专利名称：Esd保护器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及对半导体装置等进行保护以免遭静电破坏的ESD保护器件，尤其涉及一种ESD保护器件，该ESD保护器件包括至少一对相对电极，该相对电极在陶瓷基材上以彼此相对的方式进行设置；以及放电辅助电极膜，该放电辅助电极膜设置成覆盖一部分相对电极、及相对电极之间的部分。
背景技术：
近年来，在使用民用设备时，作为输入输出接口的缆线的插拔次数有增加的趋势， 存在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，因设计规则的细微化而导致难以完善路径，LSI自身对于静电变得脆弱。因此，广泛地使用对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。作为这样的ESD保护器件，如图10所示，提出了一种静电对应元器件(参照专利文献1)，该静电保护元器件包括至少两个相对电极52a、52b，该相对电极52a、52b在陶瓷基材51上以相对的方式进行设置；以及静电保护材料层53，该静电保护材料层53覆盖一部分相对电极52a、52b、及相对电极之间的部分。另外，在该静电保护元器件中，利用静电保护材料糊料来形成静电保护材料层53，该静电保护材料糊料包含至少在表面形成钝态层的金属粒子和树脂，并且将它们进行混炼，从而构成该静电保护材料糊料。此外，图8的静电对应元器件还包括中间层M及保护层55。然而，在上述专利文献1的静电对应元器件的情况下，由于静电保护材料层中含有树脂，因此，静电保护材料层中金属粒子所占的比例存在极限(临界PVC)，会在降低放电开始电压或降低峰值电压方面存在极限。此外，存在以下的问题S卩，用于对金属粒子之间进行隔离的树脂的原本的耐热性及耐氧化性就不一定充分，若重复施加静电，则树脂劣变而导致性能下降。
现有技术专利文献专利文献1 日本专利特开2007-265713号公报
发明内容
本发明是鉴于上述的技术问题而完成的，其目的在于提供一种ESD保护器件，该 ESD保护器件能降低放电开始电压和峰值电压，即使重复施加静电其特性也不会产生劣变。为了解决上述问题，本发明(权利要求1)的ESD保护器件，包括陶瓷基材；一对相对电极，该一对相对电极配置在上述陶瓷基材的表面或内部，其前端部隔开规定的间隔彼此相对；以及放电辅助电极膜，该放电辅助电极膜配置成对上述一对相对电极之间进行连接，该ESD保护器件的特征在于，
上述放电辅助电极膜含有金属粒子和覆盖上述金属粒子的玻璃作为主要成分。此外，本发明的ESD保护器件，包括一对相对电极，该一对相对电极配置在陶瓷基材的表面，其前端部隔开规定的间隔彼此相对；以及放电辅助电极膜，该放电辅助电极膜连续配置成覆盖上述一对相对电极的各电极的一部分、和上述陶瓷基材表面的位于上述一对相对电极之间的区域，该ESD保护器件的特征在于，上述放电辅助电极膜含有金属粒子和覆盖上述金属粒子的玻璃作为主要成分。此外，本发明的ESD保护器件，包括一对相对电极，该一对相对电极配置在上述陶瓷基材的内部，其前端部隔开规定的间隔彼此相对；以及放电辅助电极膜，该放电辅助电极膜以连接上述一对相对电极之间的方式配置在上述陶瓷基材的内部，该ESD保护器件的特征在于，在上述陶瓷基材的内部形成有空洞部，上述一对相对电极的上述前端部的彼此相对的区域配置于面对上述空洞部的陶瓷基材上，上述放电辅助电极膜含有金属粒子和覆盖上述金属粒子的玻璃作为主要成分，并且对上述一对相对电极之间进行连接，而且，上述放电辅助电极膜配置成覆盖面对上述空洞部的陶瓷基材上的、至少位于上述一对相对电极之间的区域。此外，在本发明的ESD保护器件中，优选在上述放电辅助电极膜与上述陶瓷基材之间配置有含有无机绝缘材料粒子作为主要成分的阻挡层。此外，优选上述放电辅助电极膜进一步含有无机氧化物，该无机氧化物相对于上述金属粒子、上述玻璃、及上述无机氧化物的总和的比例为5 30体积％。此外，优选上述放电辅助电极膜优选含有半导体粉，该半导体粉相对于上述金属粒子和上述半导体粉的总和的比例为5 50体积％。此外，优选上述金属粒子包含Cu。此外，在本发明的ESD保护器件中，上述相对电极及上述放电辅助电极膜形成于陶瓷基材的表面上，优选在上述放电辅助电极膜上形成有保护膜。优选上述保护膜含有与覆盖上述金属粒子的上述玻璃相同种类的玻璃。本发明的ESD保护器件的制造方法，该ESD保护器件的制造方法用于制造ESD保护器件，该ESD保护器件包括一对相对电极，该一对相对电极隔开规定的间隔地配置于陶瓷基材的表面；以及放电辅助电极膜，该放电辅助电极膜连续配置成覆盖上述一对相对电极的各电极的一部分、和上述陶瓷基材表面的位于上述一对相对电极之间的区域，该ESD保护器件的制造方法的特征在于，包括将含有玻璃包覆金属粒子、树脂粘合剂、及溶剂的电极糊料以覆盖一对相对电极的各电极的一部分、和陶瓷基材表面的位于上述一对相对电极之间的区域的方式进行涂布的工序，上述玻璃包覆金属粒子是由玻璃覆盖的金属粒子，在空气中以400°C保持两个小时时的重量增加率在3 15%的范围内；以及在600°C以上、且比上述玻璃包覆金属粒子中所使用的上述玻璃的软化点要高但不超过上述软化点+200°C的温度下进行烧成，从而形成上述放电辅助电极膜的工序。
本发明的ESD保护器件的制造方法，该ESD保护器件的制造方法用于制造ESD保护器件，该ESD保护器件包括陶瓷基材；一对相对电极，该一对相对电极以前端部隔开规定的间隔彼此相对的方式配置在上述陶瓷基材的表面或内部，以及放电辅助电极膜，该放电辅助电极膜配置成对上述一对相对电极之间进行连接，该ESD保护器件的制造方法的特征在于，包括将含有玻璃包覆金属粒子、树脂粘合剂、及溶剂的电极糊料涂覆成使配置于未烧成的陶瓷基材表面或内部的一对相对电极彼此相连接，从而形成未烧成结构体的工序，上述玻璃包覆金属粒子是由玻璃覆盖的金属粒子，在空气中以400°C保持两个小时时的重量增加率处于3 15%的范围内；以及在600°C以上、且比上述玻璃包覆金属粒子中所使用的上述玻璃的软化点要高但不超过上述软化点+200°C的温度下进行烧成，从而形成上述放电辅助电极膜的工序。在本发明的ESD保护器件中，作为放电辅助电极膜，含有金属粒子和玻璃作为主要成分，由于形成具有由玻璃覆盖金属粒子的结构的电极膜，因此，可提供一种能可靠地保护电子设备或电气设备的ESD保护器件。此外，在利用玻璃覆盖金属粒子的情况下，与使用树脂的情况相比，能用少量的玻璃覆盖金属粒子的表面，提高金属粒子在放电辅助电极膜中所占的含有量，因此，能降低放电开始电压。此外，能降低对ESD保护器件施加静电时的峰值电压。而且，即使对ESD保护器件重复施加静电和放电，玻璃也不易劣变，因而能抑制 ESD保护器件因使用而引起的特性的劣变，可提供一种能长期稳定使用的ESD保护器件。另外，一对相对电极及放电辅助电极膜可以形成于陶瓷基材的表面或陶瓷基材的内部。不过，若将一对相对电极及放电辅助电极膜配置于陶瓷基材的内部，则不易受外部的影响，能提高可靠性。此外，在放电辅助电极膜与陶瓷基材之间配置有含有无机绝缘材料粒子的作为主要成分阻挡层，从而放电辅助电极膜中所含有的玻璃(覆盖金属粒子的玻璃)的一部分渗透到阻挡层中，能够抑制构成放电辅助电极膜的金属粒子之间的局部的过烧结，因此，能降低初始的绝缘电阻的偏差，能提供特性稳定的ESD保护器件。此外，使放电辅助电极膜进一步含有无机氧化物，该无机氧化物相对于金属粒子、 玻璃、及无机氧化物的总和的比例为5 30体积％，在这样的情况下，能进一步降低重复施加静电、放电时的特性的劣变。使放电辅助电极膜进一步含有半导体粉，该半导体粉的相对于金属粒子和半导体粉的总和的比例为5 50体积％，从而能够抑制构成放电辅助电极膜的金属粒子之间的局部的过烧结，降低初始短路不良的发生频率。此外，使作为构成放电辅助电极膜的金属粒子含有Cu，从而能够构成能降低放电开始电压和峰值电压的ESD保护器件。此外，在放电辅助电极膜上设置保护膜，从而不易受外部气氛等的影响，能提供可靠性更高的ESD保护器件。作为保护膜，使用含有与构成放电辅助电极膜的、覆盖金属粒子的玻璃相同种类的玻璃的材料，从而能形成与放电辅助电极膜的接合可靠性高的保护膜，使本发明更有实效。
此外，在本发明的ESD保护器件的制造方法中，在形成放电辅助电极膜时，使用含有玻璃包覆金属粒子、树脂粘合剂、及溶剂的电极糊料，而且在600°C以上、且比玻璃包覆金属粒子中所使用的玻璃的软化点要高但不超过软化点+200°C的温度下进行烧成，从而能得到不易发生短路不良的ESD保护器件，上述玻璃包覆金属粒子是由玻璃覆盖的金属粒子， 在空气中以400°C保持两个小时时的重量增加率处于3 15%的范围内。此外，由于能提高放电辅助电极膜中金属所占的含有量，因而能降低放电开始电压。此外，能降低对ESD保护器件施加静电时的峰值电压。而且，没有像现有的ESD保护器件那样在静电保护材料层内含有树脂，因而即使重复放电也不会导致特性劣变，能得到长期发挥稳定的特性的ESD保护器件。另外，在本发明中，对于构成用于形成放电辅助电极膜的电极糊料的玻璃包覆金属粒子，是由玻璃覆盖的金属粒子，在空气中以400°C保持两个小时时的重量增加率处于 3 15%的范围内。而且，所谓该玻璃包覆金属粒子的必要条件即“在空气中以400°C保持两个小时时的重量增加率处于3 15%的范围内”，具有作为表示金属粒子露出程度的指标的意义，若金属粒子的未被玻璃覆盖的部分(露出部分)较多，则重量增加率增大，若金属粒子的被覆盖的部分较多，则重量增加率减小。
图1是示意性地表示本发明的一实施例(实施例1)所涉及的ESD保护器件的结构的主视剖视图。图2是表示本发明的实施例1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1所涉及的ESD保护器件的制造方法的一个工序中、 在陶瓷基材上形成有相对电极的状态的图。图4是表示本发明的实施例1所涉及的ESD保护器件的制造方法的一个工序中、 形成了未烧成的放电辅助电极膜的状态的图。图5是表示本发明的实施例1所涉及的ESD保护器件的制造方法的一个工序中、 在放电辅助电极膜上形成了未烧成的保护膜的状态的图。图6是对本发明的实施例1所涉及的ESD保护器件的放电开始电压特性的测定方法进行说明的图。图7是对本发明的实施例1所涉及的ESD保护器件的峰值电压特性的测定方法进行说明的图。图8是表示本发明的实施例1所涉及的ESD保护器件的变形例的图。图9是示意性地表示本发明的其他实施例(实施例2)所涉及的ESD保护器件的结构的主视剖视图。图10是表示现有的静电对应元器件(ESD保护器件)的图。附图标记1陶瓷基材Ia 元件2&、沘相对电极3放电辅助电极膜
4保护膜5&、釙端子电极10ESD保护器件11 地面12静电脉冲施加部13静电试验枪14示波器21阻挡层22空洞部G 一对相对电极之间的间隔
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1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实施例(实施例1)所涉及的ESD保护器件的结构的剖视图，图2是其俯视图。如图1及2所示，该ESD保护器件10包括陶瓷基材1 ；形成于陶瓷基材1上的一对相对电极h、2b ；形成在一对相对电极2a、2b之间的放电辅助电极膜3 ；配置于放电辅助电极膜3上的保护膜4 ；以及端子电极fe、5b，该端子电极5a、5b以与相对电极2a、2b导通的方式配置在陶瓷基材1的两端部，用于与外部进行电连接。在本实施例1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
的氧化铝基板作为陶瓷基材1。对陶瓷基材1的构成材料没有限制，可以使用硅基板等其他种类的材料。另外，对陶瓷基材1使用相对介电常数为50以下的材料，优选相对介电常数为10以下的材料。此外，对于相对电极h、2b，使用对Cu进行溅射而形成的Cu薄膜电极。而且，通过涂布、烧成以下放电辅助电极膜形成用的电极糊料来形成放电辅助电极膜3，上述放电辅助电极膜形成用的电极糊料是通过将利用玻璃对金属粒子的表面进行了涂覆而形成的玻璃包覆金属粒子、无机氧化物(尽管可以使用各种材料作为无机氧化物，但图1、图2的ESD保护器件中使用了氧化铝粉)、有机载体、分散剂进行混合而形成。另外，尽管将在后文中叙述本发明的ESD保护器件10的制造方法，但在形成放电辅助电极膜3时可以使用由各种方法制成的玻璃包覆金属粒子。即，作为玻璃包覆金属粒子的制造方法，例如，可以例举如日本专利特开平 10-330802号公报所揭示的方法即，将含有热降解金属化合物的溶液和形成玻璃质的无机氧化物前体溶液在喷雾热分解炉中进行喷雾来形成玻璃包覆金属粒子。这种方法中金属种类、玻璃组分的自由度较高，因而适用于实现本发明。除此之外，作为用于制作玻璃包覆金属粒子的其他方法，可以例举如日本专利特开2004-149817号公报所揭示的方法即，在水性有机溶剂中使金属粒子、有机硅烷化合物、及水进行反应，从而形成有机硅烷的加水分解生成膜，对所得到的悬浮液添加凝胶剂，在金属粒子表面形成硅质凝胶涂膜时，添加溶解有玻璃形成成分的水溶液。而且，作为用于制作玻璃包覆金属粒子的又一方法，可以例举利用机械融合方法等将金属粒子与细微粉碎后的玻璃粉进行机械化学粘结的方法。另外，本实施例1的ESD保护器件10中的放电辅助电极膜3通过对以下电极糊料进行涂布、烧成而形成的，上述电极糊料包含玻璃包覆金属粒子，该玻璃包覆金属粒子通过使用根据日本专利特开平10-330802号公报记载的方法所制成的Si-Ca-Ba类玻璃对金属粒子即Cu粒子进行包覆而形成；以及氧化铝粉(无机氧化物)。此外，保护膜4是通过将含有与构成用于形成放电辅助电极膜3的玻璃包覆金属粒子的玻璃具有相同组分的Si-Ca-Ba类玻璃、氧化铝粉、及有机载体的糊料进行涂布、烧成而形成。在具有上述结构的ESD保护器件10中，放电辅助电极膜3是通过对含有玻璃包覆金属粒子和无机氧化物的电极糊料进行烧成而形成，从而能提高金属粒子在放电辅助电极膜3中所占的比例，能够抑制、防止短路不良的发生。此外，由于能提高金属粒子在放电辅助电极膜3中所占的比例，因而能降低放电开始电压。而且，即使在对ESD保护器件10重复施加静电和放电的情况下，玻璃也不易劣变， 因而能长期稳定地进行使用。此外，在本实施例的ESD保护器件10中，使放电辅助电极膜3中所含的氧化铝粉 (无机氧化物)相对于由Cu和玻璃所构成的玻璃包覆金属粒子和氧化铝粉(无机氧化物) 的总和的比例为5 30体积％，从而能进一步抑制重复施加静电、放电的情况下特性发生劣变。而且，由于使用Cu粒子作为构成放电辅助电极膜3的金属粒子，因而能降低放电开始电压和峰值电压。此外，由于在放电辅助电极膜3上设有保护膜4，因而不易受外部气氛等的影响， 能进一步提高可靠性。[ESD保护器件的制造方法]接下来，对本发明的实施例所涉及的ESD保护器件10的制造方法进行说明。另外，本实施例中，对于用于形成放电辅助电极膜的电极糊料，改变构成玻璃包覆金属粒子的金属粒子的种类、对金属粒子进行涂覆的玻璃的组分和软化点、及玻璃在玻璃包覆金属粒子中所占的比例等来制作电极糊料，利用该电极糊料形成放电辅助电极膜。本实施例中，作为金属粒子，准备了具有表1的试料编号M-I M-12所示的组分的金属粒子。另外，试料编号M-I M-3、M-5 M-Il的金属粒子是采用以下方法制成的玻璃包覆金属粒子，该方法是将含有热降解金属化合物的溶液、以及形成玻璃质的无机氧化物前体溶液在喷雾热分解炉中进行喷雾来形成玻璃包覆金属粒子的方法(日本专利特开平 10-330802 的方法)。表1中，在试料编号后面标注了 *的记号的试料是未满足本发明的必要条件的金属粒子。表权利要求
1.一种ESD保护器件，包括陶瓷基材；一对相对电极，该一对相对电极配置在所述陶瓷基材的表面或内部，其前端部隔开规定的间隔彼此相对；以及放电辅助电极膜，该放电辅助电极膜配置成对所述一对相对电极之间进行连接，该ESD保护器件的特征在于，所述放电辅助电极膜含有金属粒子和覆盖所述金属粒子的玻璃作为主要成分。
2.—种ESD保护器件，包括一对相对电极，该一对相对电极配置在所述陶瓷基材的表面，其前端部隔开规定的间隔彼此相对；以及放电辅助电极膜，该放电辅助电极膜连续地配置成覆盖所述一对相对电极的各电极的一部分、和所述陶瓷基材表面的位于所述一对相对电极之间的区域，该ESD 保护器件的特征在于，所述放电辅助电极膜含有金属粒子和覆盖所述金属粒子的玻璃作为主要成分。
3.—种ESD保护器件，包括一对相对电极，该一对相对电极配置在所述陶瓷基材的内部，其前端部隔开规定的间隔彼此相对；以及放电辅助电极膜，该放电辅助电极膜以对所述一对相对电极之间进行连接的方式配置在所述陶瓷基材的内部，该ESD保护器件的特征在于，在所述陶瓷基材的内部形成有空洞部，使所述一对相对电极的所述前端部的彼此相对的区域配置于面对所述空洞部的陶瓷基材上，所述放电辅助电极膜含有金属粒子和覆盖所述金属粒子的玻璃作为主要成分，并且对所述一对相对电极之间进行连接，而且，所述放电辅助电极膜配置成覆盖面对所述空洞部的陶瓷基材上的、至少位于所述一对相对电极之间的区域。
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，在所述放电辅助电极膜与所述陶瓷基材之间配置有含有无机绝缘材料粒子作为主要成分的阻挡层。
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，所述放电辅助电极膜进一步含有无机氧化物，该无机氧化物相对于将所述金属粒子、 所述玻璃、及所述无机氧化物的总和的比例为5 30体积％。
6.如权利要求1至5的任一项所述的ESD保护器件，其特征在于，所述放电辅助电极膜进一步含有半导体粉，该半导体粉相对于所述金属粒子和所述半导体粉的总和的比例为5 50体积％。
7.如权利要求1至6的任一项所述的ESD保护器件，其特征在于，所述金属粒子包含Cu。
8.如权利要求1、2、及权利要求4至7中的任一项所述的ESD保护器件，其特征在于，所述相对电极及所述放电辅助电极膜形成于陶瓷基材的表面上，在所述放电辅助电极膜上形成有保护膜。
9.如权利要求8所述的ESD保护器件，其特征在于，所述保护膜含有与覆盖所述金属粒子的所述玻璃相同种类的玻璃。
10.一种ESD保护器件的制造方法，用于制造ESD保护器件，该ESD保护器件包括一对相对电极，该一对相对电极隔开规定的间隔地配置于所述陶瓷基材的表面；以及放电辅助电极膜，该放电辅助电极膜连续地配置成覆盖所述一对相对电极的各电极的一部分、和所述陶瓷基材表面的位于所述一对相对电极之间的区域，该ESD保护器件的制造方法的特征在于，包括将含有玻璃包覆金属粒子、树脂粘合剂、及溶剂的电极糊料以覆盖一对相对电极的各电极的一部分、及陶瓷基材表面的位于所述一对相对电极之间的区域的方式进行涂布的工序，所述玻璃包覆金属粒子是由玻璃覆盖的金属粒子，在空气中以400°C保持两个小时时的重量增加率处于3 15%的范围内；以及在600°C以上、且比所述玻璃包覆金属粒子中所使用的所述玻璃的软化点要高但不超过所述软化点+200°C的温度下进行烧成，从而形成所述放电辅助电极膜的工序。
11. 一种ESD保护器件的制造方法，用于制造ESD保护器件，该ESD保护器件包括陶瓷基材；一对相对电极，该一对相对电极以前端部隔开规定的间隔彼此相对的方式配置在所述陶瓷基材的表面或内部；以及放电辅助电极膜，该放电辅助电极膜配置成对所述一对相对电极之间进行连接，该ESD保护器件的制造方法的特征在于，包括将含有玻璃包覆金属粒子、树脂粘合剂、及溶剂的电极糊料涂覆成使配置于未烧成的陶瓷基材表面或内部的一对相对电极彼此相连接，从而形成未烧成结构体的工序，所述玻璃包覆金属粒子是由玻璃覆盖的金属粒子，在空气中以400°C保持两个小时时的重量增加率处于3 15%的范围内；以及在600°C以上、且比所述玻璃包覆金属粒子中所使用的所述玻璃的软化点要高但不超过所述软化点+200°C的温度下进行烧成，从而形成所述放电辅助电极膜的工序。
全文摘要
本发明提供一种能降低放电开始电压和峰值电压、即使重复施加静电也不会产生特性劣变的ESD保护器件。本发明的ESD保护器件包括陶瓷基材(1)；配置于陶瓷基材的表面或内部的一对相对电极(2a、2b)；以及以对一对相对电极之间进行连接的方式进行配置的放电辅助电极膜(3)，放电辅助电极膜由含有金属粒子和覆盖金属粒子的玻璃作为主要成分的材料构成。将含有在空气中在400℃保持两个小时时的重量增加率为3～15％的玻璃包覆金属粒子、树脂粘合剂、及溶剂的电极糊料涂覆成使一对相对电极彼此相连接，然后，在600℃以上、且比玻璃包覆金属粒子中所使用的玻璃的软化点要高但不超过软化点+200℃的温度下进行烧成，从而形成放电辅助电极膜(3)。
文档编号H05F3/02GK102484355SQ201080037285
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月24日 优先权日2009年8月27日
发明者冈本真典, 北爪贵大, 筑泽孝之, 足立淳, 鹫见高弘 申请人:株式会社村田制作所