WO2013038893A1 - Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2013038893A1
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esd protection
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powder
auxiliary electrode
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鷲見　高弘
足立　淳
孝之 築澤
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株式会社村田製作所
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    • H05K9/0073—Shielding materials
    • H05K9/0079—Electrostatic discharge protection, e.g. ESD treated surface for rapid dissipation of charges

Definitions

  • the present invention relates to an ESD (Electrostatic Discharge) protection device and a manufacturing method thereof, and more particularly to an improvement in a discharge auxiliary electrode provided to promote electrostatic discharge in the ESD protection device.
  • ESD Electrostatic Discharge
  • Patent Document 1 An overvoltage protection element of interest to the present invention is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-85284 (Patent Document 1).
  • non-conductive powder for example, silicon carbide: particle size 1 to 50 ⁇ m
  • metal conductive powder for example, copper
  • an overvoltage protection element material for example, silicon carbide: particle size 1 to 50 ⁇ m
  • metal conductive powder for example, copper
  • a pressure-sensitive adhesive for example, glass powder
  • Patent Document 1 discloses a method for producing an overvoltage protection element, in which a non-conductor powder, a metal conductor powder, and an adhesive are uniformly mixed at a predetermined ratio to form a material paste;
  • the document includes a step of printing a material paste and a step of performing a baking process (temperature: 300 to 1200 ° C.) on the substrate.
  • Patent Document 2 In contrast, in WO 2011/040437 pamphlet (Patent Document 2), by using metal particles or semiconductor particles having a glass network forming component on the surface, vitreous material is generated, and between the metal particles. It is described to bind. According to the technique described in Patent Document 2, the dispersibility of the glass is improved as compared with the technique described in Patent Document 1.
  • an object of the present invention is to provide an ESD protection device that can solve the above-described problems, that is, has high insulation reliability and good discharge characteristics, and a method for manufacturing the same. .
  • the present invention includes first and second discharge electrodes arranged so as to face each other, a discharge auxiliary electrode formed so as to straddle between the first and second discharge electrodes, and first and second discharges
  • the discharge auxiliary electrode comprises a plurality of metal particles and these metals, which are first directed to an ESD protection device comprising an electrode and an insulator base material that holds the discharge auxiliary electrode.
  • the glass is characterized in that it contains an alkali metal component and / or an alkaline earth metal component.
  • the alkali metal component and / or alkaline earth metal component contained in the glass should be a network modifying component that facilitates the production of glass, and is left as a result in the produced glass.
  • the metal particles included in the discharge auxiliary electrode When the network-forming oxide adheres to the surface of the metal particles included in the discharge auxiliary electrode, the metal particles can be more firmly bonded to each other, and thus the reliability of the ESD protection device can be improved.
  • the discharge auxiliary electrode further contains silicon carbide. Since silicon carbide is a semiconductor, the insulation reliability of the ESD protection device can be improved. Further, on the surface of silicon carbide, for example, during the firing process, SiO 2 that is a network-forming oxide is generated, and this SiO 2 and the network-forming oxide that may adhere to the particle surface of the metal powder, A glass is produced by reacting with an alkali metal component and / or an alkaline earth metal component serving as a network modifying component. This glass contributes to a stronger bond between metal particles, between silicon carbide particles, or between metal particles and silicon carbide particles.
  • the metal particles are preferably copper or a copper-based alloy containing copper as a main component.
  • an ESD protection device can be provided at a relatively low cost.
  • copper has a relatively high melting point, the insulation reliability during discharge can be further improved. This is because if the melting point is low, the metal particles melt and sinter due to heat during discharge, which may cause a short circuit.
  • the first and second discharge electrodes and the discharge auxiliary electrode are disposed inside the insulator base material, and the insulator base material is the first and second discharge electrodes.
  • the present invention is also directed to a method for manufacturing an ESD protection device.
  • the method for manufacturing an ESD protection device comprises a step of preparing an insulator substrate, a step of preparing a discharge auxiliary electrode paste, and an unfired discharge auxiliary electrode made of a discharge auxiliary electrode paste. Forming on the surface or inside of the material, forming the first and second discharge electrodes arranged on the auxiliary discharge electrode so as to face each other on the surface or inside of the insulator base, and unfired And a step of firing the discharge auxiliary electrode, and has the following characteristics.
  • the manufacturing method of the ESD protection device includes (1) a metal powder having a network-forming oxide adhered to the particle surface, or (2) A metal powder and a semiconductor powder having a network-forming oxide attached to the particle surface; or (3) a metal powder having a network-forming oxide attached to the particle surface and a semiconductor powder having a network-forming oxide attached to the particle surface.
  • it is characterized by using a powder containing powder of an alkali metal compound and / or an alkaline earth metal compound.
  • any of the step of forming the discharge auxiliary electrode and the step of forming the first and second discharge electrodes may be performed first.
  • the semiconductor powder is preferably a silicon carbide powder.
  • silicon carbide which is a semiconductor, can improve the insulation reliability of the ESD protection device.
  • SiO 2 as a network-forming oxide is generated on the surface of the silicon carbide powder during the firing process, and this SiO 2 and the network-forming oxide that may adhere to the particle surface of the metal powder further
  • a glass is produced by reacting with an alkali metal compound and / or an alkaline earth metal compound as a modifying component. Therefore, compared to the case where no silicon carbide powder is included, the metal particles, the silicon carbide particles, or the metal particles and the silicon carbide particles are more strongly bonded, and as a result, ESD protection with higher reliability.
  • a device can be provided.
  • the alkali metal compound and alkaline earth metal compound contained in the discharge auxiliary electrode paste are preferably carbonates. This is because carbonates are easy to handle and are easy to paste.
  • the discharge auxiliary electrode paste contains an alkali metal carbonate and / or an alkaline earth metal carbonate as in the above-described embodiment
  • the alkali metal carbonate and the alkaline earth metal carbonate in the discharge auxiliary electrode paste The total salt content is preferably 0.2 to 2.5% by weight. If it is out of this range, the reliability of the ESD protection device may be deteriorated depending on the firing conditions or the like, or a structural defect such as a crack or unevenness may occur in the discharge auxiliary electrode.
  • the step of preparing the insulator base material includes the step of preparing a plurality of ceramic green sheets including the first and second ceramic green sheets.
  • the step of forming the unfired auxiliary discharge electrode and the step of forming the first and second discharge electrodes are performed on the first ceramic green sheet.
  • the step of forming a burned-out layer so as to cover the gap between the first and second discharge electrodes, the unfired discharge auxiliary electrode on the first ceramic green sheet, the first and second A step of laminating a second ceramic green sheet so as to cover the second discharge electrode and the burned-out layer to obtain an unfired insulator base material, and first and second discharges on the surface of the insulator base material
  • a step of forming first and second external terminal electrodes that are respectively electrically connected to the electrodes is further performed.
  • the ceramic green sheet is sintered to obtain an insulating base material, and the burned-out layer is burned out.
  • the ESD protection device of the present invention a structure in which a plurality of metal particles are bonded with glass in the discharge auxiliary electrode can be obtained. And since glass contains the alkali metal component and / or alkaline earth metal component which functioned as network modification oxide, glass is fully produced
  • the discharge auxiliary electrode paste includes an alkali metal compound serving as a network modifying component, in addition to the network forming oxide on the particle surface of the metal powder and / or semiconductor powder, and Since an alkaline earth metal compound is included, glass can be easily generated. Therefore, metal particles can be bonded with sufficient strength, and as a result, an ESD protection device having high reliability can be obtained.
  • the network-forming oxide when attached to the particle surface of the metal powder, glass is easily formed over the entire particle surface of the metal powder, and the network-forming oxide functions as an electrical insulating layer.
  • the glass bonds the metal particles with a short distance between the metal particles, so that creeping discharge easily occurs and the peak voltage can be lowered.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a state in which an unfired auxiliary discharge electrode 32 is formed on a first ceramic green sheet 31 for explaining a manufacturing process of an ESD protection device 42 produced in an experimental example.
  • 3 is a plan view for explaining a manufacturing process of the ESD protection device 42 manufactured in the experimental example, and shows a state in which unfired first and second discharge electrodes 33 and 34 are formed after the process shown in FIG. FIG. FIG.
  • FIG. 5 is a plan view for explaining a manufacturing process of the ESD protection device 42 manufactured in the experimental example, and showing a state in which an unfired burnt layer 35 is formed after the process shown in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ESD protection device 42 manufactured in the experimental example, and illustrates a state in which a second ceramic green sheet 36 is stacked after the process illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ESD protection device 42 manufactured in the experimental example, and shows a state in which unfired external terminal electrodes 38 and 39 are formed after the process illustrated in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an ESD protection device 42 completed by performing a baking step after the step shown in FIG. 7 in the experimental example.
  • the ESD protection device 11 includes an insulator base 12.
  • the insulator base 12 is made of, for example, a low-temperature sintered ceramic (LTCC) such as glass ceramic, a high-temperature sintered ceramic (HTCC) such as aluminum nitride or alumina, or a magnetic ceramic such as ferrite.
  • the insulator substrate 12 has a laminated structure including at least an upper layer portion 13 and a lower layer portion 14.
  • First and second discharge electrodes 16 and 17 arranged inside the insulator base 12 so as to face each other with a predetermined gap G between the upper layer portion 13 and the lower layer portion 14. And a discharge auxiliary electrode 18 formed so as to straddle between the first and second discharge electrodes 16 and 17.
  • a portion of the insulator base 12 where the gap G is located is a cavity 19.
  • First and second external terminal electrodes 20 and 21 are formed on the outer surface of the insulator base 12.
  • the first and second external terminal electrodes 20 and 21 are electrically connected to the first and second discharge electrodes 16 and 17 described above, respectively.
  • the discharge auxiliary electrode 18 includes a plurality of metal particles and glass that bonds the metal particles.
  • the glass contains an alkali metal component and / or an alkaline earth metal component.
  • copper or a copper-based alloy containing copper as a main component is preferably used, but silver, aluminum, molybdenum, tungsten, or the like can also be used.
  • the ESD protection device 11 is manufactured as follows, for example.
  • the first ceramic green sheet is for forming, for example, the lower layer portion 14 of the insulator base 12, and the second ceramic green sheet similarly forms the upper layer portion 13. Is for.
  • a metal powder having a network-forming oxide attached to the particle surface or (2) a semiconductor powder having a metal powder and a network-forming oxide attached to the particle surface, or ( 3) Discharge including a metal powder having a network-forming oxide attached to the particle surface and a semiconductor powder having a network-forming oxide attached to the particle surface, and a powder containing an alkali metal compound and / or an alkaline earth metal compound
  • An auxiliary electrode paste is prepared.
  • Examples of the network forming oxide include SiO 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.
  • silicon carbide powder is preferably used as the semiconductor powder. If silicon carbide powder is contained, SiO 2 as a network-forming oxide is generated on the surface of the silicon carbide powder during the firing process, and further adheres to the particle surface of the metal powder in the case of SiO 2 and (3).
  • the network-forming oxide reacts with an alkali metal compound and / or an alkaline earth metal compound serving as a network modifying component to produce glass. Therefore, compared with the case where silicon carbide powder is not included, metal particles, silicon carbide particles, or metal particles and silicon carbide particles are more firmly bonded. This and the fact that silicon carbide is a semiconductor contribute to improving the insulation reliability of the ESD protection device 11.
  • the glass covers the entire particle surface of the metal powder in the firing step described later. Since it becomes easy to form and the network-forming oxide functions as an electrical insulating layer, the insulation reliability of the ESD protection device 11 is improved, and the glass bonds the metal particles with a short distance between the metal particles. Creeping discharge is likely to occur and the peak voltage can be lowered.
  • carbonates are preferably used as the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound because they are easy to handle and easy to paste.
  • an unfired paste film to be the discharge auxiliary electrode 18 is formed on the first ceramic green sheet with a predetermined pattern using the discharge auxiliary electrode paste.
  • the first and second discharge electrodes 16 are opposed to each other with a predetermined gap G therebetween. And 17 are formed.
  • the discharge electrodes 16 and 17 are formed, for example, by applying a conductive paste.
  • a burnout layer is formed so as to cover the gap G between the first and second discharge electrodes 16 and 17.
  • the burned-out layer is for burning away in the baking step described later and leaving the above-described cavity 19 inside the insulator base 12.
  • the burnout layer is formed by a paste containing resin beads, for example.
  • the paste used to form the discharge auxiliary electrode 18, the first and second discharge electrodes 16 and 17, and the burned-out layer described above may be applied directly onto the object to be applied, or a transfer method or the like may be used. May be used.
  • a second ceramic green sheet is laminated on the first ceramic green sheet so as to cover the unfired auxiliary discharge electrode 18, the first and second discharge electrodes 16 and 17, and the burned-out layer, and is crimped. The Thereby, the unfired insulator base material 12 is obtained.
  • first and second external terminal electrodes 20 and 21 are formed on the surface of the unfired insulator base 12. External terminal electrodes 20 and 21 are formed, for example, by applying a conductive paste.
  • the firing step the insulating base material 12 formed by sintering the ceramic green sheet is obtained, and the discharge electrodes 16 and 17, the discharge auxiliary electrode 18, and the external terminal electrodes 20 and 21 are sintered.
  • the metal forming oxide on the particle surface of the metal powder and / or semiconductor powder contained in the discharge auxiliary electrode paste forming the unfired auxiliary discharge electrode 18 is an alkali metal compound serving as a network modifying component. And / or reacts with an alkaline earth metal compound to form a glass, and the metal particles are firmly bonded by the glass.
  • the semiconductor powder is included, the semiconductor particles and the metal particles and the semiconductor particles are also firmly bonded by glass.
  • the burned-out layer is also burned out, and the cavity 19 is formed inside the insulator base 12.
  • the ESD protection device 11 is completed as described above.
  • the insulator base material 12 is made of LTCC. Is preferred.
  • FIG. 2 shows an ESD protection device 11a according to a second embodiment of the present invention.
  • elements corresponding to those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the ESD protection device 11a shown in FIG. 2 is characterized in that a protective layer 26 made of, for example, Al 2 O 3 is formed along the interface where the discharge auxiliary electrode 18 and the insulating base material 12 are in contact with each other.
  • a protective layer 26 made of, for example, Al 2 O 3 is formed along the interface where the discharge auxiliary electrode 18 and the insulating base material 12 are in contact with each other.
  • This configuration is particularly effective when the insulator base 12 is made of LTCC or magnetic ceramic. That is, when the insulator base material 12 is made of LTCC, the protective layer 26 has a discharge assisting function by diffusing and permeating the glass component from the insulator base material 12 side into the discharge auxiliary electrode 18 in the firing step. It acts to prevent the insulation of the electrode 18 from deteriorating. Further, when the insulator base 12 is made of a magnetic ceramic, the protective layer 26 prevents the insulation of the insulator base 12 from being deteriorated by reducing the material of the magnetic ceramic when ESD is applied
  • the discharge electrodes 16 and 17 and the discharge auxiliary electrode 18 are disposed inside the insulator base material 12, but may be disposed on the outer surface of the insulator base material.
  • the cavity 19 is not necessarily formed.
  • the ESD protection device 11a may be built in the substrate together with other functional elements.
  • the firing for sintering the insulator base material 12 is performed simultaneously with the firing for sintering the discharge electrodes 16 and 17 and the discharge auxiliary electrode 18.
  • An insulator base material to be prepared may be prepared in advance, and the discharge electrode and the discharge auxiliary electrode may be formed on the insulator base material.
  • this slurry was molded by a doctor blade method to produce a ceramic green sheet having a thickness of 50 ⁇ m.
  • One of the ceramic green sheets produced here is illustrated as a ceramic green sheet 31 in FIGS. 3 to 7, and the other is illustrated as a ceramic green sheet 36 in FIGS. 6 and 7. .
  • SiC powder having a particle size of 0.5 ⁇ m was prepared as semiconductor powder.
  • an organic vehicle was obtained by dissolving an ethcel resin having a weight average molecular weight of 5 ⁇ 10 4 and an alkyd resin having a weight average molecular weight of 8 ⁇ 10 3 in terpineol.
  • the etose resin content was 9.0% by weight
  • the alkyd resin content was 4.5% by weight
  • the terpineol content was 86.5% by weight.
  • the metal powder described in Table 1 the SiC powder as the semiconductor powder, the alkali metal compound powder described in Table 2, the alkaline earth metal powder described in Table 3, the glass frit described in Table 4, and the above
  • the organic vehicle was formulated so as to have a volume% of the numerical values shown in Table 5, and dispersed with a three roll to obtain discharge auxiliary electrode pastes S-1 to S-27.
  • a resin bead paste was prepared in order to form a burned layer that was burned off during firing to form a cavity.
  • a resin for burnt-out layer was prepared by mixing 38% by weight of crosslinked acrylic resin beads having an average particle size of 1 ⁇ m and 62% by weight of an organic vehicle prepared by dissolving ethyl cellulose in dihydroterpinyl acetate and mixing them with three rolls.
  • a bead paste was prepared.
  • external terminal electrode paste 80 wt% of Cu powder having an average particle diameter of about 1 ⁇ m, 5 borosilicate alkali glass frit having an average particle diameter of about 1 ⁇ m at a transition point of 620 ° C. and a softening point of 720 ° C.
  • the external terminal electrode paste was prepared by preparing 15% by weight of an organic vehicle prepared by dissolving ethyl cellulose in terpineol and mixing by 15 rolls.
  • FIG. 4 also shows the dimensions of the other parts.
  • the burnt layer resin bead paste is applied so as to cover the gap G between the unfired first and second discharge electrodes 33 and 34, and the unfired material having a size of 140 ⁇ m ⁇ 150 ⁇ m is applied.
  • a burned-out layer 35 was formed.
  • the insulator base material 37 was cut with a microcutter so as to have a planar size of 1.0 mm ⁇ 0.5 mm after firing. It should be understood that the dimensions shown in FIG. 4 and the outer shape of the ceramic green sheet 31 and the like shown in FIGS. 3 to 6 are those at a later stage of the cutting process.
  • an external terminal electrode paste is applied on the outer surface of the insulator base material 37, thereby unfired to be connected to the first and second discharge electrodes 33 and 34, respectively.
  • First and second external terminal electrodes 38 and 39 were formed. In this way, an unfired ESD protection device 40 was obtained.
  • the unfired ESD protection device 40 is fired at an appropriate maximum temperature in the range of 980 to 1000 ° C. in a firing furnace in which the atmosphere is controlled using N 2 / H 2 / H 2 O.
  • An ESD protection device 42 having a cavity 41 as shown in FIG. 8 was obtained.
  • the atmosphere in the firing furnace was set to an oxygen concentration that does not oxidize Cu throughout.
  • Peak voltage characteristics 15 kV static electricity was applied to the ESD protection device according to each sample using an electrostatic test gun.
  • a voltage measured with an oscilloscope is defined as a peak voltage
  • a peak voltage of less than 900 V is determined to have good peak voltage characteristics
  • “ ⁇ ” is displayed in the “peak voltage” column of Table 6.
  • the peak voltage was 900 V or higher, it was determined that the peak voltage characteristics were poor, and “x” was displayed in the same column.
  • the ESD protection devices of Samples 2 to 18 within the scope of the present invention have excellent initial characteristics (initial short characteristics, peak voltage characteristics) and excellent reliability characteristics (repeated peak voltage) even when extremely high voltage static electricity is applied. Characteristics, repeated short-circuit characteristics).
  • the ESD protection devices of Samples 1, 19, 22 and 25 outside the scope of the present invention showed good initial characteristics but had poor reliability characteristics.
  • these samples were subjected to SEM observation of the discharge auxiliary electrode portion, Cu particles, SiC particles, and a glassy substance were confirmed.
  • the amount of glassy material was small, and the number of bonding points between the glassy material and Cu particles and SiC particles was small. From this, it is presumed that due to the discharge energy at the time of applying static electricity, the Cu powder is scattered and the repeated peak voltage characteristics are deteriorated or the position of the Cu particles is moved and the repeated short characteristics are deteriorated. .
  • the ESD protection devices of Samples 20 and 21 outside the scope of the present invention had poor initial short-circuit characteristics.
  • these samples were subjected to SEM observation of the discharge auxiliary electrode portion, Cu particles, SiC particles, and a glassy substance were confirmed.
  • the Cu particles seemed to grow as compared with the ESD protection devices of Samples 2 to 18 described above. It is presumed that the initial short-circuit characteristics are poor due to the growth of the Cu particles.
  • the ESD protection devices of Samples 23, 24, 26 and 27 outside the scope of the present invention had poor peak voltage characteristics.
  • these samples were subjected to SEM observation of the discharge auxiliary electrode portion, Cu particles, SiC particles, and a glassy substance were confirmed.
  • a relatively large glassy substance was segregated unevenly. The segregated glassy substance is assumed to inhibit the creeping discharge when static electricity is applied and to deteriorate the peak voltage characteristics.
  • the total content of alkali metal carbonate and alkaline earth metal carbonate in the discharge auxiliary electrode paste used in this experimental example is not particularly limited, but may be 0.2 to 2.5% by weight. It has been confirmed that it is preferable. If it is less than 0.2% by weight, the reliability (repetitive peak voltage characteristics, repetitive short-circuit characteristics) tends to deteriorate, and if it exceeds 2.5% by weight, structural defects such as cracks and bumps tend to increase. It was.
  • the present invention it is possible to obtain an ESD protection device which has stable characteristics and hardly deteriorates 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.
  • ESD protection device 12 Insulator substrate 16, 17 Discharge electrode 18 Discharge auxiliary electrode 19, 41 Cavity 20, 21 External terminal electrode 31, 36 Ceramic green sheet 32 Unfired discharge assist electrode 33, 34 Unfired Discharge electrode 35 unfired burnt layer 37 unfired insulator base material 38, 39 unfired external terminal electrode 40 unfired ESD protection device G gap

Abstract

　絶縁信頼性が高く、良好な放電特性を有する、ＥＳＤ保護デバイスを提供する。　互いに対向するように配置された第１および第２の放電電極（１６，１７）と、第１および第２の放電電極間に跨るように形成された放電補助電極（１８）と、第１および第２の放電電極ならびに放電補助電極を保持する絶縁体基材（１２）とを備える、ＥＳＤ保護デバイス（１１）を製造するにあたって、放電補助電極を形成するためのペーストとして、〔１〕網目形成酸化物が粒子表面に付着した金属粉末、または〔２〕金属粉末、および網目形成酸化物が粒子表面に付着した半導体粉末、または〔３〕網目形成酸化物が粒子表面に付着した金属粉末、および網目形成酸化物が粒子表面に付着した半導体粉末、を含むとともに、アルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物の粉末を含むものを用いる。

Description

ＥＳＤ保護デバイスおよびその製造方法
　この発明は、ＥＳＤ（Electrostatic Discharge; 静電気放電）保護デバイスおよびその製造方法に関するもので、特に、ＥＳＤ保護デバイスにおいて静電気放電を促進するために設けられる放電補助電極についての改良に関するものである。
　この発明にとって興味ある過電圧保護素子が、たとえば特開２００８－８５２８４号公報（特許文献１）に記載されている。
　特許文献１には、放電を促進するために設けられる放電補助電極となるべき過電圧保護素子材料として、非導体粉末（たとえば、炭化ケイ素：粒径１～５０μｍ）と、金属導体粉末（たとえば、銅：粒径０.０１～５μｍ）と、粘着剤（たとえば、ガラス粉末）とを含むものが記載されている。
　また、特許文献１には、過電圧保護素子の製造方法として、所定の割合で非導体粉末と金属導体粉末と粘着剤とを均一に混合させて、材料ペーストを形成する工程と、基板上にその材料ペーストを印刷する工程と、その基板に焼成処理（温度：３００～１２００℃）を施す工程とを含むものが記載されている。
　しかしながら、特許文献１に記載の技術では、粘着剤としてのガラスが粉末として添加されるため、ガラス粉末の分散状態によっては、ガラス成分が不均一に存在することがあり、その結果、金属導体粉末と非導体粉末とが十分に結合されないおそれがある。そのため、特に高電圧のＥＳＤが生じた際、ショート不良が発生しやすいという課題がある。
　これに対して、国際公開第２０１１／０４０４３７号パンフレット（特許文献２）には、表面にガラスの網目形成成分を有する金属粒子や半導体粒子を用いることで、ガラス質を生成させ、金属粒子間を結合させることが記載されている。特許文献２に記載の技術によれば、特許文献１に記載の技術に比べて、ガラスの分散性は向上する。
　しかし、特許文献２に記載の技術では、ガラスの生成が不十分であるため、金属粒子間が十分に結合されないことがある。このような場合、ＥＳＤが生じた際にショート不良が発生しやすくなる。
特開２００８－８５２８４号公報 国際公開第２０１１／０４０４３７号パンフレット
　そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、すなわち、絶縁信頼性が高く、また、良好な放電特性を有する、ＥＳＤ保護デバイスおよびその製造方法を提供しようとすることである。
　この発明は、互いに対向するように配置された第１および第２の放電電極と、第１および第２の放電電極間に跨るように形成された放電補助電極と、第１および第２の放電電極ならびに放電補助電極を保持する絶縁体基材とを備える、ＥＳＤ保護デバイスにまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、放電補助電極が、複数の金属粒子とこれら金属粒子間を結合するガラスとを含み、このガラスはアルカリ金属成分および／またはアルカリ土類金属成分を含むことを特徴としている。
　ガラスに含まれるアルカリ金属成分および／またはアルカリ土類金属成分は、ガラスの生成を容易にする網目修飾成分となるべきもので、生成されたガラスにおいて結果として残されたものである。
　放電補助電極に含まれる金属粒子の表面に、網目形成酸化物が付着していると、金属粒子同士をより強固に結合させることができ、よって、ＥＳＤ保護デバイスの信頼性を高めることができる。
　放電補助電極は、炭化ケイ素をさらに含むことが好ましい。炭化ケイ素は半導体であるため、ＥＳＤ保護デバイスの絶縁信頼性を向上させることができる。また、炭化ケイ素の表面には、たとえば焼成過程において、網目形成酸化物であるＳｉＯ２が生成され、このＳｉＯ２と金属粉末の粒子表面に付着していることのある網目形成酸化物とが、網目修飾成分となるアルカリ金属成分および／またはアルカリ土類金属成分と反応してガラスが生成される。このガラスは、金属粒子間、炭化ケイ素粒子間、あるいは金属粒子と炭化ケイ素粒子との間のより強固な結合に寄与する。
　金属粒子は、銅または銅を主成分とした銅系合金であることが好ましい。これによって、比較的安価にＥＳＤ保護デバイスを提供することができる。また、銅は比較的高融点であるので、放電時の絶縁信頼性をより向上させることができる。融点が低いと放電時の熱で金属粒子が溶融して焼結し、ショートするおそれがあるからである。
　この発明に係るＥＳＤ保護デバイスにおいて、好ましくは、第１および第２の放電電極ならびに放電補助電極は、絶縁体基材の内部に配置され、絶縁体基材は、第１および第２の放電電極間のギャップを配置する空洞を有し、絶縁体基材の表面上に形成されかつ第１および第２の放電電極にそれぞれ電気的に接続される、第１および第２の外部端子電極をさらに備える。これによって、ＥＳＤ保護デバイスの耐湿性を向上させることができる。
　この発明は、また、ＥＳＤ保護デバイスの製造方法にも向けられる。
　この発明に係るＥＳＤ保護デバイスの製造方法は、絶縁体基材を用意する工程と、放電補助電極用ペーストを用意する工程と、放電補助電極用ペーストからなる未焼成の放電補助電極を絶縁体基材の表面または内部に形成する工程と、放電補助電極上において互いに対向するように配置される第１および第２の放電電極を絶縁体基材の表面または内部に形成する工程と、未焼成の放電補助電極を焼成する工程とを備え、以下のような特徴を有している。
　この発明に係るＥＳＤ保護デバイスの製造方法は、前述した技術的課題を解決するため、上記放電補助電極用ペーストとして、（１）網目形成酸化物が粒子表面に付着した金属粉末、または（２）金属粉末、および網目形成酸化物が粒子表面に付着した半導体粉末、または（３）網目形成酸化物が粒子表面に付着した金属粉末、および網目形成酸化物が粒子表面に付着した半導体粉末、を含むとともに、アルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物の粉末を含むものを用いることを特徴としている。
　上述の放電補助電極を形成する工程と第１および第２の放電電極を形成する工程とは、いずれが先に実施されてもよい。
　上記（２）または（３）の場合のように、放電補助電極用ペーストが半導体粉末を含む場合、半導体粉末は炭化ケイ素粉末であることが好ましい。前述したように、半導体である炭化ケイ素はＥＳＤ保護デバイスの絶縁信頼性を向上させることができるためである。また、焼成過程で炭化ケイ素粉末の表面に網目形成酸化物としてのＳｉＯ２が生成され、さらに、このＳｉＯ２と金属粉末の粒子表面に付着していることのある網目形成酸化物とが、網目修飾成分となるアルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物と反応してガラスが生成される。したがって、炭化ケイ素粉末を含まない場合に比べて、金属粒子間、炭化ケイ素粒子間、あるいは金属粒子と炭化ケイ素粒子との間がより強固に結合され、その結果、より高い信頼性を有するＥＳＤ保護デバイスを提供することができる。
　放電補助電極用ペーストに含まれるアルカリ金属化合物およびアルカリ土類金属化合物は炭酸塩であることが好ましい。炭酸塩は取扱いが容易であるとともに、ペースト化が容易であるためである。
　上述した実施態様のように、放電補助電極用ペーストにアルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ土類金属炭酸塩が含まれる場合、放電補助電極用ペースト中でのアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属炭酸塩の合計含有量は、０．２～２．５重量％であることが好ましい。この範囲を外れると、焼成条件等によっては、ＥＳＤ保護デバイスの信頼性が劣化することがあったり、放電補助電極においてクラックやブク等の構造欠陥が生じることがあったりするからである。
　この発明に係るＥＳＤ保護デバイスの製造方法の好ましい実施形態において、絶縁体基材を用意する工程は、第１および第２のセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを用意する工程を含む。この場合、未焼成の放電補助電極を形成する工程ならびに第１および第２の放電電極を形成する工程は、第１のセラミックグリーンシート上において実施される。また、この好ましい実施形態では、第１および第２の放電電極間のギャップを覆うように焼失層を形成する工程と、第１のセラミックグリーンシート上に、未焼成の放電補助電極、第１および第２の放電電極ならびに焼失層を覆うように第２のセラミックグリーンシートを積層し、未焼成の絶縁体基材を得る工程と、絶縁体基材の表面上に、第１および第２の放電電極にそれぞれ電気的に接続される、第１および第２の外部端子電極を形成する工程とがさらに実施される。そして、焼成する工程において、セラミックグリーンシートを焼結させて絶縁体基材を得るとともに、焼失層を焼失させることが行なわれる。
　この発明に係るＥＳＤ保護デバイスによれば、放電補助電極において、複数の金属粒子間をガラスで結合した構造が得られる。そして、ガラスは網目修飾酸化物として機能したアルカリ金属成分および／またはアルカリ土類金属成分を含んだものであるので、ガラスが十分に生成され、よって、金属粒子間を十分な強度をもって結合させることができる。
　この発明に係るＥＳＤ保護デバイスの製造方法によれば、放電補助電極用ペーストが、金属粉末および／または半導体粉末の粒子表面にある網目形成酸化物に加えて、網目修飾成分となるアルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物を含むので、ガラスを生成しやすくすることができる。したがって、金属粒子間を十分な強度で結合させることができ、その結果、高い信頼性を有するＥＳＤ保護デバイスを得ることができる。
　このとき、網目形成酸化物が金属粉末の粒子表面に付着している場合には、ガラスが金属粉末の粒子表面全域にわたって形成されやすくなり、網目形成酸化物が電気絶縁層として機能するため、ＥＳＤ保護デバイスの絶縁信頼性が向上するとともに、ガラスは、金属粒子間の距離が短い状態で金属粒子同士を結合するので、沿面放電が起こりやすく、ピーク電圧を下げることができる。
この発明の第１の実施形態によるＥＳＤ保護デバイス１１を示す断面図である。 この発明の第２の実施形態によるＥＳＤ保護デバイス１１ａを示す断面図である。 実験例において作製したＥＳＤ保護デバイス４２の製造工程を説明するためのもので、第１のセラミックグリーンシート３１上に、未焼成の放電補助電極３２を形成した状態を示す平面図である。 実験例において作製したＥＳＤ保護デバイス４２の製造工程を説明するためのもので、図３に示した工程の後、未焼成の第１および第２の放電電極３３および３４を形成した状態を示す平面図である。 実験例において作製したＥＳＤ保護デバイス４２の製造工程を説明するためのもので、図４に示した工程の後、未焼成の焼失層３５を形成した状態を示す平面図である。 実験例において作製したＥＳＤ保護デバイス４２の製造工程を説明するためのもので、図５に示した工程の後、第２のセラミックグリーンシート３６を積層した状態を示す断面図である。 実験例において作製したＥＳＤ保護デバイス４２の製造工程を説明するためのもので、図６に示した工程の後、未焼成の外部端子電極３８および３９を形成した状態を示す断面図である。 実験例において、図７に示した工程の後、焼成工程を実施し、完成したＥＳＤ保護デバイス４２を示す断面図である。
　図１を参照して、この発明の第１の実施形態によるＥＳＤ保護デバイス１１について説明する。
　ＥＳＤ保護デバイス１１は、絶縁体基材１２を備えている。絶縁体基材１２は、たとえば、ガラスセラミック等の低温焼結セラミック（ＬＴＣＣ）、窒化アルミニウム、アルミナ等の高温焼結セラミック（ＨＴＣＣ）、フェライト等の磁性体セラミックから構成される。絶縁体基材１２は、少なくとも上層部１３と下層部１４とを含む積層構造を有している。
　絶縁体基材１２の内部であって、上層部１３と下層部１４との間には、所定のギャップＧを隔てて互いに対向するように配置された第１および第２の放電電極１６および１７と、第１および第２の放電電極１６および１７間に跨るように形成された放電補助電極１８とが設けられている。絶縁体基材１２における上記ギャップＧが位置する部分は、空洞１９とされる。
　絶縁体基材１２の外表面上には、第１および第２の外部端子電極２０および２１が形成される。第１および第２の外部端子電極２０および２１は、それぞれ、前述した第１および第２の放電電極１６および１７に電気的に接続される。
　このようなＥＳＤ保護デバイス１１において、放電補助電極１８は、複数の金属粒子とこれら金属粒子間を結合するガラスとを含んでいる。そして、ガラスはアルカリ金属成分および／またはアルカリ土類金属成分を含んでいる。
　金属粒子を構成する金属として、好ましくは、銅または銅を主成分とした銅系合金が用いられるが、その他、銀、アルミニウム、モリブデン、タングステン等を用いることもできる。
　ＥＳＤ保護デバイス１１は、たとえば、次にようにして製造される。
　まず、絶縁体基材１２となるべき複数のセラミックグリーンシートが用意される。複数のセラミックグリーンシートのうち、第１のセラミックグリーンシートは、絶縁体基材１２のたとえば下層部１４を形成するためのものであり、第２のセラミックグリーンシートは、同じく上層部１３を形成するためのものである。
　また、放電補助電極１８を形成するため、（１）網目形成酸化物が粒子表面に付着した金属粉末、または（２）金属粉末、および網目形成酸化物が粒子表面に付着した半導体粉末、または（３）網目形成酸化物が粒子表面に付着した金属粉末、および網目形成酸化物が粒子表面に付着した半導体粉末、を含むとともに、アルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物の粉末を含む、放電補助電極用ペーストが用意される。
　上記網目形成酸化物としては、たとえば、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＧｅＯ２、Ａｓ２Ｏ５、Ｓｂ２Ｏ５、ＰｂＯ、ＢｅＯ等が挙げられる。
　上記（１）の場合には半導体粉末は含まれないが、（２）または（３）の場合のように半導体粉末が含まれる場合、半導体粉末としては、好ましくは、炭化ケイ素粉末が用いられる。炭化ケイ素粉末を含んでいると、焼成過程で炭化ケイ素粉末の表面に網目形成酸化物としてのＳｉＯ２が生成され、さらに、このＳｉＯ２と（３）の場合の金属粉末の粒子表面に付着している網目形成酸化物とが、網目修飾成分となるアルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物と反応してガラスが生成される。したがって、炭化ケイ素粉末を含まない場合に比べて、金属粒子間、炭化ケイ素粒子間、あるいは金属粒子と炭化ケイ素粒子との間がより強固に結合される。このことと、炭化ケイ素が半導体であることとは、ＥＳＤ保護デバイス１１の絶縁信頼性を向上させることに貢献する。
　また、上記（１）または（３）の場合のように、網目形成酸化物が金属粉末の粒子表面に付着している場合には、後述する焼成工程において、ガラスが金属粉末の粒子表面全域にわたって形成されやすくなり、網目形成酸化物が電気絶縁層として機能するため、ＥＳＤ保護デバイス１１の絶縁信頼性が向上するとともに、ガラスは、金属粒子間の距離が短い状態で金属粒子同士を結合するので、沿面放電が起こりやすく、ピーク電圧を下げることができる。
　また、取扱いが容易であるとともに、ペースト化が容易である点で、上記アルカリ金属化合物およびアルカリ土類金属化合物としては炭酸塩が用いられることが好ましい。
　次に、第１のセラミックグリーンシート上に、上記放電補助電極用ペーストを用いて、放電補助電極１８となるべき未焼成のペースト膜が所定のパターンをもって形成される。
　次に、第１のセラミックグリーンシート上であって、上記未焼成の放電補助電極１８としてのペースト膜上において所定のギャップＧを隔てて互いに対向するように、第１および第２の放電電極１６および１７が形成される。放電電極１６および１７は、たとえば、導電性ペーストを付与することによって形成される。
　次に、第１および第２の放電電極１６および１７間のギャップＧを覆うように焼失層が形成される。焼失層は、後述する焼成工程において焼失して、前述した空洞１９を絶縁体基材１２の内部に残すためのものである。焼失層は、たとえば、樹脂ビーズを含むペーストによって形成される。
　なお、上述した放電補助電極１８、第１および第２の放電電極１６および１７ならびに焼失層をそれぞれ形成するために用いるペーストは、直接付与対象物上に付与されても、あるいは、転写法などを用いて付与されてもよい。
　次に、第１のセラミックグリーンシート上に、未焼成の放電補助電極１８、第１および第２の放電電極１６および１７ならびに焼失層を覆うように第２のセラミックグリーンシートが積層され、圧着される。これによって、未焼成の絶縁体基材１２が得られる。
　次に、未焼成の絶縁体基材１２の表面上に、第１および第２の外部端子電極２０および２１が形成される。外部端子電極２０および２１は、たとえば、導電性ペーストを付与することによって形成される。
　次に、焼成工程が実施される。焼成工程では、セラミックグリーンシートが焼結してなる絶縁体基材１２が得られるとともに、放電電極１６および１７、放電補助電極１８ならびに外部端子電極２０および２１が焼結する。
　上述の焼成工程において、未焼成の放電補助電極１８を形成する放電補助電極用ペーストに含まれる金属粉末および／または半導体粉末の粒子表面にある網目形成酸化物は、網目修飾成分となるアルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物と反応して、ガラスを生成し、このガラスによって、金属粒子間が強固に結合される。半導体粉末を含む場合には、半導体粒子間および金属粒子と半導体粒子との間もガラスによって強固に結合される。
　この焼成工程では、また、焼失層が焼失し、空洞１９が絶縁体基材１２の内部に形成される。
　以上のようにして、ＥＳＤ保護デバイス１１が完成される。
　なお、金属粒子を構成する金属として、銅または銅系合金が用いられ、放電補助電極１８が絶縁体基材１２と共焼成される場合には、絶縁体基材１２はＬＴＣＣから構成されることが好ましい。
　図２には、この発明の第２の実施形態によるＥＳＤ保護デバイス１１ａが示されている。図２において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
　図２に示したＥＳＤ保護デバイス１１ａは、放電補助電極１８と絶縁体基材１２とが接する界面に沿って、たとえばＡｌ２Ｏ３からなる保護層２６が形成されていることを特徴としている。この構成は、特に、絶縁体基材１２がＬＴＣＣや磁性体セラミックから構成される場合に有効である。すなわち、絶縁体基材１２がＬＴＣＣから構成される場合、保護層２６は、焼成工程において、絶縁体基材１２側からのガラス成分が放電補助電極１８内に拡散・浸透することによって、放電補助電極１８の絶縁性が劣化することを防止するように作用する。また、絶縁体基材１２が磁性体セラミックから構成される場合、保護層２６は、ＥＳＤ印加時に磁性体セラミックの材料が還元され、絶縁体基材１２の絶縁性が劣化することを防止するように作用する。
　この発明の範囲内において、さらに、以下のような変形例も可能である。
　図示の実施形態では、放電電極１６および１７ならびに放電補助電極１８が、絶縁体基材１２の内部に配置されたが、絶縁体基材の外表面上に配置されてもよい。
　また、放電電極１６および１７ならびに放電補助電極１８が絶縁体基材１２の内部に配置される場合であっても、空洞１９は、必ずしも形成されていなくてもよい。
　また、ＥＳＤ保護デバイス１１ａは、その他の機能素子とともに基板に内蔵されていてもよい。
　また、前述した製造方法では、放電電極１６および１７ならびに放電補助電極１８を焼結させるための焼成と同時に、絶縁体基材１２を焼結させるための焼成を実施したが、焼結したセラミックからなる絶縁体基材を予め用意し、この絶縁体基材上に、放電電極および放電補助電極を形成するようにしてもよい。
　次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。
　［実験例］
　〈評価試料の作製〉
　（１）セラミックグリーンシートの作製
　セラミック材料として、Ｂａ、Ａｌ、およびＳｉを主たる成分とする材料を用意した。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。
　次に、このセラミック粉末に、トルエンおよびエキネンを含む有機溶剤を加え、これらを混合した後、さらに、バインダおよび可塑剤を加え、再びこれらを混合することにより、スラリーを得た。
　次に、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。ここで作製されたセラミックグリーンシートの１つが、図３ないし図７において、セラミックグリーンシート３１として図示され、また、他の１つが、図６および図７において、セラミックグリーンシート３６として図示されている。
　（２）放電補助電極用ペーストの作製
　金属粉末として、表１記載のように、金属種をＣｕとし、その粒子表面が網目形成酸化物でコートされた２種類の金属粉末Ｍ－１およびＭ－２を用意した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　半導体粉末として、粒子径が０．５μｍのＳｉＣ粉末を用意した。
　アルカリ金属化合物として、表２記載の２種類のアルカリ金属化合物Ｒ２Ｏ－１およびＲ２Ｏ－２を用意した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　アルカリ土類金属化合物として、表３記載の２種類のアルカリ土類金属化合物ＲＯ－１およびＲＯ－２を用意した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　ガラスフリットとして、表４記載の３種類のガラスフリットＧＦ－１～ＧＦ－３を用意した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　他方、重量平均分子量が５×１０４のエトセル樹脂と重量平均分子量が８×１０３のアルキッド樹脂とをターピネオールに溶解することによって、有機ビヒクルを得た。有機ビヒクル中において、エトセル樹脂の含有率を９．０重量％、アルキッド樹脂の含有率を４．５重量％、ターピネオールの含有率を８６．５重量％とした。
　次に、表１記載の金属粉末と、上記半導体粉末としてのＳｉＣ粉末と、表２記載のアルカリ金属化合物粉末と、表３記載のアルカリ土類金属粉末と、表４記載のガラスフリットと、上記有機ビヒクルとを、表５に示す数値の体積％となるように調合し、三本ロールにて分散処理し、放電補助電極用ペーストＳ－１～Ｓ－２７を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５において、この発明の範囲外の試料については、その試料番号に＊を付している。
　（３）放電電極用ペーストの作製
　平均粒径１μｍのＣｕ粉末を４０重量％と、平均粒径３μｍのＣｕ粉末を４０重量％と、エチルセルロースをターピネオールに溶解して作製した有機ビヒクルを２０重量％とを調合し、３本ロールにより混合することにより、放電電極用ペーストを作製した。
　（４）焼失層用樹脂ビーズペーストの作製
　焼成時に焼失して空洞となる焼失層を形成するために樹脂ビーズペーストを作製した。平均粒径１μｍの架橋アクリル樹脂ビーズ３８重量％と、エチルセルロースをジヒドロターピニルアセテートに溶解して作製した有機ビヒクル６２重量％とを調合し、３本ロールにより混合することにより、焼失層用樹脂ビーズペーストを作製した。
　（５）外部端子電極用ペーストの作製
　平均粒径が約１μｍのＣｕ粉末を８０重量％と、転移点６２０℃、軟化点７２０℃で平均粒径が約１μｍのホウケイ酸アルカリ系ガラスフリットを５重量％と、エチルセルロースをターピネオールに溶解して作製した有機ビヒクルを１５重量％とを調合し、３本ロールにより混合することにより、外部端子電極用ペーストを作製した。
　（６）各ペーストの印刷
　まず、図３に示すように、セラミックグリーンシート３１の一方主面上に放電補助電極用ペーストを塗布することによって、１５０μｍ×１００μｍの寸法の未焼成の放電補助電極３２を形成した。ここで、放電補助電極用ペーストとして、表５に示した種々の組成の放電補助電極用ペーストＳ－１～Ｓ２７のいずれかを、表６の「放電補助電極ペースト」の欄に示すように用いた。
　次いで、セラミックグリーンシート３１の上記主面上であって、未焼成の放電補助電極３２と一部重なるように、放電電極用ペーストを塗布することによって、図４に示すように、未焼成の第１および第２の放電電極３３および３４を形成した。未焼成の第１および第２の放電電極３３および３４は、未焼成の放電補助電極３２の上において、２０μｍのギャップＧを隔てて互いに対向するものであり、対向部の幅Ｗは１００μｍとした。図４には、その他の部分の寸法も表示されている。
　次いで、図５に示すように、未焼成の第１および第２の放電電極３３および３４のギャップＧを覆うようにして焼失層用樹脂ビーズペーストを塗布して、１４０μｍ×１５０μｍの寸法の未焼成の焼失層３５を形成した。
　（７）積層・圧着
　上記のように、未焼成の放電補助電極層３２、未焼成の放電電極３３および３４ならびに未焼成の焼失層３５を形成した第１のセラミックグリーンシート３１の主面上に、図６に示すように、ペーストが塗布されていない第２のセラミックグリーンシート３６を複数枚、積層・圧着し、未焼成の絶縁体基材３７を得た。この絶縁体基材３７は、焼成後の厚みが０．３ｍｍになるようにした。
　（８）カットおよび外部端子電極用ペーストの印刷
　上記絶縁体基材３７を、焼成後において１．０ｍｍ×０．５ｍｍの平面寸法となるように、マイクロカッターにてカットした。なお、図４に示した寸法および図３ないし図６に示したセラミックグリーンシート３１等の外形状は、このカット工程の後の段階でのものであると理解すべきである。
　次いで、図７に示すように、絶縁体基材３７の外表面上に外部端子電極用ペーストを塗布し、それによって、第１および第２の放電電極３３および３４とそれぞれ接続される未焼成の第１および第２の外部端子電極３８および３９を形成した。このようにして、未焼成のＥＳＤ保護デバイス４０を得た。
　（９）焼成
　上記未焼成のＥＳＤ保護デバイス４０を、Ｎ2／Ｈ2／Ｈ2Ｏを用いて雰囲気制御した焼成炉にて、９８０～１０００℃の範囲にある適当な最高温度で焼成し、図８に示すような空洞部４１を有するＥＳＤ保護デバイス４２を得た。なお、焼成炉の雰囲気は、終始Ｃｕが酸化しない酸素濃度に設定した。
　〈特性評価〉
　次に、上述のようにして作製した各試料に係るＥＳＤ保護デバイスについて、以下の方法で、初期特性として初期ショート特性とピーク電圧特性、ならびに信頼性特性として繰返しピーク電圧特性と繰返しショート特性をそれぞれ評価した。
　（１）初期ショート特性
　各試料に係るＥＳＤ保護デバイスの外部端子電極間に５０Ｖの直流電圧を印加して、絶縁抵抗を測定した。１０８Ω以上の絶縁抵抗を示したものを初期ショート特性が良好であると判定し、表６の「初期ショート」の欄に「○」と表示し、１０８Ω未満の絶縁抵抗を示したものを初期ショート特性が不良であると判定し、同欄に「×」と表示した。
　なお、初期ショート特性が不良と判定されたＥＳＤ保護デバイスについては、実用に供し得ないと判定し、以降の特性評価（ピーク電圧特性、繰返しピーク電圧特性、繰返しショート特性）を実施しなかった。
　（２）ピーク電圧特性
　静電気試験ガンを用いて、各試料に係るＥＳＤ保護デバイスに１５ｋＶの静電気を印加した。その際に、オシロスコープで測定される電圧をピーク電圧と定義し、ピーク電圧が９００Ｖ未満のものをピーク電圧特性が良好であると判定し、表６の「ピーク電圧」の欄に「○」と表示し、ピーク電圧が９００Ｖ以上のものをピーク電圧特性が不良であると判定し、同欄に「×」と表示した。
　（３）繰返しピーク電圧特性
　上記ピーク電圧特性の評価の場合と同様の装置を用い、各試料に係るＥＳＤ保護デバイスに１５ｋＶの静電気を５０回印加した。５０回印加した後、再度、１５ｋＶの静電気を印加してピーク電圧を測定し、ピーク電圧が９００Ｖ未満のものを繰返しピーク電圧特性が良好であると判定し、表６の「繰返しピーク電圧」の欄に「○」と表示し、ピーク電圧が９００Ｖ以上のものを繰返しピーク電圧特性が不良であると判定し、同欄に「×」と表示した。
　（４）繰返しショート特性
　上記ピーク電圧特性および繰返しピーク電圧特性の評価の場合と同様の装置を用い、各試料に係るＥＳＤ保護デバイスに１５ｋＶの静電気を５０回印加した。印加毎に各試料の絶縁抵抗を測定し、１度も１０6Ω未満の抵抗値が測定されなかったものを繰返しショート特性が良好であると判定し、表６の「繰返しショート」の欄に「○」と表示し、１度でも１０6Ω未満の抵抗値が測定されたものを繰返しショート特性が不良であると判定し、同欄に「×」と表示した。
　（５）総合評価
　上記初期ショート特性、ピーク電圧特性、繰返しピーク電圧特性および繰返しショート特性の各評価において、すべて良好と判定されたものを実用に供し得ると判定し、表６の「総合評価」の欄に「○」と表示し、少なくとも１つの特性において不良と判定されたものを実用に供し得ないと判定し、表６の「総合評価」の欄に「×」と表示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６において、この発明の範囲外の試料については、その試料番号に＊を付している。
　この発明の範囲内の試料２～１８のＥＳＤ保護デバイスは、極めて高い電圧の静電気を印加しても、優れた初期特性（初期ショート特性、ピーク電圧特性）と優れた信頼性特性（繰返しピーク電圧特性、繰返しショート特性）を有していた。これら試料について、放電補助電極部のＳＥＭ観察を行なったところ、Ｃｕ粒子とＳｉＣ粒子とガラス状物質とが確認され、ガラス状物質が、Ｃｕ粒子間、ＳｉＣ粒子間およびＣｕ粒子とＳｉＣ粒子との間をそれぞれ結合するように一様に分布していた。
　これらに対して、この発明の範囲外の試料１、１９、２２および２５のＥＳＤ保護デバイスは、良好な初期特性を示したが、信頼性特性が不良であった。これら試料について、放電補助電極部のＳＥＭ観察を行なったところ、Ｃｕ粒子とＳｉＣ粒子とガラス状物質とが確認された。しかし、上記試料２～１８のＥＳＤ保護デバイスの場合と比べ、ガラス状物質が少なく、かつ、ガラス状物質とＣｕ粒子およびＳｉＣ粒子との結合箇所は少なかった。このことから、静電気印加時の放電エネルギーによって、Ｃｕ粉末が飛散して、繰返しピーク電圧特性が劣化したり、Ｃｕ粒子の位置が移動して、繰返しショート特性が劣化したりしたものと推測される。
　また、この発明の範囲外の試料２０および２１のＥＳＤ保護デバイスは、初期ショート特性が不良であった。これら試料について、放電補助電極部のＳＥＭ観察を行なったところ、Ｃｕ粒子とＳｉＣ粒子とガラス状物質とが確認された。しかし、前述の試料２～１８のＥＳＤ保護デバイスの場合に比べ、Ｃｕ粒子が粒成長しているように見えた。このＣｕ粒子の粒成長によって、初期ショート特性が不良となったものと推測される。
　この発明の範囲外の試料２３、２４、２６および２７のＥＳＤ保護デバイスは、ピーク電圧特性が不良であった。これら試料について、放電補助電極部のＳＥＭ観察を行なったところ、Ｃｕ粒子とＳｉＣ粒子とガラス状物質とが確認された。しかし、比較的大きなガラス状物質が不均一に偏析していた。この偏析したガラス状物質によって、静電気印加時の沿面放電が阻害され、ピーク電圧特性が劣化したものと推測される。
　なお、この実験例で使用した放電補助電極用ペースト中のアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属炭酸塩の合計含有量は、特に限定されないが、０．２～２．５重量％であることが好ましいことが確認されている。０．２重量％未満の場合、信頼性（繰返しピーク電圧特性、繰返しショート特性）が劣化する傾向にあり、２．５重量％を超える場合、クラックやブク等の構造欠陥が増加する傾向にあった。
　以上の実験例からわかるように、この発明によれば、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が生じにくいＥＳＤ保護デバイスを得ることができる。したがって、この発明は、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。
１１，１１ａ，４２　ＥＳＤ保護デバイス
１２　絶縁体基材
１６，１７　放電電極
１８　放電補助電極
１９，４１　空洞
２０，２１　外部端子電極
３１，３６　セラミックグリーンシート
３２　未焼成の放電補助電極
３３，３４　未焼成の放電電極
３５　未焼成の焼失層
３７　未焼成の絶縁体基材
３８，３９　未焼成の外部端子電極
４０　未焼成のＥＳＤ保護デバイス
Ｇ　ギャップ

Claims (10)

  1. 　互いに対向するように配置された第１および第２の放電電極と、
    　前記第１および第２の放電電極間に跨るように形成された放電補助電極と、
    　前記第１および第２の放電電極ならびに前記放電補助電極を保持する絶縁体基材と
    を備え、
    　前記放電補助電極は、複数の金属粒子と前記金属粒子間を結合するガラスとを含み、
    　前記ガラスはアルカリ金属成分および／またはアルカリ土類金属成分を含む、
    ＥＳＤ保護デバイス。
  2. 　前記放電補助電極は、前記金属粒子の表面に付着している網目形成酸化物をさらに含む、請求項１に記載のＥＳＤ保護デバイス。
  3. 　前記放電補助電極は、炭化ケイ素をさらに含む、請求項１または２に記載のＥＳＤ保護デバイス。
  4. 　前記金属粒子は、銅または銅を主成分とした銅系合金である、請求項１ないし３のいずれかに記載のＥＳＤ保護デバイス。
  5. 　前記第１および第２の放電電極ならびに前記放電補助電極は、前記絶縁体基材の内部に配置され、前記絶縁体基材は、前記第１および第２の放電電極間のギャップを配置する空洞を有し、前記絶縁体基材の表面上に形成されかつ前記第１および第２の放電電極にそれぞれ電気的に接続される、第１および第２の外部端子電極をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載のＥＳＤ保護デバイス。
  6. 　絶縁体基材を用意する工程と、
    　（１）網目形成酸化物が粒子表面に付着した金属粉末、または（２）金属粉末、および網目形成酸化物が粒子表面に付着した半導体粉末、または（３）網目形成酸化物が粒子表面に付着した金属粉末、および網目形成酸化物が粒子表面に付着した半導体粉末、を含むとともに、アルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物の粉末を含む、放電補助電極用ペーストを用意する工程と、
    　前記放電補助電極用ペーストからなる未焼成の放電補助電極を前記絶縁体基材の表面または内部に形成する工程と、
    　前記放電補助電極上において互いに対向するように配置される第１および第２の放電電極を前記絶縁体基材の表面または内部に形成する工程と、
    　前記未焼成の放電補助電極を焼成する工程と
    を備える、
    ＥＳＤ保護デバイスの製造方法。
  7. 　前記半導体粉末は炭化ケイ素粉末である、請求項６に記載のＥＳＤ保護デバイスの製造方法。
  8. 　前記アルカリ金属化合物および前記アルカリ土類金属化合物は炭酸塩である、請求項６または７に記載のＥＳＤ保護デバイスの製造方法。
  9. 　前記放電補助電極用ペースト中での前記アルカリ金属炭酸塩および前記アルカリ土類金属炭酸塩の合計含有量は、０．２～２．５重量％である、請求項８に記載のＥＳＤ保護デバイスの製造方法。
  10. 　前記絶縁体基材を用意する工程は、第１および第２のセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを用意する工程を含み、
    　前記未焼成の放電補助電極を形成する工程ならびに前記第１および第２の放電電極を形成する工程は、前記第１のセラミックグリーンシート上において実施され、
    　前記第１および第２の放電電極間のギャップを覆うように焼失層を形成する工程と、
    　前記第１のセラミックグリーンシート上に、前記未焼成の放電補助電極、前記第１および第２の放電電極ならびに前記焼失層を覆うように前記第２のセラミックグリーンシートを積層し、未焼成の前記絶縁体基材を得る工程と、
    　前記絶縁体基材の表面上に、前記第１および第２の放電電極にそれぞれ電気的に接続される、第１および第２の外部端子電極を形成する工程と
    をさらに備え、
    　前記焼成する工程は、前記セラミックグリーンシートを焼結させて前記絶縁体基材を得る工程および前記焼失層を焼失させる工程を含む、
    請求項６ないし９のいずれかに記載のＥＳＤ保護デバイスの製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009098944A1 (ja) * 2008-02-05 2009-08-13 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ｅｓｄ保護デバイス
WO2011040437A1 (ja) * 2009-09-30 2011-04-07 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

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200816232A (en) 2006-09-28 2008-04-01 Inpaq Technology Co Ltd Material of an over voltage protection device, over voltage protection device and manufacturing method thereof
JP4247581B2 (ja) * 2007-05-28 2009-04-02 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイス
JP5088396B2 (ja) * 2010-05-20 2012-12-05 株式会社村田製作所 Ｅｓｄ保護デバイス及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009098944A1 (ja) * 2008-02-05 2009-08-13 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ｅｓｄ保護デバイス
WO2011040437A1 (ja) * 2009-09-30 2011-04-07 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

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN105359360A (zh) * 2013-07-03 2016-02-24 株式会社村田制作所 浪涌保护器件及其制造方法以及包含该器件的电子元器件
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
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
CN105359360B (zh) * 2013-07-03 2017-07-28 株式会社村田制作所 浪涌保护器件及其制造方法以及包含该器件的电子元器件
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

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