JP5994097B2

JP5994097B2 - 静電気対策部品の製造方法および静電気対策部品

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Publication number: JP5994097B2
Application number: JP2011257529A
Authority: JP
Inventors: 優克縄手; 託司川嶋; 兼司植野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: JP2013114788A

Description

本発明は、静電気などから電子機器を保護する静電気対策部品の製造方法および静電気対策部品に関する。

近年、電子部品の小型化により静電気放電に対する耐性が低下しており、静電気放電の対策は電子機器等にとって非常に重要なものとなっている。

静電気対策部品は、保護したい電子回路や電子部品に対し静電気が印加される端子側とグランドとの間に電気的に接続して使われる。静電気対策部品は、通常は絶縁体として機能するが、所定以上の電圧が印加されると急激にインピーダンスが低下する。この特徴を利用して、静電気対策部品は、静電気が印加されると、その静電気をグランドに流し、これによって電子回路や電子部品を保護する。

静電気対策部品に求められる特性は、放電開始電圧特性、ピーク電圧特性、繰り返し放電に対する信頼性などが挙げられる。また、高周波を取り扱う回路に対して使用する場合には、静電容量が低いことも求められる。

そうした中で、導電性無機材料からなる一対の電極間に絶縁性無機材料を含有する薄膜を形成し、その後に一対の電極間に電圧を印加させ、導電性無機材料の一部を薄膜に飛散させる静電気対策素子の製造方法が知られている。この製造方法は、電極間に電圧を印加させることで、絶縁性無機材料の薄膜を静電気対策部品の機能層に変えるものである（特許文献１参照。）。

特開２０１０−２８０２６号公報

近年、静電気対策部品に対し、より高い信頼性が求められるようになってきた。そうした中で、想定される静電気の電圧よりもより高い電圧での印加試験や、連続して繰り返す印加試験なども行われるようになってきた。これらは、想定される使用の範囲を超えたものであるが、安全率を考慮してこのような試験が行われている。

連続した繰り返しの印加試験により、連続して繰り返しの放電が生じる。この放電により一対の電極には大きな熱が発生し、電極の熱容量が小さいと、電極の温度が上昇しダメージを受けてしまう。特に、電極の厚みが１μｍ未満になってしまう薄膜電極の場合には、その点で不利である。一方、印刷工法などで形成する厚膜電極は、５μｍや１０μｍ以上の厚みにすることは容易であり、十分な熱容量を確保することが可能である。しかし、印刷工法の場合には、一対の電極間の距離を狭めることが困難である。勿論、印刷後にエッチングやレーザー照射を行うことで一対の電極を形成するのであれば、一対の電極間を５〜６μｍ程度にすることは可能であるが、そのような工法を取り得ることが出来ない場合も存在する。一般に、一対の電極間の距離は、放電開始電圧に影響を与え、電極間距離が短い方が放電開始電圧を低くすることが知られている。従って、厚膜電極の場合には、放電開始電圧を低くすることが困難であった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、連続した繰り返し放電に対する信頼性が高く、放電開始電圧を低くすることが可能となる静電気対策部品の製造方法および静電気対策部品を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を有している。

請求項１記載の発明は絶縁基板上に第１の導電性無機材料を含む厚みが５μｍ以上の一対の電極を形成する工程と、前記一対の電極間に加熱により消失する消失材と第２の導電性無機材料を含有する消失部を形成する工程と、少なくとも前記消失部を加熱して前記消失材を消失させる工程と、前記一対の電極間に電圧を印加させ前記一対の電極間に放電を生じさせ前記一対の電極間に１μｍ未満の厚みの前記第１の導電性無機材料と前記第２の導電性無機材料との合金または化合物からなる導電性を有する薄膜層を不連続に形成する工程と、を備えたものである。

請求項１に記載の発明は、厚みが、５μｍ以上であるので連続の繰り返しの電圧の印加に対しても信頼性が優れ、また、第１の導電性無機材料と第２の導電性無機材料とによる合金または化合物による不連続な薄膜層が一対の電極間に存在することにより、放電開始電圧を下げることができるという作用効果を有する。

請求項２に記載の発明は、特に、前記絶縁基板は未焼成セラミックシートであり、前記消失部を形成する工程の後であり、前記消失部を加熱する工程の前に、前記消失部を覆うように未焼成のセラミックシートを形成する工程を追加し、前記消失部を加熱する工程において、全ての前記未焼成のセラミックシートの焼成を行い、さらに前記消失材が消失することにより空洞が形成されるものである。

請求項２に記載の発明は、特に、未焼成のセラミックシートを積層して形成する静電気対策部品において、請求項１に記載の発明と同様に、連続の繰り返しの電圧の印加に対しても信頼性が優れ、また、放電開始電圧を下げることができるという作用効果を有する。

請求項３に記載の発明は、内部に空洞を有する基体と、前記基体の外部から前記空洞まで延伸している厚みが５μｍ以上の一対の電極とを備え、前記一対の電極間にその厚みが１μｍ未満かつ前記基体中のガラス粒子径より小さい薄膜層が不連続に形成されており、前記一対の電極と前記薄膜層は前記空洞内部においては同一平面上に形成されており、前記薄膜層は前記一対の電極を構成する第１の導電性無機材料と、第２の導電性無機材料との合金または化合物であるものである。

請求項３に記載の発明は、厚みが、５μｍ以上であるので連続の繰り返しの電圧の印加に対しても信頼性が優れ、また、第１の導電性無機材料と第２の導電性無機材料とによる合金または化合物による不連続な薄膜層が一対の電極間に存在することにより、放電開始電圧を下げることができるという作用効果を有する。

以上のように本発明の静電気対策部品の製造方法および静電気対策部品は、連続の繰り返しの電圧の印加に対しても信頼性が優れ、また、放電開始電圧を下げることができるという作用効果を有する。

本発明の実施の形態１における静電気対策部品の斜視図同静電気対策部品の断面図（ａ）〜（ｃ）同静電気対策部品の製造時の断面図（ａ）〜（ｃ）同静電気対策部品の製造時の断面図（ａ）、（ｂ）同静電気対策部品の製造時の断面図（ａ）〜（ｃ）同静電気対策部品の製造時の平面図（ａ）〜（ｃ）同静電気対策部品の製造時の平面図（ａ）、（ｂ）同静電気対策部品の製造時の平面図同静電気対策部品における薄膜層を形成する前の空洞内部の平面方向の電子顕微鏡写真同静電気対策部品における薄膜層形成後の空洞内部の平面方向の電子顕微鏡写真（ａ）は図１０の正面断面の電子顕微鏡写真、（ｂ）図１１（ａ）のＡ部拡大電子顕微鏡写真（ａ）図１１（ｂ）におけるＡｇの存在を示す図、（ｂ）図１１（ｂ）におけるＡｕの存在を示す図本発明の実施の形態２における静電気対策部品の焼成前の分解斜視図

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１における静電気対策部品の斜視図、図２は同静電気対策部品の断面図であり、図１の横断面図である。

静電気対策部品１の外形は、略直方体形状のセラミックの基体２の相対向する端面の一方に第１の放電電極用端子３、他方に第２の放電電極用端子４が形成されている。また、第１の放電電極用端子３または第２の放電電極用端子４が形成されていない相対向する側面の一方にグランド用端子５、他方にグランド用端子６が形成されている。基体２の内部には第１の放電電極７と第２の放電電極８が形成されている。第１の放電電極７は第１の放電電極用端子３と電気的に接続しており、第２の放電電極８は第２の放電電極用端子４と電気的に接続している。第１の放電電極７、第２の放電電極８およびグランド電極９はいずれも第１の導電性無機材料としてのＡｕを主成分とする電極である。なお、空洞１２内に位置している第１の放電電極７、第２の放電電極８およびグランド電極９は、後述する第２の導電性無機材料であるＡｇも含有しており、少なくともその表面においてはＡｕとＡｇとの合金である。グランド電極９はグランド用端子５およびグランド用端子６と電気的に接続している。空洞１２は基体２の中に形成された空間であり、第１の放電電極７および第２の放電電極８の先端部は空洞１２内に露出している。また、グランド電極９の中央部が空洞１２内で露出している。第１の放電電極７とグランド電極９とは空洞１２内で間隔を隔てて対向している。その間隔は２０〜３０μｍ程度である。第２の放電電極８とグランド電極９も空洞１２内で間隔を隔てて対向しており、その間隔は２０〜３０μｍである。第１の放電電極７、第２の放電電極８およびグランド電極９はいずれも同一平面上に形成されている。

薄膜層１０は、第１の放電電極７およびグランド電極９間に不連続に位置するもので、Ａｕと第２の導電性無機材料としてのＡｇとの合金からなるものである。従って、第１の放電電極７およびグランド電極９間は、通常は電気的に絶縁状態にある。同様に、薄膜層１１は、第２の放電電極８およびグランド電極９間に不連続に位置するもので、ＡｕとＡｇとの合金からなるものである。従って、第２の放電電極８およびグランド電極９間も、通常は電気的に絶縁状態にある。

以上の構成の静電気対策部品の製造方法について、以下に説明する。

図３〜図５は本発明の実施の形態１における静電気対策部品の製造時の断面図、図６〜図８は同静電気対策部品の製造時の平面図である。また、断面図である図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ平面図である図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図８（ａ）、（ｂ）に対応する。図９は同静電気対策部品における薄膜層を形成する前の空洞内部の平面方向の電子顕微鏡写真、図１０は同静電気対策部品における薄膜層形成後の空洞内部の平面方向の電子顕微鏡写真、図１１（ａ）は図１０の正面断面の電子顕微鏡写真、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ部拡大電子顕微鏡写真、図１２（ａ）は図１１（ｂ）におけるＡｇの存在を示す図面、図１２（ｂ）は図１１（ｂ）におけるＡｕの存在を示す図面である。

まず、図３（ａ）、図６（ａ）に示すように未焼成セラミックシート２１を準備する。

次に、図３（ｂ）、図６（ｂ）に示すように未焼成セラミックシート２１上に第１の放電電極ペースト層２２、第２の放電電極ペースト層２３およびグランド電極ぺースト層２４を形成する。これらは、Ａｕペーストからなるものであり、印刷工法によって塗布することで形成される。

図３（ｃ）、図６（ｃ）に示すように未焼成セラミックシート２１、第１の放電電極ペースト層２２、第２の放電電極ペースト層２３およびグランド電極ぺースト層２４上に開口部付未焼成セラミックシート２５を形成する。開口部付未焼成セラミックシート２５は中央部に開口部を有する。この開口部からは第１の放電電極ペースト層２２および第２の放電電極ペースト層２３の先端部が露出している。また、グランド電極ぺースト層２４の中央部も露出している。

図４（ａ）、図７（ａ）に示すように開口部付未焼成セラミックシート２５の開口部に消失部２６を充填する。消失部２６は、Ａｇと加熱により消失してしまう消失材としてのアクリルビーズとの混合物である。

図４（ｂ）、図７（ｂ）に示すように、開口部付未焼成セラミックシート２５および消失部２６を覆うように未焼成セラミックシート２７を形成する。

図４（ｂ）、図７（ｂ）の工程のあとに焼成を行う。これにより、図４（ｃ）、図７（ｃ）に示すように、未焼成セラミックシート２１、開口部付未焼成セラミックシート２５および未焼成セラミックシート２７を一体化させ基体２を得る。また、この焼成において、第１の放電電極ペースト層２２、第２の放電電極ペースト層２３、グランド電極ぺースト層２４、はそれぞれ、第１の放電電極７、第２の放電電極８、グランド電極９となる。

さらに、この焼成工程において、消失部２６を構成していたアクリルビーズが蒸発などにより消失し、これにより基体２内に空洞１２が形成される。

図５（ａ）、図８（ａ）に示すように、外部に、第１の放電電極７と電気的に接続するように第１の放電電極用端子３を、第２の放電電極８と電気的に接続するように第２の放電電極用端子４を、グランド電極９と電気的に接続するようにグランド用端子５およびグランド用端子６をそれぞれ形成する。第１の放電電極用端子３、第２の放電電極用端子４、グランド用端子５およびグランド用端子６は、Ａｇとガラスを含んだ導電性ペーストを塗布し乾燥させた後に、ＮｉめっきとＳｎめっきを施すことで得ることが出来る。

これらの工程が終了した後に、第１の放電電極用端子３とグランド用端子５およびグランド用端子６間、並びに第２の放電電極用端子４とグランド用端子５およびグランド用端子６間に５００〜６００ＶのＤＣ電圧を印加する。このとき、第１の放電電極用端子３および第２の放電電極用端子４を高電位側に、グランド用端子５およびグランド用端子６をグランド側にして電圧を印加している。この放電により図５（ｂ）に示すように空洞１２内に薄膜層１０および薄膜層１１が形成される。この放電後の空洞１２内の平面方向の状態を示したものが図１０である。図９は比較のために放電の前の状態を示したものである。放電の前は、第２の放電電極８とグランド電極９との間には、空間が存在するだけで、基体２の空洞１２の内壁面が露出している。一方、焼成後には、第２の放電電極８とグランド電極９との間に薄膜層１１が形成されている。この薄膜層１１の厚み方向の断面を示したものが、図１１（ａ）であり、そのＡ部拡大図が図１１（ｂ）である。薄膜層１０および薄膜層１１は、０．２μｍ未満の非常に薄い層である。一方、基体２の空洞１２の内壁の表面は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、凹凸が大きい。これは、基体２中のガラス粒子径は０．６５μｍ程度であるので、薄膜層１０および薄膜層１１の厚みに対し凹凸が大きいものとなっている。このため薄膜層１０および薄膜層１１は、所々で断線した状態になっている。

薄膜層１０および薄膜層１１の成分について分析した結果が図１２（ａ）および（ｂ）である。図１２（ａ）はＡｇ成分を示しており、図１２（ｂ）はＡｕ成分を示している。これらのデータから、薄膜層１０および薄膜層１１はＡｕとＡｇの合金であることが判る。

薄膜層１０および薄膜層１１中のＡｇは、消失部２６中のＡｇである。薄膜層１０および薄膜層１１中のＡｕは、第１の放電電極７、第２の放電電極８、グランド電極９中の少なくとも一つの電極から飛散したものである。Ａｕがこれらのいずれの電極から、飛散したものであるか、そして何故飛散するのかについては、明確ではない。推測であるが、アーク放電が生じることで空洞１２内がプラズマ状態になって一種のスパッタリングが生じ、第１の放電電極７または第２の放電電極８中のＡｕが飛散したのではないかと考えられる。また、図１０に示すように、薄膜層１１はグランド電極９側から延伸しているようになっており、薄膜層１１と第２の放電電極８間にはギャップが存在している。同様に薄膜層１０はグランド電極９側から延伸しているようになっており、薄膜層１０と第１の放電電極７間にはギャップが存在している。

以上のような静電気対策部品１の動作について、以下、説明をする。

薄膜層１０および薄膜層１１は不連続であり、さらに第１の放電電極７および第２の放電電極８とはギャップを隔てているため、グランド電極９と第１の放電電極７間、およびグランド電極９と第２の放電電極８間はともに通常時は絶縁状態にある。

静電気が第１の放電電極用端子３側に印加されると、第１の放電電極７およびグランド電極９間に放電が生じ、静電気は、グランド用端子５およびグランド用端子６へ通ってグランドに流れる。同様に静電気が第２の放電電極用端子４側に印加されると、第２の放電電極８およびグランド電極９間に放電が生じ、静電気は、グランド用端子５およびグランド用端子６へ通ってグランドに流れる。このようにして、電子機器等を静電気から保護する。

ここで、放電開始電圧は、一般的には、第１の放電電極７とグランド電極９間の距離、第２の放電電極８とグランド電極９の距離に影響されるものであるが、導電物質であるＡｕとＡｇとの合金による薄膜層１０および薄膜層１１が存在するため、放電が生じ易くなっている。即ち、放電開始電圧を低下させることができるのである。

なお、本実施の形態においては、第１の放電電極７とグランド電極９間で一対の電極を構成し、また第２の放電電極８とグランド電極９間でも一対の電極を構成する。そして、これらの電極の厚みの上限は、厚ければ厚い方が放電時に電極が受けるダメージを分散させることができ信頼性を向上させることが出来るが、厚すぎると製造が難しくなる。厚みの上限としては、１５μｍが信頼性の確保の点および厚膜印刷工法での形成の容易さの点で適当である。

薄膜層１０および薄膜層１１は、ＡｕとＡｇとの合金になっていなくても、導電性を有していればこれらを含んだ化合物であってもよい。そして、薄膜層１０および薄膜層１１の厚みは、１μｍを超えると不連続に形成することが困難になってくるので、１μｍ未満がよい。さらに、０．２μｍ未満であれば、一般的なアルミナ基板に含有されるガラス粒子径よりも小さくなるので、より不連続な形成が容易となり好ましい。この薄膜層１０および薄膜層１１の形成は第１の放電電極７とグランド電極９間および第２の放電電極８とグランド電極９間で放電を行わせることにより行うので、製造方法としては薄膜層１０および薄膜層１１が薄い方が作りやすい。０．０４μｍ以上であれば、放電開始電圧を低下させるのに十分な効果を有するので、厚みの下限は０．０４μｍまで薄くてもよい。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図面を用いて説明する。図１３は本発明の実施の形態２における静電気対策部品の焼成前の分解斜視図である。実施の形態２の静電気対策部品は、実施の形態１における静電気対策部品が４個存在し、さらにコモンモードノイズフィルタを取り込んだものである。

絶縁シート１０１、開口部付絶縁シート１０２、絶縁シート１１２、絶縁シート１１３、絶縁シート１１６、絶縁シート１２１、絶縁シート１２４、絶縁シート１２９、絶縁シート１３０、開口部付絶縁シート１３８、および絶縁シート１４１はいずれも未焼成のセラミックシートであり、下から順番に積層している。開口部付絶縁シート１０２には開口部１０３および開口部１０４が設けられ、消失部１０５、消失部１０６が充填されている。同様に開口部付絶縁シート１３８にも開口部１３９および開口部１４０が設けられ、消失部１３６、消失部１３７が充填されている。消失部１０５、消失部１０６、消失部１３６、消失部１３７は実施の形態１に用いた材質のものを用いている。放電電極１０７、放電電極１０８、放電電極１０９、放電電極１１０、グランド電極１１１は同一平面上に形成されており、放電電極１０７、放電電極１０８、放電電極１０９、放電電極１１０はいずれも先端部でグランド電極１１１と対向している。放電電極１３１、放電電極１３２、放電電極１３３、放電電極１３４、グランド電極１３５の関係も同様である。

引出電極１１４はビア１１７を通じて渦巻部１１９と電気的に接続し、同様に引出電極１２７はビア１２５を通じて渦巻部１２２と電気的に接続している。渦巻部１１９と渦巻部１２２とは、絶縁シート１２１を介して対向しており、引出電極１１４、ビア１１７、渦巻部１１９、引出電極１２７、ビア１２５および渦巻部１２２によってコモンモードノイズフィルターを構成している。

引出電極１１５、ビア１１８、渦巻部１２０、引出電極１２８、ビア１２６および渦巻部１２３においても、同様の構成によりコモンモードノイズフィルタを構成している。

以上の構成で焼成し、その後にＤＣ放電をさせることで、開口部１０３、開口部１０４、開口部１３９、開口部１４０は空洞（図示せず）となり、さらに放電電極１０７、放電電極１０８、放電電極１０９、放電電極１１０のそれぞれの電極とグランド電極１１１間に薄膜層（図示せず）が、放電電極１３１、放電電極１３２、放電電極１３３、放電電極１３４のそれぞれの電極とグランド電極１３５間に薄膜層（図示せず）が実施の形態１と同様に形成される。

実施の形態２の静電気対策部品の動作については、公知のコモンモードノイズフィルタの動作が加わっただけで、静電気印加時の動作は実施の形態１の場合と同様である。

なお、実施の形態２の静電気対策部品においては、コモンモードノイズフィルタを２個そろえたアレイタイプであるが、単体のコモンモードノイズフィルタや、３個以上のアレイタイプであっても適用可能である。

また、コモンモードノイズフィルタの入出力の両側に静電気を通すための放電電極を設けた構成にしているが、必要に応じて、入力側のみにすることも可能である。

また、実施の形態１および２において、一対の電極が、放電電極とグランド電極とし、１個のグランド電極が２個の放電電極と対を成す構成にしているが、１個の放電電極と１個のグランド電極とで対を成す構成にしてもよい。

本発明にかかる静電気対策部品の製造方法および静電気対策部品は、静電気から電子機器等を守ることが出来るので、電子機器等の分野に適用できるものである。

１静電気対策部品
２基体
３第１の放電電極用端子
４第２の放電電極用端子
５グランド用端子
６グランド用端子
７第１の放電電極
８第２の放電電極
９グランド電極
１０薄膜層
１１薄膜層
１２空洞
２１未焼成セラミックシート
２２第１の放電電極ペースト層
２３第２の放電電極ペースト層
２４グランド電極ぺースト層
２５開口部付未焼成セラミックシート
２６消失部
２７未焼成セラミックシート
１０１絶縁シート
１０２開口部付絶縁シート
１０３開口部
１０４開口部
１０５消失部
１０６消失部
１０７放電電極
１０８放電電極
１０９放電電極
１１０放電電極
１１１グランド電極
１１２絶縁シート
１１３絶縁シート
１１４引出電極
１１５引出電極
１１６絶縁シート
１１７ビア
１１８ビア
１１９渦巻部
１２０渦巻部
１２１絶縁シート
１２２渦巻部
１２３渦巻部
１２４絶縁シート
１２５ビア
１２６ビア
１２７引出電極
１２８引出電極
１２９絶縁シート
１３０絶縁シート
１３１放電電極
１３２放電電極
１３３放電電極
１３４放電電極
１３５グランド電極
１３６消失部
１３７消失部
１３８開口部付絶縁シート
１３９開口部
１４０開口部
１４１絶縁シート

Claims

絶縁基板上に第１の導電性無機材料を含む厚みが５μｍ以上の一対の電極を形成する工程と、
前記一対の電極間に加熱により消失する消失材と第２の導電性無機材料を含有する消失部を形成する工程と、
少なくとも前記消失部を加熱して前記消失材を消失させる工程と、
前記一対の電極間に電圧を印加させ前記一対の電極間に放電を生じさせ前記一対の電極間に１μｍ未満の厚みの前記第１の導電性無機材料と前記第２の導電性無機材料との合金または化合物からなる導電性を有する薄膜層を不連続に形成する工程と、
を備えた静電気対策部品の製造方法。
前記絶縁基板は未焼成セラミックシートであり、
前記消失部を形成する工程の後であり、前記消失部を加熱する工程の前に、
前記消失部を覆うように未焼成のセラミックシートを形成する工程を追加し、
前記消失部を加熱する工程において、全ての前記未焼成のセラミックシートの焼成を行い、さらに前記消失材が消失することにより空洞が形成される請求項１記載の静電気対策部品の製造方法。
内部に空洞を有する基体と、
前記基体の外部から前記空洞まで延伸している厚みが５μｍ以上の一対の電極とを備え、前記一対の電極間にその厚みが１μｍ未満かつ前記基体中のガラス粒子径より小さい薄膜層が不連続に形成されており、
前記一対の電極と前記薄膜層は前記空洞内部においては同一平面上に形成されており、
前記薄膜層は前記一対の電極を構成する第１の導電性無機材料と、第２の導電性無機材料との合金または化合物である静電気対策部品。
前記第１の導電性無機材料をＡｕを主成分とする材料で構成し、前記薄膜層をＡｕとＡｇの合金で構成した請求項３に記載の静電気対策部品。
前記薄膜層と前記一対の電極との間にギャップを形成した請求項３に記載の静電気対策部品。