JPH0152881B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 金属皮膜抵抗器は、ガラス、アルミナ、酸化シ
リコン、或いはその他の絶縁体から成る心、すな
わち基材に、薄い金属皮膜を蒸着することによつ
て製造される。

極く普通の抵抗器材料としては、ニツケルクロ
ム合金（ニクロム）、若しくは、基板の上に１種
類以上の別の元素を蒸着したニツケルクロムがあ
る。

本発明において用いられるニクロムは、ニツケ
ルクロム合金、若しくは、１種類以上の別の元素
が混ぜ合わされたニツケルクロムである。

ニクロムは、きわめて理想的な薄い皮膜とする
ことができ、それによつて、安定性があり、かつ
可成り広い温度範囲（−55℃〜125℃）に亘つて、
抵抗の温度係数がゼロに近いものが得られる。

シート抵抗が、平滑な基材の単位面積当り、
200Ω以下に保たれている限り、安定性は優れて
いる。単位面積当りのオーム数が大きいものは、
蒸着によつて得られるが、収率が低いために、製
造するのが難かしく、また、高温下とか、電圧が
かけられている状態では、安定性が悪くなる。

使用に伴つて起こる抵抗変化を最小にするた
め、酸素雰囲気中で、基材を熱してやると、普
通、抵抗器の被膜は安定する。被膜が非常に薄い
と、その表面が酸化されることから、この酸化
は、被膜の抵抗を大きくする原因になる。

薄膜は不連続となり易いので、この酸化によつ
て、最終的な抵抗値を、制御できない位に大きな
ものとしてしまう。そして、これに対して、抵抗
の温度係数は、正の方向に大きくなつて行く。

このような薄膜の抵抗部品の寿命試験をして
も、安定性においては、従来の規格から完全には
ずれてしまう。

タリサーフ プロフイル測定器（Talysurf
profile instrument）で測定してみて、「粗面」
と判定されるようなセラミツク基材は、一定の金
属皮膜の厚さに対して、平滑面のものよりも高い
シート抵抗を示すことが分かつた。

単位面積当り、数千Ωの抵抗器を再生的に製造
するためには、このような材料の厚さに応じたシ
ート抵抗膜と同じような安定性を有するニクロム
その他の薄い金属膜を用いて、相当に粗い面を有
する基材を用意することが望ましい。

本発明の第１の目的は、従来の技術によつて作
られた金属薄膜抵抗器より、高いシート抵抗と、
優れた安定性、および適切な温度係数を備える高
抵抗膜を提供することにある。

本発明の第２の目的は、不純物が基材から抵抗
膜へ拡散するのを防止する隔壁の役目をするよう
にした高抵抗膜を備える抵抗器を提供することに
ある。

本発明の第３の目的は、比較的粗面をなす絶縁
膜を蒸着することにより、蒸着前の基材に施すに
先立つて、基材の表面を改良して、高抵抗の皮膜
を製造するようにした方法を提供することにあ
る。

以上の目的及びそれ以外の目的は、以下に述べ
ることにより、当業者には明らかになると思う。

発明の要約 本発明は、高抵抗膜およびその製造方法に関す
るものであり、これによれば、従来の金属薄膜抵
抗器よりは、高いシート抵抗と、優れた安定性
と、適切な温度係数とを備える金属薄膜抵抗器が
得られる。

本発明では、抵抗皮膜を施こす前に、基材の表
面を改良しておく。これは、絶縁膜を基材に蒸着
することによつて行われる。この絶縁膜は、その
表面を微視的にみて可成り粗くしており、それに
よつて、抵抗膜のシート抵抗が増大するのであ
る。

絶縁膜を適当に選択すると、不純物が基材から
抵抗膜へ拡散するのを防止する隔壁が得られる。

一定のシート抵抗に対して厚目の被膜と、被膜
と基材の間における隔壁部とを組合せることによ
り、高いシート抵抗を発揮しうる抵抗器が得られ
る。この抵抗器は、従来のものに比べて、抵抗の
温度係数が、ゼロに近くなつている優れた安定性
を持つている。この安定性は、米国陸軍の規格に
規定されている負荷寿命、および長時間の高温下
における抵抗値の変化を満足させるに足るもので
ある。

本発明は、抵抗膜の蒸着前に、絶縁膜を基材に
蒸着することを条件としている。

窒化ケイ素若しくは窒化アルミニウムのような
絶縁体を、基材の上に蒸着すると、次のようなこ
とが達成される。

(1) アルミナ若しくはその他のセラミツク基材
に、相当に粗く、しかも一様な表面が形成され
る。

(2) 基材から不純物が拡散するのを阻止する隔壁
部が形成される。

高周波スパツタリングによつて、絶縁膜を蒸着
する際、スパツタリング パラメータ（蒸着温
度、蒸着圧、速度、時間およびガスなど）を制御
すると、絶縁膜の性質および厚さを調整できる。

本発明は、絶縁膜の無い同種の基板上の同じ蒸
着膜に対するシート抵抗に比して、抵抗値が数倍
も大きいシート抵抗を持つている抵抗器を提供す
ることである。

抵抗器の材料としては、窒化ケイ素が被覆され
たセラミツクで、所定のブランク値を与えるもの
が使用される。そのため、このセラミツクが、優
れた安定性を発揮する。

これにより、ニクロム合金を蒸着してきた従来
のものに比べて、米国陸軍の規格に適つた高いシ
ート抵抗（単位面積当り約1500Ω）が得られる。

単位面積当り、1500Ωよりも高いシート抵抗
は、米国陸軍の規格とは合わないが、膜は安定
し、切れ目も入らない。例えば、単位面積当り
5000Ωのものは、150℃で2000時間後、1.5％の抵
抗変化を示し、しかもこの被膜は、100ppm/℃以
下の抵抗の温度係数を持つている。

好適実施例の説明 第１図乃至第３図に示す抵抗器１０は、通常の
材料よりなる円筒状のセラミツク製基材１２を備
えている。この基材１２は、窒化ケイ素よりなる
誘電層１４によつて被覆されている。誘電層１４
の外面は、基材１２の外面よりも相当に粗い。

好ましくはニクロムのような抵抗膜１６で、誘
電層１４の外面全体は被覆されている。導電性金
属の端末キヤツプ１８が、第２図示の複合構造の
端部に差し込まれ、導電可能に接触している。通
常の端子２０が、端末キヤツプ１８の外端に取り
付けられている。第３図に示す如く、シリコンの
ような絶縁被膜２２が、抵抗膜１６の外面に施さ
れている。

第４図および第５図に示す抵抗器１０Ａは、第
１図乃至第３図に示す抵抗器と、本質的に同じ部
材を備えているが、平らな基材１２Ａを備える異
なる型式のものである。

窒化ケイ素の誘電層１４Ａが、基材１２Ａの上
面に付着され、更に、誘電層１４Ａの上面に、ニ
クロムの抵抗膜１６Ａが、付着されている。通常
の端子２０Ａが、抵抗膜１６Ａと導電可能に接触
し、かつ、端子２０Ａを除く、部材全体は、シリ
コンのような絶縁被膜２２Ａで覆われている。

窒化ケイ素膜の蒸着は、4/1000気圧の窒素雰囲
気中で、99.9999％のシリコンを高周波スパツタ
リングによつて行われる。出力密度は、窒化ケイ
素膜の密度に対して微妙に変化するので、プラズ
マー熱式高周波発生装置を使つて、1.1乃至1.3w/
cm²で行なつた。これにより圧力が上下したり、出
力密度が下がると、上記の条件に比べて、悪い結
果に終つた。

この膜を、走査式アウガー・マイクロ
（Scanning Auger Micro）で測定したところ、
誘電膜の厚さは、概ね50〜150A゜であつた。

抵抗被膜を施こす前に、誘電膜で被覆されてい
るセラミツクを、900℃で15分間焼鈍した。900℃
で焼鈍をしていないセラミツク心は、焼鈍したも
のに比べて、安定性を欠いていた。

長さ5.5mm（0.217インチ）、直径1.6mm（0.063イ
ンチ）のセラミツク円筒の基材を用いると、使用
に耐える最高のブランク値が得られ、かつその安
定性は、米国陸軍規格にも合致する約275Ωから
1KΩ以上に上昇した。

３乃至5000という最大の螺線フアクターを用い
ると、３乃至4MΩという最終値は簡単に得られ
る。抵抗の温度係数は、−20℃から＋85℃の範囲
に亘つて、±25ppm/℃であつた。ブランク値が
5KΩと高くなると、仕様の厳しいところでは使
えなくなる。

ブランク値が5000Ω以下のものは、−55℃から
＋125℃の範囲に亘つて、±100ppm/℃という抵抗
の温度係数をもち、しかも150℃で、2000時間後
における変化量は、1.5％以下であつた。

本発明による抵抗器は、金属薄抵抗器の実用上
の範囲を、従来の5MΩという限界値から22MΩ
若しくはそれ以上にまで広げている。しかも、抵
抗器を構成するに際し、心の成分および表面に対
する条件が緩和されるから、安価な心を使うこと
ができる。

本発明による部品の安定性は、従来の標準的な
工程を用いている同じブランク値の部品に比べ
て、２倍若しくは３倍にも改良されている。

本発明によれば、相当に高いシート抵抗が得ら
れるため、心材料中の不純物が抵抗材料へ拡散す
ることは、ほとんどない。

表面特性の変化によつて抵抗が増加すること
は、蒸着膜に誘電材を用いたためではない。従
来、セラミツク表面の粗さを大きくするという試
みがなされてきたが、与えられたブランク値に対
する抵抗を安定化させるという点では、顕著な成
果を得ていない。また、誘電材による蒸着膜によ
つて、安定性が改良されるとともに、ブランク値
の抵抗が大きくなるということについては、従来
明らかではなかつた。

したがつて、以上説明してきた技術によつて得
られる抵抗値の変化は、当業者が従来予想もしな
かつたことである。

かくして本発明によれば、少くとも前に述べた
目的が達せられることが、以上の説明から明らか
となつたと思う。

本発明の実施の態様を、次にあげる。

(1) 誘電層の外面が、基材の外面より粗くなつて
いる特許請求の範囲第１項に記載の抵抗器。

(2) 金属膜が、主としてニクロムから成つている
特許請求の範囲第１項に記載の抵抗器。

(3) 誘電材が、窒化ケイ素である特許請求の範囲
第１項に記載の抵抗器。

(4) 誘電材が、窒化ケイ素である実施態様第(2)項
に記載の抵抗器。

(5) 基材が、アルミナである実施態様第(1)項に記
載の抵抗器。

(6) 誘電材が、窒化アルミニウムよりなる特許請
求の範囲第１項に記載の抵抗器。

(7) 誘電層の粗い被膜が、窒化シリコンから成つ
ている特許請求の範囲第２項に記載の方法。

(8) 金属膜が、主としてニクロムから成つている
特許請求の範囲第２項に記載の方法。

(9) 金属膜が、主としてニクロムから成つている
実施態様第(7)項に記載の方法。

(10) 誘電層の粗い被膜が、窒化アルミニウムから
成つている特許請求の範囲第２項に記載の方
法。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の抵抗器の実施例の斜視図で
ある。第２図は、第１図の抵抗器の長手方向にお
ける拡大縦断面図である。第３図は、第１図の線
３−３における拡大された部分縦断面図である。
第４図は、本発明による抵抗器の別の実施例の縦
断面図である。第５図は、第４図に示す抵抗器の
外観を示す斜視図である。 １０，１０Ａ……抵抗器、１２，１２Ａ……基
材、１４，１４Ａ……誘電層、１６，１６Ａ……
抵抗膜、１８……端末キヤツプ、２０，２０Ａ…
…端子、２２，２２Ａ……絶縁被膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支持面を有するセラミツク基板と、 前記基材の前記支持面上の誘電層であつて、前
   記基材と離隔している外側に粗面を有し、かつ当
   該基材の前記支持面よりも実質的に粗いものと、 前記誘電層の粗面上に被覆された抵抗素子を形
   成している金属の薄膜とから成り、それによつ
   て、前記抵抗素子のシート抵抗値が、前記基材の
   支持面上に前記金属の薄膜を直接に載置して得ら
   れるシート抵抗値よりも数倍も高い値をもつこと
   を特徴とする高抵抗膜を有する抵抗器。 ２ 高抵抗膜を有する抵抗器の製造方法におい
   て、 セラミツク基材の支持面上に粗面を有している
   誘電材の被覆を、当該誘電材の前記粗面が前記セ
   ラミツク基板の滑面の反対側にあり、かつ前記粗
   面は前記セラミツク基材の支持面より実質的に粗
   い面であるように蒸着する段階と、 前記誘電材の粗面上に抵抗素子を形成するため
   に金属の薄膜を蒸着させる段階とから成り、それ
   によつて、前記抵抗素子のシート抵抗値が、前記
   基材の支持面に直接に当該金属の薄膜を載置して
   得られるシート抵抗値の数倍高い値を持つように
   したことを特徴とする高抵抗膜を有する抵抗器の
   製造方法。