一种电流感测电阻及其制备方法与流程

1.本发明涉及电子元件领域，具体涉及一种电流感测电阻及其制备方法。


背景技术：

2.电流感测电阻是一种专用于串联在电路中把电流转换为电压信号并量测的贴片采样电阻，其使用场景要求其精密度高，体积小且稳定性高。
3.cn201610930752.7公开了一种精密电流感测电阻及其制造方法，通过电子束焊接将合金膜材与纯铜电极膜材熔融结合，其优点是制备工艺简单，所得产品结构间结合牢固，阻值可低至0.2mω～50mω；然而其产品缺点不能实现小型化和薄型化，只适用1206以上大尺寸的产品，且电阻温度系数受焊缝(焊道)的影响，一般只能控制在100ppm以内。
4.cn200810212796.1提及一种已知电阻元件，采用环氧树脂散热胶片，将绝缘基板和合金电阻层粘合在一起，然后通过刻蚀、氧化、印刷、电镀或化学镀的方式，在电阻层上分别形成内部电极层、氧化层、保护层以及外部电极层，以制造出不同电阻值的电阻元件，这种产品阻值范围宽(2mω～500mω)且导热好，但其结构和制备工艺非常复杂，且需要用到化学药液处理，环保处理成本高，生产性价比较低；同时所用绝缘基板厚度大，同样难实现薄型化。
5.随着物联网的飞速发展，电子元件小型化和薄型化的需求越来越强烈，上述两种工艺的产品已不能满足实际应用要求，因此需要研发一种小型化和薄型化电流感测电阻产品，且能满足电流感测电阻的高功率、低电阻温度系数以及低阻值的性能要求。


技术实现要素：

6.基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种电流感测电阻，该产品具有小型化及薄型化、高功率、低电阻温度系数、低电阻值的特点，使用稳定性高。
7.为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
8.一种电流感测电阻，包括电阻体、第一铜电极层、第二铜电极层、镍层、锡层及绝缘保护层；所述第一铜电极层设置在电阻体两侧的上表面，第二铜电极层、镍层和锡层由内至外依次包覆在第一铜电极层的上表面和外侧面及对应位置电阻体的侧面；所述绝缘保护层覆盖在电阻体和第一铜电极层上表面使电阻体和第一铜电极层与外界隔离。
9.本发明所述电流感测电阻的结构当中，在电阻体表面设置第一铜电极层以增加所述电阻产品的测试稳定性，同时设置第二铜电极层降低产品的端面阻值，提升产品的阻值测量精密度；最后设置镍层作为中间缓冲层，设置最外层的锡层为外部元件相连焊接层，所得最终产品具有高功率、低电阻温度系数、低电阻值的特点，同时由于结构优势，产品可实现小型化和薄型化，且抗温漂能力和功率耐受能力更高，产品的长期稳定性和环境耐受性更好。
10.优选地，所述电阻体为合金膜材，所述合金膜材为锰铜合金、镍铜合金、镍铬合金、镍铁合金、锰铜锡合金、锰铜镍合金、镍铜铁合金、镍铬铝硅合金中的至少一种。
11.优选地，所述电阻体的厚度为0.025～1mm。
12.合金膜材具有低温漂系数、高功率系数的特点，因此作为本发明电流感测电阻的电阻体可使其使用性能显著提升，而在实际情况下，由于本发明的优选结构设计，电阻体的厚度可选范围更广，可使得最终产品更加轻薄化。
13.优选地，所述第一铜电极层的厚度为60～120μm。
14.优选地，所述绝缘保护层为防焊油墨、防焊环氧树脂中的至少一种。
15.优选地，所述绝缘保护层的厚度为15～35μm。
16.上述优选的保护层具有耐高温的特点，可在电流感测电阻在进行后续器件焊接组装时有效保护内部结构不被破坏，同时厚度也可设计得更薄。
17.本发明的另一目的还在于提供所述电流感测电阻的制备方法，包括以下步骤：
18.(1)设置一绝缘基板，在绝缘基板上方贴合电阻体；
19.(2)对电阻体进行预定图形切割处理；
20.(3)在电阻体上方设置第一铜电极层；
21.(4)对电阻体进行修阻处理；
22.(5)在电阻体和第一铜电极层对应位置上覆盖绝缘保护层；
23.(6)去除绝缘基板；
24.(7)在电阻体和第一铜电极层对应位置上依次设置第二铜电极层、镍层和锡层，即得所述电流感测电阻。
25.本发明所述电流感测电阻的制备方法操作步骤简单，没有特殊的化学药剂使用或工艺要求，可实现工业化规模生产。
26.优选地，所述步骤(1)贴合时采用绝缘粘胶进行。
27.更优选地，所述绝缘粘胶为热剥离绝缘粘胶，剥离温度为200～240℃。
28.采用可热剥离的粘胶作为电阻体的固定剂，操作方便且无残留。
29.优选地，所述步骤(1)电阻体在贴合前进行除油污和微刻蚀处理。
30.通过预先处理刻蚀该电阻体和后续的第一铜电极层结合强度更高，不容易发生失效现象。
31.优选地，所述步骤(1)中的绝缘基板为软质基板或硬质基板。
32.更优选地，所述软质基板为聚酰亚胺基板，所述硬质基板为陶瓷基板。
33.更优选地，所述绝缘基板的厚度为0.2～0.5mm。
34.优选地，所述步骤(2)中的切割处理采用金刚石进行切割处理。
35.对合金类电阻体进行图形切割时，采用金刚石作为切割体不仅硬度更高，不会出现刀体损坏的现象，同时也可避免出现切割处理后遗留杂质。
36.更优选地，所述金刚石的刀刃宽度为0.1～0.5mm。
37.优选地，所述步骤(3)通过电镀处理在电阻体上设置第一铜电极层。
38.更优选地，所述电镀处理为挂镀处理。
39.通过挂镀的方式直接设置第一铜电极层，电镀过程中电流密度稳定，所得镀件质地均匀。
40.优选地，所述步骤(4)中的电阻体的修阻方式为激光切割。
41.通过激光切割对电阻进行修阻，精度更高，可使电阻层具有预定的电阻值。
42.优选地，所述步骤(5)覆盖绝缘保护层时采用印刷处理进行。
43.由于绝缘保护层的作用是避免电阻体和第一铜电极层的外漏，因此采用印刷的方式进行绝缘保护层的覆盖最为直接，不会出现层间孔隙，保护层可根据实际需要进行单层或多层、单次或多次印刷覆盖，相比其他方式更保障其功效性。
44.优选地，步骤(7)通过电镀处理设置第二铜电极层、镍层和锡层。
45.更优选地，所述电镀处理为滚镀处理。
46.相比于挂镀处理，由于电镀层本身较薄，因此即使电镀时电流密度较小也不会对镀层的质量产生太大影响，而滚镀处理的生产率更高。
47.本发明的有益效果在于，本发明提供了一种电流感测电阻，由于特定的优选结构，该产品具有小型化及薄型化、高功率、低电阻温度系数、低电阻值的特点。所述产品使用稳定性高，经测试具有优异的耐高温和耐环境腐蚀性，阻值变化率低。本发明还提供了所述电流感测电阻的制备方法，所述制备方法操作步骤简单，通过电阻体的选型、过渡承载基板工艺设计、结合电阻切割成型、激光切割修阻等工艺的配合，使电阻体本身的温漂、功率和尺寸得到最佳的搭配，无需采用额外的物理或化学处理即可制备出远优于现有同类型产品的电流感测电阻。
附图说明
48.图1为本发明所述电流感测电阻的截面示意图；
49.图2为本发明实施例1所述结构a的结构示意图；
50.图3为本发明实施例1所述结构b的结构示意图；
51.图4为本发明实施例1所述结构c的结构示意图；
52.图5为本发明实施例1所述结构d的结构示意图；
53.图6为本发明实施例1所述结构e的结构示意图；
54.图7为本发明实施例1所述结构f的结构示意图；
55.图8为本发明实施例1所述结构g的结构示意图；
56.图9为本发明实施例1所述电流感测电阻的结构示意图。
具体实施方式
57.为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施、对比例所设计的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。
58.实施例1
59.本发明所述电流感测电阻及其制备方的实施例，该产品包括电阻体、第一铜电极层(内部铜电极层)、第二铜电极层(外部铜电极层)、镍层、锡层及绝缘保护层；所述第一铜电极层设置在电阻体两侧的上表面，第二铜电极层、镍层和锡层由内至外依次包覆在第一铜电极层的上表面和外侧面及对应位置电阻体的侧面；所述绝缘保护层覆盖在电阻体和第一铜电极层上表面使电阻体和第一铜电极层与外界隔离，所述产品的截面结构示意图如图
1所示；所述产品的制备方法，包括以下步骤：
60.(1)设置一绝缘基板，在绝缘基板上方贴合电阻体：根据预设型号、阻值和电阻温度系数要求，选取对应的电阻体合金膜材(cumn7sn，厚度为0.2mm，宽度为58mm，电阻率为29uω
·
cm，tcr为
±
15ppm/℃，每条长度约68mm)预先进行除油污和微刻蚀处理，得结构a(如图2所示)，采用剥离温度为220℃的热剥离胶将电阻体贴合在长70mm*宽60mm*厚0.5mm的陶瓷基板上，得结构b(如图3所示)；
61.(2)对电阻体进行预定图形切割处理：采用金刚石(刀刃宽度0.3mm)为刀刃对电阻体进行切割，至分为18条51.2mm长*3.2mm宽的条状电阻，电阻间距为0.3mm，得结构c(如图4所示)；
62.(3)在电阻体上设置第一铜电极层：采用挂镀方式在电阻体的上表面的两端形成第一铜电极层，得结构d(如图5所示)，厚度控制为80μm；
63.(4)对电阻体进行修阻处理；对电阻体采用激光切割处理进行修阻，使电阻体阻值调整至预定的2mω，得结构e(如图6所示)；
64.(5)在电阻体和第一铜电极层对应位置上覆盖绝缘保护层；通过印刷工艺在电阻体和第一铜电极层对应位置上覆盖一层防焊油墨保护层，得结构f(如图7所示)，厚度为25μm，随后在120℃下干燥；设置完成后，对电阻体采用金刚石进一步进行切割，至条状电阻变为长6.4mm*宽3.2mm的粒状电阻，得结构g(如图8所示)；
65.(6)去除绝缘基板；将结构件放入220℃红外线隧道炉，待热剥离胶的胶粘性降低，然后将陶瓷基板与电阻体分离；
66.(7)在电阻体和第一铜电极层对应位置上依次设置第二铜电极层、镍层和锡层：在电阻体和第一铜电极层对应位置上采用滚镀工艺依次设置第二铜电极层、镍层和锡层，即得所述电流感测电阻(如图9所示)。
67.将所得产品用编带机编带测试成品阻值(4000pcs)，各产品的阻值合格率为90％(
±
1％)。将产品取样80pcs分四组(一组20pcs)分别安排tcr试验、5w功率试验、1000h的高温通电试验以及1000h的耐环境腐蚀试验，得出tcr值为20～35ppm；5w功率试验后最大阻值变化率为0.15％；1000h的高温通电试验后最大阻值变化率为0.23％；1000h的耐环境腐蚀试验后最大阻值变化率为0.18％，综合使用性能优异。
68.实施例2
69.本发明所述电流感测电阻及其制备方的实施例，该产品包括电阻体、第一铜电极层、第二铜电极层、镍层、锡层及绝缘保护层；所述第一铜电极层设置在电阻体两侧的上表面，第二铜电极层、镍层和锡层由内至外依次包覆在第一铜电极层的上表面和外侧面及对应位置电阻体的侧面；所述绝缘保护层覆盖在电阻体和第一铜电极层上表面使电阻体和第一铜电极层与外界隔离；所述产品的制备方法，包括以下步骤：
70.(1)设置一绝缘基板，在绝缘基板上方贴合电阻体：根据预设型号、阻值和电阻温度系数要求，选取对应的电阻体合金膜材(cumn12ni2，厚度为0.05mm，宽度为58mm，电阻率为0.43uω
·
cm，tcr为
±
15ppm/℃，每条长度约68mm)预先进行除油污和微刻蚀处理，得结构a，采用剥离温度为220℃的热剥离胶将电阻体贴合在长70mm*宽60mm*厚0.5mm的陶瓷基板上，得结构b；
71.(2)对电阻体进行预定图形切割处理：采用金刚石(刀刃宽度0.1mm)为刀刃对电阻
体进行切割，至分为18条51.2mm长*0.3mm宽的条状电阻，电阻间距为0.1mm，得结构c；
72.(3)在电阻体上设置第一铜电极层：采用挂镀方式在电阻体的上表面的两端形成第一铜电极层，得结构d，厚度控制为60μm；
73.(4)对电阻体进行修阻处理；对电阻体采用激光切割处理进行修阻，使电阻体阻值调整至预定的20mω，得结构e；
74.(5)在电阻体和第一铜电极层对应位置上覆盖绝缘保护层；通过印刷工艺在电阻体和第一铜电极层对应位置上覆盖一层防焊油墨保护层，得结构f，厚度为20μm，随后在100℃下干燥；设置完成后，对电阻体采用金刚石进一步进行切割，至条状电阻变为长0.6mm*宽0.3mm的粒状电阻，得结构g；
75.(6)去除绝缘基板；将结构件放入220℃红外线隧道炉，待热剥离胶的胶粘性降低，然后将陶瓷基板与电阻体分离；
76.(7)在电阻体和第一铜电极层对应位置上依次设置第二铜电极层、镍层和锡层：在电阻体和第一铜电极层对应位置上采用滚镀工艺依次设置第二铜电极层、镍层和锡层，即得所述电流感测电阻。
77.将所得产品用编带机编带测试成品阻值(10000pcs)，各产品的阻值合格率为95％(
±
1％)。将产品取样80pcs分四组(一组20pcs)分别安排tcr试验、1/5w功率试验、1000h的高温通电试验以及1000h的耐环境腐蚀试验，得出tcr值为73～95ppm；1/5w功率试验后最大阻值变化率为0.24％；1000h的高温通电试验后最大阻值变化率为0.12％；1000h的耐环境腐蚀试验后最大阻值变化率为0.15％，综合使用性能优异。
78.最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。