特許 5971413 ＥＳＤ保護装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5971413

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】ＥＳＤ保護装置

(51)【国際特許分類】

   H01T 4/12 20060101AFI20160804BHJP

   H01T 2/02 20060101ALI20160804BHJP

   H01T 1/20 20060101ALI20160804BHJP

   H01T 4/10 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   H01T4/12 F

   H01T2/02 F

   H01T1/20 F

   H01T4/10 L

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-518148(P2015-518148)

(86)(22)【出願日】2014年4月4日

(86)【国際出願番号】JP2014059994

(87)【国際公開番号】WO2014188802

(87)【国際公開日】20141127

【審査請求日】2015年9月7日

(31)【優先権主張番号】特願2013-109127(P2013-109127)

(32)【優先日】2013年5月23日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001232

【氏名又は名称】特許業務法人 宮▲崎▼・目次特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安中 雄海

(72)【発明者】

【氏名】足立 淳

(72)【発明者】

【氏名】築澤 孝之

【審査官】 岡崎 克彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１２９３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１２３９３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｔ ４／１２

Ｈ０１Ｔ １／２０

Ｈ０１Ｔ ２／０２

Ｈ０１Ｔ ４／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁材と、
前記絶縁材中に設けられた第１及び第２の放電電極と、
前記絶縁材の外表面上に設けられており、かつ前記第１の放電電極に電気的に接続された第１の外部電極と、
前記絶縁材の外表面上に設けられており、かつ前記第２の放電電極に電気的に接続された第２の外部電極と、
前記絶縁材中に設けられており、かつ前記第１及び第２の外部電極と接続していない導体と、
を備え、
前記第１の放電電極と前記第２の放電電極とは、幅方向において互いに対向するように設けられており、
前記導体は、平面視において前記第１及び第２の放電電極の対向部と重なるように設けられている、ＥＳＤ保護装置。

【請求項2】

前記導体が、前記第１及び第２の放電電極の対向部の上方部と、前記第１及び第２の放電電極の対向部の下方部との両方に設けられている、請求項１に記載のＥＳＤ保護装置。

【請求項3】

前記絶縁材は、空洞を有し、
前記第１の放電電極の先端部と前記第２の放電電極の先端部とのそれぞれが前記空洞内に位置している、請求項１または２に記載のＥＳＤ保護装置。

【請求項4】

前記導体は、平面視において前記空洞と重なるように設けられている、請求項３に記載のＥＳＤ保護装置。

【請求項5】

前記第１の放電電極の先端部と前記第２の放電電極の先端部との間に配されており、前記第１の放電電極と前記第２の放電電極との間の放電を促す放電補助電極をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＥＳＤ保護装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＥＳＤ保護装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、静電気放電（ＥＳＤ：ｅｌｅｃｔｒｏ−ｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）による電子機器の破壊を抑制するためのＥＳＤ保護装置が種々提案されている。

【0003】

例えば、下記の特許文献１には、セラミック多層基板と、セラミック多層基板内に配されており、セラミック多層基板に設けられた空洞部において間隔をおいて先端同士が対向するように配された一対の放電電極とを備えるＥＳＤ保護装置が記載されている。

【0004】

また、下記の特許文献２に記載のＥＳＤ保護装置では、セラミック多層基板内に第１，第２の放電電極が設けられており、さらに、第１，第２の放電電極に接続されるように、補助電極が設けられている。補助電極は、導電性を有しない無機材料によりコーティングされた導電性材料を分散させることにより形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＷＯ２００８／１４６５１４ Ａ１号公報

【特許文献2】ＷＯ２００９／０９８９４４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載のＥＳＤ保護装置は、放電開始電圧が低い場合、動作しないという問題点があった。他方、特許文献２に記載のＥＳＤ保護装置では、補助電極により放電開始電圧の低電圧化が図られているが、なお十分ではなかった。

【0007】

本発明は、放電開始電圧をより低くすることができる、ＥＳＤ保護装置を提供することを主な目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るＥＳＤ保護装置は、絶縁材と、第１及び第２の放電電極と、第１の外部電極と、第２の外部電極と、導体とを備える。第１及び第２の放電電極は、絶縁材中に設けられている。第１の外部電極は、絶縁材の外表面上に設けられている。第１の外部電極は、第１の放電電極に電気的に接続されている。第２の外部電極は、絶縁材の外表面上に設けられている。第２の外部電極は、第２の放電電極に電気的に接続されている。導体は、絶縁材中に設けられている。導体は、第１及び第２の外部電極に接続していない。

【0009】

本発明に係るＥＳＤ保護装置のある特定の局面では、第１の放電電極と第２の放電電極とは、互いに対向するように設けられている。導体は、平面視において第１及び第２の放電電極の対向部と重なるように設けられている。

【0010】

本発明に係るＥＳＤ保護装置の他の特定局面では、導体が、第１及び第２の放電電極の対向部の上方部と、第１及び第２の放電電極の対向部の下方部との両方に設けられている。

【0011】

本発明に係るＥＳＤ保護装置の別の特定の局面では、絶縁材は、空洞を有する。第１の放電電極の先端部と第２の放電電極の先端部とのそれぞれが空洞内に位置している。

【0012】

本発明に係るＥＳＤ保護装置の他の特定の局面では、導体は、平面視において空洞と重なるように設けられている。

【0013】

本発明に係るＥＳＤ保護装置のさらにまた他の特定の局面では、ＥＳＤ保護装置は、放電補助電極をさらに備える。放電補助電極は、第１の放電電極の先端部と第２の放電電極の先端部との間に配されている。放電補助電極は、第１の放電電極と第２の放電電極との間の放電を促す。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、放電開始電圧をより低くすることができる、ＥＳＤ保護装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るＥＳＤ保護装置の略図的断面図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態に係るＥＳＤ保護装置の略図的平面図である。

【図3】図３は、第１の変形例に係るＥＳＤ保護装置の略図的平面図である。

【図4】図４は、第２の変形例に係るＥＳＤ保護装置の略図的平面図である。

【図5】図５は、第３の変形例に係るＥＳＤ保護装置の略図的平面図である。

【図6】図６は、第４の変形例に係るＥＳＤ保護装置の略図的断面図である。

【図7】図７は、第５の変形例に係るＥＳＤ保護装置の略図的平面図である。

【図8】図８は、第６の変形例に係るＥＳＤ保護装置の略図的平面図である。

【図9】図９は、第７の変形例に係るＥＳＤ保護装置の略図的平面図である。

【図10】図１０は、第８の変形例に係るＥＳＤ保護装置の略図的平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

【0017】

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

【0018】

図１は、本発明の一実施形態に係るＥＳＤ保護装置の略図的断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係るＥＳＤ保護装置の略図的平面図である。

【0019】

図１及び図２に示されるように、ＥＳＤ保護装置１は、空洞１１を有する絶縁材１０を有する。絶縁材１０は、六面体である。ここで、「六面体」とは、６つの面を有する立体全般を意味する。六面体を構成する６つの面は、それぞれ、非平面であってもよい。六面体を構成する面のうち、対向する面は、互いに平行であってもよいし、非平行であってもよい。六面体の角部及び稜線部は、それぞれ、面取り状であってもよいし、丸められた形状を有していてもよい。本実施形態では、具体的には、絶縁材１０は、略直方体状に設けられている。絶縁材１０は、互いに平行な第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂと、互いに平行な第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄと、互いに平行な第１及び第２の端面１０ｅ、１０ｆとを有する。

【0020】

絶縁材１０は、適宜のセラミックスにより構成することができる。具体的には、絶縁材１０は、例えば、Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを主成分として含む低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）により構成することができる。なお、絶縁材１０として、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などを含む樹脂基板を用いてもよい。

【0021】

絶縁材１０の内部には、第１及び第２の放電電極２１，２２が設けられている。第１及び第２の放電電極２１，２２は、それぞれ、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂと平行に設けられている。第１の放電電極２１は、第１の端面１０ｅに引き出されている。一方、第２の放電電極２２は、第２の端面１０ｆに引き出されている。第１の放電電極２１の先端部と、第２の放電電極２２の先端部とは、空洞１１内に位置している。第１の放電電極２１の先端部と、第２の放電電極２２の先端部とは、空洞１１内において対向している。

【0022】

このような構成にすることにより、空洞内ガスと放電電極と基板のトリプルジャンクションを形成する。結果、ＥＳＤ保護装置１の応答性が向上する。

【0023】

絶縁材１０の外表面の上には、第１及び第２の外部電極３１，３２が設けられている。具体的には、第１の外部電極３１は、第１の端面１０ｅの上に設けられた第１の部分３１ａと、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂの少なくとも一方の上に設けられた第２の部分３１ｂ１，３１ｂ２とを有する。もっとも、第１の外部電極は、第１の端面の上のみに設けられていてもよい。第１の外部電極３１は、第１の部分３１ａにおいて第１の放電電極２１と電気的に接続されている。

【0024】

第２の外部電極３２は、第２の端面１０ｆの上に設けられた第３の部分３２ａと、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂの少なくとも一方の上に設けられた第４の部分３２ｂ１，３２ｂ２とを有する。もっとも、第２の外部電極は、第２の端面の上にのみ設けられていてもよい。第２の外部電極３２は、第３の部分３２ａにおいて第２の放電電極２２と電気的に接続されている。

【0025】

空洞１１の内面上において、第１の放電電極２１の先端部と第２の放電電極２２の先端部との間には、放電補助電極５１が配されている。もっとも、放電補助電極は、第１の放電電極の先端部と第２の放電電極の先端部との間に加えて、第１及び第２の放電電極と絶縁材１０との間にも設けられていてもよい。

【0026】

放電補助電極５１は、放電開始電圧を低下させる機能を有する。具体的には、放電補助電極５１を設けることにより、放電補助電極５１を経由した沿面放電が生じる。通常、沿面放電と気中放電と放電補助電極５１を経由した放電とでは、放電補助電極５１を経由した放電の開始電圧が最も低い。従って、放電補助電極５１を設けることにより、放電開始電圧を低下させることができる。

【0027】

放電補助電極５１は、例えば、導電性を有しない無機材料により表面がコーティングされた複数の金属粒子５１ａと、複数の半導体セラミック粒子５１ｂとが分散した粒子分散体によって構成することができる。この場合、放電補助電極５１は、例えば、導電性を有しない無機材料により表面がコーティングされた複数の金属粒子５１ａと、複数の半導体セラミック粒子５１ｂを含むペーストを塗布し、焼成することにより形成することができる。

【0028】

金属粒子５１ａは、例えば、ＣｕやＮｉなどにより構成することができる。金属粒子５１ａの直径は、例えば２μｍ〜３μｍ程度とすることができる。金属粒子５１ａのコーティング膜は、例えば、酸化アルミニウム等により構成することができる。

【0029】

半導体セラミック粒子５１ｂは、例えば、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化モリブデンもしくは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、窒化バナジウムもしくは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などのホウ化物、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム等の酸化物などにより構成することができる。

【0030】

放電補助電極５１は、金属粒子５１ａ及び半導体セラミック粒子５１ｂに加え、酸化アルミニウムなどからなる絶縁性粒子をさらに含んでいてもよい。

【0031】

絶縁材１０と第１及び第２の放電電極２１，２２の少なくとも一方の先端部との間には、保護層５２が設けられている。具体的には、保護層５２は、空洞１１の内壁の実質的に全体を覆うように設けられている。ただし、保護層５２は必ずしも設けられていなくてもよい。保護層５２が設けられていない場合には、放電電極対向部と導体との距離を短くすることができるという利点がある。

【0032】

保護層５２は、絶縁材１０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により構成されていることが好ましい。保護層５２は、例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア、マグネシア及び石英からなる群から選ばれた少なくとも一種を含んでいることが好ましい。

【0033】

絶縁材１０中には、導体４１が設けられている。もっとも、導体４１は必ずしも絶縁材１０の内部に設けられている必要はなく、絶縁材１０の表面上に設けられていてもよい。また、導体４１は、絶縁材１０の厚み方向に沿って相互に間隔をおいて複数設けられていてもよい。

【0034】

導体４１は、第１及び第２の外部電極３１，３２と接続しないように設けられている。導体４１は、平面視した場合、放電電極２１，２２の対向部と重なるように設けられていることが好ましい。また、厚み方向における導体４１と放電電極対向部との距離が近いほど、放電電極２１，２２の先端において電界集中が促進される効果が大きい。

【0035】

また、放電電極２１，２２間に放電補助電極５１を有する場合は放電補助電極５１上での沿面放電が活発になる。この効果は、厚み方向において導体４１が放電補助電極５１側に近いほど大きい。

【0036】

本実施形態においては、導体４１として、第１及び第２の放電電極２１，２２の対向部の上方部に導体４１ａが、第１及び第２の放電電極２１，２２の対向部の下方部に導体４１ｂが設けられている。もっとも、導体４１は、必ずしも、第１及び第２の放電電極２１，２２の対向部の上方と下方の両方に設けられている必要はなく、少なくとも一方に設けられていればよい。導体４１は平面視した場合、矩形である。図１に示す導体４１の長さＬ２は、第１の放電電極２１の先端部と第２の放電電極２２の先端部との間の距離Ｌ１よりも長いことが好ましい。

【0037】

なお、導体４１、第１及び第２の放電電極２１，２２並びに第１及び第２の外部電極３１，３２は、それぞれ、例えば、Ｃｕ，Ａｇ、Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｎｉ及びＷの少なくとも一種を含む金属（合金を含む）などにより構成することができる。導体４１、第１及び第２の放電電極２１，２２並びに第１及び第２の外部電極３１，３２は、同じ材料により構成されていることが好ましい。

【0038】

導体４１を配置することにより、放電開始電圧をより低めることができる。これは、第１及び第２の放電電極２１，２２の近傍に導体４１が配置されることによって、第１及び第２の放電電極２１，２２の表面、特に先端において電界集中が促進されるためである。従って、電界集中により、放電の基点となる電子の移動が促される。その結果、放電開始電圧が低くなるものと考えられる。

【0039】

なお、導体４１の形状は、図１及び図２に示す形状に限定されない。

【0040】

例えば、図３に示されるように、幅方向に沿って配列された導体４１を設けてもよい。

【0041】

図４に示されるように、第１及び第２の外部電極３１，３２並びにその対向部分だけでなく、空洞１１を覆うように導体４１を設けてもよい。

【0042】

図５に示されるように、側面１０ｃと側面１０ｄを接続するように導体４１を設けてもよい。

【0043】

なお、図６に示されるように、絶縁材１０に空洞が設けられていなくてもよい。また、放電補助電極５１は、必ずしも設けられていなくてもよい。例えば、放電補助電極５１の代わりに、電圧非直線性特性を有する材料、金属または半導体等が分散されたポーラスな層が設けられていてもよい。

【0044】

上記実施形態では、第１の放電電極２１の先端部と、第２の放電電極２２の先端部とが、放電電極２１，２２の延びる方向（長さ方向Ｌ）において対向している例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図７〜図１０に示されるように、第１の放電電極２１の先端部と、第２の放電電極２２の先端部とが、放電電極２１，２２の延びる方向（長さ方向Ｌ）において対向していなくてもよい。

【0045】

図７に示される例では、第１の放電電極２１の先端部の幅方向Ｗにおける位置と、第２の放電電極２２の先端部の幅方向Ｗにおける位置とが異なっている。第１の放電電極２１の先端部の長さ方向Ｌにおける位置と、第２の放電電極２２の先端部の長さ方向Ｌにおける位置とが略同じである。このため、第１の放電電極２１の幅方向Ｗにおける一方側の角部と、第２の放電電極２２の幅方向Ｗにおける他方側の角部とが互いに対向している。

【0046】

図８及び図９に示される例においても、第１の放電電極２１の先端部の幅方向Ｗにおける位置と、第２の放電電極２２の先端部の幅方向Ｗにおける位置とが異なっている。第１の放電電極２１の一部と、第２の放電電極２２の一部とは、幅方向Ｗにおいて対向している。

【0047】

同様に、図１０に示される例においても、第１の放電電極２１の一部と、第２の放電電極２２の一部とは、幅方向Ｗにおいて対向している。第１の放電電極２１と第２の放電電極２２とが幅方向Ｗに互いに対向している部分の最短距離は、第１の放電電極２１の先端部と第２の放電電極２２との間の長さ方向Ｌにおける距離と、第２の放電電極２２の先端部と第１の放電電極２１との間の長さ方向Ｌにおける距離とのそれぞれよりも短い。このため、第１の放電電極２１と第２の放電電極２２とが幅方向Ｗに互いに対向している部分において放電が生じる。

【0048】

（実施例）
下記の条件で、上記実施形態に係るＥＳＤ保護装置１と実質的に同様の構成を有するＥＳＤ保護装置を作製した。

【0049】

絶縁材の構成に用いたセラミックス：Ｂａ、Ａｌ及びＳｉを主体とするＢＡＳ材
放電電極、外部電極、導体：Ｃｕ
ＥＳＤ保護装置の寸法：長さ１．０ｍｍ×幅０．５ｍｍ×厚み０．３ｍｍ
空洞の平面視形状：矩形状
放電ギャップＬ１：２０μｍ
放電補助電極Ｌ１：２０μｍ
空洞の長さ：２００μｍ
導体：絶縁部を介し、補助電極の下側に位置する。
距離Ｌ２：２０μｍ

【0050】

（比較例）
導体を設けなかったこと以外は、実施例と同様にしてＥＳＤ保護装置を作製した。

【0051】

(放電開始電圧評価)
導体を設けた実施例と、導体を設けない比較例に示すＥＳＤ保護装置を作製し、ＩＥＣ６１０００−４−２に準拠した接触放電試験により、各負荷電圧における動作率を評価した。１００個のサンプルにおいて、放電が開始したサンプルの数を求め、その割合を動作率としている。なお、動作率の評価記号は以下の通りである。

【0052】

◎…９０％超〜１００％
○…５０％超〜９０％
△…１０％超〜５０％
×…０％〜１０％

【0053】

下記の表１に、その結果を示す。

【0054】

【表1】

【0055】

表１に示す結果から、導体を設けることにより、放電開始電圧をより低めることができることが確認できた。

【符号の説明】

【0056】

１…ＥＳＤ保護装置
１０…絶縁材
１０ａ…第１の主面
１０ｂ…第２の主面
１０ｃ…第１の側面
１０ｄ…第２の側面
１０ｅ…第１の端面
１０ｆ…第２の端面
１１…空洞
２１…第１の放電電極
２２…第２の放電電極
３１…第１の外部電極
３１ａ…第１の部分
３１ｂ１，３１ｂ２…第２の部分
３２…第２の外部電極
３２ａ…第３の部分
３２ｂ１，３２ｂ２…第４の部分
４１、４１ａ、４１ｂ…導体
５１…放電補助電極
５１ａ…金属粒子
５１ｂ…半導体セラミック粒子
５２…保護層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】