CN117396988A

CN117396988A - 浪涌吸收元件

Info

Publication number: CN117396988A
Application number: CN202280038405.7A
Authority: CN
Inventors: 东佳子; 古贺英一
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2022-06-28
Publication date: 2024-01-12
Also published as: JPWO2023277021A1; WO2023277021A1

Abstract

本公开所解决的问题是实现良好且稳定的ESD抑制效果以及对异常电压和直流电压的耐受性。浪涌吸收元件(1)包括：具有彼此相对的一对端面和与端面邻接的多个侧面的元件体(11)；设置在元件体内的至少一对内部电极(13)；以及设置在端面上并且与内部电极(13)电连接的至少一对外部电极。元件体(11)具有：具有多晶结构且具有空隙的功能部(12)，所述多晶结构由表现出电压非线性的多个晶体粒子构成；和覆盖功能部的外壳部。内部电极(13)被设置为经由介于其间的功能部(12)而彼此面对。外部电极包括：设置在端面上的至少一对一次外部电极(14)，和设置在一次外部电极(14)上并且与其电连接的至少一对二次外部电极(15)。二次外部电极(15)的弹性模量低于一次外部电极(14)的弹性模量。

Description

浪涌吸收元件

技术领域

本公开涉及浪涌吸收元件，并且具体地涉及包括表现出电压非线性特性的功能部的浪涌吸收元件。

背景技术

诸如IC和LSI之类的半导体装置由于静电放电(在下文中被称为ESD)而毁坏或使其性能降低。近期的半导体装置已经使IC布线图案小型化，伴随其运行速度越来越高，因此更易受ESD影响。此外，通信速度当然会进一步提高，因此，对高速传输线上的异常电压(一般为ESD)的对策的需求日益增长。针对ESD的常见对策是在半导体装置的输入/输出端子线与接地之间连接浪涌吸收元件。浪涌吸收元件使由于静电放电引起的高压(在下文中被称为ESD电压)浪涌绕过半导体装置，由此保护该半导体装置。作为浪涌吸收元件，广泛使用多层压敏电阻器。通常，多层压敏电阻器包括陶瓷层、一对内部电极、陶瓷绝缘体和外部电极。对于陶瓷绝缘体，可以使用与陶瓷层的组成相同的组成。具有压敏电阻器特性的陶瓷层包含ZnO作为其主要组分。内部电极经由设置在内部电极之间的陶瓷层而彼此面对，由此构成压敏电阻器功能部。外部电极从陶瓷绝缘体的两端引出，并且与相应的内部电极电连接。专利文献1中公开了这样的浪涌吸收元件。

当常规多层压敏电阻器用于高速信号线时，归属于陶瓷层和陶瓷绝缘体引起的静电电容成分例如造成高速信号的波形变形。因此，在高速传输电路中作为针对ESD的对策使用的多层压敏电阻器的静电电容必须非常低。一种基于设计的电容降低方法是减少内部电极之间的重叠以及减小电极面积。然而，随着电极面积减小，在施加高压浪涌时的电流密度增大，由此增加了负荷，因此，发生压敏电阻器特性降低或毁坏，这降低了对ESD的耐受性。还必需提高抑制电压(所述抑制电压是通过多层压敏电阻器抑制浪涌电压之后的电压)，由此降低了保护效果。因此，需要一种具有常规浪涌吸收元件不能拥有的低静电电容、高保护性能和高耐受性的对策装置。为了满足这样的需求，在彼此面对的内部电极之间形成具有空隙并且具有电压非线性的功能部，并且在多个晶体粒子的在空隙中暴露的表面处产生表面放电，由此实现低静电电容和高抑制效果。此外，与常规的平面间隙电极方法不同，在ESD施加时不发生电极磨损，因此，抑制电压不升高。专利文献2中公开了这样的浪涌吸收元件。

涉及常规压敏电阻器的技术的实例为专利文献1和专利文献2。

然而，如专利文献2中所公开的在元件中提供空隙的元件设计容易使抑制效果、对ESD和/或直流电压的耐受性不稳定。在ESD抑制时，瞬间流过大于或等于30A的电流。伴随发热的内部电极的膨胀以及对外部电极和/或陶瓷的热冲击造成多孔内部结构特有的问题，比如从内部电极之间的位置开始的破裂和外部电极的剥离。此外，元件在ESD施加时易受外力影响，这导致元件的电学特性的变化。

引用清单

专利文献

专利文献1：JP H11-3809 A

专利文献2：WO 2010/122732 A1

发明内容

本公开的一个目的是提供一种浪涌吸收元件，所述浪涌吸收元件被配置为提供良好且稳定的ESD抑制效果并且具有对异常电压或直流电压的耐受性。

根据本公开的一个方面的浪涌吸收元件包括：具有彼此相反的一对端面和各自与所述一对端面邻接的多个侧面的元件体；设置在所述元件体中的至少一对内部电极；以及至少一对外部电极，所述至少一对外部电极各自设置在所述一对端面中的一个相应端面上并且与所述内部电极中的一个相应内部电极电连接。所述元件体包括：功能部，所述功能部具有空隙并且包括多晶结构，所述多晶结构包括表现出电压非线性特性的多个晶体粒子；和覆盖所述功能部的外壳部。所述内部电极经由设置在所述内部电极之间的所述功能部而彼此面对。所述外部电极包括：设置在所述端面上的至少一对一次外部电极，和设置在所述一次外部电极上并且与所述一次外部电极电连接的至少一对二次外部电极。所述二次外部电极中的每一个的弹性模量都低于所述一次外部电极中的每一个的弹性模量。

附图说明

图1是本公开的一个实施方案的一种浪涌吸收元件的截面图；

图2是一种用于测量抑制电压的方法的示意图；

图3(A)是在不使用浪涌吸收元件的情况下的静电放电抗扰度试验中的脉冲波形图；

图3(B)是在使用本公开的实施方案的浪涌吸收元件的情况下的静电放电抗扰度试验中的脉冲波形图；

图4是本公开的实施方案的另一种浪涌吸收元件的截面图；

图5是本公开的实施方案的再一种浪涌吸收元件的截面图；以及

图6是本公开的实施方案的又一种浪涌吸收元件的截面图。

具体实施方式

1.概要

以下将参照附图描述本公开的一个实施方案的浪涌吸收元件。注意，在以下实施方案描述中参照的附图是示意图。因此，那些附图上所示的各个构成要素的尺寸、厚度和其他属性与实际的尺寸、厚度和其他属性相比并不总是按比例的。

为了解决以上提到的问题，本发明人深入细致地研究了浪涌吸收元件的每个部件，并且发现在包括一次外部电极和二次外部电极作为外部电极的浪涌吸收元件中，内部应力的缓和例如与ESD抑制效果和对异常电压等的耐受性的降低相关，并且本发明人由此完成了本公开。

如图1所示，根据本实施方案的浪涌吸收元件1包括：元件体11，设置在元件体11中的至少一对内部电极13，以及至少一对外部电极，所述至少一对外部电极各自设置在元件体11的一对端面中的一个相应端面上，并且与内部电极13中的一个相应内部电极电连接。元件体11包括：功能部12，和覆盖功能部12的外壳部。至少一对外部电极包括：各自设置在元件体11的端面中的一个相应端面上的至少一对一次外部电极14；和设置在一次外部电极14上并且与一次外部电极14电连接的至少一对二次外部电极15。至少一对内部电极13经由设置在至少一对内部电极13之间的功能部12彼此面对。浪涌吸收元件1具有以下特征：二次外部电极15中的每一个的弹性模量都低于一次外部电极14中的每一个的弹性模量。

上述配置使得浪涌吸收元件1能够提供良好且稳定的ESD抑制效果并且具有对异常电压或直流电压的耐受性。具有上述配置的本实施方案的浪涌吸收元件1提供所述效果的原因不一定清楚，但是例如能够推测如下。在常规浪涌吸收元件中，可能因为浪涌吸收元件所具有的内部应力的影响表现为由于响应于在ESD抑制时的大电流施加的发热而引起的热冲击，所以发生ESD抑制效果的降低或不稳定以及对异常电压或直流电压的耐受性的降低。在本实施方案的浪涌吸收元件1中，使二次外部电极15中的每一个的弹性模量都低于一次外部电极14中的每一个的弹性模量，从而容易地释放内部应力，由此保持良好且稳定的ESD抑制效果和对异常电压或直流电压的耐受性。

2.详细内容

<浪涌吸收元件>

本实施方案的浪涌吸收元件1包括元件体11、内部电极13、一次外部电极14和二次外部电极15。

设置了至少一对内部电极13、至少一对一次外部电极14和至少一对二次外部电极15。图1和图4至6的每一个中的浪涌吸收元件1都包括两个(一对)内部电极13、两个(一对)一次外部电极14和两个(一对)二次外部电极15。也就是说，内部电极13包括第一内部电极13a和第二内部电极13b。一次外部电极14包括第一一次外部电极14a和第二一次外部电极14b。二次外部电极15包括第一二次外部电极15a和第二二次外部电极15b。

浪涌吸收元件1通过使用接合材料(比如焊料)将第一二次外部电极15a和第二二次外部电极15b与基底接合而安装在基底上。当在浪涌吸收元件1安装在基底上的状态下浪涌电压施加在第一二次外部电极15a和第二二次外部电极15b之间时，浪涌电流经由功能部12在与第一二次外部电极15a电连接的第一内部电极13a和与第二二次外部电极15b电连接的第二内部电极13b之间流动。这保护例如包括基底的半导体装置。

元件体11具有彼此相反的一对端面和各自邻接所述一对端面的多个侧面。元件体11通常为例如具有六个表面的长方体的形状，并且“端面”意指面积小且彼此相反的两个表面(图1中的右表面和左表面)。各自邻接所述两个端面的其他四个表面被称为“侧面”。

图1是本公开的实施方案的浪涌吸收元件1的截面图。图1中的浪涌吸收元件1在由陶瓷制成的元件体11中包括第一内部电极13a和被设置为面对第一内部电极13a的第二内部电极13b，并且在第一内部电极13a和第二内部电极13b之间的区域作为功能部12。在元件体11的两个端面上，设置第一一次外部电极14a和第二一次外部电极14b(统称为一次外部电极14)，并且第一二次外部电极15a和第二二次外部电极15b(统称为二次外部电极15)分别设置在第一一次外部电极14a和第二一次外部电极14b上。第一内部电极13a和第二内部电极13b中的每一个都是具有恒定厚度的片状薄膜，并且包含Ag-Pd合金。除了Ag-Pd合金以外，适当地使用诸如Pd、Au、Ag或Pt之类的材料。第一内部电极13a和第二内部电极13b中的每一个都具有主表面，并且第一内部电极13a和第二内部电极13b的主表面至少部分地间隔一定距离地彼此面对，由此形成彼此重叠的面对区域。第一内部电极13a和第二内部电极13b各自从功能部12朝元件体11的彼此相反的两个端面中的一个相应端面引出，并且在元件体11的端面处分别与第一一次外部电极14a和第二一次外部电极14b电连接。

功能部12由压敏电阻器材料制成，所述压敏电阻器材料是取决于电压的非线性电阻组合物。具体地，功能部12由包括多晶结构的烧结体形成，所述多晶结构包括表现出电压非线性特性的多个晶体粒子。这样的晶体粒子例如包括ZnO作为主要组分。除了ZnO以外，这样的压敏电阻器材料还含有作为次要组分的一种或多种组分，比如Sr、Ca、Co、Cr、Mn、Al等，并且次要组分与ZnO相比具有更高的熔点。本实施方案中的压敏电阻器材料的组成为97.5摩尔％的ZnO和2.5摩尔％的不同于ZnO的次要组分。功能部12的厚度为约6μm。

外壳部可以由与功能部12相同的材料制成，或者可以由与功能部12的材料不同的材料制成。也就是说，功能部12可以包含与外壳部的主要组分不同的主要组分。外壳部的与功能部12的主要组分不同的主要组分包括烧结体和热固性树脂(比如环氧树脂和酚醛树脂)。

当外壳部为烧结体时，可以使用玻璃陶瓷作为烧结体。玻璃陶瓷的实例包括通过将MgO、SiO₂和Gd₂O₃加入到氧化铝粒子和硼硅酸玻璃中而获得的材料(相对介电常数为约10)。当外壳部的主要组分为玻璃陶瓷时，在外壳部中包含与功能部12相比具有更小的功函数的元素使得能够以低电压放电，由此提供高的浪涌吸收效果。当外壳部的主要组分为树脂时，可以有效地缓和元件体11中的内部应力，以使得可以防止功能部12的破裂等。作为用于外壳部的树脂，具有高耐热性的树脂是更优选的，因为由在ESD施加时的大电流的流动产生了大量的热量。

因此，通过使功能部12的主要组分和外壳部的主要组分不同，浪涌吸收元件1可以表现出新的效果，比如破裂防止效果和高浪涌吸收效果。在浪涌吸收元件1中，功能部的主要组分可以包括ZnO，并且外壳部的主要组分可以包括树脂。备选地，在浪涌吸收元件1中，功能部12的主要组分可以包括ZnO，并且外壳部的主要组分可以包括玻璃陶瓷。

功能部12具有其中有空隙的多孔结构，并且包括多个晶体粒子的多晶结构具有在第一内部电极13a与第二内部电极13b之间的区域中的连接结构。在本实施方案中，功能部12的空隙率为约85％。

此处，空隙率通过以下方式获得：进行以下过程：通过横截面抛光机(CP)法对功能部12进行Ar离子抛光，然后通过在元件体11的五个横截面上观察抛光横截面来计算被空隙占据的面积的比率，以获得面积比率，并且计算这些比率的平均值。

在该配置中，响应于ESD电压施加，在毗邻空隙的压敏电阻器的表面处引起经由晶粒边界的势垒壁传输的表面放电，由此将第一内部电极13a和第二内部电极13b彼此电连接。

一次外部电极14中的每一个都包含导电金属。本实施方案采用Ag作为导电糊料的金属粉末。作为导电金属，可以包括选自Cu、Ni、Pd、Ag-Pd合金、Au等中的至少一种。此外，作为玻璃组分，可以包括选自B、Si、Zn、Ba、Mg、Al、Li等中的至少一种。一次外部电极14中的每一个都可以包括多个层。一次外部电极14中的每一个都在其最后部分处具有约120μm的厚度。一次外部电极14通过以下方式形成：将导电糊料涂布至元件体11的端面，然后在约800℃对导电糊料进行热处理。本实施方案中使用的每个一次外部电极14的弹性模量都为约83GPa。

在本实施方案中，二次外部电极15被形成为外部覆盖相应的一次外部电极14并且与该相应的一次外部电极14电连接，并且是具有低弹性模量的材料，比如包含其中分散的金属粒子等的树脂。

因此，一次外部电极14可以不含树脂，而二次外部电极15可以含有树脂。在该情况下，可以更适当地控制一次外部电极14和二次外部电极15的弹性模量。

二次外部电极15通过以下方式形成：将包含金属的热固性导电糊料涂布到一次外部电极14上，并且通过热处理使热固性导电糊料固化。在本实施方案中，热固性导电糊料中含有的金属粉末为1至10μm Ag粉，并且Ag粉的含量百分比为70重量％。固化后的每个二次外部电极15都具有4×10^-6Ωcm的电阻率，约8GPa的弹性模量，以及在其最后部分处约150μm的厚度。因此，每个二次外部电极15的厚度优选地大于每个一次外部电极14的厚度。使具有低弹性模量的每个二次外部电极15比具有高弹性模量的每个一次外部电极14更厚，由此改善了应力缓和的效果，另外，可以改善可靠性。

通过由浪涌吸收元件1的一次外部电极14和二次外部电极15制作试样，或者通过由用于一次外部电极14和二次外部电极15的热固性导电糊料根据形成电极时的热处理条件制作试样，按照JIS Z2280来评价弹性模量。注意，弹性变形和塑性变形相互关联，因此，在形成一次外部电极14和二次外部电极15之后，以与评价维氏硬度(Vickers hardness)相同的方式，将压头压入电极中以形成压痕，并且基于关于压痕之间的尺寸关系的比较，可以进行关于柔软度的相对关系的比较。二次外部电极15和一次外部电极14被配置为使得当以相同的力将压头压入在浪涌吸收元件1的横截面的各部分中时，每个二次外部电极15中的压痕都比每个一次外部电极14中的压痕大，由此提供应力缓和的效果。

在本实施方案的浪涌吸收元件1中，功能部12的空隙率被设定为例如约85％，由此，当浪涌电压施加在内部电极13之间时，在功能部12中，可以在功能部12中包含的多个晶体粒子的在空隙中暴露出的表面处引起表面放电，由此将内部电极13彼此电连接。这进一步改善了ESD抑制效果以及对异常电压等的耐受性。为此目的，功能部12的空隙率理想地高于或等于25％且低于或等于92％。当空隙率低于25％时，ESD耐受性降低。当空隙率高于92％时，在内部电极13之间将功能部12中的多晶结构彼此连接变得困难，因此难以通过功能部12中的表面放电来形成电连接路径。另外，功能部12的空隙率更优选地高于或等于55％且低于或等于92％，并且更加优选地高于或等于64％且低于或等于87％。如上所述设定空隙率使得抑制电压能够显著地低，并且使得能够进一步提高对静电的耐受性。

然而，当功能部12的空隙率如在这种情况下那样增大时，伴随在ESD施加时的发热的内部电极13的膨胀以及外部电极14和15和/或陶瓷的热冲击可能导致例如从在内部电极13之间的位置开始的破裂以及外部电极14和15的剥离，这可能造成电学特性降低或毁坏。

与此相比，本公开的浪涌吸收元件1包括在元件体11的两个端面上的一次外部电极14和在一次外部电极14上的二次外部电极15，一次外部电极14中的每一个的弹性模量都被设定为约83GPa，并且二次外部电极15中的每一个的弹性模量都被设定为约8GPa。如上所述，将二次外部电极15中的每一个的弹性模量设定为显著小于一次外部电极14中的每一个的弹性模量可以提供具有出色的电学特性和出色的可靠性的浪涌吸收元件1。

当每一个一次外部电极14的弹性模量都被表示为E_A并且每一个二次外部电极15的弹性模量被表示为E_B时，理想地使用在固化后弹性模量满足条件E_A/E_B≥3的热固性导电糊料作为二次外部电极材料。这是因为与常规多层陶瓷元件相比，甚至伴随在ESD施加时的发热的热冲击也改变特性和/或损坏元件，因此在焊接安装时应力缓和比裂纹防止更重要。此外，在如在本实施方案中所说明的浪涌吸收元件1中，在ESD抑制时施加大电流，并且由于由发热引起的热冲击，表现出内部应力的影响明显，因此，形成各自具有进一步降低的弹性模量的二次外部电极15是重要的。此外，当室外气温变化大时，或者当ESD电压高(例如，20kV以上)并且在ESD施加时造成高温时，内部应力的影响更明显，因此，E_A/E_B≥10是更理想的。线性热膨胀系数具有温度依赖性，因此也根据室外气温而改变。例如，当环境温度变化10℃时，材料一边每1m中，Ag变化0.189mm。与此相比，陶瓷通常具有小的线性热膨胀系数，并且陶瓷的线性热膨胀系数一般为约0.05mm(在碳化硅的情况下为0.044mm)的值。如以上所解释的，在高温下的操作更容易造成内部应力，因此，优选地选择具有进一步降低的弹性模量的材料用于二次外部电极15。然而，当二次外部电极15非常软时，抗振性和/或机械强度降低，因此，E_A/E_B≤2000是理想的。因此，3≤E_A/E_B≤2000是优选的，并且10≤E_A/E_B≤2000是更优选的。此外，一次外部电极14和二次外部电极15中的每一个都可以由多种材料制成，只要整体外部电极部分的弹性模量满足本公开中所述的关系即可。为了实现该配置，热固性导电糊料含有30重量％至90重量％的金属粉末和5重量％至70重量％的热固性树脂。为了获得吸收在静电施加时的内部应力或在焊接安装时的外部应力的效果，为了形成具有低弹性模量的二次外部电极15，树脂的含量优选为25重量％至60重量％。

此外，将Ag用于一次外部电极14使得能够在大气中烘制具有相对低成本金属的电极。此外，作为在此时的内部电极13，使用Ag-Pd合金。内部电极13和一次外部电极14优选地包含Ag。该配置可以防止在ESD抑制时和/或在热处理时的氧化，并且可以提供低电阻电极，因此即使在重复ESD施加的情况下也可以阻止抑制效果降低。一次外部电极14可以与元件体11同时烧制，或者可以在烧制元件体11之后进行烘制。同时烧结一次外部电极14和内部电极13提高了固定强度，并且在大电流涌入时提供烧坏防止效果。一次外部电极14可以通过镀层来形成。此外，当施加ESD时，数个10A的电流瞬间流动到浪涌吸收元件1，因此，一次外部电极14理想地没有空隙并且具有高密度。该配置可以令人满意地缓和在ESD施加时的元件内部应力。

另外，二次外部电极15理想地包含Ag。因此，二次外部电极15是相对低成本的，能够在大气中固化，并且可以阻止其电阻由于在ESD抑制时的氧化而增大。此外，每个二次外部电极15在固化后的电阻率都为约4×10^-6Ωcm。该配置可以抑制由于在ESD抑制时流动到浪涌吸收元件的大于或等于10A的大电流而产生热量。每个二次外部电极15的电阻率都优选地小于或等于5×10^-6Ωcm。降低每个二次外部电极15的电阻率能够使得在ESD抑制时有更多电流流动，由此提供高的ESD抑制效果。

此外，内部电极13的材料的熔点T1与一次外部电极14的材料的熔点T2之间的关系优选为T1>T2的关系。也就是说，每一个内部电极13的熔点优选地都高于每一个一次外部电极14的熔点。弹性模量是一种温度依赖性常数，因此随着由于大电流涌入引起的发热而降低。降低率良好地对应于各材料的熔点。利用该配置，在大电流涌入时的内部应力经由内部电极13被各自具有低弹性模量的一次外部电极14吸收，然后被二次外部电极15吸收，由此防止元件被损坏。

在本实施方案中，采用与Ag相比具有更高熔点的Ag-Pd合金还提供了防止由于在ESD抑制时的发热而熔化的效果。为了特别地防止热损坏，在许多情况下选择具有高熔点的材料用于直接与功能部12接触的内部电极13。例如，当选择Ag-Pd用于内部电极13时，一次外部电极14优选为Ag，或与内部电极13相比具有更低Pd含量百分比的Ag-Pd的组合。此外，当选择Pt用于内部电极13时，一次外部电极14优选为Cu，或例如Ag-Pd的组合。

注意，一次外部电极14和二次外部电极15中包含的金属粒子可以具有任意形状，比如球状、鳞片状或针状。此外，对金属粒子的粒度没有特别限制。例如，尺寸小的金属粒子在低温进行烧结，由此提供改善电导率的效果，因此，考虑热历史对工艺设计和电学特性的影响，相应地选择粒度和形状。此外，根据金属粒子的形状，可以例如通过磁场施加来进行粒子取向的过程，以减小二次外部电极15的电阻。

此外，用于热固性导体糊料的树脂至少起紧固粘结剂的作用，并且另外，根据要采用的生产过程，选择适当的印刷性、涂布性等。用于热固性导体糊料的树脂包括例如热固性树脂。热固性树脂的实例包括：(i)氨基树脂，比如脲脂、三聚氰胺树脂和胍胺树脂；(ii)环氧树脂，比如双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯酚酚醛清漆环氧树脂和脂环族环氧树脂；(iii)氧杂环丁烷树脂；(iv)酚醛树脂，比如甲阶酚醛树脂和酚醛清漆酚醛树脂；以及(v)有机硅改性有机树脂，比如有机硅环氧树脂和有机硅聚酯。作为树脂，可以使用这些材料中的仅一种，或者可以组合使用这些材料中的两种以上。

当浪涌吸收元件1的标称外形尺寸小于或等于长2.0mm×宽1.25mm×高1.25mm并且为小且薄型时，将在内部电极13彼此面对的区域处的内部电极13之间的距离(功能部的厚度)设定在2μm至50μm的范围内使得能够实现良好的浪涌吸收特性。此外，在本实施方案中，每一个内部电极13的厚度都为约6μm。每个内部电极13的厚度都优选地大于或等于5μm。这样的厚度可以防止内部电极由于放电而被烧坏，并且可以改善对静电的耐受性。然而，伴随在静电施加时的内部电极13的热膨胀，电极厚度的增大通常增加内部应力，由此使元件破裂或毁坏，因此，每个内部电极13的厚度限于5μm。如在本实施方案中那样，形成二次外部电极15以缓和内部应力使得能够将内部电极13的厚度增大至5μm以上，因此改善了对静电的耐受性。

此处，将描述一种评价本实施方案中的浪涌吸收元件1的方法。基于符合IEC61000-4-2的静电放电抗扰度试验并且通过使用图2所示的测量装置进行静电试验。在图2的测量装置中，将作为放在评价基底上的评价样品的浪涌吸收元件1连接在线路和GND之间。然后，连接至静电模拟器的放电枪将具有规定ESD电压的静电脉冲输出到在浪涌吸收元件上游的线路。当浪涌吸收元件工作时，将静电脉冲转向至GND，结果，减少了在浪涌吸收元件1下游的线路中的脉冲成分。为了评价抑制电压，通过使用示波器来观察在浪涌吸收元件1下游的脉冲波形，并且将脉冲波形的峰电压值设定为抑制电压。静电模拟器具有150pF的充电容量和330Ω的放电电阻，并且通过使用50Ω型示波器来进行观察。在ESD重复试验中，重复进行符合上述静电放电抗扰度试验的ESD电压施加。

图3(A)和3(B)示出了在ESD电压为8kV的静电放电抗扰度试验中通过使用示波器观察到的脉冲波形图。横坐标表示时间(n秒)，并且纵坐标表示电压(V)。图3(A)是在未连接浪涌吸收元件时的脉冲波形图，而图3(B)是本实施方案的脉冲波形图。连接浪涌吸收元件将大于或等于1kV的静电抑制到小于或等于200V。此外，在图3(B)中，仅观察到在对应于峰A的时间的峰C，但是在对应于峰B的时间没有出现峰。这表明在ESD施加时，在功能部12处发生表面放电，并且观察到短路。

在本实施方案中，ESD电压被设定为15kV，引线与浪涌吸收元件1接触，并且将ESD电压施加100次。在本实施方案中，元件既不破裂，也不断裂。

图4是本公开的另一个实施方案中的浪涌吸收元件1的截面图。元件体11的两个端面的外周没有被一次外部电极14覆盖，而是被二次外部电极15覆盖。元件体11与每一个二次外部电极15之间的接合强度都低于元件体11与每一个一次外部电极14之间的接合强度。因此，元件体11的侧面不被一次外部电极14覆盖，而是被二次外部电极15覆盖，并且元件体11与每一个二次外部电极15之间的接合强度都优选地低于元件体11与每一个一次外部电极14之间的接合强度。因此，当内部应力和外部应力作用于浪涌吸收元件1时，在元件体11与每一个二次外部电极15之间的接合强度较低的界面处发生的剥离防止了开路破坏(opendestruction)。接合强度基于对样品进行的拉伸试验进行评价，所述样品通过将引线焊接至浪涌吸收元件1的一次外部电极14和二次外部电极15而获得，或者所述样品通过以下方式获得：将用于一次外部电极14的导电糊料或用于二次外部电极15的导电糊料涂布至元件体11的端面(在其上已经将包含玻璃和金属的导电糊料涂布至元件体11并且已经进行过烘烤)，在与形成电极时的条件相同的条件下烘烤或固化用于一次外部电极14或用于二次外部电极15的导电糊料，并且焊接引线。元件体11的端面直接与二次外部电极15接合的面积增大，因此，可以更高效地吸收内部应力。此外，当功能部12的厚度减小并且抑制效果得到改善时，在ESD施加时的电流增大，使得更可能发生内部电极的热膨胀。然而，该配置进一步提高了抑制内部电极13热变形的效果，并且由此提供保持绝缘性的效果。

图5示出了本实施方案的再一种浪涌吸收元件1的截面图。一次外部电极14与内部电极13和二次外部电极15电连接，并且在一次外部电极14的端部处具有一次外部电极14部分地不被二次外部电极15覆盖的区域。因此，每一个一次外部电极14都可以具有没有被二次外部电极15覆盖的区域。此外，焊接优选地在一次外部电极14的没有被二次外部电极15覆盖的区域上进行。利用该配置，设置在基底上的焊料的一部分直接连接至一次外部电极14，而包含树脂组分的二次外部电极15并不介入。因此，即使在瞬间流过例如30A的大电流时，在包含树脂组分的二次外部电极15介入的情况下，浪涌吸收也变得可能，由此防止外部电极部分被烧坏。另外，可以形成将会成为一次外部电极14的电极糊料，然后与元件体11同时进行烧制。同时烧结一次外部电极14和内部电极13提高了固定强度，由此提供了在大电流涌入时的烧坏防止效果。此外，可以在一次外部电极14和二次外部电极15上形成镀层电极。另外，在该情况下，在包含树脂组分的二次外部电极15不介入的情况下的电连接是可能的，并且能够实现类似的效果。

另外，如图6所示，一次外部电极14更理想地具有一次外部电极14部分地不被二次外部电极15覆盖并且位于元件体11的端面处的区域。这种配置可以进一步缩短不通过包含树脂组分的二次外部电极15的路径，由此提供进一步的烧坏防止效果。

将描述一种制造本公开的浪涌吸收元件的方法。

首先，将表现出电压非线性特性的陶瓷粉末、有机粘结剂和溶剂、以及更优选地还有树脂粒子均匀地混合到一起。由此制备出陶瓷浆料或陶瓷糊料。本实施方案中采用的陶瓷粉末的组成为97.5摩尔％的作为主要组分的ZnO和2.5摩尔％的作为不同于ZnO的次要组分的元素Sr、Ca、Co、Cr、Mn、Al等，由此实现具有高放电效率的配置。陶瓷浆料或陶瓷糊料还可以含有例如增塑剂。树脂粒子由在约600℃以下完成热分解的大分子材料制成。优选地采用热塑性树脂。树脂粒子可以具有至少球形形状或椭球形形状，或者可以具有正球形形状。球形或椭球形形状是例如其中对于至少95％数量的粒子来说最长直径与最短直径的比率小于或等于1.25的形状。本实施方案采用球形丙烯酸类树脂粒子，由此实现改善在制备糊料时的分散性的效果。

随后，制备外侧坯片(green sheet)和将要形成导电基体的导电糊料。之后将描述的烧制使外侧坯片成为元件体11。导电糊料成为内部电极13。另外，陶瓷坯体成为功能部12。每个外侧坯片都是含有氧化铝粒子和硼硅酸玻璃的低温共烧陶瓷(LTCC)片，并且在烧制后具有约10的相对介电常数。该配置使得能够减小浪涌吸收元件1的杂散电容。可以采用通过将La₂O₃、CeO₂、Pr₆O₁₁、Nd₂O₃、Sm₂O₃、MgO、SiO₂或Gd₂O₃中的至少一种加入到氧化铝粒子和硼硅酸玻璃中获得的混合物。本实施方案采用通过将MgO、SiO₂和Gd₂O₃加入到氧化铝粒子和硼硅酸玻璃中获得的混合物。因此，将元件体11形成为包含功函数小的元素促进了放电，由此改善了保护效果。

然后，将导电糊料通过例如丝网印刷涂布到外侧坯片中的一个外侧坯片上，然后干燥，由此形成导电基体，所述导电基体是具有规定形状的薄膜。之后将描述的烧制使导电基体成为内部电极13。本实施方案采用Ag-Pd合金(Ag/Pd比：70/30)作为内部电极13，由此使得能够在大气中进行热处理。接下来，在所述一个外侧坯片和导电基体上，形成陶瓷坯体和外侧坯片中的另一个外侧坯片。之后，在陶瓷坯体上，由导电糊料形成另一个导电基体。随后，将另一个外侧坯片层叠在所述另一个导电基体和所述另一个外侧坯片上，由此获得层叠体。

陶瓷坯体含有多个树脂粒子。陶瓷坯体通过用例如刮刀法·逆转辊涂布机法将陶瓷浆料成形或通过用例如丝网印刷·凹版印刷将陶瓷糊料成形而形成在导电基体上。注意，在不采用另一个外侧坯片的情况下在一个外侧坯片和导电基体上形成陶瓷坯体之后，可以在陶瓷坯体和所述一个外侧坯片上形成另一个导电基体。以此方式，陶瓷坯体和导电基体在彼此接触的情况下一体形成。陶瓷坯体和导电基体通过烧制而形成压敏电阻器部分。

随后，通过将温度升高到有机粘结剂和树脂粒子可以烧尽的温度以对层叠体进行热处理，由此分解·除去陶瓷坯体中包含的有机粘结剂和树脂粒子而形成具有空隙的功能部12。在本实施方案中，烧制在900℃至1000℃进行。因此，陶瓷浆料或陶瓷糊料中包含多个树脂粒子有利于形成其中功能部12的彼此相连的晶体粒子毗邻空隙的这种结构。结果，可以降低抑制电压。此外，采用树脂粒子使得能够在间隙区域中的内部电极的主表面处以分布方式形成空隙的开口。这可以减少由于ESD引起的电流密度在内部电极中的集中，防止内部电极由于放电而被烧坏或磨损，并且降低抑制电压。陶瓷浆料或陶瓷糊料中含有的树脂粒子与陶瓷粉末和树脂粒子的体积总和的体积比为70％。树脂粒子的体积比优选地高于或等于10％且低于或等于80％，这可以显著地降低抑制电压。另外，树脂粒子的平均粒度为1.8μm，并且陶瓷粉末的平均粒度为1.1μm。树脂粒子的平均粒度优选地大于陶瓷粉末。这进一步有利于形成其中功能部12的彼此相连的晶体粒子毗邻空隙的这种结构，并且可以降低抑制电压。此外，树脂粒子的平均粒度优选地小于或等于功能部12的厚度。在本实施方案中，功能部的厚度为约6μm。此处，平均粒度是通过使用粒度分布测量装置测得的累积分布50％(D50)的值。因此，在陶瓷坯体和将要成为内部电极的导电基体彼此接触并且彼此一体形成之后，使有机粘结剂和树脂粒子消失，由此形成空隙率为约85％的空隙。因此，响应于在内部电极13间的ESD的施加，可以在设置于功能部12中的毗邻空隙的晶体粒子的表面处引起表面放电。因此，可以显著地降低抑制电压。

然后，将含有导电粒子Ag、Cu等的糊料涂布至元件体11的两个端面，然后烘烤，由此形成一次外部电极14。在本实施例中，采用Ag作为一次外部电极14。内部电极13为Ag-Pd，并且一次外部电极14为Ag，由此缓和内部应力。由此获得的一次外部电极14中的每一个的弹性模量都为约83GPa。

此外，将热固性导电糊料涂布至一次外部电极14，由此形成二次外部电极15。在本实施例中，热固性树脂为环氧树脂，并且采用含有60重量％的Ag粉的热固性导电糊料。采用长轴为2μm至20μm且短轴为0.2μm至2μm并且长轴长度/短轴长度为5至75的针状的Ag粉，这有利于在不增加Ag的量的情况下建立电连接，并且由此改善导电性，同时保持低弹性模量。达到作为固化温度的200℃，将温度以7℃至60℃/分钟的温度梯度升高至最高温度，然后将最高温度保持10分钟至60分钟，然后将温度以7℃至60℃/分钟的温度梯度降低至常温并且冷却，由此形成二次外部电极15。此时，电阻率为4×10^-6Ωcm，并且弹性模量为约8GPa。此外，为了防止氧化，例如，可以使氮气流入，并且可以在低氧浓度(<8.0×10^-1ppm)下进行烘烤，由此进一步减小电阻。然后，在电极的表面上，可以通过电镀依次形成镍层和锡层。由此完成浪涌吸收元件1。

(概述)

由上述实施方案可以看出，第一方面的浪涌吸收元件(1)包括：具有彼此相反的一对端面和各自与所述一对端面邻接的多个侧面的元件体(11)；设置在元件体(11)中的至少一对内部电极(13)；以及设置在所述一对端面上并且与内部电极(13)电连接的至少一对外部电极。元件体(11)包括：具有空隙并且包括多晶结构的功能部(12)，所述多晶结构包括：表现出电压非线性特性的多个晶体粒子；和覆盖功能部(12)的外壳部。内部电极(13)经由设置在内部电极(13)之间的功能部(12)而彼此面对。所述外部电极包括：设置在所述端面上的至少一对一次外部电极(14)，和设置在一次外部电极(14)上并且与一次外部电极(14)电连接的至少一对二次外部电极(15)。每一个二次外部电极(15)的弹性模量都低于每一个一次外部电极(14)的弹性模量。

第一方面使得能够提供良好且稳定的ESD抑制效果以及对异常电压或直流电压的耐受性。

在涉及第一方面的第二方面的浪涌吸收元件(1)中，内部电极(13)被配置为当浪涌电压施加在内部电极(13)间时通过在功能部(12)中的所述多个晶体粒子毗邻所述空隙的这种表面处引起表面放电而彼此电连接。

第二方面使得能够进一步改善ESD抑制效果以及对异常电压等的耐受性。

在第三方面(涉及第一方面或第二方面)的浪涌吸收元件(1)中，内部电极(13)和一次外部电极(14)包含Ag。

第三方面使得能够防止电极在ESD抑制时和/或在热处理时被氧化，并且使得电极能够具有减小的电阻，由此使得能够即使在反复施加ESD时也阻止抑制效果降低。

在第四方面(涉及第一方面至第三方面中的任一个方面)的浪涌吸收元件(1)中，当一次外部电极(14)中的每一个的弹性模量被表示为E_A并且二次外部电极(15)中的每一个的弹性模量被表示为E_B时，3≤E_A/E_B≤2000。

第四方面使得能够进一步改善应力缓和的效果。

在第五方面(涉及第四方面)的浪涌吸收元件(1)中，10≤E_A/E_B≤2000。

第五方面使得能够进一步改善应力缓和的效果。

在第六方面(涉及第一方面至第五方面中的任一个方面)的浪涌吸收元件(1)中，功能部(12)的空隙率高于或等于25％且低于或等于92％。

第六方面使得抑制电压能够显著地低，并且还使得能够提高对静电的耐受性。

在第七方面(涉及第一方面至第六方面中的任一个方面)的浪涌吸收元件(1)中，每一个内部电极(13)中的熔点都低于每一个一次外部电极(14)的熔点。

根据第七方面，在大电流涌入时的内部应力经由内部电极(13)被各自具有低弹性模量的一次外部电极(14)吸收，然后被二次外部电极(15)吸收，由此防止对元件的损坏。

在第八方面(涉及第一方面至第七方面中的任一个方面)的浪涌吸收元件(1)中，每一个二次外部电极(15)的厚度都大于每一个一次外部电极(14)的厚度。

根据第八方面，具有低弹性模量的每一个二次外部电极(15)与具有高弹性模量的每一个一次外部电极(14)相比都具有更大的厚度，由此进一步改善应力缓和的效果，并且还进一步改善可靠性。

在第九方面(涉及第一方面至第八方面中的任一个方面)的浪涌吸收元件(1)中，每一个一次外部电极(14)都具有不被相应一个二次外部电极(15)覆盖的区域。

根据第九方面，设置在基底上的焊料的一部分直接连接至一次外部电极(14)，而包含树脂组分的二次外部电极(15)并不介入。因此，即使在瞬间流过例如30A的大电流时，在包含树脂组分的二次外部电极(15)不介入的情况下，浪涌吸收也变得可能，由此防止外部电极部分被烧坏。

在第十方面(涉及第九方面)的浪涌吸收元件(1)中，每一个一次外部电极(14)都具有不被一个相应二次外部电极(15)覆盖并且位于元件体(11)的所述端面中的一个相应端面处的区域。

第十方面使得能够进一步缩短不通过包含树脂组分的二次外部电极(15)的路径，由此提供烧坏防止效果。

在第十一方面(涉及第一方面至第十方面中的任一个方面)的浪涌吸收元件(1)中，元件体(11)的所述侧面不被一次外部电极(14)覆盖，而是被二次外部电极(15)覆盖，并且元件体(11)与每一个二次外部电极(15)之间的接合强度都小于元件体(11)与每一个一次外部电极(14)之间的接合强度。

根据第十一方面，当内部应力和外部应力作用于浪涌吸收元件(1)时，在元件体(11)与每一个二次外部电极(15)之间的接合强度低的界面处发生剥离防止了开路破坏。

在第十二方面(涉及第一方面至第十一方面中的任一个方面)的浪涌吸收元件(1)中，一次外部电极(14)不包含树脂，而二次外部电极(15)包含树脂。

第十二方面使得能够更适当地控制一次外部电极(14)和二次外部电极(15)的弹性模量。

在第十三方面(涉及第一方面至第十二方面中的任一个方面)的浪涌吸收元件(1)中，功能部(12)包含与所述外壳部的主要组分不同的主要组分。

第十三方面使得能够表现出新的效果，比如破裂防止效果、高浪涌效果等。

在第十四方面(涉及第一方面至第十三方面中的任一个方面)的浪涌吸收元件(1)中，功能部(12)包含ZnO作为主要组分，并且所述外壳部包含玻璃陶瓷作为主要组分。

第十四方面使得能够提供高浪涌吸收效果。

工业实用性

本公开的浪涌吸收元件1提供了良好且稳定的ESD抑制效果，并且具有对异常电压或直流电压的耐受性，因此是工业上有用的。

附图标记清单

11 元件体

12 功能部

13 内部电极

13a 第一内部电极

13b 第二内部电极

14 一次外部电极

14a 第一一次外部电极

14b 第二一次外部电极

15 二次外部电极

15a 第一二次外部电极

15b 第二二次外部电极

Claims

1.一种浪涌吸收元件，所述浪涌吸收元件包括：

元件体，所述元件体具有：

彼此相反的一对端面，和

各自与所述一对端面邻接的多个侧面；

设置在所述元件体中的至少一对内部电极；以及

至少一对外部电极，所述至少一对外部电极各自设置在所述一对端面中的一个相应端面上，并且与所述内部电极中的一个相应内部电极电连接，所述元件体包括：

功能部，所述功能部具有空隙并且包括多晶结构，所述多晶结构包括表现出电压非线性特性的多个晶体粒子，和

覆盖所述功能部的外壳部，

所述内部电极经由设置在所述内部电极之间的所述功能部而彼此面对，

所述外部电极包括：

设置在所述端面上的至少一对一次外部电极，和

至少一对二次外部电极，所述至少一对二次外部电极设置在所述一次外部电极上，并且与所述一次外部电极电连接，

每一个所述二次外部电极的弹性模量都低于每一个所述一次外部电极的弹性模量。

2.根据权利要求1所述的浪涌吸收元件，其中

所述内部电极被配置为当浪涌电压施加在所述内部电极间时通过在所述功能部中的所述多个晶体粒子毗邻所述空隙的这种表面处引起表面放电而彼此电连接。

3.根据权利要求1或2所述的浪涌吸收元件，其中

所述内部电极和所述一次外部电极包含Ag。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的浪涌吸收元件，其中

当每一个所述一次外部电极的弹性模量被表示为E_A并且每一个所述二次外部电极的弹性模量被表示为E_B时，3≤E_A/E_B≤2000。

5.根据权利要求4所述的浪涌吸收元件，其中

10≤E_A/E_B≤2000。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的浪涌吸收元件，其中

所述功能部的空隙率高于或等于25％且低于或等于92％。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的浪涌吸收元件，其中

每一个所述内部电极的熔点都高于每一个所述一次外部电极的熔点。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的浪涌吸收元件，其中

每一个所述二次外部电极的厚度都大于每一个所述一次外部电极的厚度。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的浪涌吸收元件，其中

每一个所述一次外部电极都具有不被所述二次外部电极中的一个相应二次外部电极覆盖的区域。

10.根据权利要求9所述的浪涌吸收元件，其中

每一个所述一次外部电极都具有这样一个区域：所述区域不被所述二次外部电极中的一个相应二次外部电极覆盖并且位于所述元件体的所述端面中的一个相应端面处。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的浪涌吸收元件，其中

所述元件体的所述侧面不被所述一次外部电极覆盖，而是被所述二次外部电极覆盖，并且

所述元件体与每一个所述二次外部电极之间的接合强度小于所述元件体与每一个所述一次外部电极之间的接合强度。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的浪涌吸收元件，其中

所述一次外部电极不包含树脂，并且

所述二次外部电极包含树脂。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的浪涌吸收元件，其中

所述功能部包含与所述外壳部的主要组分不同的主要组分。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的浪涌吸收元件，其中

所述功能部包含ZnO作为主要组分，并且

所述外壳部包含玻璃陶瓷作为主要组分。