CN1942042A - 电子电路的保护元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子电路的保护元件，在陶瓷基板上的周缘内面先被覆一层保护层，保护层之上形成从基板端部向内侧延伸的电极层，电极层与保护层相重叠部分之间则为介电层，两电极层因介电层而成为上下间隔的型态，再于重叠部分上部形成覆盖层，利用对重叠部分切割形成具有适当深度而两端止于电极基部的横向间隙，使电极层的重叠部分因横向间隙而成为相对的设置，由改变介电层的材料与填入横向间隙中的材料，或控制介电层的厚度等，使其放电电极变成上、下层电极放电的型式，而放电间隙尺寸可由介电层的印刷厚膜来控制，填入横向间隙中的材料，则可用来防止静电放电，及/或降低崩溃电压，以做为不同特性的被动元件，而提供电子电路的保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子电路的保护元件，特别是涉及一种在基板上构成上、下电极层的重叠部份具有横向间隙，以及上、下层电极层以介电层相互间隔的型态，而放电电极对上、下层电极放电的形式的电子电路的保护元件。
背景技术
在电路中，电容、电阻及电感是目前电子产品中不可或缺的三大被动元件，电容的原始功能为储存电能，其构成原理在两导电物质间以介电质隔离，并将静电荷储存于其间，而达成储存电荷、旁路、滤波、调谐及震荡等作用。依不同介电质区分固定电容、可变电容及晶片电容等三大类。
电阻器的功能则是为调整电路中的电压及电流，电感器的主要功能则是过滤电流里的杂讯，以防止电磁波干扰，三者互相搭配作用而达成电子回路控制功能，其应用范围涵盖资讯、通讯、消费电子及其他工业产品领域，是各项产品不可或缺的零组件。
其次，在电子通讯设备的线路中，为了避免因为电压异常或是因为静电放电(Electro-Static Discharge，ESD)对于电子设备构成基板等元件的破坏而造成产品的损失，电子设备中通常会装设可防止因异常电压而造成损坏的电子保护元件，而且，通常是利用电容、电阻及电感等被动元件来作为控制。
有关静电放电保护元件，例如，暂态电压抑制二极体(Transient VoltageSuppress Diode，TVSD)元件、积层式压敏电阻(Multi-Layer Varistor，MLV)元件等，提供来作为线路保护设计的用；而在线路设计上，业者也已应用如屏蔽(Shielding)保护、间隙放电(Gap Discharge)、电容(Capacitor)的充放电等各种不同方式，来解决静电放电保护的设计问题。
在诸多对静电放电保护设计的解决对策的中，在印刷电路基板布局(PCBLayout)时，直接在静电放电保护设置点设计如图1A所示之间隙放电电极结构，并在印刷电路基板制作的同时包含静电放电保护设计，是成本较低的方式，也已被广泛的应用在许多设计之中。
图1A显示在一印刷电路基板10上，在欲设置静电放电保护机构的线路11上制作出一尖形放电电极12a，同时由一个间隙13形成，再将另一个尖形电极12b接地(Ground)；
参考图1B所示，当因受到电击15等而导致可能的异常电压、能量如静电放电表示曲线16出现在线路11中时，在两个主要放电电极12a、12b之间的间隙13产生击穿、崩溃现象，故必需将此异常电压的幅度限制在如曲线17所示的可以接受的程度，以对线路11产生保护作用。
上述的静电放电保护设计方式，经过分析后，发现其具有以下的缺点：
1、上述现有技术中间隙13的制作，以机械切割方式为之，而受限于静电放电制造过程能力的限制，所以要将此一间隙的宽度尺寸作得很小，会有无法达成的问题。
2、由于间隙13的宽度尺寸无法做到很小，相对于间隙宽度尺寸的崩溃电压就会偏高，所以对电路的保护作用就会被限制；对于需要更低崩溃电压保护的电路将不适用。
发明内容
本发明的目的在于通过提供一种可适用于多种电子电路的保护元件，以改变上述目前技术中所存在的缺点和鉴于各被动元件或保护需各别制作而造成资源浪费及增加制造成本等诸多问题。
本发明是采用以下技术手段实现的：
本发明的电子电路的保护元件，在基板上形成积层式构造，并配合印刷制造过程形成介电层，且利用切割制造过程形成间隙，介电层利用不同特性的材料，故可形成能够因应电容、电阻及电感等特性需要的保护元件，而间隙中利用空气放电或填入压电敏感材料或不同气体，可形成具有防护静电放电功能的元件。
本发明的电子电路的保护元件，在陶瓷基板上形成多数层于基板周缘内侧部份重叠的介电层及电极层，整体组合后，经由切割制造过程使之形成具有适当深度的横向间隙，构成两电极层重叠的部份依横向间隙而为前后相对，并依介电层而成为上下相对，如此，由间隙宽度或填入间隙内的材料特性，以及介电层的厚度等，可使之用以作为多种电子电路的保护元件。
本发明的电子电路的保护元件，并可使电极层形成后，沿着同一方向形成多数相互间隔的多数个单体电极，再配合切割制造过程形成横向间隙，构成因横向间隙而成为多数前后与上下相对电极层，因此，因为在同一方向有多数间隔单体电极层，及轴方向上下相对的电极层，故其形成矩阵排列型态，可作为排阻、排容等的保护元件。
本发明的电子电路的保护元件，其上层电极与下层电极之间隙，依其间的介电层的厚度来决定，而介电层得以印刷技术形成，如此，上层电极与下层电极之间的高度可以控制得极小，可克服因为间隙宽度尺寸所导致的崩溃电压。
本发明与现有技术相比具有明显的优势和有益效果：
1、双向对位电极结构，可以藉由钻石刀片切割或者是雷射切割方式，很轻易的将间隙放电电极间的尺寸控制到10～30μm。
2、垂直式相互叠合的电极结构，可以由印刷厚度来控制，很轻易的将间隙放电电极间的尺寸控制到5～25μm。
3、因为间隙放电电极的尺寸极度微小化，可以将崩溃电压达成有效降低的效果，以最简单结构装置提供符合ESD低压保护设计需求的目的。
附图说明
图1A为现有间隙放电技术的结构图示；
图1B为现有间隙放电技术的电压抑制说明图示；
图2A-2F为本发明的制作流程平面及侧面表示图；
图3为本发明第二实施例的制作流程立体示意图；
图4为本发明第二实施例的组合立体表示意图；
图5为本发明第二实施例的组合剖面示意图；
图6为本发明第三实施例的组合剖面示意图。
具体实施方式
本发明的详细构成、制造方法步骤，以及其作用、功能，参照下列附图所作的说明即可得到进一步的了解：
本发明的电子电路的保护元件，如图2A-2F所示，其制作步骤如下：
1、请参阅图2A所示，首先于陶瓷基板21上端表面制作一基层玻璃22，基层玻璃22的大小控制在位于陶瓷基板21的中央，使基层玻璃22的侧边与陶瓷基板的边缘不接触；
2、请参阅图2B所示，在基层玻璃22上被覆第一电极层23，该第一电极层23的一端与陶瓷基板21的第一端相连接，第一电极层23的另一端则局部地被覆到基层玻璃22之上端表面；
3、请参阅图2C所示，在第一电极层23上端被覆一层介电层24，介电层24具有约与基层玻璃22相同的面积，其位于基层玻璃22的正上方，介电层24的另一端则连接至基层玻璃22的一端；
4、请参阅图2D所示，在介电层24上再被覆第二电极层25，第二电极层25的一端与陶瓷基板21的第二端相连接，第二电极层25的另一端则局部地被覆到介电层24的上端表面；
5、请参阅图2E所示，被覆一保护玻璃层26在第二电极层25的上端，该保护玻璃层26的其他端与介电层24相接；
6、最后，请参阅图2F所示，以钻石刀片切割制造过程或是雷射切割制造过程，在结构体中，对上述第一电极层23、介电层24及第二电极层25的重叠部份，以横方向切割出一道贯穿保护玻璃层26、第二电极层25、介电层24、第一电极层23及基层玻璃22的横向间隙3，使保护玻璃层26、第二电极层25、介电层24、第一电极层23及基层玻璃22因为横向间隙3的关系而成为前后相对。
如此，构成第一电极层23和第二电极层25，以设在其间的介电层24厚度作为放电间隙，使整体具备静电放电保护元件的特性；另一部份，第一电极层23和第二电极层25因为横向间隙3而成为前第一电极层231和后第一电极层232相对，前第二电极层251和后第二电极层252相对，如此可因为填入横向间隙3内的压电材料或不同气体(He气)材料特性不同，使前第一电极层231和后第一电极层232及前第二电极层251和后第二电极层252之间形成不同Trigger Voltage(触发电压)的ESD保护元件。
请再参照第3、4、5图，为本发明的电子电路的保护元件的另一实施例，其制作步骤如下：
1、首先制备一陶瓷基板4；
2、在陶瓷基板4上制作一缓冲底层41，该缓冲底层41具有与陶瓷基板4沿着相同方向延伸的长形体，其位于陶瓷基板4的中央；
3、在缓冲底层41上端被覆一电极材料层42，该电极材料层42为ㄇ形状，其具有与陶瓷基板4相同的长度，其两端为块状体421、422，具有较高的高度，而可分别地位于前述缓冲底层41的左右两侧，该块状体421、422并分别连接至陶瓷基板4的上端侧边，其上端为平板表面423，平板表面423侧边向外伸出，形成平板表面423的上端略呈十字状；
4、于电极材料层42上端被覆一介电层43；
5、复于介电层43上方被覆一电极导体层44，该电极导体层44，以含有钯(Pd)或铂(Pt)的导体材料制作，其覆盖到电极材料层42的局部，沿着陶瓷基板4的长方向上，数置数个相互间隔的单体电极441、442、443、444，该等单体电极441、442、443、444的上下两端具有较高的高度，而可分别地位于介电层43、电极材料层42及缓冲底层41的上下两侧，使体电极441、442、443、444的上下两端底缘分别与陶瓷基板4的上侧边4A及下侧边4B相接；
6、然后，在电极导体层44上端再被覆一层保护层；
7、最后，以钻石刀片切割制造过程或是雷射切割制造过程在结构体中央部份横向切割出一道横向间隙5，该横向间隙5贯穿电极导体层44、介电层43、电极材料层42，并局部深入缓冲底层41；使电极导体层44、介电层43、电极材料层42，因横向间隙5而成为前后相对的型式，尤其是电极导体层44，更因为横向间隙5而分成前后间隔相互对称的单体电极441、442、443、444及下单体电极44a、44b、44c、44d。
因此，电极导体层44和电极材料层42之间，因为介电层43、经由厚膜印刷制造过程形成，介电层43的厚度可以控制到最小，而经由介电层43可使用不同性质的介电材料，则构成具备电容、电阻或电感特性需求的功能元件；并且，由在横向间隙5内利用空气放电原理或填入压电敏感材料即可提供ESD保护。
上述以多数单体电极相对成矩阵排列所构成的保护元件，其使用至电路板上时，可同时提供给多组电路的连接接脚使用，形成于两侧的电极材料层42的块状体421、422可作为接地使用；如此，不仅可避免传统上需分别连接不同的保护元件所造成的困扰，更因为影响电容、电阻特性的介电层可以得到良好的控制，以及透过间隙内填入的材料使其具备降低崩溃电压的静电保护功能，使得与的连接的电路品质更为稳定。
由此可知，本发明的电子电路的保护元件，经由上述制造步骤，根据对微间隙材料层或横向间隙填入材料的选择使用，即可使整体达到不同作用。
请参照图6所示，为本发明电子电路的保护元件的另一实施例，如图所示，本发明的电子电路的保护元件，以在基板上方形成缓冲层61、第一电极层62，介电层63、第二电极层64、保护层65、第一绝缘材料66及第二绝缘材料67，经切割制造过程形成一道将上述材料分成前后相对的横向孔隙68，由在横向孔隙68内利用空气放电原理将不同气体或压电敏感材料填入，达到在基板上方具备静电放电保护元件(ESD)的特性；并且，在基板的反面，也可以利用厚膜印刷制造过程形成第一电极层71、第二电极层72、介电层73、保护层74、第一绝缘材料75及第二绝缘材料76等，同样形成保护元件功能，然后，经电镀制造过程于基体外部形成外部电极81、82，再将上下层电路相连，构成有双面效应的电子电路保护元件。
而图6所示的实施例，则可使基板上端为静电放电保护元件电路，基板的下端则可为RC电路或EMI电路，构成兼具静电放电保护元件(ESD)与RC电路的复合式功能元件，或者，静电放电保护元件(ESD)与EMI电路结合成一体的复合式功能元件。
若再如前所述地配合矩阵排列形成排阻或排容，则整体而言，功能更具备多样化，将之使用于电子产品，除了可减少线路的架设成本外，并可适用于高频或具备更精细要求的电子元件特性，符合要求轻、薄、短、小的电子元件的需要。
如此，经由多层介电层及电极导体单元，配合一间隙材料层的设计，整体形成多电容或多电阻的型态，只要改变微间隙材料层的材料，即可使其作不同用途，实施上相当方便。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (10)
1、一种电子电路的保护元件，包括：
一陶瓷基板；
一形成于陶瓷基板上的缓冲底层；
一形成于缓冲底层上的电极材料层；
一形成于电极材料层上的介电层；
一形成介电层上的电极导体层；以及
一形成于电极导体层上的保护层；
其特征在于：有一横向间隙，贯穿电极导体层、介电层及电极材料层，并局部深入缓冲底层，将电极导体层、介电层及电极材料层分成上下相对。
2、根据权利要求1所述的电子电路的保护元件，其特征在于：所述的介电层为玻璃面板。
3、根据权利要求1所述的电子电路的保护元件，其特征在于：所述的介电层使用的是介电材料。
4、根据权利要求1所述的电子电路的保护元件，其特征在于：所述的电极导体层，为沿着陶瓷基板的长度方向形成数个相互间隔的多数单体电极，且各单体电极经横向间隙区隔为上下相对的单体电极及下单体电极。
5、根据权利要求1所述的电子电路的保护元件，其特征在于：所述的电极材料层，其两端具有可供作接地使用的块状体。
6、根据权利要求1或5所述的电子电路的保护元件，其特征在于：所述的电极材料层为两边为竖直体的顶端连接一横直体的形状。
7、根据权利要求1所述的电子电路的保护元件，其特征在于：所述的缓冲底层、电极导体、电极材料层、保护层同时形成于陶瓷基板的背面。
8、根据权利要求7所述的电子电路的保护元件，其特征在于：所述形成于陶瓷基板背面的缓冲底层、电极材料层、电极导体层、保护层，构成电容层与电感层具备RC电路特性或EMI电路特性的型态。
9、一种电子电路的保护元件，其特征在于：制作步骤包括：
首先制备一陶瓷基板；
在陶瓷基板上制作一缓冲底层；
在缓冲底层上被覆第一电极导体层；
在第一电极导体层上端被覆一介电层；
在介电层上端被覆第二电极导体层；
然后，在切割制造过程形成贯穿第二电极导体层、介电层及第一电极导体层的横向间隙，而将第二电极导体层、介电层及第一电极导体层分成前后相对。
10、一种电子电路的保护元件，其特征在于：制作步骤包括：
首先制备一陶瓷基板；
其次在陶瓷基板上被覆一缓冲层；
在缓冲层上被覆一电极材料层；
在电极材料层上被覆一介电层；
在介电层上被覆一电极导体层，该电极导体层于陶瓷基板的长度方向上设有数个相互间隔的单体电极；
在切割制造过程形成贯穿电极导体层、介电层及电极材料层的横向间隙，将电极导体层、介电层及电极材料层分成前后相对。
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