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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Jumper- oder Stromdetektionswiderstandselement und insbesondere bezieht sie sich auf eine Struktur des Elements.
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Technischer Hintergrund
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Die Jumper-Elemente sind als Komponenten verwendet worden, die auf gedruckten Leiterplatten usw. montiert werden. Das Jumper-Element wird beispielsweise zum Überbrücken einer Verdrahtung verwendet. Weiterhin wieder das Jumper-Element zum Kurzschließen von Stegen bzw. Anschlüssen verwendet, die bei der Auslegung zum Anschließen von Teilen dazwischen geformt wurden, wobei dies nun jedoch nicht notwendig wird.
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Andererseits sind Stromdetektionswiderstandselemente als Komponenten verwendet worden, die auf gedruckten Leiterplatten usw. befestigt werden sollen. Die Widerstandselemente detektieren Ströme durch Detektieren einer Spannung, die an beiden Enden des Widerstandselementes hervorgerufen wird, durch welches der Strom fließt. Die Widerstandselemente sind für Überstromdetektionen, Stromsteuerungen bzw. Stromüberwachungen, Leistungsmanagement, Steuerungen usw. bei elektronischen Einrichtungen verwendet worden, wie beispielsweise bei Automobilen, Personal-Computern, tragbaren Einrichtungen usw. Als ein Beispiel ist eine Struktur eines Jumper- oder Stromdetektionswiderstandselementes in der offengelegten Patentveröffentlichung
JP 2011-118701 offenbart worden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Diese Jumper- oder Stromdetektionswiderstandselemente sind in letzter Zeit oft verwendet worden, um einen großen Strom dorthin durch bei Leistungsversorgungseinrichtungen usw. fließen zu lassen. Wenn der große Strom an ein Jumper- oder Widerstandselement angelegt wird, wobei er dorthin durchfließt, kann eine Elektromigration bei gesteigerter Stromdichte an befestigten bzw. angeschlossenen Teilen auftreten und es bestehen Möglichkeiten, das Verbindungsdefekte verursacht werden.
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12 zeigt eine zusammengebaute Struktur eines herkömmlichen Jumper- oder Widerstandselements. Im Allgemeinen wird Kupfer als Material für Anschlussabschnitte 12a verwendet, die an beiden Enden des Jumper- oder Widerstandselements angeordnet sind. Die Anschlussabschnitte 12a sind durch Lötstellen auf Verdrahtungsmuster 41 auf einer gedruckten Leiterplatte 40 befestigt. In dem Fall wird die Stromdichte an Endteilen der Anschlussabschnitte 12a im Allgemeinen durch P oder Q gezeigt. Daher kann, abhängig von der Stromdichte die Elektromigration allmählich von den Endteilen P oder Q voranschreiten und Verbindungsdefekte können auftreten.
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Entsprechend den Stromdetektionswiderstandselementen gibt es Fälle, wo Spannungsdetektionsanschlüsse an einer Stelle zwischen einem Paar von Verdrahtungsmustern 41 herausgezogen bzw. herausgeführt werden. Wenn die Elektromigration am Teil Q fortschreitet, verursacht dies in diesem Fall, dass eine Fehlerspannung um den Teil Q detektiert wird, und Probleme mit Einflüssen auf die Stromdetektionsgenauigkeit können in nachteiliger Weise auftreten.
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Die Erfindung ist im Hinblick auf die oben erwähnten Umstände gemacht worden. Daher ist es ein Ziel der Erfindung, ein Jumper- oder Stromdetektionswiderstandselement vorzusehen, welches das Auftreten von Verbindungsdefekten aufgrund von Elektromigration unterdrücken kann.
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Lösung für das Problem
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Das Jumper- oder Stromdetektionswiderstandselement der Erfindung weist einen Hauptkörper auf, der aus einem plattenförmigen Metallkörper besteht, und Anschlussabschnitte, die an beiden Enden des Hauptkörpers vorgesehen sind; wobei die Anschlussabschnitte von dem Hauptkörper vorstehen, und wobei die Anschlussabschnitte mit einer Montagefläche darauf versehen sind; und wobei gekrümmte oder angeschnittene bzw. angefaste Oberflächen am Rand der Montagefläche ausgeformt sind. Weiterhin sind die Anschlussabschnitte mit gegenüberliegenden Oberflächen an der Innenseite in Richtung der Anordnung der Anschlussabschnitte versehen und die Dicke der gegenüberliegenden Oberflächen nimmt von der Montagefläche zum Mittelteil des Hauptkörpers ab.
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Da die Anschlussabschnitte von dem Hauptkörper vorstehen und mit Montageflächen versehen sind, die gekrümmte oder angefaste Oberflächen um die Montagefläche haben, kann gemäß der Erfindung die Stromdichte im montierten Zustand verteilt werden, und eine lokale Stromkonzentration am Rand der Montagefläche kann verringert werden. Somit kann das Element eine hohe Toleranz gegen Elektromigration haben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer montierten Struktur des Jumper- bzw. Widerstandselementes eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Erscheinung des Elements im umgedrehten Zustand.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Längsrichtung des Elements.
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4 zeigt Querschnittsansichten entlang Breitenrichtungen des Elementes. Die linke Ansicht zeigt den Querschnitt X1-X1 in 3 und die rechte Ansicht zeigt den Querschnitt X0-X0 in 3.
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5 zeigt eine vergrößerte Ansicht um den Anschlussabschnitt des Elements.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer montierten Struktur des Jumper- oder Widerstandselements eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Erscheinung des Elements im umgedrehten Zustand, wobei eine Schutzschicht auf einer Unterseite des Hauptkörpers ausgeformt ist.
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8A zeigt Querschnittsansichten entlang einer Längsrichtung des Elementes gemäß modifizierten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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8B zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Längsrichtung des Elements gemäß einem modifizierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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8C zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Längsrichtung des Elements gemäß modifizierten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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9 zeigt eine Ansicht von Schritten zum Formen des Elementes, wobei eine eckige Stange mit rechteckigem Querschnitt aus einer runden Stange mit kreisförmigem Querschnitt geformt wird, und wobei ein konkaver Teil an einer Oberfläche der eckigen Stange geformt wird.
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10 zeigt Ansichten eines Stanzprozesses des Elements.
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11 zeigt eine Ansicht eines Inspektionsprozesses des Elements.
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12 zeigt eine Ansicht einer montierten Struktur des Elements gemäß der herkömmlichen Technologie.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unten mit Bezug auf 1 bis 11 beschrieben. Gleiche oder entsprechende Teile oder Elemente werden in den gesamten Ansichten durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und erklärt. In den folgenden Ausführungsbeispielen wird ein Jumper-Element oder ein Stromdetektionswiderstandselement beschrieben. Jedoch haben beide Elemente die gleiche Struktur, wobei sie nur einen Unterschied dahingehend haben, dass das Material des Hauptköpers unterschiedlich ist.
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Wie in 1 gezeigt, wird das Element 1 als Jumper-Element eines Ausführungsbeispiels der Erfindung verwendet. Das Element 1 wird verwendet, wo die Verdrahtung bzw. Leitung 2 über die Verdrahtung bzw. Leitung 3 überbrückt. Das Element 1 weist einen Hauptkörper 11 auf, der aus einem hoch leitfähigen plattenförmigen Metall besteht, wie beispielsweise aus Cu usw. und Anschlussabschnitte 12 sind an beiden Enden des Hauptkörpers vorgesehen. Die Anschlussabschnitte 12 stehen vom Hauptkörper 11 vor, wie in 2 bis 4 gezeigt.
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Beschichtete Metallschichten 13a, 13b sind zumindest an den Anschlussabschnitten 12 ausgeformt wie in 3 gezeigt. Die Montageflächen 13 sind zumindest an Unterseiten der Anschlussabschnitte 12 ausgeformt, und zwar zur Verbindung zu Verdrahtungsstegen bzw. Verdrahtungsanschlüssen mit Lötstellen. Die Montagefläche 13 ist mit einer ersten Metallschicht 13a und einer zweiten Metallschicht 13b versehen. In dem Ausführungsbeispiel ist die erste Metallschicht 13a eine Ni-Schicht, und die zweite Metallschicht 13b ist eine Sn-Schicht. Der Hauptkörper 11 und die Anschlussabschnitte 12 sind integral geformt und bestehen aus dem gleichen Metallmaterial (Cu). In dem Ausführungsbeispiel sind die gesamten Oberflächen des Elements 1 mit der ersten Metallschicht 13a und der Metallschicht 13b genauso wie die Montageflächen 13 bedeckt.
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Was die Metallschichten betrifft ist, die erste Metallschicht 13a aus Ni geformt und zwar durch Plattieren auf dem Basismaterial aus Cu des Hauptkörpers 11 und der Anschlussabschnitte 12. Weiter ist die zweite Metallschicht 13b aus Sn (oder Lot) durch Plattieren auf der ersten Metallschicht 13a geformt. Die Dicke der plattierten Schichten ist beispielsweise auf 2 Mikrometer und 10 Mikrometer eingestellt. Dementsprechend wird das Bezugszeichen 13a manchmal als Ni-Schicht bezeichnet und das Bezugszeichen 13b wird manchmal als Sn-Schicht bezeichnet.
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Die Sn-Schicht 13b wird geformt, um eine Lotbenetzung zu erhalten. Das Metallmaterial der ersten Metallschicht 13a hat einen höhere Resistivität als das Metallmaterial der Anschlussabschnitte 12. Weiter hat das Metallmaterial der ersten Metallschicht 13a einen höheren Schmelzpunkt als das Lotmaterial zum Montieren des Elements. Daher werden Metallschichten, welche direkt den Hauptkörper und/oder die Anschlussabschnitte bedecken, nicht durch Wärme beeinflusst, die beim Lötvorgang aufgebracht wird, wie beispielsweise ein Fluss- oder Rückflussvorgang.
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Die elektrische Resistivität (spezifischer Widerstand)/Schmelzpunkt des Metallmaterials in den Ausführungsbeispielen ist wie folgt.
Cu: 1,7 μΩ·cm/1084°C
Ni: 8,5 μΩ·cm/1455°C
Sn: 11,4 μΩ·cm/230°C
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Die Chipgröße des Elementes 1 ist in einem Beispiel eine Länge (L): 1,6 mm, Breite (W): 0,8 mm und Höhe (H) 0,45 mm.
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Da die Ni-Schicht 13a zwischen dem Basismaterial Cu und der Sn-Schicht (oder Lotschicht) 13b angeordnet ist, kann die Ni-Schicht 13a, die eine höhere Resistivität bzw. einen höheren spezifischen Widerstand hat, als Cu, eine Stromdichteverteilung in den Anschlussabschnitten 12 verteilen und dann kann die Stromkonzentration auf den lokalen Bereich in den Anschlussabschnitten 12 verringert werden. So kann man das Element 1 so ausführen, dass es eine hohe Toleranz gegen Elektromigration hat. Das Basismaterial Cu und die Sn-Schicht 13b können unter Hochtemperaturbedingungen eine Legierung formen und dies kann die Elektromigration verursachen. Durch Anordnen der Ni-Schicht 13a zwischen dem Basismaterial Cu und der Sn-Schicht 13b kann jedoch die Elektromigration gesteuert werden.
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Es ist auch akzeptabel, eine Ni-P-Schicht zu verwenden, die durch Nicht-Elektrolytbeschichtung von Ni geformt wird und zwar anstelle der Ni-Schicht 13a. Auch kann eine Ni-Cr-Systemlegierung verwendet werden. Die Ni-Schicht 13a kann nur an den Unterseiten der Anschlussabschnitte und den Rändern davon geformt werden (Teil an dem das Lot beim Montieren anhaftet). Wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, kann die Ni-Schicht 13a jedoch auf allen Oberflächen des Basismaterials Cu geformt werden, d. h. auf dem Hauptkörper 12 und den Anschlussabschnitten 11. Die Verschlechterung bzw. Degradierung des Basismaterials Cu kann verhindert werden. Weiterhin wird verhindert, dass die Sn-Schicht 13b in das Basismaterial Cu diffundiert. Bezüglich der Kosten ist auch das Plattieren der gesamten Oberfläche vorteilhaft gegenüber einer teilweisen Plattierung.
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Gemäß dem in 2 gezeigten Element 1 ist die Unterseite s der Anschlussabschnitte 12 als die Montagefläche 13 geformt, und die gekrümmten oder angefasten Oberflächen A, B, C, D, E, F sind am Rand der Montagefläche 13 ausgeformt. D. h. beide Anschlussabschnitte 12 sind mit Endflächen A, B an Außenseiten in einer Richtung davon versehen. Weiter sind die gekrümmten oder angeschnittenen bzw. angefasten Oberflächen A, B von den Endflächen a, b zu den Montageflächen 13 ausgeformt.
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Beide Anschlussabschnitte 12 sind mit Seitenflächen c, d, versehen und gekrümmte oder angefaste Flächen C, D, E, F sind von den Seitenflächen c, d zu den Montageflächen 13 geformt. Beide Anschlussabschnitte 12 sind mit gegenüberliegenden Flächen G, H an der Innenseite in der Richtung davon versehen. Die Dicke der gegenüberliegenden Flächen G, H nimmt von der Montagefläche 13 (Unterseite s) zum mittleren Teil des Hauptkörpers 11 ab, um geneigte Oberflächen zu formen. In dem Ausführungsbeispiel ist jede Umgrenzung der Endfläche a, der Endfläche b, der Seitenfläche c, der Seitenfläche d, der geneigten Fläche G, und der geneigten Fläche H so geformt, dass sie eine gekrümmte Oberfläche ist.
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Durch Formen der gekrümmten oder angefasten Flächen A, B, C, D, E, F und der geneigten Flächen G, H am Rand der Montageflächen 13 kann eine Stromdichteverteilung verteilt werden, wenn das Element montiert wird. Dann kann die lokale Konzentration des elektrischen Stroms an den Montageflächen verringert werden, und das Element kann so gemacht werden, dass es eine hohe Toleranz gegen Elektromigration hat.
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Es ist vorzuziehen, einen Krümmungsradius, der gekrümmten Oberfläche 25 μm oder mehr zu machen, insbesondere vorzugsweise von ungefähr 50 μm bis 150 μm. Dieser Krümmungsradius kann in dem Fall angewendet werden, dass die erste Metallschicht 13a nachträglich geformt wird, dass die zweite Metallschicht 13b geformt wird, oder in dem Fall, dass die erste Metallschicht 13a und die zweite Metallschicht 13b nicht geformt werden. Insbesondere wird der Krümmungsradius vorzugsweise in dem Fall angewendet, in dem die erste Metallschicht 13a und die zweite Metallschicht 13b nicht geformt werden oder nach dem Formen der ersten Metallschicht 13a.
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Durch das Element, welches mit den geneigten Oberflächen G, H an der Innenseite von beiden Anschlussabschnitten 12 in Richtung davon versehen ist, wie in 5 gezeigt, können die innen liegenden Fasen der Lötstellen 15 leicht geformt werden und die Fixierungsfestigkeit verbessert sich. Der Strom fließt sanft, und die lokale Stromkonzentration kann an den Montageflächen 13 verringert werden. In dem Fall, dass die Umgrenzung des Hauptkörpers 11 und die Innenseite der Anschlussabschnitte 12 in rechten Winkeln ist, wie in 12 gezeigt, werden die Umgrenzungen Punkte mit konzentriertem Strom und werden heiße Punkte. Entsprechend den geneigten Oberflächen G, H wird die Stromkonzentration verringert und im Fall des Stromdetektionswiderstandselementes verbessert sich die Impulstolerenz, und die Verschlechterung der Detektionsgenauigkeit durch Alterung kann gesteuert werden. Weiterhin ist die Umgrenzung der Montageflächen 13 (Unterseite s) und der geneigten Fläche G oder H so gemacht, dass es eine gekrümmte Oberfläche ist.
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Im Fall der Montage des Elements 1 in rechtwinkliger Richtung zu den Verdrahtungsmustern bzw. Verdrahtungsbahnen 2a, wie in 6 gezeigt, konzentriert sich der Strom, der von einem Verdrahtungsmuster 2a zu einem anderen Verdrahtungsmuster 2a durch die Montageflächen 13 des Elementes 1 fließt, an den gekrümmten Flächen D, E, die an der Umgrenzung der Seitenflächen c, d und der Montagefläche 13 geformt sind. Da die Stromkonzentrationsteile entsprechend den Montagebedingungen anders sind, ist somit dass Installieren von gekrümmten Oberflächen A, B, C, D, E, F in der Umgebung der Montageflächen 13 des Elementes 1 dahingehend wirksam, dass dies eine lokalisierte Stromkonzentration unter verschiedenen Montagebedingungen verringert.
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Es ist vorzuziehen, eine Schutzschicht 14 an der unteren Oberflächenseite (Montageseite) des Körpers 11 zu formen, die aus Epoxidharz usw. besteht, wie in 7 gezeigt. In dem Fall, dass das Element 1 das Stromdetektionswiderstandselement ist, kann die Veränderung des Widerstandswertes gemäß dem Hochkriechen des Lotes bei der Montage durch die Schutzschicht 14 verhindert werden. In dem Fall, dass das Element 1 auf die gedruckte Leiterplatte in einem Flussprozess gelötet wird, macht darüber hinaus das Versehen mit der Schutzschicht 14 den Lotfluss möglich unter Verwendung eines Klebemittels zum temporären Befestigen.
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8A bis 8C zeigen modifizierte Strukturen des Elements 1. Die linke Ansicht in 8A zeigt, dass die geneigten Oberflächen G, H zu einer gekrümmten Oberfläche modifiziert sind. Die rechte Ansicht in 8A zeigt, dass die geneigte Oberfläche G, H zu einem sanften Neigungswinkel modifiziert ist. 8B zeigt, wie die gekrümmten Oberflächen A, B zu einer angeschnittenen bzw. angefasten Oberfläche modifiziert sind. Es ist vorzuziehen, den Winkel von ungefähr 45° zur Unterseite s vorzusehen. Ebenfalls ist die Breite der angefasten Oberfläche vorzugsweise 25 μm oder mehr insbesondere vorzugsweise von 50 μm bis 150 μm.
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8C zeigt Beispiele in denen das Element 1 ein Stromdetektionswiderstandselement ist, wobei der Hauptkörper 11a (11b) und die Anschlussabschnitte 12a (12b) aus unterschiedlichen Körpern bestehen und diese verbunden werden. Die linke Ansicht zeigt ein Stromdetektionswiderstandselement, bei dem Anschlussabschnitte 12a, die aus stark leitendem Material bestehen, wie beispielsweise aus Kupfer usw., an der unteren Fläche des Hauptkörpers 11a befestigt werden, der aus einem Widerstandsmaterial besteht, wie beispielsweise eine Cu-Mn- oder Cu-Ni-Systemlegierung usw.
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Die rechte Ansicht zeigt ein weiteres Stromdetektionswiderstandselement, bei dem Anschlussabschnitte 12a, die aus einem stark leitfähigem Material bestehen, wie beispielsweise aus Cu usw. mit Endflächen des Hauptkörpers 11a verbunden werden, der aus einem Widerstandsmaterial besteht, wie beispielsweise einer Cu-Mn- oder Cu-Ni-Systemlegierung usw. Darüber hinaus kann die Struktur, die als ein Jumper-Element erklärt wurde, bei der Struktur eines Stromdetektionswiderstandselementes verwendet werden, und die Struktur, die als Stromdetektionswiderstandselement erklärt wurde, kann für die Struktur eines Jumper-Elementes verwendet werden.
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9 bis 11 zeigen ein Beispiel zur Herstellung eines Elements 1. Wie in 9 gezeigt, wird ein Stangenmetallmaterial 21 (welches aus Cu, einem Cu-Mn-System oder einem Cu-Ni-System usw. besteht), dessen Querschnitt kreisförmig ist, von vier Seiten durch Walzen 31, 32, 33 gewalzt, welche nicht gezeigt sind, um eine eckige Stange 22 zu formen, deren Querschnitt rechteckig ist. Da der Querschnitt des Ausgangsmaterials ein Kreis ist, bekommen die Ecken der eckigen Stange gekrümmte Oberflächen. Als nächstes wird ein konkaver Teil durch Walzen unter Verwendung einer Walze 34 geformt. Dann werden die Anschlussabschnitte 12, die von dem Hauptkörper 11 vorstehen, geformt, und die eckige Stange 23 mit geneigten Flächen G, H an der Innenseite in Richtung der Anordnung der Anschlussabschnitte wird geformt.
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Wie in 10 gezeigt, wird die eckige Stange 23 durch die Form 35 und die Führung 36 fixiert, so dass der konkave Teil in der Ansicht (siehe linke Ansicht) nach unten weist, und das Element 1, welches aus Metallmaterial besteht, wird unter Verwendung eines Stempels 37 gestanzt und von der eckigen Stange 23 getrennt (siehe rechte Ansicht). Beim Stanzen werden Grate hervorgerufen. Da jedoch der Stempel auf die flache Oberfläche (Oberseite) des Elements aufgebracht wird, werden die Ecken der Seite der Montagefläche (Unterseite) rund, und es werden an den Ecken davon keine Grate hervorgerufen. Gemäß dem Prozess kann das Element 1 geformt werden, welches aus Metallmaterial besteht, welches gekrümmte Oberflächen A, B, C, D, E, F und geneigten Oberflächen G, H um die Montageflächen hat.
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Als nächstes wird die Ni-Schicht 13a mit der Elektroplattierung von Ni geformt, und die Sn-Schicht 13b wird mit der elektrolytischen Plattierung von Sn gebildet. Dann wird das Element 1 der Erfindung mit Metallschichten vollendet. Es ist notwendig, oben oder unten des Elements beim Prozess des Anbringens des Elements auf einem Band usw. zu unterscheiden. Da, wie in 11 gezeigt, das Element 1 mit geneigten Flächen G, H versehen ist, können oben oder unten des Elements 1 leicht durch Lichtreflexionen unter Verwendung eines optischen Sensors 38 usw. unterschieden werden.
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Obwohl Ausführungsbeispiele der Erfindung erklärt worden sind, ist die Erfindung jedoch nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele eingeschränkt und verschiedene Veränderungen und Modifikationen können innerhalb des Umfangs der technischen Konzepte der Erfindung vorgenommen werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die Erfindung kann für Jumper- oder Stromdetektionswiderstandselemente verwendet werden, die aufgedruckten Leiterplatten auf der Oberfläche montiert werden (Surface Mounted). Gemäß den Elementen können Verbindungseffekte gesteuert werden, welche von Elektromigration herrühren.
