CN203377048U

CN203377048U - 一种静电抑制元件

Info

Publication number: CN203377048U
Application number: CN201320405358.3U
Authority: CN
Inventors: 南式荣; 刘明龙
Original assignee: Nanjing Sart Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: Nanjing Sart Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2023-07-09

Abstract

本实用新型涉及一种静电抑制元件，包括陶瓷基体（1）、左外部电极（2）和右外部电极（2′），左外部电极（2）和右外部电极（2′）分别位于陶瓷基体（1）两端，其特征在于：陶瓷基体（1）是由上保护层（112）、至少一层含有至少一个通孔且通孔上下表面都被印刷电极层覆盖的通孔层（42）和下保护层（111）组成，所述通孔层（42）中的通孔中填充压敏陶瓷功能相（41），所述印刷电极层分别在产品的两端交替引出，每个印刷电极层仅与一侧外部电极形成电连接。本实用新型中的静电抑制元件过温下电压稳定，其响应时间缩短，克服了压敏电阻的缺点，具有电容量低，漏电流小的特性。

Description

一种静电抑制元件

技术领域

本发明涉及一种静电抑制元件以及该元件的制作方法，特别是涉及一种以LTCC陶瓷基体堆叠工艺、压敏陶瓷材料为功能相制作的静电抑制元件及方法。

背景技术

自然界中的所有物质都是由原子组合而成的，原子中的质子（正电荷）与电子（负电荷）存在于我们生活中的每个角落，每当两种不同材料相互接触后分开时，就会产生所谓的“摩擦起电”效应，电荷随后转移至电位较低物体的这一现象被称为“静电放电（ESD）”。在静电防护过程中打算将静电完全消除是困难的，但我们可以采取保护措施，将静电的产生与积聚控制在最小的限度之内，因此摆在设计、质量和可靠性组织面前的重要课题就成为如何应对其电子产品上静电的转移效应。目前设计师有无数现成的ESD保护方案可以选择，包括隔离电路、滤波电路和静电抑制元件（如压敏电阻器、瞬态电压抑制器、静电抑制器和放电管等）。

除了保护数据传输线路之外，静电抑制元件必须保持其信号的完整性。随着人们对于电路提供更高的信息吞吐量要求的日益迫切，静电抑制元件的一个特性变得非常重要，这就是电容量。尽管许多种静电抑制元件均能够提供有效的ESD保护功能，但不能以牺牲系统的信号完整性为代价。因此，在把静电抑制元件引入到设计电路前，必须对其电容有所考虑。具有极低电容值的静电抑制元件能够在提供ESD保护功能的同时保持高速数据信号的完整性。

压敏电阻器是一种限压型保护器件，利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现其对后级电路的保护。同其他静电抑制元件相比，压敏电阻器具有如下突出优点：热特性优良、响应时间短(ns级)，高温下电压更稳定、成本低等诸多方面，这主要是由于压敏电阻器相当于由数百万个P-N结组成，这种结构有更好的能量吸收能力和浪涌承受能力。但压敏电阻器的电容量一般在几百到几千pF的数量级范围，不宜直接应用在高频信号线路的保护中；且由于在高温烧成过程中, 表、底层的成分容易挥发而引起组成的改变，将导致表面漏电流的增加和耐浪涌能力的下降。

目前常见的静电抑制元件制作方法中，中国专利CN101221847A、CN 103035623A、以及CN101079342B均揭示了一种在同一平面内采用端头平行相对且之间形成窄缝的电极对作为两电极，在两电极间再通过填充高分子或陶瓷压敏材料来实现静电保护的作用。但两相对电极的形成需要涉及光刻、蚀刻技术，生产成本较高，且电极间窄缝的长度与宽度的大小均受到一定的限制，容易引起产品触发电压过高且散差大，而窄缝间过大的电流密度也会导致电极端面被烧蚀。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

现有的静电放电保护元件种类很多，但1）多数静电保护元件生产工艺复杂，体积较大或成本较高，且往往因电容量偏大而难以用于高频数据传输系统中；2）现有贴片静电保护元件制备技术中涉及的正对电极间形成窄缝的工艺有较大局限性，且制备的产品在使用过程中有因电极被烧蚀而钳位电压逐渐增高的风险；3）压敏电阻器在作为静电放电保护元件方面有诸多优点，但通常存在电容量、漏电流均偏大的不足。

2、技术方案：

为了解决以上问题，本发明提供了一种静电抑制元件，包括陶瓷基体1、左外部电极2和右外部电极2′，左外部电极2和右外部电极2′分别位于陶瓷基体1两端，陶瓷基体1是由上保护层112、至少一层含有至少一个通孔且通孔上下表面都被印刷电极层覆盖的通孔层42和下保护层111组成，所述通孔层42中的通孔中填充压敏陶瓷功能相41，所述印刷电极层分别在产品的两端交替引出，每个印刷电极层仅与一侧外部电极形成电连接。。

左外部电极2和右外部电极2′优选采用业界三层端电极结构，由里到外分别为Cu电极21、Ni电极22和Sn电极23。

通孔层42开孔表面的形状为方形或圆形。

优选圆形。

有益效果：

本发明通过传统的LTCC陶瓷堆叠工艺，并将压敏陶瓷材料功能相以通孔的方式填充到基体相中，可以方便地通过通孔的横截面积和被通孔膜片的厚度来调整最终产品的电容量，在低容量静电抑制元件的生产方面具有很大的优势，得到的产品还具有漏电流低、热特性优良、响应时间短，过温下电压稳定等优点，且生产工艺设备简单，原材料来源广泛，产品成本较低，非常适合于工业化大批量连续生产。

附图说明

图1是本发明中的静电抑制元件立体外观示意图。

图2是本发明中的静电抑制元件单通孔设计的侧面剖视图。

图3是本发明中的静电抑制元件双通孔设计的侧面剖视图。

图4是本发明中的静电抑制元件多层堆叠设计的侧面剖视图。

具体实施方式

本发明采用的主要方法是提供一种低成本、高性能的静电抑制元件，该元件是通过LTCC陶瓷基体与压敏陶瓷功能相低温共烧形成的，采用多层陶瓷堆叠及印刷工艺形成静电抑制元件的两个具有一定正对面积的电极层，并在两电极层正对部分间的陶瓷基板处通过通孔工艺开孔并填充压敏陶瓷功能相，最终得到了具有超低电容量、低漏电流、压敏特性优良的静电抑制元件。

下面通过实施例来对本发明进行详细说明。

实施例1

如图2所示，一种静电抑制元件，包括陶瓷基体1、左外部电极2和右外部电极2′，左外部电极2和右外部电极2′分别位于陶瓷基体1两端，陶瓷基体1是由上保护层112、第二电极层321、通孔层42、第一电极层322和下保护层111组成，通孔层42中设有一个开孔，并被填充有压敏陶瓷功能相41，通孔层42中开孔的上下表面均被印刷电极层（322，321）所覆盖，所述印刷电极层分别在产品的两端交替引出，每个印刷电极层仅与一侧外部电极相连通。印刷电极层的厚度与形状对产品性能无明显影响。

左外部电极2和右外部电极2′优选采用业界常规的三层端电极结构，由里到外分别为Cu电极21、Ni电极22和Sn电极23。

实施例2

如图3所示，一种静电抑制元件，包括陶瓷基体1、左外部电极2和右外部电极2′，左外部电极2和右外部电极2′分别位于陶瓷基体1两端，陶瓷基体1是由上保护层112、第二电极层321、通孔层42、第一电极层322和下保护层111组成，通孔层42中设有二个开孔，并都被填充有压敏陶瓷功能相41，通孔层42中开孔的上下表面均被印刷电极层（322，321）所覆盖，所述印刷电极层分别在产品的两端交替引出，每个印刷电极层仅与一侧外部电极相连通。

其它和实施例1类似。

实施例3

如图4所示，一种静电抑制元件，包括陶瓷基体1、左外部电极2和右外部电极2′，左外部电极2和右外部电极2′分别位于陶瓷基体1两端，陶瓷基体1中含有三层通孔层42，,以及位于最外层的上保护层112和下保护层111组成，每个通孔层42中均设有一个开孔并被填充有压敏陶瓷功能相41，通孔层42中开孔的上下表面均被印刷电极层所覆盖，通孔层42上下表面的印刷电极层交替排列，所述印刷电极层分别在产品的两端交替引出，每个印刷电极层仅与一侧外部电极相连通。

其它和实施例1类似。

这3个实施例所述通孔层42中开孔表面的形状可以为方形、圆形或者其它常规形状等均可，优选形成圆形孔表面。开孔表面积及被开孔膜片的厚度由最终产品的内部结构设计及电容量决定，以圆形表面、单通孔结构设计为例，其确定公式为：

Figure DEST_PATH_393749DEST_PATH_IMAGE001

式中，D为开孔表面直径（单位为mm），T为被开孔膜片的厚度（单位为um），C为产品电容量（单位为pF），K为氧化锌压敏电阻的介电常数，N为产品印刷的电极层数。

实施例4

实验所用的压敏陶瓷功能相介电常数为10，制备电容量为0.05pF的静电抑制元件时，可以采用直径为0.2mm的圆形通孔，56um的通孔陶瓷膜片厚度、单通孔设计就能得到需要容量段的产品，流延陶瓷膜片的厚度可以很方便的控制，使产品容量散差尽可能地减小。另外，继续增加陶瓷膜片的厚度或采用更小直径的通孔模具就可以将静电抑制元件的电容量降到0.05pF以下，对制备工艺的难易程度没有影响，这是其它静电抑制元件生产工艺所不具备的独特优点；另外，膜片厚度的增加导致的压敏陶瓷功能相填充需求量的增多，可以通过金属粉的加入量来调整，以使产品的触发电压不至于过高而失去保护作用。

本发明中的静电抑制元件不仅可以发挥压敏电阻材料热特性优良、过温下电压稳定的优点，同时使其响应时间进一步缩短，还克服了压敏电阻的缺点，具有电容量低，漏电流小的特性。该静电抑制元件的生产工艺设备简单，成本低，非常适合于大批量连续生产作业。

可以理解的是这里所描述的实施例的各种改变和变型对本领域技术人员来说是显而易见的，在不脱离本发明主题的精神和范围内可以做出其他的改变但没有超出其预期的优点时，可以认为这样的改变被附加的权利要求所覆盖。

Claims

1.一种静电抑制元件，包括陶瓷基体（1）、左外部电极（2）和右外部电极（2′），左外部电极（2）和右外部电极（2′）分别位于陶瓷基体（1）两端，其特征在于：陶瓷基体（1）是由上保护层（112）、至少一层含有至少一个通孔且通孔上下表面都被印刷电极层覆盖的通孔层（42）和下保护层（111）组成，所述通孔层（42）中的通孔中填充压敏陶瓷功能相（41），所述印刷电极层分别在产品的两端交替引出，每个印刷电极层仅与一侧外部电极形成电连接。

2.如权利要求1所述的静电抑制元件，其特征在于：左外部电极（2）和右外部电极（2′）采用三层端电极,由里到外分别为Cu电极(21)、Ni电极(22)和Sn电极(23)。

3.如权利要求2所述的静电抑制元件，其特征在于：通孔层（42）开孔表面的形状为方形或圆形。

4.如权利要求1或3所述的静电抑制元件，其特征在于：通孔层（42）中的通孔为圆形。