JP6715024B2

JP6715024B2 - 基板内層用チップ抵抗器

Info

Publication number: JP6715024B2
Application number: JP2016032409A
Authority: JP
Inventors: 松本　健太郎; 健太郎松本
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-02-23
Also published as: JP2017152495A

Description

本発明は、積層回路基板等に内蔵されて使用される基板内層用チップ抵抗器に関するものである。

近年、電子機器の小型・軽量化や回路構成の複雑化に伴って、チップ抵抗器を回路基板の表面だけでなく内層にも実装して部品実装密度を高めるようにした部品内蔵型回路基板が実用に供されている。

この種の部品内蔵型回路基板では、通常、絶縁性の樹脂層からなるベース基板にチップ抵抗器を埋め込んだ後、この樹脂層にレーザ光を照射してビアホールを形成すると共に、そのビアホール内に銅メッキ処理等からなる接続ビアを形成することにより、この接続ビアと内層されたチップ抵抗器の電極とを接続するようにしている。

従来より、基板内層用チップ抵抗器の表面に広い面積を有する外部電極を形成し、この外部電極に向けてビアホールを形成することにより、内層されたチップ抵抗器を介してベース基板上の配線パターン間を導通させるようにした部品内蔵型回路基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示されたチップ抵抗器は、直方体形状の絶縁基板の表面に所定間隔を存して形成された一対の内部電極と、これら内部電極間に形成された抵抗体と、内部電極の一部を露出させると共に抵抗体の全体を覆うように形成された保護膜と、内部電極の露出部分と保護膜の端部を覆うように形成された一対の外部電極とを備えて構成されている。

このように構成された基板内層用チップ抵抗器をベース基板の樹脂層に内層して部品内蔵型回路基板を製造する場合、抵抗体や外部電極等が形成された一面を上に向けた姿勢でチップ抵抗器を樹脂層に埋め込んだ後、樹脂層の表面から内部に延びるビアホールを形成することにより、ベース基板上の配線パターンとチップ抵抗器の外部電極がビアホールを介して接続されるようになっている。その際、チップ抵抗器がビアホールと接続可能な広面積の外部電極を有しているため、ビアホールの形成位置が正規の位置に対して多少ずれたとしても、チップ抵抗器の外部電極とビアホールを確実に接続することができる。

特開２０１１−９１１４０号公報

特許文献１に開示された基板内層用チップ抵抗器は、ビアホールと接続される外部電極が抵抗体や内部電極と同一面上に形成されているため、抵抗体の形成面を上向きにした姿勢でチップ抵抗器を樹脂層に埋め込む必要がある。このため、抵抗体で発生した熱によって樹脂層の表面温度が上昇し易くなり、ベース基板上に表面実装された電子部品や、多層基板の場合は他の樹脂層に内層されたチップ部品に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。

また、この種の部品内蔵型回路基板では、ベース基板の反り等によって樹脂層に埋め込まれたチップ抵抗器の絶縁基板に曲げ応力が加わることがあり、その場合、内部電極の間隔が拡がるような曲げ応力が加わると抵抗値は上昇し、その反対に内部電極の間隔が狭くなるような曲げ応力が加わると抵抗値は下降するため、絶縁基板に加わる曲げ応力によってチップ抵抗器の抵抗値が変化してしまうことになる。特に、樹脂層の内部に埋め込まれて使用される基板内層用チップ抵抗器は、絶縁基板を含めた全体の厚みが薄く形成されており、抵抗体の形成面を撓める方向の変形に対して非常に弱い構造となっているため、僅かな撓みで抵抗値が大きく変化してしまうという問題があった。

本発明は、上記した従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発熱に伴う表面温度の上昇を低減できると共に曲げ応力に起因する抵抗値変化を軽減できる基板内層用チップ抵抗器を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の基板内層用チップ抵抗器は、直方体形状の絶縁基板と、この絶縁基板の一面である第１面に所定間隔を存して形成された一対の内部電極と、これら一対の内部電極間に形成された抵抗体と、この抵抗体と前記一対の内部電極を含めて前記第１面の全体を覆うように形成された絶縁性の保護膜と、前記第１面の長辺に隣接する前記絶縁基板の第２面に形成されて前記内部電極と接続する一対の外部電極とを備え、前記一対の外部電極が前記絶縁基板の前記第２面のみに形成されていると共に、前記一対の外部電極の間隔が前記一対の内部電極の間隔よりも狭く設定されていることを特徴とする。

このように構成された基板内層用チップ抵抗器では、直方体形状の絶縁基板を構成する６つの面のうち、第１面に内部電極と抵抗体および保護膜が形成されると共に、第１面の長辺に隣接する第２面のみに外部電極が形成されており、この外部電極の電極間距離が内部電極よりも狭く設定されているため、第２面に広い面積を有する外部電極が延在している。したがって、絶縁基板の第２面がベース基板の表面と平行になるように樹脂層に埋め込むことにより、第２面上に広面積で形成された外部電極に対してビアホールを確実に接続することができる。また、このように第２面をベース基板の表面と平行になるように配置すると、内部電極や抵抗体が形成された第１面はベース基板の表面と直交する面を向くように配置されるため、抵抗体の発熱によって樹脂層の表面温度が上昇してしまうことを抑制できると共に、曲げ応力によって抵抗体の抵抗値が変化してしまうことを抑制できる。さらに、保護膜が抵抗体と内部電極を含めて第１面の全体を覆うように形成されていると共に、ビアホールに接続する外部電極が第２面のみに形成されているため、放熱効果を高めるためにベース基板の樹脂層にチップ抵抗器の第１面を包囲する放熱体を埋め込んだとしても、保護膜によって内部電極と放熱体との接触を防止することができる。

本発明によれば、発熱に伴う表面温度の上昇を低減できると共に曲げ応力に起因する抵抗値変化を軽減できる基板内層用チップ抵抗器を提供することができる。

本発明の第１実施形態例に係る部品内蔵型回路基板の断面図である。該部品内蔵型回路基板に内蔵されるチップ抵抗器の斜視図である。該チップ抵抗器の断面図である。図１の部品内蔵型回路基板に内蔵される他のチップ抵抗器の斜視図である。本発明の第２実施形態例に係る部品内蔵型回路基板の断面図である。該部品内蔵型回路基板の製造工程を示す平面図である。該部品内蔵型回路基板の製造工程を示す断面図である。本発明の第１実施形態例に係る基板内層用チップ抵抗器の斜視図である。該チップ抵抗器の断面図である。本発明の第２実施形態例に係る基板内層用チップ抵抗器の斜視図である。本発明の第３実施形態例に係る基板内層用チップ抵抗器の斜視図である。該チップ抵抗器の断面図である。

以下、発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の第１実施形態例に係る部品内蔵型回路基板１は、絶縁性の樹脂層２からなるベース基板の内層にチップ抵抗器３が埋め込まれており、この樹脂層２の上面に設けられた配線パターン４が接続ビア５を介してチップ抵抗器３の後述する外部電極と接続されている。この接続ビア５は、樹脂層２にレーザ光を照射してビアホールを形成した後、そのビアホール内に銅メッキ等を施すことによって形成されたものである。

図２，３に示すように、樹脂層２に内層されたチップ抵抗器３は、直方体形状の絶縁基板６と、絶縁基板６の一側面における長手方向両端部に設けられた一対の内部電極７と、これら内部電極７に接続するように設けられた長方形状の抵抗体８と、両内部電極７と抵抗体８を含めて絶縁基板６の一側面全体を覆う樹脂からなる保護膜９と、絶縁基板６の長手方向両端部に設けられた一対の外部電極１０とによって主に構成されている。

絶縁基板６はセラミックスからなり、この絶縁基板６を構成する６つの面のうち、最も面積の広い２つの対向面を第１面、これら第１面の長辺に連続する２つの対向面を第２面、第１面の短辺に連続する２つの対向面を第３面と呼ぶと、内部電極７と抵抗体８および保護膜９は一方の第１面に形成され、外部電極１０は第１乃至第３面を覆うようにキャップ形状に形成されている。

一対の内部電極７はＡｇ系ペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成させたものであり、これら内部電極７は絶縁基板６の第１面の長手方向端部に矩形状に形成されている。

抵抗体８は酸化ルテニウム等の抵抗ペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成させたものであり、この抵抗体８の長手方向の両端部はそれぞれ内部電極７に重なっている。なお、図示省略されているが、抵抗体８には抵抗値を調整するためのトリミング溝が形成されている。

保護膜９はエポキシ系樹脂ペーストをスクリーン印刷して加熱硬化させたオーバーコート層であり、図示省略されているが、保護膜９の下面側には抵抗体８を覆うアンダーコート層が形成されている。なお、このアンダーコート層はガラスペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成させたものである。保護膜９は両内部電極７と抵抗体８を含めて絶縁基板６の第１面全体を覆うように形成されているため、一対の内部電極７の３辺が絶縁基板６と保護膜９間から露出している。

一対の外部電極１０はＡｇペーストやＣｕペーストを絶縁基板６の第３面にディップ塗布して加熱硬化させたものであり、これら外部電極１０は、一方の第１面に形成された保護膜９を含めて残りの第１面と両第２面の一部を覆うようにキャップ形状に形成されている。これにより、図２中の左側に位置する外部電極１０は絶縁基板６と保護膜９間から露出する左側の内部電極７の端面と接続され、右側に位置する外部電極１０は絶縁基板６と保護膜９間から露出する右側の内部電極７の端面と接続されている。なお、図示省略されているが、これら外部電極１０の表面にはＮｉ，Ｃｕ等の電解メッキが施されている。

このように構成されたチップ抵抗器３は、図１に示すように、内部電極７や抵抗体８の形成面である第１面を横向きにすると共に、この第１面に隣接する第２面を上向きにした状態で樹脂層２に内層された後、上向きの第２面に形成された外部電極１０に対して接続ビア５（ビアホール）が接続されるようになっている。このように抵抗体８の形成面である第１面がベース基板の表面と直交する面を向くように配置されているため、抵抗体８から樹脂層２の表面に至る熱の伝達経路が長くなり、抵抗体８の発熱に伴う樹脂層２の表面温度の上昇を抑制することができる。また、ベース基板（樹脂層２）の板面に対して抵抗体８の形成面である第１面が直交する向き（横向き姿勢）に配置されているため、ベース基板の反り等によってチップ抵抗器３の絶縁基板６に曲げ応力が加わったとしても、抵抗体８の抵抗値が変化してしまうことを抑制できる。

図１に示す部品内蔵型回路基板１において、樹脂層２に内層されたチップ抵抗器３の代わりに図４に示すチップ抵抗器１１を用いることも可能である。このチップ抵抗器１１が図２，３に示すチップ抵抗器３と相違する点は、最も面積の広い２つの対向面を第２面、これら第２面の長辺に連続する２つの対向面を第１面、第２面の短辺に連続する２つの対向面を第３面とし、細長形状の一方の第１面に一対の内部電極７と抵抗体８および保護膜９が形成されていることにあり、それ以外の構成は基本的に同様である。

このように構成されたチップ抵抗器１１は、図１に示す部品内蔵型回路基板１の樹脂層２に内層される場合、内部電極７や抵抗体８の形成面である第１面を横向きにすると共に、この第１面に隣接する第２面を上向きにした姿勢で樹脂層２に埋め込まれた後、上向きの第２面に形成された外部電極１０に対して接続ビア５（ビアホール）が接続されるようになっている。この場合、抵抗体８の面積が小さくなるため、負荷特性は図２，３に示すチップ抵抗器３よりも劣るが、外部電極１０の面積が大きくなるため、接続ビア５との接続信頼性が向上する。そして、この場合においても、抵抗体８の形成面である第１面がベース基板の表面と直交する面を向くように配置されているため、抵抗体８から樹脂層２の表面に至る熱の伝達経路が長くなり、抵抗体８の発熱に伴う樹脂層２の表面温度の上昇を抑制することができる。また、ベース基板（樹脂層２）の板面に対して抵抗体８の形成面である第１面が直交する向きに配置されているため、ベース基板の反り等によってチップ抵抗器３の絶縁基板６に曲げ応力が加わったとしても、抵抗体８の抵抗値が変化してしまうことを抑制できる。以上のように、絶縁基板６の各面の面積においては、接続信頼性や負荷特性などの求められる仕様により選択することが可能である。

図５は本発明の第２実施形態例に係る部品内蔵型回路基板２０の断面図であり、図１に対応する部分には同一符号を付してある。

図５に示すように、第２実施形態例に係る部品内蔵型回路基板２０では、ベース基板の樹脂層２にチップ抵抗器２１と一緒に放熱体２２が埋め込まれており、この放熱体２２によってチップ抵抗器２１の外側面が包囲されるようになっている。チップ抵抗器２１は図２や図４に示すチップ抵抗器３，１１と同様のものであり、抵抗体２３の形成面である第１面がベース基板の表面と直交する面を向くように配置され、上向きに配置された第２面上の外部電極に対して接続ビア５が接続されている。放熱体２２は熱伝導率の良い銅板等からなり、チップ抵抗器２１の外形よりも大きめな貫通孔２２ａを有している。チップ抵抗器２１は貫通孔２２ａの内部に配置されており、その第１面と第３面の計４つの外側面が貫通孔２２ａの内壁面と非接触状態で対向している。

このように構成された部品内蔵型回路基板２０においては、チップ抵抗器２１の第１面を包囲している放熱体２２がヒートシンクとして機能し、第１面に形成された抵抗体２３の発熱が放熱体２２によって放熱されるため、樹脂層２の表面温度の上昇をより効果的に抑えることができる。

次に、上記の如く構成された部品内蔵型回路基板２０の製造方法について、図６と図７を参照しながら説明する。

まず、図６（ａ）と図７（ａ）に示すように、片面に粘着テープ２４が付着された支持板２５を準備し、この粘着テープ２４に複数の貫通孔２２ａを有する放熱体２２を貼り付ける。なお、図６は支持板２５を上方から見た平面図、図７は図６のＡ−Ａ線に沿った断面図を示している。

次に、図６（ｂ）と図７（ｂ）に示すように、放熱体２２の貫通孔２２ａの内部にチップ抵抗器２１を挿入し、このチップ抵抗器２１の第２面を粘着テープ２４に貼り付ける。その際、抵抗体２３の形成面である第１面は側方を向いた姿勢で貫通孔２２ａ内に挿入され、チップ抵抗器２１と貫通孔２２ａの内壁面との間には両者を非接触状態に保つ隙間が確保される。しかる後、放熱体２２の上から熱可塑性の樹脂シートを熱圧着することにより、図６（ｃ）と図７（ｃ）に示すように、放熱体２２とチップ抵抗器２１を覆う上側樹脂層２６を形成する。その際、上側樹脂層２６は貫通孔２２ａの内壁面とチップ抵抗器２１間に確保された隙間にも充填される。

次に、図７（ｄ）に示すように、粘着テープ２４付きの支持板２５を上側樹脂層２６から剥離した後、上側樹脂層２６の下面に熱可塑性の樹脂シートを熱圧着することにより、図７（ｅ）に示すように、上側樹脂層２６から露出する放熱体２２とチップ抵抗器２１を覆う下側樹脂層２７を形成する。これにより上側樹脂層２６と下側樹脂層２７が一体化されて樹脂層２となり、この時点で樹脂層２の内部にチップ抵抗器２１と放熱体２２が埋め込まれた状態となる。

次に、図７（ｆ）に示すように、樹脂層２の上面にレーザ光を照射してビアホール５ａを形成し、このビアホール５ａをチップ抵抗器２１の第２面に形成された外部電極に接続させる。しかる後、無電解銅メッキ等によりビアホール５ａ内に接続ビア５を形成すると共に、樹脂層２の上面に配線パターン４を形成することにより、図５に示すような部品内蔵型回路基板２０が完成する。

次に、本発明の第１実施形態例に係る基板内層用チップ抵抗器４０を図８と図９に基づいて説明する。本実施形態例に係る基板内層用チップ抵抗器４０は、図１や図５に示す部品内蔵型回路基板１，２０の樹脂層２に内層されて使用されるものであり、絶縁基板６の第１面に形成された一対の内部電極７の間隔Ｌ１に対して、第２面に形成された一対の外部電極１０の間隔Ｌ２を狭く設定した点に特徴があり、それ以外の構成は図４に示すチップ抵抗器１１と基本的に同様である。

すなわち、このチップ抵抗器４０は、直方体形状の絶縁基板６と、絶縁基板６の一側面における長手方向両端部に設けられた一対の内部電極７と、これら内部電極７に接続するように設けられた長方形状の抵抗体８と、両内部電極７と抵抗体８を含めて絶縁基板６の一側面全体を覆う樹脂からなる保護膜９と、絶縁基板６の長手方向両端部に設けられた一対の外部電極１０とによって主に構成されている。

そして、絶縁基板６の６つの面のうち、最も面積の広い２つの対向面が第２面、これら第２面の長辺に連続する２つの対向面が第１面、第２面の短辺に連続する２つの対向面が第３面となっており、一対の内部電極７と抵抗体８および保護膜９は一方の第１面に形成されている。また、一対の外部電極１０は第１面に形成された保護膜９を覆うように絶縁基板６の長手方向両端部に形成されており、これら外部電極１０の間隔Ｌ２が内部電極７の間隔Ｌ１よりも狭く設定されているため、第２面に広い面積を有する一対の外部電極１０が延在している。なお、保護膜９は第１面の全体を覆うように形成されているが、少なくとも抵抗体８を覆っていれば良い。

したがって、このように構成されたチップ抵抗器４０においても、抵抗体８の形成面である第１面をベース基板の表面と直交する側面を向くように樹脂層に内層すれば、抵抗体８の発熱に伴う樹脂層の表面温度の上昇を抑制することができると共に、ベース基板の反り等によってチップ抵抗器４０の絶縁基板６に曲げ応力が加わったとしても、抵抗体８の抵抗値が変化してしまうことを抑制できる。しかも、絶縁基板６の第２面に広い面積を有する一対の外部電極１０が延在しているため、これら外部電極１０に対してビアホールを確実に接続することができる。

図１０は本発明の第２実施形態例に係る基板内層用チップ抵抗器５０の斜視図であり、このチップ抵抗器５０が第１実施形態例に係る基板内層用チップ抵抗器４０と相違する点は、絶縁基板６の相対向する２つの第１面が抵抗体８の形成面となっていることであり、それ以外の構成は基本的に同様である。

すなわち、このチップ抵抗器５０は、絶縁基板６の相対向する２つの第１面にそれぞれ一対の内部電極７と抵抗体８および保護膜９が形成され、これら２つの第１面上の内部電極７と第２面に形成された外部電極１０とを導通させることにより、定格の高いチップ抵抗器となっている。

図１１は本発明の第３実施形態例に係る基板内層用チップ抵抗器６０の斜視図、図１２は該チップ抵抗器６０の断面図であり、図８，９に対応する部分には同一符号を付してある。

このチップ抵抗器６０第１実施形態例に係る基板内層用チップ抵抗器４０と相違する点は、絶縁基板６の第１面に形成された一対の内部電極７と抵抗体８の全体を保護膜９が覆っていると共に、これら内部電極７に接続する外部電極１０が第２面にのみに形成されていることにあり、それ以外の構成は基本的に同様である。

第３実施形態例に係るチップ抵抗器６０においては、抵抗体８の形成面である第１面の外表面が絶縁性の保護膜９によって覆われていると共に、この第１面に対向するもう１つの第１面と一対の第３面が絶縁基板６の露出面となっているため、図５に示す部品内蔵型回路基板２０のように、ベース基板の樹脂層２にチップ抵抗器６０を包囲する放熱体２２を内層した場合、仮に放熱体２２がチップ抵抗器６０の外側面に接触してしまっても、放熱体２２と内部電極７が導通してしまうことを防止できる。

１，２０部品内蔵型回路基板
２樹脂層
３，１１，２１チップ抵抗器
４配線パターン
５接続ビア
５ａビアホール
６絶縁基板
７内部電極
８，２３抵抗体
９保護膜
１０外部電極
２２放熱体
２２ａ貫通孔
２４粘着テープ
２５支持板
２６上側樹脂層
２７下側樹脂層
４０，５０，６０基板内層用チップ抵抗器

Claims

直方体形状の絶縁基板と、この絶縁基板の一面である第１面に所定間隔を存して形成された一対の内部電極と、これら一対の内部電極間に形成された抵抗体と、この抵抗体と前記一対の内部電極を含めて前記第１面の全体を覆うように形成された絶縁性の保護膜と、前記第１面の長辺に隣接する前記絶縁基板の第２面に形成されて前記内部電極と接続する一対の外部電極とを備え、
前記一対の外部電極が前記絶縁基板の前記第２面のみに形成されていると共に、前記一対の外部電極の間隔が前記一対の内部電極の間隔よりも狭く設定されていることを特徴とする基板内層用チップ抵抗器。