて機械粉砕法により得
た数μmの粒径を有するTaB粒子を、このプラズマ中に
注入する。TaBは、このプラズマ中で瞬間的に蒸発する
が、プラズマ中から抜け出ると直ちに急冷され凝固し、
TaB超微粒子が得られる。
Example 7 A method of manufacturing a thick film resistor using TaB ultrafine particles generated by using a high frequency induction plasma heat source will be described. First, Ar + He, which is the atmospheric gas, is turned into plasma in a high-frequency induction coil under an input condition of 10 kV-1A, and then TaB particles having a particle size of several μm obtained by a mechanical grinding method are used in this plasma. Inject. TaB evaporates instantaneously in this plasma, but as soon as it comes out of the plasma, it is rapidly cooled and solidified,
Ultra fine particles of TaB can be obtained.

高周波誘導プラズマ熱源により得られたTaB超微粒子と
濡れ性がよいガラスとして、Taとのイオン半径を考慮
し、通常のホウケイ酸ガラスにHfO2粉末を添加しガラス
を作製した。用いた酸化物原料の組成比を表11に示す。
これらの酸化物粉末は、実施例6と同様のプロセスを用
いてガラスフリツト化する。これらのTaB超微粒子とガ
ラス粉末をらいかい機で混合した後、有機ビヒクルとし
て、アクリル樹脂/ブチルカルビトールアセテート溶液
を粉末成分に対し約20重量%加え、3本ロールを用いて
室温で混練し、ペースト状の本発明の厚膜組成物を得
た。
As a glass having good wettability with TaB ultrafine particles obtained by a high frequency induction plasma heat source, HfO 2 powder was added to ordinary borosilicate glass in consideration of the ionic radius with Ta to prepare glass. Table 11 shows the composition ratio of the oxide raw materials used.
These oxide powders are glass fritted using the same process as in Example 6. After mixing these TaB ultrafine particles and glass powder with a smasher, add about 20% by weight of acrylic resin / butyl carbitol acetate solution as an organic vehicle to the powder component and knead at room temperature using a three-roll mill. A paste-like thick film composition of the present invention was obtained.

この厚膜抵抗組成物を、実施例6と同様にCu導体が印
刷、焼成されたアルミナ基板にスクリーン印刷法により
パターンを形成した。これを120℃、10分乾燥し、次い
でN2ガス中で900℃、10分の焼成を行つた。表13に、導
電相、ガラス相の組成の異なる10種類の抵抗体の、面積
抵抗値、抵抗温度係数、抵抗値のばらつき、電流雑音の
測定結果をまとめて示す。
This thick film resistance composition was patterned by a screen printing method on an alumina substrate on which a Cu conductor was printed and fired in the same manner as in Example 6. This was dried at 120 ° C. for 10 minutes and then baked at 900 ° C. for 10 minutes in N 2 gas. Table 13 summarizes the measurement results of the sheet resistance, the temperature coefficient of resistance, the variation in resistance, and the current noise of ten types of resistors having different compositions of the conductive phase and the glass phase.

抵抗値のばらつきは、20個の抵抗体の平均面積抵抗と、
その標準偏差の比により算出した。これらの抵抗体は、
厚膜抵抗体に望まれる10〜1MΩ/□の抵抗値範囲をカバ
ーし、抵抗温度係数も±300ppm以内と小さい値を示して
いる。
The variation in resistance value is the average sheet resistance of 20 resistors,
It was calculated by the ratio of the standard deviations. These resistors are
It covers the resistance value range of 10 to 1 MΩ / □ desired for thick film resistors and has a small resistance temperature coefficient within ± 300 ppm.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、LaB6等希土類元素を含む金属ホウ化物
を用いなくとも、それらより電気的特性、化学的耐性に
優れ、かつ入手も容易な金属ホウ化物を、厚膜抵抗体用
導電粒子とすることができる。これら導電粒子と非還元
性ガラスを用いれば、新規の窒素中焼成厚膜抵抗体を作
製することができる。
According to the present invention, even without using a metal boride containing a rare earth element such as LaB 6 , electrical characteristics, chemical resistance is superior to them, and easily available metal boride, conductive particles for thick film resistors. Can be By using these conductive particles and non-reducing glass, a new thick film resistor in fired in nitrogen can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の1実施例に用いた試験用抵抗体の平面
図、第2−1図、第2−2図及び第2−3図は本発明の
他の実施例に用いた濡れ性を評価する試験片の側面図、
第3図は濡れ角の定義を示す試験片の側面図、第4図は
高周波増幅回路用の厚膜ハイブリツドICの導体、抵抗体
のパターンを示す図、第5図は本発明の1実施例で用い
た金属ホウ化物とガラスとの濡れ性を濡れ角とイオン半
径との関係で示すグラフである。 1…アルミナ基板 2…Cu導体 3…抵抗体 4…LaB6焼結体 5…TiB2焼結体 6…ガラス(HfO2なし) 7…ガラス(HfO2入り)
FIG. 1 is a plan view of a test resistor used in one embodiment of the present invention, FIGS. 2-1 and 2-2 and 2-3 are wetting used in another embodiment of the present invention. Side view of the test piece to evaluate the
FIG. 3 is a side view of a test piece showing the definition of the wetting angle, FIG. 4 is a view showing conductors and resistors patterns of a thick film hybrid IC for a high frequency amplifier circuit, and FIG. 5 is one embodiment of the present invention. 5 is a graph showing the wettability between the metal boride used in Example 1 and glass by the relationship between the wetting angle and the ionic radius. 1 ... Alumina substrate 2 ... Cu conductor 3 ... Resistor 4 ... LaB 6 sintered body 5 ... TiB 2 sintered body 6 ... Glass (without HfO 2 ) 7 ... Glass (with HfO 2 )

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 敏夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 長谷川 満 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 池上 昭 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 遠藤 喜重 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大谷 通男 千葉県印旛郡酒々井町酒々井1712 (72)発明者 海老沢 勝男 茨城県東茨城郡茨城町前田982 (56)参考文献 特開 昭54−149899(JP,A) 特開 昭55−27700(JP,A) 特開 昭63−202001(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshio Ogawa 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitate Manufacturing Co., Ltd.Hitachi Research Laboratories (72) Inventor Mitsuru Hasegawa 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Nitate Manufacturing Co., Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Akira Ikegami 4026 Kuji-machi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitate Works, Ltd.Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Yoshishige Endo 502 Jinmachi-cho, Tsuchiura City, Ibaraki Machinery Research Institute, Hitate Co., Ltd. 72) Inventor Mitsuo Otani 1712 Shisui, Shisui-machi, Inba-gun, Chiba Prefecture (72) Katsuo Ebisawa 982 Maeda, Ibaraki-cho, Higashi-Ibaraki-gun, Ibaraki Prefecture (56) Reference JP-A-54-149899 (JP, A) JP-A 55-27700 (JP, A) JP-A-63-202001 (JP, A)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(a)周期表IVa,Va、VIIa及びVIII族の金
属のホウ化物よりなる群から選択した少なくとも1種の
ホウ化物の2〜70体積部(全固体基準)、 (b)上記ホウ化物を構成する金属とイオン半径におい
て0.02nm以内にある金属の酸化物を1〜30重量部含有
し、非酸化性雰囲気で焼成可能で、かつ焼成によつて上
記ホウ化物により還元されないガラスの8〜30体積部
(全固体基準) の各粉末の混合物と、有効量の有機ビヒクルとを含有し
ていることを特徴とする厚膜抵抗体組成物。
(A) 2 to 70 parts by volume (based on total solids) of at least one boride selected from the group consisting of borides of metals of groups IVa, Va, VIIa and VIII of the periodic table, (b) A glass that contains 1 to 30 parts by weight of an oxide of a metal that is within 0.02 nm in a metal and an ionic radius of the boride, can be fired in a non-oxidizing atmosphere, and is not reduced by the boride by firing. 8 to 30 parts by volume (based on total solids) of each powder, and an effective amount of an organic vehicle, a thick film resistor composition.
【請求項2】該ホウ化物の粒子サイズが、0.5μm以下
である請求項1記載の厚膜抵抗体組成物。
2. The thick film resistor composition according to claim 1, wherein the boride has a particle size of 0.5 μm or less.
【請求項3】該ホウ化物粒子が、アークプラズマ熱源を
用いて生成するものである請求項1又は2記載の厚膜抵
抗体組成物。
3. The thick film resistor composition according to claim 1, wherein the boride particles are produced using an arc plasma heat source.
【請求項4】該ホウ化物粒子が、高周波誘導プラズマ熱
源を用いて生成するものである請求項1又は2記載の厚
膜抵抗体組成物。
4. The thick film resistor composition according to claim 1, wherein the boride particles are produced by using a high frequency induction plasma heat source.
【請求項5】セラミツクス焼結体からなる基板上に厚膜
導体及び厚膜抵抗体を備えた厚膜ハイブリツドICにおい
て、その抵抗体が、請求項1記載の厚膜抵抗体組成物の
焼成体であることを特徴とする厚膜ハイブリツドIC。
5. A thick film hybrid IC comprising a thick film conductor and a thick film resistor on a substrate made of a ceramics sintered body, wherein the resistor is a fired body of the thick film resistor composition according to claim 1. Thick film hybrid IC characterized in that
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