CN102354590B - 一种精密电流感测元件及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于精密电流感测元件领域，具体涉及一种具有散热层的多层结构精密电流感测元件的结构及制造方法。所说多层结构精密电流感测元件，包括电阻体、散热片、电极、绝缘导热胶层、导通孔和保护层。该精密电流感测元件包含至少一层电阻体与两层散热片，散热片中间设有一个绝缘狭缝。金属层与金属层之间设有一绝缘导热胶层，产品两边设有电极，电极与电阻体及散热片均形成连接，电极上设有一个导通孔，导通孔与电阻体及散热片均形成连接。该制造方法把厚的电阻体分解成若干个薄的电阻体，先在薄的电阻体上进行修阻，再把合金片并联；每个电阻体都至少有一块散热片来帮助散热，大大提升产品的散热特性，本发明的外层可以覆盖一层保护层。实用性强。

Description

一种精密电流感测元件及制造方法

技术领域

本发明属于精密电流感测元件领域，具体涉及一种用于过流保护的精密电流感测元件的结构及制造方法。

背景技术

众所周知，电阻的大小与三个因素有关，导体电阻率，导体的长度及导体的横截面积。在导体材料固定的前提下，导体的电阻率就不变。要电阻变大可以增加导体的长度或降低导体的横截面积。要提升导体的耐电流能力，有降低电阻，或者电阻不变但导体长度和横截面积成比例增加，或者提高散热效果三个方式，

现有的高功率电流感测电阻大多为单电阻合金片设计，没有增设任何散热层，要降低电阻，合金片就要加厚，所以电性能的提升只能单纯依靠改变电阻的长度或横截面积两个手段，因此还有一定创新及改善的空间。

因此，如美国专利US2010/0060409A1所述，如果要增加产品的耐电流能力，则要降低电阻，增加横截面积，而电子元件日渐向轻薄短小转变的今天，横截面积变大就意味着厚度增加，而随着合金片厚度的增加，给生产带来了极高的难度，对设备也提出了极高的要求。效率降低，良率下降，成本急剧上升。

如文献CN201117381Y所述，电阻层是依靠黏胶层附着在陶瓷基板上，提升功率的手法只能是通过不断的叠加单层产品，降低电阻，而叠加合金片的同时也伴随着陶瓷片的增加，以这样方式，产品厚度急剧增加，不同层的陶瓷片的重叠也是个很大的问题，而且多层陶瓷的压合，更容易导致陶瓷片破裂，降低产品性能。受产品厚度的影响，产品无法向小型化发展，在产品日渐小型化的今天，显然也是不理想的工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种精密电流感测元件结构及制造方法，该方法不论在阻值精准度、产品性能、产品良率及制造方法简易性各方面都很突出，符合产业化需求。

本发明所述的精密电流感测元件，包括电阻体、端电极和保护层，该精密电流感测元件外层为上下各一层散热片，散热片上设有至少一条绝缘狭缝；至少有一层保护层，设于上散热片或下散热片上；在上、下散热片之间设有至少一层电阻体；电阻体与散热片间、相邻电阻体间通过绝缘导热胶层连接，所述该精密电流感测元件设有左右两个电极，每个电极设有上焊接电极，端电极和下焊接电极；端电极与散热片和电阻体都形成电连接；所述元件上，在散热片绝缘狭缝的两侧设有至少两个导通孔，与散热片和电阻体都形成电连接。

上述方案中，所述上、下散热片之间，还可以是电阻体与内置散热片交替设置并通过绝缘导热胶层连接，内置散热片与外层的散热片一样，设有至少一条绝缘狭缝和同样的导通孔。

本发明所述的元件的复合多层结构，可以是将做好图形和处理好的各个单层（包括散热片和电阻体）通过绝缘导热胶压合而成；也可以是先做好内层单元，再将一个或多个内层单元与外层通过绝缘导热胶压合而成。

当元件中没有内置散热片时可采用下述步骤制备：

(a) 制备内层，是把两个电阻合金及一个绝缘导热胶层叠层粘合，形成三明治结构，中间为绝缘导热胶层；再通过蚀刻或镭射的方式，在电阻合金上形成阵列的电阻体图形；

(b) 修阻，是在完成图形的电阻体上进行修阻，使电阻体的电阻达到目标阻值；

(c) 制备复合多层板，在导热金属上形成阵列的散热片图形；所述的复合多层板先由至少一个内层，两层导热金属和绝缘导热胶进行叠层粘合，两层导热金属叠层时位于元件的上下两个面，形成上、下散热片，经机械加工的方式开槽及钻孔，再经过化学镀、电镀或物理气相沉积的方式在对开槽及钻孔部位进行金属化，至此，完成品的可见部分都被金属化；

(d) 外层线路成型，是采用蚀刻或镭射的方式在符合多层板的两面形成散热片的绝缘狭缝以及精密电流感测元件阵列的分割线；

(e) 保护层覆盖，是在精密电流感测元件的至少一个面形成保护层；

(f) 形成电极，是将覆盖好保护层的阵列的精密电流感测元件基板进行表面处理，在露出的金属表面先形成一层镍层，再形成焊接电极。

(g) 分割成型，是将阵列的精密电流感测元件基板进行切割制成单个精密电流感测元件。

当元件中有内置散热片时可采用下述步骤制备：

 (a) 制备内层，是把一个电阻合金，一个导热金属及一个绝缘导热胶叠层粘合，形成三明治结构，中间为绝缘导热胶层；再通过蚀刻或镭射的方式，在电阻合金上形成阵列的电阻体的图形，在导热金属上形成阵列的散热片图形；

(b) 修阻，是在完成图形的电阻体上进行修阻，使电阻体的电阻达到目标阻值；

(c) 制备复合多层板，所述的复合多层板先由一个或多个修阻完成的内层和黏胶层进行叠层压合，叠层时最上层和最下层为散热片；经机械加工的方式开槽及钻孔，再经过化学镀、电镀或物理气相沉积的方式在对开槽及钻孔部位进行金属化，至此，完成品的可见部分都被金属化；

(d) 外层线路成型，是采用蚀刻或镭射的方式在符合多层板的两面形成散热片的绝缘狭缝以及精密电流感测元件阵列的分割线；

(e) 保护层覆盖，是在精密电流感测元件的至少一个面形成保护层；

(f) 形成电极，是将覆盖好保护层的阵列的精密电流感测元件基板进行表面处理，在露出的金属表面先形成一层镍层，再形成焊接电极；

(g) 分割成型，是将阵列的精密电流感测元件基板进行切割制成单个精密电流感测元件。

总的来说，本发明提供的一种精密电流感测元件的制造方法，包含下列步骤：先把一片状的导热金属和一片状电阻合金通过绝缘导热胶先进行压合预成型，然后在片状导热金属和片状电阻合金上采用蚀刻或镭射的方式形成图形，在片状导热金属上形成阵列的绝缘狭缝和散热片阵列分割标记线，在片状电阻合金上形成阵列的电阻图形和电阻体阵列分割标记线，电阻图形的形状由电阻值的大小决定；电阻体图形蚀刻出来的电阻值具有一特定的公差范围，需要采用镭射进行修阻，把电阻提升到目标值范围内，达到电阻值高精准度的要求；然后把制作完成的内层再与绝缘导热胶进行叠层压合，压合完成后采用机械方式进行开槽和钻孔，然后通过化学镀或物理气相沉积的方式对开槽及钻孔的部位进行金属化，在此阶段完成的金属化需要通过电镀方式进行加厚，达到高性能的要求；经过金属化的板材，所有的可见部分都被金属化，外层线路需要再次成型，形成绝缘狭缝和散热片阵列分割标记线，然后选择一个面进行保护层覆盖，再通过电镀形成镍电极和焊接电极，然后再进行切割，形成单颗的精密电流感测元件。

本发明的优点在于：

1.      该工艺利用现有的工艺技术，采用至少两个电阻层并联的工艺，电阻值调整实现工艺简单，不需要额外增加设备及相关投入，即可达成降低产品电阻，提升产品耐电流能力的目的。

2.      该工艺利用现有的工艺技术，采用独特的导通孔设计工艺，在合金电阻已经下降到极限的情况下可以通过调节通孔的距离实现电阻的变化

3.      该结构层间设有绝缘导热胶，每块合金片的热量都可快速传导到散热片上。

4.      该结构的底层电极不论电阻值大小，都可以实现大面积散热，使电阻的热量能够迅速导向基板，提升产品性能。

5.      该结构变化灵活，可以实现尺寸多元化。

6.      该结构工艺简单，材料利用率高，成本降低。

附图说明

图1，图2为现有的电流感测元件示意图。

图3和图4为本发明的精密电流感测元件立体剖面图。

图5为本发明的精密电流感测元件在图4(A-A)的剖面图。

图6为本发明的精密电流感测元件在图4(B-B)的剖面图。

图7~图15为本发明的实施例示意图。

附图标号说明

C1   上散热片

C2   第1电阻体

C3   第2电阻体

C4   下散热片

C5   绝缘导热胶层

C6   上焊接电极

C7   导通孔

C8   端电极

C9   绝缘狭缝

C10  保护层

C11  导通孔金属化层

C12  端面金属化层

C13  镍电极

C14  下焊接电极

C15  精密电流感测元件

L1   散热片阵列分割间隔

L2   修阻痕迹

L3   分隔槽

L4   虚拟分割线

L5   电阻层阵列分割间隔

L6   电阻合金

L7   导热金属。

具体实施方式

下面采用实施例对本发明的精密电流感测元件进行描述。

图3示出了本发明的精密电流感测元件立体图，图5、图6示出了本发明的精密电流感测元件的剖面，本发明的精密电流感测元件至少由上散热片C1、下散热片C4，第1电阻体C2、第2电阻体C3，绝缘导热胶C5，上下电极C6、C14，导通孔C7，端电极C8；绝缘狭缝C9，保护层C10构成。

实施例一：

制备内层是在一块绝缘导热胶两侧分别设有一块片状的电阻合金L6，如图7所示，本实施例通过压合使得L6与绝缘导热胶C5紧密结合。电阻合金可以是电阻温度系数很小的材料，电阻率不限；绝缘导热胶可以采用单一的具有很好耐热性，绝缘性，导热性，黏着性的高分子聚合物胶类，也可以经过玻璃纤维增强的具有很好耐热性，绝缘性，导热性，黏着性的高分子聚合物胶类。然后在压合完成的内层上进行线路制作，即电阻合金L6上形成如图9所示的具有特定形状的第1电阻体C2、第2电阻体C3和电阻层阵列分割间隔L5。其中电阻体C2、 C3的形状由电阻值大小决定。并且电阻体C2、C3的图形在俯视状态下重合。

修阻是在制备的内层上的第1电阻体C2 、第2电阻体C3上通过机械或镭射的方式进行阻值修整，低于目标电阻的部分将修到目标阻值范围内。留下修阻痕迹如图10所示L2。修阻的痕迹可以是直线，L型等。

制备复合多层板是把已经修阻完成的至少一个内层、两个导热金属与若干个绝缘导热胶先进行叠层压合，导热金属可以是导热系数≥200W/mK金属材料；绝缘导热胶是采用单一的具有很好耐热性，绝缘性，导热性，黏着性的高分子聚合物胶类，也可以经过玻璃纤维增强的具有很好耐热性，绝缘性，导热性，黏着性的高分子聚合物胶类。叠层的结构上下层为导热金属，导热金属通过绝缘导热胶与内层粘结，内层与内层也是通过绝缘导热胶粘结。再经机械方式开槽，钻孔。形成如图12所示分隔槽L3，导通孔C7。再把开槽及钻孔的部位金属化，金属化的方式可以是化学镀以及物理气相沉积的方式使开槽及钻孔的断面先覆盖一层很薄的金属导电层，再通过电镀的方式加厚，使最终产品能承受大电流的冲击。金属化部位如图13所示端面金属化层C12，以及如图5所示导通孔金属化层C11。

外层线路成型是采用化学蚀刻的方式形成外层散热片图形，即形成如图13所示散热片阵列分割间隔L1，和绝缘狭缝C9。并且新完成的并且上散热片C1、下散热片C4与第1电阻体C2、第1电阻体C3的图形在俯视状态下重合。

在新完成的散热片C1或C4上形成一层保护层如图14所示C10，可以有效防止电极的短接，确保产品在正常工作时不出现短路。该保护层采用具有很好耐热性，绝缘性，导热性，粘着性的高分子聚合物胶类，在防止短接的同时可以很好的帮助把产品的热量导向空气中。

形成电极是在已经完成保护层的复合多层板的金属裸露部位通过电镀先形成一层镍层，如图5所示C13，再形成上焊接电极C6，下焊接电极C14，以及端电极C8。

电极形成后，本发明需要把已经形成电极的复合基板进行分割，如图15所示的虚拟分割线L4，可以采用机械或镭射的方式把阵列的复合基板分割成单个的精密电流感测元件。

实施例二：

制备内层是在一块绝缘导热胶两侧分别设有一块片状的电阻合金L6和一块片状的导热金属L7，如图8所示，本实施例通过压合使得电阻合金L6、导热金属L7与绝缘导热胶C5紧密结合。电阻合金可以是电阻温度系数很小的材料，电阻率不限；导热金属是采用导热系数大于或等于200W/mK的金属材料；绝缘导热胶可以采用单一的具有很好耐热性，绝缘性，导热性，黏着性的高分子聚合物胶类，也可以经过玻璃纤维增强的具有很好耐热性，绝缘性，导热性，黏着性的高分子聚合物胶类。然后在压合完成的内层上进行线路制作，即在电阻合金L6上形成如图8所示的具有特定形状的电阻体C2和电阻层阵列分割间隔L5。其中电阻体C2的形状由电阻值大小决定。在导热金属L7上形成如图11所示的散热片，该散热片具有至少一条绝缘狭缝C9和散热片阵列分割间隔L1。并且电阻体C2与散热片的图形在俯视状态下重合。

修阻是在制备的内层上的电阻体C2上进行通过机械或镭射的方式进行阻值修整，低于目标电阻的部分将修到目标阻值范围内。留下修阻痕迹如图10所示L2。修阻的痕迹可以是直线，L型等。

制备复合多层板是把已经修阻完成的至少一个内层、与若干个绝缘导热胶先进行叠层压合，绝缘导热胶是采用单一的具有很好耐热性，绝缘性，导热性，黏着性的高分子聚合物胶类，也可以经过玻璃纤维增强的具有很好耐热性，绝缘性，导热性，黏着性的高分子聚合物胶类。叠层的结构上下层为导热金属，内层与内层也是通过绝缘导热胶粘结。再经机械方式开槽，钻孔。形成如图12所示分隔槽L3，导通孔C7。再把开槽及钻孔的部位金属化，金属化的方式可以是化学镀以及物理气相沉积的方式使开槽及钻孔的断面先覆盖一层很薄的金属导电层，再通过电镀的方式加厚，使最终产品能承受大电流的冲击。金属化部位如图13所示端面金属化层C12，以及如图5所示导通孔金属化层C11。

外层线路成型是采用化学蚀刻的方式形成外层散热片图形，即形成如图13所示散热片阵列分割间隔L1，和绝缘狭缝C9。并且新完成的并且上散热片C1、下散热片C4与第1电阻体C2、第1电阻体C3的图形在俯视状态下重合。

在新完成的上散热片C1或下散热片C4上形成一层保护层如图14所示C10，可以有效防止电极的短接，确保产品在正常工作时不出现短路。该保护层采用具有很好耐热性，绝缘性，导热性，粘着性的高分子聚合物胶类，在防止短接的同时可以很好的帮助把产品的热量导向空气中。

形成电极是在已经完成保护层的复合多层板的金属裸露部位通过电镀先形成一层镍层，如图5所示C13，再形成上焊接电极C6，下焊接电极C14，以及端电极C8。

电极形成后，本发明需要把已经形成电极的复合基板进行分割，如图14所示的虚拟分割线L4，可以采用机械或镭射的方式把阵列的复合基板分割成单个的精密电流感测元件。

实施例三

如果电阻合金与导热金属本身具有很好的刚性，则可以按以下制造方法进行：

先用蚀刻的方式在电阻合金上形成电阻体，在导热金属上形成散热片。

然后把制作完成的电阻体及散热片按照如图3所示的方式堆叠压合，再经机械方式开槽，钻孔。把开槽及钻孔的部位金属化，金属化的方式可以是化学镀以及物理气相沉积的方式使开槽及钻孔的断面先覆盖一层很薄的金属导电层，再通过电镀的方式加厚，使最终产品能承受大电流的冲击。

外层线路成型同样是采用化学蚀刻的方式形成外层散热片图形，散热片图形与电阻体图形在俯视状态下重合。

在新完成的上散热片或下散热片上形成一层保护层，可以有效防止电极的短接，确保产品在正常工作时不出现短路。该保护层采用具有很好耐热性，绝缘性，导热性，粘着性的高分子聚合物胶类，在防止短接的同时可以很好的帮助把产品的热量导向空气中。

形成电极是在已经完成保护层的复合多层板的金属裸露部位通过电镀先形成一层镍层，再形成上焊接电极，下焊接电极以及端电极。

电极形成后，本发明需要把已经形成电极的复合基板进行分割，如图14所示的虚拟分割线L4，可以采用机械或镭射的方式把阵列的复合基板分割成单个的精密电流感测元件。

对比例一

用实施例一和二制备的元件与电阻值相同的但结构不同的现有元件比较，结果如表1：

从表1可以明显看出，依本发明完成的10mΩ产品比以往单层的合金板产品经短时过负载测试完成后前后的电阻值变化要小0.1%~0.2%。

本发明在电流感测元件的技术上，确实有具体且创造性的精进，于是依法申请发明专利，然而上述的说明内容，仅涵盖本发明的较佳实施方案，凡根据本发明设计方案精神衍生的任何变化，皆应落入本发明的专利范围，特此注明。

Claims (6)

1.一种精密电流感测元件，包括电阻体、端电极和保护层，其特征在于：

该精密电流感测元件外层为上下各一层散热片，散热片上设有至少一条绝缘狭缝；至少有一层保护层，设于上散热片或下散热片上；在上、下散热片之间设有至少一层电阻体；电阻体与散热片间通过绝缘导热胶层连接；当为一层以上电阻体时，相邻电阻体间通过绝缘导热胶层连接；所述该精密电流感测元件设有左右两个电极，每个电极设有上焊接电极(C6)，端电极(C8)和下焊接电极(C14)；端电极(C8)与散热片和电阻体都形成电连接；所述元件上，在散热片绝缘狭缝的两侧设有至少两个导通孔，导通孔贯通上焊接电极和下焊接电极并与之形成电连接，导通孔与散热片和电阻体都形成电连接。

2.根据权利要求1所述的精密电流感测元件，其特征在于，所述的绝缘导热胶由采用由玻璃纤维增强的绝缘性、导热性及耐热性的高分子材料制成。

3.根据权利要求1所述的精密电流感测元件，其特征在于，所述的电阻体为两层或两层以上。

4.根据权利要求1所述的精密电流感测元件，其特征在于，所述的散热片由导热系数大于或等于200W/mK的金属制成。

5.根据权利要求1所述的精密电流感测元件，其特征在于，精密电流感测元件上存在至少两个导通孔；导通孔的材料为金属材料。

6.一种权利要求1所述的精密电流感测元件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a) 制备内层，是把两个电阻合金及一个绝缘导热胶层叠层粘合，形成三明治结构，中间为绝缘导热胶层；再通过蚀刻或镭射的方式，在电阻合金上形成阵列的电阻体图形；

(b) 修阻，是在完成图形的电阻体上进行修阻，使电阻体的电阻达到目标阻值；

(c) 制备复合多层板，在导热金属上形成阵列的散热片图形；所述的复合多层板先由至少一个内层，两层导热金属和绝缘导热胶进行叠层粘合，两层导热金属叠层时位于元件的上下两个面，形成上、下散热片，经机械加工的方式开槽及钻孔用于形成分隔槽及导通孔，再经过化学镀、电镀或物理气相沉积的方式在开槽及钻孔部位进行金属化，至此，完成品的可见部分都被金属化；

(d) 外层线路成型，是采用蚀刻或镭射的方式在复合多层板的两面形成散热片的绝缘狭缝以及精密电流感测元件阵列的分割线；

(e) 保护层覆盖，是在精密电流感测元件的至少一个面形成保护层；

(f) 形成电极，是将覆盖好保护层的阵列的精密电流感测元件基板进行表面处理，在露出的金属表面先形成一层镍层，再形成焊接电极；

(g) 分割成型，是将阵列的精密电流感测元件基板进行切割制成单个精密电流感测元件。

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