WO2011040437A1 - Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

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稗圃久美子
鷲見高弘
足立淳
浦川淳
築澤孝之
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an ESD protection device for protecting a semiconductor device or the like from electrostatic breakdown and a method for manufacturing the same.
  • ESD protection devices for protecting semiconductor devices such as LSIs from electrostatic discharge (ESD) (Electron-Statics Discharge) have been widely used.
  • ESD electrostatic discharge
  • an ESD protection device connected between the first electrode and the second electrode, and non-conductive powder (silicon carbide powder), metal conductive powder (Cu powder), adhesive (glass), and
  • non-conductive powder silicon carbide powder
  • metal conductive powder Cu powder
  • adhesive glass
  • an overvoltage protection element including a porous structure portion produced by firing using a material for an overvoltage protection element including the above.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an ESD protection device that has stable characteristics and does not deteriorate even when static electricity is repeatedly applied, and a method for manufacturing the same. .
  • the ESD protection device of the present invention is A counter electrode comprising one side counter electrode and the other side counter electrode formed so that the tip portions thereof are opposed to each other at an interval inside the ceramic substrate;
  • a discharge auxiliary electrode disposed in contact with each of the one side counter electrode and the other side counter electrode constituting the counter electrode and extending from the one side counter electrode to the other side counter electrode;
  • the discharge auxiliary electrode includes metal particles, semiconductor particles, and vitreous, and Between the metal particles, between the semiconductor particles, and between the metal particles and the semiconductor particles are bonded through the vitreous,
  • the average particle diameter X of the metal particles is 1.0 ⁇ m or more, and the relationship between the thickness Y of the discharge auxiliary electrode and the average particle diameter X of the metal particles satisfies the requirement of 0.5 ⁇ Y / X ⁇ 3. It is characterized by satisfying.
  • the metal particles are preferably Cu particles, and the semiconductor particles are preferably silicon carbide particles.
  • the vitreous material is produced by a reaction between the metal particles and the semiconductor particles.
  • the discharge gap portion in which the tip portions of the one side counter electrode and the other side counter electrode constituting the counter electrode face each other and the region located in the discharge gap portion of the discharge auxiliary electrode are inside the ceramic base material. It is desirable to face the cavity provided in the.
  • the manufacturing method of the ESD protection device of the present invention includes: One main surface of the first ceramic green sheet includes metal particles having an average particle diameter of 1.0 ⁇ m or more, semiconductor particles, and an organic vehicle, and at least one of the metal particles and the semiconductor particles has a surface By printing a discharge auxiliary electrode paste having a glass network-forming component and a ratio of 7% to 25% by volume of the total of the metal particles and the semiconductor particles. Forming a discharge auxiliary electrode for firing; By printing a counter electrode paste on one main surface of the first ceramic green sheet, each of the one side counter electrodes covers a part of the discharge auxiliary electrode and is spaced from each other.
  • the metal particles contained in the auxiliary discharge electrode are alumina-coated Cu particles, and the semiconductor particles are silicon carbide particles.
  • the ESD protection device of the present invention is in contact with a counter electrode provided with a first counter electrode and a second counter electrode facing each other, a first counter electrode and a part of the second counter electrode, and from the first counter electrode to the other side.
  • a discharge auxiliary electrode disposed across the counter electrode, the discharge auxiliary electrode including at least metal particles, semiconductor particles, and vitreous, and between the metal particles, between the semiconductor particles, and the metal particles.
  • the average particle diameter X of the metal particles is 1.0 ⁇ m or more
  • the relationship between the thickness Y of the discharge auxiliary electrode and the average particle diameter X of the metal particles is Since the requirement of 0.5 ⁇ Y / X ⁇ 3 is satisfied, it is possible to provide an ESD protection device that has stable characteristics and does not deteriorate even when static electricity is repeatedly applied.
  • the vitreous does not cover the whole of each particle or is not filled between the particles, for example, when each particle is bound by vitreous scattered on the surface of each particle, It is a broad concept including
  • the metal particles are preferably Cu particles. This is because the ESD protection device can lower the discharge start voltage and the peak voltage by using Cu particles as the metal particles. Can be configured.
  • silicon carbide particles as the semiconductor particles, but this is because the clamp voltage can be lowered by using silicon carbide particles as the semiconductor particles.
  • the vitreous material when the vitreous material is generated by the reaction between the metal particles and the semiconductor particles, the vitreous material is uniformly dispersed without the need to add a glass component separately to the raw material.
  • the discharge auxiliary electrode can be formed efficiently and reliably.
  • a cavity portion provided in the ceramic base is provided with a region in the discharge gap portion of the discharge gap electrode and the discharge gap portion of the discharge auxiliary electrode in which the tip portions of the one side counter electrode and the other side counter electrode that constitute the counter electrode face each other. Therefore, since the discharge phenomenon occurs even in the cavity when ESD is applied, the discharge capability can be improved as compared with the case where there is no cavity, which is significant.
  • the ESD protection device manufacturing method of the present invention includes, on one main surface of the first ceramic green sheet, metal particles having an average particle diameter of 1.0 ⁇ m or more, semiconductor particles, and an organic vehicle.
  • a process of forming an unfired auxiliary discharge electrode by printing paste and a portion of the auxiliary discharge electrode are covered and spaced apart from each other by printing a counter electrode paste.
  • a step of forming an unfired counter electrode including the provided one side counter electrode and the other side counter electrode; and a second ceramic group on one main surface of the first ceramic green sheet.
  • the ESD protection device having the configuration of the present invention can be efficiently and reliably manufactured.
  • the ESD protection device provided with the external electrode by printing the external electrode paste on the surface of the unfired laminate so as to be connected to the counter electrode before firing the laminate, and then firing the paste. It is also possible to obtain an external electrode by printing and baking an external electrode paste on the surface of the laminate after firing the laminate.
  • the glass network-forming component that at least one of the metal particles and the semiconductor particles has on its surface is a glass component alone, for example, SiO 2 2 , B 2 O 3 , Al 2 O 3 , P 2 O 5 , ZrO 2 , V 2 O 5 , TiO 2 , ZnO, GeO 2 , As 2 O 5 , Sb 2 O 5 , PbO, BeO and the like. .
  • alumina-coated Cu particles are used as the metal particles contained in the discharge auxiliary electrode and silicon carbide particles are used as the raw material for the semiconductor particles, they usually exist on the surface of alumina (Al 2 O 3 ) or silicon carbide.
  • a small amount of silicon oxide or the like that functions as a network-forming component of glass, and is stable because the metal particles constituting the discharge auxiliary electrode, between the semiconductor particles, or between the metal particles and the semiconductor particles are bonded via glass.
  • FIG. 1 It is front sectional drawing which shows typically the structure of the ESD protection device concerning the Example of this invention. It is a principal part expanded front sectional view which expands and shows the principal part of the ESD protection device concerning the Example of this invention. It is a top view which shows the internal structure of the ESD protection device concerning the Example of this invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an ESD protection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged front cross-sectional view showing a main part of the ESD protection device.
  • FIG. It is a top sectional view of an ESD protection device concerning one example of the invention.
  • this ESD protection device includes a ceramic base material 1, one side counter electrode 2 a and the other side counter electrode that are formed on the same plane in the ceramic base material 1, and whose tip portions are opposed to each other. 2b, a counter electrode (extraction electrode) 2, a discharge auxiliary electrode 3 formed so as to be in contact with a part of the one side counter electrode 2a and the other side counter electrode 2b and extending from the one side counter electrode 2a to the other side counter electrode 2b. And an external electrode for electrical connection to the outside, which is disposed at both ends of the ceramic substrate 1 so as to be electrically connected to the one side counter electrode 2a and the other side counter electrode 2b constituting the counter electrode 2 5a and 5b are provided.
  • the discharge auxiliary electrode 3 includes metal particles, semiconductor particles, and glass, and the metal particles, the semiconductor particles, and the metal particles and the semiconductor particles are bonded via the glass.
  • This glassy substance is a reaction product generated by the reaction between metal particles and semiconductor particles.
  • Cu particles are used as the metal particles
  • silicon carbide particles are used as the semiconductor particles.
  • the relationship between the thickness Y of the auxiliary discharge electrode 3 and the average particle diameter X of the metal particles is a requirement of 0.5 ⁇ Y / X ⁇ 3 (that is, a requirement of the present invention). It is configured to satisfy.
  • the regions of the one-side counter electrode 2a and the other-side counter electrode 2b that constitute the counter electrode 2 that are opposite to each other and the discharge gap portion 10 of the discharge auxiliary electrode 3 are located within the ceramic substrate 1. It arrange
  • the opposing portion (discharge gap portion 10) of the one-side counter electrode 2a and the other-side counter electrode 2b, the connection portion between the counter electrode 2 and the discharge auxiliary electrode 3, and the discharge of the discharge auxiliary electrode 3 A seal layer 11 is disposed so as to cover the region located in the gap part 10, the cavity part 12, and the like.
  • This seal layer 11 is a porous layer made of ceramic particles such as alumina, and absorbs and holds (traps) glass components contained in the ceramic substrate 1 and glass components generated in the ceramic substrate 1 in the firing process.
  • the glass component functions to prevent the glass component from flowing into the cavity 12 and the discharge gap 10 inside thereof.
  • the glass component flows into the discharge auxiliary electrode 3 to prevent the sintering from progressing excessively, and the conductivity of the discharge auxiliary electrode 3 becomes too high, thereby causing a short circuit failure or the glass component to the cavity. It is possible to secure a high discharge capability by preventing the inflow of the gas, securing a cavity, and causing a discharge phenomenon also in the cavity.
  • the ceramic substrate 1 is mainly composed of oxides of Ba, Al, and Si having a square planar shape, a length of 1.0 mm, a width of 0.5 mm, and a thickness of 0.3 mm.
  • a glass ceramic substrate as a component is used.
  • the constituent material of the ceramic substrate 1 is not limited, and other types such as an alumina substrate and a silicon substrate can be used depending on circumstances.
  • the ceramic substrate 1 should have a relative dielectric constant of 50 or less, preferably 10 or less.
  • a binder resin composed of 80% by weight of Cu powder having an average particle diameter of about 2 ⁇ m and ethyl cellulose is prepared as a counter electrode paste for forming the pair of counter electrodes 2a and 2b.
  • a counter electrode paste was prepared by adding a solvent and stirring and mixing with three rolls.
  • the average particle size of the Cu powder refers to the center particle size (D50) determined from the particle size distribution measurement using Microtrac.
  • discharge auxiliary electrode paste for forming discharge auxiliary electrode 3
  • metal particles (metal conductor powder) and semiconductor particles (semiconductor powder) are blended at a predetermined ratio, and a vehicle is prepared.
  • a discharge auxiliary electrode paste was added and stirred and mixed with three rolls to prepare a discharge auxiliary electrode paste.
  • the volume fraction of the vehicle was 75 to 95 vol%, and the volume fraction of metal particles and semiconductor particles was the remaining 5 to 25 vol%.
  • Table 1 shows the types of metal particles (metal conductor powder) used in the evaluation.
  • the Al 2 O 3 coating amount (% by weight) and the ZrO 2 coating amount (% by weight) in Table 1 are the weight ratio of the coating species in the entire coated Cu particles, and the balance is metal particles (metal conductor powder). is there.
  • Table 2 shows the types of semiconductor particles (semiconductor powder) used in the evaluation.
  • Table 2 also shows the types of insulator particles (insulator powder) used for comparative evaluation.
  • Table 3 shows the composition of the vehicle, that is, the binder type, solvent type, dispersant type, and their blending ratio.
  • Tables 4 and 5 show the compositions (vol%) of discharge auxiliary electrode pastes prepared using metal particles, semiconductor particles, insulator particles, and vehicles.
  • seal layer paste containing alumina and an organic vehicle was prepared as a paste for forming the above-described seal layer.
  • a resin paste such as a resin, an organic solvent, an organic binder, etc. that decomposes and burns in the firing process is produced.
  • the discharge auxiliary electrode paste is printed on the seal layer paste by a screen printing method so as to have a predetermined pattern, and dried to form an unfired discharge auxiliary electrode.
  • the average particle diameter X of the metal particles constituting the discharge auxiliary electrode is 1.0 ⁇ m or more, the thickness Y of the discharge auxiliary electrode, and the average particle of the metal particles The relationship with the diameter X satisfies the requirement of 0.5 ⁇ Y / X ⁇ 3.
  • a counter electrode paste is applied to form an unfired one side counter electrode and the other side counter electrode constituting the counter electrode.
  • the discharge gap 10 is formed between the mutually opposing front-end
  • the width W (FIG. 3) of the one-side counter electrode 2a and the other-side counter electrode 2b constituting the counter electrode 2 is 100 ⁇ m, and the dimension G of the discharge gap 10 (FIG. 3). was set to 30 ⁇ m.
  • a resin paste for forming a cavity is applied from above the counter electrode 2 and the discharge auxiliary electrode 3 to a region where the cavity 12 is to be formed. Further, an unfired seal layer is formed by applying a seal layer paste so as to cover the resin paste for forming the cavity from above.
  • the paste is applied on the first ceramic green sheet to which the paste is applied in the order of the seal layer paste, the discharge auxiliary electrode paste, the counter electrode paste, the resin paste, and the seal layer paste.
  • a second ceramic green sheet that has not been applied is laminated and pressure-bonded.
  • a laminate having a thickness of 0.3 mm after firing was formed.
  • the chip coated with the external electrode paste is fired in an N 2 atmosphere.
  • a rare gas such as Ar or Ne
  • the firing process in a temperature region where the ceramic material is contracted and sintered is performed using a rare gas such as Ar and Ne. What is necessary is just to implement in a gas atmosphere.
  • an electrode material that is not oxidized it can be fired in an air atmosphere.
  • the external electrodes formed in the firing step (9) are plated in the order of Ni and Sn plating by electrolytic plating. As a result, an external electrode having a Ni plating film and a Sn plating film and having excellent characteristics such as solderability is formed. Thereby, an ESD protection device having a structure as shown in FIGS. 1 to 3 is obtained.
  • Short-circuit resistance is 50 times when 8 kV is applied by contact discharge, 10 times when 4 kV is applied, 10 times when 2 kV is applied, 10 times when 1 kV is applied, 10 times when 0.5 kV is applied, and 10 times when 0.2 kV is applied. Evaluation was conducted by examining IR after 10 times. IR is for those of less than 10 6 Omega determines the short resistance by ESD is applied is poor ( ⁇ mark), for more than 10 6 Omega was determination short resistance and good ( ⁇ mark).
  • ESD discharge response In evaluating ESD discharge responsiveness (ESD repeat resistance), which is a response to repeated ESD, first, each of 100 samples was subjected to an electrostatic discharge immunity test defined in IEC standard, IEC61000-4-2. The average value was obtained. Then, for each sample, as in the case of (1) above, 8 kV application was performed 50 times, 4 kV application 10 times, 2 kV application 10 times, 1 kV application 10 times, 0.5 kV application 10 times by contact discharge. After applying 0.2 kV 10 times, an electrostatic discharge immunity test was conducted to investigate ESD discharge response (ESD repeat resistance).
  • Tables 6 and 7 show the conditions of the discharge auxiliary electrode paste, the relationship between the average particle diameter X and the thickness Y of the discharge auxiliary electrode, the results of characteristic evaluation, and the like.
  • the sample numbers marked with * are samples that do not have the requirements of the present invention.
  • the relationship between the thickness Y of the discharge auxiliary electrode and the average particle diameter X of the metal is 0.5> Y / X, and sample numbers 11, 16, 21, 25, 29, 33, which do not satisfy the requirements of the present invention. In the 34 and 38 ESD protection devices, it was confirmed that the short circuit resistance deteriorated.
  • the average particle diameter X of the metal particles contained in the discharge auxiliary electrode is 1.0 ⁇ m or more, and the relationship between the thickness Y of the discharge auxiliary electrode and the average particle diameter X of the metal is 0.5 ⁇ Y / X
  • the requirements of the invention as ⁇ 3
  • short circuit resistance The ESD discharge response was good.
  • the average particle diameter X of the metal particles constituting the discharge auxiliary electrode is 1.0 ⁇ m or more, and the relationship between the thickness Y of the discharge auxiliary electrode and the average particle diameter X of the metal particles is 0.5 ⁇ Y.
  • (a) Good short-circuit resistance due to repeated ESD application (b) Even if no glass is added, the surface of the metal particles constituting the discharge auxiliary electrode reacts with the surface of the semiconductor particles in the firing step to produce a vitreous material between the metal particles, between the semiconductor particles, and the metal. It was confirmed that the short-circuit resistance is maintained well even when static electricity is repeatedly applied because the discharge auxiliary electrode is formed by bonding the particles and the semiconductor particles by vitreous.
  • the ESD protection device including the seal layer and the cavity portion has been described as an example.
  • the present invention does not include any one of the seal layer and the cavity portion. It is also possible to adopt a configuration that does not include
  • this invention is not limited to the said Example,
  • the material of a counter electrode, its specific shape, the specific shape of a discharge auxiliary electrode, the metal particle which comprises a discharge auxiliary electrode, and the kind of semiconductor particle Various kinds of applications and modifications within the scope of the invention, relating to the type of glassy material that functions to bond between metal particles, between semiconductor particles, and between metal particles and semiconductor particles, and the method of forming a sealing layer and a cavity. Can be added.
  • the present invention it is possible to provide an ESD protection device that has stable characteristics and does not deteriorate even when static electricity is repeatedly applied. Therefore, the present invention can be widely applied to the field of ESD protection devices used for protecting various devices and apparatuses including semiconductor devices.

Abstract

　繰り返して静電気を印加しても特性の劣化を生じない、安定した特性を備えたＥＳＤ保護デバイスおよびその製造方法を提供する。　セラミック基材１の内部に、対向するように形成された一方側対向電極２ａと他方側対向電極２ｂとを備えてなる対向電極２と、一方側対向電極と他方側対向電極のそれぞれと接し、一方側対向電極から他方側対向電極にわたるように配設された放電補助電極３とを具備し、放電補助電極は、金属粒子と、半導体粒子と、ガラス質とを含み、かつ、金属粒子間、半導体粒子間、および金属粒子と半導体粒子の間が、ガラス質を介して結合しているとともに、金属粒子の平均粒子径Ｘが１．０μｍ以上であり、放電補助電極の厚みＹと、金属粒子の平均粒子径Ｘとの関係が、０．５≦Ｙ／Ｘ≦３の要件を満たす構成とする。

Description

ＥＳＤ保護デバイスおよびその製造方法
　本発明は半導体装置などを静電気破壊から保護するＥＳＤ保護デバイスおよびその製造方法に関する。
　近年、民生機器を使用するにあたって、入出力インターフェースであるケーブルの抜差し回数が増える傾向にあり、入出力コネクタ部に静電気が印加されやすい状況にある。また、信号周波数の高周波化に伴って、設計ルールの微細化でパスが作り込みにくくなり、ＬＳＩ自体が静電気に対して脆弱になっている。
　そのため、静電気放電（ＥＳＤ）（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｓｔａｔｉｃｓ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）から、ＬＳＩなどの半導体装置を保護するＥＳＤ保護デバイスが広く用いられるに至っている。
　このようなＥＳＤ保護デバイスとして、第１の電極と第２の電極の間に接続され、かつ、非導体粉末（炭化ケイ素粉末）と、金属導体粉末（Ｃｕ粉末）と、粘着剤（ガラス）とを含む過電圧保護素子の材料を用いて焼成処理して生成された多孔構造部とを備えた過電圧保護素子が提案されている。
　しかし、この過電圧保護素子の場合、粘着材(ガラス)の添加が不可欠であるため、以下の問題が生じる可能性がある。
　(１)ガラスの分散不良により、製品の特性にばらつきが大きくなる傾向があり、信頼性の高い製品を提供することが困難である。
　(２)ガラスの分散不良により、繰り返しＥＳＤが印加されるとショート耐性が劣化する傾向がある。
特開２００８－８５２８４号公報
　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、安定した特性を備え、繰り返して静電気を印加しても特性の劣化を生じないＥＳＤ保護デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明のＥＳＤ保護デバイスは、
　セラミック基材の内部に、先端部が間隔をおいて対向するように形成された一方側対向電極と他方側対向電極とを備えてなる対向電極と、
　前記対向電極を構成する前記一方側対向電極と前記他方側対向電極のそれぞれと接し、前記一方側対向電極から前記他方側対向電極にわたるように配設された放電補助電極と
　を具備し、
　前記放電補助電極は、金属粒子と、半導体粒子と、ガラス質とを含み、かつ、
　前記金属粒子間、前記半導体粒子間、および前記金属粒子と前記半導体粒子の間が、前記ガラス質を介して結合しているとともに、
　前記金属粒子の平均粒子径Ｘが１．０μｍ以上であり、前記放電補助電極の厚みＹと、前記金属粒子の平均粒子径Ｘとの関係が、０．５≦Ｙ／Ｘ≦３の要件を満たすこと
　を特徴としている。
　前記金属粒子はＣｕ粒子であることが好ましく、また、前記半導体粒子は炭化ケイ素粒子であることが好ましい。
　また、前記ガラス質は、前記金属粒子と前記半導体粒子との反応により生じるものであることが望ましい。
　また、前記対向電極を構成する前記一方側対向電極と前記他方側対向電極の先端部が互いに対向する放電ギャップ部および前記放電補助電極の前記放電ギャップ部に位置する領域が、前記セラミック基材内部に設けられた空洞部に臨んでいることが望ましい。
　また、本発明のＥＳＤ保護デバイスの製造方法は、
　第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に、平均粒子径が１．０μｍ以上の金属粒子と、半導体粒子と、有機ビヒクルとを含むとともに、前記金属粒子と前記半導体粒子の少なくとも一方が、表面にガラスの網目形成成分を有し、かつ、前記金属粒子と前記半導体粒子とを合わせたものが占める割合が７体積％～２５体積％である放電補助電極ペ－ストを印刷することにより、未焼成の放電補助電極を形成する工程と、
　前記第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に、対向電極ペーストを印刷することにより、それぞれが、前記放電補助電極の一部を覆うとともに、互いに間隔をおいて配設された一方側対向電極と他方側対向電極とを備える未焼成の対向電極を形成する工程と、
　前記第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に、第２のセラミックグリーンシートを積層して未焼成の積層体を形成する工程と、
　前記積層体を焼成し、前記放電補助電極の前記金属粒子の表面と前記半導体粒子の表面とを反応させることにより、ガラス質を生成させる工程と
　を備えている。
　また、前記放電補助電極に含まれる金属粒子がアルミナコートＣｕ粒子であり、前記半導体粒子が炭化ケイ素粒子であることを特徴としている。
　本発明のＥＳＤ保護デバイスは、互いに対向する一方側対向電極と他方側対向電極とを備えた対向電極と、一方側対向電極と他方側対向電極の一部と接し、一方側対向電極から他方側対向電極にわたるように配設された放電補助電極とを具備しており、放電補助電極は、少なくとも、金属粒子および半導体粒子およびガラス質を含み、かつ、金属粒子間、半導体粒子間、金属粒子と半導体粒子の間が、ガラス質を介して結合しているとともに、金属粒子の平均粒子径Ｘが１．０μｍ以上、放電補助電極の厚みＹと、金属粒子の平均粒子径Ｘとの関係が、０．５≦Ｙ／Ｘ≦３の要件を満たしているので、安定した特性を備え、繰り返して静電気を印加しても特性の劣化を生じないＥＳＤ保護デバイスを提供することが可能になる。
　なお、本発明において、金属粒子間、半導体粒子間、および金属粒子と半導体粒子間が、ガラス質を介して結合しているとは、
　(ａ)各粒子間に充満するガラス質により各粒子が結びつけられている場合、
　(ｂ)各粒子の全体がガラス質により覆われ、かつ、該ガラス質により各粒子が結合している場合、
　(ｃ)ガラス質が各粒子の全体を覆ったり、各粒子間に充満したりしておらず、例えば、各粒子の表面に点在するガラス質により各粒子が結合している場合、
　などを含む広い概念である。
　本発明のＥＳＤ保護デバイスにおいては、金属粒子はＣｕ粒子であることが好ましいが、これは、金属粒子としてＣｕ粒子を用いることにより、放電開始電圧やピーク電圧を低くすることが可能なＥＳＤ保護デバイスを構成することができることによる。
　また、半導体粒子としては炭化ケイ素粒子を用いることが好ましいが、これは、半導体粒子として炭化ケイ素粒子を用いることにより、クランプ電圧を低くすることが可能になることによる。
　また、本発明のＥＳＤ保護デバイスにおいて、ガラス質が、金属粒子と半導体粒子との反応により生成するものの場合、原料に別途ガラス成分を添加することを必要とせずに、ガラス質が均一に分散された放電補助電極を効率よくしかも確実に形成することができる。
　また、対向電極を構成する一方側対向電極と他方側対向電極の先端部が互いに対向する放電ギャップ部および放電補助電極の放電ギャップ部に位置する領域が、セラミック基材内部に設けられた空洞部に臨むようにした場合、ＥＳＤ印加時に空洞部でも放電現象が起きるため、空洞部がない場合よりも放電能力を向上させることが可能になり、有意義である。
　また、本発明のＥＳＤ保護デバイスの製造方法は、第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に、平均粒子径が１．０μｍ以上の金属粒子と、半導体粒子と、有機ビヒクルとを含むとともに、金属粒子と半導体粒子の少なくとも一方が表面にガラスの網目形成成分を有し、かつ、前記金属粒子と前記半導体粒子とを合わせたものが占める割合が７体積％～２５体積％である放電補助電極ペ－ストを印刷することにより未焼成の放電補助電極を形成する工程と、放電補助電極の一部を覆うとともに、互いに間隔をおいて、対向電極ペーストを印刷することにより、間隔をおいて配設された一方側対向電極と他方側対向電極とを備える未焼成の対向電極を形成する工程と、第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に第２のセラミックグリーンシートを積層して未焼成の積層体を形成する工程と、積層体を焼成し、放電補助電極の金属粒子の表面と半導体粒子の表面とを反応させることによりガラス質を生成させる工程とを備えているので、本発明の構成を備えたＥＳＤ保護デバイスを効率よく、しかも確実に製造することが可能になる。
　なお、上記積層体を焼成する工程の前に、未焼成の積層体の表面に、対向電極と接続するように外部電極ペーストを印刷し、その後に焼成することにより外部電極を備えたＥＳＤ保護デバイスを得るようにすることも可能であり、また、上記積層体の焼成後に、積層体の表面に外部電極ペーストを印刷し、焼き付けることにより外部電極を形成することも可能である。
　なお、本発明のＥＳＤ保護デバイスの製造方法において、金属粒子と半導体粒子の少なくとも一方が表面に有しているガラスの網目形成成分とは、その成分単独でもガラスになるものであり、例えば、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＧｅＯ2、Ａｓ2Ｏ5、Ｓｂ2Ｏ5、ＰｂＯ、ＢｅＯ等が挙げられる。
　また、放電補助電極に含まれる金属粒子としてアルミナコートＣｕ粒子を用い、半導体粒子用の原料として炭化ケイ素粒子を用いた場合、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や、炭化ケイ素の表面に通常存在することになる微量の酸化ケイ素などがガラスの網目形成成分として機能し、放電補助電極を構成する金属粒子間、半導体粒子間、あるいは金属粒子と半導体粒子の間が、ガラス質を介して結合した、安定した特性を備え、繰り返して静電気を印加しても特性の劣化を生じないＥＳＤ保護デバイスを効率よく製造することが可能になる。
本発明の実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスの構成を模式的に示す正面断面図である。 本発明の実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスの要部を拡大して示す要部拡大正面断面図である。 本発明の実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスの内部構成を示す平面図である。
　以下、本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
［実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスの構成］
　図１は、本発明の一実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスの構造を模式的に示す断面図であり、図２は、その要部を拡大して示す要部拡大正面断面図、図３は本発明の一実施例にかかるＥＳＤ保護デバイスの平面断面図である。
　このＥＳＤ保護デバイスは、図１～３に示すように、セラミック基材１と、セラミック基材１内の同一平面に形成された、先端部が互いに対向する一方側対向電極２ａと他方側対向電極２ｂからなる対向電極(引出電極)２と、一方側対向電極２ａと他方側対向電極２ｂの一部と接し、一方側対向電極２ａから他方側対向電極２ｂにわたるように形成された放電補助電極３と、セラミック基材１の両端部に、対向電極２を構成する一方側対向電極２ａおよび他方側対向電極２ｂと導通するように配設された、外部との電気的な接続のための外部電極５ａ，５ｂを備えている。
　放電補助電極３は、金属粒子、半導体粒子およびガラス質を含んでおり、金属粒子間、半導体粒子間、および金属粒子と半導体粒子の間が、ガラス質を介して結合している。なお、このガラス質は、金属粒子と半導体粒子との反応により生じた反応生成物である。
　また、金属粒子としてはＣｕ粒子が用いられており、半導体粒子としては炭化ケイ素粒子が用いられている。
　そして、本発明のＥＳＤ保護デバイスにおいては、放電補助電極３の厚みＹと、金属粒子の平均粒子径Ｘとの関係が、０．５≦Ｙ／Ｘ≦３の要件(すなわち本発明の要件)を満たすように構成されている。
　また、対向電極２を構成する一方側対向電極２ａと他方側対向電極２ｂの互いに対向する放電ギャップ部１０、放電補助電極３の放電ギャップ部１０に位置する領域は、セラミック基材１の内部に設けられた空洞部１２に臨むように配設されている。すなわち、このＥＳＤ保護デバイスにおいては、放電ギャップ部１０や一方側対向電極２ａと他方側対向電極２ｂを接続する放電補助電極３などの、ＥＳＤ保護デバイスとしての機能を果たすべき機能部が、セラミック基材の内部の空洞部１２に臨むように配設されている。
　さらに、このＥＳＤ保護デバイスにおいては、一方側対向電極２ａと他方側対向電極２ｂの対向部分（放電ギャップ部１０）、対向電極２と放電補助電極３との接続部、および放電補助電極３の放電ギャップ部１０に位置する領域、空洞部１２などを覆うように、シール層１１が配設されている。このシール層１１は、アルミナなどのセラミック粒子からなる、ポーラスな層で、セラミック基材１に含まれているガラス成分や焼成工程でセラミック基材１において生成するガラス成分を吸収保持（トラップ）して、ガラス成分が空洞部１２やその内部の放電ギャップ部１０などに流れ込むことを防止する機能を果たす。そして、その結果、放電補助電極３にガラス成分が流れ込んで、焼結が進みすぎ、放電補助電極３の導電性が高くなりすぎてショート不良を引き起こすことを防止したり、空洞部へのガラス成分の流れ込みを阻止して、空洞部を確保し、空洞部でも放電現象が起きるようにして高い放電能力を確保することが可能になる。
　また、この実施例のＥＳＤ保護デバイスにおいては、セラミック基材１として、平面形状が方形で、長さ１．０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、厚み０．３ｍｍのＢａ、Ａｌ、Ｓｉの酸化物を主成分とするガラスセラミック基板が用いられている。
　ただし、セラミック基材１の構成材料に制約はなく、場合によってはアルミナ基板やシリコン基板など他の種類のものを用いることも可能である。なお、セラミック基材１としては比誘電率が５０以下、好ましくは１０以下のものを用いることが望ましい。
　以下に、上述のような構造を有するＥＳＤ保護デバイスの製造方法について説明する。
[ＥＳＤ保護デバイスの製造]
　(１)セラミックグリーンシートの作製
　セラミック基材１の材料となるセラミック材料として、Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを主たる成分とする材料を用意する。
　そして、各材料を所定の組成になるよう調合し、８００～１０００℃で仮焼する。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る。
　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した後、さらにバインダー、可塑剤を加え、混合することによりスラリーを作製する。
　この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作製した。
　(２)対向電極ペーストの作製
　また、一対の対向電極２ａ，２ｂを形成するための対向電極ペーストとして、平均粒径約２μｍのＣｕ粉８０重量％と、エチルセルロースなどからなるバインダー樹脂を調合し、溶剤を添加して３本ロールにより撹拌、混合することにより対向電極ペーストを作製した。なお、上記のＣｕ粉の平均粒径とは、マイクロトラックによる粒度分布測定から求めた中心粒径（Ｄ５０）をいう。
　(３)放電補助電極ペーストの作製
　さらに、放電補助電極３を形成するための放電補助電極ペーストとして、金属粒子(金属導体粉末)と、半導体粒子（半導体粉末）を所定の割合で配合し、ビヒクルを添加して３本ロールにより撹拌、混合することにより放電補助電極ペーストを作製した。
　なお、放電補助電極ペーストは、ビヒクルの体積分率が７５～９５ｖｏｌ％、金属粒子、半導体粒子の体積分率が残りの５～２５ｖｏｌ％となるようにした。
　なお、評価に用いた金属粒子（金属導体粉末)種を表１に示す。
　表１中のＡｌ2Ｏ3コート量（重量％），およびＺｒＯ2コート量（重量％）は、コートＣｕ粒子全体に占めるコート種の重量割合であり、残部は金属粒子(金属導体粉末)である。
　さらに、評価に用いた半導体粒子（半導体粉末）種を表２に示す。また、表２には、比較評価に用いた絶縁体粒子（絶縁体粉末）種を併せて示す。
　さらに、ビヒクルの組成、すなわち、バインダーの種類、溶剤種、分散剤種、およびそれらの配合割合を表３に示す。
　また、金属粒子、および半導体粒子、絶縁体粒子、ビヒクルを使用して作製した放電補助電極ペーストの組成（ｖｏｌ％）を表４および５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　(４)シール層を形成するために用いられるシール層ペーストの作製
　上述のシール層を形成するためのペーストとして、アルミナと有機ビヒクルを含むシール層ペーストを用意した。
　(５)空洞部形成用の樹脂ペーストの作製
　上述の空洞部１２を形成するためのペーストとして、樹脂、有機溶剤、有機バインダーなど、焼成工程で分解、燃焼して消失する樹脂ペーストを作製した。
　(６)各ペーストの印刷
　上述の放電補助電極ペースト、対向電極ペースト、シール層ペースト、および空洞部形成用の樹脂ペーストを、第１のセラミックグリーンシ－ト上に印刷する。
　具体的には、まず、第１のセラミックグリーンシートにシール層ペーストを塗布する。
　それから、シール層ペースト上に放電補助電極ペーストを所定のパターンとなるように、スクリーン印刷法により印刷し、乾燥させることにより、未焼成の放電補助電極を形成する。本発明では、ここで、得られるＥＳＤ保護デバイスにおいて、放電補助電極を構成する金属粒子の平均粒子径Ｘが１．０μｍ以上であり、前記放電補助電極の厚みＹと、前記金属粒子の平均粒子径Ｘとの関係が、０．５≦Ｙ／Ｘ≦３の要件を満たすようにする。
　さらに、対向電極ペーストを塗布して、対向電極を構成する未焼成の一方側対向電極，他方側対向電極を形成する。これにより、一方側対向電極２ａと他方側対向電極２ｂの互いに対向する先端部どうし間には、放電ギャップ１０が形成される。
　なお、この実施例では、焼成後の段階で、対向電極２を構成する一方側対向電極２ａ，他方側対向電極２ｂの幅Ｗ(図３)が１００μｍ、放電ギャップ１０の寸法Ｇ(図３）が３０μｍとなるようにした。
　それから、対向電極２および放電補助電極３の上から、空洞部１２を形成すべき領域に、空洞部形成用の樹脂ペーストを塗布する。
　さらに、その上から空洞部形成用の樹脂ペーストを覆うように、シール層ペーストを塗布して未焼成のシール層を形成する。
　(７)積層、圧着
　上述のようにして、シール層ペースト、放電補助電極ペースト、対向電極ペースト、樹脂ペースト、シール層ペーストの順で各ペーストを塗布した第１のセラミックグリーンシート上に、ペーストの塗布されていない第２のセラミックグリーンシートを積層し、圧着する。ここでは焼成後に厚みが０．３ｍｍとなる積層体が形成されるようにした。
　(８)カット、外部電極ペーストの塗布
　積層体をマイクロカッタでカットして、各チップに分割する。ここでは、焼成後に、長さ１．０ｍｍ、幅０．５ｍｍになるようにカットした。その後、端面に外部電極ペーストを塗布して未焼成の外部電極を形成した。
　(９)焼成
　次いで、外部電極ペーストを塗布したチップをＮ2雰囲気中で焼成する。
　なお、ＥＳＤに対する応答電圧を下げるため、空洞部１２にＡｒ，Ｎｅ等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における焼成工程をＡｒ，Ｎｅなどの希ガス雰囲気中で実施すればよい。酸化しない電極材料を用いる場合には、大気雰囲気で焼成することも可能である。
　(１０)めっき
　上記(９)の焼成工程で形成された外部電極上に電解めっきによりＮｉおよびＳｎめっきの順でめっきを施す。これにより、Ｎｉめっき膜およびＳｎめっき膜を備え、はんだ付け性などの特性に優れた外部電極が形成される。
　これにより、図１～３に示すような構造を有するＥＳＤ保護デバイスが得られる。
[特性の評価]
　次に、上述のようにして作製したＥＳＤ保護デバイスについて、以下の方法で各特性を調べた。
　(１)ショート耐性
　ショート耐性は、接触放電にて８ｋＶ印加を５０回、４ｋＶ印加を１０回、２ｋＶ印加を１０回、１ｋＶ印加を１０回、０．５ｋＶ印加を１０回、０．２ｋＶ印加を１０回行った後のＩＲを調べることにより評価した。
　ＩＲが１０6Ω未満のものについてはＥＳＤ印加によるショート耐性が不良（×印）であると判定し、１０6Ω以上のものについてはショート耐性が良好（○印）と判定した。
　(２)ＥＳＤ放電応答性　
　繰り返しＥＳＤに対する応答性であるＥＳＤ放電応答性（ＥＳＤ繰返し耐性）の評価を行うにあたっては、まず、それぞれ１００個の試料について、ＩＥＣの規格、ＩＥＣ６１０００－４－２に規定されている静電気放電イミュニティ試験を行い、その平均値を求めた。それから、各試料について、上記(１)の場合と同様に、接触放電にて８ｋＶ印加を５０回、４ｋＶ印加を１０回、２ｋＶ印加を１０回、１ｋＶ印加を１０回、０．５ｋＶ印加を１０回、０．２ｋＶ印加を１０回行った後、静電気放電イミュニティ試験を行い、ＥＳＤ放電応答性（ＥＳＤ繰返し耐性）を調べた。
　繰り返して静電気を印加した後の静電気放電イミュニティ試験において、保護回路側で検出されたピーク電圧が９００Ｖを超えるものについてはＥＳＤ放電応答性が不良（×印）である判定し、ピーク電圧が９００Ｖ以下のものについてはＥＳＤ放電応答性が良好（○印）であると判定した。
　なお、焼成後の積層体１０個について、対向電極のＷ＝１／２の地点で積層方向にカットし、放電補助電極を露出させ、その断面を研磨した。次に、断面に露出させた放電補助電極を金属顕微鏡を用いて観察し、観察された個々の金属粒子の円相当径を画像処理ソフトを用いて測長し、その平均値を放電補助電極を構成する金属粒子の平均粒子径Ｘと定義した。また、同様にして個々の放電補助電極の厚みを画像処理ソフトにて測長し、その平均値を放電補助電極の厚みＹと定義した。そして、この平均粒子径Ｘと放電補助電極の厚みＹの値から、両者の関係Ｙ/Ｘを求めた。
　(３)総合判定
　上記のショート耐性とＥＳＤ放電応答性の２つの特性評価結果の両方が良好であるものを総合判定良好（○印）と評価し、どちらか一方または両方が不良であるものを総合判定不良（×印）と評価した。
　表６および７に、放電補助電極ペーストの条件、平均粒子径Ｘと放電補助電極の厚みＹの関係、特性評価結果などを示す。
　表６および７において、試料番号に＊を付したものは、本発明の要件を備えていない試料である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　表６および７より、放電補助電極に含まれる金属粒子の平均粒子径Ｘが１．０μｍ未満で、本発明の要件を備えていない試料番号１～１０のＥＳＤ保護デバイスでは、ショート耐性およびＥＳＤ放電応答性が繰り返しＥＳＤ印加により、劣化することが確認された。
　また、放電補助電極の厚みＹと金属の平均粒子径Ｘとの関係が、０．５＞Ｙ／Ｘと、本発明の要件を満たさない試料番号１１、１６、２１、２５、２９、３３、３４および３８のＥＳＤ保護デバイスでは、ショート耐性が劣化することが確認された。
　一方、放電補助電極に含まれる金属粒子の平均粒子径Ｘが、１．０μｍ以上であり、かつ放電補助電極の厚みＹと金属の平均粒子径Ｘとの関係が、０．５≦Ｙ／Ｘ≦３と本発明の要件を備えた試料番号１２～１５、１７～２０、２２～２４、２６～２８、３０～３２、３５～３７、および３９～４９のＥＳＤ保護デバイスの場合、ショート耐性が良好であり、かつＥＳＤ放電応答性が良好であった。
　また、半導体粒子ＳｉＣの替わりに、絶縁体粒子Ａｌ2Ｏ3を使用した試料番号５０～５２のＥＳＤ保護デバイスでは、ショート耐性が劣化することが確認された。
　これは、放電補助電極中のＣｕ密度が局所的に高くなったことが原因と考えられる。すなわち、放電補助電極中に局所的に存在する微粒のＡｌ2Ｏ3によって過剰な液相成分が形成され、局所的にＣｕ粒子が過焼結状態になったことによるものと推察される。
　上記実施例の結果から、放電補助電極を構成する金属粒子の平均粒子径Ｘが１．０μｍ以上で、放電補助電極の厚みＹと金属粒子の平均粒子径Ｘとの関係が０．５≦Ｙ／Ｘ≦３の要件を満たす場合には、
　(ａ)繰り返しＥＳＤ印加によるショート耐性が良好であること、
　(ｂ)ガラスを添加しなくても、焼成工程で放電補助電極を構成する金属粒子の表面と半導体粒子の表面とが反応してガラス質が生成し、金属粒子間、半導体粒子間、および金属粒子と半導体粒子の間がこのガラス質により結合した放電補助電極が形成されるため、繰り返して静電気を印加した場合にもショート耐性が良好に保たれること
　が確認された。
　上記実施例では、シール層および空洞部を備えたＥＳＤ保護デバイスを例にとって説明したが、本発明は、シール層および空洞部のいずれか一方を備えていない構成や、シール層および空洞部のいずれをも備えていない構成とすることも可能である。
　なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、対向電極の構成材料、その具体的な形状、放電補助電極の具体的な形状、放電補助電極を構成する金属粒子、半導体粒子の種類、金属粒子間、半導体粒子間、および金属粒子と半導体粒子の間を結合させる機能を果たすガラス質の種類、シール層や空洞部の形成方法などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
　上述のように、本発明によれば、安定した特性を備え、繰り返して静電気を印加しても特性の劣化を生じないＥＳＤ保護デバイスを提供することが可能になる。したがって、本発明は半導体装置などをはじめとする種々の機器、装置の保護のために用いられるＥＳＤ保護デバイスの分野に広く適用することが可能である。
　１　　　　　　　セラミック基材
　２　　　　　　　対向電極
　２ａ　　　　　　対向電極を構成する一方側対向電極
　２ｂ　　　　　　対向電極を構成する他方側対向電極
　３　　　　　　　放電補助電極
　５ａ，５ｂ　　　外部電極
　１１　　　　　　シール層
　１２　　　　　　空洞部
　１０　　　　　　放電ギャップ部
　Ｗ　　　　　　　対向電極の幅
　Ｇ　　　　　　　放電ギャップ部の寸法

Claims (7)

  1. 　セラミック基材の内部に、先端部が間隔をおいて対向するように形成された一方側対向電極と他方側対向電極とを備えてなる対向電極と、
    　前記対向電極を構成する前記一方側対向電極と前記他方側対向電極のそれぞれと接し、前記一方側対向電極から前記他方側対向電極にわたるように配設された放電補助電極と
    　を具備し、
    　前記放電補助電極は、金属粒子と、半導体粒子と、ガラス質とを含み、かつ、
    　前記金属粒子間、前記半導体粒子間、および前記金属粒子と前記半導体粒子の間が、前記ガラス質を介して結合しているとともに、
    　前記金属粒子の平均粒子径Ｘが１．０μｍ以上であり、前記放電補助電極の厚みＹと、前記金属粒子の平均粒子径Ｘとの関係が、０．５≦Ｙ／Ｘ≦３の要件を満たすこと
    　を特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
  2. 　前記金属粒子がＣｕ粒子であることを特徴とする請求項１記載のＥＳＤ保護デバイス。
  3. 　前記半導体粒子が炭化ケイ素粒子であることを特徴とする請求項１または２記載のＥＳＤ保護デバイス。
  4. 　前記ガラス質は、前記金属粒子と前記半導体粒子との反応により生じるものであることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のＥＳＤ保護デバイス。
  5. 　前記対向電極を構成する前記一方側対向電極と前記他方側対向電極の先端部が互いに対向する放電ギャップ部および前記放電補助電極の前記放電ギャップ部に位置する領域が、前記セラミック基材内部に設けられた空洞部に臨んでいることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のＥＳＤ保護デバイス。
  6. 　第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に、平均粒子径が１．０μｍ以上の金属粒子と、半導体粒子と、有機ビヒクルとを含むとともに、前記金属粒子と前記半導体粒子の少なくとも一方が表面にガラスの網目形成成分を有し、かつ、前記金属粒子と前記半導体粒子とを合わせたものが占める割合が７体積％～２５体積％である放電補助電極ペ－ストを印刷することにより、未焼成の放電補助電極を形成する工程と、
    　前記第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に、対向電極ペーストを印刷することにより、それぞれが、前記放電補助電極の一部を覆うとともに、互いに間隔をおいて配設された一方側対向電極と他方側対向電極とを備える未焼成の対向電極を形成する工程と、
    　前記第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に、第２のセラミックグリーンシートを積層して未焼成の積層体を形成する工程と、
    　前記積層体を焼成し、前記放電補助電極の前記金属粒子の表面と前記半導体粒子の表面とを反応させることにより、ガラス質を生成させる工程と
    　を備えることを特徴とするＥＳＤ保護デバイスの製造方法。
  7. 　前記放電補助電極に含まれる金属粒子がアルミナコートＣｕ粒子であり、前記半導体粒子が炭化ケイ素粒子であることを特徴とする、請求項６記載のＥＳＤ保護デバイスの製造方法。
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US13/407,790 US8421582B2 (en) 2009-09-30 2012-02-29 ESD protection device and manufacturing method therefor

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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013011821A1 (ja) * 2011-07-15 2013-01-24 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法
WO2013038893A1 (ja) * 2011-09-14 2013-03-21 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法
WO2013038892A1 (ja) * 2011-09-14 2013-03-21 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法
JP5221794B1 (ja) * 2012-08-09 2013-06-26 立山科学工業株式会社 静電気保護素子とその製造方法
WO2013115054A1 (ja) * 2012-01-30 2013-08-08 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護装置
WO2013129270A1 (ja) * 2012-02-29 2013-09-06 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法
WO2013129272A1 (ja) * 2012-02-29 2013-09-06 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法
WO2015002045A1 (ja) * 2013-07-03 2015-01-08 株式会社村田製作所 サージ保護デバイス、その製造方法、および、それを含む電子部品
JP2015138932A (ja) * 2014-01-24 2015-07-30 Tdk株式会社 静電気保護部品
US9209619B2 (en) 2011-10-28 2015-12-08 Epcos Ag ESD protection component and component comprising an ESD protection component and an LED

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101679099B1 (ko) * 2009-03-26 2016-11-23 쇼킹 테크놀로지스 인코포레이티드 전압 스위칭형 유전 물질을 갖는 소자
GB2497252A (en) 2010-09-29 2013-06-05 Murata Manufacturing Co ESD protection device and method of manufacturing thereof
US8885324B2 (en) 2011-07-08 2014-11-11 Kemet Electronics Corporation Overvoltage protection component
US9142353B2 (en) 2011-07-08 2015-09-22 Kemet Electronics Corporation Discharge capacitor
TWI517227B (zh) * 2012-02-24 2016-01-11 Amazing Microelectronic Corp Planetary Discharge Microchannel Structure and Its Making Method
US9849376B2 (en) * 2012-05-02 2017-12-26 Microsoft Technology Licensing, Llc Wireless controller
DE102013012842A1 (de) 2013-08-02 2015-02-05 Epcos Ag Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Ableitern im Verbund, Ableiter und Ableiterverbund
CN106463912B (zh) * 2014-05-09 2018-07-06 株式会社村田制作所 静电放电保护设备
DE102015116278A1 (de) * 2015-09-25 2017-03-30 Epcos Ag Überspannungsschutzbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsschutzbauelements
KR102218896B1 (ko) 2015-11-16 2021-02-24 삼성전기주식회사 정전기 방전 보호용 조성물 및 이 조성물을 이용한 정전기 방전 보호 소자
US9953749B2 (en) * 2016-08-30 2018-04-24 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Resistor element and resistor element assembly
CN108366480A (zh) * 2018-01-05 2018-08-03 东莞久尹电子有限公司 静电保护元件及其制造方法
US10741313B1 (en) * 2019-02-06 2020-08-11 Eaton Intelligent Power Limited Bus bar assembly with integrated surge arrestor
CN114765085A (zh) * 2021-01-11 2022-07-19 国巨电子（中国）有限公司 点火器电阻及其制造方法
JP2022185854A (ja) * 2021-06-03 2022-12-15 Tdk株式会社 過渡電圧保護デバイス

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008085284A (ja) 2006-09-28 2008-04-10 Inpaq Technology Co Ltd 過電圧保護素子の材料、過電圧保護素子およびその製造方法
WO2009008944A2 (en) * 2007-07-09 2009-01-15 Siemens Energy, Inc. Turbine airfoil cooling system with rotor impingement cooling

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19741658A1 (de) * 1997-09-16 1999-03-18 Siemens Ag Gasgefüllte Entladungsstrecke
JP4140173B2 (ja) * 2000-05-31 2008-08-27 三菱マテリアル株式会社 チップ型サージアブソーバおよびその製造方法
JP2005276666A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Mitsubishi Materials Corp サージアブソーバ
TW200625743A (en) * 2004-07-15 2006-07-16 Mitsubishi Materials Corp Surge absorber
CN101536275B (zh) * 2006-10-31 2012-05-30 松下电器产业株式会社 防静电部件及其制造方法
JP4247581B2 (ja) * 2007-05-28 2009-04-02 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイス
JP2009152348A (ja) 2007-12-20 2009-07-09 Panasonic Corp 静電気対策部品
WO2009098944A1 (ja) * 2008-02-05 2009-08-13 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ｅｓｄ保護デバイス

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008085284A (ja) 2006-09-28 2008-04-10 Inpaq Technology Co Ltd 過電圧保護素子の材料、過電圧保護素子およびその製造方法
WO2009008944A2 (en) * 2007-07-09 2009-01-15 Siemens Energy, Inc. Turbine airfoil cooling system with rotor impingement cooling

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2447959A4

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103650267A (zh) * 2011-07-15 2014-03-19 株式会社村田制作所 Esd保护装置及其制造方法
US9386673B2 (en) 2011-07-15 2016-07-05 Murata Manufacturing Co., Ltd. ESD protection device and method for producing same
WO2013011821A1 (ja) * 2011-07-15 2013-01-24 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法
KR101555047B1 (ko) * 2011-07-15 2015-09-23 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 Esd 보호 디바이스 및 그 제조방법
US9368253B2 (en) 2011-09-14 2016-06-14 Murata Manufacturing Co., Ltd. ESD protection device and method for producing the same
WO2013038893A1 (ja) * 2011-09-14 2013-03-21 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法
WO2013038892A1 (ja) * 2011-09-14 2013-03-21 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法
US9117834B2 (en) 2011-09-14 2015-08-25 Murata Manufacturing Co., Ltd. ESD protection device and method for producing the same
KR101540388B1 (ko) * 2011-09-14 2015-07-29 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 Esd 보호 디바이스 및 그 제조방법
US9209619B2 (en) 2011-10-28 2015-12-08 Epcos Ag ESD protection component and component comprising an ESD protection component and an LED
WO2013115054A1 (ja) * 2012-01-30 2013-08-08 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護装置
JPWO2013115054A1 (ja) * 2012-01-30 2015-05-11 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護装置
JP5585744B2 (ja) * 2012-02-29 2014-09-10 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法
CN104160567A (zh) * 2012-02-29 2014-11-19 株式会社村田制作所 Esd保护器件及其制造方法
KR20140114056A (ko) * 2012-02-29 2014-09-25 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 Ｅｓｄ 보호 디바이스 및 그 제조방법
US9374877B2 (en) 2012-02-29 2016-06-21 Murata Manufacturing Co., Ltd. ESD protection device and method for producing the same
US9373954B2 (en) 2012-02-29 2016-06-21 Murata Manufacturing Co., Ltd. ESD protection device and method for producing the same
KR101596909B1 (ko) 2012-02-29 2016-02-23 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 Ｅｓｄ 보호 디바이스 및 그 제조방법
WO2013129270A1 (ja) * 2012-02-29 2013-09-06 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法
WO2013129272A1 (ja) * 2012-02-29 2013-09-06 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法
JP5221794B1 (ja) * 2012-08-09 2013-06-26 立山科学工業株式会社 静電気保護素子とその製造方法
WO2014024730A1 (ja) * 2012-08-09 2014-02-13 立山科学工業株式会社 静電気保護素子とその製造方法
JP5884949B2 (ja) * 2013-07-03 2016-03-15 株式会社村田製作所 サージ保護デバイス、その製造方法、および、それを含む電子部品
WO2015002045A1 (ja) * 2013-07-03 2015-01-08 株式会社村田製作所 サージ保護デバイス、その製造方法、および、それを含む電子部品
JPWO2015002045A1 (ja) * 2013-07-03 2017-02-23 株式会社村田製作所 サージ保護デバイス、その製造方法、および、それを含む電子部品
KR101775921B1 (ko) 2013-07-03 2017-09-07 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 서지 보호 디바이스, 그 제조방법 및 그것을 포함하는 전자부품
US9814124B2 (en) 2013-07-03 2017-11-07 Murata Manufacturing Co., Ltd. Surge protection device, method for manufacturing the same, and electronic component including the same
JP2015138932A (ja) * 2014-01-24 2015-07-30 Tdk株式会社 静電気保護部品

Also Published As

Publication number Publication date
EP2447959B1 (en) 2019-01-02
US8421582B2 (en) 2013-04-16
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KR101392455B1 (ko) 2014-05-07
JPWO2011040437A1 (ja) 2013-02-28
JP5310863B2 (ja) 2013-10-09
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CN102576586A (zh) 2012-07-11
US20120169452A1 (en) 2012-07-05
EP2447959A4 (en) 2013-05-15
CN102576586B (zh) 2015-06-03

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