DE3705279C2

DE3705279C2 - Verfahren zur Herstellung von Widerständen in Chip-Form

Info

Publication number: DE3705279C2
Application number: DE3705279A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Takahashi; Eisaku Miyauchi; Masayuki Yoshida; Shunichi Kumagai; Akio Sasaki
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1986-02-21
Filing date: 1987-02-19
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2007-02-20
Also published as: KR870008339A; FR2595000B1; KR910000969B1; GB2187598B; GB8704141D0; SG92691G; DE3705279A1; US4792781A; GB2187598A; HK106491A; CA1272769A; FR2595000A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Widerständen den in Chip-Form, bei dem auf einem isolierenden, stabförmigen Substratmaterial eine Mehrzahl von Widerstandselementen mit Anschlußelektroden in Dünnfilmtechnik an den Endflächen aufgebracht und die einzelnen Widerstandselemente voneinander getrennt werden.

In der DE-OS 31 48 778 sind nicht nur Widerstände nach dem Stand der Technik in Chip-Form dargestellt, sondern es sind - ausgehend von diesem Stand der Technik - Herstellungsverfahren beschrieben, bei denen ein längs- und quergeritztes Substratmaterial mit Leiterbahnen und Widerstandsmaterial beschichtet und anschließend in Streifen und einzelne Chip-Widerstände gebrochen wird. Diese so erhaltenen Chip- Widerstände werden erst nach dem Zerbrechen mit Anschlußelektroden in Dünnfilmtechnik versehen, was ein verhältnismäßig aufwendiges und schwieriges Unterfangen ist, da eine Vielzahl von kleinen Teilen bearbeitet werden muß.

Aus der DE-OS 32 34 895 ist es bereits bekannt, eine Vereinzelung der auf einem Substrat hergestellten Widerstände, insbesondere nach einem Abgleich und Aufbringen von Schutzschichten, erst zum Abschluß der Fertigungsvorgänge durchzuführen. Darüber hinaus ist es aus der DE-OS 31 04 419 bekannt, einen einzelnen stabförmigen Abschnitt zur Herstellung von Chipwiderständen zu verwenden, wobei auch Passivierungsschichten auf die Widerstandsschichten aufgebracht werden und die Anschlußelektroden durch aufeinanderfolgendes Beschichten mit unterschiedlichen Metallen bzw. Metallegierungen hergestellt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Widerständen in Chip-Form vorzuschlagen, bei dem die verschiedenen Widerstandsschichten und Anschlußelektroden für eine Vielzahl von Bauelementen gleichzeitig hergestellt werden können, ohne daß einzelne Bauelemente bzw. Widerstände im getrennten Zustand bearbeitet werden müssen.

Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 2 gelöst.

Die Widerstandselemente können hierbei entweder in Dickfilmtechnik oder in Dünnfilmtechnik aufgebracht werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren gemäß den Hauptansprüchen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die auf solche Weise hergestellten Widerstände in Chip- Form haben den Vorteil, daß die Anschlußelektroden in vorteilhafter Weise in Dünnfilmtechnik hergestellt werden können. Der endgültige Widerstand weist eine endgültige Form und endgültige Maße mit hoher Präzision auf. Die Widerstandswerte der Widerstände unterliegen geringen Schwankungen, und die Temperatur- und Hochfrequenz- Charakteristik sind deutlich verbessert. Die Anschlußelektroden weisen einen hohen mechanischen Widerstand gegen Ablösen und Hitzeeinwirkungen auf, so daß Ausfälle beim Einlöten solcher Bauelemente selten sind. Es können auch eine Vielzahl von solchen Widerständen in einer Widerstandsanordnung zusammengefaßt werden, deren Betriebsdaten hohe Zuverlässigkeit aufweisen.

Dadurch, daß die Anschlußelektroden an den Schlitzkanten der Aussparungen in Dünnfilmtechnik angebracht sind, umschießen sie die seitlichen Endflächen. Ein solcher Aufbau erlaubt es nicht nur, Endprodukte mit hoher mechanischer und elektrischer Genauigkeit herzustellen, sondern die Widerstandswerte sind aufgrund des "trockenen Verfahrens" bei niedrigen Temperaturen außerordentlich konstant.

Für den Fall, daß die Widerstandselemente in Dünnfilmtechnik hergestellt sind, ergeben sich besonders hohe Genauigkeiten und gute Temperatur- und Hochfrequenzeigenschaften, so daß solche Chip-Widerstände mit großem Erfolg als Bauelemente für Mikrowellensender, Videogeräte, Büromaschinen usw. eingesetzt werden können. Aufgrund des besonderen Aufbaus, wenn sich der Widerstandsfilm sich bis zur unteren Oberfläche des Substrats erstreckt, ist der Widerstandsfilm außerordentlich fest mit dem Substrat verbunden, was den mechanischen Eigenschaften der Anschlußelektroden zugute kommt. Solche Bauelemente sind bei der automatischen Bestückung von gedruckten Schaltungen besonders vorteilhaft und deshalb für die Massenfertigung bei niedrigen Herstellkosten geeignet.

Erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen gleiche Bezugszeichen ähnliche oder gleiche Teile in den verschiedenen Ausführungsbeispielen an. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform eines Widerstandes in Chip-Form;

Fig. 2 bis 6 die einzelnen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Widerstandes in Chip-Form nach Fig. 1;

Fig. 7 eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform eines Widerstandes in Chip-Form; und

Fig. 8 bis 15 Verfahrensschritte zur Herstellung eines Widerstandes in Chip-Form nach Fig. 7.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Widerstandes in Chip-Form, der durch das allgemeine Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Er enthält ein Chip-förmiges, isolierendes Substrat 12 aus geeignetem isolierendem Material wie z. B. Aluminiumoxyd oder dergleichen, auf dessen oberer Oberfläche ein Widerstandsfilm oder Widerstandselement 14 aus RuO₂ oder dergleichen gebildet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Widerstandsfilm 14 auf dem Substrat in Dickfilmtechnik aufgebracht, und zwar durch ein Siebdruckverfahren. Der Widerstand 10 weist außerdem eine Anschlußelektrode 16 an jeder der beiden seitlichen Endflächen des isolierenden Substrats 12 auf, wobei diese Anschlußelektroden in Dünnfilmtechnik aufgebracht sind, z. B. durch Sputtern, Ionen-Plattierung, P-CVD oder dergleichen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Anschlußelektroden 16 jeweils aus drei Metallschichten, und zwar einer unteren Schicht 18a, einer mittleren Schicht 18b und einer oberen Schicht 18c, die in dieser Reihenfolge jeweils übereinanderliegen. Die Anschlußelektrode 16 hat eine im wesentlichen C-förmige Gestalt, umfaßt die seitliche Endfläche und ist mit Widerstandselement 14 verbunden. Die untere Schicht 18a besteht aus einem Metall mit guten Adhäsionseigenschaften auf dem Widerstandsfilm 14 z. B. Cr, Ti, Ni-Cr-Legierung mit 30 Gewichtsprozenten Cr oder mehr. Die mittlere Schicht 18b besteht aus einem Metall mit guten Widerstandseigenschaften gegen den Lötvorgang, z. B. Ni, Ni-Cr- Legierung, Ag-Ni-Legierung, Sn-Ni-Legierung. Die obere Schicht 18c besteht aus einem Metall mit guten Löteigenschaften wie z. B. Ag, Pb-Sn-Legierung, Sn. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen die Schichten 18a, 18b und 18c vorzugsweise aus Cr, Ni bzw. Ag. Zusätzlich enthält der Widerstand der vorliegenden Ausführung eine erste Schutzschicht 20, die auf die Oberfläche des Widerstandsfilms 14 aufgebracht ist und aus einem Kunstharz besteht. Darüber hinaus ist eine zweite Schutzschicht 22 über der Schutzschicht 20 gebildet und besteht aus Kunstharz oder Glas. Diese Schichtschichten schützen den Widerstandsfilm 14.

Nachfolgend soll die Herstellung des vorstehend beschriebenen Widerstandes in Chip-Form anhand der Fig. 2 bis 6 beschrieben werden.

Zuerst wird ein plattenförmiges, isolierendes Substratmaterial 24 bereitgestellt, das mit einer Mehrzahl von schlitzförmigen Aussparungen 26 versehen ist, die parallel zueinander in bestimmten Abständen angeordnet sind. Das Substratmaterial 24 wird durch die Aussparungen 26 in eine Mehrzahl von stabförmigen Abschnitten 28 eingeteilt, die an ihren Enden jedoch noch zusammenhängen. Dann wird das Substratmaterial 24 einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um die Oberflächen zu reinigen. Dieses plattenförmige Substratmaterial ist in Fig. 2 gezeigt.

Wie dann in Fig. 3 zu sehen ist, werden auf jeden der stabförmigen Abschnitte 28 Widerstandselemente 14 aus RuO₂ in bestimmten Abständen durch Dickfilmtechnik aufgebracht. Insbesondere wird RuO₂ enthaltende Widerstandspaste auf jede der stabförmigen Abschnitte 28 in bestimmten Abständen durch Siebdruck aufgebracht und dann einem Trocken- und Brennvorgang unterworfen, um die Widerstandselemente 14 zu bilden. Die Brenntemperatur liegt z. B. bei 850°C.

Anschließend werden, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, die Anschlußelektroden 16 an den seitlichen Begrenzungsflächen der Aussparungen (26) in vorbestimmten Abständen durch Aufbringen der Metallschichten 18a, 18b und 18c aus CR, Ni bzw. Ag in der entsprechenden Reihenfolge in Dünnfilmtechnik gebildet, wie z. B. durch Sputtern, Ionen-Plattierung, P-CVD oder dergleichen. Jeder der Metallschichten 18a, 18b und 18c (siehe Fig. 5) hat eine im wesentlichen C-förmige Gestalt, so daß die seitlichen Begrenzungsflächen der Aussparungen (26) abgedeckt werden. Ein oberes Ende davon deckt ein Ende der Widerstandselemente 14 ab und ein unteres Ende davon erreicht einen Teil einer unteren Oberfläche der stabförmigen Abschnitte 28. Die Anschlußelektroden 16 werden also in einem trockenen Verfahren bei niedriger Temperatur gebildet. Anschließend wird die erste Schutzschicht 20 auf der offenen Oberfläche der Widerstandselemente 14 aufgebracht.

Danach wird das mit Widerstandselementen 14 und Anschlußelektroden 16 versehene Substratmaterial 24 auf eine Trägerplatte 30 aufgeklebt (siehe Fig. 6), und jeder der stabförmigen Abschnitte 28 wird quer verlaufende Trennschnitte in Widerstände 10 in Chip-Form eingeteilt. Es entsteht somit eine Widerstandsanordnung 32 in Chip-Form, die eine Mehrzahl von Widerständen 10 in vorbestimmten Abständen in Querrichtung zur Fig. 6 enthält. Die Chip-förmigen Widerstände 10 werden in der Widerstandsanordnung 32 in ihren Widerstandswerten justiert, und anschließend wird die zweite Schutzschicht 22 auf jeden der Widerstände 10 aufgebracht. Die so präparierten Widerstände können in dieser Anordnung an die Kunden ausgeliefert werden. Zum Montieren der Chip-förmigen Widerstände 10 auf eine gedruckte Schaltungsplatine werden die Widerstände von der Trägerplatte 30 entfernt und anschließend in ein Magazin oder ein Trägerband gegeben.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform eines Widerstandes 10 in Chip-Form. Er enthält ein isolierendes Substrat 12 und ein auf diesem angeordnetes Widerstandselement 14, das sich über einen Teil einer unteren Oberfläche, beide seitlichen Endflächen und die obere Oberfläche des Substrats 12 erstreckt. Das Substrat 12 kann aus Aluminiumoxid oder dergleichen bestehen wie in der Ausführungsform nach Fig. 1. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Widerstandselemente 14 in Dünnfilmtechnik aufgebracht, wie z. B. durch Aufbringung im Vakuum, Sputtern, Ionen-Plattierung oder dergleichen. Der Widerstand 10 enthält ebenfalls eine Anschlußelektrode 16, die aus einem an jeder der seitlichen Endflächen des Substrats 12 aufgebrachten Film besteht. Die Anschlußelektrode 16 ist hierbei ebenfalls, wie oben beschrieben, in Dünnfilmtechnik aufgebracht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Anschlußelektrode 16 nur aus einem einschichtigen Film. Auf der außenliegenden Oberfläche des Widerstandselementes 14 ist eine Schutzschicht 34 aufgebracht, die aus Kunstharz oder Glas besteht.

Nachfolgend soll nun die Herstellung des Widerstandes 10 in Chip-Form nach Fig. 7 anhand der Fig. 8 bis 15 beschrieben werden.

Wie Fig. 8 zeigt, wird zuerst plattenförmiges Substratmaterial aus Isoliermaterial, z. B. aus Aluminiumoxyd oder dergleichen, in eine Mehrzahl von stabförmigen Substrat-Abschnitten 36 geteilt, und zwar mittels eines Trennblattes 38. Das Trennblatt hat an seiner Spitze vorzugsweise eine abgerundete Form, um auf diese Weise abgerundete obere Kanten an den stabförmigen Substrat- Abschnitten 36 zu erhalten (siehe Fig. 8 und 9). Wären die Kanten scharf, so könnte eine für ein nachfolgendes Ätzverfahren aufgebrachte Resistschicht brechen. Die Bildung von abgerundeten Kanten 40 verhindert eine solche Beschädigung der Resistschicht. Es ist jedoch auch möglich, solche abgerundeten Kanten in einem Extrusionsverfahren herzustellen. Es können alle Kanten der Substrat-Abschnitte 36 abgerundet sein.

Wie dann Fig. 10 zeigt, werden die stabförmigen Abschnitte 36 umgedreht und auf ihrer unteren Oberfläche 44 mit einer Maske 42 versehen. Ein Metall mit hohem Widerstand, wie z. B. eine Ni-Cr-Legierung, wird dann von einem Tiegel 46 aus auf einer Oberfläche der Substrat-Abschnitte 36 ausgedampft, ausgenommen jedoch die Fläche, die durch die Maske 42 abgedeckt ist. Das Aufdampfen erfolgt z. B. durch ein Vakuumverfahren, durch Sputtern, Ionen-Plattierung oder dergleichen. Auf diese Weise wird ein Widerstandsfilm 47 gebildet, der nicht nur die obere Oberfläche 48 und beide seitlichen Begrenzungsflächen 50 der Abschnitte 36 abdeckt, sondern sich darüber hinaus auf einen Teil der unteren Oberfläche 44 erstreckt, die an die seitlichen Begrenzungsflächen 50 angrenzt (siehe Fig. 11). Die Adhäsion des Widerstandsfilms 47 hängt von der Zusammensetzung des Metalls des Filmes ab. Wird für den Film 47 eine Ni-Cr- Legierung verwendet, so enthält diese vorzugsweise 30 oder mehr Gewichtsprozente Cr.

Danach wird, wie in Fig. 12 gezeigt, auf den Widerstandsfilm 47 in Dünnfilmtechnik ein Elektrodenfilm 52 aufgebracht. Der Elektrodenfilm 52 kann aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder dergleichen bestehen. Die Bildung des Elektrodenfilms 52 kann im wesentlichen in der gleichen Weise ausgeführt werden wie die Bildung des Widerstandsfilms 47.

Anschließend werden, wie in Fig. 13 gezeigt, die stabförmigen Abschnitte 36 auf eine flache Grundplatte 54 gelegt und auf jede der seitlichen Endflächen 50 eine Resistschicht aufgebracht, um diese zu umschließen. Dann wird ein nicht benötigter Teil des Elektrodenfilms 52, der nicht durch die Restistschicht 56 abgedeckt ist, durch einen Ätzvorgang entfernt, so daß Anschlußelektrode 16 mit im wesentlichen C-förmiger Form an jeder der seitlichen Begrenzungsflächen 50 und den danebenliegenden Teilen gebildet werden, siehe Fig. 14. Danach werden nicht erforderliche Teile des Widerstandsfilms 47 auf ähnliche Weise durch Ätzen entfernt, so daß eine Mehrzahl von Widerstandselementen 14 entsteht, von denen jedes einen vorbestimmten Widerstand und ein vorbestimmtes Muster aufweist, wie Fig. 15 zeigt.

Schließlichwerden die stabförmige Substrat-Abschnitte 36 in eine Mehrzahl von Substrat-Einheiten 12 zerteilt, und zwar entsprechend den gestrichelten Linien in Fig. 15. Danach wird die Schutzschicht 34 auf jede der Substrat-Einheiten 12 aufgebracht, so daß eine Mehrzahl von Widerständen 10 in Chip-Form entsprechend der Fig. 7 entsteht. Ein solcher Chip-Widerstand enthält das isolierende Substrat 12, das Widerstandselement 14, das sich über das Substrat 12 in Dünnfilmtechnik zusammenhängend erstreckt, um einen Teil der unteren Oberfläche des Substrats, die obere Oberfläche und die seitlichen Begrenzungsflächen bedeckt, und auf dem Widerstandelement 14 sind in Dünnfilmtechnik die Anschlußkelektroden 16 aufgebracht und bedecken beide seitlichen Endflächen des Substrates 12.

In der Ausführungsform nach Fig. 8-15 wird stabförmiges Substratmaterial benutzt. Es ist jedoch auch schon möglich, geschlitztes Substratmaterial, wie in Fig. 2 gezeigt, für diese Ausführungsform zu verwenden. In einem solchen Fall werden die stabförmigen Abschnitte 28 zwischen zwei nebeneinanderliegenden Aussparungen 26 den Behandlungsschritten nach den Fig. 10 bis 15 unterworfen und dann zerteilt, um die Chip-Widerstände 10 zu erhalten.

Claims

1.Verfahren zur Herstellung von Widerständen (10) in Chip-Form, bei dem auf einem isolierenden, stabförmigen Substratmaterial (24) eine Mehrzahl von Widerstandselementen (14) mit Anschlußelektroden (16) in Dünnfilmtechnik an den Endflächen aufgebracht und die einzelnen Widerstandselemente (14) voneinander getrennt werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Herstellung eines plattenförmigen Substratmaterials (24) mit einer Mehrzahl von schlitzförmigen Aussparungen (26), die in bestimmten Abständen parallel zueinander verlaufen und zwischen sich eine Mehrzahl von stabförmigen Abschnitten (28) bilden;
b) Aufbringen des Widerstandsmaterials als Widerstandselemente (14) an bestimmten Positionen der oberen Oberfläche jedes der stabförmigen Abschnitte (28) des Substratmaterials (24);
c) Aufbringen der Anschlußelektroden (16) in Dünnfilmtechnik an den seitlichen Begrenzungen der Aussparungen (26) derart, daß die Anschlußelektroden (16) im wesentlichen C-förmig ausgebildet sind und sich mit ihren einen Enden auf die obere Oberfläche (48) und mit ihren anderen Enden auf die untere Oberfläche (44) jedes stabförmigen Abschnitts erstrecken und mit dem Widerstandsmaterial (14) verbunden sind;
d) Aufteilen der nebeneinander liegenden, noch integral miteinander zusammenhängenden stabförmigen Abschnitte (28) durch quer verlaufende Trennschnitte in einzelnen Widerstände (10) in Chip- Form.

2. Verfahren zur Herstellung von Widerständen (10) in Chip-Form, bei dem auf einem isolierenden, stabförmigen Substratmaterial (36) eine Mehrzahl von Widerstandselementen (14) mit Anschlußelektroden (16) in Dünnfilmtechnik an den Endflächen aufgebracht und die einzelnen Widerstandselemente (14) voneinander getrennt werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Herstellung von stabförmigen Abschnitten (36) aus einem plattenförmigen Substratmaterial;
b1) Aufbringen eines Widerstandsfilms (47) in Dünnfilmtechnik auf die stabförmigen Abschnitte (36) des Substratmaterials, wobei der Widerstandsfilm (47) die obere Oberfläche (48), beide seitlichen Begrenzungsflächen sowie die angrenzenden Teile der unteren und oberen Oberfläche der stabförmigen Abschnitte der schlitzförmigen Aussparungen und einen Teil der unteren Oberfläche (44) der stabförmigen Abschnitte (36) durchgehend bedeckt;
c1) Aufbringen eines Elektrodenfilms (52) in Dünnfilmtechnik auf den Widerstandsfilm (47);
c2) Ätzen des Elektrodenfilms (52) zur Bildung von Anschlußelektroden (16), die eine im wesentlichen C-förmige Form aufweisen und die seitlichen Begrenzungsflächen sowie die angrenzenden Teile der unteren und unteren Oberfläche der stabförmigen Abschnitte bedecken;
b2) Ätzen des Widerstandsfilms (47) zur Bildung eines vorbestimmten Musters von Widerstandselementen (14); und
d) Aufteilen der stabförmigen Abschnitte (36) des Substratmaterials in eine Mehrzahl von Chip-förmigen Widerständen (10) in Chip-Form.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial (14) in Dickfilmtechnik aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial (14) in Dünnfilmtechnik aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden (16) als Dreischichten- Film (18a, 18b, 18c) aufgebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreischichten-Film (18a, 18b, 18c) besteht aus

a) einer auf den Widerstandselementen (14) aufgebrachten Haftschicht (18a), vorzugsweise aus Cr;
b) einer auf der Haftschicht (18a) aufgebrachten gegen einen Lötvorgang widerstandsfähigen Schicht (18b), vorzugsweise aus Ni; und
c) einer auf der widerstandsfähigen Schicht (18b) aufgebrachten Schicht (18c) mit guten Löteigenschaften, vorzugsweise aus Ag.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Substratmaterial (24) mit den stabförmigen Abschnitten (28, 36) vor dem Aufteilen in einzelne Widerstände auf eine Trägerplatte (30) aufgeklebt wird.