WO2014027553A1 - Esd保護装置 - Google Patents

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WO2014027553A1
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alkali metal
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真典 岡本
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株式会社村田製作所
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    • H01B3/02Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H01B3/12Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances ceramics

Definitions

  • the present invention relates to an ESD protection device.
  • Patent Document 1 describes an ESD protection device that includes a pair of discharge electrodes disposed inside a ceramic insulating material, and a discharge auxiliary portion provided so as to be in contact with each of the pair of discharge electrodes. Yes.
  • the ceramic insulating material of the ESD protection device is produced, for example, by sintering a green sheet laminate that is a laminate of ceramic green sheets.
  • a sintering aid such as an alkali metal component or a boron component
  • the sintering aid is generally volatile. Therefore, the sintering aid volatilizes during the sintering of the green sheet laminate, and the concentration variation of the sintering aid tends to occur. If the concentration of the sintering aid varies, the shrinkage rate also varies.
  • the sintering aid is not added to the green sheet laminate.
  • the discharge auxiliary part which is generally harder to sinter than the green sheet laminate, is insufficiently sintered, and sufficient excellent ESD characteristics may not be obtained.
  • the main object of the present invention is to provide an ESD protection device having excellent ESD characteristics.
  • the ESD protection device includes a ceramic insulating material, first and second discharge electrodes, and a discharge auxiliary unit.
  • the first and second discharge electrodes are provided on a ceramic insulating material.
  • the discharge assisting portion is disposed between the tip portion of the first discharge electrode and the tip portion of the second discharge electrode.
  • the discharge auxiliary part is an electrode that lowers a discharge start voltage between the first discharge electrode and the second discharge electrode.
  • the discharge auxiliary part is made of a sintered body containing conductive particles and at least one of semiconductor particles and insulating particles.
  • At least the discharge assisting portion of the ceramic insulating material and the discharge assisting portion includes at least one of an alkali metal component and a boron component.
  • the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the discharge auxiliary part is larger than the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the ceramic insulating material.
  • the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the discharge assisting portion is 0.5 mol% or more.
  • the content of at least one of an alkali metal component and a boron component in the ceramic insulating material is 0.5 mol% or less.
  • the ceramic insulating material includes a glass component.
  • the first and second discharge electrodes are respectively provided on the surface of the ceramic insulating material.
  • the first and second discharge electrodes are each provided inside a ceramic insulating material.
  • the ceramic insulating material has a cavity.
  • the first and second discharge electrodes are provided so that the respective tip portions are located in the cavity.
  • the ESD protection apparatus is disposed on the ceramic insulating material, and the first external electrode is electrically connected to the first discharge electrode. And a second external electrode disposed on the ceramic insulating material and electrically connected to the second discharge electrode.
  • an ESD protection device having excellent ESD characteristics can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional 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 second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the ESD protection apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the ESD protection apparatus according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an ESD protection apparatus according to this embodiment.
  • the ESD protection device 1 has a ceramic insulating material 10 having a cavity 11.
  • the ceramic insulating material 10 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the ceramic insulating material 10 can be composed of an appropriate insulating ceramic.
  • the ceramic insulating material 10 can be composed of, for example, low temperature co-fired ceramics (LTCC) containing Ba, Al, and Si as main components.
  • LTCC low temperature co-fired ceramics
  • the ceramic insulating material 10 may contain at least one of an alkali metal component and a boron component.
  • the ceramic insulating material 10 preferably contains a glass component.
  • the ceramic insulating material 10 is provided with first and second discharge electrodes 21 and 22.
  • the first and second discharge electrodes 21 and 22 are provided inside the ceramic insulating material 10.
  • the distal end portion of the first discharge electrode 21 and the distal end portion of the second discharge electrode 22 are located in the cavity 11.
  • the front end portion of the first discharge electrode 21 and the front end portion of the second discharge electrode 22 are opposed to each other in the cavity 11.
  • the tip of the first discharge electrode 21 and the tip of the second discharge electrode 22 do not necessarily have to face each other.
  • the tip of the first discharge electrode 21 is located on one inner surface of the cavity 11, while the tip of the second discharge electrode 22 is located on the other inner surface of the cavity 11. Also good.
  • the shape of the first and second discharge electrodes 21, 22 Arrangement and the like are not particularly limited.
  • first and second discharge electrodes 21 and 22 may be provided.
  • First and second external electrodes 31 and 32 are provided on the outer surface of the ceramic insulating material 10.
  • the first external electrode 31 is electrically connected to the first discharge electrode 21.
  • the second external electrode 32 is electrically connected to the second discharge electrode 22.
  • the first and second discharge electrodes 21 and 22 and the first and second external electrodes 31 and 32 are Cu, Ag, Pd, Pt, Al, Ni, W, or an alloy containing at least one of them. It can comprise with appropriate materials, such as.
  • the discharge auxiliary part 51 has a function of reducing the discharge start voltage between the first discharge electrode 21 and the second discharge electrode 22. Specifically, by providing the discharge auxiliary portion 51, in addition to the creeping discharge and the air discharge, discharge via the discharge auxiliary portion 51 also occurs. Usually, the creeping discharge, the air discharge, and the discharge via the discharge auxiliary portion 51 have the lowest starting voltage of the discharge via the discharge auxiliary portion 51. Therefore, by providing the discharge auxiliary portion 51, the discharge start voltage between the first discharge electrode 21 and the second discharge electrode 22 can be reduced. Therefore, the dielectric breakdown of the ESD protection apparatus 1 can be suppressed. Moreover, the responsiveness of the ESD protection apparatus 1 can be improved by providing the discharge auxiliary part 51.
  • the discharge auxiliary part 51 is composed of a sintered body including the first particles 51a and the second particles 51b.
  • the particle diameter of the first particles 51a is larger than the particle diameter of the second particles 51b.
  • the particle diameter of the first particles 51a can be, for example, about 2 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • the particle diameter of the second particles 51b can be, for example, about 0.1 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • the first particles 51a are composed of conductive particles.
  • the second particles 51b are composed of at least one of semiconductor particles and insulating particles.
  • the semiconductor particles are particles having at least a surface layer made of a semiconductor material, and are not limited to particles made entirely of a semiconductor material.
  • the insulative particles are particles having at least a surface layer made of an insulating material, and are not limited to particles made entirely of an insulating material.
  • the second particles 51b may be composed only of semiconductor particles, may be composed only of insulating particles, or may be composed of semiconductor particles and insulating particles.
  • Specific examples of the conductive particles preferably used include Cu particles and Ni particles.
  • the conductive particles may be coated with, for example, an insulating material or a semiconductor material.
  • Specific examples of the semiconductor particles that are preferably used include, for example, particles made of carbide such as silicon carbide, titanium carbide, zirconium carbide, molybdenum carbide, or tungsten carbide, titanium nitride, zirconium nitride, chromium nitride, vanadium nitride, or tantalum nitride.
  • Particles made of nitride particles made of silicide such as titanium silicide, zirconium silicide, tungsten silicide, molybdenum silicide, chromium silicide, titanium boride, zirconium boride, chromium boride, lanthanum boride, boron
  • examples thereof include particles made of borides such as molybdenum fluoride and tungsten boride, and particles made of oxides such as zinc oxide and strontium titanate.
  • Specific examples of the insulating particles that are preferably used include aluminum oxide particles.
  • the discharge assistant 51 includes at least one of an alkali metal component and a boron component.
  • the alkali metal component preferably used include potassium, sodium, lithium, rubidium and the like.
  • the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the discharge auxiliary portion 51 is greater than the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the ceramic insulating material 10.
  • the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the discharge assistant 51 is 5 to 300 times the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the ceramic insulating material 10. Preferably, it is 10 to 100 times.
  • the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the discharge auxiliary portion 51 is preferably 0.5 mol% to 30 mol%, and more preferably 1 mol% to 10 mol%.
  • the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the ceramic insulating material 10 is preferably 0.5 mol% or less, and more preferably 0.3 mol% or less.
  • the discharge auxiliary part 51 may contain a glass component.
  • a protective layer 52 is provided between the ceramic insulating material 10 and at least one tip of the first and second discharge electrodes 21 and 22. Specifically, the protective layer 52 is provided so as to cover substantially the entire inner wall of the cavity 11. By providing this protective layer 52, it is possible to suppress the component contained in the ceramic insulating material 10 from reaching the tip. Therefore, it is possible to suppress a decrease in discharge characteristics due to deterioration of the first and second discharge electrodes 21 and 22 of the ESD protection apparatus 1.
  • the protective layer 52 is preferably made of a ceramic having a higher sintering temperature than the ceramic constituting the ceramic insulating material 10.
  • the ceramic insulating material 10 preferably contains at least one selected from the group consisting of alumina, mullite, zirconia, magnesia and quartz, for example.
  • a ceramic green sheet for constituting the ceramic insulating material 10 is prepared.
  • the ceramic green sheet preferably contains a glass component.
  • the ceramic green sheet may contain an alkali metal component or a boron component.
  • the ceramic green sheet may contain, for example, an alkali metal oxide such as potassium oxide, an alkali metal carbonate, an alkali metal nitrate, or the like as an alkali metal component.
  • a discharge auxiliary part forming paste for constituting the discharge auxiliary part is applied on the ceramic green sheet to form a discharge auxiliary part forming paste layer.
  • a conductive paste for forming the discharge electrode is applied on the ceramic green sheet to form a conductive paste layer.
  • a resin paste for forming the cavity 11 is applied to form a resin paste layer.
  • the discharge assisting portion forming paste layer includes first particles 51a and second particles 51b, and at least one of an alkali metal component and a boron component.
  • the first particles 51a may be coated with an insulating layer made of, for example, aluminum oxide.
  • the resin paste for example, polyethylene terephthalate resin, polypropylene resin, acrylic resin and the like are preferably used.
  • a ceramic green sheet having a discharge auxiliary portion forming paste layer formed on the surface a ceramic green sheet having a conductive paste layer formed on the surface, a ceramic green sheet having a resin paste layer formed on the surface, And the ceramic green sheet in which the layer is not formed on the surface is laminated
  • the green sheet laminate is sintered. Thereafter, the ESD protection device 1 can be completed by forming the first and second external electrodes 31 and 32 on the sintered body by, for example, plating or baking a conductive paste.
  • the green sheet laminate can be sintered at a temperature of about 850 ° C. to 1000 ° C., for example.
  • At least the discharge auxiliary portion 51 of the ceramic insulating material 10 and the discharge auxiliary portion 51 includes at least one of an alkali metal component and a boron component.
  • the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the discharge auxiliary portion 51 is greater than the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the ceramic insulating material 10. For this reason, when a sintering aid such as an alkali metal component or a boron component is not added, it is usually possible to lower the preferred sintering temperature of the discharge assisting portion whose preferred sintering temperature is higher than that of the ceramic insulating material.
  • the difference between the preferred sintering temperature of the ceramic insulating material 10 and the preferred sintering temperature of the discharge auxiliary portion 51 can be reduced. Accordingly, both the ceramic insulating material 10 and the auxiliary discharge portion 51 can be suitably sintered. Therefore, excellent ESD characteristics can be realized.
  • the ceramic insulating material 10 is caused by volatilization of the alkali metal component and the boron component during sintering. The occurrence of uneven concentration of these components can be suppressed. Therefore, the ESD protection device 1 can be suitably manufactured even in the release sheath. Therefore, high productivity can be realized.
  • the content of at least one of the alkali metal component and the boron component in the ceramic insulating material 10 is more preferably 0.3 mol% or less, and is 0.1 mol% or less. It is more preferable that the ceramic insulating material 10 does not substantially contain an alkali metal component and a boron component.
  • the ceramic insulating material 10 contains a glass component
  • the viscosity of the glass component during sintering is lowered by the alkali metal component and the boron component contained in the discharge assisting part 51.
  • the sinterability of the ceramic insulating material 10 is improved.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the first and second discharge electrodes 21 and 22 may be provided on the surface of the ceramic insulating material 10.
  • the protective layer 60 is provided on the ceramic insulating material 10 so as to cover the respective tip portions of the first and second discharge electrodes 21 and 22.
  • the protective layer 60 can be made of, for example, a resin.
  • the ESD protection device 2 may be provided integrally with the wiring board.
  • the ESD protection device 2 may constitute an ESD protection mechanism built-in wiring board that incorporates an ESD protection mechanism having at least one ESD protection function.
  • the ESD protection device may not include the protective layer 52.
  • Ceramics used for the construction of the ceramic insulating material Ceramics mainly composed of Ba, Al and Si Discharge electrode, external electrode, internal conductor: Cu Dimensions of ESD protection device: length 1.0mm x width 0.5mm x thickness 0.3mm Discharge electrode width: 100 ⁇ m Discharge gap distance: 30 ⁇ m Content of alkali metal component (K) in discharge auxiliary part: 0 mol% Content of alkali metal component (K) in ceramic insulating material: 0 mol% Sintering: Release sheath
  • Example 1 An ESD protection device was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the content of the alkali metal component (K) in the discharge auxiliary part was 0.5 mol%.
  • Example 2 An ESD protection device was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the content of the alkali metal component (K) in the discharge auxiliary part was 1 mol%.
  • Example 3 An ESD protection device was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the content of the alkali metal component (K) in the discharge auxiliary part was 5 mol%.
  • Example 4 An ESD protection device was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the content of the alkali metal component (K) in the discharge auxiliary part was 10 mol%.
  • Example 5 An ESD protection device was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the content of the alkali metal component (K) in the discharge auxiliary part was 30 mol%.
  • Example 6 An ESD protection device was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the content of the alkali metal component (K) in the discharge auxiliary part was 40 mol%.
  • Example 7 An ESD protection device was produced in the same manner as in Example 3 except that the content of the alkali metal component (K) in the ceramic insulating material was 0.1 mol%.
  • Example 8 An ESD protection device was produced in the same manner as in Example 3 except that the content of the alkali metal component (K) in the ceramic insulating material was 0.5 mol%.
  • Example 9 An ESD protection device was produced in the same manner as in Example 3 except that the content of the alkali metal component (K) in the ceramic insulating material was 1 mol%.
  • the clamp voltage can be reduced by making the content of the alkali metal component in the discharge auxiliary portion larger than the content of the alkali metal component in the ceramic insulating material. From the viewpoint of realizing a lower clamping voltage, it can be seen that the content of the alkali metal component in the discharge assisting portion is preferably 0.5 mol% or more, more preferably 1 mol% or more.
  • the clamping voltage was low, but a phenomenon of adhesion to the sheath occurred, and the ESD protection device could not be sintered properly by releasing it.
  • the content of the alkali metal component in the ceramic insulating material is preferably 1 mol% or less.
  • the reason why it is easy to adhere to the sheath when the content of the alkali metal component and boron component in the ceramic insulating material is high is that the content of the glass component in the ceramic insulating material is excessively increased by the alkali metal component and boron component. It is believed that there is.
  • Example 6 in which the content of the alkali metal component in the discharge auxiliary portion was 40 mol%, the insulation resistance was as low as 0.3 ⁇ . From the viewpoint of realizing high insulation resistance, it is understood that the content of the alkali metal component in the discharge assisting portion is preferably 30 mol% or less, and more preferably 10 mol% or less.

Abstract

 優れたESD特性を有するESD保護装置を提供する。 ESD保護装置1は、セラミック絶縁材10と、第1及び第2の放電電極21,22と、放電補助部51とを備える。放電補助部51は、第1の放電電極21と第2の放電電極22との間の放電開始電圧を低下させる電極である。放電補助部51は、導電性粒子と、半導体粒子及び絶縁性粒子のうちの少なくとも一方とを含む焼結体からなる。セラミック絶縁材10と放電補助部51とのうちの少なくとも放電補助部51は、アルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方を含む。放電補助部51におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量が、セラミック絶縁材10におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量よりも多い。

Description

ESD保護装置
 本発明は、ESD保護装置に関する。
 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、セラミック絶縁材の内部に配された一対の放電電極と、それら一対の放電電極のそれぞれに接触するように設けられた放電補助部とを備えるESD保護装置が記載されている。
特開2010-129320号公報
 ESD保護装置のセラミック絶縁材は、例えば、セラミックグリーンシートの積層体であるグリーンシート積層体を焼結させることにより作製される。グリーンシート積層体の焼結性を向上させる観点から、グリーンシート積層体にアルカリ金属成分やホウ素成分などの焼結助剤を添加することが考えられる。しかしながら、焼結助剤は、一般的に揮発しやすい。よって、グリーンシート積層体の焼結時に焼結助剤が揮発し、焼結助剤の濃度ばらつきが生じやすい。焼結助剤の濃度がばらつくと、収縮率等にもばらつきが生じる。焼結助剤の揮発を抑制する方法として、密閉さやで焼結を行うことも考えられるが、密閉さやで焼結を行うと、ESD保護装置の生産性が低くなるという問題がある。
 このような問題に鑑み、焼結助剤をグリーンシート積層体に添加しないことも考えられる。この場合は、グリーンシート積層体からの焼結助剤の揮発を考慮する必要がない。よって、グリーンシート積層体を解放さやで焼結することができる。しかしながら、この場合は、一般的にグリーンシート積層体よりも焼結しにくい放電補助部の焼結が不十分となり、十分に優れたESD特性が得られない場合があるという問題がある。
 本発明の主な目的は、優れたESD特性を有するESD保護装置を提供することにある。
 本発明に係るESD保護装置は、セラミック絶縁材と、第1及び第2の放電電極と、放電補助部とを備える。第1及び第2の放電電極は、セラミック絶縁材に設けられている。放電補助部は、第1の放電電極の先端部と第2の放電電極の先端部との間に配されている。放電補助部は、第1の放電電極と第2の放電電極との間の放電開始電圧を低下させる電極である。放電補助部は、導電性粒子と、半導体粒子及び絶縁性粒子のうちの少なくとも一方とを含む焼結体からなる。セラミック絶縁材と放電補助部とのうちの少なくとも放電補助部は、アルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方を含む。放電補助部におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量が、セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量よりも多い。
 本発明に係るESD保護装置のある特定の局面では、放電補助部におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量が、0.5mol%以上である。
 本発明に係るESD保護装置の別の特定の局面では、セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量が、0.5mol%以下である。
 本発明に係るESD保護装置の他の特定の局面では、セラミック絶縁材がガラス成分を含む。
 本発明に係るESD保護装置の他の特定の局面では、第1及び第2の放電電極が、それぞれ、セラミック絶縁材の表面上に設けられている。
 本発明に係るESD保護装置のさらに他の特定の局面では、第1及び第2の放電電極は、それぞれ、セラミック絶縁材の内部に設けられている。
 本発明に係るESD保護装置のさらに別の特定の局面では、セラミック絶縁材は、空洞を有する。第1及び第2の放電電極は、それぞれの先端部が空洞内に位置するように設けられている。
 本発明に係るESD保護装置のまた他の特定の局面では、ESD保護装置は、セラミック絶縁材の上に配されており、第1の放電電極に電気的に接続された第1の外部電極と、セラミック絶縁材の上に配されており、第2の放電電極に電気的に接続された第2の外部電極とをさらに備える。
 本発明によれば、優れたESD特性を有する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保護装置の略図的断面図である。 図2は、第2の実施形態に係るESD保護装置の略図的断面図である。 図3は、第3の実施形態に係るESD保護装置の略図的断面図である。 図4は、第4の実施形態に係るESD保護装置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、本実施形態に係るESD保護装置の略図的断面図である。
 図1に示されるように、ESD保護装置1は、空洞11を有するセラミック絶縁材10を有する。セラミック絶縁材10は、直方体状である。セラミック絶縁材10は、適宜の絶縁性セラミックスにより構成することができる。具体的には、セラミック絶縁材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。セラミック絶縁材10は、アルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方を含んでいてもよい。セラミック絶縁材10は、ガラス成分を含んでいることが好ましい。
 セラミック絶縁材10には、第1及び第2の放電電極21,22が設けられている。第1及び第2の放電電極21,22は、セラミック絶縁材10の内部に設けられている。第1の放電電極21の先端部と、第2の放電電極22の先端部とは、空洞11内に位置している。第1の放電電極21の先端部と、第2の放電電極22の先端部とは、空洞11内において対向している。このような構成とすることにより、ESD保護装置1の応答性を向上すると共に、ESD保護装置1の耐久性を向上することができる。
 なお、第1の放電電極21の先端部と第2の放電電極22の先端部が対向している必要は必ずしもない。例えば、第1の放電電極21の先端部が空洞11の一の内表面上に位置している一方、第2の放電電極22の先端部が空洞11の他の内表面上に位置していてもよい。つまり、第1の放電電極21の先端部と第2の放電電極22の先端部との間で放電が生じるような形態である限りにおいて、第1及び第2の放電電極21,22の形状や配置等は特に限定されない。
 また、第1及び第2の放電電極21,22が複数組設けられていてもよい。
 セラミック絶縁材10の外表面の上には、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の放電電極21と電気的に接続されている。第2の外部電極32は、第2の放電電極22と電気的に接続されている。
 なお、第1及び第2の放電電極21,22並びに第1及び第2の外部電極31,32は、それぞれ、Cu、Ag,Pd,Pt,Al,Ni,Wやそれらの少なくとも一種を含む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の放電電極21の先端部と第2の放電電極22の先端部との間には、放電補助部51が配されている。放電補助部51は、第1の放電電極21と第2の放電電極22との間の放電開始電圧を低下させる機能を有する。具体的には、放電補助部51を設けることにより、沿面放電と気中放電とに加えて、放電補助部51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部51を経由した放電とでは、放電補助部51を経由した放電の開始電圧が最も低い。従って、放電補助部51を設けることにより、第1の放電電極21と第2の放電電極22との間の放電開始電圧を低下させることができる。よって、ESD保護装置1の絶縁破壊を抑制することができる。また、放電補助部51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。
 放電補助部51は、第1の粒子51aと、第2の粒子51bとを含む焼結体により構成されている。第1の粒子51aの粒子径は、第2の粒子51bの粒子径よりも大きい。第1の粒子51aの粒子径は、例えば2μm~3μm程度とすることができる。第2の粒子51bの粒子径は、例えば0.1μm~1μm程度とすることができる。
 第1の粒子51aは、導電性粒子により構成されている。第2の粒子51bは、半導体粒子及び絶縁性粒子のうちの少なくとも一方により構成されている。ここで、半導体粒子は、少なくとも表層が半導体材料からなる粒子であり、全体が半導体材料からなる粒子に限定されない。絶縁性粒子は、少なくとも表層が絶縁材料からなる粒子であり、全体が絶縁材料からなる粒子に限定されない。
 第2の粒子51bは、半導体粒子のみにより構成されていてもよいし、絶縁性粒子のみにより構成されていてもよいし、半導体粒子と絶縁性粒子とにより構成されていてもよい。好ましく用いられる導電性粒子の具体例としては、例えば、Cu粒子、Ni粒子等が挙げられる。導電性粒子は、例えば、絶縁材料や半導体材料によりコートされていてもよい。好ましく用いられる半導体粒子の具体例としては、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からなる粒子、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からなる粒子、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からなる粒子、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からなる粒子、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム等の酸化物からなる粒子等が挙げられる。好ましく用いられる絶縁性粒子の具体例としては、例えば、酸化アルミニウム粒子等が挙げられる。
 放電補助部51は、アルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方を含んでいる。好ましく用いられるアルカリ金属成分の具体例としては、例えば、カリウム、ナトリウム、リチウム、ルビジウム等が挙げられる。放電補助部51におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量は、セラミック絶縁材10におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量よりも多い。放電補助部51におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量は、セラミック絶縁材10におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量の5倍~300倍であることが好ましく、10倍~100倍であることがより好ましい。放電補助部51におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量は、0.5mol%~30mol%であることが好ましく、1mol%~10mol%であることがより好ましい。セラミック絶縁材10におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量は、0.5mol%以下であることが好ましく、0.3mol%以下であることがより好ましい。
 放電補助部51は、ガラス成分を含んでいてもよい。
 セラミック絶縁材10と第1及び第2の放電電極21,22の少なくとも一方の先端部との間には、保護層52が設けられている。具体的には、保護層52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52を設けることによりセラミック絶縁材10に含まれる成分が先端部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の第1及び第2の放電電極21,22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52は、セラミック絶縁材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。セラミック絶縁材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。
 次に、ESD保護装置1の製造方法の一例について説明する。
 まず、セラミック絶縁材10を構成するためのセラミックグリーンシートを用意する。セラミックグリーンシートは、ガラス成分を含むことが好ましい。セラミックグリーンシートは、アルカリ金属成分やホウ素成分を含んでいてもよい。セラミックグリーンシートは、例えば、アルカリ金属成分として、酸化カリウムなどのアルカリ金属酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属硝酸塩等を含んでいてもよい。
 次に、セラミックグリーンシートの上に、放電補助部を構成するための、放電補助部形成用ペーストを塗布し、放電補助部形成用ペースト層を形成する。また、セラミックグリーンシートの上に、放電電極を構成するための導電性ペーストを塗布し、導電性ペースト層を形成する。セラミックグリーンシートの上に、空洞11を形成するための樹脂ペーストを塗布し、樹脂ペースト層を形成する。なお、放電補助部形成用ペースト層は、第1の粒子51a及び第2の粒子51bと、アルカリ金属成分及びホウ素成分の少なくとも一方を含む。放電補助部形成用ペースト層において、第1の粒子51aは、例えば、酸化アルミニウムなどからなる絶縁層によりコーティングされていてもよい。樹脂ペーストとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂等が好ましく用いられる。
 次に、放電補助部形成用ペースト層が表面上に形成されたセラミックグリーンシート、導電性ペースト層が表面上に形成されたセラミックグリーンシート、樹脂ペースト層が表面上に形成されたセラミックグリーンシート、及び表面上に層が形成されていないセラミックグリーンシートを適宜積層し、グリーンシート積層体を作製する。
 次に、グリーンシート積層体を焼結させる。その後、焼結体の上に、例えばめっきや導電性ペーストの焼き付けなどにより第1及び第2の外部電極31,32を形成することによりESD保護装置1を完成させることができる。なお、グリーンシート積層体の焼結は、例えば、850℃~1000℃程度の温度で行うことができる。
 以上説明したように、ESD保護装置1では、セラミック絶縁材10と放電補助部51とのうちの少なくとも放電補助部51が、アルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方を含む。そして、放電補助部51におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量がセラミック絶縁材10におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量よりも多い。このため、アルカリ金属成分やホウ素成分といった焼結助剤が添加されていない場合に、通常、焼結好適温度がセラミック絶縁材よりも高い放電補助部の焼結好適温度を低くすることができる。その結果、セラミック絶縁材10の焼結好適温度と、放電補助部51の焼結好適温度との差を小さくすることができる。従って、セラミック絶縁材10と放電補助部51との両方を好適に焼結させることができる。よって、優れたESD特性を実現することができる。
 また、セラミック絶縁材10におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量を0.5mol%以下とすることにより、セラミック絶縁材10の焼結時にアルカリ金属成分やホウ素成分の揮発に起因するこれら成分の濃度むらの発生を抑制することができる。従って、ESD保護装置1は、解放さやにおいても好適に製造することができる。よって、高い生産性を実現することができる。より高い生産性を実現する観点からは、セラミック絶縁材10におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量が0.3mol%以下であることがより好ましく、0.1mol%以下であることがさらに好ましく、セラミック絶縁材10がアルカリ金属成分及びホウ素成分を実質的に含まないことがなお好ましい。
 また、セラミック絶縁材10がガラス成分を含む場合は、放電補助部51に含まれるアルカリ金属成分やホウ素成分によって焼結時におけるガラス成分の粘度が低下する。その結果、セラミック絶縁材10の焼結性が高められる。
 なお、本実施形態では、第1及び第2の放電電極21,22がセラミック絶縁材10の内部に設けら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2に示されるように、第1及び第2の放電電極21,22は、セラミック絶縁材10の表面上に設けられていてもよい。その場合は、第1及び第2の放電電極21,22のそれぞれの先端部を覆うように、セラミック絶縁材10上に保護層60が設けられていることが好ましい。保護層60は、例えば樹脂により構成することができる。
 また、図3に示されるように、ESD保護装置2は、配線基板と一体に設けられていてもよい。すなわち、ESD保護装置2は、少なくとも一つのESD保護機能を有するESD保護機構を内蔵するESD保護機構内蔵配線基板を構成していてもよい。
 また、図4に示されるように、ESD保護装置は、保護層52を備えていなくてもよい。
 (比較例1)
 下記の条件で、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で説明した方法により作製した。
 セラミック絶縁材の構成に用いたセラミックス:Ba、Al及びSiを主体とするセラミックス
 放電電極、外部電極、内部導体:Cu
 ESD保護装置の寸法:長さ1.0mm×幅0.5mm×厚み0.3mm
 放電電極の幅:100μm
 放電ギャップの距離:30μm
 放電補助部におけるアルカリ金属成分(K)の含有量:0mol%
 セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分(K)の含有量:0mol%
 焼結:解放さや
 (実施例1)
 放電補助部におけるアルカリ金属成分(K)の含有量を0.5mol%としたこと以外は比較例1と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (実施例2)
 放電補助部におけるアルカリ金属成分(K)の含有量を1mol%としたこと以外は比較例1と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (実施例3)
 放電補助部におけるアルカリ金属成分(K)の含有量を5mol%としたこと以外は比較例1と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (実施例4)
 放電補助部におけるアルカリ金属成分(K)の含有量を10mol%としたこと以外は比較例1と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (実施例5)
 放電補助部におけるアルカリ金属成分(K)の含有量を30mol%としたこと以外は比較例1と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (実施例6)
 放電補助部におけるアルカリ金属成分(K)の含有量を40mol%としたこと以外は比較例1と同様にしてESD保護装置を作製した。
 (実施例7)
 セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分(K)の含有量を0.1mol%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。
 (実施例8)
 セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分(K)の含有量を0.5mol%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。
 (実施例9)
 セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分(K)の含有量を1mol%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2)
 セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分(K)の含有量を5mol%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。
 なお、比較例2においては、焼成後において、ESD保護装置のいくつかがさやに接着する現象がおきた。
 (比較例3)
 セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分(K)の含有量を10mol%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。
 なお、比較例3においては、焼成後において、ESD保護装置の多数がさやに接着する現象がおきた。
 比較例1~3及び実施例1~9のそれぞれにおいて作製したESD保護装置のクランプ電圧(放電開始電圧)と絶縁抵抗(logIR)とを測定した。結果を表1,2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1,2に示す結果から、放電補助部におけるアルカリ金属成分の含有量をセラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分の含有量より多くすることによりクランプ電圧を低減できることが分かる。より低いクランプ電圧を実現する観点からは、放電補助部におけるアルカリ金属成分の含有量が0.5mol%以上であることが好ましく、1mol%以上であることがより好ましいことが分かる。
 なお、比較例2,3においてもクランプ電圧は低かったが、さやに接着する現象が生じ、ESD保護装置を解放さやで好適に焼結させることができなかった。ESD保護装置を解放さやで好適に焼結させることができるようにする観点からは、セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分の含有量が1mol%以下であることが好ましいことが分かる。なお、セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分やホウ素成分の含有量が高いときにさやに接着しやすいのは、アルカリ金属成分やホウ素成分によりセラミック絶縁材中のガラス成分の含有量が多くなりすぎるためであると考えられる。
 また、放電補助部におけるアルカリ金属成分の含有量が40mol%である実施例6では、絶縁抵抗が0.3Ωと低かった。高い絶縁抵抗を実現する観点からは、放電補助部におけるアルカリ金属成分の含有量が30mol%以下であることが好ましく、10mol%以下であることがより好ましいことが分かる。
1…ESD保護装置
10…セラミック絶縁材
11…空洞
21…第1の放電電極
22…第2の放電電極
31…第1の外部電極
32…第2の外部電極
51…放電補助部
51a…第1の粒子
51b…第2の粒子
52…保護層
60…保護層

Claims (8)

  1.  セラミック絶縁材と、
     前記セラミック絶縁材に設けられた第1及び第2の放電電極と、
     前記第1の放電電極の先端部と前記第2の放電電極の先端部との間に配されており、前記第1の放電電極と前記第2の放電電極との間の放電開始電圧を低下させる電極であって、導電性粒子と、半導体粒子及び絶縁性粒子のうちの少なくとも一方とを含む焼結体からなる放電補助部と、
    を備え、
     前記セラミック絶縁材と前記放電補助部とのうちの少なくとも前記放電補助部は、アルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方を含み、
     前記放電補助部におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量が、前記セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量よりも多い、ESD保護装置。
  2.  前記放電補助部におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量が、0.5mol%以上である、請求項1に記載のESD保護装置。
  3.  前記セラミック絶縁材におけるアルカリ金属成分及びホウ素成分のうちの少なくとも一方の含有量が、0.5mol%以下である、請求項1または2に記載のESD保護装置。
  4.  前記セラミック絶縁材がガラス成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載のESD保護装置。
  5.  前記第1及び第2の放電電極が、それぞれ、前記セラミック絶縁材の表面上に設けられている、請求項1~4のいずれか一項に記載のESD保護装置。
  6.  前記第1及び第2の放電電極は、それぞれ、前記セラミック絶縁材の内部に設けられている、請求項1~4のいずれか一項に記載のESD保護装置。
  7.  前記セラミック絶縁材は、空洞を有し、
     前記第1及び第2の放電電極は、それぞれの先端部が前記空洞内に位置するように設けられている、請求項6に記載のESD保護装置。
  8.  前記セラミック絶縁材の上に配されており、前記第1の放電電極に電気的に接続された第1の外部電極と、
     前記セラミック絶縁材の上に配されており、前記第2の放電電極に電気的に接続された第2の外部電極と、
    をさらに備える、請求項1~7のいずれか一項に記載のESD保護装置。
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