JP6439149B2

JP6439149B2 - チップ抵抗器

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Publication number: JP6439149B2
Application number: JP2016505015A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　政昭; 政昭伊藤
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2035-02-02
Also published as: JPWO2015129161A1; CN105849827A; WO2015129161A1; US10319501B2; US20160343479A1

Description

本発明は、各種電子機器の電流値検出等に使用される高電力用のチップ抵抗器に関する。

図１３は従来のチップ抵抗器の断面図である。このチップ抵抗器は、板状の金属で構成された抵抗体１と、一対の電極４と、保護膜３と、放熱板５とを有する。電極４はそれぞれ、導体部４Ａと、導体部４Ａを覆うように形成されためっき層４Ｂとを有する。電極４は抵抗体１の第１面の両端部に形成されている。保護膜３は一対の電極４間に形成されている。放熱板５はエポキシ樹脂で形成され、抵抗体１と同じ平面形状を有し、抵抗体１の第２面に貼り付けられている（例えば、特許文献１）。

特開２００６−３３２４１３号公報

本発明の第１のチップ抵抗器は、抵抗体と、一対の電極と、複数の放熱板とを有する。抵抗体は板状の金属で構成され、一対の電極は抵抗体の第１面の両端部に形成されている。複数の放熱板は抵抗体の第２面に固定され、かつ互いに隙間を介して配置されている。複数の放熱板は第１電極、第２電極と直接接触しない。

本発明の第２のチップ抵抗器は、抵抗体と、一対の電極と、放熱板とを有する。抵抗体は板状の金属で構成され、トリミング溝が形成されている。一対の電極は抵抗体の第１面の両端部に形成されている。放熱板は抵抗体の第２面に固定され、少なくともトリミング溝が形成された箇所を覆っている。

以上のいずれかの構成により、本発明のチップ抵抗器は長期信頼性を有する。

本発明の実施の形態１におけるチップ抵抗器の平面図図１Ａに示すチップ抵抗器の抵抗体の平面図図１Ａに示すチップ抵抗器の放熱板の平面図図１Ａに示すチップ抵抗器の断面図本発明の実施の形態１における他のチップ抵抗器の断面図本発明の実施の形態１におけるさらに他のチップ抵抗器の断面図本発明の実施の形態２におけるチップ抵抗器の断面図本発明の実施の形態２における他のチップ抵抗器の断面図本発明の実施の形態２におけるさらに他のチップ抵抗器の断面図本発明の実施の形態２におけるさらに他のチップ抵抗器の断面図本発明の実施の形態２におけるさらに他のチップ抵抗器の断面図本発明の実施の形態２におけるさらに他のチップ抵抗器の断面図本発明の実施の形態３におけるチップ抵抗器の平面図図１１に示すチップ抵抗器の断面図従来のチップ抵抗器の断面図

本発明の実施の形態の説明に先立ち、図１３を参照して説明した従来のチップ抵抗器における課題を説明する。このチップ抵抗器が小型である場合、２０ｍΩ〜５０ｍΩ程度の比較的高い抵抗値を得るためには、抵抗体１を薄くする必要がある。しかしながら抵抗体１が薄いと、抵抗体１の発熱が大きくなる。特に、大電力用に使用される場合、抵抗体１の温度が非常に高くなる。抵抗体１の熱膨張率は放熱板５と熱膨張率と異なるため、長期間使用すると抵抗体１と放熱板５との間に応力が生じてこれらの間にクラックが生じる場合がある。その結果、長期信頼性が低下する。

以下、長期信頼性を向上可能な本発明の実施の形態によるチップ抵抗器について図面を参照しながら説明する。なお、各実施の形態において、先行する実施の形態と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する場合がある。

（実施の形態１）
図１Ａは本発明の実施の形態１におけるチップ抵抗器の平面図、図１Ｂ、図１Ｃはそれぞれ、このチップ抵抗器の抵抗体１０と複数の放熱板１３との平面図である。図２はこのチップ抵抗器の２−２線における断面図である。

このチップ抵抗器は、抵抗体１０と、一対の電極２０と、複数の放熱板１３とを有する。抵抗体１０は板状の金属で構成され、一対の電極２０は抵抗体１０の第１面の両端部に形成されている。複数の放熱板１３は抵抗体１０の第２面に固定され、かつ互いに隙間１４を介して配置されている。

抵抗体１０は、板状のＣｕＮｉ、ＣｕＭｎ、ＮｉＣｒ等の金属で構成されている。また、抵抗体１０にパンチング等により１つまたは複数のトリミング溝１０Ａが設けられている。抵抗体１０の抵抗値は、トリミング溝１０Ａを形成することにより調整されている。

一対の電極２０はそれぞれ、金属板１１とめっき層１５とを有する。金属板１１は、Ｃｕを主成分とし、抵抗体１０に溶接されている。そして、実装用のめっき層１５は金属板１１の周囲に形成されている。めっき層１５は、ニッケルめっき、すずめっき等で構成されている。一対の電極２０は第１電極２０Ａと第２電極２０Ｂで構成されている。

放熱板１３はそれぞれ、板状の部材で、アルミナなどの熱伝導のよいセラミックで構成されている。放熱板１３は接着層１６Ａを介して抵抗体１０の第２面に貼り付けられている。なお、放熱板１３は、熱伝導のよい銅、アルミニウムなどの金属で形成してもよいが、絶縁性の観点からセラミックがより好ましい。

複数の放熱板１３は、第１電極２０Ａに最も近い第１放熱板１３Ａと、第２電極２０Ｂに最も近い第２放熱板１３Ｂとを含む。第１放熱板１３Ａと第２放熱板１３Ｂは、所定の間隔をあけて配置されている。さらに、第１放熱板１３Ａと第２放熱板１３Ｂの間の隙間１４の長手方向は、第１電極２０Ａと第２電極２０Ｂとが向かい合う方向と直交する方向となっている。図１Ａに示す例では、トリミング溝１０Ａと隙間１４とが平面視で重なっている。

なお図１Ａ〜図２では、複数の放熱板１３として第１放熱板１３Ａと第２放熱板１３Ｂのみが示されているが、それ以外に放熱板が配置されていてもよい。すなわち、放熱板１３は、２つではなく３つ以上設けるようにしてもよい。

接着層１６Ａは、エポキシ接着剤を放熱板１３および／または抵抗体１０に塗布し、乾燥させることによって形成する。放熱板１３と抵抗体１０とは接着層１６Ａにより貼り付けられる。さらに、接着層１６Ａに熱伝導のよいアルミナやシリカの粉末を混合させることによって、抵抗体１０で発生した熱を効率的に放熱板１３に逃がすことができる。

エポキシ接着剤を抵抗体１０の全面に塗布した後、複数の放熱板１３が抵抗体１０の所定箇所に配置され接着される。なお、複数の放熱板１３にそれぞれ接着層１６Ａを塗布した後、抵抗体１０の所定箇所に配置、接着してもよい。なお、抵抗体１０に接着層１６Ａを塗布し、一枚の放熱板を抵抗体１０全面に接着した後、この放熱板を複数の放熱板１３に分割して、隙間１４を形成することもできる。しかしながらこの方法では、隙間１４の形成時に抵抗体１０を傷つける可能性があるため、好ましくない。

さらに、一対の電極２０の一部と放熱板１３の上面、および抵抗体１０と放熱板１３の側面を覆うように、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂を塗布、乾燥し、保護膜１７を形成する。保護膜１７には線状のシリカ粉が混入されており、熱伝導が向上されている。なお図１Ａでは保護膜１７を透過させて抵抗体１０と放熱板１３とを破線で示している。

本実施の形態におけるチップ抵抗器においては、金属またはセラミックで構成された放熱板１３が抵抗体１０に固定されている。そのため、抵抗体１０で発生した熱を一対の電極２０だけでなく、放熱板１３にも拡散させることができる。抵抗体１０で発生した熱は放熱板１３および保護膜１７に伝わるため、熱容量が大きくなる。この結果、抵抗体１０のホットスポットの温度が上昇するのを抑えることができるため、長期信頼性を向上させることができる。

また、複数の放熱板１３が互いに隙間１４を介して配置されている。そのため、抵抗体１０と放熱板１３との熱膨張率が違っていても、抵抗体１０と放熱板１３との間に生じる応力を緩和することができる。その結果、抵抗体１０と放熱板１３との間にクラックなどが生じるのを抑えることができる。

例えば、放熱板１３の熱膨張率が抵抗体１０の熱膨張率より大きいと、抵抗体１０の発熱によって抵抗体１０が放熱板１３に引っ張られ、抵抗体と放熱板が接する面に沿う方向の外側へ抵抗体が伸ばされる力が働く。従来の構成のように放熱板が抵抗体と同じ平面形状を有する場合、この力が大きく働くため、抵抗体１０と放熱板１３との間で大きな応力が発生する。

これに対し、本実施の形態では、複数の放熱板１３が互いに所定の間隔をあけて配置されている。そのため、抵抗体１０には、抵抗体１０と放熱板１３が接する面に沿う方向の外側へだけでなく、隙間１４が位置する内側の方向にも伸ばされる力が働く。したがって、抵抗体が伸ばされる方向への力が小さくなり、抵抗体１０と放熱板１３との間で発生する応力が小さくなる。このように、複数の放熱板１３を配置し、放熱板１３間の隙間１４を応力の逃がし部とすることは非常に有効である。

さらに、第１電極２０Ａを電流が流入する＋側とし、第２電極２０Ｂを電流が流出する−側とする場合、第１放熱板１３Ａの熱伝導率よりも第２放熱板１３Ｂの熱伝導率を低くすることが好ましい。逆に、第２電極２０Ｂを電流が流入する＋側とし、第１電極２０Ａを電流が流出する−側とする場合、第２放熱板１３Ｂの熱伝導率よりも第１放熱板１３Ａの熱伝導率を低くすることが好ましい。すなわち、第２放熱板１３Ｂは第１放熱板１３Ａとは異なる熱伝導率を有することが好ましい。このようにすれば、ペルチェ効果により＋側の電極と−側の電極とで温度差が生じても、一対の電極２０間の温度差を抑制できる。そのため、一方の電極が高温になることによるめっき層１５の長期的な劣化を抑えることができる。

アルミナ純度が高いと熱伝導率は高くなる。したがって、熱伝導率を第１放熱板１３Ａと第２放熱板１３Ｂとで異なるようにするには、例えば、純度の異なるアルミナで第１放熱板１３Ａと第２放熱板１３Ｂとを形成すればよい。

また、放熱板１３の抵抗体１０に対向する面をサンドブラスト等によって粗面化処理することが好ましい。この処理により、放熱板１３と抵抗体１０との密着性が良くなる。そのため、抵抗体１０で発生した熱が放熱板１３により伝わり易くなり、抵抗体１０の温度上昇をより抑えることができる。一方、放熱板１３の抵抗体１０と反対側の表面を粗面化処理すれば、表面積が広くなるため、放熱性が大きくなる。

次に図３を参照しながら放熱板１３の好ましい構造について説明する。図３は本実施の形態における他のチップ抵抗器の断面図である。このチップ抵抗器では、放熱板１３は、セラミック板２３と金属層１３Ｆとを有する。セラミック板２３は、抵抗体１０の第２面に貼り付けられた第１面と、この第１面の反対側の第２面とを有し、金属層１３Ｆはセラミック板２３の第２面に形成されている。セラミック板２３を使用すれば、さらに放熱板１３の放熱性が高まるとともに、金属層１３Ｆから保護膜１７への放熱も向上する。そのため、抵抗体１０の温度上昇をさらに抑えることができる。

次に図４を参照しながらさらに放熱板を追加する構造について説明する。図４は本実施の形態におけるさらに他のチップ抵抗器の断面図である。このチップ抵抗器では、抵抗体１０の一対の電極２０が形成された第１面にも放熱板１３Ｃが配置されている。これにより抵抗体１０の第１面からも放熱されるので、抵抗体１０の温度上昇をさらに抑えることができる。

なお、以上の説明では、隙間１４の長手方向が一対の電極２０同士が向かい合う方向と直交する方向と一致している。しかしながらこの構成に限定されず、隙間１４の長手方向が一対の電極２０同士が向かい合う方向に対して斜めになる方向、あるいは平行となっていてもよい。これにより、抵抗体１０のたわみ応力に対する強度を向上させることができる。

また、隙間１４をジグザク状、すなわち、２つの放熱板１３の形状を、対向する放熱板１３に向かって突出する部分と凹んだ部分が交互に形成された櫛歯状として、互いに嵌合し合うようにしてもよい。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２におけるチップ抵抗器の断面図である。本実施の形態が実施の形態１と相違する点は、放熱板が複数積層されている点である。図５に示す構成では、２つの放熱板１３それぞれに、接着層１６Ｂを介して、上層放熱板１３Ｄが積層されている。なお、接着層１６Ｂの構成は接着層１６Ａと同様である。第１放熱板１３Ａに積層された上層放熱板１３Ｄは第３放熱板、第２放熱板１３Ｂに積層された上層放熱板１３Ｄは第４放熱板である。

この構成により、定格または保証印加電流値に応じて、放熱板１３および上層放熱板１３Ｄの枚数を変更することができるため、抵抗体１０の温度上昇をコントロールでき、任意の定格を有する製品を容易に製造できる。

また、放熱板１３および上層放熱板１３Ｄの厚みを厚くしたり、上層放熱板１３Ｄを複数積層したりすることによって放熱を大きくすれば、保護膜１７が不要となる場合がある。

なお、図５では放熱板１３と上層放熱板１３Ｄとで２層としているが、複数の上層放熱板１３Ｄを積層して３層以上としてもよい。

次に、上層放熱板１３Ｄを用いる場合のさらに好ましい構造について図６を参照しながら説明する。図６は本実施の形態における他のチップ抵抗器の断面図である。

この構成では、放熱板１３と、上層放熱板１３Ｄと、一対の電極２０とが熱的に結合するように、放熱板１３、上層放熱板１３Ｄおよび抵抗体１０の両端面に高熱伝導部材１８が配置されている。高熱伝導部材１８は、熱伝導率の良好なＣｕ、Ａｇなどの金属で形成されている。また、積層された放熱板１３、上層放熱板１３Ｄの全てではなく、これらの一部に高熱伝導部材１８を接続してもよい。すなわち、第１電極２０Ａは、第１放熱板１３Ａと熱的に結合され、第２電極２０Ｂは第２放熱板１３Ｂと熱的に結合されている。

この構成により、抵抗体１０で発生した熱は放熱板１３と高熱伝導部材１８とを介して一対の電極２０にも伝わる。そのため、抵抗体１０のホットスポットの温度が上昇するのを抑えることができ、長期信頼性がより向上する。

さらに、図７に示すように、上層放熱板１３Ｄ同士を、隙間１４を介さずに接して配置してもよい。第１放熱板１３Ａに積層された上層放熱板１３Ｄは第１上層放熱板であり、第２放熱板１３Ｂに積層された上層放熱板１３Ｄは第１上層放熱板と熱的に結合した第２上層放熱板である。あるいは、図８に示すように、１枚の上層放熱板１３Ｅを複数の放熱板１３に積層してもよい。

放熱板１３を金属で形成した場合、最下層に位置する放熱板１３と抵抗体１０との距離が短くてショートする可能性がある。そのため、放熱板１３同士の間には隙間１４を設ける必要がある。一方、上層放熱板１３Ｄと抵抗体１０とはある程度離れているため、上層放熱板１３Ｄ同士の間に隙間１４を設けなくてもよい。そしてさらに上層放熱板１３Ｅを用いることによって、チップ抵抗器の放熱性と強度が向上する。

そして、上層放熱板１３Ｄを２層以上とした場合、放熱性、強度、ショートの可能性に応じて、放熱板１３同士の間にのみ隙間１４を設け、上層放熱板１３Ｅを複数層設けてもよい。また、最上層にのみ上層放熱板１３Ｅを用い、放熱板１３同士の間や上層放熱板１３Ｄ同士の間に隙間１４を設けてもよい。さらに、上層放熱板１３Ｅを、発熱が大きい箇所付近、強度が弱い箇所付近のみに形成してもよい。また、平面視において、間に隙間１４を設けた複数の放熱板１３全体の最外周よりも最外周が内側になるように上層放熱板１３Ｅを形成してもよい。また、放熱板１３の上に、間に隙間１４を設けた上層放熱板１３Ｄを積層し、さらにその上に上層放熱板１３Ｅを積層した場合には、間に隙間１４を設けた複数の放熱板１３全体の最外周よりも最外周が内側になるように上層放熱板１３Ｅを形成してもよい。以上のように、複数の放熱板１３に積層された少なくとも１つの上層放熱板１３Ｄまたは１３Ｅを設けることが好ましい。

さらに、図９に示すように、上層放熱板１３Ｅを用いた場合でも、一対の電極２０のそれぞれを放熱板１３と熱的に結合させる高熱伝導部材１８を形成してもよい。なお図９では高熱伝導部材１８は上層放熱板１３Ｅと放熱板１３と電極２０とを熱的に結合させているが、放熱板１３と電極２０のみを熱的に結合させてもよい。

また、図１０に示すように、放熱板１３同士の隙間１４を抵抗体１０の中心線に形成しなくてもよい。すなわち、第１電極２０Ａに近い第１放熱板１３Ｓと第２電極２０Ｂに近い第２放熱板１３Ｌの、放熱板１３が配列された方向における長さを異ならせてもよい。言い換えると、第１放熱板１３Ｓと第２放熱板１３Ｌの間の隙間１４は、抵抗体１０の中心線から外れた位置に形成されてもよい。

電流が流入する＋側の第２電極２０Ｂに近い第２放熱板１３Ｌの長さより、電流が流出する−側の第１電極２０Ａに近い第１放熱板１３Ｓの長さを短くすれば、ペルチェ効果により第２電極２０Ｂと第１電極２０Ａとで温度差が生じても、電極２０間の温度差を抑制できる。

なお、隙間１４をジグザク状にする場合、対向する放熱板１３に向かって突出する部分と凹んだ部分とが、上層放熱板１３Ｄとその下層の放熱板１３とで交互になるように寸法を設定する。

なお、図１０では上層放熱板１３Ｅを設けているが、図４のように上層放熱板１３Ｅを設けない構成において、第１放熱板１３Ａ、第２放熱板１３Ｂに代えて、第１放熱板１３Ｓ、第２放熱板１３Ｌを用いてもよい。

（実施の形態３）
図１１、図１２はそれぞれ、本発明の実施の形態３におけるチップ抵抗器の平面図と１２−１２線における断面図である。本実施の形態が実施の形態１と相違する点は、トリミング溝１０Ａが形成された箇所のみに１枚の放熱板１３を配置している点である。すなわち、このチップ抵抗器は、抵抗体１０と、抵抗体１０の第１面の両端部に形成された一対の電極２０と、放熱板１３とを有する。抵抗体１０は、板状の金属で構成され、トリミング溝１０Ａが形成されている。放熱板１３は抵抗体１０の第２面に固定され、少なくともトリミング溝１０Ａが形成された箇所を覆っている。そして、放熱板１３の端部は、平面視において、トリミング溝１０Ａが形成された部分の外周と実質的に一致している。

この構成により、トリミング溝１０Ａが形成されたホットスポットで発生する熱を効果的に放熱板１３に伝導させることができる。そのため、材料コストを削減したうえで、抵抗体１０の温度上昇を抑えることができる。

本発明に係るチップ抵抗器は、高い長期信頼性を有する。そのため、特に各種電子機器の電流値検出等に使用される高電力用のチップ抵抗器として有用である。

１０抵抗体
１０Ａトリミング溝
１１金属板
１３，１３Ｃ放熱板
１３Ａ，１３Ｓ第１放熱板
１３Ｂ，１３Ｌ第２放熱板
１３Ｄ，１３Ｅ上層放熱板
１３Ｆ金属層
１４隙間
１５めっき層
１６Ａ，１６Ｂ接着層
１７保護膜
１８高熱伝導部材
２０電極
２０Ａ第１電極
２０Ｂ第２電極
２３セラミック板

Claims

板状の金属で構成された抵抗体と、
前記抵抗体の第１面の両端部に形成された第１電極と第２電極と、
前記抵抗体の第２面に固定された複数の放熱板と、を備え、
前記複数の放熱板は、前記第１電極に最も近い第１放熱板と、前記第２電極に最も近い第２放熱板とを含み、
前記複数の放熱板は互いに隙間を介して配置され、
前記複数の放熱板は前記第１電極、前記第２電極と直接接触しない、
チップ抵抗器。
前記第２放熱板は前記第１放熱板とは異なる熱伝導率を有する、
請求項１に記載のチップ抵抗器。
前記第1放熱板および前記第２放熱板に積層された上層放熱板をさらに備えた、
請求項１に記載のチップ抵抗器。
前記第１放熱板に積層された第１上層放熱板と、前記第２放熱板に積層され、前記第１上層放熱板と熱的に結合した第２上層放熱板とをさらに備えた、
請求項１に記載のチップ抵抗器。
前記第１電極は前記第１放熱板と熱的に結合され、前記第２電極は前記第２放熱板と熱的に結合されている、
請求項１に記載のチップ抵抗器。
前記第１放熱板と前記第２放熱板の間の隙間は、前記抵抗体の中心線から外れた位置に形成されている、
請求項１に記載のチップ抵抗器。
前記複数の放熱板の表面は粗面化されている、
請求項１に記載のチップ抵抗器。
前記複数の放熱板のそれぞれは、
前記抵抗体の前記第２面に貼り付けられた第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有するセラミック板と、
前記セラミック板の前記第２面に形成された金属層と、を有する、
請求項１に記載のチップ抵抗器。
前記抵抗体にトリミング溝が形成され、
前記放熱板は少なくとも前記トリミング溝が形成された箇所を覆い、
前記放熱板の端部は、平面視において、前記トリミング溝が形成された部分の外周と実質的に一致している、
請求項１に記載のチップ抵抗器。