JP2008522419A - Esd保護素子として種々の容量をもつ複数のバリスタを備えた多層コンポーネント - Google Patents

Esd保護素子として種々の容量をもつ複数のバリスタを備えた多層コンポーネント Download PDF

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Abstract

本発明は多層コンポーネントに関する。このコンポーネントには、側面に外部接点(1,2,3,4)が配置されバリスタセラミックスから成る基体(GK)と、この基体(GK)中に配置され外部接点(1,2,3,4)に接続された内部電極(IE10,IE11,IE20)が設けられている。互いに上下に配置された一対の内部電極(IE10,IE20)の間に第1のバリスタ(V1)のアクティブな体積が形成されており、互いに並置された2つの内部電極(IE10,IE11)の間に第2のバリスタ(21)のアクティブな体積が形成されている。

Description

本発明は、ESD保護素子を含む電気的多層コンポーネントに関する。
DE 19931056 A1によればセラミック多層バリスタが知られており、これは互いに対向し合う複数の内部電極を有している。この場合、等しい電位と接続された内部電極は上下に配置されている。異なる電位と接続された電極スタックは互いに並置されている。この素子は高周波回路およびデータラインのESD保護として用いられる。
本発明の解決しようとする課題は、ESD保護素子を備えた多層コンポーネントにおいて、高周波回路およびデータラインのESD保護としても給電ラインの保護としても適するように構成することである。
本発明によれば以下のような電気コンポーネントが提供される。すなわちこのコンポーネントによれば、互いに重なり合っている2つの電極とそれらの間に配置されたバリスタセラミックスによって(比較的大きい容量とパワーコンパチビリティないしは出力互換性を有する)第1のバリスタが形成され、1つの平面内に位置する2つの内部電極とそれらの間に配置されたバリスタセラミックスによって(有利にはアクティブな体積が小さいことから比較的容量の小さい)第2のバリスタが形成されている。
これによって基体において種々の容量と電流耐性をもつバリスタを実現することができ、それらのバリスタを電気回路の種々のラインのESD保護のために使用することができる。
1つの有利な実施形態によれば基体を備えた多層コンポーネントにおいて、基体側面に外部接点が配置され、それらの外部接点は基体に配置された内部電極と接続されている。基体はバリスタセラミックス(たとえばZnO−Bi,ZnO−Pr)から成る複数の層を有しており、それらの間に金属化平面が配置されていて、そこに電極構造体が形成されている。
上下に配置された一対の内部電極と、それらの間に配置されたバリスタセラミックスとによって、第1のバリスタが形成されている。互いに並べて配置された2つの内部電極と、互いに向き合ったそれらの電極側面の間に配置されたバリスタセラミックスによって、第2のバリスタが形成されている。
容量が小さいことで特徴的な第2のバリスタは、高周波ラインまたはデータラインのためのESD保護として適しており、このバリスタをそれらの信号ラインとアースとの間に接続することができる。また、電流パルス耐性が高いことおよび容量が著しく高いことで特徴的な第1のバリスタを、電流供給ラインまたは電圧供給ラインとアースとの間に接続することができる。
コンポーネントの1つの平面において、単に1つまたは2つの内部電極だけでなくそれよりも多くの内部電極を設けることができる。
上下に配置された内部電極の互いに垂直方向に対向する2つの主表面によって、第1のバリスタのアクティブな体積部分ないしは活性化体積部分が形成される。第1のバリスタのアクティブな体積は有利には少なくとも0.001mm3である。並置されている内部電極の互いに水平方向に対向する側面により第2のバリスタのアクティブな体積が形成され、この体積は有利には第1のバリスタのアクティブな体積の最大で10%である。
並べて配置された内部電極間の間隔は、1つの有利な実施形態によれば少なくとも20μmである。
第1および第2のバリスタが同じ内部電極を分け合うのが有利であり、1つの実施形態によればこの内部電極はアースと接続されており、その際にアースはたとえば高周波ラインまたデータラインと給電ラインのための共通の基準電位を成している。
以下では、アースと接続されている内部電極(有利には対応する平面内で最も広い面積をもつ電極)を第1の電極と称し、同じ平面に配置され第1の電極の隣りに位置する内部電極を第2の電極と称する。また、別の平面に配置され第1の電極と対向する内部電極を第3の電極と称し、これと同じ平面に配置され第3の電極の隣りに位置する内部電極を第4の電極と称する。
第1の平面に配置された第2のバリスタは、それぞれ第1の電極と、それぞれ第2の電極のうちの1つと、それらの電極間にあるバリスタセラミックスとにより形成されている。第2の平面に配置された別の第2のバリスタは、それぞれ第3の電極と、それぞれ第4の電極のうちの1つと、それらの電極間にあるバリスタセラミックスとにより形成されている。
第1の電極を個々の平面において中央に配置すると有利である。ただし第1の電極を第1の平面の一方の側に配置し、第2の電極をこの平面の反対側に配置してもよい。
有利であるのは、上下に配置された内部電極が実質的に等しい面積をもつことである。
有利には2つの第2の電極間の間隔は、第1の電極と第2の電極のうちの1つとの間の間隔よりも少なくとも2倍は大きい。
第1の平面、第1の電極、第2の電極に係わるすべての特徴は、技術的に有用であるならば、第2の平面、第3の電極、第4の電極にも転用可能である。
また、第1の平面内に、複数の第1の電極もしくは1つの分けられた第1の電極を設けることも可能である。
有利には第1の平面は、横方向で2つの周縁領域とそれらの間に位置する中央領域に分けられており、第1の電極は中央領域に配置され、第2の電極は周縁領域に配置され、この場合、中央領域には第2の電極は設けられていない。
第1および第3の電極の端子は有利には、互いに対向する基体側面に案内されている。択一的に、第1および第3の電極の端子を基体の同じ側に実装してもよいし、あるいは互いに垂直に位置するそれぞれ異なる基体側面に実装してもよい。
第2の電極もしくは第4の電極の端子を、第1もしくは第3の電極と同じ基体側面に実装することができる。この場合、基体の2つの側面だけに外部接点が設けられる。ただし、基体のすべての側面に少なくとも1つの外部接点を設けることも可能である。
有利には第1の平面と第2の平面は、実質的に等しく設計され等しく配置された電極構造を有している。
互いに対応づけて配置された第2の電極と第4の電極を、上下にまたは向かい合った状態でずらして配置し、同じ外部接点に接続することができる。
それぞれ異なる平面に形成され互いに上下に配置された電極を有する複数の第2のバリスタを、一方の側で同じ外部接点に接続するのが有利である。同一平面に形成された複数の第2のバリスタをそれぞれ異なる外部接点に接続するのが有利であり、この場合、各外部接点を固有の信号ラインに接続することができる。このようにすれば、単一のコンパクトなコンポーネントによって複数の高速信号ラインの妨害を取り除くことができる。
1つの実施形態によれば、大きい容量をもつ1つの第1のバリスタだけでなくそれよりも多くの第1のバリスタを形成することができる。この場合、別の第1の電極と、この電極に対し垂直方向で対向する別の第3の電極と、これらの電極間に配置されたバリスタセラミックスとにより、第1のバリスタが形成されている。2つの第1のバリスタにも1つの共通の電極をもたせることができ、この電極をアースと接続可能であって、その際、これらのバリスタは別の側でそれぞれ固有の外部接点と接続されており、もしくはそれぞれ固有の給電ラインと接続可能である。
1つの実施形態によれば(上下に配置された一対の内部電極のみの構成の代わりに)、第1のバリスタを上下に配置された電極のスタックにより実現することができる。この場合、第1の電極と第3の電極は垂直方向で交互に配置されている。また、(第2もしくは第4の電極を備えた)複数の第1の平面を設けることもでき、それらの平面は交互に配置されている。
この多層コンポーネントは有利には表面実装に適している。この場合、外部接点は、それぞれ基体側面を超えて突出し、部分的に少なくとも基体下方主表面に配置されるように形成されている。
垂直方向に形成されたバリスタのスイッチング電圧すなわち上下に位置する各内部電極間のバリスタ電圧は、1mAの電流負荷のとき有利には少なくとも5Vである。1つの有利な実施形態によれば、バリスタ電圧は最大で250Vである。
垂直方向に形成されたバリスタのスイッチング電圧すなわち並置された各内部電極間のバリスタ電圧は、1mAの電流負荷のとき有利には少なくとも10Vである。1つの有利な実施形態によれば、バリスタ電圧は最大で500Vである。
以下では、実施例に基づき添付の図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。なお、これらの図面には本発明の様々な実施例が概略的に示されており、縮尺どおりには描かれていない。同じ部材あるいは同じ働きをもつ部材には同一の参照符号が付されている。
図1Aは、第1および第2のバリスタを備えたバリスタコンポーネントの断面図である。
図1Bは、図1Aによるコンポーネントの第1の平面を示す平面図である。
図1Cは、図1Aによるコンポーネントの第2の平面を示す平面図である。
図1Dは、図1Aによるコンポーネントを上から見た平面図(左端)ならびに第1の側面(中央)と第2の側面(右端)を示す図である。
図1Eは、図1A〜図1Dによるコンポーネントの等価回路図である。
図2Aは、1つの第1のバリスタと4つの第2のバリスタとを備えたコンポーネントの断面図である。
図2Bは、図2Aによるコンポーネントの第1の平面を示す平面図である。
図2Cは、図2Aによるコンポーネントの第2の平面を示す平面図である。
図2Dは、図2A〜図2Cによるコンポーネントを上から見た図である。
図3Aは、1つの第1のバリスタと各平面に形成されたそれぞれ4つの第2のバリスタを備えたバリスタコンポーネントを示す図である。
図3Bは、図3Aによるコンポーネントの第1の平面を示す平面図である。
図3Cは、図3Aによるコンポーネントの第2の平面を示す平面図である。
図3Dは、図3A〜図3Cに示したコンポーネントを上方から見た図(左側)および側方から見た図(右側)である。
図3Eは、図3A〜図3Dによるコンポーネントの電気的等価回路図である。
図1A〜図1Dには、基体GKを備えた本発明によるコンポーネントをそれぞれ異なる方向から見た図が示されている。この場合、基体GKはバリスタセラミックスから成る複数の層を有しており、それらの層の間に第1の金属化平面E1およびそこに形成された内部電極IE10ならびに第2の金属化平面E2およびそこに形成された内部電極IE20,IE21が配置されている。
図1Aは、図1Bと図1C中に書き込まれた線A−A′に沿って見たコンポーネントの断面に対応するものである。図1Bには図1Aによるコンポーネントの第1の金属化平面E1が、図1Bには第2の金属化平面E2が示されている。第1の内部電極IE10は、その隣りに配置された第2の内部電極IE11よりも広い面積を有している。第1の内部電極IE10の下に配置された第3の内部電極IE20は、その隣りに配置されたつまり第2の内部電極IE11の下に配置された第4の内部電極IE21よりも広い面積を有している。
内部電極IE10は外部接点1と接続されており、内部電極IE20は外部接点2と接続されている。内部電極IE11,IE21は別の外部接点3と接続されている。外部接点1および2は、基体GKの互いに対向する第1の側面上に配置されている。外部接点3は基体GKの第2の側面上に配置されており、これは第1の接点に対し垂直に位置している。この実施形態によれば、3つの側面だけに外部接点が設けられている。
互いに対向する内部電極IE10,IE20およびそれらの間に配置されたバリスタセラミックスにより、第1のバリスタ(図1EのバリスタV1)が形成されている。有利であるのは、第1の内部電極IE10および第3の内部電極IE20が等しい面積をもつことである。
第1の平面E1内に並置された内部電極IE10,IE11およびそれらの間に配置されたバリスタセラミックスにより、第2のバリスタV21が形成されている。第2の平面E2内に並置された内部電極IE20,IE21およびそれらの間に配置されたバリスタセラミックスにより、さらに別の第2のバリスタV25が形成されている。
バリスタのアクティブな体積とは、2つの電極間に配置されたバリスタ材料の体積のことである。第1のバリスタV1のアクティブな体積は、内部電極IE10とIE20の互いに向き合った主表面間で形成され、少なくとも0.001mm3である。第2のバリスタV21のアクティブな体積は、内部電極IE10と第2の内部電極IE11の互いに対向する側面間で形成される。第2のバリスタV21のアクティブな体積は第1のバリスタV1のアクティブな体積よりも著しく小さく、たとえば少なくとも1つのオーダは小さく、1つの有利な実施形態では少なくとも2つのオーダは小さい。
図1Dには左端に図1A〜図1Cによるコンポーネントを上から見た図が描かれており、中央にはこのコンポーネントにおける第1の側面の平面図が、図2には第2の側面の平面図が描かれている。外部接点1,2,3は個々の側面から突出しており、部分的に基体の主表面(有利には下面)に配置されていて、これらの外部接点はコンポーネントにおいて表面実装に適した電気接続端子を成している。
この実施例によれば、同じ電位と接続された内部電極IE11およびIE21は上下に配置されている。本発明の1つの変形実施形態によれば、これらの電極を互いに横方向にずらすことができる。
第1の内部電極IE10と第3の内部電極IE20を、互いに対向する側面上に配置された外部接点に接続すると有利である。ただし内部電極IE10,IE20を、互いに垂直に位置する側面または同じ側面上に配置された外部接点に接続することも可能である。
コンポーネントにおける外部接点すべてを、図3Dに示されているようにコンポーネントの互いに対向する第1の側面上に配置することができ、この場合、それらの側面に対し垂直に位置する基体の第2の側面には外部接点は設けられない。とはいえ図2Dに示されている実施形態のように、基体のすべての側面に外部接点を設けてもよい。
図2Aには本発明の別の実施形態が示されており、これによれば第1の平面E1において2つの第2の内部電極IE11とIE12との間に第1の内部電極IE10が配置されており、第2の平面E2において2つの第4の内部電極IE21とIE22との間に第3の内部電極IE20が配置されている。第1のバリスタV1と第2のバリスタV21,V25は、この実施例および図3A〜図3Eに示した実施形態においては図1A〜1Eのように形成されている。
第1の平面E1には、内部電極IE10とIE12およびそれらの間に配置されたバリスタセラミックスによって、さらに別の第2のバリスタが形成されている。第2の平面E2には、内部電極IE20とIE22およびそれらの間に配置されたバリスタセラミックスによって、さらに別の第2のバリスタが形成されている。
図3A〜図3Dには、別のバリスタコンポーネントをそれぞれ異なる視点から見た図が示されており、このコンポーネントには全体で8つの第2のバリスタが含まれている。図3Aには、このコンポーネントが線A−A′に沿って見た断面図として表されている。図3Bおよび図3Cには、このコンポーネントの第1の平面E1もしくは第2の平面E2が平面図として表されている。第1の平面E1には、第1の内部電極IE10と4つの第2の内部電極IE11,IE12,IE13,IE14が配置されている。この場合、第1の内部電極IE10は第1の平面E1において、第2の内部電極から成る2つのグループ間の中央に配置されている。第2の平面E2には、第3の内部電極IE20と4つの第4の内部電極IE21,IE22,IE23,IE24が配置されている。この場合、第3の内部電極IE20は第2の平面E2において、第4の内部電極から成る2つのグループ間の中央に配置されている。
第1の平面E1においてそれぞれ第2の内部電極と、この内部電極に対向する第1の内部電極IE10の側面と、これらの間に配置されたバリスタセラミックスとによって、第2のバリスタが形成されている。第2の平面E2においてそれぞれ第4の内部電極と、この内部電極に対向する第3の内部電極IE20の側面と、これらの間に配置されたバリスタセラミックスとによって、さらに別のバリスタが形成されている。
図3Eには、図3A〜図3Dに示したコンポーネントの等価回路図が描かれている。第1のバリスタV1は、外部接点2と5との間に接続されている。外部接点2はアースにおかれている。第2のバリスタV21〜V28はすべて、外部接点2と接続されている。内部電極IE10とIE11により規定されている第2のバリスタV21は、外部接点1と接続されている。内部電極IE10とIE12により規定されている第2のバリスタV22は、外部接点3と接続されている。内部電極IE10とIE13により規定されている第2のバリスタV23は外部接点4と接続されており、内部電極IE10とIE14により規定されている第2のバリスタV24は外部接点6と接続されている。さらに別の第2のバリスタV25〜V28も、第2の平面E2において第2のバリスタV21〜V24と同様に形成されている。
本発明は、上述の実施形態あるいはこれまで説明してきた素子の個数に限定されるものではない。また、第1の内部電極と第3の内部電極により形成される電極ペアを、相応の金属化平面に任意に配置することができる。さらに第1の内部電極または第3の内部電極を有利には面積の等しい2つの部分電極に分割し、それらの部分電極をそれぞれ固有の外部電気端子に接続することができる。
第1および第2のバリスタを備えたバリスタコンポーネントの断面図 図1Aによるコンポーネントの第1の平面を示す平面図 図1Aによるコンポーネントの第2の平面を示す平面図 図1Aによるコンポーネントを上から見た平面図(左端)ならびに第1の側面(中央)と第2の側面(右端)を示す図 図1A〜図1Dによるコンポーネントの等価回路図 1つの第1のバリスタと4つの第2のバリスタとを備えたコンポーネントの断面図 図2Aによるコンポーネントの第1の平面を示す平面図 図2Aによるコンポーネントの第2の平面を示す平面図 図2A〜図2Cによるコンポーネントを上から見た図 1つの第1のバリスタと各平面に形成されたそれぞれ4つの第2のバリスタを備えたバリスタコンポーネントを示す図 図3Aによるコンポーネントの第1の平面を示す平面図 図3Aによるコンポーネントの第2の平面を示す平面図 図3A〜図3Cに示したコンポーネントを上方から見た図(左側)および側方から見た図(右側) 図3A〜図3Dによるコンポーネントの電気的等価回路図
符号の説明
GK 基体
E1 第1の平面
E2 第2の平面
IE10 第1の内部電極
IE11,IE12,IE13,IE14 第2の内部電極
IE20 第3の内部電極
IE21,IE22,IE23,IE24 第4の内部電極
V1 第1のバリスタ
V2j 第2のバリスタ、j=1〜8
1〜6 外部接点

Claims (13)

  1. 電気コンポーネントにおいて、
    互いに重なり合っている2つの内部電極(IE10,IE20)と該内部電極間に配置されたバリスタセラミックスにより第1のバリスタ(V1)が形成されており、
    1つの平面内に位置する2つの内部電極(IE10,IE11)と該内部電極間に配置されたバリスタセラミックスにより第2のバリスタ(V21)が形成されていることを特徴とする、
    電気コンポーネント。
  2. 請求項1記載のコンポーネントにおいて、
    側面に外部接点(1,2,3,4)が配置された基体(GK)と、
    該基体(GK)中に配置され前記外部接点(1,2,3,4)と接続された内部電極(IE10,IE11,IE20)が設けられており、
    第1の内部電極(IE10)と第2の内部電極(IE11)が第1の平面(E1)内で並置されており、
    前記第1の内部電極(IE10)と重なり合っている第3の内部電極(IE20)が第2の平面(E2)内に配置されており、
    前記第1の内部電極(IE10)と前記第3の内部電極(IE20)と該第1および第3の内部電極(IE10,IE20)間に配置されたバリスタセラミックスにより、第1のバリスタ(V1)が形成されており、
    前記第1の内部電極(IE10)と前記第2の内部電極(IE11)と該第1および第2の内部電極(IE11)間に配置されたバリスタセラミックスにより、第2のバリスタ(V21)が形成されていることを特徴とするコンポーネント。
  3. 請求項2記載のコンポーネントにおいて、
    別の第2の内部電極(IE11,IE12,IE14)が設けられており、それぞれ前記第1の内部電極(IE10)と前記別の第2の内部電極のうち1つの内部電極(IE11)と該内部電極(IE10,IE11)間に配置されたバリスタセラミックスにより、第2のバリスタ(V22,V23,V24)が形成されていることを特徴とするコンポーネント。
  4. 請求項3記載のコンポーネントにおいて、
    2つの第2の内部電極(IE12,IE13)間の間隔は、前記第1の内部電極(IE10)と前記第2の内部電極(IE11,IE12,IE13,IE14)の各々1つとの間隔の少なくとも2倍であることを特徴とするコンポーネント。
  5. 請求項2から4のいずれか1項記載のコンポーネントにおいて、
    前記第3の内部電極(IE20)の隣りに配置された第4の内部電極(IE21)が設けられており、
    該第4の内部電極(IE21)と前記第3の内部電極(IE20)と該内部電極(IE21,IE20)間に配置されたバリスタセラミックスにより、別の第2のバリスタ(V25)が形成されていることを特徴とするコンポーネント。
  6. 請求項5記載のコンポーネントにおいて、
    別の第4の内部電極(IE21,IE22,IE24)が設けられており、それぞれ前記第3の内部電極(IE20)と前記別の第4の内部電極(IE22,IE23,IE24)のうち1つの内部電極と該内部電極間に配置されたバリスタセラミックスにより、別の第2のバリスタ(V25,V26,V27,V28)が形成されていることを特徴とするコンポーネント。
  7. 請求項2から6のいずれか1項記載のコンポーネントにおいて、
    前記第1の内部電極(IE10)と前記第3の内部電極(IE20)との間に、少なくとも0.001mm3のアクティブなバリスタ体積が形成されていることを特徴とするコンポーネント。
  8. 請求項7記載のコンポーネントにおいて、
    前記第1の内部電極(IE10)と前記第2の内部電極(IE11)との間隔は少なくとも20μmであることを特徴とするコンポーネント。
  9. 請求項2から8のいずれか1項記載のコンポーネントにおいて、
    前記第1の内部電極(IE10)は前記第2の内部電極(IE11)よりも広い面積を有することを特徴とするコンポーネント。
  10. 請求項2から9のいずれか1項記載のコンポーネントにおいて、
    前記第1の内部電極(IE10)は前記第1の平面(E1)内で中央に配置されていることを特徴とするコンポーネント。
  11. 請求項2から10のいずれか1項記載のコンポーネントにおいて、
    前記第1または第3の内部電極(IE10,IE20)はアースと接続されていることを特徴とするコンポーネント。
  12. 請求項2から11のいずれか1項記載のコンポーネントにおいて、
    前記バリスタセラミックスはZnO−BiまたはZnO−Prから成ることを特徴とするコンポーネント。
  13. 請求項1から12のいずれか1項記載のコンポーネントにおいて、
    並置されている各内部電極(IE20,IE21)間のバリスタ電圧は、1mAの電流負荷のとき最大で500Vであることを特徴とするコンポーネント。
JP2007543702A 2004-12-03 2005-12-02 Esd保護素子として種々の容量をもつ複数のバリスタを備えた多層コンポーネント Active JP4741602B2 (ja)

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