CN116930616A - 电阻器结构及其电阻测量系统 - Google Patents

Abstract

一种电阻器结构，包括一电阻器本体；以及一第一电极结构与一第二电极结构。该第一电极结构与一第二电极结构分别位于该电阻器本体上相对的第一端与第二端处，并与之电性接触，且该第一电极结构与该第二电极结构各具有至少一导电凸起。其中，该第一电极结构上的该至少一导电凸起与该第二电极结构上的该至少一导电凸起是电连接至一外部电压测量装置作为电压测量点，或该第一电极结构上的该至少一导电凸起与该第二电极结构上的该至少一导电凸起是电连接至一外部电流测量装置作为电流测量点。本公开还涉及一种电阻测量系统。

Description

电阻器结构及其电阻测量系统

技术领域

本发明关于一种电阻器结构以及其阻值测量系统，尤指一种适用于低电阻应用的电阻器结构以及其阻值测量系统。

背景技术

一般而言，对于电阻器的阻值测量是通过测量电阻器两端的电压值与流经电阻器的电流值，并根据欧姆定律运算而得。例如在如图1所示的二线式测量系统中，是利用一外加电源P，串联一个安培计A测量电流，同时并联一个伏特计V测量电压，计算出一待测电阻器R的电阻值。待测电阻器R两端的电压值是由伏特计V于B点测；流经待测电阻器R的电流值亦由安培计A于B点测得。将测得的电压值和电流值运算得到该待测电阻器R的电阻值。在实务上，由于该待测电阻器R并联了伏特计V，且导线C也具有一定程度的阻抗，因此以此系统测量出的电压与电流实际上并不完全等同于该待测电阻器R两端的真实电压值与流经电阻器R的真实电流值。而导线C的阻抗，以1m长度的铜制导线为例，大约在0.1Ω左右，因此当待测电阻器R的阻值远大于导线C的阻抗时，导线C的阻抗也可以忽略不计。但当待测电阻器R为低阻值电阻时，待测电阻器R的阻值愈小，导线C的阻抗所造成的影响愈明显，因此所测得的待测电阻器的阻值愈不准确。换言之，以传统二线式测量系统来测量低电阻电阻器的电阻值是不够精准的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种电阻器的阻值测量系统，可精确测量一电阻器的阻值。

本发明另提供一种电阻器结构，适用于以该系统进行其阻值测量。

在本发明的一方面，一电阻器结构包括：一电阻器本体；以及一第一电极结构与一第二电极结构，分别位于该电阻器本体上相对的第一端与第二端处，并与之电性接触，该第一电极结构与该第二电极结构各具有至少一导电凸起。其中，该第一电极结构上的该至少一导电凸起与该第二电极结构上的该至少一导电凸起是电连接至一外部电压测量装置作为电压测量点，或该第一电极结构的该至少一导电凸起与该第二电极结构的该至少一导电凸起是电连接至一外部电流测量装置作为电流测量点。

在一实施例中，该第一电极结构的该至少一导电凸起包括一第一导电凸起以及一第二导电凸起，该第一导电凸起电连接至该外部电压测量装置作为该电压测量点之一，而该第二导电凸起电连接至该外部电流测量装置作为该电流测量点之一，又该第二电极结构的该至少一导电凸起包括一第三导电凸起以及一第四导电凸起，该第三导电凸起电连接至该外部电压测量装置作为另一该电压测量点，而该第四导电凸起电连接至该外部电流测量装置作为另一该电流测量点。

在一实施例中，该第一、第二、第三、第四导电凸起的顶点共平面。

在一实施例中，该第一电极结构的该第一导电凸起与该第二电极结构的该第三导电凸起间的距离范围在450到570微米之间，且该第一电极结构的该第二导电凸起与该第二电极结构的该第四导电凸起间的距离范围在450到570微米之间。

在一实施例中，该第一电极结构的该第一导电凸起与该第二导电凸起间的距离小于100微米，且该第二电极结构的该第三导电凸起与该第四导电凸起间的距离小于100微米。

在一实施例中，该第一、第二、第三、第四导电凸起中至少有一个凸点直径范围在10到40微米之间。

在一实施例中，该第一、第二、第三、第四导电凸起中至少有一个凸点厚度范围在10到50微米之间。

在一实施例中，该第一、第二、第三、第四导电凸起均具有平坦顶面。

在本发明的另一方面，一电阻器结构包括：一基板；一电阻层，设置在该基板上；一保护层，覆盖该电阻层；以及一第一电极结构，设置于该电阻层的第一端上并与之电性接触，以及一第二电极结构，设置于该电阻层的与该第一端相对的第二端上并与之电性接触，而第第一电极结构和第二电极结构各具有至少一导电凸起。其中该第一电极结构的该至少一导电凸起和该第二电极结构的该至少一导电凸起皆具有一延伸至该保护层顶面上方的顶面。

在本发明的又一方面，在一种用以测量一电阻器装置的阻值的阻值测量系统中，该电阻器装置包括：一电阻器本体、一与该电阻层的第一端电性接触的第一电极结构、以及一与该电阻层的与该第一端相对的第二端电性接触的第二电极结构，其中该第一电极结构和该第二电极结构皆分别具有第一组导电凸起和第二组导电凸起，而该阻值测量系统包括：一测量治具，包括四个接线垫，分别用以与该第一电极结构及该第二电极结构的该第一组导电凸点与该第二组导电凸点电性接触，其中每一个该接线垫的可接触面积均大于每一与其电性接触的相对应导电凸起的可接触面积；一电源装置，提供一电源；一电压测量装置，电连接至该电源装置、以及该第一电极结构的该第一组导电凸起与该第二电极结构的该第一组导电凸起，并于该电源供电下测量该第一组导电凸起间的电压值；一电流测量装置，电连接至该第一电极结构的该第二组导电凸起与该第二电极结构的该第二组导电凸起，并于该电源供电下测量流经该第一电极结构与与该第二电极结构的该第二组导电凸起间的电流值；以及一阻值判读装置，电连接至该电压测量装置与该电流测量装置，根据所测得的该电压值与该电流值得到该电阻器装置的阻值。

附图说明

在阅读以下详细说明和附图之后，本领域普通技术人员将更容易了解本发明的以上内容，其中：

图1是利用二线式测量系统测量一电阻器的电阻值的示意图。

图2A是利用四线式测量系统测量一电阻器的电阻值的示意图。

图2B是一现有芯片电阻的结构示意图。

图3A是显示测量图2B的芯片电阻的电阻值时，理想的测量点位置示意图。

图3B是显示测量图2B的芯片电阻的电阻值时，一测量点偏移情况的示意图。

图3C是显示测量图2B的芯片电阻的电阻值时，另一测量点偏移情况的示意图。

图3D是显示测量图2B的芯片电阻的电阻值时，又一测量点偏移情况的示意图。

图4A显示本发明一实施例中，形成于待测电阻器上用以进行电压与电流测量的导电凸起的示意图。

图4B显示本发明一实施例中，电阻器结构的示意图。

图4C显示本发明一实施例中，电阻器结构的截面示意图。

图4D显示本发明一实施例中，电阻器电阻值测量系统的示意图。

图5A显示本发明一实施例中，将待测电阻器置于图4D系统的治具中时的理想情况示意图。

图5B-图5F分别显示本发明一实施例中，将待测电阻器置于图4D系统的治具中时的可能偏移情况示意图。

图6A与图6B是说明本发明一实施例的电阻器结构的导电凸起的构形与尺寸示意图。

其中，附图标记说明如下：

P：电源

A：安培计、电流测量装置

V：伏特计、电压测量装置

R：待测电阻器

B：测量点

C：导线

G：阻值测定装置

V+、V-：电压探针、接线垫

I+、I-：电流探针、接线垫

10：电阻本体

100：基板

101：第一端

102：第二端

103：电阻层

104：保护层

BV1、BV2：电压测量点

BI1、BI2：电流测量点

1、2：电极结构

11、12：顶部电极

13、14：底部电极

15、16：端面电极

17：镀层

20：治具

201：导电凸起

40：治具

401、402：导电凸起

D1：间隙

D2：间隙

H：高度

W：宽度

具体实施方式

本发明将以下述实施例进行更具体的说明。应当注意的是，以下对于本发明较佳实施例的描述，仅是基于说明和描述的目的，而非详尽无遗的说明，或是仅限于所公开的精确形式。

为改善低电阻测量的精确度问题，发展出了四线式测量系统(four-terminalmeasurement)，又称为四线感测(four-wire sensing)、四点探测(four-point probes)或凯文感测(Kelvin sensing)。请见图2A，其描绘了四线式测量系统的电路图。其中，电阻器R与外部的电源供应器P及安培计A串联，并同时与电压表V并联，而电阻器R的电阻值则根据欧姆定律去计算。尽管四线式测量系统与如图1所示的两线式电阻测量系统的原理相似，其差异处在于四线式测量系统分别使用一对电流电极去执行电流测量，另一对电压电极则去执行电压测量。借由分离电压电极和电流电极能最小化导线C的阻抗，使电压表V能更精确的测量电阻器R两侧的电压。

举例来说，四线式测量系统可以被用来测量芯片电阻器的电阻。由于其体积小、功率大且便宜的特性，芯片电阻器可被使用于各式各样的电子产品。比方说，芯片电阻器普遍被使用于3C电子产品或自动化电子产品，适时地用于降低电压与限制电流。使用时，芯片电阻器的底部通常焊接在电路板上，而顶部覆盖在电阻层上的一层电阻层和一层保护层通过印刷及干燥烧结而形成。传统芯片电阻器的基本结构如图2B所示，包含了电阻器本体10和其两端的电极结构1和2。为使用图2A所示的四线式测量系统测量图2B所示的芯片电阻器R的电阻值，将该芯片电阻器R置于一治具20中，该治具的接线垫上具有四个导电凸起201，分别作为探针V+、V-、I+、I-，连接至电极结构1和2。通过探针V+、V-测量到的电压值和探针I+、I-的电流量进而得知芯片电阻器R的电阻值。参照图3A，位于芯片电阻器R的两电极结构1和2上的两点分别为探针的连接处，其中两个测量点BV1和BV2用于测量电压，而另外两个测量点BI1和BI2则用于测量电流。

然而，现有在评估测量芯片规格电阻器的重复性及再现性(GRR)时相关技术的实施方式并不令人满意。举例来说，1％GRR达18.44，而0.1％GRR甚至大于150，这种不利的高GRR代表测量系统的变异过大，测量精度有待改进，主要是因测量点BV1、BV2、BI1和BI2的偏移所导致。从图3A所示的理想位置产生偏移的可能情况分别显示于图3B、图3C和图3D的例子中。在图3B的例子中，芯片电阻器R被置于治具20的偏左处，因此使测量点较理想的图3A稍微偏右。在图3C的例子中，芯片电阻器R被置于治具20的偏上方，因而导致测量点较理想的图3A稍微偏下，同样地在图3D的例子中，芯片电阻器R被置于治具20的偏左上方，因此也使其测量点较理想的图3A偏右下方。表1举出了上述四种情形电阻测量的模拟结果来显示测量点偏移对电阻测量的影响。在模拟中，测量点BV1和BV2以及BI1和BI2的间隙为0.44mm，BV1和BI1以及BV2和BI2的间隙为0.16mm。图3B、图3C和图3D所示的测量点虽然具有与上述相同的间隙，但另有4.05μm的向下偏移和4.40μm的向右偏移。此模拟结果显示了其电阻值产生了一定程度的无法在应用中被忽略的误差。因此，需要发展出可以解决探针测量位置偏移问题，以提高测量精度的技术。

表1

因此，为了进一步改善四线式测量系统的低电阻测量精确度，根据本发明对电阻结构进行修改，同时提供一种适用于本发明电阻结构的治具。

请参照图4A，本发明电阻装置的实施例包含电阻本体10、电连接于电阻本体10的第一端的第一电极结构1、以及连接于电阻本体10相对于该第一端的第二端的第二电极结构2。该第一电极结构1和该第二电极结构2各包括一导电凸起401和一导电凸起402。为了利用图2A所示的四线式测量系统测量图4A所示的芯片电阻器R的电阻值，将芯片电阻器R置于如图4D所示的包含V+、V-、I+和I-四个接线垫的治具40中，电极结构1和2上的导电凸起401和402分别和治具40的接线垫V+、V-、I+和I-电连接，其中导电凸起401作为电压测量装置V的测量点BV1和BV2，用以测量电压，而导电凸起402则作为电流测量装置A的测量点BI1和BI2，用以测量电流。由于导电凸起401和402是固定于电阻结构上，因此任两个测量点之间的间隙都是固定的，同时测量点的位置不会随着芯片电阻器R在治具40上的摆放位置而改变，如此一来，可在测量点精准测量出电压和电流值，进而以阻值测定装置G计算出该待测电阻装置的电阻值，从而获得令人满意的GRR。

图4B示意描绘了本发明另一实施例的电阻结构。芯片电阻器包含了电阻本体、第一电极结构和第二电极结构。电阻本体包含基板100、其上方的电阻层103、以及覆盖电阻层103上方的保护层104。第一电极结构包含形成在电阻本体的第一端101处的电阻层103上并与之形成电性接触的顶部电极11、以及形成于顶部电极11上的镀层17。同样地，第二电极结构包括了形成在电阻本体的第二端102处的电阻层103上并与之形成电性接触的顶部电极12、以及同样也形成于顶部电极12上的镀层17。该基板例如为层合基板。该电阻层103的材料例如为金属合金。该顶部电极11和12例如为铜端子。该镀层17例如为铜镍锡合金层。制成的芯片电阻器尺寸长约0.60mm，宽约0.31mm，而厚度约为0.21mm。根据本发明，第一电极结构的顶部电极11上进一步包含导电凸起401和402，同样地，第二电极结构的顶部电极12上也进一步包含导电凸起401和402。导电凸起401和402的材料可与顶部电极11和12相同。在一制程例中，顶部电极11和12会先形成于电阻层103上，然后导电凸起401和402才形成于顶部电极11和12上。接着，镀层17再形成于顶部电极11和12以及导电凸起401和402上。

当芯片电阻器R被放在治具40上进行测量时，可能发生各种从图5A所示的理想位置偏移的情形，分别例示于图5B-5F。此模拟测试用以评估芯片电阻器R位置改变对电阻值测量结果的影响。表二列举出了图5B-5F所示各种情形下电阻值的测量结果。

表2

从此模拟测试中可看出本发明的电阻值测量结果是可靠的。

图4C描绘本发明另一实施例的电阻结构。此芯片电阻器包含了电阻本体10，而如同上述的图4B，电阻本体10包含了基板100、电阻层103和保护层104。此外，第一电极结构包含顶部电极11、一对导电凸起401和402、底部电极13、端面电极15和镀层17，第二电极结构包含顶部电极12、一对导电凸起401和402、底部电极14、端面电极16和镀层17。底部电极结构13和14是设置在基板100的底面，而端面电极结构15和16则分别与顶部电极11和12及底部电极13和14电性接触。在此电阻结构的实施例中，保护层104高出顶部电极11和12。为了达到与治具40上的V+、V-、I+和I-等接线垫更好的接触效果，导电凸起401和402的顶面皆应延伸超过保护层。此外，导电凸起401和402的顶点应位于共面上。例如，导电凸起401和402的顶面皆为平坦表面，而所有平坦的顶面处于一共面。

上述的导电凸起401和402可以是任何适合的形状。比方说，他们可以是如图6A和6B所示的圆柱状，也可以是角柱状，或是其组合。为了得到满意的GRR，每个或是至少一个导电凸起401和402的直径W是介于10μm到40μm，而其厚度则介于10μm到50μm。另外，第一电极结构的顶部电极11和第二电极结构的顶部电极12上的两导电凸起401的间隙D1介于450μm到570μm之间，而在同一电极结构的顶部电极11或12上的两导电凸起401和402间的间隙D2在450μm到570μm之间。

需要注意的是，在上述实例中，为了执行四线式测量形成四个导电凸起。在其它方案中也可在第一和第二电极结构设置四个以上的导电凸起，或是每一个导电凸起可使用一组导电构件来完成，变化方式视实际需求而定，只要电压和电流值能被精确测量以测定出电阻装置的电阻值。

尽管已经根据目前被认为是最实用和优选的实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明不必限于所公开的实施例。相反，其意图是覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和类似布置，这些修改和类似布置与最宽泛的解释相互一致，从而涵盖所有这样的修改和类似结构。

Claims (10)

1.一种电阻器结构，包括：

一电阻器本体；以及

一第一电极结构与一第二电极结构，分别位于该电阻器本体上相对的第一端与第二端处，并与之电性接触，该第一电极结构与该第二电极结构各具有至少一导电凸起，

其中，该第一电极结构上的该至少一导电凸起与该第二电极结构上的该至少一导电凸起是电连接至一外部电压测量装置作为电压测量点，或该第一电极结构的该至少一导电凸起与该第二电极结构的该至少一导电凸起是电连接至一外部电流测量装置作为电流测量点。

2.如权利要求1所述的电阻器结构，其中该第一电极结构的该至少一导电凸起包括一第一导电凸起以及一第二导电凸起，该第一导电凸起电连接至该外部电压测量装置作为该电压测量点之一，而该第二导电凸起电连接至该外部电流测量装置作为该电流测量点之一，又该第二电极结构的该至少一导电凸起包括一第三导电凸起以及一第四导电凸起，该第三导电凸起电连接至该外部电压测量装置作为另一该电压测量点，而该第四导电凸起电连接至该外部电流测量装置作为另一该电流测量点。

3.如权利要求2所述的电阻器结构，其中该第一导电凸起、该第二导电凸起、该第三导电凸起、该第四导电凸起的顶点共平面。

4.如权利要求2所述的电阻器结构，其中该第一电极结构的该第一导电凸起与该第二电极结构的该第三导电凸起间的距离范围在450到570微米之间，且该第一电极结构的该第二导电凸起与该第二电极结构的该第四导电凸起间的距离范围在450到570微米之间。

5.如权利要求2所述的电阻器结构，其中该第一电极结构的该第一导电凸起与该第二导电凸起间的距离小于100微米，且该第二电极结构的该第三导电凸起与该第四导电凸起间的距离小于100微米。

6.如权利要求2所述的电阻器结构，其中该第一导电凸起、该第二导电凸起、该第三导电凸起、该第四导电凸起中至少有一个凸点直径范围在10到40微米之间。

7.如权利要求2所述的电阻器结构，其中该第一导电凸起、该第二导电凸起、该第三导电凸起、该第四导电凸起中至少有一个凸点厚度范围在10到50微米之间。

8.如权利要求2所述的电阻器结构，其中该第一导电凸起、该第二导电凸起、该第三导电凸起、该第四导电凸起均具有平坦顶面。

9.一种电阻结构，包括：

一基板；

一电阻层，设置在该基板上；

一保护层，覆盖该电阻层；以及

一第一电极结构，设置于该电阻层的第一端上并与之电性接触，以及一第二电极结构，设置于该电阻层的与该第一端相对的第二端上并与之电性接触，而该第一电极结构和该第二电极结构各具有至少一导电凸起，

其中该第一电极结构的该至少一导电凸起和该第二电极结构的该至少一导电凸起皆具有一延伸至该保护层顶面上方的顶面。

10.一种阻值测量系统，用以测量一电阻器装置的阻值，该电阻器装置包括：一电阻器本体、一与电阻层的第一端电性接触的第一电极结构、以及一与该电阻层的与该第一端相对的第二端电性接触的第二电极结构，其中该第一电极结构和该第二电极阻结构皆分别具有第一组导电凸起和第二组导电凸起，而该阻值测量系统包括：

一测量治具，包括四个接线垫，分别用以与该第一电极结构及该第二电极结构的该第一组导电凸点与该第二组导电凸点电性接触，其中每一个该接线垫的可接触面积均大于每一与其电性接触的相对应导电凸起的可接触面积；

一电源装置，提供一电源；

一电压测量装置，电连接至该电源装置、以及该第一电极结构的该第一组导电凸起与该第二电极结构的该第一组导电凸起，并于该电源供电下测量该第一组导电凸起间的电压值；

一电流测量装置，电连接至该第一电极结构的该第二组导电凸起与该第二电极结构的该第二组导电凸起，并于该电源供电下测量流经该第一电极结构与与该第二电极结构的该第二组导电凸起间的电流值；以及

一阻值判读装置，电连接至该电压测量装置与该电流测量装置，根据所测得的该电压值与该电流值得到该电阻器装置的阻值。