CN104520944B - 电阻器特别是低电阻电流测量电阻器 - Google Patents

电阻器特别是低电阻电流测量电阻器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电阻器，特别是低电阻电流测量电阻器，包括：第一连接部(1)，其由导体材料构成以用于引入电流(I)，第二连接部(2)，其由导体材料构成以引出电流(I)，以及电阻器元件(3)，其由电阻材料构成并沿电流方向布置在两个连接部(1，2)之间，还包括电阻器涂层(7)，其由金属材料构成以获得腐蚀保护和/或改进可焊接性，根据本发明，所述金属涂层(7)在没有任何绝缘层的情况下直接施加至电阻器元件(3)的整个自由表面。

Description

电阻器特别是低电阻电流测量电阻器
技术领域
本发明涉及一种电阻器，特别是低电阻电流测量电阻器，以及用于涂覆这种电阻器的涂覆方法。
背景技术
EP0605800A1已知一种低电阻电流测量电阻器，其包括由导体材料(例如铜)制成的两个板形连接部和插入在连接部之间的由电阻材料(例如铜锰镍合金)制成的板形低电阻电阻器元件，根据欧姆定律跨过该电阻器元件的电压降形成对流过测量电阻器的电流的测量。
采用这种电流测量电阻器，问题在于，没有涂层，连接部和电阻器元件的材料氧化，从而这种电流测量电阻器于是变褐色并且看起来不吸引人，可焊接性也通过氧化而受到冲击。
解决这一问题的已知方法在于电镀锡板或镍板复合材料条(由其模切出上述电流测量电阻器)从而在完成的模切电流测量电阻器上的电阻器元件至少在顶侧和下侧上具有涂层，所述涂层防止干涉氧化。但是，在模切之前施加涂层的缺点在于，模围住侧面因而电阻器元件的侧向边缘没有涂层并且因此继续暴露以氧化。
出于对表面保护的严格客户需求，在过去，整个电流测量电阻器都被电镀，如图6所示。从此图可以看出，电流测量电阻器具有两个连接部1、2以及沿电流方向插入在两个连接部1、2之间的电阻器元件3。连接部1、2和电阻器元件的氧化在此结构中由金属涂层4来防止，该涂层4通过电镀被施加至电流测量电阻器。这样的问题在于，电镀的涂层4是导电的，并且因此能通过穿过涂层4的电旁通来伪造电阻器元件3的电阻。为了避免这种电阻值的伪造，电阻器元件的自由表面被外周地涂覆有电绝缘涂层5，其防止通过金属涂层4的干扰旁通。以此方式，连接部1、2和电阻器元件3的表面的干扰氧化完全得到防止，但是施加涂层5是非常费力的且直到现在也必须手工完成。
此外，DE19780905C2公开了另一种电阻器类型，应该被认为是现有技术。在此结构中，电阻器元件被附接到电绝缘基板上并在其顶侧被覆盖以金属涂层。但是，首先，在此结构中金属涂层比电阻器元件的电阻值低，因此形成实质上的电旁通。
其次，在此结构中，电阻器元件的侧向边缘仍保持未覆盖，并因此可能氧化。
另外，US2003/0016118A1、DE19814388A1、DE2634232A1和DE2607026A1也应看作现有技术。
发明内容
按照本发明，提出了一种电阻器，包括：
a)第一连接部，其由导体材料构成并用于将电流引入所述电阻器，
b)第二连接部，其由导体材料构成并用于将电流从所述电阻器引出，
c)电阻器元件，其由电阻材料构成，所述电阻器元件沿电流方向布置在第一连接部和第二连接部之间，
d)电阻器的金属涂层，其由金属材料构成以获得腐蚀保护和/或改进可焊接性，其中，
e)所述金属涂层在没有绝缘层的情况下直接施加至电阻器元件的整个自由表面，和
f)所述金属涂层的金属材料具有与电阻器元件的电阻材料相比更大的比电阻。
按照本发明，还提出了一种用于涂覆电阻器的涂覆方法，该电阻器特别是上述技术方案中的电阻器，所述方法包括以下步骤：
a)施加金属涂层至电阻器的电阻器元件，以获得腐蚀保护和/或以改进可焊接性，其中，
b)所述金属涂层在没有绝缘层的情况下被直接施加至电阻器元件的整个自由表面，和
c)所述金属涂层的金属材料具有与电阻器元件的电阻材料相比更大的比电阻。
因此，本发明的目的是提供一种适当改进的电阻器。此目的是通过根据本发明的电阻器以及根据下述相应涂覆方法来实现的。
本发明包括总体技术教示为：无绝缘层(例如涂料)地直接施加金属涂层至电阻器元件的整个自由表面。这提供的优点在于，在金属涂层和电阻器元件之间的电绝缘涂料涂层的费力的手工施加得以免除，这使得根据本发明的电阻器的制造更加简单。在本发明的范围内，前述通过金属涂层旁通电阻器元件的干扰电旁通能通过各种技术手段得到防止，或减少到不干扰的水平。
在本发明的优选实施例中，为此目的选择特殊材料用于涂覆，所述材料具有足够低的导电率和足够高的比电阻。镍-磷(NiP)优选地用作用于金属涂层的材料，特别是磷含量为大约6-8％。但是，在本发明的范围内，也可能使用其他金属涂层，其可以含有例如镍、金，特别是电镀金，银、钯或者前述材料的合金。
在每种情况下，用于涂层的金属材料优选地具有比电阻器元件的电阻材料大的比电阻。
另外，也可以使用相对薄的金属涂层来使得通过金属涂层的干扰电旁通最小化。因此，在本发明的优选实施例中，使用厚度约为3μm的镍磷层。作为比较，对于电镀金涂层，金属涂层的层厚度优选小于2μm。通常的情况是金属涂层的层厚度优选小于50μm、20μm、10μm、5μm、1μm、500nm、或者甚至小于200nm。金属涂层也可以由两个功能层构成，例如NiP和电镀金。
上述已提到金属涂层导致通过金属涂层旁通电阻器元件的电旁通。在此结构中，根据本发明的电阻器优选地被构造成使得通过金属涂层旁通的电导小于电阻器元件的电导的10％、5％、1％、0.5％或甚至小于0.2％。因此，通过金属涂层的旁通所具有的电阻值优选地与电阻器元件的电阻值相比高到使得旁通并不伪造测量值。
另外，在本发明的范围内，还旨在使金属涂层不冲击电阻值的温度恒定性或者仅影响到可接受的程度。根据本发明的电阻器因此优选地构造成使得具有涂层的电阻器元件的温度系数仅稍微不同于不具有金属涂层的电阻器元件的温度系数，差值优选小于20％、10％、5％或1％。
另外，还要提及的是，金属涂层优选地外周地封盖电阻器元件，即封盖电阻器元件的整个自由表面包括侧向边缘。以此方式，根据本发明的电阻器还不同于已知电阻器，该已知电阻器中，复合材料条在模切最终电流测量电阻器之前为锡板或镍板，而最终电流测量电阻器的模侧面仍保持未覆盖。
优选地，金属涂层实际上封围整个电阻器包括连接部和电阻器元件，封围优选外周地封围，并且还包括电阻器的侧向边缘和端面。
还在提及的是，金属涂层优选地由可钎焊、可焊接、可结合和/或抗腐蚀的材料构成。
在本发明的优选实施例中，导体材料是铜或铜合金，以在连接部中获得最低可能的电阻。这是可感测的，从而在4导体测量的情况下，测量结果不被连接部内侧的电压降伪造(参考EP0605800A1)。
此外，要提及的是，电阻材料优选为铜合金，特别是铜锰镍合金，例如Cu84Ni4Mn12但是，还有一种选择性选项是电阻器元件的电阻材料是镍合金，例如NiCr或CuNi。
另外，关于导体材料和电阻材料还应提及的是，电阻器元件的电阻材料具有的比电阻优选地比连接部的导体材料大。
关于根据本发明的电阻器的设计，应该提及的是，电阻器元件被电连接和机械连接至两个相邻的连接部，特别是通过焊接接头(电子束焊接是特别适合的)，例如在EP0605800A1中所述。
在本发明的优选实施例中，两个连接部布置在电阻器元件的相反侧上，从而电流在电阻器元件的相反侧上流入和流出。
但是，还可能的是，两个连接部布置在电阻器元件的同一侧上，从而电流在电阻器元件的同一侧上流入和流出。
上述两个选择性方式在EP0605800A1中也有详述从而此文献的内容整个加入本说明书中。
在此上下文中还要提及的是，连接部和/或电阻器元件优选地构造成板形，这使得能由复合材料便宜地制造，如EP0605800A1中所述。
板形的连接部和板形的电阻器元件优选是平坦的，并且位于共同的平面上，从而根据本发明的电阻器在整体上也是平坦的。
但是，还有一个选择性选项是，板形的连接部和/或板形的电阻器元件是弯曲的，或者在模切过程中被弯曲，或者根据需要被弯曲。以此方式，可能的是，电阻器元件在组装状态下远离印刷电路板，这导致电阻器元件的良好冷却或简化了部件的安装。
另外，还要提及的是，根据本发明的电阻器优选是用于在汇流条中组装的电阻器。但是，该方法也适用于SMD电阻器(SMD：表面安装的器件)，其适用于表面组装到印刷电路板上。
已知的是，期望电阻值具有最优的良好温度恒定性以用作电流测量电阻器。所使用的电阻材料因此优选具有带有非常小的温度系数的比电阻，优选地小于5·10-4K-1、2·10-4K-1、1·10-4K-1或5·10-5K-1。
上面已提到过，电阻材料优选是低电阻的电阻材料，这是为什么电阻材料的比电阻优选小于2·10-4Ω·m、2·10-5Ω·m或2·10-6Ω·m。
相反，连接部的导体材料优选地具有甚至更小的比电阻，为小于10-5Ω·m、10-6Ω·m或10-7Ω·m。
最后，要提及的是，本发明并不限于作为最终元件的根据本发明的电阻器，而是还要求保护适当的涂覆方法，由此，根据本发明的涂覆方法的顺序也由前面的描述中显现出来，从而为避免重复，请参考前面的描述。
关于涂覆方法，另外要注意的是金属涂层可电镀涂覆或化学涂覆特别是滚筒式电镀方法来涂覆，这是现有技术中已知的。在此方法中，未涂覆的电阻器在滚筒中旋转的同时被电镀或化学涂覆。其他涂覆方法例如溅射或CVD(化学汽相沉积)等也自然是可能的。
附图说明
本发明的进一步优选实施例在下述说明中限定，或在下面的附图以及本发明优选实施例的描述中更详细地进行解释，附图中：
图1为根据本发明的电流测量电阻器的示图；
图2为图1的电流测量电阻器的侧视图；
图3为图1和2中的电流测量电阻器的放大剖视图；
图4为根据本发明的电流测量电阻器的等效电路框图，以使得通过电阻器元件的金属涂层的电旁通更加清楚；
图5是用于澄清由于温度导致的电阻变化的框图；以及
图6是根据图3的放大细节图，用于传统的电流测量电阻器。
具体实施方式
图1-4示出了根据本发明的电流测量电阻器6，其与如上所述和图6所示的传统电流测量电阻器大致一致，为避免重复请参考前面所述，相同的附图标记表示相应的细节。
在此结构中，两个连接部1、2每个都构造成板形并且由铜或铜合金构成。
电阻器元件3也构成为板形，并由铜-锰-镍合金制成，例如Cu84Ni4Mn12
另外，关于根据本发明的电流测量电阻器1的制造和组装，参考文献EP0605800A1，所述文献的内容全部并入此说明书。
在此结构中，连接部1用于将电流I引入到电流测量电阻器6，而连接部2的作用是将电流排出电流测量电阻器6。
在此结构中，电阻器元件的自由表面被外周地涂覆有金属涂层7，该金属涂层在此实施例中由镍磷构成，磷含量为6-8％。
此处要提及的是，金属涂层7不仅封围电阻器元件3，而且封围整个电流测量电阻器6包括两个连接部1、2。
一方面，金属涂层7防止连接部1、2和电阻器元件3的表面上的干涉氧化，而且另外，金属涂层7还改善了可焊接性。
在此结构中，要提及的是，根据本发明的电流测量电阻器6与图6所示传统电流测量电阻器的不同之处在于，金属涂层7直接施加至连接部1、2和电阻器元件3的表面，即，在其间没有根据图6那样的涂料涂层5。这所提供的优点在于，可以免除涂料涂层5的费力的人工施加，这使得根据本发明的电流测量电阻器6的制造更加简单。
在此结构中，可以通过各种技术手段来防止通过金属涂层7旁通电阻器元件3的干扰电旁通。
另一方面，金属涂层7由镍磷合金构成，其具有足够低的导电性，由此通过金属涂层7的电旁通被急剧减少。
另外，金属涂层7具有非常小的层厚度d≈3μm，由此，旁通被进一步减小。
图4示出根据本发明的电流测量电阻器6的等效电阻框图，其中电阻RA用于连接部1、2，电阻RH用于电阻器元件3，且电阻RN用于通过金属涂层7旁通电阻器元件3的旁通。进入电流I因此分成通过电阻器元件3的主电流IH和通过金属涂层7(或者，更精确地，通过金属涂层7的电阻RN)的旁通电流IN。在此结构中，根据本发明的电流测量电阻器6被构造成使得旁通电流IN比主电流IH小10的几个幂次。
最后，图5示出由于温度引起的根据本发明的电流测量电阻器的总电阻的变化，首先是针对没有金属涂层7的原始状态，其次是有金属涂层7，其由镍构成。可以从图中看出，温度恒定性受到金属涂层7的最微不足道的冲击。
本发明并不限于上述的优选实施例，而是，可能有多个替换和修改，它们也利用了本发明的概念并且因此落入本发明范围。另外，本发明还要求保护独立于所引用的权利要求的从属权利要求的主题和特征。
附图标记列表
1 连接部
2 连接部
3 电阻器元件
4 金属涂层
5 涂料
6 电流测量电阻器
7 金属涂层
d 金属涂层的层厚度
RA 连接部的电阻
RN 旁通电阻
RH 电阻器元件的电阻
IH 通过电阻器元件的主电流
IN 通过金属涂层的旁通电流
I 总电流

Claims (40)

1.一种电阻器(6)，包括：
a)第一连接部(1)，其由导体材料构成并用于将电流(I)引入所述电阻器(6)，
b)第二连接部(2)，其由导体材料构成并用于将电流(I)从所述电阻器(6)引出，
c)电阻器元件(3)，其由电阻材料构成，所述电阻器元件(3)沿电流方向布置在第一连接部(1)和第二连接部(2)之间，
d)电阻器(6)的金属涂层(7)，其由金属材料构成以获得腐蚀保护和/或改进可焊接性，
其特征在于，
e)所述金属涂层(7)在没有绝缘层(5)的情况下直接施加至电阻器元件(3)的整个自由表面，和
f)所述金属涂层(7)的金属材料具有与电阻器元件(3)的电阻材料相比更大的比电阻(6)。
2.根据权利要求1所述的电阻器(6)，其特征在于，
所述金属涂层(7)的层厚度小于50μm。
3.根据权利要求1或2所述的电阻器(6)，其特征在于，
a)所述金属涂层(7)与电阻器元件(3)一起形成两个连接部之间的电旁通(IN)，
b)通过金属涂层(7)的旁通(IN)具有电导，
c)电阻器元件(3)具有位于两个连接部之间的电导，
d)旁通的电导小于电阻器元件(3)的电导的10％。
4.根据权利要求1或2所述的电阻器(6)，其特征在于，所述金属涂层(7)的金属材料包含以下材料中的至少一种：
a)镍，
b)镍磷，
c)金，
d)银，
e)钯，
f)上述材料的合金。
5.根据权利要求1或2所述的电阻器(6)，其特征在于，
a)没有金属涂层(7)的电阻器(6)具有带有确定温度系数的电阻值，
b)具有金属涂层(7)的电阻器(6)具有带有确定温度系数的电阻值，
c)具有涂层(7)的温度系数与不具有涂层(7)的温度系数的差小于20％。
6.根据权利要求1或2所述的电阻器(6)，其特征在于，所述金属涂层(7)完全封围电阻器(6)包括连接部(1、2)和电阻器元件(3)。
7.根据权利要求1或2所述的电阻器(6)，其特征在于，所述金属涂层(7)是可钎焊的、可焊接的、可结合的和/或耐腐蚀的。
8.根据权利要求1或2所述的电阻器(6)，其特征在于，
a)连接部(1、2)的导体材料是铜或铜合金；和/或
b)所述电阻器元件(3)的电阻材料是铜合金；和/或
c)所述电阻器元件(3)的电阻材料是镍合金；和/或
d)所述电阻器元件(3)被电连接或机械连接至两个连接部(1、2)；和/或
e)所述两个连接部(1、2)布置在电阻器元件(3)的相反侧上；和/或
f)所述连接部(1、2)和/或电阻器元件(3)是板形的；和/或
g)板形的连接部(1、2)和/或板形的电阻器元件(3)是平坦的或弯曲的；和/或
h)所述电阻材料具有带有温度系数的比电阻，该温度系数小于5·10-4K-1；和/或
i)所述电阻材料具有小于2·10-4Ω·m的比电阻；和/或
j)所述导体材料具有小于10-5Ω·m的比电阻。
9.根据权利要求1所述的电阻器(6)，其特征在于，所述电阻器(6)是低电阻电流测量电阻器。
10.根据权利要求1所述的电阻器(6)，其特征在于，
所述金属涂层(7)的层厚度小于20μm。
11.根据权利要求1所述的电阻器(6)，其特征在于，
所述金属涂层(7)的层厚度小于10μm。
12.根据权利要求1所述的电阻器(6)，其特征在于，
所述金属涂层(7)的层厚度小于5μm。
13.根据权利要求1所述的电阻器(6)，其特征在于，
所述金属涂层(7)的层厚度小于1μm。
14.根据权利要求1所述的电阻器(6)，其特征在于，
所述金属涂层(7)的层厚度小于500nm。
15.根据权利要求1所述的电阻器(6)，其特征在于，
所述金属涂层(7)的层厚度小于200nm。
16.根据权利要求3所述的电阻器(6)，其特征在于，
所述旁通的电导小于电阻器元件(3)的电导的5％。
17.根据权利要求3所述的电阻器(6)，其特征在于，
所述旁通的电导小于电阻器元件(3)的电导的1％。
18.根据权利要求3所述的电阻器(6)，其特征在于，
所述旁通的电导小于电阻器元件(3)的电导的0.5％。
19.根据权利要求3所述的电阻器(6)，其特征在于，
所述旁通的电导小于电阻器元件(3)的电导的0.2％。
20.根据权利要求4所述的电阻器(6)，其特征在于，所述镍磷包括6-8％的磷含量。
21.根据权利要求4所述的电阻器(6)，其特征在于，所述金是电镀金。
22.根据权利要求5所述的电阻器(6)，其特征在于，具有涂层(7)的温度系数与不具有涂层(7)的温度系数的差小于10％。
23.根据权利要求5所述的电阻器(6)，其特征在于，具有涂层(7)的温度系数与不具有涂层(7)的温度系数的差小于5％。
24.根据权利要求5所述的电阻器(6)，其特征在于，具有涂层(7)的温度系数与不具有涂层(7)的温度系数的差小于1％。
25.根据权利要求8所述的电阻器(6)，其特征在于，所述电阻器元件(3)的电阻材料是铜锰镍合金。
26.根据权利要求8所述的电阻器(6)，其特征在于，所述电阻器元件(3)的电阻材料是Cu84Ni4Mn12。
27.根据权利要求8所述的电阻器(6)，其特征在于，所述镍合金是NiCr或CuNi。
28.根据权利要求8所述的电阻器(6)，其特征在于，所述电阻器元件(3)被通过焊接的连接件连接至两个连接部(1、2)。
29.根据权利要求8所述的电阻器(6)，其特征在于，该温度系数小于2·10-4K-1。
30.根据权利要求8所述的电阻器(6)，其特征在于，该温度系数小于1·10-4K-1。
31.根据权利要求8所述的电阻器(6)，其特征在于，该温度系数小于5·10-5K-1。
32.根据权利要求8所述的电阻器(6)，其特征在于，所述电阻材料具有小于2·10-5Ω·m的比电阻。
33.根据权利要求8所述的电阻器(6)，其特征在于，所述电阻材料具有小于2·10-6Ω·m的比电阻。
34.根据权利要求8所述的电阻器(6)，其特征在于，所述导体材料具有小于10-6Ω·m的比电阻。
35.根据权利要求8所述的电阻器(6)，其特征在于，所述导体材料具有小于10-7Ω·m的比电阻。
36.一种用于涂覆(7)电阻器(6)的涂覆方法，所述方法包括以下步骤：
a)施加金属涂层(7)至电阻器(6)的电阻器元件(3)，以获得腐蚀保护和/或以改进可焊接性，
其特征在于，
b)所述金属涂层(7)在没有绝缘层(5)的情况下被直接施加至电阻器元件(3)的整个自由表面，和
c)所述金属涂层(7)的金属材料具有与电阻器元件(3)的电阻材料相比更大的比电阻(6)。
37.根据权利要求36所述的涂覆方法，其特征在于，所述金属涂层(7)作为电镀涂层被施加至电阻器(6)。
38.根据权利要求37所述的涂覆方法，其特征在于，所述金属涂层(7)通过单个涂层并且通过滚筒电镀方法作为电镀涂层被施加至电阻器(6)。
39.根据权利要求36所述的涂覆方法，其特征在于，所述金属涂层(7)被化学地施加至所述电阻器(6)。
40.根据权利要求36所述的涂覆方法，其特征在于，该电阻器是根据权利要求1至35中任一项所述的电阻器(6)。
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