JP6573957B2 - 抵抗器の製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、抵抗器の製造方法に関する。
特許文献１には、抵抗器及びその製造方法に関する発明が開示されている。特許文献１に示す抵抗器は、抵抗体と、抵抗体の両側に位置し、抵抗体の下面側に折り曲げられた電極板と、抵抗体と電極板との間に位置する電気的に非伝導性の充填材と、を有して構成される。
充填材は、抵抗体と電極板との間を接着する。また、特許文献１の抵抗器では、熱が、充填材を介して抵抗体から電極板に向けて伝播し、放熱性を確保している。
ところで、特許文献１では、抵抗体の表面に、未硬化で未固化の充填材を配置し、電極板を折り曲げて、充填材に接触させた後、充填材を硬化及び固化している。
すなわち、特許文献１では、電極板を折り曲げて充填材に接触させた状態では、充填材は未硬化である。このため、充填材の流動性が高く、抵抗体と電極板間の充填材の厚みにばらつきが生じやすい。よって、特許文献１の抵抗器では、放熱性や接着強度に、ばらつきが生じやすい問題があった。
そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、特に、抵抗体と電極板間に介在する熱伝導層の厚みのばらつきを抑制できる抵抗器の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の抵抗器の製造方法は、抵抗体の表面に、未硬化で固化した状態の熱伝導層である熱伝導性樹脂フィルムを貼り合わせる工程、前記熱伝導性樹脂フィルムを半硬化する工程、前記抵抗体の両側に配置された電極板を折り曲げて、前記熱伝導性樹脂フィルムに接触させた状態で、前記熱伝導性樹脂フィルムを更に硬化させ、前記抵抗体と電極板の間を、前記熱伝導性樹脂フィルムにより接着する工程、を有することを特徴とする。
また、本発明では、折り曲げた前記電極板に圧力を加えながら前記熱伝導層を硬化させることが好ましい。
本発明の抵抗器の製造方法によれば、従来に比べて、抵抗体と電極板間の熱伝導層の厚みのばらつきを抑制することができる。このため、放熱性や接着強度のばらつきが小さい抵抗器を製造することができる。
以下、本発明の一実施形態（以下、「実施形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
（抵抗器の製造方法）
本実施形態の抵抗器の製造方法に関し、図面を用いながら以下、製造工程順に説明する。
本実施形態の抵抗器の製造方法に関し、図面を用いながら以下、製造工程順に説明する。
図１Ａ及び、図１Ｂに示す工程では、抵抗体２と、複数の電極板３とを用意する。抵抗体２及び電極板３は、平板状や帯状である。図１Ａに示す実施形態では、抵抗体２及び電極板３は、共に帯状で形成されている。
図１Ａ及び、図１Ｂに示す工程では、抵抗体２の両側に電極板３を、例えば、レーザ溶接にて接合し接合体１を得る。なお、レーザ溶接は、一例であり、既存の接合方法を用いることができる。図１Ａに示すように、抵抗体２及び電極板３を接合してなる接合体１を帯状に形成することができる。このような接合体１を、ロール状に巻回し、生産ライン上に配置することで、以後の製造工程を自動処理して、本実施形態の抵抗器の製造を量産化することができる。
本実施形態では、抵抗体２及び電極板３の厚みを限定するものではないが、例えば、抵抗体２を、数十μｍ〜数百μｍ程度の厚みで形成することができる。また、抵抗体２と電極板３は、ほぼ同じ厚みであってもよいし、厚みが異なっていてもよい。
また、本実施形態では、抵抗体２及び電極板３の材質を限定するものでなく、既存の材質を用いることができる。例えば、抵抗体２には、銅−ニッケル、ニッケル−クロム等の金属抵抗材料や、絶縁基体の表面に金属皮膜を形成した構成、導電性セラミックス基体等を用いることができる。また、電極板３には、例えば、銅、銀、ニッケル、クロム等や、その複合材等を用いることができる。
また、抵抗体２の両側に電極板３を接合する際、図１Ｂに示すように、抵抗体２の端面と、電極板３の端面とを突き合わせて接合してもよいし、抵抗体２と電極板３の表面同士を一部重ねて接合してもよい。
また、抵抗体２と電極板３とを一体形成してもよい。すなわち、抵抗体２と電極板３とを同じ材質として一枚の金属抵抗板で構成してもよい。或いは、金属抵抗板の電極板３となる領域に、低抵抗の金属材料をメッキ等して、金属抵抗板の表面に電極板３を構成してもよい。
次に、図２Ａ及び、図２Ｂに示す工程では、抵抗体２の表面に、未硬化の熱伝導層４を形成する。熱伝導層４は、熱伝導率が高い電気的絶縁性の熱硬化性樹脂であることが好ましい。熱伝導層４には、例えば、エポキシやポリイミド等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
未硬化の熱伝導層４は、フィルム状或いはペースト状である。フィルムであれば、未硬化の熱伝導性樹脂フィルムを抵抗体２の表面に貼り合せる。また、ペーストであれば、未硬化の熱伝導性樹脂ペーストを抵抗体２の表面に塗布や印刷する。或いは、インクジェット法を用いて熱伝導層４を形成してもよい。
本実施形態では、熱伝導層４の厚みを限定するものではないが、厚みは、完成品としての抵抗器の熱伝導性及び、抵抗体−電極板間の確実な固着化を考慮して任意に決めることができる。例えば、熱伝導層４の厚みは、１０μｍ〜２００μｍ程度であることが好ましい。
ここで、「未硬化」とは、完全硬化していない状態のものを指す。より具体的には、硬化反応がほとんど進行しておらず、形成当初と同程度の流動性を有する状態や、購入品であれば出荷状態であって、完全硬化していない状態を指す。「硬化（完全硬化）」とは、分子同士の連結による高分子化の促進により、流動性を失った状態を指す。例えば、熱伝導層４が、熱伝導性樹脂フィルムであるとき、図２Ｂに示すように、抵抗体２上に熱伝導層４を配置した後、前処理（仮圧着）を行うが、この場合、前処理した後の状態は、「未硬化」の状態であると定義される。すなわち、前処理では、短時間（例えば、数分程度）の加熱（印加温度以下）を行い、熱伝導層４を抵抗体２に接着（仮圧着）するが、この前処理における加熱後の状態は、依然として「未硬化」の状態である。
また、熱伝導層４に、熱伝導性樹脂フィルムを用いた場合、熱伝導層４は、未硬化且つ固化した状態である。「固化」とは固体化した状態である。
一方、熱伝導層４に、熱伝導性樹脂ペーストを用いた場合、熱伝導層４は、未硬化で未固化の状態である。「未固化」とは、固体成分の一部、或いは全部が溶媒に分散した状態で、いわゆるスラリーやインクを含む。
本実施形態では、図２Ｂのように、抵抗体２の表面にのみ熱伝導層４を形成してもよいが、図２Ｃに示すように、抵抗体２の表面から電極板３の表面の全域にかけて熱伝導層４を形成してもよい。或いは、図示していないが、抵抗体２の表面から電極板３の表面の一部にかけて熱伝導層４を形成してもよい。又は、後述する製造工程で、電極板３を折り曲げるが、折り曲げ部以外の部分に熱伝導層４を形成することも出来る。すなわち、熱伝導層４を、抵抗体２と電極板３との境界位置を除いて、抵抗体２、及び電極板３の各表面に３分割して設けることも可能である。
図２Ｃに示すように、抵抗体２の表面のみならず、電極板３の表面にも熱伝導層４を形成することで、熱伝導層４の形成を容易化することができる。例えば、熱伝導層４に、熱伝導性樹脂フィルムを用いた場合、図２Ｃでは、抵抗体２に対する熱伝導性樹脂フィルムの位置決めが必要なく、抵抗体２及び電極板３を含む大きさの熱伝導性樹脂フィルムを、抵抗体２及び電極板３の表面に貼り合せればよい。或いは、熱伝導層４を熱伝導性樹脂ペーストとした場合、熱伝導層４を、抵抗体２及び電極板３の表面全域に塗布すればよい。このように、抵抗体２の表面のみならず、電極板３の表面にも熱伝導層４を形成することで、製造工程を容易化することができる。
次に、未硬化の熱伝導層４を加熱処理し、半硬化させる。ここで、「半硬化」とは、「未硬化」と「完全硬化」の間の硬化状態を指す。半硬化か否かは、硬化度、粘度、熱処理条件等で判断することができる。硬化度は、例えば、示差走査熱量計を用いて測定したときの発熱量から算出される硬化度を用いることができる。半硬化は、更に硬化させる余地を残しつつ、前の状態（未硬化の状態や、半硬化の為の加熱処理前の状態）より硬化を進めた状態であるから、例えば、硬化度で判断する場合、前の状態よりも硬化度が高くなっていれば、半硬化に含まれる。限定されるものではないが、一例を示すと、半硬化は、硬化度が、５％〜７０％の状態、或いは、一般的にＢステージと呼ばれる状態を指す。また、「完全硬化」したか否かは、硬化度、熱処理条件等で判断することができる。硬化度は、例えば、示差走査熱量計を用いて測定したときの発熱量から算出される硬化度を用いることができる。完全硬化は、硬化度が７０％以上、或いは、一般的にＣステージと呼ばれる状態を指す。
このように、未硬化の熱伝導層４を半硬化させることで、熱伝導層４の流動性を低下させせることができる。
本実施形態では、熱伝導層４を半硬化させるための熱処理条件を限定するものではないが、例えば、熱伝導層４に対して、１００℃〜２５０℃程度の印加温度を、５分〜６０分程度施すことが好ましい。例えば、完全硬化の条件に対して、印加温度はそのままに、印加時間を、完全硬化の際の印加時間の１０％〜５０％程度とする。なお、硬化に必要な印加温度及び印加時間は、熱伝導層４の材質にもよるため、例えば、熱伝導層４が購入品であれば、メーカで規定した印加温度及び印加時間に準じて、熱処理を行う。
半硬化した熱伝導層４を有する接合体１から図３Ａに示すように、抵抗器中間体１０を切り抜く。切り抜かれた抵抗器中間体１０の斜視図を図３Ｂに示す。
図３Ａに示す帯状の接合体１を長手方向に送り出しながら、長手方向に沿って、複数の抵抗器中間体１０を連続的にプレス機にて切り抜くことができる。これにより、抵抗器中間体１０を短時間の間に多く形成でき、量産化を図ることができる。
抵抗器中間体１０は、外形が矩形状の抵抗体２と、その両側に外形が矩形状の電極板３とを有して構成される。なお、図３Ｂに示す抵抗器中間体１０の外形は、あくまでも一例である。抵抗器中間体１０の外形は、図３Ｂ以外の形状であってもよい。
次に、図４では、抵抗調整のために、抵抗体２に複数の切欠き６を入れて、抵抗体２をミアンダパターンに形成する。切欠き６の長さ、位置、本数に関しては、抵抗体２が所定の抵抗値となるように適宜調節することができる。図４の工程は、必要に応じて行われる。
次に、図５Ａに示すように、電極板３を抵抗体２の熱伝導層４が積層された側に折り曲げる。図５Ａでは、抵抗体２の下面側に熱伝導層４が形成されているので、電極板３を下方に折り曲げている。なお、図５Ｂ及び図５Ｃは、いずれも図５Ａの抵抗器１１の断面を示しているが、図５Ｂ及び図５Ｃの抵抗体２に現れる切欠き６は不図示とした。また、抵抗体２、電極板３及び熱伝導層４の厚み、長さの寸法比について、図２Ｂ及び図２Ｃと、図５Ｂ及び図５Ｃでは異なるが、互いに誇張して図示しているだけであり、物としては同じものである。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、折り曲げられた電極板３は、抵抗体２の下方で、熱伝導層４及び第２熱伝導層５を介して対向する。図５Ｂは、図２Ｂのように、抵抗体２の表面に熱伝導層４を形成した抵抗器中間体１０を用いて、電極板３を折り曲げた構成である。したがって、抵抗体２と、折り曲げられた電極板３との間には、熱伝導層４が一層介在する。
一方、図５Ｃは、図２Ｃに示すように、抵抗体２の表面から電極板３の表面にかけて熱伝導層４を形成した抵抗器中間体１０を用いて、電極板３を折り曲げた構成である。したがって、抵抗体２と、折り曲げられた電極板３との間には、熱伝導層４が二層介在する。図５Ｃでは、電極板３が対向しない抵抗体２の中央部分では、熱伝導層４が一層形成されている。
熱伝導層４は半硬化の状態であるため、加熱処理して、熱伝導層４を完全に硬化させる。「完全硬化」については、上述したので、そちらを参照されたい。
ここで、熱伝導層４を完全硬化させるための熱処理条件を限定するものではないが、例えば、熱伝導層４に対して、１５０℃〜２５０℃程度の加熱温度を、０．５時間〜２時間程度施すことが好ましい。なお、硬化に必要な温度及び時間は、熱伝導層４の材質にもよるため、例えば、熱伝導層４が購入品であれば、メーカで規定した温度及び時間に準じて、硬化条件を規定する。例えば、後述する実験の樹脂では、印加温度を、１６０℃から２００℃程度とし、印加時間を７０分から３０分程度（印加温度が低いほど印加時間を長くする）として、適宜調節することができる。
本実施形態では、折り曲げた電極板３に抵抗体２方向への圧力を加えながら、熱伝導層４を完全に硬化させることが好ましい。すなわち、図５Ｂでは、折り曲げた電極板３を熱伝導層４に接触させた状態で圧力を加えつつ、加熱処理して、熱伝導層４を硬化させる。図５Ｃでは、折り曲げた電極板３の内側に位置する熱伝導層４を、抵抗体２の下面に位置する熱伝導層４と重ねた状態で圧力を加えつつ、加熱処理して、熱伝導層４を完全に硬化させる。これにより、抵抗体２と電極板３との間を確実に、熱伝導層４を介して接着固定することができる。
続いて、図６Ａの工程では、抵抗体２の表面に保護層７をモールド成形する。保護層７は、耐熱性及び電気的絶縁性に優れる材質で形成されることが好ましい。保護層７の材質を限定するものではないが、樹脂、ガラス、無機材等を用いて保護層７をモールド成形することができる。図６Ｂや図６Ｃに示すように、保護層７は、抵抗体２の表面を覆う表面保護層７ａと、抵抗体２の下面側で折り曲げられた電極板３間の空間を埋める底面保護層７ｂと、を有して構成される。図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、底面保護層７ｂと電極板３とは、ほぼ同一底面を形成している。なお、図６Ｂは、図５Ｂの次の工程を示し、図６Ｃは、図５Ｃの次の工程を示す。
なお、表面保護層７ａの表面には、捺印等を施すことができる。
次に、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、電極板３の表面にメッキを施す。メッキ層８の材質を限定するものではないが、メッキ層８を、例えば、Ｃｕメッキ層やＮｉメッキ層で形成することができる。メッキ層８は、抵抗器１１を設置する基材表面への接触面積を広げ、また基材表面に抵抗器１１を半田付けした際の電極板３の半田食われを抑制する役割を担う。なお、図７Ｂは、図６Ｂの次の工程を示し、図７Ｃは、図６Ｃの次の工程を示す。メッキ工程は必要に応じて行われる。
（抵抗器）
以上の製造工程を経て製造された抵抗器１１は、図７Ｂや図７Ｃに示すように、抵抗体２と、抵抗体２の両側に配置され、抵抗体２の下面側に折り曲げられた電極板３と、抵抗体２と電極板３との間に介在する、硬化された熱伝導層４と、を有することを特徴とする。
以上の製造工程を経て製造された抵抗器１１は、図７Ｂや図７Ｃに示すように、抵抗体２と、抵抗体２の両側に配置され、抵抗体２の下面側に折り曲げられた電極板３と、抵抗体２と電極板３との間に介在する、硬化された熱伝導層４と、を有することを特徴とする。
抵抗体２と電極板３との間に介在する熱伝導層４（図７Ｃでは、２層の合計厚さ）は、５０μｍ〜１５０μｍ程度である。このように、熱伝導層４の厚みを調節することで、抵抗体２から熱伝導層４を介して電極板３へ伝導する放熱性を適切に向上させることができる。また、熱伝導層４の厚さを上記範囲に調節することで、抵抗体２と電極板３間の密着性を向上させることができ、電極板３が熱伝導層４から剥離したり、或いは熱伝導層４にクラックが生じる等の不具合を適切に抑制することができる。
本実施形態の抵抗器１１の製造方法では、熱伝導層４を半硬化させた後、電極板３を折り曲げて熱伝導層４を硬化させる製造プロセスに特徴的部分がある。
このような製造プロセスを経ることで、抵抗体２と電極板３間の熱伝導層４の厚みのばらつきを従来に比べて抑制することができる。すなわち、電極板３を折り曲げて加熱処理した際には、熱伝導層４は未硬化でなく、且つ、完全には硬化していない半硬化の状態である。このため、電極板３を熱伝導層４に接着させつつ、熱伝導層４の流動性に伴う、熱伝導層４の厚みのばらつきを、抵抗体２と電極板３間に位置する熱伝導層全体が未硬化の状態より小さくすることができる。
以上のように、本実施形態では、抵抗体２と電極板３間の熱伝導層４の厚みのばらつきを抑制することができることで、抵抗体２と電極板３間の厚みをより均一化でき、放熱性のばらつきを抑制でき、放熱性に優れた抵抗器１１を製造することができる。また、抵抗体２と電極板３間の厚みをより均一化できることで、抵抗体２と電極板３間に空隙等が生じるのを抑制でき、接着強度を向上させることができる。
また、熱伝導層４には、未硬化で固化した状態のもの、具体的には、熱伝導性樹脂フィルムを用いることが好ましい。
熱伝導層４に、未硬化で未固化のもの、具体的には、熱伝導性樹脂ペーストを用いると、塗布した状態で、厚みにばらつきが生じやすい。このため、熱伝導層４に、未硬化で固化した状態の熱伝導性樹脂フィルムを用いることで、抵抗体２と電極板３との間の厚みをより均一になるよう調節することができる。
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃの工程では、折り曲げた電極板３に圧力を加えながら熱伝導層４を硬化させることが好適である。これにより、電極板３を確実に接着することができる。
以下、本発明の効果を明確に行った実施例をもとに本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
実験では、以下の樹脂を用い、示差走査型熱量計（ＤＳＣ）により、熱分析を行った。
［樹脂］
ポリイミド・エポキシ樹脂
［示差走査型熱量計］
株式会社リガク製のＤＳＣ８２３１
ポリイミド・エポキシ樹脂
［示差走査型熱量計］
株式会社リガク製のＤＳＣ８２３１
まず実験では、昇温速度を１０℃／ｍｉｎとしたときに得られるＤＳＣ曲線及びＤＤＳＣ曲線を得た。
図８に示すように、硬化開始温度は、１５０℃で、硬化終了温度が２２０℃で、２３０℃以降は燃焼反応に移行することがわかった。
この実験結果により、印加温度は、１６０℃〜２２０℃の範囲であるとした。
次に、１７０℃で固定して、保持時間による硬化開始温度と、硬化終了温度とをＤＳＣ曲線から求めた。そのときの実験結果が図９に示されている。
図９に示すように、硬化開始が約４２分後、硬化終了が約６１分後であることがわかった。
上記の実験結果より、上記樹脂を用いたときの硬化条件は、１７０℃で６０分程度であることがわかった。ちなみに、この硬化条件は樹脂のメーカが推奨する硬化条件とも一致した。
硬化条件が１７０℃で６０分であるため、図８の温度範囲で考えると、１６０℃で７０分、１７０℃で６０分、１８０℃で５０分、１９０℃で４０分、２００℃で３０分程度が硬化条件に該当するものと考えられる。
なお、半硬化条件としては、温度を上記と同じとし、印加時間を１０％〜５０％程度とすればよいと考えられる。よって、１７０℃の温度を印加する場合は、印加時間を６分〜３０分程度とする。
本発明の抵抗器は、放熱性に優れ、且つ低背化を実現できる。また、面実装が可能であり、様々な回路基板への実装が可能である。
１ ：接合体
２ ：抵抗体
３ ：電極板
４ ：熱伝導層
５ ：第２熱伝導層
６ ：切欠き
７ ：保護層
７ａ ：表面保護層
７ｂ ：底面保護層
８ ：メッキ層
１０ ：抵抗器中間体
１１ ：抵抗器
２ ：抵抗体
３ ：電極板
４ ：熱伝導層
５ ：第２熱伝導層
６ ：切欠き
７ ：保護層
７ａ ：表面保護層
７ｂ ：底面保護層
８ ：メッキ層
１０ ：抵抗器中間体
１１ ：抵抗器
Claims (2)
- 抵抗体の表面に、未硬化で固化した状態の熱伝導層である熱伝導性樹脂フィルムを貼り合わせる工程、
前記熱伝導性樹脂フィルムを半硬化する工程、
前記抵抗体の両側に配置された電極板を折り曲げて、前記熱伝導性樹脂フィルムに接触させた状態で、前記熱伝導性樹脂フィルムを更に硬化させ、前記抵抗体と電極板の間を、前記熱伝導性樹脂フィルムにより接着する工程、
を有することを特徴とする抵抗器の製造方法。 - 折り曲げた前記電極板に圧力を加えながら前記熱伝導層を硬化させることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器の製造方法。
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