JP2008282910A - 電流検出用抵抗器を有する回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性、機械的強度に優れており、大電力での使用が可能な電流検出用抵抗器を予め備え、該抵抗器が電極パターンに強固に接合されている回路基板を提供する。
【解決手段】ベース基板１１と、接着層１２を介して基板１１上に形成された少なくとも一対の電極パターン１５ａ，１５ｂを含む金属板からなる回路パターン１５ｃと、電極パターン１５ａ，１５ｂ間に配置された抵抗金属板からなる抵抗体１６と、を備え、抵抗体１６と電極パターン１５ａ，１５ｂとは、溶接、クラッドまたは熱拡散により固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、大電流を高精度で検出することができる電流検出用抵抗器を備えた、各種電子部品を搭載する回路基板に関する。

従来から、銅ニッケル合金等の金属板抵抗体の両端部に銅等の電極板を設け、該電極板にめっき層を設けた金属板抵抗器が知られている。これらの金属板抵抗器は、通常、回路基板へハンダを使用して実装している（例えば、特許文献１）。
特開２００２−１８４６０１号公報

金属板抵抗体を使用した電流検出用抵抗器においては、高精度で微少抵抗に流れる電流を検出するために、抵抗器に大きな電流を流す必要があり、これによって生じる熱への対策が問題となる。回路基板のベース材料として、いわゆるガラスエポキシ基板を使用した場合、放熱性が悪いために、電流検出用抵抗器として比較的大きなサイズのもの（例えば6.4mm×3.2mm〜12.0mm×6.0mmサイズ）を使用する必要がある。

一方、放熱性の良い金属材料をベースとする回路基板（例えば、アルミ基板）を使用した場合には、回路基板の熱収縮による応力、更に熱的または電気的な負荷が加わって、ハンダによる接合部が破壊され易い。したがって、大きなサイズの抵抗器はかかる応力の影響を受け易いために好ましくなく、サイズの小さな抵抗器を用いなければならないという制約がある。

本発明は上述した事情に基づいてなされたもので、放熱性、機械的強度に優れており、大電力での使用が可能な電流検出用抵抗器を予め備え、該抵抗器が電極パターンに強固に接合されている回路基板を提供することを目的とする。

本発明の電流検出用抵抗器を有する回路基板は、ベース基板と、接着層を介して前記基板上に形成された少なくとも一対の電極パターンを含む金属板からなる回路パターンと、前記電極パターン間に配置された抵抗金属板からなる抵抗体と、を備え、前記抵抗体と前記電極パターンとは、溶接、クラッドまたは熱拡散により固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、電流検出用抵抗器を、あらかじめ回路基板に設けておき、抵抗体と電極パターンとは、溶接、クラッド、熱拡散等の方法で固定されているので、これにより、ハンダによる接合に比べて、熱的、電気的、機械的な負荷に対して強いものとなる。従って、金属ベース基板を使用した場合も、大きなサイズの抵抗体を使用することができ、大電力での使用が可能である。また、電流検出用抵抗器の実装が不要になるため、実装誤差に伴う抵抗値精度のバラツキがなくなる。

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。図１は、本発明の一実施形態の電流検出用抵抗器を有する回路基板を示す。なお、各図中、同一の部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

この回路基板は、金属ベース基板１１上に、樹脂材料からなる接着層１２を介して金属板からなる回路パターン１５を形成したものである。ここで、金属ベース基板１１として放熱性の良好なアルミベース基板が用いられ、金属板からなる回路パターン１５として厚さ０．０６ｍｍ程度の銅板が用いられている。そして、金属板からなる回路パターン１５の一部として、電極パターン１５ａ，１５ｂを備え、該電極パターン１５ａ，１５ｂ間に抵抗金属板からなる抵抗体１６が配置され、電流検出用抵抗器が回路基板に予め形成されている。ここで、抵抗体１６はＣｕ−Ｎｉ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金などの抵抗金属板であり、その厚さは０．１ｍｍ程度である。

抵抗体１６の両端部は、電極パターン１５ａ，１５ｂの一部に重ねられ、溶接、クラッド等の方法により接続固定されている。溶接は、レーザビームを照射して溶接するレーザ溶接、電子ビームを照射して溶接する電子ビーム溶接などが用いられ、クラッドは、冷間圧延や熱間圧延による拡散接合法が用いられる。なお、半田材を用いて固定する方法は除かれる。

回路パターン１５ｃは、端子の部分を除いて配線パターンがすべてソルダーレジスト１３により被覆され、端子の一部分には電子部品２１，２２，２３，２４が接続固定され、また、端子の他の部分２５，２６等は外部接続用の空端子として設けられている。また、電極パターン１５ａ，１５ｂは、回路パターン１５ｃの一部であり、抵抗体１６とともにソルダーレジスト１３により被覆されている。なお、この実施形態では回路基板上に電子部品２１，２２，２３，２４を搭載する例について図示しているが、空端子として出荷し、ユーザ側で電子部品を搭載するようにしても勿論よい。

接着層１２として、エポキシ系の接着剤で熱伝導性の高い無機フィラーを充填させたものが用いられる。回路パターンとなる金属板を金属ベース基板１１に接着剤により接着後、加熱硬化して接着層１２が形成される。金属板を金属ベース基板１１に接着して加熱硬化した後、金属板（Ｃｕ）を所定パターンに従ってエッチングすることで、Ｃｕの配線層である回路パターンが形成される。

ソルダーレジスト１３は、回路パターン１５ｃを形成したベース基板１１上にソルダーレジスト組成物を塗布し、乾燥処理を行った後、ソルダーレジスト開口部の パターンが描画されたフォトマスクをソルダーレジストに密着させて紫外線で露光し、現像処理し、開口部を形成する。そして、さらに、加熱処理を行ってソルダーレジスト層を硬化させる。次に、ソルダーレジスト層を形成した基板を、めっき液に浸漬して、ソルダーレジスト開口部の銅露出部分にニッケル等のめっき層を形成する。この後、ソルダーレジスト層の 開口にハンダ層を形成することにより回路基板が形成される。

従って、この回路基板は、電流検出用抵抗器を、回路基板に後から実装するのではなく、予め回路基板に設けておき、抵抗体１６と電極パターン１５ａ，１５ｂは、突合せ、あるいは重ね合わせた形状とし、溶接、クラッド、熱拡散等の方法で固定することを特徴とするものである。これにより、ハンダによる接合に比べて、熱的、電気的、機械的な負荷に対して強いものとなる。すなわち、従来は、電流検出用抵抗器を他のＩＣ等の電子部品と同様にハンダ層を用いて回路基板に実装していたが、電流検出用抵抗器には上述したように大電流が流れ、発熱量が大きく、熱膨張によりハンダ接続部にクラックが生じ、抵抗値変動が生じ、最悪では断線が生じる場合があったが、ハンダ接続ではなく、溶接、クラッド、熱拡散等の方法で固定することで、接続部分が強固となり、熱膨張が生じても、接続部分にクラックが生じ、抵抗値変動が生じることを防止できる。

これにより、アルミ基板等の金属ベース基板を使用した場合も、例えば6.4mm×3.2mm〜12.0mm×6.0mmサイズなどの大きなサイズの抵抗体の電流検出用抵抗器を搭載することができる。また、放熱性、機械的強度に優れており、大電力での使用が可能である。さらに、電流検出用抵抗器の回路基板への実装が不要になるため、実装時の誤差に伴う抵抗値精度のバラツキがなくなるなどの利点が生じる。

次に、図２を参照して、電流検出用抵抗器を有する回路基板の第１実施例の製造方法について説明する。この第１実施例は、図２（ａ）に示すように、抵抗体１６を電極パターン１５ａ，１５ｂに重ね合わせ溶接により固定したものである。後に回路パターンとなる金属板１５は、厚さ０．０６ｍｍ程度の銅箔を用い、プレスにより孔３１を形成する（図２（ｂ）参照）。次に、孔３１の部分に抵抗体１６を配置し、金属板１５と抵抗体１６の両端部をレーザビーム溶接により溶接し、重ね合わせ構造としたものである（図２（ｃ）参照）。抵抗体１６はＣｕ−Ｎｉ系合金やＮｉ−Ｃｒ系合金などの抵抗金属板であり、その厚さは０．１ｍｍ程度であり、抵抗体１６の両端部は金属板１５と溶接されるが、抵抗体の両側部は金属板と接触しないように、抵抗体のサイズまたは孔のサイズを設定している。

次に、孔３１の部分に抵抗体１６を配置した金属板１５を、金属ベース基板１１に接着層１２により固定する。接着層１２は電気的絶縁性を有するエポキシ系接着剤、好ましくは熱伝導性の高い無機フィラーを含むもので、放熱性の高いものが用いられ、金属板１５を接着後、加温硬化することで金属板１５を接着した金属ベース基板１１が形成される（図２（ｄ）参照）。そして、金属板１５を所定のパターンに従いエッチングして、回路パターンを形成する。この時、抵抗体１６を接続固定する電極パターン１５ａ，１５ｂだけでなく、モジュール基板全体の回路パターンが形成される（図２（ｅ）参照）。この後、ソルダーレジストで開口部を除き被覆し、開口部をハンダ処理し、電子部品を開口部に実装することで、電子部品を搭載した回路基板が形成される。

次に、図３を参照して、電流検出用抵抗器を有する回路基板の第２実施例の製造方法について説明する。この製造方法は、孔３１の内部に抵抗体１６が収まる構造（突合せ構造）にした点以外は第１実施例と同じである。すなわち、この構造では、抵抗体１６の端面と金属板１５の孔３１の端面とが突き合わせて溶接等により固定されている。溶接等に際して、図３（ｆ）に示すように、金属板１５と抵抗体１６の接合部分に固定材１７を配置して、この部分にレーザビームなどを照射して溶接すると、より強固な固定が可能となる。固定材１７は、抵抗体１６や金属板１５と同じ材料を使えばよい。

次に、図４を参照して、電流検出用抵抗器を有する回路基板の第３実施例の製造方法について説明する。図４（ａ）に示すように、抵抗体１６の両端部を電極パターン１５ａ，１５ｂに重ね合わせて溶接した構造である点は図２に示す第１実施例と同じであるが、その製造方法が下記のように異なる。

まず、抵抗金属板１６ａと金属板１５をクラッド接合したクラッド材を準備する（図４（ｂ）参照）。そして、抵抗金属板１６ａを所定パターンによりエッチングして抵抗体１６を形成する（図４（ｃ）参照）。この場合、エッチングにより抵抗体１６を形成するので、第１および第２実施例のように機械加工によらずに形成するので、抵抗体を精度良く容易に形成できるという利点がある。なお、エッチングによらず、同じサイズの抵抗体を金属板に溶接してもよい。そして、抵抗体１６を形成した金属板１５を、抵抗体１６を下向きにして金属ベース基板１１に接着層１２を介して貼り合わせ、接合する（図４（ｄ）参照）。さらに、金属板１５をエッチングして、電極パターン１５ａ，１５ｂを含む回路パターンを形成する（図４（ｅ）参照）。ここで、回路パターンには、図１における空端子２５，２６、電子部品２１，２２，２３，２４の接続部などの配線パターンの一切が含まれる。また、電極パターン１５ａ，１５ｂに抵抗体１６の両端部が溶接により固定された電流検出用抵抗器が形成される。

図５（ａ）は、上記各実施例に適用可能な変形例であるが、予め金属ベース基板の抵抗体形成個所に放熱材１８を配置しておくものである。放熱材１８としては例えば熱伝導性の良好なセラミック板を用いることができ、放熱性を高めることができる。また、図５（ｂ）に示すように、ベース基板１１に凹部１９を形成しておいても良い。これにより、金属ベース基板１１と抵抗体１６との良好な絶縁を図ることができる。

なお、上記実施形態では、ベース基板の例として、アルミ基板等の金属ベース基板について説明したが、ガラスエポキシ基板等にも本発明を同様に適用可能である。また、金属板の例として銅箔について説明したが、金属板には金属箔を含むことは勿論である。

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。

本発明の一実施形態の電流検出用抵抗器を有する回路基板の（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢＢ線に沿った断面図である。 第１実施例の電流検出用抵抗器を有する回路基板の製造工程を示す図であり、（ａ）は電流検出用抵抗器の拡大断面図であり、（ｂ）−（ｅ）は製造工程における平面図と、そのＢＢ線に沿った断面図である。 第２実施例の電流検出用抵抗器を有する回路基板の製造工程を示す図であり、（ａ）は電流検出用抵抗器の拡大断面図であり、（ｂ）−（ｆ）は製造工程における平面図と、そのＢＢ線に沿った断面図である。 第３実施例の電流検出用抵抗器を有する回路基板の製造工程を示す図であり、（ａ）は電流検出用抵抗器の拡大断面図であり、（ｂ）−（ｅ）は製造工程における平面図と、そのＢＢ線に沿った断面図である。 （ａ）（ｂ）は変形実施例の電流検出用抵抗器の拡大断面図である。

符号の説明

１１ 金属ベース基板
１２ 樹脂材料からなる接着層
１３ ソルダーレジスト
１５ 金属板
１５ａ，１５ｂ 電極パターン
１５ｃ 回路パターン
１６ 抵抗体
１６ａ 抵抗金属板
１７ 固定材
１８ 放熱材
１９ 凹部
２１，２２，２３，２４ 電子部品
２５，２６ 端子

Claims (7)

1. ベース基板と、
   接着層を介して前記基板上に形成された少なくとも一対の電極パターンを含む金属板からなる回路パターンと、
   前記電極パターン間に配置された抵抗金属板からなる抵抗体と、を備え、
   前記抵抗体と前記電極パターンとは、溶接、クラッドまたは熱拡散により固定されていることを特徴とする電流検出用抵抗器を有する回路基板。
2. 前記ベース基板が金属ベース基板であることを特徴とする請求項１記載の電流検出用抵抗器を有する回路基板。
3. 前記抵抗体を前記電極パターンに重ね合わせて、溶接、クラッドまたは熱拡散により固定したものであることを特徴とする請求項１記載の電流検出用抵抗器を有する回路基板。
4. 前記抵抗体を前記電極パターンに突き合わせて、溶接、クラッドまたは熱拡散により固定したものであることを特徴とする請求項１記載の電流検出用抵抗器を有する回路基板。
5. 回路パターンとなる金属板に孔を形成し、
   前記孔を跨いで、または前記孔内に、抵抗金属板からなる抵抗体を配置し、
   前記抵抗体を前記金属板に、溶接、クラッドまたは熱拡散により固定し、
   前記金属板をベース基板に接着層により接着し、
   前記金属板をパターニングして回路パターンを形成することを特徴とする電流検出用抵抗器を有する回路基板の製造方法。
6. 回路パターンとなる金属板に抵抗体となる抵抗金属板を、溶接、クラッドまたは熱拡散により接合し、
   前記抵抗金属板をパターニングして抵抗体を形成し、
   前記金属板を接着層を介してベース基板に接着し、
   前記金属板をパターニングして回路パターンを形成するとともに、前記抵抗体が接続された一対の電極パターンを形成することを特徴とする電流検出用抵抗器を有する回路基板の製造方法。
7. 前記金属板と前記抵抗金属板とがクラッド接合された材料を準備する工程を含むことを特徴とする請求項６記載の電流検出用抵抗器を有する回路基板の製造方法。

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