JP2004311877A - 静電気対策部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも入力用と出力用とグランド用の3つの外部電極を設けたセラミック焼結体であって、セラミック焼結体に、入力用外部電極と出力用外部電極とに電気的に接続するインダクタ21を形成し入力用外部電極とグランド用外部電極とに電気的に接続するバリスタ22を形成した静電気対策部品であり、これを機器回路の信号ラインにインダクタ21を接続し信号ラインの入力側とグランド間にバリスタ22を接続して設けた場合、従来の静電気対策部品では十分に抑えきれなかった、静電気パルスの0.5〜2ナノ秒程度の速いピーク電圧を抑制し、機器回路に静電気パルスが印加されるのを防ぐことができ、接続された回路を確実に保護することのできる静電気対策部品となる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子機器を静電気から保護する静電気対策部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、携帯電話などの電子機器の小型化、高性能化は急速に進み、それに伴い電子機器に用いられる電子部品の耐電圧は低下する。そのため、人体と電子機器の端子が接触したときに発生する静電気パルスによる機器内部の電気回路の破壊が増えてきている。静電気により0.5〜2ナノ秒程度の速度でかつ数百〜数キロボルトという高電圧が印加されるからである。
【0003】
従来、このような静電気パルスへの対策としては、静電気が入るラインとグランド間にバリスタやツェナーダイオードを設け、静電気をバイパスさせ、機器の電気回路に印加される電圧を抑制する方法が提案されている。なお、静電気パルスの対策に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
【0004】
【特許文献1】
特開昭63−56023号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような、バリスタやツェナーダイオードにより静電気をバイパスさせ機器の電気回路に印加される電圧を抑制する方法では、バリスタやツェナーダイオードの静電気パルスに対する反応速度が遅く、その素子の大きさや組成によって多少の差はあるが0.5〜2ナノ秒程度の速度のものは十分にバイパスできない。つまり、結果的に、一般的な静電気対策部品では、静電気の0.5〜2ナノ秒程度の最も速く高いピーク電圧を十分に抑制することは困難であり、これによって、電子部品・電子機器が破壊することが問題になっている。
【0006】
また、静電気の0.5〜2ナノ秒程度の速いピーク電圧を抑えるには、バリスタやツェナーダイオードの容量を数nF以上の非常に高い容量にすることである程度は可能になるが、この場合、数十MHz以上の高速伝送回路では使用することはできないという問題もあった。
【0007】
そこで本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、静電気パルスの0.5〜2ナノ秒程度の速いピーク電圧を抑制することができる静電気対策部品を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有するものである。
【0009】
本発明の請求項1に記載の発明は、少なくとも入力用と出力用とグランド用の3つの外部電極を設けたセラミック焼結体であって、前記セラミック焼結体に、前記入力用外部電極と前記出力用外部電極とに電気的に接続するインダクタを形成し前記入力用外部電極と前記グランド用外部電極とに電気的に接続するバリスタを形成したという構成であり、これにより、この部品を、機器回路の信号ラインにインダクタを接続し信号ラインの入力側とグランド間にバリスタを接続して設けることによって、信号ラインに直列に接続されたインダクタが静電気パルスの立ち上がり部の高周波成分に対しては相対的に高インピーダンスになるため、静電気パルスの信号ラインへの通過を抑制し、バリスタの特性が支配的となり、バリスタにより短時間にグランド側にバイパスさせ被保護回路にかかる電圧を大幅に小さくできる。したがって、機器の電気回路に印加される電圧を抑制する効果が大きい静電気対策部品となる。また、インダクタが信号ラインに対して直列に、バリスタが並列にL型に配置されているため、インダクタのインダクタンスとバリスタのキャパシタンスによって、ローパスフィルタ(ノイズフィルタ)の機能も有するため2つの機能を同時に実現でき、これらを1個の部品としているので機器の小型化が実現できるとともに実装コストの低減も図ることができる。
【0010】
本発明の請求項2に記載の発明は、特に、インダクタは測定周波数300MHzから800MHzの範囲で200Ω以上のインピーダンスを有するという構成であり、これにより、より確実に静電気パルスの0.5〜2ナノ秒程度の速いピーク電圧を抑制することができ、機器の電子回路に対する保護効果をより確実にすることができる。
【0011】
本発明の請求項3に記載の発明は、特に、出力用外部電極とグランド用外部電極とに電気的に接続する第2のバリスタを形成したという構成であり、これにより、確実に静電気パルスの0.5〜2ナノ秒程度の速いピーク電圧を抑制することができるだけでなく、部品の方向性がなく、実装を容易にできるため実装コストの低減をすることができる。さらに、インダクタが信号ラインに対し直列に、このインダクタを挟んでバリスタが並列に入るπ型に配置されているため、インダクタのインダクタンスとバリスタのキャパシタンスによって、よりノイズ除去効果の高いローパスフィルタ(ノイズフィルタ)の機能も有することができる。
【0012】
本発明の請求項4に記載の発明は、特に、複数のインダクタと複数のバリスタとを形成したという構成であり、これにより、さらに効果を大きく確実に静電気パルスの0.5〜2ナノ秒程度の速いピーク電圧を抑制することができる。また、インダクタのインダクタンスとバリスタのキャパシタンスを最適にすることによって所望の多段ローパスフィルタ(ノイズフィルタ)の機能も有することができる。
【0013】
本発明の請求項5に記載の発明は、特に、入力用外部電極と出力用外部電極とを複数組設けたという構成であり、これにより、2ライン以上の静電気パルスの0.5〜2ナノ秒程度の速いピーク電圧を抑制することができるだけでなく、部品点数の低減、実装面積の低減、実装コストの低減ができる。さらに、異なるラインに存在するインダクタを電気的に容量結合するように配置することでコモンモードチョークフィルタなどの機能も有する素子を実現できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1および請求項2に記載の発明について説明する。
【0015】
図1は本発明の実施の形態1におけるセラミック焼結体の模式的分解斜視図、図2は本発明の実施の形態1における静電気対策部品の外観斜視図、図3は本発明の実施の形態1における静電気対策部品の等価回路図である。
【0016】
図1および図2において、10はセラミック層、11はコイル導体、12は配線導体、13はビア導体、14aおよび14bは内部電極、21はインダクタ部、22はバリスタ部、23aおよび23bは無効層、25はセラミック焼結体、30aは入力用外部電極、30bは出力用外部電極、31はグランド用外部電極である。
【0017】
図1および図2に示すように、本実施の形態1における静電気対策部品は、無効層23aおよび23b、インダクタ部21およびバリスタ部22を積層一体化した構造のセラミック焼結体25に一対の入出力用外部電極30a、30bおよびグランド用外部電極31を設けたものである。
【0018】
そして、インダクタ部21は、セラミック層10に形成した配線導体12をセラミック層10のビア部に形成したビア導体13で接続して、スパイラル状のコイル導体11をセラミック焼結体25の内部に形成し、このコイル導体11の両端をセラミック焼結体25の両端部に引き出して形成している。また、バリスタ部22は、セラミック層10と内部電極14aおよび14bとを交互に積層し、内部電極14aをセラミック焼結体25の片端部に、この辺と垂直方向面の中央部に内部電極14bを交互に引き出し形成している。さらに、このセラミック焼結体25の片端部に、コイル導体11の一方と内部電極14aとに電気的に接続するよう形成した入力用外部電極30aを、セラミック焼結体25のもう一方の端部に、コイル導体11のもう一方に電気的に接続するよう形成した出力用外部電極30bを、さらに、セラミック焼結体25の長辺側中央部に、内部電極14bに電気的に接続するよう形成したグランド用外部電極31を有する構成としている。
【0019】
上記したように、本実施の形態1における静電気対策部品は、インダクタとバリスタをセラミック焼結体として一体化した構造であり、インダクタ部21を入力用外部電極30aと出力用外部電極30bとに電気的に接続し、バリスタ部22を入力用外部電極30aとグランド用外部電極31とに電気的に接続した構成としている。そして、本実施の形態1における静電気対策部品の回路は図3に示す等価回路となる。図3において、201はバリスタ、202はインダクタ、203は入力用外部電極、204は出力用外部電極、205はグランド用外部電極である。
【0020】
続いて、本発明の実施の形態1における静電気対策部品の製造方法について図1および図2を用いて説明する。
【0021】
まず、酸化亜鉛を主成分とするセラミック粉末と有機バインダからなる酸化亜鉛生シートを作製し準備した。この時、生シートの厚みは約50μmとした。
【0022】
次に、上記酸化亜鉛生シートを複数枚積層して下側の無効層23aを形成した。続いて、この無効層23aの上に銀を主成分とする金属ペーストを用いスクリーン印刷法で内部電極14aとなる導体層を形成し、酸化亜鉛生シートを積層し、この上に銀ペーストを用いスクリーン印刷法で内部電極14bを形成した。以降、数回前記工程を繰り返しバリスタ部22を形成した。次に、前記バリスタ部22の上に酸化亜鉛生シートを積層して、銀ペーストを用いてスクリーン印刷法で配線導体12を形成し、その上に配線導体12に電気的に接続するような位置に銀ペーストが充填されたビア導体13が形成されている酸化亜鉛生シート10を積層し、さらに、その上に銀ペーストを用いスクリーン印刷法で配線12を形成した。以降数回上記工程を繰り返しコイル導体11を持つインダクタ部21を形成した。続いて、この上に酸化亜鉛生シートを数枚積層して上側の無効層23bを形成し積層体ブロックを得た。
【0023】
なお、導体層の厚みは約2.5μmとした。また、印刷した導体層のパターンは、切断した後に図1に示した形状となるよう図示した形状を多数個を縦横に配列したパターン形状とした。
【0024】
次に、上記積層体ブロックを所望の寸法に切断分離して、個片の生チップとした。この生チップを大気中で加熱して脱バインダ処理した後、大気中で930℃まで加熱して焼成し焼結体を得た。
【0025】
次に、上記焼結体を面取して焼結体の表面に内部電極を完全に露出させ図2のセラミック焼結体25を得た。続いて、セラミック焼結体25の両端面および側面に銀を主成分とする電極ペーストを塗布した後、800℃で焼付けを行って入力用外部電極30a、出力用外部電極30bおよびグランド用外部電極31を形成し、この上にニッケル、はんだのめっきを施し、図2に示した本実施の形態1における静電気対策部品を作製した。
【0026】
作製した本実施の形態1における静電気対策部品は、長手方向寸法が1.6mm、幅方向寸法が0.8mm、厚み方向寸法が0.8mmであった。そして、入力用外部電極30aとグランド用外部電極31間の静電容量は75pF、バリスタ電圧V1mAすなわち1mAの電流が流れる時の電圧は27Vであった。また、インダクタ部21は作製する際に積層数を調整することによってコイル導体11の長さを変え、入力用外部電極30aと出力用外部電極30bの間のインダクタンスがそれぞれ68nHおよび220nHの2種の静電気対策部品を作製した。
【0027】
上記で作製した2種の本実施の形態1における静電気対策部品について、インダクタ部すなわち入力用外部電極30aと出力用外部電極30bとの間のインピーダンスの周波数特性を測定した。この結果を図4に示す。図4に示すように、測定周波数300MHzから800MHzでのインピーダンスは、インダクタンスが68nHの静電気対策部品が一部の帯域で200Ω以下であり、インダクタンスが220nHの静電気対策部品が全域で200Ω以上であった。
【0028】
続いて、上記で作製した本実施の形態1の静電気対策部品について、静電気試験を行い評価した。
【0029】
静電気試験は、図5に示す回路により行った。スイッチ103を接続して直流電源101より抵抗102を介し所定の電圧を印加して、静電容量150pFの容量ボックス104に電荷をチャージした後、スイッチを切り替えてスイッチ103を開放しスイッチ105を接続して、容量ボックス104にチャージした電荷を静電気パルスとして、抵抗106を介して信号ライン108を通して被保護機器110に印加するというものである。
【0030】
そして、図5に示すように、本実施の形態1の静電気対策部品は、評価試料109として、入力用外部電極203を信号ライン108の入力側つまり抵抗106側に接続し、出力用外部電極204を信号ライン108の出力側つまり被保護機器110側に接続し、グランド用外部電極205をグランドライン107に接続した。すなわち、インダクタ202を被保護機器110に接続する信号ライン108に直列に接続し、バリスタ201を信号ライン108の入力側とグランドライン107間に接続して設けた。
【0031】
そして静電気パルスを印加した時の、被保護機器110の直前の信号ライン108とグランドライン107間の電圧波形を測定することにより、静電気パルスをバイパスさせて被保護機器110に印加される電圧を抑制する効果、つまり、評価試料109である静電気対策部品の静電気パルスに対する吸収抑制効果を評価した。また、比較のために、静電容量が75pF、バリスタ電圧V1mAが27Vの従来の積層バリスタを信号ライン108とグランドライン107間に接続して設けた場合の静電気パルスに対する吸収抑制効果も評価した。
【0032】
評価結果の電圧波形を、図6、図7、図8および図9に示す。図6は、静電気対策部品を設けない場合、すなわち図5に示す静電気試験回路により8kVを印加した静電気パルスの電圧波形である。そして、図7は従来の積層バリスタを信号ライン108とグランドライン107間に接続して設けた場合の被保護機器110に印加される電圧波形であり、図8は本実施の形態1における68nHのインダクタンスを持つ静電気対策部品を設けた場合の被保護機器110に印加される電圧波形であり、図9は本実施の形態1における220nHのインダクタンスを持つ静電気対策部品を設けた場合の被保護機器110に印加される電圧波形である。
【0033】
図7、図8および図9の評価結果から明らかなように、図7の従来の積層バリスタを設けた場合はピーク電圧が155Vであるのに対して、本実施の形態1における静電気対策部品を設けた場合は、バリスタ部の静電容量およびバリスタ電圧V1mAが同じであるにもかかわらず、図8のインダクタ部のインダクタンスが68nHの場合でピーク電圧は75V、図9のインダクタ部のインダクタンスが220nHの場合でピーク電圧は65Vであり、それぞれ大きな電圧抑制効果を有することがわかる。
【0034】
上記のように、本実施の形態1の静電気対策部品を設けた場合には、バリスタを信号ライン入力側とグランドラインに接続して設け、さらに信号ラインに直列にインダクタを接続した構成になっているため、信号ラインに直列に接続されたインダクタが静電気パルスの立ち上がり部の高周波成分に対しては、相対的に高インピーダンスになるため静電気パルスの信号ラインへの通過を抑制し、バリスタの特性が支配的となりバリスタにより短時間にグランド側にバイパスさせ被保護回路にかかる電圧を大幅に小さくできる。
【0035】
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項3に記載の発明について説明する。
【0036】
本実施の形態2が上記実施の形態1と異なる点は、セラミック焼結体の構造であり、セラミック焼結体に1つのインダクタ部と2つのバリスタ部を形成している点である。本実施の形態2における静電気対策部品の外観は上記実施の形態1の図2と同様であるので、図2を用いて説明する。また、符号についても上記実施の形態1と同様のものについては同じ符号を付し説明する。
【0037】
図10は本発明の実施の形態2におけるセラミック焼結体の模式的分解斜視図、図11は本発明の実施の形態2における静電気対策部品の等価回路図である。
【0038】
図10および図2に示すように、本実施の形態2における静電気対策部品は、無効層23aおよび23b、インダクタ部21、第1のバリスタ部22aおよび第2のバリスタ部22bを積層一体化した構造のセラミック焼結体25に一対の入出力用外部電極30a、30bおよびグランド用外部電極31を設けたものである。
【0039】
そして、インダクタ部21は、セラミック層10に形成した配線導体12をセラミック層10のビア部に形成したビア導体13で接続して、スパイラル状のコイル導体11をセラミック焼結体25の内部に形成し、このコイル導体11の両端をセラミック焼結体25の両端部に引き出して形成している。また、第1のバリスタ部22aは、セラミック層10と内部電極14aおよび14bとを交互に積層し、内部電極14aをセラミック焼結体25の片端部に、この辺と垂直方向面の中央部に内部電極14bを交互に引き出し形成し、第2のバリスタ部22bは、セラミック層10と内部電極14cおよび14dとを交互に積層し、内部電極14cをセラミック焼結体25の他端部に、この辺と垂直方向面の中央部に内部電極14dを交互に引き出し形成している。さらに、このセラミック焼結体25の片端部に、コイル導体11の一方および内部電極14aに電気的に接続するよう形成した入力用外部電極30aを、セラミック焼結体25のもう一方の端部に、コイル導体11の他の一方および内部電極14cに電気的に接続するよう形成した出力用外部電極30bを、さらに、セラミック焼結体25の長辺側中央部に、内部電極14bおよび内部電極14dに電気的に接続するよう形成したグランド用外部電極31を有する構成としている。
【0040】
上記したように、本実施の形態2における静電気対策部品は、インダクタと2つのバリスタをセラミック焼結体として一体化した構造であり、インダクタ部21を入力用外部電極30aと出力用外部電極30bとに電気的に接続し、第1のバリスタ部22aを入力用外部電極30aとグランド用外部電極31とに電気的に接続し、第2のバリスタ部22bを出力用外部電極30bとグランド用外部電極31とに電気的に接続した構成としている。そして、本実施の形態2における静電気対策部品の回路は図11に示す等価回路となる。図11において、201aは第1のバリスタ、201bは第2のバリスタ、202はインダクタ、203は入力用外部電極、204は出力用外部電極、205はグランド用外部電極である。
【0041】
本発明の実施の形態2における静電気対策部品の製造方法についても、上記実施の形態1で示した製造方法とほぼ同様であるので詳細な説明は省略するが、インダクタ部21を形成した後、再び、酸化亜鉛生シートの積層、内部電極を形成を繰り返しバリスタ部22bを形成する工程を追加した後、無効層23bを形成して積層体ブロックを作製した。この積層体ブロックを上記実施の形態1で示した工程と同様の工程を経て、本実施の形態2における静電気対策部品を作製した。
【0042】
作製した本実施の形態2における静電気対策部品は、長手方向寸法が1.6mm、幅方向寸法が0.8mm、厚み方向寸法が0.8mmであった。そして、入力用外部電極30aとグランド用外部電極31間の静電容量が75pF、バリスタ電圧V1mAが27Vであり、出力用外部電極30bとグランド用外部電極31間の静電容量が75pF、バリスタ電圧V1mAが27Vであった。また、入力用外部電極30aと出力用外部電極30b間のインダクタンスは220nHであり、そのインピーダンスは図4に示した実施の形態1のインダクタンスが220nHの静電気対策部品と同様に測定周波数300MHzから800MHzの全域で200Ω以上であった。
【0043】
次に、上記本実施の形態2の静電気対策部品について、静電気パルスに対する抑制効果を評価した。評価は、実施の形態1で説明した静電気試験と同様に、本実施の形態2の静電気対策部品を図5に示す評価試料109として、入力用外部電極203を信号ライン108の入力側つまり抵抗106側に接続し、出力用外部電極204を信号ライン108の出力側つまり被保護機器110側に接続し、グランド用外部電極205をグランドライン107に接続し、図5に示す回路により印加される静電気パルスの電圧8kVを印加し、被保護機器110に印加される電圧波形を測定して、その抑制効果を評価した。その評価結果を図12に示す。
【0044】
図12に示すように、本実施の形態2の静電気対策部品を設けた場合には、被保護機器110に印加される電圧波形のピーク電圧は65Vであり、大きな電圧抑制効果を有することがわかる。また、上記とは逆に、本実施の形態2の静電気対策部品を、入力用外部電極203を信号ライン108の出力側つまり被保護機器110側に接続し、出力用外部電極204を信号ライン108の入力側つまり抵抗106側に接続し、グランド用外部電極205をグランドライン107に接続し、図5に示す回路により印加される静電気パルスの電圧8kVを印加し、被保護機器110に印加される電圧波形を測定して評価した場合も、同様に、被保護機器110に印加される電圧波形のピーク電圧は65Vであり、大きな電圧抑制効果を示した。
【0045】
また、比較のため、上記実施の形態1のインダクタンスが220nHの静電気対策部品について、上記実施の形態1とは逆に、入力用外部電極203を信号ライン108の出力側つまり被保護機器110側に接続し、出力用外部電極204を信号ライン108の入力側つまり抵抗106側に接続し、グランド用外部電極205をグランドライン107に接続し、図5に示す回路により印加される静電気パルスの電圧8kVを印加し、被保護機器110に印加される電圧波形を測定して評価した。その評価結果を図13に示す。
【0046】
図13に示すように、実施の形態1の静電気対策部品は、被保護機器110に対して、入力用外部電極203と出力用外部電極204とを逆に接続した場合には、被保護機器110に印加される電圧波形のピーク電圧は180Vになり、図9に示した正しく接続した場合に比べて電圧抑制効果は小さくなる。
【0047】
すなわち、図11の等価回路図からも明らかなように、本実施の形態2における静電気対策部品は、入力側と出力側の区別がなく、どちら側から静電気放電を行った場合でも図12に示す電圧抑制効果を示す。つまり、本実施の形態2における静電気対策部品は、実装の際に部品の方向性を確認するという作業が必要なく、電子機器組み立て製造上の大きな利点がある。
【0048】
(実施の形態3)
以下、実施の形態3を用いて、本発明の特に請求項4に記載の発明について説明する。
【0049】
本実施の形態3が上記実施の形態1および2と異なる点は、セラミック焼結体の構造であり、セラミック焼結体に2つのインダクタ部と3つのバリスタ部を形成している点である。本実施の形態3における静電気対策部品の外観は、上記実施の形態1の図2と同様であるので、図2を用いて説明する。また、符号についても上記実施の形態1および2と同様のものについては同じ符号を付し説明する。
【0050】
図14は本発明の実施の形態3におけるセラミック焼結体の模式的分解斜視図、図15は本発明の実施の形態3における静電気対策部品の等価回路図である。
【0051】
図14および図2に示すように、本実施の形態3における静電気対策部品は、無効層23aおよび23b、第1のインダクタ部21aおよび第2のインダクタ部21b、第1のバリスタ部22a、第2のバリスタ部22bおよび第3のバリスタ部22cを積層一体化した構造のセラミック焼結体25に一対の入出力用外部電極30a、30bおよびグランド用外部電極31を設けたものである。
【0052】
そして、第1のインダクタ部21aは、セラミック層10に形成した配線導体12をセラミック層10のビア部に形成したビア導体13で接続して、スパイラル状のコイル導体11aをセラミック焼結体25の内部に形成し、このコイル導体11aの一端をセラミック焼結体25の片端部に引き出し、コイル導体11aの他端を第3のバリスタ部22cの内部電極14eおよび第2のインダクタ部21bのコイル導体11bの一端にビア導体13で接続して形成している。また、第2のインダクタ部21bも同様に、スパイラル状のコイル導体11bをセラミック焼結体25の内部に形成し、このコイル導体11bの一端をコイル導体11aの他端に接続し、コイル導体11bの他端をセラミック焼結体25の他端部に引き出して形成している。
【0053】
そして、第1のバリスタ部22aは、セラミック層10と内部電極14aおよび14bとを交互に積層し、内部電極14aをセラミック焼結体25の片端部に、この辺と垂直方向面の中央部に内部電極14bを交互に引き出し形成している。第2のバリスタ部22bは、セラミック層10と内部電極14cおよび14dとを交互に積層し、内部電極14cをセラミック焼結体25の他端部に、この辺と垂直方向面の中央部に内部電極14dを交互に引き出し形成している。また、第3のバリスタ部22cは、セラミック層10と内部電極14eおよび14fとを交互に積層し、内部電極14eをビア導体13でコイル導体11aおよび11bに接続し、内部電極14fをセラミック焼結体25の中央部に交互に引き出し形成している。
【0054】
さらに、このセラミック焼結体25の片端部に、コイル導体11aおよび内部電極14aに電気的に接続するよう形成した入力用外部電極30aを、セラミック焼結体25のもう一方の端部に、コイル導体11bおよび内部電極14cに電気的に接続するよう形成した出力用外部電極30bを、さらに、セラミック焼結体25の長辺側中央部に、内部電極14b、14dおよび14fに電気的に接続するよう形成したグランド用外部電極31を有する構成としている。
【0055】
上記したように、本実施の形態3における静電気対策部品は、2つのインダクタと3つのバリスタをセラミック焼結体として一体化した構造であり、第1のインダクタ部21aと第2のインダクタ部21bとを電気的に直列に接続し入力用外部電極30aと出力用外部電極30bとに電気的に接続し、第1のバリスタ部22aを入力用外部電極30aとグランド用外部電極31とに電気的に接続し、第2のバリスタ部22bを出力用外部電極30bとグランド用外部電極31とに電気的に接続し、第3のバリスタ部22cを第1のインダクタ部21aおよび第2のインダクタ部21bとグランド用外部電極31とに電気的に接続した構成としている。そして、本実施の形態3における静電気対策部品の回路は図15に示す等価回路となる。図15において、201aは第1のバリスタ、201bは第2のバリスタ、201cは第3のバリスタ、202aは第1のインダクタ、202bは第2のインダクタ、203は入力用外部電極、204は出力用外部電極、205はグランド用外部電極である。
【0056】
本発明の実施の形態3における静電気対策部品の製造方法については、上記実施の形態1および2で示した製造方法とほぼ同様であるので説明は省略する。
【0057】
作製した本実施の形態3における静電気対策部品は、長手方向寸法が1.6mm、幅方向寸法が0.8mm、厚み方向寸法が0.8mmであった。そして、入力用外部電極30aとグランド用外部電極31間の静電容量が75pF、バリスタ電圧V1mAが27Vであり、出力用外部電極30bとグランド用外部電極31間の静電容量が75pF、バリスタ電圧V1mAが27Vであった。また、入力用外部電極30aと出力用外部電極30b間のインダクタンスは68nHであり、そのインピーダンスは図4に示した実施の形態1のインダクタンスが68nHの静電気対策部品と同様に測定周波数300MHzから800MHzの一部の帯域で200Ω以下であった。
【0058】
次に、上記本実施の形態3の静電気対策部品について、静電気パルスに対する抑制効果を評価した。評価は、実施の形態1で説明した静電気試験と同様に、本実施の形態3の静電気対策部品を図5に示す評価試料109として、入力用外部電極203を信号ライン108の入力側つまり抵抗106側に接続し、出力用外部電極204を信号ライン108の出力側つまり被保護機器110側に接続し、グランド用外部電極205をグランドライン107に接続し、図5に示す回路により印加される静電気パルスの電圧8kVを印加し、被保護機器110に印加される電圧波形を測定して、その抑制効果を評価した。その評価結果を図16に示す。
【0059】
図16に示すように、本実施の形態3の静電気対策部品を設けた場合には、被保護機器110に印加される電圧波形のピーク電圧は65Vであり、大きな電圧抑制効果を有することがわかる。
【0060】
また、図8に示したインダクタ部のインダクタンスが68nHの実施の形態1の静電気対策部品と比較して、抑制効果を示すピーク電圧は約10V低いという結果になった。つまり、本発明の実施の形態3における静電気対策部品は、インピーダンス値が小さくても、大きな電圧抑制効果を有することがわかる。
【0061】
さらに、図15の等価回路図からも明らかなように、本実施の形態3における静電気対策部品は、入力側と出力側の区別がなく、どちら側から静電気放電を行った場合でも図16に示す電圧抑制効果を示す。つまり、本実施の形態3における静電気対策部品は、実装の際に部品の方向性を確認するという作業が必要なく、電子機器組み立て製造上の大きな利点がある。
【0062】
(実施の形態4)
以下、実施の形態4を用いて、本発明の特に請求項5に記載の発明について説明する。
【0063】
図17は本発明の実施の形態4におけるセラミック焼結体の模式的分解斜視図、図18は本発明の実施の形態4における静電気対策部品の外観斜視図、図19は本発明の実施の形態4における静電気対策部品の等価回路図である。
【0064】
図17および図18において、10aおよび10bはセラミック層、11aおよび11bはコイル導体、12は配線導体、13はビア導体、14a、14bおよび14cは内部電極、21aは第1のインダクタ部、21bは第2のインダクタ部、22aは第1のバリスタ部、22bは第2のバリスタ部、23aおよび23bは無効層、25はセラミック焼結体、30aは第1の入力用外部電極、30bは第1の出力用外部電極、30cは第2の入力用外部電極、30dは第2の出力用外部電極、31はグランド用外部電極である。
【0065】
図17および図18に示すように、本実施の形態4における静電気対策部品は、無効層23aおよび23b、第1のインダクタ部21aおよび第2のインダクタ部21b、第1のバリスタ部22aおよび第2のバリスタ部22bを積層一体化した構造のセラミック焼結体25に、二組の入出力用外部電極とグランド用外部電極とを設けたものであり、一対の入出力用外部電極30a、30bと一対の入出力用外部電極30c、30d、およびグランド用外部電極31を設けたものである。
【0066】
そして、第1のインダクタ部21aは、セラミック層10bに形成した配線導体12をセラミック層10bのビア部に形成したビア導体13で接続してスパイラル状のコイル導体11aをセラミック焼結体25の内部に形成し、このコイル導体11aの両端をセラミック焼結体25の両端部に引き出して形成している。また、第2のインダクタ部21bも同様に、スパイラル状のコイル導体11bをセラミック焼結体25の内部に形成し、このコイル導体11bの両端をセラミック焼結体25の両端部に引き出して形成している。
【0067】
そして、第1のバリスタ部22aは、セラミック層10aと内部電極14aおよび14bとを交互に積層し、内部電極14aをセラミック焼結体25の片端部に、この辺と垂直方向面の中央部の両面に内部電極14bを交互に引き出し形成している。また、第2のバリスタ部22bは、セラミック層10aと内部電極14cおよび14bとを交互に積層し、内部電極14cをセラミック焼結体25の上記内部電極14aと同端部に交互に引き出し形成している。
【0068】
さらに、このセラミック焼結体25の片端部に、コイル導体11aおよび内部電極14aに電気的に接続するよう形成した第1の入力用外部電極30aを、また、セラミック焼結体25の同端部に、コイル導体11bおよび内部電極14cに電気的に接続するよう形成した第2の入力用外部電極30cを、そして、セラミック焼結体25のもう一方の端部にコイル導体11aの他端に電気的に接続するよう形成した第1の出力用外部電極30bを、また、セラミック焼結体25の同端部に、コイル導体11bの他端に電気的に接続するよう形成した第2の出力用外部電極30dを、さらに、セラミック焼結体25の長辺側中央部の両面に、内部電極14bに電気的に接続するよう形成したグランド用外部電極31を有する構成としている。
【0069】
上記したように、本実施の形態4における静電気対策部品は、2つのインダクタと2つのバリスタをセラミック焼結体として一体化した構造であり、インダクタ部を入力用外部電極と出力用外部電極とに電気的に接続しバリスタ部を入力用外部電極とグランド用外部電極とに電気的に接続した構成を、2ライン分を有する構成としている。そして、本実施の形態4における静電気対策部品の回路は図19に示す等価回路となる。図19において、201aは第1のバリスタ、201bは第2のバリスタ、202aは第1のインダクタ、202bは第2のインダクタ、203aは第1の入力用外部電極、203bは第2の入力用外部電極、204aは第1の出力用外部電極、204bは第2の出力用外部電極、205はグランド用外部電極である。また、第1および第2のインダクタのラインは、それぞれのコイル導体が近接しており、互いに容量成分206を介して等価的に電気的に結合している。
【0070】
続いて、本発明の実施の形態4における静電気対策部品の製造方法について図17および図18を用いて説明する。
【0071】
まず、酸化亜鉛を主成分とするセラミック粉末と有機バインダからなる酸化亜鉛生シート10aおよび、フェライトを主成分とするセラミック粉末と有機バインダからフェライト生シート10bを作製し準備した。この時、それぞれの生シートの厚みは約50μmとした。
【0072】
次に、上記フェライト生シート10bを複数枚積層して下側の無効層23bを形成した。続いて、この無効層23bの上に銀を主成分とする金属ペーストを用いてスクリーン印刷法で配線導体12を形成し、その上に配線導体12に電気的に接続するような位置に銀ペーストが充填されたビア導体13が形成されているフェライト生シート10bを積層し、さらに、その上に銀ペーストを用いスクリーン印刷法で配線導体12を形成した。以降数回上記工程を繰り返し、その上にフェライト生シート10bを複数枚積層し中間の無効層23bを形成し、コイル導体11aを持つ第1のインダクタ部21aおよびコイル導体11bを持つ第2のインダクタ部21bを形成した。次に、その上に、上記酸化亜鉛生シート10aを複数枚積層して中間の無効層23aを形成し、続いて、この無効層23aの上に銀を主成分とする金属ペーストを用いスクリーン印刷法で内部電極14aおよび内部電極14cとなる導体層を形成し、酸化亜鉛生シートを積層し、この上に銀ペーストを用いスクリーン印刷法で内部電極14bを形成した。以降、数回上記工程を繰り返し、第1のバリスタ部22aおよび第2のバリスタ部22bを形成した。続いて、この上に酸化亜鉛生シートを数枚積層して上側の無効層23aを形成し積層体ブロックを得た。
【0073】
なお、導体層の厚みは約2.5μmとした。また、印刷した導体層のパターンは、切断した後に図17に示した形状となるよう図示した形状を多数個を縦横に配列したパターン形状とした。
【0074】
次に、上記積層体ブロックを所望の寸法に切断分離して、個片の生チップとした。この生チップを大気中で加熱して脱バインダ処理した後、大気中で930℃まで加熱して焼成し焼結体を得た。
【0075】
次に、上記焼結体を面取して焼結体の表面に内部電極を完全に露出させ図18のセラミック焼結体25を得た。続いて、セラミック焼結体25の両端面および側面に銀を主成分とする電極ペーストを塗布した後、800℃で焼付けを行って入力用外部電極30aおよび30c、出力用外部電極30bおよび30d、グランド用外部電極31を形成し、この上にニッケル、はんだのめっきを施し、図18に示した本実施の形態4における静電気対策部品を作製した。
【0076】
作製した本実施の形態4における静電気対策部品は、長手方向寸法が1.4mm、幅方向寸法が1.0mm、厚み方向寸法が0.8mmであった。そして、第1の入力用外部電極30aとグランド用外部電極31間の静電容量は75pF、バリスタ電圧V1mAは27Vであった。また、第1のインダクタ部すなわち第1の入力用外部電極30aと第1の出力用外部電極30bとの間のインピーダンスは、図20に示すように、測定周波数300MHzから800MHzの全域で200Ω以上であった。また、第2の入力用外部電極30cとグランド用外部電極31間の静電容量、バリスタ電圧、および、第2の入力用外部電極30cと第2の出力用外部電極30dとの間のインピーダンスも上記と同様であった。
【0077】
続いて、上記で作製した本実施の形態4の静電気対策部品について、静電気試験を行い評価した。評価は、実施の形態1で説明した静電気試験と同様に、本実施の形態4の静電気対策部品を図5に示す評価試料109として、第1の入力用外部電極203aを信号ライン108の入力側つまり抵抗106側に接続し、第1の出力用外部電極204aを信号ライン108の出力側つまり被保護機器110側に接続し、グランド用外部電極205をグランドライン107に接続し、図5に示す回路により印加される静電気パルスの電圧8kVを印加し、被保護機器110に印加される電圧波形を測定して、その抑制効果を評価した。その評価結果を図21に示す。また、第2の入力用外部電極203bを信号ライン108の入力側つまり抵抗106側に接続し、第2の出力用外部電極204bを信号ライン108の出力側つまり被保護機器110側に接続し、グランド用外部電極205をグランドライン107に接続し、その抑制効果を評価した場合も、図21と同様の結果を得た。
【0078】
図21に示すように、本実施の形態4の静電気対策部品を設けた場合には、被保護機器110に印加される電圧波形のピーク電圧は60Vであり、上記実施の形態1、2および3と比較しても、さらに大きな電圧抑制効果を有することがわかる。
【0079】
さらに、本実施の形態4における静電気対策部品は、1つの素子で2ラインに対応することができるため部品点数の削減、実装コストの削減という効果もある。さらに、フェライトに挟まれた2つのインダクタが互いに容量結合しているため、コモンモードノイズフィルタとしての機能も有している。たとえば、2本の信号ラインのそれぞれに上記実施の形態1における静電気対策部品をそれぞれ1素子ずつ取りつけた場合、コモンモードでの100MHzのインピーダンスは数〜数十Ωであったのに対し、本実施の形態4における静電気対策部品を2ラインに対し取りつけた場合、コモンモードでの100MHzのインピーダンスは100Ω以上になりコモンモードでのノイズフィルタとして大きな効果を持っていた。
【0080】
なお、上記実施の形態1〜4においては、バリスタ部は酸化亜鉛を主成分とするセラミックの中に設けたが、バリスタ部はチタン酸ストロンチウムを主成分とするセラミックであっても構わない。またインダクタ部は、上記実施の形態1〜3では酸化亜鉛セラミック、実施の形態4ではフェライトセラミックの中に設けたが、低誘電率のガラスセラミックなどであっても構わない。また、上記実施の形態4では、酸化亜鉛セラミックによるバリスタ部とフェライトによるインダクタ部の一体焼成を行い、セラミック焼結体25を得たが、それぞれを別々に切断、焼成した後、接着剤等で接着した後、外部電極を形成し、一体化しても良い。また、物理的強度や寸法が許す限り、バリスタおよびインダクタをそれぞれ4つ、8つと増やし、ラインを4本、8本と増やしても良い。
【0081】
また、上記実施の形態1〜4の静電気対策部品は、インダクタのインダクタンスとバリスタのキャパシタンスによりローパスフィルタの機能を有しているので、これらのインダクタンスとキャパシタンスを適当な値に合わせることで、L型やπ型の多段のローパスフィルタとすることができ、ローパスフィルタとしての機能の効果をさらに高めることもできる。
【0082】
【発明の効果】
以上のように本発明は、少なくとも入力用と出力用とグランド用の3つの外部電極を設けたセラミック焼結体であって、セラミック焼結体に、入力用外部電極と出力用外部電極とに電気的に接続するインダクタを形成し入力用外部電極とグランド用外部電極とに電気的に接続するバリスタを形成した静電気対策部品であり、これを機器回路の信号ラインにインダクタを接続し信号ラインの入力側とグランド間にバリスタを接続して設けた場合、従来の静電気対策部品では十分に抑えきれなかった、静電気パルスの0.5〜2ナノ秒程度の速いピーク電圧を抑制し、機器回路に静電気パルスが印加されるのを防ぐことができ、接続された回路を確実に保護することのできる静電気対策部品となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1におけるセラミック焼結体の模式的分解斜視図
【図2】同静電気対策部品の外観斜視図
【図3】同静電気対策部品の等価回路図
【図4】同静電気対策部品のインピーダンスの周波数特性を示す図
【図5】本発明の実施の形態1における静電気試験の回路図
【図6】静電気試験回路により印加される静電気パルスの電圧波形を示す図
【図7】従来の積層バリスタを接続した場合の被保護機器に印加される電圧波形を示す図
【図8】本発明の実施の形態1におけるインダクタンスが68nHの静電気対策部品を設けた場合の被保護機器に印加される電圧波形を示す図
【図9】同インダクタンスが220nHの静電気対策部品を設けた場合の被保護機器に印加される電圧波形を示す図
【図10】本発明の実施の形態2におけるセラミック焼結体の模式的分解斜視図
【図11】同静電気対策部品の等価回路図
【図12】同静電気対策部品を設けた場合の被保護機器に印加される電圧波形を示す図
【図13】インダクタンスが220nHの実施の形態1の静電気対策部品を逆に接続した場合の被保護機器に印加される電圧波形を示す図
【図14】本発明の実施の形態3におけるセラミック焼結体の模式的分解斜視図
【図15】同静電気対策部品の等価回路図
【図16】同静電気対策部品を設けた場合の被保護機器に印加される電圧波形を示す図
【図17】本発明の実施の形態4におけるセラミック焼結体の模式的分解斜視図
【図18】同静電気対策部品の外観斜視図
【図19】同静電気対策部品の等価回路図
【図20】同静電気対策部品のインピーダンスの周波数特性を示す図
【図21】同静電気対策部品を設けた場合の被保護機器に印加される電圧波形を示す図
【符号の説明】
10、10a、10b セラミック層
11、11a、11b コイル導体
12 配線導体
13 ビア導体
14a、14b、14c、14d、14e、14f 内部電極
21、21a、21b インダクタ部
22、22a、22b、22c バリスタ部
23a、23b 無効層
25 セラミック焼結体
30a、30c 入力用外部電極
30b、30d 出力用外部電極
31 グランド用外部電極
101 直流電源
102、106 抵抗
103、105 スイッチ
104 容量ボックス
107 グランドライン
108 信号ライン
109 評価試料
110 被保護機器
201、201a、201b、201c バリスタ
202、202a、202b インダクタ
203、203a、203b 入力用外部電極
204、204a、204b 出力用外部電極
205 グランド用外部電極
206 容量成分
Claims (5)
- 少なくとも入力用と出力用とグランド用の3つの外部電極を設けたセラミック焼結体であって、前記セラミック焼結体に、前記入力用外部電極と出力用外部電極とに電気的に接続するインダクタを形成し前記入力用外部電極と前記グランド用外部電極とに電気的に接続するバリスタを形成した静電気対策部品。
- インダクタは測定周波数300MHzから800MHzの範囲で200Ω以上のインピーダンスを有する請求項1に記載の静電気対策部品。
- 出力用外部電極とグランド用外部電極とに電気的に接続する第2のバリスタを形成した請求項1に記載の静電気対策部品。
- 複数のインダクタと複数のバリスタとを形成した請求項1に記載の静電気対策部品。
- 入力用外部電極と出力用外部電極とを複数組設けた請求項1に記載の静電気対策部品。
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