JP5459295B2 - Ｅｓｄ保護デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子回路や電子部品をサージから保護するためのＥＳＤ保護デバイスに関し、特に放電時の熱、衝撃による破壊への耐性を向上させたＥＳＤ保護デバイスおよびその製造方法に関するものである。

一般に各種電気機器は、サージ等の静電気放電に対して脆弱なことがあり、その場合、静電気放電から回路素子を保護するためにＥＳＤ（Electro-Static-Discharge）保護デバイスが採用されることがある。ＥＳＤ保護デバイスは、回路素子を静電気から保護するために、放電現象を利用して信号ラインからグランドラインに過大な電圧を導くデバイスである。

現在、ＥＳＤ保護デバイスとして、一対の外部電極を有する絶縁性セラミックス層の内部に、外部電極と導通する内部電極および放電空間を構成したものがある（例えば特許文献１）。

図１は特許文献１に示されているＥＳＤ保護デバイス１０の斜視図、図２はそのＥＳＤ保護デバイス１０の分解斜視図、図３は図１のＡ―Ａ線での断面図である。このＥＳＤ保護デバイス１０は、図２に表れているように、絶縁性セラミックスシート２、孔５が形成された絶縁性セラミックスシート３、孔５および内部電極６が形成された絶縁性セラミックシート４の積層体である。積層体状態では、図３に表れているように、絶縁性セラミックス層７の内部に一対の内部電極６が対向配置されていて、対向部が放電空間８に露出している。積層体の端面には内部電極６に導通する外部電極１が形成されている。また、図５のＥＳＤ保護デバイス１０ａのように、放電空間８において、内部電極６と絶縁性セラミック層７とが一部分離している場合もある。

このＥＳＤ保護デバイス１０、１０ａがプリント配線板Ｐに実装されたとき、積層体とプリント配線板Ｐとの間に間隙ｄが生じる。

特開２００１−０４３９５４号公報

特許文献１に示されるような従来構造のＥＳＤ保護デバイスにおいては、ＥＳＤ保護作動時に流れるサージ電流で、放電電極の対向部近傍に発生した熱が放熱され難い。そのため、サージ電流が短時間に繰り返し流れると、放電電極の対向部の発熱量が非常に大きくなり、放電電極対向部近傍において電極の溶融やセラミックのガラス化が起こる場合がある。また、熱応力による亀裂（マイクロクラック）や割れも生じる。これらの現象によりショート不良に至るおそれがある。

本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、短時間に繰り返しサージ電流が流れたときのＥＳＤ保護デバイスの放電部の劣化を抑制したＥＳＤ保護デバイスを提供することにある。

（１）本発明のＥＳＤ保護デバイスは、
絶縁性セラミック層が積層されて、概形状が直方体である素体と、
前記素体の内部に形成され、互いに対向する対向部を有する、少なくとも一対の放電電極と、
前記素体の表面に形成され、前記放電電極に導通する外部電極と、
を有するＥＳＤ保護デバイスであって、
前記素体は、中央を通る長手方向の縦断面または中央を通る短手方向の縦断面の少なくとも一方で、前記素体の外面のうち、前記絶縁性セラミック層の積層方向にほぼ垂直な面の中央部が前記積層方向の内側へ凹んだ形状であることを特徴とする。

（２）前記素体は、前記素体の外面のうち、前記絶縁性セラミック層の積層方向にほぼ垂直な両面の中央部が前記積層方向の内側へ凹んだ形状であることを特徴とする。

（３）前記素体は、その内部に空洞を備え、前記放電電極の対向部が前記空洞内に露出していて、前記放電電極の対向部が前記素体の中央部（くびれ部）に位置していることが好ましい。このことにより、放電電極の対向部で発生した熱が速やかに素体の表面に達して放熱されるので、放電部の劣化がより抑制される。

（４）少なくとも前記放電電極の前記対向部および前記対向部間の部分に隣接して放電補助電極が配置されていて、前記放電補助電極は、導電性粒子と、絶縁性粒子または半導体粒子とを含んで構成されていることが好ましい。

（５）たとえば、前記導電性粒子は、表面が絶縁材料で被覆された粒子である。

（６）本発明のＥＳＤ保護デバイスの製造方法は、
第１の絶縁性セラミック層の一面と第２の絶縁性セラミック層の一面との少なくとも一方に互いに対向する一対の放電電極を形成する放電電極形成工程と、
前記放電電極の対向部間に放電補助電極材料を付着させる放電補助電極材料付与工程と、
第１絶縁性セラミック層の前記一面と第２絶縁性セラミック層の前記一面とが互いに対向した状態で前記第１絶縁性セラミック層と前記第２絶縁請求項セラミック層とを積層して積層体を構成する積層工程と、
前記積層体を個々の素体に分割する分割工程と、
前記分割工程により得られた素体の表面に前記放電電極に導通する外部電極を形成する外部電極形成工程と、
前記外部電極が形成された前記素体を焼成し、前記第１絶縁性セラミック層と前記第２絶縁性セラミック層との間に前記放電電極のそれぞれの端部が露出する空洞部を形成し、前記空洞部内に前記放電補助電極材料を分散させる焼成工程と、を有し、
前記素体の中央を通る長手方向の縦断面または中央を通る短手方向の縦断面の少なくとも一方で、前記素体の外面のうち、前記絶縁性セラミック層の積層方向にほぼ垂直な面の中央部を前記積層方向の内側へ凹ませるくびれ化工程を備えたことを特徴とする。

（７）たとえば、前記くびれ化工程は、前記焼成工程による焼成前の前記素体の金型によるプレス加工である。

（８）たとえば、前記くびれ化工程は、前記第１絶縁性セラミック層および第２絶縁性セラミック層のセラミック材料より焼結収縮が遅れる材料を前記第１絶縁性セラミック層、第２絶縁性セラミック層の一方または両方に配置する工程である。

本発明によれば、放電部の放熱性および耐熱衝撃性が高いので、たとえば短時間に繰り返しサージ電流が流れたときの放電部の劣化が抑制されたＥＳＤ保護デバイスが得られる。

図１は特許文献１に示されているＥＳＤ保護デバイス１０の斜視図である。 図２はＥＳＤ保護デバイス１０の分解斜視図である。 図３は図１のＡ―Ａ線での断面図である。 図４は別の従来のＥＳＤ保護デバイスの断面図である。 図５（Ａ）は第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０１の斜視図である。図５（Ｂ）は第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイスの積層方向に垂直な表面を示す斜視図である。図５（Ｃ）は第１の実施形態の別のＥＳＤ保護デバイス積層方向に垂直な表面を示す斜視図である。 図６（Ａ）は図５におけるＥＳＤ保護デバイス２０１のＡ−Ａラインでの縦断面図、図６（Ｂ）は図５におけるＥＳＤ保護デバイス２０１のＢ−Ｂラインでの縦断面図である。 図７（Ａ）は第２の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０２Ａの長手方向の縦断面図、図７（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０２Ａの短手方向の縦断面図である。 図８（Ａ）は第２の実施形態の別のＥＳＤ保護デバイス２０２Ｂの長手方向の縦断面図、図８（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０２Ｂの短手方向の縦断面図である。 図９（Ａ）は第３の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０３の長手方向の縦断面図、図９（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０３の短手方向の縦断面図である。 図１０（Ａ）は第４の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０４の長手方向の縦断面図、図１０（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０４の短手方向の縦断面図である。 図１１は放電部の断面構造を拡大して表した模式図である。 図１２（Ａ）は第５の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０５の長手方向の縦断面図、図１２（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０５の短手方向の縦断面図である。 図１３（Ａ）は第６の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０６の長手方向の縦断面図、図１３（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０６の短手方向の縦断面図である。 図１４（Ａ）は第７の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０７の長手方向の縦断面図、図１４（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０７の短手方向の縦断面図である。

《第１の実施形態》
図５（Ａ）は第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０１の斜視図である。図６（Ａ）は図５（Ａ）におけるＥＳＤ保護デバイス２０１のＡ−Ａラインでの縦断面図、図６（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＥＳＤ保護デバイス２０１のＢ−Ｂラインでの縦断面図である。図６（Ａ）におけるＢ−Ｂ′ラインは、前記Ｂ−Ｂラインでの縦断面の位置を表している。

このＥＳＤ保護デバイス２０１は、絶縁性セラミック層１７が積層されて、概形状が直方体である素体１０１と、素体１０１の内部に形成され、互いに対向する対向部を有する一対の放電電極１６と、素体１０１の表面に形成され、放電電極１６に導通する外部電極１１と、を有するＥＳＤ保護デバイスである。外部電極１１は素体１０１の互いに対向する長手方向の両端部に形成されている。また、素体１０１は、その内部に空洞１８を備え、放電電極１６の対向部が空洞１８内に露出している。そして、放電電極１６の対向部が素体１０１の中央部（くびれ部）に位置している。

素体１０１は、図６（Ａ）に表れているように、中央を通る長手方向の縦断面および中央を通る短手方向の縦断面の両方について、素体１０１の両端部近傍から中央部にかけて絶縁性セラミック層１７の積層方向寸法（プリント配線板Ｐの面に垂直な高さ方向の厚み寸法）が次第に細くなった（くびれた）鼓形である。但し、第１の実施形態では、図６（Ｂ）に表れているように、素体１０１の短手方向の水平方向（プリント配線板Ｐの実装面に平行な方向）の幅については、プリント配線板Ｐの実装面に垂直な高さ方向の位置で中央部が上下面より太くなっている。また、前記幅は素体１０１の長手方向の両端部近傍から長手方向の中央部にかけて次第に太くなっている。

一般的に「鼓形状」とは、数学的意味で一葉双曲面が上底面および下底面で閉じられた立体形状のことであるが、本発明における「鼓形状」は二葉双曲面が所定形状の側面で閉じられた立体形状の意味で用いている。さらに限定的には、素体の互いに対向する端部の近傍から中央部にかけて次第に細くなった（すなわちくびれた）形状の意味で用いている。

このように、素体１０１が鼓形状であれば、素体１０１の外面積（素体１０１の両端面およびその間を結ぶ四側面の面積の総和）は、両端面の寸法が同じ六面体（以下、「従来構造」）に比べて大きい。そのため、素体１０１の外表面からの放熱性が高い。また、素体１０１の積層方向について、空洞１８の内面から素体１０１の外面までの厚み寸法は従来構造に比べて薄い。そのため、素体１０１の発熱部と表面間の温度勾配が大きくなって放熱性が高まる。さらに、ＥＳＤ保護デバイス２０１をプリント配線板Ｐに実装した状態で、素体１０１の中央部とプリント配線板Ｐとの間隙ｄが従来構造に比べて大きい。そのため、素体１０１の下部における放熱効果も高まる。

上述の三つの作用によって、サージ電流が流れて放電電極１６の対向部（すなわち空洞１８）近傍に発生した熱を素体１０１表面へ伝達し外部へ放熱することが容易にできる。ちなみに素体が太鼓形や球形に近い形状にしても表面積は増大するが、電極対向部から素体表面までの距離が大きくなるので、素体が鼓形状である場合に比較して放熱性は劣る。

図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示したＡ−Ａラインの断面、Ｂ−Ｂラインの断面およびＣ−Ｃラインの断面で囲まれた素体の１／８の領域の表面形状を示す。積層方向に垂直な表面の中央部が二葉双極面の形状である。また、図５（Ｃ）は別の例であり、図５（Ｂ）の場合と同様に素体の１／８の領域の表面形状を示す。

素体の形状は、表面積が増大して、電極対向部から素体表面までの距離が小さくなるものであればよく、中央を通る長手方向の縦断面または中央を通る短手方向の縦断面の少なくとも一方で、中央部が積層方向の内側へ凹んでいる形状であればよい。図５（Ｃ）に示すように、素体表面の中央部が角錐状に凹んでいる形状であってもよい。

上記では、中央を通る長手方向の縦断面または中央を通る短手方向の縦断面の双方で積層方向の内側へ凹んでいる形状であるが、中央を通る長手方向の縦断面または中央を通る短手方向の縦断面の一方で積層方向内側へ凹んでいる形状であってもよい。

次に、前記ＥＳＤ保護デバイス２０１の製造方法について示す。ＥＳＤ保護デバイス２０１の製造手順は以下のとおりである。
(1)セラミック材料の準備
絶縁性セラミック層１７の材料となるセラミック材料には、Ba、Al、Siを中心とした組成からなる材料(BAS材)を用いる。各素材を所定の組成になるよう調合、混合し、800-1000℃で仮焼する。得られた仮焼粉末をジルコニアボールミルで12時間粉砕し、セラミック粉末を得る。このセラミック粉末に、トルエン・エキネンなどの有機溶媒を加え混合する。さらにバインダー、可塑剤を加え混合しスラリーを得る。このようにして得られたスラリーをドクターブレード法により成形し、厚さ50μｍのセラミックグリーンシートを得る。

また、放電電極を形成するための電極ペーストを作製する。平均粒径約2μｍのCu粉80wt%とエチルセルロース等からなるバインダー樹脂に溶剤を添加し、３本ロールで撹拌、混合することで電極ペーストを得る。ここで平均粒径は、セラミックス粉体の一般的な測定方法であるレーザー回折・散乱法による。

空洞１８を形成する起点となる樹脂ペーストも同様の方法にて作製する。樹脂ペーストは樹脂と溶剤のみからなる。樹脂材料には焼成時に分解、消失する樹脂を用いる。例えば、PET、ポリプロピレン、アクリル樹脂などである。

(2)スクリーン印刷による電極、樹脂ペーストの塗布
セラミックグリーンシ−ト上に電極ペーストを塗布して、対向部間が放電ギャップとなる間隔を隔てて放電電極１６のパターンを形成する。ここでは、放電電極１６の太さが100μｍ、放電ギャップ幅（対向部間の間隔寸法）が30μｍとなるように形成した。さらにその上に、空洞部を形成するための樹脂ペーストを塗布する。

(3)積層、圧着
通常のセラミック多層基板と同様に、セラミックグリーンシートを積層し、圧着することにより積層体を構成する。ここでは焼成後の厚みが0.25mmで、放電電極１６の対向部が焼成後に空洞１８内に露出するように積層した。

(4)カット、端面電極塗布
LCフィルタのようなチップタイプの電子部品と同様に、マイクロカッタでカットして、各素体に分離する。ここでは、1.0mm×0.5mmになるようにカットした。カット後の素体を金型でプレス加工することによって図６に示した鼓形状に成形する。その後、素体１０１の端面に、焼成後に外部電極１１となる電極ペーストを塗布する。

なお、セラミックグリーンシートの積層方向であり、素体の厚み方向（縦横高さのうち最も薄い寸法方向）に上記のプレスを行うことにより成形が容易且つ効率良くできる。

(5)焼成
次いで、通常のセラミック多層基板と同様に、N₂雰囲気中で焼成する。また、ＥＳＤに対する応答電圧を下げるため空洞部にAr,Ne等の希ガスを導入する場合には、セラミック材料の収縮、焼結が行われる温度領域をAr,Neなどの希ガス雰囲気で焼成すればよい。放電電極１６および外部電極１１が酸化しない電極材料である場合には、大気雰囲気で焼成してもよい。

(6)めっき
LCフィルタのようなチップタイプの電子部品と同様に、外部電極１１の表面に電解Ni-SnめっきによりNi-Snめっき膜を形成する。

以上の手順で、図５（Ａ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示したＥＳＤ保護デバイス２０１が完成する。

なお、基板に用いるセラミック材料は、特に上記の材料に限定されるものではなく、フォレステライトにガラスを加えたものや、CaZrO₃にガラスを加えたものなど、他のものを添加してもよい。

また、電極材料もCuだけでなく、Ag,Pd,Pt,Al,Ni,Wや、これらの組合せでもよい。

また、空洞部形成の起点として樹脂ペーストを塗布したが、樹脂でなくともカーボンなど焼成で消失するものならばよいし、また、ペースト化して印刷で形成しなくとも、樹脂フィルムなどを所定の位置にのみ貼り付けること等によって配置してもよい。

上述のとおり、カット後の素体を金型でプレス加工することによって鼓形状に成形する方法は低コストに製造できる。

次に、上記の手順で作製したＥＳＤ保護デバイスの特性を示す。ここでは、従来構造のＥＳＤ保護デバイスと第１の実施形態のＥＳＤ保護デバイスをそれぞれ100個作製し、ＥＳＤ繰り返し耐性を確認した。

ＥＳＤ繰り返し耐性は、IECの規格（IEC61000-4-2）に従って接触放電にて8ｋV印加を連続で50回、100回、300回、500回と行い、連続印加後にショート（IR＝1MΩ未満）の発生有無を確認した。ショートしていないものを良好（○印）、ショートしているものを不良（×印）とし、不良については不良率（％）も求めた。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、従来構造のＥＳＤ保護デバイスではサージの繰り返し回数が１００回以上でショート不良が発生し、繰り返し回数が増すほど不良率が高まっている。これに対し、本発明の第１の実施形態では、サージの繰り返し回数が５００回であってもショート不良は発生しなかった。このように、本発明によれば、ショート発生率を低減でき、ＥＳＤ繰り返し耐性の向上を得ることができた。

なお、第１の実施形態では、素体１０１の短手方向の水平方向の幅について、長手方向の両端部近傍から長手方向の中央部にかけて次第に太くなった例を示したが、この短手方向の水平方向の幅についても、長手方向の両端部近傍から長手方向の中央部にかけて次第に細くなっていることが好ましい。

《第２の実施形態》
図７（Ａ）は第２の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０２Ａの長手方向の縦断面図、図７（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０２Ａの短手方向の縦断面図である。図７（Ａ）におけるＢ−Ｂ′ラインは図７（Ｂ）に対応する縦断面の位置を表している。

図８（Ａ）は第２の実施形態の別のＥＳＤ保護デバイス２０２Ｂの長手方向の縦断面図、図８（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０２Ｂの短手方向の縦断面図である。図８（Ａ）におけるＢ−Ｂ′ラインは図８（Ｂ）に対応する縦断面の位置を表している。

前記ＥＳＤ保護デバイス２０２Ａは、絶縁性セラミック層２７が積層されて、概形状が直方体である素体１０２Ａと、素体１０２Ａの内部に形成され、互いに対向する対向部を有する一対の放電電極１６と、素体１０２Ａの表面に形成され、放電電極１６に導通する外部電極１１と、を有するＥＳＤ保護デバイスである。外部電極１１は素体１０１の互いに対向する両端部に形成されている。また、素体１０２Ａは、その内部に空洞１８を備え、放電電極１６の対向部が空洞１８内に露出している。そして、放電電極１６の対向部が素体１０２Ａの中央部（くびれ部）に位置している。

このＥＳＤ保護デバイス２０２Ａの素体１０２Ａは、中央を通る長手方向の縦断面および中央を通る短手方向の縦断面の両方について、素体１０２Ａの両端部近傍から中央部にかけて絶縁性セラミック層２７の積層方向寸法（プリント配線板Ｐの面に垂直な高さ方向の厚み寸法）が次第に細くなった（くびれた）鼓形である。第１の実施形態と異なり、水平方向（プリント配線板への実装面に平行な方向）の幅については、プリント配線板への実装面に垂直な高さ方向位置では、どの高さ位置でもほぼ一定である。

もう一つのＥＳＤ保護デバイス２０２Ｂについては、図８（Ｂ）に表れているように、ＥＳＤ保護デバイス２０２Ｂの素体１０２Ｂは、中央を通る長手方向の縦断面および中央を通る短手方向の縦断面の両方について、素体１０２Ｂの両端部近傍から中央部にかけて絶縁性セラミック層３７の積層方向寸法が次第に細くなった（くびれた）鼓形であるだけでなく、水平方向の幅については、プリント配線板への実装面に垂直な高さ方向位置の中央部で細くなった形状である。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。

なお、素体１０２Ａ，１０２Ｂの短手方向の水平方向の幅について、長手方向の両端部近傍から長手方向の中央部にかけて次第に太くなっていてもよいが、この短手方向の水平方向の幅についても、長手方向の両端部近傍から長手方向の中央部にかけて次第に細くなっていることが好ましい。

《第３の実施形態》
図９（Ａ）は第３の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０３の長手方向の縦断面図、図９（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０３の短手方向の縦断面図である。図９（Ａ）におけるＢ−Ｂ′ラインは図９（Ｂ）に対応する縦断面の位置を表している。

第１・第２の実施形態では、素体のくびれ形状の形成を金型によるプレス加工にて得た。第３の実施形態では、積層体を構成するセラミック材料と焼結収縮挙動の異なる材料（以下、「収縮挙動変更材」という。）を用いることでくびれ形状を得る。

ＥＳＤ保護デバイス２０３は、絶縁性セラミック層１７が積層されて、概形状が直方体である素体１０３と、素体１０３の内部に形成され、互いに対向する対向部を有する一対の放電電極１６と、素体１０３の表面に形成され、放電電極１６に導通する外部電極１１と、を有するＥＳＤ保護デバイスである。外部電極１１は素体１０３の長手方向の互いに対向する両端部に形成されている。また、素体１０３は、その内部に空洞１８を備え、放電電極１６の対向部が空洞１８内に露出している。そして、放電電極１６の対向部が素体１０３の中央部（くびれ部）に位置している。第１の実施形態で示したＥＳＤ保護デバイスと異なり、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すＥＳＤ保護デバイス２０３においては、空洞１８に沿って収縮挙動変更材２９を設けている。

次に、このＥＳＤ保護デバイス２０３の製造方法について示す。ＥＳＤ保護デバイス２０３の製造手順は以下のとおりである。

(1)セラミック材料の準備
第１の実施形態で示した「(1) セラミック材料の準備」と同じである。
収縮挙動変更材２９用のペーストも、他ペーストと同様の方法にて作製する。収縮挙動変更材２９用のペーストは絶縁性セラミック層のセラミック材料よりも焼結収縮が遅れる材料を用いる。例えば、アルミナ単体やBAS材とアルミナの混合体などである。アルミナは1300〜1400℃で焼結するのに対しBAS材は1000℃以下で焼結するので、この二つの混合体は、BAS材の焼結が始まるとアルミナ粉がBAS材中に取り込まれるようになり、焼結収縮が遅れる。そして焼結収縮の遅れ具合は、BAS材とアルミナの比を設定することにより定められる。
(2)スクリーン印刷による電極、樹脂ペーストの塗布
収縮挙動変更材２９用ペーストを下地のグリーンシートに塗布する。その後、電極および樹脂ペーストを塗布する。その他は第１の実施形態で示した「(2) スクリーン印刷による電極、樹脂ペーストの塗布」と同様である。
(3)積層、圧着
第１の実施形態で示した「(3) 積層、圧着」と同様である。
(4)カット、端面電極塗布
第１の実施形態で示した「(4) カット、端面電極塗布」と基本的に同様である。但し、金型によるプレス加工は行わない。
(5)焼成
第１の実施形態で示した「(5) 焼成」と同様である。
(6)めっき
第１の実施形態で示した「(6) めっき」と同様である。

以上の製造手順のうち焼成工程で、収縮挙動変更材２９は絶縁性セラミック層１７のセラミック材料よりも焼結収縮が遅れる。図９（Ａ）の断面でみると、素体１０３の長手方向の収縮は、絶縁性セラミック層１７が収縮挙動変更材２９より先に進む。すなわち、収縮挙動変更材２９は素体１０３の中央高さで長手方向の収縮を抑制するように作用する。そのため、素体１０３の長手方向の両端から中央にかけて積層方向の厚みが次第に薄くなる。

また、図９（Ｂ）の断面でみると、素体１０３の短手方向の収縮は、絶縁性セラミック層１７が収縮挙動変更材２９より先に進む。すなわち、収縮挙動変更材２９は素体１０３の中央高さで短手方向の収縮を抑制するように作用する。そのため、素体１０３の短手方向の両端から中央にかけて積層方向の厚みが次第に薄くなる。

上述の収縮挙動の作用を利用するので、収縮挙動変更材２９の材料、寸法、配置位置に応じて、積層体のセラミック材料の焼結収縮挙動を任意に変更でき、狙いとするくびれ形状を得ることができる。結果として、第１の実施形態で示したものと同様の効果が得られる。

なお、収縮挙動変更材２９用のペーストを塗布する方法以外に、グリーンシート状のものを積層・圧着してもよい。また、収縮挙動変更材２９の設置位置は空洞１８の一部に配置してもよい。もしくは空洞１８から離れた周囲に配置してもよい。

この第３の実施形態にように、絶縁性セラミック層のセラミック材料より焼結収縮が遅れる材料を絶縁性セラミック層に配置することによって鼓形状にする方法は素体の形状を高精度に形成できる。

《第４の実施形態》
図１０（Ａ）は第４の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０４の長手方向の縦断面図、図１０（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０４の短手方向の縦断面図である。図１０（Ａ）におけるＢ−Ｂ′ラインは図１０（Ｂ）に対応する縦断面の位置を表している。

第１の実施形態と異なるのは放電部の構成である。第４の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０４は空洞１８内に、少なくとも放電電極１６の対向部および対向部間の部分に隣接して放電補助電極３９が配置されている。

放電補助電極３９は、導電性粒子と、絶縁性粒子もしくは半導体粒子とを含んで構成された混合物である。または、導電性粒子、絶縁性粒子および半導体粒子を含んで構成された混合物である。

図１１は放電部の断面構造を拡大して表した模式図である。この例では、絶縁性セラミック層１７はアルミナであり、放電補助電極３９Ａは放電補助電極３９Ｂよりも粒径が大きく、空洞１８と絶縁性セラミック層１７との界面、および界面近傍の絶縁性セラミック層１７の内部に充填される構造であってもよい。

放電補助電極３９は、粒子状の金属材料３９Ａ１と、金属材料３９Ａ１の表面に設けられる絶縁性被膜３９Ａ２とを備える。また、放電補助電極３９は、粒子状の半導体材料３９Ｂ１と、半導体材料３９Ｂ１の表面に設けられる絶縁性被膜３９Ｂ２とを備える。ここでは、金属材料３９Ａ１はCu粒子であり、半導体材料３９Ｂ１はSiC粒子である。また、絶縁性被膜３９Ａ２はアルミナ被膜であり、絶縁性被膜３９Ｂ２は半導体材料３９Ｂ１が酸化されてなるSiO₂被膜である。

また、空洞１８の内部にはガラス様物質４０が、放電補助電極３９Ａ，３９Ｂを囲むように形成されている。ガラス様物質４０は作為的に形成したものではなく、空洞１８を形成するために用いる犠牲層の周辺部材由来の構成材料などの酸化等の反応によって形成されるものである。

次に、このＥＳＤ保護デバイス２０４の製造方法について示す。ＥＳＤ保護デバイス２０４の製造手順は以下のとおりである。

(1)セラミック材料の準備
第１の実施形態で示した「(1) セラミック材料の準備」と同様である。
(2)スクリーン印刷による電極、樹脂ペーストの塗布
放電補助電極を形成するための混合ペーストは、導電性材料として平均粒径約3μｍのCu粉と、セラミック材料として平均粒径約1μｍのBAS粉を所定の割合で調合し、バインダー樹脂と溶剤を添加し３本ロールで撹拌、混合することで得た。混合ペーストはバインダー樹脂と溶剤を20ｗｔ%とし、残りの80wt%をCu粉とBAS粉とした。
先ず、混合ペーストを下地のグリーンシートに塗布する。その後、電極および樹脂ペーストを塗布する。または、グリーンシートに塗布した収縮挙動変更材上に混合ペーストを塗布する。その後、その後、電極および樹脂ペーストを塗布する。
(3)積層、圧着
第１の実施形態で示した「(3) 積層、圧着」と同様である。
(4)カット、端面電極塗布
第１の実施形態で示した「(4) カット、端面電極塗布」と同様である。
(5)焼成
第１の実施形態で示した「(5) 焼成」と同様である。
(6)めっき
第１の実施形態で示した「(6) めっき」と同様である。

放電補助電極を形成するための混合ペーストに用いるセラミック材料は、特に上記の材料に限定されるものではなく、フォレステライトにガラスを加えたものや、CaZrO₃にガラスを加えたものなど、他のものを加えてもよい。デラミレーション抑制の観点から、前記セラミック多層基板の少なくとも１層を形成するセラミック材料と同じであることが好ましい。また、ＥＳＤ応答性の観点から、半導体セラミックであることが好ましい。半導体セラミックとは、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化モリブデン、炭化タングステン等の炭化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化クロム、窒化バナジウム、窒化タンタル等の窒化物、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化タングステン、ケイ化モリブデン、ケイ化クロム、ケイ化クロム等のケイ化物、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化クロム、ホウ化ランタン、ホウ化モリブデン、ホウ化タングステン等のホウ化物、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム等の酸化物をいう。特に、比較的安価で、かつ、各種粒径のバリエーションが市販されていることから、炭化ケイ素が特に好ましい。これらの半導体セラミックは、適宜、単独または２種類以上を混合して使用してもよい。また、半導体セラミックは、適宜、アルミナやBAS材等の絶縁性セラミック材料と混合して使用してもよい。

放電補助電極を形成するための混合ペーストに用いる導電材料は、Cuだけでなく、Ag、Pd、Pt、Al、Ni、Ｗや、これらの組合せでもよい。また、無機材料でコートされた導電材料でもよい。また、コート材料は無機材料であれば特に限定されるものではない。Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂等の無機材料や、BASのような混合仮焼材料などでもよい。また、半導体セラミック材料などでもよい。デラミレーション抑制の観点から、前記セラミック材料と同一の成分を有しているか、少なくとも前記セラミック材料または前記セラミック多層基板を構成する元素を含有していることが好ましい。コートを施される金属材料も、Cuだけでなく、Ag、Pd、Pt、Al、Ni、Ｗやこれらの組合せでもよい。コート量は、混合セラミック粉と同様に、収縮挙動に合わせた最適化が必要である。

また、金属／セラミックの混合材料は、ペーストとして形成するだけでなく、シート化して配置してもよい。

なお、前記放電補助電極は、導電性粒子、絶縁性粒子および半導体粒子の全てを含んでいる必要はなく、導電性粒子とともに絶縁性粒子または半導体粒子を含んで構成されていてもよい。

《第５の実施形態》
図１２（Ａ）は第５の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０５の長手方向の縦断面図、図１２（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０５の短手方向の縦断面図である。図１２（Ａ）におけるＢ−Ｂ′ラインは図１２（Ｂ）に対応する縦断面の位置を表している。

第４の実施形態で図１０に示したＥＳＤ保護デバイス異なるのは、積層体を構成するセラミック材料と焼結収縮挙動の異なる材料（収縮挙動変更材）を用いてくびれ形状の素体を得ている点である。
このように、放電補助電極３９を備えたものに収縮挙動変更材２９を適用してもよい。

《第６の実施形態》
図１３（Ａ）は第６の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０６の長手方向の縦断面図、図１３（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０６の短手方向の縦断面図である。図１３（Ａ）におけるＢ−Ｂ′ラインは図１３（Ｂ）に対応する縦断面の位置を表している。

第５の実施形態で図１１に示したＥＳＤ保護デバイス異なるのは、積層体を構成するセラミック材料と焼結収縮挙動の異なる材料（収縮挙動変更材）を空洞１８の周囲に配置している点である。

この第６の実施形態では、空洞１８に下部に沿って収縮挙動変更材２９を配置し、空洞１８の上部に沿って収縮挙動変更材５９を配置している。このように、収縮挙動変更材２９，５９を素体の中央部に配置することによって、素体１０６の長手方向の両端から中央にかけて積層方向の厚みが次第に薄くなり、素体１０６の短手方向の両端から中央にかけて積層方向の厚みが次第に薄くなる。

この第６の実施形態では、空洞１８の周囲に収縮挙動変更材２９，５９を配置しているので、素体１０６のくびれ形状を大きく形成できる。

《第７の実施形態》
図１４（Ａ）は第７の実施形態のＥＳＤ保護デバイス２０７の長手方向の縦断面図、図１４（Ｂ）はそのＥＳＤ保護デバイス２０７の短手方向の縦断面図である。図１４（Ａ）におけるＢ−Ｂ′ラインは図１４（Ｂ）に対応する縦断面の位置を表している。

第７の実施形態では、素体１０７の中央部に複数層に収縮挙動変更材２９，５９，６９，７９を配置しているその他の構成はこれまでの各実施形態で示したものと同様である。

この第７の実施形態では、素体１０７の中央部に、より多くの収縮挙動変更材２９，５９，６９，７９を配置することになるので、素体１０７のくびれ形状をより大きく形成できる。

Ｐ…プリント配線板
１１…外部電極
１６…放電電極
１７…絶縁性セラミック層
１８…空洞
２７…絶縁性セラミック層
２９，５９，６９，７９…収縮挙動変更材
３７…絶縁性セラミック層
３９…放電補助電極
３９Ａ，３９Ｂ…放電補助電極
３９Ａ１…金属材料
３９Ａ２…絶縁性被膜
３９Ｂ１…半導体材料
３９Ｂ２…絶縁性被膜
４０…ガラス様物質
１０１…素体
１０２Ａ，１０２Ｂ…素体
１０３〜１０７…素体
２０１…ＥＳＤ保護デバイス
２０２Ａ…ＥＳＤ保護デバイス
２０２Ｂ…ＥＳＤ保護デバイス
２０３〜２０７…ＥＳＤ保護デバイス

Claims (8)

1. 絶縁性セラミック層が積層されて、概形状が直方体である素体と、
   前記素体の内部に形成され、互いに対向する対向部を有する、少なくとも一対の放電電極と、
   前記素体の表面に形成され、前記放電電極に導通する外部電極と、
   を有するＥＳＤ保護デバイスであって、
   前記素体は、中央を通る長手方向の縦断面または中央を通る短手方向の縦断面の少なくとも一方で、前記素体の外面のうち、前記絶縁性セラミック層の積層方向にほぼ垂直な面の中央部が前記積層方向の内側へ凹んだ形状であることを特徴とするＥＳＤ保護デバイス。
2. 前記素体は、前記素体の外面のうち、前記絶縁性セラミック層の積層方向にほぼ垂直な両面の中央部が前記積層方向の内側へ凹んだ形状である、請求項１に記載のＥＳＤ保護デバイス。
3. 前記素体は、その内部に空洞を備え、前記放電電極の対向部が前記空洞内に露出していて、前記放電電極の対向部が前記素体の中央部に位置している、請求項１または２に記載のＥＳＤ保護デバイス。
4. 少なくとも前記放電電極の前記対向部および前記対向部間の部分に隣接して配置される放電補助電極を備え、
   前記放電補助電極は、導電性粒子と、絶縁性粒子または半導体粒子とを含んで構成された、請求項１〜３のいずれかに記載のＥＳＤ保護デバイス。
5. 前記導電性粒子は、表面が絶縁材料で被覆された粒子である、請求項４に記載のＥＳＤ保護デバイス。
6. 第１絶縁性セラミック層の一面と第２絶縁性セラミック層の一面との少なくとも一方に互いに対向する一対の放電電極を形成する放電電極形成工程と、
   前記放電電極の対向部間に放電補助電極材料を付着させる放電補助電極材料付与工程と、
   第１絶縁性セラミック層の前記一面と第２絶縁性セラミック層の前記一面とが互いに対向した状態で前記第１絶縁性セラミック層と前記第２絶縁性セラミック層とを積層して積層体を構成する積層工程と、
   前記積層体を個々の素体に分割する分割工程と、
   前記分割工程により得られた素体の表面に前記放電電極に導通する外部電極を形成する外部電極形成工程と、
   前記外部電極が形成された前記素体を焼成し、前記第１絶縁性セラミック層と前記第２絶縁性セラミック層との間に前記放電電極のそれぞれの端部が露出する空洞部を形成し、前記空洞部内に前記放電補助電極材料を分散させる焼成工程と、を有し、
   前記素体の中央を通る長手方向の縦断面または中央を通る短手方向の縦断面の少なくとも一方で、前記素体の外面のうち、前記絶縁性セラミック層の積層方向にほぼ垂直な面の中央部を前記積層方向の内側へ凹ませるくびれ化工程を備えたことを特徴とするＥＳＤ保護デバイスの製造方法。
7. 前記くびれ化工程は、前記焼成工程による焼成前の前記素体の金型によるプレス加工である、請求項６に記載のＥＳＤ保護デバイスの製造方法。
8. 前記くびれ化工程は、前記第１絶縁性セラミック層および第２絶縁性セラミック層のセラミック材料より焼結収縮が遅れる材料を前記第１絶縁性セラミック層、第２絶縁性セラミック層の一方または両方に配置する工程である、請求項６に記載のＥＳＤ保護デバイスの製造方法。