JP6302877B2 - 金属ストリップ抵抗器とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗値の低い金属ストリップ抵抗器とその製造方法に関するものである。

従来、金属ストリップ抵抗器としては、多様な構造の抵抗器が存在している。例えば、特許文献１には、抵抗材料にニッケルをメッキする方法が記載されている。しかし、そのようなプロセスは、作製される金属ストリップ抵抗器のサイズを限定してしまう。このニッケルメッキ方法は、メッキの幾何学的属性を限定する方法であるため、大型の抵抗器に限定される。また、このニッケルメッキ方法では、レーザトリミングにおける抵抗測定が制限される。

別の方法として、抵抗材料に銅ストリップを溶接して終端を形成する方法が存在している。そのような方法は、例えば、特許文献２に記載されている。この溶接方法は、溶接寸法に応じたスペースが必要であるため、より大型の抵抗器に限定される。

さらに別の方法として、特許文献３に記載されているような、抵抗材料に銅を被覆して終端を形成する方法が存在している。この被覆方法は、銅材料を除去するためのスカイビング加工における公差により、アクティブ抵抗素子の幅と位置が限定されるため、より大型の抵抗器に限定される。

さらに別の方法として、特許文献４、特許文献５、特許文献６に記載された方法が存在している。これらの方法にも、同様に制限がある。

米国特許５，２８７，０８３ 米国特許５，６０４，４７７ 米国特許６，４０１，３２９ 米国特許７，３２７，２１４ 米国特許７，３３０，０９９ 米国特許７，３２６，９９９

上記のような従来方法では、いずれの方法にも１つ以上の制限がある。そのため、小型で抵抗値の低い金属ストリップ抵抗器とその製造方法が要求されている。

したがって、本発明の主要な目的、特徴、あるいは効果は、従来技術の状況を改善して、小型で抵抗値の低い金属ストリップ抵抗器とその製造方法を提供することである。

本発明の１つの態様によれば、金属ストリップ抵抗器が提供される。この金属ストリップ抵抗器は金属ストリップを有する。金属ストリップは、抵抗素子を形成するとともに、
別部材の基板を使用せずに金属ストリップ抵抗器を支持する。金属ストリップの上に、第１と第２の対向終端が積層される。第１と第２の対向終端にはそれぞれメッキ層が形成される。第１と第２の対向終端の間における金属ストリップの上には、絶縁材料層が積層される。

本発明の別の態様によれば、金属ストリップ抵抗器が提供される。この金属ストリップ抵抗器は、抵抗素子を形成するとともに、別部材の基板を使用せずに金属ストリップ抵抗器を支持する。金属ストリップの上に、第１と第２の対向終端がスパッタリングによって直接形成される。第１と第２の対向終端にはそれぞれメッキ層が形成される。第１と第２の対向終端の間における金属ストリップの上には、絶縁材料層が積層される。

本発明の別の態様によれば、金属ストリップ抵抗器が提供される。この金属ストリップ抵抗器は、抵抗素子を形成するとともに、別部材の基板を使用せずに金属ストリップ抵抗器を支持する。金属ストリップの上に、接着層がスパッタリングによって形成される。接着層の上に、第１と第２の対向終端がスパッタリングによって形成される。第１と第２の対向終端にはそれぞれメッキ層が形成され、第１と第２の対向終端の間の金属ストリップ上には、絶縁材料層が積層される。

本発明の別の態様によれば、別部材の基板を使用せずに金属ストリップ抵抗器を支持する金属ストリップを備えた金属ストリップ抵抗器の製造方法が提供される。この方法は、抵抗材料から形成された金属ストリップに絶縁材料をコーティングする工程、リソグラフィ処理を行って、抵抗材料の上に第１と第２の対向終端を含む導電パターンを形成する工程、導電パターンを電気メッキする工程、金属ストリップの抵抗を調整する工程、を有する。

本発明の別の態様によれば、別部材の基板を使用せずに金属ストリップ抵抗器を支持する金属ストリップを備えた金属ストリップ抵抗器の製造方法が提供される。この方法は、金属ストリップの特定の部分をカバーするようにマスクを装着する工程と、金属ストリップ上にスパッタリングによって接着層を形成する工程を有する。この工程においては、マスクでカバーした金属ストリップの特定の部分に接着層が形成されることを防止すると共に、マスクでカバーした金属ストリップの特定の部分に、第１と第２の対向終端を含むパターンを形成する。この方法はさらに、金属ストリップに絶縁材料をコーティングする工程と、金属ストリップの抵抗を調整する工程を有する。

抵抗器の１つの実施形態を示す断面図である。 製造プロセス中の、接着層とマスクを有する抵抗材料シートを示す断面図で ある。 製造プロセス中の、導電パターン形成および電気メッキ後の抵抗材料シート を示す断面図である。 製造プロセス中の、材料除去後の抵抗材料シートを示す断面図である。 製造プロセス中の抵抗材料シートを示す平面図である。 製造プロセス中の、抵抗調整後の抵抗材料シートを示す平面図である。 製造プロセス中において、終端間の抵抗材料シート露出部分を絶縁材料でカバーした状態の抵抗シートを示す平面図である。 メッキ処理後の抵抗器を示す断面図である。 ４端子抵抗器を形成した抵抗材料シートを示す平面図である。

本発明は、金属ストリップ抵抗器とその製造方法に関するものである。この方法は、０４０２サイズまたはそれ以下のサイズの、抵抗値（Ω）の低い金属ストリップ表面実装抵抗器に好適である。０４０２サイズは、０．０４インチ×０．０２インチ（１．０ｍｍ×０．５ｍｍ）の寸法を有する、一定の受動素子用の標準的な電子パッケージサイズである。この方法はまた、より小型のパッケージサイズである０２０１サイズにも適用可能である。本発明の周囲の状況において、電力関連の用途の抵抗器に好適な抵抗値は、低い抵抗値である。この用途に要求される低抵抗値は、一般的に、３Ω以下であるが、場合によっては、１〜１０００ｍΩの範囲内の低抵抗値が要求される。

金属ストリップ抵抗器の製造方法においては、スパッタリングとメッキにより抵抗材料に銅を付着させることにより、抵抗器の終端を形成する。この方法は、フォトリソグラフィ・マスキング法を利用することで、より小型で、精度の高い終端部を実現可能である。この方法によれば、非常に小型の抵抗器を現時点での最高品質とするために要求される非常に薄い抵抗材料の使用が可能となるだけでなく、抵抗器を支持するための支持基板が不要となる効果が得られる。

図１は、本発明の金属ストリップ抵抗器の１つの実施形態を示す断面図である。金属ストリップ抵抗器１０は、薄い抵抗材料シート１８から形成されており、抵抗材料としては、例えば、「エバノーム（ＥＶＡＮＯＨＭ：ニッケル・クロム・アルミニウム・銅合金）」、「マンガニン（ＭＡＮＧＡＮＩＮ：銅・マンガン・ニッケル合金）」等が使用可能である。なお、抵抗材料は、これらの材料に限定されるものではなく、他の種類の抵抗材料を適宜使用可能である。抵抗材料シート１８の厚みは、所望の抵抗に基づいて調整可能である。しかし、抵抗材料シート１８は、必要に応じて比較的薄くしてもよい。なお、抵抗材料シート１８は、抵抗器１０の主要部を構成するだけでなく、抵抗器１０を支持するように機能するため、抵抗器１０支持用として別部材の基板を使用する必要がない。

図１に示す抵抗器１０はまた、接着層１６を備えており、この接着層１６は、例えば、ＣｕＴｉＷ（銅、チタン、タングステン）から形成される。接着層１６は、抵抗材料シート１８の表面上にスパッタリングにより形成されており、銅メッキ層１４を接合するために使用される。抵抗材料の種類によって、接着層１６が必要な場合と不要な場合がある。接着層１６を使用するか否かは、抵抗材料として使用する合金の種類、すなわち、その合金が銅メッキを直接接合した場合に十分な接着性を有するか否か、に依存している。接着層１６の使用が望ましく、かつ、抵抗材料シート１８の両面でパッドを受ける場合には、抵抗材料シート１８の両面にスパッタリングを行って接着層１６を形成する。

スパッタリング処理を行う前に、金属マスク（図１中では示していない）を抵抗材料シート１８に装着して、後に受動抵抗領域となるシート上の特定の領域にＣｕＴｉＷ材料が付着することを防止してもよい。この機械的なマスキング処理を行うことにより、後続の工程における金メッキの除去およびエッチバックを容易に実現できるため、コスト低減につながる。金メッキを施し、また、他のより導電性の高いメッキを施した場合には、銅メッキ層１４の上に金メッキ層２４が積層される。メッキ層２８は、例えば、ニッケルメッキ層である。このニッケルメッキ層２８の上には、ハンダ付け用の薄いメッキ層１２が積層される。

図１に示すように、抵抗材料シート１８の上にはまた、絶縁コーティング材料層２０が形成される。この絶縁コーティング材料層２０は、望ましくは、高い動作温度抵抗特性を有するシリコ−ンポリエステルである。化学的耐性を持ち、かつ、高温で取り扱い可能であれば、他の各種の絶縁材料も使用可能である。

図２は、エバノーム、マンガニン、またはその他の種類の抵抗材料からなる、比較的薄い抵抗材料シート１８を示している。この抵抗材料シート１８は、抵抗器の基板および支持構造として機能するため、支持用の別の基板を設ける必要がない。抵抗材料シート１８の厚みは、抵抗値の範囲の高低に応じて、その抵抗値範囲を実現するために選択される。抵抗材料シート１８の表面上に、ＣｕＴｉＷ（銅、チタン、タングステン）または他の好適な材料のスパッタリングにより、銅メッキ層１４を接合するための接着層１６を形成する。スパッタリング処理を行う前に、金属マスクを抵抗材料シート１８に装着して、後に受動抵抗領域となるシート上の特定の領域に、接着層１６用のＣｕＴｉＷ材料や他の材料が付着することを防止してもよい。この機械的なマスキング処理を行うことにより、後続の工程における金メッキの除去およびエッチバックを容易に実現できるため、コスト低減につながる。

次に、リソグラフィ処理を行う。このリソグラフィ処理においては、抵抗材料シート１８の両面に、抵抗材料シート１８を銅メッキから保護するためのドライフィルム製フォトレジスト２２を積層する処理を行ってもよい。この場合には、次に、フォトマスクを使用して、抵抗材料シート１８上に形成される銅メッキ領域に対応するパターンでフォトレジスト２２を露光する。続いて、フォトレジスト２２を現像して、図２に示すように、抵抗材料シート１８のうち、銅または他の導電材料を積層する領域のみを露出させる。

図３は、銅メッキ層１４を示している。銅メッキ層１４のパターンは、例えば、アクティブ抵抗領域となる領域以外の、個別の端子パッド、ストリップ、または、近傍の完全な被覆部を含む。パッドサイズは、ストリップおよび近傍の完全被覆部に使用する場合には、パンチング処理で画定可能である。端子パッドの幾何学形状と数は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の実装条件と、２線または４線の回路構成やマルチレジスタアレイなどの電気接続に応じて選択可能である。銅メッキ層１４は、電解処理により形成される。銅メッキ層１４の上には、薄い金メッキ層２４が電気メッキにより形成される。次に、図４に示すように、フォトレジスト２２を除去し、続いて、化学的エッチング処理により、銅メッキ層１４でカバーしていない領域のＣｕＴｉＷ接着層１６を、アクティブ抵抗領域から除去する。別の実施形態として、金メッキ層２４を形成せず、フォトレジスト２２の除去後にＣｕＴｉＷ接着層１６を除去せずに残すことも可能であり、この場合には、製造コストを低減できる反面、電気特性が低下する。さらに別の実施形態として、ＣｕＴｉＷ接着層１６をスパッタリングにより機械的に形成することによって、金メッキ層２４や除去処理を不要とすることも可能である。

以上のようなプロセスにより作製されたプレートは、シートとして、シートの各セクションとして、あるいは、１列または２列の抵抗器のストリップとして処理することができる。この時点におけるシート処理については、以下に説明するが、後続の処理もまた、シートの各セクションやストリップに対して同様に実施可能である。図５に示すように、シート１９は、連続する固体（ただし、配列された孔を含む）であり、この状態から、シート１９の一部を除去することにより、抵抗器の長さや幅などのデザイン寸法を画定できるようになっている。この処理は、パンチング装置によって行うことが望ましいが、それに限らず、化学的エッチング処理によって、また、レーザ加工や切削加工によって、不要な材料を除去してもよい。

調整前の抵抗体の抵抗値は、フォトマスクにより画定される銅パッドの間隔と、抵抗材料シートの長さ、幅、厚みによって、決定される。図６に示すように、抵抗体の抵抗値は、レーザや他の手段で抵抗材料の一部２６を除去して抵抗を増加させながら、同時並行的に抵抗値を測定することにより調整可能である。抵抗体の抵抗値はまた、抵抗材料が露出している領域に、終端材料またはその他の導電材料を追加して抵抗値を低減させることにより調整可能である。このように調整された抵抗器は、抵抗材料を除去または追加しない場合と同様に機能するだけでなく、抵抗値の許容差を非常に大きくすることができる。

図７と図８に示すように、終端の間に露出した抵抗材料は、絶縁コーティング材料層２０によってカバーされており、これにより、カバーした部分の抵抗材料がメッキされて抵抗値が変化することを防止している。絶縁コーティング材料層２０は、望ましくは、望ましくは、高い動作温度抵抗特性を有するシリコ−ンポリエステルであるが、化学的耐性を持ち、かつ、高温で取り扱い可能であれば、他の各種の絶縁材料も使用可能である。絶縁コーティング材料層２０は、望ましくは、転写ブレード法によって形成される。この方法では、一定量のコーティング材料をブレードのエッジに供給し、次に、ブレードと抵抗器を接触させることによってコーティング材料を抵抗器上に移動させる。絶縁コーティング材料層２０を形成するために、他の方法、例えば、スクリーン印刷、ローラ接触転写法、インクジェット法、およびその他の方法を使用してもよい。絶縁コーティング材料層２０はその後、焼成炉で抵抗器を焼成することにより硬化する。このように硬化させた時点で、絶縁コーティング材料層２０には、インク転写や焼付け、レーザ加工などによって任意のマーキングを行うことが可能である。ダイカッターにより、キャリアプレートから個別単体の抵抗器を打ち抜き加工してもよい。キャリアプレートから個別の抵抗器を作るために、レーザカッター、あるいは、フォトレジストマスクおよび化学的エッチング、等の他の方法を使用してもよい。

個別の抵抗器には、次に、メッキ処理を施して、ニッケルメッキ層２８や錫メッキ層１２を追加し、図１に示すように、ＰＣＢにハンダ付け可能な部分を形成する。他のメッキ材料を使用して、接合用の金メッキ等の他の実装方法を実施してもよい。直流抵抗を各ピース毎にチェックして許容値内のピースをパッケージングした後、通常は梱包して出荷する。

以上の実施形態においては、低抵抗値の金属ストリップ抵抗器について説明した。この抵抗器により、０４０２サイズまたはそれより小型のパッケージを含む小型の抵抗器を実現できる。本発明は、抵抗器の使用材料、接着層の有無、２端子・４端子の種別、固有抵抗、およびその他の属性や選択肢に関する各種の変形例、およびその他の多種多様な変形例を包含する。以上の実施形態においてはまた、低抵抗値の金属ストリップ抵抗器の製造方法について説明した。本発明は、各層の形成に使用する材料、機械的なマスキング処理の有無、およびその他の選択肢に関する各種の変更、代替、組合せによる変形例、およびその他の多種多様な変形例を包含する。

１０：金属ストリップ抵抗器
１２：錫メッキ層
１４：銅メッキ層
１６：接着層
１８：抵抗材料シート
２０：絶縁コーティング材料層
２２：フォトレジストフィルム
２４：金メッキ層
２８：ニッケルメッキ層

Claims (18)

1. 上面及び底面を有し、抵抗素子を形成するとともに、別部材の基板を使用せずに金属ストリップ抵抗器を支持する金属ストリップと、
   前記金属ストリップの上面の第１の側に隣接し、第１のフォトリソグラフィーにより形成された終端エリアと、
   金属ストリップの上面の第２の側面に隣接し、第２のフォトリソグラフィーにより形成された終端エリアと、
   前記第１および第２の終端エリアのそれぞれの上に形成され、各終端エリアの第１の絶縁材料と重なり合うことがない銅メッキ層と、
   前記金属ストリップの上面に直接塗布され、前記第１および第２終端の間に位置する第１の絶縁材料と、
   前記金属ストリップの底面の少なくとも一部に重なる第２の絶縁材料と、
   前記金属ストリップの第１の側に位置する抵抗素子の下端縁から、前記金属ストリップの第１の側面及び前記金属ストリップの上面に沿って、延在する第１のニッケルメッキ層を備え、前記第１のニッケルメッキ層は、前記第１の終端エリアの銅メッキ層を覆い、
   前記金属ストリップの第２の側に位置する抵抗素子の下端縁から、前記金属ストリップの第２の側面及び前記金属ストリップの上面に沿って、延在する第２のニッケルメッキ層を備え、前記第２のニッケルメッキ層は、前記第２の終端エリアの銅メッキ層を覆うことを特徴とする金属ストリップ抵抗器。
2. 前記金属ストリップは、ニッケル、クロム、アルミニウム、マンガン、および銅の少なくとも１つを含む金属合金から形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の金属ストリップ抵抗器。
3. 前記金属ストリップと前記終端エリアとの間に設けられた接着層をさらに備え、
   前記接着層は、銅、チタン及びタングステンを有する、ことを特徴とする請求項１記載の金属ストリップ抵抗器。
4. 前記接着層は、前記第１と第２の終端のそれぞれの下にのみ位置していることを特徴とする請求項３記載の金属ストリップ抵抗器。
5. 前記第１の絶縁材料は更に、前記第１と第２の接着層及び前記第１と第２の終端に直接接触していることを特徴とする請求項４記載の金属ストリップ抵抗器。
6. 前記第１と第２の接着層は、スパッタリングにより形成されていることを特徴とする請求項３記載の金属ストリップ抵抗器。
7. 前記第１と第２の終端のいずれのどの部分も前記絶縁材料に重なっていないことを特徴とする請求項１記載の金属ストリップ抵抗器。
8. 前記第１と第２の接着層のどの部分も前記絶縁材料に重なっていないことを特徴とする請求項３記載の金属ストリップ抵抗器。
9. フォトリソグラフィを用いて形成された、前記金属ストリップの底面に積層する第３と第４の終端と、
   前記第３と第４の終端にそれぞれ形成されたメッキとを更に備え、
   前記第２の絶縁材料は、前記金属ストリップの底面に直接供給され、前記第３と第４の終端の間に位置する、ことを特徴とする請求項１記載の金属ストリップ抵抗器。
10. 別部材の基板を使用せずに金属ストリップ抵抗器を支持する金属ストリップを備えた金属ストリップ抵抗器の製造方法において、
    上面及び底面と第１の側面及び第２の側面を有する金属ストリップを供給し、
    前記金属ストリップの上面の第１の側にフォトリソグラフィを用いて第１の終端エリアを形成し、前記金属ストリップの上面の第２の側にフォトリソグラフィを用いて第２の終端エリアを形成し、
    前記第１と第２の終端エリアの上にそれぞれ銅メッキ層を形成し、
    前記銅メッキ層とは重ならないように、第１の絶縁材料を前記金属ストリップの上面における前記第１と第２の終端の間に直接塗布し、
    前記金属ストリップの底面の少なくとも一部に第２の絶縁材料を塗布し、
    前記金属ストリップの第１の側に位置する抵抗素子の下端縁から、前記金属ストリップの第１の側面及び前記金属ストリップの上面に沿って延在し、かつ、前記第１の終端エリアの銅メッキ層を覆う第１のニッケルメッキ層と、前記金属ストリップの第２の側に位置する抵抗素子の下端縁から、前記金属ストリップの第２の側面及び前記金属ストリップの上面に沿って延在し、かつ、前記第２の終端エリアの銅メッキ層を覆う第２のニッケルメッキ層を形成する、
    ことを特徴とする金属ストリップ抵抗器の製造方法。
11. 前記第１と第２の終端エリアが形成される前に、前記金属ストリップに対する第１と第２の接着層を、スパッタリングにより形成すること、
    を更に備えたことを特徴とする請求項１０記載の金属ストリップ抵抗器の製造方法。
12. 前記接着層の供給の前に前記金属ストリップの上面にマスクを装着して、前記金属ストリップの受動抵抗領域となる領域に前記接着層が付着することを防止し、前記接着層の供給をスパッタリングにより行うことを特徴とする請求項１１記載の金属ストリップ抵抗器の製造方法。
13. 前記絶縁材料は更に、前記接着層及び前記第１と第２の終端に直接接触していることを特徴とする請求項１１記載の金属ストリップ抵抗器の製造方法。
14. 前記第１と第２の終端のいずれのどの部分も前記絶縁材料に重なっていないことを特徴とする請求項１０記載の金属ストリップ抵抗器の製造方法。
15. 前記接着層のどの部分も前記絶縁材料に重なっていないことを特徴とする請求項１１記載の金属ストリップ抵抗器の製造方法。
16. 前記フォトリソグラフィ工程は、前記金属ストリップに積層する導電パターンを形成する工程を有し、
    前記導電パターンは、前記第１と第２の終端エリアを含むことを特徴とする請求項１０記載の金属ストリップ抵抗器の製造方法。
17. 前記導電パターンは銅を有することを特徴とする請求項１６記載の金属ストリップ抵抗器の製造方法。
18. 前記金属ストリップの底面に第３と第４の終端エリアを形成し、
    前記第３と第４の終端エリアの上にそれぞれに銅メッキ層を形成し、
    前記第２の絶縁材料を前記金属ストリップの底面に直接塗布し、前記第３と第４の終端エリアの間に位置させる、ことを更に備えたことを特徴とする請求項１０記載の金属ストリップ抵抗器の製造方法。
    

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