CN113884718A

CN113884718A - 电流检测用电阻器以及电路基板

Info

Publication number: CN113884718A
Application number: CN202110668718.8A
Authority: CN
Inventors: 松原周平; 仲村圭史; 高桥孝治; 中村优树
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2022-01-04
Also published as: JP7404426B2; KR20220004568A; JP7089555B2; JP2022022737A; KR102441314B1; DE102021115112A1; JP2022078352A

Abstract

本发明能够在高温区域中以较高的等级实现电阻值的稳定化。电流检测用电阻器由电阻体材料形成，电阻体材料包含Ni‑Gr‑Mo合金，并通过合金的全质量比而含有63质量％以上且70质量％以下的镍、8质量％以上且22质量％以下的Cr、8质量％以上且25质量％以下的Mo。

Description

电流检测用电阻器以及电路基板

技术领域

本发明涉及一种电流检测用电阻器以及电路基板。

背景技术

作为在电路基板上通过钎焊而被安装的电流检测用电阻器，在日本特开2009-206290中公开了一种具有本体部和钎焊部的电阻器，其中，所述本体部具有预定的电阻值，且由金属板形成，所述钎焊部被连接设置于本体部的两侧端部，且将本体部钎焊于电路基板上。

发明内容

在日本特开2009-206290所记载的电阻器中，作为用于本体部的金属材料，使用铜镍基、镍铬基、铜锰镍基等的电阻体材料。但是，作为电阻体材料，通用的铜锰镍基电阻体材料的成分中的锰(Mn)容易因高温而氧化，并且电阻值的变化伴随着氧化的进行而变大。

因此，在锰镍基电阻体材料中，170～180℃左右的温度作为能够将电阻值的变动收容于容许范围中的上限温度而被设定。

另一方面，近年来，伴随着电动汽车的普及以及电子设备的高功能化，提高了针对相对于安装电子零件的电路基板的高电力化以及高耐热性的要求。特别地，如被称为宽间隙功率半导体的Sic、GaN等那样，进行了在高温下进行动作的半导体元件的开发。

随之，相对于被安装于电路基板的电流检测用电阻器，也要求了在高于上述温度的温度、例如200℃以上的温度区域中能够使用的规格。

本发明的目的在于，提供一种能够在较高的温度区域中抑制电阻值的变化变大的情况的电流检测用电阻器以及安装有该电流检测用电阻器的电路基板。

本发明人经过深入研究的结果是，发现镍、铬和钼的合金具有高耐热性，并且着眼于此而完成了本发明。

作为本发明的一方式的电流检测用电阻器由电阻体材料形成，所述电阻体材料包含镍、铬和钼的合金，并通过所述合金的全质量比而含有63质量％以上且70质量％以下的所述镍、8质量％以上且22质量％以下的所述铬、8质量％以上且25质量％以下的所述钼。

根据该方式，由于使用了具有高耐热性的镍、铬和钼的合金以作为电阻体材料，因此，能够在较高的温度区域中抑制电阻体的变化变大的情况。

附图说明

图1为对本发明的实施方式所涉及的电流检测用电阻器的一个示例进行说明的俯视图。

图2为图1所示的电流检测用电阻器的侧视图。

图3为对本实施方式所涉及的电流检测用电阻器的制造方法进行说明的图。

图4为对安装有电流检测用电阻器的电路基板进行说明的图。

具体实施方式

[电流检测用电阻器的说明]

关于本发明的实施方式所涉及的电流检测用电阻器，使用图1～图4进行详细说明。

＜电流检测用电阻器的结构＞

图1为对本实施方式所涉及的电流检测用电阻器的一个示例进行说明的俯视图。另外，图2为图1所示的电流检测用电阻器的侧视图。

电流检测用电阻器1为由包含镍(Ni)、铬(Cr)和钼(Mo)的合金在内的电阻体材料形成的板状的分流电阻器(shunt resistor)。

电流检测用电阻器1具有本体部11、第一连接部12、第二连接部13、第一起立部14、和第二起立部15。

本体部11呈矩形，并被配置成与电路基板的安装面分离预定间隔。

第一连接部12的一方的端部与安装面连接。另外，第一连接部12的另一方的端部经由第一起立部14而与本体部11连结。第二连接部13的一方的端部与安装面连接。另外，第二连接部13的另一方的端部经由第二起立部15而与本体部11连结。第一起立部14以及第二起立部15以使本体部11与安装面分离的方式而将本体部11的端部和第一连接部12以及第二连接部13连结。

在本实施方式中，如图2所示，第一连接部12以及第二连接部13分别具有：安装面用电镀层16，其被形成于和安装面对置的面；键合用电镀层17，其被形成于和安装面对置的面的相反面。另外，第一连接部12以及第二连接部13分别具有与安装面用电镀层16和键合用电镀层17相连而被形成的端面电极18。另外，第一连接部12以及第二连接部13也可以不具备端面电极18。

电流检测用电阻器1能够通过冲压加工而形成由电阻体材料形成的板体。

＜电阻体材料＞

在本实施方式中，形成电流检测用电阻器1的电阻体材料包括镍、铬、和钼的合金，并通过该合金的全质量比而含有63质量％以上且70质量％以下的镍、8质量％以上且22质量％以下的铬、8质量％以上且25质量％以下的钼。

从提高电阻体的耐热性的观点出发，钼的含有量较多是最好的。但是，由于钼的硬度较高，钼较为脆弱，因此，当钼的含有量过多时，电阻体材料的加工性降低。因此，钼的含有量设定为8质量％以上且25质量％以下。

此外，电阻体材料也可以通过该合金的全质量比而含有6质量％以下的钨(W)以及锰(Mn)中的至少一方。由于电阻体材料通过该合金的全质量比而含有6质量％以下的钨以及锰中的至少一方，因此，能够以不增加电阻体材料中的钼的含有量的方式而确保耐热性。

在作为上述电阻体材料而使用市场销售品的情况下，能够优选地使用DSALOY625(大同特殊钢株式会社制)、DSALOY22(大同特殊钢株式会社制)以及DSALOY242(大同特殊钢株式会社制)。DSALOY625(大同特殊钢株式会社制)含有22质量％的铬、8质量％的钼、70质量％的镍。DSALOY22(大同特殊钢株式会社制)含有21质量％的铬、13质量％的钼、3质量％的钨、63质量％的镍。DSALOY242(大同特殊钢株式会社制)含有8质量％的铬、25质量％的钼、67质量％的镍。

尤其是这其中，由于含有8质量％的铬、25质量％的钼、67质量％的镍的DSALOY242的电阻值的变化较小，电阻温度系数(TCR)较低，因此，被优选地使用。

[电流检测用电阻器的制造方法]

图3为对本实施方式所涉及的电流检测用电阻器的制造方法进行说明的图。电流检测用电阻器的制造方法是对电阻体材料以成为预定形状的方式实施冲压加工的方法，所述电阻体材料含有以下的比例包含镍、铬和钼的合金。该合金通过全质量比而含有63质量％以上且70质量％以下的镍、8质量％以上且22质量％以下的铬、8质量％以上且25质量％以下的钼。

当上述电阻体材料被加热至200℃以上时，以遍及温度上升的预定期间的方式而使电阻值的变化变大。此外，还示出了在预定期间经过之后、电阻体材料的电阻值收敛于特定值的行为。在该电阻体材料中，电阻值的变化收敛于特定值的状态下的电阻体材料的韦氏硬度(vickers hardness)为200HV以上且240HV以下。

因此，在本制造方法中，针对由冲压加工获得的电阻体，实施韦氏硬度为200HV以上且240HV以下的处理。借此，能够制造出电阻值的变动较小的电阻体材料。

具体而言，如图3所示，在将上述镍、铬和钼的合金加工成预定形状的冲压加工之前，以包含镍、铬和钼的合金在内的电阻体材料的韦氏硬度为220HV以上且290HV以下的方式而实施第一处理。继第一处理之后，对电阻体材料进行冲压加工，此外，还实施由冲压加工获得的电阻体的韦氏硬度减少15％～25％的第二处理。

能够使用加热处理以作为第二处理。在第二处理中，将冲压加工后的电阻体暴露于175℃以上的温度环境下以达到200小时以上。作为第二处理的一个示例，优选为，暴露于200℃以上的温度环境下250小时的处理。借此，能够获得韦氏硬度为200HV以上且240HV以下的电阻体。

这样，通过以以韦氏硬度为200HV以上且240HV以下的方式对电阻体材料实施事先的处理，从而能够提高对电阻值的变化变大的情况进行抑制的效果。

[电路基板]

图4为对安装有本发明的实施方式所涉及的电流检测用电阻器的电路基板进行说明的图。

本实施方式所涉及的电路基板100具有绝缘基板110、和被形成于绝缘基板110上的电路图案120。上述电流检测用电阻器1在第一连接部12以及第二连接部13上通过打线(wire bonding)130、或者被钎焊安装的电极140与电路图案120连接。

在本实施方式中，作为绝缘基板110，能够使用玻璃环氧树脂基板、金属基板、陶瓷基板。首先，从高耐热性的观点出发，使用陶瓷基板是优选的。在本实施方式中，作为陶瓷基板，能够使用从由氧化铝、氮化硅以及氮化铝构成的组中被选择出的至少一个材料。

在使用陶瓷基板的情况下，能够使用厚度为0.1mm以上且1.0mm以下的陶瓷基板。从基板的强度的观点出发，陶瓷基板的厚度为0.1mm以上是优选的。另一方面，从散热性的观点出发，优选为1.0mm以下。

作为用于连接电路图案120和电流检测用电阻器1的电极，一般而言，使用铜(Cu)。但是，铜电极的耐热性较低，容易被氧化。因此，在本实施方式中，为了提高耐热性，能够使用镍基电镀以及金基电镀。在这些当中，优选为，使用镍-钨电镀、镍-磷电镀、镍-钨/金电镀、镍-磷/金电镀、镍/金电镀等。

[其它实施方式]

以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是，上述实施方式仅仅表示本发明的应用例的一部分，并不是将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构的意思。例如，本实施方式所涉及的电流检测用电阻器1的形状并不限于图1所说明的形状。

[实施例]

制作出本发明的实施方式所涉及的电流检测用电阻器，并实施了耐热性以及电阻特性的评价。样品的制作方法以及评价方法如下所述。

[样品的制作]

＜实施例1＞

在实施例1中，作为电阻体材料即镍-铬-钼合金(以下记为Ni-Cr-Mo合金)，使用了含有22质量％的铬、8质量％的钼、70质量％的镍的DSALOY625(大同特殊钢株式会社制、记为22Cr-8Mo-70Ni)。在将22Cr-8Mo-70Ni加工成板状之后，制作出图1以及图2所示的电阻器。所获得的电阻器的各部的尺寸如上所述。

Ld＝5.0mm

Lc＝3.2mm

d＝0.2mm

＜实施例2＞

在实施例2中，作为电阻体材料的Ni-Cr-Mo合金，使用了含有21质量％的铬、15质量％的钼、3质量％的钨、63质量％的镍的DSALOY22(大同特殊钢株式会社制、记为21Cr-13Mo-3W-63Ni)。除此之外，与实施例1相同地制作出样品。

＜实施例3＞

在实施例3中，作为电阻体材料的Ni-Cr-Mo合金，使用了含有8质量％的铬、25质量％的钼、67质量％的镍的DSALOY242(大同特殊钢株式会社制、记为8Cr-25Mo-67Ni)。除此之外，与实施例1相同地制作出样品。

＜比较例＞

在比较例中，作为Ni-Cr-Mo合金的替代，使用了锰铜以作为铜锰镍基电阻材料。除此之外，与实施例1相同地制作出样品。

[测定方法]

＜体积电阻率＞

由于样品的本体部11的宽度和厚度是恒定的，因此，本体部11的截面积沿着本体部11的长边方向而统一地成为截面积S(cm²)。因此，电阻体材料的体积电阻率ρ根据第一连接部12与第二连接部13之间的电压V、电流I、截面积S(cm²)、第一连接部12与第二连接部13之间的长度Ld(cm)并通过以下的式子算出。

ρ＝(V/I)×(S/Ld)[10^-6Ω·cm]

另外，在本测定中，体积电阻率ρ的容许范围设定为120～150[10^-6Ω·cm]。

＜电阻温度系数(TCR)的测定＞

电阻温度系数(TCR)表示由电阻体的温度变化而产生的内部电阻值的变化的比例，由以下的式子算出。

电阻温度系数(ppm/℃)＝(R-Ra)/Ra÷(T-Ta)×1000000

在本式子中，Ra：基准温度下的电阻值，Ta：基准温度，R：稳态状态下的电阻值，T：成为稳态状态的温度。

在本实施例中，设定为Ta＝25℃，T＝100℃。另外，根据产品规格，将TCR的容许范围设定为±100ppm/℃。测定结果示于表1中。

＜耐热性试验：电阻体的电阻值的变化率＞

对实施例1～3以及比较例的样品实施热放置试验。在热放置试验中，将样品加热至200℃，并以200℃保持了预定时间。测定出因放置时间的不同而产生的电阻值的变化。

电阻值的变化率通过以下的式子而算出。

电阻值变化率(％)＝{(Rh-Ra)/Ra}×100

在本式子中，Ra是热放置试验前的基准温度下的电阻值，Rh是在热放置试验中经过了预定时间后的电阻值。结果示于表1中。

在本测定中，将即便到1000小时、电阻值的变化率也收纳于±0.50％的范围中的试样设为合格。

＜韦氏硬度＞

韦氏硬度能够根据日本工业标注JISZ2244：2009(韦氏硬度试验-试验方法)而进行测定。在韦氏硬度的测定中，使用了硬度计(例如显微韦氏硬度计HMV-G21：岛津制作所)。韦氏硬度在例如试验温度25℃、试验力100gf、金刚石压头(diamond indenter)的接近速度20μm/s、以及试验力的保持时间10秒的条件下进行了测定。试验片的表面优选为，通过抛光机(例如自动抛光机Rana-3：IMT)等而将表面设为平滑，并去除污染等。

[结果]

将耐热性试验的结果、体积电阻率、电阻温度系数(TCR)以及韦氏硬度示于表1中。

[表1]

在实施了耐热试验的实施例1～3中，样品的电阻值的变化率大致在0～0.20％、或者0～0.40％之间。因此，在将本实施方式所涉及的Ni-Cr-Mo合金用作电阻体材料的情况下，可知，即便在200℃的高温下，也能够使电阻体材料的电阻值的变化率稳定化。上述电阻值的变化率足够低，可认为是良好的值。在任何实施例中，可知，在从加热开始到250小时为止的期间中，电阻值变化率被显著地观测到。另外，在大致250小时以后，电阻值的变化率持平。

由此，由于加热温度200℃以及加热时间250小时的条件的加热处理被预先执行，因此，能够使电阻体材料的电阻值的变化稳定化。因此，能够在变化率较小的状态下，将电流检测用电阻器安装于电路基板。

由此，本实施方式所涉及的电流检测用电阻器由电阻体材料形成，所述电阻体材料包含镍、铬和钼的合金，并通过合金的全质量比而含有63质量％以上且70质量％以下的镍、8质量％以上且22质量％以下的铬、8质量％以上且25质量％以下的钼，因此，能够在更高的温度区域中以较高的等级实现电阻值的稳定化。

Claims

1.一种电流检测用电阻器，其中，

所述电流检测用电阻器由电阻体材料形成，

所述电阻体材料包含镍、铬和钼的合金，并通过所述合金的全质量比而含有63质量％以上且70质量％以下的所述镍、8质量％以上且22质量％以下的所述铬、8质量％以上且25质量％以下的所述钼。

2.如权利要求1所述的电流检测用电阻器，其中，

所述电阻体材料通过所述合金的全质量比而含有6质量％以下的钨以及锰中的至少一方。

3.如权利要求1或2所述的电流检测用电阻器，其中，

所述电阻体材料的韦氏硬度为200HV以上且240HV以下。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电流检测用电阻器，其中，具有：

本体部，其呈矩形，并与安装面对置，且被配置成与所述安装面分离预定间隔；

第一连接部，其与所述安装面连接；

第二连接部，其与所述安装面连接；

第一起立部，其以使所述本体部与所述安装面分离的方式而将所述本体部和所述第一连接部连结；

第二起立部，其以使所述本体部与所述安装面分离的方式而将所述本体部和所述第二连接部连结。

5.如权利要求4所述的电流检测用电阻器，其中，

所述第一连接部以及所述第二连接部具备电镀层。

6.一种电路基板，在绝缘基板上形成有预定的电路图案，其中，

权利要求4或5所述的电流检测用电阻器是在所述第一连接部以及所述第二连接部上通过打线与所述电路图案连接而成的。

7.一种电流检测用电阻器的制造方法，其中，

将电阻体材料冲压加工成预定形状，

8.如权利要求7所述的电流检测用电阻器的制造方法，其中，

在所述冲压加工后，实施所述电阻体材料的韦氏硬度成为200HV以上且240HV以下的处理。

9.如权利要求7或8所述的电流检测用电阻器的制造方法，其中，

在所述冲压加工前，实施所述电阻体材料的韦氏硬度成为220HV以上且290HV以下的处理。