JP6408758B2 - ジャンパー素子 - Google Patents

Description

本発明はジャンパー素子の構造に関する。

従来からプリント基板に実装する部品として、ジャンパー素子が用いられている。ジャンパー素子は、プリント基板において、配線を跨ぐ必要がある場合に用いられたり、設計時に必要とされた電子部品が不要となった場合に実装ランド間を短絡させたり、等の目的で使用されている。

一方、電流を抵抗体に流し、その両端の電圧から電流の大きさを検出する電流検出用抵抗素子がプリント基板に実装する部品として用いられている。電流検出用抵抗素子は、自動車、パソコン、携帯機器などの電子機器において、過電流検出、電流制御、電源管理、等に用いられている。ジャンパー素子または電流検出用抵抗素子の一例として、下記特許文献に記載の構造が知られている。

特開２００１−１１８７０１号公報

これらジャンパー素子や電流検出用抵抗素子は、電源周りなど、大電流の用途で用いられることが多くなっている。ジャンパー素子や上記抵抗素子に大電流を通電すると、実装部分において電流密度の増大によりエレクトロマイグレーションが発生し、接続不良を起こす可能性がある。

図１２は従来のジャンパー素子または電流検出用抵抗素子の実装状態を示す。導体または抵抗体１１ａの両端に配置した端子部１２ａの材料として一般にＣｕが用いられる。端子部１２ａはプリント基板４０の配線パターン４１にハンダ４２で固定されている。この場合、一般に電流密度は端子部１２ａの端の符号ＰまたはＱに示す個所で高くなる。このため、電流密度によっては、符号ＰまたはＱの部分から徐々にエレクトロマイグレーションが進行し、断線にいたる場合がある。

また、電流検出用抵抗素子の場合、一対の配線パターン４１の間から電圧検出端子を引き出す場合があるが、特に符号Ｑに示す個所でエレクトロマイグレーションが進行した場合に、その付近で検出する電圧に誤差が生じ、電流検出精度に悪影響を及ぼす問題がある。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、エレクトロマイグレーションによる接続不良の発生を抑制したジャンパー素子を提供することを目的とする。

本発明のジャンパー素子は、金属の板状体からなる本体部と、該本体部の両端に設けられた端子部を備え、該端子部は前記本体部から突出しており、両端子部は実装面を備え、該実装面の周囲に曲面若しくはカット面を形成した。実装面側にのみ端子部が突出し、反対側は平坦面である。さらに、両端子部は、該両端子部の配置方向の内側に対向面を備え、該対向面においては、実装面から本体部にかけて厚みが減少した傾斜面が形成されている。実装面と傾斜面の境界部分は曲面としている。一方の端子部、本体部および他の端子部に亘ってコーティングされた金属被膜を備える。

本発明によれば、端子部は本体部から突出しており、両端子部は実装面を備え、該実装面の周囲に曲面若しくはカット面を形成したことで、実装時に電流密度分布を分散させることができ、実装面における局所的な電流集中が緩和され、エレクトロマイグレーションに対して高い耐性を有する部品とすることができる。

本発明の一実施例のジャンパー素子または電流検出用抵抗素子の実装状態を示す図である。 上記素子をひっくり返した状態での外観形状を示す斜視図である。 上記素子の長手方向の断面図である。 上記素子の短手方向の断面図であり、左図は図３のＸ１−Ｘ１断面を示し、右図は図３のＸ０−Ｘ０断面を示す。 上記素子の端子部周辺の拡大図である。 本発明の他の実施例の上記素子の実装状態を示す図である。 上記素子をひっくり返した状態での外観形状を示す斜視図であり、本体部裏面に保護膜を形成した状態を示す。 上記素子の変形例を示す長手方向の断面図である。 上記素子の変形例を示す長手方向の断面図である。 上記素子の変形例を示す長手方向の断面図である。 上記素子の形成工程を示す図であり、断面円形の丸棒から断面矩形の角棒を形成し、さらに角棒に凹部を形成する工程を示す。 上記素子の打抜工程を示す図である。 上記素子の検査工程を示す図である。 従来の上記素子の実装状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図１１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。下記実施例ではジャンパー素子または電流検出用抵抗素子について説明するが、両素子は本体部の材料が異なるのみで、同一の構造を有する。

図１に示すように、本発明の一実施例の素子１は、ジャンパー素子として用いられ、プリント基板において、配線２が配線３を跨ぐ箇所に用いられている。この素子１は、図２乃至図４に示すように、Ｃｕ等の高導電率金属の板状体からなる本体部１１と、該本体部の両端に設けられた端子部１２を備え、該端子部１２は本体部１１から突出している。

そして、端子部１２にコーティングされた金属被膜を備え、少なくとも端子部１２の底面には、プリント基板の配線ランドにハンダで接合する実装面１３を備える。実装面１３は、第１金属被膜１３ａおよび第２金属被膜１３ｂを含む。本実施例において、第１金属被膜１３ａはＮｉ層であり、第２金属被膜１３ｂはＳｎ層である。なお、この実施例では、本体部１１と端子部１２は同一金属（Ｃｕ）からなる一体構造であり、一方の端子部、本体部および他の端子部に亘ってコーティングされた金属被膜を備え、両端子部と本体部の全表面が実装面１３と同様に、第１金属被膜１３ａおよび第２金属被膜１３ｂにより被覆されている。

金属被膜は、本体部および端子部のＣｕの母材に第１金属被膜１３ａとしてＮｉをメッキにより形成し、さらに、第２金属被膜１３ｂとしてＳｎ（もしくはハンダ）をメッキにより形成したものである。これらメッキの厚みは例えば２μｍから１０μｍの範囲で適宜設定する。以降、符合１３ａについてＮｉ層、符合１３ｂについてＳｎ層ということがある。Ｓｎ層１３ｂはハンダ濡れ性を得るために形成される。第１金属被膜１３ａを構成する金属材料は、端子部の金属よりも比抵抗が高い。そして、第１金属被膜１３ａを構成する金属材料は、実装に用いるハンダ材よりも融点が高い。これにより、実装時のフロー、リフローのハンダ処理の加熱によって、本体部および／または端子部を直接被覆する金属被膜が影響を受けない。

なお、上記実施例で用いる金属の電気抵抗率（比抵抗）／溶融温度は下記のとおりである。
Ｃｕ：１．７μΩ・ｃｍ／１０８４℃
Ｎｉ：８．５μΩ・ｃｍ／１４５５℃
Ｓｎ：１１．４μΩ・ｃｍ／２３０℃
また、上記素子１のチップサイズは、一例として、長さ（Ｌ）：１．６ｍｍ／幅（Ｗ）：０．８ｍｍ／高さ（ｔ）：０．４５ｍｍである。

母材のＣｕとＳｎ層（もしくはハンダ層）１３ｂの間にＮｉ層１３ａが存在するため、Ｃｕと比較し抵抗率の高いＮｉ層は端子部１２における電流密度分布を分散させるように作用し、端子部１２へ局所的に電流集中することが緩和される。これにより、エレクトロマイグレーションに対して高い耐性を有する部品とすることができる。また、Ｃｕの母材とＳｎ層１３ｂは特に高温条件下で合金を形成することがあり、これによるマイグレーションが生じることがあるが、Ｎｉ層１３ａを介在させることでこれを抑制することができる。

Ｎｉ層１３ａとして、その代替に無電解Ｎｉめっきにより形成されるＮｉ−Ｐ層でもよい。またＮｉ−Ｃｒ系合金を用いてもよい。Ｎｉ層１３ａは、端子部１２の底面およびその周辺（実装時にハンダが付着する部位）のみに形成してもよいが、本実施例のように端子部１１から本体部１２にかけてＣｕ母材の全面に形成することで、Ｃｕ母材の変質防止およびＳｎ層１３ｂのＣｕ母材への拡散防止を図ることができ、また部分めっきに比べてコスト上有利となる。

本発明の素子１は端子部１２の底面ｓを実装面１３とし、その周囲に曲面若しくはカット面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを形成している。すなわち、両端子部１２は、該両端子部の配置方向の外側に端面ａ、ｂを備え、該端面ａ，ｂから実装面１３にかけて曲面若しくはカット面Ａ，Ｂを形成した。

また、両端子部１２は、両端子部の配置方向に沿う側面ｃ，ｄを備え、該側面ｃ，ｄから実装面１３にかけて曲面もしくはカット面Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを形成した。また、両端子部１２は、両端子部１２の配置方向の内側の対向面Ｇ，Ｈを備え、該対向面においては、実装面１３（底面ｃ）から本体部１１にかけて厚みが減少していて、傾斜面をなしている。本実施例においては、端面ａ、端面ｂ、側面ｃ、側面ｄ、傾斜面Ｇおよび傾斜面Ｈのそれぞれの境界部分は全て曲面としている。

実装面１３の周囲に曲面またはカット面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆおよび傾斜面Ｇ，Ｈを形成することで、実装時に電流密度分布を分散させることができ、実装面における局所的な電流集中が緩和され、エレクトロマイグレーションに対して高い耐性を有する部品とすることができる。曲面の曲率半径は２５μｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは５０μｍから１５０μｍ程度である。この範囲は、第１金属被膜１３ａを形成した状態、第２金属被膜１３ｂを形成した状態、第１金属被膜１３ａも第２金属被膜１３ｂも形成していない状態、のいずれにおいても適用可能である。好ましくは、第１金属被膜１３ａも第２金属被膜１３ｂも形成していない状態もしくは第１金属被膜１３ａを形成した状態において、上記の曲率半径とする。

両端子部１２の配置方向の内側に傾斜面Ｇ，Ｈを備えることで、図５に示すように、ハンダ１５の内側フィレット１５ａが形成されやすくなり、固着強度が向上し、電流が回り込みやすくなり、実装面１３における局所的な電流集中が緩和される。特に、本体部１１と端子部１２の内側の境界部分が、例えば図１２に示す構造のように直角とした場合、この部分は電流が集中しやすく、ホットスポットになる。傾斜面Ｇ，Ｈにより、この電流集中が緩和され、電流検出用抵抗素子の場合、パルス耐性が向上し、検出精度の経年劣化を抑制できる。なお、実装面１３（底面Ｓ）から傾斜面Ｇまたは傾斜面Ｈの境界部分は曲面としている。

図６に示すように、配線パターン２ａと直交する方向に素子１を実装する場合、端子部１２の実装面１３を流れる電流は素子１の側面ｃ，ｄから実装面１３にかけて形成した曲面Ｄ，Ｅに集中する。このように、実装状態での電流集中箇所は実装状態で異なるため、素子１の実装面１３の周囲に曲面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを設けておくことは、様々な実装状態での局所的な電流集中の緩和に有効である。

また、図７に示すように、本体部１１の裏面（実装面）側にエポキシ樹脂等からなる保護膜１４を設けることが好ましい。特に、素子１が電流検出用抵抗素子である場合に実装時のハンダの這い上がりによる抵抗値変動を防止できる。また、素子１をプリント基板にフロー工程でハンダ付けする場合、保護膜１４を備えることで、接着剤で仮固定してハンダフローを行える。

図８Ａ乃至図８Ｃは素子１の変形構造例を示す。図８Ａの左図は傾斜面Ｇ，Ｈを円弧状とした例であり、右図は傾斜面Ｇ，Ｈを緩やかな傾斜とした例である。図８Ｂは曲面Ａ，Ｂをカット面とした例を示す。カット面は底面ｓに対して約４５°の角度とすることが好ましい。また、カット面の幅は２５μｍ以上が好ましく、５０μｍから１５０μｍ程度がより好ましい。

図８Ｃは素子１を電流検出用抵抗素子とした構造例であり、本体部１１ａ（１１ｂ）と端子部１２ａ（１２ｂ）を別体とし、これらを接合して形成した例である。左図はＣｕ−Ｍｎ系またはＣｕ−Ｎｉ系等の抵抗金属材料からなる本体部１１ａの下面にＣｕ等の高導電率金属材料からなる端子部１２ａを接合して電流検出用抵抗素子を形成した例である。右図はＣｕ−Ｍｎ系またはＣｕ−Ｎｉ系等の抵抗金属材料からなる本体部１１ａの端面にＣｕ等の高導電率金属材料からなる端子部１２ａを接合して電流検出用抵抗素子を形成した例である。なお、上述においてジャンパー素子として説明した構造のものを電流検出用抵抗素子として用いてもよく、電流検出用抵抗素子として説明した構造のものをジャンパー素子として用いてもよい。

図９乃至図１１は素子１の製造方法の一例を示す。図９に示すように、断面形状が円形の線材である金属材料（Ｃｕ、Ｃｕ−Ｍｎ系またはＣｕ−Ｎｉ系等の金属材料）２１を、ロール３１，３２，３３および図示しないロールを用いて四方から圧延し、断面矩形状の角棒２２を形成する。この時、出発材料の断面形状が円形のため、角棒２２の角部は曲面となる。そして、ロール３４を用い、凹部を圧延にて形成し、本体部１１から突出する端子部１２を形成すると共に、両端子部の配置方向の内側に傾斜面Ｇ，Ｈを備えた角棒２３を形成する。

次に、図１０に示すように、凹部が図において下向きに位置するように、ダイ３５とガイド３６を用いて角棒２３を固定し（左図参照）、パンチ３７を用いて打ち抜き、個別の金属材料からなる素子１に分離する（右図参照）。打ち抜く際にバリが出るが、平坦面（上面）側からパンチを当てるため、実装面（下面）側の角部は丸みを帯び、バリが生じない。以上の工程で、実装面の周囲に曲面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆと傾斜面Ｇ，Ｈを形成した金属材料からなる素子１を形成できる。

次に、Ｎｉを電解メッキしてＮｉ層１３ａを形成し、さらにＳｎを電解メッキしてＳｎ層１３ｂを形成し、金属被膜を備えた本発明の素子１が完成する。そして、テープ梱包材に収納する工程等において、チップの表裏を判別する必要があるが、図１１に示すように光センサ３８を用いることで、素子１には傾斜部Ｇ，Ｈを備えることから光の反射状態により、表裏の判別を容易に行うことができる。

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言うまでもない。

本発明は、基板に面実装するジャンパー素子または電流検出用抵抗素子に利用可能であり、エレクトロマイグレーションによる接続不良の発生を抑制できる。

Claims (5)

1. 金属の板状体からなる本体部と、
   該本体部の両端に設けられた端子部を備え、
   該端子部は前記本体部から突出しており、両端子部は実装面を備え、該実装面の周囲に曲面若しくはカット面を形成し、
   前記実装面側にのみ前記端子部が突出し、前記実装面側の反対側は平坦面であり、
   前記両端子部は、該両端子部の配置方向の内側に対向面を備え、該対向面においては、前記実装面から前記本体部にかけて厚みが減少した傾斜面が形成され、
   前記実装面と前記傾斜面の境界部分は曲面とし、
   一方の前記端子部、前記本体部および他の前記端子部に亘ってコーティングされた金属被膜を備えることを特徴とするジャンパー素子。
2. 前記両端子部は、該両端子部の配置方向の外側の端面を備え、該端面から前記実装面にかけて曲面若しくはカット面を形成したことを特徴とする請求項１に記載のジャンパー素子。
3. 前記両端子部は、該両端子部の配置方向に沿う側面を備え、該側面から前記実装面にかけて曲面若しくはカット面を形成したことを特徴とする請求項１に記載のジャンパー素子。
4. 前記金属被膜を構成する金属材料は、前記端子部の金属よりも比抵抗が高いことを特徴とする請求項１に記載のジャンパー素子。
5. 前記本体部と前記端子部は同一金属からなる一体構造であることを特徴とする請求項１に記載のジャンパー素子。

Images