KR100979087B1 - 배리스터 및 발광장치 - Google Patents

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Abstract

배리스터(V1)에서 방열부(14)는 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO와 같은 성분을 금속산화물로서 포함하고 있고, 배리스터 소체(15)와 방열부(14)의 구성 성분은 공통화되어 있다. 또한, 소성시, 방열부(14)에 포함되는 Ag은 면(14a)과 면(15b)의 계면 부근에서 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO의 입계에 확산된다. 이 때문에, 배리스터(V1)에서는 소성시(또는 탈 바인더시)에 배리스터부(11)와 방열부(14)의 사이에 크랙이 발생하지 않고, 배리스터부(11)와 방열부(14)의 접합 강도가 충분히 확보된다. 따라서, 배리스터부(11)에 전해진 열은 방열부(14)에서의 면(14a)부터 면(14b), 면(14c), 면(14d)에 걸쳐 형성되는 도통 경로를 따라 효율 좋게 방열된다.
배리스터, 방열부, 배리스터 소체, 크랙, 접합 강도

Description

배리스터 및 발광장치{Varistor and light-emitting apparatus}
본 발명은 배리스터 및 이것을 구비한 발광장치에 관한 것이다.
배리스터로서, 전압 비직선 특성을 발현하는 배리스터 소체와, 상기 배리스터 소체의 일부를 사이에 두고 배리스터 소체의 내부에 배치되는 한 쌍의 내부전극을 갖는 소체와, 이 소체의 외표면에 형성되고, 대응하는 내부전극에 각각 접속되는 한 쌍의 단자전극을 구비한 것이 있다(예를 들면 일본 공개특허공보 2002-246207호 참조).
그런데, 배리스터는 반도체 발광소자나 FET(Field Effect Transistor : 전계 효과 트랜지스터) 등의 전자소자에 병렬 접속됨으로써, 전자소자를 ESD(Electrostatic Discharge : 정전기방전) 서지로부터 보호할 수 있다. 이 전자소자는 동작 중에 열을 발하는 경우가 있다. 전자소자가 고온이 되면, 소자 자체의 특성 열화를 초래하여, 그 동작에 영향을 미친다. 이 때문에, 발생한 열을 효율 좋게 방열시킬 필요가 있다.
본 발명은 상기 과제의 해결을 위해 이루어진 것으로, 열을 효율 좋게 방열하는 것이 가능한 배리스터 및 발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자 등은 금속을 배리스터 소체에 접촉하도록 형성하고, 배리스터에 전해진 열을 금속으로부터 방열함으로써, 배리스터로부터 열을 효율 좋게 방열시킬 수 있다고 생각하였다. 그렇지만, 금속과 배리스터 소체의 외측의 일면을 접촉시킨 경우, 양자간의 접합 강도가 약하여, 배리스터 소체와 금속이 박리되는 경우가 있다. 이 경우, 금속부로부터 배리스터에 전해진 열을 효율 좋게 방열시킬 수 없다. 그래서, 이 문제를 해결하기 위해서, 발명자 등은 금속과 배리스터 소체의 사이의 접합 강도를 강화한 배리스터 및 발광장치를 발명하였다.
본 발명에 관계되는 배리스터는 전압 비직선 특성을 발현하는 배리스터 소체와, 상기 배리스터 소체를 사이에 두고 적어도 일부가 서로 대향하도록 배치된 내 부전극을 갖는 배리스터부와, 내부전극에 접속되고, 외부소자의 접속단이 되는 외부전극과, 배리스터부에 대하여 열적으로 접속된 방열부를 구비하고, 배리스터 소체는 반도체 세라믹을 주성분으로 하고, 방열부는 금속 및 금속산화물의 복합 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관계되는 배리스터는 전압 비직선 특성을 발현하는 배리스터 소체, 상기 배리스터 소체의 내부에 배치되는 전극부, 및 배리스터 소체의 표면에 배치되고, 적어도 일부가 전극부와 서로 대향하는 전극부를 갖는 배리스터부와, 배리스터부에 대하여 열적으로 접속된 방열부를 구비하고, 배리스터 소체는 반도체 세라믹을 주성분으로 하고, 방열부는 금속 및 금속산화물의 복합 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
이 배리스터에서는 방열부가 반도체 세라믹을 주성분으로 하는 배리스터 소체와 같이, 금속산화물을 포함하고 있다. 배리스터 소체와 방열부의 구성 성분이 공통화됨으로써, 소성 등일 때에 배리스터부와 방열부의 사이에 크랙이 생기는 것이 억제되고, 배리스터부와 방열부의 접합 강도가 충분히 확보된다. 이것에 의해, 외부소자로부터 배리스터부에 전해진 열은 방열부의 금속에 의해서 효율 좋게 방열된다.
또한, 금속은 방열부에서의 배리스터부에 접촉하고 있는 면부터 배리스터부에 접촉하지 않은 면에 걸쳐 도통해 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 방열부에 의한 방열의 효율이 한층 더 높은 것이 된다.
또한, 금속산화물은 ZnO를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 소성 등일 때 배리스터부와 방열부의 사이에 크랙이 생기는 것이 한층 더 확실히 억제되고, 배리스터부와 방열부의 접합 강도가 충분히 확보된다.
또한, 금속산화물은 금속 코팅된 Al2O3를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 방열부에서, 금속에 의한 방열 경로가 용이하게 형성되어, 방열의 효율을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 금속은 Ag을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. Ag은 배리스터 소체의 주성분인 ZnO의 입계에 확산되기 때문에, 배리스터부와 방열부의 접합 강도를 더욱 높일 수 있다.
또한, 배리스터부와 상기 방열부는 동시 소성에 의해서 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 제조공정을 간략화할 수 있다.
또한, 본 발명에 관계되는 발광장치는 발광소자와 배리스터를 구비한 발광장치로, 배리스터는 전압 비직선 특성을 발현하는 배리스터 소체와, 상기 배리스터 소체를 사이에 두고 적어도 일부가 서로 대향하도록 배치된 내부전극을 갖는 배리스터부와, 내부전극에 접속되고, 발광소자의 접속단이 되는 외부전극과, 배리스터부에 접촉하도록 배치된 방열부를 구비하고, 배리스터 소체는 ZnO를 주성분으로 하고, 방열부는 금속 및 금속산화물의 복합 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
이 발광장치에서는 방열부가 ZnO를 주성분으로 하는 배리스터 소체와 같이, 금속산화물을 포함하고 있다. 배리스터 소체와 방열부의 구성 성분이 공통화됨으로 써, 소성 등일 때에 배리스터부와 방열부의 사이에 크랙이 생기는 것이 억제되고, 배리스터부와 방열부의 접합 강도가 충분히 확보된다. 이것에 의해, 외부전극을 통해서 발광소자로부터 배리스터부에 전해진 열은 방열부의 금속에 의해서 효율 좋게 방열된다.
본 발명에 관계되는 배리스터 및 발광장치에 의하면, 열을 효율 좋게 방열하는 것이 가능해진다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 관계되는 배리스터 및 발광장치의 적합한 실시형태에 관해서 상세하게 설명한다.
[제 1 실시형태]
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관계되는 배리스터의 개략 사시도이다. 또한, 도 2는 그 개략 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 배리스터(V1)는 배리스터부(11)와, 한 쌍의 외부전극(12, 13)과, 방열부(14)를 구비하는 대략 직방체 형상을 하고 있다.
배리스터부(11)는 배리스터 소체(15)와, 제 1 내부전극(16)과, 제 2 내부전극(17)과, 제 3 내부전극(18)을 구비하고 있다. 배리스터 소체(15)는 대략 직방체 형상을 하고, 서로 대향하는 면(15a) 및 면(15b)과, 면(15a) 및 면(15b)과 수직으로 서로 대향하는 면(15c) 및 면(15d)과, 면(15c) 및 면(15d)과 인접하여 대향하는 2개의 면을 갖고 있다.
이 배리스터 소체(15)는 복수의 배리스터층이 적층하여 형성된 적층체이다. 각 배리스터층은 전압 비직선 특성을 발현하는 부분이고, ZnO를 주성분으로 하고, 부성분으로서 Pr 또는 Bi를 포함하고 있다. 이들의 부성분은 금속 단체 또는 산화물로서 배리스터층에 존재한다. 또, 실제의 배리스터(V1)에서는 복수의 배리스터층의 사이의 경계를 시인할 수 없을 정도로 일체화되어 있다.
제 1 내부전극(16) 및 제 2 내부전극(17)은 배리스터 소체(15)의 면(15a)에 배치되어 있다. 제 1 내부전극(16) 및 제 2 내부전극(17)은 면(15a)에 수직의 방향에서 보아 직사각 형상을 하고, 서로 간격을 두고 대칭적으로 배치되어 있다. 제 1 내부전극(16)은 배리스터 소체(15)의 면(15c), 및 면(15c)과 인접하는 2개의 측면에는 노출되지 않고, 면(15a)의 가장자리로부터 소정의 거리만큼 내측의 위치까지 신장되어 있다. 마찬가지로, 제 2 내부전극(17)은 배리스터 소체(15)의 면(15d), 및 면(15d)과 인접하는 2개의 측면에는 노출되지 않고, 면(15a)의 가장자리로부터 소정의 거리만큼 내측의 위치까지 신장되어 있다.
또한, 제 1 내부전극(16) 및 제 2 내부전극(17)은 유리를 주성분으로 하는 글레이즈(19)로 덮여 있고, 서로 전기적으로 절연되어 있다. 글레이즈(19)에는 제 1 내부전극(16) 및 제 2 내부전극(17)에 대응하는 위치에 개구부(19a, 19b)가 형성되어 있다. 이것에 의해, 제 1 내부전극(16) 및 제 2 내부전극(17)의 표면의 일부는 글레이즈(19)로부터 노출된 상태로 되어 있다.
제 3 내부전극(18)은 복수층의 배리스터층을 사이에 두고 제 1 내부전극(16) 및 제 2 내부전극(17)의 각각과 서로 대향하도록, 배리스터 소체(15) 내의 대략 중 앙부분에 배치되어 있다. 제 3 내부전극(18)은 제 1 내부전극(16) 및 제 2 내부전극(17)은 서로 전기적으로 절연되어 있다.
외부전극(12, 13)은 제 1 내부전극(16) 및 제 2 내부전극(17)에 대응하도록, 글레이즈(19)의 외표면에서, 서로 이격되어 대칭적으로 형성되어 있다. 외부전극(12, 13)은 글레이즈(19)의 개구부(19a, 19b)의 내부로도 신장되어 있고, 글레이즈(19)로부터 노출되는 제 1 내부전극(16) 및 제 2 내부전극(17)에 접촉하고 있다. 이것에 의해, 외부전극(12)은 제 1 내부전극(16)과 전기적 또한 물리적으로 접속되고, 외부전극(13)은 제 2 내부전극(17)과 전기적 또한 물리적으로 접속되어 있다. 이 외부전극(12, 13)은 반도체 발광소자(61; 도 7 참조)와 같은 외부소자의 접속단으로서 기능한다.
방열부(14)는 배리스터 소체(15)와 같이 대략 직방체 형상을 하고, 서로 대향하는 면(14a) 및 면(14b)과 면(14a) 및 면(14b)과 수직으로 서로 대향하는 면(14c) 및 면(14d)과, 면(14c) 및 면(14d)과 인접하는 대향하는 2개의 면을 갖고 있다. 방열부(14)의 면(14a)은 배리스터 소체(15)의 면(15b)에 접합되어 있다.
방열부(14)는 금속과 금속산화물의 복합 재료에 의해서 형성되어 있다. 여기에서 말하는 금속으로서는 예를 들면 Ag, Ag-Pd, Pd 등을 사용할 수 있지만, 열전도율의 면에서 Ag을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 금속산화물로서는 Al2O3, ZnO, SiO2, 및 ZrO2이 사용된다. Al2O3는 상기 금속산화물의 입자를 예를 들면 무전해도금으로 Ag 코팅한 것을 사용한다. 또, 금속산화물은 반드시 상술한 Al2O3, ZnO, SiO2, 및 ZrO2 전체를 포함시킬 필요는 없고, 적어도 일종 이상 포함하도록 하여도 좋다.
이러한 방열부(14)는 면(14a)이 배리스터 소체(15)의 면(15b)에 접촉한 상태로, 배리스터부(11)와 동시에 소성함으로써 형성된다. 방열부(14)의 내부는 금속인 Ag에 의해서, 배리스터부(11)에 접촉하고 있는 면(14a)부터 배리스터부(11)에 접촉하지 않은 면(14b), 면(14c), 면(14d)에 걸쳐 도통해 있다. 이 도통 경로는 Ag 코팅된 Al2O3에 의해서, 한층 더 확실히 확립되어 있다.
계속해서, 상술한 배리스터(V1)의 제조과정에 관해서 설명한다.
우선, 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO와, 부성분인 Pr 또는 Bi의 금속을 소정의 비율로 혼합하여 배리스터 재료를 조정한다. 다음에, 이 배리스터 재료에 유기바인더, 유기용제, 유기가소제 등을 첨가하여 슬러리를 얻는다.
이 슬러리를 필름상에 도포한 후, 건조하여 그린시트를 얻는다. 다음에, 그린시트에, 제 1 내부전극(16) 내지 제 3 내부전극(18)에 대응하는 전극부분을 형성한다. 이들의 전극부분은 Ag 입자를 주성분으로 하는 금속분말에 유기바인더 및 유기용제를 혼합한 도전성 페이스트를 배리스터 소체상에 인쇄하여, 건조시킴으로써 형성한다.
다음에, 전극부분이 형성된 그린시트와, 전극부분이 형성되지 않은 그린시트를 소정의 순서로 겹쳐 시트 적층체를 형성한다. 그리고, 얻어진 시트 적층체를 칩 단위로 절단하여, 배리스터부(11)에 대응하는 그린체를 얻는다. 그 후, 그린체에, 예를 들면 180℃ 내지 400℃의 온도로, 0.5시간 내지 24시간 정도의 가열 처리를 실시함으로써, 탈 바인더 처리를 한다.
다음에, Ag, Al2O3, ZnO, SiO2, 및 ZrO2의 복합 재료로 이루어지는 방열부(14)를 준비한다. 그리고, 방열부(14)의 면(14a)에, 상술한 그린체를 겹치고, 이것을 공기 중 또는 O2 분위기하에서 800℃ 이상의 온도로 동시에 소성한다. 이것에 의해, 배리스터부(11)와 방열부(14)의 접합체가 형성된다. 접합체를 얻은 후, 제 1 내부전극(16) 및 제 2 내부전극(17)을 덮도록 글레이즈(19)를 인쇄하여, 또, 글레이즈(19)의 개구부(19a, 19b)를 막도록, 외부전극(12, 13)에 대응하는 전극부분을 인쇄한다.
이 전극부분은 Au 입자 또는 Ag 입자를 주성분으로 하는 금속분말에 유기바인더 및 유기용제를 혼합한 도전성 페이스트를 글레이즈(19)상에 인쇄하고, 건조시킴으로써 형성한다. 그리고, 이것을 O2 분위기하에서 800℃ 이상의 온도로 동시에 소성함으로써, 외부전극(12, 13)이 형성되고, 도 1 및 도 2에 도시한 배리스터(V1)가 완성한다.
이 배리스터(V1)에서는 방열부(14)는 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO와 같은 성분을 금속산화물로서 포함하고 있고, 배리스터 소체(15)와 방열부(14)의 구성 성분은 공통화되어 있다. 또한, 소성시, 방열부(14)에 포함되는 Ag은 면(14a)과 면(15b)의 계면 부근에서 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO의 입계에 확산된다. 이것에 의해, 배리스터부(11)와 방열부(14)가 강고하게 접합된다.
이 때문에, 배리스터(V1)에서는 소성시(또는 탈 바인더시)에 배리스터부(11)와 방열부(14)의 사이에 크랙이 발생하지 않고, 배리스터부(11)와 방열부(14)의 접합 강도가 충분히 확보된다. 따라서, 외부전극(12, 13)을 통해서 외부소자로부터 배리스터부(11)에 전해진 열은 Ag 입자 및 Al2O3의 코팅부분에 의해서 방열부(14)에서의 면(14a)부터 면(14b), 면(14c), 면(14d)에 걸쳐 형성되는 도통 경로를 따라 효율 좋게 방열된다.
또한, 배리스터(V1)에서는 배리스터부(11)와 방열부(14)를 동시 소성하고 있다. 이것은 제조공정의 간략화를 실현하여, 배리스터(V1)의 제조 효율의 향상 및 저비용화에 기여한다.
[제 2 실시형태]
본 발명의 제 2 실시형태에 관계되는 배리스터에 관해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 단면도이다. 도 3에 도시하는 배리스터(V2)는 내부전극의 구성에 있어서 제 1 실시형태에 관계되는 배리스터(V1)와 다르다.
즉, 배리스터(V2)는 제 3 내부전극(18; 도 2 참조)을 구비하지 않고, 이 대신에, 일단측끼리가 서로 대향하도록 배리스터 소체(15) 내에 배치된 제 1 내부전극(21) 및 제 2 내부전극(22)을 갖고 있다. 그리고, 제 1 내부전극(21) 및 제 2 내부전극(22)은 관통 도체(23)에 의해서 외부전극(12, 13)에 각각 접속되어 있다.
이 배리스터(V2)에서도, 배리스터 소체(15)는 ZnO를 주성분으로 하고 있고, 방열부(14)는 금속인 Ag과, 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO를 포함하는 금속산화물의 복합 재료에 의해서 형성되어 있다. 따라서, 제 1 실시형태와 같이, 배리스터부(11)와 방열부(14)의 접합 강도가 충분히 확보되고, 외부전극(12, 13)을 통해서 외부소자로부터 배리스터부(11)에 전해진 열은 방열부(14)에서의 면(14a)부터 면(14b), 면(14c), 면(14d)에 걸쳐 형성되는 도통 경로를 따라 효율 좋게 방열된다.
[제 3 실시형태]
본 발명의 제 3 실시형태에 관계되는 배리스터에 관해서 설명한다. 도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 단면도이다. 도 4에 도시하는 배리스터(V3)는 방열부(14)에 있어서, 배리스터부(11)와 접촉하지 않은 면(14b)측에도 글레이즈(31)를 형성하고 있는 점에서 제 2 실시형태에 관계되는 배리스터(V2)와 더욱 다르다.
이 배리스터(V3)에서도, 배리스터 소체(15)는 ZnO를 주성분으로 하고 있고, 방열부(14)는 금속인 Ag과, 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO를 포함하는 금속산화물의 복합 재료에 의해서 형성되어 있다. 따라서, 배리스터부(11)와 방열부(14)의 접합 강도가 충분히 확보되고, 외부전극(12, 13)을 통해서 외부소자로부터 배리스터부(11)에 전해진 열은 방열부(14)에서의 면(14a)부터 면(14b), 면(14c), 면(14d)에 걸쳐 형성되는 도통 경로를 따라 효율 좋게 방열된다.
[제 4 실시형태]
본 발명의 제 4 실시형태에 관계되는 배리스터에 관해서 설명한다. 도 5는 본 발명의 제 4 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 단면도이다. 도 5에 도시하는 배리스터(V4)는 배리스터부(11)와 접촉하지 않은 면(14b)측에 형성한 글레이즈(31)의 외표면에 한 층 더 외부전극(41, 42)을 형성하고 있는 점에서 제 3 실시형태에 관계되는 배리스터(V3)와 더욱 다르다.
배리스터(V4)에서는 배리스터부(11)측에 형성된 한쪽의 외부전극(12)과, 제 1 내부전극(21)과, 방열부(14)측에 형성된 한쪽의 외부전극(41)이 관통전극(43)에 의해서 접속되고, 또, 배리스터부(11)측에 형성된 다른쪽의 외부전극(13)과, 제 2 내부전극(22)과, 방열부(14)측에 형성된 다른쪽의 외부전극(42)이 관통전극(44)에 의해서 접속되어 있다. 또한, 방열부(14)를 지나는 관통전극(43, 44)의 주위에는 전기절연성을 갖는 층(45)이 각각 형성되어 있다.
이 배리스터(V4)에서도, 배리스터 소체(15)는 ZnO를 주성분으로 하고 있고, 방열부(14)는 금속인 Ag과, 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO를 포함하는 금속산화물의 복합 재료에 의해서 형성되어 있다. 따라서, 배리스터부(11)와 방열부(14)의 접합 강도가 충분히 확보되고, 외부전극(12, 13)을 통해서 외부소자로부터 배리스터부(11)에 전해진 열은 방열부(14)에서의 면(14a)부터 면(14c), 면(14d)에 걸쳐 형성되는 도통 경로를 따라 효율 좋게 방열된다.
또, 배리스터(V4)에서는 배리스터부(11)측에 형성된 외부전극(12, 13)을 외부소자의 접속단으로 하여도 좋고, 방열부(14)측에 형성된 외부전극(41, 42)을 외부소자의 접속단으로 하여도 좋다.
[제 5 실시형태]
본 발명의 제 5 실시형태에 관계되는 배리스터에 관해서 설명한다. 도 6은 본 발명의 제 5 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 사시도이다. 도 6에 도시하는 배리스터(V5)는 배리스터부(50)의 구성이 상기 각 실시형태와 다르다. 즉, 배리스터(V5)는 배리스터 소체(51) 내에, 제 1 내부전극(52) 및 제 2 내부전극(53)과, 제 1 방열부(54) 및 제 2 방열부(55)를 구비하고 있다. 또한, 배리스터 소체(51)의 한쪽의 면(51a)에 외부전극(56, 57)을 구비하고 있다.
제 1 내부전극(52) 및 제 2 내부전극(53)은 평판부(52a, 53a)와, 평판부(52a, 53a)의 한쪽의 단부로부터 배리스터 소체(51)의 한쪽의 면(51a) 및 다른쪽의 면(51b)을 향해서 돌출하는 접속 부재(52b, 53b)를 각각 갖고 있다. 제 1 내부전극(52) 및 제 2 내부전극(53)은 접속 부재(52b, 53b)가 서로 반대측에 위치하도록 복수층의 배리스터층을 사이에 두고 배치되고, 평판부(52a, 53a)의 대부분은 서로 대향한 상태로 되어 있다. 접속 부재(52b, 53b)의 한쪽의 선단부분은 배리스터 소체(51)의 면(51a)에 노출되도록 인출되고, 다른쪽의 선단부분은 면(51b)에 노출되도록 인출되어 있다.
제 1 방열부(54) 및 제 2 방열부(55)는 제 1 내부전극(52) 및 제 2 내부전극(53)보다도 두꺼운 판상을 이루고, 제 1 내부전극(52) 및 제 2 내부전극(53)을 사이에 두도록 대략 평행하게 배치되어 있다. 제 1 방열부(54)의 폭방향의 면(54a, 54b)은 배리스터 소체(51)에서의 면(51a) 및 면(51b)에 각각 노출되고, 길이방향의 끝면(54c, 54d)은 배리스터 소체(51)에 있어서 면(51a) 및 면(51b)과 수직으로 서로 대향하는 면(51c) 및 면(51d)에 각각 노출되어 있다.
마찬가지로, 제 2 방열부(55)의 폭방향의 면(55a, 55b)은 배리스터 소체(51)에서의 면(51a) 및 면(51b)에 각각 노출되고, 길이방향의 끝면(55c, 55d)은 배리스터 소체(51)에 있어서 면(51a) 및 면(51b)과 수직으로 서로 대향하는 면(51c) 및 면(51d)에 각각 노출되어 있다.
외부전극(56, 57)은 제 1 내부전극(52), 제 2 내부전극(53), 제 1 방열부(54), 및 제 2 방열부(55)와 교차하도록, 배리스터 소체(51)의 면(51a)에서, 면(51c)측의 가장자리부 및 면(51d)측의 가장자리부를 따라 각각 형성되어 있다. 외부전극(56)은 제 2 내부전극(53)의 접속 부재(53b), 제 1 방열부(54), 및 제 2 방열부(55)와 전기적 또한 물리적으로 접속되고, 외부전극(57)은 제 1 내부전극(52)의 접속 부재(52b), 제 1 방열부(54), 및 제 2 방열부(55)와 전기적 또한 물리적으로 접속되어 있다.
또, 배리스터 소체(51)의 면(51a)에서, 외부전극(56, 57)간에는 예를 들면 3행×4열의 매트릭스형으로 패드전극(58)이 배열되어 있다. 패드전극(58) 중, 외측의 열(제 1 열 및 제 4 열)에 상당하는 패드전극(58)은 제 1 방열부(54) 및 제 2 방열부(55)에 접촉하고 있다.
이 배리스터(V5)에서도, 배리스터 소체(51)는 ZnO를 주성분으로 하고 있고, 제 1 방열부(54) 및 제 2 방열부(55)는 금속인 Ag과, 배리스터 소체(51)의 주성분인 ZnO를 포함하는 금속산화물의 복합 재료에 의해서 형성되어 있다. 따라서, 배리스터부(50)와, 제 1 방열부(54) 및 제 2 방열부(55)의 접합 강도가 충분히 확보되고, 외부전극(56, 57) 및 패드전극(58)을 통해서 외부소자로부터 배리스터부(50)에 전해진 열은 제 1 방열부(54)에서의 면(54a)부터 면(54b), 면(54c), 면(54d)에 걸쳐 형성되는 도통 경로, 및 제 2 방열부(55)에서의 면(55a)부터 면(55b), 면(55c), 면(55d)에 걸쳐 형성되는 도통 경로를 따라 효율 좋게 방열된다.
[발광장치]
계속해서, 본 발명의 1실시형태에 관계되는 발광장치에 관해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 1실시형태에 관계되는 발광장치를 도시하는 개략 단면도이다. 도 7에 도시하는 발광장치 LE는 예를 들면 상술한 배리스터(V1)와, 상기 배리스터(V1)와 전기적으로 접속된 반도체 발광소자(61)를 구비하고 있다.
반도체 발광소자(61)는 GaN(질화갈륨)계 반도체의 발광 다이오드(LED : Light-Emitting Diode)이고, 기판(62)과, 상기 기판(62)상에 형성된 층 구조체 LS를 구비하고 있다. GaN계의 반도체 LED는 주지이고, 그 설명을 간략화한다. 기판(62)은 사파이어로 이루어지는 광학적으로 투명하고 또한 전기절연성을 갖는 기판이다. 층 구조체 LS는 적층된 n형(제 1 도전형)의 반도체영역(63)과, 발광층(64)과, p형(제 2 도전형)의 반도체영역(65)을 포함하고 있다. 반도체 발광소자(61)는 n형의 반도체영역(63)과 p형의 반도체영역(65)의 사이에 인가되는 전압에 따라서 발광한다.
n형의 반도체영역(63)은 n형의 질화물 반도체를 포함하여 구성되어 있다. 본 실시형태에서는 n형의 반도체영역(63)은 기판(62)상에 GaN이 에피택셜 성장되어 이루어지고, 예를 들면 Si와 같은 n형 도펀트가 첨가되어 n형의 도전성을 갖고 있다. 또한, n형의 반도체영역(63)은 발광층(64)보다도 굴절율이 작고 또한 밴드갭이 커 지는 조성을 갖고 있어도 좋다. 이 경우, n형의 반도체영역(63)은 발광층(64)에 대하여 하부 클래드로서의 역할을 한다.
발광층(64)은 n형의 반도체영역(63)상에 형성되고, n형의 반도체영역(63) 및 p형의 반도체영역(65)으로부터 공급된 캐리어(전자 및 정공)가 재결합함으로써 발광영역에서 빛을 발생한다. 발광층(64)은 예를 들면, 장벽층과 우물층이 복수 주기에 걸쳐 교대로 적층된 다중양자우물(MQW : Multiple Quantum Well) 구조로 할 수 있다. 이 경우, 장벽층 및 우물층이 InGaN으로 이루어지고, In(인듐)의 조성을 적절하게 선택함으로써 장벽층의 밴드갭이 우물층의 밴드갭보다 커지도록 구성된다. 발광영역은 발광층(64)에 있어서, 캐리어가 주입되는 영역에 생긴다.
p형의 반도체영역(65)은 p형의 질화물 반도체를 포함하여 구성되어 있다. 본 실시형태에서는 p형의 반도체영역(65)은 발광층(64)상에 AlGaN이 에피택셜 성장되어 이루어지고, 예를 들면 Mg과 같은 p형 도펀트가 첨가되어 p형의 도전성을 갖고 있다. 또한, p형의 반도체영역(65)은 발광층(64)보다도 굴절율이 작고 또한 밴드갭이 커지는 조성을 갖고 있어도 좋다. 이 경우, p형의 반도체영역(65)은 발광층(64)에 대하여 상부 클래드로서의 역할을 한다.
n형의 반도체영역(63)상에는 캐소드전극(66)이 형성되어 있다. 캐소드전극(66)은 도전성 재료로 이루어지고, n형의 반도체영역(63)의 사이에 오믹 접촉이 실현되어 있다. p형의 반도체영역(65)상에는 애노드전극(67)이 형성되어 있다. 애노드전극(67)은 도전성 재료로 이루어지고, p형의 반도체영역(65)의 사이에 오믹접촉이 실현되어 있다. 캐소드전극(66) 및 애노드전극(67)에는 범프전극(68)이 형성 되어 있다.
상술한 구성의 반도체 발광소자(61)에서는 애노드전극(67; 범프전극(68))과 캐소드전극(66; 범프전극(68))의 사이에 소정의 전압이 인가되어 전류가 흐르면, 발광층(64)의 발광영역에서 발광이 생기게 된다.
반도체 발광소자(61)는 외부전극(12, 13)에 범프 접속되어 있다. 즉, 캐소드전극(66)은 범프전극(68)을 통해서 외부전극(12)에 전기적 또한 물리적으로 접속되어 있다. 애노드전극(67)은 범프전극(68)을 통해서 외부전극(13)에 전기적 또한 물리적으로 접속되어 있다. 이것에 의해, 배리스터(V1)가 반도체 발광소자(61)에 병렬 접속되게 된다. 따라서, 배리스터(V1)에 의해, 반도체 발광소자(61)는 ESD 서지로부터 보호된다.
상술한 바와 같이, 배리스터(V1)에서는 방열부(14)는 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO와 같은 성분을 금속산화물로서 포함하고 있고, 배리스터 소체(15)와 방열부(14)의 구성 성분은 공통화되어 있다. 또한, 소성시, 방열부(14)에 포함되는 Ag은 면(14a)과 면(15b)의 계면 부근에서 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO의 입계에 확산된다. 이것에 의해, 배리스터부(11)와 방열부(14)가 강고하게 접합된다.
따라서, 발광장치 LE에서도, 외부전극(12, 13)을 통해서 반도체 발광소자(61)로부터 배리스터부(11)에 전해진 열은 Ag 입자 및 Al2O3의 코팅부분에 의해서 방열부(14)에서의 면(14a)부터 면(14b), 면(14c), 면(14d)에 걸쳐 형성되는 도통 경로를 따라 효율 좋게 방열된다.
[제 6 실시형태]
본 발명의 제 6 실시형태에 관계되는 배리스터에 관해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제 6 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 단면도이다. 도 8에 도시하는 배리스터(V6)는 제 1 내부전극, 제 2 내부전극, 및 제 3 내부전극이 각각 복수 배치되어 있는 점에서, 제 1 실시형태에 관계되는 배리스터(V1)와 다르다.
즉, 배리스터(V6)는 배리스터(V1)와 같이 배리스터 소체(15)의 면(15a)에서 서로 간격을 두고 대칭적으로 배치된 제 1 내부전극(81A) 및 제 2 내부전극(82A)을 갖는 동시에, 복수층의 배리스터층을 사이에 두고 제 1 내부전극(81A) 및 제 2 내부전극(82A)의 각각과 서로 대향하도록, 배리스터 소체(15) 내의 대략 중앙부분에 배치된 제 3 내부전극(83A)을 갖고 있다.
또한, 배리스터 소체(15) 내에서, 제 3 내부전극(83A)보다도 방열부(14)측에는 제 1 내부전극(81A), 제 2 내부전극(82A), 제 3 내부전극(83A)과 같은 위치관계를 갖고, 제 1 내부전극(81B 내지 81D), 제 2 내부전극(82B 내지82D), 제 3 내부전극(83B 내지 83C)이 배치되어 있다. 제 1 내부전극(81A 내지 81D)은 관통전극(84)에 의해서 서로 전기적으로 접속되고, 제 2 내부전극(82A 내지 82D)은 관통전극(85)에 의해서 서로 전기적으로 접속되어 있다.
이 배리스터(V6)에서도, 배리스터 소체(15)는 ZnO를 주성분으로 하고 있고, 방열부(14)는 금속인 Ag과, 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO를 포함하는 금속산화물의 복합 재료에 의해서 형성되어 있다. 따라서, 배리스터부(11)와 방열부(14) 의 접합 강도가 충분히 확보되고, 외부전극(12, 13)을 통해서 외부소자로부터 배리스터부(11)에 전해진 열은 방열부(14)에서의 면(14a)부터 면(14c), 면(14d)에 걸쳐 형성되는 도통 경로를 따라 효율 좋게 방열된다.
[제 7 실시형태]
본 발명의 제 7 실시형태에 관계되는 배리스터에 관해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 제 7 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 단면도이다. 도 9에 도시하는 배리스터(V7)는 제 1 내부전극 및 제 2 내부전극이 각각 복수 배치되어 있는 점에서 제 2 실시형태에 관계되는 배리스터(V2)와 다르다.
즉, 배리스터(V7)는 배리스터(V2)와 같이 제 3 내부전극(18; 도 2 참조)을 구비하지 않고, 이 대신에, 일단측끼리가 서로 대향하도록 배리스터 소체(15) 내에 배치된 제 1 내부전극(91A) 및 제 2 내부전극(92A)을 갖고 있다. 또한, 배리스터 소체(15) 내에서, 제 1 내부전극(91A)보다도 방열부(14)측에는 제 1 내부전극(91A) 및 제 2 내부전극(92A)과 같은 위치관계를 갖고, 제 1 내부전극(91B, 91C) 및 제 2 내부전극(92B, 92C)이 배치되어 있다. 그리고, 제 1 내부전극(91A 내지 91C)은 관통전극(93)에 의해서 외부전극(12)에 접속되고, 제 2 내부전극(92A 내지 92C)은 관통전극(94)에 의해서 외부전극(13)에 접속되어 있다.
이 배리스터(V7)에서도, 배리스터 소체(15)는 ZnO를 주성분으로 하고 있고, 방열부(14)는 금속인 Ag과, 배리스터 소체(15)의 주성분인 ZnO를 포함하는 금속산화물의 복합 재료에 의해서 형성되어 있다. 따라서, 배리스터부(11)와 방열부(14)의 접합 강도가 충분히 확보되고, 외부전극(12, 13)을 통해서 외부소자로부터 배리 스터부(11)에 전해진 열은 방열부(14)에서의 면(14a)부터 면(14b), 면(14c), 면(14d)에 걸쳐 형성되는 도통 경로를 따라 효율 좋게 방열된다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기한 각 실시형태에서는 배리스터 소체(15)의 주성분인 반도체 세라믹으로서 ZnO를 예시하였지만, 이러한 반도체 세라믹으로서는 ZnO 외에, SrTiO3, BaTiO3, SiC 등을 사용하여도 좋다.
또한, 배리스터부(11)와 방열부(14)는 접착에 의해서 접합되어 있어도 좋다. 배리스터(V1 내지 V7)에는 InGaNAs계의 반도체 LED 등, GaN계 이외의 질화물계 반도체 LED를 접속하여도 좋고, 질화물계 이외의 반도체 LED나 LD 등을 접속하여도 좋다. LED에 한정되지 않고, 전계 효과 트랜지스터(FET), 바이폴라 트랜지스터 등, 동작 중에 발열하는 각종의 전자소자를 접속하여도 좋다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 배리스터의 개략 단면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 단면도.
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 단면도.
도 6은 본 발명의 제 5 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 사시도.
도 7은 본 발명의 1실시형태에 관계되는 발광장치를 도시하는 개략 단면도.
도 8은 본 발명의 제 6 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 단면도.
도 9는 본 발명의 제 7 실시형태에 관계되는 배리스터를 도시하는 개략 단면도.

Claims (14)

  1. 전압 비직선 특성을 발현하는 배리스터 소체와, 상기 배리스터 소체를 사이에 두고 적어도 일부가 서로 대향하도록 배치된 내부전극을 갖는 배리스터부와,
    상기 내부전극에 접속되고, 외부소자의 접속단이 되는 외부전극과,
    상기 배리스터부에 대하여 열적으로 접속된 방열부를 구비하고,
    상기 배리스터 소체는 반도체 세라믹을 주성분으로 하고, 상기 방열부는 금속 및 금속산화물의 복합 재료로 이루어지고,
    상기 배리스터부와 상기 방열부는 동시 소성에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 배리스터.
  2. 전압 비직선 특성을 발현하는 배리스터 소체, 상기 배리스터 소체의 내부에 배치되는 전극부, 및 상기 배리스터 소체의 표면에 배치되고, 적어도 일부가 상기 전극부와 서로 대향하는 전극부를 갖는 배리스터부와,
    상기 배리스터부에 대하여 열적으로 접속된 방열부를 구비하고,
    상기 배리스터 소체는 반도체 세라믹을 주성분으로 하고, 상기 방열부는 금속 및 금속산화물의 복합 재료로 이루어지고,
    상기 배리스터부와 상기 방열부는 동시 소성에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 배리스터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속은 상기 방열부에서의 상기 배리스터부에 접촉하고 있는 면부터 상기 배리스터부에 접촉하지 않은 면에 걸쳐 도통해 있는 것을 특징으로 하는, 배리스터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속산화물은 ZnO를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 배리스터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속산화물은 ZnO를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 배리스터.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속산화물은 금속 코팅된 Al2O3를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 배리스터.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속산화물은 금속 코팅된 Al2O3를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 배리스터.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속은 Ag을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배리스터.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속은 Ag을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배리스터.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속은 Ag을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배리스터.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속은 Ag을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배리스터.
  12. 삭제
  13. 발광소자와 배리스터를 구비한 발광장치로,
    상기 배리스터는
    전압 비직선 특성을 발현하는 배리스터 소체와, 상기 배리스터 소체를 사이에 두고 적어도 일부가 서로 대향하도록 배치된 내부전극을 갖는 배리스터부와,
    상기 내부전극에 접속되고, 상기 발광소자의 접속단이 되는 외부전극과,
    상기 배리스터부에 접촉하도록 배치된 방열부를 구비하고,
    상기 배리스터 소체는 ZnO를 주성분으로 하고, 상기 방열부는 금속 및 금속산화물의 복합 재료로 이루어지고,
    상기 배리스터부와 상기 방열부는 동시 소성에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 발광장치.
  14. 전압 비직선 특성을 발현하는 배리스터 소체가 되는 동시에 반도체 세라믹을 주성분으로 하는 그린 시트와, 내부 전극이 되는 전극 부분을 가지고, 상기 배리스터 소체를 사이에 두고 적어도 일부가 서로 대향하도록 상기 전극 부분이 배치된 그린체를 형성하는 공정과,
    금속 및 금속 산화물의 복합 재료로 이루어지는 방열부를 상기 그린체에 열적으로 접속하도록 배치하는 공정과,
    상기 그린체와 상기 방열부를 동시 소성하는 공정과,
    상기 내부 전극에 접속되고, 외부 소자의 접속단이 되는 외부 전극을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 배리스터의 제조방법.
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