WO2010067503A1 - Ｅｓｄ保護デバイス - Google Patents

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WO2010067503A1
WO2010067503A1 PCT/JP2009/005466 JP2009005466W WO2010067503A1 WO 2010067503 A1 WO2010067503 A1 WO 2010067503A1 JP 2009005466 W JP2009005466 W JP 2009005466W WO 2010067503 A1 WO2010067503 A1 WO 2010067503A1
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protection device
esd protection
discharge
multilayer substrate
esd
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PCT/JP2009/005466
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足立淳
浦川淳
鷲見高弘
北爪貴大
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株式会社 村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/12—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed
    • H—ELECTRICITY
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    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel

Definitions

  • the present invention relates to an ESD protection device, and more particularly, to a technique for preventing a ceramic multilayer substrate from being broken or deformed due to a crack or the like in an ESD protection device in which discharge electrodes are opposed to each other in a cavity of the ceramic multilayer substrate.
  • ESD Electro-Static Discharge
  • a charged conductive object such as a human body
  • another conductive object such as an electronic device
  • ESD causes problems such as damage and malfunction of electronic devices. In order to prevent this, it is necessary to prevent an excessive voltage generated during discharge from being applied to the circuit of the electronic device.
  • An ESD protection device is used for such an application, and is also called a surge absorbing element or a surge absorber.
  • the ESD protection device is disposed, for example, between the signal line of the circuit and the ground (ground). Since the ESD protection device has a structure in which a pair of discharge electrodes are spaced apart from each other, the ESD protection device has a high resistance in a normal use state, and a signal does not flow to the ground side. On the other hand, when an excessive voltage is applied, for example, when static electricity is applied from an antenna such as a mobile phone, a discharge occurs between the discharge electrodes of the ESD protection device, and the static electricity can be guided to the ground side. Thereby, a voltage due to static electricity is not applied to a circuit subsequent to the ESD device, and the circuit can be protected.
  • the ESD protection device shown in the exploded perspective view of FIG. 5 and the cross-sectional view of FIG. 6 is a discharge electrode in which a cavity 5 is formed in a ceramic multilayer substrate 7 on which an insulating ceramic sheet 2 is laminated and is electrically connected to an external electrode 1.
  • 6 is disposed oppositely in the cavity 5, and the discharge gas is confined in the cavity 5.
  • a voltage causing dielectric breakdown is applied between the discharge electrodes 6, a discharge occurs between the discharge electrodes 6 in the cavity 5, and an excessive voltage is guided to the ground by the discharge, thereby protecting the subsequent circuit.
  • the ESD responsiveness is likely to fluctuate due to the variation in the interval between the discharge electrodes.
  • region which a discharge electrode opposes it is difficult to implement
  • the present invention intends to provide an ESD protection device that can easily adjust and stabilize the ESD characteristics.
  • the present invention provides an ESD protection device configured as follows.
  • the ESD protection device includes (a) a ceramic multilayer substrate, (b) at least a pair of discharge electrodes formed on the ceramic multilayer substrate and facing each other with a space therebetween, and (c) formed on the surface of the ceramic multilayer substrate. And an external electrode connected to the discharge electrode.
  • the ESD protection device includes an auxiliary electrode in which a metal material and a semiconductor material are dispersed in a region connecting the pair of discharge electrodes.
  • the discharge start voltage can be set to a desired value by adjusting the amount and type of the metal material and semiconductor material or resistance material included in the auxiliary electrode. Thereby, the discharge start voltage can be set with higher accuracy than the case where the discharge start voltage is adjusted only by changing the interval between the discharge electrodes.
  • the semiconductor material is silicon carbide (SiC).
  • the semiconductor material is silicon
  • a ceramic material containing as a component the material constituting the ceramic multilayer substrate is also dispersed in the auxiliary electrode.
  • the ceramic material containing the same components as the material constituting the ceramic multilayer substrate is dispersed in the auxiliary electrode, the adhesion of the auxiliary electrode to the ceramic multilayer substrate is improved, and the auxiliary electrode is peeled off during firing. Less likely to occur. In addition, ESD repeatability is improved.
  • the metal material is contained in a ratio of 10 vol% or more and 50 vol% or less.
  • the shrinkage start temperature of the auxiliary electrode during firing is an intermediate value between the shrinkage start temperature of the discharge electrode and the shrinkage start temperature of the ceramic multilayer substrate. Can be.
  • the content ratio of the metal material in the auxiliary electrode is 50 vol% or less, it is possible to prevent a short circuit from occurring between the discharge electrodes.
  • the ceramic multilayer substrate has a cavity therein, and the discharge electrode is formed along the inner surface of the cavity.
  • the discharge generated between the discharge electrodes when a voltage of a predetermined level or larger is applied between the external electrodes is a creeping discharge generated mainly along the interface between the cavity and the ceramic multilayer substrate. Since the auxiliary electrode is formed along this creepage surface, that is, along the inner surface of the cavity, electrons can easily move, a discharge phenomenon can be generated more efficiently, and the ESD response can be enhanced. Therefore, it is possible to reduce the variation in the ESD response due to the variation in the interval between the discharge electrodes. Therefore, adjustment and stabilization of the ESD characteristics are facilitated.
  • the ceramic multilayer substrate is formed by alternately laminating first ceramic layers that are not substantially sintered and second ceramic layers that are completely sintered.
  • the ceramic multilayer substrate is a so-called non-shrinkable substrate in which shrinkage in the plane direction of the second ceramic layer is suppressed by the first ceramic layer during firing. Since non-shrinkable substrates cause little warpage or dimensional variation in the surface direction, using non-shrinkable substrates for ceramic multilayer substrates can accurately form the spacing between opposing discharge electrodes, and characteristics such as discharge start voltage Variations can be reduced.
  • the ESD protection device of the present invention is easy to adjust and stabilize the ESD characteristics.
  • Example 1 It is a principal part expanded sectional view of an ESD protection device.
  • Example 1 FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG.
  • Example 1 It is sectional drawing of an ESD protection device.
  • Example 2 It is a disassembled perspective view of an ESD protection device.
  • Conventional example It is sectional drawing of an ESD protection device. (Conventional example)
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the ESD protection device 10.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part schematically showing a region 11 indicated by a chain line in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the ESD protection device 10 has a cavity 13 and a pair of discharge electrodes 16 and 18 formed in a ceramic multilayer substrate 12.
  • the discharge electrodes 16 and 18 include facing portions 17 and 19 formed along the inner surface of the cavity portion 13.
  • the discharge electrodes 16 and 18 extend from the cavity 13 to the outer peripheral surface of the ceramic multilayer substrate 12 and are connected to external electrodes 22 and 24 formed outside the ceramic multilayer substrate 12, that is, on the surface of the ceramic multilayer substrate 12. Yes.
  • the external electrodes 22 and 24 are used for mounting the ESD protection device 10.
  • the tips 17k and 19k of the facing portions 17 and 19 of the discharge electrodes 16 and 18 are opposed to each other with an interval 15 provided.
  • a voltage of a predetermined value or more is applied from the external electrodes 22 and 24, a discharge is generated between the facing portions 17 and 19 of the discharge electrodes 16 and 18.
  • the auxiliary electrode 14 is adjacent to the periphery of the cavity 13 adjacent to the portion where the opposing portions 17 and 19 of the discharge electrodes 16 and 18 and the interval 15 between the opposing portions 17 and 19 are formed. Is formed. That is, the auxiliary electrode 14 is formed in a region connecting the discharge electrodes 16 and 18. The auxiliary electrode 14 is in contact with the opposing portions 17 and 19 of the discharge electrodes 16 and 18 and the ceramic multilayer substrate 12.
  • the auxiliary electrode 14 includes a metal material 34, a semiconductor material (not shown), and a ceramic material. The metal material 34, the semiconductor material, and the ceramic material are dispersed, and the auxiliary electrode 14 has an insulating property as a whole.
  • the component of the ceramic material included in the auxiliary electrode 14 may include the same or a part of the material constituting the ceramic multilayer substrate 12. If the same material is included, it becomes easy to match the shrinkage behavior of the auxiliary electrode 14 during firing to the ceramic multilayer substrate 12, and the adhesion of the auxiliary electrode 14 to the ceramic multilayer substrate 12 is improved. It is difficult for the electrode 14 to peel off. In addition, ESD repeatability is improved. In addition, the types of materials used can be reduced.
  • the auxiliary electrode 14 may be regarded as being formed only of the metal material 34 and the semiconductor material. it can.
  • the metal material 34 included in the auxiliary electrode 14 may be the same as or different from the discharge electrodes 16 and 18. If they are the same, it becomes easy to match the shrinkage behavior of the auxiliary electrode 14 to the discharge electrodes 16 and 18, and the number of types of materials used can be reduced.
  • the auxiliary electrode 14 includes the metal material 34 and the ceramic material, the shrinkage behavior during firing of the auxiliary electrode 14 is in an intermediate state between the discharge electrodes 16 and 18 including the facing portions 17 and 19 and the ceramic multilayer substrate 12. Can be. Accordingly, the difference in shrinkage behavior during firing between the facing portions 17 and 19 of the discharge electrodes 16 and 18 and the ceramic multilayer substrate 12 can be reduced by the auxiliary electrode 14. As a result, it is possible to reduce defects and characteristic variations due to peeling of the facing portions 17 and 19 of the discharge electrodes 16 and 18. Moreover, since the variation of the space
  • the coefficient of thermal expansion of the auxiliary electrode 14 can be set to an intermediate value between the discharge electrodes 16 and 18 and the ceramic multilayer substrate 12. As a result, the difference in thermal expansion coefficient between the facing portions 17 and 19 of the discharge electrodes 16 and 18 and the ceramic multilayer substrate 12 can be reduced by the auxiliary electrode 14. As a result, it is possible to reduce defects due to peeling of the facing portions 17 and 19 of the discharge electrodes 16 and 18 and changes over time in characteristics.
  • the discharge start voltage can be set to a desired value by adjusting the amount and type of the metal material 34 and the semiconductor material included in the auxiliary electrode 14. Thereby, the discharge start voltage can be set with higher accuracy than the case where the discharge start voltage is adjusted only by the interval 15 between the facing portions 17 and 19 of the discharge electrodes 16 and 18.
  • the auxiliary electrode 14 contains not only the metal material 34 but also the semiconductor material, the desired ESD response can be obtained even if the content of the metal material is small. And generation
  • the ceramic material used as the material of the ceramic multilayer substrate 12 was a material having a composition centered on Ba, Al, and Si. Each material was prepared and mixed so as to have a predetermined composition, and calcined at 800-1000 ° C. The obtained calcined powder was pulverized with a zirconia ball mill for 12 hours to obtain a ceramic powder. To this ceramic powder, an organic solvent such as toluene and echinene is added and mixed. Further, a binder and a plasticizer are added and mixed to obtain a slurry. The slurry thus obtained is molded by a doctor blade method to obtain a ceramic green sheet having a thickness of 50 ⁇ m.
  • an electrode paste for forming the discharge electrodes 16 and 18 is prepared.
  • An electrode paste was obtained by adding a solvent to a binder resin composed of 80 wt% Cu powder having an average particle size of about 1.5 ⁇ m and ethyl cellulose, and stirring and mixing with a roll.
  • the mixed paste for forming the auxiliary electrode 14 is prepared by mixing Cu powder having an average particle diameter of about 3 ⁇ m as a metal material and silicon carbide (SiC) having an average particle diameter of 1 ⁇ m as a semiconductor material at a predetermined ratio, and a binder resin and a solvent. It was obtained by adding and stirring with a roll and mixing. In the mixed paste, the binder resin and the solvent were 20 wt%, and the remaining 80 wt% was Cu powder and silicon carbide.
  • a resin paste for forming the cavity 13 is also produced by the same method.
  • the resin paste consists only of a resin and a solvent.
  • a resin that decomposes and disappears upon firing is used.
  • PET polypropylene
  • ethyl cellulose acrylic resin and the like.
  • the mixed paste is applied by screen printing so as to form a predetermined pattern.
  • a concave portion provided in advance in the ceramic green sheet may be filled with the mixed paste of silicon carbide / Cu powder.
  • an electrode paste is applied by screen printing to form discharge electrodes 16 and 18 having an interval 15 which becomes a discharge gap between the opposed portions 17 and 19.
  • the discharge electrodes 16 and 18 were formed to have a thickness of 100 ⁇ m and a discharge gap width (a dimension of the interval 15 between the facing portions 17 and 19) of 30 ⁇ m.
  • a resin paste is applied by screen printing in order to form the cavity 13.
  • the resin paste disappears and the cavity 13 is formed. Moreover, the organic solvent in a ceramic green sheet, the binder resin in a mixed paste, and a solvent are also lose
  • electrolytic Ni—Sn plating is performed on the external electrodes.
  • the semiconductor material is not particularly limited to the above materials.
  • metal semiconductors such as silicon and germanium, carbides such as silicon carbide, titanium carbide, zirconium carbide, molybdenum carbide and tungsten carbide, nitrides such as titanium nitride, zirconium nitride, chromium nitride, vanadium nitride and tantalum nitride, titanium silicide , Silicides such as zirconium silicide, tungsten silicide, molybdenum silicide, chromium silicide, chromium silicide, titanium boride, zirconium boride, chromium boride, lanthanum boride, molybdenum boride, tungsten boride, etc.
  • Oxides such as borides, zinc oxide, and strontium titanate can be used.
  • silicon and silicon carbide are particularly preferable because they are relatively inexpensive and various particle size variations are commercially available.
  • These semiconductor materials may be used alone or in admixture of two or more. Further, the semiconductor material may be used by appropriately mixing with a resistance material such as alumina or BAS material.
  • the metal material is not particularly limited to the above materials. Cu, Ag, Pd, Pt, Al, Ni, W, Mo, alloys thereof, or combinations thereof may be used.
  • a resin paste is applied to form the hollow portion 13, but it is sufficient that the resin paste disappears even if it is not a resin, such as carbon. You may arrange
  • the presence or absence of short-circuit between the discharge electrodes 16 and 18 and delamination after firing was evaluated by observation of the internal cross section.
  • the delamination means peeling between the auxiliary electrode and the discharge electrode or between the auxiliary electrode and the ceramic multilayer substrate. Those having a short-circuit defect rate of 40% or less were determined to have good short-circuit characteristics (circles), and those having a short-circuit defect rate exceeding 40% were determined to be short-circuit defects (x marks). Those in which the occurrence of delamination was not recognized at all were determined to be acceptable ( ⁇ mark), and those in which even one occurrence of delamination was observed were determined to be unacceptable (marked x).
  • the discharge response to ESD was evaluated.
  • the discharge responsiveness to ESD was performed by an electrostatic discharge immunity test defined in IEC standard, IEC61000-4-2. It was investigated whether discharge occurred between the discharge electrodes of the sample by applying 8 kV by contact discharge. When the peak voltage detected on the protection circuit side exceeds 700V, the discharge response is poor (x mark), when the peak voltage is 500V to 700V, the discharge response is good (circle mark), and the peak voltage is less than 500V The product was judged to have particularly good discharge response (marked with ⁇ ).
  • ESD resistance was evaluated. Contact discharge was performed 10 times for 2 kV application, 10 times for 3 kV application, 10 times for 4 kV application, 10 times for 6 kV application, 10 times for 8 kV application, and then evaluated the discharge response to the ESD.
  • the peak voltage detected on the protection circuit side exceeds 700V, the ESD repeatability is poor (x mark), when the peak voltage is 500V to 700V, the ESD repeat resistance is good (circle mark), and the peak voltage is less than 500V It was determined that the ESD resistance was particularly good (marked with ⁇ ).
  • Table 2 shows the conditions of the silicon carbide powder / Cu powder mixed paste and the evaluation results.
  • the ESD protection device 6 has no delamination and is excellent in short-circuit characteristics, ESD discharge response, and ESD repeatability.
  • Sample No. 7 to 11 ESD protection devices have high Cu powder content, so the sintering timing between the auxiliary electrode and the multilayer ceramic substrate is inconsistent and delamination occurs. It was an ESD protection device that had a very high rate and was difficult to put into practical use.
  • Example 2 An ESD protection device 10s of Example 2 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the ESD protection device 10s.
  • the ESD protection device 10s of the second embodiment is configured in substantially the same manner as the ESD protection device 10 of the first embodiment.
  • symbol is used for the same component as Example 1, and it demonstrates centering around difference with the ESD protection device 10 of Example 1.
  • FIG. 1 the same code
  • the ESD protection device 10 s of the second embodiment is different from the ESD protection device 10 of the first embodiment in that the cavity portion 13 is not provided. That is, in the ESD protection device 10 s of Example 2, a pair of discharge electrodes 16 s and 18 s facing each other is formed on the upper surface 12 t of the ceramic multilayer substrate 12 s and covered with the resin 42.
  • the discharge electrodes 16s and 18s are formed so as to face each other with an interval of 15s as in the ESD protection device 10 of the first embodiment.
  • An auxiliary electrode 14s in which a semiconductor material (not shown) is dispersed is formed.
  • the discharge electrodes 16s and 18s are connected to external electrodes 22 and 24 formed on the surface of the ceramic multilayer substrate 12s.
  • Example 2 a production example of Example 2 will be described.
  • the ESD protection device of Example 2 was manufactured by a method substantially similar to the ESD protection device of Example 1. However, the ESD protection device of Example 2 does not have a hollow portion, and thus no resin paste is applied.
  • Table 3 shows the conditions of the silicon carbide powder / Cu powder mixed paste and the evaluation results.
  • the ESD protection device (sample No. 2 to No. 6 in Table 3) having no hollow portion of Example 2 in which the volume ratio of the Cu powder is 10% to 50%
  • the ESD discharge responsiveness tends to be lower than that of the ESD protection device of Example 1 having a cavity (samples No. 2 to No. 6 in Table 2).
  • the cause is presumed that the ESD protection device of Example 1 having a cavity portion can generate creeping discharge at the auxiliary electrode of the discharge electrode when ESD is applied, so that the ESD discharge response is improved.
  • sample No. in Table 3 sample no.
  • the ESD protection devices 7 to 11 were ESD protection devices that were difficult to put into practical use for the same reason as described in Example 1.
  • Example 3 An ESD protection device of Example 3 will be described.
  • an ESD protection device was produced by the same method as the production example of the ESD protection device of Example 1 using silicon powder instead of silicon carbide as the semiconductor material.
  • the silicon powder having a particle size of about 1 ⁇ m was used.
  • Table 4 shows the conditions of the silicon carbide powder / silicon powder mixed paste and the evaluation results.
  • the sample Nos. In which the volume ratio of the Cu powder in the mixed paste is 10% to 50%. 2 to No.
  • the ESD protection device 6 has no delamination and is excellent in short-circuit characteristics, ESD discharge response, and ESD repeatability.
  • Sample No. 1 sample no.
  • the ESD protection devices 7 to 11 were ESD protection devices that were difficult to put into practical use for the same reason as described in Example 1.
  • Example 4 An ESD protection device of Example 4 will be described.
  • the ESD protection device of Example 4 differs from the ESD protection device of Example 1 only in that the auxiliary electrode includes a ceramic material.
  • Example 4 In the production example of the ESD protection device of Example 4, the same practice as that of the production example of Example 1 was performed except that the same BAS material calcined ceramic powder, silicon carbide powder, and Cu powder were used as the mixed paste.
  • An ESD protection device was produced in the same manner as in the production example of Example 1.
  • the average particle size of the ceramic powder after calcining the BAS material was about 1 ⁇ m
  • the average particle size of the silicon carbide powder was about 1 ⁇ m
  • the average particle size of the Cu powder was about 3 ⁇ m.
  • Table 5 shows the conditions of the mixed paste of ceramic powder / silicon carbide powder / silicon powder after calcination of the BAS material and the evaluation results.
  • Sample No. 5 and Sample No. 10 ESD protection device because a large amount of glass component is formed from the ceramic powder after BAS material calcination in the firing process, Cu powder is partially liquid phase sintered by the glass component, short circuit failure frequently occurs, It was an ESD protection device that was difficult to put into practical use.
  • the resistance material is not particularly limited to the above materials, and other materials such as those obtained by adding glass to foresterite or those obtained by adding glass to CaZrO 3 may be added. From the viewpoint of suppressing delamination and from the viewpoint of ESD repeat resistance, it is preferably the same as the ceramic material forming at least one layer of the ceramic multilayer substrate.
  • Example 5 An ESD protection device of Example 5 will be described.
  • the ESD protection device of Example 5 is different from the ESD protection device of Example 1 only in that a so-called non-shrinkable substrate in which shrinkage suppression layers and base material layers are alternately stacked is used for a ceramic multilayer substrate.
  • the paste for shrinkage suppression layer (for example, Al 2 O 3 powder and the like was formed on the ceramic green sheet produced by the same method as the production example of the ESD protection device of Example 1.
  • a glass frit and an organic vehicle are applied to the entire surface by screen printing.
  • the mixed paste is applied by screen printing so as to form a predetermined pattern.
  • an electrode paste is applied thereon to form discharge electrodes 16 and 18 having an interval 15 that becomes a discharge gap between the opposed portions 17 and 19.
  • the discharge electrodes 16 and 18 are formed to have a thickness of 100 ⁇ m and a discharge gap width (a dimension of the interval 15 between the facing portions 17 and 19) of 30 ⁇ m.
  • Example 1 a resin paste is applied to form the cavity 13 thereon. Further, the shrinkage-suppressing paste is applied thereon by screen printing. A ceramic green sheet is laminated thereon and pressure-bonded. Thereafter, cut, end face electrode application, firing, and plating are performed in the same manner as in the manufacturing example of Example 1.
  • Table 6 shows the conditions of the silicon carbide powder / Cu powder mixed paste and the evaluation results.
  • the sample No. with a Cu powder volume ratio of 10% to 50%. 2 to No. 6 was able to obtain an excellent ESD device as in the production example of Example 1. Furthermore, by using a non-shrinkable substrate, an ESD protection device with high dimensional accuracy and extremely low warpage could be obtained.
  • the ESD protection devices of Examples 1 to 5 described above include an auxiliary electrode in which at least a metal material and a semiconductor material are dispersed in a region where the discharge electrodes are connected to each other, thereby preventing movement of electrons. It becomes easy to occur, a discharge phenomenon is generated more efficiently, and ESD responsiveness can be improved. Therefore, it is possible to reduce the variation in the ESD response due to the variation in the interval between the discharge electrodes. Therefore, adjustment and stabilization of the ESD characteristics are facilitated.
  • the discharge start voltage can be set to a desired value by adjusting the amount and type of the metal material and the semiconductor material contained in the auxiliary electrode. Thereby, the discharge start voltage can be set with higher accuracy than the case where the discharge start voltage is adjusted only by changing the interval between the discharge electrodes.
  • the effects of the present invention are as follows. (1) When the discharge electrode is composed of a metal material and a semiconductor material, excellent ESD responsiveness can be obtained even if the metal material content is low. (2) When the ESD protection device has a cavity, creeping discharge can be expected, and the ESD response can be further improved. (3) By adding the ceramic material to the auxiliary electrode made of the metal material and the semiconductor material, the metal material and the semiconductor material are strongly fixed to the ceramic multilayer substrate, so that the ESD repeatability can be improved. (4) By using silicon carbide as a semiconductor material, an inexpensive and good ESD protection device can be provided. (5) By using Cu powder as the metal material, an inexpensive and good ESD protection device can be provided.
  • the auxiliary electrode contains a metal material in a proportion of less than 10 vol% or more than 50 vol%, the type and particle size of the metal material, the type and particle size of the semiconductor material, etc. By appropriately selecting, it is possible to exhibit the function as an ESD protection device.
  • Example 2 the auxiliary electrode is formed on the ceramic multilayer substrate side, but it is also possible to form the auxiliary electrode on the resin side.

Abstract

　ＥＳＤ特性の調整や安定化が容易であるＥＳＤ保護デバイスを提供する。 　ＥＳＤ保護デバイス１０は、（ａ）セラミック多層基板１２と、（ｂ）セラミック多層基板１２に形成され、間隔を設けて互いに対向する、少なくとも一対の放電電極１６，１８と、（ｃ）セラミック多層基板１２の表面に形成され、放電電極１６，１８と接続される外部電極２２，２４とを有する。ＥＳＤ保護デバイス１０は、一対の放電電極１６，１８間を接続する領域に、金属材料３４と半導体材料とが分散してなる補助電極１４を備える。

Description

ＥＳＤ保護デバイス
　本発明はＥＳＤ保護デバイスに関し、詳しくは、セラミック多層基板の空洞部内に放電電極が対向して配置されたＥＳＤ保護デバイスにおいて、セラミック多層基板のクラック等による破壊、変形を防止する技術に関する。
　ＥＳＤ（Electro-Static Discharge；静電気放電）とは、帯電した導電性の物体（人体等）が、他の導電性の物体（電子機器等）に接触、あるいは充分接近したときに、激しい放電が発生する現象である。ＥＳＤにより電子機器の損傷や誤作動などの問題が発生する。これを防ぐためには、放電時に発生する過大な電圧が電子機器の回路に加わらないようにする必要がある。このような用途に使用されるのがＥＳＤ保護デバイスであり、サージ吸収素子やサージアブソーバとも呼ばれている。
　ＥＳＤ保護デバイスは、例えば回路の信号線路とグランド（接地）との間に配置する。ＥＳＤ保護デバイスは、一対の放電電極を離間して対向させた構造であるので、通常の使用状態では高い抵抗を持っており、信号がグランド側に流れることはない。これに対し、例えば携帯電話等のアンテナから静電気が加わる場合のように、過大な電圧が加わると、ＥＳＤ保護デバイスの放電電極間で放電が起こり、静電気をグランド側に導くことができる。これにより、ＥＳＤデバイスよりも後段の回路には、静電気による電圧が印加されず、回路を保護することができる。
　例えば図５の分解斜視図、図６の断面図に示すＥＳＤ保護デバイスは、絶縁性セラミックシート２が積層されるセラミック多層基板７内に空洞部５が形成され、外部電極１と導通した放電電極６が空洞部５内に対向配置され、空洞部５に放電ガスが閉じ込められている。放電電極６間で絶縁破壊を起こす電圧が印加されると、空洞部５内において放電電極６間で放電が起こり、その放電により過剰な電圧をグランドへ導き、後段の回路を保護することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１－４３９５４号公報
　しかし、このようなＥＳＤ保護デバイスでは、次のような問題点がある。
　図５、図６に示すＥＳＤ保護デバイスでは、放電電極間の間隔のばらつきによって、ＥＳＤ応答性が変動し易い。また、放電電極が対向する領域の面積によってＥＳＤ応答性を調整する必要があるが、その調整には製品サイズ等による制限のため、所望とするＥＳＤ応答性を実現しにくい場合がある。
　本発明は、かかる実情に鑑み、ＥＳＤ特性の調整や安定化が容易であるＥＳＤ保護デバイスを提供しようとするものである。
　本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したＥＳＤ保護デバイスを提供する。
　ＥＳＤ保護デバイスは、（ａ）セラミック多層基板と、（ｂ）前記セラミック多層基板に形成され、間隔を設けて互いに対向する、少なくとも一対の放電電極と、（ｃ）前記セラミック多層基板の表面に形成され、前記放電電極と接続される外部電極とを有する。ＥＳＤ保護デバイスは、前記一対の放電電極間を接続する領域に、金属材料と半導体材料とが分散してなる補助電極を備える。
　上記構成において、外部電極間に所定以上の大きさの電圧が印加されると、対向する放電電極間で放電が発生する。この放電は、一対の放電電極間を接続する領域に沿って発生する。この放電が発生する領域に、金属材料と、半導体材料又は抵抗材料とが分散している補助電極を備えているので、電子の移動が起こりやすく、より効率的に放電現象を生じさせ、ＥＳＤ応答性を高めることができる。そのため、放電電極間の間隔のばらつきによるＥＳＤ応答性の変動を小さくすことができる。したがって、ＥＳＤ特性の調整や安定化が容易になる。
　さらに、補助電極に含まれる金属材料と半導体材料又は抵抗材料との量や種類などを調整することにより、放電開始電圧を所望の値に設定することができる。これにより、放電開始電圧は、放電電極間の間隔を変えることだけで調整する場合よりも、精度よく設定することができる。
　好ましい一態様は、半導体材料が炭化ケイ素（ＳｉＣ）である。
　好ましい他の態様は、半導体材料がシリコンである。
　好ましくは、前記補助電極に、前記セラミック多層基板を構成する材料を成分として含むセラミック材料も分散している。
　この場合、セラミック多層基板を構成する材料と同じ成分を含むセラミック材料が補助電極に分散していることによって、補助電極のセラミック多層基板への密着性が向上し、焼成時における補助電極の剥離が発生しにくくなる。また、ＥＳＤ繰り返し耐性も向上する。
　好ましくは、前記補助電極において、前記金属材料が１０ｖｏｌ％以上、５０ｖｏｌ％以下の割合で含有されている。
　補助電極において金属材料の含有割合が１０ｖｏｌ％以上であると、焼成の際の補助電極の収縮開始温度が、放電電極の収縮開始温度とセラミック多層基板の収縮開始温度との中間の値となるようにすることができる。一方、補助電極において金属材料の含有割合が５０ｖｏｌ％以下であると、放電電極間でショートが発生しないようにすることができる。
　好ましくは、前記セラミック多層基板は、その内部に空洞部を有し、前記放電電極は前記空洞部の内面に沿って形成されている。
　この場合、外部電極間に所定以上の大きさの電圧が印加されて放電電極間で発生する放電は、主に空洞部とセラミック多層基板の界面に沿って発生する沿面放電である。この沿面、すなわち空洞部の内面に沿って補助電極が形成されているので、電子の移動が起こりやすく、より効率的に放電現象を生じさせ、ＥＳＤ応答性を高めることができる。そのため、放電電極間の間隔のばらつきによるＥＳＤ応答性の変動を小さくすことができる。したがって、ＥＳＤ特性の調整や安定化が容易になる。
　好ましくは、前記セラミック多層基板は、実質的に焼結していない第一のセラミック層と、焼結が完了している第二のセラミック層を交互に積層してなる。
　この場合、セラミック多層基板は、焼成時に第二のセラミック層の面方向の収縮が第一のセラミック層によって抑制された、いわゆる無収縮基板である。無収縮基板は反りや面方向の寸法ばらつきがほとんど生じないため、セラミック多層基板に無収縮基板を用いると、対向する放電電極間の間隔を精度よく形成することができ、放電開始電圧などの特性バラツキを小さくすることができる。
　本発明のＥＳＤ保護デバイスは、ＥＳＤ特性の調整や安定化が容易である。
ＥＳＤ保護デバイスの断面図である。（実施例１） ＥＳＤ保護デバイスの要部拡大断面図である。（実施例１） 図１の直線Ａ－Ａに沿って切断した断面図である。（実施例１） ＥＳＤ保護デバイスの断面図である。（実施例２） ＥＳＤ保護デバイスの分解斜視図である。（従来例） ＥＳＤ保護デバイスの断面図である。（従来例）
　以下、本発明の実施の形態として実施例を、図１～図４を参照しながら説明する。
　＜実施例１＞　実施例１のＥＳＤ保護デバイス１０について、図１～図３を参照しながら説明する。図１は、ＥＳＤ保護デバイス１０の断面図である。図２は、図１において鎖線で示した領域１１を模式的に示す要部拡大断面図である。図３は、図１の線Ａ－Ａに沿って切断した断面図である。
　図１に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１０は、セラミック多層基板１２の内部に空洞部１３と、一対の放電電極１６，１８とが形成されている。放電電極１６，１８は、空洞部１３の内面に沿って形成された対向部１７，１９を含む。放電電極１６，１８は、空洞部１３からセラミック多層基板１２の外周面まで延在し、セラミック多層基板１２の外側、すなわちセラミック多層基板１２の表面に形成された外部電極２２，２４に接続されている。外部電極２２，２４は、ＥＳＤ保護デバイス１０を実装するために用いる。
　図３に示すように、放電電極１６，１８の対向部１７，１９の先端１７ｋ，１９ｋは、間隔１５を設けて互いに対向している。外部電極２２，２４から所定値以上の電圧が印加されると、放電電極１６，１８の対向部１７，１９間において放電が発生する。
　図１に示すように、空洞部１３の周縁には、放電電極１６，１８の対向部１７，１９及び対向部１７，１９間の間隔１５が形成された部分に隣接して、補助電極１４が形成されている。すなわち、補助電極１４は、放電電極１６，１８間を接続する領域に形成されている。補助電極１４は、放電電極１６，１８の対向部１７，１９とセラミック多層基板１２とに接している。図２に模式的に示すように、補助電極１４は、金属材料３４と不図示の半導体材料とセラミック材料とを含んでいる。金属材料３４と半導体材料とセラミック材料とは、それぞれ分散しており、補助電極１４は全体として絶縁性を有している。
　補助電極１４に含まれるセラミック材料の成分中に、セラミック多層基板１２を構成する材料の一部又は全部と同じものが含まれてもよい。同じものが含まれると、焼成時の補助電極１４の収縮挙動等をセラミック多層基板１２に合わせることが容易になり、補助電極１４のセラミック多層基板１２への密着性が向上し、焼成時における補助電極１４の剥離が発生しにくくなる。また、ＥＳＤ繰り返し耐性も向上する。また、使用する材料の種類を少なくすることができる。
　特に補助電極１４に含まれるセラミック材料がセラミック多層基板１２のセラミック材料と同じであり、区別できない場合には、補助電極１４は、金属材料３４と半導体材料とだけで形成されていると見ることもできる。
　補助電極１４に含まれる金属材料３４は、放電電極１６，１８と同じものであっても、異なるものであってもよい。同じものにすれば、補助電極１４の収縮挙動等を放電電極１６，１８に合わせることが容易になり、使用する材料の種類を少なくすることができる。
　補助電極１４は金属材料３４とセラミック材料とを含むので、補助電極１４の焼成時の収縮挙動が、対向部１７，１９を含む放電電極１６，１８とセラミック多層基板１２との中間の状態になるようにすることができる。これによって、放電電極１６，１８の対向部１７，１９とセラミック多層基板１２との焼成時の収縮挙動の差を補助電極１４で緩和することができる。その結果、放電電極１６，１８の対向部１７，１９の剥離等による不良や特性バラツキを小さくすることができる。また、放電電極１６，１８の対向部１７，１９間に間隔１５のバラツキも小さくなるので、放電開始電圧などの特性のバラツキを小さくすることができる。
　また、補助電極１４の熱膨張率が、放電電極１６，１８とセラミック多層基板１２との中間の値になるようにすることができる。これによって、放電電極１６，１８の対向部１７，１９とセラミック多層基板１２との熱膨張率の差を補助電極１４で緩和することができる。その結果、放電電極１６，１８の対向部１７，１９の剥離等による不良や特性の経年変化を小さくすることができる。
　さらに、補助電極１４に含まれる金属材料３４や半導体材料の量や種類などを調整することにより、放電開始電圧を所望の値に設定することができる。これにより、放電開始電圧を放電電極１６，１８の対向部１７，１９間の間隔１５のみで調整する場合よりも、精度よく放電開始電圧を設定することができる。
　また、本実施形態においては補助電極１４に金属材料３４のみならず、半導体材料が含有されているので、金属材料の含有量が少なくても、所望とするＥＳＤ応答性を得ることができる。そして、金属材料同士が接触することによるショート発生を抑制することができる。
　次に、ＥＳＤ保護デバイス１０の作製例について、説明する。
　（１）材料の準備
　セラミック多層基板１２の材料となるセラミック材料には、Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを中心とした組成からなる材料を用いた。各素材を所定の組成になるよう調合、混合し、８００－１０００℃で仮焼した。得られた仮焼粉末をジルコニアボールミルで１２時間粉砕し、セラミック粉末を得た。このセラミック粉末に、トルエン・エキネンなどの有機溶媒を加え混合する。さらにバインダー、可塑剤を加え混合し、スラリーを得る。このようにして得られた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る。
　また、放電電極１６，１８を形成するための電極ペーストを作製する。平均粒径約１．５μｍのＣｕ粉８０ｗｔ％とエチルセルロース等からなるバインダー樹脂に溶剤を添加し、ロールで攪拌、混合することで電極ペーストを得た。
　補助電極１４を形成するための混合ペーストは、金属材料として平均粒径約３μｍのＣｕ粉と、半導体材料として平均粒径１μｍの炭化ケイ素（ＳｉＣ）を所定の割合で調合し、バインダー樹脂と溶剤を添加し、ロールで攪拌、混合することで得た。混合ペーストは、バインダー樹脂と溶剤を２０ｗｔ％とし、残りの８０ｗｔ％をＣｕ粉と炭化ケイ素とした。
　各混合ペーストの炭化ケイ素／Ｃｕ粉の比率を、次の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、空洞部１３を形成するための樹脂ペーストも同様の方法にて作製する。樹脂ペーストは、樹脂と溶剤のみからなる。樹脂材料には焼成時に分解、消失する樹脂を用いる。例えばＰＥＴ、ポリプロピレン、エチルセルロース、アクリル樹脂などである。
　（２）スクリーン印刷による混合ペースト、電極ペースト、樹脂ペーストの塗布
　セラミックグリーンシート上に、補助電極１４を形成するため、混合ペーストを所定のパターンになるよう、スクリーン印刷にて塗布する。混合ペーストの厚みが大きい場合などには、セラミックグリーンシートに予め設けた凹部に、炭化ケイ素／Ｃｕ粉の混合ペーストを充填するようにしても構わない。
　その上に、電極ペーストをスクリーン印刷にて塗布して、対向部１７，１９間に放電ギャップとなる間隔１５を有する放電電極１６，１８を形成する。作製例では、放電電極１６，１８の太さを１００μｍ、放電ギャップ幅（対向部１７，１９間の間隔１５の寸法）を３０μｍとなるように形成した。さらにその上に、空洞部１３を形成するため、樹脂ペーストをスクリーン印刷にて塗布する。
　（３）積層、圧着
　通常のセラミック多層基板と同様に、セラミックグリーンシートを積層し、圧着する。作製例では、厚み０．３ｍｍ、その中央に放電電極１６，１８の対向部１７，１９、空洞部１３が配置されるように積層した。
　（４）カット、端面電極塗布
　ＬＣフィルタのようなチップタイプの電子部品と同様に、マイクロカッタでカットして、各チップにわける。作製例では、１．０ｍｍ×０．５ｍｍになるようにカットした。その後、端面に電極ペーストを塗布し、外部電極２２，２４を形成する。
　（５）焼成
　次いで、通常のセラミック多層基板と同様に、Ｎ２雰囲気中で焼成する。また、ＥＳＤに対する応答電圧を下げるため空洞部１３にＡｒ、Ｎｅなどの希ガスを導入する場合には、セラミック材料の収縮、焼結が行われる温度領域をＡｒ、Ｎｅなどの希ガス雰囲気で焼成すればよい。酸化しない電極材料（Ａｇなど）の場合には、大気雰囲気でも構わない。
　焼成により、樹脂ペーストは消失し、空洞部１３が形成される。また、焼成により、セラミックグリーンシート中の有機溶剤や、混合ペースト中のバインダー樹脂及び溶剤も消失する。
　（６）めっき
　ＬＣフィルタのようなチップタイプの電子部品と同様に、外部電極上に電解Ｎｉ－Ｓｎメッキを行う。
　以上により、断面が図１～図３のように構成されたＥＳＤ保護デバイス１０が完成する。
　なお、半導体材料は、特に上記の材料に限定されるものではない。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の金属半導体、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化モリブデン、炭化タングステン等の炭化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化クロム、窒化バナジウム、窒化タンタル等の窒化物、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化タングステン、ケイ化モリブデン、ケイ化クロム、ケイ化クロム等のケイ化物、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化クロム、ホウ化ランタン、ホウ化モリブデン、ホウ化タングステン等のホウ化物、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム等の酸化物を用いることができる。特に、比較的安価で、かつ、各種粒径のバリエーションが市販されていることから、シリコンや炭化ケイ素が特に好ましい。これらの半導体材料は、適宜、単独又は２種類以上を混合して使用してもよい。また、半導体材料は、適宜、アルミナやＢＡＳ材等の抵抗材料と混合して使用してもよい。
　金属材料は、特に上記の材料に限定されるものではない。Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏや、これらの合金、これらの組合せでもよい。
　また、空洞部１３を形成するために樹脂ペーストを塗布したが、樹脂でなくともカーボンなど焼成で消失するものならばよいし、また、ペースト化して印刷で形成しなくとも、樹脂フィルムなどを所定の位置のみ貼り付けるようにして配置してもよい。
　上述した作製例のＥＳＤ保護デバイス１０の１００個の試料について、放電電極１６，１８間のショート、焼成後のデラミネーションの有無を、内部断面観察により評価した。なお、デラミネーションとは、補助電極・放電電極間又は補助電極・セラミック多層基板間での剥離を意味するものとする。ショート不良率が４０％以下のものをショート特性が良好（○印）、ショート不良率が４０％を超えるものをショート特性が不良（×印）と判定した。デラミネーションの発生が全く認められなかったものを合格（○印）、デラミネーションの発生が１個でも認められたものを不合格（×印）と判定した。
　また、ＥＳＤに対する放電応答性を評価した。ＥＳＤに対する放電応答性は、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って行った。接触放電にて８ｋＶ印加して試料の放電電極間で放電が生じるかどうかを調べた。保護回路側で検出されたピーク電圧が７００Ｖを超えるものを放電応答性が不良（×印）、ピーク電圧が５００Ｖ～７００Ｖのものを放電応答性が良好（○印）、ピーク電圧が５００Ｖ未満のものを放電応答性が特に良好（◎印）と判定した。
　さらに、ＥＳＤ繰り返し耐性を評価した。接触放電にて２ｋＶ印加を１０回、３ｋＶ印加を１０回、４ｋＶ印加を１０回、６ｋＶ印加を１０回、８ｋＶ印加を１０回行い、続いて、前記のＥＳＤに対する放電応答性を評価した。保護回路側で検出されたピーク電圧が７００Ｖを超えるものをＥＳＤ繰り返し耐性が不良（×印）、ピーク電圧が５００Ｖ～７００ＶのものをＥＳＤ繰り返し耐性が良好（○印）、ピーク電圧が５００Ｖ未満のものをＥＳＤ繰り返し耐性が特に良好（◎印）と判定した。
　次の表２に、炭化ケイ素粉／Ｃｕ粉の混合ペーストの条件と、評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２から分かるように、Ｃｕ粉の体積比率が１０％～５０％である試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６のＥＳＤ保護デバイスは、デラミネーションの発生がなく、かつ、ショート特性、ＥＳＤ放電応答性、ＥＳＤ繰り返し耐性に優れている。
　一方、試料Ｎｏ．１のＥＳＤデバイスは、炭化ケイ素粉のみで補助電極が形成されているため、放電電極と補助電極との接合が不十分となり、放電電極と補助電極との間でデラミネーションが発生し、実用に供し難いＥＳＤ保護デバイスであった。
　試料Ｎｏ．７～１１のＥＳＤ保護デバイスは、Ｃｕ粉の含有量が高いため、補助電極と多層セラミック基板との間の焼結タイミングが不一致となりデラミネーションが発生し、また、Ｃｕ粉同士の接触によりショート不良率が極めて高く、実用に供し難いＥＳＤ保護デバイスであった。
　＜実施例２＞　実施例２のＥＳＤ保護デバイス１０ｓについて、図４を参照しながら説明する。図４は、ＥＳＤ保護デバイス１０ｓの断面図である。
　実施例２のＥＳＤ保護デバイス１０ｓは、実施例１のＥＳＤ保護デバイス１０と略同様に構成されている。以下では、実施例１と同じ構成部分には同じ符号を用い、実施例１のＥＳＤ保護デバイス１０との相違点を中心に説明する。
　図４に示すように、実施例２のＥＳＤ保護デバイス１０ｓは、空洞部１３を有していない点が実施例１のＥＳＤ保護デバイス１０と異なる。すなわち、実施例２のＥＳＤ保護デバイス１０ｓは、セラミック多層基板１２ｓの上面１２ｔに、互いに対向する一対の放電電極１６ｓ，１８ｓが形成され、樹脂４２で覆われている。
　放電電極１６ｓ，１８ｓは、実施例１のＥＳＤ保護デバイス１０と同様に、間隔１５ｓを設けて互いに対向するように形成されている。セラミック多層基板１２ｓの上面１２ｔ側には、放電電極１６ｓ，１８ｓ間の間隔１５ｓが形成された部分及びその近傍に隣接して、すなわち放電電極１６ｓ，１８ｓ間を接続する領域に、金属材料３４と不図示の半導体材料とが分散した補助電極１４ｓが形成されている。放電電極１６ｓ，１８ｓは、セラミック多層基板１２ｓの表面に形成された外部電極２２，２４に接続されている。
　次に、実施例２の作製例について説明する。実施例２のＥＳＤ保護デバイスは、実施例１のＥＳＤ保護デバイスと略同様の方法で作製したが、実施例２のＥＳＤ保護デバイスは空洞部を有しないため、樹脂ペーストを塗布しない。
　次の表３に、炭化ケイ素粉／Ｃｕ粉の混合ペーストの条件と、評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表２及び表３の比較から、Ｃｕ粉の体積比率が１０％～５０％である実施例２のの空洞部を有しないＥＳＤ保護デバイス（表３の試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６）は、実用に供し得るものの、空洞部を有する実施例１のＥＳＤ保護デバイス（表２の試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６）に比してＥＳＤ放電応答性が低下する傾向が認められた。この原因は、空洞部を有する実施例１のＥＳＤ保護デバイスは、ＥＳＤ印加時に放電電極の補助電極において沿面放電を発生できるため、ＥＳＤ放電応答性が良好化したと推察される。
　なお、表３中の試料Ｎｏ．１、試料Ｎｏ．７～１１のＥＳＤ保護デバイスは、実施例１で説明した理由と同じ理由により、実用に供し難いＥＳＤ保護デバイスであった。
　＜実施例３＞　実施例３のＥＳＤ保護デバイスについて説明する。
　実施例３のＥＳＤ保護デバイスの作製例では、半導体材料としての炭化ケイ素の代わりにシリコン粉を用い、実施例１のＥＳＤ保護デバイスの作製例と同じ方法で、ＥＳＤ保護デバイスを作製した。なお、シリコン粉の粒径は約１μｍのものを使用した。
　次の表４に、炭化ケイ素粉／シリコン粉の混合ペーストの条件と、評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４から分かるように、混合ペースト中のＣｕ粉の体積比率が１０％～５０％である試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６のＥＳＤ保護デバイスは、デラミネーションの発生がなく、かつ、ショート特性、ＥＳＤ放電応答性、ＥＳＤ繰り返し耐性に優れている。
　なお、試料Ｎｏ．１、試料Ｎｏ．７～１１のＥＳＤ保護デバイスは、実施例１で説明した理由と同じ理由により、実用に供し難いＥＳＤ保護デバイスであった。
　＜実施例４＞　実施例４のＥＳＤ保護デバイスについて説明する。
　実施例４のＥＳＤ保護デバイスは、補助電極にセラミック材料も含まれる点のみが、実施例１のＥＳＤ保護デバイスと異なる。
　実施例４のＥＳＤ保護デバイスの作製例では、混合ペーストとして、実施例１の作製例と同じＢＡＳ材仮焼後セラミック粉末と炭化ケイ素粉とＣｕ粉とからなる混合ペーストを用いた以外は、実施例１の作製例と同じ方法でＥＳＤ保護デバイスを作製した。なお、ＢＡＳ材仮焼後セラミック粉末の平均粒径は約１μｍ、炭化ケイ素粉の平均粒径は約１μｍ、Ｃｕ粉末の平均粒径は約３μｍのものを使用した。
　表５に、ＢＡＳ材仮焼後セラミック粉末／炭化ケイ素粉／シリコン粉の混合ペーストの条件と、評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５から、試料Ｎｏ．２～４及び試料Ｎｏ．６～９のＥＳＤ保護デバイスは、ＢＡＳ材仮焼後セラミック粉末を添加しているので、半導体材料である炭化ケイ素と導体材料であるＣｕ粉とが、セラミック多層基板に強く固着されるため、ＥＳＤ繰り返し耐性を向上させることができることが分かる。
　なお、試料Ｎｏ５及び試料Ｎｏ．１０のＥＳＤ保護デバイスは、焼成過程でＢＡＳ材仮焼後セラミック粉末からガラス成分が多量に形成され、そのガラス成分によってＣｕ粉同士が部分的に液相焼結してショート不良が多発するため、実用に供し難いＥＳＤ保護デバイスであった。
　なお、抵抗材料は、特に上記の材料に限定されるものではなく、フォレステライトにガラスを加えたものや、ＣａＺｒＯ３にガラスを加えたものなど、他のものを加えてもよい。デラミネーション抑制の観点から、及び、ＥＳＤ繰り返し耐性の観点から、前記セラミック多層基板の少なくとも１層を形成するセラミック材料と同じであることが好ましい。
　＜実施例５＞　実施例５ののＥＳＤ保護デバイスについて説明する。
　実施例５のＥＳＤ保護デバイスは、収縮抑制層と基材層とが交互に積層された、いわゆる無収縮基板をセラミック多層基板に用いる点のみが、実施例１のＥＳＤ保護デバイスと異なる。
　実施例５のＥＳＤ保護デバイスの作製例では、実施例１のＥＳＤ保護デバイスの作製例と同じ方法で作製したセラミックグリーンシ－ト上に、収縮抑制層用ペースト（例えば、Ａｌ２Ｏ３粉末とガラスフリットと有機ビヒクルとからなる）を全面にスクリーン印刷にて塗布する。さらに、その上に、補助電極１４を形成するため、混合ペーストを所定のパターンになるよう、スクリーン印刷にて塗布する。さらに、その上に、電極ペーストを塗布して、対向部１７，１９間に放電ギャップとなる間隔１５を有する放電電極１６，１８を形成する。ここでは、放電電極１６，１８の太さを１００μｍ、放電ギャップ幅（対向部１７，１９間の間隔１５の寸法）を３０μｍとなるように形成した。さらにその上に、空洞部１３を形成するため、樹脂ペーストを塗布する。さらに、その上に、前記収縮抑制用ペーストをスクリーン印刷にて塗布する。その上に、セラミックグリーンシートを積層し、圧着する。その後、実施例１の作製例と同様にカット、端面電極塗布、焼成、メッキを行う。
　次の表６に、炭化ケイ素粉／Ｃｕ粉の混合ペーストの条件と、評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６から分かるように、Ｃｕ粉の体積比率が１０％～５０％である試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６により、実施例１の作製例と同様に優れたＥＳＤデバイスを得ることができた。さらに、無収縮基板にしたことで、寸法精度が高く、かつ、反りが極めて小さいＥＳＤ保護デバイスを得ることができた。
　＜まとめ＞　以上に説明した実施例１～５のＥＳＤ保護デバイスは、放電電極間を接続する領域に、少なくとも金属材料と半導体材料とが分散してなる補助電極を備えることで、電子の移動が起こりやすくなり、より効率的に放電現象を生じさせ、ＥＳＤ応答性を高めることができる。そのため、放電電極間の間隔のばらつきによるＥＳＤ応答性の変動を小さくすことができる。したがって、ＥＳＤ特性の調整や安定化が容易になる。
　さらに、補助電極に含まれる金属材料と半導体材料との量や種類などを調整することにより、放電開始電圧を所望の値に設定することができる。これにより、放電開始電圧は、放電電極間の間隔を変えることだけで調整する場合よりも、精度よく設定することができる。
　本発明による効果は、次の通りである。
（１）放電電極が金属材料と半導体材料とから構成されていると、金属材料含有量が低くても優れたＥＳＤ応答性を得ることができる。
（２）ＥＳＤ保護デバイスが空洞部を有すると、沿面放電が期待でき、ＥＳＤ応答性をさらに向上できる。
（３）金属材料と半導体材料とからなる補助電極にセラミック材料を添加することで、金属材料と半導体材料とがセラミック多層基板に強く固着されるため、ＥＳＤ繰り返し耐性が向上できる。
（４）半導体材料として炭化ケイ素を用いることで、安価、かつ、良好なＥＳＤ保護デバイスを提供できる。
（５）金属材料としてＣｕ粉末を用いることで、安価、かつ、良好なＥＳＤ保護デバイスを提供できる。
　なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
　例えば、補助電極において金属材料が１０ｖｏｌ％未満の割合で含有されていても、あるいは５０ｖｏｌ％を超える割合で含有されていても、金属材料の種類や粒径、半導体材料の種類や粒径等を適宜に選択することによって、ＥＳＤ保護デバイスとしての機能を発揮させるようにすることが可能である。
　また、実施例２では補助電極をセラミック多層基板側に形成しているが、樹脂側に補助電極を形成することも可能である。
　１０，１０ｓ　ＥＳＤ保護デバイス
　１２，１２ｓ　セラミック多層基板
　１３　空洞部
　１４，１４ｓ　補助電極
　１５，１５ｓ　間隔
　１６，１６ｓ　放電電極
　１７　対向部
　１８，１８ｓ　放電電極
　１９　対向部
　２２　外部電極
　２４　外部電極
　３４　金属材料

Claims (7)

  1. 　セラミック多層基板と、
    　前記セラミック多層基板に形成され、間隔を設けて互いに対向する、少なくとも一対の放電電極と、
    　前記セラミック多層基板の表面に形成され、前記放電電極と接続される外部電極と、
    を有するＥＳＤ保護デバイスであって、
    　前記一対の放電電極間を接続する領域に、金属材料と半導体材料とが分散してなる補助電極を備えたことを特徴とする、ＥＳＤ保護デバイス。
  2. 　前記半導体材料が炭化ケイ素であることを特徴とする、請求項１に記載のＥＳＤ保護デバイス。
  3. 　前記半導体材料がシリコンであることを特徴とする、請求項１に記載のＥＳＤ保護デバイス。
  4. 　前記補助電極に、前記セラミック多層基板を構成する材料を成分として含むセラミック材料も分散していることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のＥＳＤ保護デバイス。
  5. 　前記補助電極において、前記金属材料が１０ｖｏｌ％以上、５０ｖｏｌ％以下の割合で含有されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載のＥＳＤ保護デバイス。
  6. 　前記セラミック多層基板は、その内部に空洞部を有し、前記放電電極は前記空洞部の内面に沿って形成されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載のＥＳＤ保護デバイス。
  7. 　前記セラミック多層基板は、実質的に焼結していない第一のセラミック層と、焼結が完了している第二のセラミック層を交互に積層してなることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一つに記載のＥＳＤ保護デバイス。
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