專利名稱：：突波吸收器的材料及使用這種材料制作突波吸收器的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種突波吸收器的材料，尤指一種突波吸收器的微觀結構中具有以殼包覆核這種結構的材料。
背景技術：
：電子工業(yè)的趨勢是工作頻率愈來愈高，尺寸愈來愈小。因此，在高頻范圍下經(jīng)常使用突波吸收器(varistor)來保護IC不會受到過電壓的破壞。有相當多的材料具有突波吸收器的功能，例如SrTiOs、SiC、ZnO、Fe203、Sn02、Ti02、BaTi03及Diode等，但各種材料的突波吸收或是靜電吸收能力也不相同，加上因為各種特性的限制，并非所有的材料均具有商品化的機會。硅基二極管主要是利用PN界面來產(chǎn)生突波吸收器的功能，以這種材料制成的突波吸收器，具有較高崩潰電壓及突波吸收能力較小的缺點。以Fe203及BaTi03制成的突波吸收器，主要是利用電極與陶瓷體間的界面來產(chǎn)生突波吸收特性，但是這種突波吸收器的電性特性較差，且不易做高壓元件。以ZnO、Ti02、Sn02、SrTi03制成的突波吸收器，主要是利用半導化的晶粒及晶界絕緣層的界面來產(chǎn)生突波吸收特性，但是，這些晶界絕緣層主要是由結晶相所組成，例如a-Bi203、Na20或是SrTi03等晶界相，其缺點是在制作過程中需要經(jīng)過較高溫燒結才能完成。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是提供一種突波吸收器的新材料，具有以殼包覆核的微觀結構，且選用導體或半導體材料當作這種材料的微觀結構之中的核結構，另外選用玻璃材料當作這種材料的微觀結構之中的殼結構，且包覆所述的核結構，以這種新材料制成突波吸收器的過程中，可以使用較低溫度燒結，一般燒結溫度約6001100。C;而且，這種突波吸收器的電氣特性，可以由所述的核結構的晶粒大小與特性，所述的殼結構的絕緣層厚度及其絕緣阻抗特性，以及，突波吸收器的兩平行電極間的間距及電極材料的重疊面積等參數(shù)來決定。本發(fā)明的另一目的是提供一種突波吸收器的新材料，可應用于制成單層型突波吸收器及層積型突波吸收器，且突波吸收器的電氣特性可以視需要任意調(diào)整。本發(fā)明的又一目的是提供一種電壓可任意調(diào)整的突波吸收器制造方法，使用微觀結構中具有以殼包覆核結構的材料，再以較低溫度燒結制成突波吸收器，在低溫度燒結過程中，因為殼結構為玻璃材料且與核結構的材料幾乎沒有反應，故利用精確控制核結構的晶粒尺寸大小、殼結構的絕緣層厚度、殼結構的絕緣阻抗及電極重疊面積等參數(shù)，可以調(diào)整突波吸收器的電氣特性。圖1是以本發(fā)明的材料制成突波吸收器的微觀結構示意圖。附圖標記10......突波吸收器11......材料12......殼結構14......核結構20......陶f:元件具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的材料11,具有以殼結構12包覆核結構14的微觀結構，且選用導體或是半導體材料當作這種材料11的微觀結構之中的核結構14，另外選用玻璃材料當作這種材料的孩b現(xiàn)結構之中的殼結構12，以包覆所述的核結構14。本發(fā)明的材料ll，以一般標準陶瓷制作過程可以做成突波吸收器10的陶瓷元件20。本發(fā)明的材料ll,作為微觀結構的核結構14的導體材料，可選自Fe、Al、Ni、Cu、Ag、Au、Pt或Pd金屬的其中一種或一種以上的組合，或是它們的合金組合。本發(fā)明的材料ll,作為微觀結構的核結構14的半導體材料，可選自ZnO、SrTi03、SiC、Ti02、Sn02、Si或GaAs的其中一種或一種以上的組合。本發(fā)明的材料11，作為孩i觀結構的核結構14還可以選自所述的導體材料與半導化材料的組合物。本發(fā)明的材料ll,作為微觀結構的殼結構12的玻璃材料，可選自硅酸鹽玻璃、硼玻璃、硅鋁玻璃、磷玻璃或鉛玻璃中的其中一種。本發(fā)明的材料11可應用于制作具有優(yōu)異電氣特性的突波吸收器10，突波吸收器10的制造流程包括l.首先選擇適當?shù)慕饘賹w或半導體化的金屬氧化物或是一般的半導體材料，浸入含硅玻璃、硼玻璃、鉛玻璃或磷玻璃配方的溶膠中，利用異質析出方式，使前述導體或是半導體化材料的晶粒表面包覆一層含玻璃配方的材料層，接著，將包覆完成的組合物，以50090(TC煅燒0.5~8hr，使包覆在導體或是半導體表面的含玻璃成分的無機或有機材料層轉化為玻璃層，這樣，即制作出本發(fā)明的材料ll,呈具有以殼結構12包覆核結構14的粉體結構。2.制造單層型突波吸收器IO"的時候，向前述制備完成的煅燒粉體，加入適當?shù)酿そY劑、分散劑后，以成型壓力約10000PSI的壓力成型，再經(jīng)過排膠過程后，以600~IIO(TC燒0.5~4hr，制成陶瓷熟胚，接著再于熟胚上下兩面涂布上導電^l漿，經(jīng)50080(TC還原處理后，即制成單層型突波吸收器10"。3.制造層積型突波吸收器IO'的時候，向前述制備完成的煅燒粉體，加入適當?shù)酿そY劑、分散劑、塑性劑及有機溶劑等，調(diào)制成含配方粉體的漿料，再以刮刀成型的方法，制作生胚薄帶。同時控制漿料的教度、刮刀厚度等參數(shù)來調(diào)整制作過程中的生胚厚度，制作出厚度15200gm的生胚薄帶。接著將生胚薄帶切出預定尺寸，在其上印上如鉑、銀、4巴、金或銠或以上任意兩種貴金屬所組成的合金當作內(nèi)電極，然后將印刷內(nèi)電極完成的生胚，以內(nèi)電極端部交錯出現(xiàn)的方式堆疊在一起，于覆蓋上下蓋后，經(jīng)熱水均壓步驟后，按照事先設定的位置進行切割，制作成生胚晶粒。接下來，將上述生胚晶粒置于燒結爐中進行燒結，燒結條件為600~1100。C燒0.54hr,然后，于燒結晶粒有內(nèi)電極外露的兩端上，披覆上外端電極Ag,再將上述組合物以500-900。C還原，即制作完成層積型晶片突波吸收器10'。4.接著，測量上述單層型突波吸收器IO"或層積型突波吸收器10'的電氣特性，包括突波吸收器的基本電性，如崩潰電壓W^，非線性指凄丈a、漏電流lL，ESD耐量、抑制電壓等電器特性。其中，ESD耐量是指突波吸收器承受靜電后，VlmA位移量在±10%以內(nèi)的最大突波電流值。實施例以下以實施例1-5說明本發(fā)明的材料11可應用于制作突波吸收器10，且突波吸收器IO具有優(yōu)異的電氣特性。而且，本發(fā)明亦提供一種電壓可任意調(diào)整的突波吸收器制造方法，使用微觀結構中具有以殼結構12包覆核結構14的材料11，再以較低溫度燒結制成突波吸收器10，在低溫度燒結過程中，因為殼結構12為玻璃材料且與核結構14的材料幾乎沒有反應，故利用精確控制核結構14的晶粒尺寸大小、殼結構12的絕緣層厚度、殼結構12的絕緣阻抗及電極重疊面積等參數(shù)，可以調(diào)整突波吸收器IO的電氣特性。實施例1選擇粒度大小為0.6~l.OMm的碳化硅粉，將其浸泡在以硅酸乙脂為主體的透明有機溶液中，利用控制溶液pH的方式，使含玻璃成分的化合物，均勻析出在碳化硅粉體的表面上，接著將粉體取出烘干后，以600。C的溫度，煅燒2hr,制作成包覆硅酸鹽玻璃的碳化硅粉體。向前述煅燒后的粉末加入適當?shù)腲:劑、塑性劑、黏結劑(例如，聚乙烯縮丁醛)及有機溶劑(例如，曱苯及正丁醇)，將其調(diào)制成有機漿料，同時控制漿料的黏度在一定范圍，以利后續(xù)薄帶成型的厚度控制。利用刮刀成型技術，控制刮刀厚度及漿料黏度，制造出厚度15~200jimi的生胚薄帶。接著將6層印有內(nèi)電極的生胚薄帶按照內(nèi)電極交錯的方式堆疊，又為了降低產(chǎn)品的漏電流及增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性，于上述組合物的上下各加上5層未印內(nèi)電極的薄帶，然后，將整組組合物，于70。C3000PSI的壓力壓合在一起。接著，按照預定位置切割，制成生胚晶粒。再將前述生胚晶粒以90(TC燒結2hr,接著將燒結后的晶粒的內(nèi)電極外露端披覆上銀漿，再于800。C處理0.5hr。如此即可制出尺寸大小為l.Ommx0.5mmx0.5mm的層積型突波。及收器。然后，測量各項基本電性，包括崩潰電壓ViM,非線性指數(shù)a、漏電流L,ESD吸收能量、抑制電壓等電氣特性，以評估突波吸收器的實用性。測量結果如表1及表2所示，其中，表1為玻璃添加量對突波吸收器特性的影響。才艮據(jù)樣品15的結果顯示。當玻璃添加量增加時，突波吸收器具有較高的崩潰電壓值及非線性指數(shù)值增加，但漏電流值降低；當玻璃添加量大于20%時，突波吸收器的漏電流降到較低的數(shù)^f直且可通過8KV靜電測試。表l:玻璃添加量對突波吸收器特性的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2顯示不同生胚厚度，90(TC燒結的電性，結果顯示突波吸收器的崩潰電壓值和生胚薄帶成正比關系，薄帶厚度愈厚則突波吸收器的崩潰電壓值愈高。表2:不同薄帶厚度對元件特性的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由上述表1及表2的結果顯示，通過控制玻璃添加量及薄帶成型厚度，可以制作出電壓任意可調(diào)的層積型突波吸收器。實施例2利用前述相同方法，將構成核結構的原料，改成半導化鈦酸鍶粉末，而殼結構的原料改成硼玻璃。同樣先進行半導化鈦酸鍶粉體的包覆玻璃層過程，接著進行晶片元件制作過程，先以刮刀成型制造出厚度50/mi的生胚，再制成具有2層內(nèi)電極的生胚晶粒，接著以850°C2hr燒結，再制成常見的層積型突波吸收器。突波吸收器的電氣特性如表3所示。表3:以鈦酸鍶當核對元件特性的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例3利用前述相同方法，將構成核結構的原料，改成金屬鎳粉末，而殼結構的原料改成硅玻璃。同樣先進行金屬鎳粉體的包覆玻璃層過程，接著進行晶片元件制作過程，先以刮刀成型制造出30/mi的生胚，制成內(nèi)電極為2層的生胚晶粒，接著以800°C2hr燒結，再制成常見的層積型突波吸收器。層積型突波吸收器的電氣特性如表4所示，可承受8KV靜電測試。表4:以鎳粉當核對元件特性的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例4利用前述相同方法，將構成核結構的原料，改成金屬銅粉末，而殼結構的原料改成硅玻璃。同樣先進行金屬銅粉體的包覆玻璃層過程，接著進行晶片元件制作過程，先以刮刀成型制造出50/mi的生胚，制成內(nèi)電極為2層的生胚晶粒，接著以700°C2hr燒結，再制成常見的層積型突波吸收器。層積型突波吸收器的電氣特性如表5所示，可承受8KV靜電測試。表5:以Cu粉當核對電性的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例5利用前述相同方法，進行測試原料粒度大小對于層積型突波吸收器元件的電性影響。以粒徑分別為0.8/mi、2.5/mi及10/mi的SiC顆粒當作核材料，接著進行硅玻璃層包覆過程，然后再制作厚度約50/mi的生胚薄帶，最后制成層積型突波吸收器元件。元件的電氣特性如表6所示，結果顯示元件的崩潰電壓和核的原始粒度有關，使用粉末粒度較細的原料，元件有較低的崩潰電壓值。表6:原料粒度大小對電性的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權利要求1.一種突波吸收器的材料，具有以殼結構包覆核結構的微觀結構，其特征在于，所述的核結構由導體或半導體材料所組成，所述的殼由玻璃絕緣材料所組成，且包覆所述的核結構。2.如權利要求1所述的突波吸收器的材料，其中，所述的導體選用Al、Ni、Fe、Cu、Ag、Au、Pt、Pd的其中一種或一種以上的金屬或合金所組成。3.如權利要求1所述的突波吸收器的材料，其中，所述的半導體材料選自Si、GaAs、Ti02、Sn02、ZnO、SrTi03、BaTi03、SiC的其中一種或以上材料所組成。4.如權利要求1所述的突波吸收器的材料，其中，所述的絕緣材料選自硅酸鹽玻璃、硼玻璃、磷玻璃或鉛玻璃的其中一種所組成。5.—種電壓可任意調(diào)整的突波吸收器制造方法，其特征在于，使用權利要求1所述的材料為原料，再施以較低溫度燒結制成一種突波吸收器，并在低溫度燒結過程中，利用精確控制所述的原料的核結構的晶粒尺寸大小或所述的原料的核殼結構的絕緣層厚度或殼結構的絕緣阻抗，以調(diào)整所述的突波吸收器的崩潰電壓。6.如權利要求5所述的電壓可任意調(diào)整的突波吸收器制造方法，其中，燒結溫度為600~1100°C。全文摘要本發(fā)明公開了一種突波吸收器的材料，具有以殼結構包覆核結構的微觀結構，其中核結構部分是由半導體或導體材料構成，殼結構部分是由具有絕緣特性的玻璃材料構成，以這種材料制作突波吸收器的過程中，可以使用較低溫度燒結，而且這種突波吸收器的電氣特性，可以由核結構的半導體或導體材料的晶粒大小與特性，殼結構的絕緣層厚度及絕緣阻抗特性，以及突波吸收器的兩平行電極間的間距及電極材料的重疊面積等參數(shù)來決定。文檔編號H01G4/00GK101105993SQ20071012303公開日2008年1月16日申請日期2007年6月22日優(yōu)先權日2007年6月22日發(fā)明者朱頡安,林居南,章麗云,連偉成,連清宏,郭政宗申請人:赑豐生技股份有限公司