CN102057546A - 静电应对部件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

静电应对部件具有：元件体；一对放电用电极；和一对端子电极。在元件体的内部形成有封闭的空洞。一对放电用电极设置于元件体内并在空洞中露出。一对端子电极分别与一对放电用电极连接，并从元件体显露出来。在空洞内的放电电极的至少一方的表面上，至少附着有从锌、铌、铝、镁、钙、钠、钾中选择的一种以上的金属的氧化物。

Description

静电应对部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及静电应对部件，特别涉及用于吸收侵入信号侧布线的静电的静电应对部件及其制造方法。

背景技术

近年，为了响应电子设备的小型化、高性能化的要求，IC的更进一步的微型化、高集成化取得进展。然而另一方面IC的耐电压降低。即使是人体与电子设备的端子等接触时产生的静电放电电涌那种能量较小的电涌，这种IC也被破坏或产生误动作。

作为其对策，应用了如下方法：在静电侵入的布线和接地之间设置静电应对部件，将静电旁路来抑制施加于IC的高电压。静电应对部件具有如下特性：在通常状态下为高电阻值且不导电，当由于静电等高压信号的侵入而电阻值变低而导电。作为具有这种特性的静电应对部件，公知齐纳二极管、多层片式压敏电阻、间隙放电元件等。

在作为以往的静电应对部件的间隙放电元件中，在元件体中设置空洞，并形成有以隔着该空洞相对的方式配置的一对放电用电极、和与各放电用电极连接的端子电极。通常为开路状态(绝缘状态)，但若静电等高电压电流侵入，则在空洞内放电并流过电流。

这样的间隙放电元件通常具有以数十μm的间隙间隔而相邻的一对放电用电极，并使侵入的静电在间隙间放电。这种间隙放电元件例如在专利文献1、2中公开。

间隙放电元件与齐纳二极管、多层片式压敏电阻相比，寄生静电电容值根本上较小。若寄生静电电容值变大，则在处理高速信号的电路中使信号品质劣化。因此，优选静电应对部件的寄生静电电容值低为好，间隙放电元件比较有利。此外，因为在空洞中填充有气体，所以即使施加了高电压的静电也不会破坏放电部。

然而，在施加了低电压的静电的情况下，存在在空洞内难以产生放电，显现不出针对静电耐压较低的最新IC等器件的静电应对效果的情况。在空洞内相对的放电电极间的被放电容易度，起因于放电电极的材料种类的因素较大。即，放电电极材料的功函(从材料的表面将1个电子抽出至无限远所需要的最小能量)较低的一方容易放电。作为功函较低的材料，锌、铌、铝、镁、钙、钠、钾等被熟知。因为这些金属的大部分活性度较高，所以现实中很难将这些作为放电电极材料来使用。此外这些金属的氧化物的功函也较低。然而，因为其大部分为绝缘体，电阻值很高，所以不能作为放电用电极来使用。

此外，在比以往更加寻求高电压的静电应对，且更加寻求其施加频度的增加的过程中，若连续多次地施加比以往高的电压的静电则放电电极间短路。这是因为通过连续地反复施加高电压的静电，放电用电极溶析，并与相对的放电用电极接触。此外，即使在放电用电极不溶析的情况下，若从元件体剥落而与相对的放电用电极接触，则仍然产生短路。静电在放电时，有时会瞬间产生2500℃以上的高温，可以认为这是放电用电极溶析的原因。

专利文献1：JP特开平1-102884号公报

专利文献2：JP特开平11-265808号公报

发明内容

本发明是对低电压的静电施加也能应对，且静电抑制效果好，而且即使反复施加高电压的静电也没有短路的危险的高性能且高可靠性的静电应对部件。

本发明的静电应对部件具有：元件体；一对放电用电极；和一对端子电极。在元件体的内部形成有封闭的空洞。一对放电用电极设置于元件体内，并在空洞中露出。一对端子电极分别与一对放电用电极连接，并从元件体显露出来。在空洞内的放电电极的至少一方的表面上，至少附着有从锌、铌、铝、镁、钙、钠、钾中选择的一种以上的金属的氧化物。

这些金属的氧化物等虽然功函较低但绝缘性高，因此对低电压的静电施加也能应对，且静电抑制效果好。而且即使反复施加高电压的静电也没有产生短路故障的危险。

此外在本发明的静电应对部件的制造方法中，首先在由绝缘体构成的第1生片上形成第1金属层。接下来在第1金属层上形成至少含有从锌、铌、铝、镁、钙、钠、钾中选择的一种以上的金属的氧化物和树脂成分的树脂浆料层。接着在树脂浆料层上形成第2金属层。然后以覆盖使树脂浆料层介于之间的第1、第2金属层的方式，在第1生片上层积由绝缘体构成的第2生片。最后对使树脂浆料层介于之间的第1、第2金属层，以及第1、第2生片进行一体烧结。由此，使树脂浆料层的树脂成分挥发，而形成具有封闭空洞的元件体。

或者在上述第1生片上形成隔着一定间隔而相对的第1金属层和第2金属层，在第1金属层和第2金属层上形成含有上述金属氧化物和树脂成分的树脂浆料层。以下同样地形成具有封闭的空洞的元件体。

通过以上任意一种制造方法能够同时进行金属的氧化物对放电用电极的附着和空洞的形成，且能够省略单独进行金属的氧化物对放电用电极的附着的步骤。

附图说明

图1是本发明的实施方式1中的静电应对部件的剖面图。

图2是说明静电试验方法的图。

图3是表示静电抑制峰值电压相对于输入的静电电压的关系的特性图。

图4A是表示本发明的实施方式1中的静电应对部件的制造方法的剖面图。

图4B是接着图4A，表示本发明的实施方式1中的静电应对部件的制造方法的剖面图。

图4C是接着图4B，表示本发明的实施方式1中的静电应对部件的制造方法的剖面图。

图4D是接着图4C，表示本发明的实施方式1中的静电应对部件的制造方法的剖面图。

图4E是接着图4D，表示本发明的实施方式1中的静电应对部件的制造方法的剖面图。

图4F是接着图4E，表示本发明的实施方式1中的静电应对部件的制造方法的剖面图。

图4G是接着图4F，表示本发明的实施方式1中的静电应对部件的制造方法的剖面图。

图5是本发明的实施方式2中的静电应对部件的剖面图。

具体实施方式

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式1中的静电应对部件的剖面图。静电应对部件11具有：元件体1；一对放电用电极3、4；和端子电极5、6。在元件体1的内部形成有封闭的空洞2。即，空洞2埋设于元件体1的内部。放电用电极3、4设置于元件体1内，并在空洞2中露出。更详细来说，放电用电极3、4在空洞2的内部，隔开一定间隔而彼此相对配置。端子电极5、6分别与放电用电极3、4连接，并从元件体1显露出来。

元件体1优选由含有从氧化铝、镁橄榄石、块滑石、富铝红柱石、堇青石中选择的至少一种陶瓷合成物作为主要成分的绝缘体构成。这些绝缘体的相对介电常数低至15以下，能够降低寄生电容值。

放电用电极3、4和端子电极5、6例如是由以钨为主要成分的金属形成的。放电用电极3、4为了经受住静电放电时的高温，优选钨这种融点较高的金属。此外放电用电极3、4和端子电极5、6为了确保能够经受住静电进入时的冲击的粘合强度，优选由相同种类的金属或相互形成合金的金属形成。然而，这些电极的材料不限定于钨。除了钨之外，也可以使用钼。而且可以使用以钨和钼的至少任意一个为主体的融点为2600℃以上的合金。

在放电用电极3、4的表面附着有金属氧化物7。或者，也可以仅在放电用电极3、4的任意一方的表面附着氧化物7。氧化物7的成分为从锌、铌、铝、镁、钙、钠、钾中选择的一种以上的金属的氧化物。这些金属氧化物7的功函较低，大部分为4.5eV以下。因此，促进了由静电的进入所产生的放电用电极3、4间的放电。在没有附着氧化物7的情况下即使针对不放电的那种低电压的静电的进入，因为从氧化物7放出电子，所以也在放电用电极3、4间放电。而且放电时放出的电子的量也增加，放电用电极3、4间的静电放电电流也变大。即，静电应对部件的性能提高。

为了使该现象更容易理解，对静电应对部件的评价方法进行说明。图2是说明静电试验方法的图。静电放电枪12连接于静电应对部件11的端子电极5，且端子电极6接地。静电放电枪12将静电模拟波形(依据IEC-6100-4-2标准)输入到静电应对部件11中。数字示波器13观测此时的静电波形。

观测到的静电波形是在静电应对部件11内没有放电的静电波形，该电压越低则静电应对部件11的性能越高。图3是表示相对于输入静电电压的静电抑制峰值电压的关系的特性图。一般，在初期观测到高电压的峰值，此后立即衰减。可以认为由于该高电压峰值引起设备的故障、误动作。将该电压称作抑制峰值电压，以针对输入的静电电压的大小的形式来进行测量。

在图1所示的结构中，在没有附着氧化物7的情况下，若输入的静电电压低至5kV以下，则观测到的静电波形与输入的静电模拟波形相同。即在静电应对部件内没有发生放电，没有作为静电应对部件进行工作。而在6kV以上的输入下观测到图3那样的波形。但是，抑制峰值电压较高，针对8kV的输入的抑制峰值电压为800～1000V。

另一方面，例如在使钙铝石粉(mayenite powder)(12CaO-7Al₂O₃，平均粒径约0.5μm)作为氧化物7而附着于放电用电极3、4上的情况下，从2kV开始作为静电应对部件进行工作。而且，在8kV时的抑制峰值电压大幅降低至250～350V。钙铝石粉根据其组成式也被称作C12A7，是具有内径0.4nm的纳米笼(nano-sized cage)的特殊纳米晶体结构物质。因此，若功函不到3eV则作为氧化物来说特别低，因此发挥了上述那种非常优异的特性。因此，钙铝石粉作为附着于放电用电极3、4的氧化物7最为理想。

此外在将氧化铝粉(平均粒径0.2μm)或氧化镁粉(平均粒径0.4μm)作为氧化物7来使用的情况下，也发挥比不附着氧化物7时更优异的特性。因为这些氧化物很稳定，且能够廉价而容易地得到，所以作为氧化物7较为理想。不过因为与钙铝石粉相比功函较高，所以工作开始电压为大约4kV，8kV时的抑制峰值电压为400～600V。

接下来将25kV的静电电压反复250次来施加连续放电，并测量反复试验前后的静电应对部件的绝缘电阻值。在没有附着氧化物7的情况下，虽然没有完全短路的部件，但以试验个数100个中的大约10％的比例，绝缘电阻值降低至106Ω左右。另一方面，在附着了钙铝石粉、氧化铝粉、氧化镁粉的情况下全部的绝缘电阻值原样保持在1010Ω以上，没有看见通过反复试验所产生的降低。可以认为因为这些是通常稳定的绝缘电阻值较高的氧化物，所以起到了防止放电用电极3、4间的短路的作用。而且根据其作用，若氧化物7无间隙地附着并覆盖于位于空洞2中的放电用电极3、4的整个表面上，则能够完全地抑制短路的产生，因此更加理想。

在本实施方式中作为氧化物列举了钙铝石粉作为最优选的例子，并列举了氧化铝粉、氧化镁粉作为其次优选的例子。除了这些之外，由从氧化锌、氧化铌、氧化钙、氧化钠、氧化钾中选择的一种以上的金属构成的金属氧化物的功函也较低。这些氧化物或其复合物、混合物也可以作为氧化物7来使用。即，从锌、铌、铝、镁、钙、钠、钾中选择的一种以上的金属氧化物因为稳定且绝缘电阻值高，所以可以作为氧化物7来使用。

另外在仅在放电用电极3、4的任意一方的表面上附着有氧化物7的情况下，优选以能够判断端子电极5、6的哪一个连接于附着有氧化物7的放电用电极的方式进行表示。因为静电是作为直流流动的，所以通过将成为放电起点的人体等接地侧与连接于附着有氧化物7的放电用电极的端子电极连接，能够发挥氧化物7的效果。像这样仅在放电用电极3、4的任意一方的表面上附着有氧化物7的情况下，在使用时需要考虑连接的方向。

另外在仅在放电用电极3、4的一方，例如仅放电用电极3上附着有氧化物7的情况下，从防止反复施加连续放电时的短路的观点出发，优选由氧化物7覆盖放电用电极3的在空洞2中露出的部分的整个表面。

此外氧化物7的平均粒径，在考虑表面积基础上粒径越小越好，而在分散性的观点上，为了抑制由表面电位产生的凝聚，优选为一定以上的大小。根据这种观点，氧化物7的平均粒径优选为亚微米级(0.1μm以上，不到1μm)。

接下来，参照图1和图4A～图4G，对静电应对部件11的制造方法进行说明。图4A～图4G是静电应对部件11的制造方法的各步骤中的剖面图。另外在以下的说明中，作为一个实例，使用镁橄榄石作为元件体1的材料，使用钨作为放电用电极3、4。但是，只要在本发明的范围内则这些材料没有限定。

首先在平均粒径约2μm的镁橄榄石粉中加入丙烯树脂、增塑剂并混合甲苯等溶剂来调制泥浆。用该泥浆通过刮板法等来制作图4A所示的约100μm厚的生片(第1生片：green sheet)21。然后如图4B所示，通过金属模等在生片21上设置直径200μm的印刷基准用的贯通孔22、23，并作为之后所有的印刷步骤中的基准穴。

接下来，使用平均粒径1μm的钨粉来调制印刷用浆料。使用该印刷用浆料，如图4C所示，在生片21上，以贯通孔22、23为基准，通过丝网印刷术来形成成为放电用电极3的图案(第1金属层)24。

接下来，使用与制作生片21的材料相同的镁橄榄石粉来调制印刷用浆料。使用该印刷用浆料，如图4D所示，在生片21和图案24上通过丝网印刷术来图案形成空洞壁层25。空洞壁层25是去掉了空洞形成部26A的形状的图案。

接下来调制将直径约3μm的压克力珠(アクリルビ一ズ)和作为树脂成分的丙烯酸类树脂、以及附着于放电用电极3、4的氧化物7(例如钙铝石粉)混合、混揉后的树脂浆料。然后如图4E所示，在被空洞壁层25包围的空洞形成部26A中，通过丝网印刷术来印刷填充该树脂浆料，而形成树脂浆料层26。

另外丙烯酸类树脂与其他树脂相比在低温下容易分解，且在烧结后在空洞形成部26A周边不易产生瑕疵，因此比较理想。然而只要是在低温下容易分解的树脂，则也可以将丙烯酸类树脂以外的树脂用于树脂浆料。此外为了使空洞形成部26A通过后面步骤的按压步骤不发生变形而混合压克力珠。优选像这样在树脂浆料中混合压克力珠。

通过对如上述那样制作的层积物进行按压而将表面平坦化。此后，如图4F所示，在其上部以与图案24彼此相对的方式通过丝网印刷而形成图案(第2金属层)27。此时，图案27的至少一部分形成于树脂浆料层26上。

接下来，为了确保部件的厚度，如图4G所示，上下层积多枚无效层生片(第2生片)28。即，以覆盖使树脂浆料层26介于之间的图案24、27的方式，至少在生片21上层积由绝缘体构成的无效层生片28。然后沿着切断线29，通过刀具切断而分离为各个部件。

然后将切断线29之间的部分在200～300℃下进行热处理而使树脂成分飞散后，在氮环境中，在1250℃下进行一体烧结。通过该热处理，树脂浆料层26中包含的压克力珠和树脂成分飞散，空洞形成部26A成为图1所示的空洞2，图案24、27成为放电用电极3、4。用这种方法形成的空洞2的高度为20～50μm左右。

此外生片21、空洞壁层25、无效层生片28被一体化而成为元件体1。像这样，对使树脂浆料层26介于之间的图案24、27，以及生片21、无效层生片28进行一体烧结，使树脂浆料层26的树脂成分挥发，而形成具有封闭的空洞2的元件体1。

此时只有氧化物7残留于空洞2内。即，在烧结后如图1所示，在放电用电极3、4的在空洞2中露出的部分的表面和空洞2的壁面等上附着了氧化物7。

最后，通过在显露出了放电用电极3、4的元件体1的侧面涂抹银浆料等方法，来形成与放电用电极3、4连接的端子电极(在图4中未作图示)。这样一来，完成了图1所示的静电应对部件11。

另外在图4G所示的生片层积体内，也可以形成多个形成于贯通孔22、23之间的部分。若将多条切断线29的组分别切断，则能够高效地制作成为静电应对部件11的烧结前的单个片。

通过以上说明的方法，能够同时进行氧化物7对放电用电极3、4的附着和空洞2的形成，且能够省略单独进行氧化物7对放电用电极3、4的附着的步骤。而且通过改变混合于树脂浆料中的氧化物7的含有量，能够简单且稳定地调整氧化物7对放电用电极3、4的附着量。

(实施方式2)

以下，使用图5，对本发明的实施方式2中的静电应对部件进行说明。图5是本实施方式中的静电应对部件的剖面图。在图5中，对与图1相同的构成要素赋予相同的符号。

静电应对部件31具有如下结构：放电用电极3、4在空洞2的底面上隔着一定间隔而在平面上相对。这种结构也能够得到与实施方式1的静电应对部件11相同的效果。

静电应对部件31也可以按照图4A～图4G所示的实施方式1的制造方法来制作。即，在形成图案24时，在与图案24相同的平面上，隔着一定间隔与图案24相对地形成图案27。此后，形成空洞壁层25，对空洞形成部26A填充包含丙烯酸类树脂和氧化物7的浆料，并层积无效层生片28。以下，与实施方式1的制造方法相同地实施即可。

另外，静电应对部件31与实施方式1的静电应对部件11相比，放电用电极3、4彼此相对的面积较小。因此，对高电压下的连续反复静电的可靠性，比放电用电极3、4的相对面积较大的静电应对部件11低。另一方面，能够减小寄生电容值。因此，在对处理更高频信号的电路的使用上较为出色。

另外，在实施方式1和实施方式2中，都是元件体1用一种材料包围空洞2的结构，但也可以用多个构成要素来构成元件体1。并且，该多个构成要素也可以由彼此不同的材料构成。

此外在图1、图5中，端子电极5、6形成于元件体1的侧面(端面)，但本发明不限定于此结构。端子电极5、6只要分别与放电用电极3、4连接，并从元件体1显露出来即可，形状等没有限定。

如上，本发明所涉及的静电应对部件，对低电压的静电施加也能应对，且静电抑制效果好，而且即使反复施加高电压的静电也没有短路故障的危险。因为像这样具有高性能且高可靠性，所以能够广泛地应用于要求应对静电的各种设备、器件。

符号说明：

1    元件体

2    空洞

3，4    放电用电极

5，6    端子电极

7    氧化物

11、31    静电应对部件

12    静电放电枪

13    数字示波器

21    生片

22、23    贯通孔

24    图案(第1金属层)

25    空洞壁层

26    树脂浆料层

26A   空洞形成部

27    图案(第2金属层)

28    无效层生片

29    切断线。

Claims (7)

1.一种静电应对部件，其具备：

元件体，其在内部形成有封闭的空洞；

一对放电用电极，其设置于所述元件体内，并在所述空洞中露出；和

一对端子电极，其分别与所述放电用电极连接，并从所述元件体显露出来，

在所述空洞内的所述放电用电极的至少一方的表面上至少附着有从锌、铌、铝、镁、钙、钠、钾中选择的一种以上的金属的氧化物。

2.根据权利要求1所述的静电应对部件，其特征在于，

所述氧化物为12CaO-7Al₂O₃。

3.根据权利要求1所述的静电应对部件，其特征在于，

所述氧化物为氧化铝和氧化镁的至少任意一方。

4.根据权利要求1所述的静电应对部件，其特征在于，

所述氧化物附着并覆盖于位于所述空洞中的所述放电用电极的整个表面。

5.根据权利要求1所述的静电应对部件，其特征在于，

所述元件体是含有从氧化铝、镁橄榄石、块滑石、富铝红柱石、堇青石中选择的至少一种陶瓷合成物的绝缘体。

6.一种静电应对部件的制造方法，其具备：

在由绝缘体构成的第1生片上形成第1金属层的步骤；

在所述第1金属层上形成至少含有从锌、铌、铝、镁、钙、钠、钾中选择的一种以上的金属的氧化物和树脂成分的树脂浆料层的步骤；

在所述树脂浆料层上形成第2金属层的步骤；

以覆盖使所述树脂浆料层介于之间的所述第1、第2金属层的方式，在所述第1生片上层积由绝缘体构成的第2生片的步骤；和

对使所述树脂浆料层介于之间的所述第1、第2金属层，以及所述第1、第2生片进行一体烧结，并使所述树脂浆料层的所述树脂成分挥发，来形成具有封闭的空洞的元件体，同时形成在所述空洞内露出的一对放电用电极，并使所述金属的氧化物附着于所述一对放电用电极的至少一方的表面上的步骤。

7.一种静电应对部件的制造方法，其具备：

在由绝缘体构成的第1生片上形成隔着一定间隔而相对的第1金属层和第2金属层的步骤；

在所述第1金属层和所述第2金属层上形成至少含有从锌、铌、铝、镁、钙、钠、钾中选择的一种以上的金属的氧化物和树脂成分的树脂浆料层的步骤；

以覆盖使所述树脂浆料层介于之间的所述第1、第2金属层的方式，在所述第1生片上层积由绝缘体构成的第2生片的步骤；和

对使所述树脂浆料介于之间的所述第1、第2金属层，以及所述第1、第2生片进行一体烧结，并使所述树脂浆料的所述树脂成分挥发，而形成具有封闭的空洞的元件体，同时形成在所述空洞内露出的一对放电用电极，并使所述金属的氧化物附着于所述一对放电用电极的至少一方的表面上的步骤。

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