CN108520811B - 一种降低阻值变化率的高精度电阻 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低阻值变化率的高精度电阻，包括陶瓷基片、面电极、背电极、电阻体、一次保护层、二次保护层、标记、端电极、中间电极、外部电极，电阻体设置在陶瓷基片上表面中部，一次保护层、二次保护层由下至上依次层叠在电阻体上侧，且一次保护层将电阻体覆盖，二次保护层将一次保护层覆盖；电阻体包括电阻体本体、金属片，电阻体本体包括多个子体，子体呈长方体，子体平放并依次排列在陶瓷基片的表面，子体的长向与陶瓷基片长向垂直，在两个相邻的子体之间设置金属片，金属片与相邻的子体紧密贴合。本发明通过在相邻的子体设置金属片，金属片上的电子活泼，从而补充电子流，可流通的电子多了，则阻值降低，减小电阻体阻值变化的程度。

Description

一种降低阻值变化率的高精度电阻

技术领域

本发明涉及电子元件，具体涉及一种降低阻值变化率的高精度电阻。

背景技术

电阻器(Resistor)在日常生活中一般直接称为电阻。是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。阻值不能改变的称为固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。

端电压与电流有确定函数关系，体现电能转化为其他形式能力的二端器件，用字母R来表示，单位为欧姆Ω。实际器件如灯泡，电热丝，电阻器等均可表示为电阻器元件。

电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。

电阻的阻值是由材料电阻率、电阻元件长度、电阻元件截面积确定的，材料电阻率在选定电阻材料之后就是确定的，电流通过电阻元件时产生热量，热反应会使器件的每种材料发生膨胀或收缩机械变化，从而影响电阻元件长度以及电阻元件截面积的变化，就会造成电阻值的不稳定，在某些特定的领域内，对于电阻阻值变化的程度要求很高，例如航空领域、爆破领域、精确电子测量领域，在这些领域内，对于电路的数据控制精确度有很高的要求，而电阻的阻值变化较大，就会造成控制精确度降低，从而导致生产出来的产品以及实验数据误差较大，会造成严重的事故，不利于后续相关工作的开展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是电流通过电阻元件时产生热量，导致电阻的膨胀或收缩造成电阻值的变化，目的在于提供一种降低阻值变化率的高精度电阻，提高电阻在电流通过后发热时电阻值的稳定性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种降低阻值变化率的高精度电阻，包括陶瓷基片、面电极、背电极、电阻体、一次保护层、二次保护层、标记、端电极、中间电极、外部电极，所述电阻体设置在陶瓷基片上表面中部，所述一次保护层、二次保护层由下至上依次层叠在电阻体上侧，且一次保护层将电阻体覆盖，所述二次保护层将一次保护层覆盖；所述面电极设置在陶瓷基片的上表面，并且处于电阻体两侧；在陶瓷基片的下表面的两端设置有背电极；所述端电极覆盖在陶瓷基片的两端，端电极由两端沿着面电极的上侧延伸至二次保护层，端电极由两端向下延伸将背电极覆盖；所述中间电极将端电极覆盖；所述外部电极将中间电极覆盖，所述电阻体包括电阻体本体、金属片，所述电阻体本体包括多个子体，子体呈长方体，子体平放并依次排列在陶瓷基片的表面，子体的长向与陶瓷基片长向垂直，在两个相邻的子体之间设置金属片，金属片与相邻的子体紧密贴合。

进一步地，每个电阻体本体中部为空腔，空腔中填充固态镓。

进一步地，空腔的固态镓与空腔的体积比为0.1～0.9：1。

进一步地，空腔的固态镓与空腔的体积比为0.5：1。

进一步地，金属片包括热胀金属片和热缩金属片。

进一步地，电阻体采用氧化钌或玻璃。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过在相邻的子体设置金属片，金属片上的电子活泼，数量相对较多，从而补充电子流，可流通的电子多了，则阻值就降低了，从而减小了电阻体阻值变化的程度；

2、本发明将电阻体本体的子体中部设置为空腔，并且在空腔中加入固态镓，当电阻体通过电流发热后，固体镓会熔化，熔化的过程中会吸收一部分热量，从而降低电阻体温度的变化，降低电阻值的变化程度；

3、本发明设置热胀金属片和热缩金属片，电阻在发热的时候，热胀金属片和电阻体本体膨胀，热缩金属片收缩，电阻在不使用的时候，热胀金属片和电阻体本体收缩，热缩金属片膨胀，从而实现电阻体中的体积相互弥补，延长电阻的使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明电阻体俯视结构示意；

图3为本发明电阻体侧面结构示意图；

图4为本发明实施例1的阻值变化图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-陶瓷基片，2-面电极，3-背电极，4-电阻体，5-一次保护层，6-二次保护层，7-标记，8-端电极，9-中间电极，10-外部电极；41-电阻体本体，42-热胀金属片，43-热缩金属片，44-空腔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

应力(无论机械应力还是热应力)会造成电阻电气参数改变。当形状、长度、几何结构、配置或模块化结构受机械或其他方面因素影响发生变化时，电气参数也会发生变化，这种变化可用基本方程式来表示：R＝ρL/A，式中R＝电阻值，以欧姆为单位，ρ＝材料电阻率，以欧姆米为单位，L＝电阻元件长度，以米为单位，A＝电阻元件截面积，以平方米为单位。

实施例1

如图1所示，一种降低阻值变化率的高精度电阻，包括陶瓷基片1、面电极2、背电极3、电阻体4、一次保护层5、二次保护层6、标记7、端电极8、中间电极9、外部电极10，所述电阻体4设置在陶瓷基片1上表面中部，所述一次保护层5、二次保护层6由下至上依次层叠在电阻体4上侧，且一次保护层5将电阻体4覆盖，所述二次保护层6将一次保护层5覆盖；所述面电极2设置在陶瓷基片1的上表面，并且处于电阻体4两侧；在陶瓷基片1的下表面的两端设置有背电极3；所述端电极8覆盖在陶瓷基片1的两端，端电极8由两端沿着面电极2的上侧延伸至二次保护层6，端电极8由两端向下延伸将背电极3覆盖；所述中间电极9将端电极8覆盖；所述外部电极10将中间电极9覆盖，所述电阻体4包括电阻体本体41、金属片，所述电阻体本体41包括多个子体，子体呈长方体，子体平放并依次排列在陶瓷基片1的表面，子体的长向与陶瓷基片1长向垂直，在两个相邻的子体之间设置金属片，金属片与相邻的子体紧密贴合。电阻体4采用氧化钌或玻璃。

电流通过电阻元件时产生热量，热反应会使器件的每种材料发生膨胀或收缩机械变化。电阻体4作为电阻的核心部件，在阻碍电子流动中起到最主要的作用，也是电阻发热的根源。电阻在发热后，电阻体4不管采用氧化钌还是玻璃，在发热后体积和长度都会发生变化，而电阻的阻值的影响因素除了材料电阻率不变，长度和横截面都会变化，电阻值则会发生改变，一个电阻的阻值发生变化，而电路板中集成的电阻很多，多个电阻的阻值变化就会造成电路板的整体效果产生影响，导致电路板的精确度降低，可控度降低。

本实施例通过将电阻体4进行改造，在电阻体4刚刚通过电流的时候，阻值较大，原因是电阻体本体41被分成了多个子体，电子流在通过横截面的时候阻碍较大，当电阻体4持续通过电流后发热，温度升高会导致电阻值的阻值进一步上升，由于电阻体本体41本分成多个子体，横截面较多，导致电子流损失，电子减少，随着温度的升高以及电阻的持续使用，电子量减少，电阻进一步增大，然而各个子体在受热后会膨胀，横截面积增大导致了电阻值的下降，本实施例中通过在相邻的子体设置金属片，金属片上的电子活泼，数量相对较多，从而补充电子流，可流通的电子多了，则阻值就降低了，从而减小了电阻体4阻值变化的程度。

如图4所示，圆形图形的线条为使用传统电阻体的数据，三角形图形的线条为本实施例的数据，明显可以看出，本实施例的阻值变化程度较小，而传统电阻体的阻值变化程度较大。本实施例的阻值变化程度在±1.5％以内，而传统电阻体的阻值变化±5％。

实施例2

一种降低阻值变化率的高精度电阻，包括陶瓷基片1、面电极2、背电极3、电阻体4、一次保护层5、二次保护层6、标记7、端电极8、中间电极9、外部电极10，所述电阻体4设置在陶瓷基片1上表面中部，所述一次保护层5、二次保护层6由下至上依次层叠在电阻体4上侧，且一次保护层5将电阻体4覆盖，所述二次保护层6将一次保护层5覆盖；所述面电极2设置在陶瓷基片1的上表面，并且处于电阻体4两侧；在陶瓷基片1的下表面的两端设置有背电极3；所述端电极8覆盖在陶瓷基片1的两端，端电极8由两端沿着面电极2的上侧延伸至二次保护层6，端电极8由两端向下延伸将背电极3覆盖；所述中间电极9将端电极8覆盖；所述外部电极10将中间电极9覆盖，所述电阻体4包括电阻体本体41、金属片，所述电阻体本体41包括多个子体，子体呈长方体，子体平放并依次排列在陶瓷基片1的表面，子体的长向与陶瓷基片1长向垂直，在两个相邻的子体之间设置金属片，金属片与相邻的子体紧密贴合。电阻体4采用氧化钌或玻璃。

每个电阻体本体41中部为空腔44，空腔44中填充固态镓。空腔44的固态镓与空腔44的体积比为0.1～0.9：1。

本实施例在实施例1的基础上将电阻体本体41的子体中部设置为空腔44，当电阻体本体41吸热膨胀，电阻体本体41本来膨胀没有方向性的，但是由于电阻体本体41子体中的空腔44是空的，因此电阻体本体41的膨胀会在一定程度上向空腔44内部扩张，保证外部整体长度的变化程度；并且在空腔44中加入了固态镓，镓是灰蓝色或银白色的金属，熔点很低，沸点很高，在空气中很稳定，熔点为29.76℃，而电阻设计的温度一般在-55℃～+125℃，当电阻体41通过电流发热后，固体镓会熔化，熔化的过程中会吸收一部分热量，从而降低电阻体4温度的变化，降低电阻值的变化程度。固态镓溶化后体积相对于固体会增大，因此将固态镓的体积与空腔44的体积比设置为0.1～0.9:1；如表1所示，第一行中的数字为固态镓的体积与空腔44的体积比设置由0.1到0.9逐渐增大，第一列为不同阻值的电阻，阻值为标定电阻，不考虑温度变化所带来的电阻变化，行与列交叉对应的数据为现有电阻与本实施例中的电阻在相同条件下产生的温度差，从表1中可以看出随着体积比的增加，温度差逐渐增大，表明本实施例中的电阻能够降低电阻的工作温度，温度降低便能降低电阻阻值的变化，当空腔44的固态镓与空腔44的体积比为0.5时，温度差明显要更大。

表1

℃	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9
										1.0Ω	-5	-7	-9	-10	-30	-12	-13	-14	-16
5.6Ω	-5	-8	-11	-12	-31	-12	-12	-15	-15
										33Ω	-6	-9	-12	-15	-35	-13	-14	-12	-16
160Ω	-7	-9	-11	-16	-29	-14	-12	-15	-14
										820Ω	-7	-8	-13	-12	-25	-16	-12	-17	-18
3.9KΩ	-5	-7	-14	-14	-29	-15	-20	-18	-19
										20KΩ	-4	-10	-12	-13	-26	-14	-14	-16	-20
100KΩ	-6	-10	-10	-12	-29	-14	-13	-13	-14
										510KΩ	-8	-9	-9	-13	-28	-12	-14	-14	-19
2.7MΩ	-9	-10	-12	-15	-30	-13	-15	-15	-20

实施例3

如图1至图3，一种降低阻值变化率的高精度电阻，包括陶瓷基片1、面电极2、背电极3、电阻体4、一次保护层5、二次保护层6、标记7、端电极8、中间电极9、外部电极10，所述电阻体4设置在陶瓷基片1上表面中部，所述一次保护层5、二次保护层6由下至上依次层叠在电阻体4上侧，且一次保护层5将电阻体4覆盖，所述二次保护层6将一次保护层5覆盖；所述面电极2设置在陶瓷基片1的上表面，并且处于电阻体4两侧；在陶瓷基片1的下表面的两端设置有背电极3；所述端电极8覆盖在陶瓷基片1的两端，端电极8由两端沿着面电极2的上侧延伸至二次保护层6，端电极8由两端向下延伸将背电极3覆盖；所述中间电极9将端电极8覆盖；所述外部电极10将中间电极9覆盖，所述电阻体4包括电阻体本体41、金属片，所述电阻体本体41包括多个子体，子体呈长方体，子体平放并依次排列在陶瓷基片1的表面，子体的长向与陶瓷基片1长向垂直，在两个相邻的子体之间设置金属片，金属片与相邻的子体紧密贴合。电阻体4采用氧化钌或玻璃。金属片包括热胀金属片42和热缩金属片43。

本实施例在实施例1的基础上将金属片设置成两层，一层热胀金属片42和一层热缩金属片43，热胀金属片42为热胀冷缩型的金属片，在金属材料中，热胀冷缩型的金属片很多，只要化学性质稳定，都可以作为本实施例中的热胀金属片42，热缩冷胀型的金属片有两种，一种是锑，还有一种是铋，本实施例中的热缩冷胀型采用锑或铋中的一种。本实施例用热胀金属片42和热缩金属片43代替了实施例1中的金属片，热胀金属片42和热缩金属片43的第一个作用：为电阻体4提供电子，保证电子流的数量，从而降低阻值的变化程度；第二个作用：在温度升高的过程中，热胀金属片42以及电阻体本体41都会膨胀，体积增大，如果是只采用热胀金属片42，不使用热缩金属片43，在电阻的多次使用，经过膨胀收缩，可能会导致子体间的空隙变大，使得金属片不能均匀的与两侧的子体贴合，降低电阻的寿命；在增加了热缩金属片43之后，电阻在发热的时候，热胀金属片42和电阻体本体41膨胀，热缩金属片43收缩，从而使得电阻发热的时候体积相互弥补，当电阻不使用时，热缩金属片43膨胀，热胀金属片42收缩，从而在电阻不使用的时候相互弥补。

表2中给出了热应力和机械应力对电阻电气特性的影响。其中实施例1、实施例2、实施例3对应的数据与现有技术中的电阻相比，各个数据都有所提升。

表2

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种降低阻值变化率的高精度电阻，包括陶瓷基片(1)、面电极(2)、背电极(3)、电阻体(4)、一次保护层(5)、二次保护层(6)、标记(7)、端电极(8)、中间电极(9)、外部电极(10)，所述电阻体(4)设置在陶瓷基片(1)上表面中部，所述一次保护层(5)、二次保护层(6)由下至上依次层叠在电阻体(4)上侧，且一次保护层(5)将电阻体(4)覆盖，所述二次保护层(6)将一次保护层(5)覆盖；所述面电极(2)设置在陶瓷基片(1)的上表面，并且处于电阻体(4)两侧；在陶瓷基片(1)的下表面的两端设置有背电极(3)；所述端电极(8)覆盖在陶瓷基片(1)的两端，端电极(8)由两端沿着面电极(2)的上侧延伸至二次保护层(6)，端电极(8)由两端向下延伸将背电极(3)覆盖；所述中间电极(9)将端电极(8)覆盖；所述外部电极(10)将中间电极(9)覆盖，其特征在于，所述电阻体(4)包括电阻体本体(41)、金属片，所述电阻体本体(41)包括多个子体，子体呈长方体，子体平放并依次排列在陶瓷基片(1)的表面，子体的长向与陶瓷基片(1)长向垂直，在两个相邻的子体之间设置金属片，金属片与相邻的子体紧密贴合；

其中，所述金属片包括热胀金属片(42)和热缩金属片(43)。

2.根据权利要求1所述的一种降低阻值变化率的高精度电阻，其特征在于，每个电阻体本体(41)中部为空腔(44)，空腔(44)中填充固态镓。

3.根据权利要求2所述的一种降低阻值变化率的高精度电阻，其特征在于，空腔(44)的固态镓与空腔(44)的体积比为0.1～0.9∶1。

4.根据权利要求2所述的一种降低阻值变化率的高精度电阻，其特征在于，空腔(44)的固态镓与空腔(44)的体积比为0.5∶1。

5.根据权利要求1至4任一所述的一种降低阻值变化率的高精度电阻，其特征在于，所述电阻体(4)采用氧化钌或玻璃。

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