JP2012059786A - セラミック積層ptcサーミスタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のセラミック層12と、隣接するセラミック層12の間に内部電極14と、を備えるセラミック素体10、及び、セラミック素体10の端面10a,10bに外部電極30、を備えるセラミック積層PTCサーミスタ100であって、セラミック素体10の表面10c,10dの上にガラス層20を有し、ガラス層20は、亜鉛及びビスマスから選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を主成分として含有し、ガラス層におけるアルカリ酸化物の含有量が0.8質量%以下である。
【選択図】図1
Description
0.001≦x≦0.003 (2)
0≦y≦0.002 (3)
0.99≦α≦1.1 (4)
(Ba0.9985Gd0.0015)0.995(Ti0.9985Nb0.0015)O3 (5)
Tc1≧Ts+120 (6)
[セラミック積層PTCサーミスタの作製]
<セラミック素体の作製>
酸化物粉末として、BaCO3粉末、TiO2粉末、Gd2O3粉末、及びNb2O5粉末を準備した。これらの酸化物粉末を、最終的に得られるチタン酸バリウム系化合物が下記式(7)の組成になるようにそれぞれ秤量した。秤量した酸化物粉末を、純水及び粉砕用ボールとともにナイロン製ポット内に入れて6時間混合して乾燥し、混合粉末を得た。
セラミック素体を炉から取り出し、その直後にΦ200のバレルスプレー装置を用いて、以下の手順で、それぞれのセラミック素体の表面上にガラス粉体層を形成した。まず、軟化点が518℃、平均粒径が1.2μmであるガラス粉末を作製し、このガラス粉末とポリビニルアルコール樹脂とを95:5の質量比で混合した。ここで用いたガラス粉末は、Bi2O3を84質量%、ZnOを9質量%、SiO2を4質量%、Al2O3を3質量%含む、ビスマス系無アルカリガラス(主成分:Bi2O3)であった。
次に、セラミック素体の端面上に付着したガラス成分をブラストで除去し、銀及び亜鉛を含む導体ペーストを塗布した。塗布した導体ペーストを、大気中、550℃で10分間焼成して、セラミック素体の端面上に下地電極層を有するチップを作製した。
<外観評価>
得られたセラミック積層PTCサーミスタの外観を以下の手順で評価した。セラミック積層PTCサーミスタの表面を実体顕微鏡で100倍の倍率で観察し、セラミック素体の表面にめっきが付着しておらず、且つめっき処理に伴うセラミック素体の変色がなかったものを「良」、セラミック素体の表面にめっきが付着していたもの、又はセラミック素体が変色していたものを「不良」と判定した。そして、全数に対する不良の比率を求めて、外観不良率とした。その結果は表2に示すとおりであった。
セラミック積層PTCサーミスタを主面に垂直に切断して切断面を研磨し、研磨面を走査型電子顕微鏡(SEM、倍率:5000倍)で観察した。観察画像において、セラミック素体の主面の中央部におけるガラス層の厚み、及びセラミック素体の主面の中央部における拡散層の厚みを求めた。拡散層は、セラミック素体の表面部分において、セラミック素体のポア内部にガラス成分が充填されている部分とした。それぞれのサンプルについて同様の測定を行い、測定値の平均値を求めた。その結果は表2に示す通りであった。
基板に実装する前のサンプルの抵抗値(R0)と、鉛フリー半田(商品名:M705)を用いて基板に実装した後の抵抗値(R1)を測定し、実装時の抵抗変化率[(R1−R0)/R0で算出]を求めた。それぞれのサンプルについて同様の測定を行い、測定値の平均値を求めた。その結果は表2に示す通りであった。
ガラス層を形成する前のセラミック素体、及びセラミック積層PTCサーミスタ(サンプル)のジャンプ特性を以下の手順で評価した。セラミック素体及びセラミック積層PTCサーミスタの25℃における抵抗(室温抵抗(R25)、単位:Ω)、及び200℃における抵抗(高温抵抗(R200)、単位:Ω)、をそれぞれ測定した。これらの測定値から、抵抗変化幅R200/R25を算出し、log10(R200/R25)を求めた。log10(R200/R25)が3以上である場合を、良好と判断した。それぞれのサンプルについて同様の測定を行い、測定値の平均値を求めた。その結果は表2に示す通りであった。
ガラス粉末として、ビスマス系無アルカリガラスに変えて、ZnOを59.7質量%,B2O3を27.6質量%,SiO2を9.4質量%,Al2O3を3.3質量%含む亜鉛系ガラス(主成分:ZnO)を用いたこと、及びガラス層形成時の焼成温度を710℃に変更したこと以外は、実施例1−1と同様にして、セラミック積層PTCサーミスタを得た。
ガラス粉末として、ビスマス系無アルカリガラスに変えて、SiO2を53.0質量%,B2O3を17.3質量%,Na2Oを9.4質量%,ZrO2を6.8質量%,Al2O3を4.2質量%,ZnOを3.6質量%,Li2Oを3.5質量%,TiO2を2.2質量%含有するシリカ系ガラス(主成分:SiO2)を用いたこと、及びガラス層形成時の焼成温度を680℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、セラミック積層PTCサーミスタを得た。このセラミック積層PTCサーミスタは、セラミック素体と、その主面上にガラス層と、その端面上にセラミック素体側から下地電極層、スズめっき層及びニッケルめっき層を有する外部電極と、を備えていた。これを、比較例1−1のセラミック積層PTCサーミスタとした。同様の手順でセラミック積層PTCサーミスタの作製を行い、全部で1000個のセラミック積層PTCサーミスタを作製した。
ガラス粉末として、Bi2O3を84質量%、ZnOを9質量%、SiO2を4質量%、Al2O3を3質量%含む、ビスマス系無アルカリガラス(主成分:Bi2O3)を用いたこと、及びガラス層形成時の焼成温度を490℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、セラミック積層PTCサーミスタを得た。このセラミック積層PTCサーミスタは、セラミック素体と、その主面上にガラス層と、その端面上にセラミック素体側から下地電極層、スズめっき層及びニッケルめっき層を有する外部電極と、を備えていた。
ガラス粉末として、SiO2の含有量が50質量%以上であるシリカ系の無アルカリガラス(主成分:SiO2)を用いたこと、及びガラス層形成時の焼成温度を850℃に変更したこと以外は、実施例1−1と同様にして、セラミック積層PTCサーミスタを得た。このセラミック積層PTCサーミスタは、セラミック素体と、その主面上にガラス層と、その端面上にセラミック素体側から下地電極層、スズめっき層及びニッケルめっき層を有する外部電極と、を備えていた。
実施例1−1と同様にしてセラミック素体を作製した。このセラミック素体を市販の水ガラスに30分間浸漬した。浸漬後、セラミック素体を、スピンドライヤーを用いて1500rpmで1分間処理して、セラミック素体の表面に付着した水ガラスを除去した。スピンドライヤーは、直径20cmのものを使用した。水ガラスとしては、2号(SiO2含有量:34〜36質量%,Na2O含有量:14〜16質量%,水含有量:残部(JIS K1408による))を用いた。
実施例1−1で用いたガラス粉末に、混合ガラス粉末全体に対するNa2Oの含有量が表3の値となるように配合して混合ガラス粉末を調製した。調製した混合ガラス粉末を用いたこと、及びガラス層を形成する際の焼成温度を変更したこと以外は、実施例1−1と同様にして、実施例2−1〜2−5、及び比較例2−6〜2−7のセラミック積層PTCサーミスタを得た。ガラス層を形成する際の焼成温度は、ガラス粉末の軟化温度(Ts)よりも80℃高い温度(Ts+80℃)とした。これらのセラミック積層PTCサーミスタは、セラミック素体と、その主面上にガラス層と、その端面上にセラミック素体側から下地電極層、スズめっき層及びニッケルめっき層を有する外部電極と、を有していた。各実施例及び各比較例において、1000個のサンプル(セラミック積層PTCサーミスタ)を作製した。
セラミック素体を形成する際の焼成及びガラス層を形成する際の焼成を、表4に示す温度で行ったこと以外は、実施例2−5と同様にして、セラミック積層PTCサーミスタを形成した。ガラス層を形成する際の焼成温度は、外観不良率が最小になる、表4に示す温度とした。このときのセラミック素体の相対密度及び外観不良率を、表4に示す。各実施例のセラミック素体の相対密度はアルキメデス法によって測定した。
セラミック素体を形成する際の焼成温度を調整したこと以外は実施例1−1と同様にして、セラミック素体の相対密度が60〜90%であるセラミック積層PTCサーミスタを作製した。これらのセラミック積層PTCサーミスタのNa2O含有量と外観不良率との関係を表5に示す。相対密度が高くなるにつれて、外観不良率が低くなることが確認された。
Claims (5)
- 複数のセラミック層と、隣接する前記セラミック層の間に内部電極と、を備えるセラミック素体、及び、前記セラミック素体の端面に外部電極、を備えるセラミック積層PTCサーミスタであって、
前記セラミック素体の表面にガラス層を有し、
前記ガラス層は、亜鉛及びビスマスから選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を主成分として含有し、
前記ガラス層におけるアルカリ酸化物の含有量が0.8質量%以下であるセラミック積層PTCサーミスタ。 - 前記セラミック素体は、前記ガラス層に隣接するように、前記セラミック層の空孔にガラス成分を含む拡散層を有し、
前記ガラス層の厚みが、前記拡散層の厚みよりも大きい、請求項1に記載のセラミック積層PTCサーミスタ。 - 前記セラミック素体は酸化性気体を含む空孔を有する、請求項1又は2に記載のセラミック積層PTCサーミスタ。
- 前記ガラス層は非晶質ガラスを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のセラミック積層PTCサーミスタ。
- 前記ガラス層は、ガラス粉末と溶剤とを含む分散液を前記セラミック素体に付着させて、前記ガラス粉末の軟化温度以上に加熱して形成される、請求項1〜4のいずれか一項に記載のセラミック積層PTCサーミスタ。
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