微氣隙納米放電保護組件的製作方法

2023-06-22 08:34:06 2

專利名稱：微氣隙納米放電保護組件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微氣隙納米放電保護組件，特別涉及一種著重於電極材料與氣 體成份對於組件電性的改良，由在電極端面(或電極材料裡)塗敷、含有或直接成長納米 材料層，控制放電間隙內部的氣體成份，以提升組件對電子產品的靜電放電保護能力及 效果。
背景技術：
現有的晶片型過電壓保護或放電保護組件，具備靜電的防護功能，因此被廣泛的應 用於各式各樣的電子產品上，隨著科技的日新月異，所有電子產品的體積都朝向小型化、 高頻率及多功能等方向發展，尤其是電子通訊設備的電路，為了避免因電壓異常或靜電 放電(Electro-Static Discharge, ESD)造成電子設備等組件的破壞而造成損失，靜電放 電的保護設計更成為電子設備共通的基本要求。為使電子產品符合對於靜電放電的承受能力，目前產業界已經開發出各式各樣的靜 電放電保護組件，例如矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier, SCR)、低電壓觸 發矽控整流器(Low Voltage Triggered SCR, LVTSCR)，閘極耦合電晶體(Gate-Couple 國0S, GC蘭0S)、間極接地電晶體(Ground-Gate腦S， GG蘭0S)、瞬時抑制抑制二極體 (Transient Voltage Suppress Diode， TVSD)…等組件，提供作為電路保護設計之用。現有的過電壓保護組件，例如突波吸收器(Varistor)，其主要成份是氧化鋅，主 要利用材料本身的電阻值與電壓的非線性相關聯繫來保護工作線路，通常是在小電壓時， 組件的電阻值很高，因此電流走工作線路；但是當電壓超過某臨界值時，組件的電阻值 大幅降低，當突然有大電壓進入時，電流就會流過接地組件而流失。但此類型組件因具 有高電容值並不適合應用於高頻電子產品，電容因等效電感(equivalent series induction, ESL)而產生一個組件自我共振頻率(self resonant frequency, SRF)，當頻 率接近SRF時，組件受ESL及ESR影響，造成插入損(Insertion Loss)特性的改變。而靜電放電過程可以說是屬於瞬間高電壓高電流的一種電性表現行為，綜觀靜電放 電造成的組件損害，大多是由於大電流行經組件本身所導致的燒毀或是金屬連接因過熱 而融毀，或者是非常薄的閘極氧化層被靜電電壓打穿的問題，如何避免該等問題的產生， 為業者努力研究改進的目標。實用新型內容本實用新型的的主要目的在於，通過提供一種微氣隙納米放電保護組件，針對上述 現有問題提出改善之道，使大電流行經組件本身導致的燒毀、金屬連接因過熱而融毀、 或門極氧化層被靜電電壓打穿等問題可以被改善。本實用新型是採用以下技術手段實現的一種微氣隙納米放電保護組件，設有一基板，基板的板面上設有電極連接用導體 及放電電極，在放電電極之間並形成有一微間隙，所述的電極設有納米材料層。 前述的電極的納米材料層為納米線、納米管或納米粒子。 前述電極的微間隙間系填充有惰性氣體。 前述的基板得為單基板或由兩基板上下相對疊合而成。 前述的基板為兩基板上下相對疊合而成，電極形成於兩基板之間。 前述的基板為兩基板上下相對疊合而成。本實用新型的微氣隙納米放電保護組件，進一步在電極上使用納米材料層，達到大 幅降低組件電性表現(Vt、 Cp)，而由於組件的可靠度更佳，應用市場面可以更為廣泛， 更能符合高頻應用的條件。本實用新型的微氣隙納米放電保護組件，在組件的電極上塗敷(含有)或直接成長納米線、納米管、納米粒子…等納米材料層，由納米材料層的場發射力(field emission force)原理達到降低組件的觸發電壓(Vt)、截止電壓(Vc)，而提升組件靜電防護能力及 可靠度。本實用新型的微氣隙納米放電保護組件，利用間隙(gap)二端的電極及凹槽部分所直 接成長的納米管、納米線…等納米材料層作為尖端放電或是場發射。由於較一般組件的 電極面積大與使用納米材料層的場發射力(field emission force)可以大幅降低組件的 觸發電壓(Vt)及截止電壓(Vc)，能克服單純使用切割方式縮短電極間距離或利用空氣放 電方式來降低觸發電壓(Vt)及截止電壓(Vc)的瓶頸與極限。本實用新型的微氣隙納米放電保護組件，利用納米級金屬粉末製備電極膠(例如納 米級的金、銀、鉑、鈀、銅、鐵、鈷、鎳…等金屬粉末，衍生金屬合金粉末或是金屬混 合物)作為電極材料，納米級金屬粉末的作用(一)此納米級金屬粉末可以作為直接成長 納米線、納米管催化劑，由此方式成長出來的納米線或納米管，與電極端的電阻值可以 大幅降低(此法是利用電極膠裡的納米級金屬粒子作觸媒直接長納米管、納米線…等)。( 二)此納米級金屬粉末電極膠可以使電極導電性提升，同時也可以利用電極表面上的納米 金屬粒子作為尖端放射源(此法是直接使用納米金屬粒子所製備的電極膠而不再成長納 米線、納米管…等)。本實用新型的微氣隙納米放電保護組件，由於組件電極間的間隙(gap)是以空氣作為 介質，空氣的介質係數最低，此一優點可以使組件的電容值降至最低，故本實用新型的 微氣隙納米放電保護組件在高頻端的應用範圍會更廣。本實用新型的微氣隙納米放電保護組件，電極間的間隙(gap)可利用氣體交換方式填 充惰性氣體(noble gas，例如N2、 He、 Ne、 Ar…等)，使納米材料層更容易在惰性氣 體氣氛下產生場發射，提升納米材料層場發射力(field emission force)。本實用新型的微氣隙納米放電保護組件，在側邊的間隙所填入的材料為氧化鋁膠， 由燒結後可以與本身氧化鋁薄帶產生更緻密的結合，使組件在信賴性測試可靠度更佳。綜上所述，本實用新型微氣隙納米放電保護組件，具有以下的優點1. 電極間的場效電晶體。2. 納米導線其導電性也可由填充金屬決定。3. 由改變直徑製造各種不同的能隙。4. 可承受高的電流強度。5. 絕佳的導電性、導熱性解決了組件的散熱與熱穩定性問題。


圖1為本實用新型的結構剖面圖；圖2為本實用新型的局部放大剖面圖；圖3A為本實用新型的另一實施例製造步驟的第一示圖； 圖3B為本實用新型的另一實施例製造步驟的第二示圖；圖3C為本實用新型的另一實施例製造步驟的第三示圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的具體實施例加以說明本實用新型的微氣隙納米放電保護組件，如圖1所示，包括 一個陶瓷基板IO， 一個對位於基板一面兩側端部的第一端電極連接用導體ll、 12; —個對位於基板另一 面上兩側端部的第二端電極連接用導體13、 14; 一個設於基板表面上的所述第二端電 極連接用導體之間的第一緩衝層15; —個對以一個微間隙16的中空氣室分離而兩端部 分別與所述第二端電極相連接的主放電電極17、 18; —個被覆於主放電電極導體的上 的第二緩衝層19; 一個被覆於主放電電極部份第二端電極連接用導體的保護層20; — 個對設於基板兩端面並連接第一、第二端電極的端電極21、 22;以及， 一個對設於端電極外部的焊錫接口層23、 24。上述的微氣隙納米放電保護組件，其中所述的主放電電極17、 18含有納米材料層 (扁o materials) 171、 181，該納米材料層(nano materials)得以塗敷或直接成長納 米線、納米管、納米粒子…等納米材料層的方式形成於主放電電極17、 18，並得以該 納米材料層(nano materials) 171、 181作為尖端放電或是場發射。在放電電極17、 18 間的微間隙16則填充入惰性氣體(noble gas)25(如圖2所示)。本實用新型的微氣隙納米放電保護組件，由於在電極17、 18上使用納米材料層， 能通過納米材料層的場發射力(field emission force)原理達到降低組件的觸發電壓 (Vt)、截止電壓(Vc)，提升組件靜電防護能力及可靠度。而且，由於其較一般組件的 電極面積大與使用納米材料層的場發射力(field emission force)可以大幅降低組件 的觸發電壓(Vt)及截止電壓(Vc)，故能克服現有單純使用切割方式縮短電極間距離或 利用空氣放電方式來降低觸發電壓(Vt)及截止電壓(Vc)的瓶頸與極限。請參照圖3A、圖3B、圖3C，為本實用新型的微氣隙納米放電保護組件的另一實施 例，該實施例的製造步驟包括歩驟一先於基板31、 32或是薄帶上切割溝槽33、 34(如圖3A所示)；步驟二再印刷納米級金屬電極膠35、 36(如圖3B所示)；歩驟三將完成印刷電極的基板31、 32或薄帶送入氣氛爐(碳氫化合物)中成長納 米線、納米管、納米粒子…等納米材料層於電極上；步驟四將側邊的孔以玻璃膠…等膠體37、 38將的填補(如第3C圖所示)，再將上 下蓋以水壓方式迭壓，迭壓後切粒、脫酯、燒結，再於本體外塗敷聚合物保護膜 (coating)、端銀、電鍍…等。上述的步驟三並非必要，也得單純地以納米級金屬電極膠作為電極而不成長納米 材料層。上述在側邊的間隙所填入的材料也可為氧化鋁膠，通過燒結後可以與本身氧化鋁 薄帶產生更緻密的結合，使組件在信賴性測試可靠度更佳。上述利用納米級金屬粉末製備電極膠，例如納米級的金、銀、鉑、鈀、銅、鐵、 鈷、鎳…等金屬粉末，衍生金屬合金粉末或是金屬混合物，以納米級金屬粉末製備電 極膠作為電極材料，該納米級金屬粉末可以作為直接成長納米線、納米管催化劑，藉 由此方式成長出來的納米線或納米管，與電極端的電阻值可以大幅降低(此方法是利 用電極膠裡的納米級金屬粒子作觸媒直接長納米管、納米線…等)。納米級金屬粉末 電極膠亦可以使電極導電性提升，同時也可以利用電極表面上的納米金屬粒子作為尖 端放射源(此法是直接使用納米金屬粒子所製備的電極膠而不再成長納米線、納米管 …等)。因此，本實用新型的微氣隙納米放電保護組件，由於組件電極間的間隙(gap)是以空 氣作為介質，空氣的介質係數最低，此一優點可以使組件的電容值降至最低，故本實用 新型的微氣隙納米放電保護組件在高頻端的應用範圍會更廣。再者，電極間的微間隙 (gap) 16可利用氣體交換方式填充惰性氣體(noble gas，例如N2、 He、 Ne、 Ar…等)， 使納米材料層更容易在惰性氣體氣氛下產生場發射，提升納米材料層場發射力(field emission force)。本實用新型的微氣隙納米放電保護組件，藉由電極使用納米材料層，能達到大幅降低組件電性表現(vt、 Cp)，而由於組件的可靠度更佳，應用市場面可以更為廣泛，更能符合高頻應用的條件。最後應說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型而並非限制本實用新型所描述 的技術方案；因此，儘管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進行了詳細的 說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或等同 替換；而一切不脫離實用新型的精神和範圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本實用 新型的權利要求範圍當中。
權利要求1、一種微氣隙納米放電保護組件，設有一基板，基板的板面上設有電極連接用導體及放電電極，在放電電極之間並形成有一微間隙，其特徵在於所述的電極設有納米材料層。
2、 根據權利要求l所述的微氣隙納米放電保護組件，其特徵在於所述電極的納 米材料層為納米線、納米管或納米粒子。
3、 根據權利要求l所述的微氣隙納米放電保護組件，其特徵在於所述電極的微 間隙間系填充有惰性氣體。
4、 根據權利要求l所述的微氣隙納米放電保護組件，其特徵在於所述的基板得 為單基板或由兩基板上下相對疊合而成。
5、 根據權利要求4所述的微氣隙納米放電保護組件，其特徵在於所述的基板為 兩基板上下相對疊合而成，電極形成於兩基板之間。
6、 根據權利要求5所述的微氣隙納米放電保護組件，其特徵在於所述的基板為 兩基板上下相對疊合而成。
專利摘要本實用新型公開了一種微氣隙納米放電保護組件，在一基板上被覆包含有兩個分離的放電電極的多數層體，兩放電電極之間的微間隙形成一中空氣室，而構成一微氣隙放電保護組件；其特徵在於所述的放電電極含有納米材料層(nano materials)，而所述的微間隙系填充入惰性氣體(noble gas)，由納米材料層在惰性氣氛下的場發射(field emission)、熱穩定性(thermal stability)及熱導性(thermal conductivity)等特性，以大幅降低組件的觸發電壓(trigger voltage，Vt)及截止電壓(clamping voltage，Cp)。
文檔編號H01T4/00GK201126924SQ20072031037
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月12日 優先權日2007年12月12日
發明者巫宜燐, 蘇聖富 申請人:佳邦科技股份有限公司