JP2005108900A - 低抵抗器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型コンパクト化した構造で、且つ金属電極部分の抵抗温度係数(TCR)の影響を受けない四端子型の低抵抗器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 矩形状の抵抗体の長さ方向両端部に金属電極12,13が配置されている低抵抗器であって、抵抗体の幅方向に延在して両端部の金属電極を抵抗体の長さ方向に分割する溝15,16と、溝により分割されて抵抗体の長さ方向外側に位置する一対の第1金属電極12a,13aと、溝により分割されて抵抗体の長さ方向内側に位置する一対の第2金属電極12b,13bとを備えた。また、第2金属電極12b,13bの抵抗体の長さ方向の電極幅を、第1金属電極12a,13aの電極幅の1/2以下にした。
【選択図】 図1
【解決手段】 矩形状の抵抗体の長さ方向両端部に金属電極12,13が配置されている低抵抗器であって、抵抗体の幅方向に延在して両端部の金属電極を抵抗体の長さ方向に分割する溝15,16と、溝により分割されて抵抗体の長さ方向外側に位置する一対の第1金属電極12a,13aと、溝により分割されて抵抗体の長さ方向内側に位置する一対の第2金属電極12b,13bとを備えた。また、第2金属電極12b,13bの抵抗体の長さ方向の電極幅を、第1金属電極12a,13aの電極幅の1/2以下にした。
【選択図】 図1
Description
本発明は、低抵抗器およびその製造方法に係り、特に、四端子型の小型コンパクト化した構造の低抵抗器およびその製造方法に関する。
低抵抗器は、電流検出用回路内に組み込まれる場合があり、この場合には、mΩレベルの低抵抗で、抵抗値精度が高く、かつその抵抗温度係数(TCR)が低いこと要求される。
ところで、図3に示す二端子型の低抵抗器が知られている(特許文献1参照)。この二端子型の低抵抗器の場合には、図3に示すように、矩形状の抵抗体1の長さ方向両端部に一対の金属電極2a,2bが配置された構造となっている。しかしながら、この構造では、抵抗体1の両端部に配置された一対の金属電極2a,2bにプリント基板上のランドパターンから電流を供給してその電圧を検出する必要があり、金属電極2a,2bの高い抵抗温度係数(TCR)の影響を受けることになる。
一方で、四端子型の低抵抗器が知られており(例えば特許文献2参照)、この構造では、電圧検出端子が抵抗体に直接取り付けられていることから、金属電極部分の抵抗温度係数(TCR)の影響を受けることはない。
特開2002−184601号公報
特許第3284375号(特開平6−267707号)
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、且つ金属電極部分の抵抗温度係数(TCR)の影響を受けない四端子型の低抵抗器およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の低抵抗器は、矩形状の抵抗体の長さ方向両端部に金属電極が配置されている低抵抗器であって、前記抵抗体の幅方向に延在して前記両端部の前記金属電極を前記抵抗体の長さ方向に分割する溝と、前記溝により分割されて前記抵抗体の長さ方向外側に位置する一対の第1金属電極と、前記溝により分割されて前記抵抗体の長さ方向内側に位置する一対の第2金属電極とを備えたことを特徴とするものである。
ここで、第2金属電極の前記抵抗体の長さ方向の電極幅を、前記第1金属電極の前記電極幅の1/2以下にすることが好ましい。また、第1金属電極および前記第2金属電極の下面には、溶融ハンダ層を備えることが好ましく、また、一対の第2金属電極間の溝部および前記第1金属電極と前記第2金属電極間の溝部には、前記抵抗体の表面を被覆する絶縁体層を備えることが好ましい。
上記本発明によれば、矩形状の抵抗体の長さ方向両端部に一対の金属電極が配置されている構造であるので、高密度表面実装への対応のための小型化が可能であり、また、抵抗体中に直線的な電流経路が形成されるので、低インダクタンス化した低抵抗器が得られる。そして、上記金属電極が溝により第1金属電極と第2金属電極とに分割されているので、第1金属電極を電流供給端子とし、前記第2金属電極を電圧検出端子とすることで、金属電極部分の抵抗温度係数(TCR)の影響を受けない四端子型の低抵抗器とすることができる。
また、本発明の低抵抗器の製造方法は、低抵抗体となる帯状の抵抗薄板および金属電極となる帯状の金属薄板を面接触させて圧力および熱を加えることによりクラッド接合し、前記帯状の金属薄板の幅方向の略中央部に広幅の溝部分を、前記金属薄板を表面側から研削または切削して除去するとともに前記抵抗薄板を所望の厚さに調整し、前記広幅の溝部分の両側に狭幅の溝部分を前記金属薄板を表面側から研削または切削して除去することにより形成し、前記帯状の抵抗薄板および前記金属薄板を所定幅の間隔で切断して、所定サイズの矩形状の抵抗器に分割することを特徴とするものである。
ここで、前記狭幅の溝部分を形成することにより、外側の第1金属電極と内側の第2金属電極とに分割し、第2金属電極の前記抵抗体の長さ方向の電極幅を、前記第1金属電極の前記電極幅の1/2以下にすることが好ましく、また、抵抗体の幅または厚さを微調整することで、抵抗値のトリミングを行うことが好ましい。
上記本発明によれば、小型コンパクト化した構造で、且つ金属電極部分の抵抗温度係数(TCR)の影響を受けないで電圧の測定が可能な四端子型の低抵抗器を容易に製造することができる。特に、第2金属電極の電極幅を、第1金属電極の電極幅の1/2以下にすることで、電流供給端子と電圧検出端子のそれぞれの電極幅の妥当なバランスをとることができる。また、抵抗体の幅または厚さを微調整して抵抗値のトリミングを行うことで、電流経路の直線性を維持しつつ、高精度の抵抗値を有する四端子型の低抵抗器を製造することができる。
総じて本発明によれば、小型コンパクト化した構造で、且つ四端子型の低抵抗器が得られる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図1において、抵抗器10は、その寸法が、長さ(長辺)L、幅(短辺)W、高さTに設定され、例えば、3Aサイズ(L6.3mm×W3.2mm)、2Hサイズ(L5.0mm×W2.5mm)、2Bサイズ(L3.2mm×W1.6mm)等の規格化されたチップ部品としてのサイズを有する。抵抗値としては、1〜20mΩ程度が好適であるが、抵抗体材料および寸法の選択により、その他の領域についても製造が可能である。
この抵抗器10は、矩形状に形成された低抵抗値の抵抗体11と、この抵抗体11の長さ(L)方向の両端部に形成された四端子構造の金属電極12a,12b,13a,13bとを備えている。金属電極12a,12b間、および13a,13b間には、抵抗体11の幅(W)方向に延在する間隔gの一対の溝15,16が形成されている。また、金属電極12b,13b間には、抵抗体11の長さ(L)方向の中央において、その幅(W)方向に延在する間隔Gの溝14が形成されている。これにより、抵抗体11の長さ(L)方向の外側で一対になる第1金属電極12a,13aと、内側で一対になる第2金属電極12b,13bとに、矩形状の抵抗体11の長さ(L)方向両端部に配置された一対の金属電極12,13がそれぞれ分割されている。
ここで、第2金属電極12b,13bの前記抵抗体の長さ(L)方向の電極幅を、第1金属電極12a,13aの電極幅の1/2以下に設定している。すなわち、抵抗体11の長さ(L)方向の外側に位置する電流供給端子となる金属電極12a,13aの形成面積が、内側に位置する電圧検出端子となる金属電極12a,13aの形成面積の2倍以上になるように設定している。例えば、図示する例では電流供給端子の面積が電圧検出端子の面積の3倍程度になるように、抵抗体11の長さ(L)方向の幅が設定され、間隔gが同程度の面積となるようにその幅が設定されている。これにより、大電流が流れる電流供給端子の抵抗体11との接合面積を十分に確保し、且つ電流が殆ど流れない電圧検出端子の抵抗体11との接合面積と、両端子間の絶縁のためのスペース(間隔g)とを十分に確保することができる。
また、金属電極12a,12b,13a,13bの裏面側には、ハンダ付け性を向上させるために、約2〜10μmの溶融ハンダ層18が配置されている。このような構造とすることにより、不図示のプリント基板の電流検出回路の4端子用のランドパターン等にハンダ付けなどにより、この抵抗器10を容易に実装することができる。そして、溶融はんだ層18が電極の下面にのみ形成されているので、いわゆるフィレットレスのはんだ付けによる実装が可能となり、高密度実装に対応が可能である。
また、金属電極12b,13b間の間隔Gの溝14、および、金属電極12a,12b間と13a,13b間の間隔gの一対の溝15,16には、絶縁性樹脂などからなる絶縁体層17が形成され、抵抗体11の表面が被覆されている。このため、不図示のプリント基板にこの抵抗器10を実装する際に、ハンダが抵抗体11の表面に直接接触して抵抗値を変化させてしまうことを防止することができる。また、この絶縁体層17は、抵抗体11が薄い場合の補強支持材としての役割を果たすこともできる。また、本実施形態では、絶縁体層17を抵抗体11の下面のみに形成し、抵抗体11の上面を開放状態にして良好な放熱性を確保することができる。しかしながら、抵抗体11の上面に別の絶縁体層(保護層)を設けるようにしてもよい。
ここで、抵抗体11は、直方体形状に加工され、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、等の薄板が適宜選択されて使用される。また、金属電極としては、電気抵抗が抵抗体11に比べて小さい銅の板材(例えば、1.7μΩ・cm程度)が用いられる。この電極12a,12b,13a,13bは、抵抗体11との圧延と熱拡散接合による、いわゆるクラッド接合により強固に接合され、良好な電気伝導性とともに熱伝導性が確保されている。同時に広い電極面積により抵抗体11の内部に流れる電流分布の均一性を高めることができる。
抵抗体11は、設定されている幅Wおよび厚さtにより、所望の抵抗値が形成される。なお、抵抗体11は、幅Wおよび厚さtを微調整して所望の高精度の抵抗値にトリミングすることができ、このためレーザトリミングによるカット溝を形成しないので、電流経路の直線性が確保され、低インダクタンスの抵抗器となっている。
この抵抗器10においては、四端子構造であるため、外側の電流検出用の金属電極12a,13a間には検出対象の大電流が流れる。そして、内側の電圧検出用の金属電極12b,13b間には、金属電極12a,13a間に生じる電圧のうち、金属電極12b,13b間に生じる電圧が測定(検出)される。このとき、外側の電流検出用の金属電極12a,13aは大電流が流れて温度上昇することから、その抵抗温度係数(TCR)に応じた抵抗値変化がパッド側から電圧を検出する場合には生じることになる。しかしながら、内側の電圧検出用の金属電極12b,13bは、直接抵抗体に接触して形成されて、金属電極12b,13bには電流が殆ど流れないため、抵抗体成分の抵抗値に正確に比例した電圧を検出することができる。このため、抵抗体の抵抗温度係数(TCR)は一般に100ppm/℃以下と低いので、一般に千〜数千ppm/℃程度と高い電極部分の抵抗温度係数の影響を受けることなく、正確な測定対象電流に比例した電圧値を検出することができる。
次に、抵抗器10の製造方法を図2Aおよび図2Bに示す図を参照して説明する。
まず、図2A(a)に示すように、抵抗体材料(例えば、ニッケルクロム(Ni-Cr)合金)を製造する抵抗体11を所定の幅・厚さの帯状に形成してロール状に巻いた抵抗薄板21と、同様に、電極用金属材料(例えば、無酸素銅)を所定の幅・厚さの帯状に形成してロール状に巻いた金属薄板22とを準備する。この抵抗薄板21および金属薄板22を送り出して重ねた(面接触させた)上下両面に常温のまま大気下で圧力を加えることにより接合する冷間圧延を行う。そして、クラッド材20としてロール状に巻き取る。この後に、そのロール状のままのクラッド材20を、還元性ガス雰囲気、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気下で所定の高温に保持する熱処理を行って、抵抗薄板21および金属薄板22を熱拡散接合させる。
次いで、そのクラッド材20を送りつつ、その上下両面に常温のまま大気下で圧力を加えて圧延する冷間圧延を行って製品サイズの高さ(厚さT)にする。そして再びロール状に巻き取る。この後に、そのロール状のままのクラッド材20を、還元性ガス雰囲気、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気下で熱処理を行って圧延による加工歪みを除去する。
これにより、電極材料の金属薄板22の拡散層が抵抗薄板21との界面またはその内部に形成され、抵抗体材料の抵抗薄板21と電極材料の金属薄板22の2種の材料が機械的にも電気的にもその界面または内部において均一かつ強固に接合されたクラッド材になる。
次いで、図2A(b)に示すように、金属薄板22を下面(図中には上面として図示)にしてクラッド材20を送りつつ、例えば下方に位置するローラに対して相対移動させることにより、そのローラで溶融状態のハンダ材を金属薄板22の表面全面に塗布する。このハンダ材は、溶融温度よりも高めの高温に保持して金属薄板22の表面に溶融拡散させることで溶融ハンダ層22aとする。この後に、クラッド材20をロール状に巻き取る。これにより、抵抗器完成品とした時に、実装時のハンダ付け性に優れた電極面が得られる。
次いで、図2A(c)に示すように、クラッド材20を送りつつ製品サイズの長さLの幅に両側辺をスリッターなどにより切断する。そして巻き取ることにより、製品サイズに加工する1本分のフープ材が出来上がる。
次いで、図2A(d)に示すように、クラッド材20を送りつつ金属電極12,13とする部分23を残すように、クラッド材20幅の中央を金属薄板22側から横フライス盤などにより研削または切削して、金属電極(電極)12,13となる部分23以外の間隔Gの領域を除去することにより、金属電極12,13間の溝14となる部分を形成する。そして再びロール状に巻き取る。
このとき、金属薄板22は金属電極12,13となる部分23以外をすべて除去するとともに、下部の抵抗薄板21をも部分的に研削または切削・除去して、抵抗体11の所望の厚さtを残すようにする。すなわち、抵抗器10の抵抗値の調整は、厚さtおよび幅Wを調整することで行われる。
次いで、図2B(e)に示すように、クラッド材20を送りつつ金属電極12a,12b,13a,13bとなる部分24を残すように、前工程で残した部分23の所定位置を金属薄板22表面側から横フライス盤などにより研削または切削して、金属電極12a,12b,13a,13bとなる部分24以外の間隔gの領域を除去する。これにより、金属電極12a,13a間の溝15、および金属電極12b,13b間の溝16となる部分を形成して各電極部分を形成する。そして、再びロール状に巻き取る。
このとき、クラッド材20においては、広幅の溝部分(間隔Gの部分)と、その両側に狭幅の溝部分(間隔gの部分)が形成され、これらの溝部分においては、抵抗薄板21の表面が露出している。そして、溝部分(間隔gの部分)の形成の際には、第2金属電極となる部分24(12b,13b)の抵抗体長さ方向(帯状クラッド材20の幅方向)Lの幅bが、第2金属電極となる部分24(12a,13a)の抵抗体長さ方向(帯状クラッド材20の幅方向)Lの幅aに対して、1/2以下に設定する。これにより、この金属電極12a,12b,13a,13bとなる部分24は、外側の金属電極12a,13aの抵抗体としての長さ(L)方向の幅(形成面積)を、内側の金属電極12b,13bの幅の2倍以上、例えば、3倍程度に形成することができる。これは、外側の金属電極12a,13aは、電流供給用で大電流を流すために大面積が必要である一方、内側の金属電極12b,13bは、電圧検出用であるため、極小さな面積で十分であるが、実装時にランドパターンとの十分な接続を確保するためにある程度の面積が必要であり、また、その間のスペース(間隔g)も絶縁性確保のため、ある程度の面積が必要なためである。
次いで、図2B(f)に示すように、クラッド材20を送りつつ間隔G、gの溝14〜16となる部分に、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂を吐出して塗布した後に加温・硬化させることにより絶縁体層25を形成する。なお、この絶縁体層25は、抵抗体11の下面側になる溝部分にのみ形成するが、抵抗体11の上面にも別の絶縁体層を形成してもよい。
次いで、図2B(g)に示すように、クラッド材20を製品となる抵抗器の幅Wずつ送って、帯状のクラッド材20の長さ方向に対して直交(交差)する方向にダイシングソーなどにより切り出して、個々の矩形状の抵抗器10に分割する。このとき、クラッド材20の抵抗器10毎への切断は、金属薄板22側から抵抗薄板21に向かう方向に行うようにするのが好ましい。これにより、溶融はんだ層のバリを金属電極側に延在させることができ、実装時のはんだ付け性を良好なものとすることができる。
この後に、抵抗器10の金属電極12a,13a間に電流を流して、金属電極12b,13b間で電圧を検出することにより抵抗体11の抵抗値を高精度に検出しつつ、その金属電極12a,12b,13a,13bの背面側の抵抗体11の表面全面を研磨することによって、電流経路の妨げにならない高精度な抵抗値調整(トリミング)を行っても良い。そして、捺印等の所定の工程は、抵抗器10としての製品検査を行って、テーピングなどの荷姿にして出荷する。なお、捺印等の所定の工程は、個々の抵抗器に分割する前に行っても、また分割した後に行ってもよい。
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。
10 抵抗器
11 抵抗体
12,12a,12b,13,13a,13b 金属電極
14,15,16 溝
17 絶縁体層
20 クラッド材
21 抵抗薄板
22 金属薄板
22a 溶融ハンダ層
25 絶縁体層
11 抵抗体
12,12a,12b,13,13a,13b 金属電極
14,15,16 溝
17 絶縁体層
20 クラッド材
21 抵抗薄板
22 金属薄板
22a 溶融ハンダ層
25 絶縁体層
Claims (8)
- 矩形状の抵抗体の長さ方向両端部に金属電極が配置されている低抵抗器であって、
前記抵抗体の幅方向に延在して前記両端部の前記金属電極を前記抵抗体の長さ方向に分割する溝と、前記溝により分割されて前記抵抗体の長さ方向外側に位置する一対の第1金属電極と、前記溝により分割されて前記抵抗体の長さ方向内側に位置する一対の第2金属電極とを備えたことを特徴とする低抵抗器。 - 前記第2金属電極の前記抵抗体の長さ方向の電極幅を、前記第1金属電極の前記電極幅の1/2以下にしたことを特徴とする請求項1に記載の低抵抗器。
- 前記第1金属電極を電流供給端子とし、前記第2金属電極を電圧検出端子としたことを特徴とする請求項2に記載の低抵抗器。
- 前記第1金属電極および前記第2金属電極の下面には、溶融ハンダ層を備えたことを特徴とする請求項1に記載の低抵抗器。
- 前記一対の第2金属電極間の溝部および前記第1金属電極と前記第2金属電極間の溝部には、前記抵抗体の表面を被覆する絶縁体層を備えたことを特徴とする請求項1に記載の低抵抗器。
- 低抵抗体となる帯状の抵抗薄板および金属電極となる帯状の金属薄板を面接触させて圧力および熱を加えることによりクラッド接合し、
前記帯状の金属薄板の幅方向の略中央部に広幅の溝部分を、前記金属薄板を表面側から研削または切削して除去するとともに前記抵抗薄板を所望の厚さに調整し、
前記広幅の溝部分の両側に狭幅の溝部分を前記金属薄板を表面側から研削または切削して除去することにより形成し、
前記帯状の抵抗薄板および前記金属薄板を所定幅の間隔で切断して、所定サイズの矩形状の抵抗器に分割することを特徴とする低抵抗器の製造方法。 - 前記狭幅の溝部分を形成することにより、外側の第1金属電極と内側の第2金属電極とに分割し、
前記第2金属電極の前記抵抗体の長さ方向の電極幅を、前記第1金属電極の前記電極幅の1/2以下にすることを特徴とする請求項6に記載の低抵抗器の製造方法。 - 前記抵抗体の幅または厚さを微調整することで、抵抗値のトリミングを行うことを特徴とする請求項6に記載の低抵抗器の製造方法。
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