專利名稱：具有雙功能的突波吸收材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種突波吸收材料，尤指一種除具有突波吸收特性外還兼具電容、電感、壓電或熱敏其中一種特性的雙功能材料。
背景技術：
因雷擊、開關動作或其它零件損壞所產生的突波或過電壓，會直接擾亂或破壞電子元件或其它敏感的電器設備。因此，具備優異突波吸收功能的突波吸收器，目前已廣泛被應用于當作電子元件、電子線路或電子設備的過電壓或突波保護元件。
此外，將兩種不同功能的元件以層積元件制作技術組合成單體結構，是近來的流行趨勢。例如，將電感及電容組合成表面黏著型(SMD)的單一元件，就成為具有濾波功能的電感電容濾波器(LC濾波器)。或者，將電阻及電容組合成表面黏著型(SMD)的單一元件，就成為具有濾波功能的電阻電容濾波器(RC濾波器)。
但是，兩種不同功能的元件以層積技術構成單體結構的時候，常因不同元件之間的燒結溫度及收縮率不相同，易有殘留應力存在兩種元件之間，而且有剝離及失效的問題。
為了解決上述問題，國際申請WO9821731則提出在晶片制作過程中，在突波吸收器與電容器生胚層之間，加上一層低熔點的玻璃來增加兩種材料的結合力量。中國專利申請CN1858995A提出以氧化鋅當主原料，利用植入不同添加劑使材料產生具有突波吸收器與電感器的功能，再將兩者以層積制作技術制作在一起，經高溫燒結使兩者形成一體。
另外，甚至有些研究為了降低兩種材料燒結過程中，因為互相擴散所引起的電氣特性不佳問題，會將成分逐漸變化的隔離層，置放在兩種成分之間，以減低不同成分互相擴散造成的電性不佳問題。
然而，前述提出的方法，雖然都可以制造具有多功能的元件，但是其制作過程相對復雜。例如，須在兩種制作元件的材料中加入玻璃或是成分緩慢變化的隔離層來提供元件的電性。另外，此種制作過程無法使兩種需要不同燒結氣氛的元件一起共燒，故產品也無法制造出優良的電氣特性。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種具有雙功能的突波吸收材料制造方法，利用一級、二級和三級分散方式，將微米、亞微米及納米級的導體與半導體微粒包覆上適當的玻璃相材料，經燒結后具有優良的突波吸收特性，而且選用的玻璃相材料是具有電容、電感、壓電或熱敏其中一種特性的材料時，這種突波吸收材料就成為除具有突波吸收特性外還兼具電容、電感、壓電或熱敏其中一種特性的雙功能材料，可解決將兩種不同特性的材料制成單體結構時所遇到的共燒結問題。
本發明的另一目的是提供一種具有雙功能的突波吸收材料，其結構包括具有高電阻的玻璃基材及分散在所述的玻璃基材內部的具有低電阻的微米級、亞微米級及納米級導體或半導體微粒，且微米級導體或半導體微粒之間，以亞微米級導體或半導體微粒分散于其間，亞微米級導體或半導體微粒之間，以納米級導體或半導體微粒分散于其間；這種突波吸收材料應用于制作層積元件時，不用考慮材料的共燒結問題，制程相對簡單容易。
圖1是本發明所示的突波吸收材料的微觀結構示意2是圖1的A區域放大3是圖2的B區域放大4是一種層積型晶片突波吸收器的示意圖附圖標記10……突波吸收材料 11……玻璃基材12……微米級導體或半導體微粒14……微米級導體或半導體微粒16……納米級導體或半導體微粒20……層積型晶片突波吸收器21……陶瓷層 A、B……區域放大圖具體實施方式
如圖1至圖3所示，本發明所示的突波吸收材料10的微觀結構，包括具有高電阻特性的玻璃基材11及分散在所述的玻璃基材11內部的具有低電阻特性的微米級導體或半導體微粒12、亞微米級導體或半導體微粒14及納米級導體或半導體微粒16。
其中，微米級導體或半導體微粒12的粒徑大于0.1微米(μm)，亞微米級導體或半導體微粒14的粒徑介于0.1～0.01微米(μm)，納米級導體或半導體微粒16的粒徑小于0.01微米(μm)。
所述的導體微粒，可選自鉑(Pt)、鈀(Pd)、鎢(W)、金(Au)、鋁(Al)、銀(Ag)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鐵(Fe)等金屬及其合金的其中一種或以上。
所述的半導體微粒，可選自氧化鋅、氧化鈦、氧化錫、硅、鍺、碳化硅、Si-Ge合金、銻化銦、砷化鎵、磷化銦、磷化鎵、硫化鋅、硒化鋅、碲化鋅、鈦酸鍶或鈦酸鋇的其中一種。
如圖1所示，本發明所示的突波吸收材料10，其中玻璃基材11占突波吸收材料10總重量的3～60wt％，而粒徑大于0.1微米(μm)的導體或半導體微粒12占40～97wt％。
而且，如圖2所示，在本發明所示的突波吸收材料10的微觀結構中，分散在玻璃基材11內部的一級分散微米級導體或半導體微粒12之間，是以二級分散的亞微米級導體或半導體微粒14分散于其間，以及，如圖3所示，在亞微米級導體或半導體微粒14之間，是以三級分散的納米級導體或半導體微粒16分散于其間。
因此，本發明的突波吸收材料10的微觀結構，是在具有高電阻特性的玻璃基材11內部分散三種不同粒徑尺寸的低電阻導體或半導體微粒12、14及16，并利用這種結構使得本發明所示的突波吸收材料10具有突波吸收器的特性。
如圖4所示，當一種層積型晶片突波吸收器20的陶瓷層21，是以本發明的突波吸收材料10制成時，因為陶瓷層21為耐高溫的玻璃材料，且陶瓷層21的微觀結構中有微米及亞微米級導體或半導體微粒12及14存在，故這種層積型晶片突波吸收器20可以耐靜電沖擊或突波過電壓時所產生的高熱。更重要的是，在陶瓷層21的內部還含有許多二級分散的亞微米級導體或半導體微粒14及三級分散的納米級導體或半導體微粒16，而且納米級導體或半導體微粒16之間的間距極小，受到異常過電壓時，會產生隧道效應，故這種層積型晶片突波吸收器20具有極佳的抑制過電壓及耐靜電能力，且使用壽命極佳。
根據以上所述，本發明所示的突波吸收材料10，除具有突波吸收特性之外，還可利用選用所述的玻璃基材11是電容玻璃態成分、電感玻璃態成分、壓電玻璃態成分或熱敏玻璃態成分的其中一種，使得本發明的突波吸收材料10還兼具電容、電感、壓電或熱敏的特性。換言之，本發明的突波吸收材料10是一種具有雙功能特性的材料。
本發明的突波吸收材料10制造方法，包括以下步驟
(1)選擇合適的玻璃態成分，使突波吸收材料10的玻璃基材11是具備電容、電感、壓電或熱敏特性，并利用溶膠-凝膠方法制備這種玻璃態成分的溶膠；當玻璃基材11是具有電容特性的玻璃態成分時，可選用具有一般電容特性的硅酸鹽玻璃、硅鋁酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃或鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鈣或二氧化鈦等高介電常數材料的其中一種；當玻璃基材11是具有電感特性的玻璃態成分時，可選用具有一般電感特性的Ni-Zn或Ni-Cu-Zn系列電感材料，或是具有高頻電感特性的低溫共燒多層陶瓷(LTCC)材料；當玻璃基材11是具有壓電特性的玻璃態成分時，可選用具有壓電特性的壓電材料，例如鈦酸鋇(BaTiO3)、鋯鈦酸鉛(PZT)或鈦鋯鑭酸鉛(PLZT)系列壓電材料；當玻璃基材11是具有熱敏特性的玻璃態成分時，可選用具有一般熱敏特性的熱敏材料，如具有負溫度系數(NTC)特性的Mn-Ni或Mn-Co-Ni系列熱敏材料及具有極限溫度電阻體(CTR)特性的V-P-Fe系列熱敏材料。
(2)將納米級金屬微粒或半導體微粒均勻分散于步驟(1)的玻璃組成的溶膠中；其中納米級微粒的粒經小于0.01微米(μm)，可以是鉑(Pt)、鈀(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、鎳(Ni)、銅(Cu)等金屬導體微粒；也可以是碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氧化鈦(TiO2)、氧化錫(SnO2)、鈦酸鍶(SrTiO3)、鈦酸鋇(BaTiO3)等半導體微粒。
(3)將亞微米級的半導體微粒或導體微粒均勻拌入步驟(2)分散有納米級的金屬微粒或半導體微粒的溶膠中。
(4)將微米級的半導體微粒或導體微粒均勻拌入步驟(3)分散有納米及亞微米級的金屬微粒或半導體微粒的溶膠中。
(5)將完成步驟(4)的溶膠經過干燥和適當溫度煅燒(小于1000℃)后，再磨細成復合粉料，即制得本發明的突波吸收材料10。
本發明的突波吸收材料10具有突波吸收特性及具有電容、電感、壓電或熱敏的其中一種特性。因此，使用本發明具有雙功能的突波吸收材料10來制備成各種元件時，應先考慮元件除具有突波吸收特性之外，還要考慮元件要具備電容、電感、壓電或熱敏的其中哪一種特性。
例如，當本發明的突波吸收材料10是一種兼具突波吸收特性及電感特性的材料時，這種突波吸收材料10可應用于單純制成突波吸收器，也可制成兼具防電磁波干擾(EMI)及防靜電(ESD)的濾波元件。而且，這種濾波元件的材料本身具有優異的突波及靜電吸收能力，即使承受多次的靜電及突波沖擊后，還是能維持原來的特性。
以上所揭示的內容，是本發明較佳的具體實施例，所有與本發明的發明目的與所能達到的效果，是構成所謂的等效或等同，且屬于本領域技術人員能夠輕易完成的簡易修改、修飾、改良或變化，都不脫離本發明的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種突波吸收材料，包括具有高電阻的玻璃基材及分散在所述的玻璃基材內部的具有低電阻的微米級、亞微米級及納米級導體或半導體微粒，其特征在于，所述的玻璃基材占材料總重量的3～60wt％及粒徑大于0.1微米的導體或半導體微粒占40～97wt％；且微米級導體或半導體微粒之間，以亞微米級導體或半導體微粒分散于其間，亞微米級導體或半導體微粒之間，以納米級導體或半導體微粒分散于其間。
2.如權利要求1所述的突波吸收材料，其特征在于，微米級導體或半導體微粒的粒徑大于0.1微米，亞微米級導體或半導體微粒的粒徑介于0.1～0.01微米，納米級導體或半導體微粒的粒徑小于0.01微米。
3.如權利要求1或2所述的突波吸收材料，其特征在于，所述的玻璃基材是選用以電容玻璃態成分、電感玻璃態成分、壓電玻璃態成分或熱敏玻璃態成分的其中一種成分制成。
4.如權利要求3所述的突波吸收材料，其特征在于，所述的電容玻璃態成分選自包括具有電容特性的硅酸鹽玻璃、硅鋁酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃或鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鈣或二氧化鈦高介電常數材料的其中一種。
5.如權利要求3所述的突波吸收材料，其特征在于，所述的電感玻璃態成分選自具有電感特性的Ni-Zn或Ni-Cu-Zn系列電感材料或具有高頻電感特性的低溫共燒多層陶瓷LTCC材料。
6.如權利要求3所述的突波吸收材料，其特征在于，所述的壓電玻璃態成分選自具有壓電特性的鈦酸鋇BaTiO3、鋯鈦酸鉛PZT或鈦鋯鑭酸鉛PLZT系列壓電材料。
7.如權利要求3所述的突波吸收材料，其特征在于，所述的熱敏玻璃態成分選自具有負溫度系數NTC特性的Mn-Ni或Mn-Co-Ni系列熱敏材料及具有極限溫度電阻體CTR特性的V-P-Fe系列熱敏材料。
8.如權利要求3所述的突波吸收材料，其特征在于，所述的導體微粒選自鉑(Pt)、鈀(Pd)、鎢(W)、金(Au)、鋁(Al)、銀(Ag)、鎳(Ni)、銅(Cu)及其合金的其中一種或以上。
9.如權利要求3所述的突波吸收材料，其特征在于，所述的半導體微粒為氧化鋅、氧化鈦、氧化錫、硅、鍺、碳化硅、Si-Ge合金、銻化銦、砷化鎵、磷化銦、磷化鎵、硫化鋅、硒化鋅、碲化鋅、鈦酸鍶或鈦酸鋇的其中一種或以上。
全文摘要
一種突波吸收材料，以一級、二級和三級分散方法將微米、亞微米及納米級的導體或半導體微粒分散在以玻璃組成的連續相中，其微觀結構包括微米級的導體或半導體微粒分散在玻璃組成的連續相中，兩微米級導體或半導體微粒間的連續相有亞微米級的導體或半導體微粒分散于其中，且兩亞微米級的導體或半導體微粒間的連續相有納米級的導體或半導體微粒分散于其間；這種突波吸收材料具有雙功能，除具有突波吸收特性外，同時具有電容、電感、壓電或熱敏的其中一種特性。
文檔編號H03H1/02GK101071665SQ200710123039
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月22日 優先權日2007年6月22日
發明者朱頡安, 章麗云, 譚玉雯 申請人:宏起奈米科技股份有限公司