JP2015119125A - Chip resistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チップ抵抗器に係り、特に高温環境で使用しても電極が劣化し難い高耐熱性の電極構造に関する。 The present invention relates to a chip resistor, and more particularly to a highly heat resistant electrode structure in which an electrode hardly deteriorates even when used in a high temperature environment.
小型化、軽量化が進んでいるチップ抵抗器の電極は、多層電極構造を有するものが多く存在する。こうした従来品の抵抗器の下地電極層はAgやAg/PdのAg系の厚膜電極が主であり、さらにNi、Snのメッキ層がその上層に外部電極として構成されている(例えば特許文献1参照)。そして、この電極は、通常、ハンダによって回路基板にハンダ接続されて、チップ抵抗器が回路基板に実装される。 Many of the electrodes of chip resistors, which are becoming smaller and lighter, have a multilayer electrode structure. The base electrode layer of such a conventional resistor is mainly an Ag-based thick film electrode of Ag or Ag / Pd, and a Ni or Sn plating layer is formed as an external electrode on the upper layer (for example, Patent Documents). 1). This electrode is usually soldered to the circuit board by soldering, and the chip resistor is mounted on the circuit board.
最近は、自動車等に搭載されるチップ抵抗器も一段と高耐熱性を要求されるようになってきており、高温の環境下でも抵抗値変化のないチップ抵抗器が求められている。特にSiCパワーモジュール半導体の直近に使用される抵抗器では、例えば周囲温度250℃でも使用可能であることが要求されている。 Recently, chip resistors mounted on automobiles and the like have been required to have higher heat resistance, and chip resistors that do not change in resistance value even under high temperature environments are required. In particular, a resistor used in the immediate vicinity of a SiC power module semiconductor is required to be usable even at an ambient temperature of 250 ° C., for example.
こうした高耐熱性の要求に対して、熱ストレスによる電極部の酸化防止対策として、耐熱性に優れるAuを電極層の最外層として使用するチップ抵抗器が提案されている(特許文献2参照)。また、高温環境下で使用可能な電極としてAuを最外層のメッキ電極とするチップ抵抗器なども提案されている(特許文献3参照)。 In response to such a demand for high heat resistance, a chip resistor using Au having excellent heat resistance as the outermost layer of the electrode layer has been proposed as a measure for preventing oxidation of the electrode portion due to thermal stress (see Patent Document 2). Further, as an electrode that can be used in a high temperature environment, a chip resistor using Au as an outermost plating electrode has been proposed (see Patent Document 3).
しかしながら、従来のチップ抵抗器の電極部分は、それまで求められていた耐熱温度(およそ150℃)の環境試験では、酸化安定性に優れたAuが、チップ抵抗器の電極の最外層にあれば、酸化防止できていたが、最近のニーズである長時間高温(およそ250〜350℃)に曝すと安定性を欠き、Auが電極の最外層であったとしても、抵抗値が大きく増加してしまうという問題がある。また、AgやNiなどの下層の金属層が拡散によりむき出しになり、酸化膜が形成されてしまうことから接触不良や抵抗値が変化してしまうという問題がある。つまり耐熱性試験の温度基準を上げると、従来の金属層の構成では耐用性に欠けてしまい、高耐熱性を充分に満足させることが困難となる。 However, the electrode portion of the conventional chip resistor has an excellent oxidation stability in the outermost layer of the electrode of the chip resistor in the environmental test at the heat resistant temperature (about 150 ° C.) that has been required so far. Although it was able to prevent oxidation, it was not stable when exposed to high temperatures (approximately 250 to 350 ° C) for a long time, which is a recent need, and even if Au was the outermost layer of the electrode, the resistance value increased greatly. There is a problem of end. Further, there is a problem that the lower metal layer such as Ag or Ni is exposed by diffusion and an oxide film is formed, so that contact failure and resistance value change. That is, when the temperature reference of the heat resistance test is raised, the conventional metal layer structure lacks durability and it becomes difficult to sufficiently satisfy the high heat resistance.
さらに、こうした高耐熱性のチップ抵抗器の要求と同時に、チップ抵抗器等の電子部品が搭載される基板側にも同様に高耐熱性を求められている。特に接合時に使用されるハンダ材は耐熱性が低いため、早くから検討されてきており、高耐熱性という点における電子部品と基板の接合は、金-ゲルマニウム(融点約350℃)がその一案であるとされている。 Furthermore, simultaneously with the demand for such a high heat resistance chip resistor, high heat resistance is also demanded on the substrate side on which electronic components such as a chip resistor are mounted. In particular, solder materials used at the time of bonding have been studied from an early stage because of their low heat resistance, and gold-germanium (melting point: about 350 ° C.) is one proposal for bonding electronic components and substrates in terms of high heat resistance. It is said that there is.
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、セラミック基板に下地電極層にAg、中間層にNiを例とする従来の金属層の材料を大きく変更しない金属層からなる電極を有するチップ抵抗器が、250〜350℃程度の高温環境下で長時間放置する試験で高温により電極が劣化しにくい高耐熱性を有する電極層とその配置構造を備えたチップ抵抗器を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the above-mentioned circumstances, and a chip having an electrode made of a metal layer that does not greatly change the material of a conventional metal layer, for example, Ag for a base electrode layer on a ceramic substrate and Ni for an intermediate layer. An object of the present invention is to provide a chip resistor having an electrode layer having a high heat resistance in which an electrode is not easily deteriorated by a high temperature in a test in which the resistor is left in a high temperature environment of about 250 to 350 ° C. for a long time, and an arrangement structure thereof. And
本発明のチップ抵抗器は、下地内部電極はAg系の厚膜電極であり、Auメッキ層を外部電極最表層に有するチップ抵抗器において、前記Auメッキ層に対するAgの拡散障壁として、白金族からなる金属の中間メッキ層を備えたことを特徴とする。白金族からなる金属の中間メッキ層は、パラジウム(Pd)のメッキ層であることが好ましい。 In the chip resistor of the present invention, the base internal electrode is an Ag-based thick film electrode, and the chip resistor having the Au plating layer as the outermost surface layer of the external electrode is an Ag diffusion barrier against the Au plating layer. An intermediate plating layer of metal is provided. The intermediate plating layer made of a platinum group metal is preferably a palladium (Pd) plating layer.
上記抵抗器によれば、上記中間層が特に下地内部電極からの拡散しやすいAgの拡散を効果的に阻止し、Auメッキ層に入ることを防止する。これにより、Au・Ag系等の金属間化合物の生成が抑制され、高温環境下で使用しても電極の劣化が抑制され、高温環境下でのチップ抵抗器の長時間使用が可能となる。 According to the resistor, the intermediate layer effectively prevents the diffusion of Ag which is easily diffused from the underlying internal electrode, and prevents the intermediate layer from entering the Au plating layer. This suppresses the generation of Au / Ag-based intermetallic compounds, suppresses electrode deterioration even when used in a high temperature environment, and allows the chip resistor to be used for a long time in a high temperature environment.
以下、本発明の実施形態について、図1乃至図3を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the same or equivalent member or element.
図1は本発明の一実施例のチップ抵抗器の電極構造を示し、図3はその製造工程を示す。このチップ抵抗器は、厚膜チップ抵抗器であり、アルミナからなる絶縁基板11の裏面に内部電極である裏電極(Ag)12がスクリーン印刷および乾燥・焼成により形成され、表面に内部電極である表電極(Ag)13が同様にスクリーン印刷および乾燥・焼成により形成されている。そして、基板11の両端部に設けた一対の表電極(Ag)13間に跨るように抵抗体14がスクリーン印刷および乾燥・焼成により形成されている。
FIG. 1 shows an electrode structure of a chip resistor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a manufacturing process thereof. This chip resistor is a thick film chip resistor, and a back electrode (Ag) 12 which is an internal electrode is formed on the back surface of an
抵抗体14はプリガラス15により被覆され、トリミング工程の後、保護コート(ガラス)16により被覆されている。そして、基板11の端面には、内部電極であるNi−Cr薄膜からなる端面電極17がスパッタリングにより形成されている。以上の構成は通常のチップ抵抗器と同様である。
The
外部電極は、内部電極12,13,17の上面に、Niメッキ層18を形成し、その上面に白金族からなる金属の中間メッキ層19を形成し、さらにその上面にAuメッキ層20を形成している。本実施例では、中間メッキ層19として、パラジウム(Pd)のメッキ層を採用している。
As for the external electrode, an
Niメッキ層18は、表電極13と裏電極12の電気的導通という役割を果たすと共に、本実施例では後述のAg拡散に対するある程度の障壁効果を有する。Niも他金属へ拡散する性質があるが、Agと比較するとその拡散量は少ないことが試験の結果からも明らかであった。
The
白金族からなる金属の中間メッキ層19は、この実施例ではパラジウム(Pd)単体のメッキ層であり、下地Ag系の厚膜電極からのAgの拡散、および下地Niメッキ層からのNiの拡散に対して障壁として機能する。なお、白金族からなる金属は、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、または白金(Pt)、等であり、金(Au)に近い性質を有し、金(Au)と同様に酸や塩基に侵されにくい性質を有する。ただ、このうちオスミウム(Os)については、およそ400℃で昇華しやすい性質をもち、また酸化しやすいことから、メッキに使用する用途には不向きである要素を併せ持つことから、ここでの対象から除くものとする。
The
そして最表層のAu層は、高温下で動作するチップ抵抗器の電極の酸化防止機能を表層で果たすと共に、実装時のハンダ材や配線パッドなどの基板配線層との接合性を良好に果たす。 The outermost Au layer functions to prevent oxidation of the electrode of the chip resistor that operates at a high temperature, and at the same time, it satisfactorily bonds to a substrate wiring layer such as a solder material or a wiring pad during mounting.
これにより、電極構造を上層からAu/Pd/Ni/Agとし、PdとNiの各金属層を中間層として介在させることによって、250−350℃の高温下で動作させても、表層のAu層までAg系の厚膜電極からAgが拡散せず、Au層においてAg等との金属間化合物が生成せず、チップ抵抗器における電極層間の結合性が確保され、抵抗値変動が抑制されたチップ抵抗器を得ることができる。 As a result, the electrode structure is Au / Pd / Ni / Ag from the upper layer, and each metal layer of Pd and Ni is interposed as an intermediate layer, so that even if operated at a high temperature of 250-350 ° C., the Au layer on the surface layer A chip in which Ag does not diffuse from an Ag-based thick film electrode, an intermetallic compound with Ag or the like is not generated in the Au layer, the connectivity between electrode layers in the chip resistor is ensured, and resistance value fluctuations are suppressed. A resistor can be obtained.
すなわち、従来の一般的なチップ抵抗器は前述したように電極構造を上層からSn/Ni/Agとしている。この場合、Snの融点は230℃程度であり、250−350℃の高温下で動作させ得ないことが明らかである。そこで、比較例として図2に示すように、Snメッキ層を融点が高く且つハンダ接合性が良好なAuメッキ層20に単純に置換することが考えられる。この場合の電極構造は上層からAu/Ni/Agとなる。
That is, the conventional general chip resistor has an electrode structure of Sn / Ni / Ag from the upper layer as described above. In this case, it is apparent that Sn has a melting point of about 230 ° C. and cannot be operated at a high temperature of 250 to 350 ° C. Therefore, as a comparative example, as shown in FIG. 2, it is conceivable to simply replace the Sn plating layer with an
しかしながら、本発明者等の試験結果では、上記構造のAuメッキ層を最表層に備えるチップ抵抗器は短時間の高耐熱性に優れているが、350℃高温放置試験で250時間を経過すると、Auメッキ層の外側までNi、Agが拡散し、Niメッキ層の一部をむき出しにし、そこに酸化膜が形成されることにより、ハンダ付けに適さない現象が起こることが判明した。 However, in the test results of the present inventors, the chip resistor provided with the Au plating layer of the above structure on the outermost layer is excellent in short-time high heat resistance, but when 250 hours have passed in the 350 ° C. high temperature standing test, It has been found that Ni and Ag diffuse to the outside of the Au plating layer, and a portion of the Ni plating layer is exposed and an oxide film is formed thereon, thereby causing a phenomenon that is not suitable for soldering.
解析の結果、この現象は、下地Ag系の厚膜電極12のAgがNiメッキ層18を通過し、Auメッキ層20に入り、AgとAuの金属間化合物を形成、これが原因したことによるものと考えられる。そうすると、下地内部電極のAgがAuメッキ層に入らないように、Auメッキ層に対する拡散障壁を設けることができれば、この問題は解決できると考えられる。そこで、Auと良く似た特性を有するPd等の白金族からなる金属の中間層を設けることで、下地内部電極のAgが当該層に捕捉されるようにして働き、最表層のAuまで到達することのない、Auメッキ層に対する拡散障壁として作用する。高耐熱性の放置試験をクリアできる構造を得たことにより、本実施例は実装時に高耐熱性のハンダ材やパッド等の接合用材と良好に接合できるチップ抵抗器であると考えられる。
As a result of analysis, this phenomenon is caused by the fact that Ag of the underlying Ag-based
そこで考案されたのが、本発明の電極構造であり、下地Ag系の厚膜電極に、Niメッキ層、Pdメッキ層、Auメッキ層を積層することで、Pdメッキ層はAgおよびNiに対して拡散障壁として機能し、AgやNiがAu層20に入るのを阻止する。従って、Au層20において、電極を損傷させる金属間化合物が生成せず、高温環境下で長時間動作させても電極の劣化が生ぜず、従って、抵抗値が変化しない電極構造が得られる。
Therefore, the electrode structure of the present invention has been devised. By laminating a Ni-plated layer, a Pd-plated layer, and an Au-plated layer on a base Ag-based thick film electrode, the Pd-plated layer is made of Ag and Ni. It functions as a diffusion barrier and prevents Ag and Ni from entering the
なお、上記実施例では、下地内部電極としてAg電極を用いる例について説明したが、Ag−Pd系電極を用いても良い。また、端面電極17をNi−Crのスパッタリングで形成する例について説明したが、AgまたはAg−Pd系の厚膜電極を用いてもよい。
In the above embodiment, the example in which the Ag electrode is used as the base internal electrode has been described. However, an Ag—Pd-based electrode may be used. Moreover, although the example which forms the
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。 Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.
本発明は、高温環境下で使用するチップ抵抗器に好適に利用可能である。 The present invention can be suitably used for a chip resistor used in a high temperature environment.
11 絶縁基板
12 内部電極/裏電極
13 内部電極/表電極
14 抵抗体
15 プリガラス
16 保護コート(ガラス)
17 内部電極/端面電極(Ni−Cr)
18 Niメッキ層
19 中間メッキ層(白金族)
20 Auメッキ層
11 Insulating
13 internal electrode /
17 Internal electrode / End face electrode (Ni-Cr)
18
20 Au plating layer
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