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CN100583315C - 具有更宽工作温度范围的大功率电阻器及其制造方法 - Google Patents

具有更宽工作温度范围的大功率电阻器及其制造方法 Download PDF

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CN100583315C
CN100583315C CN200480020518A CN200480020518A CN100583315C CN 100583315 C CN100583315 C CN 100583315C CN 200480020518 A CN200480020518 A CN 200480020518A CN 200480020518 A CN200480020518 A CN 200480020518A CN 100583315 C CN100583315 C CN 100583315C
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N·威尔克
B·特劳德特
J·J·斯梅杰卡尔
R·J·米可司奇
S·E·亨德瑞克斯
D·L·兰格
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Abstract

一种大功率电阻器(10)包括一电阻元件(38)，该电阻元件具有从其对置的两端引出的第一及第二导线(24，26)。一电介质材料散热器(56)以导热方式与所述电阻元件连接。所述电阻元件与所述散热器之间的导热关系使所述电阻元件能在-650C至+2750C的温度范围起一电阻器的作用。所述散热器粘附在所述电阻元件上而一模塑化合物(58)模塑在所述电阻元件的周围。

Description

具有更宽工作温度范围的大功率电阻器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有更宽工作温度范围的大功率电阻器及其制造方法。
背景技术
在电子工业中趋向于以较小的封装制成大功率电阻器，以便可把所述的电阻器装入较小的电路中。一电阻器的性能表现可由一降额曲线表示。图9所示为一典型现有技术电阻器的降额曲线。图9所示为一降额曲线68，从-55℃开始至+70℃其具有一水平部份64。然后，所述电阻器的性能开始下降，如图中以数字72所示的曲线，并在+150℃处失效。
因此，本发明的一主要目是提供一种具有更宽工作温度范围的大功率电阻器及其制造方法。
本发明的另一目的是提供一种可在-65℃至+275℃温度范围工作的大功率电阻器。
本发明的又一目的是提供一种利用粘合剂将一散热器粘附在所述电阻器元件上的大功率电阻器。
本发明的再一目的是提供一种利用一阳极化铝散热器的大功率电阻器及其制造方法。
本发明的再又一目的是提供一种利用一改进的电介质模塑材料将电阻器包围以改善散热的大功率电阻器及其制造方法。
本发明还有一目的是提供一种更宽工作温度范围、占用空间最小的大功率电阻器及其制造方法。
本发明的最后一目的是提供一种高效运作、耐用及低生产成本的大功率电阻器及其制造方法。
发明内容
前述目的可通过一种包含一具有对置的第一及第二末端的电阻元件的大功率电阻器实现。一第一导线及一第二导线分别从所述电阻元件的对置的末端引出。一电介质材料散热器可将所述电阻元件的热量发散并以导热方式与所述电阻元件连接以致于可将所述电阻元件的热量发散。所述电阻元件与所述散热器之间的导热关系使所述电阻元件能在-65℃至+275℃的温度范围起一电阻器的作用。
根据本发明的一特征，所述散热器由阳极化铝构成。这种阳极化铝是本发明推荐的材料，但也可采用其它材料譬如氧化铍或氧化铝。再者，也可采用经钝化而形成一非传导外层的铜。
根据本发明的另一特征，利用一粘合剂把所述散热器粘附在所述电阻元件上。所述粘合剂具有使所述电阻元件在-65℃至+275℃的整个温度范围具有电阻器特性的能力。所述粘合剂能在-65℃至+275℃的温度范围使所述电阻元件与所述散热器维持粘合。申请人特别推荐的粘合剂由Tra-Con，Inc生产以Tra-Bond为商品名，型号为BA-813J01，但也可采用其它粘合剂。
根据本发明的又一特征，一电介质模塑材料包围所述电阻元件、所述粘合剂及所述散热器。模塑化合物的例子是由DuPont(地址是Barley Mill Plaza，Building No.22，Wilmington，Delaware 19880)制造的液晶聚合物，商标及型号分别为ZENITE及6130L；以及由位于90Morris avenue，Summit，New Jersey 07901的Hoechst Group的成员Tucona制造的一液晶聚合物，其商标及型号分别为VECTRA及E130I。
本发明的方法包括形成一电阻元件，其具有对置的第一及第二对末端以及具有分别从所述第一及第二对置末端引出的第一及第二导线。一散热器以导热方式与所述电阻元件连接以致于所述电阻元件在-65℃至+275℃的温度范围具有电阻器特性。
所述的方法还包括形成包括一平电阻元件表面的所述电阻元件。所述的方法包括将一平散热器表面粘附在所述平电阻元件表面上。
所述的方法又包括利用粘合剂使所述散热器粘附在所述电阻元件上。
所述的方法再包括将一电介质材料完全围住所述电阻元件、所述粘合剂及所述散热器成型。
所述的方法又再包括在将所述散热器粘附在所述电阻元件上之前先在所述散热器的相对侧上形成一预模塑体。
附图说明
图1是本发明大功率电阻器的一透视图。
图2是在一条材料上形成多个电阻器元件的一透视图。
图3是一与图2所示电阻元件相似的电阻元件的透视图，但有所述预模塑材料及其上施加的所述粘合剂。
图4是一沿图3的线4-4剖切的剖面图。
图5是一与图3相似的透视图，表示施加在所述电阻元件上的所述粘合剂。
图6是一与图3和图5相似的透视图，表示散热器的配置位置。
图7是一模塑成形后的所述电阻器透视图。
图8是本发明电阻器的一降额曲线图。
图9是现有技术电阻器的一降额曲线图。
具体实施方式
参照附图，数字10一般指的是根据本发明制成的一电阻器本体。电阻器体10包括从一电介质体16的两端向外引出的导线24，26。所述导线24，26向下弯曲并在电介质体16的底面之下。在电阻器本体10的顶面上有一暴露的散热器18。
图2所示为本发明电阻器形成和制造的第一步骤。一细长条20包括多个从该条引伸出的电阻器坯件36。条20包含多个适合于接纳一输送带上的插销的圆形基准孔22。所述插销使各个电阻器坯件36移到每一不同的工作台以便对电阻器坯件36进行不同的操作。
每一坯件36包括一对方形孔23，以便所述导线24，26弯曲。在导线24，26之间的是一电阻元件28及一对焊缝34使所述电阻元件28与所述第一和第二导线24，26分隔。最好，所述第一及第二导线24，26由镍/铜合金制成而所述电阻元件28由一般的电阻材料制成。
自电阻元件28两侧中的一侧向内延伸的是多条槽30，而电阻元件28的相对一侧向内延伸的是一槽32。可增加或减少槽30，32的数量以达到要求的电阻值。图中所述电阻由箭头38表示，其代表当电流流过所述电阻元件28时追随的弯弯曲曲的电流通道。槽30，32可经由切割、研磨或最好经由激光切割形成。可利用激光束把电阻器修整成精确的要求电阻值。
图3所示为下一制造步骤。把所述坯件36预成型为一预模塑体40。预模塑体40包括：一底部42(图4)，沿所述电阻元件28的相对边缘延伸的直立脊44以及设在所述电阻元件28四角的四台肩或柱46。从所述直立脊44向内延伸的是两分隔开的内凸缘48，其在所述电阻元件28的相对边缘的周围形成槽50。一对V形的底槽52沿预模塑体40的底部42的下表面引出。
图5与图3相同，但在所述电阻元件28的中央部份施加了一些粘合剂54。所述粘合剂应该在-65℃至+275℃的温度范围可维持其结构完整性及其粘性。这种粘合剂的一例子是由地址为45，Wiggins Avenue，Bedford Massachusetts 01730的Tra-Con，Inc公司生产的一种环氧粘合剂，商标为TRA-BOND以及型号为BA-813J01。
参见图6，把一阳极化铝的本体56放置在所述粘合剂54上以致于其与所述电阻元件28以热传导方式连接。因此，热量自所述电阻元件28通过所述粘合剂54，再经所述阳极化铝散热器56散发。
当所述散热器56粘附在所述电阻元件28上之后，如图6所示，整个电阻元件28、预模塑体40、粘合剂54及散热器56以一模塑化合物模塑以形成所述的模塑体58。所述的模塑体58包括一暴露部份18，以致于热量可直接地自所述散热器56散发到大气中。
塑造模塑体58的模塑化合物可选自一些电介质及导热的模塑化合物。这些模塑化合物的例子是由位于Barley Mill Plaza，Building 22，Wilmington，Delaware19880的DuPont制造的液晶聚合物，商标及型号分别为ZENITE及6130L；或由位于90Morris Avenue，Summit，New Jersey 07901的Hoechst Group成员Tucona制造的液晶聚合物，商标及型号分别为VECTRA及E130I。
如图1所示，所述导线24，26向下弯曲并在本体16下。
图8所示为由本发明电阻器所制成的降额曲线。所述降额曲线以数字62表示，其包括从-65℃开始到+70℃一直保持水平的一水平部份。然后，以数字66表示的所述降额曲线向下倾斜直到在+275℃处性能为零。因此，本发明的装置起到一在-65℃至+275℃的温度范围的电阻器的作用。
通过图8与图9的比较可见，本发明电阻器的开始工作温度比一般现有技术电阻器的最低工作温度低10℃，并起到一比现有技术电阻器的工作温度高出125℃的电阻器的作用。本发明电阻器在所述温度范围内工作将可产生0.0075欧姆到0.3欧姆的电阻，并可散发大约高达5或6瓦的热量。
以上，结合一些较佳的实施例对本发明作说明及描述。应当认为，在本发明指定的精神和范围之内可以作出许多改型、替换及增补。从以上所述可见，本发明最低限度实现了所指出的所有目的。

Claims (19)

1.一种大功率电阻器(10)，所述电阻器包括：
电阻元件(28)，所述电阻元件具有对置的第一及第二末端以及在所述对置的第一及第二末端间延伸的相对边缘；
由与所述电阻元件的材料不同的材料构成的第一及第二导线(24，26)，其中所述第一及第二导线可操作地附着到所述电阻元件的对置的第一及第二末端；
由电介质材料组成的并且是热导体的散热器(56)；
在所述电阻元件和所述散热器(56)之间的导热粘合剂(54)，所述粘合剂粘附所述电阻元件和所述散热器以将热量从所述电阻元件传导至所述散热器，所述粘合剂具备在-65℃至+275℃的温度范围内维持结构完整性及粘合力的特性；
具有在所述电阻元件的对置的第一及第二末端间延伸的第一和第二边缘的预模塑体，所述第一和第二边缘有保持力地啮合所述电阻元件并且包括至少两个沿所述电阻元件的相对边缘延伸的脊；
所述导热粘合剂和所述散热器位于所述预模塑体的第一和第二边缘之间；
在与模塑所述预模塑体不同的时间被模塑的模塑化合物，用于生成包围所述电阻元件、所述预模塑体和所述粘合剂以及部分包围所述散热器的模塑体。
2.如权利要求1所述的大功率电阻器，其特征在于，所述第一和第二导线从所述模塑体引出。
3.如权利要求1所述的大功率电阻器，其特征在于，所述模塑体包括底表面，并且所述第一和第二导线被向下弯曲且位于所述模塑体的底表面之下。
4.如权利要求1所述的大功率电阻器，其特征在于，所述第一和第二导线各在其中包括一个孔，用于方便其弯曲。
5.如权利要求1所述的大功率电阻器，其特征在于，所述大功率电阻器包括通过细长条互连的多个模塑体，每个模塑体包围电阻元件、第一和第二导线、粘合剂、以及预模塑体，并且部分包围所述散热器。
6.如权利要求5所述的大功率电阻器，其特征在于，所述条中包括多个基准孔，用于接纳传送带上的插销以移动所述条。
7.一种大功率电阻器(10)的制造方法，所述方法包括：
形成包括电阻元件、第一导线和第二导线的电阻器坯件；
所述电阻元件(28)具有对置的第一及第二末端、在所述第一及第二末端间延伸的第一和第二对置侧边缘、第一平坦表面、以及相对于所述第一平坦表面的第二平坦表面；所述第一及第二导线(24，26)从所述电阻元件的对置的第一及第二末端引出；
制造预模塑体，所述预模塑体具有围绕所述电阻元件的第一和第二对置侧边缘的第一和第二槽；
在所述电阻元件(28)的第二平坦表面上沉积非导电但导热的粘合剂，所述粘合剂具备在-65℃至+275℃的温度范围内维持结构完整性及粘合力的特性；
与所述粘合剂相接触地放置散热器，使所述粘合剂在所述散热器和所述电阻元件的第二平坦表面之间，藉此所述粘合剂将所述散热器粘附到所述电阻元件的第二平坦表面，并将热量从所述电阻元件传导至所述散热器；
模塑一完全围绕所述预模塑体、所述电阻元件、所述粘合剂、及部分围绕所述散热器的模塑体；
通过所述模塑体将所述散热器的一部分暴露在空气中；
藉此所述电阻元件的、所述粘合剂、以及所述散热器的导热关系使所述电阻元件能在-65℃至+275℃的温度范围内用作为电阻器。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述第一和第二导线焊接至所述电阻元件的第一和第二末端。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述模塑体包括第一和第二末端及底表面，所述方法还包括将所述第一和第二导线从所述模塑体的第一和第二末端引出，并将所述第一和第二导线向下弯曲到面向所述模塑体的底表面。
10.一种大功率电阻器，所述电阻器包括；
电阻元件，其具有对置的第一和第二末端且具有在所述对置的第一及第二末端间延伸的相对边缘；
从所述电阻元件的对置的第一和第二末端引出的第一和第二导线；
由电介质材料组成的散热器；
在所述电阻元件和所述散热器之间的粘合剂，它将所述电阻元件与所述散热器粘合，所述粘合剂具备在-65℃至+275℃的温度范围内维持结构完整性及粘合力的特性；
所述散热器和所述粘合剂能够经由所述粘合剂和所述散热器将热量从所述电阻元件传导出；
具有在所述电阻元件的对置的第一及第二末端间延伸的第一和第二边缘的预模塑体，所述第一和第二边缘有保持力地啮合所述电阻元件并且包括至少两个沿电阻元件的相对边缘延伸的脊；
所述导热粘合剂和所述散热器位于所述预模塑体的第一和第二边缘之间；
所述电阻元件、所述粘合剂、以及所述散热器的导热关系使所述电阻元件能在-65℃至+275℃的温度范围内用作为电阻器，还使所述电阻元件在-65℃至+70℃的温度范围内工作于100％的额定功率。
11.一种大功率电阻器，所述电阻器包括；
电阻元件，其具有对置的第一和第二末端、在所述对置的第一及第二末端间延伸的第一和第二对置侧边缘、第一平坦表面、以及相对于所述第一平坦表面的第二平坦表面；
从所述电阻元件的对置的第一和第二末端引出的第一和第二导线；
在所述电阻元件的第二平坦表面上的导热但非导电粘合剂，所述粘合剂具备在-65℃至+275℃的温度范围内维持结构完整性及粘合力的特性；
由选自阳极化铝、氧化铝、氧化铍和经钝化以形成一非传导外层的铜构成的组中的电介质材料构成的散热器；
所述粘合剂位于所述电阻元件和所述散热器之间并与两者接触，同时与所述散热器和所述电阻元件粘合以将热量从所述电阻元件传导至所述散热器；
具有在所述电阻元件的对置的第一及第二末端间延伸的第一和第二边缘的预模塑体，所述第一和第二边缘有保持力地啮合所述电阻元件并且包括至少两个沿电阻元件的第一和第二对置边缘延伸的脊；
所述导热粘合剂和所述散热器位于所述预模塑体的第一和第二边缘之间；
包围所述电阻元件、所述粘合剂、以及所述散热器的盘的模塑体，所述模塑体具有上表面、下表面、及第一和第二相对末端；
所述模塑体的上表面让所述散热器的一部分暴露，以经由所述粘合剂和所述散热器将热量从所述电阻元件传导至空气中；
藉此，所述电阻元件、所述粘合剂、以及所述散热器的导热关系使所述电阻元件能在-65℃至+275℃的温度范围内用作为电阻器。
12.如权利要求11所述的大功率电阻器，其特征在于，所述第一和第二导线分别从所述模塑体的对置的第一和第二末端引出，并向下弯曲而朝向所述模塑体的底表面。
13.一种大功率电阻器的制造方法，所述方法包括：
形成包括电阻元件、第一导线、及第二导线的电阻器坯件，所述电阻元件具有对置的第一及第二末端、在所述对置的第一及第二末端间延伸的第一和第二对置侧边缘、第一平坦表面、以及相对于第一平坦表面的第二平坦表面，所述第一及第二导线从所述电阻元件的对置的第一及第二末端引出；
在所述电阻元件的第二平坦表面上沉积非导电但导热的粘合剂，所述粘合剂具备在-65℃至+275℃的温度范围内维持结构完整性及粘合力的特性；
与所述粘合剂相接触地放置散热器，使所述粘合剂在所述散热器和所述电阻元件的第二平坦表面之间，藉此所述粘合剂将所述散热器附着到所述电阻元件的第二平坦表面，并将热量从所述电阻元件传导至所述散热器；
模塑一完全围绕所述电阻元件、所述粘合剂、及部分围绕所述散热器的模塑体；
通过所述模塑体将所述散热器的一部分暴露在空气中；
藉此所述电阻元件、所述粘合剂、以及所述散热器的导热关系使所述电阻元件能在-65℃至+275℃的温度范围内用作为电阻器。
14.一种大功率电阻器的制造方法，所述方法包括：
形成包括电阻元件、第一导线、及第二导线的电阻器坯件，所述电阻元件具有对置的第一及第二末端、在所述对置的第一及第二末端间延伸的第一和第二对置侧边缘、第一平坦表面、以及相对于所述第一平坦表面的第二平坦表面，所述第一及第二导线从所述电阻元件的对置的第一及第二末端引出；
在电阻元件的第二平坦表面上沉积非导电但导热的粘合剂，所述粘合剂具备在-65℃至+275℃的温度范围内维持结构完整性及粘合力的特性；
与所述粘合剂相接触地放置散热器，使所述粘合剂在所述散热器和所述电阻元件的第二平坦表面之间，藉此所述粘合剂将所述散热器附着到所述电阻元件的第二平坦表面，并将热量从所述电阻元件传导至所述散热器；
模塑一完全围绕所述电阻元件、所述粘合剂、及部分围绕所述散热器的模塑体；
通过所述模塑体将所述散热器的一部分暴露在空气中；
藉此所述电阻元件、所述粘合剂、以及所述散热器的导热关系使所述电阻元件能在-65℃至+70℃的温度范围内工作于100％的额定功率。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括形成具有围绕所述电阻元件的第一和第二对置边缘的第一和第二槽的预模塑体，所述模塑体的模塑完全围绕所述预模塑体。
16.一种大功率电阻器，所述电阻器包括：
电阻元件，其具有对置的第一和第二末端、在所述对置的第一及第二末端间延伸的第一和第二对置侧边缘、第一平坦表面、以及相对于第一平坦表面的第二平坦表面；
从所述电阻元件的对置的第一和第二末端引出的第一和第二导线；
预模塑体，其覆盖所述电阻元件的第一平坦表面，并具有其中置有所述电阻元件的第一和第二对置侧边缘的第一和第二槽；
在所述电阻元件的第二平坦表面上的导热但非导电粘合剂，所述粘合剂具备在-65℃至+275℃的温度范围内维持结构完整性及粘合力的特性；
由选自阳极化铝、氧化铝、氧化铍和经钝化以形成一非传导外层的铜构成的组中的电介质材料所构成的散热器；
所述粘合剂位于所述电阻元件的第二平坦表面和所述散热器之间并与两者接触，同时与所述散热器和所述电阻元件粘合以将热量从所述电阻元件传导至所述散热器；
包围所述预模塑体、所述电阻元件、所述粘合剂、以及所述散热器的一部分的模塑体；
藉此，所述电阻元件、所述粘合剂、以及所述散热器的导热关系使所述电阻元件能在-65℃至+275℃的温度范围内用作为电阻器。
17.如权利要求16所述的大功率电阻器，其特征在于，所述第一和第二导线被焊接至所述电阻元件。
18.如权利要求16所述的大功率电阻器，其特征在于，电介质体包括上表面、下表面、以及对置末端，所述散热器的一部分通过所述模塑体的上表面暴露在空气中。
19.一种大功率电阻器，所述电阻器包括：
包括电阻元件、第一导线、及第二导线的电阻器坯件；
所述电阻元件具有对置的第一及第二末端、在所述对置的第一及第二末端间延伸的第一和第二对置侧边缘、第一平坦表面、以及相对于所述第一平坦表面的第二平坦表面；
所述第一及第二导线从所述电阻元件的对置的第一及第二末端引出；
预模塑体，其覆盖所述电阻元件的第一平坦表面，并具有其中置有所述电阻元件的第一和第二对置侧边缘的第一和第二槽；在所述电阻元件的第二平坦表面上的导热但非导电粘合剂，所述粘合剂具备在-65℃至+275℃的温度范围内维持结构完整性及粘合力的特性；
由选自阳极化铝、氧化铝、氧化铍和经钝化以形成一非传导外层的铜构成的组中的电介质材料所构成的散热器；
所述粘合剂位于所述电阻元件的第一表面和所述散热器之间并与两者接触，同时与所述散热器和所述电阻元件的第一表面粘合以将热量从所述电阻元件传导至所述散热器；
包围所述预模塑体、所述电阻元件、所述粘合剂、以及所述散热器的一部分的模塑体，所述模塑体包括上表面、下表面、以及对置的第一和第二末端；
所述模塑体的上表面使所述散热器的一部分暴露以经由所述粘合剂和所述散热器将热量从所述电阻元件传导至空气中；
藉此，所述电阻元件、所述粘合剂、以及所述散热器的导热关系使电阻元件能在-65℃至+275℃的温度范围内用作为电阻器。
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