专利名称：适于测量高频交流电的电阻器的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于测量高频交流电的电阻器，所述电阻器具有馈送被测电流的连接器和分接被测电压的连接器，并且具有分层结构，所述分层结构包括至少一个电阻层，回流导电层和任何可能配置的绝缘层。
背景技术：
用于测量电流的电阻器被称作旁路电阻器或旁路器。就象变流器那样，它们是简单的无源电流传感器，但具有某种程度上不同的性质。测量直流电的构造和能够测量频率范围高达千兆赫的电流的宽带型构造被广泛使用。在测量时，必须注意使测量高频交流电的电阻器具有较低的旁路感应率，并且不可避免的残留磁场对被测电流的影响要尽可能地小。为此，人们以在测量抽头上抵消感应电压分量的方式，尝试将这种残留磁场与被测电流和测量电路联系起来。由于线圈绕组具有高感应率，简单的绕线电阻器不适于测量交流电。
为了减少测量电阻器的感应率，也采用具有双股结构的测量电阻器，然而由测量电阻器和测量导线构成的环路仍然包括某部分与被测电流关联的磁通量。
为了克服具有双股线圈的测量电阻器中出现的困难，人们又回过来考虑由内筒和外筒构成的同轴结构，其中内筒由薄电阻材料构成，外筒通常能够导电，通过内部引线提供被测电流，并且被测电流通过外部引线返回，在无场空间内的内筒中形成电压抽头，即Kelvin抽头，因而被测电流不产生电压感应。这种同轴电阻器适用于高电流和高达千兆赫的频率。同轴旁路器确实具有良好的频率响应，然而需要很高的制造成本，因此对于许多应用而言显得过于昂贵。造成同轴测量电阻器实际带宽限制的原因不是测量环路内瑞利散射通量导致的电压，而是电阻器圆筒内部的电流位移现象。
US 5 596 309 A描述了具有低感应率的同轴测量电阻器，其中在内筒电阻器和外筒之间布置同样为圆柱形的绝缘体，借以减小外部导体和内部电阻器之间的距离，从而能够降低磁散射通量。除降低感应率之外，如果使用适当的电阻器材料，通过这种方式构成的同轴旁路器还具有较高的稳定性。
除上述同轴测量电阻器之外，已知的还有所谓的圆片电阻器，其中在电阻材料构成的圆片上布置由导电性良好的材料构成的圆片。通过同轴排列电流源和电压抽头可以降低感应率，然而总会存在某些残留感应。尽管这种圆片电阻器的构造比同轴测量电阻器的构造更加简单，但在生产和电气性质方面仍有缺点。
此外，已知还有具有分层布局的测量电阻器，这种测量电阻器更加易于生产，因而比上述构造更加便宜。
在CA 1 253 570 A中描述了这种电阻器，其中在印制电路板外侧布置导电层，通过适当的通路产生在两个导电层之间交替的电流。通过这种方式，提供了具有良好电气性质、同时生产成本不高并且具有简单构造的结构。被测电流的路径上的通路导致温度系数退化。通过一种布局降低被测电压的感应部分，其中在不限制磁场扩展的情况下，利用该布局将会在电压抽头区域内彼此抵消单独导体片段的磁场。
在DE 36 11 595 A1中描述了另一种由用于测量高频交流电的层组件构成、具有毫欧范围内的电阻值的电阻器。这种测量电阻器由两个电阻薄膜和外部金属板构成，其中在金属板之间配置绝缘粘合薄膜。配置在粘合薄膜边缘的条形连接层被用来彼此电连接电阻薄膜，或者电连接金属板。通过这种方式装配的测量电阻器相对易于生产，因此明显比同轴电阻器便宜。因而，可以将这种测量电阻器的应用领域扩展到检查快速电流源或电流渗漏、HF发送器、可变频率反相器或时钟电源单元，其中可能出现高达几百安培、频率高达100MHz的交流电。由于电阻薄膜和导电金属板内的电流方向相反并且其在近似相同的位置形成的磁场几乎彼此抵消，所以这种电阻器只产生相应较小的总体磁场。然而在位于粘合薄片边缘的连接层上仍然出现磁场，导致测量电阻器出现轻微感应，从而限制了测量精度和电阻器带宽。连接层叠电阻层的条形连接层导致温度系数的退化。
在EP 500 975中描述了本发明类型的测量电阻器，其中电阻层和回流导电层在一端通过通路互连，并且在另一端区域内提供电压连接器。尽管该实施例与同轴布局相比更易于生产，然而会出现影响测量结果的磁场，尤其是在测量电阻器的边缘区域内。

发明内容
因此，本发明的目的是提供上述类型的电测量电阻器，所述测量电阻器在带宽尽可能高并且稳定性尽可能长久的情况下具有尽可能良好的电气性质，例如低感应率、恒定频率响应和相位角度，并且所述测量电阻器尽可能易于生产。此外，可以通过简单和有效的方式对测量电阻器进行降温。此外还可避免或至少减少已知测量旁路器的缺点。
通过以下方式实现本发明的目的，其中电阻层，回流导电层和可能的绝缘层是多层印制电路板的组成部分，并且包括多个从电阻层中央区域延伸到外部的导电线。通过这种紧凑组件，利用印制电路板生产领域常见的、可以简单地实现自动化的多层技术可以实现简化生产。此外，由于几乎完全避免了外部影响的侵蚀，因此紧凑多层布局可以产生长期的高稳定性。从内部引到外部的导电线会产生均匀的电流密度分布，因而导致均匀加热。在最简单的情况下，回流导电层可以由连续的铜层构成。此外，也可以在回流导电层内配置导电线。
回流导电层包括几何形状与电阻层的导电线相同的导电线会更加有利。通过这种方式，由于电阻层电流导线上的电流与回流导电层导电线上的电流方向相反，并且其在近似相同的位置上形成的磁场几乎彼此抵消，所以允许存在极低的非期望磁场。通过生产印制电路板时通常使用的方法可以按照简单和低成本的方式制备电阻层和回流导电层上的对应螺旋形导电线。
自顶向下观察，电阻层和回流导电层基本呈圆形会更加有利。通过这种方式，会达到圆形对称状态。
根据本发明的另一个特征，电阻层和回流导电层的导电线具有基本恒定的宽度，并且彼此之间具有基本恒定的距离。这种几何形状增强了电阻层上的恒定电流密度分布以及均匀加热的技术效果。
在基本为圆形的电阻层中，具体通过从中央区域向外螺旋延伸的导电线来实现这一特征。根据从电阻层和回流导电层的中心向外延伸的导电线的数量，可以使用相应的数学方法计算出螺旋形状的适当类型。
根据本发明的另一个特征，馈送被测电流的连接器和/或分接被测电压的连接器通过相应的通路，即所谓的通孔被引到期望的层。通过这种方式，防止在馈送线路中感应出会产生虚假被测电流的非期望电压。没有通过Kelvin抽头将电阻层和回流导电层之间的剩余磁通量与通过被测电流连接起来，因而对测量信号没有作用。
至少一个绝缘层由一或多个半固化层构成会更加有利，这种半固化层最好厚度小于0.1mm。
如果电阻层被布置在回流导电层和包括用于分接被测电压的连接器的连接器层之间，则可以有效阻止出现被测电流的磁通量与Kelvin抽头的导体之间的连接。
由于回流导电层和可能的冷却体之间的绝缘层由阻焊剂或阻焊薄膜构成，并且非常薄，因此具有良好的散热性能。


下面通过图解本发明示例性实施例的附图更详细地说明本发明。其中，图1是图解测量电阻器的连接器的示意电路图，图2是基于本发明的测量电阻器的透视分解图，图3a到3f示出了图2的测量电阻器的各个层的顶视图，而图4是示出本发明的测量电阻器的分层结构，以便图解厚度比值的示意剖视图。
具体实施例方式
图1示出了测量电阻器1的替换电路图，其中包含连接器的图例。通过连接器2，3将被测电流传导通过测量电阻器1，并且通过连接器4，5(Kelvin连接器)分接被测电压。连接器6被用来连接Kelvin抽头的屏蔽网(screen)。
在图2中图解了基于本发明的分层结构测量电阻器1。各个层分别是电阻层10，回流导电层11，互连层9和连接器层8，以及阻焊层7和12。为了易于说明，以分解图和部分剖视图的方式图解了层7，8，9，10，11和12。被测电流通过连接器2和3被导入测量电阻器1并且再通过连接器2和3导出。连接器2和3位于测量电阻器1的中心，并且被相应连通到回流导电层11和电阻层10。通过连接器层8中的连接器4，5分接电压。冷却体13最好被布置在回流导电层11下面，例如通过粘合或螺钉固定的方式，其中可以提供最好由绝缘层12形成的绝缘，所述绝缘层12由涂敷在回流导电层11上的阻焊剂构成。在电阻层10中，电流沿着从内部到外部的螺旋形导电线14流动，而在回流导电层11中，电流沿着从外部返回到内部的螺旋形导电线15流动到测量电阻器1的连接器3。对应的通路18从电阻层10的外部连到回流导电层11的外部。在印制电路板中，所有的连接器2，3，4，5，6均由金属化钻孔构成。在象连接器层8和回流导电层11那样最好由铜构成的连接层9中，一部分被测电流被分流到通路16上以便限制被测电流进入电阻层10时的电流密度。到连接器4的连接由通路17和连接器层8中的导电线构成。通过通路19和连接器层8的外部导电表面构成针对Kelvin连接器5与电阻层10的连接。被测电流通过通路18到达回流导电层11中导电线15的外端。通过通路18建立把电阻层10和连接层9连接到连接器6的连接。当在印制电路板上制造Kelvin抽头时，铜层9还充当Kelvin抽头的屏蔽网。
图3a示出了测量电阻器1中代表阻焊掩模的顶层绝缘层7，在图2中以透明方式示出了绝缘层7。在用于被测电流的连接器2，3，用于电压抽头的连接器4，5，用于屏蔽网的连接器6和任何可能为固定元件提供的钻孔20的位置上，不提供绝缘层7(阻焊剂)。
图3b示出了连接器层8，连接器层8构成了从Kelvin连接器4到层中心的连接，其中通过图3d所示的通路17建立针对电阻层10的连接。
图3c示出了连接层9，连接层9由铜构成并且通过通路16建立从连接器2到底层电阻层10的连接。
图3d示出了测量电阻器1的电阻层10，电阻层10最好由具有低温度系数的合金构成。该图清晰示出了彼此具有基本恒定的距离并且具有基本恒定的宽度的螺旋形导电线14。在图解的例子中，电阻层10总共包括24个向外螺旋延伸的导电线14。可以适当改变该数值，其中需要某个最小数量以达到对称状态。通过导电线14的基本恒定的宽度，达到电阻层10上的恒定电流密度分布和恒定加热。
图3e示出了被布置在电阻层10下面的回流导电层11，回流导电层11的几何形状与电阻层10相同，使得电阻层10和回流导电层11中流动的电流导致的磁场彼此大大抵消。
图3f示出了最好由阻焊剂构成并且几何形状与绝缘层7(图3a)相同的绝缘层12，绝缘层12将回流导电层11与冷却体13隔离开。
图4最终示出了基于本发明的测量电阻器1的剖视图以便图解尺寸关系。在冷却体13之上、回流导电层11之下提供由阻焊剂构成的绝缘层12。绝缘层12厚度为50μm，而回流导电层11可以由60μm的铜构成。在电阻层10和回流导电层11之间布置由一或两个厚度均为50μm的半固化层构成的绝缘层21。电阻层10可以由50μm的铜锰锡合金(Zeranin)构成。在由一或多个半固化层构成的绝缘层22的帮助下，电阻层10与由绝缘层23和连接层9构成的单层印制电路板基底材料片层叠在一起，其中绝缘层23可以具有1mm的厚度，连接层9可以具有30μm的厚度。在同样可以由60μm的铜构成的连接器层8和连接层9之间，再次布置一或多个厚度为100μm的半固化层以便构成绝缘层24。最终在连接器层8上面提供由50μm的阻焊剂构成的另一个绝缘层7(图3a)。
除所图解的示例性实施例之外，还包括在本发明的范围内修改的其它变型。
权利要求
1.一种电气测量电阻器(1)，具体用于测量高频交流电，包括用于馈送被测电流的连接器(2，3)和用于分接被测电压的连接器，并且具有分层结构，所述分层结构包含至少一个电阻层(10)，回流导电层(11)和任何可能提供的绝缘层(7，12，21，22，23，24)，其特征在于电阻层(10)与回流导电层(11)和可能的绝缘层(7，12，21，22，23，24)一起是多层印制电路板的一部分，并且包括多个从电阻层(10)的中央区域向外部延伸的导电线(14)。
2.如权利要求1所述的测量电阻器，其特征在于回流导电层(11)包括几何形状与电阻层(10)的导电线(14)相同的导电线(15)。
3.如权利要求1或2所述的测量电阻器，其特征在于电阻层(10)和回流导电层(11)从上向下看基本呈圆形。
4.如权利要求1到3中任何一个所述的测量电阻器，其特征在于电阻层(10)和回流导电层(11)的导电线(14，15)具有基本恒定的宽度和基本恒定的相互间距离。
5.如权利要求4所述的测量电阻器，其特征在于电阻层(10)和回流导电层(11)的导电线(14，15)从中央区域向外螺旋延伸。
6.如权利要求1到5中任何一个所述的测量电阻器，其特征在于用于馈送被测电流的连接器(2，3)和/或用于分接被测电压的连接器(4，5)通过相应的通路(16，17，18，19)被连到期望的层(8，10，11)。
7.如权利要求1到6中任何一个所述的测量电阻器，其特征在于至少一个绝缘层(21，22，23，24)由一或多个半固化层构成，所述半固化层最好具有小于0.1mm的厚度。
8.如权利要求1到7中任何一个所述的测量电阻器，其特征在于电阻层(10)被布置在回流导电层(11)和连接器层(8)之间，所述连接器层(8)包含用于分接被测电压的连接器(4，5)。
9.如权利要求1到8中任何一个所述的测量电阻器，其特征在于被配置在回流导电层(11)和可能存在的冷却体(13)之间的绝缘层(12)由阻焊剂或阻焊薄膜构成。
全文摘要
本发明涉及一种电阻器(1)，具体用于测量高频交流电，包括用于馈送被测电流的连接器(2，3)和用于分接被测电压的连接器，并且具有分层结构，所述分层结构包含至少一个电阻层(10)，回流导电层(11)和任何可能提供的绝缘层(7，12，21，22，23，24)。为了得到具有非常好的频率响应，长久的高稳定性和有效的冷却性能并且生产成本不高的测量电阻，使电阻层(10)与回流导电层(11)和可能的绝缘层(7，12，21，22，23，24)一起成为多层印制电路板的一部分，并且包括多个从电阻层(10)的中央区域向外部延伸的导电线(14)。回流导电层(11)最好包括几何形状与电阻层(10)的导电线(14)相同的导电线(15)。
文档编号G01R15/14GK1455868SQ02800042
公开日2003年11月12日 申请日期2002年1月4日 优先权日2001年1月4日
发明者沃尔弗拉姆·特潘 申请人:Lem诺玛有限公司