TWI809738B - 電流感測電阻及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種電流感測電阻及其製造方法。此製造方法係先提供複合材料。然後，沿第一方向移除複合材料的合金基材之一部分，以形成第一溝槽。接著，沿第二方向移除複合材料的合金基材之另一部分，以形成第二溝槽，並進一步沿第一方向移除複合材料的合金基材之另一部分，而形成電流感測電阻。藉由本發明的方法，可快速地製造小尺寸且具有極低電阻溫度係數的電流感測電阻。

Description

電流感測電阻及其製造方法

本發明係有關於電流感測電阻及其製造方法，特別是提供一種小尺寸且具有極低電阻溫度係數的電流感測電阻及其製造方法。

一般製造電流感測電阻的流程中，包含有多次貼合製程、加壓乾膜製程、印刷濕膜製程、黃光微影製程與去膜製程，整體流程較為繁複且耗時。隨著電子元件之尺寸的縮減，電流感測電阻亦朝向微小化發展，但仍需維持大尺寸的優良極低電阻係數特性。然而，此些繁複製程難以製作小尺寸電流感測電阻，且無法滿足其需求。此外，當產品尺寸縮小時，電極易受顯影不足或過度顯影的因素，造成焊錫不良之缺陷，經過回焊爐因為電極界面問題使得阻值飄移，或是長時間通過大電流後發生耐電流不足燒毀等諸多品質問題。

有鑑於此，亟需提供一種電流感測電阻及其製造方法，以改進習知電流感測電阻之製造方法的缺點。

本發明之一態樣提供一種電流感測電阻的製造方法，其中此方法可快速且有效地形成小尺寸電極，以滿足應用所需。

本發明之另一態樣是在提供一種小尺寸與極低電阻溫度係數之電流感測電阻，其係藉由前述之方法所製成。

根據本發明之另一態樣，提供一種電流感測電阻的製造方法。此方法包含：提供複合材料之操作，其中複合材料包含絕緣層與設置於絕緣層上之合金基材，合金基材具有小於50 ppm/℃之電阻溫度係數；沿第一方向移除複合材料之合金基材的一部份，以形成複數個第一溝槽於合金基材之上表面之操作；沿第二方向移除複合材料之合金基材之另一部份，以形成複數個第二溝槽之操作，其中此些第二溝槽暴露出絕緣層，且第二方向不平行於第一方向；以及形成此些第二溝槽後，沿第一方向移除合金基材之另一部份，以形成複數個第三溝槽與複數個電阻元件之操作，其中此些第三溝槽暴露出絕緣層，且每一此些第三溝槽設於此些第一溝槽之相鄰二者間，而此些電阻元件以陣列排列於絕緣層上。

根據本發明的一些實施例，前述之合金基材具有小於0.5 mm之厚度。

根據本發明的一些實施例，前述之合金基材包含銅錳錫或銅錳鎳。

根據本發明的一些實施例，於形成前述之電阻元件後，此方法更包含挖除每一此些第一溝槽之底面的一部分。

根據本發明的實施例，前述每一個第一溝槽之深寬比分別是0.1至0.35。

根據本發明的實施例，前述之第一方向垂直於第二方向。

根據本發明的實施例，於形成前述之第三溝槽後，此方法更包含填充保護材料於每一個第一溝槽中，以形成保護層。

根據本發明的實施例，於形成前述之保護層後，此方法更包含分離每一個電阻元件，以獲得複數個電流感測電阻。

根據本發明的一些實施例，前述之製造方法更包含形成合金層於每一個電流感測電阻上。

根據本發明的另一態樣，提供一種電流感測電阻。此電流感測電阻係藉由前述之製造方法所製成，且電流感測電阻之長邊小於1.8 mm與該電流感測電阻具有小於50 ppm/℃之電阻溫度係數。

應用本發明之電流感測電阻及其製造方法，其係沿第一方向與第二方向移除同一塊合金基材的材料，來快速、有效地形成小尺寸與極低電阻溫度係數之電流感測電阻。其次，由於本發明之電流感測電阻係針對同一塊合金基材進行加工，故不須使用黃光微影技術，且不須藉由焊接來結合電極與電阻，故本發明之電流感測電阻的製作方法可避免習知黃光微影技術顯影不足或過度顯影的缺陷，且不會產生電極型缺之焊性不良，和經過回焊阻值偏移等品質問題。據此，本發明之電流感測電阻具低電阻溫度係數、無焊錫不良與電極圖形完整等優異特性。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

請同時參照圖1與圖2A至圖2D，其中圖1係繪示根據本發明之一些實施例的電流感測電阻之製造方法的流程示意圖，而圖2A至圖2D分別係繪示根據圖1的各階段所製之電流感測電阻的立體視圖。如操作110所示，製造方法100先提供複合材料200。複合材料200包含絕緣層210與合金基材220，其中合金基材220設置於絕緣層210上。在一些實施例中，藉由印刷製程或類似的塗覆製程，在合金基材220之底面塗覆絕緣材料(如三氧化二鋁漿料)或其他適當之絕緣材料，以形成絕緣層210。在其他實施例中，藉由鍍覆製程或類似的製程，在絕緣層210之頂面鍍覆合金材料，以形成合金基材220。在其他實施例中，藉由接合劑或其他適當之固定方式，接合絕緣層210與合金基材220，以確保合金基材220緊密貼合於絕緣層210上，以利後續加工處理。

絕緣層210沒有特別之限制，其僅須具有電性絕緣之特性且可乘載合金基材220即可。合金基材220具有小於50 ppm/℃之電阻溫度係數(Temperature Coefficient of Resistance；TCR)。由於黃光製程與焊接技術，當其尺寸微小型化時，其尺寸不易控制，焊接技術已無法滿足微小型化，使得電阻溫度係數高於50ppm/℃，故在較大的工作溫度範圍內將不利於電阻元件穩定地運作。在一些實施例中，合金基材220之厚度小於0.5 mm，以符合小尺寸應用所需。在一些實施例中，合金基材220包含但並不限於銅錳錫(CuMnSn)、銅錳鎳(CuMnNi)、其他適當之合金材料或上述材料之任意組合。

如操作120所示，沿第一方向201移除合金基材220之一部分，以形成第一溝槽230於合金基材220的上表面，並將合金基材220區分為多個電極區221與多個電阻區223，其中每一個電阻區223係位於兩相鄰電極區221之間，且每一個第一溝槽230位於相對應之電阻區223上方。移除合金基材220的方法包含但並不限於切割(dicing)、刮刀移除、其他移除材料之適當方法或前述方法的組合。合金基材220上第一溝槽230的數量與形狀可依照如合金基材220的面積、切割寬度或電流感測電阻之規格(如電阻值)等實際需求調整。在一些實施例中，第一溝槽230的寬度是0.15 mm至0.40 mm。在一些實施例中，第一溝槽230的深寬比是0.1至1.0。當第一溝槽230的深寬比為前述範圍時，較為寬大或方正的開口有助於後續對第一溝槽230的底部加工。在一些實施例中，第一溝槽230的深度小於合金基材220之一半厚度。當第一溝槽230的深度於前述條件時，電阻區223至少具有合金基材220之一半厚度，有助於提供適當的機械強度，並控制後述所製得之電阻元件的電阻阻值在一定範圍內(如小於10 mohm)。

如操作130所示，沿第二方向203移除合金基材220之一部分，以形成複數個第二溝槽240於合金基材220的上表面，且此些第二溝槽240暴露出絕緣層210。操作130移除合金基材220的方法可相同或不同於操作120的移除方法。合金基材220上第二溝槽240的數量與形狀可依照如合金基材220的面積、切割寬度或電流感測電阻之規格(如尺寸)等實際需求調整。在一些實施例中，由於絕緣層210與合金基材220係由不同材料所組成，不同材料具有不同的機械性質(如硬度)，故為確保合金基材220和絕緣層210接合之位置具有良好的表面平整度，並維持所需之表面形貌，第二溝槽240係暴露出絕緣層210之頂表面。在一些實施例中，操作130係沿第二方向203分別移除合金基材220之一部分及絕緣層210之一部分，以減少絕緣層210之厚度，而有助於在後述操作150時，可以更容易地分離製得之電阻元件。第二方向203可不平行於第一方向201，其中根據欲製得電流感測電阻之規格，第二方向203與第一方向201之夾角係大於0度且小於180度，且較佳係90度。

如操作140與操作150所示，再次沿第一方向201移除合金基材220之另一部分，以形成複數個第三溝槽250於合金基材220的上表面，且此些第三溝槽250暴露出絕緣層210，並將合金基材220區分出複數個獨立之電阻元件260(如圖3A所示)，其中每一個電阻元件260包含兩個電極區221與一個電阻區223，且每一個第二溝槽240或每一個第三溝槽250係分別位於每一相鄰的電阻元件260之間，易言之，每一電阻元件260以陣列之方式獨立地排列於絕緣層上。操作140移除合金基材220的方法可相同於或不同於操作120的移除方法。合金基材220上第三溝槽250的數量與形狀可依照如合金基材220的面積、切割寬度或電流感測電阻之規格(如尺寸)等實際需求調整。相同於操作130，在一些實施例中，第三溝槽250暴露出絕緣層210之頂表面，或者第三溝槽之底面低於絕緣層210之頂表面。可理解的，雖然本發明之圖式(如圖2C與圖2D和後述之圖3A與圖3B)所繪示之第二溝槽240與第三溝槽250係暴露出絕緣層210之頂表面，但本發明不以此為限，在其他例子中，第二溝槽240及/或第三溝槽250之底面可低於絕緣層210之頂表面。

請同時參照圖1與圖3A，其中圖3A係繪示沿著圖2D中線段A-A’剖切之電流感測電阻的剖面示意圖。於進行操作150(即形成電阻元件260)後，本發明之製造方法100更包含填充保護材料於電阻元件260的第一溝槽230中，以形成保護層231於電阻區223上，其中保護層231係完整遮蔽電阻區223，且保護材料包含但並不限於防銲油墨(如環氧樹脂)及/或其他適合的保護材料。保護層231的厚度可依照產品之尺寸等實際需求調整，須說明的，保護層231的頂表面係不高於電極區221之頂表面。在其他實施例中，保護層231的頂表面可高於電極區221之頂表面，惟保護層231不完整覆蓋電極區221之頂表面，以確保電極區221可作為電流感測電阻之電極。

請同時參照圖1與圖3B，圖3B係繪示根據本發明之一些實施例之電流感測電阻的剖面示意圖。在一些實施例中，於進行操作140後，本發明之製造方法100更包含對電阻區223進行加工操作，以移除部分之電阻區223，而可調整所製得電流感測電阻之電阻值。移除部分電阻區223之方法可包含但不限於切割、鑽削及/或其他移除材料之適當方法。依據電流感測電阻所欲達到之電阻值，所移除之電阻區223於圖3B之形狀可為四邊形、弓形或其他適當之形狀。在一些實施例中，於絕緣層210上之每一個電阻元件260可獨立地進行加工操作，故於每個電阻元件260中，所移除之電阻區223的剖切形狀可具有相同或不同之形狀。在一些實施例中，於進行加工操作後，本發明之製造方法100可選擇性地填充保護材料於圖3B中電阻區223上，以形成保護層231。圖3B中的保護層231之形成方法與材料係相同於圖3A中的保護層231，故在此不另贅述。

請繼續參照圖3A。在一些實施例中，形成保護層231後，本發明的製造方法100更包含分離每一個電阻元件260，以獲得電流感測電阻之電阻本體。分離的方法包含但不限於以衝壓(punch)、切割及/或其他適合的分離方法。於分離每個電阻元件260後，本發明的製造方法更包含形成合金層於每一個電阻元件260上，以形成所需之電流感測電阻，其中此合金層係藉由電鍍，將金屬材料覆蓋於電阻元件260之電極區上，且金屬材料包含銅、鎳、錫、其他適合的金屬材料、上述金屬材料的組合。

在一些具體例中，藉由前述之方法，對於厚度為0.075 mm至0.30 mm的合金基材220，藉由形成寬度為0.15 mm至0.40 mm的第一溝槽230(深寬比是0.1至0.35)，可有效地製得小尺寸(如長邊小於1.8 mm)且具有小於50 ppm/℃之電阻溫度係數的電流感測電阻，其中每一電流感測電阻的電阻阻值小於10 mohm。在一些具體例中，藉由前述之方法，對於厚度為0.10 mm至0.20 mm的合金基材220，藉由形成寬度為0.15 mm至0.30 mm的第一溝槽230(深寬比是0.15至0.3)，可有效地製得小尺寸(如長邊小於1.2 mm)且具有小於50 ppm/℃之電阻溫度係數的電流感測電阻，其中每一電流感測電阻的電阻阻值小於5 mohm。在一些具體例中，藉由前述之方法，對於厚度為0.1 mm至0.15 mm的合金基材220，藉由形成寬度為0.15 mm至0.25 mm的第一溝槽230(深寬比是0.15至0.29)，可有效地製得小尺寸(如長邊小於0.7 mm)且具有小於50 ppm/℃之電阻溫度係數的電流感測電阻，其中每一電流感測電阻的電阻阻值小於3 mohm。

在一些應用例中，藉由前述之方法，可有效地製得小尺寸(如長邊小於1.8 mm)且具有小於50 ppm/℃之電阻溫度係數的電流感測電阻。其次，本發明之製作方法僅須藉由簡易之移除操作，即可快速地製得電流感測電阻。據此，本發明之製作方法不須使用習知之焊接或黃光微影技術，故所製得之電流感測電阻可有效避免焊錫不良與電極易變形等缺陷。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:方法 110,120,130,140,150:操作 200:複合材料 201,203:方向 210:絕緣層 220:合金基材 221:電極區 223:電阻區 230,240,250:溝槽 231:保護層 260:電阻元件 A-A’:線段

為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下。 圖1係繪示根據本發明之一些實施例的電流感測電阻之製造方法的流程示意圖。 圖2A至圖2D分別係繪示根據本發明之圖1的各階段所製之電流感測電阻的立體視圖。 圖3A係繪示沿著圖2D之線段A-A’剖切之電流感測電阻的剖視圖。 圖3B係繪示根據本發明之一些實施例之電流感測電阻的剖視圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

201,203:方向

210:絕緣層

221:電極區

223:電阻區

230,240,250:溝槽

260:電阻元件

A-A’:線段

Claims (10)

1. 一種電流感測電阻的製造方法，包含： 提供一複合材料，其中該複合材料包含一絕緣層與設置於該絕緣層上之一合金基材，且該合金基材具有小於50 ppm/℃之電阻溫度係數； 沿一第一方向移除該複合材料之該合金基材之一部份，以形成複數個第一溝槽於該合金基材之一上表面； 沿一第二方向移除該複合材料之該合金基材之另一部份，以形成複數個第二溝槽，其中該些第二溝槽暴露出該絕緣層，且該第二方向不平行於該第一方向；以及 形成該些第二溝槽後，沿該第一方向移除該合金基材之另一部份，以形成複數個第三溝槽與複數個電阻元件，其中該些第三溝槽暴露出該絕緣層，且每一該些第三溝槽設於該些第一溝槽之相鄰二者間，而該些電阻元件以陣列排列於該絕緣層上。
2. 如請求項1所述之電流感測電阻的製造方法，其中該合金基材具有小於0.5 mm之厚度。
3. 如請求項1所述之電流感測電阻的製造方法，其中該合金基材包含銅錳錫或銅錳鎳。
4. 如請求項1所述之電流感測電阻的製造方法，其中於形成該些電阻元件後，該方法更包含挖除每一該些第一溝槽之一底面的一部分。
5. 如請求項1所述之電流感測電阻的製造方法，其中每一該些第一溝槽之一深寬比分別是0.1至0.35。
6. 如請求項1所述之電流感測電阻的製造方法，其中該第一方向垂直於該第二方向。
7. 如請求項1所述之電流感測電阻的製造方法，其中形成該些第三溝槽後，該方法更包含填充一保護材料於每一該些第一溝槽中，以形成一保護層。
8. 如請求項7所述之電流感測電阻的製造方法，其中形成該保護層後，該方法更包含分離每一該些電阻元件，以獲得該些電流感測電阻。
9. 如請求項8所述之電流感測電阻的製造方法，更包含形成一合金層於每一該些電流感測電阻上。
10. 一種電流感測電阻，藉由如請求項1至9中之任一項所述的方法所製成，其中該電流感測電阻之一長邊小於1.8 mm且該電流感測電阻具有小於50 ppm/℃之電阻溫度係數。

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