JP2012204196A

JP2012204196A - Ｅｓｄ保護材料ペースト及びｅｓｄ保護デバイス

Info

Publication number: JP2012204196A
Application number: JP2011068812A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Onoe; 智章尾上; Hiroshi Katsube; 浩勝部
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】ピーク電圧を容易に低下させることができるＥＳＤ保護材料ペースト及び該ＥＳＤ保護材料ペーストを用いてＥＳＤ保護材料層を形成することができるＥＳＤ保護デバイスを提供する。
【解決手段】ＥＳＤ保護材料層を形成するためのＥＳＤ保護材料ペーストは、（ａ）ペースト状の樹脂と、（ｂ）ペースト状の樹脂中に分散された金属粒子からなる第１粒子４と、第１粒子４の表面に付着し、第１粒子４より粒径が小さい、誘電体粒子または金属粒子からなる第２粒子６とを有する複合粒子２とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＳＤ保護材料ペースト及びＥＳＤ保護デバイスに関し、詳しくは、ＥＳＤ保護デバイスの一対の引出電極間に所定電圧以上の静電気が印加されたときに放電を発生させるＥＳＤ保護材料層を形成するためのＥＳＤ保護材料ペースト、及び該ＥＳＤ保護材料ペーストを用いてＥＳＤ保護材料層を形成することができるＥＳＤ保護デバイスに関する。

回路基板に実装された電子部品に対して、静電気放電（ＥＳＤ）による不所望な過電圧が印加された場合には、電子部品が壊れてしまう。この対策として、ＥＳＤ保護デバイスが用いられている。

ＥＳＤ保護デバイスは、例えば図７の断面図に示すように、絶縁基材１０１上に所定の間隔を設けて対向するように形成された一対の引出電極１０２の間を、定常電圧が印加されているときは絶縁体として機能し、所定電圧以上の静電気が印加されたときには絶縁破壊を起こして導電体となるＥＳＤ保護材料層１０３を設けることで、ＥＳＤ保護機能を一体化させた電子部品である。

ＥＳＤ保護材料層１０３は、図８（ｂ）の説明図に示すように、表面に不導態層１１３が形成された金属粒子１１１と樹脂１１２とを含むＥＳＤ保護材料ペースト１１４を硬化させたものである。特許文献１には、アルミニウムやニッケルの金属粒子１１１の表面に、酸化アルミニウムや酸化ニッケルの不導態層１１３を形成する技術が開示されている。

特許文献１によれば、金属粒子１１１の表面に絶縁体である不導態層１１３が形成されているため、絶縁性を確保しつつ、図８（ａ）の説明図に示すように金属粒子１１１の表面に不導態層１１３が形成されていない場合に比べて、金属粒子１１１の含有量を多くすることができるので、静電気抑制電圧（ピーク電圧）を低下させることができる。

特開２００７−２６５７１３号公報

しかし、特許文献１に記載のＥＳＤ保護材料層は、金属粒子の表面に形成された絶縁体である不動態層を静電気によって絶縁破壊を生じさせるものであるため、不動態層の絶縁破壊電圧を下げることによりピーク電圧を低下させることは、困難である。

金属粒子の含有量を多くすることでピーク電圧を低下させることも考えられるが、ＥＳＤ保護材料ペーストは、金属粒子の含有量を多くすると、樹脂と混練した際の粘度が上昇してしまい、印刷性が悪化し、所望のＥＳＤ保護材料層を形成することが困難になる。そのため、金属粒子の含有量を多くすることによってピーク電圧を低下させることには限界がある。

本発明は、かかる実情に鑑み、ピーク電圧を容易に低下させることができるＥＳＤ保護材料ペースト及び該ＥＳＤ保護材料ペーストを用いてＥＳＤ保護材料層を形成することができるＥＳＤ保護デバイスを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したＥＳＤ保護材料ペーストを提供する。

ＥＳＤ保護材料ペーストは、（ａ）ペースト状の樹脂と、（ｂ）ペースト状の樹脂中に分散された金属粒子からなる第１粒子と、前記第１粒子の表面に付着し、前記第１粒子より粒径が小さい、誘電体粒子または金属粒子からなる第２粒子とを有する複合粒子とを含む。

上記構成のＥＳＤ保護材料ペーストを用いて、ＥＳＤ保護デバイスのＥＳＤ保護材料層を形成すると、電界中において複合粒子の第２粒子の近傍に電界が集中するため、第２粒子の付着していない金属粒子を含むＥＳＤ保護材料ペーストを用いた場合よりも、ピーク電圧が低下する。

第２粒子は、誘電体粒子であっても金属粒子であってもよい。

好ましくは、前記第２粒子が誘電体粒子であり、さらに好ましくは第２粒子がチタン酸バリウムである。

この場合、チタン酸バリウムは絶縁体であり、かつ、誘電率が特に高いため、定常電圧が印加されているときに第２粒子が接近することによって絶縁抵抗が低下することを抑制することができるとともに、所定電圧以上の静電気が印加されたときに第２粒子への電界集中が強くなり、ピーク電圧が低下する効果が高い。

また、本発明は、以下のように構成したＥＳＤ保護デバイスを提供する。

ＥＳＤ保護デバイスは、（ａ）絶縁基材と、（ｂ）前記絶縁基材上に間隔を設けて形成された一対の引出電極と、（ｃ）前記引出電極に接し、かつ前記引出電極間を接続するように形成され、樹脂材料中に粒子が分散しているＥＳＤ保護材料層とを備える。前記ＥＳＤ保護材料層の前記粒子は、金属粒子からなる第１粒子と、前記第１粒子の表面に付着し、前記第１粒子より粒径が小さく、誘電体粒子または金属粒子からなる第２粒子とを有する複合粒子である。

上記構成によれば、電界中において複合粒子の第２粒子に電界が集中するため、ピーク電圧が低下する。

上記構成のＥＳＤ保護デバイスは、本発明のＥＳＤ保護材料ペーストを用いて形成することができる。

好ましくは、前記第２粒子がチタン酸バリウムである。

本発明によれば、ピーク電圧を容易に低下させることができる。

ＥＳＤ保護デバイスの構成を示す斜視図である。（実施例１）複合粒子のイメージ図である。（実施例１）Ａｌ粉のＳＥＭ像の写真である。（実施例１）複合粒子のＳＥＭ像の写真である。（実施例１）電界集中の説明図である。（比較例、実施例１）複合粒子のＳＥＭ像の写真である。（実施例２）ＥＳＤ保護デバイスの断面図である。（従来例）ＥＳＤ保護材料ペーストの構成を示す説明図である。（従来例）

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。

＜実施例１＞実施例１について、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１は、ＥＳＤ保護デバイス１０の構成を示す斜視図である。図１に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１０は、絶縁基材１２上に、斜線を付した一対の引出電極１４，１６が間隔１５を設けて形成され、その上に、ＥＳＤ保護材料層１８が形成されている。ＥＳＤ保護材料層１８は、引出電極１４，１６に接し、かつ引出電極１４，１６間を接続するように形成されている。さらにその上には、ＥＳＤ保護材料層１８を覆うように、破線で示す保護層２０が形成されている。

ＥＳＤ保護材料層１８は、樹脂材料中に、図２のイメージ図に示す複合粒子２が分散している。

すなわち、ＥＳＤ保護材料層１８は、ＥＳＤ保護材料ペーストを塗布し、硬化させることによって形成される。ＥＳＤ保護材料層１８を形成するためのＥＳＤ保護材料ペーストは、ペースト状の樹脂と、図２に示した複合粒子２とを含んでいる。

図２に示すように、複合粒子２は、金属粒子からなる第１粒子４と、第１粒子４の表面に付着した第２粒子６とからなる。第２粒子６は、第１粒子４より粒径が小さく、誘電体材料によって形成されている。例えば、第１粒子４はアルミニウムであり、第２粒子６はチタン酸バリウムである。

この複合粒子２を用いることによって、複合粒子２の第２粒子６に電界が集中するため、ＥＳＤ保護デバイス１０のピーク電圧を容易に低下させることができる。

すなわち、図５（ａ）のイメージ図に示すように、樹脂中に金属粒子が分散したＥＳＤ保護材料層に電圧が印加されると、金属粒子内には電界が存在せず、金属粒子は誘電率が無限大として振る舞うことから、金属粒子と樹脂との誘電率の差が大きいため、電界は引出電極に最も近い金属粒子の表面近傍に集中し、この部分での電界強さが極大（例えば、９ＭＶ／ｍ）となる。この結果、金属粒子の表面に酸化膜が形成されている場合には、酸化膜の絶縁破壊が起こる。

一方、金属粒子からなる第１粒子の表面に第１粒子より粒径が小さい誘電体粒子からなる第２粒子が存在する場合には、図５（ｂ）のイメージ図に示すように、第２粒子の近傍に電界が集中し、この部分の電界の強さは、図５（ａ）の場合よりも大きくなるため（例えば、３３ＭＶ／ｍ）、放電が起こり易くなり、ピーク電圧も低下する。

特に、第２粒子がチタン酸バリウムの場合、チタン酸バリウムは絶縁体であり、かつ、誘電率が特に高いため、定常電圧が印加されているときに第２粒子が接近することによって絶縁抵抗が低下することを抑制することができるとともに、所定電圧以上の静電気が印加されたときに第２粒子への電界集中が強くなり、ピーク電圧が低下する効果が高くなる。

次に、実施例１の作製例について説明する。

（１）平均粒径１．２μｍのアトマイズアルミニウム粉と、平均粒径０．１５μｍのチタン酸バリウム粉を所定量秤とり、ホソカワミクロン製メカノフュージョンシステムによって機械的に融合させ、複合粒子を得た。この複合粒子は、アルミニウム粉の表面にチタン酸バリウム粉がコーティングされた構造である。図３に複合粒子の作製に用いたアルミニウム粉のＳＥＭ像の写真を、図４に作製した複合粒子のＳＥＭ像の写真を示す。

この複合粒子と、シリコーン樹脂とを、ロールミルによって混練・分散して、ＥＳＤ保護材料ペーストを製造した。アルミニウム粉の含有率は４０ｖｏｌ％とした。得られたＥＳＤ保護材料ペーストを、ローター回転数を５０ｒｐｍに設定して、ブルックフィールド粘度計で粘度を測定した。

このＥＳＤ保護材料ペーストを、アルミナ基板の絶縁基材上に１０μｍの間隔を設けて形成された引出電極の上に、マスクを使用してパターンを形成し、１５０℃／６０分の条件で加熱硬化させることによって、厚さ３０μｍのＥＳＤ保護材料層を形成した。

さらに、フィラーを含むエポキシ樹脂を、ＥＳＤ保護材料層上に塗布し、１５０℃／６０分の条件で加熱硬化させることによって、保護層を形成した。

このように作製したＥＳＤ保護デバイスの試料について、ＩＥＣ６１０００−４−２に準拠した方法でＥＳＤ試験を実施した。ＥＳＤ試験は、放電抵抗を３３０Ω、放電容量を１５０ｐＦ、印加電圧を８ｋＶの条件で行った。

さらに、ＥＳＤ放電後の絶縁抵抗値を、直流電圧１５Ｖを印加することにより測定し、絶縁抵抗が１０^８Ω以下のものをＮＧとした。

実施例１の試料と同様に、比較例１、２の試料を作製して測定を行った。比較例１は、ＥＳＤ保護材料ペースト中の金属粒子には誘電体粉末を付着させていないこと以外は、実施例１と同じである。比較例２は、ＥＳＤ保護材料ペースト中の金属粒子には誘電体粉末を付着させていないことと、アルミニウム粉の含有量を変えたこと以外は同じである。

次の表１に、各１００個の試料について測定した結果を示す。
表１から分かるように、実施例１は、粘度が低く実用範囲内である。実施例１のピーク電圧は、比較例１、２よりも低く、実施例１によりピーク電圧が著しく改善している。

比較例２は、比較例１と比べると、ＥＳＤ保護材料ペースト中の金属粒子（アルミニウム粉）が増え、ピーク電圧が下がっている。しかし、比較例２では、ＥＳＤ保護材料ペーストの粘度が高くなりすぎ、印刷性が悪くなり、絶縁抵抗ＮＧも発生するため、実用的でない。
＜実施例２＞実施例２について、図５を参照しながら説明する。

実施例２は、ＥＳＤ保護材料ペースト中の複合粒子の誘電体粒子のみが、実施例１とは異なる。すなわち、実施例２の複合粒子は、金属粒子からなる第１粒子がアルミニウムであり、第２粒子は金属材料であるニッケルである。

次に、実施例２の作製例について説明する。

平均粒径１．２μｍのアトマイズアルミニウム粉と、平均粒径０．２μｍのニッケル粉を所定量秤とり、ホソカワミクロン製メカノフュージョンシステムによって機械的に融合させ、複合粒子を得た。図５に、作製した複合粒子のＳＥＭ像の写真を示す。図５に示すように、この複合粒子は、アルミニウム粉の表面にニッケル粉がコーティングされた構造である。

この複合粒子を用いて、実施例１と同様に、ＥＳＤ保護材料ペーストを作製し、ＥＳＤ保護デバイスを作製した。

作製した実施例２の１００個の試料について、実施例１の試料と同様に測定した結果を、前述した比較例１、２の測定結果とともに、次の表２に示す。
表２から分かるように、実施例２は、粘度が低く実用範囲内である。実施例２のピーク電圧は、比較例１、２よりも低く、実施例２によりピーク電圧が著しく改善している。

＜まとめ＞以上に説明したように、ＥＳＤ保護材料ペースト中の粒子を、金属粒子からなる第１粒子に第２粒子が付着した複合粒子とすることにより、ピーク電圧を容易に低下させることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

２複合粒子
４第１粒子
６第２粒子
１０ＥＳＤ保護デバイス
１２絶縁基材
１４，１６引出電極
１８ＥＳＤ保護材料層
２０保護層

Claims

ペースト状の樹脂と、
前記ペースト状の樹脂中に分散された金属粒子からなる第１粒子と、前記第１粒子の表面に付着し、前記第１粒子より粒径が小さく、誘電体粒子または金属粒子からなる第２粒子とを有する複合粒子と、
を含むことを特徴とする、ＥＳＤ保護材料ペースト。
前記第２粒子がチタン酸バリウムであることを特徴とする、請求項１にＥＳＤ保護材料ペースト。
絶縁基材と、
前記絶縁基材上に間隔を設けて形成された一対の引出電極と、
前記引出電極に接し、かつ前記引出電極間を接続するように形成され、樹脂材料中に粒子が分散しているＥＳＤ保護材料層と、
を備え、
前記ＥＳＤ保護材料層の前記粒子は、
金属粒子からなる第１粒子と、
前記第１粒子の表面に付着し、前記第１粒子より粒径が小さく、誘電体粒子または金属粒子からなる第２粒子と、
を有する複合粒子であることを特徴とする、ＥＳＤ保護デバイス。
前記第２粒子がチタン酸バリウムであることを特徴とする、請求項３にＥＳＤ保護デバイス。