CN105655872B - 一种玻璃陶瓷体静电抑制器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种玻璃陶瓷体静电抑制器及其制备方法，静电抑制器包括玻璃陶瓷基体以及分别位于玻璃陶瓷基体内部和外部的侧内电极、侧外电极，还包括一位于玻璃陶瓷基体内部的腔体结构，通过填充有机填料并控制玻璃陶瓷基体制作过程中的烧结温度和烧结气氛以使有机填料裂解后形成，且内部含有有机填料裂解产生的至少部分气体；构成一对的两侧内电极位于同一水平面上，外端部分别连接于玻璃陶瓷基体两端的一对所述侧外电极，并且，两侧内电极之间间隔预定间距以形成电容结构；所述腔体结构至少将电容结构包围于其中。所述制备方法用于制备前述的静电抑制器。本发明的静电抑制器具有生命周期长、长期使用不易失效且不易出现短路风险以及较低触发电压的优点。

Description

一种玻璃陶瓷体静电抑制器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃陶瓷体静电抑制器及其制备方法。

背景技术

随着通讯技术的发展，通讯设备的传输速率日益增高，为防止电容造成高速信号传输过程中信号的衰减及失真，大量的高分子静电抑制器、聚合物静电抑制器等产品大量涌现，它们对高速传输信号线路上的ESD(Electro-Static discharge，静电释放)防护有一定的效果，但是该系列产品在长期使用过程中极易失效，大部分失效模式为内部功能材料失效后引起的短路，且由于功能材料始终含有一定组分的有机物导致产品首次触发电压偏高，电性范围跨度较大。而在IC模块中静电峰值较小、能量低，使得此类产品使用于IC模块中时根本无法触发，更无法将钳位电压控制在IC模块允许的误差范围之内。如何提高静电抑制器的生命周期，降低产品的触发电压以满足更多线路的ESD保护的应用要求，是目前业界待解决的一大技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种生命周期长、长期使用不易失效且不易出现短路风险的玻璃陶瓷体静电抑制器，其内部结构设计使得触发电压可以被准确控制，因此其能够具有较低的触发电压，能够使用于更多的线路中进行ESD防护。

一种玻璃陶瓷体静电抑制器，包括玻璃陶瓷基体以及分别位于玻璃陶瓷基体内部和外部的侧内电极、侧外电极，还包括一位于玻璃陶瓷基体内部的腔体结构，通过填充有机填料并控制玻璃陶瓷基体制作过程中的烧结温度和烧结气氛以使有机填料裂解后形成，且内部含有有机填料裂解产生的至少部分气体；构成一对的两所述侧内电极位于同一水平面上，外端部分别连接于玻璃陶瓷基体两端的一对所述侧外电极，并且，两所述侧内电极之间间隔预定间距以形成电容结构；所述腔体结构至少将所述电容结构包围于其中。

上述技术方案提供的玻璃陶瓷体静电抑制器，不仅具备现有的聚合物静电抑制器的低电容量性能，可以运用于高速传输线路中而不会造成传输过程中的信号衰减及失真。更重要的是：本发明通过在侧内电极之间形成内部含有气体的腔体结构，该腔体结构至少将所述电容结构包围于其腔体中，当线路中出现静电时，静电的瞬时高压(相对于线路工作电压而言)会将所述电容结构中的气体击穿呈导通状态，从而起到静电防护作用，保护线路不被静电损坏。侧内电极之间的所述预定间距决定了击穿气体的所需电压，所述预定间距越小，则击穿气体所需的电压越小，表示触发(触发：即静电的瞬时高压施加于所述电容结构两端时将电容结构之间的气体击穿)静电抑制器的电压也越小。可见，本发明中，所述预定间距确定后，静电抑制器的触发电压也就确定，因此，可以通过减小两所述侧内电极之间的所述预定间距来降低静电抑制器的触发电压，使得本发明的玻璃陶瓷体静电抑制器能够应用于更多的线路中起到ESD防护作用。另外，由于所述预定间距可被精准地控制，因此本发明的静电抑制器的产品一致性能得到精准的控制；再者，本发明通过气体的击穿导通来起到ESD防护作用，由于气体击穿后可迅速恢复，不会因为耐受静电次数的增加而出现短路失效风险，即本发明的静电抑制器具有很长的生命周期。

更进一步地，两所述侧内电极具有如下三个特征A、B、C中的任意一者：

特征A、两所述侧内电极在导电方向上相对设置，且两者的内端部之间间隔所述预定间距以形成所述电容结构；

特征B、两所述侧内电极在导电方向上错位设置，且于所述水平面上，两所述侧内电极在与导电方向垂直的方向上具有重叠部分，重叠部分之间间隔所述预定间距以形成所述电容结构；

特征C：两所述侧内电极在导电方向上错位设置，且两者的内端部分别形成折叠方向相反的折叠结构，两个折叠方向相反的所述折叠结构在所述水平面上错位盘旋，以使两所述侧内电极之间在所述水平面上具有重叠部分，重叠部分之间间隔所述预定间距以形成所述电容结构。

更进一步地，所述预定间距为10～100μm。

更进一步地，所述侧内电极的厚度为1～20μm，宽度不超过侧外电极的宽度。

本发明另提出了一种玻璃陶瓷体静电抑制器的制备方法，能够制作出生命周期长、长期使用不易失效且不易出现短路风险的玻璃陶瓷体静电抑制器，其能够通过控制内部结构的设计而准确控制触发电压的大小，从而得到具有较低的触发电压的玻璃陶瓷体静电抑制器，以应用于更多的线路中进行ESD防护。

一种玻璃陶瓷体静电抑制器的制备方法，包括以下步骤S1～S7：

S1、将玻璃陶瓷原料进行球磨，得到玻璃陶瓷浆料；

S2、采用流延工艺将玻璃陶瓷浆料制作成玻璃陶瓷膜片；

S3、在玻璃陶瓷膜片的同一表面上，成对制作侧内电极，并且使得每对侧内电极之间间隔预定间距以形成电容结构；

S4、在每对侧内电极之间填充有机填料，并使得有机填料至少将所述电容结构包裹于其中；

S5、将玻璃陶瓷膜片叠层形成玻璃陶瓷块，使得侧内电极位于玻璃陶瓷块内部，然后均匀切割玻璃陶瓷块以形成多个玻璃陶瓷基体半成品，每个玻璃陶瓷基体半成品包含一对侧内电极；

S6、对玻璃陶瓷基体半成品进行烧结：控制烧结气氛，并以800～900℃的烧结温度进行烧结而形成玻璃陶瓷基体，同时使得步骤S4中填充的有机填料裂解而在有机填料的填充区形成腔体结构，并且腔体结构中含有有机填料裂解产生的至少部分气体；

S7、在玻璃陶瓷基体外部相对两侧制作侧外电极，并使得两侧外电极分别与两侧内电极的外端部连接。

本发明提供的上述制备方法，通过在侧内电极之间填充有机填料，控制玻璃陶瓷基体制作过程中的烧结气氛和烧结温度，使得在烧结形成玻璃陶瓷基体之后，其内部的有机填料填充区因有机填料的裂解而形成内含气体的腔体结构，并且腔体结构将侧内电极之间形成的电容结构包围于其中，这样一来，可以通过气隙放电来进行静电防护。当电容结构内的两导体之间的间距(即所述预定间距)确定后，击穿所述电容结构中的气体所需的电压也就确定，同样的间距下，所需的击穿气体的电压是不变的，因此，可以通过减小所述预定间距来达到降低击穿电压的目的，击穿电压降低，也就表示静电抑制器的触发电压降低，从而制作出的静电抑制器能够使用于更多的线路中起到静电防护作用。

更进一步地，步骤S1中的玻璃陶瓷原料包括氧化铝，还包括氧化硅、氧化硼以及氧化锆中的至少一种，且氧化铝的质量百分比为5～30％。

更进一步地，步骤S3中，所述预定间距为10～100μm。

更进一步地，步骤S6中的烧结气氛为氢气、氧气和氮气中的至少一种。

更进一步地，步骤S2中形成的玻璃陶瓷膜片厚度为10～100μm。

更进一步地，步骤S6中形成的玻璃陶瓷基体的介电常数为2～5F/m。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的一种玻璃陶瓷体静电抑制器的结构示意图；

图2是本发明实施例2提供的一种玻璃陶瓷体静电抑制器的结构示意图；

图3是本发明实施例3提供的一种玻璃陶瓷体静电抑制器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的具体实施方式提供一种玻璃陶瓷体静电抑制器，可参考图1，包括玻璃陶瓷基体10以及分别位于玻璃陶瓷基体内部和外部的侧内电极20、侧外电极30，还包括一位于玻璃陶瓷基体10内部的腔体结构40，该腔体结构40是通过填充有机填料并控制玻璃陶瓷基体10制作过程中的烧结温度和烧结气氛以使有机填料裂解后而形成的，且内部含有有机填料裂解产生的至少部分气体。如图1所示，构成一对的两所述侧内电极20位于同一水平面上，两者的外端部分别连接于玻璃陶瓷基体10两端的构成一对的侧外电极30，并且，两所述侧内电极20之间间隔预定间距d以形成电容结构；所述腔体结构至少将所述电容结构包围于其中。在优选的实施例中，所述预定间距d为10～100μm，预定间距越小，则击穿电容结构的两导体之间的气体所需的击穿电压越小，即该静电抑制器的触发电压越低，使其能够应用于更多的线路中起到ESD防护作用。具体地，所述侧内电极20的厚度为1～20μm，宽度不超过侧外电极30的宽度。

实施例1

本实施例具体提供一种如图1所示的玻璃陶瓷体静电抑制器，图1是立体图，同时将玻璃陶瓷基体的内部进行透视展示。如图1所示，本实施例中的侧内电极在导电方向上相对设置，且两者的内端部之间间隔所述预定间距以形成所述电容结构。当有静电产生时，静电的电压施加于所述电容结构两端，假设击穿间距为d的两个导体(即两侧内电极)之间的气体所需的击穿电压为V1，则只要产生的静电的峰值电压达到V1，便可击穿腔体结构40内的电容结构中的气体而呈导通状态，通过气隙放电达到静电抑制效果。因此，可以通过控制侧内电极20之间的所述预定间距d使其尽量小，则静电抑制器便只需较小的触发电压而启动。

实施例2

本具体实施例提供一种如图2所示的玻璃陶瓷体静电抑制器，其与实施例1的不同之处在于：侧内电极的结构不同。具体如图2所示，两所述侧内电极20在导电方向上错位设置，且于所述水平面上，两所述侧内电极在与导电方向垂直的方向上具有重叠部分，重叠部分之间间隔所述预定间距以形成所述电容结构。

实施例3

本具体实施例提供一种如图3所示的玻璃陶瓷体静电抑制器，其与实施例1的不同之处在于：两所述侧内电极20在导电方向上错位设置，且两者的内端部分别形成折叠方向相反的折叠结构，两个折叠方向相反的所述折叠结构在所述水平面上错位盘旋，以使两所述侧内电极之间在所述水平面上具有重叠部分，重叠部分之间间隔所述预定间距以形成所述电容结构。

本发明的另一具体实施方式还提供了一种玻璃陶瓷体静电抑制器的制备方法，可以用于制备前述具体实施方式提供的玻璃陶瓷体静电抑制器，具体包括以下7个步骤：

S1、将玻璃陶瓷原料进行球磨，得到玻璃陶瓷浆料。玻璃陶瓷原料具体地包括氧化铝，还包括氧化硅、氧化硼以及氧化锆中的至少一种，其中氧化铝的质量百分比为5～30％。

S2、采用流延工艺将玻璃陶瓷浆料制作成玻璃陶瓷膜片。膜片的厚度优选地为10～100μm。

S3、在玻璃陶瓷膜片的同一表面上，成对制作侧内电极(这样保证了构成一对的侧内电极处于所述同一水平面上)，并且使得每对侧内电极之间间隔预定间距以形成电容结构。本步骤中制作侧内电极时可以采用光刻或印刷技术，制作出所需的侧内电极形状，例如图1至图3所示的三种示例形状。其中制作侧内电极的材料至少包含镍、铜、铂、银中的一种。

S4、在每对侧内电极之间填充有机填料，并使得有机填料至少将所述电容结构包裹于其中。有机填料例如可以是环氧树脂、酚醛树脂、硅树脂等，可以是一种也可以是多种的混合物，经过球磨、砂磨或轧磨等工艺制成触变性较高的印刷材料而进行填充。

S5、将玻璃陶瓷膜片叠层形成玻璃陶瓷块，使得侧内电极位于玻璃陶瓷块内部，然后均匀切割玻璃陶瓷块以形成多个玻璃陶瓷基体半成品，每个玻璃陶瓷基体半成品包含一对侧内电极。

S6、对玻璃陶瓷基体半成品进行烧结：控制烧结气氛(烧结气氛例如为氧气、氮气、氢气中的至少一种)，并以800～900℃的烧结温度进行烧结而形成玻璃陶瓷基体，烧结的同时使得步骤S4中填充的有机填料裂解而在有机填料的填充区形成腔体结构，并且腔体结构中含有有机填料裂解产生的至少部分气体，这些气体包含氧气、氢气、氮气中的一种或几种。玻璃陶瓷基体具有较低的介电常数为2～5F/m，以使得制备出的静电抑制器能够用于高速传输线路中而不会造成信号的衰减和失真。

S7、在玻璃陶瓷基体外部相对两侧制作侧外电极，并使得两侧外电极分别与两侧内电极的外端部连接。侧外电极为银电极，并在银电极表面依次电镀上镍层和锡层。

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技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以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的保护范围。

Claims (9)

1.一种玻璃陶瓷体静电抑制器，包括玻璃陶瓷基体以及分别位于玻璃陶瓷基体内部和外部的侧内电极、侧外电极，其特征在于：

还包括一位于玻璃陶瓷基体内部的腔体结构，通过填充有机填料并控制玻璃陶瓷基体制作过程中的烧结温度和烧结气氛以使有机填料裂解后形成，且内部含有有机填料裂解产生的至少部分气体；

构成一对的两所述侧内电极位于同一水平面上，外端部分别连接于玻璃陶瓷基体两端的一对所述侧外电极，并且，两所述侧内电极之间间隔预定间距以形成电容结构，其中两所述侧内电极在导电方向上错位设置，且两者的内端部分别形成折叠方向相反的折叠结构，两个折叠方向相反的所述折叠结构在所述水平面上错位盘旋，以使两所述侧内电极之间在所述水平面上具有重叠部分，重叠部分之间间隔所述预定间距以形成所述电容结构；

所述腔体结构至少将所述电容结构包围于其腔体中。

2.如权利要求1所述的玻璃陶瓷体静电抑制器，其特征在于：所述预定间距为10～100μm。

3.如权利要求1所述的玻璃陶瓷体静电抑制器，其特征在于：所述侧内电极的厚度为1～20μm，宽度不超过侧外电极的宽度。

4.一种玻璃陶瓷体静电抑制器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤S1～S7：

S1、将玻璃陶瓷原料进行球磨，得到玻璃陶瓷浆料；

S2、采用流延工艺将玻璃陶瓷浆料制作成玻璃陶瓷膜片；

S3、在玻璃陶瓷膜片的同一表面上，成对制作侧内电极，构成一对的两所述侧内电极位于同一水平面上，并且使得每对侧内电极之间间隔预定间距以形成电容结构；

S4、在每对侧内电极之间填充有机填料，并使得有机填料至少将所述电容结构包裹于其中；

S5、将玻璃陶瓷膜片叠层形成玻璃陶瓷块，使得侧内电极位于玻璃陶瓷块内部，然后均匀切割玻璃陶瓷块以形成多个玻璃陶瓷基体半成品，每个玻璃陶瓷基体半成品包含一对侧内电极；

S6、对玻璃陶瓷基体半成品进行烧结：控制烧结气氛，并以800～900℃的烧结温度进行烧结而形成玻璃陶瓷基体，同时使得步骤S4中填充的有机填料裂解而在有机填料的填充区形成腔体结构，并且腔体结构中含有有机填料裂解产生的至少部分气体；

S7、在玻璃陶瓷基体外部相对两侧制作侧外电极，并使得两侧外电极分别与两侧内电极的外端部连接，其中两所述侧内电极在导电方向上错位设置，且两者的内端部分别形成折叠方向相反的折叠结构，两个折叠方向相反的所述折叠结构在所述水平面上错位盘旋，以使两所述侧内电极之间在所述水平面上具有重叠部分，重叠部分之间间隔所述预定间距以形成所述电容结构。

5.如权利要求4所述的玻璃陶瓷体静电抑制器的制备方法，其特征在于：步骤S1中的玻璃陶瓷原料包括氧化铝，还包括氧化硅、氧化硼以及氧化锆中的至少一种，且氧化铝的质量百分比为5～30％。

6.如权利要求4所述的玻璃陶瓷体静电抑制器的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述预定间距为10～100μm。

7.如权利要求4所述的玻璃陶瓷体静电抑制器的制备方法，其特征在于：步骤S6中的烧结气氛为氢气、氧气和氮气中的至少一种。

8.如权利要求4所述的玻璃陶瓷体静电抑制器的制备方法，其特征在于：步骤S2中形成的玻璃陶瓷膜片厚度为10～100μm。

9.如权利要求4所述的玻璃陶瓷体静电抑制器的制备方法，其特征在于：步骤S6中形成的玻璃陶瓷基体的介电常数为2～5F/m。