专利名称：氧化锌电子组件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化锌电子组件及其制造方法，尤指一种纳米级氧化锌电子组件及其制造方法。
背景技术：
电磁脉冲或是电磁干扰，并不是现在才有的现象，其实它早就存在自然界中，如闪电或是太阳黑子活动等，对通讯、信息所造成的干扰，是大家耳熟能详的。由于现代通讯、信息设备在各领域中，尤其是战场中，扮演主要指挥、管制、通讯等角色，而人工的电磁干扰或破坏也逐渐地受到重视。有关电磁波侵入的部份，一般可分为穿越结构体进来，或是沿着管路进来。强度大的电磁波(所谓的电磁脉冲)将引发突波造成信息、通讯硬设备的烧毁。电磁脉冲波的种类分为NEMP(核爆电磁脉冲)、LEMP(闪电电磁脉冲)以及HEMP(高爆炸药电磁脉冲)等，其中NEMP(核爆电磁脉冲)系由核爆产生的电磁脉冲，而因为核弹爆炸的影响范围非常广大，在使用上会受到国际舆论的监督，施行上仅能做为战略武器、战术上施行不易，于是近年来先进国就转向发展长程飞弹可携带的高爆电磁脉冲炸弹，因为它爆炸所影响的面积比较小，且这种弹头的主要目的是摧毁敌人的通讯信息设备，对敌人的人员所造成的损伤并不严重，所以是一种较为人道的攻击性武器，故对于任何可能遭受高爆电磁脉冲炸弹攻击的国家，积极从事突波防护研究的工作是有必要的。
此外、由于目前的电力品质愈来愈劣化，在一般的电力供应时，常会因为一些高周波的装置或切换式电源组件的使用，或是大的电力机械的启用，而造成供应电力中存在有许多的突波，也就是所谓的瞬间过电压或过电流。这些瞬间过电压或过电流，往往使得电力组件产生损坏。
另一方面，由于电子电路已由真空管时代慢慢发展到小型集成电路、大规模集成电路、以及超大规模集成电路时代，组件尺寸大小由数微米缩小到0.25微米，甚至是进步到0.13微米。而当组件小型化以后，可带来许多高积度与电路缩小的优点，如操作速度变得更快等。然而，在电路集体化且缩小化的同时，也带来一个缺点，亦即在同样的电压之下，电子组件两端的距离缩短，它们之间所能承受的电压将愈来愈低(电场强度＝电压/距离)，因此以前真空管时代所能忍耐的突波或是过电压过电流等，对超大规模集成电路的制作而言，却很容易造成组件的损坏或丧失功能。因此，如何在这些电力组件的输入端使用突波压抑组件，使其在突波到达一个激活电压以后，能够将突波很快的导通到地，是电子产业所面临的一个重要课题。
除了电力的过电压过电流以外，另外还有由环境所造成的静电荷问题，例如由人体接触或机器接触所带来的静电荷。虽然这些由环境所产生的带电荷是一个定值，但当组件小型化，电容值仍会随的缩小，此因虽然组件的长度缩小，但它的面积却更加极剧缩小(面积是距离平方倍)，所以电容值还是会呈线性的缩小(组件电容＝介电系数×表面积÷距离)。而电容愈来愈小的结果，同样电量施之于电容就会产生更高的静电压(静电荷Q＝电容×电压)，而过高的静电压就会导致许多半导体中的介电层被电压击穿，而导致漏电流的产生并进而失去效用。
因此，静电所造成的损坏也可以利用氧化锌电子组件来防制。将氧化锌电子组件用在电力端或是用在输出入端的输出入垫(pad)上是一种非常好的突波防护考量，因氧化锌电子组件是由氧化锌粉粒压制经高温烧结而成的一种电阻材料，它具有一个特性，当两端的电压高过某一特定值以后，会瞬间电阻降低而导致导通，而一般氧化锌电子组件的特性则如图1所示。由上述可知，氧化锌电子组件正常工作时是一个大电阻，当电压超过某一正负值以后就会变成低电阻而导通，此一导通会造成导通电流快速上升，并进而把过多的电流泄放到地，故，氧化锌电子组件相当适合用来做为突波的保护电路。
然而，目前所面临的问题在于氧化锌是两端组件，其中间夹着绝缘层，不导通时，它是一个大电阻，也是一个大电容，电容存在于输出入端会造成讯号的插入损失(insertion loss)，其会将天线端或从外部接进来的有效讯号吃掉，造成讯号降低接收不良。而若把氧化锌电子组件的截面积做小，氧化锌电子组件电容值固然会随之降低，但又会在过电压或过多的电荷来时，无法将这些电荷或过大的电流泄放到地。
有鉴于此，本发明针对上述现有技术的不足，提出一种氧化锌电子组件及其制造方法，以有效克服现有技术的缺点。
发明内容
本发明的主要目的，系提供一种氧化锌电子组件及其制造方法，其系利用纳米级氧化锌粉粒烧结形成氧化锌电子组件，藉此提高氧化锌电子组件的电流泄放能力，并进而增进突波保护的功效。
本发明的原理是，利用现有日新月异的纳米科技技术，将原来的氧化锌陶磁粉末加以精炼，制成氧化锌纳米纯粒，它的粉粒直径最好在100纳米以下，较佳的实施例是直径在50纳米以下，而将这些纳米级氧化锌粉粒直接烧结或掺杂一般氧化锌粉粒加以烧结，所得的氧化锌电子组件将较现有技术具有更佳的特性。
当氧化锌压铸层里的粉粒颗粒愈小，它的有效表面面积就会呈数量级增加。当有效面积增加，当过电压来时，它的导通路径会变得比较大，比较大的面积其导电比较好，会产生大的导通电流或泄放电流，及较小的导通电阻，因此，能够增加它的泄放能力。
同时，粉粒做得愈小，它的质料就愈均匀，质料愈均匀，在加高电场的时候，它崩溃也比较均匀，不会因粉粒当中有某些特别不均匀的地方而提早崩溃，因此也可以适度的增加它的反向崩溃电压。
底下藉由具体实施例的说明，再对照所附的图式，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
图1一般氧化锌电子组件电流电压特性图。
图2A、2B、2C氧化锌电子组件具有100纳米级的粉粒成分烧结而成。
图3A、3B、3C氧化锌电子组件所用的粉粒由微米级粉粒及40纳米级粉粒混合而成。
图4A、4B、4C再制氧化锌电子组件，其中氧化锌粉粒的再制方法，是将原来微米级的粉粒经过至少一道研磨的手续。
图号说明传统氧化锌电子组件1；100纳米级纯质氧化锌电子组件2；混合(10％)40纳米级氧化锌电子组件31；混合(20％)40纳米级氧化锌电子组件32；再制法的氧化锌电子组件4。
具体实施例方式
为证明本发明可行性，发明人进行了许多实验，包括把氧化锌的粉粒以不同的粒径，例如纯质100纳米级粉粒、50纳米以下(40纳米级)与现有氧化锌微米级粉粒的混合体、及经过再制手续的氧化锌粉粒，做一连串不同温度的烧结实验。实验结果与一般工艺的氧化锌电子组件比较之后发现，利用氧化锌纳米粉粒所烧结的电子组件，在正常状态下(电磁脉冲或突波未来之时)，它的漏电流与粉粒大小成正比，且崩溃电压成反比，当电压超过某一值以后此纳米级氧化锌电子组件就会导通(变成低电阻)，并造成更大的泄放电流，而将过多的电流泄放到地。
在第一个实施例中，氧化锌电子组件系由100纳米级的粉粒以800℃至1200℃的烧结温度烧结而成，图2A即为此全纳米级氧化锌电子组件与现有氧化锌电子组件的比较图，由图可知，全纳米级氧化锌电子组件(曲线2)无论在何种烧结温度下烧结而成，漏电流均较同样烧结温度下烧结而成的现有氧化锌电子组件(曲线1)为低，且可以有效降低到1.5微安培以下。从图2B可以看出，在同一烧结温度下，本发明的崩溃电压(曲线2)也较现有技术(曲线1)略高。同时，从图2C可以看出，当过电压的突波来袭时，全纳米级氧化锌电子组件可以得到更大的泄放电流(曲线2)，在外加1000伏电压的情况下，现有氧化锌电子组件的最大泄放电流是100安培，全纳米级氧化锌电子组件的最大泄放电流为210安培，效果明显优于现有技术。
在第二个实施例中，只要将传统氧化锌粉粒加添纳米级氧化锌粉粒(重量百分比10％以上)加以烧结，所得的氧化锌电子组件的特性即会显著改善，改善的特性包括泄放电流会增加及漏电流减小等。参照图3A，其中曲线31及曲线32代表传统氧化锌粉粒掺杂40纳米级氧化锌粉粒烧结而成的氧化锌电子组件，曲线31代表纳米级氧化锌粉粒占全部氧化锌粉粒重量百分比10％，而曲线32则代表纳米级氧化锌粉粒占全部重量百分比20％，无论是曲线31或是曲线32，其在同一烧结温度所对应的漏电流均较现有氧化锌电子组件(曲线1)为小，且最终它可以有效降低到0.7微安培(曲线32-重量百分比20％)。再从图3B可以看出，在同一温度下本发明的崩溃电压也较现有技术略高(曲线31-重量百分比10％，曲线32-重量百分比20％)，且最终可以有效提高到205伏特(曲线32-重量百分比20％)。另外，从图3C可以看出，当过电压的突波来袭时，本发明可以得到更大的泄放电流(曲线31-重量百分比10％，曲线32-重量百分比20％)，而在外加1000伏电压情况下，本发明的泄放电流可以有效的增大，最大约为240安培。
除上述的实施方法外，本发明亦提供另一种氧化锌电子组件的制法，亦即将原来的氧化锌粉粒直接用研磨法加以研磨，研磨之后，氧化锌粉粒粒径变小，且部分形成纳米级氧化锌粉粒，此研磨所得的粉粒再经烧结所形成的氧化锌电子组件，亦有增大泄放电流的效果。参照图4A，其中曲线4即代表研磨后的氧化锌粉粒所烧结而成的氧化锌电子组件，由图可知，在同一烧结温度下，本发明(曲线4)的漏电流较现有技术(曲线1)为小，且最终可以有效降低到0.2微安培以下。再从图4B可以看出，在同一温度下本发明的崩溃电压也略高(曲线4)。而从图4C则可以看出，当过电压的突波来袭时，本发明可以得到更大的泄放电流(曲线4)，当外加电压为1000伏时，本发明的最大泄放电流是195安培，较现有氧化锌电子组件的最大泄放电流100安培明显增大。
综合以上，本发明揭示出三种制造氧化锌粉粒的方法及利用此方法所制造的氧化锌电子组件，第一种方法，以小于100纳米以下的纯质纳米粉粒，直接烧结制成氧化锌电子组件；第二种方法，用10％以上的掺杂型纳米粉粒(将原来氧化锌粉粒加入纳米级氧化锌粉粒)加以烧结形成氧化锌电子组件；第三种方法，将原来氧化锌粉粒加以研磨，再进行后续的烧结，只要烧结温度高于1000℃以上，就可以有效增加烧结所得的氧化锌电子组件的泄放电流，并减少漏电流的产生。此外，本发明所得的氧化锌电子组件可应用于多种保护电路上，如电磁脉冲的保护电路、静电放电保护电路、电力突波保护电路及雷击保护电路等，并可与气体放电管并用，以做为雷击保护电路的第二级保护组件，或者与半导体静电放电保护电路并用，以做为静电放电保护电路的第一级的保护组件。
以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明实施的范围。故凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种氧化锌电子组件，其由纳米级氧化锌粉粒烧结而成，且该纳米级氧化锌粉粒的直径小于100纳米。
2.如权利要求1所述的氧化锌电子组件，还可加入一般氧化锌粉粒以进行烧结。
3.如权利要求2所述的氧化锌电子组件，其中该纳米级氧化锌粉粒占全部氧化锌粉粒的重量百分比10％以上。
4.如权利要求1所述的氧化锌电子组件，其可用于电磁脉冲的保护电路之上。
5.如权利要求1所述的氧化锌电子组件，其可用于静电放电保护电路。
6.如权利要求1所述的氧化锌电子组件，其可应用于电力突波保护电路。
7.如权利要求1所述的氧化锌电子组件，其可应用于雷击保护电路。
8.如权利要求1所述的氧化锌电子组件，其可与气体放电管并用，以做为该雷击保护电路的第二级保护组件。
9.如权利要求1所述的氧化锌电子组件，其可与半导体静电放电保护电路并用，以做为该静电放电保护电路的第一级的保护组件。
10.一种氧化锌电子组件制造方法，该方法系利用纳米级氧化锌粉粒于温度800℃至1200℃的环境中烧结出该氧化锌电子组件，且该纳米级氧化锌粉粒的直径在100纳米以下。
11.一种氧化锌电子组件制造方法，该方法系利用纳米级氧化锌粉粒及一般氧化锌粉粒烧结成氧化锌电子组件，其中该纳米级氧化锌粉粒的直径在100纳米以下。
12.如权利要求11所述的氧化锌电子组件制造方法，其中该纳米级氧化锌粉粒至少占全部氧化锌粉粒的重量百分比10％以上。
13.如权利要求11所述的氧化锌电子组件制造方法，其中该纳米级氧化锌粉粒的直径在50纳米以下。
14.一种再制氧化锌电子组件的制造方法，其系将现有氧化锌电子组件所含的氧化锌粉粒经过至少一道研磨手续之后，再加以烧结。
15.如权利要求14所述的再制氧化锌电子组件的制造方法，其中该氧化锌粉粒经过研磨手续后，可形成纳米级氧化锌粉粒，其占所有氧化锌粉粒的重量百分比10％以上。
16.如权利要求15所述的再制氧化锌电子组件的制造方法，其中该纳米级氧化锌粉粒直径在100纳米以下。
17.如权利要求15所述的再制氧化锌电子组件的制造方法，其中该纳米粒氧化锌粉粒的直径在50纳米以下。
全文摘要
本发明是一种制造纳米级氧化锌电子组件的方法，及利用此方法所制造出来的氧化锌电子组件，其制造方法包括利用全非纳米级氧化锌粉粒进行烧结、掺杂纳米级及一般氧化锌粉粒以进行烧结以及将一般氧化锌粉粒加以研磨再进行烧结。本发明的氧化锌电子组件具有更高的崩溃电压，更低的漏电流，以及更大的泄放电流等优点，将此纳米级氧化锌电子组件应用在各种突波保护电路上，将能发挥更佳的功效。
文档编号H01C7/105GK1614721SQ200310103170
公开日2005年5月11日 申请日期2003年11月6日 优先权日2003年11月6日
发明者张连璧, 余尉平, 蓝海, 潘庆传 申请人:玉山奈米机电股份有限公司