JP2015501545A - Ｅｓｄ保護デバイスおよびｅｓｄ保護デバイスとｌｅｄとを備えたデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、セラミック材料（３）とＢＧＡ端子またはＬＧＡ端子（２２）とを有するＥＳＤ保護デバイスに関する。さらに、本発明は、下面（１２）を有する基体（２１）と、少なくとも１つの浮遊内部電極（４ａ）とを備えたＥＳＤ保護デバイス（３）に関し、ここで基体（２１）は、セラミック材料を含み、下面（１２）と浮遊内部電極（４ａ）との距離（１６）は、２〜１００個のセラミック結晶粒を含む。さらに本発明は、担体（１）と、この担体の上に配設されたＬＥＤ（２）およびＥＳＤ保護デバイス（３）とを備えたデバイス（２０）に関し、このＥＳＤ保護デバイス（３）は上述のように構築されている。【選択図】 図１Ａ

Description

本発明はＥＳＤ保護デバイスに関する。さらに本発明はＬＥＤとＥＳＤ保護デバイスとを備えたデバイスに関する。

特許文献１は、半導体デバイスと、この半導体デバイスの静電気放電の保護のためのバリスタ体とを備えた電子デバイス装置を開示している。

ドイツ国特許公開公報１０２００８０２４４８１Ａ１号明細書

本発明の課題は、改善された特性のＥＳＤ保護デバイスを提供することである。
本発明のもう１つの課題は、ＬＥＤとＥＳＤ保護デバイスとを有するデバイスを提供することである。

本発明はＥＳＤ保護デバイスに関する。好ましくはこのＥＳＤ保護デバイスは、セラミック材料を備える。

以下で「ＥＳＤ」は、"electrostatic discharge"、すなわち「静電気放電」を意味する。これは、ＥＳＤ保護デバイスが好ましくは他のデバイス、たとえば半導体デバイスを、過電圧に対し保護するように設計されていることを意味している。本発明のＥＳＤ保護デバイスは、他のデバイスを過電流に対して保護するためにも使用することができる。たとえば、このＥＳＤデバイスは、ＬＥＤの保護用に設計されている。以下では「ＬＥＤ」は、「発光ダイオード」を意味している。このＥＳＤ保護デバイスは、好ましくは極薄の保護デバイスとして形成されている。

好ましくは、このＥＳＤ保護デバイスは５０μｍと１５０μｍの間の高さを有し、とりわけ７０μｍと１００μｍの間の高さを有する。たとえば、このＥＳＤデバイスは８０μｍの高さを有する。好ましくは、この高さを有するデバイスが省スペースでシーティング（verbaut）されてよい。さらにこのＥＳＤ保護デバイスの構成においては、ＬＥＤの隣りに、できるだけこのＬＥＤを遮蔽しないように、できるだけ扁平にこのＥＳＤ保護デバイスが形成されている。

好ましくは、上記のセラミック材料は、セラミックバリスタを含み、あるいはセラミックバリスタから成っている。

好ましくは、このセラミック材料は、特にセラミックバリスタを含み、ＺｎＯ−Ｂｉ−Ｓｂ材料，ＺｎＯ−Ｐｒ材料またはＺｎＯ−Ｂｉ−Ｓｂ材料を含み、あるいはＺｎＯ−Ｂｉ−Ｓｂ材料またはＺｎＯ−Ｐｒ材料から成っている。これらのセラミックを用いて、好ましくは極めて薄いデバイスを高い強度で実現することができる。

好ましくは、このＥＳＤ保護デバイスのセラミックは、セラミックバリスタと金属とからなるコンポジットを備え、あるいはセラミックバリスタまたは金属からなるコンポジットから成る。たとえばこの金属によって、セラミックバリスタの抵抗が変化する。

このＥＳＤ保護デバイスは、好ましくは基体を備える。この基体は、好ましくは下面を備える。ＥＳＤ保護デバイスの基体の下面は、このESD保護デバイスが担体に取付けられた状態で、この担体に向いている。この基体は積層体、とりわけ誘電体層から成る積層体を備えてよい。これらの誘電体層は、好ましくは上記のセラミック材料を備える。好ましくは、このＥＳＤ保護デバイスの基体は、モノリシック焼結体で形成される。

好ましくは、この基体の下面の上にコンタクト部が配設される。好ましくは、このコンタクト部は２つのコンタクト部材を備える。たとえばこれらのコンタクト部材はコンタクト面を備える。好ましくは、これらのコンタクト部材は、ＥＳＤ保護デバイスの基体の電気的コンタクトのためであり、特に回路基板で構成されている。

好ましくは、これらのコンタクト部材は、ＥＳＤ保護デバイスの基体の上に直接配設されている。好ましくは、これらのコンタクト部材は互いに離間して配設されている。好ましくは、これらのコンタクト部材間に印加される電圧が限界を越えた際に、これらのコンタクト部材を介して、ＥＳＤ保護デバイスを通って流れる電流の流れが起こってよい。

好ましくは、このＥＳＤ保護デバイスは、ＢＧＡ端子を備える。

以下では「ＢＧＡ］は、ボールグリッドアレイ"ball grid array"を意味する。このＢＧＡ端子では、はんだボールの形状で、デバイスに設けられている。このＢＧＡ端子では、半田材料は部分球、たとえば半球形状で設けられてもよい。これらのＢＧＡ端子は、ＥＳＤ保護デバイスを、担体の上に、とりわけ扁平にはんだ付けすることを可能とする。これらのはんだボールは、このデバイスのはんだ付けの前に既にデバイスに設けられており、特にデバイスの上で溶融されて、このデバイスの一部を形成する。

好ましくは、このＢＧＡ端子は、ＥＳＤ保護デバイスの下面の上に配設される。これらのはんだボールは、好ましくはパターン化されて配設される。たとえば、これらのはんだボールは、均等なグリッドの列および行で配設されている。好ましくは、これらのはんだボールは、とりわけ扁平に形成されている。

１つの代替の実施形態では、このＥＳＤ保護デバイスは、ＬＧＡ端子を備える。

以下では「ＬＧＡ」は、「ランドグリッドアレイ」を意味し、すなわちコンタクト面をグリッド配置することを意味する。好ましくは、これらのコンタクト面は、均等なグリッドの列および行でＥＳＤ保護デバイスの上に配設されている。ＬＧＡ端子においても、このＥＳＤ保護デバイスは、担体の上にはんだ付けされてよく、ここでＢＧＡ端子と異なり、担体へのはんだ付けの前に、はんだ材料、特にはんだボール状に融解されたはんだ材料が配設される。

ＢＧＡおよびＬＧＡ端子の利点は、デバイスのはんだ付けのための追加の接続ピンが不要であり、このはんだ付けがとりわけ扁平に形成されることである。

好ましくは、このＥＳＤ保護デバイスは、少なくとも１つの浮遊内部電極を備える。これらの浮遊内部電極は、外部とのコンタクト部のために設けられているものではない。浮遊内部電極は、たとえば基体のどの側に対しても、この基体の外面まで延びていない。好ましくは、この浮遊内部電極はＥＳＤ保護デバイスの絶縁破壊電圧を調整するように機能する。

好ましくは、これらの浮遊内部電極の間には他の内部電極は存在しない。以下では、このような内部電極を第１の内部電極と称する。たとえば、絶縁破壊電圧は、とりわけＥＳＤ保護デバイスの基体の下面からの浮遊内部電極の距離によって決定される。好ましくは、この絶縁破壊電圧をより大きくするには、基体の下面からの浮遊内部電極の距離をより大きくする。好ましくは、この絶縁破壊電圧に達した後は、この浮遊内部電極を介した電流の流れがおこる。

たとえば、このＥＳＤ保護デバイスはちょうど１個の浮遊内部電極を備える。

もう１つの実施形態では、このＥＳＤ保護デバイスは、丁度２つの浮遊内部電極を備える。たとえば第１および第２の浮遊内部電極が重なって配設される。たとえばこの第２の浮遊内部電極の、ＥＳＤ保護デバイスの基体の下面までの距離は、第１の浮遊内部電極の、ＥＳＤ保護デバイスの基体の下面までの距離より大きい。たとえばこの第２の浮遊内部電極は、主にこのデバイスの対称性のために設けられている。この第２の浮遊内部電極は、とりわけこのデバイスの焼結歪を防ぐために機能し、これによりこのデバイスはとりわけ平坦な側面を備える。

１つの好ましい実施形態では、このＥＳＤ保護デバイスは、対称的に構築された基体を備える。好ましくは、この基体は、内部電極の配置に関し対称に構築されている。

好ましくは、この基体は、基体の下面までの所定の距離を有する全ての浮遊内部電極に対して、これと同じ距離の、この基体の上面への距離を有する浮遊内部電極を備える。内部電極は上面と下面の丁度中央に延在し、これに対する他の内部電極は存在してはならない。

この基体は対称面に関してとりわけ対称に構築されており、この対称面は基体の下面に平行に延在している。

特にこの対称面は、基体の中央を横断して延在している。このようにして、たとえばこの基体は、非常に薄く実装された場合にも機械的に安定しているようにすることができる。たとえば、この基体は丁度２つ、丁度４つまたは丁度８つの浮遊内部電極を備え、ここでこれらの内部電極は、対称面に関して対称に配置されている。もう１つの実施形態においては、この基体は奇数個の内部電極を備え、これらの内部電極の１つは上面と下面の間の中央に配設されている。好ましくは第１、すなわち最下部の内部電極のみがこのデバイスのＥＳＤ保護機能を担い、これに対し他の内部電極はこのデバイスの機械的安定性のために機能する。

もう１つの実施形態では、この基体は回転対称に実装されている。たとえばこの基体は、回転軸に関して回転対称となっており、この回転軸は下面に対して平行に、かつ基体の長手方向に対し直角に延在している。

好ましくは、ＥＳＤ保護デバイスの基体の下面と、浮遊内部電極、とりわけ第１の浮遊内部電極との距離は、２個のセラミック結晶粒を含んでいる。

この２個の結晶粒の距離は、１結晶粒界構造とも呼ばれる。たとえばこの１結晶粒界構造によって、極めて薄く形成されたＥＳＤ保護デバイスを実現することができる。たとえば第１の浮遊内部電極の、ＥＳＤ保護デバイスの基体の下面からの距離は、７μｍと１０μｍの間である。たとえば第１の浮遊内部電極の、ＥＳＤ保護デバイスの基体の下面からの距離は、約８μｍである。

もう１つの実施形態においては、第１の浮遊内部電極と、ＥＳＤ保護デバイスの基体の下面との距離は、２個のセラミック結晶粒と１００個のセラミック結晶粒との間である。

２個のセラミック結晶粒より顕著に大きい距離、たとえば８０個のセラミック結晶粒の距離は、高い電圧でのＥＳＤ保護デバイスの使用を可能とし、丁度高電圧アプリケーションに用いることができる。

活性バルク（aktive Volumen）は、好ましくはＥＳＤ保護デバイスの基体の下面と第１の浮遊内部電極との間にあり、このＥＳＤ保護デバイスの機能を殆ど決定する。好ましくは、この活性バルクは、ＥＳＤ保護デバイスの絶縁破壊電圧に影響を与えるが、これに対し第１の浮遊内部電極の上側の体積、とりわけ第２の浮遊内部電極の上側の体積は、絶縁破壊電圧に全く影響を与えない。

好ましくは、第１の浮遊内部電極と適宜配設される第２の浮遊内部電極との間の距離は、この第１の浮遊内部電極とＥＳＤ保護デバイスの基体の下面との距離より大きい。

１つの好ましい実施形態においては、ＥＳＤ保護デバイスは、その上にコンタクト部が配設された下面を有する基体と、第１の浮遊内部電極と、これに隣接する第２の浮遊内部電極と、を備え、第１の浮遊内部電極と第２の浮遊内部電極との間の距離は、この第１の浮遊内部電極とこのＥＳＤ保護デバイスの基体の下面との距離より大きい。

もう１つの好ましい実施形態においては、ＥＳＤ保護デバイスは、下面を有する基体を備え、この基体はセラミック材料および少なくとも１つの浮遊内部電極を備え、このＥＳＤ保護デバイスの下面とこの浮遊内部電極との距離は２個のセラミック結晶粒と１００個のセラミック結晶粒との間である。好ましくは、この距離は２個のセラミック結晶粒である。

もう１つの好ましい実施形態においては、このＥＳＤ保護デバイスは、セラミック材料とＢＧＡ端子あるいはＬＧＡ端子とを備える。

全ての好ましい実施形態は、上述した他の特徴を備えてよい。

さらに、その上にＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスが配設されている基体を有するデバイスについて説明する。好ましくはこのＥＳＤ保護デバイスは、上述したように構築されている。

好ましくはこれらのＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスは、このデバイスの基体の上に配設されている。以下では、このデバイスの基体は、担体とも称される。好ましくは、これらのＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスは、この基体の上面に配設される。好ましくは、これらのＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスは、互いに離間して配設される。

このＥＳＤ保護デバイスを極薄に構築することにより、このデバイスの部品高さを好適に小さく維持することができる。とりわけ、このＥＳＤ保護デバイスによってＬＥＤが遮蔽されること無しに、ＬＥＤの部品高さを小さく維持することができる。

このデバイスの基体は、好ましくはＬＥＤとＥＳＤ保護デバイスの担体として機能する。好ましくは、この基体は、ＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスび熱伝導担体として機能する。さらにこの基体はＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスの電気的コンタクトのための電気的コンタクト部を備えてよい。

このデバイスの基体は、好ましくはセラミック材料を含み、あるいはセラミック材料から成っている。たとえばこの基体は、ＬＴＣＣ材料を備える。ここでＬＴＣＣは、低温焼結セラミック（low temperature cofired ceramic）を表す。好ましくは、この基体は、酸化アルミニウム材料または窒化アルミニウム材料の少なくとも１つを含み、あるいは酸化アルミニウム材料または窒化アルミニウム材料から成っている。代替として、この基体は有機材料を含み、あるいは有機材料から成っている。代替として、この基体は金属材料を含んでいる。たとえばこの基体はアルミニウム材料または銅材料の１つを含む。好ましくは、これらの材料は、良好な熱伝導特性を備える。

好ましくは、この基体は絶縁用基体として構築される。好ましくはこの基体の少なくとも一部は、電気的に絶縁されている。たとえばＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスに向いた、この基体の少なくとも一部は、電気的に絶縁されている。

たとえばこの基体は金属を備え、この金属は電気的絶縁用の層で被覆されている。たとえばこの基体は、少なくともＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスに向いた面で電気的絶縁用の層で被覆されている。たとえばこの電気的絶縁用の層は、酸化アルミニウムを含み、あるいは酸化アルミニウムから成っている。この金属および電気的絶縁用の層から成る基体は、絶縁用基体と見做してよい。

好ましくはこの基体は、良好な熱伝導特性を備える。たとえばこの基体は金属粒子を含んでよい。この金属粒子によって、たとえばこの基体の熱伝導特性をさらに改善することができる。

この基体は、たとえば平板形状を備えてよい。

好ましくは、この基体は、少なくとも１つのビアを備える。ビアは、「垂直相互接続手段」（"vertical interconnect access"）を意味する。好ましくは少なくとも１つのビアは、この基体の上面に対し垂直に延在している。好ましくはこの基体は複数のビアを備える。

好ましくはこの基体は、少なくとも１つの熱的ビアを備える。好ましくはこの少なくとも１つの熱的ビアは、熱伝導特性を改善するために機能する。たとえばこの基体はセラミック材料と熱的ビアとを備え、あるいはセラミック材料および熱的ビアから成っている。たとえばこの基体は、有機材料および熱的ビアを含み、あるいは有機材料および熱的ビアから成っている。好ましくは熱的ビアを介してＬＥＤの熱は放熱される。たとえばＬＥＤの熱はこのデバイスのハウジングに放熱される。熱的ビアは、ＬＥＤからハウジングへの熱伝導特性を好適に改善し、これによってＬＥＤの寿命を長くする。

好ましくは、このデバイスの基体の下面の上にメタライジング部が配設される。好ましくは、この基体の下面は、ＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスに向いた面である。好ましくはこのメタライジング部は、このデバイスの電気的コンタクト用に機能する。好ましくはこのメタライジング部は、２つのコンタクト面の形態で、この下面の上に配設されている。好ましくはこれら２つのコンタクト面は、互いに離間して並んで配設されている。

好ましくは、この基体は、電気的ビアを備える。好ましくは、この基体は、２つの電気的ビアを備える。好ましくは、これらの電気的ビアは、ＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスの電気的コンタクト用に機能する。好ましくは、これらの電気的ビアは、基体の上面を下面のメタライジング部に接続する。好ましくは、これらの電気的ビアは、ＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスを直接的または間接的にこのメタライジング部に接続する。

もう１つの実施形態においては、基体の上面に複数の電気的導電路（elektrische Leiterbahnen）が配設される。これらの電気的導電路は、それぞれ複数回方向変更する経路を備えてよく、すなわち平面的な幾何学的パターンで実装されてよい。これらの電気的導電路は、シルクスクリーン印刷を用いて、基体の上に配設されていてよい。たとえばこれらの電気的導電路は、電気的貫通接続部を介して、基体の下面の上のメタライジング部に接続されている。好ましくは、これらの電気的導電路は、ＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスを、電気的ビアを介して、このデバイスの基体の下面に接続する。

たとえばこの基体板の上のＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスは、この基体の上に配設された電気的導電路を用いて接続されている。代替として、このＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスは、電気的貫通接続部を介して直接メタライジング部に接続されている。この実施形態においては、電気的導電路が不要である。好ましくは、このＥＳＤ保護デバイスは、ＬＥＤと並列に接続されている。

ＬＥＤは、好ましくはその下面にメタライジング部を備える。好ましくは、このＬＥＤのメタライジング部は、基体の上に取り付けられた電気的導電路を用いて、または電気的貫通接続部を用いて接続されている。

好ましくは、このＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスは、フリップチップ構造で基体の上に配設されている。このフリップチップ実装では、追加の接続ワイヤ無しに、直接担体の上にデバイスが下向きに接続面に実装される。この接続面は、このデバイスの電気的接続のために設けられた接続部が配設された面であり、とりわけこのデバイスの下面である。好ましくは、ＢＧＡ端子またはＬＧＡ端子が、この接続面の上に配設されている。好ましくは、これらのＢＧＡ端子およびＬＧＡ端子は、フリップチップ構造におけるＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスの基体との機械的および電気的接続を可能とする。

好ましくは、このＬＥＤは、以下の材料の少なくとも１つを含む。ガリウム燐（ＧａＰ），窒化ガリウム（ＧａＮ），ガリウム砒素燐（ＧａＡｓＰ），アルミニウムガリウムインジウム燐（ＡｌＧａＩｎＰ），アルミニウムガリウム燐（ＡｌＧａＰ），アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ），窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＧａＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ），窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ），またはセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）。

好ましくは、このＥＳＤ保護デバイスは、過電圧に対してＬＥＤを保護するために機能する。好ましくは、このＥＳＤ保護デバイスは、絶縁破壊電圧を越えると急激に減少する抵抗を備え、これにより過電圧の際にこのＥＳＤ保護デバイスを介して電流を放電することができる。とりわけこのＥＳＤ保護デバイスの抵抗は、過電圧によるＬＥＤの損傷の危険が低減されるように形成される。たとえばこのＥＳＤ保護デバイスの絶縁破壊電圧は、７〜８Ｖである。好ましくは、この７〜８Ｖの絶縁破壊電圧は、１結晶粒界の設計で達成することができる。

さらにもう１つの実施形態においては、このデバイスは、熱センサを備える。好ましくは、この熱センサは、ＬＥＤと回路接続されている。たとえばこの熱センサは、ＮＴＣ特性を有する。"ＮＴＣ"は、「負温度係数」（negative temperature coefficient）を表す。すなわち、この熱センサは、低い温度よりも高い温度で良好に電流を導通する。

好ましくは、この熱センサは、このＬＥＤが保護されて駆動されるように、ＬＥＤの駆動電流を制御することに寄与する。この駆動電流の制御は、好ましくは、このＬＥＤがサージ電流に曝されないように、あるいはできる限り一定の交流で駆動されるように行われる。

もう１つの実施形態においては、このデバイスは、過電流保護部を備える。好ましくは、この過電流保護部は、ＬＥＤと回路接続されている。たとえばこの過電流保護部は、ＰＴＣ特性を有する。"ＰＴＣ"は、「正温度係数」（negative temperature coefficient）を表す。すなわち、この過電流保護部は、高い温度よりも低い温度で良好に電流を導通する。

以下ではＥＳＤ保護デバイスおよび、ＬＥＤとＥＳＤ保護デバイスとを有する様々な装置が、概略的かつ寸法が正確でない図を参照して説明される。

担体の上のＥＳＤ保護デバイスの断面図である。 図１Ａに示すＥＳＤ保護デバイスの一部の断面図である。 図１Ａに示すような担体の上のＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスを有するデバイスの断面図である。 図１Ａに示すような、熱的ビアを有する担体の上のＬＥＤおよびＥＳＤ保護デバイスを有するデバイスの断面図である。 熱的ビアを有する担体の上の、ＬＥＤ、ＥＳＤ保護デバイスおよび熱センサを有するデバイスの断面図である。 金属担体の上の、ＬＥＤ、ＥＳＤ保護デバイスおよび熱センサを有するデバイスの断面図である。 図１Ａに示すＥＳＤ保護デバイスの製造のためのウェーハを示す図である。

図１Ａは、静電気放電保護用のＥＳＤ保護デバイス３を示す。このＥＳＤ保護デバイス３は、担体１の上に配設されている。このＥＳＤ保護デバイス３はセラミック材料を備える。
たとえばこのＥＳＤ保護デバイス３はＺｎＯ−Ｐｒ材料を備える。ＺｎＯ−Ｐｒは、大きな強度を備え、このためＺｎＯ−Ｐｒ材料を用いて、非常に薄く、平坦なデバイスを製造することができる。代替としてこのＥＳＤ保護デバイス３は、たとえばＺｎＯ−Ｂｉ−Ｓｂ材料を備える。

ＥＳＤ保護デバイス３は、下面１２を有する基体２１を備える。このＥＳＤデバイス３の下面１２は、好ましくは担体１に向いた面である。この担体１は好ましくはデバイスの基体である。

ＥＳＤ保護デバイス３の基体２１には、２つの浮遊内部電極４ａ，４ｂが重なり合って配設されている。これらの浮遊内部電極４ａ，４ｂは、どちらの側においても、このＥＳＤ保護デバイス３の外面まで延びていない。これらの浮遊内部電極４ａ，４ｂは、好ましくは金属性材料を含み、たとえば銀パラジウムを含むか、あるいは銀パラジウムから成っている。

ＥＳＤ保護デバイス３の下面の上にはＢＧＡ端子２２の形態のコンタクト部が配設されている。これらのＢＧＡ端子２２は、２つのコンタクト部材２２ａ，２２ｂを備える。これらのコンタクト部材２２ａ，２２ｂはコンタクト面６ａ，６ｂを備える。これらのコンタクト面６ａ，６ｂは、たとえばＣｕ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ，またはＣｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕの材料を含み、あるいはこれらの材料から成っている。たとえばコンタクト面６ａ，６ｂは、２００μｍの幅１９を有する。たとえばコンタクト面６ａ，６ｂは、１５０μｍの深さを有する。

ＥＳＤ保護デバイス３のこれらのコンタクト面６ａ，６ｂの上には、このＥＳＤ保護デバイス３のはんだ付けの前に、このＥＳＤ保護デバイス３のはんだ付け用のはんだボールが取り付けられる。図１Ａには、担体１とはんだ付けした後のＥＳＤ保護デバイスが示されており、ここではこれらのはんだボールは融解されてはんだ層５となっている。これらのＢＧＡ端子２２は、たとえばＳｎＡｕはんだ材料を含んでいる。

代替としてこのＥＳＤ保護デバイスは、ＬＧＡ端子を備えてよい。この場合、このＥＳＤ保護デバイスのコンタクト面６ａ，６ｂには、はんだ付けの前には、はんだ材料は全く取り付けられていない。このはんだ材料は、ＬＧＡ端子の場合では、はんだ付けの前に、担体１の上に取り付けられて融解される。

下側の第１の浮遊内部電極４ａと、ＥＳＤ保護デバイス３の下面１２との間の距離１６は、たとえば７μｍ〜１０μｍである。たとえばこの距離１６は、８μｍである。これは２個のセラミック結晶粒、とりわけ２個のＺｎＯ−Ｐｒ結晶粒に相当する。これは１結晶粒界構造（1-Korngrenz-Design）とも呼ばれるが、これは第１の浮遊内部電極４ａとＥＳＤ保護デバイス３の基体２１の下面１２との間に、ただ１つの結晶粒界が存在していることによる。要求される電圧範囲によって、この距離は２個のセラミック結晶粒より大きくともよく、たとえば１０個のセラミック結晶粒であってよい。

この１結晶粒界構造によって、極薄の構造のＥＳＤ保護デバイス３を実現することができる。ＥＳＤ保護デバイス３の部品高さ１５は、ＢＧＡ端子２２を含めて、好ましくは５０μｍ〜１５０μｍであり、とりわけ好ましくは７０μｍ〜１００μｍである。たとえば、このＥＳＤ保護デバイス３の部品高さ１５は、このＢＧＡ端子を含めて、８０μｍである。

ＥＳＤ保護デバイス３の活性バルクは、第１の浮遊内部電極４ａと、ＥＳＤ保護デバイス３の基体２１の下面１２との間に存在する。この活性バルクは、ＥＳＤ保護デバイスの機能のために最も重要なものである。この第１の浮遊内部電極４ａと下面１２との間の距離１６は、用いられるセラミック材料の特性と合わせて、このＥＳＤ保護デバイスの絶縁破壊電圧を本質的に決定する。２個のセラミック結晶粒の距離１６は、たとえば７〜８Ｖの絶縁破壊電圧に相当する。たとえば２個のＺｎＯ−Ｐｒ結晶粒の距離１６は、７．２Ｖの絶縁破壊電圧に相当する。好ましくは、この絶縁破壊電圧に到達すると、ＥＳＤ保護デバイス３の抵抗が低下し、これによりたとえば発生する過電流がこのＥＳＤ保護デバイス３を介してバイバスされることができる。

この第１の浮遊内部電極４ａの上に配設されたセラミック材料および上側の第２の浮遊内部電極４ｂは、好ましくは単にこのデバイスの対称性のための機能を有する。このＥＳＤ保護デバイスの対称的な構造によって、焼結の際のこのＥＳＤ保護デバイス３の歪みが非対称的な構造よりも少なく、このＥＳＤ保護デバイス３の機械的安定性が向上される。第１の浮遊内部電極４ａの上側にある領域は、このＥＳＤ保護デバイス３においては、好ましくはＥＳＤの機能を全く有しないかあるいは僅かにのみ有する。

担体１は、たとえばセラミック材料を含み、あるいはセラミック材料から成っている。たとえばこの担体１は、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムを含み、あるいは酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムから成っている。代替として、この担体１は、有機材料を含み、あるいはセラミック材料から成っている。好ましくは、この担体１は、良好な熱伝導特性を備える。たとえばこの担体１は絶縁性の担体として形成される。たとえばこの担体１の少なくとも一部は絶縁性である。たとえば、ＥＳＤ保護デバイス３に向いた、この担体１の少なくとも一部は絶縁性である。

担体１の上には、たとえばＥＳＤ保護デバイス３のコンタクトのための電気的導電路（不図示）配設されている。

図１Ｂは、図１ＡによるＥＳＤ保護デバイス３の一部を拡大した断面図を示す。この部分では、セラミック材料の結晶粒界が概略的に示されている。ＥＳＤ保護デバイス３の下面１２と、第１の浮遊内部電極４ａとの距離１６は、たとえば８μｍである。この距離１６は、２個のセラミック結晶粒の結晶粒の大きさに相当する。これによってＥＳＤ保護デバイス３の下面１２と、第１の浮遊内部電極４ａとの間に、１結晶粒界層１４が生成される。たとえばＥＳＤ保護デバイス３は、この１結晶粒界構造によって、極薄に形成することができる。ここに示された部分では、ＢＧＡ端子の場合にコンタクト面６ｂの上に配設される、はんだボールは示されていない。

図２は、ＬＥＤ２および図１のように構築されたＥＳＤ保護デバイス３が担体１の上に配設されている、デバイス２０を示す。この担体１は、このデバイス２０の基体となる。ＥＳＤ保護デバイス３の極薄の構造のために、このＥＳＤ保護デバイスによるＬＥＤ２の遮蔽が全く起らないかあるいは僅かにのみ起こる。このようにしてＬＥＤ２を扁平に形成することができ、デバイス２０の部品高さを小さく維持することができる。

ＬＥＤ２およびＥＳＤ保護デバイス３は、たとえばフリップチップ実装で担体１の上に配設されている。このフリップチップ実装では、デバイスは、追加の接続ワイヤ無しに、基体の上に取り付けられる。これによりこの配置の寸法が小さくなり、また導電路が短くなる。ＬＥＤ２は、金属コンタクト１０の上にあり、たとえば担体１の電気的導電路（不図示）と接続されている。ＥＳＤ保護デバイス３は、ＢＧＡ端子またはＬＧＡ端子を備えたコンタクト部材２２ａ，２２ｂを用いて、担体１にはんだ付けされている。

好ましくは担体１は、良好な熱伝導特性を備えた材料を含む。たとえばこの担体１は、セラミック材料、金属材料または有機材料を含む。たとえば基体は、セラミック材料または有機材料から成っている。たとえば基体は、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムを含み、あるいは酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムから成っている。担体１の下面の上には、メタライジング部８が取り付けられている。このメタライジング部８は、デバイス２０の電気的接続のために機能する。

担体１の熱伝導特性のために、ＬＥＤ２からハウジング（不図示）への放熱を行うとができる。低減された熱負荷によって、ＬＥＤの寿命を長くすることができる。２０℃に低下されたＬＥＤの動作温度では、このＬＥＤの寿命は、たとえば２倍に長くすることができる。

このＬＥＤ２およびＥＳＤ保護デバイス３の上に、保護層７が取り付けられる。

図３は、担体１の上の、図２に示されたＬＥＤ２の配置および図１に示すように形成されたＥＳＤ保護デバイス３を示す。図３に示す実施形態例では、さらに熱的ビア９が担体１に配設されている。たとえば複数の、たとえば３個の熱的ビアが担体１に配設される。これらの熱的ビア９は、ＬＥＤから担体１の下面に取り付けられたメタライジング部８に通じている。これらの熱的ビア９は、たとえば銀，銅，または銀パラジウムを含み、あるいは銀，銅，または銀パラジウムから成っている。これらの熱的ビア９の使用によって、ＬＥＤ２からハウジングへのより良好な放熱が達成される。

図４は、デバイス２０のもう１つの実施形態例を示し、ここでは、ＬＥＤ２，ＥＳＤ保護デバイス３，および複数の熱的ビア９が、図３に記載されていると同様に配設されている。さらに熱センサ１１が担体１の上に配設されている。この熱センサ１１は、たとえばＮＴＣ素子として形成されており、すなわちこの熱センサは、低い温度よりも高い温度で良く電流を流す。この熱的センサ１１は、駆動電流の制御のために好適に機能し、これによりＬＥＤは全くサージ電流に曝されなくなる。電源投入の前では、この熱的センサは冷たく、したがって導電性が悪く、突入電流は低減される。電源投入後、この熱センサは電流フローによって温まり、その大きな初期抵抗は失われる。

さらにあるいは代替として、この担体１の上に過電流保護部（不図示）が配設されてよい。この過電流保護部は、たとえばＰＴＣ素子として形成されており、すなわちこの過電流保護部は、高い温度よりも低い温度で良く電流を流す。これらのデバイスの上に保護層７が取り付けられる。

図５は、デバイス２０の実施形態例を示し、ここではＬＥＤ２，ＥＳＤ保護デバイス３，および熱センサ１１が、担体１の上に配設されている。この担体１は、このデバイス２０の基体となる。この担体１は、たとえばＮＴＣ素子として形成されている。

基体１は、たとえば金属材料を含む。担体１は、ＬＥＤ２およびＥＳＤ保護デバイス３に向いた面の上が、電気的絶用の層１３で被覆されている。このようにして担体１は、絶縁用の基体として見做すことができる。この担体１は、たとえばアルミニウムまたは銅を含む。電気的絶縁用の層１３は、たとえばセラミック絶縁層を含み、あるいはセラミック絶縁層から成っている。この電気的絶縁用の層１３は、たとえば酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムを含み、あるいは酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムから成っている。好ましくは、この電気的絶縁用の層１３の上に、ＬＥＤ２，ＥＳＤ保護デバイス３，熱センサ１１のデバイスのコンタクト部のための電気的導電路（不図示）が配設される。この担体１の金属部分を介して、好適にこれらのデバイスからの熱がとりわけ良好にハウジングに放熱される。

さらにあるいは代替として、この担体１の上に過電流保護部（不図示）が配設されてよい。これらのデバイスの上に保護層７が取り付けられる。

図６は、電子デバイスの製造のための基体として用いられるウェーハ１８を示す。この図６に示すウェーハ１８は、ＥＳＤ保護デバイスの製造に用いられる。１つのウェーハから複数のＥＳＤ保護デバイスが製造される。これらのＥＳＤ保護デバイスは、たとえば図１に示されている。ここでコンタクト面６a，６ｂは、同じような間隔で、ウェーハ１８の上にチェス盤のように取り付けられている。これらのコンタクト面６a，６ｂの取り付けは、たとえばマスク技術またはステンシル印刷を用いて行われる。

ＢＧＡ端子の場合は、これらのコンタクト面６a，６ｂの上にはんだボールが取り付けられる。ＬＧＡ端子の場合は、好ましくは、はんだ付けの前に、担体の上にはんだボールが取り付けられる。これらのはんだボールは、たとえば１００ｎｍと２００μｍの間の高さになっている。たとえばこのウェーハ１８から、図１に示すＥＳＤ保護デバイスが製造される。

１ 担体
２ ＬＥＤ
３ ＥＳＤ
４ａ 第１の浮遊内部電極
４ｂ 第２の浮遊内部電極
５ はんだ層
６ａ コンタクト面
６ｂ コンタクト面
７ コンタクト面
８ メタライジング部
９ 熱的ビア
１０ 金属コンタクト
１１ 熱センサ
１２ ＥＳＤ保護デバイスの下面
１３ 電気的絶縁用の層
１４ １結晶粒界層
１５ コンタクト部６ａ，６ｂを有するＥＳＤ保護デバイスの部品高さ
１６ ＥＳＤ保護デバイスの下面１２の第１の浮遊内部電極４ａへの距離
１７ はんだ体
１８ ウェーハ
１９ コンタクト部６ａ，６ｂの幅
２０ デバイス
２１ ＥＳＤ保護デバイスの基体
２２ ＢＧＡ端子
２２ａ コンタクト部材
２２ｂ コンタクト部材

Claims (15)

1. 下面（１２）を有する基体（２１）と少なくとも１つの浮遊内部電極（４ａ）とを備えたＥＳＤ保護デバイス（３）であって、
   前記基体（２１）はセラミック材料を含み、
   前記下面（１２）と前記浮遊内部電極（４ａ）との距離（１６）は、２〜１００個のセラミック結晶粒を含むことを特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
2. 前記距離（１６）は、２個のセラミック結晶粒を含むことを特徴とする、請求項１に記載のＥＳＤ保護デバイス。
3. ＢＧＡ端子またはＬＧＡ端子（２２）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のＥＳＤ保護デバイス。
4. セラミック材料と、ＢＧＡ端子またはＬＧＡ端子（２２）とを備えることを特徴とする、ＥＳＤ保護デバイス（３）。
5. 少なくとも１つの浮遊内部電極（４ａ）を備えることを特徴とする、請求項４に記載のＥＳＤ保護デバイス。
6. 請求項５に記載のＥＳＤ保護デバイスにおいて、
   下面（１２）を有する基体（２１）を備え、
   前記下面（１２）と前記浮遊内部電極（４ａ）との距離（１６）は、２〜１００個のセラミック結晶粒を含むことを特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護デバイスにおいて、
   第２の浮遊内部電極（４ｂ）を備え、
   前記第１の浮遊内部電極（４ａ）と前記第２の浮遊内部電極（４ｂ）との距離は、前記第１の浮遊内部電極（４ａ）と前記基体（２１）の前記下面（１２）との距離（１６）より大きいことを特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護デバイスにおいて、
   前記基体（２１）の電気的コンタクトのためのコンタクト部を備え、
   前記コンタクト部は、前記基体（２１）の下面（１２）の上に配設されていることを特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護デバイスにおいて、
   前記基体（２１）は、前記基体（２１）の下面（１２）に平行に延在する平面に関して、対称的に構築されていることを特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
10. 下面（１２）を有する基体（２１）と、
    第１の浮遊内部電極（４ａ）と、
    前記第１の浮遊内部電極に隣接した第２の浮遊内部電極（４ｂ）と、を備え、
    前記第１の浮遊内部電極（４ａ）と、前記第２の浮遊内部電極（４ｂ）との間の距離は、前記第１の浮遊内部電極（４ａ）と前記基体（２１）の前記下面（１２）との距離（１６）より大きく、
    コンタクト部が前記基体（２１）の下面（１２）の上に配設されていることを特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護デバイスにおいて、
    前記セラミック材料は、ＺｎＯ−Ｂｉ−Ｓｂ材料またはＺｎＯ−Ｐｒ材料を含み、あるいはＺｎＯ−Ｂｉ−Ｓｂ材料またはＺｎＯ−Ｐｒ材料から成っていることを特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
12. 担体（１）と、当該担体の上に配設されたＬＥＤ（２）およびＥＳＤ保護デバイス（３）とを備えたデバイス（２０）であって、
    前記ＥＳＤ保護デバイス（３）は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のように形成されていることを特徴とするデバイス。
13. 請求項１２に記載のデバイスにおいて、
    前記担体（１）は、セラミック材料または有機材料を含み、あるいはセラミック材料または有機材料から成っていることを特徴とするデバイス。
14. 請求項１２または１３に記載のデバイスにおいて、
    前記担体（１）は、少なくとも１つの熱的貫通接続部を備え、
    前記熱的貫通接続部は、上面に垂直に延在し、前記ＬＥＤ（２）からハウジングへの熱伝導特性を改善することを特徴とするデバイス。
15. 請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
    前記担体（１）は、金属を含み、
    前記金属は、電気的絶縁用の層（１３）で被覆されていることを特徴とするデバイス。

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