JP5970695B2 - 電流検出用抵抗器およびその実装構造 - Google Patents

Description

本発明は抵抗器およびその実装構造に係り、特に電流検出用抵抗器の電極構造およびその実装構造に関する。

電池の充放電電流を監視し、電池の充放電電流を制御する等の目的で電流検出用抵抗器が使用される。電流検出用抵抗器は、監視対象電流の経路に挿入され、該電流によって抵抗器両端に生じる電圧を検出し、既知の抵抗値から電流を検出する。電流検出用抵抗器には種々の形式が存在するが、一例として平板状の金属抵抗体の下面両端に銅片からなる電極を備えた構造が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−５７００９号公報

しかしながら、電子機器の小型化に伴い、小型化された上記抵抗器に大電流を通電すると、抵抗器の実装部分で電流密度が高くなる場合がある。そして、電流密度の増加により、ハンダによる抵抗器の実装部分においてエレクトロマイグレーションが発生し、接続不良を起こす可能性がある。

図１は従来の電流検出用抵抗器の実装状態を示す。抵抗体１１の両端に配置した電極１２の材料として一般に銅が用いられる。電極１２はハンダ２２によって配線パターン２１に固定されている。この場合、一般に電流密度は電極１２の端の符号ＡまたはＢに示す個所で高くなる。このため、電流密度によっては、符号ＡまたはＢの部分から徐々にエレクトロマイグレーションが進行し、断線にいたる場合がある。

また、一対の配線パターン２１の間から電圧検出端子を引き出す場合があるが、特に符号Ｂに示す個所でエレクトロマイグレーションが進行した場合に、その付近で検出する電圧に誤差が生じ、電流検出精度に悪影響を及ぼすという問題がある。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、電流検出用抵抗器を実装基板に実装した状態で、エレクトロマイグレーションによる接続不良等が生じないようにした抵抗器を提供することを目的とする。

本発明の抵抗器は、板または角柱状の金属からなる抵抗体と実装基板の配線パターンに接続される電極とを備えた電流検出用抵抗器であって、前記電極は、前記抵抗体に接続した第１電極部と、該第１電極部に形成された第２電極部とを含み、前記第２電極部は、前記第１電極部よりも抵抗率が高い材料であって、且つ、実装基板への実装に用いるハンダよりも抵抗率が高い材料であることを特徴とする。

本発明によれば、第２電極部を備えていることにより、ハンダから電極内部の電流密度分布の均一化に寄与し、電極の端の部分への電流集中が緩和される。これにより、実装時に発生するエレクトロマイグレーションに対して電流検出用抵抗器の耐性を高めることができる。

従来の抵抗器の実装状態を示す断面図である。 本発明の第１実施例の抵抗器を示す断面図である。 本発明の第２実施例の抵抗器を示す断面図である。 第１実施例の抵抗器の実装状態を示す斜視図である。 第２実施例の抵抗器の実装状態を示す斜視図である。 第１実施例の抵抗器の製造工程を示す斜視図である。 ジャンパーチップに本発明の電極構造を適用した例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図２Ａ乃至図５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２Ａに示す抵抗器は、抵抗体１１とその下面両端部に電極１２を備えた電流検出用抵抗器である。抵抗体１１には、銅−ニッケル系合金、ニッケル−クロム系合金などの低抵抗率で且つ抵抗温度係数の良好な金属からなる抵抗材料が用いられる。電極１２は、第１電極部１２ａ、第２電極部１２ｂおよび第３電極部１２ｃからなる。第１電極部１２には高導電率材料である銅が用いられる。

本発明の電極構造では、第２電極部１２ｂは、第１電極部１２ａと第３電極部１２ｃよりも、抵抗率の高い材料からなることを特徴とする。例えば、第２電極部１２ｂには第１電極部の銅や第３電極部のスズに対して抵抗率の高いニクロム、ニッケルリン系などの合金が用いられる。

図２Ａに示す例では、第２電極部１２ｂとしてニクロム系合金を用いている。この例のように第２電極部１２ｂには抵抗体として用いられる金属材料を用いてもよい。第２電極部１２ｂに抵抗率の高い層を介在させるのは、抵抗体１１と配線パターン２１との間における電極１２およびハンダ内部の電流密度分布を均一化するためである。

第３電極部１２ｃにスズ系のハンダ材を用いるのはハンダ濡れ性などの実装性を確保するためである。第３電極部１２ｃは一般に用いられるハンダ材が利用でき、Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系の鉛フリーハンダや、Ｓｎ−Ｐｂ系等のハンダを用いることも可能である。なお、第２電極部１２ｂにハンダとなじみやすい材料（例えば銅−ニッケル系合金など）を用いる場合には、第３電極部を備えていなくてもよい。

例示した金属の電気抵抗率は、第１電極部に用いるＣｕは１．７μΩ・ｃｍ、第３電極部に用いる錫は１０．９μΩ・ｃｍ、第２電極部に用いるニクロム系合金は約１０８μΩ・ｃｍ、ニッケルリン系合金は約９０μΩ・ｃｍである。抵抗体として用いられる金属として、銅ニッケル系合金は４９μΩ・ｃｍ、ニクロム系合金は１０８μΩ・ｃｍである。なお、含まれる金属成分によって電気抵抗率が上記と異なる場合がある。

電極１２の各層の厚みの関係は、第１電極部１２ａが厚み２００μｍ程度であり、第２電極部１２ｂの厚みは５〜１０μｍ程度であり、第３電極部１２ｃの厚みは３〜１２μｍ程度である。第２電極部１２ｂは、第１電極部１２ａと第３電極部１２ｃよりも、薄く形成されていることが好ましい。

図３Ａは、図２Ａに示す抵抗器を実装基板に搭載した構造を示している。第１電極部１２ａと配線パターン２１の間には、第１電極部１２ａに接合した第２電極部１２ｂと、Ｓｎ系のハンダからなる第３電極部１２ｃが介在している。抵抗器はハンダを用いて実装基板２０に形成された配線パターン２１に固定される。

なお、配線パターン２１における電極１２の固定位置にもあらかじめハンダ材が形成されている（図示せず）。かかるハンダ材と第３電極部１２ｃは、一般に同じＳｎ系等の金属材である。抵抗器の実装のときには、配線パターン２１上のハンダ材と第３電極部１２ｃとはリフローによって溶融する。従って、第２電極部１２ｂと配線パターン２１の間には、配線パターン上に形成されたハンダと第３電極部１２ｃとの区別が無く、ハンダが介在した実装状態となる。

本発明では、このハンダと第１電極部１２ａとの間に、これらよりも高い抵抗率の金属材料である第２電極部１２ｂを介在させることにより、電極１２あるいはハンダの内部の電流密度分布を均一化させるように作用し、電極１２の端の部分（図１の符号Ａ，Ｂで示す部分）への電流集中が緩和される。これにより、本発明の電極構造では、エレクトロマイグレーションに対して高い耐性を有する抵抗器とすることができる。

実装状態においては、第３電極部１２ｃと配線パターン２１に形成されたハンダを含めた厚み（リフローにより実装された状態のハンダ厚み）に対して、第２電極部１２ｂの厚みが、１／１０以下の厚みになることが好ましい。これにより、電圧検出端子２３を一対の配線パターン２１の対向する部分から取り出す場合でも、比較的高い抵抗率の第２電極部１２ｂによる誤差電圧の発生を最小限に留めることができる。

図２Ｂは本発明の第２実施例の電流検出用抵抗器を示し、図３Ｂはその実装状態を示す。この抵抗器は抵抗体１１の長手方向両端面に電極１２を固定した構造であり、電極１２は銅からなる高導電率の第１電極部１２ａと、ニクロムやニッケルリン系合金等の比較的抵抗率の高い第２電極部１２ｂと、スズからなる高導電率の第３電極部１２ｃとから構成されている。

図２Ｂで示す例において、第２電極部１２ｂは、ニッケルリン系合金を用い、電解メッキにより形成されている。第３電極部１２ｃは電解メッキにより形成された被膜である。抵抗体１１における電極１２ａとの接合面以外の外周（上下面および両側面）はエポキシ樹脂などの絶縁性の保護膜１３で被覆されている。そして、第１実施例と同様に第３電極部１２ｃの底面が実装基板２０の配線パターン２１にハンダ接合により実装される。この実施例では、電圧検出端子２３ａは配線パターン２１からではなく、電極１２の上面にワイヤボンドにより固定されている。なお、ボンディングに用いるワイヤの種類に応じて、第３電極部１２ｃの材料を、例えばニッケル等に変更してもよい。

この実施例においても、第２電極部１２ｂはハンダおよび銅に比べて抵抗率が高いので、電極１２の内部で配線パターン２１と抵抗体１１の間に流れる電流の密度分布を均一化する。これにより、図１の符号ＡまたはＢで示す電流密度の高い部分を解消することができ、エレクトロマイグレーションに対する高い耐性を有する抵抗器とすることができる点も第１実施例と同じである。

第２電極部１２ｂは、第１電極部１２ａの露出部分を被覆している。第１電極部１２ａは、電解メッキ法などにより、保護膜１３で覆われた部分以外の金属が露出した部分に形成される。このため、実装の際に、Ｓｎなどのハンダが第２電極部１２ｂを介在することなく第１電極部１２ａと接続することを防ぐことができる。さらに、この実施例では電圧検出端子２３ａは配線パターン２１からではなく、第１電極部１２ａの上面から取り出すので、抵抗率の高い第２電極部１２ｂにより生じる電圧の影響を受けることなく、抵抗体１１の両端の電圧を正確に検出できるというメリットがある。

次に、本発明の第１実施例の抵抗器の製造工程について図４を参照して説明する。まず、銅−ニッケル系合金等の抵抗材料からなる長尺の板材１１Ａを準備する（（ａ）参照）。そして、板材１１Ａの上に第１電極部となる銅の板材１２Ａを重ねる（（ｂ）参照）。さらに、その上に、第２電極部となるニクロムの板材１２Ｂを重ね、圧力と熱を印加することで、各板材間が拡散接合した３層のクラッド材を作成する（（ｃ）参照）。

次に、金属の切削加工により符号Ｘで示す部分のニクロムの板材１２Ｂと銅の板材１２Ａを除去する。これにより、抵抗材料の板材１１Ａの両側にニクロムの板材１２Ｂと銅の板材１２Ａが分離して形成される（（ｄ）参照）。そして、例えば溶融したハンダの槽に板材１２Ｂの表面を浸けて、第３電極部となるスズの被膜１２Ｃをニクロムの板材１２Ｂの表面に形成する（（ｅ）参照）。なお、第３電極部が不要な場合は、（ｅ）の工程を省略してもよい。

次に、長尺状の上記板材をカットして、１個の抵抗器に対応した個片にする。この状態で平板状の抵抗体１１の片面両端部に第１電極部１２ａと第２電極部１２ｂと第３電極部１２ｃからなる電極１２を備えた抵抗器が形成される（（ｆ）参照）。そして、両端部の電極１２間の抵抗体１１の露出面にエポキシ樹脂等のペーストを塗布し加温硬化することで、絶縁材１３を形成する。これにより、図２Ａに示す本発明の電極構造を備えた抵抗器が完成する（（ｇ）参照）。

なお、第２実施例の抵抗器は角柱状の抵抗体１１の長手方向両端面に銅からなる電極１２ａを突き合わせて拡散接合等により固定し、抵抗体１１の外周面をエポキシ樹脂等の絶縁材１３で被覆し、比較的抵抗率の高い第２電極部１２ｂとスズからなる第３電極部１２ｃを電解メッキにより形成することで製作できる。

図５は本発明の電極構造を備えたジャンパーチップの例を示す。銅−ニッケル系合金等の抵抗材料からなるジャンパーチップ１４の電極部１２に比較的抵抗率の高い第２電極部１２ｂと、さらにその底面にスズ等の導電率の高い第３電極部１２ｃを備えている。これにより、電極１２内部での電流密度分布を均一化でき、エレクトロマイグレーションに対する耐性を向上させ得る点は上述の各実施例と同様である。

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例に限定されず、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。

本発明は、電流検出用抵抗器を小型化した場合、電極実装面も小さくなり、エレクトロマイグレーションが問題となるので、特に大電力タイプの面実装型抵抗器に対して有用である。

Claims (5)

1. 板または角柱状の金属からなる抵抗体と実装基板の配線パターンに接続される電極とを備えた電流検出用抵抗器であって、
   前記電極は、前記抵抗体に接続した第１電極部と、該第１電極部に形成された第２電極部とを含み、
   前記第２電極部は、前記第１電極部よりも抵抗率が高い材料であって、且つ、実装基板への実装に用いるハンダよりも抵抗率が高い材料であることを特徴とする電流検出用抵抗器。
2. 前記電極は第３電極部を含み、
   前記第１電極部と前記第３電極部との間に前記第２電極部を備え、
   前記第２電極部は前記第３電極部よりも抵抗率が高い材料であることを特徴とする請求項１に記載の電流検出用抵抗器。
3. 前記第１電極部は、銅であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流検出用抵抗器。
4. 前記第２電極部は、ニクロム系合金またはニッケルリン系合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電流検出用抵抗器。
5. 板または角柱状の金属からなる抵抗体と実装基板の配線パターンに接続される電極とを備えた電流検出用抵抗器を、実装基板に形成された配線パターンに実装した電流検出用抵抗器の実装構造であって、
   前記電極は、前記抵抗体に接続した第１電極部と、該第１電極部に形成された第２電極部とを含み、
   前記配線パターンと前記第１電極部との間に、前記第２電極部とハンダが介在し、
   前記第２電極部は、前記第１電極部よりも抵抗率が高い材料であって、実装基板への実装に用いるハンダよりも抵抗率が高い材料であることを特徴とする電流検出用抵抗器の実装構造。

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