一种箔式精密电阻及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种箔式精密电阻及其制造方法，所述电阻芯片包括基板、粘贴层和电阻图形，电阻图形通过粘贴层与基板粘接在一起；所述电阻图形采用经过400～600℃，3～6小时的真空退火或气氛炉退火处理的金属合金箔材料，所述粘贴层为填充有填充物的环氧树脂或酚醛-环氧树脂；在基板上成型一层粘贴层，通过粘贴层将金属合金箔与基板牢固粘贴在一起，然后将金属合金箔经过化学蚀刻或激光蚀刻进行机械或激光切割方式调整到标称阻值，即成为电阻栅，在电阻栅正面附着一层防潮膜，电阻栅的两个焊点上各焊接一根管脚，该管脚从基板引出，形成精密电阻芯片，在精密电阻芯片外包裹缓冲层，缓冲层外部直接封装形成封装外壳。
【专利说明】一种箔式精密电阻及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电阻及其制造方法，特别涉及一种箔式精密电阻及其制造方法。【背景技术】
[0002]众所周知，电阻器作为一种无源器件，是电路设计中不可或缺的基本元件。影响电路性能的主要因素之一就是电阻器的质量。而普通电阻器的质量，尤其是电阻器的电阻值随着环境温度、湿度变化而变化，也会随流经电阻器的电流自发热而变化，这些因素给电路的稳定性、可靠性方面带来很大影响。为了消除或减小这些影响，电路设计对电阻器的质量提出了更高要求。
[0003]目前，精密电阻器的种类有绕线电阻、金属膜电阻和厚膜电阻。
[0004]绕线电阻采用电阻丝绕制在绝缘骨架上而形成。虽然可以通过选用不同电阻温度系数的电阻丝材料的匹配，通过改变电阻器阻值和温度性能，但其固有的骨架结构，决定了其特点，存在机械应力、电感电容、电阻温度系数较难匹配和控制等问题，从而影响电阻器的稳定性、可靠性和规模化生产。
[0005]金属膜电阻采用真空蒸镀类方法在陶瓷板上形成电阻器的核心区域-金属膜电阻层。由于受金属膜厚度、金属膜合金元素配比分散等因素影响，金属膜易氧化、电阻温度系数不易控制，电阻器稳定性降低，且易受静电影响。
[0006]厚膜电阻采用电阻油墨或电阻料浆印刷、烧结技术而制成，电阻温度系数相对较大，热稳定性很差，阻值精度低，噪声干扰大。
[0007]目前，市场上这三类电阻器，质量最好的电阻器其电阻温度系数都在±25ppm/°C以上，负载稳定性大于800ppm，已不能满足高精度电子产业发展和技术进步的要求。
【发明内容】
[0008]为了克服普通电阻器电阻温度系数偏大、负载稳定性较差等不足，本发明提供一种电阻温度系数低、稳定性极高的箔式精密电阻及其制造方法。
[0009]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0010]一种箔式精密电阻的制造方法，包括以下步骤:(1)电阻芯片的制造:所述电阻芯片包括基板、粘贴层和电阻图形，所述电阻图形通过粘贴层与基板粘接在一起；所述电阻图形采用金属合金箔材料，该金属合金箔材料经过400?600°C,3?6小时的真空退火或气氛炉退火处理而得；所述粘贴层为环氧树脂或酚醛-环氧树脂制成，所述粘贴层内添加有填充物；(2)箔式精密电阻的制造:在基板上成型一层粘贴层，通过粘贴层将金属合金箔与基板牢固粘贴在一起，然后将金属合金箔经过化学蚀刻或激光蚀刻进行机械或激光切割方式调整到标称阻值，即成为电阻栅，在电阻栅正面附着一层防潮膜，电阻栅的两个焊点上各焊接一根管脚，该管脚从基板的正面或背部引出，即形成精密电阻芯片，在精密电阻芯片外包裹缓冲层，缓冲层外部直接封装形成封装外壳。
[0011]作为本发明的优选实施例，所述金属合金箔的厚度为I?25 μ m，采用具有较低电阻温度系数的康铜或白铜45、卡玛合金、铜镍合金、锰铜合金、伊文合金或镍铬合金箔。
[0012]作为本发明的优选实施例，所述康铜或白铜45的组成为:Cu51%?54%、Ni45%?48%，其它为Mn、Si微量元素；所述镍铬合金箔的组成为:Ni76%?79%、Cr21%?24% ;所述卡玛合金箔的组成为:Ni73%?75%、Cr20%?22%、A12%?3%、Fel%，其它为微量元素；所述伊文合金箔的组成为:Ni73%?76%、Cr20%?23%、All.6%?8%、Cul%，其它微量元素。
[0013]作为本发明的优选实施例，所述基板为陶瓷基板。
[0014]作为本发明的优选实施例，所述基板为机电性能为96?99%氧化铝陶瓷板或石英陶瓷或金属板。
[0015]作为本发明的优选实施例，所述粘贴层的厚度为2?5μπι，粘贴剂的胶粘度为50 ?IOOCPa.S。
[0016]作为本发明的优选实施例，所述填充物为通过表面活化处理的纳米级无机填料，包括 Si02、Al2O3' Si3N4 和 TiO20
[0017]作为本发明的优选实施例，所述缓冲层为具有中等韧性和邵氏硬度在20?50的橡胶或聚酯类材料，采用涂覆或浸覆或灌封方式。
[0018]作为本发明的优选实施例，封装外壳采用灌封或塑封或陶瓷封装或金属封装。
[0019]作为本发明的优选实施例，述封装外壳采用灌封或塑封或陶瓷封装或金属封装。
[0020]一种利用上述方法制造的箔式精密电阻，所述精密电阻的电阻温度系数可达
0.0 lppm/°C,电阻精度可达0.001 %,负载稳定性达lOOppm。
[0021]与现有技术相比，本发明箔式精密电阻的制造方法至少具有以下有益效果:首先，本发明箔式精密电阻的金属合金箔经过处理，改变其内部的晶体结构，使得其在一定温度范围内的电阻温度系数呈线性分布，在一定的温度段内，与陶瓷的基板的线膨胀系数达到匹配，如此将精密电阻的电阻温度系数控制在很低的范围内。其次，本发明粘贴层采用的粘贴剂内添加有填充物，使其在要求的温度范围内具有稳定的性能，对金属合金箔与基板材料稳定粘贴及电阻温度系数良好的匹配提供了保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的电阻芯片实施例的立体分解示意图。
[0023]图2是本发明的防潮膜、引脚和焊盘的分布结构图。
[0024]图3是本发明的电阻芯片的正视图。
[0025]图4是本发明利用不同热处理方法对不同金属合金箔调整电阻温度系数与基板匹配制作的精密电阻测试曲线图。
[0026]图5是本发明的箔式精密电阻的局部剖视的主视图。
[0027]图6是图5的左视剖面图。
[0028]图中:1.基板，2.粘贴层，3.金属合金箔，4.防潮膜，5.引脚，6.焊盘，7.缓冲层，
8.封装外壳。
【具体实施方式】
[0029]考虑到影响箔式电阻器电阻温度系数及负载稳定性等参数，主要来自于电阻芯片，包括基板、粘贴胶及金属电阻栅的材料选择以及后续对特定材料的电性能、热稳定性以及不同材料之间线膨胀系数相互作用、相互匹配，才能达到较好的性能参数，本发明设计一种精密电阻，其结构类同于一般箔式精密电阻结构，包括电阻芯片、缓冲层7和封装外壳8:所述电阻芯片主要由基板1，粘贴层2，电阻图形组成；基板I通过粘贴层2与电阻图形粘接在一起，电阻图形的正面附着防潮膜4，分别焊接在电阻图形焊盘上的引脚从基板I的正面或底部引出，所述缓冲层7包裹在所述电阻芯片的外部，所述封装外壳8封装在缓冲层7的外部。
[0030]首先，电阻图形所用金属合金箔3的材料，厚度为I?25 μ m，采用具有较低电阻温度系数的康铜或白铜45、卡玛合金、铜镍合金、锰铜合金、伊文合金或镍铬合金箔，并通过调整不同金属箔合金材料的合金成分比例、调整金属箔材的热处理参数，改变其内部的晶体结构，使得其在一定温度范围内的电阻温度系数呈线性分布，且在一定的温度段内，做到与陶瓷基板的线膨胀系数达到匹配，便可将精密电阻的电阻温度系数控制在很低的范围内。
[0031]其次，金属合金箔的电阻温度系数与基板材料的线膨胀系数之间的良好匹配以及牢固粘贴，也依赖与粘贴胶层的稳定，通常意义下的环氧类以及酚醛-环氧类胶粘剂无法满足这种特殊的需求，主要表现在耐温性能差、极限温度范围内容易出现测试拐点以及其他特性一致性差等问题，通过相关研究，在胶液配方、制作工艺确定基础上添加少量填充物提高其耐温性能，制成环氧胶粘剂，使其能够在要求的温度范围内有着稳定的性能，对金属合金箔与基板材料稳定粘贴及电阻温度系数良好的匹配提供保障。固化后的粘贴层具有特定的线膨胀系数，并且该胶粘度控制在50?IOOCPa.S，涂层厚度控制在2?5um，涂覆后具有B-stage半固化状态,实现金属合金箔与基板材料的完美粘贴。
[0032]本发明提供的箔式精密电阻制造用金属合金箔材料采用冷轧成型的铜镍合金或猛铜合金或镍铬合金等金属箔材料:①Constantan或Super,中文名称为康铜或白铜45,其中Cu51%?54%、Ni45%?48%，Mn、Si微量；②锰铜合金NiCr合金，其中Ni76%?79%、Cr21% ?24% ；@ Karma,中文名称卡玛，其中 Ni73% ?75%、Cr20% ?22%,Al2% ?3%、Fel%，其它微量元素！⑤Evanohm，中文名称伊文，其中Ni73%?76%、Cr20%?23%、Al 1.6%?8%、Cul%，其它微量元素；?改性镍铬合金；厚度为I?25 μ m，金属箔材料经过400°C?600°C、3?6小时的真空退火或气氛炉退火处理，改变其内部的晶体结构，使得其在一定温度范围内的电阻温度系数呈线性分布。
[0033]本发明提供的金属合金箔具有稳定的电阻温度系数，同时粘贴胶及基板材料具有特定的线膨胀系数，通过研究所述三种材料的特性，并在满足所述箔式精密电阻特性要求的条件下，首先在基板上成型具有B-stage半固化状态的粘接胶层，再采用平板叠压、软硬结合的恒温恒压工装设备，将金属合金箔、粘贴胶层及基板牢固、平展的结合，再按照电阻成型工艺方法加工制作形成的电阻芯片，基板材料的线膨胀系数稳定且较小，金属合金箔材的电阻温度系数相对较大，但可通过热处理工艺参数改变进行任意调整，同时粘接胶层的线膨胀系数也相对较小，甚至可调整为负值，而三者牢固结合后，在温度变化的情况下，三者感受温度的变化量各不相同，但会相互约束和制约，使得电阻芯片整体的电阻温度系数变得较小或趋于零，实现了电阻芯片整体具有稳定的电阻温度系数及负载稳定性。
[0034]制造时，首先，按照工艺方法制备满足要求的金属合金箔以及粘贴胶，然后，在基板上成型一层粘贴层，通过粘贴层将金属合金箔与基板牢固粘贴在一起，然后将金属合金箔经过化学蚀刻或激光蚀刻进行机械或激光切割方式调整到标称阻值，即成为电阻栅，在电阻栅正面附着一层防潮膜4，电阻栅的两个焊点上各焊接一根管脚，该管脚从基板的正面或背部引出，即形成精密电阻芯片，在精密电阻芯片外包裹缓冲层，缓冲层外部直接封装形成外壳。
[0035]与现有技术相比，本发明精密电阻制造方法至少具有以下有益效果:制造方法可靠，易于实现，加工成本低，精密电阻可靠性更好，电阻温度系数最低可达0.01ppm/°C，电阻精度可达0.001%，负载稳定性达lOOppm。
[0036]本发明通过选择金属合金箔3材料或改变其合金配比或改变其冷轧率或通过热处理调整金属合金箔3电阻温度系数，同时设计粘贴层2与基板I线膨胀系数相互作用、相互匹配，获得极低电阻温度系数的电阻芯片。电阻芯片的电阻温度系数可控，在理想的情况下等于或接近于Oppm/°C，负载稳定性甚至优于lOOppm。同时配合电阻图形设计和后续加工，实现电阻芯片平面电阻无容、无感和0.001%的阻值精度。
[0037]本发明提供的箔式精密电阻器的制造方法:首先配置匹配的胶粘剂、热处理的金属合金箔3、表面处理的基板1，然后通过热压合技术将金属合金箔3、胶粘剂、基板I粘合到一起。再通过平面化学蚀刻、激光刻蚀等工艺形成电阻图形，电阻图形至少包括电阻栅条、电阻值调节栅、焊盘三部分。电阻图形、粘接剂与基板I 一起构成电阻芯片。然后在电阻图形表面涂覆防潮膜4，通过激光刻蚀电阻图形中的电阻值调节栅，调节电阻芯片的阻值。然后通过焊接、包封缓冲层7、封装外壳8、切筋形成引脚5完成本发明制造。
[0038]所述胶粘剂材料为具有特定线膨胀系数及温度特性的环氧树脂或酚醛-环氧树脂类。
[0039]本发明的有益效果是:制造方法可靠，易于实现，加工成本低，精密电阻可靠性更好，电阻温度系数最低可达0.0 lppm/°C,电阻精度可达0.001%,负载稳定性达lOOppm。
[0040]下面结合附图对本发明做出进一步的说明。
[0041]图1中，陶瓷基板I为机电性能为96?99%氧化铝陶瓷板，形状为方形或长方形，当然也可以采用石英陶瓷、金属板等材料，具有稳定的物理、化学、电学、机械性能，通过设计、压制、焙烧、研磨成型等得到合适的基板，本发明采用基板厚度0.1?0.7_。图1中金属合金箔3为康铜合金箔(英文名Constantan Foil)或伊文合金箔(英文名Evanohm Foil),其中康铜合金箔成分为Cu51%?54%、Ni45%?48%，Mn,Si微量，伊文合金箔成分为Ni73%?76%、Cr20% ?23%、All.6% ?8%、Cul%,其它微量元素。
[0042]本实施例通过气氛炉或真空炉或激光对康铜、伊文合金箔进行热处理，调整其电阻温度系数到合适值。图1中粘接胶按照酚醛环氧树脂10?25%，双酚A环氧10?30%，改性胺类固化剂0.5?1%，促进剂0.1?0.5%，其它助剂0.1?1%，稀释剂50?70%,纳米级填料I?5%进行配比，并采取以下特殊处理工艺达到提高合金箔与陶瓷基板粘接力的目的，将环氧树脂与改性胺类固化剂在60?80°C条件下恒温反应2?4小时关闭反应，添加稀释剂混合溶解，再依次溶解促进剂和助剂，最后添加纳米填料高速混合搅拌2?4小时出料，依次进行研磨分散、超声分散等方式达到分散均匀。具体反应原理是:1、合成改性大分子、高官能团环氧树脂，增长固化剂分子链段，使用纳米粒子填料表面缺陷和非配对原子多等特点，形成与环氧聚合物发生物理或化学结合，增强与聚合物基体的界面结合，提高聚合物的承载能力，从而达到增强增韧聚合物，达到提高粘接力。2、纳米级填料通过表面活化处理方式，在固态纳米级添加剂表面形成大量羟基，提高添加剂反应活性，减小界面浸润角，从而提高粘接力；粘贴胶采取以下处理工艺达到提高耐温性，具体方式:合成胺类树脂添加剂，使固化物形成具有“海岛结构”状的环氧树脂合金，从而数倍提高断裂韧性(GIC)，而保持较高的耐热性能。此外，环氧树脂中环氧基与固化剂分子结构中的活泼氢进行聚合反应，形成空间网络状大分子交联结构，在分子空间结构中掺杂固态耐高温添加剂，对分子运动形成空间位阻效应，从而增大固化物弹性模量，提高耐温性。按照如上所述工艺及配方合成的环氧树脂或酚醛-环氧树脂，具有全温范围内稳定的物理、化学、电学、机械性能，能够将金属合金箔和陶瓷基板牢固可靠粘接，厚度范围I?25um。通过对特种粘接胶的研究、粘贴工艺研究及层压固化工艺的研究、陶瓷基板表面处理工艺、陶瓷基板与金属箔粘贴工艺等，利用平板叠压，软硬结合的恒温恒压工装设备实现金属箔、粘接胶、陶瓷基板紧密稳定结合形成箔式精密电阻芯片基体。
[0043]图4是本发明利用热处理方法对不同金属合金箔调整电阻温度系数与特殊陶瓷板匹配制作的箔式精密电阻器测试曲线图。图4中曲线是不同合金配比、冷轧率的康铜合金箔、伊文合金箔利用不同的热处理工艺调整电阻温度系数与陶瓷基板匹配实验测试得来。同时，利用不同的配比、冷轧率、热处理参数调整合金箔内部的晶体分布，实现电阻温度系数呈线性分布，具有更好的稳定性和匹配性。
[0044]图3利用本发明制造方法制作的箔式精密电阻器封装正视图。
[0045]本发明箔式精密电阻器主要由电阻芯片、缓冲层7和外壳8组成，电阻芯片主要由陶瓷基板1、粘贴层2、电阻栅、缓冲膜4、引脚5组成。基板I是一种具有稳定的理化性能和优异的机电性能的96?99%氧化铝陶瓷板或氮化铝陶瓷板，厚度范围0.1?0.7mm，在基板I上通过离心式涂胶或涂覆或滚筒涂胶或压力喷胶的方式成型一层厚度均匀、质密的环氧树脂或酚醛-环氧树脂粘贴层2，通过粘贴层2将热处理获得较低电阻温度系数的铜镍合金或镍铬合金或锰铜合金的金属合金箔与基板I牢固粘贴在一起，然后将金属合金箔3经过平面化学蚀刻或激光蚀刻，进行机械或激光等切割方式调整到标称阻值，即成为电阻栅，此时电阻栅的厚度为2.0?5 μ m范围；电阻栅正面附着有一层以涂胶成型的聚酰亚胺类胶粘剂防潮膜或聚酰亚胺薄膜材料直接粘贴的防潮膜或环氧树脂或酚醛树脂或聚酯树脂；电阻栅上的两个焊点6上各焊接着一根管脚5或引脚，管脚5的前端为倒钩形状，管脚5的主体部分从基板I的正面或背部引出，这样即形成箔式精密电阻芯片；芯片主体包裹有缓冲层7，该缓冲层7为具有中等韧性和邵氏硬度在20?50的橡胶或聚酯类材料，它是采用涂覆或浸覆或灌封等方式成型的；缓冲层7的外部是直接封装形成封装外壳8，该封装外壳8是采用灌封或塑封或陶瓷封装或金属封装等形式。
【权利要求】
1.一种箔式精密电阻的制造方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)电阻芯片的制造:所述电阻芯片包括基板、粘贴层和电阻图形，所述电阻图形通过粘贴层与基板粘接在一起；所述电阻图形采用金属合金箔材料，该金属合金箔材料经过400?600°C，3?6小时的真空退火或气氛炉退火处理而得；所述粘贴层为环氧树脂或酚醛-环氧树脂制成，所述粘贴层内添加有填充物； (2)箔式精密电阻的制造:在基板上成型一层粘贴层，通过粘贴层将金属合金箔与基板牢固粘贴在一起，然后将金属合金箔经过化学蚀刻或激光蚀刻进行机械或激光切割方式调整到标称阻值，即成为电阻栅，在电阻栅正面附着一层防潮膜，电阻栅的两个焊点上各焊接一根管脚，该管脚从基板的正面或背部引出，即形成精密电阻芯片，在精密电阻芯片外包裹缓冲层，缓冲层外部直接封装形成封装外壳。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述金属合金箔的厚度为I?25 μ m，采用具有较低电阻温度系数的康铜或白铜45、卡玛合金、铜镍合金、锰铜合金、伊文合金或镍铬合金箔。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于:所述康铜或白铜45的组成为:Cu51%?54%、Ni45%?48%，其他为Mn、Si ;所述镍铬合金箔的组成为:Ni76%?79%、Cr21%?24% ;所述卡玛合金箔的组成为:Ni73%?75%、Cr20%?22%、Al2%?3%、Fel%，其他为微量元素；所述伊文合金箔的组成为:Ni73%?76%、Cr20%?23%、A11.6%?8%、Cul%，其它微量元素。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述基板为陶瓷基板。
5.根据权利要求1或4所述的制造方法，其特征在于:所述基板为机电性能为96?99%氧化铝陶瓷板或石英陶瓷或金属板。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述粘贴层的厚度为2?5μπι，粘贴剂的胶粘度为50?IOOCPa.S。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述填充物为通过表面活化处理的纳米级无机填料，包括Si02、A1203、Si3N4和Ti02。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述缓冲层为具有中等韧性和邵氏硬度在20?50的橡胶或聚酯类材料，采用涂覆或浸覆或灌封方式。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述封装外壳采用灌封或塑封或陶瓷封装或金属封装。
10.根据权利要求1至9中任意一种方法制得的箔式精密电阻，其特征在于:所述精密电阻的电阻温度系数可达0.0lppm/°C,电阻精度可达0.001 %,负载稳定性达lOOppm。
【文档编号】H01C17/07GK103714926SQ201310751886
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】晏志鹏, 张勋, 刘鹏, 熊英, 赵家辉, 任博哲, 雒平华, 李永江, 田刊, 杨秀森 申请人:中航电测仪器股份有限公司