专利名称：具有过流和esd双重防护的表面贴装器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及以导电高分子聚合物复合材料为主要原料的电子元器件结构及其制造方法，尤其是涉及一种具有过流和ESD双重防护的新型表面贴装器件及其制法。
背景技术：
电子产品正在朝多功能、小型化的方向发展。在很多时候体积和面积的减小起到的作用比其他方面大的多。
高分子芯材的过流防护元件(PTC)作为小型化电子器件已广泛地应用到通信、计算机、汽车、工业控制、家用电器等众多领域中。应用于电路的过流保护设置。在通常状态下，电路中的电流相对较小，热敏电阻器温度较低，而当由电路故障引起的大电流通过此自复性保险丝时，其温度会突然升高到“关断”温度，导致其电阻值变得很大，这样就使电路处于一种近似“断路”状态，从而保护了电路中的其他元件。而当故障排除后，热敏电阻器的温度下降，其电阻值又可恢复到低阻值状态，电路导通。
另外，高分子基的ESD元件由于其低电容的特点正在越来越多的领域普及应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件及其制造方法，即在一种元件上实现两种功能，故能为电子电路节约很大的面积和体积，并且成本也比两种元件相加要低得多。
本发明目的可通过下述技术方案实现一种具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件，包括PTC复合芯片，由高分子PTC芯材、贴覆于该芯材两表面的金属箔片电极、包覆在外面的绝缘层及铜片构成，其中，以PTC复合芯片为基材，在PTC复合芯片上加载ESD芯材，或者在经过层压制成的多层PTC复合芯片上加载ESD芯材，其中，PTC复合芯片为通过印制线路板工艺制成的表面贴装型元件基材。
所述的高分子PTC芯材由高分子聚合物40％～55％、导电填料40％～55％、纳米填料0％～3％、其他填料0％～10％以及加工助剂1％～3％混合而成。
所述的导电填料为碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物中的一种或其组合。
所述的纳米填料为二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙中的一种或其组合。
所述的其他填料为陶土、氢氧化镁、氢氧化铝、滑石粉中的一种或其组合。
所述的高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯及其共混物中的一种或其组合。
所述的加工助剂为抗氧剂、交联促进剂、偶联剂中的一种或其组合，其中，抗氧剂为酚类或胺类化合物，包括酚类抗氧剂ANOX70，交联促进剂为多官能团不饱和化合物，包括三烯丙基异氰尿酸酯，偶联剂为硅烷或钛酸酯类有机化合物，包括钛偶联剂TCF。
一种具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件的制造方法，包括下述步骤(A)PTC复合芯片的制备
第一步将高分子聚合物、导电填料、纳米填料、其他填料以及加工助剂高速混合均匀，制成PTC芯材；第二步用热压法把金属箔片复合于PTC芯材两表面，制成PTC芯片；第三步用γ射线(Co60)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad；第四步通过印制线路板工艺制成PTC表面贴装型元件基材；(B)ESD芯材的制备第一步在PTC表面贴装型元件基材上制备预先设计好的图形，确定ESD芯材的加工部位；第二步将ESD芯材的浆料涂覆于PTC复合芯片的加工部位，固化；制得的ESD芯材经涂覆包封层、固化包封层、上端电极、划片、外观检测、测试分档、编带、制成成品。
所述的印制线路板工艺包括蚀刻(金属箔片)、层压、蚀刻(铜片)、钻孔、沉铜、镀铜和镀锡。
所述的ESD芯材浆料包括高分子粘合剂、导电粒子、半导体粒子、绝缘粒子，其中，高分子粘合剂为有机硅树酯、环氧树脂、橡胶中的一种或其组合；导电粒子为镍粉、羰基镍、铝粉中的一种或其组合；半导体粒子为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或其组合；所述的绝缘粒子为二氧化硅、氧化铝、氧化镁中的一种或其组合。
ESD芯材浆料的制备方法为将一种或一种以上高分子粘合剂高速搅拌混合均匀，依次添加导体粒子、半导体粒子和绝缘粒子，每次添加一种需混合搅拌均匀再添加另一种，再将浆料脱泡，制成脱泡的ESD浆料。
本发明的优点是通过在一个高分子基上叠加两种功能材料，并通过电路设计将两种不同的功能集中在一个元器件上，实现了一种元件集成了过流和ESD防护的双重功能，电容低，多功能，小型化，具有广泛的应用价值。
图1为电路设计中应用本发明的原理图，其中，虚线内部分为本发明具有过流和ESD双重防护的新型表面贴装器件。
图2为PTC芯材贴覆金属箔片并蚀刻后半成品的层状结构示意图。
图3为实施例1PTC芯片与绝缘层和铜片复合的层状结构示意图。
图4为器件基体上蚀刻的图形。
图5为本发明具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件切割后外形。
图6为实施例2两层PTC芯片与绝缘层和铜片复合的层状结构示意图。
附图中标号说明1，1’-金属箔片 2-PTC芯材3，3’，3”-绝缘层4，4’-铜片5，5’-PTC芯片6，6’-切割线7-ESD浆料涂覆区具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
一种具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件，包括PTC复合芯片，其中，所述的PTC复合芯片由高分子PTC芯材和贴覆于该芯材两表面的金属箔片电极构成，其以PTC复合芯片为基材，在PTC复合芯片上加载ESD芯材，或者，在经过层压制成的多层PTC复合芯片上加载ESD芯材，其中，PTC复合芯片为通过印制线路板工艺制成的表面贴装型元件基材。
所述的高分子PTC芯材由高分子聚合物、导电填料、纳米填料、其他填料以及加工助剂混合而成。其中聚合物为40％～55％中任一数；导电填料为40％～55％中的任一数；纳米填料为0％～3％中的任一数；其他填料为0％～10％中的任一数；加工助剂为1％～3％中的任一数。
实施例1一种具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件的制造方法，包括下述步骤(A)PTC复合芯片的制备第一步将高密度聚乙烯336g、碳黑400g、氧化聚乙烯42g、抗氧剂17g、三烯丙基异氰尿酸酯7g及钛偶联剂7g高速混合10分钟，将混合物组分在180℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm芯材制成PTC芯材；第二步将金属箔片1，1’用热压法在压力5Mpa，温度160℃条件下热压到PTC芯材2的两表面，制成PTC芯片5(见图2)；第三步在真空烘箱中80℃热处理48小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为15Mrad；第四步通过印制线路板工艺制成表面贴装型元件基材，包括在金属箔片1，1’上蚀刻(见图2)、层压(见图3)，即包覆绝缘层3，3’并在最外层复合铜片4，4’、在铜片4，4’上蚀刻(见图4)、钻孔、沉铜、镀铜、镀锡，即制得表面贴装型式的元器件基体。
(B)ESD芯材的制备第一步在PTC表面贴装型元件基材上制备预先设计好的图形；第二步取(按质量百分比计)Dow Corning公司的有机硅树脂A组分26％，B组分26％，用高速搅拌器将树脂颜色搅拌均匀为止。依序将先称量的Ni 42％、SiC 5.8％、SiO20.2％混入搅拌好的树脂中，将其在树脂中搅拌均匀。将混合好的ESD浆料通过预先开好的钢网印刷在器件基板上的ESD浆料涂覆区7，然后用150℃将其固化一小时。
然后在浆料上印刷绿油并固化，制得ESD芯材经涂覆包封层、固化包封层、上端电极、沿切割线6，6’划片(见图5)、外观检测、测试分档、编带、制成成品。
实施例2其他步骤均与实施例1相同，只是在经过层压制成的多层PTC复合芯片上加载ESD芯材。
请参阅图6为实施例2两层PTC芯片与绝缘层和铜片复合的层状结构示意图所示，PTC芯材在两表面贴覆金属箔片后，制成两片PTC芯片5，5’。在PTC复合芯片的制备的第四步中层压(见图6)，即在两片PTC芯片5，5’之间设有绝缘层3’，且在外侧包覆绝缘层3，3”，并在最外层复合铜片4，4’。
权利要求
1.一种具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件，包括PTC复合芯片，由高分子PTC芯材、贴覆于该芯材两表面的金属箔片电极、包覆在外侧的绝缘层及铜片构成，其特征在于以PTC复合芯片为基材，在PTC复合芯片上加载ESD芯材，或者在经过层压制成的多层PTC复合芯片上加载ESD芯材，其中，PTC复合芯片为通过印制线路板工艺制成的表面贴装型元件基材。
2.根据权利要求1所述的具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件，其特征在于所述的高分子PTC芯材包括以下配方聚合物 40％～55％导电填料40％～55％纳米填料0％～3％其他填料0％～10％加工助剂1％～3％。
3.根据权利要求2所述的具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件，其特征在于所述的导电填料为碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物中的一种或其组合。
4.根据权利要求2所述的具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件，其特征在于所述的纳米填料为二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙中的一种或其组合。
5.根据权利要求2所述的具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件，其特征在于所述的其他填料为陶土、氢氧化镁、氢氧化铝、滑石粉中的一种或其组合。
6.根据权利要求2所述的具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件，其特征在于所述的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯及其共混物中的一种或其组合。
7.根据权利要求2所述的具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件，其特征在于所述的加工助剂为抗氧剂、交联促进剂、偶联剂中的一种或其组合，其中，抗氧剂为酚类或胺类化合物，包括酚类抗氧剂ANOX70，交联促进剂为多官能团不饱和化合物，包括三烯丙基异氰尿酸酯，偶联剂为硅烷或钛酸酯类有机化合物，包括钛偶联剂TCF。
8.针对权利要求1至7之一所述的一种具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件的制造方法，包括下述步骤(A)PTC复合芯片的制备第一步将高分子聚合物、导电填料、纳米填料、其他填料以及加工助剂高速混合均匀，制成PTC芯材；第二步用热压法将金属箔片复合于PTC芯材两表面，制成PTC芯片；第三步用γ射线(Co60)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad；第四步通过印制线路板工艺制成PTC表面贴装型元件基材；(B)ESD芯材的制备第一步在PTC表面贴装型元件基材上制备预先设计好的图形，确定ESD芯材的加工部位；第二步将ESD芯材的浆料涂覆于第一步中确定的加工部位，固化；制得的ESD芯材经涂覆包封层、固化包封层、上端电极、划片、外观检测、测试分档、编带、制成成品。
9.根据权利要求8所述的具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件制造方法，其特征在于所述的ESD芯材浆料包括高分子粘合剂、导电粒子、半导体粒子、绝缘粒子，其中，高分子粘合剂为有机硅树酯、环氧树脂、橡胶中的一种或其组合；导电粒子为镍粉、羰基镍、铝粉中的一种或其组合；半导体粒子为氧化锌、钛酸钡、碳化硅中的一种或其组合；所述的绝缘粒子为二氧化硅、氧化铝、氧化镁中的一种或其组合。
10.根据权利要求9所述的具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件制造方法，其特征在于ESD芯材浆料的制备方法为将一种或一种以上高分子粘合剂高速搅拌混合均匀，依次添加导体粒子、半导体粒子和绝缘粒子，每次添加一种需混合搅拌均匀再添加另一种，再将浆料脱泡，制成脱泡的ESD浆料。
全文摘要
本发明具有过流和ESD双重防护的表面贴装器件及其制法，为导电高分子复合材料电子元器件结构及制造方法，其中，以PTC复合芯片为基材，在PTC复合芯片上加载ESD芯材，或者在经过层压制成的多层PTC复合芯片上加载ESD芯材，其中，PTC复合芯片为通过印制线路板工艺制成的表面贴装型元件基材。制法包括(A)PTC复合芯片的制备制成PTC芯材；金属箔片复合，制成PTC芯片；束辐照交联；通过印制线路板工艺制成PTC表面贴装型元件基材；(B)ESD芯材的制备在PTC表面贴装型元件基材上制备预先设计好的图形；ESD芯材浆料涂覆于加工部位，固化。其优点是实现一种元件集成了过流和ESD防护的双重功能，电容低，多功能，小型化，具应用价值。
文档编号H01L23/62GK1996591SQ20061014818
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月27日 优先权日2006年12月27日
发明者吴国臣, 侯李明, 王军, 刘玉堂, 刘峰 申请人:上海维安热电材料股份有限公司