JP2007048626A - チップ型避雷器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 対向電極間が短絡し難い構造のチップ型避雷器及びその製造方法を得る。
【解決手段】 絶縁性を有する第１チップ体３１と絶縁性を有する第２チップ体３２とが、一体的に接合された接合チップ体３３からなるチップ型避雷器。第１チップ体３１と第２チップ体３２の間に、内部に不活性ガスが封入された第１凹部１ａと第２凹部２ａとからなる放電空間を備えている。この放電空間内において、対向電極６，７のマイクロギャップ側先端部がチップ体に接することなく、チップ体から浮いた状態となっている。また、接合チップ体３３の外面両端部には一対の端子電極（電極パッド１３、はんだバンプ１４）が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、チップ型避雷器、特に、電子回路や電子部品をサージ電圧から保護するチップ型避雷器及びその製造方法に関する。

従来より、この種のチップ型避雷器として、特許文献１に記載のものが知られている。図９に示すように、特許文献１のチップ型避雷器１００は、絶縁性を有する第１チップ体１０１と絶縁性を有する第２チップ体１０２とが一体的に接合され、接合チップ体１０３を構成している。

接合チップ体１０３の接合界面には、マイクロギャップ１０４を有するように一対の対向電極１０６，１０７が配設されている。接合チップ体１０３の外面両端部には一対の端子電極１０８，１０９が形成されており、それぞれビアホール導体１１１を介して対向電極１０６，１０７に電気的に接続されている。第２チップ体１０２には、マイクロギャップ１０４が臨む位置に凹部１０２ａが形成されている。凹部１０２ａの内部には不活性ガスが封入されている。

ところで、チップ型避雷器１００において、サージ印加による放電が起きると、放電空間内で不活性ガス（例えばＡｒ）のイオンやラジカルなイオン種などが対向電極１０６，１０７の表面をたたき、対向電極１０６，１０７の表面がターゲットとなったスパッタ現象が生じる。しかし、図１０に示すように、一対の対向電極１０６，１０７が接合チップ体１０３の接合界面に近接して配置されているため、サージ印加による放電が繰り返されると、対向電極１０６，１０７からスパッタされた導電性物質１２０がマイクロギャップ１０４近傍の第１チップ体１０１の表面に堆積し易く、対向電極１０６，１０７間が短絡し易い。このような短絡が生じると、避雷器として機能しなくなるため、結果としてサージ印加回数が制限されるという問題点が生じる。
特開平８−２３６２６０号公報

そこで、本発明の目的は、対向電極間が短絡し難い構造のチップ型避雷器及びその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るチップ型避雷器は、絶縁性を有する第１チップ体と絶縁性を有する第２チップ体とを一体的に接合した接合チップ体と、第１チップ体の接合面にマイクロギャップを有するように形成された一対の対向電極と、一対の対向電極にそれぞれ接続され、接合チップ体の外面両端部に設けられた一対の端子電極と、第１チップ体のマイクロギャップの位置に形成され、内部に不活性ガスが封入された第１凹部と、第２チップ体のマイクロギャップに臨む位置に形成され、内部に不活性ガスが封入された第２凹部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係るチップ型避雷器においては、第２凹部に加えて第１凹部を設けたため、対向電極からスパッタされた導電性物質が第１凹部にも付着し、対向電極間が短絡し難くなる。

本発明に係るチップ型避雷器には、一対の対向電極のそれぞれのマイクロギャップ側先端部が第１凹部及び第２凹部から露出していることが好ましい。第１凹部と第２凹部にて形成された放電空間内において、対向電極のマイクロギャップ側先端部がチップ体に接することなく、チップ体から浮いた状態となる。それゆえ、対向電極間がより一層短絡し難くなる。

本発明に係るチップ型避雷器の製造方法は、
第１チップ体を形成するための絶縁性を有する第１ウエハと、第２チップ体を形成するための絶縁性を有する第２ウエハとを作製する工程と、
第１ウエハの一面にマイクロギャップを有するように一対の対向電極を形成する工程と、
第１チップ体のマイクロギャップの位置に第１凹部を形成する工程と、
第２チップ体のマイクロギャップに臨む位置に第２凹部を形成する工程と、
マイクロギャップと第２凹部が対向するように、第１ウエハと第２ウエハを不活性ガス雰囲気中で一体的に接合する工程と、
接合した第１ウエハと第２ウエハを一対の対向電極を含むようにダイシングし、第１チップ体と第２チップ体からなる接合チップ体を切り出す工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第２チップ体だけでなく第１チップ体にも凹部を設けたので、対向電極からスパッタされた導電性物質が、対向電極のマイクロギャップ側先端部に形成されている第１チップ体の凹部に付着するため、対向電極間が短絡し難くなる。その結果としてサージ印加回数が増え、チップ型避雷器の寿命を長くできる。

また、本発明によれば、対向電極形成後に第１凹部を形成するため、放電開始電圧に最も寄与するマイクロギャップ間隔の精度が向上し、放電による対向電極の損傷を抑えることができる。

以下に、本発明に係るチップ型避雷器及びその製造方法の実施例について添付図面を参照して説明する。

図１は第１実施例であるチップ型避雷器の断面を示す。このチップ型避雷器は、第１チップ体３１と第２チップ体３２とが一体的に接合された接合チップ体３３と、マイクロギャップＧを有するように形成された一対の対向電極６，７と、第１チップ体３１及び第２チップ体３２のそれぞれに形成した第１凹部１ａ及び第２凹部２ａと、接合チップ体３３の外面両端部に設けた一対の端子電極（電極パッド１３、はんだバンプ１４）とで構成されている。

このチップ型避雷器は以下のような製造工程によって製作される。図２に示すように、第１チップ体３１を形成するための絶縁性を有する第１ウエハ１を用意する。チップ型避雷器の低背化及び第１チップ体３１の機械的強度を考慮すれば、第１ウエハ１の厚さは０．１〜０．６ｍｍが望ましい。本実施例では、厚さが０．２ｍｍのガラス基板とした。

次に、この第１ウエハ１に一定間隔ｔで複数対のスルーホール導体１１を形成する。具体的には、スルーホール導体１１を形成する部分以外をレジスト膜で被覆し、サンドブラストすることによりスルーホール用孔（代表孔径：１００μｍ）を形成する。スルーホール用孔はレーザ、ウェットブラスト、ドライエッチングなどによって形成してもよい。

なお、第１ウエハ１には、ガラス基板ではなくシリコン基板を使用してもよい。ただし、この場合、スルーホール用孔はドライエッチングで形成される。

次に、スルーホール用孔に導電性材料のＡｇポリイミド接着剤ペーストを厚膜技術で充填印刷した後、１８０℃、３０分間の条件で硬化させる。スルーホール用孔への充填は、めっき法で行ってもよい。

次に、図３に示すように、第１ウエハ１に、Ｗを主材料とする対向電極６，７をフッ素系ガスを用いたドライエッチング法で形成する。対向電極６，７はマイクロギャップＧを有している。対向電極６，７の材料はＷに限定するものではなく、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｔａ，ＴａＮ，Ｐｔ，Ｐｄ，ＳｎＯ₂，Ｍｏなどの１種又は２種以上を用いて、印刷法、リフトオフ法、めっき法などによって形成してもよい。マイクロギャップＧの間隔Ｄは、チップ型避雷器の放電開始電圧に応じて適宜設定される（代表値：０．５〜１００μｍ）。本実施例では、マイクロギャップＧの間隔Ｄを５μｍとした。

次に、第１ウエハ１を裏返した後、不要な給電膜をウェットエッチングにより除去する。さらに、スルーホール導体１１の直上にめっき法、リフトオフ法、印刷法、蒸着法、スパッタリング法などにより電極パッド１３を形成する。

次に、図４に示すように、第１ウエハ１のマイクロギャップＧ部分以外の全表面をレジスト膜で被覆し、ＨＦ溶液でウェットエッチングする。これにより、マイクロギャップＧの位置に第１凹部１ａを形成する。

さらに、第２チップ体３２を形成するための絶縁性を有する第２ウエハ２を用意する。チップ型避雷器の低背化及び第２チップ体３２の機械的強度を考慮すれば、第２ウエハ２の厚さは０．３〜１．０ｍｍが望ましい。本実施例では、厚さが０．６ｍｍのシリコン基板とした。シリコン基板の表面にさらにＳｉＯ₂膜などの絶縁層を形成してもよい。

次に、第２ウエハ２に一定間隔ｔで複数の第２凹部２ａを形成する。具体的には、第２凹部２ａを形成する部分以外をレジスト膜で被覆し、有機アルカリ溶液でエッチングすることにより第２凹部２ａを形成する。あるいは、第２凹部２ａはドライエッチングなどによって形成してもよい。

なお、第２ウエハ２にはガラス基板などの透明性を有する基板を用いてもよい。この場合、第２凹部２ａは有機アルカリ溶液ではなく、ＨＦ溶液を使用する。あるいは、レーザ、ウェットブラスト、ドライエッチングなどによって形成してもよい。

次に、図５に示すように、一対の対向電極６，７が第１ウエハ１と第２ウエハ２の間に配置されるように、例えば、エポキシ系接着剤２０を介して第１ウエハ１と第２ウエハ２を不活性ガス雰囲気中で一体的に接合する。不活性ガスは高温でイオン化するものであればよく、空気の他にＨｅ，Ｎ₂，Ａｒ，Ｎｅ，ＳＦ₆，ＣＯ₂，Ｈ₂，Ｃ₂Ｆ₆などの１種又は２種以上の混合物が用いられる。ガス圧は本実施例の場合、８００Ｔｏｒｒとしたが、チップ型避雷器の放電開始電圧に応じて適宜設定される。

なお、接合方法としては、第１ウエハ１と第２ウエハ２の所定の位置に電極層を形成してはんだやロウ材で接合してもよい。また、第１ウエハ１と第２ウエハ２の所定の位置に電極層を形成した後、第１ウエハ１と第２ウエハ２を加熱圧着して接合してもよい。

次に、図６に示すように、パッド電極１３上にはんだバンプ１４を形成する。このはんだバンプ１４とスルーホール１１と電極パッド１３は、対向電極６，７にそれぞれ接続され、端子電極として機能する。

次に、図７に示すように、接合した第１ウエハ１と第２ウエハ２を一対の対向電極６，７ごとにダイシングし、第１チップ体３１と第２チップ体３２からなる接合チップ体３３を切り出す。

以上の方法により、チップ型避雷器が生産性良く低コストで製造される。

こうして得られたチップ型避雷器は、図１に示すように、絶縁性を有する第１チップ体３１と絶縁性を有する第２チップ体３２とが、一体的に接合された接合チップ体３３を有している。そして、第１チップ体３１と第２チップ体３２の間に、内部に不活性ガスが封入された第１凹部１ａと第２凹部２ａとからなる放電空間を備えている。この放電空間内において、対向電極６，７のマイクロギャップ側先端部がチップ体に接することなく、チップ体から浮いた状態となっている。接合チップ体３３の外面両端部には一対の端子電極（電極パッド１３、はんだバンプ１４）が設けられている。

以上のように、本実施例のチップ型避雷器は、第２チップ体３２だけでなく第１チップ体３１にも凹部を設けたので、図８に示すように、対向電極６，７からスパッタされた導電性物質５０が、対向電極６，７のマイクロギャップ側先端部に形成されている第１チップ体３１の第１凹部１ａに付着するため、対向電極６，７間が短絡し難い。その結果、サージ印加回数が増え、チップ型避雷器の寿命を長くできる。

また、本発明によれば、対向電極６，７形成後に第１凹部１ａを形成するため、放電開始電圧に最も寄与するマイクロギャップＧの間隔の精度が向上し、放電による対向電極６，７の損傷を抑えることができる。

なお、本発明に係るチップ型避雷器及びその製造方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

本発明に係るチップ型避雷器の一実施例を示す断面図である。 図１に示したチップ型避雷器の製造方法を説明するための断面図である。 図２に続く製造方法を示す断面図である。 図３に続く製造方法を示す断面図である。 図４に続く製造方法を示す断面図である。 図５に続く製造方法を示す断面図である。 図６に続く製造方法を示す断面図である。 図１に示したチップ型避雷器のマイクロギャップ部分の拡大断面図である。 従来のチップ型避雷器を示す断面図である。 図９に示したチップ型避雷器のマイクロギャップ部分の拡大断面図である。

符号の説明

１…第１ウエハ
１ａ…第１凹部
２…第２ウエハ
２ａ…第２凹部
６，７…対向電極
１３…電極パッド
１４…はんだバンプ
３１…第１チップ体
３２…第２チップ体
３３…接合チップ体
Ｇ…マイクロギャップ

Claims (3)

1. 絶縁性を有する第１チップ体と絶縁性を有する第２チップ体とを一体的に接合した接合チップ体と、
   前記第１チップ体の接合面にマイクロギャップを有するように形成された一対の対向電極と、
   前記一対の対向電極にそれぞれ接続され、前記接合チップ体の外面両端部に設けられた一対の端子電極と、
   前記第１チップ体の前記マイクロギャップの位置に形成され、内部に不活性ガスが封入された第１凹部と、
   前記第２チップ体の前記マイクロギャップに臨む位置に形成され、内部に不活性ガスが封入された第２凹部と、
   を備えたことを特徴とするチップ型避雷器。
2. 前記一対の対向電極のそれぞれのマイクロギャップ側先端部が前記第１凹部及び第２凹部から露出していることを特徴とする請求項１に記載のチップ型避雷器。
3. 第１チップ体を形成するための絶縁性を有する第１ウエハと、第２チップ体を形成するための絶縁性を有する第２ウエハとを作製する工程と、
   前記第１ウエハの一面にマイクロギャップを有するように一対の対向電極を形成する工程と、
   前記第１チップ体の前記マイクロギャップの位置に第１凹部を形成する工程と、
   前記第２チップ体の前記マイクロギャップに臨む位置に第２凹部を形成する工程と、
   前記マイクロギャップと前記第２凹部が対向するように、前記第１ウエハと前記第２ウエハを不活性ガス雰囲気中で一体的に接合する工程と、
   前記接合した第１ウエハと第２ウエハを前記一対の対向電極を含むようにダイシングし、第１チップ体と第２チップ体からなる接合チップ体を切り出す工程と、
   を備えたことを特徴とするチップ型避雷器の製造方法。
   

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