DE112019003546T5

DE112019003546T5 - Widerstand und Schaltungssubstrat

Info

Publication number: DE112019003546T5
Application number: DE112019003546.0T
Authority: DE
Inventors: Shuhei Matsubara; Keishi Nakamura
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2021-03-25
Also published as: CN112335000B; WO2020012926A1; US20210225562A1; CN112335000A; US11282621B2; JP2020010004A

Abstract

Ein Widerstand gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Isoliersubstrat, eine Widerstandsschicht, die aus einem Widerstandskörpermaterial ausgebildet ist, und eine Bondingschicht zum Bonden des Isoliersubstrats und der Widerstandsschicht, wobei der Widerstand derart ausgelegt ist, dass ein Verhältnis eines Plattenwiderstands der Bondingschicht zu einem Plattenwiderstand der Widerstandsschicht 100 oder mehr beträgt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Widerstand und ein Schaltungssubstrat.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren haben mit der Raffinesse elektronischer Bauelemente Anforderungen hinsichtlich hoher Leistung und Anforderungen hinsichtlich hoher Wärmebeständigkeit für Schaltungssubstrate zur Montage elektronischer Komponenten zugenommen. Andererseits wurde eine Leiterplatte vorgeschlagen, die man erhält, indem eine aktivierte Kupferfolie unter Verwendung eines Lötmaterials usw. direkt mit einem Keramiksubstrat verbunden wird und indem ein in Plattenform ausgebildeter Widerstand (Shunt-Widerstand-Element) auf das resultierende Substrat hartgelötet wird (siehe JPH11-097203A). In diesem Schaltungssubstrat wird die vom Widerstandskörper erzeugte Wärme in Form einer Platte gebildet, so dass die vom Widerstandskörper erzeugte Wärme leicht durch das Substrat abgeleitet werden kann.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem Schaltungssubstrat, wie oben beschrieben, wird das Verfahren mit aktiviertem Metall verwendet, um den Widerstand an das Substrat zu bonden. Zusätzlich wird ein leitfähiges Material als das Lötmaterial verwendet und wird im Allgemeinen dicker ausgebildet. Obgleich die Wärmeableitung im Schaltungssubstrat, wie oben beschrieben, verbessert ist, kann das Lötmaterial daher ein Faktor sein, der die Widerstandscharakteristik instabil macht. Somit gab es in der Situation, in der die Stabilisierung der Widerstandscharakteristika auf einem hohen Niveau erforderlich ist, wenn elektronische Geräte ausgetüftelter werden, Raum für weitere Verbesserung bei der Montage des Widerstands auf dem Schaltungssubstrat.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Widerstand und ein Schaltungssubstrat bereitzustellen, bei denen die Stabilisierung der resistiven Eigenschaften auf einem höheren Niveau erreicht und der Widerstand ausgebildet werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Widerstand ein Isoliersubstrat, eine aus einem Widerstandskörpermaterial gebildete Widerstandsschicht und eine Bondingschicht zum Bonden des Isoliersubstrats und der Widerstandsschicht, wobei der Widerstand derart ausgelegt ist, dass ein Verhältnis eines Plattenwiderstands der Bondingschicht zu einem Plattenwiderstand der Widerstandsschicht 100 oder mehr beträgt.
Gemäß diesem Aspekt kann durch Bonden der Widerstandsschicht an das Isoliersubstrat die von der Widerstandsschicht erzeugte Wärme leicht von dem Isoliersubstrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit über die Bondingschicht abgeleitet werden. Durch Ausbilden der Widerstandsschicht, so dass das Verhältnis des Plattenwiderstands der Bondingschicht zum Plattenwiderstand der Widerstandsschicht (Widerstandsverhältnis) 100 oder mehr beträgt, kann der Variationsbetrag der Temperaturwiderstandscharakteristik des Widerstandskörpers des Weiteren innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten werden, wodurch sich eine stabile Widerstandscharakteristik ergibt.
Daher ist es möglich, den Widerstand, der zum Stabilisieren der resistiven Eigenschaften auf einem höheren Niveau in der Lage ist, und das Schaltungssubstrat, in dem der Widerstand ausgebildet ist, bereitzustellen.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die einen Widerstand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht, die den Widerstand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, die eine Modifikation eines Widerstands zeigt.
4 ist eine Draufsicht, die ein Schaltungssubstrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5A ist eine Draufsicht, die ein herkömmliches Shunt-Widerstand-Bauelement zeigt.
5B ist eine Schnittansicht, die das herkömmliche Shunt-Widerstand-Bauelement zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erläuterung des Widerstands]
Ein Widerstand 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der Zeichnungen ausführlich beschrieben. 1 ist eine Draufsicht auf den Widerstand 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Und 2 ist eine Schnittansicht des Widerstands 1 entlang der in 1 gezeigten II-II-Linie.
Der Widerstand 1 beinhaltet ein Isoliersubstrat 11, eine Widerstandsschicht 12, die aus einem resistiven Material ausgebildet ist, und eine Bondingschicht 13 zum Bonden des Isoliersubstrats 11 und der Widerstandsschicht 12. Die Bondingschicht 13 ist aus mindestens einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Aluminium, Nickel und Chrom, ausgebildet.
In dem Widerstand 1 beträgt das Verhältnis eines Plattenwiderstands der Bondingschicht 13 zu einem Plattenwiderstand der Widerstandsschicht 12 100 oder mehr. Der Widerstand 1 beinhaltet auch zwei Leiterschichten 14 auf der Fläche der Bondingschicht 13, die die Widerstandsschicht 12 teilweise überlappen. Der Widerstand 1 wird mit jeder der mit einem Schaltungsmuster, das in 1 nicht gezeigt ist, verbundenen Leiterschichten 14 verwendet.
Ferner sind, wie in 2 gezeigt ist, beim Widerstand 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, um die auf die Vorder- und Rückseite des Widerstands 1 ausgeübten thermischen Belastungen auszugleichen, die Bondingschicht 13 und die Leiterschicht 14 auf beiden Oberflächen des Isoliersubstrats 11 ausgebildet.
Der Widerstandswert des Widerstands 1 kann durch eine Dicke der auf dem Isoliersubstrat 11 ausgebildeten Widerstandsschicht 12, eine Breite W der Widerstandsschicht 12 und einen Abstand L der jeweils an beiden Enden der Widerstandsschicht 12 angeordneten Leiterschicht 14 eingestellt werden.
Dann werden die jeweiligen Ausgestaltungen des Widerstands 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Laminierungsreihenfolge beschrieben.
<Isoliersubstrat>
Das Isoliersubstrat 11 weist hervorragende Isolation und Wärmebeständigkeit auf, ein Substrat, das für Hochleistungsanwendungen und Anwendungen mit hoher Wärmeerzeugung verwendet werden kann. Das Isoliersubstrat 11 wird unter Verwendung von mindestens einem Keramikmaterial ausgebildet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid besteht. Unter diesen Materialien ist es unter dem Gesichtspunkt der Wärmeableitung und der Temperaturzyklusdauerhaftigkeit bevorzugt, Aluminiumoxid (im Folgenden manchmal als Alumina bezeichnet) zu verwenden. Ferner ist es bei Anwendungen, bei denen eine höhere Wärmeableitung erforderlich ist, bevorzugt, Aluminiumnitrid mit großer Wärmeleitfähigkeit auszuwählen, bei Anwendungen, in denen eine hohe Temperaturzyklusdauerhaftigkeit erforderlich ist, ist es bevorzugt, Siliziumnitrid auszuwählen.
Als Dicke des Isoliersubstrats 11 kann 0,1 mm oder mehr und 1,0 mm oder weniger verwendet werden. Unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit als ein Substrat beträgt die Dicke des Isoliersubstrats 11 bevorzugt 0,1 mm oder mehr. Unter dem Gesichtspunkt der Wärmeableitung beträgt sie ferner bevorzugt 1,0 mm oder weniger.
<Bondingschicht>
Die Bondingschicht 13 bondet das Isoliersubstrat 11 und die Widerstandsschicht 12 und ist auf dem Isoliersubstrat 11 angeordnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Material, das die Bondingschicht 13 ausbildet, mindestens ein metallisches Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Aluminium, Nickel und Chrom, das allein oder in Legierungen verwendet werden kann. Es ist auch möglich, ein Oxid von jedem dieser metallischen Materialien zu verwenden. Als das metallische Material zum Ausbilden der Bondingschicht 13 wird unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der Haftfestigkeit auf dem Isoliersubstrat 11 bevorzugt Titan oder Aluminium verwendet, und stärker bevorzugt wird Titan verwendet.
In dem Widerstand 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Dicke der Bondingschicht 13 50 nm oder mehr und 1000 nm oder weniger betragen. Die Dicke der Bondingschicht 13 beträgt bevorzugt 50 nm oder mehr, um eine Haftfestigkeit zwischen dem Isoliersubstrat 11 und der Widerstandsschicht 12 zu erhalten. Unter dem Gesichtspunkt der Widerstandscharakteristika und der Kosteneffizienz beträgt sie ferner bevorzugt 1000 nm oder weniger. Die Dicke der Bondingschicht 13 beträgt in den obigen Bereichen unter den Gesichtspunkten der Haftfestigkeit und der Charakteristika des spezifischen Widerstands stärker bevorzugt 50 nm oder mehr und 200 nm oder weniger.
Als ein Verfahren zum Ausbilden der Bondingschicht 13 auf der Oberfläche des Isoliersubstrats 11 kann ein Plattierungsverfahren, ein Vakuumabscheidungsverfahren, ein lonenplattierungsverfahren, ein Sputterverfahren, ein Dampfabscheidungsverfahren, ein Kaltspritzverfahren und dergleichen verwendet werden.
<Widerstandsschicht>
Die Widerstandsschicht 12 ist aus einem Widerstandmaterial ausgebildet und ist an einer vorbestimmten Position in der Bondingschicht 13 angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es, da das Widerstandmaterial die Widerstandsschicht 12 bildet, möglich, eine Legierung zu verwenden, die mindestens ein Metall enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Nickel und Mangan ausgewählt ist. Ferner ist es als Widerstandsmaterial zusätzlich zu dem oben erwähnten metallischen Material üblicherweise anwendbar, solange es das metallische Material ist, das den Widerstandskörper bilden kann.
Die Dicke der Widerstandsschicht 12 kann 20 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger betragen, abhängig von der Dicke des gesamten Widerstands, wenn dieser in das Schaltungssubstrat eingebaut ist. Der Widerstandswert des Widerstands 1 kann durch die Dicke, die Breite W der auf dem Isoliersubstrat 11 ausgebildeten Widerstandsschicht 12 und den Abstand L der am Ende der Widerstandsschicht 12 angeordneten Leiterschicht 14 eingestellt werden. Die Dicke der Widerstandsschicht 12 beträgt stärker bevorzugt 50 µmoder mehr und 500 µmoder weniger in den obigen Bereichen, basierend auf den Größen und Widerstandswerten des Schaltungssubstrats.
Der Widerstand 1 kann beispielsweise, wenn er als Widerstand zur Stromerfassung verwendet wird (sogenannter Shunt-Widerstand oder Messwiderstand), unter dem Widerstandsmaterial, das eine Widerstandsschicht 12 bilden kann, das Widerstandmaterial, wie etwa eine Manganinlegierung, ein Gelaninlegierung und ein Nichrom, als Hauptkomponente verwenden.
Unter dem Gesichtspunkt, dass eine gute Leistungsfähigkeit als ein Widerstand erhalten werden kann, ist es ferner möglich, die Manganinlegierung und die Gelaninlegierung zu verwenden. Weiterhin ist es unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitbarkeit beim Ausbilden mit der oben beschriebenen Dicke über der Bondingschicht 13 bevorzugt, die Manganinlegierung zu verwenden.
Als ein Verfahren zum Ausbilden der Widerstandsschicht 12 auf der Oberfläche der Bondingschicht 13 kann das Plattierungsverfahren, das Vakuumabscheidungsverfahren, das lonenplattierungsverfahren, das Sputterverfahren, das Dampfabscheidungsverfahren, das Kaltspritzverfahren und dergleichen verwendet werden.
<Leiterschicht>
Die Leiterschicht 14 ist auf der Bondingschicht 13 und auf beiden Seiten der Widerstandsschicht 12 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform kann Kupfer als leitfähiges Material zum Ausbilden der Leiterschicht 14 verwendet werden. Zusätzlich zu Kupfer kann ferner jegliches Material verwendet werden, das zur Ausbildung des Schaltungsmusters verwendet werden kann.
Eine Dicke der Leiterschicht 14 kann mehrere zehn Mikrometer bis mehrere hundert Mikrometer betragen, und Gestalten, die Anwendungen mit großen Strömen entsprechen, können in geeigneter Weise eingesetzt werden.
Als ein Verfahren zum Ausbilden der Leiterschicht 14 kann das Plattierungsverfahren, das Vakuumabscheidungsverfahren, das lonenplattierungsverfahren, das Sputterverfahren, das Dampfabscheidungsverfahren, das Kaltspritzverfahren und dergleichen verwendet werden.
<Schichtstruktur>
Wie in 1 gezeigt ist, entsteht der Widerstand 1 in dem überlappenden Abschnitt zwischen der Leiterschicht 14 und der Widerstandsschicht 12 durch Laminieren der Bondingschicht 13, der Widerstandsschicht 12 und der Leiterschicht 14 auf das Isoliersubstrat 11 in dieser Reihenfolge. Diese laminierte Struktur kann erreicht werden, indem die Bondingschicht 13 auf dem Isoliersubstrat 11 durch das oben beschriebene Verfahren ausgebildet wird, gefolgt von Ausbilden der Widerstandsschicht 12 auf der Bondingschicht 13 durch das oben beschriebene Verfahren mit anderen maskierten Bereichen als dem Bereich, in dem die Widerstandsschicht 12 ausgebildet werden soll, und ferner Ausbilden der Leiterschicht 14 durch das oben beschriebene Verfahren mit anderen maskierten Bereichen als dem Bereich, in dem die Leiterschicht 14 ausgebildet werden soll.
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation des Widerstands 1 veranschaulicht. Wie in 3 gezeigt ist, entsteht der Widerstand 1 in dem überlappenden Abschnitt zwischen der Leiterschicht 14 und der Widerstandsschicht 12 durch Laminieren der Bondingschicht 13, der Leiterschicht 14 und der Widerstandsschicht 12 auf das Isoliersubstrat 11 in dieser Reihenfolge. Diese laminierte Struktur kann erreicht werden, indem die Bondingschicht 13 in dem Isoliersubstrat 11 durch das oben beschriebene Verfahren ausgebildet wird, gefolgt von Ausbilden der Leiterschicht 14 auf der Bondingschicht 13 durch das oben beschriebene Verfahren mit anderen maskierten Bereichen als dem Bereich, in dem die Leiterschicht 14 ausgebildet werden soll, und ferner Ausbilden der Widerstandsschicht 12 durch das oben beschriebene Verfahren mit anderen maskierten Bereichen als dem Bereich, in dem die Widerstandsschicht 12 ausgebildet werden soll.
[Schaltungssubstrat]
Ein Schaltungssubstrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. 4 ist eine Draufsicht zum Erläutern des Schaltungssubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Ein in 4 gezeigtes Schaltungssubstrat 100 entsteht durch Ausbilden eines Schaltungsmusters 110 auf dem Isoliersubstrat 101 und durch Ausbilden der Widerstandsschicht 103 auf dem Isoliersubstrat 101 über die Bondingschicht 102. Die Bondingschicht 102 wird aus mindestens einem metallischen Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Aluminium, Nickel und Chrom, ausgebildet. Ferner wird die Widerstandsschicht 103 aus einem Widerstandsmaterial ausgebildet, und das Schaltungsmuster 110 wird auf einer Oberfläche der Verbindungsschicht 102 ausgebildet, indem es auf einem Teil der Widerstandsschicht 103 überlappt wird.
Das Schaltungssubstrat 100 ist so ausgelegt, dass das Verhältnis des Plattenwiderstands der Bondingschicht 102 zum Plattenwiderstand des Widerstands 103 100 oder mehr beträgt.
Das in 4 gezeigte Schaltungssubstrat 100 wird erreicht, indem die Bondingschicht 102 auf der Oberfläche des Isoliersubstrats 101 unter Verwendung des Plattierungsverfahrens, des Vakuumabscheidungsverfahrens, des lonenplattierungsverfahrens, des Sputterverfahrens, des Aufdampfverfahrens und des Kaltspritzverfahrens oder dergleichen ausgebildet wird, anschließend durch Ausbilden der Widerstandsschicht 103 auf der Bondingschicht 102 mit anderen maskierten Bereichen als dem Bereich, in dem die Widerstandsschicht 103 gebildet werden soll, und weiter durch Ausbilden des Schaltungsmusters 110 durch das oben beschriebene Verfahren mit anderen maskierten Bereichen als dem Bereich, in dem das Schaltungsmuster 110 ausgebildet werden soll.
In einem typischen Schaltungssubstrat wurde ein Widerstand durch ein Hartlotmaterial an einer vorbestimmten Position der Platine gebondet, auf der ein Schaltungsmuster ausgebildet wurde. Andererseits ist es gemäß dem Schaltungssubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Widerstandsschicht 103 auf dem Isoliersubstrat 101 in einem Prozess zum Ausbilden des Schaltungsmusters in das Isoliersubstrat 101 auszubilden. Daher treten bei der Montage des Widerstandskörpers auf dem Schaltungssubstrat keine Probleme, wie etwa Bondstärke zwischen dem Substrat und dem Widerstandskörper, oder Risse in den Bondteilen aufgrund thermischer Belastung auf.
Ferner wird durch eine Struktur, bei der die Widerstandsschicht 103 in engem Kontakt mit dem Schaltungssubstrat 100 steht, wie oben beschrieben, die Wärmeerzeugung der Widerstandsschicht 103 leicht durch das Isoliersubstrat 101 abgestrahlt. Darüber hinaus wird die Flexibilität beim Design der Schaltungsanordnung erhöht, da die Widerstandsschicht 103 im Prozess des Ausbildens des Schaltungsmusters 110 integral ausgebildet werden kann.
Beispiele
Ein auf dem Widerstand 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basierender Prüfling wurde hergestellt und als der Widerstand 1 evaluiert, indem verschiedene Messungen durchgeführt wurden. Ein Verfahren zur Herstellung des Prüflings und dessen Bewertung wird nachstehend beschrieben.
[Vorbereitung der Prüflinge]
Als Isoliersubstrat wurde ein Aluminiumoxid (Alumina) verwendet. Als Widerstandsmaterial wurde ein Manganin verwendet. Titan und Aluminium wurden jeweils als metallische Materialien für die Bondingschicht verwendet.
Die Bondingschicht mit einer Dicke von 100 nm wurde durch Anwenden des Sputterverfahrens unter Verwendung von Titan oder Aluminium auf ein Aluminiumoxidsubstrat mit einer Größe von vertikal 30 mm x horizontal 50 mm x Dicke 1 mm ausgebildet.
Die Sputterbedingungen waren wie folgt.

• Ziel: Titan
• Entladungsgas: Argongas
• Gasdurchflussrate: 50 sccm
• Gasdruck: 0,7 Pa
• Gleichstromleistung: 1000 W

Als das metallische Material, das die Bondingschicht ausmacht, wurde Titan verwendet, und für jede wurde diejenige mit einer Dicke von 50 nm, 100 nm und 1000 nm hergestellt. Zusätzlich wurde der Prüfling unter Verwendung von Aluminium als die Bondingschicht auf die gleiche Weise hergestellt.
Anschließend wurde die Widerstandsschicht (Maskengröße 10 mm x 40 mm) durch Anwendung des Kaltspritzverfahrens unter Verwendung der Manganinlegierung als das Widerstandmaterial auf die unter Anwendung des Sputterverfahrens ausgebildete Bindungsschicht ausgebildet.
Die Bedingungen des Kaltspritzverfahrens waren wie folgt.

• Arbeitsgas: Druck-Stickstoff
• Gasdruck: 1 bis 6 MPa
• Gastemperatur: 400 ~ 450°C
• Spritzabstand: 15 mm
• Verfahrgeschwindigkeit: 20 bis 80 mm/s
• Pulverzufuhrrate zum thermischen Spritzen von Manganin: 10 bis 30 g/min

Durch Ändern der Bedingungen des Kaltspritzens wurden die Widerstandsschichten mit Dicken von 20 µm, 200 µmund 1000 µmhergestellt.
Mehrere Prüflinge wurden hergestellt, indem die Dicke der Widerstandsschicht geändert und die Art und die Dicke der Bondingschicht kombiniert wurden.
[Evaluierungsverfahren]
<Wärmeableitungstest>
Als ein Vergleichsmodell wird ein typisches Shunt-Widerstand-Bauelement 200 mit Lot an beiden Enden des Widerstands montiert in einem Keramiksubstrat verwendet. 5A ist eine Draufsicht, die ein Shunt-Widerstand-Bauelement 200 veranschaulicht, und 5B ist eine Schnittansicht, die das Shunt-Widerstand-Bauelement 200 veranschaulicht.
In dem in 5A und 5B gezeigten Shunt-Widerstand-Bauelement 200 sind zwei auf beiden Seiten des Keramiksubstrats 201 beabstandete Bondingschichten 202 ausgebildet, ferner ist in jeder der Bondingschichten 202 ein Leitermuster 203 ausgebildet. An einer vorbestimmten Position des Leitermusters 203 ist ein Widerstandskörper 205 durch Lot 204 angebondet.
In dem Shunt-Widerstand-Bauelement 200 ist das Keramiksubstrat 201 das Aluminiumoxidsubstrat mit einer Größe von vertikal 30 mm x horizontal 50 mm x Dicke 1 mm, und der Widerstandskörper 205 ist das Aluminiumoxidsubstrat mit einer Größe von vertikal 6,35 mm x horizontal 3,18 mm x Dicke 0,6 mm ausgebildet.
In dem Shunt-Widerstand-Bauelement 200 ist der Widerstandskörper 205 auf dem Keramiksubstrat 201 jeweils an beiden Enden durch Lot montiert, und außer an den beiden Enden des Widerstandskörpers 205 berührt dieser das Keramiksubstrat 201 nicht, sondern stellt eine Luftisolationsstruktur dar.
Ferner wurde der Widerstand 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein durch die oben beschriebenen Verfahren hergestellter Prüfling T1 verwendet. Der Aufbau des Prüflings T1 ist in 3 angegeben.
Die Rückseitentemperatur des Shunt-Widerstand-Bauelements 200 wurde auf 25°C eingestellt und eine Leistung von 2 W wurde zugeführt. Der gleiche Test wurde auf den Prüfling T1 angewendet.
Gemäß dem Shunt-Widerstand-Bauelement 200 wurden eine Temperatur eines Hotspots, der in einem zentralen Teil des Widerstandskörpers 205 auftritt, und eine Temperatur eines Anschlussteils, an dem der Widerstandskörper 205 mit dem Keramiksubstrat 201 verbunden ist, gemessen.
Gemäß dem Prüfling T1 wurden auch eine Temperatur eines in einem zentralen Teil der Widerstandsschicht auftretenden Hotspots und eine Temperatur des Isoliersubstrats in der Nähe des Endes der Widerstandsschicht gemessen. Die Ergebnisse werden später beschrieben.
<Widerstandsstruktur und Widerstandstemperaturkennlinie>
Der wie oben beschrieben erhaltene Prüfling wurde den folgenden Evaluationstests unterzogen.
. Berechnung des Widerstandsverhältnisses
Das Verhältnis des Plattenwiderstands der Bondingschicht zum Plattenwiderstand der Widerstandsschicht wurde wie folgt berechnet. Der Plattenwiderstand wird wie folgt berechnet. $\begin{array}{l} Plattenwiderstand = spezifischer Volumenwiderstand (μΩ \cdot cm) / Dicke (cm) \\ Widerstandsverh = {Plattenwiderstand} der \\ Bondingschit (μΩ / sq) / {Plattenwiderstand der Widerstandsschicht (μΩ / sq)} \end{array}$
Hier beträgt der spezifische Volumenwiderstand des Manganins 43 µΩ·cm, der spezifische Volumenwiderstand von Titan 42,7 µΩ·cm, der spezifische Volumenwiderstand von Aluminium 2,8 µΩ·cm.
. Messung der Widerstandstemperaturkennlinien von Widerständen
Ein Widerstandstemperaturkoeffizient des Widerstands (temperature coefficient of the resistor - TCR) wurde gemessen, um das Verhältnis einer Änderung relativ zu einem Standardwert zu berechnen. Das heißt, dass hinsichtlich des Widerstandstemperaturkoeffizienten nur des Widerstands und des Widerstandstemperaturkoeffizienten eines Laminats als wesentlichem Leiter, wobei das Laminat durch Kombinieren des Widerstands und der Bondingschicht erhalten wurde, die Änderungsrate der Änderung des Letzteren in Bezug auf den Ersteren berechnet wurde.
Der Widerstandstemperaturkoeffizient (TCR) stellt das Verhältnis der Änderung des Innenwiderstandswerts aufgrund der Temperaturänderung des Widerstands dar und wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt. $Temperaturkoeffizient des Widerstands (ppm/ ° C) = {(R - Ra) / Ra} \times {1 / (T - Ta)} \times 1000000$
In der obigen Gleichung ist Ta: die Referenztemperatur, T: die Temperatur des stationären Zustands, Ra: der Widerstandswert des Widerstandsmaterials bei der Referenztemperatur, R: der Widerstandswert des Widerstandsmaterials im stationären Zustand.
Ferner kann die Änderungsrate des Widerstandstemperaturkoeffizienten (TCR) durch die folgende Gleichung bestimmt werden.
Änderungsrate von TCR (%) = {(TCRb-TCRa)/TCRa}×100
In der obigen Gleichung ist TCRa der Widerstandstemperaturkoeffizient nur des Widerstands, TCRb ist der Widerstandstemperaturkoeffizient, wenn die durch Kombinieren des Widerstands und der Bondingschicht erhaltene Laminierung als ein Widerstand behandelt wird.
Wenn der Wert der Änderungsrate von TCR (%) klein ist, kommt er der Kennlinie des Widerstands selbst nahe, was angibt, dass der Beitrag der Bondingschicht zu der Kennlinie als ein Widerstand gering ist. Unter diesem Gesichtspunkt beträgt die Änderungsrate von TCR (%) bevorzugt 20% oder weniger. In der folgenden Evaluation wurde der Prüfling mit einem Wert der Änderungsrate von TCR (%) von 20% oder weniger als „gut“ beurteilt, der Prüfling mit einem Wert der Änderungsrate von mehr als 20% als „Ausschuss“ beurteilt.
[Evaluationergebnisse]
<Ergebnis des Wärmeableitungstests>
Bei dem herkömmlichen Widerstand betrug die Temperatur des Hotspots in der Mitte des Widerstands 74,2°C und die Temperatur des Anschlussabschnitts betrug 27,8°C und die Temperaturdifferenz betrug 46,4°C. Andererseits betrug in dem Prüfling T1 die Temperatur des Hotspots in der Mitte der Widerstandsschicht 28,6°C und die Temperatur des Keramiksubstrats betrug in der Nähe des Endes der Widerstandsschicht 27,3°C und der Temperaturunterschied betrug 1,3°C.
Aufgrund dieses Befunds, dass sich in dem in dieser Ausführungsform gezeigten Widerstand 1 die Widerstandsschicht 12 durch die Bondingschicht 13 in engem Kontakt mit dem Isoliersubstrat 11 befindet, wurde festgestellt, dass die von der Widerstandsschicht 12 erzeugte Wärme leicht von dem Isoliersubstrat 11 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit abgestrahlt wird.
<Widerstandsstruktur und Widerstandstemperaturkennlinie>
Die Evaluationsergebnisse des Prüflings bezüglich des Widerstandsaufbaus sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt.

[Tabelle 1]

			Nummer des Prüflings
			T1	T2	T3	T4	T5	T6	T7	T8	T9
	Widerstandsmaterial Manganin	20(µm)	o	o	o	-	-	-	-	-	-
		200(µm)	-	-	-	o	o	o	-	-	-
		1000(µm)	-	-	-	-	-	-	o	o	o
	Material für die Bondingschicht Titan	50(nm)	o	-	-	o	-	-	o	-	-
		100(nm)	-	o	-	-	o	-	-	o	-
		1000(nm)	-	-	o	-	-	o	-	-	o
Widerstandsverhältnis			397,2	198,6	19,9	3972, 1	1986	198,6	19860, 5	9930, 2	993
Evaluationsergebnisse			gut	gut	Ausschus s	gut	gut	gut	gut	gut	gut

[Tabelle 2]

			Nummer des Prüflings
			A1	A2	A3	A4	A5	A6	A7	A8	A9
	Widerstand s-material Manganin	20(µm)	o	o	o	-	-	-	-	-	-
		200(µm)	-	-	-	o	o	o	-	-	-
		1000(µm )	-	-	-	-	-	-	o	o	o
	Material für die Bondingschicht Titan	50(nm)	o	-	-	o	-	-	o	-	-
		100(nm)	-	o	-	-	o	-	-	o	-
		1000(nm )	-	-	o	-	-	o	-	-	o
Widerstandsverhältnis			26,2	13,1	1,0	262,3	130,9	9,5	1311,6	654,7	47,6
Evaluationsergebnisse			Ausschus s	Ausschus s	Ausschus s	gut	gut	Ausschus s	gut	gut	Ausschus s

<Ergebnisse>
Gemäß den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen wurde ein Prüfling T3, der durch Kombinieren einer Widerstandsschicht mit einer Dicke von 20 µm, die aus Kohlenstoff ausgebildet wurde, und einer Bondingschicht mit einer Dicke von 1000 nm aus Titan erhalten wurde, wegen der Änderungsrate des TCR (%), die 20% überstieg, als „Ausschuss“ beurteilt, und das Widerstandsverhältnis dieses Prüflings T3 betrug 19,9.
Ferner beträgt gemäß den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen für eine Widerstandsschicht mit einer Dicke von 20 µm, die aus dem Manganin ausgebildet wurde, wenn Aluminium als Material der Bondingschicht verwendet wird, das Widerstandsverhältnis weniger als 100, unabhängig von der Dicke der Bondingschicht; da der Beitrag von Aluminium zum TCR groß ist, wurde dies als „Ausschuss“ beurteilt. Das Widerstandsverhältnis bei diesen Tests betrug 26,2, 13,1 und 1,0.
Gemäß den obigen Ergebnissen kann der Widerstand, der das Aluminiumoxidsubstrat, die aus dem Manganin ausgebildete Widerstandsschicht und die aus Titan oder Aluminium ausgebildete Bondingschicht, die so ausgebildet sind, dass das Verhältnis des Plattenwiderstands der Bondingschicht zum Plattenwiderstand der Widerstandsschicht (Widerstandsverhältnis) ausgebildet ist, 100 oder mehr zu betragen, beinhaltet, die Änderungsrate von TCR innerhalb von 20% oder weniger des zulässigen Bereichs machen, und es ist ersichtlich, dass stabile Widerstandseigenschaften erhalten werden können.
Das heißt, dass, indem das Verhältnis des Plattenwiderstands der Bondingschicht zu mehr als dem 100-Fachen des Plattenwiderstands des Widerstandskörpers gemacht wird, der Beitrag der Bondingschicht zu den Eigenschaften des Widerstands auf weniger als 1% verringert werden kann. Da ferner die Temperaturwiderstandscharakteristik des in der Bondingschicht verwendeten Titans, Aluminiums, Chroms, Nickels usw. 3000 bis 4000 ppm/°C beträgt, kann die Auswirkung der Bondingschicht auf den TCR des Widerstands auf 30-40 ppm/°C begrenzt werden. Dies ermöglicht es, die für das Shunt-Widerstand-Bauelement erforderlichen Eigenschaften sicherzustellen. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse in der Tabelle 1 und der Tabelle 2, dass Titan als Material der Bondingschicht eine stabilere Widerstandseigenschaft bietet, wenn jede Schicht des Widerstandskörpers die gleiche Ausgestaltung aufweist.
Gemäß dem Aufbau des Widerstands 1 ist es möglich, die Haltbarkeit der Widerstandsschicht 12 und des Isoliersubstrats 11 zu erhöhen, ohne dass der Bondingabschnitt durch thermische Belastungsunterschiede beschädigt wird, da kein Lot verwendet wird.
Es gibt einen Unterschied zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Isoliersubstrats, dem Wärmeausdehnungskoeffizienten einer Komponente, wie etwa eines auf dem Isoliersubstrat montierten Widerstandskörpers, und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Leitermusters. Dies führt dazu, dass sich aufgrund der wiederholten Wärmeausdehnung und Wärmekontraktion des Widerstands zyklische Ermüdung am Bond zwischen dem Isoliersubstrat und dem Widerstandskörper oder zwischen dem Isoliersubstrat und dem Leitermuster akkumuliert. Obwohl das Keramiksubstrat im Allgemeinen eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit aufweist, besteht daher die Sorge, dass die Haltbarkeit des gesamten Widerstands abnehmen kann.
Andererseits gibt es ein Verfahren zum Bonden des Widerstandskörpers an das Keramiksubstrat mittels eines Harzmaterials, wie etwa Polyimid oder Epoxid, um die Wärmeableitung vom Widerstandskörper durch das Keramiksubstrat als eine Struktur zum Anhaften des Widerstandskörpers an dem Isoliersubstrat zu erleichtern.
In diesem Fall wird, obwohl die thermische Belastung gemildert wird, die Wärme vom Widerstandskörper durch das Harzmaterial blockiert, was es schwierig macht, die Wärme auf das Keramiksubstrat zu übertragen. Wenn die erzeugte Wärmemenge groß ist, ist es daher möglicherweise nicht möglich, eine ausreichende Wärmeableitung zu erreichen.
Im Gegensatz dazu weist der Widerstand 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch Bereitstellen der obigen Struktur eine Wärmeableitungseigenschaft auf einem höheren Niveau auf. Ferner ist es möglich, die Änderungsrate des Widerstandstemperaturkoeffizienten innerhalb eines vorbestimmten Bereichs aufzunehmen, und es ist möglich, die Widerstandskennlinie zu stabilisieren.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind oben beschrieben. Jede der obigen Ausführungsformen zeigt jedoch nur eines der Anwendungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, und es besteht keine Absicht, den technischen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung auf die spezifischen Ausgestaltungen der oben beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität auf der Grundlage der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-13259 , die am 12. Juli 2018 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Bezugszeichenliste

1: Widerstand
11: Keramiksubstrat
12: Widerstandsschicht
13: Bondingschicht
14: Leiterschicht
100: Schaltungssubstrat
101: Keramiksubstrat
102: Bondingschicht
103: Widerstandsschicht
110: Schaltungsmuster

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201813259 [0075]

Claims

Widerstand, der Folgendes umfasst: ein Isoliersubstrat; eine Widerstandsschicht, die aus einem Widerstandskörpermaterial ausgebildet ist; und eine Bondingschicht zum Bonden des Isoliersubstrats und der Widerstandsschicht, wobei der Widerstand derart ausgelegt ist, dass ein Verhältnis eines Plattenwiderstands der Bondingschicht zu einem Plattenwiderstand der Widerstandsschicht 100 oder mehr beträgt.
Widerstand nach Anspruch 1, wobei die Bondingschicht aus mindestens einem metallischen Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Aluminium, Nickel und Chrom, ausgebildet ist.
Widerstand nach Anspruch 2, wobei das Widerstandskörpermaterial eine Manganinlegierung ist.
Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Dicke der Widerstandsschicht 20 µmoder mehr und 1000 µmoder weniger beträgt.
Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Dicke der Bondingschicht 50 nm oder mehr und 1000 nm oder weniger beträgt.
Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bondingschicht aus einem titanhaltigen Material ausgebildet ist.
Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine Leiterschicht, die auf der Oberfläche der Bondingschicht ausgebildet ist und sich auf einem Teil der Widerstandsschicht überlappt.
Widerstand nach Anspruch 7, wobei die Bondingschicht, die Widerstandsschicht und die Leiterschicht in dieser Reihenfolge auf den überlappenden Abschnitt der Leiterschicht und der Widerstandsschicht auf das Keramiksubstrat laminiert sind.
Widerstand nach Anspruch 7, wobei die Bondingschicht, die Leiterschicht und die Widerstandsschicht in dieser Reihenfolge auf den überlappenden Abschnitt der Leiterschicht und der Widerstandsschicht auf das Keramiksubstrat laminiert sind.
Schaltungssubstrat, auf dem ein Schaltungsmuster auf einem Isoliersubstrat ausgebildet ist, wobei das Schaltungssubstrat Folgendes umfasst: eine Widerstandsschicht, die aus einem Widerstandskörpermaterial ausgebildet ist; und eine Bondingschicht zum Bonden des Isoliersubstrats und der Widerstandsschicht, wobei das Schaltungssubstrat derart ausgelegt ist, dass ein Verhältnis eines Plattenwiderstands der Bondingschicht zu einem Plattenwiderstand der Widerstandsschicht 100 oder mehr beträgt.