JP6562375B1 - 金属板抵抗器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本開示の課題は、抵抗値及びＴＣＲを低くすることである。本開示に係る金属板抵抗器（１０）において、一対の凹部（１２）は、抵抗体（１１）の一面（１１ａ）の両端部に形成される。一対の電極（１３ａ、１３ｂ）は、少なくとも一部が一対の凹部（１２）の内部にそれぞれ埋設され、抵抗体（１１）より低い比抵抗の金属で形成される。保護膜（１４）は、抵抗体（１１）の一面（１１ａ）の一対の電極（１３ａ、１３ｂ）間に形成される。一対の電極（１３ａ、１３ｂ）の各々は、第１の部分（１５）と、第２の部分（１６）とを含む。第１の部分（１５）は、抵抗体（１１）の一面（１１ａ）から突出して保護膜（１４）の端部（１４ａ）と接する。第２の部分（１６）は、一対の凹部（１２）のうち対応する凹部（１２）の内部に設けられる。一対の電極（１３ａ、１３ｂ）が並ぶ方向において、第２の部分（１６）の長さが第１の部分（１５）の長さより長い。

Description

本開示は、スマートフォン、タブレットに代表される情報通信機器において、一対の電極間の電圧を測定することによって電流量を検出する目的で使用される金属板抵抗器およびその製造方法に関する。

特許文献１には、チップ状の抵抗体と、この抵抗体の表面または裏面に間隔を隔てて設けられた複数の電極と、を備えたチップ抵抗器が記載されている。抵抗体は、例えば、Ｎｉ−Ｃｕ系合金、Ｃｕ−Ｍｎ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金等からなる。複数の電極は、例えば、抵抗体に銅メッキを施すことにより形成されている。

特許文献１に記載のチップ抵抗器では、複数の電極と、抵抗体の複数の電極間における表面または裏面にしか電流が流れないため、抵抗値を低くできなかった。さらに、チップ抵抗器全体のＴＣＲ（抵抗温度係数）に、複数の電極のＴＣＲが寄与する割合が大きくなるため、抵抗値を低くするほどＴＣＲが大きくなるという課題があった。ここで、複数の電極を形成する銅のＴＣＲは、４３００×１０^６／℃であり、相対的に大きな値である。

特開２００４−３１１７４７号公報

本開示の目的は、抵抗値およびＴＣＲを低くすることができる金属板抵抗器およびその製造方法を提供することにある。

一態様に係る金属板抵抗器は、金属で構成された抵抗体と、前記抵抗体の一面の両端部に形成された一対の凹部と、少なくとも一部が前記一対の凹部の内部にそれぞれ埋設され、前記抵抗体より低い比抵抗の金属で形成された一対の電極と、前記抵抗体の前記一面の前記一対の電極間に形成された保護膜と、を備え、前記一対の電極の各々は、前記抵抗体の前記一面から突出して前記保護膜の端部と接する第１の部分と、前記一対の凹部のうち対応する凹部の内部に設けられた第２の部分と、を含み、前記一対の電極が並ぶ方向において、前記第２の部分の長さが前記第１の部分の長さより長い。

一態様に係る金属板抵抗器の製造方法は、金属からなるシート状抵抗体に一定間隔で帯状に複数の溝部を形成する工程と、前記溝部の内部に樹脂を充填して帯状の樹脂層する工程と、前記樹脂層が形成されていない箇所において前記シート状抵抗体が露出するような開口部を有する保護膜を前記シート状抵抗体上に形成する工程と、前記シート状抵抗体の前記保護膜から露出している部分を、前記シート状抵抗体を貫通しないようにエッチングで複数の凹部を形成する工程と、前記複数の凹部内にめっきして複数の電極層を形成する工程と、前記帯状の樹脂層の中心線で切断し、かつ、前記複数の電極層の中心を通り前記中心線と交差する線で切断して前記シート状抵抗体を個片に分割する工程とを備えた。

図１は、本開示の一実施の形態における金属板抵抗器の断面図である。 図２は、図１のＶ１−Ｖ１線断面図である。 図３Ａ〜図３Ｄは、同上の金属板抵抗器の製造方法を示す図である。 図４Ａ〜図４Ｅは、同上の金属板抵抗器の製造方法を示す図である。 図５Ａ〜図５Ｅは、同上の金属板抵抗器の製造方法を示す図である。 図６Ａ〜図６Ｃは、同上の金属板抵抗器の製造方法を示す図である。 図７は、本開示の一実施の形態における金属板抵抗器の断面図である。 図８は、比較例の金属板抵抗器の断面図である。

（第１構成例）
図１は本開示の一実施の形態における金属板抵抗器１０の断面図、図２は図１のＶ１−Ｖ１線断面図である。

一実施の形態における金属板抵抗器１０は、図１、図２に示すように、金属板で構成された抵抗体１１と、抵抗体１１の下面１１ａの長さ方向（Ｘ方向）の両端部に形成された凹部１２と、凹部１２の内部に埋設され、抵抗体１１より低い比抵抗の金属で形成された一対の電極１３ａ、１３ｂと、抵抗体１１の下面１１ａの一対の電極１３ａ、１３ｂ間に形成された第１の保護膜１４とを備えている。

そして、一対の電極１３ａ、１３ｂはそれぞれ、第１の保護膜１４のＸ方向に離れる両端部１４ａと接する第１の部分１５と、凹部１２の内部に設けられ、Ｘ方向に離れる抵抗体１１の両端面１１ｃと接する第２の部分１６とで構成されている。第２の部分１６の幅は、第１の部分１５の幅より広くなっている。

上記構成において、抵抗体１１は、比較的電気抵抗率が高くＴＣＲが低い金属、例えばニクロム、銅ニッケル、マンガニン等からなる金属で構成されている。

この抵抗体１１は、厚み方向Ｚで間隔を隔てた下面（一面）１１ａと上面（一面と対向する他面）１１ｂを有する。なお、抵抗値を調整する場合は、抵抗体１１の下面１１ａ側に、抵抗体１１を貫通しないスリット（図示せず）を形成する。

また、凹部１２は、抵抗体１１の下面１１ａの長さ方向Ｘにおいて離れた両端部に形成され、抵抗体１１の上面１１ｂまで貫通しない。

また、一対の電極１３ａ、１３ｂは、抵抗体１１より電気抵抗率（比抵抗）が低くＴＣＲが高い銅、銀等の金属で構成されている。この一対の電極１３ａ、１３ｂは、厚膜材料またはめっきで構成されている。一対の電極１３ａ、１３ｂは、凹部１２の内部に埋設されている。

さらに、第１の保護膜１４は、一対の電極１３ａ、１３ｂの間に抵抗体１１の露出部分を覆うように抵抗体１１の下面１１ａに設けられ、エポキシ樹脂等からなる厚膜材料で構成されている。

また、厚み方向Ｚ（Ｚ方向）において、一対の電極１３ａ、１３ｂは、抵抗体１１の下面１１ａより突出しており、その一部（第１の部分１５）は第１の保護膜１４の両端部１４ａと接している。

すなわち、一対の電極１３ａ、１３ｂは、凹部１２の内部だけでなく、第１の保護膜１４が形成されている部分まで連続的、一体的に伸び、一対の電極１３ａ、１３ｂは、第１の保護膜１４の両端部１４ａに接するように設けられる。

一対の電極１３ａ、１３ｂは、第１の保護膜１４の両端部１４ａと接する第１の部分１５と、凹部１２の内部に設けられ抵抗体１１の両端面１１ｃと接する第２の部分１６にそれぞれ分けることができる。ここで、抵抗体１１の両端面１１ｃは抵抗体１１のＸ方向に離れる箇所で一対の電極１３ａ、１３ｂから露出していない。

そして、抵抗体１１の下面１１ａ側の第１の保護膜１４の下面と一対の電極１３ａ、１３ｂの下面とは面一である。

図２は、図１のＶ１−Ｖ１線断面図で、厚み方向Ｚで切断した場合を示している。図２の破線は、第１の保護膜１４（図２では表れない）と抵抗体１１の下面１１ａとの界面を表し、一対の電極１３ａ、１３ｂの破線より下が第１の部分１５、上が第２の部分１６となる。

図２に示すように、幅方向Ｙにおいて、一対の電極１３ａ、１３ｂの第２の部分１６の幅が第１の部分１５の幅より広くなっている。ここで、幅方向Ｙは、長さ方向Ｘと厚み方向Ｚと直交する方向である。言い換えると、一対の電極１３ａ、１３ｂが並ぶ方向と交差する方向（Ｙ方向）は、一対の電極１３ａ、１３ｂが並ぶ方向（Ｘ方向）、及び第１の部分１５と第２の部分１６とが並ぶ方向（Ｚ方向）の両方と交差（直交）する方向である。

なお、一対の電極１３ａ、１３ｂは、第１の部分１５のみを長さ方向Ｘに伸ばしたＬ状にはなっていない。抵抗体１１の一対の電極１３ａ、１３ｂ間における下面１１ａ近傍にしか電流が流れないのを防ぐためである。

また、幅方向Ｙにおいて、抵抗体１１の全面に凹部１２を設けなくてもよい。

そして、抵抗体１１の上面１１ｂをエポキシ樹脂からなる第２の保護膜１７で被覆する。また、抵抗体１１、一対の電極１３ａ、１３ｂのＹ方向に離れる側面も第３の保護膜１８で被覆する。

さらに、抵抗体１１の一対の電極１３ａ、１３ｂから露出する面と一対の電極１３ａ、１３ｂの下面、端面とに一体的にめっき層１９が形成されている。このめっき層１９は、ニッケルめっき、すずめっきで構成される。

以下、本開示の一実施の形態における金属板抵抗器１０の製造方法について図面を参照しながら説明する。

なお、生産のし易さから、上記図１、図２で説明した金属板抵抗器１０の上下を逆にして説明する。

まず、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、シート状樹脂基板２１上面にＣｕＭｎＮｉ等からなる金属で構成されたシート状抵抗体２２が形成されたものを用意する。シート状樹脂基板２１は金属板抵抗器１０の第２の保護膜１７に対応する。なお、工程内での運搬用に、シート状樹脂基板２１下面に別のシートを形成してもよい。

ここで、図３Ａは上面図、図３Ｂは、図３ＡのＶ２−Ｖ２線断面図である。

次に、図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、ダイシングによって、シート状抵抗体２２に一定間隔で帯状に複数の溝部２３を形成する。溝部２３はシート状抵抗体２２のみを貫通し、シート状樹脂基板２１には形成しない。

ここで、図３Ｃは上面図、図３Ｄは、図３ＣのＶ３−Ｖ３線断面図である。

次に、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、溝部２３の内部にエポキシ樹脂を充填して帯状の樹脂層２４を形成する。樹脂層２４は、抵抗体１１、一対の電極１３ａ、１３ｂのＹ方向に離れる側面を覆う第３の保護膜１８に対応する。

ここで、図４Ａは上面図、図４Ｂは、図４ＡのＶ４−Ｖ４線断面図である。

次に、図４Ｃ、図４Ｄ及び図４Ｅに示すように、シート状抵抗体２２の樹脂層２４が形成されている箇所とその周辺部の上面に保護膜２５を形成し、そして、シート状抵抗体２２を樹脂層２４が形成されていない箇所において露出させる。

このとき、フォトリソ工法を用い、複数の帯状の溝部２３（樹脂層２４）と平行な方向及び、複数の帯状の溝部２３（樹脂層２４）と直交する方向においては、保護膜２５で覆われていない露出箇所が所定間隔になるようにする。

また、フォトリソ工法の際のレジストを除去せずに保護膜２５とする。保護膜２５は第１の保護膜１４に対応する。

なお、樹脂層２４と保護膜２５を同時に形成してもよい。さらに、フォトリソ後にレジストを除去し、別途保護膜２５を形成してもよい。

ここで、図４Ｃは上面図、図４Ｄは、図４ＣのＶ５−Ｖ５線断面図、図４Ｅは、図４ＣのＶ６−Ｖ６線断面図である。

その後、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、シート状抵抗体２２の保護膜２５から露出した箇所をエッチングする。このとき、シート状抵抗体２２を全て除去せず、下方の一部を残す。エッチングによって除去された部分が凹部１２に対応する。

ここで、図５Ａは図４Ｄの後、図５Ｂは図４Ｅの後のそれぞれエッチングされた状態を示す。

次に、図５Ｃ、図５Ｄ及び図５Ｅに示すように、シート状抵抗体２２においてエッチングされて除去された部分（凹部１２）の内部に、めっきによって電極層２６を形成する。電極層２６は凹部１２から上方に突出させて保護膜２５の上まで形成する。そして、電極層２６の上面と保護膜２５の上面が面一になるように研磨する。電極層２６が一対の電極１３ａ、１３ｂに対応する。

ここで、図５Ｃは上面図、図５Ｄは、図５ＣのＶ７−Ｖ７線断面図、図５Ｅは、図５ＣのＶ８−Ｖ８線断面図である。

次に、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、帯状の樹脂層２４の中心部を沿うＴ１線と、電極層２６の中心部を通りＴ１線と直交するＴ２線で分割して、個片状の一実施の形態における金属板抵抗器１０を形成する。この場合において、Ｔ１線で分割する工程とＴ２線で分割する工程とを同時に行ってもよいし、順番に行ってもよい。さらに、Ｔ１線で分割する工程とＴ２線で分割する工程とを順番に行う場合において、Ｔ１線で分割する工程が先であってもよいし、Ｔ２線で分割する工程が先であってもよい。

なお、説明を簡単にするために、図３Ａ〜図６Ｃでは電極層２６が、縦３列、横２列のシート状に形成されている部分を示す。

ここで、図６Ａは上面図、図６Ｂは、図６ＡのＶ９−Ｖ９線断面図、図６Ｃは、図６ＡのＶ１０−Ｖ１０線断面図である。

上記したように一実施の形態における金属板抵抗器１０においては、一対の電極１３ａ、１３ｂが抵抗体１１の端面１１ｃ側にも構成されるため、厚み方向Ｚにおける抵抗体１１内部の電流密度が均一になる。これにより、一対の電極１３ａ、１３ｂ間に均一で多くの電流が流れるため、容易に抵抗値を低くすることができる。また、温度上昇すると一対の電極１３ａ、１３ｂの抵抗値が高くなるため、抵抗体１１の端面１１ｃ側や上面１１ｂ側に流れる電流がさらに増える。これにより、測定される抵抗値が低くなるため、測定抵抗値に対する一対の電極１３ａ、１３ｂの影響が低下し、ＴＣＲが下がるという効果が得られるものである。

さらに、一対の電極１３ａ、１３ｂの端面１１ｃ側に構成された第２の部分１６の幅が広いため、より多くの電流が抵抗体１１の端面１１ｃ側、上面１１ｂ側に流れ、これにより、より容易に抵抗値を下げることができる。

また、一対の電極１３ａ、１３ｂと抵抗体１１とが、抵抗体１１の端面１１ｃと上面１１ｂ側の面の２面で接続しているため、両者の接続面積が広くなる。これにより、接続性が安定し、応力に対して強度が強くなり、放熱性も向上する。さらに、抵抗体１１の下面１１ａ側と端面１１ｃ側に実装用はんだが形成されるため、実装強度が強くなる。

そして、エッチングで凹部１２を形成しているため、凹部１２の位置、大きさ、凹部１２内面の平滑性を安定化させることができる。これにより、一対の電極１３ａ、１３ｂを上記所定の形状に安定して形成できる。エッチングで形成された凹部１２の内面に、印刷ではなくめっきで一対の電極１３ａ、１３ｂを形成しているため、一対の電極１３ａ、１３ｂを精度良く設けることができ、かつ抵抗体１１との密着性もよく、加熱する必要もないため、抵抗体１１の劣化も防ぐことができる。

（第２構成例）
図７は、本開示の一実施の形態における金属板抵抗器１０Ａの断面図である。第２構成例では、一対の電極１３ａ、１３ｂの各々において、長さ方向Ｘにおける第２の部分１６Ａの長さが第１の部分１５Ａより長くなっている点で第１構成例と異なっている。なお、それ以外の構成については第１構成例と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態における金属板抵抗器１０Ａは、図７に示すように、抵抗体１１Ａと、凹部１２Ａと、一対の電極１３ａ、１３ｂと、第１の保護膜１４Ａと、を備えている。

一対の電極１３ａ、１３ｂの各々は、第１の部分１５Ａと、第２の部分１６Ａと、で構成されている。そして、本実施の形態では、抵抗体１１Ａの長さ方向Ｘにおいて、第２の部分１６Ａの長さが第１の部分１５Ａより長くなっている。

この構成によれば、図７に示すように、一対の電極１３ａ、１３ｂの第２の部分１６Ａ間の距離を短くすることができるため、より多くの電流が抵抗体１１Ａの端面１１ｃ側に流れ、これにより、より容易に抵抗値を下げることができる。

そしてさらに、厚み方向Ｚにおいて、一対の電極１３ａ、１３ｂの第２の部分１６の厚み（凹部１２の深さ）を抵抗体１１の厚みの０．５倍以上とすれば、より多くの電流が抵抗体１１の端面１１ｃ側、上面１１ｂ側に流れるため、抵抗値およびＴＣＲを低くすることができる。

（比較例）
比較例に係る金属板抵抗器１０Ｂは、図８に示すように、抵抗体１と、一対の電極２ａ、２ｂと、めっき層３と、第１の保護膜４と、第２の保護膜５と、を備える。

抵抗体１は、ＣｕＮｉからなる金属板で構成されている。一対の電極２ａ、２ｂは、Ｃｕで構成されており、抵抗体１の下面１ａの両端部に形成されている。めっき層３は、はんだ付け性良化のために設けられている。第１の保護膜４は、抵抗体１の下面１ａにおいて一対の電極２ａ、２ｂ間に形成されている。第２の保護膜５は、抵抗体１の上面１ｂに形成されている。

（まとめ）
以上説明したように、第１の態様に係る金属板抵抗器（１０Ａ）は、抵抗体（１１Ａ）と、一対の凹部（１２Ａ）と、一対の電極（１３ａ、１３ｂ）と、保護膜（第１の保護膜１４Ａ）と、を備える。抵抗体（１１Ａ）は、金属で構成されている。一対の凹部（１２Ａ）は、抵抗体（１１Ａ）の一面（下面１１ａ）の両端部に形成されている。一対の電極（１３ａ、１３ｂ）は、少なくとも一部（第２の部分１６Ａ）が一対の凹部（１２Ａ）の内部にそれぞれ埋設され、抵抗体（１１Ａ）より低い比抵抗の金属で形成されている。保護膜は、抵抗体（１１Ａ）の一面の一対の電極（１３ａ、１３ｂ）間に形成されている。一対の電極（１３ａ、１３ｂ）の各々は、第１の部分（１５Ａ）と、第２の部分（１６Ａ）と、を含む。第１の部分（１５Ａ）は、抵抗体（１１Ａ）の一面から突出して保護膜の端部と接している。第２の部分（１６Ａ）は、一対の凹部（１２Ａ）のうち対応する凹部（１２Ａ）の内部に設けられている。一対の電極（１３ａ、１３ｂ）が並ぶ方向（Ｘ方向）において、第２の部分（１６Ａ）の長さが第１の部分（１５Ａ）の長さより長い。

この態様によれば、抵抗値およびＴＣＲを低くすることができる。さらに、一対の電極（１３ａ、１３ｂ）の第２の部分（１６Ａ）間の距離を短くすることができるため、より多くの電流が抵抗体（１１Ａ）の端面（１１ｃ）側に流れ、これにより、より容易に抵抗値を下げることができる。

第２の態様に係る金属板抵抗器（１０；１０Ａ）では、第１の態様において、一対の電極（１２；１２Ａ）が並ぶ方向と交差する方向（Ｙ方向）において、第２の部分（１６；１６Ａ）の幅が、第１の部分（１５；１５Ａ）の幅より広い。

この態様によれば、より多くの電流が抵抗体（１１；１１Ａ）の端面（１１ｃ）側、上面（１１ｂ）側に流れ、これにより、より容易に抵抗値を下げることができる。

第３の態様に係る金属板抵抗器（１０；１０Ａ）では、第１又は２の態様において、第１の部分（１５；１５Ａ）と第２の部分（１６；１６Ａ）とが並ぶ方向において、第２の部分（１６；１６Ａ）の厚みが抵抗体（１１；１１Ａ）の厚みの１／２以上である。

この態様によれば、より多くの電流が抵抗体（１１；１１Ａ）の端面（１１ｃ）側、上面（１１ｂ）側に流れるため、抵抗値およびＴＣＲを低くすることができる。

第４の態様に係る金属板抵抗器（１０）の製造方法は、６つの工程を備える。第１の工程は、金属からなるシート状抵抗体（２２）に一定間隔で帯状に複数の溝部（２３）を形成する工程である。第２の工程は、溝部（２３）の内部に樹脂を充填して帯状の樹脂層（２４）を形成する工程である。第３の工程は、樹脂層（２４）が形成されていない箇所においてシート状抵抗体（２２）が露出するような開口部を有する保護膜（２５）をシート状抵抗体（２２）上に形成する工程である。第４の工程は、シート状抵抗体（２２）の保護膜（２５）から露出している部分を、シート状抵抗体（２２）を貫通しないようにエッチングで複数の凹部（１２）を形成する工程である。第５の工程は、複数の凹部（１２）内にめっきして複数の電極層（２６）を形成する工程である。第６の工程は、帯状の樹脂層（２４）の中心線（Ｔ１）で切断し、かつ、複数の電極層（２６）の中心を通り中心線（Ｔ１）と交差する線（Ｔ２）で切断してシート状抵抗体（２２）を個片に分割する工程である。

この態様によれば、抵抗値およびＴＣＲを低くすることができる。

第２及び３の態様に係る構成については、金属板抵抗器（１０；１０Ａ）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

本開示に係る金属板抵抗器は、抵抗値およびＴＣＲを低くすることができるという効果を有するものであり、スマートフォン、タブレットに代表される情報通信機器の電流検出用途として使用される金属板抵抗器等として有用である。

１０，１０Ａ 金属板抵抗器
１１，１１Ａ 抵抗体
１１ａ 下面（一面）
１２，１２Ａ 凹部
１３ａ、１３ｂ 一対の電極
１４，１４Ａ 第１の保護膜
１５，１５Ａ 一対の電極の第１の部分
１６，１６Ａ 一対の電極の第２の部分
２２ シート状抵抗体
２３ 溝部
２４ 樹脂層
２５ 保護膜
２６ 電極層
Ｔ１ 中心線
Ｔ２ 線

Claims (4)

1. 金属で構成された抵抗体と、
   前記抵抗体の一面の両端部に形成された一対の凹部と、
   少なくとも一部が前記一対の凹部の内部にそれぞれ埋設され、前記抵抗体より低い比抵抗の金属で形成された一対の電極と、
   前記抵抗体の前記一面の前記一対の電極間に形成された保護膜と、を備え、
   前記一対の電極の各々は、
   前記抵抗体の前記一面から突出して前記保護膜の端部と接する第１の部分と、
   前記一対の凹部のうち対応する凹部の内部に設けられた第２の部分と、を含み、
   前記一対の電極が並ぶ方向において、前記第２の部分の長さが前記第１の部分の長さより長い、
   金属板抵抗器。
2. 前記一対の電極が並ぶ方向と交差する方向において、前記第２の部分の幅が、前記第１の部分の幅より広い、
   請求項１に記載の金属板抵抗器。
3. 前記第１の部分と前記第２の部分とが並ぶ方向において、前記第２の部分の厚みが前記抵抗体の厚みの１／２以上である、
   請求項１又は２に記載の金属板抵抗器。
4. 金属からなるシート状抵抗体に一定間隔で帯状に複数の溝部を形成する工程と、
   前記溝部の内部に樹脂を充填して帯状の樹脂層を形成する工程と、
   前記樹脂層が形成されていない箇所において前記シート状抵抗体が露出するような開口部を有する保護膜を前記シート状抵抗体上に形成する工程と、
   前記シート状抵抗体の前記保護膜から露出している部分を、前記シート状抵抗体を貫通しないようにエッチングで複数の凹部を形成する工程と、
   前記複数の凹部内にめっきして複数の電極層を形成する工程と、
   前記帯状の樹脂層の中心線で切断し、かつ、前記複数の電極層の中心を通り前記中心線と交差する線で切断して前記シート状抵抗体を個片に分割する工程とを備えた、
   金属板抵抗器の製造方法。

Images