專利名稱：片式電阻器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廣泛用于電子電路中的片式電阻器，特別涉及一種具有低電阻和低TCR的片式電阻器，及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著便攜式電話、攝像機(jī)和筆記本式個(gè)人電腦的發(fā)展，對(duì)小型電子裝置的需求日益增長(zhǎng)。不夸張地說(shuō)，這些電子裝置的小型化及其性能的提高取決于用于這些裝置的片式電子部件。關(guān)于薄膜電阻體，已知的有氧化釕和含為氧化釕的復(fù)合氧化物的釕酸鉍和釕酸鉛作主要成分的組合物(例如，見(jiàn)日本未審查專利申請(qǐng)昭58-37963)。這種電阻體用于各種場(chǎng)合。
下面將結(jié)合


制造常規(guī)片式電阻器的方法的實(shí)例。圖12是展示常規(guī)片式電阻器結(jié)構(gòu)的透視圖，圖13是沿圖12的線A-A′所取的剖面圖。通常，這種類型的片式電阻器按以下方式制造。首先，在由純度為96％的氧化鋁構(gòu)成的片狀氧化鋁基片10的上表面形成上電極11。在氧化鋁基片10上表面一部分上形成電阻體12，使之與上電極連接。形成由鉛硼硅玻璃制成的保護(hù)膜14，覆蓋整個(gè)電阻體12。通常，保護(hù)膜14是通過(guò)利用絲網(wǎng)印刷形成圖形，然后在高達(dá)500-800℃的溫度下焙燒該膜形成的。
接著，在氧化鋁基片10的每個(gè)端面上形成由Ag厚膜構(gòu)成的端面電極13，使之分別與上電極11連接。通常，端面電極13是通過(guò)在約600℃的溫度下進(jìn)行焙燒工藝形成的。為了確保焊接工藝的可靠性，最后，電鍍形成Ni鍍膜15，覆蓋端面電極13，并形成焊料鍍膜16，覆蓋Ni鍍膜15，由此制成片式電阻器。
在由此制造的片式電阻器中，一般情況下，含氧化釕作為主要成分的厚膜釉電阻體材料用作構(gòu)成電阻體的導(dǎo)電顆粒。然而，僅含氧化釕的電阻體材料的電阻溫度系數(shù)(此后，表示為“TCR”)較大，電阻溫度系數(shù)表示電阻隨溫度的變化。因此，在TCR降至約±50ppm/℃或以下后，必須加入如金屬氧化物等TCR調(diào)節(jié)材料，才能使用該材料。
然而，在使用這種電阻體材料時(shí)，因?yàn)檠趸戨娮杪瘦^高，很難制造具有1Ω或以下小電阻的片式電阻器。為此，已提出一種用如JIS C2521和JISC2532中所述的具有低電阻溫度系數(shù)的銅鎳合金作1Ω或更小電阻的電阻體材料的片式電阻器。
具體地，所提出的一種結(jié)構(gòu)是將合金材料形成箔形或板形，然后加到氧化鋁基片上，并在氧化鋁基片上印刷通過(guò)在有機(jī)媒液中捏和銅粉末、鎳粉末和玻璃料獲得的電阻體漿料，然后在惰性氣氛中焙燒，從而形成合金膜(見(jiàn)日本未審查專利申請(qǐng)平2-308501和平3-270104)。
然而，按前一結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐韵略蚺可a(chǎn)率不是那么高。在片式部件日益小型化的情況下，制造合金箔或合金板的方法有限，不能用激光進(jìn)行微調(diào)工藝，且如拋光(grinding)等其它工藝也受限制。而且，從成本的角度出發(fā)，此方法比印刷法更差。
按后一結(jié)構(gòu)，電阻體膜和基片間的粘結(jié)，及電阻層的調(diào)節(jié)利用玻璃實(shí)現(xiàn)，因此，其中所含非銅-鎳成分的比例很高。因此，溫度系數(shù)與銅鎳合金不同。而且，根據(jù)焙燒條件，玻璃組分在金屬組分中及不同方式燒結(jié)的顆粒間界面處表現(xiàn)出擴(kuò)散特性。因此，后一結(jié)構(gòu)的問(wèn)題是很難獲得穩(wěn)定的電阻特性。
按利用銅粉末和鎳粉末的漿料法，電阻器的特性受阻電源部分引出電極特性及電阻體與電極間界面結(jié)構(gòu)的影響很大。由此方法制造的最小電阻為100mΩ。很難獲得更小的電阻。
如上所述，片式電阻器日益趨向于小型化。另一方面，對(duì)可用于電子電路中電流探測(cè)等等且具有小電阻和低TCR的片式電阻的需求日益增大。從應(yīng)用中所需性能的角度出發(fā)，特別渴求降低電阻率和低TCR外能確保高精度和高可靠性的片式電阻器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問(wèn)題，滿足這些需求。本發(fā)明的目的是提供一種電阻低至1Ω或更小、特別是低于100mΩ或以下且TCR低而可靠性高的片式電阻器。
本發(fā)明的片式電阻器包括絕緣基片；形成于絕緣基片的至少一面上的電阻層，該層由銅鎳合金制成；分別與電阻層的兩端部的上面面接觸的一對(duì)上面電極；及分別形成于絕緣基片的兩端部上至少覆蓋部分上面電極層的一對(duì)端面電極。具體地，電阻層和上面電極層間的接合通過(guò)金屬-金屬間接合實(shí)現(xiàn)，因此，界面處不存在任何會(huì)影響其特性的雜質(zhì)。于是，可以獲得電阻小、TCR低、耐熱性極佳的片式電阻器。
本發(fā)明還提供一種片式電阻器，包括形成于陶瓷基片兩面上的焙燒電阻體層，該層至少由銅鎳合金粉末構(gòu)成；所形成的至少覆蓋兩面上的所述焙燒的電阻體層的兩端部的部分的引出電極；及形成于所述陶瓷基片的側(cè)面上至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分的端面電極，其中至少形成于所述陶瓷基片一面的所述焙燒的電阻體層的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
本發(fā)明還提供一種片式電阻器，包括由選自銅-鎳和鎳-鉻中的一種材料制成的金屬箔；及形成于所述金屬箔上且至少由銅鎳制成的焙燒的電阻體層，其中所述焙燒的電阻體層的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
本發(fā)明還提供一種片式電阻器，包括至少形成于陶瓷基片一面上的金屬箔，所述金屬箔由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成；形成于所述金屬箔上且至少由銅鎳制成的焙燒的電阻體層；所形成的至少覆蓋所述焙燒的電阻體層的兩端部的部分的一對(duì)引出電極；及形成于所述陶瓷基片的兩側(cè)面上至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分的端面電極，其中所述焙燒的電阻體層的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒電阻體層的膜厚為30μm或更小。
本發(fā)明還提供一種片式電阻器，包括至少形成于陶瓷基片一面上的金屬絲，所述金屬絲由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成；形成于所述金屬絲上且至少由銅鎳制成的焙燒的電阻體層；所形成的至少覆蓋所述焙燒的電阻體層的兩端部分的部分的一對(duì)引出電極；及形成于所述陶瓷基片的兩側(cè)面上至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分的端面電極，其中所述焙燒的電阻體層的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體的膜厚為30μm或更小。
本發(fā)明還提供一種片式電阻器，包括形成于陶瓷基片一面上的金屬箔，所述金屬箔由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成；形成于所述陶瓷基片另一面上且至少由銅鎳制成的焙燒的電阻體層；所形成的至少覆蓋所述焙燒的電阻體層的兩端部的部分的一對(duì)引出電極；及形成于所述陶瓷基片的兩側(cè)面上至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分及所述金屬箔兩端部的部分的端面電極，其中所述焙燒的電阻體層的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
本發(fā)明還提供一種片式電阻器，包括形成于陶瓷基片一面上的金屬絲，所述金屬絲由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成；形成于所述陶瓷基片另一面上及所述金屬絲上面且至少由銅鎳制成的焙燒的電阻體層；所形成的至少覆蓋兩面上的所述焙燒的電阻體層的兩端部的部分的一對(duì)引出電極；及形成于所述陶瓷基片的兩側(cè)面上至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分的端面電極，其中至少所述兩焙燒的電阻體層中的一個(gè)的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
優(yōu)選的片式電阻器中，除至少部分所述端面電極外，整個(gè)所述電阻器被樹(shù)脂覆蓋。
優(yōu)選的片式電阻器中，除至少部分所述端面電極外，整個(gè)所述電阻器被樹(shù)脂覆蓋。
本發(fā)明還提供一種制造片式電阻器的方法，包括以下步驟在陶瓷基片的兩面上形成電阻體層，所述電阻體層至少由銅鎳合金粉末制成；形成引出電極，至少覆蓋所述電阻體層兩端部的部分；在所述陶瓷基片的兩側(cè)面上形成端面電極，至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分，然后進(jìn)行焙燒處理；及微調(diào)所述焙燒的電阻體層，其中至少所述兩焙燒的電阻體層中的一個(gè)的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
本發(fā)明還提供一種制造片式電阻器的方法，其中在由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成的金屬箔上形成至少由銅-鎳制成的電阻體層；及在焙燒后進(jìn)行微調(diào)工藝時(shí)，所述兩焙燒的電阻體層中的一個(gè)的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
本發(fā)明還提供一種制造片式電阻器的方法，包括以下步驟在陶瓷基片的至少一面上形成金屬箔或金屬絲，所述箔或金屬絲由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成；在所述金屬箔或金屬絲上形成電阻體層，所述電阻體層至少由銅鎳制成；形成一對(duì)引出電極，至少覆蓋所述電阻體層兩端部的部分；在所述陶瓷基片的兩側(cè)面上形成端面電極，覆蓋所述引出電極兩端部的部分及至少覆蓋所述金屬箔或金屬絲兩端部的部分，然后進(jìn)行焙燒處理；及微調(diào)所述焙燒的電阻體層，其中至少所述兩焙燒的電阻體層中的一個(gè)的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的片式電阻器的剖面圖。
圖2是此實(shí)施例的制造流程圖。
圖3-9是本發(fā)明第三-第九實(shí)施例的片式電阻器的剖面圖。
圖10是展示在本發(fā)明第四實(shí)施例的片式電阻器中涂敷作為保護(hù)層的樹(shù)脂涂層的方法的透視圖。
圖11是該片式電阻器的局部剖面?zhèn)纫晥D。
圖12是展示常規(guī)片式電阻器結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖13是沿圖12中的A-A′線所取的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的片式電阻器的剖面圖。在該圖中，3表示電阻層。利用示于以下表1中的合金組分的電阻體漿料，通過(guò)如絲網(wǎng)印刷等厚膜技術(shù)在方形絕緣基片(此后僅稱為基片)1的一個(gè)面上印刷電阻層。接著，以與電阻層3相同的方式，在電阻層3相對(duì)于基片1的兩端上分別印刷上面電極層2，使之與電阻層3面接觸。在中性或還原氣氛中，同時(shí)焙燒電阻層3和上面電極層2。此后，形成保護(hù)膜4，覆蓋電阻層3的一部分。在基片1的兩相對(duì)端部及電阻層3的未被保護(hù)膜4覆蓋的部分上形成U形端面電極層5。形成覆蓋端面電極層5的Ni鍍膜6，并在Ni鍍膜6上形成焊料鍍膜7。
以下詳細(xì)說(shuō)明制造該片式電阻器的方法。在電阻體漿料中，使用銅鎳合金粉末(平均粒徑為5μm的霧化粉末)。在此粉末中加入玻璃料，構(gòu)成作為無(wú)機(jī)組分的所得混合粉末。關(guān)于玻璃料，按相對(duì)于金屬粉末為5wt％的比例加入鉛硼硅玻璃，關(guān)于媒液組分，使用其中作為有機(jī)粘結(jié)劑的乙基纖維素溶于萜品醇的溶液，用做有機(jī)媒液組分。利用三輥滾軋機(jī)捏和無(wú)機(jī)組分和有機(jī)媒液組分，形成電阻體漿料。
在用于上面電極的漿料中，使用銅粉末(平均粒徑為2μm)或銀粉末(平均粒徑為5μm)，關(guān)于媒液組分，使用其中作為有機(jī)粘結(jié)劑的乙基纖維素溶于萜品醇的溶液，用做有機(jī)媒液組分。利用三輥滾軋機(jī)捏和無(wú)機(jī)組分和有機(jī)媒液組分，形成上面電極漿料。
利用這樣制備的電阻體漿料和網(wǎng)板，在基片1(96％的氧化鋁基片)上印刷電阻體圖形。在100℃干燥電阻體圖形10分鐘。然后利用網(wǎng)板，在電阻體圖形的上面印刷上面電極漿料，形成如圖1所示的預(yù)定圖形。在100℃干燥此圖形10分鐘。在能在氮?dú)夥罩斜簾某尚凸ぞ咧?，?duì)基片1的電阻體和電極同時(shí)進(jìn)行焙燒，由此同時(shí)形成電阻層3和上面電極層2。把基片1分裂成分離的小片，并設(shè)置銅電極作端面電極5。此后，通過(guò)絲網(wǎng)印刷，由環(huán)氧樹(shù)脂形成保護(hù)膜層4，作為電阻層3的保護(hù)膜，在160℃和30分鐘的條件下固化樹(shù)脂。測(cè)定所得電阻元件的電阻、電阻溫度系數(shù)(TCR)及可靠性(高溫屏蔽試驗(yàn)和熱沖擊試驗(yàn))。
按以下方式制造如圖1 3所示結(jié)構(gòu)的比較例。用含玻璃料的銅或銀電極材料形成上電極11。然后，把與上述類似方式混合的合金粉末、玻璃和有機(jī)媒液的漿料印刷在氧化鋁基片10(96％的氧化鋁基片)上。漿料在100℃干燥10分鐘，然后在表1所示的焙燒條件下在N2氣氛中加熱，由此焙燒電阻體。
下面說(shuō)明測(cè)定焙燒電阻器的方法。樣品在溫度為25±2℃、相對(duì)濕度為65±10％的氣氛中保持30分鐘或更長(zhǎng)后，利用四電極法(four-terminal)測(cè)量電阻。按以下方式測(cè)量TCR。樣品放置在恒溫室中，在一定溫度氣氛中保持30分鐘或更長(zhǎng)。此后，測(cè)量25℃和125℃時(shí)的電阻，獲得電阻的變化率。
按以下方式進(jìn)行作為可靠性測(cè)定項(xiàng)目的熱沖擊試驗(yàn)。采用兩個(gè)預(yù)設(shè)置成各預(yù)定溫度的試驗(yàn)室(-45℃和+150℃)。在樣品保持于一個(gè)試驗(yàn)室中30分鐘后立即暴露于另一試驗(yàn)室中30分鐘，重復(fù)500次這樣的試驗(yàn)。此后，測(cè)定電阻變化率。在高溫屏蔽試驗(yàn)中，在將樣品保持在150℃的試驗(yàn)室1000小時(shí)后，測(cè)定電阻的變化率。
利用X-射線衍射僅獲得所制造的電阻器的合金層的晶體結(jié)構(gòu)剖面。表1

從表1的結(jié)果可以看出，制成具有現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的比較例中，從要求電阻器具有高精度和高可靠性的品質(zhì)方面看，電阻體膜與上電極間的連接是不充分的。在通過(guò)剖面觀察檢查膜的質(zhì)量時(shí)，觀察到有玻璃料存在于電阻體12和上電極11之間的界面中，此界面處形成有許多空洞。結(jié)果，燒結(jié)后未獲得足夠的致密度。
相反，可以看出，由本發(fā)明方法制造的電阻層3和上面電極層2之間的界面中不存在玻璃料，因此界面中沒(méi)有雜質(zhì)，可以通過(guò)同時(shí)燒結(jié)獲得一種晶體結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)中，不形成清晰界面，上面電極層2和電阻層3靠金屬擴(kuò)散彼此結(jié)合。這意味著同時(shí)燒結(jié)使銅或銀擴(kuò)散進(jìn)用做電阻層的銅鎳合金層，形成了沒(méi)有清晰界面的擴(kuò)散層，這種結(jié)構(gòu)具有很好可靠性的熱穩(wěn)定性。燒結(jié)后，利用X射線衍射儀分析該金屬膜，觀察到形成了均勻的銅鎳合金層。在用掃描電子顯微鏡觀察膜的質(zhì)量時(shí)，觀察到形成了基本上沒(méi)有空洞的致密燒結(jié)膜。
接著，結(jié)合圖2的制造流程說(shuō)明制造片式電阻器的具體方法。
利用三輥滾軋機(jī)混合不同銅鎳合金粉末與玻璃料比率的電阻體組分，制備粘度為200000-250000帕-秒(pascal-seconds)的電阻體漿料(步驟1)。
在氧化鋁基片上印刷該漿料，然后干燥，形成電阻體(電阻體的尺寸為2mm×2mm，干燥膜的厚度為40μm)(步驟2)。利用三輥滾軋機(jī)捏和銅粉末(平均粒徑2μm)或銀粉末(平均粒徑5μm)和有機(jī)媒液，制備粘度為200000-250000帕-秒的電極漿料(步驟3)。絲網(wǎng)印刷電極漿料，形成與電阻體的上面面接觸的各層結(jié)構(gòu)，然后干燥(干燥膜的厚度30μm)(步驟4)。此后，基片保持在900℃的氮?dú)夥罩?0分鐘，進(jìn)行焙燒，由此制造電阻層3和上面電極層2(步驟5)。
接著，在端面上涂敷市售的銅電極漿料，作為端面電極，膜厚約50-100μm。在800℃的氮?dú)夥罩斜簾藵{料10分鐘，形成端面電極層5(步驟6)。此后，用YAG激光器切割和微調(diào)電阻層3(步驟7)，然后，在電阻層上印刷環(huán)氧樹(shù)脂漿料作為保護(hù)膜(步驟8)，再進(jìn)行固化(固化膜厚40μm，在150℃保持30分鐘進(jìn)行固化)，由此制造保護(hù)膜層4(步驟9)。
為了獲得片式部件，Ni鍍層6和焊料鍍層7鍍?cè)诙嗣嫔?步驟10和11)，由此實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)安裝工藝期間焊料浸潤(rùn)性的設(shè)計(jì)。
如表1所示，可以看出，由上述方法制造的電阻器關(guān)于如高溫屏蔽試驗(yàn)和熱沖擊試驗(yàn)的耐熱性有足夠高的可靠性。因?yàn)槲葱纬汕逦慕饘賹娱g界面，且形成了合金擴(kuò)散層，所以在高溫下電阻也很穩(wěn)定。而且，上面電極層不含起雜質(zhì)作用的玻璃料。因此，可以獲得低電阻、低TCR和具有極佳耐熱性的片式電阻器。
通常，通過(guò)改變銅/鎳合金的比例可以把電阻溫度系數(shù)(TCR)調(diào)節(jié)在400-200ppm/℃范圍內(nèi)。在此實(shí)施例中，考慮到焙燒溫度條件，可以把TCR控制在40-20ppm/℃范圍內(nèi)，且電阻可以低到10mΩ的范圍。而且，該實(shí)施例的接合強(qiáng)度極佳，這正是電阻體所需要的。關(guān)于其它測(cè)定項(xiàng)目，該實(shí)施例的電阻體實(shí)際上具有很好的耐久性。
在此實(shí)施例中，用樹(shù)脂漿料作保護(hù)膜。當(dāng)然，即使采用更一般的玻璃漿料代替樹(shù)脂漿料，也可以獲得類似的效果。
實(shí)施例2下面說(shuō)明印刷焙燒利用表2所示混合比例組分的合金粉末、并按與實(shí)施例1類似的方式制備的電阻體漿料獲得的片式電阻器。
測(cè)定這樣制備的片式電阻器的電阻、電阻溫度系數(shù)(TCR)、及可靠性(高溫屏蔽試驗(yàn)和熱沖擊試驗(yàn))。
按以下方式制備比較例。利用網(wǎng)板，在氧化鋁基片10上印刷按與實(shí)施例1類似方式混合合金粉末、玻璃料及有機(jī)媒液形成的漿料，基片上將形成如圖13所示的上電極11。在100℃下干燥漿料10分鐘，然后在1000℃的氮?dú)夥罩屑訜?，由此焙燒電阻體。此后，按與實(shí)施例1類似的方式形成端面電極及保護(hù)膜，從而制成片式電阻器。
按與實(shí)施例1類似的方式測(cè)定焙燒后的電阻器。測(cè)定結(jié)果示于表2中。表2

如表2所示，通過(guò)同時(shí)燒結(jié)獲得了一種晶體結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)中，利用該實(shí)施例方法制備的電阻層3與上面電極層2之間界面處不存在雜質(zhì)，且上面電極層2和電阻層3通過(guò)金屬擴(kuò)散相互結(jié)合未形成清晰的界面。這表明，同時(shí)燒結(jié)形成了沒(méi)有清晰界面的擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)具有可靠性極佳的熱穩(wěn)定性。由此可知，可以獲得低電阻、低TCR及極佳耐熱性的片式電阻器。
在用銅電極作上面電極層時(shí)，焙燒溫度在600-1000℃范圍內(nèi)的電阻和電阻溫度系數(shù)的重復(fù)性都很好。在用銀時(shí)，焙燒溫度在600-850℃內(nèi)的電阻和電阻溫度系數(shù)的重復(fù)性很好。然而，在使用銀電極時(shí)，因?yàn)殡娮鑼拥你y和銅的合金化發(fā)生在低溫下，所以溫度不能設(shè)定成更高的水平。在用還原氣氛代替氮?dú)夥者M(jìn)行焙燒時(shí)，可以得到更低的電阻。
實(shí)施例3圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例的片式電阻器的剖面圖。在此片式電阻器中，利用例如絲網(wǎng)印刷等厚膜技術(shù)，在方形基片1的一面的相對(duì)兩端部分別印刷和焙燒下面電極層8。下面電極層8中，用銅或銀粉末作金屬粉末，使用按相對(duì)于金屬粉末為3wt％的比例加入鉛硼硅玻璃作為玻璃料的漿料。接著，如圖3所示，采用厚膜技術(shù)，用以下表3所示的合金組分的電阻體漿料進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，在下面電極層8上印刷電阻層3。接著，按與電阻層3相同的方式，在電阻層3相對(duì)基片1的兩端部上分別印刷上面電極層2，使之與電阻層3面接觸。在中性或還原氣氛中，同時(shí)焙燒電阻層3和上面電極層2。此后，按與實(shí)施例1的方式形成保護(hù)膜和端面電極。
按與實(shí)施例1類似的方式測(cè)定所得片式電阻器的電阻、電阻溫度系數(shù)(TCR)、及可靠性(高溫屏蔽試驗(yàn)和熱沖擊試驗(yàn))。表3

如表3所示，根據(jù)第三實(shí)施例，可以獲得電阻極低、在熱沖擊和耐熱性的長(zhǎng)期可靠性試驗(yàn)中表現(xiàn)出極佳特性的電阻體。另外其各種電特性也很好。
由現(xiàn)有技術(shù)制造的比較例電阻體的耐熱性的長(zhǎng)期可靠性不足。
如上所述，根據(jù)實(shí)施例1-3，上面電極層和電阻層具有合金界面，因此，可以得到耐熱性穩(wěn)定的電極結(jié)構(gòu)，可以得到具有低電阻、低TCR且耐熱性的長(zhǎng)期可靠性中電阻變化程度很小的高精度片式電阻器，可以實(shí)現(xiàn)能經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)電阻器的有益效果。
在實(shí)施例1-3中，為了得到低電阻，最好在高溫(600-1000℃)下焙燒電阻體組分，玻璃料最好是玻璃臨界點(diǎn)為450-800℃的高熔點(diǎn)玻璃料，具體是鉛硼玻璃和鋅硼硅玻璃中的一種或幾種。一般情況下，電阻器的電阻溫度系數(shù)最好接近零。因此，從其性能和成本方面考慮，該系數(shù)值選為±400ppm/℃。根據(jù)這些實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)提高約10倍的性能價(jià)格比。
關(guān)于基片材料，可以用任何材料，只要能耐600-1000℃的焙燒即可。例如，可以用各種氧化鋁、鎂橄欖石、莫來(lái)石、氮化鋁和玻璃陶瓷等各種基片。
實(shí)施例4圖4是本發(fā)明第四實(shí)施例的片式電阻器的剖面圖。圖中3代表電阻層。利用厚膜技術(shù)，例如用以下表4所示的合金組分的電阻體漿料進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，在方形陶瓷基片(此后僅稱作基片)1的兩面上印刷電阻層。接著，按與電阻層3相同的方式，在電阻層3的兩端部分別印刷上面電極層2，使之與電阻層3面接觸。在基片1的兩側(cè)面上形成兩U形端面電極層5，使之至少分別覆蓋部分上面電極層2。在中性或還原氣氛中，同時(shí)焙燒這些層。
以下說(shuō)明制造電阻體漿料的方法。用平均粒徑為2μm的霧化粉末作銅鎳合金粉末。向此粉末中加玻璃，構(gòu)成用做無(wú)機(jī)組分的所得混合粉末。關(guān)于媒液，使用其中作為有機(jī)粘結(jié)劑的乙基纖維素溶于萜品醇的溶液，用做有機(jī)媒液組分。利用三輥滾軋機(jī)捏和無(wú)機(jī)組分和有機(jī)媒液組分，制成用于形成電阻層3的電阻體漿料。
以下說(shuō)明制備用于形成上面電極層2的電極漿料的方法。用平均粒徑為2μm的銅粉末作無(wú)機(jī)組分。關(guān)于媒液，使用其中作為有機(jī)粘結(jié)劑的乙基纖維素溶于萜品醇的溶液，用做有機(jī)媒液組分。利用三輥滾軋機(jī)捏和無(wú)機(jī)組分和有機(jī)媒液組分，形成用于上面電極層2的電極漿料。
然后說(shuō)明制造片式電阻器的方法。首先，在基片1(96％的氧化鋁基片6.4mm×3.2mm)的兩面上印刷用于電阻層3的電阻體漿料，然后，在100℃溫度下干燥10分鐘。接著，絲網(wǎng)印刷用于上面電極層2的電極漿料，構(gòu)成與電阻層3的上面面接觸的各層結(jié)構(gòu)，然后干燥。此后，關(guān)于端面電極層5，在端面涂敷市場(chǎng)上可買(mǎi)到的銅電極漿料，使膜厚為約50-100μm。然后，在900℃的氮?dú)夥罩斜簾@些層10分鐘，由此形成圖4所示的片式電阻器。
此后，說(shuō)明測(cè)定此片式電阻器的方法。片式電阻器的上面電極層2間的電極距離設(shè)置成4.0mm，形成焙燒的電阻體的寬為2.5mm。利用各探針固定于上面電極層2上的四電極法得到引出端間的電阻。按以下方式測(cè)量TCR。將片式電阻器放置于恒溫室中，在25℃和125℃測(cè)量其電阻，得到電阻變化率。關(guān)于高溫屏蔽試驗(yàn)中電阻的變化，如圖10和11所示，用樹(shù)脂涂敷焙燒的電阻體膜用作保護(hù)樹(shù)脂層11，片式電阻器處于160℃溫度下1000小時(shí)后，得到其電阻的變化率。
利用掃描電子顯微鏡、電子束顯微分析儀或X射線顯微衍射僅研究所制備的片式電阻器的剖面結(jié)構(gòu)。
所得結(jié)果示于表4中。表4

如表4所示，根據(jù)本實(shí)施例的片式電阻器，在兩面上形成電阻層可以得到低電阻、低TCR、且高可靠性的片式電阻器。由于電阻體層的焙燒顆粒的粒徑為40μm或更小，層厚為30μm或更小，所以可以進(jìn)行利用YAG激光器的微調(diào)工藝。一般情況下，金屬箔或金屬絲會(huì)反射激光能量，所以不能進(jìn)行激光微調(diào)工藝。也不能進(jìn)行如噴砂等其它容易且高精度的微調(diào)工藝。因此，此實(shí)施例的片式電阻器很有用。
實(shí)施例5圖5是本發(fā)明第五實(shí)施例的片式電阻器的剖面圖。圖中3代表電阻層，8表示以下表5所示的合金組分的金屬箔(6.4mm×3.2mm，厚＝0.04mm)。按與實(shí)施例4相同的方式制備用于電阻層3的電阻體漿料。
以下說(shuō)明制造片式電阻器的方法。首先，在金屬箔8上印刷用于形成電阻層3的電阻體漿料，然后在100℃溫度下干燥10分鐘。此后，在900℃的氮?dú)夥罩斜簾藵{料10分鐘，由此制造圖5所示的片式電阻器。
按與實(shí)施例4類似的方式測(cè)定此片式電阻器。所得結(jié)果如表5所示。表5

實(shí)施例6圖6是本發(fā)明第六實(shí)施例的片式電阻器的剖面圖。圖中3代表電阻層，8表示如以下表6所示的金屬箔。利用厚膜技術(shù)，例如用以下表6所示的合金組分的電阻體漿料進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，在方形基片1的兩面上印刷電阻層。接著，按與電阻層3相同的方式，在電阻層3的兩端部印刷上面電極層2，使之與電阻層3面接觸。在基片1的兩側(cè)面上形成兩U形端面電極層5，使之至少分別覆蓋部分上面電極層2。在中性或還原氣氛中，同時(shí)焙燒這些層。
按與實(shí)施例4相同的方式制備用于電阻層3的電阻體漿料和用于上面電極層2的電極漿料。
以下說(shuō)明制造片電阻器的方法。首先，通過(guò)粘結(jié)等將金屬箔8(3.8mm×2.3mm，厚＝0.02mm)固定于基片1(96％的氧化鋁基片，6.4mm×3.2mm)。在箔上印刷用于電阻層3的電阻體漿料，然后在100℃溫度下干燥10分鐘。接著，絲網(wǎng)印刷用于形成上面電極層2的電極漿料，形成與電阻層3上面面接觸的各層結(jié)構(gòu)，然后干燥。此后，關(guān)于端面電極層5，在端面涂敷市售的銅電極漿料，使膜厚為約50-100μm。然后，在900℃的氮?dú)夥罩斜簾@些層10分鐘，由此制造圖6所示的片式電阻器。
按與實(shí)施例4相同的方式測(cè)定此片電阻器。所得結(jié)果示于表6中。表6

實(shí)施例7圖7是本發(fā)明第七實(shí)施例的片式電阻器的剖面圖。
在此實(shí)施例中，用如表7中所示的金屬絲9代替第六實(shí)施例中的金屬箔8。金屬絲9的直徑為0.6mm，長(zhǎng)度為3.8mm，且固定于形成于基片1中的槽(未示出)中。
按與實(shí)施例4相同的方式測(cè)定此片式電阻器。所得結(jié)果示于表7中。表7

實(shí)施例8圖8是本發(fā)明第八實(shí)施例的片式電阻器的剖面圖。圖中3代表電阻層，8表示如以下表8所示的金屬箔。利用厚膜技術(shù)，例如用以下表8所示的合金組分的電阻體漿料進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，在方形基片1的另一面上印刷電阻層。接著，按與電阻層3相同的方式，在電阻層3的兩端印刷上面電極層2，使之與電阻層3面接觸。在基片1的兩側(cè)面上形成兩U形端面電極層5，使之至少分別覆蓋部分上面電極層2。在中性或還原氣氛中，同時(shí)焙燒這些層。
按與實(shí)施例4相同的方式制備用于電阻層3的電阻體漿料和用于上面電極層2的電極漿料。
以下說(shuō)明制造片電阻器的方法。首先，通過(guò)粘結(jié)等將金屬箔8(6.4mm×2.5mm，厚＝0.1mm)固定于基片1(96％的氧化鋁基片，6.4mm×3.2mm)的一個(gè)面上，并在與金屬箔8相對(duì)的面上印刷用于電阻層3的電阻體漿料。然后在100℃溫度下干燥10分鐘。接著，絲網(wǎng)印刷用于形成上面電極層2的電極漿料，形成與電阻層3上面面接觸的各層結(jié)構(gòu)，然后干燥。此后，關(guān)于端面電極層5，在端面涂敷市售的銅電極漿料，使膜厚為約50-100μm。然后，在900℃的氮?dú)夥罩斜簾@些層10分鐘，由此制造圖8所示的片式電阻器。
按與實(shí)施例4相同的方式測(cè)定此片式電阻器。所得結(jié)果示于表8中。表8

實(shí)施例9圖9是本發(fā)明第九實(shí)施例的片式電阻器的剖面圖。圖中3代表電阻層，9表示如表9所示的金屬絲。利用厚膜技術(shù)，例如用表8所示的合金組分的電阻體漿料進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，在方形基片1的兩面上印刷電阻層。接著，按與電阻層3相同的方式，在電阻層3的兩端印刷上面電極層2，使之與電阻層3面接觸。在基片1的兩側(cè)面上形成兩U形端面電極層5，使之至少分別覆蓋部分置于兩面上的上面電極層2。在中性或還原氣氛中，同時(shí)焙燒這些層。
按與實(shí)施例4相同的方式制備用于電阻層3的電阻體漿料和用于上面電極層2的電極漿料。
以下說(shuō)明制造片電阻器的方法。首先，將金屬絲9(直徑＝0.6mm，長(zhǎng)度＝3.8mm)緊緊固定于基片1(96％的氧化鋁基片，6.4mm×3.2mm)一面上形成的槽中。接著，在基片的兩面上印刷用于電阻層3的電阻體漿料，然后在100℃溫度下干燥10分鐘。接著，絲網(wǎng)印刷用于形成上面電極層2的電極漿料，使之與電阻層3上面面接觸。此后，關(guān)于端面電極層5，在端面涂敷市售的銅電極漿料，使膜厚為約50-100μm。然后，在900℃的氮?dú)夥罩斜簾@些層10分鐘，由此制造圖9所示的片式電阻器。
按與實(shí)施例4相同的方式測(cè)定此片式電阻器。所得結(jié)果示于表9中。表9

在實(shí)施例4-9中，上面和背面上的電阻體與端面電極層5彼此電連接。另外，可以在基片1上形成通孔等，這些孔可以用金屬漿料或金屬掩埋，使電阻體間彼此電連接，由此形成低電阻片式電阻器。在用金屬箔或金屬絲時(shí)，可以形成凹腔和突起(槽)以便將金屬箔或金屬絲固定于凹腔中。根據(jù)此構(gòu)形，可以省略接合步驟，不用含會(huì)影響電阻器特性的材料的粘結(jié)劑便可以牢固地固定金屬箔或金屬絲。因此，這種構(gòu)形是有效的。
以上說(shuō)明了可以進(jìn)行利用YAG激光器的微調(diào)工藝的實(shí)施例。當(dāng)然，即使利用另一類激光器進(jìn)行此微調(diào)工藝，也可以得到同樣的效果。電阻體層的厚度可以形成在能用激光器進(jìn)行微調(diào)的范圍內(nèi)。具體地，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，最好是將焙燒顆粒的直徑設(shè)定為40μm或更小，該層的厚度設(shè)定為30μm以下。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，電阻層和上面電極層間的接合是通過(guò)金屬-金屬間的接合實(shí)現(xiàn)的，因此，界面處不存在影響其特性的雜質(zhì)。結(jié)果，可以得到充分利用銅鎳合金材料的性質(zhì)的片式電阻器，使該電阻器的電阻低、TCR低、耐熱性極佳且具有高可靠性。
另外，可以構(gòu)成焙燒的電阻體層的燒結(jié)顆粒直徑為30μm或更小，電阻體層的膜厚為40μm或更小的電阻器。相應(yīng)地，可以利用激光器進(jìn)行微調(diào)工藝。因此，比起用噴砂器的拋光工藝，可以容易且高精度地進(jìn)行微調(diào)工藝。所以，可以得到非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用且精度很高的片式電阻器。
權(quán)利要求
1.一種片式電阻器，包括形成于陶瓷基片兩面上的焙燒電阻體層，該層至少由銅鎳合金粉末構(gòu)成；所形成的至少覆蓋兩面上的所述焙燒的電阻體層的兩端部的部分的引出電極；及形成于所述陶瓷基片的側(cè)面上至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分的端面電極，其中至少形成于所述陶瓷基片一面的所述焙燒的電阻體層的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
2.一種片式電阻器，包括由選自銅-鎳和鎳-鉻中的一種材料制成的金屬箔；及形成于所述金屬箔上且至少由銅鎳制成的焙燒的電阻體層，其中所述焙燒的電阻體層的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
3.一種片式電阻器，包括至少形成于陶瓷基片一面上的金屬箔，所述金屬箔由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成；形成于所述金屬箔上且至少由銅鎳制成的焙燒的電阻體層；所形成的至少覆蓋所述焙燒的電阻體層的兩端部的部分的一對(duì)引出電極；及形成于所述陶瓷基片的兩側(cè)面上至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分的端面電極，其中所述焙燒的電阻體層的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒電阻體層的膜厚為30μm或更小。
4.一種片式電阻器，包括至少形成于陶瓷基片一面上的金屬絲，所述金屬絲由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成；形成于所述金屬絲上且至少由銅鎳制成的焙燒的電阻體層；所形成的至少覆蓋所述焙燒的電阻體層的兩端部分的部分的一對(duì)引出電極；及形成于所述陶瓷基片的兩側(cè)面上至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分的端面電極，其中所述焙燒的電阻體層的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體的膜厚為30μm或更小。
5.一種片式電阻器，包括形成于陶瓷基片一面上的金屬箔，所述金屬箔由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成；形成于所述陶瓷基片另一面上且至少由銅鎳制成的焙燒的電阻體層；所形成的至少覆蓋所述焙燒的電阻體層的兩端部的部分的一對(duì)引出電極；及形成于所述陶瓷基片的兩側(cè)面上至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分及所述金屬箔兩端部的部分的端面電極，其中所述焙燒的電阻體層的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
6.一種片式電阻器，包括形成于陶瓷基片一面上的金屬絲，所述金屬絲由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成；形成于所述陶瓷基片另一面上及所述金屬絲上面且至少由銅鎳制成的焙燒的電阻體層；所形成的至少覆蓋兩面上的所述焙燒的電阻體層的兩端部的部分的一對(duì)引出電極；及形成于所述陶瓷基片的兩側(cè)面上至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分的端面電極，其中至少所述兩焙燒的電阻體層中的一個(gè)的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的片式電阻器，其中除至少部分所述端面電極外，整個(gè)所述電阻器被樹(shù)脂覆蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的片式電阻器，其中除至少部分所述端面電極外，整個(gè)所述電阻器被樹(shù)脂覆蓋。
9.一種制造片式電阻器的方法，包括以下步驟在陶瓷基片的兩面上形成電阻體層，所述電阻體層至少由銅鎳合金粉末制成；形成引出電極，至少覆蓋所述電阻體層兩端部的部分；在所述陶瓷基片的兩側(cè)面上形成端面電極，至少覆蓋所述引出電極兩端部的部分，然后進(jìn)行焙燒處理；及微調(diào)所述焙燒的電阻體層，其中至少所述兩焙燒的電阻體層中的一個(gè)的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
10.一種制造片式電阻器的方法，其中在由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成的金屬箔上形成至少由銅-鎳制成的電阻體層；及在焙燒后進(jìn)行微調(diào)工藝時(shí)，所述兩焙燒的電阻體層中的一個(gè)的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
11.一種制造片式電阻器的方法，包括以下步驟在陶瓷基片的至少一面上形成金屬箔或金屬絲，所述箔或金屬絲由選自銅-鎳和鎳-鉻中的材料制成；在所述金屬箔或金屬絲上形成電阻體層，所述電阻體層至少由銅鎳制成；形成一對(duì)引出電極，至少覆蓋所述電阻體層兩端部的部分；在所述陶瓷基片的兩側(cè)面上形成端面電極，覆蓋所述引出電極兩端部的部分及至少覆蓋所述金屬箔或金屬絲兩端部的部分，然后進(jìn)行焙燒處理；及微調(diào)所述焙燒的電阻體層，其中至少所述兩焙燒的電阻體層中的一個(gè)的燒結(jié)顆粒的直徑為40μm或更小，所述焙燒的電阻體層的膜厚為30μm或更小。
全文摘要
一種片式電阻器，具有低電阻、低TCR及高精度和高可靠性。該電阻器包括基片；至少形成于基片一面上的電阻層，該層由銅鎳合金制成；與電阻層的兩端部的上面面接觸的上面電極層；及所形成的覆蓋上面電極層的端面電極。由于電阻層和上面電極層間的接合通過(guò)金屬－金屬間接合實(shí)現(xiàn)，所以界面間不存在會(huì)影響其特性的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)H01C7/00GK1437201SQ02152720
公開(kāi)日2003年8月20日 申請(qǐng)日期1997年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月11日
發(fā)明者木村涼, 下山浩司, 米田尚繼, 中尾惠一 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社