专利名称：过电压保护元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种保护元件及其制造方法，尤其涉及一种过电压保护元件及其制造方法。
背景技术：
一般而言，突波具有强大的瞬间能量，而电路中的电子设备通常无法承受高能量突波的冲击。为避免电子设备因突波冲击造成损坏，通常于电路中另设置过电压保护元件， 用以滤除突波。而过电压保护元件通常分为积层式及单层式两种。请参照图ι所示，现有积层式过电压保护元件的制造方法通常先以氧化锌(aio) 或碳化硅(SiC)材料为主体，再掺杂部分金属氧化物及粘结剂(binder)后共同制成一薄带91 ；再如图2所示，于该薄带91上印刷形成内电极92 ；接着如图3所示，将数个印刷有内电极92的薄带91进行层迭；再如图4所示，经冲压切割形成预定大小后，再经高温烧结使该内电极92成形；最后再如图5所示，于该些层迭后的薄带91的左右两端分别以浸镀法 (dipping)形成二个端电极93，使得该二端电极93分别与数个内电极92电性连接。经过电镀、测试及包装后，便可完成现有积层式过电压保护元件。所形成的现有积层式过电压保护元件如图5所示，通过于二内电极92之间夹设有该薄带91作为该驱动层，而使得该现有积层式过电压保护元件具有一崩溃电压 (Breakdown voltage)，在正常状况下，该现有积层式过电压保护元件为绝缘状态；一旦突波的电压高于触发电压时，则该薄带91将形成导通状态，使得突波可由其中一端电极93传导至其中一内电极92，并经过薄带91而传导至相邻的另一内电极92，再由另一端电极93 接地导出。如此，便可将突波的能量通过接地方式消散掉，以产生对电路的保护效果。然而，前述现有积层式过电压保护元件仍具有下述缺点例如，若以氧化锌(aio) 掺杂部分金属氧化物及粘结剂作为该薄带91的材料，将使得该薄带91的介电系数太高，造成前述现有积层式过电压保护元件的电容值较高，且整体电容值无法低于lpF。若是欲将电容值压至最低，也会造成崩溃电压过高将使得钳制电压过高而使得该现有积层式过电压保护元件对电路的保护效果较差，而电容值无法低于IpF将造成该现有积层式过电压保护元件的反应速度过慢，而无法应用于高频电路中；若以碳化硅(SiC)掺杂部分金属氧化物及粘结剂作为该薄带91的材料，则由于导电性也不佳，因此触发电压将达400V以上，也具有对电路的保护效果较差的缺点。另一种现有单层式过电压保护元件的制造方法如图6所示，先提供一基板94，例如以陶瓷材料制成的基板94 ；再如图7所示，于该基板94的一表面形成二电极95 ；再如图 8所示，于一结合剂材料内掺杂金属材料后作为油墨，以厚膜方式将该油墨于该二电极95 之间印刷形成二导电层96分别与该二电极95相接触，且该二导电层96之间形成一气隙 97 (air gap)0如此，所形成的现有单层式过电压保护元件如图8所示，其工作原理与现有积层式过电压保护元件大致相同，在正常状况下，该现有单层式过电压保护元件为绝缘状态；一旦突波的电压高于触发电压时，则突波电流将由其中一电极95传导至相接触的其中一导电层96，并以真空放电方式将电流传导至另一导电层96，再由相接触的电极95接地导出， 以将突波的能量通过接地方式消散掉，而产生对电路的保护效果。然而，该现有单层式过电压保护元件的真空放电不易触发，触发电压也达300V以上，且由于多次放电后，易导致残气效应，产品易劣化，因此同样具有对电路元件保护效果不佳的缺点。另一现有单层式过电压保护元件的结构如图9所示，于一基板94的表面形成二电极95，并以低介电常数的材料作为油墨，以厚膜方式将该油墨于该二电极95之间印刷形成一驱动层98，且该驱动层98分别与该二电极95相接触。若通电电流的电压高于触发电压时，则电流将由其中一电极95经由该驱动层98传导至另一电极95接地导出，以将过电压的能量通过接地方式消散掉，而产生对电路的保护效果。然而，由于该驱动层98是以低介电常数的材料制成，因此耐静电放电效果不佳， 也无法有效保护电路内部的元件。另一现有过电压保护元件及其制造方法如中国台湾省公告第469188号“过电压保护元件的材料及其制造方法”发明专利所述，其将至少两种的金属氧化物陶瓷粉末与一结合剂共同于一溶剂中混合作为油墨，再以印刷方式将该油墨印刷连接于二电极之间，并以850°C以上温度进行高温干燥烧附，使该结合剂因高温而去除，进而使该金属氧化物陶瓷粉末于该二电极之间形成多孔性材料体作为驱动层。如此，完成该现有过电压保护元件的制作。其中，该金属氧化物的陶瓷粉末可选择为具有以氧化锌为核，以氧化铋的混合物为壳的核壳结构的金属氧化物的陶瓷粉末，而该些核壳结构之间形成有孔隙。若突波的电压高于触发电压时，则电流将由其中一电极经由该驱动层传导至另一电极接地导出，以将过电压的能量通过接地方式消散掉，而产生对电路的保护效果。然而，由于第469188号发明专利中，由于该驱动层以核壳结构的金属氧化物陶瓷粉末制成，导电性不佳，且该驱动层为多孔性结构，使得该些金属氧化物陶瓷粉末之间间隔有孔隙，又进一步降低了整体导电性，因而造成该过电压保护元件的触发电压较高，也达 300V以上，因此同样具有对电路元件保护效果不佳的缺点。基于上述原因，由于前述现有过电压保护元件通常以导电性不佳的金属氧化物、 碳化硅或低介电常数的材料作为驱动层，因此造成触发电压较高的缺点；再者，若将金属氧化物掺混粘结剂或结合剂进行850°C以上的烘烤而制作该驱动层，则粘结剂或结合剂将会因高温制程挥发而无法存在于驱动层中，使得该驱动层将形成多孔结构而造成触发电压的上升。因此，有必要进一步改良上述各种过电压保护元件及其制造方法。
发明内容
本发明主要目的是提供一种过电压保护元件，以提升该过电压保护元件的驱动层的导电性。本发明次一目的是提供一种过电压保护元件，以降低该过电压保护元件的触发电压。本发明再一目的是提供一种过电压保护元件，以使结合剂可存在于驱动层中，避免驱动层形成多孔结构。
本发明又一目的是提供一种过电压保护元件的制造方法，以制作出前述的过电压保护元件。本发明提供一种过电压保护元件，其包含一基板、二电极及一驱动层。该二电极设置于该基板的一表面；该驱动层电性连结至该二电极，且该驱动层由金属、磁性金属氧化物及结合剂所共同构成。本发明提供一种过电压保护元件的制造方法，其包含一内电极层制作步骤，于一基板的一表面形成二电极；一驱动层印刷步骤，将一包含有金属、磁性金属氧化物及结合剂的油墨印刷于该基板的表面，使该二电极之间连接形成有一油墨层；及一低温烘烤步骤，将该基板置于150°C 400°C的温度环境下进行烘烤，使该油墨层固化形成一驱动层。本发明的过电压保护元件及其制造方法，通过于驱动层中加入导电性较佳的金属及磁性金属氧化物，以提升电导通性并降低触发电压；通过以该结合剂固定该金属及磁性金属氧化物，以避免该驱动层形成多孔结构，而可降低触发电压，进而提升对电路的保护效^ ο
图1为现有积层式过电压保护元件的制造方法的薄带示意图。图2为现有积层式过电压保护元件的制造方法的内电极印刷示意图。图3为现有积层式过电压保护元件的制造方法的层迭薄带示意图。图4为现有积层式过电压保护元件的制造方法的层迭薄带切割示意图。图5为现有积层式过电压保护元件的成品图。图6为现有单层式过电压保护元件的制造方法的基板。图7为现有单层式过电压保护元件的制造方法的电极制作图。图8为现有单层式过电压保护元件的成品图。图9为现有另一单层式过电压保护元件的成品图。图10为本发明实施例的过电压保护元件的剖面图。图11为本发明实施例的过电压保护元件的驱动层(颗粒)的局部放大图。图12为本发明实施例的过电压保护元件的驱动层(核壳结构颗粒)的局部放大图。图13为本发明实施例的设有保护层的过电压保护元件的剖面图。图14为本发明实施例的过电压保护元件的制造方法的流程图。图15为本发明实施例的过电压保护元件的制造方法的内电极层制作步骤的示意图。图16为本发明实施例的过电压保护元件的制造方法的驱动层印刷步骤的示意图。图17为本发明实施例的过电压保护元件的制造方法设置油墨层的示意图。图18为本发明实施例的过电压保护元件的制造方法烘烤油墨层的示意图。主要元件符号说明1:基板；11:表面；2:电极；3:驱动层；
31 金属；33 结合剂；5 油墨层;91 薄带；93:端电极；95 电极；97 气隙；
32 磁性金属氧化物； 4 保护层； w 间距； 92 内电极; 94 基板； 96 导电层； 98 驱动层。
具体实施例方式为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下请参照图10所示，本发明较佳实施例的过电压保护元件包含一基板1、二电极2及
一驱动层3。本发明的基板1可选择为玻璃基板、陶瓷基板或者其他材质所制成的基板。本发明的二电极2设置于该基板1的表面，该电极2较佳选择以导电性较佳的材质制成，例如以钼(Pt)、银(Ag)或铜(Cu)等材质制成。该二电极2之间形成有一间距W， 该间距w可根据过电压保护元件所需的触发电压进行调整，举例而言，本实施例的间距w选择但不受限于1 300 μ m。本发明的驱动层3电性连结至该二电极2，举例而言，本实施例的驱动层3连结设置于该二电极2之间，且同时覆盖于该二电极2的一部分，使得该驱动层3的一部分形成于该间距w处的基板1表面。如图11所示，该驱动层3由金属31、磁性金属氧化物32及结合剂33所共同构成，该金属31可选择为导电性佳的金属，例如金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍 (Ni)、钼(Pt)、钯(Pd)或其合金，以提升该驱动层3的整体导电性并降低触发电压；该磁性金属氧化物32可选择为由氧化锰、氧化锌、氧化镍、氧化铁、氧化铝、氧化钛及氧化锌所组成的群组；该结合剂33用以连结固定该金属31及磁性金属氧化物32，并填充固定该金属 31及磁性金属氧化物32，该结合剂33可选择为环氧树脂(印oxy，silicone. . etc)、聚合物 (polymer)或高分子材料。其中，以重量百分比计，该金属31较佳占该驱动层3的20 50%，该磁性金属氧化物32较佳占该驱动层3的10 40 %，该结合剂33较佳占该驱动层3的20 60 %。若金属31所占比例低于20%，则导电度提升效果不明显，若金属31所占比例高于50%，则金属 31的颗粒可能因聚集，而造成元件短路的问题；若磁性金属氧化物32所占比例低于10%， 则易导致漏电流过高的风险，若磁性金属氧化物32所占比例高于40%，则可能导致触发电压过高的缺点；若结合剂33所占比例低于20%，则易导致漏电流过高的风险，若结合剂33 所占比例高于60 %，则可能因导电性不佳而造成触发电压的上升。该金属31及磁性金属氧化物32可选择如图11所示，分别以该金属31的颗粒及磁性金属氧化物32的颗粒均勻分布于该结合剂33中，以共同形成该驱动层3。该金属31 颗粒的平均粒径为0. 2 3 μ m，该磁性金属氧化物32颗粒的平均粒径为1 10 μ m ；或者， 也可如图12所示，较佳以金属31为核(core)，磁性金属氧化物32为壳(shell)的核壳结构颗粒并均勻分布于该结合剂33中，以共同形成该驱动层3，以避免金属31或磁性金属氧化物32的颗粒分布不均，因此可进一步提升电导通性。其中，该核壳结构颗粒的核部(金属)的平均粒径选择为0. 2 3 μ m，该核壳结构颗粒的整体平均粒径选择为1 10 μ m，以避免导电性较佳的核部(金属)比例过高而使得整体漏电流过高。因此，本发明的过电压保护元件的驱动层3由于包含有导电性较佳的金属31及磁性金属氧化物32，而可提升该驱动层3整体的电导通性并降低触发电压；且该驱动层3中另包含有该结合剂33包覆该金属31及磁性金属氧化物32，可避免该驱动层3形成多孔性结构，使得本发明的过电压保护元件确实可避免因多孔性结构而造成触发电压的上升，还可将电容值降低至IpF以下，而提升反应时间。举例而言，本发明的过电压保护元件的电容值可降至0. 5pF以下。此外，请参照图13所示，本发明的过电压保护元件较佳另包含一保护层4，该保护层4完全覆盖于该驱动层3，以保护该驱动层3。该保护层4可选择以环氧树脂或其他材质制成。请参照图14所示，本发明的过电压保护元件的制造方法包含一内电极层制作步骤Si、一驱动层印刷步骤S2及一低温烘烤步骤S3。请参照图15所示，本发明较佳实施例的内电极层制作步骤Sl于一基板1的一表面11形成二电极2。详细而言，该二电极2可选择以印刷烧结、沉积或溅镀等各种方式形成于该基板1的表面11。举例而言，本实施例选择于该表面11印刷形成该电极2的前驱物后，再以850°C的温度烘烤使该前驱物烧结形成该二电极2，使该二电极2之间形成前述的间距w;或者，也可于该表面11形成一电极层后，再进行雷射修整(Laser Trimming)形成该间距w，而进一步形成该二电极2。请参照图16所示，本发明较佳实施例的驱动层印刷步骤S2将一包含有金属、磁性金属氧化物及结合剂的油墨印刷于该基板1的表面11，使该二电极2之间连接形成有一油墨层5。详细而言，该油墨由金属、磁性金属氧化物及结合剂所共同构成，该金属、磁性金属氧化物及结合剂的种类选择已如前述，以通过该金属提升该驱动层3的导电性。以重量百分比计，该金属较佳占该油墨总重的20 50%，该磁性金属氧化物较佳占该油墨总重的 10 40%，该结合剂较佳占该油墨总重的20 60%。以形成前述驱动层3的结构。举例而言，本发明该油墨的数个实施组成如表1所示。该油墨层5的印刷厚度可选择为1 100 μ m。如此，便可使该油墨中含有该金属的成分，进而提升该驱动层3的导电性并降低触发电压。表1油墨组成及所形成的驱动层的触发电压
权利要求
1.一种过电压保护元件，其特征在于，包含一个基板；二个电极，设置于所述基板的一个表面；及一个驱动层，电性连接至所述二个电极，且所述驱动层由金属、磁性金属氧化物及结合剂所共同构成。
2.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，所述驱动层包含有金属颗粒及磁性金属氧化物颗粒。
3.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，所述驱动层中包含以金属为核，以磁性金属氧化物为壳的核壳结构颗粒。
4.根据权利要求3所述的过电压保护元件，其特征在于，所述核壳结构颗粒的核的平均粒径为0. 2 3 μ m，所述核壳结构颗粒的整体平均粒径为1 10 μ m。
5.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，以重量百分比计，所述金属占所述驱动层的20 50%，所述磁性金属氧化物占所述驱动层的10 40%，所述结合剂占该所述驱动层的20 60%。
6.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，所述金属为金、银、铜、镍、钼、 钯或其合金。
7.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，所述磁性金属氧化物选自由氧化锰、氧化锌、氧化镍、氧化铁、氧化铝、氧化钛及氧化锌所组成的群组。
8.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，所述结合剂为环氧树脂、聚合物或高分子材料。
9.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，所述驱动层设置于所述基板的表面，且连接于所述二个电极之间。
10.根据权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，所述驱动层的厚度为1 100 μ m0
11.一种过电压保护元件的制造方法，其特征在于，包含一个内电极层制作步骤，于一个基板的一个表面形成二个电极；一个驱动层印刷步骤，将一个包含有金属、磁性金属氧化物及结合剂的油墨印刷于所述基板的表面，使所述二个电极之间连接形成有一个油墨层；及一个低温烘烤步骤，将所述基板置于150°C 400°C的环境下进行烘烤，使所述油墨层固化形成一个驱动层。
12.根据权利要求11所述的过电压保护元件的制造方法，其特征在于，所述油墨分别包含有金属颗粒及磁性金属氧化物颗粒。
13.根据权利要求11所述的过电压保护元件的制造方法，其特征在于，所述油墨中包含有以金属为核，以磁性金属氧化物为壳的核壳结构颗粒。
14.根据权利要求13所述的过电压保护元件的制造方法，其特征在于，所述核壳结构颗粒的核的平均粒径为0. 2 3μπι，所述核壳结构颗粒的整体平均粒径为1 10 μ m。
15.根据权利要求11所述的过电压保护元件的制造方法，其特征在于，以重量百分比计，所述金属占所述油墨总重的20 50%，所述磁性金属氧化物占所述油墨总重的10 40%，所述结合剂占所述油墨总重的20 60%。
16.根据权利要求11所述的过电压保护元件的制造方法，其特征在于，所述金属为金、 银、铜、镍、钼、钯或其合金。
17.根据权利要求11所述的过电压保护元件的制造方法，其特征在于，所述磁性金属氧化物选自由氧化锰、氧化锌、氧化镍、氧化铁、氧化铝、氧化钛及氧化锌所组成的群组。
18.根据权利要求11所述的过电压保护元件的制造方法，其特征在于，所述结合剂为环氧树脂、聚合物或高分子材料。
19.根据权利要求11所述的过电压保护元件的制造方法，其特征在于，所述驱动层印刷步骤中，所述油墨层的厚度为1 100 μ m。
全文摘要
本发明涉及一种过电压保护元件及其制造方法，过电压保护元件包含一基板、二电极及一驱动层。该二电极设置于该基板的一表面；该驱动层电性连结至该二电极，且该驱动层由金属、磁性金属氧化物及结合剂所共同构成。该过电压保护元件的制造方法包含于该基板的表面形成该二电极；将包含有该金属、磁性金属氧化物及结合剂的油墨印刷于该基板的表面，使该二电极之间连接形成有一油墨层；及以150℃～400℃的温度对该基板进行烘烤，使该油墨层固化形成一驱动层。本发明的过电压保护元件及其制造方法，可以降低过电压保护元件的驱动层的导电性，且可避免驱动层形成多孔结构。
文档编号H01C7/12GK102298999SQ201010214829
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者刘志顺, 曾敬源, 李俊德, 李文熙, 苏哲仪, 黄国桢 申请人:国巨股份有限公司