超厚膜ハイブリッド・チップの製作

ハイブリッドICって、ご存知でしょうか。 通常、ICというと、 シリコン・チップをプラスチックのパッケージに封入したものですが、 ハイブリッドICは、 セラミックの基盤の上に様々な部品を配置し、ICの形状に作り上げたものです。 市販の部品を並べて作成することも出来るので、 シリコン・チップを開発するのに比べて時間もコストも少なくなります。 反面、大量生産には向いていない手法です。

ここで作成しようとしているハイブリッド・チップは、 市販のガラス・エポキシ銅箔基板の上に部品を並べて、 ICのような足を取り付けたものです。

今回の目標は、 SOT-23型の表面実装型MOSFETを搭載したTO-220型互換のチップです。 搭載する部品はひとつだけなので、ハイブリッドICと呼ぶのは ふさわしくありませんね。

ハイブリッドICは、 基盤の材質や作り方によって、厚膜、薄膜などと呼ばれていますが、 ここで作成するチップは、かなりの厚みを持つことが予想されますので、 「超厚膜ハイブリッド・チップ」と名づけました。

まず、基盤を作成します。 基盤の材料は、ガラス・エポキシ基板の端切れです。

大きさは、7mm×8mm程度になっています。 作業をしやすくするため、 これらの基盤を別のガラス・エポキシ基板の上に両面テープで固定しました。

この基盤に設計図に従って、油性のペンでパターンを描きます。 このパターンは、基盤作成の作業をするときの目安になるものです。

次は、パターンに沿って、銅箔を削っていきます。 銅箔をを削る幅は、太くても0.8mm程度にする必要があることが 設計図からわかります。 そのために、私が使用したのが、 株式会社キソパワーツールの 28510型ミニルータです。

このミニルータには、様々な種類のビット（先端工具）を取り付けることができます。 色々と試した結果、もっとも銅箔を削るのに適したビットは、 サンフレックス株式会社が 販売している0.8mm径の「精密ミニヤスリ」でした。

このビットを使って、パターンに沿って銅箔を削っていくと基盤ができあがります。

このあと、基板表面を磨いた上でフラックスを塗っておくと この後の組み立てが楽になります。

基盤ができたので、基板の上に部品を配置して、 超厚膜ハイブリッド・チップを組み立てます。

最初は、端子の取り付けです。 端子には、0.6mmのスズメッキ線を使用しました。 基板の表面にスズメッキ線を半田付けしていきます。

次は、MOSFETを半田付けします。 今回取り付けたのは、 オン・セミコンダクターの NTR4501NT1GというNチャネルMOSFETです。 VGSのしきい値電圧が、最大でも1.2Vと低電圧なのが魅力です。

あとは、端子の長さを切りそろえておしまいです。

できあがった「超厚膜ハイブリッド・チップ」を早速使ってみましょう。 サンプルアプリケーションは、マイコン制御のDC/DCコンバータです。

使い方は、いたって簡単。 端子の配置をTO-220型と互換性のある順番にしたので、 MOSFETを差し替えるだけで、実験を行うことができます。

超厚膜ハイブリッド・チップを使うと、 TO-220型のMOSFETを使った場合に比べて、 DC/DCコンバータの性能が良くなりました。 これは、VGSのしきい電圧が低いのに加え、 ゲートでの入力容量が小さいという要因によると思われます。

先に紹介した方法で超厚膜ハイブリッド・チップを作ると、 MOSFETを半田付けした際に端子部分の半田まで融けて、 せっかく苦労して取り付けた端子がとれてしまいます。 また、ソケットを使わずに超厚膜ハイブリッド・チップを直接半田付けする 場合にも半田が融けてしまう心配が残ります。

そこで半田ごての熱を加えても端子が取れないように、 0.8mmの穴を開けて、そこにスズメッキ線を通してカシメました。

前出のミニルーターに0.8mmのドリルを取り付けて穴あけをしました。 半田付けをして、出来上がりです。

この方法の方が、端子がしっかりと固定されるので安心ですが、 小さい穴あけをする工程が増えてしまいますので、 細いドリルを扱いなれていない方には、おすすめできません。

株式会社キソパワーツール

ミニルーターの製造元です。 ブランド名は、PROXXONです。

サンフレックス株式会社

精密ミニヤスリの製造元です。

オン・セミコンダクター

MOSFETの製造元です。