(57)【要約】【課題】大きなパルス電力を安全に分散しうる抵抗を開発すること。【解決手段】反対側の平行な第一表面及び第二表面、中心の縦の対称面、分離し間隔を置いた第一表面及び第二表面の上の第一抵抗層及び第二抵抗層を有する基体を含むチップ抵抗を提供する。これらの抵抗層は相互に電気的にパラレルに連結され、その基体の第一表面及び第二表面は中心の縦の面に関して対称的に且つこの面から等距離で配置される。従って、これらの抵抗層を電流が通過する場合、該基体内の温度分布は基体の中心の縦の面に関して実質的に対称となり、基体の熱による湾曲を消滅させる。二つの抵抗層の間でサージ電流が二つに分かれるため、同じ電流を加えられた先行技術のチップ抵抗の１個しかない抵抗層の温度と比べた場合、抵抗層それぞれの温度はより低くなる。
2005510079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反対側に平行且つ対称的な上部表面（２４）と底部表面（２６）及び中心の縦の対称面を有する基体（１４）、上部表面（２４）及び底部表面（２６）それぞれの上にある分離し間隔を置き相互にパラレルに電気的に連結された第一の抵抗層（１２）及び第二の抵抗層（２２）、並びに表面搭載のための第一及び第二端末（１６）を含む、上部−底部の方向を懸念することなくピック・アンド・プレイス機械に直接取付けを可能とするため対称的であるチップ抵抗（２０）であって、基体（１４）の上部表面（２４）と底部表面（２６）が中心の縦の面に関して対称的に且つ中心の縦の面から等距離に対称的に配置されているので電流が抵抗層（１２、２２）を通過する場合に基体（１４）内の温度分布が基体（１４）の中心の縦の面に関して実質的に対称的となり熱による基体の湾曲が起こらないようなものであり、第一の抵抗層（１２）の面積が第二の抵抗層（２２）の面積と実質的に等しいので両抵抗層（１２、２２）を持つチップ抵抗（２０）が何れかの層が別々に且つ個々に提供できるであろうよりもより高い瞬間的パルス電力に耐えるようなものであり、それぞれの端末（１６）が第一の抵抗層（１２）及び第二の抵抗層（２２）に電気的に連結されているものであり、端末（１６）が中心の縦の面に関して実質的に対称的である、チップ抵抗。
【請求項２】
第一抵抗層（１２）及び第二抵抗層（２２）が厚膜抵抗層である、請求項１記載のチップ抵抗（２０）。
【請求項３】
第一抵抗層（１２）及び第二抵抗層（２２）が薄膜抵抗層である、請求項１記載のチップ抵抗（２０）。
【請求項４】
第一抵抗層（１２）及び第二抵抗層（２２）がフォイル抵抗層である、請求項１記載のチップ抵抗（２０）。
【請求項５】
第一抵抗層（１２）及び第二抵抗層（２２）が中心の縦の面に関して対称である、請求項１記載のチップ抵抗（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はチップ抵抗に関する。より具体的には、本発明は高サージ電流に耐えるように設計されたチップ抵抗に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の適用において、チップ抵抗はパルス電力を分散するために必要である。このような適用には、通信経路、モーター駆動装置、及び電源のための保護回路が含まれる。これら及びその他の適用において、電圧は短時間この抵抗の端末に加えられる。しばしばこれはパルス負荷と呼ばれる。各パルスのこの時間は通常１秒よりも短い。
【０００３】
パルス負荷を含む適用や環境でのチップ抵抗の使用に伴う一般的問題は、瞬間のパルス電力の大きさに関するものである。瞬間のパルス電力は抵抗の定常状態電力の定格よりも何倍も大きい。瞬間の電力が充分に大きい場合又は瞬間電力が充分に長期間適用された場合、その結果は抵抗の故障となる。従って、問題は、抵抗が安全に分散しうるパルス電力を最大にすることである。
【０００４】
この問題を解決しようとこれまで様々な試みがなされてきた。厚膜抵抗チップに適用できるこのような試みの一つはレーザートリミングを含む。厚膜抵抗チップのレーザートリミングの一つの例はコシンスキーによる米国特許（特許文献１を参照）に見られる。コシンスキーのレーザートリミングでは、特別な方向のカット又は特別な位置でのカットにより抵抗体膜中での電流分布を滑らかにするため特殊な方法が用いられる。別の先行技術の試みはレーザー切断の使用の諦めを含む。そのような装置の一つの例は一ＫＯＡから入手可能なＳＧ７３フラットチップサージ電流厚膜抵抗である。
【０００５】
別のアプローチは抵抗体ペーストの特殊なタイプの使用を含む。特殊な抵抗体ペーストを用いて標準的抵抗体ペーストから作成した抵抗体膜と比べたときパルス負荷に対する抵抗性がより大きい抵抗体膜を形成する。抵抗体ペーストの使用の１例はブラウンの米国特許（特許文献２を参照）に開示されている。
【特許文献１】：米国特許第５，８７４，８８７号。
【特許文献２】：米国特許第５，４６４，５６４号。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの試みにもかかわらず、問題は依然として残っている。従って、技術の現状を改良するのが本発明の第一の目的である。
【０００７】
瞬間的パルス電力に対する耐性が改良されたチップ抵抗を提供することが本発明のさらなる目的である。
【０００８】
チップの大きさを増やさずに瞬間的パルス電力に対する耐性が改良されたチップ抵抗を提供することが本発明の別の目的である。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は多数のパルス付加により惹き起こされるハンダ接合疲労を受け難いチップ抵抗を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は特定の製造工程に限定されず、厚膜抵抗、薄膜抵抗、又はフォイル抵抗であることができるチップ抵抗を提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は実質的に製造コストを増加することなく効率的に製造できるチップ抵抗を提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
発明の概要
本発明は高レベルの電力を短時間に分散できるチップ抵抗に関する。本発明のチップ抵抗は、厚膜抵抗、薄膜抵抗及びフォイル抵抗を含む、厚みが遙かに大きな基体に付着した抵抗層を有するチップ抵抗の全てのタイプに適用可能である。
【００１３】
本発明のチップ抵抗は反対側に平行な第一及び第二の表面を有する一つの基体を含む。第一の表面２４及び第二の表面２６は対称的でもある。
【００１４】
本発明のチップ抵抗は第一抵抗層と第二の抵抗層をさらに含む。第一の抵抗層と第二の抵抗層は該基体の両側の上に対称的に配置される。抵抗層を通って電流が通過すると、この基体内の温度分布は基体の中心の縦の対称面の周りで実質的に対称となり熱による湾曲が避けられる。この中心の縦の対称面は中心の縦の対称軸に沿った断面図によって定義される。抵抗の両端末は第一の抵抗層及び第二の抵抗層を電気的にパラレルに連結している。
【００１５】
本発明のチップ抵抗は先行技術のチップ抵抗に優る幾つかの利点を有することを示した。とりわけ、本発明のチップ抵抗は先行技術の同じ大きさのチップ抵抗と比べたとき、より高い瞬間的パルス電力に耐える。さらに、本発明のチップ抵抗は多数回のパルスの付加により惹き起こされるハンダ接着疲労を受け難く、従って中央面に関して対称的な温度分布、熱湾曲を示さない温度分布により先行技術に優る実質的利点を有する。さらに、本発明の付加的な製造上の利点は、上下の方向に懸念することなくバルクケースからピック・アンド・プレイス機械に直接取付けうることである。
【００１６】
発明の詳細な説明
図１は先行技術のチップ抵抗１０の側面図である。図１に示す先行技術は保護用の被覆で覆われることがある１個の抵抗層１２を特徴とする。１個の抵抗層１２はセラミックの基体１４の一方の側の上に配置される。このチップ抵抗１０は抵抗端末１６をも含んでいる。
【００１７】
本発明の一つの実施態様は図２に示される。本発明のチップ抵抗２０は第一抵抗層１２と第二抵抗層２２を含んでいる。これら抵抗層（１２及び２２）のそれぞれは保護用の被覆によって覆われてもよい（示していない）。第一の抵抗層１２と第二の抵抗層２２は基体１４の両側の上に対称的に配置される。この基体はセラミックであっても良い。抵抗端末１６は第一の抵抗層１２と第二の抵抗層２２を電気的にパラレルに連結している。この抵抗端末１６は回路盤に取り付けるハンダ又は接着剤又は電線との結合に適している。
【００１８】
チップ抵抗２０を横断する中心の縦の面Ａ−Ａ（対称面）が示してある。この中心の縦の対称面は中心の縦の対称軸に沿った断面により規定される面として定義される。縦の面Ａ−Ａは基体１４の第一の表面２４及び基体１４の第二の表面２６に実質的に平行である。中心の縦の面Ａ−Ａは第一の表面２４と第二の表面２６の間で実質的に等距離にある。この基体は直方形の断面を持っている（示していない）。第一の抵抗層１２と第二の抵抗層２２は中心の縦の面に関して対称であることが好ましい。
【００１９】
図２のチップ抵抗２０は先行技術のチップ抵抗に優る幾つかの利点を有することが示された。とりわけ、チップ抵抗２０は、同じ大きさの先行技術チップ抵抗と比べた場合、より高い瞬間パルス電力に耐える。特に、この耐性の増加はパルス持続時間に応じて２倍にまで達することができる。
【００２０】
本発明のチップ抵抗はまた、多数回のパルスの付加により惹き起こされるハンダ接着疲労をも受け難く、これは先行技術に優る実質的な利点となる。とりわけ、チップ抵抗２０は中心縦面に関して実質的に対称な温度分布を有し、熱による湾曲を生じない。
【００２１】
さらに、本発明の付加的な製造上の利点は、上下方向についての懸念なしにバルクケースから本発明のチップ抵抗をピック・アンド・プレイス機械に直接取り付けうることである。
【００２２】
チップ抵抗におけるパルス電力の分散は、基体表面に付着した抵抗層での短時間熱形成及び該基体への同時熱移転とみなしてよい。短時間のパルス付加の間における抵抗からの熱移転は一般に無視できると考えられることに注目される。１回又は複数回のパルスによる抵抗の過負荷は抵抗の故障を結果として生ずることがある。抵抗の故障のタイプには、抵抗層の焼き付き及びハンダ接着疲労が含まれる。
【００２３】
抵抗に加えられた電力が最大許容電力を越えない場合は、抵抗の故障は普通抵抗層の過熱から生ずる。抵抗層における最大温度上昇は加えられた電力に比例し、抵抗層の面積に反比例することが分析的に示されうる。即ち
【００２４】
【数１】
2005510079.tif 000003
上式中、
ｔ  は時間、秒、
Ｔ（ｔ）  は抵抗体膜中の温度上昇、Ｋ：
Ｗ  は矩形波パルス電力、Ｗ、
Ｓ  は抵抗層の面積、ｍ2 、
π  ＝３．１４、
ｋ  は基体材料の熱伝導率、Ｗ／（ｍ・Ｋ）、
ｃ  は基体材料の熱容量、Ｊ（ｋｇ・Ｋ）、
ρ  は基体材料の密度、ｋｇ／ｍ3 。
【００２５】
抵抗２０に抵抗層２２を追加したことにより、図１の抵抗と比べ抵抗層の総面積は２倍になる。従って、提唱される抵抗に２倍の電力が加えられても、同じ大きさの基体を持つ先行技術のチップ抵抗に１倍の電力を加えた場合とその抵抗層における温度上昇は同じであるという結果となる。
【００２６】
この効果は異なる方法で説明しても良い。抵抗２０を通過する電流は分割され、その半分は上方の抵抗層１２を通過し、一方第二の半分は下方の抵抗層２２を通過する。各抵抗層における電流密度、電力、及び温度上昇は、同じパルス負荷により負荷された同じ基体サイズの先行技術チップ抵抗（即ち、図１）におけるそれの半分となる。従って、本発明のチップ抵抗により分散される最大パルス電力は同じ基体サイズの先行技術チップ抵抗のそれのほぼ２倍の大きさとなる。
【００２７】
ここに説明した効果は、提唱されるチップ抵抗で二つの抵抗層に分離する基体を通る熱伝達に必要な特徴的な時間をパルス持続時間が越えないような、短時間負荷の場合にのみ起こる。上記の特徴的な時間は基体の厚み及び物理的特性に依存している。即ち、
【００２８】
【数２】
2005510079.tif 000004
上式中、τは秒で表された特徴的な時間であり、ｈはメーターで表された基体の厚みであり、その他のパラメータは方程式（１）のものと同じである。例えば、０．５ｍｍのアルミナ基体については、τ＝約１０ミリ秒である。これは、２倍になった電力容量はパルス持続時間が０〜１０ミリ秒の範囲まで適当であることを意味する。パルス持続時間のさらなる延長は、提唱される抵抗のパルス電力容量を先行技術の抵抗のパルス電力容量まで次第に低下させる。
【００２９】
抵抗故障の別のタイプはハンダ接着疲労を含む。パルスを加えられた先行技術チップ抵抗は抵抗層から基体の反対側の遊離表面の方向に単調に低下する温度分布を特徴とすることが示される。この温度分布は同じ方向における基体の熱膨張の単調な減少を結果として生ずる。それは基体の湾曲で明らかとなる。この湾曲はチップと印刷した回路の間のハンダ接着に機械的緊張を創り出す。パルスの多数回付加はハンダ接着疲労（亀裂）を生ずることがある。
【００３０】
本発明のチップ抵抗は図２に示すような対称的構造を有する。その温度分布は均一ではないが、中心の縦の面Ａ−Ａに関して対称である。この対称性は多数回のパルス付加から生ずるチップの熱による湾曲及びハンダ接着の損傷を完全に消滅させる。
【００３１】
本発明のチップ抵抗は、抵抗の特定のタイプに限定されず、厚膜抵抗、薄膜抵抗、及びフォイル抵抗を含む様々なタイプの抵抗に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は先行技術のチップ抵抗の前面図である。
【図２】図２は本発明のチップ抵抗の前面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１２    抵抗層
１４    基体
１６    チップ抵抗の端末
２０    チップ抵抗
２２    抵抗層
２４    反対側で平行な対称の上部表面
２６    反対側で平行な対称の底部表面
Ａ−Ａ  中心の縦の面（対称面）
【図１】
2005510079.tif 000005
【図２】
2005510079.tif 000006
【国際調査報告】
2005510079.tif 000007
2005510079.tif 000008
2005510079.tif 000009
2005510079.tif 000010
2005510079.tif 000011