(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に電極が形成された上部に液状の過渡電圧保護材料を付着硬化させて過渡電圧保護層を形成する工程を含むＥＳＤ素子の製造方法において、
前記上部に、水平面方向で上端部の高さ位置が均一な枠状の土手部を形成し、この土手部の内側に液状の過渡電圧保護材料を付着硬化させて、上面が平坦な過渡電圧保護層を形成するようにしたことを特徴とするＥＳＤ素子の製造方法。
【請求項２】
過渡電圧保護層よりも相対的に耐衝撃性の高い硬質材料で土手部が形成される請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
シート状の基材の一方面にプリント回路基板の信号線と接地線に各々接続される一対の下電極を、前記基材の他方面に該一対の下電極と各々電気的に接続されている一対の上電極を備え、さらに該一対の上電極と前記基材の上部に過渡電圧保護層と保護層を積層形成してあるＥＳＤ素子において、
前記上部に、上端部の高さ位置が過渡電圧保護層の上面の高さ位置と同じか又はそれよりも高く、且つ、過渡電圧保護層を包囲可能な枠形状の土手部を備えており、この土手部の内側に過渡電圧保護層が、そしてこの過渡電圧保護層の上に保護層が、各上面を平坦として各々形成されていることを特徴とするＥＳＤ素子。
【請求項４】
土手部の耐衝撃性が過渡電圧保護層よりも相対的に高くなっている請求項３に記載のＥＳＤ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路内のＩＣ等を静電気等の過渡電圧から保護するためにプリント回路基板に実装されるサージ吸収素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サージ吸収素子（本明細書においてＥＳＤ素子という）は、回路内に侵入した静電気等による過渡電圧から回路内のＩＣ等の破壊を防止するために、プリント回路基板（以下、ＰＣＢという）の信号線とＧＮＤ線の間に接続させるようにして実装するものである。即ちＥＳＤ素子は、過電圧からＩＣ等を保護しその破壊を防止するための砦として機能するものである。
【０００３】
図３はその一従来例を示す図で、ＥＳＤ素子１は、基材２の表面に凸形状の上電極３が、その裏面に基板回路の信号線とＧＮＤ線に各々接続される一対の下電極４がそれぞれ形成されていて、これらの電極３，４は互いに基材２の両端末に形成されているターミネート電極５によって電気的に接続されている。
【０００４】
そして上電極３には、ギャップｇを隔てて対向する両上電極３の突部３ａを覆うように過渡電圧保護層６が形成されている。ＥＳＤ素子１は、非常に大きな絶縁抵抗を持っており信号入力側からの信号をそのまま信号出力側に伝えるが、静電気等の過渡電圧が基板回路に侵入すると、この過渡電圧保護層６によって数ｎｓの時間内で数Ω以下の低インピーダンスに低下し、過渡電圧を下電極４を通じて基板回路のＧＮＤ線に回避させるようになっている。７はエポキシ樹脂等の合成樹脂を加熱硬化させて形成した保護層で、過渡電圧保護層６はこの保護層７によって物理的・化学的な外乱から保護されている。
【０００５】
ところでＥＳＤ素子１の重要な機能を担う過渡電圧保護層６は、図４のように多数の上電極３が形成されたシート状の基材２に、熱硬化性ラバーや合成樹脂等に導電性微粉末を混入し、これを有機溶媒で溶解した液状の過渡電圧保護材料を、各上電極３のギャップｇを位置目標としてディスペンス又はスクリーン印刷によって連続的に滴下又は印刷していき、これらを乾燥硬化することで形成される。なお、一つ一つのＥＳＤ素子１は、シート状の基材２を水平・垂直の各方向へ延びる切断線Ｃｈ，Ｃｖで切断して形成されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ギャップｇを目掛けて滴下した過渡電圧保護材料は、その表面張力、また基材２と上電極３とのぬれ性に応じて、図５（ｂ）のように丸くドーム状に盛り上がってしまうことがある。そのため乾燥硬化後の過渡電圧保護層６も同じく丸いドーム状に盛り上がり、ＥＳＤ素子１をＰＣＢへ実装する際に次のような問題を生じさせる要因となる。
【０００７】
その一つは実装効率の低下という問題である。ＥＳＤ素子１をＰＣＢへ実装する際には、自動実装機の吸着ノズルでＥＳＤ素子１の上面を吸着して持ち上げてからＰＣＢの所定位置へ移送し載置するようにしている。ところが、過渡電圧保護層６が丸くドーム状に形成されていると、その上にオーバーコートした保護層７もそれに倣って同じくドーム状に形成されてしまうため、吸着ノズルＮの吸着口をちょうど保護層７の頂部に位置決めさせないと、図５（ｂ）のＥＳＤ素子１のようにエアリークが生じて上手く吸着できないことがある。つまり、吸着ノズルの高い位置決め精度が要求されることになる。ところが吸着ノズルＮの位置決めが上手くできた場合でも、過渡電圧保護材料の滴下が上手くいかず、ＥＳＤ素子１′のように過渡電圧保護層６がギャップｇからずれて形成されていると、やはり吸着するのは不可能である。そして吸着不可能であると、ＥＳＤ素子１のＰＣＢへの実装効率が低下する。
【０００８】
また、製造時に良品であっても実装時に不良品化する、という問題もある。上述のようにＥＳＤ素子１の吸着時には吸着ノズルＮの吸着口がちょうど保護層７の頂部に位置決めされればよいが、その何れかが少しでも位置ずれしていると吸着が難しいため、吸着ノズルＮの先端を保護層７の頂部よりも若干下方に位置決めさせるようにして、頂部の下側であっても吸着できるような吸着余裕を持たせることがある。しかしながら、この場合には、吸着ノズルＮを位置決めさせた際にその先端が保護層７と衝突して、その衝撃によって過渡電圧保護層６にクラックが生じてしまうことがある。すると、製造時に良品であるＥＳＤ素子１が実装時に不良品化してしまうという問題が生じる。
【０００９】
そして更にはデバイス特性に個体差が生じてしまう、という問題が生じる。つまり、図５（ｂ）で示すように過渡電圧保護層６が丸くドーム状に形成されていると、上電極３の表面からの厚みが不均一となるため、電界分布が変化して過渡電圧が印加された際に低インピーダンスに変化するときの電圧も変化してしまう。この場合、図４で示す全てのＥＳＤ素子１について過渡電圧保護層６の丸みが同じであれば素子毎の個体差が生じることはない。しかし実際には、過渡電圧保護材料をディスペンスしたときの液量を寸分違わず制御するのは困難であり、また上電極３ごとのぬれ性を同じにするのも不可能である。したがって、ＥＳＤ素子１ごとにドーム状の丸みにも個体差が見られることがあるため、その結果デバイス特性に個体差が生じることになる。このことは、過渡電圧保護層６がギャップｇに対してずれているようなＥＳＤ素子１′であれば余計に個体差が著しい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上のような、従来のＥＳＤ素子の問題を解消するためになされたのが本発明である。即ち、本発明は、デバイス特性のばらつきと、ＰＣＢへの実装効率と、耐衝撃性とを改善できるようなＥＳＤ素子とその製造方法を提供することを目的としている。
【００１１】
そしてこれらの目的を達成すべく本発明が提供するＥＳＤ素子の製造方法は、基材に電極が形成された上部に液状の過渡電圧保護材料を付着硬化させて過渡電圧保護層を形成する工程を含む構成を基本とし、前記上部に、水平面方向で上端部の高さ位置が均一な枠状の土手部を形成し、この土手部の内側に液状の過渡電圧保護材料を付着硬化させて、上面が平坦な過渡電圧保護層を形成するようにしたことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明が提供するＥＳＤ素子は、シート状の基材の一方面にプリント回路基板の信号線と接地線に各々接続される一対の下電極を、前記基材の他方面に該一対の下電極と各々電気的に接続されている一対の上電極を備え、さらに該一対の上電極と前記基材の上部に過渡電圧保護層と保護層を積層形成した素子構造を基本構成としており、前記上部に、上端部の高さ位置が過渡電圧保護層の上面の高さ位置と同じか又はそれよりも高く、且つ、過渡電圧保護層を包囲可能な枠形状の土手部を備えており、この土手部の内側に過渡電圧保護層が、そしてこの過渡電圧保護層の上に保護層が、各上面を平坦として各々形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
上記特徴をもつＥＳＤ素子とその製造方法では、過渡電圧保護層の上面が平坦化されるため、過渡電圧保護層に積層形成される保護層も下層の過渡電圧保護層の上面形状に倣って平坦化されることになる。したがって、実装効率の改善の観点からは、吸着箇所が平坦面であるため、吸着ノズルの位置決め精度が不要で且つエアリークを生じることなく確実に吸着可能となる。そして、デバイス特性の均質化の観点からは、過渡電圧保護層が平坦化されることでその電極上の厚みも均一化されるため、過渡電圧が印加された際に低インピーダンスに変化するときの電圧にＥＳＤ素子ごとの個体差が生じることがなくなる。
【００１４】
また、過渡電圧保護層の耐衝撃性向上の観点からは、土手部の上端部の高さ位置が過渡電圧保護層の上面の高さ位置と同じか又はそれよりも高くなっているため、吸着ノズルの先端が保護層に衝突してもその衝撃を土手部で止めることができ、過渡電圧保護層にクラック等の不具合が起こることはない。従って、ＰＣＢへの実装時にＥＳＤ素子が不良品化する問題を未然防止することができる。しかもこの土手部は、過渡電圧保護層を包囲するような枠状として形成されているので、過渡電圧保護層の側面からの物理的な外乱の作用に対しても、確実に保護することができる。
【００１５】
上記ＥＳＤ素子とその製造方法については、耐衝撃性が過渡電圧保護層よりも相対的に高いような硬質材料で土手部が形成されるようになっていると、耐衝撃性能をより高めることができて好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のＥＳＤ素子とその製法の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、前述の従来例と同一の構成要素については同じ符号を使用して重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、一実施形態によるＥＳＤ素子１の製造工程を示す図で、各分図において左側にＥＳＤ素子１の平面図を、右側に該平面図で示すＥＳＤ素子１の長手方向における断面図（Ａ−Ａ′線断面図）をそれぞれ示してある。本発明によるＥＳＤ素子１には、基材２に上電極３と下電極４を形成した分図（ａ）の状態から、分図（ｂ）で示すような枠状の土手部８を基材２と上電極３の上部に形成することを特徴としている。この土手部８は、その材料として機械的強度及び化学的安定性に優れると共に、成形性にも優れるガラスを利用しており、土手部８の印刷パターンが複数形成されたマスクを使ってスクリーン印刷で形成するようになっている。こうして形成される土手部８は、その上端部８ａが水平面方向で高さ位置が均一となっている。
【００１８】
次に、枠状の土手部８の内側に液状の過渡電圧保護材料をディスペンスすると、液状の過渡電圧保護材料はその表面張力や基材２と上電極３のぬれ性に拘わらず土手部８の内側に均質に広がる。つまり、土手部８を利用することによって液状の過渡電圧保護材料の滲みや流出を抑制することができるため、過渡電圧保護材料の表面張力や基材２と上電極３のぬれ性等に拘わらず、単に過渡電圧保護材料のディスペンス量を制御するだけの簡単な液量制御によって、分図（ｃ）で示すように上面が平坦な過渡電圧保護層６を形成することができる。そして、分図（ｄ）で示すように、過渡電圧保護層６と土手部８を覆うようなエポキシ樹脂からなる保護層７を、土手部８を形成したときと同様の方法でスクリーン印刷によって形成してから、シート状の基材２を一つ一つのＥＳＤ素子１に切断し、各ＥＳＤ素子１にターミネート電極５を形成することでＥＳＤ素子１が完成される。
【００１９】
図２は、このようにして製造されたＥＳＤ素子１の部分断面を含む外観斜視図である。このＥＳＤ素子１によれば、過渡電圧保護層６の平坦な上面形状に応じて保護層７の上面も平坦化されているため、自動実装機の吸着ノズルで吸着する際にもエアリークの発生が大幅に低減されて、ＰＣＢへの実装効率を格段に向上することができる。また、上面が平坦な過渡電圧保護層６は上電極３上の厚みが均一であるため、過渡電圧が印加された際に低インピーダンスに変化するときの電圧にＥＳＤ素子１ごとの個体差が生じることはない。そして、土手部８は上端部８ａの高さ位置が過渡電圧保護層６の上面の高さ位置と同じであるため、吸着ノズルの先端が保護層７に衝突してもその衝撃を土手部８で止めることが可能で、過渡電圧保護層６にクラック等の不具合が起こることはない。特に、土手部８はガラス材質で過渡電圧保護層６よりも耐衝撃性が高いものであるから、確実に保護することができる。しかも土手部８は、過渡電圧保護層６を包囲するような枠状として形成されているので、過渡電圧保護層６の側面に対する物理的な外乱の作用に対しても保護を与えることができる。
【００２０】
以上の実施形態では、土手部８の材質としてガラスを使用した例を示したが、これ以外にも合成樹脂やセラミック、或いはガラスとこれらの複合材を使用してもよい。また、保護層７の材質としてもエポキシ樹脂以外の合成樹脂や、ガラス、セラミック、或いはこれらの複合材を使用できるが、上記実施形態の過渡電圧保護材料は２５０℃程度で硬化するので、２５０℃程度で硬化する材質のものを選択する必要がある。
【００２１】
なお、以上の実施形態では、過渡電圧保護層６の上面が土手部８の上端部８ａの高さ位置と同位置となっている例を示したが、本例の過渡電圧保護材料には有機溶媒が含まれており乾燥すると揮発する。そのため、その後に硬化して形成される過渡電圧保護層６の上面は、土手部８の上端部８ａの高さ位置よりも僅かに低くなる。こうした有機溶媒の揮発による過渡電圧保護層６の上面位置の低下だけでなく、始めから過渡電圧保護材料を少な目に土手部８内に充填するように液量を制御して、土手部の上端部より一段低い位置に過渡電圧保護層の上面を形成するようにして、吸着ノズルで吸着される際の衝撃によるクラック発生等の危険性をさらに少なくするようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のＥＳＤ素子及びその製造方法によれば、デバイス特性が均質なＥＳＤ素子とすることができると共に、自動実装機の真空吸着によるＰＣＢへの実装効率を大幅に向上することが可能となる。また、この真空吸着時の衝撃や他の物理的な外乱の作用に対する耐衝撃性を向上することができ、製造後の不良化の生じないＥＳＤ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるＥＳＤ素子の平面とそのＡ−Ａ′線断面とを示す製造工程説明図。
【図２】本発明の一実施形態によるＥＳＤ素子の部分断面を含む外観斜視図。
【図３】一従来例によるＥＳＤ素子の外観斜視図。
【図４】シート状の基材に上電極を形成した状態を模式的に示す平面図。
【図５】分図（ａ）は、シート状の基材と上電極に過渡電圧保護層と保護層を積層形成状態を示す拡大平面図、分図（ｂ）は分図（ａ）のＢ−Ｂ′線断面図。
【符号の説明】
１    ＥＳＤ素子
２    基材
３    上電極
３ａ  突部
４    下電極
５    ターミネート電極
６    過渡電圧保護層
７    保護層
８    土手部
８ａ  上端部
ｇ    ギャップ
Ｎ    吸着ノズル
【図１】
0003566614.tif 000002
【図２】
0003566614.tif 000003
【図３】
0003566614.tif 000004
【図４】
0003566614.tif 000005
【図５】
0003566614.tif 000006