CN106356167B - 微电阻器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微电阻器，包含电阻材料层、电极组与保护层。电极组包含第一电极与第二电极，并界定暴露电阻材料层的开口。第一电极与第二电极之间距即为开口尺寸。保护层完全覆盖开口，并在平行于间距的方向上具有覆盖尺寸。微电阻器的电阻值小于5毫殴姆，而且覆盖尺寸与开口尺寸的差值小于3100微米，使得微电阻器的温度电阻系数值不大于150ppm/℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种小尺寸的微电阻器。特别涉及一种温度电阻系数(temperaturecoefficient of resistance)值特别小的微电阻器，使得此微电阻器的产品电阻值具有尽量一致的分布情形。
背景技术
在现行电阻图案的设计中，其主要的特征是依照所需的阻值需求来设计电阻图案，以达到符合所需阻值需求的电阻图案。通常的过程是，先确认目标阻值后，再利用光刻与镀铜技术于电阻图案的两端形成铜电极。后续以修阻的方式进行阻值的微调，于是完成具有目标阻值的电阻图案。
发明内容
发明人发现，在电阻图案设计的过程中，由于产品的温度电阻系数变化太大，不容易掌握其正负方向的变化，使得产品容易随着温度的变化而改变其自身的阻值，导致客户端及应用端无法准确掌握到产品电阻的规格。或是，由于电镀铜厚分布不均，进而影响产品的阻值过于分散，影响到产品良率、修阻的时间与产品的结构性，而导致产品的温度电阻系数会有过于分散而无法集中的情形。以上这些问题，都会负面地影响微电阻器的产品质量。有鉴于此，本发明于是提出一种温度电阻系数值特别小的微电阻器。这样的微电阻器，可以使得产品电阻值具有尽量一致的分布情形，以克服以上可能会遇到的不利状况。
本发明的微电阻器，至少包含电阻材料层、电极组与第一保护层。电极组包含分别位于电阻材料层同一面上的第一电极与第二电极，并界定了会暴露电阻材料层的开口。第一电极与第二电极之间距则界定开口的开口尺寸。第一保护层完全覆盖开口，并在平行于间距的方向上具有覆盖尺寸。其中，微电阻器的电阻值小于5毫殴姆，而且覆盖尺寸与开口尺寸的差值小于3100微米，使得微电阻器具有不大于150ppm/℃的温度电阻系数值。
根据本发明的一优选实施例，第一电极包含第一挂电极层与第一电极接点。第一挂电极层直接接触电阻材料层，并位于电阻材料层与第一电极接点之间。
根据本发明的一优选实施例，第一保护层部分地覆盖第一挂电极层，但不直接接触第一电极接点。
根据本发明的一优选实施例，微电阻器更包含包覆第一电极接点的焊接部。
根据本发明的一优选实施例，第二电极包含第二挂电极层与第二电极接点。第二挂电极层直接接触电阻材料层，并位于电阻材料层与第二电极接点之间。
根据本发明的一优选实施例，第一保护层部分地覆盖第二挂电极层，但不直接接触第二电极接点。
根据本发明的一优选实施例，微电阻器更包含包覆第二电极接点的焊接部。
根据本发明的一优选实施例，微电阻器更包含与电阻材料层直接相连的基材。
根据本发明的一优选实施例，当微电阻器的电阻值小于2毫殴姆时，差值小于1000微米。
根据本发明的一优选实施例，当微电阻器的电阻值小于1毫殴姆时，差值小于700微米，使得温度电阻系数值不大于100ppm/℃。
根据本发明的一优选实施例，当微电阻器的电阻值小于0.5毫殴姆时，差值小于450微米，使得温度电阻系数值不大于100ppm/℃。
根据本发明的一优选实施例，当差值不大于300微米时，温度电阻系数值不大于60ppm/℃。
根据本发明的一优选实施例，温度电阻系数值为25℃至125℃间的值。
根据本发明的一优选实施例，电阻材料层选自由锰铜合金、镍铜合金、铜锰锡合金、与镍铬铝硅合金所组成的群组。
根据本发明的一优选实施例，更包含设置于基材而远离电阻材料层的一侧的散热层。
根据本发明的一优选实施例，更包含与散热层连接的连接层，连接层从散热层朝电阻材料层延伸。
根据本发明的一优选实施例，更包含覆盖电阻材料层的第二保护层。
根据本发明的一优选实施例，更包含与散热层罩覆基材的第三保护层，第三保护层连接散热层与基材。
由于本发明考虑微电阻器产品的不同电阻值范围，来对应地调整覆盖尺寸与开口尺寸间的差值，优选者差值可以尽量趋近于零，能使得微电阻器的温度电阻系数值不大于150ppm/℃。优选者，当覆盖尺寸与开口尺寸间的差值不大于300微米时，微电阻器产品不同的阻值都可以得到温度电阻系数值不大于100ppm/℃的优势，于是得以克服现行微电阻器的产品技术可能会遇到的不利状况。
附图说明
图1绘示本发明微电阻器的侧面剖视图。
图1A绘示省略基材，但额外增加第二保护层与标示面的微电阻器。
图1B绘示本发明图1微电阻器的仰视图。
图2绘示第一保护层不对称地覆盖在开口上。
图2A绘示第一保护层不对称地覆盖在开口上。
图3绘示第一保护层以凹入开口的方式覆盖开口。
图3A绘示第一保护层以凹入开口的方式覆盖开口。
图4绘示第一保护层以凸出开口的方式覆盖开口。
图4A绘示第一保护层以凸出开口的方式覆盖开口。
图5绘示焊球不对称地覆盖在第一电极与第二电极上。
图5A绘示焊层不对称地覆盖在第一电极与第二电极上。
图6绘示差值与所对应的电阻差之间有着良好的线性关联。
图7绘示本发明微电阻器显微镜下的局部放大图。
其中，附图标记说明如下：
100 微电阻器
110 基材
111 散热层
112 连接层
120 电阻材料层
121 第一载面
122 第二载面
130 电极组
131 第一电极
132 第二电极
133 开口
135 第一挂电极层
136 第一电极接点
137 第二挂电极层
138 第二电极接点
140 第一保护层
141 第二保护层
142 第三保护层
150 焊球
151 焊层
160 标示面
D 覆盖尺寸
L 开口尺寸
具体实施方式
本发明提供了一种温度电阻系数值特别小的微电阻器。考虑这样微电阻器的不同电阻值范围，而对应地调整覆盖尺寸与开口尺寸间的差值，优选者，覆盖尺寸与开口尺寸间的差值不大于300微米时，微电阻器不同的阻值都可以得到温度电阻系数值不大于100ppm/℃的优势。这样一来，因为较小的温度电阻系数值会抑制电阻值因温度变化而大幅度的波动，就可以使得产品电阻值具有尽量一致的分布情形。温度电阻系数的定义如下：
其中：T1为较低的第一温度，
T2为较高的第二温度，
R1为第一温度T1下的电阻值，
R2为第二温度T2下的电阻值。
请参考图1，绘示本发明微电阻器的侧面剖视图。如图1所示，本发明的微电阻器100，包含视情况需要的基材110、视情况需要的散热层111、视情况需要的连接层112、电阻材料层120、电极组130、第一保护层140与焊接部。基材110的材料可以为氧化铝或是氮化铝，电阻材料层120位于用于支撑的基材110上，并与基材110直接相连。电阻材料层120具有相对的第一载面121与第二载面122。再者，电阻材料层120位于基材110的中间，所以电阻材料层120的边缘还会被基材110所围绕。第一保护层140的材料可为玻璃纤维或是聚酰亚胺(polyimide)。在图1A所绘示本发明微电阻器另一实施方式的侧面剖视图中，则省略基材，但额外增加第二保护层141与标示面(marking)160。第二保护层141覆盖电阻材料层120的第二载面122。标示面160为打印上产品或型号等标示打样之用，也可视情况需要而省略。图1B绘示本发明图1微电阻器的下视图(bottom view)。
电阻材料层120通常是一种合金材料，例如锰铜合金、镍铜合金、铜锰锡合金、或是镍铬铝硅合金…等。电阻材料层120的厚度一般而言，可介于0.025毫米至0.3毫米之间。电极组130即位于电阻材料层120相同的载面上，例如电极组130位于电阻材料层120的第一载面121上。
下表1中，即举例在20℃至105℃的温度范围内，不同合金材料的不同温度电阻系数。由表1中可以观察到，纯铜材料的温度电阻系数值远大于合金材料的温度电阻系数值。
表1
请参考图1，电极组130包含一组成对的第一电极131与第二电极132。第一电极131与第二电极132分别位于电阻材料层120同一载面上，但是彼此不直接接触。由于第一电极131与第二电极132彼此不直接接触，所以形成一个开口133而暴露出部分的电阻材料层120。彼此不直接接触第一电极131与第二电极132之间相隔一个特定之间距。这个间距，于是界定出了开口133的开口尺寸L。另外，在本发明的一实施例中，散热层111还可以由基材110的侧边延伸至与第一电极131及/或与第二电极132相连。
根据本发明的一优选实施例，第一电极131包含第一挂电极层135与第一电极接点136，优选者，第一挂电极层135、第一电极接点136与电阻材料层120一起形成阶梯式安排，如图1所绘示。第一挂电极层135位于电阻材料层120上并直接接触电阻材料层120。第一电极接点136又位于第一挂电极层135上但是在开口尺寸L的方向上比第一挂电极层135稍短，于是第一挂电极层135位于电阻材料层120与第一电极接点136之间。
类似地，第二电极132则包含第二挂电极层137与第二电极接点138，优选者第二挂电极层137、第二电极接点138与电阻材料层120一起形成阶梯式安排。第二挂电极层137位于电阻材料层120上并直接接触电阻材料层120。第二电极接点138又位于第二挂电极层137上但是在开口尺寸L的方向上比第二挂电极层137稍短，于是第二挂电极层137位于电阻材料层120与第二电极接点138之间。根据本发明的一优选实施例，第一挂电极层135、第一电极接点136、第二挂电极层137与第二电极接点138还可以具有倾斜的侧边。
优选者，第一电极131与第二电极132皆为铜材料。换句话说，第一挂电极层135、第一电极接点136、第二挂电极层137与第二电极接点138较佳均由铜所制成。纯铜材料已知会有相当大的温度电阻系数值，例如纯铜材料为3860ppm/℃左右，退火铜材为3930ppm/℃左右。使用时，电流即从微电阻器100的第一电极131与第二电极132其中的一者流入电阻材料层120，再从第一电极131与第二电极132其中的另一者流出微电阻器100。
由于开口133暴露出部分的电阻材料层120，因此尚需要使用第一保护层140来使得暴露出的电阻材料层120免于外界伤害。第一保护层140可以是一种防焊层料来完全覆盖开口133。例如使用印刷贴合、热压、喷涂、电镀等的方式，将防焊层料涂布在开口133的位置，并使得防焊层料固化。由于印刷涂布技术的先天因素，防焊层料除了填入开口133的位置之外，通常还会涂布在邻接并界定开口133的第一电极131与第二电极132之上。于是，第一保护层140会或多或少覆盖第一电极131与第二电极132。但是，在理想状态下第一保护层140也可能不覆盖第一电极131与第二电极132。视情况需要，也可以有与散热层111罩覆基材110的第三保护层142，使得第三保护层142连接散热层111与基材110，用来防止基材110材料的氧化。
如图1所绘示，第一保护层140覆盖开口133、第一电极131与第二电极132的尺寸称为覆盖尺寸D。覆盖尺寸D代表第一保护层140平行于间距方向之上的长度尺寸。所以，第一保护层140覆盖住第一电极131与第二电极132的尺寸即为覆盖尺寸D与开口尺寸L的差值D-L。请注意，如图2所绘示，第一保护层140不一定会对称地覆盖在开口133中，所以第一保护层140覆盖住第一电极131或第二电极132单边的尺寸不一定相等，第一保护层140覆盖住第一电极131或第二电极132单边的尺寸可能会较多或是较少。图2A绘示第一保护层140不一定会对称地覆盖在开口133，其省略基材，但额外增加第二保护层141与标示面160。但是，无论第一保护层140是否对称地覆盖开口133，第一保护层140覆盖住第一电极131与第二电极132单边尺寸的总和就是差值D-L。根据本发明的一优选实施例，第一挂电极层135、第一电极接点136、第二挂电极层137与第二电极接点138也可以具有垂直的侧边。
第一保护层140可能会以多种可能的方式覆盖开口133，但是第一保护层140都会以覆盖尺寸D覆盖开口133，或是又覆盖部分的第一电极131与第二电极132。如图1绘示第一保护层140会以平填开口133的方式覆盖开口133。图1A绘示第一保护层140会以平填开口133的方式覆盖开口133，其省略基材，但额外增加第二保护层141与标示面160。图3所绘示，第一保护层140可能会以凹入开口133的方式覆盖开口133。图3A绘示第一保护层140可能会以凹入开口133的方式覆盖开口133，其省略基材，但额外增加第二保护层141与标示面160。图4绘示第一保护层140会以凸出开口133的方式覆盖开口133。图4A绘示第一保护层140会以凸出开口133的方式覆盖开口133，其省略基材，但额外增加第二保护层141与标示面160。
视情况需要，微电阻器100还可以包含焊接部，焊接部因形状的不同，在此以形成焊球150或是焊层151为举例，但不以此形状为限制。焊接部可以用来保护第一电极131或第二电极132其中的至少一个。例如，焊接部可以包覆第一电极接点136，或是焊接部可以进一步包覆第二电极接点138。又如图5所绘示，焊球150不一定会以对称的方式覆盖在第一电极131或第二电极132上，导致第一保护层140不一定会对称地覆盖在开口133中。图5A绘示焊层151以不对称的方式覆盖在第一电极131或第二电极132上，其省略基材，但额外增加第二保护层141与标示面160。根据本发明的一优选实施例，第一保护层140会部分地覆盖住第一挂电极层135。当为焊球150或是焊层151的焊接部包覆第一电极接点136时，即会使得第一保护层140不能直接接触第一电极接点136。类似地，第一保护层140也会部分地覆盖第二挂电极层137。例如，当为焊球150或是焊层151的焊接部包覆第二电极接点138时，第一保护层140即不能直接接触第二电极接点138。焊接部的成分可以是锡、焊锡合金或是银。又如在图5中，视情况需要的连接层112，可以与散热层111相连接，从散热层111朝电阻材料层120延伸，而辅助微电阻器100用来连接焊接部，连接层112的材料可以是金属，例如镍或是锡。
发明人发现，若是微电阻器100的电阻值在不大于5毫殴姆的范围下，如果能保持覆盖尺寸D与开口尺寸L的差值D-L小于3100微米，则可以得到微电阻器100的温度电阻系数值不大于150ppm/℃的优势。优选者，当微电阻器的电阻值小于2毫殴姆时，差值D-L小于1000微米。根据本发明的一优选实施例，当微电阻器的电阻值小于1毫殴姆时，差值D-L小于700微米，使得温度电阻系数值不大于100ppm/℃。根据本发明的一优选实施例，当微电阻器的电阻值小于0.5毫殴姆时，差值D-L小于450微米，使得温度电阻系数值不大于100ppm/℃。更佳者，当差值D-L不大于300微米时，温度电阻系数值还可以不大于60ppm/℃。本发明的实施例中所用的温度电阻系数值，以室温至升温范围下的温度电阻系数值为举例，例如为25℃至125℃间的温度电阻系数值。
下表2中，即提出在25℃至125℃的不同的阻值下，覆盖尺寸D与开口尺寸L的差值D-L与电阻差的结果，需先说明的是，在此定义电阻差ΔR为R2-R1，并以第一温度T1为25℃，第二温度T2为125℃为举例，但不以此为限制，于操作上，令T2-T1≦100℃即可实施，例如T1亦可为30°C，而T2为130℃，或是T1为30℃，T2为60℃。表2中使用Cu0.907Mn0.07Sn0.023的合金材料作为电阻材料层120，电阻材料层120的尺寸为3.2毫米×6.4毫米。改变覆盖尺寸D但保持开口尺寸L不变，使得各组中的差值D-L有所不同。
表2
图6绘示不同的差值D-L与所对应的电阻差ΔR，经由数学回归方式计算出的回归方程式y＝2×10-5x-0.004。观察图6，不同的差值D-L与所对应的电阻差ΔR，与数学回归方式所计算出的回归方程式之间有着良好的线性关联。其关联系数经计算为0.999458，证实的确具有良好的线性关联。
图7绘示本发明微电阻器100的局部放大图。如图7所绘示，本发明的微电阻器100中第一保护层140覆盖电阻材料层120。第一挂电极层135、第一电极接点136与电阻材料层120则一起形成阶梯状。另外，为焊球150的焊接部会阻挡第一保护层140直接接触第一电极接点136。
由于本发明考虑微电阻器的不同电阻值，来调整覆盖尺寸与开口尺寸间的差值，优选者趋近于零，可以使得微电阻器的温度电阻系数值不大于150ppm/℃。优选者，当覆盖尺寸与开口尺寸间的差值不大于300微米时，不同微电阻器的阻值都可以得到温度电阻系数值不大于100ppm/℃的优势。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (22)
1.一种微电阻器，其特征在于，包含：
一电阻材料层，包含一载面；
一电极组，其包含分别位于所述电阻材料层的所述载面的相同高度处上的一第一电极与一第二电极，其中所述第一电极与所述第二电极分别与所述电阻材料层在所述载面的相同高度处上接合，所述电极组界定暴露所述电阻材料层的部份所述载面的一开口，所述第一电极与所述第二电极的一间距界定所述开口的一开口尺寸，所述第一电极和所述第二电极其中的至少一者包含一挂电极层与一电极接点，所述挂电极层位于所述电阻材料层与所述电极接点之间，而且具有向所述开口延伸且位于所述电阻材料层与所述电极接点之间的一覆盖表面，所述挂电极层的所述覆盖表面与所述电极接点的一外表面具有一高度差且不重叠；以及
一第一保护层，其完全覆盖所述开口并且覆盖所述挂电极层的所述覆盖表面，并在平行于所述间距的方向上具有一覆盖尺寸，其中，所述微电阻器的电阻值小于5毫欧姆 ，所述覆盖尺寸与所述开口尺寸的一差值小于3100微米，所述微电阻器在25℃至125℃之间具有一不大于150ppm/℃的温度电阻系数值。
2.根据权利要求1所述的微电阻器，其特征在于，所述第一电极包含一所述挂电极层与一所述电极接点，且所述第一电极的所述挂电极层直接接触所述电阻材料层。
3.根据权利要求2所述的微电阻器，其特征在于，所述第一保护层部分覆盖所述挂电极层的所述覆盖表面，且不直接接触所述第一电极的所述电极接点。
4.根据权利要求2所述的微电阻器，其特征在于，还包含：
一焊接部，包覆所述第一电极的所述电极接点。
5.根据权利要求1所述的微电阻器，其特征在于，所述第二电极包含一所述挂电极层与一所述电极接点，且所述第二电极的所述挂电极层直接接触所述电阻材料层。
6.根据权利要求5所述的微电阻器，其特征在于，所述第一保护层部分覆盖所述挂电极层的所述覆盖表面，且不直接接触所述第二电极的所述电极接点。
7.根据权利要求5所述的微电阻器，其特征在于，还包含：
一焊接部，包覆所述第二电极的所述电极接点。
8.根据权利要求1所述的微电阻器，其特征在于，还包含：
一基材，与所述电阻材料层直接相连。
9.根据权利要求8所述的微电阻器，其特征在于，所述微电阻器的电阻值小于2毫欧姆，且所述差值小于1000微米。
10.根据权利要求1所述的微电阻器，其特征在于，所述微电阻器的电阻值小于1毫欧姆。
11.根据权利要求10所述的微电阻器，其特征在于，所述差值小于700微米，且所述温度电阻系数值不大于100ppm/℃。
12.根据权利要求1所述的微电阻器，其特征在于，所述微电阻器的电阻值小于0.5毫欧姆 。
13.根据权利要求12所述的微电阻器，其特征在于，所述差值小于450微米，且所述温度电阻系数值不大于100ppm/℃。
14.根据权利要求1所述的微电阻器，其特征在于，所述差值不大于300微米，使得所述温度电阻系数值不大于60ppm/℃。
15.根据权利要求1所述的微电阻器，其特征在于，所述电阻材料层选自由锰铜合金、镍铜合金、铜锰锡合金、与镍铬铝硅合金所组成的群组。
16.根据权利要求8所述的微电阻器，其特征在于，还包含：
设置于所述基材远离所述电阻材料层的一侧的一散热层。
17.根据权利要求16所述的微电阻器，其特征在于，还包含：
与所述散热层连接的一连接层，所述连接层从所述散热层朝所述电阻材料层延伸。
18.根据权利要求1所述的微电阻器，其特征在于，还包含：
覆盖所述电阻材料层的一第二保护层。
19.根据权利要求16所述的微电阻器，其特征在于，还包含：
与所述散热层罩覆所述基材的一第三保护层，所述第三保护层连接所述散热层与所述基材。
20.根据权利要求1所述的微电阻器，其特征在于，所述第一电极与一第二电极与该电阻材料层的所述载面直接接触接合，所述挂电极层与所述电极接点均由铜制成。
21.根据权利要求1所述的微电阻器，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极材料皆为铜，所述电阻材料层材料选自由锰铜合金、镍铜合金、铜锰锡合金、镍铬铝硅合金或是所组成的群组，所述第一电极与所述第二电极的温度电阻系数值大于所述电阻材料层的温度电阻系数值。
22.根据权利要求1所述的微电阻器，其特征在于，所述电阻材料层的厚度介于0.025mm至0.3mm之间。
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