[發明專利]電壓敏感材料及其制備與應用

有效

• 申請號: 200810204133.5
• 申請日: 2008-12-05
• 公開（公告）號: CN101747643A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 李凱;宋華
• 申請（專利權）人: 上海神沃電子有限公司
• 主分類號: C08L101/00
• 分類號: C08L101/00;C08K3/00;C08K3/36;C08K3/34;C08K3/14;C08K3/28;C08K3/22;C08K3/08;C08L63/00;H01B1/20;H01C7/10;H01C7/12
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 許亦琳;魏秀莉

技術領域

本發明涉及高分子材料，具體涉及電壓敏感材料及其制備與應用。

背景技術

功能高分子材料是目前材料科學研究的熱點，具有電壓敏感特性的高分 子電壓敏感材料便是其中的佼佼者，迄今學術界產業界都在踴躍地對它進行 研究開發。所謂的高分子電壓敏感材料通常由高分子聚合物、導電粒子、絕 緣粒子和半導體粒子復合而成。所述的高分子聚合物可以是熱塑性聚合物， 如聚烯烴，聚偏氟乙烯，聚酰胺，聚酯等，也可以是熱固性聚合物，如環氧 樹脂，有機硅樹脂，酚醛樹脂，聚酰亞胺樹脂等。導電粒子可以是銀，銅， 鎳，鋁，石墨，炭黑等材料。絕緣粒子有氧化鋁，二氧化硅，氧化鎂等。半 導體粒子有碳化硅，氧化鋅等。這種復合高分子材料的電阻隨兩端電壓變化 而呈非線性變化，也就是說，當施加在其兩端的電壓小于某個特定電壓值時， 材料為絕緣體，電阻很大；當施加在其兩端的電壓大于這個特定電壓值時， 材料轉變為導體，電阻很小。這個特定電壓值，我們稱之為觸發電壓。

集成電路(IC)技術的在電子領域得到越來越廣泛的應用，但是這種半 導體器件對外界影響敏感程度非常高，易于受到由外界靜電沖擊(ESD)引 起的過電壓損害。當集成電路(IC)受到高達數千伏的靜電沖擊時，將造成 高達幾十安培的瞬間放電尖峰電流。瞬間大電流會對IC造成嚴重損傷，從而 導致整臺電子設備的工作故障，帶來重大經濟損失。目前集成電路(IC)常 用保護電路有箝位二極管，壓敏電阻，穩壓管，TVS二極管等。但是，由于 ESD防護元件并聯在電路中使用，這就要求其結電容要盡可能的小，尤其是 對于高頻線路中，較高的結電容會造成信號噪音，影響IC的正常工作。

使用高分子電壓敏感材料制成的高分子ESD保護元件，是一種新的解決 方案，特點是沒有極性，安裝簡單，最主要的是結電容小，非常適合高頻線 路中應用。但是目前高分子電壓敏感材料使用的導電粒子為鎳和鋁等金屬材 料，容易產生表面氧化，從而影響到復合材料的穩定性，造成觸發電壓的升 高。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺陷，提供一種抗氧化性能良 好的高分子電壓敏感材料。

本發明的電壓敏感材料由包括下列組分及配比的原料復合而成：

有機高分子聚合物體積百分比為30％-70％；

導電粒子體積百分比為2％-20％；

半導體粒子體積百分比為10％-50％。

較佳的，本發明的電壓敏感材料的原料還包括體積百分比為0.1-50％的絕 緣粒子。

所述的高分子聚合物可以是熱塑性聚合物，如聚烯烴，聚偏氟乙烯，聚 酰胺，聚酯等，也可以是熱固性聚合物，如環氧樹脂，有機硅樹脂，聚氨酯， 酚醛樹脂，聚酰亞胺樹脂等。

所述的導電粒子為IV族金屬氮化物，或者IV族金屬碳化物，或者他們的 混合物，優選碳化鈦，氮化鈦。導電粒子之所以選擇IV族金屬氮化物或碳化 物，一方面是由于IV族金屬氮化物和碳化物具有接近金屬的導電性能，但是 在空氣中不會氧化，穩定性好；另一方面，研究發現，如果采用其他非金屬 導電物質如炭黑，石墨等，雖然也具有不易氧化的特性，但是由于其導電性 較差，如果要想制得具有電壓敏感性能的材料，需要填充量很大，造成這些 材料的耐大電壓能力很差，容易出現電弧，燃燒現象。

所述的絕緣粒子可選自氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂或氫氧化 鎂中的一種或多種的混合。

所述的半導體粒子有碳化硅，氧化鋅和氧化鉍；也可以是鈣，鈮，釩， 鐵和鈦的氧化物；鈹，硼，釩的碳化物；鋅，銀，硅的硫化物；銦銻化物， 硒，硼，碲，鍺等。

本發明的電壓敏感材料可采用下列方法制備：

按比例混合原料，機械攪拌均勻后得到高分子壓敏材料漿料，固化后既 得本發明的電壓敏感材料。

本發明的電壓敏感材料可以用來制備壓敏元件，尤其適合制備線路過電 壓防護用電子元器件。

本發明進一步公開了一種過電壓防護用電子元器件，為采用本發明的電 壓敏感材料制得。

本發明的電壓敏感材料采用了IV族金屬氮化物和碳化物代替已有技術方 案中容易氧化的金屬導電粒子，由于IV族金屬氮化物和碳化物具有良好的導 電性能，并且在空氣中不會氧化。因此與現有技術相比，本發明的電壓敏感 材料具有更好的耐環境氧化性能。

附圖說明

圖1高分子電壓敏感材料測試用電極板示意圖，其中