TWI428940B - 電流感應電阻及其製造方法 - Google Patents

Description

電流感應電阻及其製造方法

本發明關於一種電阻，尤指一種電流感應電阻。

電流感應電阻已在電子產業界使用多年，其係根據凱文(Kelvin)理論或四線(4-wire)理論來形成。主要用於低阻值之應用，與一般電阻相較之下具有低溫度係數及高散熱性之優點。傳統的電流感應電阻(如美國專利第US5,999,085號)使用具有一固定阻值的金屬平板來作為中間部分，在該平板的相反兩端各固接一具有高導電性的側邊部分。該對側邊部分各具有一凹槽，其分別將該對側邊部分區分為電流端及感應端。利用該凹槽的長度可以決定電流感應電阻之阻值穩定性。

然而，傳統的電流感應電阻需由不同材料之金屬或合金固接而形成，此舉不但在製作上較為費時，其金屬或合金之材料特性亦較難控制，且固接過程難免會使用銲接或黏接等其他方法，而此額外材料之使用會使傳統的電流感應電阻無法完全的展現作為電阻基板之材料之特性。如此一來，便會影響電流感應電阻之阻值穩定性。

因此，市面上需要一種以一體成型之方法製造而成之電流感應電阻，此種電流感應電阻只需由一種材料之金屬或合金所構成，因此可完全的展現該金屬或合金之特性，也較容易根據所需要之電阻特性來選擇相對應的金屬或合金。如此不但在製作上較為方便，更可提高電流感應電阻之阻值穩定性。

為達成上述目的及功效，本發明採用一種新的技術手段及方法。

根據本發明之一實施例所提供之一種電流感應電阻，其由一高導電性之金屬平板所組成，該金屬平板包含：一中間部分；一第一部分，其位於該中間部分之一側，並具有一第一凹槽；及一第二部分，其位於該中間部分相對於該第一部分之另一側，並具有一第二凹槽；其中該第一凹槽及該第二凹槽分別將該第一部分及該第二部分區分為一電流端及一感應端，且該第一部分及該第二部分之該電流端之長度大於該第一部分及該第二部分之該感應端之長度，其特徵在於該中間部分具有一中間凹槽，該中間凹槽之長度用以控制該電流感應電阻之阻值穩定性。

本發明之另一實施例提供一種製造一電流感應電阻之方法，其包含：以衝壓之方式在一高導電性金屬平板上形成至少一個電阻之基板，其中該電阻基板之中間部分有一中間凹槽及在該中間部分之兩側部分各具有一凹槽；在該電阻基板之該中間部分形成一保護層；及在該電阻基板之該中間部分之該兩側部分各形成一導電層。

為了使本發明的前述和其他目的、特徵和優點更易於理解，下文詳細描述伴有圖式的較佳實施例。

圖1為本案之一實施例，其為一種電流感應電阻100，其係由高導電性之金屬平板所構成，該電流感應電阻100可區分為兩部分，即中間部分102及一對側邊部分104，該對側邊部分104分別位於該中間部分102相反之兩側。在本發明之一實施例中，該側邊部分可為第一部分及第二部分，在此以側邊部分104總稱。該對側邊部分104各具有一凹槽112，該凹槽112可分別將該對側邊部分104區分為電流端106及感應端108。該電流感應電阻100之中間部分包含一中間凹槽110，該中間凹槽110的深度係用來決定該電流感應電阻100之阻值穩定性。

由於流過該電流感應電阻100之電流主要是經由該電流端106，因此，該電流端106之長度需大於感應端108之長度，且電流端106之長度選取是根據電流的大小來決定。

在一實施例中，該對側邊部分104之電流端106及感應端108可包含導電層(未顯示於圖中)，俾使該電流感應電阻100之四個端點可與外部電路連接。在一較佳實施例中，該導電層之材料可包含銅、鎳或錫等之金屬。

在一實施例中，該金屬平板之材料具有低電阻係數及低電阻溫度係數。可根據所欲之電流感應電阻100之特性(例如電阻係數或電阻溫度係數等)來選取該金屬平板之材料。在一較佳的實施例中，該金屬平板之材料包含錳-銅(Cu-Mn)合金、鎳-銅(Ni-Cu)合金或錳-銅-錫(Mn-Cu-Sn)合金等合金。

在另一實施例中，該中間部分102可覆蓋一層保護層(未顯示於圖上)，用以保護該電流感應電阻100之阻體部分。在一較佳實施例中，該保護層可使用樹脂或高分子材料等 材料。如圖1所示，在一較佳實施例中，該中間凹槽110之長度(或深度)係大於或等於該凹槽112之長度加上該感應端108之長度。

圖2為該電流感應電阻100之等效圖。如圖2所示量測該電流感應電阻100的阻值時，需將電流端106連接至安培計122，並將感應端108連接至電壓計120。再利用歐姆定律將電壓計120的電壓值除以安培計122的電流值即可得到該電流感應電阻100之電阻值。

圖3a為本案之一實施例之量測結果，量測該電流感應電阻100之阻值與所通過電流之關係。橫座標為電流，其單位為安培，縱座標為電流感應電阻100之阻值大小，其單位為毫歐姆。本發明之電流感應電阻100在其通過電流從1安培增加至30安培時，該電流感應電阻100之阻值變化僅0.004毫歐姆。圖3b為傳統電流感應電阻之量測結果，在通過傳統電流感應電阻之電流從1安培增加至30安培時，該傳統電流感應電阻之阻值變化則為0.6毫歐姆。由此可得知，在相同之電流變化下(30安培)，本發明之電流感應電阻100之阻值變化遠小於傳統之電流感應電阻之阻值變化。

此外，圖3c為本案之一實施例之另一量測結果，在一固定電流下(在本實施例為30安培)，該電流感應電阻100之溫度與阻值大小之關係。橫座標為溫度，其單位為攝氏，縱座標為電流感應電阻100之阻值大小，其單位為毫歐姆。圖3c除了顯示本案之一實施例之量測結果外，亦加入了傳統電流感應電阻之量測結果作為比較。由圖3c可得知傳統的電流感應電阻在操作溫度從攝氏20度增加至攝氏100度時，其阻值增加了0.06毫歐姆。而本案之電流感應電阻100在操作溫度從攝氏20度增加至攝氏100度時，其阻值減少了0.025毫歐姆。

綜觀圖3a-3c，相較於傳統之電流感應電阻，本發明之電流感應電阻100在電流變化下具有較低的阻值變化，此外，本發明之電流感應電阻100亦具有較低之溫度係數。較低的溫度係數可抵抗由高壓脈衝或高環境溫度所造成之溫度上升而導致的阻值量測偏移。因此，本發明之電流感應電阻100具有更高的穩定性。

圖4顯示本發明之電流感應電阻之製造方法。步驟S41首先根據所欲之電阻阻值特性(例如電阻係數或電阻溫度係數等)選擇高導電性之金屬平板402之材料。步驟S42係以衝壓或裁切之方式在該高導電性金屬平板402上形成至少一個電阻基板。步驟S43係將在該電阻基板之該中間部分形成一保護層404，該保護層可使用樹脂或高分子材料等材料。步驟S45係以衝壓或裁切之方式將該等電阻基板分成單顆電阻。步驟S46接著在各電阻基板之該中間部分之該兩側部分各形成一導電層405。

在另一實施例中，本方法可在步驟S46將該電阻之電極連接外部導電元件406，即可量測該電流感應電阻之阻值及/或藉由控制中間凹槽之長度來調整阻值穩定度。

根據本案之一實施例，該金屬平板402之材料可包含錳-銅(Cu-Mn)合金、鎳-銅(Ni-Cu)合金或錳-銅-錫(Mn-Cu-Sn)合金等合金，而該導電層係以電鍍銅、鎳或錫之方式形成。

在另一實施例中，本方法可在步驟S44中，在該保護層上標示商標、電阻值或相關圖案。

在另一實施例中，本方法之步驟S45與步驟S46可視需求來互換，上述之步驟僅為其中之一實施例。

雖然本發明之技術內容與特徵係如上所述，然於本發明之技術領域具有通常知識者仍可在不悖離本發明之教導與揭露下進行許多變化與修改。因此，本發明之範疇並非限定於已揭露之實施例而係包含不悖離本發明之其他變化與修改，其係如下列申請專利範圍所涵蓋之範疇。

100．．．電流感應電阻

102．．．中間部分

104．．．側邊部分

106．．．電流端

108．．．感應端

110．．．中間凹槽

112．．．凹槽

120．．．電壓計

122．．．安培計

402．．．金屬平板

404．．．保護層

405．．．導電層

406．．．導電元件

圖1顯示本發明之一實施例中電流感應電阻之結構。

圖2顯示如圖1之電流感應電阻之等效圖。

圖3a顯示本發明之一實施例中流經電流感應電阻之電流大小與阻值大小之關係圖。

圖3b顯示流經傳統電流感應電阻之電流大小與阻值大小之關係圖。

圖3c顯示本發明之一實施例中電流感應電阻之溫度與阻值大小之關係圖。

圖4顯示本發明之一實施例中電流感應電阻之之製造方法。

100．．．電流感應電阻

102．．．中間部分

104．．．側邊部分

106．．．電流端

108．．．感應端

110．．．中間凹槽

112．．．凹槽

Claims (11)

1. 一種電流感應電阻，其由一高導電性之金屬平板所組成，該金屬平板包含：一中間部分；一第一部分，其位於該中間部分之一側，並具有一第一凹槽；及一第二部分，其位於該中間部分相對於該第一部分之另一側，並具有一第二凹槽；其中該第一凹槽及該第二凹槽分別將該第一部分及該第二部分區分為一電流端及一感應端，且該第一部分及該第二部分之該電流端之長度大於該第一部分及該第二部分之該感應端之長度，其特徵在於該中間部分具有一中間凹槽，該中間凹槽之長度用以控制該電流感應電阻之阻值穩定性，且該中間凹槽之長度係大於或等於該第一凹槽或該第二凹槽之長度加上該第一部分或該第二部分之感應端之長度。
2. 如請求項1之電阻，其中該金屬平板之材料具有低電阻係數及低電阻溫度係數。
3. 如請求項1之電阻，其中該金屬平板之材料包含錳-銅合金、鎳-銅合金或錳-銅-錫合金。
4. 如請求項1之電阻，其中該第一部分及該第二部分之電流端之長度係根據流過該電阻之電流大小來決定。
5. 如請求項1之電阻，其中該中間部分上方包含一樹脂或高分子材料之保護層。
6. 如請求項1之電阻，其中該第一部分及該第二部分上方各包含一銅、鎳或錫之導電層。
7. 一種製造一電流感應電阻之方法，其包含：以衝壓或裁切之方式在一高導電性金屬平板上形成至少一個電阻基板，其中該電阻基板之中間部分有一中間凹槽及在該中間部分之兩側部分各具有一凹槽；在該電阻基板之該中間部分形成一保護層；及在該電阻基板之該中間部分之該兩側部分各形成一導電層，其中該兩側部分之各者被分割成一電流端及一感應端，且其中該中間凹槽之長度係大於或等於該凹槽之長度加上該感應端之長度。
8. 如請求項7之方法，進一步包含以衝壓或裁切之方式將該等電阻基板分成單顆電阻。
9. 如請求項7之方法，進一步控制該中間凹槽之長度以調整該電阻之阻值穩定性。
10. 如請求項7之方法，其中該保護層係以樹脂或高分子材料形成。
11. 如請求項7之方法，其中該導電層係以電鍍銅、鎳或錫之方式形成。