JP4297617B2 - 抵抗器を製作する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明は、一般にプリント回路基板およびその製作に関する。さらに詳しくは、本発明は、低値および高値の集積用抵抗器の両方を有するプリント回路基板およびその基板を製作する方法に関する。
【０００２】
平方当り２００〜３００オームまたはそれ以下の電気抵抗を有する低値抵抗器、および、平方当り１キロオーム以上の抵抗を有する高値抵抗器の両方は、一般にプリント回路基板に必要とされる。最も望ましいのは、かかる基板を作成するために従来から用いられるプリントおよびエッチング・プロセスの間に、高値および低値抵抗器の両方が組み入れられることである。
【０００３】
高値および低値抵抗器は、回路基板の予め決定された領域上にポリマー製の厚いフィルム・インクをスクリーン・プリントすることによって回路基板上に形成される。一般に、これらの領域は、銅トレース上に直接的に終端される。一つの厚いフィルム抵抗器インクは、典型的な回路内では１０オームから２００キロオームの範囲の抵抗器をカバーするために使用することはできない。多種多様のインクを使用することが、多種多様のプリントおよび硬化の段階で必要である。スクリーン・プリントはまた、比較的きめの粗い工程であり、厚い（１８−３６マイクロメートル）銅端子上に抵抗器インクをプリントし、要求どおりの正確な抵抗を得るのが難しい。ある事例では、使うには高価であるが、正確な抵抗を示すチップ抵抗器を使用することが好まれる。
【０００４】
ポリマー製の厚いフィルム抵抗器のさらなる欠点は、温度や湿度による負荷がある場合には、それらの抵抗が増加する傾向にあることであるが、おそらく、それはポリマーと銅端子との接触面の腐食によるものである。銅にニッケル、金、または銀のようなより耐酸化性金属の仕上げを付加することによって、この腐食を抑えることができる。明らかに、これは処理段階を増やしコストが高くなる。
【０００５】
別の方法では、抵抗の増加は、より薄い銅層を使用することにより減少し得るが、これは、回路の残部にわたってくまなく低抵抗導体トレースを形成するために比較的厚い銅が必要とされることと矛盾する。ポリマー製の厚いフィルム抵抗器はまた、高周波数でインピーダンスのロール・オフを示し、これが回路基板のＲＦ部分において使用される低値抵抗器にとって抵抗器を不適切なものとする。
【０００６】
プリント回路基板の無線周波部に必要な正確な抵抗を有する低値抵抗器は、適当な誘電基板上に、下層が抵抗金属合金である、導体と抵抗金属合金との二重層を用いるという従来のプロセスにより形成される。上部の導体層はプリントされ、さらに、抵抗が基板上に配置されるために画定した領域を除き、導体がエッチングで除去される。抵抗金属合金層は、エッチングされた金属領域の下に位置するが、それ自身もエッチングで除去される。そして、画定された領域内で抵抗金属合金を覆う導体は、２度プリントおよびエッチングされて、抵抗器の長さを画定し、抵抗器の端子を形成する。比較的正確な抵抗器の値が、このプロセスによって与えられる一方、２００から３００オームまたはそれ以下の抵抗を有する抵抗器の作成に限定される。
【０００７】
上記から、集積用抵抗器を有するプリント回路基板を製作するための二つの最も広く実施されている技術のいずれもが、十分に満足できるものでないと考えられる。すなわち、金属合金抵抗器は抵抗範囲が限定され、ポリマー製の厚いフィルム抵抗器は正確性と安定性に欠ける。したがって、高値および低値の抵抗器の両方を含むプリント回路基板を製作する経済的な方法に対する要求がある。さらに詳しくは、、現在の製造装置を用いたプリント回路基板上に、予測できる安定した抵抗を有する低値および高値の抵抗器の両方を同時に製造することが要求される。
【０００８】
【発明の要旨】
本発明によれば、プリント回路基板上に高値および低値の抵抗器の両方を同時に形成するためのプロセスが提供される。
【０００９】
本発明の方法は、好ましくは、予め決められた厚さおよびパターン内の誘電基板上に、平方当り約５００オームよりも小さいシート抵抗を有する低抵抗材料の第１層を用いることを要する。パターンは、何組かの高値抵抗器のための端子電極パッドのみならず低値抵抗器の電気的な長さおよび幅を画定する。平方当り約１キロオームまたはそれより大きいシート抵抗を有する高抵抗材料の第２層は、端子パッド対における各要素の対向端の上部表面間およびそれらに接して配置される。パターン化された高抵抗材料の固定された長さ、幅および厚さは、高値抵抗器の値を決定する。導電性金属端子は、低値抵抗器の端およびパッド対の末端に提供されて、抵抗器を完成させる。抵抗器および基板は、誘電材料で被覆してもよい。この層は、抵抗器を環境から隔離し、付加的な回路層を設けるための基礎として使用できる。
【００１０】
【実施例】
図１に関し、誘電基板６上の低値抵抗器２および高値抵抗器４の平面図を示す。基板６は、プリント回路基板、フレキシブル回路、セラミックまたはシリコンの基板、その他の多層回路の誘電層のようないかなる材料であってもよく、また、当業者間で知られている他の適当な材料であってもよい。
【００１１】
さらに図２に関し、低抵抗率材料から成る第１のパターン化された領域８が、基板６に配置される。追加のパターン化された領域１０，１２が基板６に配置され、それぞれ第１および第２端子電極パッド１４，１６を形成する。好ましい低抵抗率材料には、ＮｉＰまたはＮｉＣｕのようなニッケルまたはニッケル合金、または、金、銀またはパラジウムのような他のいかなる材料の合金も含まれるが、それらは平方当り約１〜５００オームの適当な抵抗を有し、従来のプリント回路基板製造プロセスによって配置できるものである。かかるプロセスは、無電解めっきおよび浸漬被覆技術、またはエッチング可能な低抵抗率層のパターン化を含む。かかる適当なエッチング可能なニッケル合金は、誘電体−ＮｉＰ−Ｃｕ３層材料のＮｉＰ層であり、Ｏｈｍｅｇａｐｌｙ^TMとしてオーメガ・テクノロジー社により販売されている。低抵抗率のパターン化された材料は、好ましくは、約０．０２から１０マイクロメートルの範囲の厚さである。
【００１２】
高値抵抗器４は、少なくとも平方当り１キロオーム、好ましくは平方当り１〜１００キロオームの範囲の抵抗を有する材料から成るパターン化された領域１８を配置することによって形成される。領域１８は、基板６上の端子パッド１０と端子パッド１２との間、および、端子パッド１２，１０の表面２０，２２の上にそれぞれ拡がる。抵抗器４の抵抗は、領域１８の長さと厚さと幅、および端子パッド１２，１０の間隔によって決定される。
【００１３】
好ましい高抵抗率材料は、ポリマー製の厚いフィルム抵抗インクを堆積および硬化することによって形成されるポリマー製の厚いフィルムである。抵抗インクは、スクリーン・プリント、ステンシル、または、基板６および電極パッド１０，１２の上に調整された量のインクを堆積することができるその他のいかなる技術によっても配置され得る。適当なインク組成は、重合マトリックス(polymeric matrix)内に散在する特定の導電性の充填剤を含有するポリマー製の厚いフィルム・インク(thick-film ink)である。当業者に知られている好ましい組成は、熱硬化性のフェノール樹脂内に散在する充填剤としてのカーボン粒子を含む。高抵抗率材料は、典型的には、約１０〜約２０マイクロメートルの厚さの範囲を有する。
【００１４】
図３に関し、抵抗器２，４は組立体上にエポキシまたは他の適当な樹脂のような誘電材料を有するコーティング３２を用いて埋設される。
【００１５】
低値抵抗器２を完成するために、銅または他の適当な金属から成る第１および第２導電端子２４，２６が、パターン化された領域８の両端に与えられる。高値抵抗器４を完成するために、導電端子２８，３０が与えられる。
【００１６】
本主題の方法およびプロダクトの利点は多い。例えば、金属端子および厚いフィルム・ポリマー抵抗器の両者と、その下に横たわる電極パッド１４，１６との間のボンドは、従来の銅の厚いフィルム・ポリマー・ボンドより安定である。事実上、薄く、かつ耐腐食性金属で構成された理想的な電極が、低値抵抗器の製作と同時に提供される。
【００１７】
さらなる利点は、４のような高値抵抗器のための十分に正確な値が、不正確なスクリーン・プリント・プロセスとは別の方法を使用して達成し得る。抵抗器本体１８が、厚い導電金属端子とは重ならずに薄い電極パッド１４，１６上で終端するために、抵抗器の値が、より信頼性および再現性をもって決定される。また、抵抗器４よりもパッド１４，１６をわずかに幅広く作成し、配置のためのいくらかの余裕を与えることが好ましい。１キロオームまたはそれ以上の値の抵抗器においては、パッド１４，１６によって与えられる付加抵抗は無視できる。
【００１８】
同一の低抵抗合金材料が、低値抵抗器２および高値抵抗器１６のための端子パッド１４，１６の形成に使用され、同一の回路基板上に低値または高値の抵抗器を形成するために追加のプロセス段階は必要でない。これが、コストおよびプリント回路基板の潜在的な厚さを十分に削減する。さらに、抵抗器の全抵抗値の範囲は、単に、低値抵抗器のためのプリント領域の寸法決め、および、高値の厚いフィルム・ポリマー抵抗器の長さと幅の調整によって決定される。これらの特徴は、同一基板上にすべての望ましい回路組立体を組み込む基板設計者の助けとなる。加えて、多層基板上の抵抗器を含む層全体の厚さが比較的薄いので、配置された誘電体の埋設用または埋込用被覆３２は、回路基板上に追加の層を設けるための基礎として寄与し得る。最も好ましい実施例に関して、集積的にその上に形成された低値抵抗器および高値抵抗器を含むプリント回路基板が、以下のように作成される。
【００１９】
オーメガ・テクノロジー社により販売されているＯｈｍｅｇａｐｌｙ^TMのシートが与えられる。それは、誘電基板、３０％までのリンを含み５００オーム／平方までの抵抗を有するめっきされたニッケル・リン層、および導電性の銅の上層を含む。
【００２０】
銅層はプリントおよびエッチングされ、低値抵抗器の長さと幅、高値抵抗器のための端子電極パッドの範囲、および両者の端子を画定する。そして、露出したＮｉＰ層は、基板までエッチングされる。残りの銅層は、さらにエッチングされて低値抵抗器の値を決定する。同時に、銅が各電極パッドの上表面の部分からエッチングされ、それらの間に高値抵抗器の本体が配置される。
【００２１】
高値抵抗器は、端子パッドの表面間あるいはそれらに接して適当な厚いフィルム・ポリマー・インクでプリントし、硬化したスクリーンにより形成される。
【００２２】
他の方法として、基板は、さらにエポキシのような誘電保護層で被覆および硬化されてもよい。
【００２３】
我々の発明は、好ましい実施例の文言中に述べられているが、他の形式も当業者によって容易に適用され得るであろう。例えば、適当な電気的な特性を有する他の合金および材料も使用できるであろうし、また、回路基板の制御された領域に提供される材料の異なる方法も利用できるであろう。したがって、本発明の目的は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った、誘電基板上の低値抵抗器および高値抵抗器の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａの断面図である。
【図３】本発明に従った、誘電層内で実施される低値および高値抵抗器の断面図である。

Claims (5)

1. 低値抵抗器および高値抵抗器から構成されるプリント回路基板を製作する方法であって、前記低値および高値抵抗器は集積的に基板上に形成され、前記方法は、
   積層を誘電基板に提供する段階であって、前記積層は低抵抗率材料の第１層および導電性端子金属の第２層から構成され、前記第１層が前記基板に隣接する、段階と、
   前記第１および第２積層の予め決定された領域を除去する段階であって、前記低値抵抗器が導電性金属端子を有するように形成され、かつ、前記低抵抗率材料の第１および第２端子電極パッドがそれらの間に高抵抗率材料を配置するために間隔をあけて形成され、導電性金属端子が前記端子領域の末端に形成される、段階と、
   前記第１および第２端子領域の間およびこれと接して高抵抗率材料の層を配置して前記高値抵抗器を形成する段階と、
   から成ることを特徴とするプリント回路基板を製作する方法。
2. 前記第１積層が電気めっきされたニッケル・リン合金であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記低抵抗率材料が平方当り１〜５００オームのシート抵抗を有し、および、前記高抵抗率材料が平方当り１〜１００キロオームのシート抵抗を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記第２積層がプリントされエッチングされることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 低値抵抗器および高値抵抗器から構成されるプリント回路基板を製作する方法であって、前記低値および高値抵抗器は集積的に基板上に形成され、前記方法は、
   誘電基板を提供する段階と、
   前記基板上に低抵抗率材料の第１層を配置する段階と、
   前記第１層上にエッチング可能な導電性金属の第２層を配置する段階と、
   前記導電性金属をエッチングして前記低値抵抗器および端子の長さおよび幅を画定し、それにより前記高値抵抗器用の一組の第１および第２端子電極パッドおよび端子を画定する段階と、
   前記エッチングにより露出された前記低抵抗率材料を除去する段階と、
   残存した前記導電性金属をエッチングし、その結果前記低値抵抗器が形成され、かつ、前記第１および第２端子電極パッドがそれらの上およびそれらの間に高抵抗率層を配置するために間隔をあけて形成される段階と、
   前記第１および第２端子電極パッドの間およびそれらと接して高抵抗率材料を配置して前記高値抵抗器を形成する段階と、
   から成ることを特徴とするプリント回路基板を製作する方法。

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