CN100568409C

CN100568409C - 可变电阻

Info

Publication number: CN100568409C
Application number: CNB2006100718991A
Authority: CN
Inventors: 井上龙也; 胜村英则; 小林惠治
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: US7741949B2; US20060214764A1; CN1838341A; JP2006269876A

Abstract

本发明的可变电阻，包括：陶瓷绝缘基板、具有外表面的可变电阻部、设置在可变电阻部的外表面上的第1和第2外部电极。可变电阻部具有：设置在陶瓷绝缘基板上的可变电阻层、第1和第2内部电极、埋设在可变电阻层并从可变电阻层露出的第1和第2通路导体。第2内部电极具有夹着可变电阻层的至少一部分与第1内部电极相对的部分。第1通路导体与第1内部电极连接。第2通路导体与第2内部电极连接。第1和第2外部电极分别与第1和第2通路导体连接。本发明的可变电阻薄型且具有大的机械强度。

Description

可变电阻

技术领域

本发明涉及将对电子设备的静电和浪涌电压加以保护的可变电阻。

背景技术

近年来随着移动电话等电子设备的小型化、高性能化迅速发展，电子设备的电路也随之高密度化，从而导致电子设备的耐电压性能下降。因此，在人体与电子设备的端子接触时所产生的静电放电脉冲对电路的损坏也逐渐增多。

为了防止静电放电脉冲引起的破坏，在静电放电脉冲的进线与地线之间例如设置日本特开平8-31616号公报所揭示的现有层叠片可变电阻。该可变电阻使静电放电脉冲旁路以抑制外加于电路的电压。

最近，随着电子设备的小型化、高性能化，必须应对静电放电脉冲的部分越来越多。作为可变电阻，不仅是单件可变电阻，尤其是对内置有多个可变电阻的可变电阻组件的需求在不断增加。而且，出于对电子设备的小型、薄型的需求，也要求有薄型的可变电阻。

日本特开平8-31616号公报揭示的现有的层叠片可变电阻中，氧化锌类材料对弯曲的强度小。出于物理强度的要求，现有的可变电阻需要有一定的厚度，这就是难以薄型化。例如市场销售的长度为1.6mm、宽度0.8mm程度的层叠片可变电阻的厚度需要0.8mm左右以上。如进一步做薄的话，就需要将层叠片可变电阻进一步做小，这就难以得到既薄型且大的可变电阻。因此，也难以得到内置有许多可变电阻的可变电阻组件。

发明内容

本发明的可变电阻，包括：陶瓷绝缘基板、具有外表面的可变电阻部、设置在可变电阻部的外表面上的第1和第2外部电极。可变电阻部含有：设置在陶瓷绝缘基板上的可变电阻层、第1和第2内部电极、埋设在可变电阻层内并从可变电阻层露出的第1和第2通路(ビァ)导体。第2内部电极有夹着可变电阻层的至少一部分与第1内部电极相对的部分。第1通路导体与第1内部电极连接。第2通路导体与第2内部电极连接。第1和第2外部电极分别与第1和第2通路导体连接。

本发明的可变电阻薄型且具有大的机械强度。

附图说明

图1是表示本发明的实施形态1的可变电阻的立体图。

图2是表示图1所示的可变电阻的沿线2-2上的剖视图。

图3是表示实施形态1的可变电阻的等价电路图。

图4是表示实施形态1的可变电阻的立体分解图。

图5是表示用于试验实施形态1的可变电阻的电路。

图6是表示本发明的实施形态2的可变电阻的立体图。

图7是表示图6所示的可变电阻的沿线7-7上的剖视图。

图8是表示实施形态2的可变电阻的立体分解图。

具体实施方式

(实施形态1)

图1是表示本发明的实施形态1的可变电阻201的立体图。图2是表示图1所示的可变电阻201的沿线2-2上的剖视图。可变电阻201包括：陶瓷绝缘基板15、设置在陶瓷绝缘基板15的表面15A上的可变电阻部10、设置在可变电阻部10的外表面10A上的第1和第2外部电极即外部电极12A、12B。可变电阻部10包括：可变电阻层14、设置在可变电阻层14的第2内部电极即内部电极11A、埋设在可变电阻层14内的第1内部电极即内部电极11B、埋设在可变电阻层14内的第1和第2通路导体即通路导体13B、13A、保护层16。在内部电极11A与陶瓷绝缘基板15之间夹着内部电极11B。即，内部电极11B设置在陶瓷绝缘基板15与内部电极11A之间。可变电阻层14具有位于陶瓷绝缘基板15的表面15A上的面14D和与面14D的相反侧的面14E。保护层16设置在可变电阻层14的面14E上。保护层16的外表面16A就是可变电阻部10的外表面10A。即，外部电极12A、12B设置在保护层16的外表面16A上。

下面对可变电阻部10进行说明。内部电极11A、11B在与陶瓷绝缘基板15的表面15A成直角的方向201A上相互相对。内部电极11A具有与内部电极11B相对的部分111A和不与内部电极11B相对的部分211A。内部电极11B具有与内部电极11A相对的部分111B和不与内部电极11A相对的部分211B。即，内部电极11A的部分111A与内部电极11B的部分111B相对。通路导体13A与内部电极11A连接并从内部电极11A向与绝缘基板15相反的方向201B延伸，从可变电阻层14露出，具有从可变电阻部10露出的部分113A。通路导体13B与内部电极11B连接并从内部电极11B向与绝缘基板15相反的方向201B延伸，从可变电阻层14露出，具有从可变电阻部10露出的部分113B。外部电极12A与通路导体13A的部分113A连接。外部电极12B与通路导体13B的部分113B连接。陶瓷绝缘基板15与可变电阻层14、内部电极11A、11B、保护层16、通路导体13A、13B烧结成一体。在相对的内部电极11A、11B之间设有可变电阻层14的部分14F以得到作为可变电阻的特性。即，内部电极11A具有夹着可变电阻层14的至少一部分(部分14F)与内部电极11B相对的部分111A。

内部电极11A具有与通路导体13A连接的连接部311A，内部电极11B具有与通路导体13B连接的连接部311B。内部电极11B并不是配置在内部电极11A的连接部311A的正下方。即，内部电极11A的连接部311A位于内部电极11A的部分211A处。另外，内部电极11A并不是配置在内部电极11B的连接部311B的正上方。即，内部电极11B的连接部311B位于内部电极11B的部分211B处。

陶瓷绝缘基板15具有大的机械强度，可变电阻部10烧结在陶瓷绝缘基板15上成为一体，故可变电阻201呈薄型且机械强度大。通过内部电极11A与11B之间的可变电阻层14的部分14F得到作为可变电阻的电气特性，故可变电阻201的电气特性的偏差小，特性及质量好。

因为内部电极11B不是配置在内部电极11A的连接部311A的正下方，故即使通路导体13A朝下方即朝绝缘基板15的方向突出也可防止内部电极11A、11B之间的接近。因此，可变电阻201较少发生短路等的问题。

图3是可变电阻201的等效电路图。因外部电极12A和12B电气等效，故外部电极12A和12B中的一方用作输出输入用外部电极204，则外部电极12A和12B中的另一方用作接地用外部电极203。

下面对可变电阻201的制造方法进行说明。图4是可变电阻201的立体分解图。

首先，制作由以氧化锌为主要成分的陶瓷粉末和有机粘合剂构成的多个氧化锌坯片。另外，制作由氧化铝及硼硅酸盐玻璃为主要成分的玻璃陶瓷粉末和有机粘合剂构成的玻璃陶瓷坯片。这些坯片的厚度分别约为30μm。氧化锌坯片随后烧成为可变电阻层14，玻璃陶瓷坯片烧成为保护层16。

如图4所示，可变电阻层14由可变电阻层14A、14B、14C层叠形成。

在成为可变电阻层14A的氧化锌坯片的面114A上用银膏通过网板印刷法形成成为内部电极11B的导体层。

在成为可变电阻层14B的氧化锌坯片的面114B上用银膏通过网板印刷法形成成为内部电极11A的导体层。在该氧化锌坯片上形成通孔314B并使其位于内部电极11B的连接部311B上，在通孔314B内充填有成为通路导体13B的银膏。在成为可变电阻层14A的氧化锌坯片的面114A上，将成为可变电阻层14B的氧化锌坯片层叠在成为内部电极11B的导体层上，使可变电阻层14B的面114B的相反侧的面214B位于面114A上。

在成为可变电阻层14C的氧化锌坯片上形成通孔414C并使其位于内部电极11A的连接部311A上，并且形成通孔314C并使其位于薄片14B的通孔314B上。在通孔314C内充填有成为通路导体13B的银膏，在通孔414C内充填有成为通路导体13A的银膏。在成为可变电阻层14B的氧化锌坯片的面114B上，将成为可变电阻层14C的氧化锌坯片层叠在成为内部电极11A的导体层上，使氧化锌坯片的面214C位于面114B上。

在成为保护层16的玻璃陶瓷坯片上形成通孔16C、16D，并使它们分别位于成为可变电阻层14C的氧化锌坯片的通孔414C、314C上。在通孔16C、16D内分别充填成为通路导体13A、13B的银膏。在玻璃陶瓷坯片的面16A上用银膏通过网板印刷法以覆盖通孔16C、16D的形态分别形成成为外部电极12A及12B的导体层。将玻璃陶瓷坯片层叠在成为可变电阻层14C的氧化锌坯片的面114C上，使玻璃陶瓷坯片的面16A的相反侧的面16B位于面114C上。由此，制作成为可变电阻部10的层叠体。

接着，将上述层叠体贴附在由氧化铝构成的陶瓷绝缘基板15的表面15A上得到层叠体块。

然后，将上述层叠体块在大气中加热进行脱粘合剂处理后，在大气中加热至930℃进行烧成，烧结成一体制成烧结体。对烧结体的外部电极12A、12B实施镍、锡的电镀后，切断分离为规定的尺寸，制成可变电阻201。

实施形态1中，陶瓷绝缘基板15的厚度约为180μm。成为内部电极11A、11B的导体层的厚度约为2.5μm。用作通路导体13A、13B的银膏含有85重量％的银。充填有该银膏的通孔314B、314C、414C、16C、16D的直径为120μm。将许多导体层纵横排列印刷以使切断后具有图4所示的形状。

利用上述方法制造的300个可变电阻201试件长度L1约为1.6mm、宽度W1约为0.8mm、厚度T1约为0.25mm。这些试件中完全没有外部电极12A、12B之间的短路问题。这些试件中，外部电极12A与12B之间的可变电阻电压即1mA的电流流动时的电压在约22V至约30V之间。

对以上制作的可变电阻201试件进行静电放电试验加以评价。图5是用于试验可变电阻201试件的电路。连接开关103并由直流电源101通过电阻102施加规定的电压，使静电电容为150pF的电容盒104中积蓄电荷。然后，断开开关103并连接开关105，积蓄在电容盒104内的充电电荷便作为静电放电脉冲通过电阻106和信号线108施加于可变电阻201的试件109和被保护设备110。在可变电阻201的试件109中，输出输入用外部电极204与信号线108连接，接地用外部电极203与接地线107连接。

可变电阻201的试件109将流过信号线108的静电放电脉冲进行旁路并抑制施加于被保护设备110的电压。通过对施加静电放电脉冲时的信号线108与接地线107之间的电压进行测量，来评价试件109对电压的抑制效果。将可变电阻电压为27V作为比较例的层叠可变电阻连接在信号线108与接地线107之间，也可评价其抑制因静电放电脉冲引起的电压的效果。没有连接试件109时的静电放电脉冲的峰值电压为8kV。

将比较例的层叠可变电阻连接在信号线108与接地线107之间时施加于被保护设备110的峰值电压约为220V。设有实施形态1的可变电阻201的试件109时施加于被保护设备110的峰值电压约为230V。即，可以确认尽管可变电阻201的构成完全不同，但具有与比较例的层叠可变电阻大致相同的对静电放电脉冲的电压抑制效果。

制作了不使用陶瓷绝缘基板15、仅具有长约为1.6mm、宽约为0.8mm、厚度约为0.25mm的可变电阻部的可变电阻的试件。因该试件太薄且氧化锌陶瓷的机械强度小，所以在形成外部电极12A、12B时和测量特性等时发生了裂开、缺损等缺陷，无法得到可变电阻。

如上所述，实施形态1的可变电阻201能做成极薄型，且具有作为从静电和浪涌电压进行保护等的可变电阻足够的功能，也没有短路等的问题，且可变电阻的电压偏差小。

(实施形态2)

图6是表示本发明的实施形态2的可变电阻1201的立体图。图7是表示图6所示的可变电阻1201的沿线7-7上的剖视图，图8是可变电阻1201的立体分解图。不过，对图1，图2，图4所示的实施形态1的可变电阻201相同的部分标上同一参照符号，并省略其说明。

可变电阻1201取代实施形态1的可变电阻部10具有可变电阻部510，还具有设于可变电阻部510的面510A上的保护层26。可变电阻部510包括：可变电阻层1014；埋设在可变电阻层1014内的内部电极11A、11B；埋设在可变电阻层1014内的通路导体13A、13B，还具有埋设在可变电阻层1014内的第4通路导体即通路导体13C、第3通路导体即通路导体13D。将陶瓷绝缘基板15与可变电阻层1014、内部电极11A、11B、通路导体13A、13B、13C、13D烧成，得到一体的陶瓷烧结体。在可变电阻部510的外表面即面510A上设有外部电极12A、12B。除了面510A中设有外部电极12A、12B的部分510C以外的部分510B被保护层26所覆盖。在相对的内部电极11A、11B之间设有可变电阻层1014的部分1014F，得到作为可变电阻的特性。内部电极11A、11B通过通路导体13A、13B分别与外部电极12A、12B连接。

通路导体13C在通路导体13A的正下方，到达陶瓷绝缘基板15。即，内部电极11A通过连接部311A与通路导体13A连接，且通路导体13C在连接部311A与陶瓷绝缘基板15之间与连接部311A和陶瓷绝缘基板15连接。通路导体13C从内部电极11A的连接部311A向与通路导体13A相反的方向202A延伸。另外，通路导体13D在通路导体13B的正下方，到达陶瓷绝缘基板15。即，内部电极11B通过连接部311B与通路导体13B连接，且通路导体13D在连接部311B与陶瓷绝缘基板15之间与连接部311B和陶瓷绝缘基板15连接。通路导体13D从内部电极11B的连接部311B向与通路导体13B相反的方向202A延伸。

与实施形态1的可变电阻201相同，可变电阻部510是烧结在机械强度大的陶瓷绝缘基板15上一体化的陶瓷烧结体，故可变电阻1201既薄且具有大的机械强度。因为内部电极11B不是配置在内部电极11A的连接部311A的正下方，故可防止内部电极11A、11B之间的接近。因此，可变电阻1201不会发生短路问题，具有良好的特性及质量。

通过在通路导体13A、13B的正下方与内部电极11A、11B与陶瓷绝缘基板15之间连接的通路导体13C、13D，可防止内部电极11A、11B的应变和变形，使内部电极11A、11B之间的可变电阻层1014的部分1014F的厚度均匀。因此，可变电阻1201的电气特性的偏差小，能得到特性及质量更好的可变电阻1201。

现在对可变电阻1201的制造方法进行说明。图8是可变电阻1201的立体分解图。可变电阻层1014由可变电阻层1014A、1014B、1014C层叠形成。

首先，制作由以氧化锌为主要成分的陶瓷粉末和有机粘合剂构成的厚度约为30μm的多个氧化锌坯片。氧化锌坯片随后烧成为可变电阻层1014A、1014B、1014C。

在成为可变电阻层1014A的氧化锌坯片上形成通孔1314A、1414A。在通孔1314A内充填有成为通路导体13C的银膏，在通孔1414A内充填有成为通路导体13D的银膏。在该氧化锌坯片的面1214A上用银膏通过网板印刷法形成成为内部电极11B的导体层。该导体层覆盖通孔1414A，该导体层的覆盖通孔1414A的部分成为内部电极11B的连接部311B。

在成为可变电阻层1014B的氧化锌坯片上形成通孔1314B、1414B。在通孔1314B内充填有成为通路导体13C的银膏，在通孔1414B内充填有成为通路导体13B的银膏。在该氧化锌坯片的面1214B上用银膏通过网板印刷法形成成为内部电极11A的导体层。该导体层覆盖通孔1314B，该导体层的覆盖通孔1314B的部分成为内部电极11A的连接部311A。在成为可变电阻层1014A的氧化锌坯片的面1214A上，将成为可变电阻层1014B的氧化锌坯片层叠在内部电极11B上，使面1214B的相反侧的面1114B位于面1214A上。

在成为可变电阻层1014C的氧化锌坯片上形成通孔1314C、1414C。在通孔1314C内充填有成为通路导体13A的银膏，在通孔1414C内充填有成为通路导体13B的银膏。在该氧化锌坯片的面1214C上用银膏通过网板印刷法形成成为外部电极12A的导体层。该导体层覆盖通孔1314C。在面1214C上用银膏通过网板印刷法形成成为外部电极12B的导体层。该导体层覆盖通孔1414C。在成为可变电阻层1014B的氧化锌坯片的面1214B上，将成为可变电阻层1014C的氧化锌坯片层叠在内部电极11A上，使面1214C的相反侧的面1114C位于面1214B上。由此，制作成为可变电阻部510的层叠体。

接着，将该层叠体块在大气中加热进行脱粘合剂处理后，在大气中加热至930℃，烧结成一体制成烧结体。然后，在可变电阻部510的面510A中设有外部电极13A及13B的部分510C以外的部分510B上通过网板印刷法印刷玻璃膏，以所需的温度烧结形成保护层26。然后，对外部电极12A、12B实施镍、金的电镀后，切断分离为所需的尺寸，制成图7所示的可变电阻1201。

实施形态2中，陶瓷绝缘基板15的厚度约为180μm。用作内部电极层11A、11B的导体层的厚度约为2.5μm。将许多导体层纵横排列以使切断后具有图7所示的形状。

利用上述方法制造的300个可变电阻1201试件长度L2约为1.6mm、宽度W2约为0.8mm、厚度T2约为0.25mm。这些试件中完全没有外部电极12A、12B之间的短路问题。这些试件中，外部电极12A与12B之间的可变电阻电压即1mA的电流流动时的电压在约24V至约28V之间。由此，本实施形态2的可变电阻1201与实施形态1的可变电阻201相比，可变电阻电压的偏差进一步减小，且具有更好的特性及质量。

接着，与实施形态1的可变电阻201相同利用图5所示的电路对可变电阻1201试件进行静电放电试验加以评价。

连接有可变电阻1201的试件时施加于被保护设备110的峰值电压约为230V，可以确认能充分抑制静电放电脉冲所引起的电压。

实施形态1及2的可变电阻201、1201是在1个元件上形成1个可变电阻。利用实施形态1、2的可变电阻的构成和制造方法，根据需要可在所需的尺寸和性能的范围内制作具有多个可变电阻的可变电阻组件。

被内部电极11A、11B夹着的可变电阻层14、1014的起到可变电阻功能的部分14F、1014F的个数各为1层，但实施形态1、2的可变电阻也可通过大于2个的内部电极而具有2层以上起到可变电阻功能的部分。

实施形态1、2中，作为陶瓷绝缘基板15使用了氧化铝基板，只要能得到足够的弯曲强度，也可使用铁素体和高介电常数的电介体等。内部电极使用了银膏，但也可使用银-钯膏、白金膏等其他金属膏。

实施形态1、2中，将外部电极12A、12B与可变电阻层14、1014、内部电极11A、11B及通路导体13A、13B一起同时进行烧成，制成一体化的陶瓷烧结体。但也可在将由可变电阻层14、1014、内部电极11A、11B及通路导体13A、13B构成的可变电阻部10、510进行烧成，制成陶瓷烧结体后，形成外部电极12A、12B。

在对外部电极12A、12B进行电镀时，保护层16、26从电镀液保护可变电阻部10、510，提高可变电阻201、1201的耐环境特性。

在实施形态1中，将保护层16与可变电阻层14、内部电极11A、11B、通路导体13A、13B及外部电极12A、12B同时进行烧成形成。通过该方法能以简略的工序形成保护层16。

在实施形态2中，将可变电阻层1014、内部电极11A、11B、通路导体13A、13B、13C、13D及外部电极12A、12B进行烧成，制成烧结体后，进行玻璃膏印刷形成保护层26。利用该方法，能从更多种材料中选择形成保护层26的材料。

实施形态1、2中，在将可变电阻201、1201切断为所需尺寸之前对外部电极12A、12B进行电镀，但也可将可变电阻201、1201切断成所需的尺寸后对外部电极12A、12B实施电镀。

实施形态1、2的可变电阻201、1201薄型且具有大的机械强度，具有优良的特性。因此，可用作保护移动电话等小型、薄型的电子设备避免因静电放电脉冲和涌浪电压破坏和误动作的元件。

Claims

1.一种可变电阻，包括：

陶瓷绝缘基板；

具有外表面的可变电阻部，其具有：

设置在所述陶瓷绝缘基板上的可变电阻层，

设于所述可变电阻层的第1内部电极，

第2内部电极，其具有夹着所述可变电阻层的至少一部分与所述第1内部电极相对的第1部分，

第1通路导体，埋设于所述可变电阻层并从所述可变电阻层露出，而且与所述第1内部电极连接，

第2通路导体、埋设在所述可变电阻层并从所述可变电阻层露出，而且与所述第2内部电极连接；

第1外部电极，设置在所述可变电阻部的所述外表面上并与所述第1通路导体连接；

第2外部电极，设置在所述可变电阻部的外表面上并与所述第2通路导体连接，

所述第1内部电极具有与所述第1通路导体连接的第1连接部，

所述第2内部电极具有与所述第2通路导体连接的第2连接部，

所述可变电阻部还包括：

第3通路导体，埋设在所述可变电阻层内，在所述第1连接部与所述陶瓷绝缘基板之间与所述第1连接部和所述陶瓷绝缘基板连接，并且防止所述第1内部电极的应变和变形；

第4通路导体，埋设在所述可变电阻层内，在所述第2连接部与所述陶瓷绝缘基板之间与所述第2连接部和所述陶瓷绝缘基板连接，并且防止所述第2内部电极的应变和变形。

2.如权利要求1所述的可变电阻，其特征在于，

所述第2内部电极还具有与所述第1内部电极不相对的第2部分，

所述第1内部电极具有与所述第2内部电极相对的第3部分、与所述第2内部电极不相对的第4部分，

所述第1通路导体与所述第1内部电极的所述第4部分连接，

所述第2通路导体与所述第2内部电极的所述第2部分连接。

3.如权利要求1所述的可变电阻，其特征在于，

所述可变电阻部还具有设置在所述可变电阻层上的保护层，

所述第1外部电极和所述第2外部电极设置在所述保护层上。

4.如权利要求1所述的可变电阻，其特征在于，

还具有设置在所述可变电阻层上的保护层。