JP2009231359A - 厚膜抵抗器 - Google Patents

Abstract

【課題】平板型厚膜抵抗器において、高抵抗化且つ対ノイズ特性の向上が可能であり、そのうえ抵抗値の微調整が可能な厚膜抵抗器を提供する。
【解決手段】絶縁基板上に一対の電極と厚膜抵抗体よりなる抵抗線とが形成され、次のような特徴を有する。１つは、抵抗線を複数用い、これらの抵抗線は、並列配置され、それぞれの一端が一対の電極の一方に接続され、他端が少なくとも１本のトリミング可能な配線を介して一対の電極の他方に接続される。もう１つは、上記特徴に代えて、抵抗線は少なくとも１本で足りる構成として、トリミング可能な配線を複数とする。抵抗線の一端が、一対の電極のいずれか一方に接続される。また、抵抗線の異なる部位にトリミング可能な複数の配線の各一端が接続され、これらの配線の各他端が前記一対の電極のいずれか一方に接続される。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子部品として用いる厚膜抵抗器に係わり、特に絶縁基板上に形成される厚膜抵抗体の配線パターン技術に関する。

厚膜抵抗体は、電子顕微鏡など荷電粒子線装置の高圧電源・定電流電源などにおいて、高電圧の分割抵抗器として一般に用いられている。抵抗体の主材を成す抵抗ペーストは、基本的には粒径数ミクロンの粒状体とそれらを結合する接合材から構成される。これらの粒状体の接触点を介した電気伝導が、厚膜抵抗体を用いた抵抗器が高抵抗値を生む特性の基だと考えられている。厚膜抵抗体を用いた抵抗器は、巻線抵抗器や金属皮膜抵抗器と比較すると、抵抗ペーストの材質や焼成条件による最終抵抗値のバラツキや実使用条件下でのノイズの多さなど精度に欠ける面がある一方、上記２種類の抵抗器では原理的に成しえない小型で高い抵抗値を持つ抵抗器の実現が可能である。

厚膜抵抗体は、外形上大別して丸棒型と平板型の２種があるが、丸棒型では絶縁棒の円柱の表面上に、平板型では絶縁基板の片面上に、抵抗ペースト材がある配線パターンを形成している。いずれの抵抗体でも、使用するペースト材の抵抗率、ペースト材焼成後の線材の厚さ、幅、長さという幾何学的サイズを設計して抵抗値を導き出している。

しかし、上述したような様々な条件により、設計値通りの最終抵抗値を精度良く得ることは困難である。そこで、最終抵抗値へ合わせこんでいく工程が必要となる。これをトリミング工程と呼ぶ。トリミングとは、抵抗パターンの一部を切断・削除することにより所望の抵抗値を得るもので、レーザを用いたレーザートリミング法やサンドブラストトリミング法などがある。

上述のトリミング工程は、抵抗パターンが焼成された後に施されるため、最終抵抗値のバラツキや実使用時の電流ノイズの増加などに直接的に関係する。そのため、最終抵抗値の精度確保や、実使用時での電流ノイズの改善などの観点から、トリミング加工については様々な検討が加えられている。例えば、Ｌ字型、Ｕ字型のトリミング加工（特許文献１、２）や、トリミング加工終端を抵抗パターン外に施す方法（特許文献３）、トリミング加工後のアニールと補助的再トリミングの実施法（特許文献４）などである。

以上の様に、厚膜抵抗器は、最終抵抗値とその精度や、実使用時の電流ノイズの程度などを総合的に検討した上で、配線パターンの設計、抵抗ペースト剤の選定（添加剤の混合を含む抵抗率の選択）、焼成、トリミングという複数の過程を経て製造される。

特開平０６−３７２５２号公報 特開平０９−９７７０７号公報 特開２００２−８９０２号公報 特開平１１−１５００１１号公報

上述したレーザートリミング法は、レーザを厚膜抵抗体に照射し、局部的に加熱することで抵抗体を蒸発させカットし、抵抗値を調整していく方法である。しかし、厚膜抵抗体が非常に高温となるため、熱応力によるマイクロクラックが発生してしまう。これは、抵抗値の経年変化や電流ノイズの要因となりえる。

サンドブラストトリミング法は、アルミナなどの研磨砥粒をノズルから噴射し、厚膜抵抗体を削るものである。熱応力などの影響は軽減されるが、加工精度がノズル径に制約されるため、抵抗パターン中の切削部の幅が細くなるほどに正確なトリミングは困難となる。

つまり、トリミングをせずに所定の抵抗値を精度良く得ることは難しいが、そのトリミング工程を経ることにより抵抗体の特性は劣化する方向へ進んでしまう。

解決方法の１つとして、特開平１１−１６２７１７号公報に記載されたような加工後の再アニールなどが考案されている。この発明は、トリミングにより発生した電流ノイズの要因を低減させるものであるが、根本的に要因を抑えることにはならない。

他にも、トリミング方法に関する技術として、並列線のトリミング法（特許文献３）がある。これは、両端の電極に対して複数本の抵抗を並列につなぎ、１本ずつトリミングによる切断の是非を選択することにより抵抗値を調整するものである。この方法でも独立な導電路を切断するので、電流ノイズに関しては低減効果が望める。しかし、この構成では微小な抵抗値制御は困難であるだけでなく、直線でつないでいるために配線長が稼げない。よって、高抵抗化に支障をきたす。

また、トリミング部位に関しては、特開平５−２９１０１号公報や特開平９−２７０３０８号公報などが公開されているが、同様に抵抗体へのクラックの影響、抵抗値調整、及び高抵抗化に難を残している。

そこで本発明では、平板型厚膜抵抗器において、高抵抗化且つ対ノイズ特性の向上が可能であり、そのうえ抵抗値の微調整が可能な厚膜抵抗器を提供するものである。

本発明は、絶縁基板上に、一対の電極と、厚膜抵抗体よりなる抵抗線とが形成されることを基本にして、次のような特徴を有する。

１つは、抵抗線を複数用いるものであり、これらの抵抗線は、並列配置され、それぞれの一端が一対の電極の一方に接続され、他端が少なくとも１本のトリミング可能な配線を介して一対の電極の他方に接続される構成とした。

もう１つは、上記特徴に代えて、抵抗線は少なくとも１本で足りる構成として、トリミング可能な配線を複数とするものである。そして、抵抗線の一端が一対の電極のいずれか一方に接続される。また、抵抗線の異なる部位にトリミング可能な複数の配線の各一端が接続され、これらの配線の各他端が前記一対の電極のいずれか一方に接続される構成とした。

これらの構成によれば、抵抗線に接続されるトリミング可能な配線の一部を選択してトリミングにより切断することで、配線により決定される抵抗線の並列抵抗の抵抗値を調整でき、それにより所望の抵抗値を得ることができる。トリミングされた配線は、完全切断されるので、残された導電路（抵抗と切断されなかった配線）はトリミングによる影響を受けない。なお、ここで言う配線３０２とは、導電体や抵抗体のいずれかに規定するものではなく、必要に応じてさまざまな抵抗率の素材を用いることが可能である。

その結果、電流ノイズの悪化を起す要因を排除することができる。

本発明によれば、電流ノイズなどトリミングによる影響を排除することができ、且つ抵抗値の微調整が可能な厚膜抵抗器を得ることができる。

抵抗ペースト材を用いた厚膜抵抗器において、目標としている抵抗値を得るためには、上述した通り、トリミング加工は必須である。しかし、トリミング加工を行えば電流ノイズなどのパラメータが悪化することは既にわかっている。そこで、本発明の厚膜抵抗器は、厚膜抵抗体の導電路に影響を与えることなくトリミングを行うことができる構造とした。これにより、トリミング加工を実施したとしても、電流ノイズの少ない厚膜抵抗体を得ることができる。

本発明による平板型厚膜抵抗器の基本構造の模式図を図１に示す。図１では、例として（ａ）と（ｂ）の２種類の構造を示した。いずれも、アルミナ等のセラミックスからなる絶縁基板１０１上に、Ｌ字型と直線型からなる一対の電極２０１（２０１ａ、２０１ｂ）と、厚膜抵抗体からなる抵抗線３０１と、トリミング可能な配線３０２とを備える。これらの部材は、いずれも絶縁基板１０１上にパターン形成されている。抵抗線３０１は、抵抗ペーストを印刷し、焼成することにより形成される。Ｌ字型電極２０１ａは、短辺部が直線型の電極２０１ｂと対向している。抵抗線３０１及び配線３０２のパターンは、種々のものが考えられる。

例えば、図１（ａ）では、主たる複数本の抵抗線３０１がＬ字型電極２０１ａの長辺方向に並んで配置され、いずれも一端がＬ字型電極２０１ａの長辺部の異なる部位に接続されている。各抵抗線３０１の多端は、１本（又は複数本）のトリミング可能な配線３０２を介して電極２０１ｂと接続している。抵抗線３０１は、いわゆる厚膜抵抗体であり、配線３０２に比べて抵抗値ははるかに高い。トリミング工程では、配線３０２の所望の部位に切断などのトリミング加工を行う。

図１（ｂ）では、抵抗線３０１が１本（複数本でもよい）であり、Ｌ字型電極２０１ａの長辺部と対向するように配置されている。トリミング可能な配線３０２は、複数本からなり、Ｌ字型電極２０１ａの長辺方向に並列に配置され、各一端がＬ字型電極２０１ａに接続され、他端が抵抗線３０１の異なる部位に接続されている。

このような構造の厚膜抵抗器では、どの配線３０２をトリミングするか選択することで、抵抗線３０１の並列抵抗値を調整することができる。しかも、残った導電路に影響を与えることなく目標とする最終抵抗値Ｒ４０１を変更することができる。配線３０２には、電極２０１と同種の導電体が用いられる。または、配線３０２の一部或いは全部に抵抗線３０１よりも小さい或いは同等の抵抗率を持つ従たる抵抗線３０３（例えば図１（ｃ）に示すようなもの）を用いることで、最終抵抗値Ｒ４０１の調整可能範囲をさらに広げることができる。

図２は、本発明において、抵抗値を大きくするために線長を長くした、九十九折（つづらおり）状の配線パターンを有する厚膜抵抗体（抵抗線）３０１の実施例である。本実施例の厚膜抵抗器において、既述した図１の基本構造に用いた符号と同一の符号は、共通する要素を示すものである。以下、図１と異なる特徴点を中心に説明する。

本実施例では、一対のＬ字型の電極２０１（２０１ａ、２０１ｂ）を有する。抵抗線３０１は、線長を十分に確保するため九十九折のパターンを形成し、その各々の屈曲部（折り返し部）３０４のうち電極２０１ａの長辺部に向くものがそれぞれ配線３０２或いは従たる抵抗線３０３を介して該長辺部の異なる部位に接続される。また、同様に、他方の電極２０１ｂの長辺部に向く屈曲部３０４が該長辺部の異なる部位に接続される。トリミング可能な配線として、配線３０２の他に、抵抗線３０１とは材質、線幅、厚さなどの異なるトリミング可能な従たる抵抗線３０３を幾つか用いることで、トリミングする配線３０２、従たる抵抗線３０３の選択により得られる最終抵抗値Ｒ４０１を、より幅広い範囲の抵抗値に調整することが可能になる。

図３では、本発明の厚膜抵抗器において、主たる抵抗線３０１の九十九折のパターンを、図２のような規則的な一様の配線パターンではなく、線幅、厚さなどを変えたパターンにした例である。このパターン変更により、各配線３０２における抵抗値の比率が変化する。このため、トリミングにより切断する配線３０２を適切に選択することで抵抗値を細かく変えることができるので、より精度の高い最終抵抗値Ｒ４０１を達成することが可能である。また、図２の実施例と同様に、配線３０２の幾つかをトリミング可能な従たる抵抗線３０３に変更することで、最終抵抗値Ｒ４０１の調整可能範囲をより一層拡大することができる。さらに、抵抗線３０１の屈曲部３０４間の線材長さを段階的に変化させることで、最終抵抗値Ｒ４０１の調整可能範囲を拡げることができる。

図４には、本発明の厚膜抵抗器をさらに抵抗値調整精度の高い抵抗器に実現する場合の基本的な形態の例を、模式的に示す。

抵抗線３０１は、一端が電極２０１ａ中央部に接続され、この一端から抵抗線３０１の九十九折りの中央領域までの屈曲部３０４間の線材の長さが段階的に増大する第１の九十九折りパターンを有する。また、抵抗線３０１は、他端が電極２０１ｂに接続され、この他端から抵抗線３０１の九十九折りの中央領域までの屈曲部３０４間の線材の長さが段階的に増大する第２のパターンも有する。前記第１の九十九折りパターンでは、交番状に繰り返す屈曲部３０４のいずれにもトリミング可能な配線３０２の一端が接続される。前記第２の九十九折りパターンでは、交番状に繰り返す屈曲部３０４のうち、一方向に向く屈曲部３０４にトリミング可能な配線３０２の一端が接続されている。

すなわち、図４の左側の第１の九十九折りパターンは、各々の屈曲部３０４から電極２０１ａへ配線３０２で配線された微調整型パターンである。図４の右側の第２の九十九折りパターンは、１つ置きの屈曲部３０４から電極２０１ｂへ配線３０２で配線された粗調整型パターンである。幾つかのトリミング可能な配線３０２と従たる抵抗線３０３とを組み合わせてもよい。また、電極２０１ａ、２０１ｂには、外部との接続のためにリード線１０２を取り付けてある。

上記の両九十九折りパターンを１つの抵抗器の左右に設けることによって、最終抵抗値Ｒ４０１の調整の幅と精度の両方を同時に高める工夫を成している。屈曲部３０４から電極２０１ａ、２０１ｂへの接続を、配線３０２と従たる抵抗線３０３のどちらを用いるかで、調整できる抵抗値の幅と精度が異なる。上記の微調整型パターン（第１の九十九折りパターン）と粗調整型パターン（第２の九十九折りパターン）の各々について、以下に説明する。

（１）微調整型パターン
図５は、本厚膜抵抗器の微調整型パターンとその配線の幾何学的サイズを示したものであり、一対の電極２０１のうち一方（２０１ａ）側を拡大した図である。

抵抗線３０１は、抵抗率がρ、断面積がＳ、抵抗値（本厚膜抵抗器の最大抵抗値、つまり一対の電極２０１ａ、２０１ｂ間の抵抗値）がＲ_０であるとする。抵抗線３０１の屈曲部３０４は、電極２０１ａから順に数えることとし、電極２０１ａから最初の屈曲部までの距離をｄ_０、最初の屈曲部から２番目の屈曲部までの距離をＬ_０、また、抵抗線３０１の九十九折の間隔をｄとする。また、ｎ番目の屈曲部３０４から接続された配線３０２をｎ番目の配線と呼び、図中では○数字で例示する。

いま、ｎ番目の配線を、トリミングしないで残す配線として選択したとする。この場合、ｎ番目以外の配線３０２、及び抵抗線３０１において電極２０１ａから１番目の屈曲部までの間を切断（トリミング）することになる。

まず、ｎ番目の配線が、抵抗値が無視できる導体（例えば電極２０１と同じ材料の導体）である場合、このときに得られる一対の電極２０１（２０１ａ、２０１ｂ）間の抵抗値Ｒｎは、式（１）で与えられる。

次に、ｎ番目の配線を、主たる抵抗線３０１と同じ抵抗率ρの従たる抵抗線３０３とした場合には、ｎ番目の配線の線長（ｎ番目の配線が接続している屈曲部から電極２０１ａまでの直線距離）分だけ抵抗が存在することになる。このため、ｎ番目の配線が抵抗値を無視できる導体である場合と比較すると、トリミングをしないで残す配線を変えたこと（ｎの変化）に対する抵抗値Ｒｎの変化は小さくなり、式（２）に示すようになる。従って、抵抗値Ｒｎの細かい値での調整が可能となる。

また、この際に、主たる抵抗線３０１において電極２０１ａから１番目の屈曲部までの間を切断しなければ、抵抗が並列に存在することになり、抵抗値Ｒｎの変化幅をより小さくすることができる。

（２）粗調整型パターン
図６は、本厚膜抵抗器の粗調整型パターンとその配線の幾何学的サイズを示したものであり、一対の電極２０１のうち一方（２０１ｂ）側を拡大した図である。幾何学的サイズや抵抗線３０１の物性値などは、上述の微調整型パターンと同様である。図６では、九十九折した各々の屈曲部３０４の一方を、絶縁基板１０１の片側（図６では上側）に集めることによって、電極２０１ｂへの配線３０２が、屈曲部３０４の１つ置きに（九十九折の１周期ごとに）並列に配されている。

図５の微調整型パターンの説明と全く同様に、ｎ番目の配線を、トリミングしないで残す配線として選択したとする。この場合、ｎ番目以外の配線３０２、及び主たる抵抗線３０１において電極２０１から１番目の屈曲部までの間を切断（トリミング）することになる。

まず、ｎ番目の配線が、抵抗値が無視できる導体（例えば電極２０１と同じ材料の導体）である場合、このときに得られる一対の電極２０１間の抵抗値Ｒｎは、式（３）となる。

ｎ番目の配線を、抵抗線３０１と同じ抵抗率ρの従たる抵抗線３０３とした場合にも、図５の微調整型パターンの説明と同様に、トリミングをしないで残す配線を変えたこと（ｎの変化）に対する抵抗値Ｒｎの変化は小さくなり、式（４）に示すようになる。

また、この際に、抵抗線３０１において電極２０１から１番目の屈曲部までの間を切断しなければ、抵抗が並列に存在することになり、抵抗値Ｒｎの変化幅をより小さくすることができる。

以上より、図４のごとく微調整型パターンと粗微調整型パターンを１つの抵抗器に構成する場合には、粗調整型パターンではトリミング可能な配線に配線３０２を用いて抵抗値に大きな調整幅を確保し、微調整型パターンではトリミング可能な配線に従たる抵抗線３０３を用いて抵抗値の調整精度を高めることが合理的である。なお、本発明による厚膜抵抗器は、この形態に限るものではない。必要に応じてどちらか一方の調整型パターンを作製してもよい。また、接続用配線に、配線３０２のみ又は従たる抵抗線３０３のみを用いてもよく、或いは主たる抵抗線３０１とは抵抗率の異なる別途の抵抗ペースト材を用いることも可能である。

本発明による平板型厚膜抵抗器の基本構造の模式図。 九十九折状の配線パターンを有する厚膜抵抗器の模式図。 抵抗値Ｒの精度を高めるための厚膜抵抗器の模式図。 本発明による実用的な形態の平板型厚膜抵抗器の模式図。 微調整型パターンとその配線の幾何学的サイズを示す模式図。 粗調整型パターンとその配線の幾何学的サイズを示す模式図。

符号の説明

１０１…絶縁基板、１０２…リード線、２０１…電極、３０１…主たる抵抗線、３０２…配線、３０３…従たる抵抗線、３０４…屈曲部、４０１…最終抵抗値Ｒ。

Claims (9)

1. 絶縁基板上に、一対の電極と、厚膜抵抗体よりなる複数の抵抗線とが形成され、
   前記複数の抵抗線は、並列配置され、それぞれの一端が前記一対の電極の一方に接続され、他端が少なくとも１本のトリミング可能な配線を介して前記一対の電極の他方に接続されていることを特徴とする厚膜抵抗器。
2. 絶縁基板上に、一対の電極と、厚膜抵抗体よりなる抵抗線とが形成され、
   前記抵抗線の一端が前記一対の電極のいずれか一方に接続され、
   前記抵抗線の異なる部位にトリミング可能な複数の配線の各一端が接続され、これらの配線の各他端が前記一対の電極のいずれか一方に接続されていることを特徴とする厚膜抵抗器。
3. 前記トリミング可能な複数の配線は、抵抗率の異なる配線の組み合わせよりなる請求項２記載の厚膜抵抗器。
4. 前記トリミング可能な複数の配線は、前記抵抗線の抵抗体と同種の抵抗体もしくは前記電極と同種の導体のいずれか一方又は双方の組み合わせである請求項２記載の厚膜抵抗器。
5. 前記抵抗線が、九十九折りの屈曲形状を成す請求項２ないし４のいずれか１項記載の厚膜抵抗器。
6. 前記九十九折りを成す抵抗線の屈曲部間の線材長さが段階的に変化する請求項５記載の厚膜抵抗器。
7. 前記九十九折りを成す抵抗線の屈曲部にトリミング可能な前記配線の各一端が接続されている請求項５又は６記載の厚膜抵抗器。
8. 前記九十九折りを成す抵抗線は、
   一端が前記一対の電極における一方の電極の長手方向の中央部に接続され、この一端から前記抵抗線の九十九折りの中央領域までの屈曲部間の線材の長さが段階的に増大する第１の九十九折りパターンと、
   他端が前記一対の電極における他方の電極の長手方向一端に接続され、この他端から前記抵抗線の九十九折りの中央領域までの屈曲部間の線材の長さが段階的に増大する第２のパターンとを有し、
   前記第１の九十九折りパターンでは、交番状に繰り返す屈曲部のいずれにも前記トリミング可能な配線の一端が接続され、
   前記第２の九十九折りパターンでは、交番状に繰り返す屈曲部のうち一方向に向く屈曲部に前記トリミング可能な配線の一端が接続されている請求項５ないし７のいずれか１項記載の厚膜抵抗器。
9. 前記配線の一部がトリミングにより切断されて前記抵抗線の抵抗値が調整されている請求項１ないし８のいずれか１項記載の厚膜抵抗器。

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