CN105164875B - Esd保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能降低放电开始电压的ESD保护装置。ESD保护装置(1)包括陶瓷多层基板(2)、以及设置于陶瓷多层基板(2)的某个高度位置上以使得前端(4a、5a)彼此相对的第一、第二放电电极(4、5)，第一、第二放电电极(4、5)包含金属、以及在为了获得陶瓷多层基板(2)而进行烧成时的温度下收缩率小于该金属的收缩抑制材料。

Description

ESD保护装置
技术领域
本发明涉及用于保护电子设备免受ESD(Electro-Static-Discharge：静电放电)影响的ESD保护装置，更详细而言，涉及第一、第二放电电极的前端彼此在陶瓷多层基板内相对的ESD保护装置。
背景技术
在ESD保护装置中，要求保护电子设备免受更低电压的ESD的影响。在以下的专利文献1中，公开了一种能获得较低的放电开始电压的ESD保护装置。在专利文献1、2中，在陶瓷多层基板内配置有至少一对放电电极。至少一对放电电极的前端彼此隔开间隙而相对。另外，设有包含被非导电性材料所包覆的导电性材料和陶瓷材料的辅助电极，以使得放电电极间相连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2008/146514
专利文献2：WO2009/136535
发明内容
发明所要解决的技术问题
在现有的ESD保护装置中，在为了获得陶瓷多层基板而进行烧成时，放电电极常常会大幅收缩。因此，存在放电电极的前端间的间隙扩大而导致放电开始电压升高的问题。
本发明的目的在于，提供一种能降低放电开始电压的ESD保护装置。
解决技术问题所采用的技术手段
本发明所涉及的ESD保护装置包括陶瓷多层基板、以及第一、第二放电电极。在所述陶瓷多层基板的某个高度位置上设置第一、第二放电电极，使得前端彼此相对。在本发明中，所述第一、第二放电电极包含金属、以及在为了获得陶瓷多层基板而进行烧成时的温度下的收缩率小于该金属的收缩抑制材料。
在本发明所涉及的ESD保护装置中，优选为所述收缩抑制材料由烧结温度比所述第一、第二放电电极所含有的金属要高的无机物构成。
在本发明所涉及的ESD保护装置中，上述收缩抑制材料也可以由半导体形成。在这种情况下，能更进一步有效降低放电开始电压。
在本发明所涉及的ESD保护装置中，上述收缩抑制材料也可以是绝缘性材料。
在本发明所涉及的ESD保护装置中，优选为还包括辅助电极，该辅助电极配置于所述陶瓷多层基板内，使得所述第一放电电极与所述第二放电电极相连，该辅助电极包含被绝缘性材料所包覆的导电性材料。在这种情况下，能更进一步降低放电开始电压。
上述辅助电极可以还包含陶瓷材料，也可以进一步优选为包含由半导体陶瓷所构成的陶瓷材料。
发明效果
在本发明所涉及的ESD保护装置中，由于第一、第二放电电极包含收缩抑制材料，因此，在为了获得陶瓷多层基板而进行烧成时，能抑制第一、第二放电电极的收缩。因此，在第一、第二放电电极的前端彼此相对的情况下，在进行烧成时不容易扩大。由此，能有效降低放电开始电压。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的ESD保护装置的主视剖视图。
图2是表示本发明的一个实施方式所涉及的ESD保护装置的主要部分的局部放大主视剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图，通过说明本发明的具体实施方式来阐明本发明。
图1是本发明的一个实施方式所涉及的ESD保护装置的主视剖视图。
ESD保护装置1具有陶瓷多层基板2。在本实施方式中，陶瓷多层基板2具有长方体状的形状。在陶瓷多层基板2的内部设有空洞部3。
在陶瓷多层基板2内的某个高度位置的平面上，形成有第一放电电极4、第二放电电极5。第一放电电极4的前端4a与第二放电电极5的前端5a在空洞部3内相对。前端4a与前端5a相对的部分是相对部。
能利用在对陶瓷多层基板2进行烧成时会消失的树脂糊料来形成上述空洞部3。即，先将树脂糊料添加至陶瓷生片层叠体中，只要在为了获得陶瓷多层基板而进行烧成时树脂糊料消失即可。作为构成这样的树脂糊料的树脂，可使用包含能在烧成时消失的适当的树脂的糊料。作为树脂，可举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、丙烯酸树脂等。此外，也可以用碳、石蜡等在烧成时的温度下会消失的其它材料取代树脂糊料来形成空洞部。
在本实施方式中，设置辅助电极6，使得连接第一、第二放电电极4、5。如图2中所放大表示的那样，辅助电极6具有分散有表面被不具有导电性的无机材料所包覆的金属粒子6a、以及半导体陶瓷粒子6b的构造。
回到图1，在本实施方式中的空洞部3的下方，设有下部密封层10。在下部密封层10上，形成有上述辅助电极6。此外，在空洞部3的上表面侧，设有上部密封层11。下部密封层10及上部密封层11由烧结温度比构成陶瓷多层基板2的陶瓷要高的陶瓷构成。另外，并非一定要设置下部密封层10及上部密封层11。
在未图示的部分中，第一放电电极4与形成于陶瓷多层基板2外表面的第一外部电极12进行电连接。同样，在未图示的部分中，第二放电电极5与设置于陶瓷多层基板2外表面的第二外部电极13进行电连接。
本实施方式的ESD保护装置1的特征在于，第一、第二放电电极4、5包含金属和收缩抑制材料。收缩抑制材料是在为了获得陶瓷多层基板2而进行烧成时的温度下的收缩率比放电电极所包含的上述金属要小的材料。
作为上述收缩抑制材料，只要烧成时的温度下的收缩率比上述放电电极4、5所包含的金属要小即可，没有特别限定。为了能耐受烧成温度，收缩抑制材料优选为由无机物构成。进一步优选为收缩抑制材料由半导体构成。在由半导体来构成收缩抑制材料的情况下，第一、第二放电电极4、5的导电性不容易降低。作为半导体，也可以使用以下材料：即，碳化钛、碳化锆、碳化钼、碳化钨等碳化物；氮化钛、氮化锆、氮化铬、氮化钒、氮化钽等氮化物；硅化钛、硅化锆、硅化钨、硅化钼、硅化铬等硅化物；硼化钛、硼化锆、硼化铬、硼化镧、硼化钼、硼化钨等硼化物；以及氧化锌、钛酸锶等氧化物。另外，在这些半导体中，可以只使用一种，也可以并用两种以上。
但是，收缩抑制材料也可以是氧化铝等绝缘性材料。
在本实施方式的ESD保护装置1中，含有上述收缩抑制材料，因此，在为了获得陶瓷多层基板2而进行烧成时，第一、第二放电电极4、5不容易发生收缩。因此，第一放电电极4的前端4a与第二放电电极5的前端5a之间的间隙在烧成时不容易扩大。由此，能抑制放电开始电压的上升。进而，能可靠地提供放电开始电压较低的ESD保护装置1。
另外，在本实施方式中，由于设有上述辅助电极6，因此，还能利用该辅助电极6来降低放电开始电压。
在本实施方式中，如图2中所放大表示的那样，上述辅助电极6具有分散有表面被不具有导电性的无机材料所包覆的金属粒子6a、以及半导体陶瓷粒子6b的构造。利用这样的分散构造，来构成辅助电极6。具体而言，将包含表面被不具有导电性的无机材料所包覆的金属粒子6a、半导体陶瓷粒子6b及粘合剂的糊料进行印刷，并进行煅烧，从而能形成辅助电极6。
此外，上述辅助电极6也可以只包含被不具有导电性的无机材料所包覆的导电性材料，在这种情况下，也能有效降低放电开始电压。优选为如上所述那样，辅助电极6包含被不具有导电性的无机材料所包覆的导电性材料、以及陶瓷材料，进一步优选为如上所述那样，包含被不具有导电性的无机材料所包覆的导电性材料、以及半导体陶瓷。由此，能更进一步降低放电开始电压。
此外，在图1中，示出了第一放电电极4和第二放电电极5、即一对放电电极4、5，但在本发明中的ESD保护装置中，也可以配置有多对放电电极。根据本发明，即使在这种情况下，只要各放电电极含有收缩抑制材料，则也能有效降低放电开始电压。
而且，在ESD保护装置1中，在陶瓷多层基板2的一个高度位置上，第一、第二放电电极4、5相对，但也可以设置成在多个高度位置上分别有至少一对放电电极相对。即，除了第一、第二放电电极4、5以外，也可以设置在其它高度位置上相对的放电电极对。
关于构成上述陶瓷多层基板的陶瓷材料，并不局限于BAS材料，可以适当运用在镁橄榄石中添加玻璃而得的材料、在CuZrO3中添加玻璃而得的陶瓷等。
辅助电极6所使用的半导体材料并不局限于碳化硅，也可以使用碳化钛等碳化物、氮化钛等氮化物、硅化钛等硅化物、硼化钛等硼化物、氧化钛等氧化物。另外，半导体陶瓷可以只使用一种，也可以并用两种以上。
另外，关于形成放电电极4、5、外部电极的金属材料没有特别限定。并不局限于Cu，也可以使用Ag、Pd、Pt、Al、Ni、W或以这些金属为主体的合金。此外，作为电极材料，也可以使用SiC等半导体材料。
关于包覆上述导电材料的非导电性的材料，只要不具有导电性即可，没有特别限定。优选为使用无机材料。作为无机材料，可以举出Al2O3、Zr2O3、SiO2等。或者，也可以使用BAS材料等的混合剂。
接着，对具体的实验例进行说明。
(陶瓷生片)
准备由以Ba、Al及Si为中心的成分所构成的材料、即BAS材料，来作为陶瓷材料。将甲苯作为有机溶剂而添加混合入构成BAS材料的陶瓷粉末，并添加混合粘合剂及增塑剂，得到浆料。利用刮刀法将所得到的浆料进行成形，得到厚度为50μm的母陶瓷生片。
(辅助电极用糊料)
将被Al2O3所包覆的平均粒径约为2μm的Cu粉末与平均粒径约为0.5μm的SiC粉以重量比1比10的比例进行混合，进一步添加粘合剂树脂及溶剂并进行混合。由此，得到辅助电极用糊料。此外，在该辅助电极用糊料中，将各成分进行混合，使得粘合剂树脂和溶剂占20重量％，Cu粉末及SiC粉末占剩余的80重量％。
(放电电极用糊料)
以下述表1所示的比例称量平均粒径约为2μm的Cu粉末、以及作为收缩抑制材料的无机粉末即Al2O3粉末，进一步添加粘合剂树脂和有机溶剂并进行混合，得到糊料No1～10的放电电极用糊料。此外，所使用的Al2O3粉末的平均粒径约为0.5μm。
在如上所述那样所获得的放电电极用糊料中，粘合剂树脂及有机溶剂占20重量％，剩余的80重量％由Cu粉末及Al2O3粉末构成。
[表1]
(空洞形成用糊料)
作为用于形成空洞部3的树脂糊料，使用将40重量％的平均粒径1μm的交联丙烯酸树脂颗粒(crosslinked acrylic resin beads)、以及60重量％的由乙基纤维素溶解于二氢松香醇醋酸酯(dihydroterpinyl acetate)而制备成的有机载体进行混合并进行混炼而形成的糊料。
(制造工序)
在以下制造工序中，在母陶瓷生片的状态下进行至获得各个ESD保护装置的陶瓷多层基板单位的层叠体为止的工序。
即，利用丝网印刷在母陶瓷生片上印刷辅助电极用糊料。接着，印刷放电电极用糊料，以形成第一、第二放电电极部分。这里，印刷放电电极用糊料，使得放电电极的宽度为100μm，第一、第二放电电极间的间隙的尺寸为30μm。进而，涂布用于形成空洞部的树脂糊料。
然后，在印刷有上述辅助电极用糊料、第一、第二放电电极用糊料及树脂糊料的陶瓷生片的上下层叠多片母陶瓷生片并进行压接。由此，得到厚度为0.3mm的母层叠体。
沿厚度方向对上述母层叠体进行切割，以得到各个ESD保护装置单位的陶瓷层叠体。由此，得到1.0mm×0.5mm×厚度0.3mm的陶瓷层叠体。然后，在陶瓷层叠体的两端面涂布用于形成外部电极的导电糊料。
接着，在氮气中对上述陶瓷层叠体进行烧成，得到ESD保护装置1。即，对陶瓷层叠体进行烧成，得到陶瓷多层基板2，并使树脂糊料消失，从而形成空洞部3。另外，通过烧成来对辅助电极用糊料及放电电极用糊料进行煅烧，形成辅助电极6和第一、第二放电电极4、5。
如上所述，制成ESD保护装置。
此外，作为放电电极用糊料，分别使用上述表1所记载的糊料编号1～10，来制成试料编号1～10的ESD保护装置。
对各100个如上所述那样得到的ESD保护装置的放电响应性进行评价。即，通过IDC61000-4-2所规定的抗静电放电试验，来对放电响应性进行评价。根据保护电路侧所检测出的峰值电压的大小，利用以下评价标记来进行判定。结果如下表2中所示。
△：峰值电压为700V以上，放电响应性良好
○：峰值电压为500V以上小于700V，放电响应性更良好
◎：峰值电压小于500V，放电响应性特别良好
另外，在将用于形成第一、第二放电电极的放电电极用糊料印刷至陶瓷生片之后，对6处的放电电极间的间隙的尺寸进行实际测定，求出平均值。即，对于设计值为30μm，求出实际印刷后的印刷后间隙的尺寸。结果如下表2中所示。
此外，提取出烧成后最终所获得的ESD保护装置各10个，通过研磨来使放大部露出。对所露出的放电电极间的间隙进行测定。求出10个间隙的平均值及最大值。结果如下表2中所示。
[表2]
如表2所明确的那样，与不含有Al2O3的情况相比，由于含有Al2O3，因此，能抑制间隙的扩大，并能提高放电响应性。此外，可知，优选为在Cu粉末与Al2O3粉末的合计100重量％中，Al2O3粉末为2～15重量％的范围。可以考虑到其原因在于，若在该范围内，则能抑制收缩而提高放电响应性，进而作为绝缘物的Al2O3的含有比例不会过多，因此，放电响应性良好。
标号说明
1 ESD保护装置
2 陶瓷多层基板
3 空洞部
4、5 放电电极
4a、5a 前端
6 辅助电极
6a 金属粒子
6b 半导体陶瓷粒子
10 下部密封层
11 上部密封层
12 第一外部电极
13 第二外部电极

Claims (4)

1.一种ESD保护装置，其特征在于，包括：
陶瓷多层基板；以及
第一、第二放电电极，该第一、第二放电电极设置于所述陶瓷多层基板的某个高度位置，使得前端彼此相对，
所述第一、第二放电电极包含金属、以及在为了获得陶瓷多层基板而进行烧成时的温度下的收缩率小于该金属的收缩抑制材料，
所述收缩抑制材料由烧结温度比所述第一、第二放电电极所含有的金属要高的无机物构成，所述收缩抑制材料是绝缘性材料。
2.如权利要求1所述的ESD保护装置，其特征在于，
所述ESD保护装置还包括辅助电极，该辅助电极配置于所述陶瓷多层基板内，使得所述第一放电电极与所述第二放电电极相连，该辅助电极包含被绝缘性材料所包覆的导电性材料。
3.如权利要求2所述的ESD保护装置，其特征在于，
所述辅助电极还包含陶瓷材料。
4.如权利要求3所述的ESD保护装置，其特征在于，
所述陶瓷材料是半导体陶瓷。
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