(57)【要約】【課題】基板内蔵抵抗素子において、薄膜抵抗体と電極パッドとの接触信頼性を確保し、基板占有面積を抑え、かつ高い抵抗値を実現し、高周波通過特性に優れた抵抗素子を提供する。【解決手段】抵抗素子は、プリント基板上に形成した電極部分に接触する両端の接続部と、前記両端の接続部の間に所望の抵抗値を形成する抵抗部と、前記抵抗部と前記接続部の間に形成した抵抗傾斜部とを有する。前記抵抗部は、前記接続部より幅狭に形成される。前記抵抗傾斜部は、前記接続部から前記抵抗部に向かって漸次幅狭になるよう形成される。【選択図】図１
2006140406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板上に形成した電極部分に接触する両端の接続部と、
前記両端の接続部の間に所望の抵抗値を形成する抵抗部と、
前記抵抗部と前記接続部の間に形成した抵抗傾斜部と
を有する抵抗素子。
【請求項２】
前記接触部と、抵抗部と、抵抗傾斜を一体的に前記プリント基板上またはプリント基板内部に形成したことを特徴とする請求項１に記載の抵抗素子。
【請求項３】
前記抵抗部は、前記接続部より幅狭に形成され、前記抵抗傾斜部は、前記接続部から前記抵抗部に向かって漸次幅狭になるよう形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の抵抗素子。
【請求項４】
前記抵抗傾斜部が漸次幅狭になる傾斜角度は、３０°〜６０°であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の抵抗素子。
【請求項５】
前記抵抗傾斜部の側縁は、直線または曲線で形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の抵抗素子。
【請求項６】
プリント基板にプリント配線により形成した所定距離はなれた２つの電極部分と、前記２つの電極部分の間に請求項１乃至５のいずれか１項に記載の抵抗素子を形成したプリント基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は抵抗素子及びプリント基板に関し、特にプリント基板に形成したプリント基板内蔵抵抗素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板の内部に抵抗素子を埋め込みまたはプリント基板表面に抵抗素子を形成した内蔵抵抗素子は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１の抵抗素子を図８に示すように、プリント回路基板５１上に一定の間隔離れている一対の金属パッド５２、５２を形成し、この金属パッド５２、５２間に厚膜レジスタ５３を形成するものである。この特許文献１に記載の抵抗素子は、その抵抗値Ｒは以下の式によって計算される。
Ｒ＝ｒ×ｌ／ｗ×ｈ
ここで、ｒはシート比抵抗、ｌは抵抗素子の長さ、ｗは抵抗の幅、ｈは抵抗の厚さ
【特許文献１】特開２００４−２３０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に記載の抵抗素子は、細長い長方形状であるため大きい抵抗値を有する抵抗素子を形成することが困難である。即ち抵抗値を大きくするため抵抗素子を長く形成すると、プリント基板上の大きい面積を占有する。また抵抗素子の幅を狭く、または厚さを薄くすると、電極パッドとの接触面積が低下するために電極パッドの接触を十分に取れなくなる。或いは厚膜レジスタ５３を電気メッキして形成するときの製造上のばらつき等が原因となり、金属パッド５２、５２と厚膜レジスタ５３の接触部のメッキが欠落したり、プリント基板５１と厚膜レジスタ５３がストレス等のため剥離や分離をするために、電極パッドとの接触を十分に取れないことがある。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、抵抗素子と電極パッドの接触信頼性を確保しながら、基板占有面積が少なく、かつ高い抵抗値を実現し、更に高速伝送線路のダンピングへの適用を目的として、高周波伝送特性に優れた基板内蔵抵抗素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の抵抗素子は、プリント基板上に形成した電極部分に接触する両端の接続部と、前記両端の接続部の間に所望の抵抗値を形成する抵抗部と、前記抵抗部と前記接続部の間に形成した抵抗傾斜部を有し、この構造により前記課題を解決する。
また本発明の抵抗素子は、前記接触部と、抵抗部と、抵抗傾斜を一体的に前記プリント基板上またはプリント基板内部に形成したものである。
また本発明の抵抗素子は、前記抵抗部が、前記接続部より幅狭に形成され、前記抵抗傾斜部が、前記接続部から前記抵抗部に向かって漸次幅狭になるよう形成されるとよい。
また本発明の抵抗素子は、前記抵抗傾斜部が漸次幅狭になる傾斜角度が、３０°〜６０°であることが好ましい。特に４５°がよい。
また本発明の抵抗素子は、前記抵抗傾斜部の側縁を直線または曲線で形成するとよい。
更に本発明のプリント基板は、プリント配線により所定距離はなれて２つの電極部分を形成し、前記２つの電極部分の間に前記抵抗素子を形成するものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の抵抗素子は、両端に形成した接続部と、前記両端の接続部の間に所望の抵抗値を形成する抵抗部と、前記抵抗部と前記接続部の間に形成した抵抗傾斜部とを有するので、接続部を所定の大きさに形成することによりプリント基板の電極部との接触面積を大きくして、プリント基板の電極部と抵抗素子の接続部との接触信頼性を向上することができる。また抵抗部により所望の高抵抗値を得ることができる。更に抵抗傾斜部により接続部と抵抗部の急激な抵抗変化をなくし、優れた高周波領域の伝送特性を得ることができる。
また本発明は、前記接触部と、抵抗部と、抵抗傾斜を一体的に前記プリント基板上またはプリント基板内部に形成したので、プリント基板内蔵抵抗素子を実現することができる。
また本発明の抵抗素子は、前記抵抗部が、前記接続部より幅狭にして形成され、前記抵抗傾斜部が、前記接続部から前記抵抗部に向かって漸次幅狭になるよう形成するので、抵抗素子のパターンを所定形状にすることにより、容易に抵抗素子の形状を得ることができる。さらにこの構成により、電極パッドとの接触信頼性を確保しながら、基板占有面積を少なくして、かつ高い抵抗値を実現し、なおかつ高周波領域において通過特性に優れた基板内蔵抵抗素子を実現でき、優れた高周波通過特性から、高速伝送路への適用が可能となる。
【０００６】
また本発明の抵抗素子は、前記漸次幅が狭くなる角度は、３０°〜６０°であるので、高周波領域での伝送特性が優れている。特に４５°がよい。
また本発明の抵抗素子は、前記抵抗傾斜部の側縁が、直線または曲線で形成するので、インピーダンスの変化をスムーズにすることができ、かつ変化の割合を直線的でも曲線的でも任意に変化させることができる。
更に本発明のプリント基板は、プリント配線により２つの電極部分を形成し、前記２つの電極部分の間に前記抵抗素子を形成するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の抵抗素子は、図１に示すように、プリント基板１と、このプリント基板上に形成したプリント配線２と、このプリント配線２によって形成した抵抗素子との接続のための一対のパッド部３，３と、抵抗素子４からなる。図１のプリント配線２はパッド部３，３に近い部分だけを図示しているが、実際にはプリント基板１上を回路を形成するように配線される。本発明の抵抗素子４は、両端に形成した接続部４ａと、前記両端の接続部の間に所望の抵抗値を形成する抵抗部４ｂと、前記抵抗部４ｂと前記接続部４ａの間に形成した抵抗傾斜部４ｃとを有する。
本発明に使用されるプリント基板１は、絶縁特性を有する基板であり、ガラス繊維上にエポキシ樹脂がコートされたエポキシ−ガラス、ポリイミド、シアネートエステル、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）及びポリテトラフルオロエチレン系絶縁体などである。また、セラミック基板も使用可能である。
【０００８】
前記プリント基板１上に、一定の間隔で離れている少なくとも一対の金属パッド部３，３を形成する。金属パッド部３，３は、前記プリント基板１上の金属層、例えば銅層のような１５〜５５μｍの厚さを有する伝導性金属層をパターン化して形成する。パターン化の際に回路を形成するためのプリント配線と同時に金属パッド部が形成される。パターン化法は、プリント基板上に金属層を無電解メッキした後、電解メッキして金属層を積層し、次に、ドライフィルムまたはフォトレジストを前記金属層上に形成し、露光及び現像を経て所望しない金属層部分をエッチングする。その後、エッチングレジストとして作用した残存ドライフィルムを剥離することにより、プリント基板上に回路パターンを形成する。回路パターンはマイクロストリップラインである。この回路パターン化と同時に一対の金属パッド部３，３を形成する。
【０００９】
次に、前記金属パッド部３，３の間にレジスタペーストを塗布して厚膜レジスタを形成する。厚膜レジスタは前記金属パッドに電気的に連結されるように、金属パッド部３，３を部分的に覆いながら形成される。レジスタは、例えばカーボン系レジスタペーストをスクリーン印刷した後、熱硬化させることにより形成される。カーボン系レジスタはフィラー粒子が樹脂内に分散されており、所望のシート比抵抗を達成するようにフィラーの含量と樹脂の含量を適切に調節する。スクリーン印刷は、抵抗素子を形成する箇所に、図１の形状に開口テンプレートを形成したスクリーンをプリント基板上に位置させて、そのスクリーンをマスクとしてレジスタペーストで充填させる。その後、スクイーズブレードなどを使用して前記マスクの開口を介して前記基板の表面上に形成する。このようにスクリーン印刷されたレジスタペーストは、約１５０〜２５０℃の温度で熱硬化させ、約１５〜４０μｍの厚さを有する厚膜レジスタを形成する。厚幕レジスタの形成後、レーザスポット加工により抵抗調整する場合は、厚膜レジスタの抵抗値は目標抵抗値より大きくするのがよい。
またセラミックプリント基板に、サーメットのようなセラミックレジスタペーストを塗布し、約８５０℃〜９００℃で焼成することにより基板内蔵抵抗素子を内蔵してもよい。  その他にオメガプライ（商品名）のような薄膜抵抗物質を内蔵抵抗素子に使用してもよい。
【００１０】
以上のように抵抗素子を形成した後、抵抗素子及び金属パッドを外部環境から保護するために、ソルダーレジストまたはカバーコート層を形成させる。この際、ソルダーレジストまたはカバーコート層は約１５〜２５μｍの厚さに形成する。ソルダーコート層は、酸無水物変性エポキシアクリレート（紫外線硬化型樹脂）及びクレゾールノボラック型エポキシ樹脂またはイソシアヌレートエポキシ樹脂（熱硬化型樹脂）からなるバインダーまたはマトリックス成分；硫酸バリウム、タルク、シリカなどを単独或いは混用した無機質フィラー；及び２官能性以上のアクリルモノマー及びジシアンジアミド（ｄｉｃｙａｎｄｉａｍｉｄｅ）またはメラミン系の硬化剤成分を主成分とし、エーテル系またはアセテート系の溶媒、レベリング剤、消泡剤、分散剤などの添加剤、紫外線硬化触媒、顔料などを含有する。
【００１１】
本発明の抵抗素子は図１に示すようなパターン形状に形成する。このパターン形状は、プリント配線パッド部３，３との接続信頼性を確保するために幅を広くした第一の抵抗部４ａと、所望の高い抵抗値を実現するために幅を狭めた第二の抵抗部４ｂと、第一の抵抗部４ａと第二の抵抗部４ｂを接続する第三の抵抗部４ｃからなる。第三の抵抗部４ｃは抵抗素子の長さ方向に対して連続的に幅狭になるよう変化させ、インピーダンスの急変を極力抑え、かつ、第一の抵抗部４ａの幅とパッド部３，３の幅が等しいことを特徴とする。  第三の抵抗部４ｃが幅を変化させるために、その側縁は直線により形成し、その傾斜角度を３０°から６０°にする。側縁の傾斜は片側にのみ形成してもよい。側縁は任意の曲線でもよく、自然対数曲線でもよい。側縁の傾斜角度および曲線はスクリーン印刷する際の開口テンプレートの形状によって得ることができる。
これにより、薄膜抵抗素子４と，金属パッド部３，３との接触信頼性を確保しながら、基板占有面積が少なく、高い抵抗値を実現し、かつ高周波通過特性に優れた基板内蔵抵抗素子を提供することが可能となる。
【実施例１】
【００１２】
本発明による高速伝送信号のダンピング用の基板内蔵抵抗素子を用いた回路基板モデルＡの構造を図２に示す。プリント基板１１のサイズは縦長５．０ｍｍ、横長５．０ｍｍの方形、層構成は誘電体厚が８０μｍ、銅箔の厚みが１８μｍ、抵抗層の厚みが１．０μｍである。基板内蔵抵抗素子１４と銅箔によるマイクロストリップラインのような信号線１２がプリント基板１１の一方の面形成され、他方の面に、欠けのない一様な平面で形成され、抵抗値が０であるような理想的なグランドプレーンを有するとする。なお、誘電体であるプリント基板１１はガラス布―エポキシを基材とし、比誘電率が一様に４．７である。抵抗層は銅箔ニッケルとリンの合金による抵抗層を電気メッキにより形成し、例えばオメガプライ（商品名）のような導電率を１．０ｅ＋５Ｓ／ｍとした。このとき単位面積（１平方ミリメートル）あたりの抵抗値は１０Ωとなる。なお、銅箔による信号線１２とグランドプレーンの導体損失は考慮しない。
【００１３】
銅箔による信号線１２は入力側、出力側ともに幅が０．５ｍｍ、長さが２．０ｍｍである。抵抗素子１４と信号線１２の接触信頼性を確保するために幅を広めた第一の抵抗部１４ａの幅は入力側、出力側共に銅箔の幅と等しく０．５ｍｍ、長さが０．１２５ｍｍである。第二の抵抗部１４ｂは幅が０．１ｍｍ、長さが０．３５ｍｍであり、第一の抵抗部１４ａと第二の抵抗部１４ｂを接続する第三の抵抗部１４ｃは抵抗体の長さ方向に対して幅が線形的に減少しており、その減少角度は４５゜である。このように抵抗体幅を線形的に減少させることにより第一の抵抗部１４ａと第二の抵抗部１４ｂの間の特性インピーダンスを徐々に変化させることが可能となり、抵抗内でのインピーダンスの急激な変動を抑えることができる。
次に本発明による効果を実証するために行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションは３次元電磁界解析ソフトウェアを用いて行った。該３次元電磁界解析ソフトウェアは有限積分法を用いて解析モデルの電磁界を計算し、観測点における反射特性や通過特性を求めることが可能である。
（比較例）
【００１４】
回路基板モデルＢは、図３に示すようにプリント基板１１上に薄膜抵抗体３４を、銅箔による信号線１２との接触信頼性を確保するために幅を広くした第一の抵抗部３４ａと、基板占有面積を抑えながら高い抵抗値を実現するために薄膜抵抗体の幅を縮小した第二の抵抗部３４ｂを直接接続した基板内蔵抵抗素子である。つまり第三の抵抗部を形成する抵抗傾斜部が形成されていない。回路基板モデルＢの銅箔による信号線１２との接続信頼度を確保するために抵抗体の幅を広く取っている第一の抵抗部３４ａは入力側、出力側ともに幅が０．５ｍｍ、長さが０．２５ｍｍである。高い抵抗値を実現する抵抗部４４は幅が０．１ｍｍ、長さが０．５ｍｍである。
【実施例２】
【００１５】
回路基板モデルＣは、図４に示すように第三の抵抗部４４ｃの傾斜角度が３０゜である。第二の抵抗部４４ｂの幅は０．１ｍｍであり、第一の抵抗部４４ａの長さは入力側、出力側共に０．０７６５ｍｍである。
【実施例３】
【００１６】
回路基板モデルＤは、図５に示すように第三の抵抗部５４ｃの傾斜角度が６０゜である。
第二の抵抗部５４ｂの幅は０．１ｍｍであり、第一の抵抗部５４ａの長さは入力側、出力側共に０．１９５ｍｍとなっている。
【００１７】
なお、図２〜５の回路基板モデルＢ、Ｃ、Ｄにおいてプリント基板１１のサイズ、層構成、比誘電率抵抗層の導電率及び信号線１２の幅と長さは回路基板モデルＡと同等とした。また回路基板モデルＡ〜Ｄの抵抗体はいずれも直流成分に対する抵抗値が等しくなるよう各々の形状を考慮した。すなわち、第一の抵抗部の幅、および第二の抵抗部の幅を回路基板モデルＡ〜Ｄとも同一にし、また抵抗素子全体の長さも同一にする。更に第三の抵抗部はそれぞれの回路基板モデルの傾きを持つように形成し、そのため第三の抵抗部の長さが異なるので、第一の抵抗部と第二の抵抗部の長さの割合をシミュレーションにより変化させることにより、直流成分に対する抵抗値が同一になるようにした。
【００１８】
この計４つの回路基板モデルについて解析し、各々の入力側における反射特性と出力側における通過特性を比較して発明の効果の検証を行った。
シミュレーションにより各々の基板モデルの入力側より電力を供給し、入力側における反射特性と出力側における通過特性を解析した。各々の３００ＧＨｚまでの反射特性を図６、通過特性を図７に示す。高周波数領域において通過特性が高く、反射特性が低いほど、基板内蔵抵抗の高周波数領域における伝送特性が優れている。
【００１９】
図７の通過特性において、全領域にわたって回路基板モデルＡが回路基板モデルＢを上回っていることがわかる。また、図６の反射特性において、第三の抵抗体の部分の特性インピーダンスの変化のために、１５０ＧＨｚ近辺で落ち込みが見られるが、共振周波数のずれから回路基板モデルＡが回路基板モデルＢよりも若干反射が多く見られるものの、それ以外の周波数領域においては回路基板モデルＡの方が反射が少ない。回路基板モデルＡと回路基板モデルＤを比較すると通過特性では全領域に渡り回路基板モデルＡの方が高く、反射特性においても１５０ＧＨｚの共振周波数近辺でわずかに逆転が見られるが全体では回路基板モデルＡの方が反射が少ない。回路基板モデルＡと回路基板モデルＣを比較すると、通過特性は全領域に渡り回路基板モデルＣが上回るがその差は１ｄＢ程度である。反射特性では共振の影響で２００ＧＨｚ付近で回路基板モデルＡの方が反射が多いが、全体に渡っては同等である。回路基板モデルＣは回路基板モデルＡに比べ第三の抵抗部の幅の減少角度が少ないため伝送特性で上回るが、第二の抵抗部の長さが短くなってしまうため高い抵抗値を実現することが不可能である。これにより、本発明による基板内蔵抵抗素子が少ない基板占有面積で高い抵抗値を実現し、なおかつ、高周波領域における伝送特性に優れていることが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明における抵抗素子の構成を示す図である。
【図２】本発明の抵抗素子をシミュレーションする回路基板モデルＡの説明図である。
【図３】シミュレーションに使用した回路基板モデルＢの説明図である。
【図４】シミュレーションに使用した回路基板モデルＣの説明図である。
【図５】シミュレーションに使用した回路基板モデルＤの説明図である。
【図６】回路基板モデルＡ〜Ｄの反射特性を表すシミュレーション図である。
【図７】回路基板モデルＡ〜Ｄの通過特性を表すシミュレーション図である。
【図８】従来技術の抵抗素子を説明する図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    プリント基板
３    電極パッド部
４    抵抗素子
４ａ    接続部
４ｂ    抵抗部
４ｃ    抵抗傾斜部
１４    抵抗素子
１４ａ    第一の抵抗部
１４ｂ    第二の抵抗部
１４ｃ    第三の抵抗部
【図１】
2006140406.tif 000003
【図２】
2006140406.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006140406.tif 000008
【図７】
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【図８】
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