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芯片电阻制程中厚膜印刷之免试印作业探讨 传统薄膜电阻为以人工插件方式之接脚型电子组件，在组装上不仅耗费人力且有体积大、不易散热等缺点，而应用表面粘着技术之厚膜芯片电阻器乃为因应信息、通讯与消费性电子产品讲究轻、薄、短、小趋势之需求而发展。由于厚膜芯片电阻器具体积小、功率高、成本低，已成为目前及未来电阻器产品之发展主流。本研究主要针对芯片电组之制程，在生产厚膜芯片电阻时要达到免试印之印刷制程为研究目标。芯片电阻透过厚膜印刷的方式，利用设计过的金属网版，印刷在氧化铝基板上，形成电阻层。而在大量印刷之前为确保产品质量，必须经过试印的前置作业，在产品正式量产前此试印步骤必须花费额外的时间与人力，对于公司的产能与成本以及在产业界的竞争力均为负面的影响。此种「免试印制程」在国内生产芯片电阻的产业界中尚未完全推行成功，在技术上仍存在许多待克服的地方，因此许多业者皆投入相当的心力与时间在免试印作业的研究。本研究之实验结果除了所求得的回归方程式，可以作为预测原料胶体所需调配的配比及印刷膜重的评估依据之外，研究方法中所提出的调配胶体改变电阻值区间之方式，亦可延伸拓展至包含全部胶体之电阻值，期能改善目前业界对胶体原料变异过大所产生之问题。如果能持续地搜集实验资料与扩大研究范围，相信能有效地减少芯片电阻制程中「试印作业」的成本与时间，进而达到「免试印制程」之目标。
关键词：厚膜芯片电阻制程，厚膜印刷，免试印作业，实验计划法
一、厚膜芯片电阻制程简介
稳定的电阻晶体印刷制程中，电阻值的大小取决于原料胶体与印刷膜厚，电阻层经过C1(表电极)的跨接，使电流可由电阻层中通过，经另一侧的背电极流回电路板。
芯片电阻的背电极与电路板上的电路经由焊接链接之后，电流经由背电极流入，经过锡桥流通到表电极，通过具有电阻值的电阻膜，到达对面的表电极在经由锡桥传至电路板上。
印刷膜厚之厚度越厚会造成电阻值降低是可以预期的，相对地当膜厚越薄时因为可流通的截面积变小，因此造成电流阻抗增加；由图一可发现，电流通过时将以直线的方式行进，因此当印刷膜厚覆盖高于C1(表电极)时，电阻值之变化率将会减小。
1.1 厚膜芯片电阻之印刷制程
芯片电阻(Chip resistor)，制程中将电阻原料(导电胶)印刷在氧化铝基板的两端电极上，使通过的电流产生阻抗，芯片电阻焊接上电路板后，通电时电流由背电极经由锡桥跨接到表电极上，在通过电阻层时，达到控制电流、电压的目的。其制造流程如图二所示。
厚膜芯片电阻之后印刷制程包括电阻层的印刷、玻璃保护层及文字的印刷。生产组件在印刷后，除了经过干燥的程序之外，还需要烧成的作业，烧成后再进行下一部的印刷程序，芯片电阻流程图各作业分述。
二、研究动机与目的
电阻器属于电子零组件中之被动组件，其主要功能用以降低电子产品中电路的电压及限制其电流，为电子产品中最基本及必要之零件。电阻器应用范围广及信息、通讯、汽车及消费性电子等产品，随着下游电子产业的蓬勃发展，产值每年均呈现成长趋势。
传统薄膜电阻是以人工插件之接脚型电子组件，耗费人工且具有体积大、不易散热等缺点，而应用表面粘着技术(Surface Mounted Technology；SMT)之厚膜芯片电阻器乃为因应3C(信息、通讯、消费性电子)产品讲究轻、薄、短、小趋势之需求而兴起，由于厚膜芯片电阻器具体积小、功率高、成本较低，因此较传统插件式电阻器更具量产优势，成为目前及未来电阻器产品发展之主流。
就国内目前生产芯片电阻的厂商而言，由于原料供应时无法确实地达到所需要的电阻值(例如:订购100Ω的原料胶，由于制造厂商难以控制其生产电阻胶体之阻值变异，使得实际胶体的电阻值可能为90Ω)，因此使得「免试印」作业方式的研究至今在台湾的相关企业仍然无法有显著性的突破。
然而一次之试印作业程序必须花费约3~4 小时的时间，相对地提高了生产的直接与间接成本，影响标准作业时间与延长交期，降低产品竞争力。本研究透过实验分析的方式，希望能找出删除试印作业的方法，期减少生产所需之时间、人员及成本的浪费。
三、研究方法
实验过程中必须妥善地控制各项可能影响结果的因素，将搜集之资料做进一步的分析与推论，并继续进行第二次实验且持续观察所搜集的资料，如果结果没有呈现出当初所预期的目标，则要重新规划实验的计划。
在此提出更改印刷条件控制印刷膜重与调配混合胶体比例的两种方法。
3.1 更改印刷条件以控制印刷膜重
本研究选用更改印刷条件参数来取得相同胶体但具不同膜重的数据， 并控制湿膜重量在0.025g~0.035g ，调整印刷条件参数内容。
3.2 调配混合胶体比例达到所需求的电阻值
目前由原料供应厂商所提供芯片电阻的电阻胶只有12 种电阻值规格，而市场需求种类高达2万多种。也因此制造电阻时所使用的电阻胶必须加以混合至所需要的电阻值，在此为了解决原料电阻值不固定的问题，本研究提出了A、B 两种解决的方法，其分析的内容如下。
(1)方法A 之调配方式
假设混和电阻胶体之原始阻值由小至大分别排列为α、β、γ及λ，由此四种胶体构成3 段可调配的电阻值区间，而需求电阻值将会落在区间之内如图五所示。
因为原料供货商所供应的原料胶体阻值是变动的，因此在订购β与γ此两种原料胶体后，所得到的胶体电阻值也无法固定，在此假设所购入的胶体电阻值分别为αw、βx、γy 与，λz 设其中w、x、y及z 为变量，若需求电阻值为eΩ分布在区间[β,γ]之内，则调配的步骤可分述如下：
1. 评估目标阻值eΩ位于哪一个调配区间(如区间[β,γ] )。
2. 将由原料厂商取得之胶体βx 调配成区间[β,γ]之下边界阻值β。
3. 将由原料厂商取得之胶体γy 调配成区间[β,γ]之上边界阻值γ。
4. 利用β与γ两种胶体混合调配成所需之电阻值eΩ。 |
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