[0001] 相关申请

[0002] 本申请要求申请日为2009年7月27日、发明名称为“Encapsulated Ceramic Element and Method of Making the Same”的美国临时专利申请61/271,846的申请日的权益，该申请的全部内容通过引用明确地包括在本申请中。

[0003] 本实用新型涉及一种陶瓷元件，尤其是涉及一种封装的PZT（锆钛酸铅）元件及其制造方法。

[0004] PZT（锆钛酸铅）陶瓷元件的制造工艺通常包括将晶片或块体PZT材料切割成多个更小的PZT元件。这种切割暴露了PZT元件的边缘和表面，再经过进一步的工艺或利用，会导致下列现象中的一种或几种：1）当PZT元件足够薄的时候，PZT元件的损伤；2）PZT的边缘和表面上的陶瓷材料的损坏；以及3）陶瓷材料颗粒从PZT元件的边缘和表面脱落并进入到使用PZT元件的产品中，例如磁盘驱动器。实用新型内容

[0005] 本实用新型涉及一种封装的陶瓷元件，例如PZT元件，其中该陶瓷元件的一个或多个外侧表面封装有一层环氧（epoxy）等类似的保护性封装材料以及一层金属化层。本实用新型还涉及一种制造该封装的陶瓷元件的方法。

[0006] 本实用新型提供一种陶瓷元件，包括陶瓷材料核，其中所述陶瓷材料核包括至少第一和第二相对的覆盖有封装材料层的外部侧表面，所述陶瓷材料核还包括第三和第四相对的外部顶部和底部表面，覆盖所述第三和第四相对的外部顶部和底部表面以及封装材料层的边缘的金属化层。

[0007] 本实用新型提供一种陶瓷元件，包括陶瓷材料核，其中所述陶瓷材料核包括第一和第二相对的外部侧表面，第三和第四相对的外部侧表面以及第五和第六相对的外部顶部和底部表面，第一、第二、第三和第四相对的外部侧表面均覆盖有封装材料层，金属化层覆盖第五和第六相对的外部顶部和底部表面以及封装材料层的边缘。

[0008] 本实用新型提供一种陶瓷元件，包括陶瓷材料核，其中所述陶瓷材料核包括至少第一外部侧表面和至少第二外部顶部或底部表面，封装材料层覆盖所述第一外部侧表面，金属化层覆盖所述第二外部顶部或底部表面以及所述封装材料层的边缘。 [0009] 在一个实施例中，该制造封装的陶瓷元件的方法包括至少下列步骤：提供陶瓷材料的晶片；制造多个穿过晶片的第一空间分离的切口，以形成包括基底和多个第一空间分离的壁的晶片，多个第一空间分离的壁从基底开始延伸，并在多个所述空间分离的壁之间限定多个第一空间分离的凹槽；用封装材料填充所述多个凹槽，以限定具有多个第一空间分离的封装材料层的晶片；至少研磨掉所述晶片的基底；制造穿过所述多个封装材料层中选定的封装材料层的切口，以将所述晶片分成多个分离且单独的封装的陶瓷元件，每个陶瓷元件包括一个封装的外侧表面或两个相对的封装的外侧表面。

[0010] 根据本实用新型，在固化封装材料并研磨掉至少晶片的基底之后，向所述陶瓷材料晶片的顶部和底部外侧表面以及相对的封装材料层的顶部和底部边缘上施加金属化层。 [0011] 在另一实施例中，所述方法还包括制造穿过所述晶片的多个第二空间分离的切口，多个第二空间分离的切口垂直于多个第一空间分离的切口，以限定具有多个柱和取向垂直于第一空间分离凹槽的第二空间分离的凹槽的晶片；用封装材料填充所述第一和第二空间分离的凹槽，以限定第一和第二组交叉的封装材料层；在固化封装材料并研磨掉至少晶片的基底之后，向所述晶片的顶部和底部外侧表面以及封装材料层的边缘上施加金属化层；以及，在步骤“制造穿过所述第一空间分离的封装材料层中选定的封装材料层的切口以形成多个陶瓷元件，每个陶瓷元件包括至少两个其上具有封装材料层的垂直外表面”之前或之后，制造穿过第二空间分离的封装材料层中选定的封装材料层的切口。 [0012] 通过以下的本实用新型优选实施例的详细说明、附图和所附权利要 求，将更容易明白本实用新型的其它的优点和特征。

[0013] 以下通过结合附图的描述，可以更好地理解本实用新型的上述及其它特征，其中：

[0014] 图1为切削的PZT材料的起始晶片的放大透视图，所述PZT材料可用作制造本实用新型的封装PZT元件的起始材料或块体；

[0015] 图2为图1中的PZT晶片在填充封装材料、固化该封装材料、磨掉至少图1所示PZT晶片的基底且向其施加了相对的金属化层后的放大透视图；

[0016] 图3为图2所示的PZT晶片在穿过金属化层和封装材料层切削以形成多个单独、分离的封装PZT元件后的放大透视图；

[0017] 图4为图3所示的单独的内部切割PZT元件中的一个的放大透视图，其包括两个相对的封装外侧表面以及两个相对的金属化外部顶部和底部表面；

[0018] 图5为切成块的栅格图案的PZT材料起始晶片的放大透视图，所述PZT材料可用作制造本实用新型的封装PZT元件另一个实施例的起始材料或块体；

[0019] 图6为图5中的PZT晶片在填充封装材料、固化该封装材料、磨掉至少图5所示PZT晶片的基底且向其施加了相对的金属化层后的放大透视图；

[0020] 图7为图6所示的PZT晶片在穿过金属化层和封装材料层切削以形成多个单独、分离的封装PZT元件后的放大透视图；

[0021] 图8为图7所示的单独的内部切割PZT元件中的一个的放大透视图，其包括两组相对的封装外侧表面以及两个相对的金属化外部顶部和底部表面。

[0022] 图1示出了PZT（锆钛酸铅）陶瓷材料的基底或起始晶片10，所述PZT材料可用作制造本实用新型的封装PZT元件的起始材料或块体。

[0023] 尽管此处未详细示出或描述，但是可以理解的是，可通过提供尺寸（长度、高度、宽度）充分地大于最终希望得到的单个封装PZT元件的尺寸（长 度、高度、宽度）的固态块体PZT陶瓷材料来制造上述块体或起始晶片10。该晶片10一般为约76mm长、1mm高、76mm宽，在一个实施例中，该晶片10被安放在切削带上并被切削（切割），切割后的晶片10包括大致矩形的固态平坦基底12和多个空间分离且平行的PZT材料长条壁14，长条壁14整体地从基底12大致垂直向上并向外延伸，以在其间限定多个空间分离且平行的开放沟槽或凹槽或中空16，这些开放沟槽或凹槽或中空16也基本以从基底12垂直向上的取向延伸。尽管为了说明的目的图1仅示出了晶片10的一部分和5个壁，但是可以理解的是，PZT晶片10包括150个以上的这种壁14，并可根据应用而包括多达1000个这种壁。

[0024] 如下文所详细描述的，每个PZT材料的壁14将限定本实用新型的每个如图4所示的最终单个PZT元件30的主体或核14，因此切削晶片10的刀具的宽度以及在切削中的取向将决定壁14的间距以及由此决定最终PZT元件的主体的间距，还决定了最终PZT元件上的封装材料层的厚度。

[0025] 例如，在初始的切削操作中使用宽的切削刀具会在最终PZT元件上形成较厚的环氧层或类似的封装材料层，而在初始的切削操作中使用薄的切削刀具会使最终PZT元件具有薄的环氧层或类似的封装材料层。

[0026] 通过下列公式确定每个壁14在X方向和Y方向上的间距，并由此确定每个最终PZT元件的最终间距：

[0027] 间距=极点收缩因子（poled shrinkage factor）×（最终尺寸+最终切口） [0028] 可通过下列公式确定用于初始工艺操作的切削刀具或切口的宽度： [0029] 第一刀具或切口宽度=最终的刀具或切口宽度+（2×剩余环氧） [0030] 如果PZT材料被移除，那么剩余环氧=-（移除的PZT）。

[0031] 尽管此处没有详细地描述，但是可以理解的是，本实用新型包括使用任何其他适于完成初始切割的切割设备，例如，使用激光。

[0032] 根据本实用新型的制造工艺中的第二步（未示出）包括在晶片10中的所有开放沟槽16中填充双组份环氧树脂或类似的合适的封装材料。

[0033] 在所有的沟槽16均被适当地填充后，从晶片10的壁14的顶部和两个暴露的侧面移除或刮掉（未示出）多余的封装材料，并随后固化（未示出）封装材料。 [0034] 然后对于预连接的厚度（pre-poled thickness）利用合适的研磨装置磨掉晶片10的壁14的顶部和晶片10的基底12，从而形成图2中所描绘的研磨后的PZT晶片20。 [0035] 研磨后的PZT晶片20由多个空间分离、平行的、长条的单独的PZT材料条带，这些条带14由图1中所示的晶片10的多个空间分离、平行的长条壁14所限定，并与其相对应。PZT材料的条带14由多个空间分离的、平行的固化封装材料层24隔开，并由封装材料层24保持在一起，固化的封装材料层24例如为位于每一PZT材料的长条条带14之间的与条带
14相间排列的封装材料层24。

[0036] 本实用新型的方法还包括使晶片20金属化的步骤，即将一层导电金属材料层21施加到晶片20的每一外侧的顶部和底部表面并覆盖每一外侧的顶部和底部表面上，图2中还示出了封装材料层24中的每一层的暴露的顶部和底部边缘；在晶片20中嵌入电极（未示出）；以及还原（poling）晶片20（未示出），即根据需要光学处理并刻蚀晶片20。 [0037] 根据本实用新型，然后将晶片20安装到带子与框架设备（未示出）上，更具体地是位于如图3中所示的带子23上，以进行最终切割操作，在最终切割操作中，使用任一合适的切割设备（诸如切削刀具19）或其他合适的切割工具（诸如激光）来纵向切割，穿过如图3中所示的每一金属化层21和每一封装层24，图3描绘了在图2中的晶片20中形成的贯穿金属化层21和四层封装材料中的三个的纵向切口26后的情况。

[0038] 切削刀具19的宽度（当然小于封装材料层24的宽度）决定了将要留在最终封装PZT元件的两个外侧（外部）表面的封装材料层24的宽度或厚度。

[0039] 切口26将PZT晶片20分成多个单独地分开的长条封装PZT元件30，图4示出了其中的一个，每个PZT元件30包括PZT材料的中心条带或主体或核14并由其限定，这些PZT材料的中心条带或主体或核14对应于图1至图3中所示的壁14、主体14上的外侧表面42、44、46、48、50和52、PZT元件30的主体14的相对平行的外侧（外部/外面的）表面42、44上并覆盖其上的相应的封装材料层24、在每一封装材料层24的每一顶部和底部外侧/外部/外面的表面50、52和顶部及底部边缘上并覆盖其上的金属化层21。PZT元件30的长度和宽度可以在约10密耳（0.01英寸）至约1000密耳（1英寸）之间，但是通常在约40至60密耳（0.04-0.06英寸）之间。PZT元件30的厚度可以在约1密耳（0.001英寸）至约
100密耳（0.1英寸）之间，但是通常为约4密耳（0.004英寸）。

[0040] 根据本实用新型，各个封装材料层24封装并覆盖PZT元件30的各个 外侧表面42、44，从而：在进一步的工艺或使用中保护表面42、44免受损伤；在进一步的工艺或使用中强化PZT元件30；以及在进一步的工艺中，防止PZT材料颗粒从表面42、44脱落，还防止PZT材料颗粒脱落到使用PZT元件30的产品中，例如磁盘驱动器。

[0041] 另外，根据本实用新型，金属化工艺包括在每一封装材料层24的至少顶部和底部外表面50、52和顶部与底部暴露的边缘上形成金属化层，这种金属化工艺减少了封装材料层24从主体14脱落的风险，还形成了阻止污染物等进入层24的边缘与主体14之间的屏障。

[0042] 图5示出了PZT（锆钛酸铅）陶瓷材料的起始晶片110，其可用作制造图8中所示的本实用新型的封装PZT元件的另一个实施例140的起始材料或块体。

[0043] 图8中所示的PZT元件140与PZT元件30的尺寸可以相同，可使用上述的与图4中所示的PZT元件30相同的元件、材料和方法制造PZT元件140，因此，除如下文详细描述内容之外，上述描述通过引用合并于此。

[0044] 首先，在起始PZT晶片块体的初始切削中，还沿着图1中所示的PZT晶片的长度，在垂直于壁14和凹槽16的方向上形成另外平行的、空间分离切口，以形成如图5所示的起始PZT晶片110，晶片110包括正方形或棋状盘或栅格图案，该图案包括多行和多列空间分离且平行的大致矩形的PZT陶瓷材料柱或墩，其从固态的底部的晶片110的大致矩形基底112的内部表面大致垂直向外地整体延伸并突出，并限定类似于晶片10的凹槽16的第一组空间分离且平行的凹槽或中空116，以及另外的第二组空间分离且平行的凹槽或中空117，凹槽或中空117以垂直于第一组凹槽116的方向沿晶片110的长度延伸，并与第一组凹槽
116交叉。

[0045] 然后向第一和第二组凹槽116、117填充封装材料，固化封装材料，然后研磨晶片110以形成如图6所示的研磨后的晶片，该晶片包括固化封装材料层124，其包括类似于图
2所示的研磨后的PZT晶片20的第一组封装材料层24的第一组空间分离且平行的封装材料层124a，还包括第二组空间分离且平行的封装材料层124b，封装材料层124b以垂直于其中所示的第一封装材料层124a的方向沿研磨后的晶片120的长度延伸，并与第一封装材料层124a交叉。

[0046] 如图6所示，研磨后的晶片120也被金属化，金属化层121，即导电金属材料被施加到晶片120的每一顶部和底部的外侧表面、每一封装材料 层124a、124b的暴露的外侧顶部和底部边缘并位于其上。如关于PZT元件30的方法一样，在固化封装材料层124并研磨掉至少起始PZT晶片110的基底112之后施加金属化层121。

[0047] 图7的最终切割操作包括以形成穿过第一组封装材料层124a中的每一个以及金属化层121的第一切口126的步骤，还包括形成穿过第二组封装材料层124b中的每一个以及金属化层121的另外的第二切口127的步骤，以将晶片20分成多个单独的如图8所示的PZT元件140，每个PZT元件140包括PZT材料的中心主体或核114，中心主体或核114对应于图5至图7中所示的每一个柱114、主体114上的外侧表面142、144、146、148、150、覆盖主体114的每一外侧（外部/外面的）表面142、144、146、148上的封装材料层124、覆盖主体114的每一顶部和底部外侧/外面的表面150、152以及覆盖表面142、144、146、148的封装材料层124的顶部及底部边缘的金属化层121，并由其限定。

[0048] 因此，在图8的实施例中，PZT元件140包括：第一组相对的封装的外侧表面142和144，其上具有封装材料层124a；第二组相对的封装的外侧表面146和148，其上具有封装材料层124b，且方向大致垂直于表面142和144及其上的封装材料层124a。 [0049] 尽管已参照上述实施例和方法对本实用新型进行了教导，但本领域技术人员将认识到，在不超出本实用新型的精神和范围的情况下，可对实施例和方法的形式和细节作出多种改变。因此应当认为所描述的实施例在各个方面仅是说明性的，并且不是限定性的。 [0050] 例如可以理解的是，在图1-4的实施例和方法中，最终切口26可制作在图2所示晶片20的选定的封装材料层24中，以形成各个最终PZT元件40，在PZT元件40中，仅封装外侧表面42或44中的一个，即，通过在足够宽的封装材料层24中交替使用刀具或激光束来实现。

[0051] 还可以理解的是，在图5-8的晶片120还包括封装材料层124的实施例中，封装材料层124包括第一和第二交叉的环氧材料层124a和124b，第一和第二环氧材料层124a和124b以图6所示的相互垂直并交叉的方向延伸，最终切口126可制作在选定的封装材料层
124a中，以形成各个最终的PZT元件140，该PZT元件140包括仅两个垂直的封装外侧（外部）表面或三个封装外侧（外部）表面，再次通过在足够宽的多个封装材料层124a中选定的一些层中使用刀具或激光束来移除所有的封装材料来实现。

[0052] 另外，可以理解的是本实用新型包括封装的PZT元件和制造封装的PZT元件的方法，该封装的PZT元件的形状不限于矩形或正方形，包括例如弯曲形和圆形。 [0053] 因此，本实用新型的范围被所附的权利要求而不是上述的描述指示。在权利要求的等同内容的含义和范围内的所有改变要被包含在它们的范围内。