CN102142430A - 一种贴片式高分子静电放电保护元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种贴片式高分子静电放电保护元件，内电极是在长度方向相对的两个内电极、在长度方向相互交错的两个内电极中的一种；芯材是填充在长度方向相对的两个内电极之间间隙的芯材、填充在长度方向相互交错的两个内电极之间间隙的芯材，以及填充在长度方向相对的两个内电极之间间隙中通孔的芯材的一种。制造方法依次有以下制备步骤：1)芯材浆料；2)下基板；3)内电极；4)芯材；5)上基板；6)切割芯片；7)端电极；8)电镀。可制造出尺寸小且有效电容非常小的贴片式ESD防护器件，足以满足高速信号传输设备的ESD防护要求，内电极和端电极的连接以及端电极的引出比较简单，易于制造。内电极之间的间隙可以根据设计的触发电压值相应调整。
Description
技术领域
本发明涉及静电放电(Electrostatic Discharge，缩略词为ESD)保护，特别是涉及一种贴片式高分子ESD保护元件及其制造方法。
背景技术
在信号传输端口HDMI、HDMI1.3、USB3.0、IEEE1394B、低电压差分讯号(Low-voltage differential signaling，缩略词为LVDS采用的ESD保护元件本身有一定的电容，其中压敏电阻、瞬态二极管(Transient Voltage Suppressor，缩略词为TVS)本身的电容无法降低至足够小，导致在高速信号传输线路中造成信号的衰减及失真。现有采用高分子压敏材料制造的ESD防护元件有效电容非常小，都是以无机陶瓷或者覆铜层压板作为上下基板，需要高端的切割设备，成本较高，且内外电极连接及外端电极引出方式较为复杂，难以制造。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种贴片式高分子静电放电保护元件。
本发明所要解决的另一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种贴片式高分子静电放电保护元件制造方法。
本发明的贴片式高分子静电放电保护元件技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种贴片式高分子静电放电保护元件，包括两个内电极、芯材、分别与两个内电极连接的两个端电极、分别在两个端电极表面的两个电镀层，以及覆盖在所述两个内电极、所述芯材外面起保护作用的下基板和上基板。
这种高分子贴片式静电放电保护元件的特点是：
所述两个内电极是所述在长度方向相对的两个内电极、所述在长度方向相互交错的两个内电极中的一种。
所述芯材是填充在所述在长度方向相对的两个内电极之间间隙的芯材、填充在所述在长度方向相互交错的两个内电极之间间隙的芯材，以及填充在所述在长度方向相对的两个内电极之间间隙中通孔的芯材的一种。
本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
如果是填充在所述在长度方向相对的两个内电极之间间隙的芯材和所述在长度方向相互交错的两个内电极之间间隙的芯材，其外面的所述下基板是有机硅树脂板和环氧树脂板中的一种，其外面的所述上基板是有机硅树脂板和环氧树脂板中的一种。
如果是在长度方向相对的两个内电极之间间隙中通孔的芯材，其外面的所述下基板是氧化铝陶瓷板和微晶玻璃板中的一种，其外面的所述上基板是有机硅树脂板和环氧树脂板中的一种。
所述芯材为复合材料，所述芯材浆料的组分及其质量百分比如下：
高分子聚合物20.0～40.0％；
导体粒子20.0～40.0％；
半导体粒子20.0～40.0％；
绝缘粒子0.5～10.0％。
所述高分子聚合物是环氧树脂、有机硅树脂中的一种或两种的组合。
所述导电粒子是镍粉、银粉、导电碳粉中的一种。
所述半导体粒子是碳化硅、氧化锌压敏电阻烧结粉、二氧化锡中的一种。
所述绝缘粒子是二氧化硅、三氧化二铝中的一种。
所述内电极是采用印刷方式将导电银浆印制在所述基板上，并在80～180℃温度下固化成型，内电极之间间隙宽度为50～500微米，通过调节间隙宽度改变触发电压值。所述导电银浆是低温固化导电银浆。
所述端电极是采用沾银方式制造端头，并在80～160℃温度下固化成型，然后先电镀镍层再电镀锡层，以便于贴片焊接。
本发明的贴片式高分子静电放电保护元件制造方法技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种贴片式高分子静电放电保护元件制造方法的特点是：
依次有以下步骤：
1)制备芯材浆料
将质量百分比为20.0～40.0％的高分子聚合物、质量百分比为20.0～40.0％的导体粒子、质量百分比为20.0～40.0％的半导体粒子及质量百分比为0.5～10.0％的绝缘粒子置于搅拌机中混合，再置于扎磨机混合；
2)制备下基板
采用划片切割机将有机硅树脂板、环氧树脂板、氧化铝陶瓷板、微晶玻璃板中的一种按照设计形状与尺寸切割，再将切割的板材置于固化装置中加热固化处理成下基板，所述加热温度为80～160℃，
或者，
采用划片切割机将氧化铝陶瓷板、微晶玻璃板中的一种按照设计形状与尺寸切割成下基板；
3)制备内电极
采用丝网印刷方式在所述下基板上按照设计图案印刷导电银浆，再置于固化装置中加热固化处理成内电极，所述加热温度为80～180℃；所述内电极间隙宽度50～500微米，根据设计的触发电压值相应调整；
4)制备芯材
采用丝网印刷方式在所述内电极间隙区域印刷芯材浆料，再置于固化装置中加热固化处理芯材，所述加热温度为80～160℃；
5)制备上基板
将有机硅树脂、环氧树脂中一种按照设计基板厚度均匀涂覆在所述下基板、所述内电极和所述芯材表面，再置于固化装置中加热固化处理成上基板，制得中间产品，所述中间产品的上基板与所述下基板、所述内电极和所述芯材连为致密整体，层间无狭缝，所述加热温度为80～160℃；
6)切割芯片
采用划片切割机将所述中间产品切割成独立芯片，所述内电极和所述芯材位于所述独立芯片正中间；
7)制备端电极
采用沾银方式在在所述芯片两端印刷导电银浆，再置于固化装置中加热固化处理成型为端电极，所述加热温度为80～160℃；
8)电镀
在所述端电极表面先电镀镍层再电镀锡层，制得最终成品。
本发明的贴片式高分子静电放电保护元件制造方法技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
在所述步骤8)后还包括外观检测、电性分选和编带。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
本发明基于高分子聚合物的固有介电常数非常小，掺入一定比例的导体、半导体及绝缘体无机粉粒制成芯材，可制造出尺寸小且有效电容非常小的贴片式ESD防护器件，足以满足高速信号传输设备的ESD防护要求，内电极和端电极的连接以及端电极的引出比较简单，易于制造。内电极之间的间隙可以根据设计的触发电压值相应调整。此外，所使用的内电极导电银浆便于电极图形设计，端电极导电银浆固化后与基材的附着以及与内电极的连接良好，且适合于电镀和采用表面贴装技术(surface mount technology，缩略词为SMT)。
附图说明
图1是本发明具体实施方式一的立体结构图；
图2是图1的部分解体结构图；
图3是图1的纵向剖视图；
图4是本发明具体实施方式二的纵向剖视图；
图5是本发明具体实施方式三的纵向剖视图；
图6是图5的部分解体结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。
具体实施方式一
一种如图1～3所示的贴片式高分子静电放电保护元件，包括上基板1、下基板6、芯材2、两个内电极3、两个端电极4及两个电镀层5。上基板1、下基板6、芯材2都属于高分子聚合物，且都包括固化剂。
两个内电极3是在长度方向相对的两个内电极，芯材2是填充在长度方向相对的两个内电极3之间间隙的芯材。上基板1是环氧树脂板，下基板6是氧化铝陶瓷板。
芯材2为复合材料，芯材浆料的组分及其质量百分比如下：
环氧树脂 35.0％；
银粉 25.0％；
碳化硅 35.0％；
三氧化二铝5.0％。
内电极3是采用印刷方式将导电银浆印制在基板上，并在160℃温度下固化成型，内电极3之间间隙宽度为50～500微米，通过调节间隙宽度改变触发电压值，导电银浆是日本昭荣公司出品的型号为N-2057的低温固化导电银浆。
端电极4是采用沾银方式制造端头，并在80℃温度下固化成型，然后先电镀镍层再电镀锡层，以便于贴片焊接。
本具体实施方式的贴片式高分子静电放电保护元件制造方法依次有以下步骤：
1)制备芯材浆料
将质量百分比为20.0～40.0％的高分子聚合物、质量百分比为20.0～40.0％的导体粒子、质量百分比为20.0～40.0％的半导体粒子及质量百分比为0.5～10.0％的绝缘粒子置于搅拌机中混合，再置于三滚扎磨机混合；
2)制备下基板
采用划片切割机将氧化铝陶瓷板按照设计形状与尺寸切割，再将切割的板材置于固化装置中加热固化处理成下基板6，加热温度为120℃；
3)制备内电极
采用丝网印刷方式在下基板6上按照设计图案印刷导电银浆，再置于固化装置中加热固化处理成内电极3，加热温度为160℃；内电极3间隙宽度50～500微米，根据设计的触发电压值相应调整；
4)制备芯材
采用丝网印刷方式在所述内电极3间隙区域印刷芯材浆料，再置于固化装置中加热固化处理芯材2，加热温度为120℃；
5)制备上基板
将环氧树脂按照设计基板厚度均匀涂覆在下基板、内电极和芯材表面，再置于固化装置中加热固化处理成上基板1，制得中间产品，中间产品的上基板1与下基板6、内电极3和芯材2连为致密整体，层间无狭缝，加热温度为120℃；
6)切割芯片
采用划片切割机将中间产品切割成独立芯片，内电极3和芯材2位于独立芯片正中间；
7)制备端电极
采用沾银方式在在芯片两端印刷导电银浆，再置于固化装置中加热固化处理成型为端电极4，加热温度为120℃；
8)电镀
在端电极4表面先电镀镍层再电镀锡层，制得最终成品。
在步骤8)后还包括外观检测、电性分选和编带。
本具体实施方式所制造的高分子ESD防护元件泄露电流小，响应时间短至1ns以内，箝位电压低至数十伏到数百伏，电容量小至0.25pF以内，且所承受的ESD脉冲冲击能力能够满足IEC6100-4-2标准，器件经受数千次的ESD脉冲冲击，仍然具有静电保护功能。
具体实施方式二
一种如图4所示的贴片式高分子静电放电保护元件，包括上基板1、下基板6、芯材2、两个内电极3、两个端电极4及两个电镀层5。
器件组成结构与具体实施方式一基本相同，其区别是：
两个内电极3是在长度方向相互交错的两个内电极，芯材2是填充在长度方向相互交错的两个内电极之间间隙的芯材。下基板1和下基板6是有机硅树脂板。
其制造方法与具体实施方式一基本相同，其区别是：
先制备一个内电极3，然后制备芯材2，再制备另一个内电极3。
芯材2为复合材料，芯材浆料的组分及其质量百分比如下：
有机硅树脂 25.0％；
导电碳粉 40.0％；
二氧化锡 30.0％；
二氧化硅 5.0％。
内电极3是采用印刷方式将导电银浆印制在基板上，并在160℃温度下固化成型，内电极3之间间隙宽度为50～500微米，通过调节间隙宽度改变触发电压值，导电银浆是日本昭荣公司出品的型号为N-2057的低温固化导电银浆。
端电极4是采用沾银方式制造端头，并在120℃温度下固化成型，然后先电镀镍层再电镀锡层，以便于贴片焊接。
具体实施方式三
一种如图5、6所示的贴片式高分子静电放电保护元件，包括上基板1、下基板6、芯材2、两个内电极3、两个端电极4及两个电镀层5。
器件组成结构与具体实施方式一基本相同，其区别是：
芯材2是填充在长度方向相对的两个内电极之间间隙中通孔的芯材。上基板1是环氧树脂板，下基板6是微晶玻璃板。
其制造方法与具体实施方式一基本相同，其区别是：
采用划片切割机将微晶玻璃板按照设计形状与尺寸切割成下基板6，并在下基板6上开孔，然后制备内电极3，制备芯材2时，芯材2填充于下基板6的空隙之中。
芯材2为复合材料，芯材浆料的组分及其质量百分比如下：
环氧树脂 25.0％；
有机硅树脂 10.0％；
镍粉 30.0％；
氧化锌压敏电阻烧结粉 30.0％；
二氧化硅 5.0％。
内电极3是采用印刷方式将导电银浆印制在基板上，并在160℃温度下固化成型，内电极3之间间隙宽度为50～500微米，通过调节间隙宽度改变触发电压值，导电银浆是日本昭荣公司出品的型号为N-2057的低温固化导电银浆。
端电极4是采用沾银方式制造端头，并在160℃温度下固化成型，然后先电镀镍层再电镀锡层，以便于贴片焊接。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (9)
1.一种贴片式高分子静电放电保护元件，包括两个内电极、芯材、分别与两个内电极连接的两个端电极、分别在两个端电极表面的两个电镀层，以及覆盖在所述两个内电极、所述芯材外面起保护作用的下基板和上基板，其特征在于：
所述两个内电极是所述在长度方向相对的两个内电极、所述在长度方向相互交错的两个内电极中的一种；
所述芯材是填充在所述在长度方向相对的两个内电极之间间隙的芯材、填充在所述在长度方向相互交错的两个内电极之间间隙的芯材，以及填充在所述在长度方向相对的两个内电极之间间隙中通孔的芯材的一种。
2.如权利要求1所述的贴片式高分子静电放电保护元件，其特征在于：
如果是填充在所述在长度方向相对的两个内电极之间间隙的芯材和所述在长度方向相互交错的两个内电极之间间隙的芯材，其外面的所述下基板是有机硅树脂板和环氧树脂板中的一种，其外面的所述上基板是有机硅树脂板和环氧树脂板中的一种；
如果是在长度方向相对的两个内电极之间间隙中通孔的芯材，其外面的所述下基板是氧化铝陶瓷板和微晶玻璃板中的一种，其外面的所述上基板是有机硅树脂板和环氧树脂板中的一种。
3.如权利要求1或2所述的贴片式高分子静电放电保护元件，其特征在于：
所述芯材为复合材料，所述芯材浆料的组分及其质量百分比如下：
高分子聚合物 20.0～40.0％；
导体粒子 20.0～40.0％；
半导体粒子 20.0～40.0％；
绝缘粒子 0.5～10.0％。
4.如权利要求3所述的贴片式高分子静电放电保护元件，其特征在于：
所述高分子聚合物是环氧树脂、有机硅树脂中的一种或两种的组合；
所述导电粒子是镍粉、银粉、导电碳粉中的一种；
所述半导体粒子是碳化硅、氧化锌压敏电阻烧结粉、二氧化锡中的一
所述绝缘粒子是二氧化硅、三氧化二铝中的一种。
5.如权利要求4所述的贴片式高分子静电放电保护元件，其特征在于：
所述内电极是采用印刷方式将导电银浆印制在所述基板上，并在80～180℃温度下固化成型，内电极之间间隙宽度为50～500微米，通过调节间隙宽度改变触发电压值。
6.如权利要求5所述的贴片式高分子静电放电保护元件，其特征在于：
所述内电极银浆是低温固化导电银浆。
7.如权利要求6所述的贴片式高分子静电放电保护元件，其特征在于：
所述端电极是采用沾银方式制造端头，并在80～160℃温度下固化成型，然后先电镀镍层再电镀锡层。
8.一种贴片式高分子静电放电保护元件制造方法，其特征在于：
依次有以下步骤：
1)制备芯材浆料
将质量百分比为20.0～40.0％的高分子聚合物、质量百分比为20.0～40.0％的导体粒子、质量百分比为20.0～40.0％的半导体粒子及质量百分比为0.5～10.0％的绝缘粒子置于搅拌机中混合，再置于扎磨机混合；
2)制备下基板
采用划片切割机将有机硅树脂板、环氧树脂板、氧化铝陶瓷板、微晶玻璃板中的一种按照设计形状与尺寸切割，再将切割的板材置于固化装置中加热固化处理成下基板，所述加热温度为80～160℃，
或者，
采用划片切割机将氧化铝陶瓷板、微晶玻璃板中的一种按照设计形状与尺寸切割成下基板；
3)制备内电极
采用丝网印刷方式在所述下基板上按照设计图案印刷导电银浆，再置于固化装置中加热固化处理成内电极，所述加热温度为80～180℃；所述内电极间隙宽度50～500微米，根据设计的触发电压值相应调整；
4)制备芯材
采用丝网印刷方式在所述内电极间隙区域印刷芯材浆料，再置于固化装置中加热固化处理芯材，所述加热温度为80～160℃；
5)制备上基板
将有机硅树脂、环氧树脂中一种按照设计基板厚度均匀涂覆在所述下基板、所述内电极和所述芯材表面，再置于固化装置中加热固化处理成上基板，制得中间产品，所述中间产品的上基板与所述下基板、所述内电极和所述芯材连为致密整体，层间无狭缝，所述加热温度为80～160℃；
6)切割芯片
采用划片切割机将所述中间产品切割成独立芯片，所述内电极和所述芯材位于所述独立芯片正中间；
7)制备端电极
采用沾银方式在在所述芯片两端印刷导电银浆，再置于固化装置中加热固化处理成型为端电极，所述加热温度为80～160℃；
8)电镀
在所述端电极表面先电镀镍层再电镀锡层，制得最终成品。
9.如权利要求8所述的贴片式高分子静电放电保护元件制造方法，其特征在于：
在所述步骤8)后还包括外观检测、电性分选和编带。
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