JP2011147331A - 静電気保護装置及びそれを備える電子装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気的に直列接続された複数の電子素子の静電気耐量を十分に向上させることが可能な静電気保護装置、及び、それを備える電子装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る静電気保護装置3は、電気的に直列に接続された複数の電子素子2を静電気から保護する静電気保護装置3であって、電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数の第1静電気保護素子6と、電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数の第2静電気保護素子7と、グラウンドGと電気的に接続するためのグラウンド端子3gとを備える。複数の第1静電気保護素子6はそれぞれ、複数の電子素子2のそれぞれに電気的に並列接続され、複数の第2静電気保護素子7はそれぞれ、複数の電子素子2のそれぞれの入力端子2aとグラウンド端子3gとの間に電気的に接続される。
【選択図】図1
【解決手段】本発明に係る静電気保護装置3は、電気的に直列に接続された複数の電子素子2を静電気から保護する静電気保護装置3であって、電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数の第1静電気保護素子6と、電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数の第2静電気保護素子7と、グラウンドGと電気的に接続するためのグラウンド端子3gとを備える。複数の第1静電気保護素子6はそれぞれ、複数の電子素子2のそれぞれに電気的に並列接続され、複数の第2静電気保護素子7はそれぞれ、複数の電子素子2のそれぞれの入力端子2aとグラウンド端子3gとの間に電気的に接続される。
【選択図】図1
Description
本発明は、静電気保護装置及びそれを備える電子装置に関する。
バリスタ素子等の電流電圧非直線性抵抗特性を有する素子は、半導体素子等の静電破壊を防止する静電気保護装置として使用される。例えば、下記特許文献1及び2には、静電気保護装置としてのバリスタ素子が接続された発光ダイオード(LED)素子が記載されている。これらの文献に記載のバリスタ素子は、LED素子と電気的に並列接続されている。これにより、LED素子の入力端子に静電気が印加された場合、静電気の大部分はバリスタ素子を流れるため、LED素子の静電破壊は抑制される。
複数の電子素子を電気的に直列接続して使用する用途が存在する。例えば、液晶ディスプレイのバックライトや照明等においては、電気的に直列接続された複数のLED素子が使用される場合がある。
このような電気的に直列接続された複数の電子素子について、バリスタ素子を用いて静電気保護装置を構成する場合、直列接続された複数の電子素子のそれぞれに対して、上記特許文献1及び2に記載されているようにバリスタ素子を電気的に並列接続することが考えられる。
しかしながら、それぞれのバリスタ素子による静電破壊抑制効果は必ずしも完全なものではないため、上述のように構成された静電気保護装置では、直列接続された複数の電子素子の静電気耐量を十分に向上させることができない場合があった。
また、上述のように静電気保護装置を構成した場合、一つの電子素子及び/又はこの電子素子と並列接続されたバリスタ素子に流れた静電気は、順次隣接する他の電子素子及び/又はこの電子素子と並列接続されたバリスタ素子に流れる。そのため、直列接続された複数の電子素子において静電気耐量にばらつきがある場合、最も静電気耐量の低い電子素子によって全体の静電気耐量がほぼ決定されてしまうため、全体の静電気耐量が低くなるという問題があった。
また、上述のように静電気保護装置を構成した場合、直列接続された複数の電子素子のうち最も端部側の電子素子の端子だけでなく、隣接する2つの電子素子間の端子、即ち、直列接続された複数の電子素子のうち中間部の電子素子の端子にも、静電気が印加される可能性がある。このような静電気も、当該中間部の電子素子及び/又は当該中間部の電子素子と並列接続されたバリスタ素子に流れた後に、順次隣接する他の電子素子及び/又は当該電子素子と並列接続されたバリスタ素子に流れる。そのため、中間部の電子素子の端子に印加された静電気に対する静電気耐量を十分に向上させることができない場合があった。
このような理由により、電気的に直列接続された複数の電子素子については、複数の電子素子のそれぞれに対してバリスタ素子を電気的に並列接続して構成された静電気保護装置によっては、静電気耐量を十分に向上させることは困難であった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、電気的に直列接続された複数の電子素子の静電気耐量を十分に向上させることが可能な静電気保護装置、及び、それを備える電子装置を提供することを目的とする。
本発明に係る静電気保護装置は、電気的に直列に接続された複数の電子素子を静電気から保護する静電気保護装置であって、電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数の第1静電気保護素子と、電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数の第2静電気保護素子と、グラウンドと電気的に接続するためのグラウンド端子とを備え、複数の第1静電気保護素子はそれぞれ、複数の電子素子のそれぞれに電気的に並列接続され、複数の第2静電気保護素子はそれぞれ、複数の電子素子のそれぞれの入力端子とグラウンド端子との間に電気的に接続されることを特徴とする。
本発明に係る静電気保護装置においては、いずれかの電子素子の入力端子に入力された静電気は、当該電子素子と電気的に並列接続された第1静電気保護素子だけでなく、当該電子素子の入力端子とグラウンド端子との間に接続された第2静電気保護素子にも流れる。そのため、第1静電気保護素子のみで静電気保護装置を構成した場合よりも、静電気耐量が向上する。
また、本発明に係る静電気保護装置においては、一つの電子素子に接続された第2静電気保護素子に流れた静電気はグラウンドに向かうため、その電子素子に隣接する他の電子素子に向かう静電気を減少させることができる。そのため、直列接続された複数の電子素子において静電気耐量にばらつきがあっても、最も静電気耐量の低い電子素子の、全体の静電気耐量への影響度は低下する。その結果、最も静電気耐量の低い電子素子によって全体の静電気耐量が低下することを抑制することができる。
さらに、中間部の電子素子の入力端子に印加された静電気の一部又は全部は、第2静電気保護素子によってグラウンドに導かれる。そのため、中間部の電子素子の入力端子に印加された静電気のうち、他の電子素子に向かう静電気の割合は低下するため、中間部の電子素子の入力端子に印加された静電気に対する静電気耐量が向上する。
これらの結果、本発明に係る静電気保護装置によれば、電気的に直列接続された複数の電子素子の静電気耐量を十分に向上させることが可能となる。
さらに、本発明に係る静電気保護装置は、電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数の第3静電気保護素子をさらに備え、複数の第3静電気保護素子はそれぞれ、複数の電子素子のそれぞれの出力端子とグラウンド端子との間に電気的に接続されることが好ましい。
これにより、電子素子の出力端子に印加された静電気の一部又は全部は、第3静電気保護素子によってグラウンドに導かれる。そのため、電気的に直列接続された複数の電子素子の静電気耐量がさらに向上する。
さらに、本発明に係る静電気保護装置において、複数の第1静電気保護素子、及び、複数の第2静電気保護素子は、それぞれバリスタ素子であることが好ましい。これにより、複数のバリスタ素子によって、本発明に係る静電気保護装置が構成される。
さらに、本発明に係る静電気保護装置において、複数の第3静電気保護素子は、それぞれバリスタ素子であることが好ましい。これにより、複数のバリスタ素子によって、本発明に係る静電気保護装置が構成される。
また、本発明に係る電子装置は、電気的に直列に接続された複数の電子素子と、上述のいずれかの静電気保護装置とを備えることを特徴とする。これにより、高い静電気耐量を有する電子装置が得られる。
本発明によれば、電気的に直列接続された複数の電子素子の静電気耐量を十分に向上させることが可能な静電気保護装置、及び、それを備える電子装置が提供される。
以下、実施の形態に係る静電気保護装置及びそれを備える電子装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係る静電気保護装置及びそれを備える電子装置について説明する。図1は、第1実施形態に係る静電気保護装置及びそれを備える電子装置の回路構成を示す図である。
まず、第1実施形態に係る静電気保護装置及びそれを備える電子装置について説明する。図1は、第1実施形態に係る静電気保護装置及びそれを備える電子装置の回路構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態の電子装置1Aは、複数の電子素子2と、静電気保護装置3とを備えている。
本実施形態においては、複数の電子素子2はそれぞれ発光ダイオード(LED)素子である。複数の電子素子2は、電気的に直列に接続されている。即ち、複数の電子素子2において、隣接する2つの電子素子2の一方の出力端子2bと他方の入力端子2aとが電気的に接続されている。複数の電子素子2のうち最も端部側の電子素子2uの入力端子2a及び電子素子2dの出力端子2bは、それぞれ複数の電子素子2全体に対する入力端子2x及び出力端子2yに電気的に接続されている。入力端子2xと出力端子2yとの間に、複数の電子素子2を動作・駆動させるための電圧が印加される。なお、本実施形態では電子素子2の個数は4個であるが、この個数は複数であれば特に制限されない。
電子素子2は、LED素子の他に、レーザダイオード(LD)素子、電界効果トランジスタ(FET)素子、及び、バイポーラトランジスタ素子等であってもよい。
静電気保護装置3は、複数の電子素子2を静電気から保護するための装置である。図1に示すように、静電気保護装置3は、複数の静電気保護素子群5を有している。複数の静電気保護素子群5の個数は、複数の電子素子2の個数と同じであり、複数の静電気保護素子群5のそれぞれは、複数の電子素子2のそれぞれと一対一に対応している。
複数の静電気保護素子群5は、それぞれ第1静電気保護素子6と、第2静電気保護素子7とを有している。第1静電気保護素子6及び第2静電気保護素子7は、電流電圧非直線性抵抗特性(印加電圧に対し抵抗値が非直線的に変化する特性)を有する。具体的には、第1静電気保護素子6及び第2静電気保護素子7は、ある印加電圧範囲において印加電圧の上昇と共に抵抗値が低下する特性を有する。
図1に示すように、本実施形態においては、第1静電気保護素子6及び第2静電気保護素子7は、それぞれバリスタ素子である。バリスタ素子は、バリスタ電圧と呼ばれる電圧値以上の電圧が印加されると、その抵抗値が急激に低下する。本実施形態のバリスタ素子としては、例えば、セラミックバリスタやギャップバリスタを用いることができる。
なお、第1静電気保護素子6及び第2静電気保護素子7は、ツェナーダイオード等の電流電圧非直線性抵抗特性を有する他の素子であってもよい。
図1に示すように、各第1静電気保護素子6は、各電子素子2と電気的に並列接続されている。具体的には、各第1静電気保護素子6は、各静電気保護素子群5が有する第1端子3aと第2端子3bとの間に電気的に接続されており、第1端子3aは電子素子2の入力端子2aに電気的に接続されており、第2端子3bは電子素子2の出力端子2bに電気的に接続されている。
また、各第2静電気保護素子7は、各電子素子2の入力端子2aとグラウンドGとの間に電気的に接続されている。具体的には、各第2静電気保護素子7は、静電気保護素子群5の第1端子3aと、各静電気保護素子群5が有するグラウンド端子3gとの間に電気的に接続されている。各グラウンド端子3gはグラウンドGと電気的に接続されている。
図2は、本実施形態の電子装置の構成を示す平面図であり、図3は、図2の静電気保護素子群のIII−III線に沿った断面を示す図である。なお、図2及び図3には、直交座標系11が示されている。
図2に示すように、電子装置1Aにおいて、複数の静電気保護素子群5は、Y軸方向に互いに離間するように設けられている。複数の静電気保護素子群5のうち、最もY軸の負側に位置する静電気保護素子群5uは、Z軸に沿った方向から見ると、入力端子側配線層13、グラウンド配線層gw、及び、中間配線層15上に設けられている。入力端子側配線層13、中間配線層15、及び、グラウンド配線層gwは、それぞれNi、Cu、Ag、Au等の導電性を有する材料からなる層であり、XY平面に沿って伸び、Z軸に沿った方向を厚さ方向としている。入力端子側配線層13は、入力端子2xと電気的に接続されており、グラウンド配線層gwは、グラウンドGと電気的に接続されている。
また、複数の静電気保護素子群5のうち、最もY軸の正側に位置する静電気保護素子群5dは、Z軸に沿った方向から見ると、中間配線層15、グラウンド配線層gw、及び、出力端子側配線層17上に設けられている。出力端子側配線層17は、出力端子2yと電気的に接続されている。
また、複数の静電気保護素子群5のうち、静電気保護素子群5u及び静電気保護素子群5d以外の静電気保護素子群5は、Z軸に沿った方向から見ると、2つの中間配線層15及びグラウンド配線層gw上に設けられている。
図3に示すように、静電気保護素子群5は、略直方体形状のバリスタ素体21と、バリスタ素体21の外表面に設けられた第1端子3a、第2端子3b、第3端子3c、第4端子3d、第5端子3e、及び、グラウンド端子3gを主として備えている。バリスタ素体21は、外表面として、Z軸に沿った方向に互いに対向する第1主面S1及び第2主面S2を有している。第1主面S1及び第2主面S2は、XY平面に沿って伸びている。第1端子3a、第2端子3b、及び、第5端子3eは、互いにY軸に沿った方向に離間し、第1主面S1に露出している。第3端子3c、第4端子3d及びグラウンド端子3gは、互いにY軸に沿った方向に離間し、第2主面S2に露出している。第1端子3a、第2端子3b、第3端子3c、第4端子3d、第5端子3e、及び、グラウンド端子3gは、導電性を有し、例えば、PdやAg又はAg−Pd合金等の導電性材料を含んでいる。
図3に示すように、バリスタ素体21は、電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数のバリスタ層23が積層された積層体である。各バリスタ層23は、XY平面に沿って伸び、複数のバリスタ層23の積層方向は、Z軸に沿った方向である。複数のバリスタ層23は、一体成形されている。本実施形態においては、各バリスタ層23は、半導体セラミック層であり、バリスタ素体21は、この半導体セラミック層が複数積層されて構成されたセラミック素体である。
バリスタ層23は、ZnO(酸化亜鉛)を主成分として含むと共に、副成分として希土類金属元素、Co、IIIb族元素(B、Al、Ga、In)、Si、Cr、Mo、アルカリ金属元素(K、Rb、Cs)及びアルカリ土類金属元素(Mg、Ca、Sr、Ba)等の金属単体やこれらの酸化物を少なくとも1種以上含んでいる。本実施形態においては、バリスタ層23は、副成分としてPr、Co、Cr、Ca、Si、K、Al等を含んでいる。Co及びPrは、電流電圧非直線性抵抗特性を有効に発現させるための材料となる。バリスタ層23におけるZnOの含有量は特に限定されないが、好ましくは、バリスタ層23全体の材料を100原子量%とした場合、69.0原子量%以上、99.8原子量%以下である。
静電気保護素子群5は、図3に示されるように、2つの第1内部電極25,26、2つの第2内部電極27,28、第3内部電極29、第4内部電極31、第1スルーホール導体33、第2スルーホール導体35、第3スルーホール導体37、及び、第4スルーホール導体39をバリスタ素体21内に有している。
2つの第1内部電極25,26、2つの第2内部電極27,28、第3内部電極29、及び、第4内部電極31は、それぞれXY平面に沿って伸び、Z軸に沿った方向を厚さ方向としている。また、第3内部電極29、第1内部電極25、第2内部電極27、第1内部電極26、第2内部電極28、及び、第4内部電極31は、バリスタ素体21内においてこの順でZ軸の負側から正側に向かう方向に沿って互いに離間して設けられている。具体的には、第1内部電極25は、バリスタ層23を介して第3内部電極29及び第2内部電極27と対向している。第1内部電極26は、バリスタ層23を介して第2内部電極27及び第2内部電極28と対向している。第2内部電極28は、バリスタ層23を介して第4内部電極31と対向している。
2つの第1内部電極25,26、2つの第2内部電極27,28、第3内部電極29、及び、第4内部電極31は、導電性を有し、例えば、PdやAg又はAg−Pd合金等の導電性材料を含んでいる。第1スルーホール導体33、第2スルーホール導体35、第3スルーホール導体37、及び、第4スルーホール導体39は、導電性を有し、例えば、Pd、Ag、Cu、W、Mo、Sn及びNiからなる群より選ばれる1種以上の金属、又は当該金属を1種以上含む合金等の導電性材料を含んでいる。これらの内部電極及びスルーホール導体は、例えば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成される。
第1スルーホール導体33は、Z軸に沿った方向に伸び、第1端子3a及び第3端子3cと物理的及び電気的に接続されている。2つの第1内部電極25、26は、それぞれ第1スルーホール導体33と物理的及び電気的に接続されている。これにより、2つの第1内部電極25、26は、第1端子3a及び第3端子3cと電気的に接続されている。
第2スルーホール導体35は、Z軸に沿った方向に伸び、第2端子3b及び第4端子3dと物理的及び電気的に接続されている。2つの第2内部電極27、28は、それぞれ第2スルーホール導体35と物理的及び電気的に接続されている。これにより、2つの第2内部電極27、28は、第2端子3b及び第4端子3dと電気的に接続されている。
第3スルーホール導体37は、Z軸に沿った方向に伸び、グラウンド端子3g及び第3内部電極29と物理的及び電気的に接続されている。これにより、グラウンド端子3gと第第3内部電極29とは、電気的に接続されている。
第4スルーホール導体39は、Z軸に沿った方向に伸び、第5端子3e及び第4内部電極31と物理的及び電気的に接続されている。これにより、第5端子3eと第4内部電極31とは、電気的に接続されている。
第1主面S1上には、ポリイミド樹脂、ガラス、セラミック等の材料からなる絶縁層41を介して電子素子2が設けられている。絶縁層41は、第1端子3a及び第2端子3b上に開口を有している。第1端子3a上には、Au、Ag、Al、Cu等の導電材料からなる第1電極43が設けられている。第1電極43は、絶縁層41の上記開口を介して、第1端子3aと物理的及び電気的に接続されている。第2端子3b上には、Au、Ag、Al、Cu等の導電材料からなる第2電極45が設けられている。第2電極45は、絶縁層41の上記開口を介して、第2端子3bと物理的及び電気的に接続されている。第1電極43、電子素子2、及び、第2電極45は、Y軸に沿った方向に互いに離間している。
図2及び図3に示すように、第1電極43と電子素子2の入力端子2aとは、電気的に接続されている。具体的には、Au、Al等の導電性材料からなるワイヤー部材49の一端及び他端が、Au、Al等の導電性材料からなるバンプ51,53によってそれぞれ第1電極43及び入力端子2aに接続されている。
また、第2電極45と電子素子2の出力端子2bとは、電気的に接続されている。具体的には、Au、Al等の導電性材料からなるワイヤー部材55の一端及び他端が、Au、Al等の導電性材料からなるバンプ57,59によってそれぞれ第2電極45及び出力端子2bに接続されている。
中間配線層15及びグラウンド配線層gwは、それぞれ第2主面S2に接しており、互いにY軸に沿った方向に離間している。第3端子3cは、一方の中間配線層15と物理的及び電気的に接続されており、第4端子3dは、他方の中間配線層15と物理的及び電気的に接続されている。ただし、複数の静電気保護素子群5のうちの静電気保護素子群5uの第3端子3cは、入力端子側配線層13と物理的及び電気的に接続されており、複数の静電気保護素子群5のうちの静電気保護素子群5dの第3端子3cは、出力端子側配線層17と物理的及び電気的に接続されている。各中間配線層15は、当該中間配線層15のY軸の負方向に隣接する静電気保護素子群5の第4端子3dと、当該中間配線層15のY軸の正方向に隣接する静電気保護素子群5の第3端子3cとを電気的に接続している。
本実施形態においては、第5端子3e、第4スルーホール導体39、及び、第4内部電極31は、電気的な役割は有しておらず、バリスタ素体21の内部構造の対称性、具体的には、バリスタ素体21内における各端子、各スルーホール導体、及び、各内部電極の構成についてのZ軸の正負方向の対称性を向上させるために設けられている。これにより、例えばバリスタ素体21となるべきグリーンシートで各内部電極及び各スルーホール導体となるべき導電性ペーストを埋め込み、この導電性ペーストをグリーンシートと同時に焼成することによってバリスタ素体21を形成する場合に、バリスタ素体21の反りを抑制することが可能となる。なお、静電気保護素子群5は、第5端子3e、第4スルーホール導体39、及び、第4内部電極31のいずれか又は全てを有していなくてもよい。
上述のような構成に基づき、電子装置1Aの複数の静電気保護装置3及び複数の電子素子2は、図1に示すような回路構成を有する。第1スルーホール導体33と、第2スルーホール導体35と、2つの第1内部電極25、26と、2つの第2内部電極27、28と、第1内部電極25及び第2内部電極27間のバリスタ層23と、第2内部電極27及び第1内部電極26間のバリスタ層23と、第1内部電極26及び第2内部電極28間のバリスタ層23とで、第1静電気保護素子6(図1参照)を構成する。また、第1スルーホール導体33と、第1内部電極25と、第3内部電極29とで、第2静電気保護素子7(図1参照)を構成する。
上述のような本実施形態に係る静電気保護装置3においては、いずれかの電子素子2の入力端子2aに入力された静電気は、当該電子素子2と電気的に並列接続された第1静電気保護素子6だけでなく、当該電子素子2の入力端子2aとグラウンド端子3gとの間に接続された第2静電気保護素子7にも流れる(図1参照)。そのため、第1静電気保護素子6のみで静電気保護装置を構成した場合よりも、静電気耐量が向上する。
また、本実施形態に係る静電気保護装置3においては、一つの電子素子2に接続された第2静電気保護素子7に流れた静電気はグラウンドGに向かうため、その電子素子2に隣接する他の電子素子2に向かう静電気を減少させることができる(図1参照)。そのため、直列接続された複数の電子素子2において静電気耐量にばらつきがあっても、最も静電気耐量の低い電子素子2の、全体の静電気耐量への影響度は低下する。その結果、最も静電気耐量の低い電子素子2によって全体の静電気耐量が低下することを抑制することができる。
さらに、中間部の電子素子2(複数の電子素子2のうち、最もY軸の負側の電子素子2u及び最もY軸の正側の電子素子2d以外の電子素子2)の入力端子2aに印加された静電気の一部又は全部は、第2静電気保護素子7によってグラウンドGに導かれる(図1参照)。そのため、中間部の電子素子2の入力端子2aに印加された静電気のうち、他の電子素子2に向かう静電気の割合は低下するため、中間部の電子素子2の入力端子2aに印加された静電気に対する静電気耐量が向上する。
これらの結果、本実施形態に係る静電気保護装置3によれば、電気的に直列接続された複数の電子素子2の静電気耐量を十分に向上させることが可能となる。
また、本実施形態に係る電子装置1Aは、電気的に直列に接続された複数の入力端子2aと、上述のような静電気保護装置3とを備えている。これにより、高い静電気耐量を有する電子装置1Aが得られる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る静電気保護装置及びそれを備える電子装置について説明する。本実施形態の説明においては、第1実施形態と同一の要素には第1実施形態と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する場合がある。図4は、本実施形態の電子装置の構成を示す平面図であり、図5は、本実施形態の電子装置の回路構成を示す図である。
次に、第2実施形態に係る静電気保護装置及びそれを備える電子装置について説明する。本実施形態の説明においては、第1実施形態と同一の要素には第1実施形態と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する場合がある。図4は、本実施形態の電子装置の構成を示す平面図であり、図5は、本実施形態の電子装置の回路構成を示す図である。
図4及び図5に示すように、本実施形態の電子装置1Bは、4つの静電気保護装置3を備えている点、並びに、入力端子側配線層、中間配線層、及び、出力端子側配線層の構成の点において、第1実施形態の電子装置1Aと異なる。
本実施形態の電子装置1Bは、4つの静電気保護装置3がX軸に沿った方向に互いに離間して設けられている。
各静電気保護装置3の複数の静電気保護素子群5のうち、最もY軸の負側の端部側に位置する静電気保護素子群5uは、Z軸に沿った方向から見ると、入力端子側配線層13B、グラウンド配線層gw、及び、中間配線層15B上に設けられている。入力端子側配線層13Bは、入力端子2xと電気的に接続されている。また、各静電気保護装置3の複数の静電気保護素子群5のうち、最もY軸の正側の端部側に位置する静電気保護素子群5dは、Z軸に沿った方向から見ると、中間配線層15B、グラウンド配線層gw、及び、出力端子側配線層17B上に設けられている。出力端子側配線層17Bは、出力端子2yと電気的に接続されている。また、各静電気保護装置3の複数の静電気保護素子群5のうち、静電気保護素子群5u及び静電気保護素子群5d以外の静電気保護素子群5は、Z軸に沿った方向から見ると、2つの中間配線層15B及びグラウンド配線層gw上に設けられている。
本実施形態の入力端子側配線層13Bは、各静電気保護装置3の複数の静電気保護素子群5のうちの最もY軸の負側に位置する4つの静電気保護素子群5uの第3端子3c(図3参照)を、電気的に接続している。
本実施形態の各中間配線層15Bは、各静電気保護装置3が有する静電気保護素子群5のうち、当該中間配線層15BのY軸の負方向に隣接する4つの静電気保護素子群5の4つの第4端子3d(図3参照)と、当該中間配線層15のY軸の正方向に隣接する4つの静電気保護素子群5の4つの第3端子3c(図3参照)とを、電気的に接続している。
本実施形態の出力端子側配線層17Bは、各静電気保護装置3の複数の静電気保護素子群5のうちの最もY軸の正側に位置する4つの静電気保護素子群5dの第4端子3d(図3参照)を、電気的に接続している。
上述のような本実施形態の静電気保護装置3によれば、第1実施形態の静電気保護装置3と同様の理由により、電気的に直列接続された複数の電子素子2の静電気耐量を十分に向上させることが可能となる。
また、上述のような本実施形態の電子装置1Bは、第1実施形態の電子装置1Aと同様の理由により、高い静電気耐量を有する。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る静電気保護装置及びそれを備える電子装置について説明する。本実施形態の説明においては、第1及び第2実施形態と同一の要素には第1及び第2実施形態と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する場合がある。
次に、第3実施形態に係る静電気保護装置及びそれを備える電子装置について説明する。本実施形態の説明においては、第1及び第2実施形態と同一の要素には第1及び第2実施形態と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する場合がある。
図6は、第3実施形態に係る静電気保護装置及びそれを備える電子装置の回路構成を示す図である。
図6に示すように、本実施形態の電子装置1C及び静電気保護装置3Cは、静電気保護素子群の構成において、第1実施形態の電子装置1A及び静電気保護装置3(図1参照)と異なる。具体的には、本実施形態の複数の静電気保護素子群5Cは、それぞれ第3静電気保護素子8をさらに有している。そのため、本実施形態の複数の静電気保護素子群5Cは、それぞれ、第1静電気保護素子6、第2静電気保護素子7、及び、第3静電気保護素子8を有している。本実施形態の静電気保護装置3Cは、このような静電気保護素子群5Cを複数備えている。
第3静電気保護素子8は、第1静電気保護素子6及び第2静電気保護素子7と同様の素子である。即ち、第3静電気保護素子8は、電流電圧非直線性抵抗特性を有する。具体的には、第3静電気保護素子8は、ある印加電圧範囲において印加電圧の上昇と共に抵抗値が低下する特性を有する。
図6に示すように、本実施形態においては、各第3静電気保護素子8は、それぞれバリスタ素子である。本実施形態のバリスタ素子としては、例えば、セラミックバリスタやギャップバリスタを用いることができる。
なお、第3静電気保護素子8は、ツェナーダイオード等の電流電圧非直線性抵抗特性を有する他の素子であってもよい。
図6に示すように、各第3静電気保護素子8は、各電子素子2の出力端子2bとグラウンドGとの間に電気的に接続されている。具体的には、各第3静電気保護素子8は、静電気保護素子群5の第2端子3bと、各静電気保護素子群5のグラウンド端子3gとの間に電気的に接続されている。
上述のような本実施形態に係る静電気保護装置3Cにおいては、第1実施形態の静電気保護装置3と同様の理由により、電気的に直列接続された複数の電子素子2の静電気耐量を十分に向上させることが可能となる。また、上述のような本実施形態に係る電子装置1Cは、第1実施形態の電子装置1Aと同様の理由により、高い静電気耐量を有する。
さらに、図6に示すように、上述のような本実施形態に係る静電気保護装置3Cは、電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数の第3静電気保護素子8をさらに備え、複数の第3静電気保護素子8はそれぞれ、複数の電子素子2のそれぞれの出力端子2bとグラウンド端子3gとの間に電気的に接続されている。
これにより、電子素子2の出力端子2bに印加された静電気の一部又は全部は、第3静電気保護素子8によってグラウンドGに導かれる。そのため、電気的に直列接続された複数の電子素子2の静電気耐量がさらに向上する。
(実施例)
次に、実施例及び比較例の電子装置を用いて、本発明の効果を説明する。
次に、実施例及び比較例の電子装置を用いて、本発明の効果を説明する。
図7(A)(B)(C)は、比較例1、2、3の電子装置の回路構成を示す図であり、図7(D)は、実施例1の電子装置の回路構成を示す図である。
図7(A)に示す比較例1は、一つの電子素子2のみ有しており、入力端子2xは電子素子2の入力端子2aに電気的に接続され、出力端子2yは、電子素子2の出力端子2bとグラウンドGに電気的に接続されている。図7(B)に示す比較例2は、一つの電子素子2と、この電子素子2と電気的に並列接続された第1静電気保護素子6とを有している。入力端子2xは電子素子2の入力端子2aに電気的に接続され、出力端子2yは、電子素子2の出力端子2bとグラウンドGに電気的に接続されている。図7(C)に示す比較例3は、電気的に直列接続された4つの電子素子2と、4つの電子素子2のそれぞれに電気的に並列接続された4つの第1静電気保護素子6を有している。入力端子2xは、4つの電子素子2のうちの最も一端側にある電子素子2の入力端子2aに電気的に接続され、出力端子2yは、4つの電子素子2のうちの最も他端側にある電子素子2の出力端子2bとグラウンドGに電気的に接続されている。
図7(D)に示す実施例1は、電気的に直列接続された4つの電子素子2と、4つの電子素子2のそれぞれに電気的に並列接続された4つの第1静電気保護素子6と、4つの電子素子2のそれぞれの入力端子2aとグラウンドGとの間に電気的に接続された第2静電気保護素子7と、を有している。入力端子2xは、4つの電子素子2のうちの最も一端側にある電子素子2の入力端子2aに電気的に接続され、出力端子2yは、4つの電子素子2のうちの最も他端側にある電子素子2の出力端子2bとグラウンドGに電気的に接続されている。
比較例1〜3、及び実施例1の各電子素子2としては、同一のLED素子を用いた。比較例1〜3、及び実施例1の第1静電気保護素子6としては、バリスタ電圧V1mAが12V、1kHz,1Vrmsでの静電容量が350pFの特性のバリスタ素子を用いた。比較例1〜3、及び実施例1の第2静電気保護素子7としては、バリスタ電圧V1mAが27V、1kHz,1Vrmsでの静電容量が40pFの特性のバリスタ素子を用いた。また、比較例1の電子装置は、1個作成し、比較例2の電子装置は、3個作成し、比較例3の電子装置は、3個作成し、実施例1の電子装置は、1個作成した。
上述のような比較例1〜3、実施例1の電子装置について、IEC61000−4−2に準拠した試験を行った。具体的には、試験装置の出力電圧値を変化させることにより、上述のような比較例1〜3、実施例1の電子装置の入力端子2x及び出力端子2y間にESD(Electrostatic Discharge)を印加し、LED素子である電子素子2が破壊される上記試験装置の出力電圧値を調べた。電子素子2に順電流を0.1mA流した際に、順電圧が10%以上低下した場合に、電子素子2は破壊されたと判定した。
図8は、比較例1〜3、及び、実施例1の各電子装置のLED素子が破壊された上記試験装置の出力電圧値を示す図である。比較例1の電子装置は、0.2kV以下の出力電圧でLED素子は破壊された。比較例2の電子装置は、2〜5kVの出力電圧でLED素子は破壊された。比較例3の電子装置は、2〜3kVの出力電圧でLED素子は破壊された。実施例1の電子装置は、7〜8kVの出力電圧でLED素子は破壊された。
この結果より、実施例1は比較例1〜3と比較して、静電気耐量が非常に高いことがわかった。
次に、実施例1で静電気耐量が高くなった理由について、考察を行った。実施例1は、電子素子2、第1静電気保護素子6、及び、第2静電気保護素子7からなる組が4つ組み合わされた回路と見ることができるが、この組が、1つ、2つ、3つ、4つ(実施例1)の場合の静電気耐量をそれぞれ検討した。図9(A)(B)(C)(D)は、それぞれ、この組が1つ、2つ、3つ、4つの場合(即ち、電子素子2、第1静電気保護素子6及び第2静電気保護素子7の数がそれぞれ、1個、2個、3個、4個の場合)の電子装置の回路の構成を示す図である。
また、この検討においては、上記4つの場合の回路構成について、以下のように単純化を行った。即ち、入力端子2x及び出力端子2y間に静電気が印加された場合を想定し、図9に示すように、第1静電気保護素子6は1Ωの抵抗R1となったものとみなし、第2静電気保護素子7は4Ωの抵抗R2となったものとみなした。また、電子素子2の抵抗値は、抵抗R1及び抵抗R2よりも大きいため、無限大とみなした。また、入力端子2x及び出力端子2y間には、それぞれ7.5Aの電流Iが流れている場合を想定し、その場合の回路全体の抵抗値と、抵抗R2のうち、最も入力端子2xに近い抵抗R2xに流れる電流I´の値を計算した。なお、入力端子2x及び出力端子2y間に静電気が印加されても、条件によっては電子素子2の抵抗値は、抵抗R1及び抵抗R2の抵抗値の数倍程度の場合も考えられる。そのような場合、電子素子2の抵抗値を無限大とみなすと、以下の計算結果についての誤差が大きくなる可能性もある。そのため、以下の検討結果は、定量的な効果を示しているとは限らず、定性的な効果を示している場合もある。
図10は、図9(A)(B)(C)(D)の4つの回路について、上述の条件における回路全体の抵抗値と抵抗R2xに流れる電流I´の値の計算値を示す図である。図10に示すように、第1静電気保護素子6及び第2静電気保護素子7の数が増加する程、回路全体の抵抗値が増加した。また、第1静電気保護素子6及び第2静電気保護素子7の数が増加する程、最も入力端子2xに近い抵抗R2xに流れる電流I´の値が増加した。この結果より、上述のような態様の電子素子2、第2静電気保護素子7、及び、第2静電気保護素子7の組の数を増加させる程、入力端子2x及び出力端子2y間に静電気が流れた際の抵抗R2xのクランプ特性(静電気をグラウンド側に逃がす特性)が向上することが、実施例1が高い静電気耐量を有する理由の一つであることがわかった。なお、上述の考察においては、本発明が静電気耐量の向上という効果を発揮する理由について、クランプ特性に着目してしる。しかしながら、クランプ特性は、本発明が上記効果を発揮する要因の一つにすぎないと考えられる。従って、クランプ特性という要因に加えて、他の要因にも基づいて、本発明が上記効果を発揮する場合もある。
1A、1B、1C・・・電子装置、2、2d、2u・・・電子素子、2a・・・電子素子の入力端子、2b・・・電子素子の出力端子、3、3C・・・静電気保護装置、3a・・・静電気保護装置の第1端子、3b・・・静電気保護装置の第2端子、3g・・・グラウンド端子、5、5C・・・静電気保護素子群、6・・・第1静電気保護素子、7・・・第2静電気保護素子、8・・・第3静電気保護素子。
Claims (5)
- 電気的に直列に接続された複数の電子素子を静電気から保護する静電気保護装置であって、
電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数の第1静電気保護素子と、
電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数の第2静電気保護素子と、
グラウンドと電気的に接続するためのグラウンド端子と、
を備え、
前記複数の第1静電気保護素子はそれぞれ、前記複数の電子素子のそれぞれに電気的に並列接続され、
前記複数の第2静電気保護素子はそれぞれ、前記複数の電子素子のそれぞれの入力端子と前記グラウンド端子との間に電気的に接続されることを特徴とする静電気保護装置。 - 電流電圧非直線性抵抗特性を有する複数の第3静電気保護素子をさらに備え、
前記複数の第3静電気保護素子はそれぞれ、前記複数の電子素子のそれぞれの出力端子と前記グラウンド端子との間に電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載の静電気保護装置。 - 前記複数の第1静電気保護素子、及び、前記複数の第2静電気保護素子は、それぞれバリスタ素子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の静電気保護装置。
- 前記複数の第3静電気保護素子は、それぞれバリスタ素子であることを特徴とする請求項2又は3に記載の静電気保護装置。
- 前記電気的に直列に接続された複数の電子素子と、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の静電気保護装置と、
を備えることを特徴とする電子装置。
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