專利名稱：具有多氣隙電極對的過電壓保護元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種過電壓保護元件結(jié)構(gòu)，尤其是一種具有多個氣隙的電極對的過電壓保護元件。
背景技術(shù)：
電子產(chǎn)品已經(jīng)是現(xiàn)代人日常生活中不可或缺的一部份，一方面，這些電子產(chǎn)品由于頻繁地與人體接觸，很容易受到人體所帶靜電放電的沖擊；另方面，電源供電時的些許電壓不穩(wěn)定，也可能形成短暫的高壓脈沖，如果電子產(chǎn)品中欠缺防備靜電放電沖擊的設(shè)計，將導致電路中的元件存在莫大的受損風險；也因此，目前的電子產(chǎn)品多需接受承受高壓靜電放電(Electro-Static Discharge，簡稱ESD)的測試，以確保使用時安全無虞。所以在電路設(shè)計中，能承受高壓靜電沖擊、或?qū)⒏邏红o電沖擊導離主要電路的過電壓保護元件也成為不可或缺的重要元件。公知的靜電保護元件如圖1所示，通常是設(shè)置在電子產(chǎn)品主要回路的上游，使靜電保護元件中的電能輸入端11和電能輸出端12分別導接至電源線與接地；且在靜電保護元件內(nèi)部，電能輸入端11和電能輸出端12間形成有一對銅電極偶3，電極偶3間形成有一個預(yù)定氣隙30，并且于氣隙30上方覆蓋一層高分子層作為保護電極偶3的覆蓋部4，并經(jīng)由加熱使覆蓋部4結(jié)合至基板上，以保護電極偶3不會輕易氧化、受到污染、或受潮濕空氣的干擾。正常供電時，由于電極偶3間并未導接，靜電保護元件保持斷路而不導通，但當一個異常放電的高壓、或大電流的突波發(fā)生時，由于異常放電的強度足以迫使電流跨過上述氣隙30，使電極偶3因尖端放電效應(yīng)而短路導通，異常放電會由電能輸入端11經(jīng)電極偶3 而傳輸至電能輸出端12，確保突波不會流入電子產(chǎn)品的主要回路，主要回路因而不會輕易受異常電壓或電流的沖擊而損壞。由于電極偶3是以例如銅的導電金屬所制成，當突波的大電流由電極端部31導入，并瞬間沖擊在電極偶3的另一電極端部32時，電極端部32受瞬間靜電沖擊影響，可能會被燒灼，在重復(fù)沖擊的影響下，受沖擊的電極端部32可能逐漸損耗，并使得氣隙30因而擴大，短路導通門檻因而提高，使得保護特性劣化，保護元件失去原有的功效；部分突波因為無法通過電極偶而被導接至接地，將被迫進入主要回路，損壞原本應(yīng)被保護的主要回路。 另外，由于此類元件的損耗完全隨使用環(huán)境的電壓穩(wěn)定性而定，并沒有一個固定的使用壽命可供遵照替換，且此類元件亦無法由外部觀察到其內(nèi)部電極偶的受損狀況，直到其喪失效能，讓主要電路直接暴露在風險之下，甚至直接受損，才能明確發(fā)現(xiàn)該元件的劣化。因此，若能保持預(yù)定的電氣性能，同時還能夠降低放電所造的電極端部損耗時電壓保護元件立即完全失去保護功能的風險，達到更佳的保護功效，無疑將成為具有絕佳產(chǎn)品競爭力的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之一目的在于提供一種具有多氣隙電極對的過電壓保護元件，藉由在電極對上形成多個并聯(lián)氣隙，分攤損耗，延長元件整體使用壽命。本發(fā)明再一目的在于提供一種具有多氣隙電極對的過電壓保護元件，且電極對的形狀可隨需求不同而改變，因應(yīng)各種情況而具有設(shè)計使用的彈性。本發(fā)明另一目的在于提供一種與現(xiàn)有過電壓保護元件相容性極高的具有多氣隙電極對的過電壓保護元件，讓電路設(shè)計者完全不需改變以往設(shè)計概念，即可順利采用。本發(fā)明又一目的在于提供一種可以批次制造的具有多氣隙電極對的過電壓保護元件，讓制造過程可以自動化，不僅元件品質(zhì)易于管控，產(chǎn)品也更具有市場競爭力。依照本發(fā)明揭示的一種具有多氣隙電極對的過電壓保護元件，包括一片具有絕緣表面、且形成有一導電連接的電能輸入端及一個電能輸出端的基材；至少一對電極對，且該電極對包括兩個分別具有一個導接至該電能輸入端及該電能輸出端的電極基部、及至少兩個由該電極對之一朝向該另一者且彼此間隔一個氣隙的延伸部件；及一個與該基材共同形成一個封閉前述氣隙及形成前述氣隙的延伸部件的封閉空間的覆蓋部。本發(fā)明所制造的過電壓保護元件，系透過電極對所包括的至少二個延伸部件之間形成復(fù)數(shù)個氣隙，且延伸部件彼此之間更形成有對應(yīng)各個氣隙的復(fù)數(shù)個導電保護回路，對于保護元件而言，具有多個導電保護回路無疑多了許多保障，當重復(fù)受到放電沖擊的影響造成其中一個氣隙因而擴大時，仍可由另一個導電保護回路替補，不僅增加產(chǎn)品使用壽命， 更可達到更有效的保護功能，以達成上述所有的目的。

圖1系公知突波保護元件長期受電流沖擊后，產(chǎn)生金屬殘屑且間距加大的側(cè)面剖視示意圖；圖2系批次制造復(fù)數(shù)本發(fā)明的過電壓保護元件的第一步驟俯視示意圖，說明在基板上濺鍍一層種子層的情況；圖3系將圖2基板上形成有V型凹溝的脆弱部的部分放大側(cè)視示意圖；圖4系將圖2的種子層上覆蓋一層犧牲高分子層及一層具有預(yù)定圖案的光罩的側(cè)視示意圖；圖5系圖4的犧牲高分子層變相并保留在種子層上的側(cè)視示意圖；圖6系圖5部份放大的俯視示意7系于圖5種子層上電鍍一層增厚層的側(cè)視示意圖；圖8系將圖5剩下的犧牲高分子去膜后的側(cè)視示意圖；圖9系將圖8的種子層蝕刻移除后的示意圖；圖10系將圖9依預(yù)定圖案蝕刻移除后形成的電極對的俯視示意圖；圖11系在圖10的各基材與電極對表面位置覆蓋一層覆蓋部的俯視示意圖；圖12是圖11的部分放大側(cè)視示意圖；圖13是在圖12覆蓋部上再形成一個保護罩的部分放大側(cè)視示意圖；圖14是在基材的背面濺鍍一對焊接電極的底視示意圖；圖15系將圖14整片基板切成復(fù)數(shù)條狀基材，并堆迭各條狀基材，于兩側(cè)面濺鍍端電極的前視示意圖16系將圖15的各條基材逐一分離成復(fù)數(shù)個單組，形成為本發(fā)明具有多氣隙電極對的過電壓保護元件的立體示意圖；圖17系本發(fā)明的過電壓保護元件的第二較佳實施例的俯視示意圖；圖18系于圖17的各基材與電極對表面位置覆蓋一層覆蓋部的俯視示意圖；圖19系延用圖17的電極對并形成另一種導電保護回路的俯視示意圖；圖20系本發(fā)明的過電壓保護元件的第三較佳實施例的俯視示意圖；圖21系延用圖20的電極對并形成另一種導電保護回路的俯視示意圖；主要元件符號說明IlUl'電能輸入端12、12， 電能輸出端3電極偶30、30，、30”、30”，氣隙4、4，、4”覆蓋部31、32 電極端部1， 基板V基材71， 種子層72，增厚層73’ 脆弱部5’犧牲高分子層50， 光罩31，、32，電極基部33，、34，、33”、34”、33”，、34”，延伸部件332”、342”、332”，、342”，延伸部3，、3”電極對331，、341，、331”、341”、331”，、330”，、333”，、341”，、340”，突出端部2’保護罩 8’焊接電極 6’端電極
具體實施方式有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合附圖的較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。本發(fā)明具有多氣隙電極對的過電壓保護元件的第一較佳實施例，其制造過程將逐步揭露于圖2至圖16中，且在本例中系例釋為以批次作業(yè)的方式制作；當然，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域者亦可輕易將部分步驟改以相同功效的其他方式替代，均無礙于本案技術(shù)領(lǐng)域的實施。如圖2所示，首先在一片三氧化二鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)材質(zhì)的基板1，的頂面濺鍍一層種子層71’，隨后將基板1’預(yù)切割成彼此連結(jié)的復(fù)數(shù)基材7’，使得各基材V間分別形成有一個如圖3虛線所示的V型凹溝的脆弱部73’，供未來分離各基材7’之用。當然，如熟于此技術(shù)領(lǐng)域者所能輕易理解，要將基板上的所有元件分離，未必局限于在此步驟中形成脆弱部，亦可在大致制造完成后，單純以例如激光切割等方式分離，并無不可。在本例中，種子層71’均系由厚度約0.5微米(μπι)的銅所構(gòu)成。隨后如圖4所示，在種子層71’上設(shè)置一層犧牲高分子層5’，再用一預(yù)定圖案的光罩50’遮蔽部分犧牲高分子層5’，接下來以例如紫外線照射，使得未被光罩50’所遮蔽的犧牲高分子層5’區(qū)域曝光而改變其相結(jié)構(gòu)，隨即沖洗顯影，使得相結(jié)構(gòu)未改變的部分被去除， 形成如圖5及圖6所示僅剩下對應(yīng)于光罩50’的非預(yù)定圖案部分的犧牲高分子層5’仍然遮蔽種子層71’。接著如圖7所示，于種子層71’暴露的區(qū)域上電鍍一層同樣由銅所構(gòu)成的增厚層72’，使預(yù)定圖案部分的厚度達到預(yù)定的數(shù)微米至數(shù)十微米，在本例中，增厚層72’系由厚度約5微米的銅所構(gòu)成；一并參考圖8所示，去除剩下的犧牲高分子層5’，使得在增厚過程中被遮蔽的種子層71’部份露出，接著如圖9所示，蝕刻移除非預(yù)定圖案部分的殘留種子層 71’，增厚層72’則僅稍微變薄，但仍保有預(yù)定圖案，并不會造成電氣性能的影響，為便于理解，本例中種子層71’與增厚層72’迭加的厚度約為4. 5 μ m，較佳厚度可在4. 5至10 μ m范圍內(nèi)。當然，實際的制作過程中并不局限于此數(shù)字范圍。而蝕刻完后表面如圖10所示，于基材7’表面形成延伸至元件兩側(cè)的電能輸入端 11’、電能輸出端12’，并且由電能輸入端11’、電能輸出端12’彼此相向延伸由兩個電極基部31’、32’及兩個延伸部件33’、34’共同組成電極對3’，而本例的電極對3’系彼此對稱設(shè)置，當然，電極對3’的實際厚度在4. 5至10 μ m范圍內(nèi)。而延伸部件33’、34’則分別包括一個朝向?qū)?yīng)電極的電極基部延伸的突出端部331’、341’，且突出端部331’對應(yīng)電極基部 31，相向之間與突出端部341，對應(yīng)電極基部32，相向之間彼此間隔有一個氣隙30，，在本例中，此間隙寬度約為3至30μπι。接下來一并參考如圖11及圖12所示，在基材7’、突出端部331’、341’與部份電極基部31’、32’的表面上，再次涂布一層例如干式光阻膜的高分子層，并以紫外線曝照而形成覆蓋部4’，同時由覆蓋部4’覆蓋住兩個電極基部31’、32’及兩個突出端部331，、341，所夾氣隙30，。隨后如圖13所示在覆蓋部4’上再以例如樹脂形成一個保護罩2’。當然，如熟悉本技術(shù)領(lǐng)域者所能輕易理解，上述制造流程僅是為說明解釋之用，實際操作時，即使是使用濕式光阻膜的高分子層，以例如旋轉(zhuǎn)涂布并藉由烘烤固化亦無不可，且光阻膜的高分子層亦可直接制成覆蓋部的形狀而以印刷的方式罩蓋于電極對上，均無礙于本案的實施。此外， 電極對的成形，亦可直接藉由例如濺鍍完成，并非局限于采用種子層而增厚的途徑。一并參考圖14所示，在上述過程中基材7’底面的亦可同樣地以濺鍍、上光阻、蝕亥|J、去光阻等流程形成一對相反于該電能輸入端及電能輸出端的焊接電極8’，且每一個焊接電極8’同樣的跨越脆弱部73’，接著以例如敲擊或機械切割的方式，沿著脆弱部73’將整片基板1’沿圖13的上下方向分離成數(shù)排，并堆迭成如圖15所示，使得各基材7’將被切割分離的側(cè)面暴露在圖式左右外側(cè)，并且同步濺鍍多層堆迭的成條基材7’兩側(cè)面，濺鍍并電鍍增厚成端電極6’，使其分別將位于頂面的電能輸入端11’、電能輸出端12’導接至背面的焊接電極8’，而本例的焊接電極8’與端電極6’所使用的材質(zhì)均可以由例如銅、鎳、錫迭層制成。最后將各條基材V逐一分離成單一半成品，就形成如圖16所示具有多氣隙電極對的過電壓保護元件。當然，熟悉本技術(shù)者可以輕易理解，脆弱部并非分離過程中所必須， 制造者亦可選擇在最后將完整基板切條與切粒時，直接藉由切割或雷射加工過程進行分離，不需預(yù)先制作脆弱部。此外，焊接電極的制造順序與頂面的制造順序可以獨立而不相干擾，并非局限于本例中所示的流程順序。由于每顆元件的電極對間都存在有兩處氣隙，若兩個氣隙的間隔完全相等，則過電壓的沖擊均由兩個氣隙共同承擔，便可從而延長元件的使用壽命；即使兩者間隔大小略有差異，則間隔較窄的一者將先受沖擊，經(jīng)過一段時間的使用及損耗后，此氣隙的間隔仍可逐漸與另一者相當，而恢復(fù)上述共同承擔沖擊的情況。并且，因為損耗較緩慢，因此采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的保護元件，也可以保持與理想數(shù)值相近的電氣性質(zhì)較長時間，讓原先的預(yù)計保
6護情況得以維持。而本發(fā)明第二較佳實施例參閱圖17所示，在本例中同樣于基材表面設(shè)置一層犧牲高分子層，再用一光罩遮蔽部分犧牲高分子層，而以例如紫外線照射，使得未被光罩所遮蔽的犧牲高分子層區(qū)域曝光而改變其相結(jié)構(gòu)，隨即沖洗顯影，使得犧牲高分子層之中，相結(jié)構(gòu)改變的部分被去除，僅剩下對應(yīng)于光罩的預(yù)定圖案部分的犧牲高分子層仍然遮蔽基材。 隨后，直接在基材未被遮蔽的范圍濺鍍一層銅層并且直接濺鍍達預(yù)定的厚度，濺鍍完成后將犧牲高分子層進行去膜，基材表面即如圖17所示，電極對3”的延伸部件33”、34”各別包括有延伸部332”、342”以及從延伸部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”對應(yīng)延伸部342”之間與突出端部341”對應(yīng)延伸部332”之間彼此各別間隔一個氣隙30”。接下來如圖18，同樣的涂布一層高分子層，并以紫外線曝照而形成覆蓋部4”，并覆蓋住兩個延伸部332”、342”及兩個突出端部331”、341”所夾氣隙30”。當然，如熟悉本技術(shù)領(lǐng)域者所能輕易理解，上述延伸部332”、342”及突出端部331”、341”形成的圖形僅是為其中一種實施方式，圖形實際設(shè)計時，亦可如圖19所示，突出端部331”、341”改由延伸部 332”、342”中段位置延伸出，而從此中端位置延伸出的突出端部331”、341”則系與對應(yīng)的延伸部332”、342”末端之間各別間隔一個氣隙30”，均無礙于本案的實施。而本發(fā)明第三較佳實施例參閱圖20所示，在本例中系購買在基板的上、下表面已事先鍍上一厚度達到預(yù)定標準的銅層，因此，僅需在基材上、下先設(shè)置一層犧牲高分子層， 同樣的透過一預(yù)定圖案的光罩遮蔽部分犧牲高分子層，并以紫外線照射使得未被光罩所遮蔽的犧牲高分子層區(qū)域曝光而改變其相結(jié)構(gòu)，再行顯影使得相結(jié)構(gòu)未改變的部分被去除， 形成如圖20所示僅剩下對應(yīng)于光罩的非預(yù)定圖案部分的犧牲高分子層仍然遮蔽基材，接下來以蝕刻的方式將銅層未被犧牲高分子層遮蔽的部份移除，即形成如圖20所示的圖案結(jié)構(gòu)。在本例中，同樣的具有兩個延伸部件33”’、34”’，與前述實施例不同的是，本例的延伸部件33”’、34”’分別具有一個延伸部332”’、342”’，且延伸部332”’的末端及中間段延伸有突出端部331”，、330”，，與延伸部342”，同樣從末端及中間段延伸的突出端部341”，、 340”’相向?qū)?yīng)，且之間彼此各別間隔一個氣隙30”’。當然，如熟悉本技術(shù)領(lǐng)域者所能輕易理解，為了達到更佳的保護效果，突出端部的數(shù)量亦可增加，如圖21所示，僅延伸部332”’的末端及中間段延伸有三個突出端部331”’、 330”，、333”，，并且與延伸部342”，相向?qū)?yīng)，且突出端部331”，、330”，、333”，亦與延伸部 342”’彼此各別間隔一個氣隙30”’，均無礙于本案的實施。因此，依照上述所制造的具有多氣隙電極對的過電壓保護元件，對于電路的保護可以具有更佳的效果。尤其，當長期使用而多次容許突波跨越后，重復(fù)受到放電沖擊使得其中一個氣隙擴大，短路導通門檻因而提高時，亦可由其它的導電保護回路替補，確保其保護功效，確實有效達成本案的所有上述目的。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，即凡依本發(fā)明權(quán)利要求書范圍及發(fā)明說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有多氣隙電極對的過電壓保護元件，其特征在于，包括一片具有絕緣表面、且形成有一導電連接的電能輸入端及一個電能輸出端的基材；至少一對電極對，且該電極對包括兩個分別具有一個導接至該電能輸入端及該電能輸出端的電極基部、及至少兩個由該電極對之一朝向該另一者且彼此間隔一個氣隙的延伸部件；及一個與該基材共同形成一個封閉前述氣隙及形成前述氣隙的延伸部件的封閉空間的覆蓋部。
2.如權(quán)利要求1所述的過電壓保護元件，其特征在于，其中該至少一對電極對系彼此對稱設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的過電壓保護元件，其特征在于，其中前述電極的延伸部件分別包括一個朝向?qū)?yīng)電極的該電極基部延伸且與該對應(yīng)電極基部間隔出前述氣隙的突出端部。
4.如權(quán)利要求1或2所述的過電壓保護元件，其特征在于，其中前述電極的延伸部件分別包括一個延伸部、及一個朝向?qū)?yīng)電極的延伸部延伸且與該對應(yīng)延伸部間隔出前述氣隙的突出端部。
5.如權(quán)利要求1或2所述的過電壓保護元件，其特征在于，其中前述電極的延伸部件分別包括一個延伸部、及至少兩個彼此相互對應(yīng)且間隔出前述氣隙的突出端部。
6.如權(quán)利要求1所述的過電壓保護元件，其特征在于，其中該基材系三氧化二鋁 (Al203)或氮化鋁(AlN)基板。
7.如權(quán)利要求1所述的過電壓保護元件，其特征在于，更包括一對成形于該基材相反于該電能輸入端及該電能輸出端的焊接電極；及一對分別導接該電能輸入端及該電能輸出端至該對焊接電極、并形成于該基材側(cè)面的端電極。
8.如權(quán)利要求7所述的過電壓保護元件，其特征在于，其中該焊接電極與該端電極系選自銅、鎳、錫或其合金的集合。
9.如權(quán)利要求1所述的過電壓保護元件，其特征在于，其中該電極對分別包括一層厚度為4. 5至10 μ m的銅。
10.如權(quán)利要求1所述的過電壓保護元件，其特征在于，其中該氣隙是一寬度3至 30 μ m的間隔。
全文摘要
一種具有多氣隙電極對的過電壓保護元件，包括基材、電極對、覆蓋部及絕緣填充物，其中電極對系成對形成于基材上、并分別連接電能輸入端及電能輸出端，且電極對更包括至少二個延伸部件，并于延伸部件之間形成復(fù)數(shù)個氣隙，對應(yīng)各個氣隙形成復(fù)數(shù)個導電保護回路，對于保護元件而言，具有多個導電保護回路無疑多了許多保障，當重復(fù)受到放電沖擊的影響造成其中一個氣隙因而擴大時，仍可由另一個導電保護回路替補，不僅增加產(chǎn)品使用壽命，更可達到更有效的保護功能。
文檔編號H02H9/04GK102457055SQ20101052331
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者余長欣, 吳怡萱 申請人:璦司柏電子股份有限公司