(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック素体と、
前記セラミック素体の内部に、間隔を設けて層状に対向するように配置された第１の放電電極層および第２の放電電極層と、
前記セラミック素体の内部に形成された空洞と、
前記セラミック素体の表面上に形成され、前記第１の放電電極層または前記第２の放電電極層と電気的に接続された複数の外部電極とを備え、
前記第１の放電電極層および前記第２の放電電極層それぞれの端面が、前記空洞の縁部に露出しており、
前記第１の放電電極層および前記第２の放電電極層に挟まれた領域に、導体粒子および絶縁体材料を含む放電補助電極層が形成され、
前記放電補助電極層の端面が前記空洞の縁部に露出していることを特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
【請求項２】
前記第１の放電電極層および前記第２の放電電極層の端面が、前記放電補助電極層の端面よりも前記空洞の内側に向かって突出し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。
【請求項３】
前記第１の放電電極層および前記第２の放電電極層が複数配置されてい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。
【請求項４】
少なくとも１枚の第１のセラミックグリーンシートを形成する工程と、
複数枚の第２のセラミックグリーンシートを形成する工程と、
前記第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に、放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第１の放電電極層を形成する工程と、
前記第１の放電電極層上に、導体粒子および絶縁体材料を含む放電補助電極層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層を形成する工程と、
前記放電補助電極層上に、放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第２の放電電極層を形成する工程と、
前記第２の放電電極層、前記放電補助電極層、前記第１の放電電極層および前記第１のセラミックグリーンシートを順に貫通する空洞を形成する工程と、
前記第２のセラミックグリーンシート、前記空洞が形成された前記第１のセラミックグリーンシート、前記第２のセラミックグリーンシートの順に、積層し、圧着することにより、前記空洞を内部に有するセラミック素体を形成する工程と、
前記セラミック素体を焼成する工程と、
前記セラミック素体の表面上に、前記第１の放電電極層または前記第２の放電電極層と電気的に接続された複数の外部電極を形成する工程と、
を備えていることを特徴とするＥＳＤ保護デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記セラミック素体を希ガス雰囲気で焼成することを特徴とする請求項５に記載されたＥＳＤ保護デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＳＤ保護デバイスとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置や電子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）に示すようなＥＳＤ（Electro-Static Discharge；静電気放電）保護デバイスが用いられている。
【０００３】
図７に、特許文献１に示されたＥＳＤ保護デバイス６００の断面図を示す。
【０００４】
ＥＳＤ保護デバイス６００は、内部に空洞１０７を有するセラミック素体１１０を備えている。
【０００５】
空洞１０７内には、端面１０３ａ、１０５ａが間隔Ｇを設けて対向する１対の放電電極層１０３、１０５が形成されている。
【０００６】
放電電極層１０３、１０５およびその対向する領域１０９の下には、放電補助電極層１０４が形成されている。放電補助電極層１０４は、導体粒子および絶縁体材料を含んでいる。
【０００７】
セラミック素体１１０の表面上には、放電電極層１０３、１０５と電気的に接続された複数の外部電極１１２、１１２が形成されている。
【０００８】
ＥＳＤ保護デバイス６００の放電開始電圧は、放電電極層１０３、１０５の端面１０３ａ、１０５ａの間隔Ｇを小さくすることにより、低下させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００８／１４６５１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のＥＳＤ保護デバイス６００の製造方法においては、端面１０３ａ、１０５ａが間隔Ｇを設けて対向する１対の放電電極層１０３、１０５は、例えばスクリーン印刷により形成されている。
【００１１】
しかしながら、スクリーン印刷は印刷位置精度が高くないため、端面１０３ａ、１０５ａが狭い間隔Ｇで対向するように１対の放電電極層１０３、１０５を形成し、放電開始電圧が小さいＥＳＤ保護デバイスを得ることが困難であった。
【００１２】
本発明の目的は、狭い間隔で対向する１対の放電電極層を備えた放電開始電圧が小さいＥＳＤ保護デバイスと、その製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、セラミック素体と、セラミック素体の内部に、間隔を設けて層状に対向するように配置された第１の放電電極層および第２の放電電極層と、セラミック素体の内部に形成された空洞と、セラミック素体の表面上に形成され、第１の放電電極層または第２の放電電極層と電気的に接続された複数の外部電極とを備え、第１の放電電極層および第２の放電電極層それぞれの端面が、空洞の縁部に露出しており、第１の放電電極層および第２の放電電極層に挟まれた領域に、導体粒子および絶縁体材料を含む放電補助電極層が形成され、放電補助電極層の端面が空洞の縁部に露出していることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のＥＳＤ保護デバイスの製造方法は、少なくとも１枚の第１のセラミックグリーンシートを形成する工程と、複数枚の第２のセラミックグリーンシートを形成する工程と、第１のセラミックグリーンシートの一方主面上に、放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第１の放電電極層を形成する工程と、第１の放電電極層上に、導体粒子および絶縁体材料を含む放電補助電極層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層を形成する工程と、放電補助電極層上に、放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第２の放電電極層を形成する工程と、第２の放電電極層、放電補助電極層、第１の放電電極層および第１のセラミックグリーンシートを順に貫通する空洞を形成する工程と、第２のセラミックグリーンシート、空洞が形成された第１のセラミックグリーンシート、第２のセラミックグリーンシートの順に、積層し、圧着することにより、空洞を内部に有するセラミック素体を形成する工程と、セラミック素体を焼成する工程と、セラミック素体の表面上に、第１の放電電極層または第２の放電電極層と電気的に接続された複数の外部電極を形成する工程と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、狭い間隔で対向する１対の放電電極層を備えた放電開始電圧が小さいＥＳＤ保護デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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の分解斜視図である。図１（Ｂ）は、ＥＳＤ保護デバイス１００の断面図であり、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に対応する。図１（Ｃ）は、ＥＳＤ保護デバイス１００の断面図であり、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に対応する。なお、図１（Ａ）においては、外部電極１２を省略している。
【図２】図２（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法において適用する各工程を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス２００の分解斜視図である。なお、図３においては、外部電極１２を省略している。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス３００の分解斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス４００の分解斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第５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７】図７は、従来のＥＳＤ保護デバイス６００の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下において、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。
（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。
【００１８】
ＥＳＤ保護デバイス１００は、第１のセラミックグリーンシート１および第２のセラミックグリーンシート２、２からなるセラミック素体１０を備えている。セラミック素体１０の材料には、例えばＢａ、Ａｌ、Ｓｉを中心とした各素材を混合してなるＢＡＳ材が用いられている。
【００１９】
セラミック素体１０の内部には、空洞７が形成されている。
【００２０】
セラミック素体１０の内部には、間隔を設けて層状に対向するように、Ｃｕ等からなる第１の放電電極層３および第２の放電電極層５が配置されている。
【００２１】
第１の放電電極層３および第２の放電電極層５に挟まれた領域に、放電補助電極層４が形成されている。放電補助電極層４は、アルミナ被膜Ｃｕ粒子等の導体粒子および、ＢＡＳ材等からなる絶縁体材料を含んでいる。
【００２２】
第１の放電電極層３、放電補助電極層４および第２の放電電極層５それぞれの端面３ａ、４ａ、５ａは、空洞７の縁部７ａに露出している。
【００２３】
セラミック素体１０の表面上には、図１（Ｂ）に示すように、第１の放電電極層３または第２の放電電極層５と電気的に接続されるように、複数の外部電極１２、１２が形成されている。
【００２４】
以上に示したＥＳＤ保護デバイス１００では、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１の放電電極層３および第２の放電電極層５それぞれの端面３ａ、５ａが、最短距離では放電補助電極層４の厚みに対応した間隔Ｇで対向している。後述するように、本発明のＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法においては、放電補助電極層４の厚みを小さく形成することができるため、間隔Ｇを小さく設定することができる。
【００２５】
ＥＳＤ保護デバイス１００は、空洞７の縁部７ａにおいて、第１の放電電極層３および第２の放電電極層５それぞれの端面３ａ、５ａの間の沿面放電や気中放電が生じることにより動作する。狭い間隔Ｇで対向する１対の放電電極層３、５を備えているため、放電開始電圧を小さくすることができる。
【００２６】
表１に、図７に示した従来のＥＳＤ保護デバイス６００と、間隔Ｇの異なる２種類の本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００（実施例１、２）の放電開始電圧値を示す。実施例１は、第１の放電電極層３と第２の放電電極層５の間隔Ｇが２０μｍであり、実施例２は１０μｍである。また、従来のＥＳＤ保護デバイス６００における間隔Ｇは３０μｍである。
【００２７】
放電開始電圧値は、ＩＥＣ規格（ＩＥＣ６１０００−４−２）に従い接触放電にてＥＳＤを低電圧から印加することにより測定している。ＥＳＤ保護デバイス１００、６００が動作した場合は○印を、動作しなかった場合を×印で表している。
【００２８】
【表１】
0005644829.tif 000002
【００２９】
表１から分かるように、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００は、従来のＥＳＤ保護デバイス６００よりも低電圧で動作させることができる。
【００３０】
また、本発明のＥＳＤ保護デバイス１００においては、放電電極層３、５の端面３ａ、５ａを閉じられた空洞７の縁部７ａに露出させているため、外部環境に対する信頼性を向上させることができる。
【００３１】
また、保護膜等で端面４ａ、３ａ、５ａを覆う必要がないため、放電開始電圧を小さくすることができる。
【００３２】
以下、図１、図２を参照して、本発明の第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法について説明する。
【００３３】
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１２時間粉砕し、平均粒径約１μｍのＢＡＳ材からなる絶縁体材料を形成する。この絶縁体材料に、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。
【００３４】
次に、スラリーをドクターブレート#法により成形し、厚み５０μｍの第１のセラミックグリーンシートおよび第２のセラミックグリーンシートを形成する。
【００３５】
次に、平均粒径約２μｍの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層形成用ペーストを形成する。なお、Ｃｕ粉を８０ｗｔ％、バインダー樹脂と溶剤を２０ｗｔ％の比率で混合する。
【００３６】
次に、図２（Ａ）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１の一方主面上に、スクリーン印刷により放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第１の放電電極層３を形成する。第１の放電電極層３の厚みは、例えば１０μｍとする。
【００３７】
次に、導体粒子および絶縁体材料を含む放電補助電極層形成用ペーストを形成する。具体的には、平均粒径約２μｍのアルミナ被膜Ｃｕ粒子と、上述したスラリーを形成する際に用いた平均粒径約１μｍのＢＡＳ材からなる絶縁体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層形成用ペーストを形成する。なお、アルミナ被覆Ｃｕ粒子と絶縁体材料を８０ｗｔ％、バインダー樹脂と溶剤を２０ｗｔ％の比率で混合する。また、アルミナ被覆Ｃｕ粒子と絶縁体材料は、８０ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ％の比率で混合する。
【００３８】
次に、図２（Ｂ）に示すように、第１の放電電極層３上に、スクリーン印刷により放電補助電極層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層４を形成する。放電補助電極層４の厚みは、例えば１０μｍや２０μｍまで小さく設定することができる。
【００３９】
次に、図２（Ｃ）に示すように、放電補助電極層４上に、スクリーン印刷により放電電極層形成用ペーストを塗布することにより、未焼成の第２の放電電極層５を形成する。第２の放電電極層５の厚みは、例えば１０μｍとする。
【００４０】
次に、図２（Ｄ）に示すように、メカパンチ等により、第２の放電電極層５、放電補助電極層４、第１の放電電極層３および第１のセラミックグリーンシート１を順に貫通する空洞７を形成する。その結果、第２の放電電極層５、放電補助電極層４、第１の放電電極層３の端面５ａ、４ａ、３ａが空洞７の縁部７ａに露出することになる。
【００４１】
次に、図１（Ａ）に示すように、第２のセラミックグリーンシート２、空洞７が形成された第１のセラミックグリーンシート１、第２のセラミックグリーンシート２の順に、積層し、圧着することにより、空洞７を内部に有する厚み０．３ｍｍのセラミック素体１０を形成する。
【００４２】
次に、セラミック素体１０をＮ2雰囲気中で焼成する。
【００４３】
次に、図１（Ｂ）に示すように、セラミック素体１０の表面上に導電ペーストを塗布し、焼き付けることにより、第１の放電電極層３または第２の放電電極層５と電気的に接続された複数の外部電極１２、１２を形成する。
【００４４】
最後に、外部電極１２、１２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、ＥＳＤ保護デバイス１００を完成させる。
【００４５】
以上に示した本発明のＥＳＤ保護デバイス１００の製造方法によれば、スクリーン印刷の印刷厚み精度が高いため、例えば１０μｍや２０μｍの狭い間隔Ｇで対向する第１の放電電極層３および第２の放電電極層５を形成することができる。
【００４６】
また、スクリーン印刷およびメカパンチというコストの低い方法を用いているため、安価にＥＳＤ保護デバイスを製造することができる。
（第２の実施形態）
図３に、本発明の第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス２００の分解斜視図を示す。
【００４７】
第１の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００では、第１の放電電極層３、放電補助電極層４、第２の放電電極層５からなる放電部が１組形成されているが、第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス２００では、放電部が２枚の第１のセラミックグリーンシート１、１それぞれに２組ずつ形成されている。
【００４８】
ＥＳＤ保護デバイス２００には第１の放電電極層３、放電補助電極層４、第２の放電電極層５からなる複数組の放電部が形成されているため、１つのＥＳＤ保護デバイス２００を複数の回路に使用することができる。そのため、電子機器内でのＥＳＤ保護デバイスの使用個数を削減することができ、電子機器内の回路を小型化することができる。
（第３の実施形態）
図４に、本発明の第３の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス３００の平面図を示す。
【００４９】
第１および第２の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００、２００では、１つの放電部を空洞７の縁部７ａの１つの面に露出するように形成しているが、第３の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス３００では、１つの放電部を空洞７の縁部７ａの対向する２つの面に露出するように形成している。そのため、沿面放電可能領域を増やすことができ、連続動作性を向上させることができる。
（第４の実施形態）
図５に、本発明の第４の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス４００の分解斜視図を示す。
【００５０】
第３の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス３００では、１つの放電部を空洞７の縁部７ａの対向する２つの面に露出するように形成しているが、第４の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス４００では、１つの放電部を縁部７ａの全面に露出するように形成している。そのため、ＥＳＤ保護デバイス３００に比べて沿面放電可能領域をさらに増やすことができ、連続動作性をより向上させることができる。
（第５の実施形態）
図６に、本発明の第５の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００の分解斜視図を示す。
【００５１】
第１ないし第４の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス１００、２００、３００、４００とは異なり、第５の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００では、第１の放電電極層３、第２の放電電極層５それぞれの端面３ａ、５ａが放電補助電極層４の端面４ａよりも空洞７の内側に向かって突出している。ＥＳＤ保護デバイス５００の他の構成は、ＥＳＤ保護デバイス１００と同じにしている。
【００５２】
ＥＳＤ保護デバイス５００は、第１の放電電極層３、第２の放電電極層５の端面３ａ、５ａのみならず、第１の放電電極層３、第２の放電電極層５の主面３ｂ、５ｂが対向している。そのため、第１の放電電極層３および第２の放電電極層５の対向面積が広くなり、ＥＳＤ保護デバイス５００の連続動作性を向上させることができる。
【００５３】
以下、図６を参照して、本発明の第５の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイス５００の製造方法について説明する。
【００５４】
本発明の第１の実施形態とは異なり、第５の実施形態においては、焼成後の収縮率が異なる放電補助電極層形成用ペーストおよび放電電極層形成用ペーストを用いる。具体的には、放電補助電極層４の焼成後の収縮率を８５％、第１の放電電極層３および第２の放電電極層５の焼成後の収縮率を８６〜９０％となるように、放電補助電極層形成用ペーストおよび放電電極層形成用ペーストの組成を調整する。
【００５５】
放電補助電極層形成用ペーストは、例えば、アルミナ被膜Ｃｕ粒子とＢＡＳ材からなる絶縁体材料を８０ｗｔ％、バインダー樹脂と溶剤を２０ｗｔ％の比率で混合する。
【００５６】
放電電極層形成用ペーストは、例えば、第１の実施形態の組成にアルミナ粉を新しく加え、Ｃｕ粒子とアルミナ粉を８０ｗｔ％、バインダー樹脂と溶剤を２０ｗｔ％の比率で混合する。Ｃｕ粒子とアルミナ粉は、９５ｖｏｌ％、５ｖｏｌ％の比率で混合する。
【００５７】
以上のように焼成後の収縮率を設定することによって、セラミック素体１０を焼成する工程において、収縮率の違いにより第１の放電電極層３、第２の放電電極層５の端面３ａ、５ａが放電補助電極層４の端面４ａに比べて空洞７の内側に向かって突出する。
【００５８】
以上で示したＥＳＤ保護デバイス５００の製造方法によれば、放電補助電極層形成用ペーストの焼成後の収縮率を放電電極層形成用ペーストに比べて小さく設定することのみにより、端面３ａ、５ａが空洞７の内側に向かって突出した第１の放電電極層３、第２の放電電極層５を形成することができる。
【００５９】
なお、本発明の実施形態にかかるＥＳＤ保護デバイスおよびその製造方法は、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。
【００６０】
例えば、前記実施形態では、放電電極層形成用ペーストに含まれる導体粒子の材料にＣｕを用いているが、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗや、これらの組み合わせでも良い。
【００６１】
また、第１の放電電極層３および第２の放電電極層５に挟まれた領域に、導体粒子および絶縁体材料を含む放電補助電極層４が形成されているが、セラミックからなる層等どのようなものを形成しても良い。セラミックからなる層は、第１の放電電極層３上に、放電補助電極層形成用ペーストを塗布する代わりに第１または第２のセラミックグリーンシート１、２を積層することにより形成することができる。
【００６２】
この場合において、第１または第２のセラミックグリーンシート１、２の焼成後の収縮率を、放電電極層形成用ペーストよりも小さく設定することにより、第１の放電電極層３および第２の放電電極層５の端面３ａ、５ａを空洞７の内側に向かって突出させることができる。
【００６３】
また、セラミック素体１０に用いる材料には、Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを中心とした各素材を混合してなるＢＡＳ材を用いているが、フォルステライトにガラスを加えたものや、ＣｒＺｒＯ3にガラスを加えたもの等を用いても良い。
【００６４】
また、放電補助電極層形成用ペーストに含まれる絶縁体材料にＢＡＳ材を用いているが、アルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミック材料を用いても良い。
【００６５】
また、セラミック素体１０をＮ2雰囲気中で焼成しているが、ＡｒやＮｅ等の希ガス雰囲気中で焼成しても良い。この場合、空洞７に希ガスが導入されるため、さらに放電開始電圧を小さくすることができる。
【００６６】
また、第１の放電電極層３、第２の放電電極層５および放電補助電極層４が酸化しない材料からなる場合には、大気雰囲気中で焼成しても良い。
【００６７】
また、第５の実施形態に示した放電電極層形成用ペーストおよび放電補助電極層形成用ペーストそれぞれの組成の比率や収縮率に限られず、焼成後の第１の放電電極層３および第２の放電電極層５の端面３ａ、５ａが放電補助電極層４の端面４ａよりも空洞７の内側に向かって突出していれば、どのような組成の比率や収縮率でも良い。
【００６８】
また、セラミック素体１０を完成品であるＥＳＤ保護デバイス１００、２００、３００、４００、５００の大きさで形成しているが、セラミック素体１０を親基板状態で形成し、このセラミック基板１０を分割することにより、本発明の実施形態にかかる製造方法の量産性を高めることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  第１のセラミックグリーンシート
２  第２のセラミックグリーンシート
３  第１の放電電極層
３ａ  第１の放電電極層の端面
３ｂ  第１の放電電極層の主面
４  放電補助電極層
４ａ  放電補助電極層の端面
５  第２の放電電極層
５ａ  第２の放電電極層の端面
５ｂ  第２の放電電極層の主面
７  空洞
７ａ  縁部
１０  セラミック素体
１２  外部電極
１００、２００、３００、４００、５００  ＥＳＤ保護デバイス
Ｇ  間隔
【図１】
0005644829.tif 000003
【図２】
0005644829.tif 000004
【図３】
0005644829.tif 000005
【図４】
0005644829.tif 000006
【図５】
0005644829.tif 000007
【図６】
0005644829.tif 000008
【図７】
0005644829.tif 000009