专利名称：Esd保护器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及ESD保护器件及其制造方法，具体而言，涉及使在绝缘性基板的空洞部内将放电电极相对配置的ESD保护器件的ESD特性及可靠性得以提高的技术。
背景技术：
所谓ESD (Electro-Matic Discharge 静电放电)，是指当带电的导电性物体(人体等)与其他导电性物体(电子设备等)接触或充分接近时产生剧烈放电的现象。电子设备会因ESD而产生损伤、误动作等问题。为了防止这种情况，需要使放电时产生的过大电压不会施加到电子设备的电路上。使用于这种用途的是ESD保护器件，也称为浪涌吸收元件、 浪涌吸收器。ESD保护器件例如配置在电路的信号线路与接地之间。由于ESD保护器件采用将一对放电电极隔开而相对的结构，因此，在正常的使用状态下具有高电阻，信号不会流入接地侧。对此，若像例如从便携式电话等的天线施加静电的情况那样，，施加过大电压，则在 ESD保护器件的放电电极之间产生放电，能将静电导入接地侧。由此，对ESD器件的后级电路不施加静电所产生的电压，能保护电路。例如，图8的分解立体图及图9的剖视图所示的ESD保护器件在绝缘性陶瓷片材2 层叠而成的陶瓷多层基板7内形成有空洞部5，与外部电极1导通的放电电极6在空洞部5 内相对配置，将放电气体封闭在空洞部5内。若对放电电极6之间施加导致绝缘破坏的电压，则在空洞部5内会在放电电极6之间产生放电，通过该放电将过剩电压导向接地，能保护后级的电路(例如，参照专利文献1)。专利文献1 日本专利特开2001-439 号公报
发明内容
但是，在这样的ESD保护器件中，由于放电电极之间的间隔偏差，ESD响应性容易发生变动。此外，由于需要通过放电电极相对的区域的面积来调整ESD响应性，而该调整受产品尺寸等的限制，因此，有时会难以实现所希望的ESD响应性。本发明有鉴于上述实际情况，提供容易调整和稳定ESD特性的ESD保护器件及其制造方法。本发明为了解决上述问题，提供具有以下结构的ESD保护器件。ESD保护器件包括(a)绝缘性基板；(b)在所述绝缘性基板的内部形成的空洞部； (c)具有在所述空洞部内露出的露出部分的至少一对放电电极；以及(d)在所述绝缘性基板的表面上形成、且与所述放电电极相连接的外部电极。沿在所述放电电极的所述露出部分之间形成所述空洞部的底面及顶面，形成分散有导电粉末的辅助电极。在上述结构中，若对外部电极之间施加规定大小以上的电压，则会在相对的放电电极之间产生放电。该放电主要是沿空洞部和绝缘性基板的界面产生的沿面放电。由于该沿面、即沿形成空洞部的底面及顶面形成有包含导电粉末的辅助电极，因此，容易引起电子的移动，更有效地产生放电现象，能提高ESD响应性。因此，能减小因放电电极之间的间隔偏差而引起的ESD响应性的变动。因而，容易调整和稳定ESD特性。此外，由于在空洞部的底面及顶面这两个面都形成有用于产生沿面放电的辅助电极，因此与仅在其中一个面形成辅助电极的情况相比，能进一步提高ESD响应性。优选形成所述空洞部的所述底面和所述顶面之间的间隔与所述放电电极的厚度相等。在该情况下，通过降低空洞部的高度，使沿面放电比气体放电(放电电极之间的放电)更易产生，可进一步提高ESD响应性。优选所述绝缘性基板是陶瓷基板。在该情况下，容易制作ESD保护器件。优选所述辅助电极由所述导电粉末和绝缘材料分散而成。在该情况下，由于利用绝缘材料来防止导电粉末之间的接触，可抑制短路的发生。 而且，提高了辅助电极与基板主体的密接性。此外，本发明提供像下面那样构成的ESD保护器件的制造方法。ESD保护器件的制造方法包括以下工序(i)第一工序，该第一工序使导电粉末以分散的状态分别附着在第一绝缘层的一个主面和第二绝缘层的一个主面上，从而形成辅助电极；(ii)第二工序，该第二工序在所述第一绝缘层的所述一个主面上形成隔开间隔的至少一对放电电极，并使形成在所述第一绝缘层的所述一个主面上的所述辅助电极的至少一部分在该放电电极之间露出；(iii)第三工序，该第三工序在所述第一绝缘层的所述一个主面和所述第二绝缘层的所述一个主面彼此相对的状态下，将所述第一绝缘层和所述第二绝缘层进行层叠；以及(iv)第四工序，该第四工序在由所述第三工序得到的层叠体的表面上形成与所述放电电极相连接的外部电极。在所述层叠体的内部，在所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间形成有空洞部，在该空洞部内露出所述放电电极的至少一部分和所述一对放电电极各自的一部分。根据上述方法，容易沿形成空洞部的底面及顶面形成辅助电极。优选在所述第二工序中，在要在所述放电电极之间露出的所述辅助电极的至少一部分上，形成由消失材料构成的空洞部形成层。在所述第三工序中，在所述空洞部形成层上也配置所述第二绝缘层之后，使所述空洞部形成层的至少一部分消失，从而形成所述空洞部。在该情况下，用空洞部形成层来防止辅助电极的剥离，能可靠地形成空洞部。对于空洞部形成层，例如使用由第四工序得到的层叠体在进行烧成时消失的树脂糊料、碳糊料等材料来形成。优选在所述第一工序中，所述辅助电极由电子照相法形成。在该情况下，能容易地制作导电粉末均勻分散的辅助电极，可靠地确保导电粉末之间的间隔，从而能防止短路，能实现稳定的ESD响应性。根据本发明，容易调整和稳定ESD器件的ESD特性。
图1是ESD保护器件的剖视图。(实施例1)
图2是表示辅助电极的制造工序的剖视图。(实施例1)图3是糊料的简图。(实施例1)图4是ESD保护器件的剖视图。(实施例2)图5是辅助电极的主要部分放大剖视图。(实施例3)图6是辅助电极的主要部分放大剖视图。(比较例1)图7是辅助电极的主要部分放大剖视图。(比较例2)图8是ESD保护器件的分解立体图。(现有例)图9是ESD保护器件的剖视图。(现有例)
具体实施例方式下面，参照图1 图6，说明本发明的实施方式。<实施例1>参照图1 图3，说明实施例1的ESD保护器件10。图1是ESD保护器件10的剖视图。如图1所示，ESD保护器件10在陶瓷多层基板、树脂基板等绝缘性基板的基板主体 12的内部形成有空洞部13。一对放电电极16、18配置成其前端16k、Wk侧在空洞部13内露出。放电电极16、18的前端1故、1池侧形成为彼此隔开间隔而相对。放电电极16、18延伸至基板主体12的外周面，与形成在基板主体12的表面上的外部电极22、对相连接。外部电极22、24用于安装ESD保护器件10。像图1中示意性表示的那样，在基板主体12中，在沿形成空洞部13的顶面13p及底面13s的点划线所示的区域中，形成有在形成基板主体12的绝缘材料中分散导电粉末60 而成的辅助电极14p、14s。在ESD保护器件10中，若对外部电极22、对之间施加规定大小以上的电压，则在空洞部13内，在相对的放电电极16、18之间会产生放电。该放电主要是沿空洞部13和基板主体12的界面产生的沿面放电。由于该界面中沿形成空洞部13的底面13s及顶面13p 形成有包含导电粉末60的辅助电极14s、14p，因此，容易引起电子的移动，能更有效地产生放电现象。因此，能减小因放电电极之间的间隔偏差而引起的ESD响应性的变动。因而，容易调整和稳定ESD特性。此外，在辅助电极14p、14s由导电粉末和绝缘材料一起构成的情况下，由于利用绝缘材料来防止导电粉末之间的接触，因此，可抑制短路的发生。此外，在该绝缘材料是由与基板主体相同的材料形成的情况下，可提高辅助电极与基板主体的密接性。 另外，放电电极16、18形成为在空洞部13内露出的前端16k、18k侧被包含在同一平面内，在该同一平面的两侧，形成有底面13s及顶面13p，该底面13s及顶面13p形成空洞部13。接下来，参照图2的主要部分剖视图及图3的简图，说明ESD保护器件10的制造方法。(1)制作材料首先，制作用于形成基板主体12、放电电极16、18、空洞部13的材料。[陶瓷生片]制作用于形成基板主体12的陶瓷生片。陶瓷材料使用成分以Ba、Al、Si为中心
5的材料(BAS材)。将各原材料进行调和、混合以达到规定的成分，在800°C 1000°C下进行预烧制，用氧化锆球磨机将所得到的预烧粉末粉碎12个小时，从而得到陶瓷粉末。对该 BAS材预烧后的陶瓷粉末添加甲苯、燃料乙醇等有机溶剂并进行混合。进一步添加粘合剂、 增塑剂并进行混合，得到浆料。利用刮刀法将这样得到的浆料在PET膜上成形，得到任意厚度(ΙΟμπι 50μπι)的陶瓷生片。[电极糊料]制作用于形成放电电极16、18的电极糊料。通过对由平均粒子直径约为2 μ m的 Cu粉SOwt %和由乙基纤维素等构成的粘合树脂添加溶剂，进行搅拌、混合，从而得到电极糊料。[树脂糊料]制作用于形成空洞部13的树脂糊料。树脂糊料仅由树脂和溶剂构成，通过与电极糊料相同的方法来制作。树脂材料使用例如PET、聚丙烯、乙基纤维素、丙烯酸树脂等在烧成时会因燃烧、分解、熔融、气化等而消失的树脂。(2)形成辅助电极如图2所示，利用丝网印刷法或电子照相法，在陶瓷生片IlaUlb的一个主面即表面lip、lis上形成放电电极14p、14s。形成有辅助电极14p、14s的陶瓷生片11a、14b用来准备顶面侧用Ila和底面侧用lib这两块陶瓷生片。(a)利用丝网印刷法的辅助电极形成方法在利用丝网印刷法的情况下，制作辅助电极形成用的糊料，利用所制作的糊料形成辅助电极。四种典型的辅助电极形成用的糊料通过如下方法来制作。[糊料制作法(1)-1]如图3(a)的简图所示，通过将平均粒子直径约为3 μ m的Cu粉60以规定的比例进行调和，并添加粘合树脂和溶剂70，进行搅拌、混合，从而得到糊料50。使树脂和溶剂为 70衬％，剩余的30衬％为01粉。糊料50处于粘度(30Pa*s)比通常的电极糊料(801 要低的状态。对于该糊料50，由于Cu粉60的含有率较低，因此，在烧成后也保持绝缘性。[糊料制作法(1)-2]如图3(b)的简图所示，通过将由Al2O3覆盖层62覆盖Cu粉61的、平均粒子直径约为3 μ m的带Al2O3涂层的Cu粉64以规定的比例进行调和，并添加粘合树脂和溶剂72，进行搅拌、混合，从而得到糊料52。使树脂和溶剂72为50wt%，剩余的50wt%为带Al2O3涂层的Cu粉64。糊料52处于粘度(30Pa*s)比通常的电极糊料(80Pa*s)要低的状态。对于该糊料52，由于利用了带Al2O3涂层的Cu粉64，因此，在烧成后也保持绝缘性。[糊料制作法如图3 (c)的简图所示，通过将平均粒子直径约为3 μ m的Cu粉60和BAS材预烧后的陶瓷粉66以规定的比例进行调和，并添加粘合树脂和溶剂74，进行搅拌、混合，从而得到糊料讨。使树脂和溶剂74为40wt %，Cu粉60为40wt %，陶瓷粉66为20wt %。糊料M 处于粘度(30 · s)比通常的电极糊料(80 · s)要低的状态。对于该糊料54，由于除Cu 粉60之外，还含有陶瓷粉66，因此，在烧成后也保持绝缘性。[糊料制作法
6
如图3 (d)的简图所示，通过将平均粒子直径约为3 μ m的带Al2O3涂层的Cu粉64 和BAS材预烧后的陶瓷粉66以规定的比例进行调和，并添加粘合树脂和溶剂76，进行搅拌、 混合，从而得到糊料56。使树脂和溶剂76为40Wt%，带Al2O3涂层的Cu粉64为50Wt%， 陶瓷粉66为10wt%。糊料56处于粘度(30Pa*s)比通常的电极糊料(80Pa*s)要低的状态。对于糊料56，由于利用了带Al2O3涂层的Cu粉65和陶瓷粉67，因此，在烧成后也保持绝缘性。[形成辅助电极]通过利用丝网印刷在陶瓷生片上涂布辅助电极形成用糊料，从而形成辅助电极。另外，在烧成后，辅助电极本身也仍处于保持绝缘性的状态。(b)利用电子照相法形成辅助电极在利用电子照相法形成辅助电极的情况下，首先，作为辅助电极形成用材料，加工成导电粉末的调色剂，利用所制作的调色剂形成辅助电极。[制作调色剂]像下面那样制作调色剂。1.将Cu粉(平均粒子直径为3 μ m)和树脂进行混合，利用表面处理机，使树脂覆盖在Cu粉的表面上。2.对上述1.的样品进行分级，去除微粉和粗粉。3.将由上述2.的操作得到的被膜Cu粉和外部添加剂进行混合，利用表面处理机， 使外部添加剂均勻地附着于被膜Cu粉的表面。4.将由上述3.的操作得到的被膜Cu粉和载体进行混合，得到成为显影剂的调色剂。[形成辅助电极]像下面那样形成辅助电极。1.使感光体均勻带电。2.利用LED对带电的感光体照射辅助电极形状的光，形成潜影。3.施加显影偏压，在感光体上将调色剂显影。调色剂的涂布量可由显影偏压的大小来控制。4.将已显影出辅助电极的图案的感光体和陶瓷生片进行重叠，使调色剂转印到陶瓷生片上。5.将转印有辅助电极的图案的陶瓷生片放入烘箱，使调色剂定影，得到形成有辅助电极的图案的陶瓷生片。另外，在烧成后，辅助电极本身也仍处于保持绝缘性的状态。根据电子照相法，能容易地制作导电粉末均勻分散的辅助电极，可靠地确保导电粉末的粒子之间的间隔，从而能防止短路，能实现稳定的ESD响应性。(c)利用喷墨法形成辅助电极在利用喷墨法的情况下，利用喷墨法将含有Cu粒子的墨水、即辅助电极形成用材料涂布到陶瓷生片上。另外，在烧成后，辅助电极本身也仍处于保持绝缘性的状态。(3)形成放电电极、形成空洞部
如图2所示，在形成有底面侧的放电电极14s的陶瓷生片lib上，利用丝网印刷涂布电极糊料，形成在前端16k、18k之间具有放电间隙的放电电极16、18。在后述的制作例中，形成带状的放电电极，使得放电电极的宽度为100 μ m，放电间隙(相对的放电电极的前端之间的距离)为30μπι。而且，在要形成空洞部的位置涂布树脂糊料，形成空洞部形成层15。树脂糊料在之后的烧成中消失，在曾经存在树脂糊料的部分形成空洞部。通过利用树脂糊料的涂布量来调整空洞部形成层15的高度，最终能控制在基板主体内形成的空洞部的高度。(4)层叠、压接如图2中的箭头Ilx所示，在形成有放电电极16、18的陶瓷生片IlaUlb的表面 llp、lls彼此相对的状态下，将陶瓷生片IlaUlb进行层叠和压接，形成层叠体。此时，空洞部形成层将辅助电极按压在陶瓷生片上。因此，能防止辅助电极的剥离，可靠地形成空洞部。在后述的制作例中，将陶瓷生片进行层叠，使得层叠体的厚度为0. 35mm，在其厚度方向的中央配置有放电电极和空洞部。(5)切割、涂布端面电极在形成层叠体以包含多个ESD保护器件的情况下，与LC滤波器之类的芯片型元器件相同，利用金属模将层叠体切断，分割成各芯片的单片。在后述的制作例中，切割成 1. OmmXO. 5mm。之后，在各芯片的端面上涂布电极糊料，形成外部电极。(6)烧成与通常的多层元器件相同，将形成有外部电极的芯片在N2气氛中进行烧成。夹在陶瓷生片之间的树脂糊料在烧成时消失，由此形成空洞部13。为了降低对ESD的响应电压而将Ar、Ne等稀有气体导入空洞部13的情况下，在陶瓷材料进行收缩、烧结的温度区域和 Ar、Ne等稀有气体气氛中进行烧成即可。对于不氧化的电极材料OVg等)的情况，也可以在大气气氛中进行烧成。(7)镀敷与LC滤波器之类的芯片型元器件相同，在烧成后的芯片的外部电极上进行电解 Ni、Sn镀敷。通过以上步骤，完成ESD保护器件。若像上述那样利用陶瓷基板来制作ESD保护器件，则容易沿形成空洞部的底面和顶面形成放电电极。基板主体12的陶瓷材料并不特别限定于上述材料，只要是绝缘性的材料即可，因此，也可以利用对镁橄榄石添加玻璃后的材料、对C^rO3添加玻璃后的材料等其他材料。放电电极16、18的电极材料不仅可以是Cu，还可以是Ag、Pd、Pt、Al、Ni、W或它们
的组合。用于辅助电极14的导电粉末不仅可以是Cu，优选是从Ni、Co、Ag、Pd、他、Ru、Au、
Pt、Ir等过渡金属群中选择的至少一种金属。此外，虽然也可以以单体的方式使用这些金属，但也可以用作为合金。此外，也可以使用这些金属的氧化物。或者，也可以是SiC之类的半导体材料。此外，也可以使用在这些金属上涂布有A1203、ZrO2, SiO2等无机材料、BAS之类的混合预烧材料的材料。或者，也可以使用涂布有树脂等有机材料的材料。通过使用这些涂层粉，阻碍导电粉末彼此的接触，可提高耐短路性。辅助电极的导电粉末的平均粒子直径优选0. 05 μ m 10 μ m的范围，更优选的范围为0. Ιμπ 5μπ 。粒子直径越小，在空洞部内露出的导电粉末的表面积越大，从而能降低放电开始电压，提高对ESD的响应特性，并减少劣化。虽然使用树脂糊料以形成空洞部13，但也可以不使用树脂，而使用碳等在烧成中消失的材料。<实施例2>参照图4，说明实施例2的ESD保护器件10a。实施例2的ESD保护器件IOa的结构与实施例1的ESD保护器件10大体相同。 下面，对结构与实施例1相同的部分使用相同的标号，以与实施例1的不同点为中心进行说明。图4是ESD保护器件IOa的剖视图。如图4所示，ESD保护器件IOa在基板主体 12a的内部形成的空洞部13a的高度与放电电极16、18的厚度相等。即，形成空洞部13a的底面13s和顶面13q之间的间隔与放电电极16、18的厚度相等。通过调整在将陶瓷生片进行层叠之前形成的空洞部形成层的厚度，能使得空洞部 13a的高度与放电电极16、18的厚度相等。<实施例3>参照图5，说明实施例3的ESD保护器件IOb。如图5的剖视图所示，实施例3的ESD保护器件IOb的结构与实施例2的ESD保护器件IOa大体相同。与实施例2不同的是，像图5中示意性表示的那样，沿空洞部13b的顶面13q及底面13s形成的辅助电极14r、14t的厚度大于实施例2的ESD保护器件IOa的辅助电极14p、 14s的厚度。通过使辅助电极14p、Hs变厚，即使在反复放电的情况下，也能维持一定的ESD 响应性。例如，通过增加辅助电极用糊料的涂布量、或重复形成辅助电极并进行重叠，能将辅助电极14q、14t形成得较厚。在后述的实施例3的制作例中，重复两次丝网印刷，从而形成辅助电极14q、14t。另外，在实施例1的制作例中，进行一次丝网印刷，从而形成辅助电极 16p、16s。<比较例1>参照图6，说明比较例1的ESD保护器件10x。如图6的剖视图所示，比较例1的ESD保护器件IOx的结构与实施例1的ESD保护器件10大体相同，在基板主体12X的内部形成的空洞部13的高度大于放电电极16、18 的厚度。而与实施例1的不同点在于仅沿放电电极16、18之间的空洞部13的底面13s形成辅助电极14s，在顶面13p侧未形成辅助电极。<比较例2>参照图7，说明比较例2的ESD保护器件IOy。如图7的剖视图所示，比较例2的ESD保护器件IOy的结构与实施例2的ESD保护器件IOa大体相同，在基板主体12y的内部形成的空洞部13a的高度与放电电极16、18 的厚度相等。而与实施例2的不同点在于仅沿形成空洞部13a的底面13s形成辅助电极 14s，在顶面13q侧未形成辅助电极。〈制作例〉 制作比较例1、2和实施例1 3的ESD保护器件，比较ESD特性。
具体而言，各用100个试料来评价对放电电极之间的ESD的放电响应性。对ESD 的放电响应性由IEC标准、IEC61000-4-2所决定的抗静电放电性试验来进行评价。通过接触放电施加2kV 8kV，调查在试料的放电电极之间是否产生放电。在下表1中示出比较结果。[表1]表1辅助电极结构比较
权利要求
1.一种ESD保护器件，其特征在于，包括 绝缘性基板；在所述绝缘性基板的内部形成的空洞部； 具有在所述空洞部内露出的露出部分的至少一对放电电极；以及在所述绝缘性基板的表面上形成、且与所述放电电极相连接的外部电极， 沿在所述放电电极的所述露出部分之间形成所述空洞部的底面及顶面，形成分散有导电粉末的辅助电极。
2.如权利要求1所述的ESD保护器件，其特征在于，形成所述空洞部的所述底面和所述顶面之间的间隔与所述放电电极的厚度相等。
3.如权利要求1或2所述的ESD保护器件，其特征在于， 所述绝缘性基板是陶瓷基板。
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， 所述辅助电极由所述导电粉末和绝缘材料分散而成。
5.一种ESD保护器件的制造方法，其特征在于，包括以下工序第一工序，该第一工序使导电粉末以分散的状态分别附着在第一绝缘层的一个主面和第二绝缘层的一个主面上，从而形成辅助电极；第二工序，该第二工序在所述第一绝缘层的所述一个主面上形成隔开间隔的至少一对放电电极，并使形成在所述第一绝缘层的所述一个主面上的所述辅助电极的至少一部分在该放电电极之间露出；第三工序，该第三工序在所述第一绝缘层的所述一个主面和所述第二绝缘层的所述一个主面彼此相对的状态下，将所述第一绝缘层和所述第二绝缘层进行层叠；以及第四工序，该第四工序在由所述第三工序得到的层叠体的表面上形成与所述放电电极相连接的外部电极，在所述层叠体的内部，在所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间形成有空洞部，在该空洞部内露出所述放电电极的至少一部分和所述一对放电电极各自的一部分。
6.如权利要求5所述的ESD保护器件的制造方法，其特征在于，在所述第二工序中，在要在所述放电电极之间露出的所述辅助电极的至少一部分上， 形成由消失材料构成的空洞部形成层，在所述第三工序中，在所述空洞部形成层上也配置所述第二绝缘层之后，使所述空洞部形成层的至少一部分消失，从而形成所述空洞部。
7.如权利要求5或6所述的ESD保护器件的制造方法，其特征在于， 在所述第一工序中，所述辅助电极由电子照相法形成。
全文摘要
本发明提供容易调整和稳定ESD特性的ESD保护器件及其制造方法。ESD保护器件包括(a)绝缘性基板(12)；(b)在绝缘性基板的内部形成的空洞部(13)；(c)具有在空洞部(13)内露出的露出部分的至少一对放电电极(16、18)；以及(d)在绝缘性基板(12)的表面上形成、且与放电电极(16、18)相连接的外部电极(22、24)。沿在放电电极(16、18)的露出部分之间形成空洞部(13)的底面(13s)及顶面(13p)，形成辅助电极(14s、14p)，该辅助电极(14s、14p)是在形成绝缘性基板(12)的绝缘材料中分散导电粉末而形成的。
文档编号H01T2/02GK102224648SQ200980147998
公开日2011年10月19日 申请日期2009年10月19日 优先权日2008年11月26日
发明者浦川淳, 足立淳 申请人:株式会社村田制作所