JP5590122B2

JP5590122B2 - Ｅｓｄ保護デバイス

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Publication number: JP5590122B2
Application number: JP2012515886A
Authority: JP
Inventors: 哲也池田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: WO2011145598A1; CN102893467A; CN102893467B; US20130077199A1; JPWO2011145598A1; US8760830B2

Description

本発明は、電子部品や電子回路を静電気から保護するためのＥＳＤ保護デバイスに関し、より詳細には、セラミック多層基板内に一定の間隔を隔てて対向された第１，第２の放電電極を有するＥＳＤ保護デバイスに関する。

従来、半導体装置や電子回路を静電気から保護するために、様々なＥＳＤ保護デバイス１０１が用いられている。

例えば下記の特許文献１には、図９（ａ），（ｂ）に示すＥＳＤ保護デバイスが開示されている。ＥＳＤ保護デバイス１０１は、セラミック多層基板１０２を有する。セラミック多層基板１０２内には、空洞１０３が形成されている。また、セラミック多層基板１０２内には、第１の放電電極１０４と、第２の放電電極１０５とが配置されている。第１の放電電極１０４及び第２の放電電極１０５の先端部分が空洞１０３内に位置している。図９（ａ）に示すように、空洞１０３内においてギャップＧを隔てて、第１，第２の放電電極１０４，１０５の先端同士が対向している。また、上記空洞１０３の下面には、混合部１０６が配置されている。混合部１０６は、第１，第２の放電電極１０４，１０５を接続するように第１，第２の放電電極１０４，１０５の下面に接続されている。

混合部１０６の詳細は、図９（ｂ）に示す通りであり、混合部１０６では、導電性を有さない無機材料によりコーティングされた導電性粒子１０６ａがセラミック材料中に分散されている。

ＷＯ２００８／１４６５１４

特許文献１に記載のＥＳＤ保護デバイス１０１では、空洞１０３に臨む第１，第２の放電電極１０４，１０５間の沿面放電と気中放電とを利用している。ここでは、混合部１０６を設けることにより、放電開始電圧を調整することができるとされている。

しかしながら、ＥＳＤ保護デバイス１０１において、第１，第２の放電電極１０４，１０５間において放電が繰り返されると、放電開始電圧が上昇したり、静電気が加わった場合でも放電が生じないことがあるという問題があった。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、放電が繰り返し行われたとしても、放電開始電圧の上昇が生じ難く、静電気が加わった場合に確実に放電させることができる、信頼性に優れたＥＳＤ保護デバイスを提供することにある。

本発明にかかるＥＳＤ保護デバイスは、空洞を有するセラミック多層基板と、前記セラミック多層基板内に形成されており、間隔を隔てて互いに対向し合っている第１，第２の放電電極と、前記セラミック多層基板の表面に形成されており、第１及び第２の放電電極にそれぞれ電気的に接続されている第１，第２の外部電極とを備える。前記第１，第２の放電電極は、前記セラミック多層基板と一体焼成されている。本発明では、前記第１の放電電極の先端と、前記第２の放電電極の先端とが前記間隔を隔てて対向しており、該第１，第２の放電電極の先端が前記空洞の端縁または端縁よりも対向している第２，第１の放電電極とは反対方向にある位置に位置している。前記セラミック多層基板の長さ方向と、該長さ方向と直交する方向を幅方向とすると、前記間隔を隔てて対向している前記第１の放電電極の先端及び第２の放電電極の先端が、長さ方向に沿って延びており、幅方向において対向している。この場合には、対向長を長くすることができるので、静電気からの保護に際しての繰り返し耐性をより高めることができる。

本発明に係るＥＳＤ保護デバイスのある特定の局面では、前記第１の放電電極の先端と、第２の放電電極の先端とが、前記空洞の端縁に位置している。その場合には、第１，第２の放電電極間において静電気が加わった場合により確実に放電させることができる。

本発明にかかるＥＳＤ保護デバイスのある特定の局面では、前記セラミック多層基板が、第１の基板層と、第２の基板層とを有し、前記空洞が前記第１，第２の基板層間の界面に設けられており、前記第１，第２の放電電極が前記第１の基板層の前記第２の基板層側表面に設けられている。

本発明にかかるＥＳＤ保護デバイスのさらに他の特定の局面では、前記第１の放電電極と、前記第２の放電電極とを接続するように、前記セラミック多層基板内に設けられた補助電極をさらに備え、該補助電極は導電性を有しない無機材料により表面がコーティングされた金属粒子分散体からなる。この場合には、放電開始電圧を適度な大きさに調整することができるとともに、繰り返し放電が行われた場合の放電開始電圧の上昇をより一層効果的に抑制することができる。

上記補助電極は、第１，第２の放電電極の下面側に配置されていてもよく、あるいは上記空洞の上部に位置していてもよい。

本発明のＥＳＤ保護デバイスのさらに他の特定の局面では、前記補助電極が、セラミック材料をさらに含む。

本発明にかかるＥＳＤ保護デバイスのさらに別の局面では、前記セラミック多層基板はガラス成分を含有し、前記セラミック多層基板内において前記空洞の周囲の領域の少なくとも一部に、前記セラミック多層基板を構成している材料よりも焼結温度が高いセラミックスからなるシール層が設けられている。この場合には、セラミック基板中のガラス成分が前記空洞内部に浸透することを防止することができる。空洞に浸透したガラス成分が補助電極材料を被覆している絶縁材料や補助電極間に分散されている絶縁材料を侵食して放電電極間の絶縁性を低下させることを防止することができる。そのため所望でない短絡や破壊を抑制することができる。

上記シール層は、空洞の上面に露出するように設けられた上部シール層を有していてもよい。この場合、上部シール層が第１，第２の放電電極の上面に至るように設けられている。従って、上部シール層により、ＥＳＤ保護デバイスの第１，第２の放電電極の上方における破壊を効果的に抑制することができる。

本発明においては、上記シール層は、補助電極の下面に設けられている下部シール層を有していてもよい。この場合には、下部シール層により、第１，第２の放電電極の下方における破壊を効果的に抑制することができる。

本発明にかかるＥＳＤ保護デバイスのさらに別の特定の局面では、空洞を有するセラミック多層基板と、前記セラミック多層基板内に形成されており、間隔を隔てて互いに対向し合っている第１，第２の放電電極と、前記セラミック多層基板の表面に形成されており、第１及び第２の放電電極にそれぞれ電気的に接続されている第１，第２の外部電極とを備える。前記第１，第２の放電電極は、前記セラミック多層基板と一体焼成されている。本発明では、前記第１の放電電極の先端と、前記第２の放電電極の先端とが前記間隔を隔てて対向しており、該第１，第２の放電電極の先端が前記空洞の端縁または端縁よりも対向している第２，第１の放電電極とは反対方向にある位置に位置している。本発明にかかるＥＳＤ保護デバイスのさらに別の局面では、前記セラミック多層基板はガラス成分を含有し、前記セラミック多層基板内において前記空洞の周囲の領域の少なくとも一部に、前記セラミック多層基板を構成している材料よりも焼結温度が高いセラミックスからなるシール層が設けられている。

本発明にかかるＥＳＤ保護デバイスによれば、第１の放電電極の先端と、第２の放電電極の先端とが、空洞の端縁に位置している。従って、上記第１，第２の放電電極の先端面を除いて第１，第２の放電電極の先端及びその近傍がセラミック多層基板に埋設されている。よって、繰り返し放電が行われたとしても、第１，第２の放電電極の先端部分における電極剥離が生じ難い。その結果、繰り返し放電が行われたとしても、放電開始電圧が上昇し難く、また放電が生じないおそれもほとんどない。従って、放電が多数回繰り返されたとしても、静電気からの保護を確実に図ることができる。よって、ＥＳＤ保護デバイスの信頼性を効果的に高めることが可能となる。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイスの平面断面図であり、（ｂ）は第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイスの正面断面図であり、（ｃ）は補助電極を拡大して示す部分切欠正面断面図である。図２は、比較例のために用意した従来のＥＳＤ保護デバイスの放電電圧と、電圧印加繰り返し数との関係を示すものである。図３は、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイスの放電電圧と、電圧印加繰り返し数との関係を示すものである。図４は、第１の実施形態の変形例にかかるＥＳＤ保護デバイスにおける第１，第２の放電電極と補助電極の形状を示す模式的平面断面図である。図５は、第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイスの他の変形例を説明するための平面断面図である。図６は、第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイスのさらに他の変形例を示す正面断面図である。図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイスの製造方法を説明するための各略図的正面断面図である。図８（ａ）は、第２の実施形態のＥＳＤ保護デバイスの電極構造を説明するための模式的平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う部分に相当するＥＳＤ保護デバイス全体の断面図である。図９（ａ）は、従来のＥＳＤ保護デバイスの一例を示す正面断面図であり、（ｂ）はその要部を示す正面断面図である。図１０は、比較例のＥＳＤ保護デバイスを示す正面断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイスの平面断面図であり、（ｂ）は該ＥＳＤ保護デバイスの正面断面図である。

図１（ｂ）に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１は、セラミック多層基板２を有する。セラミック多層基板２は、第１の基板層２ａと、第１の基板層２ａ上に積層された第２の基板層２ｂとを有する。後述する製造方法から明らかなように、セラミック多層基板には、複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、焼成することにより得られる。第１の基板層２ａ及び第２の基板層２ｂは、同じセラミック材料により形成されている。従って、同一組成のセラミックグリーンシートを複数枚積層し、焼成することにより、セラミック多層基板２を得ることができる。この場合、第１，第２の基板層２ａ，２ｂの組成が同一であるため、焼成に際しての収縮挙動が等しい。もっとも、第１の基板層２ａと、第２の基板層２ｂは異なるセラミック材料により形成されていてもよい。

上記セラミック多層基板２を構成するセラミック材料については特に限定されるものではないが、本実施形態では、Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを成分として含むいわゆるＢＡＳ材、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）が用いられている。

セラミック多層基板２内には、空洞３が形成されている。空洞３は、後述するように、前記セラミック多層基板２を焼成する際に、空洞３が位置している部分に設けられている樹脂を加熱により消失させることにより形成させる。

第１の基板層２ａ上には、第１の放電電極４と第２の放電電極５とが形成されている。第１、第２の放電電極４，５はＣｕにより構成されている。

第１の放電電極４が、セラミック多層基板２の第１の端面２ｃから空洞３に向かって延ばされている。また、第２の放電電極５は、第１の端面２ｃと反対側の第２の端面２ｄから空洞３側に向かって伸ばされている。図１（ａ）に示すように、第１，第２の放電電極４，５は、矩形のストリップ状平面形状を有している。第１の放電電極４の先端４ａと、第２の放電電極５の先端５ａとが、ギャップＧを介して対向されている。このギャップの第１，第２の放電電極４，５の対向方向に沿う寸法をａとする。

本実施形態のＥＳＤ保護デバイス１においては、第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａ間において静電気が加わった際に放電する。この放電は、沿面放電と気中放電を利用しており、この沿面放電の放電電圧を調整するために、放電補助電極６が設けられている。

放電補助電極６は、第１，第２の放電電極４，５を電気的に接続するように設けられている。より具体的には、第１の放電電極４の先端４ａ近傍部分において第１の放電電極４の下面に接するように放電補助電極６が設けられている。また、放電補助電極６は、第２の放電電極５の先端５ａ近傍において第２の放電電極５の下面に接するように設けられている。

放電補助電極６は、導電性を有しない無機材料により表面がコーティングされた金属粒子と、セラミック材料とが分散されている導電性粒子分散体からなる。より具体的には、導電性を有さない無機材料により表面がコーティングされた金属粒子と、セラミック粒子とを含む厚膜ペーストを焼成することにより形成されている。図１（ｃ）は、放電補助電極６の詳細を示す模式的部分拡大正面断面図である。放電補助電極６では、上記の通り、導電性を有さない無機材料粉末が表面に付着されることによりコーティングされた金属粒子８と、セラミック材料７とが分散されている。金属粒子８は、Ｃｕ、Ｎｉなどの適宜の金属もしくは合金からなる。金属粒子８の直径は、特に限定されないが、２〜３μｍ程度である。また、上記無機材料粉末としては、特に限定されず、絶縁性の適宜の無機材料を挙げることができる。このような無機材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３などを挙げることができる。

このような無機材料粉末としての直径は金属粒子８よりも小さい。例えば、直径１μｍ以下のＡｌ_２Ｏ_３粒子が好適に用いられる。

また、セラミック材料７は、本実施形態では、炭化ケイ素からなる。ＥＳＤ応答性を高めるためには、セラミック材料７は、炭化ケイ素などの半導体セラミックスからなる粒子であることが好ましい。このような半導体セラミックスとしては、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化モリブデンもしくは炭化タングステン等の炭化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化クロム、窒化バナジウムもしくは窒化タンタル等の窒化物、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化タングステン、ケイ化モリブデンもしくはケイ化クロム等のケイ化物、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化クロム、ホウ化ランタン、ホウ化モリブデンもしくはホウ化タングステンなどのホウ化物または酸化亜鉛もしくはチタン酸ストロンチウム等の酸化物などを挙げることができる。特に、比較的安価でありかつ様々な粒径の粒子が市販されているため、炭化ケイ素が特に好ましい。

また、上記半導体セラミックからなるセラミック材料は、１種のみが用いられてもよく、２種以上併用されてもよい。さらに、上記半導体セラミックからなセラミック材料７を、適宜、アルミナなどの絶縁性セラミック材料と混合して用いてもよい。

上記セラミック材料７中に上記無機絶縁性材料粉末で表面がコートされた金属粒子８が分散されているため、第１の放電電極４の先端４ａと第２の放電電極５の先端５ａとの間における沿面放電を利用した放電に際しての放電開始電圧を低めることができる。従って、より効果的に静電気からの保護を図ることができる。第１の放電電極４と第２の放電電極５とがギャップＧを介して対向している部分は、図１（ｂ）に示すように、空洞３に臨んでいる。従って、空洞３内において、沿面放電と気中放電を利用して放電がおこり、静電気からの保護を図ることができる。

また、本実施形態では、上記放電補助電極６の下面に下部シール層１０が形成されている。同様に、空洞３の上方には上部シール層１１が形成されている。

下部シール層１０及び上部シール層１１は、セラミック多層基板２を構成しているセラミックスよりも焼結温度が高いセラミックスからなる。本実施形態では、下部シール層１０及び上部シール層１１は、Ａｌ_２Ｏ_３からなる。シール層構成セラミック材料は、セラミック多層基板２を構成しているセラミック材料よりも焼結温度が高い限り、特に限定されるものではない。

本実施形態では、第１の基板層２ａの上面に下部シール層１０が形成されており、下部シール層１０上に前述した放電補助電極６が積層されている。そして、放電補助電極６の上面が空洞３に臨んでいる。すなわち、空洞３の下面は放電補助電極６の上面となっている。他方、空洞３の上面は、上部シール層１１で覆われている。

第１，第２の放電電極４，５は、セラミック多層基板２の対向し合う端面に設けられた外部電極１２，１３にそれぞれ電気的に接続されている。

本実施形態の特徴は、図１（ｂ）で示すように、第１の放電電極４の先端４ａ及び第２の放電電極５の先端５ａが、空洞３の端面に一致していることにある。従って、空洞３の外形は、図１（ｂ）に示されている正面断面図において、放電補助電極６の上面、第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａの先端面及び上部シール層１１の下面により規定されている。

上部シール層１１は、空洞３の上面を構成している部分１１ａと、第１の放電電極４の上面に至っている延長部１１ｂと、第２の放電電極５の上面に至っている延長部１１ｃとを有する。

従って、第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａが対向しているギャップＧ及びギャップＧに臨んでいる放電補助電極６部分、すなわち静電気が加わった際に放電を行う要部が下部シール層１０と上部シール層１１とで囲まれていることになる。下部シール層１０及び上部シール層１１は、上記のように、相対的に焼結温度が高いセラミックスからなる。そのためセラミック基板中のガラス成分が前記空洞内部に浸透することを防止することができる。空洞部に浸透したガラス成分が補助電極材料を被覆している絶縁材料や補助電極間に分散されている絶縁材料を侵食して放電電極間の絶縁性を低下させることを防止することができる。

上部シール層１１は、上記のように、空洞３の上面すなわちギャップＧの上部をシールしているだけでなく、第１，第２の放電電極４，５の上面に至っている延長部１１ｂ，１１ｃを有する。従って、気中放電や沿面放電が生じるギャップＧの上方を上部シール層１１で確実にシールすることが可能とされている。

なお、図１（ａ）に示すように、放電補助電極６は、下部シール層１０が設けられている領域よりも狭い領域に設けられている。よって、放電補助電極６の下方が確実に下部シール層１０でシールされている。従って、下部シール層１０によるショート耐性向上効果を効果的に高めることができる。もっとも、下部シール層１０は、放電補助電極６よりも狭い領域に設けられていてもよい。

また、図１（ａ）に示すように、空洞３の幅は放電補助電極６の幅と下部シール層１０の幅の間とされている。

本実施形態の特徴は、上記第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａが空洞３の端縁に位置していることにある。従って、第１の放電電極４の先端４ａ近傍部分は上部シール層１１の延長部１１ｂ及び放電補助電極６により挟持されている。従って、繰り返し放電が行われたとしても、第１の放電電極４が先端４ａ近傍において剥離したり、浮きが生じたりし難い。第２の放電電極５においても、同様に先端５ａ近傍部分の剥離や浮きが生じ難い。

従って、ＥＳＤ保護デバイス１において、静電気からの保護が繰り返し行われたとしても、放電開始電圧が低下し難い。近年、ＥＳＤ保護デバイスでは、１０００回放電が繰り返されたとしても静電気からの保護を確実に図り得ることが求められている。本実施形態によれば、上記のように、静電気からの保護に際しての繰り返し耐性を効果的に高めることができる。よって、長期間にわたり、ＥＳＤ保護デバイス１を用いて半導体や電子回路を確実に静電気から保護することができる。これを具体的な実験例に基づき説明する。

Ｂａ、Ａｌ及びＳｉを主体とするＢＡＳ材を所定の組成となるように混合し、８００℃〜１０００℃の温度で仮焼した。得られた仮焼粉末をジルコニウムボールミルで１２時間粉砕し、セラミック粉末を得た。このセラミック粉末に、トルエン及びエキネンからなる有機溶媒を加え混合した。さらに、バインダー及び可塑剤を加えスラリーを得た。このようにして得られたスラリーをドクターブレード法により成形し、厚さ５０μｍのセラミックグリーンシートを得た。

第１，第２の放電電極４，５を構成するための電極ペーストを以下のようにして用意した。平均粒径２μｍのＣｕ粒子８０重量％と、エチルセルロースからなるバインダー樹脂とに溶剤を添加し、三本ロールで攪拌し、混合し、電極ペーストを得た。

放電補助電極６形成用ペーストの調製：平均粒径２μｍのＣｕ粒子の表面に平均粒径数ｎｍ〜数十ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末を付着させてなる、導電性を有さない無機材料により表面がコーティングされた金属粒子を用意した。この金属粒子に平均粒径１μｍの炭化ケイ素粉末を所定の割合で配合した。この配合物に、バインダー樹脂及び溶剤を、バインダー樹脂及び溶剤の合計の割合が全体の２０重量％となるように添加し、混合し、混合ペーストを得た。

空洞３を形成する樹脂ペーストとして、ポリエチレンテルフタレート（ＰＥＴ）に対し溶剤として有機溶剤を適宜の割合で含む樹脂ペーストを用意した。

下部シール層１０及び上部シール層１１を形成するためのセラミックペーストとして、アルミナ粉末と、溶剤としての有機溶剤が全体の１５重量％となるように混合してなるシール層形成用セラミックペーストを用意した。

上記のようにして用意したセラミック多層基板用のセラミックグリーンシートを複数枚積層した。得られた積層体上に、上記シール層形成用セラミックペーストを下部シール層１０を構成する部分にスクリーン印刷により塗布した。次に、補助電極形成用ペーストを上記シール層形成用ペースト上に塗布した。しかるのち、上記電極ペーストを、第１，第２の放電電極間のギャップＧの寸法ａが３０μｍとなるように印刷した。さらに、上記空洞形成用樹脂ペーストを塗布した。次に、上記樹脂ペーストが付与されている部分を覆うように、上部シール層を形成するためのシール層形成用ペーストを塗布した。

さらに、上面にセラミック多層基板形成用セラミックグリーンシートを複数枚積層し、全体を厚み方向に圧着した。このようにして、全体の厚みが０．２５ｍｍである積層体を用意した。

しかるのち、上記積層体を厚み方向に切断し、長さ１．０ｍｍ×幅０．５ｍｍ×厚み０．２５ｍｍの個々のＥＳＤ保護デバイス単位の積層体チップを得た。しかる後、この積層体チップの第１，第２の端面に電極ペーストを塗布し、外部電極を形成した。外部電極形成用電極ペーストとしては、Ｃｕを用いた。

次に、窒素雰囲気中で、上記積層体チップを焼成し、ＥＳＤ保護デバイスを得た。

上記のようにして、本実施形態のＥＳＤ保護デバイスを得た。図１０に示す比較例のＥＳＤ保護デバイス１１１では、第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａが空洞３内に位置していることを除いては、上記実施形態のＥＳＤ保護デバイス１と同様である。すなわち、第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａが空洞３内に入り込んでおり、従って、第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａ近傍部分において、第１，第２の放電電極４，５の上面が空洞３に露出している。この放電電極４，５の先端４ａ，５ａの空洞３の端縁３ｃ，３ｄからの突出量Ｘは６μｍとした。

上記比較例のＥＳＤ保護デバイス１１１及び上記実施形態のＥＳＤ保護デバイス１について、高電圧を繰り返し印加し、ＥＳＤ繰り返し耐性を評価した。すなわち、ＩＥＣの規格であるＩＥＣ６１０００−４−２に従い、接触放電にて８ｋＶの電圧を５秒の間隔をおいて繰り返し、放電保護電圧を測定した。図２は比較例の結果を、図３は上記実施形態の結果を示す。

図２から明らかなように、図２のＥＳＤ保護デバイスでは、電圧印加回数が９００回〜１０００回の間において、放電保護電圧が大きくばらつくことがわかる。これに対して、図３に示すように、上記実施形態によれば、１０００回まで電圧印加を繰り返したとしても、放電保護電圧がほとんどばらつかないことがわかる。これは、上記のように、第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａが空洞３の端縁に位置しているため、第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａ近傍における浮きや剥がれが生じ難いためと考えられる。

図４及び図５は、上記実施形態の変形例を示す平面断面図である。

図１（ａ）で示したように、第１，第２の放電電極４，５の幅Ｗは、放電補助電極６の幅よりも狭くされていた。これに対して、図４に示すように、放電補助電極６の幅は、第１，第２の放電電極４，５の幅よりも狭くともよい。もっとも、好ましくは、放電補助電極６の幅が第１，第２の放電電極４，５の幅よりも広いことが望ましく、それによって沿面放電がより一層容易となり、放電開始電圧を低めることができる。

また、図１（ａ）では、第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａは、幅方向に伸びていたが、図５に示す第１の放電電極４のように平面視した場合先端が三角形の形状を有していてもよい。従って、第１，第２の放電電極４，５の先端の形状は特に限定されるものではない。

また、図６に示す変形例のように、ビアホール電極１４，１５をセラミック多層基板２内に設けてもよい。ビアホール電極１４，１５の上部が第１，第２の放電電極４，５にそれぞれ接続されている。ビアホール電極１４，１５の下部が、セラミック多層基板２の下面に設けられた外部電極１６，１７に接続されている。

また、本発明において、ＥＳＤ保護デバイスを構成する材料については、上述した実施形態において明示したものに限定されるものではない。

セラミック多層基板２を形成するセラミック材料についても、ＢＡＳ材に限らず、他のガラスセラミックスを用いてもよい。このようなガラスセラミックスとしては、フォレステライトにガラスを加えたもの、あるいはＣａＺｒＯ_３セラミックスにガラスを加えたものを挙げることができる。また、このようなガラスセラミックスに限らず、他の絶縁性セラミック材料、例えばＡｌ_２Ｏ_３などを用いてもよい。

放電補助電極６において用いられている上記セラミック材料７についても、炭化ケイ素に限らず、様々なセラミック材料を用いることができる。

また、第１，第２の放電電極４，５を構成する電極材料についても、Ｃｕに限らず、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＡｌまたはＮｉのいずれかを適宜用いることができる。また、第１，第２の放電電極４，５は、複数の金属膜を積層してなる積層構造を有していてもよい。

補助電極を構成する金属粒子についても、上記放電電極を構成する金属と同様の金属もしくは合金により形成することができる。また、金属粒子の表面をコートするために用いられる無機材料についても、Ａｌ_２Ｏ_３に限定されず、導電性を有さない適宜の無機材料を用いることができる。このような無機材料としては、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２などを挙げることができる。

また、上記空洞３を形成するためにＰＥＴを主体とする樹脂ペーストを用いたが、アクリル系樹脂などの他の樹脂を主体とする樹脂ペーストを用いてもよい。また、樹脂ペーストに代えて、カーボンなどの焼成に際し消失する他の材料を用いてもよい。

また、上記実施形態では、下部シール層１０及び上部シール層１１が設けられていたが、いずれか一方のみが設けられていてもよい。もっとも、好ましくは、上記実施形態のように、空洞３の上方及び下方の双方にシール層を設けることが望ましい。

次に、本発明の上記実施形態に係るＥＳＤ保護デバイス１の製造方法の一例を説明する。図７（ａ）及び（ｂ）は、ＥＳＤ保護デバイス１の製造方法の一例を説明するための各模式的正面断面図である。図７（ａ）及び（ｂ）においては、製造方法の特徴をわかり易く説明するために、ＥＳＤ保護デバイス１の要部のみを略図的に示すこととする。

図７（ａ）に示すように、ＬＴＴＣであるＢＡＳ材からなる第１の基板層２ａを用意する。この第１の基板層２ａは、例えば以下の方法により形成することができる。まず、ＢＡＳ材の仮焼粉末に、有機溶媒、樹脂バインダー及び可塑剤を混合し、それによってスラリーを得る。このスラリーをドクターブレード法などの適宜のシート成形方法により成形する。このようにして、ＢＡＳ材を主体とするセラミックグリーンシートにより、あるいは上記セラミックグリーンシートを複数枚積層し、第１の基板層２ａを形成する。

別途、下部シール層１０を形成するためのセラミックペーストを用意する。すなわち、アルミナ粉末と、有機溶剤とを含むシール層形成用セラミックペーストを用意する。この下部シール層形成用セラミックペースト１０Ａを上記第１の基板層２ａを得るためのセラミックグリーンシートもしくはセラミックグリーンシート積層体上に例えばスクリーン印刷などの適宜の方法により塗布する。

次に、金属粒子の表面にＡｌ_２Ｏ_３粉末を多数付着させてなる、導電性を有さない無機材料により表面がコーティングされた金属粒子を用意する。この金属粒子の平均粒径は、特に限定されるわけではないが、１μｍ〜６μｍ程度であり、上記Ａｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径は数ｎｍ〜数十ｎｍである。従って、上記金属粒子表面に、Ａｌ_２Ｏ_３などからなる厚み数ｎｍ〜数十ｎｍの絶縁膜が形成されることになる。

上記導電性を有さない無機材料により表面がコーティングされた金属粒子に、平均粒径が上記金属粒子よりも小さいセラミック粉末を混合する。このセラミック粉末の平均粒径は、０．１〜３μｍ程度であればよい。さらに、バインダー樹脂及び溶剤を混合し、放電補助電極形成用ペーストを得る。

この放電補助電極形成用ペーストを下部シール層形成用セラミックペースト１０Ａ上にスプレーコーティングにより塗布する。なお、塗布方法はスプレーコーティングに限定されるものではない。

図７（ａ）に示すように、放電補助電極形成用ペースト６Ａの外周縁が、下部シール層形成用セラミックペースト１０Ａの外周縁よりも内側に位置するように、放電補助電極形成用ペースト６Ａを塗布する。

次に、第１，第２の放電電極４，５を形成するための電極ペースト４Ａ，５Ａをスクリーン印刷等により印刷する。本実施形態では、上記のように、第１，第２の放電電極４，５はＣｕを主体とする。従って、上記電極ペーストとしては、Ｃｕ粒子と、バインダー樹脂と、溶剤とを含む電極ペーストを用いる。

なお、電極ペースト４Ａ，５Ａの先端間の距離は、最終的に形成される第１，第２の放電電極４，５間のギャップＧよりも狭くしておく。

次に、空洞を形成するための樹脂ペースト３Ａを塗布する。空洞形成用の樹脂ペースト３Ａとしては、後述の焼成温度で消失する合成樹脂と有機溶剤とを含む樹脂ペーストを用いる。この樹脂ペースト３Ａは、電極ペースト４Ａ，５Ａの先端間のギャップを埋めるように、かつ電極ペースト４Ａ，５Ａよりも厚くする。さらに、樹脂ペースト３Ａは、電極ペースト４Ａ，５Ａ間のギャップＧだけでなく、電極ペースト４Ａ，５Ａの先端近傍の上面の上方に至るように塗布する。

次に、樹脂ペースト３Ａ及び電極ペースト４Ａ，５Ａを覆うように、上部シール層形成用セラミックペースト１１Ａをスクリーン印刷等により塗布する。上部シール層形成用セラミックペースト１１Ａは、前述した下部シール層形成用セラミックペースト１０Ａと同じペーストである。

しかる後、上部シール層形成用セラミックペースト１１Ａ上に、第１の基板層２ａを形成するのに用いたのと同じセラミックグリーンシートを少なくとも１枚積層する。このようにして基板層２ｂを形成する。上記のようにして図７（ａ）に示す積層体１８を得る。

しかる後、上記積層体１８を焼成する。焼成により、図７（ｂ）に示す積層焼結体１９を得ることができる。焼成により、図７（ａ）に示した樹脂ペースト３Ａが消失し、前述した空洞３が形成される。また、第１，第２の放電電極４，５、放電補助電極６、上部及び下部シール層１０，１１が完成される。

なお、焼成に際し、電極ペースト４Ａ，５Ａが収縮する。その結果、形成された第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａの位置が、空洞３の外周縁と一致することとなる。このようにして、上記実施形態の第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａが空洞３の外周縁と一致した構造を得ることができる。

より詳細には、第１の基板層２ａを得るのに用いたＢＡＳ材中のガラスが下部シール層１０に侵入する。そのため、第１の基板層２ａと下部シール層１０との密着性は相対的に高い。従って、焼成に際し、下部シール層１０は収縮し難い。

また、放電補助電極６は、前述した金属粒子とセラミック粒子の集合体であり、下部シール層１０に噛み込むことになる。加えて、放電補助電極の金属粒子の表面はアルミナ粉末からなり、下部シール層１０と同じ材料である。従って、放電補助電極６もまた、焼成に際して収縮し難い。

他方、第１，第２の放電電極４，５は金属粒子を主体とするため焼成に際して収縮する。そして、放電補助電極６に対し、放電電極４，５は滑りやすいため、上記のように、焼成に際しての収縮により先端４ａ，５ａが後退する。

従って、収縮程度を制御することにより、上記実施形態のように、第１，第２の放電電極４，５の先端４ａ，５ａが空洞３の外周縁に一致した構造を得ることができる。なお、上記収縮程度については、電極ペースト４Ａ，５Ａ、放電補助電極形成用ペースト６Ａ、シール層形成用ペースト１１Ａなどの組成を調整することにより容易に達成することができる。

図１（ａ）に示した実施形態では、第１，第２の放電電極４，５がＥＳＤ保護デバイス１の長さ方向に延び、長さ方向中央において先端４ａ，５ａがギャップＧを隔てて対向されていた。

しかしながら、本発明のＥＳＤ保護デバイスにおける第１，第２の放電電極の形状及び形成位置はこれに限定されるものではない。

図８（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るＥＳＤ保護デバイス２１の要部を示す略図的平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＤ−Ｄ線に沿う部分に相当するＥＳＤ保護デバイス２１の全体の断面図である。

第２の実施形態では、第１の基板層２２ａ上に、下部シール層２３、放電補助電極２４が積層されている。第１の基板層２２ａ、下部シール層２３及び放電補助電極２４は、第１の実施形態と同様の材料で同様に形成されている。

本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、第１，第２の放電電極２５，２６の対向部分にある。すなわち、図８（ａ）の長さ方向Ｌ及び長さ方向Ｌと直交する方向を幅方向Ｗとする。第１の放電電極２５と第２の放電電極２６とは、幅方向ＷにおいてギャップＧを隔てて対向している。すなわち、ギャップＧを対向している第１の放電電極２５の先端２５ａ及び第２の放電電極２６の先端２６ａは、長さ方向Ｌに沿って延びており、幅方向Ｗにおいて対向していることとなる。このような構造では、ギャップＧを介して第１，第２の放電電極２５，２６の先端２５ａ，２６ａが対向している部分の長さ、すなわち対向長Ｌｘを長くすることができる。すなわち、第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイス１に比べ、第２の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２１では、外形寸法を同一とした場合、上記対向長Ｌｘを長くすることができる。逆に、対向長を同一とした場合には、ＥＳＤ保護デバイス２１では長さ方向Ｌに沿う寸法を小さくすることができる。

上記のように、対向長Ｌｘを長くすることができるので、静電気からの保護に際しての繰り返し耐性を高めることができる。より具体的には、第１の放電電極２５の先端２５ａと、第２の放電電極２６の先端２６ａとの間で静電気の印加により放電が生じると、例えば静電気を受けた側の放電電極２６の先端２６ａの一部において溶融や電極材料の飛散等が生じる。従って、その部分では対向距離が大きくなる。しかしながら、他の部分の対向距離は当初のままであるため、次に静電気が印加された場合には、他の部分で放電が生じる。よって、対向長Ｌｘが長いほど、繰り返し耐性を高めることができる。

なお、図８（ｂ）に示すように、本実施形態においても、第１，第２の放電電極２５，２６の先端２５ａ，２６ａは、空洞２８の外周縁と一致している。図８（ａ）では、空洞２８の位置を斜線のハッチングを付した領域として模式的に示す。第１の実施形態と同様に、第１，第２の放電電極２５，２６の先端２５ａ，２６ａにおける浮きや剥がれが生じ難い。

また、本実施形態においても、上部シール層２９及び第２の基板層３０が上方に積層されている。これらの構造は、第１の実施形態の上部シール層１１及び第２の基板層２ｂと同様である。

なお、第２の実施形態の説明から明らかなように、本発明において、第１，第２の放電電極の先端とは、先端同士がギャップを隔てて対向しているものであるため、ギャップを隔てて対向している電極端縁部分をいうものとする。

１…ＥＳＤ保護デバイス
２…セラミック多層基板
２ａ…第１の基板層
２ｂ…第２の基板層
２ｃ，２ｄ…端面
３…空洞
３ｃ，３ｄ…端縁
３Ａ…樹脂ペースト
４…第１の放電電極
４ａ，５ａ…先端
４Ａ，５Ａ…電極ペースト
５…第２の放電電極
５ａ…先端
６…放電補助電極
６Ａ…放電補助電極形成用ペースト
７…セラミック材料
８…金属粒子
１０…下部シール層
１０Ａ…下部シール層形成用セラミックペースト
１１…上部シール層
１１ａ…部分
１１ｂ，１１ｃ…延長部
１１Ａ…上部シール層形成用セラミックペースト
１２，１３…外部電極
１４，１５…ビアホール電極
１６，１７…外部電極
１８…積層体
１９…積層焼結体
２１…ＥＳＤ保護デバイス
２２ａ…第１の基板層
２３…下部シール層
２４…放電補助電極
２５，２６…第１，第２の放電電極
２５ａ，２６ａ…先端
２８…空洞
２９…上部シール層
３０…第２の基板層

Claims

空洞を有するセラミック多層基板と、
前記セラミック多層基板内に形成されており、間隔を隔てて互いに対向し合っている第１，第２の放電電極と、
前記セラミック多層基板の表面に形成されており、第１及び第２の放電電極にそれぞれ電気的に接続されている第１，第２の外部電極とを備え、
前記第１，第２の放電電極は、前記セラミック多層基板と一体焼成されており、
前記第１の放電電極の先端と、前記第２の放電電極の先端とが前記間隔を隔てて対向しており、該第１，第２の放電電極の先端が前記空洞の端縁または端縁よりも対向している前記第２，第１の放電電極とは反対方向にある位置に位置しており、前記セラミック多層基板の長さ方向と、該長さ方向と直交する方向を幅方向とすると、前記間隔を隔てて対向している前記第１の放電電極の先端及び第２の放電電極の先端が、長さ方向に沿って延びており、幅方向において対向している、ＥＳＤ保護デバイス。
前記第１，第２の放電電極の先端が前記空洞の端縁に位置している、請求項１に記載のＥＳＤ保護デバイス。
前記セラミック多層基板が、第１の基板層と、第２の基板層とを有し、前記空洞が前記第１，第２の基板層間の界面に設けられており、前記第１，第２の放電電極が前記第１の基板層の前記第２の基板層側表面に設けられている、請求項１または２に記載のＥＳＤ保護デバイス。
前記第１の放電電極と、前記第２の放電電極とを接続するように、前記セラミック多層基板内に設けられた補助電極をさらに備え、該補助電極は導電性を有しない無機材料粉末により表面がコーティングされた金属粒子分散体からなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護デバイス。
前記補助電極が、前記第１，第２の放電電極の下面側に配置されている、請求項４に記載のＥＳＤ保護デバイス。
前記補助電極が、前記空洞の上部に位置している、請求項４に記載のＥＳＤ保護デバイス。
前記補助電極が、セラミック材料をさらに含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護デバイス。
前記セラミック多層基板はガラス成分を含有し、前記セラミック多層基板内において前記空洞の周囲の領域の少なくとも一部に、前記セラミック多層基板を構成している材料よりも焼結温度が高いセラミックスからなるシール層が設けられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護デバイス。
前記シール層が、前記空洞の上面に露出するように設けられた上部シール層を有し、かつ該上部シール層が第１，第２の放電電極の上面に至るように設けられている、請求項８に記載のＥＳＤ保護デバイス。
前記シール層が、前記放電電極の下面に設けられている下部シール層を有する、請求項８または９に記載のＥＳＤ保護デバイス。
空洞を有するセラミック多層基板と、
前記セラミック多層基板内に形成されており、間隔を隔てて互いに対向し合っている第１，第２の放電電極と、
前記セラミック多層基板の表面に形成されており、第１及び第２の放電電極にそれぞれ電気的に接続されている第１，第２の外部電極とを備え、
前記第１，第２の放電電極は、前記セラミック多層基板と一体焼成されており、
前記第１の放電電極の先端と、前記第２の放電電極の先端とが前記間隔を隔てて対向しており、該第１，第２の放電電極の先端が前記空洞の端縁または端縁よりも対向している前記第２，第１の放電電極とは反対方向にある位置に位置しており、前記セラミック多層基板はガラス成分を含有し、前記セラミック多層基板内において前記空洞の周囲の領域の少なくとも一部に、前記セラミック多層基板を構成している材料よりも焼結温度が高いセラミックスからなるシール層が設けられている、ＥＳＤ保護デバイス。