JP5605413B2

JP5605413B2 - Ｅｓｄ保護デバイスとその製造方法

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Publication number: JP5605413B2
Application number: JP2012227098A
Authority: JP
Inventors: 淳足立
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: CN203589449U; JP2014082003A

Description

本発明は、ＥＳＤ保護デバイスとその製造方法に関する。

従来から、半導体装置や電子回路を静電気から保護するために、例えば特許文献１（ＷＯ２００８／１４６５１４）に示すようなＥＳＤ（Electro-Static Discharge；静電気放電）保護デバイスが用いられている。

図８に、特許文献１に示されたＥＳＤ保護デバイス２００の断面図を示す。

ＥＳＤ保護デバイス２００は、内部に空洞１０７を有するセラミック素体１０６を備えている。

空洞１０７内には、端面１０２ａ、１０４ａが間隔Ｇを設けて対向する１対の放電電極層１０２、１０４が形成されている。

１対の放電電極層１０２、１０４およびその対向する領域１０９の下には、放電補助電極層１０３が形成されている。放電補助電極層１０３は、導体粒子および絶縁体材料を含んでいる。

セラミック素体１０６の表面上には、放電電極層１０２、１０４と電気的に接続された複数の外部電極１１２、１１２が形成されている。

ＥＳＤ保護デバイス２００の放電開始電圧は、放電電極層１０２、１０４の端面１０２ａ、１０４ａの間隔Ｇを小さくすることにより、低下させることができる。

ＷＯ２００８／１４６５１４

従来のＥＳＤ保護デバイス２００の製造方法においては、端面１０２ａ、１０４ａが間隔Ｇを設けて対向する１対の放電電極層１０２、１０４は、例えばスクリーン印刷により形成されている。

しかしながら、スクリーン印刷は印刷位置精度が高くないため、端面１０２ａ、１０４ａが狭い間隔Ｇで対向するように１対の放電電極層１０２、１０４を形成し、放電開始電圧が小さいＥＳＤ保護デバイスを得ることが困難であった。

本発明の目的は、狭い間隔で対向する１対の放電電極層を備えた放電開始電圧が小さいＥＳＤ保護デバイスと、その製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明のＥＳＤ保護デバイスは、セラミック素体と、セラミック素体の内部に、間隔を設けて層状に対向するように配置された第１の放電電極層および第２の放電電極層と、セラミック素体の表面上に形成され、第１の放電電極層または第２の放電電極層と電気的に接続された複数の外部電極とを備え、第１の放電電極層および第２の放電電極層の端面が、第１の放電電極層と第２の放電電極層の間のセラミック素体の表面に対して突出しており、第１の放電電極層および第２の放電電極層の突出した端面を覆うように、セラミック素体の表面上に、導体粒子および絶縁体材料を含む保護膜が形成されていることを特徴とする。

また、本発明のＥＳＤ保護デバイスの製造方法は、複数枚の第１のセラミックグリーンシートを準備する工程と、少なくとも１枚の第２のセラミックグリーンシートを準備する工程と、第２のセラミックグリーンシートよりも焼成収縮率が小さい放電電極層形成用ペーストを準備する工程と、複数枚の第１のセラミックグリーンシートのうち、所定のものの一方主面上に、放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第１の放電電極層を形成する工程と、第１の放電電極層上に、少なくとも１枚の第２のセラミックグリーンシートを積層する工程と、第１の放電電極層上に積層された第２のセラミックグリーンシート上に、放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第２の放電電極層を形成する工程と、第２の放電電極層上に、少なくとも１枚の第１のセラミックグリーンシートを積層し、圧着することにより、積層体を形成する工程と、第１の放電電極層および第２の放電電極層の断面を含む面を分割面として、積層体を分割する工程と、分割された積層体を焼成する工程と、第１の放電電極層および第２の放電電極層の分割面を覆うように、積層体の表面上に、導体粒子および絶縁体材料を含む保護膜を形成する工程と、分割された積層体の表面上に、第１の放電電極層または第２の放電電極層と電気的に接続された複数の外部電極を形成する工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、狭い間隔で対向する１対の放電電極層を備えた放電開始電圧が小さいＥＳＤ保護デバイスを得ることができる。

図１（Ａ）は、本発明の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の斜視図である。図１（Ｂ）は、ＥＳＤ保護デバイス１００の要部斜視図である。図１（Ｃ）は、ＥＳＤ保護デバイス１００の断面図であり、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に対応する。図２は、本発明の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法において適用する工程を示す斜視図である。図３は、図２の続きであり、本発明の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法において適用する工程を示す要部斜視図である。図４は、図３の続きであり、本発明の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法において適用する工程を示す要部斜視図である。図５は、図４の続きであり、本発明の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法において適用する工程を示す要部斜視図である。図６は、図５の続きであり、本発明の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法において適用する工程を示し、図６（Ａ）は要部斜視図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＡ−Ａ線に対応する断面図である。図７は、図６の続きであり、本発明の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法において適用する工程を示し、図７（Ａ）は斜視図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＡ−Ａ線に対応する断面図である。図８は、従来のＥＳＤ保護デバイス２００の断面図である。

以下において、図面とともに、本発明を実施するための形態の一例について説明する。

図１に、本発明の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００を示す。

ＥＳＤ保護デバイス１００は、図１（Ａ）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１、１、１および第２のセラミックグリーンシート３が積層および圧着されて一体となったセラミック素体６を備えている。セラミック素体６の材料には、例えばＢａ、Ａｌ、Ｓｉを中心とした各素材を混合してなるＢＡＳ材が用いられている。

セラミック素体６の内部には、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、間隔を設けて層状に対向して、Ｃｕ等からなる第１の放電電極層２および第２の放電電極層４が配置されている。第１の放電電極層２および第２の放電電極層４の間には、セラミック素体６を構成する第２のセラミックグリーンシート３が形成されている。この第２のセラミックグリーンシート３の厚みを変化させることにより、第１の放電電極層２および第２の放電電極層４の間隔を制御することができる。

第１の放電電極層２および第２の放電電極層４の端面２ａ、４ａは、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１の放電電極層２と第２の放電電極層４の間のセラミック素体６の表面Ｄに対して突出している。第１の放電電極層２および第２の放電電極層４の端面２ａ、４ａおよび主面２ｂ、４ｂが、図１（Ｃ）に示すように、最短距離では間隔Ｇで対向している。

セラミック素体６の表面Ｄ上には、図１（Ａ）、（Ｃ）に示すように、第１の放電電極層２および第２の放電電極層４の突出した端面２ａ、４ａを覆って、保護膜１１が形成されている。保護膜１１は、例えばＡｌ等からなる導体粒子および、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等からなる絶縁体材料を含んでいる。

セラミック素体６の表面上には、図１（Ａ）に示すように、第１の放電電極層２または第２の放電電極層４と電気的に接続された、複数の外部電極１２、１２が形成されている。

上述した構造からなるＥＳＤ保護デバイス１００は、第１の放電電極層２の端面２ａ又は主面２ｂと、第２の放電電極層４の端面４ａ又は主面２ｂとの間の沿面放電や気中放電が生じることにより動作する。導体粒子を含む保護膜１１は放電補助機能を持ち、ＥＳＤ保護デバイス１００の放電開始電圧を小さくする。

上述したように、ＥＳＤ保護デバイス１００は、図１（Ｃ）に示すように、第１の放電電極層２および第２の放電電極層４それぞれの端面２ａ、４ａおよび主面２ｂ、４ｂが最短距離では間隔Ｇで対向している。後述する製造方法により、第２のセラミックグリーンシート３の厚みを小さく形成することができる。その結果、間隔Ｇを小さく設定でき、ＥＳＤ保護デバイス１００の放電開始電圧を小さくすることができる。

また、上述のように、第１の放電電極層２、第２の放電電極層４の端面２ａ、４ａのみならず、第１の放電電極層２、第２の放電電極層４の主面２ｂ、４ｂが対向している。そのため、第１の放電電極層２と第２の放電電極層４との対向面積が広くなり、ＥＳＤ保護デバイス１００の連続動作性を向上させることができる。

以下、図１〜図７を参照しながら、本発明の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法の一例について説明する。

まず、セラミック素体６となる第１のセラミックグリーンシート１および第２のセラミックグリーンシート３と、第１の放電電極層２および第２の放電電極層４となる放電電極層形成用ペーストを準備する。

Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを中心とした各素材を所定の割合で調合、混合し、８００〜１０００℃で仮焼することにより、ＢＡＳ材を形成する。ＢＡＳ材は、例えば、ＢａをＢａＯに換算して４．０〜５０．０ｗｔ％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３に換算して２．０〜６０．０ｗｔ％、およびＳｉをＳｉＯ_２に換算して４．０〜７０．０ｗｔ％含有している。得られたＢＡＳ材をジルコニアボールミルで１２時間粉砕し、平均粒径約１μｍのＢＡＳ材からなる絶縁体材料を形成する。この絶縁体材料に、トルエンやエキネン等の有機溶媒を加え、混合する。その後、バインダー、可塑剤を加え、混合し、スラリーを形成する。

次に、スラリーをドクターブレート゛法により成形し、乾燥させることにより、厚み５０μｍの第１のセラミックグリーンシートを複数枚形成する。同様の方法により、厚み１０μｍ等の第２のセラミックグリーンシートを少なくとも１枚形成する。第１のセラミックグリーンシートおよび第２のセラミックグリーンシートの焼成収縮率（焼成後寸法／焼成前寸法）は、スラリーの組成比率を上述するように制御したことにより、８５％となっている。

また、粒径０．５〜１．０μｍのアルミナ粉と平均粒径約２μｍのＣｕ粉を混合し、エチルセルロース等からなるバインダー樹脂に溶剤を添加し、３本ロールで撹拌、混合することで、放電電極層形成用ペーストを形成する。なお、アルミナ粉とＣｕ粒子を８０ｗｔ％、バインダー樹脂と溶剤を２０ｗｔ％の比率で混合する。また、アルミナ粉とＣｕ粒子は、９５ｖｏｌ％、５ｖｏｌ％の比率で混合する。放電電極層形成用ペーストの焼成収縮率は、上記の混合比率に制御することにより８６〜９０％となっている。この焼成収縮率は、第１のセラミックグリーンシート１および第２のセラミックグリーンシート３の焼成収縮率よりも小さくなるように設定されている。

次に、図２に示すように、複数枚の第１のセラミックグリーンシート１のうち、所定のものの一方主面上に、スクリーン印刷により放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第１の放電電極層２を形成する。第１の放電電極層２の厚みは、例えば１０μｍとする。

次に、図３に示すように、第１の放電電極層２上に、第２のセラミックグリーンシート３を積層する。なお、図３においては、第１の放電電極層２を実線、第１のセラミックグリーンシート１、第２のセラミックグリーンシート３を破線で示している（図４〜図６において同じ）。

次に、図４に示すように、第１の放電電極層２上に積層された第２のセラミックグリーンシート３上に、スクリーン印刷により放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第２の放電電極層４を形成する。第２の放電電極層４の厚みは、例えば１０μｍとする。

次に、図５に示すように、第２の放電電極層４上に、複数枚の第１のセラミックグリーンシート１（複数枚の第１のセラミックグリーンシート１を一体として図示）を積層し、圧着する。

次に、第１の放電電極層２が一方主面上に形成された第１のセラミックグリーンシート１の下面に、複数枚の第１のセラミックグリーンシート１（複数枚の第１のセラミックグリーンシート１を一体として図示）を積層し、圧着する。その結果、第１のセラミックグリーンシート１、１、１および第２のセラミックグリーンシート３からなるセラミック素体６を有する、厚み０．３ｍｍの積層体１０が形成される。

次に、図６（Ａ）に示すように、第１の放電電極層２および第２の放電電極層４の断面を含む面を分割面Ｄとして、マイクロカッタを用いたカットにより、積層体１０を分割する。分割された積層体１０の大きさは、例えば１．０ｍｍ×０．５ｍｍ×０．３ｍｍとする。分割面Ｄには、図６（Ｂ）に示すように、間隔Ｇで対向した第１の放電電極層２および第２の放電電極層４それぞれの端面２ａ、４ａが露出する。

次に、分割された積層体１０をＮ_２雰囲気中で焼成する。第１のセラミックグリーンシート１および第２のセラミックグリーンシート３の焼成収縮率を、放電電極層形成用ペーストの焼成収縮率よりも小さくしているため、図７に示すように、第１の放電電極層２、第２の放電電極層４の端面２ａ、４ａが、第１の放電電極層２と第２の放電電極層４の間のセラミック素体６の分割面Ｄに対して突出する。その結果、第１の放電電極層２、第２の放電電極層４の端面２ａ、４ａのみならず、第１の放電電極層２、第２の放電電極層４の主面２ｂ、４ｂが、最短距離では間隔Ｇで対向することになる。

次に、図７に示すように、積層体１０の表面上に導電ペーストを塗布し、焼き付けることにより、第１の放電電極層２または第２の放電電極層４と電気的に接続された複数の外部電極１２、１２を形成する。

次に、対向する第１の放電電極層２および第２の放電電極層４の分割面Ｄ上に、Ａｌ等からなる導体粒子およびシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等からなる絶縁体材料を含む材料を塗布することにより、完成図である図１に示すような保護膜１１を形成する。

最後に、外部電極１２、１２上に、電解めっきにより、ＮｉおよびＳｎからなる膜を形成することにより、ＥＳＤ保護デバイス１００を完成させる。

以上で示したＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法によれば、スクリーン印刷の印刷厚み精度が高いため、第１の放電電極層２および第２の放電電極層４間に膜厚の小さい第２のセラミックグリーンシート３を形成することができ、第１の放電電極層２と第２の放電電極層４の間隔Ｇを小さく設定することができる。

また、スクリーン印刷およびカットというコストの低い方法により、狭い間隔Ｇで対向する第１の放電電極層２および第２の放電電極層４を形成することができる。

また、積層体１０をカットにより分割した後に焼成することのみで、第１の放電電極層２と第２の放電電極層４の間のセラミック素体６の表面Ｄに対して突出した第１の放電電極層２および第２の放電電極層４を形成することができる。

なお、本発明の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイスおよびその製造方法は、上述した内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更をなすことができる。

例えば、前記実施形態では、セラミック素体６に用いる材料には、Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを中心とした各素材を混合してなるＢＡＳ材を用いているが、フォルステライトにガラスを加えたものや、ＣｒＺｒＯ_３にガラスを加えたもの等を用いても良い。

また、放電電極層形成用ペーストに含まれる導体粒子の材料にＣｕを用いているが、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗや、これらの組み合わせでも良い。

また、放電電極層形成用ペーストをアルミナ粉、Ｃｕ粒子、バインダー樹脂および溶剤を混合することにより形成しているが、焼成収縮率を制御するために、さらにシリカやジルコニア等のセラミック材料を添加しても良い。

また、放電電極層形成用ペーストおよび第２のセラミックグリーンシート３それぞれの組成物および混合比率は、上述した内容に限られず、放電電極層形成用ペーストの焼成収縮率が第２のセラミックグリーンシート３よりも小さく設定されていれば、どのような内容でも良い。

また、図３に示すように、第１の放電電極層２上に第２のセラミックグリーンシート３を１枚積層しているが、複数枚積層しても良い。

また、図４に示すように、第２のセラミックグリーンシート３上にスクリーン印刷により第２の放電電極層４を形成しているが、第２の放電電極層４は転写により形成しても良い。

また、図３〜図５に示すように、第１の放電電極層２が形成された第１のセラミックグリーンシート１上に第２のセラミックグリーンシート３を積層し、その第２のセラミックグリーンシート３上に第２の放電電極層４を形成しているが、この形成の順番に限られない。

例えば、まず、第１の放電電極層２が形成された第１のセラミックグリーンシート１および、第２の放電電極層４が形成された第２のセラミックグリーンシート３をそれぞれ準備する。次に、第１のセラミックグリーンシート１上に第２のセラミックグリーンシート３を積層する。本発明の実施形態においては、以上に述べたような形成の順番でも良い。

他の例としては、まず、第１のセラミックグリーンシート１、第１の放電電極層２、第２のセラミックグリーンシート３が順に積層されてなる第１の積層体および、第２の放電電極層４、第１のセラミックグリーンシート１が積層されてなる第２の積層体をそれぞれ準備する。次に、第１の積層体上に、第２の積層体を積層する。本発明の実施形態においては、以上に述べたような形成の順番でも良い。

また、図６に示すように、１つの積層体１０を２つの積層体１０に分割しているが、親基板状態の積層体１０を形成しておき、この積層体１０を大量の積層体１０に分割しても良い。

また、積層体１０をＮ_２雰囲気中で焼成しているが、ＡｒやＮｅ等の希ガス雰囲気中で焼成しても良い。また、第１の放電電極層２および第２の放電電極層４が酸化しない材料からなる場合には、大気雰囲気中で焼成しても良い。

また、同一のスラリーから第１のセラミックグリーンシート１および第２のセラミックグリーンシート３を形成しているが、異なる組成物又は混合比率からなるスラリーを用いて第１のセラミックグリーンシート１および第２のセラミックグリーンシート３を形成しても良い。

また、図１（Ｃ）に示すように、セラミック素体６のうち第１の放電電極層２および第２の放電電極層４が対向していない部分の表面に対して、第１の放電電極層２および第２の放電電極層４の端面２ａ、４ａは突出しているが、当該表面Ｄに対して、端面２ａ、４ａは同一の面に配置されても、凹んでいても良い。

この場合、第１のセラミックグリーンシートの焼成収縮率が、第１の放電電極層２および第２の放電電極層４の焼成収縮率と同一又は大きくなるように設定する。

１第１のセラミックグリーンシート
２第１の放電電極層
２ａ第１の放電電極層の端面
２ｂ第１の放電電極層の主面
３第２のセラミックグリーンシート
４第２の放電電極層
４ａ第２の放電電極層の端面
４ｂ第２の放電電極層の主面
６セラミック素体
１０積層体
１１保護膜
１２外部電極
１００ＥＳＤ保護デバイス
Ｇ間隔
Ｄ表面、分割面

Claims

セラミック素体と、
前記セラミック素体の内部に、間隔を設けて層状に対向するように配置された第１の放電電極層および第２の放電電極層と、
前記セラミック素体の表面上に形成され、前記第１の放電電極層または前記第２の放電電極層と電気的に接続された複数の外部電極とを備え、
前記第１の放電電極層および前記第２の放電電極層の端面が、前記第１の放電電極層と前記第２の放電電極層の間の前記セラミック素体の表面に対して突出しており、
前記第１の放電電極層および前記第２の放電電極層の突出した端面を覆うように、前記セラミック素体の表面上に、導体粒子および絶縁体材料を含む保護膜が形成されていることを特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
複数枚の第１のセラミックグリーンシートを準備する工程と、
少なくとも１枚の第２のセラミックグリーンシートを準備する工程と、
前記第２のセラミックグリーンシートよりも焼成収縮率が小さい放電電極層形成用ペーストを準備する工程と、
前記複数枚の第１のセラミックグリーンシートのうち、所定のものの一方主面上に、前記放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第１の放電電極層を形成する工程と、
前記第１の放電電極層上に、少なくとも１枚の前記第２のセラミックグリーンシートを積層する工程と、
前記第１の放電電極層上に積層された前記第２のセラミックグリーンシート上に、前記放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第２の放電電極層を形成する工程と、
前記第２の放電電極層上に、少なくとも１枚の前記第１のセラミックグリーンシートを積層し、圧着することにより、積層体を形成する工程と、
前記第１の放電電極層および前記第２の放電電極層の断面を含む面を分割面として、前記積層体を分割する工程と、
分割された前記積層体を焼成する工程と、
前記第１の放電電極層および前記第２の放電電極層の分割面を覆うように、前記積層体の表面上に、導体粒子および絶縁体材料を含む保護膜を形成する工程と、
分割された前記積層体の表面上に、前記第１の放電電極層または前記第２の放電電極層と電気的に接続された複数の外部電極を形成する工程と、
を備えていることを特徴とするＥＳＤ保護デバイスの製造方法。