本發(fā)明公開一種電子元器件，特別是一種螺旋磁電極封裝全能脈沖技術(shù)，其包含電子電路、脈動電流、無源電子組件、封裝技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

眾所周知，在高頻條件下，電子趨于導(dǎo)線表面運(yùn)動的現(xiàn)象被稱之為“集膚效應(yīng)”，在低頻時，集膚效應(yīng)對導(dǎo)線的導(dǎo)電(阻抗)特性影響不大，但隨著頻率增加，導(dǎo)線的阻抗會呈現(xiàn)電感效應(yīng)導(dǎo)線阻抗因集膚效應(yīng)而發(fā)生變化，故而在現(xiàn)實(shí)中在同樣的導(dǎo)線截面的表面積情況下，兩根電纜線輸電能力要高出單根電纜線效率許多，寬帶變壓器也是應(yīng)用的這個道理，把一根線換成兩根線后其工作效率大不一樣，但其導(dǎo)線的銅的用量沒變。和導(dǎo)線一樣，電纜線中也存在集膚效應(yīng)，另外，電纜中同時存在磁場和電場導(dǎo)致電纜的阻抗特性既有電感效應(yīng)又有電容效應(yīng)，通過一根導(dǎo)線的電流所產(chǎn)生的磁場將會使另一根導(dǎo)線中的電流減小，同樣如果電纜的兩根導(dǎo)線之間有電位差就會產(chǎn)生電場從而引起電容效應(yīng)。電感和電容應(yīng)同時注意此時電纜可被等效為許多小電感和小電容的級聯(lián)一根電纜的阻抗可等效為電感與電容的組合網(wǎng)絡(luò)。

目前電子產(chǎn)品中所用的元器件-分立式(引線插件)無源組件：電阻電容等都是采用“L”形狀的金屬引線接線方式連接到組件本芯片用以傳輸電路中工作的電流和能量來發(fā)揮組件其芯片本身電性能參數(shù)的作用以達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)目的。

普通壓敏電阻用一條直導(dǎo)線從壓敏電阻表面將電流導(dǎo)入和引出，這種方式會導(dǎo)致壓敏的表面電流都在引線位置集中，造成局部電流密度過大的現(xiàn)象。壓敏電阻未導(dǎo)通前，其作用相當(dāng)于一個電容，交變電流漫流在陶瓷芯片與覆銀層界面上；電流密度的大小，以中間靠近引線處最大，它不僅造成芯片上漫流方向的溫度梯度，引發(fā)因熱膨脹量不同產(chǎn)生徑向或環(huán)向裂紋；而且還導(dǎo)致電流密度最大的中間部位表面晶界首先勢壘降低或受損，這降低了壓敏器件對沖擊電流的耐受性。在電涌沖擊下，壓敏器件導(dǎo)通，由于趨膚效應(yīng)的影響，電流會集中在芯片的周邊通過陶瓷晶體。電流通過閥片的實(shí)際截面積變小，電流所遇阻值變大，降在閥片上的電壓增加，能量消耗也隨著增加，閥片升溫加快，這時壓敏的損傷點(diǎn)就多發(fā)生在電流通過比較集中的閥片周邊部位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的分立式元器件引腳都是呈“L”形設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種新的螺旋磁電極封裝全能脈沖技術(shù)，其采用螺旋線形電極，解決L形電極帶來的各種問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種螺旋磁電極封裝全能脈沖技術(shù)，該技術(shù)為在電子元器件本體上設(shè)置有電極，電極呈螺旋線形，當(dāng)電極通電時，垂直軸向的磁場能約束電子，使原有的電子直線軌跡成為螺旋前進(jìn)的軌跡，磁場的作用使得電子的運(yùn)動變?yōu)閲@軸向的磁力線做螺旋運(yùn)動，金屬導(dǎo)線螺旋式電極結(jié)構(gòu)在通電情況下形成均勻的電磁場起到了電磁波體積式的從內(nèi)到外加熱的原理，對整個電子元器件加熱。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案進(jìn)一步還包括：

所述的電子元器件本體呈片狀，螺旋線形電極固定設(shè)置在芯片本體兩側(cè)。

所述的螺旋線形電極采用平面等角螺旋線或平面等速螺旋線。

所述的電子元器件本體呈柱狀，螺旋線形電極固定設(shè)置在芯片本體兩端。

所述的螺旋線形電極采用無斷開端頭的雙螺旋線。

所述的電子元器件本體上設(shè)有涂銀層，螺旋線形電極固定設(shè)置在涂銀層上。

所述的螺旋線形電極采用焊接的方式設(shè)置在高導(dǎo)電層上，該高導(dǎo)電層為涂銀層或?qū)щ娔z層或超導(dǎo)材料層。

所述的螺旋線形電極在電子元器件本體內(nèi)埋置。

所述的電子元器件本體兩側(cè)的螺旋線形電極朝向同一方向旋轉(zhuǎn)，或者朝向不同方向旋轉(zhuǎn)。

所述的螺旋線形電極采用空心金屬螺旋線或者采用扁平金屬螺旋引線。

本發(fā)明的有益效果是：芯片導(dǎo)線的螺旋式電極結(jié)構(gòu)金屬導(dǎo)線的螺旋式電極分布在芯片本體兩側(cè)：

1)電流的均勻分布：彎曲形狀的導(dǎo)體能提高其抗張能力導(dǎo)體的散熱性和電流密度分布均勻性，對導(dǎo)體器件承受周期性負(fù)載的穩(wěn)定性有很大的益處，電流在芯片電極上得到均勻分布其表面溫度也會降下來；

2)排潮干燥：由于在芯片對稱兩面是對稱式金屬導(dǎo)線螺旋式電極結(jié)構(gòu)，在通電情況下形成均勻的電磁場，起到了電磁波體積式的從內(nèi)到外加熱的原理；

3)電極銀層面的完整：由于螺旋式金屬電極其抗張力的提高與電流密度的均勻性，熱脹冷縮效應(yīng)對芯片本體的電極質(zhì)密的銀層面表面的“拉扯”破壞力大大減小，抗沖擊力抗老化漏電流偏大都有根本的改善，形成的早期失效現(xiàn)象也明顯的減少。

大約80％電子組件都是無源組件，這些元器件不具有放大或開關(guān)功能，但卻占用了整個印制電路板(PCB)/線路板(PWB)面積的40％以上，而且在生產(chǎn)過程中30％以上要使用焊接工藝，90％的要拿取放操作，而平面螺旋電感線圈與壓敏半導(dǎo)體芯片的表面焊接形成的特殊高性能：大電流、高頻、高能量且芯片小形化，電流在微電路中高效連接傳輸方式的技術(shù)方向，不失為今后無源組件相嵌集成小型提供了方法與思路，就是把電學(xué)里面的三個最基本的無源組件組合、相嵌，集成到半導(dǎo)體器件里，形成花樣變化繁多、功能強(qiáng)大的組件系統(tǒng)來完成性能更好的、成本更低、安全性更可靠的產(chǎn)品設(shè)計(jì)目的。

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明導(dǎo)通時電子元器件體表電流分布示意圖。

圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的壓敏電阻導(dǎo)通時芯片體表電流分布示意圖。

圖5為本發(fā)明導(dǎo)通時電子元器件體內(nèi)電流分布示意圖。

圖6為現(xiàn)有技術(shù)中的壓敏電阻導(dǎo)通時芯片體內(nèi)電流分布示意圖。

圖7為現(xiàn)有技術(shù)中的直線L式電子元器件電流導(dǎo)通路徑與長度比較圖。

圖8為本發(fā)明中的螺旋式電子元器件的電流導(dǎo)通路徑與長度比較圖。

圖中，1-電子元器件本體，2-涂銀層，3-螺旋線形電極，4-電子分布。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式，其它凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例相同或近似的，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明為一種螺旋磁電極封裝全能脈沖技術(shù)，該技術(shù)的核心為在電子元器件本體1上設(shè)置有電極3，電極3呈螺旋線形，當(dāng)電極3通電時，垂直軸向的磁場能約束電子，使原有的電子直線軌跡成為螺旋前進(jìn)的軌跡，磁場的作用使得電子的運(yùn)動變?yōu)閲@軸向的磁力線做螺旋運(yùn)動，金屬導(dǎo)線螺旋式電極結(jié)構(gòu)在通電情況下形成均勻的電磁場起到了電磁波體積式的從內(nèi)到外加熱的原理，對整個電子元器件加熱。本實(shí)施例中，電子元器件本體1上設(shè)有涂銀層2，螺旋線形電極3固定設(shè)置在涂銀層2上，本實(shí)施例中，螺旋線形電極3采用焊接的方式設(shè)置在涂銀層2上。具體實(shí)施時，螺旋線形電極3也可以在電子元器件本體1內(nèi)埋置。本實(shí)施例中，電子元器件本體1兩側(cè)的螺旋線形電極3可以朝向同一方向旋轉(zhuǎn)，也可以朝向不同方向旋轉(zhuǎn)。螺旋線形電極3采用空心金屬螺旋線或者采用扁平金屬螺旋引線。本實(shí)施例中，螺旋線形電極3的引出端設(shè)置在電子元器件本體1邊沿位置處，具體實(shí)施時，也可以將螺旋線形電極3的引出端設(shè)置在電子元器件本體1的中心位置，或者螺旋線形電極3中的任意位置。

請參看附圖1，本實(shí)施例中，電子元器件本體1呈片狀，螺旋線形電極3固定設(shè)置在芯片本體1兩側(cè)，螺旋線形電極3可采用平面等角螺旋線或平面等速螺旋線。

請參看附圖2，本實(shí)施例中，電子元器件本體1呈柱狀，螺旋線形電極3固定設(shè)置在電子元器件本體1兩端，螺旋線形電極3采用無斷開端頭的雙螺旋線。

請參看附圖3至附圖6，由圖中可以看到導(dǎo)通時芯片體表及體內(nèi)的電流分布可克服集膚效應(yīng)。請參看附圖7和附圖8，通過直線L式電子元器件與螺旋式電子元器件的電流導(dǎo)通路徑與長度比較可知，顯然螺旋式電子元器件路徑長度L’N>>直線L式電子元器件的路徑長度L’N的長度，在實(shí)際的組件尺寸中，半徑R>>厚度H，這也是螺旋式電子元器件在沖擊實(shí)驗(yàn)8/20us和工頻升壓實(shí)驗(yàn)中優(yōu)異表現(xiàn)的原因之一。

電極面的電子流動的高效低溫模式：從陶瓷晶界上的軸向磁場，除了調(diào)整芯片電極面的均勻功能外，還具有強(qiáng)化放電手段，垂直軸向的磁場能約束二次電子，使原有的電子直線軌跡成為螺旋前進(jìn)的軌跡，磁場的作用使得電子的運(yùn)動變?yōu)閲@軸向的磁力線做螺旋運(yùn)動。

由于在芯片對稱兩面是對稱式金屬導(dǎo)線螺旋式電極結(jié)構(gòu)在通電情況下形成均勻的電磁場起到了電磁波體積式的從內(nèi)到外加熱的原理整個物料同時被加熱。即所謂的“體積加熱”過程。微波加熱利用的是介質(zhì)損耗原理，而且水或乙醇等極性分子的損耗因數(shù)比干物質(zhì)大得多，電磁場釋放能量中的絕大多數(shù)被物料中的水分子吸收，由于物料中的水分能大量吸收微波能并轉(zhuǎn)化為熱能，因此物料的升溫和蒸發(fā)是在整個物體中同時進(jìn)行的。在物料的表面，由于蒸發(fā)冷卻的緣故，使物料表面溫度略低于里層溫度，同時由于物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量，以至于內(nèi)部蒸汽迅速產(chǎn)生，形成壓力梯度。方向的一致性如果物料的初始含水率很高，物料內(nèi)部的壓力非?？斓厣撸瑒t水分可能在壓力梯度作用下從物料中排除，由此可見，微波干燥過程中，溫度梯度、傳熱和蒸汽壓力遷移方向均一致，從而大大改善了干燥過程中水分的遷移條件，由于微波能在瞬間滲透到被加熱物體中，無需熱傳導(dǎo)過程，數(shù)分鐘就能把微波轉(zhuǎn)換為物質(zhì)的熱能，因此加熱速度快，干燥效率高，當(dāng)然要優(yōu)于常規(guī)的干燥。

本發(fā)明中的螺旋型的引線結(jié)構(gòu)，可以有效地改善幾個問題：

1、電流的均勻性及通流能力：

可以有效地以從表面多個位置上比較均勻地將電流引出到涂銀層上，防止了芯片表面電流在中部的過度集中，降低了表面的溫度梯度，減少了對中部表面晶界的損傷，從而增加了壓敏電阻對工頻電壓的耐受性。另一方面，在脈沖電壓的作用下，螺旋形流動的電流，形成了垂直于芯片表面的磁場。由于磁場強(qiáng)度正比于環(huán)繞該區(qū)域的電流的強(qiáng)度，因此該磁場愈靠近中心部位越強(qiáng)。電子在磁場作用下會受到一個向心力的作用,且這個向心力越靠近中部越大，電子螺旋運(yùn)動的半徑就越小，從而使中部的電流密度增大。

其回轉(zhuǎn)半徑為：

r＝m v sinθ/eB

其中，m為電子質(zhì)量，v是電子速度，θ為發(fā)射角，e是電子電荷，B是磁感應(yīng)強(qiáng)度。

旋轉(zhuǎn)使電子運(yùn)動軌跡加大，從而總的電離效果加強(qiáng)，在進(jìn)電介質(zhì)的界面以更小的夾角溶入到電極晶界層面中，改變了原來的垂直運(yùn)動的電子砸向晶界，使其電極面容易受損，整個芯片的電極晶界面受損的概率也會降低，形成高效低溫的模式。而螺旋結(jié)構(gòu)電極的存在作用，使電子感應(yīng)加速器提供能量：在交變電磁場的作用下，螺旋形狀的電極在流過電流時產(chǎn)生磁場變動的磁場起到讓電子旋轉(zhuǎn)加速并且聚焦的作用，產(chǎn)生變動的感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢又使電子水平運(yùn)動速度增加，整體上使電子能量比單純電壓作用下更高，更容易越過半導(dǎo)體勢壘，從而產(chǎn)生更大的通流量，載流子通過勢壘的速度更快、所用的時間更短。

電子向內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的結(jié)果是，通過中部的電子數(shù)量增加，減弱了高頻電流集膚效應(yīng)的影響，電流通過芯片的有效截面積增大，壓敏的通過電阻降低，消耗的能量降低，壓敏電阻通流能力增強(qiáng)。

2、熱性能：

除了電流的均勻分布外，彎曲形狀的導(dǎo)體能提高其抗張能力，導(dǎo)體的散熱性和電流密度分布均勻性，對導(dǎo)體器件承受周期性負(fù)載的穩(wěn)定性，有很大的益處。電流在芯片電極上得到均勻分布，其表面溫度也會降下來，其比熱容和熱導(dǎo)率的提高，金屬引線的均勻分布性與有效面積的增大，對芯工作時產(chǎn)生的熱量吸收的有效性大大增強(qiáng)，另外散熱能力也是整體性的均勻提高增強(qiáng)比熱的提升。

同時由于流過芯片的電流更加均勻，芯片上的溫度梯度減小，由熱脹量不同帶來的損傷風(fēng)險也隨之降低。而螺旋引線不僅增加了壓敏的散熱面積，同時也使散熱部位更加均勻，從而改善了壓敏電阻的熱特性。

金屬導(dǎo)線直線“L”式電極結(jié)構(gòu)的抗張能力差高溫時金屬導(dǎo)線熱脹冷縮變形加大加上相互接觸的電介質(zhì)其膨脹系數(shù)多少的不一致性金屬導(dǎo)線會“拉扯”電極質(zhì)密的銀層面表面造成銀面損傷大家都知道在材料力學(xué)中彎曲形狀的導(dǎo)體能提高其抗張能力。由于螺旋式金屬電極其抗張力的提高與電流密度的均勻性，熱脹冷縮效應(yīng)對芯片本體的電極質(zhì)密的銀層面表面的“拉扯“破壞力大大減小，電極銀層面的完整抗沖擊力抗老化漏電流偏大都有根本的改善形成的，早期失效現(xiàn)象也會明顯的減少。

3、通流改善與晶體損傷：

從陶瓷晶體內(nèi)部晶粒體的角度來看，除了受到縱向電場的作用，還受到螺旋引線造成的縱向磁場的作用?？v向變化的磁場會產(chǎn)生水平方向的感生電動勢，感生電動勢又會造成水平方向勢壘高度的降低。載流子更容易晶粒間運(yùn)動，按照水桶的短板理論，芯片的通流能力就更強(qiáng)。采用理想半導(dǎo)體的P區(qū)、N區(qū)的概念做以標(biāo)識，當(dāng)P區(qū)加正向電壓時，其耗盡層變窄，勢壘高度降低。由于晶粒上出入面積的增大，電流集中在某一位置通過造成晶界損壞的概率降低。

4、響應(yīng)時間：

在給壓敏電阻充電期間，

設(shè)常規(guī)壓敏充電到壓敏表面所遇到的阻抗為R1，螺旋壓敏為R2，

則

1/R1＝1/Rab+1/Rag

1/R2＝1/Rab+1/Rag+1/Rbc+1/(ωLbc)

用電導(dǎo)G表示，即為

G1＝Gab+Gag

G2＝Gab+Gag+Gbc+1/(ωLbc)

顯然，

R2<R1或G2>G1

而通過電阻R給Cmov充電所需的時間

T＝∫dQ/I＝∫Cmov*dV/(V/R)＝R∫Cmov*dV/V

所以

常規(guī)壓敏充電時間：T1＝R1*∫Cmov*dV/V

螺旋引線壓敏充電時間T2＝R2*∫Cmov*dV/V

因此有

T2<T1

T2/T1＝R2/R1

＝1/[1/Rab+1/Rag+1/Rbc+1/(ωLbc)]*[1/Rab+1/Rag]

＝1/[1+(Gbc+1/(ωLbc))/(Gab+Gag)]

也就是說，螺旋引線壓敏電阻充電到壓敏導(dǎo)通電壓所需的時間就小于L引線壓敏電阻。

綜上所述，本發(fā)明不僅提高了在工頻電壓和瞬變電壓下壓敏電阻得耐受性和通流能力，同時也使得壓敏電阻的響應(yīng)時間減少，另外還改善了器件的熱特性。