TWI625747B - Method and device for manufacturing laminated ceramic electronic component - Google Patents
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Abstract
本發明為有關一種積層陶瓷電子元件之製造方法及其裝置，該積層陶瓷電子元件之積層陶瓷晶片二相外側分別設有電極接面，再於二側電極接面外側係分別設置二導線架、可供二平直型接合側相對二電極接面，且相對各接合側的另側則分別垂直彎折成型有焊接側，即供各焊接側與積層陶瓷晶片底部表面間形成中空狀之緩衝空間，而積層陶瓷晶片二側電極接面與二導線架的接合側相對內表面之間係附著高分子導電黏膠，以供二電極面分別透過高分子導電膠固定於二導線架間、可呈電性導通，達到可透過低溫黏著加工進行固定積層陶瓷晶片及二導線架之目的。
Description
本發明係提供一種積層陶瓷電子元件之製造方法及其裝置，尤指可透過高分子導電黏膠以低溫作業製造積層陶瓷電子元件之方法，係於積層陶瓷晶片二側電極接面分別透過高分子導電黏膠、黏著固定於二導電架的接合側相對內表面間，達到藉由低溫黏著保護積層陶瓷不易龜裂、損壞之目的。
件，其中，主動元件(如IC或CPU)可單獨執行運算處理功能，而被動元件則是相對於主動元件在進行電流或電壓改變時，使其電阻或阻抗不會隨之改變的元件，一般為以電阻(Resistor)、電容(Capacitor)與電感(Inductor)合稱作三大被動元件，然而，就以功能而言，電容器是以靜電模式儲存電荷，且可在預定的時間內將電能釋放或是作為濾波、旁波協調使用；而被動元件之生產已朝向晶片化發展的趨勢，隨著積體電路高性能化和高密度化的發展趨勢，再加上高速組裝功能之表面黏著技術(Surface Mounting Technology；SMT)開發，促使許多電子元件逐漸改以晶片型表面黏著(SMT)取代傳統插件型(Through Hole)的焊接方式，因此，晶片化的被動元件需求
亦快速提升，使其要求尺寸也愈來愈小，至於電容器為由二導電物質間以極薄之介質屏蔽隔離，並可將靜電儲存於其導電物質上而達成儲存電荷、旁路、濾波、調諧及震盪等功能；且陶瓷電容器又可分為單層及積層陶瓷電容器(Multi-Layer Ceramic Capacitor，MLCC)，其中，積層陶瓷電容器為具有介電係數高、絕緣度好、耐熱佳、體積小、適合量產且穩定性及可靠度良好等特性，並因積層陶瓷電容器耐高電壓和高熱、運作溫度範圍廣的優點，再加上晶片化之積層陶瓷電容器可透過表面黏著技術(SMT)直接焊接，生產製造之速度與數量亦較電解電容器、鉭質電容器來得快許多，而使積層陶瓷電容器成為電容器產業的主流，更為電子產品日益朝小型化及多功能發展趨勢下受到廣泛且大量的使用。
但一般積層陶瓷電容經過表面黏著技術定位在電路板上，係將積層陶瓷電容平貼固定於電路板表面，則隨著電路板的應用產生彎曲、變形等情況時，亦將導致積層陶瓷電容受到電路板的影響而龜裂、損壞，且積層陶瓷電容透過表面黏著技術焊固在電部板表面時，也容易因焊接時的高溫現象，造成積層陶瓷電容承受不住焊接的高溫而龜裂，以致積層陶瓷電容在實際應用時，存在諸多的缺失與困擾。
而有業者利用積層陶瓷電容二側電極位置，透過高溫焊接作業方式、分別焊設有支撐腳架，以供積層陶瓷電容形成墊高狀，當積層陶瓷電容焊設於電路板時，保持積層陶瓷電容與電路板間形成適當的間距，則電路板應用時所產生彎曲或變形的現象等，亦不致影響積層陶瓷電容破裂，雖可供解決積層陶瓷電容以表面黏著技術焊接平貼在電路板上產生
之缺失，然，積層陶瓷電容二側電極位置焊接支撐腳架時，係透過高溫融熔焊錫之焊接製程作業，所需的焊接溫度大都高於攝氏300℃、焊接作業進行時必須考量積層陶瓷電容耐冷熱衝擊的能力，若是焊接作業升溫速率過快，積層陶瓷電容必將無法承受焊接做業的快速升溫而形成破裂、損壞等現象，更導致產品得不良率提高，若是焊接作業升溫速率過慢，相對助焊劑將四處流動，污染相關作業工具，此外，高溫焊接也易對於環境、空氣也造成污染；而透過高溫融熔焊錫之焊接作業將積層陶瓷電容焊接於二支撐接腳間，則會因焊接作業時焊料、助焊劑(Flux)飛濺、噴灑，在積層陶瓷電容周圍產生許多助焊劑、焊錫等之焊渣、碎屑等，在焊接作業完成後，則必須再進行清洗周圍所殘留的助焊劑(Flux)、焊錫等之焊渣、碎屑，以致積層陶瓷電容的焊接製程作業相當耗時、費工，而清洗時用清洗劑、清水等，也會造成環境水源的污染，且傳統高溫焊接作業所使用之焊料、助焊劑等，都含有84%~94%的金屬(如鉛、銅、錫、銀等)及鹵素元素〔如氯(Cl2)、溴(Br2)、碘(I2)或砈(At)等〕≧900(ppm)成分，更含有重金屬〔如鉛(Pb)及汞(Hg)等〕，對於環境產生嚴重的污染。
另，如美國專利公開號US20140002952A1之「層疊式無鉛多層陶瓷電容」(Leadless Multi-Layered Ceramic Capacitor Stacks)，其多層陶瓷電容係透過瞬間液相燒結(Transient Liquid Phase Sintering)加工，並於使用之焊料中同時加入高熔點金屬及低熔點金屬之填料，惟
在燒結製程中低熔點金屬分子會擴散至金屬導線架而與陶瓷層形成黏著接合(bonding)，且當多層陶瓷電容焊接在電路板上時，位於多層陶瓷電容間的焊料及填料之組合物被重新升溫至其低熔點金屬的熔融溫度時，其低熔點金屬就會熔融，多層陶瓷間的黏接力就會降低，進而導致多層陶瓷電容間的焊料及填料之組合物則會形成脫落，影響多層陶瓷電容的黏著結構強度變差。
是以，要如何解決積層陶瓷電容二側電極位置焊接支撐腳架之製程作業時，容易受到焊接高溫導致龜裂、損壞之缺失與問題，而高溫焊接作業後必須清洗助焊劑、焊渣等作業之麻煩與困擾，即為從事此行業者所亟欲改善之方向所在。
故，發明人有鑑於上述之問題與缺失，乃搜集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種可於積層陶瓷電子元件二側電極接面、透過高分子導電黏膠黏著於二導線架之接合側，且製程中並透過低溫黏著作業、不易造成積層陶瓷電子元件因溫度升高而產生龜裂、損壞，製程更為安全、產品良率亦較高之積層陶瓷電子元件之製造方法及其裝置的生者。
本發明之主要目的乃在於該積層陶瓷電子元件之積層陶瓷晶片二相外側分別設有電極接面，再於二側電極接面外側係分別設置二導線架、可供二平直型接合側相對二電極接面，且相對各接合側的另側則分別垂直彎折成型有焊接側，即供各焊接側與積層陶瓷晶片底部表面間形成中空狀之緩衝空間，而積層陶瓷晶片二側電極接面與二導線架的接合側相
對內表面之間係附著高分子導電黏膠，透過低溫作業(高分子導電黏膠所需之操作溫度約≦200℃，最佳操作溫度約為≦150℃)，以供二電極面分別透過高分子導電膠固定於二導線架間、可呈電性導通，達到透過低溫黏著固定積層陶瓷晶片及二導線架之目的，不必進行高溫焊接加工、無需進行後續清洗處理，製程較為簡易、安全、產品良率亦較高，不易造成積層電子元件發生龜裂、損壞的現象。
本發明之次要目的乃在於該積層陶瓷電子元件於二側電極接面位置，分別利用高分子導電黏膠黏著二導線架，而二導線架係呈平直狀、且底部分別朝相對內側垂直彎折水平狀之焊接側，以供二導線架呈相對L形狀定位在積層陶瓷電子元件二側，且高分子導電黏膠利用低溫作業方式〔所需操作溫度約≦200℃，最佳操作溫度約為≦150℃〕、減少能源耗用、並降低空氣污染，再者，高分子導電黏膠內部之金屬含量較低，不含有重金屬〔如：鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)或鉻(Cr)等〕之成分、並含有較低之鹵素元素〔如氯(Cl2)、溴(Br2)、碘(I2)或砈(At)等〕成分，可降低對環境產生污染的情形，且黏著後無需進行清洗，不必使用清洗容劑，避免造成環境及水源污染等現象，且積層陶瓷電子元件可為積層陶瓷電容器。
本發明之另一目的乃在於該高分子導電黏膠熔點較高，最高可耐攝氏300℃的使用環境，並可通過EN60068-2-58，260℃±5℃浸錫耐焊測試之檢測作業，並可具有較高的延展性，可以提供較高的扳彎能力、可供積層陶瓷晶片與二側導線架不易脫離，而能形成極佳的產品特性。
本發明之再一目的乃在於高分子導電黏膠中，並未添加低熔點金屬材料，則積層陶瓷電子元件在燒結製程後，位於基層陶瓷電子元件間之高分子導電黏膠(熱固形樹脂)硬化後，若高分子導電黏膠溫度熔融溫度超過硬化溫度(150℃)時，亦不致造成積層陶瓷電子元件間的高分子導電黏膠分開，且積層陶瓷電子元件焊接於預設電路板上，焊接溫度升溫至300℃時，高分子導電黏膠的黏著接合力都不改變，則不致發生積層陶瓷電子元件間的高分子導電黏膠脫落現象。
1‧‧‧積層陶瓷晶片
10‧‧‧緩衝空間
11‧‧‧電極接面
2‧‧‧導線架
21‧‧‧接合側
22‧‧‧焊接側
3‧‧‧高分子導電黏膠
4‧‧‧電路板
第一圖 係為本發明之製造流程圖。
第二圖 係為本發明之側視圖。
第三圖 係為本發明之側視分解圖。
第四圖 係為本發明較佳實施例之側視圖。
為達成上述目的與功效，本發明所採用之技術手段及其構造、實施之方法等，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。
請參閱第一、二、三、四圖所示，係為本發明之製造流程圖、側視圖、側視分解圖、較佳實施例之側視圖，由圖中所示可以清楚看出，本發明積層陶瓷電子元件之製造方法，其製造方法之步驟係：
(A)積層陶瓷晶片1二側電極接面11外側，分別設置導線架2。
(B)二導線架2之接合側21相對內側、係分別對位於積層陶瓷晶片1二側之各電極接面11。
(C)各電極接面11、各接合側21間分別填充高分子導電黏膠3。
(D)透過低溫黏著、接合將二導線架2之接合側21分別固於二電極接面11外側，並可供二導線架2分別與二電極接面11呈電性導通。
(E)而於積層陶瓷晶片1底部與二導線架2底部焊接側22間，形成預定間距之緩衝空間10。
(F)成型積層陶瓷電子元件。
上述製程中，係於積層陶瓷晶片1二側電極接面11外側與二導線架2之接合側21之間，利用高分子導電黏膠3進行低溫(高分子導電黏膠作業所需之操作溫度約≦200℃，最佳操作溫度約為≦150℃)黏著作業，因接合溫度低在製造過程中，不易因高溫而造成積層陶瓷晶片1產生龜裂、損壞，並可供二電極接面11分別與二導線架2呈電性導通連結，以透過積層陶瓷晶片1、二導線架2及適量高分子導電黏膠3製造成型為本發明之積層陶瓷電子元件裝置，且積層陶瓷電子元件可為積層陶瓷電容器。
而本發明積層陶瓷電子元件之裝置，係包括積層陶瓷晶片1、二導線架2及高分子導電黏膠3，其中：該積層陶瓷晶片1係於二相對外側形成電極接面11，並包括二個或二個以上呈層疊狀之陶瓷晶片。
該二導線架2係呈平直形之導電金屬材質，二導線架2一側分別設有接合側21，相對各接合側21的二導線架2另側則垂直彎折有水平狀之焊接側22，以供二導線架2呈相對L形排列。
該高分子導電黏膠3，金屬含量低、並不含重金屬及鹵素元素，熔點高、可耐攝氏300℃。
上述各構件於組裝時，係於積層陶瓷晶片1二側電極接面11外側、分別設置有導線架2，以供二導線架2之接合側21分別相對於各電極接面11，則於各電極接面11與各接合側21之間，利用高分子導電黏膠3進行低溫(高分子導電黏膠作業所需之操作溫度約≦200℃，最佳操作溫度約為≦150℃)黏著作業，因接合溫度低，不易造成積層陶瓷晶片1產生龜裂、損壞，並供二電極接面11分別與二導線架2呈電性導通連結，以透過積層陶瓷晶片1、二導線架2及適量高分子導電黏膠3成型本發明積層陶瓷電子元件之裝置，且積層陶瓷電子元件可為積層陶瓷電容器。
而上述該高分子導電黏膠3之金屬含量低，係可包括75%~85%之金屬及15%~25%之黏膠等，而金屬係可包括有銀(Ag)、銅(Cu)及鎳(Ni)等，至於黏膠則可為高分子樹脂，高分子導電黏膠3並不含有重金屬〔如：鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)或鉻(Cr)等〕之成分，且僅含有較低的鹵素元素〔如氯(Cl2)、溴(Br2)、碘(I2)或砈(At)等〕成分≦900(ppm)，並不需作事後的清洗處理作業，避免使用清洗溶劑，可有效降低對環境造成的污染現象；且高分子導電黏膠3具有高延展性，可提供較高的扳彎能力
，可使積層陶瓷晶片1二側電極接面11與導線架2之間、不易被扳動而鬆脫、分離，不致造成積層陶瓷晶片1的龜裂、損壞；又，高分子導電黏膠3的熔點較高，最高可耐約300℃的使用環境，亦可通過EN-60068-2-58，260℃±5℃浸錫耐焊測試之檢測作業，並於低溫環境中進行黏著、接合積層陶瓷晶片1與二導線架2，形成開放模式(OPEN MODE)設計進行加工作業，可以避免進行高溫焊接的危險工作環境，亦不會有焊料、助焊劑等四處飛濺、噴灑之情況，可以降低工作環境的危險程度、製程亦較為安全，並能提高成品的積層陶瓷電子元件之產品良率。
且成型之積層陶瓷電子元件予以固定於預設電路板4時，係透過積層陶瓷晶片1二側導線架2之焊接側22，透過表面黏著技術(SMT)予以焊接於預設電路板4表面，而於積層陶瓷晶片1底部與預設電路板4表面之間形成中空的緩衝空間10，該緩衝空間10之間距係可為0.8mm~2.5mm之間，除了可以在焊接作業時，利用緩衝空間10形成空氣流通、降低焊接所產生之溫度，避免高溫直接傳遞至積層陶瓷晶片1，即不致因高溫造成積層陶瓷晶片1的龜裂或損壞，且當預設電路板4於應用時，受到外力的影響而發生彎曲、變形等情況，則可透過緩衝空間10形成緩衝、調節作用，不置造成積層陶瓷晶片1受力彎曲或變形而發生龜裂現象，達到保護積層陶瓷晶片1之目的，以延長積層陶瓷晶片1的使用壽命；且高分子導電黏膠3中，並未添加低熔點金屬材料，則積層陶瓷電子元件在燒結製程後，位於積層陶瓷電子元件間之高分子導電黏膠3(可為熱固形樹脂)硬化後，若高分子導電黏膠3溫度熔融溫度超
過硬化溫度(150℃)時，亦不致造成積層陶瓷電子元件間的高分子導電黏膠3分開，而積層陶瓷電子元件焊接於預設電路板4上，焊接溫度升溫至300℃時，高分子導電黏膠3的黏著接合力都不改變，則不致發生積層陶瓷電子元件間的高分子導電黏膠3脫落現象。
且積層陶瓷晶片1二側電極接面11、二導線架2的接合側21之間，透過高分子導電黏膠3予以進行低溫黏著接合，可視為在二導線架2與積層陶瓷晶片1(MLCC)中間安置『軟端子』設計，因高分子導電黏膠3具有良好的塑性變形能力，即使凝固後仍可保持適當的彈性、延展性之柔軟效果材質，而可如『軟端子』相同具有良好的塑性變形之能力，故而可使產品在遭受外部應用時，可具有較強的耐板彎能力，將成型之積層陶瓷電子元件透過二導線架2的焊接側22焊接於預設電路板4後，並經過實際測試後，可由下列圖表中清楚看出：
本發明之積層陶瓷電子元件(上圖表中藍線菱形線條)、與傳統高溫焊接製程成型之積層陶瓷電子元件(上圖表中粉紅線方形線條)，分別以10個成品(下方1~10數字即為10個積層陶瓷電子元件
產品)，經過預設電路板4進行板彎測試，本發明之積層陶瓷電子元件的耐板彎能力都保持在11mm，但傳統高溫焊接之積層陶瓷電子元件的耐板彎能力，則下降至10mm或9mm，一但預設電路板4產生板彎變形狀態時，傳統高溫焊接成型之積層陶瓷電子元件相當容易因板彎而導致龜裂、損壞，本發明之積層陶瓷子元件較不易產生龜裂或損壞等現象，可防止產品上板之後電路板(PCB)後續加工應力造成的損傷。
即便產品遭受極大外部應力，超乎產品所能承受的應力，產品也會在高分子導電黏膠3與積層陶瓷晶片1黏合處先行斷裂，形成『Open Mode』開放模式，不會直接造成積層陶瓷晶片1產生裂縫，可以保護陶瓷電容元件不會因極大外部應力的破壞產生裂縫，並保持原有的積層陶瓷電容之功效，可在通電的使用環境下，亦不致造成燒板的危險。
此外，以高分子導電黏膠3黏合之產品，在實際應用上，因高分子導電黏膠3具有高度塑性變形能力，可於積層陶瓷電容作業中發熱時、藉由高分子導電黏膠3的塑性變形能力、將金屬導線架2(金屬材料)與積層陶瓷晶片1(MLCC、陶瓷材料)之間因時熱膨脹係數不同所產生的拉扯應力予以抵消，則積層陶瓷晶片1與二導線架2之間即不易產生相互的拉扯應力之破壞，並達到降低陶瓷電容使用中的受到拉扯應力破壞現象之目的，並可提高產品之使用壽命。
是以，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此侷限本發明之專利範圍，本發明積層陶瓷電子元件之製造方法及其裝置，係於積層陶瓷晶片1二側電極接面11外側，分別設置導線架2，以供二導
線架2之接合側21分別對位各電極接面11，並於各電極接面11與各接合側21之間、分別利用高分子導電黏膠3進行低溫黏著、接合，俾可達到保護積層陶瓷晶片1不致發生龜裂、損壞之目的，且高分子導電黏膠3含金屬量低、並不含重金屬及鹵素元素，降低對環境污染，且不必進行後續的清洗處理，而積層陶瓷晶片1利用二側導線架2焊設固定於預設電路板4時，在積層陶瓷晶片1底部與預設電路板4表面形成緩衝空間10，使積層陶瓷晶片1不易受到預設電路板4的彎曲、變形影響導致龜裂，可延長積層陶瓷晶片1的使用壽命，故舉凡可達成前述效果之結構、裝置皆應受本發明所涵蓋，此種簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。
故，本發明為主要針對積層陶瓷電子元件之製造方法及其裝置進行設計，係利用積層陶瓷晶片二側電極接面相對二導線架之接合面，並藉由高分子導電黏膠予以低溫黏著、接合，形成電性導通，而可達到避免造成積層陶瓷晶片產生龜裂、損壞行形為主要保護重點，且高分子導電黏膠金屬含量低且不含重金屬及鹵素元素，乃僅使高分子導電黏膠應用降低對淮境造成污染之優勢，並供積層陶瓷晶片藉由二側導線架與預設電路板間形成緩衝空間，避免積層陶瓷晶片受到預設電路板影響而龜裂之功效，惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。
綜上所述，本發明積層陶瓷電子元件裝置於實際應用、實施時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之研發，
為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦研發、創設，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。
Claims (4)
- 一種積層陶瓷電子元件之裝置，係包括積層陶瓷晶片、二導線架及高分子導電黏膠，其中：該積層陶瓷晶片係於二相外側分別設有電極接面；該二導線架係分別設置於積層陶瓷晶片二側電極接面外側，二導線架分別設有相對二電極接面之平直型接合側，相對各接合側的二導線架另側係分別垂直彎折成型有焊接側，並供各焊接側與積層陶瓷晶片底部表面間形成中空狀之緩衝空間；及該高分子導電黏膠，係附著在積層陶瓷晶片二側電極接面與二導線架的接合側相對內表面之間，以供二電極接面分別透過高分子導電膠固定於二導線架間、並呈電性導通，且積層陶瓷晶片二側電極接面、分別透過高分子導電黏膠以無焊接作業之低於或等於200℃的低溫操作溫度、黏著固定於二導線架的接合側相對內側之間，而該高分子導電黏膠係包括75%~85%之金屬及15%~25%之黏膠。
- 如申請專利範圍第1項所述積層陶瓷電子元件之裝置，其中該較佳之操作溫度為低於或等於150℃。
- 如申請專利範圍第1項所述積層陶瓷電子元件之裝置，其中該二導線架係於相對二接合側的另側分别朝相對內側垂直彎折有焊接側、供二導線架呈相對之L形狀。
- 如申請專利範圍第1項所述積層陶瓷電子元件之裝置，其中該金屬係包括銀(Ag)、銅(Cu)及鎳(Ni)，黏膠則為高分子樹脂。
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