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 0402サイズチップ抵抗器の開発状況

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はじめに  
 

 近年の電子機器の小型・薄型・高機能化に伴って、それらに使用される電子部品や、実装技術も飛躍的に進歩している。携帯電話やデジタルカメラを中心とするモバイル機器やノートパソコン等では小型・高機能化が特に進んでいる分野であり、これらを構成する電子部品の小型化や高密度実装技術の開発が加速している。

  これを受けて、部品の一層の小型化が進められており、半導体デバイスにおける小型・薄型の高密度パッケージの開発、回路部品では0402サイズの極小チップ部品の開発が加速 1)2) しているのがその表れである。
(図−1)

チップ動向 
 

 また、部品の実装技術においても、実装面積削減のため、複数チップのワンパッケージ化や、はんだフィレットレス実装の実用化、チップマウンターでは、変種変量生産への対応が可能な小・中型中速機であるモジュラータイプの開発、導入が進んでいる。

  部品実装性能でも、0603チップサイズで0.1mm間隔の狭隣接実装技術開発が進み、0402サイズのチップ部品では、さらに0.08mm、0.06mmの狭隣接実装技術の開発が進められている。

  また、環境問題の高まりから、はんだの鉛フリー化や、部品の鉛フリー化が加速している。 この様に、関連する技術開発が平行して進められた結果、機器の小型化・高機能化が順次実現してきた。そして、今後もこの趨勢は当分継続するであろう。

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0402チップ抵抗器の開発  
 


0402サイズチップ抵抗器  
写真−1.0402サイズチップ抵抗器

チップ抵抗器の構造
図−2.チップ抵抗器の構造

実装面積の削減率
図−3.実装面積の削減率

部品寸法精度
図−4.部品寸法精度


 携帯電話やデジタルカメラを中心とするモバイル機器やノートパソコン等では小型・高機能化が特に著しい分野であり、VCO、RFモジュール、PAなどで更なる部品のダウンサイジング要求が強まってきている。
  これに呼応して、KOAではこれらの 携帯機器を中心とした小型・薄型・ 低背化の要求に対応するべく、いち早く業界最小となる0402タイプチップ抵抗器を開発し、他に先駆けて2001年のCEATEC JAPANで世に問いかけた。(写真−1,図−2)

 0402チップ抵抗器の仕様は、抵抗値範囲は10Ω〜1MΩをカバー(E24)し、抵抗温度係数は±250ppm/K、定格電力0.03Wである。
(表−1)

 チップ寸法は、0.4mm×0.2mm×0.12mm(L×W×t)と極小サイズであり、占有面積は、0603チップ抵抗器に比して約50%削減することができる。
(図−3)
 抵抗体材料は、メタルグレーズ系厚膜材料を使用しておリ、耐候性、耐久性に優れている。

  ただし、この商品は単なる従来のチップ抵抗器のダウンサイジングにより実現されたものではない。我々が、 これまでの小型化の限界を打ち破るべく、 いくつかの技術のブレイクスルーとノウハウの集結によって誕生させたものである。
  以下に、今回の超小型チップ抵抗器製品化におけるキーポイントを述べる。

 厚膜のチップ抵抗器は、セラミック基板上に内部導体である銀系の電極及びグレーズ系の抵抗体を形成し、一定の焼成温度にて複数回の焼成工程を経て、所定の電気特性を得る製品である。

 従来製品よりさらに電極、抵抗体の形成面積が制限される中で、所定の特性を得るためには、抵抗体の体積、電極間距離を一定化することが必要である。我々は、最適設計のためにシミュレーション技術を活用し、導体、抵抗体、保護コート等における各設計パターンの最適化とファイン化を行い、それらを再現性高く得ることができる独自の微細パターン印刷技術を確立した。

 また、パターン皮膜の焼成工程では、成膜された各パターンが個別の収縮挙動を見せる。パターンの小型化が進むことにより、皮膜内に残る残留応力が製品特性に大きく影響を与えることを確認した我々は、チップ抵抗器皮膜内の残留応力を制御する焼成プロファイルを確立し、維持管理している。

 さらに、他にも厳しい寸法精度を実現するために、従来までのチョコレートブレイク方式から、新たに他の製品等で培ってきたダイシング方式を応用した分割技術を開発し、高寸法精度と高い製品形状の安定性を実現した。このダイシング方式では、基板へのストレスによるクラック発生、ダイシングブレードの磨耗、製品固定の段取り時間等、従来のダイシング方式での諸課題を独自技術で解決し、高寸法精度、高品質と大幅な生産性向上を実現している。(図−4)

 さらに、端面電極付与においては薄膜技術を活用、電極メッキでは、従来のバレルメッキ方式とは全く異なる新方式のメッキ工法を採用するなど、数々の技術課題をブレイクスルーすると共に、これらの新規技術を長年の製造技術と融合させ製品化を実現した。


 
型名
定格電力
抵抗値(Ω)
抵抗値許容差
抵抗温度係数
Type
Power Rating
Resistance Value
Resistance Tol.
T.C.R(×10-6/K)
RK731F
0.03W
10〜1M
±2%,±5%,
±250

表−1.RK731F仕様

 

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0402チップ抵抗器開発の進め方  
 

 今後の更なる高密 度実装化は、1社が単独で実現できるものではなく、ユーザー、部品メーカー、実装機メーカーが工程をフィードバック、フィードフォアードして実現するものであると考える(図−5)。
  弊社では、 お客様、実装機メーカー様との共同開発作業により、使える0402チップ抵抗器の実現を最大の目標に開発を進めてきた。

  一方、荷姿や実装技術・装置が整わないと実用できないことから、我々はお客様の設計検討用に止まらず、装置開発に必要なサンプルも積極的に提供してきた。 量産は、JEITA実装技術ロードマップより一年前倒しの2004年としている。

 

0402チップ部品実用化に向けて
図−5.0402チップ部品実用化に向けて

 

0402チップ抵抗器実用化に向けての今後の課題
 

 部品メーカー、実装機メーカー、ユーザーで0402チップ部品の安定した搭載を確立するべく開発を進めているが、0402チップ部品の実用化には課題も多い。
  チップ部品の実装性を左右する重要な要因として、部品とキャリアテープの関係に注意が必要である。最適な吸着状態を維持するためには、部品−ポケット間で最適なクリアランスを維持することが重要となる。そのためにも、部品、ポケット双方の寸法精度を維持しなくてはならない。
  これらを達成する重要なポイントを、以下に2点挙げ詳述する。

1、ダイシングによるチップ分割方法
  チップ部品の形状は、チップ分割後の素子形状で決まる。従来の分割工法では素体の斜め割れ等が発生し形状の安定性が確保できない。これに対し、ダイシングによる分割工法と弊社独自技術、ノウハウの融合により、極めて精度の高い基板加工を施すことができるようになった。

2、プレスポケットタイプキャリアテープ
  従来の打ち抜きテープ(裏面にホットメルトタイプのボトムテープを貼りつけてポケットを形成したもの)では、シール状態によってはチップがボトムテープに固着することがあり、立ち吸着や未吸着の発生につながっていた。
  これに対して、プレスポケットテープを採用することにより、チップがボトムテープに固着することはなく、実装率アップができる。
  我々は、プレスポケットタイプキャリアテープを用い、最適なクリアランスを確保維持することによって、実装率99.99%を達成している。(図−6)

プレスポケットテープ
図−6.プレスポケットテープ

  ただ、実装精度には、個別の 部品や実装機における 寸法精度以外にも、 実装プロセスとしての課題も存在する。例えば、0402チップ部品では、部品の小型化に伴いランド面積が小型化する。この小型化したランドパターンにクリームハンダを印刷する必要がある為、クリームハンダには、現状のハンダ粒子より更に微粒子化した粒子を用いたクリームハンダの使用が不可欠となる。この時、小型となったランドパターンの印刷性確保や、ハンダ微粒子表面の酸化膜によるリフロー時のハンダ濡れ性低下、また、この濡れ性低下の対策としての雰囲気リフロー炉導入等によるインフラ整備・・・、これら数々の課題を総合的に解決せねば本格的な実用化は難しい。
  個別断片的な技術開発に留まらず、0402チップ部品の実装技術全体を捉えた上で、さまざまな要素技術開発とその最適化が必要である。
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おわりに  
 

 極小チップ部品は、部品単品に価値があるものではなく、最終的なセットにおいて、市場の要求する小型・軽量・薄型化が実現できて初めて価値を持つことになる。
  そのためには、ユーザー、部品メーカー、材料メーカーのアライアンスを強化し、小型・軽量・薄型化に向かってそれぞれが各技術を掘り下げて、それを集大成していくことが重要となるであろう。
  部品の小型化と、その狭隣接実装の実現に対して、更なる技術のブレイクスルーを実現し、一層の高密度実装への貢献を願っている。

  −参考文献−
 

1)“新世代ネットワークデバイス & コンポーネンツ・セレクト”,兜x士キメラ総研
2)“2003年版日本実装技術ロードマップ”,JEITA

   
 
 
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