JP2006186039A - Lamination type varistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電気放電などによるサージ電圧などに対して保護を図るのに用いられる積層型バリスタに関し、より詳細には、抵抗値が電圧非直線性を有するセラミック焼結体内に複数の内部電極が配置されている積層型バリスタに関する。 The present invention relates to a multilayer varistor used for protecting against surge voltage due to electrostatic discharge or the like, and more specifically, a plurality of internal electrodes are provided in a ceramic sintered body whose resistance value is voltage non-linearity. The present invention relates to a laminated varistor.
ICやLSIなどの半導体デバイスでは、デジタル信号処理が行われるため、静電気放電などによるサージ電圧が加わると、半導体素子が破壊したり、誤動作が生じたりするおそれがある。また、近年、ICやLSIなどの半導体デバイスでは、高集積化及び低電圧駆動化が進んできているため、サージ電圧に対する耐性が低くなる傾向があった。特に、携帯電話機などの移動体通信機器は、人により直接持ち運ばれる。従って、人体からの静電気放電に半導体素子がさらされ易いため、このような静電気放電に対して半導体素子を確実に保護することが強く求められている。 In semiconductor devices such as IC and LSI, digital signal processing is performed. Therefore, when a surge voltage due to electrostatic discharge or the like is applied, the semiconductor element may be destroyed or malfunction may occur. In recent years, semiconductor devices such as ICs and LSIs have been highly integrated and driven at a low voltage, and thus have a tendency to be less resistant to surge voltages. In particular, mobile communication devices such as mobile phones are directly carried by people. Therefore, since the semiconductor element is easily exposed to electrostatic discharge from the human body, there is a strong demand for reliably protecting the semiconductor element against such electrostatic discharge.
上記のような要求に鑑み、下記の特許文献1には、図8に正面断面図に示す積層型バリスタが開示されている。
In view of the above requirements, the following
積層型バリスタ101では、ZnOを主成分とする抵抗値が電圧非直線性を有するセラミック焼結体102が用いられている。このセラミック焼結体102内に、Ptからなる複数の内部電極103a〜103dがセラミック焼結体層を介して重なり合うように配置されている。内部電極103a,103cがセラミック焼結体102の一方の端面102aに引き出されており、内部電極103b,103dが、他方の端面102bに引き出されている。第1,第2の端面102a,102bを覆うように、外部電極104,105が形成されている。
In the
他方、上記積層型バリスタとは異なる用途に用いられる電子部品として、下記の特許文献2には、図9に示す積層セラミックコンデンサが開示されている。積層セラミックコンデンサ111は、誘電体セラミックスよりなるセラミック焼結体112を有する。セラミック焼結体112内には静電容量を取り出すために、内部電極113a〜113dがセラミック焼結体層を介して重なり合うように配置されている。そして、内部電極113a,113cが、端面112aに、内部電極113b,113dが端面112bに引き出されている。端面112a,112bには、それぞれ、外部電極114,115が形成されている。
On the other hand, as an electronic component used for an application different from the multilayer varistor, the following
積層セラミックコンデンサ111では、内部電極113a〜113dと誘電体セラミックスからなるセラミック焼結体層との密着性を高めるために、内部電極113a〜113dにおいて、くりぬき部116が内部電極全体の面積の10〜30%を占めるように形成されている。すなわち、くりぬき部116を介して上下のセラミック焼結体層が密着し、内部電極113a〜113dとセラミック焼結体層との密着性が高められるとされている。ここでは、上記くりぬき部の割合が内部電極の全体の面積、すなわち内部電極の外縁で囲まれた内部電極面積の30%を超えると、十分な静電容量を得ることができないため、くりぬき部の割合は上記のように30%以下としなければならないと記載されている。
特許文献1に記載の積層型バリスタ101では、ZnOを主成分とする半導体セラミックスからなるセラミック焼結体102と、Ptからなる内部電極103a〜103dとを用いることにより、サージ耐量の向上が図られていた。しかしながら、ZnOを主成分とする半導体セラミックスからなるセラミック焼結体と、内部電極を構成しているPtとは異種材料であるため、セラミック焼結体102と内部電極103a〜103dの密着性が十分でなかった。
In the
従って、セラミック焼結体102の端面102a,102bにおいて、内部電極103a〜103dとセラミック層との界面から湿気等が侵入したり、外部電極104,105の形成に際し湿式めっき法を用いた場合には、めっき液が侵入することがあった。そのため、積層型バリスタ101の信頼性が十分でないという問題があった。
Therefore, when the
他方、上記特許文献2に記載の積層セラミックコンデンサ111では、内部電極113a〜113dにおいて、くりぬき部の面積を10〜30%の割合とすることにより、上下の誘電体セラミックスからなるセラミック焼結体層同士が合着し、内部電極とセラミック焼結体との層間剥離を抑制することができるとされていた。
On the other hand, in the multilayer
しかしながら、特許文献2には、積層セラミックコンデンサ111における層間剥離を抑制する構造が記載されているにすぎなかった。また、上記くりぬき部の割合を30%以下にしなければ、十分な静電容量を得ることができない旨が述べられているにすぎなかった。すなわち、特許文献2には、積層型バリスタなどの他の積層型セラミック電子部品についての言及は存在しない。
However,
本発明は、上述した従来技術の現状に鑑み、電圧非直線性を示す抵抗体である半導体セラミックスからなるセラミック焼結体と内部電極との密着性に優れており、耐サージ電圧が高められているだけでなく、信頼性に優れた積層型バリスタを提供することにある。 In view of the current state of the prior art described above, the present invention has excellent adhesion between a ceramic sintered body made of semiconductor ceramics, which is a resistor exhibiting voltage nonlinearity, and an internal electrode, and has improved surge voltage resistance. In addition to this, it is to provide a laminated varistor having excellent reliability.
本発明は、抵抗値が電圧非直線性を有し、対向し合う第1,第2の端面を有するセラミック焼結体と、前記セラミック焼結体内においてセラミック焼結体層を介して交互に重なり合うように配置された第1,第2の内部電極とを備え、第1の内部電極がセラミック焼結体の第1の端面に、第2の内部電極がセラミック焼結体の第1の端面と反対側の第2の端面に引き出されており、前記セラミック焼結体の第1,第2の端面にそれぞれ形成されており、前記1第1,第2の内部電極にそれぞれ電気的に接続されている第1,第2の外部電極をさらに備える積層型バリスタにおいて、前記内部電極が複数の空孔を有し、該空孔を除いた内部電極部分の面積が当該内部電極の面積の40〜70%の範囲とされていることを特徴とする。 According to the present invention, a ceramic sintered body having first and second end faces facing each other, the resistance value of which is voltage non-linearity, and the ceramic sintered body alternately overlap with each other via a ceramic sintered body layer. The first internal electrode is disposed on the first end surface of the ceramic sintered body, and the second internal electrode is disposed on the first end surface of the ceramic sintered body. It is drawn out to the second end surface on the opposite side, formed on the first and second end surfaces of the ceramic sintered body, and electrically connected to the first and second internal electrodes, respectively. In the multilayer varistor further including the first and second external electrodes, the internal electrode has a plurality of holes, and the area of the internal electrode portion excluding the holes is 40 to 40% of the area of the internal electrode. It is characterized by being in the range of 70%.
本発明においては、内部電極は、好ましくは、Ptを主成分とする材料を用いて形成される。 In the present invention, the internal electrode is preferably formed using a material containing Pt as a main component.
また、本発明においては、上記セラミック焼結体を構成する材料は特に限定されないが、好ましくは、ZnOを主成分とする材料が用いられる。 In the present invention, the material constituting the ceramic sintered body is not particularly limited, but a material mainly composed of ZnO is preferably used.
また、上記第1,第2の外部電極の形態は特に限定されないが、本発明のある特定の局面では、外部電極は複数の導電層を積層した構造を有する。この場合、最外層の導電層が電解めっき膜により形成されてもよく、スパッタリングにより形成された導電膜であってもよい。 The form of the first and second external electrodes is not particularly limited, but in a specific aspect of the present invention, the external electrode has a structure in which a plurality of conductive layers are stacked. In this case, the outermost conductive layer may be formed of an electrolytic plating film or a conductive film formed by sputtering.
また、本発明においては、上記第1,第2の外部電極は、セラミック焼結体の第1,第2の端面にスパッタリングにより直接形成された導電膜により構成されていてもよい。 In the present invention, the first and second external electrodes may be composed of conductive films directly formed by sputtering on the first and second end faces of the ceramic sintered body.
本発明に係る積層型バリスタでは、第1,第2の内部電極において、上記複数の空孔を除いた内部電極部分の面積の割合が内部電極の40〜70%の範囲とされているため、第1,第2の内部電極が十分な面積でセラミック焼結体層を介して重なり合っている。従って、十分なサージ耐量が確保される。しかも、上記複数の空孔が設けられているため、内部電極の上方のセラミック焼結体層と、下方のセラミック焼結体層が空孔部分で一体化し、内部電極とセラミック焼結体層との密着性が効果的に高められ、層間剥離が効果的に防止され得る。 In the multilayer varistor according to the present invention, in the first and second internal electrodes, the ratio of the area of the internal electrode portion excluding the plurality of holes is in the range of 40 to 70% of the internal electrode. The first and second internal electrodes overlap with a sufficient area through the ceramic sintered body layer. Therefore, sufficient surge resistance is ensured. Moreover, since the plurality of holes are provided, the ceramic sintered body layer above the internal electrode and the ceramic sintered body layer below are integrated at the hole portion, and the internal electrode and the ceramic sintered body layer Can be effectively improved and delamination can be effectively prevented.
よって、本発明によれば、内部電極と、電圧非直線性抵抗体からなるセラミック焼結体との密着性が十分に高められており、従って信頼性に優れており、かつサージ耐量が十分に大きな積層型バリスタを提供することが可能となる。 Therefore, according to the present invention, the adhesion between the internal electrode and the ceramic sintered body made of the voltage nonlinear resistor is sufficiently enhanced, and therefore, the reliability is excellent and the surge resistance is sufficiently high. A large stacked varistor can be provided.
なお、上記空孔を除いた内部電極部分の面積の割合が40%未満の場合には、十分なサージ耐量を得ることができず、70%を超えると、内部電極とセラミック焼結体層との密着性を十分に高めることができなくなる。 In addition, when the ratio of the area of the internal electrode part excluding the voids is less than 40%, sufficient surge resistance cannot be obtained, and when it exceeds 70%, the internal electrode, the ceramic sintered body layer, It becomes impossible to sufficiently improve the adhesion.
内部電極がPtを用いて形成されている場合には、本発明に従って、十分な大きさのサージ耐量の積層型バリスタを容易に提供することができる。 When the internal electrode is formed using Pt, a sufficiently large surge proof multilayer varistor can be easily provided according to the present invention.
半導体セラミックスからなるセラミック焼結体がZnOを主成分とする材料を用いて構成されている場合には、電圧非直線性に優れており、従って、十分大きなサージ耐量を有する積層型バリスタを容易に提供することかできる。 When a ceramic sintered body made of semiconductor ceramics is composed of a material mainly composed of ZnO, it has excellent voltage non-linearity, and therefore a multilayer varistor having a sufficiently large surge resistance can be easily obtained. Can be offered.
第1,第2の外部電極が複数の導電層を積層した構造を有し、最外層が電解めっき膜により形成されている場合には、電解めっき法により該導電層を形成した場合であっても、内部電極とセラミック焼結体層との密着性が優れているため、めっき液の内部への侵入が生じ難い。従って、積層型バリスタの信頼性の低下が生じ難い。 In the case where the first and second external electrodes have a structure in which a plurality of conductive layers are laminated and the outermost layer is formed of an electrolytic plating film, the conductive layer is formed by electrolytic plating. However, since the adhesion between the internal electrode and the ceramic sintered body layer is excellent, penetration of the plating solution hardly occurs. Therefore, it is difficult for the reliability of the multilayer varistor to decrease.
第1,第2の外部電極の最外層がスパッタリングにより形成された導電層の場合であっても、内部電極とセラミック焼結体との密着性が向上するので、めっき膜よりも薄いスパッタ膜でも耐湿性が確保できる。 Even if the outermost layer of the first and second external electrodes is a conductive layer formed by sputtering, the adhesion between the internal electrode and the ceramic sintered body is improved. Moisture resistance can be secured.
本発明において、セラミック焼結体の第1,第2の端面に直接スパッタリングにより導電層を形成して外部電極が形成されている場合、すなわち、銀ペーストを塗布・焼き付けによる厚膜電極が形成されず、スパッタ膜のみが形成されていてもよく、その場合においても、本発明によれば、セラミック焼結体と内部電極との密着性が優れているため、十分な耐湿性が確保される。従って、スパッタリング法を用いて、外部電極を効率良く形成することができる。 In the present invention, when an external electrode is formed by directly forming a conductive layer on the first and second end faces of the ceramic sintered body by sputtering, a thick film electrode is formed by applying and baking a silver paste. Instead, only a sputtered film may be formed. Even in this case, according to the present invention, the adhesiveness between the ceramic sintered body and the internal electrode is excellent, so that sufficient moisture resistance is ensured. Therefore, the external electrode can be efficiently formed using the sputtering method.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
図1(a)及び(b)は、本発明の一実施形態に係る積層型バリスタの正面断面図及び平面断面図である。 FIGS. 1A and 1B are a front sectional view and a plan sectional view of a multilayer varistor according to an embodiment of the present invention.
積層型バリスタ1は、ZnOを主成分とする直方体状のセラミック焼結体2を有する。セラミック焼結体2は、上面2a、下面2b、第1の端面2c、第2の端面2d及び一対の側面2e,2fを有する。
The
セラミック焼結体2内には、セラミック焼結体層を介して重なり合うように、第1の内部電極3a,3cと、第2の内部電極3b,3dとが交互に配置されている。本実施形態では、内部電極3a〜3dは、Ptを用いて形成されている。第1の内部電極3a,3cは、第1の端面2cに引き出されており、第2の内部電極3b,3dは、第1の端面2cとは反対側の第2の端面2dに引き出されている。
In the ceramic
第1の内部電極3a,3cと、第2の内部電極3b,3dとが重なり合っている領域においては、これらの間に位置するセラミック焼結体層による抵抗がとり出される。
In the region where the first
上記セラミック焼結体2は、周知の積層セラミック電子部品の製造方法に従って得ることができる。すなわち、まず、ZnOを主成分とするセラミックグリーンシートを用意する。該セラミックグリーンシート上にスクリーン印刷などによりPtペーストを印刷する。しかる後、Ptが印刷された複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、上下に無地のセラミックグリーンシートを適宜の枚数積層し、積層体を得る。積層体を焼成することにより、セラミック焼結体2を得る。
The ceramic
なお、実際の製造に際しては、マザーの積層体を得た後、マザーの積層体を厚み方向に切断し、個々のセラミック焼結体2単位の積層体を用意する。そして、個々の積層体を焼成することにより、セラミック焼結体2が得られる。 In actual production, after obtaining a mother laminate, the mother laminate is cut in the thickness direction to prepare a laminate of two individual ceramic sintered bodies. And the ceramic sintered compact 2 is obtained by baking each laminated body.
図1(a)に示すように、セラミック焼結体2の第1の端面2c及び第2の端面2dにはそれぞれ、第1,第2の外部電極4,5が形成されている。第1の外部電極4は、第1の内部電極3a,3cに電気的に接続されており、第2の外部電極5は、第2の内部電極3b,3dに電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1A, first and second
本実施形態では、外部電極4,5は、それぞれ、複数の導電層4a〜4c,5a〜5cを積層した構造を有する。セラミック焼結体2の端面2c,2dに直接形成されている最内側の導電層4a,5aは、Agペーストの塗布・焼付けにより形成された焼結電極層である。また、該焼結電極層からなる導電層4a,5a上に、Niめっき膜からなる導電層4b,5b及び最外層としてSnめっき膜からなる導電層4c,5cが順次形成されている。これらのNiメッキ膜及びSiめっき膜は、湿式めっき法である電解めっきにより形成されている。
In the present embodiment, each of the
図1(b)に示されているように、内部電極3aにおいては、空孔6が多数形成されている。この空孔6が設けられている部分においては、焼成後に、内部電極3aの上方のセラミック焼結体層と、下方のセラミック焼結体層とが合着して一体化し、従って内部電極3aと、セラミック焼結体層との密着性が効果的に高められる。他の内部電極3b〜3dも、内部電極3aと同様に、上記複数の空孔6を有する。
As shown in FIG. 1B, a large number of
そして、本実施形態の積層型バリスタ1の特徴は、焼成後の内部電極3a〜3dにおいて、内部電極の外縁で囲まれた内部電極面積に対する上記空孔を除いた内部電極部分の面積の割合が40〜70%の範囲となるように空孔6が形成されていることにある。
The feature of the
この割合が40%未満の場合には、第1の内部電極3a,3cと、第2の内部電極3b,3dとの間で十分な大きさの抵抗値を取り出すことができず、また十分な大きさのサージ耐量を得ることができなくなる。70%を超えると、内部電極3a〜3dと、セラミック焼結体層との密着性が低くなり、信頼性が低下する。
When this ratio is less than 40%, a sufficiently large resistance value cannot be taken out between the first
さらに、内部電極3a〜3dの実面積の割合は、層間剥離を防ぐには70%までであればよいが、積層型バリスタにサージ電圧のような大きな電圧が印加されることを考慮すれば、内部電極3a〜3dの実面積の割合を60%までとすることが望ましい。 Furthermore, the ratio of the real area of the internal electrodes 3a to 3d may be up to 70% in order to prevent delamination, but considering that a large voltage such as a surge voltage is applied to the multilayer varistor, The ratio of the actual area of the internal electrodes 3a to 3d is preferably up to 60%.
上記のように、本実施形態の特徴は、上記空孔6を除いた部分の内部電極3a〜3dの実面積の割合を40〜70%の範囲としたことにあり、それによって積層型バリスタ1においてバリスタ特有の特性である良好なサージ耐量と、内部電極3a〜3dとセラミック焼結体層との密着性の向上とが図られることにある。
As described above, the feature of the present embodiment is that the ratio of the real area of the internal electrodes 3a to 3d in the portion excluding the
前述した特許文献2では、このような積層型バリスタについての言及は何ら存在しない。また、特許文献2では、積層セラミックコンデンサが開示されているだけであり、特許文献2では、内部電極にくりぬき部が設けられていたものの、特許文献2では、くりぬき部の割合が内部電極の全面積の30%以下、言い換えれば、くりぬき部が設けられていない内部電極部分の面積は70%を超える大きさとしなければならない旨が記載されていた。
In
これに対して、本実施形態では、空孔6が設けられている部分を除いては内部電極部分の面積の割合が70%以下とされており、すなわち特許文献2では、否定されている割合となるように、空孔6を除いた部分の内部電極3a〜3dの実面積が規定されている。すなわち、本実施形態では、特許文献2で否定されている割合となるように内部電極3a〜3dに空孔6を設けることにより、積層型バリスタ1のサージ耐量の向上と、内部電極とセラミック焼結体の密着性の向上とが図られている。これを具体的な実験例に基づき説明する。
On the other hand, in this embodiment, the area ratio of the internal electrode part is 70% or less except for the part where the
ZnO系半導体セラミック粉末と、有機樹脂バインダを含むスラリーを成形し、セラミックグリーンシートを得た。このセラミックグリーンシート上に、Pt含有ペーストをスクリーン印刷し、内部電極パターンを形成した。また、上記Ptペーストにより内部電極パターンが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、厚み方向に圧着した後、厚み方向に切断し、個々のセラミック焼結体単位の積層体を得た。この積層体を加熱し、脱脂し、しかる後、空気中にて1160〜1200℃の温度に8時間維持し、焼成した。このようにして、セラミック焼結体2を得た。
A slurry containing ZnO-based semiconductor ceramic powder and an organic resin binder was formed to obtain a ceramic green sheet. On this ceramic green sheet, a Pt-containing paste was screen-printed to form an internal electrode pattern. Also, a plurality of ceramic green sheets on which internal electrode patterns were printed with the Pt paste were laminated, pressed in the thickness direction, and then cut in the thickness direction to obtain a laminate of individual ceramic sintered body units. The laminate was heated, degreased, and then maintained in air at a temperature of 1160 to 1200 ° C. for 8 hours for firing. In this way, a ceramic
次に、得られたセラミック焼結体2のコーナー部及び表面部をバレル研磨した後、Zn系フリットを3.5重量%の割合で含有するAgペーストを塗布し、750〜850℃の範囲で焼付け、導電層4a,5aを形成した。しかる後、電解めっき法によりNiめっき膜及びSnめっき膜を順次形成し、導電層4b,5b,4c,5cを形成し、積層型バリスタ1を得た。
Next, after corner polishing and surface portion of the obtained ceramic
なお、上記積層型バリスタ1の製造に際し、内部電極ペーストとしてのPtペーストにおけるPtの含有割合を、固形分重量割合で、75、70、65、60、55、50、45、40及び35重量%のものを用意し、複数種の積層型バリスタ1を得た。Ptの含有割合を異ならせ、Ptの含有割合に応じて焼成工程において空孔6を形成するとともに、該空孔部分において上下のセラミック焼結体層が合着している部分の割合が変化された複数種の積層型バリスタ1を得るためである。
In the production of the
図2は、上記のようにして得られた複数種の積層型バリスタにおけるPtペーストにおけるPt含有割合と、内部電極被覆率との関係を示す。 FIG. 2 shows the relationship between the Pt content ratio in the Pt paste and the internal electrode coverage in the plural types of laminated varistors obtained as described above.
また、下記の表1においては、PtペーストにおけるPt含有量に応じた内部電極被覆率を併せて示す。内部電極被覆率とは焼成により得られたセラミック焼結体を切断し、画像解析装置により算出した空孔を除いた内部電極部分の割合である。表1から明らかなように、PtペーストにおけるPtの含有量が低くなるにつれて、内部電極被覆率が小さくなっていくことがわかる。この内部電極被覆率は、上述した空孔の割合と逆の関係となる。 In Table 1 below, the internal electrode coverage according to the Pt content in the Pt paste is also shown. The internal electrode coverage is the ratio of the internal electrode part excluding the voids calculated by cutting the ceramic sintered body obtained by firing and using an image analyzer. As can be seen from Table 1, the internal electrode coverage decreases as the Pt content in the Pt paste decreases. This internal electrode coverage is inversely related to the above-described ratio of holes.
上記のようにして得られた積層型バリスタ1を、プリント回路基板上に半田ペーストを用いて実装し、恒温恒湿槽に投入し、85℃及び相対湿度85%RHの環境下に1000時間放置した。上記85℃及び相対湿度85%に1000時間放置した後の絶縁抵抗logIRが6を超える場合に合格品とし、6以下の場合には不合格品とした。結果を〇印及び×印により下記の表1に示す。また、この恒温恒湿槽における試験の結果を図3に示す。
The
また、以下の要領でサージ耐量試験を行った。すなわち、8/20μ秒の方形波であって、Ip=20Aのサージ電流を2回印加し、通電後の絶縁抵抗logIRを測定した。結果を図4に示す。また、通電後のlogIRが6よりも大きい場合に正常とし、下記の表1において〇印を付した。また、×印は、サージ電流印加後の絶縁抵抗logIRが6未満であり、不合格品であることを示す。 In addition, a surge resistance test was performed as follows. That is, it was a square wave of 8/20 μsec, a surge current of Ip = 20 A was applied twice, and the insulation resistance logIR after energization was measured. The results are shown in FIG. Moreover, when logIR after electricity supply was larger than 6, it was set as normal and marked with ○ in Table 1 below. Moreover, x mark shows that the insulation resistance logIR after surge current application is less than 6, and it is a rejected product.
表1から明らかなように、PtペーストにおけるPtの含有割合が60、55、50及び45重量%の場合には、内部電極被覆率が73、61、50及び39%、言い換えれば空孔率が27、39、50及び61%となっている。これらの場合、上記恒温恒湿試験後の絶縁抵抗logIRの劣化は見られず、6より大きかった。さらに、サージ耐量試験後の絶縁抵抗logIRの劣化も見られず良好な結果が得られた。 As apparent from Table 1, when the Pt content in the Pt paste is 60, 55, 50 and 45% by weight, the internal electrode coverage is 73, 61, 50 and 39%, in other words, the porosity is 27, 39, 50 and 61%. In these cases, the insulation resistance logIR after the constant temperature and humidity test was not deteriorated and was larger than 6. Furthermore, no deterioration of the insulation resistance logIR after the surge resistance test was observed, and good results were obtained.
これは、内部電極被覆率が39〜73%、言い換えれば空孔率が27〜61%の範囲である場合には、焼成に際して内部電極が収縮し、網目状とされた内部電極部分の内、内部電極構成金属による被覆に寄与しない空孔部分において上下のセラミック焼結体同士が合着し、内部電極とセラミック焼結体層との密着性が高められていることによると考えられる。すなわち、内部電極3a〜3dがセラミック焼結体2の端面2c,2dに引き出されている部分からの湿気やめっき液の侵入、あるいは半田ペースト中のフラックス成分の侵入が抑制され、かつ上記フラックスや湿気等の内部への拡散が確実に抑制されるため、絶縁抵抗の低下が低減されたものと考えられる。また、上記のように、空孔の割合がさほど高くないため、上記電極被覆率が73、61、50及び39%の積層型バリスタでは、十分なサージ耐量も得られている。
This is because, when the internal electrode coverage is 39 to 73%, in other words, when the porosity is in the range of 27 to 61%, the internal electrode contracts during firing, and the internal electrode portion formed into a mesh shape, This is considered to be due to the fact that the upper and lower ceramic sintered bodies are bonded to each other in the hole portion that does not contribute to the coating with the internal electrode constituent metal, and the adhesion between the internal electrode and the ceramic sintered body layer is enhanced. That is, the penetration of moisture and plating solution from the portion where the internal electrodes 3a to 3d are drawn out to the end faces 2c and 2d of the ceramic
これに対して、Ptの含有割合が75、70及び65重量%の内部電極を用いた積層型バリスタでは、恒温恒湿試験後の絶縁抵抗logIRが6を下回り、不良であった。これは、空孔率が15%以下であるため、上下のセラミック焼結体層同士が合着する部分が少なくなり、内部電極とセラミック焼結体層との密着性が低くなったことによると考えられる。すなわち、内部電極−セラミック焼結体層間への湿気、めっき液及びフラックス成分の侵入・拡散が抑制され難かったことによると考えられる。 On the other hand, in the multilayer varistor using the internal electrode with Pt content of 75, 70 and 65% by weight, the insulation resistance logIR after the constant temperature and humidity test was less than 6, which was poor. This is because, since the porosity is 15% or less, the portion where the upper and lower ceramic sintered body layers are bonded to each other is reduced, and the adhesion between the internal electrode and the ceramic sintered body layer is reduced. Conceivable. That is, it is considered that moisture, plating solution, and flux component penetration / diffusion between the internal electrode-ceramic sintered body layers were difficult to be suppressed.
逆に、Pt含有割合が40及び35重量%のPtペーストを用いた場合には、サージ耐量試験後の絶縁抵抗logIRが6を下回り、不良であった。これは、空孔率が68及び75%と高いため、内部電極における空孔を除いた部分の面積が小さくなりすぎ、サージ電流を効果的に吸収することができず、内部電極間の絶縁抵抗の劣化が顕著となったことによると考えられる。 On the contrary, when Pt paste with Pt content of 40 and 35% by weight was used, the insulation resistance logIR after the surge resistance test was less than 6, which was poor. Since the porosity is as high as 68 and 75%, the area of the internal electrode excluding the void is too small to absorb the surge current effectively, and the insulation resistance between the internal electrodes This is thought to be due to the fact that the deterioration of the material became remarkable.
上記実験例から、内部電極における被覆率が39〜73%、言い換えれば、空孔率が61〜37%の範囲であれば、耐湿性及びサージ耐量を両立し得ることがわかる。本発明者の実験によれば、空孔率は、40〜70%の範囲であれば、上記実験例と同様の結果が得られることが確かめられている。 From the above experimental example, it can be seen that if the coverage of the internal electrode is 39 to 73%, in other words, the porosity is 61 to 37%, both moisture resistance and surge resistance can be achieved. According to the experiment by the present inventor, it has been confirmed that the same result as in the above experimental example can be obtained when the porosity is in the range of 40 to 70%.
図5〜図7は、本発明の積層型バリスタの他の実施形態を説明するための各部分切欠正面断面図である。 5 to 7 are front sectional views of partially cutouts for explaining another embodiment of the multilayer varistor of the present invention.
図5に示す第2の実施形態の積層型バリスタ21では、外部電極24,25が、導電層24a,25aと、外側の導電層24b,25bとを積層した構造を有する。その他の点については、第1の実施形態の積層型バリスタ1と同様に構成されている。
In the
本実施形態では、導電層24a,25aは、Ag含有ペーストの塗布・焼付けにより形成されており、外側の導電層24b,25bとして、スパッタリングにより形成されたNiCr−NiCu−Ag膜が積層されている。上記のように、最外層の導電層24b,25bがスパッタリングにより設けられた導電層である場合であっても、基板上にはんだペーストを用いて実装する際にはんだペースト中のフラックス成分や湿気が侵入するのを抑制し、耐湿性が確保できる。なお、NiCr−NiCu−Ag膜の形成に際しては、ターゲットとして、NiCr、NiCu及びAgを用意し、スパッタリングを行えばよい。このような合金膜、あるいは合金以外の準金属をスパッタリングすることにより、外側の導電層を形成してもよい。第1の実施形態ではAg電極の外側にめっき膜を形成したが、第2の実施形態ではこれに代えて、スパッタ膜が用いられている。本実施形態の場合、めっき膜よりも薄いスパッタ膜であっても耐湿性が確保できる。さらに、スパッタリングにより誘電層を形成する場合には,めっき液を用いないので、誘電層形成の工程において耐湿性の問題が発生しない。従って、製造工程上においてもメリットがある。
In the present embodiment, the
第2の実施形態の積層型バリスタ21において、第1の実施形態の実験例の場合と同様に、内部電極を構成する導電ペーストにおけるPtペーストの含有割合を75、70、65、60、55、50及び45重量%と変化させて、複数種の積層型バリスタ21を作製し、評価した。結果を下記の表2に示す。
In the
表2においては、上記Ptペーストの含有割合を変化させた場合、表1の場合と同様に、焼成後の内部電極被覆率がそれにともなって変化していることがわかる。また、高温及び高湿試験後の絶縁抵抗logIRは、内部電極被覆率が73%以下の場合良好であることがわかる。 In Table 2, when the content rate of the said Pt paste is changed, it turns out that the internal electrode coverage after baking changes with it similarly to the case of Table 1. It can also be seen that the insulation resistance logIR after the high temperature and high humidity test is good when the internal electrode coverage is 73% or less.
図6は、第3の実施形態に係る積層型バリスタを示す正面断面図である。第3の実施形態の積層型バリスタ31では、外部電極34,35が、単層のスパッタリングにより形成された導電膜により形成されている。そのため、構造については、積層型バリスタ31は積層型バリスタ1と同様である。
FIG. 6 is a front sectional view showing a multilayer varistor according to the third embodiment. In the
第3の積層型バリスタ31のように、本発明においては、単層の導電膜により、第1,第2の外部電極34,35が形成されていてもよい。第3の実施形態では、単層の導電層からなる外部電極34,35は、NiCr−NiCu−Ag膜をスパッタリングにより形成することにより構成されているが、他の金属もしくは合金により形成されてもよい。
In the present invention, like the third
第2の実施形態では、Ag電極の外側にスパッタ膜を形成したが、第3の実施形態では、Ag電極が形成されておらず、スパッタ膜のみが形成されており、その場合であっても耐湿性が確保される。即ち、セラミック焼結体と内部電極との密着性が十分確保されているので、Ag電極の有無にかかわらず、実装時にフラックス成分や湿気が侵入するのを抑制でき、耐湿性が確保できる。 In the second embodiment, the sputtered film is formed outside the Ag electrode. However, in the third embodiment, the Ag electrode is not formed and only the sputtered film is formed. Moisture resistance is ensured. That is, since the adhesiveness between the ceramic sintered body and the internal electrode is sufficiently ensured, it is possible to prevent the flux component and moisture from entering during mounting regardless of the presence or absence of the Ag electrode, and to secure moisture resistance.
図7は、第1の実施形態の積層型バリスタ1の変形例に係る積層型バリスタを示す正面断面図である。図7に示す積層型バリスタ41では、外部電極4,5は、第1の実施形態の外部電極4,5と同様に構成されている。異なるところは、セラミック焼結体2内の内部電極43a〜43dが、相対的に厚みの厚い部分と相対的に厚みの薄い部分とを有するように構成されていることにある。例えば、内部電極43aを例にとると、内部電極43aは、矢印Aで示す特性部において相対的に厚みが厚くされており、外部電極4と接続される端縁近傍の引出部Bにおいても、相対的に厚みが厚くされている。そして、特性部Aと、引出部Bとを結ぶ接続部Cでは、相対的に厚みが薄くされている。他の内部電極43b〜43dも同様の構造を有する。
FIG. 7 is a front cross-sectional view showing a multilayer varistor according to a modification of the
本変形例では、特性部Aにおける内部電極の厚みを相対的に厚くすることにより、十分なサージ耐量を確保することが可能とされており、外部電極4,5と電気的に接続される部分である引出部Bにおいても十分な厚みとすることにより、電気的接続の信頼性が高められている。
In this modification, a sufficient surge resistance can be ensured by relatively increasing the thickness of the internal electrode in the characteristic portion A, and the portion electrically connected to the
他方、接続部Cについては、薄くすることにより、内部電極とセラミック焼結体層との密着性を高めることかできる。すなわち、相対的に厚みの薄い接続部Cにおいても、前述したように複数の空孔が形成されるが、この空孔部分に入り込んだセラミックスにより上下のセラミック焼結体が合着し、一体化するが、内部電極の厚みが薄い部分では上下のセラミック焼結体が容易に合着し、かつ内部電極とセラミック焼結体層との密着性が効果的に高められる。 On the other hand, with regard to the connection portion C, the adhesion between the internal electrode and the ceramic sintered body layer can be enhanced by making it thin. That is, in the relatively thin connection portion C, a plurality of holes are formed as described above, but the upper and lower ceramic sintered bodies are joined together by the ceramics that have entered the hole portions, and are integrated. However, in the portion where the thickness of the internal electrode is thin, the upper and lower ceramic sintered bodies are easily attached, and the adhesion between the internal electrode and the ceramic sintered body layer is effectively enhanced.
従って、本実施形態のように特性部A及び引出部B以外の部分において内部電極の厚みを相対的に薄くすることにより、サージ耐量を十分な大きさとし、電気的接続の信頼性を高めるとともに、本発明に従って内部電極とセラミック焼結体層との密着性を効果的に高めることができる。 Accordingly, by relatively reducing the thickness of the internal electrode in portions other than the characteristic portion A and the lead-out portion B as in the present embodiment, the surge resistance is sufficiently large, and the reliability of the electrical connection is improved. According to the present invention, the adhesion between the internal electrode and the ceramic sintered body layer can be effectively enhanced.
1…積層型バリスタ
2…セラミック焼結体
2a…上面
2b…下面
2c,2d…端面
3a,3c…第1の内部電極
3b,3d…第2の内部電極
4…第1の外部電極
4a〜4c…導電層
5…第2の外部電極
5a〜5c…導電層
6…空孔
21…積層型バリスタ
24,25…外部電極
24a,24b,25a,25b…導電層
31…積層型バリスタ
34,35…外部電極
41…積層型バリスタ
43a〜43d…内部電極
A…特性部
B…引出部
C…接続部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記セラミック焼結体内においてセラミック焼結体層を介して交互に重なり合うように配置された第1,第2の内部電極とを備え、
第1の内部電極がセラミック焼結体の第1の端面に、第2の内部電極がセラミック焼結体の第1の端面と反対側の第2の端面に引き出されており、
前記セラミック焼結体の第1,第2の端面にそれぞれ形成されており、前記第1,第2の内部電極にそれぞれ電気的に接続されている第1,第2の外部電極をさらに備える積層型バリスタにおいて、
前記内部電極が複数の空孔を有し、該空孔を除いた内部電極部分の面積が当該内部電極の面積の40〜70%の範囲とされていることを特徴とする、積層型バリスタ。 A ceramic sintered body having first and second end faces facing each other, the resistance value of which has voltage non-linearity;
A first internal electrode and a second internal electrode arranged to alternately overlap with each other through a ceramic sintered body layer in the ceramic sintered body,
The first internal electrode is drawn out to the first end face of the ceramic sintered body, and the second internal electrode is drawn out to the second end face opposite to the first end face of the ceramic sintered body,
A laminate further comprising first and second external electrodes respectively formed on the first and second end faces of the ceramic sintered body and electrically connected to the first and second internal electrodes, respectively. In type varistors,
The multilayer varistor, wherein the internal electrode has a plurality of holes, and the area of the internal electrode portion excluding the holes is in the range of 40 to 70% of the area of the internal electrode.
The laminated type according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second external electrodes are conductive films formed by sputtering on the first and second end faces of the ceramic sintered body. Barista.
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JP2010041030A (en) * | 2008-07-10 | 2010-02-18 | Murata Mfg Co Ltd | Multilayer ceramic electronic component |
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