(57)【要約】【課題】精度、安定性および電力操作などの特性が改善され、生産コストも小さい精密表面搭載型ホイルレジスターを提供する。【解決手段】このレジスターは平坦な上面および底面並びに両端を有する基板を具備してなる。更に、抵抗ホイルが基板の平坦底面に固定され、該平坦底面に亘って広がっている。非導電性の曲げプロテクタープレート部材が上記抵抗ホイル上に積層されている。半田部材が抵抗ホイルの少なくとも２つの領域に設けられ、印刷回路基板と電気的に接触している。この曲げプロテクターは半田部材接触領域より大きい厚みを有し、これら半田部材間に設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な上面および底面並びに両端を有する基板と、該基板の平坦底面に固定され、該平坦底面に亘って広がる抵抗ホイルと、該抵抗ホイルの少なくとも２つの領域に設けられ、該抵抗ホイルと接触する半田部材と、非導電性材料からなり、上記半田部材を覆うことなく該抵抗ホイル上に積層された曲げプロテクタープレート部材とを具備してなり、該曲げプロテクターは該抵抗ホイル上の半田部材の厚みより大きい厚みを有することを特徴とする精密表面搭載型ホイルレジスター。
【請求項２】
該半田部材が該抵抗ホイルの２つの領域にそれぞれ設けられた１つの半田ボールであり、該抵抗ホイルの他の部分はポリマーにより保護されていることを特徴とする請求項１記載のレジスター。
【請求項３】
該半田部材が該曲げプロテクタープレートの各端部に設けられた２つの離間する半田ボールであることを特徴とする請求項１記載のレジスター。
【請求項４】
該半田部材が該ホイル部材の２つの領域に設けられた長方形半田部材であることを特徴とする請求項１記載のレジスター。
【請求項５】
該半田部材が該曲げプロテクタープレートの各端部に設けられた２つの離間する長方形半田部材であることを特徴とする請求項１記載のレジスター。
【請求項６】
各半田部材の外方端部が該基板の両端から外方に向けて延出していることを特徴とする請求項５記載のレジスター。
【請求項７】
該接触子部材が、下方に延びた２つのＬ字型のものであって、該プロテクタープレート部材の各端部にて該基板の底から外側に向けて延びたものからなることを特徴とする請求項１記載のレジスター。
【請求項８】
ヒートシンク部材が該基板の上面に固定されていることを特徴とする請求項１記載のレジスター。
【請求項９】
平坦な上面および底面並びに両端を有する基板と、該基板の底面に固定され、該底面に亘って広がる抵抗ホイルと、非導電性材料からなり、外基板の底面の中央部から下方に向けて延びた曲げプロテクタープレート部材と、該プレート部材の両端に設けられ、該抵抗ホイルと接触する半田部材とを具備してなり、該半田部材は該曲げプロテクターの厚みより小さい厚みを有することを特徴とする精密表面搭載型ホイルレジスター。
【請求項１０】
平坦な上面および底面並びに両端を有する基板と、該基板の底面に固定され、該底面に亘って広がる抵抗ホイルと、外基板の底面の中央部から下方に向けて延びた金属性曲げプロテクタープレートと、該プレート部材の両端に設けられ、該抵抗ホイルと接触する半田部材とを具備してなり、該金属性曲げプロテクターは半田部材の厚みより大きい厚みを有し、半田部材とは接触しない状態に保たれていることを特徴とする精密表面搭載型ホイルレジスター。
【請求項１１】
該曲げプロテクタープレートがプラスチックからなることを特徴とする請求項１記載のレジスター。
【請求項１２】
該曲げ抵抗プレートが、エポキシ、セラミック、ガラスおよび金属から選ばれるものからなることを特徴とする請求項１記載のレジスター。
【請求項１３】
該抵抗ホイルが、ニッケル‐クロム合金からなり、厚みが１−２５ミクロンの範囲内のものであることを特徴とする請求項１記載のレジスター。
【請求項１４】
該基板が、セラミック、アルミナ、絶縁金属、ガラスおよびサファイアから選ばれるものからなることを特徴とする請求項１記載のレジスター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の技術的分野）
本発明は、米国特許Ｎｏ．３，４０５，３８１；Ｎｏ．３，５１７，４３６；Ｎｏ．３，７１８，８８３ ； Ｎｏ．４，１３６，６５６；Ｎｏ．４，１７２，２４９およびＮｏ．４，２８６，２４９に記載された汎用タイプの精密表面搭載型レジスターに関する。
【０００２】
（発明の背景）
抵抗電子部品を製造するための種々の技術の内、ホイル（箔）型レジスター製造技術は、非常にきちんとした抵抗公差のものを形成させ、それが最低抵抗温度係数（ＴＣＲ）を有することが知られている。このような装置は上記の米国特許に記載されているように、剛性基板に抵抗ホイルを接着させて抵抗チップを形成する方法で１９６３年以来、製造されてきた。このホイルはついで、写真蝕刻され、所望のオーム値および公差に到達するよう調整される。銅又は金ワイヤーリード又はリボンが機械的および電気的にチップに取着され、得られたアッセンブリーはプラスチックケースに包装され、又は被覆成形される。
【０００３】
表面搭載技術（ＳＭＴ）の出現により、成形された電子装置は、プラスチックケースから突出する平坦リードを用いて設計され、“かもめ型”、“Ｊ型”又は他の形に形成され、印刷回路基板（ＰＣＢ）上のパッドへの半田付けが容易になるようにしている。この技術は、“スルー・ホール技術”を部分的に取って代っている。これらのアッセンブリーはチップ自体よりも実質的に大きく、チップ自体の製造コストと比較して製造コストが高い。
【０００４】
このサイズを減少することが、ワイヤリング又は成形を必要としない“ラップ・アラウンド・メタライゼーション（ｗｒａｐ ａｒｏｕｎｄ ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）”でＳＭＴチップを設計することにより達成されている。これらのチップでは、基板の１側に抵抗ホイルが取着され、基板の他方の側の金属被覆およびその横面に電気的に接続される（図１参照）。
【０００５】
電子技術分野、主に半導体分野において、フリップチップと呼ばれる装置、又は半田ボールを介してＰＣＢに装着されたバンプ装置を製造することが知られている。しかし、このような装置はＮｉ−Ｃｒ合金精密ホイルレジスターに対しては使用されることはない。ホイルレジスターの高精密および安定性のため、歪み感度は非常に重要なファクターとなる。
【０００６】
このチップをＰＣＢに半田付けしたときは、抵抗変化およびレジスターは最早、公差の範囲ではなくなる。なぜならば、半田付けの間において、チップに歪みが加えられるからである。この変化は、２０ｘ１０−６ないし２００ｘ１０−６ｃｍ／ｃｍ歪みの大きさのものとなり、その結果、約４０ないし４００ｐｐｍΩ／Ωの抵抗変化となる。ホイルレジスターの殆どが１００ないし１０００ｐｐｍ（Ω／Ω）の公差で使用されるので、この種の変化は許容することはできない。更に、電圧区分について用いられる２抵抗値の割合の場合、その誤差は更に悪化する。
【０００７】
この歪みは、レジスターチップをＰＣＢへ搭載するときのチップの折り曲げに殆どの場合、起因する。この搭載時の応力および更なる保護およびＰＣＢへの半田付けに起因する応力により歪みが生じ、レジスター製造の間に達成された当初の公差が損なわれる。
【０００８】
更に、このチップをＰＣＢへ半田付けした後、このチップとＰＣＢとの間にエアギャップが生じ、このチップからＰＣＢへの熱伝導が損なわれる。従って、この熱伝導は主にパッドを介して行われることになる。もし、この熱伝導が改善されるならば、電力操作能力を著しく改善することができる。
【０００９】
従って、本発明の主たる目的は、精度、安定性および電力操作などの特性が改善され、生産コストも小さいチップレジスターを提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、チップをＰＣＢへ半田付けする間および半田付けした後における折り曲げに基本的に敏感でないチップであって、更にＰＣＢとの密着に優れ（エアギャップがなく）、良好な熱伝導が期待でき、良好な電力操作を達成し得るチップを提供することである。
本発明のこれら並びに他の目的については当業者にとって本明細書から明らかに理解できるであろう。
【００１１】
（発明の概要）
本発明は、ＰＣＢに半田付けにより直接的に取着されるＮｉ−Ｃｒ抵抗ホイルチップに関する。このチップは基本的にそれ自体の表面および厚みのみを占有するものであり、従来の“ラップ・アラウンド”又は成形体の構成からなるものと比較して、精密性、安定性、熱伝導、製造コストおよび大きさにおいて改善が可能となる。
【００１２】
このチップは、半田ボール又は半田タブ、および曲げプロテクタープレートを具備してなり、この曲げプロテクタープレートはチップをＰＣＢに半田付けした際にチップがＰＣＢと密着するようにしてチップ表面に適用され、この場合、抵抗ホイルはＰＣＢ側の表面にくるようにする。これにより、アッセンブリーの間およびＰＣＢへの半田付けの際における曲げに起因する歪みが抑制される。この曲げプロテクターは、界面の熱抵抗を減少させるためにＰＣＢに接着させることができる。製造コストが減少するとともに、空間および厚みの減少が図られる。各々の場合、上記ホイルは接着剤により基板へ接着され（図１ｂ、２ａおよび２ｂに示すように）、図１ｂ、２ａおよび２ｂのみに示すポリマーにより保護される。
【００１３】
（本発明の具体的説明）
以下、本発明を図面を参照して説明するが、これら図面中の寸法は実際のスケールに忠実に合わせたものではない。又、いずれの例においても、曲げプロテクターはコンタクトボール又はパッドよりも厚いものである。
【００１４】
従来のチップ１０が図１ａ、 図１ｂおよび図１ｃに示されている。このチップ１０は“ラップ・アラウンド・メタライゼーション”の特徴を有するもので、この場合、抵抗ホイル１１Ａは接着剤１１Ｂにより基板１２の一方の側に接着されていて、このホイルの側方、基板の反対側および基板の両側に設けられた金属被覆層と電気的に接続されている。更に、このホイルはポリマー１１Ｃにより保護されている。この構成は製造コストが高く、良好な熱伝導が得られない。
【００１５】
本発明の好ましい構成が図２ａおよび図２ｂに示されている。チップ１０Ａは基板１２を有している。抵抗ホイル１４の層は、接着剤１６の層により基板１２の底面に固定されている。図２ａに示すように、半田ボール１８は曲げプロテクター２０の両端の抵抗ホイル１４の両端近傍に配置されている。この曲げプロテクター２０は半田パッド（ボール）よりも厚みを大きくし、半田付け後においてＰＣＢとの良好な接触を確保する必要がある。図２ｂは、このプロセスの次の工程を示すもので、この場合、半田ボール１８は融解されて１８Ａを形成し、ＰＣＢ表面２２との密着が得られるよう移動し、曲げプロテクター２０とＰＣＢとの間の密着を可能にしている。半田ペーストが半田ボール１８と反対側のＰＣＢ表面２２に設けられ、チップ１０ＡをＰＣＢ表面２２に搭載するのを容易にしている。この接触は曲げプロテクター２０とＰＣＢとの間に薄い接着剤層を適用し、それを硬化させることにより向上させることができる。
【００１６】
本発明の第１の他の具体例の装置が図３ａおよび図３ｂに示されている。チップ１０Ｂは基板１２と、曲げプロテクター２０とを具備してなるが、図２ａに示す半田ボール１８の代わりに長方形の半田パッド２４が設けられている。図３ａおよび図３ｂに示す例では、特に図示していないが、ホイル層１１Ａおよび図１ｂに示す接着剤層１１Ｂ並びにポリマー層１１Ｃを有していてもよい。半田パッド２４がＰＣＢの半田ペーストと共に融解したとき、これらは図２ｂの半田１８Ａの場合と同様にして部材２０を取り囲むことになる。ホイル層１１Ａ、接着剤層１１Ｂ並びにポリマー層１１Ｃについての上記説明は図４ａ、４ｂ、図５ａ、５ｂ、図６ａ、６ｂ、および図７−１０に示す例にも適用される。
【００１７】
図４ａ、４ｂに示すチップ１０Ｃは本発明の第２の他の具体例を示すものである。このチップ１０Ｃは電流を感知するために４個の長方形半田接触子２６を用いた以外は、図３ａ、３ｂに示すチップ１０Ｂと同一である。
【００１８】
図５ａ、５ｂに本発明の第３の他の具体例であるチップ１０Ｅが示されている。図２ａで曲げプロテクター２０の各側方に単一の半田ボールが用いられているのに対し、図５ａ、５ｂでは４個のボール１８が用いられていて、その点で図２ａのものと異なるが、その他の構成は図２ａのものと同一である。
【００１９】
本発明の第４の他の具体例が図６にチップ１０Ｆとして示されており、この場合、長方形の接触子２８がチップの底面の外側に延出し、視覚による検査を容易にしている。
【００２０】
本発明の第５の他の具体例が図７にチップ１０Ｇとして示されており、この場合、可撓性のＬ形接触子３０が用いられ、温度変化に対する横方向の応力を回避するようにしている。
【００２１】
本発明の第６の他の具体例が図８にチップ１０Ｈとして示されており、これは図３ｂに示すチップ１０Ｂと類似しているが、このチップ１０Ｈの場合、金属製ヒートシンク３２が基板１２の上面に固定されている。
【００２２】
本発明の第７の他の具体例が図９にチップ１０Ｉとして示されており、これは図５ｂおよび図６ｂにそれぞれ示すチップ１０Ｄおよび１０Ｅと類似しているが、このチップ１０Ｉの場合、チップ１０Ｄおよび１０Ｅの曲げプロテクター２０の代わりに、狭い曲げストッパー３４が基板１２の底面の中央部に配置されている。
【００２３】
本発明の第８の他の具体例が図１０にチップ１０Ｊとして示されており、このチップ１０Ｊは図８のチップ１０Ｈと類似しているが、このチップ１０Ｈの曲げプロテクター２０の代わりに、金属性曲げプロテクター３６がチップ１０Ｊでは用いられている。
【００２４】
図２ａおよび図２ｂに示すチップ１０Ａの構成は以下の通りである：
チップは写真蝕刻したＮｉ−Ｃｒ合金ホイルを具備してなり、このホイルは硬直基板の一方の側に接着され、電気的接触のパッド領域を除いてポリマー層により保護されている。
２又はそれ以上の半田ボール、バンプ又は長方形片が上記ホイル上のパッド（図示しない）に取着されている。このパッドはホイルと半田との間の接着を良好にするためメッキしてもよい。
このホイルは曲げプロテクターとして作用するプラスチック層により覆われ、ＰＣＢへの搭載の際のチップの曲がりを防止している。この曲げプロテクターはチップ上の半田接触子より厚くなっている。
このチップはホイルがＰＣＢと対向するようにしてＰＣＢに搭載されている。
【００２５】
このチップのために使用される材料は以下の通りである：
ホイル：ニッケル−クロム合金であって、他の金属が微量含まれ、厚みは１ないし２５ミクロンである。パッドは金メッキによるものか、或いは半田を受理するため用意されたものである（パッド表面をエッチング又は研磨し、ニッケル、銅又は金によるメッキを施し；半田の接着を向上させるためパッドに金属をスパッタリング又は蒸着させることなど）。
基板：セラミック、アルミナ、ガラス、サファイア、絶縁を施した金属。
ＰＣＢ：エポキシ・ファイバーグラス、セラミック。
曲げプロテクター：厚み：チップが搭載されたとき、ＰＣＢの表面と同一面となるが（図２ｂ参照）、曲げプロテクターは搭載前では半田パッド又はボールよりも厚くなっている。この曲げプロテクター２０はプラスチック（エポキシ、シリコーン又はその他）、セラミック、金属からなる（金属が用いられた場合、半田との接触は避けるべきであるが、良好な熱伝導が得られる。図１０参照）。
【００２６】
熱の放散を良くするため、ＰＣＢに面していないチップ表面に金属製ヒートシンク３２が取着される。
【００２７】
このチップの製造は全てウエハ（又はプレート）の形態で行われ、この場合、多数のチップが同時に製造される（基板へのホイルの接着、ホト・エッチングおよびトリミングによる抵抗パターンの最終値の設定、ウエハを切断して別々のチップへ切り離す）。このプロセスは装置の製造コストを節減でき、この切断されたウエハ、個々のチップを手動で取り扱うことなく、あるいはリールその他に包装されることなく、そのまま直ちに取り上げられＰＣＢにチップのアッセンブリーとして配置される。
【００２８】
この構成によって得られる利点として以下のことを挙げることができる。
基本的チップそのものと同じサイズのより小さく、薄い装置が得られる。
成形、リードフレーム、金ワイヤー・ボンデング（又はリボン溶接）などを必要とせず、それにより材料費および人件費を減少することができ、より安価な装置を提供することができる。
装置を個々に取り扱う必要がなくなる。なぜならば、全てのプロセスをウエハ上（プレート上）で行うことができる。つまり、大きい基板へのホイルの接着、抵抗パターンの写真蝕刻、適正抵抗値へのトリミング、パッドのメッキ、曲げプロテクターの適用、個々のチップへのウエハの切断を行うことができ、その間、基板は、取り上げおよび配置操作の前に、シリコンウエハのような薄いプラスチックホルダーに取着される。切断状態に仕上げられたプレートは直ちに取り上げられ、ＰＣＢ上にアッセンブリーとして配置され、あるいは包装システムへ送られる。
【００２９】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、基本的に手で個々に触れられることなく製造することができる非常に薄く安価なチップを提供することができ、更にこのチップは曲げ抵抗にすぐれ、曲げに伴う問題を回避することができる。又、このチップは、ＰＣＢへの半田付け時における熱伝導に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１ａはラップ・アラウンド・メタライゼーションを有する従来のＳＭＤレジスターチップを示す平面図； 図１ｂは図１ａに示す装置の側面図；図１ｃは曲げプロテクターを有しない従来の装置であって、それ故、曲げ歪み応力に対し非常に敏感であり、熱伝導性の良くないものを示す側面図。
【図２】
図２ａはＰＣＢ上に搭載する前の本発明の装置を示す平面図； 図２ｂは図２ａに示す装置の側面図であってＰＣＢ上に半田付けした後の図。
【図３】
図３ａは本発明の第１の他の具体例の装置の底面を示す平面図； 図３ｂは図３ａに示す装置の側面図。
【図４】
図４ａは本発明の第２の他の具体例の装置であって、４個の接触部を有するものの底面を示す平面図； 図４ｂは図４ａに示す装置の側面図。
【図５】
図５ａは本発明の更に他の具体例の装置であって、４個のコンタクトボールを用いたものの底面を示す平面図； 図５ｂは図５ａに示す装置の側面図。
【図６】
ＰＣＢ上に搭載する直前の本発明の他の装置を示す側面図。
【図７】
ＰＣＢ上に搭載する直前の本発明の他の装置を示す側面図。
【図８】
ＰＣＢ上に搭載する直前の本発明の他の装置を示す側面図。
【図９】
ＰＣＢ上に搭載する直前の本発明の他の装置を示す側面図。
【図１０】
ＰＣＢ上に搭載する直前の本発明の他の装置を示す側面図。
【符号の説明】
１０Ａ          チップ
１２            基板
１４            抵抗ホイル
１６            接着剤
１８            半田ボール（パッド）
２０            曲げプロテクター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
2004519858.tif 000013
2004519858.tif 000014
2004519858.tif 000015
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2004519858.tif 000021
2004519858.tif 000022
2004519858.tif 000023
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2004519858.tif 000025
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【国際調査報告】
2004519858.tif 000027
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2004519858.tif 000029