新人エンジニア向け チップ抵抗の構造と製法

スマホやパソコンは生活には必須の機器です。

これら機器を動かしているのはソフトウェアと呼ばれるプログラムだけでなく、ハードウェアと呼ばれている無数の部品が実装されているプリント基板すなわち電子回路基板も必須なのです。

この電子回路基板で多く使われている部品がチップ抵抗です。

大きな電子回路基板になると大小様々なチップ抵抗が数100個以上は使われています。

ハードウェアに無くてはならない部品がチップ抵抗なのです。

このチップ抵抗の構造はおおよそ以下の図で表すことができます。

走る園児
走る園児

このチップ抵抗がどのように製造されているのか?

 チップ抵抗の製造工程を解説しますね。

チップ抵抗の製造方法

セラミック板(基板)

チップ抵抗の材料のほぼ全てと言っても過言ではないほど、チップ抵抗はほとんどが基板で出来ています。

基板の材料はセラミック(アルミナ)です。

セラミック(アルミナ)は耐熱性が良く、機械的強度も優れているのでチップ抵抗の基板に適しています。

チップ抵抗の製造工程では、この基板から作り始めるのです。

チップ抵抗はとても小さい部品なので基板を一つずつ作っていたのでは、とても効率が悪いので大きなセラミックの板のままの状態で、多量のチップ抵抗を一気に作るのです。

まず、大きなセラミック板に後から分割できるように縦横のスリットをいれます。

基板の準備ができたら次は電極を作ります。

基板に電極を形成(天面と底面)

電極はスクリーン印刷と呼ばれる方法で基板に印刷します。

スクリーン印刷するための型を基板にかぶせます。

型を基板の上にかぶせたら、

次はペースト状の銀系金属を型の上にのせてスキージーと呼ばれるヘラでペースト状の銀系金属を塗り広げていきます。

型の前面にペースト状の銀系金属を塗り広げることができたら、

型を外すと電極部のみにペースト状の銀系金属が残ります。

このセラミックの板に残った銀系金属が電極になりますが、このままでは触ったりすると簡単に剥がれてしまうので焼き固める必要があります。

電極が印刷されたセラミック板を高温で焼成します。

この電極の印刷→焼成を表面と裏面の両面ともに行い、表裏ともに電極を作ります。

電極が表裏面共に焼成し終えたら、次は抵抗体を印刷します。

抵抗体を電極間に形成

抵抗体の印刷も電極と同じくスクリーン印刷を使って印刷します。

型を被せて、ペースト状の抵抗体をスキージーで塗り広げ、型を外して、焼成することで抵抗体が塗り固められるのです。

コート材を塗布

抵抗体の印刷が完了したら次は抵抗体を保護するコート材を抵抗体の上に印刷します。

コート材の印刷もスクリーン印刷で印刷し焼成することで固着させます

トリミング(抵抗値の調整)

印刷された抵抗体は面積、厚みがまちまちなので、個々の抵抗値もまちまちですが、チップ抵抗は型式によって定まった抵抗値の範囲にする必要があります。

バラバラの抵抗値を決まった抵抗値になるよう個々の抵抗値を測定しながら、抵抗体をレーザーで削り抵抗値の調節をします。

このようなレーザー加工で抵抗値を調節する工程をトリミングといいます。

洗浄・乾燥

トリミングしたままでは、レーザーで削った抵抗体の屑がトリミングした溝(トリミング溝)に残ってしまいます。

トリミング溝に導電物質である抵抗体の屑が残ってしまうと、抵抗値が変化するなどチップ抵抗の不具合の原因となります。

そこでトリミングした後には洗浄と乾燥がとても重要です。

保護膜を形成

洗浄し乾燥した後には、トリミング溝を保護するために上から保護膜を印刷します。

そして、高温で焼成しチップ抵抗の型式に合わせた数字を保護膜の上に印字します。

基板を短冊状に分割(1次分割)

保護膜の上に数字を印刷したら、チップ抵抗の表面側の加工はすべて完了です。側面側の加工に移ります。

大きな基板の状態のままでは個々の側面の加工ができないので、電極側のスリットに沿って基板を分割し短冊状の基板にします。

側面電極の塗布

短冊状に分割した基板は、天面の電極と底面の電極の間に金属がなく電気的につながっていません。

チップ抵抗は底面の電極とプリント基板の銅パターンを半田で接合して使用しますが、抵抗体とつながっている天面の電極とプリント基板とつながっている底面の電極を電気的につなげないとチップ抵抗として機能しません。

そこで短冊状に分割した基板の状態で側面に銀系の金属を塗布し、側面に電極を形成します。

基板を分割(2次分割)

電極まで完成したら、いよいよ短冊状の基板を分割し、個々のチップ抵抗に仕上げていきます。

電極にメッキ(ニッケルとスズ)

個々のチップ抵抗の状態になったら、最終工程です。

電極の金属は銀なので電極に金属メッキを施します。

チップ抵抗はプリント基板の銅(Cu)パターンと半田で接合させ(実装する)て使用しますが、銀系金属の電極とスズ(Sn)を主成分とした半田は接合が難しいので、電極の上に半田と同じスズ(Sn)をメッキします。

しかし、半田付け時に溶融したスズ(Sn)に銀(Ag)が触れると銀が溶解してしまい電極が薄くなったり欠損したりするリスクがあります。(銀食われ)

そのようなリスクを低減するためにスズメッキの前に、ニッケル(Ni)をまず最初に電極にメッキします。

ニッケルメッキの後にスズをメッキします。

チップ抵抗の完成

メッキまで完成したらチップ抵抗の完成です。

マウンターなどの機械でチップ抵抗を実装させるために、個々のチップ抵抗をテープに包装しリール状に巻いた状態が製品形態です。

ではでは

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走る園児
走る園児

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この記事を書いた人
走る園児

京都の国立大学工学部卒
22歳:東証一部上場の大手電機部品メーカに入社
29歳:開発部の管理職
35歳:東証一部上場の大手家電メーカに技術者として転職
 専門は電気、機械、金属材料、高分子材料、統計学
 学会・講演会なども活動。
 特に故障原因の解析が何よりの好物!!

ランニングが趣味の園児(エンジニア)です。

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