JPS63289801A - 炭素系皮膜抵抗器および炭素系皮膜抵抗器における着膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は抵抗温度係数が小さく、信頼性の高い炭素系皮
膜抵抗器およびその大きな成膜速度が得られる着膜方法
に関する。

（従来技術） 各種抵抗器のうち、導電物質としておもに炭素を使用し
た抵抗器を一般に炭素抵抗器とよび、その中でも磁器硝
子または磁器棒の表面に炭素粒子の皮膜を析出させたも
のを抵抗本体とした抵抗器を炭素皮膜抵抗器と呼ぶ。

炭素皮膜抵抗器を、その着膜方法によって大別すると、
熱分解炭素皮膜抵抗器と樹脂系炭素皮膜抵抗器に分類さ
れる。

現在は、有機化合物（一般にベンゼン、メタンなどの炭
化水素）を高温度下（１０００〜１２００℃程度）にお
いて、磁器支持体上に分解析出させる熱分解方式が広く
使われている。熱分解方式は、高温において炭化水素を
分解するために、酸素の除去が必要となり、その方式に
より、常圧法、減圧法に別けられる。

常圧法は、窒素や不活性ガスを媒体として、炭化水素ガ
スを混合し、高温の磁器支持体上に流入させて、熱分解
を行わせる方法であり、減圧法は、高温減圧状態におい
て、炭化水素を適当な圧力で封入または流通させるもの
である。

１９３１年、　Ｇ、５ｅｉｂｔは熱分解方式の量産化の
ためにメタンガスを用いてバッチ式の常圧炉を開発した
が、わが国では、実用化されておらず、減圧法が利用さ
れている。

しかし、両者において、製造上の難易の差はあるが、抵
抗体性能上には差はなし＼ものとされており、通常の炭
素皮膜抵抗器の抵抗温度係数は、−数百ｐｐｍ／”Ｃと
比較的大きい。

また、高い抵抗値を得るためには、炭素皮膜を薄くする
ことにより対応しているが、膜を薄くすることにより、
皮膜に傷がつきやすくなったり、電食断線などによる寿
命の劣下につながる危険がある。そこで、炭素皮膜を保
護するために、３重皮膜構造が用いられている。炭素皮
膜をＳｉＣではさんだ場合は、抵抗温度係数はやや大き
くなるが、耐湿負荷寿命や雑音特性の改善にも寄与して
おり、Ｓｉ系有機材料を用いた場合は、信頼性を高める
効果もある。

これらの熱分解炭素皮膜抵抗器は、性能及び信頼性にお
いて、各種金属抵抗器に比べると劣るが、歴史も古く、
生産性に富む点で優れている。

準精密級の抵抗器としては、安価であごともあり、最も
広く利用され、抵抗器生産数量の約９０％が炭素系抵抗
器でしめられている。

また、熱分解炭素皮膜抵抗器の一つの変形として、ボロ
カーボン抵抗器が１９５０年、ベル電話研究所のＲｏＯ
ｏＧｒｉｓｄｅｌｅにより開発された。

その製法は、炭素皮膜抵抗器とほとんど同じであり、ト
リプロとルボロンまたはメタン、ベンゼン等の炭化水素
と塩化ボロンを混合したものを熱分解させ、基体磁器上
に析出させるものである。

その特色としては、通常の炭素皮膜にくらべて、温度係
数が小さいこと、ならびに高い面積抵抗率が得られるこ
とであり、周波数特性も改善されている。

しかし、現在わが国では、実用化に至ってはいない。

（発明が解決しようとする問題点） 現在、わが国で広く用いられている減圧熱分解法は、効
率よく、炭素皮膜抵抗器を製造するために、原料の炭化
水素として、ベンゼン、ベンジンが用いられる。これら
は、常温で液体であるために、真空高温炉への導入に際
し、原料ガスの圧力・流量等の精密な制御をするには、
気化装置が必要であるが、この装置は高価である。また
、原料が本来常温で液体であるために、送気管、流量計
の目づまりの原因となり易い。

一方、装置上のそれらの問題を解決するために、常温に
おいて気体であるメタン、エタンなどの炭化水素を減圧
熱分解法に用いた場合、装置上の問題は解決するが、成
膜速度が遅くなってしまい、非効率的である。

さらに、熱分解法では反応室として、石英管が使用され
ていることが多いが、１０００〜１２００℃という温度
は、石英管の使用限界温度であり、装置としての寿命を
縮める結果となっている。

炭素抵抗器は、安価であるため、需要は多いが、各種金
属抵抗器に比べて、性能（温度特性、負荷特性）や信頼
性（経時変化等）に劣るため、準楕密抵抗器として使用
されるにとどまっている。一方、金属抵抗器は、性能、
信頼性において優れ、精密抵抗又は高負荷抵抗として使
用されるが、価格的な問題がある。そのため、安価であ
り、耐熱性、温度特性等の性能及び信頼性に優れる炭素
抵抗器の出現が待たれている。

（発明の目的） この発明の目的は、炭化水素等を原料として、６００〜
１０００℃の温度範囲において、プラズマＣＶＤ法を用
いることにより、炭素系皮膜抵抗器の着膜を行う方法と
、原料に炭化水素と８２Ｈ６を使用して、上記方法によ
り製造された、低温度係数及び耐熱性にすぐれた抵抗器
を提供することにある。

（発明の概要） 上記目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。

すなわち、絶縁基板上に、炭化水素、ジボランを原料と
してプラズマＣＶＤ法により、微量のボロンを混入する
炭素皮膜を形成して成ることを特徴としている。

また、反応容器中に炭化水素、ボロン化合物を導入し、
６００℃〜１０００℃に加熱すると共にプラズマ励起す
ることによって反応容器中に配置した絶縁基板上に炭素
系皮膜を形成することを特徴としている。

本発明における炭素系皮膜抵抗器は、炭素系皮膜が炭化
水素とジボランを原料として絶縁基板上にプラズマＣＶ
Ｄ法により着膜され、ポロンを微量混入する炭素皮膜と
なっている。このボロンを微量混入する炭素皮膜は、従
来の炭素皮膜抵抗器における炭素皮膜の抵抗温度係数が
一数百ｐｐｍ／　’Ｃであったものが、　１００　　ｐ
ｐｍ／”ｃ以内になり、抵抗温度係数が小さくなり、抵
抗器としての信頼性が向上した。また耐熱性も向上して
いる。さらには炭素皮膜抵抗器の最大の利点である安価
に提供できる点も変りない。

また本発明方法ではプラズマＣＶＤ法により炭素系皮膜
を絶縁基板上に形成する。

プラズマＣＶＤ法の大きな特徴は、プラズマ状態（電気
的中性状態を保った気体分子の電離状！３）のもとで、
イオン・ラジカル反応により、低温で薄膜を生成するこ
とができるので、従来の熱分解法が高温生成のため限ら
れたプロセスに限定されることが多かったのに対し、プ
ラズマＣＶＤ法では、はとんど限定されることがない点
である。プラズマＣＶＤ法によれば、低温化が可能であ
るために、熱的損傷の減少、基板物質との間の反応の抑
制、非耐熱性基板へのｇ膜形成が行える。また、熱力学
的に反応が可能であっても著しく遅い場合、プラズマ励
起状態が関与するため、反応が促進されたり、熱力学的
には通常困難と考えられる反応が可能となる場合もある
ことである。

このプラズマＣＶＤ法を炭素系皮膜抵抗器の着膜に利用
することによって、従来は１０００〜１２００℃という
石英管使用限界温度付近で着膜を行っていたものが６０
０〜１０００℃の温度範囲にまで下げられ、これによっ
て石英管の使用寿命が延び、冷却時間の短縮化もなされ
る。

さらに、従来法のように、１０００〜１２００℃におい
て、プラズマ放電を利用して着膜を行うと、着膜速度の
増加が見られ、ベンゼン、ベンジン等に限られず、種々
の原料を財いても十分な成膜速度を得ることができる。

（実施例） 以下に具体的な実施例を添付図面に基づいて詳゛細に説
明する。

第１図は本発明方法を実施するプラズマＣＶＤ装置の一
例を示す。

１は石英反応管、２はこの石英反応管１の周囲に配設さ
れたヒータである。ヒータ２は着膜終了後石英反応管１
内の冷却を早めるため半割可動式％式％ ３は電極であり、一端が石英反応管１内に伸び、他端が
絶縁物４を介して石英反応管１外に導出されて高周波電
源５に接続されている。

また６は基板支持部であり、石英反応管１外に配設され
ているモータ７の出力軸先端に固定され、回転するよう
になっている。

８はＣＨａ源、９はＣ２ＨＦ、源、１０は８２Ｈ６源で
あり、それぞれ流量計１１．１２．１３を介して共通の
ガス供給管１４により石英反応管１に接続されている。

１５は排気管、１６は排気ポンプである。

なお上記の例では２本の対向電極を用いたが、対向電極
のうち１本を取り去り、基板支持部６を代用電極として
用いてもよい、または石英反応管１外部に電極を配置す
るのでもよい、従来の着膜装置に電極を設けることによ
って本発明方法に使用するプラズマＣＶＤ装置を構成す
ることができる。

実施例１ 第１図に示される装置において、まずＭｏ等の高融点金
属製の基板支持部６に基板磁器１７を装填した後、石英
反応管１内を排気ポンプ１６にて５．０Ｘ１０−”Ｔｏ
ｒｒ程度まで減圧、脱気しつつ、ヒータ２により温度を
９５０℃まで上昇させる。この時すでに基板支持部６は
、基板支持部駆動用モータ７により回転させられている
。

ついで、原料ガスのＣＨ４及びＢ２Ｈ６を、Ｂ２Ｈ６／
ＣＨａ　’ｑ０．００１となるように流入させ、石英反
応管１内の圧力を１．０　Ｔｏｒｒに調節した状態で、
電極３に電力を印加し、整合をとりなから１００Ｗ入力
し、プラズマ放電をおこさせ、１時間の反応を行うこと
によって基板磁器１７上に抵抗皮膜を形成し、ヒータ２
を半割、移動させ、冷却及び排気を十分にした後に試料
を取り出した。

こめ結果、基板磁器表面に形成された皮膜は、初抵抗値
１５０Ｑ程度を示した。また、温度係数は４６ｐｐｍ＋
／’Ｃであった。

実施例２ 原料ガスＣＨ４、Ｂ２Ｈ６の流量を、Ｂ２Ｈ６／ＣＨ４
＝ｏ、ｏｏｓとする以外は実施例１と同様の条件で基板
磁器表面に皮膜を形成した。

この結果、初抵抗値は１７０Ω程度、温度係数は−７４
ｐｐｍ／’Ｃを示した。

なお、実施例１、実施例２及び従来の炭素皮膜抵抗につ
いて、温度係数一温度特性を第２図に示した。

（発明の効果） 以上のように本発明に係る炭素系皮膜抵抗器によれば、
プラズマＣＶＤ法により皮膜中に微量のボロンが混入し
ており、抵抗温度係数が一１００ｐｐｍ／℃よりも小さ
く、信頼性が高い上に、耐熱性にも優れ、また安価に提
供しうる。

また本発明方法では炭素系抵抗皮膜の着膜法として初め
てプラズマＣＶＤ法を採用しており、１０００℃以下の
低温での反応が可能となり、反応装置の寿命を長くする
ことができると共に、冷却時間の短縮化、ひいては全工
程時間の短縮化が図れる。

また低温化が可能となるので、基板物質との間の反応の
抑制ができ、膜質を向上させることができ、さらには非
耐熱性基板上への着膜が可能となり通用範囲が広くなる
。またさらには、プラズマ励起状態が関与するので反応
が促進され、十分な成膜速度を得ることができるなど種
々の著効を奏する。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明
の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは
もちろんのことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するに好適なプラズマＣＶＤ
法雪の１例を示す全体概略図である。 第２図は実施例１、実施例２、従来例における抵抗温度
係数一温度特性図である。 １・・・石英反応管、　２・・・ヒータ、３・・・電橿
、　４・・・絶縁物、　５・・・高周波電源、　６・・
・基板支持部、　７・・・モータ、　　ａ−・・ｃｕ４
源、　　９・・・ｃ２Ｈ６源、１０・・・　Ｂ２Ｈ６瀝
、　１１，１２．１３・・・流量針、　１４・・・ガス
供給管、　１５・・・排気管、　　１６・・・排気ポン
プ、　　１７・・・基板磁器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁基板上に、炭化水素、ジボランを原料としてプ
   ラズマＣＶＤ法により、微量のボロンを混入する炭素皮
   膜を形成して成る炭素系皮膜抵抗器。 ２、反応容器中に炭化水素、ボロン化合物を導入し、６
   ００℃〜１０００℃に加熱すると共にプラズマ励起する
   ことによって反応容器中に配置した絶縁基板上に炭素系
   皮膜を形成することを特徴とする炭素系皮膜抵抗器にお
   ける着膜方法。