CN103680784A - 过电压保护元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种过电压保护元件，包括绝缘基板、第一电极以及第二电极。绝缘基板具有彼此相对的第一表面与第二表面以及至少一通孔。通孔连接第一表面与第二表面。第一电极配置于绝缘基板的第一表面上。第二电极配置于绝缘基板的第二表面上。第一电极与第二电极之间具有垂直间隙。

Description

过电压保护元件

技术领域

本发明是有关于一种过电压保护元件，且特别是有关于一种垂直间隙式过电压保护元件。

背景技术

电子产品在实际使用上，常因静电放电（electrostatic discharge，ESD）而造成元件损害。一般而言，在静电放电发生时，静电放电的电压要比平常的电源高且静电放电电流很可能烧毁元件。因此为了隔绝静电放电电流，静电保护措施将必需被放置在电路中。

现有常用的抑制静电保护元件是将第一电极与第二电极制作于绝缘基板的同一表面上，其中第一电极与第二电极之间具有水平间隙。然而，由于现有是在绝缘基板的同一表面上配置第一电极与第二电极，因此所需要的布局面积有一定限制，无法任意缩小。再者，现有的绝缘基板的厚度或高度大致在0.5毫米，且抑制静电保护元件也仅有一路的过电压保护。因此，现有的抑制静电保护元件的设计，无法符合现今轻、薄、短、小的需求。

发明内容

本发明提供一种过电压保护元件，可有效提供过电压保护。

本发明提出一种过电压保护元件，其包括绝缘基板、第一电极以及第二电极。绝缘基板具有彼此相对的第一表面与第二表面以及至少一通孔。通孔连接第一表面与第二表面。第一电极配置于绝缘基板的第一表面上。第二电极配置于绝缘基板的第二表面上。第一电极与第二电极之间具有垂直间隙。

在本发明的一实施例中，上述绝缘基板包括单层绝缘基板或多层复合材料绝缘基板。

在本发明的一实施例中，上述绝缘基板的材质包括含玻纤材质的玻璃环氧基树脂（FR-4、FR-5）、环氧树脂、玻纤、聚酰亚胺（polyimide,PI）、双马来酰亚胺-三氮杂苯（Bismaleimide triazine,BT）树脂、陶瓷材料、高分子材料、玻璃、3级复合环氧材料（Composite Epoxy Material Grade-3,CEM-3）、1级复合环氧材料（Composite Epoxy Material Grade-1,CEM-1）中的任一或其组合。

在本发明的一实施例中，上述绝缘基板的厚度介于0.005毫米至0.5毫米之间。

在本发明的一实施例中，上述第一电极的材质与第二电极的材质包括铜、锡、铅、铁、镍、铝、钛、铂、钨、锌、铱、钴、钯、银、金、白金、羰基铁、羰基镍、羰基钴中的任一或其组合。

在本发明的一实施例中，上述第一电极与第二电极至少其中之一延伸覆盖通孔的一端。

在本发明的一实施例中，上述第二电极还延伸至通孔内且填满部分通孔，而垂直间隙小于绝缘基板的厚度。

在本发明的一实施例中，上述垂直间隙介于0.001毫米至0.49毫米之间。

在本发明的一实施例中，上述过电压保护元件还包括保护层。保护层配置于绝缘基板的第一电极上，其中保护层至少覆盖部分第一电极、通孔的另一端及/或部分的第一表面。

在本发明的一实施例中，上述过电压保护元件，还包括第一保护层以及第二保护层。第一保护层配置于绝缘基板的第一电极上，其中第一保护层至少覆盖部分第一电极、通孔的一端及/或部分的第一表面。第二保护层配置于绝缘基板的第二电极上，其中第二保护层至少覆盖部分第二电极、通孔的另一端及/或部分的第二表面。

在本发明的一实施例中，上述过电压保护元件还包括可变阻抗材料。可变阻抗材料填充于通孔内，其中第一电极与第二电极通过可变阻抗材料电性连接，且可变阻抗材料的电阻会随着第一电极与第二电极之间的电压差而改变。

在本发明的一实施例中，上述可变阻抗材料至少是由金属粉末、导电碳化物粉末、抑制沉降材料以及绝缘粘结物所组成，金属粉末的外表面与导电碳化物粉末的外表面皆被绝缘层所包覆。

在本发明的一实施例中，上述至少一通孔包括第一通孔以及至少一第二通孔。第二电极包括至少一第一分支电极部以及第二分支电极部。过电压保护元件还包括导电材料。可变阻抗材料填充于第二通孔内，且第二电极的第一分支电极部覆盖第二通孔的一端。导电材料配置于第一通孔的内壁上，且连接第一电极与第二电极的第二分支电极部。

在本发明的一实施例中，上述至少一第二通孔包括多个第二通孔，第一通孔位于绝缘基板的中心位置，而第二通孔呈等间距排列于第一通孔的相对两侧。第一电极具有多个分支电极部，分支电极部分别环绕第一通孔与第二通孔的周围且彼此相连接，而第二电极的至少一第一分支电极部为多个第一分支电极部。第二电极的第一分支电极部与第二分支电极部分别由第二通孔与第一通孔的周围延伸至绝缘基板的相对两侧边且彼此不相连。

在本发明的一实施例中，上述过电压保护元件还包括第一外部电极、第二外部电极以及绝缘层。第一外部电极配置于第二电极的第一分支电极部上。第二外部电极配置于第二电极的第二分支电极部上。绝缘层配置于绝缘基板的第一表面上，且覆盖绝缘基板的第一表面、可变阻抗材料与第一电极，且绝缘层填满第一通孔。

在本发明的一实施例中，上述至少一通孔包括至少一第一通孔以及至少一第二通孔。过电压保护元件还包括导电材料。可变阻抗材料填充于第二通孔内，且第二电极延伸覆盖第二通孔的一端。导电材料配置于第一通孔的内壁上且电性连接第一电极。

在本发明的一实施例中，上述过电压保护元件，还包括第一绝缘层、第二绝缘层、第一外部电极以及第二外部电极。第一绝缘层配置于绝缘基板的第一表面上，且覆盖绝缘基板的第一表面、可变阻抗材料与第一电极，且第一绝缘层填满第一通孔。第二绝缘层配置于绝缘基板的第二表面上，且覆盖绝缘基板的第二表面与第二电极。第一通孔贯穿第二绝缘层，且第二绝缘层具有开口，开口暴露出第二电极。第一外部电极配置于第二绝缘层上，且通过开口与第二电极电性连接。第二外部电极配置于第二绝缘层上，环绕第一通孔的周围且电性连接导电材料。

在本发明的一实施例中，上述过电压保护元件还包括第一绝缘层、第二绝缘层、第一外部电极以及第二外部电极。第一绝缘层配置于绝缘基板的第一表面上，且覆盖绝缘基板的第一表面、可变阻抗材料以及第一电极。第二绝缘层配置于绝缘基板的第二表面上，且覆盖绝缘基板的第二表面以及第二电极。第一外部电极至少包覆第一绝缘层、第一电极、绝缘基板以及第二绝缘层的一侧。第二外部电极至少包覆第一绝缘层、第二电极、绝缘基板以及第二绝缘层的另一侧。

在本发明的一实施例中，上述第一电极与第二电极至少其中之一延伸环绕通孔的周围且覆盖通孔的部分内壁。

在本发明的一实施例中，上述第一电极延伸环绕通孔的周围且覆盖通孔的部分内壁，而第二电极还延伸至通孔内且填充部分通孔。

在本发明的一实施例中，上述绝缘基板具有中央区域以及环绕中央区域的周边区域。通孔位于中央区域。第一电极具有多个分支电极部。分支电极部由通孔的周围延伸至绝缘基板的边缘。

在本发明的一实施例中，上述至少一通孔包括多个通孔。第一电极具有多个第一分支电极部，且第一分支电极部分别由通孔的周围延伸至绝缘基板的边缘。第二电极具有多个第二分支电极部，且第二分支电极部分别由通孔的周围延伸至与第一支分电极部相对的另一个边缘或延伸至第一分支电极部与第二分支电极部在第一表面正投影不重叠的绝缘基板的边缘。

在本发明的一实施例中，上述过电压保护元件还包括次绝缘基板、粘着层、导电材料、第一外部电极以及第二外部电极。次绝缘基板配置于绝缘基板上，且具有第一次通孔以及第二次通孔，其中绝缘基板的至少一通孔包括第一通孔与第二通孔，第一次通孔连通第一通孔，而第二电极覆盖第二通孔的一端。粘着层配置于绝缘基板与次绝缘基板之间，且包围第二电极的周围，其中次绝缘基板通过粘着层而固定于绝缘基板上。导电材料配置于第一通孔与第一次通孔内。第一外部电极配置于第二次通孔的一端，其中第二电极、第二次通孔与第一外部电极构成空气腔室。第二外部电极环绕于第一次通孔的一端设置，其中导电材料电性连接第一电极与第二外部电极。

基于上述，由于本发明的过电压保护元件的第一电极与第二电极之间具有垂直间隙，因此第一电极与第二电极的设计除了可通过空气放电原理来达到过电压保护的功效，还可调整垂直间隙的设计来控制触发电压（triggervoltage）与钳制电压（clamping voltage）的高低，而有效达到不同过电压保护的需求外，也可使本发明的过电压保护元件符合现今之轻、薄、短、小的发展趋势。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A为本发明一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图；

图1B(a)与图1B(b)分别为图1A一实施例的过电压保护元件的仰视图与俯视图；

图1C(a)与图1C(b)分别为图1A另一实施例的过电压保护元件的仰视图与俯视图；

图1D(a)与图1D(b)分别为图1A另一实施例的过电压保护元件的仰视图与俯视图；

图2为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图；

图3A至3D为本发明多个实施例的过电压保护元件的剖面示意图；

图4A为本发明另一实施例之一种过电压保护元件的剖面示意图；

图4B为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图；

图5为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图；

图6A与图6B分别为本发明一实施例的一种过电压保护元件的仰视图与俯视图；

图7A与图7B分别为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的仰视图与俯视图；

图8A为本发明一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图；

图8B(a)与图8B(b)分别为图8A的过电压保护元件的仰视图与俯视图；

图9A与图9B分别为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的仰视图与俯视图；

图10为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图；

图11为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图；

图12A为本发明一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图；

图12B(a)与图12B(b)分别为图12A的过电压保护元件的仰视图与俯视图；

图13为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图；

图14为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图；

图15为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图；

图16为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。

附图标记说明：

100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i、100j、100k、100m、100n、100p、100q、100r、100s、100t、100u、100v：过电压保护元件；

110a、110j、110k、110m、110n、110r、110t1：绝缘基板；

110t2：次绝缘基板；

112、112m、112t1：第一表面；

114、114j、114m、114t1、114t2：第二表面；

116a、116b、116c、116j、116k：通孔；

117m、117n、117r、117t1：第一通孔；

117t2：第一次通孔；

118j、118k：缺口；

119m、119n、119r、119t1：第二通孔；

119t2：第二次通孔；

120a、120b、120e、120f、120g、120j、120k、120m、120n、120r、120t、120u：第一电极；

122j、122k、122n、122r：第一电极具有的第一分支电极部；

130a、130b、130c、130d、130e、130f、130j、130k、130m、130n、130q、130r、130t、130v：第二电极；

132m：第二电极具有的第一分支电极部；

132k、134m、132n、132r：第二电极具有的第二分支电极部；

140：保护层；

140a：第一保护层；

140b：第二保护层；

150：可变阻抗材料；

160：导电材料；

170a、170c、170e、170g：第一外部电极；

170b、170d、170f、170h：第二外部电极；

180：绝缘层；

180a：第一绝缘层；

180b：第二绝缘层；

182：开口；

190：粘着层；

C：中央区域；

G1、G2、G3：垂直间隙；

P：周边区域；

T：绝缘基板的厚度；

S：空气腔室。

具体实施方式

图1A为本发明一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。图1B(a)与图1B(b)分别为图1A一实施例的过电压保护元件的仰视图与俯视图。请同时参考图1A、1B(a)与图1B(b)，本实施例的过电压保护元件100a包括绝缘基板110a、第一电极120a以及第二电极130a。

详细来说，绝缘基板110a具有彼此相对的第一表面112与第二表面114以及至少一通孔116a（于此仅示意地画出一个）。通孔116a连接第一表面112与第二表面114。第一电极120a配置于绝缘基板110a的第一表面112上。第二电极130a配置于绝缘基板110a的第二表面114上。第一电极120a与第二电极130a之间具有垂直间隙G1。需说明的是，在此所述的垂直间隙G1为第一电极120a与第二电极130a之间的最短距离。

更具体来说，本实施例的绝缘基板110a的轮廓例如是矩形，而通孔116a的轮廓例如是圆形，并不以此为限。此处，绝缘基板110a可例如是单层绝缘基板或多层复合材料绝缘基板，并不以此为限。绝缘基板110a的材质例如是含玻纤材质的玻璃环氧基树脂（FR-4、FR-5）、环氧树脂、玻纤、聚酰亚胺（polyimide,PI）、双马来酰亚胺-三氮杂苯（Bismaleimide triazine,BT）树脂、陶瓷材料、高分子材料、玻璃、3级复合环氧材料（Composite Epoxy MaterialGrade-3,CEM-3）、1级复合环氧材料（Composite Epoxy Material Grade-1,CEM-1）中的任一或其组合。此外，本实施例的绝缘基板110a的厚度T可以是介于0.005毫米（mm）至0.5毫米（mm）之间。通孔116a可通过机械钻孔、激光钻孔、使用计算机数字控制(Computer Numerical Control,CNC)加工技术或模冲成型等方式来形成。

再者，本实施例的第一电极120a覆盖绝缘基板110a的部分第一表面112，而第二电极130a覆盖绝缘基板110a的部分第二表面114，其中第二电极130a延伸覆盖通孔116a的一端，而使通孔116仅有一开放端。此时，第一电极120a在绝缘基板110a的第一表面112上的正投影部分重叠于第二电极130a在绝缘基板110a的第一表面112上的正投影。此处，第一电极120a的材质与第二电极130a的材质可以是铜、锡、铅、铁、镍、铝、钛、铂、钨、锌、铱、钴、钯、银、金、白金、羰基铁、羰基镍、羰基钴中的任一或其组合。特别的，垂直间隙G1实质上等于绝缘基板110a的厚度T。

由于本实施例的通孔116a内并未填入任何材料，而仅有空气存在，因此可视为空气通道。由于本实施例的第一电极120a与第二电极130a分别配置于绝缘基板110a的第一表面112与第二表面114上，且第一电极120a与第二电极130a之间具有垂直间隙G1，而通孔116a可视为空气通道。因此，本实施例设计可通过第一电极120a与第二电极130a之间垂直间隙G1中的空气放电特性，达到过电压保护的功能。另，于其他未示出的实施例中，亦可调整绝缘基板110a的厚度T，以设计出不同垂直间隙的距离，达到改变控制触发电压（trigger voltage）与钳制电压（clamping voltage）的高低，使本实施例的过电压保护元件100a能符合市场上不同过电压保护需求的应用。除此之外，亦可有效改善现有在绝缘基板的上表面同时配置第一电极与第二电极而导致所需较大布局空间的问题。简言之，本实施例的过电压保护元件100a可具有较小的体积，以符合现今追求轻、薄、短、小的发展趋势。

值得一提的是，本实施例并不限制通孔116a的轮廓、位置及结构型态，虽然此处所提及的通孔116a的轮廓具体化为圆形，且通孔116a仅配置于绝缘基板110a的中心位置。但在其他实施例中，请同时参图1C(a)与图1C(b)，通孔116b的轮廓也可为矩形，如长方形；或者是，请同时参图1D(a)与图1D(b)，通孔116c的轮廓也可为矩形，且通孔116c由绝缘基板110a的中心位置延伸至相对两侧边，上述仍属于本发明可采用的技术方案，不脱离本发明所欲保护的范围。

在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。

图2为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。请同时参考图1A与图2，本实施例的过电压保护元件100b与图1A的过电压保护元件100a相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的第二电极130b还延伸至通孔116a内且填充部分通孔116a，其中垂直间隙G2小于绝缘基板110a的厚度T。此处的第二电极130b覆盖绝缘基板110a的部分第二表面114且填充部分通孔116a，其中第二电极130b并未完全填满通孔116a，且第二电极130b例如是通过电镀的方式而填充于部分通孔116a内，但并不以此方法为限。较佳地，垂直间隙G2例如是介于0.001毫米（mm）至0.49毫米（mm）之间。再者，如图2所示，第一电极120b也可延伸至通孔116a的上方。当然，于其他未示出的实施例中，第一电极120b也可延伸至通孔116a内，此处并不加以限制。

由于本实施例的第二电极130b还延伸配置于通孔116a内，且填充部分通孔116a，因此可通过第二电极130b的配置方式来控制垂直间隙G2的大小，以控制触发电压（trigger voltage）与钳制电压（clamping voltage）的高低，可有效防止过电压，而使过电压保护元件100b达成其功效。

需说明的是，本发明并不限定第一电极120a与第二电极130a、130b的配置方式。图3A至3D为本发明多个实施例的过电压保护元件的剖面示意图。请参考图3A，过电压保护元件100c的第一电极120a在绝缘基板110a的第一表面112上的正投影不重叠于第二电极130c在绝缘基板110a的第一表面112上的正投影；或者，请参考图3B，过电压保护元件100d的第一电极120a在绝缘基板110a的第一表面112上的正投影部分重叠于第二电极130d在绝缘基板110a的第一表面112上的正投影，且第二电极130d未覆盖通孔116a且延伸配置于通孔116a一端的周围；或者是，请参考图3C，过电压保护元件100e的第一电极120e在绝缘基板110a的第一表面112上的正投影部分重叠于第二电极130e在绝缘基板110a的第一表面112上的正投影，且第一电极120e未覆盖通孔116a且延伸配置于通孔116a另一端的周围；或者，请参考图3D，过电压保护元件100f的第一电极120f在绝缘基板110a的第一表面112上的正投影部分重叠于第二电极130f在绝缘基板110a的第一表面112上的正投影，且第一电极120f与第二电极130f皆未覆盖通孔116a且延伸配置于通孔116a相对两端的周围。上述第一电极120a、120e、120f与第二电极130c、130d、130e、130f的配置方式皆属于本发明可采用的技术方案，不脱离本发明所欲保护的范围。

图4A为本发明另一实施例一种过电压保护元件的剖面示意图。请同时参考图4A与图1A，本实施例的过电压保护元件100g与图1A的过电压保护元件100a相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的第一电极120g还延伸环绕至通孔116a的周围，且过电压保护元件100g还包括保护层140。保护层140配置于绝缘基板110a的第一表面112上以及第一电极120g上，其中保护层140至少覆盖部分第一电极120a以及通孔116a的另一端。保护层140、第一电极120g、第二电极130a与通孔116a构成密闭的空气腔室。

需说明的是，此保护层140的功能在于封闭通孔116a的另一端，目的是为了将第一电极120g、第二电极130a与通孔116a构成密闭的气体腔室。在本实施例中并未填充任何物质或气体于此气体腔室内，所以自然存在的是空气。当然，也可填充惰性气体，如氦、氖、氩、氪等，可降低第一电极120g与第二电极130a尖端放电时所造成电极的损坏。因此，保护层140也可仅配置在第一电极120g上且覆盖通孔116a的另一端，此仍属于本发明可采用的技术方案，不脱离本发明所欲保护的范围。

图4B为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。请同时参考图4B与图3D，本实施例的过电压保护元件100h与图3D的过电压保护元件100f相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的过电压保护元件100h还包括第一保护层140a以及第二保护层140b。第一保护层140a配置于绝缘基板110a的第一表面112上以及第一电极120f上，其中第一保护层140a至少覆盖部分第一电极120f以及通孔116a的另一端。第二保护层140b配置于绝缘基板110a的第二表面114上以及第二电极130f上，其中第二保护层140b至少覆盖部分第二电极130f以及通孔116a的一端。第一保护层140a、第二保护层140b与通孔116a构成密闭的空气腔室。

图5为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。请同时参考图5与图1A，本实施例的过电压保护元件100i与图1A的过电压保护元件100a相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的过电压保护元件100i还包括可变阻抗材料150。可变阻抗材料150填充于通孔116a内，其中可变阻抗材料150完全填满通孔116a且延伸至绝缘基板110a的部分第一表面112与部分第一电极120a上。特别是，第一电极120a与第二电极130a可通过可变阻抗材料150电性连接，且可变阻抗材料150的电阻可随着第一电极120a与第二电极130a之间的电压差而改变。也就是说，当过电压（即超过触发电压）的情况发生时，可变阻抗材料150可由高阻抗转变为低阻抗，此时电流可由第一电极120a（或第二电极130a）经过可变阻抗材料150而到达第二电极130a（或第一电极120a）。故，电压可维持在一特定值下，而使过电压保护元件100i达到其功效。

需说明的是，此处的可变阻抗材料150至少是由金属粉末（未示出）、导电碳化物（conductive carbide）粉末（未示出）、抑制沉降材料（未示出）以及绝缘粘结物（未示出）所组成，其中金属粉末所占的重量百分比例如是50%至74%，导电碳化物粉末所占的重量百分比例如是1%至29%，而抑制沉降材料所占的重量百分比例如是0.1%至5%，且绝缘粘结物所占的重量百分比例如是16%至21%。较佳的实施例中，金属粉末的外表面与导电碳化物粉末的外表面都有绝缘层（未示出），其中导电碳化物粉末可经由高温氧化制程产生一层绝缘氧化层于导电碳化物的外表面。金属粉末中较佳的选择如羰基镍（carbonyl nickel）或羰基铁（carbonyl iron）等粉末。导电碳化物粉末较佳的选择如碳化钛（titanium carbide）、碳化钽（tantalum carbide）或碳化钨（tungsten carbide）等。

图6A与图6B分别为本发明一实施例的一种过电压保护元件的仰视图与俯视图。请同时参考图5、图6A与图6B，本实施例的过电压保护元件100j与图5的过电压保护元件100i相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的过电压保护元件100j的绝缘基板110j具有中央区域C、环绕中央区域C的周边区域P以及多个位于周边区域的缺口118j（仅示意性地示出六个）。也就是说，本实施例的绝缘基板110j的轮廓为具有缺口118j的矩形。特别是，通孔116j位于中央区域C，且第二电极130j覆盖通孔116j的一端。第一电极120j具有多个第一分支电极部122j，其中第一分支电极部122j由通孔116j的周围延伸至位于周边区域P的缺口118j。如此一来，缺口118j的侧边可制作一端电极（未示出）包覆部分第一电极120j的第一分支电极部122j与部分第二表面114j。

需说明的是，虽然此处所提及的通孔116j中填充有可变阻抗材料150。但，于其他未示出的实施例中，通孔内也可仅充有空气，即为空气通道。此外，于其他未示出的实施例中，第一电极与第二电极的结构设计也可置换。上述结构设计仍属于本发明可采用的技术方案，不脱离本发明所欲保护的范围。

图7A与图7B分别为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的仰视图与俯视图。请同时参考图6A、图6B、图7A与图7B，本实施例的过电压保护元件100k与前述的过电压保护元件100j相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的过电压保护元件100k的绝缘基板110k的周边具有多个缺口118k（仅示意地示出六个），且绝缘基板110k具有多个通孔116k（仅示意地示出三个）。第一电极120k具有多个第一分支电极部122k，且第一分支电极122k分别由通孔116k的周围延伸至缺口118k的一部分，例如是绝缘基板110k上侧的三个缺口118k。第二电极130k具有多个第二分支电极部132k，且第二分支电极部132k分别由通孔116k的周围延伸至缺口118k的另一部分，例如是绝缘基板110k下侧的三个缺口118k。如此一来，第一分支电极部122k与第二分支电极部132k分别从通孔116k延伸至缺口118k，可视为一种端电极。

需说明的是，虽然此处所提及的通孔116k中填充有可变阻抗材料150。但，于其他未示出的实施例中，通孔内也可仅充有空气，即为空气通道，上述结构设计仍属于本发明可采用的技术方案，不脱离本发明所欲保护的范围。

图8A示出本发明一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。图8B(a)与图8B(b)分别示出图8A的过电压保护元件的仰视图与俯视图。请同时参考图6A、图6B、图8A、图8B(a)与图8B(b)，本实施例的过电压保护元件100m与前述的过电压保护元件100j相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的绝缘基板100m没有缺口，且绝缘基板100m具有至少一第一通孔117m（仅示意地示出一个）以及至少一第二通孔119m（仅示意地示出一个）。第二电极130m包括至少一第一分支电极部132m以及第二分支电极部134m。过电压保护元件100m还包括导电材料160。可变阻抗材料150填充于第二通孔119m内，且第二电极130m的第一分支电极部132m覆盖第二通孔119m的一端。导电材料160配置于第一通孔117m的内壁上且延伸并连接第一电极120m与第二电极130m的第二分支电极部134m。换言之，第一电极120m通过可变阻抗材料150以及导电材料160与第二电极130m的第一分支电极部132m以及第二分支电极部134m电性连接。

此外，第二电极130m的第一分支电极部132m以及第二分支电极部134m也可视为端电极，且所有端电极可以是由一层或多层的导电层所组成，其中导电层的材质包括铜、镍、锡、铅、铋、锌、铝、锑、铟、银、金等单一金属或上述组合的合金。需说明的是，虽然此处所提及的第二通孔119m中填充有可变阻抗材料150。但，于其他未示出的实施例中，第二通孔119m内也可仅充有空气，即为空气通道，上述结构设计仍属于本发明可采用的技术方案，不脱离本发明所欲保护的范围。

图9A与图9B分别为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的仰视图与俯视图。请同时参考图9A、图9B、图8B(a)与图8B(b)，本实施例的过电压保护元件100n与前述的过电压保护元件100m相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的绝缘基板110n具有多个第一通孔117n（仅示意地示出六个）以及第二通孔119n。第一通孔117n环绕第二通孔119n设计，且导电材料160配置于第一通孔117n的内壁，而可变阻抗材料150配置于第二通孔119n内。第一电极120n具有多个第一分支电极部122n，其中第一分支电极部122n由第二通孔119n的周围呈放射状往绝缘基板110n的周边延伸且环绕第一通孔117n的另一端的周围。第二电极130n具有多个第二分支电极部132n，其中一个第二分支电极部132n覆盖第二通孔119n的一端，而其他的第二分支电极部132n环绕第一通孔117n的一端的周围。所有的第二分支电极部132n也可视为端电极。需说明的是，本实施例并不限制第一通孔117n的位置与第二通孔119n的位置，于其他未示出的实施例中，也可视实际需求而任意调整第一通孔117n与第二通孔119n的位置。

图10为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。请同时参考图10与图8A，本实施例的过电压保护元件100p与前述的过电压保护元件100m相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的过电压保护元件100p还包括第一外部电极170a、第二外部电极170b以及绝缘层180。第一外部电极170a配置于第二电极130m的第一分支电极部132m上。第二外部电极170b配置于第二电极130m的第二分支电极部134m上。绝缘层180配置于绝缘基板100m的第一表面112m上，且覆盖绝缘基板100m的第一表面112m、可变阻抗材料150与第一电极120m，且绝缘层180填满第一通孔117m。此处，第一外部电极170a与第二外部电极170b可分别为一层或多层的导电层，其中导电层的材质例如是铜、镍、锡、铅、铋、锌、铝、锑、铟、银、金等单一金属或上述组合的合金。

图11为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。请同时参考图11与图8A，本实施例的过电压保护元件100q与前述的过电压保护元件100m相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的过电压保护元件100q的第二电极130q不具有分支电极部，且过电压保护元件100q还包括第一绝缘层180a、第二绝缘层180b、第一外部电极170c以及第二外部电极170d。第一绝缘层180a配置于绝缘基板110m的第一表面112m上，且覆盖绝缘基板110m的第一表面112m、可变阻抗材料150与第一电极120m，且第一绝缘层180a填满第一通孔117m。第二绝缘层180b配置于绝缘基板110m的第二表面114m上，且覆盖绝缘基板110m的第二表面114m与第二电极130q。第一通孔117m贯穿第二绝缘层180b，且第二绝缘层180b具有开口182，其中开口182暴露出第二电极130q。第一外部电极170c配置于第二绝缘层180b上，且通过开口182与第二电极130q电性连接。第二外部电极170d配置于第二绝缘层180b上，环绕第一通孔117m的周围且电性连接导电材料160。

图12A为本发明一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。图12B(a)与图12B(b)分别为图12A过电压保护元件的仰视图与俯视图。请同时参考图9A、图9B、图12A、图12B(a)与图12B(b)，本实施例的过电压保护元件100r与前述的过电压保护元件100n相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的过电压保护元件100r的绝缘基板110r具有第一通孔117r以及多个第二通孔119r，其中第一通孔117r位于绝缘基板110r的中心位置，而第二通孔119r呈等间距排列于第一通孔117r的相对两侧。第一电极120r具有多个第一分支电极部122r，其中第一分支电极部122r分别环绕第一通孔117r与第二通孔119r的周围且彼此相连接。第二电极130r具有多个第二分支电极部132r，其中第二分支电极部132r分别由第一通孔117r及第二通孔119r的周围延伸至绝缘基板110r的相对两侧边且彼此不相连。部分第二分支电极部132r分别覆盖第二通孔119r的一端。

本实施例的第一电极120r与第二电极130r分别具有多个第一分支电极部122r以及多个第二分支电极部132r，其中每一第一分支电极部122r与对应的第二分支电极部132r之间皆具有垂直间隙G3。此时，垂直间隙G3实质上等于绝缘基板110r的厚度。因此，本实施例的过电压保护元件100r是通过设置多个电极（即第一分支电极部122r与第二分支电极部132r）来达到多路（multi-channel）的过电压保护。换言之，本实施例可在相同尺寸的绝缘基板110r下，获得更多路的过电压保护。需说明的是，本实施例并不限制第一通孔117r的位置与第二通孔119r的位置，于其他未示出的实施例中，也可视实际需求而任意调整第一通孔117r与第二通孔119r的位置。此外，虽然此处所提及的第二通孔119r中填充有可变阻抗材料150。但，于其他未示出的实施例中，第二通孔119r中也可仅充有空气，即为空气通道，上述结构设计仍属于本发明可采用的技术方案，不脱离本发明所欲保护的范围。

图13为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。请同时参考图13与图1A，本实施例的过电压保护元件100s与图1A的过电压保护元件100a相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的过电压保护元件100s还包括可变阻抗材料150、第一绝缘层180a、第二绝缘层180b、第一外部电极170e以及第二外部电极170f。可变阻抗材料150配置于通孔116a中，且第一电极120a与第二电极130a通过可变阻抗材料150电性连接。第一绝缘层180a配置于绝缘基板110a的第一表面112上，且覆盖绝缘基板110a的第一表面112、可变阻抗材料150以及第一电极120a。第二绝缘层180b配置于绝缘基板110a的第二表面114上，且覆盖绝缘基板110a的第二表面114以及第二电极130a。第一外部电极170e至少包覆第一绝缘层180a、绝缘基板110a、第一电极120a以及第二绝缘层180b的一侧，其中第一外部电极170e与第一电极120a实际相连接。第二外部电极170f至少包覆第一绝缘层180a、绝缘基板110a、第二电极130a以及第二绝缘层180b的另一侧，其中第二外部电极170f与第二电极130a实际相连接。

图14为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。请同时参考图14与图2，本实施例的过电压保护元件100t与图2过电压保护元件100b相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的过电压保护元件100t还包括次绝缘基板110t2、粘着层190、导电材料160、第一外部电极170g以及第二外部电极170h。次绝缘基板110t2与绝缘基板110t1相互堆叠，其中绝缘基板110t1具有第一通孔117t1与第二通孔119t1，而次绝缘基板110t2具有第一次通孔117t2与第二次通孔119t2。绝缘基板110t1的第一通孔117t1连通绝缘基板110t2的第一次通孔117t2。第一电极120t配置于绝缘基板110t1的第一表面112t1上，而第二电极130t配置于绝缘基板110t1的第二表面114t1上且覆盖第二通孔119t1的一端，其中第二电极130t还延伸至第二通孔119t1内，而使第二通孔119t1与第二次通孔119t2不相连。粘着层190配置于绝缘基板110t1与次绝缘基板110t2之间，且包围第二电极130t的周围，其中次绝缘基板110t2通过粘着层190而固定于绝缘基板110t1上。第一外部电极170g配置于次绝缘基板110t2的第二表面114t2上且覆盖第二次通孔119t2的一端，其中第二电极130t、第一外部电极170g与第二次通孔119t2构成密闭的空气腔室S。第二外部电极170h配置于次绝缘基板110t2的第二表面114t2上且环绕第一次通孔117t2的周围设置。另外，导电材料160配置于第一通孔117t1与第一次通孔117t2内且电性连接第一电极120以及第二外部电极170h。简言之，本实施例的过电压保护元件100t可为一种堆叠式结构。需说明的是，于其他未示出的实施例中，第二通孔119t1与第二次通孔119t2内也可选择性地填充可变阻抗材料，于此并不加以限制。此外，于此仅示出堆叠两个绝缘基板，但于其他未画出的实施例中，本领域的技术人员当可参照前述实施例的说明，依据实际需求，增加堆叠数量，以达到所需的技术效果。本说明书中所有的实施例皆可以本实施例的精神，设计成多层堆叠式结构，此堆叠结构在电路中等效于两个过电压保护元件的串联，多层的叠构等效于多个过电压保护元件的串联。

图15为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。请同时参考图15与图2，本实施例的过电压保护元件100u与图2的过电压保护元件100b相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的第一电极120u还延伸环绕于通孔116a的周围，且延伸至通孔116a内并覆盖部分通孔116a的内壁。此处，第一电极120u与第二电极130b的形成方法可以是电镀，但并不以此为限。

需说明的是，由此第一电极120u与第二电极130b的配置，可以改变垂直间隙的距离，以控制触发电压（trigger voltage）与钳制电压（clampingvoltage）的高低，可以有效防止过电压，而使过电压保护元件100u达成其功效。

图16为本发明另一实施例的一种过电压保护元件的剖面示意图。请同时参考图16与图15，本实施例的过电压保护元件100v与图15的过电压保护元件100u相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的第二电极130v是延伸环绕于通孔116a的周围，且延伸至通孔116a内并覆盖部分通孔116a的内壁。也就是说，第一电极120u与第二电极130v皆未填充通孔116a，而仅延伸至通孔116a的周围并覆盖部分通孔116a的内壁。此处，第一电极120u与第二电极130v的形成方法例如是电镀，但并不以此为限。

值得一提的是，于其他未示出的实施例中，亦可选用于如前述实施例所提及的具有空气通道型态的通孔结构、填充有可变阻抗材料的通孔结构、配置有导电材料的通孔结构、电极覆盖通孔内壁或填充部分通孔的通孔结构、绝缘层、保护层、分支电极部、矩形型态的绝缘基板、具有缺口的绝缘基板、次绝缘基板、外部电极以及通过电极设计来改变垂直间隙等结构设计，本领域的技术人员当可参照前述实施例的说明，依据实际需求，而选用前述构件，以达到所需的技术效果。

综上所述，由于本发明的过电压保护元件的第一电极与第二电极之间具有垂直间隙，此发明设计可通过两电极间垂直间隙中的空气放电特性，达到过电压保护的功能。另可调整绝缘基板的厚度或通过延伸第一、第二电极在通孔内的长度与厚度，而设计出不同垂直间隙的距离，因此达到控制触发电压（trigger voltage）与钳制电压（clamping voltage）的高低，符合市场不同过电压保护需求的应用。另可将可变阻抗材料填入通孔内，此可变阻抗材料会依据第一电极与第二电极之间的电压差来改变它的阻抗，设计不同的配方与材料比例，也可控制触发电压（trigger voltage）与钳制电压（clampingvoltage）的高低，有效的达到过电压保护的要求。本发明也可通过分支电极部设计而使本发明的过电压保护元件在非常小的面积或体积上达到多路（multi-channel）过电压保护的功能，符合现今产品设计之轻、薄、短、小的发展趋势。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (24)

1.一种过电压保护元件，其特征在于，包括：

绝缘基板，具有彼此相对的第一表面与第二表面以及至少一通孔，其中该通孔连接该第一表面与该第二表面；

第一电极，配置于该绝缘基板的该第一表面上；以及

第二电极，配置于该绝缘基板的该第二表面上，其中该第一电极与该第二电极之间具有垂直间隙。

2.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，该绝缘基板包括单层绝缘基板或多层复合材料绝缘基板。

3.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其其特征在于，该绝缘基板的材质包括含H玻纤H材质H的玻璃环氧基树脂、环氧树脂、玻纤、聚酰亚胺、双马来酰亚胺-三氮杂苯树脂、陶瓷材料、高分子材料、玻璃、3级复合环氧材料、1级复合环氧材料中的任一或其组合。

4.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，该绝缘基板的厚度介于0.005毫米至0.5毫米之间。

5.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，该第一电极的材质与该第二电极的材质包括铜、锡、铅、铁、镍、铝、钛、铂、钨、锌、铱、钴、钯、银、金、白金、羰基铁、羰基镍、羰基钴中的任一或其组合。

6.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，该第一电极与该第二电极至少其中之一延伸覆盖该通孔的一端。

7.根据权利要求6所述的过电压保护元件，其特征在于，该第二电极还延伸至该通孔内且填满部分该通孔，而该垂直间隙小于该绝缘基板的厚度。

8.根据权利要求7所述的过电压保护元件，其特征在于，该垂直间隙介于0.001毫米至0.49毫米之间。

9.根据权利要求6所述的过电压保护元件，其特征在于，还包括：

保护层，配置于该绝缘基板的该第一电极上，其中该保护层至少覆盖部分该第一电极、该通孔的另一端及/或部分的该第一表面。

10.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，还包括：

第一保护层，配置于该绝缘基板的该第一电极上，其中该第一保护层至少覆盖部分该第一电极、该通孔的一端及/或部分该第一表面；以及

第二保护层，配置于该绝缘基板的该第二电极上，其中该第二保护层至少覆盖部分该第二电极、该通孔的另一端及/或部分该第二表面。

11.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，还包括：

可变阻抗材料，填充于该通孔内，其中该第一电极与该第二电极通过该可变阻抗材料电性连接，且该可变阻抗材料的电阻会随着该第一电极与该第二电极之间的电压差而改变。

12.根据权利要求11所述的过电压保护元件，其特征在于，该可变阻抗材料至少是由金属粉末、导电碳化物粉末、抑制沉降材料以及绝缘粘结物所组成，该金属粉末的外表面与该导电碳化物粉末的外表面皆被绝缘层所包覆。

13.根据权利要求11所述的过电压保护元件，其特征在于，该至少一通孔包括第一通孔以及至少一第二通孔，该第二电极包括至少一第一分支电极部以及第二分支电极部，该过电压保护元件还包括导电材料，该可变阻抗材料填充于该第二通孔内，且该第二电极的该第一分支电极部覆盖该第二通孔的一端，该导电材料配置于该第一通孔的内壁上，且连接该第一电极与该第二电极的该第二分支电极部。

14.根据权利要求13所述的过电压保护元件，其特征在于，该至少一第二通孔包括多个第二通孔，该第一通孔位于该绝缘基板的中心位置，而该些第二通孔呈等间距排列于该第一通孔的相对两侧，该第一电极具有多个分支电极部，该些分支电极部分别环绕该第一通孔与该些第二通孔的周围且彼此相连接，而该第二电极的至少一第一分支电极部为多个第一分支电极部，该第二电极的该些第一分支电极部与该第二分支电极部分别由该第二通孔与该些第一通孔的周围延伸至该绝缘基板的相对两侧边且彼此不相连。

15.根据权利要求13所述的过电压保护元件，其特征在于，还包括：

第一外部电极，配置于该第二电极的该第一分支电极部上；

第二外部电极，配置于该第二电极的该第二分支电极部上；以及

绝缘层，配置于该绝缘基板的该第一表面上，且覆盖该绝缘基板的该第一表面、该可变阻抗材料与该第一电极，且该绝缘层填满该第一通孔。

16.根据权利要求11所述的过电压保护元件，其特征在于，该至少一通孔包括至少一第一通孔以及至少一第二通孔，该过电压保护元件还包括导电材料，该可变阻抗材料填充于该第二通孔内，且该第二电极延伸覆盖该第二通孔的一端，该导电材料配置于该第一通孔的内壁上且电性连接该第一电极。

17.根据权利要求16所述的过电压保护元件，其特征在于，该至少一第一通孔为多个第一通孔，该些第一通孔环绕该第二通孔设置，该第一电极具有多个第一分支电极部，该些第一分支电极部由该第二通孔的周围呈放射状往该绝缘基板的周边延伸且环绕该些第一通孔的另一端的周围，而该第二电极具有多个第二分支电极部，其中一个该第二分支电极部覆盖该第二通孔的一端，而剩下的该些第二分支电极部环绕该些第一通孔的一端的周围。

18.根据权利要求16所述的过电压保护元件，其特征在于，还包括：

第一绝缘层，配置于该绝缘基板的该第一表面上，且覆盖该绝缘基板的该第一表面、该可变阻抗材料与该第一电极，且该第一绝缘层填满该第一通孔；

第二绝缘层，配置于该绝缘基板的该第二表面上，且覆盖该绝缘基板的该第二表面与该第二电极，其中该第一通孔贯穿该第二绝缘层，且该第二绝缘层具有开口，该开口暴露出该第二电极；

第一外部电极，配置于该第二绝缘层上，且通过该开口与该第二电极电性连接；以及

第二外部电极，配置于该第二绝缘层上，环绕该第一通孔的周围且电性连接该导电材料。

19.根据权利要求11所述的过电压保护元件，其特征在于，还包括：

第一绝缘层，配置于该绝缘基板的该第一表面上，且覆盖该绝缘基板的该第一表面、该可变阻抗材料以及该第一电极；

第二绝缘层，配置于该绝缘基板的该第二表面上，且覆盖该绝缘基板的该第二表面以及该第二电极；

第一外部电极，至少包覆该第一绝缘层、该第一电极、该绝缘基板以及该第二绝缘层的一侧；以及

第二外部电极，至少包覆该第一绝缘层、该第二电极、该绝缘基板以及该第二绝缘层的另一侧。

20.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，该第一电极与该第二电极至少其中之一延伸环绕该通孔的周围且覆盖该通孔的部分内壁。

21.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，该第一电极延伸环绕该通孔的周围且覆盖该通孔的部分内壁，而该第二电极还延伸至该通孔内且填充部分该通孔。

22.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，该绝缘基板具有中央区域以及环绕该中央区域的周边区域，该通孔位于该中央区域，而该第一电极具有多个分支电极部，该些分支电极部由该通孔的周围延伸至该绝缘基板的边缘。

23.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，该至少一通孔包括多个通孔，该第一电极具有多个第一分支电极部，该些第一分支电极部分别由该些通孔的周围延伸至该绝缘基板的边缘，该第二电极具有多个第二分支电极部，该些第二分支电极部分别由该些通孔的周围延伸至与该些第一支分电极部相对的另一个边缘或延伸至该些第一分支电极部与该些第二分支电极部在该第一表面正投影不重叠的该绝缘基板的边缘。

24.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，还包括：

次绝缘基板，配置于该绝缘基板上，且具有第一次通孔以及第二次通孔，其中该绝缘基板的该至少一通孔包括第一通孔与第二通孔，该第一次通孔连通该第一通孔，而该第二电极覆盖该第二通孔的一端：

粘着层，配置于该绝缘基板与该次绝缘基板之间，且包围该第二电极的周围，其中该次绝缘基板通过该粘着层而固定于该绝缘基板上；

导电材料，配置于该第一通孔与该第一次通孔内；

第一外部电极，配置于该第二次通孔的一端，其中该第二电极、该第二次通孔与该第一外部电极构成空气腔室；以及

第二外部电极，环绕于该第一次通孔的一端设置，其中该导电材料电性连接该第一电极与该第二外部电极。

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