TW201546841A - 電極結構和使用該電極結構的電子元件及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種電極結構和使用該電極結構的電子元件及其製造方法，所述電子元件包括：一本體和設於本體之一第一表面的一電極結構，電極結構包括一內金屬層和一外金屬層，其中電子元件的一導電元件的一端子設於內金屬層和外金屬層之間，電子元件的導電元件的端子電性連接內金屬層和外金屬層，用於電性連接一外部電路。
Description
本發明是有關一種電子元件，特別涉及電子元件的電極結構。
由於電子元件或電子器件變得越來越小，電極結構的尺寸和可靠性成為影響電子元件之電氣性能和可靠性的技術瓶頸。電極結構係用於電性連接電子元件和一外部電路例如印刷電路板（PCB），而電子元件的導電元件的端子係電性連接於相應的電極例如表面黏著焊墊（surface-mount pads）用以焊接於PCB的相應焊接點。導線框架 (Lead frame) 通常焊接到電子元件的端子，然而，導線框架通常會佔用和電子元件相當大小的空間，因此，導線框架不適合被作為一些要求更小尺寸的電子元件或電子器件的電極。
表面黏著技術（Surface Mount Technology, SMT）是減少的電子元件或電子設備的整體尺寸的可行方法，例如電阻器，電容器或電感器。然而，隨著電子元件的整體尺寸變得愈來愈小，如何維持表面黏著焊墊在機械和電氣方面的可靠度是一個非常重要的課題。通過傳統的電鍍方式製造的電極的電阻值變化很大，這降低了在某些應用的電氣性能，甚至會影響電子元件的生產良率。另一方面，化學電鍍容易發生電鍍蔓延的問題，令電鍍材料擴散到某些不需要的區域甚至產生短路。
因此，本發明提出了一種電極結構用以克服上述的問題。
本發明的目的之一在提出一種電路模組，利用電路模組的側面的表面黏著焊墊連接至一電路板或一主機板(motherboard)，用於縮小所述電路模組和電路板之間的連接空間。
在本發明的一實施例，提出了一種電子元件，包括：一本體和設於該本體之一第一表面的一電極結構，電極結構包括一內金屬層和一外金屬層，其中電子元件的一導電元件的一端子(Terminal)設於內金屬層和外金屬層之間，電子元件的導電元件的端子電性連接內金屬層和外金屬層，用於電性連接一外部電路。
在本發明的一實施例，內金屬層的一第一表面與外金屬層接觸，內金屬層包括一嵌合結構，嵌合結構設置於第一表面之相對側的一第二表面，嵌合結構嵌合於電子元件的本體用以連接內金屬層和本體。
在本發明的一實施例，內金屬層的嵌合結構為一種鋸齒結構。
在本發明的一實施例，電子元件係為電感，其中本體包括一磁芯，所述導電元件係為一線圈，其中線圈繞設於磁芯。
在本發明的一實施例，磁芯係為一T形磁芯，T形磁芯具有一支柱，線圈係繞設於支柱。
在本發明的一實施例，內金屬層係為一種可攜式金屬墊。
在本發明的一實施例，內金屬層的厚度小於或等於100微米(um)；在本發明的一實施例，內金屬層的厚度介於3~150微米(um)；在本發明的一實施例，內金屬層係為一金屬箔，金屬箔的厚度小於或等於100微米(um)；在本發明的一實施例，金屬箔的厚度介於3~150微米(um)。
在本發明的一實施例，內金屬層係為一金屬箔，金屬箔包含銅箔、金箔、錫箔和鋁箔其中的任一種。
在本發明的一實施例，內金屬層為一背膠銅箔，背膠銅箔係貼附於本體的第一表面。
在本發明的一實施例，電極結構進一步包括位於該內金屬之下的一黏結層用於連接內金屬層和本體。
在本發明的一實施例，黏結層包括一黏結材料，所述黏結材料可為黏膠、環氧樹脂黏膠(epoxy glue)或其他適合之黏結材料。
在本發明的一實施例，外金屬層包括錫。在本發明的一實施例，外金屬層包括：錫、銅、銀和其他適合之導電材料其中的任一種。
在本發明的一方面提出了一種形成電子元件之電極結構的方法，所述方法包括：固設一內金屬層於電子元件之本體的第一表面；佈設一導電元件的一端子於內金屬層上；以及佈設一外金屬層於導電元件的端子和內金屬層上。
在本發明的一實施例，本體係為一磁芯，導電元件係為一線圈，其中線圈的端子係設置於金屬層的第一表面。
在本發明的一實施例，內金屬層係藉由黏結材料固定於本體的第一表面。
在本發明的一實施例，內金屬層為一背膠銅箔，背膠銅箔係貼附於本體的第一表面。
在本發明的一實施例，金屬層的厚度介於3~150微米（um）；在本發明的一實施例，金屬層的厚度係介於3~100微米（um）。
在本發明的一實施例，在內金屬層的第二表面包括一嵌合結構，嵌合結構嵌合於電子元件的本體用以連接內金屬層和電子元件的本體。
在本發明的一方面提出了一種形成電極結構的方法，所述方法包括：提供一第一金屬層，在第一金屬層的一第一表面具有一嵌合結構；形成一本體於第一金屬層的第一表面，其中嵌合結構係嵌合於本體，以及在第一金屬層的第一表面的相對側形成一第二表面，用以形成一電極。
在本發明的一實施例，所述嵌合結構為一種鋸齒結構。
在本發明的一實施例，所述方法的進一步特徵包括：設置一導電元件的一端子於第一金屬層；設置一第二金屬於第一導元件的端子和第一金屬層。
在本發明的一方面提出了一種電感元件，所述電元件的一實施例包括：一磁芯，一線圈被封裝入所述的磁性體，以及設於磁芯之一第一表面的一第一電極結構，其中第一電極結構包括：一第一內金屬層和一第一外金屬層，其中線圈的一第一端子設置於第一內金屬層和第一外金屬層之間，線圈的第一端子電性連接於第一內金屬層和第一外金屬層，用於電性連接一外部電路。
在本發明的一實施例，磁芯係為一T形磁芯，T形磁芯具有一支柱，該線圈係繞設於支柱。
為讓本發明之上述特徵、功效和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明的詳細說明描述如下。下文所揭露的實施例是用於說明和描述本發明的技術內容及其功效，並非用於限制本發明的範疇。
以下之實施例中揭露了一種電子元件，所述的電子元件包括：一本體和設於本體之一第一表面的一電極結構，電極結構包括一內金屬層和一外金屬層，其中電子元件的一導電元件的一端子設於內金屬層和外金屬層之間，電子元件的導電元件的端子電性連接內金屬層和外金屬層，用於電性連接一外部電路。
首先請參閱圖1，繪示本發明電子元件的電極結構的一實施例的構造剖面圖，所述電極結構可用於電性連接電子元件的端子40和一外部電路(例如印刷電路)。本發明電子元件的一實施例包括：一本體10，一內金屬層30和一外金屬層50，外金屬層50亦可稱為電極層(electrode layer)用於和外部電路電性連接；內金屬層30形成於本體10的一表面，電子元件70的導電元件的端子40固著於金屬層30的上表面，外金屬層50形成於金屬層30的上表面並且覆蓋端子40和金屬層30，透過電極層50電性連接金屬層30和端子40而形成一種用於電性連接電子元件的端子40和外部電路(如PCB)的電極結構。
在本發明的一實施例，內金屬層30可以是電鍍金屬層和可攜式金屬墊(Portable Metal Pad)其中的任一種。所述電鍍金屬層可以利用電鍍、浸鍍和化鍍其中任一種方式形成於本體10的表面；可攜式金屬墊是利用黏結材料黏著於本體10的表面；另一方面，所述電鍍金屬層亦可透過電鍍、浸鍍和化鍍其中任一種方式形成於本體10的其他表面。
在本發明的一實施例，可攜式金屬墊的一種實施方式是利用黏著劑黏著於本體10的表面的金屬箔；可攜式金屬墊的另一種實施方式是通過加壓製程直接黏結於本體的表面10的金屬箔。金屬箔包含銅箔、金箔、錫箔、銀箔、鋁箔、合金箔（例如由銅鎳合金或是磷青銅(phosphor bronze)）其中的任一種，在本發明的一較佳實施例金屬箔的厚度小於或等於100奈米(nm)。
在本發明的一實施例，外金屬層50的材料包含錫、鎳錫合金和其他適合的材料其中的任一種。在本發明的一實施例，外金屬層50包括用於與內金屬層30和導電元件的端子40連接以確保它們被牢固地連接的導電性糊狀物。所述導電性糊狀物可以是含有銀粉的聚合物，其可被印刷或塗覆在內部金屬層30的頂表面上。
圖1繪示本發明之一種實施例的電極結構，其中的內金屬層30是一種電鍍金屬層，有關圖1之電極結構的製造方法說明如下。首先在本體10的表面以電鍍、浸鍍和化鍍其中任一種方法形成一內金屬層30。接著，將電子元件70的端子40固著於內金屬層30的上表面，可以利用黏結材料或是點焊的方式將端子40固著於內金屬層30的上表面，在本發明的一實施例，端子40具有一彎曲部以便端子40能附著於本體10。然後在金屬層30的上表面形成一外金屬層50，且該電極層50覆蓋住端子40和金屬層30。藉由外金屬層50電性連接內金屬層30和端子40，進而形成一種用於電性連接電子元件70的端子40和外部電路的電極結構。
在本發明的一實施例中，上述電極結構的製造方法還包括：一移除端子40之絕緣層的步驟，特別是在端子40的外表面具有一絕緣層的情形下，例如上述實施例中的微型一體成型電感的線圈一般係採用漆包線，因此在將端子40固著於金屬層30的上表面之後，可通過移除絕緣層的步驟令端子40的金屬部份外露，其中一種移除絕緣層的實施方式包括以雷射去除漆包層的製程。
在本發明的一實施例，所述電子元件例如但不限於電感、電容、電阻、電晶體其中的任一種；本發明的一方面，所述電子元件可以是一種晶片型電子元件，晶片型電子元件的本體10一般可由封裝材料經由成型製程製作完成。圖1繪示的晶片型電子元件是一種微型一體成型電感(inductor)或扼流器(choke)。其中關於電極結構的詳細製造流程的一種實施例，將配合圖2A～圖2F說明如下。在本發明的一實施例，內金屬層的厚度小於或等於100微米(um)；在本發明的一實施例，內金屬層的厚度介於3~150微米(um)。
首先提供一第一本體11並在第一本體11繞設一漆包線構成一線圈20(見圖2A)。在本發明的一實施例，第一本體11係為一種T形磁芯可用於製造電感或扼流器。然後，在第一本體11的一表面以電鍍、浸鍍和化鍍其中任一種方法形成一內金屬層30(見圖2B)。接著，將電子元件70的導電電元件的端子40固著於內金屬層30的上表面，可以利用黏結材料或是點焊的方式將端子40固著於內金屬層30的上表面，在本發明的一實施例，端子40具有一彎曲部以便端子40能附著於本體10(見圖2C)。
進行一成型製程將磁性粉末與第一本體11和線圈20一起成型為電子元件70的本體10，並以雷射去除端子40之上表面的漆包層令端子的金屬部份41(圖2D中以陰影表示處)外露(見圖2D)。然後在內金屬層30的上表面形成一電極層50(或稱外金屬層)(見圖2E)，且該電極層50覆蓋住端子40和內金屬層30。由於端子40的上表面的漆包層已被移除，因上可以藉由電極層50電性連接內金屬層30和端子40，進而形成電極結構。在本發明的一實施例，端子40係為一種扁平狀的導線。
請參閱圖3，繪示本發明電子元件的電極結構的另一實施例的構造剖面圖及其製造流程圖。請參照圖3，其中繪示的內金屬層30是一種可攜式金屬墊，有關圖3之電極結構的製造方法說明如下。首先，提供一金屬箔。接著，進行一加壓製程使金屬箔直接黏結於本體10的表面形成內金屬層30。再將電子元件70的端子40固著於內金屬層30的上表面。然後在內金屬層30的上表面形成一電極層50(或稱為外金屬層)，且該電極層50覆蓋住端子40和內金屬層30。
請再參閱圖4A-圖4H以及圖5A和圖5B，，繪示在成型於一種小型電感之本體的可攜式金屬墊，以及在小型電感之本體形成可攜式金屬墊的一種方法的實施例，說明如下。首先，提供一模具60和一金屬箔61(例如銅箔)，在模具60用於形成一第一本體11的模穴中填入用於製作本體的磁性粉末材料62(見圖4A)。將金屬箔61置放於模具60的預定位置(見圖4B)。
進行一成型及沖壓製程將磁性粉末材料62成型為第一本體11，同時將金屬箔61沖壓出所需的尺寸及形狀(見圖4C)，以及利用金屬箔61表面的粗糙度與磁性粉末材料62之間因壓力產生的鍵結而結合在一起(見圖5A及圖5B)。從模具60取下已成型的第一本體11，其中金屬箔61已黏結於第一本體11的表面(見圖4D)。進行一繞線製程，將製作電感的金屬線(例如漆包線)繞設於第一本體11形成電感的線圈20(見圖4E)。彎折線圈20的端子40並將端子40固著於金屬箔61的上表面 (見圖4F)。進行一成型製程將磁性粉末與第一本體11和線圈20一起成型為電子元件70的一本體10，並以雷射去除端子40之上表面的漆包層(見圖4G)。然後，利用沾錫製程在金屬箔61的上表面形成一外金屬層(或稱為電極層)50，且該電極層50覆蓋住端子40和金屬箔61(見圖4H)，進而形成電子元件70的電極結構。其中電子元件70的端子40設於金屬箔61和電極層(或稱為外金屬層)50之間，用於電性連接一外部電路例如PCB。
請參閱圖6，繪示本發明電子元件的電極結構的另一實施例的構造剖面圖及其製造流程圖。請參照圖6，其中繪示的內金屬層30是一屬箔，其藉由一黏結層63黏著於本體10之表面，黏著劑63可為熱固性樹脂例如環氧樹脂，其中一種實施方式亦可使用一種背膠銅箔（Resin Coated Copper, RCC）貼附於本體10的表面形成金屬層30；圖7A～圖7F所繪示實施例中係為一種背膠銅箔64，在本發明的一實施例，背膠銅箔的厚度介於3~150微米(um) 。有關圖6之電極結構的製造方法，以下將以一種微型一體成型電感為例子，參照圖7A～圖7E說明在微型一體成型電感的本體10製造電極結構的方法如下。
首先，進行一成型製程，將磁性粉末材料成型為一第一本體11 (見圖7A)。提供一背膠銅箔64，背膠銅箔64的尺寸及形狀係依據所需決定，將背膠銅箔64貼附於第一本體11的表面預定製作電極的位置，進行一預固化製程，其中一實施方式係在80~250℃與壓力0~50Kg/cm2的條件下背膠銅箔64預先固化於第一本體11的表面形成金屬層30(見圖7B)。
進行一繞線製程，將製作電感的導線(例如漆包線)繞設於第一本體11形成第一電感的線圈20(見圖7C)，圖7C繪示了第一本體11在翻轉後在第一本體11的底面繞製線圈20的情形。彎折線圈20的端子40並將端子40固著於背膠銅箔64的上表面並以雷射去除漆包層令端子的金屬部份41外露(見圖7D)。進行一成型製程將磁性粉末與第一本體11和線圈20一起成型為電子元件70的本體10(見圖7E)。然後，利用沾錫製程在背膠銅箔64的上表面形成一電極層(或稱為內金屬層)50，且該電極層50覆蓋住端子40和背膠銅箔64(見圖7F)。
值得注意的是，本發明所揭露的電極結構可應用於任何一種電子元件、模組和系統，並不以上述之實施例內容所揭露者為限。
雖然本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。
10‧‧‧本體
11‧‧‧第一本體
20‧‧‧線圈
30‧‧‧金屬層
40‧‧‧端子
41‧‧‧金屬部份
50‧‧‧電極層
60‧‧‧模具
61‧‧‧金屬箔
62‧‧‧磁性粉末材料
63‧‧‧黏著劑
64‧‧‧背膠銅箔
70‧‧‧電子元件
11‧‧‧第一本體
20‧‧‧線圈
30‧‧‧金屬層
40‧‧‧端子
41‧‧‧金屬部份
50‧‧‧電極層
60‧‧‧模具
61‧‧‧金屬箔
62‧‧‧磁性粉末材料
63‧‧‧黏著劑
64‧‧‧背膠銅箔
70‧‧‧電子元件
圖1繪示本發明電極結構的一實施例的構造剖面圖。 圖2A~2E為圖1之實施例構造的製造過程。 圖3繪示本發明電極結構的另一種製程實施例的剖面圖。 圖4A~4H為圖3之實施例構造的製造過程。 圖5A~5B為本發明方法的一製程示意圖，繪示金屬箔和粉末材料利用加壓製程黏結在一起的過程。 圖6繪示本發明電極結構的另一實施例的構造剖面圖。 圖7A~7F為圖6之實施例構造的製造過程。
10‧‧‧本體
20‧‧‧線圈
30‧‧‧內金屬層
40‧‧‧端子
50‧‧‧外金屬層
70‧‧‧電子元件
Claims (20)
- 一種電子元件，包括： 一本體；以及 設置於該本體上的一電極結構，該電極結構包括一內金屬層和一外金 屬層，該電子元件的一導電元件的一端子設置於該內金屬層和該外金屬層之 間，該內金屬層和該外金屬層電性連接該導電元件的該端子，以用於電性連 接一外部電路。
- 如請求項1所述之電子元件，其中該內金屬層包括一第一表面和相對的一第二表面，該第一表面與該外金屬層接觸，該第二表面具有一嵌合結構，該嵌合結構嵌合於該本體以連接該內金屬層和該本體。
- 如請求項2所述之電子元件，其中該嵌合結構係為鋸齒結構。
- 如請求項1所述之電子元件，其中該電子元件係為電感或扼流器。
- 如請求項1所述之電子元件，其中該電子元件係為電感，該本體包括一磁芯，該導電元件係為一線圈，該線圈繞設該磁芯上。
- 如請求項5所述之電子元件，該磁芯係為一T形磁芯，該T形磁芯具有一支柱，該線圈係繞設於該支柱。
- 如請求項1所述之電子元件，其中該內金屬層係為一種可攜式金屬墊。
- 如請求項7所述之電子元件，其中該可攜式金屬墊係為一種金屬箔，該金屬箔的厚度介於3~150微米。
- 如請求項1所述之電子元件，其中該內金屬層係為金屬箔，該金屬箔包含銅箔、金箔、錫箔、銀箔、鋁箔和合金箔其中的任一種。
- 如請求項1所述之電子元件，其中該內金屬層係為一背膠銅箔，該背膠銅箔係貼附於該本體。
- 如請求項1所述之電子元件，更包括位於該內金屬之下的一黏結層以連接該內金屬層和該本體。
- 如請求項11所述之電子元件，其中該黏結層包括環氧樹脂。
- 如請求項1所述之電子元件，其中該外金屬層包括錫。
- 一種形成電子元件之電極結構的方法，包括 ： 固設一內金屬層於該電子元件之一本體的一第一表面； 設置該電子元件的一導電元件的一端子於該內金屬層上； 覆蓋一外金屬層於該導電元件的該端子及該內金屬層上，該內金屬 層和該外金屬層電性連接該導電元件的該端子，以用於電性連接一外部電 路。
- 如請求項14所述的方法，其中該本體係為一磁芯，該導電元件係為一線圈，該線圈的該端子係設置於該金屬層的一第一表面上。
- 如請求項14所述的方法，其中該內部金屬層係藉由一黏結材料固定於該本體的該第一表面上。
- 如請求項14所述的方法，其中該內金屬層係為一背膠銅箔，該背膠銅箔係貼附於該本體的該第一表面上。
- 如請求項14所述的方法，其中該內金屬層的一第二表面包括一嵌合結構，該嵌合結構嵌合於該本體用以連接該內金屬層和該本體。
- 一種電感元件，包括： 一磁性本體； 一線圈設置於該磁性本體中；以及 一電極結構設置於該磁性本體上，其中該電極結構包括：一內金屬 層和一外金屬層，該線圈的一端子設於該內金屬層和該外金屬層之間，該線 圈的該端子電性連接於該內金屬層和該外金屬層，以用於電性連接一外部電 路。
- 如請求項19所述的電感元件，其中該磁性本體包括一T形磁芯，該T形磁芯具有一中柱，該線圈係繞設於該中柱。
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