專利名稱：電流感測用電阻裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電阻裝置，尤指應用于電流感測且具有上下開口的電阻裝置。
背景技術：
電流感測電阻裝置(current sensing resistor)的的工作原理是將電阻串接于負載
上，并在向負載供電時，量測該電阻上產生的壓降，以此準確推算出電流值。由于電流 感測電阻裝置的阻值約處于毫奧姆(mOhm)的等級，因此相對精準度要求也較一般電阻裝 置高(如±1%)。故在制造電流感測電阻裝置的過程中，需要對初步完成的電阻裝置 進行量測來取得一量測值，然后再針對該量測值與一默認值的誤差對該電阻裝置進行電 阻值的調整。并于調整完成后再進行量測以取得一新的量測值與該默認值進行比對，倘 若該量測值與該理想值之比對結果為制程中可接受的誤差范圍內，即無需再作調整，但 若仍差距過大，則再度對電阻裝置進行調整，如此反復動態調整將可使電阻裝置的量測 值趨近于該默認值。 而在公知技術中，對于電流感測用電阻裝置的電阻量測，通常采用凱爾文量測 法(Kelvinmeasurement),其為一四點量測方式，以下將簡述其原理。
請參見圖l，其為凱爾文量測法的電路示意圖，其主要是將一電阻值為R的待測 電阻裝置15的兩端點先分接為四端點11、 12、 13、 14，接著將具有固定電流I的固定電 流源16連接至端點13、 14，其中一端點13連接至該固定電流源16源頭，且另一端點14 連接至該固定電流源16末端，另外兩端點ll、 12則分別以具有高阻抗的探針連接以量 測兩者之間的電壓壓差，由于端點ll、 12所連接探針的輸入阻抗很高而無電流通過端點 11、電阻裝置15、端點12的路徑(即"二0、 i2 = 0)，即令固定電流源16、端點14、待 測電阻裝置15及端點13成為一回路，此時量測端點11與端點12之間的電壓壓差V = Vu-V12，便可通過奧姆定律(V = IR)計算出該電阻裝置的電阻值。 再請參見圖2(a》其為一習用電流感測電阻裝置的構造示意圖，相關細節可參見 USRE39,660E號專利的內容，電流感測電阻裝置100具有一電阻片120，電阻片120的兩 側邊分別焊接具有開口 140、 150的電極片110、 130，并定義出感測墊lll、 131及電流 墊112、 132作為量測區域。在此習用電流感測電阻裝置100生產的過程中，可將電流墊 112與電流墊132之間施加一定電流I，并在感測墊111與感測墊131間量測在固定電流I 導通電流感測電阻裝置100時的電壓壓差(Vm-V131 = V皿)，此時待測的電阻片120的電 阻值Rl可通過Rl = Vdlfl/I的方式求出。 再請參見圖2(b)的所示，其為在電阻裝置生產線使用量測儀器上的四個量測端 點的示意圖，四個量測端點211、 212、 213、 214呈一矩形，依據上述說明，其中兩個量 測端點213、 214作為輸入固定電流源使用，另外兩個量測端點211、 212作為量測輸出電 壓使用，該四個量測端點211、 212、 213、 214用以量測待測電阻裝置上固定相對距離上 的四點位置。 當制造出尚未切割的帶狀電阻需要以量測儀器量測時，可能因為機械誤差的關系導致施測于各片電阻上的相對位置并不一致。例如圖2(c)、 2(d)的所示，其中圖2(c)量 測第一片電阻時量測儀器所對應的四點位置分別在量測端點311、 312、 313、 314，但在 圖2(d)中，量測第二片電阻時這些對應的位置卻在量測端點311a、 312a、 313a、 314a， 相較這兩片電阻片上的量測位置可以發現圖2(c)的電阻片所量測的四量測端點311、 312、 313、 314較圖2(d)的電阻片所量測的四量測端點311a、 312a、 313a、 314a的位置明 顯不同。 再參見如圖2(e)所示，其為量測儀器先后兩次量測同一片電阻時的量測位置 示意圖，此圖說明了量測儀器對電阻裝置400進行第二次量測時的四量測端點411a、 412a、 413a、 414a容易發生無法完全精準對齊第一次量測時的量測端點411、 412、 413、 414位置，亦即量測儀器在這兩次測量時的量測位置具有相對偏移的情形。舉例而言，在 預設生產電阻值為R的電阻裝置400過程中，如圖2(e)所示，在第一次量測時對四量測 端點411、 412、 413、 414進行電阻值的量測，首先計算得到一電阻值Rl，而電阻值R1 與默認值R并不相等，在修正R-R1之間的差值后，接著進行第二次量測，并預期修正的 結果應使電阻裝置400的電阻值更接近默認值R，之后再進行第二次量測。在第二次量 測過程中，若量測儀器取得的是另外的四量測端點411a、 412a、 413a、 414a上的測得結 果，經計算后求得一電阻值R2，可能發現對電阻值修正對于電阻裝置400的量測結果并 未造成影響，即Rl = R2卻都非R的情況。 易言之，在第一次量測電阻裝置400時先得到一電阻值R1，此電阻值R1與預 設電阻值R有一差距，經由調整后原本預期可以將電阻裝置400的電阻值調整至預設的 電阻值R，然而在調整過后進行的第二次量測卻因為量測儀器所對應的量測端點411a、 412a、 413a及414a位置與第一次量測時的量測端點411、 412、 413、 414位置并不一致而 產生對位誤差，此自動化機械式生產的過程中的對位誤差，將使采用凱爾文量測法方式 的電阻量測點的比較基準不一致而造成對調整后電阻值R2的誤判。如何縮小因為儀器的 對位誤差所導致的量測結果誤差，便為發展本發明的主要目的。
發明內容
本發明的一目的在于提供一種電流感測電阻裝置，通過在電阻片上形成四個開
口區分出四個量測區域，降低制造過程中量測修整的相對誤差，以此可使得產品具有高 精確度電阻值。 本發明的另一目的在于提供一種電流感測電阻裝置，通過形成堆棧電極片及電
阻片于基板上的方式，提高電阻裝置的支撐強度，且可降低電阻片修整電阻值的制程困 難度。 本發明提供一種電阻裝置，包含 一電阻片，具有一第一側邊、 一第二側邊、 一第三側邊及一第四側邊，所述多個側邊上分別對應具有一第一開口、 一第二開口、 一 第三開口及一第四開口； 一第一電極片，位于電阻片的第一側邊上，部分區域被第一開 口區隔為一第一量測區域與一第二量測區域；以及一第二電極片，位于電阻片的第三側 邊上，部分區域被第三開口區隔為一第三量測區域與一第四量測區域，其中第二開口位 于第一量測區域與第三量測區域之間，而第四開口位于第二量測區域與第四量測區域之 間。
依據上述構想，本發明所述的電阻裝置還包含一載板，位于電阻片下。
為凱爾文量測法的電路示意圖。其為一習用電流感測電阻裝置的構造示意圖。
其為在電阻裝置生產線使用量測儀器上的四個量測端點的示意圖。2(d)、 2(e)，其為量測儀器于不同情形下的量測位置示意圖。其為未切割前彼此相連的電流感測電阻裝置構造上視圖。3(c)，其為經過切割后所形成個別的電阻裝置的俯視圖及剖面示意圖。其為本發明所定義的量測區域示意圖。其為于本發明所定義的量測區域測量位置的示意圖。5(b)，其為第一較佳實施例的電流感測電阻裝置的立體外觀示意圖及剖
6(b)，其為第二較佳實施例的電流感測電阻裝置的立體外觀示意圖及剖圖1，其圖2(a)，圖2(b)，圖2(c)、圖3(a)，圖3(b)、圖4(a)，圖4(b)，圖5(a)、
面示意6(a)、
面示意圖 本發明為改善習用技術產生的量測缺陷，進而發展出作為提高電流感測電阻裝置的量測精準度的技術手段，本發明可適用于不同制程的電流感測電阻裝置生產過程。以下先以本發明的結構特征進行說明，接著闡釋如何于不同的電流感測電阻裝置生產制程中實施本發明的設計。 請參見圖3(a)，其示出了以大量制作方式完成但尚未切割的電流感測電阻裝置構造上視圖，其于縱向上兩兩電阻裝置構造之間均定義有開口 51、 53、 55、 57，且橫向上兩兩電阻裝置構造之間亦定義有開口 52、 54、 56、 58。值得注意的是，本發明的電流感測電阻裝置可通過開口位置及大小的設計而獲得接近默認目標的電阻值，而不需如公知制程中需多次粗調電阻值的制程步驟。 請參見圖3(b)，其為經過切割后所形成個別的電阻裝置500的俯視圖。圖3(c)為沿圖3(b)中的I-I'線的剖面示意圖。電阻裝置500的外觀大致呈現一矩形，較佳的為一長方形，并具有相對應的一第一側邊510和一第三側邊530，以及相對應的一第二側邊520和一第四側邊540，其中第一側邊510和第三側邊530為電阻裝置500的長邊，第二側邊520與第四側邊540為電阻裝置500的短邊。電阻裝置500由電阻片502作為主體，并于電阻片502的第一側邊510和第三側邊530上分別電性連接第一電極片501及第二電極片503。 此外，電阻裝置500上具有一第一開口 512于第一側邊510以及一第三開口 532于第三側邊530，使第一電極片501區分為一第一量測區域511和一第二量測區域513，且使第二電極片502區分為一第三量測區域531和一第四量測區域533。此外，第一量測區域511于電阻裝置500的長邊方向的長度Ll小于第二量測區域513于電阻裝置500的長邊方向的長度L3 ;且第三量測區域531于電阻裝置500的長邊方向的長度L2小于第四量測區域533于電阻裝置500的長邊方向的長度L4。本發明于此定義電阻裝置500的長邊方向與第二側邊520、第四側邊540垂直的方向。 而由圖中可看出，電阻裝置500在第二側邊520和第四側邊540分別具有第二開口 522及第四開口 542，所述多個開口位于第一電極片501和第二電極片503之間的電阻片502上。第二開口 522于沿著電阻裝置500的長邊方向的深度Dl較第一電極片501的第一量測區域511沿著電阻裝置500的長邊方向上的長度L1為短，也較第二電極片503的第三量測區域531沿著電阻裝置500的長邊方向上的長度L2為短。此外，第四開口542沿著電阻裝置500的長邊方向的深度D2，不但較第一電極片501的第二量測區域513沿著電阻裝置500的長邊方向上的長度L3短，且較第二電極片503的第四量測區域533沿著電阻裝置500的長邊方向上的長度L4短。 附帶一提的是，位于電阻片502與第四開口 542的交界處可制作有一狹縫529，狹縫529的作用為，在量測電阻裝置500的電阻值的過程中若發現與預設電阻值有差距時，得以使用激光來切割出該狹縫，通過狹縫529的長度來細部調整電阻裝置500的電阻值。 承上所述，為便于說明本發明的特點，于圖4中將前述電阻裝置500的量測區域進一步定義出使用量測儀器施測端點的較佳量測區域。在圖4(a)中，通過電阻片502的第二開口 522的深度D1設定，分別于第一電極片501上進一步定義出一第一量測區域611、于第二電極片503上進一步定義出一第三量測區域631;并通過第四開口 542的深度D2設定，分別于第一電極片501上進一步定義出一第二量測區域612、于第二電極片503上進一步定義出一第四量測區域632。在定義出四個量測區域后，便可采用凱爾文量測法的作法，先將固定電流源施加于第二量測區域612與第四量測區域632上的兩個量測端點后，再量測位于第一量測區域611與第三量測區域631內的另外兩個量測端點的電壓壓差。 于電阻裝置500上特別定義四個較佳的量測區域的目的是，在該四個量測區域上施以量測儀器的凱爾文量測法時，可以達到將量測時的相對誤差降低的效果，以獲得具有高精確度電阻值要求的電流感測用電阻裝置。如圖4(b)中，將量測端點控制在如圖4(a)所示的較佳量測區域時，以量測端點6110、 6120、 6310、 6320進行第一組量測電阻值的結果便會與以量測端點6110a、 6120a、 6310a、 6320a進行第二組量測電阻值的結果相接近，進而將相對的量測誤差降低，達到提高量測電阻裝置500的電阻值時的相對精準度的目的。 在量測出電阻裝置500的實際電阻值與默認值的差值后，再以激光等方式施加于電阻片502的狹縫529以改變電阻裝置500的電阻值，此作法在現行的電阻片制程中相當簡便而易于采用，詳參以下的實施例及其說明。 圖5(a)為第一較佳實施例的電流感測電阻裝置700的立體外觀示意圖，圖5(b)為沿圖5(a)中的II-II'線的剖面示意圖。如圖所示，于此實施例中，電流感測電阻裝置700為利用電鍍制程所完成，且電流感測電阻裝置700包含電阻片70、電極片72、 74、 76、78于電阻片70的兩端、保護層73覆蓋在電阻片70的一部分上、焊性層75、 77覆蓋在電極片72、 74、 76、 78的周圍、以及第一開口712、第二開口 722、第三開口 732及第四開口 742分別在電流感測電阻裝置700的四個邊側，其中電阻片70在第四開口 742上具有狹縫701，使得電流感測電阻裝置700的電阻值可以被微調，但因保護層73覆蓋于電阻片70上，在此僅以虛線標示狹縫701。 電流感測電阻裝置700的制造方法可包括以下步驟先提供以錳-銅、鎳-銅或鎳-磷等材質所組成的電阻材料，并利用蝕刻或沖壓制程(punch)等方式形成該些開口于電阻材料上，以形成一電阻片70。然后再利用電鍍制程于電阻片70雙面上分別堆棧形成相對應的電極片72、 74、 76、 78。的后，分別在電極片72、 74、 76、 78的表面上分別電鍍焊性層75、 77，使得焊性層75覆蓋在電極片72、 74的外側、焊性層77覆蓋在電極片76、 78的外側。于此實施例中，焊性層75、 77可由銅層、鎳層及錫層等多層結構堆棧而成，然而并不以此為限，焊性層75、 77也可依實際需要而由銀、鉬、錫鉛等材料所組成。最后再選用環氧樹脂構成的保護層73a、 73b覆蓋在暴露出的電阻片70上，作為保護及支撐電流感測電阻裝置700的結構強度使用。此外，在覆蓋保護層73之前可先以激光修整等方式于電阻片70上形成狹縫(未顯示)，用來修正電流感測電阻裝置700的電阻值。當然焊性層75、 77與保護層73并非必要。 請參見圖6(a)，其為本發明電阻裝置構造的第二較佳實施例的的立體外觀示意圖，圖6(b)為沿圖6(a)中的III-m'線的剖面示意圖。相較于圖5(b)中采用電鍍制程完成的電流感測電阻裝置700，圖6的電流感測電阻裝置800采用壓合制程方式生產，且于電阻片83及電極片840、 850之下具有一載板，在本例中該載板由陶瓷載體82制成，其 被用來增加電流感測電阻裝置800的支撐強度，且電阻片83的電阻值修整因有陶瓷載體 82的支撐而能降低制程的困難度。 于此類型的電阻制程中，首先將黏著層81、陶瓷載體82與電阻片83壓合制成一 基板。其中電阻片83的材料可采用錳-銅、鎳-銅或鎳-磷等合金，而制作方法則可以厚 膜印刷或薄膜制程等方式來形成；而黏著層81可由一散熱膠片，例如由環氧樹脂膠材與 玻璃纖維混合而成，以提供陶瓷載體82與電阻片83間的附著性及散熱傳導效果。而后 再以蝕刻等方式，于黏著層81與電阻片83上形成上述位于各個側邊上的四個開口 812、 822、 832、 842，而暴露出部分的陶瓷載體82。如前所述，電阻片83可通過上述方式， 利用這些開口進一步定義出四個較佳的量測區域，而提高后續電阻值量測及修整的精確 度，于此不再贅述。接著再通過電鍍、壓合或焊接等方式將具有導電功能的電極片840、 850附著于電阻片83兩側，其中電極片840、 850的材質可為銅或銀等。于本實施例中， 較佳的作法為于壓合黏著層81、陶瓷載體82、與電阻片83所形成的基板之際，先于陶瓷 載體82相對于電阻片83的另一面上，同時壓合一金屬層(例如銅層)，之后再利用蝕 刻或沖壓等制程于相對于該電阻片的該載板的另一面上，形成兩金屬片841、 851于陶瓷 載體82上相對的兩端，進一步提供電阻裝置的散熱性及預防翹曲等缺陷。
此時，可先以凱爾文量測法測量電阻值并搭配激光切割等方式，于電阻片83上 形成狹縫(未顯示)，將電阻值再細調趨近默認值。然后，形成一第一保護層86覆蓋位于 兩電極片840及850之間的部分電阻片83上，避免電阻片83受到環境污染或氧化。此 外，于本實施例中，可還包含一第二保護層87，其覆蓋于金屬片841及金屬片851之間 的部分黏著層81上，以此進一步提供支撐電流感測電阻裝置的強度。于本實施例中，第 一保護層86及第二保護層87為絕緣材質(例如環氧樹脂)，并利用印刷制程形成。附 帶一提的是，在本實施例中因為采用壓合制程的關系，所述多個保護層附著于黏著層81 上，但在使用電鍍制程時，所述多個保護層則可直接形成于陶瓷載體82上。
然后，將鈦鎢合金、鎳銅合金或錳銅合金以滾鍍的方式于基板(由黏著層81、 陶瓷載體82及電阻片83所組成)外側形成側電極881、 891，且將側電極881、 891分別 電性連接至電極片850、 840及金屬片841、 851。最后，可形成焊性層覆蓋電極片840、 850、金屬片841、 851及側電極881、 891，以增加電極片840、 850、金屬片841、 851和 側電極881、 891的接著強度以及與電路板(未顯示)的焊接強度，其中焊性層可包含利用 電鍍、濺鍍等制程形成的銅層882、 892、鎳層883、 893與錫層884、 894。
由上述兩個實施例可以輔證，本發明所述的電阻裝置可以蝕刻或沖壓方式修改 電阻片的外觀，于電阻片的兩個較短側邊新增兩個開口，采用此兩個開口的電流感測電 阻設計，可順利融入習用制程中，更可于電阻裝置的生產中提供粗調電阻值效果而簡化 生產線的復雜度。采用本發明設計的開口，可定義出校正電阻值時的量測區域，進而在 不更動原有的微電阻制程情況下，改善習用技術于量測電阻值的對位誤差所衍生的相對 精準度的缺失，達到本發明所欲發展的目的。
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權利要求
一種電阻裝置，包含一電阻片，具有一第一側邊、一第二側邊、一第三側邊及一第四側邊，所述多個側邊上分別對應具有一第一開口、一第二開口、一第三開口及一第四開口；一第一電極片，位于該電阻片的該第一側邊上，部分區域被該第一開口區隔為一第一量測區域與一第二量測區域；以及一第二電極片，位于該電阻片的該第三側邊上，部分區域被該第三開口區隔為一第三量測區域與一第四量測區域，其中該第二開口位于該第一量測區域與該第三量測區域之間，而該第四開口位于該第二量測區域與該第四量測區域之間。
2. 如權利要求1所述的電阻裝置，其中該電阻片呈一矩形，且該電阻片的該第一側邊 與該第三側邊為該電阻片的較長側邊，該電阻片的該第二側邊與該第四側邊為該電阻片 的較短側邊。
3. 如權利要求1所述的電阻裝置，其中該第一量測區域于該第一側邊的長度較該第二 量測區域于該第一側邊的長度為短，該第三量測區域于該第三側邊的長度較該第四量測 區域于該第三側邊的長度為短。
4. 如權利要求1所述的電阻裝置，其中該第二開口于該第一側邊方向的長度較該第一 量測區域于該第一側邊的長度短，且該第二開口于該第三側邊方向的長度較該第三量測 區域于該第三側邊的長度短。
5. 如權利要求1所述的電阻裝置，其中該第四開口于該第一側邊方向的長度較該第二 量測區域于該第一側邊的長度短，且該第四開口于該第三側邊方向的長度較該第四量測 區域于該第三側邊的長度短。
6. 如權利要求1所述的電阻裝置，其中該第一電極片與該第二電極片分別電性連接于 該電阻片的該第一側邊與該第三側邊的雙面上。
7. 如權利要求1所述的電阻裝置，其中該第一電極片與該第二電極片通過電鍍、焊接 或壓合方式堆棧于該電阻片的該第一側邊與該第三側邊上。
8. 如權利要求1所述的電阻裝置，其中該電阻裝置還包含 一保護層，覆蓋于該電阻片上，而該保護層材料為一環氧樹脂。
9. 如權利要求1所述的電阻裝置，其中該電阻片于該第四側邊上具有一狹縫，用以調 整該電阻片的電阻值。
10. 如權利要求1所述的電阻裝置，其中該電阻裝置還包含 一載板，位于該電阻片下，其中該電阻片的該第一開口、該第二開口、該第三開口 及該第四開口暴露出部分的該載板。
11. 如權利要求10所述的電阻裝置，其中該電阻裝置還包含 一黏著層，位于該載板與該電阻片之間。
12. 如權利要求1所述的電阻裝置，其中該電阻片通過蝕刻或沖壓制程形成該第一開 口、該第二開口、該第三開口及該第四開口。
全文摘要
本發明為一種電流感測用電阻裝置，其包含一電阻片，具有一第一側邊、一第二側邊、一第三側邊及一第四側邊，所述多個側邊上分別對應具有一第一開口、一第二開口、一第三開口及一第四開口；一第一電極片，位于電阻片的第一側邊上，部分區域被第一開口區隔為一第一量測區域與一第二量測區域；以及一第二電極片，位于電阻片的第三側邊上，部分區域被第三開口區隔為一第三量測區域與一第四量測區域，其中第二開口位于第一量測區域與第三量測區域之間，而第四開口位于第二量測區域與第四量測區域之間。本發明通過降低制造過程中量測修整的相對誤差，以此可使得產品具有高精確度電阻值。
文檔編號H01C13/00GK101692361SQ20091017900
公開日2010年4月7日 申請日期2009年10月9日 優先權日2009年10月9日
發明者廖玟雄, 朱武良, 林彥霆, 駱達文 申請人:乾坤科技股份有限公司