(57)【要約】【課題】  良好な電気的特性及び高度の信頼性が得られると共に、小型コンパクト化した構造の電流検出用抵抗器及びその製造方法を提供する。【解決手段】  放熱用基板１５と、該放熱用基板に絶縁材料を介して固定された抵抗金属材料からなる抵抗体１１と、該抵抗体の基部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの端部に接合して、前記放熱用基板の端部から突出する高導電性金属材料からなるリード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとを備える。そして、前記リード端子の端部が前記抵抗体の基部端部に熱拡散接合により接合されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱用基板と、該放熱用基板に絶縁材料を介して固定された抵抗金属材料からなる抵抗体と、該抵抗体の基部端部に接合して、前記放熱用基板の端部から突出する高導電性金属材料からなるリード端子とを備え、
前記リード端子の端部が前記抵抗体の基部端部に熱拡散接合により接合されていることを特徴とする抵抗器。
【請求項２】
前記抵抗金属材料は、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、またはＣｕ−Ｍｎ系合金からなることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
【請求項３】
前記放熱用基板は、アルミ基板であることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
【請求項４】
抵抗金属板材と、高導電性金属板材とを、それぞれの側縁部分で熱拡散接合した複合材料板材を形成し、
前記複合材料板材の一部を抜き加工して前記抵抗金属板材に基部を形成すると共に、その端部に高導電性金属からなるリード端子を備えた複合材料板材を形成し、
前記複合材料板材を放熱用基板に接着し、
前記複合材料板材の抵抗金属板材部分を個々の抵抗体に分離し、
該抵抗体の抵抗値調整を行い、
前記放熱用基板を分割することにより個々の抵抗器に分離することを特徴とする抵抗器の製造方法。
【請求項５】
前記複合材料板材に抜き加工によりリード端子部を形成した後に、熱処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の抵抗器の製造方法。
【請求項６】
前記抵抗値の調整は、前記抵抗体の長手方向に平行にトリミング溝を設け抵抗値の概略調整を行うことを特徴とする請求項４に記載の抵抗器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流検出用等に好適な、ｍΩ（ミリオーム）オーダの低抵抗値を有する抵抗器に係り、特に高電力タイプの上記抵抗器の構造および製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高電力タイプの電流検出用抵抗器として、例えば、セラミック基板上に薄膜抵抗体を形成し、そのセラミック基板を接着材などで放熱板に接着固定したものが知られている（特許文献１参照）。この抵抗器では、抵抗体に電流を供給すると共に抵抗体両端部に生じる電圧を検出するリード端子がはんだにより上記抵抗体に設けられた電極部分に接続固定されている。
【０００３】
電流検出用抵抗器の場合、上記リード端子と抵抗体に設けられた電極との接合部分に生じる接触抵抗がなるべく小さいことが必要であり、また、接合部分の機械的強度および機械的・電気的安定性などの高度の信頼性が要求される。
【特許文献１】特開平３−１４１６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の電流検出用抵抗器では、例えば特許文献１に記載のものでは、リード端子をはんだ接続により抵抗体の電極部分に接合しており、接合部分の接触抵抗や機械的・電気的安定性などの高度の要求に対して、必ずしも十分なものではないという課題があった。
【０００５】
また、ｍΩ（ミリオーム）オーダの低抵抗値を有する電流検出用抵抗器においても、なるべく小型コンパクト化した構造で、抵抗値精度が高く、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が低く、且つ製造コストの低減が要請されている。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、良好な電気的特性及び高度の信頼性が得られると共に、小型コンパクト化した構造の電流検出用抵抗器及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の抵抗器は、放熱用基板と、該放熱用基板に絶縁材料を介して固定された抵抗金属材料からなる抵抗体と、該抵抗体の基部端部に接合して、前記放熱用基板の端部から突出する高導電性金属材料からなるリード端子とを備え、前記リード端子の端部が前記抵抗体の基部端部に熱拡散接合により接合されていることを特徴とするものである。
【０００８】
これにより、リード端子はＣｕなどの高導電性金属材料からなり、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、またはＣｕ−Ｍｎ系合金などの抵抗金属材料からなる抵抗体の基部端部に熱拡散接合により接合されている。このため、リード端子と抵抗体との間に、機械的に高い接合強度が得られるとともに電気的な接触抵抗が小さく、かつ機械的・電気的な高度の信頼性が得られる。そして、抵抗金属板が絶縁材料を介してアルミ基板などの放熱用基板に直接固定されているので、良好な放熱性が得られ、小型コンパクト化した構造で高い電力容量を有する電流検出用抵抗器が提供される。
【０００９】
また、本発明の抵抗器の製造方法は、抵抗金属板材と、高導電性金属板材とを、それぞれの側縁部分で熱拡散接合した複合材料板材を形成し、前記複合材料板材の一部を抜き加工して前記抵抗金属板材に基部を形成すると共に、その端部に高導電性金属からなるリード端子を備えた複合材料板材を形成し、前記複合材料板材を放熱用基板に接着し、前記複合材料板材の抵抗金属板材部分を個々の抵抗体に分離し、該抵抗体の抵抗値調整を行い、前記放熱用基板を分割することにより個々の抵抗器に分離することを特徴とするものである。
【００１０】
これにより、抵抗金属板材と高導電性金属板材とを、それぞれの側縁部分で熱拡散接合した複合材料板材を形成し、その一部を抜き加工して高導電性金属のリード端子を熱拡散接合により固定した抵抗金属板からなる抵抗体を形成することができる。このため、上記のような簡単な工程で、高導電性金属のリード端子を抵抗金属板からなる抵抗体に機械的に高い接合強度で且つ電気的な接触抵抗が小さく固定することができる。そして、上記抜き加工によりリード端子を形成したのちに、熱処理を行うことで、プレス等の抜き加工による機械的歪みを除去することができ、抵抗値の経年変化が小さい高信頼性の抵抗器を製作することができる。
【発明の効果】
【００１１】
総じて本発明によれば、機械的・電気的な高度の信頼性が得られると共に、良好な放熱性が得られ、小型コンパクト化した構造で高い電力容量を有する電流検出用抵抗器が提供される。そして、上記抵抗器を、簡単な製造工程で、経済的に製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態の電流検出用抵抗器を示し、図２はその実装状態を示す。この抵抗器１０は、抵抗金属材料からなる抵抗体１１がアルミ基板等の放熱用基板１５に熱導電性の良好な窒化ホウ素や窒化アルミ等の絶縁性接着材により固定されている。抵抗体１１は、例えばＣｕ−Ｎｉ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｍｎ系合金等の抵抗金属材料からなる。その厚さは、０．１〜０．５ｍｍ程度であり、縦横の寸法は、１０ｍｍ×１０ｍｍ〜２０ｍｍ×２０ｍｍ程度である。この抵抗体１１により、１ｍΩ程度の低抵抗値を有する抵抗器１０が得られる。
【００１４】
放熱用基板１５は、例えば縦１５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ１〜２ｍｍ程度の寸法を有し、これにより１０Ｗ程度の高電力容量がえられる。放熱用基板１５としては、アルミ基板の他に、Ｃｕ等の材料を用いることができる。放熱用基板１５には開口１６を備え、図２に示すようにヒートシンク１８に取付ねじ１９により固定することができる。これにより、電力容量はさらに増大する。
【００１５】
抵抗体１１の下側縁部には凸状部である基部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを備え、それぞれの基部下端部に、高導電性金属材料からなるリード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの上端部が熱拡散接合により接合されている。ここで、リード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、Ｃｕ、Ｃｕ系合金、Ｎｉ、Ｎｉ系合金、Ａｕ、Ａｕ系合金等、Ａｌ、Ａｌ系合金等の高導電性金属材料が用いられる。
【００１６】
ここで、熱拡散接合とは、抵抗金属材料と高導電性金属材料とを常温のまま圧力を加えて圧延する冷間圧延と、数百℃以上の高温で熱処理することの組み合わせで、抵抗金属材料と高導電性金属材料の構成原子が相互に熱拡散し、機械的に強固な接合状態が得られることを言う。この接合状態では、電気的な接触抵抗が小さく、電気的にも良好な接合状態が得られる。
【００１７】
抵抗体１１は、トリミング溝１３により抵抗体１１ｘと分離され、これにより抵抗値の概略値が調整される。すなわち、トリミング溝１３の図示の上下方向の位置を調整することで、例えば、１ｍΩ、２ｍΩ、３ｍΩ等の抵抗値の概略値を調整することが可能である。そして、抵抗体１１には抵抗値微調整用のトリミング溝１７が形成される。これにより、例えば１％等の精度で抵抗値が正確に微調整される。
【００１８】
この抵抗器１０は、４本のリード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを備え、外側の２本１２ａ，１２ｄが電流端子として機能し、図２に示すように検出電流用配線２１，２１に接続される。そして、内側の２本のリード端子１２ｂ，１２ｃが電圧検出端子として機能し、電圧検出用配線２２，２２に接続される。電圧検出用配線２２，２２は図示しない電圧検出器に接続され、リード端子１２ａ，１２ｄ間に流れる電流により抵抗体１１に生じる電圧をリード端子１２ｂ，１２ｃにより検出する。
【００１９】
この抵抗器１０においては、抵抗値の概略調整を行うトリミング溝１３が電流の流れ方向に対して平行に設けられている、すなわち、抵抗体１１の長手方向に平行に設けられているので、抵抗体１１の内部で抵抗体１１の長手方向に沿って略平行な電流分布が形成される。これにより寄生インダクタンスが小さく、かつ抵抗値の経年変化（ΔＲ）の小さな抵抗器が得られる。
【００２０】
抵抗体１１、抵抗体１１ｘおよびリード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの上部は樹脂コート材の保護膜２０により被覆保護されている。樹脂コート材としては、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂などが用いられる。
【００２１】
この抵抗器１０によれば、抵抗体の基部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの下端部がリード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの上端部に、接合部１４において熱拡散接合により接合されているので、上述したように機械的にも電気的にも高い信頼性と安定性を有する接合部１４が得られる。そして、抵抗体基部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの幅はリード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの幅と同一となっている。これは、後述するように抵抗体１１を構成する抵抗金属板材とリード端子を構成する高導電性金属板材とをそれぞれの縁辺でまず熱拡散接合し、その後プレス等により抜き加工を行うので、容易に抵抗体基部の幅とリード端子の幅とを同一寸法とすることができる。
【００２２】
次に、本発明の抵抗器の製造方法について、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明する。まず、図３Ａ（ａ）に示すように、厚さ０．１〜０．５ｍｍ程度のＣｕ−Ｎｉ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｍｎ系合金等の抵抗金属材料からなる抵抗金属板材３１と、厚さ０．２ｍｍ程度のＣｕ、Ｃｕ系合金、Ｎｉ、Ｎｉ系合金、Ａｕ、Ａｕ系合金、Ａｌ、Ａｌ系合金等の高導電性金属材料からなる高導電性金属板材３２とを準備する。そして、抵抗金属板材３１と高導電性金属板材３２とを、それぞれの側縁部分で熱拡散接合することで、抵抗金属板材３１と高導電性金属板材３２とがそれぞれの縁辺で機械的にも電気的にも強固に接合した複合材料板材３３を形成する。
【００２３】
ここで、熱拡散性接合は、抵抗金属板材と高導電性金属板材の側縁部分を重ねて（ａ１）、または相互にテーパ部を設けこれを重ねて（ａ２）、まず冷間圧延により接合する。そして、数百℃以上の高温で熱処理することで、抵抗金属材料と高導電性金属材料の構成原子が相互に熱拡散し、機械的にも電気的にも良好な接合状態が形成される。すなわち、接合部１４，１４ａでは熱拡散接合のため両方の金属板材３１，３２間の結合力が強く、熱ストレス、機械ストレス、電気ストレスに強い接合面が得られる。
【００２４】
次に、図３Ａ（ｂ）に示すように、リード端子を形成するため、例えばプレスにより抜き加工を行う。リード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが一回の抜き加工で形成される。この抜き加工は、抵抗金属板材３１と高導電性金属板材３２の接合部１４のみならず、抵抗金属板材３１にかかるように、すなわち、一部分を除去するように行う。これにより、高導電性金属材料からなるリード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを完全に電気的に分離することができる。
【００２５】
また、抵抗器の抵抗値は抵抗体１１の幅Ｌにより決まってくる。抵抗金属板材３１の一部を除去するようにプレスにより抜き加工を行うことで、抵抗体１１の初期幅Ｌ１を形成することができる。この抜き加工により帯状の抵抗金属板材３１の下端縁に凸状の基部基部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを備え、高導電性金属材料のリード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの上端部が上記基部の下端部に熱拡散接合により接合された複合材料板材３３ａが形成される。
【００２６】
次に、熱処理によりプレス等による抜き加工の歪みを除去する。これは、例えば、Ｎ２ガスなどの不活性ガス雰囲気下で処理温度１５０乃至２００℃で、例えば数時間放置することにより行う。これによりプレス等による加工歪みが除去され、後述するように、電流検出用抵抗器として好ましい安定性と信頼性を備えた抵抗器が得られる。
【００２７】
次に、図３Ａ（ｃ）に示すように、複合材料板材３３ａを帯状のアルミ基板３５に絶縁性接着剤を用いて接合する。絶縁性接着剤としては、熱伝導性の良好な窒化ホウ素、窒化アルミ等を用いた絶縁材料による接着剤が好ましい。
【００２８】
次に、図３Ｂ（ｄ）に示すように、例えばサンドペーパーなどを用いた機械研磨加工で帯状の抵抗金属板材３１から個々の抵抗体１１に切断分離する。この機械研磨加工は、抵抗体として、薄い金属箔を用いた場合にはサンドブラストやレーザビーム加工等を用いることができる。また、エッチング加工により帯状の抵抗金属板材３１から個々の抵抗体１１に切断分離するようにしてもよい。
【００２９】
次に、図３Ｂ（ｅ）に示すように、機械研磨加工でトリミング溝１３を形成し、抵抗値の概略調整を行う。これは、上述したように抵抗体１１の長手方向に平行にトリミング溝１３を配置することで、抵抗体１１を２つの領域１１，１１ｘに分離する。これにより、抵抗体１１の初期幅Ｌ１から所定の抵抗値の概略値が得られる抵抗体幅Ｌ２が形成される。規格化した初期幅Ｌ１から複数の例えば１ｍΩ、２ｍΩ、３ｍΩ等の所要の抵抗値の概略値に対応した抵抗体幅Ｌ２を得ることができる。
【００３０】
検出対象の電流は抵抗体１１の長手方向に流れるので、トリミング溝１３はこの電流の流れ方向と平行に形成され、電流の流れ方向を横切るトリミング溝が形成されることなく抵抗値の概略調整を行うことができる。これにより、寄生インダクタンスが低く、より過負荷に耐える抵抗器を提供することが可能である。また、必要に応じてレーザトリミング等により電流の流れ方向に垂直なトリミング溝１７を形成し、抵抗値の微調整を行うことができる。これにより、例えば精度１％に調整した精密級の電流検出用抵抗器が得られる。
【００３１】
次に、図３Ｂ（ｆ）に示すように、樹脂コート材による保護膜２０で抵抗体１１，１１ｘおよびリード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの上部を被覆保護する。樹脂コート材としては、ポリミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂などを用いることが好ましい。これらの樹脂コート材を、ポッティングなどにより塗布し、加温硬化することで保護膜２０を形成する。
【００３２】
次に、図３Ｂ（ｇ）に示すように、例えばプレス加工で帯状のアルミ基板３５を切断し、個々の抵抗器に分離する。これにより、アルミ基板からなる放熱用基板１５に保護膜２０により樹脂封止された抵抗体１１と、該抵抗体の基部端部に接合して、前記放熱用基板の端部から突出する高導電性金属材料からなるリード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとを備えた抵抗器１０が完成する。
【００３３】
この後、必要に応じてリード端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにはんだめっきを施す。はんだ材料としては、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだや鉛フリーはんだを用いる。さらに、捺印、計測および検査等の工程を経て、製品として出荷される。
【００３４】
図４は、上記プレス等による抜き加工後の熱処理による効果の一データ例を示す。サンプルとしては、抵抗体１１の大きさが５ｍｍ×２．５ｍｍのもので、抵抗値が２ｍΩのものである。試験は１７０℃高温放置試験であり、横軸は放置時間（ｈ）であり、縦軸は抵抗値変化の大きさΔＲ（％）である。
【００３５】
図中の■印は熱処理なしであり、放置時間（ｈ）の経過とともに抵抗値Ｒが２〜３％程度変化することを示している。これに対して、●印はプレス加工後に窒素雰囲気下で２００℃の熱処理を５時間行ったものである。また、◆印は同様に窒素雰囲気下で２００℃の熱処理を３時間行ったものである。また、▲印は窒素雰囲気下で１５０℃の熱処理を１０時間行ったものである。これらの熱処理を行ったものは、いずれも高温放置試験で放置時間の経過とともに生じる抵抗値の変化ΔＲが０．５％程度以下で、極めて安定していることを示している。したがって、プレスによる抜き加工後に１５０〜２００℃で３〜１０時間程度の熱処理を行うことで、抜き加工による加工歪みが除去され、電気的な安定性が著しく改善されることがわかる。
【００３６】
通常、これらの電流検出用低抵抗器は、−４０℃〜１５０℃の温度下で製品仕様に基づき、それぞれの定格電力で使用される。１７０℃高温放置試験は、使用温度範囲を超えて熱を付加することにより耐熱性の加速的な評価を行い、部品の耐久性を予想する試験である。実使用時の信頼性は、この試験結果からも予測されるように、抵抗体として安定性の高い抵抗金属材料を用い、これに熱拡散接合により高導電性金属材料からなるリード端子を接合したものであるので、本発明の抵抗器によれば良好な抵抗値の安定性が確保されることがわかる。
【００３７】
なお、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形態に限定されず、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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態の抵抗器を示す部分透過斜視図であり、（ｂ）は抵抗体とリード端子の部分の断面図である。
【図２】上記抵抗器の実装状態例を示す斜視図である。
【図３Ａ】（ａ）〜（ｃ）は本発明の抵抗器の製造工程を示す図であり、（ａ１）（ａ２）は、（ａ）の工程における抵抗金属板材と高導電性金属板材の長手方向に対して垂直方向の断面図である。また、（ｃ１）はリード端子を備えた複合材料板材がアルミ基板３５に接合した状態を示す断面図である。
【図３Ｂ】（ｄ）〜（ｇ）は図３Ａにおける製造工程の続きの製造工程を示す図である。
【図４】上記製造工程で製造された抵抗器の信頼性試験結果一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１０    抵抗器
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ    基部
１１，１１ｘ    抵抗体
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ    リード端子
１３    トリミング溝
１４，１４ａ    接合部
１５    放熱用基板
１６    開口
１７    トリミング溝
１８    ヒートシンク
２０    保護膜
２１    検出電流供給用配線
２２    電圧検出用配線
３１    抵抗金属板材
３２    高導電性金属板材
３３，３３ａ    複合材料板材
３５    アルミ基板
Ｌ１    初期幅
Ｌ２    抵抗体幅
Ｒ      抵抗値
ΔＲ    抵抗値変化
【図１】
2006049620.tif 000003
【図２】
2006049620.tif 000004
【図３Ａ】
2006049620.tif 000005
【図３Ｂ】
2006049620.tif 000006
【図４】
2006049620.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月21日(2005.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
次に、熱処理によりプレス等による抜き加工の歪みを除去する。これは、例えば、Ｎ２（窒素）ガスなどの不活性ガス雰囲気下で、例えば数時間放置することにより行う。これによりプレス等による加工歪みが除去され、後述するように、電流検出用抵抗器として好ましい安定性と信頼性を備えた抵抗器が得られる。