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JP2002057009A - 抵抗器の製造方法および抵抗器 - Google Patents

抵抗器の製造方法および抵抗器

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JP2002057009A
JP2002057009A JP2000239076A JP2000239076A JP2002057009A JP 2002057009 A JP2002057009 A JP 2002057009A JP 2000239076 A JP2000239076 A JP 2000239076A JP 2000239076 A JP2000239076 A JP 2000239076A JP 2002057009 A JP2002057009 A JP 2002057009A
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resistance
shunt resistor
electrode
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圭史 仲村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特性の良好な大電流測定用のシャント抵抗器
およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 シャント抵抗器100は、110に示す
貴金属合金あるいは金属合金から作製される抵抗体およ
び121と122に示す高伝導性の電極および131と
132に示す溶融はんだ材から構成され、抵抗体110
と電極121と122は強固に接合されており、抵抗体
には抵抗調整用の切り込みがない。そのためシャント抵
抗器100は、低抵抗値を示し、TCR値、抵抗値変化
率が小さく、大電流を精度よく測定するのに適してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗器およびその
製造方法に関し、例えば、高電流検出に適する低抵抗素
子部と導電率の高い金属導体よりなる電極を有する抵抗
器およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】大電流の検出用にミリオーム程度の極め
て抵抗値が小さい抵抗器(シャント抵抗器)を用いるこ
とは良く知られている。このシャント抵抗器を用いた大
電流I(A)の検出では、既知の低抵抗値を有し、抵抗
値の変動が小さいシャント抵抗器R(Ω)に、高電流I
(A)を流した時のシャント抵抗器の両端における電圧
降下V(V)を測定し、I=V/Rを用いて電流値I
(A)を算出する。
【0003】シャント抵抗器の一例を図7に示す。シャ
ント抵抗器1000は、金属製の抵抗部1400および
2つの電極部1100から構成されている。抵抗部14
00は、例えば、Cu−Ni合金(例えば、CN49
R)などの金属合金が用いられる。電極1100には、
はんだ付け性を考慮してはんだめっき1200が施され
ている。
【0004】ここで、シャント抵抗器の特性は、抵抗の
温度係数(TCR:Temperature Coef
ficient of Resistance)やシャ
ント抵抗器を所定条件下で長時間使用した場合(例え
ば、1000時間)の使用前後における抵抗値変化(寿
命試験)などを用いて評価される。
【0005】ここで、抵抗の温度係数(TCR)は、
(1)式で求められ、1000時間の寿命試験前後の抵
抗値変化ΔR/Rは、(2)式を用いて評価される。
【0006】 TCR=((R−R)/R)×(1/(T−T)) (1) R1:測定温度Tにおける抵抗値(Ω)、T:測定
温度 R0:基準温度Tにおける抵抗値(Ω)、T:基準
温度 ΔR/R=(R1000−R)/R (2) R1000:1000時間の寿命試験後の抵抗値(Ω) R :寿命試験前の抵抗値(Ω) また、シャント抵抗器をプリント配線板などに実装する
ためには、シャント抵抗器を小型化し、高密度実装に適
した構造にすることが必要である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、シャント抵
抗器を用いて大電流を精度よく測定するためには、シャ
ント抵抗器の特性である設定した抵抗の温度係数に限り
なく近づけたり、使用時の抵抗の経時変化を小さくする
必要がある。また、大電流を流したときの電流に対する
抵抗値変化を小さくして電圧(V)−電流(I)特性を
良くする必要がある。
【0008】図7に示すシャント抵抗器1000では、
所定の抵抗値とするためにレーザ加工機などを用いて1
300で示される切り込みが抵抗部1400中に数カ所
入れられている。この切り込み1300は、抵抗調整に
は必要であるが、シャント抵抗器1000の特性を劣化
させる原因となっている。
【0009】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたものであり、その目的は、特性の良好な大電流
測定用のシャント抵抗器およびその製造方法を提供する
ことである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の抵抗器の製造方法は、以下の構成を有する。
すなわち、抵抗用合金からなる抵抗体と、高導電率の金
属からなる電極とを有する抵抗器の製造方法であって、
略板状の前記抵抗用合金と略板状の前記高導電率の金属
とを積層し、前記抵抗用合金と前記金属との接触界面を
接合して接合体を形成する接合工程と、前記接合体の金
属面の所定範囲を、前記金属面から前記接触界面まで除
去して前記金属を少なくとも2分割して前記電極を形成
する除去工程と、前記接合体を分割して複数の抵抗器を
形成する分割工程と、を有することを特徴とする。
【0011】また例えば、さらに、前記電極にはんだ層
を形成する工程を有することを特徴とする。
【0012】また例えば、さらに、形成された抵抗器の
抵抗値を調整する工程を有することを特徴とする。
【0013】また例えば、前記抵抗用合金は、銅・ニッ
ケル合金、ニッケル・クロム合金、鉄・クロム合金、マ
ンガン・銅・ニッケル合金、白金・パラジウム・銀合
金、金・銀合金、金・白金・銀合金、のいずれかである
ことを特徴とする。
【0014】また例えば、前記電極は、銅または銅を含
む合金であることを特徴とする。
【0015】また、上記目的を達成するための本発明の
抵抗器は、以下の構成を有する。すなわち、高導電率の
金属によりなる互いに分離した少なくとも2つの電極
と、前記電極に電気的かつ機械的に結合された、略板状
の抵抗用合金からなる抵抗部と、を有する。
【0016】また例えば、前記抵抗用合金は、銅・ニッ
ケル合金、ニッケル・クロム合金、鉄・クロム合金、マ
ンガン・銅・ニッケル合金、白金・パラジウム・銀合
金、金・銀合金、金・白金・銀合金、のいずれかである
ことを特徴とする。
【0017】また例えば、前記電極は、銅または銅を含
む合金であることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の好適な実施の形態であるシャント抵抗器100および
シャント抵抗器100の作製方法を詳細に説明する。
【0019】なお、本実施の形態に記載されているシャ
ント抵抗器の抵抗体として用いられる合金組成は、一例
であり、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範
囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、作製す
るシャント抵抗器の必要特性や仕様に応じて決定される
ものである。
【0020】[シャント抵抗器の構造]図1に、基板1
40の導体パターン上にはんだ付けされた本実施の形態
であるシャント抵抗器100を示す。シャント抵抗器1
00は、110の金属製の抵抗体、接続端子である電極
121および122から構成されている。
【0021】シャント抵抗器100は、1つの直方体形
状を有する抵抗体110に2つの直方体形状の電極12
1と122を図1に示すように接合した構造である。抵
抗体の厚さは、約100〜1000μmである。また、
各電極の厚さは、約10〜300μmである。また、各
電極の表面には、約2〜10μmのはんだ膜が形成され
ている。
【0022】シャント抵抗器100は、放熱しやすいよ
うに設計されており、プリント配線板などに実装する際
の基板140としては、例えばアルミ基板などが用いら
れ、その基板140もヒートシンクなどに接続された構
造となっている。
【0023】すなわち、高電流を測定したときにシャン
ト抵抗器100に発生する熱は、基板140方向に伝達
されるために、シャント抵抗器100と基板140との
接合面が重要であり、シャント抵抗器100は、基板1
40との接合面である電極121、122に熱伝導の良
い銅の厚板を用い、接合面積を大きく取ることを特徴と
している。
【0024】また、高電流を測定するときの電流は、基
板140のパターンよりシャント抵抗器100の一方の
電極121を介して抵抗体110に流れ、さらに抵抗体
110から他の1つの電極122へと流れる。また、高
電流を流したときの電極121と電極122間、すなわ
ちシャント抵抗器100の両端における電圧降下を測定
する。このため図1の構造を有するシャント抵抗器10
0は、大電流での使用が可能である。
【0025】抵抗体110用材料としては、例えば、C
u−Ni合金(CN49Rなど)や図4に示す各種金属
合金および各種貴金属合金が用いられ、仕様に応じて決
定される比抵抗、TCR、抵抗値変化などの各種特性に
適合する金属合金や貴金属合金などが図4より適宜選択
されて使用される。また図4以外にも、例えば、マンガ
ン・銅・ニッケル合金などを使用しても良い。
【0026】また、図4に示すように、貴金属合金を使
用する場合には、約2〜約7μΩ・cmと極めて低い電
気抵抗を有する抵抗体110が得られ、例えば、これら
の貴金属合金を抵抗体110として使用する場合には、
図1に示す構造のシャント抵抗器100の抵抗値は、約
0.04〜0.15mΩとなる。
【0027】また電極121および122の材料として
は、電気抵抗が抵抗体110に比べて小さい銅材料(例
えば、1.5μΩ・cm程度)が用いられ、抵抗体11
0と電極121あるい抵抗体110と電極122とはク
ラッド接合により接合される。2つの電極121および
122の電極面は、高電流を測定する際に発生する熱を
放熱しやすくするため、基板140方向に熱が伝達され
やすいように電極面積を広くとるように設計されてお
り、熱伝導性の良い銅の厚板を用い、接合面積を大きく
取ることを特徴としている。
【0028】また電極121および122の表面には、
基板の導体パターンへのはんだ付け性を向上するため
に、例えば、溶融はんだ材(Sn:Pb=9:1)また
は鉛フリーはんだ材の膜131および132が形成され
ている。溶融はんだ材は、銅材の電極121または12
2との間に拡散層を有するため、電極の接合強度および
電気的信頼性は、向上する。
【0029】なお、シャント抵抗器100の特徴は、抵
抗体110が平板からなる単純構造となっており、従来
のシャント抵抗器1000に見られるような切れ込み1
300が無い点である。このように抵抗体110中に切
れ込みがないため、大電流を流したときの電流経路が安
定し、抵抗値変化(ΔR/R)は、約0.1%以下に抑
えることができ、切れ込みがある場合の抵抗値変化(Δ
R/R)数〜20%に比べて抵抗値変化を1/数10〜
1/200程度に低減できる。
【0030】また、抵抗体110に約2〜7μΩ・cm
の極めて低い電気抵抗を有する貴金属合金を使用する
と、シャント抵抗器100の抵抗値は、約0.04〜
0.15mΩとなるため、高電流の測定に適したシャン
ト抵抗器が得られる。
【0031】[シャント抵抗器の作製方法]次に、図2
および図3を用いて、シャント抵抗器100の作製方法
について以下に説明する。図2は、シャント抵抗器10
0の作製方法の一例を示すものであり、図3は、図2の
各作製工程で用いられる各素材や作製されるシャント抵
抗器100の形状を示したものである。
【0032】図2において、電極材の銅合金230とし
ては、例えば、比抵抗約1.5μΩ・cmの銅材が選択
され、素材加工240工程において、所定の寸法に加工
される。
【0033】また、抵抗材の合金210としては、例え
ば、図4に示す所定の比抵抗を有する各種金属合金や各
種貴金属合金の中から用途や仕様に応じて選択され、素
材加工220工程において、所定の寸法に加工される。
【0034】次に、図3の120に示す銅材と110に
示す抵抗体、例えば、貴金属合金とが接合250工程に
てクラッド接合される。この接合体310における抵抗
体110と電極120の界面は、拡散層により強固に結
合されているため、抵抗体110と電極120との接合
強度および電気的信頼性は向上する。
【0035】次に、接合体310は、電極加工260工
程にて、図3の320に示す所定の形状の接合体となる
ように電極120の一部が除去される。例えば、切削装
置を用いて、図3の320に示す電極120の中央部分
123が抵抗体110が露出するまで除去され、電極1
20は、121と122に分割される。電極121と電
極122の厚さは、約10〜300μmである。また、
抵抗体110の厚さは、約100〜1000μmであ
る。
【0036】次に、接合体320は、溶融はんだ加工2
70工程にて、電極121と電極122の表面に131
と132で示す約2〜10μmのはんだ膜が形成され、
接合体330を得る。この時使用されるはんだとして
は、例えば、溶融はんだ材(Sn:Pb=9:1)ある
いは、鉛フリーはんだ材などが用いられる。
【0037】この溶融はんだ材と銅材の電極120との
間には、拡散層が形成されるため、溶融はんだ材131
と電極121および溶融はんだ材132と電極122と
は強固に接合される。そのためそれらの界面の接合強度
は高く電気的信頼性も向上し、さらに、溶融はんだ材1
31および132を介してシャント抵抗器100をアル
ミ基板140の導体パターンにはんだ付けすることが可
能となる。
【0038】次に、接合体330は、切断加工280工
程にて、レーザ加工機、プレス加工機、ワイヤー放電加
工機、円盤切削機などを用いて、所定の長さに切断さ
れ、340に示す所定の寸法を有する接合体、例えば、
厚さ約0.1〜20mmを得る。
【0039】次に、接合体340は、抵抗調整290工
程にて、所定の抵抗値を有するように調整される。すな
わち接合体350の抵抗値を測定しながら、サンドブラ
スト法など、またはレーザー加工機などの各種切断機を
用いて、接合体350の側面部や表面部の一部を除去す
る。その結果、所定の抵抗値を有すシャント抵抗器10
0が得られる。
【0040】[シャント抵抗器の諸特性]図4の各種金
属合金および各種貴金属合金を用いて作製したシャント
抵抗器の抵抗値の一例を以下に説明する。例えば、図4
に示す約2〜約7μΩcmの低抵抗の貴金属合金を使用
した場合の図1に示す構造のシャント抵抗器の抵抗値
は、約0.05〜0.14mΩ程度であり、低抵抗値を
有するシャント抵抗器が得られる。
【0041】図5に、Cu−Ni系合金であるCN49
を抵抗体110として用い図2の本作製方法で作製され
たシャント抵抗器100のTCR値および1000時間
の寿命試験後の抵抗値変化を一例として示す。また、図
5には、比較として図7に示す従来の方法で作製された
シャント抵抗器1000のTCR値および1000時間
の寿命試験後の抵抗値変化を合わせて示す。図5より、
本作製方法で作製されたシャント抵抗器100は、従来
品に比べてTCR値が約1/3以下に、抵抗値変化が1
/20〜1/30以下に低下し、各々の特性が向上して
いることがわかる。
【0042】ここで、Cu−Ni系合金であるCN49
のTCR値は、約50ppm/℃であり、シャント抵抗
器110のTCR値に極めて近い。このことから、本製
造方法で製造されるシャント抵抗器110は、Cu−N
i系合金(CN49)がもつ本来のTCR値をほぼ再現
できる製造方法といえる。また、従来の製造方法で製造
されたシャント抵抗器1000は、抵抗調整用の切り込
み1400がCu−Ni系合金(CN49)の本来のT
CR値を発現できない阻害要因として働いているといえ
る。
【0043】なお、図5には示さなかったが、シャント
抵抗器100の抵抗体として図4に示す各金属合金また
は各基金属合金を抵抗体110として用いてTCR値お
よび1000時間の寿命試験後の抵抗値変化を行った。
その結果も図5とほぼ同様のTCR値や抵抗値変化値が
得られた。これらのことから、図4に示す各金属合金ま
たは各基金属合金を抵抗体110として用い、図2の作
製方法によって作製されたたシャント抵抗器100は優
れたTCR値や抵抗値変化値が得られることがわかる。
【0044】また、図6に、図5で示した本実施の形態
であるシャント抵抗器100と従来例のシャント抵抗器
1000との電圧(V)−電流(I)特性を測定した結
果を示す。図6の結果より、抵抗体110に切り込みが
無いシャント抵抗器100の電流値の増加に伴う抵抗値
の変化は、0.1%以下に抑えることができ、優れた電
圧(V)−電流(I)特性が得られた。
【0045】一方、抵抗体に切り込みが多数あるシャン
ト抵抗器1000では、電流値の増加に伴い抵抗値が数
%から20%も増加し、大電流を流したときの抵抗値の
変化が大きい。これは、切り込みがあると電流経路が安
定しないためである。このことから、大電流を流したと
きのシャント抵抗器の抵抗値変化を小さくするために
は、切り込みの無い形状が望ましいことがわかる。
【0046】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、シャント抵抗器を作製する際に貴金属合金などの低
抵抗材料を抵抗体として用い、抵抗体中にさらに抵抗調
整用の切り込みを入れないでシャント抵抗器を作製する
ことにより、低抵抗で高電流の測定に適した電流経路を
有する抵抗変化率の小さなシャント抵抗器が提供ができ
る。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により特性
の良好な大電流測定用のシャント抵抗器およびその製造
方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態であるシャント抵抗器の概
略構造図である。
【図2】シャント抵抗器の作製方法を示す図である。
【図3】シャント抵抗器の各製造工程における接合体の
形状を示す図である。
【図4】抵抗体の種類を示す図である。
【図5】シャント抵抗器のTCR値及び寿命試験後の抵
抗値変化を比較した図である。
【図6】シャント抵抗器のV−I特性を比較した図であ
る。
【図7】従来の切れ込みが入ったシャント抵抗器の概略
構造図である。
【符号の説明】
100 シャント抵抗器 110 抵抗体 121 電極 122 電極 131 溶融はんだ材 132 溶融はんだ材 140 基板

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 抵抗用合金からなる抵抗体と、高導電率
    の金属からなる電極とを有する抵抗器の製造方法であっ
    て、 略板状の前記抵抗用合金と略板状の前記高導電率の金属
    とを積層し、前記抵抗用合金と前記金属との接触界面を
    接合して接合体を形成する接合工程と、 前記接合体の金属面の所定範囲を、前記金属面から前記
    接触界面まで除去して前記金属を少なくとも2分割して
    前記電極を形成する除去工程と、 前記接合体を分割して複数の抵抗器を形成する分割工程
    と、を有することを特徴とする抵抗器の製造方法。
  2. 【請求項2】 さらに、前記電極にはんだ層を形成す
    る工程を有することを特徴とする請求項1に記載の抵抗
    器の製造方法。
  3. 【請求項3】 さらに、形成された抵抗器の抵抗値を
    調整する工程を有することを特徴とする請求項1または
    請求項2に記載の抵抗器の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記抵抗用合金は、銅・ニッケル合金、
    ニッケル・クロム合金、鉄・クロム合金、マンガン・銅
    ・ニッケル合金、白金・パラジウム・銀合金、金・銀合
    金、金・白金・銀合金、のいずれかであることを特徴と
    する請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の抵抗
    器の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記電極は、銅または銅を含む合金であ
    ることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1
    項に記載の抵抗器の製造方法。
  6. 【請求項6】 高導電率の金属によりなる互いに分離し
    た少なくとも2つの電極と、 前記電極に電気的かつ機械的に結合された、略板状の抵
    抗用合金からなる抵抗部と、を有する抵抗器。
  7. 【請求項7】 前記抵抗用合金は、銅・ニッケル合金、
    ニッケル・クロム合金、鉄・クロム合金、マンガン・銅
    ・ニッケル合金、白金・パラジウム・銀合金、金・銀合
    金、金・白金・銀合金、のいずれかであることを特徴と
    する請求項6に記載の抵抗器。
  8. 【請求項8】 前記電極は、銅または銅を含む合金であ
    ることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の抵
    抗器。
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