TWI503849B - 微電阻元件 - Google Patents

Description

微電阻元件

本發明係有關於一種電子元件，尤其有關一種微電阻元件。

隨著電子電路技術的持續發展，對於電阻元件之電阻值的穩定度要求日益增高。傳統的晶片電阻元件之電阻溫度係數(Temperature Coefficient of Resistance，TCR)等性能已逐漸無法滿足高穩定性的要求，導致其在應用上受到限制。

為了提升電阻元件之電阻值的熱穩定度，中華民國發明專利公開號第200830333號與第200830334號案提出一種微電阻元件。藉由將高性能散熱體形成於電阻元件本體的一面，以將電阻元件本體上的熱能散發，以達到提升微電阻元件之操作功率之目的。

由於電阻元件本體及高性能散熱體是利用衝壓方式成型，再以壓合或黏著方式結合。而衝壓過程中，本體及散熱體之表面上會產生毛邊或突起，這些毛邊或突起於本體及散熱體結合過程中可能刺穿壓合或黏著用的膠層(厚度約30μm)，而造成本體與散熱體相接觸而形成短路，導致微電阻元件之電阻值無法達到預設的要求。再者，微電阻元件是採用二個對稱設置於本體之兩端之矩形狀散熱體，故只能將本體兩端的熱能帶走，而無法將本體溫度較高的中心部份的熱能帶走，故本體上的熱能散發效果是有限的， 致使可提升的操作功率受限。

本發明之一目的，在於提供一種微電阻元件，其電阻值具有較佳的熱穩定度以及散熱效果。

為達上述目的，本發明提供一微電阻元件，包含一電阻本體、一第一保護層、一導熱層、一第二保護層，以及二電極層。該電阻本體具有相反的一第一端部及一第二端部，與位於該第一端部及該第二端部間之一中央部位，該電阻本體定義一中心線。該第一保護層設置於該電阻本體之部分之中央部位上並曝露出該第一端部及第二端部。該導熱層以沉積方式形成於部份該電阻本體上。該第二保護層設於部份該導熱層上。該等電極層分別包覆該電阻本體之第一端部及第二端部且電性連接該導熱層。

此外，本發明更提供另一微電阻元件，包含一電阻本體、一第一保護層、一第一導熱層，以及二電極層。該電阻本體具有一第一端部、相反於該第一端部之一第二端部及位於該第一端部及該第二端部間之一中央部位，該電阻本體定義一中心線。該第一保護層設置於該電阻本體之部分之中央部位上並曝露出該第一端部及第二端部。該第一導熱層由該第一端部往該中央部位延伸至該第一保護層上，並具有一第一導熱部及一連接於該第一導熱部之一第二導熱部，該第一保護層設於該第一導熱部與該電阻本體之間形成電性絕緣，該第二導熱部與該第一端部電性連接。該等電極層分別包覆該電阻本體之該第一端部及該第二端部，且與該第二導熱部電性連接。

30‧‧‧微電阻元件

31‧‧‧電阻本體

32‧‧‧第一保護層

33‧‧‧導熱層

34‧‧‧第二保護層

35‧‧‧電極層

311‧‧‧第一端部

312‧‧‧第二端部

313‧‧‧中央部位

314‧‧‧第一表面

315‧‧‧第二表面

316‧‧‧側面

317‧‧‧通孔

X‧‧‧第一方向

Y‧‧‧第二方向

L‧‧‧中心線

33a‧‧‧第一導熱層

33b‧‧‧第二導熱層

d、d1‧‧‧間隙

331‧‧‧第一導熱部

332‧‧‧第二導熱部

333‧‧‧內金屬層

33a’‧‧‧第一導熱層

33b’‧‧‧第二導熱層

331’‧‧‧第一導熱部

33a”‧‧‧第一導熱層

331”‧‧‧第一導熱部

33b”‧‧‧第二導熱層

331”‧‧‧第一導熱部

332”‧‧‧第二導熱部

31’‧‧‧電阻本體

31a‧‧‧絕緣片

31b‧‧‧金屬層

31”‧‧‧電阻本體

31b’‧‧‧金屬層

33’‧‧‧導熱層

33”‧‧‧導熱層

33a’’’‧‧‧第一導熱層

33”’‧‧‧導熱層

33b’’’‧‧‧第二導熱層

第一圖為本發明微電阻元件之一示意圖。

第二圖為該微電阻元件之一剖視圖。

第三圖為該微電阻元件之一示意圖。

第四圖為該微電阻元件之電阻片之一上視示意圖。

第五圖為該微電阻元件之另一實施方式之一上視示意圖。

第六圖為該微電阻元件之另一實施方式之一上視示意圖。

第七圖為該微電阻元件之另一實施方式之一剖視圖。

第八圖為該微電阻元件之另一實施方式之一剖視圖。

第九圖為該微電阻元件之另一實施方式之一剖視圖。

第十圖為該微電阻元件之另一實施方式之一剖視圖。

第十一圖為該微電阻元件之另一實施方式之一剖視圖。

有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：參閱第一圖及第二圖，本發明之第一較佳實施例之微電阻元件30包含一電阻本體31、一第一保護層32、至少一導熱層33、一第二保護層34，以及二電極層35。

參閱第三圖，電阻本體31為一金屬片並具有一第一端部311、相反於第一端部311之一第二端部312與位於第一端部311與第二端部312間之一中央部位313。電阻本體31並具有一第一表面314、相對於第一表面314之第二表面315及連接第一表面314及第二表 面315之多個側面316。在本實施例中，電阻本體31之中央部位313具有多個貫穿第一表面314及第二表面315之通孔317，使中央部位313形成一來回多次彎折之形狀，但不以此為限，通孔317可利用衝壓製程形成。參閱第四圖，本實施例中，電阻本體31之第一表面314上定義一相垂直之第一方向X(例如為電阻本體31之長度方向)及第二方向Y(例如為電阻本體31之寬度方向)，及一平行第二方向Y且通過第一表面314之幾何中心之中心線L。

參閱第二圖及第三圖，第一保護層32設置於電阻本體31之部分之中央部位313上並曝露出第一端部311及第二端部312。本實施例中，第一保護層32包覆電阻本體31之中央部位313之第一表面314、第二表面315及側面316上，並填入通孔317內。第一保護層32為絕緣材質並以乾膜(dry film)製程製作。乾膜包括聚酯膜(Polyester)、光阻乾膜(Photo-resist Dry Film)及聚乙烯膜(Polyethylene)。第一保護層32之厚度約為50~150μm，且為固體並具有熱傳導係數約為0.2~0.5W/(m‧K)。

導熱層33設置於部分之電阻本體31及部分之第一保護層32上。在本實施例中，參閱第二圖及第四圖，導熱層33之數量為二個且對稱設置於電阻本體31之第一表面314上，導熱層33包含一由第一端部311往中央部位313延伸至第一保護層32上之第一導熱層33a，以及一由第二端部312往中央部位313延伸至第一保護層32上之第二導熱層33b，使第一保護層32設於導熱層33a、33b與電阻本體31之中央部位313之間形成電性絕緣。第一導熱層33a與第二導熱層33b之間具有一預定寬度之間隙d。第一導熱層33a與第二導熱層33b於電阻本體31之第一表面314的投射為矩形。

參閱第二圖，每一導熱層33(例如第一導熱層33a或第二導熱層33b)包括一第一導熱部331及一連接於第一導熱部331之第二導熱部332，第一導熱部331覆蓋於電阻本體31之部分之中央部位313及部分之第一保護層32上，第二導熱部332覆蓋且直接電性連接於第一端部311或第二端部312上，使第二導熱部332作為電阻本體31之內部電極。本實施例中，第一導熱部331之寬度大致等於第二導熱部332之寬度，且第一導熱部331之寬度方向(即第二方向Y)平行於間隙d之長度方向，第一導熱部331之長度方向(即第一方向X)平行於間隙d之寬度方向。

第一導熱部331與第二導熱部332一體成型為一外金屬層，且每一導熱層33更包含一內金屬層333。內金屬層333之厚度小於外金屬層之厚度，內金屬層333之厚度約為2~3μm。內金屬層333設置於第一保護層32上，且位於第一導熱部331與第一保護層32之間。導熱層33係以沉積方式形成，於本實施例中，內金屬層333為濺鍍等氣相沉積法所形成，而外金屬層則為電鍍法所形成。詳細地說，內金屬層333之材質可為錳(Mn)、鎳銅(Ni-Cu)合金、鎳鉻(Ni-Cr)合金，外金屬層之材質可為銅(Cu)。值得注意的是，當外金屬層與第一保護層32的附著性不佳時，可利用內金屬層333之設置增加附著性，反之，則可省略內金屬層333之設置。

參閱第二圖，第二保護層34設置於部分之導熱層33上並覆蓋電阻本體31之中央部位313而曝露出第一端部311及第二端部312，第二保護層34並填入間隙d中。本實施例中，第二保護層34設置於導熱層33之第一導熱部331上，並可利用印刷製程製作。第二保護層34為絕緣材質，絕緣材質可為環氧樹脂。較佳地，第二保護 層34之材質可為酚醛樹脂(又稱電木)，以較環氧樹脂提供更佳的耐熱性、電力性能(例如：耐電壓強度)及機械性能(例如：抗張強度、曲折強度)。此外，第二保護層34之材質可為具有遠紅外線粉體(far infrared powder)及膠體之絕緣材料，遠紅外線粉體之成分包含鎂、鋁、鐵或硼，利用遠紅外線粉體吸收微電阻元件之熱能並轉換為輻射能傳遞散出，以進一步降低微電阻元件之溫度。值得一提的是，遠紅外線粉體之含量約佔絕緣材料之90%以上，故可利用模塑(molding)製程來形成第二保護層34。

二電極層35分別包覆電阻本體31之第一端部311及第二端部312，使第二保護層34設於二電極層35之間並略低於二電極層35，並且二電極層35分別與導熱層33之第二導熱部332電性連接。值得一提的是，電阻本體31包覆有電極層35之部分定義為第一端部311及第二端部312。電極層35以滾鍍方式所形成。在本實施例中，電極層35包覆位於第一端部311及第二端部312之部分第一表面314、第二表面315及側面316，並包覆第二導熱部332。

本發明先以固體之第一保護層32來包覆具有毛邊或突起之電阻本體31，再以沉積方式將導熱層33形成於第一保護層32上，故可確保電阻本體31之毛邊或突起不會於電阻本體31與導熱層33結合過程中刺穿第一保護層32，且導熱層33亦不會對第一保護層32造成破壞；因此，可有效避免導熱層33與電阻本體31接觸而形成短路。另外，本發明採用之第一保護層32之厚度較習知之膠層厚，使導熱層33與電阻本體31間之間距較習知膠體大而可避免電阻本體31表面之毛邊或突起刺穿第一保護層32。

再者，藉由埋設於微電阻元件30中並覆蓋於部分之中央部位313 上之第一導熱層33a及第二導熱層33b，及將部份之導熱層33直接與電阻本體31電性連接而成為內部電極，使傳導的面積增加及縮短傳導路徑，致使可有效地將電阻本體31所產生的熱量分別傳導至兩端之電極層35上，再經由電路板上的銲墊傳導至電路板上，以降低微電阻元件30之溫度，使微電阻元件之熱穩定性提升，而有較準確的量測結果。

本發明更提供數種有關第一導熱層33a及第二導熱層33b之實施方式，主要是改變第一導熱部331的形狀，使第一導熱部331覆蓋部份之中心線L，且第一導熱部331之寬度小於第二導熱部332之寬度。參閱第五圖，第一導熱層33a’及第二導熱層33b’之第一導熱部331’之寬度分別朝中心線L方向由大至小地縮減，以使第一導熱部331’為一三角形部，且三角形部覆蓋部份之中心線L，第一導熱層33a’與第二導熱層33b’之間具有一間距d1，間距d1之延伸方向與第一導熱部331’之寬度方向形成一銳角。參閱第六圖，第一導熱層33a”之第一導熱部331”包含二間隔設置之條狀部，第二導熱層33b”之第一導熱部331”包含一位於第一導熱層33a”之條狀部之間的條狀部，且這些條狀部覆蓋部份之中心線L且其長度之延伸方向平行於第一方向X，條狀部之寬度小於第二導熱部332”之寬度。

利用第一導熱部331’、331”覆蓋部份之中心線L，使導熱層33覆蓋中心部位313之面積延伸至電阻本體31溫度較高的區域，而使導熱層33可有效將電阻本體31所產生的熱量分別傳導至兩端之電極層35上，再經由電路板上的銲墊傳導至電路板上，以降低微電阻元件30之溫度。藉以解決習知只能將本體兩端的熱能帶走， 而無法將本體溫度較高的中心部份的熱能帶走之問題。

以下利用模擬軟體來比較本發明之第四圖、第五圖、及第六圖之微電阻元件的中心溫度Tc(見第一圖)的差異。其中，輸入功率為0.5瓦(W)，間隙為1000μm，電阻本體之厚度為0.3mm，導熱層之厚度為0.1mm。表一為在相同的電路測試板下，各種實施例之中心溫度的模擬結果。

由表一可知，利用改變第一導熱部的形狀可有效降低微電阻元件30之中心溫度，且以三角形及條狀為較佳。

此外，電阻本體31更可具有以下的變化。參閱第七圖，電阻本體31’具有一絕緣片31a以及至少一設於絕緣片31a之上表面的金屬層31b，絕緣片31a之材料可為陶瓷，金屬層31b設於絕緣片31a之方式可為壓合製程、印刷製程或薄膜製程。參閱第八圖，電阻本體31”具有一絕緣片31a以及二分別設於絕緣片31a之上表面及下表面的金屬層31b、31b’，且每一金屬層上對應設置一導熱層33。

再者，導熱層33更可具有以下的變化。請參閱第九圖，導熱層33’包含設置於第一表面314上之第一導熱層33a及設置於第二表面315上之第二導熱層33b，第一導熱層33a與第二導熱層33b分別由 第一端部311及第二端部312往中央部位313延伸且形狀相同。另外，可依據電阻本體之發熱量分佈來採用不同形狀的第一導熱層與第二導熱層，請參閱第十圖，導熱層33”包含設置於第一表面314上之第一導熱層33a’’’及設置於第二表面315上之第二導熱層33 b，第一導熱層33a’’’覆蓋部份之中心線L，且第一導熱層33a’’’之第一導熱部331之寬度等於第二導熱部332之寬度。另外，第一導熱層33a’’’亦可採取與第五圖之第一導熱層33a’或第六圖之第一導熱層33a”相同的形式。而參閱第十一圖，導熱層33”’包含設置於第一表面314上之第一導熱層33a’’’及設置於第二表面315上之第二導熱層33b’’’，第一導熱層33a’’’及第二導熱層33b’’’均覆蓋部份之中心線L，且每一導熱層33a’’’、33b’’’之第一導熱部331之寬度等於第二導熱部332之寬度。另外，第一導熱層33a’’’亦可採取與第五圖之第一導熱層33a’或第六圖之第一導熱層33a”相同的形式，而第二導熱層33b’’’可採取與第五圖之第二導熱層33b’或第六圖之第二導熱層33b”相同的形式。有關第一導熱層33a’、33a”、33a’’’與第二導熱層33b’、33b”、33b’’’與先前描述的相同，故在此不贅述。值得注意的是，於第九圖至第十一圖中，每一導熱層之第一導熱部於第一表面或第二表面之投影可為矩形、三角狀、條狀或其他幾何形狀，並不以圖示揭露的為限。

藉由將導熱層33’、33”、33”’之第一導熱層及第二導熱層分別設置於電阻本體31之第一表面314及第二表面315上，可增加每一導熱層的面積，使散熱面積增大，藉以更有效降低微電阻元 件30之溫度，使微電阻元件之熱穩定性提升，而有較準確的量測結果。且每一導熱層的面積的增加，不會發生導熱層間相接觸而形成短路的問題。

惟以上所述者僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之實施範圍。凡依本發明申請專利範圍所作之等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利所涵蓋範圍之內。

30‧‧‧微電阻元件

31‧‧‧電阻本體

32‧‧‧第一保護層

33、33a、33b‧‧‧導熱層

34‧‧‧第二保護層

35‧‧‧電極層

311‧‧‧第一端部

312‧‧‧第二端部

314‧‧‧第一表面

315‧‧‧第二表面

316‧‧‧側面

d‧‧‧間隙

331‧‧‧第一導熱部

332‧‧‧第二導熱部

333‧‧‧內金屬層

Claims (21)

1. 一微電阻元件，包含：一電阻本體，具有相反的一第一端部及一第二端部，與位於該第一端部及該第二端部間之一中央部位，該電阻本體定義一中心線；一第一保護層，設置於該電阻本體之部分之中央部位上；一導熱層，以沉積方式形成於部份該電阻本體上；以及二電極層，分別包覆該電阻本體之第一端部及第二端部且電性連接該導熱層；其中該導熱層具有相連接之一第一導熱部及一第二導熱部；其中該第一導熱部之寬度朝該中心線方向由大至小縮減。
2. 如申請專利範圍第1項之微電阻元件，其中該第一導熱部覆蓋部分之該電阻本體之該中心線。
3. 如申請專利範圍第1項之微電阻元件，其中該電阻本體具有一第一表面、相對於該第一表面之一第二表面及連接該第一表面及該第二表面之多個側面。
4. 如申請專利範圍第3項之微電阻元件，其中，且該第一保護層係設置於該第一表面上。
5. 如申請專利範圍第1項之微電阻元件，更包括一第二保護層，設於部份該導熱層上。
6. 一微電阻元件，包含：一電阻本體，具有相反的一第一端部及一第二端部，與位於該第 一端部及該第二端部間之一中央部位，該電阻本體定義一中心線；一第一保護層，設置於該電阻本體之部分之中央部位上；一導熱層，以沉積方式形成於部份該電阻本體上；以及二電極層，分別包覆該電阻本體之第一端部及第二端部且電性連接該導熱層；其中該導熱層具有相連接之一第一導熱部及一第二導熱部；其中該第一導熱部具有多個間隔設置之條狀部，且每一條狀部之寬度小於該第二導熱部之寬度。
7. 如申請專利範圍第6項之微電阻元件，其中該電阻本體具有一第一表面、相對於該第一表面之一第二表面及連接該第一表面及該第二表面之多個側面。
8. 如申請專利範圍第7項之微電阻元件，其中該第一保護層設於該第一導熱部與該電阻本體之間形成電性絕緣，該第二導熱部與該電阻本體電性連接，且該第一保護層設置於該第一表面上。
9. 如申請專利範圍第6項之微電阻元件，更包括一第二保護層，設於部份該導熱層上。
10. 一微電阻元件，包含：一電阻本體，具有一第一端部、相反於該第一端部之一第二端部及位於該第一端部及該第二端部間之一中央部位，該電阻本體定義一中心線；一第一保護層，設置於該電阻本體之部分之中央部位上；一第一導熱層，由該第一端部往該中央部位延伸至該第一保護層上，並具有一第一導熱部及一連接於該第一導熱部之一第二導熱部，該第一保護層設於該第一導熱部與該電阻本體之間形成電性 絕緣，該第二導熱部與該第一端部電性連接；以及二電極層，分別包覆該電阻本體之該第一端部及該第二端部，且與該第二導熱部電性連接；其中該第一導熱部之寬度等於或小於該第二導熱部之寬度。
11. 如申請專利範圍第10項之微電阻元件，其中該電阻本體具有一第一表面、相對於該第一表面之一第二表面及連接該第一表面及該第二表面之多個側面。
12. 如申請專利範圍第11項之微電阻元件，更包括一第二導熱層，該第一導熱層及該第二導熱層設置於該第一表面上，且該些導熱層之間具有一間隙。
13. 如申請專利範圍第11項之微電阻元件，更包括一第二導熱層，該第一導熱層及該第二導熱層分別設置於該第一表面及該第二表面上。
14. 如申請專利範圍第10項之微電阻元件，更包括由該第二端部往該中央部位延伸至該第一保護層上之一第二導熱層，該第二導熱層具有一第一導熱部及一連接於該第一導熱部之一第二導熱部，該第一保護層設於該第一導熱部與該電阻本體之間形成電性絕緣，該第二導熱部與該第二端部電性連接。
15. 如申請專利範圍第10項之微電阻元件，更包括一第二保護層，設置於部份之該第一導熱層上，並覆蓋該電阻本體之該中央部位且曝露出該第一端部及該第二端部。
16. 一微電阻元件，包含：一電阻本體，具有一第一端部、相反於該第一端部之一第二端部及位於該第一端部及該第二端部間之一中央部位，該電阻本體定義一中心線； 一第一保護層，設置於該電阻本體之部分之中央部位上；一第一導熱層，由該第一端部往該中央部位延伸至該第一保護層上，並具有一第一導熱部及一連接於該第一導熱部之一第二導熱部，該第一保護層設於該第一導熱部與該電阻本體之間形成電性絕緣，該第二導熱部與該第一端部電性連接；以及二電極層，分別包覆該電阻本體之該第一端部及該第二端部，且與該第二導熱部電性連接；其中該第一導熱部具有多個間隔設置之條狀部，且每一條狀部之寬度小於該第二導熱部之寬度。
17. 如申請專利範圍第16項之微電阻元件，其中該電阻本體具有一第一表面、相對於該第一表面之一第二表面及連接該第一表面及該第二表面之多個側面。
18. 如申請專利範圍第17項之微電阻元件，更包括一第二導熱層，該第一導熱層及該第二導熱層設置於該第一表面上，且該些導熱層之間具有一間隙。
19. 如申請專利範圍第17項之微電阻元件，更包括一第二導熱層，該第一導熱層及該第二導熱層分別設置於該第一表面及該第二表面上。
20. 如申請專利範圍第16項之微電阻元件，更包括由該第二端部往該中央部位延伸至該第一保護層上之一第二導熱層，該第二導熱層具有一第一導熱部及一連接於該第一導熱部之一第二導熱部，該第一保護層設於該第一導熱部與該電阻本體之間形成電性絕緣，該第二導熱部與該第二端部電性連接。
21. 如申請專利範圍第16項之微電阻元件，更包括一第二保護層，設置於部份之該第一導熱層上，並覆蓋該電阻本體之該中央部位且 曝露出該第一端部及該第二端部。