CN100559919C - 贴片式高分子基esd防护器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法，一种新型贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法，其步骤为：在PCB板铜层上制备预先设计的图形、将制备芯材的原料按比例进行配料、制浆、印刷芯材浆料、固化芯材、印刷包封层、固化包封层、上端电极、划片、外观检测、测试分档、编带，其中制备芯材为复合材料，包括高分子粘结剂、导体粒子、绝缘粒子、半导体粒子，所述的高分子粘结剂为有机硅树脂、环氧树脂、橡胶中的一种或其组合物；所述的导体粒子可以为镍粉、羰基镍、铝粉中的一种或其组合物；所述的半导体粒子为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或其组合物；所述的绝缘粒子为二氧化硅、氧化铝、氧化镁中的一种或其组合物。

Description

贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法

技术领域

本发明涉及过电压保护元件的制造方法，尤其涉及一种贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法

技术背景

现代电气设备正向着小型化集成化的方向发展，同时设备具有的功能越来越强大。这种趋势使得这类器件对过电压极为敏感，尤其是静电放电(ESD)对设备的损害所带来的损失越来越严重。

随着通讯技术的发展，现代通讯设备传输数据的速率越来越快，这些设备的I/O端口处常常会受到静电放电的危害。这就要求有一种静电抑制器，能把静电放电产生的强烈静电脉冲导入地面，从而把设备的工作部件有效的保护起来。而现有的一些过电压保护元件虽然也能够防护静电放电(ESD)危害，但这些器件本身的固有电容为数十皮法或者更高的数量级，用这些器件防护高速数据传输设备端口时，由于过高的固有电容而产生较大的插入损耗，从而使高速数据传输过程中发生数据失真或丢失等问题。这就迫切需要我们制造一种静电防护元器件，其固有电容为几皮法甚至更低的数值，能有效的处理ESD瞬变时产生的高电流，且器件的可靠性较高。

由于高分基器件的固有电容非常小，如果能以高分子基体为原材料制备一种高分子基ESD防护器件，那么就能把这类器件的固有电容有效的降下来，并且能满足对高速数据传输设备的ESD防护。并且高分基ESD器件较容易制成贴片类器件，这类器件同时具有几何形状小的优点，非常符合器件小型化的趋势。近些年世界上一些顶级电子防护元器件制造厂商纷纷研究开发这种产品。其中较有名的厂商包括：Raychem、Copper、Littelfuse、聚鼎等等，它们相继推出了自己的贴片式高分子基ESD防护器件。这类器件的尺寸可以做到：1812、1206、0805、0603、0402等等，甚至在一个元件里面集成2路、4路等多路保护线路。而器件本身的固有电容做到1pf以下。器件能够根据不同得需要把静电脉冲钳位到数十伏至数百伏等不同的范围。而器件所能承受的ESD脉冲浪涌的能力能够满足IEC 61000-4-2的标准，而且器件经受数十至数千次的浪涌冲击。这些公司就这类产品申请了多项专利。

高分子基ESD防护器件常被设计成贴片式器件。这类器件与被保护电路成并联关系。正常工作电压下为高阻态，当发生静电放电时，ESD防护器件由于量子隧穿效应在极短的时间内转变为低阻状态，把静电流导向地面。

这类高分子基ESD防护器件由四个部分组成，可参见附图1贴片式高分基ESD器件的结构图：基板1、端电极2、芯材4，保护层3组成。其中基板1可以是Al₂O₃等电子陶瓷，也可以是PCB环氧板。保护层3一般为环氧包封料。芯材4为高分子基复合材料，它具有良好的压敏特性。芯材的制备为研究开发这类器件的关键核心步骤。

这种芯材4的结构可以参见附图2高分子基ESD器件芯材层的结构图：以高分子基体7为粘结剂，在粘结剂中填入导体粒子6、半导体粒子5、绝缘粒子8等无机粒子，这些复合材料混合均匀后，获得芯材浆料，然后根据贴片器件的工艺制备高分子基ESD贴片器件。

发明内容

本发明目的在于提供一种贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法。

本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的：一种新型贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法，其步骤为：在PCB板铜层上制备预先设计的图形、将制备芯材的原料按比例进行配料、制浆、印刷芯材浆料、固化芯材、印刷包封层、固化包封层、上端电极、划片、外观检测、测试分档、编带，其中制备芯材为复合材料，包括高分子粘结剂、导体粒子、绝缘粒子、半导体粒子，所述的高分子粘结剂为有机硅树脂、环氧树脂、橡胶中的一种或其组合物；所述的导体粒子可以为镍粉、羰基镍、铝粉中的一种或其组合物；所述的半导体粒子为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或其组合物；所述的绝缘粒子为二氧化硅、氧化铝、氧化镁中的一种或其组合物。

在上述方案基础上，所述的导体粒子的半径为5-500微米；所述的半导体粒子粒径为5-100微米，或选用纳米级粒子；所述的绝缘粒子的粒径为5-100微米，或者用纳米量级的粒子。

所述的芯材中各组份体积含量为：导体粒子5-40％、绝缘粒子为5-20％、半导体粒子为10-40％，高分子粘结剂为40-60％。

所用的基板可以是电子陶瓷基板、或者印刷电路板的还氧板。

制备好的芯材浆料印刷在基板上时，两个电极之间设有一个槽，或多个呈锯齿状排列的槽，槽宽为2-30密耳之间。

在上述制备芯材的过程中，可先用高速搅拌器把高分子粘结剂搅拌均匀，然后依次添加导体粒子、半导体粒子、绝缘粒子，在芯材中高分子粘结剂把这三种粒子均匀牢固的粘结在一起，从而构成一个芯材基体网络。本发明的原理是：高分子粘结剂起粘结、分散、隔断无机粒子的作用。这些不同尺寸的粒子相互匹配分散在高分子基体中，从而构成了一个复合材料网络。在导体粒子之间分布有：高分子基体、绝缘粒子、半导体粒子，这些物质的导电性能相对较差。所以这个复合材料网络在工作电压下为高电阻状态，几乎不能形成电流通路，只有微弱的漏电流。当一个静电放电(ESD)发生时，在一定电压下导体粒子之间的这些原本不导电的物质发生量子隧穿效应，复合材料网络迅速转变为低电阻状态，这时有非常大的电流从复合材料网络流过。

附图说明

图1贴片式高分基ESD器件的结构图

图2高分子基ESD器件芯材层的结构图

图3贴片式高分子基ESD器件制造工艺流程图。

具体实施方式

如图3贴片式高分子基ESD器件制造工艺流程图所示，本发明的制造方法，依序为如下步骤：在PCB板铜层上制备预先设计的图形，将制备芯材的原料按比例进行配料、制浆，印刷芯材浆料、固化芯材，印刷包封层、固化包封层、上端电极、划片、外观检测、测试分档、编带。本发明中，芯材浆料的制备是整个加工过程的核心部分，芯材为高分子基体、导体粒子、半导体粒子、绝缘粒子的复合材料体系。按下表配方，取Dow Corning公司的有机硅树脂A、B组分，按1∶1的质量比称量，用高速搅拌器搅拌至树脂颜色均匀为止。依序先称量导体粒子，混入搅拌均匀的树脂中，搅拌一段时间直至导体粒子在树脂中分布均匀为止，再称量半导体粒子，最后，称量绝缘粒子，混入搅拌均匀的树脂中，搅拌一段时间直至绝缘粒子在树脂中分布均匀为止。把混合好的浆料涂敷基板上。我们所用的有机硅树脂A、B组分中已经含有了固化剂，所以混合后的浆料只要按说明书要求在150℃/1h的条件下加热就能很好的固化。从而完成将制备芯材的原料按比例进行配料、制浆，印刷芯材浆料、固化芯材的过程。

制备好的芯材浆料印刷在基板上时候，两个电极之间可以只刻一个槽，也可以刻多个槽呈锯齿状排列，并且总槽宽可以在2-40密耳之间变动。

各实施例制备的元件电阻和触发电压如下表：

Claims (3)

1.一种贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法，其步骤为：在PCB板铜层上制备预先设计的图形、将制备芯材的原料按比例进行配料、制浆、印刷芯材浆料，即：把混合好的浆料涂敷在基板上，固化芯材、印刷包封层、固化包封层、上端电极、划片、外观检测、测试分档、编带，其特征在于：制备的芯材为复合材料，包括高分子粘结剂、导体粒子、绝缘粒子、半导体粒子，所述的高分子粘结剂为有机硅树脂、环氧树脂、橡胶中的一种或其组合物；所述的导体粒子可以为镍粉、羰基镍、铝粉中的一种或其组合物；所述的半导体粒子为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或其组合物；所述的绝缘粒子为二氧化硅、氧化铝、氧化镁中的一种或其组合物，其中，所述的导体粒子的半径为5-500微米；所述的半导体粒子粒径为5-100微米，或选用纳米级粒子；所述的绝缘粒子的粒径为5-100微米，或者用纳米量级的粒子；所述芯材中各组份在芯材中的体积含量为：导体粒子5-40％、绝缘粒子为5-20％、半导体粒子为10-40％、高分子粘结剂为40-60％。

2.根据权利要求1所述的贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法，其特征在于：所用的基板是电子陶瓷基板、或者印刷电路板的环氧板。

3.根据权利要求2所述的贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法，其特征在于：制备好的芯材浆料印刷在基板上时，两个端电极之间设有一个槽，或多个呈锯齿状排列的槽，槽宽为2-40密耳之间。

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