专利名称：具有多气隙电极对的过电压保护元件的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种过电压保护元件结构，尤其是一种具有多个气隙的电极对的过电压保护元件。
背景技术：
电子产品已经是现代人日常生活中不可或缺的一部份，一方面，这些电子产品由于频繁地与人体接触，很容易受到人体所带静电放电的冲击；另方面，电源供电时的些许电压不稳定，也可能形成短暂的高压脉冲，如果电子产品中欠缺防备静电放电冲击的设计，将导致电路中的元件存在莫大的受损风险；也因此，目前的电子产品多需接受承受高压静电放电(Electro-Static Discharge，简称ESD)的测试，以确保使用时安全无虞。所以在电路设计中，能承受高压静电冲击、或将高压静电冲击导离主要电路的过电压保护元件也成为不可或缺的重要元件。公知的静电保护元件如图1所示，通常是设置在电子产品主要回路的上游，使静电保护元件中的电能输入端11和电能输出端12分别导接至电源线与接地；且在静电保护元件内部，电能输入端11和电能输出端12间形成有一对铜电极偶3，电极偶3间形成有一个预定气隙30，并且于气隙30上方覆盖一层高分子层作为保护电极偶3的覆盖部4，并经由加热使覆盖部4结合至基板上，以保护电极偶3不会轻易氧化、受到污染、或受潮湿空气的干扰。正常供电时，由于电极偶3间并未导接，静电保护元件保持断路而不导通，但当一个异常放电的高压、或大电流的突波发生时，由于异常放电的强度足以迫使电流跨过上述气隙30，使电极偶3因尖端放电效应而短路导通，异常放电会由电能输入端11经电极偶3 而传输至电能输出端12，确保突波不会流入电子产品的主要回路，主要回路因而不会轻易受异常电压或电流的冲击而损坏。由于电极偶3是以例如铜的导电金属所制成，当突波的大电流由电极端部31导入，并瞬间冲击在电极偶3的另一电极端部32时，电极端部32受瞬间静电冲击影响，可能会被烧灼，在重复冲击的影响下，受冲击的电极端部32可能逐渐损耗，并使得气隙30因而扩大，短路导通门槛因而提高，使得保护特性劣化，保护元件失去原有的功效；部分突波因为无法通过电极偶而被导接至接地，将被迫进入主要回路，损坏原本应被保护的主要回路。 另外，由于此类元件的损耗完全随使用环境的电压稳定性而定，并没有一个固定的使用寿命可供遵照替换，且此类元件亦无法由外部观察到其内部电极偶的受损状况，直到其丧失效能，让主要电路直接暴露在风险之下，甚至直接受损，才能明确发现该元件的劣化。因此，若能保持预定的电气性能，同时还能够降低放电所造的电极端部损耗时电压保护元件立即完全失去保护功能的风险，达到更佳的保护功效，无疑将成为具有绝佳产品竞争力的解决方案。
发明内容
本发明之一目的在于提供一种具有多气隙电极对的过电压保护元件，藉由在电极对上形成多个并联气隙，分摊损耗，延长元件整体使用寿命。本发明再一目的在于提供一种具有多气隙电极对的过电压保护元件，且电极对的形状可随需求不同而改变，因应各种情况而具有设计使用的弹性。本发明另一目的在于提供一种与现有过电压保护元件相容性极高的具有多气隙电极对的过电压保护元件，让电路设计者完全不需改变以往设计概念，即可顺利采用。本发明又一目的在于提供一种可以批次制造的具有多气隙电极对的过电压保护元件，让制造过程可以自动化，不仅元件品质易于管控，产品也更具有市场竞争力。依照本发明揭示的一种具有多气隙电极对的过电压保护元件，包括一片具有绝缘表面、且形成有一导电连接的电能输入端及一个电能输出端的基材；至少一对电极对，且该电极对包括两个分别具有一个导接至该电能输入端及该电能输出端的电极基部、及至少两个由该电极对之一朝向该另一者且彼此间隔一个气隙的延伸部件；及一个与该基材共同形成一个封闭前述气隙及形成前述气隙的延伸部件的封闭空间的覆盖部。本发明所制造的过电压保护元件，系透过电极对所包括的至少二个延伸部件之间形成复数个气隙，且延伸部件彼此之间更形成有对应各个气隙的复数个导电保护回路，对于保护元件而言，具有多个导电保护回路无疑多了许多保障，当重复受到放电冲击的影响造成其中一个气隙因而扩大时，仍可由另一个导电保护回路替补，不仅增加产品使用寿命， 更可达到更有效的保护功能，以达成上述所有的目的。
图1系公知突波保护元件长期受电流冲击后，产生金属残屑且间距加大的侧面剖视示意图；图2系批次制造复数本发明的过电压保护元件的第一步骤俯视示意图，说明在基板上溅镀一层种子层的情况；图3系将图2基板上形成有V型凹沟的脆弱部的部分放大侧视示意图；图4系将图2的种子层上覆盖一层牺牲高分子层及一层具有预定图案的光罩的侧视示意图；图5系图4的牺牲高分子层变相并保留在种子层上的侧视示意图；图6系图5部份放大的俯视示意7系于图5种子层上电镀一层增厚层的侧视示意图；图8系将图5剩下的牺牲高分子去膜后的侧视示意图；图9系将图8的种子层蚀刻移除后的示意图；图10系将图9依预定图案蚀刻移除后形成的电极对的俯视示意图；图11系在图10的各基材与电极对表面位置覆盖一层覆盖部的俯视示意图；图12是图11的部分放大侧视示意图；图13是在图12覆盖部上再形成一个保护罩的部分放大侧视示意图；图14是在基材的背面溅镀一对焊接电极的底视示意图；图15系将图14整片基板切成复数条状基材，并堆迭各条状基材，于两侧面溅镀端电极的前视示意图16系将图15的各条基材逐一分离成复数个单组，形成为本发明具有多气隙电极对的过电压保护元件的立体示意图；图17系本发明的过电压保护元件的第二较佳实施例的俯视示意图；图18系于图17的各基材与电极对表面位置覆盖一层覆盖部的俯视示意图；图19系延用图17的电极对并形成另一种导电保护回路的俯视示意图；图20系本发明的过电压保护元件的第三较佳实施例的俯视示意图；图21系延用图20的电极对并形成另一种导电保护回路的俯视示意图；主要元件符号说明IlUl'电能输入端12、12， 电能输出端3电极偶30、30，、30”、30”，气隙4、4，、4”覆盖部31、32 电极端部1， 基板V基材71， 种子层72，增厚层73’ 脆弱部5’牺牲高分子层50， 光罩31，、32，电极基部33，、34，、33”、34”、33”，、34”，延伸部件332”、342”、332”，、342”，延伸部3，、3”电极对331，、341，、331”、341”、331”，、330”，、333”，、341”，、340”，突出端部2’保护罩 8’焊接电极 6’端电极
具体实施方式有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。本发明具有多气隙电极对的过电压保护元件的第一较佳实施例，其制造过程将逐步揭露于图2至图16中，且在本例中系例释为以批次作业的方式制作；当然，熟悉本技术领域者亦可轻易将部分步骤改以相同功效的其他方式替代，均无碍于本案技术领域的实施。如图2所示，首先在一片三氧化二铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)材质的基板1，的顶面溅镀一层种子层71’，随后将基板1’预切割成彼此连结的复数基材7’，使得各基材V间分别形成有一个如图3虚线所示的V型凹沟的脆弱部73’，供未来分离各基材7’之用。当然，如熟于此技术领域者所能轻易理解，要将基板上的所有元件分离，未必局限于在此步骤中形成脆弱部，亦可在大致制造完成后，单纯以例如激光切割等方式分离，并无不可。在本例中，种子层71’均系由厚度约0.5微米(μπι)的铜所构成。随后如图4所示，在种子层71’上设置一层牺牲高分子层5’，再用一预定图案的光罩50’遮蔽部分牺牲高分子层5’，接下来以例如紫外线照射，使得未被光罩50’所遮蔽的牺牲高分子层5’区域曝光而改变其相结构，随即冲洗显影，使得相结构未改变的部分被去除， 形成如图5及图6所示仅剩下对应于光罩50’的非预定图案部分的牺牲高分子层5’仍然遮蔽种子层71’。接着如图7所示，于种子层71’暴露的区域上电镀一层同样由铜所构成的增厚层72’，使预定图案部分的厚度达到预定的数微米至数十微米，在本例中，增厚层72’系由厚度约5微米的铜所构成；一并参考图8所示，去除剩下的牺牲高分子层5’，使得在增厚过程中被遮蔽的种子层71’部份露出，接着如图9所示，蚀刻移除非预定图案部分的残留种子层 71’，增厚层72’则仅稍微变薄，但仍保有预定图案，并不会造成电气性能的影响，为便于理解，本例中种子层71’与增厚层72’迭加的厚度约为4. 5 μ m，较佳厚度可在4. 5至10 μ m范围内。当然，实际的制作过程中并不局限于此数字范围。而蚀刻完后表面如图10所示，于基材7’表面形成延伸至元件两侧的电能输入端 11’、电能输出端12’，并且由电能输入端11’、电能输出端12’彼此相向延伸由两个电极基部31’、32’及两个延伸部件33’、34’共同组成电极对3’，而本例的电极对3’系彼此对称设置，当然，电极对3’的实际厚度在4. 5至10 μ m范围内。而延伸部件33’、34’则分别包括一个朝向对应电极的电极基部延伸的突出端部331’、341’，且突出端部331’对应电极基部 31，相向之间与突出端部341，对应电极基部32，相向之间彼此间隔有一个气隙30，，在本例中，此间隙宽度约为3至30μπι。接下来一并参考如图11及图12所示，在基材7’、突出端部331’、341’与部份电极基部31’、32’的表面上，再次涂布一层例如干式光阻膜的高分子层，并以紫外线曝照而形成覆盖部4’，同时由覆盖部4’覆盖住两个电极基部31’、32’及两个突出端部331，、341，所夹气隙30，。随后如图13所示在覆盖部4’上再以例如树脂形成一个保护罩2’。当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，上述制造流程仅是为说明解释之用，实际操作时，即使是使用湿式光阻膜的高分子层，以例如旋转涂布并藉由烘烤固化亦无不可，且光阻膜的高分子层亦可直接制成覆盖部的形状而以印刷的方式罩盖于电极对上，均无碍于本案的实施。此外， 电极对的成形，亦可直接藉由例如溅镀完成，并非局限于采用种子层而增厚的途径。一并参考图14所示，在上述过程中基材7’底面的亦可同样地以溅镀、上光阻、蚀亥|J、去光阻等流程形成一对相反于该电能输入端及电能输出端的焊接电极8’，且每一个焊接电极8’同样的跨越脆弱部73’，接着以例如敲击或机械切割的方式，沿着脆弱部73’将整片基板1’沿图13的上下方向分离成数排，并堆迭成如图15所示，使得各基材7’将被切割分离的侧面暴露在图式左右外侧，并且同步溅镀多层堆迭的成条基材7’两侧面，溅镀并电镀增厚成端电极6’，使其分别将位于顶面的电能输入端11’、电能输出端12’导接至背面的焊接电极8’，而本例的焊接电极8’与端电极6’所使用的材质均可以由例如铜、镍、锡迭层制成。最后将各条基材V逐一分离成单一半成品，就形成如图16所示具有多气隙电极对的过电压保护元件。当然，熟悉本技术者可以轻易理解，脆弱部并非分离过程中所必须， 制造者亦可选择在最后将完整基板切条与切粒时，直接藉由切割或雷射加工过程进行分离，不需预先制作脆弱部。此外，焊接电极的制造顺序与顶面的制造顺序可以独立而不相干扰，并非局限于本例中所示的流程顺序。由于每颗元件的电极对间都存在有两处气隙，若两个气隙的间隔完全相等，则过电压的冲击均由两个气隙共同承担，便可从而延长元件的使用寿命；即使两者间隔大小略有差异，则间隔较窄的一者将先受冲击，经过一段时间的使用及损耗后，此气隙的间隔仍可逐渐与另一者相当，而恢复上述共同承担冲击的情况。并且，因为损耗较缓慢，因此采用本发明结构的保护元件，也可以保持与理想数值相近的电气性质较长时间，让原先的预计保
6护情况得以维持。而本发明第二较佳实施例参阅图17所示，在本例中同样于基材表面设置一层牺牲高分子层，再用一光罩遮蔽部分牺牲高分子层，而以例如紫外线照射，使得未被光罩所遮蔽的牺牲高分子层区域曝光而改变其相结构，随即冲洗显影，使得牺牲高分子层之中，相结构改变的部分被去除，仅剩下对应于光罩的预定图案部分的牺牲高分子层仍然遮蔽基材。 随后，直接在基材未被遮蔽的范围溅镀一层铜层并且直接溅镀达预定的厚度，溅镀完成后将牺牲高分子层进行去膜，基材表面即如图17所示，电极对3”的延伸部件33”、34”各别包括有延伸部332”、342”以及从延伸部332”、342”末端延伸出的突出端部331 ”、341 ”，在本例中，系由突出端部331”对应延伸部342”之间与突出端部341”对应延伸部332”之间彼此各别间隔一个气隙30”。接下来如图18，同样的涂布一层高分子层，并以紫外线曝照而形成覆盖部4”，并覆盖住两个延伸部332”、342”及两个突出端部331”、341”所夹气隙30”。当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，上述延伸部332”、342”及突出端部331”、341”形成的图形仅是为其中一种实施方式，图形实际设计时，亦可如图19所示，突出端部331”、341”改由延伸部 332”、342”中段位置延伸出，而从此中端位置延伸出的突出端部331”、341”则系与对应的延伸部332”、342”末端之间各别间隔一个气隙30”，均无碍于本案的实施。而本发明第三较佳实施例参阅图20所示，在本例中系购买在基板的上、下表面已事先镀上一厚度达到预定标准的铜层，因此，仅需在基材上、下先设置一层牺牲高分子层， 同样的透过一预定图案的光罩遮蔽部分牺牲高分子层，并以紫外线照射使得未被光罩所遮蔽的牺牲高分子层区域曝光而改变其相结构，再行显影使得相结构未改变的部分被去除， 形成如图20所示仅剩下对应于光罩的非预定图案部分的牺牲高分子层仍然遮蔽基材，接下来以蚀刻的方式将铜层未被牺牲高分子层遮蔽的部份移除，即形成如图20所示的图案结构。在本例中，同样的具有两个延伸部件33”’、34”’，与前述实施例不同的是，本例的延伸部件33”’、34”’分别具有一个延伸部332”’、342”’，且延伸部332”’的末端及中间段延伸有突出端部331”，、330”，，与延伸部342”，同样从末端及中间段延伸的突出端部341”，、 340”’相向对应，且之间彼此各别间隔一个气隙30”’。当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，为了达到更佳的保护效果，突出端部的数量亦可增加，如图21所示，仅延伸部332”’的末端及中间段延伸有三个突出端部331”’、 330”，、333”，，并且与延伸部342”，相向对应，且突出端部331”，、330”，、333”，亦与延伸部 342”’彼此各别间隔一个气隙30”’，均无碍于本案的实施。因此，依照上述所制造的具有多气隙电极对的过电压保护元件，对于电路的保护可以具有更佳的效果。尤其，当长期使用而多次容许突波跨越后，重复受到放电冲击使得其中一个气隙扩大，短路导通门槛因而提高时，亦可由其它的导电保护回路替补，确保其保护功效，确实有效达成本案的所有上述目的。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书范围及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种具有多气隙电极对的过电压保护元件，其特征在于，包括一片具有绝缘表面、且形成有一导电连接的电能输入端及一个电能输出端的基材；至少一对电极对，且该电极对包括两个分别具有一个导接至该电能输入端及该电能输出端的电极基部、及至少两个由该电极对之一朝向该另一者且彼此间隔一个气隙的延伸部件；及一个与该基材共同形成一个封闭前述气隙及形成前述气隙的延伸部件的封闭空间的覆盖部。
2.如权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，其中该至少一对电极对系彼此对称设置。
3.如权利要求1或2所述的过电压保护元件，其特征在于，其中前述电极的延伸部件分别包括一个朝向对应电极的该电极基部延伸且与该对应电极基部间隔出前述气隙的突出端部。
4.如权利要求1或2所述的过电压保护元件，其特征在于，其中前述电极的延伸部件分别包括一个延伸部、及一个朝向对应电极的延伸部延伸且与该对应延伸部间隔出前述气隙的突出端部。
5.如权利要求1或2所述的过电压保护元件，其特征在于，其中前述电极的延伸部件分别包括一个延伸部、及至少两个彼此相互对应且间隔出前述气隙的突出端部。
6.如权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，其中该基材系三氧化二铝 (Al203)或氮化铝(AlN)基板。
7.如权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，更包括一对成形于该基材相反于该电能输入端及该电能输出端的焊接电极；及一对分别导接该电能输入端及该电能输出端至该对焊接电极、并形成于该基材侧面的端电极。
8.如权利要求7所述的过电压保护元件，其特征在于，其中该焊接电极与该端电极系选自铜、镍、锡或其合金的集合。
9.如权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，其中该电极对分别包括一层厚度为4. 5至10 μ m的铜。
10.如权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，其中该气隙是一宽度3至 30 μ m的间隔。
全文摘要
一种具有多气隙电极对的过电压保护元件，包括基材、电极对、覆盖部及绝缘填充物，其中电极对系成对形成于基材上、并分别连接电能输入端及电能输出端，且电极对更包括至少二个延伸部件，并于延伸部件之间形成复数个气隙，对应各个气隙形成复数个导电保护回路，对于保护元件而言，具有多个导电保护回路无疑多了许多保障，当重复受到放电冲击的影响造成其中一个气隙因而扩大时，仍可由另一个导电保护回路替补，不仅增加产品使用寿命，更可达到更有效的保护功能。
文档编号H02H9/04GK102457055SQ20101052331
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者余长欣, 吴怡萱 申请人:瑷司柏电子股份有限公司