JP2023024027A - チップ抵抗器、及びチップ抵抗器の製造方法 - Google Patents
チップ抵抗器、及びチップ抵抗器の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高比抵抗と低TCRとを両立することが可能なチップ抵抗器、及びチップ抵抗器の製造方法を提供する。【解決手段】チップ抵抗器は、絶縁基板と、絶縁基板の上に設けられたCr、Si及びNを含む合金からなる抵抗体層と、抵抗体層の上層に、N原子百分率が前記抵抗体層よりも高い合金からなる第1の高窒素含有層と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、一般にチップ抵抗器、及びチップ抵抗器の製造方法に関し、より詳細には、電子機器に使用されるチップ抵抗器、及びチップ抵抗器の製造方法に関する。
従来のこの種のチップ抵抗器は、絶縁性の基板と、基板の上面に設けられた薄膜の抵抗体とを備えており、特に比抵抗と抵抗温度係数(TCR)とに優れる抵抗体の組成として、Cr、Si、O、N(例えば、特許文献1参照。)で構成されるものがある。
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
上記した従来のチップ抵抗器においては、薄膜の抵抗体は、500から20000μΩ・cmの高い比抵抗で、抵抗温度係数(TCR)は±25ppm/K以下と、優れた電気特性を有している。例えば、より高い抵抗値を得るために、抵抗体の膜厚を100nm未満と薄くすると、熱処理などの製造条件のばらつきにより、出来上がったチップ抵抗器の特性のばらつきが大きくなり、歩留りが下がってしまう、などの問題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高比抵抗と低TCRと、ばらつきの少ない安定した生産とを両立することが可能なチップ抵抗器、及びチップ抵抗器の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係るチップ抵抗器は、絶縁基板と、絶縁基板の上に設けられたCr、Si及びNを含む合金からなる抵抗体層と、抵抗体層の上層に、N原子百分率が抵抗体層よりも高い合金からなる第1の高窒素含有層と、を備える。
本発明に係るチップ抵抗器の製造方法は、絶縁基板を用意する工程と、窒素を含む成膜ガスの雰囲気下で反応性スパッタリングによって、Cr、Si、及びNを含む合金からなる抵抗体層を絶縁基板の上に形成する抵抗体層形成工程と、窒素を含む成膜ガスの雰囲気下で反応性スパッタリングによって、Cr、Si、及びNを含み、N原子百分率が抵抗体層よりも高い合金からなる第1の高窒素含有層を抵抗体層の上に形成する第1の高窒素含有層形成工程と、酸素を含む雰囲気下で500℃以上700℃以下の温度範囲において熱処理を行って、抵抗体層の抵抗の温度変化を示す抵抗温度係数(TCR)を調整すると共に、第1の高窒素含有層の表面の一部を酸化して酸化層を形成する熱処理工程と、
を含む。
を含む。
本発明に係るチップ抵抗器、及びチップ抵抗器の製造方法によれば、抵抗体層の上層に第1の高窒素含有層を備えるため、抵抗体層の膜厚が100nm未満と薄い場合であっても、熱処理工程での処理温度に対する特性変化が緩やかであり、高比抵抗と低TCRと、ばらつきの少ない安定した生産を両立することが可能となる。
第1の態様に係るチップ抵抗器は、絶縁基板と、絶縁基板の上に設けられたCr、Si及びNを含む合金からなる抵抗体層と、抵抗体層の上層に、N原子百分率が抵抗体層よりも高い合金からなる第1の高窒素含有層と、を備える。
上記構成によれば、抵抗体層の上層に第1の高窒素含有層を備えるので、抵抗体層の膜厚が100nm未満と薄い場合であっても、高比抵抗と低TCRとを有する。
第2の態様に係るチップ抵抗器は、上記第1の態様において、絶縁基板と抵抗体層との間に、N原子百分率が抵抗体層よりも高い合金からなる第2の高窒素含有層を備えてもよい。
上記構成によれば、抵抗体層の抵抗をさらに高くすることが可能となる。
第3の態様に係るチップ抵抗器は、上記第1又は第2の態様において、第1の高窒素含有層の膜厚が1000nm以下であってもよい。
上記構成によれば、高抵抗と低TCRとを両立しながら低コストで製造することが出来る。
第4の態様に係るチップ抵抗器は、上記第1から第3のいずれかの態様において、第1の高窒素含有層の合金の組成が、N原子百分率で40原子%以上であってもよい。
上記構成によれば、抵抗体層の抵抗値をさらに高くすることができる。
第5の態様に係るチップ抵抗器は、上記第1から第4のいずれかの態様において、前記第1の高窒素含有層の合金が、Cr、Nb、Ta、Al、Siを含む群から選ばれた少なくとも一つを含んでもよい。
上記構成によれば、抵抗体層の抵抗値をさらに高くすることができる。
第6の態様に係るチップ抵抗器は、上記第1から第5のいずれかの態様において、前記第1の高窒素含有層のO、Nを除く合金の組成比が、前記抵抗体層のO、Nを除く合金の組成比に対して、各構成元素について±5原子%の範囲で一致してもよい。
上記構成によれば、高抵抗と低TCRとを両立しながら低コストで製造することが出来る。
第7の態様に係るチップ抵抗器の製造方法は、絶縁基板を用意する工程と、窒素を含む成膜ガスの雰囲気下で反応性スパッタリングによって、Cr、Si、及びNを含む合金からなる抵抗体層を絶縁基板の上に形成する抵抗体層形成工程と、窒素を含む成膜ガスの雰囲気下で反応性スパッタリングによって、Cr、Si、及びNを含み、N原子百分率が抵抗体層よりも高い合金からなる第1の高窒素含有層を抵抗体層の上に形成する第1の高窒素含有層形成工程と、酸素を含む雰囲気下で500℃以上700℃以下の温度範囲において熱処理を行って、抵抗体層の抵抗の温度変化を示す抵抗温度係数(TCR)を調整すると共に、第1の高窒素含有層の表面の一部を酸化して酸化層を形成する熱処理工程と、を含む。
上記構成によれば、抵抗体層の上層に第1の高窒素含有層を設けるので、抵抗体層の膜厚が100nm未満と薄い場合であっても、熱処理工程での処理温度に対する特性変化が緩やかであり、高比抵抗と低TCRと、ばらつきの少ない安定した生産を両立することができる。
第8の態様に係るチップ抵抗器の製造方法は、上記第7の態様において、抵抗体層形成工程と、第1の高窒素含有層形成工程とにおいて、抵抗体層と、第1の高窒素含有層とにおけるN原子百分率を成膜ガスに含まれる窒素ガスの比率で制御してもよい。
上記構成によれば、第1の高窒素含有層のN原子百分率を抵抗体層より高くできる。
第9の態様に係るチップ抵抗器の製造方法は、上記第7の態様において、抵抗体層形成工程と、第1の高窒素含有層形成工程とにおいて、抵抗体層と、第1の高窒素含有層とにおけるN原子百分率を反応性スパッタリングにおける印加パルスのon-duty比で制御してもよい。
上記構成によれば、第1の高窒素含有層のN原子百分率を抵抗体層より高くできる。
以下、実施の形態に係るチップ抵抗器及びその製造方法について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
(実施の形態1)
以下、本実施の形態1に係るチップ抵抗器10、及びチップ抵抗器10の製造方法について、図1~図6を参照して説明する。なお、便宜上、抵抗体層2の電流の流れる方向をX方向とし、層に垂直な方向をZ方向とし、紙面手前から奥にY方向としている。
ただし、以下に説明する実施の形態及び変形例は、本開示の一例に過ぎず、本開示は、下記の実施形態及び変形例に限定されない。下記の実施形態及び変形例以外であっても、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
また、下記の実施の形態等において説明する各図は、いずれも模式的な図であり、各図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
以下、本実施の形態1に係るチップ抵抗器10、及びチップ抵抗器10の製造方法について、図1~図6を参照して説明する。なお、便宜上、抵抗体層2の電流の流れる方向をX方向とし、層に垂直な方向をZ方向とし、紙面手前から奥にY方向としている。
ただし、以下に説明する実施の形態及び変形例は、本開示の一例に過ぎず、本開示は、下記の実施形態及び変形例に限定されない。下記の実施形態及び変形例以外であっても、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
また、下記の実施の形態等において説明する各図は、いずれも模式的な図であり、各図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
(1)チップ抵抗器の概要
まず、本実施の形態1に係るチップ抵抗器10の概要について、図1を参照して説明する。
本実施の形態1に係るチップ抵抗器10は、例えば、表面実装機(マウンタ)を用いて、プリント基板の表面(実装面)に実装される表面実装(SMT)用のチップ抵抗器である。また、本実施の形態1に係るチップ抵抗器10は、例えば、薄膜チップ抵抗器である。
本実施の形態1に係るチップ抵抗器10は、図1に示すように、絶縁基板1と、抵抗体層2と、を備える。抵抗体層2は、本実施の形態1では、Cr(クロム)、Si(ケイ素)及びN(窒素)を含む。抵抗体層2は、絶縁基板1の上に設けられている。抵抗体層2の表面には第1の高窒素含有層21aが設けられている。電流は、+X方向又は-X方向に流れる。
本実施の形態1に係るチップ抵抗器10では、第1の高窒素含有層21aのN原子百分率が抵抗体層よりも高い。これにより、抵抗体層2の膜厚が薄い場合であっても抵抗体層2の表面の酸化が抑制され、抵抗温度係数(以下、「TCR」ともいう)を低く、抵抗体層2の比抵抗を高く、かつ、これらの特性が安定して製造することが可能となる。
まず、本実施の形態1に係るチップ抵抗器10の概要について、図1を参照して説明する。
本実施の形態1に係るチップ抵抗器10は、例えば、表面実装機(マウンタ)を用いて、プリント基板の表面(実装面)に実装される表面実装(SMT)用のチップ抵抗器である。また、本実施の形態1に係るチップ抵抗器10は、例えば、薄膜チップ抵抗器である。
本実施の形態1に係るチップ抵抗器10は、図1に示すように、絶縁基板1と、抵抗体層2と、を備える。抵抗体層2は、本実施の形態1では、Cr(クロム)、Si(ケイ素)及びN(窒素)を含む。抵抗体層2は、絶縁基板1の上に設けられている。抵抗体層2の表面には第1の高窒素含有層21aが設けられている。電流は、+X方向又は-X方向に流れる。
本実施の形態1に係るチップ抵抗器10では、第1の高窒素含有層21aのN原子百分率が抵抗体層よりも高い。これにより、抵抗体層2の膜厚が薄い場合であっても抵抗体層2の表面の酸化が抑制され、抵抗温度係数(以下、「TCR」ともいう)を低く、抵抗体層2の比抵抗を高く、かつ、これらの特性が安定して製造することが可能となる。
(2)チップ抵抗器の構成
次に、本実施の形態に係るチップ抵抗器10の構成について、図1を参照して説明する。
本実施の形態に係るチップ抵抗器10は、図1に示すように、絶縁基板1と、抵抗体層2と、を備えている。また、チップ抵抗器10は、一対の上面電極3と、第1保護膜4と、第2保護膜5と、一対の端面電極6と、一対のめっき層7と、一対の裏面電極8と、を更に備えている。
次に、本実施の形態に係るチップ抵抗器10の構成について、図1を参照して説明する。
本実施の形態に係るチップ抵抗器10は、図1に示すように、絶縁基板1と、抵抗体層2と、を備えている。また、チップ抵抗器10は、一対の上面電極3と、第1保護膜4と、第2保護膜5と、一対の端面電極6と、一対のめっき層7と、一対の裏面電極8と、を更に備えている。
(2.1)絶縁基板
絶縁基板1は、例えば、Al2O3(アルミナ)を96重量%~99重量%含有するアルミナ基板である。絶縁基板1の平面視の形状は、例えば、矩形状である。
絶縁基板1は、例えば、Al2O3(アルミナ)を96重量%~99重量%含有するアルミナ基板である。絶縁基板1の平面視の形状は、例えば、矩形状である。
(2.2)抵抗体層、第1の高窒素含有層、表面酸窒化層
抵抗体層2、第1の高窒素含有層21、表面窒化層について、図2を参照して説明する。
抵抗体層2は、薄膜であって、絶縁基板1の一面(図2の上面)に設けられている。抵抗体層2は、例えば、Cr(クロム)、Si(ケイ素)、N(窒素)からなる合金で構成される。抵抗体層2におけるCrとSiとの原子比は、3:2以上で、かつ1:4以下である。また、抵抗体層2を構成する金属の原子総量のうちNの原子総量は、例えば、1原子%(atom%)以上、40原子%(atom%)以下である。言い換えると、抵抗体層2におけるN原子百分率は、少なくとも抵抗体層2の膜厚方向における抵抗体層2の中心において1原子%以上、40原子%以下である。
抵抗体層2、第1の高窒素含有層21、表面窒化層について、図2を参照して説明する。
抵抗体層2は、薄膜であって、絶縁基板1の一面(図2の上面)に設けられている。抵抗体層2は、例えば、Cr(クロム)、Si(ケイ素)、N(窒素)からなる合金で構成される。抵抗体層2におけるCrとSiとの原子比は、3:2以上で、かつ1:4以下である。また、抵抗体層2を構成する金属の原子総量のうちNの原子総量は、例えば、1原子%(atom%)以上、40原子%(atom%)以下である。言い換えると、抵抗体層2におけるN原子百分率は、少なくとも抵抗体層2の膜厚方向における抵抗体層2の中心において1原子%以上、40原子%以下である。
抵抗体層2は、O(酸素)を更に含んでもよい。抵抗体層2におけるO原子百分率は、例えば、少なくとも抵抗体層2の膜厚方向における抵抗体層2の中心において10原子%以下である。
抵抗体層2は、合金組成において、Cr、Nb、Ta、Al、Siを含む群から選ばれた少なくとも一つを含んでもよい。
第1の高窒素含有層21aは、抵抗体層2の表面に設けられている。
本実施の形態に係るチップ抵抗器10では、第1の高窒素含有層21aは、例えば、Cr(クロム)、Si(ケイ素)、N(窒素)からなる合金で構成される。第1の高窒素含有層の膜厚は、例えば、1000nm以下である。第1の高窒素含有層21aは、合金組成においてN原子百分率が抵抗体層2よりも高い。具体的には、第1の高窒素含有層21aの合金の組成において、N原子百分率で40原子%以上であってもよい。
第1の高窒素含有層21aは、合金組成において、Cr、Nb、Ta、Al、Siを含む群から選ばれた少なくとも一つを含んでもよい。これらの酸化物は不動態膜を形成するので酸化が進行することなく止まる。そこで、酸窒化膜を薄くすることができる。
第1の高窒素含有層21aのO、Nを除く合金の組成比は、抵抗体層2のO、Nを除く合金の組成比に対して、各構成元素について±5原子%の範囲で一致してもよい。つまり、第1の高窒素含有層21aと抵抗体層2とは、窒素の含有量が異なるが、それ以外の元素の種類及び含有量がほぼ一致していてもよい。
本実施の形態に係るチップ抵抗器10では、第1の高窒素含有層21aは、例えば、Cr(クロム)、Si(ケイ素)、N(窒素)からなる合金で構成される。第1の高窒素含有層の膜厚は、例えば、1000nm以下である。第1の高窒素含有層21aは、合金組成においてN原子百分率が抵抗体層2よりも高い。具体的には、第1の高窒素含有層21aの合金の組成において、N原子百分率で40原子%以上であってもよい。
第1の高窒素含有層21aは、合金組成において、Cr、Nb、Ta、Al、Siを含む群から選ばれた少なくとも一つを含んでもよい。これらの酸化物は不動態膜を形成するので酸化が進行することなく止まる。そこで、酸窒化膜を薄くすることができる。
第1の高窒素含有層21aのO、Nを除く合金の組成比は、抵抗体層2のO、Nを除く合金の組成比に対して、各構成元素について±5原子%の範囲で一致してもよい。つまり、第1の高窒素含有層21aと抵抗体層2とは、窒素の含有量が異なるが、それ以外の元素の種類及び含有量がほぼ一致していてもよい。
抵抗体層2及び第1の高窒素含有層の各層の原子組成比は、例えば、透過電子顕微鏡TEMに付属したエネルギー分散型X線分光法TEM-EDX、又は電子エネルギー損失分光法TEX-EELSを用いて評価できる。具体的には、抵抗体層2の上面、又は断面に対して、Cr、Si、N、Oの元素ごとに得られたスペクトル比から原子組成比を算出できる。または、ラザフォード後方散乱分析法RBSを用いて評価した各元素の補正係数をもとに、X線光電子分光法XPSを用いて評価した各原子組成比を補正することで算出できる。
表面酸窒化層22は、後述の熱処理工程において第1の高窒素含有層21aに対して熱処理を行うことで酸化により形成される。つまり、第1の高窒素含有層21aが酸化した部分が表面酸窒化層22に変化し、代わりに抵抗体層2の酸化が抑制される。表面酸窒化層22は、例えば、10nm~20nmの厚さを有する。表面酸窒化層22は、例えば、CrとAlとの少なくとも一方、及び/又は、Siを含む酸窒化膜からなる。また、表面酸窒化層22に含まれているCr酸化物によって不動態被膜が形成され、これにより耐酸化性が向上する。
チップ抵抗器10の抵抗値は、概ね並列に接続された抵抗体層2と第1の高窒素含有層21との抵抗値の合計で表現される。第1の高窒素含有層21は、N原子百分率が抵抗体層2よりも高いため、比抵抗が抵抗体層2よりも高い。表面酸窒化層22は、絶縁体である。したがって、熱処理工程の熱処理によって表面酸化した場合に抵抗値の変動を抑制することが可能となる。
(2.5)上面電極
一対の上面電極3の各々は、例えば、Cuからなる。一対の上面電極3は、抵抗体層2の長手方向(図1の左右方向)の両端部において抵抗体層2の上面の一部を覆うように設けられている。一対の上面電極3は、例えば、スパッタリングにて抵抗体層2の上面全体に金属の膜を形成した後、フォトリソグラフィ及びエッチングにて中央部分の膜を除去することで形成される。
一対の上面電極3の各々は、例えば、Cuからなる。一対の上面電極3は、抵抗体層2の長手方向(図1の左右方向)の両端部において抵抗体層2の上面の一部を覆うように設けられている。一対の上面電極3は、例えば、スパッタリングにて抵抗体層2の上面全体に金属の膜を形成した後、フォトリソグラフィ及びエッチングにて中央部分の膜を除去することで形成される。
(2.6)第1保護膜
第1保護膜(無機保護膜)4は、抵抗体層2を保護するための膜である。第1保護膜4は、例えば、Al2O3(アルミナ)からなる。第1保護膜4は、抵抗体層2の上面に位置している。また、第1保護膜4は、長手方向(図1の左右方向)の両端部において一対の上面電極3の一部を覆っている。すなわち、第1保護膜4は、抵抗体層2の膜厚方向D1(絶縁基板1の厚み方向)から見て、抵抗体層2と一対の上面電極3との境界を覆い、抵抗体層2から一対の上面電極3の少なくとも一部にかけて連続的に覆っている。第1保護膜4は、例えば、スパッタリングにて抵抗体層2の全体に保護膜を形成した後、フォトリソグラフィ及びエッチングにて両端部の箇所を除去することで形成される。
このように、第1保護膜4を設けることによって抵抗体層2の腐食を防ぐことが可能となる。なお、第1保護膜4は、アルミナ以外の他の金属酸化物、あるいは金属窒化物であってもよい。また、第1保護膜4については省略されてもよい。
第1保護膜(無機保護膜)4は、抵抗体層2を保護するための膜である。第1保護膜4は、例えば、Al2O3(アルミナ)からなる。第1保護膜4は、抵抗体層2の上面に位置している。また、第1保護膜4は、長手方向(図1の左右方向)の両端部において一対の上面電極3の一部を覆っている。すなわち、第1保護膜4は、抵抗体層2の膜厚方向D1(絶縁基板1の厚み方向)から見て、抵抗体層2と一対の上面電極3との境界を覆い、抵抗体層2から一対の上面電極3の少なくとも一部にかけて連続的に覆っている。第1保護膜4は、例えば、スパッタリングにて抵抗体層2の全体に保護膜を形成した後、フォトリソグラフィ及びエッチングにて両端部の箇所を除去することで形成される。
このように、第1保護膜4を設けることによって抵抗体層2の腐食を防ぐことが可能となる。なお、第1保護膜4は、アルミナ以外の他の金属酸化物、あるいは金属窒化物であってもよい。また、第1保護膜4については省略されてもよい。
(2.7)第2保護膜
第2保護膜(樹脂保護膜)5は、例えば、エポキシ樹脂からなる。第2保護膜5は、第1保護膜4の全面及び一対の上面電極3の一部を覆っている。すなわち、第2保護膜5は、抵抗体層2の膜厚方向D1(絶縁基板1の厚み方向)から見て、第1保護膜4と一対の上面電極3との境界を覆い、第1保護膜4から一対の上面電極3の少なくとも一部にかけて連続的に覆っている。
第2保護膜(樹脂保護膜)5は、例えば、エポキシ樹脂からなる。第2保護膜5は、第1保護膜4の全面及び一対の上面電極3の一部を覆っている。すなわち、第2保護膜5は、抵抗体層2の膜厚方向D1(絶縁基板1の厚み方向)から見て、第1保護膜4と一対の上面電極3との境界を覆い、第1保護膜4から一対の上面電極3の少なくとも一部にかけて連続的に覆っている。
第2保護膜5は、例えば、スクリーン印刷にてエポキシ樹脂を塗布した後、紫外線を照射してエポキシ樹脂を硬化させることで形成される。なお、一対の上面電極3のうち、第1保護膜4の長手方向(図1の左右方向)の両端部(一対の上面電極3を覆っている部分)とめっき層7との間に位置する部分は、第2保護膜5で直接覆われている。
(2.8)端面電極
一対の端面電極6の各々は、例えば、CuNiからなる。一対の端面電極6は、絶縁基板1の長手方向(図1の左右方向)の両端部にそれぞれ位置している。一対の端面電極6は、例えば、スパッタリングにて、絶縁基板1の長手方向の両端部にそれぞれ形成される。一対の端面電極6は、一対の上面電極3と電気的に接続される。
一対の端面電極6の各々は、例えば、CuNiからなる。一対の端面電極6は、絶縁基板1の長手方向(図1の左右方向)の両端部にそれぞれ位置している。一対の端面電極6は、例えば、スパッタリングにて、絶縁基板1の長手方向の両端部にそれぞれ形成される。一対の端面電極6は、一対の上面電極3と電気的に接続される。
(2.9)めっき層
一対のめっき層7の各々は、図1に示すように、Niめっき層71と、Snめっき層72と、を含む。一対のめっき層7の各々は、一対の上面電極3のうち対応する上面電極3の一部と接続され、かつ第2保護膜5と接する。また、一対のめっき層7の各々は、一対の端面電極6のうち対応する端面電極6を覆う。
一対のめっき層7の各々は、図1に示すように、Niめっき層71と、Snめっき層72と、を含む。一対のめっき層7の各々は、一対の上面電極3のうち対応する上面電極3の一部と接続され、かつ第2保護膜5と接する。また、一対のめっき層7の各々は、一対の端面電極6のうち対応する端面電極6を覆う。
(2.10)裏面電極
一対の裏面電極8の各々は、例えば、導電物としてAg(銀)を含有させたエポキシ樹脂からなる。一対の裏面電極8は、絶縁基板1の裏面(図1の下面)の長手方向(図1の左右方向)の両端部にそれぞれ位置している。一対の裏面電極8は、例えば、スクリーン印刷にて絶縁基板1の裏面の長手方向の両端部にエポキシ樹脂を塗布した後、紫外線を照射してエポキシ樹脂を硬化させることで形成される。一対の裏面電極8は、一対の上面電極3と一対一に対応している。なお、一対の裏面電極8については省略されてもよい。
一対の裏面電極8の各々は、例えば、導電物としてAg(銀)を含有させたエポキシ樹脂からなる。一対の裏面電極8は、絶縁基板1の裏面(図1の下面)の長手方向(図1の左右方向)の両端部にそれぞれ位置している。一対の裏面電極8は、例えば、スクリーン印刷にて絶縁基板1の裏面の長手方向の両端部にエポキシ樹脂を塗布した後、紫外線を照射してエポキシ樹脂を硬化させることで形成される。一対の裏面電極8は、一対の上面電極3と一対一に対応している。なお、一対の裏面電極8については省略されてもよい。
(3)チップ抵抗器の製造方法
次に、本実施の形態1に係るチップ抵抗器10の製造方法について説明する。
次に、本実施の形態1に係るチップ抵抗器10の製造方法について説明する。
本実施の形態1に係るチップ抵抗器10の製造方法は、絶縁基板を用意する工程と、抵抗体層形成工程と、第1の高窒素含有層形成工程と、熱処理工程と、を有する。
絶縁基板を用意する工程では、上記絶縁基板1を用意する。例えば、アルミナ基板を用意する。
抵抗体層形成工程は、絶縁基板1の上に抵抗体層2を形成する工程である。本実施の形態1では、抵抗体層形成工程において、例えば、窒素を含む成膜ガスの雰囲気下で、窒素と反応させた反応性スパッタリング、または、窒素と酸素とを反応させた反応性スパッタリングにより絶縁基板1の上に抵抗体層2を形成する。反応性スパッタリングのスパッタリングターゲットは、例えば、Cr、Siを含み、CrとSiとの原子比が3:7である。
第1の高窒素含有層形成工程は、抵抗体層2上に第1の高窒素含有層21aを形成する工程である。本実施の形態では、第1の高窒素含有層形成工程において、例えば、窒素を含む成膜ガスの雰囲気下で、窒素と反応させた反応性スパッタリングにより絶縁基板1の上に第1の高窒素含有層21aを形成する。反応性スパッタリングのスパッタリングターゲットは、例えば、抵抗体層形成工程と同じくCrとSiとの原子比が3:7である。すなわち、抵抗体層形成工程と同じ装置、材料を用いて、第1の高窒素含有層21を形成することが可能であり、より低コストで第1の高窒素含有層を形成することが出来る。
また、本実施形態に係るチップ抵抗器10の製造方法は、熱処理工程を更に有する。熱処理工程は、抵抗体層形成工程により形成された抵抗体層2に対してTCRを調整する目的で熱処理を行う工程である。熱処理工程では、酸素を含む雰囲気下で500℃以上700℃以下の温度範囲において熱処理を行う。これによって、抵抗体層の抵抗の温度変化を示す抵抗温度係数(TCR)を調整すると共に、第1の高窒素含有層の表面の一部を酸化して酸化層を形成する。熱処理工程は、例えば、抵抗体層形成工程及び第1の高窒素含有層形成工程の後で実行される。ここでいう「熱処理温度」は、本実施形態では抵抗体層2の実体(実態)温度であるが、雰囲気温度であってもよい。
本実施の形態に係るチップ抵抗器10の製造方法では、上述したように、反応性スパッタリングにより抵抗体層2を形成しているので、抵抗体層2のターゲットに含まれる元素の比率は、ターゲット組成とほぼ同じとなる。そのため、抵抗体層2の化学組成を制御することが可能となる。
抵抗体層形成工程と、第1の高窒素含有層形成工程とにおいて、抵抗体層と、第1の高窒素含有層とにおけるN原子百分率を、例えば、成膜ガスに含まれる窒素ガスの比率で制御してもよい。つまり、抵抗体層形成工程よりも第1の高窒素含有層形成工程において、成膜ガスに含まれる窒素ガスの比率を高めることによって、第1の高窒素含有層におけるN原子百分率を抵抗体層よりも高くできる。
あるいは、抵抗体層と、第1の高窒素含有層とにおけるN原子百分率を反応性スパッタリングにおける印加パルスのon-duty比で制御してもよい。つまり、抵抗体層形成工程よりも第1の高窒素含有層形成工程において、反応性スパッタリングにおける印加パルスのon-duty比を小さくして、パルスをより鋭くしてもよい。例えば、パルスのon-duty比は、50%以下であってもよい。パルスのon-duty比が小さいほど、プラズマ中の窒素分子が窒素原子に解離する比率が上がり、薄膜の窒素含有量を高めることが出来る。これによって、第1の高窒素含有層におけるN原子百分率を抵抗体層よりも高くできる。
あるいは、抵抗体層と、第1の高窒素含有層とにおけるN原子百分率を反応性スパッタリングにおける印加パルスのon-duty比で制御してもよい。つまり、抵抗体層形成工程よりも第1の高窒素含有層形成工程において、反応性スパッタリングにおける印加パルスのon-duty比を小さくして、パルスをより鋭くしてもよい。例えば、パルスのon-duty比は、50%以下であってもよい。パルスのon-duty比が小さいほど、プラズマ中の窒素分子が窒素原子に解離する比率が上がり、薄膜の窒素含有量を高めることが出来る。これによって、第1の高窒素含有層におけるN原子百分率を抵抗体層よりも高くできる。
また、本実施の形態に係るチップ抵抗器10の製造方法では、上述したように、抵抗体層形成工程にて形成した抵抗体層2と第1の高窒素含有層21とに対して熱処理工程を実行している。これにより、第1の高窒素含有層21の表面に表面酸窒化層22が形成される。
なお、本実施の形態に係るチップ抵抗器10の製造方法では、抵抗体層の抵抗値を調整するための抵抗体層のパターンを形成するパターン形成工程をさらに含んでもよい。また、端面電極、裏面電極等の電極パターンを形成する工程、第1保護膜及び第2保護膜を形成する工程、抵抗値調整のためのレーザトリミング工程、電圧エージング工程、洗浄工程、分割工程等を含んでもよい。
なお、本実施の形態に係るチップ抵抗器10の製造方法では、抵抗体層の抵抗値を調整するための抵抗体層のパターンを形成するパターン形成工程をさらに含んでもよい。また、端面電極、裏面電極等の電極パターンを形成する工程、第1保護膜及び第2保護膜を形成する工程、抵抗値調整のためのレーザトリミング工程、電圧エージング工程、洗浄工程、分割工程等を含んでもよい。
(4)チップ抵抗器の特性
(実施例)
図2の実施の形態の構成で、抵抗体層2の膜厚Ft1を5nmとし、高窒素含有層21の膜厚Ft2を30nmとした。実施例では、抵抗体層のN原子百分率は、38原子%であり、第1の高窒素含有層のN原子百分率は、42原子%であった。
図2の実施の形態の構成で、抵抗体層2の膜厚Ft1を5nmとし、高窒素含有層21の膜厚Ft2を30nmとした。実施例では、抵抗体層のN原子百分率は、38原子%であり、第1の高窒素含有層のN原子百分率は、42原子%であった。
(比較例1)
図6の従来の構成で、抵抗体層2の膜厚Ft1を5nmとした。比較例1では、抵抗体層のN原子百分率は、38原子%であった。
図6の従来の構成で、抵抗体層2の膜厚Ft1を5nmとした。比較例1では、抵抗体層のN原子百分率は、38原子%であった。
(比較例2)
図6の従来の構成で、抵抗体2の膜厚Ft1を10nmとした。比較例2では、抵抗体層のN原子百分率は、38原子%であった。
図6の従来の構成で、抵抗体2の膜厚Ft1を10nmとした。比較例2では、抵抗体層のN原子百分率は、38原子%であった。
実施例、比較例1、比較例2において、いずれも熱処理工程の熱処理温度を400℃から700℃の範囲で変えて、チップ抵抗器を作製した。
<測定>
チップ抵抗器の抵抗値は、抵抗計を用いて四端子法で測定した。
チップ抵抗器のTCRは、チップ抵抗器の抵抗値を、雰囲気温度を変化させて測定する。測定温度は、40℃、75℃、110℃の3条件とした。測定温度に対する抵抗値の変化の傾きを算出し、傾きを40℃での抵抗値で除した値をTCR[ppm/K]とした。
チップ抵抗器の抵抗値は、抵抗計を用いて四端子法で測定した。
チップ抵抗器のTCRは、チップ抵抗器の抵抗値を、雰囲気温度を変化させて測定する。測定温度は、40℃、75℃、110℃の3条件とした。測定温度に対する抵抗値の変化の傾きを算出し、傾きを40℃での抵抗値で除した値をTCR[ppm/K]とした。
次に、本実施の形態に係るチップ抵抗器10の実施例、比較例1、比較例2の各特性について、図4から図5を参照して説明する。
(4.1)TCR
まず、特性1のTCRについて、図4を参照して説明する。図4の横軸は、熱処理工程の熱処理温度である。図4の縦軸は、抵抗体層2のTCRである。
まず、特性1のTCRについて、図4を参照して説明する。図4の横軸は、熱処理工程の熱処理温度である。図4の縦軸は、抵抗体層2のTCRである。
実施例では、熱処理温度が550℃と600℃の間でTCRがゼロとなる。550℃と600℃との間での、熱処理温度に対するTCRの変化率は2ppm/K/熱処理温度℃である。比較例1では熱処理温度を上げると一旦TCRが正に変化するが、熱処理温度がさらに上がるとTCRが負に変化してゼロに調整することはできなかった。比較例2では14ppm/K/℃熱処理温度℃であった。
本実施の形態に係るチップ抵抗器10によれば、熱処理温度に対するTCRの変化率を小さくすることが出来る。すなわち、熱処理工程において例えば熱処理炉での温度ばらつきが生じた場合でもTCRのシフトする量を小さくすることが可能であり、よりTCRをゼロに近づけることが可能である。たとえば、±5℃の温度ばらつきが生じた場合でもTCRは±10ppm/K以下にすることが出来る。
本実施の形態に係るチップ抵抗器10によれば、熱処理温度に対するTCRの変化率を小さくすることが出来る。すなわち、熱処理工程において例えば熱処理炉での温度ばらつきが生じた場合でもTCRのシフトする量を小さくすることが可能であり、よりTCRをゼロに近づけることが可能である。たとえば、±5℃の温度ばらつきが生じた場合でもTCRは±10ppm/K以下にすることが出来る。
(4.2)抵抗値
次に、特性2の抵抗値について、図5を参照して説明する。図5の横軸は、熱処理工程の熱処理温度である。図5の縦軸は、チップ抵抗器の抵抗値である。
実施例では、前述のTCRがゼロとなる熱処理温度範囲550から600℃で、熱処理温度に対する抵抗値の変化率は0.3%/熱処理温度℃であった。比較例2ではTCRがゼロとなる熱処理温度範囲650から700℃で、2.1%/熱処理温度℃であった。比較例1は、温度範囲650から700℃で、4.0%/熱処理温度℃であった。
本実施の形態の実施例に係るチップ抵抗器10によれば、熱処理温度に対する抵抗値の変化率を小さくすることが出来る。すなわち、熱処理工程において、例えば熱処理炉での温度ばらつきが生じた場合でもTCRのシフトする量が小さくすることが可能であり、よりTCRをゼロに近づけることが可能である。たとえば、±5℃の温度ばらつきが生じた場合でも抵抗値は±1.5%以下にすることが出来る。
次に、特性2の抵抗値について、図5を参照して説明する。図5の横軸は、熱処理工程の熱処理温度である。図5の縦軸は、チップ抵抗器の抵抗値である。
実施例では、前述のTCRがゼロとなる熱処理温度範囲550から600℃で、熱処理温度に対する抵抗値の変化率は0.3%/熱処理温度℃であった。比較例2ではTCRがゼロとなる熱処理温度範囲650から700℃で、2.1%/熱処理温度℃であった。比較例1は、温度範囲650から700℃で、4.0%/熱処理温度℃であった。
本実施の形態の実施例に係るチップ抵抗器10によれば、熱処理温度に対する抵抗値の変化率を小さくすることが出来る。すなわち、熱処理工程において、例えば熱処理炉での温度ばらつきが生じた場合でもTCRのシフトする量が小さくすることが可能であり、よりTCRをゼロに近づけることが可能である。たとえば、±5℃の温度ばらつきが生じた場合でも抵抗値は±1.5%以下にすることが出来る。
5 変形例
上述の実施の形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上述の実施の形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、上述の実施の形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
(5.1)変形例1
上述の実施の形態の実施例では、抵抗体層2の上層に第1の高窒素含有層21aを設けているが、さらに図3に示すとおり、抵抗層体2の下層に第2の高窒素含有層21bを設けてもよい。変形例1に係るチップ抵抗器10aでは、絶縁基板1と抵抗体層2との間に存在する凹凸や空孔(図示せず)により絶縁基板1の側から成長する表面酸窒化層(図示せず)の成長を抑制し、膜厚Ft1がより薄い場合においても、TCRをゼロに調整し、比抵抗を所定の値に調整することが可能となる。
上述の実施の形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上述の実施の形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、上述の実施の形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
(5.1)変形例1
上述の実施の形態の実施例では、抵抗体層2の上層に第1の高窒素含有層21aを設けているが、さらに図3に示すとおり、抵抗層体2の下層に第2の高窒素含有層21bを設けてもよい。変形例1に係るチップ抵抗器10aでは、絶縁基板1と抵抗体層2との間に存在する凹凸や空孔(図示せず)により絶縁基板1の側から成長する表面酸窒化層(図示せず)の成長を抑制し、膜厚Ft1がより薄い場合においても、TCRをゼロに調整し、比抵抗を所定の値に調整することが可能となる。
(まとめ)
以上説明したように、第1の態様に係るチップ抵抗器10は、絶縁基板1と、絶縁基板1の上に設けられたCr、Si及びNを含む合金からなる抵抗体層2と、抵抗体層2の上層に設けられ、N原子百分率が抵抗体層よりも高い合金からなる第1の高窒素含有層21aと、を備える。
上記態様に係るチップ抵抗器によれば、抵抗体2の高抵抗と低TCRとを両立することが可能となる。
以上説明したように、第1の態様に係るチップ抵抗器10は、絶縁基板1と、絶縁基板1の上に設けられたCr、Si及びNを含む合金からなる抵抗体層2と、抵抗体層2の上層に設けられ、N原子百分率が抵抗体層よりも高い合金からなる第1の高窒素含有層21aと、を備える。
上記態様に係るチップ抵抗器によれば、抵抗体2の高抵抗と低TCRとを両立することが可能となる。
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び/又は実施例のうちの任意の実施の形態及び/又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び/又は実施例が有する効果を奏することができる。
1 絶縁基板
2 抵抗体
3 上面電極
4 第1保護膜
5 第2保護膜
6 端面電極
7 メッキ層
8 裏面電極
10 チップ抵抗器
21 高窒素含有層
22 表面酸窒化層
Ft1 膜厚
2 抵抗体
3 上面電極
4 第1保護膜
5 第2保護膜
6 端面電極
7 メッキ層
8 裏面電極
10 チップ抵抗器
21 高窒素含有層
22 表面酸窒化層
Ft1 膜厚
Claims (9)
- 絶縁基板と、
前記絶縁基板の上に設けられたCr、Si及びNを含む合金からなる抵抗体層と、
前記抵抗体層の上層に、N原子百分率が前記抵抗体層よりも高い合金からなる第1の高窒素含有層と、
を備える、チップ抵抗器。 - 前記絶縁基板と前記抵抗体層との間に、N原子百分率が前記抵抗体層よりも高い合金からなる第2の高窒素含有層を備える、請求項1に記載のチップ抵抗器。
- 前記第1の高窒素含有層の膜厚が1000nm以下である、請求項1または2に記載のチップ抵抗器。
- 前記第1の高窒素含有層の合金の組成が、N原子百分率で40原子%以上である、請求項1から3のいずれか一項に記載のチップ抵抗器。
- 前記第1の高窒素含有層の合金が、Cr、Nb、Ta、Al、Siを含む群から選ばれた少なくとも一つを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のチップ抵抗器。
- 前記第1の高窒素含有層のO、Nを除く合金の組成比が、前記抵抗体層のO、Nを除く合金の組成比に対して、各構成元素について±5原子%の範囲で一致する、請求項1から5のいずれか一項に記載のチップ抵抗器。
- 絶縁基板を用意する工程と、
窒素を含む成膜ガスの雰囲気下で反応性スパッタリングによって、Cr、Si、及びNを含む合金からなる抵抗体層を前記絶縁基板の上に成膜する抵抗体層形成工程と、
窒素を含む成膜ガスの雰囲気下で反応性スパッタリングによって、Cr、Si、及びNを含み、N原子百分率が前記抵抗体層よりも高い合金からなる第1の高窒素含有層を前記抵抗体層の上に成膜する第1の高窒素含有層形成工程と、
酸素を含む雰囲気下で500℃以上700℃以下の温度範囲において熱処理を行って、前記抵抗体層の抵抗の温度変化を示す抵抗温度係数(TCR)を調整すると共に、前記第1の高窒素含有層の表面の一部を酸化して酸化層を形成する熱処理工程と、
を含む、チップ抵抗器の製造方法。 - 前記抵抗体層形成工程と、前記第1の高窒素含有層形成工程とにおいて、前記抵抗体層と、前記第1の高窒素含有層とにおけるN原子百分率を前記成膜ガスに含まれる窒素ガスの比率で制御する、
請求項7に記載のチップ抵抗器の製造方法。 - 前記抵抗体層形成工程と、前記第1の高窒素含有層形成工程とにおいて、前記抵抗体層と、前記第1の高窒素含有層とにおけるN原子百分率を前記反応性スパッタリングにおける印加パルスのon-duty比で制御する、
請求項7に記載のチップ抵抗器の製造方法。
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