WO2013146324A1 - Esd保護装置及びその製造方法 - Google Patents

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WO2013146324A1
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electrode
protection device
sacrificial layer
laminate
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Inventor
喜人 大坪
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H01T2/00Spark gaps comprising auxiliary triggering means
    • H01T2/02Spark gaps comprising auxiliary triggering means comprising a trigger electrode or an auxiliary spark gap
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T21/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/12Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed

Definitions

  • the present invention relates to an ESD protection device and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 discloses a ceramic multilayer substrate, a pair of electrodes disposed in the ceramic multilayer substrate, and arranged such that the tips thereof face each other with a gap in a cavity provided in the ceramic multilayer substrate. An ESD protection device is described.
  • the main object of the present invention is to provide an ESD protection device having excellent durability.
  • the ESD protection apparatus includes an insulating material and first and second electrodes.
  • a cavity is formed in the insulating material.
  • the cavity has a flat portion and a side surface connected to the flat portion.
  • the side surface has a plurality of portions having different normal directions.
  • the tips of the first and second electrodes are located in the cavity.
  • the tip part of the first electrode and the tip part of the second electrode are arranged on the flat part.
  • the cavity has first and second flat portions facing each other.
  • the tip portion of the first electrode and the tip portion of the second electrode are arranged on the first plane portion.
  • the side surface includes at least one of a curved surface and a plurality of planes.
  • the ESD protection device further includes a discharge auxiliary electrode.
  • the discharge auxiliary electrode is disposed on the plane portion between the tip portion of the first electrode and the tip portion of the second electrode. The discharge auxiliary electrode reduces the discharge start voltage between the first electrode and the second electrode.
  • the ESD protection device further includes a protective layer.
  • the protective layer is disposed between a portion of the planar portion where at least one tip portion of the first and second electrodes is provided and at least one tip portion of the first and second electrodes.
  • the protective layer includes at least one selected from the group consisting of alumina, mullite, zirconia, magnesia, and quartz.
  • the manufacturing method of the ESD protection device according to the present invention relates to the manufacturing method of the ESD protection device according to the present invention.
  • a first sacrificial layer is formed on a first ceramic green sheet for constituting an insulating material to produce a first laminate.
  • the peeling process which peels a support sheet from a 1st laminated body is performed.
  • the first sacrificial layer and the second laminate face the first laminate and the second laminate including the second ceramic green sheet for constituting the insulating material.
  • a third laminate manufacturing step is performed in which a third laminate is manufactured by stacking as described above. By firing the third stacked body, the first sacrificial layer disappears and a cavity is formed.
  • the method for manufacturing an ESD protection device includes: forming a second sacrificial layer on the second ceramic green sheet; The method further includes the step of producing a second stacked body including the second sacrificial layer. In the third stacked body manufacturing step, the first stacked body and the second stacked body are stacked so that the first sacrificial layer and the second sacrificial layer face each other.
  • the manufacturing method of the ESD protection device is configured such that the second stacked body is placed on the second sacrificial layer side prior to the third stacked body manufacturing step.
  • the method further includes a step of peeling the support sheet from the second laminate after the surface is disposed on the support sheet having a flat surface.
  • an ESD protection device having excellent durability can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the ESD protection apparatus according to the first modification.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an ESD protection device according to a second modification.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of an ESD protection apparatus according to a third modification.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the ESD protection apparatus according to the
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the ESD protection apparatus according to the first embodiment.
  • the ESD protection device 1 has an insulating material 10.
  • the insulating material 10 includes first and second insulating material pieces 10a and 10b that are stacked.
  • the insulating material 10 can be composed of appropriate ceramics.
  • the insulating material 10 can be made of, for example, low temperature co-fired ceramics (LTCC: Low Temperature Co-fired Ceramics) containing Ba, Al, and Si as main components.
  • LTCC Low Temperature Co-fired Ceramics
  • the 1st insulating material piece 10a and the 2nd insulating material piece 10b may be comprised by the same ceramics, and may be comprised by different ceramics.
  • the cavity 10 is formed in the insulating material 10.
  • the cavity 11 has first and second plane portions 11a and 11b that face each other, and a side surface 11c that connects the first plane portion 11a and the second plane portion 11b.
  • the side surface 11c has a plurality of portions with different normal directions.
  • the side surface 11c includes at least one of a curved surface and a plurality of planes.
  • the side surface 11c may be configured by a curved surface.
  • the side surface 11c may be configured by a plurality of planes having different normal directions.
  • the side surface 11c may be configured by a curved surface and at least one plane.
  • the shape of the cavity 11 when viewed in plan is not particularly limited, and may be, for example, a circle, an ellipse, or an oval.
  • the ESD protection device 1 further includes first and second electrodes 21 and 22.
  • the first and second electrodes 21 and 22 are provided in the insulating material 10 so that the tip portions 21 a and 22 a are positioned in the cavity 11, respectively.
  • the first and second electrodes 21 and 22 are provided so that the tip portions 21a and 22a are positioned on the flat portions 11a and 11b, respectively.
  • each of the distal end portion 21a and the distal end portion 22a is disposed on the same plane portion 11a.
  • the tip portion 21a and the tip portion 22a constitute a facing portion that faces in the x-axis direction.
  • the first and second external electrodes 31 and 32 are provided on the outer surface of the insulating material 10.
  • the first external electrode 31 is electrically connected to the first electrode 21.
  • the second external electrode 32 is electrically connected to the second electrode 22.
  • the first and second electrodes 21 and 22 and the first and second external electrodes 31 and 32 can be made of an appropriate material such as Cu or Cu alloy, respectively.
  • the first and second electrodes 21 and 22 and the first and second external electrodes 31 and 32 are preferably made of the same material.
  • the discharge auxiliary electrode 41 is arranged on the flat part 11a.
  • the discharge auxiliary electrode 41 has a function of reducing the discharge start voltage. Specifically, by providing the discharge auxiliary electrode 41, in addition to creeping discharge and air discharge, discharge via the discharge auxiliary electrode 41 also occurs. Usually, the creeping discharge, the air discharge, and the discharge via the discharge auxiliary electrode 41 have the lowest starting voltage of the discharge via the discharge auxiliary electrode 41. Therefore, by providing the discharge auxiliary electrode 41, the discharge start voltage can be lowered. Therefore, the dielectric breakdown of the ESD protection device 1 can be suppressed. Moreover, the responsiveness of the ESD protection apparatus 1 can be improved by providing the discharge auxiliary electrode 41.
  • the discharge auxiliary electrode 41 can be constituted by, for example, a particle dispersion in which a plurality of metal particles 41a whose surfaces are coated with an inorganic material having no conductivity and a plurality of semiconductor ceramic particles 41b are dispersed.
  • the discharge auxiliary electrode 41 is formed, for example, by applying and baking a paste containing a plurality of metal particles 41a whose surfaces are coated with an inorganic material having no conductivity and a plurality of semiconductor ceramic particles 41b. be able to.
  • the metal particles 41a can be made of, for example, Cu or Ni.
  • the diameter of the metal particles 41a can be set to about 2 ⁇ m to 3 ⁇ m, for example.
  • the coating film of the metal particles 41a can be made of, for example, aluminum oxide.
  • the semiconductor ceramic particles 41b include, for example, carbides such as silicon carbide, titanium carbide, zirconium carbide, molybdenum carbide or tungsten carbide, nitrides such as titanium nitride, zirconium nitride, chromium nitride, vanadium nitride or tantalum nitride, titanium silicide, silica Silicides such as zirconium silicide, tungsten silicide, molybdenum silicide, chromium silicide, boride such as titanium boride, zirconium boride, chromium boride, lanthanum boride, molybdenum boride, tungsten boride, zinc oxide, An oxide such as strontium titanate can be used.
  • carbides such as silicon carbide, titanium carbide, zirconium carbide, molybdenum carbide or tungsten carbide
  • nitrides such as titanium nit
  • the discharge auxiliary electrode 41 may further include insulating particles made of aluminum oxide in addition to the metal particles 41a and the semiconductor ceramic particles 41b.
  • a protective layer 42 is disposed between a portion of the flat portions 11a and 11b where at least one of the tip portion 21a and the tip portion 22a is provided and at least one of the tip portion 21a and the tip portion 22a.
  • the protective layer 42 is provided so as to cover substantially the entire inner wall of the cavity 11.
  • the protective layer 42 is preferably made of a ceramic having a sintering temperature higher than that of the ceramic constituting the insulating material 10.
  • the insulating material 10 preferably contains at least one selected from the group consisting of alumina, mullite, zirconia, magnesia and quartz, for example.
  • the side surface 11c of the cavity 11 has a plurality of portions having different normal directions. For this reason, the cavity 11 has no sharp corners or ridges. Therefore, even when stress is applied to the insulating material 10, the insulating material 10 is not easily broken. Therefore, excellent durability can be realized.
  • the side surface 11c preferably includes a curved surface, and it is preferable that substantially the entire side surface 11c is configured by a curved surface.
  • the tip portion 21 a of the first electrode 21 and the tip portion 22 a of the second electrode 22 are arranged on the flat portion 11 a. For this reason, it is hard to produce dispersion
  • the tip portion 21a and the tip portion 22a are both arranged on the flat portion 11a.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the tip portion 21a may be disposed on the flat portion 11a while the tip portion 22a may be disposed on the flat portion 11b. Even in this case, the same effect as described above can be obtained.
  • the cavity 11 may be a dome shape.
  • the first electrode 21 and the second electrode 22 may be provided so as to face each other in the x-axis direction.
  • the cross section shown by the line AA shown in FIG. 5 is substantially equal to the cross section shown in FIG.
  • the first stacked body 56a and the second stacked body 56b are produced.
  • the first stacked body 56a can be manufactured in the following manner. First, as shown in FIG. 6, a paste layer 52 a for forming a protective layer 42 and a discharge auxiliary electrode 41 on the first ceramic green sheet 51 a for forming the insulating material piece 10 b of the insulating material 10.
  • the paste layer 54 for forming the first and second paste layers 53 for forming the first and second electrodes 21 and 22 are appropriately formed in this order.
  • the paste layer 52a can be formed, for example, by applying a paste containing ceramic particles made of alumina or the like.
  • the paste layer 53 can be formed by applying a conductive paste containing a conductive material.
  • the paste layer 54 can be formed by applying a paste including a plurality of metal particles 41a whose surfaces are coated with an inorganic material having no conductivity and a plurality of semiconductor ceramic particles 41b.
  • the paste layer 54 is arranged between the portion to be the first electrode 21 and the portion to be the second electrode 22 of the paste layer 53, but the paste layer 54 and the paste
  • the layer 53 and the paste layer 54 may be disposed on the interface between the paste layer 53 and the paste layer 52a.
  • a first sacrificial layer 55a for forming the cavity 11 is formed on the first ceramic green sheet 51a on which the paste layers 52a, 53, and 54 are formed.
  • the 1st laminated body 56a containing the 1st ceramic green sheet 51a, paste layer 52a, 53, 54, and the 1st sacrificial layer 55a is produced.
  • the first sacrificial layer 55a can be formed, for example, by applying a resin paste.
  • the first laminated body 56a is disposed on the support sheet 57 having a planar surface 57a from the first sacrificial layer 55a side.
  • a further ceramic green sheet 58 may be further laminated on the first ceramic green sheet 51a as necessary.
  • the support sheet 57 is peeled from the first laminate 56a.
  • the second laminate 56b can be created in the following manner. First, as illustrated in FIG. 10, a paste layer 52 b for forming the protective layer 42 is formed on the second ceramic green sheet 51 b for forming the insulating material piece 10 a of the insulating material 10.
  • the paste layer 52b can be formed, for example, by applying a paste containing ceramic particles made of alumina or the like.
  • a second sacrificial layer 55b for forming the cavity 11 is formed on the second ceramic green sheet 51b on which the paste layer 52b is formed.
  • the second laminated body 56b including the second ceramic green sheet 51b and the second sacrificial layer 55b is produced.
  • the second sacrificial layer 55b can be formed, for example, by applying a resin paste.
  • the second stacked body 56b is disposed on the support sheet 60 having a planar surface 60a from the second sacrificial layer 55b side.
  • a further ceramic green sheet 61 may be further laminated on the second ceramic green sheet 51b.
  • the support sheet 60 is peeled from the second laminate 56b.
  • the first stacked body 56a and the second stacked body 56b are stacked so that the first sacrificial layer 55a and the second sacrificial layer 55b face each other, and are subjected to pressure bonding.
  • the 3rd laminated body 62 is produced.
  • a conductive paste layer for forming the external electrodes 31 and 32 is formed on the surface of the third stacked body 62 and then fired.
  • the insulating material 10 is formed from the ceramic green sheets 51a, 51b, 58, 61.
  • First and second electrodes 21 and 22 are formed from the paste layer 53.
  • the discharge auxiliary electrode 41 is formed from the paste layer 54.
  • the protective layer 42 is formed from the paste layers 52a and 52b.
  • the first and second sacrificial layers 55a and 55b are eliminated and the cavity 11 is formed.
  • the ESD protection device 1 can be suitably manufactured.
  • Example 1 An ESD protection device having a configuration substantially similar to that of the ESD protection device 1 according to the above embodiment was manufactured by the manufacturing method described in the above embodiment under the following conditions.
  • Preparation of discharge auxiliary electrode forming paste Metal particles having a surface coated with a non-conductive inorganic material prepared by adhering Al 2 O 3 powder having an average particle size of several nanometers to several tens of nanometers on the surface of Cu particles having an average particle diameter of 2 ⁇ m were prepared. . Silicon carbide powder having an average particle diameter of 1 ⁇ m was blended with the conductive particles at a predetermined ratio. A binder resin and a solvent were added to this blend so that the total ratio of the binder resin and the solvent was 20% by weight, and mixed to obtain a paste for forming a discharge auxiliary electrode.
  • Sacrificial layer It formed using the resin paste which contains the organic solvent in a suitable ratio as a solvent with respect to ethylcellulose.
  • the paste for protective layer formation was produced by mixing alumina powder and the organic solvent as a solvent so that it might become 15 weight% of the whole.
  • Example 2 An ESD protection device was produced in the same manner as in Example 1 except that the second sacrificial layer was not formed and the cross-sectional structure shown in FIG. 4 was used.
  • Example 3 An ESD protection device was produced in the same manner as in Example 1 except that the cross-sectional structure shown in FIG.
  • Example 4 An ESD protection device was produced in the same manner as in Example 1 except that the planar structure shown in FIG.
  • Example 5 An ESD protection device was produced in the same manner as in Example 2 except that the planar structure shown in FIG.
  • Example 6 An ESD protection device was produced in the same manner as in Example 3 except that the planar structure shown in FIG.
  • Example 2 An ESD protection device was produced in the same manner as in Example 1 except that the first and second laminated bodies on the support sheet were not transferred and a rectangular parallelepiped cavity was formed.
  • ESD discharge response evaluation The ESD discharge response evaluation of the ESD protection device produced in each of Examples 1 to 6 and Comparative Example was performed.
  • the discharge response to ESD was performed by an electrostatic discharge immunity test defined in IEC standard, IEC61000-4-2. It was investigated whether or not 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 600 to 700V ( ⁇ mark), and the peak voltage is 450 to 600V discharge response The discharge response was judged to be particularly good (marked with ⁇ ) when the characteristics were good (circle mark) and the peak voltage was less than 450V.
  • ESD repeated resistance evaluation Application of 8 kV was performed 100 times by contact discharge, and then the discharge responsiveness to the ESD was evaluated. When the peak voltage detected on the protection circuit side exceeds 700V, the ESD repeatability is poor (x mark), when the peak voltage is 600-700V ( ⁇ mark), and when the peak voltage is 450-600V ESD repeat A sample having good resistance ( ⁇ mark) and a peak voltage of less than 450 V was determined to have particularly good ESD repeat resistance (marked with ⁇ ).

Abstract

 優れた耐久性を有するESD保護装置を提供する。 ESD保護装置1は、絶縁材10と、第1及び第2の電極21,22とを備える。絶縁材10には、空洞11が形成されている。空洞11は、平面部11aと、平面部11aに接続された側面11cとを有する。側面11cが、法線方向が異なる複数の部分を有する。第1及び第2の電極21,22の先端部21a、22aは、空洞11内に位置している。第1の電極21の先端部21aと、第2の電極22の先端部22aとが平面部11aの上に配されている。

Description

ESD保護装置及びその製造方法
 本発明は、ESD保護装置及びその製造方法に関する。
 従来、静電気放電(ESD:electro-static discharge)による電子機器の破壊を抑制するためのESD保護装置が種々提案されている。例えば特許文献1には、セラミック多層基板と、セラミック多層基板内に配されており、セラミック多層基板に設けられた空洞部において間隔をおいて先端同士が対向するように配された一対の電極とを備えるESD保護装置が記載されている。
WO2008/146514 A1号公報
 特許文献1に記載のESD保護装置では、静電気の放電時に生じる熱、ガス、衝撃などにより、セラミック多層基板にクラックが発生しやすい。これに鑑み、ESD保護装置の耐久性を改善したいという要望がある。
 本発明は、優れた耐久性を有するESD保護装置を提供することを主な目的とする。
 本発明に係るESD保護装置は、絶縁材と、第1及び第2の電極とを備える。絶縁材には、空洞が形成されている。空洞は、平面部と、平面部に接続された側面とを有する。側面が、法線方向が異なる複数の部分を有する。第1及び第2の電極の先端部は、空洞内に位置している。第1の電極の先端部と、第2の電極の先端部とが平面部の上に配されている。
 本発明に係るESD保護装置のある特定の局面では、空洞は、互いに対向する第1及び第2の平面部を有する。第1の電極の先端部と第2の電極の先端部とが第1の平面部の上に配されている。
 本発明に係るESD保護装置の別の特定の局面では、側面が、曲面及び複数の平面の少なくとも一方を含む。
 本発明に係るESD保護装置の他の特定の局面では、ESD保護装置は、放電補助電極をさらに備える。放電補助電極は、平面部上において、第1の電極の先端部と第2の電極の先端部との間に配されている。放電補助電極は、第1の電極と第2の電極との間の放電開始電圧を低下させる。
 本発明に係るESD保護装置のさらに他の特定の局面では、ESD保護装置は、保護層をさらに備える。保護層は、平面部の第1及び第2の電極の少なくとも一方の先端部が設けられた部分と、第1及び第2の電極の少なくとも一方の先端部との間に配されている。
 本発明に係るESD保護装置のさらに別の特定の局面では、保護層が、アルミナ、ムライト、ジルコニア、マグネシア及び石英からなる群から選ばれた少なくとも一種を含む。
 本発明に係るESD保護装置の製造方法は、本発明に係るESD保護装置の製造方法に関する。本発明に係るESD保護装置の製造方法では、絶縁材を構成するための第1のセラミックグリーンシート上に第1の犠牲層を形成して第1の積層体を作製する。第1の積層体を、第1の犠牲層側から、表面が平面状である支持シートの上に配置した後に、第1の積層体から支持シートを剥離させる剥離工程を行う。剥離工程の後に、第1の積層体と、絶縁材を構成するための第2のセラミックグリーンシートを含む第2の積層体とを、第1の犠牲層と第2の積層体とが対面するように積層することにより第3の積層体を作製する第3の積層体作製工程を行う。第3の積層体を焼成することにより、第1の犠牲層を消失させて空洞を形成する。
 本発明に係るESD保護装置の製造方法のある特定の局面では、ESD保護装置の製造方法は、第2のセラミックグリーンシートの上に第2の犠牲層を形成し、第2のセラミックグリーンシートと第2の犠牲層とを含む第2の積層体を作製する工程をさらに備える。第3の積層体作製工程において、第1の積層体と第2の積層体とを、第1の犠牲層と第2の犠牲層とが対面するように積層する。
 本発明に係るESD保護装置の製造方法の別の特定の局面では、ESD保護装置の製造方法は、第3の積層体作製工程に先立って、第2の積層体を、第2の犠牲層側から、表面が平面状である支持シートの上に配置した後に、第2の積層体から支持シートを剥離させる工程をさらに備える。
 本発明によれば、優れた耐久性を有するESD保護装置を提供することができる。
図1は、第1の実施形態に係るESD保護装置の略図的平面図である。 図2は、図1の線II-IIにおける略図的断面図である。 図3は、第1の変形例に係るESD保護装置の略図的断面図である。 図4は、第2の変形例に係るESD保護装置の略図的断面図である。 図5は、第3の変形例に係るESD保護装置の略図的平面図である。 図6は、第1の実施形態に係るESD保護装置の製造方法を説明するための略図的断面図である。 図7は、第1の実施形態に係るESD保護装置の製造方法を説明するための略図的断面図である。 図8は、第1の実施形態に係るESD保護装置の製造方法を説明するための略図的断面図である。 図9は、第1の実施形態に係るESD保護装置の製造方法を説明するための略図的断面図である。 図10は、第1の実施形態に係るESD保護装置の製造方法を説明するための略図的断面図である。 図11は、第1の実施形態に係るESD保護装置の製造方法を説明するための略図的断面図である。 図12は、第1の実施形態に係るESD保護装置の製造方法を説明するための略図的断面図である。 図13は、第1の実施形態に係るESD保護装置の製造方法を説明するための略図的断面図である。 図14は、第1の実施形態に係るESD保護装置の製造方法を説明するための略図的断面図である。
 以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
 また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
 図1は、第1の実施形態に係るESD保護装置の略図的平面図である。図2は、第1の実施形態に係るESD保護装置の略図的断面図である。
 図1及び図2に示されるように、ESD保護装置1は、絶縁材10を有する。絶縁材10は、積層された第1及び第2の絶縁材片10a、10bを有する。
 絶縁材10は、適宜のセラミックスにより構成することができる。具体的には、絶縁材10は、例えば、Ba、Al、Siを主成分として含む低温同時焼成セラミックス(LTCC:Low Temperature Co-fired Ceramics)により構成することができる。第1の絶縁材片10aと第2の絶縁材片10bとは、同じセラミックスにより構成されていてもよいし、異なるセラミックスにより構成されていてもよい。
 絶縁材10には、空洞11が形成されている。空洞11は、互いに対向する第1及び第2の平面部11a、11bと、第1の平面部11aと第2の平面部11bとを接続している側面11cとを有する。側面11cは、法線方向が異なる複数の部分を有する。具体的には、側面11cは、曲面及び複数の平面の少なくとも一方を含む。側面11cは、曲面により構成されていてもよい。側面11cは、法線方向が異なる複数の平面により構成されていてもよい。側面11cは、曲面と少なくともひとつの平面とにより構成されていてもよい。
 なお、空洞11の平面視した際の形状(空洞11のz軸方向から視た際の形状)は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、長円形等であってもよい。
 ESD保護装置1は、第1及び第2の電極21,22をさらに備える。第1及び第2の電極21,22は、それぞれ、先端部21a、22aが空洞11内に位置するように、絶縁材10中に設けられている。第1及び第2の電極21,22は、それぞれ、先端部21a、22aが平面部11a、11bの上に位置するように設けられている。本実施形態では、先端部21aと先端部22aとのそれぞれが、同一の平面部11a上に配されている。先端部21aと先端部22aとは、x軸方向に対向する対向部を構成している。
 絶縁材10の外表面上には、第1及び第2の外部電極31,32が設けられている。第1の外部電極31は、第1の電極21に電気的に接続されている。第2の外部電極32は、第2の電極22に電気的に接続されている。
 なお、第1及び第2の電極21,22並びに第1及び第2の外部電極31,32は、それぞれ、CuやCu合金などの適宜の材料により構成することができる。第1及び第2の電極21,22並びに第1及び第2の外部電極31,32は、同じ材料により構成されていることが好ましい。
 平面部11aの上には、放電補助電極41が配されている。放電補助電極41は、放電開始電圧を低下させる機能を有する。具体的には、放電補助電極41を設けることにより、沿面放電と気中放電とに加えて、放電補助電極41を経由した放電も生じる。通常、沿面放電と気中放電と放電補助電極41を経由した放電とでは、放電補助電極41を経由した放電の開始電圧が最も低い。従って、放電補助電極41を設けることにより、放電開始電圧を低下させることができる。従って、ESD保護装置1の絶縁破壊を抑制することができる。また、放電補助電極41を設けることによりESD保護装置1の応答性を改善することができる。
 放電補助電極41は、例えば、導電性を有しない無機材料により表面がコーティングされた複数の金属粒子41aと、複数の半導体セラミック粒子41bとが分散した粒子分散体によって構成することができる。この場合、放電補助電極41は、例えば、導電性を有しない無機材料により表面がコーティングされた複数の金属粒子41aと、複数の半導体セラミック粒子41bを含むペーストを塗布し、焼成することにより形成することができる。
 金属粒子41aは、例えば、CuやNiなどにより構成することができる。金属粒子41aの直径は、例えば2μm~3μm程度とすることができる。金属粒子41aのコーティング膜は、例えば、酸化アルミニウム等により構成することができる。
 半導体セラミック粒子41bは、例えば、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化モリブデンもしくは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、窒化バナジウムもしくは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などのホウ化物、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム等の酸化物などにより構成することができる。
 放電補助電極41は、金属粒子41a及び半導体セラミック粒子41bに加え、酸化アルミニウムなどからなる絶縁性粒子をさらに含んでいてもよい。
 平面部11a、11bの先端部21a及び先端部22aの少なくとも一方が設けられた部分と、先端部21a及び先端部22aの少なくとも一方との間には、保護層42が配されている。具体的には、保護層42は、空洞11の内壁の実質的に全体を覆うように設けられている。この保護層42を設けることにより絶縁材10に含まれる成分が先端部21a、22aに達することを抑制することができる。よって、ESD保護装置1の先端部21a、22aの劣化に起因する放電特性の低下を抑制することができる。
 保護層42は、絶縁材10を構成しているセラミックスよりも焼結温度が高いセラミックスにより構成されていることが好ましい。絶縁材10は、例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア、マグネシア及び石英からなる群から選ばれた少なくとも一種を含んでいることが好ましい。
 ところで、空洞が直方体状であるような場合には、静電気の放電時に生じる熱、ガス、衝撃などにより生じる応力が絶縁材の空洞の角部を構成している部分に集中的に加わる。よって、絶縁材にクラックが生じることがある。
 ここで、ESD保護装置1では、空洞11の側面11cが、法線方向が異なる複数の部分を有する。このため、空洞11には、鋭角な角部や稜線部がない。よって、絶縁材10に応力が加わった際にも、絶縁材10が破壊されにくい。従って、優れた耐久性を実現することができる。より優れた耐久性を実現する観点からは、側面11cが曲面を含むことが好ましく、側面11cの実質的に全体が曲面により構成されていることが好ましい。
 ところで、耐久性を改善することのみを考慮した場合、空洞の表面に平面部を設けず、曲面のみによって構成された空洞を設けることも考えられる。しかしながら、この場合は、第1及び第2の電極のそれぞれの先端部が曲面上に位置することとなる。よって、第1の電極の先端部と第2の電極の先端部との間の距離がばらつきやすい。従って、放電開始電圧等の特性にばらつきが生じやすい。
 ESD保護装置1では、第1の電極21の先端部21aと第2の電極22の先端部22aとのそれぞれが、平面部11aの上に配されている。このため、先端部21aと先端部22aとの間のギャップにばらつきが生じ難い。従って、放電開始電圧等の特性にばらつきが生じ難い。
 なお、本実施形態では、先端部21aと先端部22aとが共に平面部11aの上に配されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば図3に示されるように、先端部21aが平面部11aの上に配されている一方、先端部22aが平面部11bの上に配されていてもよい。この場合であっても上記効果と同様の効果が奏される。
 また、図4に示されるように、空洞11は、ドーム型であってもよい。
 図5に示されるように、第1の電極21と第2の電極22とは、x軸方向に対向するように設けられていてもよい。この場合は、図5に示される線A-Aで示される断面が図2,図3または図4に示される断面と実質的に等しくなる。
 次に、ESD保護装置1の製造方法の一例について、主として図6~図14を参照しながら詳細に説明する。
 まず、第1の積層体56aと第2の積層体56bとを作製する。
 具体的には、第1の積層体56aは以下の要領で作製することができる。まず、図6に示されるように、絶縁材10の絶縁材片10bを構成するための第1のセラミックグリーンシート51aの上に、保護層42を構成するためのペースト層52a、放電補助電極41を構成するためのペースト層54、第1及び第2の電極21,22を構成するためのペースト層53をこの順番で適宜形成する。ペースト層52aは、例えば、アルミナなどからなるセラミック粒子を含むペーストを塗布することにより形成することができる。ペースト層53は、導電材を含む導電性ペーストを塗布することにより形成することができる。ペースト層54は、導電性を有しない無機材料により表面がコーティングされた複数の金属粒子41aと、複数の半導体セラミック粒子41bを含むペーストを塗布することにより形成することができる。なお、図6においては、ペースト層54は、ペースト層53の第1の電極21になるべき部分と第2の電極22になるべき部分との間に配置されているが、ペースト層54とペースト層53とを重ねて塗り、ペースト層53とペースト層52aとの界面にもペースト層54を配置してもよい。
 次に、ペースト層52a、53,54が形成された第1のセラミックグリーンシート51aの上に、空洞11を構成するための第1の犠牲層55aを形成する。これにより、第1のセラミックグリーンシート51a、ペースト層52a、53,54及び第1の犠牲層55aを含む第1の積層体56aを作製する。なお、第1の犠牲層55aは、例えば、樹脂ペーストを塗布することにより形成することができる。
 次に、図7に示されるように、第1の積層体56aを、第1の犠牲層55a側から、表面57aが平面状である支持シート57の上に配置する。図8に示されるように、必要に応じて、第1のセラミックグリーンシート51aの上に、さらなるセラミックグリーンシート58をさらに積層してもよい。
 その後、図9に示されるように、第1の積層体56aから、支持シート57を剥離する。
 第2の積層体56bは、以下の要領で作成することができる。まず、図10に示されるように、絶縁材10の絶縁材片10aを構成するための第2のセラミックグリーンシート51bの上に、保護層42を構成するためのペースト層52bを形成する。ペースト層52bは、例えば、アルミナなどからなるセラミック粒子を含むペーストを塗布することにより形成することができる。
 次に、ペースト層52bが形成された第2のセラミックグリーンシート51bの上に、空洞11を構成するための第2の犠牲層55bを形成する。これにより、第2のセラミックグリーンシート51b、及び第2の犠牲層55bを含む第2の積層体56bを作製する。なお、第2の犠牲層55bは、例えば、樹脂ペーストを塗布することにより形成することができる。
 次に、図11に示されるように、第2の積層体56bを、第2の犠牲層55b側から、表面60aが平面状である支持シート60の上に配置する。図12に示されるように、必要に応じて、第2のセラミックグリーンシート51bの上に、さらなるセラミックグリーンシート61をさらに積層してもよい。
 その後、図13に示されるように、第2の積層体56bから、支持シート60を剥離する。
 次に、図14に示されるように、第1の積層体56aと第2の積層体56bとを、第1の犠牲層55aと第2の犠牲層55bが対面するように積層し、圧着させることにより、第3の積層体62を作製する。その後、第3の積層体62の表面上に、外部電極31,32を構成するための導電性ペースト層を形成した後、焼成する。これにより、セラミックグリーンシート51a、51b、58、61から絶縁材10を形成する。ペースト層53から第1及び第2の電極21,22を形成する。ペースト層54から放電補助電極41を形成する。ペースト層52a、52bから保護層42を形成する。第1及び第2の犠牲層55a、55bを消失させて空洞11を形成する。
 以上の要領で、ESD保護装置1を好適に製造することができる。
 (実施例1)
 上記実施形態に係るESD保護装置1と実質的に同様の構成を有するESD保護装置を上記実施形態において説明した製造方法で、下記の条件で作製した。
 セラミックグリーンシートの作製:
 Ba、Al及びSiを主体とするBAS材を所定の組成となるように混合し、800℃~1000℃の温度で仮焼した。得られた仮焼粉末をジルコニウムボールミルで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、トルエン及びエキネンからなる有機溶媒を加え混合した。さらに、バインダー及び可塑剤を加えスラリーを得た。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30μmのセラミックグリーンシートを得た。
 電極形成用のペーストの作製:
平均粒径2μmのCu粒子80重量%と、エチルセルロースからなるバインダー樹脂とに溶剤を添加し、三本ロールで攪拌し、混合し、電極ペーストを得た。
 放電補助電極形成用のペーストの作製:
 平均粒径2μmのCu粒子の表面に平均粒径数nm~数十nmのAl粉末を付着させてなる、導電性を有さない無機材料により表面がコーティングされた金属粒子を用意した。この導電性粒子に平均粒径1μmの炭化ケイ素粉末を所定の割合で配合した。この配合物に、バインダー樹脂及び溶剤を、バインダー樹脂及び溶剤の合計の割合が全体の20重量%となるように添加し、混合し、放電補助電極形成用のペーストを得た。
 犠牲層:
 エチルセルロースに対し溶剤として有機溶剤を適宜の割合で含む樹脂ペーストを用いて形成した。
 保護層形成用のペーストの作製:
 アルミナ粉末と、溶剤としての有機溶剤が全体の15重量%となるように混合することにより保護層形成用のペーストを作製した。
 ESD保護装置の寸法:長さ1.0mm×幅0.5mm×厚み0.3mm
 (実施例2)
 第2の犠牲層を形成せずに、図4に示す断面構造としたこと以外は、実施例1と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (実施例3)
 図3に示す断面構造としたこと以外は、実施例1と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (実施例4)
 図5に示す平面構造としたこと以外は、実施例1と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (実施例5)
 図5に示す平面構造としたこと以外は、実施例2と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (実施例6)
 図5に示す平面構造としたこと以外は、実施例3と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (比較例)
 支持シートへの第1及び第2の積層体を転写を行わず、直方体状の空洞を形成したこと以外は、実施例1と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (ESD放電応答性評価)
 実施例1~6及び比較例のそれぞれにおいて作製したESD保護装置のESD放電応答性評価を行った。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否かを調べた。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600~700Vのものを(△印)、ピーク電圧が450~600Vのものを放電応答性が良好(○印)、ピーク電圧が450V未満のものを放電応答性が特に良好(◎印)と判定した。
 (ESD繰り返し耐性評価)
 接触放電にて8kV印加を100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600~700Vのものを(△印)、ピーク電圧が450~600VのものをESD繰り返し耐性が良好(○印)、ピーク電圧が450V未満のものをESD繰り返し耐性が特に良好(◎印)と判定した。
 結果を下記の表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
1…ESD保護装置
10…絶縁材
10a…第1の絶縁材片
10b…第2の絶縁材片
11…空洞
11a…第1の平面部
11b…第2の平面部
11c…側面
21…第1の電極
21a…先端部
22…第2の電極
22a…先端部
31…第1の外部電極
32…第2の外部電極
41…放電補助電極
41a…金属粒子
41b…半導体セラミック粒子
42…保護層
51a…第1のセラミックグリーンシート
51b…第2のセラミックグリーンシート
52a、52b、53、54…ペースト層
55a…第1の犠牲層
55b…第2の犠牲層
56a…第1の積層体
56b…第2の積層体
57,60…支持シート
57a、60a…表面
58,61…セラミックグリーンシート
62…第3の積層体

Claims (9)

  1.  平面部と、前記平面部に接続された側面とを有し、前記側面が、法線方向が異なる複数の部分を有する空洞が形成された絶縁材と、
     先端部が前記空洞内に位置している第1及び第2の電極と、
    を備え、
     前記第1の電極の先端部と、前記第2の電極の先端部とが前記平面部の上に配されている、ESD保護装置。
  2.  前記空洞は、互いに対向する第1及び第2の平面部を有し、
     前記第1の電極の先端部と前記第2の電極の先端部とが前記第1の平面部の上に配されている、請求項1に記載のESD保護装置。
  3.  前記側面が、曲面及び複数の平面の少なくとも一方を含む、請求項1または2に記載のESD保護装置。
  4.  前記平面部上において、前記第1の電極の先端部と前記第2の電極の先端部との間に配されており、前記第1の電極と前記第2の電極との間の放電開始電圧を低下させる放電補助電極をさらに備える、請求項1~3のいずれか一項に記載のESD保護装置。
  5.  前記平面部の前記第1及び第2の電極の少なくとも一方の先端部が設けられた部分と、前記第1及び第2の電極の少なくとも一方の先端部との間に配された保護層をさらに備える、請求項1~4のいずれか一項に記載のESD保護装置。
  6.  前記保護層が、アルミナ、ムライト、ジルコニア、マグネシア及び石英からなる群から選ばれた少なくとも一種を含む、請求項5に記載のESD保護装置。
  7.  請求項1~6のいずれか一項に記載のESD保護装置の製造方法であって、
     前記絶縁材を構成するための第1のセラミックグリーンシート上に第1の犠牲層を形成して第1の積層体を作製する工程と、
     前記第1の積層体を、前記第1の犠牲層側から、表面が平面状である支持シートの上に配置した後に、前記第1の積層体から前記支持シートを剥離させる剥離工程と、
     前記剥離工程の後に、前記第1の積層体と、前記絶縁材を構成するための第2のセラミックグリーンシートを含む第2の積層体とを、前記第1の犠牲層と前記第2の積層体とが対面するように積層することにより第3の積層体を作製する第3の積層体作製工程と、
     前記第3の積層体を焼成することにより、前記第1の犠牲層を消失させて前記空洞を形成する工程と、
    を備える、ESD保護装置の製造方法。
  8.  前記第2のセラミックグリーンシートの上に第2の犠牲層を形成し、前記第2のセラミックグリーンシートと前記第2の犠牲層とを含む前記第2の積層体を作製する工程をさらに備え、
     前記第3の積層体作製工程において、前記第1の積層体と前記第2の積層体とを、前記第1の犠牲層と前記第2の犠牲層とが対面するように積層する、請求項7に記載のESD保護装置の製造方法。
  9.  前記第3の積層体作製工程に先立って、前記第2の積層体を、前記第2の犠牲層側から、表面が平面状である支持シートの上に配置した後に、前記第2の積層体から前記支持シートを剥離させる工程をさらに備える、請求項8に記載のESD保護装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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