JP2012074228A - 静電気対策素子 - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量が小さく、且つ、繰り返し使用の耐久性に優れる静電気対策素子を提供する。
【解決手段】静電気対策素子１００は、絶縁性基板１１と、絶縁性基板１１上において相互に離間して対向配置された一対の電極２１，２２と、電極２１，２２間に配置された機能層３１と、機能層３１を介して一対の電極２１，２２と離間して配置された網目状の中間電極４１と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電気対策素子に関し、特に、高速伝送系での使用やコモンモードフィルタとの複合化において有用な静電気対策素子に関する。

近年、電子機器の小型化及び高性能化が急速に進展している。また、ＵＳＢ２．０やＳ−ＡＴＡ２、ＨＤＭＩ等の高速伝送系に代表されるように、伝送速度の高速化（１ＧＨｚを超える高周波数化）並びに低駆動電圧化の進展が著しい。その反面、電子機器の小型化や低駆動電圧化にともなって、電子機器に用いられる電子部品の耐電圧は低下する。したがって、人体と電子機器の端子が接触した際に発生する静電気パルスに代表される過電圧からの電子部品の保護が、重要な技術課題となっている。

従来、このような静電気パルスから電子部品を保護するために、静電気が入るラインとグランドとの間に積層バリスタを設ける構成が採られている。しかしながら、積層バリスタは、静電容量が大きいため、高速伝送系に用いた場合に信号品質を低下させる要因となる。

このため、近年では、静電容量を低減するために、対向する電極の間に静電気保護材料を充填した構成が提案されている。かかる構成によれば、低静電容量でありながらも静電気抑制効果を実現することができる。

上述した静電気対策部品の他に、特許文献１には、基板上に設けられた対向する一組の電極パターンと、これら電極パターン間に設けられた静電吸収体と、この静電気吸収体上であって、且つ、基板の略中央部に設けられた中間電極と、を有する静電気保護素子が開示されている。また、特許文献２には、基板上に設けられた対向する一組の端部電極と、これら端部電極間に設けられた静電吸収体と、この静電気吸収体下であって、且つ、基板の略中央部に設けられた中間電極と、を有する静電気保護素子が開示されている。

また、特許文献３には、基板上に設けられた対向する一組の主放電電極と、対向する主放電電極を挟むように配置された一組のトリガー電極と、を備えるサージアブソーバが開示されている。

特開２００８−２９４３２５号公報 特開２０１０−０４５１６４号公報 特開２００３−３２３９６１号公報

しかしながら、対向する電極の間に静電気保護材料を充填した従来の構成による低静電容量の静電気対策部品は、静電容量が大きいのみならず、放電時に生ずる電極の破損により、電極間で短絡したり、電極間のギャップ距離が変動して放電開始電圧や放電最大電圧（ピーク電圧）が大きく変動したりする等、繰り返し使用の耐久性が十分ではなかった。

一方、特許文献１乃至３には、第３電極（特許文献１及び２における中間電極，特許文献３におけるトリガー電極）を配置することにより、放電最大電圧（ピーク電圧）のばらつきが抑えられ、或いは、熱影響を少なくして寿命特性が改善されると記載されている。しかしながら、特許文献１乃至３に記載された静電気保護部品は、そのような第３電極を配置しないものに比して、静電容量が大きくなるという問題があった。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、相互に離間して対向配置された電極を有する所謂ギャップ型電極搭載の静電気対策素子において、静電容量が小さく、且つ、繰り返し使用の耐久性に優れる静電気対策素子を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、新規且つユニークな構造を有する中間電極を採用することにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明による静電気対策素子は、絶縁性基板と、絶縁性基板上において相互に離間して対向配置された少なくとも一対の電極と、電極間に配置された機能層と、機能層を介して電極と離間して配置された網目状の中間電極と、を有する。

本発明者らが、このように構成された静電気対策素子の特性を測定したところ、静電容量が小さく、且つ、繰り返し使用の耐久性に優れていることが判明した。かかる効果が奏される作用機構の詳細は、未だ明らかではないものの、例えば、以下のとおり推定される。

上記構成の静電気対策素子においては、網目状の中間電極が一対の電極に近接配置されており、かかる網目状の中間電極が一対の電極に対する補償回路として機能する。すなわち、上記構成の静電気対策素子は、ギャップ距離ΔＧ１である一対の電極間のみならず、ギャップ距離ΔＧ２である一対の電極の一方と網目状の中間電極との間で、放電可能に設計されており、謂わば、放電が行われる箇所（以下、「放電箇所」ともいう。）が幅広く形成されている。そのため、放電時における一対の電極の負荷が軽減される。しかも、放電によって一対の電極に局所的な電極破壊（溶融や変形等）が生じてそのギャップ距離ΔＧ１が拡大した場合であっても、ギャップ距離ΔＧ２の電極間、すなわち電極と網目状の中間電極との間で一定の放電を生じさせることができるので、放電による制御困難な電極破壊にともなう（最短）ギャップ距離の意図せぬ急激な増大が抑制される。また、一対の電極の一方と網目状の中間電極との間に放電が生じた際、網目状の中間電極の一部に破壊が生じていても、破壊が生じた局部に隣接するラインが有効に機能して面内方向へ電流を流すことができるので、その後の放電、すなわち、網目状の中間電極と一対の電極の他方との間で生じる放電が、ギャップ距離の短い部分で生じるように促される。これらが相まった結果、繰り返し放電にともなう放電最大電圧（ピーク電圧）の急激な上昇が、長期に亘り抑制されたものと考えられる。その上さらに、中間電極が網目状に構成されているので、従来技術の如く中間電極を板状に構成した場合に比して平面視における一対の電極と中間電極との重なり面積が低減される。よって、中間電極の採用にともなう静電容量（中間電極と一対の電極とから形成される総静電容量）の増大が確実に抑制される。上述した作用が相まった結果、上記構成の静電気対策素子では、静電容量が小さく、且つ、繰り返し使用の耐久性に優れるという結果が得られたものと推察される。但し、作用はこれらに限定されない。

なお、本発明者らの知見によれば、所謂ギャップ型電極搭載の静電気対策素子における機能層を介した放電は、ギャップ距離が最短の電極間で生じ易い傾向にあるものの、印加される電圧等の条件によっては、ギャップ距離が最短のギャップ距離より僅かに長い電極間でも生じ得ること、および、放電による電極破壊の程度やそれにともなってギャップ距離の変動量は制御不能であること、が見出されている。したがって、網目状の中間電極は、低静電容量化を指向したユニークな形状の追加電極としてのみならず、放電によって生じ得る複雑且つ不確実な事象に基づく放電最大電圧の制御困難な上昇幅を一定のコントロール下に収める制御機構として、有意なものであると言える。

また、少なくとも一対の電極と網目状の中間電極とから形成される（総）静電容量は、０．０１〜０．５ｐＦであることが好ましい。静電容量をこの範囲内に設定すると、特に高速伝送系における信号品質の低下が抑制されるので、繰り返し使用の耐久性が高く、高速伝送系に適した、高性能な静電気対策素子が実現される。

さらに、網目状の中間電極の厚みは、少なくとも一対の電極の厚みより厚いと、より好適である。このように構成すると、強度が向上して耐久性が高められ、一対の電極に対する補償回路としての機能が増強するので、繰り返し使用の耐久性が一層高められるとともに放電最大電圧（ピーク電圧）の上昇が長期に亘って抑制される。

ここで、上記機能層は、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が不連続に分散したコンポジットであることが好ましい。絶縁性無機材料と導電性無機材料とのコンポジットの採用により、低静電容量化が容易になるとともに、機能層の薄膜化も容易となる。したがって、静電気対策素子のより一層の薄膜化及び小型化が実現可能となる。しかも、有機材料を用いた場合に比して、静電気対策素子の耐久性及び耐熱性が高められ、その上さらに、温度や湿度等の外部環境への耐候性をも高められる。

なお、本明細書において、「網目状」とは、複数のラインが結着して網目或いは孔が形成された形状を意味し、所謂ネットを含む概念である。また、本明細書において、「コンポジット」とは、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が分散した状態を意味し、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が一様に或いはランダムに分散した状態のみならず、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料の集合体が分散した状態、すなわち一般に海島構造と呼ばれる状態を含む概念である。さらに、本明細書において、「絶縁性」とは０．１Ωｃｍ以上を、「導電性」とは、０．１Ωｃｍ未満を意味する。

本発明によれば、低静電容量でありながらも、繰り返し使用の耐久性に優れる静電気対策素子を実現できる。

第１実施形態の静電気対策素子１００を概略的に示す模式平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 第１実施形態の静電気対策素子１００の機能層３１を示す模式平面図である。 変形例の網目状の中間電極４２を概略的に示す模式平面図である。 変形例の網目状の中間電極４３を概略的に示す模式平面図である。 変形例の網目状の中間電極４４を概略的に示す模式平面図である。 変形例の網目状の中間電極４５を概略的に示す模式平面図である。 変形例の網目状の中間電極４６を概略的に示す模式平面図である。 変形例の網目状の中間電極４７を概略的に示す模式平面図である。 第１実施形態の静電気対策素子１００の製造工程を示す模式斜視図である。 第１実施形態の静電気対策素子１００の製造工程を示す模式斜視図である。 第１実施形態の静電気対策素子１００の製造工程を示す模式斜視図である。 第１実施形態の静電気対策素子１００の製造工程を示す模式斜視図である。 静電気放電試験における回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

（第１実施形態）
図１は、本発明による静電気対策素子の一実施形態を概略的に示す模式平面図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

本実施形態の静電気対策素子１００は、絶縁性基板１１と、この絶縁性基板１１上に配設された一対の電極２１，２２と、これら電極２１，２２の間に配設された機能層３１と、この機能層上に配設された網目状の中間電極４１と、この網目状の中間電極４１を覆うように形成された保護層５１とを備える。本実施形態の静電気対策素子１００において、電極２１，２２は、端子電極６１と電気的に接続されている（図１４参照）。

絶縁性基板１１は、絶縁性表面１１ａを有する。絶縁性基板１１は、少なくとも電極２１，２２及び機能層３１を支持可能なものであれば、その寸法形状は特に制限されない。ここで、絶縁性表面１１ａを有する絶縁性基板１１とは、絶縁性材料からなる基板の他、基板上の一部に又は全面に絶縁膜が製膜されたものを含む概念である。

絶縁性基板１１の具体例としては、例えば、ＮｉＺｎフェライト、アルミナ、シリカ、マグネシア、窒化アルミ、フォルステライト等の誘電率が５０以下、好ましくは２０以下の低誘電率材料を用いたセラミック基板や、単結晶基板等が挙げられる。また、セラミック基板や単結晶基板等の表面に、ＮｉＺｎフェライトやアルミナ、シリカ、マグネシア、窒化アルミ、フォルステライト等の誘電率が５０以下、好ましくは２０以下の低誘電率材料からなる絶縁膜を形成したものも、好適に用いることができる。なお、絶縁膜の形成方法は、特に限定されず、真空蒸着法、反応性蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤやＰＶＤ等の気相法等の公知の手法を適用できる。また、基板及び絶縁膜の膜厚は、適宜設定可能である。

絶縁性基板１１の絶縁性表面１１ａ上には、一対の電極２１，２２が相互に離間して配設されている。本実施形態では、一対の電極２１，２２は、絶縁性基板１１の平面略中央位置にギャップ距離ΔＧ１を置いて、対向配置されている。ここで、ギャップ距離ΔＧ１は、一対の電極２１，２２間の最短距離を意味する。

電極２１，２２を構成する素材としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｔから選ばれた少なくとも一種類の金属、或いはこれらの合金等が挙げられるが、これらに特に限定されない。なお、本実施形態では、電極２１，２２は、平面視で矩形状に形成されているが、その形状は特に制限されず、例えば、櫛歯状、或いは、鋸状に形成されていてもよい。

電極２１，２２間のギャップ距離ΔＧ１は、所望の放電特性を考慮して適宜設定すればよく、特に限定されないが、通常、０．１〜５０μｍ程度であり、低電圧初期放電を確保するという観点から、より好ましくは０．1〜２０μｍ程度、さらに好ましくは０．１〜１０μｍ程度である。なお、電極２１，２２の厚みΔＴ１は、適宜設定することができ、特に限定されないが、通常、０．０５〜１０μｍ程度である。

電極２１，２２の形成方法は、特に限定されず、公知の手法を適宜選択することができる。具体的には、例えば、塗布、転写、電解めっき、無電解めっき蒸着或いはスパッタリング等により、絶縁性基板１１上に所望の厚みΔＴ１を有した電極層を作成する方法が挙げられる。さらに、このように形成された電極層を、例えば、イオンミリング等の公知の手法を用いて加工することにより、所望のギャップ距離ΔＧ１を有した電極２１，２２を形成することができる。

上記の電極２１，２２間には、機能層３１が配設されている。本実施形態では、上述した絶縁性基板１１の絶縁性表面１１ａ上及び電極２１，２２上に、機能層３１が積層された構成となっている。この機能層３１の寸法形状及びその配設位置は、過電圧が印加された際に自身を介して電極２１，２２間で初期放電が確保されるように設計されている限り、特に限定されない。

機能層３１を構成する素材は、過電圧が印加された際に自身を介して電極２１，２２間で初期放電が確保されるように設計されている限り、特に限定されない。低電圧放電タイプの静電気保護材料として、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂及びＳｉＯ₂、フォルステライト等の金属酸化物や金属窒化物等の絶縁性無機材料の他、絶縁性有機材料及び／又は絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が不連続に含まれる（一様に又はランダムに分散した）コンポジット等が知られている。低静電容量化を図る観点から、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が分散したコンポジットであることが好ましい。絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が分散したコンポジットは、従来の機能層に比して薄膜化が容易であり、しかも、有機材料を用いた場合に比して耐久性及び耐熱性に優れ、その上さらに、温度や湿度等の外部環境への耐候性にも優れる傾向にある。

図４は、機能層３１を説明するための模式平面図である。本実施形態では、機能層３１として、絶縁性無機材料３２のマトリックス中に導電性無機材料３３が不連続に分散したコンポジットが採用されている。

機能層３１は、絶縁性無機材料３２のマトリックス中に島状の導電性無機材料３３の集合体が不連続に点在した海島構造を有する。本実施形態では、機能層３１は、逐次スパッタリングを行うことにより形成されている。より具体的には、絶縁性基板１１の絶縁性表面１１ａ上及び／又は電極２１，２２上に、導電性無機材料３３をスパッタリングして部分的に（不完全に）成膜した後、引き続き絶縁性無機材料３２をスパッタリングすることにより、謂わば、島状に点在した導電性無機材料３３の層とこれを覆う絶縁性無機材料３２の層との積層構造のコンポジットが形成されている。

マトリックスを構成する絶縁性無機材料３２の具体例としては、例えば、金属酸化物、金属窒化物等が挙げられるが、これらに特に限定されない。絶縁性やコスト面を考慮すると、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＣｕＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄、ＡｌＮ、ＢＮ及びＳｉＣが好ましい。これらは、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、絶縁性マトリックスに高度の絶縁性を付与する観点からは、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、フォルステライト等を用いることがより好ましい。一方、絶縁性マトリックスに半導体性を付与する観点からは、ＴｉＯ₂やＺｎＯを用いることがより好ましい。絶縁性マトリックスに半導体性を付与することで、放電開始電圧及びクランプ電圧に優れる静電気対策素子を得ることができる。ここで、絶縁性マトリックスに半導体性を付与する方法は、特に限定されないが、例えば、これらＴｉＯ₂やＺｎＯを単独で用いたり、これらを他の絶縁性無機材料３２と併用すればよい。特に、ＴｉＯ₂は、アルゴン雰囲気中でスパッタリングする際に酸素が欠損し易く、電気伝導度が高くなる傾向にあるので、絶縁性マトリックスに半導体性を付与するにはＴｉＯ₂を用いることが特に好ましい。

導電性無機材料３３の具体例としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物等が挙げられるが、これらに特に限定されない。導電性を考慮すると、Ｃ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇ，Ｐｄ及びＰｔ、或いは、これらの合金が好ましい。

機能層３１の層の厚み（本実施形態においては、後述するギャップ距離ΔＧ２に相当する。）は、特に限定されるものではなく、適宜設定することができる。繰り返し使用の耐久性を確保する観点から、機能層３１の層の厚みは、少なくとも電極２１，２２間のギャップ距離ΔＧ１より大きな値に設定することが好ましい。具体的には、１０ｎｍ〜６０μｍであることが好ましく、１００ｎｍ〜２５μｍであることがより好ましい。

本実施形態の如く、謂わば、不連続に点在した島状の導電性無機材料３３の層と絶縁性無機材料３２のマトリックスの層とを形成する場合、導電性無機材料３３の層の厚みは、１〜１０ｎｍであることが好ましく、絶縁性無機材料３２の層の厚みは、１０ｎｍ〜３０μｍであることが好ましい。

機能層３１の形成方法は、上述したスパッタリング法に限定されない。絶縁性基板１１の絶縁性表面１１ａ上及び／又は電極２１，２２上に、真空蒸着法、反応性蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤやＰＶＤ等の気相法等の公知の薄膜形成方法を適用して、上述した絶縁性無機材料３２及び導電性無機材料３３を付与することにより、所望の厚みを有した機能層３１を形成することができる。

上記の機能層３１の表面３１ａ上には、網目状の中間電極４１が配設されている。本実施形態では、網目状の中間電極４１は、断面視における電極２１，２２の上方に、より具体的には、断面視における電極２１，２２の上面からギャップ距離ΔＧ２（すなわち、機能層３１の厚み）を置いて配置されている。ここで、ギャップ距離ΔＧ２は、電極２１，２２と網目状の中間電極４１との間の最短距離を意味する。

中間電極４１の網目形状は、放電経路の担保と低静電容量化のバランスを考慮して適宜設定すればよく、特に限定されない。網目の大きさが大きく、或いは、網目を構成するラインの幅が狭い程、低静電容量化に有利となる傾向にあり、一方、網目の大きさが小さく、網目を構成するラインの幅が広い程、放電経路の担保に有利となる傾向にある。なお、平面視における網目の形状は、特に限定されず、例えば、三角、四角、菱形、台形、六角形等の多角形状、星型や十字型その他の幾何学形状、円形、楕円形、不定形状等のいずれであっても構わない。また、網目の大きさや網目の配置間隔も、特に限定されない。例えば、網目の大きさが、一様であっても、或いは一様でなくてもよく、また、網目が一様な間隔に配置されていても、或いは配置されていなくてもよい。さらに、網目を構成する各々のラインが、一様な幅を有していても、或いは一様な幅を有していなくてもよい。

網目状の中間電極４１の厚みΔＴ２は、適宜設定することができ、特に限定されない。放電最大電圧（ピーク電圧）の上昇を長期に亘って抑制し、静電気対策素子１００の繰り返し使用の耐久性を高める観点から、厚い方が好ましい。具体的には、中間電極４１の厚みΔＴ２は、電極２１，２２の厚みより厚いこと好ましい。中間電極４１の厚みΔＴ２は、通常、０．１〜６０μｍ程度で適宜設定すればよく、より好ましくは１〜２０μｍ、さらに好ましくは３〜１５μｍである。

平面視における網目状の中間電極４１の外径サイズ、すなわち網目状の中間電極４１の実装領域を構成する最大幅（図１において、紙面の上下方向）ΔＷと最大長さ（図１において、紙面の左右方向）ΔＬは、放電経路の担保と低静電容量化のバランスを考慮して適宜設定することができ、特に限定されない。本実施形態の如く、網目状の中間電極４１の幅が電極２１，２２の幅に対して幅広に設定され、中間電極４１の幅方向の両端部が平面視における電極２１，２２の幅方向の端部より外方に配置されていると、網目状の中間電極４１と電極２１，２２との間の放電経路を幅広く確保しやすい傾向にある。また、本実施形態の如く、網目状の中間電極４１の長さが比較的に短く設定され、網目状の中間電極４１の長さ方向の両端部が電極２１，２２の長さ方向の端部より内方に配置されている（平面視で電極２１、２２間のギャップΔＧ１周辺のみが網目状の中間電極４１によって覆われている／平面視で長さ方向において一部の電極２１，２２が網目状の中間電極４１によって覆われていない）と、低静電容量化を確保しやすい傾向にある。

具体的には、例えば、網目状の中間電極４１の最大長さ（図１において、紙面の左右方向）は、ギャップ距離ΔＧ１の初期値をａとし、ギャップ距離ΔＧ２の初期値をｂとし、網目状の中間電極４１の実装領域を構成する最大長さΔＬをｃとした場合に、ａ〜０．８ｃの範囲内であることが好ましく、３ａ〜０．５ｃであることがより好ましい。電極２１，２２の破壊が生じて２ｂ＜２ΔＧ２になった際であっても、網目状の中間電極４１の長さ方向における長さを上記範囲内に設定すると、電極２１、２２の面内において、ギャップ距離ΔＧ２と略同等の距離（又は、ギャップ距離ΔＧ２より僅かに長い距離）に位置する中間電極４１の存在確率が増加する傾向にあるため、放電最大電圧（ピーク電圧）の急激な上昇が抑制される。なお、図２では、ギャップ距離ΔＧ２について、電極２１，２２面から垂直方向のみ図示したが、ギャップ距離ΔＧ２はこれに限られない。

放電経路の担保と低静電容量化のバランス並びに強度および繰り返し使用の耐久性の観点から、網目状の中間電極４１の開口率（中間電極４１の外径サイズの面積に対する網目の総面積の割合（％））は、２０〜８０％であることが好ましく、より好ましくは３０〜７０％である。

電極２１と網目状の中間電極４１との間の放電経路、及び、電極２２と網目状の中間電極４１との間の放電経路の双方を最短距離で構成する観点から、網目状の中間電極４１の実装領域は、平面視における電極２１，２２間を覆うように（電極２１，２２間にまたがるように）設定することが好ましい。

網目状の中間電極４１を構成する素材としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ及びＰｔなどから選ばれた少なくとも一種類の金属、或いはこれらの合金等が挙げられるが、これらに特に限定されない。

網目状の中間電極４１の形成方法は、公知の手法を適宜選択することができ、特に限定されない。具体的には、金属板或いは合金版又はそれらの金属箔をエッチング、イオンミリング、レーザ加工等の公知の手法を用いて加工して得た網目状の中間電極４１を機能層３１上に載置する方法、塗布、転写、電解めっき、無電解めっき蒸着、スパッタリング、フォトリソ、Ｘ線或いは電子線を用いた高分解能リソグラフィ等により機能層３１上に網目状の中間電極４１をパターン形成する方法、これらを複数組み合わせる方法等が例示される。

網目状の中間電極４１の典型的な形成方法として、リフトオフ法について説明する。この方法では、まず、機能層３１上にネガ型レジストを貼付し、次に、マスクを用いてパターン露光を行ない、未露光部分のネガ型レジストを除去することで、網目状パターンが打ち抜かれたレジスト硬化物層（マスク層）を機能層３１上に、形成する。その後、スパッタリング法により、網目状に露出した機能層３１上にＣｒ及びＣｕ等の積層金属薄膜を形成することにより、網目状の金属薄膜片を形成する。次いで、電解めっき法により、網目状の金属薄膜片上でＣｕをめっき成長させる。しかる後、レジスト硬化物層を除去することにより、所望の厚みΔＴ２を有する網目状の中間電極４１を形成する。

また、網目状の中間電極４１の他の典型的な形成方法として、フォトリソ法について説明する。この方法では、まず、機能層３１上に、Ｃｒ及びＣｕの積層金属薄膜を略全面に形成する。次に、この積層金属薄膜上にレジストを略全面に塗布し、マスクを用いてパターン露光を行ない、その後、現像処理することにより、網目状にパターン形成されたレジスト硬化物層（マスク層）を作成する。そして、エッチング処理或いはミリング処理することにより非マスク領域の積層金属薄膜を除去することで、網目状の積層金属薄片を形成する。しかる後、レジスト硬化物層を除去し、その後、マスクを用いた電解めっき法により、網目状の積層金属薄膜片上でＣｕをめっき成長させることで、所望の厚みΔＴ２を有する網目状の中間電極４１を形成する。

さらに、網目状の中間電極４１の他の典型的な形成方法としては、例えば、スクリーン印刷方式が挙げられる。この方法では、機能層３１上にＣｕのペーストを網目状に塗布し、必要に応じて乾燥・熱処理・硬化させる等して、網目状の中間電極４１を形成する。

低静電容量化を図るためには、上記のように配置される網目状の中間電極４１と電極２１，２２とが、平面視において重なる面積、すなわち重なり面積を小さくすることが重要である。０．０１〜０．５ｐＦ程度の静電容量を実現する観点からは、重なり面積が２０μｍ²〜１ｍｍ²程度であることが好ましく、より好ましくは１００μｍ²〜０．１ｍｍ²程度である。

保護層５１は、上記網目状の中間電極４１を覆うように、機能層３１上及び中間電極４１上に配設されている。保護層５１を構成する素材は、絶縁性を有するものであれば、特に限定されない。その具体例としては、例えば、絶縁性無機材料３２で説明した絶縁性無機材料の他、ポリイミド、エポキシ等の樹脂等の絶縁性有機材料等が挙げられる。

保護層５１の形成方法は、特に限定されない。上述した方法で形成された機能層３１の表面３１ａ上及び／又は中間電極４１上に、公知の薄膜形成方法を適用して、絶縁性無機材料又は絶縁性有機材料を付与することにより、所望の厚みを有した保護層５１を形成することができる。

以上、詳述したように、本実施形態の静電気対策素子１００においては、網目状の中間電極４１が配置されているので、放電時における一対の電極の負荷を軽減できるとともに放電による電極破壊にともなう（最短）ギャップ距離の意図せぬ急激な増大を抑制できるので、繰り返し放電にともなう放電最大電圧（ピーク電圧）の上昇を長期に亘り抑制することができる。また、一対の電極２１と網目状の中間電極４１との間に放電が生じた際、網目状の中間電極４１の一部に破壊が生じていても、破壊が生じた局部に隣接するラインが有効に機能して面内方向へ電流を流すことができる。したがって、その後の放電、すなわち、網目状の中間電極４１と電極２２との間で生じる放電は、破壊が生じていない局部（ギャップ距離がより短い部分）で生じさせことができるので、繰り返し放電にともなう放電最大電圧（ピーク電圧）の上昇を長期に亘り抑制することができる。これらの効果に加えて、本実施形態の静電気対策素子１００においては、平面視において多方向に亘りラインとスペースが形成された網目状の中間電極４１を採用しているので、外径サイズ（実装領域）が同じサイズの従来技術の板状の中間電極を採用した場合に比して、重なり面積を大幅に減少することができる。よって、従来の板状の中間電極を採用したものに比して、低静電容量化が図られる。

とりわけ、本実施形態の静電気対策素子１００においては、絶縁性無機材料３２のマトリックス中に不連続に点在した島状の導電性無機材料３３を含む機能層３１が、低電圧放電タイプの静電気保護材料として機能する。そして、かかる構成を採用することにより、静電容量が小さく、ピーク電圧が低く、且つ、放電耐性に優れる、高性能な静電気対策素子１００が容易に実現される。しかも、機能層３１として、少なくとも絶縁性無機材料３２と導電性無機材料３３とから構成されるコンポジットが採用されているため、従来の有機−無機複合膜に比して、耐熱性が高められ、また、温度や湿度等の外部環境により特性が変動し難いので、信頼性が高められる。その上さらに、スパッタリング法により機能層３１が形成可能であり、これにより、生産性及び経済性がより一層高められる。

（変形例）
なお、上述したとおり、本発明は、上記第１実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更を加えることが可能である。例えば、図５に示す網目状の中間電極４２の如く、網目の形状が四角形であって、長さ方向における電極２１，２２の端部と、格子状の中間電極４２の端部４２０とが平面視において重なる（面一となる）ように配置した構成にしても、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。

また、図６に示す網目状の中間電極４３の如く、平面視における網目の形状を矩形状（長さ方向に一様な間隔で網目が配置された、いわゆる梯子形状）にしても、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。さらに、この図６に示す網目状の中間電極４３を機能層３１上に配置する際に、中間電極４３の網目が電極２１，２２間のギャップの直上に配置された（電極２１，２２間のギャップの直上に網目状の中間電極４３を構成するラインを配置しない）構成とすることで、放電による網目状の中間電極４３の破損を一層回避することができる。さらにまた、網目状の中間電極４４のライン幅を、図示の如く、長さ方向のライン幅ｌａ＞幅方向のライン幅ｌｂより広く形成すると、網目状の中間電極４３と電極２１、及び網目状の中間電極４３と２２との放電経路を確実に確保することができる。

また、図７に示す網目状の中間電極４４の如く、平面視における網目の形状を格子状にしても、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。

また、例えば、図８に示す網目状の中間電極４５の如く、平面視における網目の形状が六角形であって、網目を一様な間隔で配置した構成にしても、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。さらに、図９に示す網目状の中間電極４６の如く、平面視における枠内に、中央から長さ方向（外方）に向かって網目の大きさが異なるように配置した構成にしても、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。さらにまた、図１０に示す網目状の中間電極４７の如く、平面視における枠内に、網目形状を等方性に優れる幾何学形状のデザインパターンとしても、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１１に示すように、まず、絶縁性基板１１（ＮｉＺｎフェライト基板、誘電率：１３、ＴＤＫ株式会社製）の一方の絶縁性表面１１ａに、スパッタリング法により、厚み０．７μｍのＣｕの金属薄膜を略全面に形成し、形成されたＣｕ薄膜をフォトリソ法によりエッチングすることにより、相互に離間して対向配置された一対の帯状の電極２１，２２を形成した。このとき電極２１，２２の電極長さは０．５ｍｍ、電極幅は０．２ｍｍ、電極２１，２２間のギャップ距離△Ｇ１は３μｍとした。

次いで、図１２に示すように、上記の絶縁性基板１１上及び電極２１，２２上に、以下の手順で、スパッタリング法により、機能層３１を形成した。

まず、絶縁性基板１１の電極２１，２２が形成された面側に、スパッタリング法によりＡｕを部分的に成膜することにより、厚み３ｎｍの島状のＡｕの薄膜が不連続に点在した導電性無機材料３３の層を形成した。このスパッタリングは、マルチターゲットスパッタ装置（商品名：ＥＳ３５０ＳＵ、株式会社エイコー・エンジニアリング製）を使用し、アルゴン圧力が１０ｍＴｏｒｒ、投入電力が２０Ｗ、スパッタ時間が４０秒の条件下で実施した。

次に、島状のＡｕ薄膜の層及び電極２１，２２を厚み方向に完全に覆うように、絶縁性基板１１の電極２１，２２が形成された面側に、スパッタリング法によりアルミナを略全面に成膜することにより、厚み３μｍの絶縁性無機材料３２の層を形成した。このスパッタリングは、マルチターゲットスパッタ装置（商品名：ＥＳＵ３５０、株式会社エイコー・エンジニアリング製）を使用し、アルゴン圧力が１０ｍＴｏｒｒ、投入電力が４００Ｗ、スパッタ時間が６００分の条件下で実施した。

そして、機能層３１が形成された面側に、ネガ型レジストを貼付し、次に、マスクを用いてパターン露光を行ない、未露光部分のネガ型レジストを除去することで、機能層３１上に、網目状パターンが打ち抜かれたレジスト硬化物層を形成した。次に、スパッタリング法により、網目状に露出した機能層３１上に厚さ１０ｎｍのＣｒの金属薄膜及び厚さ１００ｎｍのＣｕの金属薄膜を順次、略全面に形成することにより、網目状の積層金属薄膜片を形成した。次いで、電解めっき法により、この網目状の金属薄膜片上でＣｕをめっき成長させた。その後、レジスト硬化物層を除去することにより、図１３に示すものと同等の構造を有する、網目状の中間電極４１（外径サイズの最大幅３４０μｍ、最大長４７０μｍ、厚さ５μｍ、ライン幅２０μｍ，網目の大きさ１２１００μｍ²、開口率 ７０％）を形成した。

その後、網目状の中間電極４１を厚み方向に完全に覆うように、露出した機能層３１及び中間電極４１の機能層３１と接触していない面側に、スパッタリング法によりアルミナを略全面に成膜することにより、厚み１０μｍの保護層５１を形成した。このスパッタリングは、マルチターゲットスパッタ装置（商品名：ＥＳＵ３５０、株式会社エイコー・エンジニアリング製）を使用し、アルゴン圧力が１０ｍＴｏｒｒ、投入電力が４００Ｗ、スパッタ時間が６００分の条件下で実施した。

その後、図１４に示すように、電極２１，２２の外周端部に接続するように、Ｃｕを主成分とする端子電極６１を形成することにより、図１及び図２と略同等の構造を有する、実施例１の静電気対策素子１００を得た。

（比較例１）
網目状の中間電極４１に代えて、以下の手順で板状の中間電極を形成すること以外は、実施例１と同様に操作して、比較例１の静電対策素子を得た。

ここでは、機能層３１が形成された面側に、スパッタリング法により、厚さ１０ｎｍのＣｒの金属薄膜及び厚さ１００ｎｍのＣｕの金属薄膜を順次、略全面に形成し、形成された積層金属薄膜片をフォトリソ法によりエッチングすることにより、機能層３１の略中央に幅３４０ｎｍ，長さ４７０ｎｍ，厚さ５０ｎｍの積層金属薄膜片を１つ形成し、その後、マスクを用いた電解めっき法により、この金属薄膜片上でＣｕをめっき成長させ、これにより、幅３４０ｎｍ，長さ４７０ｎｍ，厚さ５μｍのＣｕからなる中間電極を１つ形成した。

（比較例２）
網目状の中間電極４１を形成しないこと以外は、実施例１と同様に操作して、比較例２の静電対策素子を得た。

＜静電気放電試験＞
次に、上記のようにして得られた実施例１並びに比較例１及び２の静電気対策素子について、図１５に示す静電気試験回路を用いて、静電気放電試験を実施した。

この静電気放電試験は、国際規格ＩＥＣ６１０００−４−２の静電気放電イミュニティ試験及びノイズ試験に基づき、人体モデルに準拠（放電抵抗３３０Ω、放電容量１５０ｐＦ、印加電圧８ｋＶ、接触放電）して行った。具体的には、図１５の静電気試験回路に示すように、評価対象の静電気対策素子の一方の端子電極をグランドに接地するとともに、他方の端子電極に静電気パルス印加部を接続した後、静電気パルス印加部に放電ガンを接触させて静電気パルスを印加した。ここで印加する静電気パルスは、放電開始電圧以上の電圧を印加した。

なお、放電開始電圧は、静電気試験を０．４ｋＶから０．２ｋＶ間隔で増加させながら行なった際に観測される静電気吸収波形において、静電気吸収効果が現れた電圧とする。また、ピーク電圧は、ＩＥＣ６１０００−４−２に基づく静電気試験を充電電圧８ｋＶの接触放電で行なった際における、静電気パルスの最大電圧値とする。さらに、クランプ電圧は、ＩＥＣ６１０００−４−２に基づく静電気試験を充電電圧８ｋＶの接触放電で行なった際における、静電気パルスの波頭値から３０ｎｓ後の電圧値とする。

なお、静電容量は、１ＭＨｚにおける静電容量（ｐＦ）を測定した。また、放電後のピーク電圧は、静電気放電試験を１００回繰り返した後のピーク電圧を測定したものである。表１に評価結果を示す。

表１に示す結果より、実施例１の静電気対策素子は、放電開始電圧が２ｋＶ以下で静電容量が０．２ｐＦ程度と小さく、高速伝送系において適用可能な性能を有することが確認された。しかも、実施例１の静電気対策素子は、繰り返し放電後のピーク電圧も初期ピーク電圧も十分に低く、放電耐性においても優れた性能を有することが確認された。

また、実施例１と比較例１との比較から、網目形状の中間電極を採用することにより、平面視における一対の電極と中間電極との重なり面積が低減され、静電容量（中間電極と一対の電極とから形成される総静電容量）が大幅に低減されることが確認された。

また、実施例１と比較例２との比較から、補償回路として機能する網目状中間電極の採用により、静電容量の増大が抑制されるとともに、繰り返し放電後のピーク電圧の急激な上昇が長期に亘り抑制されることが確認された。

以上説明したとおり、本発明の静電気対策素子は、静電容量が小さく、且つ、繰り返し使用の耐久性に優れるので、各種電子・電気デバイス及びそれらを備える各種機器、設備、システム等に広く且つ有効に利用可能であり、とりわけ、高速差動伝送ライン信号ラインや映像信号ラインにおけるノイズ対策として広く且つ有効に利用可能である。

１１…絶縁性基板、１１ａ…絶縁性表面、２１，２２…電極、３１…機能層、３１ａ…機能層３１の表面、３２…絶縁性無機材料、３３…導電性無機材料、４１〜４７…網目状の中間電極、５１…保護層、６１…端子電極、１００…静電気対策素子、ΔＧ１…電極２１，２２間のギャップ距離、ΔＧ２…電極２１，２２と中間電極４１との間のギャップ距離、ΔＴ１…電極２１，２２の厚み、ΔＴ２…中間電極４１の厚み、ΔＷ…網目状の中間電極４１の実装領域を構成する最大幅、ΔＬ…網目状の中間電極４１の実装領域を構成する最大長さ。

Claims (4)

1. 絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板上において相互に離間して対向配置された少なくとも一対の電極と、
   前記電極間に配置された機能層と、
   前記機能層を介して前記電極と離間して配置された網目状の中間電極と、
   を有する静電気対策素子。
2. 前記少なくとも一対の電極と前記網目状の中間電極とから形成される総静電容量は、０．０１〜０．５ｐＦである、
   請求項１記載の静電気対策素子。
3. 前記網目状の中間電極の厚みは、前記少なくとも一対の電極の厚みより厚い、
   請求項１または２記載の静電気対策素子。
4. 前記機能層は、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が不連続に分散したコンポジットである、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静電気対策素子。

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