專利名稱：Esd保護(hù)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保護(hù)半導(dǎo)體裝置等不受靜電破壞的ESD保護(hù)器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在使用民用設(shè)備時(shí)，作為輸入輸出接口的線纜的插拔次數(shù)趨于增加，存在易對(duì)輸入輸出連接器部施加靜電的狀況。另外，隨著信號(hào)頻率的高頻化，因設(shè)計(jì)規(guī)則的細(xì)分化而導(dǎo)致難以完善路徑，LSI自身對(duì)于靜電變得脆弱。因此，保護(hù)LSI等半導(dǎo)體裝置不受靜電放電(ESD) (Electron-Statics Discharge)影響的ESD保護(hù)器件已被廣泛使用。作為這種ESD保護(hù)器件，提出了如下的ESD保護(hù)器件(芯片型浪涌吸收器)及其制造方法(參照專利文獻(xiàn)1)該ESD保護(hù)器件包括絕緣芯片體，該絕緣芯片體具有在中心密封有惰性氣體的密閉空間；相對(duì)電極，該相對(duì)電極在同一面上具有微間隙；以及外部電極。然而，在該專利文獻(xiàn)1的ESD保護(hù)器件(芯片型浪涌吸收器)中，由于電子需要在相對(duì)電極的微間隙之間跳躍而沒(méi)有任何輔助，因此其放電能力取決于微間隙的寬度。而且， 雖然該微間隙越窄則作為浪涌吸收器的能力越高，但當(dāng)使用專利文獻(xiàn)1所記載的印刷工藝來(lái)形成相對(duì)電極時(shí)，間隙可形成寬度存在極限，若過(guò)窄則存在因相對(duì)電極之間耦合而會(huì)發(fā)生短路不良等問(wèn)題。另外，如專利文獻(xiàn)1所記載的那樣，由于是通過(guò)層疊開有孔的片材來(lái)形成空洞部的，因此若考慮需要在該空洞部配置微間隙等，則從層疊精度方面來(lái)看，產(chǎn)品的小型化也存在極限。而且，為了形成在密閉空間填充有密封氣體的結(jié)構(gòu)，需要在層疊時(shí)在密封氣體下進(jìn)行層疊壓接，使得制造工序復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)性下降，并且存在成本增大的問(wèn)題。另外，作為其他ESD保護(hù)器件，提出了如下的ESD保護(hù)器件(浪涌吸收元件)及其制造方法(參照專利文獻(xiàn)幻在具有一對(duì)外部電極的絕緣性陶瓷層的內(nèi)部，設(shè)置與外部電極導(dǎo)通的內(nèi)部電極及放電空間，并且在放電空間中封入放電氣體。然而，在該專利文獻(xiàn)2的ESD保護(hù)器件的情況下，也存在著與上述專利文獻(xiàn)1的 ESD保護(hù)器件的情況完全相同的問(wèn)題。另外，作為另一種其他ESD保護(hù)器件，提出了如下的ESD保護(hù)器件(參照專利文獻(xiàn) 3)，該ESD保護(hù)器件具有陶瓷多層基板；至少一對(duì)放電電極，該至少一對(duì)放電電極形成于陶瓷多層基板，并且設(shè)有預(yù)定間隔且彼此相對(duì)；外部電極，該外部電極形成于陶瓷多層基板的表面且與放電電極連接，該ESD保護(hù)器件中，在連接一對(duì)放電電極之間的區(qū)域包括輔助電極，該輔助電極是使被不具有導(dǎo)電性的無(wú)機(jī)材料涂敷后的導(dǎo)電材料分散而成的。然而，在該ESD保護(hù)器件的情況下，在制造時(shí)的燒成工序中，陶瓷多層基板中的玻璃組分會(huì)浸透入放電輔助電極，放電輔助電極的導(dǎo)電材料成為過(guò)燒結(jié)狀態(tài)，存在發(fā)生短路不良的問(wèn)題。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利特開平9466053號(hào)公報(bào)
3
專利文獻(xiàn)2 日本專利特開2001-439 號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本專利第4434314號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述實(shí)際情況而完成的，其目的在于提供一種放電能力優(yōu)異而短路不良較少、且制造時(shí)無(wú)需特別的工序、生產(chǎn)性優(yōu)異的ESD保護(hù)器件及其制造方法。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的ESD保護(hù)器件的特征在于，包括具有玻璃組分的陶瓷基材；相對(duì)電極，該相對(duì)電極包括一側(cè)相對(duì)電極及另一側(cè)相對(duì)電極，其中，在所述陶瓷基材的表面以使得前端部彼此隔開間隔且相對(duì)的方式來(lái)形成該一側(cè)相對(duì)電極及另一側(cè)相對(duì)電極；放電輔助電極，該放電輔助電極與構(gòu)成所述相對(duì)電極的所述一側(cè)相對(duì)電極及所述另一側(cè)相對(duì)電極分別連接，且配置成使得從所述一側(cè)相對(duì)電極橫跨到所述另一側(cè)相對(duì)電極， 在所述放電輔助電極和所述陶瓷基材之間具有密封層，該密封層用于防止玻璃組分從所述陶瓷基材浸入所述放電輔助電極。另外，本發(fā)明的ESD保護(hù)器件的特征在于，在所述密封層與陶瓷基材的界面具有反應(yīng)層，該反應(yīng)層包含由所述密封層的構(gòu)成材料與所述陶瓷基材的構(gòu)成材料進(jìn)行反應(yīng)而生成的反應(yīng)生成物。本發(fā)明的ESD保護(hù)器件中，優(yōu)選為，所述密封層的主要構(gòu)成材料的堿度Bi、與所述陶瓷基材的非晶質(zhì)部的堿度B2之差ΔΒ( = Β1-Β2)為1. 4以下。另外，優(yōu)選為，所述密封層含有構(gòu)成所述陶瓷基材的一部分元素。優(yōu)選為，所述密封層的主要組分為氧化鋁。 優(yōu)選為，所述放電輔助電極包含金屬粒子、和陶瓷組分。另外，本發(fā)明的ESD保護(hù)器件的制造方法的特征在于，包括在第一陶瓷生片的一個(gè)主面上印刷密封層糊料以形成未燒成的密封層的工序；印刷放電輔助電極糊料以使得覆蓋所述密封層的至少一部分、從而形成未燒成的放電輔助電極的工序；在所述第一陶瓷生片的一個(gè)主面上印刷相對(duì)電極糊料以形成未燒成的相對(duì)電極的工序，該未燒成的相對(duì)電極包括分別覆蓋所述放電輔助電極的一部分并且彼此隔開間隔而配置的一側(cè)相對(duì)電極及另一側(cè)相對(duì)電極；在所述第一陶瓷生片的另一個(gè)主面上層疊第二陶瓷生片以形成未燒成的層疊體的工序；以及燒成所述層疊體的工序。本發(fā)明的ESD保護(hù)器件由于包括相對(duì)電極，該相對(duì)電極包括一側(cè)相對(duì)電極及另一側(cè)相對(duì)電極，其中在陶瓷基材的表面以使得前端部彼此隔開間隔且相對(duì)的方式來(lái)形成該一側(cè)相對(duì)電極及該另一側(cè)相對(duì)電極；以及放電輔助電極，該放電輔助電極與一側(cè)相對(duì)電極及另一側(cè)相對(duì)電極分別連接，且配置成使得從一側(cè)相對(duì)電極橫跨到另一側(cè)相對(duì)電極，該ESD 保護(hù)器件中，在放電輔助電極和陶瓷基材之間具有密封層，該密封層用于防止玻璃組分從陶瓷基材浸入放電輔助電極，因此能夠抑制并防止從含有玻璃組分的陶瓷基材流入玻璃組分，且能夠抑制因放電輔助電極發(fā)生過(guò)燒結(jié)而引起的短路不良的發(fā)生。此外，通過(guò)在相對(duì)電極和放電輔助電極的連接部、與陶瓷基材之間也夾設(shè)密封層， 從而能抑制并防止玻璃組分通過(guò)相對(duì)電極浸入放電輔助電極，能夠使本發(fā)明更有效。另外，在密封層與陶瓷基材的界面具有反應(yīng)層，該反應(yīng)層包含由密封層的構(gòu)成材料與陶瓷基材的構(gòu)成材料進(jìn)行反應(yīng)而生成的反應(yīng)生成物，在采用這種結(jié)構(gòu)的情況下，即使在比所形成的密封層的主要組分的熔點(diǎn)低的溫度下進(jìn)行燒成，對(duì)于由此得到的產(chǎn)品，也能夠提供密封層與構(gòu)成陶瓷基材的陶瓷材料密接的、可靠性較高的產(chǎn)品。另外，密封層的主要構(gòu)成材料的堿度Bi、與陶瓷基材的非晶質(zhì)部的堿度B2之差 ΔΒ( = Β1-Β2)為1. 4以下，在采用這種結(jié)構(gòu)的情況下，即，通過(guò)如上述那樣來(lái)規(guī)定堿度差， 由此能夠抑制密封層與陶瓷基材之間的過(guò)度反應(yīng)和過(guò)小反應(yīng)，能夠提供具有不會(huì)妨礙作為 ESD保護(hù)器件的功能的反應(yīng)層的、可靠性較高的ESD保護(hù)器件。另外，將密封層設(shè)為陶瓷基材所含有的一部分元素，在采用這種結(jié)構(gòu)的情況下，可抑制密封部與陶瓷基材之間的過(guò)度反應(yīng)，能夠提供特性良好的ESD保護(hù)器件。在將密封層的主要組分設(shè)為氧化鋁的情況下，關(guān)于密封部與陶瓷基材之間的接合，可獲得兩者間沒(méi)有過(guò)度/過(guò)小反應(yīng)的接合，并且在密封層中能可靠地阻止來(lái)自陶瓷基材的玻璃的流入，能夠抑制并防止因玻璃組分流入放電輔助電極并進(jìn)行燒結(jié)時(shí)而引起的短路不良的發(fā)生。通過(guò)使放電輔助電極包含金屬粒子、陶瓷組分，從而陶瓷組分介于金屬粒子之間， 金屬粒子的位置隔開相當(dāng)于陶瓷組分存在的間隔，因此在通過(guò)燒成放電輔助電極糊料來(lái)形成放電輔助電極的工序中，放電輔助電極的燒結(jié)被緩和，能夠抑制并防止因放電輔助電極過(guò)度燒結(jié)而引起的短路不良的發(fā)生。另外，通過(guò)包含陶瓷組分，從而能抑制與密封層之間的過(guò)度反應(yīng)。另外，本發(fā)明的ESD保護(hù)器件的制造方法如上所述，包括在第一陶瓷生片上印刷密封層糊料以形成未燒成的密封層的工序；印刷放電輔助電極糊料以使其覆蓋密封層的一部分、從而形成未燒成的放電輔助電極的工序；印刷相對(duì)電極糊料以形成未燒成的相對(duì)電極的工序，該未燒成的相對(duì)電極包括分別覆蓋放電輔助電極的一部分并且彼此隔開間隔而配置的一側(cè)相對(duì)電極及另一側(cè)相對(duì)電極；在第一陶瓷生片的一個(gè)主面上層疊第二陶瓷生片以形成未燒成的層疊體的工序；以及燒成層疊體的工序，由于各工序是在一般的陶瓷電子元器件的制造工序中廣泛使用的通用工序，因此量產(chǎn)性優(yōu)異。另外，由于使得在陶瓷基材與放電輔助電極之間形成密封層，因此放電輔助電極通過(guò)密封層與構(gòu)成陶瓷基材的陶瓷隔離，因而能夠可靠地防止因放電輔助電極的過(guò)度燒結(jié)而引起的短路不良的發(fā)生，能夠確保穩(wěn)定的放電性能，其中，該放電輔助電極的過(guò)度燒結(jié)是因玻璃組分的流入而引起的。此外，在本發(fā)明的制造ESD保護(hù)器件時(shí)的制造方法中，也可為，通過(guò)在燒成上述層疊體的工序之前，在未燒成的層疊體的表面印刷外部電極糊料以使其與相對(duì)電極連接，并在此之后進(jìn)行燒成，由此以一次燒成便獲得具有外部電極的ESD保護(hù)器件，另外，也可為， 通過(guò)在燒成上述層疊體之后，在層疊體的表面印刷外部電極糊料并進(jìn)行燒結(jié)，從而形成外部電極。


圖1是示意性地示出本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的ESD保護(hù)器件的結(jié)構(gòu)的正面剖視圖。圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的ESD保護(hù)器件的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖3是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的制造ESD保護(hù)器件的方法的圖，是示出在第一陶瓷生片上涂布密封層糊料以形成未燒成的密封層的工序的圖。
圖4是說(shuō)明制造本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的ESD保護(hù)器件的方法的圖，是示出在未燒成的密封層上涂布放電輔助電極糊料以形成未燒成的放電輔助電極的工序的圖。圖5是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的制造ESD保護(hù)器件的方法的圖，是示出涂布相對(duì)電極糊料以形成未燒成的一側(cè)相對(duì)電極和另一側(cè)相對(duì)電極的工序的圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明
1陶瓷基材
2相對(duì)電極
2a構(gòu)成相對(duì)電極的一側(cè)相對(duì)電極
2b構(gòu)成相對(duì)電極的另一側(cè)相對(duì)電極
3放電輔助電極
5a、5b外部電極
10放電間隙部
11密封層
101第一陶瓷生片
102a未燒成的一側(cè)相對(duì)電極
102b未燒成的另一側(cè)相對(duì)電極
103未燒成的放電輔助電極
110間隙部
111未燒成的密封層
W相對(duì)電極的寬度
G放電間隙部的尺寸
具體實(shí)施例方式[實(shí)施例所涉及的ESD保護(hù)器件的結(jié)構(gòu)]圖1是示意性地示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的ESD保護(hù)器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的ESD保護(hù)器件的俯視圖。該ESD保護(hù)器件如圖1和圖2所示，包括陶瓷基材1，該陶瓷基材1含有玻璃組分；相對(duì)電極2，該相對(duì)電極2包括形成在陶瓷基材1的表面的、且前端部彼此相對(duì)的一側(cè)相對(duì)電極加和另一側(cè)相對(duì)電極2b ；放電輔助電極3，該放電輔助電極3與一側(cè)相對(duì)電極加及另一側(cè)相對(duì)電極2b的一部分相接，且形成為使得從一側(cè)相對(duì)電極加橫跨到另一側(cè)相對(duì)電極2b ；以及用于與外部進(jìn)行電連接的外部電極fe、5b，該外部電極fejb配置在陶瓷基材 1的兩端部、以使其與構(gòu)成相對(duì)電極2的一側(cè)相對(duì)電極加及另一側(cè)相對(duì)電極2b導(dǎo)通。放電輔助電極3采用如下結(jié)構(gòu)包含金屬粒子和陶瓷組分，對(duì)放電輔助電極3的過(guò)度燒結(jié)進(jìn)行緩和，且能夠抑制因過(guò)燒結(jié)而引起的短路不良的發(fā)生。作為金屬粒子，可使用銅粉，優(yōu)選使用表面被無(wú)機(jī)氧化物或陶瓷組分涂敷后的銅粉末等。另外，對(duì)于陶瓷組分沒(méi)有特別的限制，但作為更優(yōu)選的陶瓷組分，例如可舉出包含陶瓷基材的構(gòu)成材料的陶瓷組分(在這種情況下為Ba-Si-Al類)、或者包含SiC等半導(dǎo)體組分的陶瓷組分等。而且，在該ESD保護(hù)器件中，在放電輔助電極3和陶瓷基材1之間，配置有密封層11。該密封層11例如為包括氧化鋁等陶瓷粒子的多孔層，對(duì)陶瓷基材1中包含的玻璃組分、和燒成工序中在陶瓷基材1中生成的玻璃組分進(jìn)行吸收保持(捕獲)，抑制并防止玻璃組分流入放電輔助電極3，從而起到如下作用即抑制因放電輔助電極過(guò)燒結(jié)而引起的短路不良的發(fā)生。此外，本實(shí)施例的ESD保護(hù)器件中采用如下結(jié)構(gòu)密封層11被配置在較大的范圍中，以使其不僅介于放電輔助電極3和陶瓷基材1之間，而且還介于相對(duì)電極2與放電輔助電極3的連接部及陶瓷基材1之間，同時(shí)利用這樣的結(jié)構(gòu)也能夠抑制并防止玻璃組分向連接部的浸入。下面，對(duì)具有上述那樣結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。[ESD保護(hù)器件的制造](1)陶瓷生片的制備準(zhǔn)備以Ba、Al、Si為主要組分的材料，以作為成為陶瓷基材1的材料的陶瓷材料。然后，對(duì)各材料進(jìn)行調(diào)和以成為預(yù)定組分，在800°C 1000°C下進(jìn)行預(yù)燒制。用氧化鋯球磨機(jī)將所得到的預(yù)燒粉末粉碎12個(gè)小時(shí)，得到陶瓷粉末。對(duì)該陶瓷粉末添加甲苯、EKINEN等有機(jī)溶劑并進(jìn)行混合之后，進(jìn)一步添加粘合劑、 增塑劑，進(jìn)行混合，從而制備漿料。利用刮刀法對(duì)該漿料進(jìn)行成形，制備厚度為50 μ m的陶瓷生片。(2)相對(duì)電極糊料的制備另外，作為用于形成一對(duì)相對(duì)電極h、2b的相對(duì)電極糊料，對(duì)80重量％的平均粒徑約為2 μ m的Cu粉、和包括乙基纖維素等的粘合劑樹脂進(jìn)行調(diào)合，添加溶劑并利用三根輥?zhàn)舆M(jìn)行攪拌、混合，從而制備相對(duì)電極糊料。此外，上述Cu粉的平均粒徑是指通過(guò)由 MICR0TRAC所進(jìn)行的粒度分布測(cè)定而求出的中心粒徑(D50)。(3)放電輔助電極糊料的制備進(jìn)一步地，作為用于形成放電輔助電極3的放電輔助電極糊料，對(duì)表面被5重量％ 的氧化鋁涂敷后的平均粒徑約為3 μ m的Cu粉、平均粒徑約為0. 5 μ m的碳化硅粉末、以及包括乙基纖維素和萜品醇的有機(jī)載體進(jìn)行調(diào)配，利用三根輥?zhàn)舆M(jìn)行攪拌、混合，從而制備放電輔助電極糊料。此外，對(duì)Cu粉和碳化硅粉末的混合比率進(jìn)行調(diào)整以使得體積比率為 80/20。(4)用于形成密封層的密封層糊料的制備本實(shí)施例中，準(zhǔn)備包含無(wú)機(jī)氧化物和有機(jī)載體的多種糊料，以作為密封層糊料。此外，本發(fā)明中，對(duì)于密封層糊料，作為其主要構(gòu)成材料，優(yōu)選使用其堿度B 1、與陶瓷基材的非晶質(zhì)部的堿度B2之差ΔΒ( = Β1-Β2)為1. 4以下的材料，但在本實(shí)施例中， 使用了如表1所示的無(wú)機(jī)氧化物Ml Μ10，以作為密封層糊料的主要組分(密封層主要組分)。另外，作為有機(jī)載體，使用了將表2所示的樹脂Pl及Ρ2、和溶劑(萜品醇)以表3 所示的比例進(jìn)行調(diào)和后的有機(jī)載體0V1。[表1]
權(quán)利要求
1.一種ESD保護(hù)器件，其特征在于，包括 具有玻璃組分的陶瓷基材；相對(duì)電極，該相對(duì)電極包括一側(cè)相對(duì)電極及另一側(cè)相對(duì)電極，其中，在所述陶瓷基材的表面以使得前端部彼此隔開間隔且相對(duì)的方式來(lái)形成該一側(cè)相對(duì)電極及該另一側(cè)相對(duì)電極；以及放電輔助電極，該放電輔助電極與構(gòu)成所述相對(duì)電極的所述一側(cè)相對(duì)電極及所述另一側(cè)相對(duì)電極分別連接，且配置成使得從所述一側(cè)相對(duì)電極橫跨到所述另一側(cè)相對(duì)電極，在所述放電輔助電極和所述陶瓷基材之間具有密封層，該密封層用于防止玻璃組分從所述陶瓷基材浸入所述放電輔助電極。
2.如權(quán)利要求1所述的ESD保護(hù)器件，其特征在于，在所述密封層與陶瓷基材的界面具有反應(yīng)層，該反應(yīng)層包含由所述密封層的構(gòu)成材料與所述陶瓷基材的構(gòu)成材料進(jìn)行反應(yīng)而生成的反應(yīng)生成物。
3.如權(quán)利要求1或2所述的ESD保護(hù)器件，其特征在于，所述密封層的主要構(gòu)成材料的堿度Bi、與構(gòu)成所述陶瓷基材的非晶質(zhì)部的堿度B2之差 ΔΒ( = Β1-Β2)為 1.4 以下。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的ESD保護(hù)器件，其特征在于， 所述密封層含有構(gòu)成所述陶瓷基材的一部分元素。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的ESD保護(hù)器件，其特征在于， 所述密封層的主要組分為氧化鋁。
6.如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的ESD保護(hù)器件，其特征在于， 所述放電輔助電極包含金屬粒子、和陶瓷組分。
7.—種ESD保護(hù)器件的制造方法，其特征在于，包括在第一陶瓷生片的一個(gè)主面上印刷密封層糊料以形成未燒成的密封層的工序； 印刷放電輔助電極糊料以使其覆蓋所述密封層的至少一部分、從而形成未燒成的放電輔助電極的工序；在所述第一陶瓷生片的一個(gè)主面上印刷相對(duì)電極糊料以形成未燒成的相對(duì)電極的工序，該未燒成的相對(duì)電極包括分別覆蓋所述放電輔助電極的一部分并且彼此隔開間隔而配置的一側(cè)相對(duì)電極及另一側(cè)相對(duì)電極；在所述第一陶瓷生片的另一個(gè)主面上層疊第二陶瓷生片以形成未燒成的層疊體的工序；以及燒成所述層疊體的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種放電能力優(yōu)異而短路不良較少、且制造時(shí)無(wú)需特別的工序、生產(chǎn)性優(yōu)異的ESD保護(hù)器件及其制造方法。ESD保護(hù)器件包括具有玻璃組分的陶瓷基材1；相對(duì)電極2，該相對(duì)電極2包括一側(cè)相對(duì)電極2a及另一側(cè)相對(duì)電極2b，其中，在陶瓷基材的表面以使得前端部彼此相對(duì)的方式來(lái)形成該一側(cè)相對(duì)電極2a及該另一側(cè)相對(duì)電極2a；以及放電輔助電極3，該放電輔助電極3在相對(duì)電極之間與一側(cè)相對(duì)電極及另一側(cè)相對(duì)電極分別連接，且配置成使得從一側(cè)相對(duì)電極橫跨到另一側(cè)相對(duì)電極，該ESD保護(hù)器件采用如下結(jié)構(gòu)在放電輔助電極和陶瓷基材之間具有密封層11，該密封層11用于防止玻璃組分從陶瓷基材浸入放電輔助電極。另外，采用如下結(jié)構(gòu)在密封層與陶瓷基材的界面包括反應(yīng)層，該反應(yīng)層包含由密封層與陶瓷基材的構(gòu)成材料之間的反應(yīng)而生成的反應(yīng)生成物。
文檔編號(hào)H01T2/02GK102437513SQ201110306720
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者澤田惠理子, 足立淳, 鷲見(jiàn)高弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所