JP7621753B2

JP7621753B2 - 回路基板

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Publication number: JP7621753B2
Application number: JP2020133049A
Authority: JP
Inventors: 敏志鐘ヶ江
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2025-01-27
Anticipated expiration: 2040-08-05
Also published as: DE102021120375A1; CN114068813A; US20220044849A1; US11562837B2; JP2022029649A

Description

この発明は、絶縁基板上に薄膜抵抗体を備えた回路基板に関する。

薄膜抵抗器に適用される回路基板は、蒸着やフォトリソグラフィ技術により、所定のパターンを有する薄膜抵抗体を備える。薄膜抵抗体は、繰り返し折り返したパターン（ミアンダパターンとも呼ばれる）で形成されている（特許文献１を参照）。薄膜抵抗体の両端には、電極が電気的に接続されている。

特開２００９－１３０１７４号公報

ところで、従来の薄膜抵抗体においては、高電位の電極付近で電界強度が高くなり、この結果、抵抗値の経時変化が大きくなることで、製品寿命が短くなる問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、特に、高電位の電極付近の電界強度を低減することが可能な回路基板を提供することを目的とする。

本発明は、絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に配置された薄膜抵抗体及び前記薄膜抵抗体の両側に電気的に接続された電極と、を有する回路基板であって、前記薄膜抵抗体は、抵抗配線が繰り返し折り返されたパターンで形成されており、電位の高い電極側に、電界強度を低減させるためのダミー配線が形成されており、前記ダミー配線は、前記抵抗配線及び／または前記電極と電気的に接続されるとともに、前記電極間の前記折り返されたパターンから前記電位の高い電極側で前記パターンと平行に延出し、その延出方向に前記抵抗配線と対向しない終端が設けられている、ことを特徴とする。

本発明では、前記ダミー配線は、前記抵抗配線の折り返しパターンに連続して形成されていることが好ましい。例えば、前記ダミー配線は、前記折り返しパターンの最外に位置する前記抵抗配線から外側に折り返して形成されている形態を例示できる。

また、本発明では、前記ダミー配線は、前記抵抗配線から分岐して形成されていることが好ましい。例えば、前記ダミー配線は、前記抵抗配線の折り返し頂部から分岐して形成されている形態を例示できる。

本発明では、前記ダミー配線は、複数本、設けられることが好ましい。

本発明では、高電位電極側に、ダミー配線を配置することで、電界強度を低減することが可能になる。これにより、抵抗値の経時変化を小さくすることができ、製品の高寿命化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態における薄膜抵抗体の平面図である。図１の薄膜抵抗体の一部を拡大した部分拡大平面図である。（ａ）は、図１の点線で囲った部分を拡大した部分拡大平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す電位・電界強度の測定線上の電位分布図であり、（ｃ）は、電界強度分布図である。本発明の第２の実施の形態における薄膜抵抗体の平面図である。（ａ）は、図４の点線で囲った部分を拡大した部分拡大平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す電位・電界強度の測定箇所における電位分布図であり、（ｃ）は、電界強度分布図である。実施例と比較例の耐湿負荷寿命試験における評価時間とΔＲとの関係を示すグラフである。本実施の形態の回路基板を備えた薄膜抵抗器の部分断面図である。比較例における薄膜抵抗体の平面図である。

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

本実施の形態における回路基板は、チップ抵抗器や、抵抗ネットワーク等に適用され、例えば、本実施の形態における回路基板を備えた薄膜抵抗器１０は、図７に示す断面図を有する。

図７に示すように、符号２は、絶縁基板であり、絶縁基板２の表面に、抵抗配線が繰り返し折り返されたパターンからなる薄膜抵抗体１が形成されている。薄膜抵抗体１の両端には、幅広部１ｅ、１ｆが形成されている。そして、幅広部１ｅ、１ｆの表面に夫々、電極３ａ、３ｂが形成されており、薄膜抵抗体１と電極３ａ、３ｂとは電気的に接続されている。図７に示すように、各電極３ａ、３ｂと、各端子１１とが、ワイヤ１２を介して電気的に接続されている。絶縁基板２の裏面には、ダイパッド１３が設けられる。端子１１とダイパッド１３とでリードフレームを構成する。

なお、絶縁基板２、薄膜抵抗体１及び電極３ａ、３ｂを含めて回路基板９を構成する。

図７に示すように、薄膜抵抗体１及び電極３ａ、３ｂの表面は、保護膜１４で覆われている。更に、端子１１を除いて、薄膜抵抗器１０を構成する各部材がモールド樹脂１５で覆われている。

材質を限定するものではないが、絶縁基板２は、例えば、電気絶縁性を有するアルミナ焼結体等のセラミックスからなる。また、薄膜抵抗体１は、例えば、酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）や、Ｃｕ－Ｎｉ等からなる。端子１１は、リフローはんだが可能な材質で形成される。電極３ａ、３ｂは、薄膜抵抗体１よりも電気導電性に優れた導電性材料で形成される。保護膜１４及びモールド樹脂１５は、例えば、エポキシ系絶縁樹脂等で成形される。

なお、図７には、本実施の形態の特徴であるダミー配線（後述）の図示を省略した。

＜比較例における薄膜抵抗体の概要＞
図８は、比較例における薄膜抵抗体の平面図を示す。ここで、図８に示すＸ方向及びＹ方向は、絶縁基板の表面内にて直交する２方向を示す。

薄膜抵抗体１は、図７に示す絶縁基板２の表面に形成されるものであり、絶縁基板２とともに回路基板９を構成するが、図面では、絶縁基板２を省略し、薄膜抵抗体１のみ図示した。

図８に示すように、薄膜抵抗体１は、抵抗配線が、Ｙ方向に延出するとともに、Ｘ方向に所定の間隔を開けて対向するように交互に折り返した折り返しパターン１ａを備え、折り返しパターンの両端には、配線幅よりも幅が広い幅広部１ｅ、１ｆが形成される。そして、各幅広部１ｅ、１ｆの表面に、夫々、電極３ａ、３ｂが形成されている。図８に示すように、電極３ａ、３ｂは、Ｘ方向に離れた位置に配置されている。

なお、図８に示すように、電極３ｂ（幅広部１ｆ）と折り返しパターン１ａの間には、抵抗値調整用の抵抗パターン４が設けられている。

＜比較例における薄膜抵抗体の問題点＞
折り返しパターン１ａを間に挟んで、Ｘ方向の両端に離れた第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間には、例えば、数百Ｖ～数千Ｖにもなる高電圧が印加される。このため、高電位の電極（以下、高電位電極と称する）付近では、急激に電位が低下し、電界強度が非常に高くなる。その結果、高電位電極付近では腐食が生じやすく、抵抗値の経時変化が大きくなる問題が生じた。

＜第１の実施の形態における薄膜抵抗体の概要＞
そこで、本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、高電位電極付近に、電界強度を低減させるためのダミー配線を設けることで、急激な電位の低下を緩和して、高電位電極付近の電界強度を、図８の比較例に比べて、低減させることを可能とした。その結果、高電位電極付近の腐食を抑制でき、比較例に比べて、抵抗値の経時変化を小さくすることが可能になった。

図１は、第１の実施形態における薄膜抵抗体の平面図である。図１に示すように、薄膜抵抗体１は、抵抗配線５が、Ｙ１－Ｙ２方向に延出するともに、Ｙ１－Ｙ２方向に直交するＸ１－Ｘ２方向に、所定の間隔を開けて繰り返し折り返す、一本の折り返しパターン１ａで形成されている。ここで、ターン数や抵抗配線５のＹ１－Ｙ２方向への延出長さは、必要とされる抵抗値に応じて、種々変更することができる。

薄膜抵抗体１は、図７に示す絶縁基板２の表面に形成されるものであり、絶縁基板２とともに回路基板９を構成するが、図面では、絶縁基板２を省略し、薄膜抵抗体１のみ図示した。なお、図４においても同様である。

図１に示すように、抵抗配線５のＸ１－Ｘ２方向の両端には、抵抗配線５の線幅よりも幅が広い幅広部１ｅ、１ｆが、折り返しパターン１ａと一体に形成されている。すなわち、幅広部１ｅ、１ｆは、抵抗配線５の延出方向であるＹ１－Ｙ２方向に対して直交するＸ１－Ｘ２方向に離れて配置されている。図１に示すように、第１の幅広部１ｅは、折り返しパターン１ａの図示Ｘ１側の最外に位置する抵抗配線５ａのＹ１側先端に設けられる。一方、図示Ｘ２側に位置する第２の幅広部１ｆは、折り返しパターン１ａのＸ２側端部に抵抗値調整用の抵抗パターン４を介して設けられている。抵抗パターン４は、折り返しパターン１ａ及び幅広部１ｆと一体に形成される。抵抗パターン４の形状や形成場所は、任意に変更可能である。抵抗パターン４をトリミングすることで抵抗調整を行うことができる。

図１に示すように、第１の幅広部１ｅの表面には、第１の電極３ａが形成されており、第２の幅広部１ｆの表面には、第２の電極３ｂが形成されている。これにより、電極３ａ、３ｂは、抵抗配線５の延出方向であるＹ１－Ｙ２方向に対して直交するＸ１－Ｘ２方向に離れて配置されている。限定するものではないが、各電極３ａ、３ｂは、各幅広部１ｅ、１ｆよりも多少、小さい面積で形成されている。

抵抗配線５及び電極３ａ、３ｂは、いずれも、スパッタや蒸着法で抵抗膜及び電極膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定のパターン形状に形成することができる。

図１に示すように、抵抗配線５のＹ１－Ｙ２方向への延出長さは、図示Ｘ２側から図示Ｘ１方向に向けて、段階的に短くなっている。この実施の形態では、図示Ｘ１側であって、図示Ｙ１側にスペースが空くように、抵抗配線５の延出長さを短くしている。これにより、空いたスペースに第１の幅広部１ｅ及び第１の電極３ａを効率的に配置することができる。

図２は、図１に示す折り返しパターン１ａの一部（特に、折り返し頂部付近）を示しているが、図２に示すように、折り返しパターン１ａを構成する抵抗配線５の折り返し頂部５ｂ間に、抵抗調整用の抵抗パターン１６が一体的に接続されていてもよい。抵抗パターン１６をトリミングすることで抵抗調整を行うことができる。この抵抗パターン１６は、図１に示す折り返しパターン１ａのうち、図示Ｙ２側にて折り返される抵抗配線５の折り返し頂部５ｂや、図示Ｙ１側にて折り返される抵抗配線５の折り返し頂部５ｂに設けることができる。ただし、図示Ｙ１側では、抵抗パターン１６を、抵抗配線５の延出長さが段階的に短く第１の電極３ａに近い抵抗配線５に設けず、抵抗配線５の延出長さが長く第１の電極３ａから離れた抵抗配線５の折り返し頂部５ｂに配置することが好ましい。これにより、トリミングによる抵抗調整を行いやすくなる。

本実施の形態では、図１に示すように、折り返しパターン１ａの図示Ｘ１側の最外に位置する抵抗配線５ａから第１の幅広部１ｅを介して連続するダミー配線６が形成されている。ダミー配線６は、抵抗配線５ａの外側に折り返されている。

本実施の形態では、ダミー配線６を、高電位側の電極である第１の電極３ａ付近に形成することで、電位の低下を緩和し、電界強度を低減することが可能になる。

図１では、ダミー配線６を、最外に位置する抵抗配線５ａの外側に折り返したが、内側に折り返してもよい。ただし、外側に折り返したほうが、ダミー配線６の形成スペースに余裕があり、ダミー配線６の形成を容易にでき、また、ダミー配線６を、抵抗配線５ａと同等の長さで形成でき、電界強度をより効果的に低減することができる。なお、ダミー配線６を、抵抗配線５ａの外側と内側の双方に設けてもよい。

また、ダミー配線６の線幅を限定するものではないが、この実施の形態では、ダミー配線６の線幅を、抵抗配線５ａの線幅とほぼ同等としている。

＜第２の実施の形態における薄膜抵抗体の概要＞
次に、図４を用いて、第２の実施の形態における薄膜抵抗体のパターンについて説明する。

図４に示す実施の形態では、ダミー配線７、８が、折り返しパターン１ａを構成する抵抗配線５から分岐して形成されている。なお、ダミー配線７、８を、以下では、分岐型ダミー配線７、８と称することとする。

図４に示すように、分岐型ダミー配線７、８は、高電位電極である第１の電極３ａ付近に設けられており、本実施の形態では、第１の電極３ａとＸ１－Ｘ２方向に対向する位置まで延出して形成されている。また、分岐型ダミー配線７、８は、いずれも、抵抗配線５の折り返し頂部５ｂからＹ１方向に分岐して形成される。また、抵抗配線５のＹ１－Ｙ２方向への延出長さを、図示Ｘ１方向に向けて、段階的に短くしたことで、第１の電極３ａ付近には、スペースが生じている。したがって、このスペースを利用して、分岐型ダミー配線７、８を、抵抗配線５の折り返し頂部５ｂから分岐させ、且つ第１の電極３ａとＸ１－Ｘ２方向に対向する位置まで延出形成することができる。これにより、分岐型ダミー配線７、８を無理なく且つ電界強度の低減効果を効果的に発揮できるように、形成することが可能である。

本実施の形態では、分岐型ダミー配線７、８を、高電位側の電極である第１の電極３ａ付近に形成することで、電位の低下を緩和し、電界強度を低減することが可能になる。

図４の実施の形態では、図１と同様に、折り返しパターン１ａの最外に位置する抵抗配線５ａの外側に、ダミー配線６を折り返し形成している。これにより、より効果的に、電位の低下を緩和でき、電界強度を低減することが可能になる。

ただし、図４において、ダミー配線６を設けず、分岐型ダミー配線７、８のみ設ける形態としてもよい。

また、図４に示す分岐型ダミー配線７、８は、抵抗配線５の折り返し頂部５ｂから、抵抗配線５とほぼ同じ線幅で分岐し、第１の電極３ａとＸ１―Ｘ２方向で対向する部分では、線幅を広く形成しているが、分岐型ダミー配線７、８の線幅を限定するものではない。

また、ダミー配線を、複数本設けることが、より効果的に、電位の低下を緩和でき、電界強度を低減することが可能になり、好適である。

以下、図１及び図４に示す実施の形態の点線で囲った部分の電位分布及び電界強度分布を説明する。

＜電位分布及び電界強度分布＞
図３（ａ）は、図１に示す点線で囲った部分を拡大して示したものである。図３（ａ）には、折り返しパターン１ａの最外に位置する抵抗配線５ａと、抵抗配線５ａの外側に間隔を開けて折り返されたダミー配線６とが、示されている。

図３（ｂ）は、電極３ａ、３ｂ間に、１０００Ｖの電圧を印加したときの電位分布を示す。なお、図３（ｂ）の電位分布は、図３（ａ）に一点鎖線で示した電位測定箇所での分布図である。

図３（ｂ）に示す実線は、ダミー配線６を備えた実施例の電位分布図であり、点線は、図８の比較例におけるダミー配線６なしの電位分布図である。図３（ｂ）に示すように、比較例では、抵抗配線５ａの両側で急激に電位が低下していることがわかった。一方、実施例では、ダミー配線６を設けたことで、ダミー配線６の形成位置での電位を上げることができ、比較例に比べて、抵抗配線５ａの両側での電位低下を効果的に緩和できることがわかった。

図３（ｃ）は、電界強度分布を示す。なお、図３（ｃ）の電界強度分布は、図３（ａ）に一点鎖線で示した電界強度測定箇所での分布図である。図３（ｃ）に示す実線は、ダミー配線６を備えた実施例の電界強度分布図であり、点線は、図８の比較例におけるダミー配線６なしの電界強度分布図である。

図３（ｃ）に示すように、実施例では、比較例よりも電界強度を低減でき、このシミュレーション結果では、比較例に比べて電界強度を約３９％、低減できることがわかった。

次に、図５（ａ）は、図４に示す点線で囲った部分を拡大して示したものである。図５（ａ）には、第１の電極３ａと、抵抗配線５と、第１の電極３ａ及び抵抗配線５の間に位置する分岐型ダミー配線７、８とが、示されている。

図５（ｂ）は、電極３ａ、３ｂ間に、１０００Ｖの電圧を印加したときの電位分布を示す。なお、図５（ｂ）の電位分布は、図５（ａ）に一点鎖線で示した電位測定箇所での分布図である。

図５（ｂ）に示す実線は、分岐型ダミー配線７、８を備えた実施例の電位分布図であり、点線は、図８の比較例における分岐型ダミー配線７、８なしの電位分布図である。図５（ｂ）に示すように、比較例では、第１の電極３ａ付近で急激に電位が低下していることがわかった。一方、実施例では、分岐型ダミー配線７、８を設けたことで、分岐型ダミー配線７、８の形成位置での電位を上げることができ、比較例に比べて、第１の電極３ａ付近の電位低下を効果的に緩和できることがわかった。

図５（ｃ）は、電界強度分布を示す。なお、図５（ｃ）の電界強度分布は、図５（ａ）に一点鎖線で示した電界強度測定箇所での分布図である。図５（ｃ）に示す実線は、分岐型ダミー配線７、８を備えた実施例の電界強度分布図であり、点線は、図８の比較例におけるダミー配線なしの電界強度分布図である。

図５（ｃ）に示すように、実施例では、比較例よりも電界強度を低減でき、このシミュレーション結果では、比較例に比べて電界強度を約３６％、低減できることがわかった。

＜改善効果について＞
次に、本実施例の改善効果について説明する。図６は、実施例と比較例の耐湿負荷寿命試験における評価時間とΔＲとの関係を示すグラフである。実施例は、図４に示す薄膜抵抗体を用いて実験を行った。また、比較例は、図８に示す薄膜抵抗体を用いて実験を行った。

実験では、印加電圧を１０００Ｖにし、また、温度８５℃、湿度８５％の環境下で、抵抗値の経時変化を測定した。

図６に示すように、実施例のほうが比較例に比べて抵抗値変化を小さくできることがわかった。これは、実施例のほうが比較例に比べて、電界強度を低減することができ、腐食を抑制できるためである。このように、実施例では、抵抗値変化を小さくでき、長寿命化を促進できることがわかった。

実験によれば、比較例においてイオンマイグレーションは生じておらず、金属の腐食が問題であった。実験で使用した抵抗パターンは、抵抗配線が繰り返し折り返された折り返しパターンの両側に電極が配置された構造である。そして、抵抗配線は、Ｙ１－Ｙ２方向に延出するとともにＹ１－Ｙ２方向に直交するＸ１－Ｘ２方向に間隔を開けて繰り返し折り返し、電極は、Ｘ１－Ｘ２方向の両側に離れて配置される。このようなパターン配置においては、電極間に高電圧が印加された際、高電位電極付近での電界強度の増大に伴い、金属の腐食が問題となる。そこで、本実施例では、電界強度の低減を図るためのダミー配線を、高電位電極付近に設けて、腐食の発生を抑制した。

本発明の薄膜抵抗体では、電界強度を低減でき、抵抗値の経時変化を小さくすることができる。本発明の薄膜抵抗体を有する回路基板を、チップ抵抗器や、抵抗ネットワーク等に適用することができる。

１薄膜抵抗体
１ａ折り返しパターン
１ｅ、１ｆ幅広部
２絶縁基板
３ａ、３ｂ電極
４、１６抵抗パターン
５、５ａ抵抗配線
５ｂ折り返し頂部
６ダミー配線
７、８分岐型ダミー配線
９回路基板
１０薄膜抵抗器
１１端子
１２ワイヤ
１３ダイパッド
１４保護膜
１５モールド樹脂

Claims

絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に配置された薄膜抵抗体及び前記薄膜抵抗体の両側に電気的に接続された電極と、を有する回路基板であって、
前記薄膜抵抗体は、抵抗配線が繰り返し折り返されたパターンで形成されており、
電位の高い電極側に、電界強度を低減させるためのダミー配線が形成されており、
前記ダミー配線は、前記抵抗配線及び／または前記電極と電気的に接続されるとともに、前記電極間の前記折り返されたパターンから前記電位の高い電極側で前記パターンと平行に延出し、その延出方向に前記抵抗配線と対向しない終端が設けられている、
ことを特徴とする回路基板。
前記ダミー配線は、前記抵抗配線の折り返しパターンに連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
前記ダミー配線は、前記折り返しパターンの最外に位置する前記抵抗配線から外側に折り返して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
前記ダミー配線は、前記抵抗配線から分岐して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
前記ダミー配線は、前記抵抗配線の折り返し頂部から分岐して形成されていることを特徴とする請求項４に記載の回路基板。
前記ダミー配線は、複数本、設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の回路基板。