JPWO2014203638A1 - Ｅｓｄ保護装置 - Google Patents

Abstract

繰り返し放電によって、放電特性が劣化しにくい、ＥＳＤ保護装置を提供する。基板（２）と、上記基板（２）に設けられており、主面を有する、第１，第２の放電電極（３），（４）とを備え、上記第１，第２の放電電極（３），（４）の主面同士が、上記基板（２）の厚み方向においてギャップを隔てて面対向しており、上記第１，第２の放電電極（３），（４）の面対向している部分の少なくとも一方に、貫通孔（３ａ），（４ａ）が設けられている、ＥＳＤ保護装置（１）。

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、放電電極がギャップを隔てて対向しているＥＳＤ保護装置に関する。

従来、静電気放電（ＥＳＤ：ｅｌｅｃｔｒｏ−ｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）による電子機器の破壊を抑制するためのＥＳＤ保護装置が種々提案されている。

例えば、下記の特許文献１には、セラミック絶縁体内に主面を有する第１，第２の放電電極層が設けられている、静電気対策部品が開示されている。上記第１，第２の放電電極層は、上記主面同士がギャップを隔てて面対向するように形成されており、上記ギャップには、空洞が設けられている。

ＷＯ２００９／０６９２７０

特許文献１に記載のように、上記第１，第２の放電電極層の上記主面同士が面対向するように設けられている静電気対策部品では、繰り返し放電をした場合、放電特性が劣化するという問題があった。

本発明の目的は、繰り返し放電によって、放電特性が劣化しにくい、ＥＳＤ保護装置を提供することにある。

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、主面を有する、第１，第２の放電電極とを備える。上記第１，第２の放電電極の上記主面同士は、上記基板の厚み方向においてギャップを隔てて面対向している。上記第１，第２の放電電極の面対向している部分の少なくとも一方には、貫通孔が設けられている。

本発明のＥＳＤ保護装置では、好ましくは、上記貫通孔が複数設けられている。

本発明に係るＥＳＤ保護装置では、好ましくは、上記貫通孔が、上記第１，第２の放電電極の双方に設けられている。

本発明に係るＥＳＤ保護装置では、好ましくは、上記貫通孔の平面形状が、円形又は矩形である。さらに好ましくは、平面形状が円形である。

本発明に係るＥＳＤ保護装置のある特定局面では、上記基板内にさらに空洞が設けられており、上記第１，第２の放電電極間の面対向している部分が、上記空洞内に位置している。

本発明に係るＥＳＤ保護装置の他の特定局面では、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放電補助電極がさらに備えられている。上記放電補助電極は、好ましくは、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子を含む。

本発明に係るＥＳＤ保護装置によれば、繰り返し放電による放電特性の劣化を抑制することができる。

図１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である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るＥＳＤ保護装置における貫通孔の位置を説明するための第１及び第２の放電電極の模式的平面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の第１，第２の放電電極と空洞の位置関係を説明するための模式的平面図である。 図４（ａ）及び図４（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放電補助電極が設けられている要部を示す部分切欠拡大正面断面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の第１，第２の放電電極と補助電極の位置関係を説明するための模式的平面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の放電補助電極が設けられている要部の変形例を示す部分切欠拡大正面断面図である。 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。 図８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の放電電極の変形例を説明するための模式的平面図である。 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。

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。

図１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である。

ＥＳＤ保護装置１は、基板２を有する。基板２は、平面視した場合、矩形である。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絶縁性材料で形成されていてもよい。

基板２の内部には、第１，第２の放電電極３，４が設けられている。上記第１，第２の放電電極３，４は、いずれも、平面視した場合、矩形である。上記第１，第２の放電電極３，４は、それぞれ、端面２ｂ，２ｃに引き出されるように設けられている。以下、第１，第２の放電電極３，４が引き出されている方向を長さ方向、該長さ方向に直交する方向を幅方向とする。また、上記第１，第２の放電電極３，４は、いずれも主面を有する。上記第１，２の放電電極３，４の主面同士、すなわち第１の放電電極３の下面と第２の放電電極４の上面は、ギャップを隔てて、面対向するように設けられている。

また、基板２の内部には、空洞２ａが設けられている。上記第１の放電電極３の下面及び上記第２の放電電極４の上面は、いずれもこの空洞２ａ内に露出している。従って、第１，第２の放電電極３，４が面対向している部分のギャップは、空洞２ａ内に位置することとなる。

第１，第２の放電電極のギャップ間の距離は、特に限定されないが、１〜１００μｍであることが好ましく、５〜５０μｍであることが特に好ましい。上記ギャップ間の距離が大きすぎると、放電開始電圧を十分に低めることができない。一方、上記ギャップ間の距離が小さすぎると、放電電極間でショートするおそれがある。

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。

本実施形態においては、第１，第２の放電電極３，４には、それぞれ、貫通孔３ａ，４ａが設けられている。もっとも、貫通孔３ａ，４ａは、第１，第２の放電電極３，４の少なくとも一方に設けられていればよいが、本実施形態のように両方に設けられている方が好ましい。

図２（ａ）及び（ｂ）は、上記第１，第２の放電電極３，４における上記貫通孔３ａ，４ａの位置を説明するための模式的平面図である。貫通孔３ａ，４ａの平面形状は特に限定されないが、円形又は矩形であることが好ましく、本実施形態のように、円形であることがより好ましい。第１，第２の放電電極３，４内における、貫通孔３ａ，４ａの位置については、特に限定されないが、第１，第２の放電電極３，４の端部には至らない方が望ましい。上記端部に至ると後述する第１，第２の放電電極３，４の基板２からの剥がれが起こりやすくなるためである。上記貫通孔３ａ，４ａは、放電電極部中に印刷しないエリアを設けることにより、すなわち印刷図形の設定により、設けることができる。貫通孔３ａ，４ａの寸法としては、直径１μｍ〜直径２０μｍの範囲にあることが好ましい。また、貫通孔の合計の面積は、放電電極３，４の面対向している部分の面積の１０〜８０％程度が好ましく、２０〜４０％程度がより好ましい。貫通孔の面積が大きすぎると、そもそもの放電電極対向部の面積が小さくなり、逆に放電しにくくなるおそれがある。貫通孔の面積が小さすぎると、本発明の効果そのものが期待し難くなる。

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、第１，第２の外部電極６，７が形成されている。第１，第２の外部電極６，７は、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の外部電極６，７は、基板２の端面２ｂ，２ｃを覆うように設けられている。第１，第２の外部電極６，７は、適宜の金属もしくは合金からなる。

図３は、上記第１，第２の放電電極３，４と空洞２ａの位置関係を説明するための模式的平面図である。平面視した場合、空洞２ａは、第１，第２の放電電極３，４間のギャップを含む領域に設けられている。なお、図３においては、第１の放電電極３と第２の放電電極４の位置関係を明確にするために、第１，第２の放電電極３，４を幅方向に少しずらして図示しているが、実際は、幅方向にずれていない。

ＥＳＤ保護装置１では、上記貫通孔３ａ，４ａが設けられていることにより、放電が促され、放電開始電圧が低められている。特に、本実施形態では、第１，第２の放電電極３，４の双方に、貫通孔３ａ，４ａが設けられているため、放電開始電圧を低めることができる。これは、以下の理由によると考えられる。

第１，第２の放電電極３，４が面対向している場合、放電の起点となる際だった端部が存在しないため、電界集中が起こりにくい。しかし、本実施形態のように、貫通孔３ａ，４ａが設けられている場合、貫通孔３ａ，４ａの周りに放電電極の端部が形成される。また、上記放電電極の端部は、第１，第２の放電電極３，４間のギャップ部分に露出している。上記放電電極の端部には、電界が集中する。電界集中が起こると、放電の起点となる電子の移動が促進され、その結果、放電開始電圧を低めることができる。そのため、貫通孔３ａ，４ａが、第１，第２の放電電極３，４の双方に設けられている場合、より電界集中が起こりやすく、より一層放電開始電圧を低めることができる。

また、本発明に係るＥＳＤ保護装置１では、繰り返し放電によって、放電特性の劣化が起こりにくい。これは以下の理由によると考えられる。

第１，第２の放電電極３，４が面対向し、かつ放電電極の一方の側面が露出している場合、基板２と放電電極の界面で、放電時に発生する応力に起因した剥がれが生じやすい。基板２と放電電極は、材料としての性質上、相性が悪く、接着性が不十分であるからである。放電電極が基板２から剥がれると、放電開始電圧が変動し、放電特性が劣化する。このような現象は、放電電極の一方の側面が基板２と接しており、かつ他方の面が空洞に面している場合に起こりやすい。

これに対して、本実施形態においては、一部に放電電極の剥がれが生じた場合においても、貫通孔３ａ，４ａの部分で、剥がれ応力が発散され、剥がれを抑制することができる。従って、繰り返し放電した場合においても、剥がれに基づく放電特性の劣化を抑制することができる。なお、貫通孔３ａ，４ａの平面形状が円形である場合、矩形と比較して、剥がれの起点になる部分が存在しないため、より一層繰り返し放電による放電特性の劣化を抑制することができる。

図４（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。

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。

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は、基板２２の端面２２ａ，２２ｂに引き出されている。第１の放電電極３の下面と、第２の放電電極４の上面が、ギャップを隔てて面対向されている。基板２２の端面２２ａ，２２ｂを覆うように第１，第２の外部電極６，７が設けられている。また、本実施形態においては、基板内に空洞は設けられていない。本実施形態では、第１の放電電極３の下面と、第２の放電電極４の上面に接するように、放電補助電極８が設けられている。また、図５に模式的平面図で示すように、放電補助電極８は、上記第１，第２の放電電極３，４間のギャップを含む領域に設けられている。なお、図５においても、第１の放電電極３と第２の放電電極４の位置関係を明確にするために、第１，第２の放電電極３，４を幅方向に少しずらして図示しているが、実際は、幅方向にずれていない。

放電補助電極８は、基板２２及び第２の放電電極４の上面において、導電性を有しない材料で被覆されている金属粒子９ａ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、このような金属粒子９ａ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９ａが基板２２及び第２の放電電極４の上面から基板２２及び第２の放電電極４の表面層に拡散される。その結果、上記放電補助電極８が形成される。

放電補助電極８は、第１の放電電極３の下面と第２の放電電極４の上面との間の放電を促すように作用する。

上記導電性を有しない材料で被覆された金属粒子９ａ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９ａ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。

なお、本実施形態では、放電補助電極８には、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子９ａの他、半導体セラミック粒子９ｂが添加されている。このような半導体セラミック粒子９ｂとしては、ＳｉＣ、ＴｉＣなどからなる粒子を用いることができる。

なお、放電補助電極８は、本実施形態のように、第１，第２の放電電極のギャップ間に一面に設けられていてもよいし、後述する変形例のように、柱状の放電補助電極８が複数設けられていてもよい。

本実施形態のように、上記放電補助電極８が設けられている場合には、放電開始電圧をより一層低めることができる。この場合においても、第１の実施形態同様に、第１，第２の放電電極３，４に貫通孔３ａ，４ａが設けられているため、繰り返し放電した場合においても、剥がれに基づく放電特性の劣化を抑制することができる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係るＥＳＤ保護装置２１の放電補助電極８が設けられている要部の変形例を示す部分切欠拡大正面断面図である。図６に示すように、本実施形態では、基板２２内に、放電補助電極８が柱状に複数設けられている。また、第１，第２の放電電極３，４のギャップ間において、放電補助電極８が設けられていない部分には、空洞２２ｃが設けられている。その他の点は、第２の実施形態と同様である。

本実施形態のように、放電補助電極８が設けられている場合には、放電開始電圧をより一層低めることができる。

第２の実施形態のＥＳＤ保護装置２１は、その他の構造は第１の実施形態と同様であるため、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、繰り返し放電による放電特性の劣化が起こりにくい。

なお、第１及び第２の実施形態のＥＳＤ保護装置１，２１では、第１，第２の放電電極３，４の双方に貫通孔３ａ，４ａが設けられていたが、図７に示す第３の実施形態のＥＳＤ保護装置３１のように、第１，第２の放電電極３，４の一方にのみ貫通孔３ａが設けられていてもよい。

また、第１及び第２の実施形態のＥＳＤ保護装置１，２１では、貫通孔３ａ，４ａの平面形状が円形であったが、図８に示す貫通孔３ｂのように、平面形状が矩形であってもよい。

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。

ＥＳＤ保護装置４１においては、第１，第２の放電電極３，４が同一平面上に配置されている。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。放電電極３，４は貫通孔３ａ，４ａを有する。よって、第１の実施形態と同様に、繰り返し放電した場合において、剥がれに基づく放電特性の劣化を抑制することができる。

次に具体的な実験例について説明する。

（実施例１、２及び比較例１）
以下の要領で、第１の実施形態の実施例としての実施例１、２と、比較のための比較例１のＥＳＤ保護装置を作製した。

（セラミックグリーンシート）
Ｂａ、Ａｌ及びＳｉを主体とする組成から成り、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（比誘電率：５〜９）。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。

（放電電極ペースト）
平均粒径１μｍのＣｕ粉末を４０重量％と、平均粒径３μｍのＣｕ粉末を４０重量％と、エチルセルロースとターピネオールに溶解して作製した有機ビヒクルを２０重量％とを調合し、３本ロールにより混合することにより、放電電極用ペーストを作製した。

（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、空洞形成ペーストを得た。

（外部電極ペースト）
平均粒径が１μｍのＣｕ粉末８０重量％と、ガラス転移点が６２０℃で、軟化点が７２０℃であり、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。

（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の、第１，第２の放電電極を形成する位置に、平面形状が円形の貫通孔を有するように、上記放電電極ペーストを印刷した。貫通孔の寸法は、直径５μｍとし、ギャップの対向距離は３０μｍとした。続いて、上記空洞形成ペーストを塗布し、乾燥した。

上記空洞形成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。

このマザーの積層体を、個々のＥＳＤ保護装置の基板を構成するように、厚み方向に切断し、１．０ｍｍ×０．５ｍｍの平面形状の基板となるチップを得た。

この基板の両端面に外部電極ペーストを塗布し、外部電極を形成した。焼成ピーク温度９５０℃で焼成を行った。さらに外部電極表面にＮｉめっき層及びＳｎめっき層を電解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。

上記のようにして得た実施例１のＥＳＤ保護装置と、円形の貫通孔の代わりに、面積が同じになるように矩形の貫通孔を設けたこと以外は、実施例１と同様にして得た実施例２のＥＳＤ保護装置とを得た。また、上記のようにして得た実施例１のＥＳＤ保護装置と、貫通孔を設けなかったことを除いては上記実施例１と同様にして得た比較例１のＥＳＤ保護装置を得た。

（評価）
（ＥＳＤ放電応答性）
上記実施例１、２及び比較例１のＥＳＤ保護装置１００個について、ＩＥＣの規格、ＩＥＣ６１０００−４−２に定められている静電気放電イミュニティ試験により放電応答性を評価した。結果を下記の表１に示す。なお、放電応答性評価における数値は、放電開始電圧（Ｖ）である。

（ＥＳＤ繰り返し耐性）
ＥＳＤに対する繰返し耐性を調べるために、接触放電で８ｋＶの電圧の印加を１００回行なって、その後で再び静電気放電イミュニティ試験によって放電開始電圧（Ｖ）を求めた。このときの評価結果を表１の「ＥＳＤ繰返し耐性」の欄に示す。

表１から明らかなように、比較例１に比べ、実施例１，２によれば、ＥＳＤ放電応答性評価における放電開始電圧が低められていることがわかる。

また、比較例１に比べ、実施例１，２によれば、ＥＳＤ繰り返し耐性の欄における放電開始電圧が低められていることがわかる。すなわち、繰り返し放電による、放電特性の劣化が抑制されていることがわかる。

１…ＥＳＤ保護装置
２…基板
２ａ…空洞
２ｂ，２ｃ…端面
３，４…第１，第２の放電電極
３ａ，３ｂ，４ａ…貫通孔
５…放電補助電極
６，７…第１，第２の外部電極
８…放電補助電極
９ａ…金属粒子
９ｂ…半導体セラミック粒子
２１，３１…ＥＳＤ保護装置
２２…基板
２２ａ，２２ｂ…端面
２２ｃ…空洞
４１…ＥＳＤ保護装置

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板に設けられており、主面を有する、第１，第２の放電電極とを備え、
   前記第１，第２の放電電極の前記主面同士が、前記基板の厚み方向にギャップを隔てて面対向しており、
   前記第１，第２の放電電極の面対向している部分の少なくとも一方に、貫通孔が設けられている、ＥＳＤ保護装置。
2. 前記貫通孔が複数設けられている、請求項１に記載のＥＳＤ保護装置。
3. 前記貫通孔が、前記第１，第２の放電電極の双方に設けられている、請求項１又は２に記載のＥＳＤ保護装置。
4. 前記貫通孔の平面形状が、円形又は矩形である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＥＳＤ保護装置。
5. 前記貫通孔の平面形状が、円形である、請求項４に記載のＥＳＤ保護装置。
6. 前記基板内にさらに空洞が設けられており、
   前記第１，第２の放電電極間の面対向している部分が、前記空洞内に位置している、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＥＳＤ保護装置。
7. 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、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１〜６のいずれか一項に記載のＥＳＤ保護装置。
8. 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７に記載のＥＳＤ保護装置。

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