KR101153769B1 - 정전기 대책 소자 및 그 복합 전자 부품 - Google Patents

정전기 대책 소자 및 그 복합 전자 부품 Download PDF

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Abstract

(과제) 반복 사용의 내구성이 높아진 정전기 대책 소자 등을 제공하는 것이다.
(해결 수단) 절연성 표면 (2a) 을 갖는 기체 (2) 와, 그 절연성 표면 (2a) 상에 있어서 상호 이간되어 대향 배치된 전극 (3a, 3b) 과, 적어도 그 전극 (3a, 3b) 간에 배치된 기능층 (4) 을 구비하는 정전기 대책 소자에 있어서, 상기 기체 (2) 를 향해 그 전극 (3a, 3b) 간의 갭이 좁아지는 다단 구조를 갖는 전극 (3a, 3b) 을 사용한다.
정전기 대책 소자, 복합 전자 부품, 저정전 용량

Description

정전기 대책 소자 및 그 복합 전자 부품{ESD PROTECTION DEVICE AND COMPOSITE ELECTRONIC COMPONENT OF THE SAME}
본 발명은 정전기 대책 소자 및 그 복합 전자 부품에 관한 것으로, 특히, 고속 전송계에서의 사용이나 코먼 모드 필터와의 복합화에 있어서 유용한 정전기 대책 소자에 관한 것이다.
최근, 전자 기기의 소형화 및 고성능화가 급속히 진전되고 있다. 또한, USB 2.0 이나 S-ATA2, HDMI 등의 고속 전송계로 대표되듯이, 전송 속도의 고속화 (1 GHz 를 초과하는 고주파수화) 그리고 저구동 전압화의 진전이 현저하다. 그 반면, 전자 기기의 소형화나 저구동 전압화에 따라, 전자 기기에 사용되는 전자 부품의 내(耐)전압은 저하된다. 따라서, 인체와 전자 기기의 단자가 접촉되었을 때 발생하는 정전기 펄스로 대표되는 과전압으로부터의 전자 부품의 보호가 중요한 기술 과제로 되어 있다.
종래, 이와 같은 정전기 펄스로부터 전자 부품을 보호하기 위해, 일반적으로 정전기가 들어가는 라인과 그라운드 사이에 배리스터 등을 형성하는 방법이 채용되었고, 또한, 전극을 장수명화한 서지 압소바를 채용하는 방법도 제안되어 있다 (특 허문헌 1 내지 3 참조). 그러나, 이들 정전 용량이 큰 배리스터 등을 고속 전송계에 사용하면, 방전 개시 전압이 높아질 뿐만 아니라, 신호 품질을 저하시키는 요인이 된다.
한편, 저정전 용량의 정전기 대책 부품으로는, 대향하는 전극 간에 정전기 보호 재료를 충전한 것이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 4 에는, 도전 입자를 함유하는 폴리머 재료를 전극 간의 갭 영역에 스텐실 인쇄로 도포하고, 이것을 열처리하여 고화시킴으로써, 전극 간에 전압 가변 폴리머 재료를 배치 형성 한 전기 회로 보호 디바이스 (정전기 대책 부품) 가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 5 에는, 정전기의 억제 효과를 높이기 위해, 표면에 부동태층 (不動態層) 을 형성한 금속 입자와 실리콘계 수지와 유기 용제를 혼련한 정전기 보호 재료 페이스트, 및 이것을 대향하는 전극 사이에 스크린 인쇄로 도포한 후에 건조시킴으로써, 1 쌍의 전극 간에 정전기 보호 재료층을 형성한 정전기 대책 부품이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 6 에는, 금속 산화물과 수지 성분 및 용제 성분을 함유하는 세라믹 페이스트, 및 이것을 전극 페이스트막 사이를 메우도록 스크린 인쇄한 후에 고온 소성함으로써, 산화 아연을 주성분으로 하는 전압 의존성 저항체층을 형성한 전기 회로 보호 디바이스 (정전기 대책 부품) 가 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2007-242404호
특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2002-015831호
특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 2007-048759호
특허문헌 4 : 일본 공표특허공보 2002-538601호
특허문헌 5 : 일본 공개특허공보 2007-265713호
특허문헌 6 : 일본 공개특허공보 2004-006594호
그러나, 특허문헌 4 ～ 6 에 기재된 정전기 대책 부품은, 방전시에 발생하는 전극의 파손에 의해, 전극 간에서 단락되거나, 전극 간의 갭 거리가 변동되어 방전 개시 전압이 크게 변동되는 등, 반복 사용에 견딜 수 있는 것은 아니었다.
본 발명은 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 반복 사용의 내구성이 높아진 정전기 대책 소자, 및 그것을 복합화한 복합 전자 부품을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 정전 용량이 작고, 방전 개시 전압이 낮고, 또한, 내열성 및 내후성이 우수하고, 추가적인 박막화를 달성할 수 있어, 생산성 및 경제성이 우수한 정전기 대책 소자 및 그 복합 전자 부품을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은, 예의 연구를 거듭한 결과, 대향하는 전극 간에 정전기 보호 재료를 충전한 소위 갭형 정전기 대책 소자에 있어서, 갭을 통해 대면하는 전극 단면을 다단 구조로 함으로써, 반복 사용의 내구성의 향상을 도모할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명에 의한 정전기 대책 소자는, 절연성 표면을 갖는 기체 (base) 와, 그 절연성 표면 상에 있어서 상호 이간되어 대향 배치된 전극과, 적어도 그 전극 간에 배치된 기능층을 구비하고, 상기 전극은, 상기 기체를 향해 그 전극 간의 갭이 좁아지는 다단 구조를 갖는 것이다.
여기에서, 본 명세서에 있어서, 「내구성」이란, 후술하는 실시예에 있어서의 정전기 방전 시험을 반복 실시했을 때의 방전 횟수에 의해 평가되는 성능을 의미한다.
본 발명자들이 상기 구성의 정전기 대책 소자의 특성을 측정한 결과, 그 정전기 대책 소자는, 상기 종래의 것에 비해, 내구성이 높아진 것으로 판명되었다. 이러한 효과가 나타나는 작용 기구의 상세 내용은, 아직 분명하지 않기는 하지만, 예를 들어, 이하와 같이 추정된다.
종래, 이러한 종류의 갭형 정전기 대책 소자에 있어서는, 통상적으로, 대향 배치된 전극 간의 저항값이 가장 낮은 도전 경로에서 방전이 발생하고, 본 발명자들의 지견에 의하면, 고전압 방전시, 국소적으로 발생하는 열에 의해 전극의 일부가 용융되거나 하여, 전극의 갭측의 단면이 파손되는 경우가 있다. 이에 대해, 상기 구성의 정전기 대책 소자에서는, 기체를 향해 전극 간의 갭 (즉, 폭) 이 (서서히) 좁아지는 다단 구조를 갖도록 구성되어 있기 때문에, 기체 측의 (하측) 단부 간에서의 방전이 촉진됨과 함께, 그 기체측의 단부 상에 형성된 (상측) 단부에 의해 방전시에 발생하는 열이 고효율로 확산된다. 그 결과, 방전시의 전극의 파손이 억제되고, 이로 인해 내구성이 높아진다. 단, 작용은, 이것에 한정되지 않는다.
여기에서, 상기 기능층은, 절연성 무기 재료의 매트릭스 중에 도전성 무기 재료가 불연속으로 분산된 컴포지트인 것이 바람직하다. 상기 종래의 유기-무기 복합막과는 달라, 이와 같이 정전기 보호 재료로서 절연성 무기 재료와 도전성 무기 재료의 컴포지트를 채용함으로써, 내열성이 현격히 높아짐과 함께, 온도나 습도 등의 외부 환경에 대한 내후성이 현격히 높아진다. 게다가, 그와 같은 컴포지트는, 스퍼터링법이나 증착법 등의 무기 재료의 박막 형성법을 채용하여 형성할 수 있기 때문에, 스텐실 인쇄나 스크린 인쇄 등에 의해 도포한 후에 건조시키거나 하여 수십 ㎛ 정도의 유기-무기 복합막을 형성하는 경우에 비해, 박막화가 용이해짐과 함께, 생산성 및 경제성이 높아진다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「컴포지트」란, 절연성 무기 재료의 매트릭스 중에 도전성 무기 재료가 분산된 상태를 의미하고, 절연성 무기 재료의 매트릭스 중에 도전성 무기 재료가 일양 (一樣) 하게 혹은 랜덤하게 분산된 상태뿐만 아니라, 절연성 무기 재료의 매트릭스 중에 도전성 무기 재료의 집합체가 분산된 상태, 즉, 일반적으로 해도 (海島) 구조라고 하는 상태를 포함하는 개념이다. 또한, 「절연성」이란 0.1 Ω㎝ 이상을, 「도전성」이란 0.1 Ω㎝ 미만을 의미하고, 소위 「반도전성」은, 그 비저항이 0.1 Ω㎝ 이상인 한, 전자의 절연성에 포함된다.
또한, 상기 절연성 무기 재료는, Al2O3, TiO2, SiO2, ZnO, In2O3, NiO, CoO, SnO2, V2O5, CuO, MgO, ZrO2, AlN, BN 및 SiC 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하다. 이들 금속 산화물은, 절연성, 내열성 및 내후성이 우수하기 때문에, 컴포지트의 절연성 매트릭스를 구성하는 소재로서 유효하게 기능하고, 그 결과, 방전 특성, 내열성 및 내후성이 우수한 고성능의 정전기 대책 소자를 실현할 수 있다. 또한, 이들 금속 산화물은, 저비용으로 입수 가능하고, 게다 가 스퍼터링법을 적용할 수 있기 때문에 생산성 및 경제성도 높아진다.
또한, 상기 도전성 무기 재료는, C, Ni, Cu, Au, Ti, Cr, Ag, Pd 및 Pt 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 또는 이들 금속 화합물인 것이 바람직하다. 절연성 무기 재료의 매트릭스 중에 이들 금속 또는 금속 화합물을 불연속으로 분산시킨 상태로 배합함으로써, 방전 특성, 내열성 및 내후성이 우수한 고성능의 정전기 대책 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명 다른 양태는, 본 발명의 정전기 대책 소자를 유효하게 복합화한 복합 전자 부품으로서, 2 개의 자성 기체 간에 인덕터 소자와 정전기 대책 소자를 갖는 복합 전자 부품으로서, 상기 인덕터 소자는, 수지로 이루어지는 절연층과, 상기 절연층 상에 형성된 도체 패턴을 구비하고, 상기 정전기 대책 소자는, 상기 자성 기체 상에 형성된 하지 절연층과, 그 하지 절연층 상에 있어서 상호 이간되어 대향 배치된 전극과, 적어도 그 전극 간에 배치된 기능층을 구비하고, 상기 전극은, 상기 자성 기체를 향해 그 전극 간의 갭이 좁아지는 다단 구조를 갖는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 양태는, 본 발명의 정전기 대책 소자를 유효하게 복합화한 복합 전자 부품으로서, 2 개의 자성 기체 간에 형성된 코먼 모드 필터층 및 정전기 대책 소자층을 구비하고, 상기 코먼 모드 필터층은, 수지로 이루어지는 제 1 및 제 2 절연층과, 상기 제 1 절연층 상에 형성된 제 1 스파이럴 도체와, 상기 제 2 절연층 상에 형성된 제 2 스파이럴 도체를 구비하고, 상기 정전기 대책 소자층은, 상기 제 1 스파이럴 도체의 일단에 접속된 제 1 정전기 대책 소자와, 상기 제 2 스파이럴 도체의 일단에 접속된 제 2 정전기 대책 소자를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 스파이럴 도체는, 적층 방향과 수직인 평면에 각각 형성되어, 서로 자기 (磁氣) 결합하도록 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 정전기 대책 소자는, 상기 자성 기체 상에 형성된 하지 절연층과, 그 하지 절연층 상에 있어서 상호 이간되어 대향 배치된 전극과, 적어도 그 전극 간에 배치된 기능층을 구비하고, 상기 전극은, 상기 자성 기체를 향해 그 전극 간의 갭이 좁아지는 다단 구조를 갖는 것이다.
본 발명에 의하면, 내구성이 높아진 정전기 대책 소자 및 그 복합 전자 부품을 실현할 수 있고, 또한, 종래에 비해 내열성 및 내후성의 향상 그리고 추가적인 박막화를 달성할 수 있어, 생산성 및 경제성도 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 상하 좌우 등의 위치 관계는, 특별히 언급하지 않는 한, 도면에 나타내는 위치 관계에 기초하는 것으로 한다. 또한, 도면의 치수 비율은, 도시된 비율에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 실시형태는, 본 발명을 설명하기 위한 예시이며, 본 발명은 그 실시형태에만 한정되지 않는다.
(제 1 실시형태)
도 1 은, 본 발명에 의한 정전기 대책 소자의 바람직한 실시형태를 개략적으로 나타내는 모식 단면도이다. 이 정전기 대책 소자 (1) 는, 절연성 표면 (2a) 을 갖는 기체 (2) 와, 이 절연성 표면 (2a) 상에 배치 형성된 1 쌍의 전극 (3a, 3b) 과, 이들 전극 (3a, 3b) 간에 배치 형성된 기능층 (4) 과, 전극 (3a, 3b) 과 전기적으로 접속된 단자 전극 (5) (도시 생략) 을 구비한다. 이 정전기 대책 소자 (1) 에 있어서, 기능층 (4) 은 저전압 방전 타입의 정전기 보호 재료로서 기능하고, 정전기 등의 과전압이 인가되었을 때, 이 기능층 (4) 을 통해 전극 (3a, 3b) 간에 초기 방전이 확보되도록 설계되어 있다.
기체 (2) 는, 절연성 표면 (2a) 을 갖는다. 여기에서, 절연성 표면 (2a) 을 갖는 기체 (2) 란, 절연성 재료로 이루어지는 기판 이외에, 기판 상의 일부에 또는 전체 면에 절연막이 제막된 것을 포함하는 개념이다. 또한, 기체 (2) 는, 적어도 전극 (3a, 3b) 및 기능층 (4) 을 지지할 수 있는 것이면, 그 치수 형상은 특별히 제한되지 않는다.
기체 (2) 의 구체예로는, 예를 들어, NiZn 페라이트나 알루미나, 실리카, 마그네시아, 질화 알루미늄 등의 유전율이 50 이하, 바람직하게는 20 이하의 저유전율 재료를 사용한 세라믹 기판이나 단결정 기판 등을 들 수 있다. 또한, 각종 공지된 기판의 표면에 NiZn 페라이트나 알루미나, 실리카, 마그네시아, 질화 알루미늄 등의 유전율이 50 이하, 바람직하게는 20 이하의 저유전율 재료로 이루어지는 절연막을 형성한 것도 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 절연막의 형성 방법은, 특별히 한정되지 않고, 진공 증착법, 반응성 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, CVD 나 PVD 등의 기상법 등의 공지된 수법을 적용할 수 있다. 또한, 기판 및 절연막의 막두께는, 적절히 설정할 수 있다.
기체 (2) 의 절연성 표면 (2a) 상에는, 1 쌍의 전극 (3a, 3b) 이 상호 이간되어 배치 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 1 쌍의 전극 (3a, 3b) 은, 기체 (2) 의 평면 대략 중앙 위치에 갭 거리 (△G) 를 두고 대향 배치되어 있다.
본 실시형태의 전극 (3a, 3b) 은, 하층 (3al, 3bl) 과 상층 (3au, 3bu) 의 적층 구조체로서, 상층 (3au, 3bu) 의 갭측 단면이 하층 (3al, 3bl) 의 갭측 단면보다 갭 방향으로 연장되도록 적층됨으로써, 전극 (3a, 3b) 간의 갭이 기체 (2) 를 향해 좁아지는 다단 구조로 형성되어 있다.
전극 (3a, 3b) 을 구성하는 소재로는, 예를 들어, Ni, Cr, Al, Pd, Ti, Cu, Ag, Au 및 Pt 등에서 선택된 적어도 1 종류의 금속, 혹은 이들의 합금 등을 들 수 있는데, 이들에 특별히 한정되지 않는다. 또한, 본 실시형태에서는, 전극 (3a, 3b) 은, 평면에서 보았을 때 직사각형 형상으로 형성되어 있는데, 그 형상은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 빗살 형상, 혹은 톱 형상으로 형성되어 있어도 된다.
전극 (3a, 3b) 의 형성 방법은, 특별히 한정되지 않고, 공지된 수법을 적절히 선택할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 도포, 전사, 전해 도금, 무전해 도금 증착 혹은 스퍼터링 등에 의해, 하층 (3al, 3bl) 및 상층 (3au, 3bu) 을 순차적으로 형성하고, 전극 (3a, 3b) 을 제조하는 방법을 들 수 있다. 또한, 전극 (3a, 3b) 은, 하층 (3al, 3bl) 및 상층 (3au, 3bu) 이 일체 형성되어 있어도 되고, 이 경우에는, 기체 (2) 의 대략 전체면에 형성된 금속층 또는 합금층으로부터, 레이저 혹은 이온 빔 또는 포토리소그래피 등에 의해, 전극 (3a, 3b) (및 갭) 을 패턴 형성하는 방법도 적용할 수 있다.
전극 (3a, 3b) 간의 갭 거리 (△G) 는, 특별히 한정되지 않고, 목적에 따라 적절히 설정할 수 있다. 저전압 초기 방전을 확보함과 함께, 갭형성시의 가공 용이성을 유지하면서 전극 (3a, 3b) 간의 단락을 억제하는 관점에서, 갭 거리 (△G) 는, 0.5 ～ 10 ㎛ 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 ～ 8 ㎛ 이다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「갭 거리 (△G)」란, 전극 (3a, 3b) 간의 최단 거리를 의미한다.
전극 (3a, 3b) 의 다단 구조는, 전극 (3a, 3b) 간의 갭이 기체 (2) 를 향해 좁아지도록 구성되어 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 기체 (2) 를 향해 전극 (3a, 3b) 간의 갭이 좁아지는 양태는, 전극 (3a, 3b) 의 형성이 용이하기 때문에, 생산성 및 경제성이 높아진다. 또한, 본 실시형태에서는 하층 (3al, 3bl) 및 상층 (3au, 3bu) 의 2 단 구조의 전극 (3a, 3b) 이 채용되어 있지만, 예를 들어, 2 단 이상의 다단 (예를 들어, 3 단이나 4 단) 구조로 되어 있어도 되고, 다단 구조가 테이퍼 형상으로 형성되어 있어도 된다.
전극 (3a, 3b) 의 두께는, 특별히 한정되지 않고, 목적에 따라 적절히 설정할 수 있는데, 0.1 ～ 1 ㎛ 의 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하다. 하층 (3al, 3bl) 의 두께 (△Tl) 는, 후술하는 기능층 (4) 의 형성을 저해하지 않는 관점에서, 전극 (3a, 3b) 간의 갭 거리 (△G) 의 등배 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상층 (3au, 3bu) 의 두께 (△Tu) 는, 열전도의 효율을 높이는 관점에서, 하층 (3al, 3bl) 의 두께 (△Tl) 의 배 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상층 (3au, 3bu) 으로부터 연장되는 하층 (3al, 3bl) 의 연장 치수 (단차의 안 길이 : 디딤면 치수라고도 한다) (△L) 는, 하층 (3al, 3bl) 간의 방전을 촉진시켜 상층 (3au, 3bu) 의 방전 파손을 억제함과 함께 상층 (3au, 3bu) 에 의한 열의 확산 효율을 높이는 관점에서 1 ～ 30 ㎛ 가 바람직하다.
상기의 전극 (3a, 3b) 간에는, 기능층 (4) 이 배치 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 상기 서술한 기체 (2) 의 절연성 표면 (2a) 상 및 전극 (3a, 3b) 상에 기능층 (4) 이 적층된 구성으로 되어 있다. 이 기능층 (4) 의 치수 형상 및 그 배치 형성 위치는, 과전압이 인가되었을 때 자신을 통해 전극 (3a, 3b) 간에 초기 방전이 확보되도록 설계되어 있는 한, 특별히 한정되지 않는다.
도 2 는, 기능층 (4) 의 모식 평면도이다.
기능층 (4) 은, 절연성 무기 재료 (4a) 의 매트릭스 중에 도 (島) 형상의 도전성 무기 재료 (4b) 의 집합체가 불연속으로 점재된 해도 구조의 컴포지트로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기능층 (4) 은, 순차적으로 스퍼터링을 실시함으로써 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 기체 (2) 의 절연성 표면 (2a) 상 및/또는 전극 (3a, 3b) 상에, 도전성 무기 재료 (4b) 를 스퍼터링하여 부분적으로 (불완전하게) 성막한 후, 계속해서 절연성 무기 재료 (4a) 를 스퍼터링함으로써, 소위, 도 형상으로 점재된 도전성 무기 재료 (4b) 의 층과 이것을 덮는 절연성 무기 재료 (4a) 의 층의 적층 구조의 컴포지트가 형성되어 있다.
매트릭스를 구성하는 절연성 무기 재료 (4a) 의 구체예로는, 예를 들어, 금속 산화물, 금속 질화물 등을 들 수 있는데, 이들에 특별히 한정되지 않는다. 절연성이나 비용면을 고려하면, Al2O3, TiO2, SiO2, ZnO, In2O3, NiO, CoO, SnO2, V2O5, CuO, MgO, ZrO2, AlN, BN 및 SiC 가 바람직하다. 이들은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서도 절연성 매트릭스에 고도의 절연성을 부여하는 관점에서는, Al2O3 나 SiO2 등을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 절연성 매트릭스에 반도체성을 부여하는 관점에서는, TiO2 나 ZnO 를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 절연성 매트릭스에 반도체성을 부여함으로써, 보다 낮은 전압에서 방전을 개시하는 정전기 대책 소자를 얻을 수 있다. 절연성 매트릭스에 반도체성을 부여하는 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 이들 TiO2 나 ZnO 를 단독으로 사용하거나, 이들을 다른 절연성 무기 재료 (4a) 와 병용하면 된다. 특히, TiO2 는, 아르곤 분위기 중에서 스퍼터링할 때 산소가 결손되기 쉬워, 전기 전도도가 높아지는 경향이 있기 때문에, 절연성 매트릭스에 반도체성을 부여하기 위해서는 TiO2 를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
도전성 무기 재료 (4b) 의 구체예로는, 예를 들어, 금속, 합금, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 붕화물 등을 들 수 있는데, 이들에 특별히 한정되지 않는다. 도전성을 고려하면, C, Ni, Cu, Au, Ti, Cr, Ag, Pd 및 Pt 혹은 이들의 합금이 바람직하다.
절연성 무기 재료 (4a) 및 도전성 무기 재료 (4b) 의 바람직한 조합으로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, Cu 와 SiO2 의 조합, 및 Au 와 SiO2 의 조합을 들 수 있다. 이들 재료로 구성된 정전기 대책 소자는, 전기적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 도 형상의 도전성 무기 재료 (4b) 의 집합체가 불연속으로 점재된 해도 구조의 컴포지트를 고정밀도로 또한 용이하게 형성할 수 있어, 가공성이나 비용면에서도 매우 유리하다.
기능층 (4) 의 총 두께는, 특별히 한정되지 않고, 적절히 설정할 수 있는데, 한층 더 박막화를 달성하고, 이 정전기 대책 소자 (1) 를 사용한 전자 기기를 한층 더 소형화 및 고성능화를 실현하는 관점에서, 10 ㎚ ～ 10 ㎛ 인 것이 바람직하고, 15 ㎚ ～ 1 ㎛ 인 것이 보다 바람직하고, 15 ～ 500 ㎚ 인 것이 보다 바람직하다. 게다가, 무기 재료로 이루어지는 두께가 10 ㎚ ～ 1 ㎛ 인 매우 얇은 컴포지트는, 스퍼터링법이나 증착법 등의 공지된 박막 형성 방법을 적용하여 형성할 수 있기 때문에, 이로 인해, 정전기 대책 소자 (1) 의 생산성 및 경제성이 높아진다. 본 실시형태와 같이, 소위, 불연속으로 점재된 도 형상의 도전성 무기 재료 (4b) 의 층과 절연성 무기 재료 (4a) 의 매트릭스층을 형성하는 경우, 도전성 무기 재료 (4b) 의 층의 두께는, 1 ～ 10 ㎚ 인 것이 바람직하고, 절연성 무기 재료 (4a) 층의 두께는, 10 ㎚ ～ 10 ㎛ 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 ㎚ ～ 1 ㎛ 이며, 더욱 바람직하게는 10 ～ 500 ㎚ 이다.
기능층 (4) 의 형성 방법은, 상기 서술한 스퍼터링법에 한정되지 않는다. 기체 (2) 의 절연성 표면 (2a) 상 및/또는 전극 (3a, 3b) 상에 공지된 박막 형성 방법을 적용하여, 상기 서술한 절연성 무기 재료 (4a) 및 도전성 무기 재료 (4b) 를 부여함으로써 기능층 (4) 을 형성할 수 있다. 즉, 이 정전기 대책 소자 (1) 는, 상기 종래의 인쇄법에 의해 형성되는 유기-무기 복합막과는 달라, 스퍼터링법이나 증착법 등에 의한 층 형성을 적용할 수 있는 절연성 무기 재료 (4a) 와 도전성 무기 재료 (4b) 의 컴포지트를 기능층 (4) 으로서 채용한 점에, 각별한 우위성을 갖는다. 또한, 본 실시형태의 정전기 대책 소자 (1) 는, 전극 (3a, 3b) 간에 전압을 인가함으로써 기능층 (4) 중으로 전극 (3a, 3b) 의 일부가 비산된 결과, 기능층 (4) 이 전극 (3a, 3b) 을 구성하는 소재를 포함하는 구성이어도 된다.
본 실시형태의 정전기 대책 소자 (1) 에 있어서는, 절연성 무기 재료 (4a) 의 매트릭스 중에 불연속으로 점재된 도 형상의 도전성 무기 재료 (4b) 를 포함하는 기능층 (4) 이, 저전압 방전 타입의 정전기 보호 재료로서 기능한다. 구체적으로는, 1 쌍의 전극 (3a, 3b) 간에 정전기에 의한 전압이 인가되었을 때, 절연성 무기 재료 (4a) 의 매트릭스 중에 불연속으로 점재된 도 형상의 도전성 무기 재료 (4b) 에 의해 구성되는 임의의 경로, 즉 전극 (3a, 3b) 간에 있어서 에너지 집중이 큰 지점 간에서 방전이 발생되고, 정전기의 방전 에너지는 흡수된다. 고전압 방전을 실시한 경우, 방전 후의 전극이나 기능층의 일부가 파괴되는 경우도 있지만, 불연속으로 점재된 도 형상으로 도전성 무기 재료 (4b) 에 의해 다수의 전류 경로가 형성되어 있기 때문에 복수회의 정전기 흡수가 가능하다.
특히, 본 실시형태의 정전기 대책 소자 (1) 는, 전극 (3a, 3b) 이 폭이 넓은 하층 (3al, 3bl) 과 폭이 좁은 상층 (3au, 3bu) 의 적층 구조체로 이루어지는 다단 구조를 갖고, 하층 (3al, 3bl) 간에서의 방전이 촉진됨과 함께, 방전시에 발생한 열의 확산이 용이해져, 반복 사용시의 내구성이 높아진 것이 된다.
게다가, 본 실시형태에 있어서는, 저전압 방전 타입의 정전기 보호 재료로서 기능하는 기능층 (4) 으로서, 적어도 절연성 무기 재료 (4a) 와 도전성 무기 재료 (4b) 로 구성되는 컴포지트가 채용되어 있다. 그 때문에, 이 정전기 대책 소자 (1) 는, 상기 종래의 유기-무기 복합막의 것에 비해, 정전 용량이 작고, 방전 개시 전압이 낮고, 또한, 내열성 및 내후성에 각별히 우수한 것이 된다. 또한, 스퍼터링법에 의해 기능층 (4) 이 형성되어 있기 때문에, 생산성 및 경제성이 우수한 것이 된다.
또한, 상기의 제 1 실시형태의 정전기 대책 소자 (1) 에 있어서는, 절연성 무기 재료 (4a) 의 매트릭스 중에 도전성 무기 재료 (4b) 가 불연속으로 분산된 컴포지트를 기능층 (4) 으로서 채용하고 있는데, 기능층 (4) 으로서 실리콘 수지나 에폭시 수지 등의 절연성이 높은 수지 중에, 일례로서 Ag, Cu, Ni, Al, Fe 와 같은 금속 입자 혹은 도전성을 갖는 금속 화합물 입자를 분산시킨 컴포지트를 채용할 수도 있다.
(제 2 실시형태)
도 3 은, 본 발명에 의한 정전기 대책 소자의 다른 바람직한 실시형태를 개략적으로 나타내는 모식 단면도이다. 이 정전기 대책 소자 (6) 는, 기능층 (4) 대신에 기능층 (7) 을 갖는 것 이외에는, 상기 서술한 제 1 실시형태의 정전기 대책 소자 (1) 와 같은 구성을 갖는다.
기능층 (7) 은, 절연성 무기 재료 (4a) (도시 생략) 의 매트릭스 중에 도전성 무기 재료 (4b) (도시 생략) 가 불연속으로 분산된 컴포지트이다. 본 실시 형태에서는, 기능층 (7) 은, 기체 (2) 의 절연성 표면 (2a) 상 및/또는 전극 (3a, 3b) 상에 절연성 무기 재료 (4a) 를 포함하는 타겟 (또는 절연성 무기 재료 (4a) 및 도전성 무기 재료 (4b) 를 포함하는 타겟) 을 사용하여 스퍼터링 (또는 동시 스퍼터링) 한 후, 전극 (3a, 3b) 간에 전압을 인가하여 전극 (3a, 3b) 의 일부를 절연성 무기 재료 (4a) 중에 랜덤하게 비산시킴으로써 형성되어 있다. 따라서, 본 실시형태의 기능층 (7) 은, 도전성 무기 재료 (4b) 로서 전극 (3a, 3b) 을 구성하는 소재를 적어도 포함하는 것으로 되어 있다.
기능층 (7) 의 총 두께는, 특별히 한정되지 않고, 적절히 설정할 수 있는데, 한층 더 박막화를 달성하는 관점에서, 10 ㎚ ～ 10 ㎛ 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 ㎚ ～ 1 ㎛ 이며, 더욱 바람직하게는 10 ～ 500 ㎚ 이다.
본 실시형태의 정전기 대책 소자 (6) 에 있어서는, 저전압 방전 타입의 정전기 보호 재료로서 기능하는 기능층 (7) 으로서, 절연성 무기 재료 (4a) 의 매트릭스 중에 입자 형상의 도전성 무기 재료 (4b) 가 불연속으로 분산된 컴포지트가 채용되어 있다. 이와 같이 구성하더라도, 상기 제 1 실시형태와 동일한 작용 효과가 나타난다.
(제 3 실시형태)
도 4 는, 본 발명에 의한 복합 전자 부품의 바람직한 실시형태의 외관 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 복합 전자 부품 (100) 은, 정전기 보호 기능을 구비한 박막 코먼 모드 필터로서, 제 1 및 제 2 자성 기체 (11a, 11b) 와, 제 1 자성 기체 (11a) 와 제 2 자성 기체 (11b) 에 끼워진 복합 기능층 (12) 을 구비하고 있다. 또한, 제 1 자성 기체 (11a), 복합 기능층 (12) 및 제 2 자성 기체 (11b) 로 이루어지는 적층체의 외주면에는, 제 1～ 제 6 의 단자 전극 (13a ～ 13f) 이 형성되어 있다. 이 중, 제 1 및 제 2 단자 전극 (13a, 13b) 은 제 1 측면 (10a) 에 형성되고, 제 3 및 제 4 단자 전극 (13c, 13d) 은 제 1 측면 (10a) 과 대향하는 제 2 측면 (10b) 에 형성되고, 제 5 단자 전극 (13e) 은 제 1 및 제 2 측면 (10a, 10b) 와 직교하는 제 3 측면 (10d) 에 형성되고, 제 6 단자 전극 (13f) 은 제 3 측면과 대향하는 제 4 측면 (10c) 에 형성되어 있다.
제 1 및 제 2 자성 기체 (11a, 11b) 는, 복합 기능층 (12) 을 물리적으로 보호함과 함께, 코먼 모드 필터의 폐자로 (閉磁路) 로서의 역할을 완수하는 것이다. 제 1 및 제 2 자성 기체 (11a, 11b) 의 재료로는, 소결 페라이트, 복합 페라이트 (분말 형상의 페라이트를 함유한 수지) 등을 사용할 수 있다.
도 5 는, 복합 전자 부품 (100) 의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 복합 전자 부품 (100) 은, 코먼 모드 쵸크 코일로서 기능하는 인덕터 소자 (14a, 14b) 와, 정전기 대책 소자 (15a, 15b) 를 구비하고 있고, 인덕터 소자 (14a, 14b) 의 일단은 제 1 및 제 2 단자 전극 (13a, 13b) 에 각각 접속되고, 타단은 제 3 및 제 4 단자 전극 (13c, 13d) 에 각각 접속되어 있다. 또한, 정전기 대책 소자 (15a, 15b) 의 일단은 제 1 및 제 2 단자 전극 (13a, 13b) 에 각각 접속되고, 타단은 제 5 및 제 6 단자 전극 (13e, 13f) 에 각각 접속되어 있다. 이 복합 전자 부품 (100) 은, 1 쌍의 신호 라인 상에 실장될 때, 제 1 및 제 2 단자 전극 (13a, 13b) 은 신호 라인의 입력측에 접속되고, 제 3 및 제 4 단자 전극 (13c, 13d) 은 신호 라인의 출력측에 접속된다. 또한, 제 5 및 제 6 단자 전극 (13e, 13f) 은 그라운드 라인에 접속된다.
도 6 은, 복합 전자 부품 (100) 의 층 구조의 일례를 나타내는 분해 사시도이다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 복합 전자 부품 (100) 은, 제 1 및 제 2 자성 기체 (11a, 11b) 와, 제 1 및 제 2 자성 기체 (11a, 11b) 에 끼워진 복합 기능층 (12) 을 구비하고 있고, 복합 기능층 (12) 은 코먼 모드 필터층 (12a) 과 정전기 대책 소자층 (12b) 에 의해 구성되어 있다.
코먼 모드 필터층 (12a) 은, 절연층 (16a ～ 16e) 과, 자성층 (16f) 과, 접착층 (16g) 과, 절연층 (16b) 상에 형성된 제 1 스파이럴 도체 (17) 와, 절연층 (16c) 상에 형성된 제 2 스파이럴 도체 (18) 와, 절연층 (16a) 상에 형성된 제 1 인출 도체 (19) 와, 절연층 (16d) 상에 형성된 제 2 인출 도체 (20) 를 구비하고 있다.
절연층 (16a ～ 16e) 은, 각 도체 패턴 간, 혹은 도체 패턴과 자성층 (16f) 을 절연함과 함께, 도체 패턴이 형성되는 하지면의 평탄성을 확보하는 역할을 한다. 절연층 (16a ～ 16e) 의 재료로는, 전기적 및 자기적인 절연성이 우수하고, 가공성이 양호한 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 폴리이미드 수지나 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 도체 패턴으로는, 도전성 및 가공성이 우수 한 Cu, Al 등을 사용하는 것이 바람직하다. 도체 패턴의 형성은, 포토리소그래피를 이용한 에칭법이나 애디티브법 (도금) 에 의해 실시할 수 있다.
절연층 (16a ～ 16e) 의 중앙 영역으로서 제 1 및 제 2 스파이럴 도체 (17, 18) 의 내측에는, 절연층 (16a ～ 16e) 을 관통하는 개구 (25) 가 형성되어 있고, 개구 (25) 의 내부에는, 제 1 자성 기체 (11a) 와 제 2 자성 기체 (11b) 사이에 폐자로를 형성하기 위한 자성체 (26) 가 충전되어 있다. 자성체 (26) 로는, 복합 페라이트 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 절연층 (16e) 의 표면에는 자성층 (16f) 이 형성되어 있다. 개구 (25) 내의 자성체 (26) 는, 복합 페라이트 (자성 분말 함유 수지) 의 페이스트를 경화시켜 형성하고 있는데, 경화시에 수지의 수축이 발생하여, 개구 부분에 요철이 발생한다. 이 요철을 가능한 한 줄이기 위해서는, 개구 (25) 의 내부뿐만 아니라 절연층 (16e) 의 표면 전체에도 페이스트를 도포하는 것이 바람직하고, 자성층 (16f) 은 그와 같은 평탄성의 확보를 목적으로 하여 형성된다.
접착층 (16g) 은 자성 기체 (11b) 를 자성층 (16f) 상에 부착하기 위해 필요한 층이다. 또한, 자성 기체 (11b) 및 자성층 (16f) 의 표면의 요철을 완화하여 밀착성을 높이는 역할을 한다. 특별히 한정되지 않지만, 접착층 (16g) 의 재료로는, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지 등을 사용할 수 있다.
제 1 스파이럴 도체 (17) 는, 도 5 에 나타낸 인덕터 소자 (14a) 에 대응하는 것이다. 제 1 스파이럴 도체 (17) 의 내주단은, 절연층 (16b) 을 관통하는 제 1 컨택트홀 도체 (21) 및 제 1 인출 도체 (19) 를 통해 제 1 단자 전극 (13a) 에 접속되어 있다. 또한, 제 1 스파이럴 도체 (17) 의 외주단은, 제 3 인출 도체 (23) 를 통해 제 3 단자 전극 (13c) 에 접속되어 있다.
제 2 스파이럴 도체 (18) 는, 도 5 에 나타낸 인덕터 소자 (14b) 에 대응하는 것이다. 제 2 스파이럴 도체 (18) 의 내주단은, 절연층 (16d) 을 관통하는 제 2 컨택트홀 도체 (22) 및 제 2 인출 도체 (20) 를 통해 제 2 단자 전극 (13b) 에 접속되어 있다. 또한, 제 2 스파이럴 도체 (18) 의 외주단은, 제 4 인출 도체 (24) 를 통해 제 4 단자 전극 (13d) 에 접속되어 있다.
제 1 및 제 2 스파이럴 도체 (17, 18) 는 모두 동일한 평면 형상을 갖고 있으며, 게다가 평면에서 보았을 때 동일한 위치에 형성되어 있다. 제 1 및 제 2 스파이럴 도체 (17, 18) 는 완전히 겹쳐져 있기 때문에, 양자 간에는 강한 자기 (磁氣) 결합이 발생하고 있다. 이상의 구성에 의해, 코먼 모드 필터층 (12a) 내의 도체 패턴은 코먼 모드 필터를 구성하고 있다.
정전기 대책 소자층 (12b) 은, 하지 절연층 (27) 과, 하지 절연층 (27) 의 표면에 형성된 제 1 및 제 2 갭 전극 (28, 29) 과, 제 1 및 제 2 갭 전극 (28, 29) 을 덮는 정전기 흡수층 (30) 을 구비하고 있다. 제 1 갭 전극 (28) 부근의 층 구조는, 도 5 에 나타낸 제 1 정전기 대책 소자 (15a) 로서 기능하는 부분이며, 제 2 갭 전극 (29) 부근의 층 구조는, 제 2 정전기 대책 소자 (15b) 로서 기능하는 부분이다. 제 1 갭 전극 (28) 의 일단은 제 1 단자 전극 (13a) 에 접속되어 있고, 타단은 제 5 단자 전극 (13e) 에 접속되어 있다. 또한, 제 2 갭 전극 (29) 의 일단은 제 2 단자 전극 (13b) 에 접속되어 있고, 타단은 제 6 단자 전극 (13f) 에 접속되어 있다.
도 7 은, 갭 전극 (28, 29) 과 다른 도체 패턴의 위치 관계를 나타내는 대략 평면도이다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 갭 전극 (28, 29) 이 갖는 갭 (28G, 29G) 은, 코먼 모드 필터를 구성하는 제 1 및 제 2 스파이럴 도체 (17, 18) 및 제 1 및 제 2 인출 도체 (19, 20) 와 평면적으로 겹쳐지지 않는 위치에 형성되어 있다. 특별히 한정되지 않지만, 본 실시형태에 있어서는, 스파이럴 도체 (17, 18) 의 내측으로서, 스파이럴 도체 (17, 18) 와 개구 (25) 사이의 빈 영역에 갭 (28G, 29G) 이 형성되어 있다. 상세 내용은 후술하지만, 정전기 대책 소자는 정전기의 흡수에 의해 부분적으로 파손, 변형되기 때문에, 정전기 대책 소자와 겹쳐지는 위치에 도체 패턴이 배치되어 있는 경우에는 그것들도 함께 파손될 우려가 있다. 그러나, 정전기 대책 소자의 갭 (28G, 29G) 이 도체 패턴을 피한 위치에 형성되어 있기 때문에, 정전기에 의해 파괴되었을 때의 상하층의 영향을 억제할 수 있어, 보다 신뢰성이 높은 복합 전자 부품을 실현할 수 있다.
도 8(a) 및 도 8(b) 는, 정전기 대책 소자층 (12b) 에 있어서의 제 1 갭 전극 (28) 부근의 층 구조의 일례를 나타내는 도면으로서, 도 8(a) 는 대략 평면도, 도 8(b) 는 대략 단면도이다. 또한, 제 2 갭 전극 (29) 의 구성은 제 1 갭 전극 (28) 과 동일하기 때문에, 중복되는 설명을 생략한다.
정전기 대책 소자층 (12b) 은, 자성 기체 (11a) 의 표면에 형성된 하지 절연층 (27) 과, 제 1 갭 전극 (28) 을 구성하는 1 쌍의 전극 (28a, 28b) 과, 이들 전 극 (28a, 28b) 간에 배치 형성된 정전기 흡수층 (30) 을 구비하고 있다.
하지 절연층 (27) 은, 상기 서술한 제 1 실시형태에 있어서의 절연성 표면 (2a) 으로서 기능하는 것이다. 하지 절연층 (27) 은 절연성 재료로 이루어지고, 본 실시형태에 있어서는 제조상 용이한 점에서 자성 기체 (11a) 의 전체 면을 덮고 있지만, 적어도 전극 (28a, 28b) 및 정전기 흡수층 (30) 의 하지로 되어 있으면 되고, 반드시 전체 면을 덮을 필요는 없다. 하지 절연층 (27) 의 구체예로는, NiZn 페라이트나 알루미나, 실리카, 마그네시아, 질화 알루미늄 등의 유전율이 50 이하, 바람직하게는 20 이하의 저유전율 재료를 제막한 것 이외에, 각종 공지된 기판의 표면에 이들의 저유전율 재료로 이루어지는 절연막을 제막한 것도 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 하지 절연층 (27) 의 제막 방법은, 특별히 한정되지 않고, 진공 증착법, 반응성 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, CVD 나 PVD 등의 기상법 등의 공지된 수법을 적용할 수 있다. 또, 하지 절연층 (27) 의 막두께는 적절히 설정할 수 있다.
전극 (28a, 28b) 은, 상기 서술한 제 1 실시형태에 있어서의 전극 (3a, 3b) 에 상당하는 것으로, 중복되는 설명은 생략한다.
정전기 흡수층 (30) 은, 절연성 무기 재료 (32) 의 매트릭스 중에 도 형상의 도전성 무기 재료 (33) 의 집합체가 불연속으로 점재된 해도 구조의 컴포지트로 구성되어 있다. 이 정전기 흡수층 (30) 은, 상기 서술한 제 1 실시형태에 있어서의 기능층 (4) 에 상당하고, 또한, 절연성 무기 재료 (32) 및 도전성 무기 재료 (33) 는, 상기 서술한 제 1 실시형태에 있어서의 절연성 무기 재료 (4a) 및 도전성 무기 재료 (4b) 에 상당하는 것으로서, 그들의 중복되는 설명은 생략한다.
이 정전기 대책 소자층 (12b) 에 있어서, 정전기 흡수층 (30) 은 저전압 방전 타입의 정전기 보호 재료로서 기능하고, 정전기 등의 과전압이 인가되었을 때에, 이 정전기 흡수층 (30) 을 통해 전극 (28a, 28b) 간에 초기 방전이 확보되도록 설계되어 있다. 또, 본 실시형태의 절연성 무기 재료 (32) 는, 상층에 위치하는 임의의 층 (예를 들어 절연층 (16a)) 으로부터 1 쌍의 전극 (28a, 28b) 이나 도전성 무기 재료 (33) 를 보호하는 보호층으로서도 기능한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의한 복합 전자 부품 (100) 은, 정전 용량이 작고, 방전 개시 전압이 낮고, 또한, 반복 사용시의 내구성이 우수한 저전압 타입의 정전기 대책 소자를 내장하고 있기 때문에, 고성능의 정전기 보호 기능을 구비한 코먼 모드 필터로서 기능하는 복합 전자 부품을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 정전기 대책 소자층 (12b) 의 재료로서 절연성 무기 재료 (32) 및 도전성 무기 재료 (33) 가 사용되고, 정전기 대책 소자층 (12b) 을 구성하는 각종 재료에 수지가 함유되어 있지 않은 점에서, 자성 기체 (11a) 상에 정전기 대책 소자층 (12b) 을 형성하고, 또한 그 위에 코먼 모드 필터층 (12a) 을 형성할 수 있다. 코먼 모드 필터층 (12a) 을 소위 박막 공법에 의해 형성하는 경우에는 350 ℃ 이상, 도체 패턴이 형성된 세라믹 시트를 순차적으로 적층하는 소위 적층공법에 의해 형성하는 경우에는 800 ℃ 의 열처리 공정이 필요하지만, 정전기 대책 소자층의 재료로서 절연성 무기 재료 (32) 및 도전성 무기 재료 (33) 를 사용한 경우에는, 열처리 공정에 견딜 수 있고, 정상적으로 기능하는 정전기 대책 소자를 확실하게 형성할 수 있다. 또한, 자성 기체 상의 충분히 평탄한 면에 정전기 대책 소자를 형성할 수 있어, 갭 전극의 미소한 갭을 안정적으로 형성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 갭 전극의 형성 위치가 코먼 모드 필터를 구성하는 제 1 및 제 2 스파이럴 도체 등과 평면적으로 겹쳐지지 않고, 그들 도체 패턴을 피한 위치에 형성되어 있는 점에서, 정전기 대책 소자가 정전기에 의해 부분적으로 파괴되었을 때의 상하 방향의 영향을 억제할 수 있어, 보다 신뢰성이 높은 복합 전자 부품을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 복합 전자 부품 (100) 은 1 쌍의 신호 라인 상에 실장되고, 정전기 대책 소자 (15a, 15b) 는, 코먼 모드 필터보다 신호 라인의 입력측에 형성되어 있는 점에서, 정전기 대책 소자에 의한 과전압의 흡수 효율을 높일 수 있다. 통상적으로, 정전기에 의한 과전압은, 임피던스 정합이 이루어지지 않은 이상한 전압이기 때문에, 코먼 모드 필터의 입력단에서 1 회 반사된다. 이 반사 신호는 원래의 신호 파형에 중첩되고, 전압이 상승된 신호는, 정전기 대책 소자에서 단숨에 흡수된다. 즉, 정전기 대책 소자의 후단에 있는 코먼 모드 필터가 원래의 파형보다 큰 파형으로 해 주기 때문에, 전압 레벨이 낮은 상태에서 흡수하는 경우보다 정전기 대책 소자에서 흡수되기 쉬운 상태를 만들어 낼 수 있다. 이렇게 하여, 1 회 흡수한 신호를 코먼 모드 필터에 입력함으로써 미세한 노이즈를 제거할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
(실시예 1)
도 9 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 절연성 기체 (2) (NiZn 페라이트 기판, 유전율 : 13, TDK 주식회사 제조, 사이즈：1.6 ㎜ × 0.8 ㎜, 두께 0.5 ㎜) 의 일방의 절연성 표면 (2a) 상에 마스크를 사용한 스퍼터링법에 의해 하지층 (밀착층) 으로서 길이 1.6 ㎜ × 폭 0.5 ㎜, 두께 10 ㎚ 의 크롬 박막을 패턴 형성하였다. 이어서, 이 크롬 박막 상에 마스크를 사용한 스퍼터링법에 의해 하층 (3al, 3bl) 에 상당하는 두께 0.1 ㎛ 의 Cu 박막과, 상층 (3au, 3bu) 에 상당하는 두께 0.3 ㎛ 의 Cu 박막을 순차적으로 형성하고, 그 후, 이온 빔에 의한 밀링 가공을 실시하여 갭을 형성함으로써, 상호 이간되어 대향 배치된 1 쌍의 띠 형상의 전극 (3a, 3b) 및 갭을 패턴 형성하였다. 이 전극 (3a, 3b) 의 사이즈는, 각각 길이 약 0.8 ㎜ × 폭 0.5 ㎜ 이고, 하층 (3al, 3bl) 의 연장 치수 (△L) 는 10 ㎛ 이며, 전극 (3a, 3b) 간의 갭 거리 (△G) 는 1 ㎛ 이다.
이어서, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 상기의 기체 (2) 의 절연성 표면 (2a) 상 및 전극 (3a, 3b) 상에 이하의 순서로 기능층 (4) 을 형성하였다.
먼저, 기체 (2) 의 전극 (3a, 3b) 이 형성된 면 측에, 스퍼터링법에 의해 Au 를 부분적으로 성막함으로써, 두께 3 ㎚ 의 도 형상의 Au 박막이 불연속으로 점재된 도전성 무기 재료 (4b) 층을 형성하였다. 이 스퍼터링은, 멀티 타겟 스퍼터 장치 (상품명 : ES350SU, 주식회사 에이코?엔지니어링 제조) 를 사용하여, 아르곤 압력이 10 mTorr, 투입 전력이 20 W, 스퍼터 시간이 40 초인 조건하에서 실시하였다.
다음으로, 전극 (3a, 3b) 및 도전성 무기 재료 (4b) 의 층을 두께 방향에 있어서 완전히 덮도록, 기체 (2) 의 전극 (3a, 3b) 및 도전성 무기 재료 (4b) 층이 형성된 면 측에, 스퍼터링법에 의해 이산화 규소를 대략 전체 면에 성막함으로써 두께 600 ㎚ 의 절연성 무기 재료 (4a) 층을 형성하였다. 이 스퍼터링은, 멀티 타겟 스퍼터 장치 (상품명 : ESU350, 주식회사 에이코?엔지니어링 제조) 를 사용하여, 아르곤 압력이 10 mTorr, 투입 전력이 400 W, 스퍼터 시간이 40 분인 조건하에서 실시하였다.
이상의 조작에 의해, 절연성 무기 재료 (4a) 의 매트릭스 중에서 불연속으로 점재된 도 형상의 도전성 무기 재료 (4b) 를 갖는 기능층 (4) 이 형성되었다. 그 후, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 전극 (3a, 3b) 의 외주 단부에 접속하도록, Cu 를 주성분으로 하는 단자 전극 (5) 를 형성함으로써 실시예 1 의 정전기 대책 소자 (1) 를 얻었다.
(실시예 2)
전극 (3a, 3b) 간의 갭 거리 (△G) 를 3 ㎛ 로 변경하는 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 조작하여, 실시예 2 의 정전기 대책 소자 (1) 를 얻었다.
(비교예 1)
전극 (3a, 3b) 대신에, 다단 구조를 갖지 않는 두께 0.1 ㎛ 의 Cu 박막으로 이루어지는 1 쌍의 단층 전극 (길이 약 0.8 ㎜ × 폭 0.5 ㎜) 을 형성하는 것 이외 는, 실시예 1 과 동일하게 조작하여, 비교예 1 의 정전기 대책 소자 (1) 를 얻었다.
＜정전기 방전 시험＞
다음으로, 상기와 같이 하여 얻어진 실시예 1, 그리고 비교예 1 의 정전기 대책 소자에 대하여, 도 12 에 나타내는 정전기 시험 회로를 사용하여, 정전기 방전 시험을 실시하였다.
이 정전기 방전 시험은, 국제 규격 IEC61000-4-2 의 정전기 방전 이뮤니티 시험 및 노이즈 시험에 기초하여, 인체 모델에 준거 (방전 저항 330 ohm, 방전 용량 150 pF, 인가 전압 8 kV, 접촉 방전) 하여 실시하였다. 구체적으로는, 도 12 의 정전기 시험 회로에 나타내는 바와 같이, 평가 대상의 정전기 대책 소자의 일방의 단자 전극을 그라운드에 접지함과 함께, 타방의 단자 전극에 정전기 펄스 인가부를 접속한 후, 정전기 펄스 인가부에 방전 건을 접촉시켜 정전기 펄스를 인가하였다. 여기에서 인가되는 정전기 펄스는, 방전 개시 전압 이상의 전압을 인가하였다.
또한, 방전 개시 전압은, 정전기 시험을 0.4 kV 내지 0.2 kV 간격으로 증가시키면서 실시했을 때에 관측되는 정전기 흡수 파형에 있어서, 정전기 흡수 효과가 나타난 전압으로 한다. 또한, 피크 전압은, IEC61000-4-2 에 근거하는 정전기 시험을 충전 전압 8 kV 의 접촉 방전으로 실시했을 때의 정전기 펄스의 최대 전압값으로 한다. 또한, 클램프 전압은, IEC61000-4-2 에 기초하는 정전기 시험을 충전 전압 8 kV 의 접촉 방전으로 실시할 때의 정전기 펄스의 파두 (波頭) 값으로 부터 30 나노초 후의 전압값으로 한다.
또한, 정전 용량은, 1 MHz 에 있어서의 정전 용량 (pF) 을 측정하였다. 또한, 방전 내성은, IEC61000-4-2 에 기초하는 정전기 시험을 충전 전압 8 kV 의 접촉 방전으로 반복하여 실시하고, 정전기 대책 소자가 기능하지 않게 되는 횟수를 측정하여, 그 횟수의 대소에 의해 평가하였다. 표 1 에 평가 결과를 나타낸다. [표 1]
Figure 112009077520532-pat00001
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 정전기 대책 소자 및 그 복합 전자 부품은, 반복 사용의 내구성을 높일 수 있고, 더 나아가, 정전 용량이 작고, 방전 개시 전압이 낮고, 또한, 내열성 및 내후성의 향상과 추가적인 박막화, 그리고, 생산성 및 경제성의 향상이 가능하기 때문에, 각종 전자?전기 디바이스 및 그것을 구비하는 각종 기기, 설비, 시스템 등에 널리 또한 유효하게 이용 가능하고, 특히, 고속 차동 전송 라인 신호 라인이나 영상 신호 라인에 있어서의 노이즈 대책으로서 널리 또한 유효하게 이용할 수 있다.
도 1 은 정전기 대책 소자 (1) 를 개략적으로 나타내는 모식 단면도.
도 2 는 정전기 대책 소자 (1) 의 기능층 (4) 의 모식 평면도.
도 3 은 정전기 대책 소자 (6) 를 개략적으로 나타내는 모식 단면도.
도 4 는 복합 전자 부품 (100) 의 외관 구성을 나타내는 대략 사시도.
도 5 는 복합 전자 부품 (100) 의 구성을 나타내는 회로도.
도 6 은 복합 전자 부품 (100) 의 층 구조의 일례를 나타내는 대략 분해 사시도.
도 7 은 갭 전극 (28, 29) 과 다른 도체 패턴의 위치 관계를 나타내는 대략 평면도.
도 8 은 정전기 대책 소자층 (12b) 에 있어서의 제 1 갭 전극 (28) 부근의 층 구조의 일례를 나타내는 도면으로서, 도 8(a) 는 대략 평면도, 도 8(b) 는 대략 단면도.
도 9 는 정전기 대책 소자 (1) 의 제조 공정을 나타내는 모식 사시도.
도 10 은 정전기 대책 소자 (1) 의 제조 공정을 나타내는 모식 사시도.
도 11 은 정전기 대책 소자 (1) 의 제조 공정을 나타내는 모식 사시도.
도 12 는 정전기 방전 시험에 있어서의 회로도.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 정전기 대책 소자
2 : 기체
2a : 절연성 표면
3a, 3b : 전극
3al, 3bl : 하층
3au, 3bu : 상층
4 : 기능층
4a : 절연성 무기 재료
4b : 도전성 무기 재료
6 : 정전기 대책 소자
7 : 기능층
△G : 갭 거리
△T : 전극의 두께
△Tl : 하층의 두께
△Tu : 상층의 두께
△L : 연장 치수
11a, 11b : 자성 기체
12 : 복합 기능층 (기능층)
12a : 코먼 모드 필터층
12b : 정전기 대책 소자층
14a, 14b : 인덕터 소자
15a, 15b : 정전기 대책 소자
17, 18 : 스파이럴 도체
16a ～ 16e : 절연층
27 : 하지 절연층
28a, 28b, 29a, 29b : 전극
30 : 정전기 흡수층 (기능층)
32 : 절연성 무기 재료
33 : 도전성 무기 재료
100 : 복합 전자 부품

Claims (7)

  1. 절연성 표면을 갖는 기체 (base) 와, 그 절연성 표면 상에 있어서 상호 이간되어 대향 배치된 전극과, 적어도 그 전극 간에 배치된 기능층을 구비하고,
    상기 전극은, 상기 기체를 향해 그 전극 간의 갭이 좁아지는 다단 구조를 가지며,
    상기 기능층은, 절연성 무기 재료의 매트릭스 중에 도전성 무기 재료가 불연속적으로 분산된 컴포지트인, 정전기 대책 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연성 무기 재료는, Al2O3, TiO2, SiO2, ZnO, In2O3, NiO, CoO, SnO2, V2O5, CuO, MgO, ZrO2, AlN, BN 및 SiC 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인, 정전기 대책 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 무기 재료는, C, Ni, Cu, Au, Ti, Cr, Ag, Pd 및 Pt 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 또는 이들의 금속 화합물인, 정전기 대책 소자.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 도전성 무기 재료는, C, Ni, Cu, Au, Ti, Cr, Ag, Pd 및 Pt 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 또는 이들의 금속 화합물인, 정전기 대책 소자.
  6. 2 개의 자성 기체 간에 형성된 인덕터 소자와 정전기 대책 소자를 갖는 복합 전자 부품으로서,
    상기 인덕터 소자는, 수지로 이루어지는 절연층과, 상기 절연층 상에 형성된 도체 패턴을 구비하고,
    상기 정전기 대책 소자는, 상기 자성 기체 상에 형성된 하지 절연층과, 그 하지 절연층 상에 있어서 상호 이간되어 대향 배치된 전극과, 적어도 그 전극 간에 배치된 기능층을 구비하고,
    상기 전극은, 상기 자성 기체를 향해 그 전극 간의 갭이 좁아지는 다단 구조를 가지며,
    상기 기능층은, 절연성 무기 재료의 매트릭스 중에 도전성 무기 재료가 불연속적으로 분산된 컴포지트인, 복합 전자 부품.
  7. 2 개의 자성 기체 간에 형성된 코먼 모드 필터층 및 정전기 대책 소자층을 구비하고,
    상기 코먼 모드 필터층은,
    수지로 이루어지는 제 1 절연층 및 제 2 절연층과,
    상기 제 1 절연층 상에 형성된 제 1 스파이럴 도체와,
    상기 제 2 절연층 상에 형성된 제 2 스파이럴 도체를 구비하고,
    상기 정전기 대책 소자층은,
    상기 제 1 스파이럴 도체의 일단에 접속된 제 1 정전기 대책 소자와,
    상기 제 2 스파이럴 도체의 일단에 접속된 제 2 정전기 대책 소자를 구비하고,
    상기 제 1 및 제 2 스파이럴 도체는, 적층 방향과 수직인 평면에 각각 형성되어, 서로 자기 결합되도록 배치되고,
    상기 제 1 및 제 2 정전기 대책 소자는, 상기 자성 기체 상에 형성된 하지 절연층과, 그 하지 절연층 상에 있어서 상호 이간되어 대향 배치된 전극과, 적어도 그 전극 간에 배치된 기능층을 구비하고,
    상기 전극은, 상기 자성 기체를 향해 그 전극 간의 갭이 좁아지는 다단 구조를 갖는, 복합 전자 부품.
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