高功率电阻及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种电阻及其制造方法，尤指一种高功率电阻及其制造方法。


背景技术：

2.请参阅图12所示现有技术的芯片电阻，其中，一芯片电阻主要包含有设置于一基板80上的印刷阻抗层81，及用于导通印刷阻抗层81以与外部电路形成电连接的二个印刷电极层82。现有的芯片电阻制造方法中，该二印刷电极层82及印刷阻抗层81主要是先后分别使用印刷制程在基板80上进行印刷而形成，再进行烧结成型的制程以固定印刷制程所完成的印刷阻抗层81及印刷电极层82层。一般来说，该二印刷电极层82设置于印刷阻抗层81的相对两侧，且分别与印刷阻抗层81的相对二侧的侧面相接触并形成电性连接，以承载由印刷阻抗层81的其中一侧流向另一端的电流。该二印刷电极层82与之间的该印刷阻抗层81形成串联形式的电性连接关系。
3.在完成印刷电极层82后，但在对印刷电极层82进行烧结定型之前，因其材料特性的缘故，印刷电极层82的边缘易形成倾斜塌陷，使得后续形成印刷阻抗层81时，印刷阻抗层81自然披覆于印刷电极层82的倾斜的边缘上，在烧结定型后形成一倾斜的接触面810。然而，印刷制程产生的印刷阻抗层81及印刷电极层82厚度皆约为50nm-15μm，因此印刷阻抗层81与印刷电极层82的接触面仅有约50nm-15μm的宽度。当较大电流流经印刷阻抗层81与印刷电极层82两个不同材料的接触位置时，热能容易累积于该接触面810上，且因该接触面宽度及面积微小，经多次发热及热涨冷缩的应力影响，容易导致该印刷阻抗层81与印刷电极层82之间发生裂隙，降低该芯片电阻的可靠性。
4.请参阅图13所示，另有现有技术的芯片电阻(以下简称为前案)公开一种具有低电阻的芯片电阻器及其制造方法，其公开的芯片电阻器包含有基板90、电阻层91、导电层92、保护层93、第一覆盖层94与第二覆盖层95。其中，该导电层92设置于该电阻层91上。然而，前案仅提及该等导电层92以电镀方式设置于该电阻层91上，且导电层92的材料为铜金属。由于前案的电阻层91并非与铜金属相同的良导体，由前案的教示中无法得知铜金属如何直接电镀于电阻层上91，即使进行电镀，该导电层92亦无法紧密稳固的形成于阻抗层上，且因其附着不稳定，增长厚度亦有限制，不易达到导电层92用于导通电阻层91与外部电路的极低阻抗的良导体的目的。再者，其侧面电极也缺乏良好结合性，不容易阻隔银金属游离进入电阻内部的疑虑。


技术实现要素：

5.有鉴于现有的芯片电阻的印刷阻抗层与印刷电极之间的连接结构不稳定，本发明提供一种高功率电阻制造方法，包含以下步骤：
6.准备一基板，在该基板的一第一表面上设置一阻抗层；
7.在该阻抗层上设置一种子层；
8.在该种子层上设置二端电极；
9.移除部分的种子层及部分的阻抗层，使该种子层及该阻抗层形成一电阻图案；
10.将该电阻图案中未被该二端电极覆盖的另一部分的种子层移除，外露该电阻图案的阻抗层。
11.本发明还提供一种高功率电阻，通过上述高功率电阻制造方法完成，包含有：
12.一基板，具有一第一表面；
13.一阻抗层，设置于该基板的第一表面上；
14.二端电极，设置于该阻抗层上；
15.一种子层，设置于该阻抗层及该二端电极之间。
16.本发明的高功率电阻制造方法中，在该基板上完成阻抗层后，先在该阻抗层上设置一种子层，才进一步在该种子层上设置端电极。由于先设置该种子层，该端电极能够通过挂镀等金属披覆制程设置于该种子层上。如此一来，该端电极位于该阻抗层上并与该阻抗层叠合设置，而非仅与该阻抗层的边缘侧面相接。本发明的高功率电阻中，该端电极与该阻抗层的接触面积为该端电极垂直该基板的投影面积，接触面积远大于现有技术中印刷端电极层与印刷阻抗层的接触面积仅限于边缘侧面，因此本发明的高功率电阻中电流在阻抗层与端电极之间流通的接面阻抗被大幅降低。此外，由于本发明的制程中不包含以印刷制程设置阻抗层及电极层，也因此避免了印刷制程后必须执行的烧结制程，同时由于阻抗层与端电极的接面大幅增加，进而避免了在印刷、烧结制程中阻抗层与导电层的接面发生崩溃的情形，整体制程稳定、精度高且产品的良率提高。
17.本发明的高功率电阻由前述高功率电阻制造方法制成，用于连接外部电源的端电极通过该阻抗层上的种子层叠合设置于该阻抗层上，因此该二端电极与该阻抗层的接触面积为该二端电极至该基板的垂直投影面积，该面积远大于印刷阻抗层与印刷端电极层的侧面接触面积。当该电阻承受高功率，阻抗层与该二端电极之间的大电流通过产生的热能能够平均分散于较大的接触面积中，避免温度过高产生热损害，使得该高功率电阻整体能够承受更大的功率。进一步而言，由于有该种子层的媒合，该二端电极与该阻抗层的附着结构及电性连接稳定，降低阻抗层与端电极之间的阻抗，而使得该高功率电阻产品质量稳定，不易因阻抗层与端电极的制程浮动导致质量不稳定。
18.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
19.图1至图5b为本发明高功率电阻制造方法的制造流程剖面示意图。
20.图6为本发明的高功率电阻的一俯视示意图。
21.图7至图9为本发明高功率电阻制造方法的进一步制造流程剖面示意图。
22.图10为本发明的高功率电阻的一较佳实施例的剖面示意图。
23.图11为本发明高功率电阻简化电路示意图。
24.图12为一现有芯片电阻的剖面示意图。
25.图13为现有芯片电阻的一实施例示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
27.请参阅图1至图8所示，本发明提供一种高功率电阻制造方法，及由该制造方法制造的高功率电阻。该高功率电阻制造方法包含以下步骤：
28.准备一基板10，在该基板10的一第一表面11上设置一阻抗层20；
29.在该阻抗层20上设置具导电性的一种子层21；
30.在该种子层21上设置二端电极31；
31.移除部分的种子层21及部分的阻抗层20，使该种子层21及阻抗层20形成一电阻图案；
32.将该电阻图案中未被该二端电极31覆盖的另一部分的种子层21移除，外露该电阻图案的阻抗层20。
33.请参阅图1所示，在本发明的一实施例中，该阻抗层20以溅镀制程设置于该第一表面11上。更详细的说，在该基板10的第一表面11上设置一阻抗层20的步骤中，利用溅镀制程将阻抗层20材料完全覆盖于该基板10的该第一表面11上。较佳的，亦同时在该基板10相对该第一表面11的一第二表面12上亦设置另一阻抗层20，以同时进行该高功率电阻的另一侧的连接电极的设置制程，惟本发明不以此为限。较佳的，该阻抗层20的溅镀靶材的材料为钛合金、镍铬合金、银铜合金、镍铬铜合金、镍铬硅合金、锰铜合金、镍铜合金、氮化钛或氮化铝钽等，但不限于此，主要能够提供形成目标阻值的阻抗金属或金属与非金属材料的复合材料皆可作为选择。
34.请参阅图2所示，在本发明的一实施例中，当完成所述阻抗层20后，进一步以再以一溅镀制程在该阻抗层20上设置具导电性的该种子层21。较佳的，亦同时在该第二表面12上的该阻抗层20上设置另一种子层21。更详细的说，本发明以溅镀制程将该种子层21完全覆盖于该阻抗层20的表面。较佳的，该阻抗层20的材料的一电阻系数ρ1大于该种子层21的材料的电阻系数ρ2。该种子层21的溅镀靶材的材料选用与该二端电极31的材料属相同的金属材质，以使该端电极31在该种子层21上生成时能够稳定且紧密地与该种子层21结合。举例而言，当预计使用铜材料作为端电极31的材料，该种子层21的溅镀靶材同样选择铜金属，但实际情况不限于此，依据目的仍可以选择端电极31的材料与该种子层21的溅镀靶材彼此属于相同或不同的金属材料。
35.请参阅图3a至图3b，在本发明的一实施例中，在该种子层21上设置二端电极31的步骤中，包含以下子步骤：
36.如图3a所示，在该种子层21上局部覆盖一图案化光阻层33a，该图案化光阻层33a外露部分的种子层21；
37.如图3b所示，进行一电镀制程，在种子层21外露于图案化光阻层33a的部分上形成该二端电极31，然后移除该图案化光阻层33a。
38.前述中，在该阻抗层20表面覆盖该种子层21后，再以曝光显影的方式在种子层21上覆盖图案化光阻层33a，显露出要设置端电极31的区域，该面积较佳为0.7mm
×
07.mm-1.5mm
×
1.5mm，再以电镀方式在该等区域中形成端电极31。较佳的，该电镀制程选用挂镀制程，因此使得该二端电极31的厚度d1达到30-100μm甚至更高。因此，该二端电极31通过该种子层21的中介与该阻抗层20的一接触面积至少为0.7mm
×
0.7mm-1.5mm
×
1.5mm。本较佳实施例中的该二端电极31因与该阻抗层20叠合设置，接触面积为端电极31的整个叠合接触面311，相较现有技术中印刷阻抗层与印刷电极层仅能以宽度50nm-15μm的侧边截面相连接有
远较大的接触面积。此外，因先设置种子层21而能选用挂镀等电镀制程，使得本发明的端电极31的厚度亦远大于旧有以印刷制程产生的印刷端电极层。由于本发明的该二端电极31与阻抗层20的接触面积大且有更厚的厚度，端电极31本身即具有良好散热的功能。如此一来，当大电流流通该高功率电阻时，电流在阻抗层20与种子层21的接面产生的热能能够直接由端电极31进行散热，避免温度过高导致该高功率电阻的发生高温损害甚至烧毁，进一步提升该高功率电阻的可承受功率。
39.此外，较佳的，在进行本实施例中设置端电极31的步骤时，亦同时在该基板10的第二表面12设置二底电极32。如图3a所示，在该第二表面12的种子层21上覆盖一图案化光阻层33b，该图案化光阻层33b外露部分的第二表面上的种子层21；在进行电镀制程以形成端电极31的步骤时，该电镀制程同时在该第二表面12的种子层21上形成该二底电极32。
40.请参阅图4a至图4b，在本发明的一实施例中，移除部分的种子层21及部分的阻抗层20，使该种子层21及阻抗层20形成一电阻图案的步骤中，包含以下子步骤：
41.如图4a所示，在该种子层21及该二端电极31上覆盖一第一图案化光阻层34，该第一图案化光阻层34为该电阻图案；
42.如图4b所示，移除未被该第一图案化光阻层34覆盖的部分的该种子层21及部分的该阻抗层20，然后移除该第一图案化光阻层34。
43.当在种子层21上完成该二端电极31后，下一步为移除基板10的第一表面11上电阻图案以外的多余种子层21及阻抗层20的步骤。首先将该第一图案化光阻层34覆盖于种子层21上，该第一图案化光阻层34覆盖于欲保留的特定电阻图案部分，接着移除该电阻图案部分以外的种子层21及阻抗层20，保留该电阻图案部分内的部分种子层21及其下的部分阻抗层20，使得该阻抗层20形成目标的电阻图案。移除部分的种子层21及部分的阻抗层20的步骤较佳分别以蚀刻方式进行。最后，移除该第一图案化光阻层34。
44.此外，较佳的，在进行移除该基板10的第一表面11上的多余的阻抗层20及种子层21的步骤时，亦同时进行移除该基板10的第二表面12上的多余的阻抗层20及种子层21。由于该第二表面12仅须保留用于连接外部电路的底电极32，因此在进行蚀刻移除第一表面11上种子层21及阻抗层20的步骤时，则同时移除第二表面12上未被该二底电极32覆盖的多余种子层21及多余阻抗层20。
45.请参阅图5a及图5b，在本发明的一实施例中，将该电阻图案中未被该二端电极31覆盖的另一部分的种子层21移除，外露该电阻图案的阻抗层20的步骤中，包含以下子步骤：
46.如图5a所示，在该基板10上设置一第二图案化光阻层35，该第二图案化光阻层35覆盖该基板10上的电阻图案以外的部分表面及该二端电极31；
47.如图5b所示，移除未被该第二图案化光阻层35覆盖的部分的该种子层21，外露该电阻图案中未被该二端电极31覆盖的部分阻抗层20，并移除该第二图案化光阻层35。
48.完成该第一表面11上的阻抗层20及其上的种子层21的电阻图案后，下一步为将该电阻图案中的多余种子层21移除。因此，以该第二图案化光阻层35覆盖电阻图案之外的基板10的第一表面11部分以及端电极31，再蚀刻移除电阻图案中的种子层21，外露该电阻图案中的部分的阻抗层20，完成目标的电阻图案的阻抗层20。此一步骤同样较佳使用蚀刻制程移除多余的部分的种子层21，保留完成电阻图案的阻抗层20。至此，该高功率电阻中具有该目标阻值的阻抗层20已制备完成。本发明的高功率电阻包含该基板10、该阻抗层20、该二
端电极31及该种子层21。该基板10具有该第一表面11，该阻抗层20设置于该第一表面11上，该二端电极31设置于该阻抗层20上，而该种子层21设置于该阻抗层21及该二端电极31之间。
49.其中，请参考图6的俯视示意图，该基板10的第一表面11上已完成的该阻抗层20以及两侧的端电极31中，该二端电极31与该阻抗层20之间有更大的重叠接触面311，且因通过种子层21的中介作用，该二端电极31与该阻抗层20间更具备低阻抗的良好导通性，不仅接面阻抗小有利于电流通过及阻值稳定，且在电流通过接面时产生的热能够迅速由传导制二端电极31，产生良好的散热效果。
50.请进一步参阅图7所示，当完成该高功率电阻中该基板10上的阻抗层20及用于导通阻抗层20的端电极31后，将进一步对该阻抗层20完成保护层的设置。在完成外露该电阻图案的阻抗层20的步骤后，本发明还进一步包含以下步骤：
51.在该阻抗层20上覆盖一第一保护层41，该第一保护层41包覆该二端电极31之间的阻抗层20的表面，且该第一保护层41接触该二端电极31的一边缘411的高度低于该二端电极31的顶面312的高度；
52.在该第一保护层41上覆盖一第二保护层42。
53.在本较佳实施例中，该高功率电阻还包含该第一保护层41及该第二保护层42，该第一保护层41包覆该二端电极31之间的阻抗层20，且该第一保护层41沿该二端电极31的一边缘的高度低于该二端电极31的高度。该第二保护层42则设置于该第一保护层41上，且包覆该第一保护层41。
54.该第一保护层41及第二保护层42的作用为包覆该阻抗层20，以保护该阻抗层20免于物理性或化学性伤害，主要目的在于隔绝阻抗层20与外部空气的接触，避免水气侵蚀等。该第一保护层41及该第二保护层42的材料例如为合成树脂，且较佳为固化温度仅为150-450℃的绝缘合成树脂材料，惟本发明不以此为限。更详细的说，本实施例中进行二次的保护层覆盖，该第一保护层41先覆盖该阻抗层20的表面并完成固化，再以该第二保护层42覆盖该第一保护层42并完成固化，以密封该第一保护层41周缘可能发生的微小空隙，彻底隔绝阻抗层20与外部空气。
55.此外，一并参考图7可知，由于本发明中该二端电极31叠合设置于该阻抗层20上，且该二端电极31以电镀，较佳挂镀制程，完成的电极厚度达30-100μm，即，该二端电极31的顶面高于该阻抗层20的表面至少30-100μm，因此，当该第一保护层41覆盖于该电阻图案的阻抗层20上，该第一保护层41的高度低于该二端电极31的高度，该第一保护层41沿该二端电极31的边缘与该二端电极31的侧面接合，而该第二保护层42才进一步覆盖于该第一保护层41上。也就是说，该阻抗层20并不直接靠近第一保护层41的表面边缘411。如此一来，即使当该第二保护层42的边缘有微小缝隙导致水气侵入第二保护层42内，水气也只会停留在第一保护层41的表面，而不易由第一保护层41的表面边缘411侵入阻抗层20。
56.请参阅图8、9所示，在本发明的一较佳实施例中，当完成该基板10的第一表面11的阻抗层20使之外露，且进一步完成阻抗层20上的保护层41、42后，还进一步包含以下步骤：
57.如图8所示，在该基板10的相对二侧面13分别形成具导电性的一侧面种子层51，该二侧面种子层51由该第一表面11延伸至该基板10相对该第一表面11的一第二表面12，且在该第一表面11上的二端电极31及该第二表面12上的二底电极32之间形成电性连接；
58.如图9所示，在该二侧面种子层51上设置二第一导电层52，以及在该二第一导电层52上设置二第二导电层53。
59.在本较佳实施例中，该基板还具有相对二侧面13，以及相对该第一表面11的一第二表面12，且该高功率电阻进一步包含有二底电极32、二侧面种子层51、二第一导电层52、二第二导电层53。该二底电极32设置于该第二表面12上，该二侧面种子层51设置于该基板的该二侧面13上，由该第一表面11延伸至该第二表面12，并在该二端电极1及该二底电极32之间形成电性连接，该二第一导电层52设置于该二侧面种子层51上，而该二第二导电层53设置于该二第一导电层52上。
60.本较佳实施例的目的在于形成该二端电极31及该二底电极32之间的电性连接。其中，先在该基板10的二侧面13外形成侧面种子层51，较佳的，该二侧面种子层51以沾覆、蒸镀、或溅镀制程完成，其材料例如为锡、银、镍、铜、钯等金属，以达到该二侧面种子层51覆盖该基板10的二侧面13，延伸至第一表面11、第二表面12，并披覆该二端电极31、该二底电极朝向该二侧面13的表面，达到该二端电极31与该二底电极32之间形成电性连接的目的。接着设置第一导电层52及第二导电层53于该侧面种子层51上，确保该二端电极31与该二底电极32之间质量良好的电性连接。较佳的，该第一导电层52以滚镀等电镀制程形成于该侧面种子层51及端电极31、底电极32表面的电镀层，其材料例如为镍金属。较佳的，该第二导电层53以滚镀等电镀制程形成于该第一导电层52外的锡金属层，主要提供该高功率电阻外部电路板之间焊接接着的功能。本实施例的特色在于先在该基板10的二侧面13设置侧面种子层51，使得第一导电层52能够以侧面种子层51为中介紧密地依附于该基板10的侧面13。
61.此外，请参阅图10所示，较佳的，该高功率电阻还进一步包含二中介层54，设置于该二侧面种子层51及该基板10的二侧面13之间，且该二中介层54的材料为钛金属或铜金属。为了使侧面种子层51于基板10的相对二侧面有理想密合效果，当准备溅镀侧面种子层51以前，在侧面种子层51预计形成的位置可以溅镀方式另优先形成薄薄一层的钛或铜金属，借以作为基板10与侧面种子层51的中介层54，其厚度约小于或等于100nm，尤其钛金属具备对基板10良好的附着性并有效隔离银离子或其他金属离子迁移，同时与后续制程的其它金属有良好的结合力且钛金属氧化程度低，使基板10的相对二侧面13不发生剥离疑虑。
62.请参阅图11所示，图11为本发明高功率电阻中该二端电极31及该阻抗层20形成的简化电路示意图。其中，该高功率电阻的一等效电阻值为该阻抗层20的等效电阻值与该二端电极31形成并联后的等效电阻值的串联总和。当电流由第二导电层53、第一导电层52导入，先进其中一端电极31(等效电阻值r2)，再由该端电极31与阻抗层20的接触面进入叠合的部分的阻抗层20(等效电阻值r1')，通过未叠合的部分的阻抗层20(等效电阻值r1”)，进入与另一端电极31叠合的部分的阻抗层20(等效电阻值r1')，然后由另一端电极31与该阻抗层20的叠合接触面进入另一端电极31(等效电阻值r2)，其中该二端电极31与叠合的部分阻抗层20为并联组合。因此，可以将该高功率电阻的二端电极31间的等效电阻值列为：r3＝(r1'
×
r2)/(r1' r2) r1” (r1'
×
r2)/(r1' r2)。简而言之，通过端电极31与阻抗层20的电流承受先并联再串联的电阻效果，使该高功率电阻的耐受功率获得提升。
63.下列各表为本发明完成的高功率电阻信赖性测试实验结果。在该信赖信测试实验中，受测电阻的规格阻值分别为6欧姆(ω)、11ω、110ω、280ω，且规格功率为0.5w的电阻，并在0.5w、0.75w、1w、2w的预计功率下分别进行定电压、定电流导通60秒的信赖测试，达到
测试本发明的高功率电阻是否能够稳定乘载高于其规格的功率。。其中，测试结果标示「pass」表示该电阻通过该项信赖测试，测试结果标示「n/a」表示该项测试中电阻发生损毁，未通过该项信赖测试。
64.下表表1a、表1b为规格阻值为6ω的共30组电阻的测试结果。
65.表1a
[0066][0067]
表1b
[0068]
[0069][0070]
下表表2a、表2b为规格阻值为11ω的共30组电阻的测试结果。
[0071]
表2a
[0072]
[0073][0074]
表2b
[0075]
[0076][0077]
下表表3a、表3b为规格阻值为110ω的共30组电阻的测试结果。
[0078]
表3a
[0079][0080]
表3b
[0081]
[0082][0083]
下表表4为额定阻值为280ω的共30组电阻的测试结果。
[0084]
表4
[0085]
[0086][0087]
由表1a、表1b所示的6ω电阻测试结果可知，额定阻值6ω的共30组电阻全数通过0.5w、0.75w、1w、2w的定电压、定电流信赖测试。由表2a、表2b所示的11ω电阻测试结果可知，额定阻值11ω的共30组电阻全数通过0.5w、0.75w、1w、2w的定电压、定电流信赖测试。由表3a、表3b所示的110ω电阻测试结果可知，额定阻值110ω的共30组电阻全数通过0.5w、0.75w、1w的定电压、定电流信赖测试，亦全数通过在预计功率为2w的定电压测试，其中有10组110ω电阻在预计功率为2w的定电流测试中发生损毁(n/a)。由表4所示的280ω电阻测试结果可知，额定阻值280ω的共30组电阻全数通过0.5w、0.75w的定电压、定电流信赖测试，在预计功率为1w的定电压测试中，有3组发生损毁(n/a)；在预计功率为1w的定电流测试中，其余17组发生损毁(n/a)。由于280ω的电阻全数未通过1w的信赖测试，则未进行2w的信赖测试。
[0088]
上述信赖性测试的结果摘要如下：其中，6ω、11ω的电阻全数能够稳定承载高达2w的功率；110ω的电阻全数能够稳定承载高达1w的功率，在承载功率2w的定电流时出现部分损毁；280ω的电阻能够稳定承载0.75w的功率，在1w的定电压情形下出现少部分损毁，但无法乘载1w的定电流。
[0089]
由以上测试结果可知，通过本发明的制造方法制造的高功率电阻，在低阻值电阻(6ω、11ω)的实施例中，能够稳定乘载高于其额定功率至少4倍以上的高功率；在高阻值电阻(110ω、280ω)的实施例中，也能稳定乘载高于其额定功率2倍较高功率。
[0090]
此外，本发明的高功率电阻相较现有技术的芯片电阻器，进一步先设置该种子层21，作为阻抗层20与端电极31的媒材，使得端电极31与阻抗层20的结合紧密，端电极31的厚度能够突破印刷电极层、直接电镀的导电层的一般厚度，且阻抗层20与端电极31的导通性极佳。
[0091]
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变
形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。