JP2019102641A

JP2019102641A - チップ抵抗器

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Publication number: JP2019102641A
Application number: JP2017231904A
Authority: JP
Inventors: 航児江藤; Koji Eto; 道雄窪田; Michio Kubota
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2019-06-24
Anticipated expiration: 2037-12-01
Also published as: JP7049816B2

Abstract

【課題】大電流用途のチップ抵抗器のパワーサイクル試験や熱衝撃試験などにおいて、実装状態での熱膨張・収縮に伴うハンダの疲労破壊が生じないようにしたチップ抵抗器を提供する。【解決手段】本発明のチップ抵抗器は、抵抗体１２と、該抵抗体と接続した一対の電極１３，１３と、無機系材料からなる絶縁基板１１Ａと、を備え、絶縁基板１１Ａには、厚み方向に貫通した少なくとも一つのスリット１１Ｂを有する。チップ抵抗器は、平面視において、長辺と短辺を有する長方形であり、電極１３，１３はその長辺側に形成されている。スリット１１Ｂは、電極１３，１３の配置方向に直交する方向に形成されている。これにより、チップ抵抗器２１とプリント基板１５の熱膨張・収縮を合わせることができ、ハンダ１７の内部に生じる応力を緩和し、疲労破壊の耐性を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、無機系材料からなる絶縁基板上に、電極を備えた抵抗体を固定したチップ抵抗器に関する。

チップ抵抗器にも様々な形状のものがあるが、電流検出用等の大電流用途のチップ抵抗器として、図７に示すチップ抵抗器１０が知られている。このチップ抵抗器１０は、アルミナ等の無機材料基板１１に、ニッケルクロム合金等の抵抗合金材料からなる金属箔の抵抗体１２の両端に銅等の高導電性材料からなる電極１３，１３が接合されたものが貼付て固定されている。電極１３，１３間には、エポキシ系あるいはシリコン系の樹脂１４が埋め込まれ、電極１３，１３間および抵抗体１２を絶縁保護している。

図７は、従来例の上記チップ抵抗器１０をプリント基板１５に実装した状態を示す。プリント基板１５には、回路配線パターン１６，１６を備え、チップ抵抗器１０の電極１３，１３がハンダ１７を介してプリント基板１５の回路配線パターン１６，１６に接続されている。

チップ抵抗器１０には、一方の回路配線パターン１６からハンダ１７および電極１３を介して抵抗体１２に電流が流入し、抵抗体１２から流出した電流は、電極１３およびハンダ１７を介して他方の回路配線パターン１６に流出する。そして、抵抗体１２を流れる電流によって生じる電圧が図示しない電圧検出装置で検出され、既知の抵抗体の抵抗値から電流値が検出される。

しかしながら、係るチップ抵抗器では、電流が流れた時に抵抗体１２が発熱し、電流が停止した時に抵抗体１２の発熱が停止する。そうすると、チップ抵抗器１０は、発熱した時に図中実線矢印で示す方向に膨張し、発熱が停止し冷却した時に図中破線矢印で示す方向に収縮する。

チップ抵抗器１０の発熱および冷却はハンダ１７を介してプリント基板１５に伝熱し、プリント基板１５も、発熱した時に図中実線矢印で示す方向に膨張し、冷却した時に図中破線矢印で示す方向に収縮する。ところが、チップ抵抗器１０とプリント基板１５の構成材料の熱膨張・収縮は、同じ温度変化に対して、プリント基板１５の方が大きい。

そうすると、パワーサイクル試験や熱衝撃試験など熱応力が発生する熱印加および冷却を繰り返す試験において、チップ抵抗器１０とプリント基板１５の界面のハンダ１７では、内部に熱膨張・収縮による応力の発生が繰り返され、ハンダ１７の内部で疲労が発生する。その結果、ハンダ１７部分に疲労破壊でクラックＣが生じ、断線に到る場合がある。

特開２００９−２８９７７０号公報

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、大電流用途のチップ抵抗器のパワーサイクル試験や熱衝撃試験などにおいて、実装状態での熱膨張・収縮に伴うハンダの疲労破壊が生じないようにしたチップ抵抗器を提供することを目的とする。

本発明のチップ抵抗器は、抵抗体と、該抵抗体と接続した一対の電極と、無機系材料からなる絶縁基板と、を備え、前記絶縁基板には、厚み方向に貫通した少なくとも一つのスリットを有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、無機系材料からなる絶縁基板には、厚み方向に貫通した少なくとも一つのスリットを有するので、チップ抵抗器とプリント基板の熱膨張・収縮を合わせることが可能となる。これにより、パワーサイクル試験や熱衝撃試験などにおいて、チップ抵抗器とプリント基板を接続するハンダ内部に生じる応力を緩和し、疲労破壊の耐性を向上させることができる。

本発明の一実施例のチップ抵抗器のプリント基板への実装状態を示す断面図である。（ａ）は従来のチップ抵抗器のプリント基板への実装状態の要部を示す断面図であり、（ｂ）はその内部の応力分布を示す図である。（ａ）は本発明のチップ抵抗器のプリント基板への実装状態の要部を示す断面図であり、（ｂ）はその内部の応力分布を示す図である。本発明の他の実施例のチップ抵抗器のプリント基板への実装状態を示す斜視図である。本発明のさらに他の実施例のチップ抵抗器のプリント基板への実装状態を示す斜視図である。本発明のさらに他の実施例のチップ抵抗器のプリント基板への実装状態を示す斜視図である。従来のチップ抵抗器のプリント基板への実装状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

図１は、本発明の一実施例のチップ抵抗器２１をプリント基板１５に実装した状態を示す。このチップ抵抗器２１は、低抵抗値の電流検出用のチップ抵抗器であり、ニッケル・クロム合金等の薄い抵抗合金材料からなる抵抗体１２と、該抵抗体と接続した一対の銅等の高導電性材料からなる電極１３、１３と、アルミナ等の無機系材料からなる絶縁基板１１Ａと、を備える点で、従来技術のチップ抵抗器１０と異なるものではない。

しかしながら、本発明のチップ抵抗器２１では、アルミナ等の無機系材料からなる絶縁基板１１Ａには、厚み方向に貫通した少なくとも一つのスリット１１Ｂを有する。このスリット１１Ｂには、エポキシ系樹脂またはシリコン系樹脂等の熱伝導性が良好な樹脂が充填され、絶縁基板１１Ａとの一体性が保たれている。

このスリット１１Ｂ部分は、樹脂であるため、絶縁基板１１Ａの線膨張係数がプリント基板１５に近く、チップ抵抗器２１とプリント基板１５の熱膨張・収縮を合わせることができる。これにより、パワーサイクル試験や熱衝撃試験などにおいて、チップ抵抗器２１とプリント基板１７を接続するハンダ１７の内部に生じる応力を緩和し、疲労破壊の耐性を向上させることができる。

なお、チップ抵抗器２１の形態を保つことができれば、スリット１１Ｂに樹脂等を充填せずに、空間にしておいてもよい。これによっても、チップ抵抗器２１とプリント基板１５の熱膨張・収縮を合わせることができる。

このチップ抵抗器２１は、平面視において、長辺と短辺を有する長方形であり、電極１３はその長辺側に形成されている。これにより、抵抗体の電流が流れる方向の長さを短くすると共に、断面積を大きくし、低抵抗値で大電流の検出が可能な電流検出用チップ抵抗器とすることができる。

スリット１１Ｂは、一対の電極１３、１３の配置方向、すなわち、抵抗体１２において電流が流れる方向に直交する方向に形成されている。抵抗体１２に大電流が流れると、発熱の中心は抵抗体１２の一対の電極１３、１３間の中央部となり、発熱はプリント基板１５に伝熱し、チップ抵抗器２１とプリント基板１５は、それぞれ電流が流れる方向に膨張・収縮する。

これにより、スリット２１は、プリント基板の線膨張係数と略等しいので、チップ抵抗器２１の伸縮と、プリント基板１５の伸縮を合わせることができる。それ故、電極１３を回路配線パターン１６に接合するハンダ１７の内部に生じる応力を低減でき、疲労破壊の耐性を向上させることができる。

図２および図３は、上述したパワーサイクル試験においてハンダ内部等に生じる応力の低減をシミュレーションで検討した結果を示す。図２は従来例についてのものであり、（ａ）はシミュレーションモデルとして採用した構造例を示し、（ｂ）はその構造例における２５℃／１５５℃の温度変化時に生じる大きな応力の分布を示す図である。

図２（ｂ）に示すように、ハンダ１７内部のプリント基板１５上の回路配線パターン１６に接する部分の近傍に、大きな応力の分布Ｓ１の存在が認められる。同様に、絶縁基体１１内部のハンダ１７に接する部分の近傍に、大きな応力の分布Ｓ２の存在が認められる。

これは、温度変化時に、プリント基板１５の熱膨張・収縮が大きく、絶縁基体１１の熱膨張・収縮が小さいため、ハンダ１７が回路配線パターン１６の熱膨張・収縮に引っ張られ、回路配線パターン１６の近傍に大きな応力の分布Ｓ１が生じたことと思われる。この大きな応力の分布Ｓ１の存在により、図７に示すクラックＣが生じたことと認められる。同様に、大きな応力の分布Ｓ２の存在はハンダ１７の熱膨張・収縮に絶縁基板１１の端面が引っ張られて、生じたことと思われる。

図３は本発明例についてのものであり、（ａ）はシミュレーションモデルとして採用した構造例を示し、（ｂ）はその構造例における２５℃／１５５℃の温度変化時に生じる大きな応力の分布Ｓ３を示す図である。本発明例は、（ａ）に示すように、絶縁基板１１Ａに貫通するスリット１１Ｂを設け、該スリット１１Ｂに樹脂を充填したものである。

図３（ｂ）に示すように、従来技術におけるハンダ１７内部のプリント基板１５上の回路配線パターン１６に接する部分の近傍に生じていた大きな応力の分布Ｓ１は大幅に縮小され、応力分布Ｓ３となった。同様に、絶縁基体１１内部のハンダ１７に接する部分に生じていた大きな応力分布Ｓ２も大幅に縮小し、絶縁基板１１Ａの隅部に残るもののみとなっている。

図３（ａ）に示すシミュレーションモデルによれば、図２（ａ）に示す従来例のシミュレーションモデルに対し、２５℃／１５５℃の温度変化試験において、全体として、約２５％応力が緩和されるというシミュレーション結果が得られた。よって、本発明のチップ抵抗器２１を用いることで、従来例に対して、パワーサイクル試験や熱衝撃試験などにおいてハンダ１７内部に生じる応力を緩和し、疲労破壊の耐性を向上させることが確認できた。

図４ないし図６は、本発明のチップ抵抗器の変形実施例を示す。図４は、二本の樹脂を充填したスリット１１Ｂをチップ抵抗器２１の絶縁基板１１Ａの電極配置方向の両端に配置したものである。図５は、一本の樹脂を充填したスリット１１Ｂをチップ抵抗器２１の絶縁基板１１Ａにたすき掛け状に斜めに配置したものである。図６は、二本の樹脂を充填したスリット１１Ｂをチップ抵抗器２１の絶縁基板１１Ａの両端に互い違いに配置したものである。

これらの変形実施例においても、パワーサイクル試験や熱衝撃試験などにおいてハンダ１７内部に生じる応力を緩和し、疲労破壊の耐性を向上させることができることは、前述した実施例と同様である。

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。

本発明は、電流検出用等の大電流用途のチップ抵抗器に好適に利用可能である。

Claims

抵抗体と、該抵抗体と接続した一対の電極と、無機系材料からなる絶縁基板と、を備え、
前記絶縁基板には、厚み方向に貫通した少なくとも一つのスリットを有する、チップ抵抗器。
前記チップ抵抗器は、平面視において、長辺と短辺を有する長方形であり、前記電極はその長辺側に形成されている、請求項１に記載のチップ抵抗器。
前記スリットは、前記電極の配置方向に直交する方向に形成されている、請求項１または２に記載のチップ抵抗器。
前記スリットには、樹脂が充填されている、請求項１ないし３のいずれかに記載のチップ抵抗器。