[发明专利]低容层积型晶片变阻器及其所使用的过电压保护材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种低容层积型晶片变阻器，尤其涉及电容值在1MHz下小于0.5pF且用于抑制过电压、抑制静电冲击及保护电子线路的低容层积型晶片变阻器。

背景技术

电子工业的趋势是工作频率愈来愈高，尺寸愈来愈小。因此，在高频范围下使用变阻器(varistor)来保护IC不受过电压破坏的需求，也就愈来愈大。

公知的变阻器(varistor)以氧化锌或钛酸锶为主体，并加入氧化物烧结而成。以氧化锌变阻器为例，是以氧化锌与Bi、Sb、Si、Co、Mn、Cr等氧化物所组成。在1000℃以上的高温下，氧化锌会与Co、Mn、Cr等氧化物在氧化锌粒子间形成一晶界层，微观组织类似一种晶界层式电容器。所以，以此种材料制成的变阻器具有较高电容值，在1MHz下，其电容值由数十pF到数千pF；即使将上述材料做成层积型晶片变阻器，其电容值在1MHz下大约也有3pF到数百pF。在高频电路中，保护元件的电容值超过3pF，便会使信号失真，故上述保护元件不适用在高频线路。

同样的，由钛酸锶材料制作的保护元件，电容更超过数千pF以上，也不适用在高频线路。此外，传输频率愈高，保护元件的电容值也要愈低，才不会使信号失真。

美国专利第5976420号公开一种具有低电容且具有高非线性指数的层积型晶片变阻器，其材料组成主要是碳化硅粉，混合五种氧化物SiO₂、Bi₂O₃、PbO、B₂O₃、ZnO中的任意两种氧化物含量共0.1-20mol％，再加入甲苯及黏结剂，球磨调成浆料后，刮成生胚，经印内电极，叠层均压、切割成小尺寸晶粒(chip)，在700℃-1100℃温度下烧结后，得到可耐静电冲击及抑制突波电压且非线性指数高达10到20的陶瓷层积型晶片变阻器。但由于此方式制成的晶片，其电容值在10～40pF，虽不是很高，仍远超过3pF，依然不适合使用在高频线路。

美国专利第6251513号公开一种保护元件，其材料结构为使用粒径小于10μm的导体及半导体粒子，与作为绝缘材料的高分子结合剂均匀混合，调成糊状材料，于绝缘基板的同一平面上印刷左右两导体电极，在两导体电极间隙中，填满此糊状材料后，烘干而成。虽然其电容值极低，在1MHz下小于0.25pF，可作为高频线路保护元件，但因绝缘材料是由高分子材料所组成，当元件使用时，因静电冲击或突波过电压产生的高热，会使高分子材料碳化，造成保护元件导通，而失去对电子线路或元件的保护作用，故以高分子材料为主的保护元件，不耐静电冲击、寿命短。若以8KV静电直接冲击，最多只能耐500次冲击，即会有失效的情形产生。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种保护电子线路的低容层积型晶片变阻器，其电容值在1MHz下小于0.5pF，具有极佳的静电防护效果及突波抑制能力，可应用于抑制过电压及抑制静电冲击，尤其，具有耐数千次以上的8kv静电冲击的特性，经过数千次静电冲击后，还是保持原来功能。

本发明的另一目的是提供一种具有微孔结构的过电压保护材料，应用于正负电极间以抑制瞬时突波电压及静电冲击，包含3～50wt％无机玻璃组成及50～97wt％粒径大于0.1微米的半导体或导体颗粒；其中，所述的半导体或导体颗粒的表面包覆一层无机玻璃薄膜，且所述的无机玻璃薄膜中，含有粒径小于1微米的亚微米或纳米级半导体微粒或导体微粒，又半导体或导体微粒的含量为无机玻璃含量的20wt％以下。

本发明的又一目的是提供一种低容层积型晶片变阻器，在1MHz下电容值小于0.5pF，包含一陶瓷主体，且该陶瓷主体的两端设有外电极及其内部设有内电极，其中，陶瓷主体以具有微孔结构的过电压保护材料制成，包含3～50wt％无机玻璃组成及50～97wt％粒径大于0.1微米的半导体或导体颗粒；其中，所述的半导体或导体颗粒的表面包覆一层无机玻璃薄膜，且所述的无机玻璃薄膜中，含有粒径小于1微米的亚微米或纳米级半导体微粒或导体微粒，又半导体或导体微粒的含量为无机玻璃含量的20wt％以下。

本发明的再一目的是提供一种具极低电容值、低崩溃电压的层积型晶片变阻器，这种层积型晶片变阻器的触发电压值可以由陶瓷生胚层厚度、元件的烧结温度、晶界玻璃层厚度、导体或半导体颗粒的大小及二级离散(secondary dispersion)用纳米尺寸导体或半导体的添加量来控制。

附图说明

图1为本发明所示的低容层积型晶片变阻器示意图。

图2为图1所示的低容层积型晶片变阻器的陶瓷主体在A区域的微观结构示意图。