JP2007074005A - 多層の抵抗材料を有する抵抗構成要素 - Google Patents

Abstract

【課題】銅箔で構成され、いろいろに異なる抵抗値を有する抵抗箔を提供する。
【解決手段】５Åと７０Åの間の厚さの中間層１８を銅層１２の第一の面に配置する。５０Åと２μｍの間の厚さの第一抵抗金属である第一の層１４を中間層１８上に配置して、さらに５０Åと２μｍの間の厚さの第二抵抗金属である第二の層１６を第一抵抗金属である第一の層１４上に配置する。第一抵抗金属１４と第二抵抗金属１６とは抵抗値が異なる。
【選択図】図２

Description

本発明は多層のプリント回路基板に関し、特に、埋め込まれた抵抗層で基板を形成するのに使用できる抵抗要素に関する。

プリント回路基板の基本要素は銅箔シートを接着した絶縁層である。１つ以上のエッチング工程を含む除去工程を通して、銅箔の一部分がエッチング除去されて特定の導線パターンが残され、絶縁層の表面に要素が形成される。多層プリント回路基板はプリント回路を有する２つ以上の前記絶縁層を積層結合することによって形成される。多くのプリント回路基板には類似した特性の分離した構成要素となるパターン構成要素を含む導体層が含まれる。このような分離した構成要素の１つに抵抗箔から形成される抵抗要素がある。抵抗要素は基本的には１つの面に付着した抵抗材料、典型的には金属または金属合金、の薄い層を有する銅箔である。抵抗箔は抵抗材料側を絶縁基板に接着して絶縁基板に取付ける。従来知られているマスクやエッチング技術を使用して銅箔や抵抗材料はエッチング除去され、絶縁物表面上に抵抗材料のある銅の配線が生じる。銅層の領域は除去されて２つの分離した銅端部を接続する面には抵抗材料のみが残る。抵抗層を形成する材料は典型的には銅よりも電気伝導度が小さいので、銅配線を分離する端部間の抵抗器として本質的に作用する。抵抗層の厚さと幅は銅トレースの端部間に配置された抵抗層の長さと同様に、このように形成された抵抗要素の抵抗値に影響する。
特開昭５３−７８０５０号公報 国際公開第００／５５９０８号公報 特開昭５９−１８２５９２号公報 特開平０５−２０５９０４号公報

本発明は従来知られた抵抗箔に対する改良であり、銅層上に多層の抵抗材料を有する抵抗箔を備え、これによっていろいろな抵抗値を有するいろいろな異なる抵抗要素の形成を容易にするものである。

本発明の好ましい実施の形態によれば、第一の面と第二の面を有する銅層を含む抵抗箔が設けられる。５Åと７０Åの間の厚さを有する中間層を銅層の第一の面に備える。５０Åと２μｍの間の厚さを有する第一抵抗金属である第一の層が中間層上にあり、５０Åと２μｍの間の厚さを有する第二抵抗金属である第二の層が第一抵抗金属である第一の層の上にある。第一抵抗金属は第二抵抗金属とは異なる抵抗値を有する。

本発明の別の実施の形態によれば、プリント回路基板上に抵抗要素を形成する方法であり、
ａ）第一の面と第二の面を有する銅層と、
銅層の第一の面上に５Åと７０Åの間の厚さを有する中間層と、
中間層上の第一抵抗金属である第一の層と、
第一抵抗金属である第一の層上に第二抵抗金属である第二の層とからなり、第一抵抗金属の抵抗値は第二抵抗金属の抵抗値と異なり、第二抵抗金属である第二の層を絶縁基板の方に向けて抵抗箔を絶縁基板に接着する工程と、
ｂ）絶縁基板上に抵抗箔で回路配線を形成する工程と、
ｃ）銅層と中間層の一部を回路配線から除去して抵抗金属である第一および第二の層からなる回路配線の領域を形成する工程
とから構成される。

これらは付帯する図面をともなう好ましい実施の形態についての以下の説明および特許請求の範囲によって明白となる。

２つの層からなる抵抗材料を一方の面に付着した銅箔を形成して、抵抗材料の側を絶縁基板の方に向けて絶縁基板に付着させた後、マスクおよびエッチングにより、所定の領域において銅箔のみまたは銅箔と抵抗金属のうちの１つの層を除去することによって、いろいろに異なる抵抗値を有する抵抗箔が容易に作り出せる。

本発明はプリント回路基板に抵抗要素を埋め込んで形成したものを使用する抵抗箔に関する。広義には、抵抗箔は抵抗材料を２層以上使用した抵抗銅箔で形成される。抵抗材料は好ましくは金属で形成される。ここで使用する用語「金属」は、これから説明する方法による真空蒸着が可能な金属や合金を意味する。

本発明で使用する銅箔は２つのいずれかの技術を使用して作ることができる。鍛造や圧延の銅箔は銅や銅合金のストリップまたはインゴットを圧延などの工程によって機械的に減厚して製造する。電着箔は溶液の銅イオンを回転陰極ドラム上に電解付着させた後、陰極から付着箔を剥ぎ取ることで製造する。本発明の適用では電着銅箔の方が有利である。

代表的な銅箔の公称厚さは約０．０００２インチ（５．１μｍ）から約０．０２インチ（５０８μｍ）の範囲である。銅箔の厚さはときには質量で表現し、本発明の代表的な箔の質量、すなわち厚さは約１／８から１４オンス／平方フィート（約３３．４から３７４０ｇ／ｍ²）である。特に有効な銅箔の質量は１／３、１／２、１または２オンス／平方フィート（８９、１３４、２６７、５３５ｇ／ｍ²）である。

電着銅箔には滑らかで艶のある（ドラム）側と、粗くて艶のない（銅付着成長面）側とがある。本発明の工程で適用する層が重なる箔の片側または両側は「標準断面」、「薄断面」または「極薄断面」を有する。有用な実施の形態には薄断面および極薄断面を有する箔の使用が含まれる。用語「標準断面」は１０．２μを超えるＲ_tm（ＩＰＣ−ＭＦ−１５０Ｆ）を有する箔を指すようにここでは使用する。用語「薄断面」は１０．２μ未満のＲ_tm（ＩＰＣ−ＭＦ−１５０Ｆ）を有する箔を指す。用語「極薄断面」は５．１μ未満のＲ_tm（ＩＰＣ−ＭＦ−１５０Ｆ）を有する箔を指す。Ｒ_tm（ＩＰＣ−ＭＦ−１５０Ｆ）は連続した５つのサンプル測定における各山谷間の垂直最大値の平均値であり、英国レイセスタにあるランク・テイラー・ホブソン社から市販されている登録商標SURTRONICの断面測定器を使用して測定できる。

本発明は上記の種類の銅箔を使うことによって有利に適用できる。
図１に本発明の好ましい実施の形態を説明するため抵抗箔１０の横断面を示す。抵抗箔１０は銅層１２で構成される。第一抵抗材料である第一の層１４は銅層１２の一方の面に付着される。層１４は、好ましくは、真空蒸着、電着、無電解付着またはそれらの組み合わせなどの付着工程によって銅層１２上に付着する金属や金属合金で形成される。層１４は、好ましくは、電着工程または真空蒸着により銅層１２の面１２ａに付着される。層１４は銅よりも電気抵抗率の大きい金属で形成する。アルミニウム、亜鉛、ニッケル、ニッケル／クロム、ニッケル／クロム／アルミニウム／シリコン合金、チタン、バナジウム、クロム、タンタル、鉄、マンガンおよびそれらの合金、酸化物、窒化物およびケイ化物、さらに電気抵抗率が銅のものよりも大きい蒸着可能な金属または合金、酸化物、窒化物およびケイ化物は層１４を形成するのに有利に使用できる。実施の形態では、層１４はニッケル／クロム／アルミニウム／シリコン合金で形成されたものが好ましい。層１４は最終的には抵抗要素を形成するように使用されるので、層１４の厚さは形成する抵抗要素の所望の抵抗値と層１４を形成する金属の抵抗率とに基づく。この点に関しては、層１４は５０Åから２μｍの間の厚さとすることができる。好ましくは層１４は１００Åと５００Åの間の厚さとし、より好ましくは１００Åと３５０Åの間の厚さとすることができる。

第二抵抗材料である第二の層１６は層１４上に付着させる。層１６は好ましくは層１４を形成する材料とは異なる材料で形成する。層１６を形成する材料は層１４を形成する材料とは異なる抵抗率を有し、層１６は層１４とは異なった抵抗値を有する。

層１６は、層１４と異なる抵抗値を有する限り上記と同じ材料、すなわち、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、ニッケル／クロム、ニッケル／クロム／アルミニウム／シリコン合金、チタン、バナジウム、クロム、タンタル、鉄、マンガンおよびそれらの合金、酸化物、窒化物およびケイ化物、さらに電気抵抗率が銅のものよりも大きい蒸着可能な金属または合金、酸化物、窒化物およびケイ化物のいずれかで形成することができる。好ましい実施の形態では、第二の層１６はタンタルと酸素の化合物、例えばTa₂O₅, タンタルと窒素の化合物、例えばTa₂NおよびTaN₂, またはクロムとシリコンの化合物、例えばCrSiで形成される。

層１６は好ましくは、真空蒸着、電着、無電解付着またはこれらの組み合わせなどの工程によって付着される。層１６は電着工程または真空蒸着によって層１４に付着されるのが好ましい。

層１６の厚さは、層１４の場合と同様、層１６および形成される抵抗要素の所望の抵抗値と層１６を形成する材料とに基づいて決まる。この点に関しては、層１６は５０Åから２μｍの間の厚さとすることができる。層１６は好ましくは１００Åと５００Åの間の厚さとし、より好ましくは１００Åと３５０Åの間の厚さとすることができる。

図２に本発明の別の実施の形態である抵抗箔２０を示す。抵抗箔２０は抵抗箔１０に類似しており、類似の要素には類似の符号を付している。抵抗箔２０は中間層１８を銅層１２と第一の層１４の間に配置している点で抵抗箔１０とは異なる。銅箔に「安定化（stabilizer）」層および／または「タイコート（tiecoat）」層を付着させることは当該分野では通常知られている。タイコート層は、限定はされないが例えば、亜鉛、ニッケル、パラジウム、チタン、タンタル、アルミニウム、鉄、バナジウム、クロム、クロムを基本とする合金、ニッケルを基本とする合金、またはそれらの組み合わせなどの金属で通常は構成される。安定化層は、限定はされないが例えば、亜鉛、ニッケル、パラジウム、チタン、タンタル、アルミニウム、鉄、バナジウムおよびクロムの酸化物、クロム、クロムを基本とする合金、ニッケルを基本とする合金、またはそれらの組み合わせなどの酸化物で通常は構成される。ここで使用する用語「中間層１８」は銅層１２上に付着される１層以上の安定化層および／またはタイコート層のことを指す。

中間層１８は銅の清浄な面に付着される。中間層１８は安定化層であろうとタイコート層であろうと、スパッタリング、電子ビーム蒸着または加熱蒸着などの真空蒸着工程によって、または電着や浸漬やスプレーによって付着される。中間層１８は５Åを超える厚さを有する。好ましくは、中間層１８の厚さは５Åと７０Åの間であり、より好ましくは約１０Åと約２０Åの間である。好ましい実施例では、中間層１８はクロムまたはクロム酸化物で構成された安定化層である。

抵抗要素の形成において抵抗箔１０または抵抗箔２０を使用することに関し、図３に絶縁基板３０に接着した抵抗箔２０を示す。これからの詳しい説明で理解できるように、以下の説明は抵抗箔１０を使用した場合にも適用できる。抵抗箔２０は図示しない接着剤を使用して絶縁基板３０に取付け、または積層工程によって絶縁基板３０に接着し、絶縁基板３０に抵抗箔２０を取付けた状態で硬化させる。箔１０や２０などの抵抗箔を付着させる方法は従来知られており、使用する特別な方法やそれ自体は本発明に限定されるものではない。

図３に示すように、抵抗箔２０は第二の層１６を基板３０の面に最も近づけ銅層１２を露出させる姿勢にして絶縁基板３０に取付ける。従来知られているマスクおよびエッチングの工程を使用して、抵抗箔２０の不用の部分をエッチング除去し、図示しない回路パターンを絶縁基板３０の表面に残す。

図４（ａ）は基板３０上の配線４０を示す回路の一部の斜視図である。「Ｘ」で示す領域の銅層１２が、従来知られているマスクおよびエッチング技術によって配線４０から除去され、銅層１２の離れた端部を接続する第一および第二抵抗材料である第一の層１４および第二の層１６だけが残る。言い替えれば、領域Ｘにおいては配線４０である銅層１２が分離した状態で銅層の端部間に抵抗要素が形成される。配線４０を流れる電流はすべて領域Ｘの第一の層１４および第二の層１６を必ず通過することになる。第一の層１４は第二の層１６と抵抗値が異なっているので、領域Ｘにおける抵抗値の合計は両層１４，１６の関数となる。

図４（ｂ）は領域Ｘにおける抵抗値を電気的、図式的に表したものである。図４（ａ）の抵抗要素は並列に配置した２つの抵抗器Ｒ₁₄、Ｒ₁₆に等しく、ここで、Ｒ₁₄は領域Ｘの第一の層１４の抵抗値、Ｒ₁₆は領域Ｘの第二の層１６の抵抗値である。図４（ａ）の抵抗要素の合計抵抗値Ｒ_TOTALは次式によって定まる。

図５（ａ）は図４（ａ）に示す配線要素４０の変形であり、異なる抵抗要素となる。図５（ａ）に示す実施の形態では、第一の層１４も領域Ｘにおいて（従来のマスクおよびエッチング技術により）エッチング除去され、領域Ｘには第二の層１６のみが残る。図５（ａ）に示す要素の抵抗値は領域Ｘにおける第二の層１６の抵抗値Ｒ₁₆の関数となる。結果としての抵抗要素は図５（ｂ）に図式的に示すものと等しくなる。このように図４（ｂ）、５（ｂ）によると、同一の抵抗箔１０から除去する、すなわち配線４０からエッチング除去する層の数を単に変更するだけで異なる２つの抵抗要素が形成できることが分かる。

図６には抵抗箔１０から形成できる抵抗要素のさらに別の実施の形態を示す。図６（ａ）の実施の形態では抵抗箔１０にマスクをして（図６（ａ）の断面に示すように）配線を形成するようにエッチングを行い、そして抵抗要素を形成するべくマスクおよびエッチングした配線には中央領域「Ｘ」とこれに隣接する２つの領域「Ｙ」をつくる。領域Ｘには第二の層１６のみが残る。領域Ｙには第一と第二の両方の層１４，１６が残る。

合成構造の抵抗は図６（ｂ）に示すように、領域Ｙにおける抵抗値は２つの抵抗器Ｒ_14Y、Ｒ_16Yを並列に配置したものに等しく、ここでＲ_14Yは領域Yにおける第一の層１４の抵抗値であり、Ｒ_16Yは領域Ｙにおける第二の層１６の抵抗値である。領域Ｘにおける抵抗値は領域Ｘにおける第二の層１６の抵抗値であるＲ_16Xとなる。図６に示す構造の合計抵抗値は各部分の抵抗値の合計となる。

ここまでに記載の抵抗要素は２層の抵抗材料、すなわち第一の層１４と第二の層１６とを有する抵抗箔１０で形成するものであった。図７（ａ）には３層の抵抗材料を有する抵抗箔１１０から形成した抵抗要素の断面を示す。抵抗箔１１０は銅層１１２、第一抵抗材料である第一の層１１４、第二抵抗材料である第二の層１１５および第三抵抗材料である第三の層１１６を有する。各抵抗材料は異なる抵抗率を有し、それぞれの層１１４，１１５および１１６は異なる抵抗値を有する。抵抗箔１１０はマスクしてエッチングをし、層１１６で構成する中央領域「Ｘ」、層１１５と１１６で構成する中間領域「Ｙ」および層１１４，１１５と１１６で構成する残りの領域「Ｚ」をつくる。図７（ｂ）に示すように、ここまでに説明した構造と同様に、図７（ａ）に示す構造の抵抗値は領域Ｘ，ＹおよびＺのそれぞれの抵抗値の合計となり、領域ＹおよびＺの抵抗値は並列配置した層１１４，１１５および１１６のそれぞれの抵抗値により決定される。図７（ｂ）には２層よリも多い抵抗層を有する抵抗箔を形成し、いろいろに異なる抵抗値が作り出せることを示す。

ここまでは、抵抗要素を有する単一の配線について述べてきた。これらの実施の形態は説明のためにのみ記載している。本発明の考え方と範囲の中で数多くの変更や修正が専門家には実施できるであろう。特許請求の範囲に記載の発明またはこれと均等物であるかぎり、このような修正や変更はすべて含まれることが意図される。

本発明の好ましい実施の形態を示す抵抗箔の拡大断面図 本発明の別の実施の形態を示す抵抗箔の拡大断面図 絶縁基板に取付けた図２の抵抗箔を示す断面図 （ａ）は図２の抵抗箔で形成した抵抗要素の斜視図、（ｂ）は図式的、電気的に表した同抵抗要素 （ａ）は図２の別の抵抗要素の一部断面の側面図、（ｂ）は図式的、電気的に表した同抵抗要素 （ａ）は図２の抵抗箔を使用して形成したさらに別の種類の抵抗要素の一部断面の側面図、（ｂ）は図式的、電気的に表した同抵抗要素 （ａ）は本発明の別の実施の形態を示す３層の抵抗材料を有する抵抗箔で形成する抵抗要素の断面図、（ｂ）は図式的、電気的に表した同抵抗要素 図２の抵抗箔で形成した別の実施の形態を示す抵抗要素の斜視図

符号の説明

１０，２０ 抵抗箔
１２ 銅層
１４ 第一抵抗材料の層
１６ 第二抵抗材料の層
１８ 中間層
３０ 絶縁基板
４０ 配線

Claims (8)

1. プリント回路基板に抵抗要素を埋め込んで形成したものを使用する抵抗箔であって、
   第一の面と第二の面を有する銅層と、
   前記銅層の前記第一の面上に５Åと７０Åの間の厚さを有し、亜鉛、ニッケル、パラジウム、チタン、タンタル、アルミニウム、鉄、バナジウム、クロム、クロムを基本とする合金およびニッケルを基本とする合金、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された１つの材料もしくはその酸化物から選択された中間層と、
   前記中間層上に直接形成されて５０Åと２μｍの間の厚さを有する第一抵抗材料である第一の層と、
   前記第一抵抗材料である前記第一の層上に直接形成されて５０Åと２μｍの間の厚さを有する第二抵抗材料である第二の層とから構成され、
   前記第一の層の厚さは、第一抵抗材料の所望の抵抗値と第一抵抗材料の抵抗率とに基づいて決定され、
   前記第二の層の厚さは、第二抵抗材料の所望の抵抗値と第二抵抗材料の抵抗率とに基づいて決定され、
   前記第一抵抗材料である前記第一の層、および前記第二抵抗材料である前記第二の層の少なくとも一つは、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、ニッケル／クロム、ニッケル／クロム／アルミニウム／シリコン合金、チタン、バナジウム、クロム、タンタル、鉄、マンガンおよびそれらの合金、酸化物、窒化物およびケイ化物からなる群から選択された材料を含み、
   前記第一抵抗材料と前記第二抵抗材料とは抵抗値が異なる抵抗箔。
2. 前記第一抵抗金属は前記第二抵抗金属と異なる、請求項１記載の抵抗箔。
3. 前記第一抵抗金属はニッケル／クロム／アルミニウム／シリコン合金である、請求項２記載の抵抗箔。
4. 前記第二抵抗金属はタンタル酸化物である、請求項３記載の抵抗箔。
5. 前記第一抵抗金属および前記第二抵抗金属はそれぞれ１００Åおよび５００Åの間の厚さを有する、請求項１に記載の抵抗箔。
6. 前記第一抵抗金属および前記第二抵抗金属は、真空蒸着、電着、無電解付着またはそれらの組み合わせなどの付着によって付着する、請求項１に記載の抵抗箔。
7. 前記中間層は、スパッタリング、電子ビーム蒸着または加熱蒸着などの真空蒸着によって、または電着や浸漬やスプレーによって銅層に付着される、請求項１に記載の抵抗箔。
8. 前記中間層の厚さが１０Åと約２０Åの間である、請求項１に記載の抵抗箔。