一种具有静电保护功能的静电抑制器

摘要

本申请涉及静电器领域，尤其涉及一种具有静电保护功能的静电抑制器。它包括基板、设置在基板周围的电极，所述电极包括内电极和外电极，所述内电极包括分布在基板的左右两侧边的第一内电极和分布在基板的上下两侧边的第二内电极，所述第一内电极的外部设置有外电极，所述外电极的外部涂覆有第一锡镀层，所述第一锡镀层的外部涂覆有第一镍镀层，所述第二内电极的外部设置有绝缘层，所述第二内电极与绝缘层之间有压敏材料层。本申请最终得到的产品容量低、漏电流小、触发电压低、稳定性好、响应速度快、具有过流过压双重保护功能，对电路安全保护的可靠程度高。

权利要求

1.一种具有静电保护功能的静电抑制器，包括基板、设置在基板周围的电极，所述电极包括内电极和外电极，所述内电极包括分布在基板的左右两侧边的第一内电极和分布在基板的上下两侧边的第二内电极，所述第一内电极的外部设置有外电极，所述外电极的外部涂覆有第一锡镀层，所述第一锡镀层的外部涂覆有第一镍镀层，所述第二内电极的外部设置有绝缘层，所述第二内电极与绝缘层之间有压敏材料层，其中，所述绝缘层外部涂覆有第一保护层，所述第一保护层的外部涂覆有电容层，所述电容层的外部设置有第二保护层；

所述第一保护层和第二保护层均采用耐高温环氧树脂复合材料制成；

所述环氧树脂复合材料的制备方法为：

S1.制备Al2O3微球：

①将5.0g十二烷基硫酸钠与10.0g烷基酚聚氧乙烯醚溶于400mL去离子水中，制得溶液A；

②将摩尔比1:1为的乙酰乙酸乙酯和仲丁醇铝加入到10.5g正辛醇中，在室温下搅拌1h后，向其中添加0.1g油胺和0.05g聚乙烯吡咯烷酮，放入磁力搅拌器上100～200r/min搅拌

2h，制得溶液B；

③将溶液B缓慢倒入溶液A中，置于磁力搅拌器上搅拌20h，转速为1000r/min，再超声分散3～5min后放入10～15℃水浴中冷却10min，之后放入离心机中，离心速度为8000～

10000r/min，离心后过滤将所得固体用去离子水清洗三次，再用乙醇清洗3次，最后放入50℃的真空箱中干燥过夜，即得到粒径在0.5～1μm之间的Al2O3微球；

S2.制备纳米硅化锆颗粒：

将金属锆粉碎，再与硅粉充分混合，将混合料放入石墨炉内，加热至1000℃进行预反应

1h，然后通入氢气，再升温至1200℃进行反应，制得硅化锆，先将制得的硅化锆进行粗略研磨成粉状后，再放入纳米级超微粉碎机内粉碎，即得粒径在50～100nm之间的纳米硅化锆颗粒；

S3.制备复合微球：

取1.25g十二烷基硫酸钠溶解于400mL的去离子水中，分别加入步骤S1制备的0.25g Al2O3微球与步骤S2制备的0.1g纳米硅化锆颗粒，先超声分散30min，再放置磁力搅拌器上进行搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间3h，之后加入管径为20～50nm、长度为0.5～2nm的碳纳米管，继续搅拌10h后倒入500mL聚四氟乙烯反应釜中，在250℃下反应12h，最后真空过滤，放入50℃的真空箱中干燥过夜，制得复合微球；

S4.制备环氧树脂复合材料涂层：

称取10g环氧树脂E-51，置于磁力搅拌器搅拌并升温至60℃，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为1h，之后加入S3步骤制得的0.1g复合微球，继续搅拌1h，再超声分散1h，形成分散均匀的体系；

S5.将步骤S4制备的环氧树脂复合材料涂层加入固化剂和促进剂形成复合涂层混合体系，搅拌均匀后将复合涂层混合体系移入喷枪当中，对仪器的绝缘层和电容层表面进行喷涂作业，喷涂厚度为10～20μm，喷涂完成之后，放入120℃烘箱当中固化30min，再升温至180℃保持30min，最后再升温至220℃保持2h即可。

2.根据权利要求1所述的一种具有静电保护功能的静电抑制器，其特征在于，所述第二保护层的外部设置有第二锡镀层，所述第二锡镀层的外部设置有第二镍镀层。

3.根据权利要求1所述的一种具有静电保护功能的静电抑制器，其特征在于，所述基板采用氧化铝和氮化铝复合陶瓷材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种具有静电保护功能的静电抑制器，其特征在于，所述基板的厚度为50.0～100.0μm，所述压敏材料层厚度为1.0～5.0μm。

5.根据权利要求1所述的一种具有静电保护功能的静电抑制器，其特征在于，所述固化剂选自酐类化合物或烷氧基硅烷，或者两者混合使用；其中酐类化合物选自六氢苯酐、甲基六氢苯酐、甲基四氢苯酐、改性液体酸酐的一种或多种；烷氧基硅烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种具有静电保护功能的静电抑制器，其特征在于，所述促进剂选自四丁基溴化铵、二苯基硅二醇、双氰胺、乙二胺、三乙烯四胺、异辛酸锌中的一种或多种。

说明书

一种具有静电保护功能的静电抑制器

技术领域

[0001] 本申请涉及静电器领域，尤其涉及一种具有静电保护功能的静电抑制器。

背景技术

[0002] 静电是一种存在于物体表面、反映其正负电荷在局部范围内失去平衡的现象，它主要通过物质的接触与分离、静电感应、介质极化以及带电微粒附着等物理过程产生，表现为电压较高，持续时间很短，释放能量不强等特点。随着电子元器件技术的发展，静电对元器件应用所造成的危害越来越明显。引入静电保护元件的目的就是要避免工作电路成为静电放电的通路而遭到损害，该元件不仅要能够吸收静电电流，箝位工作电路的电压，防止其由于电压过载而受损，还要能在静电发生时快速响应，在保护电路的同时，自身结构也不能被损坏。静电所导致电子元器件以及电路系统属于不可逆转的损害，使电子产品无法正常工作。据美国贝尔实验室的估计，全球仅集成电路制造业一项，每年因静电放电影响造成损失达数百亿美元。因此，一般电子电路中都需求装配防护静电元器件。

[0003] 静电抑制器有很多种类型，其中一种是通过在基材上两个很接近的电极间填充高分子的压敏材料来实现静电防护作用，该高分子的压敏材料具备非线性伏安特性，电流与电压间的关系显非欧姆特性，在低电压电场的作用下基本不导电，但在电压超过一定区间的范围内，由非导体剧变为导体，导电性随电压的升高而急剧增加。而当静电产生时，高分子压敏材料体系从高电阻态很快(纳秒量级)转变为低电阻态，将静电能量导入地面，而覆盖在该材料体系表面的保护层能使产生的静电能量与其他元件隔开，从而保护电路中的其他元器件。

[0004] 上述的静电抑制器保护层中大都使用的是高分子材料热塑型树脂，而环氧树脂作为该类材料的代表，虽然因为具有电绝缘性、耐热性高的优点被广泛应用，但是其在固化之后却具有一定塑性，不能受压力，而且耐高温性也变得不稳定。因此，该保护层的材料体系在耐高温、机械性能以及抗老化上存在一定缺陷，会降低材料的可靠性，从而导致正常工作电压下漏电流增大问题，将会影响整个电子线路的正常工作。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服以上现有技术中的不足，提供了一种具有静电保护功能的静电抑制器。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

[0007] 一种具有静电保护功能的静电抑制器，包括基板、设置在基板周围的电极，所述电极包括内电极和外电极，所述内电极包括分布在基板的左右两侧边的第一内电极和分布在基板的上下两侧边的第二内电极，所述第一内电极的外部设置有外电极，所述外电极的外部涂覆有第一锡镀层，所述第一锡镀层的外部涂覆有第一镍镀层，所述第二内电极的外部设置有绝缘层，所述第二内电极与绝缘层之间有压敏材料层，其中，所述绝缘层外部涂覆有第一保护层，所述第一保护层的外部涂覆有电容层，所述电容层的外部设置有第二保护层。

[0008] 优选地，所述第二保护层的外部设置有第二锡镀层，所述第二锡镀层的外部设置有第二镍镀层。

[0009] 优选地，所述基板采用氧化铝和氮化铝复合陶瓷材料制成。

[0010] 优选地，所述基板的厚度为50.0～100.0μm，所述压敏材料层厚度为1.0-5.0μm。

[0011] 环氧树脂因其具有粘接强度好、收缩率低、电绝缘性好、加工性能良好等特点，而被应用于防护材料领域，然而环氧树脂固化后交联密度高，存在内应力大、质脆和耐热性较差等缺点，因此，而本发明采用在环氧树酯中添加微球复合纳米粒子进行化学修饰并共混改性的方法，以改善环氧树脂的耐高温、耐介质、耐水性，同时还增加了其耐老化、抗氧化性的优点，使其更加适用于作为静电抑制功能材料。

[0012] 优选地，所述第一保护层和第二保护层均采用耐高温环氧树脂复合材料制成。

[0013] 优选地，所述耐高温环氧树脂复合材料是由环氧树脂、硅化锆纳米颗粒、氧化铝微球、碳纳米管、固化剂以及促进剂合成的。

[0014] 进一步优选地，所述固化剂可选自酐类化合物或烷氧基硅烷，或者两者混合使用；其中酐类化合物选自六氢苯酐、甲基六氢苯酐、甲基四氢苯酐、改性液体酸酐的一种或多种；烷氧基硅烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

[0015] 进一步优选地，所述促进剂选自四丁基溴化铵、二苯基硅二醇、双氰胺、乙二胺、三乙烯四胺、异辛酸锌中的一种或多种。

[0016] 进一步优选地，所述环氧树脂复合材料的制备方法为：

[0017] S1.制备Al2O3微球：

[0018] ①将5.0g十二烷基硫酸钠与10.0g烷基酚聚氧乙烯醚溶于400mL去离子水中，制得溶液A；

[0019] ②将摩尔比1:1为的乙酰乙酸乙酯和仲丁醇铝加入到10.5g正辛醇中，在室温下搅拌1h后，向其中添加0.1g油胺和0.05g聚乙烯吡咯烷酮，放入磁力搅拌器上100～200r/min搅拌2h，制得溶液B；

[0020] ③将溶液B缓慢倒入溶液A中，置于磁力搅拌器上搅拌20h，转速为1000r/min，再超声分散3～5min后放入10～15℃水浴中冷却10min，之后放入离心机中，离心速度为8000～10000r/min，离心后过滤将所得固体用去离子水清洗三次，再用乙醇清洗3次，最后放入50℃的真空箱中干燥过夜，即得到粒径在0.5～1μm之间的Al2O3微球；

[0021] S2.制备纳米硅化锆颗粒：

[0022] 将金属锆粉碎，再与硅粉充分混合，将混合料放入石墨炉内，加热至1000℃进行预反应1h，然后通入氢气，再升温至1200℃进行反应，制得硅化锆，先将制得的硅化锆进行粗略研磨成粉状后，再放入纳米级超微粉碎机内粉碎，即得粒径在50～100nm之间的纳米硅化锆颗粒；

[0023] S3.制备复合微球：

[0024] 取1.25g十二烷基硫酸钠溶解于400mL的去离子水中，分别加入步骤S1制备的0.25g Al2O3微球与步骤S2制备的0.1g纳米硅化锆颗粒，先超声分散30min，再放置磁力搅拌器上进行搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间3h，之后加入管径为20～50nm、长度为0.5～2nm的碳纳米管，继续搅拌10h后倒入500mL聚四氟乙烯反应釜中，在250℃下反应12h，最后真空过滤，放入50℃的真空箱中干燥过夜，制得复合微球；

[0025] S4.制备环氧树脂复合材料涂层：

[0026] 称取10g环氧树脂E-51，置于磁力搅拌器搅拌并升温至60℃，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为1h，之后加入S3步骤制得的0.1g复合微球，继续搅拌1h，再超声分散1h，形成分散均匀的体系；

[0027] S5.将步骤S4制备的环氧树脂复合材料涂层加入固化剂形成复合涂层混合体系，搅拌均匀后将复合涂层混合体系移入喷枪当中，对仪器的绝缘层和电容层表面进行喷涂作业，喷涂厚度为10～20μm，喷涂完成之后，放入120℃烘箱当中固化30min，再升温至180℃保持30min，最后再升温至220℃保持2h即可。

[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0029] 1.本发明使用的保护层采用耐高温的环氧树脂涂膜制成，具有生产工艺简单，可实现耐高温、耐氧化、绝缘性好的优点，因此，能够同时起到绝缘层和保护层的作用，最终得到的产品容量低、漏电流小、触发电压低、稳定性好、响应速度快、具有过流过压双重保护功能，对电路安全保护的可靠程度高。

[0030] 2.本发明采用耐高温材料氧化铝制作成微球使其表面积增大，且同时能够吸附耐高温、耐氧化性能较强的硅化锆，然后与碳纳米管结合制成复合微球，通常使用的碳纳米管改性环氧树脂，高浓度的碳纳米管颗粒在环氧树脂中的团聚会削弱碳纳米管改性环氧树脂的界面亲和力，而本发明由于添加了吸附了硅化锆的氧化铝微球，使复合微球中的碳纳米管不会形成团聚现象，分散的更加均匀，因此使碳纳米管与环氧树脂的相容性更好，增加了环氧树脂复合材料的耐高温、耐氧化能力，避免出现静电击打过程中漏电流变大的情况，该材料体系固化后机械强度很大，即使薄薄一层也能起到较好保护效果，同时具有工艺简单、便于生产、产品微型化、性能优异等特点。

[0031] 3.一般的复合材料使用一段时间后会被空气中的物质氧化，从而导致复合材料变得疏松、脆弱，本发明制备的耐高温环氧树脂复合材料涂层使用碳纳米管以及Al2O3微球相辅相成通过较大的比表面积很好的阻止了复合材料被空气中的物质氧化。除此之外，一般的复合材料还会在长期高温环境下发生自身裂解，生成部分含氧小分子，而本发明所用复合材料中添加的硅化锆不仅本身具有较强的耐高温、耐氧化性，而且能够与复合材料裂解的含氧小分子生成氧化锆和氧化硅以及其他锆和硅的化合物，使得聚合物基体的碳、氧等元素重新被吸收，在复合材料的表面生成致密的无机网络保护层结构，从而起到保护复合材料涂层的作用。

[0032] 4.传统的碳纳米管复合环氧树脂使用久了之后会很容易膨胀，刚度和强度也会随之降低，添加氧化铝微球和硅化锆之后能够显著提高复合材料的层间剪切强度，同时会增大复合材料的密度、降低复合材料的孔隙率，因此使材料更加的致密化、不易膨胀，即使重复放电也不会导致静电抑制性能下降，能长期稳定起到静电防护作用。

[0033] 本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

[0034] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

[0035] 图1是本申请的具有静电保护功能的静电抑制器结构示意图。

[0036] 其中：基板1，第一内电极2，第二内电极3，外电极4，第一锡镀层5，第一镍镀层6，第一保护层7，第二保护层8，压敏材料层9，电容层10，第二锡镀层11，第二镍镀层12。

具体实施方式

[0037] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

[0038] 在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

[0039] 图1示出了本申请的实施例涉及的一种具有静电保护功能的静电抑制器，如图1所示，包括基1板、设置在基板1周围的电极，所述电极包括内电极和外电极4，所述内电极包括分布在基板1的左右两侧边的第一内电极2和分布在基板的上下两侧边的第二内电极3，所述第一内电极2的外部设置有外电极4，所述外电极4的外部涂覆有第一锡镀层5，所述第一锡镀层5的外部涂覆有第一镍镀层6，所述第二内电极3的外部设置有第一保护层7，所述第二内电极3与第一保护层7之间有压敏材料层9，其中，所述第一保护层7的外部涂覆有电容层10，所述电容层10的外部设置有第二保护层8。

[0040] 其中，所述第二保护层的外部设置有第二锡镀层11，所述第二锡镀层的外部设置有第二镍镀层12。

[0041] 此外，所述基板采用氧化铝和氮化铝复合陶瓷材料制成，所述基板的厚度为80.0μm，所述压敏材料层厚度为5.0μm，所述第一保护层和第二保护层均采用耐高温环氧树脂复合材料制成。

[0042] 所述耐高温环氧树脂复合材料是由环氧树脂、硅化锆纳米颗粒、氧化铝微球、碳纳米管、固化剂以及促进剂合成的。

[0043] 进一步地，所述固化剂可选自酐类化合物或烷氧基硅烷，或者两者混合使用；其中酐类化合物选自六氢苯酐、甲基六氢苯酐、甲基四氢苯酐、改性液体酸酐的一种或多种；烷氧基硅烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

[0044] 进一步地，所述促进剂选自四丁基溴化铵、二苯基硅二醇、双氰胺、乙二胺、三乙烯四胺、异辛酸锌中的一种或多种。

[0045] 更进一步地，所述环氧树脂复合材料的制备方法为：

[0046] S1.制备Al2O3微球：

[0047] ①将5.0g十二烷基硫酸钠与10.0g烷基酚聚氧乙烯醚溶于400mL去离子水中，制得溶液A；

[0048] ②将摩尔比1:1为的乙酰乙酸乙酯和仲丁醇铝加入到10.5g正辛醇中，在室温下搅拌1h后，向其中添加0.1g油胺和0.05g聚乙烯吡咯烷酮，放入磁力搅拌器上100～200r/min搅拌2h，制得溶液B；

[0049] ③将溶液B缓慢倒入溶液A中，置于磁力搅拌器上搅拌20h，转速为1000r/min，再超声分散3～5min后放入10～15℃水浴中冷却10min，之后放入离心机中，离心速度为8000～10000r/min，离心后过滤将所得固体用去离子水清洗三次，再用乙醇清洗3次，最后放入50℃的真空箱中干燥过夜，即得到粒径在0.5～1μm之间的Al2O3微球；

[0050] S2.制备纳米硅化锆颗粒：

[0051] 将金属锆粉碎，再与硅粉充分混合，将混合料放入石墨炉内，加热至1000℃进行预反应1h，然后通入氢气，再升温至1200℃进行反应，制得硅化锆，先将制得的硅化锆进行粗略研磨成粉状后，再放入纳米级超微粉碎机内粉碎，即得粒径在50～100nm之间的纳米硅化锆颗粒；

[0052] S3.制备复合微球：

[0053] 取1.25g十二烷基硫酸钠溶解于400mL的去离子水中，分别加入步骤S1制备的0.25g Al2O3微球与步骤S2制备的0.1g纳米硅化锆颗粒，先超声分散30min，再放置磁力搅拌器上进行搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间3h，之后加入管径为20～50nm、长度为0.5～2nm的碳纳米管，继续搅拌10h后倒入500mL聚四氟乙烯反应釜中，在250℃下反应12h，最后真空过滤，放入50℃的真空箱中干燥过夜，制得复合微球；

[0054] S4.制备环氧树脂复合材料涂层：

[0055] 称取10g环氧树脂E-51，置于磁力搅拌器搅拌并升温至60℃，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为1h，之后加入S3步骤制得的0.1g复合微球，继续搅拌1h，再超声分散1h，形成分散均匀的体系；

[0056] S5.将步骤S4制备的环氧树脂复合材料涂层加入固化剂和促进剂形成复合涂层混合体系，搅拌均匀后将复合涂层混合体系移入喷枪当中，对仪器的绝缘层和电容层表面进行喷涂作业，喷涂厚度为10～20μm，喷涂完成之后，放入120℃烘箱当中固化30min，再升温至180℃保持30min，最后再升温至220℃保持2h即可。

[0057] 对该静电抑制器的保护层性能进行试验测试：将环氧树脂只加入固化剂、促进剂合成的材料涂覆于电极上作为对照，将对照电极和涂覆了本发明所述的环氧树脂复合材料涂层的电极进行耐高温、机械性能和抗老化的对比实验，耐高温测试是将两种材料电极放入恒温油槽内，油槽温度以每分钟1℃升温，机械性能测试即为抗压强度测试，老化的条件为在150℃温度下保持400小时，得到的结果如表1所示。

[0058] 表1涂覆两种材料的电极性能对比

[0059]

[0060] 注：(10μm)表示保护层喷涂厚度为10μm；(20μm)表示保护层喷涂厚度为20μm[0061] 从表1的结果可以看出，本发明所用环氧树脂复合材料电极涂层的热变形温度明显高于使用传统环氧树脂作为电机涂层的对照组，而且本发明所用保护层在机械强度方面也远远高于对照组。除此之外，在抗老化方面，本发明所使用的环氧树脂复合材料涂层也达到了较为理想的效果，在老化了400小时后机械强度和热变形温度仍然未发生较大的变化，而对照组老化后的抗压强度则下降了一倍不止，因此由上可以证明本发明使用环氧树脂复合材料作为静电抑制器保护层达到了较好的机械强度、耐高温、耐老化等性能。

[0062] 应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。