JP2015115460A

JP2015115460A - 抵抗素子及びその製造方法

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Publication number: JP2015115460A
Application number: JP2013256325A
Authority: JP
Inventors: 壮平幸田; Sohei Koda; 裕也竹上; Yuya TAKEUE
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-22
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: CN105765671B; DE112014005690T5; CN105765671A; US9905340B2; JP6386723B2; WO2015087670A1; US20160358701A1

Abstract

【課題】ウェッジボンディングによりアルミワイヤ等を電極に接続するのに適した緻密な電極を備えた抵抗器を提供する。【解決手段】基板と、前記基板上の抵抗体と、前記抵抗体の両端に接続された電極と、を備えるチップ抵抗素子の製造方法であって、前記基板上に前記電極を形成する電極形成工程を含み、前記電極形成工程は、銀を含む第１電極材料により前記基板上に第１電極層を形成する工程と、銀とパラジウムを含む第２電極材料により前記第１電極層上に第２電極層を形成する工程と、からなり、前記第１電極材料は、前記第２電極材料よりも、銀を多く含む材料を用いることを特徴するチップ抵抗素子の製造方法。【選択図】図５

Description

本発明は、抵抗素子及びその製造方法に関し、より詳細には、抵抗素子の電極形成技術に関する。

従来から、プリント基板などに形成される配線とワイヤボンディングにより接続する抵抗素子が用いられている。

例えば、特許文献１は、ワイヤボンディング可能な小型のチップ抵抗器及びその製造方法を開示する。特許文献１に記載のチップ抵抗器では、チップ基体上に離間して形成された第１の電極と第２の電極との間に跨るように抵抗体を形成している。そして、第１の電極上にワイヤを架けることで、電気的接続を得ることができる。チップ抵抗器を、はんだ実装した場合、はんだの融点以上になる環境において使用できない等の制約があるが、ワイヤボンディングによればそれを回避することもできる。

特許文献１では、電気絶縁性を有する基板であるアルミナ焼結体のチップ基体の上面の長手方向の両端部に、例えば銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）−ガラスのメタルグレーズにより電極を形成し、電極間に、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）系酸化物により抵抗体を形成している。最終的には、電極にワイヤボンディングを行う（特許文献１の図１０参照）。

特開平９−１６２００２号公報

抵抗器にワイヤボンディングを行うことで電気的接続を得る場合には、抵抗器の電極とボンディングワイヤとの接続強度を如何に高めるかが問題となる。そのためには、表面を含めた電極を形成する電極層が緻密であることが必要となるが、従来の電極の緻密性には問題があった。

本発明は、ワイヤボンディングを行うことで電気的接続を得る抵抗器用の電極を緻密な導電性厚膜として形成する技術を提供することを目的とする。

また、ウェッジボンディングによりアルミワイヤ等を電極に接続するのに適した緻密な電極を備えた抵抗器を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、基板と、前記基板上の抵抗体と、前記抵抗体の両端に接続された電極と、を備えたチップ抵抗素子の製造方法であって、前記基板上に前記電極を形成する電極形成工程を含み、前記電極形成工程は、銀を含む第１電極材料により前記基板上に第１電極層を形成する工程と、銀とパラジウムを含む第２電極材料により前記第１電極層上に第２電極層を形成する工程と、からなり、前記第１電極材料は、前記第２電極材料よりも、銀を多く含む、チップ抵抗素子の製造方法が提供される。

電極において下層の第１電極層の材料の銀が多いため、熱処理（焼成）等におけるＡｇの相互拡散時に上層の第２電極層への銀の拡散が支配的になるため、第２電極層に生じた気泡などを拡散する銀により埋めることで電極が緻密になる。
また、パラジウムにより、銀の抵抗体へのマイグレーションや硫化を防ぐことができる。

前記第１電極層を形成する工程は、前記第１電極材料として銀−白金系金属材とガラスとのペーストを前記基板に堆積する工程を含み、前記第２電極層を形成する工程は、前記第２電極材料として銀−パラジウム系金属材とガラスとのペーストを前記第１電極層に重ねて堆積し焼成する工程を含むことを特徴する。

電極は、第２電極材料の焼成後に融合されており、抵抗体は、その後に形成されるので、電極が緻密になり、抵抗体が電極に接触しない。

前記第１電極材料は、含まれる金属成分の比において銀を９５ｗｔ％以上含み、前記第２電極材料は、含まれる金属成分の比において銀を９０ｗｔ％以下含むことを特徴する。

前記第１電極材料は、含まれる金属成分（ガラス成分は除く）の比において銀を９５ｗｔ％以上含み（９５−９９．５ｗｔ％）、前記第２電極材料は、含まれる金属成分の比において銀を９０ｗｔ％以下含む（７０−９０ｗｔ％）ことで、銀の相互拡散が促進され、緻密な電極となる。

パラジウムは１０−３０ｗｔ％として硫化や銀のマイグレーションを防止し、白金は０．５−５ｗｔ％として、基板と電極との密着性を向上させる。

ここで、第１電極層は、第２電極層以上の厚みで形成されることで、銀の濃度が高い第１電極層から第２電極層への銀の拡散が促進する。

本発明の他の観点によれば、基板と、前記基板上の抵抗体と、前記抵抗体の両端に接続された電極と、を備えるチップ抵抗素子であって、前記電極は、銀を含み、前記電極における銀の濃度が、前記基板側から前記基板と反対側に向けて厚さ方向に傾斜する銀濃度傾斜層を有することを特徴とするチップ抵抗素子が提供される。

さらに、前記基板の反対側に、銀以外の金属の含有量としてパラジウムの含有量が高いパラジウムリッチ層を有することを特徴とする。
前記銀濃度傾斜層における銀濃度は、９５ｗｔ％以上から９０ｗｔ％以下まで傾斜することを特徴とする。

電極を緻密にしたことで、ワイヤボンディング工程や検測工程等などにおける電極へのダメージを低減し、接触強度を向上することができる。

本発明の一実施の形態によるチップ型抵抗素子の外観構成例を示す斜視図である。本実施の形態によるチップ型抵抗素子の製造工程を示す上面図である。本実施の形態によるチップ型抵抗素子の製造工程を示す上面図である。本実施の形態によるチップ型抵抗素子の製造工程を示す上面図である。本実施の形態によるチップ型抵抗素子の製造工程を示す断面図である。本実施の形態によるチップ型抵抗素子の製造工程を示す断面図である。本実施の形態によるチップ型抵抗素子の製造工程を示す断面図である。電極を構成する第１電極層と第２電極層とのそれぞれの電極材料である第１電極材料と第２電極材料との金属成分、重量比、層厚の一例を示す図である。第２電極層（上層電極）と第１電極層（下地電極）の焼成後のＡｇ濃度の分布例を示す図である。電極の構造を模式的に示す断面図である。本実施の形態によるチップ抵抗器を用いた実装構造の一例を模式的に示す斜視図である。２次分割したチップを、検測する様子を示す図である。電極にワイヤボンディングを行う様子を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態による抵抗素子及びその製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態によるチップ型抵抗素子（以下、「チップ抵抗器」と称する。）の外観構成例を示す斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態によるチップ抵抗器１は、例えば電気絶縁性を有するチップ基板１１であるアルミナ焼結体により形成され、側面１１ａ、端面１１ｂ、上面１１ｃ、下面１１ｄが露出するチップ基板１１のうちの例えば上面１１ｃにおいて、長手方向の両端部に電極１５が形成され、電極１５間に、抵抗体（図示せず。）が形成され、その抵抗体の上に保護膜１７が形成された抵抗器の構造を有している。電極１５には、例えば、工程の途中で抵抗値を調整するためにプローブを当てたプローブ痕２３がついている。電極１５の端面はチップ基板１１の端面１１ｂと面一になっている。

図１（ｂ）に示すように、チップ基板１１の下面１１ｄには、下面電極（下面端子）１３が形成されている。下面電極１３は、基板やリードフレームに、はんだ接続するために設けられている。

以下、本実施の形態によるチップ抵抗器の製造方法について、図面を参照しながら、詳細に説明する。図２から図４までは、製造工程を示す上面図であり、図５から図７までは、製造工程を示す断面図である。

まず、図２（ａ）及び図５（ａ）に示すように、複数のチップ抵抗器を製造するためのアルミナ等の大判基板を準備し、その下面側（図１（ｂ）の下面１１ｄ側に相当する。）に個々のチップ抵抗器の領域を画定し（以下、「チップ領域」と称する。）、最終的にチップ抵抗器毎に分割するために用いられる交差する２方向に並ぶスリット３１ａ、３１ｂを形成する。スリット３１ａ、３１ｂは、焼成前の基板に、型押し工程、レーザ照射工程などにより形成する。また、表面側の同じ位置にも、スリットを形成しておく。

その後、図５（ａ）にも示すように、チップ領域毎に、下面端子１３を形成する。下面端子１３は、Ａｇ−Ｐｄ系金属材とガラスとからなるペーストを、例えばスクリーン印刷によりパターニングし、次いで、８５０℃で焼成することで形成する。

次いで、図２（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、大判基板の上面（図１（ａ）の上面１１ｃ）側に、例えば上面側のスリット３１ａ’を跨ぐように第１電極（下層電極）１５ａを形成する。この際、例えば、Ａｇ−Ｐｔ系の金属材とガラスとからなるペーストを第１電極材料として用いてスクリーン印刷によりパターニングし、乾燥処理を行った後に、８５０℃で焼成する。第１電極１５ａの形成されている領域はスリット３１ａ’によりその領域を２分割する領域である。これにより、スリット３１ａ’に沿って第１電極１５ａを２分割した場合に、チップ基板１１の端面１１ｂと第１電極１５ａの端面とが、ほぼ面一になる。

次いで、図２（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、第１電極１５ａに重なる位置及び領域に、第２電極（上層電極）１５ｂを形成する。この際、例えば、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材とガラスとからなるペーストを第２電極材料として用いてスクリーン印刷によりパターニングし、乾燥処理を行った後に、８５０℃で焼成する。

これにより、図６（ａ）に示すように、チップ基板１１の上面側に第１電極１５ａと第２電極１５ｂとに基づいて融合された電極１５が形成される。
電極の形成工程に関する詳細な内容は後述する。

図３（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、電極１５が形成された基板の上面に、例えば、ＲｕＯ_２からなる抵抗材とガラスとのペーストを用いて抵抗体を形成する。抵抗体の両端が電極１５に接続するように、例えば上下に重なることにより電気的に接続するようにスクリーン印刷を行う。次いで、乾燥及び８５０℃での焼成工程を行うことと抵抗体４１を形成する。尚、図では、高耐圧化のために、蛇行するパターンにより抵抗体４１を形成しているが、形状は任意である。

図３（ｂ）及び図７（ａ）に示すように、電極１５と抵抗体４１とが形成されたチップ基板１１の上面に、ホウケイ酸ガラスペーストを塗布し、抵抗体４１を覆うようにスクリーン印刷を行い、乾燥処理及び６００℃での焼成処理を行うことで、１次保護膜４３を形成する。この１次保護膜４３は、以下で説明する、レーザートリミングによる抵抗体４１への衝撃を緩和する機能も有する。

図３（ｃ）及び図７（ｂ）に示すように、レーザ加工技術により、抵抗体４１の一部に切り込み４５を入れることで、抵抗体４１における抵抗値を調整する。この際、電極１５にプローブを当てて電極１５間の抵抗を測定しながら抵抗体４１の抵抗値を調整することができる。

次いで、図３（ｄ）及び図７（ｂ）に示すように、電極１５と抵抗体４１とが形成され抵抗値が調整されたチップ基板１１の上面に、ホウケイ酸ガラスペーストを塗布し、抵抗体４１のレーザによる切り込み４５を覆うようにスクリーン印刷を行い、乾燥処理及び６００℃での焼成処理を行うことで、２次保護膜４７を形成する。２次保護膜４７は、樹脂系の材料で形成してもよい。尚、ホウケイ酸ガラスを用いることで、樹脂系の保護剤を用いた場合の加熱硬化処理時における、電極表面の樹脂成分が広がることに起因するボンディングへの悪影響を抑制することができる。

次いで、図４（ａ）に示すように、図３（ｄ）の状態から、２次保護膜４７に重ねてホウケイ酸ガラスペーストを用いた３次保護膜５１を形成する。これにより、大判基板上に抵抗素子を多数形成することができる。なお、図４（ａ）の工程まで、スリット３１ａ、３１ｂが形成されていないチップ基板１１を用い、その後、レーザースクライブにより、電極１５をカットしつつスリット３１ａ、３１ｂを形成したり、ダイシングにより個片化してもよい。

次いで、図４（ｂ）に示すように、スリット３１ａ（図２（ａ））に沿って、大判基板を分割する。電極１５は、Ｐｄを比較的多く含むため、電極１５は、スリット３１ａに沿って分割しやすいという利点がある。電極１５にＰｄが少ないと、電極の欠けが発生しやすく、分割面の形状がばらつきやすいのに対して、電極１５にＰｄが比較的多いと、電極の欠けが発生しにくく、分割面の形状がばらつきにくい。

次いで、図４（ｃ）に示すように、スリット３１ｂ（図２（ａ））に沿って２次分割を行うことで、チップ抵抗器１を作成することができる。

以下に、電極の形成工程の詳細について説明する。電極１５が、第１電極材料からなる第１電極層（下地電極）１５ａの上に、第２電極材料からなる第２電極層（上層電極）１５ｂを重ねることにより形成されている。但し、焼成過程で両者は融合するので、完成状態で２層になっていない。

図８は、電極１５を構成する第１電極層（下地電極）１５ａと第２電極層（上層電極）１５ｂとのそれぞれの電極材料である第１電極材料と第２電極材料との金属成分、重量比、層厚の一例を示す図である。図８に示すように、第１電極材料は、例えば、ＡｇとＰｔとからなり、その組成比は、Ａｇが９５−９９．５ｗｔ％（９５ｗｔ％以上）、Ｐｔが０．５−５ｗｔ％である。層の厚みは、５−１２μｍであり、上層の第２電極層１５ｂと同等かこれよりも厚い。第２電極材料は、例えば、ＡｇとＰｄとからなり、Ａｇが７０−９０ｗｔ％（９０ｗｔ％以下）、Ｐｄが１０−３０ｗｔ％である。層の厚みは、５−１２μｍであり、下層の第１電極層１５ａと同等かこれよりも薄い。

電極ペーストを焼成すると、ビヒクル、溶剤が揮発したり、ガラス成分が移動したり等することにより電極の表面状態が疎な状態になりやすい。するとボンディングの固着強度が得られない。

そこで、本実施の形態では、まずＡｇ−Ｐｔペーストを印刷・焼成して第１電極層１５ａ（下地電極）を形成し、次いでＡｇ−Ｐｄペーストを印刷・焼成して第２電極層１５ｂ（上層電極）を形成する。第２電極層１５ｂ（上層電極）と第１電極層１５ａ（下地電極）の焼成工程において、両者に含まれるＡｇ成分が相互に拡散し、第１電極層１５ａ（下地電極）から第２電極層１５ｂ（上層電極）へ拡散することで、緻密な電極層１５が得られる。

図９は、第２電極層１５ｂ（上層電極）と第１電極層１５ａ（下地電極）の焼成後のＡｇ濃度の分布例を示す図である。第１電極材料のＡｇ濃度が９９％であり、第２電極材料のＡｇ濃度が８０％であるため、焼成時のＡｇの相互拡散において、Ａｇの濃度勾配に基づいてＡｇの濃度分布が決められる。例えば、図９に示すように、より高濃度のＡｇを含む第１電極材料と第１電極材料よりも低濃度のＡｇを含む第２電極材料とを積層して焼成を行うと、Ａｇの相互拡散工程において、Ａｇの濃度勾配に基づいて第１電極材料から第２電極材料へ全体としてＡｇが移動することで、電極１５において、基板側から電極上面に向けてＡｇの濃度は、深さ方向に高い領域から低い領域に傾斜する傾向となる。ガラス成分を含む第１電極材料と第２電極材料とを堆積し、Ａｇが拡散する温度で焼成を行うことで、ガラス成分を含む電極ペーストを厚めに堆積して焼成した場合に生じやすい気泡などの空孔を、相互拡散するＡｇが埋めることで、最終的に緻密なＡｇ系の電極を形成することができたものと推測される。

図１０は、電極１５の構造を模式的に示す断面図である。すなわち、電極１５は、主としてＡｇで形成され、基板側から順番にＰｔを含有するＰｔ含有層１５−３、基板側からＡｇ濃度が低くなるように傾斜するＡｇ濃度傾斜層１５−１、比較的Ｐｄを多く含むＰｄリッチ層１５−２を有する。Ａｇ濃度傾斜層１５−１におけるＡｇ濃度は、９５ｗｔ％以上から９０ｗｔ％以下まで傾斜する。

ここで、Ｐｄは電極の上側に分布するため、Ａｇの抵抗体を形成するＲｕＯ_２側へのマイグレーションや、Ａｇの硫化による絶縁性の硫化銀の生成を抑制することができる。Ｐｔは電極１５の下側、つまり基板１１側に分布するため、電極１５と基板との密着強度を確保する役割を果たす。尚、ガラス成分は基板側に分布しており、電極１５と基板１１との密着強度を良くすることに寄与する。

２次分割したチップは、検測、梱包した後に出荷される。尚、Ｎｉメッキ（電解メッキ）により、電極表面に、Ｎｉ膜、Ｎｉ−Ａｕ膜、Ｎｉ−Ｐｄ−Ａｕ膜等を形成しても良い。ここで、図１２に示すように、検測に用いるプローブ６１を、上記のように緻密に形成したチップ抵抗器１の電極１５の角部に当てることで、チップ抵抗器１の抵抗値を検測する際のチップ抵抗器への、特に電極１５への損傷やダメージ等を少なくすることができる。

（チップ抵抗器形成後の工程）
図１１は、本実施の形態によるチップ抵抗器１を用いた実装構造の一例を模式的に示す斜視図である。図１１に示すように、両端に電極１５が露出するチップ抵抗器１と、ボンディングパッド８１を有する回路等とを、ボンディングワイヤ７１により電気的に接続している。尚、図３（ｃ）の抵抗値調整工程において、抵抗値測定のためのプローブ痕２３が、ボンディングワイヤ７１が電極１５に接続する位置から外れるように、プローブを電極１５の中心から外れた位置に当てるようにすると良い。

図１３は、電極１５にワイヤボンディングを行う様子を示す図である。ワイヤボンディング用のプローブ９１の孔の先から突出しているＡｌのボンディングワイヤ７１を電極１５の表面に押しつけて、超音波や熱圧着などを行うことで、Ａｌのボンディングワイヤ７１の先端部分を電極１５表面に接着する。この場合に、ボンディング対象である電極１５を緻密にすることで、特にウェッジボンディングを用いてＡｌのボンディングワイヤをチップ抵抗器１に接続する際の電極として適したものとすることができる。なお、Ａｌのボンディングワイヤのほか、Ａｕワイヤ等にしてもよい。また、ボールボンディング等も可能である。

上記の電極形成技術を用いると、電極を緻密にしたことで、ワイヤボンディング工程や検測工程等などにおける電極へのダメージを低減し、接触強度を向上することができる。

また、電極を形成する際に、２層で形成したため、ひび割れなどを防止して電極層を厚くするができ、電極層自体の抵抗値を低くすることができる。このため、電極層の電位分布のばらつきを少なくすることができる。

また、電極表面を緻密にし、この電極表面において抵抗体と接続する構成にした。このため、抵抗体と電極との接触抵抗を減らすことができ、耐パルス性を向上させることができる。また、電極を厚く形成できるため、抵抗体層も厚く形成することができる。このため、抵抗体層の耐パルス性を向上させることができる。

上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

本発明は、抵抗素子に利用可能である。

１…チップ抵抗器、１１…チップ基板、１３…下面電極（下面端子）、１５…電極、１５ａ…第１電極層、１５ｂ…第２電極層、１５−１…Ａｇ濃度傾斜層、１５−２…Ｐｄリッチ層、１５−３…Ｐｔ含有層、１７…保護膜、４１…抵抗体。

Claims

基板と、前記基板上の抵抗体と、前記抵抗体の両端に接続された電極と、を備えるチップ抵抗素子の製造方法であって、
前記基板上に前記電極を形成する電極形成工程を含み、
前記電極形成工程は、
銀を含む第１電極材料により前記基板上に第１電極層を形成する工程と、
銀とパラジウムを含む第２電極材料により前記第１電極層上に第２電極層を形成する工程と、からなり、
前記第１電極材料は、前記第２電極材料よりも、銀を多く含む、チップ抵抗素子の製造方法。
前記第１電極層を形成する工程は、
前記第１電極材料として銀−白金系金属材とガラスとのペーストを前記基板に堆積する工程を含み、
前記第２電極層を形成する工程は、前記第２電極材料として銀−パラジウム系金属材とガラスとのペーストを前記第１電極層に重ねて堆積し焼成する工程を含むことを特徴する請求項１に記載のチップ抵抗素子の製造方法。
前記第１電極材料は、含まれる金属成分の比において銀を９５ｗｔ％以上含み、
前記第２電極材料は、含まれる金属成分の比において銀を９０ｗｔ％以下含むことを特徴する請求項１又は２に記載のチップ抵抗素子の製造方法。
前記第１電極層を、第２電極層以上の厚みで形成することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のチップ抵抗素子の製造方法。
前記第１電極材料は、白金を含むことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のチップ抵抗素子の製造方法。
基板と、前記基板上の抵抗体と、前記抵抗体の両端に接続された電極と、を備えるチップ抵抗素子であって、
前記電極は、銀を含み、
前記電極における銀の濃度が、前記基板側から前記基板と反対側に向けて厚さ方向に傾斜する銀濃度傾斜層を有することを特徴とするチップ抵抗素子。
さらに、前記基板の反対側に、銀以外の金属の含有量としてパラジウムの含有量が高いパラジウムリッチ層を有することを特徴とする請求項６に記載のチップ抵抗素子。
前記銀濃度傾斜層における銀濃度は、９５ｗｔ％以上から９０ｗｔ％以下まで傾斜することを特徴とする請求項６又は７に記載のチップ抵抗素子。