JP4978302B2 - Varistor and light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、バリスタ、及び、当該バリスタを備える発光装置に関する。 The present invention relates to a varistor and a light emitting device including the varistor.
バリスタとして、電圧非直線特性を発現するバリスタ素体と、当該バリスタ素体の一部を挟んでバリスタ素体の内部に配置される一対の内部電極とを有する素体と、この素体の外表面に配置されると共に対応する内部電極にそれぞれ接続される一対の端子電極と、を備えたものがある(例えば特許文献1参照)。
ところで、バリスタは、半導体発光素子やFET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)等の電子素子に並列接続されることにより、電子素子をESD(Electrostatic Discharge:静電気放電)サージから保護することができる。この電子素子は、動作中に熱を発するものがある。電子素子が高温になると、素子自身の特性劣化を招き、その動作に影響が出る。このため、発生した熱を効率良く放熱させる必要がある。 By the way, the varistor can be protected from an ESD (Electrostatic Discharge) surge by being connected in parallel to an electronic element such as a semiconductor light emitting element or an FET (Field Effect Transistor). Some of these electronic elements generate heat during operation. When the electronic element becomes high temperature, the characteristic of the element itself is deteriorated and the operation is affected. For this reason, it is necessary to efficiently dissipate the generated heat.
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、熱を効率良く放散することが可能なバリスタ及び発光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a varistor and a light-emitting device that can dissipate heat efficiently.
本発明に係るバリスタは、電圧非直線特性を発現すると共に第1及び第2の面を含む領域を有している素体と、素体が有する上記領域の第1の面に配置された電極部分をそれぞれ有する少なくとも二つの電極と、素体が有する上記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の第2の面と熱的に接続されるように配置された放熱部と、を備え、素体が有する上記領域は、半導体セラミックからなり、放熱部は、金属及び金属酸化物の複合材料からなることを特徴とする。 A varistor according to the present invention includes an element body that exhibits a voltage non-linear characteristic and includes a region including first and second surfaces, and an electrode disposed on the first surface of the region included in the element body. And at least two electrodes each having a portion, and a heat dissipating part having a higher thermal conductivity than the region of the element body and arranged to be thermally connected to the second surface of the region, The said area | region which a body has consists of a semiconductor ceramic, and a thermal radiation part consists of a composite material of a metal and a metal oxide, It is characterized by the above-mentioned.
本発明に係るバリスタでは、素体が有する上記領域における、少なくとも二つの電極がそれぞれ有する電極部分の間に位置する部分が電圧非直線特性を発現するので、当該部分と少なくとも二つの電極とでバリスタ成分が構成される。本発明では、放熱部が、金属及び金属酸化物の複合材料からなり、素体が有する上記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の第2の面と熱的に接続されるように配置されているので、バリスタに伝えられた熱を放熱部から効率よく放散することができる。 In the varistor according to the present invention, the portion located between the electrode portions of the at least two electrodes in the above-mentioned region of the element body develops the voltage non-linear characteristics. Therefore, the varistor is composed of the portion and the at least two electrodes. Ingredients are composed. In the present invention, the heat radiating portion is made of a composite material of metal and metal oxide, and has a higher thermal conductivity than the above-mentioned region of the element body and is arranged to be thermally connected to the second surface of the region. Therefore, the heat transferred to the varistor can be efficiently dissipated from the heat radiating section.
好ましくは、放熱部が、素体が有する上記領域の第2の面に接触するように配置されている。この場合、バリスタに伝えられた熱を効率よく放熱部に伝えることができる。 Preferably, the heat dissipating part is disposed so as to contact the second surface of the region of the element body. In this case, the heat transmitted to the varistor can be efficiently transmitted to the heat radiating portion.
好ましくは、放熱部は、素体が有する上記領域の第2の面と電気的に接続されている。この場合、素体が有する上記領域における、少なくとも二つの電極の電極部分と放熱部との間に位置する部分が電圧非直線特性を発現するので、当該部分と少なくとも二つの電極と放熱部とでバリスタ成分を構成することが可能となる。 Preferably, the heat dissipating part is electrically connected to the second surface of the region of the element body. In this case, since the portion located between the electrode portion of the at least two electrodes and the heat radiating portion in the above-mentioned region of the element body develops the voltage non-linear characteristics, the portion, the at least two electrodes, and the heat radiating portion A varistor component can be formed.
好ましくは、放熱部は、素体が有する上記領域の第2の面に向い合う第1の面と、素体が有する上記領域の第2の面に向い合わない複数の第2の面を含んでおり、放熱部の複数の第2の面のうち少なくとも一つの面は、露出している。この場合、バリスタに伝えられた熱を放熱部からより一層効率よく放散することができる。 Preferably, the heat dissipation portion includes a first surface facing the second surface of the region included in the element body and a plurality of second surfaces not facing the second surface of the region included in the element body. And at least 1 surface is exposed among the several 2nd surfaces of a thermal radiation part. In this case, the heat transmitted to the varistor can be more efficiently dissipated from the heat radiating section.
好ましくは、放熱部は、素体が有する上記領域の第2の面に向い合う第1の面と、素体が有する上記領域の第2の面に向い合わない複数の第2の面を含んでおり、金属は、放熱部の第1の面から複数の第2の面のうち少なくとも一つの面に渡って導通している。この場合、放熱部において、金属による放熱経路が容易に形成され、放熱部内での伝熱及び放熱部からの熱の放散の効率を高めることが可能となる。 Preferably, the heat dissipation portion includes a first surface facing the second surface of the region included in the element body and a plurality of second surfaces not facing the second surface of the region included in the element body. In this case, the metal is conducted from the first surface of the heat radiating portion to at least one of the plurality of second surfaces. In this case, in the heat radiating portion, a heat radiating path made of metal is easily formed, and the efficiency of heat transfer in the heat radiating portion and heat dissipation from the heat radiating portion can be increased.
好ましくは、放熱部は、金属の主成分として、Agを含んでいる。Agは、熱伝導率が比較的高く、放熱部内での伝熱及び放熱部からの熱の放散の効率を高めることが可能となる。 Preferably, the heat dissipation part includes Ag as a main component of the metal. Ag has a relatively high thermal conductivity and can increase the efficiency of heat transfer in the heat radiating section and heat dissipation from the heat radiating section.
好ましくは、素体は、半導体セラミックからなる。より好ましくは、素体は、ZnOを主成分として含み、放熱部は、金属酸化物として、ZnOを含んでいる。 Preferably, the element body is made of a semiconductor ceramic. More preferably, the element body contains ZnO as a main component, and the heat dissipation part contains ZnO as a metal oxide.
好ましくは、素体と放熱部とは、同時焼成によって形成されている。この場合、製造工程を簡略化できる。 Preferably, the element body and the heat dissipation part are formed by simultaneous firing. In this case, the manufacturing process can be simplified.
本発明に係る発光装置は、発光素子とバリスタとを備えた発光装置であって、バリスタは、電圧非直線特性を発現すると共に第1及び第2の面を含む領域を有している素体と、素体が有する上記領域の第1の面に配置された電極部分をそれぞれ有する少なくとも二つの電極と、素体が有する上記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の第2の面と熱的に接続されるように配置された放熱部と、を備え、素体が有する上記領域は、半導体セラミックからなり、放熱部は、金属及び金属酸化物の複合材料からなり、発光素子は、バリスタに並列接続されるように少なくとも二つの電極に電気的に接続されていることを特徴とする。 A light-emitting device according to the present invention is a light-emitting device including a light-emitting element and a varistor, and the varistor exhibits a voltage non-linear characteristic and has a region including first and second surfaces. And at least two electrodes each having an electrode portion disposed on the first surface of the region of the element body; and a heat conductivity higher than that of the region of the element body and the second surface of the region And the heat dissipation part is made of a composite material of a metal and a metal oxide, and the light emitting element is a varistor. Are electrically connected to at least two electrodes so as to be connected in parallel.
本発明に係る発光装置では、素体が有する上記領域における、少なくとも二つの電極がそれぞれ有する電極部分の間に位置する部分が電圧非直線特性を発現するので、当該部分と少なくとも二つの電極とでバリスタ成分が構成される。これにより、発光素子を、ESDサージから保護することができる。本発明では、発光素子とバリスタの少なくとも二つの電極とが物理的に接続されているので、発光素子において発生した熱が少なくとも二つの電極(電極部分)を介してバリスタに伝わる。そして、放熱部が、金属及び金属酸化物の複合材料からなり、素体が有する上記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の第2の面と熱的に接続されるように配置されているので、バリスタに伝えられた熱を放熱部から効率よく放散することができる。 In the light emitting device according to the present invention, the portion located between the electrode portions of each of the at least two electrodes in the region of the element body develops the voltage non-linear characteristics. A varistor component is constructed. Thereby, a light emitting element can be protected from an ESD surge. In the present invention, since the light emitting element and at least two electrodes of the varistor are physically connected, heat generated in the light emitting element is transmitted to the varistor through at least two electrodes (electrode portions). The heat radiating portion is made of a composite material of metal and metal oxide, and has a higher thermal conductivity than the above-mentioned region of the element body and is disposed so as to be thermally connected to the second surface of the region. Therefore, the heat transmitted to the varistor can be efficiently dissipated from the heat radiating portion.
本発明に係るバリスタ及び発光装置によれば、熱を効率良く放熱することが可能となる。 According to the varistor and the light emitting device according to the present invention, it is possible to efficiently dissipate heat.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
まず、図1及び図2を参照して、本実施形態に係るバリスタV1の構成について説明する。図1は、本実施形態に係るバリスタを示す概略斜視図である。図2は、本実施形態に係るバリスタを示す概略断面図である。図1及び図2に示すように、バリスタV1は、バリスタ素体10と、一対の第1及び第2の電極20,30と、放熱部40とを備え、略直方体形状を呈している。
First, with reference to FIG.1 and FIG.2, the structure of the varistor V1 which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a varistor according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the varistor according to the present embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the varistor V <b> 1 includes a
バリスタ素体10は、直方体状であり、第1及び第2の主面11,12と、第1及び第2の端面13,14と、第1及び第2の側面15,16とを含んでいる。第1及び第2の主面11,12は、長方形状を呈しており、互いに対向している。第1及び第2の端面13,14は、第1及び第2の主面11,12間を連結するように第1及び第2の主面11,12の短辺方向に伸び且つ互いに対向している。第1及び第2の側面15,16は、第1及び第2の主面11,12間を連結するように第1及び第2の主面11,12の長辺方向に伸び且つ互いに対向している。
The
バリスタ素体10は、半導体セラミックからなり、電圧非直線特性(以下、バリスタ特性と称する)を発現する焼結体である。バリスタ素体10は、複数のバリスタ層が積層された積層体として構成されている。実際のバリスタV1では、複数のバリスタ層は、互いの間の境界が視認できない程度に一体化されている。バリスタ層は、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含んでいる。本実施形態において、バリスタ層は、副成分としてPr、Co、Cr、Ca、Si、K、Al等を含んでいる。
The
本実施形態では、希土類金属として、Prを用いている。Prは、バリスタ特性を発現させるための材料となる。Prを用いる理由は、電圧非直線性に優れ、また、量産時での特性ばらつきが少ないためである。 In the present embodiment, Pr is used as the rare earth metal. Pr is a material for expressing varistor characteristics. The reason for using Pr is that voltage non-linearity is excellent and characteristic variation during mass production is small.
本実施形態では、アルカリ土類金属元素として、Caを用いている。Caは、ZnO系バリスタ材料の焼結性を制御する、及び、耐湿性を向上するための材料となる。Caを用いる理由は、電圧非直線性を改善するためである。 In the present embodiment, Ca is used as the alkaline earth metal element. Ca becomes a material for controlling the sinterability of the ZnO-based varistor material and improving the moisture resistance. The reason for using Ca is to improve voltage nonlinearity.
バリスタ層におけるZnOの含有量は、特に限定されないが、バリスタ層を構成する全体の材料を100質量%とした場合に、通常、99.8〜69.0質量%である。バリスタ層の厚みは、例えば5〜60μm程度である。 Although content of ZnO in a varistor layer is not specifically limited, When the whole material which comprises a varistor layer is 100 mass%, it is 99.8-69.0 mass% normally. The thickness of the varistor layer is, for example, about 5 to 60 μm.
第1及び第2の電極20,30は、第1の電極部分21,31と第2の電極部分22,32をそれぞれ有している。
The first and
第1の電極20の第1の電極部分21及び第2の電極30の第1の電極部分31は、バリスタ素体10の第1の主面11に配置されている。各第1の電極部分21,31は、第1の主面11に垂直な方向から見て矩形形状を呈しており、互いに間隔をあけて対称的に配置されている。第1の電極部分21は、バリスタ素体10の第1の端面13及び第1及び第2の側面15,16には露出せず、第1の主面11の縁から所定の距離だけ内側の位置まで伸びている。第1の電極部分31は、バリスタ素体10の第2の端面14及び第1及び第2の側面15,16には露出せず、第1の主面11の縁から所定の距離だけ内側の位置まで伸びている。
The
第1の電極部分21,31は、金属(例えば、Ag、Ag−Pd合金、又はAu等)を主成分として含有している。第1の電極部分21,31は、導電性金属粉末(例えば、Ag粉末、Ag−Pd合金粉末、又はAu粉末等)を含有する導電性ペーストを焼成することによって形成されている。
The
第1の電極部分21,31は、ガラスを主成分とする絶縁層50によって覆われており、互いに電気的に絶縁されている。絶縁層50には、第1の電極部分21,31それぞれに対応する位置に開口部51,52が形成されている。これにより、第1の電極部分21,31の表面の一部は、絶縁層50から露出した状態となっている。絶縁層50は、バリスタ素体10の第1の主面11及び第1の電極部分21,31を保護する層としても機能する。
The
第2の電極部分22,32は、第1の電極部分21,31に対応するように対応するように、絶縁層50の外表面において、互いに離間して対称的に配置されている。第2の電極部分22,32は、絶縁層50の開口部51,52の内部にも伸びており、絶縁層50から露出する第1の電極部分21,31に接触している。これにより、第1の電極部分21と第2の電極部分22とが電気的且つ物理的に接続され、第1の電極部分31と第2の電極部分32とが電気的且つ物理的に接続される。第2の電極部分22,32は、半導体発光素子61(図10参照)のような電子素子の接続端となり、電子素子が実装されるパッド電極として機能する。
The
第2の電極部分22,32は、金属(例えば、Ag又はAu等)を主成分として含有している。第2の電極部分22,32は、導電性金属粉末(例えば、Ag粉末又はAu粉末等)を含有する導電性ペーストを焼付けることによって形成されている。第2の電極部分22,32は、スパッタ法等のめっき法にて形成してもよい。
The
放熱部40は、バリスタ素体10と同様に略直方体形状をなし、第1及び第2の主面41,42と、第1及び第2の端面43,44と、第1及び第2の側面45,46とを含んでいる。第1及び第2の主面41,42は、長方形状を呈しており、互いに対向している。第1及び第2の端面43,44は、第1及び第2の主面41,42間を連結するように第1及び第2の主面41,42の短辺方向に伸び且つ互いに対向している。第1及び第2の側面45,46は、第1及び第2の主面41,42間を連結するように第1及び第2の主面41,42の長辺方向に伸び且つ互いに対向している。
The
放熱部40は、金属と金属酸化物の複合材料からなる焼結体であり、複数の層が積層された積層体として構成されている。実際のバリスタV1では、放熱部40を構成する複数の層は、互いの間の境界が視認できない程度に一体化されている。
The
放熱部40は、金属を含んでおり、バリスタ素体10の熱伝導率(本実施形態では、バリスタ素体10の主成分であるZnOの熱伝導率)よりも熱伝導率が高い。本実施形態では、例えば、金属としてAgを用い、金属酸化物としてZnOを用いている。Agの代わりに、Ag−Pd合金又はPd等を含んでいてもよく、また、これらの金属を複数種含んでいてもよい。ただし、熱伝導率の面からAgを用いることが好ましい。ZnOの代わりに、Al2O3、SiO2又はZrO2を含んでいてもよく、また、これらの金属酸化物を複数種含んでいてもよい。
The
放熱部40は、放熱部40の第1の主面41がバリスタ素体10の第2の主面12に接触した状態でバリスタ素体10に接合されている。これにより、放熱部40は、バリスタ素体10の第2の主面12と熱的に接続されることとなる。また、本実施形態では、放熱部40は、バリスタ素体10の第2の主面12と電気的にも接続されることとなる。放熱部40は、バリスタ素体10と同時に焼成することによって形成されている。
The
放熱部40の内部は、金属であるAgによって、バリスタ素体10の第2の主面12に接触し向き合っている第1の主面41からバリスタ素体10の第2の主面12に接触していない面42〜46に亘って導通している。
The inside of the
放熱部40の第2の主面42には、ガラスを主成分とする絶縁層55が配置されている。放熱部40の第2の主面42は絶縁層55によって覆われており、放熱部40の絶縁性が確保されている。放熱部40の第1及び第2の端面43,44、並びに、第1及び第2の側面45,46は露出している。
An insulating
放熱部40におけるAgの含有量は、特に限定されないが、放熱部40を構成する全体の材料を100質量%とした場合に、5〜95質量%であることが好ましい。Agの含有量が5%以上である場合、上述した導通経路を形成することができる。Agの含有量が95%よりも多い場合は、放熱部40とバリスタ素体10との間の接合強度が弱くなり、放熱部40とバリスタ素体10とが剥離してしまう懼れがある。
Although content of Ag in the
続いて、上述したバリスタV1の製造過程について説明する。 Subsequently, a manufacturing process of the above-described varistor V1 will be described.
まず、バリスタ素体10の各バリスタ層を構成する主成分であるZnOと、Pr、Co、Cr、Ca、Si、K及びAlの金属又は酸化物等の微量添加物とを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合してバリスタ材料を調整する。その後、このバリスタ材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて、ボールミル等を用いて20時間程度混合・粉砕を行ってスラリーを得る。
First, ZnO which is a main component constituting each varistor layer of the
このスラリーを、ドクターブレード法等の公知の方法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるフィルム上に塗布した後、乾燥して厚さ30μm程度の膜を形成する。こうして得られた膜をフィルムから剥離してバリスタ素体用のグリーンシートを得る。 The slurry is applied onto a film made of, for example, polyethylene terephthalate by a known method such as a doctor blade method, and then dried to form a film having a thickness of about 30 μm. The film thus obtained is peeled from the film to obtain a green sheet for a varistor element body.
また、放熱部40の各層を構成する主成分であるAg及びZnOを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合して材料を調整する。このとき、調整された材料に、上述した微量添加物が含まれていてもよい。その後、この材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて、ボールミル等を用いて20時間程度混合・粉砕を行ってスラリーを得る。このスラリーから、バリスタ素体用のグリーンシートを得るときと同じ方法にて、放熱部用のグリーンシートを得る。
Further, Ag and ZnO, which are the main components constituting each layer of the
次に、バリスタ素体用のグリーンシートに、第1及び第2の電極20,30の第1の電極部分21,31に対応する電極パターンを形成する。これらの電極パターンは、Ag粒子を主成分とする金属粉末に有機バインダ及び有機溶剤を混合した導電性ペーストをバリスタ素体上に印刷し、乾燥させることにより形成する。
Next, electrode patterns corresponding to the
次に、放熱部用のグリーンシートと、電極パターンが形成されたバリスタ素体用のグリーンシートと、電極部分が形成されていないバリスタ素体用のグリーンシートとを所定の順序で重ねてシート積層体を形成する。そして、得られたシート積層体をチップ単位に切断し、分割された複数のグリーン体を得る。 Next, the green sheet for the heat radiation part, the green sheet for the varistor element body in which the electrode pattern is formed, and the green sheet for the varistor element body in which the electrode part is not formed are stacked in a predetermined order to laminate the sheets. Form the body. And the obtained sheet | seat laminated body is cut | disconnected per chip | tip, and the some divided | segmented green body is obtained.
次に、グリーン体に、180〜400℃、0.5〜24時間程度の加熱処理を実施して脱バインダを行った後、さらに、850〜1400℃、0.5〜8時間程度の焼成を行う。これにより、バリスタ素体10、第1の電極部分21,31、及び放熱部40からなる焼結積層体が得られることとなる。
Next, the green body is subjected to heat treatment at 180 to 400 ° C. for about 0.5 to 24 hours to remove the binder, and further baked at 850 to 1400 ° C. for about 0.5 to 8 hours. Do. Thereby, a sintered laminate including the
次に、ガラス粉末、有機バインダ、及び有機溶剤を混合したガラスペーストを用意し、当該ガラスペーストを第1の電極部分21,31を覆うようにバリスタ素体10に印刷し乾燥させる。これにより、バリスタ素体10にガラスペースト層が形成されることとなる。このとき、印刷により形成されたガラスペースト層には、絶縁層50の開口部51,52となる位置に開口部を形成しておく。また、上記ガラスペーストを放熱部40の第2の主面42を覆うように放熱部40に印刷し、乾燥させる。これにより、放熱部40にガラスペースト層が形成されることとなる。
Next, a glass paste in which glass powder, an organic binder, and an organic solvent are mixed is prepared, and the glass paste is printed on the
そして、バリスタ素体10に形成されたガラスペースト層上に、開口部を塞ぐように、第2の電極部分22,32に対応する電極パターンを形成する。この電極パターンは、Au粒子又はAg粒子を主成分とする金属粉末に有機バインダ及び有機溶剤を混合した導電性ペーストをガラスペースト層上に印刷し、乾燥させることにより形成する。そして、これらのガラスペースト層及び電極パターンをO2雰囲気下で800℃以上の温度にて焼付けることにより、絶縁層50,55及び第2の電極部分22,32が形成されることとなる。以上の過程により、図1及び図2に示したバリスタV1が完成する。
Then, electrode patterns corresponding to the
上述した製造過程では、第1の電極部分21,31をバリスタ素体10及び放熱部40を焼成して形成する際に同時に形成するようにしているが、これに限られない。例えば、バリスタ素体10及び放熱部40を焼成して形成した後に、導電性ペーストを付着させて、焼付けることにより形成してもよい。
In the manufacturing process described above, the
以上のように、本実施形態においては、バリスタ素体10における、第1の電極部分21と第1の電極部分31との間に位置する部分が電圧非直線特性を発現するので、当該部分と第1の電極部分21,31とでバリスタ成分が構成される。
As described above, in the present embodiment, the portion of the
本実施形態においては、放熱部40が、金属(本実施形態では、Ag)及び金属酸化物(本実施形態では、ZnO)の複合材料からなり、バリスタ素体10より熱伝導率が高く且つバリスタ素体10の第2の主面12と熱的に接続されるように配置されているので、バリスタV1に伝えられた熱を放熱部40から効率よく放散することができる。
In this embodiment, the
本実施形態においては、放熱部40が、バリスタ素体10の第2の主面12に接触するように配置されている。これにより、バリスタV1に伝えられた熱を効率よく放熱部40に伝えることができる。
In the present embodiment, the
本実施形態においては、放熱部40は、バリスタ素体10と電気的に接続されている。これにより、バリスタ素体10における、第1の電極部分21,31と放熱部40との間に位置する部分が電圧非直線特性を発現し、当該部分と第1の電極部分21,31と放熱部40とでバリスタ成分を更に構成することが可能となる。
In the present embodiment, the
第1の電極部分21と第1の電極部分31との間隔に比して第1の電極部分21,31と放熱部40との間隔が大きい場合には、バリスタV1の特性として、第1の電極部分21,31の間に構成されるバリスタ成分の特性が支配的になる。一方、第1の電極部分21と第1の電極部分31との間隔に比して第1の電極部分21,31と放熱部40との間隔が小さい場合には、バリスタV1の特性として、第1の電極部分21,31と放熱部40との間に構成されるバリスタ成分の特性が支配的になる。このように、第1の電極部分21と第1の電極部分31との間隔と第1の電極部分21,31と放熱部40との間隔との関係を変更することにより、バリスタV1の特性を容易に変更することができる。
When the distance between the
本実施形態においては、放熱部40は、バリスタ素体10の第2の主面12に向い合う第1の主面41と、バリスタ素体10の第2の主面12に向い合わない複数の面42〜46を含んでおり、放熱部の第1及び第2の端面43,44並びに第1及び第2の側面45,46は、露出している。これにより、バリスタV1に伝えられた熱を放熱部40からより一層効率よく放散することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態においては、放熱部40において、金属(Ag)は、放熱部40の第1の主面41から複数の面42〜46に渡って導通している。これにより、放熱部40において、金属による放熱経路が容易に形成され、放熱部40内での伝熱及び放熱部40からの熱の放散の効率を高めることが可能となる。
In the present embodiment, in the
本実施形態においては、放熱部40は、金属の主成分として、Agを含んでいる。Agは、熱伝導率が比較的高く、放熱部40内での伝熱及び放熱部からの熱の放散の効率を高めることが可能となる。
In this embodiment, the
本実施形態においては、バリスタ素体10と放熱部40とは、同時焼成によって形成されている。これにより、バリスタV1の製造工程の簡略化を実現し、バリスタV1の製造効率の向上及び低コスト化に寄与する。
In the present embodiment, the
ところで、バリスタ素体10と放熱部40とは同じZnOを含んでいる。バリスタ素体10と放熱部40とを同時焼成によって形成する際に、バリスタ素体10の第2の主面12と放熱部40の第1の主面41との界面において、バリスタ素体10に含まれるZnOと放熱部40に含まれるZnOとが結びついて粒成長する。これにより、これにより、バリスタ素体10と放熱部40とが強固に接合される。
By the way, the
また、放熱部40がAgを含んでいることから、バリスタ素体10と放熱部40とを同時焼成によって形成する際に、放熱部40に含まれるAgは、バリスタ素体10の第2の主面12と放熱部40の第1の主面41との界面付近において、バリスタ素体10の主成分であるZnOの粒界に拡散する。これにより、バリスタ素体10と放熱部40との接合が更に強固なものとなる。これらの結果、バリスタV1では、焼成時にバリスタ素体10と放熱部40との間にクラックが発生することは殆どなく、バリスタ素体10と放熱部40との接合強度を十分に確保することができる。
Further, since the
放熱部40を形成する際に、金属コーティングが施された金属酸化物の粒子を用いてもよい。この粒子としては、例えば、無電解めっきによりAgコーティングを施したAl2O3粒子が挙げられる。このように、予め金属コーティングが施された金属酸化物の粒子を用いることにより、金属による放熱経路を確実に形成することができる。
When forming the
次に、図3〜図9を参照して、本実施形態に係るバリスタV1の第1〜第4変形例について説明する。図3〜図9は、本実施形態に係るバリスタの変形例を示す図である。 Next, first to fourth modified examples of the varistor V1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 3-9 is a figure which shows the modification of the varistor which concerns on this embodiment.
図3に示された第1変形例に係るバリスタV2では、放熱部40がバリスタ素体10の第2の主面12に接着層57を介して熱的に接続されている。バリスタV2は、それぞれ焼成されて形成されたバリスタ素体10と放熱部40を接着層57で接合することにより得ることができる。バリスタV2においても、バリスタ素体10の第2の主面12と放熱部40の第1の主面41とが接着層57を介して向かい合っている。
In the varistor V <b> 2 according to the first modification shown in FIG. 3, the
接着層57は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂材料、導電性接着剤、又はガラス材料等からなる。接着層57が導電性を有する場合には、放熱部40がバリスタ素体10の第2の主面12に電気的に接続されることとなる。接着層57が導電性を有さない場合は、絶縁層55を省略してもよい。接着層57の厚みは、バリスタ素体10と放熱部40との熱的な接続を阻害しないと共に、バリスタ素体10と放熱部40との接合強度を確保し得る範囲に設定される。
The
以上のように、第1変形例においても、放熱部40がバリスタ素体10と熱的に接続されているので、バリスタV2に伝えられた熱を放熱部40から効率よく放散することができる。
As described above, also in the first modification, the
図4〜図7に示された第2変形例に係るバリスタV3では、放熱部40がバリスタ素体10内に位置しており、放熱部40の全ての面41〜46がバリスタ素体10と接している。したがって、放熱部40の全ての面41〜46は、露出していない。
In the varistor V3 according to the second modification shown in FIGS. 4 to 7, the
バリスタ素体10は、第1の素体領域10a、第2の素体領域10b、及び第3の素体領域10cを有している。第1の素体領域10aは、放熱部40の第1の主面41に接するように配置された領域である。第3の素体領域10cは、放熱部40の第2の主面42に接するように配置された領域である。第2の素体領域10bは、第1の素体領域10aと第3の素体領域10cとを連結し且つ放熱部40の第1及び第2の端面43,44並びに第1及び第2の側面45,46に接するように配置された領域である。第1の素体領域10aは、第1の主面11と、当該第1の主面11に対向し且つ放熱部40に接続される面17を含んでいる。
The
バリスタV3のバリスタ素体10及び放熱部40は、バリスタ素体10となる部分と放熱部40となる部分とを有する複数のグリーンシート、及び、バリスタ素体10となる部分のみを有する複数のグリーンシートを作製して、これらのグリーンシートを所望の順序にて積層し、焼成することにより形成することができる。
The
以上のように、第2変形例では、バリスタ素体10の第1の素体領域10aにおける、第1の電極部分21と第1の電極部分31との間に位置する部分が電圧非直線特性を発現するので、当該部分と第1の電極部分21,31とでバリスタ成分が構成される。
As described above, in the second modified example, the portion located between the
本実施形態においては、放熱部40が、金属及び金属酸化物の複合材料からなり、バリスタ素体10より熱伝導率が高く且つバリスタ素体10の第1の素体領域10aの面17と熱的に接続されるように配置されているので、バリスタV3に伝えられた熱を放熱部40から効率よく放散することができる。
In the present embodiment, the
図8に示された第3変形例に係るバリスタV4では、バリスタ素体10は、第1の素体領域10a及び第2の素体領域10bを有している。この場合、放熱部40の絶縁性を確保するために絶縁層55を配置することが好ましい。
In the varistor V4 according to the third modified example shown in FIG. 8, the
図9に示された第4変形例に係るバリスタV5では、バリスタ素体10は、第1の素体領域10a、第2の素体領域10b、及び第3の素体領域10cを有している。ここで、第2の素体領域10bは、第1の素体領域10aと第3の素体領域10cとを連結し且つ放熱部40の第1及び第2の側面45,46に接するように配置された領域である。したがって、放熱部40の第1及び第2の端面43,44は、露出している。
In the varistor V5 according to the fourth modification shown in FIG. 9, the
続いて、図10を参照して、本実施形態に係る発光装置LEについて説明する。図10は、本実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。発光装置LEは、例えば上述したバリスタV1と、当該バリスタV1と電気的に接続された半導体発光素子61とを備えている。発光装置LEは、バリスタV1の代わりに、バリスタV2〜V5を備えていてもよい。
Subsequently, the light emitting device LE according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the light emitting device according to this embodiment. The light emitting device LE includes, for example, the varistor V1 described above and the semiconductor
半導体発光素子61は、GaN(窒化ガリウム)系半導体の発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)であり、基板62と、当該基板62上に形成された層構造体LSとを備えている。GaN系の半導体LEDは、周知であり、その説明を簡略化する。基板62は、サファイアからなる光学的に透明且つ電気絶縁性を有する基板である。層構造体LSは、積層された、n型(第1導電型)の半導体領域63と、発光層64と、p型(第2導電型)の半導体領域65とを含んでいる。半導体発光素子61は、n型の半導体領域63とp型の半導体領域65との間に印加される電圧に応じて発光する。
The semiconductor
n型の半導体領域63は、n型の窒化物半導体を含んで構成されている。本実施形態では、n型の半導体領域63は、基板62上にGaNがエピタキシャル成長されて成り、例えばSiといったn型ドーパントが添加されてn型の導電性を有している。また、n型の半導体領域63は、発光層64よりも屈折率が小さく且つバンドギャップが大きくなるような組成を有していてもよい。この場合、n型の半導体領域63は、発光層64に対して下部クラッドとしての役割を果たす。
The n-
発光層64は、n型の半導体領域63上に形成され、n型の半導体領域63及びp型の半導体領域65から供給されたキャリア(電子及び正孔)が再結合することにより発光領域において光を発生する。発光層64は、例えば、障壁層と井戸層とが複数周期にわたって交互に積層された多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)構造とすることができる。この場合、障壁層及び井戸層がInGaNからなり、In(インジウム)の組成を適宜選択することによって障壁層のバンドギャップが井戸層のバンドギャップより大きくなるように構成される。発光領域は、発光層64において、キャリアが注入される領域に生じる。
The light-emitting
p型の半導体領域65は、p型の窒化物半導体を含んで構成されている。本実施形態では、p型の半導体領域65は、発光層64上にAlGaNがエピタキシャル成長されて成り、例えばMgといったp型ドーパントが添加されてp型の導電性を有している。また、p型の半導体領域65は、発光層64よりも屈折率が小さく且つバンドギャップが大きくなるような組成を有していてもよい。この場合、p型の半導体領域65は、発光層64に対して上部クラッドとしての役割を果たす。
The p-
n型の半導体領域63上には、カソード電極66が形成されている。カソード電極66は、導電性材料からなり、n型の半導体領域63との間にオーミック接触が実現されている。p型の半導体領域65上には、アノード電極67が形成されている。アノード電極67は、導電性材料からなり、p型の半導体領域65との間にオーミック接触が実現されている。カソード電極66及びアノード電極67には、バンプ電極68が形成されている。 上述した構成の半導体発光素子61では、アノード電極67(バンプ電極68)とカソード電極66(バンプ電極68)との間に所定の電圧が印加されて電流が流れると、発光層64の発光領域において発光が生じることとなる。
A
半導体発光素子61は、第2の電極部分22,32にバンプ接続されている。すなわち、カソード電極66は、バンプ電極68を介して第2の電極部分22に電気的且つ物理的に接続されている。アノード電極67は、バンプ電極68を介して第2の電極部分32に電気的且つ物理的に接続されている。これにより、バリスタV1が半導体発光素子61に並列接続されることとなる。よって、バリスタV1により、半導体発光素子61は、ESDサージから保護される。
The semiconductor
発光装置LEでは、半導体発光素子61とバリスタV1の第2の電極部分22,32とが物理的に接続されているので、半導体発光素子61において発生した熱が第2の電極部分22,32を介してバリスタV1に伝わる。バリスタ素体10と放熱部40とが熱的に接続されているので、上述したように、バリスタV1に伝えられた熱を放熱部40から効率よく放散することができる。
In the light emitting device LE, since the semiconductor
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した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で様々な変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
本実施形態に係るバリスタV1において、第1及び第2の電極20,30は、第2の電極部分22,32を有しているが、第2〜第4変形例に係るバリスタV3〜V5のように、これら第2の電極部分22,32は必ずしも必要ではない。
In the varistor V1 according to the present embodiment, the first and
本実施形態に係るバリスタV1において、バリスタ素体10に絶縁層50が配置されているが、絶縁層50は必ずしも必要ではない。バリスタV1が絶縁層50を有さない場合には、第2の電極部分22,32は不要である。
In the varistor V1 according to this embodiment, the insulating
本実施形態に係るバリスタV1において、放熱部40がバリスタ素体10の第2の主面12と熱的に接続されるように配置されているが、これに限られない。例えば、放熱部40が、バリスタ素体10の第2の主面12以外の面13〜16のいずれかの面と熱的に接続されていてもよい。
In the varistor V1 according to the present embodiment, the
本実施形態に係るバリスタV1において、バリスタ素体10は、ZnOを主成分として含む半導体セラミックからなるが、これ以外の半導体セラミックからなってもよい。例えば、バリスタ素体10は、SrTiO3を主成分とし、Srの一部をCa、Ba等と置換してなる複合ペロブスカイト系バリスタ材料、SiCバリスタ材料等の半導体セラミックにて構成してもよい。
In the varistor V1 according to the present embodiment, the
本実施形態においては、電子素子として半導体発光素子を用いた例を示しているが、これに限られない。本発明は、半導体発光素子以外にも、動作中に発熱する電子素子(例えば、FET、バイポーラトランジスタ等)に適用することができる。 In the present embodiment, an example in which a semiconductor light emitting element is used as an electronic element is shown, but the present invention is not limited to this. The present invention can be applied to electronic elements (for example, FETs, bipolar transistors, etc.) that generate heat during operation in addition to semiconductor light emitting elements.
本実施形態では、半導体発光素子61としてGaN系の半導体LEDの発光ダイオードを用いているが、これに限られない。半導体発光素子61として、例えば、GaN系以外の窒化物系半導体LED(例えば、InGaNAs系の半導体LED等)や窒化物系以外の化合物半導体LEDやレーザーダイオード(LD:Laser Diode)を用いてもよい。
In the present embodiment, a light-emitting diode of a GaN-based semiconductor LED is used as the semiconductor light-emitting
V1〜V5…バリスタ、10…バリスタ素体、11,12…第1及び第2の主面、20…第1の電極、21…第1の電極部分、30…第2の電極、31…第1の電極部分、40…放熱部、41,42…第1及び第2の主面、43,44…第1及び第2の端面、45,46…第1及び第2の側面、61…半導体発光素子、LE…発光装置。
V1 to V5 ... Varistor, 10 ... Varistor element body, 11, 12 ... First and second main surfaces, 20 ... First electrode, 21 ... First electrode portion, 30 ... Second electrode, 31 ... First 1 electrode portion, 40 ... heat dissipation portion, 41, 42 ... first and second main surfaces, 43, 44 ... first and second end surfaces, 45, 46 ... first and second side surfaces, 61 ... semiconductor Light emitting element, LE ... Light emitting device.
Claims (16)
前記素体が有する前記領域の前記第1の面に配置された電極部分をそれぞれ有する少なくとも二つの電極と、
前記素体が有する前記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の前記第2の面と熱的に接続されるように配置された放熱部と、を備え、
前記放熱部は、金属及び金属酸化物の複合材料からなると共に、前記素体が有する前記領域の前記第2の面と電気的に接続されていることを特徴とするバリスタ。 An element body that exhibits a voltage nonlinear characteristic and has a region including the first and second surfaces;
At least two electrodes each having an electrode portion disposed on the first surface of the region of the element body;
A heat dissipating part disposed so as to have a higher thermal conductivity than the region of the element body and to be thermally connected to the second surface of the region;
The radiator is made of a composite material of a metal and a metal oxide and electrically connected to the second surface of the region of the element body .
前記放熱部に含まれる前記複数の第2の面のうち少なくとも一つの面は、露出していることを特徴とする請求項1又は2に記載のバリスタ。 The heat radiating portion includes a first surface facing the second surface of the region of the element body and a plurality of second surfaces not facing the second surface of the region of the element body. Contains
3. The varistor according to claim 1, wherein at least one of the plurality of second surfaces included in the heat radiating portion is exposed.
前記金属は、前記放熱部の前記第1の面から前記複数の第2の面のうち少なくとも一つの面に渡って導通していることを特徴とする請求項1又は2に記載のバリスタ。 The heat radiating portion includes a first surface facing the second surface of the region of the element body and a plurality of second surfaces not facing the second surface of the region of the element body. Contains
3. The varistor according to claim 1, wherein the metal is conductive from the first surface of the heat radiating portion to at least one of the plurality of second surfaces.
前記放熱部は、前記金属酸化物として、ZnOを含んでいることを特徴とする請求項6に記載のバリスタ。 The element body includes ZnO as a main component,
The varistor according to claim 6 , wherein the heat radiating portion contains ZnO as the metal oxide.
前記バリスタは、
電圧非直線特性を発現すると共に第1及び第2の面を含む領域を有している素体と、
前記素体が有する前記領域の前記第1の面に配置された電極部分をそれぞれ有する少なくとも二つの電極と、
前記素体が有する前記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の前記第2の面と熱的に接続されるように配置された放熱部と、を備え、
前記素体が有する前記領域は、半導体セラミックからなり、
前記放熱部は、金属及び金属酸化物の複合材料からなると共に、前記素体が有する前記領域の前記第2の面と電気的に接続されており、
前記発光素子は、前記バリスタに並列接続されるように少なくとも二つの前記電極に電気的且つ物理的に接続されていることを特徴とする発光装置。 A light emitting device comprising a varistor and a light emitting element,
The varistor is
An element body that exhibits a voltage nonlinear characteristic and has a region including the first and second surfaces;
At least two electrodes each having an electrode portion disposed on the first surface of the region of the element body;
A heat dissipating part disposed so as to have a higher thermal conductivity than the region of the element body and to be thermally connected to the second surface of the region;
The region of the element body is made of a semiconductor ceramic,
The heat radiating portion is a metal and Rutotomoni such a composite material of metal oxide, Ri the second surface and are electrically connected up for the said region element has,
The light emitting device, wherein the light emitting element is electrically and physically connected to at least two of the electrodes so as to be connected in parallel to the varistor.
前記放熱部に含まれる前記複数の第2の面のうち少なくとも一つの面は、露出していることを特徴とする請求項9又は10に記載の発光装置。 The heat radiating portion includes a first surface facing the second surface of the region of the element body and a plurality of second surfaces not facing the second surface of the region of the element body. Contains
11. The light emitting device according to claim 9, wherein at least one of the plurality of second surfaces included in the heat dissipation portion is exposed.
前記金属は、前記放熱部の前記第1の面から前記複数の第2の面のうち少なくとも一つの面に渡って導通していることを特徴とする請求項9又は10に記載の発光装置。 The heat radiating portion includes a first surface facing the second surface of the region of the element body and a plurality of second surfaces not facing the second surface of the region of the element body. Contains
11. The light emitting device according to claim 9 , wherein the metal is conductive from the first surface of the heat radiating portion to at least one of the plurality of second surfaces.
前記放熱部は、前記金属酸化物として、ZnOを含んでいることを特徴とする請求項14に記載の発光装置。 The element body includes ZnO as a main component,
The light-emitting device according to claim 14 , wherein the heat radiating portion contains ZnO as the metal oxide.
The light emitting device according to claim 14, wherein the element body and the heat radiating portion are formed by simultaneous firing.
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