專利名稱：Esd保護器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及保護半導體裝置等免遭靜電破壞的ESD保護器件及其制造方法。
背景技術：
近年來，在使用民用設備時，作為輸入輸出接口的電纜的插拔次數(shù)有增加的趨勢， 處于容易對輸入輸出連接器部施加靜電的狀況。此外，隨著信號頻率的高頻化，因設計規(guī)則的細化而導致難以創(chuàng)建路徑，LSI自身對于靜電變得脆弱。因此，對LSI等半導體裝置進行保護以避免靜電放電(ESD) (Electron-Statics Discharge)的ESD保護器件得到廣泛使用。作為這樣的ESD保護器件，提出有一種包括以下多孔結構部的過電壓保護元件， 上述多孔結構部連接于第一電極與第二電極之間，并且，通過使用包含非導體粉末(碳化硅粉末)、金屬導體粉末(Cu粉末)、以及粘合劑(玻璃)的過電壓保護元件的材料進行燒成處理來生成。但是，對于該過電壓保護元件的情況，由于粘合劑(玻璃)的添加不可或缺，因此， 有可能會產(chǎn)生以下的問題。(1)因玻璃分散不佳而使產(chǎn)品特性偏差有增大的趨勢，因而難以提供可靠性高的
女口
廣 PFt ο(2)因玻璃分散不佳而在重復施加ESD時使抗短路性有發(fā)生劣變的趨勢?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本專利特開2008-85284號公報

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的技術問題本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種ESD保護器件及其制造方法，該ESD保護器件具有穩(wěn)定的特性，即使重復施加靜電，也不會產(chǎn)生特性劣變。用于解決技術問題的技術手段為了解決上述技術問題，本發(fā)明的ESD保護器件的特征在于，包括相對電極，該相對電極包括一側相對電極和另一側相對電極而成，所述一側相對電極和另一側相對電極在陶瓷基材內部以前端部隔開間隔而相對的方式形成；以及放電輔助電極，該放電輔助電極配置成分別與構成所述相對電極的所述一側相對電極和所述另一側相對電極相接觸，并從所述一側相對電極跨至所述另一側相對電極，所述放電輔助電極包含金屬粒子、半導體粒子、以及玻璃質，而且，所述金屬粒子之間、所述半導體粒子之間、以及所述金屬粒子與所述半導體粒子之間經(jīng)由所述玻璃質相結合，并且，所述金屬粒子的平均粒徑X為1. 0 μ m以上，所述放電輔助電極的厚度Y與所述金屬粒子的平均粒徑X的關系滿足0. 5≤Y/X≤3的必要條件。優(yōu)選所述金屬粒子為Cu粒子，此外，優(yōu)選所述半導體粒子為碳化硅粒子。此外，優(yōu)選所述玻璃質是由所述金屬粒子與所述半導體粒子之間發(fā)生反應而產(chǎn)生的。此外，優(yōu)選構成所述相對電極的所述一側相對電極和所述另一側相對電極的前端部彼此相對的放電間隙部、以及所述放電輔助電極的位于所述放電間隙部的區(qū)域面對設于所述陶瓷基材內部的空洞部。此外，本發(fā)明的ESD保護器件的制造方法包括在第一陶瓷生片的一主面上印刷放電輔助電極糊料來形成未燒成的放電輔助電極的工序，所述放電輔助電極糊料包含平均粒徑為Ι.Ομπι以上的金屬粒子、半導體粒子、 以及有機載體，并且，所述金屬粒子和所述半導體粒子中的至少一方在表面上具有玻璃的網(wǎng)眼形成成分，且所述金屬粒子與所述半導體粒子的總和所占的比例為7體積％ 25體積％ ；在所述第一陶瓷生片的一主面上印刷相對電極糊料，從而形成包括一側相對電極和另一側相對電極的未燒成的相對電極的工序，所述一側相對電極和另一側相對電極各自覆蓋所述放電輔助電極的一部分，且配置成彼此隔開間隔；在所述第一陶瓷生片的一主面上層疊第二陶瓷生片以形成未燒成的層疊體的工序；以及將所述層疊體進行燒成，使所述放電輔助電極的所述金屬粒子的表面與所述半導體粒子的表面之間發(fā)生反應，從而生成玻璃質的工序。此外，本發(fā)明的ESD保護器件的制造方法的特征在于，所述放電輔助電極中含有的金屬粒子為帶氧化鋁涂層的Cu粒子，所述半導體粒子為碳化硅粒子。發(fā)明效果本發(fā)明的ESD保護器件包括相對電極，該相對電極包括彼此相對的一側相對電極和另一側相對電極；以及放電輔助電極，該放電輔助電極配置成分別與一側相對電極和另一側相對電極的一部分相接觸，并從一側相對電極跨至另一側相對電極，放電輔助電極至少包含金屬粒子、半導體粒子、以及玻璃質，而且，金屬粒子之間、半導體粒子之間、以及金屬粒子與半導體粒子之間經(jīng)由玻璃質相結合，并且，金屬粒子的平均粒徑X為1. 0 μ m以上，放電輔助電極的厚度Y與金屬粒子的平均粒徑X的關系滿足0. 5彡Y/X < 3的必要條件，因此，能提供一種具有穩(wěn)定的特性、即使重復施加靜電也不會產(chǎn)生特性劣變的ESD保護器件。另外，在本發(fā)明中，所謂的金屬粒子之間、半導體粒子之間、以及金屬粒子與半導體粒子之間經(jīng)由玻璃質相結合是指包含以下情況的較寬的概念，這些情況是(a)通過充滿各粒子之間的玻璃質使各粒子相結合的情況；(b)各粒子整體被玻璃質覆蓋，且通過該玻璃質使各粒子相結合的情況；(c)玻璃質沒有覆蓋各粒子整體或充滿各粒子之間，通過例如散布于各粒子表面的玻璃質使各粒子相結合的情況等。在本發(fā)明的ESD保護器件中，優(yōu)選金屬粒子為Cu粒子，這是由于通過使用Cu粒子作為金屬粒子，從而可構成能降低放電開始電壓、峰值電壓的ESD保護器件的緣故。
此外，優(yōu)選使用碳化硅粒子作為半導體粒子，這是由于通過使用碳化硅粒子作為半導體粒子，能降低箝位電壓的緣故。此外，在本發(fā)明的ESD保護器件中，在玻璃質由金屬粒子與半導體粒子之間發(fā)生反應而生成的情況下，無需向原料內另外添加玻璃成分，能高效、可靠地形成玻璃質均勻分散的放電輔助電極。此外，使構成相對電極的一側相對電極和另一側相對電極的前端部彼此相對的放電間隙部、以及放電輔助電極的位于放電間隙部的區(qū)域面對設于陶瓷基材內部的空洞部的情況下，由于施加ESD時，空洞部中也產(chǎn)生放電現(xiàn)象，因此，與沒有空洞部的情況相比，能提高放電能力，因而是有意義的。此外，由于本發(fā)明的ESD保護器件的制造方法包括在第一陶瓷生片的一主面上印刷放電輔助電極糊料來形成未燒成的放電輔助電極的工序，所述放電輔助電極糊料包含平均粒徑為1. 0 μ m以上的金屬粒子、半導體粒子、以及有機載體，并且，金屬粒子和半導體粒子中的至少一方在表面上具有玻璃的網(wǎng)眼形成成分，且所述金屬粒子和所述半導體粒子的總和所占的比例為7體積％ 25體積％ ；通過以覆蓋放電輔助電極的一部分、并且彼此隔開間隔的方式印刷相對電極糊料，從而形成包括隔開間隔而配置的一側相對電極和另一側相對電極的、未燒成的相對電極的工序；在第一陶瓷生片的一主面上層疊第二陶瓷生片以形成未燒成的層疊體的工序；以及將層疊體進行燒成，使放電輔助電極的金屬粒子的表面與半導體粒子的表面之間發(fā)生反應，從而生成玻璃質的工序，因此，能高效、可靠地制造具有本發(fā)明的結構的ESD保護器件。另外，可以在對上述層疊體進行燒成的工序之前，在未燒成的層疊體表面上以與相對電極相連接的方式印刷外部電極糊料，之后進行燒成，從而得到包括外部電極的ESD 保護器件，此外，也可以在上述層疊體燒成之后，在層疊體表面上印刷外部電極糊料并進行燒結，從而形成外部電極。另外，在本發(fā)明的ESD保護器件的制造方法中，金屬粒子和半導體粒子中的至少一方在表面所具有的玻璃的網(wǎng)眼形成成分是指，單獨靠該成分也能成為玻璃的成分，例如， 可以舉出 SiO2, B203、A1203、P2O5, ZrO2, V2O5, TiO2, ZnO, GeO2, As2O5> Sb2O5, PbO、BeO 等。此外，在使用帶氧化鋁涂層的Cu粒子作為放電輔助電極中含有的金屬粒子、使用碳化硅粒子作為半導體粒子用的原料的情況下，氧化鋁(Al2O3)、或一般存在于碳化硅表面的微量的氧化硅等起到作為玻璃的網(wǎng)眼形成成分的作用，因此，能高效地制造一種ESD保護器件，該ESD保護器件中，構成放電輔助電極的金屬粒子之間、半導體粒子之間、或金屬粒子與半導體粒子之間經(jīng)由玻璃質相結合，具有穩(wěn)定的特性，即使重復施加靜電，也不會產(chǎn)生特性劣變。


圖1是示意性表示本發(fā)明的實施例所涉及的ESD保護器件的結構的主視剖視圖。圖2是將本發(fā)明的實施例所涉及的ESD保護器件的主要部分放大表示的主要部分放大主視剖視圖。圖3是表示本發(fā)明的實施例所涉及的ESD保護器件的內部結構的俯視圖。
具體實施例方式以下示出本發(fā)明的實施例，對本發(fā)明的特征部分進一步作詳細說明。實施例1[實施例所涉及的ESD保護器件的結構]圖1是示意性表示本發(fā)明的一實施例所涉及的ESD保護器件的結構的剖視圖，圖2 是將其主要部分放大表示的主要部分放大主視剖視圖，圖3是本發(fā)明的一實施例所涉及的 ESD保護器件的俯視剖視圖。如圖1 圖3所示，該ESD保護器件包括陶瓷基材1 ；相對電極(引出電極)2，該相對電極2由在陶瓷基材1內的同一平面上形成的、前端部彼此相對的一側相對電極加和另一側相對電極2b所構成；放電輔助電極3，該放電輔助電極3以與一側相對電極加及另一側相對電極2b的一部分相接觸、并從一側相對電極加跨至另一側相對電極2b的方式形成；以及外部電極如、513，該外部電極fe、5b以與構成相對電極2的一側相對電極加及另一側相對電極2b導通的方式配置在陶瓷基材1的兩端部上，用于與外部進行電連接。放電輔助電極3包含金屬粒子、半導體粒子、以及玻璃質，金屬粒子之間、半導體粒子之間、以及金屬粒子與半導體粒子之間經(jīng)由玻璃質相結合。另外，該玻璃質是金屬粒子與半導體粒子之間發(fā)生反應而產(chǎn)生的反應生成物。此外，使用Cu粒子作為金屬粒子，使用碳化硅粒子作為半導體粒子。而且，在本發(fā)明的ESD保護器件中，放電輔助電極3的厚度Y與金屬粒子的平均粒徑X的關系構成為滿足0. 5彡Y/X彡3的必要條件(即，本發(fā)明的必要條件)。此外，將構成相對電極2的一側相對電極加和另一側相對電極2b的彼此相對的放電間隙部10、以及放電輔助電極3的位于放電間隙部10的區(qū)域配置成面對設于陶瓷基材1內部的空洞部12。即，在該ESD保護器件中，放電間隙部10、將一側相對電極加和另一側相對電極2b進行連接的放電輔助電極3等的、發(fā)揮作為ESD保護器件的作用的功能部配置成面對陶瓷基材內部的空洞部12。而且，在該ESD保護器件中，配置密封層11，使其覆蓋一側相對電極加與另一側相對電極2b的相對部分(放電間隙部10)、相對電極2與放電輔助電極3之間的連接部、以及放電輔助電極3的位于放電間隙部10的區(qū)域、空洞部12等。該密封層11是由氧化鋁等陶瓷粒子所構成的多孔層，用于吸收并保持(捕獲)陶瓷基材1中含有的玻璃成分、或燒成工序中在陶瓷基材1中生成的玻璃成分，發(fā)揮防止玻璃成分流入空洞部12或其內部的放電間隙部10等的作用。其結果是，能防止玻璃成分流入放電輔助電極3而進行過度燒結、導致放電輔助電極3的導電性過高、從而引起短路不良，或阻止玻璃成分流入空洞部，從而確?？斩床?，在空洞部也產(chǎn)生放電現(xiàn)象，從而確保較高的放電能力。此外，在本實施例的ESD保護器件中，使用平面形狀為方形、長度為1. 0mm、寬度為
0.5mm、厚度為0. 3mm的、以Ba、Al、Si的氧化物為主要成分的玻璃陶瓷基板作為陶瓷基材1。其中，對陶瓷基材1的構成材料沒有限制，有時也可以使用氧化鋁基板或硅基板等其他種類的基板。另外，對陶瓷基材1使用相對介電常數(shù)為50以下的材料，優(yōu)選使用相對介電常數(shù)為10以下的材料。以下，對具有上述結構的ESD保護器件的制造方法進行說明。
[ESD保護器件的制造](1)制作陶瓷生片作為成為陶瓷基材1的材料的陶瓷材料，準備以Ba、Al、Si為主要成分的材料。然后，將各材料按照規(guī)定的組分進行調和，在800 1000°C下進行預燒結。利用氧化鋯球磨機對所得到的預燒結粉末進行12個小時的粉碎，從而獲得陶瓷粉末。將甲苯、燃料乙醇(EKINEN)等有機溶劑加入該陶瓷粉末中進行混合，然后，進一步加入粘合劑、可塑劑并進行混合，從而制作漿料。利用刮刀法使該漿料成形，從而制作了厚度為50μπι的陶瓷生片。(2)制作相對電極糊料此外，作為用于形成一對相對電極h、2b的相對電極糊料，將由80重量％的平均粒徑約為2 μ m的Cu粉、乙基纖維素等所構成的粘合劑樹脂進行調和，然后向其中添加溶劑并利用三根輥進行攪拌、混合，從而制作了相對電極糊料。另外，上述Cu粉的平均粒徑是指根據(jù)由微型跟蹤儀(Microtrack)進行的粒度分布測定而求出的中心粒徑(D50)。(3)制作放電輔助電極糊料而且，作為用于形成放電輔助電極3的放電輔助電極糊料，將金屬粒子(金屬導體粉末)和半導體粒子(半導體粉末)按照規(guī)定的比例進行混合，然后添加載體(vehicle) 并利用三根輥進行攪拌、混合，從而制作了放電輔助電極糊料。另外，使放電輔助電極糊料中載體的體積分率為75 95Vol%，使金屬粒子、半導體粒子的體積分率為剩余的5 25V01%。另外，在表1中示出用于進行評價的金屬粒子(金屬導體粉末)的種類。表1中的Al2O3涂層量(重量％ )、及^O2涂層量(重量％ )是涂層種類在所有帶涂層的Cu粒子中所占的重量比例，剩余部分是金屬粒子(金屬導體粉末)。進一步在表2中示出用于進行評價的半導體粒子(半導體粉末)的種類。此外， 在表2中同時示出用于進行比較評價的絕緣體粒子(絕緣體粉末)的種類。進一步在表3中示出載體的組分，即，粘合劑的種類、溶劑的種類、分散劑的種類、 以及它們的混合比例。此外，表4及表5示出使用金屬粒子、及半導體粒子、絕緣體粒子、載體來制作的放電輔助電極糊料的組分(vol% )。[表 1]
權利要求
1.一種ESD保護器件，其特征在于，包括相對電極，該相對電極包括一側相對電極和另一側相對電極而成，所述一側相對電極和另一側相對電極在陶瓷基材內部以前端部隔開間隔而相對的方式形成；以及放電輔助電極，該放電輔助電極配置成分別與構成所述相對電極的所述一側相對電極和所述另一側相對電極相接觸，并從所述一側相對電極跨至所述另一側相對電極， 所述放電輔助電極包含金屬粒子、半導體粒子、以及玻璃質，而且， 所述金屬粒子之間、所述半導體粒子之間、以及所述金屬粒子與所述半導體粒子之間經(jīng)由所述玻璃質相結合，并且，所述金屬粒子的平均粒徑X為1. 0 μ m以上，所述放電輔助電極的厚度Y與所述金屬粒子的平均粒徑X的關系滿足0. 5彡Y/X彡3的必要條件。
2.如權利要求1所述的ESD保護器件，其特征在于，所述金屬粒子為Cu粒子。
3.如權利要求1或2所述的ESD保護器件，其特征在于，所述半導體粒子為碳化硅粒子。
4.如權利要求1至3的任一項所述的ESD保護器件，其特征在于，所述玻璃質是由所述金屬粒子與所述半導體粒子之間發(fā)生反應而產(chǎn)生的。
5.如權利要求1至4的任一項所述的ESD保護器件，其特征在于，構成所述相對電極的所述一側相對電極和所述另一側相對電極的前端部彼此相對的放電間隙部、以及所述放電輔助電極的位于所述放電間隙部的區(qū)域面對設于所述陶瓷基材內部的空洞部。
6.一種ESD保護器件的制造方法，其特征在于，包括在第一陶瓷生片的一主面上印刷放電輔助電極糊料來形成未燒成的放電輔助電極的工序，所述放電輔助電極糊料包含平均粒徑為Ι.Ομπι以上的金屬粒子、半導體粒子、以及有機載體，并且，所述金屬粒子和所述半導體粒子中的至少一方在表面上具有玻璃的網(wǎng)眼形成成分，且所述金屬粒子與所述半導體粒子的總和所占的比例為7體積％ 25體積％ ； 在所述第一陶瓷生片的一主面上印刷相對電極糊料，從而形成包括一側相對電極和另一側相對電極的未燒成的相對電極的工序，所述一側相對電極和另一側相對電極各自覆蓋所述放電輔助電極的一部分，且配置成彼此隔開間隔；在所述第一陶瓷生片的一主面上層疊第二陶瓷生片以形成未燒成的層疊體的工序；以及將所述層疊體進行燒成，使所述放電輔助電極的所述金屬粒子的表面與所述半導體粒子的表面之間發(fā)生反應，從而生成玻璃質的工序。
7.如權利要求6所述的ESD保護器件的制造方法，其特征在于，所述放電輔助電極中含有的金屬粒子為帶氧化鋁涂層的Cu粒子，所述半導體粒子為碳化硅粒子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使重復施加靜電也不會產(chǎn)生特性劣變的、具有穩(wěn)定的特性的ESD保護器件及其制造方法。本發(fā)明的ESD保護器件構成為包括相對電極(2)，該相對電極(2)包括以相對的方式形成在陶瓷基材(1)內部的一側相對電極(2a)和另一側相對電極(2b)而成；以及放電輔助電極(3)，該放電輔助電極(3)配置成分別與一側相對電極和另一側相對電極相接觸，并從一側相對電極跨至另一側相對電極，放電輔助電極包含金屬粒子、半導體粒子、以及玻璃質，而且，金屬粒子之間、半導體粒子之間、以及金屬粒子與半導體粒子之間經(jīng)由玻璃質相結合，并且，金屬粒子的平均粒徑X為1.0μm以上，放電輔助電極的厚度Y與金屬粒子的平均粒徑X的關系滿足0.5≤Y/X≤3的必要條件。
文檔編號H01T4/12GK102576586SQ20108004298
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權日2009年9月30日
發(fā)明者椑圃久美子, 浦川淳, 筑澤孝之, 足立淳, 鷲見高弘 申請人:株式會社村田制作所