静电保护器及制作方法技术

本发明专利技术涉及静电保护器及制作方法，在上下表面均覆金属板的绝缘基板的上表面通过光刻、蚀刻技术制作成对间隔设置的电极，保证成对电极的偶合电极部相平行间隔排列，成对电极的偶合电极部在相错开正对的侧面之间形成间隔的缝隙，然后通过电镀使得成对电极的偶合电极部之间间隔的缝隙宽度缩窄成为10-50um；在成对电极的偶合电极部之间的10-50um缝隙中印刷多晶纳米压敏材料，该多晶纳米压敏材料在高电压下呈导通状态，在低电压下呈绝缘状态。该静电保护器能够充分利用器件的长度来降低间隔缝隙在释放静电时的电流密度，延长电极的放电寿命，同时10-50um的间隔缝隙保证了较低的电压触发的要求，使得器件对低电压静电具有较好的防护能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对静电产生的过电压保护的电路保护元件一静电保护器，还涉及该静电保护器的制作方法。
技术介绍
静电位差是因为两个不良导体的摩擦，使电子从一个不良导体向另一不良导体迁移而产生，其电压可达数千伏。当所产生的静电对电压敏感的电子元器件放电时，可导致电子元器件的损坏。每年因为静电而损坏的电子元器件很多，IEC为此专门制定了IEC61000-4-2的国际标准，来规定对静电放电及其防护等级的测试。所规定的接触放电电压等级有2，4，6，SkV四个等级，峰值电流达30A，电流跃升的时间为O. 7_lns。本专利技术的静电保护器件，是为了满足IEC61000-4-2所规定的防护要求而开发的。静电放电保护器有多种类型，其中一种是通过在两个很接近的电极间填充高分子的压敏材料来实现，该高分子的压敏材料的阻值随电压的变化而变化。当静电保护器中与输入端连接的一个电极与高压静电源接触，从而与另一接地的电极间形成高电位差时，高分子压敏材料从高电阻态转变为低电阻态，将静电能量导入地，从而保护了与输入端相连接的其他元器件。有众多的专利展示了这样的静电放电保护器件，其不同的地方只是电极形状、支撑和密封结构，及材料的制作。美国专利5，974，661揭示了一种用PCB为基材，用电镀和蚀刻的方法制作电极，用高分子材料与导电颗粒制 作压敏材料，用高分子材料覆盖于压敏材料上，形成保护层。美国专利6，023，028也是用类似的方法和材料，制作类似的防静电保护器。美国专利7，612，976揭示了一种用PCB为材料，用多层结构制作防静电保护器的方法，其电极对的形状与US5，974，661和US6，023，028中描述的电件对相似，均为端头以平面相对，在相对端头之间的窄缝中填有高分子的压敏材料；不同的是电极对的上下分别有钻有圆孔的PCB层和密封的PCB层，将变阻的高分子材料密封于圆柱体的空间内。中国专利CN 101079342B所揭示的器件与US7，612，976相似，也是用一对端头相对并且之间有窄缝分开的电极，在窄缝中加钻圆孔，在圆孔中填充高分子压敏材料来形成间隙放电的结构。与US7，612，976不同的是用双层电极对而不是用单层。中国专利CN101221847所揭示的器件，与US5, 974，661及US6, 023, 028基本一致，也是用相对的电极对在端头上形成间隙，而在间隙中填充高分子压敏材料来达到释放静电的目的，所不同的是用十字形的两对电极。上述的已经公开的专利技术，均用端头相对并且之间形成窄缝的电极对，来形成放电的电极对，窄缝的长度，受器件宽度和密封材料所占据的宽度的限制，由于放电的电流可达30A，在较短的窄缝间的电流密度会相对较大，电极的端面会容易被烧蚀，使窄缝逐步变宽，从而使触发电压上升，甚至在较低的静电电压下，器件不触发，影响器件对低电压静电的防护能力。在电极间放电来释放静电，间隙的大小决定了触发电压的高低，间隙越小，触发电压越低，对电路的保护范围越大。中国专利CN101079342所用的间隙是O.1mm (100微米)，间隙嫌过大，导致器件对低电压静电的防护能力差。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供采用侧面相对的电极对并且侧面之间形成的间隔缝隙在10-50um的静电保护器，该缝隙是由沿基板的长度方向延伸的两条平行偶合电极部在相对的侧面之间形成的，这样能够充分利用器件的长度来降低间隔缝隙在释放静电时的电流密度，延长电极的放电寿命，同时10-50um的间隔缝隙保证了较低的电压触发的要求，使得器件对低电压静电具有较好的防护能力。本专利技术的第二个目的是提供加工上述静电保护器的制作方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案 本专利技术首先涉及一种静电保护器，包括 绝缘的基板，该基板的长度大于宽度； 一对间隔设置在所述基板的上表面上的电极，每个所述电极均具有沿所述基板的长度方向延伸的偶合电极部，一对所述电极的偶合电极部相互平行设置，并沿着所述基板的宽度方向间隔排列，该一对电极的偶合电极部具有沿所述基板的长度方向延伸并且相正对的侧面，该相正对的侧面之间形成宽度10-50um的缝隙； 能够在高电压下呈导通状态并能够在低电压下呈绝缘状态的多晶纳米压敏材料层，该多晶纳米压敏材料层填充在所述一对电极的偶合电极部之间的所述缝隙中。该静电保护器中，电极对的偶合电极部平行间隔排列，并在正对的侧面之间形成缝隙，缝隙中填充有变阻的多晶纳米压敏材料层，缝隙的宽度只有10到50个微米(优选地为10-20um)，能够实现较低电压的触发保护，使得对电路的保护范围很大；而且缝隙的长度沿着基板的长度方向延伸，可接近器件的总长度减去端头的宽度，这样可充分利用器件的长度来降低缝隙在释放静电时的电流密度，延长电极的放电寿命，避免电流密度过大烧蚀电极使得缝隙变宽触发电压上升。多晶纳米压敏材料层在高电压下呈低阻态，在低电压下呈高阻态，这里高电压指得是需要保护的静电电压一按IEC61000-4-2的标准是4-15kV，低电压指得是电路正常使用电压或静电保护器的最大额定电压，譬如说，我们指定其为35V。在高低电压之间的过渡区，多晶纳米压敏材料层的电阻会有缓变和突变，但不是使用太关切的问题。该静电保护器在使用时是和被保护的电子元器件是并联的，在静电保护器与输入端连接的一个电极与高压静电源接触，从而与另一接地的电极间形成高电位差时，多晶纳米压敏材料层从高电阻态转变为低电阻态，将静电能量导入地，从而保护了与输入端相连接的元器件。形成所述多晶纳米压敏材料层的多晶纳米压敏材料是由硅橡胶、直径2_5um的金属粒子、包裹在所述金属粒子表面的20-400nm的多晶纳米半导体粒子混合而成，所述多晶纳米半导体粒子是采用氧化镍12-33% (重量百分比)、锡酸钙8-29%、钛酸锶7-35%、氧化硼O. 3-5%以及氧化铋O. 2-4%，经过两次机械化学法并配合550-900°C高温焙烧合成的，所述多晶纳米半导体粒子具备在高电压下呈导通状态，在低电压下呈绝缘状态的特性。多晶纳米半导体粒子包裹在颗粒度大一个数量级的导电金属粒子的表面，形成低电压时的绝缘层和高电压时的导电层。金属粒子的电阻比纳米多晶半导体粒子更低，两者在硅橡胶中形成良好的压敏材料。多晶纳米半导体粒子能够隔离导电金属粒子，避免导电金属粒子相互接触而造成漏电流过大。在合成所述多晶纳米半导体粒子时，首先对原材料氧化镍、锡酸钙、钛酸锶、氧化硼以及氧化铋进行100-300rpm高速离心球磨，使各材料的晶粒融合，然后通过真空蒸发造粒，接着再通过550-90(TC高温热处理，使各材料进一步融合，接着再进行100-300rpm高速离心球磨，然后再通过真空蒸发造粒，550-9000C高温热处理，最后研磨成粉，真空干燥即可。 所述静电保护器还包括高分子覆盖层，该高分子覆盖层覆盖在所述一对电极的偶合电极部以及所述多晶纳米压敏材料层上。该高分子覆盖层起保护电极和压敏材料的作用。不仅如此，该高分子覆盖层还有导通静电的功能，该高分子覆盖层中含有导电粒子。这种低导电高分子覆盖层与防静电包装材料相似，是在高分子材料环氧树脂中加入一定量的长链纳米碳黑，使之具有一定的导电性能。这种亚导电层通过两个电极的上表面形成偶合通路，导通静电。高分子覆盖层采用含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电保护器，其特征在于：包括绝缘的基板，该基板的长度大于宽度；一对间隔设置在所述基板的上表面上的电极，每个所述电极均具有沿所述基板的长度方向延伸的偶合电极部，一对所述电极的偶合电极部相平行设置，并沿着所述基板的宽度方向间隔排列，该一对电极的偶合电极部具有沿所述基板的长度方向延伸并且相正对的侧面，该相正对的侧面之间形成宽度10?50um的缝隙；能够在高电压下呈导通状态并能够在低电压下呈绝缘状态的多晶纳米压敏材料层，该多晶纳米压敏材料层填充在所述一对电极的偶合电极部之间的所述缝隙中；形成所述多晶纳米压敏材料层的多晶纳米压敏材料是由硅橡胶、直径2?5um的金属粒子、包裹在所述金属粒子表面的20?400nm的多晶纳米半导体粒子混合而成，?所述多晶纳米半导体粒子是采用氧化镍12?33%（重量百分比）、锡酸钙8?29%、钛酸锶7?35%、氧化硼0.3?5%以及氧化铋0.2?4%，经过两次机械化学法并配合550?900℃高温焙烧合成的，所述多晶纳米半导体粒子能够在高电压下呈导通状态并在低电压下呈绝缘状态。

【技术特征摘要】
1.一种静电保护器，其特征在于包括 绝缘的基板，该基板的长度大于宽度； 一对间隔设置在所述基板的上表面上的电极，每个所述电极均具有沿所述基板的长度方向延伸的偶合电极部，一对所述电极的偶合电极部相平行设置，并沿着所述基板的宽度方向间隔排列，该一对电极的偶合电极部具有沿所述基板的长度方向延伸并且相正对的侧面，该相正对的侧面之间形成宽度10-50um的缝隙； 能够在高电压下呈导通状态并能够在低电压下呈绝缘状态的多晶纳米压敏材料层，该多晶纳米压敏材料层填充在所述一对电极的偶合电极部之间的所述缝隙中； 形成所述多晶纳米压敏材料层的多晶纳米压敏材料是由硅橡胶、直径2-5um的金属粒子、包裹在所述金属粒子表面的20-400nm的多晶纳米半导体粒子混合而成， 所述多晶纳米半导体粒子是采用氧化镍12-33% (重量百分比)、锡酸钙8-29%、钛酸锶7-35%、氧化硼O. 3-5%以及氧化铋O. 2-4%，经过两次机械化学法并配合550_900°C高温焙烧合成的，所述多晶纳米半导体粒子能够在高电压下呈导通状态并在低电压下呈绝缘状态。2.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于在合成所述多晶纳米半导体粒子时，首先对原材料氧化镍、锡酸钙、钛酸锶、氧化硼以及氧化铋进行100-300rpm高速离心球磨，使各材料的晶粒融合，然后通过真空蒸发造粒，接着再通过550-900°C高温热处理，使各材料进一步融合，接着再进行100-300rpm高速离心球磨,然后再通过真空蒸发造粒，550-90(TC高温热处理，最后研磨成粉，真空干燥即可。3.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于所述缝隙的宽度为10-20um。4.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于所述静电保护器还包括高分子覆盖层，该高分子覆盖层覆盖在所述一对电极的偶合电极部以及所述多晶纳米压敏材料层上，该高分子覆盖层为含有纳米级的链状碳黑或石墨的环氧树脂层，所述纳米级的链状碳黑或石墨的重量百分比含量为1_15%，该高分子覆盖层通过所述一对电极的偶合电极部的上表面形成电偶合。5.根据权利要求1所述的静电保护器，其特征在于所述每个电极均具有端电极部，所述一对电极的端电极部分别设置在所述基板上表面的两端头上，所述偶合电极部从对应一端的所述端电极部上伸出，朝向另一端的端电极部延伸，并与该另一端的端电极部之间有间隔空间。6.根据权利要求5所述的静电保护器，其特征在于在所述每个电极上，所述端电极部的宽度均宽于所述偶合电极部的宽度。7.根据权利要求5所述的静电保护器，其特征在于在所述每个电极上，所述偶合电极部、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李向明，汪立无，吴春冬，
申请(专利权)人：AEM科技苏州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：