JPWO2015005100A1 - Ｅｓｄ保護装置 - Google Patents

Abstract

放電開始電圧を低めることができるＥＳＤ保護装置を提供する。基板（２）に、放電ギャップ（Ｇ）を隔てて第１，第２の放電電極（３，４）が設けられており、放電ギャップ（Ｇ）の周囲に導体（９）が配置されており、基板２の第１の主面（２ａ）と第２の主面（２ｂ）とを結ぶ方向に沿いかつ放電ギャップ（Ｇ）を通る断面において、導体（９）の断面形状が非直線形状である、ＥＳＤ保護装置（１）。

Description

本発明は、静電気（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｓｔａｔｉｃ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）から部品や電子機器を保護するためのＥＳＤ保護装置に関し、特に、第１，第２の放電電極が放電ギャップを隔てて配置されているＥＳＤ保護装置に関する。

従来、静電気からの電子機器の保護を図るために、種々のＥＳＤ保護装置が提案されている。例えば、下記の特許文献１に記載のＥＳＤ保護装置では、セラミック多層基板内に空洞部が形成されている。第１の放電電極と第２の放電電極が、空洞部内においてギャップを隔てて対向されている。この空洞部内のギャップに補助電極が設けられている。補助電極は、第１，第２の放電電極に連ねられている。また、補助電極は、導電性を有しない材料で被覆されている導電性粒子を有する。

ＷＯ２００８／１４６５１４

ＥＳＤ保護装置では、放電開始電圧を低めることが求められている。そのため、特許文献１では補助電極が設けられている。さらに放電開始電圧を低めるには、放電ギャップを狭くすればよい。しかしながら、放電ギャップを狭くすると、そのギャップ中に存在する粒子数が少なくなる。そのため、各粒子が絶縁破壊した際に、導通経路が形成されるおそれがあった。

また、ギャップを狭くするには、印刷工程の精度を高めたり、フォトリソグラフィー法などを用いねばならなかった。このような高精度の印刷工程やフォトリソグラフィー法を用いた場合、コストが高くつくおそれがあった。

本発明の目的は、放電開始電圧を低めることができる、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、第１，第２の放電電極と、第１，第２の外部電極と、導体とを備える。基板は、第１の主面と、第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する。上記第１，第２の放電電極は、上記基板に設けられている。第１，第２の放電電極は、放電ギャップを隔てて配置されている。上記第１，第２の外部電極は、上記基板の外表面に設けられている。第１，第２の外部電極は、上記第１，第２の放電電極にそれぞれ電気的に接続されている。上記導体は、上記放電ギャップの周囲に配置されている。

本発明では、上記基板の上記第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向に沿いかつ前記放電ギャップを通る断面において、上記導体の断面形状が非直線形状である。

本発明のＥＳＤ保護装置のある特定の局面では、前記断面において、前記導体の断面形状が、第１の方向に延びる第１の導体部分と、第１の方向とは異なる第２の方向に延びる第２の導体部分とを有する。

本発明に係るＥＳＤ保護装置の他の特定の局面では、前記導体が、前記放電ギャップと、該放電ギャップに位置している第１，第２の放電電極部分を囲むように設けられている。

本発明に係るＥＳＤ保護装置のさらに他の特定の局面では、前記断面において、前記導体の断面形状が円環または角環状である。

本発明に係るＥＳＤ保護装置のさらに別の特定の局面では、前記基板が、低温焼成セラミックスからなる。

本発明に係るＥＳＤ保護装置のさらに他の特定の局面では、前記放電ギャップが前記基板内に位置しており、第１，第２の放電電極が、前記基板の第１，第２の主面を結ぶいずれかの側面に引き出されている。

本発明に係るＥＳＤ保護装置のさらに別の特定の局面では、前記第１，第２の放電電極が、前記基板内のある高さ位置の平面に設けられている。

本発明に係るＥＳＤ保護装置によれば、上記導体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なる。

図１（ａ）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り、図１（ｂ）は第１の実施形態に用いられている基板の平面断面図であり、第１，第２の放電電極が形成されている高さ位置の平面断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。 図２（ａ）〜図２（ｅ）は、第１の実施形態のＥＳＤ保護装置の製造に際して用意されるセラミックグリーンシートと、その上に形成される導体または電極パターンを示す各平面図である。 図３は、第１の実施形態の変形例に係るＥＳＤ保護装置の正面断面図である。 図４は、本発明の第２の実施形態のＥＳＤ保護装置の横断面図である。 図５は、本発明のＥＳＤ保護装置の他の変形例を説明するための横断面図である。 図６は、本発明のＥＳＤ保護装置における導体の形状のさらに他の変形例を示す模式的断面図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るＥＳＤ保護装置に用いられる基板と導体との関係を示す模式的斜視図及び該基板内に設けられている導体の構造を説明するための略図的横断面図である。

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（ａ）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り、（ｃ）は（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図１（ｂ）は、本実施形態で用いられている基板の平面断面図である。

ＥＳＤ保護装置１は、基板２を有する。基板２は、第１の主面２ａと、第１の主面２ａとは反対側の第２の主面２ｂとを有する。本実施形態では、基板２は、矩形板状の形状を有する。もっとも、基板２の形状は矩形板状に限定されるものではない。

基板２は、適宜の絶縁性材料により形成することができる。このような絶縁性材料としては、絶縁性のセラミックス、ガラス、合成樹脂などを挙げることができる。本実施形態では、基板２は、Ｂａ、Ａｌ及びＳｉを主成分として含むＢＡＳ材として知られている低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Ｌａｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）からなる。この低温焼成セラミックスを用いることにより、放電電極としてＣｕやＡｇなどの仕事関数が低い金属を用いることができる。この場合には、より一層放電開始電圧を低めることができる。また、絶縁破壊も生じ難い。

基板２内には、第１の放電電極３と第２の放電電極４とが基板２のある高さ位置の平面に形成されている。すなわち、図１（ｂ）に平面断面図で示すように、基板２のある高さ位置の平面２ｅにおいて、第１の放電電極３と第２の放電電極４とが放電ギャップＧを隔てて対向している。なお、本実施形態では、第１の放電電極３の側辺３ａと、第２の放電電極４の側辺４ａとが放電ギャップＧを介して対向している。このように、側辺３ａ，４ａ同士が対向する必要は必ずしもない。第１，第２の放電電極３，４の先端同士が放電ギャップを隔てて対向していてもよい。

第１，第２の放電電極３，４は、Ａｇ、Ｃｕなどの適宜の金属またはこれらの金属を主体とする合金により形成することができる。

また、図１に示すように、基板２内には、空洞部Ａが形成されている。空洞部Ａの位置を、図１（ｂ）に破線で示す。上記第１，第２の放電電極３，４が放電ギャップＧを介して対向している部分は空洞部Ａ内に位置している。空洞部Ａ内に、補助電極５が設けられている。補助電極５は、放電開始電圧を低めるために設けられている。補助電極５は、絶縁性を有しない材料で被覆されている導電性粒子５ａと、半導体セラミック粒子５ｂとを有する。補助電極５は、放電電極３，４に連ねられるように形成されている。

第１の放電電極３は、第１の端面２ｃに引き出されている。第２の放電電極４は、第２の端面２ｄに引き出されている。第１，第２の端面２ｃ，２ｄをそれぞれ覆うように、第１，第２の外部電極７，８が形成されている。第１，第２の外部電極７，８は、適宜の導電材料からなる。例えば、Ａｇ、Ｃｕなどの適宜の金属により形成することができる。また、第１，第２の外部電極７，８は、積層金属膜により形成されてもよい。例えば、Ａｇ膜上に、Ｎｉ膜が積層されており、さらにその外側に、はんだ付け性に優れたＳｎ合金膜が積層された積層金属膜などを用いてもよい。

ＥＳＤ保護装置１では、基板２内に、上記放電ギャップＧが設けられている部分を囲むように導体９が設けられている。この導体９は、図１（ｃ）に示すように、基板２の横断面において、角環状すなわち矩形枠状の形状を有している。言い換えれば、導体９は、角筒状の形状を有している。上記放電ギャップＧ、及び放電ギャップＧを介して第１，第２の放電電極３，４が対向している部分が、角筒状の形状内に位置している。上記導体９を設けることにより、後述の実験例から明らかなように、本実施形態によれば、放電開始電圧を効果的に低めることができる。これは、放電ギャップ部への電界集中に起因する。

また、本実施形態では、上記導体９は、第２の端面２ｄに引き出されており、第２の外部電極８に電気的に接続されている。第２の外部電極８をグラウンド電位に接続することにより、導体９をグラウンド電位に接続することができる。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る。また、放電ギャップＧ付近で発生した熱を、速やかに第２の外部電極８から放散させることができる。

上記導体９は、適宜の金属により構成することができる。このような金属としては、第１，第２の放電電極３，４を構成している金属と同一材料であることが望ましい。その場合には、材料の種類を少なくすることができ、かつ製造工程の簡略化を図ることができる。

上記導体９が、例えば図２（ａ）〜（ｅ）に示すシート１１〜１５を積層し、得られた積層体を焼成することにより形成することができる。シート１１では、シート１１を貫く導体パターン９ａが設けられている。シート１２においても、シート１２を貫通するように設けられた導体パターン９ｂ，９ｃが設けられている。シート１３においては、シート１３を貫くように、導体パターン９ｄ，９ｅが設けられている。セラミックグリーンシート上に、第１，第２の放電電極３，４が印刷されている。

また、図２（ｃ）では図示は省略してあるが、補助電極５を構成する材料も、ギャップＧに付与する。

図２（ｄ）に示すシート１４では、シート１４を貫くように導体パターン９ｆ，９ｇが設けられている。

図２（ｅ）に示すシート１５は、図２（ａ）に示したシート１１と同様の構造を有する。すなわち、シート１５を貫通するように導体パターン９ｈが設けられている。

上記シート１１〜１５を積層し、上下にさらに無地のセラミックグリーンシートを積層する。このようにして積層体を得る。この積層体を焼成することにより、上記角筒状の導体９を得ることができる。

なお、上記積層体を焼成することにより基板２が得られる。そして、この基板２の端面２ｃ，２ｄに、導電ペーストの焼き付け、めっき等の適宜の方法により上記第１，第２の外部電極７，８を形成すればよい。

上記実施形態では、導体９は、第２の端面２ｄに引き出されていたが、図３に示す変形例のＥＳＤ保護装置２１のように、導体９を第２の端面２ｄに引き出さなくともよい。この変形例では、導体９が第２の外部電極８に電気的に接続されておらず、浮き導体とされている。この場合においても、第１の実施形態と同様に、放電開始電圧を低めることができる。

また、図１（ｃ）では、上記導体９は基板２の横断面において角環状の形状を有していたが、図４に示す導体９Ａのように、横断面において円環状の形状を有するように導体９Ａを配置してもよい。この場合には、導体９Ａは基板２内において略円筒状の形状を有することとなる。

すなわち、本発明において、導体は、放電ギャップが設けられている部分の周囲において、上記横断面に現れる断面形状が角環状または円環状のいずれであってもよい。好ましくは、円環状、すなわち導体９Ａのように略円筒状であることがより好ましい。その場合には、上記断面において放電ギャップ部分に対し、導体の位置の方向による影響を少なくすることができる。

また、本発明においては、上記導体は、基板２の断面に現れている形状が、角環状や円環状である必要は必ずしもない。図５に示す他の変形例のＥＳＤ保護装置２２では、導体９Ｃは、その断面形状が矩形の枠の一辺を取り除いた形状とされている。

また、図６に示すさらに他の変形例のように、導体９Ｄの横断面形状はＬ字状であってもよい。

すなわち、図５及び図６からも明らかなように、本発明において、導体は、放電ギャップを完全に囲む横断面形状を有する必要はない。すなわち、基板２の第１の主面２ａと第２の主面２ｂとを結ぶ方向に沿い、かつ放電ギャップを通る断面において、上記導体は非直線形状を有しておればよい。従って、導体は、図６に示すように、第１の方向に延びる部分９Ｄ１と、第１の方向に延びる部分９Ｄ１とは異なる第２の方向に延びる部分９Ｄ２とを有していてもよい。

また、図７（ａ）及び（ｂ）に模式的斜視図及び略図的横断面図で示すように、基板２内において、らせん形状を構成するように配置されている導体９Ｅを用いてもよい。図７（ｂ）では、このらせん形状の導体９Ｅの一部分９Ｅ１が断面に露出している。破線で示す部分９Ｅ２は、該断面よりも紙背方向に延びている部分を模式的に示す。また、一点鎖線で示す部分９Ｅ３は、上記断面に露出している部分９Ｅ１よりも手前側に配置されている部分を模式的に示す。また、このようならせん状の導体９Ｅは、図７（ｂ）に示す導電膜９Ｅ４と、ビアホール電極９Ｅ５とを接続していくことにより形成することができる。

次に、具体的な実験例を説明する。

以下の実験例では、第１の実施形態のＥＳＤ保護装置１と、図４に示した円筒状の導体９Ａを有する第２の実施形態のＥＳＤ保護装置を作製した。また、比較のために、導体を有しないことを除いては第１の実施形態と同様にして構成された比較例のＥＳＤ保護装置を作製した。

１）セラミックグリーンシート
ＢＡＳ材を構成するためのセラミック粉末に有機溶剤と、バインダー樹脂と可塑剤とを加えて混合しセラミックスラリーを得た。このようにして得られた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、厚さ５０μｍのセラミックグリーンシートを得た。

２）放電電極ペースト
平均粒径約２μｍのＣｕ粉末８０重量％と、エチルセルロースからなるバインダー樹脂２０重量％とを含む混合物に有機溶剤を添加し混合した。このようにして放電電極ペーストを得た。

３）補助電極ペースト
補助電極を形成するための補助電極ペーストを用意した。すなわち、Ａｌ_２Ｏ_３で被覆されているＣｕ粉末と、平均粒径約１μｍの炭化ケイ素粉末と、バインダー樹脂と有機溶剤とを混合し、補助電極ペーストを得た。なお、上記Ａｌ_２Ｏ_３で被覆されているＣｕ粉末の平均粒径は約２μｍである。また、上記補助電極ペーストでは、上記Ａｌ_２Ｏ_３で被覆されているＣｕ粉末と、炭化ケイ素粉の合計が８０重量％を占め、バインダー樹脂及び溶剤の合計が２０重量％を占めている。

４）製造工程
上記のようにして得たセラミックグリーンシートからなるシート１３上に、補助電極ペーストを塗布し、上記放電電極ペーストを印刷し、第１，第２の放電電極を形成した。第１，第２の放電電極の幅は１００μｍ、放電ギャップＧの寸法は２０μｍとした。また、上記放電ギャップＧを隔てて対向している放電電極の側縁の長さは１５０μｍとした。また、前述した空洞部Ａを形成するために、放電ギャップ構成部分上に樹脂ペーストを塗布した。

しかる後、レーザーにより貫通孔を形成し、上記放電電極を形成するのと同じ電極ペーストを貫通孔に充填し、図２（ｃ）に示した導体パターン９ｄ，９ｅを形成した。同様にして、セラミックグリーンシートに、図２（ａ），（ｂ）、（ｄ），（ｅ）に示した導体パターン９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｆ，９ｇ，９ｈをそれぞれ形成し、シート１１，１２，１４，１５を用意した。

上記シート１１〜１５を積層し上下に無地のセラミックグリーンシートを積層し、積層体を得た。

上記積層体は厚み方向に加圧し、厚み０．３ｍｍの積層体を得た。このようにして得た積層体を厚み方向に切断し、１．０ｍｍ×０．５ｍｍ×厚み０．３ｍｍの個々のＥＳＤ保護装置１単位の積層体を用意した。

基板２の両端面にＣｕ粉末を主体とする導電ペーストを塗布し、焼き付け、外部電極７，８を形成した。外部電極７，８の表面に、さらにＮｉめっき層及びＳｎめっき層を形成した。このようにして、第１の実施形態のＥＳＤ保護装置１を得た。

また、上記シート１１〜１５に代えて、図４に断面図で示した略円筒状の導体９Ａを形成するように導体パターンが変更された複数枚のシートを用い、その他は上記第１の実施形態と同様にして、図４に示した第２の実施形態のＥＳＤ保護装置を得た。

さらに、上記比較例として、導体パターン９ａ〜９ｈが形成されていないことを除いては、上記第１の実施形態と同様にして、ＥＳＤ保護装置を作製した。

上記のようにして得られた第１，第２の実施形態及び比較例のＥＳＤ保護装置の放電開始電圧を、ＩＥＣ規格、ＩＥＣ６１０００−４−２に規定されている静電気放電イミニティ試験により求めた。

結果を下記の表１に示す。

なお、下記の表１における放電開始電圧の欄の記号の意味は以下の通りである。

×：１０個のサンプルにおいて、各１０回の放電試験を行い、その負荷電圧における放電確率が３０％に満たなかった。
△：１０個のサンプルにおいて、各１０回の放電試験を行い、その負荷電圧における放電確率が３０〜６０％であった。
○：１０個のサンプルにおいて、各１０回の放電試験を行い、その負荷電圧における放電確率が６０％以上であった。

１…ＥＳＤ保護装置
２…基板
２ａ，２ｂ…第１，第２の主面
２ｃ，２ｄ…第１，第２の端面
２ｅ…平面
３，４…第１，第２の放電電極
３ａ，４ａ…側辺
５…補助電極
５ａ…導電性粒子
５ｂ…半導体セラミック粒子
７，８…第１，第２の外部電極
９，９Ａ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ…導体
９ａ〜９ｈ…導電パターン
１１〜１５…シート
２１，２２…ＥＳＤ保護装置

Claims (7)

1. 第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する基板と、
   前記基板に設けられており、放電ギャップを隔てて配置された第１，第２の放電電極と、
   前記基板の外表面に設けられており、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，第２の外部電極と、
   前記放電ギャップの周囲に配置された導体とを備え、
   前記基板の前記第１の主面と前記第２の主面とを結ぶ方向に沿いかつ前記放電ギャップを通る断面において、前記導体の断面形状が非直線形状である、ＥＳＤ保護装置。
2. 前記断面において、前記導体の断面形状が、第１の方向に延びる第１の導体部分と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延びる第２の導体部分とを有する、請求項１に記載のＥＳＤ保護装置。
3. 前記導体が、前記放電ギャップと、該放電ギャップに位置している第１，第２の放電電極部分を囲むように設けられている、請求項１または２に記載のＥＳＤ保護装置。
4. 前記断面において、前記導体の断面形状が円環または角環状である、請求項３に記載のＥＳＤ保護装置。
5. 前記基板が、低温焼成セラミックスからなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護装置。
6. 前記放電ギャップが前記基板内に位置しており、前記第１，第２の放電電極が、前記基板の第１，第２の主面を結ぶいずれかの側面に引き出されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護装置。
7. 前記第１，第２の放電電極が、前記基板内のある高さ位置の平面に設けられている、請求項６に記載のＥＳＤ保護装置。

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