TWI863671B - 電流感測電阻及其製造方法 - Google Patents

Abstract

提供一種電流感測電阻及其製造方法，此電流感測電阻包含具有第一表面以及第二表面的電阻層、兩個第一電極以及第二電極。第一表面與第二表面分別位於電阻層的相對兩側。第一電極位於電阻層的第一表面上，並且分別位於第一表面的相對兩端。第二電極位於電阻層的第二表面上，其中第二電極與電阻層重疊的區域橫跨於兩個第一電極之間，且第二電極分別與每一個第一電極的至少一部分重疊。如此一來，可以通過第二電極而使其中一個第一電極電性連接至另一個第一電極，進而提升散熱效率。

Description

電流感測電阻及其製造方法

本揭露有關於一種電流感測電阻，特別是指一種具有散熱功效的電流感測電阻及其製造方法。

習知電流感測電阻是在基材載體兩端設置一對電極，並且將電阻層形成於此對電極下方，並分布於此對電極之間。一般而言，當電流在電流感測電阻上流通時，所產生的熱是利用空氣對流或者熱輻射而從基材載體（例如，陶瓷）逸散，或者透過兩端的電極將熱傳導至電路板，從而實現電流感測電阻的整體散熱。由於熱能主要是由電阻層所產生，使得熱能容易集中於上述電極之間的基材載體上。然而，透過基材載體的空氣對流或者熱輻射的間接散熱效率不佳，故難以改善電流感測電阻溫度過高的情形。

另一方面，基於電阻定律，在材料不變以及電極間距固定的情況下，若欲降低電阻層的阻值，則必須增加其厚度以提升電流通過的截面積。然而，電流感測電阻的尺寸受到電子元件產品規格的限制，遂無法任意藉由增加電阻層的厚度來降低阻值。

因此，本揭露提供了一種電流感測電阻以及其製造方法，以提升電流感測電阻的散熱效率。

本揭露提供了一種電流感測電阻，此電流感測電阻包含電阻層、兩個第一電極以及第二電極。此電阻層具有第一表面以及第二表面，且第一表面與第二表面分別位於電阻層的相對兩側。兩個第一電極位於電阻層的第一表面上，並且分別位於第一表面的相對兩端。第二電極位於電阻層的第二表面上，且第二電極與電阻層重疊的區域橫跨於兩個第一電極之間。第二電極分別與每一個第一電極的至少一部分重疊。

在本揭露至少一實施例中，第二電極的電阻率小於電阻層的電阻率。

在本揭露至少一實施例中，電流感測電阻還包含兩層保護層。保護層分別位於電阻層的第一表面以及第二表面上，且第一電極以及第二電極位於兩層保護層之間。位於第一表面的保護層覆蓋第一電極，並且分別暴露第一電極的一區域，而位於第二表面的保護層則覆蓋第二電極。

在本揭露至少一實施例中，電流感測電阻還包含兩個焊錫材料。這些焊錫材料分別位於第一電極上，並且與第一電極電性連接。焊錫材料覆蓋第一電極被保護層所暴露的區域。

在本揭露至少一實施例中，每一個焊錫材料包含焊接層以及電極層。電極層位於焊接層以及其中一個第一電極之間，其中焊接層以及電極層之間具有一界面，而位於第一表面上的保護層具有一頂表面。此界面凸出於頂表面，且界面與頂表面之間的間距為5µm以上。

在本揭露至少一實施例中，每一個焊錫材料其中一個第一電極之間具有一界面，而位於第一表面上的保護層則具有一頂表面。此界面凸出於頂表面，且界面與頂表面之間的間距為5µm以上。

在本揭露至少一實施例中，電流感測電阻還包含一修阻區，位於第一電極上，並且延伸至電阻層。

本揭露還提供一種電流感測電阻的製造方法，包含提供一電阻層，且此電阻層具有第一表面以及一第二表面；在電阻層的第一表面上形成兩個第一電極，且第一電極分別位於第一表面的相對兩端；以及在電阻層的第二表面上形成一第二電極，且第二電極與電阻層重疊的區域橫跨於兩個第一電極之間。此第二電極分別與每一個第一電極的至少一部分重疊。

在本揭露至少一實施例中，還包含在形成第一電極之後，在電阻層上設置一保護層。此保護層位於電阻層的第一表面，並且覆蓋第一電極。保護層暴露第一電極的一區域。

在本揭露至少一實施例中，還包含在形成第一電極之後，在第一電極上分別形成焊接材料，且焊接材料覆蓋第一電極被保護層所暴露的區域。

在本揭露至少一實施例中，還包含在形成第二電極之後，在電阻層上設置一保護層。此保護層位於電阻層的第二表面，並且覆蓋第二電極。

基於上述，本揭露藉著在電阻層的其中一面設置電阻率較低的第二電極，使電流傾向於由其中一個第一電極通過第二電極而抵達另一個第一電極。如此一來，可以將電阻層所產生的熱分散至兩端的第一電極，並且通過第一電極而熱傳導至外界。除此之外，位於電阻層其中一面的第二電極也提供了散熱路徑，有助於提升整體的散熱效率。

本揭露將以下列實施例進行詳細說明。須注意的是， 以下本揭露實施例的敘述在此僅用於舉例說明， 並非旨在詳盡無遺地揭示所有實施態樣或是限制本揭露的具體實施態樣。舉例而言，敘述中之「第一特徵形成於第二特徵上」包含多種實施方式，其中涵蓋第一特徵與第二特徵直接接觸，亦涵蓋額外的特徵形成於第一特徵與第二特徵之間而使兩者不直接接觸。此外，圖式及說明書中所採用的相同元件符號會盡可能表示相同或相似的元件。

在以下的內文中，為了清楚呈現本揭露的技術特徵，圖式中的元件（例如層、膜、基板以及區域等）的尺寸（例如長度、寬度、厚度與深度）會以不等比例的方式放大。因此，下文實施例的說明與解釋不受限於圖式中的元件所呈現的尺寸與形狀，而應涵蓋如實際製程及/或公差所導致的尺寸、形狀以及兩者的偏差。例如，圖式所示的平坦表面可以具有粗糙及/或非線性的特徵，而圖式所示的銳角可以是圓的。所以，本揭露圖式所呈示的元件主要是用於示意，並非旨在精準地描繪出元件的實際形狀，也非用於限制本揭露的申請專利範圍。

請參考圖1，本實施例揭露一種電流感測電阻10，此電流感測電阻10包含電阻層100、第一電極120a與第一電極120b以及第二電極140。電阻層100具有第一表面100f以及第二表面100s，且第一表面100f與第二表面100s分別位於電阻層100的相對兩側。第一電極120a與第一電極120b位於電阻層100的第一表面100f上，並且分別位於第一表面100f的相對兩端。在部分實施例中，電阻層100可以包含例如銅錳錫（CuMnSn）、銅錳鎳（CuMnNi）、其他適當之合金材料或上述材料之任意組合。

第一電極120a與第一電極120b之間具有間距D1，在本實施例中，以晶片電阻的長度d、寬度w與厚度t而言，間距D1的範圍落在1/4長度d至4/5長度d之間，其中晶片電阻的長度d、寬度w與厚度t分別相當於電阻層100的長度L、寬度（未標示）與厚度T，如圖1所示。另一方面，第二電極140位於電阻層100的第二表面100s上，且第二電極140與電阻層100重疊的區域會橫跨於第一電極120a以及第一電極120b之間。除此之外，第二電極140分別與第一電極120a以及第一電極120b的至少一部分重疊。雖然在本實施例中，第二電極140分別覆蓋第一電極120a與第一電極120b的一部分，但本揭露不限於此。在其他實施例中，第二電極140也可以完全覆蓋第一電極120a與第一電極120b。

第一電極120a、第一電極120b以及第二電極140的材料可以相同，並且可以包含銅。特別一提的是，第二電極140的電阻率小於電阻層100的電阻率。舉例而言，電阻層100可以包含電阻率範圍落在20×10 ⁻⁸Ω•m至55×10 ⁻⁸Ω•m＿之間的合金（例如銅鎳、銅錳、錳銅錫以及銅元素相關的合金），而第二電極140則可以包含電阻率約為1.7×10 ⁻⁸Ω•m的金屬（例如銅）。當對電流感測電阻10施加電壓，並且在第一電極120a與第一電極120b之間產生電位差時，第一電極120a與第一電極120b、電阻層100以及第二電極140之間互相電性連接，進而形成如圖1所示的電流路徑I。

由於第二電極140的電阻率小於電阻層100的電阻率，電流感測電阻10傾向於通過第二電極140來電性連接其輸入端與輸出端，以形成電流路徑I。詳細而言，電流會從其中一個第一電極（例如第一電極120a）滙集，並且通過電阻層100的第一表面100f與第二表面100s而抵達第二電極140的其中一端（即與第一電極120a重疊的一端）。接著，電流會從第二電極140的其中一端朝向第二電極140的另一端行進。在抵達第二電極140的另一端之後，電流傾向通過電阻層100的第二表面100s與第一表面100f而進入第一電極120b。

基於上述的電流傾向，雖然可以經由電阻層100而電性連接兩端的第一電極120a與第一電極120b，但由於第二電極140的電阻率小於電阻層100，故通過第二電極140而電性連接兩端第一電極（即第一電極120a與第一電極120b）的電流比例高於通過電阻層100而電性連接兩端第一電極的電流比例。進一步而言，位於兩個第一電極之間的電阻層100與第二電極140會以並聯的形式將第一電極120a電性連接至第一電極120b，且總電流中大部分的電流會選擇通過第二電極140。因此，電流感測電阻10的電阻值不僅僅由電阻層100所提供，故不受限於電阻層100的尺寸。詳細來說，當需要降低電流感測電阻10的電阻值時，是由第二電極140提供較低的電阻值，而不再需要增加電阻層100的厚度來增加電流通過的截面積。

特別一提的是，由於第一電極120a與第一電極120b會通過第一表面100f的兩端以及第二表面100s的兩端而電性連接電阻層100，故電阻層100所產生的熱集中在其兩端，且這些熱可以透過第一電極120a與第一電極120b而熱傳導至外界。

電流感測電阻10還包含保護層160a以及保護層160b，其分別位於電阻層100的第一表面100f以及第二表面100s上。如圖1所示，保護層160a位於第一表面100f上，而保護層160b則位於第二表面100s上。第一電極120a、第一電極120b以及第二電極140位於保護層160a以及保護層160b之間。特別一提的是，位於第一表面100f的保護層160a覆蓋第一電極120a與第一電極120b，並且分別暴露第一電極120a與第一電極120b的區域120r。

另一方面，位於第二表面100s的保護層160b則覆蓋第二電極140。雖然在本實施例中，保護層160b完全覆蓋第二電極140的表面（未標示），但本揭露不限於此。在其他實施例中，保護層160b也可以暴露第二電極140的一部分表面。保護層160a與保護層160b可以包含例如聚醯亞胺（Polyimide；PI）、環氧樹脂（Epoxy resin）等有機高分子材料。

除此之外，電流感測電阻10還包含兩個焊接材料180。這兩個焊接材料180分別位於第一電極120a與第一電極120b上，並且與第一電極120a以及第一電極120b電性連接。焊接材料180覆蓋第一電極120a（與第一電極120b）被保護層160a所暴露的區域120r。

如圖1所示，每一個焊接材料180還包含焊接層180s以及電極層180e，且電極層180e位於焊接層180s以及第一電極120a（或者第一電極120b）之間。焊接層180s以及電極層180e之間具有界面180i，而位於第一表面100f上的保護層160a則具有頂表面160s。在本實施例中，界面180i凸出於頂表面160s，且界面180i與頂表面160s之間的間距D2為5µm以上，但本揭露不限於此。在其他實施例中，界面180i與頂表面160s之間的間距D2也可以小於5µm。焊接材料180中的焊接層180s的材料可以包含例如鎳或錫，而電極層180e的材料則可以包含銅。

請參考圖2，電流感測電阻10還包含修阻區250。在本實施例中，修阻區250位於第一電極120a上，並且延伸至電阻層100，但本揭露不限於此。在其他實施例中，修阻區250的數量不限於一個，也可以是一個以上，且其可以分布於第一電極120a或者第一電極120b上。

由圖3A至圖3D中的一系列步驟來說明本揭露中至少一實施例的電流感測電阻的製造方法。請一併參考圖3A與圖3B，首先，提供電阻層100，且此電阻層100具有第一表面100f以及第二表面100s。接著，在電阻層100的第二表面100s上形成第二電極140。另一方面，在電阻層100的第一表面100f上形成兩個第一電極（即第一電極120a與第一電極120b）。第一電極120a與第一電極120b分別位於第一表面100f的相對兩端，且第二電極140與電阻層100重疊的區域橫跨於第一電極120a以及第一電極120b之間。除此之外，第二電極140分別與第一電極120a以及第一電極120b部分重疊。

在本實施例中，可以透過例如電鍍的方式來形成第一電極120a、第一電極120b以及第二電極140。舉例來說，可先藉由印刷或者壓膜及微影的方式，在電阻層100上設置一層圖案化的抗電鍍保護層，而此抗電鍍保護層可以是光阻、可移除膠膜或油墨等。接著，藉由電鍍的方式在電阻層100的上沉積金屬材料，例如銅。最後，再利用去膜溶劑或者水洗的方式移除圖案化的抗電鍍保護層，以在電阻層100上形成第一電極120a、第一電極120b以及第二電極140。

特別一提的是，在本實施例中，是先形成第二電極140之後，再形成第一電極120a與第一電極120b。然而，本揭露並不限於上述製造順序。換言之，在其他實施例中，也可以是先形成第一電極120a與第一電極120b，再形成第二電極140。

請參考圖3B，在形成第二電極140之後，可以透過例如貼合、印刷或者塗佈的方式在電阻層100上設置保護層160b。此保護層160b位於電阻層100的第二表面100s，並且覆蓋第二電極140。在本實施例中，是在形成第一電極120a與第一電極120b之前，先設置保護層160b。然而本揭露不限於此，在其他實施例中，也可以是在形成第一電極120a與第一電極120b之後，才設置保護層160b。

如圖3B所示，可以藉由雷射修值或者機械加工的方式，移除第一電極120a（或者第一電極120b）以及電阻層100的一部分，以形成用於進行阻值調整的修阻區250，以獲得所需的目標阻值。

接著，請參考圖3C，在形成第一電極120a與第一電極120b之後，可以透過例如貼合、印刷或者塗佈的方式在電阻層100上設置保護層160a。此保護層160a位於電阻層100的第一表面100f，並且覆蓋第一電極120a與第一電極120b。保護層160a暴露第一電極120a與第一電極120b的區域120r。

請參考圖3D，在形成第一電極120a與第一電極120b（並且設置保護層160a）之後，可以透過電鍍的方式，在第一電極120a與第一電極120b上分別形成焊接材料180。這些焊接材料180覆蓋第一電極120a（與第一電極120b）被保護層160a所暴露的區域120r。詳細來說，可以透過電鍍的方式先在第一電極120a上沉積一層包含銅的電極層180e。接著，再於電極層180e上沉積一層包含鎳或者錫的焊接層180s，以提供電流感測電阻10與外部電路板之間焊接黏著的功能。至此，已基本上完成本揭露至少一實施例的電流感測電阻10。

綜上所述，藉著在電阻層的其中一面設置電阻率較低的第二電極，使電流傾向於從其中一個第一電極通過第二電極而抵達另一個第一電極。如此一來，可以將電阻層所產生的熱分散至兩端的第一電極，並且通過第一電極而熱傳導至外界。除此之外，位於電阻層其中一面的第二電極也提供了散熱路徑，有助於提升整體的散熱效率。

另一方面，由於第二電極已提供較低的電阻值，故不需透過增加電阻層的厚度來降低電流感測電阻的電阻值。因此，本揭露亦有助於減少低電阻值的電流感測電阻的整體厚度。

雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露精神和範圍內，當可作些許更動與潤飾，因此本揭露保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:電流感測電阻 100:電阻層 100f:第一表面 100s:第二表面 120a, 120b:第一電極 120r:區域 140:第二電極 160a, 160b:保護層 160s:頂表面 180:焊接材料 180e:電極層 180i:界面 180s:焊接層 250:修阻區 D1, D2:間距 I:電流路徑 L:長度 T:厚度

從以下詳細敘述並搭配圖式檢閱，可理解本揭露的實施例。應注意，多種特徵並未以產業上實務標準的比例繪製。事實上，為了討論上的清楚易懂，各種特徵的尺寸可以任意地增加或減少。 圖1繪示本揭露一實施例的電流感測電阻的剖視圖。 圖2繪示本揭露一實施例的電流感測電阻的局部立體圖。 圖3A至圖3D繪示本揭露一實施例的電流感測電阻製造方法的剖視圖。

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

10:電流感測電阻

100:電阻層

100f:第一表面

100s:第二表面

120a,120b:第一電極

120r:區域

140:第二電極

160a,160b:保護層

160s:頂表面

180:焊接材料

180e:電極層

180i:界面

180s:焊接層

D1,D2:間距

I:電流路徑

L:長度

T:厚度

Claims (5)

1. 一種電流感測電阻，包含：一電阻層，具有一第一表面以及一第二表面，其中該第一表面與該第二表面分別位於該電阻層的相對兩側；兩個第一電極，位於該電阻層的該第一表面上，並且分別位於該第一表面的相對兩端；一第二電極，位於該電阻層的該第二表面上，其中該第二電極與該電阻層重疊的區域橫跨於該些第一電極之間，且該第二電極分別與該些第一電極每一者的至少一部分重疊；兩層保護層，分別位於該電阻層的該第一表面以及該第二表面上，且該些第一電極以及該第二電極位於該些保護層的兩者之間，其中位於該第一表面的該保護層覆蓋該些第一電極，並且分別暴露該些第一電極的一區域，而位於該第二表面的該保護層覆蓋該第二電極；兩焊接材料，分別位於該些第一電極上，並且與該些第一電極電性連接，其中該些焊接材料覆蓋該些第一電極被該保護層所暴露的該區域，其中該些焊接材料的每一者包含：一焊接層；以及一電極層，位於該焊接層以及該些第一電極其中一者之間，其中該焊接層以及該電極層之間具有一界面，而位於該第一表面上的該保護層具有一頂表面，其中該界面凸出於該頂表面，且該界面與該頂表面之間的間距為 5μm以上。
2. 如請求項1所述的電流感測電阻，其中該第二電極的電阻率小於該電阻層的電阻率。
3. 如請求項1所述的電流感測電阻，還包含：一修阻區，位於該些第一電極上，並且延伸至該電阻層。
4. 一種電流感測電阻的製造方法，包含：提供一電阻層，且該電阻層具有一第一表面以及一第二表面；在該電阻層的該第一表面上形成兩個第一電極，其中該些第一電極分別位於該第一表面的相對兩端；在該電阻層的該第二表面上形成一第二電極，其中該第二電極與該電阻層重疊的區域橫跨於該些第一電極之間，且該第二電極分別與該些第一電極每一者的至少一部分重疊；在形成該些第一電極之後，在該電阻層上設置一保護層，其中該保護層位於該電阻層的該第一表面，並且覆蓋該些第一電極，其中該保護層暴露該些第一電極的一區域；在形成該些第一電極之後，在該些第一電極上分別形成一焊接材料，且該些焊接材料覆蓋該些第一電極被該保護層所暴露的該區域，其中形成該焊接材料包含：在該些第一電極的其中一者上沉積一電極層；以及 在該電極層上沉積一焊接層。
5. 如請求項4所述的方法，還包含：在形成該第二電極之後，在該電阻層上設置一保護層，其中該保護層位於該電阻層的該第二表面，並且覆蓋該第二電極。

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