CN106463912B - 静电放电保护设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可抑制以制造工序中气体产生为起因的裂缝的产生以及放电电极的剥离并具有良好的放电特性的ESD保护设备。静电放电保护设备包括：陶瓷基材；第一以及第二外部电极，它们设置于陶瓷基材的外表面；空洞部，其设置于陶瓷基材的内部；第一放电电极，其第一端部与第一外部电极电连接，其第二端部配置于空洞部内；第二放电电极，其第一端部与第二外部电极电连接，其第二端部在空洞部内与第一放电电极隔离配置；以及放电辅助电极，其配置于第一放电电极的第二端部与第二放电电极的第二端部之间，含有碳化硅，陶瓷基材中的碱金属元素含量为3重量％以下。

Description

静电放电保护设备
技术领域
本发明涉及保护电子设备免受因静电放电而导致的破坏的静电放电保护设备。
背景技术
以往，广泛地使用用于抑制因静电放电(ESD：electro-static discharge)而导致的电子设备的破坏的静电放电保护设备(ESD保护设备)。
例如，专利文献1记载有一种具有陶瓷多层基板、形成于陶瓷多层基板并以隔开间隔的方式相互对置的至少一对放电电极、以及形成于陶瓷多层基板的表面并与放电电极连接的外部电极的ESD保护设备，该ESD保护设备的特征在于，在连接一对放电电极之间的区域具备金属材料与半导体材料分散而成的辅助电极。专利文献1所记载的ESD保护设备具备连接放电电极之间的辅助电极，由此容易进行ESD特性的调整以及稳定化。
另外，专利文献2记载有一种ESD保护设备，其特征在于，具备：陶瓷基材，其具有玻璃成分；对置电极，其在陶瓷基材的内部具备以前端部相互隔开间隔地对置的方式形成的一侧对置电极和另一侧对置电极；以及放电辅助电极，其分别与结构对置电极的一侧对置电极以及另一侧对置电极连接，并以从一侧对置电极遍及另一侧对置电极的方式配设，在放电辅助电极与陶瓷基材之间具备用于防止玻璃成分从陶瓷基材浸入放电辅助电极的密封层。
专利文献1:国际公开第2010/067503号
专利文献2:国际公开第2011/040435号
专利文献1以及2记载有在设置于陶瓷基材中的空洞部内一对放电电极对置配置的ESD保护设备。若对具有这样的结构的ESD保护设备外加一定的值以上的电压，则在放电电极的对置的部分产生气中放电以及沿面放电。因此，ESD保护设备的放电特性根据放电电极间的分离距离以及空洞部的体积来决定。因此，为了稳定地体现规定的ESD保护性能，稳定地形成放电电极间的距离以及空洞部的体积是有效的。
通过在一对放电电极的对置的部分设置放电辅助电极，能够促进放电电极间的电子的移动而高效地产生放电现象，从而提高ESD响应性。作为放电辅助电极，公知有包含金属材料以及/或者半导体材料的电极(专利文献1)。但是，在放电辅助电极作为半导体材料而包含碳化硅(SiC)的情况下，在ESD保护设备的制造工序中，因气体产生而引起的空洞部体积的膨胀，从而有时会产生空洞部变形的问题。由于这样的空洞部的变形，存在ESD保护设备产生裂缝以及放电电极剥离的担忧。放电电极的剥离带来放电电极间距离的增大，其结果，可降低ESD保护设备的放电特性。而且，有时也不显示放电特性。
发明内容
本发明的目的在于提供可抑制以制造工序的气体产生为起因的裂缝的产生以及放电电极的剥离，并具有良好的放电特性的静电放电保护设备。
本发明人反复研究得出结果：发现了上述的气体产生是以包含于陶瓷基材的碱金属与SiC的反应为起因的。而且，本发明者发现了通过降低陶瓷基材中的碱金属元素含量能够抑制气体产生以及以此为起因的裂缝的产生以及放电电极的剥离，从而完成了本发明。
根据本发明的第一主旨，提供一种静电放电保护设备，其包括：陶瓷基材；
第一以及第二外部电极，它们设置于陶瓷基材的外表面；
空洞部，其设置于陶瓷基材的内部；
第一放电电极，其第一端部与第一外部电极电连接，第二端部配置于空洞部内；
第二放电电极，其第一端部与第二外部电极电连接，第二端部在空洞部内与第一放电电极隔离配置；以及
放电辅助电极，其配置于第一放电电极的第二端部与第二放电电极的第二端部之间，并含有碳化硅，
陶瓷基材中的碱金属元素含量为3重量％以下。
根据本发明的第二主旨，提供一种静电放电保护设备，其包括：陶瓷基材；
第一以及第二外部电极，它们设置于陶瓷基材的外表面；
空洞部，其设置于陶瓷基材的内部；
第一放电电极，其第一端部与第一外部电极电连接，第二端部配置于空洞部内；
第二放电电极，其第一端部与第二外部电极电连接，第二端部在空洞部内与第一放电电极隔离配置；以及
放电辅助电极，其配置于第一放电电极的第二端部与第二放电电极的第二端部之间，并含有碳化硅，
密封层设置在放电辅助电极与陶瓷基材之间的区域的至少一部分，
陶瓷基材中的碱金属元素的含量为5重量％以下。
本发明通过具有上述结构，可抑制以制造工序的气体产生为起因的裂缝的产生以及放电电极的剥离，从而能够得到具有良好的放电特性的静电放电保护设备。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的ESD保护设备的结构的简要剖视图。
图2是表示本发明的第一实施方式的ESD保护设备的外部电极的配置的一个例子的立体图。
图3是本发明的第一实施方式的ESD保护设备的外部电极的配置的另一个例子的立体图。
图4是表示本发明的ESD保护设备的放电电极的配置的一个例子的简要俯视图。
图5是表示本发明的ESD保护设备的放电电极的配置的另一个例子的简要俯视图。
图6是表示本发明的ESD保护设备的放电电极的配置的另一个例子的简要剖视图。
图7是表示本发明的ESD保护设备的放电辅助电极的形态的一个例子的放大剖视图。
图8是表示本发明的第二实施方式的ESD保护设备的结构的简要剖视图。
图9是表示本发明的第二实施方式的ESD保护设备的变形例的结构的简要剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。其中，以下所示的实施方式将例示作为目的，本发明不限定于以下的实施方式。
[第一实施方式]
图1示出本发明的第一实施方式的静电放电保护设备(ESD保护设备)的简要剖视图。图1所示的ESD保护设备1包括：陶瓷基材10；第一外部电极21以及第二外部电极22(总称外部电极20)，它们设置于陶瓷基材10的外表面；空洞部30，其设置于陶瓷基材10的内部；第一放电电极41，其第一端部与第一外部电极21电连接，第二端部配置于空洞部30内；第二放电电极42(将第一以及第二放电电极总称为放电电极40)，其第一端部与第二外部电极22电连接，第二端部在空洞部30内与第一放电电极41隔离配置；以及放电辅助电极50，其配置于第一放电电极41的第二端部与第二放电电极42的第二端部之间，并含有碳化硅。
(陶瓷基材)
作为陶瓷基材10，也可以适当地使用常规的陶瓷材料。具体而言，作为陶瓷基材10，例如能够使用包含Ba、Al、Si作为主成分的低温同时烧成陶瓷(LTCC：Low TemperatureCofirable Ceramics)。
本实施方式中，陶瓷基材中的碱金属元素含量为3重量％以下。对于陶瓷基材而言，碱金属元素通常为了降低陶瓷材料的软化点而被添加。作为碱金属元素，例如可举出Li、Na、K等。
包含于陶瓷基材10中的碱金属元素有时在制造工序中的烧制时挥发以及扩散，从而存在侵入放电辅助电极50内的担忧。另一方面，包含于放电辅助电极50的SiC是在粒子表面存在SiO2作为氧化覆膜因此反应性低且稳定的化合物。碱金属元素使该SiO2的结合构造的间隙扩大而进行破坏，存在显示出促进氧的内侧扩散的动作。因此，在陶瓷基材10中存在大量的碱金属元素的情况下，在烧制时，陶瓷基材10中的碱金属元素侵入放电辅助电极50中，由此SiO2的氧化覆膜的至少一部分被破坏，其结果是，产生SiC的分解反应，存在产生CO2气体的担忧。若CO2气体大量产生，则可引起空洞部30的膨胀以及变形，由此产生裂缝。另外，在未达到产生裂缝的情况下，若引起空洞部30的变形，则放电电极41以及42可能从放电辅助电极50剥离而导致放电电极间的距离(在图4中由43示出)增大。另外，在未达到产生剥离的情况下，也认为放电电极41以及42与放电辅助电极50之间的固定力变弱。ESD保护设备的放电特性由于放电电极间距离的增大以及空洞部的体积膨胀而降低，另外，放电电极41以及42与放电辅助电极50的固定力变弱而使得疲劳耐性降低。而且，考虑可能会不显示作为ESD保护设备的特性。
通过使陶瓷基材10中的碱金属元素含量成为3重量％以下，可抑制上述的CO2气体产生，能够防止裂缝的产生以及放电电极的剥离。其结果是，能够得到放电特性良好的ESD保护设备。陶瓷基材中的碱金属元素含量优选为0.1～1重量％。通过使碱金属元素含量成为1重量％以下，能够进一步抑制气体产生，从而能够得到放电特性更好的ESD保护设备。若碱金属元素含量为0.1重量％以上，则能够充分发挥基于碱金属元素的添加的效果(软化点的降低等)。
陶瓷基材10中的碱金属元素的含量能够通过常规的方法适当地测定。具体而言，例如，能够通过原子吸收光谱分析法(AAS)、电感耦合等离子体(ICP)发射光谱分析法等来测定。碱金属元素的定量优选使用ICP发射光谱分析法。本说明书中，陶瓷基材10中的碱金属元素的含量意味着在陶瓷基材10的主要部分中被定量的值。
(外部电极)
第一外部电极21以及第二外部电极22设置于陶瓷基材10的外表面。作为第一外部电极21以及第二外部电极22中能够使用的金属材料，例如可举出Cu、Ag、Pd、Ni等的合金，或将这些组合的材料。金属材料可以是粒子状，也可以是例如球状、扁平状等，或者是这些的组合。也可以对第一外部电极21以及第二外部电极22除了金属材料之外添加玻璃材料。作为玻璃材料，可以单独使用一种，也可以将软化点不同的玻璃材料组合使用。第一外部电极21以及第二外部电极22可以例如图2所示，以覆盖陶瓷基材10的两端面并且沿陶瓷基材10的侧面的至少一部分延伸的方式配置，或者可以如图3所示以埋入陶瓷基材10的两端面的方式配置，但本发明不限定于这些结构。
(空洞部)
在陶瓷基材10的内部设置有空洞部30。空洞部30的尺寸以及形状只要是使得第一放电电极41的端部与第二放电电极42的端部对置的部分配置于空洞部30内那样的结构，则没有特别的限定。例如图1所示，除了上侧成为曲面的形状之外，也能够适当地选择矩形、圆柱形等形状。
(放电电极)
ESD保护设备1具备第一放电电极41以及第二放电电极42。第一放电电极41的第一端部与第一外部电极21电连接，第一放电电极41的第二端部配置于空洞部30内。第二放电电极42的第一端部与第二外部电极22电连接，第二放电电极42的第二端部配置于空洞部30内。第一放电电极41的第二端部与第二放电电极42的第二端部在空洞部30内隔离配置，在其隔离部分产生放电。
图4是表示本发明的ESD保护设备的放电电极的配置的一个例子的简要俯视图。第一放电电极41以及第二放电电极42可以如图4所示，以第一放电电极41的第二端部与第二放电电极42的第二端部对置配置的方式进行配置。图4所示的配置中，放电电极间距离43是指第一放电电极41以及第二放电电极42的端部间的距离。此外，本说明书中，“放电电极间距离”意味着放电电极与放电辅助电极接触的面上的第一放电电极与第二放电电极的最短距离。
作为其他方式，第一放电电极41以及第二放电电极42也可以不在端部对置，可以如图5所示，在俯视下相互平行地配置。在图5所示的配置中，第一放电电极41以及第二放电电极42配置为：第一放电电极的第一端部与第二端部之间的侧部同第二放电电极的第一端部与第二端部之间的侧部在俯视下以局部对置的方式配置。该结构中，放电电极间距离43是指第一放电电极41以及第二放电电极42的侧部间的距离。
此外，在图4以及5所示的结构中，空洞部30具有俯视下大于放电辅助电极50的尺寸，但本发明不限定于这样的结构，也可以是空洞部30具有俯视下小于放电辅助电极50的尺寸。
作为另一个其他方式，第一放电电极41以及第二放电电极42可以图6所示在高度方向上相互平行地配置。在图6所示的配置中，第一放电电极41以及第二放电电极42配置为：第一放电电极41的第一端部与第二端部之间的上部同第二放电电极42的第一端部与第二端部之间的下部在高度方向上以局部对置的方式配置。该结构中，放电电极间距离是指第一放电电极41的上部与第二放电电极42的下部之间的距离。放电辅助电极50如图6所示，能够在第一放电电极41与第二放电电极42对置的部分，配置于第一放电电极41的第二端部与第二放电电极42的第二端部之间。图6所示的结构包括两个放电辅助电极50。一方的放电辅助电极50可以以将第一放电电极41的第二端部与第二放电电极42的下部连接起来的方式配置，另一方的放电辅助电极50可以以将第二放电电极42的第二端部与第一放电电极41的上部连接起来的方式配置。
放电电极间距离43能够与所希望的放电特性对应地适当地设定。具体而言，放电电极间距离43例如能够设定为5～50μm。
作为能够用于第一放电电极41以及第二放电电极42的金属材料，例如可举出，Ni、Ag、Pd以及这些的合金、以及上述的任意组合。
(放电辅助电极)
放电辅助电极50配置于第一放电电极41的第二端部与第二放电电极42的第二端部之间。此外，放电辅助电极50至少在第一放电电极41的第二端部与第二放电电极42的第二端部对置的部分中存在即可。其中，放电辅助电极50除了设置于第一放电电极41的第二端部与第二放电电极42的第二端部之间，也可以设置于第一放电电极41以及第二放电电极42与陶瓷基材10之间。
放电辅助电极50含有作为半导体材料的碳化硅(SiC)。放电辅助电极50中存在SiC，由此作为放电电极间的放电，除了沿面放电以及气中放电之外，也能够产生经由放电辅助电极50的放电。通常，在经由沿面放电、气中放电以及放电辅助电极50的放电中，经由放电辅助电极50的放电的开始电压最低。因此，通过设置放电辅助电极50，能够降低放电开始电压。其结果，能够抑制ESD保护设备1的绝缘破坏，另外，能够提高ESD保护设备1的响应性。
SiC的平均粒径优选为0.1～5μm。若SiC的平均粒径为0.1μm以上，则能够得到良好的ESD放电特性。若SiC的平均粒径为5μm以下，则能够得到良好的绝缘耐性。另外，放电辅助电极50的SiC的含量优选为15～70重量％。若SiC的含量为15重量％以上，则能够进一步提高绝缘耐性。若SiC的含量为70重量％以下，则能够进一步提高ESD放电特性。
放电辅助电极50除了SiC之外，也可以进一步包含金属材料等导体材料、SiC以外的半导体材料、陶瓷材料以及它们的任意的组合。在放电辅助电极50中，包含SiC粒子的各材料各自分散存在，作为整体具有绝缘性即可。作为一个例子，图7示出包含与陶瓷基材10相同种类的陶瓷材料与SiC的放电辅助电极50的示意图。图7中，放电辅助电极50中的SiC粒子51以粒状分散在陶瓷材料(未图示)中。
作为导体材料，能够使用Cu、Ag、Pd、Pt、Al、Ni、W、Mo、它们的合金以及它们的任意的组合等，但不限定于此。导体材料粒子的直径能够成为例如0.1μm～3μm左右。作为其他方式，可以使用通过无机材料对导体材料粒子的表面进行了涂层的材料。作为涂层所使用的无机材料，例如能够使用Al2O3等无机氧化物、陶瓷材料(包含陶瓷基材的结构要素的材料等)。
作为SiC以外的半导体材料，能够使用例如碳化钛、碳化锆、碳化钼或碳化钨等碳化物、氮化钛、氮化锆、氮化铬、氮化钒或氮化钽等的氮化物、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、氧化锌、钛酸锶等氧化物等，但不限定于此。
作为陶瓷材料，能够使用包含与陶瓷基材10的成分的一部分或者全部相同的材料。通过成为这样的结构，容易使放电辅助电极50的收缩动作等与陶瓷基材10的收缩动作等匹配，放电辅助电极50朝陶瓷基材10的紧贴性提高，难以产生烧制时的放电辅助电极50的剥离。另外，ESD疲劳耐性也提高。另外，能够减少使用的材料的种类，由此能够减少制造成本。其中，陶瓷材料不限定于上述材料，能够适当地使用各种陶瓷材料。
放电辅助电极50可以进一步包含氧化铝等绝缘性粒子。
[第二实施方式]
接下来，以下参照图8对本发明的第二实施方式的ESD保护设备进行说明。图8是表示本发明的第二实施方式的ESD保护设备的结构的简要剖视图。图8所示的ESD保护设备1包括：陶瓷基材10；第一外部电极21以及第二外部电极22，它们设置于陶瓷基材10的外表面；空洞部30，其设置于陶瓷基材10的内部；第一放电电极41，其第一端部与第一外部电极21电连接、第二端部配置于空洞部30内；第二放电电极42，其第一端部与第二外部电极22电连接、第二端部在空洞部30内与第一放电电极41隔离配置；以及放电辅助电极50，其配置于第一放电电极41的第二端部与第二放电电极42的第二端部之间并含有碳化硅，密封层60设置于放电辅助电极50与陶瓷基材10之间的区域的至少一部分。以下，以与第一实施方式的不同点为中心对第二实施方式进行说明，只要没有特别说明，则适用与第一实施方式相同的说明。
(密封层)
本实施例中，密封层60设置于放电辅助电极50与陶瓷基材10之间的区域。密封层60用于防止陶瓷基材10中的碱金属元素侵入放电辅助电极50中。作为密封层60，只要与陶瓷基材10的反应性低，则没有特别限定而能够适当地使用。具体而言，例如，密封层60可以将Al2O3作为主成分。密封层60的厚度优选为3～20μm。若密封层60的厚度为3μm以上，则能够有效地防止陶瓷基材10中的碱金属元素朝放电辅助电极50中的侵入。若密封层60的厚度为20μm以下，则能够有效地抑制以密封层60与陶瓷基材10的收缩动作差为起因的变形、裂缝的产生。
本实施例中，陶瓷基材10中的碱金属元素的含量为5重量％以下。密封层60设置于放电辅助电极50与陶瓷基材10之间的区域的至少一部分，由此碱金属元素朝放电辅助电极50中的扩散量减少，因此即使在陶瓷基材10中的碱金属元素的含量超过3重量％的情况下，只要含量为5重量％以下，则能够防止裂缝的产生以及放电电极40的剥离，从而能够得到具有良好的放电特性的ESD保护设备。
陶瓷基材中的碱金属元素含量优选为0.1～3重量％。使碱金属元素含量成为3重量％以下，由此能够进一步抑制气体产生，能够得到放电特性更好的ESD保护设备。若碱金属元素含量为0.1重量％以上，能够充分发挥基于碱金属元素的添加的效果(软化点的降低等)。
如图9所示，密封层60优选实际覆盖空洞部30的内表面全体。密封层60不仅设置于放电辅助电极50与陶瓷基材10之前的区域，还基本覆盖空洞部30的内表面全体，由此能够有效地防止在烧制时产生的来自陶瓷基材10内的碱金属元素的挥发成分经由空洞部30内而侵入放电辅助电极50内。其结果是，能够进一步有效地防止裂缝的产生以及放电电极40的剥离，从而能够得到具有更好的放电特性的ESD保护设备。
[ESD保护设备的制造方法]
以下对ESD保护设备的制造方法的一个例子进行说明，但本发明不限定于以下所示的方法。
(1)陶瓷胚片的制备
制备用于形成陶瓷基材的陶瓷胚片。
以碱金属元素的含量成为3重量％以下(形成密封层的情况下为5重量％以下)的方式对形成陶瓷基材的陶瓷材料的各原料进行调配以及混合，以800～1000℃煅烧。通过氧化锆球磨机对得到的煅烧粉末进行十二小时粉碎，得到陶瓷粉末。此外，将陶瓷材料中的碱金属含量看作与完成品的ESD保护设备的陶瓷基材中的碱金属元素含量实际上相同也无妨。在该陶瓷粉末加入甲苯、EKINEN等有机溶剂而混合。在该混合物添加粘合剂、增塑剂等而进一步混合得到浆料。通过刮片法使该浆料成形，得到规定的厚度的陶瓷胚片。
(2-1)放电辅助电极糊料的制备
制备用于形成放电辅助电极的放电辅助电极糊料。
将规定的平均粒径的SiC粉末、根据情况导体材料SiC以外的半导体材料以及/或者陶瓷材料、以及在松油醇等的有机溶剂中溶解基纤维素等粘合剂而得到的有机载体以规定的比例调配，使用三个滚子等混合由此制备放电辅助电极糊料。
(2-2)放电电极糊料的制备
制备用于形成放电电极的放电电极糊料。
将规定的平均粒径的Cu粉末、与在松油醇等有机溶剂中溶解乙基纤维素等粘合剂而得到的有机载体以规定的比例调配，使用三个滚子等混合由此制备放电电极用糊料。
(2-3)空洞部形成糊料的制备
制备用于形成空洞部的空洞部形成糊料。作为空洞部形成糊料，能够使用烧制时分解而消失的树脂，例如能够使用PET、聚丙烯、乙基纤维素、丙烯酸树脂等。
具体而言，作为一个例子，将规定的平均粒径的交联的丙烯酸类树脂珠粒、与在松油醇等的有机溶剂中溶解乙基纤维素等粘合剂而得到的有机载体以规定的比例调配，使用三个滚子等混合由此制备空洞部形成糊料。
(2-4)外部电极糊料的制备
制备用于形成外部电极的外部电极糊料。
将规定的平均粒径的Cu粉末、具有规定的转移点、软化点以及平均粒径的碱硼硅酸盐玻璃料、以及在松油醇等的有机溶剂中溶解基纤维素等的粘合剂而得到的有机载体以规定的比例调配，使用三个滚子等混合，由此制备外部电极用糊料。
(2-5)密封层糊料的制备
在制造具备密封层的ESD保护设备的情况下，制备用于形成密封层的密封层糊料。
通过将规定的平均粒径2um的Al2O3粉末与有机载体混合来制备密封层糊料。
(3)各糊料的涂覆
在第一陶瓷胚片上以规定的图案涂覆放电辅助电极糊料。接下来，以一对放电电极糊料在放电辅助电极糊料上以规定的放电电极间距离对置的方式以规定的图案涂覆放电电极糊料。最后，以覆盖放电电极糊料的对置部分的方式以规定的图案涂覆空洞部形成糊料。作为各糊料的涂覆方法，能够使用丝网印刷等的方法。此外，在各糊料的涂覆厚度较厚的情况下等，也可以在预先设置于陶瓷胚片的凹部以依次填充各糊料的方式进行各糊料的涂覆。
在制造具备密封层的ESD保护设备的情况下，以下述的顺序涂覆各糊料。
在第一陶瓷胚片上以规定的图案涂覆密封层糊料。在该密封层糊料上以规定的图案涂覆放电辅助电极糊料。接下来，以一对放电电极糊料在放电辅助电极糊料上以规定的放电电极间距离对置的方式以规定的图案涂覆放电电极糊料。接下来，以覆盖放电电极糊料的对置部分的方式以规定的图案涂覆空洞部形成糊料。最后，以覆盖空洞部形成糊料的方式以规定的图案涂覆密封层糊料。最后的密封层糊料也可以省略。
(4)层叠以及压焊
在如上述那样依次涂覆了放电辅助电极糊料、放电电极糊料以及空洞部形成糊料的第一陶瓷胚片上层叠第二陶瓷胚片，从而以整体的厚度成为规定的厚度方式压焊而得到层叠体。
(5)烧制
利用微型切削刀具将得到的层叠体切割为规定的尺寸而成为芯片，在氮气环境下以900～1000℃进行90分钟烧制。在电极材料是Ag等烧制时不被氧化的材料的情况下，也可以在大气环境下烧制。通过烧制，空洞部形成糊料分解挥发，形成空洞部。另外，通过烧制，存在于陶瓷胚片以及各糊料中的有机溶剂以及粘合剂也分解挥发。
(6)外部电极的形成
通过在烧制的芯片的两端涂覆并烧接外部电极糊料而形成外部电极。而且，在外部电极上实施电解Ni-Sn电镀而完成ESD保护设备。
这样得到的ESD保护设备可防止裂缝的产生以及放电电极的剥离，显示出良好的放电特性。
实施例1
关于本发明的第一实施方式的ESD保护设备，以下述的顺序制成试料1～7的ESD保护设备。
[试料1]
以下述的(1)～(6)的顺序制成试料1的ESD保护设备。
(1)陶瓷胚片的制备
作为构成陶瓷基材的材料，制备了含有Si以及Al作为主成分，包含不含有碱金属元素的LTCC(低温烧制陶瓷)的陶瓷胚片。以使LTCC的各原料成为规定的组成的方式进行调配以及混合，以800～1000℃进行了两小时煅烧。利用氧化锆球磨机对得到的煅烧粉末进行十二小时粉碎，得到陶瓷粉末。在该陶瓷粉末45重量份，作为有机溶剂加入甲苯35重量份以及EKINEN10重量份而进行混合。在该混合物加入粘合剂5重量份以及增塑剂5重量份而进一步混合，得到浆料。通过刮片法使该浆料成形，得到厚度50μm的第一以及第二陶瓷胚片。
(2-1)放电辅助电极糊料的制备
对平均粒径0.5μm的SiC粉末5重量份、在无机材料进行了涂层的粒径Cu粉末50重量份、以及在松油醇中以重量10％溶解乙基纤维素(注册商标)树脂而得到的有机载体45重量份进行调配，使用三个滚子混合由此制备了放电辅助电极糊料。
(2-2)放电电极糊料的制备
对平均粒径1μm的Cu粉末40重量份、平均粒径3μm的Cu粉末40重量份、以及在松油醇中以重量10％溶解乙基纤维素而得到的有机载体20重量份进行调配，使用三个滚子而混合，由此制备了放电电极用糊料。
(2-3)空洞部形成糊料的制备
对平均粒径1μm的架桥丙烯酸树脂珠粒40重量份、与在松油醇中溶解重量10％乙基纤维素树脂而得到的有机载体60重量份进行调配，使用三个滚子混合由此制备了空洞部形成糊料。
(2-4)外部电极糊料的制备
对平均粒径1μm的Cu粉末75重量份、转移点620℃软化点720℃平均粒径1μm的碱硼硅酸盐玻璃料10重量份、以及在松油醇中溶解重量30％乙基纤维素而得到的有机载体15重量份进行调配，使用三个滚子混合由此制备外部电极用糊料。
(3)各糊料的涂覆
在第一陶瓷胚片上以长度300μm、宽度200μm、厚度10μm的形状涂覆了放电辅助电极糊料。接下来，以长度600μm、宽度100μm、厚度5μm的一对放电电极糊料在放电辅助电极糊料上在长度方向上对置那样的形状涂覆了放电电极糊料。对置的一对放电电极糊料间的距离以15μm设定。最后，以覆盖放电电极糊料的对置部分的方式以长度300μm、宽度100μm、厚度10μm的形状涂覆空洞部形成糊料。
(4)层叠以及压焊
如上述那样放电辅助电极糊料，在依次涂覆了放电电极糊料以及空洞部形成糊料的第一陶瓷胚片上层叠第二陶瓷胚片，以整体的厚度成为0.3mm的方式进行压焊而得到层叠体。
(5)烧制
利用微型切削刀具将得到的层叠体切割为1.0mm×0.5mm的尺寸而成为芯片，在氮气环境下以900～1000℃烧制90分钟。
(6)外部电极的形成
通过在烧制的芯片的两端涂覆并烧接外部电极糊料而形成外部电极。而且，在外部电极上实施电解Ni-Sn电镀而完成ESD保护设备。
[试料2～7]
除了使用作为碱金属元素而含有下述的表1所示的量的锂的陶瓷粉末而制备了第一以及第二陶瓷胚片以外，以与试料1相同的顺序制成试料2～7的ESD保护设备。含有锂的陶瓷粉末通过将包含表1所示的量的锂的LTCC的各原料进行调配以及混合，并在800～1000℃煅烧来制备。
(陶瓷基材中的碱金属含量)
通过ICP发射光谱分析法测定出得到的试料1～7的ESD保护设备中的陶瓷基材中的锂浓度。将陶瓷基材的主要部分在酸中溶解而作为样本进行了测定。其结果，可确认陶瓷基材中的锂浓度与作为陶瓷基材的原料的陶瓷粉末中的锂浓度实际上相同(即，表1所示的值)。
针对试料1～7的ESD保护设备，进行了下述的评价。
(有无产生放电电极的剥离以及裂缝)
利用金属显微镜、扫描电子显微镜(SEM)观察ESD保护设备的剖面，由此对有无放电电极的剥离以及有无产生以空洞部的膨胀为起因的裂缝进行了评价。将观察出放电电极的剥离评价为“不良(×)”，将未观察出剥离评价为“良(○)”，将确认出裂缝的产生评价为“不良(×)”，将未确认出裂缝的产生评价为“良(○)”。另外，针对各试料，确认出放电电极间距离为30μm。
(放电特性试验)
基于国际电工委员会(IEC)规定的规格IEC61000-4-2对ESD保护设备的放电特性进行了评价。在接触放电8kV的条件下，对峰值电压值(Vpeak)以及从波峰值起30ns后的电压值(Vclamp)进行了测定。接触放电的外加次数针对各试料为20次。针对Vpeak，将700V以上评价为“不良(×)”，将500V以上且不足700V评价为“可(△)”，将不足500V评价为“良(○)”。另外，针对Vclamp，将“Vclamp＜100V”的次数不足10次评价为“不良(×)”，将10～19次评价为“可(△)”，将20次评价为“良(○)”。
下述的表1示出以上的结果。此外，作为综合判定，将一个以上的项目为“不良(×)”的情况评价为“不良(×)”，将全部项目为“可(△)”的情况评价为“可(△)”，将没有“不良(×)”的项目，且“良(○)”以及“可(△)”的项目分别为一个以上的情况评价为“良(○)”，将全部的项目为“良(○)”的情况评价为“非常良好(◎)”。
表1：
对于陶瓷基材中的锂含量(碱金属元素含量)为0～3重量％的试料1～4的ESD保护设备而言，放电电极沿着放电辅助电极存在，未观察到放电电极的剥离。放电电极间距离在试料1～4的任一个中几乎相同。另外，在试料1～4的ESD保护设备中，未观察出裂缝等形状不良以及构造缺陷。由此可认为这是由于抑制了以放电辅助电极中的碳化硅的分解反应为起因的气体产生，其结果是，空洞部的膨胀较轻微。与此相对，在锂含量为5重量％以上的试料5～7的ESD保护设备中，观察出存在放电电极的剥离以及裂缝的产生。可认为这是由于以放电辅助电极中的碳化硅的分解反应为起因的气体产生，从而使空洞部过度膨胀。
另一方面，若着眼于放电特性，则对于陶瓷基材的锂含量为0～1重量％的试料1～3的ESD保护设备而言，Vpeak以及Vclamp双方被判定为“良(○)”，锂含量为3重量％的试料4的ESD保护设备被判定为“可(△)”。根据其结果，可知若陶瓷基材的锂含量(碱金属元素含量)为3重量％以下，则ESD保护设备的放电特性提高，若为1重量％以下则放电特性进一步提高。
若根据各特性综合地进行判断，则可知在第一实施方式的ESD保护设备中，陶瓷基材中的锂含量(碱金属元素含量)优选为3重量％以下，更优选为1重量％以下。
实施例2
关于本发明的第二实施方式的ESD保护设备，以下述的顺序制成了试料8～14的ESD保护设备。
[试料8]
以与试料1相同的顺序，制备第一以及第二陶瓷胚片、放电辅助电极糊料、放电电极糊料、空洞部形成糊料以及外部电极糊料。
通过将平均粒径2μm的Al2O3粉末与有机载体混合而制备了密封层糊料。
在第一陶瓷胚片上以长度400μm、宽度300μm、厚度10μm的形状涂覆了密封层糊料。在该密封层糊料上以长度300μm、宽度200μm、厚度10μm的形状涂覆了放电辅助电极糊料。接下来，以长度600μm、宽度100μm、厚度5μm的一对放电电极糊料在放电辅助电极糊料上在长度方向上对置的形状涂覆了放电电极糊料。对置的一对放电电极糊料间的距离设定为15μm。接下来，以覆盖放电电极糊料的对置部分的方式并以长度300μm、宽度100μm、厚度30μm的形状涂覆了空洞部形成糊料。最后，以覆盖空洞部形成糊料的方式以长度300μm、宽度100μm、厚度10μm的形状涂覆了密封层糊料。
在像这样依次涂覆了密封层糊料、放电辅助电极糊料、放电电极糊料、空洞部形成糊料以及密封层糊料的第一陶瓷胚片上层叠第二陶瓷胚片，并以使整体的厚度成为0.3mm的方式进行压焊，从而得到层叠体。
以与试料1相同的顺序对这样得到的层叠体进行切割，烧制，形成外部电极，由此完成试料8的ESD保护设备。
[试料9～14]
除了使用作为碱金属元素而含有下述的表2所示的量的锂的陶瓷粉末而制备了第一以及第二陶瓷胚片以外，以与试料8相同的顺序制成试料9～14的ESD保护设备。含有锂的陶瓷粉末通过将包含表2所示的量的锂的LTCC的各原料进行调配以及混合，并以800～1000℃煅烧而制备。
(陶瓷基材中的碱金属含量)
利用ICP发射光谱分析法对得到的试料8～14的ESD保护设备的陶瓷基材中的锂浓度进行了测定。将陶瓷基材的主要部分在酸中溶解作为样本进行了测定。其结果是，可确认陶瓷基材中的锂浓度与作为陶瓷基材的原料的陶瓷粉末中的锂浓度基本相同(即，表2所示的值)。
针对试料8～14的ESD保护设备，以与实施例1相同的顺序，对有无产生放电电极的剥离和裂缝、以及放电特性进行了评价。表2示出结果。此外，表2的“◎”、“○”、“△”以及“×”的判定与上述的表1中的判定相同。
表2
在陶瓷基材的锂含量(碱金属元素含量)为0～5重量％的试料8～12的ESD保护设备中，放电电极沿着放电辅助电极存在，未观察到放电电极的剥离。放电电极间距离在试料8～12的任一个中几乎相同。另外，在试料8～12的ESD保护设备中，未观察到裂缝等的形状不良以及构造缺陷。由此可以认为这是由于抑制了以放电辅助电极中的碳化硅的分解反应为起因的气体产生，其结果是，空洞部的膨胀较轻微。与此相对，对于锂含量为7重量％以上的试料13以及14的ESD保护设备而言，观察了放电电极的剥离以及裂缝的产生。可以认为这是由于以放电辅助电极中的碳化硅的分解反应为起因的气体产生，从而空洞部过度膨胀。
若将实施例1与实施例2进行比较，则在未设置密封层的情况下(实施例1)，在锂含量为5重量％的试料5中观察出了放电电极的剥离以及裂缝的产生，相对于此，在设置密封层的情况下(实施例2)，在锂含量为5重量％的试料12中未观察出放电电极的剥离以及裂缝的产生。根据上述内容，可知通过设置密封层，可抑制陶瓷基材中的碱金属元素侵入放电辅助电极中，即使在陶瓷基材中的碱金属元素的含量高于5重量％的情况下，也可抑制以放电辅助电极中的碳化硅的分解反应为起因的气体产生以及以此为起因的空洞部的膨胀。
另一方面，若着眼于放电特性，则对于陶瓷基材的锂含量为0～3重量％的试料8～11的ESD保护设备而言，Vpeak以及Vclamp双方被判定为“良(○)”，锂含量为5重量％的试料12的ESD保护设备被判定为“可(△)”。根据其结果，可知若陶瓷基材的锂含量(碱金属元素含量)为5重量％以下，则ESD保护设备的放电特性提高，若为3重量％以下则放电特性进一步提高。另外，若将实施例1与实施例2比较，则通过设置于密封层，由此在陶瓷基材中的碱金属元素的含量高于5重量％的情况下，能够实现充分的放电特性。
若根据各特性综合地判断，则可知在第二实施方式的ESD保护设备中，优选陶瓷基材中的锂含量(碱金属元素含量)为5重量％以下，更优选3重量％以下。
工业上的利用可能性
本发明的ESD保护设备能够稳定地显示出良好的放电特性，能够有效地防止以ESD为起因的电子设备的损伤以及错误工作等。
附图标记的说明
1...ESD保护设备；10...陶瓷基材；20...外部电极；21...第一外部电极；22...第二外部电极；30...空洞部；40...放电电极；41...第一放电电极；42...第二放电电极；43...放电电极间距离；50...放电辅助电极；51...碳化硅粒子；60...密封层。

Claims (8)

1.一种静电放电保护设备，包括：
陶瓷基材；
第一外部电极以及第二外部电极，它们设置于所述陶瓷基材的外表面；
空洞部，其设置于所述陶瓷基材的内部；
第一放电电极，其第一端部与所述第一外部电极电连接，其第二端部配置于所述空洞部内；
第二放电电极，其第一端部与所述第二外部电极电连接，其第二端部在所述空洞部内与所述第一放电电极隔离配置；以及
放电辅助电极，其配置于所述第一放电电极的所述第二端部与所述第二放电电极的所述第二端部之间，含有碳化硅，
所述静电放电保护设备的特征在于，
所述陶瓷基材中含有碱金属元素，所述陶瓷基材中的碱金属元素含量为3重量％以下。
2.根据权利要求1所述的静电放电保护设备，其特征在于，
所述陶瓷基材中的碱金属元素含量为0.1～1重量％。
3.一种静电放电保护设备，包括：
陶瓷基材；
第一外部电极以及第二外部电极，它们设置于所述陶瓷基材的外表面；
空洞部，其设置于所述陶瓷基材的内部；
第一放电电极，其第一端部与所述第一外部电极电连接，其第二端部配置于所述空洞部内；
第二放电电极，其第一端部与所述第二外部电极电连接，其第二端部在所述空洞部内与所述第一放电电极隔离配置；以及
放电辅助电极，其配置于所述第一放电电极的所述第二端部与所述第二放电电极的所述第二端部之间，含有碳化硅，
所述静电放电保护设备的特征在于，
密封层设置于所述放电辅助电极与所述陶瓷基材之间的区域的至少一部分，
所述陶瓷基材中含有碱金属元素，所述陶瓷基材中的碱金属元素的含量为5重量％以下。
4.根据权利要求3所述的静电放电保护设备，其特征在于，
所述陶瓷基材中的碱金属元素含量为0.1～3重量％。
5.根据权利要求3所述的静电放电保护设备，其特征在于，
所述密封层基本上覆盖所述空洞部的内表面全体。
6.根据权利要求4所述的静电放电保护设备，其特征在于，
所述密封层基本上覆盖所述空洞部的内表面全体。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的静电放电保护设备，其特征在于，
在所述空洞部，所述第一放电电极的所述第二端部与所述第二放电电极的所述第二端部以对置的方式配置。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的静电放电保护设备，其特征在于，
所述第一放电电极的所述第一端部与所述第二端部之间的侧部同所述第二放电电极的所述第一端部与所述第二端部之间的侧部以局部对置的方式配置。
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