JP4645221B2 - 部品内蔵用抵抗素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内部に抵抗素子を有するプリント配線板において、絶縁基板上へ一対の電極とその間に配置された抵抗体からなる抵抗素子を内蔵したプリント配線板の製造方法に係るものであり、特に、従来の方法より、抵抗体の精度が高く、熱による変動の少ない抵抗素子の製造方法に係わる。

近年、携帯電話やデジタルカメラ等の機器の小型化と軽量化が進むにつれて、プリント配線板に実装する抵抗、キャパシタ、インダクタ等の受動素子は、小型化やこれら素子同士の間隔の微細化といった、従来の実装技術では対応が難しくなっており、これら課題に対応可能な構成として、受動素子をプリント配線板内に内蔵した多層プリント配線基板が挙げられる。
この受動素子をプリント配線板内に内蔵した多層プリント配線基板は、受動素子（キャパシタ、抵抗、インダクタ）として、既存のチップ素子を埋め込むことにより、機器メーカーが必要とする特性を比較的容易に満たすことができるが、受動素子を内蔵した基板が厚くなってしまうという問題点がある。
そこで薄い部品や薄膜素子で十分な特性を満たすことができる受動素子を内蔵したプリント配線基板が求められている。

受動素子を内蔵したプリント配線基板において、プリント配線板内部に抵抗素子を作りこむ方法としては、例えば、抵抗素子の場合、銅箔上に金属薄膜で抵抗層を形成する方法、絶縁基板上にめっきで形成する方法、抵抗性の厚膜ポリマーを印刷する方法などがある。
この抵抗素子は、抵抗値、精度、形状、価格などから用途に応じて形成方法を選択していく必要がある。
具体的には、基板上に抵抗素子を形成した後に、抵抗値を調整するためにレーザー加工を用いたトリミングという手法が用いるのが一般的である。
まず、トリミングは、形成した抵抗素子の抵抗値を測定しながらレーザー加工によって抵抗体部分を切断し、目的の抵抗値まで抵抗を切断上昇させるものである。現在、トリミングによって抵抗値の精度は、目的値に対して±３％の精度まで調整することが可能である。
トリミングの手法には、特許文献１のように抵抗体を切断するだけではなく、加熱によって抵抗値を調整する方法もあるが、しかし、この方法だけでは、後工程の多層配線基板の積層工程や実装部品の実装時にかかるリフローによる加熱により、再度抵抗値が変化してしまうという問題があった。
特願平４−９５３５０号公報

本発明の目的は、基板内に内蔵したトリミングによって抵抗値を調整した抵抗素子が、後工程の、多層配線基板の積層工程や実装部品の実装時にかかるリフローによる加熱によって変動しない抵抗素子の製造方法を提供することである。

まず、請求項１に記載の発明は、配線基板上に抵抗体を形成する工程と、トリミング装置を用いて、抵抗素子が加工されないエネルギーまでビーム出力を低下させて、加熱用レーザービームをスキャニングし、前記抵抗体の全面に前記加熱用レーザービームを照射する工程と、出力を上昇させたレーザービームにより抵抗素子をトリミングする工程とを含み、前記加熱用レーザービームを照射する工程では、抵抗体の前記加熱用レーザービームに照射された部分の温度を１００〜１２００℃の範囲であって、以降の工程である、多層基板の積層プロセス時又は／及び部品実装時のリフロー時にかかる熱履歴よりも高い温度に加熱することを特徴とする部品内蔵用抵抗素子の製造方法である。

（削除）

請求項２に記載の発明は、前記レーザービームは、抵抗素子が加工されないエネルギーまでビーム出力を低下させたレーザービームのスポット径が、トリミング時のスポット径よりも大きくしたことを特徴とする、請求項１記載の部品内蔵用抵抗素子の製造方法である。

請求項３に記載の発明は、前記レーザーが、ＹＡＧレーザーまたは炭酸ガスレーザーを用いたことを特徴とする、請求項１乃至２のいずれかに記載の部品内蔵用抵抗素子の製造方法である。

請求項４に記載の発明は、前記抵抗素子が、カーボンフィラーと有機樹脂の混合体であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の部品内蔵用抵抗素子の製造方法である。

請求項５に記載の発明は、前記抵抗素子が、ニッケル、クロム、タングステンのいずれかを含む金属箔からなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の部品内蔵用抵抗素子の製造方法である。

請求項６に記載の発明は、前記レーザー照射を、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンの少なくともいずれかを含む不活性ガスを吹きつけながら行うことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の部品内蔵用抵抗素子の製造方法である。

請求項１の発明のように、トリミングを行う前に抵抗素子を加熱することにより、抵抗体を多層基板の積層プロセスや部品実装時のリフロー時にかかる熱履歴よる、トリミング後の抵抗値変化を抑えることができた。

また、トリミングを行う前に抵抗素子を、抵抗体を多層基板の積層プロセスや部品実装時のリフロー時にかかる熱履歴よりも高い温度に加熱することで、トリミング後の抵抗値変化をより効果的に抑えることができた。

請求項２の発明のように、抵抗素子を加熱させる場合に、レーザースポット径をトリミング時よりも大きくすることで、加熱面積大きく採れ、抵抗素子全体を加熱する場合の時間を短時間に処理することを可能とした。

また、請求項３の発明のように、トリミング用のレーザーにＹＡＧレーザーあるいは炭酸ガスレーザーを用いることで、効率良く抵抗素子を加熱できると同時に、トリミングのレーザーのランニングコストも抑えることができた。

また、請求項５の発明のように、加熱による抵抗変化が著しい金属箔を用いた抵抗素子で、特に有効であった。

請求項６の発明のように、抵抗素子をレーザー照射で加熱する最に窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンのいずれかを含む不活性ガスを吹きつけながら加熱することで、抵抗体の熱による燃焼や基板への熱ダメージを軽減することができる。また、金属箔抵抗では加熱時の表面酸化を防止することができる効果がある。

本発明の配線基板の抵抗素子の製造方法を、図に従って説明する。
本発明の部品内蔵用抵抗素子の製造方法は、図１（ａ）のように、抵抗体２０を形成した後に、トリミング装置のレーザースポットを拡大し、抵抗素子が加工されないエネルギーまでビーム出力を低下させ加熱用レーザービーム３０をスキャニングし、前記抵抗体２０の全面に照射する。
この抵抗体に照射した部分の温度が、１００℃〜１２００℃の範囲で、以降の工程でる、抵抗体を多層基板の積層プロセスや部品実装時のリフロー時にかかる熱履歴よりも高い温度に加熱することが好ましい。
次に、抵抗体２０が十分加熱された後に、レーザースポットをトリミングするスポット径に戻したトリミング用レーザービーム４０を、抵抗値を測定しながら所望の抵抗値になるように切断調整し調整抵抗体２０ａを形成する。
なお、加熱用レーザービーム照射時には、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性ガスを吹きつけて、レーザー照射部以外の熱ダメージを抑えるとともに、抵抗体２０の熱による酸化を防止した。
抵抗体２０は、カーボンフィラーと有機樹脂の混合体、またはニッケル、クロム、タングステンのいずれかを含む金属箔からなる。
トリミング後に多層配線基板の積層工程や実装部品の実装時に使用するリフローなどの加熱によって抵抗値が変化しない部品内蔵用抵抗素子の製造が可能となった。

以下、実施例１について図１を用いて説明する。
図１（ａ）の抵抗素子は、無電解ニッケルめっきによって配線基板の電極２２上に形成された抵抗体２０である。この抵抗体の膜厚は、０．５μｍの厚みで形成されており、抵抗体２０の大きさは、幅が、０．２ｍｍ、長さが、０．４ｍｍで、抵抗値は、約４００オームを示している。
この抵抗体２０を、ＹＡＧレーザーを用いたトリミング装置で、通常のトリミング時にはレーザーのスポット径が、４０μｍφであるが、抵抗体を図１（ｂ）のように加熱するためにスポット径を８０μｍ〜１００μｍに設定しビームエネルギーを２Ｗで照射した。
抵抗体２０全体を加熱するため、加熱用レーザービーム３０をスキャンさせ、抵抗体２０全体をピーク温度が２８０℃に達するまで加熱した。
なお、加熱用レーザービーム照射時には、窒素ガスを吹きつけて、レーザー照射部以外の熱ダメージを抑えるとともに、抵抗体２０の熱による酸化を防止した。
この加熱によって抵抗値は低下し、４００Ωであった抵抗値が、５０〜１００Ω程度まで低下した。
抵抗体２０の加熱が完了した後、図１（ｃ）のように、レーザースポット径を４０μｍφに戻し、ビームエネルギーを２．５Ｗに引き上げたトリミング用レーザービーム４０により、抵抗体両端の電極部に抵抗測定用のプローブを落とし、抵抗値を測定しながら抵抗値が１２０Ωになるまでレーザートリミングによって切断し調整した。
このトリミング後の調整抵抗体は、抵抗値が１２０オーム±３％の範囲で調整することができた。
この方法でトリミングした抵抗素子は、多層配線基板の工程で絶縁層を積層する際、１７５℃、２時間の熱履歴がかかったが、その場合でも抵抗値変化は、１％程度であった。また、鉛フリーのハンダ実装時に、２６０℃のリフローをかけても抵抗値変化は、３％以内に抑えることができた。

以下、実施例２について、図２を用いて説明する。
図２（ａ）の抵抗素子は、カーボンペーストのスクリーン印刷によって配線基板の電極上に形成された抵抗体を用い、配線電極２２と抵抗体２０の間に、接触抵抗を低減するために銀ペーストを同様にスクリーン印刷により設けた銀ペースト層２４が形成されている。
この抵抗体２０の膜厚は、２０μｍの厚みで形成されており、大きさは、幅が０．４ｍｍ、長さが０．７ｍｍで、抵抗値は、約１ＫΩ示している。
次に、この抵抗体２０を、ＹＡＧレーザーを用いたトリミング装置で、通常のトリミング時にはレーザーのスポット径が４０μｍφであるが、抵抗体を加熱するためにスポット径を８０μｍ〜１００μｍに設定し、ビームエネルギーを１．８Ｗで照射した。
抵抗体２０全体を加熱するため、図２（ｂ）に示すように、加熱用レーザービーム３０をスキャンさせ、抵抗体２０全体を、ピーク温度２８０℃に達するまで加熱した。
加熱時のレーザービーム照射時には、窒素ガスを吹きつけて、レーザー照射部以外の熱ダメージを抑えた。加熱によって抵抗値は低下し、１ＫΩであった抵抗値が、８００〜９００Ω程度まで低下した。
抵抗体２０の加熱が完了した後、図２（ｃ）に示すように、レーザースポット径を４０μｍφに戻し、ビームエネルギーを２．５Ｗに引き上げたトリミング用レーザービーム４０を用いて、抵抗体両端の電極部に抵抗測定用のプローブを落とし、抵抗値を測定しながら抵抗値が、再度１ＫΩになるまでレーザートリミングによって切断し、調整抵抗体２０ａを作成した。
トリミング後の調整抵抗体は、抵抗値１ＫΩ±３％の範囲で調整することができた。
この方法でトリミングした抵抗素子は、多層配線基板の工程で絶縁層を積層する場合にこの方法でトリミングした抵抗素子は、多層配線基板の工程で絶縁層を積層する際、１７５℃、２時間の熱履歴がかかったが、その場合でも抵抗値変化は、１％程度であった。また、鉛フリーのハンダ実装時に、２６０℃のリフローをかけても抵抗値変化は、５％以内に抑えることができた。

（比較例１）
抵抗素子は、無電解Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅめっきによって配線基板の電極２２上に形成された金属抵抗体である。この抵抗体の膜厚は、０．３μｍの厚みで形成されており、抵抗体２０の大きさは、幅が、０．２ｍｍ、長さが、０．４ｍｍで、抵抗値は、この抵抗体を、ＹＡＧレーザーを用いたトリミング装置で、加熱処理を行わずにレーザースポット径を４０μｍφ、ビームエネルギーを２．５Ｗリミング用レーザービーム４０により、抵抗体両端の電極部に抵抗測定用のプローブを落とし、抵抗値を測定しながら抵抗値が１ＫΩ±３％の範囲なるようにレーザートリミングによって切断し調整した。
この抵抗素子は、多層配線基板の工程で絶縁層を積層する際、１７５℃、２時間の熱履歴がかかったため、抵抗値が４０％に低下した。

（比較例２）
実施例２において、加熱処理を行わないで、レーザートリミングし、抵抗値１ＫΩ±３％の範囲で調整した調整抵抗体した。
この調整抵抗体は、鉛フリーのハンダ実装時に、２６０℃のリフローをかけると、抵抗値変化は、５％以上であった。

本発明を製造方法の一例を示す説明図。 本発明を製造方法の他の例を示す説明図。

１０・・・・・・・・・ 配線電極
２０・・・・・・・・・ 抵抗体
２０ａ・・・・・・・・・調整抵抗体
３０・・・・・・・・・ 加熱用レーザービーム
４０・・・・・・・・・ トリミング用レーザービーム

Claims (6)

1. 配線基板上に抵抗体を形成する工程と、
   トリミング装置を用いて、抵抗素子が加工されないエネルギーまでビーム出力を低下させて、加熱用レーザービームをスキャニングし、前記抵抗体の全面に前記加熱用レーザービームを照射する工程と、
   出力を上昇させたレーザービームにより抵抗素子をトリミングする工程とを含み、
   前記加熱用レーザービームを照射する工程では、抵抗体の前記加熱用レーザービームに照射された部分の温度を１００〜１２００℃の範囲であって、以降の工程である、多層基板の積層プロセス時又は／及び部品実装時のリフロー時にかかる熱履歴よりも高い温度に加熱することを特徴とする部品内蔵用抵抗素子の製造方法。
2. 前記レーザービームは、抵抗素子が加工されないエネルギーまでビーム出力を低下させたレーザービームのスポット径が、トリミング時のスポット径よりも大きくしたことを特徴とする、請求項１記載の部品内蔵用抵抗素子の製造方法。
3. 前記レーザーが、ＹＡＧレーザーまたは炭酸ガスレーザーを用いたことを特徴とする、請求項１乃至２のいずれかに記載の部品内蔵用抵抗素子の製造方法。
4. 前記抵抗素子が、カーボンフィラーと有機樹脂の混合体であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の部品内蔵用抵抗素子の製造方法。
5. 前記抵抗素子が、ニッケル、クロム、タングステンのいずれかを含む金属箔からなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の部品内蔵用抵抗素子の製造方法。
6. 前記レーザー照射を、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンの少なくともいずれかを含む不活性ガスを吹きつけながら行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の部品内蔵用抵抗素子の製造方法。

Images