JP2007281077A - チップサーミスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 抵抗値の不良率が低く、抵抗値の歩留が良好で、作業効率も良いチップサーミスタの製造方法を提供する。
【解決手段】 厚膜サーミスタ体が形成された集合絶縁基板をサンプルとして使用し、トリミング長さの設定値に対する実際のトリミング長さとその分布、及びトリミング倍率とその相関を求める。トリミング後に測定した抵抗値の偏差幅で複数の区画をグループ分けし、抵抗値の分布が所望の公称抵抗値に近づいて収束するように次のトリミングステップに対する目標抵抗値偏差幅を定め、当該目標抵抗値偏差に近づけるべく、サンプル試験結果に応じてグループ毎にトリミング長さ設定値を定めてトリミングする。そして、抵抗値の分布が前のトリミングステップに対する目標抵抗値偏差よりも、さらに所望の公称抵抗値に近づいて収束するように、次のトリミングステップに対する目標抵抗値偏差を設定し、同様な工程を少なくとも１回以上繰り返し行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、集合絶縁基板の縦横の複数区画に形成した厚膜サーミスタ体をそれぞれレーザー光線によりトリミングしてチップサーミスタを製造する方法に関する。

サーミスタは、周囲の温度の変化に対して大きな抵抗値変化を示す素子であり、温度が上昇すると抵抗が減少する負の温度特性を持つＮＴＣサーミスタと、逆に、温度上昇に伴って抵抗値が大きくなる正の温度特性を持つＰＴＣサーミスタがある。
このようなチップサーミスタを製造する方法の一つとして、厚膜サーミスタ体をスクリーン印刷等の方法により集合絶縁基板上に形成するものがある。しかしながら、このように形成された厚膜サーミスタ体の抵抗値はばらつきが比較的大きく、所望の抵抗値範囲のものを得るために、抵抗値の調整工程が必須となっている。抵抗値の調整方法としては、例えば、レーザートリミング法又はサンドブラスト法がある。このうち、一般的な調整方法であるレーザートリミング法では、レーザー光照射の際の熱の影響を受けて抵抗値が大きく変化するため、抵抗値を計測しながらトリミングすることが困難となっている。
このようなトリミング工程の問題点については、特許文献１（特開昭６０−２２３１５１号公報）及び特許文献２（特開平５−１３５９１１号公報）にも説明されている。

特許文献１の発明は、厚膜サーミスタと厚膜抵抗体とが一枚の回路基板上に形成されたハイブリッドＩＣを製造するために、厚膜サーミスタをレーザー光を照射してトリミングし、数１０ミリ秒の冷却時間を取り、抵抗値を測定して所望範囲内であれば、その段階でトリミング作業を終了し、そうでない場合には、トリミング、冷却、抵抗値の測定を繰り返し行うものである。
この方法では、１回のトリミング量を比較的小さくして、試行錯誤的にトリミング量とトリミング時間との決定しなければならず、作業時間が長くなってしまい、逆に、１回のトリミング量を大きくし過ぎると、得られる抵抗値は高くなり過ぎてしまう。トリミング量とトリミング時間とを試行錯誤的に決定することは、特許文献１のように、一枚の回路基板上に厚膜サーミスタが一個程度形成されるハイブリッドＩＣでは可能であるかもしれない。しかしながら、シート状の集合絶縁基板に碁盤目状に多数個のチップサーミスタを形成する場合には、各厚膜サーミスタ体にばらつきがあるため、各個ごとにトリミング量を調整することは作業効率のうえで実質的に不可能である。

また特許文献２の発明は、シート状の絶縁基板から碁盤目状に多数個のチップサーミスタを形成するものであって、同一のサンプルから採取したデータを用いて統計的手法による回帰分析を行い、その際に、サンプルの初期抵抗値に対する抵抗値変化率をレーザー光線によるトリミング量との相関において捉えた回帰式を求め、回帰式の実行により求められたトリミング量または率により一度のトリミングで済ませる方法である。
しかしながら、特許文献２のような回帰式を用いたとしても、トリミングを一回のみとした場合には、トリミング量にばらつきが生じるため、抵抗値が目標範囲内に精度良く仕上がらないという問題が生じる。トリミング量にばらつきが発生する要因としては、第一にレーザートリマーそのものの精度に限界があること、第二に厚膜サーミスタ体の印刷ズレ、ダレ、或いは膜厚の不均一さ等が挙げられる。
特開昭６０−２２３１５１号公報 特開平５−１３５９１１号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、集合絶縁基板から多数のチップサーミスタを形成する方法であって、作業効率が良く、所望する公称抵抗値に対する抵抗値許容差内の収束度が良く、抵抗値の歩留が良いチップサーミスタの製造方法を提供するものである。

本発明では、個々のチップサーミスタとなる区画を縦横に複数有する集合絶縁基板上に厚膜サーミスタ体を形成した後、各区画の厚膜サーミスタ体をレーザー光照射によりトリミングしてチップサーミスタを所望する公称抵抗値に対する抵抗値許容差内に抵抗値調整を行うチップサーミスタの製造方法において、準備工程として、厚膜サーミスタ体が形成された集合絶縁基板をサンプルとして使用し、トリミング長さに対する実際のトリミング長さとその分布、及びトリミング倍率とその相関を求め、次いで、集合絶縁基板からチップサーミスタを製造する工程として、各区画の厚膜サーミスタ体の初期抵抗値を測定し、該初期抵抗値が初期の許容分布内にある前記複数の区画を所定の偏差幅で複数にグループ分けし、抵抗値の分布が前記初期の許容分布よりも所望する公称抵抗値に近づいて収束するように、次のトリミングステップに対する目標とする抵抗値偏差幅を定め、前記目標とする抵抗値偏差幅に近づけるべく、準備工程で求めた実際のトリミング長さとトリミング倍率と分布に応じて前記トリミング長さの設定値を前記グループ毎に定め、該設定値で厚膜サーミスタ体をトリミングし、さらに、前記各区画の抵抗値の測定工程、前記グループ分け工程、抵抗値の分布が前記次のトリミングステップに対する目標よりも更に所望する公称抵抗値に近づいて収束するように次のトリミングステップに対する目標としての抵抗値偏差幅を設定する工程、前記トリミング長さの設定値の決定工程および前記トリミング溝の形成工程を少なくとも１回以上繰り返し行うことにより、抵抗値分布を所望する公称抵抗値に近づけて収束させるものであるチップサーミスタの製造方法が提供される。

集合絶縁基板上の複数の区画における厚膜サーミスタ体を形成した後の初期抵抗値の分布は、所望する公称抵抗値からの偏差が比較的大きく、且つ比較的広い分布を示すものであり、またレーザトリミングの際のトリミング長さやトリミング倍率も、前述した様々な要因によりばらつきが生じ易いものである。
これに対して、本発明では、集合絶縁基板上の複数の区画に形成した厚膜サーミスタ体の初期抵抗値を所定の偏差幅で複数にグループ分けし、各グループ毎の抵抗値偏差が小さくなるように且つ分布が収束するように次のトリミングステップとして目標とする抵抗値の偏差幅を定め、この目標に近づけるように、各グループ毎に準備工程のサンプル試験結果に応じてトリミング長さの設定値を定め、この設定値に基づいて厚膜サーミスタ体をトリミングし、さらに、前のトリミングステップで得られた抵抗値偏差よりも所望する公称抵抗値に対する抵抗値許容差に近づいて収束するように、次のトリミングステップとしての抵抗値偏差幅を定め、同様な工程を少なくとも１回以上繰り返し行うものである。
つまり、次のトリミングステップとしての抵抗値の偏差幅は、レーザトリミングすることによって実際のトリミング長さやトリミング倍率のばらつきに応じて定めるものであり、各トリミングステップとして目標とする抵抗値の偏差と準備工程のサンプル試験結果とに応じて、トリミング長さの設定値を定めるので、ばらつきの影響を抑制あるいは制御しながら、厚膜サーミスタ体の抵抗値の偏差をも小さくしつつ、抵抗値の分布も収束させることが可能になり、作業効率も良く、良好な抵抗値の歩留が得られる。

本発明を適用するチップサーミスタは、正又は負の温度特性を有し、且つＢ定数（サーミスタの温度係数）が数千Ｋのもので、厚膜のサーミスタペーストを集合絶縁基板上の所定区画領域にスクリーンで印刷して複数個形成して得られる、いわゆる厚膜チップサーミスタである。集合絶縁基板から切断して得られる個々の厚膜チップサーミスタは、少なくとも絶縁基板、表電極膜、裏電極膜、端面電極膜、サーミスタ膜、コート膜及びめっき膜から構成され、チップサーミスタの公称外形寸法は、幅×長さで、１．２５ｍｍ×２．０ｍｍや、０．８ｍｍ×１．６ｍｍ等の比較的大型のものや、０．５ｍｍ×１．０ｍｍや、０．３ｍｍ×０．６ｍｍ以下の比較的小型のものがある。
図１は、チップサーミスタの製造過程における集合絶縁基板上の一区画を示す平面図であり、絶縁基板１０の各区画の両端に電極膜１１が形成され、これら両電極膜１１間に厚膜サーミスタ体１２が形成され、絶縁基板１０の各区画の両側縁には厚膜サーミスタ体１２が形成されていない露出部分１３が設けられる。そして、各区画の厚膜サーミスタ体１２には、レーザートリミング装置（図示せず）により、図１に示したようなトリミング溝１４ａ〜１４ｃが形成される。厚膜サーミスタ体１２におけるトリミング溝の長さは、厚膜サーミスタ体１２の幅の半分以下で、抵抗値が所定範囲内に収束するように適宜設定される。トリミング溝の本数は、図１のように３本に限定されるものではなく、抵抗値が所定範囲内に収束するように適宜定められる。またレーザトリミング装置は、少なくとも、各厚膜サーミスタ体の抵抗値を測定する手段と、レーザ光を照射するレーザーヘッドと、絶縁基板の端辺からのレーザ光照射のスタートポイントとトリミング長さを設定するための手段とを備えるものが使用される。

＜準備工程＞
本発明では、最初に、チップサーミスタの製造工程と同じサンプル、すなわち、電極膜１１と厚膜サーミスタ体１２が形成されたシート状の集合絶縁基板を使用してデータ処理を行う。図２はサンプルの一区画を示した平面図である。以下、サンプルとして、幅０．８ｍｍ、長さ１．６ｍｍの公称外形寸法を有し、Ｂ定数が１４００Ｋ、目標抵抗値、すなわち、所望する公称抵抗値３ｋΩ、抵抗値許容差−５％〜＋５％のＮＴＣの厚膜サーミスタの場合を例示して説明する。
データ処理は、各区画の厚膜サーミスタ体１２の初期抵抗値を計測し、絶縁基板１０の各区画の両側縁からのトリミング長さＡをレーザトリミング装置に設定値として入力し、トリミング後の各区画の厚膜サーミスタ体１２におけるトリミング長さＢと抵抗値を計測する。トリミング長さＡの設定値は、例えば、２００μｍから４００μｍまで５０μｍ間隔で入力する。各厚膜サーミスタ体１２毎に初期抵抗値に対する抵抗値の切条調整率、すなわちトリミング倍率を算出し、トリミング長さＡの各設定値毎にトリミング倍率の平均値と標準偏差を算出する。図３（ａ）はトリミング長さＢを横軸に、トリミング倍率を縦軸にとったグラフであり、図３（ｂ）はトリミング長さの設定値Ａ毎に、実際のトリミング長さＢのばらつき、トリミング倍率の平均値、トリミング倍率の標準偏差の結果をまとめた表である。

＜チップサーミスタの製造工程＞
図３（ａ）のグラフからは、設定値としてのトリミング長さＡが同一であっても、実際のトリミング長さＢにばらつきが生じることが判る。またトリミング長さＡを小さくすることにより、トリミング倍率が小さくなり、且つばらつきを抑制でき、逆に、トリミング長さＡを大きくすることにより、トリミング倍率が大きくなり、且つばらつきも大きくなる。
本発明では、集合絶縁基板上の複数の厚膜サーミスタ体を初期抵抗値の偏差幅で複数にグループ分けし、厚膜サーミスタ体の初期抵抗値と目標抵抗値、すなわち公称抵抗値との偏差が比較的大きい場合には、トリミング長さＡを比較的長く設定するものであり、この場合、偏差が比較的大きいため、トリミング倍率のばらつきの影響は受け難く、厚膜サーミスタ体の抵抗値を目標抵抗値に速やかに近似させることが可能になる。
このようにトリミングして、厚膜サーミスタ体の初期抵抗値と目標抵抗値、すなわち公称抵抗値との偏差を比較的小さくした後、或いは最初から比較的小さい場合には、トリミング長さＡを比較的小さく設定するものであり、この場合、トリミング倍率のばらつきは抑制されるため、トリミング後の厚膜サーミスタ体の抵抗値は比較的高い確立で目標抵抗値範囲内、すなわち、所望する公称抵抗値に対する抵抗値許容差内に収束させることができる。

＜第１ステップにおけるトリミング＞
準備工程においてサンプル試験が終了したら、シート状の集合絶縁基板の初期抵抗値を測定し、初期抵抗値が許容範囲内にある複数の区画を目標抵抗値からの偏差ｄにより複数にグループ分けする。
例えば、−５％＜ｄ＜５％の区画を合格品とし、トリミング後の目標とする範囲を０％≦ｄ＜５％とするときに、ｄ＜−４０％とｄ＞５％とを不良品としてトリミングの対象から除外し、それ以外の許容範囲−４０％≦ｄ＜０％の区画をトリミング対象とする。そして、このトリミング対象の区画は、表１に示したように、偏差が−５％≦ｄ＜０％、−１５％≦ｄ＜−５％、−４０％≦ｄ＜−１５％の３グループに分ける。
次に、抵抗値の分布が許容範囲−４０％≦ｄ＜０％よりも収束して目標抵抗値に近づくように、次のステップとしての抵抗値偏差幅−２０％≦ｄ≦２％を定める。そして、トリミング対象の複数の区画を当該ステップ−２０％≦ｄ≦２％に近づけるべく、準備工程で求めた実際のトリミング長さとトリミング倍率と分布に応じて、トリミング長さの設定値Ａを各グループ毎に、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍとそれぞれ定めた。
ここで、準備工程で求めた実際のトリミング長さとトリミング倍率と分布に応じて、トリミング長さの設定値Ａを定める方法は、該当するステップの抵抗値と図３（ａ）のトリミング倍率の平均値とを照合して設定値を定めるものである。この時、トリミング倍率の標準偏差が小さいトリミング長さの設定値Ａを用いることで、次のステップとしての抵抗値偏差内に収束させることを目的とする。
以上の設定値をレーザートリミング装置にトリミング長さＡとして設定した後に、各区画毎に第１ステップのトリミングを行う。

＜第２ステップにおけるトリミング＞
トリミング対象区画の全てのトリミングが終わると、厚膜サーミスタ体は既に冷却された状態となっているため、第１ステップのトリミングを行った区画を対象として、再び各厚膜サーミスタ体の抵抗値を測定する。この抵抗値が目標範囲０％≦ｄ＜５％であれば、その区画を合格品として第２ステップのトリミング対象から除外し、またｄ＞５％の区画は不良品としてトリミングの対象から除外し、抵抗値偏差が−４０％≦ｄ＜０％の区画をトリミング対象として、表１に示したように、抵抗値偏差で−１０％≦ｄ＜０％、−１５％≦ｄ＜−１０％、ｄ＜−１５％の３グループに分ける。
次に、第１ステップのトリミングに対する当該ステップの目標とする抵抗値偏差−２０％≦ｄ≦２％よりも収束するように、次のステップの目標とする抵抗値偏差幅を−１０％≦ｄ≦２％と定める。そして、トリミング対象の複数の区画を当該ステップの抵抗値偏差−１０％≦ｄ≦２％に近づけるべく、準備工程で求めた実際のトリミング長さとトリミング倍率と分布に応じて、トリミング長さの設定値Ａを各グループ毎に、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍとそれぞれ定めた。ここで、トリミング長さの設定値Ａを定める手順は、上記と同様である。
上述の設定値Ａをトリミング長さＡとして設定した後に、各区画毎に第２ステップのトリミングを行う。

＜第３ステップにおけるトリミング＞
トリミング対象区画の全てにおいて第２ステップのトリミングが終わったら、第１ステップ及び第２ステップと同様に、第２ステップのトリミングを行った区画を対象として、厚膜サーミスタ体の抵抗値を測定し、この抵抗値が目標範囲０％≦ｄ＜５％であれば、その区画を合格品として第３ステップのトリミング対象から除外し、またｄ＞５％の区画は不良品としてトリミングの対象から除外し、偏差が−２０％≦ｄ＜０％の区画をトリミング対象として、表１に示したように、偏差が−５％＜ｄ＜０％、ｄ＜−５％の２グループに分ける。
次に、第２ステップのトリミング時の目標−１０％≦ｄ≦２％よりも収束して目標抵抗値に近づいた、新たな目標としての抵抗値偏差幅を−５％≦ｄ≦２％と定める。そして、トリミング対象の複数の区画を目標−５％≦ｄ≦２％に近づけるべく、準備工程で求めた実際のトリミング長さとトリミング倍率と分布に応じて、トリミング装置のトリミング長さの設定値Ａを各グループ毎に、２５０μｍ、３００μｍとそれぞれ定めた。ここで、トリミング装置のトリミング長さの設定値Ａを定める手順は、上記と同様である。これらトリミング長さＡを設定値として設定後に、トリミング対象の各区画に対して第３ステップのトリミングを行う。

本発明の実施の形態では、各区画の厚膜サーミスタ体の抵抗値を所望する公称抵抗値に対する抵抗値許容差内（ここでは、−５％＜ｄ＜５％の範囲）に収束させるべく、同一の集合絶縁基板に対して第１ステップから第３ステップのトリミングを行うものであり、各厚膜サーミスタ体のトリミング溝の本数は、その抵抗値に応じて、１本ないし複数本の何れかになる。つまり、シート状集合絶縁基板の各区画は、厚膜サーミスタ体の抵抗値に応じて、トリミング前、第１ステップのトリミング後、第２ステップのトリミング後、第３ステップのトリミング後の各段階で合格品又は不良品としてトリミング対象外とされるからである。以上のようなトリミング工程が終了したら、慣用の工程を実施することによりチップサーミスタが製造される。

図４は、本発明が開示する厚膜サーミスタ体のシート状集合絶縁基板の各区画に厚膜サーミスタ体を形成した後の初期抵抗値の分布、並びに第１ステップから第３ステップのトリミングを施した後の各ステップ毎に示したグラフと、抵抗値が所望する公称抵抗値の−５％＜ｄ＜５％の抵抗値許容差内に収束した厚膜サーミスタ体の割合を示した表である。図４のグラフと表からも明らかなように、本発明の製造方法では、少なくとも１回以上トリミングを行うごとに、集合絶縁基板に形成された複数の厚膜サーミスタ体の抵抗値分布を徐々に収束させながら所望する公称抵抗値に近づけることが可能になる。これにより、集合絶縁基板毎の不良率は低減され、良好な抵抗値の歩留でチップサーミスタを製造することが可能になる。

製造過程における集合絶縁基板上の一区画を示す平面図である。 準備工程におけるサンプルの一区画を示した平面図である。 （ａ）は実際のトリミング長さを横軸に、トリミング倍率を縦軸にとったグラフであり、（ｂ）はトリミング長さの設定値Ａ毎に、実際のトリミング長さＢのばらつき、トリミング倍率の平均値、トリミング倍率の標準偏差の結果をまとめた表である。 各トリミング段階毎における厚膜サーミスタ体の抵抗値分布を示すグラフと、抵抗値が所望する公称抵抗値の−５％＜ｄ＜５％の偏差範囲内に収束した厚膜サーミスタ体の割合を示した表である。

符号の説明

１０ 絶縁基板
１１ 電極膜
１２ 厚膜サーミスタ体
１３ 露出部分
１４ａ トリミング溝
１４ｂ トリミング溝
１４ｃ トリミング溝
１５ トリミング溝

Claims (1)

1. 個々のチップサーミスタとなる区画を縦横に複数有する集合絶縁基板上に厚膜サーミスタ体を形成した後、各区画の厚膜サーミスタ体をレーザー光照射によりトリミングしてチップサーミスタを所望する公称抵抗値に対する抵抗値許容差内に抵抗値調整を行うチップサーミスタの製造方法において、
   準備工程として、厚膜サーミスタ体が形成された集合絶縁基板をサンプルとして使用し、トリミング長さに対する実際のトリミング長さとその分布、及びトリミング倍率とその相関を求め、
   次いで、集合絶縁基板からチップサーミスタを製造する工程として、各区画の厚膜サーミスタ体の初期抵抗値を測定し、該初期抵抗値が初期の許容分布内にある前記複数の区画を所定の偏差幅で複数にグループ分けし、抵抗値の分布が前記初期の許容分布よりも所望する公称抵抗値に近づいて収束するように、次のトリミングステップに対する目標とする抵抗値偏差幅を定め、前記目標とする抵抗値偏差幅に近づけるべく、準備工程で求めた実際のトリミング長さとトリミング倍率と分布に応じて前記トリミング長さの設定値を前記グループ毎に定め、該設定値で厚膜サーミスタ体をトリミングし、
   さらに、前記各区画の抵抗値の測定工程、前記グループ分け工程、抵抗値の分布が前記次のトリミングステップに対する目標よりも更に所望する公称抵抗値に近づいて収束するように、更に次のトリミングステップに対する目標としての抵抗値偏差幅を設定する工程、前記トリミング長さの設定値の決定工程および前記トリミング溝の形成工程を少なくとも１回以上繰り返し行うことにより、抵抗値分布を所望する公称抵抗値に近づけて収束させるものであるチップサーミスタの製造方法。
   

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