JP6075447B2 - ESD protection device - Google Patents

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Description

本発明は、静電気から電子回路を保護するためのESD保護装置に関し、特に、放電電極が改良されているESD保護装置に関する。   The present invention relates to an ESD protection device for protecting an electronic circuit from static electricity, and more particularly to an ESD protection device with improved discharge electrodes.
下記の特許文献1には、セラミック多層基板内に第1,第2の放電電極が設けられているESD保護装置が開示されている。第1,第2の放電電極に接続されるように、補助電極が設けられている。補助電極は、導電性を有しない無機材料によりコーティングされた導電性材料を分散させることにより形成されている。   Patent Document 1 below discloses an ESD protection device in which first and second discharge electrodes are provided in a ceramic multilayer substrate. An auxiliary electrode is provided so as to be connected to the first and second discharge electrodes. The auxiliary electrode is formed by dispersing a conductive material coated with an inorganic material having no conductivity.
他方、下記の特許文献2に記載のESD保護装置では、放電電極に、電子放出物質を含む耐熱被膜が付着されている。それによって放電開始電圧が低められている。   On the other hand, in the ESD protection apparatus described in Patent Document 2 below, a heat-resistant film containing an electron-emitting substance is attached to the discharge electrode. As a result, the discharge start voltage is lowered.
下記の特許文献3には、大電力用途に用いられる放電管が開示されている。この放電管では、ガスが封入された気密室内に、柱状の第1,第2の放電電極がギャップを隔てて対向している。この柱状の放電電極の端面に、チタン酸バリウムなどの誘電体物質と、酸化マグネシウムなどの担持体物質とを含む混合材料が付与されている。それによって放電安定物質層が形成されている。   Patent Document 3 below discloses a discharge tube used for high power applications. In this discharge tube, columnar first and second discharge electrodes face each other with a gap in an airtight chamber filled with gas. A mixed material containing a dielectric substance such as barium titanate and a carrier substance such as magnesium oxide is applied to the end face of the columnar discharge electrode. Thereby, a discharge stabilizing material layer is formed.
WO2009/098944WO2009 / 098944 特開2003−59615号公報JP 2003-59615 A 特開2004−79230号公報JP 2004-79230 A
特許文献1や特許文献2に記載のESD保護装置では、放電開始電圧の低電圧化が図られているが、なお十分ではなかった。   In the ESD protection devices described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the discharge start voltage is reduced, but it is not sufficient.
他方、特許文献3に記載の大電力用途の放電管では、上記放電安定物質層を設けることにより放電の安定化が図られている。しかしながら、放電安定物質層を形成するために、放電電極に放電安定物質層形成材料を塗布し、減圧雰囲気下で加熱処理しなければならなかった。従って、加工工程が煩雑であり、加工コストが高くついていた。   On the other hand, in the discharge tube for high power use described in Patent Document 3, the discharge is stabilized by providing the discharge stabilizing material layer. However, in order to form the discharge stable material layer, it has been necessary to apply the discharge stable material layer forming material to the discharge electrode and to perform heat treatment in a reduced pressure atmosphere. Therefore, the machining process is complicated and the machining cost is high.
本発明の目的は、製造工程の煩雑さを招くことなく、放電開始電圧を効果的に低めることができる、ESD保護装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an ESD protection device capable of effectively reducing a discharge start voltage without causing a complicated manufacturing process.
本発明に係るESD保護装置は、基板と、上記基板に設けられており、ギャップを隔てて対向している第1,第2の放電電極とを備え、上記第1,第2の放電電極が、金属と、基板よりも比誘電率が高い高誘電率材料とを含む混合材料からなる。 An ESD protection apparatus according to the present invention includes a substrate and first and second discharge electrodes that are provided on the substrate and face each other with a gap between the first and second discharge electrodes. And a mixed material containing a metal and a high dielectric constant material having a higher relative dielectric constant than that of the substrate.
本発明に係るESD保護装置は、好ましくは、放電補助電極を備える。放電補助電極は、上記第1の放電電極と、上記第2の放電電極とを接続するように設けられており、第1,第2の放電電極間の放電を促す。   The ESD protection apparatus according to the present invention preferably includes a discharge auxiliary electrode. The discharge auxiliary electrode is provided so as to connect the first discharge electrode and the second discharge electrode, and promotes discharge between the first and second discharge electrodes.
本発明のESD保護装置では、好ましくは、上記放電補助電極が、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子を含む。   In the ESD protection apparatus of the present invention, preferably, the discharge auxiliary electrode includes metal particles coated with a material having no conductivity.
本発明に係るESD保護装置では、好ましくは、上記ギャップに、上記基板よりも比誘電率が低い低誘電率部分が位置している。上記低誘電率部分は空洞であってもよい。また、上記低誘電率部分は、基板よりも比誘電率の低い固体の材料により形成されてもよい。より好ましくは、上記固体の材料として、樹脂が用いられる。   In the ESD protection apparatus according to the present invention, preferably, a low dielectric constant portion having a relative dielectric constant lower than that of the substrate is located in the gap. The low dielectric constant portion may be a cavity. The low dielectric constant portion may be formed of a solid material having a relative dielectric constant lower than that of the substrate. More preferably, a resin is used as the solid material.
本発明に係るESD保護装置は、好ましくは、上記第1,第2の放電電極間のギャップと上記基板の一部を介して重なり合うように設けられた背後電極をさらに備える。   The ESD protection apparatus according to the present invention preferably further includes a back electrode provided so as to overlap the gap between the first and second discharge electrodes via a part of the substrate.
好ましくは、基板に設けられており、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の外部電極を備え、上記背後電極が、第1及び第2の外部電極のうち少なくとも一方に電気的に接続されている。もっとも、上記背後電極は、浮き電極であってもよい。   Preferably, the substrate includes first and second external electrodes that are provided on the substrate and are electrically connected to the first and second discharge electrodes, respectively, and the back electrode includes the first and second external electrodes. It is electrically connected to at least one of the electrodes. However, the back electrode may be a floating electrode.
本発明に係るESD保護装置では、好ましくは、上記背後電極が、金属と、上記基板よりも高誘電率の材料とを含む。   In the ESD protection apparatus according to the present invention, preferably, the back electrode includes a metal and a material having a dielectric constant higher than that of the substrate.
本発明に係るESD保護装置では、上記第1,第2の放電電極が、上記基板の外表面に配置されていてもよい。   In the ESD protection apparatus according to the present invention, the first and second discharge electrodes may be disposed on the outer surface of the substrate.
また、本発明に係るESD保護装置では、上記第1,第2の放電電極が上記基板内に配置されており、上記ギャップが基板内に位置していてもよい。   In the ESD protection apparatus according to the present invention, the first and second discharge electrodes may be arranged in the substrate, and the gap may be located in the substrate.
本発明に係るESD保護装置では、上記高誘電率材料の濃度は、上記第1,第2の放電電極の内部よりも上記第1,第2の放電電極の表面において高くてもよい。   In the ESD protection device according to the present invention, the concentration of the high dielectric constant material may be higher on the surfaces of the first and second discharge electrodes than in the first and second discharge electrodes.
本発明に係るESD保護装置によれば、第1,第2の放電電極が、金属と、高誘電率材料とを含む混合材料からなるため、放電開始電圧を低めることが可能となる。従って、電子回路等において、静電気からの保護をより効果的に果たすことが可能となる。   According to the ESD protection device of the present invention, since the first and second discharge electrodes are made of a mixed material containing a metal and a high dielectric constant material, the discharge start voltage can be lowered. Therefore, it is possible to more effectively protect against static electricity in an electronic circuit or the like.
加えて、本発明のESD保護装置では、第1,第2の放電電極が上記構成を備えるため、容易に製造することができ、製造工程が煩雑となり難い。   In addition, in the ESD protection apparatus of the present invention, since the first and second discharge electrodes have the above-described configuration, they can be easily manufactured and the manufacturing process is not likely to be complicated.
図1(a)及び図1(b)は、本発明の第1の実施形態に係るESD保護装置の正面断面図及びその要部を説明するための部分切欠拡大正面断面図である。FIG. 1A and FIG. 1B are a front sectional view of an ESD protection device according to a first embodiment of the present invention and a partially cutaway enlarged front sectional view for explaining the main part thereof. 図2は、本発明の第1の実施形態に係るESD保護装置における第1,第2の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係を説明するための模式的平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode in the ESD protection apparatus according to the first embodiment of the present invention. . 図3(a)及び図3(b)は、本発明の第2の実施形態に係るESD保護装置の正面断面図及びその要部を示す部分切欠拡大正面断面図である。FIG. 3A and FIG. 3B are a front sectional view of an ESD protection device according to a second embodiment of the present invention and a partially cutaway enlarged front sectional view showing an essential part thereof. 図4は、本発明の第2の実施形態における第1,第2の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係を示す模式的平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view showing the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode in the second embodiment of the present invention. 図5は、第1,第2の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係の変形例を説明するための模式的平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view for explaining a modification of the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode. 図6は、第1,第2の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係の他の変形例を説明するための模式的平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view for explaining another modified example of the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode. 図7は、本発明の第3の実施形態に係るESD保護装置の正面断面図である。FIG. 7 is a front sectional view of an ESD protection apparatus according to the third embodiment of the present invention. 図8は、本発明の第3の実施形態のESD保護装置における第1,第2の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係を示す模式的平面図である。FIG. 8 is a schematic plan view showing the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode in the ESD protection apparatus according to the third embodiment of the present invention. 図9は、本発明の第4の実施形態に係るESD保護装置の正面断面図である。FIG. 9 is a front sectional view of an ESD protection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. 図10は、本発明の第4の実施形態のESD保護装置における第1,第2の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係を示す模式的平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view showing the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode in the ESD protection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. 図11は、本発明の第5の実施形態に係るESD保護装置の正面断面図である。FIG. 11 is a front sectional view of an ESD protection apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. 図12は、本発明の第6の実施形態に係るESD保護装置の正面断面図である。FIG. 12 is a front sectional view of an ESD protection apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
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(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係るESD保護装置の正面断面図及びその要部を示す部分切欠拡大正面断面図である。   1A and 1B are a front sectional view of an ESD protection device according to a first embodiment of the present invention and a partially cutaway enlarged front sectional view showing an essential part thereof.
ESD保護装置1は、基板2を有する。基板2は、適宜の絶縁性材料からなる。本実施形態では、基板2は、セラミック多層基板からなり、Ba、Al、Siを主たる成分として含むBAS材が用いられている。もっとも、ガラスセラミックスなどの低温焼結セラミックス(LTCC)が用いられてもよい。また、窒化アルミニウムやアルミナなどの高温で焼結されるセラミックス(HTCC)を用いてもよい。さらには、フェライトなどの磁性体セラミックスが用いられてもよい。また、基板2は、セラミックス以外の樹脂等の絶縁性材料で形成されていてもよい。   The ESD protection device 1 has a substrate 2. The substrate 2 is made of an appropriate insulating material. In the present embodiment, the substrate 2 is made of a ceramic multilayer substrate, and a BAS material containing Ba, Al, and Si as main components is used. However, low temperature sintered ceramics (LTCC) such as glass ceramics may be used. Further, ceramics (HTCC) sintered at a high temperature such as aluminum nitride or alumina may be used. Furthermore, magnetic ceramics such as ferrite may be used. The substrate 2 may be formed of an insulating material such as a resin other than ceramics.
基板2の上面2a上に、第1の放電電極3と第2の放電電極4とが形成されている。また、第1,第2の放電電極3,4の先端同士を接続するように、第1,第2の放電電極3,4の下面には、放電補助電極5が設けられている。   On the upper surface 2a of the substrate 2, a first discharge electrode 3 and a second discharge electrode 4 are formed. A discharge auxiliary electrode 5 is provided on the lower surface of the first and second discharge electrodes 3 and 4 so as to connect the tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4.
第1,第2の放電電極3,4は、本実施形態では、金属と、基板2よりも比誘電率が高い高誘電率材料とを含む混合材料からなる。より具体的には、図1(b)に示すように、第1,第2の放電電極3,4は、金属を主体とし、高誘電率材料粒子6が分散されている構造を有する。このような構造は、金属と、高誘電率材料粒子とを含むペーストを焼成することにより形成される。   In the present embodiment, the first and second discharge electrodes 3 and 4 are made of a mixed material including a metal and a high dielectric constant material having a relative dielectric constant higher than that of the substrate 2. More specifically, as shown in FIG. 1B, the first and second discharge electrodes 3 and 4 have a structure mainly composed of metal and in which high dielectric constant material particles 6 are dispersed. Such a structure is formed by firing a paste containing a metal and high dielectric constant material particles.
上記第1,第2の放電電極3,4に用いられる金属としては、特に限定されない。例えば、Cu、Ag、Al、Mo、Wまたはこれらの金属を含む合金を用いることができる。   The metal used for the first and second discharge electrodes 3 and 4 is not particularly limited. For example, Cu, Ag, Al, Mo, W, or an alloy containing these metals can be used.
上記高誘電率材料としては、基板2よりも比誘電率が高い限り、特に限定されない。このような高誘電率材料としては、基板2よりも比誘電率が高いセラミック材料が好適に用いられる。このようなセラミック材料としては、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウムなどが挙げられる。チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウムなどの比誘電率は30以上、10000以下程度である。   The high dielectric constant material is not particularly limited as long as the relative dielectric constant is higher than that of the substrate 2. As such a high dielectric constant material, a ceramic material having a relative dielectric constant higher than that of the substrate 2 is preferably used. Examples of such ceramic materials include barium titanate, calcium titanate, strontium titanate, magnesium titanate, and calcium zirconate. The relative dielectric constant of barium titanate, calcium titanate, strontium titanate, magnesium titanate, calcium zirconate, etc. is about 30 or more and 10,000 or less.
他方、基板2として、アルミナなどの絶縁性セラミックスを用いた場合、その比誘電率は、5以上、15以下程度である。前述したように、上記第1,第2の放電電極を、金属と高誘電率材料とを含むペーストを焼き付けることにより形成した場合、高誘電率材料が表面に偏析する。すなわち、図1(b)に模式的に示すように、第1,第2の放電電極3,4は、金属を主体とするが、高誘電率材料粒子6が分散されている。高誘電率材料粒子6は、第1,第2の放電電極3,4の内部よりも、表面に多く存在する。これは、上記焼成に際し、高誘電率材料粒子6が表面側に移動し、偏析することによる。   On the other hand, when an insulating ceramic such as alumina is used as the substrate 2, the relative dielectric constant is about 5 or more and 15 or less. As described above, when the first and second discharge electrodes are formed by baking a paste containing a metal and a high dielectric constant material, the high dielectric constant material segregates on the surface. That is, as schematically shown in FIG. 1B, the first and second discharge electrodes 3 and 4 are mainly made of metal, but the high dielectric constant material particles 6 are dispersed therein. The high dielectric constant material particles 6 are present on the surface more than inside the first and second discharge electrodes 3 and 4. This is because the high dielectric constant material particles 6 move to the surface side and segregate during the firing.
放電補助電極5は、基板2の上面2aにおいて、第1の放電電極3と第2の放電電極4とを接続するように設けられている。図2に模式的平面図で示すように、放電補助電極5は、第1,第2の放電電極3,4の先端同士が対向しているギャップを含む領域に設けられている。   The discharge auxiliary electrode 5 is provided on the upper surface 2 a of the substrate 2 so as to connect the first discharge electrode 3 and the second discharge electrode 4. As shown in the schematic plan view of FIG. 2, the discharge auxiliary electrode 5 is provided in a region including a gap where the tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4 are opposed to each other.
放電補助電極5は、基板2の上面2aにおいて、導電性を有しない材料で被覆されている金属粒子7aを分散させることにより形成されている。より具体的には、このような導電性粒子を含むペーストを塗布し、焼き付けることにより、形成される。この場合、ペーストに含有されている、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子7aが基板2の上面2aから基板2の表面層に拡散される。その結果、上記放電補助電極5が形成される。   The discharge auxiliary electrode 5 is formed by dispersing metal particles 7 a covered with a material having no conductivity on the upper surface 2 a of the substrate 2. More specifically, it is formed by applying and baking a paste containing such conductive particles. In this case, the metal particles 7 a covered with the non-conductive material contained in the paste are diffused from the upper surface 2 a of the substrate 2 to the surface layer of the substrate 2. As a result, the discharge auxiliary electrode 5 is formed.
放電補助電極5は、第1の放電電極3の先端と第2の放電電極4の先端との間の放電を促すように作用する。   The discharge auxiliary electrode 5 acts to promote discharge between the tip of the first discharge electrode 3 and the tip of the second discharge electrode 4.
上記導電性を有しない材料で被覆された金属粒子7aを構成する材料については特に限定されない。導電性を有しない材料としては、アルミナなどの絶縁性セラミックス、ガラスなどが挙げられる。また、金属粒子を構成する金属についても特に限定されない。このような金属としては、好ましくは、銅または銅を主成分とした銅系合金が用いられる。もっとも、銀、アルミニウム、モリブデン、タングステンなどの他の金属もしくは他の金属を主体とする合金を用いてもよい。   There is no particular limitation on the material constituting the metal particles 7a coated with the non-conductive material. Examples of the material having no electrical conductivity include insulating ceramics such as alumina, and glass. Moreover, it does not specifically limit about the metal which comprises a metal particle. As such a metal, copper or a copper-based alloy containing copper as a main component is preferably used. However, other metals such as silver, aluminum, molybdenum, tungsten, or alloys mainly composed of other metals may be used.
なお、本実施形態では、放電補助電極5には、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子7aの他、半導体セラミック粒子7bが添加されている。このような半導体セラミック粒子7bとしては、SiC、TiCなどからなる粒子を用いることができる。   In the present embodiment, the discharge auxiliary electrode 5 is added with semiconductor ceramic particles 7b in addition to the metal particles 7a coated with a material having no conductivity. As such semiconductor ceramic particles 7b, particles made of SiC, TiC or the like can be used.
さらに、上記放電補助電極5には、前述した放電電極3,4に含まれている高誘電率材料粒子を添加してもよい。その場合には、より一層放電開始電圧を低めることができる。   Furthermore, the discharge auxiliary electrode 5 may be added with high dielectric constant material particles contained in the discharge electrodes 3 and 4 described above. In that case, the discharge start voltage can be further reduced.
図1(a)及び(b)に示すように、第1,第2の放電電極3,4の先端同士が対向しているギャップには、樹脂層8が形成されている。樹脂層8は、合成樹脂からなり、その比誘電率が、基板2の比誘電率よりも低い。このような樹脂層8を構成する樹脂としては、sタコーン樹脂などを挙げることができる。   As shown in FIGS. 1A and 1B, a resin layer 8 is formed in the gap where the tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4 face each other. The resin layer 8 is made of a synthetic resin and has a relative dielectric constant lower than that of the substrate 2. Examples of the resin constituting the resin layer 8 include s tacone resin.
また、本実施形態では、上記放電電極3,4を形成した後に、上記樹脂層8が形成されている。従って、樹脂層8は、樹脂層8を構成する樹脂を上記ギャップを埋めるように付与することにより形成される。よって、本実施形態では、樹脂層8の上面が、第1,第2の放電電極3,4の上面と面一とされている。   In the present embodiment, the resin layer 8 is formed after the discharge electrodes 3 and 4 are formed. Therefore, the resin layer 8 is formed by applying the resin constituting the resin layer 8 so as to fill the gap. Therefore, in this embodiment, the upper surface of the resin layer 8 is flush with the upper surfaces of the first and second discharge electrodes 3 and 4.
また、上記第1,第2の放電電極3,4及び樹脂層8を被覆するように、第2の樹脂層9が形成されている。第2の樹脂層9は第1の樹脂層8よりも比誘電率が高い樹脂からなる。このような樹脂としては、エポキシ樹脂などを挙げることができる。ただし、本実施形態において、第1,第2の樹脂層8は必ずしも設けられていなくてもよい。例えば、第1の樹脂層8の代わりに空洞が設けられていてもよい。また、第1,第2の樹脂層8,9が同じ材料から形成されていてもよい。   Further, a second resin layer 9 is formed so as to cover the first and second discharge electrodes 3, 4 and the resin layer 8. The second resin layer 9 is made of a resin having a relative dielectric constant higher than that of the first resin layer 8. Examples of such a resin include an epoxy resin. However, in the present embodiment, the first and second resin layers 8 are not necessarily provided. For example, a cavity may be provided instead of the first resin layer 8. Moreover, the 1st, 2nd resin layers 8 and 9 may be formed from the same material.
図1(a)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、第1,第2の外部電極10a,10bが形成されている。第1,第2の外部電極10a,10bは、基板2の上面2aにおいて第1,第2の放電電極3,4にそれぞれ電気的に接続されている。第1,第2の放電電極10a,10bは、基板2の側面を経て下面に至っている。第1,第2の外部電極10a,10bは、適宜の金属もしくは合金からなる。   As shown in FIG. 1A, first and second external electrodes 10a and 10b are formed so as to be electrically connected to the first and second discharge electrodes 3 and 4, respectively. The first and second external electrodes 10a and 10b are electrically connected to the first and second discharge electrodes 3 and 4 on the upper surface 2a of the substrate 2, respectively. The first and second discharge electrodes 10 a and 10 b reach the lower surface through the side surface of the substrate 2. The first and second external electrodes 10a and 10b are made of appropriate metals or alloys.
基板2内には、背後電極11が形成されている。背後電極11は、図2に示すように、平面視した場合、上記第1,第2の放電電極3,4が対向しているギャップ部分と重なる位置に設けられている。   A back electrode 11 is formed in the substrate 2. As shown in FIG. 2, the back electrode 11 is provided at a position overlapping the gap portion where the first and second discharge electrodes 3, 4 face each other when viewed in plan.
背後電極11は、第1,第2の放電電極3,4及び放電補助電極5と、基板2の一部の層を介して対向されている。本実施形態では、基板2はセラミック多層基板からなる。従って、背後電極11は、基板2の製造工程において形成することができる。   The back electrode 11 is opposed to the first and second discharge electrodes 3, 4 and the discharge auxiliary electrode 5 through a part of the layer of the substrate 2. In the present embodiment, the substrate 2 is made of a ceramic multilayer substrate. Therefore, the back electrode 11 can be formed in the manufacturing process of the substrate 2.
背後電極11は、適宜の導電性材料により形成することができる。好ましくは、背後電極11は、金属を主体とする。このような金属材料としては、第1,第2の放電電極3,4に用いた金属と同様の金属を用いることができる。より好ましくは、背後電極11は、金属と、基板2よりも比誘電率が高い前述した高誘電率材料とを含む混合材料からなることが望ましい。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。   The back electrode 11 can be formed of an appropriate conductive material. Preferably, the back electrode 11 is mainly made of metal. As such a metal material, the same metal as that used for the first and second discharge electrodes 3 and 4 can be used. More preferably, the back electrode 11 is made of a mixed material including a metal and the above-described high dielectric constant material having a relative dielectric constant higher than that of the substrate 2. Thereby, the discharge start voltage can be further reduced.
図2に示すように、背後電極11の幅方向寸法は、放電電極3,4の幅方向寸法よりも小さくしてもよい。ここで幅方向寸法とは、第1,第2の放電電極3,4が対向している方向と直交する方向をいうものとする。さらに、放電補助電極5についても、上記第1,第2の放電電極3,4同士を接続するように設けられている限り、その平面形状は特に限定されない。   As shown in FIG. 2, the width direction dimension of the back electrode 11 may be smaller than the width direction dimension of the discharge electrodes 3 and 4. Here, the width dimension means a direction orthogonal to the direction in which the first and second discharge electrodes 3 and 4 are opposed to each other. Further, the planar shape of the auxiliary discharge electrode 5 is not particularly limited as long as it is provided so as to connect the first and second discharge electrodes 3 and 4.
ESD保護装置1では、第1,第2の放電電極3,4は、金属と、基板2よりも比誘電率が高い前述した高誘電率材料粒子6とを含む混合材料からなる。そのため、放電開始電圧を効果的に低めることができる。これは、第1,第2の放電電極3,4の近傍に比誘電率が異なる材料が配置されることによる。   In the ESD protection device 1, the first and second discharge electrodes 3 and 4 are made of a mixed material including a metal and the above-described high dielectric constant material particles 6 having a relative dielectric constant higher than that of the substrate 2. Therefore, the discharge start voltage can be effectively reduced. This is because materials having different relative dielectric constants are arranged in the vicinity of the first and second discharge electrodes 3 and 4.
すなわち、第1,第2の放電電極3,4の表面側に高誘電率材料粒子6が存在すると、第1,第2の放電電極3,4の表面付近において、金属、高誘電率材料粒子6、樹脂層8、放電補助電極5等が存在することとなる。従って、放電補助電極3,4の表面付近に比誘電率が異なる複数種の材料が配置されることになる。特に、誘電率が高い高誘電率材料粒子6が放電電極3,4の表面側に存在すると、放電電極3,4の表面の周囲において比誘電率が異なる部分が存在することとなる。その結果、放電電極3,4の表面、特に先端において電界集中が促進されることとなる。従って、電界集中により、放電の基点となる電子の移動が促される。その結果、放電開始電圧が低くなるものと考えられる。   That is, when the high dielectric constant material particles 6 are present on the surface side of the first and second discharge electrodes 3, 4, the metal, high dielectric constant material particles are formed near the surfaces of the first and second discharge electrodes 3, 4. 6, the resin layer 8, the discharge auxiliary electrode 5 and the like are present. Therefore, a plurality of types of materials having different relative dielectric constants are arranged near the surfaces of the auxiliary discharge electrodes 3 and 4. In particular, when the high dielectric constant material particles 6 having a high dielectric constant are present on the surface side of the discharge electrodes 3 and 4, there are portions having different relative dielectric constants around the surfaces of the discharge electrodes 3 and 4. As a result, electric field concentration is promoted at the surfaces of the discharge electrodes 3 and 4, particularly at the tip. Therefore, the movement of electrons as a starting point of discharge is promoted by the electric field concentration. As a result, the discharge start voltage is considered to be low.
加えて、高誘電率材料粒子6の存在により、対向する第1,第2の放電電極3,4間の静電容量も高められる。それによって放電時の充電作用が促進されると考えられる。従って、この充電作用の促進によっても、放電開始電圧が低くなっているものと考えられる。   In addition, the presence of the high dielectric constant material particles 6 also increases the capacitance between the first and second discharge electrodes 3 and 4 facing each other. It is thought that the charging action at the time of discharge is thereby accelerated. Therefore, it is considered that the discharge start voltage is lowered by the promotion of the charging action.
さらに、本実施形態では、上記放電補助電極5が設けられていることによっても、放電開始電圧が低められている。さらに、上記背後電極11が設けられているため、電界集中がより一層促進され、それによっても放電開始電圧がより一層低められている。   Furthermore, in this embodiment, the discharge start voltage is also lowered by providing the discharge auxiliary electrode 5. Furthermore, since the back electrode 11 is provided, the electric field concentration is further promoted, and thereby the discharge start voltage is further reduced.
さらに、第1,第2の放電電極3,4と背後電極11との間で静電容量が形成される。そのため、放電時の充電作用がより一層高められ、それによっても放電開始電圧が低められていると考えられる。   Furthermore, a capacitance is formed between the first and second discharge electrodes 3 and 4 and the back electrode 11. Therefore, it is considered that the charging action at the time of discharging is further enhanced, and the discharge starting voltage is lowered accordingly.
もっとも、本発明においては、上記放電補助電極5及び背後電極11は必ずしも設けられずともよい。例えば、放電補助電極5の代わりに、電圧非直線性特性を有する材料、金属または半導体等が分散されたポーラスな層が設けられていてもよい。   However, in the present invention, the discharge auxiliary electrode 5 and the back electrode 11 are not necessarily provided. For example, instead of the discharge auxiliary electrode 5, a porous layer in which a material having a voltage nonlinearity characteristic, a metal, a semiconductor, or the like is dispersed may be provided.
なお、好ましくは、背後電極11は、第1の外部電極10aまたは第2の外部電極10bに電気的に接続されていることが望ましい。それによって、放電電極3または放電電極4と背後電極11との間で静電容量が形成される。従って、放電時の充電作用がより一層高められる。加えて、放電により生じた熱を、背後電極11から背後電極11に電気的に接続されている外部電極10aまたは外部電極10bに速やかに放散させることができる。従って、ESD保護装置1における熱劣化を抑制することができる。   Preferably, the back electrode 11 is electrically connected to the first external electrode 10a or the second external electrode 10b. Thereby, a capacitance is formed between the discharge electrode 3 or the discharge electrode 4 and the back electrode 11. Therefore, the charging action at the time of discharging is further enhanced. In addition, the heat generated by the discharge can be quickly dissipated from the back electrode 11 to the external electrode 10a or the external electrode 10b that is electrically connected to the back electrode 11. Therefore, thermal degradation in the ESD protection apparatus 1 can be suppressed.
前述したように、背後電極11は、好ましくは、放電電極3,4と同様に高誘電率材料を含むことが望ましい。その場合には、背後電極11の近傍にも、比誘電率が異なる材料が配置されることになる。従って、電界集中作用及び充電作用がより一層高められる。従って、放電開始電圧をより一層低めることができる。   As described above, the back electrode 11 preferably includes a high dielectric constant material like the discharge electrodes 3 and 4. In that case, materials having different relative dielectric constants are also arranged in the vicinity of the back electrode 11. Therefore, the electric field concentration effect and the charging effect are further enhanced. Therefore, the discharge start voltage can be further reduced.
より好ましくは、背後電極11と、第1,第2の放電電極3,4を、同じ金属及び同じ高誘電率材料を含む混合材料により構成することが望ましい。その場合には、製造工程のより一層の簡略化も図ることができる。   More preferably, it is desirable that the back electrode 11 and the first and second discharge electrodes 3 and 4 are made of a mixed material containing the same metal and the same high dielectric constant material. In that case, the manufacturing process can be further simplified.
ESD保護装置1の製造に際しては、周知のセラミック多層基板の製造方法に従って基板2を形成することができる。また、放電補助電極5、第1,第2の放電電極3,4の形成も容易に行うことができる。従って、製造工程の煩雑さも招かない。   When manufacturing the ESD protection apparatus 1, the substrate 2 can be formed according to a known method for manufacturing a ceramic multilayer substrate. Moreover, the discharge auxiliary electrode 5 and the first and second discharge electrodes 3 and 4 can be easily formed. Therefore, the manufacturing process is not complicated.
なお、セラミック多層基板により基板2を構成する場合、金属とセラミックスでは、焼成収縮率差が大きいという問題がある。従って、焼成に際し、金属とセラミックスとの間でデラミネーションが生じるおそれがある。   In addition, when the board | substrate 2 is comprised with a ceramic multilayer substrate, there exists a problem that a baking shrinkage | contraction rate difference is large with a metal and ceramics. Therefore, delamination may occur between the metal and the ceramic during firing.
これに対して、本実施形態では、第1,第2の放電電極3,4が、上記高誘電率材料粒子6を含むため、第1,第2の放電電極3,4と基板2の焼成に際しての収縮率差が小さくなる。従って、デラミネーションの発生を抑制することもできる。   On the other hand, in the present embodiment, since the first and second discharge electrodes 3 and 4 include the high dielectric constant material particles 6, the first and second discharge electrodes 3 and 4 and the substrate 2 are fired. At that time, the difference in shrinkage rate is reduced. Therefore, the occurrence of delamination can be suppressed.
図3(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係るESD保護装置21の正面断面図及びその要部を示す部分切欠拡大正面断面図である。   FIGS. 3A and 3B are a front sectional view of an ESD protection device 21 according to a second embodiment of the present invention and a partially cutaway enlarged front sectional view showing an essential part thereof.
第2の実施形態のESD保護装置21は、基板22を有する。基板22は、第1の実施形態の基板2と同様の材料で形成され得る。   The ESD protection device 21 according to the second embodiment includes a substrate 22. The substrate 22 can be formed of the same material as the substrate 2 of the first embodiment.
基板22内に第1,第2の放電電極3,4が配置されている。第1,第2の放電電極3,4の先端同士がギャップを隔てて対向されている。また、第1,第2の放電電極3,4を接続するように放電補助電極5が形成されている。   First and second discharge electrodes 3 and 4 are disposed in the substrate 22. The tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4 are opposed to each other with a gap therebetween. A discharge auxiliary electrode 5 is formed so as to connect the first and second discharge electrodes 3 and 4.
第1,第2の放電電極3,4及び放電補助電極5は、形成位置が異なることを除いては第1の実施形態の第1,第2の放電電極3,4及び放電補助電極5と同様に形成されている。従って、第1の実施形態の説明を援用することとする。   The first and second discharge electrodes 3 and 4 and the auxiliary discharge electrode 5 are the same as the first and second discharge electrodes 3 and 4 and the auxiliary discharge electrode 5 of the first embodiment except that the formation positions are different. It is formed similarly. Therefore, the description of the first embodiment is incorporated.
もっとも、本実施形態では、第1,第2の放電電極3,4の先端同士が対向している部分では、空洞22bが設けられている。第1,第2の放電電極3,4の先端は、この空洞22b内に露出している。従って、第1の放電電極3の先端と第2の放電電極4との先端のギャップは空洞22b内に位置することとなる。よって、ギャップには、空洞22bを満たしている気体が位置することとなる。気体の比誘電率は、例えば空気では1.00059である。従って、基板22の比誘電率に比べ、上記ギャップを構成している部分は相対的に低い低誘電率部分となる。   However, in the present embodiment, a cavity 22b is provided in the portion where the tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4 are opposed to each other. The tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4 are exposed in the cavity 22b. Accordingly, the gap between the tip of the first discharge electrode 3 and the tip of the second discharge electrode 4 is located in the cavity 22b. Therefore, the gas filling the cavity 22b is located in the gap. The relative permittivity of gas is, for example, 1.00059 for air. Therefore, compared with the relative dielectric constant of the substrate 22, the portion constituting the gap is a relatively low low dielectric constant portion.
また、基板22内においては、放電補助電極5及び第1,第2の放電電極3,4と基板層を介して対向するように背後電極11が設けられている。背後電極11は、第1の実施形態の背後電極11と同様に構成されている。本実施形態では、空洞22bの上方にも、背後電極11Aが形成されている。背後電極11Aは、背後電極11と同様の材料で形成されている。また、背後電極11Aの平面形状及び平面視した際の位置は、背後電極11と同一とされている。図4に示すように、背後電極11は、第1,第2の放電電極3,4が対向しているギャップを含む領域に設けられている。   In the substrate 22, the back electrode 11 is provided so as to face the auxiliary discharge electrode 5 and the first and second discharge electrodes 3 and 4 through the substrate layer. The back electrode 11 is configured in the same manner as the back electrode 11 of the first embodiment. In the present embodiment, the back electrode 11A is also formed above the cavity 22b. The back electrode 11A is formed of the same material as the back electrode 11. Further, the planar shape of the back electrode 11A and the position when viewed in plan are the same as those of the back electrode 11. As shown in FIG. 4, the back electrode 11 is provided in a region including a gap where the first and second discharge electrodes 3 and 4 are opposed to each other.
第1,第2の放電電極3,4は、第1,第2の外部電極10a,10bに電気的に接続されている。第1,第2の外部電極10a,10bは第1の実施形態の場合と同様にして設けられている。   The first and second discharge electrodes 3 and 4 are electrically connected to the first and second external electrodes 10a and 10b. The first and second external electrodes 10a and 10b are provided in the same manner as in the first embodiment.
第2の実施形態のESD保護装置21では、第1の放電電極3と第2の放電電極4との間に静電気が印加されると、沿面放電と気中放電の双方の放電経路により放電することとなる。この場合においても、第1,第2の放電電極3,4が、金属と、高誘電率材料とを含む混合物からなるため、第1の実施形態の場合と同様に、放電開始電圧を効果的に低めることができる。加えて、放電補助電極5及び背後電極11,11Aが設けられていることによっても、放電開始電圧を低めることができる。   In the ESD protection device 21 according to the second embodiment, when static electricity is applied between the first discharge electrode 3 and the second discharge electrode 4, the ESD protection device 21 discharges by both discharge paths of creeping discharge and air discharge. It will be. Also in this case, since the first and second discharge electrodes 3 and 4 are made of a mixture containing a metal and a high dielectric constant material, the discharge start voltage is effectively reduced as in the case of the first embodiment. Can be lowered. In addition, the discharge start voltage can be lowered by providing the discharge auxiliary electrode 5 and the back electrodes 11 and 11A.
さらに、本実施形態においても、背後電極11,11Aが、第1の外部電極10aまたは第2の外部電極10bに電気的に接続されている場合には、放電開始電圧をより一層低めることができるとともに、熱劣化も抑制することができる。   Furthermore, also in this embodiment, when the back electrodes 11 and 11A are electrically connected to the first external electrode 10a or the second external electrode 10b, the discharge start voltage can be further reduced. In addition, thermal degradation can be suppressed.
第2の実施形態のESD保護装置21から明らかなように、本発明においては、第1,第2の放電電極3,4は、基板22内に位置していてもよい。また、沿面放電だけなく、空洞22bを設けることにより気中放電をも利用してもよい。ただし、本実施形態においては、必ずしも空洞22bや放電補助電極5を設けなくてもよい。この場合、例えば、第1,第2の放電電極3,4の間の領域には、電圧非直線性特性を有する材料、金属または半導体等が分散されたポーラスな層が設けられていてもよい。   As is apparent from the ESD protection device 21 of the second embodiment, in the present invention, the first and second discharge electrodes 3 and 4 may be located in the substrate 22. In addition to creeping discharge, air discharge may be used by providing the cavity 22b. However, in this embodiment, the cavity 22b and the discharge auxiliary electrode 5 are not necessarily provided. In this case, for example, a porous layer in which a material having a voltage non-linear characteristic, a metal, a semiconductor, or the like is dispersed may be provided in a region between the first and second discharge electrodes 3 and 4. .
なお、本発明において、第1,第2の放電電極、放電補助電極及び背後電極の位置関係については図2及び図4に模式的に示した位置関係に限定されるものではない。すなわち、図5に示すように、第1の放電電極3と第2の放電電極4とを、先端同士ではなく、先端近傍の側辺同士がギャップを隔てて対向するように配置されてもよい。この場合においても、平面視したときに、ギャップが設けられている領域の少なくとも一部に重なるように、背後電極11及び放電補助電極5を配置すればよい。さらに、図6に示すように、ギャップの全領域を含むように背後電極11を配置してもよい。   In the present invention, the positional relationship between the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode is not limited to the positional relationship schematically shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 5, the first discharge electrode 3 and the second discharge electrode 4 may be arranged such that the side edges in the vicinity of the front ends are opposed to each other with a gap therebetween, instead of the front ends. . Even in this case, the back electrode 11 and the auxiliary discharge electrode 5 may be arranged so as to overlap at least a part of the region where the gap is provided when viewed in plan. Furthermore, as shown in FIG. 6, the back electrode 11 may be disposed so as to include the entire region of the gap.
図7は、本発明の第3の実施形態に係るESD保護装置の正面断面図である。また、図8は、第3の実施形態のESD保護装置における第1,第2の放電電極3,4と、放電補助電極5と、背後電極11との位置関係を示す模式的平面図である。図7及び図8に示すように、第3の実施形態では、背後電極11が基板2の端面に引き出されており、第2の外部電極10bに電気的に接続されている。その他の点は、第1の実施形態のESD保護装置1と同様である。   FIG. 7 is a front sectional view of an ESD protection apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a schematic plan view showing the positional relationship among the first and second discharge electrodes 3, 4, the discharge auxiliary electrode 5, and the back electrode 11 in the ESD protection apparatus of the third embodiment. . As shown in FIGS. 7 and 8, in the third embodiment, the back electrode 11 is drawn out to the end face of the substrate 2 and is electrically connected to the second external electrode 10b. Other points are the same as those of the ESD protection apparatus 1 of the first embodiment.
本実施形態のように、背後電極11が第2の外部電極10bに電気的に接続されている場合には、放電開始電圧をより一層低めることができ、熱劣化を抑制することができる。   When the back electrode 11 is electrically connected to the second external electrode 10b as in the present embodiment, the discharge start voltage can be further reduced and thermal degradation can be suppressed.
なお、第3の実施形態のESD保護装置31は、その他の構造はESD保護装置1と同様であるため、ESD保護装置1と同様に、放電開始電圧を低めることができ、かつ製造工程の煩雑さも招き難い。   Note that the ESD protection device 31 of the third embodiment is similar in structure to the ESD protection device 1, and therefore, similarly to the ESD protection device 1, the discharge start voltage can be lowered and the manufacturing process is complicated. It is hard to invite.
同様に、図9及び図10は、第4の実施形態に係るESD保護装置の正面断面図及び該ESD保護装置における第1,第2の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係を示す模式的平面図である。   Similarly, FIGS. 9 and 10 are front sectional views of the ESD protection device according to the fourth embodiment, and positions of the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode in the ESD protection device. It is a typical top view which shows a relationship.
第4の実施形態のESD保護装置41は、背後電極11,11Aが第2の外部電極10bに電気的に接続されていることにある。その他の点は、第4の実施形態は第2の実施形態と同様である。   The ESD protection device 41 according to the fourth embodiment is that the back electrodes 11 and 11A are electrically connected to the second external electrode 10b. In other respects, the fourth embodiment is the same as the second embodiment.
第4の実施形態においても、背後電極11A,11が、第2の外部電極10bに電気的に接続されているため、放電開始電圧をより一層低めることができる。また、熱劣化も抑制することができる。   Also in the fourth embodiment, since the back electrodes 11A and 11 are electrically connected to the second external electrode 10b, the discharge start voltage can be further reduced. Moreover, thermal degradation can also be suppressed.
第4の実施形態のESD保護装置41は、その他の構造はESD保護装置21と同様であるため、ESD保護装置21と同様に、放電開始電圧を低めることができる。   Since the ESD protection device 41 of the fourth embodiment is otherwise similar in structure to the ESD protection device 21, the discharge start voltage can be lowered similarly to the ESD protection device 21.
なお、第1及び第2の実施形態のESD保護装置1,21では、背後電極11や背後電極11,11Aが設けられていたが、図11及び図12に示す第5及び第6の実施形態のように、背後電極を省略してもよい。   In the ESD protection devices 1 and 21 of the first and second embodiments, the back electrode 11 and the back electrodes 11 and 11A are provided, but the fifth and sixth embodiments shown in FIGS. 11 and 12 are used. As described above, the back electrode may be omitted.
次に、具体的な実験例につき説明する。   Next, specific experimental examples will be described.
(実施例1及び比較例1)
以下の要領で、第2の実施形態の実施例として実施例1と、比較のための比較例1のESD保護装置を作製した。
(Example 1 and Comparative Example 1)
The ESD protection device of Example 1 and Comparative Example 1 for comparison was manufactured as an example of the second embodiment in the following manner.
(セラミックグリーンシート)
Ba、Al及びSiを主体とし、BAS材として知られているセラミック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、トルエン及びエキネンを加え混合し、さらにバインダー樹脂と可塑剤とを加え、セラミックスラリーを得た。このセラミックスラリーをドクターブレード法により成形し、厚み50μmのマザーのセラミックグリーンシートを得た。
(Ceramic green sheet)
A ceramic powder having a ceramic composition mainly composed of Ba, Al, and Si and known as a BAS material was prepared. To this ceramic powder, toluene and echinene were added and mixed, and further a binder resin and a plasticizer were added to obtain a ceramic slurry. This ceramic slurry was molded by a doctor blade method to obtain a mother ceramic green sheet having a thickness of 50 μm.
(放電電極ペースト)
下記の表1に示す高誘電率材料粒子と、下記の表2に示す金属粒子とを用意した。
(Discharge electrode paste)
High dielectric constant material particles shown in Table 1 below and metal particles shown in Table 2 below were prepared.
なお、表2における平均粒径D50は、レーザー回折式流動分布法により求めた平均粒径である。   In addition, the average particle diameter D50 in Table 2 is an average particle diameter obtained by a laser diffraction flow distribution method.
また、表1及び表2における比表面積(SSA)は、窒素ガスを用いたBET1点法により求めた値である。   Moreover, the specific surface area (SSA) in Table 1 and Table 2 is the value calculated | required by the BET 1-point method using nitrogen gas.
上記高誘電率材料粒子は、比誘電率が2000であるチタン酸バリウムの単板を粉砕することにより得たものである。   The high dielectric constant material particles are obtained by pulverizing a single plate of barium titanate having a relative dielectric constant of 2000.
上記表1に記載の高誘電率材料粒子と、表2に記載の金属粒子と、有機ビヒクル溶液とを混合し、下記の表3に示す組成の放電電極ペーストP−1を得た。比較のために、高誘電率材料粒子を含まない放電電極ペーストP−2を作製した。   The high dielectric constant material particles shown in Table 1 above, the metal particles shown in Table 2 and the organic vehicle solution were mixed to obtain a discharge electrode paste P-1 having the composition shown in Table 3 below. For comparison, a discharge electrode paste P-2 not containing high dielectric constant material particles was prepared.
(放電補助電極ペースト)
平均粒径が2.5μmでありかつAl含有量が7重量%のCuAl合金粉末と、平均粒径が0.5μmのBaO−Si−Al系ガラスセラミックス粉末と、ターピネオール中にエチルセルロースを10重量%の濃度となるように溶解されている有機ビヒクル溶液とを用意した。Cu合金粉末が全体の11.2体積%、上記BaO−Si−Al系ガラスセラミックス粉末が全体の2.8体積%、残りが上記有機ビヒクル溶液を占めるようにこれらを配合し、放電補助電極ペーストを得た。
(Discharge auxiliary electrode paste)
CuAl alloy powder having an average particle diameter of 2.5 μm and an Al content of 7% by weight, BaO—Si 2 —Al 2 O 3 glass ceramic powder having an average particle diameter of 0.5 μm, and ethyl cellulose in terpineol And an organic vehicle solution dissolved in a concentration of 10% by weight. These were blended so that the Cu alloy powder accounted for 11.2% by volume of the whole, the BaO—Si 2 —Al 2 O 3 -based glass ceramic powder accounted for 2.8% by volume of the total, and the rest occupied the organic vehicle solution, A discharge auxiliary electrode paste was obtained.
(空洞形成用ペースト)
平均粒径1μmの架橋アクリル樹脂ビーズ38重量%と、ターピネオール中にエトセル樹脂を10重量%溶解してなる有機ビヒクル溶液62重量%とを調合し、空洞形成用ペーストを得た。
(Cavity forming paste)
A cavity forming paste was obtained by preparing 38% by weight of crosslinked acrylic resin beads having an average particle diameter of 1 μm and 62% by weight of an organic vehicle solution prepared by dissolving 10% by weight of etose resin in terpineol.
(外部電極ペースト)
平均粒径が1μmのCu粉末80重量%と、ガラス転移点620℃及び軟化点720℃であり、かつ平均粒径が1μmのホウケイ酸アルカリ系ガラスフリット5重量%と、エチルセルロースをターピネオールに溶解してなる有機ビヒクル15重量%とを混合し、外部端子電極用ペーストを得た。
(External electrode paste)
80% by weight of Cu powder having an average particle diameter of 1 μm, 5% by weight of an alkali borosilicate glass frit having an average particle diameter of 1 μm and a glass transition point of 620 ° C. and a softening point of 720 ° C., and ethyl cellulose dissolved in terpineol. And 15% by weight of the organic vehicle thus obtained was mixed to obtain an external terminal electrode paste.
(セラミック多層基板の製造)
上述したマザーのセラミックグリーンシート上に、上記放電補助電極ペーストを塗布し、次に第1,第2の放電電極を形成する位置に放電電極ペーストを重ね塗りし、塗布した。ギャップの対向距離は20μmとした。さらに、上記空洞形成用ペーストを塗布し、乾燥した。
(Manufacture of ceramic multilayer substrates)
The discharge auxiliary electrode paste was applied on the mother ceramic green sheet described above, and then the discharge electrode paste was repeatedly applied to the position where the first and second discharge electrodes were to be formed. The facing distance of the gap was 20 μm. Further, the cavity forming paste was applied and dried.
上記空洞形成用ペーストを塗布したマザーのセラミックグリーンシートの上下に、複数枚のマザーのセラミックグリーンシートを積層し圧着した。このようにして厚み0.3mmのマザーの積層体を得た。   A plurality of mother ceramic green sheets were laminated on top and bottom of the mother ceramic green sheets coated with the cavity forming paste, and then pressure bonded. In this manner, a mother laminate having a thickness of 0.3 mm was obtained.
このマザーの積層体を、個々のESD保護装置の基板22を構成するように、厚み方向に切断し、1.0mm×0.5mmの平面形状のチップを得た。   This mother laminate was cut in the thickness direction so as to form the substrate 22 of each ESD protection device, and a 1.0 mm × 0.5 mm planar chip was obtained.
なお、放電補助電極ペースト中のCuAl合金粉末を焼成すると、中心がCuとなり、外表面に、Alが酸化しAlの絶縁層が形成されることになる。従って、放電補助電極においては、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子が分散されることになる。When the CuAl alloy powder in the discharge auxiliary electrode paste is fired, the center becomes Cu and Al is oxidized on the outer surface to form an Al 2 O 3 insulating layer. Therefore, in the discharge auxiliary electrode, metal particles coated with a material having no conductivity are dispersed.
また、放電電極においては、焼成に際しCuが先に焼結を開始し、高誘電率粒子であるチタン酸バリウムは放電電極表面に排出されてゆき、表面に多く存在することになると考えられる。   Further, in the discharge electrode, it is considered that Cu is first sintered during firing, and barium titanate, which is a high dielectric constant particle, is discharged to the surface of the discharge electrode and is present in a large amount on the surface.
上記のようにしてチップを作製して基板を得た。この基板の両端面に外部電極ペーストを塗布し、焼き付け、外部電極を形成した。さらに外部電極表面にNiめっき及びSnめっき層を電界めっきにより形成した。上記のようにしてESD保護装置を得た。   A chip was produced as described above to obtain a substrate. An external electrode paste was applied to both end faces of this substrate and baked to form external electrodes. Furthermore, Ni plating and Sn plating layers were formed on the surface of the external electrode by electroplating. An ESD protection device was obtained as described above.
(評価)
上記のようにして得た実施例1のESD保護装置と、放電電極ペーストP−2を用いたことを除いては上記実施例1と同様にして比較例1のESD保護装置を得た。
(Evaluation)
An ESD protection device of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ESD protection device of Example 1 obtained as described above and the discharge electrode paste P-2 were used.
上記のようにして得た各ESD保護装には、IEC規格、IEC61000−4−2に準拠し、接触放電によりESDを低い電圧側から印加していった。各印加電圧におけるESD保護装置の動作率を求めた。すなわち、100個のサンプルにおいて、放電が開始したサンプルの数を求め、その割合を動作率とした。なお、動作率の評価記号は以下の通りである。   In accordance with IEC standard and IEC61000-4-2, ESD was applied to each ESD protection device obtained as described above from the low voltage side by contact discharge. The operating rate of the ESD protection device at each applied voltage was determined. That is, in 100 samples, the number of samples where discharge started was obtained, and the ratio was used as the operation rate. The operating rate evaluation symbols are as follows.
◎…90%超〜100%
○…50%超〜90%
△…10%超〜50%
×…0%〜10%
◎… over 90% ~ 100%
○… More than 50% ~ 90%
Δ: Over 10% to 50%
×: 0% to 10%
結果を下記の表4に示す。   The results are shown in Table 4 below.
表4から明らかなように、比較例1に比べ、実施例1によれば、より低い電圧の静電気を印加した場合であったも、動作率が高かった。すなわち、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。   As is clear from Table 4, compared with Comparative Example 1, according to Example 1, the operation rate was high even when static electricity having a lower voltage was applied. That is, it is possible to effectively reduce the discharge start voltage.
なお、上記実施例1及び比較例1のESD保護装置の静電容量を、Vbias=0V、1MHzの条件で、アジレント社製LCRメーターにより測定した。その結果、上記比較例1では0.05pFであった。これに対して、上記実施例1では、静電容量は0.07pFであった。   The electrostatic capacitances of the ESD protection devices of Example 1 and Comparative Example 1 were measured with an LCR meter manufactured by Agilent under the conditions of Vbias = 0 V and 1 MHz. As a result, it was 0.05 pF in Comparative Example 1. On the other hand, in Example 1 described above, the capacitance was 0.07 pF.
高周波回路において信号の減衰を招かないためには、静電容量は約0.5pF以下と小さいことが望ましいとされている。上記のように、実施例1では、静電容量は、比較例1と同等であり、0.07pFとかなり小さかった。従って、高周波回路においてESD保護装置と好適に用いることができる。   In order not to cause signal attenuation in a high-frequency circuit, it is desirable that the capacitance is as small as about 0.5 pF or less. As described above, in Example 1, the capacitance was equivalent to that of Comparative Example 1, and was considerably small as 0.07 pF. Therefore, it can be suitably used with an ESD protection device in a high-frequency circuit.
(実施例2及び3)
背後電極ペーストとして比較例1で用いた放電電極ペーストP−2を用いた。
(Examples 2 and 3)
The discharge electrode paste P-2 used in Comparative Example 1 was used as the back electrode paste.
1枚のマザーのセラミックグリーンシートにおいて、上記背後電極ペーストを外部電極と接続しないようにスクリーン印刷した。この背後電極ペーストが印刷されたマザーのセラミックグリーンシートを挿入したことを除いては、実施例1と同様にして実施例2,3のESD保護装置を得た。   On one mother ceramic green sheet, the back electrode paste was screen-printed so as not to be connected to external electrodes. The ESD protection devices of Examples 2 and 3 were obtained in the same manner as in Example 1 except that a mother ceramic green sheet printed with this back electrode paste was inserted.
なお、実施例2では、背後電極が第1,第2の外部電極に電気的に接続されないように上記セラミックグリーンシート上に背後電極ペーストを印刷した。   In Example 2, the back electrode paste was printed on the ceramic green sheet so that the back electrode was not electrically connected to the first and second external electrodes.
これに対して、実施例3では、上記背後電極ペーストの印刷に際し、最終的に一方の外部電極と電気的に接続されるように背後電極ペーストを印刷した。   On the other hand, in Example 3, when printing the back electrode paste, the back electrode paste was printed so as to be finally electrically connected to one of the external electrodes.
さらに、実施例2及び3においては、背後電極は、マザーの積層体段階で第1,第2の放電電極3,4が形成されている位置よりも10μm下方に背後電極が位置するように設けた。   Further, in Examples 2 and 3, the back electrode is provided so that the back electrode is located 10 μm below the position where the first and second discharge electrodes 3 and 4 are formed in the mother laminate stage. It was.
上記のようにして得た実施例2及び3のESD保護装置について、実施例1と同様にして放電開始電圧を評価した。   For the ESD protection devices of Examples 2 and 3 obtained as described above, the discharge start voltage was evaluated in the same manner as in Example 1.
結果を下記の表5に示す。   The results are shown in Table 5 below.
表5から明らかなように、実施例2,3によれば、実施例1に比べて、さらに放電開始電圧を低め得ることがわかる。すなわち、背後電極の形成により、放電開始電圧をより一層低め得ることがわかる。加えて、実施例3では、背後電極が外部電極に電気的に接続されているため、実施例2に比べて、さらに放電開始電圧を低め得ることがわかる。   As is apparent from Table 5, according to Examples 2 and 3, the discharge start voltage can be further reduced as compared with Example 1. That is, it can be seen that the discharge start voltage can be further reduced by forming the back electrode. In addition, in Example 3, since the back electrode is electrically connected to the external electrode, it can be seen that the discharge start voltage can be further reduced as compared with Example 2.
実施例2及び3のESD保護装置の静電容量を実施例1と同様にして測定したところ、それぞれ、0.08pF及び0.15pFと十分に低かった。従って、実施例2,3のESD保護装置も、高周波回路におけるESD保護素子として好適に用いることができる。   When the electrostatic capacitances of the ESD protection devices of Examples 2 and 3 were measured in the same manner as in Example 1, they were sufficiently low, 0.08 pF and 0.15 pF, respectively. Therefore, the ESD protection apparatus of Examples 2 and 3 can also be suitably used as an ESD protection element in a high frequency circuit.
(実施例4)
背後電極ペーストとして放電電極ペーストと同じ組成の電極ペーストを用いた。その他の構造は実施例3と同様とした。
Example 4
An electrode paste having the same composition as the discharge electrode paste was used as the back electrode paste. Other structures were the same as in Example 3.
上記のようにして得た実施例4のESD保護装置について、実施例1と同様にして放電開始電圧を評価した。結果を下記の表6に示す。   For the ESD protection apparatus of Example 4 obtained as described above, the discharge start voltage was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 6 below.
表6から明らかなように、実施例4によれば、放電開始電圧がより一層低められていることがわかる。これは、背後電極においても、高誘電率材料が分散されているため、電界集中がより一層強くなり、充電作用もより一層高められているためと考えられる。   As is apparent from Table 6, according to Example 4, the discharge start voltage is further reduced. This is presumably because the high dielectric constant material is dispersed also in the back electrode, so that the electric field concentration becomes stronger and the charging action is further enhanced.
実施例4で得たESD保護装置の静電容量を測定したところ、0.17pFと十分低かった。従って、実施例4で得たESD保護装置も、高周波回路における静電気の保護に好適に用いることができる。   When the electrostatic capacitance of the ESD protection apparatus obtained in Example 4 was measured, it was sufficiently low at 0.17 pF. Therefore, the ESD protection device obtained in Example 4 can also be suitably used for protection of static electricity in the high-frequency circuit.
1…ESD保護装置
2…基板
2a…上面
3,4…第1,第2の放電電極
5…放電補助電極
6…高誘電率材料粒子
7a…金属粒子
7b…半導体セラミック粒子
8,9…樹脂層
10a,10b…第1,第2の外部電極
11,11A…背後電極
21,31,41…ESD保護装置
22…基板
22b…空洞
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... ESD protection apparatus 2 ... Board | substrate 2a ... Upper surface 3, 4 ... 1st, 2nd discharge electrode 5 ... Discharge auxiliary electrode 6 ... High dielectric constant material particle 7a ... Metal particle 7b ... Semiconductor ceramic particle 8, 9 ... Resin layer 10a, 10b ... first and second external electrodes 11, 11A ... back electrodes 21, 31, 41 ... ESD protection device 22 ... substrate 22b ... hollow

Claims (14)

  1. 基板と、
    前記基板に設けられており、ギャップを隔てて対向している第1,第2の放電電極とを備え、
    前記第1,第2の放電電極が、金属と、前記基板よりも比誘電率が高い高誘電率材料とを含む混合材料からなり、
    前記高誘電率材料は、前記第1,第2の放電電極の内部よりも表面に多く偏析する、ESD保護装置。
    A substrate,
    The first and second discharge electrodes provided on the substrate and facing each other with a gap therebetween,
    The first and second discharge electrodes are made of a mixed material containing a metal and a high dielectric constant material having a relative dielectric constant higher than that of the substrate,
    The ESD protection device, wherein the high dielectric constant material is segregated more on the surface than in the first and second discharge electrodes.
  2. 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設けられており、前記第1,第2の放電電極間の放電を促す放電補助電極をさらに備える、請求項1に記載のESD保護装置。   The discharge auxiliary electrode which is provided so that the 1st discharge electrode and the 2nd discharge electrode may be connected, and promotes discharge between the 1st and 2nd discharge electrodes is provided. The ESD protection device as described.
  3. 前記放電補助電極が、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子を含む、請求項2に記載のESD保護装置。   The ESD protection device according to claim 2, wherein the discharge auxiliary electrode includes metal particles coated with a material having no conductivity.
  4. 前記ギャップに、前記基板よりも比誘電率が低い低誘電率部分が位置している、請求項1〜3のいずれか1項に記載のESD保護装置。   The ESD protection device according to any one of claims 1 to 3, wherein a low dielectric constant portion having a relative dielectric constant lower than that of the substrate is located in the gap.
  5. 前記低誘電率部分が空洞である、請求項4に記載のESD保護装置。   The ESD protection device according to claim 4, wherein the low dielectric constant portion is a cavity.
  6. 前記低誘電率部分が、基板よりも比誘電率の低い固体の材料からなる、請求項4に記載のESD保護装置。   The ESD protection device according to claim 4, wherein the low dielectric constant portion is made of a solid material having a relative dielectric constant lower than that of the substrate.
  7. 前記基板よりも比誘電率が低い固体の材料が樹脂である、請求項6に記載のESD保護装置。   The ESD protection apparatus according to claim 6, wherein the solid material having a relative dielectric constant lower than that of the substrate is a resin.
  8. 前記第1,第2の放電電極間のギャップと前記基板の一部を介して重なり合うように設けられた背後電極をさらに備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載のESD保護装置。   The ESD protection device according to claim 1, further comprising a back electrode provided so as to overlap with a gap between the first and second discharge electrodes via a part of the substrate.
  9. 前記基板に設けられており、前記第1,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及び第2の外部電極をさらに備え、
    前記背後電極が、前記第1及び第2の外部電極のうち少なくとも一方に電気的に接続されている、請求項8に記載のESD保護装置。
    First and second external electrodes provided on the substrate and electrically connected to the first and second discharge electrodes, respectively,
    The ESD protection device according to claim 8 , wherein the back electrode is electrically connected to at least one of the first and second external electrodes.
  10. 前記背後電極が、浮き電極である、請求項8に記載のESD保護装置。 The ESD protection device according to claim 8, wherein the back electrode is a floating electrode.
  11. 前記背後電極が、金属と、前記基板よりも高誘電率の材料とを含む、請求項8〜10のいずれか1項に記載のESD保護装置。   The ESD protection device according to claim 8, wherein the back electrode includes a metal and a material having a dielectric constant higher than that of the substrate.
  12. 前記第1,第2の放電電極が、前記基板の外表面に配置されている、請求項1〜11のいずれか1項に記載のESD保護装置。   The ESD protection device according to any one of claims 1 to 11, wherein the first and second discharge electrodes are disposed on an outer surface of the substrate.
  13. 前記第1,第2の放電電極が前記基板内に配置されており、前記ギャップが基板内に位置している、請求項1〜11のいずれか1項に記載のESD保護装置。   The ESD protection device according to any one of claims 1 to 11, wherein the first and second discharge electrodes are arranged in the substrate, and the gap is located in the substrate.
  14. 前記高誘電率材料の濃度は、前記第1,第2の放電電極の内部よりも前記第1,第2の放電電極の表面において高い、請求項1〜13のいずれか1項に記載のESD保護装置。   14. The ESD according to claim 1, wherein the concentration of the high dielectric constant material is higher on the surfaces of the first and second discharge electrodes than in the first and second discharge electrodes. Protective device.
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