JP5649391B2 - Ｅｓｄ保護デバイス - Google Patents

Description

本発明は半導体装置などを静電気破壊から保護するＥＳＤ保護デバイスに関する。

近年、民生機器を使用するにあたって、入出力インターフェースであるケーブルの抜差し回数が増える傾向にあり、入出力コネクタ部に静電気が印加されやすい状況にある。また、信号周波数の高周波化に伴って、設計ルールの微細化でパスが作り込みにくくなり、ＬＳＩ自体が静電気に対して脆弱になっている。

そのため、静電気放電（ＥＳＤ）（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｓｔａｔｉｃｓ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）から、ＬＳＩなどの半導体装置を保護するＥＳＤ保護デバイスが広く用いられるに至っている。

このようなＥＳＤ保護デバイスとして、中心に不活性ガスが封入された密閉空間を有する絶縁チップ体と、同一面上にマイクロギャップを有した対向電極と外部電極とを備えたＥＳＤ保護デバイス（チップ型サージアブソーバ）およびその製造方法が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、この特許文献１のＥＳＤ保護デバイス（チップ型サージアブソーバ）においては、対向電極のマイクロギャップ間を何の補助もなく電子が直接飛び越える必要があることから、その放電能力はマイクロギャップ幅に依存する。そして、このマイクロギャップが狭くなるほどサージアブソーバとしての能力は高くなるが、特許文献１に記載されているような印刷工法を用いて対向電極を形成するには、ギャップ形成可能幅に限界があり、狭くし過ぎると対向電極どうしが結合してショート不良を発生させるなどの問題点がある。

また、特許文献１に記載されているように、孔を開けたシートを積層することにより空洞部を形成するようにしていることから、該空洞部にマイクロギャップを配設する必要があることなどを考慮すると、積層精度の面から、製品の小型化にも限界がある。さらに、密閉空間に封入ガスが充填された構成とするためには、積層時に封入ガス下で積層圧着を行うことが必要で、製造工程が複雑化し，生産性の低下を招くとともに、コストが増大するという問題点がある。

また、他のＥＳＤ保護デバイスとして、一対の外部電極を有する絶縁性セラミックス層の内部に、外部電極と導通する内部電極および放電空間を設けるとともに、放電空間に放電ガスを閉じ込めるようにしたＥＳＤ保護デバイス（サージ吸収素子）およびその製造方法が提案されている（特許文献２参照）。
しかしながら、この特許文献２のＥＳＤ保護デバイスの場合にも、上記特許文献１のＥＳＤ保護デバイスの場合と全く同様の問題点を有している。

また、さらに他のＥＳＤ保護デバイスとして、セラミック多層基板と、セラミック多層基板に形成され、所定の間隔を設けて互いに対向する、少なくとも一対の放電電極と、セラミック多層基板の表面に形成され、放電電極と接続される外部電極とを有するＥＳＤ保護デバイスにおいて、一対の放電電極間を接続する領域に、導電性を有さない無機材料によりコートされた導電材料を分散させてなる補助電極を備えたＥＳＤ保護デバイスが提案されている（特許文献３参照）。
しかしながら、このＥＳＤ保護デバイスの場合、製造時の焼成工程において、セラミック多層基板中のガラス成分が放電補助電極に浸透し、放電補助電極の導電材料が過焼結状態となり、ショート不良が発生するという問題点がある。

特開平９−２６６０５３号公報 特開２００１−４３９５４号公報 特許第４４３４３１４号公報

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、放電能力に優れる一方でショート不良が少なく、かつ製造時に特別な工程を必要とせず、生産性に優れたＥＳＤ保護デバイスを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のＥＳＤ保護デバイスは、
ガラス成分を有するセラミック基材と、
前記セラミック基材の表面に、先端部が互いに間隔をおいて対向するように形成された一方側対向電極と他方側対向電極とを備えてなる対向電極と、
前記対向電極を構成する前記一方側対向電極と前記他方側対向電極のそれぞれと接続し、前記一方側対向電極から前記他方側対向電極にわたるように配設された放電補助電極と、
前記放電補助電極と前記セラミック基材との間に配設されたシール層と、
前記シール層と前記セラミック基材の界面に、前記シール層の構成材料と前記セラミック基材の構成材料とが反応することにより生成した反応生成物を含む反応層と
を具備し、
前記シール層の主要構成材料の概念的塩基度Ｂ１と、前記セラミック基材を構成する非晶質部の概念的塩基度Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ１−Ｂ２）が−０．０９以上、１．３３以下であり、
前記対向電極は、前記放電補助電極の少なくとも一部を覆うように形成されていること
を特徴としている。

本発明の他のＥＳＤ保護デバイスは、
ガラス成分を有するセラミック基材と、
前記セラミック基材の表面に、先端部が互いに間隔をおいて対向するように形成された一方側対向電極と他方側対向電極とを備えてなる対向電極と、
前記対向電極を構成する前記一方側対向電極と前記他方側対向電極のそれぞれと接続し、前記一方側対向電極から前記他方側対向電極にわたるように配設された放電補助電極と、
前記放電補助電極と前記セラミック基材との間に配設されたシール層と、
前記シール層と前記セラミック基材の界面に、前記シール層の構成材料と前記セラミック基材の構成材料とが反応することにより生成した反応生成物を含む反応層と
を具備し、
前記シール層の主要構成材料の概念的塩基度Ｂ１と、前記セラミック基材を構成する非晶質部の概念的塩基度Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ１−Ｂ２）が−０．０９以上、１．３３以下であり、
前記反応層の厚さは、１．６μｍ以上、４３．６μｍ以下であること
を特徴としている。

また、前記シール層は、前記セラミック基材を構成する元素の一部を含有していることが好ましい。

前記シール層は、主成分が酸化アルミニウムであることが好ましい。

前記放電補助電極は、金属粒子と、セラミック成分とを含むものであることが望ましい。

本発明のＥＳＤ保護デバイスは、
第一のセラミックグリーンシートの一方主面上にシール層ペーストを印刷して未焼成のシール層を形成する工程と、
前記シール層の少なくとも一部を被覆するように放電補助電極ペ−ストを印刷して未焼成の放電補助電極を形成する工程と、
前記第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に、対向電極ペーストを印刷して、それぞれが、前記放電補助電極の一部を覆うとともに、互いに間隔をおいて配設された一方側対向電極と他方側対向電極とを備える未焼成の対向電極を形成する工程と、
前記第１のセラミックグリーンシートの他方主面上に、第２のセラミックグリーンシートを積層して未焼成の積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼成する工程と
を備え、
前記シール層と前記第１のセラミックグリーンシートとの界面に、前記シール層の構成材料と前記第１のセラミックグリーンシートの構成材料とが反応することにより生成した反応生成物を含む反応層が形成され、
前記シール層の主要構成材料の概念的塩基度Ｂ１と、前記セラミック基材を構成する非晶質部の概念的塩基度Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ１−Ｂ２）が−０．０９以上、１．３３以下であることを特徴とする方法により製造することができる。

本発明のＥＳＤ保護デバイスは、セラミック基材の表面に、先端部が互いに間隔をおいて対向するように形成された一方側対向電極と他方側対向電極とを備えてなる対向電極と、一方側対向電極と他方側対向電極のそれぞれと接続し、一方側対向電極から他方側対向電極にわたるように配設された放電補助電極と、放電補助電極とセラミック基材との間に配設されたシール層と、シール層とセラミック基材の界面に、シール層の構成材料と前記セラミック基材の構成材料とが反応することにより生成した反応生成物を含む反応層とを具備している。そして、シール層の主要構成材料の概念的塩基度Ｂ１と、セラミック基材を構成する非晶質部の概念的塩基度Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ１−Ｂ２）を−０．０９以上、１．３３以下とし、かつ、対向電極が、放電補助電極の少なくとも一部を覆うようにしているので、ガラス成分を含有するセラミック基材からのガラス成分の流入を抑制、防止して、放電補助電極部が過焼結になることによるショート不良の発生を抑制することができる。

また、本発明の他のＥＳＤ保護デバイスのように、シール層の主要構成材料の概念的塩基度Ｂ１と、セラミック基材を構成する非晶質部の概念的塩基度Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ１−Ｂ２）を−０．０９以上、１．３３以下とし、かつ、反応層の厚さが１．６μｍ以上、４３．６μｍ以下となるようにした場合も、ガラス成分を含有するセラミック基材からのガラス成分の流入を抑制、防止して、放電補助電極部が過焼結になることによるショート不良の発生を抑制することができる。

また、シール層とセラミック基材の界面に、シール層の構成材料とセラミック基材の構成材料とが反応することにより生成した反応生成物を含む反応層を備えているので、形成されるシール層の主成分の融点よりも低い温度で焼成が行われるような製品の場合にも、シール層がセラミック基材を構成するセラミック材料に密着した、信頼性の高い製品を提供することができる。

また、シール層の主要構成材料の概念的塩基度Ｂ１と、セラミック基材の非晶質部の概念的塩基度Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ１−Ｂ２）が−０．０９以上、１．３３以下になるようにしているので、すなわち、塩基度差を上述のように規定することにより、シール層とセラミック基材との間での過剰反応や過小反応を抑制して、ＥＳＤ保護デバイスとしての機能を阻害しない反応層を備えた、信頼性の高いＥＳＤ保護デバイスを提供することができる。

また、シール層が、セラミック基材に含まれている元素をその一部とするようにした場合、シール部とセラミック基材間の過剰反応を抑制することが可能になり、特性の良好なＥＳＤ保護デバイスを提供することができる。

シール層の主成分を酸化アルミニウムとした場合、シール部とセラミック基材間の接合に関し、両者間の過剰／過小反応のない接合を得ることが可能になるとともに、セラミック基材からのガラスの流入をシール層において確実に阻止することが可能になり、放電補助電極にガラス成分が流入して焼結してしまうことによるショート不良の発生を抑制、防止することができる。

放電補助電極を、金属粒子と、セラミック成分とを含むものとすることにより、金属粒子間にセラミック成分が介在して、金属粒子がセラミック成分が存在する分だけ間隔をおいて位置することになるため、放電補助電極ペーストを焼成することにより放電補助電極を形成する工程で、放電補助電極の焼結が緩和され、放電補助電極が焼結しすぎることによるショート不良の発生を抑制、防止することができる。また、セラミック成分を含ませることにより、シール層との過剰反応を抑制することができる。

また，本発明のＥＳＤ保護デバイスは、上述のように、第一のセラミックグリーンシートにシール層ペーストを印刷して未焼成のシール層を形成する工程と、シール層の一部を被覆するように放電補助電極ペ−ストを印刷して未焼成の放電補助電極を形成する工程と、対向電極ペーストを印刷して、それぞれが、放電補助電極の一部を覆うとともに、互いに間隔をおいて配設された一方側対向電極と他方側対向電極とを備える未焼成の対向電極を形成する工程と、第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に、第２のセラミックグリーンシートを積層して未焼成の積層体を形成する工程と、積層体を焼成する工程とを備える方法により効率よく製造することができる。上記各工程は通常のセラミック電子部品の製造工程で広く用いられている汎用工程であるため、量産性に優れている。また、セラミック基材と放電補助電極の間にシール層を形成するとともに、シール層と第１のセラミックグリーンシートとの界面に、シール層の構成材料と第１のセラミックグリーンシートの構成材料とが反応することにより生成した反応生成物を含む反応層が形成され、シール層の主要構成材料の概念的塩基度Ｂ１と、セラミック基材を構成する非晶質部の概念的塩基度Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ１−Ｂ２）が−０．０９以上、１．３３以下となるようにしているので、放電補助電極が、シール層によりセラミック基材を構成するセラミックから隔離されるため、ガラス成分の流入による放電補助電極の過焼結によるショート不良の発生などを確実に防止して、安定した放電性能を確保することができる。

なお、本発明のＥＳＤ保護デバイスを製造する場合、上記積層体を焼成する工程の前に、未焼成の積層体の表面に、対向電極と接続するように外部電極ペーストを印刷し、その後に焼成することにより一度の焼成で外部電極を備えたＥＳＤ保護デバイスが得られるようにすることも可能であり、また、上記積層体の焼成後に、積層体の表面に外部電極ペーストを印刷し、焼き付けることにより外部電極を形成することも可能である。

本発明の実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスの構成を模式的に示す正面断面図である。 本発明の実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスの構成を示す平面図である。 本発明の実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスを製造する方法を説明する図であり、第１のセラミックグリーンシートにシール層ペーストを塗布して未焼成のシール層を形成する工程を示す図である。 本発明の実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスを製造する方法を説明する図であり、未焼成のシール層上に放電補助電極ペーストを塗布して未焼成の放電補助電極を形成する工程を示す図である。 本発明の実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスを製造する方法を説明する図であり、対向電極ペーストを塗布して、未焼成の一方側対向電極および他方側対向電極を形成する工程を示す図である。

以下、本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

［実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスの構成］
図１は、本発明の一実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスの構造を模式的に示す断面図であり、図２は、本発明の一実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスの平面図である。

このＥＳＤ保護デバイスは、図１および２に示すように、ガラス成分を含有するセラミック基材１と、セラミック基材１の表面に形成された、先端部が互いに対向する一方側対向電極２ａと他方側対向電極２ｂからなる対向電極２と、一方側対向電極２ａと他方側対向電極２ｂの一部と接し、一方側対向電極２ａから他方側対向電極２ｂにわたるように形成された放電補助電極３と、セラミック基材１の両端部に、対向電極２を構成する一方側対向電極２ａおよび他方側対向電極２ｂと導通するように配設された、外部との電気的な接続のための外部電極５ａ，５ｂを備えている。

放電補助電極３は、金属粒子とセラミック成分とを含んでおり、放電補助電極３の焼結されすぎることを緩和して、過焼結によるショート不良の発生を抑制できるように構成されている。
金属粒子としては、銅粉や、好ましくは表面を無機酸化物やセラミック成分にてコーティングした銅粉末などを用いることが可能である。また、セラミック成分には、特別の制約はないが、より好ましいセラミック成分として、セラミック基材の構成材料を含むもの（この場合、Ｂａ−Ｓｉ−Ａｌ系）、あるいは、ＳｉＣなどの半導体成分を含むものなどが例示される。

そして、このＥＳＤ保護デバイスにおいては、放電補助電極３とセラミック基材１との間に、シール層１１が配設されている。
このシール層１１は、例えば、アルミナなどのセラミック粒子からなる、ポーラスな層で、セラミック基材１に含まれているガラス成分や、焼成工程でセラミック基材１において生成するガラス成分を吸収保持（トラップ）して、ガラス成分が放電補助電極３に流入することを抑制、防止して、放電補助電極部が過焼結となることによるショート不良の発生を抑制する機能を果たす。

なお、この実施例のＥＳＤ保護デバイスにおいては、シール層１１は、放電補助電極３とセラミック基材１との間だけではなく、対向電極２と放電補助電極３との接続部とセラミック基材１との間にも介在するように広い範囲に配設されており、接続部へのガラス成分の浸入も合わせて抑制、防止されるように構成されている。

以下に、上述のような構造を有するＥＳＤ保護デバイスの製造方法について説明する。

[ＥＳＤ保護デバイスの製造]
(１)セラミックグリーンシートの作製
セラミック基材１の材料となるセラミック材料として、Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを主たる成分とする材料を用意する。
そして、各材料を所定の組成になるよう調合し、８００〜１０００℃で仮焼する。得られた仮焼粉末をジルコニアボールミルで１２時間粉砕し、セラミック粉末を得る。
このセラミック粉末に、トルエン・エキネンなどの有機溶媒を加え混合した後、さらにバインダー、可塑剤を加え、混合することによりスラリーを作製する。
この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作製した。

(２)対向電極ペーストの作製
また、一対の対向電極２ａ，２ｂを形成するための対向電極ペーストとして、平均粒径約２μｍのＣｕ粉８０重量％と、エチルセルロースなどからなるバインダー樹脂を調合し、溶剤を添加して３本ロールにより撹拌、混合することにより対向電極ペーストを作製した。なお、上記のＣｕ粉の平均粒径とは、マイクロトラックによる粒度分布測定から求めた中心粒径（Ｄ５０）をいう。

(３)放電補助電極ペーストの作製
さらに、放電補助電極３を形成するための放電補助電極ペーストとして、表面が５重量％の酸化アルミニウムでコートされた平均粒径約３μｍのＣｕ粉と、平均粒径約０．５μｍの炭化ケイ素粉末と、エチルセルロースとターピネオールとからなる有機ビヒクルとを配合し、３本ロールにより撹拌、混合することにより放電補助電極ペーストを作製した。なお、Ｃｕ粉と炭化ケイ素粉末との混合比率は、体積比率で８０／２０となるように調整した。

(４)シール層を形成するために用いられるシール層ペーストの作製
この実施例では、シール層ペーストとして、無機酸化物と有機ビヒクルとを含む複数種類のペーストを用意した。

なお、本発明では、シール層ペーストを主要構成材料として、その塩基度Ｂ１と、セラミック基材の非晶質部の塩基度Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ１−Ｂ２）が１．４以下のものを用いることが望ましいが、この実施例では表１に示すような，シール層ペーストの主成分（シール層主成分）として、無機酸化物Ｍ１〜Ｍ１０を用いた。

また、有機ビヒクルとしては、表２に示す樹脂Ｐ１およびＰ２と、溶媒（ターピネオール）とを、表３に示すような割合で調合した有機ビヒクルＯＶ１を用いた。

ただし、シール層主成分の種類、その製造方法などに特別の制約はない。例えば、表１のＭ３（Ａｌ₂Ｏ₃）の粒径をＤ５０＝０．２〜２．５μｍの範囲で変化させて特性を評価したが、特性には影響が現れないことが確認されていること、また、製法の異なるＭ３を用いた評価でも特性に影響が現れないことが確認されている。なお、この実施例では、シール層主成分として、Ｄ５０＝０．４〜０．６μｍ程度のものを用いた。

＜塩基度Ｂ（Ｂ１，Ｂ２）について＞
酸化物融体の塩基度は、対象とする系の組成から計算で求まる平均的な酸素イオン活量（概念的塩基度）と、化学反応など外部から与えられた刺激の応答（酸化・還元電位測定、光学スペクトル測定等）を測定して得られる酸素イオン活量（作用点塩基度）に大別できる。

酸化物融体の本質や構造に関する研究、組成パラメーターとして用いる場合には概念的塩基度を用いることが望ましい。一方、酸化物融体が関与する種々の現象は作用点塩基度で整理する方が適している。本願における塩基度は、前者の概念的塩基度である。
すなわち、酸化物（無機酸化物）Ｍ_iＯのＭ_i−Ｏ間の結合力は、陽イオンと酸素イオン間の引力で表すことができ、下記の式(１)で表される。

Ａ_i＝Ｚ_i・Ｚｏ^2-／(ｒ_i＋ｒｏ^2-)²＝２Ｚ_i／(ｒ_i＋１．４)² ……（１）
Ａ_i：陽イオン−酸素イオン間引力、
Ｚ_i：ｉ成分陽イオン価数、
ｒ_i：ｉ成分陽イオン半径（Å）、

単成分酸化物Ｍ_iＯの酸素供与能力は、Ａ_iの逆数で与えられるため、下記の式(２)が成り立つ。 Ｂ_i ⁰≡１／Ａ_i ……（２）
ここで、酸素供与能力を観念的に、かつ、定量的に取り扱うために、得られたＢ_i ⁰値を指標化する。

上記（２）式で得られたＢ_i ⁰値を下記（３）式に代入し、計算しなおすことにより、全ての酸化物の塩基度を定量的に取り扱うことができるようになる。
Ｂ_i＝（Ｂ_i ⁰−Ｂ_SiO2 ⁰）／（Ｂ_CaO ⁰−Ｂ_SiO2 ⁰） ……（３）
なお、指標化時には、ＣａＯのＢ_i値を１．０００（Ｂ_i ⁰＝１．４３）、ＳｉＯ₂のＢｉ値を０．０００（Ｂ_i ⁰＝０．４１）と定義する。

表１に示す各無機酸化物Ｍ１〜Ｍ１０と、表３に示すような組成の有機ビヒクルＯＶ１を表３に示すような割合で調合し、３本ロールミルなどによって混練・分散させることによって、表４に示すようなシール層ペーストＰ１〜Ｐ１０を作製した。

(５)各ペーストの印刷
まず、図３に示すように、第１のセラミックグリーンシート１０１にシール層ペーストを塗布して未焼成のシール層１１１を形成する。

それから、図４に示すように、未焼成のシール層１１１上に放電補助電極ペーストを所定のパターンとなるように、スクリーン印刷法により印刷することにより未焼成の放電補助電極１０３を形成する。

さらに、図５に示すように、対向電極ペーストを塗布して、焼成後に対向電極２（図１および２参照）となる未焼成の一方側対向電極１０２ａ、未焼成の他方側対向電極１０２ｂを形成する。これにより、未焼成の一方側対向電極１０２ａと他方側対向１０２ｂの互いに対向する先端部どうし間には、放電ギャップ部１０(図１および２)に対応するギャップ部１１０が形成される。
なお、この実施例では、焼成後の段階において、一方側対向電極２ａおよび他方側対向電極２ｂの幅Ｗが１００μｍ、放電ギャップ１０の寸法Ｇが３０μｍとなるようにした。
なお、シール層ペーストをはじめとして、各ペーストは直接塗布対象上に塗布してもよく、また、転写工法など他の方法で塗布してもよい。

また、各ペーストの塗布の順序や具体的なパターンなどは上記の例に限定されるものではない。ただし、対向電極と放電補助電極は常に隣接するように設置される必要がある。また、シール層はセラミック基材を構成するセラミックと電極間に配置される構造とすることが必要である。

(６)積層、圧着
上述のようにして、シール層ペースト、放電補助電極ペースト、対向電極ペーストの順で各ペーストを塗布した第１のセラミックグリーンシートの非印刷面側に、ペーストが塗布されていない第２のセラミックグリーンシートを複数枚数積層し、圧着することにより積層体を形成した。なお、ここでは、焼成後の厚みが０．３ｍｍになるように積層体を形成した。

(７)焼成、外部電極の形成
得られた積層体を所定の寸法にカットした後、Ｎ₂／Ｈ₂／Ｈ₂Ｏを用いて雰囲気制御した焼成炉にて、最高温度９８０〜１０００℃の条件で焼成した。その後、焼成済みのチップ（試料）の両端に外部電極ペーストを塗布し、さらに雰囲気制御した焼成炉にて焼き付けることにより、図１および２に示すような構造を有するＥＳＤ保護デバイスを得た。

なお、この実施例では、特性を評価するため、シール層ペーストとして、表４に示すシール層ペーストＰ１〜Ｐ１０を用い、シール層を備えたＥＳＤ保護デバイス（表５の試料番号１〜１０の試料）を作製した。
また、比較のため、シール層を備えていないＥＳＤ保護デバイス（表５の試料番号１１の試料）を作製した。
なお、本実施例では述べていないが、耐候性を向上させる目的で、焼成後のＥＳＤ保護デバイスの放電ギャップ上に保護膜を形成してもよい。保護膜の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、アルミナやシリカなどの酸化物粉末と、熱硬化性エポキシ樹脂や熱硬化性シリコン樹脂などの熱硬化性樹脂からなるものを挙げることができる。

[特性の評価]
次に、上述のようにして作製した各ＥＳＤ保護デバイス（試料）について、以下の方法で各特性を調べた。

(１)反応層の厚み
試料を厚み方向に沿って切断し、切断面を研磨した後、シール層と、セラミック基材との界面をＳＥＭ、およびＷＤＸにて観察し、前記界面に形成されている反応層の厚みを調べた。

(２)ショート特性
８ｋＶ×５０ショット、２０ｋＶ×１０ショットの２条件で各試料に電圧を印加し、logＩＲ＞６Ωの試料については、ショート特性が良好（○）と評価し、電圧の連続印加中に一度でもlogＩＲ≦６Ωとなった試料についてはショート特性が不良（×）と評価した。

(３)ＶpeakおよびＶclamp
ＩＥＣの規格、ＩＥＣ６１０００−４−２に基づき、８ｋＶの接触放電にて、ピーク電圧値：Ｖpeak、および波頭値から３０ｎｓ後の電圧値：Ｖclampを測定した。印加回数は、各試料２０回とした。
Ｖpeak_ｍａｘ≦９００Ｖの試料をＶpeakが良好(○)と評価し、Ｖclamp_ｍａｘ≦１００Ｖとなる試料をＶclampが良好（○）と評価した。

(４)繰り返し特性
ショート：８ｋＶ×１００ショット
Ｖclamp：８ｋＶ×１０００ショット
の負荷をかけ、全測定結果がlog ＩＲ＞６、Ｖclamp_ｍａｘ≦１００Ｖとなる試料を繰り返し特性が良好（○）と評価した。

(５)基板割れ，基板反り
焼き上がった製品の外観を目視観察、また断面研磨後の製品を顕微鏡観察し、割れが発生していない試料を良好（○）と評価した。また、基板反りについては、水平板上に製品を置き、中央部や端部に浮きが存在していないものを良好（○）と評価した。
上述のようにして特性を評価した結果を表６に示す。

まず、反応層の厚みに関しては、表６に示すように、試料番号１〜１０の各試料において、ΔＢ値（表１参照）と反応層の厚みの間に相関関係が存在し、ΔＢ値が大きくなるほど反応層厚みが厚くなる傾向があることが確認された。

なお、試料番号１〜１０の試料（すなわち、ΔＢが１．４以下の試料）においては、シール層とセラミック基材を構成するセラミックの界面の密着力は十分に確保されており、焼成温度がシール層を構成する材料の融点より低い場合にも、使用可能であることが確認された。
なお、シール層を設けていない試料番号１１の試料においては、反応層は確認されなかった。

ショート特性に関しては、試料番号１〜１０の各試料は、初期ショートおよび連続ＥＳＤ印加後のいずれにおいてもショート不良は発生せずショート特性については何ら問題がないことが確認された。

一方、シール層を設けていない試料番号１１の試料の場合、８ｋＶでの評価ではショート不良は発生しなかったものの、挿入される電圧値が高くなるとショート発生率が上昇することが確認された。これは、試料番号１１の試料はシール層を備えていないため、セラミックからのガラス成分の、放電補助電極への流入量が多くなり、放電補助電極が過焼結になったことが原因であると考えられる。
なお、放電補助電極が過焼結になると、Ｃｕ粉どうしが近接し、ＥＳＤ印加時にＣｕ粉どうしが融着してショート不良を起こしやすくなる。

また、試料番号１〜１１のいずれの試料においても、Ｖpeak、Ｖclampについて必要な特性が得られており、ＥＳＤの印加時に素早く保護素子内で放電現象が起きていることが確認された。

また、繰り返し特性に関しては、以下の知見が得られた。すなわち、試料番号１〜１０の各試料においては、電圧の印加回数が増えても放電能力は良好に保たれることが確認された。
ただし、シール層を備えていない試料番号１１の試料の場合、Ｖpeak、Ｖclampについては必要な特性が得られたが、ショート特性に関しては連続印加中にショートが発生するものが見られた。

また、基板割れ、基板反りに関しては、表６に示すように、シール層にセラミック基板を構成する元素の一部を含有する材料を用いた場合、もしくは表１に示されている他の材料を用いた場合のいずれにおいても、ΔＢ（シール層を構成する主成分の塩基度Ｂ１と、セラミック基材を構成するセラミックの非晶質部の塩基度Ｂ２との差ΔＢ）が−０．０９以上、１．３３以下である場合には、基板割れ、基板反りは発生しないことが確認された。なお、表６に示していない他の試料についての基板割れ、基板反りに関する挙動などから、ΔＢが１．４以下であれば構造破壊などの問題のない、良好なシール層を形成できることが確認されている。

上記実施例の結果を整理すると、本発明によれば、
(ａ)放電補助電極とセラミック基材間に配設されたシール層によりセラミック基材から放電補助電極に浸入しようとするガラス成分をトラップして、放電補助電極が過焼結になることによるショート不良の発生を抑制することができる、
(ｂ)シール層とセラミック基材の界面に、シール層の構成材料とセラミック基材の構成材料とが反応することにより生成した反応生成物を含む反応層が形成されることにより、シール層とセラミック基材間の密着性が確保され、信頼性が向上する、
(ｃ)シール層の主要構成材料の塩基度Ｂ１と、セラミック基材を構成する非晶質部の塩基度Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ１−Ｂ２）が１．４以下になるように設計することにより、シール層とセラミック基材の過剰反応が抑制され、結果として、放電補助電極の過焼結を抑制できる
などの特有の作用効果を奏するＥＳＤ保護デバイスが得られることが確認された。

また、本発明のＥＳＤ保護デバイスは、安定した特性を備え、繰り返して静電気を印加しても特性の劣化を生じにくいことから、半導体装置などをはじめとする種々の機器、装置の保護のために用いられるＥＳＤ保護デバイスの分野に広く適用することが可能である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、シール層、対向電極、放電補助電極の構成材料、具体的な形状、形成方法、セラミック基材を構成するガラスを含むセラミックの組成などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１ セラミック基材
２ 対向電極
２ａ 対向電極を構成する一方側対向電極
２ｂ 対向電極を構成する他方側対向電極
３ 放電補助電極
５ａ，５ｂ 外部電極
１０ 放電ギャップ部
１１ シール層
１０１ 第１のセラミックグリーンシート
１０２ａ 未焼成の一方側対向電極
１０２ｂ 未焼成の他方側対向電極
１０３ 未焼成の放電補助電極
１１０ ギャップ部
１１１ 未焼成のシール層
Ｗ 対向電極の幅
Ｇ 放電ギャップ部の寸法

Claims (5)

1. ガラス成分を有するセラミック基材と、
   前記セラミック基材の表面に、先端部が互いに間隔をおいて対向するように形成された一方側対向電極と他方側対向電極とを備えてなる対向電極と、
   前記対向電極を構成する前記一方側対向電極と前記他方側対向電極のそれぞれと接続し、前記一方側対向電極から前記他方側対向電極にわたるように配設された放電補助電極と、
   前記放電補助電極と前記セラミック基材との間に配設されたシール層と、
   前記シール層と前記セラミック基材の界面に、前記シール層の構成材料と前記セラミック基材の構成材料とが反応することにより生成した反応生成物を含む反応層と
   を具備し、
   前記シール層の主要構成材料の概念的塩基度Ｂ１と、前記セラミック基材を構成する非晶質部の概念的塩基度Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ１−Ｂ２）が−０．０９以上、１．３３以下であり、
   前記対向電極は、前記放電補助電極の少なくとも一部を覆うように形成されていること
   を特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
2. ガラス成分を有するセラミック基材と、
   前記セラミック基材の表面に、先端部が互いに間隔をおいて対向するように形成された一方側対向電極と他方側対向電極とを備えてなる対向電極と、
   前記対向電極を構成する前記一方側対向電極と前記他方側対向電極のそれぞれと接続し、前記一方側対向電極から前記他方側対向電極にわたるように配設された放電補助電極と、
   前記放電補助電極と前記セラミック基材との間に配設されたシール層と、
   前記シール層と前記セラミック基材の界面に、前記シール層の構成材料と前記セラミック基材の構成材料とが反応することにより生成した反応生成物を含む反応層と
   を具備し、
   前記シール層の主要構成材料の概念的塩基度Ｂ１と、前記セラミック基材を構成する非晶質部の概念的塩基度Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ１−Ｂ２）が−０．０９以上、１．３３以下であり、
   前記反応層の厚さは、１．６μｍ以上、４３．６μｍ以下であること
   を特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
3. 前記シール層は、前記セラミック基材を構成する元素の一部を含有していることを特徴とする請求項１または２記載のＥＳＤ保護デバイス。
4. 前記シール層は、主成分が酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＥＳＤ保護デバイス。
5. 前記放電補助電極は、金属粒子と、セラミック成分とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＥＳＤ保護デバイス。

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