CN1528826A

CN1528826A - 非线性高分子复合电压敏感材料

Info

Publication number: CN1528826A
Application number: CNA2003101078062A
Authority: CN
Inventors: 侯李明; 王军; 秦玉廷; 杨兆国; 黄琼
Original assignee: WEIAN THERMOELECTRICAL MATERIALS CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: WEIAN THERMOELECTRICAL MATERIALS CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2004-09-15

Abstract

本发明非线性高分子复合电压敏感材料涉及一种以高分子聚合物复合材料为主要原料的电压敏感材料、电子元器件及其制造方法，尤其是制造聚合物基过压防护元器件的方法。非线性高分子复合电压敏感材料，由表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料与高分子聚合物基体混合而成，其配方按体积百分比为：高分子聚合物基体材料20％～80％、表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料20％～80％。用非线性高分子复合电压敏感材料制造的一种聚合物基过压防护元器件，是由非线性高分子复合电压敏感材料芯材和电极基板两部分组成，其中，非线性高分子复合电压敏感材料芯材由表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料与高分子聚合物基体混合而成；所述电极为表面粗糙化处理的金属箔片基板。

Description

非线性高分子复合电压敏感材料

所属技术领域

本发明非线性高分子复合电压敏感材料涉及一种以高分子聚合物复合材料为主要原料的电压敏感材料、电子元器件及其制造方法，尤其是制造聚合物基过压防护元器件的方法。

背景技术

随着集成电路(IC)技术的迅速发展，现代半导体器件的规模越来越大，布线工艺已达到亚微米阶段，导致了半导体器件对外界应力敏感程度的提高，尤其是易于受到由外界高压静电冲击引起的过电压损害。当集成电路(IC)受到数千伏的静电冲击时，放电回路的电阻通常都很小，无法限制放电电流。例如将带静电的电缆插到电路接口上时，放电回路的电阻几乎为零，这将造成高达几十安培的瞬间放电尖峰电流流入相应的IC管脚。瞬间大电流会严重损伤IC，局部发热的热量甚至会融化硅片管芯，IC的损伤一般还包括内部金属连接被烧断、钝化层被破坏、晶体管单元被烧坏等。

非线性高分子复合电压敏感材料可以制备聚合物基过压防护元器件，基本原理是与被保护电路并联使用，其阻值随两端电压变化而呈非线性变化。当施加在其两端的电压小于阈值电压时，器件呈现无穷大的电阻；当施加在其两端的电压大于阈值电压时，器件呈现很小电阻值。此物理现象类似稳压管的齐纳击穿现象，不同的是聚合物基过压防护元器件无电压极性要求。聚合物基过压防护元器件保护电路的特点是简单、经济、可以泄放大电流、瞬态抑制效果好、结电容小对电路带来的负面影响甚微，且可以获得较大的保护功率。

非线性高分子复合电压敏感材料是一种复杂的多组分共混体系，由高分子聚合物基材以及分散均匀的导电粒子、半导体颗粒和绝缘颗粒等功能填料混合而成。由于组分复杂，导电粒子、半导体颗粒和绝缘颗粒等功能填料很难在高分子聚合物基材中分散均匀，而出现相同种类的功能填料附聚现象，这样会导致材料的均匀性差，严重影响最终产品的电学性能。为了克服上述技术存在的缺陷，本发明提供一种新的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组分简单、材料均匀的非线性高分子复合电压敏感材料。

本发明的再一目的是用上述材料制造的过压防护元器件。

本发明的又一目的是用上述材料制造聚合物基过压防护元器件的方法。

本发明目的可通过下述技术方案实现：非线性高分子复合电压敏感材料由表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料与高分子聚合物基体混合而成。其配方按体积百分比为：

高分子聚合物基体材料 20％～80％

表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料 20％～80％

所述高分子聚合物基体材料可以是热固性聚合物、热塑性聚合物、弹性体、橡胶或者以上材料的混合物。这些聚合物可以通过交联以提高力学强度。所述粉末状导电填料可以是镍粉、铜粉、铝粉、碳黑、石墨、银粉、金粉、锌粉、铁粉、不锈钢粉、金属合金粉以及他们的混合物，这些粉末粒径小于50微米。所述粉末状导电填料的表面绝缘薄膜可以是无机材料，也可以是高分子聚合物，要求其在加工过程中不能溶解于高分子聚合物基体，绝缘薄膜的厚度小于10微米。

一种聚合物基过压防护元器件，由非线性高分子复合电压敏感材料芯材和电极基板两部分组成，特点是非线性高分子复合电压敏感材料芯材由表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料与高分子聚合物基体混合而成。电极基板为表面粗糙化处理的金属箔片。

本发明的制造方法为，第一步，将芯材组分高分子聚合物在液态状态下与表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料混和均匀；第二步，将上述复合材料涂覆在两片金属电极之间，固化后即得到聚合物基过压防护元件。

本发明与现有技术相比，由于采用了表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料，简化了材料配方体系，消除了因相同种类的功能填料附聚导致的材料不均匀现象。芯材为一种材料组分简单、材料均匀的非线性高分子复合电压敏感材料。

具体实施方式

实施例1，本发明一种非线性高分子复合电压敏感材料，由表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料与高分子聚合物基体混合而成，其配方按体积百分比为：

高分子聚合物基体材料 20％～80％

表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料 20％～80％。

实施例2，一种聚合物基过压防护元器件，由非线性高分子复合电压敏感材料芯材和电极基板两部分组成，所述非线性高分子复合电压敏感材料芯材由表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料与高分子聚合物基体混合而成；所述电极为表面粗糙化处理的金属箔片基板。

实施例3，聚合物基过压防护元器件的制造方法，表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料是利用聚对苯二甲酸(Parylene(CYCAD))气相沉积涂敷工艺在粒径3-7微米的镍粉(INCO Powder 123)表面涂敷厚度0.1微米的聚对苯二甲酸薄膜，然后与高分子聚合物基体材料液体硅橡胶(DOW CORNING SYLGARD567)在UM102型高速离心混合机中混合均匀，即得芯材浆料。其中镍粉与液体硅橡胶体积比为56∶44。

将芯材浆料涂覆在两片镍箔电极之间，镍箔电极表面经粗糙化处理，长3.2毫米宽2.2毫米，间距0.2毫米。然后放入150℃烘箱固化1小时，即得到聚合物基过压防护元件。其常态下电阻2.0E+10欧姆到4.0E+10欧姆之间，经2千伏电压静电冲击测试，钳位电压20伏，使用寿命大于100次。

Claims

1，一种非线性高分子复合电压敏感材料，由表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料与高分子聚合物基体混合而成，其配方按体积百分比为：

高分子聚合物基体材料 20％～80％

表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料 20％～80％。

2，根据权利要求1所述的非线性高分子复合电压敏感材料，其特征在于：所述高分子聚合物基体可以是热固性聚合物、热塑性聚合物、弹性体、橡胶中的一种或一种以上材料的混合物。

3，根据权利要求1、2所述的非线性高分子复合电压敏感材料，其特征在于：所述粉末状导电填料可以是镍粉、铜粉、铝粉、碳黑、石墨、银粉、金粉、锌粉、铁粉、不锈钢粉、金属合金粉中的一种或一种以上的混合物，粉末粒径小于50微米。

4，根据权利要求1、2所述的非线性高分子复合电压敏感材料，其特征在于：所述粉末状导电填料的表面绝缘薄膜可以是无机材料，也可以是在加工过程中不溶解于高分子聚合物基体的高分子聚合物，绝缘薄膜的厚度小于10微米。

5，根据权利要求1所述的非线性高分子复合电压敏感材料制造的一种聚合物基过压防护元器件，其特征在于：由非线性高分子复合电压敏感材料芯材和电极基板两部分组成，所述非线性高分子复合电压敏感材料芯材由表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料与高分子聚合物基体混合而成；所述电极为表面粗糙化处理的金属箔片基板。

6，根据权利要求5所述的一种聚合物基过压防护元器件的制造方法，第一步，将芯材组分高分子聚合物在液态状态下与表面镀有绝缘薄膜的粉末状导电填料混和均匀；第二步，将上述复合材料涂覆在两片金属电极之间，固化后即得到聚合物基过压防护元件。

7，根据权利要求6所述的一种聚合物基过压防护元器件的制造方法，其特征在于：第一步，利用聚对苯二甲酸气相沉积涂敷工艺在粒径3-7微米的镍粉表面涂敷厚度0.1微米的聚对二甲苯薄膜，然后与液体硅橡胶经高速混合机混合均匀，制成芯材浆料，其中涂膜镍粉与液体硅橡胶体积比为56∶44；第二步，将芯材浆料涂覆在两片镍箔电极之间，镍箔电极表面经粗糙化处理，间距0.2毫米，放入150℃烘箱固化1小时，即得到聚合物基过压防护元件。