TWM562485U

TWM562485U - 電阻材料、導電端子材料與電阻器

Info

Publication number: TWM562485U
Application number: TW107203455U
Authority: TW
Inventors: 黃宗熙; 蔡承琪
Original assignee: 新力應用材料有限公司
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2018-06-21

Abstract

本新型揭露一種電阻材料、導電端子材料與電阻器。電阻材料包括多個阻抗粒子，每一個阻抗粒子包含一第一核心層及包覆第一核心層的一第一包覆層，第一核心層的材料包含金屬或其合金，第一包覆層的材料包含石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。本新型可符合電機電子產品中有害物質禁限用指令(RoHS)所規定的有害物質要求，其電阻溫度係數(TCR)也較低。

Description

電阻材料、導電端子材料與電阻器

本新型關於一種電阻材料、導電端子材料與電阻器。

按，歐盟議會和歐盟部長級理事會一致同意自2006年7月起禁止在電子電器設備中使用鉛、鎘、汞、鉻等四種重金屬。因此，銷往歐盟的電子電器產品需要符合電機電子產品中有害物質禁限用指令(RoHS)所規定的有害物質要求。

另外，材料的電阻值會跟著溫度變化而變動，其變動的比率稱為電阻溫度係數(Temperature Coefficient of Resistance,TCR)。所有電阻器都有一個共同的特性，在施加電壓於電阻器一段時間後，其溫度就會上升，使得其阻抗值會隨溫度升高而變化(稱為溫飄)。其中，TCR越低，表示溫飄較小，電阻器的特性也越好。

本新型的目的為提供一種電阻材料、導電端子材料與電阻器。本新型的電阻器除了可符合電機電子產品中有害物質禁限用指令(RoHS)所規定的有害物質要求(無鉛、鎘、汞、鉻等四種重金屬)外，其電阻溫度係數(TCR)也較低。

本新型提出一種電阻材料，包括多個阻抗粒子，每一個阻抗粒子包含一第一核心層及包覆第一核心層的一第一包覆層，第一核心層的材料包含金屬或其合金，第一包覆層的材料包含石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。

本新型更提出一種導電端子材料，包括多個導電粒子，每一個導電粒子包含一第二核心層及包覆第二核心層的一第二包覆層，第二核心層的材料為金屬或其合金，第二包覆層的材料為石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。

本新型又提出一種電阻器，包括一基材、一阻抗元件以及兩導電端子。阻抗元件設置於基材，阻抗元件包含多個阻抗粒子，每一個阻抗粒子包含一第一核心層及包覆第一核心層的一第一包覆層，第一核心層的材料包含金屬或其合金，第一包覆層的材料包含石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。兩導電端子設置於基材上，並分別連接阻抗元件的兩側，兩導電端子分別具有多個導電粒子，每一個導電粒子包含一第二核心層及包覆第二核心層的一第二包覆層，第二核心層的材料為金屬或其合金，第二包覆層的材料為石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。

承上所述，在本新型的一種電阻材料、導電端子材料與電阻器中，電阻材料包括多個阻抗粒子，每一個阻抗粒子包含第一核心層及包覆第一核心層的第一包覆層，第一核心層的材料包含金屬或其合金，第一包覆層的材料包含石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。另外，導電端子材料包括多個導電粒子，每一個導電粒子包含第二核心層及包覆第二核心層的第二包覆層，第二核心層的材料為金屬或其合金，第二包覆層的材料為石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。藉此，可使本新型的電阻器除了可符合電機電子產品中有害物質禁限用指令(RoHS)所規定的有害物質要求(無鉛、鎘、汞、鉻等四種重金屬)外，其電阻溫度係數(TCR)也較低。

1‧‧‧電阻器

11‧‧‧基材

12‧‧‧阻抗元件

121‧‧‧阻抗粒子

1211‧‧‧第一核心層

1212‧‧‧第一包覆層

13a、13b‧‧‧導電端子

131‧‧‧導電粒子

1311‧‧‧第二核心層

1312‧‧‧第二包覆層

14‧‧‧保護層

M1‧‧‧第一混合材料

M2‧‧‧第二混合材料

S‧‧‧第一溶劑

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

S3‧‧‧第三表面

S01~S05‧‧‧步驟

圖1為本新型較佳實施例的一種電阻器的製造方法的流程步驟圖。

圖2A至圖2F分別為本新型較佳實施例的電阻器的製造過程示意圖。

圖3為本新型較佳實施例的電阻器製造方法的另一流程步驟圖。

以下將參照相關圖式，說明依本新型較佳實施例的電阻材料、導電端子材料與電阻器，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

請參照圖1、圖2A至圖2F所示，其中，圖1為本新型較佳實施例的一種電阻器1的製造方法的流程步驟圖，而圖2A至圖2F分別為本新型較佳實施例的電阻器1的製造過程示意圖。

如圖1所示，電阻器1的製造方法可包括：將多個阻抗粒子與一第一溶劑混合，以形成一第一混合材料，其中阻抗粒子包含一第一核心層及包覆第一核心層的一第一包覆層，第一核心層的材料包含金屬或其合金，且第一包覆層的材料包含石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合(步驟S01)；將多個導電粒子與一第二溶劑混合，以形成一第二混合材料，其中導電粒子包含一第二核心層及包覆第二核心層的一第二包覆層，第二核心層的材料為金屬或其合金，且第二包覆層的材料為石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合(步驟S02)；設置第一混合材料與第二混合材料於一基材上，並使第二混合材料分別連接第二混合材料的兩側(步驟S03)；以及進行一燒結製程，以於基材上形成一阻抗元件及兩導電端子(步驟S04)。以下，請分別配合圖2A至圖2F所示，以說明電阻器1的製造過程。

首先，如圖2A與圖2B所示，進行步驟S01：將多個阻抗粒子121與一第一溶劑S混合，以形成一第一混合材料，其中阻抗粒子121包含一第一核心層1211及包覆第一核心層1211的一第一包覆層1212，第一核心層1211的材料包含金屬或其合金，且第一包覆層1212的材料包含石墨烯(graphene)、石墨(graphite)、奈米碳管(carbon nanotube，CNT)、奈米碳球(carbon nanoball)、或其組合。於此，可將包含多個阻抗粒子121的電阻材料混合於第一溶劑S中並攪拌均勻，以得到膏狀的第一混合材料。其中，阻抗粒子121的第一核心層1211為不含鉛、鎘、汞、鉻等四種重金屬之金屬，例如銀、銅、錳、鎳、金、鋁、鐵或錫等金屬，或上述金屬的任意組合的合金，並不限定。另外，若阻抗粒子121的第一包覆層1212的材料是石墨時，其可為天然石墨或人工石墨，並不限制。在本實施例的阻抗粒子121中，第一包覆層1212包覆第一核心層1211的目的是為了可快速導熱，避免使用時溫度太高而燒毀電阻器1，同時解決電阻材料溫飄的問題，使TCR較低。

接著，步驟S02為：將多個導電粒子131與一第二溶劑(未顯示)混合，以形成一第二混合材料，其中導電粒子131包含一第二核心層1311及包覆第二核心層1311的一第二包覆層1312，第二核心層1311的材料包含金屬或其合金，且第二包覆層1312的材料包含石墨烯(graphene)、石墨(graphite)、奈米碳管(carbon nanotube，CNT)、奈米碳球(carbon nanoball)、或其組合，如圖2C所示。於此，可將包含多個導電粒子131的導電端子材料混合於第二溶劑中並攪拌均勻，以得到膏狀的第二混合材料。其中，導電粒子131的第二核心層1311為不含鉛、鎘、汞、鉻等四種重金屬之金屬，例如銀、銅、錳、鎳、金、鋁、鐵或錫等金屬，或上述金屬的任意組合的合金，並不限定。另外，若導電粒子131的第二包覆層1312的材料是石墨時，其可為天然石墨或人工石墨，並不限制。在本實施例的導電粒子131中，第二包覆層1312包覆第二核心層1311的目的是為了可快速導熱，避免使用時溫度太高而燒毀電阻器1。

另外，第一溶劑S或第二溶劑可例如為水、二甲基甲醯胺(DMF)、四氫呋喃(THF)、酮類、醇類、醋酸乙脂、或甲苯。本實施例的第一溶劑S及第二溶劑是以水為例。在不同的實施例中，當第一溶劑S或第二溶劑為酮類時，其可為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、或丙酮；當第一溶劑S或第二溶劑為醇類時，其可為乙醇(Ethanol)、或乙二醇(Ethylene glycol)。此外，第一溶劑S或第二溶劑亦可為上述溶劑(水、二甲基甲醯胺、四氫呋喃、酮類、或醇類)的任意混合，並不限定。

再說明的是，在阻抗的公式中，電阻值=電阻常數(ρ)×長度/面積，因此，影響阻抗值的因素可包括材料本身(阻抗粒子121的第一核心層1211與第一包覆層1212)特性、阻抗粒子121的粒徑大小、阻抗粒子121的截面積或厚度與製程溫度，設計者可藉由上述因素通過適當的調配組成成份來控制阻抗元件12(第一混合材料)的阻抗值。另外，影響導電端子13a、13b的阻抗值的因素可包括材料本身(導電粒子131的第二核心層1311與第二包覆層1312)特性、導電粒子131的粒徑大小、導電粒子131的截面積或厚度與製程溫度因此，設計者也可藉由上述因素通過適當的調配組成成份來控制導電端子13a、13b(第二混合材料)的阻抗值，使其阻抗值越低越好，以成為可適用於電阻器1的導電端子。

接著，如圖2D所示，進行步驟S03為：設置第一混合材料M1與第二混合材料M2於一基材11上，並使第二混合材料M2分別連接第一混合材料M1的兩側。其中，基材11可為硬性基材或軟性基材，硬性基材可為玻璃、金屬、陶瓷或樹脂基材、或是複合式基材。本實施例的基材11是以氧化鋁(Al₂O₃)的硬性基材為例。第一混合材料M1或第二混合材料M2可利用塗佈、沾粘、印刷或濺鍍(supptering)等方式分別或同時設置於基材11上。於此，塗佈可為噴射塗佈(spray coating)、或旋轉塗佈(spin coating)，而印刷可為噴墨列印(inkjet printing)、或網版印刷(screen printing)，並不限定。

接著，進行一燒結製程，以於基材11上形成一阻抗元件12及兩導電端子13a、13b(步驟S04)。於此，係進行共燒結製程，且其燒結溫度可介於800℃~1050℃，以去除第一混合材料M1中的第一溶劑S，與第二混合材料M2中的第二溶劑，並使第一混合材料M1中的阻抗粒子121內的分子重新排列，且使第二混合材料M2中的導電粒子131內的分子重新排列，經冷卻(可為室溫冷卻)後可在基材11上分別形成阻抗元件12與兩導電端子13a、13b。在圖2D中，基材11具有一第一表面S1、兩第二表面S2與一第三表面S3，第一表面S1與第三表面S3為基材11的相反表面，且兩個第二表面S2位於基材11的左右側，並分別連接第一表面S1與第三表面S3，而阻抗元件12是位於基材11的第一表面S1。另外，導電端子13a、 13b分別位於基材11的第一表面S1上，並分別連接阻抗元件12的兩側，且經由兩個第二表面S2而延伸至第三表面S3，使得本實施例的電阻器1為一表面貼裝元件(surface-mount device,SMD)。在不同的實施例，電阻器1也可為不同型式的電阻，本新型並不限制其實際呈現的態樣。在一些實施例中，阻抗元件12的成份及其重量百分比可如下：銅粉，80%~90%；錳粉，5%~15%；鎳粉，1%~10%；錫粉，1%~10%；碳，1%~10%。

另外，請參照圖3所示，其為本新型較佳實施例的電阻器1製造方法的另一流程步驟圖。與圖1不同的是，除了步驟S01至步驟S04之外，圖3的製造方法更可包括步驟S05：設置一保護層14覆蓋在阻抗元件12上。如圖2E與圖2F所示，保護層14是設置並覆蓋在阻抗元件12上，以保護阻抗元件12不被異物破壞其特性。在一些實施例中，保護層14的材料例如但不限於為環氧樹脂(Epoxy)或壓克力。

因此，本實施例的電阻器1為表面貼裝元件(SMD)，其包括基材11、阻抗元件12、兩導電端子13a、13b及保護層14。阻抗元件12設置於基材11上，其中，阻抗元件12包含多個阻抗粒子121，每一個阻抗粒子121包含第一核心層1211及包覆第一核心層1211的第一包覆層1212，第一核心層1211的材料包含金屬或其合金，而第一包覆層1212的材料包含石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。另外，兩導電端子13a、13b設置於基材11上，並分別連接阻抗元件12的兩側，其中，兩導電端子13a、13b分別具有多個導電粒子131，每一個導電粒子131包含第二核心層1311及包覆第二核心層1311的第二包覆層1312，第二核心層1311的材料為金屬或其合金，且第二包覆層1312的材料為石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。此外，保護層14覆蓋在阻抗元件12上，以保護阻抗元件12免於被異物破壞其特性。

通過上述的電阻材料與導電端子材料，使得本實施例所製得的電阻器1可符合電機電子產品中有害物質禁限用指令(RoHS)所規定的有害物質要求(無鉛、鎘、汞、鉻等四種重金屬)。另外，現有的一種SMD電阻器的電阻溫度係數(TCR，單位為ppm/℃)的變化率為±400ppm/℃，但是，在本新型一實施例的電阻器1中，其TCR的變化率只有±200ppm/℃，因此，本實施例的電阻器1的溫飄也較低。

綜上所述，在本新型的一種電阻材料、導電端子材料與電阻器中，電阻材料包括多個阻抗粒子，每一個阻抗粒子包含第一核心層及包覆第一核心層的第一包覆層，第一核心層的材料包含金屬或其合金，第一包覆層的材料包含石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。另外，導電端子材料包括多個導電粒子，每一個導電粒子包含第二核心層及包覆第二核心層的第二包覆層，第二核心層的材料為金屬或其合金，第二包覆層的材料為石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。藉此，可使本新型的電阻器除了可符合電機電子產品中有害物質禁限用指令(RoHS)所規定的有害物質要求(無鉛、鎘、汞、鉻等四種重金屬)外，其電阻溫度係數(TCR)也較低。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本新型之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

Claims

一種電阻材料，包括：多個阻抗粒子，每一個該阻抗粒子包含一第一核心層及包覆該第一核心層的一第一包覆層，該第一核心層的材料包含金屬或其合金，該第一包覆層的材料包含石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的電阻材料，其中該金屬為銀、銅、錳、鎳、金、鋁、鐵或錫。
一種導電端子材料，包括：多個導電粒子，每一個該導電粒子包含一第二核心層及包覆該第二核心層的一第二包覆層，該第二核心層的材料為金屬或其合金，該第二包覆層的材料為石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。
如申請專利範圍第3項所述的導電端子材料，其中該金屬為銀、銅、錳、鎳、金、鋁、鐵或錫。
一種電阻器，包括：一基材；以及一阻抗元件，設置於該基材，該阻抗元件包含多個阻抗粒子，每一個該阻抗粒子包含一第一核心層及包覆該第一核心層的一第一包覆層，該第一核心層的材料包含金屬或其合金，該第一包覆層的材料包含石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合；以及兩導電端子，設置於該基材上，並分別連接該阻抗元件的兩側，該兩導電端子分別具有多個導電粒子，每一個該導電粒子包含一第二核心層及包覆該第二核心層的一第二包覆層，該第二核心層的材料為金屬或其合金，該第二包覆層的材料為石墨烯、石墨、奈米碳管、奈米碳球、或其組合。
如申請專利範圍第5項所述的電阻器，其中該金屬為銀、銅、錳、鎳、金、鋁、鐵或錫。
如申請專利範圍第5項所述的電阻器，其中該基材具有一第一表面、兩第二表面與一第三表面，該阻抗元件設置於該第一表面，該兩第二表面分別連接該第一表面與該第三表面，且該兩導電端子分別設置於該第一表面上，並經由該兩第二表面且延伸至該第三表面。
如申請專利範圍第5項所述的電阻器，更包括：一保護層，覆蓋在該阻抗元件上。