WO2014188791A1 - Ｅｓｄ保護装置 - Google Patents

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WO2014188791A1
WO2014188791A1 PCT/JP2014/059615 JP2014059615W WO2014188791A1 WO 2014188791 A1 WO2014188791 A1 WO 2014188791A1 JP 2014059615 W JP2014059615 W JP 2014059615W WO 2014188791 A1 WO2014188791 A1 WO 2014188791A1
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WO
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discharge
esd protection
substrate
protection device
electrode
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PCT/JP2014/059615
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English (en)
French (fr)
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足立　淳
雄海 安中
鷲見　高弘
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株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05K2201/0707—Shielding
    • H05K2201/0715—Shielding provided by an outer layer of PCB

Definitions

  • the present invention relates to an ESD protection device for protecting an electronic circuit from static electricity, and more particularly to an ESD protection device having an improved discharge electrode.
  • Patent Document 1 discloses an ESD protection device in which first and second discharge electrodes are provided in a ceramic multilayer substrate. An auxiliary electrode is provided so as to be connected to the first and second discharge electrodes. The auxiliary electrode is formed by dispersing a conductive material coated with an inorganic material having no conductivity.
  • Patent Document 3 discloses a discharge tube used for high power use.
  • columnar first and second discharge electrodes face each other with a gap in an airtight chamber filled with gas.
  • a mixed material containing a dielectric substance such as barium titanate and a carrier substance such as magnesium oxide is applied to the end face of the columnar discharge electrode. Thereby, a discharge stabilizing material layer is formed.
  • An object of the present invention is to provide an ESD protection device capable of effectively reducing a discharge start voltage without causing a complicated manufacturing process.
  • An ESD protection apparatus includes a substrate and first and second discharge electrodes that are provided on the substrate and face each other with a gap between the first and second discharge electrodes. And a mixed material containing a metal and a high dielectric constant material having a higher relative dielectric constant than that of the substrate.
  • the ESD protection device preferably includes a discharge auxiliary electrode.
  • the discharge auxiliary electrode is provided so as to connect the first discharge electrode and the second discharge electrode, and promotes discharge between the first and second discharge electrodes.
  • the discharge auxiliary electrode includes metal particles coated with a material having no conductivity.
  • a low dielectric constant portion having a relative dielectric constant lower than that of the substrate is located in the gap.
  • the low dielectric constant portion may be a cavity.
  • the low dielectric constant portion may be formed of a solid material having a relative dielectric constant lower than that of the substrate. More preferably, a resin is used as the solid material.
  • the ESD protection device preferably further includes a back electrode provided so as to overlap with the gap between the first and second discharge electrodes via a part of the substrate.
  • the substrate includes first and second external electrodes that are provided on the substrate and are electrically connected to the first and second discharge electrodes, respectively, and the back electrode includes the first and second external electrodes. It is electrically connected to at least one of the electrodes.
  • the back electrode may be a floating electrode.
  • the back electrode includes a metal and a material having a higher dielectric constant than the substrate.
  • the first and second discharge electrodes may be disposed on the outer surface of the substrate.
  • the first and second discharge electrodes may be disposed in the substrate, and the gap may be located in the substrate.
  • the concentration of the high dielectric constant material may be higher on the surfaces of the first and second discharge electrodes than in the first and second discharge electrodes.
  • the first and second discharge electrodes are made of a mixed material containing a metal and a high dielectric constant material, so that the discharge start voltage can be lowered. Therefore, it is possible to more effectively protect against static electricity in an electronic circuit or the like.
  • the first and second discharge electrodes have the above-described configuration, they can be easily manufactured and the manufacturing process is not likely to be complicated.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are a front sectional view of an ESD protection device according to a first embodiment of the present invention and a partially cutaway enlarged front sectional view for explaining the main part thereof.
  • FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode in the ESD protection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A and FIG. 3B are a front sectional view of an ESD protection device according to a second embodiment of the present invention and a partially cutaway enlarged front sectional view showing an essential part thereof.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are a front sectional view of an ESD protection device according to a first embodiment of the present invention and a partially cutaway enlarged front sectional view for explaining the main part thereof.
  • FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode in the ESD protection apparatus according to the first
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic plan view for explaining a modification of the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode.
  • FIG. 6 is a schematic plan view for explaining another modified example of the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode.
  • FIG. 7 is a front sectional view of an ESD protection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic plan view showing the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode in the ESD protection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a front sectional view of an ESD protection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode in the ESD protection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a front sectional view of an ESD protection apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a front sectional view of an ESD protection apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1A and 1B are a front sectional view of an ESD protection device according to a first embodiment of the present invention and a partially cutaway enlarged front sectional view showing an essential part thereof.
  • the ESD protection device 1 has a substrate 2.
  • the substrate 2 is made of an appropriate insulating material.
  • the substrate 2 is made of a ceramic multilayer substrate, and a BAS material containing Ba, Al, and Si as main components is used.
  • low temperature sintered ceramics (LTCC) such as glass ceramics may be used.
  • ceramics (HTCC) sintered at a high temperature such as aluminum nitride or alumina may be used.
  • magnetic ceramics such as ferrite may be used.
  • the substrate 2 may be formed of an insulating material such as a resin other than ceramics.
  • a first discharge electrode 3 and a second discharge electrode 4 are formed on the upper surface 2 a of the substrate 2.
  • a discharge auxiliary electrode 5 is provided on the lower surface of the first and second discharge electrodes 3 and 4 so as to connect the tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4.
  • the first and second discharge electrodes 3 and 4 are made of a mixed material including a metal and a high dielectric constant material having a relative dielectric constant higher than that of the substrate 2. More specifically, as shown in FIG. 1B, the first and second discharge electrodes 3 and 4 have a structure mainly composed of metal and in which high dielectric constant material particles 6 are dispersed. Such a structure is formed by firing a paste containing a metal and high dielectric constant material particles.
  • the metal used for the first and second discharge electrodes 3 and 4 is not particularly limited.
  • Cu, Ag, Al, Mo, W, or an alloy containing these metals can be used.
  • the high dielectric constant material is not particularly limited as long as the relative dielectric constant is higher than that of the substrate 2.
  • a ceramic material having a relative dielectric constant higher than that of the substrate 2 is preferably used.
  • ceramic materials include barium titanate, calcium titanate, strontium titanate, magnesium titanate, and calcium zirconate.
  • the relative dielectric constant of barium titanate, calcium titanate, strontium titanate, magnesium titanate, calcium zirconate, etc. is about 30 or more and 10,000 or less.
  • the relative dielectric constant is about 5 or more and 15 or less.
  • the first and second discharge electrodes are formed by baking a paste containing a metal and a high dielectric constant material, the high dielectric constant material segregates on the surface. That is, as schematically shown in FIG. 1B, the first and second discharge electrodes 3 and 4 are mainly made of metal, but the high dielectric constant material particles 6 are dispersed therein. The high dielectric constant material particles 6 are present on the surface more than inside the first and second discharge electrodes 3 and 4. This is because the high dielectric constant material particles 6 move to the surface side and segregate during the firing.
  • the discharge auxiliary electrode 5 is provided on the upper surface 2 a of the substrate 2 so as to connect the first discharge electrode 3 and the second discharge electrode 4. As shown in the schematic plan view of FIG. 2, the discharge auxiliary electrode 5 is provided in a region including a gap where the tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4 are opposed to each other.
  • the discharge auxiliary electrode 5 is formed by dispersing metal particles 7 a covered with a material having no conductivity on the upper surface 2 a of the substrate 2. More specifically, it is formed by applying and baking a paste containing such conductive particles. In this case, the metal particles 7 a covered with the non-conductive material contained in the paste are diffused from the upper surface 2 a of the substrate 2 to the surface layer of the substrate 2. As a result, the discharge auxiliary electrode 5 is formed.
  • the discharge auxiliary electrode 5 acts to promote the discharge between the tip of the first discharge electrode 3 and the tip of the second discharge electrode 4.
  • the material constituting the metal particles 7a coated with the material having no conductivity is not particularly limited.
  • the material having no electrical conductivity include insulating ceramics such as alumina, and glass.
  • a metal copper or a copper-based alloy containing copper as a main component is preferably used.
  • other metals such as silver, aluminum, molybdenum, tungsten, or alloys mainly composed of other metals may be used.
  • the discharge auxiliary electrode 5 is added with semiconductor ceramic particles 7b in addition to the metal particles 7a coated with a material having no conductivity.
  • semiconductor ceramic particles 7b particles made of SiC, TiC or the like can be used.
  • high dielectric constant material particles contained in the discharge electrodes 3 and 4 described above may be added to the discharge auxiliary electrode 5. In that case, the discharge start voltage can be further reduced.
  • a resin layer 8 is formed in the gap where the tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4 face each other.
  • the resin layer 8 is made of a synthetic resin and has a relative dielectric constant lower than that of the substrate 2. Examples of the resin constituting the resin layer 8 include s tacone resin.
  • the resin layer 8 is formed after the discharge electrodes 3 and 4 are formed. Therefore, the resin layer 8 is formed by applying the resin constituting the resin layer 8 so as to fill the gap. Therefore, in this embodiment, the upper surface of the resin layer 8 is flush with the upper surfaces of the first and second discharge electrodes 3 and 4.
  • a second resin layer 9 is formed so as to cover the first and second discharge electrodes 3, 4 and the resin layer 8.
  • the second resin layer 9 is made of a resin having a relative dielectric constant higher than that of the first resin layer 8. Examples of such a resin include an epoxy resin.
  • the first and second resin layers 8 are not necessarily provided. For example, a cavity may be provided instead of the first resin layer 8.
  • the 1st, 2nd resin layers 8 and 9 may be formed from the same material.
  • first and second external electrodes 10a and 10b are formed so as to be electrically connected to the first and second discharge electrodes 3 and 4, respectively.
  • the first and second external electrodes 10a and 10b are electrically connected to the first and second discharge electrodes 3 and 4 on the upper surface 2a of the substrate 2, respectively.
  • the first and second discharge electrodes 10 a and 10 b reach the lower surface through the side surface of the substrate 2.
  • the first and second external electrodes 10a and 10b are made of appropriate metals or alloys.
  • a back electrode 11 is formed in the substrate 2. As shown in FIG. 2, the back electrode 11 is provided at a position overlapping the gap portion where the first and second discharge electrodes 3, 4 face each other when viewed in plan.
  • the back electrode 11 is opposed to the first and second discharge electrodes 3 and 4 and the discharge auxiliary electrode 5 through a part of the layer of the substrate 2.
  • the substrate 2 is made of a ceramic multilayer substrate. Therefore, the back electrode 11 can be formed in the manufacturing process of the substrate 2.
  • the back electrode 11 can be formed of an appropriate conductive material.
  • the back electrode 11 is mainly made of metal.
  • the same metal as that used for the first and second discharge electrodes 3 and 4 can be used.
  • the back electrode 11 is made of a mixed material including a metal and the above-described high dielectric constant material having a relative dielectric constant higher than that of the substrate 2. Thereby, the discharge start voltage can be further reduced.
  • the width direction dimension of the back electrode 11 may be smaller than the width direction dimension of the discharge electrodes 3 and 4.
  • the width dimension means a direction orthogonal to the direction in which the first and second discharge electrodes 3 and 4 are opposed to each other.
  • the planar shape of the auxiliary discharge electrode 5 is not particularly limited as long as it is provided so as to connect the first and second discharge electrodes 3 and 4.
  • the first and second discharge electrodes 3 and 4 are made of a mixed material including a metal and the above-described high dielectric constant material particles 6 having a relative dielectric constant higher than that of the substrate 2. Therefore, the discharge start voltage can be effectively reduced. This is because materials having different relative dielectric constants are arranged in the vicinity of the first and second discharge electrodes 3 and 4.
  • the high dielectric constant material particles 6 are present on the surface side of the first and second discharge electrodes 3, 4, the metal and high dielectric constant material particles are present in the vicinity of the surfaces of the first and second discharge electrodes 3, 4. 6, the resin layer 8, the discharge auxiliary electrode 5 and the like are present. Therefore, a plurality of types of materials having different relative dielectric constants are arranged near the surfaces of the auxiliary discharge electrodes 3 and 4.
  • the high dielectric constant material particles 6 having a high dielectric constant are present on the surface side of the discharge electrodes 3 and 4
  • electric field concentration is promoted at the surfaces of the discharge electrodes 3 and 4, particularly at the tip. Therefore, the movement of electrons as a starting point of discharge is promoted by the electric field concentration. As a result, the discharge start voltage is considered to be low.
  • the presence of the high dielectric constant material particles 6 increases the capacitance between the first and second discharge electrodes 3 and 4 facing each other. It is thought that the charging action at the time of discharge is thereby accelerated. Therefore, it is considered that the discharge start voltage is lowered by the promotion of the charging action.
  • the discharge start voltage is also lowered by providing the discharge auxiliary electrode 5. Furthermore, since the back electrode 11 is provided, the electric field concentration is further promoted, and thereby the discharge start voltage is further reduced.
  • the discharge auxiliary electrode 5 and the back electrode 11 are not necessarily provided.
  • a porous layer in which a material having a voltage nonlinearity characteristic, a metal, a semiconductor, or the like is dispersed may be provided instead of the discharge auxiliary electrode 5, a porous layer in which a material having a voltage nonlinearity characteristic, a metal, a semiconductor, or the like is dispersed may be provided instead of the discharge auxiliary electrode 5, a porous layer in which a material having a voltage nonlinearity characteristic, a metal, a semiconductor, or the like is dispersed may be provided.
  • the back electrode 11 is electrically connected to the first external electrode 10a or the second external electrode 10b.
  • a capacitance is formed between the discharge electrode 3 or the discharge electrode 4 and the back electrode 11. Therefore, the charging action at the time of discharging is further enhanced.
  • the heat generated by the discharge can be quickly dissipated from the back electrode 11 to the external electrode 10a or the external electrode 10b that is electrically connected to the back electrode 11. Therefore, thermal degradation in the ESD protection apparatus 1 can be suppressed.
  • the back electrode 11 preferably contains a high dielectric constant material like the discharge electrodes 3 and 4. In that case, materials having different relative dielectric constants are also arranged in the vicinity of the back electrode 11. Therefore, the electric field concentration effect and the charging effect are further enhanced. Therefore, the discharge start voltage can be further reduced.
  • the back electrode 11 and the first and second discharge electrodes 3 and 4 are made of a mixed material containing the same metal and the same high dielectric constant material. In that case, the manufacturing process can be further simplified.
  • the substrate 2 can be formed according to a known ceramic multilayer substrate manufacturing method. Moreover, the discharge auxiliary electrode 5 and the first and second discharge electrodes 3 and 4 can be easily formed. Therefore, the manufacturing process is not complicated.
  • the first and second discharge electrodes 3 and 4 include the high dielectric constant material particles 6, the first and second discharge electrodes 3 and 4 and the substrate 2 are fired. At that time, the difference in shrinkage rate is reduced. Therefore, the occurrence of delamination can be suppressed.
  • 3 (a) and 3 (b) are a front sectional view of an ESD protection device 21 according to a second embodiment of the present invention and a partially cutaway enlarged front sectional view showing an essential part thereof.
  • the ESD protection device 21 of the second embodiment has a substrate 22.
  • the substrate 22 can be formed of the same material as the substrate 2 of the first embodiment.
  • First and second discharge electrodes 3 and 4 are disposed in the substrate 22. The tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4 are opposed to each other with a gap therebetween. A discharge auxiliary electrode 5 is formed so as to connect the first and second discharge electrodes 3 and 4.
  • the first and second discharge electrodes 3 and 4 and the auxiliary discharge electrode 5 are the same as the first and second discharge electrodes 3 and 4 and the auxiliary discharge electrode 5 of the first embodiment except that the formation positions are different. It is formed similarly. Therefore, the description of the first embodiment is incorporated.
  • the cavity 22b is provided in the portion where the tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4 face each other.
  • the tips of the first and second discharge electrodes 3 and 4 are exposed in the cavity 22b.
  • the gap between the tip of the first discharge electrode 3 and the tip of the second discharge electrode 4 is located in the cavity 22b. Therefore, the gas filling the cavity 22b is located in the gap.
  • the relative permittivity of gas is, for example, 1.00059 for air. Therefore, compared with the relative dielectric constant of the substrate 22, the portion constituting the gap is a relatively low low dielectric constant portion.
  • the back electrode 11 is provided so as to face the auxiliary discharge electrode 5 and the first and second discharge electrodes 3 and 4 through the substrate layer.
  • the back electrode 11 is configured in the same manner as the back electrode 11 of the first embodiment.
  • the back electrode 11A is also formed above the cavity 22b.
  • the back electrode 11A is formed of the same material as the back electrode 11. Further, the planar shape of the back electrode 11A and the position when viewed in plan are the same as those of the back electrode 11. As shown in FIG. 4, the back electrode 11 is provided in a region including a gap where the first and second discharge electrodes 3 and 4 are opposed to each other.
  • the first and second discharge electrodes 3 and 4 are electrically connected to the first and second external electrodes 10a and 10b.
  • the first and second external electrodes 10a and 10b are provided in the same manner as in the first embodiment.
  • the ESD protection device 21 when static electricity is applied between the first discharge electrode 3 and the second discharge electrode 4, the ESD protection device 21 discharges by both discharge paths of creeping discharge and air discharge. It will be. Also in this case, since the first and second discharge electrodes 3 and 4 are made of a mixture containing a metal and a high dielectric constant material, the discharge start voltage is effectively reduced as in the case of the first embodiment. Can be lowered. In addition, the discharge start voltage can be lowered by providing the discharge auxiliary electrode 5 and the back electrodes 11 and 11A.
  • the discharge start voltage can be further reduced.
  • thermal degradation can be suppressed.
  • the first and second discharge electrodes 3 and 4 may be located in the substrate 22.
  • air discharge may be used by providing the cavity 22b.
  • the cavity 22b and the discharge auxiliary electrode 5 are not necessarily provided.
  • a porous layer in which a material having a voltage non-linear characteristic, a metal, a semiconductor, or the like is dispersed may be provided in a region between the first and second discharge electrodes 3 and 4. .
  • the positional relationship among the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode is not limited to the positional relationship schematically shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 5, the first discharge electrode 3 and the second discharge electrode 4 may be arranged such that the side edges in the vicinity of the front ends are opposed to each other with a gap therebetween, instead of the front ends. . Even in this case, the back electrode 11 and the auxiliary discharge electrode 5 may be arranged so as to overlap at least a part of the region where the gap is provided when viewed in plan. Furthermore, as shown in FIG. 6, the back electrode 11 may be disposed so as to include the entire region of the gap.
  • FIG. 7 is a front sectional view of an ESD protection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic plan view showing the positional relationship among the first and second discharge electrodes 3, 4, the discharge auxiliary electrode 5, and the back electrode 11 in the ESD protection apparatus of the third embodiment. .
  • the back electrode 11 is drawn out to the end face of the substrate 2 and is electrically connected to the second external electrode 10b.
  • Other points are the same as those of the ESD protection apparatus 1 of the first embodiment.
  • the discharge start voltage can be further reduced and thermal degradation can be suppressed.
  • the ESD protection device 31 of the third embodiment is similar in structure to the ESD protection device 1, and therefore, similarly to the ESD protection device 1, the discharge start voltage can be lowered and the manufacturing process is complicated. It is hard to invite.
  • FIGS. 9 and 10 are front sectional views of the ESD protection device according to the fourth embodiment, and positions of the first and second discharge electrodes, the discharge auxiliary electrode, and the back electrode in the ESD protection device. It is a typical top view which shows a relationship.
  • the ESD protection device 41 of the fourth embodiment is that the back electrodes 11 and 11A are electrically connected to the second external electrode 10b. In other respects, the fourth embodiment is the same as the second embodiment.
  • the discharge start voltage can be further reduced. Moreover, thermal degradation can also be suppressed.
  • the discharge start voltage can be lowered similarly to the ESD protection device 21.
  • the back electrode 11 and the back electrodes 11 and 11A are provided, but the fifth and sixth embodiments shown in FIGS. 11 and 12 are used. As described above, the back electrode may be omitted.
  • Example 1 and Comparative Example 1 The ESD protection device of Example 1 and Comparative Example 1 for comparison was manufactured as an example of the second embodiment in the following manner.
  • Ceramic green sheet A ceramic powder having a ceramic composition mainly composed of Ba, Al, and Si and known as a BAS material was prepared. To this ceramic powder, toluene and echinene were added and mixed, and further a binder resin and a plasticizer were added to obtain a ceramic slurry. This ceramic slurry was molded by a doctor blade method to obtain a mother ceramic green sheet having a thickness of 50 ⁇ m.
  • the average particle diameter D50 in Table 2 is an average particle diameter obtained by a laser diffraction flow distribution method.
  • the specific surface area (SSA) in Tables 1 and 2 is a value determined by the BET one-point method using nitrogen gas.
  • the high dielectric constant material particles are obtained by pulverizing a single plate of barium titanate having a relative dielectric constant of 2000.
  • (Discharge auxiliary electrode paste) CuAl alloy powder having an average particle diameter of 2.5 ⁇ m and an Al content of 7% by weight, BaO—Si 2 —Al 2 O 3 glass ceramic powder having an average particle diameter of 0.5 ⁇ m, and ethyl cellulose in terpineol And an organic vehicle solution dissolved in a concentration of 10% by weight. These were blended so that the Cu alloy powder accounted for 11.2% by volume of the total, the BaO—Si 2 —Al 2 O 3 glass ceramic powder was 2.8% by volume of the total, and the remainder occupied the organic vehicle solution, A discharge auxiliary electrode paste was obtained.
  • Example electrode paste 80% by weight of Cu powder having an average particle size of 1 ⁇ m, 5% by weight of an alkali borosilicate glass frit having an average particle size of 1 ⁇ m and a glass transition point of 620 ° C. and a softening point of 720 ° C., and ethyl cellulose dissolved in terpineol. And 15% by weight of the organic vehicle thus obtained was mixed to obtain an external terminal electrode paste.
  • the discharge auxiliary electrode paste was applied on the mother ceramic green sheet described above, and then the discharge electrode paste was applied repeatedly at the positions where the first and second discharge electrodes were to be formed.
  • the facing distance of the gap was 20 ⁇ m. Further, the cavity forming paste was applied and dried.
  • a plurality of mother ceramic green sheets were laminated on top and bottom of the mother ceramic green sheets coated with the above-mentioned cavity forming paste, and pressure bonded. In this manner, a mother laminate having a thickness of 0.3 mm was obtained.
  • the mother laminate was cut in the thickness direction so as to constitute the substrate 22 of each ESD protection device to obtain a 1.0 mm ⁇ 0.5 mm planar chip.
  • the center becomes Cu and Al is oxidized on the outer surface to form an Al 2 O 3 insulating layer. Therefore, in the discharge auxiliary electrode, metal particles coated with a material having no conductivity are dispersed.
  • the discharge electrode it is considered that Cu is first sintered during firing, and barium titanate, which is a high dielectric constant particle, is discharged to the surface of the discharge electrode and abundantly exists on the surface.
  • a chip was produced as described above to obtain a substrate.
  • An external electrode paste was applied to both end faces of this substrate and baked to form external electrodes. Furthermore, Ni plating and Sn plating layers were formed on the surface of the external electrode by electroplating. An ESD protection device was obtained as described above.
  • Each ESD protective device obtained as described above was applied with ESD from the low voltage side by contact discharge in accordance with IEC standard, IEC61000-4-2.
  • the operating rate of the ESD protection device at each applied voltage was determined. That is, in 100 samples, the number of samples where discharge started was obtained, and the ratio was used as the operation rate.
  • the operating rate evaluation symbols are as follows.
  • the capacitance be as small as about 0.5 pF or less.
  • the capacitance was equivalent to that of Comparative Example 1, and was considerably small as 0.07 pF. Therefore, it can be suitably used with an ESD protection device in a high-frequency circuit.
  • Example 2 The discharge electrode paste P-2 used in Comparative Example 1 was used as the back electrode paste.
  • the back electrode paste was screen-printed so as not to be connected to external electrodes.
  • the ESD protection devices of Examples 2 and 3 were obtained in the same manner as in Example 1 except that a mother ceramic green sheet printed with this back electrode paste was inserted.
  • Example 2 the back electrode paste was printed on the ceramic green sheet so that the back electrode was not electrically connected to the first and second external electrodes.
  • Example 3 when the back electrode paste was printed, the back electrode paste was printed so as to be finally electrically connected to one of the external electrodes.
  • the back electrode is provided so that the back electrode is located 10 ⁇ m below the position where the first and second discharge electrodes 3 and 4 are formed in the mother laminate stage. It was.
  • Example 3 As can be seen from Table 5, according to Examples 2 and 3, the discharge start voltage can be further reduced as compared with Example 1. That is, it can be seen that the discharge start voltage can be further reduced by forming the back electrode. In addition, in Example 3, since the back electrode is electrically connected to the external electrode, it can be seen that the discharge start voltage can be further reduced as compared with Example 2.
  • the ESD protection apparatus of Examples 2 and 3 can also be suitably used as an ESD protection element in a high frequency circuit.
  • Example 4 An electrode paste having the same composition as the discharge electrode paste was used as the back electrode paste. Other structures were the same as in Example 3.
  • Example 6 For the ESD protection device of Example 4 obtained as described above, the discharge start voltage was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 6 below.
  • the electrostatic capacity of the ESD protection device obtained in Example 4 was measured and found to be sufficiently low as 0.17 pF. Therefore, the ESD protection device obtained in Example 4 can also be suitably used for protection of static electricity in the high-frequency circuit.

Landscapes

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Abstract

　製造工程の煩雑さを招くことなく、放電開始電圧をより一層低めることができるＥＳＤ保護装置を提供する。　基板２と、基板２に設けられており、ギャップを隔てて対向している第１，第２の放電電極３，４とを備え、第１，第２の放電電極３，４が、金属と、基板２よりも比誘電率が高い高誘電率材料とを含む混合材料からなる、ＥＳＤ保護装置１。

Description

ＥＳＤ保護装置
　本発明は、静電気から電子回路を保護するためのＥＳＤ保護装置に関し、特に、放電電極が改良されているＥＳＤ保護装置に関する。
　下記の特許文献１には、セラミック多層基板内に第１，第２の放電電極が設けられているＥＳＤ保護装置が開示されている。第１，第２の放電電極に接続されるように、補助電極が設けられている。補助電極は、導電性を有しない無機材料によりコーティングされた導電性材料を分散させることにより形成されている。
　他方、下記の特許文献２に記載のＥＳＤ保護装置では、放電電極に、電子放出物質を含む耐熱被膜が付着されている。それによって放電開始電圧が低められている。
　下記の特許文献３には、大電力用途に用いられる放電管が開示されている。この放電管では、ガスが封入された気密室内に、柱状の第１，第２の放電電極がギャップを隔てて対向している。この柱状の放電電極の端面に、チタン酸バリウムなどの誘電体物質と、酸化マグネシウムなどの担持体物質とを含む混合材料が付与されている。それによって放電安定物質層が形成されている。
ＷＯ２００９／０９８９４４ 特開２００３－５９６１５号公報 特開２００４－７９２３０号公報
　特許文献１や特許文献２に記載のＥＳＤ保護装置では、放電開始電圧の低電圧化が図られているが、なお十分ではなかった。
　他方、特許文献３に記載の大電力用途の放電管では、上記放電安定物質層を設けることにより放電の安定化が図られている。しかしながら、放電安定物質層を形成するために、放電電極に放電安定物質層形成材料を塗布し、減圧雰囲気下で加熱処理しなければならなかった。従って、加工工程が煩雑であり、加工コストが高くついていた。
　本発明の目的は、製造工程の煩雑さを招くことなく、放電開始電圧を効果的に低めることができる、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、基板と、上記基板に設けられており、ギャップを隔てて対向している第１，第２の放電電極とを備え、上記第１，第２の放電電極が、金属と、基板よりも比誘電率が高い高誘電率材料とを含む混合材料からなる。
　本発明に係るＥＳＤ保護装置は、好ましくは、放電補助電極を備える。放電補助電極は、上記第１の放電電極と、上記第２の放電電極とを接続するように設けられており、第１，第２の放電電極間の放電を促す。
　本発明のＥＳＤ保護装置では、好ましくは、上記放電補助電極が、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子を含む。
　本発明に係るＥＳＤ保護装置では、好ましくは、上記ギャップに、上記基板よりも比誘電率が低い低誘電率部分が位置している。上記低誘電率部分は空洞であってもよい。また、上記低誘電率部分は、基板よりも比誘電率の低い固体の材料により形成されてもよい。より好ましくは、上記固体の材料として、樹脂が用いられる。
　本発明に係るＥＳＤ保護装置は、好ましくは、上記第１，第２の放電電極間のギャップと上記基板の一部を介して重なり合うように設けられた背後電極をさらに備える。
　好ましくは、基板に設けられており、第１及び第２の放電電極にそれぞれ電気的に接続されている第１，第２の外部電極を備え、上記背後電極が、第１及び第２の外部電極のうち少なくとも一方に電気的に接続されている。もっとも、上記背後電極は、浮き電極であってもよい。
　本発明に係るＥＳＤ保護装置では、好ましくは、上記背後電極が、金属と、上記基板よりも高誘電率の材料とを含む。
　本発明に係るＥＳＤ保護装置では、上記第１，第２の放電電極が、上記基板の外表面に配置されていてもよい。
　また、本発明に係るＥＳＤ保護装置では、上記第１，第２の放電電極が上記基板内に配置されており、上記ギャップが基板内に位置していてもよい。
　本発明に係るＥＳＤ保護装置では、上記高誘電率材料の濃度は、上記第１，第２の放電電極の内部よりも上記第１，第２の放電電極の表面において高くてもよい。
　本発明に係るＥＳＤ保護装置によれば、第１，第２の放電電極が、金属と、高誘電率材料とを含む混合材料からなるため、放電開始電圧を低めることが可能となる。従って、電子回路等において、静電気からの保護をより効果的に果たすことが可能となる。
　加えて、本発明のＥＳＤ保護装置では、第１，第２の放電電極が上記構成を備えるため、容易に製造することができ、製造工程が煩雑となり難い。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の正面断面図及びその要部を説明するための部分切欠拡大正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係るＥＳＤ保護装置における第１，第２の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係を説明するための模式的平面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の正面断面図及びその要部を示す部分切欠拡大正面断面図である。 図４は、本発明の第２の実施形態における第１，第２の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係を示す模式的平面図である。 図５は、第１，第２の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係の変形例を説明するための模式的平面図である。 図６は、第１，第２の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係の他の変形例を説明するための模式的平面図である。 図７は、本発明の第３の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の正面断面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態のＥＳＤ保護装置における第１，第２の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係を示す模式的平面図である。 図９は、本発明の第４の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の正面断面図である。 図１０は、本発明の第４の実施形態のＥＳＤ保護装置における第１，第２の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係を示す模式的平面図である。 図１１は、本発明の第５の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の正面断面図である。 図１２は、本発明の第６の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の正面断面図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の正面断面図及びその要部を示す部分切欠拡大正面断面図である。
　ＥＳＤ保護装置１は、基板２を有する。基板２は、適宜の絶縁性材料からなる。本実施形態では、基板２は、セラミック多層基板からなり、Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを主たる成分として含むＢＡＳ材が用いられている。もっとも、ガラスセラミックスなどの低温焼結セラミックス（ＬＴＣＣ）が用いられてもよい。また、窒化アルミニウムやアルミナなどの高温で焼結されるセラミックス（ＨＴＣＣ）を用いてもよい。さらには、フェライトなどの磁性体セラミックスが用いられてもよい。また、基板２は、セラミックス以外の樹脂等の絶縁性材料で形成されていてもよい。
　基板２の上面２ａ上に、第１の放電電極３と第２の放電電極４とが形成されている。また、第１，第２の放電電極３，４の先端同士を接続するように、第１，第２の放電電極３，４の下面には、放電補助電極５が設けられている。
　第１，第２の放電電極３，４は、本実施形態では、金属と、基板２よりも比誘電率が高い高誘電率材料とを含む混合材料からなる。より具体的には、図１（ｂ）に示すように、第１，第２の放電電極３，４は、金属を主体とし、高誘電率材料粒子６が分散されている構造を有する。このような構造は、金属と、高誘電率材料粒子とを含むペーストを焼成することにより形成される。
　上記第１，第２の放電電極３，４に用いられる金属としては、特に限定されない。例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗまたはこれらの金属を含む合金を用いることができる。
　上記高誘電率材料としては、基板２よりも比誘電率が高い限り、特に限定されない。このような高誘電率材料としては、基板２よりも比誘電率が高いセラミック材料が好適に用いられる。このようなセラミック材料としては、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウムなどが挙げられる。チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウムなどの比誘電率は３０以上、１００００以下程度である。
　他方、基板２として、アルミナなどの絶縁性セラミックスを用いた場合、その比誘電率は、５以上、１５以下程度である。前述したように、上記第１，第２の放電電極を、金属と高誘電率材料とを含むペーストを焼き付けることにより形成した場合、高誘電率材料が表面に偏析する。すなわち、図１（ｂ）に模式的に示すように、第１，第２の放電電極３，４は、金属を主体とするが、高誘電率材料粒子６が分散されている。高誘電率材料粒子６は、第１，第２の放電電極３，４の内部よりも、表面に多く存在する。これは、上記焼成に際し、高誘電率材料粒子６が表面側に移動し、偏析することによる。
　放電補助電極５は、基板２の上面２ａにおいて、第１の放電電極３と第２の放電電極４とを接続するように設けられている。図２に模式的平面図で示すように、放電補助電極５は、第１，第２の放電電極３，４の先端同士が対向しているギャップを含む領域に設けられている。
　放電補助電極５は、基板２の上面２ａにおいて、導電性を有しない材料で被覆されている金属粒子７ａを分散させることにより形成されている。より具体的には、このような導電性粒子を含むペーストを塗布し、焼き付けることにより、形成される。この場合、ペーストに含有されている、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子７ａが基板２の上面２ａから基板２の表面層に拡散される。その結果、上記放電補助電極５が形成される。
　放電補助電極５は、第１の放電電極３の先端と第２の放電電極４の先端との間の放電を促すように作用する。
　上記導電性を有しない材料で被覆された金属粒子７ａを構成する材料については特に限定されない。導電性を有しない材料としては、アルミナなどの絶縁性セラミックス、ガラスなどが挙げられる。また、金属粒子を構成する金属についても特に限定されない。このような金属としては、好ましくは、銅または銅を主成分とした銅系合金が用いられる。もっとも、銀、アルミニウム、モリブデン、タングステンなどの他の金属もしくは他の金属を主体とする合金を用いてもよい。
　なお、本実施形態では、放電補助電極５には、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子７ａの他、半導体セラミック粒子７ｂが添加されている。このような半導体セラミック粒子７ｂとしては、ＳｉＣ、ＴｉＣなどからなる粒子を用いることができる。
　さらに、上記放電補助電極５には、前述した放電電極３，４に含まれている高誘電率材料粒子を添加してもよい。その場合には、より一層放電開始電圧を低めることができる。
　図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１，第２の放電電極３，４の先端同士が対向しているギャップには、樹脂層８が形成されている。樹脂層８は、合成樹脂からなり、その比誘電率が、基板２の比誘電率よりも低い。このような樹脂層８を構成する樹脂としては、ｓタコーン樹脂などを挙げることができる。
　また、本実施形態では、上記放電電極３，４を形成した後に、上記樹脂層８が形成されている。従って、樹脂層８は、樹脂層８を構成する樹脂を上記ギャップを埋めるように付与することにより形成される。よって、本実施形態では、樹脂層８の上面が、第１，第２の放電電極３，４の上面と面一とされている。
　また、上記第１，第２の放電電極３，４及び樹脂層８を被覆するように、第２の樹脂層９が形成されている。第２の樹脂層９は第１の樹脂層８よりも比誘電率が高い樹脂からなる。このような樹脂としては、エポキシ樹脂などを挙げることができる。ただし、本実施形態において、第１，第２の樹脂層８は必ずしも設けられていなくてもよい。例えば、第１の樹脂層８の代わりに空洞が設けられていてもよい。また、第１，第２の樹脂層８，９が同じ材料から形成されていてもよい。
　図１（ａ）に示すように、第１，第２の放電電極３，４に電気的に接続されるように、第１，第２の外部電極１０ａ，１０ｂが形成されている。第１，第２の外部電極１０ａ，１０ｂは、基板２の上面２ａにおいて第１，第２の放電電極３，４にそれぞれ電気的に接続されている。第１，第２の放電電極１０ａ，１０ｂは、基板２の側面を経て下面に至っている。第１，第２の外部電極１０ａ，１０ｂは、適宜の金属もしくは合金からなる。
　基板２内には、背後電極１１が形成されている。背後電極１１は、図２に示すように、平面視した場合、上記第１，第２の放電電極３，４が対向しているギャップ部分と重なる位置に設けられている。
　背後電極１１は、第１，第２の放電電極３，４及び放電補助電極５と、基板２の一部の層を介して対向されている。本実施形態では、基板２はセラミック多層基板からなる。従って、背後電極１１は、基板２の製造工程において形成することができる。
　背後電極１１は、適宜の導電性材料により形成することができる。好ましくは、背後電極１１は、金属を主体とする。このような金属材料としては、第１，第２の放電電極３，４に用いた金属と同様の金属を用いることができる。より好ましくは、背後電極１１は、金属と、基板２よりも比誘電率が高い前述した高誘電率材料とを含む混合材料からなることが望ましい。それによって、放電開始電圧をより一層低めることができる。
　図２に示すように、背後電極１１の幅方向寸法は、放電電極３，４の幅方向寸法よりも小さくしてもよい。ここで幅方向寸法とは、第１，第２の放電電極３，４が対向している方向と直交する方向をいうものとする。さらに、放電補助電極５についても、上記第１，第２の放電電極３，４同士を接続するように設けられている限り、その平面形状は特に限定されない。
　ＥＳＤ保護装置１では、第１，第２の放電電極３，４は、金属と、基板２よりも比誘電率が高い前述した高誘電率材料粒子６とを含む混合材料からなる。そのため、放電開始電圧を効果的に低めることができる。これは、第１，第２の放電電極３，４の近傍に比誘電率が異なる材料が配置されることによる。
　すなわち、第１，第２の放電電極３，４の表面側に高誘電率材料粒子６が存在すると、第１，第２の放電電極３，４の表面付近において、金属、高誘電率材料粒子６、樹脂層８、放電補助電極５等が存在することとなる。従って、放電補助電極３，４の表面付近に比誘電率が異なる複数種の材料が配置されることになる。特に、誘電率が高い高誘電率材料粒子６が放電電極３，４の表面側に存在すると、放電電極３，４の表面の周囲において比誘電率が異なる部分が存在することとなる。その結果、放電電極３，４の表面、特に先端において電界集中が促進されることとなる。従って、電界集中により、放電の基点となる電子の移動が促される。その結果、放電開始電圧が低くなるものと考えられる。
　加えて、高誘電率材料粒子６の存在により、対向する第１，第２の放電電極３，４間の静電容量も高められる。それによって放電時の充電作用が促進されると考えられる。従って、この充電作用の促進によっても、放電開始電圧が低くなっているものと考えられる。
　さらに、本実施形態では、上記放電補助電極５が設けられていることによっても、放電開始電圧が低められている。さらに、上記背後電極１１が設けられているため、電界集中がより一層促進され、それによっても放電開始電圧がより一層低められている。
　さらに、第１，第２の放電電極３，４と背後電極１１との間で静電容量が形成される。そのため、放電時の充電作用がより一層高められ、それによっても放電開始電圧が低められていると考えられる。
　もっとも、本発明においては、上記放電補助電極５及び背後電極１１は必ずしも設けられずともよい。例えば、放電補助電極５の代わりに、電圧非直線性特性を有する材料、金属または半導体等が分散されたポーラスな層が設けられていてもよい。
　なお、好ましくは、背後電極１１は、第１の外部電極１０ａまたは第２の外部電極１０ｂに電気的に接続されていることが望ましい。それによって、放電電極３または放電電極４と背後電極１１との間で静電容量が形成される。従って、放電時の充電作用がより一層高められる。加えて、放電により生じた熱を、背後電極１１から背後電極１１に電気的に接続されている外部電極１０ａまたは外部電極１０ｂに速やかに放散させることができる。従って、ＥＳＤ保護装置１における熱劣化を抑制することができる。
　前述したように、背後電極１１は、好ましくは、放電電極３，４と同様に高誘電率材料を含むことが望ましい。その場合には、背後電極１１の近傍にも、比誘電率が異なる材料が配置されることになる。従って、電界集中作用及び充電作用がより一層高められる。従って、放電開始電圧をより一層低めることができる。
　より好ましくは、背後電極１１と、第１，第２の放電電極３，４を、同じ金属及び同じ高誘電率材料を含む混合材料により構成することが望ましい。その場合には、製造工程のより一層の簡略化も図ることができる。
　ＥＳＤ保護装置１の製造に際しては、周知のセラミック多層基板の製造方法に従って基板２を形成することができる。また、放電補助電極５、第１，第２の放電電極３，４の形成も容易に行うことができる。従って、製造工程の煩雑さも招かない。
　なお、セラミック多層基板により基板２を構成する場合、金属とセラミックスでは、焼成収縮率差が大きいという問題がある。従って、焼成に際し、金属とセラミックスとの間でデラミネーションが生じるおそれがある。
　これに対して、本実施形態では、第１，第２の放電電極３，４が、上記高誘電率材料粒子６を含むため、第１，第２の放電電極３，４と基板２の焼成に際しての収縮率差が小さくなる。従って、デラミネーションの発生を抑制することもできる。
　図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るＥＳＤ保護装置２１の正面断面図及びその要部を示す部分切欠拡大正面断面図である。
　第２の実施形態のＥＳＤ保護装置２１は、基板２２を有する。基板２２は、第１の実施形態の基板２と同様の材料で形成され得る。
　基板２２内に第１，第２の放電電極３，４が配置されている。第１，第２の放電電極３，４の先端同士がギャップを隔てて対向されている。また、第１，第２の放電電極３，４を接続するように放電補助電極５が形成されている。
　第１，第２の放電電極３，４及び放電補助電極５は、形成位置が異なることを除いては第１の実施形態の第１，第２の放電電極３，４及び放電補助電極５と同様に形成されている。従って、第１の実施形態の説明を援用することとする。
　もっとも、本実施形態では、第１，第２の放電電極３，４の先端同士が対向している部分では、空洞２２ｂが設けられている。第１，第２の放電電極３，４の先端は、この空洞２２ｂ内に露出している。従って、第１の放電電極３の先端と第２の放電電極４との先端のギャップは空洞２２ｂ内に位置することとなる。よって、ギャップには、空洞２２ｂを満たしている気体が位置することとなる。気体の比誘電率は、例えば空気では１．０００５９である。従って、基板２２の比誘電率に比べ、上記ギャップを構成している部分は相対的に低い低誘電率部分となる。
　また、基板２２内においては、放電補助電極５及び第１，第２の放電電極３，４と基板層を介して対向するように背後電極１１が設けられている。背後電極１１は、第１の実施形態の背後電極１１と同様に構成されている。本実施形態では、空洞２２ｂの上方にも、背後電極１１Ａが形成されている。背後電極１１Ａは、背後電極１１と同様の材料で形成されている。また、背後電極１１Ａの平面形状及び平面視した際の位置は、背後電極１１と同一とされている。図４に示すように、背後電極１１は、第１，第２の放電電極３，４が対向しているギャップを含む領域に設けられている。
　第１，第２の放電電極３，４は、第１，第２の外部電極１０ａ，１０ｂに電気的に接続されている。第１，第２の外部電極１０ａ，１０ｂは第１の実施形態の場合と同様にして設けられている。
　第２の実施形態のＥＳＤ保護装置２１では、第１の放電電極３と第２の放電電極４との間に静電気が印加されると、沿面放電と気中放電の双方の放電経路により放電することとなる。この場合においても、第１，第２の放電電極３，４が、金属と、高誘電率材料とを含む混合物からなるため、第１の実施形態の場合と同様に、放電開始電圧を効果的に低めることができる。加えて、放電補助電極５及び背後電極１１，１１Ａが設けられていることによっても、放電開始電圧を低めることができる。
　さらに、本実施形態においても、背後電極１１，１１Ａが、第１の外部電極１０ａまたは第２の外部電極１０ｂに電気的に接続されている場合には、放電開始電圧をより一層低めることができるとともに、熱劣化も抑制することができる。
　第２の実施形態のＥＳＤ保護装置２１から明らかなように、本発明においては、第１，第２の放電電極３，４は、基板２２内に位置していてもよい。また、沿面放電だけなく、空洞２２ｂを設けることにより気中放電をも利用してもよい。ただし、本実施形態においては、必ずしも空洞２２ｂや放電補助電極５を設けなくてもよい。この場合、例えば、第１，第２の放電電極３，４の間の領域には、電圧非直線性特性を有する材料、金属または半導体等が分散されたポーラスな層が設けられていてもよい。
　なお、本発明において、第１，第２の放電電極、放電補助電極及び背後電極の位置関係については図２及び図４に模式的に示した位置関係に限定されるものではない。すなわち、図５に示すように、第１の放電電極３と第２の放電電極４とを、先端同士ではなく、先端近傍の側辺同士がギャップを隔てて対向するように配置されてもよい。この場合においても、平面視したときに、ギャップが設けられている領域の少なくとも一部に重なるように、背後電極１１及び放電補助電極５を配置すればよい。さらに、図６に示すように、ギャップの全領域を含むように背後電極１１を配置してもよい。
　図７は、本発明の第３の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の正面断面図である。また、図８は、第３の実施形態のＥＳＤ保護装置における第１，第２の放電電極３，４と、放電補助電極５と、背後電極１１との位置関係を示す模式的平面図である。図７及び図８に示すように、第３の実施形態では、背後電極１１が基板２の端面に引き出されており、第２の外部電極１０ｂに電気的に接続されている。その他の点は、第１の実施形態のＥＳＤ保護装置１と同様である。
　本実施形態のように、背後電極１１が第２の外部電極１０ｂに電気的に接続されている場合には、放電開始電圧をより一層低めることができ、熱劣化を抑制することができる。
　なお、第３の実施形態のＥＳＤ保護装置３１は、その他の構造はＥＳＤ保護装置１と同様であるため、ＥＳＤ保護装置１と同様に、放電開始電圧を低めることができ、かつ製造工程の煩雑さも招き難い。
　同様に、図９及び図１０は、第４の実施形態に係るＥＳＤ保護装置の正面断面図及び該ＥＳＤ保護装置における第１，第２の放電電極と、放電補助電極と、背後電極との位置関係を示す模式的平面図である。
　第４の実施形態のＥＳＤ保護装置４１は、背後電極１１，１１Ａが第２の外部電極１０ｂに電気的に接続されていることにある。その他の点は、第４の実施形態は第２の実施形態と同様である。
　第４の実施形態においても、背後電極１１Ａ，１１が、第２の外部電極１０ｂに電気的に接続されているため、放電開始電圧をより一層低めることができる。また、熱劣化も抑制することができる。
　第４の実施形態のＥＳＤ保護装置４１は、その他の構造はＥＳＤ保護装置２１と同様であるため、ＥＳＤ保護装置２１と同様に、放電開始電圧を低めることができる。
　なお、第１及び第２の実施形態のＥＳＤ保護装置１，２１では、背後電極１１や背後電極１１，１１Ａが設けられていたが、図１１及び図１２に示す第５及び第６の実施形態のように、背後電極を省略してもよい。
　次に、具体的な実験例につき説明する。
　（実施例１及び比較例１）
　以下の要領で、第２の実施形態の実施例として実施例１と、比較のための比較例１のＥＳＤ保護装置を作製した。
　（セラミックグリーンシート）
　Ｂａ、Ａｌ及びＳｉを主体とし、ＢＡＳ材として知られているセラミック組成のセラミック粉末を用意した。このセラミック粉末に、トルエン及びエキネンを加え混合し、さらにバインダー樹脂と可塑剤とを加え、セラミックスラリーを得た。このセラミックスラリーをドクターブレード法により成形し、厚み５０μｍのマザーのセラミックグリーンシートを得た。
　（放電電極ペースト）
　下記の表１に示す高誘電率材料粒子と、下記の表２に示す金属粒子とを用意した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　なお、表２における平均粒径Ｄ５０は、レーザー回折式流動分布法により求めた平均粒径である。
　また、表１及び表２における比表面積（ＳＳＡ）は、窒素ガスを用いたＢＥＴ１点法により求めた値である。
　上記高誘電率材料粒子は、比誘電率が２０００であるチタン酸バリウムの単板を粉砕することにより得たものである。
　上記表１に記載の高誘電率材料粒子と、表２に記載の金属粒子と、有機ビヒクル溶液とを混合し、下記の表３に示す組成の放電電極ペーストＰ－１を得た。比較のために、高誘電率材料粒子を含まない放電電極ペーストＰ－２を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　（放電補助電極ペースト）
　平均粒径が２．５μｍでありかつＡｌ含有量が７重量％のＣｕＡｌ合金粉末と、平均粒径が０．５μｍのＢａＯ－Ｓｉ２－Ａｌ２Ｏ３系ガラスセラミックス粉末と、ターピネオール中にエチルセルロースを１０重量％の濃度となるように溶解されている有機ビヒクル溶液とを用意した。Ｃｕ合金粉末が全体の１１．２体積％、上記ＢａＯ－Ｓｉ２－Ａｌ２Ｏ３系ガラスセラミックス粉末が全体の２．８体積％、残りが上記有機ビヒクル溶液を占めるようにこれらを配合し、放電補助電極ペーストを得た。
　（空洞形成用ペースト）
　平均粒径１μｍの架橋アクリル樹脂ビーズ３８重量％と、ターピネオール中にエトセル樹脂を１０重量％溶解してなる有機ビヒクル溶液６２重量％とを調合し、空洞形成用ペーストを得た。
　（外部電極ペースト）
　平均粒径が１μｍのＣｕ粉末８０重量％と、ガラス転移点６２０℃及び軟化点７２０℃であり、かつ平均粒径が１μｍのホウケイ酸アルカリ系ガラスフリット５重量％と、エチルセルロースをターピネオールに溶解してなる有機ビヒクル１５重量％とを混合し、外部端子電極用ペーストを得た。
　（セラミック多層基板の製造）
　上述したマザーのセラミックグリーンシート上に、上記放電補助電極ペーストを塗布し、次に第１，第２の放電電極を形成する位置に放電電極ペーストを重ね塗りし、塗布した。ギャップの対向距離は２０μｍとした。さらに、上記空洞形成用ペーストを塗布し、乾燥した。
　上記空洞形成用ペーストを塗布したマザーのセラミックグリーンシートの上下に、複数枚のマザーのセラミックグリーンシートを積層し圧着した。このようにして厚み０．３ｍｍのマザーの積層体を得た。
　このマザーの積層体を、個々のＥＳＤ保護装置の基板２２を構成するように、厚み方向に切断し、１．０ｍｍ×０．５ｍｍの平面形状のチップを得た。
　なお、放電補助電極ペースト中のＣｕＡｌ合金粉末を焼成すると、中心がＣｕとなり、外表面に、Ａｌが酸化しＡｌ２Ｏ３の絶縁層が形成されることになる。従って、放電補助電極においては、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子が分散されることになる。
　また、放電電極においては、焼成に際しＣｕが先に焼結を開始し、高誘電率粒子であるチタン酸バリウムは放電電極表面に排出されてゆき、表面に多く存在することになると考えられる。
　上記のようにしてチップを作製して基板を得た。この基板の両端面に外部電極ペーストを塗布し、焼き付け、外部電極を形成した。さらに外部電極表面にＮｉめっき及びＳｎめっき層を電界めっきにより形成した。上記のようにしてＥＳＤ保護装置を得た。
　（評価）
　上記のようにして得た実施例１のＥＳＤ保護装置と、放電電極ペーストＰ－２を用いたことを除いては上記実施例１と同様にして比較例１のＥＳＤ保護装置を得た。
　上記のようにして得た各ＥＳＤ保護装には、ＩＥＣ規格、ＩＥＣ６１０００－４－２に準拠し、接触放電によりＥＳＤを低い電圧側から印加していった。各印加電圧におけるＥＳＤ保護装置の動作率を求めた。すなわち、１００個のサンプルにおいて、放電が開始したサンプルの数を求め、その割合を動作率とした。なお、動作率の評価記号は以下の通りである。
　◎…９０％超～１００％
　○…５０％超～９０％
　△…１０％超～５０％
　×…０％～１０％
　結果を下記の表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４から明らかなように、比較例１に比べ、実施例１によれば、より低い電圧の静電気を印加した場合であったも、動作率が高かった。すなわち、放電開始電圧を効果的に低めることが可能とされている。
　なお、上記実施例１及び比較例１のＥＳＤ保護装置の静電容量を、Ｖｂｉａｓ＝０Ｖ、１ＭＨｚの条件で、アジレント社製ＬＣＲメーターにより測定した。その結果、上記比較例１では０．０５ｐＦであった。これに対して、上記実施例１では、静電容量は０．０７ｐＦであった。
　高周波回路において信号の減衰を招かないためには、静電容量は約０．５ｐＦ以下と小さいことが望ましいとされている。上記のように、実施例１では、静電容量は、比較例１と同等であり、０．０７ｐＦとかなり小さかった。従って、高周波回路においてＥＳＤ保護装置と好適に用いることができる。
　（実施例２及び３）
　背後電極ペーストとして比較例１で用いた放電電極ペーストＰ－２を用いた。
　１枚のマザーのセラミックグリーンシートにおいて、上記背後電極ペーストを外部電極と接続しないようにスクリーン印刷した。この背後電極ペーストが印刷されたマザーのセラミックグリーンシートを挿入したことを除いては、実施例１と同様にして実施例２，３のＥＳＤ保護装置を得た。
　なお、実施例２では、背後電極が第１，第２の外部電極に電気的に接続されないように上記セラミックグリーンシート上に背後電極ペーストを印刷した。
　これに対して、実施例３では、上記背後電極ペーストの印刷に際し、最終的に一方の外部電極と電気的に接続されるように背後電極ペーストを印刷した。
　さらに、実施例２及び３においては、背後電極は、マザーの積層体段階で第１，第２の放電電極３，４が形成されている位置よりも１０μｍ下方に背後電極が位置するように設けた。
　上記のようにして得た実施例２及び３のＥＳＤ保護装置について、実施例１と同様にして放電開始電圧を評価した。
　結果を下記の表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５から明らかなように、実施例２，３によれば、実施例１に比べて、さらに放電開始電圧を低め得ることがわかる。すなわち、背後電極の形成により、放電開始電圧をより一層低め得ることがわかる。加えて、実施例３では、背後電極が外部電極に電気的に接続されているため、実施例２に比べて、さらに放電開始電圧を低め得ることがわかる。
　実施例２及び３のＥＳＤ保護装置の静電容量を実施例１と同様にして測定したところ、それぞれ、０．０８ｐＦ及び０．１５ｐＦと十分に低かった。従って、実施例２，３のＥＳＤ保護装置も、高周波回路におけるＥＳＤ保護素子として好適に用いることができる。
　（実施例４）
　背後電極ペーストとして放電電極ペーストと同じ組成の電極ペーストを用いた。その他の構造は実施例３と同様とした。
　上記のようにして得た実施例４のＥＳＤ保護装置について、実施例１と同様にして放電開始電圧を評価した。結果を下記の表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６から明らかなように、実施例４によれば、放電開始電圧がより一層低められていることがわかる。これは、背後電極においても、高誘電率材料が分散されているため、電界集中がより一層強くなり、充電作用もより一層高められているためと考えられる。
　実施例４で得たＥＳＤ保護装置の静電容量を測定したところ、０．１７ｐＦと十分低かった。従って、実施例４で得たＥＳＤ保護装置も、高周波回路における静電気の保護に好適に用いることができる。
１…ＥＳＤ保護装置
２…基板
２ａ…上面
３，４…第１，第２の放電電極
５…放電補助電極
６…高誘電率材料粒子
７ａ…金属粒子
７ｂ…半導体セラミック粒子
８，９…樹脂層
１０ａ，１０ｂ…第１，第２の外部電極
１１，１１Ａ…背後電極
２１，３１，４１…ＥＳＤ保護装置
２２…基板
２２ｂ…空洞

Claims (14)

  1. 　基板と、
    　前記基板に設けられており、ギャップを隔てて対向している第１，第２の放電電極とを備え、
    　前記第１，第２の放電電極が、金属と、前記基板よりも比誘電率が高い高誘電率材料とを含む混合材料からなる、ＥＳＤ保護装置。
  2. 　前記第１の放電電極と、前記第２の放電電極とを接続するように設けられており、前記第１，第２の放電電極間の放電を促す放電補助電極をさらに備える、請求項１に記載のＥＳＤ保護装置。
  3. 　前記放電補助電極が、導電性を有しない材料で被覆された金属粒子を含む、請求項２に記載のＥＳＤ保護装置。
  4. 　前記ギャップに、前記基板よりも比誘電率が低い低誘電率部分が位置している、請求項１～３のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護装置。
  5. 　前記低誘電率部分が空洞である、請求項４に記載のＥＳＤ保護装置。
  6. 　前記低誘電率部分が、基板よりも比誘電率の低い固体の材料からなる、請求項４に記載のＥＳＤ保護装置。
  7. 　前記基板よりも比誘電率が低い固体の材料が樹脂である、請求項６に記載のＥＳＤ保護装置。
  8. 　前記第１，第２の放電電極間のギャップと前記基板の一部を介して重なり合うように設けられた背後電極をさらに備える、請求項１～７のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護装置。
  9. 　前記基板に設けられており、前記第１，第２の放電電極にそれぞれ電気的に接続されている第１及び第２の外部電極をさらに備え、
    　前記背後電極が、前記第１及び第２の外部電極のうち少なくとも一方に電気的に接続されている、請求項１～８のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護装置。
  10. 　前記背後電極が、浮き電極である、請求項１～８のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護装置。
  11. 　前記背後電極が、金属と、前記基板よりも高誘電率の材料とを含む、請求項８～１０のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護装置。
  12. 　前記第１，第２の放電電極が、前記基板の外表面に配置されている、請求項１～１１のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護装置。
  13. 　前記第１，第２の放電電極が前記基板内に配置されており、前記ギャップが基板内に位置している、請求項１～１１のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護装置。
  14. 　前記高誘電率材料の濃度は、前記第１，第２の放電電極の内部よりも前記第１，第２の放電電極の表面において高い、請求項１～１３のいずれか１項に記載のＥＳＤ保護装置。
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