JP2005277100A

JP2005277100A - 電子部品

Info

Publication number: JP2005277100A
Application number: JP2004088085A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Matsuda; 清松田; Akihito Kondo; 昭仁近藤; Osamu Watabe; 修渡部
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: JP5047454B2

Abstract

【課題】電子部品の破壊時に、外装材の不燃性を図るとともに、外装材の飛散を防止でき、さらに外装形成時に外装の尖りを防止することのできるバリスタを提供する。
【解決手段】電子部品素子を液状樹脂に浸漬した後に引き上げて、樹脂を硬化させて電子部品素子を被覆して外装を形成した電子部品の外装材として、平均粒径が３０μｍ以上１００μｍ以下の水酸化アルミニウムを４５重量％以上６０重量％未満の範囲で添加したシリコーン樹脂またはシリコーンエラストマを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は不燃性材料を外装材料に用いて不燃化した電圧非直線性抵抗器等の電子部品に関する。

近年電子機器や電気機器は、その筐体も含め、軽量化のためにプラスチックが多用され、しかも、部品の実装は小型化の要請のために高密度化が進んでいる。このような機器において、プラスチックの多用化や部品の高密度化は、電子部品の焼損が機器自体の燃焼の原因となる場合がある。

このような電子機器や電気機器に搭載される電子部品としてはバリスタがある。バリスタは、印加される電圧が上昇するに従って、抵抗が急激に減少する電圧非直線抵抗特性を有しており、電子機器において発生するサージを吸収するための素子として広く使用されている。このバリスタの構造としては、図３に示す通り、酸化亜鉛の粉末に微量の酸化粉ビスマス粉末等を混合し、金型を用いて円板状に成型した後、１０００℃以上で焼結して得られた焼結体１１の両面に、焼結体１１よりも径小の円板状の電極１２，１２を焼き付け、この電極のそれぞれの外面にリード線１３，１３を半田によって接続して素子１０を形成し、さらに素子１０をエポキシ樹脂等により被覆して外装１４を形成して構成されている。このような外装１４は、バリスタでの機械的強度や耐熱性を高める目的で用いられる。

ところで、バリスタの焼結体１１の内部は、抵抗率が１〜１０Ω・ｃｍと小さい酸化亜鉛微粒子と、この酸化亜鉛微粒子間に介在し、抵抗率が１０^１２〜１０^１３Ω・ｃｍと大きい酸化ビスマス境界層とが存在し、バリスタの電圧非直線抵抗特性は、上記境界層の非オーム性によって得らるものであるが、バリスタに定格を越える異常な過電圧が印加されて、バリスタが破壊に至る際には、過電圧のエネルギによって焼結体１１の非オーム性境界層が破壊されてしまい、抵抗率の小さい酸化亜鉛微粒子相互間での抵抗成分しか得られなくなる。このため、焼結体１１は非オーム性からオーム性へと変化して、焼結体１１の内部ではショート状態となる。そして、焼結体１１の内部を流れるショート電流によるジュール発熱によって、焼結体１１の温度は１０００℃以上、場合によっては数千℃の高温に達することとなる。焼結体１１が上記のような高温になると、融点が１８０〜２４０℃の半田が溶融すると共に、電極１２、１２は溶融した錫−鉛半田と合金化する。そして、金属酸化物よりなる焼結体のショート部からはガスが放出され、このガスによって外装１４が破裂・飛散すると共に、合金化した電極と半田が噴出することがあった。また、外装を１４構成するエポキシ樹脂（分解温度約４００℃）が熱分解して、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、炭化水素等のガスを放出し、このガスに、ショート時のスパーク電流による火花が引火し、バリスタが発火するといった危険性があった。そして、バリスタの発火が電子機器や電気機器全体への延焼を引き起こすことも想定される。

このためバリスタの外装は難燃性の材料が使用されており、この難燃性の材料には、例えば難燃化剤であるブロム又はアンチモンを含むエポキシ樹脂が使用されている。しかし、ブロム、アンチモンの難燃化剤を添加すると樹脂の難燃性は向上するものの、この難燃化剤を増加させると、樹脂自体の加熱流れ率（流動性）が低下し、外装膜の形成が困難になるという問題がある。また、外装材中の可燃成分を燃焼限界量以下に減少させることで、外装材の不燃化が可能になるが、粉体樹脂塗装では樹脂量３０ｗｔ％以下になると、外装膜の形成が困難になることが知られている。

さらに、ブロム系の難燃剤は、そのガス化により樹脂成分の燃焼を抑制するものであるが、ガス化したブロム成分は、オゾン層の破壊等、環境に対する負荷が大きいという問題があり、その使用が制限される方向にある。

このような外装技術ないし不燃化技術としては、上記のブロム系の難燃剤を用いる技術の他にも、次のような特許文献に記載された技術が知られている。

特開２００２−９３６０２号公報特開平８−９７００８号公報特開２００１−２８４１０３号公報特開平６−２１５９１０号公報

特許文献１には、無機フィラーを主成分とする外装材を用いた電子部品に関し、その外装材の改良技術について開示されている。特許文献２には、バリスタの不燃化技術が開示されている。特許文献３には、電子部品の外装被覆の難燃性および防爆性の関する技術が記載されている。また特許文献４には、保護コートに有機不燃性塗料を用いたバリスタが開示されている。

ところで、特開平６−２１５９１０号公報に記載されたように、難燃性の優れたコーティング材料として、シリコーンゴムを用いることも知られている。シリコーンゴムの場合にはゴム自体が柔軟性を有するため、バリスタに定格電圧を越える通電圧が印加され、瞬時に破壊する場合でも、外装樹脂の飛散を抑制する効果は期待できる。しかし、シリコーン塗料が難燃性ではあるが不燃性ではないため、バリスタの燃焼を完全に抑制することができるものではない。そのため、素子に貫通部が生じるような高温になると、難燃性に優れたシリコーンゴムと言えども、燃焼するおそれが出てくるという問題を抱えていた。

そこで、出願人は、先に特願２００３−７４３５５号にて、シリコーンゴムに水酸化アルミニウムを１５重量％以上４５重量％未満の範囲で添加することにより、シリコーンゴムの難燃性を高める技術を提案した。

この特願２００３−７４３５５号では、シリコーンゴムに難燃化剤としての水酸化アルミニウムを添加することにより、難燃化を図ったものであるが、発明者らの検討により、次のような問題が明らかとなった。

バリスタが過電圧により破壊した後にもさらにバリスタ中に続流が流れ、バリスタがショート状態となった場合にはバリスタが発熱するが、この状態が続くと、バリスタが高温となり、特願２００３−７４３５５号の発明のバリスタであっても、外装が燃焼してしまうことがあった。

ところで、特願２００３−７４３５５号ではシリコーンゴムに水酸化アルミニウムを添加する際の添加量として４５重量％以下と規定したが、これは図２に示すように、シリコーンゴムに対する水酸化アルミニウムの添加量が４５重量％以上であると、シリコーンゴムの粘度が高くなり、液状のシリコーンゴムに電子部品素子を浸漬し、引き上げた際に、先端部が尖ってしまい、外装形成時にその形状を制御することが困難になるためであった。

そこで、発明者らは、水酸化アルミニウムの添加量を増加した場合でも、外装形成時の形状の制御が可能となる技術について検討を行った結果、この発明に至ったものである。

本願の請求項１に係る発明は、電子部品素子を外装材で被覆してなる電子部品において、外装材として平均粒径２５μｍ以上１００μｍ以下の水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムの１種以上を添加したシリコーン樹脂またはシリコンエラストマを用いたことを特徴とする。

本願の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電子部品において、電子部品素子を外装材で被覆してなる電子部品において、外装材として水酸化アルミニウムを４５重量％以上６０重量％未満の範囲で添加したシリコーンゴムを用いたことを特徴とする。

シリコーンゴムは、硬化前は液状であるため、種々の添加剤、ここでは燃焼防止剤を混合添加することができる。そこで、高温時に熱分解し、可燃部から酸素を遮断する作用のある水酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃・３Ｈ₂Ｏ）または水酸化マグネシウム（ＭｇＯ・Ｈ_２Ｏ）をそれぞれ１種、または、水酸化アルミニウムと水酸化マグネシウムの両方を添加しておくことにより、電子部品、特にバリスタの外装材としてのシリコーン樹脂またはシリコーンエラストマの不燃化を図ることができる。

また、この水酸化アルミニウムとして平均粒径２５μｍ以上１００μｍ以下の水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムとする。平均粒径を平均粒径２５μｍ以上とすることにより、液状のシリコーン樹脂またはシリコーンエラストマの粘性が低くなり、液状のシリコーン樹脂またはシリコーンエラストマに電子部品素子を浸漬して、その後に引き上げた際に、水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムを多く添加してもシリコーンの樹脂またはシリコーンエラストマの切れが良く、外装の形状として先端が尖った形状に形成されづらくなる。一方で平均粒径が１００μｍを超えると、外装の表面のざらつきが大きくなり、外装の外観上好ましくない。

ここでの水酸化アルミニウムの添加量は４５重量％以上６０重量％未満とする。４５重量％未満では、完全な不燃性が得られない。また６０重量％以上では、液状のシリコーンの樹脂またはシリコーンエラストマに電子部品素子を浸漬して引き上げた場合でも、シリコーンの樹脂またはシリコーンエラストマの切れが悪く、外装の形状としては先端が尖った形状に形成されてしまう。

そして、シリコーンエラストマは前述したようにゴム弾性を有するものであるため、バリスタの過電圧印加による破壊時においても、セラミックの内容物はシリコーンエラストマの外装を破って外部に飛散することは無い。また、シリコーン樹脂も適度な弾性を有するものであるため、シリコーンエラストマと同様に、バリスタの過電圧印加による破壊時においても、セラミックの内容物はシリコーン樹脂の外装を破って外部に飛散することは無い。

以上に説明した通り、本発明によれば、過電圧印加により電子部品が破壊した場合でも、外装材の飛散を防止することができるとともに、外装材自体の燃焼も防止することができる。このため、電子部品が破壊した場合においても、周辺の機器等への類焼を防止することができる。

図１は本発明の実施の形態に係る電子部品を示し、この実施の形態ではバリスタを示している。

この電子部品では、バリスタを構成するため、セラミック素体１０として例えば、酸化亜鉛を主成分とし、酸化マグネシウム、酸化ビスマス、酸化コバルト等を加えた直径１０ｍｍの焼結体１１の両面に直径８ｍｍの電極１２、１２を印刷されて焼成され、各電極の表面に直径８ｍｍのリード線１３，１３をはんだ付けしたものを用いる。そして、各リード端子１３，１３がはんだ付けされたセラミック素体１０を液状のシリコーンゴムにディップし、引き上げた後、１００℃で３０分間加熱硬化して、外装１４を形成する。

ここで用いたシリコーンエラストマは２液付加反応ゴムで、液状の本体と硬化剤を混合、加熱することにより硬化して、ゴム弾性が得られるものである。

シリコーンエラストマは、予め水酸化アルミニウムを添加したものであるが、この水酸化アルミニウムの添加比率を変更して、過電圧破壊時の燃焼性と外装の外観状態を調査した。なお、ここでの水酸化アルミニウムの添加比率は、液状のシリコーン主剤に硬化剤を合わせた重量に対する水酸化アルミニウムの重量比である。

また、過電圧試験は課電率（バリスタ電圧Ｖ１ｍＡ／ＡＣ実効電圧）＝０．８７になるようにＡＣ電圧を印加した。そして、バリスタ素子が破壊した後、バリスタ素子が短絡した際の続流は交流１０Ａで５秒間継続する条件とした。試験個数は各条件ともｎ＝２０で実施した。

なお、過電圧破壊時の不燃性の判断基準として燃焼経続時間１秒未満、炎の高さ１０ｍｍ以内のものを燃焼無し（不燃）とした。この試験結果を次の表１に示す。

以上の表１の結果から判るように、水酸化アルミニウムの添加量が４０重量％では、外装の燃焼が発生したが、添加量を４５重量％以上とした場合には、外装は燃焼することなく、外装の不燃化を図ることができることが判る。

次に、バリスタの外観形状について目視検査を行い、バリスタの外装に尖りが発生しているかについて調べた。その結果を次の表２に示す。

以上の表２の結果から判るように、添加した水酸化アルミニウムの平均粒径が２０μｍでは、外装の形状として尖りが発生する場合があるが、平均粒径を２５μｍ以上では、尖りの発生が抑制されることが判る。ただし、平均粒径を２５μｍ以上とした場合でも、水酸化アルミニウムの添加量が６０重量％以上では、外装の形状として尖りが発生する。そのため、外観の形状として尖りを抑制するためには、添加する水酸化アルミニウムの平均粒径を２５μｍ以上として、添加量をシリコーンエラストマに対し、６０重量％未満とすることが好適であることが判る。

次に、バリスタの外観形状について目視検査を行い、バリスタの外装表面のざらつきが発生しているかについて調べた。その結果を次の表３に示す。

以上の表３の結果から判るように、添加する水酸化アルミニウムの平均粒径が１１０μｍとなると、外装表面のざらつきが顕在化することが判る。また、平均粒径が１００μｍ以下でも、水酸化アルミニウムの添加量が６０重量％以上では、外装表面のさらつきが顕在化する。外装表面のざらつきはバリスタの機能に直接影響するものではないが、外観上の美観を損ねるために、外装の表面にはざらつきが無いことが好ましい。そのため、添加する水酸化アルミニウムの平均粒径を１００μｍ以下として、添加量をシリコーンエラストマに対し、６０重量％未満とすることが好適であることが判る。

（別の実施形態）
以上の実施の形態では、シリコーンエラストマに対し、水酸化アルミニウムを添加した場合について説明してきたが、シリコーンエラストマに代えてシリコーン樹脂を用いた場合、水酸化アルミニウムに代えて水酸化マグネシウムを用いた場合でも同様の結果となった。

バリスタの内部構造を示す断面図である。バリスタの製造時の不具合を説明する図面である。従来のバリスタの内部構造を示す断面図である。

符号の説明

１０素子
１１焼結体
１２電極
１３リード線
１４外装

Claims

電子部品素子を外装材で被覆してなる電子部品において、外装材として平均粒径２５μｍ以上１００μｍ以下の水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムの１種以上を添加したシリコーン樹脂またはシリコンエラストマを用いたことを特徴とする電子部品。
シリコーン樹脂またはシリコンエラストマに対し、水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムの１種以上を４５重量％以上６０重量％未満の範囲で添加したことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
前記電子部品が電圧非直線性抵抗器であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電子部品。