CN205944083U - 一种静电保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种静电保护器，它包括绝缘基体、间隔设置于所述绝缘基体内的第一放电电极和第二放电电极以及形成于所述绝缘基体两端部的第一外部电极和第二外部电极，所述第一外部电极与所述第一放电电极相连接，所述第二外部电极与所述第二放电电极相连接，所述第一放电电极和所述第二放电电极之间连接有防静电功能层。将第一外部电极与第一放电电极相连接、第二外部电极与第二放电电极相连接，并且第一放电电极和第二放电电极之间连接有防静电功能层，这样能够确保保护器因重复放电引起的性能变化较小，放电开始电压小且低容值，而且制作工艺简单而有利于降低成本。

Description

一种静电保护器

技术领域

本实用新型属于保险丝领域，具体涉及一种静电保护器。

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。近年来，为了实现电子设备的小型化和高性能化以及传输速度的高速化和低驱动电压化，电子设备中使用的电子部件的耐电压能力正在降低。因此，在人体与电子设备的端子接触，产生静电脉冲流向电子设备时，保护电子部件免受由此产生的过电压的损坏已成为一项重要的技术课题，并为此提出了各种静电保护装置。

然而，现有静电保护器件在制作时通常隔着间隔相对的一对放电电极，通过例如丝网印刷而形成。丝网印刷的印刷位置精度并不高，难以形成20um以下的间隔，因而难以获得放电开始电压较小的ESD保护器件。若缩小间隙，则必须提高印刷工序的精度，或使用光刻法等。在使用这种高精度印刷工艺或光刻法的情况下，成本可能会提高。此外，当对静电保护器件施加静电冲击时，放电电极前端会因放电时的瞬态高热而产生烧蚀，尤其是采用银、铜或其合金等导电性好、熔点较低的电极材料，更容易烧蚀，重复放电后放电间隙会逐步增大导致静电保护器件的放电电压逐步上升，静电防护能力下降。而采用铂、钨等高熔点金属做电极则放电开始电压难以降低，且生产工艺复杂、成本较高。

发明内容

本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而提供一种放电开始电压小、因重复放电引起的性能变化较小、低容值且低成本的静电保护器。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种静电保护器，它包括绝缘基体、间隔设置于所述绝缘基体内的第一放电电极和第二放电电极以及形成于所述绝缘基体两端部的第一外部电极和第二外部电极，所述第一外部电极与所述第一放电电极相连接，所述第二外部电极与所述第二放电电极相连接，所述第一放电电极和所述第二放电电极之间连接有防静电功能层，所述第二放电电极的端面与所述第一放电电极的表面间隔着所述防静电功能层相对设置，其特征在于：它还包括形成于所述绝缘基体内的空隙层，所述空隙层边缘全部或部分与所述第二放电电极的部分表面以及所述防静电功能层的部分表面重合。

优化地，定义第一放电电极和第二放电电极中相向的两端为其各自的前端，相背的两端为其各自的后端；所述第二放电电极的前端弯曲形成与所述第一放电电极表面相对设置的所述端面，所述端面包括与所述防静电功能层相接触的前端面或/和两个侧端面。

优化地，防静电功能层的厚度3~20微米，为具有非线性电阻特性的玻璃陶瓷层。

优化地，所述防静电功能层通过厚膜印刷方式形成。

优化地，所述空隙层由所述防静电功能层和交叠于其上的部分所述第二放电电极围成。

根据本发明的一个优选实例，所述绝缘基体内形成有中隔层绝缘基体，所述防静电功能层形成在所述中隔层绝缘基体上，所述绝缘基体内开设有与所述防静电功能层位置相对应的凹陷，所述第二放电电极延伸至覆设在所述凹陷处，所述空隙层由所述中隔层绝缘基体与所述第二放电电极叠压而成。

根据本发明的一个优选实例，所述空隙层边缘与所述防静电功能层中与第二放电电极在同一水平面内投影不相叠部分的表面部分重合。

进一步地，所述空隙层边缘还与所述第二放电电极的表面部分重合。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型静电保护器，这样的结构可以将相对电极间的间距控制到20μm以下，同时由于防静电功能层材料优异的非线性电阻特性，可以有效的将元件的触发电压降低至300V以下；此外，相对于同一平面上的相对电极对，本实用新型的静电保护器可以提供更大面积且间距相等的电极相对面，改善重复放电后电极间距增大的现象，而空隙层的存在同样能有效减少静电放电过程中因电极材料迁移造成的短路现象，因而该元件的耐高压静电放电的能力优异，多次放电后性能劣化较少。

附图说明

附图1为实施例1中静电保护器的正面剖视图；

附图2为附图1的A-A剖视图；

附图3为实施例2中静电保护器的结构示意图；

附图4为实施例3中静电保护器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型优选实施方案进行详细说明：

实施例1

以下有关反向的定义均是按照图1中观察到的反向予以定义的。

本实施例提供一种静电保护器，如图1和图2所示，主要包括绝缘基体10、第一放电电极3、第二放电电极4、第一外部电极7、第二外部电极8、防静电功能层5和空隙层6。

其中，绝缘基体10包括层叠设置的第一绝缘基体1和第二绝缘基体2。

定义第一放电电极3和第二放电电极4中相向的两端为其各自的前端，相背的两端为其各自的后端。第一放电电极3设置在第一绝缘基体1和第二绝缘基体2之间，它的前端由绝缘基体10的左端向内延伸（该延伸方向为其长度方向，同一平面内垂直于长度方向的为其宽度方向），使得第一放电电极3长度方向的纵截面为平面或曲面等形状（本实施例中为平面）。第二放电电极4也设置在第一绝缘基体1和第二绝缘基体2之间，它的前端由绝缘基体10的右端向内延伸至第一放电电极3表面的上方（与第一放电电极3间隔设置），并弯曲形成与第一放电电极3上表面相对设置的前端面40、第一侧端面41和第二侧端面42，因此第二放电电极4长度方向（长度、宽度的定义同上）的纵截面为非平面；在本实施例中，至少第二放电电极4前端宽度小于与其对应处的第一放电电极3的宽度。

第一外部电极7和第二外部电极8分别形成在绝缘基体10的左右两端部，第一外部电极7与第一放电电极3的左端相连接，第二外部电极8与第二放电电极4的右端相连接。

防静电功能层5用于连接第一放电电极3和第二放电电极4，它的右部同时与第一绝缘基体1和第二放电电极4相接触，而左端则延伸至第一放电电极3的上表面上，使得防静电功能层5与第一放电电极3部分交叠同时也与第二放电电极4部分交叠，这样它可以覆盖或部分覆盖在第一放电电极3的前部（本实施例中，防静电功能层5覆盖住第一放电电极3的整个前部），使得第二放电电极4中与第一放电电极3上表面相对设置的前端面40、第一侧端面41和第二侧端面42均与防静电功能层5的上表面相接触。防静电功能层5可以通过将功能层浆料用厚膜印刷的方式在步骤（A）得到的加工部件上印刷并加以固化而形成。防静电功能层5的印刷厚度也优选为3~20μm（其宽度小于元件的宽度）。当然，在第一放电电极3和第二放电电极4前部的宽度不同时，防静电功能层5的宽度可以大于两者中较窄的一个，也可以大于两者中较宽的一个。

上述第二放电电极4中与第一放电电极3上表面相对设置的前端面40、第一侧端面41和第二侧端面42与防静电功能层5的上表面接触而使得第二放电电极4和防静电功能层5围成空隙层6，即空隙层6的边缘与防静电功能层5的部分上表面和第二放电电极4的部分内表面重合。

上述静电保护器的制备方法包括以下步骤：

（A）在第一绝缘基体1上形成第一放电电极3：第一绝缘基体1通过在承载板上涂布陶瓷浆料并将其固化实现（涂布及固化可以一次完成或分多次完成）；然后，用厚膜印刷的方式将电极浆料印刷在固化后的陶瓷涂布层上，并将其固化以此形成第一放电电极3；第一放电电极3的印刷厚度优选为3~20μm。第一放电电极3的前部宽度应小于（静电保护器）元件的宽度。

（B）形成防静电功能层5：防静电功能层5可以通过将功能层浆料用厚膜印刷的方式在步骤（A）得到的加工部件上印刷并加以固化而形成。防静电功能层5的印刷厚度也优选为3~20μm（其宽度小于元件的宽度），它覆盖或部分覆盖在第一放电电极3的前部。在第一放电电极3和第二放电电极4前部（第二放电电极4的前部与第一放电电极3的前部相向设置）的宽度不同时，防静电功能层5的宽度可以大于两者中较窄的一个，也可以大于两者中较宽的一个。在本实施例中，防静电功能层5的宽度大于第一放电电极3前部的宽度。

（C）形成烧失层：在防静电功能层5上印刷可以高温烧失的浆料并加以固化以形成与空隙层6相对应的烧失层。烧失层的印刷厚度优选为3~30μm，其边缘至少有一处与防静电功能层5和第一放电电极3交叠区域的位置相对应。在本实施例中，烧失层的长度和宽度均小于防静电功能层5的长度和宽度，而且烧失层的宽度小于第一放电电极3前部的宽度。

（D）形成第二放电电极4：在步骤（C）得到的加工部件上印刷电极浆料并使其固化以形成第二放电电极4。第二放电电极4覆盖或部分覆盖烧失层，且前端或者两侧边缘中至少有一处超出烧失层4边缘与防静电功能层3相接，从而形成前端面40、第一侧端面41和第二侧端面42。在本实施例中，第二放电电极4完全覆盖烧失层，且其宽度小于防静电功能层5和第一放电电极3中较窄一个的宽度，以保证第二放电电极4的端面（前端面40、第一侧端面41和第二侧端面42）能够间隔着防静电功能层5与第一放电电极3的上表面相对。

（E）形成第二绝缘基体2：在完成步骤（D）的加工部件上继续涂布陶瓷浆料并将其固化，以形成第二绝缘基体2，完成对元件内部结构的密封保护。步骤A到E可以在一个平板上并行制作数个元件的矩阵；再经过切割、从承载板上剥离而形成单个元件。

（F）形成具有空隙层6的静电保护器主体结构：加热排胶除去陶瓷浆料、电极浆料、功能层浆料中的粘结剂以及高温烧失浆料，经700℃~950℃的烧结制成静电保护器的主体结构；之后可以用业内熟知的方法倒角、上端和电镀制作第一外部电极7和第二外部电极8并最终形成本实施例所描述的静电保护器。

在本实施例中，形成第一绝缘基体1和第二绝缘基体2所用的陶瓷浆料，可以由直径为0.4~2.5μm的玻璃陶瓷粉末（质量含量68-80%）和粘结剂混合而制成。该玻璃陶瓷材料主体成分为硼、铝、硅、钙等的氧化物，软化点可以为500~900℃，介电常数小于5，以减小寄生电容。

形成第一放电电极3和第二放电电极4所用的电极浆料，可以由直径为0.4至2.5μm的银和/或其他贵金属及合金的粉末按照质量比70-80%和粘结剂混合而制成。进一步的，可以在电极浆料中添加少量的玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、金属氧化物粉末中的一种或几种，以调节其在烧结时的收缩率和与绝缘基体的粘结力。形成第一放电电极3和第二放电电极4所用的电极浆料，其成分配比可以相同；也可以不同，以获得不同的烧结收缩率。当两个放电电极所用电极浆料成分配比不同时，可以使第二放电电极4所用电极浆料的固体粉末质量比比第一放电电极3所用电极浆料的低1~5%，以帮助第二放电电极4在烧结时向与第二绝缘基体2粘结的界面方向加大收缩，从而进一步辅助空隙层6在第二放电电极4和防静电功能层5间稳定形成。

形成防静电功能层5所用的功能层浆料，可以由直径为0.4~2.5μm、比表面积5-20m²/g的玻璃陶瓷粉末按照质量比50~70%（玻璃陶瓷粉末占50~70%）和粘结剂混合而制成。该玻璃陶瓷材料的主要成分为铁、铜、镍、锌、锡、硅、钛、钙、钡、镁等的氧化物，其软化点为400~900℃，具有非线性电阻特性，即在低电压时有很高的电阻，在高电压时有很低的电阻。可以在功能层浆料中添加一些纳米级晶体颗粒，以利于在700~950℃的低温共烧过程中诱导玻璃陶瓷粉末烧结成致密的玻璃陶瓷体，改善金属粒子在烧结过程或静电冲击过程中的扩散，从而减小静电保护器在线路中使用时产生的漏电流。

形成烧失层所用的可高温烧失浆料，可以是纯树脂浆料或者是含有碳粉等高温可烧失成分的浆料。例如，在紫外光固化型粘结剂中加入少量纳米碳来形成。进一步的，还可以加入一些纳米氧化硅材料。这些材料一方面可形成疏松的结构，一方面也可以与周围材料间形成不烧结粘合的界面，在周围材料烧结收缩时产生拉开的间隙，以帮助空隙层6的稳定形成。此外，纳米材料的巨大表面积也对浆料起到增稠作用，使浆料具有较高的粘度和触变来维持印刷后的形状，以便于获得理想大小的空隙层6腔体。

这样的静电保护器可以简单的将第一放电电极3和第二放电电极4之间的间距控制到20μm以下，同时由于防静电功能层5材料优异的非线性电阻特性，可以有效的将元件的触发电压降低至300V以下。而且，相对于现有处于同一平面上的相对电极对，静电保护器可以提供更大面积且间距相等的电极相对面，改善重复放电后电极间距增大的现象，而空隙层6的存在同样能有效减少静电放电过程中因电极材料迁移造成的短路现象，因而该静电保护器的耐高压静电放电的能力优异，多次放电后性能劣化较少。它能够通过厚膜印刷的方式形成，具有制造工艺简单、制造成本低的优点。

实施例2

本实施例提供一种静电保护器，如图3所示，其结构与制备方法与实施例1中的类似，不同的是：空隙层6’并非由防静电功能层5’和第二放电电极4’围成，而是位于第二放电电极4’的左侧，其边缘部分与防静电功能层5’的部分上表面（其与第二放电电极4’在同一水平面内的投影不相叠的部分）和第二放电电极4’的部分表面重合。该结构也能得到与实施例1一样的效果。

实施例3

本实施例提供一种静电保护器，如图4所示，其结构与实施例1中的类似，不同的是：在第一绝缘基体1’’和第二绝缘基体2’’之间设置有中隔层绝缘基体11’’；防静电功能层5’’设置在中隔层绝缘基体11’’中，使得它覆盖或部分覆盖在第一放电电极3’’上。第二绝缘基体2’’与防静电功能层5’’相对应处向内凹陷，第二放电电极4’’则对应覆设在此凹陷处，使得第二放电电极4’’和中隔层绝缘基体11’’能够围成空隙层6’’。空隙层6’’的形成与实施例1中的不同，它是通过在第二绝缘基体2’’预置凹陷的内壁上形成第二放电电极4’’，然后再与形成有防静电功能层5’’的中隔层绝缘基体11’’叠压而形成，而不是通过烧失层的高温烧失来形成。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，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 (8)

1.一种静电保护器，它包括绝缘基体、间隔设置于所述绝缘基体内的第一放电电极和第二放电电极以及形成于所述绝缘基体两端部的第一外部电极和第二外部电极，所述第一外部电极与所述第一放电电极相连接，所述第二外部电极与所述第二放电电极相连接，所述第一放电电极和所述第二放电电极之间连接有防静电功能层，所述第二放电电极的端面与所述第一放电电极的表面间隔着所述防静电功能层相对设置，其特征在于：它还包括形成于所述绝缘基体内的空隙层，所述空隙层边缘全部或部分与所述第二放电电极的部分表面以及所述防静电功能层的部分表面重合。

2.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于：定义第一放电电极和第二放电电极中相向的两端为其各自的前端，相背的两端为其各自的后端；所述第二放电电极的前端弯曲形成与所述第一放电电极表面相对设置的所述端面，所述端面包括与所述防静电功能层相接触的前端面或/和两个侧端面。

3.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于：防静电功能层的厚度3~20微米，为具有非线性电阻特性的玻璃陶瓷层。

4.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于：所述防静电功能层通过厚膜印刷方式形成。

5.根据权利要求1或2所述的静电保护器，其特征在于：所述空隙层由所述防静电功能层和交叠于其上的部分所述第二放电电极围成。

6.根据权利要求5所述的静电保护器，其特征在于：所述绝缘基体内形成有中隔层绝缘基体，所述防静电功能层形成在所述中隔层绝缘基体上，所述绝缘基体内开设有与所述防静电功能层位置相对应的凹陷，所述第二放电电极延伸至覆设在所述凹陷处，所述空隙层由所述中隔层绝缘基体与所述第二放电电极叠压而成。

7.根据权利要求1或2所述的静电保护器，其特征在于：所述空隙层边缘与所述防静电功能层中与第二放电电极在同一水平面内投影不相叠部分的表面部分重合。

8.根据权利要求7所述的静电保护器，其特征在于：所述空隙层边缘还与所述第二放电电极的表面部分重合。