CN1038166C - 片状电阻器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种具有低电阻值和小TCR的高精度片状电阻器及其制造方法。该片状电阻器包括绝缘基板，形成在该绝缘基板的至少一面之上的由Cu-Ni合金制成的电阻层，以及设置在该绝缘基板的一对端面上互相面对的端面电极，该端面电极与电阻层相连。电阻层由高温热处理含有Cu和Ni的镀膜层而成。端面电极由低温薄膜淀积技术制成。

Description

片状电阻器及其制造方法

本发明涉及广泛用于电子线路的片状电阻器，特别是在低电阻值范围内具有低电阻温度系数的高精度片状电阻器。

随着电子设备的小型化，为了减少电子元件的组装面积，对表面组装元件的要求越来越高。其中，作为通常使用的微调体积电阻器的代替品，对高精度片状电阻器的要求也越来越高。特别是对用于电源供应电路的，具有低电阻值和低电阻温度系数的片状电阻器的要求在不断增加。

以下参照附图，对常规的片状电阻器的制造方法的一例进行说明。图6是显示常规方形片状电阻器的构造的截面图。首先，在由96％的氧化铝制成的片状氧化铝基板21的上下表面各设置上表面电极22和下表面电极23。然后，将电阻元件24设置在氧化铝基板21的上表面的部分区域，并连接上表面电极22。电阻元件24上设有硼硅酸铅玻璃保护膜25，将电阻元件24完全遮盖。保护膜25，一般通过丝网印刷先形成图形，接着在600℃至850℃的高温下煅烧而成。随后，在氧化铝基板21的端面上设置端面电极26，并使之与上表面电极22和下表面电极23相连。一般，该端面电极26在大约600℃的高温煅烧而成。最后，为保证焊接的可靠性，在端面电极26上通过电镀形成覆盖该端面电极26的Ni镀膜27，在该Ni镀膜27之上，又形成有覆盖Ni镀膜27的焊接镀膜28。

在按照上述方法生产的常规的片状电阻器中，一般用作电阻器的导电颗粒的，是主要含有氧化钌的厚膜釉电阻材料。在这种实质上仅由氧化钌组成的电阻材料中，表示电阻值随温度变化的电阻温度系数(以下简称TCR)，通过添加TCR调节剂，例如金属氧化物，可以控制在约±50ppm/℃的低值范围内。但是，在使用这种电阻材料的场合，因氧化钌的高电阻值特性，不可能制成具有1Ω以下低电阻值的片状电阻器。因此，为了获得低电阻值片状电阻器，可以通过添加金属粉末，例如银粉和钯粉，从而将电阻值控制在1Ω以下。银和钯等金属具有高达+600至+1000ppm/℃的TCR。因此，在通过添加银或钯制造具有1Ω以下电阻值的电阻元件时，该电阻元件因含有多量的银或钯，其TCR将达到+600至+1000ppm/℃，即变成这些金属自身(即银或钯)的TCR值。因此，在这种场合，不可能通过添加TCR调节剂而对TCR进行控制。

如上所述，根据常规的生产方法，尽管可以获得低电阻值的片状电阻器，但不能获得具有小TCR以及低电阻值的高精度电阻。

本发明的片状电阻器包括绝缘基板，形成在该绝缘基板的至少一面之上的由Cu-Ni合金制成的电阻层，以及设置在该绝缘基板一对端面上互相对面的端面电极，该端面电阻与电阻层相连。

在本发明的一种实施例中，所述的电阻层由Cu-Ni合金制成，该Cu-Ni合金是通过热处理含有Cu和Ni的电镀层所成。

在本发明另一种实施例中，所述的电阻层是由Cu与Ni的重量比在55∶45至65∶35范围内的Cu-Ni合金制成。

在本发明另一种实施例中，所述的电阻层是由Cu与Ni的重量比为60∶40的Cu-Ni合金制成。

在本发明另一种实施例中，所述的端面电极是由选自Cr、Cr合金、Ti以及Ni的金属、采用低温薄膜沉积技术形成的金属薄膜制成。

在本发明另一种实施例中，所述的端面电极是由Ni-Cr合金形成的金属膜制成。

在本发明另一种实施例中，所述的端面电极实质上是以]的形状，面对面地覆盖在绝缘基板的一对端表面上。

在本发明另一种实施例中，上述的芯片电阻器进一步包括设置在不覆盖端面电极的电阻层的至少部分区域的保护层。

本发明的另一目的是提供制造芯片电阻器的方法，该方法包括以下步骤：在绝缘基板的至少一个表面上形成镀膜底层；在该镀膜底层上形成含有Cu和Ni的镀膜层；对该含有Cu和Ni的镀膜层进行热处理，形成电阻层；以及在绝缘基板的一对端面上对面设置金属薄膜，并使金属薄膜与电阻层相连。

在本发明一种实施例中，所述的含Cu和Ni镀膜层是通过多次交替重复镀Cu和镀Ni步骤制成。

在本发明另一种实施例中，所述的含有Cu和Ni镀膜层是通过形成选自Cu镀层和Ni镀层的第一镀膜层的步骤，以及在第一镀膜层上形成含有Cu-Ni合金的第二镀膜层的步骤形成。

在本发明另一种实施例中，形成含有Cu和Ni的镀膜层，使得由Cu-Ni合金组成的电阻层中的Cu与Ni的重量比在55∶45至65∶35的范围内。

在本发明另一种实施例中，形成含有Cu和Ni镀膜层，使得由Cu-Ni合金组成的电阻层中的Cu与ni的重量比为60∶40。

在本发明另一种实施例中，所述的端面电极是由选自Cr、Cr合金、Ti、以及Ni的金属制成。

在本发明另一种实施例中，所述的端面电极是由Ni-Cr合金形成的金属薄膜制成。

在本发明另一种实施例中，所述的金属薄膜是由溅射法、离子镀膜法、或等离子体化学气相沉积法淀积而成。

在本发明另一种实施例中，所述的端面电极实质上的是以]的形状，面对面地覆盖在绝缘基板的一对端面上。

在本发明另一种实施例中，上述方法进一步包括在电阻层上形成保护层的步骤。

因此，本说明书记载的发明具有以下优点：(1)提供具有低电阻值和小TCR的片状电阻器；(2)提供阻抗漂移少，TCR变化小的片状电阻器；(3)提供制造具有低电阻值和小TCR的片状电阻器的方法；(4)提供通过改变电阻层中的Cu对Ni的比例，控制片状电阻器的TCR的方法；以及(5)提供通过设置由金属薄膜制成的、不需要高温煅烧步骤即能形成端面电极，防止片状电阻器的阻抗漂移和TCR变化的方法。

当熟悉本领域的技术人员阅读和理解以下详细的说明和参考附图后，本发明的上述优点和其它优点将显而易见。

图1是显示本发明实施例1和2中的方形片状电阻器构造的截面图；

图2是显示本发明实施例1制造方形片状电阻器方法的流程图；

图3是显示Cu-Ni合金电阻元件的Ni含量、阻抗以及TCR之间的相互关系的图；

图4A和4B是在本发明实施例1方形片状电阻器的制造方法中，概要地显示从Cu镀层和Ni镀层形成Cu-Ni合金电阻层的方法图；

图5是显示本发明实施例2制造方形片状电阻器方法的流程图；

图6是显示常规的方形片状电阻器构造的截面图。

以下参照附图，对本发明的片状电阻器进行说明。实施例1

图1显示本发明片状电阻器的一种实施状态。在这种片状电阻器中，通过厚膜技术，例如丝网印刷，在方形基板1的一个表面上形成有底膜2。然后，在该底膜2之上形成有Cu-Ni合金的电阻层3，在该电阻层3的部分区域复盖有保护层4。如图1所示，端面电极5，通过溅射法、离子镀膜法以及等离子体化学气相沉积法等薄膜淀积技术，实质上以]的形状复盖在该基板1的一对端面上，并与未被保护层4覆盖的电阻层3的部分区域连接。并且，Ni镀膜6形成在端面电极5之上，覆盖该端面电极5，在Ni镀膜6上形成有焊接镀膜7。

以下参照图2，对这种芯片电阻器的制造方法进行说明。

首先，设置氧化铝制基板1。在该基板1的一个表面上形成底膜2。该电镀层2是通过用丝网印刷法在该基板1上印刷用于电镀活化的含Pd涂胶，接着在传送带型连续煅烧炉中以峰值为400℃的温度进行煅烧而制成。该峰值温度保持5分钟。由此形成的底膜2是厚度为1μm以下的金属薄膜，该薄膜深入到基板1表面的凹凸部分。底膜2的作用是在随后的无电解镀膜步骤中作为镀层成长的核，并增加电阻层3和基板1之间的附着力。

接着，用无电解镀膜法，将Ni镀层形成在含Pd的镀膜底层2上。在由此形成的无电解Ni镀层上，用电镀法多次交替形成Cu镀层(氰化铜镀层)和Ni镀层，制成Cu-Ni多层镀膜。应注意的是，在这种电镀法中，镀Ni总是在镀Cu之后进行，Ni镀层构成外层。在上述无电解镀膜过程中，可以用Cu镀层取代Ni镀层。此时，在随后的电镀过程中，选进行镀Ni，然后再用上述方法，反复多次进行镀Cu和镀Ni。在任何场合，Ni镀层总是构成外层。应该理解的是，在氰化铜之外，也可以用其它已知的材料通过电镀形成Cu镀层。此外，在上述通过电镀形成Cu镀层和Ni镀层方法之外，也可以用上述无电解镀膜法形成同样的Cu镀层和Ni镀层。应该注意的是，在无电解镀膜的场合，因镀层成长缓慢，故就提高生产性而言，以电镀法为佳。

接着，对Cu-Ni多层镀膜进行热处理形成Cu-Ni合金，从而获得Cu-Ni合金制电阻层3。这种热处理可以通过将形成有Cu-Ni多层镀膜的基板1在800℃的热处理炉中放置2小时而进行。此时，为防止电阻层3氧化，向炉中供有绿色气体(即，含有10％氢气的氮气)。通过高温处理，Cu镀层和Ni镀层变成Cu-Ni合金电阻层3。图4A和4B概要地显示从Cu镀层和Ni镀层形成Cu-Ni合金电阻层3的过程。图4A显示热处理前基板1上的Cu-Ni多层镀膜。图4B显示热处理后基板1上的Cu-Ni合金电阻层3。无电解Ni镀层31，Cu镀层32，以及Ni镀层33通过热处理形成合金，得到Cu-Ni合金层3。随后，用激光微调法将电阻层3的阻抗调整至所需的阻抗值。

在Cu-Ni合金的金属组成、阻抗以及TCR之间，存在着相应的关系。因此，如图3所示，通过改变Cu-Ni合金中Cu对Ni的比例，可以控制TCR。如图3所示，当Cu对Ni的比例为60∶40(重量比)时，TCR变得最小。为了获得小TCR和高精度片状电阻器，Cu-Ni合金电阻层3中的Cu对Ni的比例最好是在55∶45至65∶35的范围内。在本实施例，合金中Cu对Ni的比设定在60∶40。为了获得这种合金，在形成由Cu镀层和Ni镀层制成的多层镀膜的过程中，电镀时间、电镀电流以及电镀步骤的数量等电镀条件设定在使得Cu对Ni的比例接近于60∶40。从图3可以理解，Cu-Ni合金的阻抗也随Cu对Ni的比例发生变化。但是，因可以通过改变电阻层3的厚度而控制阻抗，即阻抗随厚度的增加而降低，故可以获得低电阻值和小TCR的电阻层。此外，如上所述，阻抗还可以用激光微调等方法进行调节。

通过上述步骤，可以形成具有所需阻抗和TCR的Cu-Ni合金电阻层3。应该注意的是，在随后的加工中，不应该采用影响阻抗特性的高温步骤。因此，随后的加工将在以下所示的低温步骤中进行。

如图2所示，将具有良好耐湿性和耐热性的环氧树脂涂胶，用丝网印刷法印刷在阻抗调整后的电阻层3的部分区域，然后将持有电阻层3和环氧树脂涂胶的基板1置200℃盒式干燥器干燥30分钟，将环氧树脂硬化，形成保护层4。然后，形成端面电极5，使之以]的形状面对面地覆盖基板1的一对端面，并连接未被保护层4覆盖的电阻层3的露出部分。端面电极5可以通过将基板1置200℃加热10分钟，然后用与Cu-Ni合金电阻层3具有良好附着性的Ni-Cr靶(Ni∶Cr-1∶1)，再通过溅射法淀积成金属薄膜而形成。端面电极5也可以用Cr、不同于Ni-Cr合金的Cr合金、Ti以及Ni制成。端面电极5还可以在溅射法之外，用不需要高温热处理的方法形成。特别是，端面电极5最好是用金属薄膜制成，这种金属薄膜可以在溅射法之外，通过不需要高温处理(即，约300℃以上)的薄膜淀积技术，例如离子镀膜法以及等离子体化学气相淀积法而形成。在本发明中，这些薄膜沉积技术也称为低温薄膜淀积技术。

最后，为了保证电极部分焊接时的可靠性，用电镀法形成Ni镀膜6，以覆盖端面电极5，并用电镀法形成焊接镀膜7，以覆盖Ni镀膜6，由此制成本发明的方形片状电阻器。

用上述方法制成的片状电阻器，在保持约20mΩ至约200mΩ范围的低电阻值以及小TCR(即，约+30ppm/℃)的同时，具有高精度。实施例2

以下对本发明的实施例2进行说明。本实施例在形成底膜2和Cu-Ni合金电阻层3的方法方面，不同于实施例1。以下参照图5，对本实施例的制造方形片状电阻器的特殊方法进行说明。

将氧化铝制基板1进行表面处理，使其表面均匀粗化。通过这种表面处理，随后形成的Cu-Ni合金电阻层3将通过底膜2牢固地附着在基板1上(即，获得锚效果)。表面处理是通过将基板1浸入到氟化氢和硝酸的混合溶液而进行的。为了仅在基板1的电阻层3部分形成底膜2，在基板1的其它部分，通过丝网印刷法印有耐电镀的掩模涂胶并使之硬化。然后，将带有掩模涂胶的基板1浸入到含Pd的电镀活性溶液，由此形成底膜2。Pd透入到基板1表面的凹凸部分，成为随后的无电解镀膜的生长核。

然后，通过无电解镀膜，将Ni镀层或Cu镀层形成在底膜2上。接着，在该无电解底膜上进行电镀，形成Cu-Ni合金镀层。在本实施例，是用焦磷酸浴进行Cu-Ni合金电镀的，在该焦磷酸浴中，Cu对Ni的比例调节在使得该Cu-Ni合金中的Cu对Ni的比例成为大约60∶40。为了获得所需的阻抗，可以通过控制电镀条件，例如电镀时间和电镀电流而对厚度进行控制。然后，为了使Cu-Ni合金镀层完全合金化，并使阻抗特性(特别是TCR)稳定，将形成有Cu-Ni合金镀层3的基板1在800℃的热处理炉放置1小时。同时，为了防止电阻层3氧化，向炉中供有绿色气体(即，含有10％氢气的氮气)。

随后，用实施例1同样的方法，进行各种加工步骤，例如校正阻抗，印刷和硬化保护层，溅射端面电极，通过电镀形成Ni电镀层，以及通过电镀形成焊接镀膜，从而制成本实施例的方形片状电阻器。这种芯片电阻器，是具有约20mΩ至约200mΩ范围的低电阻值以及小TCR(即，约+30ppm/℃)的高精度产品。

在实施例2中，Cu-Ni合金镀层用作含有Cu和Ni的镀层。因此，与实施例1的Cu镀层和Ni镀层交替多次得到的Cu-Ni多层镀膜相比，这种Cu-Ni合金镀膜不存在镀膜膨胀和剥离的缺点。此外，在实施例2中，电阻层3与基板1之间的附着变得更加良好。其理由是，在实施例1的镀膜层之间存在内应力，尤其是在Ni镀膜层的内部存在应力。

在实施例1和2中，对单个的片状电阻器的生产方法进行了说明。一般，为了提高生产性，可以采用在纵横方向设有复数的分割槽的条形氧化铝基板，同时生产复数的芯片。在这种场合，作为形成端面电极之前的步骤，附加有第一分割步骤，以将基板的端面露出，并且在端面电极形成之后，附加有第二分割步骤，以获得单个的片状电阻器。

在上述实施例中，采有了氧化铝基板。也可以采用氧化铝以外的已知材料，例如氮化铝制造基板。

在实施例1和2中，尽管形成电阻层3和形成底膜2的方法互相不同，实施例1的形成底膜2的方法(即，使用活性涂胶的方法)可以用作形成实施例2的电阻层3。相反，实施例2中形成底膜2的方法(即，使用活性溶液的方法)也可以用于形成实施例1的电阻层3。此外，在上述实施例中记载的形成底膜的方法之外，适用于无电解电镀的任何公知的形成底膜的方法，即处理基板表面的方法均可以采用。作为无电解电镀的成长核，在Pd之外，也可以使用Ag，Au等。在上述实施例中，虽然没有在带电阻层的基板表面上设置电极，但是也可以在带电阻层的基板表面上设置电极。例如，可以通过丝网印刷法将金属有机金涂胶印刷在基板上，接着在约850℃的温度进行煅烧，形成非常薄的、用作电极的金系金属涂膜。随后，用实施例1的活性涂胶，形成底膜，再按照实施例1或2的步骤，制成片状电阻器。通过在设置有电阻层的基板表面上形成电极，电阻器的精度可以进一步提高。

此外，在上述实施例中，虽然用作保护层4的是环氧树脂，但不需要高温外理的任何公知的材料也可以用作保护层。形成保护层4的热处理以在300℃以下温度进行为好，以在200℃以下温度进行更好。

在本实施例，为可保证电极部分焊接时的可靠性，形成有Ni镀膜6和焊接镀膜7。此外，可以不通过Ni镀膜6，直接形成焊接镀膜7。

如上述说明所示，根据本发明，通过形成Cu-Ni合金电阻层，可以获得具有1Ω以下的低阻抗以及小TCR(最好是在±50ppm/℃以内)的高精度片状电阻器。因为可以直接使用煅烧炉和用于常规厚膜芯片电阻器的电镀装置等生产设备，本发明的片状电阻器大量生产容易，成本低。此外，根据本发明，因为采用不需要高温处理的薄膜淀积技术形成端面电极，故可以获得阻抗漂移少，TCR变化小的高精度芯片电阻器。还有，因为Cu-Ni合金形成后，用高温进行处理，这种组成均匀的Cu-Ni合金电阻层与基板附着紧密，使得所得的片状电阻器具有良好阻抗特性。

对熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的范围和精神的前提下，对本发明进行各种修改是显而易见的并且也容易做到。因此，本说明书所附权利要求书的范围不应局限在这里所介绍的内容，而应该有更广泛的理解。

Claims (17)

1.一种片状电阻器，包括绝缘基板，其特征在于：形成在该绝缘基板的至少一面之上的由Cu-Ni合金制成的电阻层，以及设置在该绝缘基板的一对端面上互相面对的端面电极，该端面电极与该电阻层相连。

2.根据权利要求1所述的片状电阻器，其特征在于，所述的电阻层是由Cu-Ni合金制成，该Cu-Ni合金是通过热处理含有Cu和Ni的镀膜层所成。

3.根据权利要求1所述的片状电阻器，其特征在于，所述的电阻层是由Cu与Ni的重量比在55∶45至65∶35范围内的Cu-Ni合金制成。

4.根据权利要求3所述的片状电阻器，其特征在于，所述的电阻层是由Cu与Ni的重量比为60∶40的Cu-Ni合金制成。

5.根据权利要求1所述的芯片电阻器，其特征在于，所述的端面电极是由选自Cr、Cr合金、Ti以及Ni的金属、采用薄膜淀积技术在低温形成的金属薄膜制成。

6.根据权利要求5所述的片状电阻器，其特征在于，所述的端面电极是由Ni-Cr合金形成的金属膜制成。

7.根据权利要求1所述的片状电阻器，其特征在于，所述的端面电极实质上是以]的形状，面对面地覆盖在绝缘基板的一对端表面上。

8.根据权利要求1所述的片状电阻器，其特征在于，进一步包括设置在不覆盖端面电极的电阻层的至少部分区域的保护层。

9.一种制造片状电阻器的方法，其特征在于包括以下步骤：通过印刷用于电镀活化的含Pd的涂胶在绝缘基板的至少一个表面上形成底膜；在该底膜上形成Ni镀膜层，然后在Ni镀膜层上多次交替形成Cu镀膜层和Ni镀膜层，以形成Cu-Ni多层镀膜；将该镀膜层在800℃下热处理2小时，形成Cu-Ni合金，并使该合金组成的电阻层中的Cu与Ni的重量比在55∶45至65∶35的范围内；以及在绝缘基板的一对端面上对面设置金属薄膜，并将该金属薄膜与电阻层连接。

10.根据权利要求9所述的制造片状电阻器的方法，其特征在于，所述的含有Cu和Ni的镀膜层是通过多次交替重复镀Cu和镀Ni步骤制成。

11.根据权利要求9所述的制造片状电阻器的方法，其特征在于，所述的含有Cu和Ni镀膜层是通过形成选自Cu镀膜层和Ni镀膜层的第一镀膜层的步骤，以及在第一镀膜层上形成含有Cu-Ni合金的第二镀膜层的步骤形成。

12.根据权利要求11所述的制造片状电阻器的方法，其特征在于，形成所述的含有Cu和Ni镀膜层，使得由Cu-Ni合金组成的电阻层中的Cu与Ni的重量比为60∶40。

13.根据权利要求9所述的制造片状电阻器的方法，其特征在于，所述的端面电极是由选自Cr、Cr合金、Ti、以及Ni的金属制成。

14.根据权利要求13所述的制造片状电阻器的方法，其特征在于，所述的端面电极是由Ni-Cr合金形成的金属薄膜制成。

15.根据权利要求9所述的制造片状电阻器的方法，其特征在于，所述的金属薄膜是由溅镀法、离子镀膜法、或等离子体化学气相淀积法淀积而成。

16.根据权利要求9所述的制造片状电阻器的方法，其特征在于，所述的端面电极实质上是以]的形状，面对面地覆盖在绝缘基板的一对端面上。

17.根据权利要求9所述的制造片状电阻器的方法，其特征在于，进一步包括通过用丝网印刷法将环氧树脂涂胶印在电阻层的部分区域且随后使环氧树脂涂胶固化而在所述的电阻层上形成保护层的步骤。

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