JP2010225660A - チップ抵抗器およびその実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電極に対する導電性接着剤の電気的および機械的な接続の信頼性を高めることが容易なチップ抵抗器とその実装構造を安価に提供すること。
【解決手段】チップ抵抗器１の絶縁性基板２の上面には、抵抗体４と、抵抗体の両端部に重なり合う一対の内部電極３と、抵抗体を覆う第１の保護層５および第２保護層６と、内部電極の露出部分を覆う外部電極７とが設けられており、一対の外部電極によって絶縁性基板の側端面が覆われていると共に、外部電極の表面が露出している。外部電極は樹脂材料に導電材料が分散されている導電性接続材料からなり、回路基板３０への実装時に使用される導電性接着剤３２の樹脂成分と外部電極の樹脂成分は同質である。また、内部電極の抵抗体側の端部が第２保護層によって覆われていると共に、第２保護層の内部電極側の端部が外部電極によって覆われている。
【選択図】図２

Description

本発明は、チップ抵抗器と、チップ抵抗器を回路基板上に面実装する実装構造とに係り、特に、チップ抵抗器の電極部を回路基板上の対応する配線パターンに導電性接着剤によって接続する場合に好適なチップ抵抗器およびその実装構造に関する。

チップ抵抗器は、絶縁性基板の上面に抵抗体と該抵抗体の両端部に重なり合う一対の内部電極と該抵抗体を覆う保護膜とを設け、かつ絶縁性基板の側端面や内部電極を覆うように外部電極を設けて概略構成されており、通常、外部電極の表面にはＮｉやＳｎ等からなるメッキ層が形成されている（例えば、特許文献１参照）。そして、かかるチップ抵抗器を回路基板に実装する際には、鉛半田（Ｓｎ／Ｐｂ）を用いたリフローやフロー半田付けを行うことが一般的である。しかしながら、昨今、環境への配慮から鉛の使用は極力抑制することが強く要望されている。

そこで、鉛を含まない鉛フリー半田を用いて、チップ抵抗器の外部電極を回路基板上の対応する配線パターンに半田付けするという手法が実用化されているが、鉛フリー半田を溶融させて接続が行えるようにするためには約２６０℃まで加熱する必要があるので、実装されるチップ抵抗器にはこの高温に耐えうる耐熱性が要求される。つまり、鉛フリー半田の半田付けによってチップ抵抗器を実装しようとする場合には、チップ抵抗器の耐熱性を大幅に高めておかねばならないため、チップ抵抗器が高コスト化してしまうという難点があった。

一方、鉛半田を用いることなくチップ抵抗器を実装する他の手法として、導電性接着剤によってチップ抵抗器の外部電極を回路基板上の対応する配線パターンに接続するという技術が知られている。導電性接着剤は、金属粉等の導電材料をエポキシ系等の樹脂材料に分散させたものであり、２００℃以下の温度で硬化してチップ抵抗器の外部電極と回路基板上の配線パターンとを接続することができるため、チップ抵抗器の耐熱性を特に高める必要がなくなってコストメリットが大きい。

特開２００３−１２４００４号公報

しかしながら、従来のチップ抵抗器を導電性接着剤によって回路基板上に実装しようとすると、チップ抵抗器の外部電極に形成されているメッキ層（Ｎｉメッキ層やＳｎメッキ層）に対して、導電性接着剤の接着強度不足や導通性能劣化が起こりやすいため、電気的および機械的な接続の信頼性を確保することが困難であるという問題があった。なお、外部電極の表面にＡｕメッキ層を形成すれば導電性接着剤との接続の信頼性は高まるが、極めて高価なチップ抵抗器となってしまうため好ましくはない。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、外部電極に対する導電性接着剤の電気的および機械的な接続の信頼性を高めることが容易なチップ抵抗器を安価に提供することにある。また、本発明の第２の目的は、チップ抵抗器が導電性接着剤によって回路基板上に確実に実装できる安価な実装構造を提供することにある。

上記の第１の目的を達成するために、本発明では、絶縁性基板の上面に、抵抗体と、この抵抗体の両端部に重なり合う一対の内部電極と、前記抵抗体を覆う保護膜と、前記一対の内部電極の露出部分を覆う一対の外部電極とが設けられていると共に、前記一対の外部電極によって前記絶縁性基板の側端面が覆われているチップ抵抗器において、前記外部電極は樹脂材料に導電材料が分散されている導電性接続材料からなり、かつ、前記外部電極の表面が露出しているという構成にした。

このように構成されたチップ抵抗器は、導電性接着剤と同様に導電材料を樹脂材料に分散させてなる導電性接続材料が、内部電極に重ね合わせた外部電極として絶縁性基板の側端面を覆っており、この外部電極（導電性接続材料）の表面を露出させているため、実装時に外部電極に対する導電性接着剤の接着強度不足や導通性能劣化が起こる可能性が低い。また、外部電極に対して何らメッキ処理を施す必要がないため、このチップ抵抗器は安価に製造できる。

上記の構成のチップ抵抗器において、内部電極の抵抗体側の端部が保護膜によって覆われていると共に、この保護膜の内部電極側の端部が外部電極によって覆われていると、内部電極の抵抗体側の端部を保護膜と外部電極とで二重に覆うことができるため耐湿性等が向上する。それゆえ、抵抗特性が安定してチップ抵抗器の信頼性が高まる。

また、上記の構成のチップ抵抗器において、保護膜が外部電極の樹脂成分と同質の樹脂材料からなると、これら保護膜と外部電極との密着性が良好となるため、耐湿性等が一層向上して抵抗特性をさらに安定させることができる。

上記の第２の目的を達成するために、本発明では、絶縁性基板の上面に、抵抗体と、この抵抗体の両端部に重なり合う一対の内部電極と、前記抵抗体を覆う保護膜と、前記一対の内部電極の露出部分を覆う一対の外部電極とが設けられていると共に、前記一対の外部電極によって前記絶縁性基板の側端面が覆われているチップ抵抗器の実装構造において、前記外部電極は樹脂材料に導電材料が分散されている導電性接続材料からなり、かつ、前記外部電極の表面が露出しているチップ抵抗器を、回路基板に設けられた所定の配線パターン上に搭載して、前記外部電極と樹脂成分が同質である導電性接着剤を用いて該外部電極と前記配線パターンとを接続することとした。

このように導電材料を樹脂材料に分散させてなる導電性接続材料がチップ抵抗器の外部電極として絶縁性基板の側端面を覆って露出しており、かつ、この外部電極（導電性接続材料）と樹脂成分が同質である導電性接着剤を用いて回路基板の配線パターン上に該チップ抵抗器を実装すると、チップ抵抗器の外部電極と導電性接着剤との電気的および機械的な接続の信頼性が大幅に向上する。また、チップ抵抗器が比較的低温で実装できると共に、チップ抵抗器の外部電極に高価なＡｕメッキ層等を設ける必要がないため、実装コストが大幅に低減できる。

本発明のチップ抵抗器は、導電材料を樹脂材料に分散させてなる導電性接続材料が外部電極として絶縁性基板の側端面を覆って露出しているため、この外部電極に対する導電性接着剤の電気的および機械的な接続の信頼性を高めることが容易であり、しかも、外部電極に対して何らメッキ処理を施す必要がないため安価に製造できる。

また、本発明のチップ抵抗器の実装構造は、導電材料を樹脂材料に分散させてなる導電性接続材料がチップ抵抗器の外部電極として絶縁性基板の側端面を覆って露出しており、この外部電極と樹脂成分が同質である導電性接着剤を用いて回路基板の配線パターン上に該チップ抵抗器を実装するというものなので、チップ抵抗器の外部電極と導電性接着剤との電気的および機械的な接続の信頼性が大幅に向上して、このチップ抵抗器を導電性接着剤によって回路基板上に確実に実装することができる。また、チップ抵抗器が比較的低温で実装できると共に、チップ抵抗器の外部電極に高価なＡｕメッキ層等を設ける必要がないため、実装コストが大幅に低減できる。

本発明の実施形態例に係るチップ抵抗器の上面図である。 該チップ抵抗器を回路基板上に実装した状態を示す断面図である。 該チップ抵抗器の製造過程で大判基板に内部電極を形成した状態を示す工程図である。 該チップ抵抗器の製造過程で該大判基板に抵抗体を形成した状態を示す工程図である。 該チップ抵抗器の製造過程で該抵抗体を覆う第１保護層を形成した状態を示す工程図である。 該チップ抵抗器の製造過程で該第１保護層を覆う第２保護層を形成した状態を示す工程図である。 該チップ抵抗器の製造過程で該大判基板を短冊状基板に分割した状態を示す工程図である。 該チップ抵抗器の製造過程で該短冊状基板に外部電極を形成するディップ作業を示す工程図である。 該短冊状基板を個片に分割してなる該チップ抵抗器の斜視図である。 該チップ抵抗器の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態例を図１〜図１０を参照しつつ説明する。なお、図３〜図８は本実施形態例に係るチップ抵抗器の製造手順を説明するためのものであり、図１０は該チップ抵抗器の変形例である。

図１，２に示すチップ抵抗器１は、絶縁性基板２の上面に内部電極３や抵抗体４、第１および第２保護層５，６等を設け、かつ絶縁性基板２の側端面を覆って内部電極３と重なり合う外部電極７を設けて概略構成されており、外部電極７は導電性接着剤と同様の材料からなる。また、図２に示すように、このチップ抵抗器１は、回路基板３０の所定の配線パターン３１上に搭載して、導電性接着剤３２で外部電極７と配線パターン３１とを接続することによって回路基板３０上に実装できるようになっている。

チップ抵抗器１の構成について詳しく説明すると、絶縁性基板２は例えばアルミナ基板であり、この絶縁性基板２の上面には長手方向の両端部にＡｇ系材料からなる内部電極３が設けられている。これら一対の内部電極３どうしは抵抗体４によって橋絡されており、この抵抗体４をガラスコート層である第１保護層５が覆っている。つまり、抵抗体４の両端部に内部電極３が重なり合っており、積層構造の抵抗体４および第１保護層５には抵抗値を調整するためのトリミング溝８が形成されている（図１参照）。また、エポキシ系樹脂からなるオーバーコート層（保護膜）である第２保護層６が、絶縁性基板２の上面を横切って第１保護層５およびトリミング溝８を覆う領域に設けられており、この第２保護層６によって内部電極３の抵抗体４側の端部も覆われている。絶縁性基板２の上面で一対の内部電極３の露出部分を覆っている一対の外部電極７は、第２保護層６の内部電極３側の端部も覆っている。また、図２に示すように、これら一対の外部電極７は、絶縁性基板２の略平行な側端面（長手方向両端面）を覆っていると共に、絶縁性基板２の下面で内部電極３と対応する領域も覆っている。この外部電極７は、熱硬化性のエポキシ系樹脂材料にＡｇ粉等の導電材料を分散させてなる導電性接続材料を、断面視略Ｕ字形の所望形状（図９参照）に形成して加熱硬化させたものである。なお、外部電極７の表面にメッキ処理は施されていないため、チップ抵抗器１は一対の外部電極７の表面が露出した状態になっている。

次に、このように構成されたチップ抵抗器１を製造する手順を、図３〜図９に基づいて説明する。まず、絶縁性基板２の集合体である大判基板２０を用意し、この大判基板２０に縦横に延びる一次分割溝２１と二次分割溝２２を形成しておく。そして、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の導電性粒子を含有した電極ペーストを、この大判基板２０にスクリーン印刷して焼成することにより、図３に示すように、一次分割溝２１と重なり合って二次分割溝２２とは重なり合わない内部電極３を多数形成する。ただし、図３〜図５に示す各内部電極３は分割前の状態なので、チップ抵抗器１の内部電極３の約２倍の大きさになっている。

次なる工程として、二次分割溝２２に沿って隣り合う内部電極３どうしを橋絡する帯状領域に、ＲｕＯ_２系などの導電性粒子を含有した抵抗体ペーストをスクリーン印刷して焼成することにより、図４に示すように、両端部が内部電極３と重なり合う抵抗体４を多数形成する。

次なる工程として、各抵抗体４を覆う領域にそれぞれガラスペーストをスクリーン印刷して焼成することにより、図５に示すように、抵抗体４よりもひと回り大きい第１保護層５を多数形成する。そして、第１保護層５上へレーザを照射して抵抗体４の一部に所定のトリミング溝（図１参照）を形成することにより、抵抗値調整を行う。

しかる後、一次分割溝２１に沿って列状に並設されている多数の第１保護層５をトリミング溝を含めて覆う帯状領域に、エポキシ系の樹脂ペーストをスクリーン印刷して、これを加熱硬化させることにより、図６に示すように第２保護層６を形成する。ただし、図６〜図８に示す第２保護層６は分割前の状態なので、チップ抵抗器１の第２保護層６に比べてはるかに長尺に形成されている。

次なる工程として、大判基板２０を一次分割溝２１に沿って分割（一次分割）することにより、図７に示すような短冊状基板２３を多数個取りする。

そして、図８に示すように、基台１０上に供給した未硬化の導電性接続材料１７に短冊状基板２３の分割端面を浸漬（ディップ）して、これを加熱硬化させることにより、外部電極７を形成する。ここで、導電性接続材料１７は、熱硬化性のエポキシ系樹脂材料に金属粉末などの導電材料を分散させたものであり、導電材料としてはＡｇやＣｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ等を適宜選択可能であるが、複数種類の導電材料を併用してもよく、粒径や形状（球状や繊維状など）の異なる金属粉末を組み合わせてもよい。また、基台１０上の導電性接続材料１７は、その厚みが一定となるように予めスキージングしておき、そこに短冊状基板２３の分割端面を浸漬する。その際、図８（ａ）に示すように、導電性接続材料１７が第２保護層６の端部に到達する深さまで短冊状基板２３を浸漬してから、同図（ｂ）に示すように短冊状基板２３を引き上げて、これを１００〜２００℃で加熱することにより外部電極７を形成する。なお、こうして短冊状基板２３の分割端面に沿って形成される外部電極７は二次分割前の状態なので、チップ抵抗器１の外部電極７に比べてはるかに長尺である。

最後に、短冊状基板２３を二次分割溝２２に沿って分割（二次分割）することにより、図９に示すような個片化したチップ抵抗器１を多数個取りする。このチップ抵抗器１は、二次分割によって生じる分割端面（絶縁性基板２の長手方向に沿う外側面）が露出したものとなっている。ただし、二次分割により個片化したチップ片に導電性接続材料を塗着させて外部電極７を形成することも可能であり、その場合は、図１０に示すように、絶縁性基板２の長手方向両端部をそれぞれ袋状に覆う領域に外部電極７が形成されるため、絶縁性基板２の外側面は中央部だけが露出することになる。

このようにして製造されるチップ抵抗器１は、図２に示すように、半田付けではなく導電性接着剤３２によって回路基板３０上に実装することができる。この導電性接着剤３２は、熱硬化性のエポキシ系樹脂材料にＡｇ粉等の導電材料を分散させてなる公知のものであり、その導電材料の種類や含有比率が外部電極７と同じでなくてもよいが、少なくとも樹脂材料に関しては、導電性接着剤３２と外部電極７は同質の材料（好ましくはエポキシ系樹脂）を選択しておく。

そして、チップ抵抗器１を回路基板３０上に実装する際には、回路基板３０の所定の配線パターン３１上に導電性接着剤３２を塗布した後、チップ抵抗器１の一対の外部電極７を配線パターン３１上に搭載して１００〜２００℃程度で加熱することにより、導電性接着剤３２を硬化させる。この導電性接着剤３２の樹脂成分と外部電極７の樹脂成分はどちらもエポキシ系で同質なため、導電性接着剤３２によって外部電極７と配線パターン３１は電気的および機械的に確実に接続され、よってチップ抵抗器１は回路基板３０上に確実に実装できる。

以上説明したように、本実施形態例に係るチップ抵抗器１は、導電材料を樹脂材料に分散させてなる導電性接続材料が、内部電極３に重ね合わせた外部電極７として絶縁性基板２の側端面を覆っており、この外部電極７（導電性接続材料）の表面を露出させているため、実装時に外部電極７に対する導電性接着剤３２の接着強度不足や導通性能劣化が起こる可能性が低い。しかも、本実施形態例では、外部電極７と樹脂成分が同質である導電性接着剤３２を用いて回路基板３０の配線パターン３１上にチップ抵抗器１を実装しているため、チップ抵抗器１の外部電極７と導電性接着剤３２との電気的および機械的な接続の信頼性が大幅に向上している。それゆえ、外部電極７に高価なＡｕメッキ層等を設けなくても、このチップ抵抗器１は回路基板３０上に確実に実装できる。

また、このチップ抵抗器１は、外部電極７に対して何らメッキ処理を施す必要がなく、かつ２００℃以下の耐熱性を備えていればよいため、安価に製造することができる。さらに、チップ抵抗器１を実装する際の加熱温度が２００℃以下と比較的低温なため、実装コストも低減できる。

また、本実施形態例に係るチップ抵抗器１は、図１に幅Ａで示す領域において、内部電極３の抵抗体４側の端部が第２保護層６によって覆われていると共に、第２保護層６の内部電極３側の端部が外部電極７によって覆われているため、内部電極３の抵抗体４側の端部が第２保護層６と外部電極７とで二重に覆われる構成になっており、耐湿性等が向上している。しかも、本実施形態例では、第２保護層６が外部電極７の樹脂成分と同質の樹脂材料（エポキシ系樹脂）からなるため、これら第２保護層６と外部電極７との密着性が良好で、耐湿性等が一層向上している。それゆえ、このチップ抵抗器１は抵抗特性が安定しており、高い信頼性が期待できる。

また、本実施形態例に係る実装構造では、チップ抵抗器１と回路基板３０との接続部位である外部電極７および導電性接着剤３２が柔軟性を有するため、チップ抵抗器１と回路基板３０との間で懸念される熱膨張や熱収縮の差に起因する歪を該接続部位で緩和することができ、この点からも接続の信頼性が高まっている。

なお、上記実施形態例では、外部電極７をディップ方式によって形成する場合について説明したが、外部電極７をディップ方式の代わりにスクリーン印刷方式や塗布方式によって形成してもよい。具体的には、図６の工程の後に、第２保護層６の間であって、第２保護層６に一部重なるように、導電性材料をスクリーン印刷またはディスペンサー等により塗布して、上面側樹脂電極を形成する。次に、大判基板の裏面側に導電性材料をスクリーン印刷またはディスペンサー等により塗布して、裏面側樹脂電極を形成する。次に、大判基板を分割して短冊状基板とする。次に、この短冊状基板の端面を導電性材料に浸漬（ディップ）し、または、短冊状基板の端面に導電性材料をディスペンサー等により塗布して、上面側樹脂電極と裏面側樹脂電極を導通させる端面側樹脂電極を形成する。その後、短冊状基板を分割することにより個片化したチップ抵抗器を形成する。ただし、例えば抵抗体側を伏せて基板実装する、いわゆるフェースダウン実装するチップ抵抗器においては、上記した裏面側樹脂電極や面側樹脂電極を省略する場合もある。

また、上記実施形態例では、チップ抵抗器１をリジッドな回路基板３０上に実装する場合について説明しているが、チップ抵抗器１をフレキシブルな回路基板（フレキシブルプリント基板）上に実装する場合には、比較的低温で実装できて接続部位が柔軟性を有するという本発明の実装構造によって、より一層の効果が期待できる。

１ チップ抵抗器
２ 絶縁性基板
３ 内部電極
４ 抵抗体
５ 第１保護層
６ 第２保護層（保護膜）
７ 外部電極
３０ 回路基板
３１ 配線パターン
３２ 導電性接着剤

Claims (4)

1. 絶縁性基板の上面に、抵抗体と、この抵抗体の両端部に重なり合う一対の内部電極と、前記抵抗体を覆う保護膜と、前記一対の内部電極の露出部分を覆う一対の外部電極とが設けられていると共に、前記一対の外部電極によって前記絶縁性基板の側端面が覆われているチップ抵抗器において、
   前記外部電極は樹脂材料に導電材料が分散されている導電性接続材料からなり、かつ、前記外部電極の表面が露出していることを特徴とするチップ抵抗器。
2. 請求項１の記載において、前記内部電極の前記抵抗体側の端部が前記保護膜によって覆われていると共に、前記保護膜の前記内部電極側の端部が前記外部電極によって覆われていることを特徴とするチップ抵抗器。
3. 請求項１または２の記載において、前記保護膜が前記外部電極の樹脂成分と同質の樹脂材料からなることを特徴とするチップ抵抗器。
4. 請求項１に記載のチップ抵抗器を、回路基板に設けられた所定の配線パターン上に搭載して、前記外部電極と樹脂成分が同質である導電性接着剤を用いて該外部電極と前記配線パターンとを接続したことを特徴とするチップ抵抗器の実装構造。

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