JP2012018902A - 静電気対策素子 - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量が小さく、且つ、繰り返し使用の耐久性が高められた静電気対策素子を提供する。
【解決手段】静電気対策素子１００は、絶縁性基板１１と、絶縁性基板１１上において相互に離間して対向配置された一対の電極２１，２２と、電極２１，２２間に配置された機能層３１と、機能層３１を介して一対の電極２１，２２と離間して配置された複数の中間電極４１と、を有する。これによれば、低静電容量でありながらも、繰り返し使用の耐久性が高められた静電気対策素子を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電気対策素子に関し、特に、高速伝送系での使用やコモンモードフィルタとの複合化において有用な静電気対策素子に関する。

近年、電子機器の小型化及び高性能化が急速に進展している。また、ＵＳＢ２．０やＳ−ＡＴＡ２、ＨＤＭＩ等の高速伝送系に代表されるように、伝送速度の高速化（１ＧＨｚを超える高周波数化）並びに低駆動電圧化の進展が著しい。その反面、電子機器の小型化や低駆動電圧化にともなって、電子機器に用いられる電子部品の耐電圧は低下する。したがって、人体と電子機器の端子が接触した際に発生する静電気パルスに代表される過電圧からの電子部品の保護が、重要な技術課題となっている。

従来、このような静電気パルスから電子部品を保護するために、静電気が入るラインとグランドとの間に積層バリスタを設ける構成が採られている。しかしながら、積層バリスタは、静電容量が大きいため、高速伝送系に用いた場合に信号品質を低下させる要因となる。

このため、近年では、静電容量を低減するために、対向する電極の間に静電気保護材料を充填した構成が提案されている。かかる構成によれば、低静電容量でありながらも静電気抑制効果を実現することができる。

上述した静電気対策部品の他に、特許文献１には、基板上に設けられた対向する一組の電極パターンと、これら電極パターン間に設けられた静電吸収体と、この静電気吸収体上であって、且つ、基板の略中央部に設けられた中間電極と、を有する静電気保護素子が開示されている。また、特許文献２には、基板上に設けられた対向する一組の端部電極と、これら端部電極間に設けられた静電吸収体と、この静電気吸収体下であって、且つ、基板の略中央部に設けられた中間電極と、を有する静電気保護素子が開示されている。

また、特許文献３には、基板上に設けられた対向する一組の主放電電極と、対向する主放電電極を挟むように配置された一組のトリガー電極と、を備えるサージアブソーバが開示されている。

特開２００８−２９４３２５号公報 特開２０１０−０４５１６４号公報 特開２００３−３２３９６１号公報

しかしながら、対向する電極の間に静電気保護材料を充填した従来の構成による低静電容量の静電気対策部品は、比較的に静電容量が小さいものの、放電時に生ずる電極の破損により、電極間で短絡したり、電極間のギャップ距離が変動して放電開始電圧や放電最大電圧（ピーク電圧）が大きく変動したりする等、繰り返し使用の耐久性が十分ではなかった。

一方、特許文献１乃至３には、第３電極（特許文献１及び２における中間電極、特許文献３におけるトリガー電極）を配置することにより、放電最大電圧（ピーク電圧）のばらつきが抑えられ、或いは、熱影響を少なくして寿命特性が改善されると記載されている。しかしながら、特許文献１乃至３に記載された静電気保護部品は、そのような第３電極を配置しないものに比して、静電容量が大きくなるという問題があった。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、相互に離間して対向配置された電極を有する所謂ギャップ型電極搭載の静電気対策素子において、静電容量が小さく、且つ、繰り返し使用の耐久性が高められた静電気対策素子を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、新規な構造を有する中間電極を採用することにより、上記課題が解決することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明による静電気対策素子は、絶縁性基板と、絶縁性基板上において相互に離間して対向配置された少なくとも一対の電極と、電極間に配置された機能層と、機能層を介して電極と離間して配置された複数の中間電極と、を有する。

本発明者らが、このように構成された静電気対策素子の特性を測定したところ、該静電気対策素子は、静電容量が小さく、且つ、繰り返し耐久性に優れていることが判明した。かかる効果が奏される作用機構の詳細は、未だ明らかではないものの、例えば、以下のとおり推定される。

通常、電極と中間電極との間（すなわち機能層）で放電が行われる箇所（以下、放電箇所）を幅広く形成させるためには、中間電極の幅（平面視における一対の電極の幅方向と同方向）を広く設ければよい。しかし、このようにすると、繰り返しの耐久性は向上するものの、静電容量（中間電極と電極とから形成される総静電容量）が大きくなってしまい、低静電容量化を図ることはできない。これに対し、上記構成の静電気対策素子においては、電極と離間して複数の中間電極が配置されているので、低静電容量化を指向しつつ、電極と各中間電極との間の放電箇所を幅広く設計し得る（放電は、最短のギャップ距離で生じ易い傾向にあるものの、印加される電圧等の条件によっては、ギャップ距離より僅かに長い距離でも生じ得る。そのため、一対の電極と近接する中間電極の存在確率を高めた配置を採用することで、放電箇所は幅広く形成されることになる。）。また、別の観点から言えば、上記構成の静電気対策素子においては、複数の中間電極が一対の電極に近接配置されており、かかる複数の中間電極が一対の電極に対する補償回路として機能する。すなわち、上記構成の静電気対策素子は、ギャップ距離ΔＧ１である一対の電極間のみならず、ギャップ距離ΔＧ２である一対の電極の一方と複数の中間電極との間で、放電可能に設計されており、謂わば、放電が行われる箇所（以下、「放電箇所」ともいう。）が幅広く形成されている。そのため、放電時における一対の電極の負荷が軽減される。しかも、放電によって一対の電極に局所的な電極破壊（溶融や変形等）が生じてそのギャップ距離ΔＧ１が拡大した場合であっても、ギャップ距離ΔＧ２の電極間、すなわち電極と複数の中間電極との間で一定の放電を生じさせることができるので、放電による制御困難な電極破壊にともなう（最短）ギャップ距離の意図せぬ急激な増大が抑制される。また、一対の電極の一方と複数の中間電極との間に放電が生じた際、複数の中間電極の一部に破壊が生じていても、破壊が生じた局部に隣接するラインが有効に機能して面内方向へ電流を流すことができるので、その後の放電、すなわち、複数の中間電極と一対の電極の他方との間で生じる放電が、ギャップ距離の短い部分で生じるように促される。これらが相まった結果、繰り返し放電にともなう放電最大電圧（ピーク電圧）の急激な上昇が、長期に亘り抑制されたものと考えられる。その上さらに、中間電極が複数に分割されているので、従来技術の如く中間電極を板状に構成した場合に比して平面視における一対の電極と中間電極との重なり面積の増大が抑制される。よって、中間電極の採用にともなう静電容量（中間電極と一対の電極とから形成される総静電容量）の増大が確実に抑制される。これらが相まった結果、上記構成の静電気対策素子は、静電容量が小さく、且つ、繰り返し使用の耐久性が高められるものと推察される。但し、作用はこれらに限定されない。

このように、本発明者らの知見によれば、所謂ギャップ型電極搭載の静電気対策素子における機能層を介した放電は、ギャップ距離が最短の電極間で生じ易い傾向にあるものの、印加される電圧等の条件によっては、ギャップ距離が最短のギャップ距離より僅かに長い電極間でも生じ得ること、及び、放電による電極破壊の程度やそれにともなってギャップ距離の変動量は制御不能であること、が見出されている。したがって、複数の中間電極は、低静電容量化を指向した新規な形状の追加電極としてのみならず、放電によって生じ得る複雑且つ不確実な事象に基づく放電最大電圧の制御困難な上昇幅を一定のコントロール下に収める制御機構として、有意なものであると言える。

上記において、複数の中間電極は、平面視における少なくとも一対の電極の幅方向に対し相互に離間して並列配置されていることが好ましい。このように構成すると、対向する電極と中間電極との間には、放電箇所が複数且つ分散して形成される。この結果、中間電極を幅広く配置する従来の構成に比して、複数の中間電極が局所的な電極破壊に対する補償回路として相互に有効に機能し、放電時における電極の負荷が分散されるので、繰り返し放電にともなう放電最大電圧（ピーク電圧）の上昇が長期に亘り抑制される。よって、繰り返し使用の耐久性が格段に高められる。

また、少なくとも一対の電極と前記複数の中間電極とから形成される（総）静電容量は、０．０１〜０．５ｐＦであることが好ましい。静電容量をこの範囲内に設定することで、低静電容量化を図ることができ、その上、複数の中間電極を設けることにより電極と中間電極との重なり面積の増大を抑制し得るので、低静電容量化を指向しつつ、繰り返し使用の耐久性の高い静電気対策素子を実現することができる。また、静電容量をこの範囲内に設定することで、特に高速伝送系における信号品質の低下が抑制されるので、高速伝送系に適した、高性能な静電気対策素子を実現することもできる。

さらに、複数の中間電極の厚さは、少なくとも一対の電極の厚さより厚く形成すると、より好適である。このように構成すると、強度が向上するのみならず、放電により電極に破壊が生じて電極間のギャップ距離が拡大（ギャップ距離ΔＧ１は、電極間の最短距離を意味し、電極の破壊に伴って変動する。）した後に、電極と中間電極との間で一定の放電を生じさせることができる。さらに、上記構成の静電気対策素子においては、一方の中間電極に破壊が生じても（ギャップ距離ΔＧ２は、電極と中間電極との最短距離を意味し、電極及び中間電極の破壊に伴って変動する。）、他方の中間電極が有効に機能するので、放電最大電圧（ピーク電圧）の上昇が長期に亘って抑制される。したがって、繰り返し使用の耐久性が一層高められる。

ここで、上記機能層は、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が不連続に分散したコンポジットであることが好ましい。絶縁性無機材料と導電性無機材料とのコンポジットの採用により、低静電容量化が容易になるとともに、機能層の薄膜化も容易となる。したがって、静電気対策素子のより一層の薄膜化及び小型化が実現可能となる。しかも、有機材料を用いた場合に比して、静電気対策素子の耐久性及び耐熱性が高められ、その上さらに、温度や湿度等の外部環境への耐候性をも高められる。

さらに、上記静電気対策素子は、複数の中間電極を覆うように形成された保護層を有することが好ましい。このような構成にすると、中間電極と外部に接続する端子電極との間の独立性が保証され、予期せぬ静電容量の増加やショートの可能性が回避され得るので、静電対策素子の機能が維持され得る。

さらにまた、上記保護層は、絶縁性無機材料又は絶縁性有機材料からなることが好ましい。このような構成にすると、保護層の絶縁性が格段に高められるので、安全性及び繰り返し使用の耐久性がより一層高められ得る。

なお、本明細書において、「コンポジット」とは、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が分散した状態を意味し、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が一様に或いはランダムに分散した状態のみならず、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料の集合体が分散した状態、すなわち一般に海島構造と呼ばれる状態を含む概念である。また、本明細書において、「絶縁性」とは０．１Ωｃｍ以上を、「導電性」とは、０．１Ωｃｍ未満を意味する。

本発明によれば、低静電容量でありながらも、繰り返し使用の耐久性が高められた静電気対策素子を実現できる。

第１実施形態の静電気対策素子１００を概略的に示す模式平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 第１実施形態の静電気対策素子１００の機能層３１を示す模式平面図である。 静電気対策素子１００の繰り返し使用時の放電特性を示すモデル図である。 変形例の静電気対策素子２００を概略的に示す模式平面図である。 第１実施形態の静電気対策素子１００の製造工程を示す模式斜視図である。 第１実施形態の静電気対策素子１００の製造工程を示す模式斜視図である。 第１実施形態の静電気対策素子１００の製造工程を示す模式斜視図である。 第１実施形態の静電気対策素子１００の製造工程を示す模式斜視図である。 静電気放電試験における回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

（第１実施形態）
図１は、本発明による静電気対策素子の一実施形態を概略的に示す模式平面図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

本実施形態の静電気対策素子１００は、絶縁性基板１１と、この絶縁性基板１１上に配設された一対の電極２１，２２と、これら電極２１，２２の間に配設された機能層３１と、この機能層上に配設された複数の中間電極４１と、これら中間電極４１を覆うように形成された保護層５１とを備える。本実施形態の静電気対策素子１００において、電極２１，２２は、端子電極６１と電気的に接続されている（図１０参照）。

絶縁性基板１１は、絶縁性表面１１ａを有する。絶縁性基板１１は、少なくとも電極２１，２２及び機能層３１を支持可能なものであれば、その寸法形状は特に制限されない。ここで、絶縁性表面１１ａを有する絶縁性基板１１とは、絶縁性材料からなる基板の他、基板上の一部に又は全面に絶縁膜が製膜されたものを含む概念である。

絶縁性基板１１の具体例としては、例えば、ＮｉＺｎフェライト、アルミナ、シリカ、マグネシア、窒化アルミ、フォルステライト等の誘電率が５０以下、好ましくは２０以下の低誘電率材料を用いたセラミック基板や、単結晶基板等が挙げられる。また、セラミック基板や単結晶基板等の表面に、ＮｉＺｎフェライト、アルミナ、シリカ、マグネシア、窒化アルミ、フォルステライト等の誘電率が５０以下、好ましくは２０以下の低誘電率材料からなる絶縁膜を形成したものも、好適に用いることができる。なお、絶縁膜の形成方法は、特に限定されず、真空蒸着法、反応性蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤやＰＶＤ等の気相法等の公知の手法を適用できる。また、基板及び絶縁膜の膜厚は、適宜設定可能である。

絶縁性基板１１の絶縁性表面１１ａ上には、一対の電極２１，２２が相互に離間して配設されている。本実施形態では、一対の電極２１，２２は、絶縁性基板１１の平面略中央位置にギャップ距離ΔＧ１を置いて、対向配置されている。ここで、ギャップ距離ΔＧ１は、一対の電極２１，２２間の最短距離を意味する。

電極２１，２２を構成する素材としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｔなどから選ばれた少なくとも一種類の金属、或いはこれらの合金等が挙げられるが、これらに特に限定されない。なお、本実施形態では、電極２１，２２は、平面視で矩形状に形成されているが、その形状は特に制限されず、例えば、櫛歯状、或いは、鋸状に形成されていてもよい。

電極２１，２２間のギャップ距離ΔＧ１は、所望の放電特性を考慮して適宜設定すればよく、特に限定されないが、通常、０．１〜５０μｍ程度であり、低電圧初期放電を確保するという観点から、より好ましくは０．1〜２０μｍ程度、さらに好ましくは０．１〜１０μｍ程度である。なお、電極２１，２２の厚さΔＴ１は、適宜設定することができ、特に限定されないが、通常、０．０５〜１０μｍ程度である。

電極２１，２２の形成方法は、特に限定されず、公知の手法を適宜選択することができる。具体的には、例えば、塗布、転写、電解めっき、無電解めっき蒸着或いはスパッタリング等により、絶縁性基板１１上に所望の厚さΔＴ１を有した電極層を作成する方法が挙げられる。さらに、このように形成された電極層を、例えば、イオンミリング等の公知の手法を用いて加工することにより、所望のギャップ距離ΔＧ１を有した電極２１，２２を形成することができる。

上記の電極２１，２２間には、機能層３１が配設されている。本実施形態では、上述した絶縁性基板１１の絶縁性表面１１ａ上及び電極２１，２２上に、機能層３１が積層された構成となっている。この機能層３１の寸法形状及びその配設位置は、過電圧が印加された際に自身を介して電極２１，２２間で初期放電が確保されるように設計されている限り、特に限定されない。

機能層３１を構成する素材は、過電圧が印加された際に自身を介して電極２１，２２間で初期放電が確保されるように設計されている限り、特に限定されない。低電圧放電タイプの静電気保護材料として、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂及びＳｉＯ₂、フォルステライト等の金属酸化物や金属窒化物等の絶縁性無機材料の他、絶縁性有機材料及び／又は絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が不連続に含まれる（一様に又はランダムに分散した）コンポジット等が知られている。低静電容量化を図る観点から、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が分散したコンポジットであることが好ましい。絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が分散したコンポジットは、従来の機能層に比して薄膜化が容易であり、しかも、有機材料を用いた場合に比して耐久性及び耐熱性に優れ、その上さらに、温度や湿度等の外部環境への耐候性にも優れる傾向にある。

図４は、機能層３１を説明するための模式平面図である。本実施形態では、機能層３１として、絶縁性無機材料３２のマトリックス中に導電性無機材料３３が不連続に分散したコンポジットが採用されている。

機能層３１は、絶縁性無機材料３２のマトリックス中に島状の導電性無機材料３３の集合体が不連続に点在した海島構造を有する。本実施形態では、機能層３１は、逐次スパッタリングを行うことにより形成されている。より具体的には、絶縁性基板１１の絶縁性表面１１ａ上及び／又は電極２１，２２上に、導電性無機材料３３をスパッタリングして部分的に（不完全に）成膜した後、引き続き絶縁性無機材料３２をスパッタリングすることにより、謂わば、島状に点在した導電性無機材料３３の層とこれを覆う絶縁性無機材料３２の層との積層構造のコンポジットが形成されている。

マトリックスを構成する絶縁性無機材料３２の具体例としては、例えば、金属酸化物、金属窒化物等が挙げられるが、これらに特に限定されない。絶縁性やコスト面を考慮すると、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＣｕＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄、ＡｌＮ、ＢＮ及びＳｉＣが好ましい。これらは、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、絶縁性マトリックスに高度の絶縁性を付与する観点からは、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、フォルステライト、フェライト、ムライト、ケイ酸ガラス（ケイ酸塩ガラス）等を用いることがより好ましい。一方、絶縁性マトリックスに半導体性を付与する観点からは、ＴｉＯ₂やＺｎＯを用いることがより好ましい。絶縁性マトリックスに半導体性を付与することで、放電開始電圧及びクランプ電圧に優れる静電気対策素子を得ることができる。絶縁性マトリックスに半導体性を付与する方法は、特に限定されないが、例えば、これらＴｉＯ₂やＺｎＯを単独で用いたり、これらを他の絶縁性無機材料３２と併用すればよい。特に、ＴｉＯ₂は、アルゴン雰囲気中でスパッタリングする際に酸素が欠損し易く、電気伝導度が高くなる傾向にあるので、絶縁性マトリックスに半導体性を付与するにはＴｉＯ₂を用いることが特に好ましい。

導電性無機材料３３の具体例としては、例えば、金属、或いはこれらの合金、ＳｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ等の金属酸化物、ＴｉＮ等の金属窒化物、ＳｉＣ等の金属炭化物、ＴｉＢ₂等の金属ホウ化物等が挙げられるが、これらに特に限定されない。導電性を考慮すると、Ｃ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｐｄ及びＰｔ、或いは、これらの合金が好ましい。

機能層３１の層の厚さ（本明細書においては、後述するギャップ距離ΔＧ２に相当する厚さとする。）は、特に限定されるものではなく、適宜設定することができるが、繰り返し使用の耐久性を確保する観点から、少なくとも電極２１，２２間のギャップ距離ΔＧ１より大きな値になるように設定されることが好ましい。具体的には、１０ｎｍ〜６０μｍであることが好ましく、１００ｎｍ〜２５μｍであることがより好ましい。

本実施形態の如く、謂わば、不連続に点在した島状の導電性無機材料３３の層と絶縁性無機材料３２のマトリックスの層とを形成する場合、導電性無機材料３３の層の厚さは、１〜１０ｎｍであることが好ましく、絶縁性無機材料３２の層の厚さは、１０ｎｍ〜３０μｍであることが好ましい。

機能層３１の形成方法は、上述したスパッタリング法に限定されない。絶縁性基板１１の絶縁性表面１１ａ上及び／又は電極２１，２２上に、真空蒸着法、反応性蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤやＰＶＤ等の気相法等の公知の薄膜形成方法を適用して、上述した絶縁性無機材料３２及び導電性無機材料３３を付与することにより、所望の厚さを有した機能層３１を形成することができる。

上記の機能層３１上には、複数の中間電極４１が配設されている。本実施形態では、板状（棒状）の３つの中間電極４１が、平面視における電極２１，２２の幅方向（図１において、紙面の上下方向）に相互に離間して配置されている。各々の中間電極４１は、電極２１，２２の上面からギャップ距離ΔＧ２（すなわち、機能層３１の厚さ）を置いて、電極２１，２２間の上に並列配置されている。なお、本実施形態では、３本の中間電極４１が、平面視で並列配置されているが、その設置個数及び配置間隔は特に制限されない。例えば、中間電極４１の設置数は、通常２〜１００の範囲内で適宜設定すればよい。ギャップ距離ΔＧ２の初期値をｂとした場合に、電極２１，２２の破壊が生じて２ｂ＜２ΔＧ２になった際であっても、中間電極４１の設置数が多くなると、電極２１，２２の面内において、ギャップ距離ΔＧ２と略同等の距離（又は、ギャップ距離ΔＧ２より僅かに長い距離）に位置する中間電極４１の存在確率が増加する傾向にあるため、かかる観点から、中間電極４１の設置数は、３〜５０が好ましく、より好ましくは４〜４０である。なお、図２では、ギャップ距離ΔＧ２について、電極２１，２２面から垂直方向のみ図示したが、放電箇所はこれに限られない。中間電極４１の配置間は、特に限定されないが、幅方向の均一化を図る観点から、略均等であることが好ましい。

なお、本実施形態では、複数の中間電極４１は、平面視で電極２１，２２の実装領域より内方に配置されているが、その配置は特に制限されず、例えば、複数の中間電極４１のうち数本を平面視で電極２１，２２の実装領域より外方に配置してもよい。

中間電極４１を構成する素材としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ及びＰｔなどから選ばれた少なくとも一種類の金属、或いはこれらの合金等が挙げられるが、これらに特に限定されない。

中間電極４１の厚さΔＴ２は、適宜設定することができ、特に限定されない。放電最大電圧（ピーク電圧）の上昇を長期に亘って抑制し、静電気対策素子１００の繰り返し使用の耐久性を高める観点から、厚いことが好ましい。具体的には、中間電極４１の厚さΔＴ２は、電極２１，２２の厚さΔＴ１より厚いことが好ましく、０．１〜６０μｍ程度であることが好ましい。

平面視における中間電極４１の外径サイズ、すなわち中間電極４１の実装領域を構成する中間電極４１の長さΔＬ２（図１において、紙面の左右方向）及び幅ΔＷ２（図１において、紙面の上下方向）は、放電経路の担保と低静電容量化のバランスを考慮して適宜設定することができ、特に限定されない。本実施形態の如く、中間電極４１が電極２１，２２の幅に対して略均等な間隔で幅方向に配置され、中間電極４１の幅方向の両端部が平面視における電極２１，２２の幅方向の端部上又は端部周辺に配置されていると、中間電極４１と電極２１，２２との間の放電経路及び放電箇所を幅広く確保しやすい傾向にある。また、本実施形態の如く、中間電極４１の長さが比較的に短く設定され、中間電極４１の長さ方向の両端部が電極２１，２２の長さ方向の端部より内方に配置されている（平面視で電極２１，２２間のギャップΔＧ１周辺のみが中間電極４１によって覆われている、又は、平面視で長さ方向において一部の電極２１，２２が中間電極４１によって覆われていない）と、低静電容量化を確保しやすい傾向にある。これらの傾向から、中間電極４１の長さΔＬ２及び幅ΔＷ２は、所望する性能に応じて適宜設定される。具体的には、中間電極４１の長さΔＬ２は、電極２１，２２の長さにもよるが、５０〜２００μｍ程度であることが好ましく、中間電極４１の幅ΔＷ２は、０．２〜６０μｍ程度であることが好ましい。

具体的には、例えば、中間電極４１の長さΔＬ２は、ギャップ距離ΔＧ１の初期値をａとし、ギャップ距離ΔＧ２の初期値をｂとし、中間電極４１の実装領域を構成する最大長さをｃとし、ａ＜２ｂ＜ｃとした場合に、ａ〜０．８ｃの範囲内であることが好ましく、３ａ〜０．５ｃであることがより好ましい。電極２１，２２の破壊が生じて２ｂ＜２ΔＧ２になった際であっても、中間電極４１の長さ方向における長さを上記範囲内に設定すると、電極２１，２２の面内において、ギャップ距離ΔＧ２と略同等の距離（又は、ギャップ距離ΔＧ２より僅かに長い距離）に位置する中間電極４１の存在確率が増加する傾向にあるため、放電最大電圧（ピーク電圧）の急激な上昇が抑制される。なお、図２では、ギャップ距離ΔＧ２について、電極２１，２２面から垂直方向のみ図示したが、ギャップ距離ΔＧ２はこれに限られない。

また、電極２１と中間電極４１との間の放電経路、及び、電極２２と中間電極４１との間の放電経路の双方を最短距離で構成する観点から、各中間電極４１の実装領域は、平面視における電極２１，２２間を覆うように（電極２１，２２間に跨るように）設定することが好ましい。

低静電容量化を図るためには、上記のように配置される複数の中間電極４１と電極２１，２２とが平面視において重なる面積、すなわち重なり面積を小さくすることが重要である。例えば、０．０１〜０．５ｐＦ程度の静電容量を実現するためには、機能層３１の種類などによっても異なるが、重なり面積が２０μｍ²〜１ｍｍ²程度であることが好ましく、より好ましくは１００μｍ²〜０．１ｍｍ²程度である。

中間電極４１の形成方法は、特に限定されず、公知の手法を適宜選択することができる。具体的には、例えば、塗布、転写、電解めっき、無電解めっき蒸着或いはスパッタリング等により、機能層３１上に所望の厚さΔＴ２、所望の長さΔＬ２、所望の幅ΔＷ２を有した中間電極４１を作成することができる。

保護層５１は、上記の中間電極４１を覆うように、機能層３１上及び中間電極４１上に配設されている。保護層５１を構成する素材は、絶縁性を有するものであれば、特に限定されない。その具体例としては、例えば、絶縁性無機材料３２で説明した絶縁性無機材料の他、ポリイミド、エポキシ、シアネート、フェノール、ポリオレフィン等の絶縁性樹脂や絶縁性エラストマー等の絶縁性有機材料等が挙げられる。

保護層５１の形成方法は、特に限定されない。上述した方法で形成された機能層３１の表面３１ａ上及び／又は中間電極４１上に、公知の薄膜形成方法を適用して、絶縁性無機材料又は絶縁性有機材料を付与することにより、所望の厚さを有した保護層５１を形成することができる。また、別途予め形成した保護層５１を、機能層３１の表面３１ａ上及び／又は中間電極４１上に積層させてもよい。

図５は、本実施形態の静電気対策素子１００繰り返し使用時の放電特性を示すモデル図である。ここでは、電極２１，２２のギャップ距離ΔＧ１の初期値がａ、ギャップ距離ΔＧ２の初期値がｂであって、試験前の初期値ａ及び初期値ｂの関係がａ＜２ｂを満たす静電気対策素子１００について対比説明する。

なお、図５において、放電特性（Ｌ１）は、本実施形態の静電気対策素子１００において中間電極４１を省略した、静電気対策素子を使用したグラフである。また、放電特性（Ｌ２）は、本実施形態の静電気対策素子１００において中間電極４１に代えて新たな中間電極（この新たな中間電極は、３つの中間電極４１の幅を積算した幅を有するもの（すなわち、中間電極４１の３倍の幅を有するもの）であり、中央に配置された中間電極４１と同様に中央に設置している。）を１つだけ設けた、静電気対策素子を使用したグラフである。さらに、放電特性（Ｌ３）は、本実施形態の静電気対策素子１００を使用したグラフである。

また、図５において、縦軸はピーク電圧を示し、横軸はＥＳＤ(electro-static discharge)の繰り返し回数（ｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，・・・，ｎ＋ｍ；ｍ，ｎは整数）を示す。なお、ピーク電圧とは、静電気抑制効果の評価指標の一つであり、印加する過大電圧に対し、静電対策素子で抑制した後の放電電圧の最大値のことをいい、ピーク電圧（放電最大電圧）が低いほど静電気抑制の効果が高いことを示す。

まず、繰り返し放電直後において、各静電気対策素子の初期ピーク電圧は、同一であった。このことから、繰り返し放電直後においては、各静電気対策素子の電極２１，２２のギャップ距離ΔＧ１は、初期値ａが維持されていることが理解される（図５のΔＧ１＝ａの領域を参照）。

その後、放電を繰り返し、電極２１，２２の破壊が生じて電極２１，２２のギャップ距離ΔＧ１が初期値ａより大きくなるにつれ、各静電気対策素子のピーク電圧は、徐々に上昇していく（図５のａ＜ΔＧ１＜２ｂの領域を参照）。

さらに放電を繰り返し、電極２１，２２のギャップ距離ΔＧ１がギャップ距離２ｂの等倍値以上になるにつれ、中間電極を有する静電気対策素子のピーク電圧は、対向する電極と中間電極との間で放電が行われるため、その上昇が止まり、一定値となる（図５のＬ２及びＬ３、２ΔＧ２＝２ｂ＜ΔＧ１の領域を参照）。これに対し、中間電極を省略した静電気対策素子のピーク電圧は、電極２１，２２のギャップ距離ΔＧ１が大きくなるにつれ、さらに上昇し続ける（図５のＬ１、２ΔＧ２＝２ｂ＜ΔＧ１の領域及びを参照）。

そして、引き続き放電を繰り返し、電極２１，２２のギャップ距離２ΔＧ２がギャップ距離２ｂの等倍より大きな値になるにつれ、中間電極を有する各静電気対策素子のピーク電圧は再び上昇し始めるが、本実施形態の静電気対策素子１００の上昇幅は、中間電極が分割せずに配置された静電気対策素子に比して、小さな上昇幅となる（図５のＬ２及びＬ３、ΔＧ１≧２ΔＧ２＞２ｂの領域を参照）。一方、中間電極を省略した静電気対策素子のピーク電圧は、電極２１，２２のギャップ距離ΔＧ１が大きくなるにつれ、さらに上昇し続ける（図５のＬ１、ΔＧ１≧２ΔＧ２＞２ｂの領域を参照）。

このように、本実施形態の静電気対策素子１００（図５のＬ３参照）においては、機能層３１上に複数の中間電極４１を配設されているので、放電箇所が複数形成され、放電が幅広く行われるとともに、放電時における電極の負荷が分散されるので、繰り返し放電にともなうピーク電圧の上昇が長期に亘り抑制される。したがって、本実施形態の静電気対策素子１００は、静電容量が小さいにも関わらず、繰り返し使用の耐久性が高められたものとなる。

一方、本実施形態の静電気対策素子１００の中間電極を省略した静電気対策素子（図５のＬ１参照）では、放電が繰り返される度に電極間のギャップ距離が広がり続けるため、繰り返し放電にともなうピーク電圧の上昇を長期に亘り抑制することができない。

他方、中間電極を１つだけ設けた静電気対策素子（図５のＬ２参照）は、対向する電極の破壊が生じても対向する電極と中間電極との間で放電が行われるので、この間は、ピーク電圧は一定値をたどる。したがって、中間電極を１つだけ設けた静電気対策素子（図５のＬ２参照）は、上記中間電極を省略した従来の構成に比して、繰り返し使用の耐久性がある程度高められていると言える。

しかしながら、さらに引き続き放電を繰り返し行うと、徐々にピーク電圧が再び上昇し始め、ΔＧ１≧２ΔＧ２＞２ｂの領域における上昇幅は、本実施形態の静電気対策素子１００に比して、大きくなる（図５のＬ２及びＬ３、ΔＧ１≧２ΔＧ２＞２ｂの領域を参照）。いずれにせよ、中間電極を１つだけ設けた静電気対策素子（図５のＬ２参照）では、特にΔＧ１≧２ΔＧ２＞２ｂの領域で、ピーク電圧の上昇幅が比較的に大きく、そのため、繰り返し放電にともなうピーク電圧の上昇を長期に亘り抑制することができない。

以上、詳述したように、本実施形態の静電気対策素子１００においては、中間電極４１を複数配置する構成とした。しかも、複数の中間電極４１を、電極２１，２２の幅方向に沿って略等間隔に並列配置し、且つ、電極２１，２２の実装面積の内方に配置している。そのため、低静電容量でありながらも、繰り返し放電にともなう放電最大電圧（ピーク電圧）の上昇を長期に亘り抑制することができる。

とりわけ、本実施形態の静電気対策素子１００においては、絶縁性無機材料３２のマトリックス中に不連続に点在した島状の導電性無機材料３３を含む機能層３１が、低電圧放電タイプの静電気保護材料として機能する。そして、かかる構成を採用することにより、静電容量が小さく、ピーク電圧が低く、且つ、放電耐性に優れる、高性能な静電気対策素子１００が容易に実現される。しかも、機能層３１として、少なくとも絶縁性無機材料３２と導電性無機材料３３とから構成されるコンポジットが採用されているため、従来の有機−無機複合膜に比して、耐熱性が高められ、また、温度や湿度等の外部環境により特性が変動し難いので、信頼性が高められる。その上さらに、スパッタリング法により機能層３１が形成可能であり、これにより、生産性及び経済性がより一層高められる。

（変形例）
なお、上述したとおり、本発明は、上記第１実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更を加えることが可能である。例えば、図６に示す静電気対策素子２００の如く、長手方向における電極２１，２２の端部２１０，２２０と中間電極４１の端部４１０とが平面視において重なるように配置した構成にしても、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図７に示すように、まず、絶縁性基板１１（ＮｉＺｎフェライト基板、誘電率：１３、ＴＤＫ株式会社製）の一方の絶縁性表面１１ａに、スパッタリング法により、厚さ０．７μｍのＣｕの金属薄膜を略全面に形成し、形成されたＣｕ薄膜をフォトリソ法によりエッチングすることにより、相互に離間して対向配置された一対の帯状の電極２１，２２を形成した。このとき電極２１，２２の電極長さは０．８ｍｍ、電極幅は０．５ｍｍ、電極２１，２２間のギャップ距離ΔＧは、３μｍとした。

次いで、図８に示すように、上記の絶縁性基板１１上及び電極２１，２２上に、以下の手順で、スパッタリング法により、機能層３１を形成した。

まず、絶縁性基板１１の電極２１，２２が形成された面側に、スパッタリング法によりＡｕを部分的に成膜することにより、厚さ３ｎｍの島状のＡｕの薄膜が不連続に点在した導電性無機材料３３の層を形成した。このスパッタリングは、マルチターゲットスパッタ装置（商品名：ＥＳ３５０ＳＵ、株式会社エイコー・エンジニアリング製）を使用し、アルゴン圧力が１０ｍＴｏｒｒ、投入電力が２０Ｗ、スパッタ時間が４０秒の条件下で実施した。

次に、島状のＡｕ薄膜の層及び電極２１，２２を厚さ方向に完全に覆うように、絶縁性基板１１の電極２１，２２が形成された面側に、スパッタリング法によりアルミナを略全面に成膜することにより、厚さ３μｍの絶縁性無機材料３２の層を形成した。このスパッタリングは、マルチターゲットスパッタ装置（商品名：ＥＳＵ３５０、株式会社エイコー・エンジニアリング製）を使用し、アルゴン圧力が１０ｍＴｏｒｒ、投入電力が４００Ｗ、スパッタ時間が６００分の条件下で実施した。

そして、機能層３１が形成された面側に、スパッタリング法により、厚さ５ｎｍのＣｕの金属薄膜を略全面に形成し、形成されたＣｕ薄膜をフォトリソ法によりパターン状にエッチングすることにより、相互に離間して配置された幅２０ｎｍ、長さ１００ｎｍ、厚さ５０ｎｍの３つの金属薄膜片を形成した。その後、マスクを用いた電解めっき法により、この３つの金属薄膜片上でＣｕをめっき成長させ、これにより、図９に示すように、幅２０ｎｍ、長さ１００ｎｍ、厚さ５μｍのＣｕからなる中間電極４１を３つ形成した。

その後、３本の中間電極４１を厚さ方向に完全に覆うように、露出した機能層３１及び中間電極４１の機能層３１と接触していない面側に、スパッタリング法によりアルミナを略全面に成膜することにより、厚さ１０μｍの保護層５１を形成した。このスパッタリングは、マルチターゲットスパッタ装置（商品名：ＥＳＵ３５０、株式会社エイコー・エンジニアリング製）を使用し、アルゴン圧力が１０ｍＴｏｒｒ、投入電力が４００Ｗ、スパッタ時間が６００分の条件下で実施した。

その後、図１０に示すように、電極２１，２２の外周端部に接続するように、Ｃｕを主成分とする端子電極６１を形成することにより、図１及び図２と略同等の構造を有する、実施例１の静電気対策素子１００を得た。

（実施例２）
アルミナのスパッタリング成膜に代えて、ポリイミド樹脂の塗布乾燥により厚み１０μｍの保護層５１を形成すること以外は、実施例１と同様に操作して、実施例２の静電対策素子を得た。

（実施例３）
アルミナのスパッタリング成膜に代えて、エポキシ樹脂の塗布乾燥により厚み１０μｍの保護層５１を形成すること以外は、実施例１と同様に操作して、実施例３の静電対策素子を得た。

（実施例４）
アルミナのスパッタリング成膜に代えて、シアネート樹脂の塗布乾燥により厚み１０μｍの保護層５１を形成すること以外は、実施例１と同様に操作して、実施例４の静電対策素子を得た。

（実施例５）
アルミナのスパッタリング成膜に代えて、フェノール樹脂の塗布乾燥により厚み１０μｍの保護層５１を形成すること以外は、実施例１と同様に操作して、実施例５の静電対策素子を得た。

（比較例１）
３つの中間電極４１に代えて、以下の手順で中間電極を１つ形成すること以外は、実施例１と同様に操作して、比較例１の静電対策素子を得た。

ここでは、機能層３１が形成された面側に、スパッタリング法により、厚さ５０ｎｍのＣｕの金属薄膜を略全面に形成し、形成されたＣｕ薄膜をフォトリソ法によりエッチングすることにより、機能層３１の略中央に幅６０ｎｍ、長さ１００ｎｍ、厚さ５０ｎｍの金属薄膜片を１つ形成し、その後、マスクを用いた電解めっき法により、この金属薄膜片上でＣｕをめっき成長させ、これにより、幅６０ｎｍ、長さ１００ｎｍ、厚さ５μｍのＣｕからなる中間電極を１つ形成した。

（比較例２）
３つの中間電極４１を形成しないこと以外は、実施例１と同様に操作して、比較例２の静電対策素子を得た。

＜静電気放電試験＞
次に、上記のようにして得られた実施例１乃至５、及び、比較例１乃至３の静電気対策素子について、図１１に示す静電気試験回路を用いて、静電気放電試験を実施した。

この静電気放電試験は、国際規格ＩＥＣ６１０００−４−２の静電気放電イミュニティ試験及びノイズ試験に基づき、人体モデルに準拠（放電抵抗３３０Ω、放電容量１５０ｐＦ、印加電圧８ｋＶ、接触放電）して行った。具体的には、図１１の静電気試験回路に示すように、評価対象の静電気対策素子の一方の端子電極をグランドに接地するとともに、他方の端子電極に静電気パルス印加部を接続した後、静電気パルス印加部に放電ガンを接触させて静電気パルスを印加した。ここで印加する静電気パルスは、放電開始電圧以上の電圧を印加した。

なお、放電開始電圧は、静電気試験を０．４ｋＶから０．２ｋＶ間隔で増加させながら行なった際に観測される静電気吸収波形において、静電気吸収効果が現れた電圧とする。また、ピーク電圧は、ＩＥＣ６１０００−４−２に基づく静電気試験を充電電圧８ｋＶの接触放電で行なった際における、静電気パルスの最大電圧値とする。さらに、クランプ電圧は、ＩＥＣ６１０００−４−２に基づく静電気試験を充電電圧８ｋＶの接触放電で行なった際における、静電気パルスの波頭値から３０ｎｓ後の電圧値とする。

なお、静電容量は、１ＭＨｚにおける静電容量（ｐＦ）を測定した。また、放電後のピーク電圧は、静電気放電試験を１００回繰り返した後のピーク電圧を測定したものである。表１に評価結果を示す。

さらに、放電後のピーク電圧は、静電気放電試験を１０００回繰り返した後のピーク電圧も測定した。表２に評価結果を示す。

表１に示す結果より、実施例１の静電気対策素子は、放電開始電圧が２ｋＶ以下で静電容量が０．１ｐＦ程度と小さく、高速伝送系において適用可能な性能を有することが確認された。しかも、実施例１の静電気対策素子は、比較例１及び比較例２の静電気対策素子に比して、繰り返し放電後のピーク電圧も初期ピーク電圧が有意に低く、放電耐性においても比較的良好な性能を有することが確認された。

表２に示す結果より、実施例２乃至５の静電気対策素子は、実施例１の静電気対策素子と同様に、放電開始電圧が２ｋＶ以下で静電容量が０．１ｐＦ程度と小さく、高速伝送系において適用可能な性能を有することが確認された。しかも、実施例２乃至５の静電気対策素子は、実施例１の静電気対策素子に比して、繰り返し放電後のピーク電圧の急激な上昇が長期に亘って抑制され続けており、放電耐性が格段に高められていることが確認された。

以上説明したとおり、本発明の静電気対策素子は、静電容量が小さく、且つ、繰り返し使用の耐久性が高められたものなので、各種電子・電気デバイス及びそれらを備える各種機器、設備、システム等に広く且つ有効に利用可能であり、とりわけ、高速差動伝送ライン信号ラインや映像信号ラインにおけるノイズ対策として広く且つ有効に利用可能である。

１１…絶縁性基板、１１ａ…絶縁性表面、２１，２２…電極、３１…機能層、３２…絶縁性無機材料、３３…導電性無機材料、４１…中間電極、５１…保護層、６１…端子電極、１００，２００…静電気対策素子、ΔＧ１…電極２１，２２間のギャップ距離、ΔＧ２…電極２１，２２と中間電極４１との間のギャップ距離、ΔＴ１…電極２１，２２の厚さ、ΔＴ２…中間電極４１の厚さ、ΔＷ２…中間電極４１の幅、ΔＬ２…中間電極４１の長さ。

Claims (7)

1. 絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板上において相互に離間して対向配置された少なくとも一対の電極と、
   前記電極間に配置された機能層と、
   前記機能層を介して前記電極と離間して配置された複数の中間電極と、
   を有する静電気対策素子。
2. 前記複数の中間電極は、平面視における前記少なくとも一対の電極の幅方向に対し相互に離間して並列配置されている、請求項１記載の静電気対策素子。
3. 前記少なくとも一対の電極と前記複数の中間電極とから形成される総静電容量は、０．０１〜０．５ｐＦである、請求項１または２記載の静電対策素子。
4. 前記複数の中間電極の厚さは、前記少なくとも一対の電極の厚さより厚く形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静電気対策素子。
5. 前記機能層は、絶縁性無機材料のマトリックス中に導電性無機材料が不連続に分散したコンポジットである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の静電気対策素子。
6. 前記複数の中間電極を覆うように形成された保護層を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静電気対策素子。
7. 前記保護層は、絶縁性無機材料又は絶縁性有機材料からなる、請求項６項に記載の静電気対策素子。

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