专利名称：Esd保护器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种保护半导体装置等不受静电破坏的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线缆的插拔次数趋于增加，处于易对输入输出连接器部施加静电的状况。另外，随着信号频率的高频化，设计规则的微细化导致难以完善路径，使得LSI本身对于静电变得较为脆弱。因此，保护LSI等半导体装置不受静电放电(ESD) (Electron-StaticsDischarge:静电释放)影响的ESD保护器件已被广泛使用。作为这样的ESD保护器件，提出了具备多孔结构部的过电压保护元件，该多孔结构部连接于第一电极与第二电极之间，并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)、以及粘接剂(玻璃)在内的过电压保护元件的材料、来进行烧成处理，从而形成该多孔结构部。然而，在采用该过电压保护元件的情况下，粘接材料(玻璃)的添加是不可缺的，因此可能会产生如下的问题。(I)因玻璃的分散不良，使得产品特性的偏差趋于增大，从而难以提供可靠性较高的产品。(2)因玻璃的分散不良，使得在重复施加ESD的情况下，抗短路特性趋于变差。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，提供一种具有稳定特性、即使重复施加静电、其特性也不会变差的ESD保护器件及其制造方法。为解决问题所采用的技术方案为解决上述问题，本发明的ESD保护器件包括:相对电极，该相对电极包括隔开间隔、并相对地形成于陶瓷基材的表面上的一侧相对电极和另一侧相对电极；以及放电辅助电极，该放电辅助电极以分别与构成上述相对电极的上述一侧相对电极及上述另一侧相对电极相接触、并成从上述一侧相对电极横跨到上述另一侧相对电极的方式配置，上述放电辅助电极包含金属粒子、半导体粒子以及玻璃质，上述金属粒子间、上述半导体粒子间、以及上述金属粒子与上述半导体粒子之间经由上述玻璃质而结合，
上述金属粒子的平均粒径X为1.0 μ m以上，上述放电辅助电极的厚度Y与上述金属粒子的平均粒径X的关系满足0.5彡Y/X彡3的条件。另外，在本发明的ESD保护器件中，优选为，在使用含有玻璃成分的基材来作为上述陶瓷基材时，采用在上述放电辅助电极与上述陶瓷基材之间包括密封层的结构，该密封层用于防止玻璃成分从上述陶瓷基材侵入上述放电辅助电极。在本发明的ESD保护器件中，优选为，包括保护层，该保护层覆盖上述放电辅助电极的露出面。上述金属粒子优选为Cu粒子，另外，上述半导体粒子优选为碳化硅粒子。另外，上述玻璃质优选为通过上述金属粒子与上述半导体粒子的反应而产生的反应生成物。另外，本发明的ESD保护器件的制造方法具备如下工序:通过在第一陶瓷生片的一个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，该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，上述金属粒子与上述半导体粒子中的至少一方在其表面上具有玻璃的网状形成成分，且上述金属粒子与上述半导体粒子混合后所占的比例为7体积％ 25体积％ ;通过在上述第一陶瓷生片的一个主面上印刷相对电极糊料，来形成未烧成的相对电极的工序，该未烧成的相对电极包括分别覆盖上述放电辅助电极的一部分、并以相互隔开间隔的方式设置的一侧相对电极和另一侧相对电极；在上述第一陶瓷生片的另一个主面上层叠第二陶瓷生片，来形成未烧成的层叠体的工序；以及 对上述层叠体进行烧成，使上述放电辅助电极的上述金属粒子的表面与上述半导体粒子的表面进行反应，从而生成玻璃质的工序。另外，其特征在于，上述放电辅助电极所包含的金属粒子是氧化铝涂层的Cu粒子，上述半导体粒子是碳化硅粒子。发明效果本发明的ESD保护器件包括:相对电极，该相对电极包括在陶瓷基材的表面上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，该放电辅助电极以与一侧相对电极和另一侧相对电极的一部分相接触、并从一侧相对电极横跨到另一侧相对电极的方式配置，放电辅助电极至少包含金属粒子、半导体粒子以及玻璃质，且金属粒子间、半导体粒子间、以及金属粒子与半导体粒子之间经由玻璃质而结合，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的条件，因此，能够提供一种具有稳定特性、且即使重复施加静电、特性也不会变差的ESD保护器件。此外，在本发明中，金属粒子间、半导体粒子间、以及金属粒子与半导体粒子之间经由玻璃质而结合是包含如下情况的较宽泛的概念:(a)各粒子通过充满于各粒子之间的玻璃质来结合的情况；(b)各粒子的整体被玻璃质覆盖，并且通过该玻璃质进行结合的情况；(C)玻璃质并未覆盖各粒子的整体，也并未充满于各粒子间，而是通过分散在各粒子表面上的玻璃质来使各粒子结合的情况。另外，使用含有玻璃成分的基材来作为陶瓷基材，并且采用在放电辅助电极与陶瓷基材之间具备密封层的结构，该密封层用于防止玻璃成分从陶瓷基材侵入放电辅助电极，由此能够进行低温烧结，且能在烧成工序中抑制并防止来自陶瓷基材的玻璃成分的流入，从而能够提供一种能对因放电辅助电极部过烧结而引起的短路不良的产生进行抑制的ESD保护器件，使得本发明更具效果。另外，在本发明的ESD保护器件中，采用具备保护层的结构，该保护层覆盖放电辅助电极的露出面，由此能够得到一种耐热性、耐水性较优、且抗短路特性较高的ESD保护器件。此外，通过形成保护层、使其也覆盖相对电极的露出面，能进一步提高可靠性。在本发明的ESD保护器件中，金属粒子优选为Cu粒子，这是由于，通过使用Cu粒子作为金属粒子，能构成放电开始电压、峰值电压较低的ESD保护器件。另外，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来作为半导体粒子，可以降低钳位电压。另外，在本发明的ESD保护器件中，对于玻璃质是通过金属粒子与半导体粒子的反应而产生的情况，无需在原料中另外添加玻璃成分，并且能高效、且可靠地形成玻璃质分散均匀的放电辅助电极。此外，本发明也并不排除另外添加玻璃成分的情况。发明的ESD保护器件的制造方法包括如下工序:通过在第一陶瓷生片的一个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，该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，并且金属粒子与半导体粒子中的至少一个在其表面上具有玻璃网状形成成分，且上述金属粒子与上述半导体粒子混合后所占的比例为7体积％ 25体积％ ;通过以覆盖放电辅助电极的一部分、并互相隔开间隔的方式印刷相对电极糊料，来形成未烧成的相对电极的工序，该未烧成的相对电极包括以相互隔开间隔的方式设置的一侧相对电极和另一侧相对电极；在第一陶瓷生片的另一个主面上层叠第二陶瓷生片，来形成未烧成的层叠体的工序；以及对层叠体进行烧成，使放电辅助电极的金属粒子的表面与半导体粒子的表面进行反应，从而生成玻璃质的工序，因此，能更高效且可靠地制造出采用本发明结构的ESD保护器件。此外，可以在对上述层叠体进行烧成的工序之前，在未烧成的层叠体的表面上印刷外部电极糊料、使其与相对电极相连接，之后，通过烧成来得到具备外部电极的ESD保护器件，另外，也可以在对上述层叠体进行烧成后，在层叠体的表面印刷外部电极糊料，并通过烧接来形成外部电极。此外，在本发明的ESD保护器件的制造方法中，金属粒子与半导体粒子中的至少一方在其表面上具有玻璃的网状形成成分意味着该成分本身就能成为玻璃，例如可以举出Si02、B2O3> A1203、P2O5> ZrO2> V2O5> TiO2> ZnO> Ge02、As205、Sb2O5> PbO、BeO 等。另外，若使用氧化铝涂层的Cu粒子来作为放电辅助电极所包含的金属粒子，使用碳化硅粒子来作为半导体粒子用的原料，则通常存在于氧化铝(A1203)、碳化硅的表面上的微量的氧化硅等起到玻璃的网状形成成分的作用，从而能更高效地制造出一种构成放电辅助电极的金属粒子间、半导体粒子间、或金属粒子与半导体粒子间经由玻璃质而结合的、具备稳定特性的、并且即使重复施加静电、特性也不会变差的ESD保护器件。
图1是示意性地表示本发明的实施例所涉及的ESD保护器件的结构的正面剖视图。图2是表示本发明的实施例所涉及的ESD保护器件的结构的俯视图。图3是表示本发明的实施例所涉及的ESD保护器件的其它示例的正面剖视图。图4是表示本发明的实施例所涉及的ESD保护器件的另一个示例的正面剖视图。图5是表示本发明的实施例所涉及的ESD保护器件的另一个示例的正面剖视图。
具体实施例方式下面，参照本发明的实施例，进一步对本发明的特征进行详细说明。实施例1[实施例所涉及的ESD保护器件的结构]图1是示意性地表示本发明的一个实施例所涉及的ESD保护器件的结构的剖视图；图2是本发明的一个实施例所涉及的ESD保护器件的俯视图。如图1及图2所示，该ESD保护器件包括:陶瓷基材I ;相对电极(引出电极)2，该相对电极2由形成在陶瓷基材I内的同一平面上的、前端部彼此相对的一侧相对电极2a及另一侧相对电极2b构成；放电辅助电极3,该放电辅助电极3形成为与一侧相对电极2a和另一侧相对电极2b的一部分相接触,并从一侧相对电极2a横跨到另一侧相对电极2b ；以及外部电极5a、5b,该外部电极5a、5b以和构`成相对电极2的一侧相对电极2a及另一侧相对电极2导通的方式配置于陶瓷基材I的两端部，并用于与外部进行电连接。此外，对于一侧相对电极2a与另一侧相对电极2b,其前端部不一定要相对,只要两者之间存在放电间隙即可。放电辅助电极3包含金属粒子、半导体粒子以及玻璃质，并且金属粒子之间、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进行结合。此外，该玻璃质是通过金属粒子与半导体粒子的反应而产生的反应生成物。另外，使用Cu粒子来作为金属粒子，使用碳化硅粒子来作为半导体粒子。并且，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的关系满足0.5彡Y/X彡3的条件(即、本发明的条件)。并且，在本实施例的ESD保护器件中，作为陶瓷基材1，采用俯视形状为长方形、且长度为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。然而，陶瓷基材I的构成材料并没有限制，根据情况的不同，也可以采用氧化铝基板或硅基板等其它种类的基板。此外，作为陶瓷基材1，使用相对介电常数为50以下、优选为10以下的基材。下面，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](I)陶瓷生片的制作作为陶瓷基材I的材料、即陶瓷材料,准备以Ba、Al、Si为主要成分的材料。
然后，将各材料调配成规定成分，并在800 1000°C下进行预烧。利用氧化锆球磨机对所得到的预烧粉末进行12小时的粉碎，从而获得陶瓷粉末。向该陶瓷粉末添加甲苯、EKINEN等有机溶剂并进行混合，之后，进一步添加粘合剂、增塑剂，进行混合，从而制备浆料。利用刮刀法对该浆料进行成形，制备厚度为50 μ m的陶瓷生片。(2)相对电极糊料的制备另外，作为用于形成一对相对电极2a、2b的相对电极糊料，对80重量％的平均粒径约为2 μ m的Cu粉、和包括乙基纤维素等的粘合剂树脂进行调配，并添加溶剂，利用三辊进行搅拌、混合，从而制备相对电极糊料。此外，上述Cu粉的平均粒径是指利用MICR0TRAC所进行的粒度分布测定而求出的中心粒径(D50)。(3)放电辅助电极糊料的制备另外，作为用于形成放电辅助电极3的放电辅助电极糊料，以规定的比例对金属粒子(金属导体粉末)和半导体粒子(半导体粉末)进行调配，并添加载体，利用三辊进行搅拌、混合，从而制备放电辅助电极糊料。此外，放电辅助电极糊料中，载体的体积比率为75 95vol%，而金属粒子、半导体粒子的体积比率为剩余的5 25vol%。此外，用于评价的金属粒子(金属导体粉末)种类如表I所示。表I中的Al2O3涂层量(重量％ )、以及ZrO2涂层量(重量％ )是该种涂层在所有涂层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)。另外，用于评价的半导体粒子(半导体粉末)种类如表2所示。并且，将用于比较评价的绝缘体粒子(绝缘体粉末)种类也一起进行表示。另外，载体成分、即粘合剂的种类、溶剂种类、分散剂种类、以及其混合比例如表3所示。另外，使用金属粒子、及半导体粒子、绝缘体粒子、载体所制备出的放电辅助电极糊料的成分(vol% )如表4及5所示。[表 I]
权利要求
1.一种ESD保护器件，包括: 相对电极，该相对电极包括隔开间隔、并相对地形成于陶瓷基材的表面上的一侧相对电极和另一侧相对电极；以及 放电辅助电极，该放电辅助电极以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横跨到所述另一侧相对电极的方式设置， 所述放电辅助电极包含金属粒子、半导体粒子以及玻璃质， 所述金属粒子间、所述半导体粒子间、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而结合， 所述金属粒子的平均粒径XSl.0ym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的条件。
2.如权利要求1所述的ESD保护器件，其特征在于， 所述陶瓷基材含有玻璃成分，且在所述放电辅助电极与所述陶瓷基材之间包括密封层，该密封层用于防止玻璃成分从所述陶瓷基材侵入所述放电辅助电极。
3.如权利要求1或2所述的ESD保护器件，其特征在于， 包括保护层，该保护层覆盖所述放电辅助电极的露出面。
4.如权利要求1至3中任一项所述的ESD保护器件，其特征在于， 所述金属粒子为Cu粒子。
5.如权利要求1至4中任一项所述的ESD保护器件，其特征在于， 所述半导体粒子为碳化硅粒子。
6.如权利要求1至5中任一项所述的ESD保护器件，其特征在于， 所述玻璃质由所述金属粒子与所述半导体粒子的反应而产生。
7.—种ESD保护器件的制造方法，其特征在于，包括: 通过在第一陶瓷生片的一个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，该放电辅助电极糊料包含平均粒径为1.0ym以上的金属粒子、半导体粒子以及有机载体，并且，所述金属粒子与所述半导体粒子中的至少一方在其表面上具有玻璃的网状形成成分，且所述金属粒子与所述半导体粒子混合后所占的比例为7体积％ 25体积％ ; 通过在所述第一陶瓷生片的一个主面上印刷相对电极糊料，来形成未烧成的相对电极的工序，该未烧成的相对电极包括分别覆盖所述放电辅助电极的一部分、并以相互隔开间隔的方式设置的一侧相对电极和另一侧相对电极； 在所述第一陶瓷生片的另一个主面上层叠第二陶瓷生片，来形成未烧成的层叠体的工序；以及 对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进行反应，从而生成玻璃质的工序。
8.如权利要求7所述的ESD保护器件的制造方法，其特征在于， 所述放电辅助电极所包含的金属粒子是氧化铝涂层的Cu粒子，所述半导体粒子是碳化娃粒子。
全文摘要
本发明提供一种即使重复施加静电、特性也不会变差的、具有稳定特性的ESD保护器件及其制造方法。该ESD保护器件包括相对电极(2)，该相对电极(2)包括相对地形成在陶瓷基材(1)的表面上的一侧相对电极(2a)和另一侧相对电极(2b)；以及放电辅助电极(3)，该放电辅助电极(3)以分别与一侧相对电极和另一侧相对电极相接触、并从一侧相对电极横跨到另一侧相对电极的方式设置，放电辅助电极包含金属粒子、半导体粒子以及玻璃质，并且，金属粒子间、半导体粒子间、以及金属粒子与半导体粒子之间经由玻璃质而结合，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的条件。
文档编号H01T1/20GK103155312SQ20118004735
公开日2013年6月12日 申请日期2011年9月27日 优先权日2010年9月29日
发明者稗圃久美子, 鹫见高弘, 足立淳, 浦川淳, 筑泽孝之 申请人:株式会社村田制作所