HK1160547B - 电阻器及其制造方法 - Google Patents

Description

电阻器及其制造方法

技术领域

本发明涉及低电阻值的金属条型电阻器及其制造方法。

背景技术

以前已经有各种方式构造金属条型电阻器(metal strip resistor)。例如，授权给Zandman和Person的美国专利No.5,287,083公开了镀镍至电阻材料。然而，这种工艺对于所得到金属条型电阻器的尺寸存在着局限性。镀镍方法由于用于确定镀层几何形状的方法而限制用于较大尺寸。另外，镀镍方法对于激光切边时的电阻测量具有限制。

另一种方法是将铜条片焊接至电阻材料，以形成终端(termination)。这种方法在授权给Rainer的美国专利No.5,604,477中公开。这种焊接方法限制于较大尺寸的电阻器，因为焊接尺寸占用空间。

又一种方法是将铜包覆至电阻材料，以形成终端，比如授权给Smjekal的美国专利No.6,401,329中公开的。这种包覆方法限于较大尺寸电阻器，其原因是用来移除铜材料以限定有效电阻器元件的宽度和位置的切削工艺的公差。

其他方法在授权给Tsukada的美国专利No.7,327,214、授权给Tsukada的美国专利No.7,330,099和授权给Tsukada的美国专利No.7,326,999中公开。这些方法也具有局限性。

因而，所述方法都具有一个或多个局限性。因此，就需要小尺寸的低电阻值的金属条型电阻器及其制造方法。

发明内容

因此，本发明的主要目标、特点和优点是对现有技术进行改进，并提供一种小尺寸的低电阻值的金属条型电阻器及其制造方法。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种金属条型电阻器。这种金属条型电阻器包括金属条，其形成电阻元件并且在不使用单独基片的情况下为金属条型电阻器提供支承。第一终端和第二相反终端包覆着(overlay)金属条。第一终端和第二相反终端的每个上具有镀层。还有包覆第一终端和第二相反终端之间的金属条的绝缘材料。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种金属条型电阻器。这种金属条型电阻器包括金属条，其形成电阻元件并且在不使用单独基片的情况下为金属条型电阻器提供支承。第一终端和第二相反终端被直接溅镀至金属条。第一终端和第二相反终端的每个上有镀层。还有包覆着第一终端和第二相反终端之间的金属条的绝缘材料。

根据本发明的又一个方面，本发明提供了一种金属条型电阻器。这种金属条型电阻器包括金属条，其形成电阻元件并且在不使用单独基片的情况下为金属条型电阻器提供支承。粘合层溅镀至金属条。第一终端和第二相反终端溅镀至粘合层。第一终端和第二相反终端的每个上有镀层，并且还有在第一终端和第二相反终端之间包覆着金属条的绝缘材料。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种用来形成金属条型电阻器的方法，其中金属条在没有使用单独基片的情况下给金属条型电阻器提供支承。这种方法包括将绝缘材料涂敷至金属条；应用图像映射工艺以形成包覆着电阻材料的导电图形，其中导电图形包括第一终端和第二相反终端；对导电图形进行电镀；以及调节金属条的电阻。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种用来形成金属条型电阻器的方法，其中金属条在没有使用单独基片的情况下给金属条型电阻器提供支承。这种方法包括将掩模与金属条配合以覆盖着金属条的部分；将粘合层溅镀至金属条，掩模防止粘合层沉积在由掩模覆盖的金属条的部分上，由掩模覆盖的金属条的那些部分形成包括第一终端和第二相反终端的图形。这种方法还包括将绝缘材料涂敷至金属条以及调节金属条的电阻。

附图说明

图1是电阻器的一个实施例的横截视图。

图2是在制造工艺期间具有粘合层和掩模的电阻材料的横截视图。

图3是在制造工艺期间在施加导电图形并进行电镀之后的横截视图。

图4是在制造工艺期间剥离材料之后的横截视图。

图5是在制造工艺期间的电阻片的俯视图。

图6是在制造工艺期间的电阻片在电阻已被调节之后的俯视图。

图7是在制造工艺期间的电阻片的俯视图，其中绝缘材料覆盖着终端之间的暴露电阻材料。

图8是电阻器在镀层工艺之后的横截视图。

图9是示出四端式电阻器的电阻片的俯视图。

具体实施方式

本发明涉及金属条型电阻器以及制造金属条型电阻器的方法。这种方法适用于制造0402尺寸或更小的低欧姆值的、金属条表面安装型电阻器。0402尺寸是用于具有0.04英寸×0.02英寸(1.0毫米×0.5毫米)尺寸的某些无源元件的标准电子器件封装尺寸。也可使用的较小尺寸封装件的一个示例是0201尺寸。在本发明的内容中，低欧姆值通常是适合于在功率相关的场合中应用的值。低欧姆值通常是小于或等于3欧姆的数值，但经常是数倍于在1至1000毫欧的范围内的值。

制造金属条型电阻器的方法使用这样的一种工艺，其中电阻器的终端通过溅镀和镀层将铜添加至电阻材料来形成。这种方法采用图像映射掩模技术，其允许小得多、且好得多的限定终端特征。这种方法还允许使用非常薄的电阻材料(其是在非常小的电阻器中获得最高值所需的，这种电阻器不使用支承基片)。

图1是本发明的金属条型电阻器的一个实施例的横截视图。金属条型电阻器10由薄片电阻材料18比如但是不限于EVANOHM(镍铬铝铜合金)，MANGANIN(铜锰镍合金)，或其他类型的电阻材料形成。电阻材料18的厚度可基于期望的电阻而发生改变。然而，如果期望的话，电阻材料可相对较薄。注意到，电阻材料18是相对于电阻器10居中，并且给电阻器10提供支承，并且没有单独基片。

图1所示的电阻器10还包括可由CuTiW(铜、钛、钨)形成的可选粘合层16。粘合层16(如果使用的话)溅镀在电阻材料18的供铜镀层14结合于此的表面上。一些电阻材料可能需要使用粘合层16，而另一些则不需要。是否使用粘合层16，取决于电阻材料的合金以及是否其允许铜镀层通过适当的粘合剂进行直接结合。如果粘合层16是期望的、并且电阻材料18的两侧将承受或容纳衬垫，那么电阻材料18的两侧应当溅镀有粘合层16。

在溅镀工艺之前，金属掩模(图1未示出)可与电阻材料18的片材相匹配，以防止CuTiW材料沉积在片材将稍后成为有效电阻器区域的那些区域上。这个机械掩模步骤允许避免或省去在后续工艺中的镀金和回蚀步骤，因而降低成本。在使用镀金层或其他高导电性镀层时，镀金层24包覆着铜镀层14。设置有镀层28，其可以是镍镀层。锡镀层12包覆着镍镀层28，以提供可焊性。

图1还示出施加至或涂敷至电阻材料18的绝缘覆盖材料20。绝缘覆盖材料20优选地是耐高操作温度的硅酮聚酯。可使用耐化学物质并且能应付高温的其他类型绝缘材料。

图2示出相对薄的片材电阻材料，比如EVANOHM、MANGANIN或其他类型的电阻材料18。电阻材料18用作电阻器的基片和支承结构。没有单独的基片。这个片材电阻材料18的厚度可选择来获得较高或较低的电阻值范围。CuTiW(铜、钛、钨)或其他适合材料的底面层被溅镀在电阻材料18的表面上，其作为供铜镀层结合于此的粘合层16。在溅镀工艺之前，金属掩模可与这个片材电阻材料18相匹配，以防止用于粘合层16的CuTiW材料或其他材料沉积在这个片材的后来将成为有效电阻区域的区域上。这个机械掩模步骤避免或省去了后续工艺中的镀金和回蚀步骤，因而降低成本。

接着执行图像映射工艺。图像映射工艺可包括将干燥的光阻膜22层压至电阻材料18的两侧，以保护电阻材料18免于镀铜。然后，可使用光掩模，以利用对应于将沉积至电阻材料上的铜区域的图形来暴露光阻材料。光阻材料22然后显影，且如图2所示仅在将沉积铜或其他导电材料的区域中暴露电阻材料。

图3示出铜图形14。铜图形可包括单独的终端垫、条带或除了将成为有效电阻器区域以外的几乎完全覆盖区域。在使用条带或几乎全部覆盖图形的情况下，垫尺寸可在冲切操作中限定。终端垫的几何形状和数量能根据PCB安装要求以及所需的电连接(比如2线或4线电路模式或多电阻器阵列)而改变。铜14在电解工艺中进行镀层。薄层的Au(金)24被电镀在铜上。然后，光阻材料如图4所示剥离，并且接着没有由铜镀层14所覆盖的CuTiW材料16在化学蚀刻工艺中从有效电阻器区域剥离。在另一个实施例中，在移除光阻材料层之后，没有添加镀金层14，并且CuTiW层16没有剥离，以节约制造成本，但是这样同时损害了电气性质。在又一实施例中，没有添加金并且剥离不是必须的，因为CuTiW材料在溅镀步骤中被机械掩模。

所得到的终端板可作为薄片或薄片区段进行处理、或在一排或两排电阻器的条中进行处理。作为薄片进行处理将就这一点进行描述，但是这些后续处理也可施加至或应用至型材和条带。如图5所示，片材19是连续的实心体(尽管可存在对准孔)，并且然后片材19的区域可移除以限定电阻器的长度和宽度的期望尺寸。优选地，这用冲切工具来完成，但是也可以通过化学蚀刻工艺或通过激光加工或机械切除不需要的材料来完成。

未调节电阻器的电阻值由铜垫的间隔决定，其由光掩模、电阻材料片材的长度、宽度和厚度限定。如图6所示，电阻值的调节可通过激光或其他工具移除材料26来完成，以增大电阻同时测量电阻值。电阻值的调节还可通过在电阻材料仍然暴露的区域中添加更多终端材料(端接材料)或其他导电性材料以降低电阻值来完成。在没有移除或添加材料的情况下，电阻器一样好地工作，只是电阻值的公差或容许量更宽。

如图7和8所示，终端之间暴露的电阻器材料由覆盖材料或涂覆材料20覆盖，覆盖材料是绝缘材料以防止电镀到电阻元件上并且改变其电阻值。覆盖材料20优选地是耐高操作温度的硅酮聚酯，但是也可以是耐化学物质并且能应付高温的其他绝缘材料。覆盖材料20优选地通过传送刮板进行施加或涂敷。受控量的覆盖材料20沉积在刮板的边缘上，并且然后通过刮板和电阻器之间的接触被传送至电阻器。也可使用施加覆盖材料20的其他方法，比如丝网印刷、辊接触传输、喷墨以及其他方法。然后，通过在炉中烘烤电阻器，覆盖材料20得到凝固。布置于覆盖材料20上的任何标记，将在处理过程中在这个点处通过墨水传送或烘烤或通过激光方法得到涂敷或施加。冲刀可用来从载体板上移除每个单独的电阻器。可使用从载体处进行单个化电阻器的其他方法，比如激光切割机或光阻掩模和化学蚀刻。

然后，各个电阻器进入电镀工艺，其中添加镍28和锡12以形成可焊接至PCB的部分，如图1所示。其他电镀材料可用于其他安装方法，比如用于结合应用场合的金。检查每个部件的DC直流电阻，并且公差内的那些零件放入产品包装件内，通常为带或卷，以用于装运。

因此，本发明已经公开了一种低电阻值材料的条型电阻器。电阻器可实现包括0402尺寸的小尺寸或更小尺寸的封装件。本发明预期众多变化，包括所使用材料的变化、是否使用粘合层、电阻器是2终端还是4终端、电阻器的具体电阻值、以及其他变化。另外，本发明还已经公开了一种用来形成低电阻金属条型电阻器的工艺。本发明预期众多变化、选项和替代，包括使用覆盖材料的方式、是否使用机械掩模步骤、以及其他变化。

Claims (34)

1.一种金属条型电阻器，其包括：

金属条，其形成电阻元件并且在不使用单独基片的情况下为金属条型电阻器提供支承；

包覆着金属条的由图像映射形成的第一和第二相反终端；

在第一终端和第二终端的每个上的镀层；以及

在第一终端和第二终端之间包覆着金属条的绝缘材料。

2.根据权利要求1的金属条型电阻器，其中金属条是包括镍、铬、铝、锰和铜中的至少一个的金属合金。

3.根据权利要求1的金属条型电阻器，还包括在各个终端和金属条之间的粘合层。

4.根据权利要求3的金属条型电阻器，其中粘合层包括铜、钛和钨。

5.根据权利要求1的金属条型电阻器，其中金属条型电阻器是1.0毫米×0.5毫米的片状电阻器。

6.根据权利要求1的金属条型电阻器，其中绝缘材料包括聚酰亚胺。

7.根据权利要求1的金属条型电阻器，其中绝缘材料位于金属条的顶侧和金属条的相反底侧上。

8.根据权利要求7的金属条型电阻器，其中第一终端和第二终端位于金属条的顶侧上，并且金属条型电阻器还包括在金属条的底侧上的一对终端。

9.根据权利要求8的金属条型电阻器，还包括在金属条的底侧上的所述一对终端上的镀层。

10.根据权利要求1的金属条型电阻器，其中第一终端和第二终端被直接溅镀至金属条。

11.根据权利要求10的金属条型电阻器，其中金属条是包括镍、铬、铝、锰和铜中至少一元素的金属合金。

12.根据权利要求10的金属条型电阻器，其中绝缘材料包括硅酮聚酯。

13.根据权利要求10的金属条型电阻器，其中金属条型电阻器是1.0毫米×0.5毫米的片状电阻器。

14.根据权利要求1的金属条型电阻器，还包括溅镀至金属条的粘合层。

15.根据权利要求14的金属条型电阻器，其中第一终端和第二终端被直接溅镀至金属条。

16.根据权利要求14的金属条型电阻器，其中金属条是包括镍、铬、铝、锰和铜中的至少一个的金属合金。

17.根据权利要求14的金属条型电阻器，其中绝缘材料包括硅酮聚酯。

18.根据权利要求14的金属条型电阻器，其中金属条型电阻器是1.0毫米×0.5毫米的片状电阻器。

19.根据权利要求14的金属条型电阻器，其中粘合层包括铜、钛和钨。

20.一种用来形成金属条型电阻器的方法，其中金属条在没有使用单独基片的情况下给金属条型电阻器提供支承，所述方法包括：

将绝缘材料涂敷至金属条；

应用图像映射工艺，以在绝缘材料中形成导电图形用来限定第一终端和第二相反终端；

对导电图形进行电镀；以及

调节金属条的电阻。

21.根据权利要求20的方法，还包括，在应用图像映射工艺之前，将粘合层溅镀至金属条。

22.根据权利要求21的方法，其中粘合层包括铜、钛和钨。

23.根据权利要求20的方法，其中将图像映射膜涂敷至金属条上的步骤包括：将绝缘材料涂敷至金属条的第一侧，以及将绝缘材料涂敷至金属条的第二侧，并且图像映射工艺被应用于第一侧和第二侧以形成四端式电阻器。

24.根据权利要求20的方法，其中对导电图形进行电镀包括用金来对导电图形进行电镀。

25.根据权利要求20的方法，其中调节电阻是使用冲切工具来完成。

26.根据权利要求20的方法，其中还包括在第一和第二终端之间施加包覆着金属条的绝缘材料，且所述绝缘材料包括硅酮聚酯。

27.根据权利要求20的方法，其中绝缘材料是使用刮片来施加。

28.根据权利要求20的方法，其中导电图形由铜制成。

29.根据权利要求20的方法，其中所述方法还包括使金属条型电阻器单个化。

30.根据权利要求20的方法，其中所述方法还包括将金属条型电阻器封装成1.0毫米×0.5毫米的片状电阻器封装件。

31.根据权利要求20的方法，其中调节电阻是使用激光器执行。

32.根据权利要求20的方法，其中所述方法还包括将掩模与金属条相匹配，以覆盖着金属条的部分。

33.根据权利要求32的方法，其中所述方法还包括将粘合层溅镀至金属条，所述掩模防止粘合层沉积在金属条由掩模覆盖的部分上，所述金属条由掩模覆盖的部分形成了包括第一终端和第二终端的图形。

34.根据权利要求33的方法，其中粘合层包括铜、钛和钨。