CN201126924Y

CN201126924Y - 微气隙纳米放电保护组件

Info

Publication number: CN201126924Y
Application number: CNU2007203103772U
Authority: CN
Inventors: 巫宜燐; 苏圣富
Original assignee: Inpaq Technology Co Ltd
Current assignee: Inpaq Technology Co Ltd
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2017-12-12

Abstract

本实用新型公开了一种微气隙纳米放电保护组件，在一基板上被覆包含有两个分离的放电电极的多数层体，两放电电极之间的微间隙形成一中空气室，而构成一微气隙放电保护组件；其特征在于：所述的放电电极含有纳米材料层(nano materials)，而所述的微间隙系填充入惰性气体(noble gas)，由纳米材料层在惰性气氛下的场发射(field emission)、热稳定性(thermal stability)及热导性(thermal conductivity)等特性，以大幅降低组件的触发电压(trigger voltage，Vt)及截止电压(clamping voltage，Cp)。

Description

微气隙纳米放电保护组件

技术领域

本实用新型涉及一种微气隙纳米放电保护组件，特别涉及一种着重于电极材料与气体成份对于组件电性的改良，由在电极端面(或电极材料里)涂敷、含有或直接成长纳米材料层，控制放电间隙内部的气体成份，以提升组件对电子产品的静电放电保护能力及效果。

背景技术

现有的芯片型过电压保护或放电保护组件，具备静电的防护功能，因此被广泛的应用于各式各样的电子产品上，随着科技的日新月异，所有电子产品的体积都朝向小型化、高频率及多功能等方向发展，尤其是电子通讯设备的电路，为了避免因电压异常或静电放电(Electro-Static Discharge，ESD)造成电子设备等组件的破坏而造成损失，静电放电的保护设计更成为电子设备共通的基本要求。

为使电子产品符合对于静电放电的承受能力，目前产业界已经开发出各式各样的静电放电保护组件，例如：硅控整流器(Silicon Controlled Rectifier，SCR)、低电压触发硅控整流器(Low Voltage Triggered SCR，LVTSCR)，闸极耦合晶体管(Gate-CoupleNMOS，GCNMOS)、闸极接地晶体管(Ground-Gate NMOS，GGNMOS)、瞬时抑制抑制二极管(Transient Voltage Suppress Diode，TVSD)…等组件，提供作为电路保护设计之用。

现有的过电压保护组件，例如：突波吸收器(Varistor)，其主要成份是氧化锌，主要利用材料本身的电阻值与电压的非线性相关联系来保护工作线路，通常是在小电压时，组件的电阻值很高，因此电流走工作线路；但是当电压超过某临界值时，组件的电阻值大幅降低，当突然有大电压进入时，电流就会流过接地组件而流失。但此类型组件因具有高电容值并不适合应用于高频电子产品，电容因等效电感(equivalent seriesinduction，ESL)而产生一个组件自我共振频率(self resonant frequency，SRF)，当频率接近SRF时，组件受ESL及ESR影响，造成插入损(Insertion Loss)特性的改变。

而静电放电过程可以说是属于瞬间高电压高电流的一种电性表现行为，综观静电放电造成的组件损害，大多是由于大电流行经组件本身所导致的烧毁或是金属连接因过热而融毁，或者是非常薄的闸极氧化层被静电电压打穿的问题，如何避免该等问题的产生，为业者努力研究改进的目标。

实用新型内容

本实用新型的的主要目的在于，通过提供一种微气隙纳米放电保护组件，针对上述现有问题提出改善之道，使大电流行经组件本身导致的烧毁、金属连接因过热而融毁、或门极氧化层被静电电压打穿等问题可以被改善。

本实用新型是采用以下技术手段实现的：

一种微气隙纳米放电保护组件，设有一基板，基板的板面上设有电极连接用导体及放电电极，在放电电极之间并形成有一微间隙，所述的电极设有纳米材料层。

前述的电极的纳米材料层为纳米线、纳米管或纳米粒子。

前述电极的微间隙间系填充有惰性气体。

前述的基板得为单基板或由两基板上下相对叠合而成。

前述的基板为两基板上下相对叠合而成，电极形成于两基板之间。

前述的基板为两基板上下相对叠合而成。

本实用新型的微气隙纳米放电保护组件，进一步在电极上使用纳米材料层，达到大幅降低组件电性表现(Vt、Cp)，而由于组件的可靠度更佳，应用市场面可以更为广泛，更能符合高频应用的条件。

本实用新型的微气隙纳米放电保护组件，在组件的电极上涂敷(含有)或直接成长纳米线、纳米管、纳米粒子…等纳米材料层，由纳米材料层的场发射力(field emissionforce)原理达到降低组件的触发电压(Vt)、截止电压(Vc)，而提升组件静电防护能力及可靠度。

本实用新型的微气隙纳米放电保护组件，利用间隙(gap)二端的电极及凹槽部分所直接成长的纳米管、纳米线…等纳米材料层作为尖端放电或是场发射。由于较一般组件的电极面积大与使用纳米材料层的场发射力(field emission force)可以大幅降低组件的触发电压(Vt)及截止电压(Vc)，能克服单纯使用切割方式缩短电极间距离或利用空气放电方式来降低触发电压(Vt)及截止电压(Vc)的瓶颈与极限。

本实用新型的微气隙纳米放电保护组件，利用纳米级金属粉末制备电极胶(例如：纳米级的金、银、铂、钯、铜、铁、钴、镍…等金属粉末，衍生金属合金粉末或是金属混合物)作为电极材料，纳米级金属粉末的作用：(一)此纳米级金属粉末可以作为直接成长纳米线、纳米管催化剂，由此方式成长出来的纳米线或纳米管，与电极端的电阻值可以大幅降低(此法是利用电极胶里的纳米级金属粒子作触媒直接长纳米管、纳米线…等)。(二)此纳米级金属粉末电极胶可以使电极导电性提升，同时也可以利用电极表面上的纳米金属粒子作为尖端放射源(此法是直接使用纳米金属粒子所制备的电极胶而不再成长纳米线、纳米管…等)。

本实用新型的微气隙纳米放电保护组件，由于组件电极间的间隙(gap)是以空气作为介质，空气的介质系数最低，此一优点可以使组件的电容值降至最低，故本实用新型的微气隙纳米放电保护组件在高频端的应用范围会更广。

本实用新型的微气隙纳米放电保护组件，电极间的间隙(gap)可利用气体交换方式填充惰性气体(noble gas，例如：N2、He、Ne、Ar…等)，使纳米材料层更容易在惰性气体气氛下产生场发射，提升纳米材料层场发射力(field emission force)。

本实用新型的微气隙纳米放电保护组件，在侧边的间隙所填入的材料为氧化铝胶，由烧结后可以与本身氧化铝薄带产生更致密的结合，使组件在信赖性测试可靠度更佳。

综上所述，本实用新型微气隙纳米放电保护组件，具有以下的优点：

1.电极间的场效晶体管。

2.纳米导线其导电性也可由填充金属决定。

3.由改变直径制造各种不同的能隙。

4.可承受高的电流强度。

5.绝佳的导电性、导热性解决了组件的散热与热稳定性问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构剖面图；

图2为本实用新型的局部放大剖面图；

图3A为本实用新型的另一实施例制造步骤的第一示图；

图3B为本实用新型的另一实施例制造步骤的第二示图；

图3C为本实用新型的另一实施例制造步骤的第三示图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例加以说明：

本实用新型的微气隙纳米放电保护组件，如图1所示，包括：一个陶瓷基板10，一个对位于基板一面两侧端部的第一端电极连接用导体11、12；一个对位于基板另一面上两侧端部的第二端电极连接用导体13、14；一个设于基板表面上的所述第二端电极连接用导体之间的第一缓冲层15；一个对以一个微间隙16的中空气室分离而两端部分别与所述第二端电极相连接的主放电电极17、18；一个被覆于主放电电极导体的上的第二缓冲层19；一个被覆于主放电电极部份第二端电极连接用导体的保护层20；一个对设于基板两端面并连接第一、第二端电极的端电极21、22；以及，一个对设于端电极外部的焊锡接口层23、24。

上述的微气隙纳米放电保护组件，其中所述的主放电电极17、18含有纳米材料层(nano materials)171、181，该纳米材料层(nano materials)得以涂敷或直接成长纳米线、纳米管、纳米粒子…等纳米材料层的方式形成于主放电电极17、18，并得以该纳米材料层(nano materials)171、181作为尖端放电或是场发射。在放电电极17、18间的微间隙16则填充入惰性气体(noble gas)25(如图2所示)。

本实用新型的微气隙纳米放电保护组件，由于在电极17、18上使用纳米材料层，能通过纳米材料层的场发射力(field emission force)原理达到降低组件的触发电压(Vt)、截止电压(Vc)，提升组件静电防护能力及可靠度。而且，由于其较一般组件的电极面积大与使用纳米材料层的场发射力(field emission force)可以大幅降低组件的触发电压(Vt)及截止电压(Vc)，故能克服现有单纯使用切割方式缩短电极间距离或利用空气放电方式来降低触发电压(Vt)及截止电压(Vc)的瓶颈与极限。

请参照图3A、图3B、图3C，为本实用新型的微气隙纳米放电保护组件的另一实施例，该实施例的制造步骤包括：

步骤一：先于基板31、32或是薄带上切割沟槽33、34(如图3A所示)；

步骤二：再印刷纳米级金属电极胶35、36(如图3B所示)；

步骤三：将完成印刷电极的基板31、32或薄带送入气氛炉(碳氢化合物)中成长纳米线、纳米管、纳米粒子…等纳米材料层于电极上；

步骤四：将侧边的孔以玻璃胶…等胶体37、38将的填补(如第3C图所示)，再将上下盖以水压方式迭压，迭压后切粒、脱酯、烧结，再于本体外涂敷聚合物保护膜(coating)、端银、电镀…等。

上述的步骤三并非必要，也得单纯地以纳米级金属电极胶作为电极而不成长纳米材料层。

上述在侧边的间隙所填入的材料也可为氧化铝胶，通过烧结后可以与本身氧化铝薄带产生更致密的结合，使组件在信赖性测试可靠度更佳。

上述利用纳米级金属粉末制备电极胶，例如纳米级的金、银、铂、钯、铜、铁、钴、镍…等金属粉末，衍生金属合金粉末或是金属混合物，以纳米级金属粉末制备电极胶作为电极材料，该纳米级金属粉末可以作为直接成长纳米线、纳米管催化剂，藉由此方式成长出来的纳米线或纳米管，与电极端的电阻值可以大幅降低(此方法是利用电极胶里的纳米级金属粒子作触媒直接长纳米管、纳米线…等)。纳米级金属粉末电极胶亦可以使电极导电性提升，同时也可以利用电极表面上的纳米金属粒子作为尖端放射源(此法是直接使用纳米金属粒子所制备的电极胶而不再成长纳米线、纳米管…等)。

因此，本实用新型的微气隙纳米放电保护组件，由于组件电极间的间隙(gap)是以空气作为介质，空气的介质系数最低，此一优点可以使组件的电容值降至最低，故本实用新型的微气隙纳米放电保护组件在高频端的应用范围会更广。再者，电极间的微间隙(gap)16可利用气体交换方式填充惰性气体(noble gas，例如：N2、He、Ne、Ar…等)，使纳米材料层更容易在惰性气体气氛下产生场发射，提升纳米材料层场发射力(fieldemission force)。

本实用新型的微气隙纳米放电保护组件，藉由电极使用纳米材料层，能达到大幅降低组件电性表现(Vt、Cp)，而由于组件的可靠度更佳，应用市场面可以更为广泛，更能符合高频应用的条件。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1、一种微气隙纳米放电保护组件，设有一基板，基板的板面上设有电极连接用导体及放电电极，在放电电极之间并形成有一微间隙，其特征在于：所述的电极设有纳米材料层。

2、根据权利要求1所述的微气隙纳米放电保护组件，其特征在于：所述电极的纳米材料层为纳米线、纳米管或纳米粒子。

3、根据权利要求1所述的微气隙纳米放电保护组件，其特征在于：所述电极的微间隙间系填充有惰性气体。

4、根据权利要求1所述的微气隙纳米放电保护组件，其特征在于：所述的基板得为单基板或由两基板上下相对叠合而成。

5、根据权利要求4所述的微气隙纳米放电保护组件，其特征在于：所述的基板为两基板上下相对叠合而成，电极形成于两基板之间。

6、根据权利要求5所述的微气隙纳米放电保护组件，其特征在于：所述的基板为两基板上下相对叠合而成。