JP4506433B2

JP4506433B2 - 抵抗素子及びその製造方法

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Publication number: JP4506433B2
Application number: JP2004343636A
Authority: JP
Inventors: 秀樹小平
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: JP2006156629A

Description

本発明は、各種電気機器の抵抗素子及びその製造方法に関する。

図３及び図５は、従来の抵抗素子を説明する層構造の側断面図である。

図３は、基板（５）上面に、一対の電極（１）が形成され、電極間に抵抗材料（３）が形成された抵抗素子である。抵抗材料（３）は、電極（１）上面に直接に接続する構造である。

図３に示す従来の抵抗素子の製造方法を、図４（ａ）〜（ｅ）に示す。

まず、銅箔（１１Ａ）付の基板（５５）の銅箔（１１Ａ）上に、レジスト（６６）を塗布する（図４（ａ）参照）。

次に、パターン露光及び現像等の一連のフォトプロセス法のパターニング処理を行って、レジストパターン（６６Ａ）を形成する（図４（ｂ）参照）。

次に、レジストパターン（６６Ａ）をマスクにして銅箔（１１Ａ）をエッチングして、電極（１１）を形成する（図４（ｃ）参照）。

次に、レジストパターン（６６Ａ）を、剥離する（図４（ｄ）参照）。

次に、抵抗材料（３３）を、印刷して抵抗を得る（図４（ｅ）参照）。

図５は、基板（５）上面に、一対の電極（１）が形成され、該電極上面に下部電極（２）を形成し、下部電極間に抵抗材料（３）が形成された抵抗素子である。抵抗材料（３）は、下部電極（２）を介して、電極（１）上面に間接に接続する構造である。すなわち、基板上面から電極（１）と、下部電極（２）と、抵抗材料（３）と、その順番に積層した構造である。

図５に示す従来の抵抗素子の製造方法を、図６（ａ）〜（ｆ）に示す。

まず、銅箔（１１１Ａ）付の基板（５５５）の銅箔（１１１Ａ）上に、レジスト（６６６）を塗布する（図６（ａ）参照）。

次に、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、レジストパターン（６６６Ａ）を形成する（図６（ｂ）参照）。

次に、レジストパターン（６６６Ａ）をマスクにして銅箔（１１１Ａ）をエッチングして、電極（１１１）を形成する（図６（ｃ）参照）。

次に、レジストパターン（６６６Ａ）を、剥離する（図６（ｄ）参照）。

次に、電極（１１１）上面に、導電性材料を印刷して、下部電極（２２２）を得る（図６（ｅ）参照）。

次に、下部電極（２２２）間に、抵抗材料（３３３）を、印刷して抵抗素子を得る（図６（ｆ）参照）。

上記の図４の抵抗素子の製造方法では、電極（１１）と抵抗材料（３３）とを直接に接続するため、電極（１１）の表面が酸化され、経時により、電極（１１）と抵抗材料（３３）の接触抵抗が増大するという問題を有している（図４（ｅ）参照）。

この問題を解決する方法として、図５に示す従来の抵抗素子の構造が提案された。図６に示す従来の抵抗素子の製造方法では、電極（１１１）の表面酸化を防止する為に、電極（１１１）と抵抗材料（３３３）の間に、下部電極（２２２）を形成して抵抗素子を製造しているが、高温高湿下で保存すると、基板（５５５）、電極（１１１）、下部電極（２２２）、抵抗材料（３３３）の熱膨張率の違いにより、下部電極（２２２）と抵抗材料（３３３）の密着が熱応力により弱まり、抵抗値安定性が悪い問題がある（図６（ｆ）参照）。

微細化・高機能化において、プリント配線基板を小型化するために、従来、基板の表面に実装していた受動素子を基板内部に組み込む、又は作り込むことが行われている。中でも、受動素子をプリント配線基板内部に印刷法を用いて作り込む方法は、別工程で製造した受動素子を組み込む方法に比べて受動素子の小型化が可能な上、その製造効率が良いという特徴がある。

上記の図（４）及び図（６）の製造方法では、プリント配線基板に受動素子を作り込み、該表面に絶縁樹脂を積層して埋め込むために、事後に受動素子の容量を調整できない問題がある（特許文献１、非特許文献１参照）。

以下に公知文献を記す。
米国特許第６００５１９７号明細書エレクトロニクス実装学会誌Ｖｏｌ．６Ｎｏ．４（２００３）埋め込み受動部品技術に使用されるポリマー抵抗体

本発明は、上記の問題点を鑑み考案されたものであり、抵抗素子の製造での不良がない製造工程で、プリント配線基板の製造時、加熱工程でも抵抗値が安定し、プリント配線基板に作りこまれた抵抗素子が、経時での抵抗値変化のない抵抗素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、基板上に、少なくとも一対の第１電極と、その間に設けられた抵抗材料と、各々の第１電極と抵抗材料とを接続するように設けられた各々の第２電極とを有し、前記第２電極は各々、下部電極と上部電極からなり、前記抵抗材料の端部は下部電極と上部電極により挟み込まれた構造である抵抗素子の製造方法において、（ａ）対となる第１電極を設ける工程と、（ｂ）前記第１電極の対向する側に第２電極の下部電極をメッシュスクリーン版によるスクリーン印刷により設け、前記下部電極を窒素ガス雰囲気下で２００℃１２０分間焼成する工程と、（ｃ）前記下部電極を接続し、その下部電極と抵抗材料の端部が重なるように、抵抗材料をメッシュスクリーン版によるスクリーン印刷により設ける工程と、（ｄ）前記下部電極及び該下部電極と重なる抵抗材料の端部上に第２電極の上部電極をメッシュスクリーン版によるスクリーン印刷により設け、前記上部電極を窒素ガス雰囲気下で２００℃１２０分間焼成する工程と、を含むことを特徴とする抵抗素子の製造方法である。

本発明の抵抗の製造方法では、抵抗材料（３）と下部接続電極（２）の両方を覆う様に上部接続電極（４）を形成する事により、熱応力で下部接続電極（２）と抵抗材料（３）の密着が弱まっても、熱応力を受けにくい上部接続電極（４）と抵抗材料（３）の導通により、抵抗値が安定する。

本発明の抵抗素子及びその製造方法の一実施形態を説明する。

図１は、本発明の抵抗素子の層構造を説明する側断面図である。図１に示す本発明の抵抗素子は、基板（５）上に、少なくとも一対の第１電極（１）と、その間に設けられた抵抗材料（３）と、各々の第１電極と抵抗材料とを接続するように設けられた各々の第２電極（下部電極（２）と、上部電極（４）から形成）とを形成する層構造であり、前記抵抗材料（３）の端部が下部電極（２）と上部電極（４）により上下より挟み込まれた構造で層形成されている。

基板（５）上には、一対の第１電極（１）が形成されている。前記第１電極（１）の上面に下部電極が形成される。前記下部電極（２）は、各々の第１電極の対向する側の端部表面及び基板に形成する。前記下部電極（２）の上面に抵抗材料が形成される。前記抵抗材料（３）は、対となる下部電極を接続するよう、基材及び下部電極の上面に形成する。前記抵抗材料（３）の上面に上部電極が形成される。前記上部電極（４）は、抵抗材料及び下部電極の上面に形成する。

以下、本発明の抵抗の製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｇ）に、本発明の抵抗製造方法の一実施例を工程順に示す模式構成部分断面図を示す。

まず、銅箔（１Ａ）付の基板（５）に、レジスト層（６）を形成する（図２（ａ）参照）。

この発明において用いることができる基板（５）の材料として、電気絶縁性を示すものであり、例えば、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体ケン化物、エチレン−α−オレフィン共重合体エラストマー、酸変性ポリオレフィン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリアミド、ポリイミドアミド、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリアリルスルホン、ポリアセタール、ポリメチルメタクリレート、ポリフェニレンオキシド、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリブタジエンテレフタレート、ポリカプロラクタム、フッ素化エチレン−プロピレン共重合体、塩素化ポリエチレン、ナイロンなど、およびこれらの単体もしくは混合体（共押出フィルムなど）および、紙、布、ガラスその他の材料とのラミネート品などがある。

また、レジスト（６）は、ネガタイプでもポジタイプでも構わなく、レジスト層（６）形成は、レジストコーティングでも感光性ドライフィルム圧着でも構わない。

次に、パターン露光、現像等の一連のフォトプロセス法のパターニング処理を行って、電極（１）を形成する為のレジストパターン（６Ａ）を形成する（図２（ｂ）参照）。

次に、エッチングを行い、銅箔（１Ａ）に、第１電極（１）を形成する（図２（ｃ）参照）。

次に、専用の剥離液でレジストパターン（６Ａ）を剥離する（図２（ｄ）参照）。

基板（５）上面に、対となる第１電極（１）を形成する。

次に、導電性Ａｇペーストをスクリーン印刷により、対の第１電極（１）上面に塗工し、その後、ベークして、下部電極（２）を形成する（図２（ｅ）参照）。

次に、導電性ペーストをスクリーン印刷で塗布し、その後、ベークして、抵抗材料（３）を形成する。抵抗材料（３）は、前記下部電極（２）に接続するように形成する（図２（ｆ）参照）。導電性ペーストは、特に指定は無く、フェノール系でもエポキシ系でも構わない。

次に、導電性Ａｇペーストをスクリーン印刷で下部電極（２）と抵抗材料（３）の両方を覆う様に塗工し、その後、ベークして、上部電極（４）を形成し抵抗素子を得る（図２（ｇ）参照）。

以上、下部電極（２）と重なる抵抗材料の端部上に、第２電極の上部電極（４）を形成し、本発明の抵抗素子の製造が終了する。

本発明の抵抗の製造方法では、抵抗材料（３）と下部接続電極（２）の両方を覆う様に上部接続電極（４）を形成する為、上部接続電極（４）と抵抗材料（３）で導通が取れ、熱応力で下部接続電極（２）と抵抗材料（３）の密着が弱まっても、抵抗値が安定する抵抗を得る事ができる。さらに、抵抗素子は、抵抗材料（３）の端部が下部電極（２）と上部電極（４）により上下より挟み込まれた構造であり、界面の密着が強化する。

本発明の実施例を詳細に説明する。

以下、図１に示す本発明の抵抗素子を作製した。まず、銅箔（１Ａ）付基板（５）（住友ベークライト株式会社製ＡＰＬ−４５０１）の銅箔（１Ａ）面に、厚さ１２μｍのドライフィルム（日立化成工業株式会社製ＤＦＲ−３２１５）を１１０℃下でロールラミし、レジスト層（６）を形成した。（図２（ａ）参照）。

次に、９０ｍｊ／ｃｍ²の条件でパターン露光、３０℃下、１．５ｋｇ／ｃｍ²下で現像を行い、その後、純水で水洗した後、エアブローで乾燥し、電極（１）形状をトレースしたレジストパターン（６Ａ）を形成した（図２（ｂ）参照）。

次に、レジストパターン（６Ａ）をマスクにして、銅箔（１Ａ）にエッチング処理を行って、電極（１）を形成した（図２（ｃ）参照）。

次に、５％水酸化ナトリウム溶液に常温下で１分間浸漬し、その後、純水に揺動させながら浸漬し、エアブローで乾燥して、レジストパターン（６Ａ）を剥離した（図２（ｄ）参照）。

次に、導電性Ａｇペースト（株式会社アサヒ化学研究所製、ＬＳ−５０４Ｊ）を、＃３２５ＳＵＳメッシュ（直貼）、線径２８μｍ、乳剤厚１０μｍのスクリーン上に塗布し、硬度８０のスキージで、印圧４０ｋｇｆ／ｃｍ²、印刷速度０．０２５ｍ／ｓ、スキージ角度８０度で、スクリーン印刷した後、ＩＲオーブンで９０℃下で１０分間仮焼成した後、窒素ガス雰囲気中で２００℃下１２０分間本焼成して、下部接続電極（２）を形成した（図２（ｅ）参照）を得た。

次に、導電性抵抗ペースト（株式会社アサヒ化学研究所製、ＴＵ−１００−８）を、＃２００ＳＵＳメッシュ、乳剤厚２０μｍのスクリーン上に塗布し、硬度８０のスキージで、印圧５０ｋｇｆ／ｃｍ²、印刷速度０．０２５ｍ／ｓ、スキージ角度７０度で、スクリーン印刷した後、８０℃下で１０分間ＩＲオーブンで仮焼成した後、２００℃下２時間ファインオーブンで本焼成して、抵抗材料（３）を形成した（図２（ｆ）参照）。

次に、導電性Ａｇペースト（株式会社アサヒ化学研究所製、ＬＳ−５０４Ｊ）を、＃３２５ＳＵＳメッシュ（直貼）、線径２８μｍ、乳剤厚１０μｍのスクリーン上に塗布し、硬度８０のスキージで、印圧４０ｋｇｆ／ｃｍ²、印刷速度０．０２５ｍ／ｓ、スキージ角度８０度で、スクリーン印刷した後、ＩＲオーブンで９０℃下、１０分間仮焼成した後、窒素ガス雰囲気中で２００℃下１２０分間本焼成して、上部接続電極（４）を形成し、抵抗を得た（図２（ｇ）参照）。

比較例とした、図５に示す従来の抵抗素子と、図３に示す従来の抵抗素子とを作製した製造方法は、公知の製造方法であり、使用した材料は実施例と共通するため記述は省略する。

本発明の抵抗素子（図１に示す構造の）の抵抗値の変化率を評価した。なお、比較のため、従来の抵抗素子（図５、第２電極の下部電極のみ）と、同じく（図３、第２電極なし）の３グループを評価した。本評価方法は、試料を温度４０℃、湿度９０％の雰囲気条件下で、２０００時間まで評価した。評価結果は、所定時間経過時点での抵抗値の変化率（単位％）で測定した。

高温高湿下（４０℃・９０％ＲＨ）で保存した抵抗の経時での抵抗値測定結果を図７のグラフに示す。

図７に示すように、図３の抵抗素子のグループ３００（接続電極を形成せず）は、電極と抵抗材料が直接に接触している抵抗であり、経時で抵抗値が上昇し続けた。その変化率は約１５％から約７５％までの範囲で大きく増加した。

図５の抵抗素子のグループ２００は、第一電極と抵抗材料が直接に接触しないように、抵抗材料と電極の間に第二電極の下部電極のみを形成した抵抗であり、接続電極の無い抵抗に比べ、経時での抵抗値変化が大幅に減少したが、一般的に要求される±５％以内の変化率には収まらず、約−１５％から約３５％までの範囲で大きく変動した。

図７に示すように、本発明の図１の抵抗素子のグループ１００は、抵抗材料と第一電極の間に下部接続電極を形成し、かつ、この接続電極と抵抗材料を覆う様に上部接続電極を追加形成した抵抗で、経時での抵抗値変化率が、一般的に要求される±５％以内に収まり、約０％から約５％の範囲で安定した。

本発明の抵抗素子の一実施例の層構成を説明する側断面図である。（ａ）〜（ｇ）は、本発明の抵抗の製造方法における製造工程の一部を模式的に示す断面図である。従来の抵抗素子の一実例の層構成を説明する側断面図である。（ａ）〜（ｅ）は従来の抵抗の製造方法における製造工程の一部を模式的に示す断面図である。従来の抵抗素子の一実例の層構成を説明する側断面図である。（ａ）〜（ｆ）は従来の抵抗の製造方法における製造工程の一部を模式的に示す断面図である。高温高湿下（４０℃・９０％ＲＨ）で保存した抵抗の経時での抵抗値変化を示したグラフである。

符号の説明

１…第１電極
１１、１１１…電極
１Ａ、１１Ａ、１１１Ａ…銅箔
２、２２２…下部電極
３、３３、３３３…抵抗材料
４…上部電極
５、５５、５５５…基板
６、６６、６６６…レジスト層
６Ａ、６６Ａ、６６６Ａ…レジストパターン
１００…図１の抵抗素子のグループ
２００…図５の抵抗素子のグループ
３００…図３の抵抗素子のグループ

Claims

基板上に、少なくとも一対の第１電極と、その間に設けられた抵抗材料と、各々の第１電極と抵抗材料とを接続するように設けられた各々の第２電極とを有し、前記第２電極は各々、下部電極と上部電極からなり、前記抵抗材料の端部は下部電極と上部電極により挟み込まれた構造である抵抗素子の製造方法において、
（ａ）対となる第１電極を設ける工程と、
（ｂ）前記第１電極の対向する側に第２電極の下部電極をメッシュスクリーン版によるスクリーン印刷により設け、前記下部電極を窒素ガス雰囲気下で２００℃１２０分間焼成する工程と、
（ｃ）前記下部電極を接続し、その下部電極と抵抗材料の端部が重なるように、抵抗材料をメッシュスクリーン版によるスクリーン印刷により設ける工程と、
（ｄ）前記下部電極及び該下部電極と重なる抵抗材料の端部上に第２電極の上部電極をメッシュスクリーン版によるスクリーン印刷により設け、前記上部電極を窒素ガス雰囲気下で２００℃１２０分間焼成する工程と、
を含むことを特徴とする抵抗素子の製造方法。