專利名稱：具有電阻溫度系數(shù)(tcr)補償?shù)碾娮杵鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有非常低的歐姆值和高穩(wěn)定性的四端子電流感測電阻器。
背景技術(shù)：
表面安裝的電流感測電阻器應(yīng)用于電子市場已經(jīng)很多年了。它們的結(jié)構(gòu)通常包括電阻材料構(gòu)成的平面帶，其耦合在形成器件的主端子的高導(dǎo)電率的金屬端子之間。在主端子中可以形成一對電壓感測端子，從而生成四端子器件。所述主端子承載通過器件的大多數(shù)電流。所述電壓感測端子產(chǎn)生與通過器件的電流成比例的電壓。這種器件提供了使用傳統(tǒng)的電壓感測技術(shù)監(jiān)測流經(jīng)給定電路的電流的機構(gòu)。流經(jīng)該器件的實際電流可以基于所感測的電壓和器件的電阻值來確定，如歐姆定律所表示的。理想器件將具有接近于零的電阻溫度系數(shù)(TCR)。然而，大多數(shù)的器件具有非零TCR，這能夠?qū)е码妷焊袦y端子上不準(zhǔn)確的電壓讀數(shù)，特別是在器件的溫度改變時。在低歐姆電流感測電阻器和高電流分流器中，當(dāng)電阻器的長度是標(biāo)準(zhǔn)長度時，或者在因為應(yīng)用了長的高電流分流器的情況下，電阻元件長度很短。長的電阻器長度和短的電阻元件長度引起電流路徑中顯著量的銅端子金屬。銅具有3900ppm/°C的TCR而電阻材料典型地小于100ppm/°C。在電流路徑中所增加的銅使得電阻器的整個TCR的值可能在800ppm/°C的范圍或更大,與理想的小于100ppm/°C的TCR相抵。如上面所指出的，典型地電流感測電阻器具有通過兩個槽隔開的四個端子，其包括兩個主端子和兩個電壓感測端子?？刂苾蓚€槽的長度以調(diào)整TCR。參見美國專利US5，999，085 (Szwarc)。該方法沒有提供傳統(tǒng)的電阻器校正設(shè)備，例如激光或其它切割技術(shù)，其典型地用于減小電阻元件的寬度以增大電阻器的電阻值。所需要的是改善的配置及其制造具有TCR補償或調(diào)整的電流感測電阻器的方法。還期望能提供改善的電阻器配置和在制造工藝中簡化電流感測電阻器的TCR調(diào)整的方法。根據(jù)下面的說明書和權(quán)利要求，這些方面的一個或多個將變得顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種具有電阻溫度系數(shù)(TCR)補償?shù)碾娮杵骷捌渲圃旆椒?。所述電阻器具有設(shè)置在兩個導(dǎo)電帶之間的電阻帶。一對主端子和一對電壓感測端子形成在所述導(dǎo)電帶上。一對粗略TCR校正槽設(shè)置在所述主端子和所述電壓感測端子之間。選擇所述粗略TCR校正槽中的每一個的深度，以獲得在所述電壓感測端子處觀察到的負(fù)起始TCR值。精細(xì)TCR校正槽形成在所述一對電壓感測端子之間。選擇所述精細(xì)TCR校正槽的深度，以獲得在所述電壓感測端子處觀察到的接近于零的TCR值。所述電阻器也能夠具有設(shè)置在所述一對主端子之間的電阻校正槽。選擇所述電阻校正槽的深度，以校正所述電阻器的電阻值。


圖I示出了具有一對第一槽的四端子電阻器，所述槽用于將TCR調(diào)整為負(fù)起始值；圖2示出了具有一對第一槽和第二槽的四端子電阻器，所述一對第一槽和第二槽用于共同調(diào)整TCR至最小值；圖3示出了一種具有一對第一槽和第二槽、以及第三槽 的四端子電阻器，所述一對第一槽和第二槽用于共同調(diào)整TCR至最小值，所述第三槽用于電阻校正；圖4是示出第二槽深度和TCR、電阻值之間的關(guān)系的曲線圖；圖5示出了具有TCR補償?shù)乃亩俗与娮杵鞯牧硪粚嵤├?；以及圖6是示出了與各種槽形成有關(guān)的TCR補償?shù)那€圖。
具體實施例方式圖1-3示出了通過電阻溫度系數(shù)(TCR)的不同調(diào)整級的示例性電阻器幾何形狀。應(yīng)該理解，這里所公開的技術(shù)也能夠用于其它電阻器類型，包括薄膜電阻器、金屬箔電阻器以及其它類型的電阻器技術(shù)。圖I示出了通常由設(shè)置在兩個導(dǎo)電帶12、14之間的電阻帶13形成的電阻器10。電阻器10具有主端子16、18以及電壓感測端子20、22。在工作時，主端子16、18承載流經(jīng)該電阻器的大多數(shù)電流。一對第一槽24、26設(shè)置在主端子和電壓感測端子之間。第一槽24、26中的每一個具有朝著電阻帶13延伸的相關(guān)深度。這大體上示出為深度A。應(yīng)該理解，第一槽24、26中的每一個能夠使用相同的深度A，或者可選地，第一槽24和26能夠具有不同的深度。圖2和圖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。這些槽之間的關(guān)系將在下面進行討論?；氐綀D1，導(dǎo)電帶通常由銅片材料形成并且具有典型在大約0.008-0. 120英寸(約0. 2-0. 3mm)范圍內(nèi)的厚度。銅片的厚度通?；谒谕钠骷暮退谕臋C械強度(例如，使得電阻器在制造、安裝以及使用期間具有足夠的強度)進行選擇。一對第一槽24、26分割出導(dǎo)電帶12、14的區(qū)域并且生成四端子器件。一對第一槽24,26的大小和位置通常限定主端子16、18和電壓感測端子20、22的尺度。一對第一槽24、26總體上設(shè)置成朝著電阻器的一個邊緣。在本示例中，一對第一槽24、26設(shè)置成經(jīng)測量距離器件的上邊緣距離為Y。通常選擇該Y距離以生成適當(dāng)大小的電壓感測端子。例如，能夠選擇所述Y距離以提供具有足夠?qū)挾鹊碾妷焊袦y端子，以在制造期間承受沖孔或加工操作并且在安裝和使用期間具有足夠的強度。第一槽24、26均具有圖I中大體上示為距離A的深度。在大多數(shù)應(yīng)用中，第一槽24、26具有相同的深度A。應(yīng)該理解，第一槽24、26可以具有不同的深度。還應(yīng)該理解與第一槽24、26相關(guān)的深度可以從器件上的多個點上進行參考。通常，一對第一槽24、26在主端子16、18以及電壓感測端子20、22之間限定了減小的厚度或頸部。這大體上如圖I中的距離X所示。以下將進行描述如何確定第一槽深度A。
在下面的示例中，導(dǎo)電帶12、14由銅形成。如上面所指出的,銅具有3900ppm/°C的TCR。相反地，電阻帶13可能具有小于100ppm/°C的TCR。在沒有一對第一槽24、26時，由于大量的銅設(shè)置在電流路徑中。電阻器10將典型地具有非常高的正TCR。通常期望使得TCR最小化(S卩，具有絕對值接近于零的TCR)。對于給定的電流感測電阻器來說，典型的范圍可以是±25ppm/°C。對于本示例來說，假設(shè)給定器件具有200 ii Q (即，0. 0002Q)的目標(biāo)電阻值。還假設(shè)沒有所述一對第一槽24、26的初始設(shè)計生成具有接近于800ppm/°C的TCR的器件。根據(jù)以上所討論的來選擇銅導(dǎo)電帶12、14的厚度。選擇電阻帶13的尺度以生成接近但低于目標(biāo)電阻值的電阻。這已經(jīng)實現(xiàn)了，因為最終的電阻值將通過隨后的微調(diào)操作(這將增加電阻器的電阻值)來設(shè)置。除了限定電壓感測端子的尺度之外，一對第一槽24、26導(dǎo)致了在電壓感測端子20,22處的TCR變得更負(fù)。一對第一槽24、26越深，在電壓感測端子20、22處的TCR變得越 負(fù)。一對第一槽24、26沒有顯著地改變電阻器本身的TCR，相反地，一對第一槽24、26改變了在電壓感測端子20、22處觀測到的TCR。典型地，第一槽深度A與在電壓感測端子20、22處所觀測到的TCR之間的關(guān)系通過原型制造工藝來確定。例如，原型器件被制造并且接著使用傳統(tǒng)方法進行測試(即，通過一系列條件測量電壓、電流和溫度)。第一槽24、26的深度持續(xù)增加直到在電壓感測端子20,22處觀測到例如大約為-200ppm/°C的負(fù)起始TCR值。因此，第一和第二槽24、26可以被認(rèn)為是粗略TCR校正槽。在該級中期望負(fù)起始TCR值，因為第二槽將被用于如同下面所更詳細(xì)討論的一樣精細(xì)調(diào)整TCR值。一旦確定了合適的第一槽深度，該深度不為特殊類型的產(chǎn)品(即，具有相同物理和電特性的電阻器)而改變。因為所述一對第一槽24、26可以在制造過程中使用傳統(tǒng)的沖孔、端磨或其它機械技術(shù)而被提前插入，所以這是有利的。隨后的開槽操作可以隨后在制造過程后期實施，并且甚至能夠通過激光修整來完成。轉(zhuǎn)到圖2，具有深度B的第二槽28被示出為設(shè)置在電壓感測端子20、22之間。通常，第二槽28形成在電壓感測端子20、22之間的電阻帶13中。應(yīng)該理解所述第二槽也能夠?qū)е码妷焊袦y端子20、22的一部分的去除，如圖2所示。第二槽28的凈效應(yīng)(net effect)是驅(qū)動在電壓感測端子20、22處觀測到的TCR為正。第二槽28也將導(dǎo)致電阻值小量的增力口。這在圖4中示意性示出了。在本示例中，沒有第二槽28的電阻器(例如，圖I中所示的)的TCR為198ppm/°C。器件(沒有第二槽28)的初始電阻大約為110 y Q (即，0. 00011 Q )。利用深度設(shè)定為0. 040” ( Imm)的第二槽，TCR改善為-100ppm/°C。類似地，電阻增加到大約 125u Q (即，0. 000125 Q ) o轉(zhuǎn)到圖3，利用深度設(shè)定為0. 080” ( 2mm)的第二槽28，TCR繼續(xù)變得更正并且接近于零。電阻值增加到大約140ii Q (即，0. 00014Q)。因此，該第二槽28用作精細(xì)TCR校正槽。如上所指出的，對于給定器件的TCR來說，典型目標(biāo)范圍可以為大約±25ppm/°C。第二槽28可以使用允許去除材料以獲得期望的深度和寬度的激光修整、傳統(tǒng)的沖孔、端磨或任何其它的機械技術(shù)來形成。圖3還示出了形成在主端子16、18之間的第三槽30 (電阻校正槽)。第三槽30具有被選擇為精細(xì)調(diào)整電阻器值的深度。在這種情況下，深度C被選擇成產(chǎn)生在特定容限內(nèi)的目標(biāo)電阻值(例如，200y Q±l%)。第三槽30可以使用允許去除材料以獲得期望的深度和寬度的激光修正、傳統(tǒng)的沖孔、端磨或任何其它的機械技術(shù)來形成。應(yīng)該理解，第一槽24、26和第二槽28可以同時形成或分次形成。還應(yīng)該理解，第二槽28可以“在運行中(on the fly)”被改變(例如，如果通過電阻器基礎(chǔ)在電阻器上測試到TCR)。因此，每個電阻器的TCR可以被定制為特定的值。作為附加的優(yōu)點，第二槽28可以使用激光修整技術(shù)形成，這將大大地簡化TCR調(diào)整處理。在圖I和圖2中示出的第一槽24、26和第二槽28具有總體上矩形的輪廓。圖3中所示的第三槽30具有總體上三角形的輪廓。應(yīng)該理解，其它簡單或復(fù)雜形狀的槽的輪廓也能夠被應(yīng)用而不偏離本發(fā)明的范圍。圖5示出了用于TCR補償?shù)牧硪环N槽配置，圖5示出了通常由設(shè)置在到兩個導(dǎo)電帶112、114之間的電阻帶113形成的電阻器100。所述導(dǎo)電帶通常由銅片材料形成并且具有典型在0. 008-0. 120英寸( 0. 2-3mm)范圍內(nèi)的厚度。銅的厚度通?；谒谕钠骷墓暮退谕臋C械強度(例如，使得電阻器在制造、安裝以及使用期間具有足夠的強度)進行選擇。
電阻器100具有主端子116、118和電壓感測端子120、122。在工作中，主端子116、118承載流經(jīng)電阻器的大多數(shù)電流。主端子被形成為具有限定的內(nèi)部區(qū)域(例如，與導(dǎo)電帶112、114隔離開)。一對第一槽124、126被設(shè)置在所述主端子和電壓感測端子之間。在本示例中，電壓感測端子在所述主端子的所限制的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成。這種配置對于要求更緊湊和中心設(shè)置電壓感測端子來說是期望的。第一槽124、126形成有兩條支路。第一支路123具有與主電流路徑大體上相互垂直的通過“A”示出的延伸長度。第二支路125具有與主電流路徑大體上相互平行的通過“B”示出的延伸長度。應(yīng)該理解，第一槽124和126可以使用相同的支路長度A和B?？蛇x地，第一槽可以具有不同的支路長度。電阻器100還包含具有深度C的第二槽128。以下將討論這些槽之間的關(guān)系。一對第一槽124、126分割開了導(dǎo)電帶112、114的內(nèi)部區(qū)域并且生成四端子器件。所述一對第一槽124、126的大小和位置大體上限定了電壓感測端子120、122的尺度。在本示例中，感測端子被總體設(shè)置在第一支路123和第二支路125之間的結(jié)接合部。如上所述，第一支路123具有長度A而第二支路125具有長度B。圖6是示出了與所述第一槽124、126的形成相關(guān)的TCR補償?shù)那€。樣品I是被配置為沒有所述第一槽124、126的基準(zhǔn)電阻器。在這種配置中，TCR為+60ppm/°C。樣品2和3示出了增加了第一支路123(樣品2)和增加了長度(樣品3)時的TCR補償。如曲線上所示，TCR變得更負(fù)并且結(jié)束于+20ppm/°C。樣品4和5示出了增加了第二支路125(樣品4)和增加了長度(樣品5)時的TCR補償。第一支路123在樣品4和5中保持恒定。如曲線上所示，TCR變得更負(fù)并且結(jié)束于_35ppm/°C。在制造期間，第一支路123可以被首先插入直到實現(xiàn)粗略TCR補償水平。第一支路可以通過包括沖孔或機械加工的多種方法來形成。第二支路125可以接著被插入以精細(xì)調(diào)整TCR補償?shù)狡谕乃?，第二支路可以通過包括激光修整的多種方法來形成。在大多數(shù)應(yīng)用中，第一槽124、126將具有相同的尺度，應(yīng)該理解第一槽124、126可以均與其它支路配置相關(guān)。一旦完成了第一槽124和126，可以形成第二槽128以精細(xì)調(diào)整電阻值。如圖5中所示的第一槽124、126以及第一和第二支路123、125具有大體上矩形的輪廓。圖5中所示的第二槽125具有大體上圓形的輪廓。應(yīng)該理解也可以使用其它簡單或復(fù)雜幾何形狀的槽或支路輪廓而不偏離本發(fā)明的范圍。根據(jù)上述內(nèi)容，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，具有多種變型是顯而易見的。例如，第一槽24、26、124、126可以具有變化的間隔和深度。類似地，其它槽的位置變化和各種端子的形狀是可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，相對于上述實施例能夠做出各種變型、替代或組合，并且這些變型、替代或組合應(yīng)被視為在 本發(fā)明原理的范圍內(nèi)。所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)的所有改變和變型。
權(quán)利要求
1.ー種具有電阻溫度系數(shù)(TCR)補償?shù)碾娮杵?，所述電阻器包? 電阻帶，所述電阻帶設(shè)置在兩個導(dǎo)電帶之間； 第一主端子和第二主端子以及第一電壓感測端子和第二電壓感測端子，所述第一主端子和第二主端子以及第ー電壓感測端子和第二電壓感測端子形成在所述導(dǎo)電帶中； 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與所述電壓感測端子之間，選擇所述第一粗略TCR校正槽和所述第二粗略TCR校正槽中的每ー個的深度，以獲得在所述電壓感測端子處觀察到的負(fù)起始TCR值，以及 精細(xì)TCR校正槽，所述精細(xì)TCR校正槽形成在所述第一電壓感測端子和所述第二電壓感測端子之間，其中選擇所述精細(xì)TCR校正槽的深度，以獲得在所述電壓感測端子處觀察到的接近于零的TCR值。
2.如權(quán)利要求I所述的電阻器，還包括形成在所述第一主端子和所述第二主端子之間的電阻校正槽，其中選擇所述電阻校正槽的深度，以校正所述電阻器的電阻值。
3.如權(quán)利要求I所述的電阻器，其中所述粗略TCR校正槽中的每ー個具有基本相同的深度。
4.如權(quán)利要求I所述的電阻器，其中所述粗略TCR校正槽中的每ー個具有不同的深度。
5.如權(quán)利要求I所述的電阻器，其中所述精細(xì)TCR校正槽形成在所述電阻帶中。
6.如權(quán)利要求I所述的電阻器，其中所述精細(xì)TCR校正槽形成在所述電阻帶和至少ー個所述主端子中。
7.如權(quán)利要求I所述的電阻器，其中所述粗略TCR校正槽通過沖孔或機械加工來形成。
8.如權(quán)利要求I所述的電阻器，其中所述精細(xì)TCR校正槽通過激光修整來形成。
9.一種制造具有電阻溫度系數(shù)(TCR)補償?shù)碾娮杵鞯姆椒?，所述方法包? 在兩個導(dǎo)電帶之間設(shè)置電阻帶； 在所述導(dǎo)電帶中形成第一主端子和第二主端子以及第一電壓感測端子和第二電壓感測端子 在所述主端子和所述電壓感測端子之間形成第一粗略TCR校正槽和第二粗略TCR校正槽，選擇所述第一粗略TCR校正槽和所述第二粗略TCR校正槽中的每ー個的深度，以獲得在所述電壓感測端子處觀察到的負(fù)起始TCR值，以及 在所述第一電壓感測端子和所述第二電壓感測端子之間形成精細(xì)TCR校正槽，其中選擇所述精細(xì)TCR校正槽的深度，以獲得在所述電壓感測端子處觀察到的接近于零的TCR值。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述第一主端子和所述第二主端子之間形成電阻校正槽，其中選擇所述電阻校正槽的深度，以校正所述電阻器的電阻值。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括形成具有基本相同深度的所述粗略TCR校正槽中的姆ー個。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括形成具有不同深度的所述粗略TCR校正槽中的每ー個。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述電阻帶中形成所述精細(xì)TCR校正槽。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述電阻帶和至少ー個所述主端子中形成所述精細(xì)TCR校正槽。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括通過沖孔或機械加工來形成所述粗略TCR校正槽。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括通過激光修整來形成所述精細(xì)TCR校正槽。
17.ー種具有電阻溫度系數(shù)(TCR)補償?shù)碾娮杵?，所述電阻器包? 電阻帶，所述電阻帶設(shè)置在兩個導(dǎo)電帶之間，所述導(dǎo)體帶中的每ー個具有限定的內(nèi)部區(qū)域； 第一主端子和第二主端子以及第一電壓感測端子和第二電壓感測端子，所述第一主端子和第二主端子以及第一電壓感測端子和第二電壓感測端子形成在所述導(dǎo)電帶的所述限定的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)； 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校正槽均具有設(shè)置在所述第一主端子和所述第二主端子之間的第一 TCR校正支路，選擇所述第一 TCR校正支路的深度，以獲得在所述電壓感測端子處觀察到的粗略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間的第二 TCR校正支路，其中選擇所述第二 TCR校正支路的深度，以獲得在所述電壓感測端子處觀察到的接近于零的TCR值。
18.如權(quán)利要求17所述的電阻器，其中所述兩個導(dǎo)電帶限定了主電流路徑并且所述第一 TCR校正支路被設(shè)置成大體上垂直于所述主電流路徑。
19.如權(quán)利要求17所述的電阻器，其中所述第二TCR校正支路被設(shè)置成大體上平行于所述主電流路徑。
20.如權(quán)利要求17所述的電阻器，其中所述第一TCR校正支路中的每一條具有基本相同的長度。
21.如權(quán)利要求17所述的電阻器，其中所述第一TCR校正支路中的每一條具有不同的長度。
22.如權(quán)利要求17所述的電阻器，其中所述第一TCR校正支路和所述第二 TCR校正支路中的每一條形成了限定了所述第一電壓感測端子和所述第二電壓感測端子的位置的結(jié)接合部。
23.如權(quán)利要求17所述的電阻器，還包括形成在所述電阻帶中的電阻校正槽。
24.如權(quán)利要求17所述的電阻器，其中所述第一TCR校正支路通過沖孔或機械加工來形成。
25.如權(quán)利要求17所述的電阻器，其中所述第二TCR校正支路通過激光修整來形成。
全文摘要
公開了一種具有電阻溫度系數(shù)(TCR)補償?shù)碾娏鞲袦y電阻器和一種制造具有電阻溫度系數(shù)(TCR)補償?shù)碾娏鞲袦y電阻器的方法。所述電阻器具有設(shè)置在兩個導(dǎo)電帶之間的電阻帶。一對主端子和一對電壓感測端子形成在所述導(dǎo)電帶中。一對粗略TCR校正槽被設(shè)置在所述主端子和所述電壓感測端子之間，選擇每一個所述粗略TCR校正槽的深度，以獲得在所述電壓感測端子處觀測到的負(fù)起始TCR值。在所述一對電壓感測端子之間形成精細(xì)TCR校正槽。選擇所述精細(xì)TCR校正槽的深度，以獲得在所述電壓感測端子處觀察到的接近于零的TCR值。選擇所述電阻校正槽的深度，以校正所述電阻器的電阻值。
文檔編號H01C7/06GK102696079SQ201080039614
公開日2012年9月26日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者C·L·史密斯, T·L·伯奇, T·L·懷亞特, T·L·韋克 申請人:韋沙戴爾電子公司