JP2018050017A

JP2018050017A - チップ抵抗器

Info

Publication number: JP2018050017A
Application number: JP2016186332A
Authority: JP
Inventors: 正樹諏訪; Masaki Suwa; 吉岡　謙; Ken Yoshioka; 謙吉岡
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-03-29

Abstract

【課題】保護膜の熱伝導性を向上させたチップ抵抗器を提供する。【解決手段】ホウケイ酸鉛ガラス粉末と多面体状の無機フィラーを溶剤に添加したガラスペーストを、チップ抵抗器の抵抗体を覆うように印刷、焼成してガラス保護膜１３を形成する。さらに、そのガラス保護膜１３を被覆するように、熱硬化性樹脂に多面体状の無機フィラーを添加してなる熱硬化性樹脂ペーストにより樹脂保護膜１４を形成する。【選択図】図２

Description

本発明は、抵抗体等を被覆する保護膜を備えたチップ抵抗器に関する。

チップ抵抗器は、電気機器等の電子回路において電流制限、電流検出、電圧の分圧等の様々な用途に使用され、印加された電気エネルギーを熱エネルギーに変換する電気素子であるため、チップ抵抗器に形成された抵抗体は電力の消費に伴い発熱する。

チップ抵抗器の温度上昇を抑える方法として、例えば、抵抗器が実装されているランドパターンを大きくする、ランドパターンに接続されているパターンの幅を広くする、パターンの膜厚を厚くする等、回路基板側での熱伝導を改善する方法がある。また、他の方法として、チップ抵抗器の長辺側に電極を形成し、発熱部から電極までの距離を短くするとともに、電極のサイズをより大きくすることによって熱を回路基板へ伝達する方法がある。

一方、チップ抵抗器には、抵抗体の保護等を目的として、ガラス、樹脂等からなる絶縁性のペーストで抵抗体全体を覆う保護膜が形成されている。このような電子部品の外装樹脂に用いるペーストとして、例えば特許文献１は、熱硬化性樹脂と、球状無機フィラーおよび不定形無機フィラーを所定の割合で配合した無機フィラーと、溶剤とを含む熱硬化性樹脂ペーストを開示している。

一般的に無機フィラーは、ペーストの粘度調整、吸湿性・吸水率の改善、熱膨張係数の調整等を目的として添加され、従来は、ペーストの流動性の観点から無機フィラーとして球状のものを多く使用している。特許文献１では、（１）ペーストに含まれる無機フィラーの量が多くなり過ぎると、無機フィラーが密になって、加熱してもペーストの乾燥が不十分になり、外観不良等が生じやすくなる、（２）乾燥性の向上のために不定形の無機フィラーの割合を増大すると、外装樹脂の緻密性が低下する、という観点から、球状フィラーと不定形フィラーを所定の割合（例えば、球状無機フィラー５５〜６５重量部、不定形無機フィラー３５〜４５重量部の割合）で混合することを提案している。

特開２０１０−１８２９９６号公報

上記従来のチップ抵抗器のように、抵抗体で発生した熱の多くを電極から回路基板のパターンに伝達して放熱する方法では、実装部品が高密度化し、回路パターンが狭小化する傾向にある近年の電子機器には適用が困難になるという問題がある。

一方、チップ抵抗器の抵抗体を覆う保護膜も放熱に寄与するため、その保護膜を構成する材料、特に組成物としてペーストに含有させるフィラーに着目した場合、特許文献１に記載された熱硬化性樹脂ペーストの球状フィラーと不定形フィラーは、フィラー同士が点で接触するため、熱伝導率の向上が困難であるという問題がある。

本発明は、上述した課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、保護膜の熱伝導率を向上させたチップ抵抗器を提供することである。

かかる目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、本発明の第１の態様に係るチップ抵抗器は、絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された電極と、該電極に接続された抵抗体と、前記絶縁基板の所定部位を被覆する保護膜とを備え、前記保護膜は、少なくとも熱硬化性樹脂と、粒子形状が多面体形状の無機フィラーとを含有してなることを特徴とする。

例えば、前記所定部位は、前記絶縁基板の表面側、前記絶縁基板の裏面側、前記絶縁基板の表面側と裏面側双方のいずれかであることを特徴とする。また、例えば、前記絶縁基板の裏面側に形成された保護膜は、当該チップ抵抗器が実装基板に実装された際に該実装基板に接触することを特徴とする。

また、本発明の第２の態様に係るチップ抵抗器は、絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された電極と、該電極に接続された抵抗体と、該抵抗体を被覆する保護膜とを備え、前記保護膜は、少なくともガラス粉末と、粒子形状が多面体形状の無機フィラーとを含有してなることを特徴とする。

例えば上記第１および第２の態様に係る発明において、前記多面体形状の無機フィラーに、粒子形状が球状の無機フィラーを混合したことを特徴とする。また、例えば、前記無機フィラー全体に対して前記多面体形状の無機フィラーを５０ｗｔ％以上含有することを特徴とする。さらには、例えば、前記無機フィラーは酸化アルミニウム粒子または酸化マグネシウム粒子であることを特徴とする。

本発明によれば、チップ抵抗器において無機フィラー同士の面接触による伝熱経路を確保して、保護膜の熱伝導率を向上させることができる。

本発明の実施の形態例に係るチップ抵抗器の製造工程を時系列で示すフローチャートである。回路基板上に実装されたチップ抵抗器を垂直方向に切断したとき断面構造を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態例に係るチップ抵抗器の製造工程を時系列で示すフローチャートである。また、図２は、図１に示す工程を経て製造されたチップ抵抗器を回路基板上に実装し、垂直方向に切断したときの断面構造を示している。

チップ抵抗器の最初の工程である図１のステップＳ１１において絶縁基板を準備する。例えば、アルミナ９６％で形成された多数個取り用の大判の絶縁基板を準備する。ステップＳ１３では、絶縁基板の表面と裏面に分割用の溝として基板の一方向に一次分割用の溝を形成し、さらに、その方向と直交する方向に二次分割用の溝を形成する。

ステップＳ１５において、上述した分割用の溝で区分された領域それぞれにおいて裏面電極を形成する。具体的には、絶縁基板の下面両端部に電極材料をスクリーン印刷、焼成して一対の裏面電極を形成する。続くステップＳ１７で、絶縁基板の上面両端部に電極材料（電極用ペースト）をスクリーン印刷し、焼成して一対の表面電極を形成する。よって、図２に示すようにチップ抵抗器１０において、絶縁基板１１の下面に一対の裏面電極１５ａ，１５ｂが形成され、絶縁基板１１の上面には一対の表面電極１７ａ，１７ｂが形成される。

ここでは、裏面電極１５ａ，１５ｂと表面電極１７ａ，１７ｂの電極材料として、例えば、銀（Ａｇ）系ペースト、銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）系ペースト、銅（Ｃｕ）系ペースト等を使用する。なお、電極材料は、裏面電極と表面電極とで異なってもよいし、あるいは同一材料で形成してもよい。また、裏面電極と表面電極の形成順序は、上記に限定されず、表面電極を形成した後、裏面電極を形成してもよいし、あるいは裏面電極と表面電極を同一工程で形成してもよい。

ステップＳ１９において表面電極間に抵抗体を形成する。ここでは、抵抗体ペーストを絶縁基板上にスクリーン印刷し、焼成することで、図２に示すように表面電極１７ａ，１７ｂの間に抵抗体１２を形成する。抵抗体材料として、酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等からなる厚膜抵抗体、あるいは、窒化タンタル（ＴａＮ）、ニッケルクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金等からなる薄膜抵抗体、あるいは炭素皮膜抵抗体等のいずれでもよい。また、抵抗体の形状は、矩形パターン、蛇行パターン等、いずれの形状でもよい。さらに、抵抗体を絶縁基板の表面と裏面の両方に形成してもよい。

また、抵抗体１２と表面電極１７ａ，１７ｂの絶縁基板上における垂直方向（上下方向）の位置関係は任意であり、抵抗体の両端部分が表面電極の上部に位置してもよいし、あるいは、基板上に抵抗体を形成した後、その両端上部に表面電極を形成してもよい。

ステップＳ２１において、図２に示すように抵抗体１２を覆うようにガラス保護膜（プリコート）１３を形成する。ガラス保護膜１３は、表１に示すようにホウケイ酸鉛ガラス粉末と多面体状フィラー（後述する多面体状の無機フィラー）を所定の割合で溶剤に添加して分散させたガラスペーストを、抵抗体上にスクリーン印刷し、焼成して形成する。ガラスペーストの焼成温度は、６００〜８００℃程度とする。なお、表１は、ガラスペーストの焼成前の組成であり、各組成の含有量はガラスペースト全体を１００ｗｔ％としたときの値である。

ステップＳ２３では、上記のステップＳ２１で形成したガラス保護膜上から抵抗体の抵抗値調整を行う。抵抗体の抵抗値は、例えば電極同士の距離（幅）、抵抗体の厚み、抵抗体の一部にトリミング溝を形成する等の方法で所望の値に調整することができる。ここでは、表面電極間の抵抗値をもとにレーザビームにより抵抗体に切れ込み（トリミング溝）を入れることによって、抵抗体の抵抗値を調整する。

なお、上記のようにステップＳ２３におけるトリミング工程を、ステップＳ２１のガラス保護膜形成工程の後に行うことで、ガラス保護膜が抵抗体の保護膜として機能するとともに、トリミング工程におけるレーザによる抵抗体内へのマイクロクラックの発生を抑制する効果を有する。

ステップＳ２５において、上記のガラス保護膜１３の上部を被覆するように上面樹脂保護膜（以下、単に樹脂保護膜ともいう。）１４を形成するとともに、基板１１の裏面（実装面側）の略中央部に下面樹脂保護膜（以下、単に樹脂保護膜ともいう。）１６を形成する。これらの樹脂保護膜１４，１６は、表２に示すように熱硬化性樹脂であるエポキシ系樹脂に、多面体状フィラー（多面体状の無機フィラー）を所定の割合で添加した熱硬化性樹脂ペーストを、基板上あるいは抵抗体上にスクリーン印刷し、２００〜３００℃程度で加熱硬化させることにより形成する。

なお、表２は、エポキシ系樹脂の硬化前の組成であり、各組成の含有量は樹脂ペースト全体を１００ｗｔ％としたときの値である。また、保護膜用樹脂ペーストの樹脂として、上記のエポキシ系樹脂のほか、例えばシリコーン系樹脂、イミド系樹脂等を使用できる。

本実施の形態例に係るチップ抵抗器では、樹脂保護膜１４によって抵抗体１２の耐水性の向上、抵抗体で発生した熱の外気への放出等ができる。さらには、図２に示すように樹脂保護膜１６を、絶縁基板１１の裏面に垂直な方向において裏面電極１５ａ，１５ｂよりも高く、その頂部が平坦となるように形成する。こうすることで、はんだ３５ａ，３５ｂによって回路基板３０のランド（銅箔部）３１，３２に固着されたチップ抵抗器１０の樹脂保護膜１６の下面部Ａが回路基板３０に面接触するので、抵抗体１２で発生した熱を回路基板３０へ逃がすことができる。また、図示等を省略するが、抵抗体を絶縁基板の表面と裏面の両面に形成するタイプのチップ抵抗器であれば、裏面に形成した抵抗体からの熱を効率的に回路基板へ逃がすことが可能となる。

図１のステップＳ２７では、ステップＳ１３で絶縁基板に設けた一次分割用の溝を分割ラインとして、絶縁基板を短冊状に分割する。続くステップＳ２９では、短冊状に分割した基板を積み重ね、一方の破断面（両側部）に対して、例えば樹脂銀（Ａｇ）ペーストを塗布して乾燥、焼成するか、あるいはＮｉＣｒ系の金属材料をスパッタリングにより着膜して、図２に示すように端面電極２１ａ，２１ｂを形成する。

ステップＳ３１において、上記のように短冊状に分割して端面電極を形成した基板を、ステップＳ１３で絶縁基板に設けた二次分割用の溝にしたがって分割し、チップ抵抗器を個片に分割する。そして、ステップＳ３３で、端面電極と裏面電極の全体、および表面電極と保護膜の一部を覆うように、例えばニッケル（Ｎｉ）、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）等により、めっき層（外部電極）２３ａ，２３ｂを形成する。めっき層は、例えば、図２に示すように、ニッケル等で下地めっきを施した後、はんだめっき処理する等により積層構造にしてもよい。なお、基板を短冊に分割後、個片分割する前にめっき層を形成するようにしてもよい。

次に、本実施の形態例に係るチップ抵抗器の保護膜に含まれる無機フィラーについて説明する。上述したガラス保護膜を形成するためのガラスペースト、および樹脂保護膜を形成するための熱硬化性樹脂ペーストに含まれる無機フィラー（充填材）は、例えば、粒径がサブミクロン〜数ミクロン、粒子形状が八面体等の多面体形状である酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ₂Ｏ₃）、または高温焼成された酸化マグネシウム（マグネシア：ＭｇＯ）である。

多面体形状の無機フィラーを使用した保護膜用ペーストでは、球状フィラーのみを使用した場合と比較して、フィラー同士が面で接触する。すなわち、多面体形状の無機フィラー（多面体フィラー）は、結晶の各面がほぼ平面であるため、破砕状フィラーや不定形フィラーよりもフィラー同士が面で接触し易く、伝熱経路が確保されて保護膜の熱伝導性を向上できる。特にアルミナとマグネシアは、熱伝導率が良いことに加えて、熱伝導率に異方性がなく等方的に熱が逃げることから、抵抗器等の保護膜を構成する無機フィラーに適している。

保護膜の熱伝導率を向上させて放熱性を改善するには、保護膜用ペーストにおける多面体状フィラーの割合を多くし、フィラー同士が面で接触して伝熱経路を確保するようにすることが望ましい。また、多面体状フィラーは、結晶粒が大きいものを用いると結晶粒界が減るため、熱伝導が阻害されず、保護膜の熱伝導率が向上する。

さらには、スクリーン印刷に対応した材料の流動性を確保するために、多面体状フィラーに加えて球状フィラーを混合して、保護膜用ペーストが高流動性となるように調整してもよい。このように球状フィラーと多面体状フィラーの２種類を混合する場合、多面体フィラーを無機フィラー全体の５０ｗｔ％以上含有することが望ましい。また、この場合、フィラーを十分に分散させるため、エポキシ系樹脂に添加する前にこれら２種類のフィラーを混合することが望ましい。

以上説明したように本実施の形態例に係るチップ抵抗器では、ホウケイ酸鉛ガラス粉末と多面体状の無機フィラーを溶剤に添加したガラスペーストを、チップ抵抗器の抵抗体を覆うように印刷、焼成してガラス保護膜を形成し、さらに、ガラス保護膜を被覆するように、熱硬化性樹脂に多面体状の無機フィラーを添加してなる熱硬化性樹脂ペーストにより樹脂保護膜を形成する。

このような保護膜において、多面体無機フィラーの結晶面がほぼ平面でフィラー同士が面接触するため、伝熱経路が確保されて保護膜の熱伝導性を向上できる。また、多面体状のアルミナまたはマグネシアは、熱伝導率に異方性がなく等方的に熱が逃げるので保護膜を構成する無機フィラーに適しており、特に多面体状無機フィラーとして結晶粒の大きいフィラーを用いることで、熱伝導が阻害されず熱伝導率が向上する。

＜変形例＞
本実施の形態例に係るチップ抵抗器は上述した構成に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施の形態例では抵抗体を覆うようにガラス保護膜を形成し、さらに、そのガラス保護膜を覆うように樹脂保護膜を形成したが（ガラス保護膜と樹脂保護膜による２層構造）、抵抗体を保護するガラス保護膜の上に最外層の保護膜として、樹脂保護膜ではなくガラス保護膜を積層する（ガラス保護膜を２層積層する）構成としてもよい。

上記のようにガラス保護膜を２層積層する場合、抵抗体を覆うガラス保護膜用ガラスペーストとして上記の表１に示す組成のガラスペーストを使用し、最外層のガラス保護膜用ガラスペーストには、例えば、表３に示す組成のガラスペーストを使用する。なお、この表３における各組成の含有量は、ガラスペースト全体を１００ｗｔ％としたときの値である。

また、上記実施の形態例ではチップ抵抗器の保護膜を例に挙げたが、これに限定されず、本発明は、例えばコンデンサ、バリスタ、チップヒューズ等の角柱状の電子部品の他、円柱状の電子部品の保護膜にも適用できる。これらの電子部品においても、保護膜が実装基板に接触する構造とすることで、その保護膜を介して、部品内部で発生した熱を実装基板へ逃がすことができる。

さらには、上述した実施の形態例では、チップ抵抗器の抵抗体を被覆するようにガラス保護膜（プリコート）を形成し、さらにガラス保護膜を覆うように上面樹脂保護膜を形成するとともに、基板裏面の中央部に下面樹脂保護膜を形成したが、保護膜を形成する部位は、これに限定されない。例えば、樹脂保護膜とガラス保護膜を、チップ抵抗器の実装部分を除いた全面を覆うように形成することで、要求される放熱性に応じた対応が可能となる。また、多面体状フィラーを樹脂保護膜とガラス保護膜のみならず、電極（導電）用のペーストにも添加して、チップ抵抗器全体の熱伝導率の向上を図ることもできる。

１０チップ抵抗器
１１絶縁基板
１２抵抗体
１３ガラス保護膜
１４，１６樹脂保護膜
１５ａ，１５ｂ裏面電極
１７ａ，１７ｂ表面電極
２１ａ，２１ｂ端面電極
３０回路基板
３１，３２ランド（銅箔部）
３５ａ，３５ｂはんだ

Claims

絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された電極と、該電極に接続された抵抗体と、前記絶縁基板の所定部位を被覆する保護膜とを備え、
前記保護膜は、少なくとも熱硬化性樹脂と、粒子形状が多面体形状の無機フィラーとを含有してなることを特徴とするチップ抵抗器。
前記所定部位は、前記絶縁基板の表面側、前記絶縁基板の裏面側、前記絶縁基板の表面側と裏面側双方のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のチップ抵抗器。
前記絶縁基板の裏面側に形成された保護膜は、当該チップ抵抗器が実装基板に実装された際に該実装基板に接触することを特徴とする請求項２に記載のチップ抵抗器。
絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された電極と、該電極に接続された抵抗体と、該抵抗体を被覆する保護膜とを備え、
前記保護膜は、少なくともガラス粉末と、粒子形状が多面体形状の無機フィラーとを含有してなることを特徴とするチップ抵抗器。
前記多面体形状の無機フィラーに、粒子形状が球状の無機フィラーを混合したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のチップ抵抗器。
前記無機フィラー全体に対して前記多面体形状の無機フィラーを５０ｗｔ％以上含有することを特徴とする請求項５に記載のチップ抵抗器。
前記無機フィラーは酸化アルミニウム粒子または酸化マグネシウム粒子であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の記載のチップ抵抗器。