TWI449059B - Metal plate resistor for current detection and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本發明是關於一種即使有大電流流在特定配線部時，也高精度地可檢測出電流，可抑制對於電子機器的電路的損傷的具有優異的散熱性的電流檢測用金屬板電阻器及其製造方法。
為了附與對於電子機器的過電流的電路的保護功能，作使用金屬板電阻體的電流檢測用電阻器之利用。該電流檢測用電阻器是為了檢測出特定配線部的電流所設置，利用具有數mΩ～數十mΩ的微少電阻值的電阻器必須高精度地檢測出電流。又，該電阻器是為了即使被通電於電子機器的電流為大電流也可檢測出，而作成額定電力高，更降低電阻值的設計。
但是，依此種設計的電阻器是具有藉由大電流會發生熱，而在配線基板上給與熱性損傷的問題。
如此，為了避免此種熱性損傷等，眾知利用傳送模技術以形成厚保護層的電阻器。
例如，如第3圖所示地，作為具備此種保護層的電阻器，眾知具備：金屬板電阻體31，及設於該電阻體31的兩端部的一對電極層32，及位於該電極層32間，設於電阻體31的上面及下面的絕緣性的保護層33的電阻器30[參照日本特開2007-220859號公報(第7圖)，日本特開平6-20802號公報)。
然而，在此種構造的電阻器中，也可說無法充分地避免依大電流的熱性損傷，更期盼開發散熱作用更優異的電流檢測用電阻器的開發。
本發明的課題是提供一種可抑制電子機器的過電流對於電路的損傷，具有優異的散熱性，以高精度可檢測出電流的電流檢測用金屬板電阻器及其製造方法。
依照本發明，提供一種電流檢測用金屬板電阻器，其特徵為：具備：金屬板電阻體、及設於該金屬板電阻體的至少一方的一面的中央部的耐熱性保護層，及以覆蓋設於金屬板電阻體的一方的一面的中央部的耐熱性保護層的兩端部的方式，設於金屬板電阻體的一方的一面的一對底子電極層，及以覆蓋該底子電極層全面的方式，設於金屬板電阻體的兩端部的一對端面電極層。
又，依照本發明，提供一種電流檢測用金屬板電阻器的製造方法，其特徵為，包括：在帶狀金屬板電阻體的至少一方的一面的中央部施以網印耐熱性保護層，使之硬化的工程(a)；及以覆蓋設於該金屬板電阻體的一方的一面的中央部的耐熱性保護層的兩端部的方式，在金屬板電阻體的一方的一面施以網印一對底子電極層，使之硬化的工程(b)；及以覆蓋該底子電極層全面的方式，藉由鍍法形成端面電極層的工程(c)；及將帶狀金屬板電阻體以所定間隔切斷的工程(d)。
上述耐熱性保護層是可設於金屬板電阻體的一方的一面的中央部，及金屬板電阻體的另一方的一面的全面。又，也可設於金屬板電阻體的兩面的中央部。欲將耐熱性保護層設於金屬板電阻體的兩面的中央部的情形，將端面電極層延長至未設置底子電極層的金屬板電阻體的一面的未具有耐熱性保護層的部分面上為止，可擴大實效性電極面積，而可更提高散熱效率。
作為耐熱性保護層，可使用耐熱性樹脂，尤其是，在薄膜也表示優異的耐熱性及絕緣性的聚醯胺醯亞胺樹脂較佳。又，在該耐熱性樹脂層，利用含有二氧化矽粉，可提昇製造時的印刷特性。尤其是作為二氧化矽粉，調配具有微米階及奈米階的不相同粒徑的粉末，可有效率地防止印刷時塌口或滲出等，而可提昇耐熱性保護層的寬度尺寸的精度等，而抑制出現電阻值的參差不齊。
二氧化矽粉的調配比例，是與耐熱性樹脂的合計量，一般為30～55質量%，較佳為40～50質量%。又，在調配具有微米階及奈米階的不相同粒徑的粉末時，則對於與耐熱性樹脂的合計量，通常可將前者作為18～40質量%，而可將後者作為12～15質量%。
又，除了二氧化矽粉以外，也可調配CuO、Fe2
O3
、Mn2
O3
等的黑色顏料。
底子電極層是可網印，且藉由可熱硬化的金屬含有導電性樹脂糊等的公知電極材料所形成。
在本發明中，底子電極層為覆蓋耐熱性保護層的兩端部的方式，或是藉由端面電極層覆蓋整體的方式所形成之故，因而底子電極層為藉由包括銀粉與苯酚環氧樹脂的糊所形成較佳。藉由使用銀粉，可改善熱傳導性，也有助於電阻器本體的散熱作用。
端面電極層是可藉鍍法可形成，一般藉由鍍銅層、鍍鎳層或鍍錫層的公知電極材料所形成。
金屬板電阻體是具有所期望的電阻值的金屬板就未特別地加以限定。例如可使用Cu-Mn系金屬板、Ni-Cr系金屬板、Fr-Cr系金屬板。
本發明的電流檢測用金屬板電阻器是特別具有耐熱性保護層，覆蓋該耐熱性保護層的兩端部的方式具備底子電極層，而覆蓋該底子電極層全面的方式具備端面電極層之故，因而實效性地可擴大電極面積，即使將額定電力設定成高時，也可確保優異的散熱性。因此，本發明的金屬板電阻器是可抑制電子機器對於依過電流的電路的損傷，以高精度可檢測出電流，還有對於電子機器的小型化、薄型化也有貢獻。
以下，針對於本發明的實施形態，參照圖式加以說明。
第1圖是表示本發明的一實施形態的電流檢測用金屬板電阻器10的斷面圖。在第1圖中，11是具有電阻功能的金屬板電阻體，在該金屬板電阻體11的上下的面上的大約中央部分，有第1耐熱性保護層12及第2耐熱性保護層13設於金屬板電阻體11的所有寬度方向全面。
在第1耐熱性保護層12的兩端側，覆蓋著該兩端部分，為了確保導電性，一部分接觸於金屬板電阻體11的上面，而留下該金屬板電阻體11的兩端側上面的一部分的方式，設有一對導電性的底子電極層14。
該一對底子電極層14是藉由被覆一對端面電極層15成為全面被覆蓋，如圖示地，該一對端面電極層15是被覆於金屬板電阻體11的端面，而分別延長到設於該金屬板電阻體11下面的中央部的第2耐熱性保護層13的兩端所形成。
如圖示地，在一對端面電極層15的上方間隙部分，形成有第3耐熱性保護層16。該耐熱性保護層16是可藉由與第1及第2耐熱性保護層(12，13)同樣的材料所形成，惟在本發明中並不是必需的構成。
表示於第1圖的電流檢測用金屬板電阻器10是下面的端面電極層15的部分，為藉由焊料等被安裝於基板的型式者。
第2圖是表示本發明的其他實施形態的電流檢測用金屬板電阻器20的斷面圖。在第2圖中，21是具有電阻功能的金屬板電阻體，在該金屬板電阻體21的下面上的大約中央部分，有第1耐熱性保護層22設於金屬板電阻體21的所有寬度方向全面，又，在金屬板電阻體21的上全面設有第2耐熱性保護層23。
在第2耐熱性保護層23的兩端側，覆蓋著該兩端部分，為了確保導電性，一部分接觸於金屬板電阻體21的下面，而覆蓋該金屬板電阻體21的兩端側下面全面的方式，設有一對導電性的底子電極層24。
該一對底子電極層24是藉由被覆一對端面電極層25成為全面被覆蓋，如圖示地，該一對端面電極層25是被覆於金屬板電阻體21的端面所形成。
表示於第2圖的電流檢測用金屬板電阻器10是下面的端面電極層25的部分，為藉由焊料等被安裝於基板的型式者。
本發明的製造方法，是包括在帶狀的金屬板電阻體的至少一方的一面的中央部施以網印耐熱性保護層，使之硬化的工程(a)。如第1圖及第2圖所示地，在本發明的製造方法中，在帶狀的金屬板電阻體的另一方的一面也施以網印耐熱性保護層，而可使之硬化。
帶狀的金屬板電阻體是最後以所定間隔進行切斷，藉此，可作成所期望的金屬板電阻器，在該切斷前，綜合形成所必需的耐熱性保護層、底子電極層及端面電極層所形成者，例如可使用Cu-Mn系帶狀金屬、Ni-Cr系帶狀金屬、Fe-Cr系帶狀金屬。
在此，作為帶狀的金屬板電阻體，使用在最後輥軋以後未經退火處理者，在不會降低金屬板電阻體的彈性上較佳。帶狀的金屬板電阻體的彈性降低，則在電阻器的製程中，帶狀的金屬板電阻體彎曲時，無法復原，而有成為不良品之虞。
耐熱性保護層是例如將含有二氧化矽粉的聚醯胺醯亞胺樹脂分散於溶劑的耐熱性樹脂糊，施以網印，在80～300℃左右施以加熱硬化就可形成。
本發明的製造方法是包括覆蓋設於金屬板電阻體的一方的一面的中央部的耐熱性保護層的兩端部的方式，在金屬板電阻體的一方的一面施以網印一對底子電極層，使之硬化的工程(b)。
底子電極層是例如將含有銀粉與苯酚環氧樹脂的可熱硬化的金屬含有導電性樹脂糊，施以網印，在80～300℃左右施以加熱硬化就可形成。
本發明的製造方法是包括覆蓋底子電極層全面的方式，藉由鍍法形成端面電極層的工程(c)。
端面電極層是藉由例如將銅(Cu)、鎳(Ni)、錫(Sn)，其他金屬或此些的合金單獨或複合地施以鍍處理就可形成。
本發明的製造方法是包括將帶狀金屬板電阻體切斷成所定間隔的工程(d)。
藉由工程(d)，可得到所盼望的電流檢測用金屬板電阻器，並不是將耐熱性保護層、底子電極層及端面電極層形成在各個金屬板電阻體，而是綜合進行在帶狀的金屬板電阻體之故，因而在製造效率上優異。
以下，參照圖式來說明本發明的實施例，惟本發明是並不被限定於此些。
在最終輥軋以後未經退火處理的Cu-Mn系的帶狀金屬板電阻體的上下面的中央部，藉由網印法塗佈含有二氧化矽粉的聚醯胺醯亞胺樹脂糊，以100℃加熱10分鐘，以200℃加熱10分鐘及以250℃加熱30分鐘之後使之硬化，以形成第1耐熱性保護層12及第2耐熱性保護層13。
在此，所使用的樹脂糊是使用將平均粒徑4μm的3.5～4.5μm粒徑的結晶二氧化矽粉對於聚醯胺醯亞胺樹脂與二氧化矽粉的合計量含有36質量%，以及將平均粒徑20nm的合成二氧化矽粉對於聚醯胺醯亞胺樹脂與二氧化矽粉的合計量含有10質量%的聚醯胺醯亞胺樹脂糊。該樹脂糊是利用硬化，所含有的平均粒徑20nm的合成二氧化矽粉的約4質量%左右藉由溶膠凝膠反應等，成為2～5nm粒徑的二氧化矽粉，而可將粒徑不相同的二氧化矽粉均鈞地分散於所得到的耐熱性樹脂層。
之後，重疊於帶狀的金屬板電阻體的上面的第1耐熱性保護層12的左右兩端部上的方式，或是一部分接觸於帶狀的金屬板電阻體的上面的方式，藉由網印法進行塗佈混練銀粉與苯酚環氧樹脂及溶劑所成的含有銀粉導電性樹脂糊，以200℃加熱30分鐘使之硬化，形成一對底子電極層14。
然後，如第1圖所示地，覆蓋一對底子電極層14的方式，藉由電鍍法，以鍍銅、鍍鎳、鍍錫的順序施以電鍍，形成一對端面電極層15。
之後，在一對端面電極層15之間隙，與形成第1耐熱性保護層12及第2耐熱性保護層13同樣地形成第3耐熱性保護層16。
最後，以所定間隔切斷帶狀的金屬板電阻體，以製造電流檢測用金屬板電阻器10。
在最終輥軋以後未經退火處理的Cu-Mn系的帶狀金屬板電阻體的上下面的中央部及上全面與實施例1同樣地，藉由網印法塗佈含有二氧化矽粉的聚醯胺醯亞胺樹脂糊，加熱使之硬化，以形成第1耐熱性保護層22及第2耐熱性保護層23。
之後，重疊於帶狀的金屬板電阻體的下面的第2耐熱性保護層23的左右兩端部上的方式，或是一部分接觸於帶狀的金屬板電阻體的下面的方式，與實施例1同樣地，藉由網印法進行塗佈混練銀粉與苯酚環氧樹脂及溶劑所成的含有銀粉導電性樹脂糊，使之硬化，形成一對底子電極層24。
然後，如第2圖所示地，覆蓋一對底子電極層24的方式，藉由電鍍法，以鍍銅、鍍鎳、鍍錫的順序施以電鍍，形成一對端面電極層25。
最後，以所定間隔切斷帶狀的金屬板電阻體，以製造電流檢測用金屬板電阻器20。
在實施例1及2所得到的金屬板電阻器的耐熱性保護層，是都沒有寬尺寸的參差不齊，也沒有邊緣的塌邊。
又，在耐熱性保護層，含有粒徑不相同的二氧化矽粉，而在底子電極層含有銀粉之故，因而耐熱性保護層、底子電極層及端面電極層的各接觸面，是牢固地密接著。
使用與實施例1同樣地製造的電阻值不相同的兩種類金屬板電阻器，及表示於第3圖的習知型的電阻值不相同的兩種類金屬板電阻器來進行以下的性能試驗。又，作為構成習知型的金屬板電阻器的各構件的材料，除了未包括底子電極層以外，藉由與實施例1同樣的材料所製造。
將各金屬電阻器，設於Cu箔貼70μm銅的玻璃環氧基板，包圍周圍使該基板成為無風狀態，在電阻值5.1mΩ的各金屬板電阻器以19.8A及在電阻值4.84mΩ的各金屬電阻器以20.3A的電流分別通電15分鐘。在金屬電阻器的中央部及端面電極層的上方1cm的位置設置溫度計進行測定通電前後的金屬板電阻器的上面中央部及端面電極層的表面溫度。將使用電阻值5.1mΩ的各金屬板電阻器的結果表示於表1，又，將使用電阻值4.84mΩ的各金屬板電阻器的結果表示於表2。
由表1及表2的結果，任何情形也比習知型的金屬電阻器，設置本發明的底子電極層，加大端面電極層的面積作成大者，則中央部及端面電極層表面的溫度上昇分量較少，而散熱作用優異。
10、20．．．電流檢測用金屬板電阻器
11、21．．．金屬板電阻體
12、22．．．第1耐熱性保護層
13、23．．．第2耐熱性保護層
14、24．．．底子電極層
15、25．．．端面電極層
16．．．第3耐熱性保護層
第1圖是表示本發明的一實施形態的電流檢測用金屬板電阻器的斷面圖。
第2圖是表示本發明的其他實施形態的電流檢測用金屬板電阻器的斷面圖。
第3圖是具有習知的耐熱性保護層的電流檢測用金屬板電阻器的斷面圖。
10．．．電流檢測用金屬板電阻器
11．．．金屬板電阻體
12．．．第1耐熱性保護層
13．．．第2耐熱性保護層
14．．．底子電極層
15．．．端面電極層
16．．．第3耐熱性保護層
Claims (11)
- 一種電流檢測用金屬板電阻器，其特徵為：具備：金屬板電阻體、及設於該金屬板電阻體的一方的一面或雙方的面的中央部的耐熱性保護層，及以覆蓋設於該金屬板電阻體的一方的一面的中央部的耐熱性保護層的兩端部的方式，設於金屬板電阻體的一方的一面的一對底子電極層，及以覆蓋該底子電極層全面的方式，設於金屬板電阻體的兩端部的一對端面電極層。
- 如申請專利範圍第1項所述的電流檢測用金屬板電阻器，其中，將耐熱性保護層設於金屬板電阻體的一方的一面的中央部，及金屬板電阻體的另一方的一面的全面。
- 如申請專利範圍第1項所述的電流檢測用金屬板電阻器，其中，將耐熱性保護層設於金屬板電阻體的兩面的中央部，將端面電極層延長至未設置底子電極層的金屬板電阻體的一面的未具有耐熱性保護層的部分面上為止。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的電流檢測用金屬板電阻器，其中，耐熱性保護層是含有二氧化矽粉的聚醯胺醯亞胺樹脂層。
- 如申請專利範圍第4項所述的電流檢測用金屬板電阻器，其中， 二氧化矽粉為具有微米階及奈米階的不相同粒徑的粉末。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的電流檢測用金屬板電阻器，其中，底子電極層為包括銀粉與苯酚環氧樹脂。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的電流檢測用金屬板電阻器，其中，端面電極層為包括鍍銅層、鍍鎳層或鍍錫層。
- 一種電流檢測用金屬板電阻器的製造方法，其特徵為，包括：在帶狀金屬板電阻體的一方的一面或雙方的面的中央部施以網印耐熱性保護層，使之硬化的工程(a)；及以覆蓋設於該金屬板電阻體的一方的一面的中央部的耐熱性保護層的兩端部的方式，在金屬板電阻體的一方的一面施以網印一對底子電極層，使之硬化的工程(b)；及以覆蓋該底子電極層全面的方式，藉由鍍法形成端面電極層的工程(c)；及將帶狀金屬板電阻體以所定間隔切斷的工程(d)。
- 如申請專利範圍第8項所述的電流檢測用金屬板電阻器的製造方法，其中，在工程(a)中，耐熱性保護層為網印含有二氧化矽粉的聚醯胺醯亞胺樹脂糊，使之硬化所形成。
- 如申請專利範圍第9項所述的電流檢測用金屬板電 阻器的製造方法，其中，二氧化矽粉為具有微米階及奈米階的不相同粒徑的粉末。
- 如申請專利範圍第8項至第10項中任一項所述的電流檢測用金屬板電阻器的製造方法，其中，在工程(b)中，底子電極層為網印含有銀粉與苯酚環氧樹脂的糊，使之硬化所形成。
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