CN1805649A - 一种高分子基esd防护元件及其制造方法 - Google Patents

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连铁军
胡晓文
侯李明
程真
吴国臣
黄琼
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本发明一种高分子基ESD防护元件及其制造方法涉及以高分子树脂为基体，导体/半导体/绝缘体粒子为填充物的共混复合材料为主要原材料的电子元件及其制造方法。一种高分子基ESD防护元件，它由芯材和贴覆在芯材两侧的金属箔片构成，其以热塑性高分子材料为基材，在其中按照高分子聚合物25～45％、导电粒子15～40％、半导体粒子15～35％、绝缘粒子0～15％、加工助剂0.1～10％，通过共混获得芯材，其中，所述的热塑性高分子材料为聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙稀，聚二氟乙烯聚合物中的一种及它们中一种以上聚合物的共混物。具有加工方法更加简单，同时由于采用辐照方法进行交联，其前期加工后所得芯片可以方便地保存。

Description

一种高分子基ESD防护元件及其制造方法
所属技术领域
本发明一种高分子基ESD防护元件及其制造方法涉及以高分子树脂为基体，导体/半导体/绝缘体粒子为填充物的共混复合材料为主要原材料的电子元件及其制造方法。
技术背景
随着电子工业及纳米技术的日益发展，静电放电(ESD，Electrostatic Discharge)的危害突出显现。一方面，集成电路的集成密度越来越高，相应的耐静电击穿电压及能力也越来越低；另一方面，表面电阻率较高的塑料和橡胶制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化，使静电足以积累到很高的程度，具备极大的破坏性。
针对此问题一方面采用必要措施减少ESD产生可能，另一方面在电路加入静电防护元件(ESD Protection Device)，对静电放电敏感(ESDS，ESD-sensitive Device)器件提供适当的输入保护，使其更合理地避免ESD的伤害。
ESD防护元件与被保护元件并联使用，正常工作状态下，ESD保护元件本身处于高电阻状态，所有的信号或电流不会在该元件上通过，因此不影响被保护元件的正常工作。当ESD产生时，瞬态的高电压高电流，使得ESD防护元件在极短的时间内由高电阻状态变为低电阻状态(即导通状态)，电流及电压由ESD防护元件上通过，而不经过被保护元件，从而实现保护的作用。
目前对于瞬态电压的防护，有压敏电阻(MOV)，瞬态抑制二极管(TVS)和高分子基ESD防护元件。随着通讯领域信号频率的不断提高，对于此类防护元件要求其电容必须很低，而高分子基ESD防护元件在此方面的优势较为明显。
高分子基ESD防护元件的主要原材料为填充有导电或半导体等粒子的结晶或无定形高分子材料。其中导电粒子可以为金属粉(镍粉，铝粉，铜粉，银粉等)，碳黑，石墨或碳纤维等非金属粒子。半导体粒子可以为氧化锌，碳化硅等材料。绝缘粒子可以为氧化铝，二氧化硅等。共混复合体系中高分子材料的作用是分散和连接的作用，可以为环氧树脂，有机硅树脂，聚乙烯，聚丙烯，尼龙，聚氧化乙烯，聚酯等等。
在正常工作电压情况下，尽管共混材料中有导体粒子存在，但是由于高分子材料和绝缘粒子的绝缘作用，整体材料的电阻处于很高的状态，通常在几十到几百兆欧姆以上，相当于完全“断路”状态。当电压突然增大到一定阈值以上，半导体粒子，绝缘粒子和高分子材料的共混物能够发生电子隧穿效应，由原来的绝缘状态变为导通状态，进而将分散在高分子材料中的导体粒子连成一体，从而整体材料电阻变为较低水平，通常为几欧姆到几十欧姆，相当于“短路”状态。
随着信息技术及通讯行业的快速发展，电子产品的精细化转变，高分子基ESD防护元件被广泛应用在诸如通讯，便携式终端，IT，工业甚至汽车等领域。其中3G概念产品需求尤为巨大。现有的国外高分子基ESD元件产品，高分子材料一般选用热固性高分子，如环氧树脂或有机硅树脂，其主要缺点在于加工较为复杂，不易控制产品均匀性及一致性，同时原材料配备完成后不能长时间贮存。为此本发明提供一种新的技术方案。
发明内容
本发明目的在于提供一种利加工、易贮存的高分子基ESD防护元件及其制造工艺。
本发明可以通过以下技术方案实现：一种高分子基ESD防护元件，它由芯材和贴覆在芯材两侧的金属箔片构成。其特点是采用热塑性高分子材料，如聚乙烯材料，在其中按照一定比例添加导体粒子，如镍粉，碳黑或铝粉等，半导体粒子，如氧化锌，碳化硅等以及二氧化硅或氧化铝等绝缘粒子，通过密炼机或双螺杆挤出机等加工设备共混并挤出获得芯材。其配方按质量百分比例为：
高分子聚合物：        25～45％
导电粒子：            15～40％
半导体粒子：          15～35％
绝缘粒子：            0～15％
其他助剂：            0.1～10％
在上述方案中，所述复配体系中，高分子材料可以是聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙稀，聚二氟乙烯等聚合物中的一种及它们中一种以上聚合物的共混物；所述复配体系中的助剂可以相同也可以不同。所述导体粒子可以是金属粉(银粉，铝粉，镍粉)或碳黑等中的一种或几种混合物。所述半导体粒子可以是氧化锌或碳化硅，碳化硅(绿碳化硅或黑碳化硅)等中的一种或几种混合物。所述其他助剂包括无机填料的分散剂，抗氧剂，偶联剂及交联促进剂等。其中分散剂可以是石蜡，氧化乙烯等化合物中的一种或多种；抗氧剂可以是胺类或酚类化合物；偶联剂可以是硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；交联促进剂可以是多官能团不饱和化合物，如三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)等。所述的绝缘粒子可以为二氧化硅，氧化铝等中的一种或多种化合物的混合物。
本发明的制造方法为：第一步：将配方中各组份如高分子材料、镍粉、碳化硅、绝缘粒子和加工助剂预混合均匀，然后在100～200℃的温度下，通过密炼机或挤出机等加工设备进行混炼；第二步：将所得共混物通过双辊或相应压延机械，制成一定尺寸厚度的芯材；第三步：通过热压复合的方法将芯材复合在环氧基板和金属箔片间，尺寸规格为200～2000cm2，复合厚度控制在0.1～1mm之间；第四步：将此复合片通过γ射线或电子束进行辐射交联，剂量为5～50Mrad；最后，将辐照好的复合片进行刻蚀，切割制成元件。
本发明与现有技术相比，其芯材中的高分子材料选用热塑性高分子材料，与热固性高分子材料为基体的技术相比较，加工方法更加简单，同时由于采用辐照方法进行交联，其前期加工后所得芯片可以方便地保存。
附图说明
图1一种芯片结构示意图
图2高分子基ESD防护元件
其中，各部件
    1-环氧基板            2-高分子基复合材料
    3，4-金属电极         5-绝缘层
    6，7-锡镀            8，9-铜镀层
具体实施方式
                                        表1
  高分子共混物   低密度聚乙烯   镍粉   碳化硅   二氧化硅   抗氧剂   钛酸酯偶联剂
  质量(g)   264   278   210   24   16   8
其中：高密度聚乙烯陶氏化学公司722
    镍粉INCO公司255
    二氧化硅Carbot M-5
    抗氧剂美国大湖化工有限公司ANOX70
表1中的各组分，在160℃条件下，使用密炼机进行混合后，冷却并粉碎。称取混合材料2克，热压成高分子基片材在模具中放入单面带有铜电极的环氧基板1，再将前述高分子基片材2放在环氧板1上，再在高分子基片材上放置一张铜电极3，通过热压方法成为图1一种芯片结构示意图所示的芯片。热压温度150℃，压力5Mpa，芯片厚度0.25mm。采用电子束进行辐照高分子基片材，辐照剂量25Mrad。所得带电极芯片通过钻孔，蚀刻，镀铜镀锡，印刷阻焊膜后切割后制成零功率电阻在200兆欧以上的高分子基ESD防护元件，如图2高分子基ESD防护元件结构图所示，环氧基板1、高分子基复合材料2、金属电极3，4、绝缘层5、锡镀层6，7、铜镀层8，9，该元件制造具体方法参照专利申请号200410053728.1的方法。

Claims (2)

1.一种高分子基ESD防护元件，它由芯材和贴覆在芯材两侧的金属箔片构成，其特征在于：以热塑性高分子材料为基材，在其中按照一定比例添加混合导体粒子、半导体粒子以及绝缘粒子辅以加工助剂通过共混获得芯材，其中，所述的热塑性高分子材料为聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙稀，聚二氟乙烯聚合物中的一种及它们中一种以上聚合物的共混物；所述导体粒子是金属粉包括银粉、铝粉、镍粉，或碳黑中的一种或几种组合的混合物；所述半导体粒子是氧化锌、碳化硅，碳化硅中的绿碳化硅或黑碳化硅中的一种或几种组合的混合物；所述绝缘粒子为二氧化硅、氧化铝中的一种或其组合物；所述的加工助剂为无机填料的分散剂、抗氧剂、偶联剂及交联促进剂，其中分散剂是石蜡、氧化乙烯化合物中的一种或其组合，抗氧剂是胺类或酚类化合物，偶联剂是硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，交联促进剂是多官能团不饱和化合物，包括三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)；芯材中各组份按质量百分比例为：
高分子聚合物：            25～45％
导电粒子：                15～40％
半导体粒子：              15～35％
绝缘粒子：                0～15％
加工助剂：                0.1～10％。
2.根据权利要求1所述的一种高分子基ESD防护元件的制造方法为：第一步：将配方中的各组份预混合均匀，然后在100～200℃的温度下，通过密炼机或挤出机进行混炼；第二步：将所得共混物通过双辊或相应压延机械，制成一定尺寸厚度的芯材；第三步：通过热压复合的方法将芯材复合在环氧基板和金属箔片间，尺寸规格为200～2000cm2，复合厚度控制在0.1～1mm之间；第四步：将此复合片通过γ射线或电子束进行辐射交联，剂量为5～50Mrad；最后，将辐照好的复合片进行刻蚀，切割制成元件。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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