CN101232003B - 芯片保险丝与其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种芯片保险丝结构与其制作方法，该芯片保险丝结构具有曲线狭带，可以对瞬间增加的大量电流有更灵敏更迅速的反应。此外，该芯片保险丝结构可以进一步形成第一切割道、第二切割道与至少第三切割道，用以改善芯片保险丝的对位误差与印刷边缘不整的问题，调整需要的过电流状况与芯片保险丝的电阻值，以符合各种设计需求。

Description

芯片保险丝与其制作方法

技术领域

本发明涉及一种保险丝(fuse)结构与其制作方法，特别是有关于一种具有弯曲电路与调整线径余宽，以控制具有耐电流程度功能的芯片保险丝(chip fuse)与其制作方法。

背景技术

芯片保险丝(Chip fuse)为电阻的一种形式，它不但具有微电阻的功能，同时兼具有保险丝的功用，可以在瞬间承受过大的电流时，通过其产生的大量热量，使芯片保险丝发生熔断而切断电路，进而保护电子产品免于因瞬间且大量的不正常电流造成的损害。

一般制造芯片保险丝(Chip fuse)的方式有三种，一为低温共烧陶瓷(LTCC)封装方式，二为薄膜真空成膜方式，三为厚膜印刷方式。图1A至图1B展示了已知的以低温共烧陶瓷封装方式制作芯片保险丝的流程与结构。首先，参照图1A，在一软性陶瓷基板上(Green Tape)10上印刷上一对电极12a与12b，电极12a与12b分别印刷于陶瓷基板上的两侧区域且彼此分离。接着，参照图1B，在电极12a与12b之间的陶瓷基板10上印刷一电阻层15，用以电性连接电极12a与12b。然后，将两片或多片软性陶瓷板(Green Tape)相叠，经压合后切割成粒，再经850℃高温烧结成型后端电极，利用沾银制程来制作电极，此种制程的优点是材料全部用陶瓷材料，当保险丝熔段时，比较不会产生火花冒烟，但缺点是芯片保险丝结构与制作方法以印刷方式制作电阻层，但是在印刷时往往会有些许的对位误差，导致制作出来的每一芯片保险丝的电阻值有所差异而不一致，影响产品品质。

此一低温共烧陶瓷封装方式，在印刷电阻层时，往往会有印刷边缘不整的情形产生，而使得电阻层的边缘有凹陷或是凸出的现象，进而导致发生整个芯片保险丝的耐电流不稳的情况影响芯片保险丝的品质。

图2A至图2C展示了已知的以薄膜真空成膜方式制作芯片保险丝的流程与结构。首先，参照图2A，利用印刷或旋转涂布的方式在氧化铝基板10上覆盖一层耐高温的绝热层(图中未示)，此种绝热层常用的材料为聚乙醯胺或硅橡胶等比较高溶点的聚合物材料，然后，参照图2B，以溅镀或蒸镀的方式在此绝热层上镀电阻层15，常用的材料为铜或锡，再利用曝光显影技术形成电极12a与12b。然后，再用电镀技术将电极加厚形成电极13a与13b，并以激光切割形成一相对的凹槽18a与18b而形成一狭带，如图2C所示。接着，再盖上比较高溶点的材料当保护层，经常使用的材料为聚乙醯胺或是硅橡胶，最后经激光切割成粒，再利用低温沾银制程做成电极，即完成薄膜型芯片保险丝。此种芯片型保险丝的优点因所有的制程都用IC的曝光显影技术，故电阻层的线宽与线距可以控制的很精准，故保险丝在过电流溶断的品质上可以做的很好。此一制程与结构仍然具有一些缺点，例如因制程多用微影制程，成本上很难有竞争性，另外由于绝热材料与保护层材料都是使用比较高一点的聚合物材料，虽然溶点比较高，但如果使用比较大电流的情况下当保险丝熔断后在基板表面还是会有发烟烧焦碳化而变黑的风险，另一方面在端电极的成型方式因受限于绝热层与保护层材料的因素，端电极银胶只能选择比较低温干燥型，故附着性与信赖性多少会受到一些影响。

图2A至图3E展示了已知的以厚膜印刷型方式制作芯片保险丝的流程与结构。首先，参照图2A，在一氧化铝陶瓷基板10上印刷一层玻璃层(图中未示)当绝热层，然后在此绝热层上印刷上一电阻材料14当保险丝元件。接着，参照图3B，经由一高温烧结使电阻材料14形成一电阻层16，此电阻层16常用的材料为银或银钯合金。然后，参照图3C，在保险丝两侧再印刷一对电极12a与12b，而此电极12a与12b分别印刷于陶瓷基板10上的两侧区域且彼此分离，并且通过电阻层16彼此电性连接。接着，参照图3D，以激光切割形成一相对的凹槽18a与18b而形成一狭带17。最后，参照图3E，覆盖一保护层20于电阻层16与部分电极12a与12b，以及部分绝热层庵上，此种制层的优点是价格便宜不用投资购买IC制程等的黄光设备，而其安全性是介于LTCC制程与薄膜制程之间，因其保护层材料主要是以玻璃为主，其玻璃的熔点约400℃-900℃远大于200℃-400℃的Polymer产品，略小于600-1200℃的LTCC产品。

此种产品的缺点是芯片保险丝结构与制作方法以印刷方式制作电阻层，但是在印刷时往往会有些许的对位误差，导致制作出来的每一芯片保险丝的电阻值有所差异而不一致，影响产品品质而使得产品熔断的稳定性变得比较差。如图4A～图4G即为已知的典型保险丝结构图，此种结构是反应比较快的保险丝结构图，当瞬间承受过大的电流时，中间部分因电阻比较高，电流比较不易通过，故会产生的大量热量使保险丝很容易熔断，但此种结构在产品尺寸越做越小的情况下受限于印刷机精度的关系，保险丝熔断地区的线宽，线距与厚度的控制都会受到影响，针对此缺点，目前已利用厚膜电阻的激光技术，来克服此种对位误差所产生保险丝熔断品质不佳的问题。图4A～4G为一已知的激光切断结构图，然而激光因设备的关系大都只能切X-Y方向，因此，对于曲线虽然也能切，但效率上就会降很多。

随着电子产品日趋复杂与精密，因此需要对突然瞬间增加的大量电流可以有更灵敏更迅速反应的芯片保险丝，以保护电子产品不会因此而受到损坏，而具有弯曲甚至曲线狭带的芯片保险丝显然为一较佳的选择。

发明内容

鉴于上述的问题，本发明之一目的为提供一芯片保险丝结构与其制作方法，其对瞬间增加的大量电流可以更灵敏够迅速反应而能更有效的保护电子产品免于过电流的损害。

本发明的另一目的为提供一具有弯曲甚至曲线狭带的芯片保险丝与其制作方法，其可以改善对瞬间增加的大量电流的灵敏度与反应速度。

本发明的另一目的为本发明提供一种芯片保险丝结构与其制作方法，可以改善因印刷的对位误差导致每一芯片保险丝的电阻值有所差异的问题，提升芯片保险丝的品质。

本发明的另一目的为本发明提供一种芯片保险丝结构与其制作方法，可以改善因印刷边缘不整而产生耐电流不稳定的问题，进而提升芯片保险丝的品质。

本发明的另一目的为本发明提供一种芯片保险丝结构与其制作方法，可以制作各种不同耐电流状况以及不同电阻值的需求的芯片保险丝阻结构，而不需要各种不同大小印刷网板或罩幕(mask)来应付各种需求，进而件减少成本。

根据上述目的，本发明提供一种芯片保险丝结构与其制作方法，其包含一基底、一成对电极、一芯片保险丝层、以及数个切割道，包括第一、第二、以及第三切割道。成对电极彼此分离且分别设置于基底的一表面的两侧，而电阻层设置于该基底上该成对电极之间，且电性连接成对电极内的各电极，第一切割道与第二切割道分别设置于电阻层相对应的两侧，而形成一弯曲的狭带于电阻层上，其中，该第一切割道与该第二切割道间距离小于该第二第二切割道与该第一切割道所在的该电阻层的一侧的最短距离，而使该曲线狭带成为一两端较宽而中间较窄的狭带；以及至少一第三切割道设置于电阻层，用以调整该芯片保险丝的阻值。其通过形成多个切割道来解决已知技术的问题，其中以第一切割道来修整印刷对位误差与改善印刷边缘不整的问题，并且通过调整第一切割道与第二切割道之间的宽度，来调整需要的过电流状况，以及形成至少一第三切割道来调整所需的电阻值。

因此，利用上述本发明的芯片保险丝结构与其制作方法，可以改善印刷对位误差与改善印刷边缘不整的问题，调整需要的过电流状况与电阻值，而不需要专属的网板或罩幕，并且对瞬间增加的大量电流可以更灵敏更迅速的反应，而能更有效的保护电子产品免于过电流的损害。

附图说明

图1A至图1B为已知的芯片保险丝制作流程与结构的示意图。

图2A至图2C为另一已知的芯片保险丝制作流程与结构的示意图。

图3A至图3E为另一已知的芯片保险丝制作流程与结构的示意图。

图4A图至图4G为各种已知的芯片保险丝的结构。

图5A为本发明的一实施例的芯片保险丝结构的俯视图。

图5B为本发明另一实施例的芯片保险丝结构的俯视图。

图6A图至图6F为本发明的一实施例的芯片保险丝制作方式的流程图。

图中符号说明

10        陶瓷基板

12a、12b  电极

13a、13b  电极

14        电阻材料

15        电阻层

16        电阻层

17        狭带

18a、18b  凹槽

20         保护层

100        芯片保险丝

102        基底

104a、104b 成对电极

106        电阻层

106a、106b、106c、106d 电阻层的侧边

107        凸出部分

107a、107b 凸出部分切割而成的两部分

108        凹陷部分

110        第一切割道

112        第二切割道

112a       垂直切割道

112b       平行切割道

114        第三切割道

H          第二切割道与电阻层侧边的最短距离

A          第二切断道电阻值控制的距离

W          第一切割道与第二切割道之间的距离200芯片保险丝

202        基底

204a、204b 成对电极

206        电阻层

206a、206b、206c、206d 电阻层的侧边

210        第一切割道

212        第二切割道

114        第三切割道

302        基底

303        玻璃底层

304        电阻层

304a       裸露的电阻层

306        第一电极层

307        第二电极层

308    第二切割道

309    光阻层

310    第一玻璃保护层

312    第二玻璃保护层

具体实施方式

本发明的一些实施例详细描述如下。然而，除了该详细描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例施行。亦即，本发明的范围不受已提出的实施例的限制，而以本发明提出的申请专利范围为准。其次，当本发明的实施例附图中的各元件或结构以单一元件或结构描述说明时，不应以此作为有限定的认知，即如下的说明未特别强调数目上的限制时，本发明的精神与应用范围可推及多数个元件或结构并存的结构与方法上。再者，在本说明书中，各元件的不同部分并没有完全依照尺寸绘图，某些尺度与其它相关尺度相比或有被夸张或是简化，以提供更清楚的描述以增进对本发明的理解。而本发明所沿用的现有技术，在此仅做重点式的引用，以助本发明的阐述。

参照图5A为本发明的一较佳实施例的芯片保险丝结构的俯视图。芯片保险丝100包含一基板(或基底)102，在基板102的一表面上设置有一成对电极104a与104b，此成对电极104a与104b彼此分离而分别设置于基板102表面的两侧。一电阻层106设置于成对电极104a与104b之间的基板102表面，即基板102的中间区域，并且电阻层106以相对的两侧106a与106b与电极104a与104b相重叠以形成与电阻层106间的电路。电阻层106未与电极104a与104b连接的其它两侧106c与106d中，其中电阻层106的一侧边106c具有一凸出部分107，而在与电阻层106侧边106c相对的另一侧边106d则具有一凹陷部分108。

一第一切割道110以平行电阻层106侧边106c的方向形成于凸出部分107上，而将凸出部分107切割为两不相连接的两部分107a与107b。一第二切割道110由一垂直电阻层106侧边106d并由凹陷部分108切割进电阻层106的垂直切割道112a，与一平行电阻层106侧边106d并与垂直切割道112a一端连接的平行切割道112b，形成的L型切割道。一第三切割道114形成电阻层106侧边106d，即第二切割道110在相同的电阻层106侧边106d，其以垂直电阻层106侧边106d方向切割进电阻层106。

第一切割道110通过将凸出部分107切割为两不相连接的两部分107a与107b，而将因为电阻层的制作方法，如印刷等，所导致在电阻层106的边缘产生的不整部分，制作误差。如107a所代表的部分，与电阻层106与以切割而使其不会影响耐电流的稳定度，进而提升芯片保险丝的品质。再者，本发明通过凸出部分107部分预留一空间可以对对位误差，如印刷等制程所产生的误差，进行调整，其通过第一切割道110的形成用以将超出原先位置的电阻层(如107a)予以切割而与电阻层106分离，以解决对位误差的问题。

通过凸出部分107、第一切割道110与第二切割道112形成狭带介于第一切割道110与第二切割道112之间。在此一狭带中，第二切割道112与电阻层106侧边106c的最短距离H大于第一切割道110与第二切割道112之间的距离W，因此，此一狭带为一两端较宽中间较窄的曲线狭带，可以使得瞬间通过大量电流所产生的热量集中于此狭带的中间部位，即第一切割道110与第二切割道112之间，可以更灵敏且迅速反应而发生熔断，而能更有效的保护电子产品免于过电流的损害。此外，芯片保险丝100可以通过调整第一切割道110与第二切割道112之间的距离W，去制作各种不同耐电流状况的芯片保险丝，而不需要使用各种不同大小印刷网板或罩幕(mask)来达成这些不同耐电流状况的需求，进而减少成本。

芯片保险丝100可以通过第三切断道114来微调电阻值，并且通过调整第二切割道112的长短来达到调整整个芯片保险丝的电阻值的功能，不但可以解决因制程误差所导致的芯片保险丝的电阻值问题，更直接通过调整第二切割道的长短(W与A的宽度)，制作各种不同电阻值的芯片保险丝，而不需要使用各种不同大小印刷网板或罩幕(mask)来应付各种需求，进而减少成本。

然而，图5B为本案的另一实施例，其中，第一切割道110为一U字型，其形成于凸出部分107上，而将凸出部分107切割为U字型内部分107a与U字型外内部分107b而不相连接的两部分。

图6A图至图6F为本发明一实施例的芯片保险丝制作方法的流程图，为了方便描述其皆以剖面图形式展现。参照图6A，首先，提供一基底(或基板)302，并形成一玻璃底层303于基底302的上且覆盖基底302，玻璃底层303的形成方式可以使用印刷、涂布等方法。接着，参照图6B，印刷一电阻层304于玻璃底层303并覆盖玻璃底层303，电阻层304材质为银(Ag)材质或是为一层银钯复合材质层(Ag/Pd)，其厚度范围大约在1～7微米(μm)。电阻层304可以如同图5A图与图5B所示为一分别具有一凸出部分与凹陷部分于电阻层的相对两侧边的电阻层。

参照图6C，印刷第一电极层306于电阻层304两侧，并且裸露出中间的电阻层304a而分隔两侧的第一电极层306，接着，在印刷一第二电极层307于第一电极层306上并裸露出部分靠近内侧的第一电极层306而形成一分别设置于电阻层304两侧的成对电极。第一电极层306与第二电极层307形成一阶梯形状的成对电极，此一阶梯形电极可以帮助通畅与顺利电流的行进，其厚度大约在20微米左右(μm)。

接着，参照图6D，根据欲形成的芯片保险丝结构进行激光切割(laser trimming)形成一第一切割道(图中未示)、一第二切割道308、以及至少一第三切割道(图中未示)。参照图2A，如果欲形成芯片保险丝100，则使用激光以平行电阻层106侧边106c的方向切割凸出部分107，以形成第一切割道110而将因为电阻层的制作方法，如印刷等，所导致在电阻层106的边缘产生的不整部分与制作误差予以切割调整。再用激光以一垂直电阻层106侧边106d方向切割由凹陷部分108内切割出一垂直切割道112a，再以激光以一平行电阻层106侧边106d方向切割一平行切割道112b，而与垂直切割道112a一端连接的平行切割道112a形成L型的第二切割道112。通过第一切割道110与第二切割道112形成一曲线狭带，其中第二切割道112与电阻层106侧边106c的最短距离H大于第一切割道110与第二切割道112之间的距离W。接着，以激光从垂直电阻层106侧边106d方向切割进电阻层106，而于电阻层106侧边106d(与第二切割道110在相同的电阻层106侧边106d)形成一第三切割道114以微调芯片保险丝100的电阻值。

参照图6E，接着以印刷一第一玻璃保护层310覆盖电阻层304、部分第一电极层306以及部分第二电极层307。参照图6F，再以一第二玻璃保护层312覆盖电阻层304、部分第一电极层306、部分第二电极层307以及第一玻璃保护层310。

本发明的芯片保险丝结构与其制作方法，可以制作一具有曲线狭带并对瞬间增加的大量电流有更灵敏与迅速反应的芯片保险丝与其制作方法。更进一步就由第一切割道与电阻层凸出部位的形成与相对位置的，而安排改善芯片保险丝的对位误差与改善印刷边缘不整的问题，并通过控制第一切割道与第二切割道之间距而调整需要的过电流状况，以及通过第三切割道的形成与第三切割道的长度、宽度与数量而调整芯片保险丝的电阻值以符合各种设计的需求，而不需要专属的网板或罩幕。

Claims (18)

1.一种芯片保险丝，包含：

一基底；

一成对电极，该成对电极彼此分离且分别设置于该基底的两侧；

一电阻层设置于该基底上该成对电极之间，且电性连接该成对电极内的各电极；

一第一切割道设置于该电阻层的一侧；

一第二切割道设置于该电阻层的另一侧，且该第一切割道与该第二切割道形成一曲线狭带于该电阻层，其中，该第一切割道与该第二切割道间距离小于该第二切割道与该第一切割道所在的该电阻层的一侧的最短距离，而使该曲线狭带成为一两端较宽而中间较窄的狭带；以及

至少一第三切割道设置于该电阻层，用以调整该电阻层的阻值。

2.如权利要求1所述的芯片保险丝，其中该电阻层的一侧更包含一凸出部分，以及一凹陷部分位于该电阻层相对于的该凸出部分一侧。

3.如权利要求2所述的芯片保险丝，其中该第一切割道以平行该第一切割道所在的该电阻层的一侧的方向切割进该凸出部分，而将该凸出部分切割为不相连的两部分，其中该不相连的两部分彼此间的大小比例依对位误差的程度决定。

4.如权利要求2所述的芯片保险丝，其中该第二切割道更包含一垂直切割道与一平行切割道，该垂直切割道与该平行切割道彼此相连形成一L形的第二切割道。

5.如权利要求4所述的芯片保险丝，其中该垂直切割道以该垂直该第二切割道所在的该电阻层的一侧方向，由该凹陷部分切割进该电阻层。

6.如权利要求4所述的芯片保险丝，其中该平行切割道以平行该第二切割道所在的该电阻层的一侧方向，切割形成于该电阻层上。

7.如权利要求1所述的芯片保险丝，其中该第三切割道设置于该电阻层与该第二切割道位于该电阻层的同一侧。

8.一种制作芯片保险丝的方法，包含：

提供一基底；

形成一玻璃底层于该基底上并覆盖该基底；

形成一电阻层于该玻璃底层上；

形成一成对电极覆盖至少部分该电阻层，该成对电极的电极分别设置于该芯片保险丝的两侧；

形成一第一切割道于该电阻层的一侧，且该第一切割道裸露出该基底；

形成一第二切割道于该电阻层的另一侧，且该第二切割道裸露出该基底，该第一切割道与该第二切割道形成一曲线狭带于该电阻层上，其中，该第一切割道与该第二切割道间距离小于该第二切割道与该第一切割道所在的该电阻层的一侧的最短距离，而使该曲线狭带成为一两端较宽而中间较窄的狭带；以及

形成至少一第三切割道设置于该电阻层，用以调整该芯片保险丝的阻值。

9.如权利要求8所述的制作芯片保险丝的方法，其中该电阻层系为一银材质层或是一银钯复合材质层。

10.如权利要求8所述的制作芯片保险丝的方法，其中该电阻层的厚度为1～7微米。

11.如权利要求8所述的制作芯片保险丝的方法，其中该形成一成对电极步骤更包含：

形成一第一电极层于该电阻层两侧，并且裸露出该电阻层中间区域；以及

形成一第二电极层于该第一电极层上，并裸露出部分该第一电极层，该第一电极层与第二电极层形成一阶梯形状的成对电极。

12.如权利要求11所述的制作芯片保险丝的方法，其中该第一电极层与该第二电极层的厚度总合大约为20微米。

13.如权利要求8所述的制作芯片保险丝的方法，其中该形成第一切割道步骤、该形成第二切割道步骤、与该形成第三切割道步骤系采用激光切割方式。

14.如权利要求13所述的制作芯片保险丝的方法，其中该电阻层的一侧更包含一凸出部分，而电阻层相对于的该凸出部分一侧更包含一凹陷部分。

15.如权利要求14所述的制作芯片保险丝的方法，其中该形成第一切割道步骤以平行该第一切割道所在的该电阻层的一侧的方向切割进该凸出部分，而将该凸出部分切割为不相连的两部分，调整对位误差与去除该电阻层边缘不平整的部分，其中该不相连的两部分彼此间的大小比例依对位误差的程度决定。

16.如权利要求14所述的制作芯片保险丝的方法，其中该形成第二切割道步骤更包含：

形成一垂直切割道，以垂直该第二切割道所在的该电阻层的一侧方向由该凹陷部分切割进该电阻层；以及

形成一平行切割道，以平行该第二切割道所在的该电阻层的一侧方向，由垂直切割道的一端切割进该电阻层，而与该垂直切割道形成一L形的该第二切割道。

17.如权利要求14所述的制作芯片保险丝的方法，其中该形成第三切割道步骤系由垂直该第二切割道所在的该电阻层的一侧方向由该电阻层的一侧切割进该电阻层。

18.如权利要求8所述的制作芯片保险丝的方法，更包含形成一保护层覆盖该电阻层与部分该电极层。

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