內置esd保護功能的基片的製作方法

2023-06-14 09:01:01 1

專利名稱：內置esd保護功能的基片的製作方法
技術領域：
本發明涉及內置ESD保護功能的基片。
背景技術：
ESD (Electro-Static Discharge 靜電放電)是指帶電的導電物體(人體等)接觸
或充分接近其它導電物體(電子設備等)時產生強烈放電的現象。ESD會引起發生電子 設備損傷或誤動作等問題。為了防止這些問題的發生，需要使放電時產生的電壓不被加 到電子設備的電路上。用於這種用途的是ESD保護器件，也稱為電湧吸收元件或電湧吸 收器。將ESD保護器件配置在例如電路的信號線路與接地之間。採用使一對電極分開 且相對結構的ESD保護器件在常規使用狀態下具有大電阻，信號不流到接地側。與此相 對，例如從行動電話等的天線施加靜電的情況那樣，若施加過大的電壓，則在ESD保護 器件的放電電極之間產生放電，能將靜電引到接地側。因而，不對ESD器件後級的電路 施加由靜電造成的電壓，能保護電路。例如圖18的分解立體圖、圖19的剖視圖所示的ESD保護器件在層疊有絕緣陶瓷 片2的陶瓷多層基片7內形成空洞部5，在空洞部5內相對地配置與外部電極1導通的放 電電極6，並將放電氣體封入空洞部5。若向放電電極6之間施加引起絕緣破壞的電壓， 空洞部5內在放電電極6之間產生放電，由於該放電，多餘的電壓被引導到接地，從而能 保護後級的電路(例如參考專利文獻1)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本專利特開2001-43954號公報

發明內容
然而，裝載ESD保護器件時，需要ESD保護器件的佔有空間，電路難小型化。 此外，從ESD保護器件至要保護的電子電路或電子元器件的布線距離長，存在因布線阻 抗的影響而ESD保護功能得不到充分發揮的情況。本發明鑑於此實情，要提供一種電路容易小型化、能使ESD保護功能得到充分 發揮的結構。為了解決上述課題，本發明提供採用以下結構的內置ESD保護功能的基片。一種內置ESD保護功能的基片，包括(a)絕緣基片，該絕緣基片內置有電路 元件和布線圖案中的至少一方；(b)形成於所述絕緣基片內部的至少一個空腔部；(c)至 少一對放電電極，該至少一對放電電極具有相對部，與上述電路元件或上述布線圖案電 連接，上述相對部被配置成在所述空腔部內設置間隔且其前端相對。在上述結構中，通過在形成於絕緣基片內部的空洞部內配置放電電極的相對 部，從而形成ESD保護部。S卩，若向放電電極之間施加超過預定值的電壓時，則放電電極的相對部彼此之間短路，作為ESD保護部起作用。根據上述結構，與使用分開獨立的ESD保護器件的情況相比，由於將ESD保護 部與絕緣基片一體化，能抑制安裝面積，電路容易小型化。另外，也縮短了布線距離， 能使ESD保護功能得到充分發揮。而且，分開獨 立的ESD保護器件也用基片製作，因此能將ESD保護部和絕緣基 片一體化，來製作內置ESD保護功能的基片，而不增加工序數。最好上述絕緣基片具有混合部。上述混合部被配置在設置有上述放電電極的表 面附近，至少與上述放電電極的上述相對部及上述相對部間的部分相鄰。上述混合部包 含金屬材料和構成上述絕緣基片的絕緣材料。在上述結構中，在放電電極的相對部與絕緣基片之間配置混合部。混合部包含 與放電電極的材料相同或類似的金屬材料和與絕緣基片的材料相同或相似的絕緣材料， 因此，能使混合部的熱膨脹率為放電電極的相對部的熱膨脹率和絕緣基片的熱膨脹率的 中間值。由此，能利用混合部緩解放電電極的相對部與絕緣基片的熱膨脹率之差，能減 小因放電電極剝離等造成的不良或特性的老化。而且，以與產生放電的放電電極的相對部相鄰的方式配置含金屬材料的混合 部，因而能通過調整混合部所含金屬材料的量或種類等，從而將放電開始電壓設定為希 望的值。由此，與僅通過改變放電電極的相對部間的間隔來進行調整的情況相比，能更 高精度地設定放電開始電壓。最好將上述混合部配置得僅與上述相對部和上述相對部間相鄰。在這種情況下，在與放電電極的相對部和相對部間相鄰的區域以外的周邊區域 不配置有含金屬材料的混合部，因此周邊區域的絕緣基片的介電常數等電特性或機械強 度不因混合部的金屬材料而降低。最好在向上述放電電極的上述相對部與上述混合部重疊的方向進行透視時，上 述混合部與上述空洞部的周緣相接，且僅形成在上述周緣的內側。在這種情況下，將混合部僅形成在空洞部的正下方，因此，放電電極的相對部 間的間隔偏差減小，能高精度地設定放電開始電壓。最好上述絕緣基片是陶瓷基片。陶瓷基片通過層疊多個基體材料層後進行燒結，容易在內部形成空洞部，或在 內部形成電路元件、電路圖案，因此適合內置ESD保護功能的基片的絕緣基片。最好在上述絕緣基片的信號輸入部附近形成上述空洞部和上述放電電極。在這種情況下，儘量縮短從絕緣基片的信號輸入部至ESD保護部的布線距離， 能防止因布線阻抗的影響造成的ESD保護功能降低。例如，在絕緣基片的信號輸入部與 形成於絕緣基片內部的電路元件或安裝在絕緣基片的電子元器件之間配置ESD保護部的 情況下，能使ESD保護性能對形成於絕緣基片內部的電路元件或安裝在絕緣基片的電子 元器件得到充分發揮。最好上述電路元件或上述布線圖案構成高頻電路。與將壓敏電阻或齊納二極體用於ESD保護的情況相比，根據本發明，能使 ESD保護部的電容非常小，所以能對高頻電路充分發揮ESD保護功能。例如，能對 300MHz(兆赫) 幾GHz(千兆赫)的高頻電路充分發揮ESD保護功能。
最好在上述絕緣基片上或上述絕緣基片內安裝IC。在這種情況下，由於ESD保護部的電容小，因此所安裝的IC即使在高頻中也正 常動作。另外，與使用分開獨立的ESD保護器件的情況相比，縮短ESD保護部與IC的 距離，能減小因兩者間的布線阻抗造成的保護功能劣化。本發明的內置ESD保護功能的基片，其電路容易小型化，能使ESD保護功能得 到充分發揮。


圖1是示出內置ESD保護功能的基片的結構的概要圖。(實施例1)圖2是示出內置ESD保護功能的基片的結構的電路圖。(實施例1)圖3是示出ESD保護部的結構的剖視圖。(實施例1)圖4是沿圖3的A-A線切斷的剖視圖。(實施例1)圖5是內置ESD保護功能的基片的立體圖。(實施例2)圖6是示出內置ESD保護功能的基片的結構的電路圖。(實施例2)圖7是示出內置ESD保護功能的基片的結構的概要圖。(實施例3)圖8是示出內置ESD保護功能的基片的結構的電路圖。(實施例3)圖9是示出內置ESD保護功能的基片的結構的分解立體圖。(實施例4)圖10是示出內置ESD保護功能的基片的結構的電路圖。(實施例4)圖11是示出內置ESD保護功能的基片的結構的概要圖。(實施例5)圖12是示出內置ESD保護功能的基片的結構的電路圖。(實施例5)圖13是示出內置ESD保護功能的基片的結構的概要圖。(實施例6)圖14是示出ESD保護部的結構的剖視圖。(變形例1)圖15是示出ESD保護部的結構的剖視圖。(變形例2)圖16是示出ESD保護部的結構的剖視圖。(變形例3)圖17是示出ESD保護部的結構的剖視圖。(變形例4)圖18是ESD保護器件的分解立體圖。(已有例)圖19是ESD保護器件的剖視圖。(已有例)符號說明10、10a 10e-內置ESD保護功能的基片12、12a-陶瓷多層基片(絕緣基片、陶瓷基片)13-空洞部14、14a-混合部14k-金屬材料15-間隔16、16b、16c、16d、16e_ 放電電極17、17b、17c、17d_ 相對部17k、17s、17t_ 前端18、18b、18c、18d、18e_ 放電電極19、19b、19c、19d_ 相對部
19k、19s、19t_ 前端20、20a、2Oc-外部電極(信號輸入部)21、21a、21s、21t_ 外部電極22、22a、22c_ 外部電極24、24a> 24b、24x, 24y-電感元件(電路元件)26, 26x, 26y、26z~電容元件(電路元件)28、28b-布線圖案30、30e_ESD 保護部50-IC
具體實施例方式下面，參照圖1 圖17說明本發明的實施方式。參照圖1 圖4說明實施例1的內置ESD保護功能的基片10。首先，參照圖1和圖2說明實施例1的內置ESD保護功能的基片10的整體結 構。圖1是以示意性示出內置ESD保護功能的基片10的截面結構的概要圖。圖2是示 出內置ESD保護功能的基片10的電路結構的電路圖。如圖1和圖2所示，內置ESD保護功能的基片10在由多個基體材料層層疊而形 成的陶瓷多層基片12的內部形成有作為電路元件的電感元件24和電容元件26、布線 圖案28、以及ESD保護部30。在陶瓷多層基片12的下表面12a形成有用於將內置ESD 保護功能的基片10安裝到其它電路基板等的外部電極20、21、22。將電感元件24形成在陶瓷多層基片12的上部12x，將電容元件26形成在陶瓷多 層基片12的下部12y。由電感元件24和電容元件26構成低通濾波器。S卩，內置ESD 保護功能的基片10是帶有ESD保護功能的低通濾波器。布線圖案28將電感元件24、電容元件26、ESD保護部30、及外部電極20、 21、22之間電連接。也可用陶瓷多層基片以外的絕緣基片，例如基體材料層為1層的陶瓷基片或樹 脂基片等使用樹脂基板等的陶瓷以外的材料的基片，以代替陶瓷多層基片12，但如後文 所述，使用陶瓷多層基片時，能容易地製作各種內置ESD保護功能的基片10，因而實用。將外部電極20、21和ESD保護部30分別形成在單一基體材料層的兩側，並形 成得大致相互相對。即，將ESD保護部30形成在成為輸入端子的外部電極20的附近。 由此，能在入口埠侵入到內置ESD保護功能的基片10的內部的ESD電壓。將ESD保護部30連接在成為輸入端子的外部電極20與成為接地端子的外部電 極21之間，在ESD保護部30的後級，即在成為輸出端子的外部電極22側，連接有由電 感元件24和電容元件26構成的低通濾波器。接著，參照圖3和圖4說明ESD 保護部30的結構。圖3是ESD保護部30的剖 視圖。圖4是沿圖3的A-A線切斷的剖視圖。如圖3和圖4示意地示出那樣，ESD保護部30在形成於陶瓷多層基片12的內部 的空洞部13內配置有放電電極16、18的相對部17、19。S卩，放電電極16、18中配置在空洞部13內的部分(露出在空洞部13內的部分)是相對部17、19。對於放電電極16、 18的相對部17、19，其前端17k、19k相互相對，在放電電極16、18的相對部17、19之 間形成間隔15。如圖1和圖2所示，放電電極16、18分別通過布線圖案28與外部電極20、21 電連接。對外部電極20、21之間施加預定值以上的電壓時，在放電電極16、18的相對 部17、19之間產生放電。如圖3所示，以與放電電極16、18的相對部17、19及其間的部分15相鄰的方式 形成混合部14。混合部14與放電電極16、18的相對部17、19和陶瓷多層基片12的基 體材料層相接。混合部14包含分散在陶瓷材料的基體材料中的粒子狀的金屬材料14k。如圖4所示，也可將混合部14形成為擴寬到空洞部13的外側。反之，雖然未示 出，但也可形成得比空洞部13要窄。例如，可僅形成於與空洞部相鄰的區域的一部分。用至少與放電電極16、18的相對部17、19相鄰而且與相對部17、19間的連續 部分相鄰的方式來配置混合部14即可。也就是說，配置成至少連接在放電電極16、18 的相對部17、19之間即可。混合部14的基體材料中的陶瓷材料可以是與陶瓷多層基片12的基體材料層的陶 瓷材料相同的材料，也可以是不同的材料，若取相同的材料，則容易使收縮舉動等與陶 瓷多層基片12—致，並且能減少使用的材料的種類。另外，混合部14中包含的金屬材 料14k可與放電電極16、18相同，也可不同，若取相同的材料，則容易使收縮舉動與放 電電極16、18—致，並且能減少使用的材料的種類。由於混合部14包含金屬材料14k和陶瓷材料，因而混合部14燒成時的收縮舉動 能成為包含相對部17、19的放電電極16、18與陶瓷多層基片12的基體材料層的中間狀 態。因而，能用混合部14緩和放電電極16、18的相對部17、19與陶瓷多層基片12的基 體材料層在燒結時的收縮舉動差異。其結果是，能減小因放電電極16、18的相對部17、 19剝離等造成的不良或特性偏差。另外，由於放電電極16、18的相對部17、19之間的 間隔15的偏差也變小，因而能減小放電開始電壓等特性的偏差。另外，混合部14的熱膨脹率也能成為放電電極16、18與陶瓷多層基片12的基 體材料層的中間值。由此，能用混合部14緩和放電電極16、18的相對部17、19與陶瓷 多層基片12的基體材料層的熱膨脹率之差。其結果是，能減小因放電電極16、18的相 對部17、19剝離等造成的不良或特性老化。而且，通過調整混合部14中包含的金屬材料14k的量或種類等，能將放電開始 電壓設定為希望的值。由此，與僅利用放電電極16、18的相對部17、19之間的間隔15 來調整放電開始電壓的情況相比，能更高精度地設定放電開始電壓。接著，說明內置ESD保護功能的基片10的製作例。(1)準備材料對於陶瓷材料，使用由以Ba、Al、Si為中心的成分組成的材料。調和、混合 各原料，使其形成預定的組成後，在800°C 1000°C下進預燒成。將得到的準燒成粉 末在氧化鋯球磨機中進行粉碎12小時，從而得到陶瓷粉末。在此陶瓷粉末中添加甲苯 EKINEN等有機溶劑並進行混合。還添加粘合劑、增塑劑進行混合，得到漿料。利用刮 刀法使由此獲得的漿料成形，從而得到厚度為50i!m(微米)的陶瓷生片。
另外，製作電極糊料。向由平均粒徑大約為2微米的Cu粉80wt%和乙基纖維 素等組成的粘結劑樹脂中添加溶劑，用三分叉滾動機進行攪拌、混合，從而得到電極糊 料。而且，按預定的比率混合Cu粉和上述陶瓷材料預燒成後的陶瓷粉末，並同樣 添加粘結劑樹脂和溶劑，從而得到陶瓷和金屬的混合糊料。混合糊料將樹脂和溶劑取為 20wt%,將其餘的80wt%取為陶瓷和Cu粉。如下面的表1所示那樣準備陶瓷/Cu粉的 體積比率不同的混合糊料。[表1]
權利要求
1.一種內置ESD保護功能的基片，其特徵在於，包括絕緣基片，該絕緣基片內置有電路元件和布線圖案中的至少一方；形成於所述絕緣基片內部的至少一個空腔部；以及至少一對放電電極，該至少一對放電電極與所述電路元件或所述布線圖案電連接， 該至少一對放電電極具有相對部，所述相對部在所述空腔部內被配置成設置有間隔且前 端相互對置。
2.如權利要求1所述的內置ESD保護功能的基片，其特徵在於，所述絕緣基片包 括混合部，該混合部被配置在設置有所述放電電極的表面附近，至少與所述放電電極的 所述相對部和所述相對部間的部分相鄰，且包含金屬材料和構成所述絕緣基片的絕緣材 料。
3.如權利要求2所述的內置ESD保護功能的基片，其特徵在於，將所述混合部配置 得僅與所述相對部及所述相對部間相鄰。
4.如權利要求2或3所述的內置ESD保護功能的基片，其特徵在於，在向所述放電 電極的所述相對部和所述混合部重疊的方向透視時，所述混合部與所述空洞部的周緣相 接，且僅被形成在所述周緣的內側。
5.如權利要求1至3中任一項權利要求所述的內置ESD保護功能的基片，其特徵在 於，所述絕緣基片是陶瓷基片。
6.如權利要求1至3中任一項權利要求所述的內置ESD保護功能的基片，其特徵在 於，在所述絕緣基片的信號輸入部附近形成有所述空洞部及所述放電電極。
7.如權利要求1至3中任一項權利要求所述的內置ESD保護功能的基片，其特徵在 於，所述電路元件或所述布線圖案構成高頻電路。
8.如權利要求1至3中任一項權利要求所述的內置ESD保護功能的基片，其特徵在 於，在所述絕緣基片上或所述絕緣基片內安裝有IC。
全文摘要
本發明的目的在於提供電路容易小型化、能使ESD保護功能得到充分發揮的結構。絕緣基片(12)中內置電路元件(24、26)和布線圖案(28)中的至少一方以及ESD保護部(30)。ESD保護部(30)在形成於絕緣基片(12)的內部的空洞部內配置有至少一對放電電極的相對部，使其前端彼此相對。將放電電極與電路元件(24、26)或布線圖案(28)電連接。
文檔編號H01T4/10GK102017339SQ20098011656
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月16日 優先權日2008年5月8日
發明者浦川淳, 野間隆嗣 申請人:株式會社村田製作所