CN103377782B

CN103377782B - 电阻装置

Info

Publication number: CN103377782B
Application number: CN201210261398.5A
Authority: CN
Inventors: 骆达文; 林彦霆
Original assignee: Qiankun Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Qiankun Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-07-26
Also published as: TWI449063B; TW201344716A; CN103377782A; US8779887B2; US20120200383A1

Abstract

本发明公开了一种电阻装置，具有电阻板与电极结构。电极结构包括电极层与辅助层。上述电极层配置于电阻板的第一表面上且包括第一部份与第二部分，分别叠置于电阻板的第一侧与相对于第一侧的第二侧，其中电流路径经过电阻板而于第一部分与第二部分之间传导。上述辅助层配置于电阻板的第二表面上且包含叠置于电阻板的第一侧的至少第一块件与第二块件，以及包含叠置于电阻板的第二侧的至少一第三块件，其中辅助层的第一、第二与第三块件彼此分离，以防止电流流经上述块件中。

Description

电阻装置

技术领域

本发明是有关于一种电阻装置，且特别是有关于一种应用于电流感测的电阻装置。

背景技术

电流感测电阻装置(currentsensingresistor)的工作原理是将电阻串接于负载上，并在向负载供电时，量测电阻上产生的压降，藉以准确估算出电流强度。由于电流感测电阻装置的电阻值约为毫欧姆(mOhm)等级，因此相对精准度的要求也较一般的电阻装置来的高(误差范围约在±1%左右)。所以在电流感测电阻装置的制造过程中，需要对初步完成的电阻装置进行电阻测量以取得一量测值，再针对量测值与预设值进行误差运算，以便于对电流感测电阻装置进行适当的电阻值的调整。并于调整完成后再对电阻装置进行量测，以取得新的量测值，若新的量测值与预设值的比对结果为工艺中的可接受的误差范围内，即无须再作调整，但若差距过大，则需再对电阻装置进行调整。如此反复的动态调整将可使电阻装置的量测值趋近于预设值。

在现有技术中，通常采用四点量测方式的凯尔文量测法(Kelvinmeasurement)，来对电流感测电阻装置进行电阻量测，以下将简述凯尔文量测法的原理。

图1为凯尔文量测法的电路示意图。请参阅图1，先将待测电阻装置15的电阻R的两端点分接为四端点11、12、13、14。上述端点13、14分别连接于固定电流源16的源头端与末端，其中固定电流源16可提供固定电流I。另一方面，分别以具有高阻抗的探针连接端点11、12，以测量两端点之间的电压差。由于连接于端点11、12的探针的输入阻抗相对较高，在此假设没有电流通过端点11、电阻15与端点12(即电流i1=0且电流i2=0)。在此情况下，固定电流源16、端点14、电阻15以及端点13形成一回路。接着量测端点11与端点12之间的电压差V=V11-V12，通过欧姆定律(V=IR)，便可计算出待测电阻装置15的电阻。

图2A为传统的电流感测电阻装置的结构示意图。请参阅图2A，电流感测电阻装置100具有电阻板120以及两个电极片110、130。电极片110、130分别焊接于电阻板120的一侧与相对一侧，且电极片110、130分别具有开口140、150。在电极片110、130上分别定义出感测垫111、131以及电流垫112、132并使其作为量测区域。在传统的电流感测电阻装置100的制作过程中，可于电流垫112与电流垫132之间施加电流I，当固定电流I导通于电流感测电阻装置100时，于感测垫111与感测垫131之间量测电压差(Vdiff=V111-V131)。因此电阻板120的电阻值R1可通过R1=Vdiff/I的方式求出。

图2B为初步完成的电阻装置在生产线上，使用量测仪器来测量四个端点的示意图。四个量测端点211、212、213、214分别配置在电极片的四个区域311、312、313、314并呈现矩形，如图2C所示。其中量测端点213、214作为固定电流的输入端，量测端点211、212作为电压量测的输出端。

接着对上述初步完成的电阻装置进行滚镀工艺(barrelplatingprocess)并电镀焊锡层于其上，以便于安装电阻装置于印刷电路板(printedcircuitboard,简称PCB)上。

由于是在完成了对电阻装置的电阻值进行测量与调整之后，才将焊锡层电镀于电阻装置上，因此会使得电阻装置产生电阻误差的问题。此外，同一批生产的电阻装置可能会具有不同的电阻值。例如，如图3A所示，同一批生产的电阻装置，在电镀焊锡层之前，其电阻值一般分布在一个狭窄的范围内，例如是峰值±0.8%的范围内。然而，当电镀焊锡层之后，电阻装置的电阻值变的发散且分布在一广范围内，例如是峰值±3%的范围内，如图3B所示。因此，则无法达成对于高电阻精度的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电流感测电阻装置，其于电镀焊锡层前后皆保有可靠且一致的电阻值。

本发明提出一种电阻装置，具有电阻板与电极结构。电极结构包括电极层与辅助层。上述电极层配置于电阻板的第一表面上且包括第一部份与第二部分，分别叠置于电阻板的第一侧与相对于第一侧的第二侧，其中电流路径经过电阻板而于第一部分与第二部分之间传导。上述辅助层配置于电阻板的第二表面上且包含叠置于电阻板的第一侧的至少第一块件与第二块件，以及包含叠置于电阻板的第二侧的至少一第三块件，其中辅助层的第一、第二与第三块件彼此分离，以防止电流流经上述块件中。

在本发明的一实施例中，上述电阻装置更包含焊锡层，叠置于电极层与辅助层上，且部分覆盖电阻板的第三表面。

在本发明的一实施例中，上述电阻装置更包含保护层，其中保护层填满上述电极层的第一部分与第二部份之间的空间，且位于辅助层的第一、第二与第三块件之间。

附图说明

图1为凯尔文量测法的电路示意图；

图2A为传统的电流感测电阻装置的结构示意图；

图2B为初步完成的电阻装置在生产线上，使用量测仪器来测量四个端点的示意图；

图2C为四个量测端点电阻板上的分布示意图；

图3A与图3B为传统的同一批生产的电阻装置，在分别电镀有焊锡层之前与之后，其电阻值的分布示意图；

图4A为根据本发明的第一实施例所绘示的电阻装置的示意图；

图4B为图4A的沿Ⅰ-Ⅰ′切线的剖面示意图；

图4C为图4A的电阻装置的侧视图；

图4D为图4A的电阻装置的部分结构的上视图；

图4E为图4A的电阻装置的部分结构的底部平面示意图；

图5A为根据本发明的第二实施例所绘示的电阻装置示意图；

图5B为图5A的电阻装置沿Ⅱ-Ⅱ′切线的剖面示意图；

图5C为图5A的电阻装置的侧视图；

图5D为图5A的电阻装置在覆盖焊锡层之前的部分结构的示意图。

图5E为图5A的电阻装置在覆盖焊锡层之前的部分结构的底部平面示意图；

图6A为根据本发明的第三实施例所绘示的电阻装置示意图；

图6B为图6A的电阻装置沿Ⅲ-Ⅲ′切线的剖面示意图；

图6C为图6A的电阻装置的侧视图；

图6D为图6A的电阻装置在覆盖焊锡层之前的部分结构的示意图；

图6E为图6A的电阻装置在覆盖焊锡层之前的部分结构的底部平面示意图；

图7A为上述实施例的孔洞的替代配置结构示意图；

图7B为上述实施例的孔洞的其他的替代配置结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

11、12、13、14：端点；

15：电阻装置；

16：固定电流源；

R：电阻；

i1、i2：电流；

100：电流感测电阻装置；

120：电阻板；

110、130：电极片；

140、150：开口；

111、131：感测垫；

112、132：电流垫；

211、212、213、214：端点；

311、312、313、314：区域；

400、500、600：电流感测电阻装置；

420、520、620、820：电阻板；

430、530、630：电极结构；

440、450：孔洞；

4201、4202、5201、5202、6201、6202：表面；

405、406、605、606、505、506：电流垫；

407、408、607、608、507、508：感测垫；

401、402：电流路径；

415、416、417、418、515、516、517、518、615、616、617、618：辅助块件；

45、55、65：焊锡层；

512、612：第一孔洞；

522、622：第二孔洞；

532、632：第三孔洞；

542、642：第四孔洞；

501、601：狭缝；

57、67：保护层；

610：载板；

6301、8301：电极层；

6302、8302：辅助层；

81、82、83、811、821、831：开口；

Ⅰ-Ⅰ′、Ⅱ-Ⅱ′、Ⅲ-Ⅲ′：切线。

具体实施方式

以下，将通过下列实施例对本发明做更详细的说明。然而须注意的是，下列关于本发明的较佳实施例的描述仅作为描述与说明的目的，非用以限制本发明。

根据本发明的一实施例的电流感测电阻装置的上视结构图，如图4A所示。图4B则为图4A的沿Ⅰ-Ⅰ′切线的剖面示意图。图4C为图4A的侧视图。

请参阅图4A、4B，本发明的电流感测电阻装置400包含电阻板420以及电极结构430。上述电阻板420在两相对侧分别具有开口。上述电极结构430以堆叠结构的形式配置于电阻板420上，例如利用焊锡或电镀的方式，因此于电阻板420的两相对侧对应于电阻板开口分别形成孔洞440与450。电极结构430部分覆盖于电阻板420的一表面4201以及一反侧表面4202，其中电极结构430覆盖于表面4201的部分为用以连接至印刷电路板(PCB)(图中未示出)的电极层，该电极层上定义有电流垫405、406以及感测垫407、408做为测量区域。所得的电流感测电阻装置400具有主要电流路径401，其中电流经由电阻板420而流通于电流垫405与电流垫406之间。此外，上述电流感测电阻装置400具有感测电流路径402，其中电流经由电阻板420而流通于感测垫407与感测垫408之间。另一方面，电极结构430覆盖于表面4202的部分为辅助层，其包含四个分离的块件415、416、417、418，用以巩固整体电阻元件以避免产生形变。接着，于所得结构上形成焊锡层45。为了避免图式过于复杂，所得结构中关于孔洞的细部结构并未详细绘示于图4A中，但可见于图4C中。于图4C中，位于孔洞440中的电极结构430与电阻板420并未被焊锡层45所覆盖。同样的，位于孔洞450中的电极结构430与电阻板420亦未被焊锡层45所覆盖。

图4D为电极结构430相对于电阻板420的配置结构上视图，图4E为电极结构430相对于电阻板420的配置结构底视图。请参阅图4D，其显示出位于电阻板420的表面4201上的电极结构430中，用以执行凯尔文测量的电流垫405、406以及感测垫407、408之间的物理性连结。另一方面，上述位于电阻板420的表面4202的四个辅助块件415、416、417、418彼此分离，如图4E所示。使上述辅助块件415、416、417、418彼此分离的用意，是用以避免这些辅助块件415、416、417、418之间有不必要的电流流通，干扰了凯尔文测量的精确性。

图5A为根据本发明的另一实施例所绘示的电阻装置上视图。图5B为图5A的沿Ⅱ-Ⅱ′切线的剖面示意图。图5C为图5A的侧视图。

请参阅图5A与图5B。本实施例的电流感测电阻装置500包括电阻板520以及电极结构530。在电阻装置500的四个侧边分别配置第一孔洞512、第二孔洞522、第三孔洞532以及第四孔洞542，细节如母案中所述。此外，通过激光切割的方式于第四孔洞542的底部以激光切割出狭缝501。由于电阻板520的电阻值会随着狭缝501的长度而改变，因此狭缝501的尺寸根据所要达到的阻抗值来决定。通过孔洞的位置与尺寸大小的选择可使得重复测量与调整阻抗的次数减至最少。通过对孔洞与狭缝的选定并对电阻板520的结构作简单修正的方式，将使得微调电阻装置500的电阻值变得较为容易。

电极结构530以堆叠的方式，例如是利用焊接或电镀工艺，而形成于电阻板520上。此外上述电极结构530部分覆盖于电阻板520的表面5201以及反侧表面5202。而后保护层57形成于电阻板520的未被电极结构530所覆盖的表面，且焊锡层55则接着形成并覆盖于电极结构530周围。

此外，请参阅图5C，上述位于第三孔洞532内的电极结构530、电阻板520以及保护层57皆未被焊锡层55所覆盖。同样的，位于第一孔洞512内的电极结构530、电阻板520以及保护层57皆未被焊锡层55所覆盖。类似于前述实施例的图4A~4E，电极结构530的电流垫505、506以及感测垫507、508实际上彼此相互连结，如图5D所示。而为了提高凯尔文测量的精确性，上述用以巩固强化以避免电阻装置产生弯曲形变的辅助块件515、516、517、518彼此分离，如图5E所示。如此可避免上述辅助块件所产生的不必要的电流而干扰了凯尔文测量的精确性。

图6A为根据本发明的另一实施例所绘示的电阻装置的上视图。图6B为图6A的沿Ⅲ-Ⅲ′切线的剖面示意图。图6C为图6A的侧视图。

请参阅图6A与6B。在本实施例中，电流感测电阻装置的制造方法包含层合工艺(laminatingprocess)，且电流感测电阻装置600包括载板610、电阻板620以及电极结构630。上述载板610的材质例如是陶瓷。且载板610、电阻板620以及电极结构630可通过适当的粘合剂而贴合制成。上述粘合剂例如是由环氧树脂与玻璃纤维所混合而成的散热薄膜。上述散热薄膜除了在载板610与电阻板620之间，以及在载板610与电极结构630之间，提供粘合的功能之外，亦能提供热传导的功能。载板610用于承载电阻板620的能力将使得对电阻板620作修正以微调电阻值变得较为容易。第一孔洞612、第二孔洞622、第三孔洞632以及第四孔洞642配置于电阻装置600的四个侧边。狭缝601配置于第四孔洞642中以微调电阻板620的电阻值。不过，位于四个孔洞612、622、632、642中的载板610并未被移除。较佳的是，通过激光切割而于第四孔洞642的底部切割出狭缝601。由于电阻板620的电阻会随着狭缝601的长度而改变，因此狭缝601的尺寸大小可根据所需达成的阻抗程度而决定。通过孔洞的位置与尺寸大小的选择可使得重复测量与调整阻抗的次数减至最少。

电极结构630包含电极层6301以及辅助层6302。上述电极层6301通过电镀的方式形成于电阻板620的表面6201上。辅助层6302通过电镀或粘合的方式而迭合于载板610，且配置于电阻板620的反侧表面6202。辅助层6302为金属层，例如是铜层，用以散发电阻装置600所产生的热能并避免结构产生形变。保护层67形成于电阻板620未被电极结构630覆盖的表面上；焊锡层65形成并叠置于电极结构630上。

此外，请参阅图6C，在第三孔洞632中的电极结构630、电阻板620、载板610以及保护层67皆未被焊锡层65所覆盖。同样的，位于第一孔洞612内的电极结构630、电阻板620、载板610以及保护层67亦未被焊锡层65所覆盖。类似于前述实施例的图4A~4E，上述电极结构630的电流垫605、606以及感测垫607、608实际上相互连结，如图6D所示。为了提升凯尔文测量的精确性，辅助块件615、616、617、618彼此分离，如图6E所示。如此可避免上述辅助块件所产生的不必要的电流而干扰了凯尔文测量的精确性。

在上述任一实施例中，可以通过具有阻抗的材料，例如锰-铜、镍-铜或镍-磷的合金或混合物，来制成电阻板。前述提及的孔洞例如可通过蚀刻或打孔的方式来形成。而上述配置于电阻板的两相反侧的电极层与辅助层的材料可以是相同的，也可以是不同的材料。焊锡层例如是利用电镀或溅镀的方式所形成的铜层、镍层、锡层等子层的复合层。另外，焊锡层也可以根据实际需求，为银、铂、焊锡等材料的复合层，但本发明的焊锡层的材质不以上述为限。较佳的是，焊锡层可选择性包含一附加层(图未示)，于前述复合层形成之前先形成于电阻板620与载板610的堆叠结构侧面，以提高复合层对堆叠结构的粘着力。附加层例如可利用滚镀(barrelplating)的方式而形成，并延伸于电极层6301以及辅助层6302之间。为了避免不必要的电流流经块件，亦应如同复合层一般将部分附加层移除。上述保护层的材料例如是环氧树脂，除了用于保护的功能，亦提供强化结构的功用。值得注意的是，并不限制本发明的结构必须包含焊锡层以及保护层。

请再次参阅图4C、图5C、图6C以及图7。在上述实施例中，电极层、辅助层与电阻板的形状大小皆相同，且电极层与辅助层分别具有位置与大小皆一致的孔洞。另外，只要可通过孔洞来有效阻挡流经辅助块件间的非所欲电流，上述孔洞的尺寸与位置亦可不同。举例来说，如图7A所示，辅助层8302具有开口83，其尺寸大小相较于电阻板820与电极层8301分别的开口82、81的尺寸来的宽。此导因于辅助层8302的分离块件的尺寸较小。在上述实施例中，开口81、82、83合并成上述孔洞之一，如图中实线所描绘。在另一例子中，电极层8301、电阻板820以及辅助层8302的分别的开口811、821、831，合并成上述实施例的图7B所述的孔洞之一，如同上述。在这个例子中，开口811、821、831彼此错开但部分重叠。尽管只是部分重叠，却可以有效的切断在块件中流通的不必要的电流。

在其它例子中，辅助层的侧面开口的尺寸可以随着分离块件的尺寸的扩大而窄化，或是随着分离块件的尺寸的减少而拓宽。

此外，尽管已于上述实施例中提及辅助层包括四个分离的块件，然而在本发明，只要能阻止非所欲的电流流经块件中，辅助层不限于一定或只能具有四个块件，其所能具有的块件数目可以大于或小于4。辅助层的材料的选择较佳可作为支撑电阻装置的结构及/或作为散热之用。

本发明的原理亦可适用于未具有任何孔洞的传统的电阻装置。在这个例子中，电极层不具有孔洞，但辅助块件仍是彼此分离，以达成避免不必要的电流流经块件的目的。较佳的是，电阻板与电极层具有分别的侧表面，且后续形成的焊锡层并未完全覆盖于电阻板与电极层的侧表面。此外上述电阻板与电极层的未被焊锡层所覆盖的部分，位于对应于辅助层的分离块件间的间隙的位置，用以阻止不必要的电流流经其中。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的申请专利权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种电阻装置，包括：

一电阻板；以及

一电极结构，包括：

一电极层，配置于该电阻板的一第一表面上，该电极层包括一第一部分与一第二部分，分别叠置于该电阻板的一第一侧与相对于该第一侧的一第二侧，其中一电流路径经过该电阻板而于该第一部分与该第二部分之间传导；

一辅助层，配置于该电阻板的相对该第一表面的一第二表面上，该辅助层包含叠置于该电阻板的该第一侧的至少一第一块件与一第二块件，且该辅助层包含叠置于该电阻板的该第二侧的至少一第三块件，其中该辅助层的该第一、该第二与该第三块件彼此分离，以防止电流流经各块件中。

2.如权利要求1所述的电阻装置，其中该辅助层的该第一、第二与第三块件彼此间被一保护层隔离。

3.如权利要求1所述的电阻装置，更包含一焊锡层，叠置于该电极层与该辅助层上，且部分覆盖该电阻板的一第三表面。

4.如权利要求3所述的电阻装置，其中该电阻板在该第三表面上具有凹陷处，因而在该第一侧形成一开口；该电极层具有一尺寸与位置与该电阻板的该开口相应的开口；且该辅助层具有一由该第一块件与该第二块件之间隙所致的开口，其尺寸与位置与该电阻板的该开口相应。

5.如权利要求4所述的电阻装置，其中该电极层、该电阻板与该辅助层的各开口相互结合以形成一第一孔洞，且在该第一孔洞中的该电阻板与该辅助层不受该焊锡层所覆盖。

6.如权利要求5所述的电阻装置，更包含一载板，配置于该电阻板与该辅助层之间，用以支撑该电阻板，其中位于该第一孔洞中的该载板不受该焊锡层所覆盖。

7.如权利要求5所述的电阻装置，其中该电阻板的该第二侧具有另一开口；该电极层具有一尺寸与位置与该电阻板的该开口相应的另一开口；该辅助层包含具有一尺寸与位置与该电阻板的该开口相应的另一开口；该电极层、该电阻板与该辅助层的位于该第二侧的各开口相互结合，以形成一第二孔洞，且在该第二孔洞中的该电阻板与该辅助层不受该焊锡层所覆盖。

8.如权利要求7所述的电阻装置，其中该辅助层更包含一第四块件，叠置于该电阻板的该第二侧，且该辅助层的该另一开口由该第三块件与该第四块件之间隙所致。

9.如权利要求4所述的电阻装置，其中该电极层、该电阻板与该辅助层的各开口具有相同的宽度且彼此对齐配置。

10.如权利要求4所述的电阻装置，其中该电极层与该辅助层的各开口具有不同的宽度。

11.如权利要求4所述的电阻装置，其中该电极层与该辅助层的各开口彼此错开但部分重叠，且该电极层与该辅助层的部分重叠的各开口进一步与该电阻板的开口部分或完全重叠。

12.如权利要求3所述的电阻装置，其中该焊锡层于该电阻板的该第三表面上具有一间隙，该间隙的尺寸与位置与该辅助层的该第一块件与该第二块件的间隙相应。

13.如权利要求1所述的电阻装置，其中该电阻板于四个侧边分别配置一第一孔洞、一第二孔洞、一第三孔洞以及一第四孔洞，该第一孔洞配置于该第一侧，该第三孔洞配置于该第二侧，该第二孔洞及该第四孔洞分别配置于一第三侧及相对于该第三侧的一第四侧。

14.如权利要求13所述的电阻装置，其中该电阻板的该第四孔洞内具有一狭缝，用以微调该电阻板的电阻值。

15.如权利要求1所述的电阻装置，其中该电极层的该第一部分与该第二部分彼此之间被一保护层隔离。