电压敏感材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术提供了一种电压敏感材料，由包括下列组分及体积百分比的原料复合而成：有机高分子聚合物３０％－７０％；导电粒子２％－２０％；半导体粒子１０％－５０％。这种电压敏感材料可以用来制备压敏元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高分子材料，具体涉及电压敏感材料及其制备与应用。
技术介绍
功能高分子材料是目前材料科学研究的热点，具有电压敏感特性的高分子电压敏 感材料便是其中的佼佼者，迄今学术界产业界都在踊跃地对它进行研究开发。所谓的高分 子电压敏感材料通常由高分子聚合物、导电粒子、绝缘粒子和半导体粒子复合而成。所述的 高分子聚合物可以是热塑性聚合物，如聚烯烃，聚偏氟乙烯，聚酰胺，聚酯等，也可以是热固 性聚合物，如环氧树脂，有机硅树脂，酚醛树脂，聚酰亚胺树脂等。导电粒子可以是银，铜， 镍，铝，石墨，炭黑等材料。绝缘粒子有氧化铝，二氧化硅，氧化镁等。半导体粒子有碳化硅， 氧化锌等。这种复合高分子材料的电阻随两端电压变化而呈非线性变化，也就是说，当施加 在其两端的电压小于某个特定电压值时，材料为绝缘体，电阻很大；当施加在其两端的电压 大于这个特定电压值时，材料转变为导体，电阻很小。这个特定电压值，我们称之为触发电 压。 集成电路(IC)技术的在电子领域得到越来越广泛的应用，但是这种半导体器件 对外界影响敏感程度非常高，易于受到由外界静电冲击(ESD)引起的过电压损害。当集成 电路(IC)受到高达数千伏的静电冲击时，将造成高达几十安培的瞬间放电尖峰电流。瞬间 大电流会对IC造成严重损伤，从而导致整台电子设备的工作故障，带来重大经济损失。目 前集成电路(IC)常用保护电路有箝位二极管，压敏电阻，稳压管，TVS二极管等。但是，由 于ESD防护元件并联在电路中使用，这就要求其结电容要尽可能的小，尤其是对于高频线 路中，较高的结电容会造成信号噪音，影响IC的正常工作。 使用高分子电压敏感材料制成的高分子ESD保护元件，是一种新的解决方案，特 点是没有极性，安装简单，最主要的是结电容小，非常适合高频线路中应用。但是目前高分 子电压敏感材料使用的导电粒子为镍和铝等金属材料，容易产生表面氧化，从而影响到复 合材料的稳定性，造成触发电压的升高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种抗氧化性能良好的高分 子电压敏感材料。 本专利技术的电压敏感材料由包括下列组分及配比的原料复合而成 有机高分子聚合物体积百分比为30% -70% ; 导电粒子体积百分比为2% -20% ; 半导体粒子体积百分比为10% _50%。 较佳的，本专利技术的电压敏感材料的原料还包括体积百分比为0. 1_50%的绝缘粒子。 所述的高分子聚合物可以是热塑性聚合物，如聚烯烃，聚偏氟乙烯，聚酰胺，聚酯3等，也可以是热固性聚合物，如环氧树脂，有机硅树脂，聚氨酯，酚醛树脂，聚酰亚胺树脂等。 所述的导电粒子为IV族金属氮化物，或者IV族金属碳化物，或者他们的混合物， 优选碳化钛，氮化钛。导电粒子之所以选择IV族金属氮化物或碳化物，一方面是由于IV族 金属氮化物和碳化物具有接近金属的导电性能，但是在空气中不会氧化，稳定性好；另一方 面，研究发现，如果采用其他非金属导电物质如炭黑，石墨等，虽然也具有不易氧化的特性， 但是由于其导电性较差，如果要想制得具有电压敏感性能的材料，需要填充量很大，造成这 些材料的耐大电压能力很差，容易出现电弧，燃烧现象。 所述的绝缘粒子可选自氧化铝、氢氧化铝、二氧化硅、氧化镁或氢氧化镁中的一种 或多种的混合。 所述的半导体粒子有碳化硅，氧化锌和氧化铋；也可以是f丐，铌，钒，铁和钛的氧化 物；铍，硼，钒的碳化物；锌，银，硅的硫化物；铟锑化物，硒，硼，碲，锗等。 本专利技术的电压敏感材料可采用下列方法制备 按比例混合原料，机械搅拌均匀后得到高分子压敏材料浆料，固化后既得本专利技术 的电压敏感材料。 本专利技术的电压敏感材料可以用来制备压敏元件，尤其适合制备线路过电压防护用 电子元器件。 本专利技术进一步公开了一种过电压防护用电子元器件，为采用本专利技术的电压敏感材 料制得。 本专利技术的电压敏感材料采用了 IV族金属氮化物和碳化物代替已有技术方案中容易氧化的金属导电粒子，由于iv族金属氮化物和碳化物具有良好的导电性能，并且在空气中不会氧化。因此与现有技术相比，本专利技术的电压敏感材料具有更好的耐环境氧化性能。 附图说明 图1高分子电压敏感材料测试用电极板示意图，其中 1-—绝缘基板 2—-金属层 4-—金属层上被蚀刻部分形成的缝隙 图2高分子电压敏感材料制成压敏元件示意图，其中 1—-绝缘基板 2—-金属层 3-—高分子电压敏感材料 5-—电极端头具体实施例方式以下列举具体的实施方式对本专利技术进行进一步的阐述，应理解，实施例并非用于限制本专利技术的范围。 实施例1 表l表中数字为体积百分比 4 <table>table see original document page 5</column></row><table>注环氧树脂HUITIAN 6308白炭黑CABOT， Cab-0-Sil氧化铝粒径45nm碳化硅Sain t-Gobain碳化钛粒径80nm氮化钛粒径40nm表2表中数字为体积百分比<table>table see original document page 5</column></row><table>注环氧树脂白炭黑 碳化硅 铝粉HUITIAN 6308 CABOT， Cab-O-Sil Saint-Gobain 粒径200nm将表1中各组分按比例混合，用机械搅拌机连续搅拌20分钟，得到高分子压敏材 如附图l所示，取环氧树脂覆铜板，利用化学蚀刻的方法，在铜箔层蚀刻宽度O. lmm 然后如图2所示，涂敷高分子压敏材料浆料在铜箔层上，要求狭缝内充满高分子压 敏材料浆料。然后放在6(TC烘箱中固化2个小时。然后在两端电极镀上金属镀层，即得压 敏元件。 表2为对比试验配方，加工方式与上述相同。 将上述试样用静电枪8KV放电冲击测试，静电波形符合IEC61000-4-2标准，利用 示波器采集数据，测试结果见表2.<table>table see original document page 6</column></row><table> 测试结果表明采用本专利技术方案的1 ， 2， 3， 4， 5， 6， 7号样品，在经过85°C /氧气压 力0. 3MPa环境放置42天后重复测试，与初始测试结果相比，触发电压与钳位电压变化很 小，说明本专利技术的材料耐环境氧化性能良好。而采用铝粉作为导电粒子的对比组8号样品， 在经过85°C /氧气压力0. 3MPa环境放置42天后重复测试，触发电压比初始测试结果增加 很多，说明其耐环境氧化性能很差。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压敏感材料，由包括下列组分及体积百分比的原料复合而成：　　有机高分子聚合物　３０％－７０％；　　导电粒子　２％－２０％；　　半导体粒子　１０％－５０％。

【技术特征摘要】
一种电压敏感材料，由包括下列组分及体积百分比的原料复合而成有机高分子聚合物30％-70％；导电粒子2％-20％；半导体粒子 10％-50％。2. 如权利要求l所述电压敏感材料，其特征在于，所述原料还包括体积百分比为0. 1_50%的绝缘粒子。3. 如权利要求1或2所述电压敏感材料，其特征在于，所述有机高分子聚合物为热塑性聚合物或热固性聚合物。4. 如权利要求3所述电压敏感材料，其特征在于，所述热塑性聚合物选自聚烯烃、聚偏氟乙烯、聚酰胺或聚酯中的一种或多种的混合，所述热固性聚合物选自环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯、酚醛树脂或聚酰亚胺树脂中的一种或多种的混合。5. 如权利要求1或2所述电压敏感材料，其特征在于，所述导电粒子为IV族金属氮化物、IV族金属碳化物、或IV族金属氮化物与IV族金属碳化物的混合物。6. 如权利要求5所述电压敏感材料，其特征在于，所述IV族金属氮化物为氮化钛，所述IV族金属碳化物为碳化钛。7. 如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，宋华，
申请(专利权)人：上海神沃电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]