JP4508737B2 - ネットワーク抵抗器 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック基板の一方の面に、複数の抵抗素子、及び導電性突起状部材からなる当該抵抗素子の外部端子を有するネットワーク抵抗器に関するものである。

セラミック基板の一方の面に、複数の抵抗素子、当該抵抗素子の端子としてのランド、及び当該ランドに固着される外部端子としての導電性突起状部材を有するネットワーク抵抗器については、米国特許第６，３２６，６７７号公報及び国際公開ＷＯ９７／３０４６１号公報にその開示がある。かかるネットワーク抵抗器は、前記ランドから延在する対となる電極膜と、抵抗体とが重なり合って接続される領域は、前記ランドの中心と、対となる他端の電極膜との最短経路を結ぶ直線上に位置していた。
米国特許第６，３２６，６７７号公報 国際公開ＷＯ９７／３０４６１号公報

しかしながらセラミック基板の一方の面の面積を、複数の抵抗素子と導電性突起状部材とで占領するネットワーク抵抗器にあっては、特に基板面を有効に活用すべき場合がある。その理由は、導電性突起状部材を有しない面実装型ネットワーク抵抗器に比して、導電性突起状部材が存在する分だけ余計に基板面が占領されている中で、所定の特性を備えた抵抗体を配置する面積を確保する必要があるためである。このことは、電子部品の小型化が進むに従い、考慮すべきことである。

本発明が解決しようとする課題は、セラミック基板の一方の面の面積を、複数の抵抗素子と導電性突起状部材とで占領するネットワーク抵抗器において、当該基板面を有効に活用しつつ、抵抗素子特性維持上の問題を生じさせないことである。

上記課題を解決するため、本発明のネットワーク抵抗器は、セラミック基板の一方の面に、複数の抵抗素子が形成され、且つ導電性突起状部材からなる当該抵抗素子の外部端子を有するネットワーク抵抗器において、単体の抵抗素子は、対となる電極膜と、当該電極膜に接触する抵抗体膜を構成要素とし、当該電極膜の一部をランドとして残しつつ、前記抵抗素子がオーバーコート膜により被覆され、前記導電性突起状部材は、固着部材により前記ランドに固着され、前記ランドの中心位置の整列が維持され、前記ランドから延在する電極膜と他端の電極膜との間に接続される抵抗体膜の少なくとも一つは、前記ランドの中心と、前記他端の電極膜との最短経路を結ぶ直線上を避けて存在することを特徴とする。

上記「ネットワーク抵抗器」は、複数の抵抗素子が共通電極膜２ｂにより連結されているもの（例えば図１に示したもの等）の他、独立の個々の抵抗素子が単体の基板１面に複数配置されている、いわゆる多連抵抗器を含む。

上記「セラミック基板１の一方の面」としたのは、製造の容易化のためである。即ちセラミック基板１の両面に回路素子等の部材を形成するには、一方のセラミック基板１面の部材の配置と、他方のセラミック基板１面の部材の配置との位置合わせの微調整が必要な場合がある。かかる調整は、セラミック基板１の両面を同時に見ることができないため困難を伴う。また一方のセラミック基板１面に部材を配置する際に、他方のセラミック基板１面の清浄さを維持する必要や、既に当該他方のセラミック基板１面に形成・配置した部材を損傷しないよう配慮する必要があるため、製造工程設計に多大な制限を与える。その点本発明のように、セラミック基板１の一方の面に抵抗素子及び導電性突起状部材９を配置している構成では、そのような困難性や制限が無いか若しくは少ない。尚、通常は電子部品に何らかの表示をするが、かかる表示は、前記他方のセラミック基板１面上（表示を目立つようにする色彩の介在膜があってもよい）に施されるのが一般的と考えられる。その場合、前記他方のセラミック基板１面のように回路素子が何ら形成されていないため、表示工程を経ることによる回路素子へ与える悪影響を考慮する必要がなく、有利である。

上記「導電性突起状部材９」には、いわゆるハンダボール１０等の導電性ボールを搭載したもの、いわゆるサブストラクト法、アディティブ法により形成されるバンプ、及び導電ペーストを印刷等の手法で突起状に形成し、固化させたもの等を含む。

上記「オーバーコート膜７」は、樹脂からなる膜、ガラス膜、これらの２以上の層からなる膜であってもよい。またこのオーバーコート膜７は、ランド４を形成し、且つ抵抗素子を被覆するものである。但し特に厚膜形成する際のパターニングの容易さ等を考慮すると、ランド部以外の領域を全て被覆するのが好適である。

上記「ランド４に固着」は、主としてハンダを固着部材として用いた固着を言う。ランド４表面と上記導電性突起状部材９とは、ある程度の前記ハンダとの濡れ性が良好であることが求められるから、前記ハンダは、ランド４の略全域に亘り存在することとなる。

上記「前記ランドの中心位置の整列が維持され」ることにより、本発明のネットワーク抵抗器の回路板１２への実装を容易にする。また、回路板１２側のランド形成を容易化する。更に、例えば本発明のネットワーク抵抗器を回路板１２に沿って１８０°反転して回路板に実装しても、回路板のランド位置と導電性突起状部材との位置が合う場合（図１）があり、極めて好適である。

上記「ランド４から延在する対となる電極膜２と抵抗体膜３とが重なり合って接続される領域の少なくとも一つは、ランド４の中心と、対となる他端の電極膜２との最短経路を結ぶ直線上を避けて存在」することを発明特定事項としたのは、電極膜２と抵抗体膜３とが重なり合う領域の、電流方向における距離を確保するためである。かかる距離を、一定以上確保できなければ、抵抗素子端子間に過大な電圧を付与したときに抵抗値の変動する等の、抵抗素子特性維持上の問題を生じることが、経験則上認識されているからである。特に図１（ａ）に示すように、ネットワーク抵抗器と回路板との固着強度向上等のため、一部のランド４ｂを他のランド４ａよりも大きくする必要がある場合、当該一部のランド４ｂから延在する電極膜２となる領域が極めて小さくなる。するとランド４ｂと、他端の電極膜２との最短経路を結ぶ直線上に電極膜２と抵抗体膜３とを重なり合わせることが非常に困難となる。このような場合を考慮し、上記「少なくとも一つ」とした。全てのランド４において、ランド４と、他端の電極膜２との最短経路を結ぶ直線上に電極膜２と抵抗体膜３とを重なり合わせることが困難である等の事情、例えば図１（ｂ）のように全てのランド４ｂの面積が大きいといった事情等があれば、全ての上記「電極膜２と抵抗体膜３とが重なり合う領域」について本発明特定事項の構成を採用する。

電極膜２と抵抗体膜３とが重なり合う領域の、電流方向における距離の確保に際しては、抵抗体膜３の電流方向における端部位置を、ランド４ｂの中心と、前記対となる他端の電極膜２との最短経路を結ぶ直線上を避けて存在させることにより、仮に当該直線上に抵抗体膜３を配置した場合には、該抵抗体膜３の一部がランド４ｂと重なってしまう位置にも抵抗体膜３を配置できる場合がある利点がある（例えば図１（ｂ）の一部の、ランド４ｂと抵抗体膜３との位置関係）。

通常、ネットワーク抵抗器が小型化してもその小型化率と同一以上のランド４の面積減少ができるわけではない。ネットワーク抵抗器と回路板１２との固着強度が一定以上要求されるためである。従って本発明は、ネットワーク抵抗器の小型化に伴って有利になる。

以上のように、上記本発明のネットワーク抵抗器は、所定の抵抗素子特性を維持しつつ、セラミック基板１面を有効活用でき、本発明の課題を解決することができる。従来はセラミック基板１面のうち、隣り合う抵抗素子間を絶縁するための絶縁基板領域が過剰に設けられていると考えられる。しかし本発明により当該領域を有効活用できており、且つ抵抗素子特性維持上の問題を生じさせないものである。

また上記ネットワーク抵抗器及びそれを基本とした好ましい形態のネットワーク抵抗器において、ネットワーク抵抗器を構成する各抵抗体膜３が全て実質的に同一形状であり、且つ隣接する抵抗体膜３間距離が実質的に同一であることが更に好ましい。抵抗素子に対し通電すると、必ず抵抗体膜３部分でジュール熱が発生する。当該ジュール熱が小さく、抵抗素子の特性（例えば抵抗温度特性（ＴＣＲ）等）に殆ど影響しないなら問題とはならない。しかし、ＴＣＲに影響する程度のジュール熱が発生し、且つネットワーク抵抗器の抵抗体膜３の配置によって、局部的に熱集中が生じる場合には、各々の抵抗素子の特性の違いが顕著となる場合がある。かかる局部的な熱集中を防ぐのに有効なためである。例えば図１（ｂ）に示す電極膜２、抵抗体膜３の各配置にすることにより、前記熱集中を防ぐことができる。

かかる観点等からは、導電性突起状部材９が、銅を主体とすることが更に好ましい。銅はハンダ等に比べて熱伝導率が非常に高く、抵抗素子が発するジュール熱を素早く実装回路板へと逃がすことができる。従って仮にジュール熱が局部的に集中しうる抵抗体膜３の配置としても、抵抗素子特性の安定化を図ることができるからである。

また、銅は従来用いられてきたハンダ（例えば３７Ｐｂ−６３Ｓｎ合金）に比べ、熱膨張率が約２／３と小さい。従って、基板１のランド４と固着させた後、加熱・冷却が繰り返される環境に曝したとしても、ランド４との剥離を起こすおそれも小さい。また銅はハンダに比べて非常に硬いため、導電性突起状部材９となる、ボール形状とした場合の取扱いによって変形することが殆ど無く、基板１面からの多数の導電性突起状部材９高さを一定にするのに有利である。

また上記銅の表面には、Ｓｎめっきが施されていることが更に好ましい。導電性突起状部材９のハンダ濡れ性向上のためと、銅表面の酸化を防止するためである。銅表面が酸化すると、実装板への実装時のハンダとの合金化が難しく、適切な実装板やランド４との固着状態が得られ難い。

ここで、上記銅を主体としたものは、純銅や、純銅の表面にＳｎめっきを施したもの、銅を主体とする合金等である。

本発明により、セラミック基板１の一方の面の面積を、複数の抵抗素子と導電性突起状部材９とで占領するネットワーク抵抗器において、当該基板１面を有効に活用しつつ、抵抗素子特性維持上の問題を生じさせないことができた。

（本発明のネットワーク抵抗器の製造）
アルミナセラミックからなる大型の絶縁基板１を用意する。当該大型の絶縁基板の両面には縦横に分割用の溝が設けられており、かかる分割後の最小単位の絶縁基板１が単位ネットワーク抵抗器を構成する。その溝を有する大型の絶縁基板１面に多数の抵抗素子を形成していく過程を、図２を参照しながら以下に説明する。かかる図面では、前記最小単位の絶縁基板１について示している。

まず、図２（ａ）に示す絶縁基板１に対し、メタルグレーズ系のＡｇ−Ｐｄ系導電ペーストをスクリーン印刷し、その後焼成して、その一部が抵抗素子の端子接続用ランドとなる個別電極膜２ａ及び共通電極膜２ｂを得る（図２（ａ））。同図のように、ランド４が後に形成される左右端から２つの個別電極膜２ａ形状は、その形状（パターン）を、前記対となる他端の共通電極膜２ｂとの最短経路を結ぶ直線上を避けて抵抗体膜３が存在し得るものとしている。

次に共通電極膜２ｂと個別電極膜２ａとを一対の電極膜２とし、その双方に接触するよう、酸化ルテニウムとガラスフリットを主成分とするメタルグレーズ系抵抗体ペーストをスクリーン印刷し、その後焼成して抵抗体膜３を得る（図２（ｂ））。これで抵抗素子が得られる。次に抵抗体膜３を覆うようにガラスペーストをスクリーン印刷し、その後焼成してガラス膜５を得る（図２（ｃ））。同図のように、ランド４が後に形成される左右端から２つの個別電極膜２ａ、及びそれと対となる他端の共通電極膜２ｂとの間に形成される抵抗体膜３は、それら電極膜２間の最短経路を結ぶ直線上を避けて抵抗体膜３が形成されている。

次に上記抵抗素子の抵抗値を所望の値にするため、レーザ照射により抵抗体膜３にトリミング溝６を形成して抵抗値を調整する工程を経る（図２（ｄ））。このとき前記ガラス膜５は、抵抗体膜３全体の損傷を極力抑えるよう作用する。

次にオーバーコート７にて抵抗素子全体を保護するため、エポキシ樹脂系ペーストをスクリーン印刷し、その後当該ペーストを加熱硬化させる（図２（ｅ））。オーバーコート７を配する際には、上記個別電極膜２ａ及び共通電極膜２ｂにおける必要な部分であるランド４部分を露出させる。当該ランド４部分のうち、絶縁基板の左右端から２つの位置にある個別電極膜２ａ及び共通電極膜２ｂ上のランド４ｂを、他のランド４ａよりも約４０％大きくした。後の回路板１２への固着強度向上のためである。

次にこれらのランド４部分に、市販のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金からなるクリームハンダ８をスクリーン印刷により配する（図２（ｆ））。このとき、各々のランド全域にクリームハンダ８が行き渡るようにした。

そして市販のハンダボール搭載装置にて、導電性ボールとしての市販のハンダボール１０（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕからなる）を上記クリームハンダ８部分に搭載する。

その後上記クリームハンダ８が溶融・固化する温度にて、抵抗素子及びハンダボール１０と共に基板１を所定時間保持する、いわゆるリフロー工程に供し、ランド４とハンダボール１０とを固着・接続させる。このとき、ハンダボール１０の一部がクリームハンダ８と共に溶融・再固化することで、ハンダボール１０を主体とした「導電性突起状部材９」となる（図３）。

以上の過程を経ることで、本発明の電子部品を得ることができる。その後絶縁基板１に設けられている分割用溝に沿って応力を付与して分割すると、個々の本発明のネットワーク抵抗器を得ることができる。

本発明のネットワーク抵抗器（図１（ａ））は、セラミック基板１の一方の面を抵抗素子（ランド４、抵抗体膜３及び電極膜２）が占める比率が、半分を超える約６０％だった。また、抵抗素子端子間に過大な電圧を付与したときに抵抗値の変動する等の、抵抗素子特性維持上の問題を生じることもなかった。

上記本発明のネットワーク抵抗器の製造の際には、ランドの材料にメタルグレーズ系材料の焼成物を用いたが、それ以外の材料を用いることができるのは言うまでもない。例えば回路板表面に配され、パターニングされる銅箔材料等も好適に使用できる。

また上記本発明のネットワーク抵抗器の製造では、ハンダボールにＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕからなるものを用いているが、これと異なる組成のハンダボールを用いることができる。またハンダボールに代えて、Ｃｕ等のハンダ以外の導電性ボール表面を、Ｓｎ単体等のはんだにより、めっき等の手法で被覆した導電性ボールを用いることができる。また、いわゆる樹脂コアボールも用いることができる。

また図２に示す本発明のネットワーク抵抗器の製造過程は、図１（ｂ）の配置による本発明のネットワーク抵抗器についても同様に適用できることは言うまでもない。ここで、図１（ｂ）の配置によるネットワーク抵抗器の利点は、前述のように熱集中の防止である。一方、図１（ａ）の配置によるネットワーク抵抗器の第１の利点は、図１（ｂ）の場合に比べ、抵抗器外形寸法を若干小さくできる点である。第２の利点は、図１（ｂ）の場合に比べ、面積の大きくないランド４ａが形成される個別電極膜２ｂ形状を単純化できる点である。そのことにより、かかる電極膜２ｂがスクリーン印刷等の厚膜形成される場合には、特にその形状ばらつきを低減でき、好適である。特にネットワーク抵抗器が小型化するに従い、有利である。

また、上記分割用の溝は基板１の両面に形成しているが、片面で足りる場合があることは言うまでもない。特にレーザースクライブにより溝形成する場合には、両面の溝位置を合わせることが困難であり、片面のみに溝形成することが、むしろ好ましい。

本発明は、セラミック基板の一方の面に、複数の抵抗素子、及び導電性突起状部材からなる当該抵抗素子の外部端子を有するネットワーク抵抗器等の電子部品関連産業における利用可能性がある。

本発明のネットワーク抵抗器の電極膜と抵抗体膜及びランドの位置関係を示す図である。ランド４ａ、４ｂは、後の工程を経てランドとなる領域の輪郭を図示している。 本発明のネットワーク抵抗器を製造する過程を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 電極膜
２ａ．個別電極膜
２ｂ．共通電極膜
３ 抵抗膜
４．ランド
４ａ通常のランド
４ｂ面積の大きいランド
５ ガラス膜
６ トリミング溝
７ オーバーコート膜
８ クリームハンダ
９導電性突起状部材
１０．ハンダボール
１１．固化したクリームハンダ
１２．回路板
１３．回路板のランド

Claims (3)

1. セラミック基板の一方の面に、複数の抵抗素子が形成され、且つ導電性突起状部材からなる当該抵抗素子の外部端子を有するネットワーク抵抗器において、
   単体の抵抗素子は、対となる電極膜と、当該電極膜に接触する抵抗体膜を構成要素とし、
   当該電極膜の一部をランドとして残しつつ、前記抵抗素子がオーバーコート膜により被覆され、
   前記導電性突起状部材は、固着部材により前記ランドに固着され、
   前記ランドの中心位置の整列が維持され、
   前記ランドから延在する電極膜と他端の電極膜との間に接続される抵抗体膜の少なくとも一つは、前記ランドの中心と、前記他端の電極膜との最短経路を結ぶ直線上を避けて存在することを特徴とするネットワーク抵抗器。
2. ネットワーク抵抗器を構成する各抵抗体が全て実質的に同一形状であり、且つ隣接する抵抗体間距離が実質的に同一であることを特徴とする請求項１記載のネットワーク抵抗器。
3. 導電性突起状部材が、銅を主体とすることを特徴とする請求項１又は２記載のネットワーク抵抗器。

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