CN101488386A

CN101488386A - 瞬时脉冲抑制器件及其制造方法

Info

Publication number: CN101488386A
Application number: CNA2009100461914A
Authority: CN
Inventors: 刘伟; 李江; 张玉月; 吴兴农
Original assignee: SHANGHAI CHANGYUAN WAYON MICROELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI CHANGYUAN WAYON MICROELECTRONICS CO Ltd; Shanghai Changyuan Wayon Circuit Protection Co Ltd
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2009-07-22

Abstract

本发明涉及一种高分子半导体材料及其在电子线路静电放电防护器件中的应用，为一种瞬时脉冲抑制器件，包括基板、内电极、端电极和外侧的包封层，所述的内电极中部开设有狭缝，狭缝中充满高分子半导体材料，所述狭缝的宽度为0.01～0.1mm，所述的高分子半导体材料由高分子基体、半导体填料、导体填料、绝缘填料和交联助剂混合而成，其中，高分子基体的体积电阻系数＞10⁹Ω/cm，交联助剂占高分子半导体材料重量百分比0.1～1％。优点是：通过减小狭宽度可有效降低器件作用时间；而通过加入偶联剂则可以增大材料的稳定性进而提高器件的使用寿命。

Description

瞬时脉冲抑制器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高分子半导体材料及其在电子线路静电放电防护器件中的应用，尤其涉及一种瞬时脉冲抑制器件及其制造方法。

背景技术

在高分子电子材料器件的使用过程中由于接触、离开、摩擦等极易产生静电荷积累，在特定条件下这些设备的I/O端口处极易发生静电放电(ESD)，受到静电放电的危害，轻则损伤器件，影响设备的使用，重则器件发生永久性损毁，设备报废。

这就要求有一种静电抑制器件，能把静电放电产生的强烈静电脉冲通过静电抑制器件导入地面，从而把设备的对电压敏感的高端器件有效的保护起来。而现有的无机半导体材料防护器件虽然也能够防护静电放电(ESD)危害，但这些器件本身的固有电容为数十皮法或者更高的数量级，当这些器件防护高速数据传输设备端口时，由于过高的固有电容从而使高速数据传输过程中发生数据失真或丢失等问题。这就迫切需要我们制造一种静电防护元器件，其固有电容为几皮法甚至更低的数值，能有效的处理ESD瞬变时产生的高电流，而不影响高频电路信号的传输。

本发明的申请人在其中国公开号CN1805665中公开了一种贴片式高分子ESD防护器件的制造方法，芯材浆料以介电性能很好的高分子材料为基体，将导体粒子，半导体粒子及绝缘粒子有效的粘结组合制备成高分子基半导体材料，这种材料具有优良的加工性能，其应用与静电防护领域具有独特的优势，由于采用的粒子足够小，那么就能把这类基于高分子半导体材料的静电抑制器件(PESD)的固有电容降致很低，通常为0.1pf左右，从而满足对高速数据传输设备的ESD防护。这类器件可以加工成0603(1.6×0.8mm)、0402(1.0×0.5mm)，甚至在一个元件里面集成2路、4路等多路保护线路。而器件本身的固有电容在1pf以下。器件能够根据不同的需要把静电脉冲钳位到数百伏至数十伏等不同的范围。而器件所能承受的ESD脉冲浪涌的能力能够满足IEC 61000-4-2的标准，器件经受数上百至数千次的浪涌冲击，依然具有静电防护功能。

高分子基ESD防护器件常被设计成贴片式器件。这类器件与被保护电路成并联关系。正常工作电压下为高阻态、断路状态，当发生静电放电时，由于量子隧穿效应ESD防护器件在极短的时间内转变为低阻状态，把静电流导向地面。

本发明的申请人在其中国公开号CN101221847中又公开了一种贴片式高分子基ESD防护器件及其制造方法，在公开号CN1805665的基体材料的基础上，在基材表面的内电极上开设电极槽，芯材浆料涂覆并充满电极槽。电极槽的宽度为2～20密耳，约为0.0508～0.508mm。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种瞬时脉冲抑制器件，基于具有半导体效应的高分子材料。

本发明又一所要解决的技术问题是提供一种瞬时脉冲抑制器件的制造方法。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种瞬时脉冲抑制器件，包括基板、内电极、端电极和外侧的包封层，所述的内电极中部开设有狭缝，狭缝中充满高分子半导体材料，其特征在于：所述狭缝的宽度为0.01～0.1mm，所述的高分子半导体材料由高分子基体、半导体填料、导体填料、绝缘填料和交联助剂混合而成，其中，高分子基体的体积电阻系数>10⁹Ω/cm，交联助剂占高分子半导体材料重量百分比0.1～1％。

在上述方案的基础上，所述的狭缝宽度为0.01～0.05mm。

在上述方案的基础上，所述高分子半导体材料按重量百分比计包括下述组分：

高分子基体 40～60％

半导体填料 10～40％

导体填料 10～40％

绝缘填料 1～15％

交联助剂 0.1～1％。

高分子基体的用量具体可以为40，42，45，48，50，52，55，58或60％；半导体填料的用量具体可以为10，15，20，25，30，35或40％；导体填料的用量具体可以为10，15，20，25，30，35或40％；绝缘填料的用量具体可以为1，2，3，5，8，10，12或15％；交联助剂的用量具体可以为0.1，0.2，0.5，0.6，0.8或1％。

在上述方案的基础上，所述的高分子基体为聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、环氧树脂、硅树脂、硅橡胶中的一种或多种的混合物。

在上述方案的基础上，所述的半导体填料为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或多种的混合物，粒径为1～20μm，或为1～100nm。

在上述方案的基础上，所述的导电填料为镍粉、镍粉、铝粉、银粉中的一种或多种的混合物，粒径为0.1～30μm。

在上述方案的基础上，绝缘填料为氧化硅、氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或多种的混合物，粒径为0.1～10μm，或为1～100nm。

在上述方案的基础上，所述的交联助剂为多官能团不饱和化合物，如硅烷偶联剂。

针对上述的瞬时脉冲抑制器件的制造方法，包括下述步骤：

a、取双面覆有金属箔片的基板，用化学蚀刻、机械切割或激光切割在一面铜箔上加工形成内电极及端电极，在另一面铜箔加工形成焊盘；

b、在内电极中部用机械或激光打孔或切割形成一条狭缝，狭缝的宽度为0.01～0.1mm，对狭缝进行钝化防氧化处理，并在内表面依次镀铜和金或依次镀镍和金；

c、将高分子基体、半导体填料、导体填料、绝缘填料和交联助剂按比混合均匀，将制得高分子半导体材料在内电极的狭缝处采用印刷涂印并通过高温辐射交联；

d、将包封层材料印刷于高分子半导体材料表面，并加热固化，形成包封层；

e、按设计形状用划片设备沿切割线切割，获得单个瞬时脉冲抑制器件。

本发明的有益效果是：

通过减小狭宽度可有效降低器件作用时间；而通过加入偶联剂则可以增大材料的稳定性进而提高器件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明瞬时脉冲抑制器件的电极结构示意图及局部放大图。

图2为本发明瞬时脉冲抑制器件的焊盘结构示意图。

图3为本发明加工电极后的结构示意图。

图4为本发明印刷高分子半导体材料后的结构示意图。

图5为本发明印刷包封层后的结构示意图。

图6为本发明瞬时脉冲抑制器件的部分剖视结构示意图。

附图中标号说明

1—狭缝 2—内电极

3—端电极 4—焊盘

5—切割线 6—切割线

7—环氧树脂基体 8—高分子半导体材料

9—包封层

具体实施方式

请参与图1为本发明瞬时脉冲抑制器件的电极结构示意图及局部放大图，图2为本发明瞬时脉冲抑制器件的焊盘结构示意图，图3为本发明加工电极后的结构示意图，图4为本发明印刷高分子半导体材料后的结构示意图，图5为本发明印刷包封层后的结构示意图和图6为本发明瞬时脉冲抑制器件的部分剖视结构示意图所示，一种瞬时脉冲抑制器件，包括基板、内电极、端电极和外侧的包封层，所述的内电极中部开设有狭缝，狭缝中充满高分子半导体材料，其特征在于：所述狭缝的宽度为0.01～0.05mm。

所述高分子半导体材料按重量百分比计包括下述组分：

高分子基体 40～60％

半导体填料 10～40％

导体填料 10～40％

绝缘填料 1～15％

交联助剂 0.1～1％。

所述的高分子基体为聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、环氧树脂、硅树脂、硅橡胶中的一种或多种的混合物。

所述的半导体填料为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或多种的混合物，粒径为1～20μm，或为纳米级。

所述的导电填料为镍粉、镍粉、铝粉、银粉中的一种或多种的混合物，粒径为0.1～30μm。

绝缘填料为氧化硅、氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或多种的混合物，粒径为0.1～10μm，或为纳米级。

所述的交联助剂为硅烷偶联剂。

所述的高分子半导体材料由高分子基体、半导体填料、导体填料、绝缘填料和交联助剂混合而成，其中，高分子基体的体积电阻系数>10⁹Ω/cm，交联助剂占高分子半导体材料重量百分比0.1～1％。

针对上述的瞬时脉冲抑制器件的制造方法，包括下述步骤：

Claims

1、一种瞬时脉冲抑制器件，包括基板、内电极、端电极和外侧的包封层，所述的内电极中部开设有狭缝，狭缝中充满高分子半导体材料，所述的高分子半导体材料包括高分子基体、半导体填料、导体填料、绝缘填料，其特征在于：所述的高分子半导体材料还含有交联助剂，所述狭缝的宽度为0.01～0.1mm，其中，高分子基体的体积电阻系数>10⁹Ω/cm，交联助剂占高分子半导体材料重量百分比0.1～1％。

2、根据权利要求1所述的高分子半导体材料瞬时脉冲抑制器件，其特征在于：所述的狭缝宽度为0.01～0.05mm。

3、根据权利要求1或2所述的高分子半导体材料瞬时脉冲抑制器件，其特征在于：所述高分子半导体材料按重量百分比计包括下述组分：

高分子基体 40～60％

半导体填料 10～40％

导体填料 10～40％

绝缘填料 1～15％

交联助剂 0.1～1％。

4、根据权利要求3所述的瞬时脉冲抑制器件，其特征在于：所述的高分子基体为聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、环氧树脂、硅树脂、硅橡胶中的一种或多种的混合物。

5、根据权利要求3所述的瞬时脉冲抑制器件，其特征在于：所述的半导体填料为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或多种的混合物，粒径为1～20μm，或为1～100nm。

6、根据权利要求3所述的瞬时脉冲抑制器件，其特征在于：所述的导电填料为镍粉、镍粉、铝粉、银粉中的一种或多种的混合物，粒径为0.1～30μm。

7、根据权利要求3所述的瞬时脉冲抑制器件，其特征在于：绝缘填料为氧化硅、氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或多种的混合物，粒径为0.1～10μm，或为1～100nm。

8、根据权利要求3所述的瞬时脉冲抑制器件，其特征在于：所述的交联助剂为硅烷偶联剂。

9、针对权利要求1至8之一所述的瞬时脉冲抑制器件的制造方法，其特征在于包括下述步骤：