JP6952289B2 - 抵抗器とその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、抵抗器およびその製造方法に関する。

絶縁基板と、その絶縁基板に設けられた一対の電極と、絶縁基板に設けられて一対の電極を電気的に接続する抵抗体とを有する抵抗器、いわゆるチップ抵抗器が知られている。また、そのチップ抵抗器の抵抗値の調整方法（修正方法）として、レーザトリミングが知られている。レーザトリミングは、例えば特許文献１および２に記載するように、レーザ光を用いて抵抗体にトリミング溝を形成することによって抵抗体の抵抗値を調整し、それによってチップ抵抗器の抵抗値が調整される方法である。特許文献１には、抵抗体の端面から延在するＬ字形状やＪ字形状のトリミング溝が開示されている。また、特許文献２には、それぞれが抵抗体の端面から延在し、終端が互いに対向し合うＬ字形状および逆Ｌ字形状のトリミング溝が開示されている。

特開２００７−１６５５１８号公報 特開２０１３−１７９２１２号公報

しかしながら、近年、二次電池の残量検出用の抵抗値の低い抵抗器として、抵抗体に金属材料（金属箔）を用いたチップ抵抗器（金属箔抵抗器）が使用されている。このような抵抗器の抵抗体は、除去加工が困難な金属材料から構成され、また厚みが大きい。そのため、抵抗体を貫通して絶縁基板にまで達する深さを備えるトリミング溝（すなわち底面が絶縁基板の表面であるトリミング溝）を形成することが難しい。その結果として、抵抗値を調整することが困難であった。そのため、やむをえず、抵抗体を貫通せずに絶縁基板にまで達しない深さを備える（抵抗体内に底面を備える）トリミング溝を形成することがあった。

しかしながら、抵抗体内に底面を備えるトリミング溝をレーザ光によって形成すると、レーザ光によって除去された材料が、トリミング溝の幅方向の両端で盛り上がり、ドロスを形成する。そのドロスが後工程で抵抗体上に形成される絶縁層（保護層）の厚みを越える高さであると、抵抗器の絶縁不良が発生する。

そこで、本開示は、抵抗器について、レーザ光を用いて抵抗体にトリミング溝を形成する際に発生するドロスを原因とする絶縁不良の発生を抑制することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本開示の一態様によれば、
絶縁基板と、前記絶縁基板に設けられた一対の電極と、前記絶縁基板に設けられて前記一対の電極を電気的に接続する抵抗体と、前記抵抗体を覆う保護層とを有する抵抗器の製造方法であって、
前記抵抗体の抵抗値を測定しつつ、その測定値が所定値なるまで第１のレーザ光を照射して前記抵抗体の表面にトリミング溝を形成し、
前記トリミング溝の幅方向の両側に発生したドロスに対して第２のレーザ光を照射して前記ドロスを除去し、
前記トリミング溝が完成し、且つ、前記ドロスが除去された前記抵抗体の表面に保護層を形成する、抵抗器の製造方法が提供される。

また、本開示の別態様によれば、
絶縁基板と、
前記絶縁基板に設けられた一対の電極と、
前記絶縁基板に設けられて前記一対の電極を電気的に接続する抵抗体と、
前記抵抗体の表面に設けられた保護層と、を有し、
前記抵抗体が、その表面に形成されたトリミング溝、および、前記トリミング溝の幅方向の両側に形成されたドロス除去溝を備える、抵抗器が提供される。

本開示によれば、抵抗器について、レーザ光を用いて抵抗体にトリミング溝を形成する際に発生するドロスを原因とする絶縁不良の発生を抑制することができる。

本開示の一実施の形態に係る抵抗器の上面図 図１ＡにおけるＡ−Ａ線に沿った抵抗器の断面図 レーザトリミング装置の概略図 ＤＯＥにから出射されたメインビームのスポットとサブビームのスポットを示す図 メインビームによって形成途中のトリミング溝とサブビームによって形成途中のドロス除去溝とを示す図 抵抗器の製造手順を示すフロー図 トリミング溝の幅方向の両側に形成されたドロスを示すトリミング溝の断面図 ドロスが除去された状態のトリミング溝の断面図

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１Ａは、一実施の形態に係る抵抗器の上面図、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ線に沿った抵抗器の断面図である。なお、理解を容易にするために、図面にはＸ−Ｙ−Ｚ座標系が示されている。

図１Ａおよび図１Ｂに示す抵抗器１０は、いわゆる金属箔チップ抵抗器であって、絶縁基板１２と、絶縁基板１２上に設けられた抵抗体１４と、抵抗体１４の表面１４ａ上に間隔をあけて設けられた一対の電極１６と、抵抗体１４を覆う保護層１８とを有する。また、抵抗器１０は、電極１６を覆う電極メッキ２０を有する。

絶縁基板１２は、本実施の形態の場合、プリプレグや絶縁性の樹脂材料から作製された上面視（Ｚ軸方向視で）矩形状の基板である。抵抗体１４は、一対の電極１６間を電気的に接続するように方形状に設けられ、ＣｕＭｎ１２Ｎｉ、ＣｕＭｎ７ＳｎなどのＣｕ系合金箔によって形成されている。一対の電極１６は、抵抗体１４の表面１４ａの両端部それぞれに設けられ、Ｃｕ材料によって形成されている。保護層１８は、少なくとも電極１６の一部が露出し、かつ抵抗体１４を覆い、ガラスまたはエポキシ樹脂によって形成された絶縁層である。電極メッキ２０は、電極１６を覆い、Ｓｎ−Ｎｉ合金などの半田付けしやすい材料によって形成されている。

抵抗器１０の抵抗値を調整（修正）するために、抵抗体１４の表面１４ａにはトリミング溝３０が形成されている。また、理由は後述するが、トリミング溝３０の幅方向（Ｘ軸方向）の両側に、ドロス除去溝３２が形成されている。

図２は、抵抗体にトリミング溝およびドロス除去溝３２を形成するためのレーザトリミング装置を概略的に示している。

図２に示すように、レーザトリミング装置５０は、レーザ発振器５２と、ガルバノスキャナ５４と、ｆθレンズ５６と、ｆθレンズ５６を移動させるレンズ移動装置５８と、ＤＯＥ（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）５９と、レーザトリミング中に抵抗体１４の抵抗値を測定する抵抗測定器６０とを有する。

図２に示すように、レーザ発振器５２は、ガルバノスキャナ５４に向かってレーザ光（平行光）Ｌを出射する、例えば、Ｑ−ＳＷパルスレーザによって高いピーク強度が得られ、パルス幅が１００ｎｓ以下であって、繰り返し周波数が１０００ｋＨｚ以下での発振が可能なパルスレーザ発振器である。本実施の形態の場合、レーザ発振器５２から出射されるレーザ光Ｌの波長は、１０６４ｎｍである。

ガルバノスキャナ５４は、内部に２軸のミラーを備え、そのミラーを用いてレーザ発振器５２からのレーザ光ＬをＸ軸方向およびＹ方向に走査する。

ｆθレンズ５６は、固定治具６２に固定された抵抗器１０（保護層１８と電極メッキ２０が形成される前の抵抗器）における抵抗体１４の表面１４ａに、ガルバノスキャナ５４からのレーザ光Ｌを集光するレンズである。ｆθレンズ５６がレンズ移動装置５８によって移動されることにより、焦点位置や焦点距離が調節される。本実施の形態の場合、ｆθレンズ５６の焦点距離は１６０ｍｍである。

ＤＯＥ５９は、ｆθレンズ５６を通過したレーザ光Ｌを回折して１つのメインビームＬｍ（第１のレーザ光）と２つのサブビームＬｓに回折する（分岐させる）回折格子である。図３には、そのＤＯＥ５９から出射したメインビームＬｍによる抵抗体１４の表面１４ａ上のスポットＳｍと、サブビームＬｓによるスポットＳｓとが示されている。また、図４には、１つのメインビームＬｍによって形成途中のトリミング溝３０と、２つのサブビームＬｓによって形成途中のドロス除去溝３２とが示されている。

図３および図４に示すように、メインビームＬｍおよびサブビームＬｓは、トリミング溝３０およびドロス除去溝３２を形成するために、これらの溝の延在方向（Ｙ軸方向）に走査される（矢印ＭＡ方向にスポットが移動する）。メインビームＬｍは、サブビームＬｓに比べてパルスエネルギが大きく、サブビームＬｓに対して先行する。また、トリミング溝３０の幅方向（Ｘ軸方向）の両側にドロス除去溝３２を形成するために、メインビームＬｍに対してトリミング溝３０の幅方向の両側にサブビームＬｓが位置する。なお、トリミング溝３０とドロス除去溝３２の詳細については後述する。

抵抗測定器６０は、抵抗器１０の一対の電極１６それぞれに接触するプローブ６４を備え、抵抗器１０の抵抗値を測定するように構成されている。また、抵抗測定器６０は、測定した抵抗値が所定値になると、停止信号をレーザ発振器５２に送信して該レーザ発振器５２のレーザ出射を停止させるように構成されている。レーザの出射を、パルス単位で停止させることができる。

次に、抵抗器１０の製造手順について説明する。図５は、抵抗器の製造手順を示すフロー図である。

図５に示すように、まず、ステップＳ１において、バルク基板に抵抗体が貼り付けられる。次に、ステップＳ２において、抵抗体をパターニングする。続くステップＳ３において、その抵抗体上に電極を形成してパターニングする。それにより、電極および抵抗体の表面を露出させる。ステップＳ４において、露出した抵抗体表面に、レーザトリミング装置を用いてトリミング溝およびドロス除去溝を形成し、抵抗値を調整する。ステップＳ５において、トリミング溝が形成された抵抗体表面に絶縁性の保護層を形成する。ステップＳ６において、バルク基板を複数のチップにダイシングする。そして、ステップＳ７において、複数のチップそれぞれの電極上に電極メッキを形成する。これにより、図１Ａおよび図１Ｂに示す抵抗器１０が作製される。

ここからは、トリミング溝とドロス除去溝のさらなる詳細について説明する。

トリミング溝およびドロス除去溝の形成方法を詳細に説明する。

図２に示すように、レーザ発振器５２から出射されたレーザ光Ｌはガルバノスキャナ５４によって偏向され、偏向されたレーザ光Ｌは、ｆθレンズ５６を透過し、ＤＯＥ５９によって１つのメインビームＬｍと２つのサブビームＬｓに回折（分岐）される。

メインビームＬｍおよびサブビームＬｓは、抵抗器１０の抵抗体１４の表面１４ａ上に照射される。このとき、ｆθレンズ５６およびＤＯＥ５９により、メインビームＬｍおよびサブビームＬｓそれぞれの焦点は、抵抗体１４の表面１４ａ上あるいは表面１４ａから所定量ずらした位置に調整されている。

メインビームＬｍの照射点近傍の抵抗体１４が溶融、蒸発することでトリミング溝３０が形成される。その際、図６に示すように、トリミング溝３０の幅方向（Ｘ軸方向）の両側にドロス３４が形成される。

具体的に説明すると、トリミング溝３０を形成する際、メインビームＬｍを抵抗体１４の照射点に集光することによって発生した高熱により該照射点の金属材料が蒸発し、その蒸発の反作用で照射点近傍の溶融した金属材料が外側に向けて押し出される。その押し出された金属材料が盛り上がって硬化することにより、ドロス３４が形成される。そのドロス３４の抵抗体１４の表面１４ａからの突出高さが、図１Ｂに示すように抵抗体１４の表面１４ａ上に保護層１８の厚みを越えると、絶縁不良が発生する。その結果として、抵抗器１０は、所定の抵抗値を得ることができないという問題が発生する。

図３および図４に示すようにメインビームＬｍがサブビームＬｓに対して先行するので、メインビームＬｍによるトリミング溝３０の形成によって発生したドロス３４に対して、サブビームＬｓが照射される。それにより、図７に示すように、ドロス３４が少なくとも部分的に除去される。そのドロス３４の除去の形跡として、ドロス除去溝３２が形成される。

なお、レーザ発振器５２がパルスレーザ発振器である場合、図３に示すように、メインビームＬｍとサブビームＬｓの走査方向、すなわちトリミング溝３０の延在方向（Ｙ軸方向）の距離ｐｅ（照射点間距離）は、パルス間のピッチと同一であるのが好ましい。これにより、あるパルスタイミングで発振されたメインビームＬｍによって形成されたドロス３４が固まる前に、次のパルスタイミングのサブビームＬｓをそのドロス３４に照射することができる。ドロス３４が固まる前にサブビームＬｓが照射されるため、小さなパルスエネルギでそのドロス３４を除去することができる。すなわち、ドロス３４が固まると、その除去するために必要なパルスエネルギが大きくなり、またその周囲に熱が伝わり新たなドロスを発生させうるので、なるべくドロス３４が形成された直後にサブビームＬｓを照射するのが好ましい。

また、メインビームＬｍとサブビームＬｓのトリミング溝３０の幅方向（Ｘ軸方向）の距離ｐｗは、トリミング溝３０の幅方向の中点とドロス３４の最頂点との間の距離と同一であるのが好ましい。これにより、サブビームＬｓがドロス３４の最頂点に照射され、ドロス３４を効率的に除去することができる。

さらに、メインビームＬｍによって除去された抵抗体１４の金属材料全てがドロス３４を形成する可能性を考慮すると、トリミング溝３０の幅方向の一方側に形成されるドロス３４は、トリミング溝３０の容積の半分の体積を持つ。実際にはメインビームＬｍによって除去された金属材料の一部は蒸発するけれども、サブビームＬｓのパルスエネルギは、メインビームＬｍのパルスエネルギの０．１％以上５０％以下が好ましい。ドロス３４の組成やサブビームＬｓ照射時の温度などにもよるが、サブビームＬｓのパルスエネルギは、少なくともドロス３４を除去できる程度のエネルギである必要がある。

このようなトリミング溝３０を形成するトリミング加工は、プローブ６４を介して抵抗器１０の抵抗値を測定しながら行われる。測定された抵抗値が所定値に達した時点でレーザ出射を停止することにより、抵抗値の調整（修正）が完了する。

抵抗値は、トリミング溝３０の深さやトリミング溝３０の本数で調整することができる。抵抗値が所定値になるまで、複数本のトリミング溝３０を形成し続けることにより、および／または、トリミング溝３０を段階的に深く掘り進めることにより、抵抗値が調整される。抵抗値が所定値に達すると、レーザ光Ｌの照射が停止し、トリミング加工が完了する。

なお、トリミング溝３０は、絶縁基板１２まで到達しない深さで抵抗体に形成されるのが好ましい。これにより、絶縁基板１２に到達する深さまでトリミング溝３０を形成する場合に比べて、大きい（高い）ドロス３４の発生を抑制することができる。

また、トリミング溝の幅は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、トリミング溝の形成後に保護層１８が形成されるので、その保護層の材料がトリミング溝内に入りやすい３０μｍ以上にするのが好ましい。また、トリミング溝の断面形状（延在方向と直交する断面の形状）は、保護層形成時に先端に気泡が残りやすいＶ字形状などの鋭角な形状よりも、Ｕ字形状などの曲線形状が好ましい。

２つのドロス除去溝３２は、トリミング溝３０の形成時に発生するドロス３４を除去するために形成されるものであるので、１つのドロス除去溝３２のサイズはトリミング溝３０に比べて小さいサイズで済む。すなわち、１つのドロス除去溝３２の溝幅または溝深さは、トリミング溝３０の溝幅または溝深さに比べて小さい。なお、当然ながら、ドロス除去溝３２の延在方向長さは、トリミング溝３０の延在方向長さに対して同一である。

ドロス除去溝３２のサイズをトリミング溝３０のサイズに比べて大きく形成しても、トリミング溝３０の形成によって発生したドロス３４を除去することができるが、この場合、ドロス除去溝３２自体が、トリミング溝３０の形成によって発生するドロスに比べて大きなドロスをその幅方向両側に発生させることになる。したがって、ドロス除去溝３２のサイズは、トリミング溝３０の形成によって発生したドロス３４を除去できる最小限のサイズでよく、そのため、ドロス除去溝３２のサイズ（溝幅または溝深さ）は、トリミング溝３０のサイズに比べて小さい。

以上、上述の実施の形態によれば、抵抗器について、レーザ光を用いて抵抗体にトリミング溝を形成する際に発生するドロスを原因とする絶縁不良の発生を抑制することができる。

なお、レーザ発振器は、上述の実施の形態の場合、Ｑ−ＳＷパルスレーザによって高いピーク強度が得られるパルス幅が１００ｎｓ以下のパルスレーザ発振器であるが、これに限らない。例えば、パルス幅が１ｎｓ〜５０ｎｓのＱ−ＳＷ ＹＡＧレーザであってもよい。さらに、パルス幅が５０ｐｓ以下のピコ秒レーザを用いる場合には、更に高いピーク強度を得ることができ、またトリミング溝加工時に熱伝導に使用される熱が少ないために熱影響を低減することができ、更にドロスを小さくすることができる。

レーザ光の波長やｆθレンズの焦点距離は、抵抗体の材料や要求される抵抗値の調整精度によって様々に選択される。例えばｆθレンズ以外のレンズが使用されてもよい。

レーザ光に関して、ドロス除去溝を形成するサブビームの焦点は、メインビームの焦点に対して高いレベル（Ｚ軸方向）に位置するのが好ましい。これにより、メインビームによるトリミング溝形成時に発生するドロスが小さい（低い）場合にはサブビームによるそのドロスの除去が行われず、ドロスが大きい（高い）場合にそのドロスにサブビームがフォーカスして該ドロスが除去される。メインビームの焦点とサブビームの焦点との間のレベル差は、サブビームのスポット系によって多少変化するが、例えば、後工程で抵抗体に形成される保護層の厚み分に設定される。これにより、ドロスの高さが保護層の厚みを越えることを抑制することができる。

また、上述の実施の形態の場合、レーザ光を回折してメインビームとサブビームとを発生させるためにＤＯＥが使用されているが、本開示の実施の形態はこれに限らない。例えば、結像系で三点の穴が形成されたマスクを抵抗体の表面に転写する、メインビームとサブビームとで異なる光学系（異なるレーザ発振器）を使用するなど、トリミング溝を形成するためのメインビームとドロスを除去するためのサブビームとを発生させることができるのであれば、その形態は問わない。

さらに、レーザ光の照射回数は１回に限らず、抵抗値が所定値になるまで複数回レーザ光を照射してもよい。レーザ光の照射回数や照射位置は、抵抗体の形状や材料によって様々に選択される。抵抗体や電極の材料についても、上述の実施の形態に使用した材料に限らず、様々に選択される。

さらにまた、上述の実施の形態の場合、トリミング溝の形成によって発生したドロスを除去するためにドロス除去溝が形成されるが、本開示の実施の形態はこれに限らない。例えば、ドロス除去溝を形成することなく、抵抗体の表面から盛り上がったドロスだけを除去してもよい。なお、ドロス除去溝が形成された場合、保護層がより強い密着強度で抵抗体に密着する。すなわち、保護層の形成時にドロス除去溝内に進入した該保護層の材料（樹脂やガラス等）が硬化すると、そのドロス除去溝内の保護層の部分がアンカーとして機能し、保護層が抵抗体から剥離しにくくなる。その結果として、信頼性が高い抵抗器を得ることができる。

加えて、上述の実施の形態の場合、抵抗器において、一対の電極は、絶縁基板上に直接的に設けられておらず、抵抗体上に設けられている、すなわち、間接的に絶縁基板に設けられている。これに代わって、一対の電極は、絶縁基板上に直接的に設けられてもよい。この場合、一対の電極の間に位置するように抵抗体が絶縁基板上に設けられ、その抵抗体が一対の電極を電気的に接続する。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上述の技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。

本開示にかかる抵抗器とその製造方法は、レーザ光によって抵抗体にトリミング溝を形成することによって該抵抗体の抵抗値が調整（修正）される抵抗器に適用可能である。

１０ 抵抗器
１２ 絶縁基板
１４ 抵抗体
１４ａ 表面
１６ 電極
１８ 保護層
３０ トリミング溝
Ｌｍ 第１のレーザ光（メインビーム）
Ｌｓ 第２のレーザ光（サブビーム）

Claims (9)

1. 絶縁基板と、前記絶縁基板に設けられた一対の電極と、前記絶縁基板に設けられて前記一対の電極を電気的に接続する抵抗体と、前記抵抗体を覆う保護層とを有する抵抗器の製造方法であって、
   前記抵抗体の抵抗値を測定しつつ、その測定値が所定値なるまで第１のレーザ光を照射して前記抵抗体の表面にトリミング溝を形成し、
   前記トリミング溝の幅方向の両側に発生したドロスに対して第２のレーザ光を照射して、ドロス除去溝を形成することにより、前記ドロスを除去し、
   前記トリミング溝が完成し、且つ、前記ドロスが除去された前記抵抗体の表面に保護層を形成し、
   前記ドロス除去溝の溝幅が、前記トリミング溝に比べて狭い、抵抗器の製造方法。
   
2. 前記第２のレーザ光は、前記第１のレーザ光によって発生した前記ドロスが固まる前に、前記ドロスに対して照射される請求項１に記載の抵抗器の製造方法。
   
3. 前記第２のレーザ光の焦点は、前記第１のレーザ光の焦点に比べて高いレベルに位置する、請求項１または２に記載の抵抗器の製造方法。
   
4. 前記第２のレーザ光の前記焦点は、前記第１のレーザ光の前記焦点に比べて前記保護層の厚み分、高いレベルに位置する、請求項３に記載の抵抗器の製造方法。
   
5. 前記トリミング溝が、前記絶縁基板まで到達していない深さで前記抵抗体に形成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の抵抗器の製造方法。
   
6. 前記抵抗体は、Ｃｕ系合金箔で構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の抵抗器の製造方法。
   
7. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板に設けられた一対の電極と、
   前記絶縁基板に設けられて前記一対の電極を電気的に接続する抵抗体と、
   前記抵抗体の表面に設けられた保護層と、を有し、
   前記抵抗体が、その表面に形成されたトリミング溝、および、前記トリミング溝の幅方向の両側に形成されたドロス除去溝を備え、
   前記ドロス除去溝の溝幅が、前記トリミング溝に比べて狭い、抵抗器。
   
8. 前記ドロス除去溝の溝深さが、前記トリミング溝に比べて浅い、請求項７に記載の抵抗器。
   
9. 前記抵抗体は、Ｃｕ系合金箔で構成される、請求項７または８に記載の抵抗器。

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