CN110277207A - 电阻材料、电阻器与其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露一种电阻材料、电阻器与其制作方法。电阻材料包括多个阻抗粒子，每一个阻抗粒子包含核心层及包覆核心层的包覆层，核心层的材料包含金属或其合金，包覆层的材料包含石墨烯、石墨、纳米碳管、纳米碳球、或其组合。本发明可符合电机电子产品中有害物质禁限用指令(RoHS)所规定的有害物质要求，其电阻温度系数(TCR)也较低。

Description

电阻材料、电阻器与其制作方法
技术领域
本发明关于一种电阻材料、电阻器与其制作方法。
背景技术
欧盟议会和欧盟部长级理事会一致同意自2006年7月起禁止在电子电器设备中使用铅、镉、汞、铬等四种重金属。因此，销往欧盟的电子电器产品需要符合电机电子产品中有害物质禁限用指令(RoHS)所规定的有害物质要求。
另外，材料的电阻值会跟着温度变化而变动，其变动的比率称为电阻温度系数(Temperature Coefficient of Resistance,TCR)。所有电阻器都有一个共同的特性，在施加电压于电阻器一段时间后，其温度就会上升，使得其阻抗值会随温度升高而变化(称为温飘)。其中，TCR越低，表示温飘较小，电阻器的特性也越好。
发明内容
本发明的目的为提供一种电阻材料、电阻器与其制作方法。本发明的电阻器除了可符合电机电子产品中有害物质禁限用指令(RoHS)所规定的有害物质要求(无铅、镉、汞、铬等四种重金属)外，其电阻温度系数(TCR)也较低。
本发明提出一种电阻材料，包括多个阻抗粒子，每一个阻抗粒子包含核心层及包覆核心层的包覆层，核心层的材料包含金属或其合金，包覆层的材料包含石墨烯、石墨、纳米碳管、纳米碳球、或其组合。
本发明还提出一种电阻器，包括基材以及阻抗组件。阻抗组件设置于基材，阻抗组件包含多个阻抗粒子，每一个阻抗粒子包含核心层及包覆核心层的包覆层，核心层的材料包含金属或其合金，包覆层的材料包含石墨烯、石墨、纳米碳管、纳米碳球、或其组合。
在一实施例中，金属为银、铜、锰、镍、金、铝、铁或锡。
在一实施例中，电阻器还包括两个导电端子，两个导电端子设置于基材上，并分别连接阻抗组件的两侧。
在一实施例中，基材具有第一表面、两个第二表面与第三表面，阻抗组件设置于第一表面，两个第二表面分别连接第一表面与第三表面，且两个导电端子分别设置于第一表面上，并经由两个第二表面延伸至第三表面。
在一实施例中，电阻器还包括保护层，其覆盖在阻抗组件上。
本发明还提出一种电阻器的制作方法，包括：将多个阻抗粒子与溶剂混合，以形成混合材料，其中阻抗粒子包含核心层及包覆核心层的包覆层，核心层的材料包含金属或其合金，且包覆层的材料包含石墨烯、石墨、纳米碳管、纳米碳球、或其组合；设置混合材料于基材；以及进行烧结处理，以于基材上形成阻抗组件。
在一实施例中，溶剂为水、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、酮类、醇类、醋酸乙脂、或甲苯。
在一实施例中，设置混合材料于基材的步骤中，是利用涂布、沾粘、印刷或溅镀方式设置。
在一实施例中，烧结处理的烧结温度介于800℃～1050℃。
在一实施例中，制作方法还包括：设置两个导电端子于基材上，并使两个导电端子分别连接阻抗组件的两侧。
在一实施例中，制作方法还包括：设置保护层覆盖在阻抗组件上。
承上所述，在本发明的一种电阻材料、电阻器与其制作方法中，电阻材料或阻抗组件包括多个阻抗粒子，每一个阻抗粒子包含核心层及包覆核心层的包覆层，核心层的材料包含金属或其合金，包覆层的材料包含石墨烯、石墨、纳米碳管、纳米碳球、或其组合。由此，可使本发明的电阻器除了可符合电机电子产品中有害物质禁限用指令(RoHS)所规定的有害物质要求(无铅、镉、汞、铬等四种重金属)外，其电阻温度系数(TCR)也较低。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的一种电阻器的制造方法的流程步骤图。
图2A至图2F分别为本发明较佳实施例的电阻器的制造过程示意图。
图3为本发明较佳实施例的电阻器制造方法的另一流程步骤图。
具体实施方式
以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的电阻材料、电阻器与其制作方法，其中相同的组件将以相同的参照符号加以说明。
请参照图1、图2A至图2F所示，其中，图1为本发明较佳实施例的一种电阻器1的制造方法的流程步骤图，而图2A至图2F分别为本发明较佳实施例的电阻器1的制造过程示意图。
如图1所示，电阻器1的制造方法可包括：将多个阻抗粒子与溶剂混合，以形成混合材料，其中阻抗粒子包含核心层及包覆核心层的包覆层，核心层的材料包含金属或其合金，且包覆层的材料包含石墨烯、石墨、纳米碳管、纳米碳球、或其组合(步骤S01)；设置混合材料于基材(步骤S02)；以及进行烧结处理，以于基材上形成阻抗组件(步骤S03)。以下，请分别配合图2A至图2F所示，以说明电阻器1的制造过程。
首先，如图2A与图2B所示，先进行步骤S01：将多个阻抗粒子121与溶剂S混合，以形成混合材料，其中阻抗粒子121包含核心层1211及包覆核心层1211的包覆层1212，核心层1211的材料包含金属或其合金，且包覆层1212的材料包含石墨烯(graphene)、石墨(graphite)、纳米碳管(carbon nanotube，CNT)、纳米碳球(carbon nanoball)、或其组合。于此，可将包含多个阻抗粒子121的电阻材料混合于溶剂S中并搅拌均匀，以得到膏状的混合材料。其中，阻抗粒子121的核心层1211为不含铅、镉、汞、铬等四种重金属的金属，例如银、铜、锰、镍、金、铝、铁或锡等金属，或上述金属的任意组合的合金，并不限定。另外，若阻抗粒子121的包覆层1212的材料是石墨时，其可为天然石墨或人工石墨，并不限制。在本实施例的阻抗粒子121中，包覆层1212包覆核心层1211的目的是为了可快速导热，避免使用时温度太高而烧毁电阻器1，同时解决电阻材料温飘的问题，使TCR较低。
另外，溶剂S可例如为水、二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、酮类、醇类、醋酸乙脂、或甲苯。本实施例的溶剂S是以水为例。在不同的实施例中，当溶剂S为酮类时，其可为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、或丙酮；当溶剂S为醇类时，其可为乙醇(Ethanol)、或乙二醇(Ethylene glycol)。此外，溶剂S也可为上述溶剂(水、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、酮类、或醇类)的任意混合，并不限定。
在阻抗的公式中，电阻值＝电阻常数(ρ)×长度/面积，因此，影响阻抗值的因素可包括材料本身(阻抗粒子121的核心层1211与包覆层1212)、阻抗粒子121的粒径大小、阻抗粒子121的截面积或厚度与处理温度，设计者可由上述因素通过适当的调配组成成份来控制阻抗组件12(混合材料)的阻抗值。
接着，如图2C所示，进行步骤S02为：设置混合材料M于基材11。其中，基材11可为硬性基材或软性基材，硬性基材可为玻璃、金属、陶瓷或树脂基材、或是复合式基材。本实施例的基材11是以氧化铝(Al2O3)的硬性基材为例。混合材料M可利用涂布、沾粘、印刷或溅镀(supptering)等方式设置于基材11上。于此，涂布可为喷射涂布(spray coating)、或旋转涂布(spin coating)，而印刷可为喷墨打印(inkjet printing)、或网版印刷(screenprinting)，并不限定。
接着，进行一烧结处理，以于基材11上形成阻抗组件12(步骤S03)。其中，烧结处理的烧结温度可介于800℃～1050℃，以去除混合材料M中的溶剂S(例如水分)，并使混合材料M中留下来的电阻材料(多个阻抗粒子121)的分子重新排列，经冷却(可为室温冷却)后可在基材11上形成阻抗组件12。在图2C的实施例中，基材11具有第一表面S1、两个第二表面S2与第三表面S3，第一表面S1与第三表面S3为基材11的相反表面，且两个第二表面S2位于基材11的左右侧，并分别连接第一表面S1与第三表面S3，而阻抗组件12是位于基材11的第一表面S1。在一些实施例中，阻抗组件12的成份及其重量百分比可如下：铜粉，80％～90％；锰粉，5％～15％；镍粉，1％～10％；锡粉，1％～10％；碳，1％～10％。
另外，请参照图3所示，其为本发明较佳实施例的电阻器1制造方法的另一流程步骤图。与图1不同的是，除了步骤S01至步骤S03之外，图3的制造方法还可包括步骤S04与步骤S05。其中，步骤S04为：设置两个导电端子13a、13b于基材11上，并使两个导电端子13a、13b分别连接阻抗组件12的两侧。于此，导电端子13a、13b为导电性良好的金属，例如为铝、铜、银、钼、或钛，或其合金所构成的单层或多层结构，并不限制。如图2D所示，导电端子13a、13b分别设置于基材11的第一表面S1上，并分别连接阻抗组件12的两侧，且经由两个第二表面S2而延伸至第三表面S3，使得本实施例的电阻器1为表面贴装组件(surface-mountdevice,SMD)。在不同的实施例，电阻器1也可为不同型式的电阻，本发明并不限制其实际呈现的方式。
最后，进行步骤S05：设置保护层14覆盖在阻抗组件12上。如图2E与图2F所示，保护层14是设置并覆盖在阻抗组件12上，以保护阻抗组件12不被异物破坏其特性。在一些实施例中，保护层14的材料例如但不限于为环氧树脂(Epoxy)或压克力。在此一提的是，上述的步骤S04的导电端子13a、13b与步骤S05的保护层14的设置顺序不限，可先设置导电端子13a、13b后再设置保护层14，或者相反。
因此，本实施例的电阻器1为表面贴装组件(SMD)，其包括基材11、阻抗组件12、两个导电端子13a、13b及保护层14。阻抗组件12设置于基材11上，其中，阻抗组件12包含多个阻抗粒子121，每一个阻抗粒子121包含核心层1211及包覆核心层1211的包覆层1212，核心层1211的材料包含金属或其合金，而包覆层1212的材料包含石墨烯、石墨、纳米碳管、纳米碳球、或其组合。另外，两个导电端子13a、13b设置于基材11上，并分别连接阻抗组件12的两侧。此外，保护层14覆盖在阻抗组件12上，以保护阻抗组件12免于被异物破坏其特性。
通过上述的电阻材料，使得本实施例所制得的电阻器1可符合电机电子产品中有害物质禁限用指令(RoHS)所规定的有害物质要求(无铅、镉、汞、铬等四种重金属)。另外，现有的一种SMD电阻器的电阻温度系数(TCR，单位为ppm/℃)的变化率为±400ppm/℃，但是，在本发明一实施例的电阻器1中，其TCR的变化率只有±200ppm/℃，因此，本实施例的电阻器1的温飘也较低。
综上所述，在本发明的一种电阻材料、电阻器与其制作方法中，电阻材料或阻抗组件包括多个阻抗粒子，每一个阻抗粒子包含核心层及包覆核心层的包覆层，其中，核心层的材料包含金属或其合金，包覆层的材料包含石墨烯、石墨、纳米碳管、纳米碳球、或其组合。由此，可使本发明的电阻器除了可符合电机电子产品中有害物质禁限用指令(RoHS)所规定的有害物质要求(无铅、镉、汞、铬等四种重金属)外，其电阻温度系数(TCR)也较低。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求书的范围中。

Claims (12)

1.一种电阻材料，其特征在于，包括：
多个阻抗粒子，每一个该阻抗粒子包含核心层及包覆该核心层的包覆层，该核心层的材料包含金属或其合金，该包覆层的材料包含石墨烯、石墨、纳米碳管、纳米碳球、或其组合。
2.一种电阻器，其特征在于，包括：
基材；以及
阻抗组件，设置于该基材，该阻抗组件包含多个阻抗粒子，每一个该阻抗粒子包含核心层及包覆该核心层的包覆层，该核心层的材料包含金属或其合金，该包覆层的材料包含石墨烯、石墨、纳米碳管、纳米碳球、或其组合。
3.如权利要求2所述的电阻器，其特征在于，该金属为银、铜、锰、镍、金、铝、铁或锡。
4.如权利要求2所述的电阻器，其特征在于，还包括：
两个导电端子，设置于该基材上，并分别连接该阻抗组件的两侧。
5.如权利要求4所述的电阻器，其特征在于，该基材具有第一表面、两个第二表面与第三表面，该阻抗组件设置于该第一表面，该两个第二表面分别连接该第一表面与该第三表面，且该两个导电端子分别设置于该第一表面上，并经由该两个第二表面延伸至该第三表面。
6.如权利要求2所述的电阻器，其特征在于，还包括：
保护层，覆盖在该阻抗组件上。
7.一种电阻器的制作方法，其特征在于，包括：
将多个阻抗粒子与溶剂混合，以形成混合材料，其中该阻抗粒子包含核心层及包覆该核心层的包覆层，该核心层的材料包含金属或其合金，且该包覆层的材料包含石墨烯、石墨、纳米碳管、纳米碳球、或其组合；
设置该混合材料于基材；以及
进行烧结处理，以于该基材上形成阻抗组件。
8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，该溶剂为水、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、酮类、醇类、醋酸乙脂、或甲苯。
9.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，设置该混合材料于基材的步骤中，是利用涂布、沾粘、印刷或溅镀方式设置。
10.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，该烧结处理的烧结温度介于800℃～1050℃。
11.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，还包括：
设置两个导电端子于该基材上，并使该两个导电端子分别连接该阻抗组件的两侧。
12.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，还包括：
设置保护层覆盖在该阻抗组件上。
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