TWI235631B - Surface insulation method for multi-layered chip-type ceramic over-voltage suppressor device - Google Patents

Description

1235631 五 、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種多層式晶片型 件，特別是關於該元件表面光過電壓抑制益元 電極可庳用# # s g _ / ，使得該元件之端 」應用得統日日片型元件雷鍍掣 層焊接介面層，使端電極 的：端電極鍍上- 免陶瓷本體表面鍍上全屬m谇接特性’同時可避 至屬，而造成產品短路失效。 【先前技術】 近：來，隨著電子產品小熟、多 求下，電子線路之製作 』搞式之而 上需符人爭-二招：功能提升’電子元件不僅性能 ㉟格要* ’其與積體電路配合之高可靠性 基本需求。因此，本質上屬於保護 :壓抑制器，，更大的單位體積突波吸收能力力 適用電藶的方向發I，是必然的結果，另因電磁二乏之 jMj)及電磁相容性（EMC)之需求不，多層陶瓷過電壓抑制 裔逐，被大量運用於電腦資訊與通訊產品之電子電路上， 另在，傳輸速度、高頻寬、高組裝密度需求、以及符合防 制規範下，使得陶瓷過電壓抑制器不僅在材料研發方面更 上一層，而可與表面實裝（SMT)線路搭配之各式規格的晶 片化等技術更促使陶瓷過電壓抑制器產業發展，尤其是多 層陶究製程使晶片型陶瓷過電壓抑制器之設計及製作有更 寬廣的發展，如多層陶瓷製程中的電極共燒就涉及陶曼過 電壓抑制器之配方調整以降低燒結溫度、陶瓷過電壓抑制

1235631 五、發明說明（2) ::部份成分會與共燒之電極反應、以及調整組成後 特性的穩定性等均是極重要的課題。 - w =U、1BA1C圖所示之習知多層式晶片型陶瓷過電 堡抑制器，材料經陶曼生胚薄片製作、印刷堆疊、二電 燒結及端電極製作後’即形成包括：冑竟本體】 “ 之結構，f用以半導體性或低絕緣性材料為 層陶竞過電壓抑制器及其他晶片型電子元件的= 法2採用Ag、Ag-pd4Ag_pd_pt為端銀電極， 電子π件之端電極與系統電路機板易於焊接揍合，/使 该電子兀件應有之功能，大部分之電 么揮 作完成後，f以電鑛製程鍍上一層焊 電極製 曰丨取丄 滑杆接介面層，使端雷枚 ΐ導接=制然而，多層陶究過電壓抑制器為二 丰導體！ 生材枓，電鍍製程中會將電鍍之金屬Μ、pb —S Sn鑛：陶兗本體上，使得該元件之或 品短路失效。 ^ < 守软產 傳統上解決上述問題的方法是使用含有貴重金屬 ，極材料，使端電極無須電鍍即具有可銲錫焊接的 =此種端電極之焊接性與可靠度仍然很難達㈣電^捏 接；I面層金屬相同的焊接品質與水準。 /、 Ά 此外，另有下列二種較重要之習用絕緣方法 =極可電鑛’且不會將電鍍之金屬鑛在陶兗本體上達士 將作法及問題點分述如下： 紙 ^歐^專利第釀m號之方法係將多層陶曼電子 泡於構酸鹽水溶液中，以本體之主成份氧化鋅被酸^容

1235631 五、發明說明（3) 液溶解後， 上，形成絕 反應物濃度 亦造成製造 2·中華民國 端電極形成 製作之絕緣 覆，而降低 除電子元件 用也將限制 須低於絕緣 3 ·美國專利 成後，製作 接著再包覆 二次之端電 銀電極製作 雜性不利於 基於前 所欲解決之 與溶液反應生成磷酸鋅沉私# 緣之表面被覆，然此陶竟本體㈣ 、溫度及pH值等條件，且使用〜控：，谷液的 成本提高及環保問題。 後的廢溶液處理 專利第447775號之方法#於跑— 前，於陶究本體上被ί 是本體形成後， 層可能造成原先外露的内‘極、！層’然此方法 電子元件之效能與可電；端部被絕緣層包 兩端部絕緣層的程序，^卜3义須增加一道清 層材料可承受的溫度=電極之燒附溫度必 第6232867號之方法係於夕庶 第一&層陶竞電子元件形 第二-層玻璃絕緣層， 製造成本控制。處理私序’材料與製程之複 述問題及習知方法辦六士 問題所在。 +在之缺失，正是本發明 【發明内容] 陶瓷電子元件之端電極製作 層焊接介面層，使端電極具 《所欲解決之技術問題》 — 本發明主要在於解決多層 70成後’需以電鍍製程鍍上—

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有良好的焊接特性 性材料，電鍍製程 陶瓷本體上，使得 效的問題。 ’然而，多層陶瓷電 中會將電鍍之金屬Ni 元件之兩端電極導通 子元件為一半導體 ' Pb-Sn或Sn鑛在 ’導致產品短路失 《解決問題之技術手段》 > ，發明之技術手段主要是以玻璃、有機化合物、金屬 ^勿金類或其他高絕緣性材料塗佈於多層陶瓷過 二j抑制器本體表面上，經熱處理後，於陶瓷本體表面形 =一絕緣層，使得元件之端電極可應用傳統晶片型元件之

^鍍製程，將端電極鍍上一層焊接介面層，使端電極具有 =好的焊接特性，同時可避免陶瓷本體表面於後續電鍍製 程中鍍上金屬，而造成產品短路失效，陶瓷本體表面塗佈 、、、邑緣層之製程可於陶瓷本體燒結前；或陶瓷本體燒結後、 端電極製作前；或陶瓷本體燒結及端電極製作後、電鍍前 實施。 此外’端電極製作前之陶瓷本體表面進行絕緣層塗佈 時/可能使原本外露的内電極端部因表面絕緣層阻隔，致 使後續製作之端電極無法與内電極電性導通，本發明之技 術手#又主要是應用浸餘法及熱處理法使内電極端部向外伸 展’以確保内電極與端電極形成良好的電性導通。 《對先前技術之功效》 相較於先前技術，本發明之絕緣方法具有以下優點·· 1 ·所形成之絕緣層不會限制端電極材料之選擇； 2·陶免本體表面具有平坦化的效果，可提高銲錫製程之後

第8頁 1235631 五、發明說明（5) 助録劑的清洗效果，避免因助銲劑殘留而提升漏電流，、告 成產品失效； 3·本發明之内電極端部向外伸展之方法，可確保内電極血 端電極形成良好的電性導通’不需增加元件兩端部絕_ 之清除製程； 曰 4·陶瓷本體表面絕緣層之熱處理製程可和端電極之燒附制 程合併實施，亦可和陶瓷本體之燒結製程合併實施二衣 【實施方 本發 屬鹽類或 本體表面 層，使得 程，將端 焊接特性 上金屬， 陶瓷本體 陶瓷本體 極製作後 一、陶瓷 將尚 有機化合 料，厚度 半導體性 式】 氧化物、金 電壓抑制器 形成一絕緣 之電鍍製 具有良好的 鍵製程中鑛 短路失效， 燒結前；或 燒結及端電 如下： 一層玻璃、 絕緣性材 燒結後之 明主要是以玻璃、有機化合物、金屬 其他高絕聲J生材料塗佈於多層陶瓷過 上，經後，於陶瓷本體表面上 元件之端電極可應用傳統晶片型元件 電極鍍上一層焊接介面層，使端電極 ，同時可避免陶瓷本體表面於後續電 使得元件之兩端電極導通，導致產口 表面塗佈絕緣層之製程可於陶瓷本體 燒結後、端電極製作前；或陶瓷本體 、電鍍前實施，其具體實施方法詳述 本體燒結前塗佈絕緣層 未燒結的多層陶瓷生胚整體表面塗佈 物、金屬氧化物、金屬鹽類或其他高 約1〜100 /zm，然後再進行燒結製程 陶瓷本體表面即形成一層絕緣層。

第9頁 1235631 五、發明說明（6) 一、陶兗本 將燒結 璃、有機化 材料，厚度 半導體性陶 三、陶瓷本 多層陶 前，於元件 化物、金屬 經熱處理後 佈材料反應 理過程中溶 製程、以及 體燒結後 後、端電 合物、金 約1〜2 0 0 瓷材料與 體燒結及 瓷元件完 整體表面 鹽類或其 ，陶瓷本 形成一絕 入或混入 電流導通 、端電極製作前塗佈絕緣層 極製作前之陶瓷本體表面塗佈一層玻 屬氧化物、金屬鹽類或其他高絕緣性 # m，經熱處理後，陶瓷本體表面之 表面塗佈材料反應形成一絕緣層。 端電極製作後、電鍍前塗佈絕緣層 成燒結製程及端電極製作後、電鍍之 塗=一層玻璃、有機化合物、金屬氧 他尚絕緣性材料，厚度約1〜5 〇 # m， 體表面之半導體性陶瓷材料與表面塗 緣層，端電極表面之塗佈材料於熱處 端電極金屬中，並不影響後續之電鍍 針對上述元件端 絕緣塗佈，可能使原 隔’致使後續製作之 此’需使内電極端部 成良好的電性導通， 有二： •陶瓷本體燒結後， 值及浸泡時間，使得 屬因較耐浸蝕，而形 2·内電極含有銀或銀 電極製作前之陶兗 本外露的内電極端 端電極無法與内電 向外伸展，以確保 本發明之内電極端 經酸或鹼液浸泡， 陶究本體表面受浸 成内電極端部凸出 合金成份，於表面 本體六個表面進行 部因表面絕緣層阻 極電性導通，因 内電極與端電極形 部向外伸展之方法 控制酸或鹼液之pH 餘内縮，内電極金 於陶瓷本體外。 塗佈絕緣層及製作

第10頁 五、發明說明（7) 端電極之後，再施以25〇。〇以上 銀因受到端電極中銀成份的牽引而向外伸展。電極之至屬 實施例： 上述大致說明本發明，以下將人 更詳細說明本發明，因M、隹】口具體的較佳實施例 1伞心明，因此可進一步了解本發明。 實施例一： 所示本二：：於陶瓷本！燒結前塗佈絕緣層，如第2 A圖 二、 、里k陶瓷生胚薄片製作、印刷堆聂及切宝J成句 含陶瓷本體10盥内雷— 且及刀d成 別元件生胚# 土! 早一70件生胚等過程後，將個 與其表面塗佈層一起„〇"m，將元件生胚 用之燒結條件採用元件原本使 用之k、、口製私條件，燒社德BP游Α、，Μ 包含芦姓德$ _ 2 士 後即形成如弟Μ圖所示之結構， 竟本體表面材料於燒姓過程、及玻璃塗料層與陶 接签，#二从麂、^過転中反應生成的表面絕緣層60。 示，原本外：：肉：部塗附端電極及燒附後，如第2C圖所 ’、” 路内電極22端部可能殘留少量玻璃塗料8〇， 而阻隔内電極22端部與端電極3 :==塗=， 需實施50(TC以上之埶_裡 &間的電性導通，因此， 電極32中之銀成二熱牵處引理而二電：22 ^ ^ 通，如第2D圖所示，若選擇；上：展’形成良好的電性導 製程使内電極22端部端電極材料’該熱處理 口卜1甲展的實施程序可和端電極的燒 1235631 五、發明說明（8) 附製程合併實施而得到相同的效果。 以上程序完成後，該元件可經由傳統晶片型元件之後 續電鍍製程而得到正常的電鍍效果，端電極之間的陶瓷本 體表面經絕緣處理後，不會鍍上金屬。 實施例二： 本實施例係於陶瓷本體燒結後、端電極製作前塗佈絕 緣層，材料經陶瓷生胚薄片製作、印刷堆疊、切割及燒結 後，即形成如第3A圖所示之結構，包含陶瓷本體△與 極22，將燒結後的元件塗佈一層主要成份為鋅—硼—矽之氧 化物混合塗料層，再實施50 0 t: s85(rCi熱處理，即形成 如第3B圖所示之結構，包含陶瓷本體12、内電極“及氧化 物混合塗料層與陶瓷本體表面材料於熱處理過程中反應生 成的表面絕緣層6 〇。 〜

^: ’該元件端部塗附端電極及燒附後，如第3c圖所 二’原本外露的内電極22端部可能殘存少量氧化物混合塗 料80，而阻隔内電極22端部與端電極3〇之間的 因此，需實施500 t：以上之熱處理，内導I 受到端電極32中銀成份的牽引而向外伸展， 、好銀 性導通，如第3D圖所示，若選擇/成良好的電 處理製程使内電極22端部向； = = =材料’該熱 緣層熱處理及端電極之燒附製程：：：：；面絕 的效果。 ^ σ併貝轭而得到相同 以上程序完成後 該π件可經由傳統晶片型元件之後

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端電極之間的陶瓷本 五、發明說明（9) 續電鑛製程而得到正常的電鍍效果， 體表面經絕緣處理後，不會錢上金屬 實施例三： 本：，例係於陶€本體燒結後、端電極製作 :即經陶曼生胚薄片製作、印刷堆疊“刀割及燒結 炼22，‘成如第4A圖所不之結構’包含陶瓷本體12與内電 ，、、、'後將該燒結後的70件浸泡於〇. 5%HC1水溶液中1分 :陶竞本體12受到浸餘而内縮，使得内電極2 :夕卜凸出，如第4B圖所示，其次，將處理後的元件塗佈一 層主要成份為辞-硼-矽之玻璃塗料層，接著實施5〇〇。〇至 7〇〇 C之熱處理，即形成如第4C圖所示之結構，包含陶 f體12、内電極22及玻璃塗料層與陶竟本體表面材料於埶 處理過程中反應生成的表面絕緣層6 〇。 ”、、 一接著，該元件端部塗附端電極及燒附後，如第4D圖所 不，原先已向外裸露的内電極22端部和端電極32之間具 良好的電導通特性，上述之表面絕緣層熱處理製程可^端 電極的燒附製程合併實施而得到相同的效果。 以上程序完成後，該元件可經由傳統晶片型元件之後 績電鍍製程而得到正常的電鍍效果，端電極之間的陶究本 體表面經絕緣處理後，不會鍍上金屬。 實施例四： 本實施例係於元件完成燒結製程及端電極製作後、電

第13頁 1235631 五、發明說明（10) 鍍之前塗佈絕緣層，元件經傳統之積層晶片型元件製程 後、電鑛之前得到如弟5 A圖所不之結構，包含陶究本體 12、内電極22及端電極32 ’接著將該元件表面塗佈一芦主 要成份為鉛-鋅-硼-矽之玻璃塗料層40，如第㈤圖所厂、θ， 然後實施50(TC至700 °C之熱處理，即形成如第5/圖所$干社 構，包含陶堯本體12、内電極22、端電極32以及玻璃塗^ 層與陶瓷本體表面材料於熱處理過程中反應生成的表面絕 緣層60，塗佈於端電極表面之塗料於熱處理過程中溶入或 混入端電極金屬中，端電極表面仍保持良好的導電特性一， =層之熱處理製程可和端電極的燒附製程施 而付到相同的效果。 續電二i:ί:成後，M元件可經由傳統晶片型元件之後 體表：it::到正常的電鍍效果1電極之間的陶究本 體表面絰絕緣處理後，$會鍍上金屬。 已，：以=以解釋本創作之較佳實施例而 凡有在相同下:ΐ任何形式上之限制，是以， 更’皆為本創作巾 f作有關本創作之任何修飾或變 T明專利範圍所涵蓋。 1235631 圖式簡單說明 弟1 A圖為習知多層式晶片型陶兗過電壓抑制器元件之平面 不意圖， 第1B圖為第1A圖所示之習知多層式晶片型陶曼過電壓抑制 器元件縱方向之剖面結構圖； 第1 C圖為第1 A圖所示之習知多層式晶片型陶瓷過電壓抑制 器元件横方向之剖面結構圖； 第2 A圖為本發明之多層式晶片型陶瓷過電壓抑制器元件第 一只施例，陶瓷本體燒結之前，表面塗佈一層玻璃塗料層 之剖面結構示意圖； 第2B圖為繼第2A圖製程，進行燒結後，於其表面形成一絕 緣層之剖面結構示意圖； 第2C圖為繼第2B圖製程，該元件端部塗附端電極及燒附後 之剖面結構示意圖；

於其表面塗佈一層氧化物混合塗 於其表面形成一絕緣層之剖面結 第3B圖為繼第3A圖製程， 料層’再經熱處理製程， 構示意圖； 第3C圖為繼第3B圖製程 之剖面結構示意圖； #元件端部塗附端電極及燒附後 該元件經熱處理後之剖面結構示 第3D圖為繼第3c圖製程

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圖式簡單說明 意圖； 第4 A圖為本發明之多層式晶片型陶瓷過電壓抑制器元件第 三實施例，陶瓷本體燒結後、端電極製作之前之剖面結構 第4B圖為繼第4A圖製程，該元件浸泡於〇· 5%HC1水溶液中j 分鐘後，内電極端部向外凸出之剖面結構示意圖； 第4C圖為繼第4B圖製程，該元件表面塗佈一層玻璃塗料 層，再經熱處理製程，於其表面形成一絕緣層之剖面結構 不意圖； 第4 D圖為繼第4 C圖製程，該元件端部塗附端電極及燒附後 之剖面結構示意圖； 第5 A圖為本發明之多層式晶片型陶瓷過電壓抑制器元件第 四實施例，陶瓷本體燒結後並完成端電極製作後之剖面結 構不意圖； 第5B圖為繼第5A圖製程，於其表面塗佈一層玻璃塗料層之 剖面結構示意圖； 第5C圖為繼第5B圖製程，再經熱處理程序，於其表面形成 一絕緣層之剖面結構示意圖。 【元件符號簡單說明】 尚未燒結之陶瓷本體1 0 燒結後之陶瓷本體1 2 尚未燒結之内電極20 燒結後之内電極22

1235631 圖式簡單說明 尚未燒附之端電極30 燒附後之端電極3 2 未經熱處理的陶瓷本體表面之塗料層4 0 表面絕緣層6 0 表面絕緣層製作完成後，内電極端部殘存之塗料80 li·· 第17頁

Claims (1)

1235631 ------案號92132只的 曰 六、申請專利範圍 製程完成後，再以熱處理 一 展，以確保該内電極邀 该凡件之内電極端部向外伸 6·如申請專利範圍第5項所述η良好曰的電性導通。 抑制器元件之表面絕緣方 苴夕曰式晶片型陶瓷過電壓 内電極端部向外伸展的a L L其，該熱處理法使該元件之 端電極之燒附製冑同日4 D f序可和I面絕緣層熱處理及 7.如申請專利範圍第二實二 抑制器元件之表面絕緣方法曰式:片型陶莞過電二 展的方法，其特徵在於· 該内電極端部向外伸 後，施以25(TC以上之勒走、製作表絕緣層及端電極之 電極中之銀成份的牵引而处理’内電極中之金屬銀受到端 J罕W而向外伸出於陶窨太騁从 .如申請專利範圍第5或7項 -陶 ==件;r絕緣方法… 為本體之晶片型他以丰導體性或低絕緣性材料作 H i ΐ式晶片型陶瓷過電壓抑制器元件之表面絕緣方 法’係於該陶瓷本體燒結後、端電極製作前，將該元件浸 /包於I或驗液中，使得陶瓷本體表面受浸姓内縮，内電極 金屬因杈，浸蝕，而形成内電極端部凸出於陶瓷本體外； 然後再以兩絕緣性材料塗佈於陶瓷本體表面上，接著再進 行熱處^製程，半導體性陶瓷本體表面即形成一絕緣層； 最後再製作端電極，即可確保該内電極與端電極形成良好 的電性導通。 1 0 ·如申請專利範圍第9項所述之多層式晶片型陶瓷過電壓 19頁 1235631 -------- 921 _手月 曰_ 修正 六、申請專利範圍 $制器元件之表面絕緣方法，其中表面絕緣層熱處理製程 "和端電極之燒附製程合併實施而得到相同的效果。 11 ·如申請專利範圍第9項所述之多層式晶片型陶瓷過電壓 P制器元件之表面絕緣方法，其中使該内電極端部向外伸 =方法’其特徵在於：陶瓷本體燒結後、表面絕緣層製 則L該7L件浸泡於酸或鹼液中，使得陶瓷本體表面受浸 内縮’内電極金屬凸出於陶瓷本體外。 j·如申請專利範圍第9或11項所述之多層式晶片型陶瓷過 外壓抑制器元件之表面絕緣方法，其中使該内電極端部向 夕伸展的方法，亦適用於其他以半導體性或低絕緣性材 作為本體之晶片型電子元件。 13·、種多層式晶片型陶瓷過電壓抑制器元件之表面絕緣 f法’係於該陶竟本體燒結及端電極製作後、電鍍前，以 =絕緣性材料塗佈於陶变本體表面上，再進行熱處理製 ^半導體性陶瓷本體表面即形成一絕緣層，塗佈於端電 玉面之塗料於熱處理過程中溶入或混入端電極金屬中， 端電極表面仍保持良好的導電特性。 ϋ申又專利範圍第13項所述之多層式晶片型陶瓷過電 痉P J器元件之表面絕緣方法豆中表面絕緣層熱處理製 =可Λ端Λ極之燒附製程合併實施而得到相同的效果。 利範圍第1、5、9或13項所述之多層式晶片型 ΞίΐϊΐΓ制器70件之表面絕緣方法，•中該高絕緣性 材料為玻璃。 16·如申請專利範圍第J、5、9或13項所述之多層式晶片型

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，其中該高 緣性 1235631 案號 92132805 六、申請專利範圍 陶竟過電μ抑制器元件之表面絕緣方法 材料可為有機化合物。 17·如申請專利範圍第1、5、9或13項所述之多層式晶片变 陶瓷過電壓抑制器元件之表面絕緣方法，其中該高絕緣性 材料可為金屬氧化物。 、… 18·如申請專利範圍第1、5、9或13項所述之多層式晶片型 陶兗過電壓抑制器元件之表面絕緣方法，其中該高絕 材料可為金屬鹽類。 ^ 1 9 ·如申請專利範圍第i、5、9或丨3項所述之多層式晶 陶兗過電壓抑制器元件之表面絕緣方法，亦適用於 & 牛導體性或低絕緣性材料作為本體之晶片型電子元 人 面絕緣。 之表

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