JP6413230B2 - 抵抗器及び抵抗器の製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、セラミックス基板と、セラミックス基板の一方の面に形成された抵抗体及び金属電極と、前記金属電極に接合された金属端子とを備えた抵抗器、及びこの抵抗器の製造方法に関するものである。
一般に、電子回路部品の一つとして、セラミックス基板の一方の面に形成された抵抗体と、この抵抗体に接合された金属端子と、を備えた抵抗器が広く使用されている。この抵抗器においては、電流が流されることによって発熱することから、発生した熱を効率的に放散するために放熱板（ヒートシンク）を備えたものが提案されている。
例えば、特許文献１には、セラミックス基板に活性金属法によって金属端子が接合され、この金属端子の接合部に抵抗体を形成した構造の抵抗器が提案されている。
また、特許文献２には、セラミックス基板の上に抵抗体と金属電極とを形成し、金属電極と金属端子とをはんだ接合した構造の抵抗器が提案されている。
さらに、例えば特許文献３には、絶縁層を備えたシリコン基板と放熱板（ヒートシンク）とをはんだ接合した抵抗器が提案されている。
また、特許文献２には、セラミックス基板の上に抵抗体と金属電極とを形成し、金属電極と金属端子とをはんだ接合した構造の抵抗器が提案されている。
さらに、例えば特許文献３には、絶縁層を備えたシリコン基板と放熱板（ヒートシンク）とをはんだ接合した抵抗器が提案されている。
ところで、特許文献１に記載されたように、セラミックス基板と金属端子とをＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ等のろう材を用いた活性金属法で接合する場合には、接合温度が例えば８５０℃と比較的高温であることから、接合時に抵抗体が熱劣化してしまう問題があった。また、セラミックス基板と金属端子とを接合した後に、金属端子の接合部に抵抗体を形成する場合でも、ろう材の接合温度が高いためセラミックス基板と金属端子との接合部において大きな残留応力が発生する問題があった。
また、最近では、上述した抵抗器は、大電流が流される用途に用いられ、抵抗体が発熱して１５０℃以上の高温になることがある。特許文献２に記載されたように、セラミックス基板の上に抵抗体と金属電極とを形成し、金属電極と金属端子とをはんだ接合した場合や、特許文献３に記載されたように、シリコン基板とヒートシンクとをはんだ接合した場合に、上述したように抵抗体が高温になると、はんだ材が劣化して十分な接合強度を確保できず、金属電極と金属端子との接合やシリコン基板とヒートシンクとの接合を維持できなくなるおそれがあった。
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、耐熱性に優れるとともに、製造時における抵抗体や接合部の劣化を抑制することができる抵抗器及びこの抵抗器の製造方法を提供することを目的とする。
前述の課題を解決するために、本発明の抵抗器は、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に形成された抵抗体及び金属電極と、前記金属電極に接合された金属端子と、を備え、前記金属電極と前記金属端子とが、厚さが５μｍ以上１００μｍ以下の範囲の接合材を介して固相拡散接合され、前記金属電極と前記接合材、および、前記接合材と前記金属端子がそれぞれ固相拡散接合されており、前記金属電極及び前記金属端子がＡｌからなり、Ｃｕからなる接合材を介して前記金属電極と前記金属端子とが固相拡散接合されており、前記セラミックス基板の他方の面側に接合されたヒートシンクを備えるとともに、前記セラミックス基板と前記ヒートシンクとの間に形成された緩衝層を備え、前記緩衝層は、Ａｌ又はＡｌ合金で構成されていることを特徴としている。
また、本発明の抵抗器は、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に形成された抵抗体及び金属電極と、前記金属電極に接合された金属端子と、を備え、前記金属電極と前記金属端子とが、厚さが５μｍ以上１００μｍ以下の範囲の接合材を介して固相拡散接合され、前記金属電極と前記接合材、および、前記接合材と前記金属端子がそれぞれ固相拡散接合されており、前記金属電極及び前記金属端子がＣｕからなり、Ａｌからなる接合材を介して前記金属電極と前記金属端子とが固相拡散接合されており、前記セラミックス基板の他方の面側に接合されたヒートシンクを備えるとともに、前記セラミックス基板と前記ヒートシンクとの間に形成された緩衝層を備え、前記緩衝層は、Ａｌ又はＡｌ合金で構成されていることを特徴としている。
また、本発明の抵抗器は、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に形成された抵抗体及び金属電極と、前記金属電極に接合された金属端子と、を備え、前記金属電極と前記金属端子とが、厚さが５μｍ以上１００μｍ以下の範囲の接合材を介して固相拡散接合され、前記金属電極と前記接合材、および、前記接合材と前記金属端子がそれぞれ固相拡散接合されており、前記金属電極及び前記金属端子がＣｕからなり、Ａｌからなる接合材を介して前記金属電極と前記金属端子とが固相拡散接合されており、前記セラミックス基板の他方の面側に接合されたヒートシンクを備えるとともに、前記セラミックス基板と前記ヒートシンクとの間に形成された緩衝層を備え、前記緩衝層は、Ａｌ又はＡｌ合金で構成されていることを特徴としている。
本発明の抵抗器によれば、金属電極と金属端子とが、ＡｌとＣｕとの固相拡散接合により接合されているので、金属電極と金属端子とを良好に接合し、接合信頼性を向上できる。また、はんだ材を用いることなく、固相拡散接合により金属電極と金属端子とが接合されているので、抵抗体が発熱して高温となっても、接合強度を十分に維持することができ、耐熱性に優れる。さらに、固相拡散接合は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材の接合温度と比較して低温で行うことができるので、製造時における抵抗体や接合部の劣化を抑制することができる。
セラミックス基板の他方の面側にヒートシンクが接合されているので、抵抗体から発生する熱を効率的にヒートシンクから外部へ放散することができ、抵抗器の信頼性を向上させることが可能である。
セラミックス基板とヒートシンクとの間に緩衝層が形成されているので、抵抗体に冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板とヒートシンクとの間に生じる熱応力を緩衝層によって緩和し、セラミックス基板に割れが発生することを抑制できる。
セラミックス基板の他方の面側にヒートシンクが接合されているので、抵抗体から発生する熱を効率的にヒートシンクから外部へ放散することができ、抵抗器の信頼性を向上させることが可能である。
セラミックス基板とヒートシンクとの間に緩衝層が形成されているので、抵抗体に冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板とヒートシンクとの間に生じる熱応力を緩衝層によって緩和し、セラミックス基板に割れが発生することを抑制できる。
また、Ａｌからなる金属電極及び金属端子が、Ｃｕからなる接合材を介して固相拡散接合されている場合には、金属電極と金属端子を良好に接合することができる。
また、ＡｌとＣｕとの固相拡散接合の温度は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材の接合温度と比較して低いので、接合時における抵抗体の熱劣化を抑制可能となる。また、このように比較的低温で接合することにより、金属電極と金属端子との接合部に生じる残留応力を低減することもできる。
また、ＡｌとＣｕとの固相拡散接合の温度は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材の接合温度と比較して低いので、接合時における抵抗体の熱劣化を抑制可能となる。また、このように比較的低温で接合することにより、金属電極と金属端子との接合部に生じる残留応力を低減することもできる。
また、Ｃｕからなる金属電極及び金属端子が、Ａｌからなる接合材を介して固相拡散接合されている場合には、金属電極と金属端子を良好に接合することができる。
また、ＣｕとＡｌとの固相拡散接合の温度は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材の接合温度と比較して低いので、接合時における抵抗体の熱劣化を抑制可能となる。また、このように比較的低温で接合することにより、金属電極と金属端子との接合部に生じる残留応力を低減することもできる。
また、ＣｕとＡｌとの固相拡散接合の温度は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材の接合温度と比較して低いので、接合時における抵抗体の熱劣化を抑制可能となる。また、このように比較的低温で接合することにより、金属電極と金属端子との接合部に生じる残留応力を低減することもできる。
本発明の抵抗器の製造方法は、前記金属電極及び前記金属端子がＡｌからなり、Ｃｕからなる接合材を介して前記金属電極と前記金属端子とが固相拡散接合されている抵抗器を製造する抵抗器の製造方法であって、前記接合材が、Ｃｕ箔又はＣｕ粉末からなり、前記金属電極と前記金属端子とを前記接合材を介して積層し、前記金属電極、前記接合材、及び前記金属端子の積層方向に加圧力を負荷した状態で加熱処理を行うことによって固相拡散接合することを特徴としている。
この場合、Ａｌからなる金属電極と金属端子との間に、接合材としてＣｕ箔又はＣｕ粉末を介在させて、積層方向に加圧して加熱処理を行い固相拡散接合するので、Ａｌからなる金属電極と金属端子とが、Ｃｕ箔又はＣｕ粉末からなる接合材とそれぞれ固相拡散接合され、金属電極と金属端子とを確実に接合することができる。
この場合、Ａｌからなる金属電極と金属端子との間に、接合材としてＣｕ箔又はＣｕ粉末を介在させて、積層方向に加圧して加熱処理を行い固相拡散接合するので、Ａｌからなる金属電極と金属端子とが、Ｃｕ箔又はＣｕ粉末からなる接合材とそれぞれ固相拡散接合され、金属電極と金属端子とを確実に接合することができる。
また、本発明の抵抗器の製造方法は、前記金属電極及び前記金属端子がＣｕからなり、Ａｌからなる接合材を介して前記金属電極と前記金属端子とが固相拡散接合されている抵抗器を製造する抵抗器の製造方法であって、前記接合材が、Ａｌ箔又はＡｌ粉末からなり、前記金属電極と前記金属端子とを前記接合材を介して積層し、前記金属電極、前記接合材、及び前記金属端子の積層方向に加圧力を負荷した状態で加熱処理を行うことによって固相拡散接合する構成とされても良い。
この場合、Ｃｕからなる金属電極と金属端子との間に、接合材としてＡｌ箔又はＡｌ粉末を介在させて、積層方向に加圧して加熱処理を行い固相拡散接合するので、Ｃｕからなる金属電極と金属端子とが、Ａｌ箔又はＡｌ粉末からなる接合材とそれぞれ固相拡散接合され、金属電極と金属端子とを確実に接合することができる。
この場合、Ｃｕからなる金属電極と金属端子との間に、接合材としてＡｌ箔又はＡｌ粉末を介在させて、積層方向に加圧して加熱処理を行い固相拡散接合するので、Ｃｕからなる金属電極と金属端子とが、Ａｌ箔又はＡｌ粉末からなる接合材とそれぞれ固相拡散接合され、金属電極と金属端子とを確実に接合することができる。
本発明によれば、耐熱性に優れるとともに、製造時における抵抗体や接合部の劣化を抑制することができる抵抗器及びこの抵抗器の製造方法を提供することができる。
（第一実施形態）
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。まず、本発明の第一実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係る抵抗器１は、図１に示すように、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面に形成された抵抗体１２及び金属電極１３と、金属電極１３に接合された金属端子１４とを備えている。本実施形態において、抵抗器１は、セラミックス基板１１の他方の面に接合された放熱板３１（ヒートシンク）を備えており、この放熱板３１が、耐熱グリース４２を介して冷却器４１にネジ４３で締結されている。
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。まず、本発明の第一実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係る抵抗器１は、図１に示すように、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面に形成された抵抗体１２及び金属電極１３と、金属電極１３に接合された金属端子１４とを備えている。本実施形態において、抵抗器１は、セラミックス基板１１の他方の面に接合された放熱板３１（ヒートシンク）を備えており、この放熱板３１が、耐熱グリース４２を介して冷却器４１にネジ４３で締結されている。
セラミックス基板１１は、抵抗体１２及び金属電極１３と、放熱板３１との電気的接続を防止するものであり、第一実施形態においては、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。また、ＡｌＮからなるセラミックス基板１１の厚さは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ未満の範囲内に設定されており、第一実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。
抵抗体１２は、抵抗器１に電流が流れた際に抵抗として機能させるためのものであり、例えばＴａ−Ｓｉ系薄膜抵抗体やＲｕＯ２厚膜抵抗体等によって構成される。抵抗体１２は、第一実施形態においては、Ｔａ−Ｓｉ系薄膜抵抗体によって構成され、厚さが０．５μｍとされている。
金属電極１３は、抵抗体１２に設けられた電極であり、第一実施形態においては、Ａｌによって構成されている。また、金属電極１３の厚さは、１μｍ以上３μｍ以下とされており、第一実施形態においては、１．６μｍとされている。なお、本実施形態において、Ａｌは、純ＡｌやＡｌ合金を含むものとする。
金属端子１４は、金属電極１３に電気的に接続された端子であり、第一実施形態においては、金属電極１３と同様にＡｌによって構成されている。また、金属端子１４の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とされており、第一実施形態においては、０．２５ｍｍとされている。
そして、これらの金属電極１３と金属端子１４とが、接合層１５を介して接合されている。
そして、これらの金属電極１３と金属端子１４とが、接合層１５を介して接合されている。
接合層１５は、Ｃｕからなる接合材２５を介して金属電極１３と金属端子１４とを固相拡散接合する際に、金属電極１３と金属端子１４との接合界面に形成される層である。接合層１５の厚さは、２μｍ以上２００μｍ以下であることが望ましい。
金属端子１４、金属電極１３、及び接合層１５は導電性が良好であり、電流が金属端子１４から抵抗体１２に流れるようになっている。
金属端子１４、金属電極１３、及び接合層１５は導電性が良好であり、電流が金属端子１４から抵抗体１２に流れるようになっている。
図２に、接合層１５の拡大説明図を示す。接合層１５は、接合材２５からなるＣｕ層１６と、このＣｕ層１６と金属電極１３との間に形成された第一拡散層１７と、Ｃｕ層１６と金属端子１４との間に形成された第二拡散層１８とを備えている。
第一拡散層１７は、接合材２５（Ｃｕ層１６）のＣｕと、金属電極１３のＡｌとが相互拡散することによって形成されるものである。この第一拡散層１７においては、金属電極１３からＣｕ層１６に向かうに従い、漸次Ａｌの濃度が低くなり、かつＣｕの濃度が高くなる濃度勾配を有している。
第一拡散層１７は、接合材２５（Ｃｕ層１６）のＣｕと、金属電極１３のＡｌとが相互拡散することによって形成されるものである。この第一拡散層１７においては、金属電極１３からＣｕ層１６に向かうに従い、漸次Ａｌの濃度が低くなり、かつＣｕの濃度が高くなる濃度勾配を有している。
また、第二拡散層１８は、接合材２５（Ｃｕ層１６）のＣｕと、金属端子１４のＡｌとが相互拡散することによって形成されるものである。この第二拡散層１８においては、金属端子１４からＣｕ層１６に向かうに従い、漸次Ａｌの濃度が低くなり、かつＣｕの濃度が高くなる濃度勾配を有している。
第一拡散層１７は、ＡｌとＣｕからなる金属間化合物で構成されており、本実施形態では、複数の金属間化合物が接合界面に沿って積層した構造とされている。ここで、この第一拡散層１７の厚さは、１μｍ以上８０μｍ以下の範囲内、好ましくは、５μｍ以上８０μｍ以下の範囲内に設定されている。
本実施形態において、第一拡散層１７は、図２に示すように、ＡｌとＣｕからなる金属間化合物が積層された構造とされており、金属電極１３側からＣｕ層１６側に向けて順に、金属電極１３とＣｕ層１６との接合界面に沿って、θ相１７Ａ、η２相１７Ｂが積層し、さらにζ２相１７Ｃ、δ相１７Ｄ及びγ２相１７Ｅのうち少なくとも一つの相が積層して構成されている（図１１参照）。
また、第一拡散層１７とＣｕ層１６との接合界面には、酸化物１７Ｆが、接合界面に沿って層状に分散している。なお、本実施形態においては、この酸化物１７Ｆは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のアルミニウム酸化物とされている。なお、酸化物１７Ｆは、第一拡散層１７とＣｕ層１６との界面に分断された状態で分散しており、第一拡散層１７とＣｕ層１６とが直接接触している領域も存在している。また、この酸化物１７Ｆは銅層１６と第一拡散層１７との界面に沿って、ζ２相１７Ｃ、δ相１７Ｄ及びγ２相１７Ｅのうち少なくとも一つの相で構成された層の内部に層状に分散していてもよい。
本実施形態において、第一拡散層１７は、図２に示すように、ＡｌとＣｕからなる金属間化合物が積層された構造とされており、金属電極１３側からＣｕ層１６側に向けて順に、金属電極１３とＣｕ層１６との接合界面に沿って、θ相１７Ａ、η２相１７Ｂが積層し、さらにζ２相１７Ｃ、δ相１７Ｄ及びγ２相１７Ｅのうち少なくとも一つの相が積層して構成されている（図１１参照）。
また、第一拡散層１７とＣｕ層１６との接合界面には、酸化物１７Ｆが、接合界面に沿って層状に分散している。なお、本実施形態においては、この酸化物１７Ｆは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のアルミニウム酸化物とされている。なお、酸化物１７Ｆは、第一拡散層１７とＣｕ層１６との界面に分断された状態で分散しており、第一拡散層１７とＣｕ層１６とが直接接触している領域も存在している。また、この酸化物１７Ｆは銅層１６と第一拡散層１７との界面に沿って、ζ２相１７Ｃ、δ相１７Ｄ及びγ２相１７Ｅのうち少なくとも一つの相で構成された層の内部に層状に分散していてもよい。
第二拡散層１８は、ＡｌとＣｕからなる金属間化合物で構成されており、本実施形態では、複数の金属間化合物が接合界面に沿って積層した構造とされている。ここで、この第二拡散層１８の厚さは、１μｍ以上８０μｍ以下の範囲内、好ましくは、５μｍ以上８０μｍ以下の範囲内に設定されている。
本実施形態において、第二拡散層１８は、図２に示すように、３種の金属間化合物が積層された構造とされており、金属端子１４側からＣｕ層１６側に向けて順に、金属端子１４とＣｕ層１６との接合界面に沿って、θ相１８Ａ、η２相１８Ｂが積層し、さらにζ２相１８Ｃ、δ相１８Ｄ及びγ２相１８Ｅのうち少なくとも一つの相が積層して構成されているとされている。
本実施形態において、第二拡散層１８は、図２に示すように、３種の金属間化合物が積層された構造とされており、金属端子１４側からＣｕ層１６側に向けて順に、金属端子１４とＣｕ層１６との接合界面に沿って、θ相１８Ａ、η２相１８Ｂが積層し、さらにζ２相１８Ｃ、δ相１８Ｄ及びγ２相１８Ｅのうち少なくとも一つの相が積層して構成されているとされている。
また、第二拡散層１８とＣｕ層１６との接合界面には、酸化物１８Ｆが、接合界面に沿って層状に分散している。なお、本実施形態においては、酸化物１８Ｆは、第二拡散層１８とＣｕ層１６との界面に分断された状態で分散しており、第二拡散層１８とＣｕ層１６とが直接接触している領域も存在している。また、この酸化物１８Ｆは銅層１６と第二拡散層１８との界面に沿って、ζ２相１８Ｃ、δ相１８Ｄ及びγ２相１８Ｅのうち少なくとも一つの相で構成された層の内部に層状に分散していてもよい。
さらに、本実施形態では、Ｃｕ層の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされ、金属電極１３及び金属端子１４の平均結晶粒径が５００μｍ以上とされている。
さらに、本実施形態では、Ｃｕ層の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされ、金属電極１３及び金属端子１４の平均結晶粒径が５００μｍ以上とされている。
放熱板３１（ヒートシンク）は、抵抗体１２から発生する熱を逃がすためのものであり、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、本実施形態においては、Ａ６０６３合金（Ａｌ合金）で構成されている。放熱板３１の厚さは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましい。
冷却器４１は、放熱板３１に取付けられ、放熱板３１を冷却するためのものである。
耐熱グリース４２は、これらの放熱板３１と冷却器４１との間に介在されており、放熱板３１と冷却器４１との隙間を埋めて放熱板３１からの熱が冷却器４１側へ効率的に伝達されるようになっている。
冷却器４１は、放熱板３１に取付けられ、放熱板３１を冷却するためのものである。
耐熱グリース４２は、これらの放熱板３１と冷却器４１との間に介在されており、放熱板３１と冷却器４１との隙間を埋めて放熱板３１からの熱が冷却器４１側へ効率的に伝達されるようになっている。
次に、本実施形態に係る抵抗器１の製造方法について図３及び図４を参照して説明する。
まず、図４に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に、例えばスパッタリング法を用いてＴａ−Ｓｉ系薄膜からなる抵抗体１２を形成する（抵抗体形成工程Ｓ０１）。
次いで、セラミックス基板１１の一方の面における所定の位置に、例えばスパッタリング法を用いてＡｌからなる金属電極１３を形成する（金属電極形成工程Ｓ０２）。
まず、図４に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に、例えばスパッタリング法を用いてＴａ−Ｓｉ系薄膜からなる抵抗体１２を形成する（抵抗体形成工程Ｓ０１）。
次いで、セラミックス基板１１の一方の面における所定の位置に、例えばスパッタリング法を用いてＡｌからなる金属電極１３を形成する（金属電極形成工程Ｓ０２）。
次に、セラミックス基板１１の他方の面にＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２６を介して、Ａ６０６３からなる放熱板３１を積層する（放熱板積層工程Ｓ０３）。
ろう材箔２６としては厚さ１０μｍ〜３５μｍのＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔、Ａｌ−Ｇｅ系ろう材箔等が用いることができる。本実施形態では、ろう材箔２６として厚さ２０μｍのＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔を用いた。
そして、積層方向に加圧力を負荷して真空加熱炉内に配置し、６４０℃以上６５０℃以下に設定し、１０分以上６０分以下保持する。こうして、セラミックス基板１１の他方の面に放熱板３１が接合される（放熱板接合工程Ｓ０４）。
ろう材箔２６としては厚さ１０μｍ〜３５μｍのＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔、Ａｌ−Ｇｅ系ろう材箔等が用いることができる。本実施形態では、ろう材箔２６として厚さ２０μｍのＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔を用いた。
そして、積層方向に加圧力を負荷して真空加熱炉内に配置し、６４０℃以上６５０℃以下に設定し、１０分以上６０分以下保持する。こうして、セラミックス基板１１の他方の面に放熱板３１が接合される（放熱板接合工程Ｓ０４）。
次に、金属電極１３上に、Ｃｕ箔からなる接合材２５を積層し、さらに接合材２５上にＡｌからなる金属端子１４を積層する（接合材及び金属端子積層工程Ｓ０５）。すなわち、金属電極１３上に、接合材２５を介して金属端子１４を積層する。ここで、接合材２５の厚さは、５μｍ以上１００μｍ以下とされている。なお、本実施形態において、接合材２５（Ｃｕ箔）を構成するＣｕは、純ＣｕやＣｕ合金を含むものとする。
次いで、セラミックス基板１１、金属電極１３、接合材２５、及び金属端子１４の積層方向に加圧して真空加熱炉の中に装入する。本実施形態においては、積層方向に１．０ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の加圧力を負荷し、真空加熱炉の加熱温度を４００℃以上５４８℃未満に設定し、１０分以上９０分以下保持する。このとき、金属電極１３と金属端子１４とが接合材２５を介して固相拡散接合され、金属電極１３と金属端子１４が接合層１５を介して接合される（金属端子接合工程Ｓ０６）。
なお、本実施形態においては、金属電極１３、接合材２５、及び金属端子１４の接合される面は平滑とされている。
なお、本実施形態においては、金属電極１３、接合材２５、及び金属端子１４の接合される面は平滑とされている。
次に、放熱板３１の下面に耐熱グリース４２を塗布して冷却器４１を積層し、ネジ４３によって締結して放熱板３１と冷却器４１とを接合する（冷却器接合工程Ｓ０７）。
以上のようにして本実施形態に係る抵抗器１が製造される。
以上のようにして本実施形態に係る抵抗器１が製造される。
以上のような構成とされた本実施形態に係る抵抗器１によれば、Ａｌからなる金属電極１３と金属端子１４とがＣｕからなる接合材２５を介して固相拡散接合されているので、金属電極１３と金属端子１４とを良好に接合し、接合信頼性を向上できる。また、はんだ材を用いることなく、固相拡散接合により金属電極１３と金属端子１４とが接合されているので、抵抗体１２が発熱して高温となっても、接合強度を十分に維持することができ、耐熱性に優れる。
また、上述の固相拡散接合の接合温度は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材の接合温度と比較して低温で接合することができるので、製造時における抵抗体１２の熱劣化を抑制可能となる。さらに、比較的低温で接合することにより、金属電極１３と金属端子１４との接合部に生じる残留応力を低減することもできる。
また、ＡｌＮからなるセラミックス基板１１の厚さは０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ未満とされているので、抵抗体１２の発熱回数が多くてもセラミックス基板１１に割れが発生することを抑制できる。
さらに、Ａｌからなる金属端子１４の厚さが０．０５ｍｍ以上とされているので、端子としての強度を十分に確保するとともに比較的大きな電流を流すことができる。また、金属端子１４の厚さが０．６ｍｍ以下とされているので、抵抗体１２の発熱回数が多くてもセラミックス基板１１に割れが発生することを抑制できる。
さらに、Ａｌからなる金属端子１４の厚さが０．０５ｍｍ以上とされているので、端子としての強度を十分に確保するとともに比較的大きな電流を流すことができる。また、金属端子１４の厚さが０．６ｍｍ以下とされているので、抵抗体１２の発熱回数が多くてもセラミックス基板１１に割れが発生することを抑制できる。
また、Ｃｕからなる接合材２５を介してＡｌからなる金属電極１３及び金属端子１４を接合すると、液相が生じて接合界面にコブが生じたり、厚みが変動したりすることがあるが、本実施形態においては、Ｃｕからなる接合材２５を介してＡｌからなる金属電極１３と金属端子１４とを接合する際に積層方向に１．０ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２ 以下で加圧して４００℃以上５４８℃未満で加熱処理を行うことにより固相拡散接合しているので、接合材２５を介して金属電極１３と金属端子１４とを良好に接合することができる。
固相拡散接合時の加圧力が１．０ｋｇｆ／ｃｍ２以上の場合、接合界面に隙間が生じることを抑制して、接合材２５を介して金属電極１３と金属端子１４とを十分に接合することができる。また、固相拡散接合時の加圧力が３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の場合、セラミックス基板１１に割れが発生することを抑制できる。
固相拡散接合する際の温度が４００℃以上の場合には、Ｃｕ原子とＡｌ原子との拡散が促進され、短時間で十分に固相拡散させることができる。また、５４８℃未満の場合には、ＣｕとＡｌとの間で液相が生じて接合界面にコブが生じたり、厚みが変動したりすることを抑制できる。そのため、本実施形態において固相拡散接合の温度は、４００℃以上５４８℃未満の範囲に設定されている。
また、固相拡散接合する際に、接合される面に傷がある場合、固相拡散接合時に隙間が生じる場合があるが、金属電極１３、接合材２５、金属端子１４の接合されるそれぞれの面は、平滑にされているので、接合界面に隙間が生じることを抑制して接合することが可能である。
さらに、金属電極１３とＣｕ層１６との接合界面、及び金属端子１４とＣｕ層１６との接合界面に、ＣｕとＡｌからなる第一拡散層１７及び第二拡散層１８が形成されていることから、金属電極１３及び金属端子１４中のＡｌと、Ｃｕ層１６中のＣｕとが十分に相互拡散しており、金属電極１３とＣｕ層１６、及び金属端子１４とＣｕ層１６が強固に接合されている。
また、第一拡散層１７及び第二拡散層１８は、複数の金属間化合物が接合界面に沿って積層した構造とされているので、脆い拡散層が大きく成長してしまうことを抑制できる。また、金属電極１３中のＡｌとＣｕ層１６中のＣｕとが相互拡散することにより、金属電極１３側からＣｕ層１６側に向けてそれぞれの組成に適した金属間化合物が層状に形成されることから、接合界面近傍の特性を安定させることができる。さらに、Ｃｕ層１６中のＣｕと金属端子１４中のＡｌとが相互拡散することにより、金属端子１４側からＣｕ層１６側に向けてそれぞれの組成に適した金属間化合物が層状に形成されることから接合界面近傍の特性を安定させることができる。
具体的には、第一拡散層１７及び第二拡散層１８は、金属電極１３及び金属端子１４側からＣｕ層１６側に向けて順に、θ相（１７Ａ，１８Ａ）、η２相（１７Ｂ，１８Ｂ）が積層し、さらにζ２相（１７Ｃ，１８Ｃ）、δ相（１７Ｄ，１８Ｄ）及びγ２相（１７Ｅ，１８Ｅ）のうち少なくとも一つの相が積層しているので、第一拡散層１７及び第二拡散層１８の内部における体積変動が小さくなり、内部歪みが抑えられることになる。
具体的には、第一拡散層１７及び第二拡散層１８は、金属電極１３及び金属端子１４側からＣｕ層１６側に向けて順に、θ相（１７Ａ，１８Ａ）、η２相（１７Ｂ，１８Ｂ）が積層し、さらにζ２相（１７Ｃ，１８Ｃ）、δ相（１７Ｄ，１８Ｄ）及びγ２相（１７Ｅ，１８Ｅ）のうち少なくとも一つの相が積層しているので、第一拡散層１７及び第二拡散層１８の内部における体積変動が小さくなり、内部歪みが抑えられることになる。
また、これらの第一拡散層１７とＣｕ層１６、第二拡散層１８とＣｕ層１６の接合界面において、酸化物１７Ｆ，１８Ｆが接合界面に沿って層状に分散しているので、Ａｌからなる金属電極１３及び金属端子１４の表面に形成された酸化膜が確実に破壊され、ＣｕとＡｌの相互拡散が十分に進行していることになり、接合層１５を介して金属電極１３と金属端子１４とが確実に接合される。
さらに、第一拡散層１７及び第二拡散層１８の平均厚みが１μｍ以上８０μｍ以下の範囲内、好ましくは５μｍ以上８０μｍ以下の範囲内とされているので、金属電極１３中のＡｌとＣｕ層１６中のＣｕ、及び金属端子１４中のＡｌとＣｕ層１６中のＣｕとが十分に固相拡散していることになり、金属電極１３とＣｕ層１６、及び金属端子１４とＣｕ層１６とを強固に接合できるとともに、金属電極１３、金属端子１４、及びＣｕ層１６に比べて脆い第一拡散層１７及び第二拡散層１８が必要以上に成長することが抑制されており、接合界面の特性が安定する。
さらに、本実施形態においては、Ｃｕ層１６の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされ、金属電極１３及び金属端子１４の平均結晶粒径が５００μｍ以上とされており、金属電極１３、金属端子１４、及びＣｕ層１６の平均結晶粒径が比較的大きく設定されている。よって、金属電極１３、金属端子１４、及びＣｕ層１６には、過剰な歪が蓄積されておらず、疲労特性が良好となる。
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
本発明の第二実施形態に係る抵抗器１０１は、図５に示すように、セラミックス基板１１１と、このセラミックス基板１１１の一方の面に形成された抵抗体１１２及び金属電極１１３と、金属電極１１３に接合された金属端子１１４とを備えている。第二実施形態において、抵抗器１０１は、セラミックス基板１１１の他方の面に接合された放熱板１３１（ヒートシンク）を備えており、この放熱板１３１が、断熱材１４２を介して冷却器１４１にネジ１４３により締結され接合されている。
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
本発明の第二実施形態に係る抵抗器１０１は、図５に示すように、セラミックス基板１１１と、このセラミックス基板１１１の一方の面に形成された抵抗体１１２及び金属電極１１３と、金属電極１１３に接合された金属端子１１４とを備えている。第二実施形態において、抵抗器１０１は、セラミックス基板１１１の他方の面に接合された放熱板１３１（ヒートシンク）を備えており、この放熱板１３１が、断熱材１４２を介して冷却器１４１にネジ１４３により締結され接合されている。
セラミックス基板１１１は、抵抗体１１２及び金属電極１１３と、放熱板１３１との電気的接続を防止するものであり、第二実施形態においては、アルミナで構成されている。また、アルミナからなるセラミックス基板１１１の厚さは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ未満の範囲内に設定されており、第二実施形態では、０．３８ｍｍに設定されている。
抵抗体１１２は、抵抗器１０１に電流が流れた際に抵抗として機能させるためのものである。第二実施形態において、抵抗体１１２は、Ｔａ−Ｓｉの薄膜抵抗体によって構成されている。また、抵抗体１１２の厚さが５μｍ以上１０μｍ以下とされており、具体的には７μｍとされている。
金属電極１１３は、抵抗体１１２に設けられた電極であり、第二実施形態においては、Ａｌによって構成されている。また、金属電極１１３の厚さは、５μｍ以上１０μｍ以下とされており、第二実施形態においては、７μｍとされている。なお、本実施形態において、Ａｌは、純ＡｌやＡｌ合金を含むものとする。
金属端子１１４は、金属電極１１３に電気的に接続された端子であり、第二実施形態においては、Ｃｕによって構成されている。また、金属端子１１４の厚さは、０．０２ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下とされており、第二実施形態においては、０．１ｍｍとされている。なお、本実施形態において、Ｃｕは、純ＣｕやＣｕ合金を含むものとする。
第一実施形態では、これらの金属電極１３と金属端子１４とが接合材２５を介して固相拡散接合される場合について説明したが、第二実施形態では、金属電極１１３と金属端子１１４とが直接固相拡散接合されている。
金属端子１１４は、金属電極１１３に電気的に接続された端子であり、第二実施形態においては、Ｃｕによって構成されている。また、金属端子１１４の厚さは、０．０２ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下とされており、第二実施形態においては、０．１ｍｍとされている。なお、本実施形態において、Ｃｕは、純ＣｕやＣｕ合金を含むものとする。
第一実施形態では、これらの金属電極１３と金属端子１４とが接合材２５を介して固相拡散接合される場合について説明したが、第二実施形態では、金属電極１１３と金属端子１１４とが直接固相拡散接合されている。
図６に、金属電極１１３と金属端子１１４との接合部の拡大説明図を示す。図６に示すように、金属電極１１３と金属端子１１４との接合部には、第三拡散層１１７が形成されている。
第三拡散層１１７は、金属電極１１３のＡｌと金属端子１１４のＣｕとが相互拡散することによって形成されるものである。この第三拡散層１１７においては、金属電極１１３側から金属端子１１４側に向かうに従い、漸次Ａｌの濃度が低くなり、かつＣｕの濃度が高くなる濃度勾配を有している。
第三拡散層１１７は、ＡｌとＣｕからなる金属間化合物で構成されており、本実施形態では、複数の金属化化合物が接合界面に沿って積層した構造とされている。ここで、この第三拡散層１１７の厚さは、１μｍ以上８０μｍ以下の範囲内、好ましくは、５μｍ以上８０μｍ以下の範囲内に設定されている。
第三拡散層１１７は、金属電極１１３のＡｌと金属端子１１４のＣｕとが相互拡散することによって形成されるものである。この第三拡散層１１７においては、金属電極１１３側から金属端子１１４側に向かうに従い、漸次Ａｌの濃度が低くなり、かつＣｕの濃度が高くなる濃度勾配を有している。
第三拡散層１１７は、ＡｌとＣｕからなる金属間化合物で構成されており、本実施形態では、複数の金属化化合物が接合界面に沿って積層した構造とされている。ここで、この第三拡散層１１７の厚さは、１μｍ以上８０μｍ以下の範囲内、好ましくは、５μｍ以上８０μｍ以下の範囲内に設定されている。
本実施形態において、第三拡散層１１７は、図６に示すように、３種の金属間化合物が積層された構造とされており、金属電極１１３側から金属端子１１４側に向けて順に、金属電極１１３と金属端子１１４との接合界面に沿って、θ相１１７Ａ、η２相１１７Ｂが積層し、さらにζ２相１１７Ｃ、δ相１１７Ｄ及びγ２相１１７Ｅのうち少なくとも一相が積層して構成されている。
また、第三拡散層１１７と金属電極１１３との接合界面には、酸化物１１７Ｆが、接合界面に沿って層状に分散している。なお、本実施形態においては、この酸化物１１７Ｆは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のアルミニウム酸化物とされている。なお、酸化物１１７Ｆは、第三拡散層１１７と金属端子１１４との界面に分断された状態で分散しており、第三拡散層１１７と金属端子１１４とが直接接触している領域も存在している。また、この酸化物１１７Ｆは第三拡散層１１７と金属端子１１４との界面に沿って、ζ２相１１７Ｃ、δ相１１７Ｄ及びγ２相１１７Ｅのうち少なくとも一つの相で構成された層の内部に層状に分散していてもよい。
さらに、本実施形態では、金属端子１１４の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされ、金属電極１１３の平均結晶粒径が５００μｍ以上とされている。
また、第三拡散層１１７と金属電極１１３との接合界面には、酸化物１１７Ｆが、接合界面に沿って層状に分散している。なお、本実施形態においては、この酸化物１１７Ｆは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のアルミニウム酸化物とされている。なお、酸化物１１７Ｆは、第三拡散層１１７と金属端子１１４との界面に分断された状態で分散しており、第三拡散層１１７と金属端子１１４とが直接接触している領域も存在している。また、この酸化物１１７Ｆは第三拡散層１１７と金属端子１１４との界面に沿って、ζ２相１１７Ｃ、δ相１１７Ｄ及びγ２相１１７Ｅのうち少なくとも一つの相で構成された層の内部に層状に分散していてもよい。
さらに、本実施形態では、金属端子１１４の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされ、金属電極１１３の平均結晶粒径が５００μｍ以上とされている。
放熱板１３１は、抵抗体１１２から発生する熱を逃がすためのものであり、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、本実施形態においては、Ａ６０６３合金（Ａｌ合金）で構成されている。この放熱板１３１には、放熱板１３１の下面から下方に延在するフィン１３２が形成されている。
冷却器１４１は、放熱板１３１に取付けられ、放熱板１３１を冷却するためのものである。
冷却器１４１は、放熱板１３１に取付けられ、放熱板１３１を冷却するためのものである。
次に、本実施形態に係る抵抗器１０１の製造方法について図７及び図８を参照して説明する。
まず、図８に示すように、セラミックス基板１１１の一方の面に、スパッタリング法を用いてＴａ−Ｓｉからなる薄膜抵抗体１１２を形成する（抵抗体形成工程Ｓ１１）。
次いで、セラミックス基板１１１の一方の面における所定の位置に、スパッタリング法を用いてＡｌからなる金属電極１１３を形成する（金属電極形成工程Ｓ１２）。
まず、図８に示すように、セラミックス基板１１１の一方の面に、スパッタリング法を用いてＴａ−Ｓｉからなる薄膜抵抗体１１２を形成する（抵抗体形成工程Ｓ１１）。
次いで、セラミックス基板１１１の一方の面における所定の位置に、スパッタリング法を用いてＡｌからなる金属電極１１３を形成する（金属電極形成工程Ｓ１２）。
次に、セラミックス基板１１１の他方の面にＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔１２６を介して、Ａ６０６３からなる放熱板１３１を積層する（放熱板積層工程Ｓ１３）。
ろう材箔１２６としては厚さ１０μｍ〜３５μｍのＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔、Ａｌ−Ｇｅ系ろう材箔等が用いられる。
本実施形態ではろう材箔１２６として厚さ２０μｍのＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔を用いた。
そして、積層方向に加圧力を負荷して真空加熱炉内に配置し、６４０℃以上６５０℃以下に設定し、１０分以上６０分以下保持する。こうして、セラミックス基板１１１の他方の面に放熱板１３１が接合される（放熱板接合工程Ｓ１４）。
ろう材箔１２６としては厚さ１０μｍ〜３５μｍのＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔、Ａｌ−Ｇｅ系ろう材箔等が用いられる。
本実施形態ではろう材箔１２６として厚さ２０μｍのＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔を用いた。
そして、積層方向に加圧力を負荷して真空加熱炉内に配置し、６４０℃以上６５０℃以下に設定し、１０分以上６０分以下保持する。こうして、セラミックス基板１１１の他方の面に放熱板１３１が接合される（放熱板接合工程Ｓ１４）。
次に、金属電極１１３上に、Ｃｕからなる金属端子１１４を積層する（金属端子積層工程Ｓ１５）。
次いで、セラミックス基板１１１、金属電極１１３、金属端子１１４の積層方向に加圧して真空加熱炉の中に装入する。本実施形態においては、積層方向に１．０ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の加圧力を負荷し、真空加熱炉の加熱温度を４００℃以上５４８℃未満に設定し、１０分以上９０分以下保持する。このとき、金属電極１１３と金属端子１１４とが固相拡散接合される（金属端子接合工程Ｓ１６）。
なお、本実施形態においては、金属電極１１３及び金属端子１１４の接合されるそれぞれの面は平滑とされている。
次いで、セラミックス基板１１１、金属電極１１３、金属端子１１４の積層方向に加圧して真空加熱炉の中に装入する。本実施形態においては、積層方向に１．０ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の加圧力を負荷し、真空加熱炉の加熱温度を４００℃以上５４８℃未満に設定し、１０分以上９０分以下保持する。このとき、金属電極１１３と金属端子１１４とが固相拡散接合される（金属端子接合工程Ｓ１６）。
なお、本実施形態においては、金属電極１１３及び金属端子１１４の接合されるそれぞれの面は平滑とされている。
次に、断熱材１４２を介して放熱板１３１と冷却器１４１を積層してネジ１４３によって締結し、放熱板１３１と冷却器１４１とを接合する（冷却器接合工程Ｓ１７）。
以上のようにして第二実施形態に係る抵抗器１０１が製造される。
以上のようにして第二実施形態に係る抵抗器１０１が製造される。
以上のような構成とされた本実施形態に係る抵抗器１０１によれば、Ａｌからなる金属電極１１３とＣｕからなる金属端子１１４とが直接固相拡散接合されているので、耐熱性に優れるとともに、製造時における抵抗体や接合部の劣化を抑制することができる。
また、アルミナからなるセラミックス基板１１１の厚さは０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ未満とされているので、抵抗体１１２の発熱回数が多くてもセラミックス基板１１１に割れが発生することを抑制できる。
さらに、Ｃｕからなる金属端子１１４の厚さが０．０２ｍｍ以上とされているので、端子としての強度を十分に確保するとともに比較的大きな電流を流すことができる。また、金属端子１１４の厚さが０．１５ｍｍ以下とされているので、抵抗体１１２の発熱回数が多くてもセラミックス基板１１１に割れが発生することを抑制できる。
また、アルミナからなるセラミックス基板１１１の厚さは０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ未満とされているので、抵抗体１１２の発熱回数が多くてもセラミックス基板１１１に割れが発生することを抑制できる。
さらに、Ｃｕからなる金属端子１１４の厚さが０．０２ｍｍ以上とされているので、端子としての強度を十分に確保するとともに比較的大きな電流を流すことができる。また、金属端子１１４の厚さが０．１５ｍｍ以下とされているので、抵抗体１１２の発熱回数が多くてもセラミックス基板１１１に割れが発生することを抑制できる。
また、Ａｌからなる金属電極とＣｕからなる金属端子とを接合すると、液相が生じて接合界面にコブが生じたり、厚みが変動したりすることがあるが、第二実施形態においては、Ａｌからなる金属電極１１３とＣｕからなる金属端子１１４とを接合する際に積層方向に１．０ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２ 以下で加圧して４００℃以上５４８℃未満で加熱処理を行うことにより固相拡散接合しているので、金属電極１１３と金属端子１１４とを良好に接合することができる。
さらに、金属電極１１３と金属端子１１４との接合界面に、ＣｕとＡｌからなる第三拡散層１１７が形成されていることから、金属電極１１３中のＡｌと金属端子１１４中のＣｕとが十分に相互拡散しており、金属電極１１３と金属端子１１４とが強固に接合されている。
また、第三拡散層１１７は、複数の金属間化合物が接合界面に沿って積層した構造とされているので、脆い拡散層が大きく成長してしまうことを抑制できる。また、金属電極１１３中のＡｌと金属端子１１４中のＣｕとが相互拡散することにより、金属電極１１３側から金属端子１１４側に向けてそれぞれの組成に適した金属間化合物が層状に形成されることから、接合界面近傍の特性を安定させることができる。
具体的には、第三拡散層１１７は、金属電極１１３側から金属端子１１４側に向けて順に、θ相（１１７Ａ）、η２相（１１７Ｂ）が積層し、さらにζ２相（１１７Ｃ）、δ相（１１７Ｄ）及びγ２相（１１７Ｅ）のうち少なくとも一つの相が積層しているので、第三拡散層１１７の内部における体積変動が小さくなり、内部歪みが抑えられることになる。
また、第三拡散層１１７は、複数の金属間化合物が接合界面に沿って積層した構造とされているので、脆い拡散層が大きく成長してしまうことを抑制できる。また、金属電極１１３中のＡｌと金属端子１１４中のＣｕとが相互拡散することにより、金属電極１１３側から金属端子１１４側に向けてそれぞれの組成に適した金属間化合物が層状に形成されることから、接合界面近傍の特性を安定させることができる。
具体的には、第三拡散層１１７は、金属電極１１３側から金属端子１１４側に向けて順に、θ相（１１７Ａ）、η２相（１１７Ｂ）が積層し、さらにζ２相（１１７Ｃ）、δ相（１１７Ｄ）及びγ２相（１１７Ｅ）のうち少なくとも一つの相が積層しているので、第三拡散層１１７の内部における体積変動が小さくなり、内部歪みが抑えられることになる。
また、第三拡散層１１７と金属端子１１４との接合界面において、酸化物１１７Ｆが接合界面に沿って層状に分散しているので、金属電極１１３の表面に形成された酸化膜が確実に破壊され、ＣｕとＡｌの相互拡散が十分に進行していることになり、金属電極１１３と金属端子１１４とが確実に接合される。
さらに、第三拡散層１１７の平均厚みが１μｍ以上８０μｍ以下の範囲内、好ましくは５μｍ以上８０μｍ以下の範囲内とされているので、金属電極１１３中のＡｌと金属端子１１４中のＣｕとが十分に固相拡散していることになり、金属電極１１３と金属端子１１４とを強固に接合できるとともに、金属電極１１３及び金属端子１１４に比べて脆い第三拡散層１１７が必要以上に成長することが抑制されており、接合界面の特性が安定する。
さらに、本実施形態においては、金属端子１１４の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされ、金属電極１１３の平均結晶粒径が５００μｍ以上とされており、金属電極１１３及び金属端子１１４の平均結晶粒径が比較的大きく設定されている。よって、金属電極１１３及び金属端子１１４には、過剰な歪が蓄積されておらず、疲労特性が良好となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
なお、第一実施形態において、抵抗器は、セラミックス基板の他方の面に接合された放熱板（ヒートシンク）を備える場合について説明したが、図９に示すように、抵抗器２０１が、セラミックス基板１１の他方の面に接合された緩衝層２１６と、この緩衝層２１６のうちセラミックス基板１１が接合された面と反対側の面に接合された放熱板３１とを備える構成とされても良い。すなわち、抵抗器２０１が、セラミックス基板１１の他方の面側に接合された放熱板３１と、セラミックス基板１１と放熱板３１との間に形成された緩衝層２１６とを備える構成とされても良い。
ここで、緩衝層２１６は、Ａｌ又はＡｌ合金で構成されている。また、緩衝層２１６は、純度９９．９％以上のＡｌ（３ＮＡｌ）で構成されることが好ましく、純度９９．９９％以上のＡｌ（４ＮＡｌ）で構成されることがより好ましい。
ここで、緩衝層２１６は、Ａｌ又はＡｌ合金で構成されている。また、緩衝層２１６は、純度９９．９％以上のＡｌ（３ＮＡｌ）で構成されることが好ましく、純度９９．９９％以上のＡｌ（４ＮＡｌ）で構成されることがより好ましい。
抵抗器２０１は次のようにして製造される。まず、セラミックス基板１１の一方の面に、上記の実施形態と同様にして、抵抗体１２及び金属電極１３を形成する。そして、例えば図１０に示すように、セラミックス基板１１と緩衝層２１６となるＡｌ板２２６との間にＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２２７を介在させ、Ａｌ板２２６と放熱板３１との間にもＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２６を介在させ、積層方向に加圧しながら加熱することにより、セラミックス基板１１の他方の面に、Ａｌ板２２６を接合して緩衝層２１６が形成され、この緩衝層２１６のうちセラミックス基板１１が接合された面と反対側の面に放熱板３１が接合される。ここで、ろう材箔２６、２２７としては、Ａｌ−Ｓｉろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材などを用いることができる。次いで、上記の実施形態と同様にして、金属端子１４と冷却器４１とを接合することにより、抵抗器２０１が製造される。
上述のような構成とされた抵抗器２０１によれば、セラミックス基板１１と放熱板３１との間に緩衝層２１６が形成されているので、抵抗器２０１に冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板１１と放熱板３１との間に生じる熱応力を緩衝層２１６によって緩和し、セラミックス基板１１に割れが発生することを抑制できる。
また、第二実施形態においては、Ａｌからなる金属電極とＣｕからなる金属端子とが固相拡散接合される場合について説明したが、Ｃｕからなる金属電極とＡｌからなる金属端子とが固相拡散接合される構成とされても良い。
また、上記実施の形態では、接合材としてＣｕ箔を用いる場合について説明したが、Ｃｕ箔に代えて、Ｃｕ粉末を用いても良い。この場合においても、上記実施形態で説明したように金属電極と金属端子とをＣｕ粉末からなる接合材を介して積層し、固相拡散接合することができる。
また、Ｃｕからなる金属電極及び金属端子を、Ａｌ箔又はＡｌ粉末からなる接合材を介して積層し、固相拡散接合する構成としても良い。
また、Ｃｕからなる金属電極及び金属端子を、Ａｌ箔又はＡｌ粉末からなる接合材を介して積層し、固相拡散接合する構成としても良い。
また、上記実施の形態では、セラミックス基板の一方の面に抵抗体を形成した後に、金属電極を形成する場合について説明したが、金属電極を形成した後に抵抗体を形成する構成とされても良い。また、セラミックス基板の一方の面に抵抗体や金属電極を形成する前に、セラミックス基板の他方の面に放熱板を接合する構成とされても良い。
また、上記実施の形態では、セラミックス基板が、ＡｌＮ又はアルミナで構成される場合について説明したが、セラミックス基板が強化アルミナやＳｉ３Ｎ４で構成されていても良い。セラミックス基板を強化アルミナ又はＳｉ３Ｎ４で構成した場合には、セラミックス基板の厚さが、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ未満の範囲に設定されることが好ましい。
上記実施の形態では、セラミックス基板の他方の面にヒートシンクとして、放熱板を接合する場合について説明したが、放熱板（ヒートシンク）は接合されていなくても良い。また、セラミックス基板の他方の面に、放熱板を接合せず冷却器のみをヒートシンクとして接合する構成としても良い。
また、上記実施の形態では、ヒートシンクがＡ６０６３（Ａｌ合金）からなる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、純Ａｌや他のＡｌ合金からなる構成とされても良い。
また、上記実施の形態では、ヒートシンクがＡ６０６３（Ａｌ合金）からなる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、純Ａｌや他のＡｌ合金からなる構成とされても良い。
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
（本発明例１）
ＡｌＮからなるセラミックス基板（１５ｍｍ×１０ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）の一方の面に、スパッタリング法を用いてＴａ−Ｓｉ系の抵抗体（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．８μｍ）を形成した。さらに、スパッタリング法を用いて、セラミックス基板の一方の面の所定の位置に、Ａｌからなる金属電極（厚さ：２μｍ）を形成した。
次いで、セラミックス基板の他方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材箔を介して、Ａ１０５０材からなる放熱板（２０ｍｍ×１３ｍｍ×３ｍｍｔ）を積層した。そして、積層方向に加圧力を負荷して６４５℃で３０分保持して、セラミックス基板の他方の面に放熱板を接合した。
次いで、金属電極上に無酸素銅からなるＣｕ箔（厚さ：２０μｍ）を積層し、さらにＣｕ箔上にＡｌからなる金属端子（厚さ：０．２５ｍｍ）を積層した。そして、積層方向に９ｋｇｆ／ｃｍ２に加圧力を負荷し、真空雰囲気において、５３０℃で３０分保持して、Ｃｕ箔を介して金属電極と金属端子とを接合した。さらに、放熱板を冷却器にネジによって締結し、本発明例１の抵抗器を製造した。
（本発明例１）
ＡｌＮからなるセラミックス基板（１５ｍｍ×１０ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）の一方の面に、スパッタリング法を用いてＴａ−Ｓｉ系の抵抗体（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．８μｍ）を形成した。さらに、スパッタリング法を用いて、セラミックス基板の一方の面の所定の位置に、Ａｌからなる金属電極（厚さ：２μｍ）を形成した。
次いで、セラミックス基板の他方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材箔を介して、Ａ１０５０材からなる放熱板（２０ｍｍ×１３ｍｍ×３ｍｍｔ）を積層した。そして、積層方向に加圧力を負荷して６４５℃で３０分保持して、セラミックス基板の他方の面に放熱板を接合した。
次いで、金属電極上に無酸素銅からなるＣｕ箔（厚さ：２０μｍ）を積層し、さらにＣｕ箔上にＡｌからなる金属端子（厚さ：０．２５ｍｍ）を積層した。そして、積層方向に９ｋｇｆ／ｃｍ２に加圧力を負荷し、真空雰囲気において、５３０℃で３０分保持して、Ｃｕ箔を介して金属電極と金属端子とを接合した。さらに、放熱板を冷却器にネジによって締結し、本発明例１の抵抗器を製造した。
（本発明例２）
アルミナからなるセラミックス基板（１５ｍｍ×１１ｍｍ×０．３８ｍｍｔ）の一方の面に、スパッタリング法を用いてＴａ−Ｓｉ系からなる抵抗体（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５μｍｔ）を形成した。さらに、スパッタリング法を用いて、セラミックス基板の一方の面の所定の位置に、Ａｌからなる金属電極（厚さ：２μｍ）を形成した。
次いで、セラミックス基板の他方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材箔を介して、Ａ１０５０材からなる放熱板（２０ｍｍ×１３ｍｍ×３ｍｍｔ）を積層した。そして、積層方向に加圧力を負荷して６４５℃で３０分保持して、セラミックス基板の他方の面に放熱板を接合した。
次に、金属電極上にＣｕからなる金属端子（厚さ：０．２ｍｍ）を積層した。そして、積層方向に９ｋｇｆ／ｃｍ２に加圧力を負荷し、真空雰囲気において、５３０℃で３０分保持して、金属電極と金属端子とを接合するとともに、セラミックス基板と放熱板とを接合した。さらに、放熱板を冷却器にネジによって締結し、本発明例２の抵抗器を製造した。
アルミナからなるセラミックス基板（１５ｍｍ×１１ｍｍ×０．３８ｍｍｔ）の一方の面に、スパッタリング法を用いてＴａ−Ｓｉ系からなる抵抗体（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５μｍｔ）を形成した。さらに、スパッタリング法を用いて、セラミックス基板の一方の面の所定の位置に、Ａｌからなる金属電極（厚さ：２μｍ）を形成した。
次いで、セラミックス基板の他方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材箔を介して、Ａ１０５０材からなる放熱板（２０ｍｍ×１３ｍｍ×３ｍｍｔ）を積層した。そして、積層方向に加圧力を負荷して６４５℃で３０分保持して、セラミックス基板の他方の面に放熱板を接合した。
次に、金属電極上にＣｕからなる金属端子（厚さ：０．２ｍｍ）を積層した。そして、積層方向に９ｋｇｆ／ｃｍ２に加圧力を負荷し、真空雰囲気において、５３０℃で３０分保持して、金属電極と金属端子とを接合するとともに、セラミックス基板と放熱板とを接合した。さらに、放熱板を冷却器にネジによって締結し、本発明例２の抵抗器を製造した。
（従来例１）
ＡｌＮからなるセラミックス基板（１５ｍｍ×１１ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）の一方の面に、スパッタリング法を用いてＴａ−Ｓｉ系の抵抗体（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５μｍｔ）を形成した。さらに、スパッタリング法を用いて、セラミックス基板の一方の面の所定の位置に、Ａｌからなる金属電極（厚さ：２μｍ）を形成した。
次いで、金属電極上に、はんだ材を用いてＡｌからなる金属端子（厚さ：０．２５μｍ）を２２０℃で接合した。また、セラミックス基板の他方の面にも、はんだ材（Ｓｎ−Ａｇはんだ）を用いてＡ１０５０材からなる放熱板を２２０℃で接合した。なお、放熱板のはんだ接合は、放熱板にＮｉめっきを施した後に行った。さらに、放熱板を冷却器にネジによって締結し、従来例１の抵抗器を製造した。
ＡｌＮからなるセラミックス基板（１５ｍｍ×１１ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）の一方の面に、スパッタリング法を用いてＴａ−Ｓｉ系の抵抗体（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５μｍｔ）を形成した。さらに、スパッタリング法を用いて、セラミックス基板の一方の面の所定の位置に、Ａｌからなる金属電極（厚さ：２μｍ）を形成した。
次いで、金属電極上に、はんだ材を用いてＡｌからなる金属端子（厚さ：０．２５μｍ）を２２０℃で接合した。また、セラミックス基板の他方の面にも、はんだ材（Ｓｎ−Ａｇはんだ）を用いてＡ１０５０材からなる放熱板を２２０℃で接合した。なお、放熱板のはんだ接合は、放熱板にＮｉめっきを施した後に行った。さらに、放熱板を冷却器にネジによって締結し、従来例１の抵抗器を製造した。
以上のようにして製造された抵抗器に対して、以下に説明する耐熱試験を実施し、耐熱性の評価を行った。
（耐熱試験）
抵抗器の金属端子を電源に接続して３００Ｖ〜５００Ｖの電圧を印加し、抵抗体の表面温度を赤外線放射温度計で測定し、抵抗体の表面温度が所定の温度となったら、この温度で５分間保持した後、電源を切る。そして、抵抗体の表面温度が３０℃まで低下したら、前述の電圧印加の操作を再度行う。この操作を繰り返して、抵抗体を５回発熱させる耐熱試験を実施した。なお、上述の所定の温度は、１５０℃、３００℃、５００℃に設定した。
（耐熱試験）
抵抗器の金属端子を電源に接続して３００Ｖ〜５００Ｖの電圧を印加し、抵抗体の表面温度を赤外線放射温度計で測定し、抵抗体の表面温度が所定の温度となったら、この温度で５分間保持した後、電源を切る。そして、抵抗体の表面温度が３０℃まで低下したら、前述の電圧印加の操作を再度行う。この操作を繰り返して、抵抗体を５回発熱させる耐熱試験を実施した。なお、上述の所定の温度は、１５０℃、３００℃、５００℃に設定した。
（耐熱性の評価）
耐熱試験後の抵抗器において、金属電極と金属端子との接合部の接合強度、及びセラミックス基板と放熱板との接合部の接合強度の低下が確認されない場合を「◎」と評価した。また、接合強度の低下が、初期値より３０％以内であった場合を「○」と評価した。また、金属端子及び放熱板が耐熱試験中に接合部から外れた場合を「×」と評価した。この評価の結果を表１に示す。
接合強度の測定は、耐熱試験後の抵抗器を保持して、金属端子を水平に引張ることで測定した。またセラミックス基板と放熱板の接合強度は、適当な形状に切断した後、放熱板部分を保持して、界面でのシェア強度を測定した。
耐熱試験後の抵抗器において、金属電極と金属端子との接合部の接合強度、及びセラミックス基板と放熱板との接合部の接合強度の低下が確認されない場合を「◎」と評価した。また、接合強度の低下が、初期値より３０％以内であった場合を「○」と評価した。また、金属端子及び放熱板が耐熱試験中に接合部から外れた場合を「×」と評価した。この評価の結果を表１に示す。
接合強度の測定は、耐熱試験後の抵抗器を保持して、金属端子を水平に引張ることで測定した。またセラミックス基板と放熱板の接合強度は、適当な形状に切断した後、放熱板部分を保持して、界面でのシェア強度を測定した。
表１に示すように、本発明例１及び本発明例２の抵抗器においては、１５０℃、３００℃、５００℃の耐熱試験においても、接合強度の低下が確認されず、耐熱性が良好であることが確認された。
一方、従来例１の抵抗器においては、３００℃の耐熱試験では、はんだ材の一部が溶融し、接合強度の低下が確認された。また、５００℃の耐熱試験では、はんだ材が溶融し、金属端子及び放熱板が接合部から外れた。
一方、従来例１の抵抗器においては、３００℃の耐熱試験では、はんだ材の一部が溶融し、接合強度の低下が確認された。また、５００℃の耐熱試験では、はんだ材が溶融し、金属端子及び放熱板が接合部から外れた。
１、１０１、２０１ 抵抗器
１１、１１１ セラミックス基板
１２、１１２ 抵抗体
１３、１１３ 金属電極
１４、１１４ 金属端子
２５ 接合材
３１、１３１ 放熱板（ヒートシンク）
２１６ 緩衝層
１１、１１１ セラミックス基板
１２、１１２ 抵抗体
１３、１１３ 金属電極
１４、１１４ 金属端子
２５ 接合材
３１、１３１ 放熱板（ヒートシンク）
２１６ 緩衝層
Claims (4)
- セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に形成された抵抗体及び金属電極と、前記金属電極に接合された金属端子と、を備え、
前記金属電極と前記金属端子とが、厚さが５μｍ以上１００μｍ以下の範囲の接合材を介して固相拡散接合され、前記金属電極と前記接合材、および、前記接合材と前記金属端子がそれぞれ固相拡散接合されており、
前記金属電極及び前記金属端子がＡｌからなり、Ｃｕからなる接合材を介して前記金属電極と前記金属端子とが固相拡散接合されており、
前記セラミックス基板の他方の面側に接合されたヒートシンクを備えるとともに、前記セラミックス基板と前記ヒートシンクとの間に形成された緩衝層を備え、
前記緩衝層は、Ａｌ又はＡｌ合金で構成されていることを特徴とする抵抗器。 - セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に形成された抵抗体及び金属電極と、前記金属電極に接合された金属端子と、を備え、
前記金属電極と前記金属端子とが、厚さが５μｍ以上１００μｍ以下の範囲の接合材を介して固相拡散接合され、前記金属電極と前記接合材、および、前記接合材と前記金属端子がそれぞれ固相拡散接合されており、
前記金属電極及び前記金属端子がＣｕからなり、Ａｌからなる接合材を介して前記金属電極と前記金属端子とが固相拡散接合されており、
前記セラミックス基板の他方の面側に接合されたヒートシンクを備えるとともに、前記セラミックス基板と前記ヒートシンクとの間に形成された緩衝層を備え、
前記緩衝層は、Ａｌ又はＡｌ合金で構成されていることを特徴とする抵抗器。 - 請求項１に記載された抵抗器を製造する抵抗器の製造方法であって、
前記接合材が、Ｃｕ箔又はＣｕ粉末からなり、
前記金属電極と前記金属端子とを前記接合材を介して積層し、前記金属電極、前記接合材、及び前記金属端子の積層方向に加圧力を負荷した状態で加熱処理を行うことによって固相拡散接合することを特徴とする抵抗器の製造方法。 - 請求項２に記載された抵抗器を製造する抵抗器の製造方法であって、
前記接合材が、Ａｌ箔又はＡｌ粉末からなり、
前記金属電極と前記金属端子とを前記接合材を介して積層し、前記金属電極、前記接合材、及び前記金属端子の積層方向に加圧力を負荷した状態で加熱処理を行うことによって固相拡散接合することを特徴とする抵抗器の製造方法。
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