一种静电抑制器及其制作方法与流程

本发明涉及一种静电抑制器及其制作方法，属于电子元件技术领域。

背景技术：

静电的发生是随时随处的，从静电敏感设备的生产、装配、运输到客户端正常使用的每一个环节都有可能遭受静电的破坏。在电子工业中，静电不仅会损坏电子元器件，甚至还会对人身安全造成危害，仅中国每年因静电对电子工业所造成的损失就达几百亿美元。静电对电子产品来说都是有危害的，在线路设计中必须增加静电抑制器，以此实现静电防护功能。

目前随着现代电子设备高频信号数据传输速度越来越快，如usb3.0到usb4.0的数据传输速率已由5gbps上升至40gbps，作为静电抑制器件，其本身的电容大小是必须考虑的关键参数，因为较大的电容会直接影响到信号数据的传输速率；另外，现阶段大规模集成电路为控制体积，其内部线路之间的间距设计必然越来越短，这无疑是以牺牲线路及ic耐压、耐流参数作为昂贵的代价，因而更易因静电放电而导致失效，此发展趋势对静电抑制器件的静电防护性能提出更高的性能要求，即静电抑制器需要适应电子产品低压化、高频化、高速化及低功耗化发展的技术需求，需具备低触发电压、低电容、低泄漏电流及低残压等关键功能特性。而目前市面上传统的静电抑制器难以同时满足以上特性。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提出一种同时具有低触发电压、低电容、低残压及耐受静电冲击次数多的静电抑制器及其制作方法。

本发明为达上述目的而提出的技术方案如下：

一种静电抑制器，包括带有一对底部电极和一对内电极的下基层，由一双面覆铜板按预设电极图案进行刻蚀而得到；其中，所述一对内电极分别通过盲孔连接层与所述一对底部电极对应连接导通；上基层；以及，中间粘合层，位于下基层和上基层之间，用于粘合下基层和上基层；其中：所述上基层的内侧开设有一开口朝向所述中间粘合层的凹槽，同时所述中间粘合层上开设一通孔，且所述通孔与所述凹槽连通形成一位于所述静电抑制器内部的空腔；所述一对内电极的两电极之间具有采用静电防护浆料印刷并固化而成的静电防护部，且所述静电防护部位于所述空腔内。

本发明另还提出一种静电抑制器的制作方法，包括如下步骤：s1、下基层制作：提供一双面覆铜板，按照预设电极图案于该双面覆铜板的两面分别刻蚀出所述静电抑制器的底部电极和内电极；由所述内电极开设贯通至对应底部电极的盲孔，并于所述盲孔内沉铜并电镀形成盲孔连接层，以使所述底部电极与对应内电极连接导通，得到所需的下基层；s2、静电防护部制作：于内电极对的两电极之间印刷静电防护浆料，并固化，形成静电防护部；s3、中间粘合层制作：提供一半固化片，并在该半固化片的第一预定位置开设通孔，得到所需的中间粘合层；s4、上基层制作：提供一无覆铜的空白pcb板，并在该空白pcb板的第二预定位置，从一表面往内开出凹槽，得到所需的上基层；其中，所述第一预定位置和所述第二预定位置的选择满足：当所述下基层、所述中间粘合层和所述上基层依序对位叠层之后，所述通孔与所述凹槽连通形成一密闭空腔，且所述静电防护部位于所述空腔内；s5、叠层、层压：将所述下基层、所述中间粘合层和所述上基层依序对位叠层并层压；s6、电镀、切割：对步骤s5的层压块进行底部电极的镀镍和镀锡工作，使得底部电极依次附上镍层和锡层；电镀完成后进行单体切割，得到静电抑制器。

本发明的有益效果在于：当发生静电时，在高电压场强下，设于两内电极之间的静电防护部发生尖端放电而导走能量，从而起到静电防护作用。密闭空腔结构的存在，使得静电防护部的材料不会受到周围基材应力的影响，静电防护部内部导电材料骨架构更为疏松和稳定，更容易发生放电现象，进一步降低触发电压和提高耐静电冲击寿命，提高器件整体保护性能。此外，采用本发明制作的静电抑制器，其焊接电极在瓷体底部，相比常规产品其焊接电极正对端头设计方案，本发明产品的杂散电容极小，可实现≤0.03pf的电容，可用于超高频线路的静电防护。

附图说明

图1是本发明实施例的静电抑制器的主视截面图；

图2是本发明实施例的静电抑制器的俯视截面图；

图3是本发明实施例的静电抑制器的仰视图；

图4是本发明实施例的静电抑制器的频率-电容曲线图；

图5是本发明实施例静电抑制器在8kv静电冲击后的钳位电压波形。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明。

本发明实施例旨在克服现有技术的不足，提出一种同时具有低触发电压、低电容、低残压及耐受静电冲击次数多的带有内部空腔的静电抑制器，参考图1至图3，该静电抑制器包括带有一对底部电极a、b和一对内电极e、f的下基层l1，上基层l3以及中间粘合层l2。下基层l1由一双面覆铜板按预设电极图案进行刻蚀而得到，其中，所刻蚀出的内电极e和f均具有镂空部位i，该镂空部位i用于供后续开设盲孔。在内电极的镂空部位i处通过激光镭射开设通至对应底部电极的盲孔，并在盲孔内进行沉铜、填孔电镀之后，分别形成盲孔连接层c、d，从而使得：内电极e通过盲孔连接层c与底部电极a连接导通，内电极f通过盲孔连接层d与底部电极b连接导通。在一种实施例中，用于制作下基层l1的双面覆铜板为制作pcb板常用的bt树脂基双面覆铜板，应当理解的是，也可以采用其它pcb基材的双面覆铜板，比如酚醛树脂基、环氧树脂基、聚酯树脂基、pt树脂基或纸基板等的双面覆铜板，本发明对此不作限制；中间粘合层l2可采用半固化片，其主要作用在于粘合上、下基层；上基层l3采用无覆铜的空白pcb板来制作，所述无覆铜的空白pcb板是指现有常用于制作pcb板的无覆铜基材，其上未有任何电路/图案，比如bt树脂基板、酚醛树脂板、环氧树脂板、聚酯树脂板、pt树脂板、纸基板或其它类型的pcb无覆铜板等等，本发明对此不作限制。在后续的实施例中，上基层l3以bt树脂基板为例。

参考图1和图2，在内电极e和f之间具有一定的间隙，在该间隙处，通过印刷静电防护浆料并固化之后形成一静电防护部h，该静电防护部h包覆住内电极e和f的两个正对着的电极端部；更进一步地，如图1所示，该静电防护部h在垂直方向上凸出于内电极的表面，即垂直方向上静电防护部h的高度高于内电极的高度；更优选地是，静电防护部h的中间部位向上凸起形成尖部，有利于尖端放电。

继续参考图1，在上基层l3的内侧开设一开口朝向中间粘合层l2的凹槽，同时中间粘合层l2上开设一通孔，且所述通孔与所述凹槽连通形成一位于静电抑制器内部的空腔g，而静电防护部h正好位于该空腔g内。这样可以防止静电防护部h受到静电抑制器基材内应力的影响，保持静电防护部内部导电材料骨架的疏松和稳定，保证放电现象的顺利发生不受影响。所述通孔和所述凹槽的形状不受限制，只需要保证两者连通所形成的空腔g能够罩住静电防护部h即可。例如，通孔在俯视视角的截面形状可为圆形或椭圆形，凹槽可呈具有圆弧底的碗状，但这只是举例，还可以是其它形状。

本发明实施例另还提出了前述静电抑制器的制作方法，该制作方法包括步骤s1～s6：

步骤s1、下基层制作：提供一双面覆铜板，按照预设电极图案于该双面覆铜板的两面分别刻蚀出所述静电抑制器的底部电极和内电极；由所述内电极开设贯通至对应的底部电极的盲孔，并于所述盲孔内沉铜并电镀形成盲孔连接层，以使所述内电极与对应底部电极连接导通，得到所需的下基层。所用的双面覆铜板可以是bt树脂基双面覆铜板，其总的厚度在0.1～0.5mm，而表面铜箔厚0.01～0.04mm。

刻蚀形成电极的具体流程包括s11～s13：

s11、印刷：在准备好的双面覆铜板的表面印刷油墨，同步准备菲林，菲林上电极图案区域显示为无色透光，其余区域为黑色。电极图案包括对应于底部电极的图案，以及对应于内电极的图案，其中，在对应于内电极的图案上，中间设有空白区域，该空白区域后续可供开设盲孔使用。

s12、曝光、显影：将菲林平附在烘干后的感光油墨上，在uv光照射后，无色透光部分下方的感光油墨发生光聚合反应而固化，黑色部分下的感光油墨则因不透光不发生反应，经过显影处理后，发生光聚合反应而固化的油墨不能被溶解而保留在板面上，而未发生反应的感光油墨则被清洗掉露出下面的铜箔；

s13、刻蚀、退膜：利用蚀刻药液将显影后露出的铜箔蚀掉，剩下保留下来的铜区域就是所需要的的电极线路图形，再利用强碱将电极线路图形上方固化后的油墨剥掉，露出线路图形，即形成电极。

由于内电极的图案中间区域是空白的，经过上述刻蚀形成的内电极，其中间区域为镂空的，在该镂空部位，采用激光镭射开孔，开出通至底部电极的盲孔，再在盲孔内进行化学沉铜、填孔电镀的工艺之后，形成可将内电极和底部电极连通的盲孔连接层。

步骤s2、于内电极对的两电极之间印刷静电防护浆料，并固化，形成静电防护部。一个内电极对的两个电极正对的端部之间具有0.01～0.1mm的间隙，可在该间隙处印刷事先配制好的静电防护浆料，印刷时，让浆料包覆住两个电极正对的电极端部，如图2所示，固化后形成静电防护部h。所述静电防护浆料的组分包括10～30wt.％导电硫酸钡、5～20wt.％碳化硅、20～40wt.％氧化铝及30～50wt.％有机硅树脂。配制好浆料之后，采用丝网印刷的方式填充到已经经过棕化处理的内电极对之间的缝隙中，然后在一定温度下固化。

步骤s3、利用半固化片作为中间粘合层l2，在该中间粘合层l2上第一预定位置开设通孔。所述通孔的形状不受限制，比如所述通孔是一圆形通孔或者椭圆形通孔，径向尺寸在0.15～0.2mm。

步骤s4、制作上基层：提供一bt树脂基板(不覆铜的空白板)，并在该bt树脂基板的第二预定位置，从一表面往内开出凹槽，得到所需的上基层。其中，所述第一预定位置和所述第二预定位置的选择满足：当所述下基层、所述中间粘合层和所述上基层依序对位叠层之后，中间粘合层l2上开设的通孔与上基层l3上开设的凹槽连通并共同形成一密闭空腔g，同时所述静电防护部h刚好位于所述空腔g内。所述凹槽的形状不受限制，例如所述凹槽是一具有弧形底的类似于碗状的凹槽，槽的横截面径向尺寸在0.1～0.15mm、深度0.05～0.08mm。

s5、叠层、层压：将前述制作好的下基层、中间粘合层和上基层依序对位叠层，并在高温高压下完成层压，中间粘合层经熔融并冷却后便将下基层和上基层完全粘结在一起。

s6、电镀、切割：对步骤s5的层压块进行底部电极的镀镍和镀锡工作，使得底部电极依次附上镍层和锡层；电镀完成后进行单体切割，得到静电抑制器。其中镍层厚度控制在2～3um，锡层厚度控制在3～10um。

下面以制作公制1005尺寸产品为例，对本发明的制作方法进行更加详细的说明。

1)开料、前处理：选择bt材质总厚度0.20mm、表面铜箔厚度为25um的双面覆铜板作为下基层原材料，并进行开料及印刷油墨前的前处理工作；

2)印刷：经过前处理后的上述双面覆铜板，在其两个表面印刷感光油墨，同步准备菲林，菲林上电极形状区域显示为无色透光，其余区域为黑色；其中，电极形状区域包括对应于内电极的内电极图案和对应于底部电极的底部电极图案，参考图2，一个内电极由0.3mm*0.19mm的大方形区域与0.1mm*0.2mm的小方形区域构成，其中大方形区域中间设有φ0.14mm的空白圆区域，作为下一步盲孔制作使用，两个小方形区域之间(即内电极对的正对端部之间)的间隙设计为20um；一个底部电极的尺寸为0.30*0.40mm；

3)曝光、显影：将菲林平附在烘干后的感光油墨上，在uv光照射后，白色透光部分下方的感光油墨发生光聚合反应而固化，黑色部分下的感光油墨则因不透光不发生反应，经过显影处理后，发生反应的部分不能被溶解而保留在板面上，而未发生反应的感光油墨则被清洗掉露出下面的铜箔；

4)蚀刻、退膜：利用蚀刻药液将显影后露出的铜箔蚀掉，剩下保留下来的铜区域就是所需要的的电极线路图形，再利用强碱将电极线路图形上方固化后的油墨剥掉，露出线路图形；

5)盲孔制作：内电极中间空白区域，通过激光镭射开孔制作盲孔，开孔除胶渣之后，再经过化学沉铜及填孔电镀工艺完成盲孔连接层的制作，使内电极与底部电极导通；

6)冲孔、开孔：对上、下基层及中间粘合层进行定位冲孔处理；选择0.17mm总厚度的bt板(表面无铜箔)作为上基层材料，在对应于内电极对的电极间隙位置处钻出孔径φ0.1～0.15mm、深度0.05～0.08mm的凹槽；选择74um的半固化片作为中间粘合层材料，在对应于内电极对的电极间隙位置处通过激光开出φ0.15～0.2mm的圆形通孔；

7)静电防护部的制作：配制包含10～30wt.％导电硫酸钡、5～20wt.％碳化硅、20～40wt.％氧化铝及30～50wt.％有机硅树脂的静电防护浆料，搅拌混合均匀后使用，通过丝网印刷方式填充到已经过棕化处理后的下基层的内电极缝隙之间，并于150℃、45min条件下进行固化。

8)层压：将前述得到的下基层、中间粘合层及上基层依序进行叠层，并于高温高压下完成层压，中间粘合层经熔融并冷却后便将下基层和上基层完全粘结在一起。

9)电镀、切割：将层压的整版依序进行镀镍和镀锡工作，使得底部铜箔电极上依次附上镍层和锡层，其中镍层厚度控制在2～3um，锡层厚度控制在3～10um。将完成电镀后的pcb板进行分割处理，分割尺寸为1.0mm*0.5mm，得到单体的静电抑制器。

根据以上采用pcb板工艺步骤制作的带有空腔结构的静电抑制器，其性能指标参数如下：

从上表可以看出，本技术方案制作的静电抑制器，其同时具备较低触发电压、极低电容值、极低泄漏电流以及低残压等关键功能特性，满足现代电子设备发展趋势对静电抑制器件所需的性能需求。

上述例子中所得到的静电抑制器，其电容值和测试频率曲线如图4所示，从图4可看出该产品电容足够小，可以用于高频线路上使用。图5是该产品的静电防护效果说明，在8kv静电冲下，产品可以将静电钳位在一个低电压水平范围，从而实现保护作用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。