JP5741708B2

JP5741708B2 - Ｅｓｄ保護デバイス

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Publication number: JP5741708B2
Application number: JP2013541778A
Authority: JP
Inventors: 喜人大坪
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: US20140240878A1; WO2013065672A1; US9590417B2; JPWO2013065672A1

Description

本発明は、ＥＳＤ保護デバイスに関し、詳しくは、セラミック多層基板の内部に形成された空洞部内に露出する放電電極の対向部間で放電が発生するＥＳＤ保護デバイスに関する。

ＥＳＤ（Electro-Static Discharge；静電気放電）とは、帯電した導電性の物体（人体等）が、他の導電性の物体（電子機器等）に接触、あるいは充分接近したときに、激しい放電が発生する現象である。ＥＳＤにより電子機器の損傷や誤作動などの問題が発生する。これを防ぐためには、放電時に発生する過大な電圧が電子機器の回路に加わらないようにする必要がある。このような用途に使用されるのがＥＳＤ保護デバイスであり、サージ吸収素子やサージアブソーバとも呼ばれている。

ＥＳＤ保護デバイスは、例えば回路の信号線路とグランド（接地）との間に配置する。ＥＳＤ保護デバイスは、一対の放電電極を離間して対向させた構造であるので、通常の使用状態では高い抵抗を持っており、信号がグランド側に流れることはない。これに対し、例えば携帯電話等のアンテナから静電気が加わる場合のように、過大な電圧が加わると、ＥＳＤ保護デバイスの放電電極間で放電が発生し、静電気をグランド側に導くことができる。これにより、ＥＳＤデバイスよりも後段の回路には、静電気による電圧が印加されず、回路を保護することができる。

例えば図１２の断面図に示すＥＳＤ保護デバイス１は、セラミック多層基板２の内部に空洞部３と、間隔５を設けて対向する放電電極６，８とが形成されている。放電電極６，８は、空洞部３の内面に沿って形成された対向部７，９を含む。放電電極６，８は、空洞部３からセラミック多層基板２の外周面まで延在し、セラミック多層基板２の外側、すなわちセラミック多層基板２の表面に形成された外部電極６ｘ，８ｘに接続されている。外部電極６ｘ，８ｘは、ＥＳＤ保護デバイス１を実装するために用いる。放電電極６，８の対向部７，９と対向部７，９間の間隔５が形成された部分とに隣接して、導電材料が分散している補助電極４が形成されている。

外部電極６ｘ，８ｘに所定値以上の電圧が印加されると、放電電極６，８の対向部７，９間において放電が発生し、その放電により過剰な電圧をグランドへ導き、後段の回路を保護することができる。放電電極６，８の対向部７，９間の間隔５や、補助電極４に含まれる導電材料の量や種類などを調整することにより放電開始電圧を設定することができる（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２００８／１４６５１４号

ＥＳＤ保護デバイスは、放電を繰り返すと、放電時の熱や衝撃によって放電電極の対向部が溶けたり剥がれたりして、放電電極の対向部間のギャップが大きくなり、その結果、放電開始電圧が高くなり、放電特性が劣化することがある。

特に、放電電極が導電性ペーストの印刷により形成された場合には、図１１（ａ）の要部断面図に示すように、空洞部１３の内面に沿って形成される放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの端部は、薄く形成されることが多い。放電を繰り返すと、図１１（ｂ）の要部断面図に示すように、電子を受ける側の放電電極１４の対向部１４ａが剥がれたり、溶けて短くなったりして、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａ間のギャップが大きくなりやすいため、放電特性の劣化は、より深刻な問題となる。

また、ＥＳＤ保護デバイスの本体であるセラミック多層基板を構成するセラミックがガラス成分を含む場合、ＥＳＤ保護デバイスの焼成時にガラス成分が、放電電極の対向部の薄く形成された先端部に拡散すると焼結が過剰に進行して、微細な金属粒子が緻密に分散した理想状態ではなく、金属粒子が大きく成長し、金属粒子の間に大きな空隙が形成された過焼結状態となる。過焼結状態の放電電極の対向部は、放電時の熱によって金属粒子がさらに大きく成長し、金属粒子が玉状に孤立した、いわゆる玉化状態となり、放電ギャップが実質的に大きくなるため、放電特性が劣化しやすい。補助電極についても、ガラス成分によって過焼結状態となると、放電時の熱によって導電材料の粒子が成長して導電材料の粒子間の距離が拡大し、放電を促進する効果が低減することにより、放電特性が劣化しやすい。

本発明は、かかる実情に鑑み、放電の繰り返しによる放電特性の劣化を抑制することができるＥＳＤ保護デバイスを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したＥＳＤ保護デバイスを提供する。

ＥＳＤ保護デバイスは、（ａ）複数の絶縁層が積層された絶縁性多層基板と、（ｂ）前記絶縁性多層基板の内部に形成された空洞部と、（ｃ）前記空洞部の内面に沿って形成され間隔を設けて互いに対向する対向部を有する、少なくとも一対の放電電極と、（ｄ）前記絶縁性多層基板の表面に形成され、前記放電電極と接続された外部電極と、（ｅ）前記絶縁性多層基板の前記絶縁層が積層された積層方向に透視したときに前記放電電極の前記対向部の互いに対向する先端の少なくとも一方を覆うように、かつ、前記放電電極の前記対向部に関して前記積層方向の両側に配置されるように、前記セラミック多層基板の内部に形成された一対の導体部と、（ｆ−１）前記一対の導体部の一方と前記一対の放電電極の一方との間に配置された前記絶縁層を貫通し、前記一方の前記導体部と前記一方の前記放電電極とに接続された第１のビア導体と、（ｆ−２）前記一対の導体部の他方と前記一対の放電電極の他方との間に配置された前記絶縁層を貫通し、前記他方の前記導体部と前記他方の前記放電電極とに接続された第２のビア導体と、を備える。

上記構成において、外部電極間に所定以上の大きさの電圧が印加されると、放電電極の互いに対向する対向部間で放電が発生し、熱が発生する。放電時に発生する熱は、電気及び熱をよく通す導体部に逃がすことができる。

上記構成によれば、放電を繰り返しても放電電極の対向部の温度上昇が抑制される。そのため、放電時に発生する熱で放電電極の対向部が溶解したり剥がれたりすることによって放電電極の対向部間のギャップが大きくなって放電特性が劣化するのを抑制することができる。

放電電極の対向部の両主面側に導体部を配置することにより、放熱とガラス成分の拡散抑制とをより確実に行うことができる。

導体部と放電電極との間は電気及び熱をよく通すため、導体部から放電電極及び外部電極を経てＥＳＤ保護デバイスの外部に放熱することができるので、放熱をより確実に行うことができる。

好ましくは、前記絶縁性多層基板は、ガラス成分を含むセラミック多層基板である。

この場合、ＥＳＤ保護デバイスの焼成時に、導体部に関して放電電極の対向部とは反対側にあるガラス成分は、導体部によって、放電電極の対向部に向かっての移動が阻止される。これにより、ガラス成分による放電電極の対向部の過焼結が抑制されるので、放電電極の対向部の過焼結に起因する放電特性劣化を抑制することができる。

好ましくは、前記放電電極の前記対向部の前記先端同士が最短距離で対向する対向領域に形成され、分散した金属材料と半導体材料とを含む放電補助部をさらに備える。前記導体部は、前記積層方向に透視したときに前記対向領域を覆うように形成される。

対向領域に、放電補助部の金属材料と半導体材料とが分散した状態で配置されていると、電子の移動が起こりやすくなるため、効率的に放電現象が生じ、放電特性が安定する。導体部は、放電時に対向領域で発生する熱を効果的に放熱することができる。絶縁性多層基板がガラス成分を含むセラミック多層基板である場合には、ＥＳＤ保護デバイスの焼成時に、導体部に関して放電補助部とは反対側にあるガラス成分は、導体部によって、放電補助部に向かっての移動が阻止される。これにより、ガラス成分による放電補助部の過焼結が抑制されるので、放電補助部の過焼結に起因する放電特性劣化を抑制することができる。

好ましくは、（ｇ）前記放電電極の前記対向部と前記絶縁層基板の前記絶縁層との間に配置され、前記絶縁層基板の前記絶縁層に含まれる成分の透過を抑制するシール層をさらに備える。

この場合、絶縁性多層基板に含まれる成分は、シール層の透過抑制によって、放電電極の対向部に達しにくくなるため、放電電極の対向部が絶縁性多層基板に含まれる成分の影響を受けて放電特性の劣化をもたらすのを抑制することができる。絶縁性多層基板がガラス成分を含むセラミック多層基板である場合には、ガラス成分の拡散による放電電極の対向部や放電補助部の過焼結に起因する放電特性の劣化を抑制することができる。

本発明によれば、放電の繰り返しによる放電特性の劣化を抑制することができる。

ＥＳＤ保護デバイスの断面図である。（参考例１−１）ＥＳＤ保護デバイスの断面図である。（参考例１−１）ＥＳＤ保護デバイスの要部断面図である。（参考例１−２）ＥＳＤ保護デバイスの要部断面図である。（実施例１）ＥＳＤ保護デバイスの要部断面図である。（参考例２）ＥＳＤ保護デバイスの要部断面図である。（参考例３−１）ＥＳＤ保護デバイスの要部断面図である。（参考例３−２）ＥＳＤ保護デバイスの要部断面図である。（参考例４）ＥＳＤ保護デバイスの要部断面図である。（参考例５−１）ＥＳＤ保護デバイスの要部断面図である。（参考例５−２）ＥＳＤ保護デバイスの要部断面図である。（説明例）ＥＳＤ保護デバイスの要部断面図である。（従来例）

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を参照しながら説明する。

＜参考例１−１＞参考例１−１のＥＳＤ保護デバイス１０について、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１は、ＥＳＤ保護デバイス１０の断面図である。図２は、図１の線Ｘ−Ｘに沿って切断した要部断面図である。

図１及び図２に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１０は、図１において上下方向に複数のセラミック層が積層されたセラミック多層基板１２の内部に形成された空洞部１３と一対の放電電極１４，１５とを備えている。放電電極１４，１５は、空洞部１３の内面に沿って形成され間隔を設けて互いに対向し空洞部１３内に露出する対向部１４ａ，１５ａを有する。セラミック多層基板１２の端面１２ｐ，１２ｑには外部電極１８，１９が形成され、外部電極１８，１９は放電電極１４，１５と接続されている。外部電極１８，１９は、ＥＳＤ保護デバイス１０を回路基板等に実装するために用いられる。

さらに、セラミック多層基板１２の内部には、セラミック多層基板１２のセラミック層間に配置された導体部３４，３５と、セラミック多層基板１２のセラミック層を貫通するビア導体３２，３３；３６，３７とが形成されている。導体部３４，３５は、ビア導体３２，３３を介して、放電電極１４，１５に接続されている。導体部３４，３５とビア導体３２，３３と放電電極１４，１５とは、電気と熱をよく通す導体であり、導体部３４，３５は放電電極１４，１５と電気的に接続されている。

導体部３４，３５は、セラミック多層基板１２のセラミック層が積層される積層方向（図１において上下方向）から透視すると、図２に示すように、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの互いに対向する先端１４ｓ，１５ｓを覆い、さらに放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの先端１４ｓ，１５ｓ同士が最短距離で対向する対向領域１３ｓを覆うように形成されている。

セラミック多層基板１２の上面１２ａ及び下面１２ｂには、外部導体部３８，３９が形成されている。外部導体部３８，３９は、ビア導体３６，３７を介して、導体部３４，３５に接続されている。導体部３４，３５とビア導体３６，３７と外部導体３８，３９とは、電気と熱をよく通す導体であり、導体部３４，３５は外部導体３８，３９と電気的に接続されている。

セラミック多層基板１２と空洞部１３との間には、シール層１６，１７が形成されている。シール層１６，１７は、例えば、セラミック多層基板１２を構成しているセラミックスよりも焼結温度が高いセラミックスからなる。シール層１６，１７を設けることにより、焼成時に、セラミック多層基板１２のセラミック中に含まれるガラス成分の拡散を阻止し、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの過焼結を抑制することができる。なお、シール層１６，１７を設けない構成とすることも可能である。

一方のシール層１６の上には、図１において●と○で模式的に示すように、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの先端１４ｓ，１５ｓ同士が最短距離で対向する対向領域１３ｓに、放電補助部１１が形成されている。放電補助部１１は、分散した金属材料と半導体材料とを含む。放電時に電子が移動する対向領域１３ｓに、放電補助部１１の金属材料と半導体材料とが分散した状態で配置されていると、電子の移動が起こりやすくなるため、効率的に放電現象が生じ、放電特性が安定する。

なお、放電補助部１１は、対向領域１３ｓに隣接する領域にも形成しても構わない。例えば、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの上や、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａとシール層１６との間などにも、形成しても構わない。

ＥＳＤ保護デバイス１０は、外部電極１８，１９間に所定以上の大きさの電圧が印加されると、空洞部１３内において、すなわち、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａ間で、放電が発生する。放電時に発生する熱は、導体部３４，３５からビア導体３６，３７、外部導体部３８，３９を経てＥＳＤ保護デバイス１０の外部に放熱されたり、導体部３４，３５からビア導体３２，３３、放電電極１４，１５、外部電極１８，１９を経てＥＳＤ保護デバイス１０の外部に放熱されたりする。このような放熱によって、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの温度上昇を抑制することができる。そのため、放電の繰り返しによって放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａが溶解したり剥がれたりすることによって放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａ間のギャップが大きくなって、あるいは玉化して放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａ間のギャップが実質的に大きくなって放電特性が劣化するのを抑制することができる。

また、ＥＳＤ保護デバイス１０の焼成時に、導体部３４，３５に関して放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａとは反対側にあるガラス成分は、導体部３４，３５によって、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａや放電補助部１１に向かっての移動が阻止される。これにより、ガラス成分による放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａや放電補助部１１の過焼結が抑制されるので、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａや放電補助部１１の過焼結に起因する放電特性劣化を抑制することができる。

導体部３４，３５は、複数個所に、すなわち、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａに関してセラミック多層基板１２のセラミック層の積層方向両側に配置されているので、放熱とガラス成分の拡散抑制とをより確実に行うことができる。

導体部３４，３５は、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの互いに対向する先端１４ｓ，１５ｓに沿って、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａを広く覆い、積層方向に透視したときに対向領域１３ｓを覆うように形成されている。導体部３４，３５は、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの互いに対向する先端１４ｓ，１５ｓに対向する面積が大きく、放電時の熱を逃がす効果が高いため、放電特性の劣化をより確実に抑制することができる。

＜参考例１−２＞参考例１−２のＥＳＤ保護デバイス１０ａについて、図３を参照しながら説明する。

参考例１−２のＥＳＤ保護デバイス１０ａは、参考例１−１のＥＳＤ保護デバイス１０と略同様に構成されている。以下では、参考例１−１と同じ構成部分には同じ符号を用い、参考例１−１との相違点を中心に説明する。

図３は、ＥＳＤ保護デバイス１０ａの要部断面図である。図３に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１０ａは、参考例１−１と同様にセラミック多層基板１２のセラミック層間に配置された導体部３４ａ，３５ａと、外部導体部３８ａ，３９ａと、ビア導体３２ａ，３３ａ；３６ａ，３７ａとを備えるが、それらのいずれもが空洞部１３の片側、すなわち、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａに関して積層方向に空洞部１３とは反対側に配置されている。導体部３４ａ，３５ａは、ビア導体３２ａ，３３ａを介して放電電極１４，１５に接続され、また、ビア導体３６ａ，３７ａを介して外部導体部３８ａ，３９ａと接続されている。外部導体部３８ａ，３９ａは互いに十分離れているため、外部導体部３８ａ，３９ａ間で放電は発生しない。

ＥＳＤ保護デバイス１０ａは、導体部３４ａ，３５ａと放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａとの間に空洞部１３が介在しないので、導体部３４ａ，３５ａを放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａにより近い位置に配置して、より効果的に放熱を行うことができる。また、ガラス成分の拡散をより効果的に抑制することができる。複数個所に導体部３４ａ，３５ａが設けられているので、放熱とガラス成分の拡散抑制とをより確実に行うことができる。したがって、放電の繰り返しによる放電特性の劣化を抑制することができる。

＜実施例１＞実施例１のＥＳＤ保護デバイス１０ｂについて、図４を参照しながら説明する。

図４は、ＥＳＤ保護デバイス１０ｂの要部断面図である。図４に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１０ａは、参考例１−１と同様に、セラミック多層基板１２のセラミック層間に配置された導体部３４，３５は、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａに関して積層方向両側に配置され、ビア導体３２，３３を介して放電電極１４，１５に接続されている。しかし、参考例１−１（図１参照）にはあった外部導体部３８，３９及びビア導体３６，３７は備えていない。

ＥＳＤ保護デバイス１０ｃは、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの両主面側に導体部３４，３５が配置され、導体部３４，３５が放電電極１４，１５に接続されているため、放熱とガラス成分の拡散抑制とをより確実に行うことができる。したがって、放電の繰り返しによる放電特性の劣化を抑制することができる。

＜参考例２＞参考例２のＥＳＤ保護デバイス１０ｃについて、図５を参照しながら説明する。

図５は、ＥＳＤ保護デバイス１０ｃの要部断面図である。図５に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１０ｃは、参考例１−２と同様に、空洞部１３の片側、すなわち、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａに関して積層方向に空洞部１３とは反対側に配置されている導体部３４ａ，３５ａとビア導体３２ａ，３３ａとを備えている。しかし、参考例１−２（図３参照）にはあった外部導体部３８ａ，３９ａと外部導体部３８ａ，３９ａに接続されたビア導体３６ａ，３７ａとは、備えていない。

ＥＳＤ保護デバイス１０ｃは、導体部３４ａ，３５ａと放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａとの間に空洞部１３が介在しないので、導体部３４ａ，３５ａを放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａにより近い位置に配置して、より効果的に放熱を行うことができる。また、ガラス成分の拡散をより効果的に抑制することができる。

また、複数個所に導体部３４ａ，３５ａが設けられているので、放熱やガラス成分の拡散抑制をより確実に行うことができる。したがって、放電の繰り返しによる放電特性の劣化を抑制することができる。

＜参考例３−１＞参考例３−１のＥＳＤ保護デバイス１０ｄについて、図６を参照しながら説明する。

図６は、ＥＳＤ保護デバイス１０ｄの要部断面図である。図６に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１０ｄは、参考例１−１と同様に、導体部３４，３５がビア導体３６，３７を介して外部導体部３８，３９に接続されている。しかし、参考例１−１（図１参照）にはあった導体部３４，３５と放電電極１４，１５と接続されたビア導体３２，３３は、備えていない。

ＥＳＤ保護デバイス１０ｄは、放電電極１４，１５と、導体部３４，３５、ビア導体３６，３７及び外部導体部３８，３９とは電気的に接続されていないが、放熱を行うことができ、ガラス成分の拡散を抑制することができる。したがって、放電の繰り返しによる放電特性の劣化を抑制することができる。

＜参考例３−２＞参考例３−２のＥＳＤ保護デバイス１０ｅについて、図７を参照しながら説明する。

図７は、図１の線Ｘ−Ｘに該当する位置に沿って切断したＥＳＤ保護デバイス１０ｅの要部断面図である。図７に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１０ｅは、放電電極１４，１５が配置されるセラミック多層基板１２のセラミック層間に、導体部３４ｅ，３５ｅが配置されている。導体部３４ｅ，３５ｅは、セラミック多層基板１２の側面１２ｓ，１２ｔまで延在し、セラミック多層基板１２の側面１２ｓ，１２ｔに形成された外部導体部３８ｅ，３９ｅと接続されている。

導体部３４ｅ，３５ｅは、セラミック多層基板１２のセラミック層が積層された積層方向（図７において紙面垂直方向）と、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａが互いに対向する対向方向（図７において左右方向）との両方に対して垂直な方向（図７において上下方向）に透視したときに、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの互いに対向する先端１４ｓ，１５ｓを覆い、さらに放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの先端１４ｓ，１５ｓ同士が最短距離で対向する対向領域１３ｓを覆うように形成されている。

ＥＳＤ保護デバイス１０ｅは、放電時に発生する熱の一部が、導体部３４ｅ，３５ｅから外部導体部３８ｅ，３９ｅを経てＥＳＤ保護デバイス１０ｅの外部に放熱されるので、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａの温度上昇を抑制することができる。また、導体部３４ｅ，３５ｅによって、焼成時のガラス成分拡散を抑制することができる。したがって、放電の繰り返しによる放電特性の劣化を抑制することができる。

＜参考例４＞参考例４のＥＳＤ保護デバイス１０ｆについて、図８を参照しながら説明する。

図８は、ＥＳＤ保護デバイス１０ｆの要部断面図である。図８に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１０ｆは、参考例１−１と同様に、空洞部１３の積層方向両側、すなわち、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａに関して積層方向両側に配置されている導体部３４，３５を備えている。しかし、参考例１−１（図１参照）にはあった外部導体部３８，３９とビア導体３２，３３；３６，３７とは、備えていない。

ＥＳＤ保護デバイス１０ｆは、放電時に発生した熱の一部が、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａから導体部３４，３５に放熱される。また、導体部３４，３５によって、焼成時のガラス成分拡散を抑制することができる。したがって、放電の繰り返しによる放電特性の劣化を抑制することができる。

＜参考例５−１＞参考例５−１のＥＳＤ保護デバイス１０ｇについて、図９を参照しながら説明する。

図９は、ＥＳＤ保護デバイス１０ｇの要部断面図である。図９に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１０ｇは、参考例４と同様に、空洞部１３の積層方向片側、すなわち、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａに関して積層方向に空洞部１３とは反対側に配置されている導体部３４を備えている。しかし、参考例４（図８参照）にはあった導体部３５は、備えていない。

ＥＳＤ保護デバイス１０ｇは、導体部３４と放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａとの間に空洞部１３が介在しないので、導体部３４，３５を放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａにより近い位置に導体部３４を配置して、より効果的に放熱を行うことができる。また、導体部３４は、焼成時のガラス成分拡散を抑制することができる。したがって、放電の繰り返しによる放電特性の劣化を抑制することができる。

＜参考例５−２＞参考例５−２のＥＳＤ保護デバイス１０ｈについて、図１０を参照しながら説明する。

図１０は、ＥＳＤ保護デバイス１０ｈの要部断面図である。図１０に示すように、ＥＳＤ保護デバイス１０ｈは、参考例３−１（図６参照）にあった導体部３３，３４とビア導体３６，３７と外部導体部３８，３８のうち、空洞部１３の積層方向片側、すなわち、放電電極１４，１５の対向部１４ａ，１５ａに関して積層方向に空洞部１３とは反対側に配置されている導体部３４、ビア導体３６及び外部導体部３８を備えているが、空洞部１３側に配置されている導体部３５、ビア導体３７及び外部導体部３９は備えていない。

ＥＳＤ保護デバイス１０ｈは、導体部３４から外部導体部３８を経てＥＳＤ保護デバイス１０ｈの外部に放熱を行うことができる。また、導体部３４は、焼成時のガラス成分拡散を抑制することができる。したがって、放電の繰り返しによる放電特性の劣化を抑制することができる。

＜作製例＞上記各実施例のＥＳＤ保護デバイスの作製例について、説明する。

（１）材料の準備
セラミック多層基板のセラミック層の材料となるセラミック材料には、Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを中心とした組成からなる材料を用いる。各素材を所定の組成になるよう調合、混合し、８００−１０００℃で仮焼する。得られた仮焼粉末をジルコニアボールミルで１２時間粉砕し、セラミック粉末を得る。このセラミック粉末に、トルエン・エキネンなどの有機溶媒を加え混合する。さらにバインダー、可塑剤を加え混合し、スラリーを得る。このようにして得られたスラリーをドクターブレード法により成形し、厚さ５０μｍのセラミックグリーンシートを得る。

セラミック多層基板がガラス成分を含むようにするため、セラミック原料粉末に予めガラスを添加する。焼成時にガラスが生成されるセラミック原料粉末を用いてもよい。

また、放電電極を形成するための電極ペーストを作製する。平均粒径約１．５μｍのＣｕ粉８０ｗｔ％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、ロールで攪拌、混合することで電極ペーストを得る。

放電補助部を形成するための混合ペーストは、金属材料として平均粒径約３μｍのＣｕ粉と、半導体材料として平均粒径１μｍの炭化ケイ素（ＳｉＣ）を所定の割合で調合し、バインダー樹脂と溶剤を添加し、ロールで攪拌、混合することで得る。混合ペーストは、バインダー樹脂と溶剤を４０ｗｔ％とし、残りの６０ｗｔ％をＣｕ粉と炭化ケイ素とする。

また、空洞部を形成するための樹脂ペーストも同様の方法にて作製する。樹脂ペーストは、樹脂と溶剤からなる。樹脂材料には焼成時に分解、消失する樹脂を用いる。例えばＰＥＴ、ポリプロピレン、エチルセルロース、アクリル樹脂などである。

また、シール層を形成するためのシール層形成用ペーストを、電極ペーストと同様の手法で作製する。例えば、平均粒径約１μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉５０ｗｔ％とエチルセルロース等からなるバインダー樹脂と溶剤５０ｗ％をロールで攪拌、混合することで、シール層形成用ペースト（アルミナペースト）を得る。シール層形成用ペーストの固形成分には、セラミック多層基板のセラミック材料よりも焼結温度が高い材料であれば特に限定されない。例えば、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ムライト、石英などを選定することができる。

（２）スクリーン印刷によるペーストの塗布
セラミックグリーンシートに、レーザを用いて貫通孔を形成した後、スクリーン印刷により、貫通孔に電極ペーストを充填して、ビア導体になる部分を形成する。貫通孔は、金型を用いて形成しても構わない。

次いで、放電電極に隣接するセラミック層になるセラミックグリーンシートの上に、シール層形成用ペーストをスクリーン印刷にて塗布して、シール層になる部分を形成する。

次いで、放電電極に隣接する一方のセラミック層になるセラミックグリーンシートの上に、放電補助部を形成するため、混合ペーストを所定のパターンになるよう、スクリーン印刷にて塗布する。混合ペーストの厚みが大きい場合などには、セラミックグリーンシートに予め設けた凹部に、炭化ケイ素／Ｃｕ粉の混合ペーストを充填するようにしても構わない。

その上に、電極ペーストをスクリーン印刷にて塗布して、対向部を有する放電電極を形成する。作製例では、放電電極の太さを１００μｍ、放電ギャップ幅（対向部の互いに対向する先端間の間隔の寸法）を３０μｍとなるように形成した。

さらにその上に、空洞部を形成するため、樹脂ペーストをスクリーン印刷にて塗布する。

また、導体部や外部導体部に隣接する一方のセラミック層になるセラミックグリーンシートの上に、電極ペーストをスクリーン印刷にて塗布して、導体部や外部導体部を形成する。金属箔を用いて、導体部や外部導体部を形成してもよい。

電極ペーストを用いて導体部や外部導体部を形成すると製造工程を簡略化できるが、ＡｌやＡｕ、Ｎｉなど他の金属を用いてもよい。放熱のためには熱伝導度が大きいＡｇを用いると効果が高い。

導体部や外部導体部は、放熱性向上とガラス拡散抑制のためには、厚みが厚く、緻密性が高いものが好ましい。導体部や外部導体部を導電性ペーストで形成する場合は、導電性ペーストに含まれる金属粉末の球形度を上げたり、粒度分布を広くしたり、樹脂比率を下げることにより金属粉末の充填性を上げると緻密性を高くすることができ、導電性ペーストの固形分比率を上げたり、印刷パターンの版厚を厚くすることにより、厚みをより厚くすることができる。導体部や外部導体部を金属箔で形成する場合は、金属箔の厚みを厚くするだけでよい。

（３）積層、圧着
通常のセラミック多層基板と同様に、セラミックグリーンシートを積層し、圧着する。作製例では、厚み０．３ｍｍ、その中央に放電電極の対向部と空洞部とが配置されるように積層した。

（４）カット、端面電極塗布
ＬＣフィルタのようなチップタイプの電子部品と同様に、マイクロカッタでカットして、各チップにわける。作製例では、１．０ｍｍ×０．５ｍｍになるようにカットした。その後、端面に電極ペーストを塗布し、外部電極を形成する。

（５）焼成
次いで、通常のセラミック多層基板と同様に、Ｎ_２雰囲気中で焼成する。ＥＳＤに対する応答電圧を下げるため空洞部にＡｒ、Ｎｅなどの希ガスを導入する場合には、セラミック材料の収縮、焼結が行われる温度領域をＡｒ、Ｎｅなどの希ガス雰囲気で焼成すればよい。酸化しない電極材料（Ａｇなど）の場合には、大気雰囲気でも構わない。

焼成により、樹脂ペーストが消失し、空洞部が形成される。また、焼成により、セラミックグリーンシート中の有機溶剤や、混合ペースト中のバインダー樹脂及び溶剤も消失する。

（６）めっき
ＬＣフィルタのようなチップタイプの電子部品と同様に、外部電極上に電解Ｎｉ−Ｓｎメッキを行う。

以上により、ＥＳＤ保護デバイスが完成する。

なお、混合ペースト中の半導体材料は、特に上記の材料に限定されるものではない。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の金属半導体、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化モリブデン、炭化タングステン等の炭化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化クロム、窒化バナジウム、窒化タンタル等の窒化物、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化タングステン、ケイ化モリブデン、ケイ化クロム、ケイ化クロム等のケイ化物、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化クロム、ホウ化ランタン、ホウ化モリブデン、ホウ化タングステン等のホウ化物、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム等の酸化物を用いることができる。特に、比較的安価で、かつ、各種粒径のバリエーションが市販されていることから、シリコンや炭化ケイ素が特に好ましい。これらの半導体材料は、適宜、単独又は２種類以上を混合して使用してもよい。また、半導体材料は、適宜、アルミナやＢＡＳ材等の抵抗材料と混合して使用してもよい。

混合ペースト中の金属材料は、特に上記の材料に限定されるものではない。Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏや、これらの合金、これらの組合せでもよい。

また、空洞部を形成するために樹脂ペーストを塗布したが、樹脂でなくともカーボンなど焼成で消失するものならばよいし、また、ペースト化して印刷で形成しなくとも、樹脂フィルムなどを所定の位置にのみ貼り付けるようにして配置してもよい。

また、本作製例においては、焼成前にカットを行い、各チップに分ける方法を示したが、集合状態で形成されたセラミックグリーンシートを積層し、圧着して形成された積層体に分割溝を形成し、焼成、めっき後に各チップにカットしてもよい。

上述した工程で作製した各実施例の作製例について、評価を行った。比較例として、導体部、外部導体部及びビア導体を備えていないＥＳＤ保護デバイスを作製した。

各試料について、ＥＳＤ放電応答性を評価した。ＥＳＤ放電応答性は、ＩＥＣの規格、ＩＥＣ６１０００−４−２に定められている静電気放電イミュニティ試験によって行った。接触放電にて８ｋＶ印加して、保護回路側で放電時のピーク電圧を検出した。

さらに、ＥＳＤ繰返し耐性を評価した。接触放電にて８ｋＶ印加を１００回行い、続いて、前記のＥＳＤに対する放電応答性を評価した。

総合判定は、ＥＳＤ繰返し耐性について、保護回路側で検出されたピーク電圧が７００Ｖ以上を不良（×印）、ピーク電圧が６００Ｖ以上７００Ｖ未満を良好（○印）、ピーク電圧が６００Ｖ未満を特に良好（◎印）と判定した。

次の表１に、評価結果を示す。

なお、「ＥＳＤ放電応答性」欄及び「ＥＳＤ繰返し耐性」欄の数値（ピーク電圧）の単位は、Ｖである。

表１から、各実施例は、当初のＥＳＤ放電応答性にても改善がみれる。この理由として、放電電極部の対向部の周囲に、放熱用の導体部（電極）が配置されることにより、セラミック中からのガラス拡散が放電電極の対向部に進むことが阻害される。これにより放電電極の初期的な焼結が抑制されたのと同じ効果となり、放電電極の対向部の先端の玉化が抑制されるために、初期の放電電極の対向部間のギャップが安定するためと考えられる。

表１から、ＥＳＤ繰返し耐性は、放熱性が高いと向上することが分かる。

例えば、導体部が放電電極と電気的に接続された場合と導体部が放電電極と電気的に接続されていない場合とでは、放熱性が高い前者は、後者よりもＥＳＤ繰返し耐性が向上する。これは、参考例１−１（図１）と参考例３−１（図６）との比較や、実施例１（図４）と参考例４（８）との比較から見て取ることができる。

導体部が外部導体に電気的に接続されている場合と、導体部が外部導体に電気的に接続されていない場合とでは、放熱性が高い前者は、後者よりもＥＳＤ繰返し耐性が向上する。これは、参考例１−１（図１）と実施例１（図４）との比較や、参考例１−２（図３）と参考例２（図５）との比較から見て取ることができる。

導体部が放電電極の対向部に関して積層方向両側に配置されている場合と、導体部が放電電極の対向部に関して積層方向に空洞部とは反対側のみに配置されている場合とでは、放熱性が高い前者は、後者よりもＥＳＤ繰返し耐性が向上する。これは、参考例３−１（図６）と参考例５−２（図１０）との比較や、参考例４（図８）と参考例５−１（図９）との比較から見て取ることができる。

導体部が放電電極と異なるセラミック層間に配置される場合と、導体部が放電電極と同じセラミック層間に配置される場合とでは、前者は、後者よりもＥＳＤ繰返し耐性が向上する。これは、参考例３−２と他の参考例及び実施例との比較から見て取ることができる。

つまり『放電電極に放熱用の導体部が接続されている』、『放熱用の導体部が外部導体部に接続されている』、『放熱用の導体部が、放電電極の対向部を両側から挟むように配置する』、『放熱用の導体部が、放電電極の対向部と同じ層間で横に配置されるのではなく、積層方向に覆うように配置される』ことで放熱効果を高くなり、ＥＳＤ繰返し耐性が向上する。

＜まとめ＞以上に説明したように、放電電極に対向部に対向する導体部を設けることによって、放電の繰り返しによる放電特性の劣化を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

例えば、ＥＳＤ保護デバイスの本体は、セラミック多層基板に限るものではなく、樹脂などの絶縁層が積層された絶縁性多層基板であればよい。

導体部は、一方の放電電極の対向部を覆う部分の幅と、他方の放電電極の対向部を覆う部分の幅とが異なるようにしてもよい。例えば、放電時に電子を受け取る側の放電電極の対向部で熱が発するため、放電時に電子を受け取る側の放電電極の対向部を覆う部分の幅の方が他方の放電電極の対向部を覆う部分の幅より大きくなるように導体部を形成して放熱を促進すると、より確実に放電特性の劣化を抑制することができる。

放電電極に対向部及び空洞部が積層方向片側に偏って配置される場合には、放電電極に対向部に関してセラミック多層基板のセラミック層の層数が相対的に多い側に導体部をまとめて配置すると、より効果がある。この場合、空洞部は、導体部とは反対側、すなわち放電電極に対向部に関してセラミック多層基板のセラミック層の層数が相対的に少ない側に配置することが好ましい。

１０，１０ａ〜１０ｈ保護デバイス
１１放電補助部
１２セラミック多層基板
１２ａ上面
１２ｂ下面
１２ｐ，１２ｑ端面（表面）
１２ｓ，１２ｔ側面
１３空洞部
１３ｓ対向領域
１４放電電極
１４ａ対向部
１４ｓ先端
１５放電電極
１５ａ対向部
１５ｓ先端
１５導体部
１６，１７シール層
１８，１９外部電極
３２，３２ａビア導体
３３，３３ａビア導体
３３，３４導体部
３４導体部
３４，３５導体部
３４ａ，３５ａ導体部
３４ｅ，３５ｅ導体部
３５導体部
３６ビア導体
３６，３６ａビア導体
３７，３７ａビア導体
３８，３８ａ，３８ｅ外部導体部
３９，３９ａ，３９ｅ外部導体部

Claims

複数の絶縁層が積層された絶縁性多層基板と、
前記絶縁性多層基板の内部に形成された空洞部と、
前記空洞部の内面に沿って形成され間隔を設けて互いに対向する対向部を有する、少なくとも一対の放電電極と、
前記絶縁性多層基板の表面に形成され、前記放電電極と接続された外部電極と、
前記絶縁性多層基板の前記絶縁層が積層された積層方向に透視したときに前記放電電極の前記対向部の互いに対向する先端の少なくとも一方を覆うように、かつ、前記放電電極の前記対向部に関して前記積層方向の両側に配置されるように、前記セラミック多層基板の内部に形成された一対の導体部と、
前記一対の導体部の一方と前記一対の放電電極の一方との間に配置された前記絶縁層を貫通し、前記一方の前記導体部と前記一方の前記放電電極とに接続された第１のビア導体と、
前記一対の導体部の他方と前記一対の放電電極の他方との間に配置された前記絶縁層を貫通し、前記他方の前記導体部と前記他方の前記放電電極とに接続された第２のビア導体と、
を備えたことを特徴とする、ＥＳＤ保護デバイス。
前記絶縁性多層基板は、ガラス成分を含むセラミック多層基板であることを特徴とする、請求項１に記載のＥＳＤ保護デバイス。
前記放電電極の前記対向部の前記先端同士が最短距離で対向する対向領域に形成され、分散した金属材料と半導体材料とを含む放電補助部をさらに備え、
前記導体部は、前記積層方向に透視したときに前記対向領域を覆うように形成されたことを特徴とする、請求項１又は２に記載のＥＳＤ保護デバイス。
前記放電電極の前記対向部と前記絶縁層基板の前記絶縁層との間に配置され、前記絶縁層基板の前記絶縁層に含まれる成分の透過を抑制するシール層をさらに備えたことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のＥＳＤ保護デバイス。