TW202013395A - 電阻元件的製造方法和相應的電阻元件 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於電阻元件(例如:電流測量電阻器)的製造方法,包括以下步驟: -提供粉末形式的電阻合金,和 -由粉末狀電阻材料形成電阻元件。 此外,本發明另有關於一種由上述方法製造的電阻元件。

Description

電阻元件的製造方法和相應的電阻元件
本發明係有關一種電阻元件的製造方法,尤指一種用於電流測量電阻器的製造方法。此外,本發明另包括一種以該方法所製造出來的電阻器。
按,歐盟專利EP 0 605 800 A1係揭示了一種用於電流測量電阻器的製造方法,如圖1所示。在該過程中,將電阻合金材料條(例如錳酸鹽)沿其兩個縱向邊緣焊接到每個導體材料(例如銅)的材料條帶上,以形成一複合材料帶("Tri-Band")。隨後,各個電流測量電阻器與複合材料帶分離,這可以例如在沖壓和彎曲機中進行。這種習知的製造方法使得電流測量電阻器得以低成本的方式來進行大規模生產。
然而,這種習知的製造方法的缺點在於電流測量電阻器的外形自由設計受到限制,因為電流測量電阻器從扁平複合材料帶分離,這使得完成的電流測量電阻器的頂部和底部是平行的。
因此,本發明之主要目的,係在於增加電流測量電阻器之形狀設計的自由度。
該目的係透過申請專利範圍第1項的製造方法或透過一藉由此方法所製成的電阻器來實現。
根據本發明的製造方法係首先以粉末形式提供的電阻合金,其中該粉末狀電阻合金係不受形狀的任何限制。然後,根據本發明的製造方法,該電阻元件係以粉末狀電阻材料形成。因此,本發明的製造方法可有利地導致所製成的成品電阻元件沒有形狀上的限制。
此處值得一提的是,本發明的製造方法不僅適用於生產低阻抗電流測量電阻器,其可以根據已知的四線技術用於電流測量。此外,本發明的製造方法通常還適用於製造電阻元件。
依據本發明的一個較佳實施例,該電阻元件係透過金屬粉末射出成型(MIM:金屬射出成型)的方式由粉末狀電阻材料來進行成型,其中電阻元件首先形成為所謂的綠色部分。
然而,在本發明的範圍內,還有可能使用多成分金屬粉末射出成型的方法來成形該電阻元件,其中由該粉末狀電阻合金所形成的電阻元件與由粉末導體材料(例如:銅、銅合金)所製成的兩個連接端子組裝在一起。
依據本發明的製造方法,在成形之前以將粉末狀電阻合金(例如:錳酸鹽)和/或粉末狀導體材料(例如:銅、銅合金)與粘合劑混合以形成所謂的原料者為佳。優選的是,該粘合劑係為有機粘合劑或由數種有機成分組成的混合物。例如,該原料可含有50-80重量百分比的電阻合金和20-50%的有機成分。
在成形後,然後優選將綠色部分脫離成為所謂的棕色部分,其中該粘合劑至少部分地從綠色部分除去。
然後可以將棕色部分燒結成最終的電阻元件。
隨後,可以對電阻元件進行後續處理,其中,例如,可以通過銑削或沖壓來校正或調節該電阻元件的電阻值。
最後,該電阻元件然後可與兩個導電連接端子連接,例如透過焊接,或燒結的方式將該等連接端子設置於該電阻元件上。
就粘合劑而言,本發明不限於特定材料或材料組合物。例如以下材料適合作為本發明方法中的粘合劑:聚酰胺,聚甲醛,聚碳酸酯,苯乙烯-丙烯腈共聚物,聚酰亞胺,天然蠟和油,硬質塑料,氰酸酯,聚丙烯,聚乙酸酯,聚乙烯,乙烯-乙酸乙烯酯,聚乙烯醇,聚氯乙烯,聚苯乙烯,聚甲基丙烯酸甲酯,苯胺,水,礦物油,瓊脂,甘油,聚乙烯醇縮丁醛,聚甲基丙烯酸丁酯,纖維素,油酸,鄰苯二甲酸酯,石蠟,蠟,特別是巴西棕櫚蠟,銨,聚丙烯酸酯,甘油二酯 硬脂酸鹽和油酸鹽單硬脂酸甘油酯,鈦酸異丙酯,硬脂酸鋰,甘油單酯,甲醛,辛酸磷酸鹽,烯烴磺酸鹽,磷酸酯,硬脂酸,硬脂酸鋅。
還應該提到的是,該粘合劑可以例如還包含以下成分:
a)10-50%重量的聚酰胺,
b)40-80%重量的脂肪醇,以及
c)2-20%重量的有機酸。
此外,該粘合劑亦可包含以下成分:
a)50-96重量百分比的一種或多種聚甲醛均聚物或聚甲醛共聚物;
b)2-35重量百分比的一種或多種聚烯烴;
c)2-40重量百分比的聚-1,3-二氧雜環庚烷或聚-1,3-二氧戊環或其混合物。
另外,關於粉末狀電阻合金,根據本發明的製造方法不限於特定電阻合金。但是,該粉末狀電阻合金係以含有銅或鎳作為其主要成分者為佳。
例如,該粉末狀電阻合金可包含以下合金成分:
a)0.01-95.0重量百分比的銅,
b)0.01-80.0重量百分比的鎳,
c)0.01-30.0重量百分比的錳,
d)0.001-5.0%重量的錫,
e)0.001-22.0重量百分比的鉻,
f)0.001-5.0重量百分比的鋁,
g)0.001-2.0重量百分比的矽,
h)0.001-1.5重量百分比的鐵和/或
i)不超過1.0%重量的其他合金成分。
或者,該粉末狀電阻合金可能含有以下合金成分:
a)50.0-55.0重量百分比的銅,
b)42.0-46.0重量百分比的鎳,
c)0.5-2.0重量百分比的錳,以及
d)不超過1.5%重量的其他合金成分。
本發明另一實施例的該粉末狀電阻合金包含以下合金成分:
a)81.0-89.6重量百分比的銅,
b)10.0-14.0重量百分比的錳,
c)0.4-4.0重量百分比的鎳,以及
d)不超過1.0%重量的其他合金成分。
於本發明另一實施例中,該粉末狀電阻合金包含以下合金成分:
a)60.0-69.0重量百分比的銅,
b)23.0-27.0重量百分比的錳,
c)8.0-12.0重量百分比的鎳,以及
d)不超過1.0%重量的其他合金成分。
依據本發明再一實施例,該粉末狀電阻合金包含以下合金成分:
a)88.0-92.5重量百分比的銅,
b)6.0-8.0重量百分比的錳,
c)1.5-3.0重量百分比的鋅,以及
d)不超過1.0%重量的其他合金成分。
最後,本發明之該粉末狀電阻合金仍可包含以下合金成分:
a)62.0-81.4重量百分比的鎳,
b)16.0-22.0重量百分比的鉻,
c)2.0-4.0%重量的鋁,
d)0.4-2.0重量百分比的矽,
e)0.1-5.0重量百分比的錳,
f)0.02-3.0重量百分比的銅,
g)0.1-1.0重量百分比的鐵,以及
h)不超過1.0重量百分比的其他合金成分。
根據本發明的製造方法有利地使得成品電阻元件具有溫度穩定的電阻值,於+20℃至+60℃的溫度範圍,電阻值具有小於50 ppm/K的溫度係數。
此外,依據本發明的方法可以製造具有良好長期穩定性(亦即根據AEC-Q200,長期漂移小於10%)電阻值的電阻器。
所用的電阻合金以低電阻並且具有小於20·10 7 Ωm,10·10–7 Ωm,5·10–7 Ωm或3·10–7 Ωm的比電阻者為佳。
然而,連接端子的導體材料以相對該電阻合金為小的低電阻者為佳,並且以具有小於5·10 7 Ωm,2·10–7 Ωm,1·10–7 Ωm,5·10–8 Ωm或2·10–8 Ωm的比電阻者為佳。
該等連接端子的導體材料以該導體材料相對於該電阻合金具有一較小的比電阻者為佳。
再者,值得一提的是,熱電串聯中的電阻合金相對於銅具有一小於±5mV/100K,±0.5mV/100 K,±0.3 mV/100 K或±0.2 mV/100 K的熱電壓。
此外,在根據本發明的製造方法的範圍內,可以將不同的電阻層並聯或串聯連接,以實現電性能的優化。然後,電流可以並行地流過各種電阻層,或者通過各種電阻層連續地串聯流動。
再者,根據本發明的製造方法還允許將不同材料並聯和/或串聯連接到電阻層,以實現機械性能的優化。
另外,在根據本發明的製造方法的範圍內,不同的材料也可以組合到電阻層(並聯或串聯),以實現熱性能的優化。
還應該提到的是,本發明的製造方法提供了將散熱器(例如散熱片)一體成形於該電阻元件的可能性。
此外,依據本發明的製造方法,可將連接端子一體成形於該電阻元件上,特別是插接式或焊接式連接端子。
依據本發明實施例,最終的電阻元件是同軸電阻器,其中同軸電阻器中的電流在相反的方向上同軸地流動,這在本領域中係屬習知技術範圍。
然而,本發明不僅請求保護上述本發明的製造方法。 相反,本發明還要求保護以這種方式生產的部件作為電阻元件的新穎用途。 此外,本發明還請求保護成品電阻器,該成品電阻器是按照上述方式根據本發明的製造方法製作的。
本發明的其他有利的改進方案在附屬申請專利範圍中說明,或者在下面參考圖式內容與本發明的較佳實施例的描述一起更詳細地說明。
圖1係為電流測量電阻器的立體示意圖,該電流測量電阻器1用於根據已知的四線技術進行電流測量,並且從複合材料帶分離,如EP 0 605 800 A1中所述。
該電流測量電阻器1基本上由一電阻合金(例如:錳酸鹽 )製成的一電阻元件2和由一導體材料(例如銅)製成的兩個連接端子3、4組成,其中該電阻元件2沿其縱向邊緣經由兩個焊接縫5、6分別與該等連接端子3和4連接。
在兩個該等連接端子3、4中設有通孔7、8,其用作連接元件以便於達成電接觸。
上述電流測量電阻器1的缺點在於,其形狀受到底部的複合材料帶之橫截面的限制,因而無法製成任意形狀的電流感測電阻器。
圖2係為本發明電阻元件9的俯視圖,該電阻元件9係透過金屬射出成型製成,因此可達成多樣形狀的目的。
由圖式內容可以看出,該電阻元件9具有連接表面10,以便將電阻元件9與連接端子連接。
此外,圖式內容顯示了可以採用各種形狀的燒結電阻材料11。
於該電阻元件9的側面,可以設有用於調節電阻值的區域12。
另外,圖式內容顯示了用於接觸測量連接端子的橢圓形區域13。
以下將根據圖3的流程圖,其解釋了根據本發明的製造方法的實施例。
在第一步驟S1中,首先提供粉末狀電阻合金。
在第二步驟S2中,然後將粉末狀電阻合金與粘合劑混合到原料中。
在步驟S3中,提供連接端子所需的粉末狀銅。
然後在步驟S4中將粉末狀銅與粘合劑混合到原料中。
在進一步的步驟S5中,然後進行粉末狀銅原料和粉末狀電阻合金原料的雙成分金屬射出成型,以形成具有一電阻元件和兩個連接端子的電阻器(綠色部分)。
在下一步驟S6中,然後將電阻器(綠色部分)去掉,亦即粘合劑至少部分地被除去,從而形成所謂的棕色部分。
在另一步驟S7中,然後燒結棕色部分。
最後,在步驟S8中,可以進行電阻器的後續處理,例如,進行電阻值的校正。
以下將根據圖4說明流程圖,其解釋了根據本發明的製造方法的另一實施例。
在第一步驟S1中,同樣提供粉末狀電阻合金。
在第二步驟S2中,然後將粉末狀電阻合金與粘合劑混合以形成所謂的原料。
在進一步的步驟S3中,然後進行粉末狀電阻合金原料的金屬射出成型,以形成具有電阻元件(綠色部分)。
在下一步驟S4中,然後將綠色部分剝離成棕色部分,亦即將先前添加的粘合劑至少部分地除去。
在另一步驟S5中,然後燒結棕色部分。
在另一步驟S6中,然後將電阻元件與由銅製成的連接端子連接在一起以形成電阻器。
最後,在步驟S7中,可以進行電阻器的後續處理,例如,進行校正電阻值。
因此,根據圖4的實施例與根據圖3的實施例的不同之處在於,在根據圖4的實施例中,在金屬射出成型之後設置連接端子,而在根據圖3實施例中的連接端子係藉由雙成分金屬射出成型方式而形成。
以下將描述根據圖5A和5B的實施例。這些附圖說明了根據本發明的一同軸電阻器14,其具有由導體材料(例如:銅)製成的兩個連接端子15、16和插入其間的電阻合金所製成的電阻元件17。
藉此,本發明的製造方法在同軸電阻器14的外形方面允許很大的自由度,其可具有複雜的曲率。
以下將描述根據圖6A和6B的實施例。圖6A和6B係為本發明的電流測量電阻器18的各種立體圖,其具有由導體材料(例如銅)製成的連接端子19、20,以及一由電阻合金製成、並插入其間的電阻元件21。
依據本發明的製造方法,該電流測量電阻器18得以進行複雜的彎曲。
最後,下文將描述根據圖7A和7B的實施例。
圖7A和7B為根據本發明的製造方法製造之一電流測量電阻器22,其具有兩個連接端子23、24和一電阻元件25。
此外,圖式中的兩個插接式連接端子26、27,其用於測量該電阻元件25兩端的電壓降。
最後,圖式中的散熱片28~31,該等散熱片28~31一體地形成在電阻元件25上,並且在操作期間進行散熱。
綜上所述,本發明所揭示之構造,為昔所無,且確能達到功效之增進,並具可供產業利用性,完全符合發明專利要件,祈請 貴審查委員核賜專利,以勵創新,無任德感。
惟,上述所揭露之圖式、說明,僅為本發明之較佳實施例,大凡熟悉此項技藝人士,依本案精神範疇所作之修飾或等效變化,仍應包括在本案申請專利範圍內。
1:電流測量電阻器 2:電阻元件 3:連接端子 4:連接端子 5:焊接縫 6:焊接縫 7:通孔 8:通孔 9:電阻元件 10:連接表面 11:電阻材料 12:調節電阻值的區域 13:用於接觸測量連接端子的橢圓形區域 14:同軸電阻器 15:連接端子 16:連接端子 17:電阻元件 18:電流測量電阻器 19:連接端子 20:連接端子 21:電阻元件 22:電流測量電阻器 23:連接端子 24:連接端子 25:電阻元件 26:連接端子 27:連接端子 28:散熱片 29:散熱片 30:散熱片 31:散熱片 S1~S8:步驟
圖1 係為習知電流測量電阻器的立體示意圖。 圖2 係為本發明電阻元件的俯視圖。 圖3 係為本發明應用雙成分-金屬射出成形方法之流程圖。 圖4 係為本發明應用金屬射出成形方法之另一流程圖。 圖5A和5B 係為利用本發明方法所製成的同軸電阻器之不同立體圖。 圖6A和6B 係為多彎曲電流測量電阻器之不同立體圖。 圖7A和7B 係為具有一體成形散熱片的本發明電阻器之不同立體圖。
S1~S8:步驟

Claims (22)

  1. 電阻元件(9、17、21、25)的製造方法,特別是一種電流測量電阻器的製造方法,包含下列步驟: a)提供粉末狀電阻合金;以及 b)由粉末狀電阻材料形成電阻元件(9、17、21、25)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其特徵在於藉由金屬粉末射出成型將該等電阻元件(9、17、21、25)形成一綠色部分。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其特徵在於使用多成分金屬粉末射出成型來形成電阻元件(9、17、21、25),而一電阻器的以下部件係連接形成綠色部分: a)粉末狀電阻合金製成的電阻元件(9、17、21、25),和;以及 b)由粉末狀導體材料,特別是由銅或銅合金製成的兩個或多個連接端子(15、16、19、20、23、24、26、27)。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之方法,其特徵在於: a)在模塑之前將粉末狀電阻合金和/或粉末狀導體材料與粘合劑混合到原料中,特別是與有機粘合劑混合,特別是與其他特別是有機成分的混合物混合,其中該電阻合金的原料優選含有以下成分: a1)50-80%重量百分比的電阻合金;和 a2)20-50%重量百分比的有機成分;和/或 b)在模塑後,將綠色部分去除成為棕色部分,其中該粘合劑至少部分地從綠色部分除去,和/或 c)將棕色部分燒結成最終的電阻元件(9、17、21、25),和/或 d)後續加工該電阻元件(9、17、21、25),特別是透過銑削或沖孔來修正電阻值,和/或 e)該電阻元件(9、17、21、25)與兩個或多個導電連接端子的組裝,特別是透過焊接或燒結該等連接端子(15、16、19、20、23、24、26、27)至該電阻元件(9、17、21、25)上。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法,其特徵在於該粘合劑含有以下材料中的至少一種: a)聚酰胺, b)中聚甲醛, c)聚碳酸酯, d)苯乙烯-丙烯腈共聚物, e)聚酰亞胺, f)天然蠟和油, g)熱固性塑料, H)氰酸 i)聚丙烯, j)聚縮醛, k)聚乙烯, l)乙烯乙酸乙烯酯, m)聚乙烯醇, n)聚氯乙烯, o)聚苯乙烯, p)聚甲基丙烯酸甲酯, q)苯胺, r)水; s)礦物油, t)瓊脂, u)甘油, v)聚乙烯醇縮丁醛, w)聚甲基丙烯酸丁酯, x)纖維素, y)油酸, z)鄰苯二甲酸酯, aa)石蠟, ab)蠟,特別是巴西棕櫚蠟, ac)銨, ad)聚丙烯酸酯, ae)甘油二酯硬脂酸酯和油酸酯, af)單硬脂酸甘油酯, ag)異丙基鈦酸鹽, ah)硬脂酸鋰, ai)甘油單酯, aj)甲醛, ak)辛基酸式磷酸酯, al)烯烴磺酸鹽, am)磷酸酯, an)硬脂酸,以及 ao)硬脂酸鋅。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法,其特徵在於該粘合劑含有下列成分: a)10-50%重量的聚酰胺, b)40-80%重量的脂肪醇,以及 c)2-20%重量的有機酸。
  7. 如申請專利範圍第4項之方法,其特徵在於該粘合劑含有下列成分: a)50-96重量百分比的一種或多種聚甲醛均聚物或聚甲醛共聚物; b)2-35重量百分比的一種或多種聚烯烴; c)2-40重量百分比的聚-1,3-二氧雜環庚烷或聚-1,3-二氧戊環或其混合物。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於該粉末狀電阻合金係含有銅或鎳作為主要成分。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於該粉末狀電阻合金包含以下合金成分: a)0.01-95.0重量百分比的銅, b)0.01-80.0重量百分比的鎳, c)0.01-30.0重量百分比的錳, d)0.001-5.0%重量的錫, e)0.001-22.0重量百分比的鉻, f)0.001-5.0重量百分比的鋁, g)0.001-2.0重量百分比的矽, h)0.001-1.5重量百分比的鐵和/或 i)不超過1.0%重量的其他合金成分。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於該粉末狀電阻合金包含以下合金成分: a)50.0-55.0重量百分比的銅, b)42.0-46.0重量百分比的鎳, c)0.5-2.0重量百分比的錳,以及 d)不超過1.5%重量的其他合金成分。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於該粉末狀電阻合金包含以下合金成分: a)81.0-89.6重量百分比的銅, b)10.0-14.0重量百分比的錳, c)0.4-4.0重量百分比的鎳,以及 d)不超過1.0%重量的其他合金成分。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於該粉末狀電阻合金包含以下合金成分: a)60.0-69.0重量百分比的銅, b)23.0-27.0重量百分比的錳, c)8.0-12.0重量百分比的鎳,以及 d)不超過1.0%重量的其他合金成分。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於該粉末狀電阻合金包含以下合金成分: a)88.0-92.5重量百分比的銅, b)6.0-8.0重量百分比的錳, c)1.5-3.0重量百分比的鋅,以及 d)不超過1.0%重量的其他合金成分。
  14. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於該粉末狀電阻合金包含以下合金成分: a)62.0-81.4重量百分比的鎳, b)16.0-22.0重量百分比的鉻, c)2.0-4.0%重量的鋁, d)0.4-2.0重量百分比的矽, e)0.1-5.0重量百分比的錳, f)0.02-3.0重量百分比的銅, g)0.1-1.0重量百分比的鐵,以及 h)不超過1.0重量百分比的其他合金成分。
  15. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於: a)該電阻元件(9、17、21、25)具有一於20°C至60°C之間測得的溫度係數小於50ppm/K的電阻值,和/或 b)該電阻元件(9、17、21、25)具有小於10%的長期漂移,特別是根據AEC-Q200的電阻值,和/或 c)該電阻合金的比電阻小於20·10 7 Ωm, 10·10 7 Ωm, 5·10 7 Ωm 或3·10 7 Ωm;,和/或 d)該導體材料的比電阻小於5·10 7 Ωm, 2·10 7 Ωm, 1·10 7 Ωm, 5·10 8 Ωm 或2·10 8 Ωm,和/或 e)該導體材料相對於該電阻合金具有一較小的比電阻,和/或 f)熱電串聯中的電阻合金相對於銅具有一小於±5mV/100K,±0.5mV/100 K,±0.3 mV/100 K或±0.2 mV/100 K的熱電壓。
  16. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於下列步驟: a)在並聯和/或串聯中組合不同的電阻層,以實現電性能的最佳化, b)將不同材料組合至並聯和/或串聯的電阻層,以實現機械性能的最佳化,和/或 c)將不同材料組合至並聯和/或串聯的電阻層,以實現熱性能的最佳化。
  17. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於下列步驟: a)將散熱片(28~31),特別是散熱肋件(28~31)一體成形於該電阻元件(9、17、21、25)上,以及 b)將連接端子(15、16、19、20、23、24、26、27)一體成形於該電阻元件(9、17、21、25)上,特別是插接式或焊接式連接端子(23、24、26、27)。
  18. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於: 該電阻元件(9、17、21、25)係為一同軸電阻器。
  19. 電阻元件的應用,特別是一種電流測量電阻器(9、14、18、22)的應用,其特徵在於:該電阻元件係藉由前述申請專利範圍其中任一項所述之方法所製造的元件。
  20. 電阻元件(9、14、18、22),特別是一種電流測量電阻器(9、14、18、22),其特徵在於:該電阻元件係藉由前述申請專利範圍其中任一項所述之方法所製造的元件。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之電阻元件(14、18、22),其特徵在於: a)由導電導體材料製成的第一連接端子(15、19、23),用於將電流引入電阻器, b)由導電導體材料製成的第二連接端子(16、20、24),用於從電阻器釋放電流,以及 c)粉末狀電阻合金製成的電阻元件(17、21、25),其在兩個連接端子(15、16、19、20、23、24)之間沿電流流動方向佈置並且被電流貫穿。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之電阻元件(14、18、22),其特徵在於:該等連接端子(15、16、19、20、23、24)係由粉末狀的導引材料所製成。
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