专利名称：Esd保护器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及保护半导体装置等免遭静电破坏的ESD保护器件及其制造方法。
背景技术：
近年来，在使用民用设备时，作为输入输出接口的电缆的插拔次数有增加的趋势， 处于容易对输入输出连接器部施加静电的状况。此外，随着信号频率的高频化，因设计规则的细化而导致难以创建路径，LSI自身对于静电变得脆弱。因此，对LSI等半导体装置进行保护以避免静电放电(ESD) (Electron-Statics Discharge)的ESD保护器件得到广泛使用。作为这样的ESD保护器件，提出有一种包括以下多孔结构部的过电压保护元件， 上述多孔结构部连接于第一电极与第二电极之间，并且，通过使用包含非导体粉末(碳化硅粉末)、金属导体粉末(Cu粉末)、以及粘合剂(玻璃)的过电压保护元件的材料进行烧成处理来生成。但是，对于该过电压保护元件的情况，由于粘合剂(玻璃)的添加不可或缺，因此， 有可能会产生以下的问题。(1)因玻璃分散不佳而使产品特性偏差有增大的趋势，因而难以提供可靠性高的
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广 PFt ο(2)因玻璃分散不佳而在重复施加ESD时使抗短路性有发生劣变的趋势。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利特开2008-85284号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种ESD保护器件及其制造方法，该ESD保护器件具有稳定的特性，即使重复施加静电，也不会产生特性劣变。用于解决技术问题的技术手段为了解决上述技术问题，本发明的ESD保护器件的特征在于，包括相对电极，该相对电极包括一侧相对电极和另一侧相对电极而成，所述一侧相对电极和另一侧相对电极在陶瓷基材内部以前端部隔开间隔而相对的方式形成；以及放电辅助电极，该放电辅助电极配置成分别与构成所述相对电极的所述一侧相对电极和所述另一侧相对电极相接触，并从所述一侧相对电极跨至所述另一侧相对电极，所述放电辅助电极包含金属粒子、半导体粒子、以及玻璃质，而且，所述金属粒子之间、所述半导体粒子之间、以及所述金属粒子与所述半导体粒子之间经由所述玻璃质相结合，并且，所述金属粒子的平均粒径X为1. 0 μ m以上，所述放电辅助电极的厚度Y与所述金属粒子的平均粒径X的关系满足0. 5≤Y/X≤3的必要条件。优选所述金属粒子为Cu粒子，此外，优选所述半导体粒子为碳化硅粒子。此外，优选所述玻璃质是由所述金属粒子与所述半导体粒子之间发生反应而产生的。此外，优选构成所述相对电极的所述一侧相对电极和所述另一侧相对电极的前端部彼此相对的放电间隙部、以及所述放电辅助电极的位于所述放电间隙部的区域面对设于所述陶瓷基材内部的空洞部。此外，本发明的ESD保护器件的制造方法包括在第一陶瓷生片的一主面上印刷放电辅助电极糊料来形成未烧成的放电辅助电极的工序，所述放电辅助电极糊料包含平均粒径为Ι.Ομπι以上的金属粒子、半导体粒子、 以及有机载体，并且，所述金属粒子和所述半导体粒子中的至少一方在表面上具有玻璃的网眼形成成分，且所述金属粒子与所述半导体粒子的总和所占的比例为7体积％ 25体积％ ；在所述第一陶瓷生片的一主面上印刷相对电极糊料，从而形成包括一侧相对电极和另一侧相对电极的未烧成的相对电极的工序，所述一侧相对电极和另一侧相对电极各自覆盖所述放电辅助电极的一部分，且配置成彼此隔开间隔；在所述第一陶瓷生片的一主面上层叠第二陶瓷生片以形成未烧成的层叠体的工序；以及将所述层叠体进行烧成，使所述放电辅助电极的所述金属粒子的表面与所述半导体粒子的表面之间发生反应，从而生成玻璃质的工序。此外，本发明的ESD保护器件的制造方法的特征在于，所述放电辅助电极中含有的金属粒子为带氧化铝涂层的Cu粒子，所述半导体粒子为碳化硅粒子。发明效果本发明的ESD保护器件包括相对电极，该相对电极包括彼此相对的一侧相对电极和另一侧相对电极；以及放电辅助电极，该放电辅助电极配置成分别与一侧相对电极和另一侧相对电极的一部分相接触，并从一侧相对电极跨至另一侧相对电极，放电辅助电极至少包含金属粒子、半导体粒子、以及玻璃质，而且，金属粒子之间、半导体粒子之间、以及金属粒子与半导体粒子之间经由玻璃质相结合，并且，金属粒子的平均粒径X为1. 0 μ m以上，放电辅助电极的厚度Y与金属粒子的平均粒径X的关系满足0. 5彡Y/X < 3的必要条件，因此，能提供一种具有稳定的特性、即使重复施加静电也不会产生特性劣变的ESD保护器件。另外，在本发明中，所谓的金属粒子之间、半导体粒子之间、以及金属粒子与半导体粒子之间经由玻璃质相结合是指包含以下情况的较宽的概念，这些情况是(a)通过充满各粒子之间的玻璃质使各粒子相结合的情况；(b)各粒子整体被玻璃质覆盖，且通过该玻璃质使各粒子相结合的情况；(c)玻璃质没有覆盖各粒子整体或充满各粒子之间，通过例如散布于各粒子表面的玻璃质使各粒子相结合的情况等。在本发明的ESD保护器件中，优选金属粒子为Cu粒子，这是由于通过使用Cu粒子作为金属粒子，从而可构成能降低放电开始电压、峰值电压的ESD保护器件的缘故。
此外，优选使用碳化硅粒子作为半导体粒子，这是由于通过使用碳化硅粒子作为半导体粒子，能降低箝位电压的缘故。此外，在本发明的ESD保护器件中，在玻璃质由金属粒子与半导体粒子之间发生反应而生成的情况下，无需向原料内另外添加玻璃成分，能高效、可靠地形成玻璃质均勻分散的放电辅助电极。此外，使构成相对电极的一侧相对电极和另一侧相对电极的前端部彼此相对的放电间隙部、以及放电辅助电极的位于放电间隙部的区域面对设于陶瓷基材内部的空洞部的情况下，由于施加ESD时，空洞部中也产生放电现象，因此，与没有空洞部的情况相比，能提高放电能力，因而是有意义的。此外，由于本发明的ESD保护器件的制造方法包括在第一陶瓷生片的一主面上印刷放电辅助电极糊料来形成未烧成的放电辅助电极的工序，所述放电辅助电极糊料包含平均粒径为1. 0 μ m以上的金属粒子、半导体粒子、以及有机载体，并且，金属粒子和半导体粒子中的至少一方在表面上具有玻璃的网眼形成成分，且所述金属粒子和所述半导体粒子的总和所占的比例为7体积％ 25体积％ ；通过以覆盖放电辅助电极的一部分、并且彼此隔开间隔的方式印刷相对电极糊料，从而形成包括隔开间隔而配置的一侧相对电极和另一侧相对电极的、未烧成的相对电极的工序；在第一陶瓷生片的一主面上层叠第二陶瓷生片以形成未烧成的层叠体的工序；以及将层叠体进行烧成，使放电辅助电极的金属粒子的表面与半导体粒子的表面之间发生反应，从而生成玻璃质的工序，因此，能高效、可靠地制造具有本发明的结构的ESD保护器件。另外，可以在对上述层叠体进行烧成的工序之前，在未烧成的层叠体表面上以与相对电极相连接的方式印刷外部电极糊料，之后进行烧成，从而得到包括外部电极的ESD 保护器件，此外，也可以在上述层叠体烧成之后，在层叠体表面上印刷外部电极糊料并进行烧结，从而形成外部电极。另外，在本发明的ESD保护器件的制造方法中，金属粒子和半导体粒子中的至少一方在表面所具有的玻璃的网眼形成成分是指，单独靠该成分也能成为玻璃的成分，例如， 可以举出 SiO2, B203、A1203、P2O5, ZrO2, V2O5, TiO2, ZnO, GeO2, As2O5> Sb2O5, PbO、BeO 等。此外，在使用带氧化铝涂层的Cu粒子作为放电辅助电极中含有的金属粒子、使用碳化硅粒子作为半导体粒子用的原料的情况下，氧化铝(Al2O3)、或一般存在于碳化硅表面的微量的氧化硅等起到作为玻璃的网眼形成成分的作用，因此，能高效地制造一种ESD保护器件，该ESD保护器件中，构成放电辅助电极的金属粒子之间、半导体粒子之间、或金属粒子与半导体粒子之间经由玻璃质相结合，具有稳定的特性，即使重复施加静电，也不会产生特性劣变。
图1是示意性表示本发明的实施例所涉及的ESD保护器件的结构的主视剖视图。图2是将本发明的实施例所涉及的ESD保护器件的主要部分放大表示的主要部分放大主视剖视图。图3是表示本发明的实施例所涉及的ESD保护器件的内部结构的俯视图。
具体实施例方式以下示出本发明的实施例，对本发明的特征部分进一步作详细说明。实施例1[实施例所涉及的ESD保护器件的结构]图1是示意性表示本发明的一实施例所涉及的ESD保护器件的结构的剖视图，图2 是将其主要部分放大表示的主要部分放大主视剖视图，图3是本发明的一实施例所涉及的 ESD保护器件的俯视剖视图。如图1 图3所示，该ESD保护器件包括陶瓷基材1 ；相对电极(引出电极)2，该相对电极2由在陶瓷基材1内的同一平面上形成的、前端部彼此相对的一侧相对电极加和另一侧相对电极2b所构成；放电辅助电极3，该放电辅助电极3以与一侧相对电极加及另一侧相对电极2b的一部分相接触、并从一侧相对电极加跨至另一侧相对电极2b的方式形成；以及外部电极如、513，该外部电极fe、5b以与构成相对电极2的一侧相对电极加及另一侧相对电极2b导通的方式配置在陶瓷基材1的两端部上，用于与外部进行电连接。放电辅助电极3包含金属粒子、半导体粒子、以及玻璃质，金属粒子之间、半导体粒子之间、以及金属粒子与半导体粒子之间经由玻璃质相结合。另外，该玻璃质是金属粒子与半导体粒子之间发生反应而产生的反应生成物。此外，使用Cu粒子作为金属粒子，使用碳化硅粒子作为半导体粒子。而且，在本发明的ESD保护器件中，放电辅助电极3的厚度Y与金属粒子的平均粒径X的关系构成为满足0. 5彡Y/X彡3的必要条件(即，本发明的必要条件)。此外，将构成相对电极2的一侧相对电极加和另一侧相对电极2b的彼此相对的放电间隙部10、以及放电辅助电极3的位于放电间隙部10的区域配置成面对设于陶瓷基材1内部的空洞部12。即，在该ESD保护器件中，放电间隙部10、将一侧相对电极加和另一侧相对电极2b进行连接的放电辅助电极3等的、发挥作为ESD保护器件的作用的功能部配置成面对陶瓷基材内部的空洞部12。而且，在该ESD保护器件中，配置密封层11，使其覆盖一侧相对电极加与另一侧相对电极2b的相对部分(放电间隙部10)、相对电极2与放电辅助电极3之间的连接部、以及放电辅助电极3的位于放电间隙部10的区域、空洞部12等。该密封层11是由氧化铝等陶瓷粒子所构成的多孔层，用于吸收并保持(捕获)陶瓷基材1中含有的玻璃成分、或烧成工序中在陶瓷基材1中生成的玻璃成分，发挥防止玻璃成分流入空洞部12或其内部的放电间隙部10等的作用。其结果是，能防止玻璃成分流入放电辅助电极3而进行过度烧结、导致放电辅助电极3的导电性过高、从而引起短路不良，或阻止玻璃成分流入空洞部，从而确保空洞部，在空洞部也产生放电现象，从而确保较高的放电能力。此外，在本实施例的ESD保护器件中，使用平面形状为方形、长度为1. 0mm、宽度为
0.5mm、厚度为0. 3mm的、以Ba、Al、Si的氧化物为主要成分的玻璃陶瓷基板作为陶瓷基材1。其中，对陶瓷基材1的构成材料没有限制，有时也可以使用氧化铝基板或硅基板等其他种类的基板。另外，对陶瓷基材1使用相对介电常数为50以下的材料，优选使用相对介电常数为10以下的材料。以下，对具有上述结构的ESD保护器件的制造方法进行说明。
[ESD保护器件的制造](1)制作陶瓷生片作为成为陶瓷基材1的材料的陶瓷材料，准备以Ba、Al、Si为主要成分的材料。然后，将各材料按照规定的组分进行调和，在800 1000°C下进行预烧结。利用氧化锆球磨机对所得到的预烧结粉末进行12个小时的粉碎，从而获得陶瓷粉末。将甲苯、燃料乙醇(EKINEN)等有机溶剂加入该陶瓷粉末中进行混合，然后，进一步加入粘合剂、可塑剂并进行混合，从而制作浆料。利用刮刀法使该浆料成形，从而制作了厚度为50μπι的陶瓷生片。(2)制作相对电极糊料此外，作为用于形成一对相对电极h、2b的相对电极糊料，将由80重量％的平均粒径约为2 μ m的Cu粉、乙基纤维素等所构成的粘合剂树脂进行调和，然后向其中添加溶剂并利用三根辊进行搅拌、混合，从而制作了相对电极糊料。另外，上述Cu粉的平均粒径是指根据由微型跟踪仪(Microtrack)进行的粒度分布测定而求出的中心粒径(D50)。(3)制作放电辅助电极糊料而且，作为用于形成放电辅助电极3的放电辅助电极糊料，将金属粒子(金属导体粉末)和半导体粒子(半导体粉末)按照规定的比例进行混合，然后添加载体(vehicle) 并利用三根辊进行搅拌、混合，从而制作了放电辅助电极糊料。另外，使放电辅助电极糊料中载体的体积分率为75 95Vol%，使金属粒子、半导体粒子的体积分率为剩余的5 25V01%。另外，在表1中示出用于进行评价的金属粒子(金属导体粉末)的种类。表1中的Al2O3涂层量(重量％ )、及^O2涂层量(重量％ )是涂层种类在所有带涂层的Cu粒子中所占的重量比例，剩余部分是金属粒子(金属导体粉末)。进一步在表2中示出用于进行评价的半导体粒子(半导体粉末)的种类。此外， 在表2中同时示出用于进行比较评价的绝缘体粒子(绝缘体粉末)的种类。进一步在表3中示出载体的组分，即，粘合剂的种类、溶剂的种类、分散剂的种类、 以及它们的混合比例。此外，表4及表5示出使用金属粒子、及半导体粒子、绝缘体粒子、载体来制作的放电辅助电极糊料的组分(vol% )。[表 1]
权利要求
1.一种ESD保护器件，其特征在于，包括相对电极，该相对电极包括一侧相对电极和另一侧相对电极而成，所述一侧相对电极和另一侧相对电极在陶瓷基材内部以前端部隔开间隔而相对的方式形成；以及放电辅助电极，该放电辅助电极配置成分别与构成所述相对电极的所述一侧相对电极和所述另一侧相对电极相接触，并从所述一侧相对电极跨至所述另一侧相对电极， 所述放电辅助电极包含金属粒子、半导体粒子、以及玻璃质，而且， 所述金属粒子之间、所述半导体粒子之间、以及所述金属粒子与所述半导体粒子之间经由所述玻璃质相结合，并且，所述金属粒子的平均粒径X为1. 0 μ m以上，所述放电辅助电极的厚度Y与所述金属粒子的平均粒径X的关系满足0. 5彡Y/X彡3的必要条件。
2.如权利要求1所述的ESD保护器件，其特征在于，所述金属粒子为Cu粒子。
3.如权利要求1或2所述的ESD保护器件，其特征在于，所述半导体粒子为碳化硅粒子。
4.如权利要求1至3的任一项所述的ESD保护器件，其特征在于，所述玻璃质是由所述金属粒子与所述半导体粒子之间发生反应而产生的。
5.如权利要求1至4的任一项所述的ESD保护器件，其特征在于，构成所述相对电极的所述一侧相对电极和所述另一侧相对电极的前端部彼此相对的放电间隙部、以及所述放电辅助电极的位于所述放电间隙部的区域面对设于所述陶瓷基材内部的空洞部。
6.一种ESD保护器件的制造方法，其特征在于，包括在第一陶瓷生片的一主面上印刷放电辅助电极糊料来形成未烧成的放电辅助电极的工序，所述放电辅助电极糊料包含平均粒径为Ι.Ομπι以上的金属粒子、半导体粒子、以及有机载体，并且，所述金属粒子和所述半导体粒子中的至少一方在表面上具有玻璃的网眼形成成分，且所述金属粒子与所述半导体粒子的总和所占的比例为7体积％ 25体积％ ； 在所述第一陶瓷生片的一主面上印刷相对电极糊料，从而形成包括一侧相对电极和另一侧相对电极的未烧成的相对电极的工序，所述一侧相对电极和另一侧相对电极各自覆盖所述放电辅助电极的一部分，且配置成彼此隔开间隔；在所述第一陶瓷生片的一主面上层叠第二陶瓷生片以形成未烧成的层叠体的工序；以及将所述层叠体进行烧成，使所述放电辅助电极的所述金属粒子的表面与所述半导体粒子的表面之间发生反应，从而生成玻璃质的工序。
7.如权利要求6所述的ESD保护器件的制造方法，其特征在于，所述放电辅助电极中含有的金属粒子为带氧化铝涂层的Cu粒子，所述半导体粒子为碳化硅粒子。
全文摘要
本发明提供一种即使重复施加静电也不会产生特性劣变的、具有稳定的特性的ESD保护器件及其制造方法。本发明的ESD保护器件构成为包括相对电极(2)，该相对电极(2)包括以相对的方式形成在陶瓷基材(1)内部的一侧相对电极(2a)和另一侧相对电极(2b)而成；以及放电辅助电极(3)，该放电辅助电极(3)配置成分别与一侧相对电极和另一侧相对电极相接触，并从一侧相对电极跨至另一侧相对电极，放电辅助电极包含金属粒子、半导体粒子、以及玻璃质，而且，金属粒子之间、半导体粒子之间、以及金属粒子与半导体粒子之间经由玻璃质相结合，并且，金属粒子的平均粒径X为1.0μm以上，放电辅助电极的厚度Y与金属粒子的平均粒径X的关系满足0.5≤Y/X≤3的必要条件。
文档编号H01T4/12GK102576586SQ20108004298
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月30日
发明者椑圃久美子, 浦川淳, 筑泽孝之, 足立淳, 鹫见高弘 申请人:株式会社村田制作所