JP2007189000A - Metal plate resistor and resistive body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属板抵抗器に係り、特にセラミックス基板に実装される電流検出用抵抗器として、好適に用いることができる金属板抵抗器およびその抵抗体に関する。 The present invention relates to a metal plate resistor, and more particularly to a metal plate resistor that can be suitably used as a current detection resistor mounted on a ceramic substrate and a resistor thereof.
金属板抵抗器は、銅・ニッケル系合金、銅・マンガン系合金、鉄・クロム系合金、ニッケル・クロム系合金等の板体状の抵抗合金からなる抵抗体の両端部に、銅等の高導電性金属板体からなる電極を接合して構成されている(例えば、特許文献1参照)。
ここで、抵抗合金の線熱膨張係数は一般的に8〜20[×10−6/K]であり、セラミックス基板の線熱膨張係数は一般的に5〜7[×10−6/K]であり、大きな差がある。そのため、セラミックス基板に金属板抵抗器が実装されたモジュールに関しては、金属板抵抗器に急な温度変化が生じた場合や、長期間使用した場合には、両者間の熱膨張係数の差によって、最も強度が弱い金属板抵抗器の電極実装面(半田部)にクラックが生じ、オープンになる場合があるという問題がある。 Here, the linear thermal expansion coefficient of the resistance alloy is generally 8 to 20 [× 10 −6 / K], and the linear thermal expansion coefficient of the ceramic substrate is generally 5 to 7 [× 10 −6 / K]. There is a big difference. Therefore, for modules in which a metal plate resistor is mounted on a ceramic substrate, if a sudden temperature change occurs in the metal plate resistor or if it is used for a long time, due to the difference in thermal expansion coefficient between them, There is a problem that a crack may occur on the electrode mounting surface (solder part) of the metal plate resistor having the weakest strength and may become open.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、金属板抵抗器を電流検出用抵抗器として、セラミックス基板に実装する場合にも、金属板抵抗器とセラミックス基板との熱膨張係数の相違による電極実装面における歪みの発生を防止することができる、セラミックス基板に対する実装性の良好な抵抗体、および該抵抗体を用いた金属板抵抗器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances. Even when a metal plate resistor is mounted on a ceramic substrate as a current detection resistor, the difference in thermal expansion coefficient between the metal plate resistor and the ceramic substrate is different. An object of the present invention is to provide a resistor with good mountability to a ceramic substrate that can prevent the occurrence of distortion on the electrode mounting surface due to the above, and a metal plate resistor using the resistor.
上記課題を解決するために、本発明のセラミックス基板に実装するのに好適な金属板抵抗器は、抵抗合金層と、該抵抗合金層よりも低い熱膨張係数の低膨張合金層とを積層した抵抗体と、前記抵抗体の両端部に接合した電極と、を備えたことを特徴とする。ここで、前記低膨張合金層の熱膨張係数は7×10−6/K以下であることが好ましい。 In order to solve the above problems, a metal plate resistor suitable for mounting on a ceramic substrate of the present invention is formed by laminating a resistance alloy layer and a low expansion alloy layer having a lower thermal expansion coefficient than the resistance alloy layer. A resistor and an electrode joined to both ends of the resistor are provided. Here, the coefficient of thermal expansion of the low expansion alloy layer is preferably 7 × 10 −6 / K or less.
抵抗合金層と、該抵抗合金層よりも低い熱膨張係数の低膨張合金層とを積層した抵抗体とすることで、抵抗合金層だけでは実現できない、抵抗体としての低い熱膨張係数が得られる。これにより、金属板抵抗器の抵抗体の熱膨張係数を、セラミックス基板のそれに近づけることが可能となり、上記の問題が解決される。一方、抵抗合金層よりも低い熱膨張係数の低膨張合金層だけを抵抗体として使用した場合に比べて、抵抗体としての抵抗温度係数(TCR)を低くすることができる。このため、より抵抗体として適した特性を得ることができる。また、本発明の抵抗体によれば、使用するセラミックス基板の熱膨張係数にあわせて、金属板抵抗器の抵抗体の熱膨張係数を合成する設計が可能になる。 By forming a resistance body in which a resistance alloy layer and a low expansion alloy layer having a lower thermal expansion coefficient than the resistance alloy layer are laminated, a low thermal expansion coefficient as a resistance body that cannot be realized only by the resistance alloy layer is obtained. . As a result, the thermal expansion coefficient of the resistor of the metal plate resistor can be made close to that of the ceramic substrate, and the above problem is solved. On the other hand, the resistance temperature coefficient (TCR) as a resistor can be made lower than when only a low expansion alloy layer having a lower thermal expansion coefficient than that of the resistance alloy layer is used as the resistor. For this reason, the characteristic more suitable as a resistor can be acquired. Moreover, according to the resistor of this invention, the design which synthesize | combines the thermal expansion coefficient of the resistor of a metal plate resistor according to the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate to be used is attained.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、各図中、同一の機能を有する部材または要素には同一の符号を付して、その重複した説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the member or element which has the same function, and the duplicate description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の一実施形態の金属板抵抗器を示す。銅・ニッケル系合金、銅・マンガン系合金、鉄・クロム系合金、ニッケル・クロム系合金等の板体状の抵抗合金からなる抵抗合金層11と、ニッケル・鉄系合金、または、ニッケル・コバルト・鉄系合金からなる板体状の低い熱膨張係数の低膨張合金層12とが積層して抵抗体10が形成されている。抵抗体10の両端部下面に、銅等の高導電性金属からなる電極13が接合され、金属板抵抗器が構成されている。電極13の下面には、はんだメッキ等のメッキ層が形成され、セラミックス基板等の実装基板に、はんだ接合により実装される。
FIG. 1 shows a metal plate resistor according to an embodiment of the present invention.
低膨張合金層の材料の選択としては、セラミックス基板の線熱膨張係数は一般的に5〜7[×10−6/K]であり、抵抗合金の線熱膨張係数は一般的に8〜20[×10−6/K]であるので、抵抗合金層と低膨張合金層と合成熱膨張係数が上記セラミックスの熱膨張係数に近くなる熱膨張係数を有する合金を選択する。低膨張合金層12は、上述のように、ニッケル・鉄系合金、または、ニッケル・コバルト・鉄系合金からなる熱膨張係数の低い材料により構成される。
As a selection of the material of the low expansion alloy layer, the linear thermal expansion coefficient of the ceramic substrate is generally 5 to 7 [× 10 −6 / K], and the linear thermal expansion coefficient of the resistance alloy is generally 8 to 20 Since [× 10 −6 / K], the resistance alloy layer, the low expansion alloy layer, and an alloy having a thermal expansion coefficient close to the thermal expansion coefficient of the ceramic are selected. As described above, the low
より具体的には、ニッケル・鉄系合金としては、42Ni−Fe(42アロイ)や、36Ni−Fe(インバー)が選択できる。ニッケル・コバルト・鉄系合金としては、29Ni−17Co−Fe(コバール)や、32Ni−4Co−Fe(スーパーインバー)が選択できる。また、Ni−Coが41−43%であり、Mnが0.7−1.25%であり、Siが0.3%以下であり、残余がFeである合金(42インバー)が選択できる。なお、以上の合金には、他の添加物や不純物が含まれる場合がある。これらの合金は、熱膨張係数が7×10−6/K以下の材料である。例えば、スーパーインバー(商品名)は、その熱膨張係数が0.7×10−6/K程度である。 More specifically, 42Ni—Fe (42 alloy) or 36Ni—Fe (invar) can be selected as the nickel / iron-based alloy. As the nickel-cobalt-iron-based alloy, 29Ni-17Co-Fe (Kovar) or 32Ni-4Co-Fe (Super Invar) can be selected. Further, an alloy (42 Invar) in which Ni—Co is 41 to 43%, Mn is 0.7 to 1.25%, Si is 0.3% or less, and the balance is Fe can be selected. Note that the above alloys may contain other additives and impurities. These alloys are materials having a thermal expansion coefficient of 7 × 10 −6 / K or less. For example, Super Invar (trade name) has a coefficient of thermal expansion of about 0.7 × 10 −6 / K.
この実施形態においては、抵抗体10は、抵抗合金層11を低膨張合金層12,12で上下からサンドイッチ状に挟んだものである。抵抗体10の厚みは0.4mmであり、電極13の厚みは0.2mmである。
In this embodiment, the
熱膨張係数を低減させるとともにTCR値に影響が大きくないようにするため、抵抗合金層11の電気抵抗率が、低熱膨張合金層12の電気抵抗率より小さいことが望ましく、更にこれらの電気抵抗率の差が大きい方がより望ましい。なお、抵抗合金層11の電気抵抗率が、低熱膨張合金層12の電気抵抗率より大きい場合でも、各層厚を変えることで、TCR特性への対応が可能である。
In order to reduce the thermal expansion coefficient and prevent the TCR value from being greatly affected, it is desirable that the electrical resistivity of the
実施例1として、抵抗合金層11に銅・ニッケル系合金(CN49)を用い、低膨張合金層12にスーパーインバー(商品名)(商標「INVAR」国際登録0323755)を用い、各層の厚みの比を、
上層低膨張合金層:抵抗合金層:下層低膨張合金層=3.1:3.8:3.1
とした。
As Example 1, a copper / nickel alloy (CN49) was used for the
Upper layer low expansion alloy layer: Resistance alloy layer: Lower layer low expansion alloy layer = 3.1: 3.8: 3.1
It was.
この場合、抵抗体10の合成熱膨張係数αCompoundは、下記式により求められる。
α:熱膨張係数
E:ヤング率
V:体積率
すなわち、抵抗体10の熱膨張係数は、抵抗合金層11と低膨張合金層12の性質(熱膨張係数、ヤング率、体積率)から算出することができる。
In this case, the combined thermal expansion coefficient α Compound of the
α: Thermal expansion coefficient E: Young's modulus V: Volume ratio That is, the thermal expansion coefficient of the
そして、抵抗体10の合成TCRCompoundは、下記式により求められる。
実施例2として、抵抗合金層11に鉄・クロム系合金を用い、低膨張合金層12にスーパーインバー(商品名)を用い、各層の厚みの比を、
上層低膨張合金層:抵抗合金層:下層低膨張合金層=2.5:5.0:2.5
とした。
As Example 2, the
Upper layer low expansion alloy layer: Resistance alloy layer: Lower layer low expansion alloy layer = 2.5: 5.0: 2.5
It was.
実施例3として、抵抗合金層11に銅・マンガニン系合金を用い、低膨張合金層12にスーパーインバー(商品名)を用い、各層の厚みの比を、
上層低膨張合金層:抵抗合金層:下層低膨張合金層=2.5:5.0:2.5
とした。
As Example 3, the
Upper layer low expansion alloy layer: Resistance alloy layer: Lower layer low expansion alloy layer = 2.5: 5.0: 2.5
It was.
上記各実施例における抵抗材料及び低膨張合金材料の電気抵抗率、抵抗温度係数(TCR)、熱膨張係数は下表に示すとおりとなる。
実施例1,2,3について、シミュレーションにより、合成電気抵抗率、合成抵抗温度係数TCRCompound、合成熱膨張係数αCompoundを求めた結果は、下記に示すとおりである。
以上の通り、いずれも抵抗合金のみの場合と比較して熱膨張係数が大きく改善され、セラミックス基板の熱膨張係数である5〜7×10−6/Kに近い特性が得られることが分かる。 As described above, it can be seen that the thermal expansion coefficient is greatly improved as compared with the case of only the resistance alloy, and the characteristics close to 5-7 × 10 −6 / K which is the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate can be obtained.
図2は、図1に示す実施形態の変形例を示す。(a)は、上下層を抵抗合金層11とし、中間層を低膨張合金層12として、サンドイッチ状に挟み込んで抵抗体10を形成した例を示す。(b)は、上層を抵抗合金層11とし、下層を低膨張合金層12とした例である。(c)は、上層を低膨張合金層12とし、下層を抵抗合金層11とした例である。(d)は、抵抗合金層11と低膨張合金層12をそれぞれ交互に複数積層した例である。図示の場合は、4層の抵抗合金層11と、各抵抗合金層間に3層の低膨張合金層層12を形成している。この逆でも勿論よい。
FIG. 2 shows a modification of the embodiment shown in FIG. (A) shows an example in which the
次に、上記抵抗体10を備えた金属板抵抗器の製造方法について説明する。まず、抵抗合金層を形成するための抵抗合金からなる薄板と低膨張合金層を形成するための熱膨張係数の低い低膨張合金からなる薄板を重ねて、加圧(0.01〜500t)、及び加熱(600℃〜1200℃)を行って接合する。これにより、抵抗合金層と低膨張合金層とが積層され、その接合は、拡散接合または固相接合によるものである。
Next, the manufacturing method of the metal plate resistor provided with the
上記実施例1に示す構造の抵抗体10を形成するためには、銅・ニッケル系合金の薄板をインバーの薄板で挟み込み、加圧及び加熱して、抵抗体(積層体)を形成する。さらに、抵抗体(積層体)の薄板と、電極用材料(例えば銅)の薄板とを重ねて圧延し、クラッド材を得る。そして、化学的エッチングにより電極用材料の不要部分を除去し、抵抗体10の両端部に電極13,13を分離する。
In order to form the
その他の方法としては、抵抗体材料に2列の電極用材料を接合して、電極13,13を形成してもよく、また、フライス盤などを使った切削により電極13,13を分離してもよい。このとき、電極13,13は分離させるが、低膨張合金層12は全部を切削しないで一部を残すようにする(つまり、抵抗合金層が切削により露出しないようにする)。下側の低膨張合金層を切削してしまうと、上側の低膨張合金層とのバランスが崩れて、部品全体に反りが生じる可能性があるからである。
As other methods, the
そして、電極13,13部分の下面に、はんだメッキ層が形成され、金属板抵抗器として完成する。このようにして製造された金属板抵抗器は、熱膨張係数が通常の金属板抵抗器とかなり異なるセラミックス基板に実装しても、上述したように合成熱膨張係数がセラミックス基板のそれに近いため、熱歪みの生じる量が少なく、高信頼性の金属板抵抗器として動作する。
And a solder plating layer is formed in the lower surface of the
なお、上記実施形態では、板体状の抵抗体の両端部下面に板体状の電極を接合し、その下面にはんだメッキ層を形成する例について説明したが、その他の形式の金属板抵抗器についても、同様に上記本発明の抵抗体を用いることができることは勿論である。 In the above embodiment, the example in which the plate-like electrodes are joined to the lower surfaces of both ends of the plate-like resistor and the solder plating layer is formed on the lower surface has been described. However, other types of metal plate resistors Of course, the resistor of the present invention can be used as well.
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述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。 Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.
10 抵抗体
11 抵抗合金層
12 低膨張合金層
13 電極
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記抵抗体の両端部に接合した電極と、を備えたことを特徴とする金属板抵抗器。 A resistor in which a resistance alloy layer and a low expansion alloy layer having a lower thermal expansion coefficient than the resistance alloy layer are laminated;
An electrode joined to both ends of the resistor, and a metal plate resistor.
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