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抵抗器の技術動向

開発トレンド

高密度実装

スマートフォンやウェアラブル機器では0402サイズ(0.4mm×0.2mm)の電子部品が数多く使われている。しかしながら、限られたスペースの中でさらなる高機能化を実現しなければならず、 単なるチップサイズの小形化から部品の複合化の要求が顕著となっている。 実装技術としてはフィレットレス実装によって狭隣接実装を実現し、実装密度を向上させている。 また、抵抗器単体だけではなくネットワーク抵抗器についても、小形化や電極を部品底面に配するエリアアレイ実装が進むとみられる。
更に、高密度実装を実現する方法として、DES( Device Embedded Substrate )技術の開発が盛んである。DES技術は基板の中に部品を埋め込んで、3次元に部品を配置しようとする考えで、基板の製造過程で部品を埋め込んで行く方法 や、部品を埋め込む代わりに印刷技術を応用して基板の内層に作り込んでしまう方法など、さまざまな方法が考えられている。弊社ではEPD( Embedded Passive Device )として基板内蔵用抵抗器XR73を商品化している。

  

高精度化

携帯機器のパワーマネジメント機能を実現するためには回路に流れる電流を正確に測定する必要がある。回路電流の測定は、一般的には回路に直列に電流検出用抵抗器を挿入し、この両端の電圧を計測することにより、そこに流れる電流を求めることができる。しかしながら、スマートフォンのように待機時とアプリ動作時などの大きな電力を消費する場合では流れる電流に100倍以上も差が有り、どちらの電流も正確に測定できなければならず、電流検出用抵抗器は高精度で且つ、温度変化に影響を受け難い抵抗温度係数の小さなものが求められる。弊社の厚膜タイプの低抵抗器UR73, SR73は 10mΩ~10Ωまで豊富なバリエーションを持っており、抵抗温度係数±100 x10-6/K に対応した製品も用意している。
また、ノートPCのCPU用電源はDC-DCコンバータが使用されるが、CPUの負荷変動に追随できる出力安定性が求められるため、スイッチングスピードが非常に高くなる。そのため、DC-DCコンバータの制御回路に使用される電子部品の持っている寄生インダクタンス成分が大きく影響を与えるようになる。したがって、電流検出用抵抗器は寄生インダクタンスの低いものが必要である。
当社の金属板チップ形低抵抗器TLRシリーズは寄生インダクタンスが非常に小さく、高精度の電流検出を可能にした。

信頼性

カーエレクトロニクス機器は厳しい環境にさらされるため、高信頼性の要求が高い。特にエンジン周りでは高い温度、湿気、激しい振動、ほこり、その他の化学物質などにさらされる中で、長時間機能を果たさなければならない。従って、抵抗器は、耐熱性、耐湿性、耐硫化性に優れ、さらに、繰り返しの熱ストレスや強い振動にも耐えられる基板への強い接合信頼性を確保した抵抗器が求められる。

高電圧対応

LCDプロジェクタや複合機などの電源は何れも高電圧を使用しており、駆動回路に使用される電子部品の最高使用電圧の高いものが要求される。  また、電気自動車やハイブリッド車などの電源回路でも高電圧を使用するため、抵抗器の最高使用電圧も高電圧対応が要求される。
高電圧向け抵抗器HV73RCR

鉛フリー

従来、電子回路基板は鉛と錫の合金である有鉛はんだが使用されてきたが、鉛は人体に有害であり自然環境への悪影響もあり、近年はんだの鉛フリー化が普及してきた。また欧州ではRoHS指令によって2006年7月より鉛をはじめとする6種類の有害物質が使用禁止となり、日本、中国など欧州以外の国でも規制が強化されてきており、これらに対応するため弊社では抵抗器の端子の鉛フリー化をはじめとして環境負荷物質の削減に努めている。

抵抗器に求められる課題

0201サイズ抵抗器の実装信頼性

非常に小さい部品を精度高く搭載するためには、基板設計、高精度のクリームはんだの印刷技術や部品搭載技術が必要なだけではなく、部品の形状が非常に精度良く安定している必要がある。さらに、キャリアテープの精度も必要になる。

高電圧対応・高信頼性

さらなる、高電圧対応・高信頼性を実現させるためには抵抗体材料そのものにも改良が必要になってくる。

完全鉛フリー化

現在の鉛フリー化は抵抗器の電極めっきに使用される鉛を含むはんだを使用しないことが一般的になっているが、今後は抵抗器の皮膜や、保護膜、内部接合はんだ等に含まれる全ての鉛フリー化が求められる。

技術展望

抵抗器の小形化は限界に近づいており、先にも述べたように今後は抵抗器、キャパシタ(コンデンサ)、インダクタを含めたEPD、あるいは半導体EAD(Embedded Active Device)と組み合わせたDES(Device Embedded Substrate)が普及していくと思われる。更に、高速伝送/高速処理を可能にするため、従来は電気信号のみであった回路が、光信号との融合を果たし、電気・光回路として登場しており、光部品を含めたDESの検討も進められると思われる。
それに加えて、より高密度実装が要求されることにより、同じサイズでより電力アップの要望が増え、今まで比較的余裕を持ったディレーティングで使用されている抵抗器も年々ディレーティングに余裕の取れない厳しい使い方が増えている。これに対応していくためには、抵抗器そのものの改良もさることながら、抵抗器の定格電力のあり方や実装方法、推奨パターン等を検討していかなければならない。そのひとつの取組として、面実装タイプの負荷軽減曲線を、周囲温度から端子部温度へ変更する活動を進めている。

用語の説明

*EPD: Embedded Passive Device 基板内蔵用受動部品
*EAD: Embedded Active Device  基板内蔵用能動部品
*DES: Device Embedded Substrate 部品内蔵基板

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