(57)【要約】【課題】  電力による変化がきわめて小さく、高精密パワー抵抗器として電流検出に使用するのに好適な抵抗器を得る。【解決手段】  電力による抵抗変化の小さい高精密パワー抵抗器である。それぞれ所定の形状および所定の組成をもつ第１平坦表面および第２の対向平坦表面を有する基材と、そして接合剤を使用して平坦表面の一つに接合した、ＴＣＲが約０．１ｐｐｍ/℃〜約１ｐｐｍ/℃と低く、箔厚が約０．０３ミル〜約０．７ミルの第１抵抗性箔とを有し、所望の抵抗値を与えるように第１抵抗性箔をパターン形成し、基材の弾性率を約１０×１０６ｐｓｉ〜約１００×１０６ｐｓｉに設定するとともに、材厚を約０．５ミル〜約２００ミルに設定し、抵抗性箔、パターン、接合剤の種類および剤厚および基材については、電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように選択する。本発明は、高精密パワー抵抗器の製造方法を提供するものである。【選択図】図３
2004179639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ所定の形状および所定の組成をもつ第１平坦表面および第２の対向平坦表面を備えた基材と、そして接合材を使用して第１平坦表面に接合した、ＴＣＲが約０．１ｐｐｍ/℃〜約１ｐｐｍ/℃と低く、箔厚が約０．０３ミル〜約０．７ミルの第１抵抗性箔とを有し、所望の抵抗値を与えるように第１抵抗性箔をパターン形成し、基材の弾性率を約１０×１０６ｐｓｉ〜約１００×１０６ｐｓｉに設定するとともに、箔厚を約０．５ミル〜約２００ミルに設定し、第１抵抗性箔、パターンおよび基材については、電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように選択したことを特徴とする抵抗器。
【請求項２】
電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように上記基材の形状を選択した請求項１記載の抵抗器。
【請求項３】
電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように上記基材の組成を選択した請求項１記載の抵抗器。
【請求項４】
電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように上記基材の材厚を選択した請求項１記載の抵抗器。
【請求項５】
電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように上記第１抵抗性箔のＴＣＲを設定した請求項１記載の抵抗器。
【請求項６】
第１抵抗性箔をエッチング処理し、湾曲を抑制しかつ印加電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように選択したパターンで長手方向ストランドおよび横方向ストランドを形成した請求項５記載の抵抗器。
【請求項７】
電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように接合剤を選択した請求項１記載の抵抗器。
【請求項８】
電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように接合剤の伝熱性を選択した請求項６記載の抵抗器。
【請求項９】
電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように接合剤の剤厚を選択した請求項６記載の抵抗器。
【請求項１０】
さらに、ＴＣＲが約０．１ｐｐｍ/℃〜約１ｐｐｍ/℃と低く、箔厚が約０．０３ミル〜約０．７ミルの第２抵抗性箔を第２平坦表面に接合し、この第２抵抗性箔を第１抵抗性箔に接続し、第１抵抗性箔および第２抵抗性箔の抵抗値をほぼ等しく設定しかつ上記基材の両面にほぼ等しく電力を分配し、これによって上記基材間の温度勾配を小さくし、上記基材の湾曲を防止するとともに、湾曲に伴う抵抗変化を防止した請求項１記載の抵抗器。
【請求項１１】
電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように選択した基材であって、弾性率が約１０×１０６ｐｓｉ〜約１００×１０６ｐｓｉで、材厚が約０．５ミル〜約２００ミルの基材を用意し、電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように選択した第１抵抗性箔であって、ＴＣＲが約０．１ｐｐｍ/℃〜約１ｐｐｍ/℃と低く、箔厚が約０．０３ミル〜約０．７ミルの第１抵抗性箔を用意し、電力による抵抗変化の低下に対して累積的な効果を与えるように選択した接合材を使用して第１抵抗性箔を上記基材の第１表面に接合することからなることを特徴とする抵抗器の製造方法。
【請求項１２】
ＴＣＲが約０．１ｐｐｍ/℃〜約１ｐｐｍ/℃と低く、箔厚が約０．０３ミル〜約０．７ミルの第２抵抗性箔を上記基材の第１表面の反対側の第２表面に接合し、抵抗値がほぼ等しくなるように第１抵抗性箔および第２抵抗性箔をパターニングする請求項１１記載の製造方法。
【請求項１３】
第１抵抗性箔および第２抵抗性箔を相互に接続して上記基材の両面にほぼ等しく電力を分配するように構成し、これによって上記基材間の温度勾配を小さくし、上記基材の湾曲を防止するとともに、湾曲に伴う抵抗変化を防止した請求項１２記載の製造方法。
【請求項１４】
基材の両面の第１抵抗性箔および第２抵抗性箔を接合し、第１抵抗性箔および第２抵抗性箔を抵抗値がほぼ等しくなるようにパターニングし、上記基材にほぼ等しい電力を分配するように第１抵抗性箔および第２抵抗性箔を相互接続し、これによって上記基材間の温度勾配を小さくし、上記基材の湾曲を防止するとともに、湾曲に伴う抵抗変化を防止したことを特徴とする低電力係数抵抗器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精密パワー抵抗器に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度抵抗係数（ＴＣＲ）の低い抵抗器を得ることは公知である。この抵抗器の場合、温度変化が均一ならば、抵抗変化はほとんどない。例えば、巻線抵抗器、薄膜抵抗器や箔抵抗器の抵抗変化はごく小さく、３ｐｐｍ/℃である。換言すれば、周囲温度が２５℃から１２５℃に変化した場合(温度差１００℃)、抵抗器の変化は（３ｐｐｍ/℃）（１００℃）＝３００ｐｐｍΔＲ/Ｒである。従って、ＴＣＲが低い抵抗器特性は、高精度が要求され、かつ温度が変化する用途において有用かつ望ましい特性である。
【０００３】
ところが、同じ抵抗器が周囲温度変化のない状態で電力（電流）の作用を受けると、印加電力にもよるが、抵抗は数百ｐｐｍ変化する。この現象については、ジュール効果あるいは抵抗器自己加熱と呼ばれることもある。周囲温度変化を原因とする抵抗変化および電力を原因とする抵抗器変化はともに付加的である。
【０００４】
抵抗器を電流センサ(即ち、４接触装置)として使用する用途では、自己加熱を原因とする抵抗変化は、多くの場合、抵抗器を精密な電流検出に使用できなくなる程大きくなる。この問題を解決するために、いくつかの抵抗器を並列接続し、電力による熱をこれら複数の抵抗器全体に分散させて、各抵抗器の温度を低くし、かつ自己加熱の作用を小さく抑える方法が提案されているが、この方法に大きな欠点がいくつかある。すなわち、抵抗器体のサイズが大きくなり（単一の抵抗器ではなくいくつかの抵抗器を配置する）、材料コストが高くなり、組み立てにより多大な労力が必要になり、また単一の抵抗器の場合よりも印刷回路盤に占めるスペースが大きくなる。したがって、問題は依然として残る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主目的は、前記の従来技術を改良することである。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、高精密パワー抵抗器として使用できる特性をもつ抵抗器を提供することである。
【０００７】
本発明のさらに別な目的は、電流検出に使用するのに好適な抵抗器を提供することである。
【０００８】
本発明のさらに別な目的は、電力による変化がきわめて小さい抵抗器を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに別な目的は、抵抗箔接着接合剤と基材の特性を考慮し、電力により抵抗変化の抑制に対して累積的作用を実現した改良抵抗器を提供することである。
【００１０】
本発明のさらに別な目的は、無理のないコストで大規模生産できる抵抗器を提供することである。
【００１１】
本発明のこれらおよび/またはこれら以外の目的、特徴、作用効果については、特許請求の範囲および明細書の記載から明らかになるはずである。
【００１２】
すなわち、本発明は、高精密パワー抵抗器を提供するものである。本発明抵抗器の場合、パワー（電力）による抵抗変化がかなり小さく抑制できる。これを実現するために、本発明では、抵抗器の構成、接合剤の特性、基材の形状および種類、抵抗器薄膜、および抵抗器薄膜のパターン設計を考慮するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一つの態様によると、本発明は、第１平坦表面および第２平坦表面を備え、かつ所定の形状および所定の組成を有する基材からなる抵抗器を提供するものである。本発明抵抗器の抵抗性箔はＴＣＲが低く、約０．１ｐｐｍ/℃〜約２ｐｐｍ/℃、箔厚が約０．０３ミル〜約０．７ミルで、接合剤によって基材表面の一方に接合する。この抵抗性箔には、所望の抵抗値を与えるパターンを形成する。基材は弾性率が約１０×１０６ｐｓｉ〜約１００×１０６ｐｓｉ、材厚が約０．５ミル〜約２００ミルである。抵抗性箔、パターン、接合剤および基材については、電力により抵抗変化を小さく抑制できる累積的効果を発揮できるように選択する。
【００１４】
別な態様によると、本発明は、抵抗器の製造方法を提供するものである。本発明方法では、第１抵抗性箔および第２抵抗性箔を基材の両面に接合し、ほぼ等しい抵抗値を与えるように第１抵抗性箔および第２抵抗性箔にパターンを形成し、そして基材の第１表面および第２表面に電力をほぼ均一に分配できるように第１抵抗性箔および第２抵抗性箔を相互に接続し、これによって基材間の温度勾配を小さくするとともに、基材の湾曲（曲がり）を防止することによって基材の湾曲による抵抗変化を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
固有なＴＣＲをもつ抵抗性箔を熱膨張係数の異なる基材に接合したさいに、応力によって誘起されるΔＲ/Ｒが本質的に平衡化するように抵抗性箔を選択することによって、ＴＣＲ（周囲温度条件）がきわめて小さい抵抗器を実現できる。基本的な現象を図１および図２に示す。なお、この現象の詳しい説明は、ＺａｎｄｍａｎおよびＳｚｗａｒｃを発明者とするＵＳＰ４，６７７，４１３に記載されている。本明細書では、この番号によってこのＵＳＰを援用するものとする。
【００１６】
図１は、基材１４に接合する前の箔の状態および基材１６に箔を接合した後の応力による抵抗変化の両者に関する抵抗変化対温度の関係を示すグラフである。図１に示すように、温度軸は１０であり、そしてΔＲ/Ｒ軸は１２である。曲線１４は、箔を基材に接合する前の箔に関する抵抗変化対温度の関係を示す。図示のように、抵抗変化は、温度の関数として非線形的に大きくなる。図１には、箔を基材に接後した後の応力による抵抗変化に関する線形関係１６も図示してある。図１に示すように、温度が高くなると、抵抗が小さくなる。また、温度が変化すると、箔の抵抗変化および応力による抵抗変化の両方が同時に発生する。
【００１７】
図２は、箔を基材に接合した後の箔および応力の累積的な作用に関する抵抗変化対温度の関係を示すグラフである。図２では、この累積的な作用は参照符号１８で示す。箔の温度変化による抵抗変化の作用および箔の基材への接合後の応力による抵抗変化は、ある程度までは相殺されるので、得られる作用効果を利用して、温度変化による抵抗変化を小さくできる。特に、軸１２と１０との交差部付近の領域は比較的平坦で、ゼロに近い。図１における曲線１４の非線形性のため、完全にゼロにすることは難しい。
【００１８】
ＴＣＲがきわめて小さい抵抗器は、各種の箔、各種の基材厚さ、各種の基材、各種の接合剤および各種の接合剤厚さで実現することができるが、このような抵抗器は、電力の作用を受けると、周囲温度変化の作用を単独で受けた場合よりも抵抗変化がかなり大きい。ところが、接合剤の種類および厚さ、箔の種類およびその固有なＴＣＲ、基材の種類および形状、そして箔抵抗性要素のパターンの幾何学的形状をきわめて注意深く選択するならば、電力が誘起する抵抗変化をかなり抑制することができることが、本発明によって見出された。
【００１９】
今回本発明者が見出したのは、接合剤、基材の形状および種類、そして抵抗器箔のパターン設計を選択することによって電力による抵抗変化を大きく抑制できることである。電力を箔に加えると、基材の温度より高い温度になる。基材厚み間のこの温度差により、基材が湾曲する（曲がる）。この湾曲量は、接合剤の伝熱性および接合剤の剤厚に応じて変化する。さらに、長手方向ストランドおよび横方向ストランドを利用してパターンを形成すると、幅対剤厚比に応じて、一定形状基材のポアソン比のひずみ効果によって湾曲作用によって誘起されるひずみを小さくできる。ポアソン比とは、横方向ひずみに対する長手方向ひずみの比である。
【００２０】
本発明者は、これらファクターすべての間で適正なバランスを取ると、他のパワー抵抗器よりもはるかにすぐれた性能を示す抵抗器を構成できることを見出した。この抵抗器は、高温になっても、電力による抵抗変化を全くといっていいほど示さない。これは、従来抵抗器に対するきわめて有意味な作用効果である。
【実施例１】
【００２１】
図３、図４および図５に、本発明抵抗器の一つの実施態様を示す。すなわち、図３に抵抗器２０を示す。この抵抗器２０は、所定の長さ、所定の幅および所定の材厚をもつアルミナ基材２２で構成する。弾性率が４５０．０００ｐｓｉで、層厚が０．５ミルのエポキシ接合剤２４を用いて、基材２２に箔厚が０．１００ミルで、ＴＣＲが０．２ｐｐｍ/℃のＮｉ/Ｃｒからなる抵抗性箔２６を接合する。１ワットの電力の作用を受けると、この抵抗器の抵抗変化は３０ｐｐｍ未満であるが、接合剤の剤厚が異なり、ＴＣＲが２ｐｐｍ/℃である外は同じ条件下で比較すると、同タイプの抵抗器の抵抗変化は３００ｐｐｍを越える。
【００２２】
抵抗器２０の基材２２は、第１平坦表面および第２平坦表面をもつ。また、基材は所定形状および所定の材料組成をもつ。抵抗性箔に関しては、接合剤を用いてこれら平坦表面の一つに接合するさい、箔厚を約０．０３ミル〜約０．５ミル、ＴＣＲを約０．１ｐｐｍ/℃〜約１ｐｐｍ/℃とするのが好ましい。所望の抵抗値を与えるように抵抗性箔２６をパターン形成する。箔パターンは、長手方向ストランドおよび横方向ストランドを使用して形成できる。基材２２の好ましい弾性率は約１０×１０６ｐｓｉ〜約１００×１０６ｐｓｉ、好ましい材厚は約０．５ミル〜約２００ミルである。抵抗性箔、パターン、接合剤および基材については、電力による抵抗変化低下に対して累積的効果を発揮できるように選択する。また、パラメータについては、電力による抵抗器の抵抗変化が、ＴＣＲが１ｐｐｍ/℃以上である外は同じ抵抗箔を使用し、異なる幾何学的形状および物性の接合剤、パターンおよび基材を使用し、この抵抗箔を基材に接合した場合の抵抗変化のごくわずかな比率（２５％かそれ以下）になるように選択するのが好ましい。
【００２３】
また、基材形状、基材組成、基材の材厚、抵抗性箔のＴＣＲ、接合材の種類、接合剤の伝熱性、接合剤の剤厚などのパラメータについても、電力による抵抗変化低下に対して累積的効果を発揮できるように選択するのが好ましい。
【００２４】
なお、抵抗器２０については、既に一般的に公知になっている方法に従って各種改変することができる。例えば、リード線や接点（図示せず）の接続、保護材料の配設などがあり、特定の用途に応じて他の公知手段も採用することができる。
【００２５】
また、本発明では、別な種類の基材を各種の形状組成や材厚で使用することができる。アルミナ基材組成は、単に例示に過ぎない。同様に、抵抗箔にも各種の材料が使用できる。Ｎｉ/Ｃｒは目的に適う例示に過ぎない。さらに、接合剤についても、エポキシ接合剤など各種の接合剤を利用できる。
【実施例２】
【００２６】
図６に、本発明の第２実施態様を示す。基材３２の第１表面に箔３６を接合し、基材３２の反対側表面に第２の抵抗性箔３７を接合して、抵抗器３０を構成する。
【００２７】
これら２つの箔３６および３７を同じかあるいはほぼ等しい抵抗値を与えるパターンでエッチング処理し、相互に並列または直列接続する。抵抗器に電力を印加すると、両面が等しく発熱する。この結果、基材の材厚間に温度差が発生しないため、基材間の熱流れを最小に抑えることができ、湾曲（曲がり）を防止できる。図６に示した第２実施態様は、第１実施態様よりもコストが高くなる。このように、本発明は、従来と比較して格段にすぐれた作用効果をもつ高精密パワー抵抗器を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】基材に接合する前の箔の状態および基材に箔を接合した後の応力による抵抗変化の両者に関する抵抗変化対温度の関係を示すグラフである。
【図２】箔を基材に接合した後の箔および応力の累積的な作用に関する抵抗変化対温度の関係を示すグラフである。
【図３】本発明抵抗器の一実施態様を示す斜視図である。
【図４】本発明抵抗器の一実施態様を示す横断面図である。
【図５】本発明による箔パターンの一実施態様を示す図である。
【図６】電力抵抗係数の小さい抵抗器を製造する別な方法を示す、本発明抵抗器の第２実施態様の横断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０：温度軸
１２：ΔＲ/Ｒ軸
１４：基材
１６：基材
１８：累積効果
２０：抵抗器
２２：アルミナ基材
２６：抵抗性箔
３２：基材
３６：箔
３７：箔
【図１】
2004179639.tif 000003
【図２】
2004179639.tif 000004
【図３】
2004179639.tif 000005
【図４】
2004179639.tif 000006
【図５】
2004179639.tif 000007
【図６】
2004179639.tif 000008