TWI413146B - 晶片熔絲及其製造方法 - Google Patents

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Description

晶片熔絲及其製造方法
本發明係有關晶片設計中的熔絲及具成本效益之晶片熔絲的製法，其中該熔絲形成於氧化鋁陶瓷製成的載體基板上並設有覆層，且該載體基板具有使用薄膜技術而塗覆並成形的可熔斷金屬導體。
晶片熔絲係藉由諸如微影之熟諳本技藝者所熟知的方法而形成於陶瓷基材上。諸如FR-4環氧化物或聚亞醯胺之其他載體材料亦為所熟知。晶片熔絲通常設計用於高達63V的電壓。
未免因電源供應器故障(會造成過電壓或電流過大)而造成其他電子元件的損傷，提供熔絲於電源供應器中係為所熟知。熔絲基本上包含載體材料及諸如銅、鋁或銀所製成的金屬導體。流過該導體而未熔斷其的最大可能電流強度係取決於導體幾何形狀與剖面。倘若超過該值，則電導體會因其電阻所生的熱而被熔斷，且電源供應器會於順流端電子元件超載或受損前便中斷。
在以厚膜技術製造晶片熔絲的方法中，糊漿態的可熔斷元件與接觸層係使用網版印刷而塗覆於具低導熱率的基板底層上，而網版印刷法僅可完成不甚精確幾何形狀的可熔斷元件層。對於高價值的厚層熔絲而言，因而必須藉由額外的雷射切割法處理可熔斷元件和/或可熔斷金屬導體。
通常係使用具高氧化鋁比例的陶瓷基板(氧化鋁塗佈於整個表面)或具低氧化鋁且低導熱率的陶瓷基板作為基板 底層。二種基板皆遠貴於諸如製造被動元件所使用之以96%氧化鋁厚膜品質形成的典型陶瓷基板。
在以薄膜技術製造熔絲的方法中，其係藉由電化學法或濺鍍法塗覆可熔斷金屬導體。在該狀況中，藉由將濺鍍層進行微影並使用低導熱率氧化鋁基板作為底層便可獲得特高精度的截止和/或熔斷特性。
日本專利第JP 2003/173728 A號揭示以薄膜技術製造晶片熔絲的方法，其中熔絲14與覆層15係定位於基板11上。熔絲14由微影法形成。基板11具低導熱率，以使因流經電氣導體14的電流而形成於電氣導體14中的熱不會逸散，而熔斷電氣導體14。電氣導體14直接接觸於基板11。
日本專利第JP 2002/140975 A號說明亦直接定位於低導熱率基板11上之具銀製金屬導體14的熔絲，該金屬導體14係電鍍或加工成厚層。
日本專利第JP 2003/151425 A號揭示具有低導熱率與厚膜技術金屬導體14的玻璃陶瓷基板11。
日本專利第JP 2002/279883 A號亦說明導體15之可熔斷區17使用複雜雷射加工進行製造的晶片熔絲。此法需要額外的時間及昂貴的加工步驟。
日本專利第JP 2003/234057 A號揭示具有電阻器30於基板10上的熔絲電阻器，且一儲熱層42更設於電阻器30與基板10間，以儲存電阻器30所產生的熱。該可熔斷區亦使用雷射加工進行製造。
日本專利第JP 08/102244 A號揭示具有低導熱率玻璃 覆層2的厚膜技術熔絲10，其中玻璃層2塗佈於陶瓷基板1上，且熔絲3塗覆於玻璃層2上。
日本專利第JP 10/050198 A號揭示具複雜薄層結構的薄膜技術熔絲，其中矽氧彈性層6係形成於導體3與玻璃層5上。
德國專利第DE 197 04 097 A1號揭示具有厚膜技術可熔斷導體及載體的電氣熔絲元件，該載體包含特指玻璃陶瓷的不良導熱材料。
德國專利第DE 695 12 519 T2號揭示表面安裝熔絲裝置，其中薄膜可熔斷導體係定位於基板上，且基板最好為FR-4環氧化物或聚亞醯胺。
因此，已知的方法為使用特殊陶瓷或甚至氧化鋁陶瓷與熱絕緣中間層製造厚膜技術晶片熔絲，以及使用特殊陶瓷或其他特殊載體材料製造薄膜技術晶片熔絲。
因此，本發明的目的在於詳細說明可符合成本效益之製造並具足夠精度的熔絲，其熔斷特性可精確地設定。再者，又詳細說明熔絲的製法。
這些目的係藉由申請專利範圍第1與3項的特徵而達成。
本發明的核心觀念在於結合具成本效益之被動元件製程的優點及薄膜技術與精密微影成形的優點，其係使用熱絕緣中間層於氧化鋁陶瓷上並結合薄膜技術與微影成形。
本發明的核心觀念因而包含有設置中間層於作為載體之具成本效益的高導熱率陶瓷基板與實際可熔斷金屬導體 間，其最好以網版印刷法塗覆的低熔點無機玻璃糊漿或以島體印刷法塗覆的有機層進行製造。因為中間層具低導熱率，所以因電流穿經金屬導體所產生的熱並不會穿經通常具有較高導熱率的載體基板而向下逸散，以使導體以預定方式及在所設定的電流強度下熔斷。該中間層作為熱絕緣體。最好使用低熔點無機玻璃糊漿作為中間層，且其係以網版印刷法塗覆於載體基板。此舉將提供諸多優點於其他低導熱率基板，因為後者可於特殊加工時進行設置和/或製造；而相對地，塗覆玻璃島體作為熱絕緣中間層則可使用具成本效益的標準陶瓷，縱使僅具普通表面組成物(厚膜品質)者亦可使用之。在另一實施例中，中間層為有機中間層，其係特別以島體印刷法進行塗覆並以熟諳本技藝者所熟知的方法而藉由載體基板中的熱效果進行烘乾和/或硬化。在該狀況中，藉由簡單執行的島體印刷法亦可獲得任意形狀的中間層，並可使用氧化鋁陶瓷作為載體材料。
本發明的優點在於可結合得以具成本效益之網版印刷法(具有薄膜技術的優點)製造之具成本效益標準陶瓷的熱絕緣中間層與微影成形。以此方式便得以在微型實施例中製造避免電子構裝元件受電流破壞之具高精度與成本效益的熔絲。本發明之實施例的優點特徵將在申請專利範圍附屬項中主張。
氧化鋁基板有利於作為熔絲載體基板，其可以有成本效益的方式購自該類陶瓷基板的所有製造商，可具有任意形狀與尺寸，並可用於諸如電阻器製造商的量產。製造商所提供的該類氧化鋁陶瓷基板可預設具有後續由基板所製造 之晶片形狀的刻痕。在前揭的二個實施例中，中間層形成在製造商所預設的預設刻痕區內，以於後續分割製程期間藉由斷裂製程而以熟知方式分割載體基板時，不會損傷中間層。
為提高金屬導體對中間層的黏著性，可以噴塗或濺鍍方式將無機或有機黏著促進劑直接塗覆於中間層。在一有利的實施例中，金屬導體係由低電阻率金屬層(如Cu、Au、Ag、Sn或Cu、Au、Ag、Sn合金)所形成，以便可精確設定熔絲的熔點。
在第一個實施例中，該金屬層係藉由濺鍍而塗覆於中間層和/或黏著促進劑層。倘若濺鍍金屬層塗覆於整個載體基板表面，則將降低黏著性，而使使用斷裂法之分割製程期間之預接觸區中的金屬層發生剝離。塗覆金屬層於低導熱率中間層形式的熱絕緣島體上便可確使在接觸區中之金屬層與較粗糙的氧化鋁陶瓷具有良好的黏著性，因為光滑表面係由熔絲區域中的該玻璃導體而形成，藉此便可特別精確地執行熔絲的微影成形；因為相對於其，不良導熱率陶瓷所製成的載體基板具有較高表面粗糙度，此舉不利於精確的微影成形。
為將金屬導體形成為預定的熔絲形式，建議使用正或負微影法進行。在正微影製程中，諸如銅之金屬層係沈積於定位在下方的整個薄層區域上，再以諸如微影方式將預定結構蝕刻於薄層中。在負微影製程中，首先將光阻劑沈積、噴塗於下方薄層上(亦即中間層或黏著促進劑層)，再以預定方式進行微影。其次，將諸如濺鍍銅膜之金屬層沈積於其上，並移除具有金屬膜於其上的殘留光阻劑區域。
為保護熔絲，可塗覆一個或多個覆層來覆蓋金屬導體或最好為整個熔絲，其中該覆層可由無機阻障層所形成。該無機阻障層係形成於該覆層與該金屬導體之間。有機覆層特指為聚醯胺、聚亞醯胺或環氧化物，且亦可為複層結構。
就熔絲的接觸而言，金屬導體的端部接點由金屬阻障層(通常為鎳、銅、錫或錫合金)的電沈積而形成，且經焊接或接合的最終薄層通常由錫或錫合金所製成。
本發明將根據圖式而更詳細說明如下。
在第1圖所示之熔絲100的製程中，首先將島形(步驟b)熱絕緣中間層11沈積於最好為氧化鋁陶瓷的載體基板(步驟a)上。將用於提高金屬導體13對底層之黏著性的黏著層12塗覆於(步驟C)中間層11與周圍載體基板10。其次，諸如濺鍍於其上並以預定方式微影所形成(步驟d)之銅層的金屬導體13係塗覆於黏著層12上。
以此方式，藉由金屬導體13中心區域薄片的厚度與寬度便可預設最大電流強度，倘若超過最大電流強度，則該薄片便會熔斷，以保護其他電子元件不受損傷。藉由熱絕緣中間層便可強烈抑制熱導入載體基板10，以使熔絲100熔點可精確設定。
其次，熔絲100和/或金屬導體13的中心區域塗佈有諸如聚醯胺或環氧化物之有機覆層14，以免熔絲100受損。就接觸而言，金屬導體13的端部接點15係使用諸如鎳與錫進行電鍍。
10‧‧‧載體基板
11‧‧‧中間層
12‧‧‧黏著層
13‧‧‧金屬導體
14‧‧‧覆層
15‧‧‧端部接點
100‧‧‧熔絲
第1圖表示熔絲製程的六個步驟。
10‧‧‧載體基板
11‧‧‧中間層
12‧‧‧黏著層
13‧‧‧金屬導體
14‧‧‧覆層
15‧‧‧端部接點
100‧‧‧熔絲

Claims (4)

  1. 一種晶片設計中的熔絲(100)，該熔絲(100)形成於陶瓷製成的載體基板(10)，該載體基板(10)為厚膜或薄膜品質的氧化鋁陶瓷，其具有使用薄膜技術而塗覆並構成可熔斷金屬導體(13)且設有覆層(14)，其中具有低導熱率的中間層(11)配置於載體基板(10)與金屬導體(13)間，該載體基板(10)為具有高導熱率的氧化鋁陶瓷，以及該可熔斷金屬導體(13)係以濺鍍或氣相沈積法予以塗覆並使用微影技術構成；該金屬導體(13)係由低電阻金屬層Cu,Au,Ag,Sn合金或低電阻Cu,Au,Ag,Sn合金所構成，且該金屬層以真空法進行濺鍍，或以氣相沈積，該金屬導體(13)係使用正或負微影法構成，覆層(14)係藉由無機和/或有機層，特指聚醯胺、聚亞醯胺、聚醯胺亞醯胺或環氧化物，形成於該金屬導體(13)上，且特別形成為具有複數層，其特徵為，該中間層(11)係為藉由網版印刷法塗覆的低熔點無機玻璃糊漿，其中該中間層係由玻璃島體所形成，該熔絲(100)的端部接點(15)係藉由特指銅、鎳、錫與錫合金的浸鍍或最好為電附沉積而形成，黏著層(12)配置於該中間層(11)，該金屬導體(13)係塗覆於該黏著層(12)上。
  2. 如申請專利範圍第1項的熔絲，其中無機阻障層係形成於該覆層(14)與該金屬導體(13)之間。
  3. 一種用於製造晶片設計中之熔絲(100)的方法，其中載體基板(10)係由以下所構成：具有低導熱率的中間層(11)，配置於該中間層(11)的黏著層(12)，及可熔斷金屬導體(13)，該可熔斷金屬導體(13)係使用薄膜技術而塗覆並構成，且設有覆層(14)，其中，- 該中間層(11)係塗覆在為厚膜或薄膜品質並具有高導熱率的氧化鋁陶瓷之該載體基板(10)上，- 該中間層(11)係藉由網版印刷法塗覆的低熔點無機玻璃糊漿，其中該中間層係由玻璃島體所形成，- 該金屬導體(13)係塗覆於該中間層(11)上，其中該該金屬導體(13)係塗覆於該黏著層(12)上，以及- 該覆層(14)係塗覆於該金屬導體(13)上，- 該金屬導體(13)係由低電阻金屬層所構成，其中該金屬層以真空法進行濺鍍，或以氣相沈積，且該金屬層藉Cu,Au,Ag,Sn合金或低電阻Cu,Au,Ag,Sn合金所構成，- 該金屬導體(13)係使用正或負微影法構成，- 該覆層(14)係藉由無機或有機層所構成，或藉由聚醯胺、聚亞醯胺、聚醯胺亞醯胺或環氧化物所構成，且亦可形成為具有複數層，以及，- 該熔絲(100)的端部接點(15)係藉由特指銅、鎳、錫與錫合金的浸鍍或電附沉積而形成。
  4. 如申請專利範圍第3項的方法，其中無機阻障層係形成於該覆層(14)與該金屬導體(13)之間。
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