CN105720043A - 一种静电保护器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

<b>本发明公开了一种静电保护器及其制造方法。静电保护器包括：</b><b>绝缘的基层；一对电极，每个所述电极均具有形成于所述基层上表面的耦合电极部、覆盖形成于所述耦合电极部上表面的外层电极部，一对所述电极的耦合电极部之间具有一缝隙，且一对所述电极的所述耦合电极部处的外层电极部之间的距离小于或等于所述耦合电极部之间的距离，所述耦合电极部由第一种金属制成，所述外层电极部由第二种金属或合金制成，所述第二种金属或合金的熔点高于第一种金属；压敏材料层，其能够在高电压下呈导通状态并能够在低电压下呈绝缘状态，所述压敏材料层填充在所述缝隙中。</b>

Description

一种静电保护器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种静电保护器及其制造方法，尤其涉及一种贴片式的静电保护器。

背景技术

静电是因电荷分布不平衡造成的一种自然现象。当两种不良导体相互摩擦或接触时，会发生电荷分离转移的现象，如果在分离的过程中，电荷积聚，就会使物体带上静电。当静电积累到一定程度会击穿其间的介质放电，这就是静电放电现象。

静电放电在电子行业中会成为电子元器件的致命杀手。人体、环境或者运输过程中因摩擦产生的静电放电会对元器件造成不可逆转的损伤。为此，IEC61000-4-2标准就是针对静电放电造成的损坏而定义的防护标准和测试等级。

随着IC线路日趋小型化和高密集型，静电保护在各种电器和电子设备中的地位越来越重要。随之静电保护器的种类也呈多样化，其性能要求也越来越高。其中一种静电保护技术是通过在两个有一定间隙的电极间填充高分子的压敏材料来实现，该高分子的压敏材料的阻值随所施加的电压变化而变化。当静电保护器中与输入端连接的一个电极与高压静电源接触，从而与另一接地的电极间形成高电位差时，高分子压敏材料从高电阻态转变为低电阻态，将静电能量导入地下，从而保护了与输入端相连接的其他元器件。目前已见专利公开这样的静电放电保护器件，只是电极形状、支撑和密封结构及材料的制作方面存在一些区别。

中国专利CN101226798A揭示了一种以PCB为材料、用多层结构制作防静电保护器的方法，其传导层的内电极为单一金属镍，在电极之间的窄缝中填有高分子的压敏材料。

中国专利CN101079432B所揭示的器件，其传导层内电极为单一金属层Cu并形成窄缝，并填充高分子压敏材料，与中国专利CN101226798A不同的是用双层Cu内电极，两层之间有复合树脂板。

中国专利CN101221847A所揭示的器件，是在氧化铝陶瓷基板或者环氧树脂基板上形成两对有窄缝的内电极，并填充高分子和导电颗粒的混合物，其传导层内电极也是单一金属层Cu。

中国专利CN202948919U揭示了一种以PCB为基材的静电保护器，其传导层内电极也为单一金属层Cu并在电极长度方向交错形成窄缝，并填充高分子压敏材料，上面再覆盖环氧类保护材料。

上述已经公开的高分子基静电保护器相关专利技术，采用单一金属层做为内电极，且多为Cu金属层。由于静电保护器经受的放电电流往往高达30A或以上，在放电间隙间的电流密度会比较大，电极的端面很容易被烧蚀。尤其是对于Cu金属电极层，相应的熔点较低，更容易被烧蚀，会使放电间隙逐步变大使器件的触发电压逐步上升，导致器件的静电防护能力下降。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种静电保护器及其制造方法，利用由熔点较高的金属制成的外层电极部的抗烧蚀的特点，不影响静电保护器经过多次静电放电电流的冲击后的静电防护能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种静电保护器，包括：

绝缘的基层；

一对电极，每个所述电极均具有形成于所述基层上表面的耦合电极部、覆盖形成于所述耦合电极部上表面的外层电极部，一对所述电极的耦合电极部之间具有一缝隙，且一对所述电极的所述耦合电极部处的外层电极部之间的距离小于或等于所述耦合电极部之间的距离，所述耦合电极部由第一种金属制成，所述外层电极部由第二种金属或合金制成，所述第二种金属或合金的熔点高于第一种金属；

压敏材料层，其能够在高电压下呈导通状态并能够在低电压下呈绝缘状态，所述压敏材料层填充在所述缝隙中。

优选地，所述外层电极部由钯、钨、镍、铂、钛、钼、铬中的一种或其合金制成。

优选地，每个所述电极均具有端电极部，一对所述电极的端电极部分别形成于所述基层上表面的两端上，所述耦合电极部从相应一端的所述端电极部上伸出并朝向另一端的端电极部延伸，且与该另一端的端电极部之间具有间隔空间，所述外层电极部覆盖形成于所述耦合电极部和所述端电极部的上表面上。

更优选地，所述耦合电极部和所述端电极部为一体成形的。

进一步地，所述耦合电极部和所述端电极部均由铜制成。

优选地，所述压敏材料层包括硅橡胶、金属粒子、覆盖形成在所述金属粒子表面的纳米多晶半导体粒子，所述纳米多晶半导体粒子的粒径为20~400nm。

优选地，该静电保护器还包括高分子覆盖层，所述高分子覆盖层覆盖在一对所述电极的耦合电极部、外层电极部及所述压敏材料层上，所述高分子覆盖层为含有陶瓷粉末和纳米级的长链碳黑的环氧树脂层。

一种如上所述的静电保护器的制造方法，依次包括如下步骤：

A外层电极部的制作：在双面覆有第一种金属的绝缘基板的上表面的外层电极部区域处电镀第二种金属或合金形成外层电极部；

B耦合电极部和端电极部的制作；

C填充压敏材料层；

D覆盖高分子覆盖层；

E端面电极的制作；

F切割出静电保护器的侧面，制得单个静电保护器。

优选地，步骤B中，在外层电极部的覆盖保护下，通过蚀刻技术在绝缘基板的上表面蚀刻出耦合电极部和端电极部，外层电极部完全覆盖耦合电极部和端电极部。

本发明采用以上技术方案，相比现有技术具有如下优点：静电保护器的耦合电极部的上表面上覆盖形成有熔点较高的第二种金属或合金制成的外层电极部且外层电极部的间距小于或等于耦合电极部之间的距离，保证放电电极的端面是第二种金属或合金制成的外层电极部，这样既可以利用第二种金属或合金制成的外层电极部的抗烧蚀的特点也可以利用第一种金属制成的耦合电极部的良好的导电性，从而不影响器件经过多次静电放电电流的冲击后的静电防护能力。

附图说明

附图1为本发明的静电保护器的侧视图；

附图2为附图1中A-A方向的剖视图；

附图3为本发明的静电保护器的上表面示意图，其中未示出高分子覆盖层和电镀层。

其中：1、基层；2、外层电极部；3、耦合电极部；4、端电极部；5、压敏材料层；6、高分子覆盖层；7、电镀层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。

结合附图1-3所示，一种静电保护器，它包括基层1、一对电极、压敏材料层5、高分子覆盖层6、端面电极及电镀层7。

基层1为绝缘的环氧树脂板。

结合附图3所示，一对所述电极为间隔设置的，每个所述电极均具有耦合电极部3、端面电极部及外层电极部2。其中，耦合电极部3和端电极部4形成于基层1的上表面且均由铜制成，耦合电极部3和端电极部4为一体成形的。一对所述电极的耦合电极部3之间具有一缝隙，一对所述电极的端电极部4分别形成于所述基层1上表面的相对的两端头上，所述耦合电极部3从相应一端的所述端电极部4上伸出并朝向另一端的端电极部4延伸，且与该另一端的端电极部4之间具有间隔空间。所述外层电极部2完全覆盖形成于每个电极的所述耦合电极部3的上表面及所述端电极部4的上表面上且略微伸出至所述缝隙和间隔空间内，所述外层电极部2由镍制成。一对所述电极上的耦合电极部3处的外层电极部2之间的距离小于所述耦合电极部3之间的距离。所述缝隙宽度为10~50cm。其中，外层电极部2也可由钯、钨、铂、钛、钼、铬中的一种制成，或者由钯、钨、镍、铂、钛、钼、铬中任意两种以上的金属的合金制成，上述的用来制备外层电极部2的金属和合金的熔点均须高于铜。

压敏材料层5能够在高电压下呈导通状态并能够在低电压下呈绝缘状态。所述压敏材料层5填充在所述耦合电极部3之间的所述缝隙中及所述外层电极部2之间。所述压敏材料层5包括硅橡胶、金属粒子、覆盖形成在所述金属粒子表面的纳米多晶半导体粒子，所述纳米多晶半导体粒子的粒径为20~400nm。

高分子覆盖层6覆盖在一对所述电极的耦合电极部、外层电极部2及所述压敏材料层5上，用来保护压敏材料层5、耦合电极部3和外层电极部2。所述高分子覆盖层6为含有绝缘性较高的陶瓷粉末和纳米级的长链碳黑的环氧树脂层。

端面电极为一对且分别形成于基层1的所述两端头的端面上。基层1的下表面上覆铜，端面电极电连接至相应一端的端电极部4和基层1下表面的铜层。当静电保护器焊接在PCB板上时，基层1上表面的电极通过端面电极、基层1下表面的铜层与PCB板相电连接。

在实际生产过程中，还会在端电极部4、端面电极和基层1端头处下表面的铜层上电镀可焊接的金属层，形成起保护作用的电镀层7。

采用下层金属Cu，上层金属Ni的双层金属内电极结构的静电保护器，其Ni金属作为静电保护器的放电电极端面，同样利用Ni金属层的抗烧蚀的特点，此内电极的制作方法可以保证制作出更加精准的放电间隙，提高静电保护器的防护能力和一致性。

一种如上所述的静电保护器的制造方法，依次包括如下步骤：

A耦合电极部3和端电极部4的制作；

B外层电极部2的制作；

C填充压敏材料层5；

D覆盖高分子覆盖层6；

E端面电极的制作；

F切割出静电保护器的侧面，制得单个静电保护器。

该制造方法以大块的双面覆铜的环氧树脂绝缘基板为基材，依次经过步骤A-F同时制造出多个静电保护器后，再切割分离成单个的静电保护器，实现静电保护器的批量加工，提高生产效率和产能、且生产成本低。即，基板包括由环氧树脂板制成的所述基层1、覆于所述基层1上表面的铜层、覆于所述基层1下表面的铜层三部分。

步骤A中，在基板的上表面通过光刻技术以电镀技术制得成对间隔设置的所述电极的外层电极部2。在基板的上表面的预先划分的外层电极部2区域处电镀镍形成外层电极部2。电镀时，所需的外层电极部2区域暴露，外层电极部2区域以外的基板上表面采用感光干膜覆盖。

步骤B中，在外层电极部2的覆盖保护下，通过碱性选择性蚀刻技术在绝缘基板的上表面蚀刻出耦合电极部3和端电极部4，外层电极部2完全覆盖耦合电极部3和端电极部4。

步骤C中，在一对所述电极的耦合电极部3侧之间、外层电极部2之间印刷纳米多晶半导体材料，填充并热固化后形成压敏材料层5，所述纳米多晶半导体材料是压敏材料的一种，它包括硅橡胶、金属粒子、覆盖形成在所述金属粒子表面的纳米多晶半导体粒子，所述纳米多晶半导体粒子的粒径为20~400nm。所述纳米多晶半导体材料在高电压下呈导通状态，在低电压下呈绝缘状态（低电阻态）。

步骤D中，在压敏材料层5、耦合电极部3及外层电极部2之上覆盖高分子层，并热固化成型，形成有一定强度的所述高分子覆盖层6，来保护压敏材料层5和耦合电极部3以及外层电极部2。所述高分子覆盖层6为含有陶瓷粉末和纳米级的长链碳黑的环氧树脂层。

步骤E中，对经过步骤A至D的基板进行切割以切割出静电保护器的两端头，在切割面沉积碳粉作为导电层，制得端面电极，所述端面电极与所述端电极部4相电连。在端电极部4、端面电极和基层1端头处下表面的铜层上进行电镀可焊接的金属层，形成起保护作用的电镀层7。

步骤F中，对基板进行切割，切割出静电保护器的两侧面，制得多个单个的静电保护器。

采用叠层双金属电极的制造方法，可充分利用与压敏材料相接触且缝隙更小的上层电极金属Ni，Ni的熔点相对较高，可以较好的避免电极在静电冲击时的高电流下端面被烧蚀，同时复合电极金属Cu层又能保证较好的电导率，使静电保护器件在放电时的动态电阻保持在低位，从而使得器件的钳位电压值较低，这样不仅保证了器件经多次静电冲击后的静电防护能力，还可避免电极烧蚀产生金属飞弧进入压敏材料层5以保证漏电流的稳定性。此方法制作出的静电保护器具有超低电容，性能稳定，结构可靠，使用寿命长且漏电流稳定，完全满足IEC61000-4-2的要求。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静电保护器，其特征在于，包括：

绝缘的基层（1）；

一对电极，每个所述电极均具有形成于所述基层（1）上表面的耦合电极部（3）、覆盖形成于所述耦合电极部（3）上表面的外层电极部（2），一对所述电极的耦合电极部（3）之间具有一缝隙，且一对所述电极的所述耦合电极部（3）处的外层电极部（2）之间的距离小于或等于所述耦合电极部（3）之间的距离，所述耦合电极部（3）由第一种金属制成，所述外层电极部（2）由第二种金属或合金制成，所述第二种金属或合金的熔点高于第一种金属；

压敏材料层（5），其能够在高电压下呈导通状态并能够在低电压下呈绝缘状态，所述压敏材料层（5）填充在所述缝隙中。

2.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于：所述外层电极部（2）由钯、钨、镍、铂、钛、钼、铬中的一种或其合金制成。

3.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于：所述耦合电极部（3）由铜制成。

4.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于：每个所述电极均具有端电极部（4），一对所述电极的端电极部（4）分别形成于所述基层（1）上表面的两端上，所述耦合电极部（3）从相应一端的所述端电极部（4）上伸出并朝向另一端的端电极部（4）延伸，且与该另一端的端电极部（4）之间具有间隔空间，所述外层电极部（2）覆盖形成于所述耦合电极部（3）和所述端电极部（4）的上表面上。

5.根据权利要求4所述的静电保护器，其特征在于：所述耦合电极部（3）和所述端电极部（4）为一体成形的。

6.根据权利要求5所述的静电保护器，其特征在于：所述耦合电极部（3）和所述端电极部（4）均由铜制成。

7.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于：所述压敏材料层（5）包括硅橡胶、金属粒子、覆盖形成在所述金属粒子表面的纳米多晶半导体粒子，所述纳米多晶半导体粒子的粒径为20~400nm。

8.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于：该静电保护器还包括高分子覆盖层（6），所述高分子覆盖层（6）覆盖在一对所述电极的耦合电极部（3）、外层电极部（2）及所述压敏材料层（5）上，所述高分子覆盖层（6）为含有陶瓷粉末和纳米级的长链碳黑的环氧树脂层。

9.一种如权利要求1至8中任一项所述的静电保护器的制造方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

A外层电极部的制作：在双面覆有第一种金属的绝缘基板的上表面的外层电极部区域处电镀第二种金属或合金形成外层电极部；

B耦合电极部和端电极部的制作；

C填充压敏材料层；

D覆盖高分子覆盖层；

E端面电极的制作；

F切割出静电保护器的侧面，制得单个静电保护器。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：步骤B中，在外层电极部的覆盖保护下，通过蚀刻技术在绝缘基板的上表面蚀刻出耦合电极部和端电极部，外层电极部完全覆盖耦合电极部和端电极部。