JP2009295760A

JP2009295760A - 静電気対策材料及び静電気対策部品

Info

Publication number: JP2009295760A
Application number: JP2008147512A
Authority: JP
Inventors: Masanori Nagano; 将典長野; Noriyuki Kozu; 典之神津; Akihisa Matsuda; 明久松田
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-17

Abstract

【課題】安定した静電気耐圧と、低い制限電圧を有する静電気対策材料及び静電気対策部品を提供する。
【解決手段】静電気対策部品１０は、絶縁性のカバー層１２上に、内部電極１４Ａ，１４Ｂが所定間隔の絶縁ギャップ１８を挟んで相対向するように配設されており、これら内部電極１４Ａ，１４Ｂの間には、静電気対策材料１６が設けられている。前記静電気対策材料１６は、柔軟性を有する絶縁性樹脂マトリックス２２中に、所定のアスペクト比を有するコイン状ないし鱗片状の導電性粒子２０が分散された構造となっている。前記導電性粒子２０の形状によって接触面積を増加して高い静電気耐圧と、低い制限電圧を得るとともに、前記絶縁性樹脂マトリックス２２の柔軟性によって、高い静電気耐圧を保持したまま、低い制限電圧が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器などに用いられる静電気対策材料と、それを利用した静電気対策部品に関するものである。

静電気対策用の積層バリスタでは、容量と静電気耐圧はトレードオフの関係にあり、使用上必要な静電気耐圧を保持した場合、その材料の固有誘電率により数ｐＦが限界となり、高速伝送ラインに用いることはできない。仮に、カバー部に低誘電率の材料を使用したとしても、同水準の１ｐＦ程度の低容量化に留まる。

高速伝送ラインに使用可能なほど静電容量が小さく、かつ、必要な静電気耐圧を有する静電気対策材料として、樹脂中に導電性の粒子を分散させた低誘電率静電気対策材料が報告されている。例えば、下記特許文献１には、絶縁バインダと、導電性粒子と、半導体粒子からなる過電圧保護ポリマー組成物が開示されている。また、下記特許文献２には、絶縁性バインダと、内部コア及び外部シェルからなる導電性粒子と、半導電性粒子とを含む電気過大応力に対する保護を与える組成物が開示されている。更に、セラミック製（酸化亜鉛等）製の静電気対策材料としては、例えば、下記特許文献３に記載の静電気対策部品が開示されている。
特表２００１−５２３０４０号公報特開平１１−３１７１１３号公報特開２００４−６５９４号公報

しかしながら、以上のような背景技術には次のような問題がある。まず、前記特許文献１及び２で記載されている静電気対策材料（ＥＳＤ材料）は、絶縁性マトリックスに各種導電性粒子が分散した構造となっている。この導電性粒子に関し、被覆の有無や粒径については言及されているが、粒子の形状に関しての記載は存在しない。前記静電気対策材料は、導電性粒子間のトンネル電流もしくは微小放電を繰り返すことで、対向電極間で静電気を通過させる材料であり、導電性粒子間の距離および接触点（実際に接触していないが、最短距離に位置する点を接触点と記載する）の数は重要である。そして、接触点を多くすることで導電パス経路が増加し、１パスあたりの電流密度，電界強度が低下するため、制限電圧低下，静電気耐圧（ＥＳＤ耐圧）向上の効果が期待できる。

また、上述した背景技術では、マトリックスとして絶縁性物質、例えば、エポキシ樹脂やシリコン樹脂などの各種高分子材料，ガラスなどの無機材料が記載されているが、それらの物理的特性については何ら開示されていない。

本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、安定した静電気耐圧と、低い制限電圧を有する静電気対策材料及び静電気対策部品を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明の静電気対策材料は、ｘ−ｚ軸方向及びｙ−ｚ軸方向の双方のアスペクト比が３〜１００の導電性粒子を、硬化性の絶縁性樹脂に分散させたことを特徴とする。主要な形態の一つは、前記絶縁性樹脂は、硬化後の硬度が、デュロメータタイプＡで２０〜４０°であることを特徴とする。

本発明の静電気対策部品は、基板上に所定の間隔で相対向する一対の電極を有し、該一対の電極間に静電気対策材料を設けた静電気対策部品であって、前記静電気対策材料が、ｘ−ｚ軸方向及びｙ−ｚ軸方向の双方のアスペクト比が３〜１００の導電性粒子を、硬化性の絶縁性樹脂に分散させたものであることを特徴とする。主要な形態の一つは、前記絶縁性樹脂は、硬化後の硬度が、デュロメータタイプＡで２０〜４０°であることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明は、ｘ−ｚ軸方向及びｙ−ｚ軸方向の双方のアスペクト比が３〜１００の導電性粒子を、硬化性の絶縁性樹脂に分散させて静電気対策材料を得るとともに、該静電気対策材料を、所定の間隔で相対向する一対の電極間に設けて静電気対策部品を形成したので、安定した静電気耐圧と低い制限電圧が得られる。また、前記絶縁性樹脂を、硬化後の硬度がデュロメータタイプＡで２０〜４０°となる柔軟性を有するものとしたので、高い静電気耐圧を維持したまま、低い制限電圧が得られるという効果がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１〜図３を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１(A)は、本実施例の静電気対策部品の主要断面図，図１(B)は前記(A)の部分拡大図，図１(C)は導電性粒子の形状を示す外観斜視図，図１(D-1)及び(D-2)は導電性粒子の接触形態を示す斜視図である。図２は、従来例と比較例の主要部を示す部分拡大図，図３は、本実施例の静電気対策材料の作用を示す主要断面図である。図１(A)に示すように、本実施例の静電気対策部品１０は、絶縁性のカバー層１２上に、内部電極１４Ａ，１４Ｂが所定間隔の絶縁ギャップ１８を挟んで対向するように配置されており、これら内部電極１４Ａ，１４Ｂの間には、静電気対策材料（ないしＥＳＤ吸収材料）１６が設けられている。前記内部電極１４Ａ，１４Ｂ上には、保護膜２４が設けられている。また、前記内部電極１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ外部電極２６Ａ，２６Ｂに接続され、更に外部電極２６Ａ，２６Ｂの外側には、Ｎｉめっき２８Ａ，２８Ｂと、Ｓｎめっき３０Ａ，３０Ｂが設けられている。

前記静電気対策材料１６は、図１(B)に示すように、導電性粒子２０が、絶縁性樹脂マトリックス２２中に分散された構造となっている。前記導電性粒子２０としては、導電性又は半導体性物質であれば、材質や表面被覆の有無は問わない。例えば、導電性粒子，表面が絶縁物質もしくは半導体物質で被覆された導電性樹脂，半導体粒子，表面が絶縁物質もしくはコア部と異なる半導体物質で被覆された半導体粒子などが適用可能である。具体的には、Ａｌ粒子が好適である。また、前記導電性粒子２０の形状は、本実施例では、平面が略円形のコイン状であって、図１(C)に示すように、平面２軸方向の長径Ｄ１（ｘ軸方向の長さ）と短径Ｄ２（ｙ軸方向の長さ）がほぼ等しく、約０．５〜１０μｍ程度に設定されている。そして、前記長径Ｄ１とｚ軸方向の厚みｔとのアスペクト比（Ｄ１／ｔ）と、短径Ｄ２と厚みｔとのアスペクト比（Ｄ２／ｔ）の双方が、３〜１００となるように設定されている。なお、前記導電性粒子２０の形状は、長径Ｄ１＝短径Ｄ２となる略円形が望ましいが、図１(B)に示す例のように、長径Ｄ１と短径Ｄ２の長さが異なる略楕円状であってもよいし、その他の異形状であってもよい。

以下の表１には、ｘ軸及びｙ軸の長さがほぼ同じの平面略円形の導電性粒子２０について、ｘ−ｙ軸系の長さとｚ軸の厚みのアスペクト比を変え、充填量を４０ｖｏｌ％に固定した場合の制限電圧Ｖｐ［Ｖ］と、ＥＳＤ耐圧［ｋＶ］の測定結果が示されている。この結果から、ｘ−ｚ軸方向及びｙ−ｚ軸方向の双方のアスペクト比が３以上であれば、高いＥＳＤ耐圧と低い制限電圧を得られることが分かる。ここで、コイン状（ないし扁平状）粒子の製作限界を考慮すると、アスペクト比は１００程度が上限と考えられることから、アスペクト比の範囲は３〜１００程度とするのがよい。なお、ペースト化などの制限を考慮し、アスペクト比を３〜１７の範囲内に設定すると、より好都合である。

また、前記絶縁性樹脂マトリックス２２としては、公知の各種の低硬度の絶縁性樹脂が利用可能である。以下の表２には、ｘ軸及びｙ軸の長さがほぼ同じの平面略円形の導電性粒子２２のｘ−ｙ軸系の長さとｚ軸の厚みのアスペクト比を１０．０，充填量を４０ｖｏｌ％で固定し、前記絶縁性樹脂マトリックス２２が硬化した後の硬度（すなわち、静電気対策材料（ＥＳＤ吸収材）の硬度）を変えた場合の制限電圧Ｖｐ［Ｖ］（８ｋＶ）とＥＳＤ耐圧［ｋＶ］の測定結果が示されている。なお、樹脂硬度は、デュロメータ（タイプＡ）を用いた場合の結果である。前記表２に示すように、硬化後の硬度が、デュロメータタイプＡで、２０〜４０°であれば、安定した静電気耐圧（ＥＳＤ耐圧）と低い制限電圧を有する静電気対策材料１６を得ることができる。前記絶縁性樹脂マトリックス２２の硬度が、前記範囲よりも小さいと、外部からの応力により形状維持が不可能になり、前記範囲よりも大きいと、後述のように変形できず、導電性粒子間距離変化の作用を及ぼすことができず、制限電圧の低下効果が認められない。

ここで、前記静電気対策材料１６の製造方法の一例を説明する。まず、略球状のＡｌ粉末を、溶剤（例えばミネラルスピリット）及び潤滑剤（例えばオレイン酸）とともにボールミルで圧延し、コイン状Ａｌ粒子を得る。次に、前記コイン状Ａｌ粒子と、マトリックスとなる熱硬化性樹脂（及び必要な場合は硬化剤）を、例えばパンミキサーで混合し、３本ロールを用いて混練する。この際、混練後のペーストの流動特性を調整する目的で、各種添加剤（例えば、ヒュームドシリカなど）を使用することが可能である。

以上のようにして得られた静電気対策材料１６では、図１(B)に示すように、コイン状の導電性粒子２０が一方向に配向し、接触部は、図１(D-1)に示すように、粒子平面方向での面となる。あるいは、図１(D-2)に示すように、線での接触となる。図２(A)に示すように、球状に近い導電性粒子５０を絶縁性樹脂マトリックス２２に分散させた従来例では、前記導電性粒子５０間の接触部は、粒子間の点であるが、本実施例では、上述したように、接触部が面又は線であるため、接触面積が桁違いに大きくなり、導電パス経路（導電経路の総断面積）が多くなる。このとき、電界に直列方向の粒子数に変化はない。従って、静電気印加，導通時の電流密度，電界強度を低く抑えることができるため、制限電圧の低下や、静電気耐圧向上という効果が得られる。

また、図２(B)に示す比較例のように、粒径の小さい導電性粒子５２を利用することで、接触点を増加させることができるが、本実施例のコイン状の導電性粒子２０を利用した場合の効果には及ばない。これは、図２(B)に示す比較例の小径化では、電界と直列方向の粒子数も増加するため、電界強度，電流密度の低下効果を、直列方向粒子間の障壁数増加が打ち消してしまい、制限電圧が増加してしまうためである。これに対し、本実施例のコイン状の導電性粒子２０の場合、直列方向に粒子数を固定したまま、並列方向に接触面積を増加できるため効果が著しい。

次に、前記絶縁性樹脂マトリックス２２の硬度について説明する。仮に、硬度の高い絶縁性樹脂マトリックス２２を用いたとすると、絶縁性樹脂マトリックス２２の物性により支配される静電気対策材料１６は、静電気，サージなどの高電圧が印加された場合でも、物理的に変形することなく、初期に定められた粒子間距離を保ったまま放電することになり、その距離に従った制限電圧となる。初期の距離を短くすることで、制限電圧を低くすることができるが、静電気耐圧が低下するという問題が生じる。

これに対し、本実施例の静電気対策材料１６では、硬化後の硬度がデュロメータタイプＡで２０〜４０°の柔軟性のある絶縁性樹脂マトリックス２２を用いている。このため、静電気，サージなどの高電圧が印加されると、図３(A)に示すように分散された導電性粒子２０が、図３(B)に示すように、導電性粒子２０同士の距離が近づき、粒子間の放電を促進し、高い静電気耐圧を保持したまま、制限電圧を低下させる作用を示す。

このように、実施例１によれば、次のような効果がある。
(1)ｘ−ｚ軸方向及びｙ−ｚ軸方向の双方のアスペクト比が３〜１００の導電性粒子２０を、硬化性の絶縁性樹脂マトリックス２２に分散させて静電気対策材料１６を得るとともに、該静電気対策材料１６を、所定の間隔で相対向する一対の内部電極１４Ａ，１４Ｂ間に設けて静電気対策部品１０を形成したので、安定した静電気耐圧と低い制限電圧が得られる。
(2)前記絶縁性樹脂マトリックス２２を、硬化後の硬度がデュロメータタイプＡで２０〜４０°となる柔軟性を有するものとしたので、高い静電気耐圧を保持したまま、制限電圧を低下させることができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状，材料は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。導電性粒子２０の形状，寸法についても一例であり、上述したアスペクト比の範囲内であれば、必要に応じて適宜変更してよい。

(2)前記実施例１で示した静電気対策部品１０も一例であり、必要に応じて適宜設計変更してよい。例えば、図４(A)に示す静電気対策部品１０Ａは、カバー層１２上に、内部電極１４Ｂ，静電気対策材料１６，内部電極１４Ａが順に積層されたもので、前記内部電極１４Ａと１４Ｂの一部が、前記静電気対策材料１６を挟んで対向している。また、図４(B)に示す静電気対策部品１０Ｂは、内部電極１４Ａ〜１４Ｄを所定の間隔で積層し、それらの間に前記静電気対策材料１６を設けた構造となっており、前記内部電極１４Ａの上面と、内部電極１４Ｄの底面が、カバー層１２Ａ，１２Ｂで覆われた構造となっている。なお、前記図４(A)及び(B)に示す例では、導電性粒子２０の配列方向に対する電界の方向は前記実施例１とは異なるが、接触面積向上の効果は実施例と同様である。むろん、これらの例に限定されるものではなく、相対向する電極間に前記静電気対策材料１６を設けたものであればよい。

(3)前記実施例では、導電性粒子２０のアスペクト比や、絶縁性樹脂マトリックス２２の硬度の制御によって、任意の静電気耐圧，制限電圧の設計を行うこととしたが、これに加えて、分散粒子径，分散粒子表面被覆有無，分散粒子／樹脂配合比，電極形状，導電性粒子や絶縁性粒子の添加の有無によって、所望の電気特性の制御を図るようにしてもよい。

(4)本発明の静電気対策材料は、単品又は多連の静電気対策部品，コンデンサ，インダクタ，抵抗などの各材料との複合電子部品（例えば、静電気対策機能付ＥＭＩフィルターアレイなど）への応用が可能である。また、樹脂基板への埋め込みにより、静電気対策機能付樹脂基板もしくはモジュールとしての応用も可能である。

本発明によれば、所定のアスペクト比を有するコイン状ないし鱗片状の導電性粒子を、絶縁性樹脂中に分散させることにより、安定した静電気耐圧と低い制限電圧を得るとともに、前記絶縁性樹脂として柔軟性のあるものを用いることで、高い静電気耐圧を維持しながら、低い制限電圧を得ることとした。このため、電気機器を静電気より保護する静電気対策材料及び静電気対策部品の用途に適用できる。

本発明の実施例１を示す図であり、(A)は静電気対策部品の主要断面図，(B)は前記(A)の部分拡大図，(C)は導電性粒子の形状を示す外観斜視図，(D-1)及び(D-2)は導電性粒子の接触形態を示す斜視図である。従来例と比較例の主要部を示す部分拡大図である。前記実施例１の静電気対策材料の作用を示す主要断面図である。本発明の他の実施例を示す主要断面図である。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ：静電気対策部品
１２，１２Ａ，１２Ｂ：カバー層
１４Ａ〜１４Ｄ：内部電極
１６：静電気対策材料（ＥＳＤ吸収材料）
１８：絶縁ギャップ
２０：導電性粒子
２２：絶縁性樹脂マトリックス
２４：保護膜
２６Ａ，２６Ｂ：外部電極
２８Ａ，２８Ｂ：Ｎｉめっき
３０Ａ，３０Ｂ：Ｓｎめっき
５０，５２：導電性粒子

Claims

ｘ−ｚ軸方向及びｙ−ｚ軸方向の双方のアスペクト比が３〜１００の導電性粒子を、硬化性の絶縁性樹脂に分散させたことを特徴とする静電気対策材料。
前記絶縁性樹脂は、硬化後の硬度が、デュロメータタイプＡで２０〜４０°であることを特徴とする請求項１記載の静電気対策材料。
基板上に所定の間隔で相対向する一対の電極を有し、該一対の電極間に静電気対策材料を設けた静電気対策部品であって、
前記静電気対策材料が、ｘ−ｚ軸方向及びｙ−ｚ軸方向の双方のアスペクト比が３〜１００の導電性粒子を、硬化性の絶縁性樹脂に分散させたものであることを特徴とする静電気対策部品。
前記絶縁性樹脂は、硬化後の硬度が、デュロメータタイプＡで２０〜４０°であることを特徴とする請求項３記載の静電気対策部品。