JP4452196B2

JP4452196B2 - 金属板抵抗器

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Inventors: 和弘石田; 里志知久
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Description

本発明は、電流検出用等の用途に好適な金属板抵抗器の構造に関する。

板体状の金属板抵抗体の両端に電極を配設した金属板抵抗器は、放熱性が良好で電流容量が大きくとれるため、従来から電流検出用抵抗器等に広く用いられている。このような金属板抵抗体としては、例えば、銅ニッケル系合金、ニクロム系合金、鉄クロム系合金、マンガニン系合金等が用いられ、数ｍΩ以下の低抵抗値を有する金属板抵抗器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１８４６０１号公報

自動車など、高温となる過酷な環境下で使用される金属板抵抗器に関する課題として、放熱性が良好で比較的低コストの実装基板としてアルミニウム基板が用いられる場合がある。この場合には実装基板と金属板抵抗器との熱膨張係数が大きく異なることにより、金属板抵抗器と実装基板の接合面であるはんだ接合面の熱疲労による劣化が問題となる場合がある。このため、実装基板としてアルミニウム基板を用いる場合に、金属板抵抗器と実装基板とのはんだ接合面の熱疲労に対する信頼性を高め、アルミニウム基板に実装しても十分な信頼性が得られる金属板抵抗器を提供することが要請されている。

本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、小型コンパクト化した構造で、且つアルミニウム基板等の実装基板と金属板抵抗器との熱膨張係数が大きく異なる場合においても、実装後の経年変化や環境変化（機械的ストレス、熱ストレス、電気ストレス）に対する安定性の高い金属板抵抗器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の金属板抵抗器は、金属板からなる抵抗体と、少なくとも一対の電極とを備え、実装基板へ面で実装する金属板抵抗器であって、前記抵抗体の両端部を抵抗体電極部として、該抵抗体電極部の下面に前記電極を接合し、前記抵抗体電極部の間に位置する抵抗体本体部の幅を、前記電極の幅よりも狭くしたことを特徴とするものである。

また、前記抵抗体両端部の抵抗体電極部の形状と、前記電極の形状とが略同一であることを特徴とするものである。

また、本発明の金属板抵抗器の前記抵抗体は、前記一対の電極の間に位置する抵抗体本体部と、該抵抗体本体部から連続的に拡幅する前記抵抗体本体部よりも広幅の抵抗体電極部とから構成され、前記抵抗体電極部の直下に前記抵抗体電極部と同一形状の前記電極を備えたことを特徴とする。ここで、前記抵抗体電極部は、前記抵抗体本体部から３０度乃至９０度の角度（好ましくは４５度）で拡幅していて、前記電極は、１５０μｍ以上の厚みを有することを特徴とするものである。そして、電極の平面視形状は八角形状をなしていることを特徴とするものである。

また、本発明の金属板抵抗器は、金属板からなる抵抗体と、少なくとも一対の電極とを備え、実装基板へ面で実装する金属板抵抗器であって、前記抵抗体の両端部を抵抗体電極部として、該抵抗体電極部の下面に前記抵抗体電極部と平面視同一形状の八角形状の前記電極が接合し、前記抵抗体電極部の間に位置する抵抗体本体部の幅を、前記電極の幅よりも狭くし、該抵抗体電極部は、平面視八角形状をなし、前記抵抗体本体部と断面視上面が同一平面をなしていて、断面視下面が前記抵抗体本体部下面よりも下方に突出し、前記抵抗体本体部の上面と、前記抵抗体電極部の上面の一部と、前記抵抗体本体部の下面と、前記抵抗体本体部の側面とを一体的に被覆する保護コートが設けられ、前記電極の下面と、前記電極の側面と、前記抵抗体電極部の側面と、前記抵抗体電極部の上面の前記保護コートが被覆されていない部分とを一体的に被覆するメッキコートが設けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、実装基板との接続部である電極部分の平面視形状を従来のＩ字型抵抗器よりも抵抗器の幅方向に拡幅するものである。これにより、電極部分における電流密度を低減することができるとともに、実装基板としてアルミニウム基板を用いた場合に、はんだ接合面の熱応力の集中する箇所を電極部周囲の八面に分散させることができる。従って、金属板抵抗器と実装基板とのはんだ接合面の熱応力の集中する部分において、はんだの熱疲労を低減することができる。これにより、金属板抵抗器と熱膨張係数の大きく異なるアルミニウム基板に実装しても、経年変化や環境変化（機械的ストレス、熱ストレス、電気ストレス）に対する安定性の高い金属板抵抗器を提供することができる。

特に、抵抗体本体部から連続的に拡幅する八角形状の電極部を備えることで、主として内側の斜辺部でパワーサイクル試験におけるはんだ接合面の熱応力の集中する部分を分散でき、主として外側の斜辺部でヒートサイクル試験におけるはんだ接合面の熱応力の集中する部分を分散できる。この結果、本発明の金属板抵抗器をアルミニウム基板に実装した熱サイクル試験において、良好な信頼性試験結果を得ることができる。すなわち、アルミニウム基板に問題なく実装可能な金属板抵抗器を提供することができる。

以下、本発明の実施形態例を添付図面に基づいて説明する。なお、各図中、同一の機能を有する部材または要素には同一の符号を付して、その重複した説明を省略する。

図１は、本発明の第１の実施形態例の金属板抵抗器を示す。この金属板抵抗器１０は、金属板からなる抵抗体１１と、抵抗体１１の両端部１１ｂ，１１ｃに接合されたＣｕの薄板（高導電性金属導体）からなる一対の電極１２，１３を備えている。ここで、抵抗体１１は、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｐｄ−Ｐｔ系合金、Ａｕ−Ａｇ系合金、Ａｕ−Ｐｔ−Ａｇ系合金等が用いられる。一対の電極１２，１３の表面には、溶融はんだ層またはメッキコート層を備え、実装時に実装基板のランドパターンへのはんだ付け性を良好なものとしている。抵抗体１１の底面側には、電極１２，１３の間に抵抗体１１の裏面側を被覆する絶縁層１５が設けられている。

このような金属板抵抗器１０は、例えば、１ｍΩ程度の低抵抗値を有するとともに、数Ｗ程度の電力容量を有する。そして、例えば、±１％以内等の高い抵抗値精度と、７５ｐｐｍ／℃以下等の低い抵抗温度係数（ＴＣＲ）を有し、各種電子機器などの電源回路基板等に組み込まれ、電流検出等の用途に好適に用いられる。

ここで、抵抗体１１は、平面視形状がＨ字型をなしていて、両端部１１ｂ，１１ｃ間に狭幅の中央部（本体部）１１ａを備えている。すなわち、一対の電極１２，１３の上部に位置する抵抗体電極部１１ｂ，１１ｃの幅Ｗ_２に対して、抵抗体中央部（本体部）１１ａを幅Ｗ_１に狭くしたことを特徴としたものである。すなわち、抵抗体本体部１１ａの幅Ｗ_１に対して、抵抗体電極部１１ｂ，１１ｃを幅Ｗ_２に拡幅したものである。ここで、電極１２，１３の形状は、抵抗体電極部１１ｂ，１１ｃと略同一の矩形状となっている。

図１（ｄ）は、この金属板抵抗器１０を実装基板１００に実装した状態を示す。金属板抵抗器１０は、例えば、放熱性の良好なアルミニウム基板１００に実装される。アルミニウム基板１００は、ランドパターン１０１，１０２を備え、このランドパターンに金属板抵抗器１０の電極１２，１３の底面および側面がはんだ１０３により接続固定される。したがって、抵抗体１１に流れる電流は、ランドパターン１０１，１０２を介して供給され、抵抗体１１で発生する熱は、電極１２，１３を介して、アルミニウム基板１００に伝導される。

図２（ａ）は、以下に述べる試験に用いた従来の金属板抵抗器の寸法例を比較のために示し、（ｂ）は試験に用いた上記本発明の金属板抵抗器の寸法例を示す。ここで、Ｌ＝１０ｍｍ，Ｗ＝８．４ｍｍ，Ｄ＝３．０ｍｍ，Ｘ＝１．０ｍｍである。即ち、従来の金属板抵抗器は、抵抗体が平面視ストレートなＩ形をなしているのに対して、本発明の金属板抵抗器の平面視は、抵抗体の中央部（抵抗体本体部）が狭幅で両端部が広幅なＨ字型をなしている。試験は、上記金属板抵抗器をアルミニウム基板に実装して行われた。負荷条件は、高電流（１０Ｗ）を１０秒オン／１０秒オフのサイクルを５００００サイクル印加して行われた。

以上のサンプルについて、それぞれ高電流を断続的に負荷した後の抵抗値変化を見てみると、従来例については、抵抗値の変化率が約３％であったが、本発明については約０．１％以下であった。金属板を用いた抵抗器においては、高電流印加試験における抵抗体自体の特性変化は極めて少ない。すなわち、長時間使用による特性変化は、主としてはんだ接合面における状態の変化に起因すると考えられる。従って、上記試験の結果、本発明の金属板抵抗器の構成により、はんだ接合面における熱疲労によるクラックの発生が抑制され、抵抗器としての安定性維持に寄与していることがわかる。

そのメカニズムを、図３（ａ）の平面図を参照して説明する。これは、図２（ａ）に示す従来例の金属板抵抗器を実装基板に、はんだ接合にて固定した場合である。図中の矢印は実装基板の膨張方向を示す。膨張方向は実装基板の位置や環境条件に応じて異なる。斜線部は金属板抵抗器の電極と実装基板とのはんだ接合面Ａ及びはんだフィレットＢである。図で示すとおり、実装基板の縦横の膨張による応力は○印で示す部分に集中し、この部分を起点としてクラックが進行すると考えられる。特に二重○で示した部分は、上記のとおり膨張による応力が集中する上、電流分布も集中し、発熱し易い部分であり、クラックの起点となりやすい部分であると考えられる。

図３（ｂ）は、図２（ｂ）に示す本発明の金属板抵抗器を、実装基板にはんだ接続にて固定した場合である。上記のように構成することによって、はんだ接合面の電極部分直下の４隅には実装基板の膨張による応力が加わるものの、電流の負荷による応力集中個所を点線○印部分Ｍに分散させることができる。したがって、特に内側の電極隅部分Ｋ直下でのはんだ接合面におけるクラックの進行を低減することができる。

図４は、本発明の第２の実施形態例の金属板抵抗器を示す。この金属板抵抗器の構成は基本的には図１に示したものと同一であるが、抵抗体電極部の電極１２ａ，１３ａの隅部分の形状が異なっている。すなわち、この金属板抵抗器においては、電極の平面視形状は図１に示すような矩形状ではあるが、隅部分を斜辺とした形状となっている。これにより、従来の金属板抵抗器の矩形状電極パターンの隅部分直下のはんだ接合面における応力集中という問題がさらに緩和され、はんだのクラック発生がさらに抑制され、信頼性の高い金属板抵抗器が提供される。

図５は、本発明の第３の実施形態例の金属板抵抗器を示す。この金属板抵抗器の構成も基本的には図１に示したものと同一であるが、抵抗体両端部の電極１２ｂ，１３ｂの隅部分の形状が異なっている。すなわち、この金属板抵抗器においては、矩形状電極パターンの隅部分が曲面形状（円形）となっている。これによっても、矩形状電極パターンの隅部分直下のはんだ接合面における応力集中という問題がさらに緩和され、はんだのクラック発生がさらに抑制され、信頼性の高い金属板抵抗器が提供される。

図６は、本発明の第４の実施形態例の金属板抵抗器の斜視図を示す。図６（ａ）はこの金属板抵抗器の抵抗体と電極との特徴的な構成を示し、図６（ｂ）は抵抗体部を被覆する保護コート及び電極部分を被覆するメッキコートを施した完成品の状態を示す。この金属板抵抗器２０は、図６（ａ）に示すように、銅ニッケル系合金またはニッケルクロム系合金等の金属板（抵抗合金板）からなる抵抗体２１と、該抵抗体２１の両端部下面に接合された銅（高導電性金属導体）からなる少なくとも一対の電極２２，２２とを備えている。

ここで、抵抗体２１は、前記一対の電極２２，２２の間に位置する抵抗体本体部２１ａと、該抵抗体本体部から連続的に拡幅する前記抵抗体本体部よりも広幅の抵抗体電極部２１ｂとから構成された平面視Ｈ字型形状を有している。そして、抵抗体電極部２１ｂの直下に前記抵抗体電極部と同一形状の電極２２を備えている。この抵抗体電極部２１ｂと電極２２とは、共に平面視八角形状をなしている。

すなわち、抵抗体２１は、抵抗体本体部２１ａと、該抵抗体本体部から平面視連続的に拡幅する前記抵抗体本体部よりも広幅の抵抗体電極部２１ｂ，２１ｂとから構成され、該抵抗体電極部２１ｂは、内側（抵抗体本体部から拡幅する）斜辺部と、外側（抵抗器長手方向両端面に縮幅する）斜辺部とを備えた平面視八角形状をなしている。また、抵抗体電極部２１ｂは、抵抗体本体部２１ａと断面視上面が同一平面をなしていて、断面視下面が抵抗体本体部下面よりも下方に突出している。そして、抵抗体電極部２１ｂの下面に抵抗体電極部２１ｂと平面視同一形状の八角形状の銅電極２２が接合されている。

図６（ｂ）に示すように、完成品の段階では抵抗体本体部２１ａは絶縁性樹脂層である保護コート２３により被覆されている。この保護コート２３は、一部が抵抗体電極部２１ｂ上に延伸して、これを被覆している。すなわち、抵抗体本体部２１ａの上面と、抵抗体電極部２１ｂの上面の一部と、抵抗体本体部２１ａの下面と、抵抗体本体部２１ａの側面とを一体的に被覆する絶縁樹脂層である保護コート２３が設けられている。そして、電極２２および抵抗体電極部２１ｂの上記保護コート２３により被覆されていない電極部分には下地ニッケルメッキ層にスズまたはスズ系合金等のメッキ層を形成したメッキコート２４が施されている。すなわち、電極２２の下面と、電極２２の側面と、抵抗体電極部２１ｂの側面と、抵抗体電極部２１ｂの上面の保護コート２３が被覆されていない部分とを一体的に被覆するメッキコート２４が設けられている。

従って、実装時には、電極部（電極２２と抵抗体電極部２１ｂ）の側面にハンダフィレットが形成され、実装基板のランドに強固な接合状態が形成される。すなわち、実装時には八角形状の拡幅した電極部構造により電極部の側面の面積が拡大し、ハンダフィレットの形成面積が増すため、実装時の固着強度が向上する。電極部は実装基板のランドに八面からハンダフィレットに取り囲まれた状態で固定される。また、抵抗体２１の上面には、その電極部まで延びた広い保護コートの領域が形成され、マーキング等の表示面積を拡張でき、実装性を良好なものとしている。

係る八角形状の拡幅した電極部構造により、従来の矩形状の電極部構造と比較して電極隅部を持たないので、従来の電極隅部直下の金属板抵抗器とアルミニウム基板との線膨張係数差によりはんだ接合面に生じていた応力の分散ができる。特に、内側（抵抗体本体部から拡幅する）斜辺部は、パワーサイクル試験における応力の分散に、外側（抵抗器長手方向両端面に縮幅する）斜辺部は、ヒートサイクル試験における応力の分散に有効である。

次に、この金属板抵抗器の構造の詳細について、図７を参照して説明する。この例は、抵抗値１ｍΩについてのものであり、抵抗器全体の長さ（Ｌ_２）は１０ｍｍであり、幅（Ｗ_２）は８．４ｍｍであり、厚み（ｔ_２）は０．６５ｍｍと極めて薄型の平板状チップ構造である。抵抗器の抵抗値は、両電極間に位置する抵抗体本体部２１ａの寸法と抵抗体材料の比抵抗によりその値が概略決定される。この例では、長さ（Ｌ_１）は４ｍｍであり、幅（Ｗ_１）は６．４ｍｍであり、厚み（ｔ_１）は０．３５ｍｍ程度に設定されている。抵抗体材料として、固有抵抗４９μΩ・ｃｍの銅ニッケル系合金を用いることで、上述したように抵抗値１ｍΩの抵抗器が得られる。

なお、抵抗体本体部の長さ（Ｌ_１）を３／４の３ｍｍとして、その他の寸法を変更せず、また抵抗体材料の固有抵抗を変更しない場合には、抵抗値０．７５ｍΩの抵抗器を製作することができる。また、抵抗体本体部の寸法を変更せず、抵抗体材料の固有抵抗が２倍の材料を用いることで、それぞれ抵抗値が１．５ｍΩ、２ｍΩの抵抗器を製作することができる。

電極２２は、高導電性金属導体として銅が用いられている。その平面視形状は、抵抗体電極部と同一形状の細長い八角形状をなしている。その厚み（ｔ_Ｃ）は、例えば２００μｍを採用している。この電極２２の厚み（ｔ_Ｃ）は精密級抵抗器の抵抗値精度を確保するうえで、後述するように重要である。なお、抵抗体電極部２１ｂの厚みは約４００μｍであり、電極との合計厚みは約６５０μｍである。これにより、薄型で、５Ｗ乃至８Ｗ程度の高い定格電力を有し、良好な抵抗温度係数（ＴＣＲ）を有する精密級電流検出用抵抗器が得られる。また、この抵抗器ではトリミングカットを用いず、電流経路が直線状であるため、いわゆる無誘導（低インダクタンス）タイプであり、インダクタンスが極めて低い抵抗器である。

次に、この抵抗器の特徴的な構造について説明する。上述したように、抵抗体２１は、前記一対の電極２２，２２の間に位置する抵抗体本体部２１ａと、この抵抗体本体部２１ａから連続的に拡幅する前記抵抗体本体部よりも広幅の八角形状の抵抗体電極部２１ｂとから構成される。そして、前記抵抗体電極部２１ｂの直下に前記抵抗体電極部と同一形状の八角形状の銅からなる電極２２が接合されている。この実施例の場合、抵抗体本体部２１ａから連続的に４５°の角度（θ）で拡幅し（辺Ａ：内側の斜辺部）、前記抵抗体本体部２１ａの側面もしくは側辺と平行となり（辺Ｂ）、その先で４５°の角度で縮幅し（辺Ｃ：外側の斜辺部）、端面（辺Ｄ）に接続され、抵抗体本体部２１ａよりも広幅の八角形状の抵抗体電極部２１ｂが形成されている。ここで、辺Ａ，Ｂ，Ｃは略等しい長さに形成されている。

ここで、抵抗体本体部から連続的に拡幅する角度θは、この実施例の場合４５°であるが、３０度乃至９０度程度であることが好ましい。この角度θが大きく、直角に近くなると電極隅部の角部直下のはんだ接合面において応力が集中し易くなる。この角度θが小さいと、図３（ａ）に示すように従来のＩ字型抵抗器と同様にＫ部（図３（ａ）参照）のはんだ接合面が応力の集中しやすい部分となり、はんだの熱疲労が生じやすくなる。

実装基板にアルミニウム基板を採用すると、その線膨張係数は、２７ｐｐｍ／℃程度となる。これに対して、金属板抵抗器を構成する抵抗体の線膨張係数は、Ｃｕ−Ｎｉ系合金では１４．９乃至１６．５ｐｐｍ／℃であり、Ｎｉ−Ｃｒ系合金では１３乃至１３．５ｐｐｍ／℃であり、純銅の線膨張係数は１６．５ｐｐｍ／℃程度である。このため、同一の温度変化が印加された場合、アルミニウム基板は金属板抵抗器に対して約２倍の割合で伸縮する。そして、金属板抵抗器と実装基板との界面に、軟らかいはんだ接合面が存在するが、熱サイクル試験においてこのはんだ接合面に熱応力の印加／除去のサイクルが繰り返されることになる。

はんだ接合面に熱応力の印加／除去のサイクルが繰り返されると、はんだ接合面に熱疲労が生じ、微細なクラックが生じ、該クラックが生じた部分の抵抗値を局部的に増加させることになる。熱疲労がさらに進行すると、微細なクラックはさらに大きなクラックへと成長し、ついにははんだ接合面での剥離発生に到る。

熱サイクル試験の内、電流負荷の印加を断続的に繰り返すパワーサイクル試験では、電流負荷の印加時に最も発熱して高温となる部分が抵抗体本体部であり、この熱が電極部から実装基板に伝熱される。特に、抵抗体本体部に流れる電流の大部分は、抵抗体電極部のうち、抵抗体本体部の界面近くから下方の電極に流れ、さらにはんだ接合面を介して実装基板のランドに流れる。このため、抵抗体本体部は熱膨張し、電極部分を押し出す力が作用するが、熱伝導性の良好なアルミニウム基板に固定された電極部分は抵抗体本体部から離れるに従って低温となり、特に抵抗器長手方向両端面の部分では、温度上昇の程度が低く、大きな熱膨張・収縮は生じない。

このため、実装基板の発熱中心、すなわち、線膨張差による熱応力発生が主要な（もしくは支配的な）箇所は、電極部分の平面視抵抗体本体部との界面よりの部分と考えられ、この部分を中心として電極部分とアルミニウム基板とが伸縮すると考えられる。従って、抵抗器全体としては殆ど熱膨張や熱収縮が極めて小さいにもかかわらず、電極部分の抵抗体本体部近辺が周辺と比較して高度に熱膨張や熱収縮をすると考えられる。そこで、パワーサイクル試験においては、矩形状電極の場合にはその内側角部（図３（ａ）の符号Ｋで示す角部）のはんだ接合面において、アルミニウム基板と金属板抵抗器の線膨張係数差による熱応力が集中すると考えられる。上記実施形態例の抵抗器電極部においては、この応力の集中する部分に、抵抗体本体部から拡幅する内側の斜辺部Ａを設けたので、この応力集中部を分散し、はんだ接合面の熱疲労を低減できる。

熱サイクル試験の内、高温と低温のサイクルを繰り返すヒートサイクル試験では、実装基板全体および金属板抵抗器全体に均一な温度が印加されるため、実装基板全体および金属板抵抗器全体が均一に熱膨張や熱収縮をする。すなわち、線膨張係数差による熱応力発生の主要箇所は、金属板抵抗器の平面視中心（抵抗体本体部の中心）と考えられ、この部分を中心としてアルミニウム基板と金属板抵抗器とが熱膨張や熱収縮をすると考えられる。従って、ヒートサイクル試験においては、電極部の角部のうち、特に平面視外側の角部（抵抗器長手方向両端面の角部）直下のはんだ接合面において熱応力が集中すると考えられる。上記実施形態例の抵抗器電極部においては、この応力の集中する部分に、抵抗器長手方向両端面に縮幅する外側側の斜辺部Ｃを設けたので、この応力集中部を分散し、はんだ接合面の熱疲労を低減できる。

すなわち、この実施形態例の金属板抵抗器においては、抵抗体本体部から連続的に拡幅する平面視八角形状の電極部分を備えることで、従来のＩ字型抵抗器の電極角部直下のはんだ接合面における応力集中を分散している。すなわち、従来のＩ字型抵抗器においては、アルミニウム基板による熱サイクル試験において、矩形状電極の内側角部（図３（ａ）の符号Ｋで示す角部）および外側角部（図３（ａ）の○で示す角部）直下のはんだ接合面に、アルミニウム基板と金属板抵抗器との線膨張差による熱応力が集中し、これによりはんだ接合面の熱疲労を招き、良好な試験結果が得られなかったが、上記平面視八角形状の電極部を備えることで、従来のＩ字型抵抗器の矩形状電極の角部を除去することで、応力を分散することができ、熱疲労を低減することができる。

また、抵抗体本体部から連続的に拡幅する平面視八角形状の電極部を備えることで、抵抗体本体部に流れる電流をスムーズに広幅の抵抗体電極部に均一に分散して流すことができる。これにより、電流分布が拡幅し、パワーサイクル試験における電流密度を低減するとともに伝熱密度を低減することができる。すなわち、抵抗体本体部を流れた電流は抵抗体電極部の抵抗体本体部に近い部分で大部分が銅電極に流れ、銅電極で均一な密度の電流となり、はんだ接合面を介してアルミニウム基板のランドに流れると考えられるので、上記抵抗体本体から拡幅する広幅の電極構造により電流の集中が緩和され、電流密度を低減できる。

また、抵抗体本体部から連続的に拡幅する平面視八角形状の電極部を備えることで、平面視八角形状の拡幅した電極部を八方からはんだフィレットで取り囲むことができる。特にパワーサイクル試験においては、平面視電極部内部を主要箇所として電極部が四方に伸縮するので、電極部を拡幅したうえで八方からはんだフィレットで取り囲むことで、電極部のはんだ接合面に生じる熱応力を効果的に分散できる。

特に、抵抗体本体部から拡幅する斜辺部Ａ（図７（ａ）参照）は、熱応力の分散効果が大きく、後述するパワーサイクルテスト（電流の断続的印加による寿命試験）で、抵抗値変化率ΔＲを小さく抑えるうえで重要な役割を果たしていると考えられる。

また、抵抗体電極部２１ｂの端面（辺Ｄ）の両側に縮幅する斜辺部Ｃ（図７（ａ）参照）も熱応力の分散効果が大きく、特に後述するヒートサイクル試験において、抵抗値変化率ΔＲを小さく抑えるうえで重要な役割を果たしていると考えられる。

図８は、上記Ｈ字型抵抗器と従来のＩ字型抵抗器とについて、アルミニウム基板に搭載してパワーサイクル試験を行った結果を示す。上記Ｈ字型抵抗器は、上述した構造の１ｍΩの抵抗値を有する抵抗器であり、従来のＩ字型抵抗器は、図３（ａ）に示す平板状抵抗体の両端に同幅の電極を備えた構造の１ｍΩの抵抗値を有する抵抗器であり、両者の抵抗体本体部の寸法は同一であり、抵抗体材料も同一である。従って、相違するのは抵抗体電極部と電極とからなる電極部の構造のみである。

パワーサイクル試験の条件は、１２Ｗの電力を６秒オンし、６秒オフするサイクルを１０万回繰り返すものである。試験結果は（ａ）に示すＨ字型抵抗器では、１０万サイクルの結果、抵抗値変化率ΔＲが１％以内に収まっているのに対し、（ｂ）のＩ字型抵抗器では、抵抗値変化率ΔＲが１％を超えるものが生じていることが分かる。このことから、電極部分を抵抗体本体部から連続的に拡幅する八角形状の電極形状とすることで、アルミニウム基板に実装しても抵抗値変化率ΔＲを１％以内に抑えることが可能となる。但し、抵抗値変化率ΔＲは、下記により算定される。
ΔＲ（％）＝（（Ｒ_１−Ｒ_０）／Ｒ_０）×１００
Ｒ_０：試験前の実測抵抗値Ｒ_１：試験後の実測抵抗値

図９は、上記Ｈ字型抵抗器と従来のＩ字型抵抗器とについて、アルミニウム基板に搭載してヒートサイクル試験を行った結果を示す。試験条件は高温（１２５℃）中と低温（−４０℃）中にそれぞれ３０分間放置するサイクルを１０００回繰り返すものである。この試験においても、電極部分を抵抗体本体部から連続的に拡幅する前記抵抗体本体部よりも広幅の平面視八角形状とすることで、（ａ）のＨ字型抵抗器においては、（ｂ）のＩ字型抵抗器よりも抵抗値変化率ΔＲが小さく抑えられるとともに、横軸のサイクル数の増加に伴って次第にそのΔＲ値の幅（すなわち、その絶対値）が次第に増加する。しかも、さらにそのΔＲ値の幅はＩ字型抵抗器よりもＨ字型抵抗器の方が明らかにより小さく収まっている。すなわち、図９（ａ）のＨ字型抵抗器と図９（ｂ）のＩ字型抵抗器とでは、同じ２５０サイクルから１０００サイクルまでの７５０サイクルの間において、ΔＲ値の幅はＩ字型抵抗器の方がＨ字型抵抗器よりも約５．３倍も増加していることを示している。

なお、これらの試験で、ΔＲが上昇するということは、はんだ接合面に熱疲労による微細なクラックが発生し、これによりはんだ接合面に微少な抵抗値が形成されたことに起因するものと考えられる。上記試験結果から、抵抗体本体部から連続的に拡幅する八角形状の電極部分を備えることで、上記Ｈ字型抵抗器においては、熱膨張係数が金属板抵抗器とは大きく異なるアルミニウム基板に実装しても、はんだ接合面に熱疲労が殆ど生じないことを示している。すなわち、金属板抵抗器をアルミニウム基板等の線膨張係数の大きく異なる実装基板に実装するに際しても、パワーサイクル試験やヒートサイクル試験等の熱サイクル試験において、良好な信頼性試験結果を得ることができ、従って、アルミニウム基板に問題なく実装が可能であることを示している。

次に、電極の厚みについて、検討結果を説明する。金属板抵抗器の場合、大電流が実装基板の一方のランドから一方の電極に流れ、次いで抵抗体電極部を経て抵抗体本体部に流れ、他方の抵抗体電極部を経て他方の電極に流れ、さらに他方のランドに流れる。ここで、高導電性金属導体からなる電極は、その内部で均一な電位分布を有することが要請される。すなわち、ランドと電極の間ははんだ接合面により接続されるが、はんだ接合面の接続状態は必ずしも均一でなく、個々の実装状態でそれぞれ異なっている。しかしながら、仮に、ランドと電極の間のはんだ接合面の影響が測定結果の抵抗値のバラツキとなると、例えば抵抗値許容差±１％等の精密な抵抗値精度は得られない。そこで、ランドと電極の間のはんだ接合面の影響を受けることなく、電極内部では均一な電位分布となることが要請される。

従って、抵抗値の許容バラツキ範囲が例えば±１％の精密級抵抗器においては、電極内部の電位分布の高い均一性が要請されるが、銅電極の場合、その厚みが薄すぎると電位分布の均一性の確保が十分でなくなる。図１０は、電極厚みと測定抵抗値の抵抗値変化率ΔＲとの関係についてのシミュレーション結果を示す。上記抵抗値１ｍΩのＨ字型抵抗器においては、銅電極の厚みは、測定抵抗値の抵抗値変化率ΔＲを０．５％以内に抑えるためには少なくとも１５０μｍの厚みが必要であるとの結果が得られた。但し、抵抗値変化率ΔＲは、下記により算定される。
ΔＲ（％）＝（（Ｒ_１−Ｒ_０）／Ｒ_０）×１００
Ｒ_０：目標抵抗値Ｒ_１：実測抵抗値
また、この場合における抵抗値変化率ΔＲのバラツキ幅は図１０における銅電極の厚みを増加するに伴って次第に小さくなっていった。

係る観点からすると、銅電極の厚みは厚い程良いが、厚すぎると以下の問題がある。すなわち、抵抗器の薄型化の要求があるなかで、銅電極の厚み（ｔ_Ｃ）を増加させることは、直接的に抵抗器全体の厚み（ｔ_１）を厚くしてしまうことにつながる（図７（ｃ）参照）。この観点から銅電極の厚み（ｔ_Ｃ）はおのずから制限されることになる。これらの観点からすると、銅電極の厚み（ｔ_Ｃ）は、少なくとも１５０μｍの厚みを有することが好ましい。

上記Ｈ字型抵抗器においては電極の厚み（ｔ_Ｃ）として、例えば２００μｍを採用している。図１１は、上記Ｈ字型抵抗器の抵抗温度係数（ＴＣＲ）の実測結果を示す。この実測結果では、バラツキを含めて抵抗温度係数（ＴＣＲ）が±４０ｐｐｍ／℃以内に収まっていることが示されている。抵抗体素材の抵抗温度係数（ＴＣＲ）が±２０ｐｐｍ／℃程度であるので、銅の高い抵抗温度係数（ＴＣＲ）の影響を殆ど受けず、抵抗器全体として良好な抵抗温度係数（ＴＣＲ）が得られていることが分かる。

すなわち、上記Ｈ字型抵抗器においては、抵抗体電極部を抵抗体本体部から連続的に拡幅する前記抵抗体本体部よりも広幅の平面視八角形状のものとして、その直下に厚み２００μｍの銅電極を配置することで、銅電極の高い抵抗温度係数（ＴＣＲ）の寄与分を低減し、抵抗体素材の抵抗温度係数（ＴＣＲ）に近い抵抗温度係数（ＴＣＲ）を実現している。

なお、上記の実施形態例では、電極部分を平面視八角形状とする例について説明したが、その角部分を曲面としてもよく、曲面としても同一の作用効果が得られることは勿論である。

これまで本発明の一実施形態例について説明したが、本発明は上述の実施形態例に限定されず、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いうまでもない。

本発明の第１の実施形態例の金属板抵抗器を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は縦断面図であり、（ｃ）は底面図であり、（ｄ）は実装状態を示す縦断面図である。（ａ）は比較例として従来の金属板抵抗器の構成例を示す平面図であり、（ｂ）は本発明の実施形態例の金属板抵抗器の構成例を示す平面図である。（ａ）は比較例として従来の金属板抵抗器における実装状態の金属板抵抗器の底面の状態を示す図であり、（ｂ）は本発明の実施形態例の金属板抵抗器の底面の状態を示す図である。本発明の第２の実施形態例の金属板抵抗器を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は縦断面図であり、（ｃ）は底面図である。本発明の第３の実施形態例の金属板抵抗器を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は縦断面図であり、（ｃ）は底面図である。本発明の第４の実施形態例の金属板抵抗器を示す、（ａ）は要部の斜視図であり、（ｂ）は完成品の斜視図である。上記図６（ａ）の金属板抵抗器を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は底面図であり、（ｃ）は（ａ）のＸ線に沿った縦断面図である。（ａ）はＨ字型抵抗器についてのパワーサイクル試験の結果を示すグラフであり、（ｂ）は比較例としてのＩ字型抵抗器についてのパワーサイクル試験の結果を示すグラフである。（ａ）はＨ字型抵抗器についてのヒートサイクル試験の結果を示すグラフであり、（ｂ）は比較例としてのＩ字型抵抗器についてのヒートサイクル試験の結果を示すグラフである。電極厚みと測定抵抗値のバラツキΔＲとの関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。Ｈ字型抵抗器の抵抗温度係数（ＴＣＲ）の実測結果を示すグラフである。

符号の説明

１０金属板抵抗器
１１抵抗体
１１ａ抵抗体中央（本体）部
１１ｂ，１１ｃ抵抗体両端（電極）部
１２，１３電極
１５絶縁層
２０金属板抵抗器
２１抵抗体
２１ａ抵抗体本体部
２１ｂ抵抗体電極部
２２電極
２３保護コート
２４メッキコート（電極部分）
１００実装基板（アルミニウム基板）
１０１，１０２ランドパターン
１０３はんだ

Claims

金属板からなる抵抗体と、少なくとも一対の電極とを備え、実装基板へ面で実装する金属板抵抗器であって、
前記抵抗体の両端部を抵抗体電極部として、該抵抗体電極部の下面に前記電極を接合し、
前記抵抗体電極部の間に位置する抵抗体本体部の幅を、前記電極の幅よりも狭くしたことを特徴とする金属板抵抗器。
前記抵抗体電極部の形状と、前記電極の形状とが略同一であることを特徴とする請求項１記載の金属板抵抗器。
前記電極の平面視形状が矩形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の金属板抵抗器。
前記電極の隅部分を斜辺としたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の金属板抵抗器。
前記電極の隅部分を曲面としたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の金属板抵抗器。
前記電極は、八角形状をなしていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の金属板抵抗器。
前記抵抗体電極部は、前記抵抗体本体部よりも広幅であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の金属板抵抗器。
前記抵抗体電極部は、前記抵抗体本体部から３０度乃至９０度の角度で拡幅していることを特徴とする請求項７記載の金属板抵抗器。
前記抵抗体電極部は、前記抵抗体本体部から４５度の角度で拡幅していることを特徴とする請求項８記載の金属板抵抗器。
前記電極は、少なくとも１５０μｍの厚みを有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の金属板抵抗器。
金属板からなる抵抗体と、少なくとも一対の電極とを備え、実装基板へ面で実装する金属板抵抗器であって、
前記抵抗体の両端部を抵抗体電極部として、該抵抗体電極部の下面に前記抵抗体電極部と平面視同一形状の八角形状の前記電極が接合し、
前記抵抗体電極部の間に位置する抵抗体本体部の幅を、前記電極の幅よりも狭くし、
該抵抗体電極部は、平面視八角形状をなし、前記抵抗体本体部と断面視上面が同一平面をなしていて、断面視下面が前記抵抗体本体部下面よりも下方に突出し、
前記抵抗体本体部の上面と、前記抵抗体電極部の上面の一部と、前記抵抗体本体部の下面と、前記抵抗体本体部の側面とを一体的に被覆する保護コートが設けられ、
前記電極の下面と、前記電極の側面と、前記抵抗体電極部の側面と、前記抵抗体電極部の上面の前記保護コートが被覆されていない部分とを一体的に被覆するメッキコートが設けられていることを特徴とする金属板抵抗器。