JP5262159B2 - 薄膜チップ抵抗器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器に用いられる薄膜チップ抵抗器の製造方法に関するものである。

近年、電子機器の小形化およびコストダウンに伴い、搭載される電子部品に対しても小形化およびコストダウンへの要求が高まっている。チップ抵抗器においても小形化が進められるとともに、高精度でかつ電流雑音特性に優れた薄膜チップ抵抗器を安価に提供する要求が高まっている。

従来の薄膜チップ抵抗器は、図４に示すように、純度約９６％のアルミナからなる絶縁基板１の裏面の両端部に形成した一対の裏面電極２と、前記絶縁基板１の上面の両端部に形成した一対の第１上面電極３と、この一対の第１上面電極３と電気的に接続されるようにスパッタリングにより成膜した後フォトリソ工法を用いて所望の形状にパターニングしたニッケルクロム合金等からなる抵抗体４と、この抵抗体４の一部を覆う保護膜５（第１の保護膜５ａ、第２の保護膜５ｂ、第３の保護膜５ｃ）と前記上面電極３および前記抵抗体４と電気的に接続され、かつ前記保護膜５と接するように前記絶縁基板１の上面の両端部に形成した銀系の樹脂からなる一対の第２上面電極６と、この第２上面電極６と前記裏面電極２を電気的に接続するように前記絶縁基板１の両端部に形成した一対の端面電極７と、この端面電極７と前記第２上面電極６と前記裏面電極２の露出部分に形成されたニッケルめっき層８と、このニッケルめっき層８を覆う錫めっき層９とを備えた構成としていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られており、これに記載の従来の薄膜チップ抵抗器においては、抵抗体４のみを薄膜で形成し、かつそれ以外の主要な構成要素、すなわち裏面電極２、第１上面電極３、第２上面電極６および端面電極７はすべて導電性ペーストを用いたスクリーン印刷等の厚膜プロセスによって形成しているため、抵抗体以外の主要な構成要素（電極等）を薄膜で形成する場合に比べて安価に製造することができ、また、抵抗体４に形成した貫通孔を通じて第１上面電極３と第２上面電極６で抵抗体４をサンドイッチすることにより、薄膜からなる抵抗体４と厚膜からなる第１上面電極３および第２上面電極６との密着性を向上させることができるという特徴を有していた。
特開２００２−６４００２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来の薄膜チップ抵抗器の製造方法においては、第１上面電極３と第２上面電極６とを相互に密着させるために抵抗体４に設けられる貫通孔を、フォトリソ工法を用いて抵抗体４のパターニングを行う際に同時に形成しているため、第１上面電極３に金等の酸化しにくい材料を用いた場合には、第１上面電極３上に位置する抵抗体４の一部をエッチングで除去する際に、貴金属である第１上面電極３と卑金属である抵抗体４との間で局部電池反応が進行して、第１上面電極３上に位置する抵抗体４が過エッチングとなり、第１上面電極３に近接する部分の抵抗体パターンに影響して所望の薄膜抵抗体パターンの形状が得られず、初期抵抗値の段階で不良が生じるため、それ以降の物づくりができないものであった。一方、過エッチングによる不良を出さないようにエッチング量を控えめにした場合には、抵抗体４に貫通孔が十分に形成されず第１上面電極３が露出しないため、抵抗体４の表面に存在するごく薄い酸化皮膜が影響して第２上面電極６と第１上面電極３の電気的なコンタクトを得ることができず、第２上面電極６上にプローブを接触させて抵抗値の精密な修正（トリミング）を行う際に、トリミング時の抵抗値の測定と完成品検査時の抵抗値の測定との間に誤差が生じて、抵抗値許容差が±０．１％以下の高精度の抵抗器を製造する場合に歩留りが悪化するものであった。また、抵抗体４のパターンと貫通孔をマスクスパッタ工法で同時に形成する方法も考えられるが、マスクスパッタ工法で用いられるメタルマスクの厚みは通常５０〜３００μｍであり、このような厚みを有するメタルマスクを用いたマスクスパッタ工法では、線幅が１０〜２０μｍでラダーエリアと微調整エリアを兼ね備えた抵抗体パターンを形成することが困難であった。さらに、第１上面電極３と第２上面電極６が直接コンタクトするために設けられる第１上面電極３の露出部分が現れるように、マスクスパッタ工法で抵抗体材料となる薄膜を形成した後にフォトリソ工法で別途抵抗体パターンを形成する方法や、第１上面電極３の露出部分を形成する工程と抵抗体パターンを形成する工程でそれぞれ別個にフォトリソ工法を実施する方法も考えられるが、工数が増えたり温度特性のばらつきが大きくなる等コストアップや精度低下につながるものであった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、抵抗値精度の高い薄膜チップ抵抗器を少ない工数で安価に製造することができる薄膜チップ抵抗器の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、シート状の絶縁基板の上面に貴金属からなる複数の薄膜上面電極を形成する工程と、前記シート状の絶縁基板のほぼ全面に薄膜プロセスで導体を形成した後フォトリソプロセスで抵抗体パターンを形成することによって複数の薄膜抵抗体を形成する工程と、前記薄膜抵抗体における前記薄膜上面電極と重なる部分を覆うように導体樹脂ペーストを印刷することにより複数の導体樹脂上面電極を形成する工程と、前記抵抗体パターンにレーザートリミングを施すことにより抵抗値を調整する工程とを備え、前記薄膜抵抗体における前記薄膜上面電極と重なる部分にレーザーにより複数の孔を設けて前記薄膜上面電極を露出させ、かつこの複数の孔を介して前記薄膜上面電極と前記導体樹脂上面電極とを電気的に接続するように構成したもので、この製造方法によれば、前記薄膜抵抗体における前記薄膜上面電極と重なる部分にレーザーにより複数の孔を設けて前記薄膜上面電極を露出させ、かつこの複数の孔を介して前記薄膜上面電極と前記導体樹脂上面電極とを電気的に接続するように構成しているため、従来のようにフォトリソ工法を用いて薄膜抵抗体のパターニングを行うと同時に貫通孔を形成するようにしたものに比べて、レーザーを用いることにより、所望の位置に所望の大きさの孔を迅速にかつ確実に形成することができ、また、レーザーにより設けられた複数の孔を介してトリミングプローブが接する導体樹脂上面電極と、表面が酸化しにくい貴金属からなる薄膜上面電極とは直接接することになるため、抵抗値の測定が薄膜抵抗体の表面に存在する酸化皮膜の影響を受けることはなくなり、これにより、トリミング時の抵抗値と完成抵抗値との誤差がほとんどなくなるため、抵抗値精度の高い薄膜チップ抵抗器が少ない工数で安価に得られるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の薄膜チップ抵抗器の製造方法は、薄膜抵抗体における薄膜上面電極と重なる部分にレーザーにより複数の孔を設けて前記薄膜上面電極を露出させ、かつこの複数の孔を介して前記薄膜上面電極と導体樹脂上面電極とを電気的に接続するように構成しているため、従来のようにフォトリソ工法を用いて薄膜抵抗体のパターニングを行うと同時に貫通孔を形成するようにしたものに比べて、レーザーを用いることにより、所望の位置に所望の大きさの孔を迅速にかつ確実に形成することができ、また、トリミングプローブが接する導体樹脂上面電極と、表面が酸化しにくい貴金属からなる薄膜上面電極とは、レーザーにより設けられた前記複数の孔を介して直接接することになり、これにより、抵抗値の測定が薄膜抵抗体の表面に存在する酸化皮膜の影響を受けることはなくなるため、トリミング時の抵抗値と完成抵抗値との誤差はほとんどなくなり、これにより、抵抗値精度の高い薄膜チップ抵抗器が少ない工数で安価に得られるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態における薄膜チップ抵抗器の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における薄膜チップ抵抗器の断面図である。この図１において、１１は純度９６％のアルミナからなる絶縁基板、１２は絶縁基板１１の上面の両端部に形成された一対の薄膜上面電極、１３は薄膜上面電極１２の少なくとも一部を覆い、かつこの薄膜上面電極１２と電気的に接続された薄膜抵抗体で、この薄膜抵抗体１３には薄膜上面電極１２が露出するように孔１４が設けられているものである。１５は薄膜上面電極１２と孔１４を覆うように形成された一対の導体樹脂上面電極、１６は薄膜抵抗体１３のすべてと導体樹脂上面電極１５の一部を覆うように形成された保護膜、１７は絶縁基板１１の裏面の両端部に形成された一対の裏面電極、１８は薄膜上面電極１２、導体樹脂上面電極１５および裏面電極１７と電気的に接続される一対の端面電極、１９は導体樹脂上面電極１５、裏面電極１７および端面電極１８の表面を覆うニッケルめっき層、２０はニッケルめっき層１９の表面を覆う錫めっき層である。

次に、本発明の一実施の形態における薄膜チップ抵抗器の製造方法を図１の断面図、図２（ａ）〜（ｄ）および図３（ａ）〜（ｄ）の製造工程図にもとづいて説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、純度９６％のアルミナからなる絶縁基板１１の上面の両端部に、空気中で酸化しにくい貴金属材料、例えば金を主成分とする金属有機物ペーストをスクリーン印刷して乾燥させ、その後、金属有機物ペーストの有機成分だけを飛ばし、そして金属成分だけを絶縁基板１１上に焼き付けるために、ベルト式連続焼成炉によって６００〜９００℃で焼成し、薄膜上面電極１２を形成する。ここで図２（ａ）には、薄膜チップ抵抗器の個片サイズである長辺がＬ（ｍｍ）で短辺Ｗ（ｍｍ）の矩形状の絶縁基板１１が示されており、以下の製造工程の説明でもこの個片サイズの絶縁基板１１を用いて説明しているが、実際の製造工程では、この個片サイズの絶縁基板１１を多数個縦横に得ることができるシート状の絶縁基板を用いて、後述する端面電極の形成工程前にシート状の絶縁基板を短冊状または個片状に分割しているものである。なお、この薄膜上面電極１２を構成する材料は金系の材料に限定されるものではなく、空気中で酸化しにくい他の貴金属材料、例えば銀、白金、イリジウムやそれらの合金を用いてもよいものである。

次に、図２（ｂ）に示すように、絶縁基板１１のほぼ全面にスパッタリング等の薄膜プロセスを用いてニッケルクロム合金等からなる薄膜導体を形成した後、フォトリソプロセスを用いて薄膜導体の不要部分を除去した抵抗体パターンを形成することにより、薄膜抵抗体１３を形成する。ここで、図２（ｂ）に示す薄膜抵抗体１３のパターンは線幅が１０〜２０μｍと細く、ラダーエリア（粗調整エリア）と微調整エリアを兼ね備えた複雑な形状であるため、マスクスパッタ工法で形成することは困難なものであり、そのため、薄膜抵抗体１３のパターンはフォトリソプロセスを用いて形成することが必要となるものである。なお、この薄膜抵抗体１３を構成する材料はニッケルクロム系合金に限定されるものではなく、要求される特性に応じて他の材料、例えば窒化タンタル系、クロムシリコン系、酸化タンタル系等の抵抗体として使用できる金属合金やその複合体を用いてもよいものである。

次に、図２（ｃ）に示すように、薄膜抵抗体１３における薄膜上面電極１２と重なる部分にレーザーを当てて複数の孔１４を設けることにより、薄膜上面電極１２の表面を露出させる。ここで、ビーム径や出力を制御したレーザーを薄膜抵抗体１３に当てることによって所望の位置に所望の大きさの孔１４を迅速にかつ確実に形成することができるため、後述する導体樹脂上面電極と薄膜上面電極１２の電気的コンタクトも良好となるものである。なお、図１の断面図においては、孔１４は薄膜上面電極１２の厚み方向の一部を除去するように形成されているが、この孔１４は薄膜上面電極１２の厚み方向のすべてを除去して絶縁基板１１の一部に達するように形成してもよいものである。この場合は、後述する導体樹脂上面電極と薄膜上面電極１２の電気的コンタクトは、孔１４の側面を介して確保されるものである。

次に、図２（ｄ）に示すように、孔１４を覆い、かつ薄膜上面電極１２と電気的に接続されるように、導体樹脂上面電極１５をその厚みが３μｍ以上２０μｍ以下となるように形成する。この導体樹脂上面電極１５は、例えばエポキシ系等の樹脂と銀等の導電性粒子の混合体からなる導電性樹脂ペーストを印刷して硬化させることにより形成するものであり、ガラスフリットと導電性粒子を混合焼成した電極材料と比較した場合、鉛を含まず製造プロセスの温度も低くできるため、環境保護の観点からも優れているものである。

次に、図３（ａ）に示すように、薄膜抵抗体１３にレーザートリミングを施すことにより、薄膜抵抗体１３の抵抗値の調整を行う。ここで、レーザートリミングを施す際には、抵抗値測定用のプローブを導体樹脂上面電極１５上に配置するため、このプローブが接する導体樹脂上面電極１５と薄膜上面電極１２とが直接接することによって、抵抗値の測定において薄膜抵抗体１３の表面に存在する酸化皮膜の影響を受けることはほとんどなくなり、これにより、トリミング時の抵抗値と完成抵抗値との誤差もほとんどなくなるため、抵抗値精度が±０．１％以下である高精度品が迅速にかつ確実に生産できるものである。なお、薄膜抵抗体１３にレーザートリミングを施す前に、マスクスパッタ工法を用いて、酸化ケイ素やアルミナ等の高絶縁性材料からなる無機保護膜（図示せず）を、薄膜抵抗体１３を覆うように５０ｎｍ〜１０μｍの厚みで形成してもよいものである。

また、レーザートリミング時に抵抗値を計測するプローブが接触する導体樹脂上面電極１５の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下となるようにすることが適当である。なぜならば、導体樹脂上面電極１５の厚みが３μｍより薄い場合は、プローブが導体樹脂上面電極１５の内部を傷つけたり貫通することによって、プローブと導体樹脂上面電極１５との接触が不安定になるため、抵抗値の測定が安定しないものであり、一方、導体樹脂上面電極１５の厚みが２０μｍより厚い場合は、導体樹脂上面電極１５の厚み方向の抵抗値が大きくなるため、それに伴う抵抗値の変動により薄膜チップ抵抗器の抵抗値測定精度が安定しなくなるものである。なお、レーザートリミング工程の終了後に、必要に応じて絶縁基板１１を水系またはアルコール系の洗浄液を用いて超音波洗浄することによってレーザートリミング工程において発生した滓を除去する洗浄工程を設けるようにしてもよいものである。

次に、図３（ｂ）に示すように、薄膜抵抗体１３のすべてと導体樹脂上面電極１５の一部を覆うように熱硬化性樹脂ペーストを印刷して硬化させることにより保護膜１６を形成する。この保護膜１６には、必要に応じて抵抗値等の特性を表示する捺印や薄膜チップ抵抗器の方向性判別に用いる認識マークを印刷する。この保護膜１６は導体樹脂上面電極１５と重なる寸法を２００μｍ以下とするのが好ましい。なぜならば、保護膜１６における導体樹脂上面電極１５と重なる寸法が２００μｍを越える場合は、保護膜１６と導体樹脂上面電極１５の重なっている部分に後述するニッケルめっき層と錫めっき層が付かないため、保護膜１６と導体樹脂上面電極１５の重なっている部分において導体樹脂上面電極１５の抵抗値が薄膜チップ抵抗器の完成抵抗値に直列に加わることになって、特に低い抵抗値において薄膜チップ抵抗器の完成抵抗値の精度ならびにＴＣＲの精度を保証することが困難になるからである。

次に、図１および図３（ｃ）に示すように、絶縁基板１１の裏面に裏面電極１７を形成した後、薄膜上面電極１２、導体樹脂上面電極１５および裏面電極１７とそれぞれ電気的に接続されるように絶縁基板１１の両端面に端面電極１８を形成する。この端面電極１８は、例えばエポキシ系等の樹脂と銀、ニッケル、カーボン等の導電性粒子の混合体からなる導電性樹脂ペーストを塗布して硬化させることにより形成するものであり、この場合、鉛を含まないため、環境保護の観点からも優れており、また、端面電極１８をスパッタ等の薄膜で形成する場合と比べて安価に製造できるものである。

最後に、図１および図３（ｄ）に示すように、はんだ付け時の信頼性を確保するために、絶縁基板１１の上面、裏面および端面の露出した電極部分にニッケルめっき層１９を形成し、さらにこのニッケルめっき層１９を覆うように錫めっき層２０を形成することにより、本発明の一実施の形態における薄膜チップ抵抗器は製造されるものである。なお、上記したニッケルめっき層１９を形成する前に銅あるいは銅系合金等の低抵抗率の材料をめっきするようにすれば、めっき部分の抵抗値を下げることができるため、薄膜チップ抵抗器の完成抵抗値精度をさらに上げることが可能となるものである。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施の形態における薄膜チップ抵抗器の製造方法においては、薄膜抵抗体１３における薄膜上面電極１２と重なる部分にレーザーにより複数の孔１４を設けて前記薄膜上面電極１２を露出させ、かつこの複数の孔１４を介して前記薄膜上面電極１２と導体樹脂上面電極１５とを電気的に接続するようにしているため、トリミングプローブが接する導体樹脂上面電極１５と、表面が酸化しにくい貴金属からなる薄膜上面電極１２とは、レーザーにより設けられた前記複数の孔１４を介して直接接することになり、これにより、抵抗値の測定が薄膜抵抗体１３の表面に存在する酸化皮膜の影響を受けることはほとんどなくなるため、トリミング時の抵抗値と完成抵抗値との誤差はほとんどなくなり、これにより、抵抗値精度の高い薄膜チップ抵抗器が少ない工数で安価に製造できるものである。

なお、上記本発明の一実施の形態においては、１個の薄膜チップ抵抗器に一対の薄膜上面電極１２および１個の薄膜抵抗体１３を有する構成について説明したが、この構成に限定されるものではなく、１個の薄膜チップ抵抗器に複数対の薄膜上面電極１２および複数個の薄膜抵抗体１３を有する多連またはネットワークタイプの構成のものにも、本発明は適用できるものである。

本発明に係る薄膜チップ抵抗器の製造方法は、薄膜抵抗体における薄膜上面電極と重なる部分にレーザーにより複数の孔を設け、かつこの複数の孔を介して薄膜上面電極と導体樹脂上面電極とを電気的に接続するように構成することにより、トリミング時の抵抗値と完成抵抗値の誤差が低減されるようにしたものであり、特に抵抗値精度が±０．１％以下である高精度の薄膜チップ抵抗器の製造方法において有用なものである。

本発明の一実施の形態における薄膜チップ抵抗器の断面図 （ａ）〜（ｄ）同薄膜チップ抵抗器の製造方法を示す製造工程図 （ａ）〜（ｄ）同薄膜チップ抵抗器の製造方法を示す製造工程図 従来の薄膜チップ抵抗器の断面図

符号の説明

１１ 絶縁基板
１２ 薄膜上面電極
１３ 薄膜抵抗体
１４ 孔
１５ 導体樹脂上面電極

Claims (1)

1. シート状の絶縁基板の上面に貴金属からなる複数の薄膜上面電極を形成する工程と、前記シート状の絶縁基板のほぼ全面に薄膜プロセスで導体を形成した後フォトリソプロセスで抵抗体パターンを形成することによって複数の薄膜抵抗体を形成する工程と、前記薄膜抵抗体における前記薄膜上面電極と重なる部分を覆うように導体樹脂ペーストを印刷することにより複数の導体樹脂上面電極を形成する工程と、前記抵抗体パターンにレーザートリミングを施すことにより抵抗値を調整する工程とを備え、前記薄膜抵抗体における前記薄膜上面電極と重なる部分にレーザーにより複数の孔を設けて前記薄膜上面電極を露出させ、かつこの複数の孔を介して前記薄膜上面電極と前記導体樹脂上面電極とを電気的に接続するように構成した薄膜チップ抵抗器の製造方法。

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