TWI394175B - 電阻器及其製造方法 - Google Patents

Description

電阻器及其製造方法

本發明是有關於低電阻值金屬片電阻器以及其製造方法。

金屬片電阻器先前既已按照各式方法所建構。例如，Zandman及Person的美國專利第5,287,083號案即揭示將鎳質鍍置於該電阻材料。然而，此一製程會對所獲金屬片電阻器的尺寸造成限制。該鎳質鍍層方法因用以決定鍍層幾何的方法之故而受限於大型尺寸。此外，該鎳質鍍層方法於雷射裁切處會在電阻測量方面有所侷限。

另一種方式為將銅片焊燒於該電阻材料以構成終端。此一方法可如Rainer的美國專利第5,604,477號案所揭示。然此焊燒方法會因焊燒維度耗佔空間之故而受限於較大尺寸的電阻器。

而另一種方式則為將銅質包覆於該電阻材料以構成終端，像是Smjekal的美國專利第6,401,329號案所揭示者。該包覆方法受限於較大尺寸電阻器，原因在於用以移除銅質材料從而定義該主動電阻器構件之寬度和位置的削切製程之容忍度。

而又進一步方式可為Tsukada的美國專利第7,327,214號案、Tsukada的美國專利第7,330,099號案以及Tsukada的美國專利第7,326,999號案所描述者。此等方式亦具有多 項限制。

因此，所有前述方法皆有一或更多項限制。所需者為一種小型尺寸的低電阻值金屬片電阻器及其製造方法。

從而，本發明之主要目的、特性或優點為對業界先進技術加以改良，並提供一種小型尺寸的低電阻值金屬片電阻器及其製造方法。

根據本發明之一特點，茲提供一種金屬片電阻器。該金屬片電阻器包含一金屬片，此者構成一電阻構件並且提供對於該金屬片電阻器的支撐而無須使用個別的基板。有第一及第二相對終端，此等係覆疊於該金屬片。在該等第一及第二相對終端各者上有鍍層。在該等第一及第二相對終端之間亦有一覆疊於該金屬片的絕緣材料。

根據本發明之另一特點，茲提供一種金屬片電阻器。該金屬片電阻器包含一金屬片，此者構成一電阻構件並且提供對於該金屬片電阻器的支撐而無須使用個別的基板。有第一及第二相對終端，此等係經直接地濺鍍於該金屬片上。在該等第一及第二相對終端各者上有鍍層。在該等第一及第二相對終端之間亦有一覆疊於該金屬片的絕緣材料。

根據本發明之又另一特點，茲提供一種金屬片電阻器。該金屬片電阻器包含一金屬片，此者構成一電阻構件並且提供對於該金屬片電阻器的支撐而無須使用個別的基 板。有一經濺鍍於該金屬片上的黏著層。有第一及第二相對終端，此等係經濺鍍於該黏著層上。在該等第一及第二相對終端各者上有鍍層，並且在該等第一及第二相對終端之間亦有一覆疊於該金屬片的絕緣材料。

根據本發明之另一特點，茲提供一種構成一金屬片電阻器的方法，其中一金屬片提供對於該金屬片電阻器的支撐而無須使用個別的基板。該方法包含將一絕緣材料塗置於該金屬片，施用一微影蝕刻製程以構成一覆疊於該電阻材料上的導電樣式，其中該導電樣式包含第一及第二相對終端，電鍍該導電樣式，以及調整該金屬片的電阻性。

根據本發明之另一特點，茲提供一種構成一金屬片電阻器的方法，其中一金屬片提供對於該金屬片電阻器的支撐而無須使用個別的基板。該方法包含將一遮罩配對於該金屬片以覆蓋該金屬片的多個局部，將一黏著層濺鍍於該金屬片，該遮罩可防止該黏著層沉積在該金屬片上由該遮罩所覆蓋的多個局部處，該金屬片上由該遮罩所覆蓋的多個局部構成一含有第一及第二相對終端的樣式。該方法進一步包含將一絕緣材料塗置於該金屬片，並且調整該金屬片的電阻性。

本發明是有關於金屬片電阻器以及製造金屬片電阻器的方法。此方法適用於製作0402尺寸或更小、低歐姆值、金屬片的表面黏著電阻器。0402尺寸對於一些具有0.04英 吋乘0.02英吋(即1.0 mm乘0.5 mm)維度的被動元件而言係一標準電子封裝尺寸。一種亦可使用的較小型尺寸封裝範例即為0201尺寸。在本發明之上下文中，一低歐姆值概為一適合應用於電力相關之應用項目的數值。一低歐姆值概為小於或等於3歐姆的數值，然通常是在1到1000毫歐姆的範圍之倍數內。

一種製造該金屬片電阻器的方法是利用一製程，其中一電阻器的終端是透過濺鍍及鍍置處理而藉由將銅質增附於該電阻材料上所構成。此方法是運用光微影蝕刻遮罩技術，如此可提供遠較微小且更佳定義的終端特性。此方法亦可供以運用更薄電阻材料，而這在每一個小型電阻器中對於最高值皆為必需者，然該電阻器並不利用支撐基板。

圖1係本發明電阻器之一具體實施例的截面視圖。一金屬片電阻器10係自一電阻材料18之薄片所構成，像是EVANOHM(鎳-鉻-鋁-銅合金)、MANGANIN(一種銅-錳-鎳合金)或其他類型的電阻材料，然不限於此。該電阻材料18的厚度可為根據所欲電阻性而改變。然而，該電阻材料可視需要而為相當地薄。注意到該電阻材料18是位於該電阻器10的中央處並提供對於該電阻器10的支撐，而同時並未出現有個別的基板。

圖1所示之電阻器10亦含有一選擇性的黏著層16，此者可為由CuTiW(銅、鈦、鎢質)所構成。當獲用時，該黏著層16係經濺鍍於該電阻材料18的表面上，而供以將銅質鍍層14貼附於此。有些電阻材料可能需要使用該黏著層 16，而其他則否。是否需使用該黏著層16是根據該電阻材料的合金，以及若該者可藉適當黏著處理以供直接地貼附銅質鍍層而定。若是希望使用黏著層16，並且應於該電阻材料18的兩側上裝接點板，則應對該電阻材料18的兩側皆以一黏著層16濺鍍。

在該濺鍍製程之前，可先將一金屬遮罩(圖1中未予顯示)配對於該電阻材料18的薄片，藉此防止CuTiW材料沉積於該薄片中之稍後將成為主動電阻器區域的區域上。此機械性遮蔽步驟可供消除在該製程中稍後的金質鍍層及蝕刻回返步驟，從而降低成本。在使用到金質鍍層或其他高導電鍍層的情況下，該金質鍍層24覆疊於該銅質鍍層14。一鍍層28係經提供，此者可為一鎳質鍍層。一錫質鍍層12覆疊於該鎳質鍍層28以提供可焊燒性。

圖1中亦顯示一絕緣塗置材料20，此者係經施用於該電阻材料18。該絕緣塗置材料20最好是一種具有高操作溫度電阻性的矽質聚合物。亦可利用其他類型並具有化學阻抗性且能夠耐於高溫的絕緣材料。

圖2說明一像是EVANOHM、MANGANIN或其他類型之電阻材料18而為相對地薄的電阻材料薄片。該電阻材料18作為該基板並支撐該電阻器的結構。在此並無個別的基板。此電阻材料18薄片的厚度可為選定以達到較高或較低的電阻值範圍。一CuTiW(銅、鈦、鎢)或其他適當材料的場域層係經濺鍍於該電阻材料18的表面上，而作為一黏著層16以供將銅質鍍層貼附於此。在該濺鍍製程之前，可先 將一金屬遮罩配對於該電阻材料18的薄片，藉此防止CuTiW材料或其他用於該黏著層16之材料沉積於該薄片中之稍後將成為主動電阻器區域的區域上。此機械性遮蔽步驟可供消除在該製程中稍後的金質鍍層及蝕刻回返步驟，從而降低成本。

接著執行一微影蝕刻製程。該微影蝕刻製程可包含將一乾燥光阻薄膜22疊佈於該電阻材料18的兩側，藉以將該電阻材料18護離於該銅質鍍置處理。然後可利用一光遮罩以將該光阻曝出於一樣式，此者係對應於待予沉積在該電阻材料上的銅質區域。然後定影處理該光阻22，而即如圖2所示者僅在其中銅質或其他導電材料所應沉積的區域內曝出該電阻材料。

圖3說明該銅質樣式14。該銅質樣式可包含多個個別終端點板、帶片或是除將為該主動電阻器區域的區域之外的近似完整覆蓋。在其中是使用帶片及近乎完整覆蓋樣式的情況下，該點板尺寸可為於沖孔操作過程中所定義。該終端點板幾何與數量可為根據PCB黏著要求及所需之電氣連接而改變，像是2線或4線式電路設計或者多重電阻器陣列。該銅質14係於一電解製程中所鍍置。一Au(金質)薄層24係經電鍍於該銅質上。然後，在一化學蝕刻製程中，即如圖4所示般將該光阻材料剝除，且因此未受該銅質鍍層14所覆蓋的CuTiW材料16亦被剝除於該主動電阻器區域。在另一具體實施例裡，並未增附該金質層24，同時在移除該光阻層之後亦未剝除回返該CuTiW層16，如此可節 省製造成本然其代價是電氣特徵。在一進一步具體實施例裡，並未增附該金質層且亦無必要進行剝除處理，原因是在該濺鍍步驟中該CuTiW材料係經機械性地遮蔽。

所獲終端鍍板可為按如一薄片、一薄片的多個區段，或是按一個或兩個電阻器橫列的片帶所處理。底下將說明該薄片製程，然這些後續處理亦可適用於區段及片帶。即如圖5所示，該薄片19係一連續固體(然可出現有對準孔洞)，並且接著可移除該薄片19的一些區域以定義該電阻器的長度與寬度之設計維度。最好，此為藉由一沖孔工具機所完成，然亦可藉由化學蝕刻製程或是藉由雷射加工或機械切割以除去不欲材料而達成。

未經調整之電阻器的電阻值是由該銅質點板間隔所決定，該間隔由該光遮罩、該電阻材料薄片之長度、寬度及厚度所定義。即如圖6所示，可藉由一雷射或其他移除材料26之裝置以增加電阻性而同時測量該電阻值的方式來完成電阻值調整作業。亦可藉由將更多終端材料或其他導電材料增附於其中該電阻材料仍被曝出的區域之內以減少該數值來完成此電阻值調整作業。該電阻器亦可以未進行材料移除或增附而等同地運作，但該電阻值容忍度會較為寬廣。

即如圖7及圖8所示，於該等終端之間的被曝出電阻材料係被一塗置材料20所覆蓋，此為一絕緣材料以防止電鍍於該電阻構件上並改變其電阻值。該塗置材料20最好是一具有高操作溫度阻抗的矽質聚合物，然可為其他具化學 阻抗性且能夠耐於高溫的絕緣材料。該塗置材料20最好是由一傳遞塗刀所施加。將一受控數量之塗置材料20沉積於該塗刀的邊緣上，然後再藉由該塗刀與該電阻器之間的接觸而傳遞至該電阻器。可運用其他施用該塗置材料20的方法，像是網版印刷、滾輪接觸傳遞、噴墨及其他方式。接著，藉由在一烘爐中烘烤該等電阻器以將該塗置材料20固化。可於該製程中的此刻，藉由墨印傳遞及烘烤處理或是藉由雷射方法來施加任何設置在該塗置材料20上的標記。可利用一晶粒切割器以自該載板移除各個單一電阻器。亦可利用其他將該等電阻器單粒化自該載板的方法，像是雷射切割器或光阻遮罩及化學蝕刻處理。

然後再將個別電阻器放置在一鍍置製程中，其中會增附鎳質28及錫質12以令該部分成為可焊燒於一PCB，即如圖1所示者。而對於其他黏著方法則可利用其他的鍍層材料，像是金質可用於貼附應用。可對各器件進行DC電阻檢查，並且將位於容忍度之內者放置在通常為條帶及捲筒的產品封裝中以供運送。

從而，既已揭示一種低電阻值金屬片電阻器。該電阻器可獲致小型尺寸，包含一0402尺寸或更小型的封裝。本發明考量到無數變化項目，包含在所使用之材料、是否利用黏著層、該電阻器究係為2終端或4終端、該電阻器之特定電阻值方面的變化以及其他變化。此外，亦已揭示一種用以構成一低電阻值金屬片電阻器的製程。本發明考量到無數變化、選擇和替代項目，包含其中使用一塗置材料 的方式、是否使用一機械遮蔽步驟以及其他變化項目。

10‧‧‧金屬片電阻器

12‧‧‧錫質鍍層

14‧‧‧銅質鍍層

16‧‧‧黏著層

18‧‧‧電阻材料

19‧‧‧薄片

20‧‧‧絕緣塗置材料

22‧‧‧乾燥光阻薄膜

24‧‧‧金質鍍層

26‧‧‧材料

28‧‧‧鎳質鍍層

圖1係一電阻器之具體實施例的截面視圖。

圖2係一在製造過程中具一黏著層及一遮罩之電阻材料的截面視圖。

圖3係一在製造過程中施用一導電樣式及電鍍處理之後的截面視圖。

圖4係一在製造過程中將材料剝除之後的截面視圖。

圖5係一在製造過程中一電阻薄片的俯視圖。

圖6係一在製造過程中該電阻薄片既經電阻調整之後的俯視圖。

圖7係一在製造過程中該電阻薄片的俯視圖，其中絕緣材料覆蓋該等終端之間的經曝出電阻材料。

圖8係一經鍍置製程後之電阻器的截面視圖。

圖9係一電阻薄片的俯視圖，其中顯示出四終端電阻器。

10‧‧‧金屬片電阻器

12‧‧‧錫質鍍層

14‧‧‧銅質鍍層

16‧‧‧黏著層

18‧‧‧電阻材料

20‧‧‧絕緣塗置材料

24‧‧‧金質鍍層

28‧‧‧鎳質鍍層

Claims (38)

1. 一種金屬片電阻器，其包含：一金屬片，其構成一電阻構件，並且提供對於該金屬片電阻器的支撐而無須使用一個別的基板；藉由光微影蝕刻遮罩所形成的第一及第二相對終端，其係覆疊於該金屬片；鍍層，其位在該等第一及第二相對終端的各者之上；以及一絕緣材料，其覆疊於位在該等第一及第二相對終端之間的金屬片。
2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬片電阻器，其中該金屬片係一含有鎳質、鉻質、鋁質、錳質及銅質中至少一者的金屬合金。
3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬片電阻器，其於該等終端與該金屬片之間進一步包含一黏著層。
4. 如申請專利範圍第3項所述之金屬片電阻器，其中該黏著層包含銅質、鈦質及鎢質。
5. 如申請專利範圍第1項所述之金屬片電阻器，其中該金屬片電阻器係一0402尺寸(1.0 mm乘0.5 mm)的晶片電阻器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之金屬片電阻器，其中該絕緣材料包含一聚合物。
7. 如申請專利範圍第1項所述之金屬片電阻器，其中該絕緣材料係在該金屬片電阻器之頂側及該金屬片電阻器之 相對底側兩者上。
8. 如申請專利範圍第7項所述之金屬片電阻器，其中該等第一及第二終端為在該金屬片電阻器之頂側上，並且在該金屬片電阻器之底側上進一步包含一對終端。
9. 如申請專利範圍第8項所述之金屬片電阻器，進一步包含在該金屬片之底側上的終端組對上進行鍍置。
10. 一種金屬片電阻器，其中包含：一金屬片，其構成一電阻構件，並且提供對於該金屬片電阻器的支撐而無須使用一個別的基板；藉由光微影蝕刻遮罩所形成的第一及第二相對終端，其係經直接地濺鍍於該金屬片；鍍層，其位在該等第一及第二相對終端的各者之上；以及一絕緣材料，其覆疊於位在該等第一及第二相對終端之間的金屬片。
11. 如申請專利範圍第10項所述之金屬片電阻器，其中該金屬片係一含有鎳質、鉻質、鋁質、錳質及銅質中至少一者的金屬合金。
12. 如申請專利範圍第10項所述之金屬片電阻器，其中該絕緣材料包含一矽質聚合物。
13. 如申請專利範圍第10項所述之金屬片電阻器，其中該金屬片電阻器係一0402尺寸(1.0 mm乘0.5 mm)的晶片電阻器。
14. 一種金屬片電阻器，其包含： 一金屬片，其構成一電阻構件，並且提供對於該金屬片電阻器的支撐而無須使用個別的基板；一黏著層，其係經濺鍍於該金屬片；藉由光微影蝕刻遮罩所形成的第一及第二相對終端，其係經濺鍍於該黏著層；鍍層，其位在該等第一及第二相對終端的各者之上；以及一絕緣材料，其覆疊於位在該等第一及第二相對終端之間的金屬片。
15. 如申請專利範圍第14項所述之金屬片電阻器，其中該金屬片係一含有鎳質、鉻質、鋁質、錳質及銅質中至少一者的金屬合金。
16. 如申請專利範圍第14項所述之金屬片電阻器，其中該絕緣材料包含一矽質聚合物。
17. 如申請專利範圍第14項所述之金屬片電阻器，其中該金屬片電阻器係一0402尺寸(1.0 mm乘0.5 mm)的晶片電阻器。
18. 如申請專利範圍第14項所述之金屬片電阻器，其中該黏著層包含銅質、鈦質及鎢質。
19. 一種構成一金屬片電阻器的方法，其中一金屬片提供對於該金屬片電阻器的支撐而無須使用個別的基板，該方法包含：將一絕緣材料塗置於該金屬片；施用一光微影蝕刻遮罩製程以構成一覆疊於該電阻材 料上的導電樣式，其中該導電樣式包含第一及第二相對終端；電鍍該導電樣式；以及調整該金屬片的電阻性。
20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，進一步包含在施用該微影蝕刻製程前先將一黏著層濺鍍至該金屬片。
21. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該黏著層進一步包含銅質、鈦質及鎢質。
22. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中將該絕緣材料塗置於該金屬片係包含將該絕緣材料塗置於該金屬片的一第一側，及將該絕緣材料塗置於該金屬片的一第二側，且其中將該微影蝕刻製程施用於該等第一側及第二側兩者以構成一四終端電阻器。
23. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中電鍍該導電樣式包含以金質來電鍍該導電樣式。
24. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中調整電阻性係利用一沖孔工具所執行。
25. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該絕緣材料係一矽質聚合物。
26. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該絕緣材料係利用一塗刀所施用。
27. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該導電樣式含有銅質。
28. 如申請專利範圍第19項所述之方法，進一步包含單 粒化該金屬片電阻器。
29. 如申請專利範圍第19項所述之方法，進一步包含將該金屬片電阻器封裝於一0402尺寸(1.0 mm乘0.5 mm)的晶片電阻器封裝內。
30. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中調整電阻性係利用一雷射所執行。
31. 一種構成一金屬片電阻器的方法，其中一金屬片提供對於該金屬片電阻器的支撐而無須使用個別的基板，該方法包含：將一遮罩配對於該金屬片以覆蓋該金屬片的多個局部；將一黏著層濺鍍於該金屬片，該遮罩係防止該黏著層沉積在該金屬片上之由該遮罩所覆蓋的多個局部處，該金屬片上之由該遮罩所覆蓋的多個局部係構成一含有藉由光微影蝕刻遮罩所形成的第一及第二相對終端的樣式；將一絕緣材料塗置於該金屬片；以及調整該金屬片的電阻性。
32. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該黏著層進一步包含銅質、鈦質及鎢質。
33. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該調整電阻性係利用一沖孔工具所執行。
34. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該調整電阻性係利用一雷射所執行。
35. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該絕緣材 料係一矽質聚合物。
36. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該絕緣材料係利用一塗刀所施用。
37. 如申請專利範圍第31項所述之方法，進一步包含單粒化該金屬片電阻器。
38. 如申請專利範圍第31項所述之方法，進一步包含將該金屬片電阻器封裝於一0402尺寸(1.0 mm乘0.5 mm)的晶片電阻器封裝內。