JP5256544B2 - 抵抗器 - Google Patents

Description

本発明は、電流測定用に回路に挿入して用いる電流検出用抵抗器に係り、特に抵抗体として抵抗合金箔（金属箔）を用いた、１０−５００ｍΩ程度の低い抵抗値を有する面実装型の金属箔抵抗器に関する。

従来から、回路に流れる電流値を検出するため、低い抵抗値を有する金属板抵抗器が用いられている。係る金属板抵抗器は、一例として、ＣｕＮｉ系合金等の抵抗合金よりなる平板状の抵抗体の一面の両端部に、Ｃｕ等の高導電率金属よりなる平板状の電極をクラッディング（圧延および熱処理による圧接）等により接合したものが知られている（特許文献１）。

また、アルミナ等の絶縁性基板上にＮｉＣｒ系合金等の抵抗合金箔（金属箔）を接着し、抵抗体として用いた金属箔抵抗器が古くから知られている（特許文献２）。
特開２００２−５７００９号公報 特開２００２−１５１３０４号公報

しかしながら、これらの抵抗器では、被検出電流が大きくなると、発熱が抵抗体の中央部に集中して発生し、抵抗体温度が上昇する。このため、電流容量を大きくしようとすると、サイズを大きくせざるを得ないという問題がある。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、小型・コンパクト化したサイズで、良好な放熱性を有し、高精度で安定した動作が可能な電流検出用抵抗器およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の抵抗器は、金属箔からなる抵抗体と、抵抗体の一方の面に接合された面実装するための一対の電極と、抵抗体の他方の面に絶縁層を介して接合し、抵抗体における一対の電極間領域を覆うとともに、電極が配置された領域の少なくとも一部を覆うベース板と、一対の電極間領域の抵抗体を被覆する第１の保護膜と、ベース板を完全に被覆する第２の保護膜とを備えたことを特徴とするものである。また、一対の電極間領域の抵抗体には、幅方向のスリットを備え、該スリットにより蛇行経路の狭幅の電流路が形成され、該狭幅の電流路が両電極の近傍に配置され、両電極間の中央部が広幅の電流路となっていることを特徴とするものである。

本発明の抵抗器の製造方法は、金属箔からなる抵抗体材料と電極材料とを接合した接合材を準備し、接合材をパターニングして、接合材を所定の形状に加工し、抵抗体材料よりも厚い板材であるベース板材料に、絶縁性接着剤を塗布し、パターニングした接合材の抵抗体材料側の面を固定し、ベース板材料をパターニングして所定の形状のベース板を形成し、電極材料をパターニングして、エッチングすることで、所定の形状の一対の電極を形成すると共に、一対の電極間領域で抵抗体材料の面を露出させ、一対の電極間領域の抵抗体を被覆する第１の保護膜を形成し、ベース板を完全に被覆する第２の保護膜を形成する、ことを特徴とするものである。

本発明の抵抗器によれば、金属箔からなる抵抗体に絶縁層を介してベース板を接合しているので、小型・コンパクト化したサイズで、良好な放熱性を有し、高精度で安定した動作が可能である。特に、一対の電極間領域の抵抗体には、幅方向のスリットを両電極の近傍に配置することで、発熱中心を抵抗体の両側に分散することができ、ベース板により実装基板側と大気側とに効率的に放熱でき、抵抗体の温度上昇を低減できる。

また、本発明の抵抗器の製造方法によれば、１枚の金属箔からなる抵抗体材料と電極材料とを接合した接合材シートから多数の上記抵抗器を一括で生産することができるので、効率的な生産が可能である。また、抵抗体材料と電極材料とがクラッディングにより接合されている接合材を用いることで、抵抗体と電極との良好な接合状態が得られ、高熱伝導性と高絶縁耐圧性を有するエポキシ系接着剤を用いて抵抗体材料をベース板に固定することで、良好な放熱性が得られ、小型・コンパクト化した構造で信頼性の高い抵抗器とすることができる。

以下、本発明の抵抗器およびその製造方法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、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

図１は、本発明の一実施形態の抵抗器を示す図であり、この抵抗器は、図１（ａ）（ｄ）に示すように、金属箔からなる抵抗体１２ａと、抵抗体１２ａの下面の両端部に接合された同様に金属箔からなる一対の電極１１ａ，１１ａを備える。抵抗体１２ａは、厚さが０．１ｍｍ程度以下の極めて薄いＮｉＣｒ系合金の箔である。一対の電極１１ａ，１１ａも、厚さが０．１ｍｍ程度以下の極めて薄いＣｕの箔であり、表面にはハンダまたはＳｎメッキ層が設けられ、電極１１ａ，１１ａの下面が面実装により実装基板にハンダ接合により固定される。

一対の電極１１ａ，１１ａ間領域の抵抗体１２ａには、幅方向のスリットＳを備え、該スリットＳにより蛇行経路の狭幅の電流路が形成され、該狭幅の電流路が両電極１１ａ，１１ａの近傍に配置され、両電極１１ａ，１１ａ間領域の中央部が広幅の電流路となっている。一例として、図示の場合には、抵抗体の有効部分全長（Ｌ０）４．８ｍｍに対して、電極領域と第１のスリットとの間隔Ｌ１は０．４ｍｍであり、第１のスリットと第２のスリットとの間隔Ｌ２は１ｍｍであり、抵抗体中央部のスリットの無い広幅の電流路（Ｌ３）の長さは２ｍｍである。また、抵抗体１２ａは全体として、抵抗体における電極１１ａ、１１ａの配置領域の幅よりも、抵抗体の有効部分全長（Ｌ０）の領域の幅を狭くしている。この構成により、後述のダイシングにより個片の抵抗器に切断する際に、抵抗器の側面から抵抗体が露出することを抑制している。

抵抗体１２ａの上面には、絶縁層１３を介してベース板１４ａが接着により固定されている。絶縁層１３は、厚さ８０μｍ程度の高熱伝導性と高絶縁耐圧性を有するエポキシ系接着剤が硬化して形成された層であり、厚さ０．２ｍｍ程度の比較的厚いＣｕの板からなるベース板１４ａを抵抗体１２ａの上面に接着固定している。そして、一対の電極１１ａ，１１ａ間領域の抵抗体１２ａの露出面を被覆する樹脂材料からなる第１の保護膜１５と、ベース板１４ａを被覆する樹脂材料からなる第２の保護膜１６とを備えている。

図１（ｂ）に示すように、抵抗器の上面は絶縁性樹脂材料による保護膜１６により被覆され、ベース板１４ａが完全に被覆されている。これにより、実装時にハンダ材がベース板１４ａに付着することが無く、ショート等を防止できる。また、図１（ｃ）に示すように、抵抗器の底面および側面は一対の電極１１ａ，１１ａ領域を除き、絶縁性樹脂材料による保護膜１５により被覆され、一対の電極１１ａ，１１ａ間領域の抵抗体１２ａが完全に被覆されている。これにより、実装時にハンダ材が抵抗器の電極１１ａ，１１ａ間領域に延びても抵抗体１２ａに接触することを防止できる。

ここで、金属箔からなる抵抗体１２ａが極めて薄く、それ自体では形状を保持できないので、ある程度の厚さ、すなわち、剛性を有するベース板１４ａが、抵抗体１２ａの形状を保持する支持基体としての役割を果たしている。また、ベース板１４ａと絶縁層１３は、放熱体（ヒートシンク）としての役割を果たしている。支持基体および放熱体としての役割から、ベース板１４ａの厚みは抵抗体１２ａの材料の厚みよりも厚いことが好ましい。Ｃｕは、熱膨張係数が抵抗体のＮｉＣｒ等の抵抗合金材料に近く、且つ熱伝導性も良好でベース板１４ａとして用いるのに好適であるが、Ａｌ等の金属板、またはアルミナ等の絶縁体を用いるようにしてもよい。また、ベース板１４ａは、抵抗体の有効部分全長（Ｌ０）、即ち電極１１ａ、１１ａの間の領域を覆っており、更に電極の配置領域まで及ぶように覆っている。このため、抵抗体での発熱を吸収し、回路パターン側へ効率的に放熱することができる。また、ベース板１４ａの幅は、抵抗体部分全長（Ｌ０）の幅と同じか、これよりも広い幅とすることが好ましく、ベース板と抵抗体（特に抵抗体の有効部分全長（Ｌ０）の部分）との幅方向の重なりは、図１（ａ）に示すとおり、平面図において、抵抗体の幅方向の側辺まで及ぶようにベース板１４ａが覆っているか、又は、少なくとも抵抗体の幅方向の側辺とベース板１４ａの側辺が一致していることが望ましい。

抵抗体１２ａに設けられたスリットＳは電極１１ａ，１１ａの近傍に配置され、ベース板１４ａはスリットＳを備えた抵抗体１２ａを覆い、且つ電極１１ａ，１１ａを部分的に覆っている。ところで、スリットＳにより蛇行経路の狭幅の電流路が形成された場合には、狭幅の電流路で電流密度が高くなり、発熱量が最大となる。このため、この実施形態の抵抗器では、通常の抵抗器が抵抗体中央部分で発熱量最大となるのに対し、抵抗体１２ａの両側の電極１１ａ，１１ａの近傍の２カ所に発熱量最大点が分散される。

このため、抵抗体１２ａの２カ所で分散して発生した熱は、熱伝導性の良好な絶縁層１３とＣｕ板からなるベース板１４ａを介して近傍に配置された両電極１１ａ，１１ａに伝熱させ、さらに実装基板側に流出させることができる。同様に、ベース板１４ａに２カ所の発熱中心から吸収した熱は、ベース板１４ａの中央部側および両電極側に拡散し、発熱の少ない抵抗体１２ａの中央部上部および両電極部上部から大気側に放熱することができる。すなわち、図１に示す抵抗器の構造では、抵抗体１２ａの蛇行経路形成のためのスリットＳを両電極１１ａ，１１ａの近傍に分散配置し、その上部にベース板１４ａを配置することで、抵抗体１２ａの２カ所からの発熱をベース板１４ａで吸収し、吸収した熱はベース板１４ａの内部で拡散し、実装基板側と大気側に効率的に放熱することができる。

次に、上記抵抗器の製造方法について、図２および図３を参照して説明する。まず、図２（ａ）に示すように、金属箔からなる電極材料１１と、抵抗体材料１２とをクラッディング接合した接合材のシートを準備する。ここで、電極材料１１は、厚さが０．１ｍｍ程度以下の極めて薄いＣｕの箔であり、抵抗体材料１２は、厚さが０．１ｍｍ程度以下の極めて薄いＮｉＣｒ系合金の箔であり、シートの寸法は例えば５００ｍｍ×２００ｍｍ程度のものを用いる。なお、接合材は、電極材料および抵抗体材料ともに、厚さが数十μｍから数百μｍの範囲で任意に調整可能である。そして、接合材１１，１２を、エッチング加工、プレス加工、または放電加工により、図２（ｂ）に示すように、所定の形状にパターニングする。すなわち、符号Ｘの部分が加工により除去された貫通孔であり、符号Ｙの部分が電極となる部分であり、符号Ｚの部分が抵抗体となる部分である。貫通孔Ｘの部分には、抵抗値に対応したスリットＳをこの段階で設けておくことで、１枚のシートで多数の抵抗器の抵抗体を一括して製作することができる。

次に、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、金属箔よりも厚い板材であるベース板材料１４に、絶縁性接着剤を塗布し、パターニングした接合材１１，１２の抵抗体材料１２側の面を固定し、接着剤を真空熱プレス法等により加温硬化することで、絶縁層１３を形成する。従って、この状態で、電極材料１１の面には、貫通孔Ｘを介して絶縁層１３が露出する。なお、絶縁層１３は、アルミナ粉末を多量に含むエポキシ系接着剤を用いて形成した層であり、２〜８℃/Ｗ程度の高熱伝導性と５〜７ｋＶ/ｍｍ程度の高絶縁耐圧性とを有する。ベース板材料としては、熱膨張係数が抵抗体のＮｉＣｒ等の抵抗合金材料に近く、且つ熱伝導性も良好なＣｕ板を用いているが、アルミ板または熱伝導性の良好な絶縁体を用いることも可能である。

次に、図２（ｅ）（ｆ）に示すように、ベース板材料１４をフォトリソグラフィによりパターニングして、エッチングすることで所定の形状のベース板１４ａを形成する。なお、図２（ｅ）（ｆ）は、図２（ｃ）（ｄ）を上下逆転し、ベース板材料側を上面にして示したものである。ベース板１４ａは、抵抗体１２ａが形成される部分を覆うように配置する。

次に、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、電極材料１１をフォトリソグラフィによりパターニングして、エッチングすることで、所定の形状の一対の電極１１ａ，１１ａを形成すると共に、一対の電極１１ａ，１１ａ間領域で抵抗体材料１２の面を露出させ、抵抗体１２ａを形成する。そして、必要に応じて研磨等により、抵抗値の微調整を行い、例えば±１％等の精度に合わせ込む。さらに、一対の電極１１ａ，１１ａ間領域の抵抗体１２ａを被覆するエポキシ樹脂等からなる第１の保護膜１５をスクリーン印刷等により形成する。

次に、図３（ｄ）（ｅ）（ｆ）に示すように、抵抗器上面側において、ベース板１４ａを被覆するエポキシ樹脂等からなる第２の保護膜１６をスクリーン印刷等により全面に形成する。そして、切断線Ｆに沿ってダイシングすることで、個々の抵抗器が得られる。なお、図３（ｅ）は切断時点で抵抗器を上面側から見た図であり、図３（ｆ）は切断時点で抵抗器を底面側から見た図である。その後、電極１１ａにＮｉメッキとＳｎメッキの表面処理を行い、完成検査等を経て本発明の抵抗器が完成する。

上記製造工程によれば、金属箔からなる抵抗体材料と電極材料とをクラディング接合した接合材を用いることで、抵抗体と電極との間で安定した接合が得られ、またベース板を高熱伝導性と高絶縁耐圧性を有する接着剤で接合し、電極を除き保護膜で被覆することで、高い信頼性と安定性が得られる。

なお、上記製造工程の説明では、１枚のシートから４個の製品を製作する例について図示したが、これは説明の便宜のためであり、実際には数百個程度以上の製品が５００ｍｍ×２００ｍｍ程度の１枚の接合材シートから一括で製作可能である。従って、本発明の製造方法によれば、小型・コンパクト化したサイズで、良好な放熱性を有し、高精度で安定した動作が可能な電流検出用抵抗器を効率的に量産することができる。

また、上記実施形態では、抵抗合金材料として、ＮｉＣｒ系合金を用いる例について説明したが、ＣｕＮｉ系合金等その他の抵抗合金材料を用いても勿論良い。

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抵抗器を示す図であり、（ａ）は内部を透過した平面図であり、（ｂ）は上面図であり、（ｃ）は底面図であり、（ｄ）は（ａ）のｄｄ線に沿った断面図であり、（ｅ）は側面図である。 本発明の一実施形態の抵抗器の製造工程の前半を示す図であり、（ａ）は接合材を示す斜視図であり、（ｂ）は接合材にパターニング加工を施した段階の平面図であり、（ｃ）はベース板材料を絶縁性接着剤を用いて抵抗体材料に接合した段階の側面図であり、（ｄ）はその時点での電極材料側の平面図であり、（ｅ）はベース板を形成した段階の側面図であり、（ｆ）はベース板側の平面図である。 本発明の一実施形態の抵抗器の製造工程の後半を示す図であり、（ａ）は電極材料をパターニングして電極を形成し、第１の保護膜を形成した段階の（ｃ）のａａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は電極材料をパターニングして電極を形成した段階の電極・抵抗体側の平面図であり、（ｃ）は第１の保護膜を形成した段階の電極・抵抗体側の平面図であり、（ｄ）は第２の保護膜を形成し、切断する段階の（ｅ）のｄｄ線に沿った断面図であり、（ｅ）はその段階のベース板側の平面図であり、（ｆ）は電極・抵抗体側の平面図である。

符号の説明

１１ 電極材料
１１ａ 電極
１２ 抵抗体材料
１２ａ 抵抗体
１３ 絶縁層
１４ ベース板材料
１４ａ ベース板
１５ 第１の保護膜（下面側保護膜）
１６ 第２の保護膜（上面側保護膜）

Claims (7)

1. 金属箔からなる抵抗体と、
   抵抗体の一方の面に接合された面実装するための一対の電極と、
   抵抗体の他方の面に絶縁層を介して接合し、抵抗体における一対の電極間領域を覆うとともに、電極が配置された領域の少なくとも一部を覆うベース板と、
   一対の電極間領域の抵抗体を被覆する第１の保護膜と、
   ベース板を完全に被覆する第２の保護膜と、
   を備えたことを特徴とする抵抗器。
2. 一対の電極間領域の抵抗体には、幅方向のスリットを備え、該スリットにより蛇行経路の狭幅の電流路が形成され、該狭幅の電流路が両電極の近傍に配置され、両電極間の中央部が広幅の電流路となっていることを特徴とする請求項１記載の抵抗器。
3. ベース板の厚みは、抵抗体の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１または２に記載の抵抗器。
4. 電極の表面にメッキ層が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の抵抗器。
5. 金属箔からなる抵抗体材料と電極材料とを接合した接合材を準備し、
   接合材をパターニングして、接合材を所定の形状に加工し、
   抵抗体材料よりも厚い板材であるベース板材料に、絶縁性接着剤を塗布し、パターニングした接合材の抵抗体材料側の面を固定し、
   ベース板材料をパターニングして所定の形状のベース板を形成し、
   電極材料をパターニングして、エッチングすることで、所定の形状の一対の電極を形成すると共に、一対の電極間領域で抵抗体材料の面を露出させ、
   一対の電極間領域の抵抗体を被覆する第１の保護膜を形成し、
   ベース板を完全に被覆する第２の保護膜を形成する、
   ことを特徴とする抵抗器の製造方法。
6. 接合材は、抵抗体材料と電極材料とがクラッディングにより接合されていることを特徴とする請求項５記載の抵抗器の製造方法。
7. ベース板材料に、高熱伝導性と高絶縁耐圧性を有するエポキシ系接着剤を用いて、抵抗体材料を固定することを特徴とする請求項５記載の抵抗器の製造方法。

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