JP7321259B2 - 低静電容量と改善された耐久性を備えたセラミック過電圧保護デバイス - Google Patents
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Description
本発明は2018年11月19日に出願された係属中の米国特許出願第16/165,159号の一部継続出願に係り、該米国特許出願は参照により本明細書に組み込まれる。
一次絶縁体前駆体の上に二次絶縁体前駆体及び過電圧保護素子前駆体を含む少なくとも一つの第一層を形成し;
内部絶縁体前駆体の上に一対の放電電極及び放電電極間のギャップ絶縁体前駆体を含む少なくとも一つの第二層を形成し;
過電圧保護素子前駆体がギャップ絶縁体前駆体に重なるように位置を合わせて、少なくとも一つの第二層の上に少なくとも一つの第一層を含むスタックを形成し;および
該スタックを加熱して積層スタックを形成するステップを含み、該積層スタックは:
平面状の放電電極と;
平面状の放電電極間のギャップ絶縁体と;
放電電極に平行な過電圧保護素子と;及び
放電電極と過電圧保護素子との間の一次絶縁体層とを含む。
C=K*K0*A*n/t
式中:
Cは静電容量;
Kは一次絶縁体の誘電率;
K0は自由空間の誘電率(8.854x10-12F/m);
Aは放電電極と過電圧保護素子のオーバーラップエリア;
nは放電電極と過電圧保護素子の層数;
tは一次絶縁体の厚さ
を表す。
Claims (81)
- 少なくとも一つのESD保護結合を含む過電圧保護デバイスであって、
前記ESD保護結合は:
平面内にある平面状の放電電極と;
前記放電電極の前記平面内にある、前記放電電極間の平面状のギャップ絶縁体と;
前記平面状の放電電極に平行な過電圧保護素子を含む平面状の過電圧保護層であり、前記過電圧保護素子は導体と二次材料とを含み、前記過電圧保護層は、前記過電圧保護素子と同一平面上の平面状の二次絶縁体をさらに含む、平面状の前記過電圧保護層と;
前記放電電極と前記過電圧保護素子との間の平面状の一次絶縁体層と;
を含む、過電圧保護デバイス。 - 前記過電圧保護素子は二次材料に対する前記導体の比率が50vol%以上90vol%以下である、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記導体はLa、Ni、Co、Cu、Zn、Ru、Ag、Pd、Pt、W、Fe又はBiからなるグループから選択される、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記二次材料はセラミック、ガラス、及び半導体からなるグループから選択される、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- セラミックはチタン酸バリウム及び窒化タンタルからなるグループから選択される、請求項4に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記一次絶縁体層又は前記ギャップ絶縁体の少なくとも一つが100未満の誘電率を有する、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記一次絶縁体層又は前記ギャップ絶縁体の少なくとも一つが50未満の誘電率を有する、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記一次絶縁体層は1μm以上10μm以下の厚さを有する、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記一次絶縁体層はジルコン酸カルシウム、不定比酸化チタンバリウム、バリウム希土類酸化物、チタニア、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸亜鉛マグネシウム、チタン酸錫ジルコニウム、及びそれらの組合せからなるグループから選択される、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記不定比酸化チタンバリウムはBa2Ti9O20又はBaTi4O9からなるグループから選択される、請求項9に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記バリウム希土類酸化物はネオジム又はプラセオジムを含む、請求項9に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記チタニアはドープされたチタニアである、請求項9に記載の過電圧保護デバイス。
- 20個以下のESD保護結合を含む請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 3個乃至10個の前記ESD保護結合を含む、請求項13に記載の過電圧保護デバイス。
- 隣接する前記ESD保護結合の間に内部二次絶縁層を含む、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記放電電極はニッケル、タングステン、モリブデン、アルミニウム、クロミウム、銅、パラジウム、銀、又はこれらの合金からなるグループから選択される少なくとも一つの金属を含む、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記放電電極はニッケルを含む、請求項16に記載の過電圧保護デバイス。
- 外部終端をさらに含む、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 少なくとも一つの容量性結合をさらに含む、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 前記容量性結合は浮遊電極を含む、請求項19に記載の過電圧保護デバイス。
- 1000pF以上23,000pF以下の静電容量を有する、請求項19に記載の過電圧保護デバイス。
- 0.1pF以上23,000pF以下の静電容量を有する、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 0.1pF以上100pF以下の静電容量を有する、請求項22に記載の過電圧保護デバイス。
- 10pF以下の静電容量を有する、請求項23に記載の過電圧保護デバイス。
- 2pF以下の静電容量を有する、請求項24に記載の過電圧保護デバイス。
- 動作電圧より少なくとも20%高いトリガー電圧を有する、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 5000nA以下のリーク電流を有する、請求項1に記載の過電圧保護デバイス。
- 1000nA以下のリーク電流を有する、請求項27に記載の過電圧保護デバイス。
- 50nA以下のリーク電流を有する、請求項28に記載の過電圧保護デバイス。
- 5nA以下のリーク電流を有する、請求項29に記載の過電圧保護デバイス。
- 1nA以下のリーク電流を有する、請求項30に記載の過電圧保護デバイス。
- 過電圧保護デバイスを形成する方法であって:
平面状の一次絶縁体前駆体の上に、平面状の二次絶縁体前駆体と平面状の過電圧保護素子前駆体とを含む少なくとも一つの第一層を製造することと;
内部絶縁体前駆体の上に、一対の平面状の放電電極と前記放電電極間の平面状のギャップ絶縁体前駆体とを含む少なくとも一つの第二層を形成することと;
前記過電圧保護素子前駆体が前記ギャップ絶縁体前駆体に重なるように位置を合わせて、前記少なくとも一つの第二層の上に前記少なくとも一つの第一層を含むスタックを形成することと;
前記スタックを加熱して積層スタックを形成することと
を含み、前記積層スタックは:
平面内にある平面状の放電電極と;
前記平面内にある、前記放電電極間の平面状のギャップ絶縁体と;
前記放電電極に平行な平面状の過電圧保護素子と;
前記放電電極と前記過電圧保護素子との間の平面状の一次絶縁体層と
を含む、過電圧保護デバイスを形成する方法。 - 前記過電圧保護素子は導体と二次材料を含む、請求項32に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記過電圧保護素子は前記二次材料に対する前記導体の比率が50vol%以上90vol%以下である、請求項33に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記導体はLa、Ni、Co、Cu、Zn、Ru、Ag、Pd、Pt、W、Fe又はBiからなるグループから選択される、請求項33に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記二次材料はセラミック、ガラス、及び半導体からなるグループから選択される、請求項33に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- セラミックはチタン酸バリウム及び窒化タンタルからなるグループから選択される、請求項36に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記一次絶縁体層は100未満の誘電率を有する、請求項32に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記誘電率は50未満である、請求項38に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記一次絶縁体層は1μm以上10μm以下の厚さを有する、請求項32に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記一次絶縁体層は絶縁性セラミックを含む、請求項32に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記一次絶縁体層はジルコン酸カルシウム、不定比酸化チタンバリウム、バリウム希土類酸化物、チタニア、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸亜鉛マグネシウム、チタン酸錫ジルコニウム、及びそれらの組合せからなるグループから選択される、請求項41に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記不定比酸化チタンバリウムはBa2Ti9O20又はBaTi4O9からなるグループから選択される、請求項42に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記バリウム希土類酸化物はネオジム又はプラセオジムを含む、請求項42に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記チタニアはドープされたチタニアである、請求項42に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 20個以下の第一層及び第二層を含むスタックを形成することを含む、請求項32に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 3個以上10個以下の前記第一層及び前記第二層を含むスタックを形成することを含む、請求項46に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記放電電極はニッケル、タングステン、モリブデン、アルミニウム、クロミウム、銅、パラジウム、銀、又はこれらの合金からなるグループから選択される少なくとも一つの金属を含む、請求項32に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記放電電極はニッケルを含む、請求項48に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 外部終端を形成することをさらに含む、請求項32に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記スタックの形成の前に容量性結合前駆体の交互の層を形成することをさらに含む、請求項32に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記スタックの形成は前記加熱の前に容量性結合前駆体の前記交互の層を重ね合わせることをさらに含む、請求項51に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 前記容量性結合前駆体の前記交互の層は少なくとも一つの浮遊電極前駆体を含む、請求項51に記載の過電圧保護デバイスを形成する方法。
- 少なくとも一つのESD保護結合を含む二重機能過電圧保護デバイスであって、
前記ESD保護結合は:
平面内にある平面状の放電電極と;
前記放電電極の前記平面内にある、前記放電電極間の平面状のギャップ絶縁体と;
前記平面状の放電電極に平行な過電圧保護素子を含む平面状の過電圧保護層であり、前記過電圧保護素子は導体と二次材料とを含み、前記過電圧保護層は、前記過電圧保護素子と同一平面上の平面状の二次絶縁体をさらに含む、平面状の前記過電圧保護層と;
前記放電電極と前記過電圧保護素子との間の平面状の一次絶縁体層と;
を含み、
前記二重機能過電圧保護デバイスは容量性結合を含む、二重機能過電圧保護デバイス。 - 前記過電圧保護素子は前記二次材料に対する前記導体の比率が50vol%以上90vol%以下である、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記導体はLa、Ni、Co、Cu、Zn、Ru、Ag、Pd、Pt、W、Fe又はBiからなるグループから選択される、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記二次材料はセラミック、ガラス、及び半導体からなるグループから選択される、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- セラミックはチタン酸バリウム及び窒化タンタルからなるグループから選択される、請求項57に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記一次絶縁体層が100未満の誘電率を有する、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記誘電率が50未満である、請求項59に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記一次絶縁体層は1μm以上10μm以下の厚さを有する、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記一次絶縁体層はジルコン酸カルシウム、不定比酸化チタンバリウム、バリウム希土類酸化物、チタニア、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸亜鉛マグネシウム、チタン酸錫ジルコニウム、及びそれらの組合せからなるグループから選択される、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記不定比酸化チタンバリウムはBa2Ti9O20又はBaTi4O9からなるグループから選択される、請求項62に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記バリウム希土類酸化物はネオジム又はプラセオジムを含む、請求項62に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記チタニアはドープされたチタニアである、請求項62に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 20個以下のESD保護結合を含む、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 3個乃至10個の前記ESD保護結合を含む、請求項66に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 隣接する前記ESD保護結合の間に内部二次絶縁層を含む、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記放電電極はニッケル、タングステン、モリブデン、アルミニウム、クロミウム、銅、又はこれらの合金からなるグループから選択される少なくとも一つの金属を含む、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記放電電極はニッケルを含む、請求項69に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 外部終端をさらに含む、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記容量性結合は浮遊電極を含む、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- デバイスの動作電圧よりも少なくとも20%高いトリガー電圧を有する、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 100pF以上23,000pF以下の静電容量を有する、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 1000pF以上23,000pF以下の静電容量を有する、請求項74に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 5000nA以下のリーク電流を有する、請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 1000nA未満のリーク電流を有する、請求項76に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 50nA以下のリーク電流を有する、請求項77に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 5nA以下のリーク電流を有する、請求項78に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 1nA以下のリーク電流を有する、請求項79に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
- 前記一次絶縁体層は前記容量性結合の内部電極間の最小分離距離よりも薄い請求項54に記載の二重機能過電圧保護デバイス。
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