JP2005197394A - 金属抵抗器 - Google Patents

Abstract

【課題】 板体状の抵抗体の両端部に十分な強度で高導電性金属材料からなる電極を接合することができる構造を採用することにより、金属抵抗器全体としての抵抗温度係数に問題が生じることなく、広範囲の抵抗値に対応が可能で、且つ小型コンパクト化した構造の金属抵抗器を提供する。
【解決手段】 板状に形成された抵抗合金材料からなる抵抗体１１と、該抵抗体の両端部に形成された高導電性金属材料からなる一対の電極１２，１３とを備えた金属抵抗器１０であって、前記抵抗体の両端部と前記電極とを接続する接合部に、接合面として、２面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを有する。ここで、抵抗体１１と電極１２，１３の接合面は、前記板状に形成された抵抗体の一面に平行な面と、該面に略垂直な面とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、低抵抗値を有する金属抵抗器に係り、特に、抵抗合金材料からなる抵抗体と、その両端部に配置された高導電性金属材料からなる一対の電極とを備えた金属抵抗器に関する。

このような金属抵抗器としては、図８（ａ）に示すように、矩形状の抵抗体１の両端部の下面に矩形状の高導電性金属板体からなる電極２，３を接合して、その電極の表面（底面）に溶融ハンダ層を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、図８（ｂ）に示すように、矩形状の抵抗体１の両端部の両端面に、ブロック状の高導電性金属体からなる電極２，３を溶接により接合したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

上記図８（ａ）に示す金属抵抗器では、抵抗体１における電極２，３間の部分Ｌが所定の抵抗値を形成するための抵抗体として機能し、抵抗体１の電極２，３の接合部の上部においては、所定の抵抗値を形成するための抵抗体としては殆ど機能しない。また、図８（ｂ）に示す金属抵抗器では、抵抗体１の両側端面に電極２，３が配置されていて、抵抗体１の電極２，３間の部分Ｌが所定の抵抗値を形成するための抵抗体として機能する。ところで、これらの金属抵抗器はチップ部品としての標準的なサイズに製作される場合が多く、この場合には回路基板の配線パッドに搭載するために、電極の大きさおよび両極間距離の制約を受ける。このため、これらの金属抵抗器では、全体のサイズを小型化しようとすると、所定の抵抗値を形成するための抵抗体として機能する部分Ｌを十分に大きく取ることができず、抵抗値は抵抗体として機能する部分Ｌの長さに比例し、断面積に反比例するので、設計の自由度が狭く、製造可能な抵抗値の範囲が狭められてしまう、という問題がある。

また、チップ型の金属抵抗器としては、図８（ｃ）に示すように、帯状（薄板状）の抵抗体１の略中央部をモールド樹脂体４に封入し、両端部をそれぞれモールド樹脂体４に沿ってコの字状に折り曲げた構造のものが知られている。そして、抵抗体１のモールド樹脂体４から露出した部分には、ニッケルメッキおよびハンダメッキからなるメッキ電極５，６が抵抗体の電極部分３，４の上面に配置されている。この抵抗器においては、モールド樹脂体４内部に封入された部分が所定の抵抗値を形成するための抵抗体として機能する部分Ｌとなり、広い抵抗値範囲の設計が可能となる。しかしながら、このチップ型の金属抵抗器では、抵抗体１の電極となる部分３，４が抵抗合金材料で形成されているため、その導電性が低く、また、その表面にメッキ電極５，６が配置されていることから、金属抵抗器全体としての抵抗温度係数（ＴＣＲ）が高くなってしまう、という問題がある。
特開２００２−１８４６０１号公報 特開平６−２２４０１４号公報

本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、板体状の抵抗体の両端部に十分な強度で高導電性金属材料からなる電極を接合することができる構造を採用することにより、金属抵抗器全体としての抵抗温度係数に問題が生じることなく、広範囲の抵抗値の抵抗器の製作が可能で、且つ小型コンパクト化した構造の金属抵抗器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の金属抵抗器は、板状に形成された抵抗合金材料からなる抵抗体と、該抵抗体の両端部に形成された高導電性金属材料からなる一対の電極とを備えた金属抵抗器であって、前記抵抗体の両端部と前記電極とを接続する接合部に、接合面として、２面を有することを特徴とするものである。ここで、前記抵抗体と電極の接合面は、前記板状に形成された抵抗体の一面に平行な面と、該面に略垂直な面とからなることが好ましい。

本発明によれば、抵抗合金材料からなる抵抗体と、金属材料からなる電極とが２面で接合されるので、１面のみで接合した場合よりも大きな接合強度で強固に接続することができる。これにより、薄板状（帯状）電極の曲げ加工時には、その曲げ加工による応力を２面の接合面に分散させて受けることができるので、加工時の応力に強くすることができる。また、異種金属間の接合面に電流が流れる際の発熱も２面の接合面で分散して受けるので、熱応力に強くすることができる。

また、前記抵抗体および前記電極と抵抗体の接合部を内部に封入するモールド樹脂体を備え、前記電極の一部は、前記モールド樹脂体から突出し、前記モールド樹脂体に沿ってコの字型に折り曲げられていることが好ましい。これにより、モールド樹脂体内部に封入された抵抗体部分の面積を大きく取ることができ、また抵抗体の薄板化も可能であり、小型コンパクト化した構造のチップ型金属抵抗器とすることができる。

また、前記電極は、前記モールド樹脂体の内部で下方に向けて屈曲し、前記抵抗体が前記モールド樹脂体の内部で底面に近い部分に配置するようにしても良い。これにより、金属抵抗器を電流検出用に用いる場合に、回路基板上の電圧検出端子配線を前記抵抗体の下面に抵抗体の長手方向に沿って配置することで、抵抗体に流れる電流により生じる磁束を電圧検出端子配線にカップリングさせることができる。したがって、抵抗体の有するインダクタンスによる電流検出波形の乱れを低減することが可能となる。

また、前記電極および前記抵抗体の上面が平滑に連続する平面に形成されていることが好ましい。これにより、単純な構造で実装性に優れた金属抵抗器を提供することができる。

本発明によれば、抵抗体と電極とを異なる２面で接合することができ、十分な強度で抵抗体の両端部に電極を接続することができる。これにより、電極部分を高導電性の金属材料を用いて形成することができ、モールド樹脂体に沿ってコの字型に電極を折り曲げることで、抵抗体として機能する部分の面積を広く取ることができ、チップ部品として広範囲の抵抗値の抵抗器の設計が可能となる。また、電極部分の抵抗成分を小さくすることができ、抵抗器全体としての抵抗温度係数を良好なものとすることができる。

以下、本発明の実施形態について、図１ないし７を参照して説明する。図１は本発明に係る金属抵抗器の第１実施形態を示す図である。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１において、金属抵抗器１０は、矩形薄板状に形成された抵抗体１１と、この抵抗体１１の両端部に接続されたコの字状の一対の電極１２，１３とを備えている。抵抗体１１は、例えば、ＣｕＮｉ系合金、ＮｉＣｒ系合金、ＣｕＭｎ系合金などの合金抵抗材料により作製されている。電極１２，１３は、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ系合金、Ｎｉ、Ｎｉ系合金、Ａｕ、Ａｕ系合金、Ａｌ、Ａｌ系合金などの高導電性金属材料により作製されている。この金属抵抗器１０は、抵抗体１１および電極１２，１３を、ともに金属系材料により構成することにより、抵抗材料と電極材料とを圧着（かしめ）、溶接、熱拡散接合などで接合することができる。

ここで、例えば抵抗体１１の寸法は、幅１ｍｍないし５０ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍないし５ｍｍ、長さ１ｍｍないし５０ｍｍ、好ましくは３ｍｍないし１０ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍないし２ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍないし０．５ｍｍ程度である。また、電極１２，１３の寸法は、コの字型に折り曲げられた帯状電極の展開長で、幅１ｍｍないし５０ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍないし５ｍｍ、長さ１ｍｍないし１０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍないし１ｍｍ程度である。

抵抗体１１は、電極１２，１３との接合部間において、所定の抵抗値を形成するための抵抗体として機能する部分Ｌとなる。電極１２，１３間における抵抗体１１の長さＬに対応して、その幅や厚さを調整することにより所望の抵抗値にすることができ、小さめな抵抗値に作製した後にその幅や厚さを調整したり、あるいは、レーザトリミング等を行うことで、より高精度な抵抗値にすることもできる。したがって、抵抗合金材料および抵抗体の長さ、幅、厚さを調整することで、１ｍΩ〜１Ω程度の広い領域の抵抗値を有する金属抵抗器を製作可能である。

ここで、抵抗体１１は、電極１２，１３との接合部の縦断面形状において、平行な下辺１１ｃと上辺１１ｄおよび側辺１１ａ，１１ｂを有する台形状に形成されている。この傾斜した角度は、９５゜ないし１３５゜程度であることが好ましい。この傾斜した面を設けることで、側面への接合強度を保つことができ、加工応力や熱応力に対して強い金属抵抗器を提供することができ、更に折曲方向を選定することによって、傾斜角度を利用して円滑に折曲することができる等のメリットがある。

この縦断面が台形状に形成された抵抗体１１は、その両端部においてそれぞれ電極１２，１３に対して、その抵抗体の面と、これに略垂直な面との２面Ａ，ＢおよびＣ，Ｄで接続固定されている。即ち、抵抗体１１の側辺１１ａと電極１２との接合面がＡであり、抵抗体１１の下辺１１ｃと電極１２との接合面がＢである。同様に、抵抗体１１の側辺１１ｂと電極１２との接合面がＣであり、抵抗体１１の下辺１１ｃと電極１２との接合面がＤである。また、抵抗体１１と電極１２，１３の界面の断面形状は例えば階段状や鋸歯状などでもよいが、その両者の界面は充分に強く接合されている必要がある。

したがって、金属抵抗器１０は、コの字型の電極１２，１３の端部で抵抗体１１とそれぞれ２面で接合することができるので、抵抗体１１が抵抗器として機能する面積を十分に大きく確保することができ、設計の自由度を大きくすることができる。また、この抵抗体１１と電極１２，１３とは、２面で接続するので、１面のみで接合した場合よりも大きな接合強度で強固に接続することができる。これにより、後述する電極１２，１３の曲げ加工時には、その曲げ加工による応力を２面の接合面に分散させて受けることができ、また、異種金属間の接合面に電流が流れる際の発熱も２面の接合面で分散して受けるので、熱応力に強くすることができる。

そして、電極１２，１３は、抵抗体１１と共に、その接合部分が絶縁樹脂材料によりモールド樹脂体１４内に封入されており、このモールド樹脂体１４から突出する電極部分がそのモールド樹脂体１４の外面に沿うように側面および下面で折り曲げられて、コの字型に形成されている。ここで、電極１２，１３とモールド樹脂体１４との間には、僅かな隙間を持たせている。この電極１２，１３のモールド樹脂体１４から突出した部分は、その表面にニッケルメッキおよびハンダメッキが施され、メッキ電極１５，１６が形成されている。したがって、電極１２，１３は、良好なハンダ付け性が確保されており、電極１２，１３が高導電性の金属材料により形成されているので、金属抵抗器１０チップ型の部品の標準的なサイズの実装面を有する電極１２，１３を形成することができ、電極の抵抗値を極めて低いものとすることができる。これにより、抵抗器全体としての抵抗温度係数を抵抗体１１自体が有する抵抗温度係数に近いものとすることができる。

次に、図２および図３は本発明に係る金属抵抗器の第２実施形態を示す図である。図２において、金属抵抗器２０は、抵抗体１１と、その両端部に高導電性金属材料からなる一対の電極２２，２３とを備えている。この電極２２，２３は、上記第１実施形態における電極１２，１３と同様に構成されていて、抵抗体１１の両端部の側辺１１ａ，１１ｂと下辺１１ｃにおいて、電極１２，１３とそれぞれ接合面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで強固に接合されている。

また、この電極２２，２３は、図示するようにモールド樹脂体１４の内部で折り曲げられ、抵抗体１１がモールド樹脂体内部の下方に位置するように配置されている。なお、モールド樹脂体１４から突出する電極２２，２３の外部の部分は、モールド樹脂体１４との間に僅かに隙間を持たせて、モールド樹脂体１４の外面に沿うように側面および下面で折り曲げられて、コの字型に形成されている。すなわち、電極２２，２３は、断面視において、モールド樹脂体１４の内部で、抵抗体の主面と接する部分は該抵抗体１１の主面に略平行に、該抵抗体の両端の斜面部Ａ，Ｃと接する部分からモールド樹脂体の側面附近のやや手前までは抵抗体の該斜面の角度に略平行にもしくは沿うように該モールド樹脂体の側面に向かって斜め上向きに配設し、該モールド樹脂体の側面の内部と外部の附近は略水平に配設し、更に、モールド樹脂体１４の外側で下方に向けて折り曲げ、モールド樹脂体の底面附近から該底面に沿って、互いに向き合うように折り曲げられ、抵抗体１１がモールド樹脂体１４の内部で底面に近い部分に配置されている。したがって、この金属抵抗器２０が電流検出用に用いられる場合に、図示しない回路基板の配線パッドにメッキ電極１５，１６の下面１５ａ，１６ａが接続される。このとき、抵抗体１１が図示しない回路基板の配線パターンに図１に示す抵抗器１０の場合と比較して接近した位置に配置されることになる。

ここで、このような金属抵抗器２０は、例えば、図３（ａ）に示すような電流検知回路１００に接続され、電流検出の用途に用いられる場合がある。この場合、金属抵抗器２０は、回路基板側のランド１０１，１０１に電極２２，２３が接続され、抵抗体１１に電流を供給するとともに、この抵抗体１１の両端に発生する電圧を、配線パターン１０２，１０３を介して電圧検出回路で検出することにより、その電流値を検知する。このとき、抵抗体１１には微少ではあるがインダクタンスＬが存在し、電流が高周波にすると、抵抗値も微少であるため、検出電圧にインダクタンスによる誤差分が含まれることになる。また、抵抗体の電流の流れる方向に平行に延在する配線パターン１０２，１０３は、電流による磁束の影響を受けて（磁気的に結合して）、相互インダクタンスＭとしての誘起電圧が発生する。このため、電流検知回路としては、図３（ｂ）に示す等価回路となり、ランド１０１間の電圧Ｖは、次式のように示される。
Ｖ＝ＲＩ＋Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）−Ｍ（ｄｉ／ｄｔ）

この金属抵抗器２０は、上記第１実施形態よりも抵抗体１１を回路基板に接近して配置していることから、相互インダクタンスＭを有効に作用させることができ、抵抗体１１に発生するインダクタンスＬの影響を効果的にキャンセルすることができる。したがって、この金属抵抗器２０を実装することにより、電極２２，２３間の検出電圧のインダクタンスによる波形歪みが小さくなり、端子１０２，１０３間に生じる電圧を精度良く検出することができる。このため、その電極２２，２３間に流れる電流値を正確に検知することができる。また、抵抗体１１は回路基板に近いので、その発生する熱を回路基板に逃がして温度上昇を抑制することもできる。

なお、図３（ａ）に示す電流検知回路の配線パターン１０２は、一対のランド１０１，１０１から内方に向かう（電流の流れる方向に延在する）部分１０２ａと、そこから互いに離隔するように外方に向かう部分１０２ｂとを有して、一方の配線パターン１０２ｂはビアを介して裏面に回り込むことにより基板の表裏で重なって、電圧検出回路に接続されている。

このように本実施形態においては、上記第１実施形態による作用効果に加えて、抵抗体の有するインダクタンスによる波形歪みの影響を低減することができ、抵抗体１１に流れる電流値の正確な検知を実現することができる。

次に、図４は本発明に係る金属抵抗器の第３実施形態を示す図である。なお、図４（ａ）は抵抗体と電極の接合構造を示す上面図、図４（ｂ）は抵抗体と電極の接合構造を示す図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

図４（ａ）（ｂ）において、金属抵抗器３０は、上記実施形態と同様な構成の抵抗体１１と、一対の電極３２，３３とを備えている。すなわち、抵抗体１１の両端部の側辺１１ａ，１１ｂと下辺１１ｃとが、電極３２，３３と接合面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて接合されている。

この抵抗体１１および電極３２，３３の接合部分には、図４（ａ）に示すように、上面視において互いに組み合う凹凸形状に形成されている。すなわち、抵抗体１１の両端部には、上面視櫛歯状の凹凸部が形成され、電極３２，３３の抵抗体との接合部にも同様に上面視櫛歯状の凹凸が設けられている。そして、抵抗体の凹凸部と電極の凹凸部とは互いに嵌合するようになっている。したがって、電極３２，３３の凹凸部と抵抗体３１の凹凸部とを勘合させ圧着して固定することで、上記接合面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに加え、新たに接合面Ｅが形成される。したがって、抵抗体３１および電極３２，３３は、上記第１、第２実施形態よりも長い接合長で接合することができ、接合面積がさらに拡大されている。

このように本実施形態においては、より抵抗体と電極とをより広い接合面積で接合・接続することができ、接合強度を向上することができる。したがって、折り曲げ等の加工をより容易化することができ、また、より小型化を図ることもできる。

次に、図５は本発明に係る金属抵抗器の第４実施形態を示す図である。図５において、金属抵抗器４０は、抵抗体１１と、一対の電極４２，４３とを備えている。電極４２，４３は、上記第１実施形態における電極１２，１３と同様に構成され、抵抗体１１の両端部と電極４２，４３とがそれぞれ２面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで接合して、強固に接続されている。

この電極４２，４３は、その上面が抵抗体１１の上面１１ｄと平滑に連続する平面に形成されている。また、電極４２，４３は、下面側に溶融ハンダ層４２ｄ，４３ｄが形成されることにより、回路基板などのパッドとの外部接続用に好適な構成となっている。また、電極４２，４３の端部間、すなわち、抵抗体１１の下面１１ｃ側には、絶縁樹脂材料が充填されて絶縁層４６が形成されることにより、実装時などの絶縁性が確保されている。

したがって、この金属抵抗器４０は、上記第１実施形態における電極１２，１３の折れ曲げ部分やモールド樹脂体１４を省いた簡素な構造にすることができ、また、より簡単な工程により作製することができる。

このように本実施形態においては、上記第１実施形態による作用効果に加えて、抵抗体１１と電極４２，４３とが、その表面においてフラットに接合・接続された簡素な構造にすることができ、より薄型で安価なチップ型の金属抵抗器にすることができる。特に、抵抗体１１と電極４２，４３との上面をフラットに形成することができるので、実装時にコレットで吸着することが容易となり、実装の安定性を高めることができる。

また、本実施形態の他の態様としては、例えば、必要に応じて、図６に示すように、抵抗体１１および電極４２，４３の上面にセラミックスなどの絶縁板４７を取り付けてもよい。これにより、抵抗体１１の表面を被覆保護して安全性の高い金属抵抗器４０にすることができる。また、図７に示すように、抵抗体１１および電極４２，４３の上面に熱放散性の高いヒートシンク４８を取り付けてもよい。これにより、放熱性が高く冷却効率の良い金属抵抗器４０にすることができる。

なお、これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明に係る金属抵抗器の第１実施形態を示す図であり、その全体構成を示す縦断面図である。 本発明に係る金属抵抗器の第２実施形態を示す図であり、その全体構成を示す縦断面図である。 第２実施形態による効果を説明する図であり、（ａ）はその実装する基板に形成されている回路パターンを示す平面図、（ｂ）はその実装時の等価回路図である。 本発明に係る金属抵抗器の第３実施形態を示す図であり、（ａ）はその内部構造を示す上面図、（ｂ）はその内部構造を示す要部の縦断面図である。 本発明に係る金属抵抗器の第４実施形態を示す図であり、その全体構成を示す縦断面図である。 第４実施形態の他の態様を示す図であり、その全体構成を示す縦断面図である。 第４実施形態の他の態様を示す図であり、その全体構成を示す縦断面図である。 従来技術の金属抵抗器を示す図であり、それぞれの全体構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０ 金属抵抗器
１１ 抵抗体
１１ａ，１１ｂ 抵抗体側辺
１１ｃ 抵抗体下面（下辺）
１１ｄ 抵抗体上面（上辺）
１２，１３，２２，２３，３２，３３，４２，４３ 電極
１４ モールド樹脂体
４２ｄ，４３ｄ 溶融ハンダ層
４６ 絶縁層
４７ 絶縁板
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 接合面

Claims (5)

1. 板状に形成された抵抗合金材料からなる抵抗体と、該抵抗体の両端部に形成された高導電性金属材料からなる一対の電極とを備えた金属抵抗器であって、
   前記抵抗体の両端部と前記電極とを接続する接合部に、接合面として、２面を有することを特徴とする金属抵抗器。
2. 前記抵抗体と電極の接合面は、前記板状に形成された抵抗体の一面に平行な面と、該面に略垂直な面とからなることを特徴とする請求項１に記載の金属抵抗器。
3. 前記抵抗体および前記電極と抵抗体の接合部を内部に封入するモールド樹脂体を備え、前記電極の一部は、前記モールド樹脂体から突出し、該樹脂体に沿ってコの字型に折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の金属抵抗器。
4. 前記電極は、前記モールド樹脂体の内部で下方に向けて屈曲し、前記抵抗体が前記モールド樹脂体の内部で底面に近い部分に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の金属抵抗器。
5. 板状に形成された抵抗合金材料からなる抵抗体と、該抵抗体の両端部に形成された高導電性金属材料からなる一対の電極とを備えた金属抵抗器であって、
   前記抵抗体の両端部と前記電極とを接続する接合部に、接合面として、２面を有し、前記電極および前記抵抗体の上面が平滑に連続する平面に形成されていることを特徴とする金属抵抗器。

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