JP5425801B2 - 電気抵抗膜付き金属箔及びその製造方法 - Google Patents
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Description
多くの電子装置は、機能の異なる部品のハイブリットで構成されている。これらの電子装置は、近年実装面においても小型軽量化の要求があり、基板面積の縮小化あるいは能動デバイスの大規模化に対応した各部品の効率的配置が要求されている。近年、特にこれらの部品を実装する際に、薄膜の抵抗体が利用されている。本発明は、金属箔に電気抵抗からなる膜を形成した電気抵抗膜付金属箔に関する。
プリント回路基板の配線材料として、一般に銅箔が使用されている。この銅箔は、その製造法により電解銅箔と圧延銅箔に分けられる。この銅箔は、厚さは５μｍの非常に薄い銅箔から１４０μｍ程度の厚い銅箔まで、その範囲を任意に調整することができる。
これら銅箔は、エポキシやポリイミド等の樹脂からなる基板に接合され、プリント回路用基板として使用される。銅箔には基板となる樹脂との接着強度を十分確保することが求められるが、その為に、電解銅箔は一般に製箔時に形成されるマット面と呼ばれる粗面を利用し、更にその上に表面粗化処理を施して使用する。又、圧延銅箔も同様にその表面に粗化処理を施して使用される。
最近、配線材料である銅箔に、更に電気抵抗材料からなる薄膜層を形成することが提案されている（特許文献１、２参照）。電子回路基板には、電気抵抗素子が不可欠であるが、抵抗層を備えた銅箔を使用すれば、銅箔に形成された電気抵抗膜層を、塩化第二銅等のエッチング溶液を用いて、抵抗素子を露出させるだけでよい。したがって、抵抗の基板内蔵化により、従来のようにチップ抵抗素子を、半田接合法を用いて基板上に表面実装する手法しかなかったものに比べ、限られた基板の表面積を有効に利用することが可能となる。
また、多層基板内部に抵抗素子を形成することによる設計上の制約が少なくなり、回路長の短縮が可能となることにより電気的特性の改善も図れる。したがって、抵抗層を備えた銅箔を使用すれば、半田接合が不要となるか又は大きく軽減され、軽量化・信頼性向上が図れる。このように、電気抵抗膜を内蔵した基板は多くの利点を持っている。
しかしながら、従来は金属箔の上に、特定の電気抵抗膜を形成するに留まり、多品種の電気抵抗膜を形成するという発想はなかった。
特許第３３１１３３８号公報
特許第３４５２５５７号公報
しかしながら、従来は金属箔の上に、特定の電気抵抗膜を形成するに留まり、多品種の電気抵抗膜を形成するという発想はなかった。
従来利用されている内蔵抵抗体は、銅箔の上に１種類の物質で１抵抗体が構成されている。しかし、実際に実装する場合一つの抵抗体よりは、二つの抵抗体、更には複数の抵抗体の方が、回路設計の許容度の増加及び工数の低減になる。本発明は１枚の金属箔上へ２種類以上の抵抗体を持つ抵抗内蔵金属箔を提供することを課題とする。
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、比較的簡便な方法で、１枚の金属箔上へ、２種類以上の抵抗体を持つ抵抗内蔵金属箔が有効であるとの知見を得た。
この知見に基づき、本発明は、
１）金属箔上に、該金属箔より電気抵抗率の高い膜を有する電気抵抗膜付銅箔であって、当該同一金属箔上に電気抵抗の異なる複数の電気抵抗膜が並置されていることを特徴とする電気抵抗膜付金属箔
この場合、電気抵抗率の高い層というのは、一般に電気抵抗膜のことを意味する。以下の記載では、「電気抵抗膜」として説明する。
２）複数の電気抵抗膜の形状が同一で、それぞれ電気抵抗率が異なる抵抗体により構成されていることを特徴とする上記１）記載の電気抵抗膜付金属箔
３）複数の電気抵抗が、それぞれ断面形状が異なる抵抗体により構成されていることを特徴とする上記１）記載の電気抵抗膜付金属箔
この場合、「断面形状」とは「厚み」と「幅」を意味する。電気抵抗は、同一抵抗率を有する材料であっても、厚さや長さによって電気抵抗が変化する。したがって、本願発明は、このような「厚み」と「幅」、すなわち膜の断面形状を変えることにより、電気抵抗値を変化させることを含むものである。
４）複数の電気抵抗膜が、それぞれ電気抵抗率が異なる抵抗体と断面形状が異なる抵抗体の組合せにより構成されていることを特徴とする上記１）記載の電気抵抗膜付金属箔
５）複数の電気抵抗膜が、金属箔の長さ方向に、異なる抵抗体が載置されて構成されていることを特徴とする上記１）〜４）のいずれか一項に記載の電気抵抗膜付金属箔
６）複数の電気抵抗膜が、金属箔の長さ方向に対して横断する方向に異なる抵抗体が載置された構成であることを特徴とする上記１）〜４）のいずれか一項に記載の電気抵抗膜付金属箔
７）金属箔の金属が、銅または銅合金であることを特徴とする上記１）〜６）のいずれか一項に記載の電気抵抗膜付金属箔、を提供する。
１）金属箔上に、該金属箔より電気抵抗率の高い膜を有する電気抵抗膜付銅箔であって、当該同一金属箔上に電気抵抗の異なる複数の電気抵抗膜が並置されていることを特徴とする電気抵抗膜付金属箔
この場合、電気抵抗率の高い層というのは、一般に電気抵抗膜のことを意味する。以下の記載では、「電気抵抗膜」として説明する。
２）複数の電気抵抗膜の形状が同一で、それぞれ電気抵抗率が異なる抵抗体により構成されていることを特徴とする上記１）記載の電気抵抗膜付金属箔
３）複数の電気抵抗が、それぞれ断面形状が異なる抵抗体により構成されていることを特徴とする上記１）記載の電気抵抗膜付金属箔
この場合、「断面形状」とは「厚み」と「幅」を意味する。電気抵抗は、同一抵抗率を有する材料であっても、厚さや長さによって電気抵抗が変化する。したがって、本願発明は、このような「厚み」と「幅」、すなわち膜の断面形状を変えることにより、電気抵抗値を変化させることを含むものである。
４）複数の電気抵抗膜が、それぞれ電気抵抗率が異なる抵抗体と断面形状が異なる抵抗体の組合せにより構成されていることを特徴とする上記１）記載の電気抵抗膜付金属箔
５）複数の電気抵抗膜が、金属箔の長さ方向に、異なる抵抗体が載置されて構成されていることを特徴とする上記１）〜４）のいずれか一項に記載の電気抵抗膜付金属箔
６）複数の電気抵抗膜が、金属箔の長さ方向に対して横断する方向に異なる抵抗体が載置された構成であることを特徴とする上記１）〜４）のいずれか一項に記載の電気抵抗膜付金属箔
７）金属箔の金属が、銅または銅合金であることを特徴とする上記１）〜６）のいずれか一項に記載の電気抵抗膜付金属箔、を提供する。
また、本発明は、
８）真空装置内に電気抵抗材料からなるカソードを配置し、金属箔をカソードに対面させて搬送しつつ、カソードをターゲットとしてスパッタリングし、該金属箔上にターゲット材を成膜する電気抵抗膜付金属箔の製造方法であって、金属箔に対面させて、少なくとも２つ以上のカソードを並置し、同一金属箔上に電気抵抗の異なる複数の電気抵抗膜を成膜することを特徴とする電気抵抗膜付金属箔の製造方法
９）真空装置内に電気抵抗材料からなるカソードを配置し、金属箔をカソードに対面させて搬送しつつ、カソードをターゲットとしてスパッタリングし、該金属箔上にターゲット材を成膜する電気抵抗膜付金属箔の製造方法であって、ターゲットと金属箔の間にシャッターを並置して、当該シャッターにより膜厚を制御することにより、同一金属箔上に電気抵抗の異なる複数の電気抵抗膜を成膜することを特徴とする電気抵抗膜付金属箔の製造方法
１０）金属箔が、銅又は銅合金箔であることを特徴とする上記８）又は９）記載の電気抵抗膜付金属箔の製造方法、を提供する。
８）真空装置内に電気抵抗材料からなるカソードを配置し、金属箔をカソードに対面させて搬送しつつ、カソードをターゲットとしてスパッタリングし、該金属箔上にターゲット材を成膜する電気抵抗膜付金属箔の製造方法であって、金属箔に対面させて、少なくとも２つ以上のカソードを並置し、同一金属箔上に電気抵抗の異なる複数の電気抵抗膜を成膜することを特徴とする電気抵抗膜付金属箔の製造方法
９）真空装置内に電気抵抗材料からなるカソードを配置し、金属箔をカソードに対面させて搬送しつつ、カソードをターゲットとしてスパッタリングし、該金属箔上にターゲット材を成膜する電気抵抗膜付金属箔の製造方法であって、ターゲットと金属箔の間にシャッターを並置して、当該シャッターにより膜厚を制御することにより、同一金属箔上に電気抵抗の異なる複数の電気抵抗膜を成膜することを特徴とする電気抵抗膜付金属箔の製造方法
１０）金属箔が、銅又は銅合金箔であることを特徴とする上記８）又は９）記載の電気抵抗膜付金属箔の製造方法、を提供する。
本発明の２種以上の電気抵抗膜層を内蔵した銅箔を使用することにより、回路設計の際に、新たに別の電気抵抗素子を単独に形成する必要がなく、銅箔に形成された電気抵抗膜層を、塩化第二銅等のエッチング溶液を用いて、抵抗素子を露出させるだけでよいので、半田接合が不要となるか又は大きく軽減され、実装工程が著しく簡素化されるという効果を有する。
また、実装部品や半田数が低減される結果、スペースが拡張でき小型軽量になるという利点もある。これによって回路設計の自由度を向上させることができる。また、このように銅箔に２種以上の抵抗体が内蔵されることにより、高周波領域での信号特性が改善される効果を備えている。
また、実装部品や半田数が低減される結果、スペースが拡張でき小型軽量になるという利点もある。これによって回路設計の自由度を向上させることができる。また、このように銅箔に２種以上の抵抗体が内蔵されることにより、高周波領域での信号特性が改善される効果を備えている。
従来の抵抗内蔵銅箔の構造を図１に示す。１ａは内蔵された薄膜抵抗体であり、１ｂはベースの銅箔である。１ａの薄膜抵抗体はＮｉＣｒ等が利用され、銅箔を巻取りながらその表面へスパッタリング方法により作り付けられる製造方法が利用されている。
図２及び図３は、従来の抵抗内蔵銅箔の製造例を示す説明図である。図２において、２ｂの巻き戻しロールに巻かれている銅箔２ｃは、回転する冷却ドラム２ｄを介して巻取りロール２ａに巻き取られる。
真空チャンバー２ｅ内には、アルゴンガスが導入され、圧力を約０．４ｐａに保たれる。次に、カソード２ｆに高圧電圧を印加すると、プラズマ状態となりターゲット材２ｇが飛び出し銅箔上へスパッタリングされる。
図３は、ターゲットと銅箔の位置関係を平面的に観た図であり、２ｆはカソード、２ｇはターゲット、２ｃは銅箔で矢印は銅箔の巻取り方向を示す。
図２及び図３は、従来の抵抗内蔵銅箔の製造例を示す説明図である。図２において、２ｂの巻き戻しロールに巻かれている銅箔２ｃは、回転する冷却ドラム２ｄを介して巻取りロール２ａに巻き取られる。
真空チャンバー２ｅ内には、アルゴンガスが導入され、圧力を約０．４ｐａに保たれる。次に、カソード２ｆに高圧電圧を印加すると、プラズマ状態となりターゲット材２ｇが飛び出し銅箔上へスパッタリングされる。
図３は、ターゲットと銅箔の位置関係を平面的に観た図であり、２ｆはカソード、２ｇはターゲット、２ｃは銅箔で矢印は銅箔の巻取り方向を示す。
図４は、本発明の実施例である。１ｂはベースの銅箔、１ａと３ａは抵抗体、例えばＮｉＣｒである。３ａを加えることが、本発明の基本的な構造である。
図４の例では１ａと３ａを、同じ抵抗体であるＮｉＣｒで構成すると、厚さの異なった二種類の内蔵抵抗体とすることができる。
例えば、５０Ω／ｃｍ２と１００Ω／ｃｍ２の、２種類のシート抵抗値の抵抗体を作る場合には、１ａを２００Åとし、３ａを１００Åの膜厚とする。
図５及び図６は、本願発明の抵抗内蔵銅箔の製造例を示す説明図である。図５において、２ｂの巻き戻しロールに巻かれている銅箔２ｃは、回転する冷却ドラム２ｄを介して巻取りロール２ａに巻き取られる。
図４の例では１ａと３ａを、同じ抵抗体であるＮｉＣｒで構成すると、厚さの異なった二種類の内蔵抵抗体とすることができる。
例えば、５０Ω／ｃｍ２と１００Ω／ｃｍ２の、２種類のシート抵抗値の抵抗体を作る場合には、１ａを２００Åとし、３ａを１００Åの膜厚とする。
図５及び図６は、本願発明の抵抗内蔵銅箔の製造例を示す説明図である。図５において、２ｂの巻き戻しロールに巻かれている銅箔２ｃは、回転する冷却ドラム２ｄを介して巻取りロール２ａに巻き取られる。
この図５は、図１で示した従来方法に、第二のカソード３ｆを加えた構成であり、平面的に観た位置関係を図６に示す。銅箔を巻取りながら第一のカソードと第二のカソードは同時に動作させ銅箔へスパッタリングする。その結果、図４の構造の抵抗内蔵銅箔ができる。
第一と第二のカソードの長さを変えることによって２種類の抵抗を任意の幅で製造出来る。また、更に第三、第四のカソードを追加していくと、１枚の銅箔上へ数種類の抵抗を内蔵させることができる。
第一と第二のカソードの長さを変えることによって２種類の抵抗を任意の幅で製造出来る。また、更に第三、第四のカソードを追加していくと、１枚の銅箔上へ数種類の抵抗を内蔵させることができる。
図７は、他の実施例である。１ａは、例えばＮｉＣｒ抵抗体、１ｂは銅箔、４ａは別の抵抗体、例えばＣｒＳｉＯとした例である。この実施例では２種類の抵抗体が、別々の物質である為、二つの内蔵抵抗の差を大きくすることが出来る。
例えば、ＮｉＣｒ厚さを３００Å、ＣｒＳｉＯの厚さ５００Åをスパッタリングすると、５０Ω／ｃｍ２と４００Ω／ｃｍ２になり大きく異なった２種類の内蔵抵抗体が出来る。
製造方法は、図５及び図６に示した方法と同じであるが、例えば図５及び図６に示すターゲット３ｇをＣｒＳｉＯにして、２ｆのカソード長を短くし重ならないように配置して、スパッタリングすると図７の構造ができる。
例えば、ＮｉＣｒ厚さを３００Å、ＣｒＳｉＯの厚さ５００Åをスパッタリングすると、５０Ω／ｃｍ２と４００Ω／ｃｍ２になり大きく異なった２種類の内蔵抵抗体が出来る。
製造方法は、図５及び図６に示した方法と同じであるが、例えば図５及び図６に示すターゲット３ｇをＣｒＳｉＯにして、２ｆのカソード長を短くし重ならないように配置して、スパッタリングすると図７の構造ができる。
図８は、さらに他の実施例であり、巻取り方向での抵抗が異なった内蔵銅箔の構造である。図８では、同じ抵抗体で厚さを変えることによって異なる抵抗体を製造する方法である。図８において、１ｂはベース銅箔、１ａは、例えばＮｉＣｒ抵抗体、５ａは厚さを薄くした、例えばＮｉＣｒ抵抗体であり、薄くした分、抵抗が高くなる。
この図８の抵抗体を製造する方法を、図９に示す。図９では、カソード２ｆ、銅箔２ｃ、シャッター６ａの各位置関係を平面的に示してある。
実際の装置では、図９において６ａのシャッターは、ターゲット２ｇを覆い隠すように機械的に動くことが出来る。それゆえシャッターを高速で動かすことにより、図８の５ａに示すような、部分的に薄い抵抗体を任意の場所で、作製することができる。図１０は、１ａと５ａを交互に製造した実施例である。
この図８の抵抗体を製造する方法を、図９に示す。図９では、カソード２ｆ、銅箔２ｃ、シャッター６ａの各位置関係を平面的に示してある。
実際の装置では、図９において６ａのシャッターは、ターゲット２ｇを覆い隠すように機械的に動くことが出来る。それゆえシャッターを高速で動かすことにより、図８の５ａに示すような、部分的に薄い抵抗体を任意の場所で、作製することができる。図１０は、１ａと５ａを交互に製造した実施例である。
このように、本願発明は、２種以上の薄膜抵抗体は抵抗を内蔵した金属箔であるが、２種類以上の抵抗体を持つ抵抗内蔵金属箔は、回路設計に応じて任意に決定されるものである。
すなわち、電気抵抗材料の種類と抵抗膜の膜厚や形状の選択は、抵抗素子の機能を考慮して決定されるものであり、特に制限はない。
電気抵抗素子の材料として用いられる例としては、例えばバナジウム、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、ニッケル、クロム等の材料を挙げることができる。このように電気抵抗が比較的高い金属であれば、それぞれ単独の膜として又は他の元素との合金膜として使用することができる。
すなわち、電気抵抗材料の種類と抵抗膜の膜厚や形状の選択は、抵抗素子の機能を考慮して決定されるものであり、特に制限はない。
電気抵抗素子の材料として用いられる例としては、例えばバナジウム、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、ニッケル、クロム等の材料を挙げることができる。このように電気抵抗が比較的高い金属であれば、それぞれ単独の膜として又は他の元素との合金膜として使用することができる。
また、アルミニウム、シリコン、銅、鉄、インジウム、亜鉛、錫等の、比較的電気抵抗の低い材料であっても、それを他の元素と合金化することにより、電気抵抗が高くなる材料であれば、当然使用できる。
例えば、ＮｉＣｒ合金、ＮｉＣｒＡｌＳｉ合金等の電気抵抗素子が注目されている材料である。また、上記の元素の酸化物、窒化物、ケイ化物の群から選択された材料酸化物、窒化物、ケイ化物も使用できる。上記の通り、これらの材料の選択は回路設計に応じて任意に選択されるものであり、これらの材料に制限されるものでないことは理解されるべきことである。
例えば、ＮｉＣｒ合金、ＮｉＣｒＡｌＳｉ合金等の電気抵抗素子が注目されている材料である。また、上記の元素の酸化物、窒化物、ケイ化物の群から選択された材料酸化物、窒化物、ケイ化物も使用できる。上記の通り、これらの材料の選択は回路設計に応じて任意に選択されるものであり、これらの材料に制限されるものでないことは理解されるべきことである。
この電気抵抗膜層の形成に際しては、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンビームめっき法などの物理的表面処理方法、熱分解法、気相反応法などの化学的表面処理法、又は電気めっき法、無電解めっき法などの湿式表面処理法を用いて形成することができる。
一般には、電気めっき法が低コストで製造できる利点がある。また、スパッタリング法は、均一な厚みの膜であり、かつ等方性を備えているので、品質の高い抵抗素子を得ることができるという利点がある。
この電気抵抗膜層の形成は、膜の用途に応じて形成されるものであり、その場合の付着方法又はめっき方法は、その電気抵抗膜層の性質に応じて、適宜選択することが望ましいと言える。
この電気抵抗膜層の形成は、膜の用途に応じて形成されるものであり、その場合の付着方法又はめっき方法は、その電気抵抗膜層の性質に応じて、適宜選択することが望ましいと言える。
本願発明の抵抗膜層を備えた金属箔としては、銅箔が代表的な材料である。一般に、箔厚が５〜７０μｍの銅箔、特に５〜３５μｍ銅箔を使用することができる。この銅箔の厚みは、用途に応じて任意に選択できるが、製造条件からくる制約もあり、上記の範囲で製造するのが効率的である。さらに、本願発明は、電解銅箔又は圧延銅箔の粗化処理を施した面に、電気抵抗層を形成することができる。また、電解銅箔のマット面に、さらに節（ふし）こぶ状の粒子を付着させる粗化処理を行うこともできる。
また、必要に応じて、圧延銅箔への粗化処理も行うこともできる。上記粗化処理によって、Ｒｚ０．３〜１０．０μｍの低プロファイル銅箔又は標準プロファイル等の粗化面を得ることができる。本発明は、これらの金属箔へ２種以上の電気抵抗膜層を内蔵させることができる。
本発明の２種以上の電気抵抗膜層を内蔵した金属箔を使用することにより、回路設計の際に、新たに別の電気抵抗素子を単独に形成する必要がなく、銅箔に形成された電気抵抗膜層を、塩化第二銅等のエッチング溶液を用いて、抵抗素子を露出させるだけでよいので、半田接合が不要となるか又は大きく軽減され、実装工程が著しく簡素化されるという効果を有する。また、数種類の抵抗を内蔵した抵抗内蔵銅箔を、１回の製造で可能である効果もある。
さらに、実装部品や半田数が低減される結果、スペースが拡張でき小型軽量になるという利点もある。これによって回路設計の自由度を向上させることができる。また、このように銅箔に２種以上の抵抗体が内蔵されることにより、１枚の抵抗内蔵銅箔で電子部品の実装面で設計の幅が広がるという優れた効果を有するので、プリント回路基板として極めて有用である。
さらに、実装部品や半田数が低減される結果、スペースが拡張でき小型軽量になるという利点もある。これによって回路設計の自由度を向上させることができる。また、このように銅箔に２種以上の抵抗体が内蔵されることにより、１枚の抵抗内蔵銅箔で電子部品の実装面で設計の幅が広がるという優れた効果を有するので、プリント回路基板として極めて有用である。
１ａ：内蔵された薄膜抵抗体
２ａ：巻取りロール
２ｂ：ベースの銅箔
２ｃ：巻き戻しロールに巻かれている銅箔
２ｄ：回転する冷却ドラム
２ｇ：ターゲット
３ａ：内蔵抵抗体
３ｆ：第二のカソード
３ｇ：ターゲット
４ａ：別の抵抗体
５ａ：厚さを薄くしたＮｉＣｒ抵抗体
６ａ：シャッター
２ａ：巻取りロール
２ｂ：ベースの銅箔
２ｃ：巻き戻しロールに巻かれている銅箔
２ｄ：回転する冷却ドラム
２ｇ：ターゲット
３ａ：内蔵抵抗体
３ｆ：第二のカソード
３ｇ：ターゲット
４ａ：別の抵抗体
５ａ：厚さを薄くしたＮｉＣｒ抵抗体
６ａ：シャッター
Claims (8)
- 金属箔上に、該金属箔より電気抵抗の高い膜を有する電気抵抗膜付金属箔であって、当該金属箔の長さ方向に、電気抵抗の異なる複数の電気抵抗膜が載置されていることを特徴とする電気抵抗膜付金属箔。
- 金属箔上に、該金属箔より電気抵抗の高い膜を有する電気抵抗膜付金属箔であって、当該金属箔の長さ方向に対して横断する方向に、電気抵抗の異なる複数の電気抵抗膜が載置されていることを特徴とする電気抵抗膜付金属箔。
- 複数の電気抵抗膜の形状が同一で、それぞれ電気抵抗が異なる抵抗体により構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電気抵抗膜付金属箔。
- 複数の電気抵抗膜が、それぞれ断面形状が異なる抵抗体により構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電気抵抗膜付金属箔。
- 複数の電気抵抗膜が、それぞれ電気抵抗が異なる抵抗体と断面形状が異なる抵抗体の組合せにより構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電気抵抗膜付金属箔。
- 金属箔の金属が、銅または銅合金であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気抵抗膜付金属箔。
- 真空装置内に電気抵抗材料からなるカソードを配置し、金属箔をカソードに対面させて搬送しつつ、カソードをターゲットとしてスパッタリングし、該金属箔上にターゲット材を成膜する電気抵抗膜付金属箔の製造方法であって、ターゲットと金属箔の間にシャッターを並置して、当該シャッターにより膜厚を制御することにより、同一金属箔上に電気抵抗の異なる複数の電気抵抗膜を成膜することを特徴とする電気抵抗膜付金属箔の製造方法。
- 金属箔が、銅又は銅合金箔であることを特徴とする請求項７記載の電気抵抗膜付金属箔の製造方法。
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