(57)【要約】【課題】絶縁物を介して対向する電極間の沿面放電の抑制を図ること。【解決手段】信号伝送デバイス１００は、絶縁体領域１０２（１０２ａ，１０２ｂ）によって平行に隔てられた上部電極１０４と下部電極１０５との間の電気的または磁気的な結合を利用して信号を伝送する。中間電極１１１は、絶縁体領域１０２中に上部電極１０４および下部電極１０５に対して平行に設けられ、上部電極１０４よりも大きな面積を有する。また、中間電極１１１は、上部電極１０４および下部電極１０５と絶縁されているか、上部電極１０４または下部電極１０５のいずれかと高抵抗部材で短絡されている。【選択図】図１
2009065017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体によって隔てられた第１の電極と第２の電極との間の電気的または磁気的な結合を利用して信号を伝送する信号伝送デバイスであって、
前記絶縁体中に前記第１の電極よりも大きな面積を有する中間電極を備え、
前記中間電極は、前記第１の電極および前記第２の電極と絶縁され、または前記第１の電極または前記第２の電極のいずれかと高抵抗部材で短絡されていることを特徴とする信号伝送デバイス。
【請求項２】
前記中間電極の端部が前記第１の電極が位置する高さまで延長されていることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送デバイス。
【請求項３】
前記中間電極は複数設けられており、隣り合う前記中間電極は、互いに絶縁され、または互いに高抵抗部材で短絡されていることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送デバイス。
【請求項４】
前記中間電極の面積が前記第１の電極側に隣り合う他の中間電極の面積よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の信号伝送デバイス。
【請求項５】
前記中間電極の端部が前記第１の電極側に隣り合う他の中間電極が位置する高さまで延長されていることを特徴とする請求項３または４に記載の信号伝送デバイス。
【請求項６】
絶縁体によって隔てられた第１の電極と第２の電極との間の電気的または磁気的な結合を利用して信号を伝送する信号伝送デバイスであって、
前記第１の電極および前記第２の電極と絶縁され、または前記第１の電極または前記第２の電極のいずれかと高抵抗部材で短絡された補助電極を備え、
前記補助電極と前記第１の電極との間の距離および前記補助電極と前記第２の電極との間の距離の和は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の距離よりも長いことを特徴とする信号伝送デバイス。
【請求項７】
前記補助電極は複数設けられており、隣り合う前記補助電極は、互いに絶縁され、または互いに高抵抗部材で短絡されていることを特徴とする請求項６に記載の信号伝送デバイス。
【請求項８】
前記第１の電極は、前記絶縁体よりも誘電率が高い絶縁部材で覆われていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の信号伝送デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁された電極間の電気的または磁気的な結合を利用して信号を伝送する信号伝送デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気的に絶縁された電気回路間で信号を伝送するための技術が提案されている。たとえば、フォトカプラ方式は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を発光させ、その光を受信することによって信号を伝送する方式である。しかしながら、フォトカプラ方式には、ＬＥＤの寿命の問題や、１００℃以上の高温での使用が困難であるという問題や、実質のスイッチング時間が数μｓと長いという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決する手段の一つとして、トランスを用いて磁場カップリングにより信号を伝送する方式（以下、「トランス方式」という）が知られている。最近のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術の進展などにより、トランスは、より小型で集積回路との集積化が可能になってきている。以下、この小型のトランスを用いる方式をマイクロトランス（ＭＴ）方式と呼ぶこととする。ＭＴは、送信側コイルと受信側コイルとによってトランスを形成しており、各コイルが絶縁物によって隔てられている。ＭＴ方式は、送信側コイルから発生した磁場を、受信側コイルで電気信号に変換することによって信号を伝送する方式である。
【０００４】
その他の方式としては、コンデンサを用いて電磁カップリングにより信号を伝送する方式（以下、「コンデンサ方式」という）が知られている。コンデンサ方式は、構造的には、ＭＴ方式と類似しており、絶縁物によって隔てられた導電体平板間の静電容量を用いて信号を伝送する方式である。ＭＴ方式およびコンデンサ方式では、０．１μｓ以下の高速での信号伝送が可能であることに加え、高温での特性劣化がない。また、寿命要素がないことから長寿命が期待される。
【０００５】
図１２は、従来型の絶縁信号伝送デバイスの断面構造を示す説明図である。図１２において、信号伝送デバイス１２００には、互いに絶縁して隔てられた第１の電極（上部電極）１２０４および第２の電極（下部電極）１２０５が設けられている。上部電極１２０４および下部電極１２０５は、絶縁体領域１２０２を介して対向している。下部電極１２０５は、基板１２０３上に設置され、絶縁体領域１２０２が重ならない領域まで延びている。絶縁体領域１２０２および上部電極１２０４は、表面保護膜１２０１で覆われている。
【０００６】
基板１２０３には、他の駆動回路やセンサなどを集積するため、またはコスト上の要請から、たとえばシリコン基板上に絶縁膜（たとえば二酸化シリコンや窒化膜など）を成膜したものが用いられる。また、基板１２０３として、ガラスなどの絶縁基板を用いることもできる。表面保護膜１２０１は、たとえばポリイミドなどの絶縁膜でできており、信号伝送デバイス１２００の表面を保護する。
【０００７】
信号伝送デバイス１２００がコンデンサ方式の場合には、上部電極１２０４および下部電極１２０５がそれぞれ導電体平板となりコンデンサを形成する。また、信号伝送デバイス１２００がＭＴ方式の場合には、上部電極１２０４および下部電極１２０５は、それぞれ渦巻き状に形成されている。このため、上部電極１２０４および下部電極１２０５は、それぞれコイル（インダクタ）となり、相互にトランスを形成する。なお、信号伝送デバイス１２００がＭＴ方式の場合であっても、上部電極１２０４および下部電極１２０５は対向電極であるためコンデンサ容量Ｃが発生する。このため、上部電極１２０４および下部電極１２０５を隔てる絶縁体領域１２０２は、絶縁耐圧を維持できるような厚さで形成される。
【０００８】
ここで、ＭＴ方式やコンデンサ方式のデバイスの特性は、対向するコイル間または導電体平板間、すなわち電極間の距離（絶縁距離）に依存する。具体的には、対向する電極間の絶縁距離が長いほど、デバイスの特性が劣化する。この理由としては、相互インダクタンスや静電容量が電極間の距離に反比例的に依存していること、磁気カップリングや電磁カップリングの特性が電極間の距離に依存していることなどが挙げられる。
【０００９】
このため、ＭＴ方式やコンデンサ方式のデバイスの絶縁耐圧は、電極を隔てる絶縁物の絶縁性能によって決まる。ここで、信号伝送処理において最も必要とされる絶縁耐性として、静電放電（ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）耐量がある。これは、静電気によって突然サージ電圧が印加された場合の素子の耐性を示したものである。デバイスに要求されるＥＳＤ耐量は、１５ｋＶに達する場合もある。
【００１０】
これまでのＭＴ方式やコンデンサ方式のデバイスにおけるＥＳＤ破壊を回避する方法としては、電極を隔てる絶縁物の厚さを厚くする方法がある。たとえば、絶縁物が二酸化シリコンであれば、１０μｍの厚さで７ｋＶ程度のＥＳＤ耐量を得ることができる。また、絶縁物がポリイミドであれば、２５μｍの厚さで５ｋＶ程度のＥＳＤ耐量を得ることができる（たとえば、下記非特許文献１参照。）。
【００１１】
ところが、絶縁物の厚さがそれ以上の厚さになり、絶縁物の耐圧が１０ｋＶを超えるようになると、絶縁物自体の絶縁破壊だけでなく、沿面放電による絶縁破壊が起こりやすくなる。沿面放電は、電極間の沿面距離を長くすることで防ぐことができる。しかし、単に電極間の沿面距離を長くする方法では、デバイスの大きさが増大してしまう。
【００１２】
このため、たとえば、絶縁基材の表面側および裏面側に回路パターンが形成され、裏面側に放熱板が接合された半導体装置において、絶縁基材に段差や溝を形成して沿面放電を防止する技術が知られている（たとえば、下記特許文献１参照。）。この特許文献１の技術によれば、表面側の回路パターンから放熱板までの沿面距離が長くなるため、表面側および裏面側の回路パターン間の沿面放電が抑制される。
【００１３】
また、その他の方法としては、半導体発光素子において、化合物半導体層とコンタクト層との間の表面領域に凹部を形成して、沿面放電による電流が流れることを抑制する方法がある（たとえば、下記特許文献２参照。）。この特許文献２の技術によれば、半導体発光素子の発光効率が向上し、面内発光バラツキが抑制される。
【００１４】
さらに、その他の方法としては、表面上に所定の半導体チップを含む回路パターンを備えた絶縁基板が金属板上に複数搭載される電力用半導体モジュールにおいて、絶縁性の突起部を形成して、沿面距離を確保する方法がある（たとえば、下記特許文献３参照。）。この特許文献３の技術によれば、各絶縁基板の間の沿面放電が抑制される。
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−１００９３８号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４５１４号公報
【特許文献３】特開２００３−２７３３１８号公報
【非特許文献１】マティアス・ステッカー（Ｍａｔｔｈｉａｓ  Ｓｔｅｃｈｅｒ）他６名、「キー・テクノロジーズ・フォー・システム−インテグレーション・イン・ザ・オートモーティブ・アンド・インダストリアル・アプリケーションズ（Ｋｅｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、ＩＥＥＥトランザクション・オン・パワー・エレクロトニックス（ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＰＯＷＥＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ）、ＶＯＬ．２０、ＮＯ．３、２００５年５月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記特許文献１〜３においては、回路パターン間、絶縁基板間、半導体発光素子における沿面放電を防ぐ技術は提示されているが、コイルまたは導電体平板となる電極間における沿面放電を防ぐ方法は提示されていない。具体的には、上記特許文献１〜３においては、所望の絶縁耐圧に応じた厚さの絶縁物によって隔てられた電極間の沿面放電を防ぐ方法については提示されていない。
【００１７】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、絶縁された電極間の電気的または磁気的な結合を利用して信号を伝送する信号伝送デバイスにおいて、電極間の沿面放電を防止して、所望の絶縁耐圧を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる信号伝送デバイスは、絶縁体によって隔てられた第１の電極と第２の電極との間の電気的または磁気的な結合を利用して信号を伝送する信号伝送デバイスであって、前記絶縁体中に前記第１の電極よりも大きな面積を有する中間電極を備え、前記中間電極は、前記第１の電極および前記第２の電極と絶縁され、または前記第１の電極または前記第２の電極のいずれかと高抵抗部材で短絡されていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項２の発明にかかる信号伝送デバイスは、請求項１に記載の発明において、前記中間電極の端部が前記第１の電極が位置する高さまで延長されていることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項３の発明にかかる信号伝送デバイスは、請求項１に記載の発明において、前記中間電極は複数設けられており、隣り合う前記中間電極は、互いに絶縁され、または互いに高抵抗部材で短絡されていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４の発明にかかる信号伝送デバイスは、請求項３に記載の発明において、前記中間電極の面積が前記第１の電極側に隣り合う他の中間電極の面積よりも大きいことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項５の発明にかかる信号伝送デバイスは、請求項３または４に記載の発明において、前記中間電極の端部が前記第１の電極側に隣り合う他の中間電極が位置する高さまで延長されていることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６の発明にかかる信号伝送デバイスは、絶縁体によって隔てられた第１の電極と第２の電極との間の電気的または磁気的な結合を利用して信号を伝送する信号伝送デバイスであって、前記第１の電極および前記第２の電極と絶縁され、または前記第１の電極または前記第２の電極のいずれかと高抵抗部材で短絡された補助電極を備え、前記補助電極と前記第１の電極との間の距離および前記補助電極と前記第２の電極との間の距離の和は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の距離よりも長いことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項７の発明にかかる信号伝送デバイスは、請求項６に記載の発明において、前記補助電極は複数設けられており、隣り合う前記補助電極は、互いに絶縁され、または互いに高抵抗部材で短絡されていることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項８の発明にかかる信号伝送デバイスは、請求項１〜７のいずれか一つに記載の発明において、前記第１の電極は、前記絶縁体よりも誘電率が高い絶縁部材で覆われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にかかる信号伝送デバイスによれば、絶縁された電極間の電気的または磁気的な結合を利用して信号を伝送する信号伝送デバイスにおいて、電極間の沿面放電を防止して、所望の絶縁耐圧を確保することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる信号伝送デバイスの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる信号伝送デバイスの断面構造を示す説明図である。図１において、信号伝送デバイス１００には、上部電極１０４と下部電極１０５との間に、上部電極１０４よりも面積が大きい中間電極１１１が挿入されている。この中間電極１１１によって、上部電極１０４端部の電界強度が低減され、沿面放電を防ぐことができる。
【００２９】
より詳細には、信号伝送デバイス１００は、下部電極１０５と上部電極１０４とが絶縁体領域１０２（第１絶縁体領域１０２ａおよび第２絶縁体領域１０２ｂ）によって隔てられている。下部電極１０５は、基板１０３の表面に配置され、その上の絶縁体領域が重ならない領域まで延びている。上部電極１０４と下部電極１０５とを隔てる絶縁体領域の内部には中間電極１１１が配置されている。絶縁体領域１０２のうち、中間電極１１１より上部電極１０４側が第１絶縁体領域１０２ａ、中間電極１１１より下部電極１０５側が第２絶縁体領域１０２ｂである。上部電極１０４および第１絶縁体領域１０２ａの一部は、表面保護膜１０１に覆われている。基板１０３は、ガラスなどの絶縁体またはシリコン基板である。また、表面保護膜１０１は、たとえばポリイミドやガラスなど、有機または無機の絶縁素材で形成されている。
【００３０】
ここで、実施の形態１にかかる信号伝送デバイス１００において上部電極１０４端部の電界強度が低減できる原理について説明する。図２は、信号伝送デバイスの断面構造の一例を示す説明図である。また、図３および図４は、図２に示す信号伝送デバイスの電位分布および電界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【００３１】
図２に示す信号伝送デバイス２００は、上部電極２０４と下部電極２０５とが横方向（Ｘ方向）に沿って平行に配置されている。上部電極２０４のＸ方向の長さは２５０μｍであり、下部電極２０５のＸ方向の長さは６００μｍである。上部電極２０４と下部電極２０５とは、第１絶縁体領域２０１によって隔てられている。第１絶縁体領域２０１の厚さ（上部電極２０４と下部電極２０５との間の距離）は、縦方向（Ｙ方向）に１００μｍである。また、第１絶縁体領域２０１のＸ方向の長さは５５０μｍである。上部電極２０４の表面、第１絶縁体領域２０１のうち上部電極２０４に覆われていない領域、および下部電極２０５のうち第１絶縁体領域２０１に覆われていない領域は、第２絶縁体領域２０２に覆われている。第２絶縁体領域２０２の厚さは、上部電極２０４の表面から２００μｍである。また、第１絶縁体領域２０１の誘電率ε1は６．０、第２絶縁体領域２０２の誘電率ε2は３．９である。
【００３２】
このような構造の信号伝送デバイス２００の、上部電極２０４および下部電極２０５の間に３０ｋＶの電圧を印加した際の電位分布および電界強度分布のシミュレーション結果を図３および図４に示す。図３は、信号伝送デバイスの上部電極と第１絶縁体領域との界面に沿った電位分布および電界強度分布を示すグラフである。図３において、横軸は上部電極２０４と第１絶縁体領域２０１との界面に沿ったＸ方向の距離（μｍ）、左縦軸は電位（ｋＶ）、右縦軸は電界強度（Ｖ／ｍ）を示す。また、図３のグラフ中、実線は電位の値、点線は電界強度の値をそれぞれ示す。また、図４は、信号伝送デバイス内における電位分布を示すグラフである。図４において、縦軸は信号伝送デバイス２００（図２参照）のＹ方向の距離（μｍ）、横軸は信号伝送デバイス２００（図２参照）のＸ方向の距離（μｍ）である。
【００３３】
図３に示すように、上部電極２０４と第１絶縁体領域２０１との界面における電位は、上部電極２０４の端部からＸ方向に向かって急激に低下している。たとえば、上部電極２０４の端部から１００μｍ（第２絶縁体領域２１０の厚さと同程度の距離）の位置（横軸上３５０μｍの位置）の電位は約８５００Ｖであり、印加電圧と比較しておよそ２５％となっている。これより、上部電極２０４の端部からＸ方向への電位分布と、上部電極２０４から下部電極２０５へのＹ方向の電位分布は、同程度の分布となっており、上部電極２０４端部周辺の等電位線は、上部電極２０４端部を中心とした半円状に分布していることがわかる（図４参照）。
【００３４】
上部電極２０４の端部における電界強度を低減するには、半円状に分布した等電位線の曲率半径を広げ、上部電極２０４の端部における等電位線密度を低くすればよい。ここで、図１に示すように、上部電極１０４と下部電極１０５との間に、上部電極１０４よりも面積が大きい中間電極１１１を、上部電極１０４および下部電極１０５と平行に設ける。中間電極１１１を、上部電極１０４と下部電極１０５との中間点に設けると、中間電極１１１における電圧は、上部電極１０４と下部電極１０５との間に印加した電圧の半分となる。
【００３５】
中間電極１１１の面積は上部電極１０４の面積よりも大きいため、中間電極１１１の端部は上部電極１０４の端部よりも外側に位置することになる。たとえば、中間電極１１１の端部が上部電極１０４の端部から距離ｄだけ外側に位置することになる。よって、中間電極１１１の電位に対応する等電位面は、上部電極１０４の端部から距離ｄだけ外側に位置することになる。この結果、上部電極２０４の端部における等電位線密度が低くなり、上部電極１０４の端部の電界強度を低減することができる。
【００３６】
たとえば、上部電極１０４と下部電極１０５との間の距離が１００μｍである場合、中間電極１１１がなければ、中間電位（上部電極１０４と下部電極１０５中間点の電位）の等電位線の曲率半径は、およそ５０μｍとなる。一方、中間電極１１１を上部電極１０４と下部電極１０５との中間点（上部電極１０４および下部電極１０５からそれぞれ５０μｍの位置）に配置するとともに、中間電極１１１の端部が上部電極１０４の端部から５０μｍ外側にはみ出るようにする。この結果、中間電位（中間電極１１１の電位）の等電位線の曲率半径は、元々の曲率半径である５０μｍに中間電極１１１がはみ出した距離５０μｍが加わり、およそ１００μｍとなり、上部電極１０４の端部における等電位線密度を低減することができる。
【００３７】
このように、適切な位置に中間電極１１１を設けることによって、上部電極１０４の端部の電界強度を低減し、沿面放電を防止することができる。なお、中間電極１１１の設置位置は任意であるが、上部電極１０４と下部電極１０５との中間点に配置するのが望ましい。また、中間電極１１１のはみ出し距離が長いほど電界緩和の効果が大きくなる一方で、中間電極１１１のはみ出し距離が第１絶縁体領域１０２ａの厚さよりも長くなると、電界緩和の効果はそれ以上向上せず、電極の周辺領域の距離が長くなってしまう。このため、中間電極１１１のはみ出し距離は、第１絶縁体領域１０２ａの厚さ程度にするのが好ましい。
【００３８】
また、図５に示すように、複数の中間電極１１１を設けてもよい。図５は、実施の形態１にかかる信号伝送デバイスの他の構造例を示す説明図である。図５において、信号伝送デバイス５００には、第１の中間電極１１１ａおよび第２の中間電極１１１ｂが設けられている。各電極間は、絶縁体領域１０２ａ〜１０２ｃによって絶縁されている。図１に示した構造では、上部電極１０４端部の電界強度が緩和される一方で、中間電極１１１の端部の電界強度を緩和する必要が生じる。図５に示すように、複数の中間電極１１１を設ければ、上部電極１０４の端部と同様に、中間電極１１１の端部での電界強度を緩和することができる。
【００３９】
なお、複数設けた中間電極１１１の面積は、上部電極１０４よりも大きく、かつ上部電極１０４から遠いものほど大きくなるようにする。図５に示す構造では、第２の中間電極１１１ｂの面積は第１の中間電極１１１ａの面積よりも大きくする。また、設置する中間電極１１１の数が多いほど電界を緩和する効果は上がるが、設置する中間電極１１１の数が多いほど、電極の周辺領域の距離が長くなってしまう。このため、設置する中間電極１１１の数は、主電極間に印加される電圧の値や信号伝送デバイス５００の大きさに応じて適当な数とする。
【００４０】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態２にかかる信号伝送デバイスの断面構造を示す説明図である。図６において、信号伝送デバイス６００には、実施の形態１と同様に上部電極１０４と下部電極１０５との間に中間電極１１１が挿入されている。中間電極１１１の端部には、Ｙ方向に延びた側壁部６１３が形成されている。この側壁部６１３は、上部電極１０４の表面と同じ高さとなるように形成されている。これにより、実施の形態１と比較して上部電極１０４の端部における等電位線密度をさらに低くして、上部電極１０４の端部における電界強度をより低減することができる。
【００４１】
なお、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、中間電極１１１を複数設けてもよい。図７は、実施の形態２にかかる信号伝送デバイスの他の構造例を示す説明図である。図７において、信号伝送デバイス７００には、第１の中間電極１１１ａおよび第２の中間電極１１１ｂが設けられている。第１の中間電極１１１ａおよび第２の中間電極１１１ｂには、それぞれ側壁部６１３ａ，６１３ｂが設けられている。第１の中間電極１１１ａの側壁部６１３ａは、上部電極１０４の表面と同じ高さとなるように、第２の中間電極１１１ｂの側壁部６１３ｂは、第１の中間電極１１１ａの表面と同じ高さとなるように形成されている。これにより、信号伝送デバイス７００は、図５または図６に示した構造と比較して、中間電極１１１の端部における電界強度をさらに緩和することができる。
【００４２】
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３にかかる信号伝送デバイスの断面構造を示す説明図である。図８において、信号伝送デバイス８００には、上部電極１０４の上部の表面保護膜１０１内に補助電極８１１が設けられている。ここで、信号伝送デバイス８００において、上部電極１０４と下部電極１０５との間の距離をｄ０、上部電極１０４と補助電極８１１との間の距離をｄ１、下部電極１０５と補助電極８１１との間の距離をｄ２とすると、下記式（１）が成り立つ。下記式（１）を満たすように補助電極８１１を設けることによって、上部電極１０４の電界強度を低減し、沿面放電を防止することができる。
ｄ０  ＜  ｄ１＋ｄ２  ・・・（１）
【００４３】
これは、以下の理由による。まず、補助電極８１１が設けられていない場合、上部電極１０４と下部電極１０５との間に印加された電圧をＶ０とすると、上部電極１０４表面における電界強度Ｅ’０は下記式（２）で与えられる。
Ｅ’０  ＝  Ｖ０／ｄ０  ・・・（２）
【００４４】
一方、補助電極８１１が設けられている場合、上部電極１０４と下部電極１０５との間に印加された電圧をＶ０、下部電極１０５と補助電極８１１との間の電圧をＶ１とすると、上部電極１０４表面における電界強度Ｅ０は下記式（３）で与えられる。また、補助電極８１１の表面における電界強度Ｅ１は下記式（４）で与えられる。
Ｅ０  ＝  （Ｖ０−Ｖ１）／ｄ１  ・・・（３）
Ｅ１  ＝  Ｖ１／ｄ２  ・・・（４）
【００４５】
また、補助電極８１１の面積をＳ、第１絶縁体領域１０２ａおよび第２絶縁体領域１０２ｂの誘電率をεとすると、上部電極１０４と補助電極８１１との間の静電容量Ｃ１、および下部電極１０５と補助電極８１１との間の静電容量Ｃ２は、それぞれ下記式（５），（６）で与えられる。したがって、上部電極１０４と下部電極１０５との間に電圧Ｖ０が印加された場合、補助電極８１１の電圧Ｖ１は下記式（７）で与えられる。
Ｃ１  ＝  εＳ／ｄ１  ・・・（５）
Ｃ２  ＝  εＳ／ｄ２  ・・・（６）
Ｖ１  ＝  ｄ２Ｖ０／（ｄ１＋ｄ２）  ・・・（７）
【００４６】
ここで、補助電極８１１を設けることによって電界強度を低減できる条件として、下記式（８）が満たされる必要がある。
Ｅ’０  ＞  Ｅ０，Ｅ１  ・・・（８）
【００４７】
上記式（８）に上記式（２）〜（４）および式（７）を適用すると、上述した式（１）が得られる。すなわち、補助電極８１１を設けない場合と比較して電界強度を低減するためには、各電極間の距離を上記式（１）を満たすようにすればよい。図８に示す信号伝送デバイス８００のように、補助電極８１１を上部電極１０４よりも上部に設ければ、各電極間の距離は必ず上記式（１）を満たすこととなり、上部電極１０４の電界強度を低減することができる。
【００４８】
図９は、実施の形態３にかかる信号伝送デバイスの平面構造を示す説明図である。円形の上部電極１０４の上部に、ドーナツ型の補助電極８１１が設けられている。なお、図９では、上部電極１０４の面積よりも下部電極１０５の面積の方が大きいが、これには限らない。また、下部電極１０５から信号を取り出す場合には、ボンディングパッド９２１を設ける。
【００４９】
図１０は、実施の形態３にかかる信号伝送デバイスの他の構造例を示す説明図である。図１０において、信号伝送デバイス１０００には、複数の補助電極８１１ａ〜８１１ｃが設けられている。補助電極８１１ａ〜８１１ｃはそれぞれ電気的にフローティングな状態である。上部電極１０４と下部電極１０５との間の距離をｄ０、上部電極１０４と補助電極８１１ａとの間の距離をｄ１１、補助電極８１１ａと補助電極８１１ｂとの間の距離をｄ１２、補助電極８１１ｂと補助電極８１１ｃとの間の距離をｄ１３、補助電極８１１ｃと下部電極１０５との間の距離をｄ１４とすれば、ｄ０＜ｄ１１＋ｄ１２＋ｄ１３＋ｄ１４となる。図１０に示す構造によれば、図８に示した構造と比較して主電極と補助電極間との距離を長くして、上部電極１０４の電界強度をより低減することができる。
【００５０】
（実施の形態４）
図１１は、実施の形態４にかかる信号伝送デバイスの断面構造を示す説明図である。上述した実施の形態１〜３では、中間電極や補助電極は、すべて主電極と絶縁されているものとした。図１１に示す実施の形態４にかかる信号伝送デバイス１１００は、図６に示した実施の形態２にかかる信号伝送デバイス６００に加えて、上部電極１０４および中間電極１１１との間に抵抗膜１１２０が設けられている。抵抗膜１１２０は、数百ｋΩ以上の高い抵抗値を有する。抵抗膜１１２０は、たとえば、アモルファスシリコンやポリシリコンを用いることができる。また、図１１では、上部電極１０４と中間電極１１１とを抵抗膜１１２０で接続しているが、下部電極１０５と中間電極１１１とを抵抗膜１１２０で接続してもよいし、図５や図７のように複数の中間電極１１１が設けられている場合において、中間電極１１１どうしを抵抗膜１１２０で接続してもよい。
【００５１】
このように高い抵抗値を有する抵抗膜１１２０を設けることによって、静電放電が終わったあとに中間電極や補助電極の電荷を逃がすことができ、信号伝送デバイス１１００の動作を安定させることができる。なお、静電放電は、数ナノ秒程度の極めて短時間の放電現象である。たとえば抵抗膜１１２０の抵抗値が１００ｋΩ、主電極間の静電容量が１ｐＦである場合、応答時間は１０μ秒となり、抵抗膜１１２０を設けたことによる影響はほとんどないといえる。
【００５２】
また、上述した実施の形態１〜４において、表面保護膜１０１の誘電率は、第１絶縁体領域１０２ａおよび第２絶縁体領域１０２ｂの誘電率よりも高くすることが好ましい。これにより、上部電極１０４の端部での電界強度をより低減することができる。具体的には、たとえば、第１絶縁体領域１０２ａおよび第２絶縁体領域１０２ｂは、ポリイミドなどの有機物（誘電率３前後）で形成する一方で、表面保護膜１０１は、ガラスや二酸化シリコン、窒化シリコンなどの無機物（誘電率６以上）で形成すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明にかかる信号伝送デバイスは、サージ電圧などの通常印加電圧より大きい電圧がかかった際の装置内におけるＥＳＤ対策に有用であり、特に、車両用のモジュールなどに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施の形態１にかかる信号伝送デバイスの断面構造を示す説明図である。
【図２】信号伝送デバイスの断面構造の一例を示す説明図である。
【図３】図２に示す信号伝送デバイスの電位分布および電界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】図２に示す信号伝送デバイスの電位分布および電界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】実施の形態１にかかる信号伝送デバイスの他の構造例を示す説明図である。
【図６】実施の形態２にかかる信号伝送デバイスの断面構造を示す説明図である。
【図７】実施の形態２にかかる信号伝送デバイスの他の構造例を示す説明図である。
【図８】実施の形態３にかかる信号伝送デバイスの断面構造を示す説明図である。
【図９】実施の形態３にかかる信号伝送デバイスの平面構造を示す説明図である。
【図１０】実施の形態３にかかる信号伝送デバイスの他の構造例を示す説明図である。
【図１１】実施の形態４にかかる信号伝送デバイスの断面構造を示す説明図である。
【図１２】従来型の絶縁信号伝送デバイスの断面構造を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  信号伝送デバイス
１０１  表面保護膜
１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）  絶縁体領域
１０３  基板
１０４  上部電極
１０５  下部電極
１１１（１１１ａ，１１１ｂ）  中間電極
【図１】
2009065017.tif 000003
【図２】
2009065017.tif 000004
【図３】
2009065017.tif 000005
【図４】
2009065017.tif 000006
【図５】
2009065017.tif 000007
【図６】
2009065017.tif 000008
【図７】
2009065017.tif 000009
【図８】
2009065017.tif 000010
【図９】
2009065017.tif 000011
【図１０】
2009065017.tif 000012
【図１１】
2009065017.tif 000013
【図１２】
2009065017.tif 000014