(57)【要約】【構成】本発明の一体型アセンブリーは抵抗器とヒートスプレッダとを有する。抵抗器は抵抗性素子と端子とを有する。抵抗器と一体化したヒートスプレッダは伝熱性で電気絶縁性の材料からなるヒートシンクと、伝熱性材料からなり、ヒートシンクのエッジに位置する成端とを有する。抵抗性素子の上面の少なくとも一部がヒートシンクと伝熱接触する。各抵抗器端子がヒートシンクの対応する成端と伝熱接触する。抵抗器とヒートスプレッダとからなる一体型アセンブリーの製造方法では、ヒートスプレッダを形成し、抵抗器を形成し、抵抗性素子の上面の少なくとも一部をヒートシンクに接着し、各導電性端子を対応する成端に接着することによってヒートスプレッダを抵抗器に接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗器およびヒートスプレッダから構成される一体型アセンブリーであって、
抵抗器が、上面を有する抵抗性素子、および、この抵抗性素子と電気的に接触した端子から構成され、
この抵抗器と一体化したヒートスプレッダが、伝熱性で電気絶縁性の材料ピースにより構成されるヒートシンクと、伝熱性材料により構成され、前記ヒートシンクのエッジに位置する成端とから構成され、
前記抵抗性素子の前記上面の少なくとも一部が、前記ヒートシンクと伝熱接触し、そして
各端子が前記成端のうちの対応する成端と伝熱接触かつ導電接触することを特徴とする一体型アセンブリー。
【請求項２】
前記端子のうちの少なくとも一つが、全ての側面を直平面で構成する請求項１に記載の一体型アセンブリー。
【請求項３】
前記端子のうちの少なくとも一つが、蒸着処理した導電性材料である請求項１に記載の一体型アセンブリー。
【請求項４】
さらに、前記ヒートシンクと前記抵抗性素子との間に伝熱性で電気絶縁性の接着剤を有する請求項１に記載の一体型アセンブリー。
【請求項５】
前記接着剤が前記端子上に広がらず、また前記成端上に広がらない請求項４に記載の一体型アセンブリー。
【請求項６】
前記ヒートシンクがセラミックである請求項１に記載の一体型アセンブリー。
【請求項７】
前記セラミックがアルミナ、窒化アルミナ、またはベリリアからなる請求項６に記載の一体型アセンブリー。
【請求項８】
前記ヒートシンクが金属材料から構成され、そして前記成端がこの金属材料から電気的に分離されている請求項１に記載の一体型アセンブリー。
【請求項９】
前記金属材料が絶縁処理した金属基材、電気的に不活性化処理した金属、または電気的に不活性化処理していない金属のうちの少なくとも一つを構成する請求項８に記載の一体型アセンブリー。
【請求項１０】
前記抵抗性素子と伝熱接触した前記ヒートシンクの表面にのみ前記成端を設けた請求項１に記載の一体型アセンブリー。
【請求項１１】
前記抵抗性素子と伝熱接触した前記ヒートシンクの表面に前記成端を設け、前記ヒートシンクの端面および背面上に前記成端が広がっている請求項１に記載の一体型アセンブリー。
【請求項１２】
前記ヒートシンクの端面にのみ前記成端を設けた請求項１に記載の一体型アセンブリー。
【請求項１３】
前記抵抗性素子が金属ストリップ抵抗性素子である請求項１に記載の一体型アセンブリー。
【請求項１４】
前記端子および前記成端がいずれも伝熱性で導電性である請求項１に記載の一体型アセンブリー。
【請求項１５】
前記端子および前記成端がいずれも金属製である請求項１に記載の一体型アセンブリー。
【請求項１６】
抵抗器およびヒートスプレッダからなる一体型アセンブリーの製造方法において、
伝熱性で電気絶縁性のヒートシンクに伝熱成端を形成し、これらヒートシンクと成端を相互に伝熱接触させた前記ヒートスプレッダを形成し、
抵抗性素子と電気接触した導電性端子を形成することによって抵抗器を形成し、そして
前記ヒートシンクに前記抵抗性素子の上面の少なくとも一部を接着して、前記抵抗性素子と前記ヒートシンクとを伝熱接触させ、そして
前記導電性端子のそれぞれを前記成端のうちの対応する成端に接着して、前記端子と前記成端とを伝熱および導電接触させることによって前記ヒートスプレッダを前記抵抗器に接合することを特徴とする製造方法。
【請求項１７】
前記ヒートシンクのエッジ面にのみ前記成端を形成する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記成端を厚膜法で形成する請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
抵抗性素子に電気接触している導電性端子を形成するさいに、湾曲していない金属ピースをこの抵抗性素子に取り付ける請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
抵抗性素子に電気接触している導電性端子を形成するさいに、この抵抗性素子に導電性材料を付着処理する請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記抵抗性素子の上面の少なくとも一部を前記ヒートシンクに接着するさいに、伝熱性で電気絶縁性の接着剤を用いてこの接着を行う請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記導電性端子それぞれを前記成端のうちの対応する成端に接着するさいに、半田または導電性接着剤のうち少なくとも一つを利用してこの接着を行い、前記端子と前記成端とを伝熱的にかつ導電的に接触させる請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
抵抗器およびヒートスプレッダから構成される一体型アセンブリーであって、
この抵抗器が、上面を有する抵抗性素子、およびこの抵抗性素子と電気的に接触した端子から構成され、
この抵抗器と一体化したヒートスプレッダが、伝熱性で電気絶縁性の材料ピースにより構成されるヒートシンクと伝熱性材料により構成され、前記ヒートシンクのエッジに位置する成端から構成され、
前記抵抗性素子の前記上面の少なくとも一部が、前記ヒートシンクと伝熱接触し、そして
各端子が前記成端のうちの対応する成端と伝熱接触することを特徴とする一体型アセンブリー。
【請求項２４】
各端子が前記成端のうちの少なくとも一つと導電接触する請求項２３に記載の一体型アセンブリー。
【請求項２５】
抵抗器およびヒートスプレッダからなる一体型アセンブリーの製造方法において、
伝熱性で電気絶縁性のヒートシンクに伝熱成端を形成し、前記ヒートシンクおよびこれら成端を相互に伝熱接触させた前記ヒートスプレッダを形成し、
抵抗性素子と電気接触した導電性端子を形成することによって抵抗器を形成し、そして
前記ヒートシンクに前記抵抗性素子の上面の少なくとも一部を接着して、前記抵抗性素子と前記ヒートシンクとを伝熱接触させ、そして
前記導電性端子のそれぞれを前記成端のうちの対応する成端に接着して、前記端子と前記成端とを伝熱接触させることによって前記端子と前記成端とを伝熱させることによって前記ヒートスプレッダを前記抵抗器に接合することを特徴とする製造方法。
【請求項２６】
前記端子と前記成端との間に形成した伝熱接触が導電接触でもある請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子構成部品に関し、具体的には抵抗器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある種の電気抵抗器の性能の場合、温度が高くなると劣化する傾向がある。抵抗が有意味に変化し、抵抗器が機能する回路に悪影響を与えることがある。抵抗器の温度が上昇する理由にいくつかあるが、環境からの熱、そして電力を発生している間に抵抗器そのものが発熱することが理由としてある。動作温度を低くするために、抵抗器をヒートスプレッダに取り付けると、抵抗器から熱を取り去るのに役立つ。動作温度を低くすることが望ましい場合、熱をできるだけ効率良く取り去る必要がある。
【発明の概要】
【０００３】
一体型アセンブリーは抵抗器と、ヒートスプレッダとを有する。この抵抗器は抵抗性を示す素子からなり、そしてこの素子は上面と、抵抗性を示す素子と電気接触する端子とを有する。抵抗器と一体化した（即ちインテグレーテッドした）ヒートスプレッダはヒートシンクからなり、このヒートシンクは伝熱性で電気絶縁性の材料からなる材料ピースを有するとともに、伝熱性材料からなる、ヒートシンクの一端に設けられた端子を有する。抵抗性素子の上面の少なくとも一部は、ヒートシンクに対して伝熱接触状態にあり、そして各端子は、端子のうちの対応する一つに対して伝熱接触状態になる。
【０００４】
抵抗器およびヒートスプレッダからなる一体型アセンブリーの製造方法では、伝熱性で電気絶縁性のヒートシンクであって、このヒートシンクと端子が相互に伝熱接触状態にあるヒートシンクに伝熱性端子を形成し、抵抗性を示す素子と電気的に接触している導電性端子を形成することによって抵抗器を形成し、抵抗性素子の上面の少なくとも一部をヒートシンクに接着して、抵抗性素子とヒートシンクとの間に伝熱接触を形成することでヒートスプレッダを抵抗器に接続し、そして導電性端子それぞれを成端のうちの対応する成端に接着して、端子と成端との間に伝熱/導電接触を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】抵抗器およびヒートスプレッダからなる一体型アセンブリーの一実施態様を示す横断面図である。
【図２】図２aおよび２ｂはそれぞれ抵抗器およびヒートスプレッダを示す平面図である。
【図３】抵抗器およびヒートスプレッダからなる一体型アセンブリーの製造方法の一実施態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１は、印刷回路板やその他の実装表面６５に取り付けた抵抗器１０およびヒートスプレッダ３０からなる一体型アセンブリー５０の一実施態様を示す側横断面図である。このアセンブリー５０は自動車、コンピュータサーバーやその他の高電力分野における抵抗器として使用するのが好適であるが、これらに制限されるものではない。
【０００７】
抵抗器１０は抵抗性素子４５を有し、この素子は上面４７と、抵抗性素子４５に対して電気的に接触する導電性端子３５を有する。これら端子３５は伝熱性としてもよい。抵抗性を示す素子４５は、被覆材（図示省略）で被覆処理して、以下に説明するように、端子３５および成端１５のメッキ時に抵抗性素子４５を保護することができる。被覆処理材で被覆すると、抵抗性素子４５がメッキされることはない。被覆処理材としては、電気絶縁材を使用することができ、例示すると、塗料、エポキシやシリコーンエポキシがある。被覆処理材は、ヒートスプレッダ３０によって覆われていない抵抗性素子４５の全ての面に被覆することが可能である。被覆処理材は噴霧、印刷、ロールコーティングや、同様な被覆処理材を被覆する一般に受け入れられている他の方法によって行えばよい。また、スパッター処理や化学的蒸着法などの方法によっても被覆処理することが可能である、一つの実施態様では、端子３５は全ての側面を直平面で構成し（即ち湾曲部をもたない）、このため湾曲を必要とする他の構造と比較した場合、製造が簡単になる。各端子３５については、湾曲部のない金属ピースから構成することができ、これを抵抗性素子４５に取り付ける。あるいは、端子３５は付着処理してもよく、こうすると屈曲処理の必要がなくなる。端子３５の場合、伝導性や伝熱性が高い材料を使用することができるメッキ法や他の付着方法でも付着処理することができる。単独でも使用することができ、あるいは層と併用することが可能な材料を例示すると、銅半田、ニッケル半田やスズ半田を挙げることができるが、本発明はこれらに制限されるものではない。端子３５は、実装面６５に対して電気的に、熱的に、そして機械的に接触することができるが、これら接触については任意に組み合わせることが可能である。
【０００８】
ヒートスプレッダ３０はヒートシンク６０および成端１５を有する。ヒートシンク６０は、セラミックや不活性化金属（ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ  ｍｅｔａｌ：不動態化金属）などの伝熱性が高く、また電気絶縁性の高い材料のピースから製造することができ、また成端１５については、金属などの伝熱性の高い材料から製造することが可能である。成端１５も導電性が高い。一つの実施態様では、図１に示すように、ヒートシンク６０の端部に成端１５を設けることができる。
【０００９】
ヒートスプレッダ３０および抵抗器１０を相互に接着して伝熱性の高い、抵抗器１０からヒートシンク３０に至る伝熱経路を形成する。この伝熱経路を形成したため、抵抗器１０が高パワーで動作でき、一方で温度をより低く維持できるため物理的構造や抵抗値の劣化を防止できる。これは、抵抗器１０に発生した熱をヒートスプレッダ３０によって効率よく逃がすことでき、効率のよい放熱を実現できるからである。図１に示す実施態様で、抵抗性を素子４５とヒートシンク６０との間に伝熱性で、電気絶縁性の接着剤２０を使用してこの素子４５をヒートシンク６０に接着することができる。一つの実施態様では、抵抗性素子４５の上面４７の少なくとも一部をヒートシンク６０に伝熱接触させることが可能である。また、一つの実施態様の場合、抵抗性素子４５の全面４７をヒートシンク６０に伝熱接触させてもよい。一つの実施態様では、図１に示すように、接着剤２０を端子３５の全面に展開しなくてもよく、また成端１５の全面に展開しなくてもよい。
【００１０】
さらに、各抵抗器端子３５は、伝熱性が高くてもよく、また、対応するヒートシンク成端１５に対して高い伝熱性をもって接触させてもよい。抵抗器端子３５およびヒートシンク成端１５は半田または接着剤によって接合してもよく、これら半田または接着剤としては伝熱性、導電性または伝熱性かつ導電性であるものを使用することができる。抵抗器端子３５とヒートシンク端子１５とが接続しているため、もう一つの伝熱路が形成し、熱エネルギーがヒートスプレッダ３０から端子３５に流れ、次に実装面６５に流れる。これは、ヒートシンク６０が電気絶縁体であり、従って抵抗性素子４５が短絡しないためである。
【００１１】
図２ａおよび図２ｂは、それぞれ、相互に接着する前の、抵抗器１０およびヒートスプレッダ３０の一実施態様を示す平面図である。図２ａは抵抗器１０の上面図であり、一方図２ｂはヒートスプレッダ３０の底面図である。充填パターンおよび案内部材は図１に示す各構造体に相当する。即ち、抵抗性素子４５、抵抗器端子３５、抵抗性素子の上面４７、ヒートシンク６０およびヒートシンク成端１５に相当する。
【００１２】
ヒートシンク６０については、セラミックから構成することが可能である。このセラミックとしては、伝熱性で電気絶縁性のセラミックを使用することができ、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やベリリア（ＢｅＯ、ｂｅｒｙｌｌｉａ）を例示することができる。ヒートシンク６０については、金属材料から構成することができ、金属材料としては絶縁処理した金属基体（ＩＭＳ、ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）、電気的に不活性化した金属（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ  ｍｅｔａｌ）、あるいは電気的に不活性化されていない金属（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｕｎｐａｓｓｉｖａｔｅｄ  ｍｅｔａｌ）を例示することができる。このような金属製ヒートシンク６０を使用する場合、このヒートシンク６０から成端１５および抵抗性素子４５を電気的に分離する必要があり、また成端１５を相互に電気的に分離して、抵抗性素子４５の短絡を防止する必要がある。金属製のヒートシンク６０の場合、抵抗性素子４５からこれを分離するためには、不活性化処理や接着剤２０を使用すればよい。ヒートシンク成端１５は金属から構成することができる。一つの実施態様では、ヒートシンク成端１５については、抵抗性を示す素子４５と伝熱接触するヒートシンク６０の前面にのみをこれを設けることが可能である。さらに、ヒートシンク成端１５は、ヒートシンク６０のエッジ面、および前面に対向するヒートシンク６０の背面の少なくとも一方に巻き付けてもよい。別な実施態様の場合、図１に示すように、ヒートシンク６０のエッジ面にのみヒートシンク成端１５を設けることが可能である。
【００１３】
抵抗性素子４５については、金属ストリップから構成することができるが、これに制限されるものではない。薄膜箔、厚膜箔、あるいは金属箔もそれぞれのキャリヤ材料に抵抗性素子４５を形成するために使用することができる。図２ａおよび図２ｂに示す一つの実施態様では、抵抗性素子４５の上面４７全体がヒートシンク６０と伝熱接触する。一つの実施態様では、上面４７全体より小さい抵抗素子４５の上面４７の一部をヒートシンク６０に対して伝熱接触させることができる。
【００１４】
端子３５と成端１５とは電気的だけでなく、熱的に接続することができる。この特徴により、成端と端子との間を金属によって電気的に接続していない従来構造と比較して、抵抗器１０からヒートスプレッダ３０への伝熱効率がより高くなる。
【００１５】
図３に、抵抗器とヒートスプレッダとからなる一体型アセンブリーの製造方法３００の一実施態様を示す。この製造方法３００の各工程の実施順は、図３、以下の説明および特許請求の範囲の記載に必ずしも制限されるものではない。当業者ならば理解できるように、一部の工程順については変更可能である。
【００１６】
ヒートスプレッダについては、伝熱性で電気絶縁性のヒートシンク３１０に伝熱性で導電性の成端を組み付けることによって形成することができる。次に、ヒートシンクと成端とを熱的に相互接触させる。
【００１７】
抵抗器については、導電性端子を抵抗性素子３２０に電気的に接触させることによって形成することができる。また、導電性端子については、湾曲していない金属ピースを抵抗性素子に装着することによって製造することができる。あるいは、導電性端子については、導電性材料を抵抗性素子に付着処理することによって製造してもよい。導電性端子のこれら製造方法はいずれも、コストが高く、製造が難しい従来アセンブリーのように金属ピースを湾曲加工する必要はない。
【００１８】
次に、ヒートスプレッダと抵抗器とを接合（３３０）し、一体型アセンブリーを製造する。一つの実施態様では、抵抗性素子の上面の一部か全体のいずれかをヒートシンクに接着して、抵抗性素子とヒートシンクとを伝熱接触させてから、導電性端子それぞれを成端のうちの対応する成端に接着して、端子と成端とを伝熱接触させることによって、ヒートスプレッダと抵抗器とを接合することができる。図１、図２ａおよび図２ｂを参照して説明する実施態様では、この接合操作は、伝熱性で電気絶縁性の接着剤２０を利用する接合時に、抵抗器端子３５の上部に付着処理した導電性/伝熱性インクを使用して行う。あるいは、抵抗器１０とヒートスプレッダ３０との接合後に、抵抗器端子３５とヒートスプレッダ３０の成端１５の垂直面にこのインクを連続層として設層してもよい。さらに別な方法では、抵抗器１０とヒートスプレッダ３０との接合と同時に、あるいはその後に抵抗器端子３５とヒートスプレッダ３０のヒートシンク成端１５とを溶接することも可能である。
【００１９】
図３の実施態様では、成端１５については、図１に示すように、ヒートシンク６０のエッジ面にのみこれを設けることができる。成端を製造するためには、いずれも当業者にとっては公知な厚膜蒸着法、薄膜蒸着法やメッキ法を用いて製造すればよい。成端に好適な材料としては、制限するものではないが、銅、ニッケル、ニッケル合金、スズやスズ合金を例示することができる。抵抗性素子の上面の一部または全部をヒートシンクに接着するためには、Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ  Ｌｉｑｕｉｂｏｎｄ２０００などの伝熱性で電気絶縁性接着剤を使用すればよい。一つの実施態様では、抵抗器端子およびヒートシンク成端の両者を金属製とすることができる。抵抗器端子をヒートシンク成端に接着するためには、半田または導電性接着剤を用いるとよい。この場合、端子と成端との間の接触は伝熱性でよく、導電性でもよい。
【００２０】
ヒートスプレッダと抵抗器との接合後、これらは絶縁材料で被覆処理すればよく、端子および成端についてはメッキ処理３４０を行えばよい。一つの実施態様の場合、抵抗器端子およびヒートシンク成端の外側をニッケルなどの金属層でメッキすればよい。端子および成端の外側には半田処理を適用してもよい。金属層および半田を使用するために電気メッキ法を利用することも可能である。金属メッキ層を設けると、抵抗器とヒートスプレッダとの間の機械的接着強度が強くなり、また伝熱性が高くなる。これは、成端と端子に付加的な金属厚みが付与されるからである。
【００２１】
表１に、上記の抵抗器/ヒートスプレッダアセンブリーを三つ用意し、これを用いて行ったホットスポット試験の結果を示す。表１には、比較のためにヒートスプレッダを設けない抵抗器に関する結果も併記する。いずれの場合も抵抗器は同じものである。
【００２２】
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【００２３】
表１に、本発明構造の場合に実現できる熱効率向上例を示すデータを記載した。表１のデータは、表１のカラム１に示す所定のパワーに従って各種構成のアセンブリーにパワーを投入することによって求めた。赤外線カメラで測定した抵抗器の最も熱い領域の温度をカラム２のホットスポット温度に示す。表１のカラム３には、抵抗器に投入した入力に起因する温度上昇を示す。この温度上昇は、投入入力（Ｗ）によって割った、２５℃の試験環境温度（Ｔａｍｂ）を差し引いたカラム２のホットスポット温度（ＨＳ）等しい。即ち、温度上昇＝（ＨＳ−Ｔａｍｂ）/Ｗである。また、表１のカラム４には、試験抵抗器の対応する端子温度を示す。カラム５には、熱的な非効率の尺度である熱抵抗Ｒｔｈを示す。換言すると、Ｒｔｈが小さくなればなるほど、放熱効率が高くなる。熱抵抗については、カラム１に示す投入入力（Ｗ）で割った、カラム２のホットスポット（ＨＳ）とカラム４の端子温度（ＴＴ）との差として算出する。即ち、Ｒｔｈ＝（ＨＳ−ＴＴ）/Ｗである。表１のデータが示すように、従来例構造より熱抵抗が小さくなり、この低下程度は、ヒートスプレッダの構成材料にもよるが、５倍かそれ以上である。
【００２４】
本明細書および図面には特有の用語および具体的な実施例を用いて説明を行ってきたが、これらは包括的な意味および包括的な説明のみを目的とするものでは、限定を意図するものではない。“導電性”、“伝熱性”や“電気絶縁性”などの用語は、当業者ならば理解できるように、実際的かつ相対的な用語である。例えば、当業者ならば、ほとんどの金属は伝熱性かつ導電性であると考えているはずであり、また“厚膜法”、“薄膜法”や同種の方法などの用語は、蒸着される膜の相対的な厚みではなく、膜蒸着法の個別なクラスに属するものと考えるはずである。各部品の形態および比率だけなく、等価物の置換における変更についても、特許請求の範囲の精神または範囲から逸脱しなくても実施可能な便宜的な変更・改変である。
【符号の説明】
【００２５】
１０：抵抗器
１５：成端
２０：接着剤
３０：ヒートスプレッダ
３５：抵抗器端子、導電性端子
４５、３２０：抵抗性素子
４７：上面
５０：一体型アセンブリー
６０：ヒートシンク
６５：実装面
３３０：接合
３４０：メッキ処理
【図１】
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【図２】
2016503237.tif 000005
【図３】
2016503237.tif 000006
【国際調査報告】
2016503237.tif 000007
2016503237.tif 000008
2016503237.tif 000009