TW201440983A - 微型被動元件之製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種微型被動元件之製造方法，其在製備微型被動元件所需的基板時，係使用切割件對尚未燒結的生坯板做線切割，以架構出複數個切割槽，得以在燒結為熟坯板後，透過撓折的方式將之分離，並做進一步之加工。

Description

微型被動元件之製造方法

    本發明係關於一種微型被動元件之製造方法，尤指一種使用切割件對未燒結之生坯板做線切割以生產基板之微型被動元件之製造方法。

    被動元件係大致上可分為電阻、電容以及電感等三個類型，其在電子電路中並不會主動發揮功能，因此被稱呼為被動元件。

    而在被動元件的範疇中，電阻的功用在於限制電路中的電流，其被大量地運用在各式電子產品中，以手機、平板電腦等智慧型電子產品為例，其單一機體內部之電路板上即使用了數百個電阻，不但數量龐大，同時也意味著這些被動元件已微縮至相當程度之體積，方能大量地運用在手持產品之中。因此，如何能夠快速且穩定地大量製備微型被動元件，即是相關產業所關切的一個議題。

    以晶片型電阻而言，無論是薄膜電阻或是厚膜電阻，其皆使用絕緣的氧化鋁或氮化鋁陶瓷為基板，然後於其上設置電阻薄膜(印刷或濺/蒸鍍方式)而形成電阻層，之後再印上保護用的薄層玻璃粉，經過高溫烘烤後就成為晶片型電阻。

    然而，在製造的過程中，尚需要透過切割的方式，才能將過程中的母材分割為一粒粒的晶片型電阻。現有技藝中，一種是透過沖壓(punch)的方式，使用治具在氧化鋁基板上形成沖壓槽，然後再以撓折的方式將之截斷。但這種沖壓的技術有其尺寸瓶頸，已無法適用於微型化的晶片型電阻，例如0402規格以下等主流產品。

    更進一步而言，使用沖壓技術於微型被動元件的加工處理時，被沖壓的部分會因應力推擠而變形，使形狀產生變化，這在巨觀的角度下並無太大差異，但對於微型被動元件來說，這種結構變化遠超出了容許範圍。

    因此針對微型被動元件，請參考第一圖，較新的技術是在燒結後的氧化鋁熟坯板1上，使用雷射進行切割(Laser Scribing)，使氧化鋁熟坯板1的表面形成U狀之切割槽3，然後再以撓折的方式將之截斷。但這種切割方法的機具成本和維護費用非常驚人，而且切割的品質也存在多項後製程加工良率問題，因為雷射切割的過程中，基於雷射光束焦距、能量與切割槽深度之間的變化差異，因此其形成的切割槽在後續撓折時，會有不規則的狀況發生，無法確實地沿著切割槽的走向而做整齊的分離，使得良率偏低。

    因此，在微型被動元件的製造方法中，如何更有效率地取得更佳品質的基板，以在此品質穩定的基板上做進一步的加工，使得優質之微型被動元件能夠成形，即是此技術領域所要突破的瓶頸。

    本發明之主要目的，係提供一種微型被動元件之製造方法，其在製備微型被動元件所需的基板時，使用切割線或極薄之切割刀等切割件，對未燒結之生坯板進行線切割處理，以切割出複數個切割槽，可於將生坯板經燒結為熟坯板，並經印刷、濺鍍或蒸鍍上電性元件後，透過切割槽而撓折熟坯板為複數個微型熟坯條，再經切割而製備品質良好的基板。

    本發明之次要目的，係提供一種微型被動元件之製造方法，其透過線切割的快速性和應力釋放機制，提升了基板的製備效率以及品質。

    本發明之再一目的，係提供一種微型被動元件之製造方法，其免除了使用現有之治具沖壓，避免在微米尺寸的被動元件製作過程中，因治具沖壓所造成的形變而使基板良率下降，甚至於報廢；同時也排除了使用昂貴之雷射切割技術，不但得以降低成本，也可避免出現雷射切割所造成的不良切割紋路。

    本發明之更一目的，係提供一種微型被動元件之製造方法，其可以一體適用於薄膜電阻製程和厚膜電阻製程，或是其他需要用到大量微米尺寸之基板之微型被動元件之製程，廣泛性高。

    為了達到上述之目的，本發明揭示了一種微型被動元件之製造方法，其步驟係包含：使用一切割件，線切割一生坯板(green plate)，使該生坯板具有複數個切割槽；燒結該生坯板，形成一熟坯板；以及撓折該熟坯板，使該熟坯板沿著該些切割槽斷折為複數個微型熟坯條；其中，該些切割槽之間距，於該生坯板表面之經線方向或緯線方向上，係小於或等於0.02英吋。據此製造方法，微型被動元件的製造效率將得以大幅提升，同時品質也一併獲得良好的控制。

S1~S3．．．步驟

S21~S23．．．步驟

S31~S34．．．步驟

1．．．熟坯板

2．．．生坯板

3．．．切割槽

4．．．切割件

5．．．微型熟坯條

第一圖：其係為使用雷射切割之切割槽之電子顯微鏡照片；
第二圖：其係為本發明之步驟流程圖；
第三圖：其係為本發明步驟流程之示意圖；
第四圖：其係為本發明使用切割件作線切割之切割槽之電子顯微鏡照片；
第五圖：其係為本發明於熟坯板形成後之步驟流程圖；以及
第六圖：其係為本發明於微型熟坯條形成後之步驟流程圖。

    為使本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

    首先，請一併參考第二圖和第三圖，其係為本發明之步驟流程圖以及其示意圖；如圖所示，其核心步驟係包含：

步驟S1：使用一切割件，線切割一生坯板(green plate)，使該生坯板具有複數個切割槽；
步驟S2：燒結(annealing)該生坯板，形成一熟坯板(sintered plate)；以及
步驟S3：撓折該熟坯板，使該熟坯板沿著該些切割槽斷折為複數個微型熟坯條。

    本發明的重點技術特徵，係在於生產微型被動元件的過程當中，對未經燒結的生坯板2先行使用切割件4作線切割，以在微型被動元件的尺寸規格隨著技術提升而不斷縮小之下，能快速且高良率地獲得結構上所必要之基板。

    於步驟S1中，生坯板2之材質係為氧化鋁(Al₂O₃)或氮化鋁(AlN)，而考量到成本及可允許的散熱能力範圍等因素，氧化鋁是本發明較佳的選擇對象。加工用的切割件4切割線體或一切割刀體，若其為切割線體，則可選用鑽石線(diamond wires)、鋼琴線(piano wire) 或其他金屬線材或複合材料線材等具有抗拉強度高，耐磨性佳之線材；不過考量到切割線體之結構較圓滑而切割能力有限，因此也可使用諸如鎢鋼刀片等切割刀體，其係為厚度小於0.02英吋之極薄金屬片，與生坯板2做線切割而相接觸的一面具有刀尖而可提供較強之切割能力。

    本發明使用切割件對物理性質較軟之生坯板2作線切割，其在切割的時後，可以透過細長或薄片之切割件4同時將切割所產生的壓力和應力向外推，也就是透過切割件4而將壓力和應力向四周圍帶走，使被切割的生坯板2在形成切割槽3之兩側不會產生形變，避免現有技藝透過機械、治具沖壓而致使形變發生、後續無法用於製備微型被動元件的狀況，也不必考慮到雷射切割時的光束焦距、能量問題。

    透過線切割，請參考第四圖，生坯板2之表面形成了複數個切割槽3，此些切割槽3之間距係小於0.02英吋，目的是為了後續製備微型化的薄膜/厚膜電阻等被動元件。

    以現有或開發中的移動裝置所大量使用的薄膜/厚膜電阻為例，其尺寸已逐步縮小為0402、0201、01005等，或是更小之規格，此即表示其尺寸之長乘寬分別為0.04英吋×0.02英吋、0.02英吋×0.01英吋以及0.01英吋×0.005英吋或更小。因此，本發明在此使用線切割，係針對切割槽3之間距係小於或等於0.02英吋之尺寸級距。以一英吋見方的生坯板2為母材為例，若製備0402規格之薄膜/厚膜電阻，則其於生坯板2表面之經線方向或緯線方向其中之一者，至少要使用切割件4或是其陣列而切割出49個平行之切割槽3，使生坯板2能形成間距0.02英吋之細微區段，方能續行製備寬度為0.02英吋之微型基板。故本發明可透過線切割的方式，克服被動元件在微型化時，習知之生坯板沖壓方法無法適用的問題。

    於步驟S2中，被切割後的生坯板2經過燒結的程序後，生坯板2內部的顆粒間空洞就會排除，並且也將其所含有的少量氣體和雜質排除，使顆粒相互結合而形成熟坯板1，得做進一步的加工利用。

    燒結而成的熟坯板1可以透過撓折的方式，使熟坯板1得以沿著在步驟S1當中所切割出的切割槽3而斷折為複數個長條狀的微型熟坯條5。這些微型熟坯條5就是用於製備微型被動元件之基板的重要材料。

    以製備薄膜電阻為例，其在將生坯板燒結為熟坯板後，於撓折為微型熟坯條之前，請參考第五圖，其係進行步驟：
步驟S21：設置至少一正面電極以及至少一背面電極於該熟坯板之兩面；
步驟S22：設置一電阻層於該熟坯板具有該正面電極之一面之上；以及
步驟S23：印刷一保護層(overcoat)於該電阻層之上。

    於上述步驟中，係先透過網印或濺鍍的方式在熟坯板的正面以及背面上預先設置了以銅(Cu)、銀(Ag)或鈀(Pd)為材質之第一電極以及第二電極，其設置手段和材質視需求而定，並無特殊限制；接著再於具有正面電極的一面設置上電阻層。此電阻層的材質可為鎳合金，例如鎳鉻合金，其性質影響薄膜電阻之電阻大小，若電阻層的單位電阻值越高，則相同電阻值的薄膜電阻尺寸就可以越小。

    在電阻層的設置技術上，概略而言，若是以濺鍍法(sputtering)的製程來製作，則為薄膜電阻；而若以印刷燒結的方式來製作，則係為厚膜電阻。不過無論電阻層是以濺鍍或是印刷燒結的方式來設置，都可一體適用本發明透過線切割生坯板的方法來製備基板，能無障礙地通用於薄／厚膜電阻之製程。

    接著，可再於電阻層上印刷由氧化矽所阻成的保護層，也就是一玻璃層面，其可以保護電阻層不會與空氣接觸而發生氧化變性，或是受外力刮損，避免電阻值受影響而產生變化。

    待熟坯板上的電極、膜層佈置完畢後，接續之步驟S3就會將熟坯板做撓折，使得熟坯板沿著該些切割槽斷折為複數個微型熟坯條。這些微型熟坯條係呈長條狀，寬度則視步驟S1所切割出的切割槽間距而定，每一微型熟坯條上皆已完成了正面電極、背面電極、電阻層以及保護層等結構設置，只待更進一步加工就可完成以顆為單位計算之薄膜電阻，也就是本發明所訴求之微型被動元件。

    請參考第六圖，於步驟S3形成微型熟坯條後，更包含步驟：
步驟S31：堆疊該些微型熟坯條；
步驟S32：濺鍍(sputtering)至少一側電極於該些微型熟坯條之側邊；
步驟S33：切割該些微型熟坯條，形成複數個微型熟坯粒；以及
步驟S34：電鍍線路於該些微型熟坯粒，形成複數個膜電阻顆粒。

    於步驟S31~步驟S34，其係先將微型熟坯條堆疊後，濺鍍側電極於微型熟坯條之側邊；於此，側電極之材質可為銅、錫、鉻或是鎳，其可使正面電極和背面電極達成電性連接。

    接著，再將微型熟坯條進行切割，使長條狀的微型熟坯條被截斷為複數個微型熟坯粒；如前所述，若單位電阻層的絕緣係數越高，則在此階段的截斷就越密集，可使相同長度之微型熟坯條被截斷為更多的微型熟坯粒。

    最後，再對這些微型熟坯粒電鍍上金屬線路，就可製備完成膜電阻顆粒，其視電阻層之態樣而為薄膜電阻顆粒或是厚膜電阻顆粒。

    配合透過上述之步驟揭示，本發明所揭示之微型被動元件之製造方法在針對微型被動元件的基板製備過程中，特別使用切割件對尚未燒結的生坯板做線切割，以預留後續用於撓折的切割槽，排除了現有技藝使用機械、治具沖壓，或是雷射切割等技術之缺點，不但可以加速生產而提高效率，同時也可兼顧成品之品質，滿足了產業各方面的需求，故無疑提供了一具經濟和實用價值之微型被動元件之製造方法。

    惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

S1~S3．．．步驟

Claims (9)

1. 一種微型被動元件之製造方法，其步驟係包含：
   使用一切割件，線切割一生坯板(green plate)，使該生坯板具有複數個切割槽；
   燒結該生坯板，形成一熟坯板；以及
   撓折該熟坯板，使該熟坯板沿著該些切割槽斷折為複數個微型熟坯條；
   其中，該些切割槽之間距，於該生坯板表面之經線方向或緯線方向上，係小於或等於0.02英吋。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該生坯板之材質係為氧化鋁(Al₂O₃)或氮化鋁(AlN)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該切割件係為一切割線體或一切割刀體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中於燒結該生坯板，形成該熟坯板之步驟之後，更包含步驟：
   設置至少一正面電極以及至少一背面電極於該熟坯板之兩面；
   設置一電阻層於該熟坯板具有該正面電極之一面之上；以及
   印刷一保護層於該電阻層之上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之製造方法，其中該正面電極或該背面電極之材質係選自於銅(Cu)、銀(Ag)以及鈀(Pd)所組成之群組其中之一者。
6. 如申請專利範圍第4項所述之製造方法，其中該電阻層之材質係為鎳合金。
7. 如申請專利範圍第4項所述之製造方法，其中該保護層之材質係為氧化矽。
8. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中於撓折該熟坯板而取得該些微型熟坯條之步驟後，更包含步驟：
   堆疊該些微型熟坯條；
   濺鍍(sputtering)至少一側電極於該些微型熟坯條之側邊；
   切割該些微型熟坯條，形成複數個微型熟坯粒；以及
   電鍍線路於該些微型熟坯粒，形成複數個膜電阻顆粒。
9. 如申請專利範圍第8項所述之製造方法，其中該側電極之材質係選自於銅、錫、鉻以及鎳所組成之群組其中之一者。