WO2014098084A1 - Ｅｓｄ保護デバイス - Google Patents

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WO2014098084A1
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WO
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discharge
protection device
esd protection
cavity
discharge electrodes
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PCT/JP2013/083767
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English (en)
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Inventor
喜人 大坪
足立　淳
Original Assignee
株式会社 村田製作所
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Publication date
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    • H01T2/00—Spark gaps comprising auxiliary triggering means
    • H01T2/02—Spark gaps comprising auxiliary triggering means comprising a trigger electrode or an auxiliary spark gap
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H01B3/12—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances ceramics
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    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/06—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using spark-gap arresters

Definitions

  • the present invention relates to an ESD protection device including at least one pair of discharge electrodes opposed via a cavity formed in a ceramic laminate.
  • FIG. 10 shows a conventional ESD protection device 1000 described in Patent Document 1.
  • 10A is a cross-sectional view of the ESD protection device 1000
  • FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line II of the ESD protection device 1000 in FIG. 10A.
  • the ESD protection device 1000 includes a ceramic laminate 101 in which a plurality of ceramic layers are laminated. A cavity 102 is formed inside the ceramic laminate 101.
  • a pair of discharge electrodes 103 and 103 are disposed between the plurality of ceramic layers.
  • Each of the pair of discharge electrodes 103, 103 has one main surface and the other main surface, and four end surfaces 103a, 103a connecting the one main surface and the other main surface.
  • One end surface 103 a of one discharge electrode 103 of the pair of discharge electrodes 103, 103 and one end surface 103 a of the other discharge electrode 103 are opposed to each other through the cavity 102.
  • External electrodes 105 and 105 connected to the discharge electrodes 103 and 103 are formed on the surface of the ceramic laminate 101.
  • the other main surface side of the pair of discharge electrodes 103 and 103 and the bottom surface of the cavity portion 102 are integrally formed over the region 102 a between the opposing end surfaces 103 a and 103 a of the pair of discharge electrodes 103 and 103, from metal.
  • a discharge auxiliary electrode 104 including a conductive material and an insulating material made of ceramic is formed. The portions exposed to the cavity 102 of the discharge electrodes 103 and 103 are joined to the discharge auxiliary electrode 104 only on the other main surface.
  • the ESD protection device 1000 is used by being disposed, for example, between a signal line of a circuit and the ground.
  • a voltage that causes dielectric breakdown between the pair of discharge electrodes 103 and 103 (voltage higher than the discharge start voltage) is applied, a discharge occurs between the discharge electrodes 103 and 103 in the cavity 102, and the discharge causes excessive discharge.
  • the voltage can be guided to the ground, and the subsequent circuit can be protected.
  • the portion exposed to the cavity 102 of the discharge electrodes 103 and 103 is easily peeled off from the discharge auxiliary electrode 104 due to an impact applied at the time of discharge. There was a problem that it might change.
  • An object of the present invention is to provide an ESD protection device that operates with a discharge start voltage as low as that of the prior art and has a small change in discharge start voltage due to repeated discharge.
  • an ESD protection device of the present invention includes a ceramic laminate in which a plurality of ceramic layers are laminated, a cavity formed inside the ceramic laminate, and the ceramic layers. At least one having a first main surface and the other main surface, a plurality of end surfaces connecting the one main surface and the other main surface, and a corner portion connecting adjacent end surfaces of the plurality of end surfaces.
  • One end face of the discharge electrode is an ESD protection device facing through the cavity, and the cavity is a region between the facing end faces, the facing end face and the corner portion. Region along the other end face connected through, and is characterized in that it is formed integrally with the other hand on the main surface, the area along the region and the another end face along the end face of the opposite.
  • an ESD protection device that operates with a discharge start voltage as low as that of the prior art and has a small change in discharge start voltage due to repeated discharge.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of an ESD protection device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line II of the ESD protection device 100 in FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of Comparative Example 1 of the ESD protection device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of Comparative Example 2 of the ESD protection device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a modified example of the ESD protection device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an ESD protection device 500 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of Comparative Example 3 of the ESD protection device 500 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of Comparative Example 4 of the ESD protection device 500 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a first modification of the ESD protection device 500 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a second modification of the ESD protection device 500 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional ESD protection device 1000.
  • FIG. 1 shows an ESD protection device 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of the ESD protection device 100.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line II of the ESD protection device 100 in FIG.
  • the ESD protection device 100 includes a cuboid ceramic laminate 1 in which a plurality of ceramic layers are laminated.
  • the ceramic laminate 1 is made of, for example, a BaO—Al 2 O 3 —SiO 2 low temperature sintered ceramic material (hereinafter referred to as a BAS material).
  • a pair of rectangular parallelepiped discharge electrodes 3 and 3 are disposed between the plurality of ceramic layers.
  • Each of the pair of discharge electrodes 3, 3 includes one main surface and the other main surface, four end surfaces 3a connecting the one main surface and the other main surface, and four end surfaces adjacent to each other among the four end surfaces 3a. And two corner portions 3b.
  • the discharge electrodes 3 and 3 are made of a conductive material such as Cu, for example.
  • the discharge auxiliary electrode 4 includes, for example, a conductive material such as alumina-coated Cu particles and a semiconductor material made of ceramic such as SiC.
  • External electrodes 5 and 5 connected to the discharge electrodes 3 and 3 are formed on the surface of the ceramic laminate 1.
  • the external electrodes 5 and 5 are made of Ag, for example.
  • a hollow portion 2 is formed inside the ceramic laminate 1.
  • One end surface 3 a of one discharge electrode 3 of the pair of discharge electrodes 3, 3 and one end surface 3 a of the other discharge electrode 3 are opposed to each other through the cavity 2.
  • the cavity 2 is a region 2a between the opposing end faces 3a, 3a of the pair of discharge electrodes 3, 3, another end face connected through the opposing end faces 3a, 3a and the corners 3b, 3b, 3b, 3b.
  • the discharge electrodes 3 and 3 are made of a conductive material such as Cu
  • the discharge auxiliary electrode 4 is made of a material obtained by mixing a conductive material such as Cu and a semiconductor material made of ceramic such as SiC. Therefore, the discharge electrodes 3 and 3 and the discharge auxiliary electrode 4 are made of different materials, so that the bondability is poor, and the discharge electrodes 3 and 3 exposed to the cavity 2 are easily peeled off from the discharge auxiliary electrode 4 due to impact during discharge. .
  • the area of the ceramic laminate 1 on the discharge electrodes 3 and 3 is formed so as to leave the U-shaped region 3e along the other end faces 3c and 3c as the cavity 2, and the cavity of the discharge electrodes 3 and 3 is formed.
  • the area of the part exposed to the part 2 is reduced. Therefore, the discharge electrodes 3 and 3 are suppressed from being peeled off from the auxiliary discharge electrode 4 due to the impact during discharge, and the change in the discharge start voltage due to repeated discharge can be reduced.
  • the side connecting the opposite end surfaces 3a, 3a and the U-shaped regions 3e, 3e, the other end surfaces 3c, 3c, 3c and the U-shaped regions 3e, 3e are connected.
  • the shape of the cavity 2 is conventionally set so that the periphery of the sides and the portions of the discharge electrodes 3 and 3 that are likely to generate discharge, such as the corners 3b, 3b, 3b, and 3b, are left as exposed portions of the cavity 2. Therefore, it is possible to maintain the discharge start voltage as low as the conventional one.
  • the ESD protection device 100 can reduce a change in the discharge start voltage due to repeated discharges while maintaining a discharge start voltage as low as the conventional one. it can.
  • the boundary between the ceramic laminate 1 and one main surface of the discharge electrodes 3, 3 exposed in the cavity 2 is U-shaped. Since the shape of the boundary is not a straight line but a U-shape, when the ESD protection device 100 is mounted on the substrate by reflow, the force applied to the ceramic laminate 1 due to the thermal expansion of the gas in the cavity 2 is dispersed. Thus, the ceramic laminate 1 is unlikely to peel off from the one main surface side of the discharge electrodes 3 and 3.
  • the BAS material is formed by mixing and mixing each material centered on Ba, Al, and Si at a predetermined ratio and calcining at 800 to 1000 ° C.
  • the obtained BAS material is pulverized by a zirconia ball mill to form a ceramic material made of the BAS material having an average particle size of about 1 to 2 ⁇ m.
  • An organic solvent such as toluene or echinene is added to the ceramic material and mixed. Thereafter, a binder and a plasticizer are added and mixed to form a slurry.
  • the slurry is formed by the doctor blade # method to form a plurality of ceramic green sheets having a thickness of 10 to 50 ⁇ m.
  • a discharge auxiliary electrode forming paste containing a conductive material and a semiconductor material is formed.
  • a ceramic material composed of alumina-coated Cu particles having an average particle size of about 3 to 10 ⁇ m and SiC particles having an average particle size of about 1 to 2 ⁇ m is prepared at a predetermined ratio, a binder resin and a solvent are added, and 3 By stirring and mixing with this roll, a discharge auxiliary electrode forming paste is formed.
  • an unfired discharge auxiliary electrode 4 is formed by applying a discharge auxiliary electrode forming paste by screen printing on one main surface of the ceramic green sheet.
  • a solvent is added to a binder resin composed of Cu powder and ethyl cellulose, and the mixture is stirred and mixed with three rolls to form a discharge electrode forming paste.
  • an unfired pair of discharge electrodes 3 and 3 is formed by applying a discharge electrode forming paste by screen printing.
  • a plurality of ceramic green sheets are laminated in a predetermined order and pressed to form a ceramic laminate 1 in which the resin paste, the discharge electrodes 3 and 3 and the discharge auxiliary electrode 4 are laminated inside.
  • the ceramic laminate 1 is divided by cutting using a micro cutter.
  • the divided ceramic laminate 1 is fired in an N 2 atmosphere.
  • the resin paste disappears and the cavity 2 is formed.
  • a plurality of external electrodes 5 and 5 electrically connected to the discharge electrodes 3 and 3 are formed by applying and baking a conductive paste containing Ag or the like on the surface of the ceramic laminate 1.
  • an ESD protection device 100 as shown in FIG. 1 is completed by forming a film made of Ni and Sn on the external electrodes 5 and 5 by electrolytic plating.
  • the initial discharge start voltage and the discharge start voltage after repeated discharge were evaluated for the ESD protection device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the discharge start voltage was measured by an electrostatic discharge immunity test defined in IEC61000-4-2. Specifically, 8 kV was applied to the ESD protection device by contact discharge, and the peak voltage detected on the protection circuit side was taken as the discharge start voltage.
  • the discharge starting voltage after repeated discharge was a peak voltage measured by the same method as described above after applying 8 kV to the ESD protection device 100 times by contact discharge.
  • Example 1 having the same structure as that of the ESD protection device 100 according to the first embodiment of the present invention was produced by the same method as the manufacturing method described above. Moreover, as a comparison object with Example 1, by changing the coating pattern of the resin paste with respect to Example 1, the ESD protection device 200 of Comparative Example 1, which is different from Example 1 only in the shape and dimensions of the cavity, An ESD protection device 300 of Comparative Example 2 was produced.
  • Comparative Example 1 as shown in FIG. 2, a rectangular cavity portion 22 was formed when viewed in plan, as in the prior art (Patent Document 1) shown in FIG.
  • Patent Document 1 shown in Comparative Example 2
  • Comparative Example 2 as shown in FIG. 3, a rectangular cavity 32 having a smaller lateral width than the cavity 22 of Comparative Example 1 was formed when viewed in plan.
  • Table 1 shows the measurement results of the discharge start voltages of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
  • Example 1 As can be seen from Table 1, the change in the initial discharge start voltage in Example 1 due to repetitive discharge is smaller than that in Comparative Example 1 of the prior art. Further, in Example 1, the initial discharge start voltage is kept smaller than that in Comparative Example 1. That is, in Example 1, while maintaining the initial discharge start voltage as low as that of the prior art, the change in the discharge start voltage due to repeated discharge can be reduced as compared with Comparative Example 1 of the prior art. Yes.
  • Comparative Example 2 in which the width of the rectangular cavity is narrower than that in Comparative Example 1, the change in the discharge start voltage due to repeated discharge is smaller than that in Comparative Example 1, but the initial discharge start voltage is compared. There is a problem that it becomes larger than Example 1.
  • Example 1 the change of the discharge start voltage due to the repetition of discharge is made smaller than that of Comparative Example 1, and the initial discharge start voltage can be maintained as low as that of Comparative Example 1.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a modified example 400 of the ESD protection device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the modified example 400 is different from the ESD protection device 100 described above, in each of the pair of discharge electrodes 43, 43, another end surface connected to the opposite end surfaces 43a, 43a via the corner portions 43b, 43b, 43b, 43b. 43c, 43c, 43c, and 43c are formed so as to spread as they move away from the opposed end surfaces 43a and 43a when viewed in plan. Even in this case, it is possible to reduce the change in the discharge start voltage due to the repetition of discharge while maintaining the same low discharge start voltage as before.
  • the discharge auxiliary electrode 4 is formed, but the discharge auxiliary electrode 4 may not be formed. Even when the auxiliary discharge electrode 4 is not formed, the discharge electrodes 3 and 3 and the ceramic laminate 4 to be joined are made of different materials, and therefore the discharge electrodes 3 and 3 are easily peeled off from the ceramic laminate 4. Therefore, even in this case, it is meaningful to apply the present invention.
  • the shape of the cavity 2 is the same as that of the present invention, so that the discharge start voltage due to repeated discharge is maintained while maintaining the same low discharge start voltage as before. Change can be reduced.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of an ESD protection device 500 according to the second embodiment of the present invention.
  • the end surfaces 3a and 3a on the short side of the pair of rectangular discharge electrodes 3 and 3 are opposed to each other when viewed in a plan view.
  • part of the long side end surfaces 53a and 53a of the pair of rectangular discharge electrodes 53 and 53 are opposed to each other.
  • the corner portions 3 b, 3 b, 3 b, 3 b of the opposing end surfaces 3 a, 3 a have two for each of the pair of discharge electrodes 3, 3, but in the ESD protection device 500, 1 One pair is provided for each of the pair of discharge electrodes 53 and 53.
  • the cavity 2 is formed in a U-shaped region on one main surface of the discharge electrodes 3, 3, but in the ESD protection device 500, the cavity 52 is L-shaped. It is formed in the area.
  • the corner portions 3b and 3b are directly opposed to each other.
  • the corner portions 53b and 53b are not directly opposed to each other, and the corner portion 53b and the end surface 53a are opposed to each other. Yes.
  • the opposing end faces 53a and 53a are arranged in parallel with the longitudinal direction of the rectangular ceramic laminate 51 when viewed in plan, as shown in FIG. Therefore, by setting the length of the facing portions 53a and 53a to be longer, the facing length of the facing discharge electrodes 53 and 53 can be increased, so that the ESD protection device 500 can be used repeatedly. The number of times can be increased.
  • the corner part 53b and the end surface 53a are made to oppose, compared with the case where the corner parts 3b and 3b are made to oppose like the ESD protection device 100, printing deviation etc.
  • the discharge start voltage can be stabilized against variations in the positions of the discharge electrodes 3 and 3 due to the above.
  • the same method as the manufacturing method of the ESD protection device 100 of the first embodiment can be used.
  • the difference between the manufacturing method of the first embodiment and the manufacturing method of the second embodiment is that the shape in which the resin paste is applied, the shape in which the discharge electrode paste is applied, the shape of the cavity 52 and the discharge electrodes 53, 53. Is changed to match.
  • the discharge start voltage was evaluated in the same manner as the ESD protection device 100 of the first embodiment.
  • Example 2 having the same structure as that of the ESD protection device 500 according to the second embodiment of the present invention was produced.
  • Example 2 by changing the coating pattern of the resin paste and the discharge electrode paste with respect to Example 2, only the shape and dimensions of the cavity and the discharge electrode are different from Example 1.
  • the ESD protection device 600 of Example 3 and the ESD protection device 700 of Comparative Example 4 were produced.
  • Comparative Example 3 a rectangular cavity 62 was formed as shown in FIG.
  • Comparative Example 4 as shown in FIG. 7, a rectangular cavity 72 having a smaller vertical width than the cavity 22 of Comparative Example 3 was formed.
  • Table 2 shows the measurement results of the discharge start voltages of Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4.
  • Example 2 As can be seen from Table 2, in Example 2, as in Example 1, the initial discharge start voltage is kept as low as the conventional one, and the change in the discharge start voltage is reduced compared to Comparative Example 3. Is able to.
  • FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views of a first modification 800 and a second modification 900 of the ESD protection device 500 according to the second embodiment of the present invention, respectively.
  • the first modified example 800 is connected to each of the pair of discharge electrodes 83 and 83 through opposing end faces 83a and 83a and corner portions 83b, 83b, 83b, and 83b.
  • the other end faces 83c, 83c, 83c, 83c are formed so as to expand as they are separated from the opposing end faces 83a, 83a when viewed in plan.
  • the tip portion including the opposing end faces 93a, 93a of the discharge electrodes 93, 93 has a parallelogram shape when viewed in plan.

Abstract

　本発明の目的は、従来と同じ程度の低い放電開始電圧で動作しつつ、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化が小さいＥＳＤ保護デバイスを提供することである。　本発明のＥＳＤ保護デバイス（１００）は、内部に空洞部（２）が形成されたセラミック積層体（１）と、セラミック積層体（１）内に配置された少なくとも１対の放電電極（３、３）と、セラミック積層体（１）の表面に形成され、放電電極（３、３）と接続された外部電極（５、５）とを備え、１対の放電電極（３、３）のうちの一方の放電電極（３）の１つの端面（３ａ）と、他方の放電電極（３）の１つの端面（３ａ）とが、空洞部（２）を介して対向し、空洞部（２）が、対向する端面（３ａ、３ａ）間の領域（２ａ）、対向する端面（３ａ）とコーナー部（３ｂ）を介してつながれた別の端面（３ｃ）に沿う領域（２ｃ）、ならびに、一方主面上の、対向する端面（３ａ）に沿う領域および別の端面（３ｃ）に沿う領域（３ｅ）に一体に形成されている。

Description

ＥＳＤ保護デバイス
　本発明は、セラミック積層体内に形成された空洞部を介して対向する少なくとも１対の放電電極を備えたＥＳＤ保護デバイスに関する。
　従来から、電子機器の回路を静電気から保護するために、例えば特許文献１（ＷＯ２００８／１４６５１４）に記載されたＥＳＤ（Electro-Static Discharge；静電気放電）保護デバイスが用いられている。
　図１０に、特許文献１に記載された従来のＥＳＤ保護デバイス１０００を示す。なお、図１０（Ａ）は、ＥＳＤ保護デバイス１０００の断面図、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）におけるＥＳＤ保護デバイス１０００のＩ－Ｉ線断面図である。
　ＥＳＤ保護デバイス１０００は、複数のセラミック層が積層されてなるセラミック積層体１０１を備えている。セラミック積層体１０１の内部には、空洞部１０２が形成されている。
　複数のセラミック層間には、１対の放電電極１０３、１０３が配置されている。１対の放電電極１０３、１０３のそれぞれは、一方主面および他方主面と、一方主面と他方主面をつなぐ４つの端面１０３ａ、１０３ａとを有している。１対の放電電極１０３、１０３のうちの一方の放電電極１０３の１つの端面１０３ａと、他方の放電電極１０３の１つの端面１０３ａは、空洞部１０２を介して対向している。
　セラミック積層体１０１の表面には、放電電極１０３、１０３と接続された外部電極１０５、１０５が形成されている。
　１対の放電電極１０３、１０３の他方主面側および、空洞部１０２の底面であって、１対の放電電極１０３、１０３の対向する端面１０３ａ、１０３ａの間の領域１０２ａにわたって一体に、金属からなる導電性材料とセラミックからなる絶縁性材料とを含む放電補助電極１０４が形成されている。放電電極１０３、１０３の空洞部１０２に露出する部分は、他方主面のみで放電補助電極１０４と接合されている。
　ＥＳＤ保護デバイス１０００は、例えば、回路の信号線路とグランドとの間に配置して使用する。１対の放電電極１０３、１０３間で絶縁破壊を起こす電圧（放電開始電圧以上の電圧）が印加されると、空洞部１０２内において放電電極１０３、１０３間で放電が起こり、その放電により過剰な電圧をグランドへ導き、後段の回路を保護することができる。
ＷＯ２００８／１４６５１４
　しかしながら、上述した従来のＥＳＤ保護デバイス１０００においては、放電電極１０３、１０３の空洞部１０２に露出した部分が、放電時にかかる衝撃により放電補助電極１０４から剥がれやすいため、放電を繰り返すと放電開始電圧が変化してしまう場合があるという問題点があった。
　本発明の目的は、従来と同じ程度の低い放電開始電圧で動作しつつ、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化が小さいＥＳＤ保護デバイスを提供することである。
　上記の目的を達成するために、本発明のＥＳＤ保護デバイスは、複数のセラミック層が積層されてなるセラミック積層体と、前記セラミック積層体の内部に形成された空洞部と、前記複数のセラミック層間に配置され、一方主面および他方主面と、前記一方主面と前記他方主面をつなぐ複数の端面と、前記複数の端面のうちの互いに隣接する端面をつなぐコーナー部とを有する、少なくとも１対の放電電極と、前記セラミック積層体の表面に形成され、前記放電電極と接続された外部電極とを備え、前記１対の放電電極のうちの一方の放電電極の１つの端面と、他方の放電電極の１つの端面とが、前記空洞部を介して対向するＥＳＤ保護デバイスであって、前記空洞部が、前記対向する端面の間の領域、前記対向する端面と前記コーナー部を介してつながれた別の端面に沿う領域、ならびに、前記一方主面上の、前記対向する端面に沿う領域および前記別の端面に沿う領域に一体に形成されていることを特徴としている。
　本発明によれば、従来と同じ程度の低い放電開始電圧で動作しつつ、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化が小さいＥＳＤ保護デバイスを得ることができる。
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＥＳＤ保護デバイス１００のＩ－Ｉ線断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の比較例１の断面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の比較例２の断面図である。 図４は、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の変形例の断面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００の断面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００の比較例３の断面図である。 図７は、本発明の第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００の比較例４の断面図である。 図８は、本発明の第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００の第１の変形例の断面図である。 図９は、本発明の第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００の第２の変形例の断面図である。 図１０は、従来のＥＳＤ保護デバイス１０００の断面図である。
（第１の実施形態）
　図１に、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００を示す。図１（Ａ）は、ＥＳＤ保護デバイス１００の断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＥＳＤ保護デバイス１００のＩ－Ｉ線断面図である。
　ＥＳＤ保護デバイス１００は、複数のセラミック層が積層されてなる直方体のセラミック積層体１を備えている。セラミック積層体１は、例えばＢａＯ－Ａｌ2Ｏ3－ＳｉＯ2系低温焼結セラミック材料（以下、ＢＡＳ材と呼ぶ）からなっている。
　複数のセラミック層間には、１対の直方体の放電電極３、３が配置されている。１対の放電電極３、３のそれぞれは、一方主面および他方主面と、一方主面と他方主面をつなぐ４つの端面３ａと、４つの端面３ａのうちの互いに隣接する端面をつなぐ４つのコーナー部３ｂとを有している。放電電極３、３は、例えばＣｕ等の導電性材料からなっている。
　１対の放電電極３、３の他方主面側および、空洞部２の底面であって、１対の放電電極３、３の対向する端面３ａ、３ａの間の領域２ａにわたって一体に、放電補助電極４が形成されている。放電補助電極４は、例えば、アルミナ被膜Ｃｕ粒子等の導電性材料および、ＳｉＣ等のセラミックからなる半導体材料を含んでいる。
　セラミック積層体１の表面には、放電電極３、３と接続された外部電極５、５が形成されている。外部電極５、５は、例えば、Ａｇからなっている。
　セラミック積層体１の内部には、空洞部２が形成されている。１対の放電電極３、３のうちの一方の放電電極３の１つの端面３ａと、他方の放電電極３の１つの端面３ａとが、空洞部２を介して対向している。１対の放電電極３、３を平面視したときには、長方形の放電電極３、３の短辺同士で対向している。空洞部２は、１対の放電電極３、３の対向する端面３ａ、３ａの間の領域２ａ、対向する端面３ａ、３ａとコーナー部３ｂ、３ｂ、３ｂ、３ｂを介してつながれた別の端面３ｃ、３ｃ、３ｃ、３ｃに沿う領域２ｃ、２ｃ、２ｃ、２ｃ、ならびに、放電電極３、３の一方主面上の、対向する端面３ａ、３ａおよび別の端面３ｃ、３ｃ、３ｃ、３ｃに沿うコ字状の領域３ｅ、３ｅに一体に形成されている。
　上述したように、放電電極３、３はＣｕ等の導電性材料からなり、放電補助電極４はＣｕ等の導電性材料と、ＳｉＣ等のセラミックからなる半導体材料を混合した材料からなっている。したがって、放電電極３、３と放電補助電極４は異種の材料であることから接合性が悪く、放電時の衝撃により、空洞部２に露出した放電電極３、３は放電補助電極４から剥がれやすい。
　しかしながら、上述した構造のＥＳＤ保護デバイス１００によれば、図１０に示すような従来のＥＳＤ保護デバイス１０００に対して、１対の放電電極３、３それぞれの一方主面上の、対向する端面３ａおよび別の端面３ｃ、３ｃに沿うコ字状の領域３ｅを空洞部２として残すように、放電電極３、３上のセラミック積層体１の面積を広げて形成し、放電電極３、３の空洞部２に露出した部分の面積を小さくしている。そのため、放電時の衝撃によって放電電極３、３が放電補助電極４から剥がれることが抑制されており、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化を小さくすることができる。
　さらに、ＥＳＤ保護デバイス１００によれば、対向する端面３ａ、３ａとコ字状の領域３ｅ、３ｅをつなぐ辺、別の端面３ｃ、３ｃ、３ｃ、３ｃとコ字状の領域３ｅ、３ｅをつなぐ辺、および、コーナー部３ｂ、３ｂ、３ｂ、３ｂという放電が発生しやすい放電電極３、３の部分の周辺を、空洞部２に露出させた部分として残すように、空洞部２の形状を従来よりも小さくしているため、従来と同じ程度の低い放電開始電圧に維持することができる。
　以上に示すように、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００は、従来と同じ程度の低い放電開始電圧を維持しつつ、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化を小さくすることができる。
　さらに、ＥＳＤ保護デバイス１００においては、空洞部２に露出した、セラミック積層体１と放電電極３、３の一方主面との境界がコ字状となっている。境界の形状を一直線ではなく、コ字状にしているため、ＥＳＤ保護デバイス１００をリフローにより基板に実装する際に、空洞部２内の気体の熱膨張に伴いセラミック積層体１にかかる力が分散され、セラミック積層体１が放電電極３、３の一方主面側から剥がれにくい。その結果、リフロー後に空洞部２の体積が大きくなりにくいだけでなく、他方主面のみで放電補助電極４と接合したセラミック積層体１の面積の拡大を抑制でき、放電電極３、３の剥がれを抑制することができる。
　次に、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法の一例について説明する。
　まず、Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを中心とした各素材を所定の割合で調合、混合し、８００～１０００℃で仮焼することにより、ＢＡＳ材を形成する。得られたＢＡＳ材をジルコニアボールミルで粉砕し、平均粒径約１～２μｍ程度のＢＡＳ材からなるセラミック材料を形成する。このセラミック材料に、トルエンやエキネン等の有機溶媒を加え、混合する。その後、バインダー、可塑剤を加え、混合し、スラリーを形成する。
　次に、スラリーをドクターブレート#法により成形し、厚み１０～５０μｍのセラミックグリーンシートを複数枚形成する。
　次に、導電性材料および半導体材料を含む放電補助電極形成用ペーストを形成する。具体的には、平均粒径約３～１０μｍのアルミナ被膜Ｃｕ粒子と、平均粒径約１～２μｍのＳｉＣ粒子からなるセラミック材料を所定の割合で調合し、バインダー樹脂と溶剤を添加し、３本ロールで撹拌、混合することで放電補助電極形成用ペーストを形成する。
　次に、セラミックグリーンシートの一方主面上に、スクリーン印刷により放電補助電極形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の放電補助電極４を形成する。
　次に、Ｃｕ粉とエチルセルロース等からなるバインダー樹脂に溶剤を添加し、３本ロールで撹拌、混合することで放電電極形成用ペーストを形成する。
　次に、スクリーン印刷により放電電極形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の１対の放電電極３、３を形成する。
　次に、スクリーン印刷により、対向する端面３ａ、３ａの間の領域２ａ、対向する端面３ａ、３ａとコーナー部３ｂ、３ｂ、３ｂ、３ｂを介してつながれた別の端面３ｃ、３ｃ、３ｃ、３ｃに沿う領域２ｃ、２ｃ、２ｃ、２ｃ、ならびに、一方主面上の、対向する端面３ａ、３ａおよび別の端面３ｃ、３ｃ、３ｃ、３ｃに沿うコ字状の領域３ｅ、３ｅに一体に、樹脂ペーストを塗布する。樹脂ペーストには、焼成時に消失する材料として、例えば、ＰＥＴ、ポリプロピレン、エチルセルロース、アクリル樹脂等を用いる。
　次に、複数枚のセラミックグリーンシートを所定の順番で積層し、圧着することにより、樹脂ペースト、放電電極３、３および放電補助電極４が内部に積層されたセラミック積層体１を形成する。
　次に、マイクロカッタを用いたカットにより、セラミック積層体１を分割する。
　次に、分割されたセラミック積層体１をＮ2雰囲気中で焼成する。焼成によって、樹脂ペーストは消失し、空洞部２が形成される。
　次に、セラミック積層体１の表面上にＡｇ等を含む導電ペーストを塗布し、焼き付けることにより、放電電極３、３と電気的に接続された複数の外部電極５、５を形成する。
　最後に、必要であれば、外部電極５、５上に、電解めっきにより、ＮｉおよびＳｎからなる膜を形成することにより、図１に示すようなＥＳＤ保護デバイス１００を完成させる。
　本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００に対して、初期の放電開始電圧および、繰り返し放電後の放電開始電圧を評価した。
　放電開始電圧は、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り測定した。具体的には、接触放電にて８ｋＶをＥＳＤ保護デバイスに印加して、保護回路側で検出されたピーク電圧を放電開始電圧とした。
　繰り返し放電後の放電開始電圧は、接触放電にて８ｋＶをＥＳＤ保護デバイスに１００回印加した後に、前記と同様の方法により測定したピーク電圧とした。
　評価対象として、上述した製造方法と同一の方法より、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００と同一の構造の実施例１を作製した。また、実施例１との比較対象として、樹脂ペーストの塗布パターンを実施例１に対して変更することにより、実施例１と空洞部の形状、寸法のみが異なる比較例１のＥＳＤ保護デバイス２００、比較例２のＥＳＤ保護デバイス３００を作製した。比較例１では、図２に示すように、図１０に示した従来技術（特許文献１）と同様に、平面視したときに長方形の空洞部２２を形成した。比較例２では、図３に示すように、平面視したときに、比較例１の空洞部２２よりも横幅が小さい長方形の空洞部３２を形成した。
　表１に、実施例１、比較例１、比較例２それぞれの放電開始電圧の測定結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から分かるように、実施例１における初期の放電開始電圧の繰り返し放電による変化は、従来技術の比較例１に比べて小さくなっている。さらに、実施例１では、初期の放電開始電圧は、比較例１よりも小さい値を維持している。すなわち、実施例１では、初期の放電開始電圧を、従来と同じ程度に低く維持しつつ、従来技術の比較例１と比べて、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化を小さくすることができている。
　一方、比較例１よりも長方形の空洞部の横幅を狭めた比較例２では、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化が比較例１に比べて小さくなっているが、初期の放電開始電圧が比較例１に比べて大きくなってしまうという問題点がある。これに対して、実施例１では、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化を比較例１に比べて小さくしつつ、初期の放電開始電圧を比較例１と同じ程度に低く維持できている。
　以上、本発明の第１実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の構造、および製造方法の一例について説明した。しかしながら、本発明が上述した内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更をなすことができる。
　図４に、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の変形例４００の断面図を示す。変形例４００は、上述したＥＳＤ保護デバイス１００とは異なり、１対の放電電極４３、４３のそれぞれにおいて、対向する端面４３ａ、４３ａとコーナー部４３ｂ、４３ｂ、４３ｂ、４３ｂを介してつながる別の端面４３ｃ、４３ｃ、４３ｃ、４３ｃが、平面視したときに対向する端面４３ａ、４３ａから離れるにつれて広がるように形成されている。この場合においても、従来と同じ程度の低い放電開始電圧を維持しつつ、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化を小さくすることができる。
　また、前記実施形態では、放電補助電極４が形成されているが、放電補助電極４が形成されていなくても良い。放電補助電極４が形成されていない場合であっても、接合する放電電極３、３とセラミック積層体４は、異なる材料からなるため、放電電極３、３がセラミック積層体４から剥がれやすい。そのため、この場合においても、本発明を適用する意義がある。
　放電補助電極４が形成されていないＥＳＤ保護デバイスにおいて、本発明と同様の空洞部２の形状にすることにより、従来と同じ程度の低い放電開始電圧を維持しつつ、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化を小さくすることができる。
　また、前記実施形態では、放電補助電極４は、導電性材料と半導体材料とを含んでいるが、半導体材料の代わりに、ＢＡＳ材等の絶縁性材料を含んでいても良い。もしくは、放電補助電極４は、導電性材料と、半導体材料および絶縁性材料の両方とを含んでいても良い。
（第２の実施形態）
　図５に、本発明の第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００の断面図を示す。
　第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００では、平面視したときに、１対の長方形の放電電極３、３の短辺側の端面３ａ、３ａ同士を対向させているが、第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００では、１対の長方形の放電電極５３、５３の長辺側の端面５３ａ、５３ａの一部同士を対向させている。
　ＥＳＤ保護デバイス１００では、対向する端面３ａ、３ａのコーナー部３ｂ、３ｂ、３ｂ、３ｂは、１対の放電電極３、３それぞれに２つずつ有しているが、ＥＳＤ保護デバイス５００では、１対の放電電極５３、５３それぞれに１つずつ有している。
　また、ＥＳＤ保護デバイス１００では、空洞部２は、放電電極３、３の一方主面上において、コ字状の領域に形成されているが、ＥＳＤ保護デバイス５００では、空洞部５２はＬ字状の領域に形成されている。
　また、ＥＳＤ保護デバイス１００では、コーナー部３ｂ、３ｂ同士を直接対向させているが、ＥＳＤ保護デバイス５００では、コーナー部５３ｂ、５３ｂ同士を直接対向させず、コーナー部５３ｂと端面５３ａを対向させている。
　この場合においても、従来と同じ程度の低い放電開始電圧を維持しつつ、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化を小さくすることができる。
　さらに、第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００によれば、対向する端面５３ａ、５３ａを、図５に示すように、平面視したときに長方形のセラミック積層体５１の長手方向と並行に配置していることから、対向部５３ａ、５３ａの長さをより長く設定することにより、対向する放電電極５３、５３の対向する長さを大きくすることができるため、ＥＳＤ保護デバイス５００の繰り返し使用可能回数を多くすることができる。
　また、ＥＳＤ保護デバイス５００によれば、コーナー部５３ｂと端面５３ａを対向させていることから、ＥＳＤ保護デバイス１００のようにコーナー部３ｂ、３ｂ同士を対向させている場合に比べて、印刷ずれ等による放電電極３、３の位置にばらつきに対して放電開始電圧を安定させることができる。
　第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００の製造方法には、第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法と同様の方法を用いることができる。第１の実施形態の製造方法と第２の実施形態の製造方法の相違点は、樹脂ペーストを塗布する形状、放電電極用ペーストを塗布する形状を、空洞部５２および放電電極５３、５３の形状に合わせるように変更していることである。
　第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００に対して、第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイス１００と同様に、放電開始電圧を評価した。
　評価対象として、本発明の第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００と同一の構造の実施例２を作製した。また、実施例２との比較対象として、樹脂ペーストおよび放電電極用ペーストの塗布パターンを実施例２に対して変更することにより、実施例１と空洞部および放電電極の形状、寸法のみが異なる比較例３のＥＳＤ保護デバイス６００、比較例４のＥＳＤ保護デバイス７００を作製した。比較例３では、図６に示すように、長方形の空洞部６２を形成した。比較例４では、図７に示すように、比較例３の空洞部２２よりも縦幅が小さい長方形の空洞部７２を形成した。
　表２に、実施例２、比較例３、比較例４それぞれの放電開始電圧の測定結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２から分かるように、実施例２では、実施例１と同様に、初期の放電開始電圧を、従来と同じ程度に低く維持しつつ、比較例３と比べて放電開始電圧の変化を小さくすることができている。
　以上、本発明の第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００の構造、および製造方法の一例について説明した。しかしながら、本発明が上述した内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更をなすことができる。
　図８、図９にそれぞれ、本発明の第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００の第１の変形例８００、第２の変形例９００の断面図を示す。
　第１の変形例８００は、上述したＥＳＤ保護デバイス５００とは異なり、１対の放電電極８３、８３のそれぞれにおいて、対向する端面８３ａ、８３ａとコーナー部８３ｂ、８３ｂ、８３ｂ、８３ｂを介してつながる別の端面８３ｃ、８３ｃ、８３ｃ、８３ｃが、平面視したときに対向する端面８３ａ、８３ａから離れるにつれて広がるように形成されている。
　第２の変形例９００は、放電電極９３、９３の対向する端面９３ａ、９３ａを含む先端の部分は、平面視したときに平行四辺形の形状となっている。
　これらの第１の変形例８００、第２の変形例９００の場合においても、従来と同じ程度の低い放電開始電圧を維持しつつ、放電の繰り返しによる放電開始電圧の変化を小さくすることができる。
１　セラミック積層体
２　空洞部
２ａ　１対の放電電極の対向する端面の間の領域
２ｃ　１対の放電電極の別の端面に沿う領域
３　放電電極
３ａ　放電電極の対向する端面
３ｂ　放電電極のコーナー部
３ｃ　放電電極の別の端面
３ｅ　放電電極の一方主面上の領域
４　放電補助電極
５　外部電極
１００、４００、５００、８００、９００　ＥＳＤ保護デバイス

Claims (3)

  1. 　複数のセラミック層が積層されてなるセラミック積層体と、
    　前記セラミック積層体の内部に形成された空洞部と、
    　前記複数のセラミック層間に配置され、一方主面および他方主面と、前記一方主面と前記他方主面をつなぐ複数の端面と、前記複数の端面のうちの互いに隣接する端面をつなぐコーナー部とを有する、少なくとも１対の放電電極と、
    　前記セラミック積層体の表面に形成され、前記放電電極と接続された外部電極とを備え、
    　前記１対の放電電極のうちの一方の放電電極の１つの端面と、他方の放電電極の１つの端面とが、前記空洞部を介して対向するＥＳＤ保護デバイスであって、
    　前記空洞部が、前記対向する端面の間の領域、前記対向する端面と前記コーナー部を介してつながれた別の端面に沿う領域、ならびに、前記一方主面上の、前記対向する端面に沿う領域および前記別の端面に沿う領域に一体に形成されていることを特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
  2. 　前記１対の放電電極の前記他方主面側および、前記空洞部の底面であって、前記１対の放電電極の前記対向する端面の間の領域に、導電性材料と、半導体材料および絶縁性材料のうちの少なくとも一方とを含む放電補助電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたＥＳＤ保護デバイス。
  3. 　前記１対の放電電極のそれぞれにおいて、前記空洞部に露出した前記一方主面の形状は、Ｌ字状であることを特徴とする請求項１または２に記載されたＥＳＤ保護デバイス。
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