JP2012114351A - Anti-static element - Google Patents
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- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
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。 The present invention relates to an anti-static element, and more particularly to an anti-static element useful for use in a high-speed transmission system or in combination with a common mode filter.
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、携帯電話等のアンテナ回路、RFモジュール、USB2.0及びUSB3.0、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)及び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。そのため、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。 In recent years, electronic devices have been rapidly reduced in size and performance. In addition, the transmission speed is increased (higher frequency exceeding 1 GHz) as typified by high-speed transmission systems such as antenna circuits for mobile phones, RF modules, USB 2.0 and USB 3.0, S-ATA2, and HDMI. And the progress of lower drive voltage is remarkable. On the other hand, the withstand voltage of the electronic components used in the electronic device is reduced as the electronic device is downsized and the drive voltage is reduced. Therefore, protection of electronic components from overvoltage typified by electrostatic pulses generated when the human body and terminals of the electronic device come into contact has become an important technical issue.
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、一般に、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方法が採られている。しかしながら、積層バリスタは、一般に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。また、アンテナ回路やRFモジュールにおいては、静電容量の大きい静電気保護部品を用いることができなかった。そのため、高速伝送系に適用可能な、静電容量の小さな静電気対策素子の開発が求められている。 Conventionally, in order to protect an electronic component from such an electrostatic pulse, a method of providing a laminated varistor between a line where static electricity enters and a ground is generally employed. However, since the multilayer varistor generally has a large capacitance, it becomes a factor that degrades signal quality when used in a high-speed transmission system. Further, in the antenna circuit and the RF module, it is impossible to use an electrostatic protection component having a large electrostatic capacity. Therefore, development of an electrostatic countermeasure element having a small electrostatic capacity that can be applied to a high-speed transmission system is required.
低静電容量の静電気対策素子としては、離間して対向配置された電極間に静電気保護材料を充填したものが提案されている。この種の所謂ギャップ型電極を搭載した静電気対策素子は、絶縁抵抗が大きい、静電容量が小さい、応答性が良好である、という特長を備える一方、放電によって生じる熱や応力によって電極の破壊(溶融、変形、脱落等)が生じ易いという問題を有する。 As an anti-static element having a low capacitance, an element in which an electrostatic protection material is filled between electrodes that are spaced apart from each other has been proposed. An antistatic element equipped with this type of so-called gap-type electrode has features such as a large insulation resistance, a small capacitance, and a good responsiveness. Such as melting, deformation, dropping off, etc.).
この種の電極の破壊を抑制するための技術として、例えば、特許文献1には、一対の第1の電極と、この第1の電極に一部が重なり且つ第1の電極と電気的に接続されるように設けられた一対の第2の電極と、を備え、一対の第1の電極は一対の第2の電極よりも比抵抗が小さい材料を用いて形成され、且つ、一対の第2の電極が一対の第1の電極よりも膜厚を薄く形成された、静電気対策部品が記載されている。この技術では、金等の比抵抗の小さな材料を用いて第1の電極を形成することにより、第1の電極における発熱を抑制し、また、融点の高い材料(ニッケル、タングステン或いはモリブデン等の金属、又は、酸化アルミニウム皮膜が形成されたアルミニウム)を用いて第2の電極を形成するとともに、この第2の電極間にギャップを形成することにより、静電気の繰り返し印加に対する耐性を高めている。 As a technique for suppressing the destruction of this type of electrode, for example, Patent Document 1 discloses a pair of first electrodes and a part of the first electrodes that overlaps and is electrically connected to the first electrodes. A pair of second electrodes, the pair of first electrodes is formed using a material having a specific resistance lower than that of the pair of second electrodes, and the pair of second electrodes. An anti-static component is described in which the electrode is formed thinner than the pair of first electrodes. In this technique, the first electrode is formed using a material having a small specific resistance such as gold, thereby suppressing heat generation in the first electrode, and a material having a high melting point (metal such as nickel, tungsten, or molybdenum). In addition, the second electrode is formed using aluminum on which an aluminum oxide film is formed, and a gap is formed between the second electrodes, thereby increasing resistance to repeated application of static electricity.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、放電によって生じる熱や応力による電極の破壊(溶融、変形、脱落等)の抑制効果が不十分であり、そのため、この電極の破壊にともなってギャップ間或いはギャップ周辺に電極の一部が脱落したり電極の溶融物が生成したりする等して、電極間での短絡が引き起こされ易く、繰り返し使用時の耐久性が不十分であるという問題があった。 However, in the technique described in Patent Document 1, the effect of suppressing the destruction (melting, deformation, dropout, etc.) of the electrode due to heat or stress generated by the discharge is insufficient, and therefore, the gap or There is a problem that a short circuit between the electrodes is likely to occur due to a part of the electrode dropping out or a melt of the electrode is generated around the gap, and durability during repeated use is insufficient. .
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、放電特性に優れるのみならず、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にある。また、本発明の他の目的は、放電特性及び繰り返し使用の耐久性に優れるのみならず、静電容量が小さい、静電気対策素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an anti-static element that not only has excellent discharge characteristics but also has improved durability for repeated use. Another object of the present invention is to provide an anti-static element that not only has excellent discharge characteristics and durability for repeated use, but also has a small capacitance.
上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、所謂ギャップ型電極を搭載した静電気対策素子において、ギャップ間で放電を生じさせる電極として、導電性金属酸化物を含む電極を採用することにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-described problems, the present inventors have conducted extensive research and as a result, in an anti-static element equipped with a so-called gap-type electrode, include an electrically conductive metal oxide as an electrode that causes discharge between gaps. The inventors have found that the above problems can be solved by employing an electrode, and have completed the present invention.
すなわち、本発明による静電気対策素子は、絶縁性積層体と、該絶縁性積層体中で相互に離間して対向配置された電極と、該電極間に位置するギャップと、少なくとも該ギャップ内に配置された放電誘発部と、を備え、前記電極は、導電性金属酸化物を含むことを特徴とする。 That is, an antistatic element according to the present invention includes an insulating laminate, electrodes spaced apart from each other in the insulating laminate, a gap positioned between the electrodes, and at least the gap. A discharge inducing part, wherein the electrode includes a conductive metal oxide.
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、放電特性に優れるのみならず、繰り返し使用の耐久性が高めら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。 The inventors measured the characteristics of the anti-static element configured as described above, and found that not only the discharge characteristics were excellent, but also the durability of repeated use was enhanced. The details of the mechanism of action that produces this effect are not yet clear, but are estimated as follows, for example.
すなわち、上記構成の静電気対策素子においては、ギャップ間で放電を生じさせる電極として、導電性金属酸化物を含む電極が採用されている。かかる導電性金属酸化物を含む電極は、従来技術で用いられているニッケル、タングステン或いはモリブデン等の金属からなる電極に比して、導電性、耐熱性及び機械強度のバランスに優れる。そのため、この導電性金属酸化物を含む電極を採用することにより、導電性を過度に損なうことなく、放電によって生じる熱や応力による電極の破壊(溶融、変形、脱落等)を緩和することができ、その結果、繰り返し使用時における電極間の短絡が抑制される。これらの作用が相まった結果、上記構成の静電気対策素子は、放電特性に優れるのみならず、繰り返し使用時の耐久性が高められたものと推察される。なお、電極の破壊を緩和するために、導電性に優れる金属電極の表面に酸化アルミニウム等の絶縁性金属酸化物を付与した電極を採用することも考えられたが、このように構成すると、放電開始電圧が高くなる等、電極の導電性(放電性)が過度に損なわれてしまうため、不適である。但し、作用は、これらに限定されない。 That is, in the anti-static element having the above-described configuration, an electrode including a conductive metal oxide is employed as an electrode that generates a discharge between the gaps. An electrode including such a conductive metal oxide is excellent in balance of conductivity, heat resistance and mechanical strength as compared with an electrode made of metal such as nickel, tungsten or molybdenum used in the prior art. Therefore, by adopting an electrode containing this conductive metal oxide, it is possible to alleviate the destruction (melting, deformation, dropout, etc.) of the electrode due to heat or stress generated by the discharge without excessively impairing the conductivity. As a result, a short circuit between the electrodes during repeated use is suppressed. As a result of a combination of these actions, it is surmised that the antistatic element having the above-described configuration not only has excellent discharge characteristics, but also has improved durability during repeated use. In order to alleviate the destruction of the electrode, it was considered to employ an electrode provided with an insulating metal oxide such as aluminum oxide on the surface of a metal electrode having excellent conductivity. This is not suitable because the conductivity (discharge property) of the electrode is excessively impaired, such as an increase in starting voltage. However, the action is not limited to these.
ここで、上記導電性金属酸化物は、抵抗率が10-7Ωm以上105Ωm以下であることが好ましい。この程度の抵抗率(導電性)を有する導電性金属酸化物を用いることにより、放電特性及び繰り返し使用時の耐久性に優れる静電気対策素子を、再現性よく実現することができる。 Here, the conductive metal oxide preferably has a resistivity of 10 −7 Ωm or more and 10 5 Ωm or less. By using a conductive metal oxide having such a resistivity (conductivity), it is possible to realize an anti-static element having excellent discharge characteristics and durability during repeated use with good reproducibility.
また、上記導電性金属酸化物は、焼結体であることが好ましい。導電性金属酸化物の焼結体は、耐熱性及び機械強度が殊に優れるので、これを用いることにより、静電気対策素子の繰り返し使用時の耐久性が格別に高められる。 The conductive metal oxide is preferably a sintered body. Since the sintered body of the conductive metal oxide is particularly excellent in heat resistance and mechanical strength, the durability of the antistatic element can be remarkably enhanced by using the sintered body.
さらに、上記導電性金属酸化物が粒子であり、上記電極が該導電性金属酸化物の粒子の集積構造を有することが好ましい。かかる粒子形状の導電性金属酸化物を集積した電極においては、放電によって生じる熱や応力が粒子間に存在する隙間によって吸収され、その結果、電極の破壊が緩和され得るので、これを用いることにより、静電気対策素子の繰り返し使用時の耐久性が格別に高められる。 Furthermore, it is preferable that the conductive metal oxide is a particle, and the electrode has an accumulation structure of the conductive metal oxide particle. In an electrode in which such a particle-shaped conductive metal oxide is integrated, heat and stress generated by discharge are absorbed by gaps existing between the particles, and as a result, the destruction of the electrode can be mitigated. In addition, the durability of the anti-static element can be remarkably enhanced during repeated use.
上記構成の静電気対策素子においては、電極間のギャップ距離ΔGは70μm以下であることが好ましい。このように構成すると、放電開始電圧が低減される等して、放電特性が高められる。 In the electrostatic countermeasure element having the above configuration, the gap distance ΔG between the electrodes is preferably 70 μm or less. If comprised in this way, a discharge start voltage will be reduced etc., and a discharge characteristic will be improved.
また、上記構成の静電気対策素子においては、さらに抵抗率が10-7Ωm未満のリード電極を備え、前記電極は、前記リード電極を介して外部回路と電気的に接続されていることが好ましい。このようにリード電極を採用すると、素子全体の抵抗値が下げられ放電時の発熱量を低下させることができ、その結果、放電特性及び繰り返し使用時の耐久性がより一層高められる。 In addition, it is preferable that the electrostatic countermeasure element having the above configuration further includes a lead electrode having a resistivity of less than 10 −7 Ωm, and the electrode is electrically connected to an external circuit through the lead electrode. When the lead electrode is employed in this manner, the resistance value of the entire element can be reduced and the amount of heat generated during discharge can be reduced, and as a result, the discharge characteristics and durability during repeated use can be further enhanced.
さらに、上記構成の静電気対策素子においては、前記放電誘発部は、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。この種のコンポジットは、静電容量が小さく、比較的に低い電圧でも放電可能な静電気保護材料として機能するので、放電特性に優れる高性能な静電気対策素子が実現される。しかも、静電気保護材料として無機材料のコンポジットを採用しているので、耐熱性が格段に高められるとともに、温度や湿度等の外部環境への耐候性が格段に高められる。 Furthermore, in the electrostatic protection element having the above-described configuration, the discharge inducing portion is preferably a composite in which a conductive inorganic material is discontinuously dispersed in a matrix of an insulating inorganic material. Since this type of composite has a small electrostatic capacity and functions as an electrostatic protection material that can be discharged even at a relatively low voltage, a high-performance antistatic element having excellent discharge characteristics can be realized. In addition, since an inorganic composite is used as the electrostatic protection material, the heat resistance is remarkably improved and the weather resistance to the external environment such as temperature and humidity is remarkably improved.
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、放電誘発部における「絶縁性」とは0.1Ωcm以上を、放電誘発部における「導電性」とは、0.1Ωcm未満を意味し、放電誘発部における所謂「半導電性」は、その比抵抗が0.1Ωcm以上である限り、前者の絶縁性に含まれる。 In this specification, “composite” means a state in which a conductive inorganic material is dispersed in a matrix of insulating inorganic material, and the conductive inorganic material is uniformly or in the matrix of insulating inorganic material. The concept includes not only a randomly dispersed state but also a state in which aggregates of conductive inorganic materials are dispersed in a matrix of an insulating inorganic material, that is, a state generally called a sea-island structure. In this specification, “insulation” in the discharge inducing portion means 0.1 Ωcm or more, and “conductivity” in the discharge inducing portion means less than 0.1 Ωcm, so-called “semiconductive” in the discharge inducing portion. As long as the specific resistance is 0.1 Ωcm or more, the property is included in the former insulation.
上記において、前記絶縁性無機材料は、Al2O3、SrO、CaO、BaO、TiO2、SiO2、ZnO、In2O3、NiO、CoO、SnO2、V2O5、CuO、MgO、ZrO2、Bi2O3、AlN、BN及びSiCよりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらの金属化合物は、絶縁性、耐熱性及び耐候性に優れるので、コンポジットの絶縁性マトリックスを構成する素材として有効に機能し、その結果、放電特性、耐熱性及び耐候性に優れる高性能な静電気対策素子を実現することができる。 In the above, the insulating inorganic material includes Al 2 O 3 , SrO, CaO, BaO, TiO 2 , SiO 2 , ZnO, In 2 O 3 , NiO, CoO, SnO 2 , V 2 O 5 , CuO, MgO, It is preferably at least one selected from the group consisting of ZrO 2 , Bi 2 O 3 , AlN, BN and SiC. Since these metal compounds are excellent in insulation, heat resistance and weather resistance, they function effectively as a material constituting the insulating matrix of the composite, and as a result, high performance static electricity with excellent discharge characteristics, heat resistance and weather resistance. A countermeasure element can be realized.
また、前記導電性無機材料は、C、Ni、Al、Fe、Cu、Ti、Cr、Au、Ag、Pd及びPtよりなる群から選択される少なくとも1種の金属又はこれらの金属化合物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これらの金属又は金属化合物を不連続に分散した状態を形成することにより、放電特性、耐熱性及び耐候性に優れる高性能な静電気対策素子を実現することができる。 The conductive inorganic material is at least one metal selected from the group consisting of C, Ni, Al, Fe, Cu, Ti, Cr, Au, Ag, Pd, and Pt, or a metal compound thereof. Is preferred. By forming a state in which these metals or metal compounds are discontinuously dispersed in a matrix of an insulating inorganic material, a high-performance antistatic element excellent in discharge characteristics, heat resistance and weather resistance can be realized.
本発明によれば、放電特性に優れるのみならず、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。また、本発明の好ましい態様によれば、放電特性及び繰り返し使用の耐久性に優れるのみならず、静電容量が小さい、静電気対策素子をも実現することができる。さらに、本発明の他の好ましい態様によれば、耐熱性及び耐候性を格別に高めることもできる。 According to the present invention, it is possible to realize an anti-static element that not only has excellent discharge characteristics but also has improved durability for repeated use. Moreover, according to the preferable aspect of this invention, not only is it excellent in discharge characteristics and durability of repeated use, but also an electrostatic countermeasure element having a small capacitance can be realized. Furthermore, according to the other preferable aspect of this invention, heat resistance and a weather resistance can also be improved exceptionally.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Furthermore, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios. Further, the following embodiments are exemplifications for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention only to the embodiments.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の静電気対策素子を概略的に示す模式断面図である。
静電気対策素子100は、絶縁性積層体11と、この絶縁性積層体11中で相互に離間して対向配置された一対の矩形状の電極21,22と、これら電極21,22の間に位置するギャップ内に配設された放電誘発部31と、電極21,22と電気的に接続された端子電極41(図示せず)とを備える。この静電気対策素子100は、積層工法により作成されており、一対の電極21,22が絶縁性積層体11中に埋設された態様となっている。そして、この静電気対策素子100においては、電極21,22が端子電極41を介して外部回路と電気的に接続され、放電誘発部31が比較的に低い電圧でも放電可能な静電気保護材料として機能することにより、静電気などの過電圧が外部から印加された際に放電誘発部31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。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the antistatic element of the present embodiment.
The
絶縁性積層体11は、絶縁性表面13を有する複数の絶縁性基板12(12a,12b,12c,12d,12e,12f,12g,12h)を積層させたものである。絶縁性積層体11は、少なくとも電極21,22及び放電誘発部31を支持可能なものであれば、その寸法形状や絶縁性基板12の積層数は特に制限されない。ここで、絶縁性表面13を有する絶縁性基板12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。
The insulating
絶縁性基板12の具体例としては、例えば、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が挙げられる。 Specific examples of the insulating substrate 12 include a ceramic substrate using a low dielectric constant material having a dielectric constant of 50 or less, preferably 20 or less, such as alumina, silica, magnesia, aluminum nitride, and forsterite.
絶縁性積層体11の絶縁性基板12d,12eの対面する絶縁性表面13上には、導電性金属酸化物を含む電極21,22がそれぞれ配設されている。本実施形態では、一対の電極21,22は、絶縁性基板12d,12hの平面視略中央において、一部が重なるように配設され、また、一対の電極21,22は、絶縁性積層体11中で、ギャップ距離ΔGをおいて相互に離間して対向配置されている。なお、ギャップ距離ΔGは、一対の電極21,22間の最短距離を意味する。
On the insulating
電極21,22に含まれる導電性金属酸化物の具体例としては、例えば、Caサイトの一部をLa置換したCaMnO3、LaNiO3、一部をAl置換したZnO、ITO、Ca3Co4O9、RuO2、Srサイトの一部をNb置換したSrTiO3、一部をLi置換したNiO、NiO・Fe2O3等が挙げられるが、これらに特に限定されない。導電性金属酸化物は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
Specific examples of the conductive metal oxide included in the
ここで、電極21,22に含まれる導電性金属酸化物は、放電特性及び繰り返し使用時の耐久性に優れる静電気対策素子100を再現性よく実現する観点から、抵抗率が10-7Ωm以上105Ωm以下であることが好ましい。
Here, the conductive metal oxide contained in the
また、電極21,22に含まれる導電性金属酸化物は、焼結体であることが好ましい。また、耐熱性及び機械強度が殊に優れるので、これを用いることにより、静電気対策素子100の繰り返し使用時の耐久性が格別に高められる。
The conductive metal oxide contained in the
電極21,22は、上述した導電性金属酸化物以外に、他の成分を含んでいてもよい。電極21,22に含まれてもよい他の成分の具体例としては、例えば、Al2O3、SrO、CaO、BaO、TiO2、SiO2、ZnO、In2O3、NiO、CoO、SnO2、V2O5、CuO、MgO、ZrO2、Bi2O3、AlN、BN、SiC、フォルステライト、ガラス等の抵抗率が105Ωmを超える絶縁性無機材料或いは半導体性無機材料;抵抗率が10-7Ωm未満の金属或いは合金:抵抗率が10-7Ωm未満の金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物;炭素;バインダー;分散剤;溶剤等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
The
電極21,22に含まれる導電性金属酸化物は、粒子形状を有することが好ましい。粒子形状を有する導電性金属酸化物を集積させて得られる電極21,22は、粒子間に存在する隙間によって放電時に生じる熱や応力を吸収(緩和)し得る。したがって、これを用いることにより、放電時における電極破壊が抑制され、静電気対策素子100の繰り返し使用時の耐久性が格別に高められる。ここで、導電性金属酸化物の粒子形状は、特に限定されず、例えば、錘状、柱状、アスペクト比が1〜5の球状、アスペクト比が5を超える楕円球状、不定形状等のいずれであっても構わない。また、導電性金属酸化物の粒子の平均粒径は、適宜設定することができ、特に限定されないが、0.1〜2μm程度であることが好ましい。なお、本明細書において、平均粒径とは、球状ものはメジアン径(D50)を意味し、その他のものは長径及び短径の算術平均値を意味する。
The conductive metal oxide contained in the
なお、電極21,22の厚みは、適宜設定することができ、特に限定されないが、通常、0.1〜20μm程度である。また、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。
The thickness of the
電極21,22間のギャップ距離ΔG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、0.1〜70μm程度である。低電圧初期放電を確保するという観点から、電極21,22間のギャップ距離ΔGは、50μm以下であることが好ましい。
The gap distance ΔG between the
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、導電性金属酸化物(導電性金属酸化物の粒子或いは焼結粒子)及び必要に応じて溶剤やバインダー等の他の成分を含む混合物(混合液、分散物、混合ペースト)を調整し、この混合物を絶縁性基板12d,12eの絶縁性表面13上に付与し、必要に応じて乾燥処理、熱処理或いは焼成処理等することにより、電極21,22を得ることができる。この場合、絶縁性表面13上への混合物の付与方法としては、例えば、スピンコート法やスプレーコート法等の公知の塗布法や、電極21,22がパターン形成された製版を用いたスクリーン印刷法を適用することができる。また、混合物の塗布或いは印刷の際には、例えば、スピンコーターやスリットコーター等の公知の塗布装置或いは公知の印刷装置を用いることができる。さらに、例えばイオンミリングやエッチング等の公知の手法を用いて、電極21,22の大きさや電極21,22間のギャップの大きさ、ギャップ距離ΔGを加工することもできる。なお、焼成時における処理条件は、特に限定されないが、生産性及び経済性を考慮すると、大気雰囲気下、500〜1200℃で10分〜5時間程度が好ましい。
The formation method of the
上記の電極21,22のギャップ間には、放電誘発部31が配設されている。本実施形態では、放電誘発部31は、電極21,22のギャップ間に配設されるように、絶縁性基板12dと絶縁性基板12eとの間に積層された構成となっている。この放電誘発部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のギャップ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。
A
放電誘発部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。比較的に低い電圧でも放電可能な静電気保護材料として、例えば、Al2O3、TiO2および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、絶縁性有機材料および/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。
The material constituting the
本実施形態では、放電誘発部31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(一様に又はランダムに)分散したコンポジットである。言い換えれば、この放電誘発部31は、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不連続に点在した、所謂、海島構造を有する。かかるコンポジットを放電誘発部31として採用することにより、低静電容量化を図ることができる。また、このコンポジットは、従来の放電誘発部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および耐熱性に優れ、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。
In the present embodiment, the
マトリックスを構成する絶縁性無機材料の具体例としては、例えば、金属酸化物やフォルステライト等の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、SrO、CaO、BaO、TiO2、SiO2、ZnO、In2O3、NiO、CoO、SnO2、Bi2O3、Mg2SiO4、V2O5、CuO、MgO、ZrO2、AlN、BN及びSiCであることが好ましい。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。絶縁性無機材料のマトリックスは、絶縁性無機材料の一様な膜として形成されていても、絶縁性無機材料の粒子の凝集体として形成されていてもよく、その性状は特に限定されない。これらのなかでも、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。ここで、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と併用したりすればよい。 Specific examples of the insulating inorganic material constituting the matrix include, but are not limited to, metal nitrides such as metal oxides and forsterite. In consideration of insulation and cost, Al 2 O 3 , SrO, CaO, BaO, TiO 2 , SiO 2 , ZnO, In 2 O 3 , NiO, CoO, SnO 2 , Bi 2 O 3 , Mg 2 SiO 4 , V 2 O 5 , CuO, MgO, ZrO 2 , AlN, BN and SiC are preferable. These may be used alone or in combination of two or more. The matrix of the insulating inorganic material may be formed as a uniform film of the insulating inorganic material or may be formed as an aggregate of particles of the insulating inorganic material, and the properties thereof are not particularly limited. Among these, it is more preferable to use Al 2 O 3 , SiO 2 , forsterite or the like from the viewpoint of imparting a high degree of insulation to the insulating matrix. On the other hand, from the viewpoint of imparting semiconductivity to the insulating matrix, it is more preferable to use TiO 2 or ZnO. By imparting semiconductivity to the insulating matrix, it is possible to obtain an anti-static element having excellent discharge start voltage and clamp voltage. Here, the method for imparting semiconductivity to the insulating matrix is not particularly limited. For example, these TiO 2 and ZnO may be used alone, or these may be used in combination with other insulating inorganic materials.
導電性無機材料の具体例としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、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、Al、Fe、Cu、Ti、Cr、Au、Ag、Pd及びPt或いは、これらの合金が好ましい。 Specific examples of the conductive inorganic material include, but are not particularly limited to, metals, alloys, metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal borides, and the like. In consideration of conductivity, C, Ni, Al, Fe, Cu, Ti, Cr, Au, Ag, Pd and Pt, or alloys thereof are preferable.
放電誘発部31の厚みは、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。具体的には、10nm〜60μmであることが好ましく、100nm〜50μmであることがより好ましい。
The thickness of the
放電誘発部31の形成方法は、特に限定されず、公知の薄膜形成方法を適用することができる。高性能な放電誘発部31を再現性よく簡便に得る観点から、上述した絶縁性無機材料と導電性無機材料とを少なくとも含有する混合物を塗布した後に焼成する方法が好適である。以下、好ましい放電誘発部31の形成方法について説明する。
The formation method of the
この方法では、絶縁性無機材料と導電性無機材料とを少なくとも含有する混合物を調製し、この混合物を少なくとも電極21,22のギャップ間に塗布或いは印刷等して付与した後に、焼成する。なお、混合物の調製の際、又は、混合物の塗布或いは印刷の際に、溶剤やバインダー等の各種添加物を配合してもよい。また、焼成時における処理条件は、特に限定されないが、生産性及び経済性を考慮すると、大気雰囲気下、500〜1200℃で10分〜5時間程度が好ましい。
In this method, a mixture containing at least an insulating inorganic material and a conductive inorganic material is prepared, and this mixture is applied or printed between at least the gaps between the
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放電誘発部31が、比較的に低い電圧でも放電可能な静電気保護材料として機能する。また、導電性金属酸化物を含む放電誘発部31は、導電性、耐熱性及び機械強度のバランスに優れるため、導電性(放電性)を過度に損なうことなく、放電によって生じる熱や応力による電極の破壊(溶融、変形、脱落等)を緩和し、放電後の電極21,22間の短絡の発生を抑制する。そのため、本実施形態の静電気対策素子100は、静電容量が小さく、放電特性及び繰り返し使用時の耐久性に優れたものとなる。しかも、放電誘発部31を無機材料からなるコンポジットから構成しているので、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ものとなり、その結果、信頼性が高められる。
In the
(第2実施形態)
図2は、本実施形態の静電気対策素子を概略的に示す模式断面図である。
この静電気対策素子200は、上述した電極21,22の形状を図示の如くL字状に変更するとともに、電極21,22と端子電極41とをリード電極51,52を介して電気的接続させるように変更すること以外は、上記の第1実施形態の静電気対策素子100と同様に構成されたものである。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing the antistatic element of the present embodiment.
The
すなわち、静電気対策素子200は、絶縁性積層体11と、この絶縁性積層体11中で相互に離間して対向配置された一対のL字状の電極21,22と、これら電極21,22の間に位置するギャップ内に配設された放電誘発部31と、電極21,22と電気的に接続された矩形状のリード電極51,52と、このリード電極51,52と電気的に接続された図示しない端子電極41(図9参照)とを備える。この静電気対策素子200は、積層工法により作成されており、一対の電極21,22が絶縁性積層体11中に埋設された態様となっている。そして、この静電気対策素子200においては、電極21,22がリード電極41,42及び端子電極41を介して外部回路と電気的に接続され、放電誘発部31が比較的に低い電圧でも放電可能な低電圧放電タイプの静電気保護材料として機能し、静電気などの過電圧が外部から印加された際に放電誘発部31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。
That is, the
上記のリード電極51,52は、抵抗率が10-7Ωm未満の導電性に優れるものを用いて構成されている。リード電極51,52を構成する素材の具体例としては、例えば、例えば、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、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、Al、Fe、Cu、Ti、Cr、Au、Ag、Pd及びPt或いは、これらの合金が好ましい。なお、本実施形態では、リード電極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ない。
The
本実施形態の如くリード電極51,52上に電極21,22を配する場合、リード電極51,52間での放電を抑制する観点から、電極21,22の長さ(図2において紙面の左右方向)は、平面視でリード電極51,52の重なる部分を超える長さと同等以上であることが好ましく、平面視でリード電極51,52の重なる部分を超える長さの1.2倍以上であることがより好ましい。
When the
リード電極51,52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12d,12eの対面する絶縁性表面13上に所望の厚みを有するリード電極51,52をパターン形成する方法が挙げられる。また、例えばイオンミリングやエッチング等の公知の手法を用いて、リード電極51,52の大きさや形状を加工することもできる。
The formation method of the
このようにリード電極51,52を配した静電気対策素子200においても、上記第1実施形態の静電気対策素子100と同様の作用効果が奏される。その上さらに、導電性に優れるリード電極51,52を配し、比較的に高抵抗な電極21,22の放電経路中おける使用割合を減らしているので、素子全体の抵抗値が下げられ、放電時の発熱量を低下させることができ、放電特性及び繰り返し使用時の耐久性がより一層高めることができる。
The
(第3実施形態)
図3は、本実施形態の静電気対策素子を概略的に示す模式断面図である。
この静電気対策素子300は、上述した一対の電極21,22の配設位置を図示の如く絶縁性基板12d上に変更し、絶縁性基板12d上に形成された一対の電極21,22間にギャップを設けること以外は、上記の第1実施形態の静電気対策素子100と同様に構成されたものである。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing the antistatic element of this embodiment.
In the
すなわち、静電気対策素子300は、絶縁性積層体11と、この絶縁性積層体11中で相互に離間して対向配置された一対の矩形状の電極21,22と、これら電極21,22の間に位置するギャップ内に配設された放電誘発部31と、電極21,22と電気的に接続された図示しない端子電極41(図示せず)とを備える。この静電気対策素子300は、積層工法により作成されており、一対の電極21,22が絶縁性積層体11中に埋設された態様となっている。そして、この静電気対策素子300においては、電極21,22が端子電極41を介して外部回路と電気的に接続され、放電誘発部31が比較的に低い電圧でも放電可能な静電気保護材料として機能し、静電気などの過電圧が外部から印加された際に放電誘発部31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。
That is, the
このように電極21,22を配した静電気対策素子200においても、上記第1実施形態の静電気対策素子100と同様の作用効果が奏される。
The
(第4実施形態)
図4は、本実施形態の静電気対策素子を概略的に示す模式断面図である。
この静電気対策素子400は、上述した電極21,22の形状を図示の如く階段状(段差状)に変更するとともに、電極21,22と端子電極41とをリード電極51,52を介して電気的接続させるように変更すること以外は、上記の第3実施形態の静電気対策素子300と同様に構成されたものである。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically showing the antistatic element of the present embodiment.
The
すなわち、静電気対策素子400は、絶縁性積層体11と、この絶縁性積層体11中で相互に離間して対向配置された一対の階段状(段差状)の電極21,22と、これら電極21,22の間に位置するギャップ内に配設された放電誘発部31と、電極21,22と電気的に接続された矩形状のリード電極51,52と、このリード電極51,52と電気的に接続された図示しない端子電極41(図12参照)とを備える。この静電気対策素子200は、積層工法により作成されており、一対の電極21,22が絶縁性積層体11中に埋設された態様となっている。そして、この静電気対策素子200においては、電極21,22がリード電極41,42及び端子電極41を介して外部回路と電気的に接続され、放電誘発部31が静電気保護材料として機能し、静電気などの過電圧が外部から印加された際に放電誘発部31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。
That is, the
本実施形態の如くリード電極51,52間に電極21,22を配する場合、リード電極51,52間での放電を抑制する観点から、電極21,22は、少なくともリード電極51,52の端面(ギャップに対向する面)を覆うように形成されていることが好ましく、リード電極51,52の端面及びリード電極51,52の上面を覆うように形成されていることがより好ましい。
When the
このように電極21,22及びリード電極51,52を配した静電気対策素子400においても、上記第3実施形態の静電気対策素子300と同様の作用効果が奏される。その上さらに、導電性に優れるリード電極51,52を配し、比較的に高抵抗な電極21,22の放電経路中おける使用割合を減らしているので、素子全体の抵抗値が下げられ、放電時の発熱量を低下させることができ、また、静電容量が低減されるので、放電特性及び繰り返し使用時の耐久性がより一層高めることができる。
Thus, the
(変形例)
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り、上述した第1乃至第4実施形態に限定されない。例えば、図5に示すように、電極21,22をリード電極51,52の略全面を覆うように形成してもよい。また、図6に示すように、電極21,22が導電性金属酸化物の粒子の集積構造を有していてもよい。
(Modification)
The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof, and is not limited to the first to fourth embodiments described above. For example, as shown in FIG. 5, the
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.
まず、導電性金属酸化物であるLa置換CaMnO3を、以下の手順で調製した。
La置換CaMnO3の合成は、固相反応法を用いて行った。ここでは、まず、CaCO3、Mn3O4、La(OH)3を所定のモル比となるように秤量し、水を媒体とするボールミルにより、湿式混合を行った。湿式混合の際には、粉砕用メディアとしてジルコニアボールを用いた。次いで、得られたスラリーを乾燥し、適度な粒度になるまで解砕した後、大気中で1000〜1250℃で2時間の仮焼を行い、La置換CaMnO3(仮焼粉)を得た。得られた仮焼粉について、XRDによる相同定を行ったところ、生成層が単一相であることを確認した。さらに、得られた仮焼粉に対し、水を媒体とする湿式粉砕を行った。湿式混合の際には、粉砕用メディアとしてジルコニアボールを用いた。そして、得られたスラリーを乾燥し解砕することにより、目的とするLa置換CaMnO3(完成材)を得た。
First, La substituted CaMnO 3 which is a conductive metal oxide was prepared by the following procedure.
La-substituted CaMnO 3 was synthesized using a solid phase reaction method. Here, first, CaCO 3 , Mn 3 O 4 , and La (OH) 3 were weighed so as to have a predetermined molar ratio, and wet-mixed by a ball mill using water as a medium. In the wet mixing, zirconia balls were used as the grinding media. Next, the obtained slurry was dried and pulverized to an appropriate particle size, and then calcined in the atmosphere at 1000 to 1250 ° C. for 2 hours to obtain La-substituted CaMnO 3 (calcined powder). About the obtained calcined powder, when the phase identification by XRD was performed, it confirmed that a production | generation layer was a single phase. Furthermore, the obtained calcined powder was wet pulverized using water as a medium. In the wet mixing, zirconia balls were used as the grinding media. By crushing and drying the resulting slurry to give La-substituted CaMnO 3 is an object (finished material).
次に、導電性金属酸化物であるAl置換ZnOを、以下の手順で調製した。
まず、ZnO、Al2O3を所定のモル比となるように秤量し、水を媒体とするボールミルにより、湿式混合を行った。湿式混合の際には、粉砕用メディアとしてジルコニアボールを用いた。次いで、得られたスラリーを乾燥し、適度な粒度になるまで解砕した後、大気中で1000〜1200℃で2時間の仮焼を行い、Al置換ZnO(仮焼粉)を得た。さらに、得られた仮焼粉に対し、水を媒体とする湿式粉砕を行った。湿式混合の際には、粉砕用メディアとしてジルコニアボールを用いた。そして、得られたスラリーを乾燥し解砕することにより、目的とするAl置換ZnO(完成材)を得た。
Next, Al-substituted ZnO, which is a conductive metal oxide, was prepared by the following procedure.
First, ZnO and Al 2 O 3 were weighed so as to have a predetermined molar ratio, and wet mixed by a ball mill using water as a medium. In the wet mixing, zirconia balls were used as the grinding media. Next, the obtained slurry was dried and pulverized to an appropriate particle size, and then calcined in the atmosphere at 1000 to 1200 ° C. for 2 hours to obtain Al-substituted ZnO (calcined powder). Furthermore, the obtained calcined powder was wet pulverized using water as a medium. In the wet mixing, zirconia balls were used as the grinding media. And the target Al substituted ZnO (finished material) was obtained by drying and crushing the obtained slurry.
次に、導電性金属酸化物であるNiO・Fe2O3を、以下の手順で調製した。
まず、NiO、Fe2O3を所定のモル比となるように秤量し、水を媒体とするボールミルにより、湿式混合を行った。湿式混合の際には、粉砕用メディアとしてジルコニアボールを用いた。次いで、得られたスラリーを乾燥し、適度な粒度になるまで解砕した後、大気中で1000〜1200℃で2時間の熱処理を行った後、再度窒素雰囲気中で1200〜1300℃の熱処理を行うことで仮焼粉を得た。さらに得られた仮焼粉に対して水を媒体とする湿式粉砕を行った。湿式混合の際には、粉砕用メディアとしてジルコニアボールを用いた。そして、得られたスラリーを乾燥し解砕することにより、目的とするNiO・Fe2O3(完成材)を得た。
Next, NiO.Fe 2 O 3 which is a conductive metal oxide was prepared by the following procedure.
First, NiO and Fe 2 O 3 were weighed so as to have a predetermined molar ratio, and wet mixed by a ball mill using water as a medium. In the wet mixing, zirconia balls were used as the grinding media. Next, the obtained slurry was dried and crushed to an appropriate particle size, and then heat-treated at 1000 to 1200 ° C. for 2 hours in the air, and then heat-treated at 1200 to 1300 ° C. again in a nitrogen atmosphere. By performing, calcined powder was obtained. Further, the obtained calcined powder was wet pulverized using water as a medium. In the wet mixing, zirconia balls were used as the grinding media. By crushing and drying the resulting slurry to obtain NiO · Fe 2 O 3 for the purpose of (finished material).
上記のようにして調製した導電性金属酸化物(完成材)の各々の抵抗率を、以下の手順で測定した。まず、導電性金属酸化物(完成材)にバインダーを加えて棒状の成形体を作成し、得られた成形体を所定の温度で2時間、焼結させることにより、棒状の焼結体を作製した。得られた焼結体の寸法を測定した後、得られた焼結体の両端にAgを焼き付けて端子を形成し、その後、4端子法による抵抗測定を行い、抵抗率を算出した。 The resistivity of each conductive metal oxide (finished material) prepared as described above was measured by the following procedure. First, a rod-shaped molded body is prepared by adding a binder to a conductive metal oxide (finished material), and the resulting molded body is sintered at a predetermined temperature for 2 hours to produce a rod-shaped sintered body. did. After measuring the dimensions of the obtained sintered body, Ag was baked on both ends of the obtained sintered body to form terminals, and then resistance measurement was performed by the 4-terminal method to calculate the resistivity.
(実施例1)
まず、絶縁性基板12(12a,12b,12c,12d,12e,12f,12g,12h)として、主成分がAl2O3とガラス成分より構成される材料をシート化したグリーンシート(TDK株式会社製)を用意した。このグリーンシートは、Al2O3とガラス成分と焼結助剤とを所定の比となるように調整し、バインダー及び有機溶剤を添加してスラリー状にした後、これをドクターブレード法にてシート化したものである。
Example 1
First, as an insulating substrate 12 (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h), a green sheet (TDK Corporation) in which a material composed mainly of Al 2 O 3 and a glass component is formed into a sheet. Prepared). This green sheet is prepared by adjusting the Al 2 O 3 , glass component and sintering aid so as to have a predetermined ratio, adding a binder and an organic solvent to form a slurry, and then using a doctor blade method. It is a sheet.
次に、図7に示すように、絶縁性基板12d,12eの絶縁性表面13に、Agペースト層(リード電極51,52の前駆体)と導電性金属酸化物ペースト層(電極21,22の前駆体)とを、以下の手順によりパターン形成した。
Agペースト(昭栄化学工業製)を絶縁性基板12d,12eの絶縁性表面13上にそれぞれスクリーン印刷した後、加熱乾燥することにより、図7に示すものと同等の構造を有する長さ0.5mm、幅0.4mm、厚み20μmの帯状のAgペースト層(リード電極51,52の前駆体)をそれぞれパターン形成した。
次いで、バインダーとしてエチルセルロース系樹脂と溶剤としてのターピネオールとを固形分比率が8wt%となるように混錬して調製したラッカーに、上記のようにして調製した平均粒径0.6μmのLa置換CaMnO3(完成材)を、La置換CaMnO3の固形分比率が70vol%となるように配合し、その混合物を混練することにより、導電性金属酸化物ペーストを調製した。得られた導電性金属酸化物ペーストを、絶縁性基板12d,12eの絶縁性表面13上及びAgペースト層(リード電極51,52の前駆体)上にそれぞれスクリーン印刷した後、加熱乾燥することにより、図7に示すものと同等の構造を有する長さ60μm、幅0.4mm、厚み10μmのL字状の導電性金属酸化物ペースト層(電極21,22の前駆体)をそれぞれパターン形成した。
Next, as shown in FIG. 7, an Ag paste layer (a precursor of the
A silver paste (manufactured by Shoei Chemical Industry Co., Ltd.) is screen-printed on the insulating
Next, La-substituted CaMnO having an average particle size of 0.6 μm prepared as described above was prepared in a lacquer prepared by kneading ethyl cellulose resin as a binder and terpineol as a solvent so that the solid content ratio was 8 wt%. 3 (finished material) was blended so that the solid content ratio of La-substituted CaMnO 3 was 70 vol%, and the mixture was kneaded to prepare a conductive metal oxide paste. The obtained conductive metal oxide paste is screen-printed on the insulating
その後、図8に示すように、Agペースト層(リード電極51,52の前駆体)及び導電性金属酸化物ペースト層(電極21,22の前駆体)がパターン形成された絶縁性基板12d,12eと、絶縁性基板12a,12b,12c,12f,12g,12hと、放電誘発部ペースト層(放電誘発部13の前駆体)と、を以下の手順で積層することにより、絶縁性積層体11を形成し、スタック体を作製した。
まず、絶縁性無機材料としてSiO2を主成分とするガラス粒子(日本山村硝子株式会社製、商品番号:ME13)を70vol%、導電性無機材料として平均粒径1μmのAg粒子(三井金属鉱業株式会社製、商品番号:SPQ05S)を30vol%、となるように秤量し、これらを混合して混合物を得た。そして、バインダーとしてエチルセルロース系樹脂と溶剤としてのターピネオールとを固形分比率が8wt%となるように混錬して調製したラッカーに、得られた混合物を混合物の固形分比率が60vol%となるように配合し、その混合物を混練することにより、放電誘発部ペーストを調製した。
得られた放電誘発部ペーストを、Agペースト層(リード電極51,52の前駆体)及び導電性金属酸化物ペースト層(電極21,22の前駆体)がパターン形成された絶縁性基板12d,12e上にそれぞれスクリーン印刷した後、絶縁性基板12d,12eを貼り合わせ、さらに、絶縁性基板12a,12b,12c,12f,12g,12hを積層させ、熱プレスすることにより、放電誘発部ペースト層(放電誘発部31の前駆体)を形成し、図8に示すものと同等の構造を有するスタック体を作製した。
Thereafter, as shown in FIG. 8, the insulating
First, glass particles containing SiO 2 as a main component as an insulating inorganic material (manufactured by Yamamura Glass Co., Ltd., product number: ME13) are 70 vol%, and Ag particles having an average particle diameter of 1 μm as conductive inorganic materials (Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Company product, product number: SPQ05S) was weighed to be 30 vol%, and these were mixed to obtain a mixture. And the lacquer prepared by kneading ethyl cellulose resin as a binder and terpineol as a solvent so that the solid content ratio is 8 wt%, and the resulting mixture so that the solid content ratio of the mixture is 60 vol% The discharge induction part paste was prepared by mix | blending and knead | mixing the mixture.
The obtained discharge inducing portion paste is formed on the insulating
得られたスタック体を、所定の大きさに切断し、個片化を行った。しかる後、個片化されたスタック体に200℃で1時間の熱処理(脱バインダー処理)を施し、その後、毎分10℃で昇温し、大気中950℃で30分間保持した。この焼成処理によって、電極21,22、放電誘発部31、抵抗率が10-7未満のリード電極51,52が作製される。焼成後の一対の電極21,22間のギャップ距離ΔGは、約20μmであった。
The obtained stack was cut into a predetermined size and separated into individual pieces. Thereafter, the individualized stack was subjected to heat treatment (debinding treatment) at 200 ° C. for 1 hour, and then heated at 10 ° C. per minute and held at 950 ° C. for 30 minutes in the atmosphere. By this baking treatment, the
その後、図9に示すように、焼結後のスタック体のリード電極51,52の外周端部に接続するように、Agを主成分とする端子電極41を形成することにより、図2に示すものと同等の構造を有する実施例1の静電気対策素子200を得た。
Thereafter, as shown in FIG. 9, a
(実施例2)
電極21,22、放電誘発部31、リード電極51,52の作成を以下の手順で行ってスタック体を作製すること以外は、実施例1と同様に操作して、図4に示すものと同等の構造を有する実施例2の静電気対策素子400を得た。
上記のAgペーストを、絶縁性基板12dの絶縁性表面13上にスクリーン印刷した後、加熱乾燥することにより、図10に示すものと同等の構造を有する長さ0.5mm、幅0.4mm、厚み20μmの帯状のAgペースト層(リード電極51,52の前駆体)をそれぞれパターン形成した。
次いで、上記の導電性金属酸化物ペーストを、絶縁性基板12dの絶縁性表面13上及びAgペースト層(リード電極51,52の前駆体)上にそれぞれスクリーン印刷した後、加熱乾燥することにより、図10に示すものと同等の構造を有する長さ60μm、幅0.4mm、厚み10μmの階段状(段差状)の導電性金属酸化物ペースト層(電極21,22の前駆体)をそれぞれパターン形成した。
その後、図11に示すように、Agペースト層(リード電極51,52の前駆体)及び導電性金属酸化物ペースト層(電極21,22の前駆体)がパターン形成された絶縁性基板12dと、絶縁性基板12a,12b,12c,12e,12f,12g,12hと、放電誘発部ペースト層(放電誘発部13の前駆体)と、を以下の手順で積層することにより、絶縁性積層体11を形成し、スタック体を作製した。
上記の放電誘発部ペーストを、Agペースト層(リード電極51,52の前駆体)及び導電性金属酸化物ペースト層(電極21,22の前駆体)がパターン形成された絶縁性基板12d上にスクリーン印刷した後、絶縁性基板12d,12eを貼り合わせ、さらに、絶縁性基板12a,12b,12c,12f,12g,12hを積層させ、熱プレスすることにより、放電誘発部ペースト層(放電誘発部31の前駆体)を形成し、図11に示すものと同等の構造を有するスタック体を作製した。
(Example 2)
The same operation as in Example 1 is performed except that the
The above Ag paste is screen-printed on the insulating
Next, the conductive metal oxide paste is screen-printed on the insulating
Thereafter, as shown in FIG. 11, an insulating
The discharge inducing portion paste is screened on an insulating
得られたスタック体を、所定の大きさに切断し、個片化を行った。しかる後、個片化されたスタック体に200℃で1時間の熱処理(脱バインダー処理)を施し、その後、毎分10℃で昇温し、大気中950℃で30分間保持した。この焼成処理によって、電極21,22、放電誘発部31、抵抗率が10-7未満のリード電極51,52が作製される。焼成後の一対の電極21,22間のギャップ距離ΔGは、約30μmであった。
The obtained stack was cut into a predetermined size and separated into individual pieces. Thereafter, the individualized stack was subjected to heat treatment (debinding treatment) at 200 ° C. for 1 hour, and then heated at 10 ° C. per minute and held at 950 ° C. for 30 minutes in the atmosphere. By this baking treatment, the
その後、図12に示すように、焼結後のスタック体のリード電極51,52の外周端部に接続するように、Agを主成分とする端子電極41を形成することにより、図12に示すものと同等の構造を有する実施例2の静電気対策素子400を得た。
Then, as shown in FIG. 12, the
(実施例3)
La置換CaMnO3を含む導電性金属酸化物ペーストに代えて、Al置換ZnOを含む導電性金属酸化物ペーストを用いること以外は、実施例1と同様に操作して、図2に示すものと同等の構造を有する実施例3の静電気対策素子200を得た。ここで使用するAl置換ZnOを含む導電性金属酸化物ペーストは、バインダーとしてエチルセルロース系樹脂と溶剤としてのターピネオールとを固形分比率が8wt%となるように混錬して調製したラッカーに、上記のようにして調製した平均粒径0.6μmのAl置換ZnO(完成材)を、Al置換ZnOの固形分比率が60vol%となるように配合し、その混合物を混練することにより、調製したものである。
(Example 3)
The same operation as in Example 1 was performed except that a conductive metal oxide paste containing Al-substituted ZnO was used instead of the conductive metal oxide paste containing La-substituted CaMnO 3 , and the same as shown in FIG. An
(実施例4)
電極21,22間のギャップ距離ΔGを約30μmにすること以外は、実施例3と同様に操作して、図2に示すものと同等の構造を有する実施例4の静電気対策素子200を得た。
Example 4
Except for setting the gap distance ΔG between the
(実施例5)
La置換CaMnO3を含む導電性金属酸化物ペーストに代えて、NiO・Fe2O3を含む導電性金属酸化物ペーストを用いること以外は、実施例1と同様に操作して、図2に示すものと同等の構造を有する実施例5の静電気対策素子200を得た。ここで使用するNiO・Fe2O3を含む導電性金属酸化物ペーストは、バインダーとしてエチルセルロース系樹脂と溶剤としてのターピネオールとを固形分比率が8wt%となるように混錬して調製したラッカーに、上記のようにして調製した平均粒径0.6μmのNiO・Fe2O3(完成材)を、NiO・Fe2O3の固形分比率が60vol%となるように配合し、その混合物を混練することにより、調製したものである。
(Example 5)
FIG. 2 shows the same operation as in Example 1 except that a conductive metal oxide paste containing NiO.Fe 2 O 3 is used instead of the conductive metal oxide paste containing La-substituted CaMnO 3 . An
(実施例6)
電極21,22間のギャップ距離ΔGを約30μmにすること以外は、実施例5と同様に操作して、図2に示すものと同等の構造を有する実施例6の静電気対策素子200を得た。
(Example 6)
Except for setting the gap distance ΔG between the
(実施例7)
電極21,22間のギャップ距離ΔGを約40μmにすること以外は、実施例1と同様に操作して、図2に示すものと同等の構造を有する実施例7の静電気対策素子200を得た。
(Example 7)
Except for setting the gap distance ΔG between the
(実施例8)
電極21,22間のギャップ距離ΔGを約50μmにすること以外は、実施例2と同様に操作して、図12に示すものと同等の構造を有する実施例8の静電気対策素子400を得た。
(Example 8)
Except for setting the gap distance ΔG between the
(比較例1)
導電性金属酸化物ペースト層(電極21,22の前駆体)及び電極21,22の形成を省略すること以外は、実施例1と同様に操作して、比較例1の静電気対策素子を得た。
(Comparative Example 1)
An electrostatic protection device of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the formation of the conductive metal oxide paste layers (precursors of
(比較例2)
導電性金属酸化物ペースト層(電極21,22の前駆体)及び電極21,22の形成を省略すること以外は、実施例2と同様に操作して、比較例2の静電気対策素子を得た。
(Comparative Example 2)
An electrostatic protection device of Comparative Example 2 was obtained by operating in the same manner as in Example 2 except that the formation of the conductive metal oxide paste layers (precursors of
(比較例3)
La置換CaMnO3を含む導電性金属酸化物ペーストに代えて、タングステン粉末を含有する絶縁性金属酸化物ペーストを用いて酸化タングステンの電極21,22を作製すること以外は、実施例1と同様に操作して、比較例3の静電気対策素子を得た。ここで使用するタングステン粉末を含有する絶縁性金属酸化物ペーストは、バインダーとしてエチルセルロース系樹脂と溶剤としてのターピネオールとを固形分比率が8wt%となるように混錬して調製したラッカーに、平均粒径0.6μmの酸化タングステン粉末を、タングステン粉末の固形分比率が60vol%となるように配合し、その混合物を混練することにより、調製したものである。
(Comparative Example 3)
Instead of the conductive metal oxide paste containing La-substituted CaMnO 3 , the
(比較例4)
La置換CaMnO3を含む導電性金属酸化物ペーストに代えて、アルミナ粉末を含有する絶縁性金属酸化物ペーストを用いること以外は、実施例1と同様に操作して、比較例4の静電気対策素子を得た。ここで使用するアルミナ粉末を含有する絶縁性金属酸化物ペーストは、バインダーとしてエチルセルロース系樹脂と溶剤としてのターピネオールとを固形分比率が8wt%となるように混錬して調製したラッカーに、平均粒径0.6μmのアルミナ粉末を、アルミナ粉末の固形分比率が60vol%となるように配合し、その混合物を混練することにより、調製したものである。
(Comparative Example 4)
The antistatic device of Comparative Example 4 was operated in the same manner as in Example 1 except that an insulating metal oxide paste containing alumina powder was used instead of the conductive metal oxide paste containing La-substituted CaMnO 3. Got. The insulating metal oxide paste containing the alumina powder used here has an average particle size in a lacquer prepared by kneading ethyl cellulose resin as a binder and terpineol as a solvent so that the solid content ratio is 8 wt%. An alumina powder having a diameter of 0.6 μm was blended so that the solid content ratio of the alumina powder was 60 vol%, and the mixture was kneaded and prepared.
<静電気放電試験>
次に、上記のようにして得られた実施例1〜8及び比較例1〜4の静電気対策素子について、図13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。表1に、試験結果を示す。
<Electrostatic discharge test>
Next, the electrostatic discharge test was implemented about the static electricity countermeasure element of Examples 1-8 obtained as mentioned above and Comparative Examples 1-4 using the electrostatic test circuit shown in FIG. Table 1 shows the test results.
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13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。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した。また、静電容量は、1MHzにおける静電容量(pF)とした。さらに、放電耐性については、各々サンプル100個を用意し、静電気放電試験を各々8.0kVで100回繰り返した際に、電極間の短絡が発生した個数をカウントし、その個数の大小により評価した。 This electrostatic discharge test was performed in accordance with a human body model (discharge resistance 330Ω, discharge capacity 150 pF, applied voltage 8 kV, contact discharge) based on the electrostatic discharge immunity test and noise test of the international standard IEC61000-4-2. Specifically, as shown in the electrostatic test circuit of FIG. 13, one terminal electrode of the electrostatic countermeasure element to be evaluated is grounded, and an electrostatic pulse applying unit is connected to the other terminal electrode, An electrostatic pulse was applied by bringing a discharge gun into contact with the application section. Note that the discharge start voltage was a voltage at which an electrostatic absorption effect appeared in an electrostatic absorption waveform observed when the electrostatic test was performed while increasing the interval from 0.4 kV to 0.2 kV. Moreover, the electrostatic capacitance was the electrostatic capacitance (pF) at 1 MHz. Furthermore, regarding the discharge resistance, 100 samples were prepared for each, and when the electrostatic discharge test was repeated 100 times each at 8.0 kV, the number of short-circuits between the electrodes was counted and evaluated by the size of the number. .
表1に示す結果より、実施例1〜8の静電気対策素子は、放電開始電圧が小さく、且つ、静電容量が小さく、高速伝送系において適用可能な高性能なものであることが確認された。その上さらに、実施例1〜8の静電気対策素子は、電極間の短絡の発生が格別に抑制されていることが確認され、繰り返し使用の耐久性が高められ、信頼性に優れるものであることが確認された。 From the results shown in Table 1, it was confirmed that the anti-static elements of Examples 1 to 8 had a low discharge start voltage and a low capacitance, and had high performance applicable in a high-speed transmission system. . Furthermore, it is confirmed that the anti-static elements of Examples 1 to 8 are extremely suppressed from occurrence of short circuit between the electrodes, the durability of repeated use is enhanced, and the reliability is excellent. Was confirmed.
一方、表1に示す結果より、比較例1及び比較例2の静電気対策素子は、電極間の短絡の発生が多く、繰り返し使用の耐久性に劣るものであることが確認された。このことから、導電性金属酸化物を含む電極が形成されておらず、抵抗率が10-7未満のリード電極である金属電極間で放電を生じさせる態様のものは、放電によって生じる熱や応力によって電極の破壊が生じ易く、そのため、金属電極間の短絡の発生が生じ易いことが示唆される。 On the other hand, from the results shown in Table 1, it was confirmed that the antistatic elements of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 had many short circuits between the electrodes and were inferior in durability for repeated use. For this reason, an electrode containing a conductive metal oxide is not formed, and a mode in which a discharge is generated between metal electrodes that are lead electrodes having a resistivity of less than 10 −7 is the heat and stress generated by the discharge. This suggests that the electrodes are easily broken, and therefore, a short circuit between the metal electrodes is likely to occur.
他方、表1に示す結果より、比較例3及び比較例4の静電気対策素子は、放電開始電圧が高く、また、電極間の短絡の発生が多く、繰り返し使用の耐久性に劣るものであることが確認された。このことから、抵抗率が10-7未満のリード電極である金属電極を抵抗率が105を超える絶縁性金属酸化物で被覆した態様のものは、電極の導電性(放電性)が過度に損なわれてしまうことが示唆される。また、抵抗率が10-7未満の金属電極を抵抗率が105を超える絶縁性金属酸化物で被覆しても、放電によって生じる熱や応力によって電極の破壊が未だ生じ易く、そのため、金属電極間の短絡の発生が生じ易いことが示唆される。 On the other hand, from the results shown in Table 1, the anti-static elements of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 have a high discharge start voltage, a large number of short circuits between the electrodes, and are inferior in durability for repeated use. Was confirmed. From this, the metal electrode, which is a lead electrode having a resistivity of less than 10 −7 , is coated with an insulating metal oxide having a resistivity of more than 10 5, and the conductivity (discharge property) of the electrode is excessive. It is suggested that it will be damaged. Further, even when a metal electrode having a resistivity of less than 10 −7 is coated with an insulating metal oxide having a resistivity of more than 10 5 , the electrode is still liable to be broken by heat and stress generated by the discharge. It is suggested that a short circuit occurs easily.
以上説明した通り、本発明の静電気対策素子は、放電特性及び繰り返し使用の耐久性が高められており、さらには、静電容量をより一層小さくし得る、耐熱性及び耐候性をより一層高め得る、生産性及び経済性をより一層高め得るという特長を有しているので、これを備える電子・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る。 As described above, the anti-static element of the present invention has improved discharge characteristics and durability for repeated use, and can further reduce heat capacity and heat resistance and weather resistance. Since it has the feature that productivity and economy can be further improved, it can be widely and effectively used for electronic / electrical devices equipped with them and various devices, facilities, systems, etc. equipped with them.
11・・・絶縁性積層体、21,22・・・電極、31・・・放電誘発部、51,52・・・リード電極、100,200,300,400…静電気対策素子、ΔG…ギャップ距離。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記電極は、導電性金属酸化物を含む、
静電気対策素子。 An insulating laminate, electrodes disposed opposite to each other in the insulating laminate, a gap positioned between the electrodes, and at least a discharge inducing portion disposed in the gap,
The electrode includes a conductive metal oxide,
Antistatic element.
請求項1に記載の静電気対策素子。 The conductive metal oxide has a resistivity of 10 −7 Ωm or more and 10 5 Ωm or less.
The antistatic element according to claim 1.
請求項1又は2に記載の静電気対策素子。 The conductive metal oxide is a sintered body.
The antistatic element according to claim 1 or 2.
前記電極が前記導電性金属酸化物の粒子の集積構造を有する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の静電気対策素子。 The conductive metal oxide is a particle,
The electrode has an integrated structure of the conductive metal oxide particles;
The static electricity countermeasure element as described in any one of Claims 1-3.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の静電気対策素子。 The gap distance ΔG between the electrodes is 70 μm or less.
The static electricity countermeasure element as described in any one of Claims 1-4.
前記電極は、前記リード電極を介して外部回路と電気的に接続されている、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の静電気対策素子。 Furthermore, a lead electrode having a resistivity of less than 10 −7 Ωm is provided,
The electrode is electrically connected to an external circuit through the lead electrode.
The antistatic element as described in any one of Claims 1-5.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の静電気対策素子。 The discharge inducing portion is a composite in which a conductive inorganic material is discontinuously dispersed in a matrix of an insulating inorganic material.
The static electricity countermeasure element as described in any one of Claims 1-6.
請求項7に記載の静電気対策素子。 The insulating inorganic material includes Al 2 O 3 , SrO, CaO, BaO, TiO 2 , SiO 2 , ZnO, In 2 O 3 , NiO, CoO, SnO 2 , Mg 2 SiO 4 , V 2 O 5 , CuO, It is at least one selected from the group consisting of MgO, ZrO 2 , Bi 2 O 3 , AlN, BN and SiC,
The antistatic element according to claim 7.
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