CN101221847B - 贴片式高分子基esd防护器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种贴片式高分子基ESD防护器件及其制造方法，所述ESD防护器件包括基板、内电极、芯材，端部设有端电极、外侧由包封材料包封，所述的内电极上开设有电极槽，内电极上根据设计图形涂覆有芯材浆料，且该芯材浆料填充于电极槽内。制造方法包括：在基板上的内电极上预先设计图形；在内电极上刻划电极槽；在预先设计的图形上印刷芯材浆料，固化芯材；印刷包封层浆料，固化包封层；划片，制成成品。优点是：采用铝粉作为导电粒子，粒径更小，半导体粒子和绝缘粒子均采用更小的粒径，可在较低高分子粘结剂条件下获得更高电阻，器件漏电流更小。更小的电极槽宽，可获得更低的转折电压，采用特殊的锯齿形电极槽可实现器件的多路保护。
Description
技术领域
本发明一种贴片式高分子基ESD防护器件及其制造方法，涉及一种高分子基静电放电抑制器，用于高频电路压敏元件静电防护。
技术背景
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，功能越来越强大，所采用的高端芯片对过电压极为敏感，但这类器件的耐受电压冲击的能力提升有限，这类设备的造价越来越高。
在使用过程中由于接触、离开、摩擦等极易产生静电荷积累，在特定条件下这些设备的I/O端口处极易发生静电放电(ESD)，受到静电放电的危害，轻则损伤器件，影响设备的使用，重则器件发生永久性损毁，设备报废。
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通过静电抑制器导入地面，从而把设备的对电压敏感的高端器件有效的保护起来。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，当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，而不影响高频电路信号的传输。
以介电性能很好的高分子基体为粘结剂，将导体离子，半导体离子及绝缘离子有效的粘结组合可制备一种高分子基ESD防护器件，由于采用的离子足够小，那么就能把这类器件的固有电容降致很低，通常为1pf以下，从而满足对高速数据传输设备的ESD防护。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。目前可以做到0402，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。器件能够根据不同的需要把静电脉冲钳位到数百伏至数十伏等不同的范围。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，器件经受数十至数千次的浪涌冲击，依然具有静电防护功能。
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、断路状态，当发生静电放电时，由于量子隧穿效应ESD防护器件在极短的时间内转变为低阻状态，把静电流导向地面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种贴片式高分子基ESD防护器件，器件具有电容低、能有效用作高频电路元器件的静电保护。
本发明又一所要解决的技术问题在于提供一种上述贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种贴片式高分子基ESD防护器件，包括基板、内电极、芯材，端部设有端电极、外侧由包封材料包封，其中，所述的内电极开设有电极槽，内电极上根据设计图形涂覆有芯材浆料，且该芯材浆料填充于电极槽内。
在上述方案的基础上，所述的内电极为十字型内电极，电极槽位于内电极的中部，为“>-<”型电极槽，采用这种特殊的锯齿形电极槽是本发明的一大特点，以此电极槽实现器件的多路循环保护，是同类产品中所尚未有过的。
在上述方案的基础上，所述的内电极为直线型内电极，电极槽位于内电极的中部，为一条直线型电极槽。
所述的电极槽槽宽为2～20密耳。
所述的芯材浆料中各组份含量按质量百分比(％)计为：
高分子粘合剂 30～50
导体粒子 40～60
半导体粒子 2～20
绝缘粒子 0.1～5。
其中，所述的高分子粘合剂为有机硅树酯、环氧树酯、橡胶中的一种或其组合。高分子粘合剂在芯材中的质量百分比具体可以是：30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50％，但不限于此。
所述的导体粒子为铝粉，粒径为0.1～30微米，也可以用镍粉、羰基镍、铝粉、银粉中的一种或其组合物，或铝粉与上述的组合物。导体粒子在芯材中的质量百分比具体可以是：40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60％，但不限于此；粒径具体可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1、2、3、5、8、10、15、20、25、30微米。
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，粒径为1～20微米。半导体粒子在芯材中的质量百分比具体可以是：2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20％，但不限于此；粒径具体可以是1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、5.5、6、7、8、10、12、15、18、20微米，或选用纳米级的粒子。
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，粒径为0.1～10微米。绝缘粒子在芯材中的质量百分比具体可以是：0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.5、2、3、4、5％，但不限于此；粒径具体可以是0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1、2、3、5、6、7、8、10微米，或选用纳米级的粒子。
芯材浆料中的功能填料包括高分子、金属及无机陶瓷复合材料，它们具有良好的压敏特性，是研究开发这类器件的重要步骤。
所述的基板为陶瓷基板，如Al2O3电子陶瓷，或环氧树脂基板。
针对上述贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法，其步骤包括：
第一步：在基板上的内电极上预先设计图形；
第二步：在内电极上刻划电极槽；
第三步：在预先设计的图形上印刷芯材浆料，固化芯材；
第四步：印刷包封层浆料，固化包封层；
第五步：划片，制成成品。
在上述方案的基础上，第三步中的芯材浆料制备包括在高速搅拌下将绝缘粒子，半导体粒子，导体粒子预混，干燥，得到混合粉末；再将得到的粉末在三辊机上与高分子粘结剂充分混匀。
本发明的有益效果是：
本发明采用铝粉作为导电粒子，粒径更小，半导体粒子和绝缘粒子粒径均采用粒径更小，可在添加较少高分子粘结剂条件下获得更高电阻，器件漏电流更小。采用新的开槽工艺可获得更小的电极间距，从而获得更低的转折电压，采用特殊的锯齿形电极槽可实现器件的多路保护。
附图说明
图1为本发明贴片式高分子基ESD防护器件的结构示意图。
图2为本发明贴片式高分子基ESD防护器件又一的结构示意图。
图3为本发明高分子基ESD防护器件芯材的微观形态示意图。
图4为本发明贴片式高分子基ESD防护器件的工艺流程图。
附图中标号说明
1-基板 2-芯材
3，3’-内电极 31，31’-电极槽
4-端电极 5-导体粒子
6-半导体粒子 7-高分子粘结剂
8-绝缘粒子 9-涂覆区域
具体实施方式
实施例1
请参阅图1为本发明贴片式高分子基ESD防护器件的结构示意图，图3为本发明高分子基ESD防护器件芯材的微观形态示意图，如图1，一种贴片式高分子基ESD防护器件，包括基板1、内电极3、芯材2，端部设有端电极4、外侧由包封材料包封，其中，所述的内电极3为铜电极，其上开设有电极槽31，内电极3上根据设计图形在涂覆区域9内涂覆有芯材浆料，且该芯材浆料填充于电极槽31内，固化后成为芯材2。
在上述方案的基础上，所述的内电极3为直线型内电极，电极槽31位于内电极3的中部，为一条直线型电极槽31，电极槽31槽宽为2～20密耳。
如图3，芯材浆料配方包括高分子粘合剂7，导体粒子5，半导体粒6，绝缘粒子8。
具体的，所述的芯材浆料中各组份含量按质量百分比％如表1所示：
表1
| 配方序号 | 成份配比(质量百分比wt％) | 电阻(欧姆) | 触发电压的典型值(伏特) | |||
| 铝粉 | 碳化硅 | 二氧化硅 | 环氧树脂 | |||
| 实施例1 | 52 | 5.8 | 0.2 | 42 | 3.5×109 | 230 |
| 实施例2 | 48.7 | 11.1 | 0.2 | 40 | 2×1010 | 260 |
| 实施例3 | 46.4 | 15.9 | 0.2 | 37.5 | 4×109 | 190 |
| 实施例4 | 45 | 18.8 | 0.2 | 36 | 4.1×109 | 140 |
| 实施例5 | 50 | 5.8 | 0.2 | 44 | 1.7×1010 | 150 |
| 实施例6 | 47.2 | 11.1 | 0.2 | 41.5 | 4.7×109 | 220 |
| 实施例7 | 44.6 | 15.9 | 0.2 | 39.3 | 3.8×1010 | 150 |
| 实施例8 | 43.1 | 18.8 | 0.2 | 37.9 | 3.2×1010 | 190 |
其中，所述的铝粉粒径为0.1～30微米；碳化硅粒径为1～20微米，或选用纳米级粒子；二氧化硅粒径为0.1～10微米，或选用纳米级的粒子。
所述的基板1为Al2O3陶瓷基板。
请参阅图4为本发明贴片式高分子基ESD防护器件的工艺流程图，针对上述贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法，其步骤包括：
第一步：在基板1上的内电极3上预先设计图形；
第二步：在内电极3上刻划电极槽31；
第三步：在预先设计的图形上印刷芯材浆料，固化芯材2；
第四步：印刷包封层浆料，固化包封层；
第五步：划片，制成成品。
在上述方案的基础上，第三步中的芯材浆料制备包括在高速搅拌下将绝缘粒子，半导体粒子，导体粒子预混，干燥，得到混合粉末；再将得到的粉末在三辊机上与高分子粘结剂充分混匀。
实施例2
其他均与实施例1相同，只是内电极和电极槽结构不同，请参阅图2为本发明贴片式高分子基ESD防护器件又一的结构示意图，一种贴片式高分子基ESD防护器件，包括基板1、内电极3’、芯材，端部设有端电极4，所述的内电极3’为十字型内电极3’，具有M、N、P、O四个区域，电极槽31’位于十字型内电极3’的中部，为一条“>-<”型电极槽31’，电极槽31’槽宽为2～20密耳。该特殊锯齿型的“>-<”型电极槽31’可实现内电极MN、MO、MP、NO、NP五路保护。
Claims (7)
1.一种贴片式高分子基ESD防护器件，包括基板、内电极、芯材，端部设有端电极、外侧由包封材料包封，其特征在于：所述的内电极上开设有电极槽，内电极上根据设计图形涂覆有芯材浆料，且该芯材浆料填充于电极槽内，其中，所述的内电极为十字型内电极，电极槽位于内电极的中部，为“＞-＜”型电极槽。
2.根据权利要求1所述的贴片式高分子基ESD防护器件，其特征在于：所述的电极槽槽宽为2～20密耳。
3.根据权利要求1所述的贴片式高分子基ESD防护器件，其特征在于：所述的芯材浆料中各组份含量按质量百分比％为：
4.根据权利要求3所述的贴片式高分子基ESD防护器件，其特征在于：
所述的高分子粘合剂为有机硅树酯、环氧树酯、橡胶中的一种或其组合；
所述的导体粒子为镍粉、羰基镍、铝粉、银粉中的一种或其组合物，粒径为0.1～30微米；
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，粒径为1～20微米，或选用纳米级粒子；
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，粒径为0.1～10微米，或选用纳米级的粒子。
5.根据权利要求1所述的贴片式高分子基ESD防护器件，其特征在于：所述的基板为陶瓷基板或环氧树脂基板。
6.针对权利要求1所述的贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法，其步骤包括：
第一步：在基板上的内电极上预先设计图形；
第二步：在内电极上刻划电极槽；
第三步：在预先设计的图形上印刷芯材浆料，固化芯材；
第四步：印刷包封层浆料，固化包封层；
第五步：划片，制成成品。
7.根据权利要求6所述的贴片式高分子基ESD防护器件的制造方法，第三步中的芯材浆料制备包括在高速搅拌下将绝缘粒子，半导体粒子，导体粒子预混，干燥，得到混合粉末；再将得到的粉末在三辊机上与高分子粘结剂充分混匀。
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