CN101587773B - 滚轮成型制造设备及制造方法及所制成的微器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种滚轮成型制造设备、制造方法及所制成的微器件，包括一种二次圆弧整列-双刀塔成型设计的CNC专用制造设备，配合相关的制造方法，能以精密机械切削的金属工艺来制造IEEE尺寸规格于0402至4518规格范围的微尺寸微电阻电流感应器，所述微电阻电流感应器由金属部以及绝缘部所构成，制作方法为将金属条沿轴径方向紧密贴附固定于第一张力滚轴的下方轴面，并以主动力轴带动金属条移动于第一张力滚轴的下方轴面，再以成型铣刀切割行进中金属条的下表面的张力面，以于金属条张力面的中段依行径方向形成沟槽，后续涂布填塞绝缘物质于沟槽中，再裁切填塞过绝缘物质的金属条，即为无封装的微电阻电流感应器。
Description
技术领域
本发明关于一种滚轮成型制造设备、制造方法及所制成的微器件，包括一种二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备、用以制造微电阻电流感应器的制造方法、以及其所制成的微尺寸微电阻电流感应器。
背景技术
微电阻电流感应器(Current Sense)或可称为“电流感应电阻”，其为一种低至0.0001Ω低电阻的电流感应电子元件，可用于监测各种电路设计中的工作电位，如作为电池低电位时的充电提示，或是监测工作电流或电压以作为电路保护元件，在节能电子设计的运用上尤为重要。
微电阻电流感应器可用金属工艺来制作，可通过光刻技术将金属直接制成，或是以模具冲压成型以制成。其优点是保留良好的金属特性，但受工艺技术限制，光刻技术所制造的微电阻电流感应器的尺寸规格皆在1206规格以上，且除了制作成本较高之外，深削也较为不易，制造耗时太久，并且有环保污染的问题；模具冲压金属成型所制造的微电阻电流感应器的尺寸规格，更会在4518规格以上。所以，以金属工艺制作来实现元件微小化的目标是非常不易的，不利于现行各类携带式的行动电子装置的所需。
另外，传统工艺技术利用薄膜工艺来制作微电阻电流感应器可以大幅改善其尺寸大小，在陶瓷基板或其他基材上涂布非固态的金属的方式来形成。尺寸上可达0201规格，但其金属的物理组合状态已改变，金属特性较差，因此随环境温度上升，此种工艺所形成的微电阻电流感应器的电阻值也会大幅上升，所以，此种方法虽能使元件微小化，但却又有监测误差大的缺点，使用在携带式行动电子装置，特别是高单价的产品上，也有诸多疑虑。
因此，本发明的主要目的在于提供一种滚轮成型制造设备、制造方法及所制成的微器件，包括利用以金属工艺制成的微尺寸微电阻电流感应器，以及其所需的二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备以及制造方法，以改善上述问题。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种滚轮成型制造设备、制造方法及所制成的微器件，包括利用金属工艺以制成的微尺寸微电阻电流感应器，以及其所需的二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备以及制造方法，能保持此微电阻电流感应器较佳的金属特性，并且实现过去模压或光刻等金属工艺所不能实现的微小尺寸。
本发明关于一种滚轮成型制造设备、制造方法及所制成的微器件，包括利用金属工艺制成IEEE尺寸规格可达0402至4518规格范围的微尺寸微电阻电流感应器，以及其所需的二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备以及相关的制造方法。
二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备用以制造所述的微电阻电流感应器，该微电阻电流感应器由一金属部以及一绝缘部构成。该二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备主要包含一第一张力滚轴、一主动力轴、以及一成型铣刀。
该第一张力滚轴使一金属条沿轴径方向紧密贴附固定于该第一张力滚轴的轴面，使该金属条相对于贴附侧面的另一侧面为一张力面。
该主动力轴设于该金属条的行径前段，用以带动该金属条移动于该第一张力滚轴的下方轴面。
该成型铣刀邻近于该第一张力滚轴的轴面设置，用以切割行进中该金属条下表面的张力面，以在该金属条张力面的中段依行径方向形成一沟槽。
其中，将绝缘物质涂布填塞于该沟槽中，再裁切填塞过绝缘物质的金属条，即成为未封装前离散状态的微电阻电流感应器。
因此，通过本发明的二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备、用以制造微电阻电流感应器的制造方法、以及其所制成的微尺寸微电阻电流感应器，利用张力滚轴的张力稳定金属条，所以能够以机械精密切削的原理制作出小尺寸的电性元件，借此能保持此微电阻电流感应器较佳的金属特性，并且实现过去模压或黄光蚀刻等金属工艺所不能实现的微小尺寸。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
为使本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图详细说明如下：
图1为本发明二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备的较佳实施例示意图；
图2为本发明成型砂轮磨削行进中金属条的示意图；
图3为金属条贴附第一张力滚轴的示意图；
图4为本发明成型铣刀切割行进中金属条的示意图；
图5为本发明无封装微电阻电流感应器的示意图；
图6为本发明封装后微电阻电流感应器的示意图；
图7为本发明封装后微电阻电流感应器的剖面示意图；以及
图8为本发明制造微电阻电流感应器制造方法的流程图。
其中，附图标记
二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备2
第一张力滚轴10B 第二张力滚轴10A
主动力轴12 辅助动力轴14
第一定位轴16 第二定位轴18
高度测量单元20 控制单元22
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller；PLC)2202
动力装置2204
成型砂轮24 成型铣刀26
金属条30 沟槽3002
肩形槽3004 行进前段F
行进后段R 微电阻电流感应器40
金属部42 绝缘部44
封装部46 焊接脚4202
离合器23 无削加工轮51
抛光轮53 定位档墙81
具体实施方式
以下将以附图式及详细说明清楚说明本发明之的精神，任何所属技术领域的技术人员在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所公开的技术方案，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。
本发明关于一种滚轮成型制造设备、制造方法及所制成的微器件，包括利用金属工艺所制成微尺寸的微电阻电流感应器，以及其所需的二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备以及相关的制造方法。所述微电阻电流感应器，其微尺寸的尺寸规格在0402至4518的规格范围间，甚至相较公知金属工艺所达到的范围，此微尺寸达到过去未实现的0402至1206的规格范围，且为具有良好金属特性的微电阻电流感应器。
请参阅图1，图1为本发明二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备2的较佳实施例示意图。本发明的二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备2能制造具良好金属特性的微电阻电流感应器40，其以切削的原理可制成规格在0402至4518规格范围的微尺寸微电阻电流感应器40。本实施例二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备2主要包含一第一张力滚轴10B、一第二张力滚轴10A、一主动力轴12、两个辅助动力轴14、一成型砂轮24、以及一成型铣刀26。
配合图1请参阅图2，图2为本发明成型砂轮24磨削行进中金属条30的示意图。为方便后需封装，会需要在结合封装材的地方制作出肩形槽3004；为此，二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备2在邻近第二张力滚轴10A处设置一个成型砂轮24。其利用定位档墙81辅助金属条30定位，将金属条30沿轴径方向紧密贴附固定于第二张力滚轴10A的轴面，于金属条30上表面形成一张力面Ts’。接续，成型砂轮24用以切割行进中金属条30的张力面Ts’，以于金属条30张力面Ts’的两侧，依行径方向分别形成二肩形槽3004。
配合图1并参阅图3，图3为金属条30贴附于第一张力滚轴10B的示意图。接续，二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备2利用第一张力滚轴10B上定位档墙81辅助金属条30定位，使形成二肩形槽3004后的金属条30，沿轴径方向紧密贴附固定于第一张力滚轴10B的下方轴面，使金属条30相对于贴附侧面的另一侧面为一张力面Ts。由图示可见，成型铣刀26邻近于第一张力滚轴10B的轴面设置，并可以向第一张力滚轴10B方向钻切削金属条30的 张力向Ts。
回到图1，主动力轴12设于金属条30的行径前段F，用以带动金属条30移动于第一以及第二张力滚轴10B、10A的轴面。在金属条30的行径中段以及后段R分别设置辅助动力轴14，用以辅助推动金属条30移动于第一以及第二张力滚轴10B、10A的轴面。
进一步，二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备2还包含两个第一定位轴16以及一第二定位轴18。两个第一定位轴16与两个辅助动力轴14滚夹金属条30的行进后段R；第二定位轴18与主动力轴12滚夹金属条30的行进前段F。
其中，第一以及第二张力滚轴10B、10A、主动力轴12、辅助动力轴14于其轴心处具有动力以转动，第一定位轴16与第二定位轴18被带动。由于第一以及第二张力滚轴10B、10A、主动力轴12、辅助动力轴14皆具有动力，为保持金属条30具有稳定的张力大小，此五轴10A、10B、12、14的轴面转速需一致，故可通过装设在轴侧的离合器23来控制轴的转速，使金属条30承受稳定的张力。
配合图1请参阅图4，图4为本发明成型铣刀26切割行进中金属条30的示意图。成型铣刀26受可编程逻辑控制器2202(Programmable Logic Controller；PLC)控制其钻深的程度，以在行进中金属条30的张力面Ts进行钻深切割，后续并于金属条30张力面Ts的中段，依行径方向形成长长的沟槽3002。如此，金属条30的金属切削成型制作已经完成，其中，金属条30的材质可采用铜、锰、或是铬等材质。
回到图1，在金属条30行径的后段R还设有一高度测量单元20，高度测量单元20用以检测切削后金属条30的厚度。二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备2还包括一个控制单元22，控制单元22包含可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller；PLC)2202以及动力装置2204，控制单元22的可编程逻辑控制器2202接收来自高度测量单元20所检测金属条30的厚度，并根据此厚度信息，来驱动动力装置2204运作成型铣刀26以及成型砂轮24，并控制成型铣刀26切割沟槽3002的深度，以及控制成型砂轮24研磨此二肩形槽3004的深度。
在高度测量单元20的右侧，即金属条30的行径前端，还进一步设有无削 加工轮51以及抛光轮53。以无削加工轮51将二肩形槽3004的切割表面去毛头，再以抛光轮53将微电阻电流感应器40的底面抛光。
进一步请参阅图5，图5为本发明无封装微电阻电流感应器40的示意图。后续，将绝缘物质以涂布的方式填塞于沟槽3002中，以作为绝缘层；接着，裁切涂布填塞过绝缘物质的金属条30，即成为无封装离散状态的微电阻电流感应器40，单纯的包含着金属部42与绝缘部44。
通过张力辅助切削成型，微电阻电流感应器40的IEEE尺寸规格可达0402至4518的规格范围，并且，微电阻电流感应器40中垂直切削面的垂直度可达0.005mm，粗糙度达0.05μm，符合实际产品所需。
针对无封装的微电阻电流感应器40的结构观察，金属部42具有沟槽3002；绝缘部44使绝缘物质涂布填塞于沟槽3002中以形成，进而形成所述的微电阻电流感应器40。金属部42上具沟槽3002侧面的相对另一侧面的两侧，与沟槽3002相同延伸方向并分别具有二肩形槽3004。
进一步，请参阅图6，图6为本发明封装后微电阻电流感应器40的示意图。此外，也可将封装用的绝缘物质来包覆金属部42，在上段为封装成型的绝缘部44，并在沟槽3002内也形成绝缘部44，仅露出金属部42下方两侧的二部分而为二焊接脚4202，焊接脚4202后续供焊接于电路基板作电性导通之用。
请参阅图7，图7为本发明封装后微电阻电流感应器40的剖面示意图。由剖视图可见，由金属条30切削的金属部42具有一个沟槽3002以及二个肩形槽3004，沟槽3002中充填绝缘部44，整个金属部42被绝缘部44包覆，只露出二焊接脚4202。
针对此封装后微电阻电流感应器40进行测试，测试方式与结果如下表，显示其为合格的微电阻电流感应器40。
表一微电阻电流感应器测试效能
| 参数Parameter/标准 Standard | 测试条件 Conditions of Test | 测试结果 Test Results |
| 热冲击Thermo Shock/MIL-DTD-202 Method 107 | 测试环境：摄氏-65度、 +0度、-5度到+125度、 +3度、-0度共五个循 | ±(1％+0.5mΩ)ΔR |
| 环，每阶至少进行五分 钟 | ||
| 短时距超负载Short Time Overload/MIL-PRF-49465 4.8.8 | 超负载电压：5倍比率 瓦特(持续5秒) | ±(1％+0.5mΩ)ΔR |
| 可焊性Solderability/JIS C 5201 4.17 | 浸泡温度(摄氏235±5 度)，埋没时间(2±0.5 秒)，浸泡体深1.95～ 2mm | 新焊点超过90％覆盖 率 |
| 抗焊热Resistance to Solder Heat/JIS C 5201 4.18 | 浸泡温度(摄氏260±5 度)，埋没时间(5±0.5秒) | ±(1％+0.5mΩ)ΔR |
| 击穿电压Dielectric W/ Voltage/MIL-STD-202 Method 202 | 测试电压大小：超过 1000伏特方均根-耐1 分钟 | 合格 |
| 绝缘性Insulation Resistance/MIL-STD-202 Method 302 | 测试电压大小：500±10 ％伏特方均根-耐1分钟 | ＞10的九次方Ω |
| 高温暴露High Temp. Exposure/JIS C 5202 7.11 | 暴露在摄氏175～178 度范围下，持续250±8 小时 | ±(1％+0.5mΩ)ΔR |
| 低温储存Low Temp. Storage/JIS C 5202 7.1 | 暴露在摄氏-65±2度下， 持续72±4小时 | ±(1％+0.5mΩ)ΔR |
| 寿命Life/MIL-STD-202 Method 108 | 测试温度摄氏70±2度， 持续循环变化工作电压 于1.5小时开、0.5小时 关，共1000小时 | ±(1％+0.5mΩ)ΔR |
请参阅图8，图8为本发明制造微电阻电流感应器40制造方法的流程图。本发明提供一种以金属工艺来制造微电阻电流感应器40的制造方法，所述微电阻电流感应器40的IEEE尺寸规格为0402规格至4518规格的范围。该制 造方法包含下列步骤：
步骤S02：使金属条30贴附于第二张力滚轴10A的轴面，牵拉金属条30，并以第二张力滚轴10A顶压金属条30的贴附侧面，会使金属条30相对于贴附侧面的另一面为张力面Ts’。
步骤S04：利用成型砂轮24切割金属条30的张力面Ts’。
步骤S06：使金属条30的张力面Ts贴附于第一张力滚轴10B的下方轴面，牵拉金属条30，并以第一张力滚轴10B向下顶压金属条30的贴附侧面，会使金属条30相对于贴附侧面的另一面为张力面Ts。换句话说，将所述张力面Ts’翻转贴附于第一张力滚轴10B，使原贴附侧面成为新的张力面Ts。
步骤S08：以一成型铣刀26钻切金属条30的张力面Ts。
步骤S10：带动金属条30沿长形方向行进，以在金属条30张力面Ts的中段，依行径方向形成一沟槽3002。并在金属条30张力面Ts’的两侧，依行径方向分别形成二肩形槽3004。
步骤S12：在金属条30的行进前段F检测金属条30在切削后的厚度。
步骤S14：根据所检测金属条30切削后的厚度，控制成型铣刀26切割沟槽3002的深度。
步骤S16：根据所检测金属条30切削后的厚度，控制成型砂轮24磨切肩形槽3004的深度。
步骤S18：以无削加工轮51将二肩形槽3004的切割表面去毛头。
步骤S20：以抛光轮53将底面抛光。
步骤S22：将绝缘物质以涂布方式填塞于金属条30的沟槽3002中。
步骤S24：裁切填塞过绝缘物质的金属条30，以形成所述未封装前的微电阻电流感应器40。
或者是，以绝缘物质封装包覆所切割离散状态的金属部42颗粒，并露出金属部42的二部份而为二焊接脚4202，以形成所述封装后完整的微电阻电流感应器40。
因此，通过本发明的二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备2、用以制造微电阻电流感应器40的制造方法、以及其所制成的微尺寸微电阻电流感应器40，利用张力滚轴10的张力稳定金属条30，所以能够以机械精密切削的原理制作出小尺寸的电性元件，借此能保持此微电阻电流感应器40较佳的金属特 性，并且实现过去模压或光刻等金属工艺所不能达到的微小尺寸。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种滚轮成型制造设备，包括一种二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备，用以制造至少一微电阻电流感应器，该微电阻电流感应器由一金属部以及一绝缘部构成，其特征在于，该二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备进一步包含：
一第一张力滚轴以及一第二张力滚轴，使一金属条贴附于该第一张力滚轴的下方轴面，使该金属条相对于贴附侧面的另一侧面为一张力面；
一主动力轴，设于该金属条的行径前段，用以带动该金属条移动于该第一张力滚轴的轴面；
一辅助动力轴，设置于该金属条的行径后段，用以辅助推动该金属条移动于该第二张力滚轴的轴面；
一第一定位轴以及一第二定位轴，该第一定位轴与该辅助动力轴滚夹该金属条的行径后段，该第二定位轴与该主动力轴滚夹该金属条的行径前段，其中该第一张力滚轴、第二张力滚轴、该主动力轴、该辅助动力轴于其轴心处具有动力以转动，该第一定位轴与该第二定位轴被带动；
一成型砂轮，该成型砂轮邻近于该第二张力滚轴设置，将该金属条贴附于该第二张力滚轴于金属条上表面形成一张力面，并将该成型砂轮切割行进中该金属条的张力面，以于该金属条张力面的两侧依行径方向分别形成二肩形槽；以及
一成型铣刀，邻近于该第一张力滚轴的轴面设置，用以切割行进中该金属条的张力面，以于该金属条张力面的中段依行径方向形成一沟槽；
其中，将绝缘物质填塞于该沟槽中，裁切填塞过绝缘物质的金属条，即为所述的微电阻电流感应器。
2.根据权利要求1所述的滚轮成型制造设备，其特征在于，所述二次圆弧整列-双刀塔成型中心制造设备进一步包含：
一高度测量单元，设置在该金属条的行径前段，用以检测切削后该金属条的厚度；
一控制单元，根据该高度测量单元所检测该金属条切削后的厚度，控制该成型铣刀切割该沟槽的深度。
3.一种用以制造微器件的制造方法，包括一种制造微电阻电流感应器的制造方法，该微电阻电流感应器由一金属部以及一绝缘部构成，其特征在于，该制造方法包含下列步骤：
牵拉一金属条并将该金属条贴附于一第二张力滚轴，顶压该金属条的贴附侧面，使该金属条相对于贴附侧面的上表面为张力面；
利用一设置于该金属条的行径后段的辅助动力轴，辅助推动该金属条移动于该第二张力滚轴的轴面；
利用二第一定位轴与二辅助动力轴滚夹该金属条的行径中段以及行径后段，并利用一第二定位轴与一主动力轴滚夹该金属条的行径前段，其中该第一张力滚轴、第二张力滚轴、该主动力轴、该辅助动力轴于其轴心处具有动力以转动，该第一定位轴与该第二定位轴被带动；
利用一成型砂轮切割行进中该金属条上表面的张力面，以于该金属条张力面的两侧，依行径方向分别形成二肩形槽；
该金属条贴附于一第一张力滚轴的下方轴面，顶压该金属条的贴附侧面，使该金属条相对于贴附侧面的下表面为张力面；
以一成型铣刀钻切该金属条下表面的张力面；
带动该金属条沿长形方向行进，以于该金属条张力面的中段依行径方向形成一沟槽；
将绝缘物质填塞于该金属条的沟槽；以及
裁切填塞过绝缘物质的金属条，以形成所述的微电阻电流感应器。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，该制造方法进一步包含下列步骤：
在该金属条的行径前段检测该金属条切削后的厚度；以及
根据所检测该金属条切削后的厚度，控制该成型铣刀切割该沟槽的深度。
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