JP6048577B2 - ESD protection device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁体内において第1及び第2の放電電極が対向しているESD保護装置及び該ESD保護装置の製造方法に関する。 The present invention relates to an ESD protection device in which first and second discharge electrodes are opposed to each other in an insulator, and a method for manufacturing the ESD protection device.
従来、ESD(Electro−Static−Discharge)すなわち静電気放電から電子機器を保護するためにESD保護装置が広く用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, ESD protection devices are widely used to protect electronic devices from ESD (Electro-Static-Discharge), that is, electrostatic discharge.
例えば下記の特許文献1に記載のESD保護装置では、第1の放電電極と第2の放電電極とが、セラミック素体の高さ方向において部分的に対向されている。この対向部が、セラミック素体の空洞部内に露出している。空洞部の形成は、焼成に際して消失する樹脂ビーズを用いることにより形成されている。すなわち、セラミック素体の焼成前に空洞部形成部分に樹脂ビーズを配置しておく。焼成により、樹脂ビーズを消失させる。それによって、空洞部が形成される。 For example, in the ESD protection device described in Patent Document 1 below, the first discharge electrode and the second discharge electrode are partially opposed in the height direction of the ceramic body. This facing portion is exposed in the cavity of the ceramic body. The cavity is formed by using resin beads that disappear upon firing. That is, resin beads are arranged in the cavity forming portion before firing the ceramic body. The resin beads are lost by firing. Thereby, a cavity is formed.
他方、下記の特許文献2には、絶縁性基板のある高さ位置に空洞部が設けられているESD保護装置が開示されている。ここでは、絶縁性基板内のある高さ位置において、第1の放電電極の先端と、第2の放電電極の先端とが対向し合っている。この対向部分が空洞部内に位置している。また、上記空洞部内に、粉状の補助電極材料が分散されている。この補助電極材料は、導電性を有する粉状体からなる。
On the other hand,
本願発明者は、ESD保護装置において放電開始電圧を低くするために、以下のような検討を行った。特許文献1に記載のESD保護装置では、放電開始電圧をより一層低めることが困難であった。 The inventor of the present application has made the following study in order to lower the discharge start voltage in the ESD protection apparatus. In the ESD protection device described in Patent Document 1, it is difficult to further lower the discharge start voltage.
他方、放電開始電圧を低めるには、気中放電経路及び沿面放電経路が狭いギャップを隔てて多数存在することが望ましい。特許文献2に記載のESD保護装置では、この放電ギャップが印刷工法で形成されている。しかしながら、このような印刷工法で狭いギャップを高精度に形成することは困難であった。そのため、放電開始電圧の低電圧化が難しかった。
On the other hand, in order to lower the discharge start voltage, it is desirable that a large number of air discharge paths and creeping discharge paths exist with a narrow gap. In the ESD protection device described in
なお、フォトリソグラフィーエッチング法やレーザーによるトリミング加工法などを用いれば、狭いギャップを高精度に形成することが可能である。しかしながら、製造コストが大幅に高くなるという問題があった。 Note that a narrow gap can be formed with high accuracy by using a photolithography etching method, a laser trimming method, or the like. However, there is a problem that the manufacturing cost is significantly increased.
本発明の目的は、コストの上昇を招くことなく、放電開始電圧を効果的に低め得る、ESD保護装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ESD protection device and a method for manufacturing the same that can effectively lower a discharge start voltage without causing an increase in cost.
本発明のESD保護装置は、絶縁体と、第1及び第2の放電電極と、放電ギャップ形成層とを備える。 The ESD protection device of the present invention includes an insulator, first and second discharge electrodes, and a discharge gap forming layer.
第1及び第2の放電電極は、前記絶縁体内で対向し合っている。前記放電ギャップ形成層は、第1及び第2の放電電極が対向し合っている部分において、第1の放電電極と第2の放電電極とにより挟まれている部分である。放電ギャップ形成層は、第1の放電電極と第2の放電電極とに連なる複数の空洞を有する。 The first and second discharge electrodes are opposed to each other in the insulator. The discharge gap forming layer is a portion sandwiched between the first discharge electrode and the second discharge electrode in a portion where the first and second discharge electrodes face each other. The discharge gap formation layer has a plurality of cavities that are continuous with the first discharge electrode and the second discharge electrode.
本発明に係るESD保護装置では、好ましくは、前記絶縁体が、上面及び下面を有する積層型の絶縁性基板であり、前記第1及び第2の放電電極が、前記絶縁性基板の高さ方向において隔てられて対向している。 In the ESD protection apparatus according to the present invention, preferably, the insulator is a laminated insulating substrate having an upper surface and a lower surface, and the first and second discharge electrodes are in the height direction of the insulating substrate. Are separated from each other.
本発明に係るESD保護装置では、好ましくは、前記放電ギャップ形成層に補助電極が設けられている。上記補助電極は、半導体セラミック粒子を含んでいてもよい。また、上記補助電極は、絶縁性材料で被覆された導電性粒子を含んでいてもよい。 In the ESD protection apparatus according to the present invention, preferably, an auxiliary electrode is provided on the discharge gap forming layer. The auxiliary electrode may contain semiconductor ceramic particles. The auxiliary electrode may include conductive particles coated with an insulating material.
本発明においては、上記放電ギャップ形成層は、絶縁体を構成している絶縁材料よりも誘電率が高い高誘電率材料を含んでいてもよい。 In the present invention, the discharge gap forming layer may include a high dielectric constant material having a dielectric constant higher than that of the insulating material constituting the insulator.
本発明に係るESD保護装置の製造方法は、以下の各工程を備える。 The manufacturing method of the ESD protection apparatus according to the present invention includes the following steps.
第1の絶縁体層上に第1の放電電極ペーストを塗布する工程。 Applying a first discharge electrode paste on the first insulator layer;
前記第1の放電電極ペースト上の一部に、焼成により消失する固体を含む放電ギャップ形成層用ペーストを塗布する工程。 A step of applying a discharge gap forming layer paste containing a solid that disappears upon firing to a part of the first discharge electrode paste.
前記放電ギャップ形成層用ペーストの少なくとも一部を介して前記第1の放電電極ペーストと対向するように、第2の放電電極ペーストを塗布する工程。 Applying a second discharge electrode paste so as to face the first discharge electrode paste through at least part of the discharge gap forming layer paste;
前記第2の放電電極ペーストを覆うように第2の絶縁体層を形成する工程。 Forming a second insulator layer so as to cover the second discharge electrode paste;
前記第1及び第2の絶縁体層を焼成して絶縁体を形成すると共に、かつ前記第1の放電電極ペースト、前記放電ギャップ形成層用ペースト及び前記第2の放電電極ペーストを焼付け、第1,第2の放電電極と、前記第1,第2の放電電極間に設けられており、第1の放電電極と第2の放電電極とに連なる複数の空洞を有する放電ギャップ形成層とを形成する焼成工程。 The first and second insulator layers are baked to form an insulator, and the first discharge electrode paste, the discharge gap forming layer paste, and the second discharge electrode paste are baked to form a first , A second discharge electrode, and a discharge gap forming layer provided between the first and second discharge electrodes and having a plurality of cavities connected to the first discharge electrode and the second discharge electrode. Firing step.
本発明に係るESD保護装置の製造方法では、好ましくは、焼成により消失する固体として樹脂が用いられ、より好ましくは樹脂ビーズが用いられる。 In the manufacturing method of the ESD protection apparatus according to the present invention, preferably, a resin is used as a solid that disappears by firing, and more preferably, resin beads are used.
本発明に係るESD保護装置の製造方法では、上記放電ギャップ形成層用ペーストに、補助電極材料を含有させることが好ましい。このような補助電極材料としては、半導体セラミック粒子が好適に用いられる。また、上記補助電極材料が、絶縁性材料で被覆された導電性粒子を含んでいてもよい。 In the method for manufacturing an ESD protection device according to the present invention, it is preferable that the discharge gap forming layer paste contains an auxiliary electrode material. As such an auxiliary electrode material, semiconductor ceramic particles are preferably used. The auxiliary electrode material may contain conductive particles coated with an insulating material.
本発明のESD保護装置の製造方法では、上記放電ギャップ形成層用ペーストが、前記絶縁体を構成している材料よりも誘電率が高い高誘電率材料を含んでいてもよい。 In the ESD protection device manufacturing method of the present invention, the discharge gap forming layer paste may include a high dielectric constant material having a dielectric constant higher than that of the material constituting the insulator.
本発明に係るESD保護装置及びその製造方法によれば、放電ギャップ形成層に、第1の放電電極と第2の放電電極とに連なる複数の空洞が形成されているため、放電開始電圧を効果的に低めることが可能となる。また、放電ギャップを小さくするのに印刷工法を用いる必要がないため、ESD保護装置のコストの上昇を招き難い。 According to the ESD protection device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the discharge gap forming layer has a plurality of cavities that are continuous with the first discharge electrode and the second discharge electrode. Can be lowered. In addition, since it is not necessary to use a printing method to reduce the discharge gap, it is difficult to increase the cost of the ESD protection device.
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。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るESD保護装置の正面断面図である。 FIG. 1 is a front sectional view of an ESD protection apparatus according to an embodiment of the present invention.
ESD保護装置1は、積層型の絶縁性基板2からなる絶縁体を有する。なお絶縁体は、積層型の絶縁性基板2に限定されない。
The ESD protection device 1 has an insulator made of a laminated insulating
上記積層型の絶縁性基板2は、後述の放電ギャップ形成層を除いては、絶縁性セラミックスからなる。絶縁性セラミックスとしては、特に限定されないが、本実施形態では、いわゆるBAS材が用いられる。BAS材とは、Ba、Al及びSiを主体とするセラミック組成からなるセラミックスである。
The laminated insulating
絶縁性基板2は、上記BAS材からなる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形成されている。絶縁性基板2は、上面2aと、下面2bと、端面2c,2dを有する。また、絶縁性基板2は、図示しない一対の側面を有する。本実施形態では、絶縁性基板2は、矩形板状の形状を有する。もっとも、絶縁性基板2の形状は特に限定されない。なお、絶縁性基板2は、セラミックスに限らず、樹脂などからなるものであってもよい。
The insulating
絶縁性基板2内には、第1の放電電極3と第2の放電電極4とが配置されている。第1の放電電極3は、絶縁性基板2の上面2a及び下面2bと平行に延び、端面2cに引き出されている。第2の放電電極4は、第1の放電電極3よりも上方に設けられている。第2の放電電極4は、端面2dに引き出されている。
A
第1の放電電極3と第2の放電電極4とは、絶縁性基板2の高さ方向において部分的に対向し合っている。
The
第1の放電電極3及び第2の放電電極4は、適宜の導電性材料により形成することができる。本実施形態では、第1,第2の放電電極3,4はCuからなる。もっとも、Ag、Pd、Pt、Al、NiもしくはWまたはこれらを主体とする合金を用いてもよい。
The
第1の放電電極3と第2の放電電極4とが対向し合っている部分において、第1の放電電極3と第2の放電電極4とで挟まれている部分が放電ギャップ形成層5である。
In the portion where the
放電ギャップ形成層5は、複数の空洞5aを有する。空洞5aは柱状部分5bに囲まれている。複数の空洞5aは、第1の放電電極3と第2の放電電極4とに連なっている。すなわち、絶縁性基板2内において空洞5aは、その上端において第2の放電電極4に連なっており、その下端において第1の放電電極3に連なっている。空洞5aに、第1の放電電極3及び第2の放電電極4の一部が露出している。
The discharge
静電気が加わった場合、この空洞5a内において、第1の放電電極3と第2の放電電極4との間で放電が生じる。この放電は、気中放電経路と、沿面放電経路の双方の放電経路により生じる。本実施形態では、複数の空洞5aが設けられているため、気中放電経路だけでなく、多数の沿面放電経路が存在する。
When static electricity is applied, a discharge occurs between the
ESD保護装置における放電開始電圧は、気中放電経路及び沿面放電経路が多いほど低めることができる。本実施形態では、複数の空洞5aが設けられているため、多数の気中放電経路及び多数の沿面放電経路が形成されることになる。従って、放電開始電圧を効果的に低めることが可能とされている。
The discharge start voltage in the ESD protection apparatus can be lowered as the air discharge path and the creeping discharge path increase. In the present embodiment, since the plurality of
なお、放電ギャップ形成層5とは、上記複数の空洞5aを形成するための層であり、第1の放電電極3と第2の放電電極4とが高さ方向において対向し合っている部分に位置している。もっとも、放電ギャップ形成層5は、第1の放電電極3と第2の放電電極4とが高さ方向において重なり合っている部分よりも図面上の横方向外側にはみ出していてもよい。放電ギャップ形成層5の平面形状については、後述する変形例を参照して、後でより詳細に説明する。
The discharge
図1に示すように、第1,第2の放電電極3,4に電気的に接続されるように、端面2c,2d上に、外部電極6,7が形成されている。外部電極6,7は、Cu、Al、Ag、Pdなどの適宜の金属材料により形成することができる。
As shown in FIG. 1,
ESD保護装置1では、外部電極6,7間に静電気が加わると、第1の放電電極3と第2の放電電極4との間で放電が生じる。そして、上述したように、複数の空洞5aが設けられているため、放電開始電圧を効果的に低めることが可能とされている。
In the ESD protection device 1, when static electricity is applied between the
次に、ESD保護装置1の製造方法を説明することにより、上記放電ギャップ形成層5の詳細をより一層明らかにする。
Next, the manufacturing method of the ESD protection apparatus 1 will be described to further clarify the details of the discharge
ESD保護装置1の製造に際しては、まず、絶縁性基板2を形成するための絶縁性セラミックグリーンシートを用意する。複数の絶縁性セラミックグリーンシートを積層し、第1の絶縁体層を形成する。図2に平面図で示すように、この第1の絶縁体層2A上に、第1の放電電極ペースト3Aをスクリーン印刷などの適宜の方法により塗布する。
In manufacturing the ESD protection device 1, first, an insulating ceramic green sheet for forming the insulating
次に、放電ギャップ形成層用ペースト5Aを同じくスクリーン印刷などにより塗布する。さらに、第2の放電電極を形成するための第2の放電電極ペースト4Aを同じくスクリーン印刷などにより塗布する。しかる後、複数枚の絶縁性セラミックグリーンシートを積層し、第2の絶縁体層を形成する。
Next, the discharge gap forming
このようにして得られた積層体を焼成することにより、図1に示した絶縁性基板2を得ることができる。すなわち、第1,第2の絶縁体層が焼成されて絶縁性基板2が得られる。同時に、焼成工程において、第1,第2の放電電極ペースト3A,4Aが焼き付けられて、第1,第2の放電電極3,4が形成される。よって、積層セラミック電子部品の製造に際して用いられている積層及び一体焼成技術を用いて、上記絶縁性基板2及び第1,第2の放電電極3,4を形成させることができる。
By firing the laminated body thus obtained, the insulating
外部電極6,7は、絶縁性基板2を得た後に端面2c,2dに導電ペーストを塗布し、焼き付けることにより形成し得る。あるいは、蒸着、めっきもしくはスパッタリングなどにより外部電極6,7を形成してもよい。
The
ところで、上記空洞5aが形成されるのは、焼成に際し消失する材料を放電ギャップ形成層用ペースト5Aに含有させておくことにより達成し得る。これを、図3(a)〜(c)を参照して説明する。
By the way, the formation of the
図3(a)は、第1,第2の放電電極ペースト3A,4Aと、これらに挟まれている放電ギャップ形成層用ペースト5Aとを示す。焼成前の状態において、放電ギャップ形成層用ペースト5Aは、樹脂ビーズ11と、セラミック粉末12とを有する。樹脂ビーズ11は、絶縁性基板2の焼成に際しての焼成温度において消失し得る材料からなる。樹脂ビーズ11を構成する樹脂としては、焼成に際して消失する限り、特に限定されない。このような樹脂としては、アクリル樹脂系ビーズ、ポリスチレンビーズなどの適宜の合成樹脂ビーズを用いることができる。
FIG. 3A shows the first and second discharge electrode pastes 3A and 4A and the discharge gap forming
セラミック粉末12として用いられるセラミックスは、絶縁性基板2を焼成により得るに際し、空洞5aの周りの柱状部分5bを構成し得る限り、特に限定されない。このようなセラミックスとしては、絶縁性基板2を構成する材料と同じセラミック材料を用いることが望ましい。それによって、空洞周りの柱状部分と絶縁性基板2の残りの部分との密着強度が高められる。
The ceramic used as the
もっとも、セラミック粉末12は、他の絶縁性セラミックスやガラスセラミックスにより構成されてもよい。上記放電ギャップ形成層用ペースト5Aは、樹脂ビーズ11とセラミック粉末12と、必要に応じバインダー樹脂及び溶媒を含む。
However, the
上記樹脂ビーズ11の高さ方向寸法は、第1の放電電極3と第2の放電電極4との間の対向距離を決定する大きな因子である。従って、最終的に形成される空洞5aの高さ方向寸法に応じて樹脂ビーズ11の高さ方向寸法を選択すればよい。絶縁性基板2を得るための焼成が進行すると、図3(a)の状態から図3(b)の状態及び図3(c)の状態に移行する。すなわち、樹脂ビーズ11が加熱されて消失する。その結果、図3(b)に示すように、空洞5aが形成される。さらに、焼成が進行すると、セラミック粉末12同士が焼結し、図3(c)に示す柱状部分5bが形成される。
The height-direction dimension of the
このようにして、絶縁性基板2が完成される。すなわち、上記のように、焼成に際して消失し得る樹脂ビーズ11を用いることにより、空洞5aを容易にかつ確実に形成することができる。しかも、フォトリソグラフィーやレーザーを用いたトリミングなどの高コストの加工方法を必要としない。よって、上記ESD保護装置1のコストの上昇も招き難い。
In this way, the insulating
なお、上記実施形態では、樹脂ビーズ11を用いたが、焼成に際し消失し得る固体の材料である限り、樹脂に限定されない。例えば、ある程度の硬度を有するワックスなどを用いてもよい。
In the above embodiment, the
さらに、焼成に際し、消失する固体であれば、ビーズ状の形状のものに限定されない。例えば、柱状の樹脂材料を樹脂ビーズ11の代わりに用いてもよい。すなわち、空洞5aを形成し得る限り、消失し得る固体の材料の形状は限定されない。
Furthermore, it is not limited to a bead shape as long as it is a solid that disappears upon firing. For example, a columnar resin material may be used instead of the
また、上記実施形態では絶縁性のセラミック粉末12により柱状部分5bが形成されていたが、この柱状部分5bに補助電極を形成してもよく、その場合には、放電開始電圧をより一層低めることができ、好ましい。
In the above embodiment, the
なお、上記実施形態では、第2の放電電極4は、端面2d側においては、第1の放電電極3と同じ高さ位置にあり、絶縁性基板2の中央部分では、放電ギャップ形成層5の上面に至るように高さ位置が変化している。
In the above embodiment, the
これに対して、図4に示す変形例のように、第2の放電電極4は、放電ギャップ形成層5の上面から、その高さ位置のまま端面2dに引き出されていてもよい。このような構造は、例えば、第1の放電電極3を形成する放電電極用ペースト、放電ギャップ形成層5を構成する材料部分を含むセラミックグリーンシート、第2の放電電極4用放電電極用ペーストを順に積層し、焼成することにより得ることができる。別法として、セラミックグリーンシート上に、第1の放電電極ペーストを印刷し、開口部を有するセラミックグリーンシートを積層し、開口部内に放電ギャップ形成層用材料を印刷し、さらに第2の放電電極4を構成する放電電極用ペーストを印刷する方法などを用いてもよい。このような方法を用いることにより、放電ギャップ形成層5の上面が位置している平面内に第2の放電電極4を位置させることができる。
On the other hand, as in the modification shown in FIG. 4, the
図5及び図6は、補助電極を形成する方法を説明するための部分切り欠き拡大正面断面図である。なお、図5及び図6は、前述した実施形態における図3(b)に示す焼成中の状態を示す。 5 and 6 are partially cutaway enlarged front sectional views for explaining a method of forming the auxiliary electrode. 5 and 6 show the state during firing shown in FIG. 3B in the above-described embodiment.
上記補助電極を形成する方法としては、図5に示すように、放電ギャップ形成層用ペースト内に、絶縁性のセラミック粉末12に加えて、半導体セラミック粉末13を混合しておくことが望ましい。半導体セラミック粉末13としては、半導体セラミック粉末を好適に用いることができる。また、半導体セラミック粉末に代えて、絶縁性材料で被覆されている導電性粒子を用いてもよい。好ましくは、上記半導体セラミック粉末と、絶縁性材料に被覆されている導電性粒子の双方を併用することが望ましい。それによって放電開始電圧をより一層低めることができる。
As a method of forming the auxiliary electrode, as shown in FIG. 5, it is desirable to mix the
上記補助電極材料としての半導体セラミック粉末としては、例えば、SiCのような炭化物や、MnO,NiO,CoO,CuOなど遷移金属の酸化物などの半導体セラミックスからなるセラミック粉末を好適に用いることができる。 As the semiconductor ceramic powder as the auxiliary electrode material, for example, a ceramic powder made of a semiconductor ceramic such as a carbide such as SiC or an oxide of a transition metal such as MnO, NiO, CoO, or CuO can be preferably used.
好ましくは図6に示すように、上記半導体セラミック粉末13と、絶縁被覆された導電性粒子14とを併用することが望ましい。
Preferably, as shown in FIG. 6, it is desirable to use the
また、上記補助電極材料としての絶縁性材料に被覆された導電性粒子についても特に限定されない。すなわち、Au、Al、Ag、Niなどの適宜の導電性粒子を用いることができる。絶縁被覆についても、導電性粒子表面に、非常に小さな絶縁性粒子が付着されている構成であってもよい。あるいは、絶縁性皮膜内に導電性粒子が収納されている、いわゆる、コア−シェル構造の粒子を用いてもよい。 Further, the conductive particles coated with the insulating material as the auxiliary electrode material are not particularly limited. That is, appropriate conductive particles such as Au, Al, Ag, and Ni can be used. The insulating coating may also have a configuration in which very small insulating particles are attached to the surface of the conductive particles. Alternatively, so-called core-shell structured particles in which conductive particles are housed in an insulating film may be used.
上記柱状部分5bには、絶縁性基板2を構成している材料よりも誘電率が高い高誘電率材料粒子を分散させておいてもよい。その場合には、放電開始電圧をより一層効果的に低めることができる。なお、このような高誘電率材料粒子を、上記補助電極材料と併用してもよい。
High dielectric constant material particles having a dielectric constant higher than that of the material constituting the insulating
上記のような高誘電率材料としては、絶縁性基板2を構成するセラミックスよりも高誘電率のセラミックスを好適に用いることができる。例えば、チタン酸バリウム、ジルコン酸カルシウムなどの高誘電率材料を用いることができる。
As the high dielectric constant material as described above, a ceramic having a higher dielectric constant than the ceramic constituting the insulating
なお、上記実施形態では、図3(a)〜(c)に示すように、1つの樹脂ビーズ11が消失することにより、空洞5aが形成されていた。これに対して、図7(a)〜(c)に示すように、放電ギャップ形成層用ペースト5Aを2回塗工し、複数の樹脂ビーズ11を高さ方向に重ね合わせてもよい。この場合、最初に上記実施形態と同様に放電ギャップ形成層用ペースト5Aを塗工し乾燥する。次に、放電ギャップ形成層用ペースト5Aを再度塗工し、乾燥すればよい。このようにして、複数の樹脂ビーズ11が高さ方向に重なり合っている層を形成することができる。しかる後、焼成すれば、図7(b)及び(c)に示すように変化していく。従って、より一層高さ方向寸法が大きい空洞5aを形成することができる。
In the above embodiment, as shown in FIGS. 3A to 3C, the
このように、本発明の製造方法では、放電ギャップ形成層用ペーストを複数回塗工し、それによってより大きな放電ギャップを形成することも可能である。 Thus, in the manufacturing method of the present invention, it is possible to apply the discharge gap forming layer paste a plurality of times, thereby forming a larger discharge gap.
また、前述したように放電ギャップ形成層5は、第1の放電電極3と第2の放電電極4とが高さ方向において対向している領域にのみ形成される必要はなく、側方にはみ出ていてもよい旨を説明した。それによって、製造工程に際しての位置決めの簡略化を果たし得る。これを、図8及び図9を参照して説明する。
Further, as described above, the discharge
図8及び図9に示すように、第1の絶縁体層2A上に、第1の放電電極ペースト3A、放電ギャップ形成層用ペースト5A及び第2の放電電極ペースト4Aを積層する。図9において第1,第2の放電電極ペースト3A,4Aが延びる方向を長さ方向、該長さ方向と直交する方向を幅方向とする。
As shown in FIGS. 8 and 9, a first
第1の放電電極ペースト3Aの幅方向寸法に比べ、放電ギャップ形成層用ペースト5Aの幅方向寸法を大きくしておく。第2の放電電極ペースト4Aの塗工幅も放電ギャップ形成層用ペースト5Aの幅方向寸法よりも小さくしておく。このようにすれば、放電ギャップ形成層用ペースト5Aを第1の放電電極ペースト3A上に高精度に位置決めせずとも塗工することができる。また、第2の放電電極ペースト4Aの塗工に際しての位置決めも容易に行い得る。
The width direction dimension of the discharge gap forming
図10に示す変形例のように、放電ギャップ形成層用ペースト5Aの幅方向寸法を、第1,第2の放電電極を形成するための第1,第2の放電電極ペースト3A,4Aの幅と同一としてもよい。その場合には、放電ギャップ形成層用ペースト5Aの材料の使用量を減らすことができる。
As in the modification shown in FIG. 10, the width of the discharge gap forming
前述した実施形態では、第1の放電電極3と第2の放電電極4との対向方向の距離を変化させることにより、放電ギャップ領域の大きさを調整することができる。
In the above-described embodiment, the size of the discharge gap region can be adjusted by changing the distance in the facing direction between the
また、これに対して、図9及び図10に示した構造では、第1,第2の放電電極ペースト3A,4Aの上記幅方向の位置を調整することにより、放電ギャップ部の面積を調整することができる。このように上記幅方向において放電電極同士が重なり合っている領域の寸法を異ならせてもよい。 On the other hand, in the structure shown in FIGS. 9 and 10, the area of the discharge gap portion is adjusted by adjusting the position in the width direction of the first and second discharge electrode pastes 3A and 4A. be able to. Thus, the dimensions of the region where the discharge electrodes overlap in the width direction may be different.
なお、上述した実施形態では、絶縁性基板2内に第1の放電電極3と第2の放電電極4とが配置されていたが、複数対の放電電極が絶縁体内に配置されていてもよい。
In the above-described embodiment, the
次に、具体的実験例に基づき、本発明を明らかにする。 Next, the present invention will be clarified based on specific experimental examples.
(実施例1)
Ba、Al、Siを主たる成分とするBAS材の組成のセラミック粉末を用意した。このセラミック粉末に、溶媒としてのトルエンと、バインダー樹脂と、可塑剤とを添加し、混合した。このようにして、セラミックスラリーを得た。得られたセラミックスラリーをドクターグレード法により成形し、厚み50μmの絶縁性セラミックグリーンシートを得た。Example 1
A ceramic powder having a composition of a BAS material containing Ba, Al, and Si as main components was prepared. To this ceramic powder, toluene as a solvent, a binder resin, and a plasticizer were added and mixed. In this way, a ceramic slurry was obtained. The obtained ceramic slurry was molded by a doctor grade method to obtain an insulating ceramic green sheet having a thickness of 50 μm.
(放電電極ペースト)
平均粒径2μmのCu粉末30体積%と、バインダー樹脂としてのエチルセルロースを70体積%とを含む組成に溶剤を添加し、混合し、放電電極ペーストを得た。(Discharge electrode paste)
A solvent was added to a composition containing 30% by volume of Cu powder having an average particle diameter of 2 μm and 70% by volume of ethyl cellulose as a binder resin, and mixed to obtain a discharge electrode paste.
(放電ギャップ形成層用ペースト)
平均粒径1μmのBAS仮焼粉末と、平均粒径5μmのアクリル樹脂からなる樹脂ビーズを体積比で70:30の割合で配合し、さらに、バインダー樹脂及び溶剤を添加し、混合した。このようにして得られた放電ギャップ形成層用ペーストでは、全体の70体積%をバインダー樹脂及び溶剤が占め、残りの30体積%をBAS仮焼粉末及びアクリル樹脂ビーズが占めた。従って、焼成後に柱状部分5bとして残る部分は、BAS仮焼粉末部分であり、上記アクリル樹脂ビーズ部分が空洞5aを形成することとなる。(Discharge gap forming layer paste)
BAS calcined powder having an average particle diameter of 1 μm and resin beads made of acrylic resin having an average particle diameter of 5 μm were blended at a volume ratio of 70:30, and a binder resin and a solvent were further added and mixed. In the discharge gap forming layer paste thus obtained, the binder resin and the solvent accounted for 70% by volume of the total, and the BAS calcined powder and acrylic resin beads accounted for the remaining 30% by volume. Therefore, the portion remaining as the
(製造工程)
上記のようにして用意した複数枚の絶縁性セラミックグリーンシートを積層した。次に、放電電極ペーストを約7μmの厚みに塗布した。次に、上記放電ギャップ形成層用ペーストを約8μmの厚みに塗布した。しかる後、再度、放電電極ペーストを約7μmの厚みとなるように塗布した。(Manufacturing process)
A plurality of insulating ceramic green sheets prepared as described above were laminated. Next, the discharge electrode paste was applied to a thickness of about 7 μm. Next, the discharge gap forming layer paste was applied to a thickness of about 8 μm. Thereafter, the discharge electrode paste was applied again to a thickness of about 7 μm.
この場合、放電電極ペースト同士が放電ギャップ形成層用ペーストを介して重なり合っている矩形部分の面積は150μm×100μmとした。 In this case, the area of the rectangular portion where the discharge electrode pastes overlap with each other via the discharge gap forming layer paste was 150 μm × 100 μm.
次に、複数枚の上記絶縁性セラミックグリーンシートをさらに積層した。しかる後、厚み方向に加圧し、積層体を得た。このようにして、厚み0.3mmの積層体を得た。加圧前、積層体において放電ギャップ形成層用ペーストが形成されている部分は、他の部分よりも厚い。加圧を行うことにより第2の放電電極4の厚さが均一になり、図1に示すように、第2の放電電極4が曲がる場合がある。また、第2の放電電極4だけでなく、第1の放電電極3も曲がる場合がある。
Next, a plurality of the insulating ceramic green sheets were further laminated. Thereafter, pressure was applied in the thickness direction to obtain a laminate. In this way, a laminate having a thickness of 0.3 mm was obtained. Before pressurization, the portion of the laminate where the discharge gap forming layer paste is formed is thicker than the other portions. By applying the pressure, the thickness of the
なお、上記各工程については複数のESD保護デバイスの絶縁体を得るためのマザーの絶縁性セラミックグリーンシートを用いて行った。このようにして得られたマザーの積層体を次に、厚み方向に切断し、各ESD保護装置1単位の積層体とした。すなわち、1.0mm×0.5mmの平面形状を有する積層体を得た。 In addition, about each said process, it performed using the insulating ceramic green sheet | seat of the mother for obtaining the insulator of a some ESD protection device. The mother laminate thus obtained was then cut in the thickness direction to obtain a laminate of 1 unit of each ESD protection device. That is, a laminate having a planar shape of 1.0 mm × 0.5 mm was obtained.
次に、上記積層体を1000℃以下の温度で焼成した。焼成後、導電ペーストを絶縁体の両端面に塗布し、焼き付けた。それによって、図1に示した外部電極6,7を形成した。このようにして、ESD保護装置を得た。
Next, the laminate was fired at a temperature of 1000 ° C. or lower. After firing, a conductive paste was applied to both end faces of the insulator and baked. Thereby, the
上記ESD保護装置を切断し、内部を金属顕微鏡により観察したところ、樹脂ビーズが消失することにより、空洞5aが複数形成されていることが確かめられた。
When the ESD protection device was cut and the inside was observed with a metal microscope, it was confirmed that a plurality of
(実施例2)
放電ギャップ形成層用ペーストを以下のように変更したことを除いては実施例1と同様にしてESD保護装置を得た。(Example 2)
An ESD protection device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the discharge gap forming layer paste was changed as follows.
放電ギャップ形成層用ペーストとして、平均粒径1μmのBAS仮焼粉と、平均粒径1μmのSiC粉と、平均粒径5μmのアクリル樹脂ビーズとを35:35:30の割合(体積比)で混合し、さらに、バインダー樹脂及び溶剤を添加し、混合した。このようにして、放電ギャップ形成層用ペーストを得た。 As a paste for a discharge gap forming layer, BAS calcined powder having an average particle diameter of 1 μm, SiC powder having an average particle diameter of 1 μm, and acrylic resin beads having an average particle diameter of 5 μm in a ratio (volume ratio) of 35:35:30 Further, a binder resin and a solvent were added and mixed. In this way, a discharge gap forming layer paste was obtained.
この放電ギャップ形成層用ペーストでは、バインダー樹脂と溶剤とが70体積%とを占め、残りの30体積%を、BAS仮焼粉、SiC粉及びアクリル樹脂ビーズが占めている。このBAS仮焼粉及び半導体セラミック粉末としてのSiC粉が、柱状部分を構成することになり、アクリル樹脂ビーズが、消失により空洞を形成する材料である。 In this discharge gap forming layer paste, the binder resin and the solvent occupy 70% by volume, and the remaining 30% by volume is occupied by BAS calcined powder, SiC powder, and acrylic resin beads. The BAS calcined powder and the SiC powder as the semiconductor ceramic powder constitute the columnar part, and the acrylic resin beads are materials that form cavities by disappearance.
実施例2で得たESD保護装置についても実施例1と同様にして切断し、金属顕微鏡で観察したところ、内部に複数の空洞が形成されていることが確かめられた。また、電子顕微鏡において切断面を2000〜5000倍で観察したところ、空洞の周囲の柱状部分において、半導体セラミック粉末としてのSiC粉に由来する部分が確認された。 The ESD protection device obtained in Example 2 was cut in the same manner as in Example 1 and observed with a metal microscope. As a result, it was confirmed that a plurality of cavities were formed inside. Further, when the cut surface was observed at 2000 to 5000 times with an electron microscope, a portion derived from SiC powder as the semiconductor ceramic powder was confirmed in the columnar portion around the cavity.
(比較例)
実施例1で用いた放電ギャップ形成層用ペーストに代えて、焼成に際して消失する樹脂ペーストを用いた。その他の点は実施例1と同様とした。焼成後に、絶縁体を切断し、観察したところ、第1,第2の放電電極間に、樹脂ペーストが消失したことにより、大きな単一の空洞が形成されていた。すなわち、大きな単一の空洞部の上下に第1,第2の放電電極が位置していた。(Comparative example)
Instead of the discharge gap forming layer paste used in Example 1, a resin paste that disappears upon firing was used. The other points were the same as in Example 1. After firing, the insulator was cut and observed. As a result, the resin paste disappeared between the first and second discharge electrodes, and a large single cavity was formed. That is, the first and second discharge electrodes are located above and below a large single cavity.
(実施例及び比較例の評価)
実施例1,2及び比較例で得たESD保護装置の放電開始電圧を測定した。(Evaluation of Examples and Comparative Examples)
The discharge start voltages of the ESD protection devices obtained in Examples 1 and 2 and the comparative example were measured.
放電開始電圧の測定:IEC61000−4−2に従って、接触放電により2kV、4kV、6kV及び8kVの電圧のESDをこの順序で印加した。ESD保護装置が放電した場合、下記の表1に○を示し、放電が生じず動作しなかった場合につき×で示した。 Measurement of discharge start voltage: According to IEC61000-4-2, ESD of voltages of 2 kV, 4 kV, 6 kV and 8 kV was applied in this order by contact discharge. When the ESD protection device was discharged, a circle is shown in Table 1 below, and a case where the discharge did not occur and the device did not operate was indicated by x.
表1から明らかなように、比較例では、6kVのESDが印加された場合に放電を開始しなかった。これに対して、実施例1及び実施例2では、放電開始電圧を大幅に低め得ることがわかる。特に、半導体セラミック粉末が補助電極材料として添加されていた実施例2では、実施例1に比べ、放電開始電圧をより一層低めることが可能であった。 As is clear from Table 1, in the comparative example, the discharge was not started when 6 kV ESD was applied. On the other hand, in Example 1 and Example 2, it turns out that a discharge start voltage can be lowered significantly. In particular, in Example 2 in which the semiconductor ceramic powder was added as the auxiliary electrode material, it was possible to further reduce the discharge start voltage as compared with Example 1.
1…ESD保護装置
2…絶縁性基板
2A…第1の絶縁体層
2a…上面
2b…下面
2c,2d…端面
3…第1の放電電極
4…第2の放電電極
3A…第1の放電電極ペースト
4A…第2の放電電極ペースト
5…放電ギャップ形成層
5A…放電ギャップ形成層用ペースト
5a…空洞
5b…柱状部分
6,7…外部電極
11…樹脂ビーズ
12…セラミック粉末
13…半導体セラミック粉末
14…導電性粒子DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (10)
前記絶縁体の上面及び下面と平行な面を有し、前記絶縁体内で高さ方向において隔てられて対向し合っている第1,第2の放電電極とを備え、
前記第1の放電電極と前記第2の放電電極とが対向している部分において、前記第1の放電電極と前記第2の放電電極とにより挟まれている放電ギャップ形成層に、前記第1の放電電極と前記第2の放電電極とに連なる複数の空洞が設けられており、
前記放電ギャップ形成層に補助電極が設けられており、
上面視において、
前記第1の放電電極が先端部に第1,第2の角部を有し、前記第1,第2の角部の内のいずれか一方の角部と前記第2の放電電極とが重なっており、他方の角部と前記第2の放電電極とが重なっておらず、
前記第2の放電電極が先端部に第3,第4の角部を有し、前記第3,第4の角部の内のいずれか一方の角部と前記第1の放電電極とが重なっており、他方の角部と前記第1の放電電極とが重なっていない、ESD保護装置。 An insulator which is a laminated insulating substrate having an upper surface and a lower surface ;
The first and second discharge electrodes having a surface parallel to the upper surface and the lower surface of the insulator, and facing and separated in the height direction in the insulator;
In the portion where the first discharge electrode and the second discharge electrode face each other, the discharge gap forming layer sandwiched between the first discharge electrode and the second discharge electrode has the first discharge electrode. A plurality of cavities connected to the discharge electrode and the second discharge electrode are provided,
An auxiliary electrode is provided on the discharge gap forming layer,
In top view,
The first discharge electrode has first and second corners at the tip, and one of the first and second corners overlaps the second discharge electrode. The other corner and the second discharge electrode do not overlap ,
The second discharge electrode has third and fourth corners at the tip, and one of the third and fourth corners overlaps with the first discharge electrode. An ESD protection device in which the other corner and the first discharge electrode do not overlap .
前記第1の放電電極ペースト上の一部に、焼成により消失する固体及び補助電極材料を含む放電ギャップ形成層用ペーストを塗布する工程と、
前記放電ギャップ形成層用ペーストの少なくとも一部を介して前記第1の放電電極ペーストと対向するように、かつ先端部に第3,第4の角部を有するように第2の放電電極ペーストを塗布する工程と、
前記第2の放電電極ペーストを覆うように第2の絶縁体層を形成する工程と、
前記第1及び第2の絶縁体層を焼成して絶縁体を形成すると共に、前記第1の放電電極ペースト、前記放電ギャップ形成層用ペースト及び前記第2の放電電極ペーストを焼付け、第1,第2の角部を有する第1の放電電極及び第3,第4の角部を有する第2の放電電極と、前記第1,第2の放電電極間に設けられており、前記第1の放電電極と前記第2の放電電極とに連なる複数の空洞及び補助電極を有する放電ギャップ形成層とを形成する焼成工程とを備え、
前記第2の放電電極ペーストを塗布する工程において、上面視において、前記第1の放電電極ペーストの前記第1,第2の角部の内のいずれか一方の角部と前記第2の放電電極ペーストとが重なり、他方の角部と前記第2の放電電極ペーストとが重ならず、前記第2の放電電極ペーストの前記第3,第4の角部の内のいずれか一方の角部と前記第1の放電電極ペーストとが重なり、他方の角部と前記第1の放電電極ペーストとが重ならないように、前記第2の放電電極ペーストを塗布する、ESD保護装置の製造方法。 Applying a first discharge electrode paste on the first insulator layer so as to have first and second corners at the tip;
Applying a discharge gap forming layer paste containing a solid and an auxiliary electrode material that disappears by firing on a part of the first discharge electrode paste;
The second discharge electrode paste is disposed so as to face the first discharge electrode paste through at least part of the discharge gap forming layer paste and to have third and fourth corners at the tip. Applying step;
Forming a second insulator layer so as to cover the second discharge electrode paste;
The first and second insulator layers are baked to form an insulator, and the first discharge electrode paste, the discharge gap forming layer paste, and the second discharge electrode paste are baked, A first discharge electrode having a second corner, a second discharge electrode having a third and a fourth corner, and the first and second discharge electrodes. A firing step of forming a discharge gap forming layer having a plurality of cavities and auxiliary electrodes connected to the discharge electrode and the second discharge electrode,
In the step of applying the second discharge electrode paste, when viewed from above, either one of the first and second corners of the first discharge electrode paste and the second discharge electrode The paste overlaps , the other corner does not overlap the second discharge electrode paste, and one of the third and fourth corners of the second discharge electrode paste A method for manufacturing an ESD protection device, wherein the second discharge electrode paste is applied so that the first discharge electrode paste overlaps and the other corner does not overlap the first discharge electrode paste.
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