CN101079342B - 表面贴装型高分子esd保护元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面贴装型高分子ESD保护元件，包括基板、高分子压敏材料、表面焊盘、由一条狭缝分割一块金属箔形成的两片电极，所述表面焊盘分别与两片电极相连接，所述金属箔上设有一个小孔，狭缝与所述小孔相交，所述高分子压敏材料位于所述小孔中且被密封在基板内部。由于高分子压敏材料被完全密封在元件的内部，与空气隔离，因此耐候性得到提高，性能稳定，并且结构也很简单，易于加工制造。

Description

表面贴装型高分子ESD保护元件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种外界静电冲击(ESD)高分子保护元件，属于静电防护用电子元器件。

背景技术

功能高分子材料是目前材料科学研究的热点，具有电压敏感特性的高分子压敏材料便是其中的佼佼者，迄今学术界产业界都在踊跃地对它进行研究开发。所谓的高分子压敏材料就是指这种复合高分子材料的电阻随两端电压变化而呈非线性变化，也就是说，当施加在其两端的电压小于某个特定电压值时，材料为绝缘体，电阻很大；当施加在其两端的电压大于这个特定电压值时，材料转变为导体，电阻很小。

集成电路(IC)技术的在电子领域得到越来越广泛的应用，但是这种半导体器件对外界影响敏感程度非常高，易于受到由外界静电冲击(ESD)引起的过电压损害。当集成电路受到高达数千伏的静电冲击时，将造成高达几十安培的瞬间放电尖峰电流。瞬间大电流会对IC造成严重损伤，从而导致整台电子设备的工作故障，带来重大经济损失。目前集成电路常用保护电路有箝位二极管，压敏电阻，稳压管，TVS二极管等。但是，由于ESD防护元件并联在电路中使用，这就要求其结电容要尽可能的小，尤其是对于高频线路中，较高的结电容会造成信号噪音，影响IC的正常工作。

使用高分子压敏材料制成的高分子ESD保护元件，是一种新的解决方案，特点是没有极性，安装简单，最主要的是结电容小，非常适合高频线路中应用。但是，目前出现的高分子ESD保护元件有些结构简单，但是稳定性差，有些稳定性好，但是结构复杂，生产加工困难。

如中国发明专利申请CN1588577A公开了一种表面贴装型高分子复合电压敏感元件及其制造方法，它由底层的基板、中间的高分子复合电压敏感材料层和贴覆在其上的金属箔片构成，金属箔片被从中间切断，形成两片电极板。这种结构虽然也可以达到减小结电容的目的，但由于高分子复合电压敏感材料是直接暴露在空气中的，因此耐候性差，稳定性不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种性能稳定，结构简单，易于加工成型的表面贴装型高分子ESD保护元件，以克服现有技术存在的缺陷。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种表面贴装型高分子ESD保护元件的制造方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：一种表面贴装型高分子ESD保护元件，包括基板、高分子压敏材料、表面焊盘、由一条狭缝分割一块金属箔形成的两片电极，所述表面焊盘分别与两片电极相连接，所述金属箔上设有一个小孔，狭缝与所述小孔相交，所述高分子压敏材料位于所述小孔中且被密封在基板内部。

本发明中高分子压敏材料被完全密封在元件的内部，与空气隔离，因此耐候性得到提高，性能稳定，并且结构也很简单，易于加工制造。

优选地，所述金属箔分为上下两层，分别贴覆在一片复合树脂板的上下表面，所述复合树脂板上也设有小孔，复合树脂板上的小孔与金属箔上的小孔共同容纳所述高分子压敏材料。

优选地，所述基板分为上基板和下基板，所述金属箔和复合树脂板被夹在上下基板之间。

优选地，所述上基板和下基板都分为两层。

优选地，所述基板的两端都设有导电端头，所述导电端头同时连接上下表面焊盘和一片电极。

优选地，所述基板的两端各设有一个半圆孔，所述导电端头由设在半圆孔壁上的金属镀层构成。

优选地，所述表面焊盘由金属镀层构成。

优选地，所述金属镀层的内层为铜外层为锡，或内层为铜外层为镍，或内层为铜中间层为镍外层为金。

优选地，所述基板由高分子树脂制成。

为了解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案如下：一种表面贴装型高分子ESD保护元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将高分子聚合物，导电填料，绝缘填料和半导体填料按一定的比例混合而成高分子压敏材料浆料；

2)取一张单面或双面覆铜箔的复合树脂板，利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法，在铜箔上雕刻出电极的形状和电极间的狭缝，并将雕刻好的铜箔表面棕化处理；

3)按照排布在上述覆铜复合树脂板上打小孔，小孔的中心在狭缝内；

4)在小孔内填充步骤1)中制好的高分子压敏材料浆料，并固化；

5)在上述覆铜复合树脂板的上下面各盖一层半固化的复合树脂片，然后再在上述半固化复合树脂片外面各盖一层单面覆铜树脂板，铜面朝外，热压为复合板材；

6)在复合板材上按照一定的排布钻通孔或开窄槽，通孔或窄槽的位置对应元件的两端，然后将复合板材表面和通孔或窄槽的内表面镀铜，然后用蚀刻工艺除去复合板材表面非焊盘区域的铜层，然后在镀铜区域及通孔或窄槽内表面再电镀锡层，或者电镀镍层，也可以镀镍层后，再镀金或其他金属；

7)在表面没有金属层的部位印刷绝缘材料，可以是环氧树脂，聚酰胺，聚酯等，然后加热固化或光固化；

8)利用划片机进行切割，得到独立的最终产品，在切割过程中，上述通孔或窄槽被切割为两半，形成壳体两端的导电端头。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明保护元件第一种实施例的立体外观图。

图2是本发明保护元件第一种实施例的剖视图。

图3是图2的俯视图。

图4是电极部分的结构示意图。

图5是本发明第二种实施例的立体外观图。

图6是本发明的元件在制造过程中最后切割前的状态示意图。

具体实施方式

本发明保护元件的第一种实施例如图1、图2、图3、图4所示，它包括基板5、高分子压敏材料6、表面焊盘1和电极7，其中电极部分的结构如图4所，复合树脂板8的上下两面各贴覆一张铜箔，复合树脂板8的中央设有一个小孔10，狭缝9穿过小孔10正好将表面的铜箔分割为相互隔离的两半，形成两片电极7。高分子压敏材料6就填充在小孔10内，并与两片电极7相接触。基板5分为上基板和下基板，将金属箔电极7、复合树脂板8和高分子压敏材料6夹中间。上基板和下基板又各分为两层，均由高分子树脂与填充材料构成，也可以没有填充材料，高分子树脂有：酚醛树脂，环氧树脂，聚酰亚胺树脂，聚四氟乙烯树脂，双马来酰亚胺三嗪树脂，热固性聚苯醚类树脂，聚酯树脂等；填充材料有纸，玻璃纤维布，芳酰胺纤维非织布等。复合树脂板8也可以采用与基板5相同的材料，上述基板5、金属箔电极7和复合树脂板8压合为一体，从而将高分子压敏材料6密封在基板5的内部。

高分子压敏材料6由高分子聚合物、导电填料、绝缘填料和半导体填料混合而成，所述的高分子聚合物包括：有机硅树脂，环氧树脂等；所述的导电填料包括：各种金属粉末，比如镍粉，铜粉，铝粉，银粉，不锈钢粉等；也可以是其他导电粉末，比如炭黑，石墨，碳化钛等；以及他们的混合物；所述的半导体填料包括：氧化锌，碳化硅等；所述的绝缘填料包括二氧化硅，氧化铝，氧化钛，氢氧化铝，氢氧化镁，碳酸钙，高岭土等。

元件的两端各设有一个半圆孔3，半圆孔3的内壁上设有金属镀层，构成导电端头4，两片电极7分别与元件两端的导电端头4相连接，导电端头4又与元件上下表面的表面焊盘1相连接，从而使两端的表面焊盘1分别与两片电极7相连接导通。表面焊盘1也由金属镀层构成。表面焊盘1和导电端头4的金属镀层可以内层为铜外层为锡，或内层为铜外层为镍，或内层为铜中间层为镍外层为金。元件上下表面设有阻焊膜2，阻焊膜2可以由环氧树脂、聚酰胺、聚酯等高分子树脂材料构成，位于两端的表面焊盘1之间，可以起到绝缘的作用。

本发明的第二种实施例的外形如图5所示，它与第一种实施例的区别在于，元件的两端是平的没有半圆孔，其整个端面均设有金属镀层，形成直的导电端头4，导通上下表面焊盘1和电极7。

上述表面贴装型高分子ESD保护元件可以采用如下方法制造：

将高分子聚合物、导电填料、绝缘填料和半导体填料按比例混合，用机械搅拌机连续搅拌，得到高分子压敏材料浆料。

取一张双面覆铜环氧树脂板(铜箔厚度0.018mm，树脂板厚度0.10mm)，利用蚀刻方法，在铜箔上雕刻出电极的形状，其中包括一条宽度0.10mm的狭缝，并将刻蚀好的金属箔面棕化处理。然后按照一定的排布，利用数控钻床在上述覆铜板上钻孔，孔径0.20mm，孔的圆心在狭缝中间。然后在孔内印刷前面制好的高分子压敏材料浆料，使其充满孔，并加热固化。

在上述印好高分子压敏材料的环氧树脂板上下各盖一层复合树脂板的半固化片，厚度0.05mm，然后再在上述半固化片外面各盖一层单面覆铜树脂板(铜箔厚度0.018mm，树脂板厚度0.10mm)，铜面朝外，热压复合。

将上面得到的复合板材按照一定的排布，0.3mm孔径钻通孔，然后将打孔后的复合板材表面和圆孔内表面利用化学方法镀铜(镀层厚度0.01mm)，然后用蚀刻工艺除去两焊盘区之间的铜层，蚀刻前保护非蚀刻区，经过曝光、显影，形成正相图像，蚀刻完后退除保护层。然后，在镀铜区域及孔内表面再电镀锡层(镀层厚度0.02mm)。

在表面没有金属层的部位印刷环氧树脂绿油，加热100℃固化1小时，形成阻焊膜。此时的复合板材如图6所示，最后，利用划片机按照图6中的切割线11进行切割，得到带有半圆端孔的0402型最终产品。

如果制造没有半圆端孔的产品，只要将上述方法中钻0.3mm通孔的工序改为开一条窄槽，然后在复合板材表面和窄槽内表面利用化学方法镀铜即可，其余步骤都相同。最后切割时，一条切割线通过窄槽，将窄槽切分为两半，即形成直型导电端头的产品。

Claims (10)

1.一种表面贴装型高分子ESD保护元件，包括基板(5)、高分子压敏材料(6)、表面焊盘(1)、由一条狭缝(9)分割一块金属箔形成的两片电极(7)，所述表面焊盘(1)分别与两片电极(7)相连接，其特征是：所述金属箔上设有一个小孔(10)，狭缝(9)与所述小孔(10)相交，所述高分子压敏材料(5)位于所述小孔(10)中且被密封在基板(5)内部。

2.根据权利要求1所述的表面贴装型高分子ESD保护元件，其特征是：所述金属箔分为上下两层，分别贴覆在一片复合树脂板(8)的上下表面，所述复合树脂板(8)上也设有小孔(10)，复合树脂板(8)上的小孔与金属箔上的小孔共同容纳所述高分子压敏材料(6)。

3.根据权利要求2所述的表面贴装型高分子ESD保护元件，其特征是：所述基板(5)分为上基板和下基板，所述金属箔和复合树脂板(8)被夹在上下基板之间。

4.根据权利要求3所述的表面贴装型高分子ESD保护元件，其特征是：所述上基板和下基板都分为两层。

5.根据权利要求1所述的表面贴装型高分子ESD保护元件，其特征是：所述基板(5)的两端都设有导电端头(4)，所述导电端头(4)同时连接上下表面焊盘(1)和一片电极(7)。

6.根据权利要求5所述的表面贴装型高分子ESD保护元件，其特征是：所述基板(5)的两端各设有一个半圆孔(3)，所述导电端头(4)由设在半圆孔壁上的金属镀层构成。

7.根据权利要求1所述的表面贴装型高分子ESD保护元件，其特征是：所述表面焊盘(1)由金属镀层构成。

8.根据权利要求6或7所述的表面贴装型高分子ESD保护元件，其特征是：所述金属镀层的内层为铜外层为锡，或内层为铜外层为镍，或内层为铜中间层为镍外层为金。

9.根据权利要求1所述的表面贴装型高分子ESD保护元件，其特征是：所述基板(5)由高分子树脂制成。

10.一种表面贴装型高分子ESD保护元件的制备方法，包括以下步骤：

1)将高分子聚合物，金属粉末或炭黑、石墨、碳化钛粉末，绝缘填料和半导体填料按一定的比例混合而成高分子压敏材料浆料；

2)取一张单面或双面覆铜箔的复合树脂板，利用蚀刻、激光切割或机械切割的方法，在铜箔上雕刻出电极的形状和电极间的狭缝，并将雕刻好的铜箔表面棕化处理；

3)按照排布在上述覆铜复合树脂板上打小孔，小孔的中心在狭缝内；

4)在小孔内填充步骤1)中制好的高分子压敏材料浆料，并固化；

5)在上述覆铜复合树脂板的上下面各盖一层半固化的复合树脂片，然后再在上述半固化复合树脂片外面各盖一层单面覆铜树脂板，铜面朝外，热压为复合板材；

6)在复合板材上按照一定的排布钻通孔或开窄槽，通孔或窄槽的位置对应元件的两端，然后将复合板材表面和通孔或窄槽的内表面镀铜，然后用蚀刻工艺除去复合板材表面非焊盘区域的铜层，然后在镀铜区域及通孔或窄槽内表面再电镀锡层，或者电镀镍层，也可以镀镍层后，再镀金或其他金属；

7)在表面没有金属层的部位印刷绝缘材料，所述绝缘材料为环氧树脂、聚酰胺、聚酯，然后加热固化或光固化；

8)利用划片机进行切割，得到独立的最终产品，在切割过程中，上述通孔或窄槽被切割为两半，形成壳体两端的导电端头。

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