JP4803157B2 - Load sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
Load sensor and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4803157B2 JP4803157B2 JP2007273400A JP2007273400A JP4803157B2 JP 4803157 B2 JP4803157 B2 JP 4803157B2 JP 2007273400 A JP2007273400 A JP 2007273400A JP 2007273400 A JP2007273400 A JP 2007273400A JP 4803157 B2 JP4803157 B2 JP 4803157B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glass
- paste
- resin
- less
- composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Force In General (AREA)
Description
本発明は車両の座席下に設けて乗員の体重を測定し、その体重によってエアーバッグの動作方法を調整するスマートエアーバッグあるいは各種荷重を測定する荷重センサ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a smart airbag that is provided under a seat of a vehicle, measures the weight of an occupant, and adjusts the operation method of the airbag according to the weight, a load sensor that measures various loads, and a method of manufacturing the same.
従来、金属基板上にガラス層を介して、感歪抵抗体を形成してなる荷重センサが、特許文献1等で提案されている。
Conventionally, a load sensor in which a strain sensitive resistor is formed on a metal substrate via a glass layer has been proposed in
図17は、こうした従来の荷重センサの構造を説明する断面図であり、配線が単層の荷重センサの一例である。図17において、金属弾性体1の上に、ガラスホーロー2を形成し、その上に配線3a、感歪抵抗体4を形成する。しかしガラスホーロー2に特に結晶質ガラスを用いた場合、析出される結晶の結晶化度を大きくすると、その表面が荒れてしまうことが知られている。
FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining the structure of such a conventional load sensor, and is an example of a load sensor having a single-layer wiring. In FIG. 17, the
特許文献2では、こうした結晶化ガラスの表面粗さを低減するために、結晶化ガラス層の上に金属アルコキシド層を形成し、その表面粗さを小さくしている。そしてその上に配線パターンや感歪抵抗体を形成することを提案している。
In
しかし金属アルコキシド層は一般のガラスに比べ、強度や膜質が弱いため、高信頼性や強度面が求められる分野に用いるには困難が伴なう。また金属アルコキシド層自体も、ルテニウムオキサイド(RuO2)系の感歪抵抗体と相互拡散しやすいため、感歪抵抗体のゲージファクター(歪みに対する抵抗値変化)やTCR(抵抗値の温度変化率)が影響されやすいという問題点がある。 However, since the metal alkoxide layer has lower strength and film quality than general glass, it is difficult to use it in fields where high reliability and strength are required. In addition, since the metal alkoxide layer itself easily interdiffuses with the ruthenium oxide (RuO 2 ) -based strain sensitive resistor, the gauge factor of the strain sensitive resistor (resistance value change with strain) and TCR (temperature change rate of resistance value). There is a problem that is easily affected.
ここで、荷重センサ用に提案されてきた結晶化ガラスの問題点や課題について更に詳しく説明する。表1は特許文献2や特許文献3に提案されている、配線単層用の結晶化ガラスの組成を示す。MgOが16〜50wt(重量)%、BaOが0〜50wt%、CaOが0〜20wt%、La2O3が0〜40wt%、B2O3が5〜34wt%、SiO2が7〜30wt%、MO2(MはZr、Ti、Snの少なくとも1種)を0〜5wt%、P2O5を0〜5wt%含む。
Here, the problem and subject of the crystallized glass which has been proposed for the load sensor will be described in more detail. Table 1 shows the composition of crystallized glass for wiring single layer proposed in
また、これらの他にも特許文献4、特許文献5、特許文献6及び特許文献7等において同様な結晶化ガラスの組成が提案されている。
In addition to these,
しかし、結晶化ガラスの上に直接感歪抵抗体を形成すると、その表面粗さのために、特性がばらつきやすいという問題点が生じる。結晶化ガラスの表面粗さを低減するために、たとえば特許文献2では、結晶化ガラス層の上に金属アルコキシド層を形成し、その表面粗さを小さくすることを提案している。そしてその上に配線パターンや感歪抵抗体を形成することを提案している。
However, when a strain sensitive resistor is formed directly on the crystallized glass, there is a problem that characteristics are likely to vary due to the surface roughness. In order to reduce the surface roughness of crystallized glass, for example,
しかし金属アルコキシド層は一般のガラスに比べ、強度や膜質が弱いため、高信頼性や強度面が求められる分野に用いるには困難が伴なう。また金属アルコキシド層自体も、RuO2系の感歪抵抗体と相互拡散しやすいため、感歪抵抗体のゲージファクター(歪みに対する抵抗値変化)やTCR(抵抗値の温度変化率)が影響されやすいという問題点が生じる。また、こうした材料は元々、多層化を目的とした材料ではないため、多層化した際に予期せぬ問題点が発生しやすかった。 However, since the metal alkoxide layer has lower strength and film quality than general glass, it is difficult to use it in fields where high reliability and strength are required. Also, since the metal alkoxide layer itself is easily interdiffused with the RuO 2 -based strain sensitive resistor, the gauge factor (resistance value change with respect to strain) and TCR (temperature change rate of resistance value) of the strain sensitive resistor are easily affected. The problem arises. In addition, since these materials are not originally intended for multilayering, unexpected problems are likely to occur when the multilayering is performed.
また特許文献8では、ガラス層と抵抗体との相互拡散の影響を抑える方法としてインターフェース層を形成することを提案している。
図18はインターフェース層を形成した場合を説明するものであり、金属弾性体1の上に、ガラス層5と、インターフェース層6を介して配線3bと感歪抵抗体4とを形成する。
FIG. 18 illustrates a case where an interface layer is formed. On the metal
特許文献8ではこのインターフェース層6として、ガラスマトリックス中に懸濁させた粒子状アルミナと粒子状酸化亜鉛とを含むものを提案している。
表2は特許文献8に提案された、インターフェース層8の組成である。アルミナが15wt(重量)%から35wt%、酸化亜鉛が3wt%から6wt%、ガラスフリット混合物が34wt%から53wt%からなる。
Table 2 shows the composition of the
表3は前記ガラスフリット混合物の組成を示す。酸化鉛が50wt(重量)%から74wt%(インターフェース層としては、17wt%から39wt%)、酸化ホウ素が10wt%から25wt%(同3wt%から13wt%)、シリカが8wt%から26wt%(同2wt%から14wt%)である。 Table 3 shows the composition of the glass frit mixture. Lead oxide is 50 wt% to 74 wt% (17 wt% to 39 wt% for the interface layer), Boron oxide is 10 wt% to 25 wt% (3 wt% to 13 wt%), and Silica is 8 wt% to 26 wt% (same as above). 2 wt% to 14 wt%).
また表4は表2と表3の結果を整理しなおしたものである。特許文献8に示されたインターフェース層8の組成は、アルミナが15〜41.4wt%、酸化亜鉛が3〜6wt%、酸化鉛が17〜39.2wt%、酸化ホウ素が2.7〜13.8wt%、シリカが0〜6.4wt%、チタニア等が0〜1.6wt%として再計算することができる。また、特許文献8では、ガラス中にアルミナと酸化亜鉛の両方を含ませることによって高ゲージ率化を提案している。
Table 4 is a summary of the results of Tables 2 and 3. The composition of the
しかし、特許文献8に示されたものは、抵抗体の特性安定化は可能ではあるが、配線の多層化時の課題には考慮されていないため、配線を多層化すると後述の図20で説明するような問題点が発生する。
However, although it is possible to stabilize the characteristics of the resistor in the device disclosed in
こうした感歪抵抗体とのマッチングのために非晶質ガラスが提案されてきている。特許文献9では、配線単層の荷重センサの製造に、結晶化ガラスの代りにホウケイ酸鉛ガラスを使うことを提案している。特許文献9では、1層当り30μm以下の膜厚を有するホウケイ酸鉛ガラスからなる絶縁層を、印刷、焼成、印刷、焼成と繰返して少なくとも3層の多層絶縁層とすることを提案している。しかしホウケイ酸鉛ガラスの場合、特許文献9に記載されているように、40μm程度の厚い膜厚で焼成すると内部にクラックが入りやすいことが知られている。
Amorphous glass has been proposed for matching with such strain sensitive resistors. In
また、特許文献10では、配線単層の荷重センサを提案している。しかし、こうした配線が単層の従来の荷重センサの構造では、配線の引き回し設計に自由度が無いため、荷重センサ基板の上に半導体やチップ部品を高密度実装することが難しかった。
更に、特許文献11等に提案されているように、荷重センサの基板上に、各種部品を実装した状態で、乗用車に搭載することが望まれている。しかし、金属弾性体を直接、乗用車のシャーシに固定するため、乗用車からのノイズを拾いやすい可能性がある。こうした問題点を克服するために、たとえば、特許文献12では、車載用の荷重センサのEMI(電磁界干渉)特性を改善するために、配線を多層化することを提案している。 Furthermore, as proposed in Patent Document 11 and the like, it is desired to mount the load sensor on a passenger car in a state where various components are mounted on the substrate of the load sensor. However, since the metal elastic body is directly fixed to the chassis of the passenger car, noise from the passenger car may be easily picked up. In order to overcome such problems, for example, Patent Document 12 proposes to multilayer the wiring in order to improve the EMI (electromagnetic field interference) characteristics of the on-vehicle load sensor.
図19は、配線を多層化した荷重センサの一例を示す断面図である。図19において、金属弾性体1の上に、複数の下部ガラス7a,7bおよび7cを形成し、更にその上には内部電極9aが、更に内部電極9aを覆うように、上部ガラス8a,8bおよび8cを複数層形成する。そして上部ガラス8cの上には配線10a、感歪抵抗体12を形成し、これらを保護層11a,11bおよび11cが保護する。このような荷重センサの配線の多層化は、EMI対策以外に、荷重センサの小型化と、高機能化(たとえば、荷重センサの基板の上に半導体チップや各種チップ部品を高密度に実装する)にも不可欠であり従来の配線単層の荷重センサでは、こうした要求に充分に応じ切れなかった。このように配線を多層化する場合、特許文献12で提案されているように、1層ずつ、印刷、焼成を繰り返して多層化することも考えられるが、その製造コストが問題になる。そのため複数層の同時焼成が望まれている。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing an example of a load sensor in which wirings are multilayered. In FIG. 19, a plurality of
図20は荷重センサを多層化した場合の課題を説明する図である。図19と同じ箇所には同じ符号を用い、符号11dは保護層である。とりわけ、クラック13が層間や層内に発生する様子を説明する図である。発明者らの実験によると、こうしたクラック13は、異なるガラスを多層化した場合に発生しやすいことを知見した。 FIG. 20 is a diagram for explaining a problem in the case where load sensors are multi-layered. The same reference numerals are used for the same parts as in FIG. 19, and reference numeral 11d is a protective layer. It is a figure explaining a mode that the crack 13 generate | occur | produces in an interlayer and a layer especially. According to experiments by the inventors, it has been found that such cracks 13 are likely to occur when different glasses are multilayered.
たとえば、熱膨張係数の違うガラス同士や、非晶質ガラスと結晶質ガラスをサンドイッチ状に組合わせた場合、層間にクラックが発生しやすかった。また複数のガラス層を同時焼成した場合にもこうした問題点が発生しやすいことを知見した。このように、ガラス層を多層化した場合、一層一層個別に焼成する場合は問題が発生しにくいが、製造コストが大幅にアップしてしまう。 For example, when glasses having different coefficients of thermal expansion or amorphous glass and crystalline glass are combined in a sandwich shape, cracks are likely to occur between the layers. It was also found that such problems are likely to occur when a plurality of glass layers are fired simultaneously. As described above, when the glass layers are multi-layered, problems are unlikely to occur when firing one by one individually, but the manufacturing cost is greatly increased.
一方、多層を一度に焼成することでコストダウンを実現しようとしても、多層印刷時にはインキのレベリングが、多層焼成時は熱膨張のマッチング等、色々な問題点が発生してしまい、従来提案されていた荷重センサ用のガラス材料や工法では、こうした問題点を克服することができなかった。
従来、提案されていた荷重センサは配線が単層だったため、市場から要求される高性能化には充分に対応できなかった。そのため荷重センサの配線を多層化することが望まれている。しかし、従来の材料では配線の多層化自体が難しいことと更に層数が増加するにつれてその製造コストダウンが課題になっていた。 Conventionally, the load sensor that has been proposed has a single layer of wiring, so that it has not been able to sufficiently cope with the high performance required by the market. Therefore, it is desired that the load sensor wiring is multi-layered. However, with the conventional materials, it is difficult to increase the number of layers of the wiring itself, and as the number of layers further increases, the manufacturing cost has been a problem.
本発明は、荷重センサの配線の多層化を容易に実現でき、更にその製造コストダウンが実現できる荷重センサ及びその製造方法を提供する。 The present invention provides a load sensor that can easily realize multi-layered wiring of a load sensor, and can further reduce the manufacturing cost thereof, and a manufacturing method thereof.
また、少なくとも金属基板に接するガラス材料としてコンポジットガラスを用いることで、再焼成時でのクラック防止を可能にすると共に機械的強度の向上を図る。また、少なくとも感歪抵抗体の下に非晶質ガラスを形成することで従来の結晶化ガラスで課題になっていた感歪抵抗体とのマッチングを可能にする。熱膨張係数の異なる金属弾性体に対しても、結晶化ガラスの中に添加するセラミック粉を添加し、コンポジットガラス化することで、結晶化ガラスと金属基板、あるいは結晶化ガラスと非晶質ガラスとの同時焼成でのマッチング性を改善することができる。これによって、その製品の応用範囲を拡大し、更に各種ペーストを硬化性とすることでスクリーン印刷での多層印刷時での印刷塗膜のレベリング性を改善することができる。このため、塗膜のピンホールを低減でき、製品の歩留アップと焼成コストの削減が可能になり、高性能で低コストの荷重センサを安価に提供することを目的とする。 In addition, by using composite glass as a glass material in contact with at least the metal substrate, it is possible to prevent cracks during refiring and improve mechanical strength. Further, by forming amorphous glass at least under the strain-sensitive resistor, matching with the strain-sensitive resistor, which has been a problem with conventional crystallized glass, is made possible. Even for metal elastic bodies with different thermal expansion coefficients, by adding ceramic powder added to crystallized glass and making it composite glass, crystallized glass and metal substrate, or crystallized glass and amorphous glass The matching can be improved by simultaneous firing with. Thereby, the application range of the product can be expanded, and the leveling property of the printed coating film at the time of multilayer printing by screen printing can be improved by making various pastes curable. For this reason, the pinhole of a coating film can be reduced, the yield of a product can be increased and the firing cost can be reduced, and an object is to provide a high-performance, low-cost load sensor at low cost.
上記目的を達成するために本発明の一例は次の構成を有する。 In order to achieve the above object, an example of the present invention has the following configuration.
本発明は、アルミを1wt%以上含んでいる金属弾性体と、この金属弾性体の上に形成した少なくとも平均粒径0.1μm以上10μm未満のMgOが30〜55wt%、B 2 O 3 が5〜30wt%、SiO 2 が10〜25wt%、BaOが5〜25wt%、アルミナが1〜30wt%、CaOは0〜6wt%、ZrO 2 、SnO 2 は0〜5wt%の範囲である結晶質ガラス粉と平均粒径0.05μm以上5μm未満のアルミナ、マグネシア、ジルコニア、シリカ、酸化カルシウム、酸化チタン、スピネルの一つ以上であるセラミック粉とを同時に焼成されてなる、重量比で前記結晶質ガラス粉:前記セラミック粉=95:5〜60:40であるコンポジット結晶質ガラス層と、このコンポジット結晶質ガラス層の上に形成したSiO 2 が40〜80wt%、CaOが5〜15wt%、PbOが3〜15wt%、アルミナが1〜10wt%、ZrO 2 が2〜10wt%である非晶質ガラス層と、この非晶質ガラス層の上に形成した配線パターンと、この配線パターンの一部に接続されるように形成した感歪抵抗体と、からなる荷重センサであって、前記コンポジット結晶質ガラス層と、前記非晶質ガラス層とは、前記金属弾性体上で同時焼成されたものであることを特徴とする荷重センサであり、コンポジット結晶質ガラスを用いることで、再焼成時でのクラック防止を可能にすると共に機械的強度の向上を図る。 The present invention relates to a metal elastic body containing 1 wt% or more of aluminum, 30 to 55 wt% of MgO having an average particle size of 0.1 μm or more and less than 10 μm formed on the metal elastic body, and 5 of B 2 O 3. Crystalline glass having a range of ˜30 wt%, SiO 2 of 10 to 25 wt%, BaO of 5 to 25 wt%, alumina of 1 to 30 wt%, CaO of 0 to 6 wt%, ZrO 2 and SnO 2 of 0 to 5 wt% The crystalline glass in a weight ratio obtained by simultaneously firing powder and ceramic powder that is one or more of alumina, magnesia, zirconia, silica, calcium oxide, titanium oxide, and spinel having an average particle size of 0.05 μm or more and less than 5 μm powder: the ceramic powder = 95: 5-60: and composite crystalline glass layer is 40, SiO 2 is formed on the composite crystalline glass layer 40-8 An amorphous glass layer of 0 wt%, CaO 5-15 wt%, PbO 3-15 wt%, alumina 1-10 wt%, ZrO 2 2-10 wt%, and formed on the amorphous glass layer A load sensor comprising a wiring pattern and a strain sensitive resistor formed so as to be connected to a part of the wiring pattern, wherein the composite crystalline glass layer and the amorphous glass layer are: It is a load sensor characterized by being fired simultaneously on the metal elastic body , and by using a composite crystalline glass, it is possible to prevent cracking at the time of refiring and improve mechanical strength. Plan.
本発明は、少なくとも平均粒径0.1μm以上10μm未満のガラス粉と平均粒径0.05μm以上5μm未満のセラミック粉が樹脂溶液中に分散されてなるコンポジットガラスペーストを金属弾性体上に直接印刷した後、乾燥、800℃以上900℃未満の酸化雰囲気内で焼成することでコンポジットガラス層を形成し、このコンポジットガラス層の上に配線パターンと、この配線パターンの一部に接続されるように感歪抵抗体を形成する荷重センサの製造方法であり、熱膨張係数の異なる金属弾性体に対しても、結晶化ガラスの中に添加するセラミック粉を添加し、コンポジットガラス化することで、結晶化ガラスと金属基板、あるいは結晶化ガラスと非晶質ガラスとの同時焼成でのマッチング性を改善することができ、荷重センサの製造品質を高められ、荷重センサの製造コストを下げられる作用効果が得られる。 The present invention directly prints on a metal elastic body a composite glass paste in which a glass powder having an average particle size of 0.1 μm or more and less than 10 μm and a ceramic powder having an average particle size of 0.05 μm or more and less than 5 μm are dispersed in a resin solution. After that, a composite glass layer is formed by drying and firing in an oxidizing atmosphere of 800 ° C. or higher and lower than 900 ° C., and a wiring pattern and a part of the wiring pattern are connected to the composite glass layer. This is a method of manufacturing a load sensor that forms a strain sensitive resistor. Addition of ceramic powder added to crystallized glass to a metal elastic body with a different thermal expansion coefficient results in composite vitrification. Can improve matching in co-firing of crystallized glass and metal substrate, or crystallized glass and amorphous glass, and manufacture of load sensor It enhanced the quality, function and effect for lowering the cost of manufacturing the load sensor can be obtained.
本発明にかかる荷重センサ及びその製造方法は、荷重センサの製造に用いるガラス材料を最適化すると共に、多層の一括焼成を可能にし、更に金属弾性体の選択範囲を広げられるため、車載用のスマートエアーバッグ等に有用である。 The load sensor and its manufacturing method according to the present invention optimizes the glass material used for manufacturing the load sensor, enables multi-layer firing, and further expands the selection range of the metal elastic body. Useful for air bags and the like.
(実施の形態1)
配線を多層化した荷重センサについて図1および図2を用いて説明する。図1は配線を単層とした荷重センサの断面図である。図2は配線を多層化した荷重センサの断面図である。図1において、1は金属弾性体でありその上には結晶化ガラス14aを形成し、その上に非晶質ガラス15aを介して、配線16a、感歪抵抗体17を形成して、少なくとも感歪抵抗体17を埋込むように保護層18aを形成する。
(Embodiment 1)
A load sensor having a multilayered wiring will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a load sensor having a single wiring layer. FIG. 2 is a cross-sectional view of a load sensor having a multilayered wiring. In FIG. 1,
また図2において、1は金属弾性体であり、その上には内部電極19を内蔵した状態で結晶化ガラス14bを形成し、更にその上に非晶質ガラス15bを介して配線16b、感歪抵抗体17をそれぞれ形成し、少なくとも感歪抵抗体17を埋込むように保護層18bを形成する。
In FIG. 2,
なお、図2は、結晶化ガラスの中に内部電極19を内蔵する点で図1と相違する。
2 is different from FIG. 1 in that the
図2に示すように、本発明では、設計事項やスペックに応じて内部電極19を結晶化ガラス14bの中に埋込むことができ、荷重センサのEMI(電磁気特性もしくは耐ノイズ性)を改善でき、更に内部電極の埋込みや、配線や感歪抵抗体を焼成する際に、ガラス層が再溶解してクラックが発生することを防止できる。
As shown in FIG. 2, in the present invention, the
また図1に示すように、結晶化ガラス14aと感歪抵抗体17の間に非晶質ガラス15aを挟むことで、結晶化ガラス14aと感歪抵抗体17の相互作用を防止することができる。
Further, as shown in FIG. 1, by interposing the amorphous glass 15a between the crystallized glass 14a and the strain
図3は本発明の荷重センサを製造する様子を説明するための断面図である。まず前準備として、特開平6−137805号公報を参考に、所定のガラス原料を混合、白金坩堝内で溶解し、これを急冷し、ボールミルで粉砕し、所定の結晶化ガラス粉を作成した。次に、この結晶化ガラス粉に、溶剤(αテルピネオール)に溶かした樹脂(エチルセルロース)を添加し、セラミック製の3本ロールを使って混練し、ペースト化し、これを結晶化ガラスペーストとした。 FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining how the load sensor of the present invention is manufactured. First, as preparation, referring to JP-A-6-137805, a predetermined glass raw material was mixed, melted in a platinum crucible, rapidly cooled, and pulverized with a ball mill to prepare a predetermined crystallized glass powder. Next, a resin (ethyl cellulose) dissolved in a solvent (α terpineol) was added to the crystallized glass powder, and the mixture was kneaded using a ceramic three roll to obtain a crystallized glass paste.
次に図3(A)に示すように、金属弾性体1の上に結晶化ガラスペースト20aを所定パターンで印刷した。そして、これを乾燥、850℃で焼成して、図3(B)に示すように金属弾性体1の上に1層目の結晶化ガラス21aを形成した。次に図3(C)に示すように、結晶化ガラス21aの上に、結晶化ガラスペースト20bを所定形状に印刷した。そしてこれを乾燥し、850℃で焼成して、図3(D)に示すように金属弾性体1の上に、結晶化ガラス21a,21bを形成した。このように結晶化ガラス層を印刷、焼成を繰り返すことで複数層化することによって、ペースト中の塵や気泡、あるいは印刷時に発生しやすいピンホール等を防止することができる。
Next, as shown in FIG. 3A, the crystallized glass paste 20a was printed on the metal
次に図3(E)に示すように、結晶化ガラス21a,21bの上に、電極ペースト22を所定パターンで印刷する。そしてこれを乾燥、焼成して、図3(F)に示すように、結晶化ガラス21a,21bの上に内部電極23を形成した。その後、図3(G)に示すように、内部電極23を覆うように、結晶化ガラスペースト20cを所定パターンで印刷し、これを乾燥し、更に850℃で焼成して図3(H)に示すように結晶化ガラス21cを形成した。
Next, as shown in FIG. 3E, the
次に図3(I)に示すように結晶化ガラス21cの上に、非晶質ガラスペースト24を所定パターンで印刷し、これを乾燥、焼成して図3(J)に示すように非晶質ガラス25を形成した。次に、非晶質ガラス25の上に、配線ペースト(図示していない)を所定形状に印刷、乾燥し、850℃で焼成して図3(K)に示すように配線26を形成した。次に配線26の間に抵抗体ペースト(図示していない)を所定形状に印刷、850℃で焼成し、図3(L)に示すように感歪抵抗体27を形成した。そして、感歪抵抗体27の上に保護ペースト(図示していない)を印刷し、これを乾燥、焼成を互いに複数回繰り返すことで、図2に示すように荷重センサを作成した。
Next, as shown in FIG. 3 (I), an
こうして作成した荷重センサの特性を評価したところ、歪み感度、温度特性、信頼性、耐ノイズ性(EMI)、耐静電気特性(ESD)のすべてにおいて所望の特性を満たし、車載用としての規格値を満足することができた。 The characteristics of the load sensor created in this way were evaluated. As a result, all of the strain sensitivity, temperature characteristics, reliability, noise resistance (EMI), and electrostatic resistance (ESD) were satisfied, and the standard values for in-vehicle use were met. I was satisfied.
また金属弾性体1と内部電極23との間、配線26や感歪抵抗体27と内部電極23との間はガラス層が2層であり、特に絶縁不良も発生しなかったので、ガラス層を各々3層にする必要が無かった。
In addition, there are two glass layers between the metal
比較のため、従来例1として非晶質ガラスペーストだけを用いて荷重センサの配線の多層化を試みた。まず、特開平9−243472号公報や特開2003−97997号公報で提案されているホウケイ酸鉛系(B2O3−SiOw−PbO)のガラスペーストを用いて、図1や図2に示した構造を作成した。 For comparison, an attempt was made to multilayer the load sensor wiring by using only amorphous glass paste as Conventional Example 1. First, using lead borosilicate (B 2 O 3 —SiO w —PbO) glass paste proposed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 9-243472 and 2003-97997, FIG. 1 and FIG. The structure shown was created.
図3(A)〜(D)に示した(印刷−乾燥−焼成)工程を3回繰り返して、金属弾性体1の上に非晶質ガラス層3層を形成した。次に図3(E)〜(F)に示すように内部電極23を形成し、更に図3(G)〜(J)に示した(印刷−乾燥−焼成)工程を3回繰り返して、内部電極の上に非晶質ガラス層を3層形成した。そして、図3(K)、(L)の工程によって、配線や感歪抵抗体を形成し、最後に保護層を3層形成した。
The (printing-drying-firing) process shown in FIGS. 3A to 3D was repeated three times to form three amorphous glass layers on the metal
こうした非晶質ガラスだけを用いて多層化した場合、荷重センサの特性を評価したところ、歪み感度、温度特性、信頼性、耐ノイズ性(EMI)、耐静電気特性(ESD)共に問題なく、車載用としての規格値を満足することができた。また金属弾性体1と内部電極23の間、配線26や感歪抵抗体27と内部電極23の間は、ガラス層が各々3層であるためか特に絶縁不良も発生しなかった。しかし実施の形態1と比べて、ガラスの層数、印刷、焼成回数が多いのでコスト高になってしまった。
When multi-layered using only such amorphous glass, the characteristics of the load sensor were evaluated, and there was no problem with strain sensitivity, temperature characteristics, reliability, noise resistance (EMI), and electrostatic resistance (ESD). We were able to satisfy the standard value for use. In addition, there was no insulation failure between the metal
そこで、試みに、図1と同じ工程にして、金属弾性体1と内部電極23との間、配線26や感歪抵抗体27と内部電極23との間のガラス層を各々2層にしてみた。しかしこのような非晶質ガラスを用いて、ガラス層を各々2層とした場合、絶縁不良が多発して、実用に耐えなかった。また別の試みとして、ガラス層の厚みを40μm程度と厚くしたところ、内部にクラックが発生する場合があった。このように従来の非晶質ガラスの場合、どうしても層数を削減しようとすると課題が残った。
Therefore, in an attempt, the same process as in FIG. 1 was performed, and the glass layers between the metal
比較のために、従来例2として、結晶化ガラスペーストだけを用いて荷重センサの配線の多層化を試みた。従来例2として、結晶質ガラスを用いた場合について説明する。 For comparison, as Conventional Example 2, an attempt was made to multilayer the load sensor wiring using only the crystallized glass paste. As Conventional Example 2, the case where crystalline glass is used will be described.
発明者らは、従来例の結晶化ガラスとして、特開平6−137805号公報等で提案された、結晶化ガラス組成を元に、結晶化ガラスペーストを作成した。まず、特開平6−137805号公報を参考に、所定のガラス原料を混合、白金坩堝内で溶解し、これを急冷し、ボールミルで粉砕し、所定の結晶化ガラス粉を作成した。 The inventors created a crystallized glass paste as a conventional crystallized glass based on the crystallized glass composition proposed in JP-A-6-137805. First, referring to JP-A-6-137805, a predetermined glass raw material was mixed, melted in a platinum crucible, rapidly cooled, and pulverized by a ball mill to prepare a predetermined crystallized glass powder.
次に、この結晶化ガラス粉に、溶剤(αテルピネオール)に溶かした樹脂(エチルセルロース)を添加し、セラミック製の3本ロールを使って混練し、ペースト化し、これを従来の結晶化ガラスペーストとした。そして、図3(A)〜(H)の工程を行った。そして図3(I)〜(J)の工程では、非晶質ガラスの代りに結晶化ガラスペーストを用いた。そして、図3(K)〜(L)の工程を経て、最後に保護層を形成した。こうして、従来例2のサンプルを作成した。この従来例2の特性を測定したところ、荷重センサとしての所定感度が得られないばかりか、抵抗値のばらつきが大きく、重量センサとして実用的ではなかった。この原因は、感歪抵抗体の下に形成されたガラス層が結晶質ガラスであったためと思われる。 Next, a resin (ethyl cellulose) dissolved in a solvent (α terpineol) is added to the crystallized glass powder, and the mixture is kneaded using a ceramic three roll to form a paste. did. And the process of FIG. 3 (A)-(H) was performed. In the steps of FIGS. 3I to 3J, crystallized glass paste was used instead of amorphous glass. And the protective layer was finally formed through the process of FIG.3 (K)-(L). Thus, the sample of Conventional Example 2 was prepared. When the characteristics of Conventional Example 2 were measured, not only a predetermined sensitivity as a load sensor could not be obtained, but also the resistance value varied greatly and was not practical as a weight sensor. This is probably because the glass layer formed under the strain sensitive resistor was crystalline glass.
そこで、特開平6−1378805号公報等を参考に、結晶化ガラス層の上に金属アルコキシド層を形成してみた。しかし強度や膜質が弱いため、車載用の荷重センサとして要求されるスペックを充分に満足できなかった。このように、結晶化ガラスを用いると、金属弾性体1と内部電極23との間、配線26や感歪抵抗体27と内部電極23との間は、共にガラス層が2層でも高歩留が得られるが、感歪抵抗体と抵抗体とのマッチングが難しいということを知見した。
Therefore, a metal alkoxide layer was formed on the crystallized glass layer with reference to JP-A-6-1378805. However, because the strength and film quality are weak, the specifications required for an on-vehicle load sensor could not be fully satisfied. As described above, when crystallized glass is used, even if there are two glass layers between the metal
比較のため、従来例3として、特許第3010166号(米国特許第5898359号公報)で提案されている組成について検討してみた。まず、厚み2mmの金属弾性体の上に、市販のガラスペーストを印刷し、850℃で焼成し、これを図1の結晶質ガラス14a相当とした。そしてこの上に、鉛−アルミナ−ホウケイ酸塩ガラスをガラスマトリックスとし、この中に粒子状アルミナを15〜35%、粒子状酸化亜鉛を3〜6%添加したインターフェース層、非晶質ガラス15a相当の位置に形成した。こうして作成した従来例3について、荷重センサとしての特性を測定したが、期待した特性は得られなかった。これは、特許第3010166号公報で提案している、抵抗体材料を用いなかったためであると思われる。 For comparison, the composition proposed in Japanese Patent No. 3010166 (US Pat. No. 5,898,359) was examined as Conventional Example 3. First, a commercially available glass paste was printed on a metal elastic body having a thickness of 2 mm and baked at 850 ° C., which was equivalent to the crystalline glass 14a of FIG. On top of this, lead-alumina-borosilicate glass is used as a glass matrix, 15 to 35% of particulate alumina is added thereto, and 3 to 6% of particulate zinc oxide is added to the interface layer, which corresponds to amorphous glass 15a. Formed in the position. With respect to Conventional Example 3 thus prepared, the characteristics as a load sensor were measured, but the expected characteristics were not obtained. This seems to be because the resistor material proposed in Japanese Patent No. 3010166 was not used.
またこの従来例3の構造で、内部電極を形成したところ、図20に示したような問題点が発生する場合があった。すなわち、従来例3の材料では、配線の多層化に限度があることが判った。 Further, when the internal electrode is formed in the structure of the conventional example 3, the problem as shown in FIG. 20 may occur. That is, it has been found that the material of Conventional Example 3 has a limit to the multilayer wiring.
なお、結晶化ガラスの厚みは10〜200μmが望ましいとされる。結晶化ガラスの厚みが10μm未満の場合、絶縁不良が発生する可能性がある。また結晶化ガラスの厚みが200μmを超えると、ガラスの材料費が増加するためコスト高を是認しなければならない。 The thickness of the crystallized glass is desirably 10 to 200 μm. When the thickness of the crystallized glass is less than 10 μm, an insulation failure may occur. Moreover, since the material cost of glass will increase when the thickness of crystallized glass exceeds 200 micrometers, it must admit the high cost.
また非晶質ガラスの厚みは5〜100μmが望ましいとされる。非晶質ガラスの厚みが5μm未満の場合、非晶質ガラスのピンホール等で、歪み抵抗体と結晶化ガラスが接してしまい、抵抗値が変化するという不都合が生じるからである。 The thickness of the amorphous glass is preferably 5 to 100 μm. This is because when the thickness of the amorphous glass is less than 5 μm, the strain resistor is in contact with the crystallized glass through pinholes or the like of the amorphous glass, resulting in a disadvantage that the resistance value changes.
また少なくとも感歪抵抗体を覆う保護層は、厚み200μm以下が望ましい。保護層の厚みが200μmを超えると、保護層を所定パターンでの形成時に、パターンの端がダレたり、滲んだりして半導体やチップ部品の実装用のランド(保護層中に形成された部品を実装するための接続孔で、この孔の中には配線が露出している)が潰れてしまうことが生じうる。 The protective layer covering at least the strain sensitive resistor preferably has a thickness of 200 μm or less. When the thickness of the protective layer exceeds 200 μm, when the protective layer is formed in a predetermined pattern, the end of the pattern is sagged or smudged, and a land for mounting a semiconductor or a chip component (a component formed in the protective layer) A connection hole for mounting, in which the wiring is exposed, may be crushed.
また、歪み抵抗体の上に形成するオーバーコート材料は、PbOを60wt%以上含むガラス層が望ましい。PbOを60wt%以上含むガラスペーストの場合、その焼成温度が400〜700℃程度と、歪み抵抗体の一般的な焼成温度である850℃より150℃以上低温のため、オーバーコート材料の焼成温度では歪み抵抗体は影響を受け難い。またオーバーコートに樹脂を使うことも可能である。オーバーコートに樹脂を使う場合、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等を用い、この中に必要に応じてガラスやセラミック粉を5から50wt%程度フィラーとして添加することで、その機械的強度を上げられ、荷重センサを車に取りつける際に、スパナ等の工具で傷つき難くなる。なお、フィラーの添加量が5%未満の場合、樹脂塗膜の高強度化の効果が充分ではなくなる。 The overcoat material formed on the strain resistor is preferably a glass layer containing 60 wt% or more of PbO. In the case of a glass paste containing 60 wt% or more of PbO, the firing temperature is about 400 to 700 ° C., which is lower than 150 ° C. by 850 ° C., which is a general firing temperature for strain resistors. Strain resistors are less affected. It is also possible to use a resin for the overcoat. When using resin for the overcoat, silicon resin or epoxy resin is used, and if necessary, glass or ceramic powder is added as a filler to about 5 to 50 wt% to increase the mechanical strength and load. When attaching the sensor to the car, it becomes difficult to be damaged by a tool such as a spanner. When the amount of filler added is less than 5%, the effect of increasing the strength of the resin coating film is not sufficient.
またフィラーを50wt%より多く添加した場合、オーバーコートがスカスカになってしまうという不都合が生じる。また樹脂を用いたオーバーコートの場合も厚みは10μm以上で200μm以下が望ましい。また少なくとも感歪抵抗体を覆う保護層は、厚み200μm以下が望ましい。保護層の厚みが200μmを超えると、保護層を所定パターンでの形成時に、パターンの端がダレたり、滲んだりして半導体やチップ部品の実装用のランド(保護層中に形成された部品を実装するための接続孔で、この孔の中には配線が露出している)が潰れてしまう不都合が生じるからである。 In addition, when the filler is added in an amount of more than 50 wt%, there is a disadvantage that the overcoat becomes distorted. In the case of an overcoat using a resin, the thickness is desirably 10 μm or more and 200 μm or less. Further, it is desirable that the protective layer covering at least the strain sensitive resistor has a thickness of 200 μm or less. When the thickness of the protective layer exceeds 200 μm, when the protective layer is formed in a predetermined pattern, the end of the pattern is sagged or smudged, and a land for mounting a semiconductor or a chip component (a component formed in the protective layer) This is because a connection hole for mounting, in which the wiring is exposed, is crushed.
また、オーバーコートを複数層にすることも効果的である。更にオーバーコートを、ガラスもしくはセラミックからなる材料で厚み10μm以上200μm以下とし、更にその上に樹脂を主体とする材料で同様に厚み10μm以上200μm未満の第2のオーバーコートを形成することも可能である。このように、ガラスや樹脂を使ってオーバーコートを多層化することによって、感歪抵抗体や配線の信頼性を改善できる。またこうした部材には、PbOを含むガラス材料や市販の樹脂材料を使うことができる。 It is also effective to make the overcoat into a plurality of layers. Furthermore, it is also possible to form a second overcoat with a thickness of 10 μm or more and 200 μm or less with a material made of glass or ceramic, and with a material mainly composed of resin on the overcoat. is there. Thus, the reliability of the strain sensitive resistor and the wiring can be improved by multilayering the overcoat using glass or resin. Moreover, a glass material containing PbO or a commercially available resin material can be used for such a member.
(実施の形態2) 非晶質ガラスの組成
実施の形態2では、配線の多層化や、結晶質ガラスとの同時焼成に対応可能な非晶質ガラスの最適化例について説明する。
(Embodiment 2) Composition of amorphous glass In
まず表5の組成番号1〜5に示すように、SiO2を減らして、CaO、ZrO2、Al2O3、B2O3についてその組成を振ったが良い結果は得られなかった。そこで表5の組成番号6〜10に示すように、SiO2の量を45〜65wt%として、CaO、ZrO2、PbO、Al2O3、B2O3についてその組成を振ったところ良い結果が得られた。一方表5の組成番号11から14に示すように、SiO2の量を70wt%以上にした場合、良い結果は得られなかった。
First, as shown in
そこで、表6に示すようにSiO2の最低割合を40wt%(組成番号15〜25に相当)と最大割合を80wt%(組成番号26〜36に相当)にして、各組成の割合を変化させてみた。
Therefore, as shown in Table 6, the minimum ratio of SiO 2 is 40 wt% (corresponding to
これ以外にも更に数多くのガラス組成について実験した結果、表7に示す組成の割合が、一番良い結果が得られた。またこうした実験の中で、非晶質ガラスに含まれる酸化鉛の割合が、感歪抵抗体と拡散し合い、抵抗値等に影響を与えることが判った。発明者らが使った抵抗体材料に酸化鉛が含まれていたためであるが、今後、酸化鉛を使わない感歪抵抗体が開発された場合、表7からPbOをゼロとすることが可能と思われる。 As a result of further experiments on glass compositions other than this, the best results were obtained with the composition ratios shown in Table 7. Further, in such experiments, it was found that the proportion of lead oxide contained in the amorphous glass diffuses with the strain sensitive resistor and affects the resistance value and the like. This is because the resistor material used by the inventors contained lead oxide, but if a strain sensitive resistor that does not use lead oxide was developed in the future, PbO could be reduced to zero from Table 7. Seem.
以上の結果より、非晶質ガラスとしては、表7に示すように、SiO2が40〜80wt%、アルミナが1〜10wt%、CaOが5〜15wt%、PbOが3〜15wt%、ZrO2が3〜10wt%の組成が最適であることがわかった。また、B2O3を適量添加することで、ガラスの焼結性、電極材料とのマッチング性(接着強度、同時焼成でのクラック防止等)が改善できることが確められた。 These results, as the amorphous glass, as shown in Table 7, SiO 2 is 40 to 80 wt%, alumina 110 wt.%, CaO is 5 to 15 wt%, PbO is 3 to 15%, ZrO 2 Was found to be optimal. Further, it was confirmed that by adding an appropriate amount of B 2 O 3 , the sinterability of the glass and the matching with the electrode material (adhesion strength, prevention of cracks during simultaneous firing, etc.) can be improved.
図4は、こうして作成した非晶質ガラスと、従来の結晶化ガラスを組合わせて同時焼成する様子を示す断面図である。図4(A)において、28は結晶化ガラスペースト、29は非晶質ガラスペーストである。まず、従来の結晶化ガラスペースト28と実施の形態2の非晶質ガラスペースト29を、図4(A)に示すように多層化して、これを850℃(トータル焼成時間1時間)のメッシュベルト炉で同時焼成したところ、図4(B)に示すように、結晶質ガラス30aと非晶質ガラス31aが得られ、その内部構造に異常は発生していなかった。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the amorphous glass thus prepared and a conventional crystallized glass are combined and fired simultaneously. In FIG. 4A, 28 is a crystallized glass paste and 29 is an amorphous glass paste. First, the conventional crystallized
比較のために、従来例の非晶質ガラスとして、特開平9−243472号公報、特開2003−97997号公報で提案されているホウケイ酸鉛系(B2O3−SiO2−PbO)ガラスと、従来の結晶化ガラスを同時に焼成実験した。まず図4(A)に示すように、金属弾性体1上に市販の結晶化ガラス29を印刷し、その上に特開平9−243472号公報や特開2003−97997号公報で提案されているホウケイ酸鉛系(B2O3−SiOw−PbO)を印刷し、これらを同時に850℃で焼成し、その断面を観察したところ図4(C)のような結果が得られた。
For comparison, as a conventional amorphous glass, lead borosilicate (B 2 O 3 —SiO 2 —PbO) glass proposed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 9-243472 and 2003-97997 is disclosed. A conventional crystallized glass was simultaneously fired. First, as shown in FIG. 4 (A), a commercially available crystallized
図4(C)において、13はクラックである。クラック13は図4(C)に示すように、非晶質ガラス31bと結晶質ガラス30bの界面や、非晶質ガラス31b内部に発生しやすかった。このように、従来の非晶質ガラスの場合、非晶質ガラスを同時に焼成することは難しいことが判った。 In FIG. 4C, 13 is a crack. As shown in FIG. 4C, the crack 13 was easily generated at the interface between the amorphous glass 31b and the crystalline glass 30b or inside the amorphous glass 31b. Thus, it has been found that it is difficult to fire the amorphous glass simultaneously in the case of the conventional amorphous glass.
一方、本発明で提案した非晶質ガラスを市販の結晶化ガラスと組合わせて、荷重センサを作成し、自作の自動車衝突衝撃装置を用いて耐力を測定したところ、所望の耐力が得られていることが判った。特に、金属弾性体との接着に結晶質ガラスを使うことで、荷重センサ自体の耐力が、非晶質ガラスだけを使った場合よりも改善されることも判った。これは、非晶質ガラスに比べて、結晶化ガラスの方が強度が高く、たとえクラックが発生しても、非晶質ガラスのように伝播しにくいためと思われる。 On the other hand, a load sensor was created by combining the amorphous glass proposed in the present invention with a commercially available crystallized glass, and the yield strength was measured using a self-made automobile impact impact device. I found out. In particular, it has also been found that the use of crystalline glass for adhesion to the metal elastic body improves the proof stress of the load sensor itself compared to the case of using only amorphous glass. This seems to be because crystallized glass has higher strength than amorphous glass, and even if cracks occur, it is difficult to propagate like amorphous glass.
なお非晶質ガラスの作業温度もしくは軟化点は、500℃以上が望ましい。500℃未満の場合、感歪抵抗体を850℃等の高温で焼成した場合、感歪抵抗体と反応し特性を変化させてしまうことが考えられる。また非晶質ガラスの作業温度は700〜900℃が望ましい。作業温度が700℃未満の非晶質ガラスの場合、感歪抵抗体を850℃等の高温で焼成した場合、感歪抵抗体と反応し、特性を変化させる場合がある。また作業温度が900℃を超える非晶質ガラスの場合、金属弾性体に耐熱性に優れた高価な材料を使う必要がある。 The working temperature or softening point of the amorphous glass is desirably 500 ° C. or higher. When the temperature is less than 500 ° C., when the strain sensitive resistor is baked at a high temperature such as 850 ° C., it may react with the strain sensitive resistor to change the characteristics. The working temperature of the amorphous glass is desirably 700 to 900 ° C. In the case of an amorphous glass having an operating temperature of less than 700 ° C., when the strain sensitive resistor is baked at a high temperature such as 850 ° C., it may react with the strain sensitive resistor and change its characteristics. In the case of an amorphous glass having a working temperature exceeding 900 ° C., it is necessary to use an expensive material excellent in heat resistance for the metal elastic body.
(実施の形態3) 結晶質ガラスの最適化
実施の形態3では、市販の非晶質ガラス(たとえば、ホウケイ酸鉛系B2O3−SiO2−PbO)と組合わせても、同時焼成可能な結晶化ガラスについて最適化した。
(Embodiment 3) Optimization of crystalline glass In
表8は結晶質ガラス組成の最適化例である。表8は、MgOの割合を振ったものである。その結果MgOの割合は、結晶性と相関があるため、30〜55wt%が良いことが判った。そこで、表9、表10および表11に示すように、SiO2、B2O3、BaO、ZrO2、Al2O3等について最適化を行った。 Table 8 shows examples of optimization of the crystalline glass composition. Table 8 shows the ratio of MgO. As a result, the proportion of MgO has a correlation with crystallinity, and it was found that 30 to 55 wt% is good. Therefore, as shown in Table 9, Table 10, and Table 11, optimization was performed for SiO 2 , B 2 O 3 , BaO, ZrO 2 , Al 2 O 3 and the like.
その結果、SiO2やB2O3の添加によって焼結性は改善され、一定量のアルミナが添加されることで特性が改善されることが判った。またCaOの添加量は、0〜6wt%が望ましかった。CaOの添加量が増えれば表面が粗くなってしまい、他のペーストのスクリーン印刷工程で不良発生の原因となる可能性がある。また上記の表には示していないが、SnO2についても検討すると、その添加量は0〜5wt%が良い結果が得られた。 As a result, it was found that the addition of SiO 2 or B 2 O 3 improves the sinterability, and the addition of a certain amount of alumina improves the characteristics. The addition amount of CaO was desired to be 0 to 6 wt%. If the added amount of CaO increases, the surface becomes rough, which may cause defects in the screen printing process of other pastes. Although not shown in the above table, when SnO 2 was also examined, a good result was obtained when the addition amount was 0 to 5 wt%.
以上のように、結晶質ガラスとしてはMgOが30〜55wt%、アルミナが1〜30wt%、SiO2が10〜25wt%、BaOが5〜25wt%、B2O3が5〜30wt%、CaOは0〜6wt%、ZrO2やSnO2は0〜5wt%が望ましい。また他の元素としては、ZrO2、SnO2は0.1〜5wt%を含ませることも可能である。 As described above, 30~55Wt% is MgO as crystalline glass, alumina 1-30 wt%, SiO 2 is 10 to 25 wt%, BaO is 5~25wt%, B 2 O 3 is 5-30 wt%, CaO Is preferably 0 to 6 wt%, and ZrO 2 and SnO 2 are preferably 0 to 5 wt%. As other elements, ZrO 2 and SnO 2 can contain 0.1 to 5 wt%.
なお、PbO、ZnOは、出発原料や粉体やインキ化の途中で不純物として極少量混入させる分には実用上支障はないが、理想的には含まないことが望ましい。なお、焼成工程で多少拡散するぐらいなら、実用上支障ないが、こうした元素がもしガラス中に0.1wt%以上含まれると、信頼性に悪影響を与え、たとえば、PbOやZnOは水溶性であるため、信頼性を低下させてしまうことが予測できる。 PbO and ZnO are not practically harmful to the starting material, powder, or the amount that is mixed in as a small amount of impurities in the course of inking, but ideally not included. It should be noted that if it diffuses somewhat in the firing step, there is no practical problem, but if such elements are contained in the glass by 0.1 wt% or more, the reliability is adversely affected. For example, PbO and ZnO are water-soluble. Therefore, it can be predicted that reliability will be reduced.
こうして最適化した結晶化ガラスを用いて、荷重センサを作成し、自作の自動車衝突衝撃装置を用いて耐力を測定したところ、実用上充分な耐力が得られた。しかしこの結晶化ガラスの上に、感歪抵抗体を直接形成した場合、抵抗体の特性(温度特性、抵抗値の安定性等)が影響を受ける場合があった。 Using the optimized crystallized glass in this way, a load sensor was prepared, and when the yield strength was measured using a self-made automobile impact impact device, a practically sufficient yield strength was obtained. However, when a strain sensitive resistor is directly formed on the crystallized glass, the characteristics of the resistor (temperature characteristics, stability of resistance value, etc.) may be affected.
その場合、図1や図2に示したように、こうした結晶化ガラスの上に非晶質ガラスを形成することで、荷重センサとしての電気的特性を安定化できる。なお、本発明の結晶化ガラスが、一般の非晶質ガラスだけを使って作成した荷重センサに比べて耐力が高かった理由は、内部にクラックが発生したとしても、結晶化ガラスを構成する粒界で止るためと思われる。 In that case, as shown in FIGS. 1 and 2, the electrical characteristics as a load sensor can be stabilized by forming amorphous glass on such crystallized glass. The reason why the crystallized glass of the present invention has higher proof strength than a load sensor made using only ordinary amorphous glass is that the grains constituting the crystallized glass are formed even if cracks occur inside. It seems to stop at the world.
以上のように、実施の形態3の結晶化ガラスの場合、非晶質ガラスとのマッチング性も高く、市販の非晶質ガラスとの同時焼成も可能であり、荷重センサの低コスト化が可能であった。
As described above, in the case of the crystallized glass of
またこうして得られた結晶化ガラスをペースト化し、従来の非晶質ガラスとして、特開平9−243472号公報や特開2003−97997号公報で提案されているホウケイ酸鉛系(B2O3−SiOw−PbO)ガラスとを選び、同時焼成の実験を行った。図4に示すように、金属弾性体上に所定形状で印刷した、そしてこの上に市販の非晶質ガラスペーストを印刷し、同時に焼成したが、図4(B)に示すように、非晶質ガラス及び結晶質ガラスには異常は発生しなかった。 Further, the crystallized glass thus obtained is made into a paste, and as a conventional amorphous glass, lead borosilicate (B 2 O 3 —) proposed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 9-243472 and 2003-97997 is disclosed. (SiO w —PbO) glass was selected and a co-firing experiment was conducted. As shown in FIG. 4, printed in a predetermined shape on a metal elastic body, and a commercially available amorphous glass paste was printed thereon and fired at the same time. As shown in FIG. No abnormality occurred in the glassy and crystalline glasses.
比較のために、従来例の結晶化ガラスとして、表1で提案されている結晶化ガラスを選び、同様に図4に示すような同時焼成の実験を行った。まず図4(A)に示すように、金属基板上に従来の結晶化ガラスペーストを印刷し、その上に市販の非晶質ガラスペーストを印刷し、これらを同時に850℃で焼成し、その断面を観察したところ図4(C)のように、クラックが発生し、結晶質ガラスと非晶質ガラスを同時に焼成することは難しいことが判った。 For comparison, the crystallized glass proposed in Table 1 was selected as the crystallized glass of the conventional example, and a co-firing experiment as shown in FIG. 4 was similarly conducted. First, as shown in FIG. 4 (A), a conventional crystallized glass paste is printed on a metal substrate, a commercially available amorphous glass paste is printed thereon, and these are simultaneously fired at 850 ° C. As shown in FIG. 4C, it was found that cracks occurred and it was difficult to fire the crystalline glass and the amorphous glass at the same time.
たとえクラック13が発生していなかったとしても、従来の非晶質ガラスでは車載用の耐久性の高い荷重センサとしての性能は実用的ではなかった。これは、従来の結晶化ガラス(たとえば、表1)に比べ、本ガラスはアルミナが一定以上含まれ、BaOやB2O3の割合が少なめであることも一原因と考えられた。また実施の形態3で提案する結晶化ガラスは、後述するように、セラミック粉と同時に焼結しコンポジットガラス化させやすい特徴があることも判った。 Even if the crack 13 did not occur, the performance as a highly durable load sensor for in-vehicle use was not practical with the conventional amorphous glass. This was thought to be due to the fact that this glass contained a certain amount or more of alumina and a lower proportion of BaO and B 2 O 3 than conventional crystallized glass (for example, Table 1). It has also been found that the crystallized glass proposed in the third embodiment has a characteristic that it is easily sintered at the same time as the ceramic powder and made into a composite glass, as will be described later.
(実施の形態4) 印刷積層(硬化)
実施の形態4では、多層印刷したガラス層の焼成コストを下げるために一括焼成する場合について説明する。実施の形態1で説明したように、ガラス層を多層化する際、1層ごとに印刷、乾燥、焼成を繰り返した場合、層数の増加につれて、焼成回数が増加し、製品のコストアップにつながる。しかし、ガラスを多層化する際、印刷、乾燥を繰返し、ガラス層を多層化した後、一括焼成しようとしても、塗膜の平滑性が低下し、多層印刷したガラス層にピンホールや厚みムラが発生しやすいという問題点が生じる。
(Embodiment 4) Print lamination (curing)
In the fourth embodiment, a case of performing batch firing to reduce the firing cost of a multi-layer printed glass layer will be described. As described in
そこで、実施の形態4では、結晶化ガラスペーストに、硬化型ペーストを採用することによって、こうした課題を解決する方法について説明する。 In the fourth embodiment, a method for solving such a problem by adopting a curable paste as the crystallized glass paste will be described.
まず比較のため、従来例として、結晶質ガラスペーストを多層化した場合に発生しやすい、ピンホールや厚みムラについて図5を用いて説明する。図5は、金属弾性体上に結晶質ガラスペーストを多層印刷する様子を説明する断面図である。図5(A)のように、金属弾性体1の上に印刷された結晶化ガラスペースト32aは、一定時間後にレベリング(表面平滑化)する。これは結晶化ガラスペースト32aに含まれている溶剤成分が、金属弾性体1の中に染込まないためである。図5(B)において、33aは結晶質ガラス乾燥膜であり、結晶質ガラスペースト32aがレベリングした後、溶剤が揮発、乾燥されたものである。図5(C)は、結晶質ガラス乾燥膜33aの上に、結晶化ガラスペースト32bを印刷する様子である。
First, for comparison, pinholes and thickness unevenness that are likely to occur when a crystalline glass paste is multilayered will be described with reference to FIG. 5 as a conventional example. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state in which a crystalline glass paste is multilayer printed on a metal elastic body. As shown in FIG. 5A, the crystallized glass paste 32a printed on the metal
矢印34は、結晶質ガラスペースト32bに含まれる溶剤成分が、下地となる結晶質ガラス乾燥膜33aに染込む様子を示す。そして溶剤成分が下地に染込んだ結果、結晶質ガラスペースト32bに含まれる溶剤成分が少なくなり、結晶質ガラスペースト32bの粘度が上がり、ペーストの流動性が低下し、表面に凹凸35やピンホール(図示していない)が発生する。その結果、図5(D)に示すように、結晶質ガラス乾燥膜33bの表面に凹凸35が残る。こうした凹凸35は焼成しても消えない。これは結晶質ガラスは、非晶質ガラスに比べて焼成時の流動性が少ないためである。
The
その結果、図5(E)に示すように、こうした上に内部電極36aを形成すると、内部電極36aと金属弾性体1の間で、絶縁不良が発生しやすくなった。
As a result, as shown in FIG. 5E, when the internal electrode 36a is formed on such a structure, an insulation failure is likely to occur between the internal electrode 36a and the metal
そこで、発明者らはこうした課題を解決するために、様々な実験を繰り返した。その結果、こうした課題は、図5に示すように、ペースト中の溶剤が下地に染込むことが主原因であることが判った。そこで、硬化型のガラスペーストを開発した。 Therefore, the inventors repeated various experiments in order to solve these problems. As a result, it has been found that such a problem is mainly caused by the solvent in the paste soaking into the base as shown in FIG. Therefore, a curable glass paste was developed.
図6は発明者らが開発した硬化型ガラスペーストを用いて多層印刷する様子を示す。図6(A)〜図6(E)は、本発明の硬化型ガラスペーストを用いて金属基板上にガラス層を印刷によって多層に形成する様子を説明するための断面図である。図6(A)は金属弾性体1の上に、硬化型ガラスペースト37aをスクリーン印刷等で印刷された状態を示している。この状態では金属弾性体1の中に硬化型ガラスペースト37a中の溶剤は染み込まないためにすぐにレベリングする。
FIG. 6 shows a state of multilayer printing using a curable glass paste developed by the inventors. 6 (A) to 6 (E) are cross-sectional views for explaining how glass layers are formed in multiple layers on a metal substrate by printing using the curable glass paste of the present invention. FIG. 6A shows a state in which a curable glass paste 37a is printed on the metal
その後、この硬化型ガラスペースト37aを、熱や光、電子ビーム等で硬化、もしくは不溶化させ、図6(B)に示す硬化済みガラスペースト38aを形成する。この硬化済みガラスペースト38aの表面は充分レベリングされており、更にこの硬化されたガラスペーストには溶剤は殆んど染込まなくなっている。 Thereafter, the curable glass paste 37a is cured or insolubilized by heat, light, electron beam or the like to form a cured glass paste 38a shown in FIG. 6B. The surface of the cured glass paste 38a is sufficiently leveled, and the solvent is hardly infiltrated into the cured glass paste.
次に図5(C)に示すように、更に2層目となるガラス層を形成するために、硬化型ガラスペースト37bを印刷する。図6(C)において、硬化済みガラスペースト38aは、硬化済みであるので、その上に印刷された硬化型ガラスペースト37bの溶剤は、矢印34のように染み込もうとしても殆ど染み込まない。そのため、硬化型ガラスペースト37bは、図5(C)のような凹凸35、厚みムラ、ピンホールを発生させることなく、すぐにレベリングする。
Next, as shown in FIG. 5C, a curable glass paste 37b is printed in order to form a second glass layer. In FIG. 6C, since the cured glass paste 38a has been cured, the solvent of the curable glass paste 37b printed thereon hardly penetrates even if it soaks as indicated by the
こうしてレベリングした硬化型ガラスペースト37bを硬化させることで、図6(D)に示すように、2層目のガラス層を形成する硬化済みガラスペースト38bの表面も、凹凸や、厚みムラ、ピンホール等の無い平滑な表面となる。 By curing the leveled curable glass paste 37b, as shown in FIG. 6D, the surface of the cured glass paste 38b forming the second glass layer also has irregularities, uneven thickness, and pinholes. A smooth surface with no unevenness.
その結果、図6(E)に示すように、内部電極36bを形成しても、内部電極36bと金属弾性体1の間で絶縁不良が発生しにくい。このようにして、硬化型のガラスペーストを使って、印刷多層化した場合、焼成前のガラス塗膜に凹凸や厚みムラ、ピンホール等の欠陥の発生を抑制できるため、荷重センサの歩留を高められ、製造コストを下げられる。
As a result, as shown in FIG. 6E, even if the internal electrode 36b is formed, insulation failure is unlikely to occur between the internal electrode 36b and the metal
一方、従来のガラスペーストの場合、ペーストの中の溶剤成分が下地に染み込むために印刷直後から急激に粘度が上がりレベリングしなくなることから、その表面には大きなムラが発生することとなる。このムラはスクリーン印刷の場合、スクリーン版のメッシュが粗くなればなるほど発生しやすくなる。 On the other hand, in the case of the conventional glass paste, since the solvent component in the paste soaks into the base, the viscosity suddenly increases immediately after printing and no leveling occurs, resulting in large unevenness on the surface. In the case of screen printing, this unevenness is more likely to occur as the mesh of the screen plate becomes rougher.
そのため、ガラス層の厚みを厚くしようとして、スクリーン版のメッシュを粗くしたとしても、膜厚は厚くなってもかえってムラが発生しやすくなるために、製品歩留を低下させることがあった。そのため、従来はより細かいメッシュ(細かいほどムラが発生しにくい)を使って多層印刷されていたが、細かいメッシュを使うほど膜厚が薄くなるため、必要な膜厚を得るためには、印刷回数を増やす必要があり、工数増加になっていた。 Therefore, even if the thickness of the glass layer is increased and the mesh of the screen plate is increased, unevenness is more likely to occur even if the film thickness is increased, which may reduce the product yield. Therefore, in the past, multi-layer printing was performed using finer meshes (more unevenness is less likely to occur), but the thinner the finer the mesh, the thinner the film thickness. It was necessary to increase the number of man-hours.
図7は、こうしたレベリングの様子を説明するものである。図7においてX軸は印刷してからの時間(単位は分)であり、図5(C)や(D)、図6の(C)や(D)に相当する。また図7のY軸は、印刷直後からレベリングするまでのペースト表面の表面凹凸(図5のCやD参照)を、非接触のレーザー式表面粗さ計で測定したものである。図7において、a(×印に相当)は、結晶化ガラス粉を用いて作成した硬化型ガラスペーストであり、印刷後、すぐに凹凸が減り、レベリングすることが判る。また図7においてc(○印に相当)は、非晶質ガラス粉を用いて作成した硬化型ガラスペーストであり、印刷後、すぐに凹凸が減り、レベリングすることが判る。一方、図7のb(●印に相当)は、従来の溶剤乾燥型のガラスペーストの場合であり、印刷した後はその凹凸は低減しにくい。 FIG. 7 explains the state of such leveling. In FIG. 7, the X-axis is the time (unit: minutes) after printing, and corresponds to FIGS. 5C and 5D and FIGS. 6C and 6D. The Y axis in FIG. 7 is obtained by measuring the surface irregularities (see C and D in FIG. 5) of the paste surface from immediately after printing until leveling with a non-contact laser surface roughness meter. In FIG. 7, a (corresponding to x mark) is a curable glass paste prepared using crystallized glass powder, and it can be seen that the unevenness is reduced immediately after printing and leveling occurs. Further, in FIG. 7, c (corresponding to a circle) is a curable glass paste prepared using amorphous glass powder, and it can be seen that unevenness is reduced immediately after printing and leveling is performed. On the other hand, b (corresponding to the mark ●) in FIG. 7 is a case of a conventional solvent-dried glass paste, and its unevenness is difficult to reduce after printing.
なお、実施の形態4では、結晶化ガラスペーストの硬化型にしたが、非晶質ガラスペーストや、内電ペースト、配線ペーストもこうした硬化型ペーストにすることで、多層印刷した時のレベリング性を大きく改善でき、荷重センサの低コスト化と歩留アップが可能となる。またこうした硬化型ペーストの作成において、従来より提案されている非晶質ガラス粉や結晶化ガラスを使うことも可能であり、また本発明で提案する非晶質ガラスや結晶質ガラス、あるいは後述するコンポジットガラスへ応用することは容易である。 In the fourth embodiment, the crystallized glass paste is curable. However, the amorphous glass paste, the internal electric paste, and the wiring paste are also made into such a curable paste, thereby improving the leveling property when multilayer printing is performed. This can greatly improve the cost of the load sensor and increase the yield. Further, in the preparation of such a curable paste, it is possible to use conventionally proposed amorphous glass powder or crystallized glass, and the amorphous glass or crystalline glass proposed in the present invention, or described later. It is easy to apply to composite glass.
(実施の形態5) 硬化型絶縁ペーストの内容
次に硬化型ペーストに用いる部材について、詳しく説明する。まず硬化型ガラスペーストに用いるガラス粉としては平均粒径が0.1〜10μmが最適である。平均粒径が0.1μm未満のガラス粉は高価である。また平均粒径が10μmを超えるガラス粉は20から30μmの大きなガラス粉が含まれている可能性がある。また硬化型ガラスペーストに含まれるガラス粉末は、60〜80wt%の範囲が望ましい。60wt%未満の場合、硬化した後、焼成すると出来あがったガラスがポーラス(内部に隙間が発生する)になったり、焼成時の膜厚収縮が大きくなり過ぎて、複数層を同時焼成するときにクラックが発生する可能性がある。またガラスペースト中にガラス粉を80wt%以上含ませた場合、ペースト中の流動成分(樹脂や溶剤)が少なくなって、ペーストの流動性が低下し、レベリングしにくくなる場合がある。また硬化型ガラスペーストに含まれる樹脂分は1〜20wt%が望ましい。樹脂が1wt%未満の場合、硬化した塗膜の強度が低く、多層印刷した時に剥がれたり、取れたりすることがある。また樹脂分が20wt%を越えた場合、ペーストの硬化に問題は無いが、硬化後のペーストを焼成する際、樹脂成分の分解量が大きくなり、たとえば、焼成炉の中で多量の煙が発生すると共に、塗膜がブクブクと膨れたり、割れ出したりする可能性がある。またペースト中の溶剤量は10〜40wt%が望ましい。溶剤量が10wt%未満の場合、インキの粘度が高くなり、連続印刷性やレベリング性に影響を与える場合がある。また溶剤量が40wt%以上の場合、インキの乾燥時間が長くなる。なお、硬化型ペーストにおいて、無溶剤化も可能であるが、溶剤は10wt%以上、含まれていることが望ましい。これはまったくの無溶剤にした場合、スクリーン印刷に必要な粘度までペースト粘度を下げるには、かなりの樹脂量添加が必要になり、こうした樹脂が焼成時にクラック等の発生原因になる可能性があるためである。なお、硬化型インキに添加する溶剤としては、沸点150℃以上のものが望ましい。沸点が150℃未満の溶剤は、印刷機上での乾燥が速すぎて、連続印刷性やインキの機上安定性に影響を与える場合がある。
(Embodiment 5) Contents of curable insulating paste Next, members used for the curable paste will be described in detail. First, the average particle size of 0.1 to 10 μm is optimal as the glass powder used in the curable glass paste. Glass powder having an average particle size of less than 0.1 μm is expensive. Further, the glass powder having an average particle size exceeding 10 μm may contain a large glass powder of 20 to 30 μm. The glass powder contained in the curable glass paste is preferably in the range of 60 to 80 wt%. When it is less than 60 wt%, when cured after baking, the resulting glass becomes porous (a gap is generated inside), or the film thickness shrinkage during firing is too large, and multiple layers are fired simultaneously. Cracks may occur. Moreover, when glass powder contains 80 wt% or more in the glass paste, the flow component (resin or solvent) in the paste is reduced, and the fluidity of the paste is lowered, which may make it difficult to level. Further, the resin content in the curable glass paste is preferably 1 to 20 wt%. When the resin is less than 1 wt%, the cured coating film has low strength and may be peeled off or removed when multilayer printing is performed. When the resin content exceeds 20 wt%, there is no problem in curing the paste, but when the cured paste is baked, the amount of decomposition of the resin component becomes large, for example, a large amount of smoke is generated in a baking furnace. At the same time, the coating film may swell or crack. The amount of solvent in the paste is preferably 10 to 40 wt%. When the amount of the solvent is less than 10 wt%, the viscosity of the ink is increased, which may affect continuous printability and leveling properties. When the solvent amount is 40 wt% or more, the drying time of the ink becomes long. The curable paste can be made solvent-free, but it is desirable that the solvent is contained in an amount of 10 wt% or more. In the absence of any solvent, a considerable amount of resin must be added to reduce the paste viscosity to that required for screen printing, and this resin may cause cracks during firing. Because. The solvent added to the curable ink preferably has a boiling point of 150 ° C. or higher. A solvent having a boiling point of less than 150 ° C. may be too fast to dry on the printing press, and may affect the continuous printability and the on-press stability of the ink.
このような硬化型のペーストを作成するには、インキのバインダ成分(樹脂成分)として、硬化型の樹脂を選ぶ。硬化型樹脂としては、光(UV)や電子ビーム(EB)、熱硬化型の樹脂が市販されている。なお、本発明の場合、ペーストは焼成するため、灰分の少ない硬化型の樹脂を選ぶ必要がある。また多少の灰分(たとえば1%程度)が残っていたとしても、こうした灰分は酸化物の場合が多いので、本発明の場合、ガラス成分の一部になり、品質に影響を与えないことが多い。 In order to create such a curable paste, a curable resin is selected as the binder component (resin component) of the ink. As the curable resin, light (UV), electron beam (EB), and thermosetting resin are commercially available. In the case of the present invention, since the paste is fired, it is necessary to select a curable resin with a low ash content. Moreover, even if some ash (for example, about 1%) remains, since such ash is often an oxide, in the case of the present invention, it becomes a part of the glass component and often does not affect the quality. .
硬化型ガラスペーストに含まれる樹脂成分は、1〜20wt%が望ましい。樹脂成分が1wt%未満の場合、硬化してできた塗膜(特に焼成前)の物理的強度が低い場合がある。このように硬化後での塗膜強度が低い場合、その上に次のガラスペースト等をスクリーン印刷等で印刷する際に、塗膜が剥がれたり、傷付いたりして製品の歩留を下げる場合がある。 The resin component contained in the curable glass paste is desirably 1 to 20 wt%. When the resin component is less than 1 wt%, the physical strength of the cured coating film (particularly before firing) may be low. When the film strength after curing is low in this way, when printing the next glass paste etc. on it by screen printing etc., the coating film may be peeled off or scratched to reduce the product yield There is.
特に硬化型絶縁ペースト中の樹脂の5〜100wt%を硬化型樹脂とすることで、多層印刷時のペースト溶剤の染み込みを防止する効果を有効に発揮させることができる。このように、ペースト中に非硬化型樹脂を予め添加しておくことによって、絶縁ペーストの製造を容易にできると共に、スクリーン印刷機上で絶縁ペーストが硬化してしまい、後で取れなくなることがない。たとえば、硬化絶縁ペースト中の樹脂成分のうち、50%を熱硬化型のキシレン樹脂、残り50%を溶剤に可溶なエチルセルロース樹脂とすることで、万一、インキがスクリーン版の上で硬化しても(あるいは硬化しかけても)、エチルセルロースの溶剤可溶性を活かして、簡単に溶剤で拭き取れる。そのため、スクリーン版に異物として残らないため、長時間の安定した印刷(あるいは無人印刷)が可能になる。硬化型樹脂としては熱、光、電子線照射のいずれか一つ以上の作用によって硬化する樹脂を用いることができる。 In particular, when 5 to 100 wt% of the resin in the curable insulating paste is a curable resin, the effect of preventing the penetration of the paste solvent during multilayer printing can be effectively exhibited. In this way, by adding a non-curable resin in the paste in advance, the production of the insulating paste can be facilitated, and the insulating paste is cured on the screen printing machine and cannot be removed later. . For example, by setting 50% of the resin component in the cured insulating paste to thermosetting xylene resin and the remaining 50% to ethyl cellulose resin soluble in the solvent, the ink should be cured on the screen plate. However (or even when it is cured), it can be easily wiped off with a solvent by taking advantage of the solvent solubility of ethyl cellulose. Therefore, since no foreign matter remains on the screen plate, stable printing (or unattended printing) can be performed for a long time. As the curable resin, a resin curable by one or more of heat, light, and electron beam irradiation can be used.
特に生産性を考慮すると一液性の硬化型樹脂がより望ましい。二液性の硬化型樹脂は母体となる樹脂に反応開始剤を添加することで樹脂の硬化が始まる。しかし、こうした二液性の樹脂で絶縁ペーストを作製した場合、使用直前に反応開始剤を添加、混合する必要があり、そのために工程が煩雑になる。 In view of productivity, a one-component curable resin is more desirable. In the two-component curable resin, curing of the resin starts by adding a reaction initiator to the base resin. However, when an insulating paste is made of such a two-component resin, it is necessary to add and mix a reaction initiator immediately before use, which complicates the process.
一方、一液性の硬化型樹脂は反応開始剤を添加しなくとも、上記方法により硬化するために、本発明の硬化型樹脂として使いやすい。またこうした樹脂はα−テルピネオールやブチルカルビトール、イソホロン等と言ったスクリーン印刷に広く使われる高沸点溶剤によく溶解するため、粘度調整もしやすい。また印刷後にスクリーン版を洗浄する場合においても、酢酸ブチル等で簡単にクリーニングすることができる。こうした硬化型樹脂としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂が使いやすい。たとえば、フェノール樹脂やエポキシ樹脂を使うことができる。なおこうした用途に二液型の硬化樹脂を使うと、ペースト化させるのが煩雑であり、更に反応開始剤を添加した後のペーストのポットライフが短くなる。一液型硬化樹脂の場合、反応開始剤の添加が不要でありペースト化も容易である。たとえばキシレンフェノールホルムアルデヒド樹脂に代表される一液型樹脂はαテルピネオールやイソホロン、酢酸ブチル等の溶剤にも溶けやすいため、インキ化も容易であり、スクリーン印刷した後の洗浄も簡単である。 On the other hand, the one-component curable resin is easy to use as the curable resin of the present invention because it is cured by the above method without adding a reaction initiator. In addition, these resins dissolve well in high-boiling solvents widely used for screen printing such as α-terpineol, butyl carbitol, isophorone, etc., so that the viscosity can be easily adjusted. Even when the screen plate is washed after printing, it can be easily cleaned with butyl acetate or the like. As such a curable resin, an epoxy resin and a phenol resin are easy to use. For example, a phenol resin or an epoxy resin can be used. If a two-component curable resin is used for such a purpose, it is complicated to make a paste, and the pot life of the paste after adding a reaction initiator is shortened. In the case of a one-component curable resin, it is not necessary to add a reaction initiator and it is easy to make a paste. For example, a one-component resin typified by xylenephenol formaldehyde resin is easily soluble in solvents such as α-terpineol, isophorone, and butyl acetate, so that it can be easily converted into an ink and easily washed after screen printing.
こうした硬化性樹脂を用いてガラスペーストや電極ペーストを製造する場合、ペースト中に添加する有機溶剤が沸点150℃以上のものが望ましい。沸点150℃未満の有機溶剤は印刷工程中に自然蒸発しやすいために、作業工程中でペーストの粘度が変化して印刷表面にピンホールが発生したり、レベリングしにくくなることが生じ得る。 When manufacturing glass paste and electrode paste using such a curable resin, it is desirable that the organic solvent added to the paste has a boiling point of 150 ° C. or higher. Since organic solvents having a boiling point of less than 150 ° C. tend to spontaneously evaporate during the printing process, the viscosity of the paste may change during the working process, which may cause pinholes on the printing surface or become difficult to level.
なお、ペースト中の樹脂成分はすべてを熱硬化性樹脂にする必要はない。ペーストに含まれる樹脂性分の中の5〜100wt%を硬化性樹脂にすればよい。このように硬化性で無い樹脂、たとえば広くバインダー樹脂として知られるエチルセルロース樹脂やブチラール樹脂、アクリル樹脂等を加えておくことで、万一インキがスクリーン版の上で硬化、あるいはゲル化しても、エチルセルロース等の溶剤可溶性を活かして簡単に拭取れる。 The resin component in the paste need not be all thermosetting resin. What is necessary is just to make 5-100 wt% in the resinous part contained in a paste into curable resin. By adding a non-curable resin such as ethyl cellulose resin, butyral resin, and acrylic resin, which are widely known as binder resins, even if the ink is cured or gelled on the screen plate, ethyl cellulose It can be easily wiped by taking advantage of solvent solubility.
また、硬化型ペースト中に含まれる有機溶剤は沸点150℃以上のものが望ましい。このように硬化型ペースト内に有機溶剤を含ませることで、硬化型ペーストの粘度調整や固形分調整が容易になるため、年間を通して製造品質を安定化できる。なお沸点150℃未満の有機溶剤の場合、印刷工程中に自然蒸発しやすいため、作業行程中でペースト粘度が変化し、印刷された塗膜の厚みバラツキを発生させる場合がある。またこうした有機溶剤は、硬化型ペースト中に溶剤が10〜40wt%含まれていることが望ましい。硬化型ペースト中の溶剤が10wt%未満の場合、溶剤による粘度や固形分調整の範囲が狭くなってしまう。また溶剤が40wt%以上含まれる場合、インキの乾燥による膜厚変化が大きくなる。 The organic solvent contained in the curable paste preferably has a boiling point of 150 ° C. or higher. By including an organic solvent in the curable paste in this way, viscosity adjustment and solid content adjustment of the curable paste are facilitated, so that production quality can be stabilized throughout the year. In the case of an organic solvent having a boiling point of less than 150 ° C., since it spontaneously evaporates during the printing process, the paste viscosity may change during the work process, and the printed coating may vary in thickness. Moreover, it is desirable that the organic solvent contains 10 to 40 wt% of the solvent in the curable paste. When the solvent in the curable paste is less than 10 wt%, the viscosity and solid content adjustment range by the solvent becomes narrow. When the solvent is contained in an amount of 40 wt% or more, the change in the film thickness due to drying of the ink becomes large.
なお硬化型ペーストの粘度は印刷性とレベリング性の観点から10〜10000ポイズ(回転式粘度計の場合の回転数は10〜100rpmの範囲、もしくはズリ速度で1〜100/sの範囲)が望ましい。なおこうした硬化型ペーストは、ある程度チキソ性(ズリ速度で粘度が変るレオロジー的現象)が有る方が望ましい。そのためペーストの粘度比(たとえば、回転数10rpmと50rpm、あるいはズリ速度1/sと5/s)等は、1.0以上、望ましくは1.2以上が望ましい。なお粘度比が5を超えるとチキソ性が高くなりすぎて、レベリングまでの時間が長くなりあまり実用的ではない。 The viscosity of the curable paste is preferably 10 to 10000 poise from the viewpoint of printability and leveling (the rotation speed in the case of a rotary viscometer is in the range of 10 to 100 rpm, or in the range of 1 to 100 / s at the shear rate). . Such a curable paste preferably has a thixotropy (rheological phenomenon in which the viscosity changes at a shear rate) to some extent. For this reason, the viscosity ratio of the paste (for example, the rotational speed of 10 rpm and 50 rpm, or the shift speed of 1 / s and 5 / s) is 1.0 or more, preferably 1.2 or more. If the viscosity ratio exceeds 5, the thixotropy becomes too high and the time until leveling becomes long, which is not practical.
なお、こうして作成した硬化型ガラスペーストは、従来のエチルセルロース等の樹脂を使った溶剤希釈型ガラスペーストに比べて、焼結後(800〜900℃での焼成後)のガラス自体に違いは無いが、その焼成プロファイルに明らかな違いが観察される。そこで、発明者らは従来提案されている結晶化ガラス粉を用いて、フェノール樹脂を使った硬化型ガラスペーストと、エチルセルロース樹脂を使った従来型のガラスペーストを作成し、これを所定量、白金容器にセットし、室温から900℃までの熱分析(TG/DTAと呼ばれる)を行った。その結果、互いの特徴が、特にDTAグラフ(図示していない)に現れた。従来型の場合、150〜200℃で溶剤成分が蒸発する吸熱ピークが観察された。 The curable glass paste thus prepared has no difference in the glass itself after sintering (after baking at 800 to 900 ° C.) as compared with a solvent-diluted glass paste using a conventional resin such as ethyl cellulose. A clear difference in the firing profile is observed. Therefore, the inventors made a curable glass paste using a phenol resin and a conventional glass paste using an ethyl cellulose resin using a previously proposed crystallized glass powder, and this was added to a predetermined amount of platinum. The sample was set in a container, and thermal analysis (called TG / DTA) from room temperature to 900 ° C. was performed. As a result, the features of each other appeared especially in the DTA graph (not shown). In the case of the conventional type, an endothermic peak in which the solvent component is evaporated at 150 to 200 ° C. was observed.
その後、300℃前後でエチルセルロース樹脂が熱分解する発熱ピークが観察され、その後は特に変化がなく、800℃付近でガラスの結晶化によると思われる発熱ピークが観察された。 Thereafter, an exothermic peak in which the ethylcellulose resin was thermally decomposed around 300 ° C. was observed, and thereafter, there was no particular change, and an exothermic peak presumably due to glass crystallization was observed at around 800 ° C.
一方、硬化型の場合、150〜200℃で溶剤成分が蒸発する吸熱ピークが観察された後は、300〜450℃付近に樹脂が硬化することによる発熱と思われるブロードなピークが観察され、最後に500〜550℃で、硬化した樹脂が熱分解すると思われる発熱ピークが観察され、その後は特に変化が無く、800℃付近でガラスの結晶化によると思われる発熱ピークが観察された。 On the other hand, in the case of the curable type, after an endothermic peak in which the solvent component evaporates at 150 to 200 ° C. is observed, a broad peak that seems to be generated by the resin curing at about 300 to 450 ° C. is observed. At 500 to 550 ° C., an exothermic peak was observed at which the cured resin was considered to be thermally decomposed, and thereafter, there was no particular change, and an exothermic peak presumably due to glass crystallization was observed at around 800 ° C.
以上の熱分析の結果から、硬化型樹脂の場合、樹脂が硬化されることで、耐熱性が上がり、ペーストの熱分解温度を上げることが判る。そこで、ここで用いたガラスペーストを用いて、図10(A)(なお、図10については、後の実施の形態で説明する)に示したように、焼結抑制剤を添加していない内部電極を埋込み、この内部電極と共に同時焼成したところ、硬化型ガラスペーストの場合、図10(B)に示すように、(焼結抑制剤を添加していない内部電極にも関らず)特に問題なく多層の同時焼成ができる場合があった。 From the results of the thermal analysis described above, it can be seen that in the case of a curable resin, the resin is cured, whereby the heat resistance is increased and the thermal decomposition temperature of the paste is increased. Therefore, by using the glass paste used here, as shown in FIG. 10A (note that FIG. 10 will be described in a later embodiment), the inside in which no sintering inhibitor is added. When an electrode was embedded and co-fired with this internal electrode, in the case of a curable glass paste, as shown in FIG. 10B, there was a particular problem (in spite of the internal electrode to which no sintering inhibitor was added). In some cases, multiple layers could be fired simultaneously.
一方、従来型のガラスペーストの場合、すべてが図10(C)に示すように、各種クラックが発生した。以上の実験結果と、熱分析の結果より、硬化型樹脂を使うことで、内部電極が焼成、収縮する場合(500℃前後からと考えられる)での、クラック防止の効果があることが判った。つまり従来型のガラスペーストでは、内部電極の収縮が始る温度では、ガラス粉同士は結着力が低い状態(樹脂成分が熱分解されて無くなっているため)なので、金属の収縮によって、ガラス層が割れてしまい、これがクラックの発生原因になると考えられる。 On the other hand, in the case of the conventional glass paste, various cracks occurred as shown in FIG. From the above experimental results and thermal analysis results, it was found that the use of a curable resin has the effect of preventing cracks when the internal electrode is fired and contracted (considered from around 500 ° C.). . In other words, in the conventional glass paste, the glass powder has a low binding force (because the resin component is not thermally decomposed) at the temperature at which the shrinkage of the internal electrodes begins. It is considered that this is a cause of cracks.
一方、硬化型ガラスペーストの場合、内部電極の収縮が始る温度では、ガラス粉同士の結着力は強い(硬化されることで耐熱性が上がった樹脂成分が、まだ残っている)ため、金属の収縮でのガラス層の割れを防止できていると思われる。 On the other hand, in the case of curable glass paste, the binding power between the glass powders is strong at the temperature at which the internal electrodes begin to shrink (the resin component whose heat resistance has been increased by being cured still remains). It seems that the glass layer can be prevented from cracking due to shrinkage.
このように、硬化型樹脂を用いることで、従来のガラス組成でも、ある程度の焼結抑制が可能であることが判る。このような、硬化型樹脂を使った焼結抑制技術を使うことで、ガラスと金属の同時焼成を可能にするだけでなく、熱異種ガラス同士(たとえば、軟化点や転移点の異なるガラス同士、あるいは結晶質ガラスと非晶質ガラス等)であっても、多層化した状態での同時焼成を行いやすい効果が得られる。このように、樹脂を硬化型にすることで、樹脂の耐熱温度を上げ、焼結時の割れを防止する場合、焼成後のガラスや電極にはこうした樹脂成分が焼失して残っていないため、特性に影響を与えることは無い。しかし、樹脂(有機物)を使うため、せいぜい600℃付近までの、焼結抑制(もしくは同時焼成でのクラック防止)効果しか得られないが、これでもかなりのクラック防止効果がある。 Thus, it can be seen that by using a curable resin, it is possible to suppress sintering to some extent even with a conventional glass composition. By using such sintering suppression technology using a curable resin, not only enables simultaneous firing of glass and metal, but also between different types of glass (for example, glasses with different softening points and transition points, Even in the case of crystalline glass and amorphous glass), an effect of facilitating simultaneous firing in a multilayered state can be obtained. In this way, by making the resin curable, increasing the heat-resistant temperature of the resin and preventing cracking during sintering, since such resin components are not burned out and remain in the glass and electrodes after firing, It does not affect the characteristics. However, since a resin (organic material) is used, only a sintering suppression effect (or crack prevention by simultaneous firing) up to about 600 ° C. can be obtained, but this also has a considerable crack prevention effect.
またこうした有機物を用いたクラック防止技術と、後述する電極への焼結抑制剤の添加(無機物を用いたクラック防止技術)と併用することで、クラック防止や複数多層の同時焼成を更に容易にすることは言うまでもない。 In addition, crack prevention and simultaneous firing of multiple layers can be further facilitated by using in combination with crack prevention technology using these organic substances and the addition of a sintering inhibitor to the electrodes described later (crack prevention technology using inorganic substances). Needless to say.
また硬化もしくは不溶化後のガラスペーストの厚みは12〜300μmが望ましい。12μm未満の場合、印刷時にピンホールが発生する場合がある。また12μm未満の場合、焼成後のガラス層の厚みが10μm未満と、更に薄くなるため絶縁不良を発生させる可能性がある。ガラスペーストの厚みが300μmを超える場合、硬化させながら多層印刷しても、印刷積層数が増えるためコストアップになる。また300μmを超える場合、焼成後のガラス層の厚みが200μmを超えるため、荷重センサの厚みや重さが増加し、更にガラスの材料費もアップする。 Moreover, as for the thickness of the glass paste after hardening or insolubilization, 12-300 micrometers is desirable. If it is less than 12 μm, pinholes may occur during printing. Moreover, when the thickness is less than 12 μm, the thickness of the glass layer after firing is further reduced to less than 10 μm, which may cause insulation failure. When the thickness of the glass paste exceeds 300 μm, even if multilayer printing is performed while curing, the number of printed layers increases, resulting in an increase in cost. On the other hand, when the thickness exceeds 300 μm, the thickness of the glass layer after firing exceeds 200 μm, the thickness and weight of the load sensor increase, and the material cost of the glass also increases.
(実施の形態6)
次に実施の形態6として、硬化型の結晶化ガラスペーストの製造方法について説明する。
(Embodiment 6)
Next, as a sixth embodiment, a method for producing a curable crystallized glass paste will be described.
まず、結晶化ガラスとして、表8〜表11で示した材料を、白金製坩堝の中に秤量し、これを高熱で溶解した。その後、溶解させたガラス成分を水中に投下し、急冷した。その後、これをボールミルを使って長時間粉砕した。その後、分級し、粒径10μm以下のガラス粉を用意した。次にインキ用のビヒクルとして、硬化型樹脂をえらび、これに溶剤に溶解された硬化型フェノール樹脂を用い、ここにガラス粉を所定量添加して、セラミック製の3本ロールで混練した。なおセラミックロールには水冷装置を接続し、ロール混練時のロール発熱による樹脂硬化を防止した。また1ロットが1kg程度の少量の場合、適当な容器の中でスパチュラ等の治具を使って手でプレミキシングした後、そのまま3本ロールで混練しても問題が無かった(多少の凝集体が残っていてもロール上で肉眼で検出でき、必要に応じてロール回数を増加することで対策できた)。しかし1ロットが10kg以上の場合、手でプレミキシングすることは体力的に負担がかかりすぎるので、プラネタリーミキサーやニーダー等の機械を使って、プレミキシングした後、3本ロールで混練することが望ましい。 First, as the crystallized glass, the materials shown in Tables 8 to 11 were weighed in a platinum crucible and melted with high heat. Thereafter, the dissolved glass component was dropped into water and rapidly cooled. Then, this was pulverized for a long time using a ball mill. Then, it classified and prepared glass powder with a particle size of 10 micrometers or less. Next, a curable resin was selected as the ink vehicle, and a curable phenol resin dissolved in a solvent was used. A predetermined amount of glass powder was added thereto, and the mixture was kneaded with a ceramic three roll. A water cooling device was connected to the ceramic roll to prevent resin curing due to roll heat generation during roll kneading. In addition, when one lot is a small amount of about 1 kg, there was no problem even if kneading with three rolls as it was after premixing by hand using a tool such as a spatula in a suitable container (some aggregates) ) Can be detected with the naked eye on the roll, and measures can be taken by increasing the number of rolls as necessary). However, if one lot is 10 kg or more, premixing by hand is too physically intensive, so premixing using a machine such as a planetary mixer or kneader can be followed by kneading with three rolls. desirable.
こうして作成したガラスペーストに所望に応じて溶剤を添加し、粘度調整した後、濾過し完成させた。なお、濾過には市販の開口が10〜20μmのスクリーン型フィルターを使い、所望に応じて加圧濾過することで濾過効率を上げられる。 The glass paste thus prepared was added with a solvent as desired to adjust the viscosity, and then filtered to complete. In addition, the filtration efficiency can be raised by using a commercially available screen type filter having an opening of 10 to 20 μm and performing pressure filtration as desired.
こうして作成した硬化型ガラスペーストを使って、図6(A)〜(E)のようにして、印刷、硬化を繰返して多層印刷したが特に問題点を見つけることはできなかった。またこれを焼成したが、特に異常を見つけることもできなかった。また比較のために、従来インキとして、ビヒクルとして硬化型フェノール樹脂の代りに、エチルセルロースをαテルピネオールに溶解したものを用いて同様にインキを作成した。これを用いて、多層印刷したところ、図5(A)〜(E)に示すような結果が得られた。またこれを焼成したところ、金属弾性体と内部電極の間に絶縁不良が発生しやすかった。そこで、絶縁不良の発生したサンプルの断面を観察したところ、図5(E)に示したように、ガラス層に厚みムラが多く、更に焼結済みのガラス内部にも空洞が生じていた。 Using the curable glass paste thus prepared, as shown in FIGS. 6 (A) to 6 (E), printing and curing were repeated for multilayer printing, but no particular problem could be found. Although this was baked, no abnormality was found. For comparison, an ink was similarly prepared using a conventional ink in which ethyl cellulose was dissolved in α-terpineol instead of a curable phenolic resin as a vehicle. When multilayer printing was performed using this, results as shown in FIGS. 5A to 5E were obtained. Moreover, when this was baked, it was easy to produce the insulation defect between a metal elastic body and an internal electrode. Then, when the cross section of the sample in which the insulation failure occurred was observed, as shown in FIG. 5 (E), the glass layer had a large thickness unevenness, and further, cavities were generated in the sintered glass.
なお硬化温度は100℃以上で10秒以上、400℃未満で30分未満が望ましい。硬化温度が100℃未満の場合、インキ混練時やインキを自然放置させておくとインキ粘度が増加する可能性がある。硬化温度が400℃以上の場合、一部樹脂が分解し出すため、硬化性樹脂にこうした樹脂を添加して印刷性を改善することが難しくなる場合がある。また硬化時間は10秒以上30分以内が望ましい、特に100℃で10秒以内に硬化し始めるような樹脂は、インキ混練時に粘度が変化したり、ポットライフが短くなる可能性がある。 The curing temperature is preferably 100 ° C. or more and 10 seconds or more, and less than 400 ° C. and less than 30 minutes. When the curing temperature is less than 100 ° C., the ink viscosity may increase when the ink is kneaded or the ink is allowed to stand naturally. When the curing temperature is 400 ° C. or higher, a part of the resin begins to decompose, so it may be difficult to improve the printability by adding such a resin to the curable resin. Further, the curing time is desirably 10 seconds or more and 30 minutes or less. Particularly, a resin that starts to cure within 10 seconds at 100 ° C. may change the viscosity at the time of ink kneading or shorten the pot life.
なお硬化温度を400℃以上で30分以上に設定すると、添加した樹脂の一部が分解し始める可能性があり、その上に次のガラス層等を印刷した場合、そのレベリング性が低下することが生じうる。 If the curing temperature is set to 400 ° C. or more and 30 minutes or more, a part of the added resin may start to decompose, and when the next glass layer or the like is printed thereon, the leveling property is lowered. Can occur.
また、硬化(もしくは不溶化)に光を使うことができる。たとえばUV(紫外線)、IR(遠赤を含む遠赤外線)を用いることで硬化できる。こうした光硬化性樹脂は、スクリーン印刷用に、たとえば、ポスターのオーバーコート材料として、各メーカーから市販されている。またこうした光硬化型樹脂でも、BCA(ブチルカルビトールアセテート)やαテルピネオール等の沸点が150℃以上の高沸点溶剤で希釈できるものが市販されている。本発明にはこうしたものを使うこともできる。 Moreover, light can be used for hardening (or insolubilization). For example, it can be cured by using UV (ultraviolet rays) and IR (far infrared rays including far red). Such photocurable resins are commercially available from various manufacturers for screen printing, for example, as an overcoat material for posters. In addition, such photocurable resins are commercially available that can be diluted with a high boiling point solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher, such as BCA (butyl carbitol acetate) and α-terpineol. Such a thing can also be used for this invention.
またここで、硬化装置の設定を400℃としておいても、荷重センサの場合、金属弾性体に熱容量が大きいため、中々温度が上がらない場合がある。そうした場合、ホットプレート等を使って直接加熱してもよい。 Here, even if the setting of the curing device is set to 400 ° C., in the case of a load sensor, the metal elastic body has a large heat capacity, and thus the temperature may not increase. In such a case, it may be heated directly using a hot plate or the like.
なお、結晶化ガラスに用いる結晶化ガラスとしては、表8〜表11に示した以外のものを用いることができる。特に本発明で提案する荷重センサの場合、金属弾性体を用いるため、熱膨張係数が90×1E−7/℃(9ppm/℃)から、150×1E−7/℃(15ppm/℃)程度の、市販の結晶化ガラスを選ぶことができる。 In addition, as crystallized glass used for crystallized glass, those other than those shown in Tables 8 to 11 can be used. In particular, in the case of the load sensor proposed in the present invention, since a metal elastic body is used, the thermal expansion coefficient is about 90 × 1E-7 / ° C. (9 ppm / ° C.) to 150 × 1E-7 / ° C. (15 ppm / ° C.). A commercially available crystallized glass can be selected.
なお、この場合、ガラス粉の平均粒径は5μm未満が望ましい。平均粒径が5μm以上の場合、20〜30μmの大きな塊が残っている場合があり、これらが印刷性に影響を与える可能性がある。またペースト粘度としては、10〜10000ポイズの範囲が適当である。粘度が10ポイズ未満の場合、粘度が低すぎて、高膜厚が得難く、更に印刷パターンが滲んだり、ダレたりする可能性がある。また粘度が10000ポイズを超える場合、粘度が高すぎて、塗膜にピンホールが発生する可能性がある。なおこうしたペーストの場合、粘度は粘度計のズリ速度(あるいは回転数)によって、大きく変化する場合がある。そのため、ペースト粘度の測定は、ズリ速度が1〜100/s(なお1/sはズリ速度の単位である)の範囲で行うことが望ましい。 In this case, the average particle size of the glass powder is preferably less than 5 μm. When the average particle size is 5 μm or more, large lumps of 20 to 30 μm may remain, and these may affect the printability. Moreover, as a paste viscosity, the range of 10-10000 poise is suitable. When the viscosity is less than 10 poise, the viscosity is too low, it is difficult to obtain a high film thickness, and there is a possibility that the printed pattern may be blurred or sag. Moreover, when a viscosity exceeds 10,000 poise, a viscosity is too high and a pinhole may generate | occur | produce in a coating film. In the case of such a paste, the viscosity may vary greatly depending on the shear rate (or rotational speed) of the viscometer. Therefore, it is desirable to measure the paste viscosity in a range where the shear rate is 1 to 100 / s (where 1 / s is a unit of the shear rate).
(実施の形態7)
次に実施の形態7として、非晶質ガラスペーストの硬化型ペーストについて説明する。
(Embodiment 7)
Next, as
まず、非晶質ガラスとして、表5〜表7で示した材料を、白金製坩堝の中に秤量し、これを高熱で溶解した。その後、溶解させたガラス成分を水中に投下し急冷した。その後、これをボールミルを使って長時間粉砕した。その後、粒径10μm未満のガラス粉を分級によって回収した。次にインキ用のビヒクルとして、硬化型樹脂を選び、これに溶剤に溶解された硬化型フェノール樹脂を用い、ここにガラス粉を所定量添加して、セラミック製の3本ロールで混練した。なおセラミックロールには水冷装置を接続し、ロール混練時のロール発熱による樹脂硬化を防止した。また1ロットが1kg程度の少量の場合、適当な容器の中でスパチュラ等の治具を使って手でプレミキシングした後、そのまま3本ロールで混練しても問題が無かった。なお多少の凝集体が残っていてもロール上で肉眼で検出でき、必要に応じてロール回数を増加することで対策することができた。 First, as the amorphous glass, the materials shown in Tables 5 to 7 were weighed in a platinum crucible and melted with high heat. Thereafter, the dissolved glass component was dropped into water and rapidly cooled. Then, this was pulverized for a long time using a ball mill. Thereafter, glass powder having a particle size of less than 10 μm was collected by classification. Next, as a vehicle for ink, a curable resin was selected, and a curable phenol resin dissolved in a solvent was used. A predetermined amount of glass powder was added thereto, and kneaded by a ceramic three roll. A water cooling device was connected to the ceramic roll to prevent resin curing due to roll heat generation during roll kneading. In addition, when one lot was a small amount of about 1 kg, there was no problem even if kneading with three rolls as it was after premixing by hand using a jig such as a spatula in an appropriate container. Even if some agglomerates remained, they could be detected with the naked eye on the roll, and countermeasures could be taken by increasing the number of rolls as necessary.
しかし1ロットが10kg以上の場合、手でプレミキシングすることは体力的に負担がかかりすぎるので、プラネタリーミキサーやニーダー等の機械を使って、プレミキシングした後、3本ロールで混練することが望ましい。 However, if one lot is 10 kg or more, premixing by hand is too physically intensive, so premixing using a machine such as a planetary mixer or kneader can be followed by kneading with three rolls. desirable.
こうして作成したガラスペーストに必要に応じて溶剤を添加し、粘度調整した後、濾過し完成させた。なお、濾過には市販の開口が10〜20μmのスクリーン型フィルターを使い、所望に応じて加圧濾過することで濾過効率を上げられる。 A solvent was added to the glass paste thus prepared as necessary, the viscosity was adjusted, and then filtered to complete. In addition, the filtration efficiency can be raised by using a commercially available screen type filter having an opening of 10 to 20 μm and performing pressure filtration as desired.
こうして作成した硬化型ガラスペーストを使って、図5(A)〜(E)に示すようにして、印刷、硬化を繰返して多層印刷したが特に問題点を見つけることはできなった。またこれを焼成したが、特に異常を見つけることもできなかった。 Using the curable glass paste thus prepared, as shown in FIGS. 5A to 5E, printing and curing were repeated and multilayer printing was performed, but no particular problem could be found. Although this was baked, no abnormality was found.
また比較のために、従来インキとして、ビヒクルとして硬化型フェノール樹脂の代りに、エチルセルロースをαテルピネオールに溶解したものを用いて、同様にインキを作成した。これを用いて、多層印刷したところ、図5(A)〜(E)に示すような結果が得られた。またこれを焼成したところ、金属弾性体と内部電極の間に絶縁不良が発生しやすかった。そこで、絶縁不良の発生したサンプルの断面を観察したところ、図5(E)に示したように、ガラス層に厚みムラが多く、更に焼結済みのガラス内部にも空洞が多かった。 For comparison, an ink was similarly prepared using a conventional ink in which ethyl cellulose was dissolved in α-terpineol instead of a curable phenolic resin as a vehicle. When multilayer printing was performed using this, results as shown in FIGS. 5A to 5E were obtained. Moreover, when this was baked, it was easy to produce the insulation defect between a metal elastic body and an internal electrode. Therefore, when a cross section of the sample in which the insulation failure occurred was observed, as shown in FIG. 5E, the glass layer had a large thickness unevenness, and further, there were many cavities in the sintered glass.
なお硬化温度は100℃以上で10秒以上、400℃未満で30分未満が望ましい。硬化温度が100℃未満の場合、インキ混練時やインキを自然放置させておくとインキ粘度が増加する可能性がある。硬化温度が400℃以上の場合、一部樹脂は分解し出すため、硬化性樹脂にこうした樹脂を添加して印刷性を改善することが難しくなる場合がある。また硬化時間は10秒以上30分以内が望ましい、特に100℃で10秒以内に硬化し始めるような樹脂は、インキ混練時に粘度変化したり、ポットライフが短くなることが考えられる。 The curing temperature is preferably 100 ° C. or more and 10 seconds or more, and less than 400 ° C. and less than 30 minutes. When the curing temperature is less than 100 ° C., the ink viscosity may increase when the ink is kneaded or the ink is allowed to stand naturally. When the curing temperature is 400 ° C. or higher, a part of the resin begins to decompose, so it may be difficult to improve the printability by adding such a resin to the curable resin. The curing time is preferably 10 seconds or more and 30 minutes or less. Particularly, a resin that begins to harden at 100 ° C. within 10 seconds may change viscosity during ink kneading or shorten the pot life.
また400℃以上で30分以上必要な場合は、添加した樹脂の一部が分解し始める可能性があり、その上に次のガラス層等を印刷した場合、そのレベリング性が低下する場合がある。 In addition, if it is necessary at 400 ° C. or higher for 30 minutes or more, a part of the added resin may start to decompose, and when the next glass layer or the like is printed thereon, the leveling property may be lowered. .
なお、非晶質ガラスに用いる材料として、表5〜表7に示した以外のものを用いることができる。特に本発明で提案する荷重センサの場合、金属弾性体を用いるため、熱膨張係数が90×1E−7/℃から、150×1E−7/℃程度の、市販の非晶質ガラスの中から、感歪抵抗体とのマッチング性が良い材料を選べばよい。ガラス粉の平均粒径は5μm未満が望ましい。平均粒径が5μm以上の場合、20〜30μmの大きな塊が残っている場合があり、これらが印刷性に影響を与える可能性がある。またペースト粘度としては、10〜10000ポイズの範囲が適当である。粘度が10ポイズ未満の場合、粘度が低すぎて、高膜厚が得難く、更に印刷パターンが滲んだり、ダレたりする可能性がある。また粘度が10000ポイズを超える場合、粘度が高すぎて塗膜にピンホールが発生する可能性がある。なおこうしたペーストの場合、粘度は粘度計のズリ速度(あるいは回転数)によって、大きく変化する場合がある。そのため、ペースト粘度の測定は、ズリ速度が1〜100/sの範囲で行うことが望ましい。 Note that materials other than those shown in Tables 5 to 7 can be used for the amorphous glass. In particular, in the case of the load sensor proposed in the present invention, since a metal elastic body is used, a commercially available amorphous glass having a thermal expansion coefficient of about 90 × 1E-7 / ° C. to about 150 × 1E-7 / ° C. A material having good matching with the strain sensitive resistor may be selected. The average particle size of the glass powder is desirably less than 5 μm. When the average particle size is 5 μm or more, large lumps of 20 to 30 μm may remain, and these may affect the printability. Moreover, as a paste viscosity, the range of 10-10000 poise is suitable. When the viscosity is less than 10 poise, the viscosity is too low, it is difficult to obtain a high film thickness, and there is a possibility that the printed pattern may be blurred or sag. Moreover, when a viscosity exceeds 10,000 poise, a viscosity is too high and a pinhole may generate | occur | produce in a coating film. In the case of such a paste, the viscosity may vary greatly depending on the shear rate (or rotational speed) of the viscometer. Therefore, it is desirable to measure the paste viscosity in a range where the shear rate is 1 to 100 / s.
(実施の形態8)
次に実施の形態8として、硬化型の電極ペーストの製造方法について説明する。
(Embodiment 8)
Next, a method for producing a curable electrode paste will be described as an eighth embodiment.
まず、内電ペーストとして、銀を主体とした導電粉を選び、ここに予め溶剤に溶解された硬化型フェノール樹脂を用い、金属製の3本ロールで混練した。なお3本ロールには水冷装置を接続し、ロール混練時のロール発熱による樹脂硬化を防止した。また1ロットが1kg程度の少量の場合、適当な容器の中でスパチュラ等の治具を使って手でプレミキシングした後、そのまま3本ロールで混練しても問題が無かった。なお多少の凝集体が残っていてもロール上で肉眼で検出でき、必要に応じてロール回数を増加することで対策できた。 First, a conductive powder mainly composed of silver was selected as an internal electric paste, and a curable phenol resin previously dissolved in a solvent was used and kneaded with a metal three roll. A water-cooling device was connected to the three rolls to prevent resin curing due to roll heat generation during roll kneading. In addition, when one lot was a small amount of about 1 kg, there was no problem even if kneading with three rolls as it was after premixing by hand using a jig such as a spatula in an appropriate container. Even if some agglomerates remained, they could be detected with the naked eye on the roll, and countermeasures could be taken by increasing the number of rolls as necessary.
しかし1ロットが10kg以上の場合、手でプレミキシングすることは体力的に負担がかかりすぎるので、プラネタリーミキサーやニーダー等の機械を使って、プレミキシングした後、3本ロールで混練することが望ましい。こうして作成した電極ペーストに所望に応じて溶剤を添加し、粘度調整した後、濾過し完成させた。なお、濾過には市販の開口が10〜20μmのスクリーン型フィルターを使い、必要に応じて加圧濾過することで濾過効率を上げられる。 However, if one lot is 10 kg or more, premixing by hand is too physically intensive, so premixing using a machine such as a planetary mixer or kneader can be followed by kneading with three rolls. desirable. A solvent was added to the electrode paste thus prepared as desired, the viscosity was adjusted, and then filtered to complete. In addition, filtration efficiency can be raised by using a screen-type filter with a commercially available opening of 10 to 20 μm and filtering under pressure as necessary.
こうして作成した電極ペーストを使って、図5(A)〜(E)に示すようにして、印刷、硬化を繰返して多層印刷したが特に問題は発生しなかった。またこれを焼成したが、特に異常を見つけることもなかった。また比較のために、従来インキとして、ビヒクルとして硬化型フェノール樹脂の代りに、エチルセルロースをαテルピネオールに溶解したものを用いて、同様にインキ作成した。これを用いて、多層印刷したところ、図5(A)〜(E)に示すような結果が得られた。またこれを焼成したところ、電極ペースト上に印刷したガラス材料に印刷ムラに起因する凹凸が多数発生していた。 Using the electrode paste thus prepared, as shown in FIGS. 5A to 5E, printing and curing were repeated for multilayer printing, but no particular problem occurred. Although this was baked, no abnormality was found. For comparison, an ink was similarly prepared using a conventional ink in which ethylcellulose was dissolved in α-terpineol instead of a curable phenolic resin as a vehicle. When multilayer printing was performed using this, results as shown in FIGS. 5A to 5E were obtained. Moreover, when this was baked, many unevenness | corrugations resulting from the printing nonuniformity generate | occur | produced in the glass material printed on the electrode paste.
金属弾性体と内部電極の間に絶縁不良が発生しやすかった。そこで、絶縁不良の発生したサンプルの断面を観察したところ、図5(E)に示したように、ガラス層に厚みムラが多く、更に焼結済みのガラス内部にも空洞が多かった。 Insulation failure was likely to occur between the metal elastic body and the internal electrode. Therefore, when a cross section of the sample in which the insulation failure occurred was observed, as shown in FIG. 5E, the glass layer had a large thickness unevenness, and further, there were many cavities in the sintered glass.
なお硬化温度は100℃以上で10秒以上、400℃未満で30分未満が望ましい。硬化温度が100℃未満の場合、インキ混練時やインキを自然放置させておくとインキ粘度が増加する可能性がある。硬化温度が400℃以上の場合、一部樹脂は分解し出すため、硬化性樹脂にこうした樹脂を添加して印刷性を改善することが難しくなる場合がある。また硬化時間は10秒以上30分以内が望ましい。 The curing temperature is preferably 100 ° C. or more and 10 seconds or more, and less than 400 ° C. and less than 30 minutes. When the curing temperature is less than 100 ° C., the ink viscosity may increase when the ink is kneaded or the ink is allowed to stand naturally. When the curing temperature is 400 ° C. or higher, a part of the resin begins to decompose, so it may be difficult to improve the printability by adding such a resin to the curable resin. The curing time is preferably 10 seconds or more and 30 minutes or less.
特に100℃で10秒以内で硬化し始めるような樹脂を採用すると、インキ混練時に粘度変化したり、ポットライフが短くなる可能性がある。また硬化温度を400℃以上で30分以上に設定すると、添加した樹脂の一部が分解し始める可能性があり、その上に次のガラス層等を印刷した場合、そのレベリング性が低下する場合がある。 In particular, when a resin that begins to harden within 10 seconds at 100 ° C. is employed, the viscosity may change during ink kneading and the pot life may be shortened. Also, if the curing temperature is set to 400 ° C. or more and 30 minutes or more, a part of the added resin may start to decompose, and when the next glass layer or the like is printed thereon, the leveling property is lowered. There is.
なお、本発明では、硬化型ペーストは、電極ペーストだけでなく、ガラスペーストと組合わせることができる。 In the present invention, the curable paste can be combined with a glass paste as well as an electrode paste.
次に、硬化型の電極ペーストに使用する硬化型樹脂について説明する。まず、硬化型樹脂としては一液型の硬化樹脂が望ましい。こうした用途に、一般のフェノール樹脂、エポキシ樹脂を用いることができる。なお、二液性の樹脂で絶縁ペーストを作製した場合、使用直前に反応開始剤を添加、混ぜる必要がある。そのため、一般の製造工程において、工程が煩雑になると共に、どうしても反応開始剤の秤量間違いが発生しやすい。 Next, the curable resin used for the curable electrode paste will be described. First, as the curable resin, a one-component curable resin is desirable. General phenol resins and epoxy resins can be used for such applications. When an insulating paste is made of a two-component resin, it is necessary to add and mix a reaction initiator immediately before use. Therefore, in a general manufacturing process, the process becomes complicated, and an error in weighing the reaction initiator tends to occur.
一方、キシレン樹脂等に代表される一液型の硬化樹脂は反応開始剤を添加せずとも、加熱だけで硬化するため、本発明の硬化型樹脂として使いやすい。なお、硬化型電極ペーストとしては、金属粉が10〜80wt%含まれていることが望ましい。金属粉が10wt%以下の場合、必要な導通性が得られない場合がある。 On the other hand, a one-pack type curable resin typified by xylene resin and the like is easy to use as the curable resin of the present invention because it cures only by heating without adding a reaction initiator. The curable electrode paste preferably contains 10 to 80 wt% of metal powder. When the metal powder is 10 wt% or less, necessary conductivity may not be obtained.
また金属粉が80wt%より多い場合、印刷後に充分なレベリング(平滑化)が得られない場合がある。また硬化型電極ペースト中に含まれる樹脂成分は、1〜20wt%以下が望ましい。樹脂成分が1wt%未満の場合、硬化してできた未焼成絶縁層(硬化後)の物理的強度が低い場合がある。未焼成絶縁層(硬化後)の強度が低い場合、その上に次の絶縁ペーストをスクリーン印刷等で印刷する際に、電極パターンが割れたり、傷付いたり、メッシュ状に凹んだりする場合があり、製品の歩留を下げる場合がある。 Moreover, when there are more metal powders than 80 wt%, sufficient leveling (smoothing) may not be obtained after printing. The resin component contained in the curable electrode paste is preferably 1 to 20 wt% or less. When the resin component is less than 1 wt%, the physical strength of the unfired insulating layer (after curing) formed by curing may be low. If the strength of the unsintered insulating layer (after curing) is low, the electrode pattern may be cracked, scratched, or dented into a mesh when the next insulating paste is printed on it by screen printing. , May reduce product yield.
また、硬化型電極ペースト中に含まれる有機溶剤は、沸点150℃以上のものが望ましい。このように硬化絶縁ペースト内に有機溶剤を含ませることで、ペーストの粘度調整やペーストの固形分調整が容易になるため、長期間に渡り製造品質を安定化することができる。なお沸点150℃未満の有機溶剤の場合、印刷工程中に自然蒸発しやすいため、作業工程中でペースト粘度が変化し、未焼成絶縁層(硬化後)の厚みバラツキを発生させる場合がある。 Further, the organic solvent contained in the curable electrode paste preferably has a boiling point of 150 ° C. or higher. By including the organic solvent in the cured insulating paste in this way, the viscosity of the paste and the solid content of the paste can be easily adjusted, so that the production quality can be stabilized over a long period of time. In the case of an organic solvent having a boiling point of less than 150 ° C., it spontaneously evaporates during the printing process, so the paste viscosity changes during the work process, and the thickness variation of the unfired insulating layer (after curing) may occur.
またこうした有機溶剤は、ペースト中に溶剤が10〜40wt%含まれていることが望ましい。ペースト中の溶剤が10wt%未満の場合、溶剤による粘度や固形分調整の範囲が狭くなってしまう。また溶剤が40wt%以上含まれる場合、インキの乾燥による膜厚変化が大きくなり、場合によっては乾燥(もしくは硬化)後のみ電極の内部が多孔質になる場合がある。なお絶縁ペーストの粘度は10ポイズ以上10000ポイズ以下が望ましい。10ポイズ未満では、インキ粘度が低すぎてスクリーン印刷がしにくくなる。 Moreover, it is desirable that such an organic solvent contains 10 to 40 wt% of the solvent in the paste. When the solvent in the paste is less than 10 wt%, the viscosity and solid content adjustment range by the solvent becomes narrow. When the solvent is contained in an amount of 40 wt% or more, the change in the film thickness due to drying of the ink increases, and in some cases, the inside of the electrode may become porous only after drying (or curing). The viscosity of the insulating paste is preferably 10 poise or more and 10,000 poise or less. If it is less than 10 poise, the ink viscosity is too low to make screen printing difficult.
またインキ粘度が10000ポイズを超えると、粘度が高すぎて、いくら下地が硬化していても、充分なレベリングを行うことは難しい。なお、絶縁ペースト中の樹脂の5〜100wt%を一液硬化型樹脂とすることで、絶縁ペーストの製造を容易にできると共に、スクリーン印刷機上で絶縁ペーストが硬化してしまい、後で取れなくなることがない。 If the ink viscosity exceeds 10,000 poise, the viscosity is too high, and it is difficult to perform sufficient leveling no matter how hard the base is cured. In addition, by making 5 to 100 wt% of the resin in the insulating paste into a one-component curable resin, the insulating paste can be easily manufactured, and the insulating paste is cured on the screen printer and cannot be removed later. There is nothing.
たとえば、硬化絶縁ペースト中の樹脂成分のうち、50%を熱硬化型のキシレン樹脂、残り50%を溶剤に可溶なエチルセルロース樹脂とすることで、万一、インキがスクリーン版の上で硬化しても(あるいは硬化しかけても)、エチルセルロースの溶剤可溶性を活かせば簡単に溶剤で拭き取れる。そのため、スクリーン版に異物として残らないため、長時間の安定した印刷、あるいは無人印刷が可能になる。 For example, by setting 50% of the resin component in the cured insulating paste to thermosetting xylene resin and the remaining 50% to ethyl cellulose resin soluble in the solvent, the ink should be cured on the screen plate. However (or even when it is cured), it can be easily wiped off with a solvent if the solvent solubility of ethyl cellulose is utilized. Therefore, since no foreign matter remains on the screen plate, stable printing for a long time or unattended printing becomes possible.
なお、硬化温度は100℃以上、10秒以上が望ましい。硬化しやすい樹脂、たとえば、100℃未満、10秒未満で硬化する樹脂をペーストに用いた場合、印刷工程中、あるいは冷暗所に保存していてもペーストのポットライフが短くなる可能性がある。 The curing temperature is preferably 100 ° C. or more and 10 seconds or more. When a resin that is easily cured, for example, a resin that is cured at less than 100 ° C. for less than 10 seconds, is used for the paste, the pot life of the paste may be shortened even during the printing process or in a cool and dark place.
なお、金属粉としては平均粒径0.1〜10μmが望ましく、ペースト中には、こうした銀を主体とする金属粉が60〜80wt%以上含まれることが望ましい。このように、安価で抵抗値の低い銀を電極に用いることで電子部品の低コスト化が可能になる。なお、所望に応じてパラジウムや白金を添加、もしくは合金として添加することで、はんだ濡れ性やマイグレーション防止等が可能になり、電子部品の信頼性を高められる。 The metal powder preferably has an average particle size of 0.1 to 10 μm, and the paste preferably contains 60 to 80 wt% or more of such metal powder mainly composed of silver. In this way, it is possible to reduce the cost of electronic components by using inexpensive and low-resistance silver for the electrodes. In addition, by adding palladium or platinum or as an alloy as desired, solder wettability, migration prevention, and the like can be achieved, and the reliability of the electronic component can be improved.
なお複数の未焼成の絶縁層を必要に応じて電極層と共に、基板上に形成されたまま同時に焼成することも可能である。実施の形態1から3では、多層化印刷時の品質向上について説明した。しかし、こうして硬化、形成された複数の未焼成の絶縁層を金属基板上に形成されたまま同時に焼成することも可能である。このように複数の未焼成の絶縁層を未焼成の電極層と共に同時に焼成することで、焼成炉の数を減らせ、製造コストを大幅に下げられる。 Note that a plurality of unfired insulating layers can be fired at the same time as they are formed on the substrate together with the electrode layers as necessary. In the first to third embodiments, the quality improvement during multilayer printing has been described. However, it is also possible to simultaneously fire a plurality of unfired insulating layers thus cured and formed on the metal substrate. By simultaneously firing a plurality of unfired insulating layers together with the unfired electrode layers in this way, the number of firing furnaces can be reduced, and the manufacturing cost can be greatly reduced.
また、これらの焼成温度は600〜950℃(望ましくは600〜900℃)が望ましい。600℃未満の場合、導電率や基材との接着力が不充分な場合がある。また950℃より高い焼成温度が必要な場合、配線材料として安価な銀を主体とした導体粉が使えず、更に金属基板自体により高価な特殊なもの(高耐力、耐酸化性、耐熱性)を使う必要がある。また焼成は、窒素ガスや水素ガス等を使った還元雰囲気ではなくて、一般の酸素を含むエアーを用いた、酸化雰囲気で行うことが望ましい。このように、酸化雰囲気で焼成することで、絶縁体内部に硬化型樹脂が残留炭素として残りにくくできるため、絶縁層の信頼性を上げられる。 Further, the firing temperature is desirably 600 to 950 ° C. (desirably 600 to 900 ° C.). When the temperature is lower than 600 ° C., the electrical conductivity and the adhesive force with the substrate may be insufficient. In addition, when a firing temperature higher than 950 ° C. is required, it is not possible to use an inexpensive silver-based conductor powder as a wiring material, and a metal substrate itself is expensive and special (high proof stress, oxidation resistance, heat resistance). It is necessary to use it. The firing is preferably performed in an oxidizing atmosphere using air containing general oxygen instead of a reducing atmosphere using nitrogen gas, hydrogen gas, or the like. Thus, by baking in an oxidizing atmosphere, the curable resin can hardly remain as residual carbon in the insulator, so that the reliability of the insulating layer can be increased.
また硬化型の電極ペーストの場合、粒径が0.1〜10μmの金属粉が、60〜80wt%、ガラス粉もしくはセラミック粉が1〜10wt%、樹脂が1〜20wt%、沸点150℃以上の溶剤が10〜40wt%含まれていることが望ましい。また粘度は10〜10000ポイズで、かつ樹脂中の5〜100%が硬化型樹脂であることが望ましい。 In the case of a curable electrode paste, metal powder having a particle size of 0.1 to 10 μm is 60 to 80 wt%, glass powder or ceramic powder is 1 to 10 wt%, resin is 1 to 20 wt%, and boiling point is 150 ° C. or higher. It is desirable that the solvent contains 10 to 40 wt%. The viscosity is preferably 10 to 10000 poise, and 5 to 100% of the resin is preferably a curable resin.
金属粉の平均粒径が0.1μm未満の場合、焼結時の収縮開始温度が下がり、同時焼成しにくい場合がある。また10μmを超えると、厚みムラが発生しやすく、ファインパターンの形成も難しくなる。また金属粉の添加量が60wt%未満の場合、抵抗値が高くなる場合がある。また80wt%以上の場合、溶剤等の有機成分が少なくなる分、インキ粘度が変化しやすくなり、取扱いが難しい。ガラス粉もしくはセラミック粉は、粉でなくても有機化合物(いわゆる、金属レジネート)であっても良いが、これらの添加量が1wt%未満の場合、添加効果が少なくなり、基材との密着性が低下することがある。 When the average particle diameter of the metal powder is less than 0.1 μm, the shrinkage start temperature during sintering is lowered, and it may be difficult to perform simultaneous firing. On the other hand, if it exceeds 10 μm, thickness unevenness is likely to occur, and formation of a fine pattern becomes difficult. Moreover, when the addition amount of the metal powder is less than 60 wt%, the resistance value may increase. On the other hand, when the content is 80 wt% or more, the ink viscosity is easily changed due to a decrease in organic components such as a solvent, and handling is difficult. Glass powder or ceramic powder may not be powder but may be an organic compound (so-called metal resinate). However, when the amount of addition is less than 1 wt%, the effect of addition is reduced and adhesion to the substrate is reduced. May decrease.
またその添加量が10wt%を超えると、抵抗値を上げる場合がある。また樹脂が1wt%未満の場合、電極ペーストの硬化後の塗膜強度が低下して、取れやすくなったり、傷付きやすくなったりする。また樹脂が20wt%を超えると、塗膜強度は高くなるが、焼成時の樹脂分解量が多くなり、焼成途中に膨れたり、割れたりする場合がある。 Moreover, when the addition amount exceeds 10 wt%, the resistance value may be increased. Moreover, when resin is less than 1 wt%, the coating-film intensity | strength after hardening of electrode paste falls, and it becomes easy to take or it becomes easy to get damaged. On the other hand, when the resin content exceeds 20 wt%, the coating film strength increases, but the amount of resin decomposition during firing increases, and the resin may swell or crack during firing.
また溶剤の沸点は150℃以上が望ましい。150℃以下の溶剤では、印刷機上でペーストがすぐ乾いてしまい、連続印刷性に影響を与える。また溶剤が10wt%未満の場合、ペーストが乾燥しやすくなると共に、インキ粘度が変化しやすい。 The boiling point of the solvent is preferably 150 ° C. or higher. When the solvent is 150 ° C. or lower, the paste dries quickly on the printing press, which affects continuous printability. When the solvent is less than 10 wt%, the paste is easily dried and the ink viscosity is easily changed.
また40wt%を超える場合、インキ乾燥に時間がかかりすぎる。また粘度が10ポイズ以下の場合、印刷時にパターンが滲みやすく、高精度なパターン形成が難しくなる場合がある。 If it exceeds 40 wt%, it takes too much time to dry the ink. When the viscosity is 10 poises or less, the pattern tends to bleed during printing, and it may be difficult to form a highly accurate pattern.
また粘度が10000ポイズを超えると、粘度が高すぎてファインパターンの印刷が難しい。また樹脂中の硬化型樹脂の割合が5wt%未満の場合、硬化しない場合がある。また100%が硬化性樹脂であっても支障ないが、この場合、硬化性樹脂は溶剤可溶型のものが望ましい。溶剤可溶型の硬化性樹脂を用いることで、インキ中の固形分(揮発成分以外)を増やせ、塗膜を厚くできると共に、印刷終了後の設備や版を、有機溶剤で洗浄できるため作業性が良い。またペースト粘度も溶剤量で最適値に調整できる。 On the other hand, if the viscosity exceeds 10,000 poise, it is difficult to print a fine pattern because the viscosity is too high. Moreover, when the ratio of curable resin in resin is less than 5 wt%, it may not harden | cure. Further, even if 100% is a curable resin, there is no problem. In this case, the curable resin is preferably a solvent-soluble type. By using a solvent-soluble curable resin, the solid content (other than volatile components) in the ink can be increased, the coating film can be thickened, and the equipment and plate after printing can be washed with an organic solvent. Is good. The paste viscosity can also be adjusted to an optimum value by the amount of solvent.
またこうして形成される内部電極の厚みは50μm未満が望ましい。50μmを超える場合、電極コストが上がると共に、この厚みが段差となり、その上に形成するガラス層や配線、抵抗体等の形成に影響を与える場合がある。 The thickness of the internal electrode thus formed is preferably less than 50 μm. When the thickness exceeds 50 μm, the electrode cost increases and the thickness becomes a step, which may affect the formation of the glass layer, wiring, resistor, etc. formed thereon.
(実施の形態9) 内電共材
実施の形態9は、内部電極の組成を最適化することで、ガラスと内部電極を同時焼成時に発生しやすい課題を解決する。まず内部電極としては銀が80wt%以上とし、更に内部電極の上下に形成されている結晶質ガラス材料や、アルミナ材料を、無機系の焼結抑制剤として合せて1〜20wt%を添加することが望ましい。
(Embodiment 9) Internal power
たとえば、図2において、内部電極19には、内部電極19を上下に挟んでいる結晶化ガラス14bを構成するガラス材料や、コンポジットガラス材料を、予め内部電極ペースト中に添加しておくことが望ましい。こうすることで、内部電極ペーストを結晶質ガラスと焼成した場合の接合をより強固なものにできると共に、内部電極19の熱膨張係数を結晶化ガラス14bに近づけられるために、ガラス層と同時に焼成してもその応力集中を抑制でき、クラックが発生しにくい。
For example, in FIG. 2, it is desirable that a glass material or a composite glass material constituting the crystallized glass 14b sandwiching the
次に図8を用いて、内部電極とガラスの複数層を同時に焼成する場合について説明する。このように複数層を焼成することで、製造コストを下げられる。図8(A)において、金属弾性体1の上に、結晶質ガラス39a,39bが形成(焼成済み)されている。またこの結晶質ガラス39hの上には、内部電極ペースト40aが所定パターンで印刷され、その上に更に結晶質ガラスペースト41aが所定パターンで印刷されている。このように、多層印刷する場合、ペーストを硬化型にしておくことで、そのレベリング性を改善でき、印刷塗膜の厚みバラツキやピンホールを減らせる。
Next, the case where an internal electrode and a plurality of layers of glass are fired simultaneously will be described with reference to FIG. By firing the plurality of layers in this way, the manufacturing cost can be reduced. In FIG. 8A, crystalline glasses 39 a and 39 b are formed (fired) on the metal
実施の形態9では、内部電極ペーストとその上を覆っている結晶化ガラスペーストの同時焼成について説明する。
In
図8(B)において、結晶質ガラス39cと内部電極42aは、結晶質ガラスペースト41aと内部電極ペースト40aが同時に焼成されたものである。図8(B)に示すように、予め内部電極ペースト40aに焼結抑制材を添加しておくことで、内部電極ペーストとその上を覆っている結晶化ガラスペーストを同時焼成しても特に課題は発生しない。 In FIG. 8B, the crystalline glass 39c and the internal electrode 42a are obtained by firing the crystalline glass paste 41a and the internal electrode paste 40a at the same time. As shown in FIG. 8 (B), by adding a sintering inhibitor to the internal electrode paste 40a in advance, the internal electrode paste and the crystallized glass paste covering the internal electrode paste are particularly fired. Does not occur.
一方、図8(C)に示すように、内部電極ペースト40aに焼結抑制材が添加されていない場合、内部電極42bの周囲と、その周囲を囲む結晶化ガラス39cにクラック43が発生しやすい。なお、図8(C)において、結晶化ガラス39a,39bは、予め焼成されて結晶化している(結晶化することで、融点が1000℃以上に上がる)ため、内部電極ペースト40aを850℃程度で焼成しても、クラック43は発生しにくい。
On the other hand, as shown in FIG. 8C, when no sintering inhibitor is added to the internal electrode paste 40a, cracks 43 are likely to occur in the periphery of the internal electrode 42b and in the crystallized glass 39c surrounding the periphery. . In FIG. 8C, the crystallized glasses 39a and 39b are pre-fired and crystallized (the crystallization raises the melting point to 1000 ° C. or higher), so that the internal electrode paste 40a is heated to about 850 ° C. The
なお、焼結抑制材としては、セラミック粉や金属レジネート(有機金属)を用いることができる。 In addition, as a sintering inhibitor, ceramic powder or metal resinate (organic metal) can be used.
また図9は、内部電極を下地となる結晶化ガラスと共に、これら複数層を一括して焼成する様子を説明するための断面図である。図9(A)において、金属弾性体1の上に、複数の結晶化ガラスペースト41b,41cが印刷積層された上に、更に内部電極ペースト40bが所定形状に印刷されている。予め内部電極ペースト40bに焼結抑制材を添加しておくことで、図9(B)にその断面で説明するように、内部電極42bや、その下地となる結晶化ガラス39c,39dに課題は発生しない。一方、図9(C)に示すように、内部電極ペースト40bに焼結抑制材が添加されていない場合、内部電極42b周囲と、その下の結晶化ガラス39c、39dにクラック43が発生しやすくなる。こうしたクラックの発生原因は、金属とガラスの焼成収縮の違いであり、これらのクラック43は、結晶化ガラス同士の界面や、内部電極との界面にも発生する場合がある。
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a state in which the plurality of layers are baked together with the crystallized glass serving as a base for the internal electrode. In FIG. 9A, a plurality of crystallized glass pastes 41b and 41c are printed and laminated on the metal
図10は、内部電極の上下を結晶化ガラスで挟んだ状態で、これら複数層を一括で焼成する様子を示す断面図である。図10(A)において、金属弾性体1の上に、複数の結晶化ガラスペースト41d,41eを印刷し、更に内部電極ペースト40cが所定形状に印刷され、更に結晶化ガラスペースト41fに覆われている。予め内部電極ペースト40cに焼結抑制材を添加しておくことで、図10(B)にその断面で説明するように、内部電極ペースト40cとそれを上下に挟む結晶化ガラスペースト41e、41fを同時焼成しても、特に課題は発生しない。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which a plurality of layers are baked at a time with the upper and lower sides of the internal electrode sandwiched between crystallized glass. In FIG. 10A, a plurality of crystallized glass pastes 41d and 41e are printed on the metal
一方、図10(C)に示すように、内部電極ペースト40cに焼結抑制材が添加されていない場合、内部電極42cの周囲と、それを埋込む結晶化ガラス39fやその界面にクラック43が発生しやすい。またこれらのクラック43は、結晶化ガラス同士の界面や、内部電極との界面にも発生する場合がある。
On the other hand, as shown in FIG. 10C, when the sintering inhibitor is not added to the
なお、こうした電極ペーストに、セラミック粉や結晶化ガラスを焼結抑制剤として添加する場合、これらは粉末状で添加すると、焼結後に凝集体として残り、信頼性を低下させる場合がある。そのため、セラミック粉を添加する場合、これらを予めペースト状に分散しておくことが望ましい。なお、ガラスペーストや電極材料を硬化型ペーストとすることでも、図8から図10示したように、複数層の同時焼成時でのクラック発生を防止することができる。 In addition, when adding ceramic powder or crystallized glass as a sintering inhibitor to such an electrode paste, if these are added in powder form, they remain as aggregates after sintering, which may reduce reliability. Therefore, when adding ceramic powder, it is desirable to disperse these in a paste form in advance. It should be noted that by using a glass paste or electrode material as a curable paste, it is possible to prevent the occurrence of cracks during simultaneous firing of a plurality of layers as shown in FIGS.
これはペーストを硬化させることによって、硬化後のペーストの焼成収縮開始温度が、一般のエチルセルロース等の樹脂を用いた場合より100〜200℃程度高温側にシフトするためである。更に硬化型ペーストにこうした焼成抑制剤を添加することで相乗効果も期待でき、その分、焼結抑制剤の添加量を減らし、電極の導電率を高められ、焼結抑制剤にくらべ、硬化型樹脂の方が大幅に安価なため、電極材料のコストダウンも図れる。 This is because by curing the paste, the firing shrinkage start temperature of the cured paste is shifted to a higher temperature side by about 100 to 200 ° C. than when a general resin such as ethyl cellulose is used. Furthermore, a synergistic effect can be expected by adding such a firing inhibitor to the curable paste, and accordingly, the amount of addition of the sintering inhibitor can be reduced, and the conductivity of the electrode can be increased. Since resin is much cheaper, the cost of the electrode material can be reduced.
またこうした技術を使って、図2に示すように、内部電極19を内蔵したまま結晶化ガラス14bを同時焼成したり、内部電極19と結晶化ガラス14bと非晶質ガラス15bを同時焼成したり、内部電極19と結晶化ガラス14bと非晶質ガラス15bと配線16bを同時焼成できることは言うまでもない。また前述したように、硬化型樹脂を使ったクラック防止技術と、ここで説明した焼結抑制剤を用いたクラック防止技術を併用することで、更に同時焼成が容易になる。
Further, by using such a technique, as shown in FIG. 2, the crystallized glass 14b is simultaneously fired while the
なお、内部電極としては、銀を主体としながら、所望に応じて、すなわち、設計事項やスペックに応じて、Bi2O3を1〜15wt%添加することが望ましい。Bi2O3の添加量が1wt%未満の場合、ガラスとの接着力が低い場合がある。また15wt%を超えると、抵抗値が所定の範囲を超えたり、ビスマスのガラス層への拡散による影響が考えられる。またSiO2やCuOを0.5〜10wt%含ませることが望ましい。これらが0.5wt%未満の場合、ガラスの接着性が低下する場合がある。また10wt%を超えると、抵抗値を上げたり、ガラスへの拡散による影響が考えられる。また、こうしたSiO2やCuOは、電極の焼結抑制の効果も期待できる。 As the internal electrodes, while mainly of silver, as desired, i.e., in accordance with the design instructions and specifications, it is desirable that the Bi 2 O 3 is added 1 to 15 wt%. When the added amount of Bi 2 O 3 is less than 1 wt%, the adhesive strength with glass may be low. On the other hand, if it exceeds 15 wt%, the resistance value exceeds a predetermined range, or the influence of diffusion of bismuth into the glass layer can be considered. Further, it is desirable to contain 0.5 to 10 wt% of SiO 2 or CuO. When these are less than 0.5 wt%, the adhesiveness of the glass may decrease. On the other hand, if it exceeds 10 wt%, the resistance value may be increased or the influence of diffusion into glass may be considered. In addition, such SiO 2 and CuO can be expected to suppress the sintering of the electrode.
(実施の形態10)
実施の形態10では、感歪抵抗体に接続される配線材料について説明する。感歪抵抗体に接続される配線を利用して、各種半導体やチップ部品をはんだ実装することで製品のコストを抑えられる。またこうした部品実装は、メーカーで行われず、ユーザーにて行われる場合がある。一般のアルミナ基板等を用いたハイブリッドICに比べて、荷重センサは金属基板を使っている分熱容量が大きい。
(Embodiment 10)
In the tenth embodiment, a wiring material connected to the strain sensitive resistor will be described. The cost of the product can be reduced by soldering various semiconductors and chip parts using wiring connected to the strain sensitive resistor. Such component mounting is not performed by the manufacturer but may be performed by the user. Compared with a hybrid IC using a general alumina substrate or the like, the load sensor has a large heat capacity by using a metal substrate.
そのため、荷重センサに予めはんだリフローを行ったとしても、一般の回路基板に比べて、はんだが付き難い場合がある。そのため、はんだ付けに時間がかかり、荷重センサの配線がはんだ喰われすることがある。このはんだ喰われとは、配線を形成する電極材料が、はんだの中に溶解してしまい、その厚みが薄くなったり、無くなったりすることで、こうしたはんだ喰われが発生すると、実装された部品の接着強度や引張り強度が低下することが考えられる。 Therefore, even if the solder reflow is performed on the load sensor in advance, it may be difficult to attach the solder compared to a general circuit board. Therefore, it takes time for soldering, and the wiring of the load sensor may be eroded. This solder erosion means that the electrode material that forms the wiring dissolves in the solder, and its thickness decreases or disappears. It is conceivable that the adhesive strength and tensile strength are reduced.
こうした、荷重センサに特有な課題に対しては、配線に用いる電極材料に、銀パラジウムを用いることが望ましい。特にパラジウムの含有率を5%以上、望ましくは10%以上とすることで、様々なはんだ付け条件においても、はんだ喰われの発生を抑制できる。 For such a problem specific to the load sensor, it is desirable to use silver palladium as an electrode material used for wiring. In particular, when the palladium content is 5% or more, preferably 10% or more, the occurrence of solder erosion can be suppressed even under various soldering conditions.
なお、配線にはんだ付けするには、はんだ喰われの他に、配線材料のはんだに対する濡れ性も重要な要素である。こうしたはんだに対する濡れ性を改善するには、配線材料に酸化ビスマスを添加することが望ましい。酸化ビスマスの添加量は、1〜20wt%程度、望ましくは5wt%以上20wt%未満が良い。酸化ビスマスの添加量が1wt%未満の場合、添加効果が得られない場合がある。 In addition to solder erosion, the wettability of the wiring material to the solder is also an important factor for soldering to the wiring. In order to improve the wettability with respect to such solder, it is desirable to add bismuth oxide to the wiring material. The addition amount of bismuth oxide is about 1 to 20 wt%, desirably 5 wt% or more and less than 20 wt%. When the addition amount of bismuth oxide is less than 1 wt%, the addition effect may not be obtained.
また20wt%を超えると、添加した酸化ビスマスが焼成後に配線パターンの周辺に析出して、特性を低下させたり、感歪抵抗体の電気特性に影響を与える場合もある。また、SiO2やCuOを0.5〜5wt%添加しておくことで、下地との密着力を向上できる。 On the other hand, if it exceeds 20 wt%, the added bismuth oxide may be deposited around the wiring pattern after firing to lower the characteristics or affect the electrical characteristics of the strain sensitive resistor. Further, by adding 0.5 to 5 wt% of SiO 2 or CuO, the adhesion with the base can be improved.
また部品実装部(もしくははんだ付け部分)には、銀パラジウムを配線材料とすることが望ましいが、感歪抵抗体との接続には必ずしも銀パラジウムを用いる必要は無く、パラジウム含有率の低い(たとえば1wt%)、安価な銀を主体とした電極材料を用いることができる。こうして、パラジウムの含有率の高い材料をはんだ実装部、安価な配線材料をそれ以外の部分と、部分的に分けて印刷することができる。 Moreover, although it is desirable to use silver palladium as a wiring material for the component mounting portion (or soldered portion), it is not always necessary to use silver palladium for connection to the strain sensitive resistor, and the palladium content is low (for example, 1 wt%), an inexpensive electrode material mainly composed of silver can be used. In this way, it is possible to print the material having a high palladium content separately from the solder mounting portion and the inexpensive wiring material from the other portions.
本発明で提案するように、特に非晶質ガラスペーストを硬化型としておくことで、この上に印刷する配線パターンのレベリング性を改善できるため、配線の膜厚均一化が改善される。 As proposed in the present invention, in particular, by setting the amorphous glass paste to a curable type, the leveling property of the wiring pattern printed thereon can be improved, so that the film thickness uniformity is improved.
また特に異なる配線インキを組合わせて印刷する場合にも、優れた効果が得られる。また印刷後(焼成前)の配線の厚みが均一であればあるほど、焼成後の配線の厚みも均一化できるため、この上に印刷する感歪抵抗体の印刷性も改善でき、更には後工程での部品実装性(はんだ付け性)も安定化できる。 In addition, an excellent effect can be obtained particularly when printing is performed by combining different wiring inks. Also, the more uniform the wiring thickness after printing (before firing), the more uniform the thickness of the wiring after firing, so the printability of the strain sensitive resistor printed thereon can also be improved. Component mountability (solderability) in the process can also be stabilized.
(実施の形態11) コンポジットガラスの説明(結晶質+セラミック)
次に実施の形態11として、様々な種類の金属弾性体を用いて荷重センサを製造する方法について説明する。荷重センサの用途が広がるにつれて、市場からは、荷重センサに対して様々な要求があり、こうしたニーズや用途に応じて、様々な形状、材質の金属弾性体を使い分ける必要がある。たとえば、外見寸法の違い、基板厚みの違い、加工方法の違い、厚みや材質の違い、取り付け孔の有無等である。こうした部材を使いながら、配線を多層化した荷重センサを市場に提供する必要がある。
(Embodiment 11) Explanation of composite glass (crystalline + ceramic)
Next, as an eleventh embodiment, a method for manufacturing a load sensor using various types of metal elastic bodies will be described. As the use of load sensors expands, there are various demands on the load sensor from the market, and it is necessary to use metal elastic bodies of various shapes and materials according to such needs and applications. For example, there are a difference in appearance dimensions, a difference in substrate thickness, a difference in processing method, a difference in thickness and material, and the presence or absence of a mounting hole. It is necessary to provide a load sensor with multi-layered wiring to the market while using such a member.
しかし、従来提案されていたガラス材料では、それぞれ熱膨張係数が固定されているため、そうした対応に課題が残っていた。 However, the conventionally proposed glass materials have a fixed coefficient of thermal expansion, so that there remains a problem with such measures.
図11はこうした基板となる金属弾性体の反りを説明するものである。図11(A)は、金属弾性体1の上にガラス層44を形成した例である。また45は金属弾性体1の反りである。図11(B)は金属板の厚みとその反りの関係を示したものである。図11(B)に示すように、金属弾性体1の厚みが増加するにつれて、反り量は小さくなるが、一定の値を超えると、ガラス層44が破壊したり剥がれたりする可能性はある。一般に荷重センサは、指定された金属基板(材質、厚み、形状等)に対して各々ガラス材料を最適化し、作り込むために、図11(B)に示すような問題点が発生することは無い。しかし、同じ金属弾性体を使った場合でも、その厚みを0.2mm、1mm、2mmおよび5mmの場合に変化させた場合、同じガラス材料では対応しきれない。これは、図11(B)に示した理由だけではなくて、基板の厚みが変わることでの加工方法の違い、あるいは加工歪みの残留量等も影響する。同じ金属弾性体を用いた場合でも、厚み1mmで打ち抜くのと、厚み5mmで打ち抜くのでは、加工方法、手順も大きく異なるため、単一の熱膨張係数を有する材料では対応しきれない。そのため、無数のガラス材料を開発する必要が有り、コストアップの原因になっていた。
FIG. 11 explains the warpage of the metal elastic body that becomes such a substrate. FIG. 11A shows an example in which a glass layer 44 is formed on the metal
そこで、実施の形態11では、荷重センサに使うガラス材料をコンポジット化し、その熱膨張係数を微調整することで、こうした用途に応えようとするものである。 Therefore, in the eleventh embodiment, a glass material used for a load sensor is made into a composite, and the thermal expansion coefficient thereof is finely adjusted to meet such applications.
図12は、コンポジットガラスの拡大模式断面図である。図12において、結晶化ガラス46の内部にセラミック粉47が分散された状態で同時焼成され、コンポジットガラス48を形成している。
FIG. 12 is an enlarged schematic cross-sectional view of a composite glass. In FIG. 12, the composite powder 48 is formed by co-firing with the
このように、ガラスの中にセラミック粉を分散させた状態で、これを同時焼成させることで形成したコンポジットガラスは、そこに添加するセラミック粉47の種類や添加量を微調整し、そのコンポジットガラスの熱膨張係数を微調整することができる。
Thus, the composite glass formed by co-firing ceramic powder dispersed in the glass is finely adjusted for the type and amount of
従来、金属弾性体に応じて、夫々ガラス材料を開発する必要があった。このようにガラス材料をコンポジット化することで、一種類のガラス材料であっても、多様な金属弾性体に対応でき、荷重センサのコストダウンが可能になる。またこうした手法を使えば、結晶化ガラス以外に、非晶質ガラスでもコンポジット化できる。 Conventionally, it has been necessary to develop glass materials in accordance with metal elastic bodies. By compositing the glass material in this way, even one type of glass material can be used for various metal elastic bodies, and the cost of the load sensor can be reduced. In addition, if such a method is used, it is possible to form a composite using amorphous glass in addition to crystallized glass.
まず実施の形態11として、本発明の特徴であるコンポジットガラス層を用いた荷重センサについて説明する。実施の形態11では、図1の結晶質ガラス14aや、図2の結晶質ガラス14bの部分に、コンポジットガラスを使うことになる。 First, as an eleventh embodiment, a load sensor using a composite glass layer, which is a feature of the present invention, will be described. In the eleventh embodiment, composite glass is used for the crystalline glass 14a of FIG. 1 and the crystalline glass 14b of FIG.
図13は、コンポジットガラスの熱膨張係数を変化させる様子を説明する図である。図13(A)は金属弾性体1の上にコンポジットガラス48を形成したものである。このときのコンポジットガラスの熱膨張係数を測定したものが、図13(B)である。図13(B)において、X軸はコンポジットガラス層へのフィラーの添加量であり、Y軸は出来あがったコンポジットガラスの熱膨張係数である。図13(B)より、フィラーAを添加して作成したコンポジットガラスの方が、フィラー添加量の増加に連れて熱膨張係数が低下することが判る。またフィラーBを添加したコンポジットガラスの場合、フィラー添加量の増加に連れて熱膨張係数が増加することが判る。
FIG. 13 is a diagram for explaining how the thermal expansion coefficient of the composite glass is changed. FIG. 13A shows the composite glass 48 formed on the metal
また図13(B)より、フィラー添加量が5wt%未満の場合、その熱膨張係数の変化が小さく、フィラーの添加効果が少ない場合があることが判る。また図13(B)に示すようにフィラー添加量が40wt%を超える場合、コンポジットガラスが焼結しにくくなり、その機械的強度が低下することがある。このように、フィラーの種類や、添加量を調整することで、熱膨張係数の可変範囲を広げられるため、一つのガラス材料であっても、様々な熱膨張係数を有する金属弾性体に適用できる。 From FIG. 13B, it can be seen that when the filler addition amount is less than 5 wt%, the change in the thermal expansion coefficient is small, and the filler addition effect may be small. Further, as shown in FIG. 13B, when the filler addition amount exceeds 40 wt%, the composite glass becomes difficult to sinter and its mechanical strength may be lowered. In this way, the variable range of the thermal expansion coefficient can be expanded by adjusting the type and addition amount of the filler, so even a single glass material can be applied to a metal elastic body having various thermal expansion coefficients. .
図12の結晶化ガラス46の熱膨張係数を8.5ppm/℃とした場合、これに熱膨張係数7ppm/℃のアルミナからなるセラミック粉47を添加することで、出来あがったコンポジットガラスの熱膨張係数を低下することができる。また熱膨張係数9.5ppm/℃のジルコニアを、図12のセラミック粉47として添加することで、出来あがったコンポジットガラスの熱膨張係数を増加することができる。
When the coefficient of thermal expansion of the crystallized
また、結晶化ガラス46自体の熱膨張係数が10や13ppm/℃と大きいものを選んだ場合でも、このようにしてコンポジット化することで、熱膨張係数を調整できる。
Even when the crystallized
特に金属弾性体1の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する結晶化ガラス46を選ぶことで、結晶化ガラス46よりも熱膨張係数の高いフィラー(フィラーBに相当)を添加した状態においても、コンポジットガラス48には圧縮応力が発生する。
In particular, by selecting a crystallized
このように結晶化ガラス46自体の熱膨張係数は固有のものであるが、本発明で提案するようにフィラーとしてセラミック粉を添加し、コンポジット化させることで、その熱膨張係数を数%から十数%程度増減できる。
As described above, the thermal expansion coefficient of the crystallized
なお、結晶化ガラスに加えるフィラーの添加率は、5wt%以上40wt%未満が望ましい。つまり、コンポジットガラスを構成する結晶化ガラスとセラミック粉の割合は、結晶化ガラス:セラミック粉=95:5〜60:40の間が望ましい。この理由は、図13(B)で説明するように、フィラーの添加量が5wt%部未満の場合、できあがったコンポジットガラス48の熱膨張係数の変化も少なく、コンポジットガラス48の特徴である結晶化ガラス46の利点(たとえば、結晶化した後は溶解温度が上昇し材料が相互拡散しにくい等)とセラミック粉47の利点(安定しており相互拡散しにくい、熱膨張係数が材料によって異なる等)の相乗効果(コンポジットガラス48となることで再溶解されにくく、結晶化した後は相互拡散しにくい、熱膨張係数を必要に応じて増減できる)が得られない場合があるためである。 In addition, as for the addition rate of the filler added to crystallized glass, 5 wt% or more and less than 40 wt% are desirable. That is, the ratio between the crystallized glass and the ceramic powder constituting the composite glass is preferably between crystallized glass: ceramic powder = 95: 5 to 60:40. The reason for this is that, as will be described with reference to FIG. 13B, when the amount of filler added is less than 5 wt%, the resulting composite glass 48 has little change in the coefficient of thermal expansion, and the crystallization characteristic of the composite glass 48 is achieved. Advantages of glass 46 (for example, the melting temperature increases after crystallization and the materials are less likely to diffuse each other) and ceramic powders 47 (stable and less likely to diffuse each other, thermal expansion coefficients differ depending on the materials) This is because it may not be possible to obtain a synergistic effect (which is difficult to be remelted by forming the composite glass 48, hardly diffuses after crystallization, and the thermal expansion coefficient can be increased or decreased as necessary).
またフィラーの添加量が40wt%を超えると、図13(B)に示すようにコンポジットガラスが焼結しにくくなり、その強度が低下する場合がある。これはセラミック粉47の表面を濡らすのに必要なガラス量が足りなくなったためである。できあがったコンポジットガラス48に微細な孔等が発生したり、絶縁抵抗を下げてしまうことがある。このように、フィラーの添加量は、コンポジットガラスの5wt%以上40wt%以下が望ましく、この範囲内で熱膨張係数を増減できる。またそれ以上の熱膨張係数の調整を行う場合は、異なる熱膨張係数を有する結晶化ガラス46を選び、これに同様に各種フィラーを添加することで対応できる。
Moreover, when the addition amount of a filler exceeds 40 wt%, as shown to FIG. 13 (B), it becomes difficult to sinter composite glass and the intensity | strength may fall. This is because the amount of glass necessary to wet the surface of the
本発明のコンポジットガラス48に添加するセラミック粉47としては、アルミナ(Al2O3、熱膨張係数は6.5〜8.0ppm/℃)、MgO(熱膨張係数は13ppm/℃)、フォルステライト(2MgO・SiO2、熱膨張係数は組成割合によって8〜11ppm/℃)、ジルコニア(熱膨張係数は10.4ppm/℃)、酸化チタン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、スピネル(MgO・Al2O3)等が望ましい。またこれらの平均粒径は、0.01〜5μm程度が望ましい。0.01μm未満の場合、コスト高になる。
The
また平均粒径が5μmより大きな場合、ガラスとの同時焼成がしにくい場合がある。また本実施の形態で提案した結晶化ガラス以外の市販の結晶化ガラスについても、このようにセラミック粉をフィラーとして添加することで、できあがったガラスコンポジット材料の熱膨張係数を微調整できるため、各々の製品に対して最適設計が可能になる。 If the average particle size is larger than 5 μm, simultaneous firing with glass may be difficult. In addition, for commercially available crystallized glass other than the crystallized glass proposed in the present embodiment, by adding ceramic powder as a filler in this way, the thermal expansion coefficient of the finished glass composite material can be finely adjusted. It is possible to optimize the design for any product.
なおセラミック粉としては、熱膨張係数は6ppm/℃以上、15ppm/℃未満のものが望ましい。6ppm/℃未満や15ppm/℃以上のセラミック粉47は、コンポジットガラス化しても金属弾性体1とのマッチングが難しい場合がある。
The ceramic powder preferably has a thermal expansion coefficient of 6 ppm / ° C. or more and less than 15 ppm / ° C. The
特に、コンポジットガラスの中のセラミック粉はガラスと殆ど反応しないため、焼成後にもそのまま図12に示すように残っていることが多い。そのため、コンポジットガラスの熱膨張係数の計算は、結晶化ガラスの熱膨張係数と、それに添加するセラミック粉の熱膨張係数との比例計算で簡単に求められる。 In particular, since the ceramic powder in the composite glass hardly reacts with the glass, it often remains as it is after firing as shown in FIG. Therefore, the calculation of the thermal expansion coefficient of the composite glass can be easily obtained by proportional calculation between the thermal expansion coefficient of the crystallized glass and the thermal expansion coefficient of the ceramic powder added thereto.
なお図12は簡略化したものであるが、実際のコンポジットガラスの断面をSEM(走査型電子顕微鏡)やXMA(X線マイクロ分析)で解析すると、結晶化ガラスが形成する粒界と、そこに拡散したセラミック粉が見える。またこれらを元素分析すると、結晶化ガラスからは、結晶化ガラスを構成する複数の元素(たとえば、MgO、SiO2、Al2O3等)が交じり合ってまんべんに検出されるが、セラミック粉から固有の元素(セラミック粉にアルミナを用いた場合、アルミと酸素の元素が特異的に高強度で検出される。 Although FIG. 12 is simplified, when a cross section of an actual composite glass is analyzed by SEM (scanning electron microscope) or XMA (X-ray microanalysis), grain boundaries formed by crystallized glass and The diffused ceramic powder is visible. In addition, when these elements are elementally analyzed, a plurality of elements (for example, MgO, SiO 2 , Al 2 O 3, etc.) constituting the crystallized glass are mixed and detected from the crystallized glass. Intrinsic elements from the powder (when alumina is used in the ceramic powder, the elements of aluminum and oxygen are specifically detected with high strength.
またセラミック粉に酸化ジルコニアを用いた場合、ジルコニアと酸素の元素が特異的に高強度で検出されるが高濃度で検出できるため、これら元素が結晶化ガラスに元々含まれてたものか、あるいはコンポジットガラスを構成するためにフィラーとして添加されたものについては、判別が容易である。 In addition, when zirconia oxide is used in the ceramic powder, the elements of zirconia and oxygen are specifically detected with high intensity but can be detected with high concentration, so these elements were originally included in the crystallized glass, or Discrimination is easy for those added as fillers to constitute composite glass.
なおコンポジットガラス48のトータルの厚みは少なくとも10μm以上200μm以下が望ましい。厚み10μm未満の場合、ガラスペーストをスクリーン印刷した際に発生するピンホール等の影響を受けやすい。また厚みが200μmを超える場合、ガラスのコストが増加する。 The total thickness of the composite glass 48 is preferably at least 10 μm and not more than 200 μm. When the thickness is less than 10 μm, the glass paste is easily affected by a pinhole or the like generated when the glass paste is screen-printed. On the other hand, when the thickness exceeds 200 μm, the cost of the glass increases.
また、コンポジットガラスの製造法は、結晶ガラス粉とセラミック粉よりなるガラスペーストを焼成することであるが、この方法を用いて、非晶質ガラスとセラミック粉よりなるコンポジットガラスも作成できる。この場合、非晶質ガラス粉とセラミック粉の両方を所定比率(望ましくは重量比で非晶質ガラス粉:セラミック粉=95:5〜60:40の間)でブレンドしてなるガラスペーストを、800〜900℃の間で焼成すればよい。800〜900℃の間で焼成することで、セラミック粉にダメージを残すことなく非晶質ガラス中に分散できる。またこの場合、一部のセラミック粉は非晶質ガラス中に溶解する可能性はあるが、殆んどのセラミック粉は非晶質ガラス中に、一種のフィラーとして分散された状態になる。そのため、所定の分析方法(XMA等)を用いれば、それが非晶質ガラスなのか、その中に分散されたセラミック粉なのかが判別できる。 Moreover, although the manufacturing method of composite glass is baking the glass paste which consists of crystal glass powder and ceramic powder, the composite glass which consists of amorphous glass and ceramic powder can also be created using this method. In this case, a glass paste obtained by blending both amorphous glass powder and ceramic powder at a predetermined ratio (desirably, by weight ratio between amorphous glass powder: ceramic powder = 95: 5 to 60:40), What is necessary is just to bake between 800-900 degreeC. By baking between 800-900 degreeC, it can disperse | distribute in an amorphous glass, without leaving damage to ceramic powder. In this case, some ceramic powder may be dissolved in amorphous glass, but most ceramic powder is dispersed as a kind of filler in amorphous glass. Therefore, if a predetermined analysis method (XMA or the like) is used, it can be determined whether it is amorphous glass or ceramic powder dispersed therein.
また同様にして、非晶質ガラス粉に結晶質ガラスをブレンドして作成する非晶質コンポジットガラスは、重量比で非晶質ガラス:結晶質ガラス=95:5〜50:50の割合が望ましい。非晶質ガラスの割合が、95wt%を超える場合、特にコンポジット化する必要が無い場合がある。また非晶質ガラスの割合が50wt%未満の場合、非晶質を主体としたコンポジットガラスと呼ぶより、結晶質ガラスを主体としたコンポジットガラスと呼ぶべきであろう。 Similarly, the amorphous composite glass prepared by blending the amorphous glass powder with the crystalline glass preferably has a weight ratio of amorphous glass: crystalline glass = 95: 5 to 50:50. . When the ratio of the amorphous glass exceeds 95 wt%, it may not be necessary to make a composite. When the proportion of the amorphous glass is less than 50 wt%, it should be called a composite glass mainly composed of crystalline glass rather than a composite glass mainly composed of amorphous.
また結晶質ガラスに非晶質ガラスをブレンドして作成する結晶質コンポジットガラスは、重量比で、結晶質ガラス:非晶質ガラス=95:5〜50:50の割合が望ましい。結晶質ガラスの割合が、95wt%を超える場合、特にコンポジット化する必要が無い場合がある。また結晶質ガラスの割合が50wt%未満の場合、結晶質を主体としたコンポジットガラスと呼ぶより、非晶質ガラスを主体としたコンポジットガラスと呼ぶべきである。またコンポジットガラス中のガラスの結晶性に関しては、XRD(X線回折)等を使って解析できる。たとえば、非晶質SiO2の場合、ハローと呼ばれるブロードな盛り上がりが観察される。また結晶質SiO2(たとえば石英)では、複数のシャープな回折線が観察される。また、こうした回折図形のピーク位置(d値と呼ばれる)やピークの強度比に、市販の物質解析ソフトウエアを組合わせて解析することで、物質の特定も容易である。 The crystalline composite glass prepared by blending amorphous glass with crystalline glass is preferably in a weight ratio of crystalline glass: amorphous glass = 95: 5 to 50:50. When the ratio of the crystalline glass exceeds 95 wt%, it may not be necessary to make a composite. When the ratio of the crystalline glass is less than 50 wt%, it should be called a composite glass mainly composed of amorphous glass rather than a composite glass mainly composed of crystalline. The crystallinity of the glass in the composite glass can be analyzed using XRD (X-ray diffraction) or the like. For example, in the case of amorphous SiO 2 , a broad rise called halo is observed. In crystalline SiO 2 (eg, quartz), a plurality of sharp diffraction lines are observed. Moreover, the substance can be easily identified by analyzing the diffraction pattern peak position (referred to as d value) and peak intensity ratio in combination with commercially available substance analysis software.
なお、オーバーコートにガラス材料を用いる場合、オーバーコートガラスの中の酸化鉛の割合は60wt%以上95wt%未満含むものが望ましい。酸化鉛の量が60wt%未満の場合、焼成温度が高くなるため感歪抵抗体が再熱処理されることになり、抵抗値や温度特性がずれてしまうことがある。 When a glass material is used for the overcoat, it is desirable that the lead oxide content in the overcoat glass is 60 wt% or more and less than 95 wt%. When the amount of lead oxide is less than 60 wt%, the firing temperature becomes high, so the strain sensitive resistor is reheated, and the resistance value and temperature characteristics may be shifted.
また酸化鉛の割合が95wt%以上の場合、耐水性が低くなる場合がある。またオーバーコートガラスの厚みは、10μm以上200μm未満が望ましい。10μm未満の場合、ゴミや気泡によるピンホールが発生する可能性がある。またオーバーコートガラスの厚みが200μm以上の場合、焼成時にオーバーコートガラスが流れて広がりすぎて、パターン不良を発生させる場合がある。またオーバーコートガラスは2層以上が望ましい。オーバーコートガラスの印刷を2層以上にすることで、たとえ1層にゴミや気泡によるピンホールが発生したとしても、不良原因になりにくい。 Moreover, when the ratio of lead oxide is 95 wt% or more, water resistance may be lowered. Moreover, as for the thickness of overcoat glass, 10 micrometers or more and less than 200 micrometers are desirable. If the thickness is less than 10 μm, pinholes due to dust or bubbles may occur. When the overcoat glass has a thickness of 200 μm or more, the overcoat glass may flow and spread too much during firing, which may cause pattern defects. The overcoat glass is preferably two or more layers. By forming the overcoat glass to have two or more layers, even if pinholes due to dust or bubbles occur in one layer, it is difficult to cause defects.
なお、オーバーコート層に樹脂を用いる場合、樹脂層にセラミック粉を5wt%以上50wt%未満含ませることが望ましい。樹脂層にセラミック粉を添加させることで、物理的強度を上げられるため耐摩耗性も上がり傷つきにくくなる。セラミック粉の含有量が5wt%未満の場合、添加効果が得られない場合がある。セラミック粉の含有量が50wt%以上の場合、オーバーコート樹脂層の流動性や充填性が下がる場合がある。また樹脂のオーバーコート層の厚みは10μm以上200μm未満が望ましい。10μm未満の場合、ゴミや気泡によるピンホールが発生する可能性がある。またオーバーコート樹脂層の厚みが200μm以上の場合、硬化時にオーバーコート樹脂がダレて流れて広がりすぎてパターン不良を発生させる場合がある。またオーバーコート樹脂は2層以上が望ましい。オーバーコート樹脂を2層以上にすることで、たとえオーバーコートの1層にゴミや気泡によるピンホールが発生したとしても不良原因になりにくい。 In addition, when using resin for an overcoat layer, it is desirable to contain 5 to 50 wt% of ceramic powder in a resin layer. By adding ceramic powder to the resin layer, the physical strength can be increased, so that the wear resistance is increased and the resin layer is hardly damaged. When the content of the ceramic powder is less than 5 wt%, the additive effect may not be obtained. When the content of the ceramic powder is 50 wt% or more, the fluidity and fillability of the overcoat resin layer may be lowered. The thickness of the resin overcoat layer is preferably 10 μm or more and less than 200 μm. If the thickness is less than 10 μm, pinholes due to dust or bubbles may occur. In addition, when the thickness of the overcoat resin layer is 200 μm or more, the overcoat resin may sag and flow at the time of curing so that the pattern defect may occur. The overcoat resin is preferably two or more layers. By using two or more layers of the overcoat resin, even if pinholes due to dust or bubbles occur in one layer of the overcoat, it is difficult to cause defects.
また、オーバーコートを複数層にする場合、ガラス同士、または、樹脂同士で複数層を形成してもよいが、これらを組合せても良い。この場合、感歪抵抗体に近い方にガラスやセラミックを主成分とする第1のオーバーコート層を厚み10μm以上200μm未満で、更にその上に樹脂を主成分とする第2のオーバーコート層を厚み10μm以上200μm未満で形成することが望ましく、こうすることで互いの特徴を活かすことができる。 Moreover, when making overcoat into multiple layers, although multiple layers may be formed by glass or resin, you may combine these. In this case, a first overcoat layer mainly composed of glass or ceramic having a thickness of 10 μm or more and less than 200 μm is disposed on the side closer to the strain sensitive resistor, and a second overcoat layer mainly composed of resin is formed thereon. It is desirable to form it with a thickness of 10 μm or more and less than 200 μm.
この場合、熱処理温度の関係から、ガラスを主成分とするオーバーコートの上に樹脂を主成分としたオーバーコートを形成することが望ましい。樹脂を主成分とするオーバーコート材は、各種電装品の保護用や、半導体のベアチップ実装に使われている品番から選ぶことができる。なおこうしたオーバーコートの厚みは10μm未満ではピンホール等の心配があり、200μm以上の場合は形成に手間がかかるためコスト高になるため、荷重センサ用としては、それぞれ厚み10μm以上200μm未満が望ましい。 In this case, it is desirable to form an overcoat mainly composed of a resin on an overcoat mainly composed of glass because of the heat treatment temperature. The overcoat material mainly composed of resin can be selected from the product numbers used for protecting various electrical components and mounting semiconductor bare chips. If the thickness of such an overcoat is less than 10 μm, there is a concern about pinholes, and if it is 200 μm or more, it takes a lot of time to form and the cost is high.
また、配線パターンの厚みは3μm以上50μm未満が望ましい。3μm未満の場合、配線パターンを形成する電極が薄くなりすぎ局所的に導通が得られなくなる部分が発生する場合があり、配線抵抗が高くなったり、基板と第1の電極間に形成される容量成分が設計値より低くなることがある。また厚みが50μmを超えると、コストが上がる場合がある。 Further, the thickness of the wiring pattern is preferably 3 μm or more and less than 50 μm. If the thickness is less than 3 μm, the electrode forming the wiring pattern may become too thin, and a portion where local conduction cannot be obtained may occur, resulting in an increase in wiring resistance or a capacitance formed between the substrate and the first electrode. Ingredients may be lower than design values. If the thickness exceeds 50 μm, the cost may increase.
また配線パターンの中には、ガラス成分もしくはセラミック部材が3wt%以上20wt%未満含まれることが望ましい。配線パターン中に、コンポジットガラスを形成するガラス成分、あるいはセラミック部材を予め添加しておくことで、熱膨張係数をガラス層に合わせることができ、更にガラス層との接着力を上げられるため、ガラス層との層間剥離等の発生を防止できる。ここで添加量が3wt%未満の場合、こうした効果が少ない場合がある。また添加量が20wt%を超える場合、配線抵抗を上げてしまう。特に、荷重センサのようにアルミナ基板等のセラミック基板に比べ熱膨張係数が2〜3倍と大きなため、ちょっとした熱膨張係数の違いがこうした層間剥離等の不良の発生原因になりやすい。 Further, it is desirable that the wiring pattern contains 3 wt% or more and less than 20 wt% of a glass component or a ceramic member. By adding in advance the glass component or ceramic member that forms the composite glass in the wiring pattern, the thermal expansion coefficient can be adjusted to the glass layer, and the adhesive strength with the glass layer can be further increased. Generation of delamination and the like with the layer can be prevented. Here, when the addition amount is less than 3 wt%, such an effect may be small. Further, when the added amount exceeds 20 wt%, the wiring resistance is increased. In particular, since the thermal expansion coefficient is two to three times larger than that of a ceramic substrate such as an alumina substrate like a load sensor, a slight difference in thermal expansion coefficient tends to cause such defects as delamination.
なおコンポジットガラス層を複数層化する場合、1層当たりの厚みは5μm以上70μm未満が望ましい。5μm未満の場合、必要な絶縁が得られない場合がある。また1層当り70μmを超える場合、印刷時にインキが滲んだり、ダレたりして高精度の印刷が難しくなる。 In addition, when making a composite glass layer into multiple layers, as for the thickness per layer, 5 micrometers or more and less than 70 micrometers are desirable. If it is less than 5 μm, necessary insulation may not be obtained. On the other hand, when the thickness exceeds 70 μm, high-precision printing becomes difficult due to ink smearing or sagging during printing.
なお、ガラス層やコンポジットガラス層、電極等は800〜900℃の酸化雰囲気で焼成されることが望ましい。800℃未満では充分な焼結強度がえられない場合がある。また900℃を超える高温で焼成すると、焼成コストが増加すると共に金属弾性体の強度が低下したり、より耐熱性の高い高価な金属基板を使う必要が発生する場合がある。 Note that the glass layer, the composite glass layer, the electrode, and the like are preferably baked in an oxidizing atmosphere of 800 to 900 ° C. If it is less than 800 ° C., sufficient sintering strength may not be obtained. Further, when firing at a high temperature exceeding 900 ° C., the firing cost increases, the strength of the metal elastic body may be reduced, and it may be necessary to use an expensive metal substrate with higher heat resistance.
(実施の形態12)
次に実施の形態12として、コンポジットガラスペーストの製造方法について説明する。図14は、コンポジットガラスにピンホールが発生する可能性があることについて説明するものである。図14において、49はセラミック粉凝集体であり、50はピンホールである。図14に示すように、セラミック粉47が、結晶化ガラス46の内部に均一に分散されている場合、こうしたピンホールは発生しないが、セラミック粉47の分散が不充分で、セラミック粉凝集体49が発生すると、図14に示すように、ピンホール50が発生することがある。これは結晶化ガラスの焼成温度では、セラミック粉が焼結しないためであり、特にセラミック粉が凝集体を形成した状態でコンポジットガラス中に残っていると、非常に小さな確率ではあっても、ピンホール50の発生原因となる。
(Embodiment 12)
Next, as a twelfth embodiment, a method for producing a composite glass paste will be described. FIG. 14 explains that pinholes may occur in the composite glass. In FIG. 14, 49 is a ceramic powder aggregate and 50 is a pinhole. As shown in FIG. 14, when the
こうしたピンホール50を防止するためには、コンポジットガラス中のセラミック材料の分散を均一化することで対策できる。
In order to prevent
次に、コンポジットガラスペーストの製造方法について、図15、図16を用いて説明する。図15、図16はコンポジットガラスペーストの製造方法を説明する図であり、本実施の形態12では、コンポジットガラスに用いるセラミック粉を、予め溶剤中に分散しておき、ここにガラス粉を添加して混練するものである。このように、ガラス粉とセラミック粉を個別に、各々に最適な条件で分散することで、セラミック粉の凝集体を含まないコンポジットガラスペーストを提供できる。 Next, the manufacturing method of a composite glass paste is demonstrated using FIG. 15, FIG. FIGS. 15 and 16 are diagrams for explaining a method for producing a composite glass paste. In Embodiment 12, ceramic powder used for composite glass is dispersed in a solvent in advance, and glass powder is added thereto. Kneading. Thus, the glass powder and the ceramic powder can be separately dispersed under optimum conditions for each, thereby providing a composite glass paste that does not contain an aggregate of ceramic powder.
図15(A)において、符号51a〜51dは所定原料であり、具体的には、セラミック粉、溶剤、分散剤および少量の樹脂等である。次にこれらの所定原料は、図15(B)に示すように、分散装置52の中で、ビーズ53によって分散される。なお、分散装置52として、回転ボールミル、攪拌ボールミル、シンマルエンタープライズ製のダイノミル等のビーズを用いた攪拌式や、振動式、回転式の分散装置を使うことが望ましい。
In FIG. 15A, reference numerals 51a to 51d are predetermined raw materials, specifically, ceramic powder, a solvent, a dispersant, a small amount of resin, and the like. Next, these predetermined raw materials are dispersed by
セラミック粉を、溶剤や少量の分散剤(もしくは少量の樹脂、これは樹脂の種類によっては樹脂を加えることでセラミック粉の濡れ性が改善されるため、当然であるが樹脂を加えすぎると粘度が上がってビーズでの分散が難しくなるので、樹脂を添加する場合、少量に限定される)と共に、こうした分散装置で分散することで、凝集体無く分散できる。 Ceramic powder can be mixed with a solvent or a small amount of dispersant (or a small amount of resin, depending on the type of resin. Adding a resin will improve the wettability of the ceramic powder. It is difficult to disperse with beads, and when adding a resin, the amount is limited to a small amount), and by dispersing with such a disperser, it can be dispersed without agglomerates.
この分散において、セラミック粉、溶剤、分散剤もしくは少量の樹脂からなるスラリーの粘度は、1cP(センチポイズ)以上10P(ポイズ)以下が望ましい。1cP以内の低粘度のスラリーの場合、分散機中ではセラミック粉は解れていても、粘度が低すぎて、これを取出して、濾過する時に沈殿してしまうことがある。またスラリー粘度が10ポイズを超える場合、ビーズを使った分散機では、分散能力が発揮できず、ビーズとスラリーの除去も難しくなる場合がある。なおビーズを使う場合、ビーズの大きさは10cm以下が望ましい。ビーズの大きさは小さい方が、より細かいセラミック粉に対しても分散効果が高いが、ビーズ同士の衝突のエネルギーが小さくなるので、一定馬力以上の動力を用いた分散装置を使うことが望ましい。こうした分散機の場合、特に回転式の場合、リップシール(分散装置のシール機構の一種)の性能にもよるが、0.3mmnφ以下のビーズでは使いにくいことがあるので、注意が必要となる。またビーズ材料としては、市販のアルミナ製やジルコニア製(イットリア入り)が望ましい。またセラミック粉と同じ成分のビーズ材料を選定することで、ビーズが研磨されて、不純物としてスラリー中に混入した場合でも、その影響を防止できる。 In this dispersion, the viscosity of the slurry made of ceramic powder, solvent, dispersant or a small amount of resin is preferably 1 cP (centipoise) or more and 10 P (poise) or less. In the case of a slurry having a low viscosity of 1 cP or less, even if the ceramic powder is unraveled in the disperser, the viscosity is too low and it may be removed when it is taken out and filtered. When the slurry viscosity exceeds 10 poise, the disperser using beads cannot exhibit the dispersing ability, and it may be difficult to remove the beads and the slurry. When using beads, the size of the beads is preferably 10 cm or less. The smaller the bead size is, the higher the dispersion effect is with respect to finer ceramic powders. However, since the energy of collision between the beads is small, it is desirable to use a dispersion device that uses a power of more than a certain horsepower. In the case of such a disperser, especially in the case of a rotary type, depending on the performance of the lip seal (a kind of a seal mechanism of the disperser), it may be difficult to use with beads having a diameter of 0.3 mmnφ or less, so care must be taken. Further, as the bead material, commercially available alumina or zirconia (with yttria) is desirable. Further, by selecting a bead material having the same component as the ceramic powder, even when the beads are polished and mixed into the slurry as impurities, the influence can be prevented.
こうして作成したスラリーは図15(C)に示すように濾過される。図15(C)において、55aは濾過装置、56aはフィルターである。スラリーは、図15(C)の矢印54に示されるように、濾過装置55aにセットされたフィルター56aに注がれ濾過された後、容器57aに回収される。
The slurry thus prepared is filtered as shown in FIG. In FIG. 15C, 55a is a filtering device, and 56a is a filter. As shown by an
なお、フィルタ−56aとしては、開口が10〜20μmの市販の網を用いることができるが、デプス型(体積濾過型)と呼ばれるような、繊維を糸巻状に加工したフィルターを使えば、多量のスラリーを圧力損失を最小限にしながら(つまり、フィルターが詰りにくい状態で)濾過できる。またこうした濾過は、スラリー自体の自重で行ってもよいが、エアー圧力(圧空)やダイヤフラムポンプ等を用いることで、作業効率を上げられる。こうして図15(C)の矢印54のように注がれたスラリーは、濾過され、矢印54のようにして容器57aに回収される。
In addition, as the filter 56a, a commercially available net having an opening of 10 to 20 μm can be used. However, if a filter obtained by processing a fiber into a pincushion shape, such as a depth type (volume filtration type), is used, a large amount The slurry can be filtered with minimal pressure loss (i.e., in a condition where the filter is not clogged). Further, such filtration may be performed by the weight of the slurry itself, but working efficiency can be increased by using an air pressure (pressure air), a diaphragm pump, or the like. The slurry thus poured as indicated by the
次に図16を用いて、凝集体無く分散されたセラミック粉を用いて、コンポジットガラスペーストを作成する様子を説明する。図16(A)において、所定材料51e〜51h、セラミック粉が分散されてなるスラリーは図15(C)の容器57aに回収されたもの、結晶化ガラス粉、樹脂、分散剤等である。ここで樹脂に硬化型樹脂を使うこともできる。また樹脂の一部を分散剤として用いることもできる。また必要に応じて、着色剤等を加えておくことで、各層の厚みを色や元素で判別しやすく、製品管理がやりやすくなる。 Next, with reference to FIG. 16, a state in which a composite glass paste is prepared using ceramic powder dispersed without aggregates will be described. In FIG. 16A, the slurry in which the predetermined materials 51e to 51h and the ceramic powder are dispersed is the one recovered in the container 57a of FIG. 15C, crystallized glass powder, resin, dispersant, and the like. Here, a curable resin may be used as the resin. A part of the resin can also be used as a dispersant. In addition, if necessary, a colorant or the like is added, so that the thickness of each layer can be easily distinguished by color or element, and product management is facilitated.
図16(B)において、58は混練機であり、内部には所定の攪拌治具59が内蔵されている。こうした混練機58としては、プラネタリーミキサー、ニーダー、自動乳鉢等を用いることができる。このように混練機58の内部に、攪拌治具59をセットすることで、高粘度の材料でも安定して混練できる。特に、本発明で提案する荷重センサの場合、コンポジットガラスペーストの印刷には、スクリーン印刷を用いることでコストダウンが可能になる。
In FIG. 16 (B), 58 is a kneader, and a
しかしコンポジットガラスペーストをスクリーン印刷するには、その粘度が低すぎると、印刷後にパターンが滲んだり、所定厚みが得られない場合があるため、一定以上の高粘度が必要になる。そのため、こうしたコンポジットガラスを混練する場合、非常に高粘度(たとえば、数万ポイズ以上の粘度状態で、自重ではまったく流動しない)の場合が多く、こうした攪拌治具59を備える、混練機58を用いることが望ましい。 However, when the composite glass paste is screen-printed, if the viscosity is too low, the pattern may bleed after printing or a predetermined thickness may not be obtained. Therefore, in the case of kneading such a composite glass, it is often the case that the viscosity is very high (for example, it does not flow under its own weight in a viscosity state of tens of thousands of poises). It is desirable.
図16(B)に示すように、所定材料51e〜51hは、各々所定量が、混練機58に投入され、内蔵された攪拌治具59が、矢印54のように回転することで混練される。なお、ここで材料の添加順番は、互いに反応しあわないように工夫することが望ましい。たとえば、ガラス粉と樹脂、スラリーとガラス粉等を一度に多量で混練すると、かえって凝集体を作成する場合がある。こうした凝集体形成(たとえば、ソルベントショック等と呼ばれることもある)を防止するには、少量ずつを添加する、あるいは凝集しにくいもの同士の組合せを予め確めておくことなどで、防止できる。
As shown in FIG. 16B, a predetermined amount of each of the predetermined materials 51e to 51h is put into a kneader 58, and the built-in stirring
そして、図16(C)に示したように、3本ロール60等の混練機を用いて混練することで、スラリー中のセラミック粉とガラス粉を均一に分散し、コンポジットガラスペーストを作成できる。 And as shown in FIG.16 (C), the ceramic powder and glass powder in a slurry can be disperse | distributed uniformly by knead | mixing using kneading machines, such as 3 rolls 60, and a composite glass paste can be created.
最後に図16(D)に示したように、濾過装置55b、フィルター56bを用いて濾過することで、コンポジットガラスペースト中のゴミや凝集体を除去できる。 Finally, as shown in FIG. 16D, dust and aggregates in the composite glass paste can be removed by filtering using the filtering device 55b and the filter 56b.
次に更に詳しく説明する。まず、一例として、図15〜図16に示すようにして、コンポジットガラスペーストを作成した。セラミック粉だけを予め分散しスラリー化し、濾過した後、図15に示すようにして結晶化ガラス粉と混ぜてコンポジットガラスペーストを作成した。まず図15(A)において、所定材料51aをセラミック粉とした。具体的には、市販の粒径0.4μmのものであるが、凝集体を多数含む安価なアルミナ粉(数百円/kg)を用いた。次に、このアルミナ粉に、吸油量を僅かに超える程度の少量(吸油量の詳細はJIS−K5101に記載されている)の溶剤(ブチルカルビトールアセテート等)と分散剤を加え、高濃度であるが、低粘度のアルミナスラリーを作成し、これを市販のビーズミルを用いて、一定時間分散した。なおビーズにはアルミナ製の直径2mmのものを用いた。こうして分散してできたアルミナをグラインドメーター(詳細はJIS−K5600に記載されている)を用いて評価したが、3μm以上の凝集体は検出されなかった。またこのアルミナスラリーを粒度分布計を用いて、粒度分布を測定したが、一次粒子まで解されていることが判った。 Next, it explains in detail. First, as an example, a composite glass paste was prepared as shown in FIGS. Only ceramic powder was dispersed and slurried in advance, filtered, and then mixed with crystallized glass powder to prepare a composite glass paste as shown in FIG. First, in FIG. 15A, the predetermined material 51a is ceramic powder. Specifically, an inexpensive alumina powder (several hundred yen / kg) containing a large number of aggregates was used, although it was commercially available with a particle size of 0.4 μm. Next, to this alumina powder, a solvent (such as butyl carbitol acetate) and a dispersant in a small amount (the details of the oil absorption amount are described in JIS-K5101) and a dispersant slightly exceeding the oil absorption amount are added. A low-viscosity alumina slurry was prepared and dispersed for a predetermined time using a commercially available bead mill. The beads were made of alumina and had a diameter of 2 mm. The alumina thus dispersed was evaluated using a grindometer (details are described in JIS-K5600), but aggregates of 3 μm or more were not detected. Further, the particle size distribution of this alumina slurry was measured using a particle size distribution meter, but it was found that even the primary particles were solved.
またこのアルミナスラリー中には所定量の分散剤が添加されているため、高濃度(アルミナ含有率60wt%以上、望ましくは80wt%以上)であるが、粘度は10ポイズ(ズリ速度1/sから100/sの範囲において)未満であったにも関らず、24時間後にも分散は安定していた。なおこのアルミナスラリーを長時間保存する場合は、回転架台等にセットした状態で適当に回転させておくと沈殿防止やセラミック粉の再凝集を防止できる。こうして作成したアルミナスラリーは、図15(C)に示すように開口10μmのフィルターで問題無く濾過できた。次に、図16(A)に示すようにして、このアルミナスラリーを、ガラス粉は他のバインダー等と秤量、図16(B)に示すようにしてプレミキシングし、最後に図16(C)に示すようにロール混練した。こうして作成したコンポジットガラスペーストは、20μmフィルターで問題無く濾過できた。その後、粘度調整されて完成される。なお、粘度は10ポイズ以上10000ポイズ以下が望ましい。これ以外の粘度範囲の場合、印刷しにくく難しい場合がある。
In addition, since a predetermined amount of dispersant is added to the alumina slurry, the concentration is high (alumina content is 60 wt% or more, desirably 80 wt% or more), but the viscosity is 10 poise (from the
こうして作成した、コンポジットガラスペーストを用いて図15に示す荷重センサを作成したが、特に問題無かった。またの断面をSEMやXMAで解析したところ、図12のようであり、結晶化ガラス46の中に均一に分散されたアルミナが検出された。
The load sensor shown in FIG. 15 was prepared using the composite glass paste thus prepared, and there was no particular problem. When the cross section was analyzed by SEM or XMA, as shown in FIG. 12, alumina uniformly dispersed in the crystallized
このように、セラミック粉を凝集体無く分散させる場合、どうしても工数がかかってしまうため、より低コストに効率良く分散することが望まれている。こうした場合、セラミックスラリーを高濃度にしておくことで、分散効率を高められ、製造コストも下げられる。特に、セラミックスラリーを高濃度(たとえば、吸油量の10%増から50%増までの溶剤量)で分散することが重要である。溶剤添加量が吸油量以下の場合、セラミックスラリーの粘度が高すぎて、ビーズ分散は難しい。また吸油量の100%増し(つまり、JISに従って測定した吸油量が50gだった時、溶剤を100gとすること)にした場合、セラミックスラリーの粘度は充分低いが、溶剤量が多すぎて、コンポジットインキ組成において、溶剤量が増えすぎ、途中で溶剤を減らす必要がある場合がある。 Thus, when ceramic powder is dispersed without agglomerates, man-hours are inevitably required, so that it is desired to disperse efficiently at a lower cost. In such a case, by making the ceramic slurry high in concentration, the dispersion efficiency can be increased and the manufacturing cost can be reduced. In particular, it is important to disperse the ceramic slurry at a high concentration (for example, a solvent amount from 10% increase to 50% increase in oil absorption). When the solvent addition amount is less than the oil absorption amount, the viscosity of the ceramic slurry is too high and it is difficult to disperse the beads. In addition, when the oil absorption is increased by 100% (that is, when the oil absorption measured according to JIS is 50 g, the solvent should be 100 g), the viscosity of the ceramic slurry is sufficiently low, but the amount of solvent is too large, In the ink composition, the amount of solvent may increase excessively, and it may be necessary to reduce the solvent in the middle.
(実施の形態13)
実施の形態13では、本発明に用いる金属弾性体について更に詳しく説明する。
(Embodiment 13)
In the thirteenth embodiment, the metal elastic body used in the present invention will be described in more detail.
本発明において、結晶化ガラスは金属弾性体上で焼成されるため、耐熱性が優れるのは当然であるが、更に耐力が要求される。こうした用途には、オーステナイト系合金や時効硬化合金(特にNi基合金)や、Co基合金(たとえば、インコネル)等、あるいはフェライト系やオーステナイト系の耐熱性鋼を必要に応じて使い分ければよい。たとえば、フェライト系の耐熱合金を用いることで、歪みセンサの高精度な加工が容易になると共に、その加工後の残留応力、加工歪み等を少なくできる。また必要に応じて金属弾性体内部にアルミを含有させておくことで、熱処理時に添加したアルミが金属弾性体上に酸化アルミ皮膜を形成し、耐熱性や耐酸化性を改善できる。更に、結晶質ガラスにアルミナを添加しておくことで、アルミを含有した金属弾性体との熱処理での接着力(剥離強度)を大幅に改善する効果もある。 In the present invention, crystallized glass is fired on a metal elastic body, so that the heat resistance is naturally excellent, but further proof stress is required. For such applications, an austenitic alloy, an age-hardening alloy (particularly a Ni-based alloy), a Co-based alloy (for example, Inconel), or a ferritic or austenitic heat-resistant steel may be used as needed. For example, by using a ferrite heat-resistant alloy, the strain sensor can be easily processed with high accuracy, and residual stress, processing strain, and the like after the processing can be reduced. Further, if aluminum is contained inside the metal elastic body as necessary, the aluminum added during the heat treatment forms an aluminum oxide film on the metal elastic body, and heat resistance and oxidation resistance can be improved. Furthermore, by adding alumina to the crystalline glass, there is an effect of greatly improving the adhesive strength (peeling strength) in the heat treatment with the metal elastic body containing aluminum.
こうした部材としては、AISI(米国鋼鉄協会)タイプの300や400シリーズの合金として、SUS304,316,404,430,S17及び444が適当である。 As such a member, SUS304, 316, 404, 430, S17, and 444 are suitable as AISI (American Steel Institute) type 300 and 400 series alloys.
また他の金属弾性体であってもその表面に耐熱処理を行うことで使うこともできる。こうした合金は、その組成によって90×1E−7から140×1E−7/℃の範囲内で一つの決った熱膨張係数を有する。しかし、荷重センサのように、所定形状に加工した場合、その加工時に金属弾性体の内部に歪みが残ってしまい、この上にガラスペーストを印刷、焼成した場合、本来の熱膨張係数以上に変形してしまうことが多い。 Moreover, even if it is another metal elastic body, it can also be used by heat-treating the surface. Such alloys have a fixed coefficient of thermal expansion in the range of 90 × 1E-7 to 140 × 1E-7 / ° C. depending on their composition. However, when processed into a predetermined shape like a load sensor, strain remains in the metal elastic body during the processing, and when glass paste is printed and baked on this, it deforms beyond the original thermal expansion coefficient. I often do.
たとえば、ガラスと金属基板の熱膨張係数の差から計算される基板の反り量以上に金属基板が大きく反ってしまう。たとえば、同じSUS材料を用いた場合でも、厚みが0.5mmのときと、厚みが2mmの時、厚みが5mmの時でプレス(打抜き)によって、所定の基板形状に加工した場合でも、反り量が変化してしまう。特に同じ金属材料を用いたとしても、その厚みが変化すればおのずと加工方法が変るためであり、そしてこの反り量は、同じ金属組成であるにもかかわらず、加工時の圧力、方法、手順、金型の違い等で変化してしまう。またこうした反り対策として、加工後に反り修正を行うこともできるが、その反り修正をしても、残留応力や熱処理時の変形量をゼロにすることは難しい。 For example, the metal substrate is greatly warped more than the amount of warpage of the substrate calculated from the difference between the thermal expansion coefficients of the glass and the metal substrate. For example, even when the same SUS material is used, even when the thickness is 0.5 mm, when the thickness is 2 mm, and when the thickness is 5 mm, the amount of warpage is processed even when processed into a predetermined substrate shape by pressing (punching). Will change. In particular, even if the same metal material is used, if the thickness changes, the processing method naturally changes, and this warping amount is the same metal composition, but the processing pressure, method, procedure, Changes due to differences in molds. Further, as a countermeasure against such warp, the warp can be corrected after processing, but even if the warp is corrected, it is difficult to make the residual stress and the deformation amount during the heat treatment zero.
そのため、こうした所定形状に加工され、内部に応力が残る金属基板の表面に荷重センサを形成する場合、こうした反りに応じて、ガラスの熱膨張係数をマッチングさせる必要がある。その場合、本発明で提案したように、結晶化ガラスや非晶質ガラスをコンポジットガラス化することで、使用材料は同じままで熱膨張係数を微調整できるため、こうした加工方法での反りに対しても、ガラス側で容易に対応できる。 Therefore, when a load sensor is formed on the surface of a metal substrate that is processed into such a predetermined shape and remains stressed, it is necessary to match the thermal expansion coefficient of the glass according to such warpage. In that case, as proposed in the present invention, by making a crystallized glass or an amorphous glass into a composite glass, the thermal expansion coefficient can be finely adjusted while using the same material. However, it can be easily handled on the glass side.
なお、本発明に用いる金属弾性体の厚みは1mm以上が望ましい。これは図11に示すように、金属弾性体の厚みが1mm未満の場合、金属弾性体側が弱い力で曲るため、ガラスと金属弾性体との熱膨張係数の差が、少々ずれていても、ガラス層が割れたり、剥がれたりはしにくい。一方、本発明の場合、金属弾性体の厚みが1mm以上(あるいは5mm以上のように、変形しにくい場合)の場合でも、ガラスと金属弾性体の熱膨張係数の差を調整できる。 In addition, as for the thickness of the metal elastic body used for this invention, 1 mm or more is desirable. As shown in FIG. 11, when the thickness of the metal elastic body is less than 1 mm, the metal elastic body side bends with a weak force, so even if the difference in thermal expansion coefficient between the glass and the metal elastic body is slightly shifted. The glass layer is difficult to break or peel off. On the other hand, in the case of the present invention, even when the thickness of the metal elastic body is 1 mm or more (or when it is difficult to deform such as 5 mm or more), the difference in thermal expansion coefficient between the glass and the metal elastic body can be adjusted.
このように、本発明に用いる金属弾性体の厚みの上限は特に無い。ただ、実用的には、金属弾性体の厚みが1mmを超えると、ガラス層の形成時の熱処理装置が高価になり、熱処理時の熱ムラも大きくなるため、金属弾性体の厚みは1mm以下が望ましい。しかしこれとて、熱処理の均一性(できれば、設定温度±5から10℃以内)が可能であれば、特に問題はない。 Thus, there is no upper limit on the thickness of the metal elastic body used in the present invention. However, practically, if the thickness of the metal elastic body exceeds 1 mm, the heat treatment apparatus at the time of forming the glass layer becomes expensive, and the heat unevenness at the time of heat treatment also increases, so the thickness of the metal elastic body should be 1 mm or less. desirable. However, there is no particular problem as long as the uniformity of the heat treatment is possible (preferably within a set temperature ± 5 to 10 ° C.).
なお、金属弾性体にアルミを添加しておくことで、その耐熱性を改善できる。これは、添加したアルミがガラス等の焼成時に表面に拡散、アルミナの層を形成するためである。この時、結晶化ガラス層、非晶質ガラス層にもすべてアルミナを添加しておくことで、アルミナが互いの層の共通元素となり、層間の接着性やマッチング性を改善でき、荷重センサとしての耐久性を改善できる。なおアルミ(もしくはアルミナ)の添加量は1wt%以上が望ましい。1wt%未満の場合、添加効果が得られない場合がある。同様に、結晶化ガラス層、非晶質ガラス層、感歪抵抗体の3層にも、アルミナを共通元素として添加しておくことで、これら3層間の層間の同時焼成でのマッチングを改善できるのみならず、感歪抵抗体と非晶質ガラス層とのマッチングも改善できるため、荷重センサの電気的特性が安定する。 In addition, the heat resistance can be improved by adding aluminum to a metal elastic body. This is because the added aluminum diffuses on the surface during firing of glass or the like and forms an alumina layer. At this time, by adding alumina to all of the crystallized glass layer and the amorphous glass layer, the alumina becomes a common element of each other layer, and the adhesion and matching between the layers can be improved. Durability can be improved. The amount of aluminum (or alumina) added is preferably 1 wt% or more. If it is less than 1 wt%, the effect of addition may not be obtained. Similarly, by adding alumina as a common element to the crystallized glass layer, the amorphous glass layer, and the strain sensitive resistor, matching between the three layers can be improved. In addition, since the matching between the strain sensitive resistor and the amorphous glass layer can be improved, the electrical characteristics of the load sensor are stabilized.
また配線は、その一部が感歪抵抗体に接続され、所定のブリッジ回路(ホイートストーンブリッジ等)を形成したり、結晶質ガラス層及び非晶質ガラス層に形成された複数の貫通孔を介して、互いに内部電極を介して電気的に接続させられる。このように、内部電極を、多層配線に利用することで、チップ部品や半導体部品の高密度実装に対応できるため、荷重センサの小型化と低コスト化が可能になる。 In addition, a part of the wiring is connected to the strain sensitive resistor to form a predetermined bridge circuit (Wheatstone bridge or the like), or a plurality of through holes formed in the crystalline glass layer and the amorphous glass layer Are electrically connected to each other via internal electrodes. As described above, by using the internal electrodes for the multilayer wiring, it is possible to cope with high-density mounting of chip parts and semiconductor parts, so that the load sensor can be reduced in size and cost.
また感歪抵抗体にその一部が接続される配線は、少なくともAgが60wt%以上90wt%未満、Bi2O3が5wt%以上30wt%未満が望ましい。銀が60wt%未満の場合、配線抵抗が高くなるため、ブリッジ回路に誤差が出る可能性がある。また銀が90wt%以上の場合、はんだ付けしようとしても、銀が喰われやすくなり、はんだ付け後の引張り強度が低下する場合がある。またBi2O3が5wt%未満の場合、下地に対する接着力が低下する場合があり、30wt%を超えると、余分なBi2O3が配線パターンの周辺に滲み出す(あるいは染み出す)場合がある。 Further, it is desirable that the wiring partially connected to the strain sensitive resistor has at least Ag of 60 wt% or more and less than 90 wt% and Bi 2 O 3 of 5 wt% or more and less than 30 wt%. When silver is less than 60 wt%, the wiring resistance becomes high, which may cause an error in the bridge circuit. Moreover, when silver is 90 wt% or more, even if it tries to solder, silver becomes easy to be eaten and the tensile strength after soldering may fall. If Bi 2 O 3 is less than 5 wt%, the adhesive strength to the substrate may be reduced. If it exceeds 30 wt%, excess Bi 2 O 3 may ooze out (or ooze out) around the wiring pattern. is there.
(実施の形態14)
実施の形態14では、コンポジットガラスペーストの金属弾性体上への形成方法について説明する。金属弾性体上に、スクリーン印刷を用いて、コンポジットガラスペーストを直接形成することも可能であるが、こうしたペーストを他の支持フィルム(たとえば、PETフィルム)の上に、所定パターンで印刷しておき、これを金属弾性体上に転写し、金属弾性体と共に800〜900℃の酸化雰囲気内で焼成することもできる。
(Embodiment 14)
In the fourteenth embodiment, a method for forming a composite glass paste on a metal elastic body will be described. Although it is possible to directly form a composite glass paste on a metal elastic body using screen printing, such a paste is printed in a predetermined pattern on another supporting film (for example, a PET film). This can be transferred onto a metal elastic body and fired in an oxidizing atmosphere at 800 to 900 ° C. together with the metal elastic body.
また、こうしたコンポジットペーストを、支持フィルム上に、塗工機(セラミックグリーンシート等の形成装置)を用いて、シート状に連続形成し、これを金型で所定形状に打ち抜いた後、金属弾性体上に転写し、金属弾性体と共に800〜900℃の酸化雰囲気内で焼成することもできる。このように、被印刷体を金属弾性体から、フィルムにすることで、連続印刷が可能になり、印刷コストを下げられる。またシート成形することで、印刷で課題であった塗膜のピンホールを防止できるため、製品歩留を上げられる。なお、こうした効果等には、特開2003−69192号公報等を参照することができる。 Further, such a composite paste is continuously formed into a sheet shape on a support film using a coating machine (forming device such as a ceramic green sheet), and after punching it into a predetermined shape with a mold, a metal elastic body It can also be transferred onto and fired in an oxidizing atmosphere of 800 to 900 ° C. together with the metal elastic body. As described above, by using the metal to be printed as a film from the metal elastic body, continuous printing becomes possible, and the printing cost can be reduced. Further, by forming a sheet, it is possible to prevent pinholes in the coating film, which has been a problem in printing, so that the product yield can be increased. For such effects, reference can be made to JP-A-2003-69192.
なお、感歪抵抗体は、少なくともPbOを10〜30wt%、SiO2を10〜60wt%、ルテニウム化合物を5〜30wt%含んだものが望ましい。こうした感歪抵抗体の場合、PbOが10wt%未満の場合、GF(ゲージファクター、歪みに対する抵抗値変化に相当、GFが高いほど高感度で望ましい)が低い場合がある。またPbOが30wt%を超えると、抵抗値が高くなりすぎて、ブリッジ回路を組んだ場合でも半導体チップで増幅しにくい場合がある。 The strain sensitive resistor preferably contains at least 10 to 30 wt% PbO, 10 to 60 wt% SiO 2, and 5 to 30 wt% ruthenium compound. In the case of such a strain sensitive resistor, when PbO is less than 10 wt%, GF (corresponding to a change in a resistance value with respect to a gauge factor and strain, which is desirable with higher sensitivity) may be low. On the other hand, if PbO exceeds 30 wt%, the resistance value becomes too high, and even when a bridge circuit is assembled, it may be difficult to amplify with a semiconductor chip.
またSiO2が10wt%以下の場合、GFが低い場合がある。また60wt%を超えると、抵抗値が高くなりすぎて、使用する半導体チップの入力とマッチングさせにくい場合がある。またルテニウム化合物が5wt%以下の場合、抵抗値が高くなりすぎたり、GFが小さくなる場合がある。また30wt%以上の場合、抵抗体ペースト価格が高くなってしまったり、抵抗値が低くなりすぎて、半導体チップの入力スペックのマッチングが難しくなったり、荷重センサ全体の消費電力を増加させてしまう場合がある。また、ここでルテニウム化合物としては、RuO、PbRuO化合物(Pb2Ru2O6.5等)、PbBiRuO(Pb3Bi2Ru4O14、Pb4Bi2Ru3O19、PbBi2Ru3O10等々)が有る。このようなルテニウム化合物は、抵抗体の高GF化の中で最適化したルテニウム化合物の一例であり、実際にXD(X線回折法)に、市販データベース(JCPDS)で解析した例であるが、これ以外のパイロクロア系(RuPbO系)であっても、本発明の用途に用いることができる。 When SiO 2 is 10 wt% or less, GF may be low. On the other hand, if it exceeds 60 wt%, the resistance value may be too high to match the input of the semiconductor chip to be used. When the ruthenium compound is 5 wt% or less, the resistance value may become too high or the GF may become small. In addition, when the content is 30 wt% or more, the resistor paste price becomes high, the resistance value becomes too low, making it difficult to match the input specifications of the semiconductor chip, or increasing the power consumption of the entire load sensor There is. Here, examples of the ruthenium compound include RuO, PbRuO compounds (Pb 2 Ru 2 O6.5, etc.), PbBiRuO (Pb 3 Bi 2 Ru 4 O 14 , Pb 4 Bi 2 Ru 3 O 19 , PbBi 2 Ru 3 O 10, etc. ). Such a ruthenium compound is an example of a ruthenium compound optimized in the GF increase of the resistor, and is actually an example analyzed by XD (X-ray diffraction method) with a commercially available database (JCPDS). Other pyrochlore type (RuPbO type) can also be used for the application of the present invention.
なお、結晶化ガラスの熱膨張係数は8ppm/℃以上14ppm/℃未満もしくは、金属弾性体との熱膨張係数差が3ppm/℃未満が望ましい、これ以外の範囲の場合、荷重センサとしての耐力が得られない場合がある。また結晶化ガラスの結晶化率は20%以上が望ましい。結晶化ガラスの結晶化率が20%未満の場合、結晶化ガラスとしての特性が得られない場合がある。なお結晶化率に関しては、X線回折で評価できる。 The thermal expansion coefficient of the crystallized glass is preferably 8 ppm / ° C. or more and less than 14 ppm / ° C. or the difference in thermal expansion coefficient from the metal elastic body is preferably less than 3 ppm / ° C. It may not be obtained. The crystallinity of the crystallized glass is desirably 20% or more. When the crystallinity of the crystallized glass is less than 20%, the characteristics as crystallized glass may not be obtained. The crystallization rate can be evaluated by X-ray diffraction.
なお400℃以上の焼成は、すべて酸化雰囲気内で行うことが望ましい。これは、ガラスや電極のペースト中に残っている有機成分を完全に分解するためである。焼成時の雰囲気が酸化雰囲気になっていない場合、有機成分の分解が不充分で、ガラスの中に残り、信頼性を低下する場合がある。また焼成炉への投入エアー量が不足すると、還元雰囲気になり、特に酸化鉛等が還元されてしまい、特性を低下する場合がある。 Note that it is desirable that all baking at 400 ° C. or higher is performed in an oxidizing atmosphere. This is because the organic components remaining in the glass or electrode paste are completely decomposed. When the firing atmosphere is not an oxidizing atmosphere, the organic components are not sufficiently decomposed and remain in the glass, which may reduce the reliability. Moreover, when the amount of air input to the firing furnace is insufficient, a reducing atmosphere is created, and particularly lead oxide or the like is reduced, which may deteriorate the characteristics.
本発明にかかる荷重センサ及びその製造方法は、荷重センサの製造に用いるガラス材料を最適化すると共に、多層の一括焼成を可能にし、更に金属弾性体の選択範囲を広げられるため、荷重センサを車載用のスマートエアーバッグ等に有用である。 The load sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention optimizes the glass material used for manufacturing the load sensor, enables multi-layer firing, and further expands the selection range of the metal elastic body. This is useful for smart air bags and the like.
1 金属弾性体
2 ガラスホーロー
3a,3b 配線
4 感歪抵抗体
5 ガラス層
6 インターフェース層
7a,7b,7c 下部ガラス
8a,8b,8c 上部ガラス
9a 内部電極
10a 配線
11a,11b,11c 保護層
12 感歪抵抗体
13 クラック
14a,14b 結晶化ガラス
15a,15b 非晶質ガラス
16a,16b 配線
17 感歪抵抗体
18a,18b 保護層
19 内部電極
20a,20b,20c 結晶化ガラスペースト
21a,21b,21c 結晶化ガラス
22 電極ペースト
23 内部電極
24 非晶質ガラスペースト
25 非晶質ガラス
26 配線
27 感歪抵抗体
28 結晶化ガラスペースト
29 非晶質ガラスペースト
30a,30b 結晶質ガラス
31a,31b 非晶質ガラス
32a,32b 結晶質ガラスペースト
33a,33b 結晶質ガラス乾燥膜
34 矢印
35 凹凸
36a,36b 内部電極
37a,37b 硬化型ガラスペースト
38a,38b 硬化済みガラスペースト
39a〜39g 結晶質ガラス
40a,40b,40c 内部電極ペースト
41a〜41f 結晶質ガラスペースト
42a,42b,42c 内部電極
43 クラック
44 ガラス層
45 反り
46 結晶化ガラス
47 セラミック粉
48 コンポジットガラス
49 セラミック粉凝集体
50 ピンホール
51a〜51h 所定原料
52 分散装置
53 ビーズ
54 矢印
55a,55b 濾過装置
56a,56b フィルタ−
57a,57b 容器
58 混練機
59 攪拌治具
60 3本ロール
DESCRIPTION OF
57a, 57b Container 58
Claims (3)
前記コンポジット結晶質ガラス層と、前記非晶質ガラス層とは、前記金属弾性体上で同時焼成されたものであることを特徴とする荷重センサ。 A metal elastic body containing 1 wt% or more of aluminum, 30 to 55 wt% of MgO having an average particle diameter of 0.1 μm or more and less than 10 μm formed on the metal elastic body, 5 to 30 wt% of B 2 O 3 , SiO 2 is 10 to 25 wt%, BaO is 5-25 wt%, alumina 1-30 wt%, CaO is 0~6wt%, ZrO 2, SnO 2 had an average particle a crystalline glass powder is in the range of 0-5 wt% The crystalline glass powder by the weight ratio: ceramic, which is fired simultaneously with ceramic powder that is one or more of alumina, magnesia, zirconia, silica, calcium oxide, titanium oxide, and spinel having a diameter of 0.05 μm or more and less than 5 μm: the ceramic powder = 95: 5-60: and composite crystalline glass layer is 40, SiO 2 is formed on the composite crystalline glass layer 40 to 80 wt%, An amorphous glass layer containing 5 to 15 wt% CaO, 3 to 15 wt% PbO, 1 to 10 wt% alumina, and 2 to 10 wt% ZrO 2 , and a wiring pattern formed on the amorphous glass layer A load sensor composed of a strain sensitive resistor formed so as to be connected to a part of the wiring pattern,
The load sensor, wherein the composite crystalline glass layer and the amorphous glass layer are co-fired on the metal elastic body .
このコンポジットガラス層の上に非晶質ガラス層を形成する工程と、
この非晶質ガラス層の上に配線パターンを形成する工程と、
この配線パターンの一部に接続されるように感歪抵抗体を形成する工程と、
を有する荷重センサの製造方法であって、
前記コンポジットガラス層と、前記非晶質ガラス層とは、前記金属弾性体上で同時焼成することを特徴とする荷重センサの製造方法。 MgO having an average particle size of 0.1 μm or more and less than 10 μm is 30 to 55 wt%, B 2 O 3 is 5 to 30 wt%, SiO 2 is 10 to 25 wt%, BaO is 5 to 25 wt%, alumina is 1 to 30 wt%, CaO is 0-6 wt%, ZrO 2 , SnO 2 is a range of 0-5 wt% crystalline glass powder and alumina having an average particle size of 0.05 μm or more and less than 5 μm , magnesia, zirconia, silica, calcium oxide, titanium oxide, A metal containing 1 wt% or more of aluminum in a composite glass paste in which ceramic powder which is one or more of spinels is dispersed in a resin solution in a weight ratio of the above glass powder: ceramic powder = 95: 5 to 60:40 A process for forming a composite glass layer by printing directly on an elastic body, followed by drying and baking in an oxidizing atmosphere of 800 ° C. or higher and lower than 900 ° C. And,
Forming an amorphous glass layer on the composite glass layer;
Forming a wiring pattern on the amorphous glass layer;
Forming a strain sensitive resistor so as to be connected to a part of the wiring pattern;
A load sensor manufacturing method comprising :
The method of manufacturing a load sensor, wherein the composite glass layer and the amorphous glass layer are simultaneously fired on the metal elastic body .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007273400A JP4803157B2 (en) | 2002-08-07 | 2007-10-22 | Load sensor and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002229753 | 2002-08-07 | ||
| JP2002229753 | 2002-08-07 | ||
| JP2002231389 | 2002-08-08 | ||
| JP2002231389 | 2002-08-08 | ||
| JP2002240135 | 2002-08-21 | ||
| JP2002240135 | 2002-08-21 | ||
| JP2003197554 | 2003-07-16 | ||
| JP2003197554 | 2003-07-16 | ||
| JP2007273400A JP4803157B2 (en) | 2002-08-07 | 2007-10-22 | Load sensor and manufacturing method thereof |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004527362A Division JP4055775B2 (en) | 2002-08-07 | 2003-08-07 | Load sensor and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008032753A JP2008032753A (en) | 2008-02-14 |
| JP4803157B2 true JP4803157B2 (en) | 2011-10-26 |
Family
ID=39122283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007273400A Expired - Fee Related JP4803157B2 (en) | 2002-08-07 | 2007-10-22 | Load sensor and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4803157B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5734304B2 (en) * | 2010-09-30 | 2015-06-17 | 京セラ株式会社 | Conductive paste for solar cell and method for producing solar cell element using the same |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0593659A (en) * | 1990-10-29 | 1993-04-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Strain sensor and manufacturing method thereof |
| JPH04305996A (en) * | 1991-04-02 | 1992-10-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fabrication of multilayer interconnection board |
| JP3227735B2 (en) * | 1991-09-12 | 2001-11-12 | 日本電気硝子株式会社 | High expansion composite material |
| JPH08178768A (en) * | 1994-12-20 | 1996-07-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Mechanical quantity sensor |
| JPH08304200A (en) * | 1995-05-09 | 1996-11-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Strain-sensitive resistor paste and mechanical sensor using the same |
| JP3487675B2 (en) * | 1995-06-16 | 2004-01-19 | 松下電器産業株式会社 | Manufacturing method of mechanical quantity sensor |
| JP3225851B2 (en) * | 1996-09-26 | 2001-11-05 | 松下電器産業株式会社 | Composite multilayer ceramic parts |
| US5898359A (en) * | 1997-12-19 | 1999-04-27 | Delco Electronics Corp. | Diffusion-barrier materials for thick-film piezoresistors and sensors formed therewith |
| JPH11233946A (en) * | 1998-02-10 | 1999-08-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Substrate for forming high-density wiring, method for manufacturing the same, and method for manufacturing high-density wiring substrate |
| JPH11258075A (en) * | 1998-03-11 | 1999-09-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Load sensor |
| JP3358569B2 (en) * | 1998-10-16 | 2002-12-24 | 株式会社村田製作所 | Crystallized glass composition for circuit board, crystallized glass sintered body, insulator composition, insulator paste and thick film circuit board |
| JP2000292283A (en) * | 1999-04-13 | 2000-10-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Strain detector |
| JP3387458B2 (en) * | 1999-09-13 | 2003-03-17 | 株式会社村田製作所 | Insulator composition, insulator paste and laminated electronic component |
| JP2002076638A (en) * | 2000-08-31 | 2002-03-15 | Kyocera Corp | Low temperature firing ceramic circuit board |
| JP2002217333A (en) * | 2001-01-18 | 2002-08-02 | Kyocera Corp | Package for storing semiconductor elements |
-
2007
- 2007-10-22 JP JP2007273400A patent/JP4803157B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008032753A (en) | 2008-02-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4055775B2 (en) | Load sensor and manufacturing method thereof | |
| CN1039003C (en) | Lead-free thick film paste composition | |
| JP3948452B2 (en) | Load sensor and manufacturing method thereof | |
| JPH107435A (en) | Glass ceramic wiring board and method of manufacturing the same | |
| WO2014073604A1 (en) | Glass ceramic substrate and housing for portable electronic equipment using substrate | |
| JP4645596B2 (en) | Strain sensor and manufacturing method thereof | |
| EP0280819B1 (en) | Electrical resistors, electrical resistors paste and method for making the same | |
| JP4803157B2 (en) | Load sensor and manufacturing method thereof | |
| KR101138246B1 (en) | Manufacturing method of paste composition having low temperature coefficient resistance for resistor, thick film resistor and manufacturing method of the resistor | |
| US5766516A (en) | Silver-based conductive paste and multilayer ceramic circuit substrate using the same | |
| JP6952949B2 (en) | Borosilicate glass, composite powder material and composite powder material paste | |
| JP7569018B2 (en) | Ceramic wiring board, ceramic green sheet for ceramic wiring board, and glass ceramic powder for ceramic wiring board | |
| KR101138238B1 (en) | Manufacturing method of paste composition for resistor using coating metal oxide, thick film resistor and manufacturing method of the resistor | |
| JP5215914B2 (en) | Resistor film manufacturing method, resistor film, and resistor | |
| CN1608298A (en) | Use of conductor compositions in electronic circuits | |
| JP3807257B2 (en) | Manufacturing method of ceramic parts | |
| KR101166709B1 (en) | Manufacturing method of paste composite for resistor, thick film resistor and manufacturing method of the resistor | |
| TWI874550B (en) | Resistor paste, fired compact and electrical product | |
| JPH09312476A (en) | Method for manufacturing ceramic multilayer wiring board | |
| JP2004186427A (en) | Thick film circuit board and method of manufacturing thick film circuit board | |
| JP3538700B2 (en) | Resistance material, resistance paste and resistor using the same, and ceramic multilayer substrate | |
| JP2002299820A (en) | Manufacturing method of ceramic parts | |
| JP2006093569A (en) | Glass ceramic wiring board | |
| JPS63213303A (en) | Electric resistor and manufacture of the same | |
| HK1074277A (en) | The use of conductor compositions in electronic circuits |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20091127 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100928 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101110 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110201 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110322 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110712 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110725 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140819 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |