WO2019239701A1 - Crスナバ素子 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a CR snubber element.
- Patent Document 1 As a prior document disclosing the configuration of a CR snubber circuit, there is JP-A-2007-306692 (Patent Document 1).
- the CR snubber circuit described in Patent Document 1 is configured by connecting a snubber capacitor and an element having a resistance component in series. Further, the CR snubber circuit described in Patent Document 1 is used in a power converter and is connected in parallel with a switching leg.
- the CR snubber circuit described in Patent Document 1 is connected in parallel with the power semiconductor that constitutes the switching leg, so that the surge voltage generated during switching of the power semiconductor is absorbed by the capacitor and consumed as heat in the resistor. By doing so, the surge voltage and ringing voltage are suppressed.
- the capacitor portion of the CR snubber circuit is short-circuited, the CR snubber circuit loses the above function. Furthermore, a large current from the power supply flows through the CR snubber circuit, and there is a risk of serious damage to circuits such as electronic components arranged around the CR snubber circuit.
- the present invention has been made in view of the above problems, and even when a large current flows through the CR snubber element due to a short circuit of the capacitor portion of the CR snubber element, the surge voltage and ringing voltage can be suppressed,
- An object of the present invention is to provide a CR snubber element that can improve circuit reliability.
- the CR snubber element includes a first resistance portion, a first capacitance portion, a second resistance portion, and a second capacitance portion.
- the first capacitor is connected in series with the first resistor.
- the second resistance unit is connected in series to the first resistance unit and the first capacitance unit.
- the second capacitor unit is connected in parallel to the second resistor unit.
- the CR snubber element is configured such that the second resistance portion is disconnected when the first capacitance portion is short-circuited.
- the capacitor portion of the CR snubber element is short-circuited and a large current flows through the CR snubber element, the surge voltage and ringing voltage can be suppressed and the reliability of the circuit can be improved.
- FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the CR snubber element of FIG. 1.
- FIG. 3 is an equivalent circuit diagram illustrating a state in which the first capacitor portion of the CR snubber element in FIG. 2 is short-circuited.
- FIG. 4 is an equivalent circuit diagram illustrating a state in which the second resistance portion of the CR snubber element in FIG. 3 is disconnected. It is sectional drawing which shows the structure of CR snubber element concerning Embodiment 2 of this invention.
- FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the CR snubber element of FIG. 5. It is sectional drawing which shows the structure of CR snubber element concerning Embodiment 3 of this invention.
- FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the CR snubber element of FIG. 7.
- FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a CR snubber element according to Embodiment 1 of the present invention.
- the CR snubber element 100 includes a semiconductor substrate 112, a first dielectric layer 122, an internal electrode 150, a second dielectric layer 142, a first external electrode 160, The connection conductive part 152 and the second resistance part 130 are provided.
- the semiconductor substrate 112 has a first main surface 114 and a second main surface 116 located on the opposite side of the first main surface 114. A plurality of recesses are formed in the first main surface 114 of the semiconductor substrate 112.
- the semiconductor substrate 112 constitutes a first resistance portion described later.
- the area of each of the first main surface 114 and the second main surface 116 of the semiconductor substrate 112 and the thickness of the semiconductor substrate 112 are such that the resistance value of the first resistance portion is a value described later. It is such an area and thickness.
- the semiconductor substrate 112 is a silicon substrate doped with impurities.
- the material of the semiconductor substrate 112 is not limited to silicon, and may be other semiconductors such as gallium arsenide.
- the concentration of the impurities in the semiconductor substrate 112 is adjusted so that the resistance value of the first resistance portion becomes a value described later.
- the first dielectric layer 122 is located on the first main surface 114 side of the semiconductor substrate 112.
- the first dielectric layer 122 is stacked on the semiconductor substrate 112 along a plurality of recesses formed in the first main surface 114 of the semiconductor substrate 112. Further, when the CR snubber element 100 is viewed from the first external electrode 160 side, the outer edge of the first dielectric layer 122 is located inside the outer edge of the semiconductor substrate 112.
- the thickness of the first dielectric layer 122 is such that the capacitance of the first capacitor section described later has a value described later.
- the first dielectric layer 122 is stacked along the plurality of recesses formed on the first main surface 114 of the semiconductor substrate 112, the plurality of recesses are not formed on the first main surface 114. Compared to the case, the capacitance of the first capacitor portion is increased.
- the first dielectric layer 122 is formed of SiO 2.
- the material of the first dielectric layer 122 is not limited to SiO 2 but may be an oxide such as Al 2 O 3 , HfO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 or BaTiO 3 , or a nitride such as SiN. May be.
- the internal electrode 150 is located on the opposite side of the first dielectric layer 122 from the semiconductor substrate 112 side. In the present embodiment, the internal electrode 150 is stacked on the first dielectric layer 122. When the CR snubber element 100 is viewed from the first external electrode 160 side, the outer edge of the internal electrode 150 is located inside the outer edge of the first dielectric layer 122.
- the contact area between the internal electrode 150 and the first dielectric layer 122 is such that the capacitance of the first capacitor portion becomes a value described later.
- the internal electrode 150 includes a comb-like electrode portion 150a and a plate-like electrode portion 150b.
- the comb-like electrode portion 150a is laminated on the first dielectric layer 122 laminated along the plurality of concave portions of the first main surface 114.
- the surface of the comb-like electrode portion 150a opposite to the first dielectric layer 122 side is a flat surface, and the plate-like electrode portion 150b is laminated on the flat surface of the comb-like electrode portion 150a.
- the outer edge of the plate-like electrode part 150b is located inside the outer edge of the comb-like electrode part 150a.
- Each material of the comb-like electrode portion 150a and the plate-like electrode portion 150b is not particularly limited as long as it is a conductive material, but a metal such as Cu, Ag, Au, Al, Pt, Ni, Cr or Ti, or An alloy containing at least one of these metals is preferable.
- the second dielectric layer 142 is located on the opposite side of the internal electrode 150 from the first dielectric layer 122 side.
- the second dielectric layer 142 is further laminated on the laminate so as to cover the entire laminate composed of the internal electrode 150 and the first dielectric layer 122.
- the outer edge of the second dielectric layer 142 is located inside the outer edge of the semiconductor substrate 112 and outside the outer edge of the first dielectric layer 122. Yes.
- the thickness of the second dielectric layer 142 is such that the capacitance of the second capacitance section described later has a value described later.
- the second dielectric layer 142 is formed of SiO 2.
- the material of the second dielectric layer 142 is not limited to SiO 2, and may be an oxide such as Al 2 O 3 , HfO 2 , Ta 2 O 5 or ZrO 2 , or a nitride such as SiN. .
- the first external electrode 160 is located on the opposite side of the second dielectric layer 142 from the internal electrode 150 side.
- the first external electrode 160 has a counter electrode portion 160c and a pad electrode portion 160d.
- the first external electrode 160 is in contact with the second dielectric layer 142 in the counter electrode portion 160c.
- the counter electrode portion 160c has a plate shape and faces the plate electrode portion 150b with the second dielectric layer 142 interposed therebetween.
- the first external electrode 160 is exposed on the surface of the CR snubber element 100 in the pad electrode portion 160d.
- the outer edge of the first external electrode 160 is located inside the outer edge of the internal electrode 150, and the outer edge of the pad electrode portion 160d is the counter electrode. It is located inside the outer edge of the portion 160c.
- the contact area between the first external electrode 160 and the second dielectric layer 142 is such that the capacitance of the second capacitor portion becomes a value described later.
- Each material of the counter electrode portion 160c and the pad electrode portion 160d is not particularly limited as long as it is a conductive material, but a metal such as Cu, Ag, Au, Al, Pt, Ni, Cr, or Ti, or at least of these An alloy containing one kind of metal is preferable.
- connection conductive part 152 is disposed so as to penetrate the second dielectric layer 142.
- the connection conductive portion 152 is disposed apart from the first external electrode 160 when the CR snubber element 100 is viewed from the first external electrode 160 side.
- the connection conductive portion 152 is directly connected to the internal electrode 150.
- the connection conductive portion 152 is directly connected to the plate electrode portion 150 b of the internal electrode 150.
- connection conductive portion 152 is not particularly limited as long as it is a conductive material, but is a metal such as Cu, Ag, Au, Al, Pt, Ni, Cr, or Ti, or an alloy containing at least one of these metals. Preferably there is.
- the CR snubber element 100 further includes a connection electrode 156.
- the connection electrode 156 is laminated on each of the second dielectric layer 142 and the connection conductive part 152 on the side opposite to the internal electrode 150 side of the connection conductive part 152.
- the connection electrode 156 is directly connected to the connection conductive portion 152.
- connection electrode 156 is not particularly limited as long as it is a conductive material, but is a metal such as Cu, Ag, Au, Al, Pt, Ni, Cr, or Ti, or an alloy containing at least one of these metals. It is preferable.
- the second resistance unit 130 is located on the first external electrode 160 side of the second dielectric layer 142. In the present embodiment, the second resistance unit 130 is stacked on the second dielectric layer 142. The second resistance unit 130 is connected to the first external electrode 160. In the present embodiment, the second resistance unit 130 is directly connected to the counter electrode unit 160 c of the first external electrode 160.
- the second resistance unit 130 is connected to the internal electrode 150 through the connection conductive unit 152.
- the second resistance unit 130 is connected to the internal electrode 150 by being directly connected to the connection electrode 156.
- the second resistance unit 130 is configured by a thin film resistor laminated on the second dielectric layer 142.
- the thin film resistor can be formed by sputtering or vapor deposition. Since the second resistance portion 130 is formed of a thin film resistor, the second resistance portion 130 can be easily disconnected when a temporary large current flows through the CR snubber element 100 as described later. .
- the thin film resistor is a resistor having a thickness of 10 ⁇ m or less.
- the thickness of the second resistance unit 130 in the stacking direction and the size of the second resistance unit 130 when the CR snubber element 100 is viewed from the external electrode side are the resistance values of the second resistance unit 130 described later. Thickness and size to be a value.
- the 2nd resistance part 130 is comprised with the NiCr alloy.
- the material of the second resistance unit 130 is not limited to a NiCr alloy, but is a metal such as Cu, Ag, Au, Al, Pt, Ni, Cr, Ta, or Ti, or an alloy containing at least one of these metals. Preferably, it is configured.
- the second resistance unit 130 may be made of TaN, for example.
- the CR snubber element 100 further includes a second external electrode 170.
- the second external electrode 170 is stacked on the second main surface 116 of the semiconductor substrate 112.
- the external shape of the second external electrode 170 is substantially the same as the external shape of the semiconductor substrate 112.
- the material of the second external electrode 170 is not limited to a NiCr alloy, and is composed of a metal such as Cu, Ag, Au, Al, Pt, Ni, Cr, or Ti, or an alloy containing at least one of these metals. Is preferred.
- the CR snubber element 100 further includes a first protective layer 180.
- the first protective layer 180 is located on the first main surface 114 side of the semiconductor substrate 112.
- the first protective layer 180 is laminated so that only the peripheral edge of the first main surface 114 of the semiconductor substrate 112 and the pad electrode portion 160 d of the first external electrode 160 are exposed to the outside of the CR snubber element 100.
- the first protective layer 180 is preferably made of a resin material such as polyimide.
- FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the CR snubber element of FIG.
- the CR snubber element 100 includes a first resistor unit 110, a first capacitor unit 120, a second resistor unit 130, and a second capacitor unit 140. ing.
- the first resistance unit 110 has one end and the other end. One end of the first resistance unit 110 is connected to a circuit such as an electronic component arranged around the CR snubber element 100.
- the resistance value of the first resistance unit 110 is, for example, 5 ⁇ .
- the first resistance unit 110 is composed of a semiconductor substrate 112. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, a second external electrode 170 is provided at one end of the first resistance unit 110.
- the first capacitor unit 120 is connected in series with the first resistor unit 110.
- the first capacitor unit 120 has one end and the other end. In the present embodiment, one end of the first capacitor unit 120 is connected to the other end of the first resistor unit 110.
- the capacitance of the first capacitor unit 120 is, for example, 5 nF.
- the first capacitor unit 120 is configured by the semiconductor substrate 112 facing the internal electrode 150 with the first dielectric layer 122 interposed therebetween.
- the second resistance unit 130 is connected in series to the first resistance unit 110 and the first capacitor unit 120.
- the second resistance unit 130 has one end and the other end.
- one end of the second resistance unit 130 is connected to the other end of the first capacitor unit 120.
- the other end of the second resistance unit 130 is connected to a circuit disposed around the CR snubber element 100.
- a connection electrode 156 is provided at one end of the second resistance unit 130.
- a first external electrode 160 is provided at the other end of the second resistance unit 130.
- the second resistance unit 130 is formed of a thin film resistor.
- the resistance value of the second resistance unit 130 is smaller than the resistance value of the first resistance unit 110.
- the resistance value of the second resistance unit 130 is, for example, 0.1 ⁇ .
- the thickness of the thin film resistor constituting the second resistance unit 130 is, for example, 5 ⁇ m or less. Further, the resistance value of the second resistance unit 130 may be greater than or equal to the resistance value of the first resistance unit 110.
- the value of the fusing current of the second resistance unit 130 is smaller than the value of the fusing current of the first resistance unit 110.
- the value of the fusing current is the magnitude of the current that breaks when the resistance portion melts when a current greater than that value flows. That is, when a current equal to or greater than the value of the fusing current flows through the resistance portion, the resistance portion is melted and disconnected, thereby cutting off the circuit to which the resistance portion is connected.
- the second capacitor unit 140 is connected in parallel to the second resistor unit 130. Further, the second capacitor unit 140 is connected in series with each of the first resistor unit 110 and the first capacitor unit 120.
- the capacitance of the second capacitance unit 140 is substantially the same as the capacitance of the first capacitance unit 120.
- the capacitance of the second capacitor unit 140 is, for example, 5 nF.
- the second capacitor unit 140 is configured by the internal electrode 150 facing the first external electrode 160 with the second dielectric layer 142 interposed therebetween.
- the CR snubber element 100 is configured such that the second resistor 130 is disconnected when the first capacitor 120 is short-circuited.
- the CR snubber element 100 normally operates as a circuit in which the first resistor unit 110, the first capacitor unit 120, and the second resistor unit 130 are connected in series. At this time, the second capacitor 140 does not substantially exhibit a function.
- “normal time” refers to the time when the CR snubber element 100 is operating as described above.
- the surge voltage generated at the time of switching of the power semiconductor is the first capacitance in the normal CR snubber element 100. Absorbed by part 120 and consumed as heat in each of first resistance part 110 and second resistance part 130. Thereby, the surge voltage and the ringing voltage are suppressed by the CR snubber element 100 at the normal time.
- FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing a state in which the first capacitor portion of the CR snubber element of FIG. 2 is short-circuited.
- the CR snubber element 100 is connected to the first resistor 110.
- the second resistor 130 operates as a circuit connected in series. At this time, the second capacitor 140 does not substantially exhibit a function.
- the second resistance unit 130 is configured to be disconnected by this temporary large current.
- the value of the fusing current of the second resistance unit 130 is smaller than the value of the fusing current of the first resistance unit 110, the second resistance unit 130 is disconnected before the first resistance unit 110.
- FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing a state where the second resistance portion of the CR snubber element of FIG. 3 is disconnected.
- the CR snubber element 100 when the first capacitor 120 of the CR snubber element 100 is short-circuited and the second resistor 130 is disconnected, the CR snubber element 100 includes the first resistor 110 and the second capacitor 140. It operates as a circuit connected in series. At this time, the second capacitor 140 substantially exhibits its function. In this way, the CR snubber element 100 in which the second capacitor unit 140 substantially functions is referred to as a self-repaired CR snubber element 100.
- the surge voltage generated at the time of switching of the power semiconductor is absorbed by the second capacitor 140 in the CR snubber element 100 after self-repair, and is consumed as heat in the first resistor 110.
- the CR snubber element 100 according to the present embodiment can be self-repaired by the function of the second capacitor unit 140 even if the first capacitor unit 120 is short-circuited and loses its function. Surge voltage and ringing voltage can be suppressed.
- the reliability of the circuit can be improved.
- the second capacitor unit 140 when the second capacitor unit 140 is connected in parallel to the second resistor unit 130 and the first capacitor unit 120 is short-circuited, Since the two-resistance portion 130 is configured to be disconnected, even when the first capacitor portion 120 of the CR snubber element 100 is short-circuited and a large current flows through the CR snubber element 100, the first resistance portion 110 and The second capacitor 140 can suppress surge voltage and ringing voltage, and can improve circuit reliability.
- the second resistance unit 130 is formed of a thin film resistor, when a large current flows through each of the first resistance unit 110 and the second resistance unit 130, the second resistance unit 130 is compared with the first resistance unit 110. Thus, the second resistance portion 130 can be easily disconnected. Thereby, it can suppress that the 1st resistance part 110 is disconnected by temporary large electric current, and the CR snubber element 100 lose
- the capacitance of the second capacitance unit 140 is substantially the same as the capacitance of the first capacitance unit 120, the self-repaired CR snubber element 100 can be obtained even if the first capacitance unit 120 is short-circuited.
- the substantially same capacitance can be maintained by the second capacitance unit 140.
- the resistance value of the second resistance unit 130 is smaller than the resistance value of the first resistance unit 110, a change in the resistance value of the entire circuit of the CR snubber element 100 before and after the second resistance unit 130 is disconnected is reduced. Can be suppressed.
- the second resistance unit 130 is disconnected before the first resistance unit 110. Thereby, in the CR snubber element 100, the function of the 2nd capacity
- the CR snubber element 100 is configured by laminating each of the first resistor unit 110, the first capacitor unit 120, the second resistor unit 130, and the second capacitor unit 140. Miniaturization can be achieved as a small element.
- the second external electrode 170 may be stacked on the first main surface 114 of the semiconductor substrate 112.
- the second external electrode 170 is stacked on a portion of the first main surface 114 of the semiconductor substrate 112 where the first dielectric layer 122 is not stacked.
- only the portion along the first dielectric layer 122 in the semiconductor substrate 112 is an impurity so that the first dielectric layer 122 and the second external electrode 170 stacked on the first main surface 114 are electrically connected to each other. May be doped.
- the CR snubber element according to the second embodiment of the present invention mainly includes the CR resistor according to the first embodiment of the present invention in that the first resistor is disposed between the first capacitor and the second capacitor. Different from the snubber element 100. Therefore, description is not repeated about the structure similar to the CR snubber element 100 which concerns on Embodiment 1 of this invention.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the CR snubber element according to Embodiment 2 of the present invention.
- the first main surface 214 of the semiconductor substrate 212 is a flat surface, and a plurality of recesses are formed on the second main surface 216 of the semiconductor substrate 212. Yes.
- the first dielectric layer 222 is located on the second main surface 216 side of the semiconductor substrate 212.
- the first dielectric layer 222 is stacked on the semiconductor substrate 212 along a plurality of recesses formed in the second major surface 216 of the semiconductor substrate 212. Further, when the CR snubber element 200 is viewed from the second external electrode 270 side, the outer edge of the first dielectric layer 222 is located inside the outer edge of the semiconductor substrate 212.
- the second external electrode 270 is located on the opposite side of the first dielectric layer 222 from the semiconductor substrate 212 side. In the present embodiment, the second external electrode 270 is stacked on the first dielectric layer 222. When the CR snubber element 200 is viewed from the second external electrode 270 side, the outer edge of the second external electrode 270 is located inside the outer edge of the first dielectric layer 222.
- the contact area between the second external electrode 270 and the first dielectric layer 222 is such that the capacitance of the first capacitor portion becomes the value described above.
- the first dielectric layer 222 is stacked along the plurality of recesses formed on the second main surface 216 of the semiconductor substrate 212, the plurality of recesses are not formed on the second main surface 216. Compared to the case, the capacitance of the first capacitor portion is increased.
- the second external electrode 270 has a comb-like electrode portion 270a and a plate-like electrode portion 270b.
- the comb-like electrode portion 270a is laminated on the first dielectric layer 222 laminated along the plurality of concave portions of the second main surface 216.
- the surface of the comb-like electrode portion 270a opposite to the first dielectric layer 222 side is a flat surface, and the plate-like electrode portion 270b is laminated on the flat surface of the comb-like electrode portion 270a.
- the outer edge of the plate-like electrode part 270b is located inside the outer edge of the comb-like electrode part 270a.
- the internal electrode 250 is located on the first main surface 214 side of the semiconductor substrate 212. In the present embodiment, the internal electrode 250 is stacked on the semiconductor substrate 212. When the CR snubber element 200 is viewed from the first external electrode 160 side, the outer edge of the internal electrode 250 is located inside the outer edge of the semiconductor substrate 212.
- the internal electrode 250 is formed in a plate shape.
- the second dielectric layer 242 is located on the opposite side of the internal electrode 250 from the semiconductor substrate 212 side.
- the second dielectric layer 242 is laminated on a part of the internal electrode 250 and the semiconductor substrate 212 so as to cover the entire internal electrode 250.
- the outer edge of the second dielectric layer 242 is located inside the outer edge of the semiconductor substrate 212 and outside the outer edge of the internal electrode 250.
- the CR snubber element 200 further includes a second protective layer 290.
- the second protective layer 290 is located on the second main surface 216 side of the semiconductor substrate 212.
- the second protective layer 290 is laminated so that only the plate electrode part 270 b of the second external electrode 270 is exposed to the outside of the CR snubber element 200.
- the second protective layer 290 is preferably made of a resin material such as polyimide.
- FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the CR snubber element of FIG.
- the first resistance unit 210 is disposed between the first capacitor unit 220 and the second capacitor unit 240.
- one end of the first capacitor unit 220 is connected to a circuit such as an electronic component arranged around the CR snubber element 200.
- One end of the first resistor unit 210 is connected to the other end of the first capacitor unit 220, and one end of the second resistor unit 230 is connected to the other end of the first resistor unit 210.
- the first capacitor unit 220 is configured by the semiconductor substrate 212 facing the second external electrode 270 with the first dielectric layer 222 interposed therebetween. .
- a second external electrode 270 is provided at one end of the first capacitor unit 220.
- the first dielectric layer 222 and the like constituting the first capacitor unit 220 are located on the second main surface 216 side of the semiconductor substrate 212
- the second dielectric layer 242 and the like constituting the second capacitor unit 240 are located on the first main surface 214 side of the semiconductor substrate 212.
- the semiconductor substrate 212 that constitutes the first resistor unit 210 is disposed between the first capacitor unit 220 and the second capacitor unit 240.
- the CR snubber element according to the third embodiment of the present invention mainly includes the CR resistor according to the first embodiment of the present invention in that the first resistor is disposed between the first capacitor and the second capacitor. Different from the snubber element 100. Therefore, description is not repeated about the structure similar to the CR snubber element 100 which concerns on Embodiment 1 of this invention.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a CR snubber element according to Embodiment 3 of the present invention.
- the first external electrode 360 is located on the opposite side of the first dielectric layer 322 from the semiconductor substrate 312 side.
- the first external electrode 360 is stacked on the first dielectric layer 322.
- the outer edge of the first external electrode 360 is located inside the outer edge of the first dielectric layer 322.
- the contact area between the first external electrode 160 and the first dielectric layer 322 is such that the capacitance of the first capacitor portion has the value described above.
- the first external electrode 360 has a comb-like electrode portion 360a, a plate-like electrode portion 360b, and a pad electrode portion 360d.
- the comb-like electrode portion 360 a is laminated on the first dielectric layer 322 laminated along the plurality of concave portions of the first main surface 314.
- the surface of the comb-like electrode portion 360a opposite to the first dielectric layer 322 side is a flat surface, and the plate-like electrode portion 360b is laminated on the flat surface of the comb-like electrode portion 360a.
- the outer edge of the plate-like electrode part 360b is located inside the outer edge of the comb-like electrode part 360a.
- the pad electrode portion 360d is laminated on the plate electrode portion 360b.
- the outer edge of the pad electrode part 360d is located inside the outer edge of the plate electrode part 360b.
- the first external electrode 360 is exposed on the surface of the CR snubber element 100 in the pad electrode portion 360d.
- the internal electrode 350 is located on the second main surface 316 side of the semiconductor substrate 312. When the CR snubber element 300 is viewed from the second external electrode 370 side, the external shape of the internal electrode 350 is substantially the same as the external shape of the semiconductor substrate 312.
- the internal electrode 350 is formed in a plate shape.
- the second dielectric layer 342 is located on the opposite side of the internal electrode 350 from the semiconductor substrate 312 side.
- the second dielectric layer 342 is stacked on the internal electrode 350.
- the outer edge of the second dielectric layer 342 is located inside the outer edge of the internal electrode 350.
- the second external electrode 370 is located on the opposite side of the second dielectric layer 342 from the internal electrode 350 side.
- the second external electrode 370 has a counter electrode portion 370c and a plate electrode portion 370e.
- the second external electrode 370 is in contact with the second dielectric layer 342 at the counter electrode portion 370c.
- the second external electrode 370 is exposed to the outside of the CR snubber element 300 in the plate electrode portion 370e.
- the outer edge of the counter electrode part 370c is located inside the outer edge of the second dielectric layer 342, and the outer edge of the plate electrode part 370e is This is substantially the same as the outer edge of the internal electrode 350.
- the contact area between the second external electrode 370 and the second dielectric layer 342 is such that the capacitance of the second capacitor portion has the above value.
- connection conductive portion 352 is disposed through the second dielectric layer 342.
- the connection conductive portion 352 is disposed away from the second external electrode 370 when the CR snubber element 300 is viewed from the second external electrode 370 side.
- the second resistance portion 330 is located on the second external electrode 370 side of the second dielectric layer 342.
- the second resistance unit 330 is connected to the second external electrode 370.
- the second resistance part 330 is directly connected to the counter electrode part 370 c of the second external electrode 370.
- the second resistance part 330 is connected to the internal electrode 350 via the connection conductive part 352.
- the CR snubber element 300 further includes a second protective layer 390.
- the second protective layer 390 is provided so as to fill a space formed between the second major surface 316 of the semiconductor substrate 312 and the plate-like electrode portion 370e of the second external electrode 370.
- FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the CR snubber element of FIG.
- the first resistor 310 is disposed between the first capacitor 320 and the second capacitor 340.
- one end of the second resistance unit 330 is connected to a circuit such as an electronic component disposed around the CR snubber element 300.
- the other end of the second resistance unit 330 is connected to one end of the first resistance unit 310.
- a second external electrode 370 is provided at one end of the second resistance unit 330.
- the other end of the first capacitor unit 320 is connected to a circuit such as an electronic component disposed around the CR snubber element 200.
- the first capacitor 320 is configured by the semiconductor substrate 312 facing the first external electrode 360 with the first dielectric layer 322 interposed therebetween.
- a first external electrode 360 is provided at the other end of the first capacitor 320.
- the second capacitor portion 340 is configured by the internal electrode 350 facing the second external electrode 370 with the second dielectric layer 342 interposed therebetween. Yes.
- the first dielectric layer 322 and the like constituting the first capacitor unit 320 are located on the first main surface 314 side of the semiconductor substrate 312,
- the second dielectric layer 342 and the like constituting the second capacitor unit 340 are located on the second main surface 316 side of the semiconductor substrate 312.
- the semiconductor substrate 312 that constitutes the first resistor unit 310 is disposed between the first capacitor unit 320 and the second capacitor unit 340.
- the semiconductor substrate 312 can suppress the heat generated when the first capacitor 320 is short-circuited from being transmitted to the second capacitor 340, and can prevent the second capacitor 340 from being damaged. .
- 100, 200, 300 CR snubber element 110, 210, 310 first resistor, 112, 212, 312 semiconductor substrate, 114, 214, 314 first main surface, 116, 216, 316 second main surface, 120, 220 320, first capacitor part, 122, 222, 322 first dielectric layer, 130, 230, 330 second resistor part, 140, 240, 340 second capacitor part, 142, 242, 342 second dielectric layer, 150 , 250, 350 Internal electrode, 150a, 270a, 360a Comb electrode part, 150b, 270b, 360b, 370e Plate electrode part, 152, 352 Connection conductive part, 156 Connection electrode, 160, 360 First external electrode, 160c , 370c counter electrode part, 160d, 360d pad electrode part, 170, 270, 370 second Department electrode, 180 a first protective layer, 290 and 390 the second protective layer.
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Abstract
CRスナバ素子(100)は、第1抵抗部(110)と、第1容量部(120)と、第2抵抗部(130)と、第2容量部(140)とを備えている。第1容量部(120)は、第1抵抗部(110)と直列に接続されている。第2抵抗部(130)は、第1抵抗部(110)および第1容量部(120)に、直列に接続されている。第2容量部(140)は、第2抵抗部(130)に対して並列に接続されている。CRスナバ素子(100)は、第1容量部(120)が短絡した際、第2抵抗部(130)が断線するように構成されている。
Description
本発明は、CRスナバ素子に関する。
CRスナバ回路の構成を開示した先行文献として、特開2007-306692号公報(特許文献1)がある。特許文献1に記載されたCRスナバ回路は、スナバコンデンサと、抵抗成分を有する素子とが直列接続されることにより構成されている。また、特許文献1に記載されたCRスナバ回路は、電力変換装置に用いられており、スイッチングレグと並列に接続されている。
特許文献1に記載のCRスナバ回路は、スイッチングレグを構成するパワー半導体と並列に接続されることで、パワー半導体のスイッチング時に発生するサージ電圧を、容量部で吸収し、抵抗部において熱として消費することにより、サージ電圧およびリンギング電圧を抑制している。しかしながら、仮にCRスナバ回路の容量部が短絡すると、CRスナバ回路は上記の機能を失う。さらには、CRスナバ回路を介して電源からの大電流が流れ、CRスナバ回路の周辺に配置された電子部品などの回路に大きなダメージを与えるおそれがある。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、CRスナバ素子の容量部が短絡してCRスナバ素子に大電流が流れた場合においても、サージ電圧およびリンギング電圧を抑制できるとともに、回路の信頼性を向上できる、CRスナバ素子を提供することを目的とする。
本発明に基づくCRスナバ素子は、第1抵抗部と、第1容量部と、第2抵抗部と、第2容量部とを備えている。第1容量部は、第1抵抗部と直列に接続されている。第2抵抗部は、第1抵抗部および第1容量部に、直列に接続されている。第2容量部は、第2抵抗部に対して並列に接続されている。CRスナバ素子は、第1容量部が短絡した際、第2抵抗部が断線するように構成されている。
本発明によれば、CRスナバ素子の容量部が短絡してCRスナバ素子に大電流が流れた場合においても、サージ電圧およびリンギング電圧を抑制することができるとともに、回路の信頼性を向上できる。
以下、本発明の各実施形態に係るCRスナバ素子について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子の構造を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態に係るCRスナバ素子100は、半導体基板112と、第1誘電体層122と、内部電極150と、第2誘電体層142と、第1外部電極160と、接続導電部152と、第2抵抗部130とを備えている。
図1は、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子の構造を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態に係るCRスナバ素子100は、半導体基板112と、第1誘電体層122と、内部電極150と、第2誘電体層142と、第1外部電極160と、接続導電部152と、第2抵抗部130とを備えている。
半導体基板112は、第1主面114と、第1主面114とは反対側に位置する第2主面116とを有している。半導体基板112の第1主面114には複数の凹部が形成されている。
半導体基板112は、後述する第1抵抗部を構成している。本実施形態において、半導体基板112の第1主面114および第2主面116の各々の面積、および、半導体基板112の厚さは、それぞれ、第1抵抗部の抵抗値が後述の値になるような面積および厚さとなっている。
本実施形態において、半導体基板112は、不純物をドープしたシリコン基板である。ただし、半導体基板112の材料は、シリコンに限られず、ガリウム砒素などの他の半導体であってもよい。半導体基板112中の不純物の濃度は、第1抵抗部の抵抗値が後述の値となるように調整される。
第1誘電体層122は、半導体基板112の第1主面114側に位置している。本実施形態において、第1誘電体層122は、半導体基板112の第1主面114に形成された複数の凹部に沿って、半導体基板112上に積層されている。また、CRスナバ素子100を第1外部電極160側から見たときに、第1誘電体層122の外縁は、半導体基板112の外縁よりも内側に位置している。
本実施形態において、第1誘電体層122の厚さは、後述する第1容量部の静電容量が後述の値になるような厚さとなっている。また、第1誘電体層122が、半導体基板112の第1主面114に形成された複数の凹部に沿って積層されていることにより、第1主面114に複数の凹部が形成されていない場合に比較して、第1容量部の静電容量を増加している。本実施形態において、第1誘電体層122はSiO2で構成されている。ただし、第1誘電体層122の材料は、SiO2に限られず、Al2O3、HfO2、Ta2O5、ZrO2若しくはBaTiO3などの酸化物、または、SiNなどの窒化物であってもよい。
内部電極150は、第1誘電体層122の半導体基板112側とは反対側に位置している。本実施形態において、内部電極150は、第1誘電体層122上に積層されている。CRスナバ素子100を第1外部電極160側から見たときに、内部電極150の外縁は、第1誘電体層122の外縁よりも内側に位置している。
内部電極150と第1誘電体層122との接触面積は、第1容量部の静電容量が後述の値になるような大きさとなっている。
本実施形態において、内部電極150は、櫛歯状電極部150aと、板状電極部150bとを有している。櫛歯状電極部150aは、第1主面114の複数の凹部に沿って積層された第1誘電体層122上に積層されている。櫛歯状電極部150aの第1誘電体層122側とは反対側の面は、平坦面であり、板状電極部150bは櫛歯状電極部150aの平坦面上に積層されている。
CRスナバ素子100を第1外部電極160側から見たときに、板状電極部150bの外縁は、櫛歯状電極部150aの外縁よりも内側に位置している。
櫛歯状電極部150aおよび板状電極部150bの各々の材料は、導電性材料であれば特に限定されないが、Cu、Ag、Au、Al、Pt、Ni、Cr若しくはTiなどの金属、または、これらの少なくとも一種の金属を含む合金であることが好ましい。
第2誘電体層142は、内部電極150の第1誘電体層122側とは反対側に位置している。第2誘電体層142は、内部電極150と第1誘電体層122とで構成される積層体の全体を覆うように、上記積層体上にさらに積層されている。
スナバ素子100を第1外部電極160側から見たときに、第2誘電体層142の外縁は、半導体基板112の外縁より内側、かつ、第1誘電体層122の外縁より外側に位置している。
本実施形態において、第2誘電体層142の厚さは、後述する第2容量部の静電容量が後述の値になるような厚さとなっている。本実施形態において、第2誘電体層142はSiO2で構成されている。ただし、第2誘電体層142の材料は、SiO2に限られず、Al2O3、HfO2、Ta2O5若しくはZrO2などの酸化物、または、SiNなどの窒化物であってもよい。
第1外部電極160は、第2誘電体層142の内部電極150側とは反対側に位置している。本実施形態において、第1外部電極160は、対向電極部160cとパッド電極部160dとを有している。第1外部電極160は、対向電極部160cにおいて第2誘電体層142と接している。対向電極部160cは、板状であり、第2誘電体層142を間に挟んで板状電極部150bと対向している。第1外部電極160は、パッド電極部160dにおいてCRスナバ素子100の表面に露出している。
CRスナバ素子100を第1外部電極160側から見たときに、第1外部電極160の外縁は、内部電極150の外縁よりも内側に位置しており、パッド電極部160dの外縁は、対向電極部160cの外縁よりも内側に位置している。本実施形態において、第1外部電極160と第2誘電体層142との接触面積は、第2容量部の静電容量が後述の値になるような大きさとなっている。
対向電極部160cおよびパッド電極部160dの各々の材料は、導電性材料であれば特に限定されないが、Cu、Ag、Au、Al、Pt、Ni、Cr若しくはTiなどの金属、または、これらの少なくとも一種の金属を含む合金であることが好ましい。
接続導電部152は、第2誘電体層142を貫通して配置されている。接続導電部152は、CRスナバ素子100を第1外部電極160側から見たときに、第1外部電極160と離間して配置されている。接続導電部152は、内部電極150に直接接続されている。本実施形態において、接続導電部152は、内部電極150の板状電極部150bに直接接続されている。
接続導電部152の材料は、導電性材料であれば特に限定されないが、Cu、Ag、Au、Al、Pt、Ni、Cr若しくはTiなどの金属、または、これらの少なくとも一種の金属を含む合金であることが好ましい。
本実施形態において、CRスナバ素子100は、さらに接続電極156を備えている。接続電極156は、接続導電部152の内部電極150側とは反対側において、第2誘電体層142上および接続導電部152上の各々に積層されている。接続電極156は、接続導電部152と直接に互いに接続されている。
接続電極156の材料は、導電性材料であれば特に限定されないが、Cu、Ag、Au、Al、Pt、Ni、Cr若しくはTiなどの金属、または、これらの少なくとも一種の金属を含む合金であることが好ましい。
第2抵抗部130は、第2誘電体層142の第1外部電極160側に位置している。本実施形態において、第2抵抗部130は、第2誘電体層142上に積層されている。第2抵抗部130は、第1外部電極160と互いに接続されている。本実施形態において、第2抵抗部130は、第1外部電極160の対向電極部160cに直接接続されている。
第2抵抗部130は、接続導電部152を介して内部電極150と互いに接続されている。本実施形態において、第2抵抗部130は、接続電極156に直接接続されていることにより、内部電極150と互いに接続されている。
本実施形態において、第2抵抗部130は、第2誘電体層142上に積層された薄膜抵抗体で構成されている。薄膜抵抗体は、スパッタリングまたは蒸着などにより形成することができる。第2抵抗部130が薄膜抵抗体で構成されていることにより、後述するようにCRスナバ素子100に一時的な大電流が流れた際に、第2抵抗部130が断線しやすくすることができる。なお、薄膜抵抗体とは、厚さが10μm以下の抵抗体である。
第2抵抗部130の積層方向の厚さ、および、CRスナバ素子100を外部電極側から見たときの第2抵抗部130の大きさは、それぞれ、第2抵抗部130の抵抗値が後述の値となるような厚さおよび大きさとなっている。本実施形態において、第2抵抗部130はNiCr合金で構成されている。ただし、第2抵抗部130の材料は、NiCr合金に限られず、Cu、Ag、Au、Al、Pt、Ni、Cr、Ta若しくはTiなどの金属、または、これらの少なくとも一種の金属を含む合金で構成されることが好ましい。第2抵抗部130は、たとえば、TaNで構成されていてもよい。
本実施形態において、CRスナバ素子100は、第2外部電極170をさらに備えている。第2外部電極170は、半導体基板112の第2主面116上に積層されている。CRスナバ素子100を、第2外部電極170側から見たときに、第2外部電極170の外形は、半導体基板112の外形と略同一である。
第2外部電極170の材料は、NiCr合金に限られず、Cu、Ag、Au、Al、Pt、Ni、Cr若しくはTiなどの金属、または、これらの少なくとも一種の金属を含む合金で構成されることが好ましい。
本実施形態において、CRスナバ素子100は、さらに第1保護層180を備えている。第1保護層180は、半導体基板112の第1主面114側に位置している。第1保護層180は、半導体基板112の第1主面114の周縁、および、第1外部電極160のパッド電極部160dのみが、CRスナバ素子100の外側に露出するように積層されている。第1保護層180は、ポリイミドなどの樹脂材料で構成されることが好ましい。
以下、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子100の回路構成および動作について説明する。図2は、図1のCRスナバ素子の等価回路図である。
図2に示すように、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子100は、第1抵抗部110と、第1容量部120と、第2抵抗部130と、第2容量部140とを備えている。
第1抵抗部110は、一方端と他方端とを有している、第1抵抗部110の一方端は、CRスナバ素子100の周辺に配置される電子部品などの回路に接続される。第1抵抗部110の抵抗値は、たとえば5Ωである。
第1抵抗部110は、半導体基板112で構成されている。図1に示すように、本実施形態において、第1抵抗部110の一方端に、第2外部電極170が設けられている。
図2に示すように、第1容量部120は、第1抵抗部110と直列に接続されている。第1容量部120は、一方端と他方端とを有しており、本実施形態において、第1容量部120の一方端は、第1抵抗部110の他方端と接続されている。第1容量部120の静電容量は、たとえば5nFである。
本実施形態において、第1容量部120は、図1に示すように、半導体基板112が、第1誘電体層122を挟んで、内部電極150と対向していることにより構成されている。
図2に示すように、第2抵抗部130は、第1抵抗部110および第1容量部120に、直列に接続されている。第2抵抗部130は、一方端と他方端とを有している。
本実施形態において、第2抵抗部130の一方端は、第1容量部120の他方端と接続されている。第2抵抗部130の他方端は、CRスナバ素子100の周辺に配置される回路に接続される。図1に示すように、第2抵抗部130の一方端に、接続電極156が設けられている。第2抵抗部130の他方端に、第1外部電極160が設けられている。
本実施形態において、第2抵抗部130は、薄膜抵抗体で構成されている。第2抵抗部130の抵抗値は、第1抵抗部110の抵抗値よりも小さい。第2抵抗部130の抵抗値は、たとえば0.1Ωである。第2抵抗部130を構成する薄膜抵抗体の厚さは、たとえば5μm以下である。また、第2抵抗部130の抵抗値が、第1抵抗部110の抵抗値以上であってもよい。
第2抵抗部130の溶断電流の値は、第1抵抗部110の溶断電流の値より小さい。溶断電流の値とは、その値以上の電流が流れると抵抗部が溶けて断線する電流の大きさである。すなわち、溶断電流の値以上の電流が抵抗部に流れた場合、抵抗部が溶けて断線することにより、抵抗部が接続された回路は遮断される。
図2に示すように、第2容量部140は、第2抵抗部130に対して並列に接続されている。また、第2容量部140は、第1抵抗部110および第1容量部120の各々と直列となるように接続されている。
本実施形態において、第2容量部140の静電容量は、第1容量部120の静電容量と略同一である。第2容量部140の静電容量は、たとえば5nFである。第2容量部140は、図1に示すように、内部電極150が、第2誘電体層142を挟んで、第1外部電極160と対向していることにより構成されている。
本実施形態に係るCRスナバ素子100は、第1容量部120が短絡した際、第2抵抗部130が断線するように構成されている。
ここで、CRスナバ素子100における、第1容量部120の短絡から第2抵抗部130の断線に至るまでの過程について説明する。
CRスナバ素子100は、通常時、第1抵抗部110と、第1容量部120と、第2抵抗部130とが直列に接続された回路として動作する。このとき、第2容量部140は、実質的に機能を発現していない。以下、「通常時」とは、CRスナバ素子100が上記のように動作している時のことを言う。
たとえば、本実施形態に係るCRスナバ素子100が、電力変換装置においてパワー半導体と並列に接続された場合、パワー半導体のスイッチング時に発生するサージ電圧は、通常時のCRスナバ素子100において、第1容量部120で吸収され、第1抵抗部110および第2抵抗部130の各々において熱として消費される。これにより、サージ電圧およびリンギング電圧が通常時のCRスナバ素子100によって抑制される。
図3は、図2のCRスナバ素子の、第1容量部が短絡した状態を示す等価回路図である。パワー半導体のスイッチング時に発生するサージ電圧によって、図3に示すように、CRスナバ素子100の第1容量部120が短絡して機能を消失した場合、CRスナバ素子100は、第1抵抗部110と第2抵抗部130とが直列に接続された回路として動作する。このとき、第2容量部140は、実質的に機能を発現していない。
この場合、パワー半導体のスイッチング時に発生するサージ電圧による大電流が、第1抵抗部110および第2抵抗部130の各々に一時的に流れ込む。第2抵抗部130は、この一時的な大電流により、断線するように構成されている。本実施形態においては、第2抵抗部130の溶断電流の値が、第1抵抗部110の溶断電流の値より小さいため、第2抵抗部130が第1抵抗部110よりも先に断線する。
図4は、図3のCRスナバ素子の、第2抵抗部が断線した状態を示す等価回路図である。図4に示すように、CRスナバ素子100の第1容量部120が短絡し、第2抵抗部130が断線した場合、CRスナバ素子100は、第1抵抗部110と第2容量部140とが直列に接続された回路として動作する。このとき、第2容量部140が実質的に機能を発現する。このように、第2容量部140が実質的に機能を発現したCRスナバ素子100を、自己修復後のCRスナバ素子100と称する。
パワー半導体のスイッチング時に発生するサージ電圧は、自己修復後のCRスナバ素子100において、第2容量部140で吸収され、第1抵抗部110において熱として消費される。このように、本実施形態に係るCRスナバ素子100は、第1容量部120が短絡して機能を消失しても、第2容量部140が機能を発現することにより自己修復可能であるため、サージ電圧およびリンギング電圧を抑制することができる。また、電力変換装置においてCRスナバ素子100の周辺に配置された電子部品などの回路に大きなダメージが与えられる可能性を低減できるため、回路の信頼性を向上できる。
上記のように、本実施形態に係るCRスナバ素子100においては、第2容量部140が、第2抵抗部130に対して並列に接続され、かつ、第1容量部120が短絡した際、第2抵抗部130が断線するように構成されていることにより、CRスナバ素子100の第1容量部120が短絡してCRスナバ素子100に大電流が流れた場合においても、第1抵抗部110および第2容量部140によりサージ電圧およびリンギング電圧を抑制することができるとともに、回路の信頼性を向上できる。
さらに、第2抵抗部130が、薄膜抵抗体で構成されていることにより、第1抵抗部110および第2抵抗部130の各々に大電流が流れた際に、第1抵抗部110と比較して第2抵抗部130を断線しやすくすることができる。これにより、一時的な大電流により第1抵抗部110が断線してCRスナバ素子100が機能を消失することを抑制できる。
また、第2容量部140の静電容量が、第1容量部120の静電容量と略同一であることにより、第1容量部120が短絡しても、自己修復後のCRスナバ素子100は、第2容量部140により略同一の静電容量を維持することができる。
また、第2抵抗部130の抵抗値が、第1抵抗部110の抵抗値よりも小さいことにより、第2抵抗部130が断線する前後におけるCRスナバ素子100の回路全体の抵抗値の変化を小さく抑えることができる。
また、第2抵抗部130の溶断電流の値が、第1抵抗部110の溶断電流の値より小さいため、第2抵抗部130が第1抵抗部110よりも先に断線する。これにより、CRスナバ素子100において、第2容量部140の機能を発現させることができる。
そして、本実施形態に係るCRスナバ素子100は、第1抵抗部110、第1容量部120、第2抵抗部130、第2容量部140の各々が積層されて構成されているため、1つの小型の素子として小型化を図ることができる。
なお、第2外部電極170は、半導体基板112の第1主面114上に積層されていてもよい。この場合、第2外部電極170は、半導体基板112の第1主面114上のうち、第1誘電体層122が積層されていない部分に積層される。また、第1主面114上に積層された第1誘電体層122と第2外部電極170とが互いに電気的に接続するように、半導体基板112において第1誘電体層122に沿う部分のみ不純物がドープされていてもよい。
(実施形態2)
以下、本発明の実施形態2に係るCRスナバ素子について説明する。本発明の実施形態2に係るCRスナバ素子は、主に、第1容量部と第2容量部との間に第1抵抗部が配置されている点で、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子100と異なる。よって、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子100と同様である構成については説明を繰り返さない。
以下、本発明の実施形態2に係るCRスナバ素子について説明する。本発明の実施形態2に係るCRスナバ素子は、主に、第1容量部と第2容量部との間に第1抵抗部が配置されている点で、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子100と異なる。よって、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子100と同様である構成については説明を繰り返さない。
図5は、本発明の実施形態2に係るCRスナバ素子の構造を示す断面図である。図5に示すように、本実施形態に係るCRスナバ素子200において、半導体基板212の第1主面214は平坦面であり、半導体基板212の第2主面216に複数の凹部が形成されている。
第1誘電体層222は、半導体基板212の第2主面216側に位置している。本実施形態において、第1誘電体層222は、半導体基板212の第2主面216に形成された複数の凹部に沿って、半導体基板212上に積層されている。また、CRスナバ素子200を第2外部電極270側から見たときに、第1誘電体層222の外縁は、半導体基板212の外縁よりも内側に位置している。
第2外部電極270は、第1誘電体層222の半導体基板212側とは反対側に位置している。本実施形態において、第2外部電極270は、第1誘電体層222上に積層されている。CRスナバ素子200を第2外部電極270側から見たときに、第2外部電極270の外縁は、第1誘電体層222の外縁よりも内側に位置している。
第2外部電極270と第1誘電体層222との接触面積は、第1容量部の静電容量が上述した値になるような大きさとなっている。また、第1誘電体層222が、半導体基板212の第2主面216に形成された複数の凹部に沿って積層されていることにより、第2主面216に複数の凹部が形成されていない場合に比較して、第1容量部の静電容量を増加している。
本実施形態において、第2外部電極270は、櫛歯状電極部270aと、板状電極部270bとを有している。櫛歯状電極部270aは、第2主面216の複数の凹部に沿って積層された第1誘電体層222上に積層されている。櫛歯状電極部270aの第1誘電体層222側とは反対側の面は、平坦面であり、板状電極部270bは櫛歯状電極部270aの平坦面上に積層されている。
CRスナバ素子200を第2外部電極270側から見たときに、板状電極部270bの外縁は、櫛歯状電極部270aの外縁よりも内側に位置している。
内部電極250は、半導体基板212の第1主面214側に位置している。本実施形態において、内部電極250は、半導体基板212上に積層されている。CRスナバ素子200を第1外部電極160側から見たときに、内部電極250の外縁は、半導体基板212の外縁よりも内側に位置している。内部電極250は、板状に形成されている。
第2誘電体層242は、内部電極250の半導体基板212側とは反対側に位置している。第2誘電体層242は、内部電極250の全体を覆うように、内部電極250上および半導体基板212上の一部に積層されている。
スナバ素子200を第1外部電極160側から見たときに、第2誘電体層242の外縁は、半導体基板212の外縁より内側、かつ、内部電極250の外縁より外側に位置している。
本実施形態において、CRスナバ素子200は、さらに第2保護層290を備えている。第2保護層290は、半導体基板212の第2主面216側に位置している。第2保護層290は、第2外部電極270の板状電極部270bのみが、CRスナバ素子200の外側に露出するように積層されている。第2保護層290は、ポリイミドなどの樹脂材料で構成されることが好ましい。
次に、本発明の実施形態2に係るCRスナバ素子200の回路構成および動作について説明する。図6は、図5のCRスナバ素子の等価回路図である。図6に示すように、本発明の実施形態2に係るCRスナバ素子200は、第1容量部220と第2容量部240との間に第1抵抗部210が配置されている。
本実施形態に係るCRスナバ素子200は、第1容量部220の一方端は、CRスナバ素子200の周辺に配置される電子部品などの回路に接続される。第1抵抗部210の一方端は、第1容量部220の他方端に接続され、第2抵抗部230の一方端は、第1抵抗部210の他方端に接続されている。
本実施形態において、第1容量部220は、図5に示すように、半導体基板212が、第1誘電体層222を挟んで、第2外部電極270と対向していることにより構成されている。また、第1容量部220の一方端に、第2外部電極270が設けられている。
上記のように、本発明の実施形態2に係るCRスナバ素子200は、第1容量部220を構成する第1誘電体層222などが、半導体基板212の第2主面216側に位置し、第2容量部240を構成する第2誘電体層242などが半導体基板212の第1主面214側に位置している。すなわち、第1容量部220と第2容量部240との間には、第1抵抗部210を構成する半導体基板212が配置されている。これにより、第1容量部220の短絡の際に発生する熱などが第2容量部240へ伝わることを半導体基板212によって抑制し、第2容量部240にダメージが及ぶことを抑制することができる。
(実施形態3)
以下、本発明の実施形態3に係るCRスナバ素子について説明する。本発明の実施形態3に係るCRスナバ素子は、主に、第1容量部と第2容量部との間に第1抵抗部が配置されている点で、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子100と異なる。よって、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子100と同様である構成については説明を繰り返さない。
以下、本発明の実施形態3に係るCRスナバ素子について説明する。本発明の実施形態3に係るCRスナバ素子は、主に、第1容量部と第2容量部との間に第1抵抗部が配置されている点で、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子100と異なる。よって、本発明の実施形態1に係るCRスナバ素子100と同様である構成については説明を繰り返さない。
図7は、本発明の実施形態3に係るCRスナバ素子の構造を示す断面図である。図7に示すように、本発明の実施形態3に係るCRスナバ素子300において、第1外部電極360は、第1誘電体層322の半導体基板312側とは反対側に位置している。本実施形態において、第1外部電極360は、第1誘電体層322上に積層されている。CRスナバ素子300を第1外部電極360側から見たときに、第1外部電極360の外縁は、第1誘電体層322の外縁よりも内側に位置している。
第1外部電極160と第1誘電体層322との接触面積は、第1容量部の静電容量が上述した値になるような大きさとなっている。
第1外部電極360は、櫛歯状電極部360aと、板状電極部360bと、パッド電極部360dとを有している。櫛歯状電極部360aは、第1主面314の複数の凹部に沿って積層された第1誘電体層322上に積層されている。櫛歯状電極部360aの第1誘電体層322側とは反対側の面は、平坦面であり、板状電極部360bは櫛歯状電極部360aの平坦面上に積層されている。
CRスナバ素子300を第1外部電極360側から見たときに、板状電極部360bの外縁は、櫛歯状電極部360aの外縁よりも内側に位置している。
パッド電極部360dは、板状電極部360b上に積層されている。CRスナバ素子300を第1外部電極360側から見たときに、パッド電極部360dの外縁は、板状電極部360bの外縁よりも内側に位置している。第1外部電極360は、パッド電極部360dにおいてCRスナバ素子100の表面に露出している。
内部電極350は、半導体基板312の第2主面316側に位置している。CRスナバ素子300を、第2外部電極370側から見たときに、内部電極350の外形は、半導体基板312の外形と略同一である。内部電極350は、板状に形成されている。
第2誘電体層342は、内部電極350の半導体基板312側とは反対側に位置している。第2誘電体層342は、内部電極350上に積層されている。スナバ素子300を第2外部電極370側から見たときに、第2誘電体層342の外縁は、内部電極350の外縁より内側に位置している。
第2外部電極370は、第2誘電体層342の内部電極350側とは反対側に位置している。本実施形態において、第2外部電極370は、対向電極部370cと板状電極部370eとを有している。第2外部電極370は、対向電極部370cにおいて第2誘電体層342と接している。第2外部電極370は、板状電極部370eにおいてCRスナバ素子300の外側に露出している。
CRスナバ素子300を第2外部電極370側から見たときに、対向電極部370cの外縁は第2誘電体層342の外縁よりも内側に位置しており、板状電極部370eの外縁は、内部電極350の外縁と略同一である。
本実施形態において、第2外部電極370と第2誘電体層342との接触面積は、第2容量部の静電容量が上述の値となるような大きさとなっている。
接続導電部352は、第2誘電体層342を貫通して配置されている。接続導電部352は、CRスナバ素子300を第2外部電極370側から見たときに、第2外部電極370と離間して配置されている。
第2抵抗部330は、第2誘電体層342の第2外部電極370側に位置している。第2抵抗部330は、第2外部電極370と互いに接続されている。本実施形態において、第2抵抗部330は、第2外部電極370の対向電極部370cに直接接続されている。第2抵抗部330は、接続導電部352を介して内部電極350と互いに接続されている。
本実施形態において、CRスナバ素子300は、さらに第2保護層390を備えている。第2保護層390は、半導体基板312の第2主面316と第2外部電極370の板状電極部370eとの間に形成されている空間を埋めるように設けられている。
次に、本発明の実施形態3に係るCRスナバ素子300の回路構成および動作について説明する。図8は、図7のCRスナバ素子の等価回路図である。図8に示すように、本発明の実施形態3に係るスナバ素子300は、第1容量部320と第2容量部340との間に第1抵抗部310が配置されている。
本実施形態に係るCRスナバ素子300は、第2抵抗部330の一方端は、CRスナバ素子300の周辺に配置される電子部品などの回路に接続される。第2抵抗部330の他方端は、第1抵抗部310の一方端に接続されている。図7に示すように、第2抵抗部330の一方端に、第2外部電極370が設けられている。
本実施形態において、本実施形態に係るCRスナバ素子300は、第1容量部320の他方端は、CRスナバ素子200の周辺に配置される電子部品などの回路に接続される。
本実施形態において、第1容量部320は、図7に示すように、半導体基板312が、第1誘電体層322を挟んで、第1外部電極360と対向していることにより構成されている。第1容量部320の他方端に、第1外部電極360が設けられている。
本実施形態において、前記第2容量部340は、図7に示すように、内部電極350が、第2誘電体層342を挟んで、第2外部電極370と対向していることにより構成されている。
上記のように、本発明の実施形態3に係るCRスナバ素子300は、第1容量部320を構成する第1誘電体層322などが、半導体基板312の第1主面314側に位置し、第2容量部340を構成する第2誘電体層342などが半導体基板312の第2主面316側に位置している。すなわち、第1容量部320と第2容量部340との間には、第1抵抗部310を構成する半導体基板312が配置されている。これにより、第1容量部320の短絡の際に発生する熱などが第2容量部340へ伝わることを半導体基板312によって抑制し、第2容量部340にダメージが及ぶことを抑制することができる。
上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
100,200,300 CRスナバ素子、110,210,310 第1抵抗部、112,212,312 半導体基板、114,214,314 第1主面、116,216,316 第2主面、120,220,320 第1容量部、122,222,322 第1誘電体層、130,230,330 第2抵抗部、140,240,340 第2容量部、142,242,342 第2誘電体層、150,250,350 内部電極、150a,270a,360a 櫛歯状電極部、150b,270b,360b,370e 板状電極部、152,352 接続導電部、156 接続電極、160,360 第1外部電極、160c,370c 対向電極部、160d,360d パッド電極部、170,270,370 第2外部電極、180 第1保護層、290,390 第2保護層。
Claims (8)
- 第1抵抗部と、
前記第1抵抗部と直列に接続されている第1容量部と、
前記第1抵抗部および前記第1容量部に、直列に接続されている第2抵抗部と、
前記第2抵抗部に対して並列に接続されている第2容量部とを備え、
前記第1容量部が短絡した際、前記第2抵抗部が断線するように構成されている、CRスナバ素子。 - 前記第2抵抗部は、薄膜抵抗体で構成されている、請求項1に記載のCRスナバ素子。
- 前記第2容量部の静電容量は、前記第1容量部の静電容量と略同一である、請求項1または請求項2に記載のCRスナバ素子。
- 前記第2抵抗部の抵抗値は、前記第1抵抗部の抵抗値よりも小さい、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のCRスナバ素子。
- 前記第2抵抗部の溶断電流の値は、前記第1抵抗部の溶断電流の値より小さい、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のCRスナバ素子。
- 前記第1抵抗部は、第1主面を有する半導体基板で構成されており、
前記第1容量部は、前記半導体基板が、前記半導体基板の第1主面側に位置する第1誘電体層を挟んで、前記第1誘電体層の半導体基板側とは反対側に位置する内部電極と対向していることにより構成されており、
前記第2容量部は、前記内部電極が、前記内部電極の第1誘電体層側とは反対側に位置する第2誘電体層を挟んで、前記第2誘電体層の内部電極側とは反対側に位置する第1外部電極と対向していることにより構成されており、
前記第2抵抗部は、前記第2誘電体層の第1外部電極側に位置して前記第1外部電極と互いに接続され、かつ、前記第2誘電体層を貫通して配置された接続導電部を介して前記内部電極と互いに接続されている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のCRスナバ素子。 - 前記第1抵抗部は、第1主面および該第1主面とは反対側に位置する第2主面を有する半導体基板で構成されており、
前記第1容量部は、前記半導体基板が、前記半導体基板の第2主面側に位置する第1誘電体層を挟んで、前記第1誘電体層の半導体基板側とは反対側に位置する第2外部電極と対向していることにより構成されており、
前記第2容量部は、前記半導体基板の第1主面側に位置する内部電極が、前記内部電極の半導体基板側とは反対側に位置する第2誘電体層を挟んで、前記第2誘電体層の内部電極側とは反対側に位置する第1外部電極と対向していることにより構成されており、
前記第2抵抗部は、前記第2誘電体層の第1外部電極側に位置して前記第1外部電極と互いに接続され、かつ、前記第2誘電体層を貫通して配置された接続導電部を介して前記内部電極と互いに接続されている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のCRスナバ素子。 - 前記第1抵抗部は、第1主面および該第1主面とは反対側に位置する第2主面を有する半導体基板で構成されており、
前記第1容量部は、前記半導体基板が、前記半導体基板の第1主面側に位置する第1誘電体層を挟んで、前記第1誘電体層の半導体基板側とは反対側に位置する第1外部電極と対向していることにより構成されており、
前記第2容量部は、前記半導体基板の第2主面側に位置する内部電極が、前記内部電極の半導体基板側とは反対側に位置する第2誘電体層を挟んで、前記第2誘電体層の内部電極側とは反対側に位置する第2外部電極と対向していることにより構成されており、
前記第2抵抗部は、前記第2誘電体層の第2外部電極側に位置して前記第2外部電極と互いに接続され、かつ、前記第2誘電体層を貫通して配置された接続導電部を介して前記内部電極と互いに接続されている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のCRスナバ素子。
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