TW201351606A - 多埠式過電壓保護元件 - Google Patents

Abstract

一多埠式過電壓保護元件包括絕緣基板、複數個第一導電構件、至少一第二導電構件及至少一可變阻抗材料。複數個第一導電構件係設置於該絕緣基板之一表面，作為輸入電極端。第二導電構件設置於該絕緣基板之該表面，且與鄰近之該第一導電構件間形成至少一間隔。該第二導電構件係作為接地電極端。可變阻抗材料係形成於該間隔中，其包括高導電磁粉末，其含量係介於該可變阻抗材料重量之10%至90%之間；以及絕緣黏結物，其含量係介於該可變阻抗材料重量之10%至90%之間。

Description

多埠式過電壓保護元件

本發明係關於一種過電壓保護元件，可提供靜電放電(electrostatic discharge；ESD)保護。本發明特別是關於一種多埠式過電壓保護元件。

積體電路接受外部之電源供應與待處理之輸入訊號，並輸出處理後之訊號。特而言之，由於積體電路之輸入端係直接連接於輸入級開關之閘極，因而相當容易受到損害。當積體電路藉由手動夾持或自動設備而焊接於電路板上時，易受損害之輸入端及輸出端即可能受到靜電放電而損害。例如，人體可經由靜電予以充電後再經由輸入端對半導體元件之積體電路進行放電。

自動組裝機台或測試機台之工具亦可能被充電後再經由積體電路之輸入端對半導體元件之積體電路進行放電。隨著半導體技術不斷演進，半導體元件之線寬亦隨之縮小，對抗靜電放電之保護機制的需求亦隨之顯現。積體電路元件大多配置ESD保護機制以避免過高之輸入電流，例如配置電阻元件於輸入端，藉以限制輸入電流。

未來的電子產品，將朝著具有輕、薄、短、小的趨勢發展，以使得電子產品能更趨於迷你化。因此，若能將多顆過電壓或ESD保護元件整合至單一元件，不僅可因應電子產品小型化的需求，而且可有效降低製造成本。

本發明提供一種多埠式過電壓保護元件，利用切割、雷射或微影蝕刻技術等圖案化設計的方式，將元件電極區分成複數個之獨立區域，以把單一元件區分成兩個或兩個以上的的電氣特性獨立區域。藉此，本發明之多埠式過電壓保護元件係能夠同時提供兩個或兩個以上迴路之過電壓保護功能。

根據本發明之一實施例，一多埠式過電壓保護元件包括絕緣基板、複數個第一導電構件、至少一第二導電構件及至少一可變阻抗材料。複數個第一導電構件係設置於該絕緣基板之一表面，作為輸入電極端。第二導電構件設置於該絕緣基板之該表面，且與鄰近之該第一導電構件間形成至少一間隔。該第二導電構件係作為接地電極端。可變阻抗材料係形成於該間隔中，使得多埠式過電壓保護元件具有在低施加電壓時呈現高電阻並在高施加電壓時則呈現低電阻之電氣特性。

本發明之多埠式過電壓保護元件的結構設計，可以實施在0603規格，甚至更小的尺寸。因此本發明之過電壓保護元件可以用0603的單顆成本，創造更高(例如4顆)的單位賣價，更可達到客戶縮小零件尺寸的需求。

一實施例中，本發明之可變阻抗材料包含高導電磁粉末及絕緣黏結物，其中高導電磁粉末可降低元件的觸發電壓，並且在低施加電壓狀態呈現高電阻特性而在高施加電壓狀態則呈現低電阻特性。高導電磁粉末之含量可為可變阻抗材料重量之10%至90%之間。高導電磁粉末可包括羰基金屬之粉末(例如羰基鐵粉或羰基鎳粉)，其不僅能抑制過電壓，且能耗散暫態電流。使用羰基金屬之高導電磁性之金屬粉末不僅能降低元件之觸發電壓，而且其高導電磁特性也能吸收部份會造成訊號失真和資料錯誤之電磁輻射。絕緣黏結物之含量可介於該可變阻抗材料重量之10%至90%之間。絕緣粉末可包含金屬氧化物，例如氧化鋁或氧化鋯。

該可變阻抗材料在低施加電壓狀態呈現高電阻特性，但在高施加電壓狀態則呈現低電阻特性。藉由將該可變阻抗材料設置於前述過電壓保護元件之間隙中，該過電壓保護元件之整體即具有在低施加電壓時呈現高電阻並在高施加電壓時則呈現低 電阻之電氣特性。

為讓本發明之上述和其他技術內容、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出相關實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：為讓本發明之上述和其他技術內容、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出相關實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：圖1及圖2係本發明第一實施例之多埠式過電壓保護元件示意圖。圖1係過電壓保護元件上視圖，圖2則是圖1中沿1-1剖面線之剖視圖。過電壓保護元件10包含絕緣基板11、電極結構12及可變阻抗材料13。一實施例中，絕緣基板11可為例如玻纖強化樹脂(FR4)基板。電極結構12係形成於絕緣基板11之一表面14上。電極結構12包含第一導電構件121(本實施例為4個)及第二導電構件122(本實施例為2個)。第二導電構件122與鄰近之第一導電構件121間形成間隔15。一實施例中，間隔15小於等於0.1mm，特別是小於等於0.08mm、0.05mm或0.03mm。可變阻抗材料13係形成於該間隔15中，提供在低施加電壓時呈現高電阻並在高施加電壓時則呈現低電阻之電氣特性。第一導電構件 121係作為輸入電極端，第二導電構件122係作為接地電極端。

本實施例中，絕緣基板11約成矩形。第一導電構件121係形成於該矩形的4個轉角處，第二導電構件122形成於該矩形的兩長邊中央部分，從而形成包含4個輸入電極端及2個接地電極端之電極結構12。各第二導電構件122係作為兩側第一導電構件121之共同接地電極端。

特而言之，為便於外接電路，本實施例中矩形的轉角處形成弧形斜角，且矩形之長邊中央部分形成類似半圓形的凹口。

圖3係本發明第二實施例之多埠式過電壓保護元件上視示意圖。過電壓保護元件30包含絕緣基板31、電極結構32及可變阻抗材料33。絕緣基板31約成矩形，電極結構32中之第一導電構件321係形成於該矩形的4個轉角處及矩形之一長邊中央部分；第二導電構件322形成於該矩形的另一長邊中央部分，從而形成包含5個輸入電極端及1個接地電極端之電極結構32。第二導電構件322包含朝向該第一導電構件321之複數個放射狀延伸部324。第二導電構件322與鄰近之第一導電構件321間形成間隔35，可變阻抗材料33係形成於該間隔35 中。關於本實施例中間隔35及可變阻抗材料33之側視結構，其類似圖2所示，於此不再重述。

圖4係本發明第三實施例之多埠式過電壓保護元件上視示意圖。過電壓保護元件40包含絕緣基板41、電極結構42及可變阻抗材料43。絕緣基板41約成矩形，第一導電構件421係形成於該矩形的2個轉角處及同側之該矩形一長邊中央部分。第二導電構件422係形成於該矩形的另2個轉角處及該矩形另一長邊中央部分，形成包含3個輸入電極端及3個接地電極端之電極結構42。本實施例中，第一導電構件421和第二導電構件422有同樣個數，且成一對一對應。藉此可進一步避免共用接地電極端可能產生電路間彼此干擾的潛在問題。

本發明之一實施例中，前述可變阻抗材料可包含高導電磁粉末及絕緣黏結物。高導電磁粉末之含量可為該可變阻抗材料重量之10%至90%之間，其含量為該可變阻抗材料重量之20%至86%或特別是75.8%至85%為較佳。絕緣黏結物之含量可介於該可變阻抗材料重量之10%至90%之間，其含量為該可變阻抗材料重量之14%至80%或特別是14%至18%間為較佳。

在本發明之一實施例中，高導電磁粉末包含羰基 配體(Carbonyl Ligand)。例如，高導電磁粉末包括羰基金屬粉末(Carbonyl Metal)，而其可包含例如羰基鐵粉(Carbonyl Iron)、羰基鐵鎳粉(Carbonyl Nickel)、羰基鐵鎳鈷合金粉末(Carbonyl Nickel/Cobalt Alloy)或其混合物。本發明之一實施例中，絕緣黏結物包含環氧樹脂或矽膠。

在本發明之另一實施例中，可變阻抗材料另包含半導體粉末。該半導體粉末包含氧化鋅或碳化矽。半導體粉末之含量可介於該可變阻抗材料重量之0.001%至10%之間，特別是介於0.01%至10%、0.001%至8%或1%至6.5%。

在本發明之又一實施例中，可變阻抗材料另包含絕緣粉末。該絕緣粉末包含金屬氧化物，其可為如氧化鋁或氧化鋯。絕緣粉末之含量可介於該可變阻抗材料重量之0.001%至10%之間，或特別是介於1%至10%、0.001%至8%或1%至6%。

一實施例中，可變阻抗材料可包含氧化鋅或碳化矽等半導體粉末，其含量可佔可變阻抗材料重量之0.001%至10%間，或特別是介於0.01%至10%之間。

在可變阻抗材料中加入包括羰基金屬粉末(如羰基鐵粉或羰基鎳粉)不僅能抑制過電壓，且能耗散暫態電流。與傳統靜電放電裝置不同之處，在於以羰 基金屬之相對高的導電磁金屬粉末能降低元件之觸發電壓。高導電磁特性也能吸收會造成訊號損壞和資料損失之電磁輻射。

本發明利用單一元件利用切割、雷射或微影蝕刻等圖案化技術製作多埠的電極結構，藉此單顆元件即可提供多顆過電壓保護元件的功能，不僅有助於元件微型化的需求，且可有效降低成本。除上述實施例之外，熟習本項技術者亦可依需求製作其他各式之多埠電極結構。再者，搭配前述特定之可變阻抗材料，可進一步提升過電壓保護元件之性能。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10、30、40‧‧‧過電壓保護元件

11、31、41‧‧‧絕緣基板

12、32、42‧‧‧電極結構

13、33、43‧‧‧可變阻抗材料

14‧‧‧表面

15、35、45‧‧‧間隔

121、321、421‧‧‧第一導電構件

122、322、422‧‧‧第二導電構件

圖1及圖2係本發明第一實施例之過電壓保護元件示意圖。

圖3係本發明第二實施例之過電壓保護元件示意圖。

圖4係本發明第三實施例之過電壓保護元件示意 圖。

10‧‧‧過電壓保護元件

11‧‧‧絕緣基板

12‧‧‧電極結構

13‧‧‧可變阻抗材料

15‧‧‧間隔

121‧‧‧第一導電構件

122‧‧‧第二導電構件

Claims (19)

1. 一種多埠式過電壓保護元件，包括：一絕緣基板；複數個第一導電構件，設置於該絕緣基板之一表面，作為輸入電極端；至少一第二導電構件，設置於該絕緣基板之該表面，且與鄰近之該第一導電構件間形成至少一間隔，該第二導電構件係作為接地電極端；以及至少一可變阻抗材料件，形成於該間隔中，包含：高導電磁粉末，其含量係介於該可變阻抗材料重量之10%至90%之間；以及絕緣黏結物，其含量係介於該可變阻抗材料重量之10%至90%之間。
2. 根據請求項1之多埠式過電壓保護元件，其中該間隔小於等於0.1mm。
3. 根據請求項1之多埠式過電壓保護元件，其中該絕緣基板係成矩形，該第一導電構件係至少形成於該矩形的4個轉角處，第二導電構件至少形成於該矩形的一長邊中央部分。
4. 根據請求項3之多埠式過電壓保護元件，其中該第二導電構件形成於該矩形的兩長邊中央部分，形成包含4個輸入電極端及2個接地電極端之電極結構。
5. 根據請求項3之多埠式過電壓保護元件，其中該第一導電構件另包含形成於該矩形之另一長邊中央部分者，形成包含5個輸入電極端及1個接地電極端之電極結構。
6. 根據請求項5之多埠式過電壓保護元件，其中該第二導電構件包含朝向該第一導電構件之複數個放射狀延伸部。
7. 根據請求項3之多埠式過電壓保護元件，其中該矩形的轉角處形成斜角，且矩形之長邊中央部分形成凹口。
8. 根據請求項7之多埠式過電壓保護元件，其中該斜角係弧形，該凹口係半圓形。
9. 根據請求項1之多埠式過電壓保護元件，其中該第一導電構件和第二導電構件有同樣個數，且成一對一對應。
10. 根據請求項1之多埠式過電壓保護元件，其中該絕緣基板係成矩形，該第一導電構件係形成於該矩形的2個轉角處及同側之該矩形一長邊中央部分，該第二導電構件係形成於該矩形的另2個轉角處及該矩形另一長邊中央部分，形成包含3個輸入電極端及3個接地電極端之電極結構。
11. 根據請求項10之多埠式過電壓保護元件，其中該矩形的轉角處形成斜角，且矩形之長邊中央部分形成凹口。
12. 根據請求項11之多埠式過電壓保護元件，其中該斜角係弧形，該凹口係半圓形。
13. 根據請求項1之多埠式過電壓保護元件，其中該高導電磁粉末包含羰基金屬粉末。
14. 根據請求項1之多埠式過電壓保護元件，其中該高導電磁粉末包含羰基鐵粉、羰基鎳粉、羰基鎳鈷合金粉末或其混合物。
15. 根據請求項1之多埠式過電壓保護元件，其中該絕緣黏結物包含環氧樹脂或矽膠。
16. 根據請求項1之多埠式過電壓保護元件，其另包含半導體粉末，且該半導體粉末之含量係介於該可變阻抗材料重量之0.001%至10%之間。
17. 根據請求項16之多埠式過電壓保護元件，其中該半導體粉末包含氧化鋅或碳化矽。
18. 根據請求項1之多埠式過電壓保護元件，其另包含絕緣粉末，其含量係介於該可變阻抗材料重量之0.001%至10%之間。
19. 根據請求項18之多埠式過電壓保護元件，其中該 絕緣粉末係氧化鋁或氧化鋯。