CN102696079A - 具有电阻温度系数(tcr)补偿的电阻器 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有电阻温度系数(TCR)补偿的电流感测电阻器和一种制造具有电阻温度系数(TCR)补偿的电流感测电阻器的方法。所述电阻器具有设置在两个导电带之间的电阻带。一对主端子和一对电压感测端子形成在所述导电带中。一对粗略TCR校正槽被设置在所述主端子和所述电压感测端子之间，选择每一个所述粗略TCR校正槽的深度，以获得在所述电压感测端子处观测到的负起始TCR值。在所述一对电压感测端子之间形成精细TCR校正槽。选择所述精细TCR校正槽的深度，以获得在所述电压感测端子处观察到的接近于零的TCR值。选择所述电阻校正槽的深度，以校正所述电阻器的电阻值。

Description

具有电阻温度系数(TCR)补偿的电阻器

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2009年9月4日提交的美国临时申请No.61/239,962和2010年6月28日提交的美国临时申请No.61/359,000的优先权，在此通过引用的方式将它们的内容并入本发明，如同在这里对其进行了完全阐述一样。

技术领域

本发明涉及一种具有非常低的欧姆值和高稳定性的四端子电流感测电阻器。

背景技术

表面安装的电流感测电阻器应用于电子市场已经很多年了。它们的结构通常包括电阻材料构成的平面带，其耦合在形成器件的主端子的高导电率的金属端子之间。在主端子中可以形成一对电压感测端子，从而生成四端子器件。所述主端子承载通过器件的大多数电流。所述电压感测端子产生与通过器件的电流成比例的电压。这种器件提供了使用传统的电压感测技术监测流经给定电路的电流的机构。流经该器件的实际电流可以基于所感测的电压和器件的电阻值来确定，如欧姆定律所表示的。理想器件将具有接近于零的电阻温度系数(TCR)。然而，大多数的器件具有非零TCR，这能够导致电压感测端子上不准确的电压读数，特别是在器件的温度改变时。

在低欧姆电流感测电阻器和高电流分流器中，当电阻器的长度是标准长度时，或者在因为应用了长的高电流分流器的情况下，电阻元件长度很短。长的电阻器长度和短的电阻元件长度引起电流路径中显著量的铜端子金属。铜具有3900ppm/℃的TCR而电阻材料典型地小于100ppm/℃。在电流路径中所增加的铜使得电阻器的整个TCR的值可能在800ppm/℃的范围或更大，与理想的小于100ppm/℃的TCR相抵。

如上面所指出的，典型地电流感测电阻器具有通过两个槽隔开的四个端子，其包括两个主端子和两个电压感测端子。控制两个槽的长度以调整TCR。参见美国专利US 5,999,085(Szwarc)。该方法没有提供传统的电阻器校正设备，例如激光或其它切割技术，其典型地用于减小电阻元件的宽度以增大电阻器的电阻值。

所需要的是改善的配置及其制造具有TCR补偿或调整的电流感测电阻器的方法。还期望能提供改善的电阻器配置和在制造工艺中简化电流感测电阻器的TCR调整的方法。根据下面的说明书和权利要求，这些方面的一个或多个将变得显而易见。

发明内容

公开了一种具有电阻温度系数(TCR)补偿的电阻器及其制造方法。所述电阻器具有设置在两个导电带之间的电阻带。一对主端子和一对电压感测端子形成在所述导电带上。一对粗略TCR校正槽设置在所述主端子和所述电压感测端子之间。选择所述粗略TCR校正槽中的每一个的深度，以获得在所述电压感测端子处观察到的负起始TCR值。精细TCR校正槽形成在所述一对电压感测端子之间。选择所述精细TCR校正槽的深度，以获得在所述电压感测端子处观察到的接近于零的TCR值。所述电阻器也能够具有设置在所述一对主端子之间的电阻校正槽。选择所述电阻校正槽的深度，以校正所述电阻器的电阻值。

附图说明

图1示出了具有一对第一槽的四端子电阻器，所述槽用于将TCR调整为负起始值；

图2示出了具有一对第一槽和第二槽的四端子电阻器，所述一对第一槽和第二槽用于共同调整TCR至最小值；

图3示出了一种具有一对第一槽和第二槽、以及第三槽的四端子电阻器，所述一对第一槽和第二槽用于共同调整TCR至最小值，所述第三槽用于电阻校正；

图4是示出第二槽深度和TCR、电阻值之间的关系的曲线图；

图5示出了具有TCR补偿的四端子电阻器的另一实施例；以及

图6是示出了与各种槽形成有关的TCR补偿的曲线图。

具体实施方式

图1-3示出了通过电阻温度系数(TCR)的不同调整级的示例性电阻器几何形状。应该理解，这里所公开的技术也能够用于其它电阻器类型，包括薄膜电阻器、金属箔电阻器以及其它类型的电阻器技术。

图1示出了通常由设置在两个导电带12、14之间的电阻带13形成的电阻器10。电阻器10具有主端子16、18以及电压感测端子20、22。在工作时，主端子16、18承载流经该电阻器的大多数电流。一对第一槽24、26设置在主端子和电压感测端子之间。第一槽24、26中的每一个具有朝着电阻带13延伸的相关深度。这大体上示出为深度A。应该理解，第一槽24、26中的每一个能够使用相同的深度A，或者可选地，第一槽24和26能够具有不同的深度。图2和图3示出了形成具有深度B的第二槽和具有深度C的第三槽。这些槽之间的关系将在下面进行讨论。

回到图1，导电带通常由铜片材料形成并且具有典型在大约0.008-0.120英寸(约0.2-0.3mm)范围内的厚度。铜片的厚度通常基于所期望的器件功耗和所期望的机械强度(例如，使得电阻器在制造、安装以及使用期间具有足够的强度)进行选择。

一对第一槽24、26分割出导电带12、14的区域并且生成四端子器件。一对第一槽24、26的大小和位置通常限定主端子16、18和电压感测端子20、22的尺度。一对第一槽24、26总体上设置成朝着电阻器的一个边缘。在本示例中，一对第一槽24、26设置成经测量距离器件的上边缘距离为Y。通常选择该Y距离以生成适当大小的电压感测端子。例如，能够选择所述Y距离以提供具有足够宽度的电压感测端子，以在制造期间承受冲孔或加工操作并且在安装和使用期间具有足够的强度。

第一槽24、26均具有图1中大体上示为距离A的深度。在大多数应用中，第一槽24、26具有相同的深度A。应该理解，第一槽24、26可以具有不同的深度。还应该理解与第一槽24、26相关的深度可以从器件上的多个点上进行参考。通常，一对第一槽24、26在主端子16、18以及电压感测端子20、22之间限定了减小的厚度或颈部。这大体上如图1中的距离X所示。以下将进行描述如何确定第一槽深度A。

在下面的示例中，导电带12、14由铜形成。如上面所指出的，铜具有3900ppm/℃的TCR。相反地，电阻带13可能具有小于100ppm/℃的TCR。在没有一对第一槽24、26时，由于大量的铜设置在电流路径中。电阻器10将典型地具有非常高的正TCR。通常期望使得TCR最小化(即，具有绝对值接近于零的TCR)。对于给定的电流感测电阻器来说，典型的范围可以是±25ppm/℃。对于本示例来说，假设给定器件具有200μΩ(即，0.0002Ω)的目标电阻值。还假设没有所述一对第一槽24、26的初始设计生成具有接近于800ppm/℃的TCR的器件。

根据以上所讨论的来选择铜导电带12、14的厚度。选择电阻带13的尺度以生成接近但低于目标电阻值的电阻。这已经实现了，因为最终的电阻值将通过随后的微调操作(这将增加电阻器的电阻值)来设置。

除了限定电压感测端子的尺度之外，一对第一槽24、26导致了在电压感测端子20、22处的TCR变得更负。一对第一槽24、26越深，在电压感测端子20、22处的TCR变得越负。一对第一槽24、26没有显著地改变电阻器本身的TCR，相反地，一对第一槽24、26改变了在电压感测端子20、22处观测到的TCR。

典型地，第一槽深度A与在电压感测端子20、22处所观测到的TCR之间的关系通过原型制造工艺来确定。例如，原型器件被制造并且接着使用传统方法进行测试(即，通过一系列条件测量电压、电流和温度)。第一槽24、26的深度持续增加直到在电压感测端子20、22处观测到例如大约为-200ppm/℃的负起始TCR值。因此，第一和第二槽24、26可以被认为是粗略TCR校正槽。

在该级中期望负起始TCR值，因为第二槽将被用于如同下面所更详细讨论的一样精细调整TCR值。一旦确定了合适的第一槽深度，该深度不为特殊类型的产品(即，具有相同物理和电特性的电阻器)而改变。因为所述一对第一槽24、26可以在制造过程中使用传统的冲孔、端磨或其它机械技术而被提前***，所以这是有利的。随后的开槽操作可以随后在制造过程后期实施，并且甚至能够通过激光修整来完成。

转到图2，具有深度B的第二槽28被示出为设置在电压感测端子20、22之间。通常，第二槽28形成在电压感测端子20、22之间的电阻带13中。应该理解所述第二槽也能够导致电压感测端子20、22的一部分的去除，如图2所示。第二槽28的净效应(net effect)是驱动在电压感测端子20、22处观测到的TCR为正。第二槽28也将导致电阻值小量的增加。这在图4中示意性示出了。在本示例中，没有第二槽28的电阻器(例如，图1中所示的)的TCR为198ppm/℃。器件(没有第二槽28)的初始电阻大约为110μΩ(即，0.00011Ω)。利用深度设定为0.040”(～1mm)的第二槽，TCR改善为-100ppm/℃。类似地，电阻增加到大约125μΩ(即，0.000125Ω)。

转到图3，利用深度设定为0.080”(～2mm)的第二槽28，TCR继续变得更正并且接近于零。电阻值增加到大约140μΩ(即，0.00014Ω)。因此，该第二槽28用作精细TCR校正槽。如上所指出的，对于给定器件的TCR来说，典型目标范围可以为大约±25ppm/℃。第二槽28可以使用允许去除材料以获得期望的深度和宽度的激光修整、传统的冲孔、端磨或任何其它的机械技术来形成。

图3还示出了形成在主端子16、18之间的第三槽30(电阻校正槽)。第三槽30具有被选择为精细调整电阻器值的深度。在这种情况下，深度C被选择成产生在特定容限内的目标电阻值(例如，200μΩ±1％)。第三槽30可以使用允许去除材料以获得期望的深度和宽度的激光修正、传统的冲孔、端磨或任何其它的机械技术来形成。

应该理解，第一槽24、26和第二槽28可以同时形成或分次形成。还应该理解，第二槽28可以“在运行中(on the fly)”被改变(例如，如果通过电阻器基础在电阻器上测试到TCR)。因此，每个电阻器的TCR可以被定制为特定的值。作为附加的优点，第二槽28可以使用激光修整技术形成，这将大大地简化TCR调整处理。在图1和图2中示出的第一槽24、26和第二槽28具有总体上矩形的轮廓。图3中所示的第三槽30具有总体上三角形的轮廓。应该理解，其它简单或复杂形状的槽的轮廓也能够被应用而不偏离本发明的范围。

图5示出了用于TCR补偿的另一种槽配置，图5示出了通常由设置在到两个导电带112、114之间的电阻带113形成的电阻器100。所述导电带通常由铜片材料形成并且具有典型在0.008-0.120英寸(～0.2-3mm)范围内的厚度。铜的厚度通常基于所期望的器件的功耗和所期望的机械强度(例如，使得电阻器在制造、安装以及使用期间具有足够的强度)进行选择。

电阻器100具有主端子116、118和电压感测端子120、122。在工作中，主端子116、118承载流经电阻器的大多数电流。主端子被形成为具有限定的内部区域(例如，与导电带112、114隔离开)。一对第一槽124、126被设置在所述主端子和电压感测端子之间。在本示例中，电压感测端子在所述主端子的所限制的内部区域内形成。这种配置对于要求更紧凑和中心设置电压感测端子来说是期望的。第一槽124、126形成有两条支路。第一支路123具有与主电流路径大体上相互垂直的通过“A”示出的延伸长度。第二支路125具有与主电流路径大体上相互平行的通过“B”示出的延伸长度。应该理解，第一槽124和126可以使用相同的支路长度A和B。可选地，第一槽可以具有不同的支路长度。电阻器100还包含具有深度C的第二槽128。以下将讨论这些槽之间的关系。

一对第一槽124、126分割开了导电带112、114的内部区域并且生成四端子器件。所述一对第一槽124、126的大小和位置大体上限定了电压感测端子120、122的尺度。在本示例中，感测端子被总体设置在第一支路123和第二支路125之间的结接合部。

如上所述，第一支路123具有长度A而第二支路125具有长度B。图6是示出了与所述第一槽124、126的形成相关的TCR补偿的曲线。样品1是被配置为没有所述第一槽124、126的基准电阻器。在这种配置中，TCR为+60ppm/℃。样品2和3示出了增加了第一支路123(样品2)和增加了长度(样品3)时的TCR补偿。如曲线上所示，TCR变得更负并且结束于+20ppm/℃。样品4和5示出了增加了第二支路125(样品4)和增加了长度(样品5)时的TCR补偿。第一支路123在样品4和5中保持恒定。如曲线上所示，TCR变得更负并且结束于-35ppm/℃。

在制造期间，第一支路123可以被首先***直到实现粗略TCR补偿水平。第一支路可以通过包括冲孔或机械加工的多种方法来形成。第二支路125可以接着被***以精细调整TCR补偿到期望的水平，第二支路可以通过包括激光修整的多种方法来形成。在大多数应用中，第一槽124、126将具有相同的尺度，应该理解第一槽124、126可以均与其它支路配置相关。一旦完成了第一槽124和126，可以形成第二槽128以精细调整电阻值。如图5中所示的第一槽124、126以及第一和第二支路123、125具有大体上矩形的轮廓。图5中所示的第二槽125具有大体上圆形的轮廓。应该理解也可以使用其它简单或复杂几何形状的槽或支路轮廓而不偏离本发明的范围。

根据上述内容，在不偏离本发明范围的情况下，具有多种变型是显而易见的。例如，第一槽24、26、124、126可以具有变化的间隔和深度。类似地，其它槽的位置变化和各种端子的形状是可能的。本领域技术人员将意识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，相对于上述实施例能够做出各种变型、替代或组合，并且这些变型、替代或组合应被视为在本发明原理的范围内。所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有改变和变型。

Claims (25)

1.一种具有电阻温度系数(TCR)补偿的电阻器，所述电阻器包括：

电阻带，所述电阻带设置在两个导电带之间；

第一主端子和第二主端子以及第一电压感测端子和第二电压感测端子，所述第一主端子和第二主端子以及第一电压感测端子和第二电压感测端子形成在所述导电带中；

第一粗略TCR校正槽和第二粗略TCR校正槽，所述第一粗略TCR校正槽和所述第二粗略TCR校正槽位于所述第一主端子和所述第二主端子与所述电压感测端子之间，选择所述第一粗略TCR校正槽和所述第二粗略TCR校正槽中的每一个的深度，以获得在所述电压感测端子处观察到的负起始TCR值，以及

精细TCR校正槽，所述精细TCR校正槽形成在所述第一电压感测端子和所述第二电压感测端子之间，其中选择所述精细TCR校正槽的深度，以获得在所述电压感测端子处观察到的接近于零的TCR值。

2.如权利要求1所述的电阻器，还包括形成在所述第一主端子和所述第二主端子之间的电阻校正槽，其中选择所述电阻校正槽的深度，以校正所述电阻器的电阻值。

3.如权利要求1所述的电阻器，其中所述粗略TCR校正槽中的每一个具有基本相同的深度。

4.如权利要求1所述的电阻器，其中所述粗略TCR校正槽中的每一个具有不同的深度。

5.如权利要求1所述的电阻器，其中所述精细TCR校正槽形成在所述电阻带中。

6.如权利要求1所述的电阻器，其中所述精细TCR校正槽形成在所述电阻带和至少一个所述主端子中。

7.如权利要求1所述的电阻器，其中所述粗略TCR校正槽通过冲孔或机械加工来形成。

8.如权利要求1所述的电阻器，其中所述精细TCR校正槽通过激光修整来形成。

9.一种制造具有电阻温度系数(TCR)补偿的电阻器的方法，所述方法包括：

在两个导电带之间设置电阻带；

在所述导电带中形成第一主端子和第二主端子以及第一电压感测端子和第二电压感测端子：

在所述主端子和所述电压感测端子之间形成第一粗略TCR校正槽和第二粗略TCR校正槽，选择所述第一粗略TCR校正槽和所述第二粗略TCR校正槽中的每一个的深度，以获得在所述电压感测端子处观察到的负起始TCR值，以及

在所述第一电压感测端子和所述第二电压感测端子之间形成精细TCR校正槽，其中选择所述精细TCR校正槽的深度，以获得在所述电压感测端子处观察到的接近于零的TCR值。

10.如权利要求9所述的方法，还包括在所述第一主端子和所述第二主端子之间形成电阻校正槽，其中选择所述电阻校正槽的深度，以校正所述电阻器的电阻值。

11.如权利要求9所述的方法，还包括形成具有基本相同深度的所述粗略TCR校正槽中的每一个。

12.如权利要求9所述的方法，还包括形成具有不同深度的所述粗略TCR校正槽中的每一个。

13.如权利要求9所述的方法，还包括在所述电阻带中形成所述精细TCR校正槽。

14.如权利要求9所述的方法，还包括在所述电阻带和至少一个所述主端子中形成所述精细TCR校正槽。

15.如权利要求9所述的方法，还包括通过冲孔或机械加工来形成所述粗略TCR校正槽。

16.如权利要求9所述的方法，还包括通过激光修整来形成所述精细TCR校正槽。

17.一种具有电阻温度系数(TCR)补偿的电阻器，所述电阻器包括：

电阻带，所述电阻带设置在两个导电带之间，所述导体带中的每一个具有限定的内部区域；

第一主端子和第二主端子以及第一电压感测端子和第二电压感测端子，所述第一主端子和第二主端子以及第一电压感测端子和第二电压感测端子形成在所述导电带的所述限定的内部区域内；

第一TCR校正槽和第二TCR校正槽，所述第一TCR校正槽和所述第二TCR校正槽均具有设置在所述第一主端子和所述第二主端子之间的第一TCR校正支路，选择所述第一TCR校正支路的深度，以获得在所述电压感测端子处观察到的粗略TCR值，并且

第一TCR校正槽和第二TCR校正槽均具有形成在所述第一主端子和所述第二主端子之间的第二TCR校正支路，其中选择所述第二TCR校正支路的深度，以获得在所述电压感测端子处观察到的接近于零的TCR值。

18.如权利要求17所述的电阻器，其中所述两个导电带限定了主电流路径并且所述第一TCR校正支路被设置成大体上垂直于所述主电流路径。

19.如权利要求17所述的电阻器，其中所述第二TCR校正支路被设置成大体上平行于所述主电流路径。

20.如权利要求17所述的电阻器，其中所述第一TCR校正支路中的每一条具有基本相同的长度。

21.如权利要求17所述的电阻器，其中所述第一TCR校正支路中的每一条具有不同的长度。

22.如权利要求17所述的电阻器，其中所述第一TCR校正支路和所述第二TCR校正支路中的每一条形成了限定了所述第一电压感测端子和所述第二电压感测端子的位置的结接合部。

23.如权利要求17所述的电阻器，还包括形成在所述电阻带中的电阻校正槽。

24.如权利要求17所述的电阻器，其中所述第一TCR校正支路通过冲孔或机械加工来形成。

25.如权利要求17所述的电阻器，其中所述第二TCR校正支路通过激光修整来形成。

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