(57)【要約】【課題】簡単な構成で、基板上の厚膜素子として製造することができ、低静電容量化が可能であり、機械的強度及び放熱特性が良好で、衝撃における影響が小さく、薄型・軽量化にも寄与する静電気保護素子とその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】ＺｎＯを主成分とし、炭化珪素を含む組成物粉末のペーストから形成されたＥＳＤ保護膜１２を、絶縁基板１４上の電極１６，１８間に印刷して成る。ＥＳＤ保護膜１２は、ＺｎＯを主成分とし炭化珪素を含む組成物粉末に、Ｍｎ・Ｃｏ・Ｂｉ・Ｓｂ或いは希土類元素を含む組成物から成り、この組成物粉末１００ｗｔ％に対し、炭化珪素を１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％含む組成物からなる。ＥＳＤ保護膜１２を挟んだ一対の電極１６，１８のパターンの少なくとも一方を、櫛型或いはパターン幅に差異をもたせて形成しても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｎＯを主成分とし、炭化珪素を含む組成物粉末のペーストから形成されたＥＳＤ保護膜を、絶縁基板上の電極間に印刷して成ることを特徴とする静電気保護素子。
【請求項２】
前記ＥＳＤ保護膜は、前記組成物粉末にＭｎ・Ｃｏ・Ｂｉ・Ｓｂ或いは希土類元素を含む組成物から成り、この組成物粉末１００ｗｔ％に対し、炭化珪素を１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％含む組成物からなる請求項１記載の静電気保護素子。
【請求項３】
前記ＥＳＤ保護膜は１０〜５０μｍの厚みに形成され、前記ＥＳＤ保護膜を挟んだ一対の電極のパターンの少なくとも一方を、櫛型或いはパターン幅に差異をもたせて成る請求項１記載の静電気保護素子。
【請求項４】
ＺｎＯを主成分とし炭化珪素を含む組成物粉末のペーストを、絶縁基板上にスクリーン印刷して、ＥＳＤ保護膜を絶縁基板上の電極間に形成することを特徴とする静電気保護素子の製造方法。
【請求項５】
前記スクリーン印刷では、先ず下地電極を印刷して形成し、その上に前記ペーストを１乃至複数層印刷して形成し、次に上部電極を形成する請求項４記載の静電気保護素子の製造方法。
【請求項６】
前記組成物粉末に添加するガラスフリットは、放電特性が得られる副成分としてＢｉを添加する組成物においては、Ｂｉ−Ｂ系からなるフリット成分を、希土類元素Ｐｒからなる組成物においては、Ｓｉ−Ｂ系からなるフリット成分を、各々の場合で０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％添加して、組成物粉末のペーストを形成する請求項４記載の静電気保護素子の製造方法。
【請求項７】
前記組成物粉末のペーストは、前記組成物とガラスフリットを所定割合で混合すると共に、有機成分からなるビヒクルと混合・混練して厚膜印刷用ペーストを形成する請求項６記載の静電気保護素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回路内のＩＣ等を静電気放電等による過渡電圧から保護する為に、回路基板上に実装される静電気保護素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回路内のＩＣ等を静電気等の過渡電圧から保護する静電気保護素子として、特許献１に開示されているような金属酸化物等の焼結体から成るバルク構造の素子があった。この素子は、焼結体から成る積層型チップバリスタであり、積層体と一対の外部電極を備え、積層体はバリスタ部とこのバリスタ部を挟むように配置される一対の外層部を有する。バリスタ部は、バリスタ特性を発現するバリスタ層と、当該バリスタ層を挟むように配置される一対の内部電極を含み、内部電極は外部電極に電気的に接続されている。
【特許文献１】特開２００５−３５３８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＥＳＤ（Electrostatic Discharge：静電気放電）対策部品として、特許文献１に開示された焼結体である積層型チップバリスタは、シート成形、内部電極印刷、シート積層等から成る複雑な工程による製造プロセスであった。従って、実装工程中での層間剥離等の不具合の発生も起こり易いと言う問題があった。
【０００４】
また、最近の高速インターフェイスでは、高速化を実現するために、ＩＣ自体の構造がＥＳＤに対して脆弱になってきている。この為、高速伝送系ＩＣにおいて、ＥＳＤ対策の要求が高まってきており、ＥＳＤ対策部品の搭載が進んでいる。しかし、高速伝送系ＩＣにおいては、周波数が高くなることによりＥＳＤ対策部品の静電容量の低減は必須であり、ＥＳＤ対策部品の静電容量が大きいと、信号品位に問題を生じ、最悪の場合は通信負荷となる恐れがあった。
【０００５】
この発明は、上記従来の技術に鑑みて成されたもので、簡単な構成で、基板上の厚膜素子として製造することができ、低静電容量化が可能であり、機械的強度及び放熱特性が良好で、衝撃における影響が小さく、薄型・軽量化にも寄与する静電気保護素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、ＺｎＯを主成分とし、炭化珪素を含む組成物粉末のペーストから形成されたＥＳＤ保護膜を、絶縁基板上の電極間に印刷して成る静電気保護素子である。
【０００７】
前記ＥＳＤ保護膜は、前記組成物粉末にＭｎ・Ｃｏ・Ｂｉ・Ｓｂ或いは希土類元素を含む組成物から成り、この組成物粉末１００ｗｔ％に対し、炭化珪素を１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％含む組成物からなるものである。
【０００８】
前記ＥＳＤ保護膜は１０〜５０μｍの厚みに形成され、前記ＥＳＤ保護膜を挟んだ一対の電極のパターンの少なくとも一方を、櫛型或いはパターン幅に差異をもたせて形成しても良い。
【０００９】
またこの発明は、ＺｎＯを主成分とし炭化珪素を含む組成物粉末のペーストを、絶縁基板上にスクリーン印刷して、ＥＳＤ保護膜を絶縁基板上の電極間に形成する静電気保護素子の製造方法である。
【００１０】
前記スクリーン印刷では、先ず下地電極を印刷して形成し、その上に前記ペーストを１乃至複数層印刷して形成し、次に上部電極を形成する。
【００１１】
また、前記組成物粉末に添加するガラスフリットは、放電特性が得られる副成分としてＢｉを添加する組成物においては、Ｂｉ−Ｂ系からなるフリット成分を、希土類元素Ｐｒからなる組成物においては、Ｓｉ−Ｂ系からなるフリット成分を、各々の場合で０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％添加して、組成物粉末のペーストを形成する。
【００１２】
前記組成物粉末のペーストは、前記組成物とガラスフリットを所定割合で混合すると共に、有機成分からなるビヒクルと混合・混練して厚膜印刷用ペーストを形成するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の静電気保護素子とその製造方法は、ＥＳＤ保護膜の組成物によるペーストを用いて、スクリーン印刷によりＥＳＤ保護膜を形成することができ、厚膜スクリーン印刷法によって、静電容量が極めて小さく放電開始電圧も低い静電気保護素子の作成が可能となる。更に、電極間の重なり部分面積を調整し、電極間の面積を調整することにより、静電容量をより低容量化することも容易に可能なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について説明する。この実施形態の静電気保護素子１０は、図１に示すように、表面実装型のチップ型素子であって、ＺｎＯを主成分とし炭化珪素を含む組成物粉末のペーストから形成されたＥＳＤ保護膜１２が、絶縁基板１４上の下地電極１６と上部電極１８間に形成されている。ＥＳＤ保護膜１２は、組成物粉末にＭｎ・Ｃｏ・Ｂｉ・Ｓｂ或いは希土類元素を含む組成物から成り、この組成物の粉末１００ｗｔ％に対し、炭化珪素を１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％含む組成物からなる。組成物として添加されたガラスフリットは、放電特性が得られる副成分としてＢｉを添加する組成においては、Ｂｉ−Ｂ系からなるフリット成分を添加する。一方、希土類元素Ｐｒからなる組成においては、Ｓｉ−Ｂ系からなるフリット成分を添加する。ＥＳＤ保護膜１２は、前記各々の場合で、０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％の割合でフリット成分を添加したペースト組成物から形成される。
【００１５】
さらに、下地電極１６と上部電極１８の中央部及びＥＳＤ保護膜１２を覆うように、保護被覆２０が形成されている。また、絶縁基板１４の端面には、下地電極１６の端部と上面電極１８の端部とに接するようにして、各々Ａｇペースト等による端面電極２２が形成されている。
【００１６】
次に、この実施形態の静電気保護素子１０の製造方法について説明する。まず、ＥＳＤ保護膜１２となる、ＺｎＯを主成分とし炭化珪素を含む組成物粉末のペーストを形成する。ＥＳＤ保護膜１２に用いる材料としては、純度９９．９％のＺｎＯに、副成分として、Ｐｒ（或いはＢｉ）、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｋ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｂａの酸化物を混合し、９００℃〜１２００℃で、１〜３時間仮焼きする。次に、この仮焼した粉を、ボールミル等の粉砕設備により微粉砕し、後述する厚膜ペースト用の組成物粉末とする。
【００１７】
次に、上記厚膜ペースト用の組成物１００ｗｔ％に対し、炭化珪素を１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％及び、アンカー作用としてのガラスフリットを５ｗｔ％添加・混合する。その後、溶剤・ビヒクル・分散剤の有機成分と馴染ませ、混合・混錬して、ＥＳＤ保護膜１２用の厚膜ペーストとする。
【００１８】
次に、Ａｇ−Ｐｄ等の導体ペーストを用い、絶縁基板１４を多数個取りする大型基板上に、スクリーン印刷にて下地電極１６のパターンを形成する。この電極パターン上に、ＥＳＤ保護膜１２用の厚膜ペーストを印刷する。この時の厚みは１０〜５０μｍとし、必要とする厚みに応じてＥＳＤ保護膜１２用のペーストの印刷を繰り返し積層する。この後、ＥＳＤ保護膜１２上に上部電極１８を形成し、ＥＳＤ保護膜１２を電極１６，１８にて挟む積層構造とする。
【００１９】
次に静電気保護素子１０の表面のＥＳＤ保護膜１２及び上面電極１８を覆うとともに、両端部の電極端子部を露出した状態で、ガラス及び樹脂から成る保護被覆２０を形成する。続いて、大型基板の横分割溝を用いて、横並びに機能素子が連結したブロック単位で分割する。そして、前記分割工程により分離したブロックの分断面、即ち素子両端面に、端面電極２２用の導電ペーストを塗布し定着させ、絶縁基板１４上の下地電極１６、上部電極１８の露出端部から絶縁基板１４の端面、及び絶縁基板１４裏面の一部を覆う様に端面電極２２を形成する。このときの端面電極２２は、Ａｇペースト或いは、樹脂硬化型Ａｇペースト等を用いる。
【００２０】
最後に、上記分割工程で１次分割したブロックを更に、各素子の個片毎に分割し、端面電極２２の表面に、ニッケルめっき処理を行い、更に半田めっき或いは錫めっきを施して、チップ型のＥＳＤ保護素子を完成させる。
【００２１】
この実施形態の静電気保護素子とその製造方法は、上記組成物によるＥＳＤ保護膜１２の材料のペースト化により、スクリーン印刷によるＥＳＤ保護膜を形成することができ、厚膜スクリーン印刷法により比較的薄いＥＳＤ保護膜１２を形成することができる。これにより、静電容量が約１．０ｐＦ及び放電開始電圧が４００Ｖ以下の静電気保護素子１０の作成が可能となる。更に、電極１６，１８間の重なり部分面積を調整し、電極間の面積を調整することにより、静電容量を、例えば０．２ｐＦ程度までの低容量化することも可能となる。
【００２２】
なお、この発明の静電気保護素子とその製造方法は、上記組成物によるペースト化により、スクリーン印刷によるＥＳＤ保護膜を形成することができ、厚膜スクリーン印刷法によって、静電容量が約１．０ｐＦ及び放電開始電圧が４００Ｖ以下の静電気保護素子の作成が可能となる。更に、電極間の重なり部分面積を調整し、電極間の面積を調整することにより、静電容量を、例えば０．２ｐＦ程度までの低容量化することも可能である。また、下地電極１６及び上部電極１８のパターン及び印刷により、各電極１６，１８が互いに重なり合う部分の面積を調整することにより、より小さい容量の静電気保護素子１０を形成することができる。
【００２３】
なお、この発明の静電気保護素子は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、下地電極１６や上部電極１８のパターンを、図４（ａ）に示すように櫛型にしたり、図４（ｂ）に示すように、上下パターン幅に差異をもたせたものとしても良い。これらの構造によっても、適宜の容量の静電気保護素子１０を形成することができる。図４に示すような構造の場合、放電時の電界分布が集中しない事から、ＥＳＤ耐量の向上を図ることができる。また、同様に、上部電極１８のパターン寸法を調整しての電極面積の調整を行っても良い。
【実施例１】
【００２４】
以下、この発明の静電気保護素子の実施例について、試験結果を示す。この実施例の静電気保護素子は厚膜素子であり、製造方法は上記実施形態の通りである。
【００２５】
得られたチップ型静電気保護素子１０を用いて、絶縁抵抗及び、静電容量、放電開始電圧を測定した。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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表１より、添加する炭化珪素の量が、１０％よりも低い場合には、初期絶縁抵抗が低く、４０％よりも多い場合は、絶縁体となり放電特性を示さないので静電気保護素子として機能しないものであった。
【００２７】
これに対して、炭化珪素を１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％含む組成物においては、十分な特性が得られた。更に、積層構造において、静電容量は１ｐＦ以下と低く、電極間の重なり部分面積を調整し、電極間の面積を調整した場合は、更に静電容量Ｃが約０．２ｐＦ程度までの低容量素子の作成が可能であった。
【００２８】
この静電気保護素子１０について、ＩＥＣ６１０００−４−２試験、及びＴＬＰ試験を行ったところ、図５（ａ），（ｂ）に示すように、この実施例の素子は１００回までのパルス試験後も特性の劣化が無い優れた性能を維持した。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の一実施形態の静電気保護素子の縦断面図である。
【図２】この発明の一実施形態の静電気保護素子の保護被覆を形成する前の斜視図である。
【図３】この発明の一実施形態の静電気保護素子の保護被覆を形成する前の平面図である。
【図４】この発明の一実施例の静電気保護素子の電極形状の変形例を示す平面図である。
【図５】この発明の静電気保護素子の実施例のＴＬＰ試験（ａ）、ＩＥＣ試験（ｂ）の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１０  静電気保護素子
１２  ＥＳＤ保護膜
１４  絶縁基板
１６  下地電極
１８  上部電極
２０  保護被覆
２２  端面電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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