JP2019165103A

JP2019165103A - 積層バリスタ

Info

Publication number: JP2019165103A
Application number: JP2018051890A
Authority: JP
Inventors: 智光村石; Tomomitsu Muraishi; 武藤　直樹; Naoki Muto; 直樹武藤
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-09-26

Abstract

【課題】サージ耐量の大きな積層バリスタを得ることを目的とする。【解決手段】バリスタ層１２と内部電極１３を交互に積層した積層体を焼結した焼結体１１と、この焼結体１１の少なくとも両端面において内部電極１３が交互に接続された状態で設けられた一対の外部電極１４とを備え、内部電極１３の先端と外部電極１４との間にバリスタ層１２よりも比抵抗が大きい高抵抗層１５を設けたものであり、このように構成することにより、内部電極先端部と外部電極との間に電流が流れて破壊することを防止し、サージ耐量の大きな積層バリスタを得ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器をサージから保護するための積層バリスタに関するものである。

従来基地局など屋外に設置される電子機器の保護用としてバリスタが用いられてきた。このバリスタに要求されるサージ耐量は１０ｋＡ以上であり、ディスクタイプのバリスタが用いられてきた。しかしながらこれらの電子機器を小型化しようとすると、バリスタのサイズが課題となってくる。バリスタを小型化するために積層バリスタを用いることが考えられるが、従来の積層バリスタでは、これらの機器に用いるために十分なサージ耐量を得ることが難しかった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開平１１−２７３９１４号公報

しかしながら、上記方法だけでは十分なサージ耐量を得ることはできなかった。

本発明は上記課題を解決するために、バリスタ層と内部電極を交互に積層した積層体を焼結した焼結体と、この焼結体の少なくとも両端面において内部電極が交互に接続された状態で設けられた一対の外部電極とを備え、内部電極の先端と外部電極との間にバリスタ層よりも比抵抗が大きい高抵抗層を設けたものである。

サージ電流は内部電極の端部に電界集中する傾向があるため、内部電極の先端とこれに対向する外部電極との間にサージ電流が流れ、破壊を引き起こしやすい。上記構成をとることにより、電界集中部（最もサージ電流が流れやすい領域）の比抵抗を大きくし電界集中部の電流を抑えることができることから、内部電極先端付近での破壊を防止し、大きなサージ耐量を有する積層バリスタを得ることができる。

本発明の一実施の形態における積層バリスタの断面図

以下、本発明の一実施の形態における積層バリスタについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における積層バリスタの断面図である。

焼結体１１は、バリスタ層１２と内部電極１３を交互に積層して焼成したものであり、両端面に外部電極１４が設けられている。この積層バリスタは、長さ約１５ｍｍ、幅約１
１ｍｍ、高さ約１３ｍｍとなっている。内部電極１３の先端部と外部電極１４との間には、バリスタ層１２よりも比抵抗が大きい高抵抗層１５が設けられている。内部電極１３に挟まれたバリスタ層１２の厚み（Ｔ）は約１．５ｍｍ、内部電極１３の先端と外部電極１４との間隔（Ｔｘ）は約２．０ｍｍとなっている。

バリスタ層１２は、酸化亜鉛を主成分としてビスマス、コバルト、マンガン、アンチモン、アルミニウム等の酸化物を添加して、バインダ、分散剤、可塑剤、有機溶剤等を混ぜて焼成したものである。このバリスタ層１２の酸化亜鉛は、平均粒径約８μｍとなっている。このようにすることにより、バリスタ層１２の比抵抗は約４Ω・ｃｍとなっている。ここで比抵抗は、１０ｋＡ印加時の比抵抗値である。

内部電極１３は、銀を主成分とするペーストを用いてバリスタ層１２と同時焼成することにより得られたものであり、その厚さは約２μｍとなっている。

高抵抗層１５は、内部電極１３の先端から外部電極１４にわたる全体に設けられ、その厚さは内部電極１３の厚さと同じかそれよりも厚くしている。高抵抗層１５の比抵抗は約２０Ω・ｃｍとなっている。

以上のように構成することにより、最もサージ電流が流れやすい領域の比抵抗を大きくすることができ、内部電極１３先端付近での破壊を防止し、大きなサージ耐量を有する積層バリスタを得ることができる。

高抵抗層１５の比抵抗はバリスタ層１２の比抵抗の２倍以上とすることにより、本発明の効果を得ることができ、４倍以上とすることがより望ましい。

バリスタ層１２と内部電極１３の積み重ね方向の内部電極間隔をＴ、内部電極１３の先端と外部電極１４との間隔をＴｘとしたとき、１．０≦Ｔｘ／Ｔ≦１．５とすることが望ましい。Ｔｘ／Ｔが１．０よりも小さくなると、内部電極１３先端と外部電極１４との間に電流が流れやすくなり破壊しやすくなる。逆にＴｘ／Ｔが１．５よりも大きくなると内部電極１３の面積が小さくなり、結果としてサージ耐量が小さくなってしまうためである。

高抵抗層１５は、バリスタ層１２、および内部電極１３と同時焼成を行うため、焼結温度が近いものが望ましい。一方バリスタ材料の抵抗は主に酸化亜鉛の粒界によって発生するため、酸化亜鉛の粒径を小さくすることにより抵抗値を上げることができる。そこで高抵抗層１５として、バリスタ層１２とほぼ同じ組成にし、平均粒径を小さくすることにより、比抵抗を上げることができる。例えば高抵抗層１５の酸化亜鉛の平均粒径を約２μｍとすることにより、焼結温度はほぼ同じで、バリスタ層の比抵抗の約４倍の比抵抗を得ることができる。バリスタ層１２は、平均粒径１μｍ以下の酸化亜鉛粉末を用いて焼成するが、焼結の過程で粒子が成長し、平均粒径約８μｍとなっている。高抵抗層１５には、同じ材料にさらにケイ素あるいはクロムの酸化物を０．５％程度添加して焼成する。これらを添加することにより粒子成長が妨げられ、酸化亜鉛の平均粒径を２μｍ程度にすることができ、バリスタ層１２よりも比抵抗が高い層とすることができる。

また高抵抗層１５として、バリスタ層１２とほぼ同じ材料に、リチウムをドープして比抵抗を高くしたものを用いても良い。この場合リチウムのドープ量は、炭酸リチウムに換算して１０ｐｐｍ以上、１００ｐｐｍ以下とすることが望ましい。１０ｐｐｍより低い濃度では十分な比抵抗が得られず、１００ｐｐｍを超えるドープでは高抵抗層以外のバリスタ層へ固溶してしまい有効層の一部が高抵抗層化し有効面積を失い、サージ耐量が劣化する可能性があるためである。

さらに高抵抗層１５として酸化ケイ素を主成分とし、ビスマス、ホウ素のうち少なくとも１種類を含むガラスを用いても良い。ガラスの場合バリスタ層１２よりもはるかに大きな比抵抗を有するため、内部電極１３先端部と外部電極１４との間に電流が流れて破壊することを防止し、サージ耐量の大きな積層バリスタを得ることができる。

次に本発明の積層バリスタの製造方法について説明する。

まず、バリスタ層を構成する主成分である酸化亜鉛と、ビスマス、コバルト、マンガン、アンチモン、およびアルミニウムの金属又は酸化物などの微量添加物とを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合してバリスタ材料を調整する。その後、このバリスタ材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤などを加えて、ボールミルなどを用いて混合・粉砕を行ってスラリーを得る。

得られたスラリーを、ドクターブレード法などの方法により、たとえばポリエチレンテレフタレートからなるフィルム上に塗布した後、乾燥して膜を形成する。こうして得られた膜をフィルムから剥離してグリーンシートを作製する。

次に、グリーンシートに、内部電極を印刷により形成する。内部電極は、銀または銀パラジウムの紛体に、有機バインダ、及び有機溶剤を混合した導電性ペーストをスクリーン印刷などの印刷法にて印刷し、乾燥させることにより形成する。

次に、このグリーンシートの内部電極以外の部分に高抵抗層となる層を印刷する。

次に、電極部分が形成されたグリーンシートと、電極部分が形成されていないグリーンシートとを所定の順序で重ねてシート積層体を形成する。こうして得られたシート積層体をチップ単位に切断して、分割された複数のグリーンチップを得る。

このグリーンチップを所定の温度で焼成することにより焼結体を得る。

この焼結体の両端面に外部電極となる導電性ペーストを塗布し、焼き付けることにより積層バリスタを得る。

以上のように内部電極が設けられている部分以外に全てに高抵抗層が設けられているため、サージ耐量の効果をさらに高めることができる。

なお、内部電極となる導電性ペーストと、高抵抗層となる層は、同程度の厚さに形成する。このことにより段差の少ない状態で積層することができる。通常金属の方がセラミックよりも収縮率が大きいため、高抵抗層の厚さを内部電極の厚さ以上とすることができ、内部電極先端部と外部電極との間に電流が流れて破壊することを防止し、サージ耐量の大きな積層バリスタを得ることができる。

本発明に係る積層バリスタは、サージ耐量の大きな積層バリスタを得ることができ、産業上有用である。

１１焼結体
１２バリスタ層
１３内部電極
１４外部電極
１５高抵抗層

Claims

バリスタ層と内部電極を交互に積層した積層体を焼結した焼結体と、この焼結体の少なくとも両端面において前記内部電極が交互に接続された状態で設けられた一対の外部電極とを備え、前記内部電極の先端と前記外部電極との間に前記バリスタ層よりも比抵抗が大きい高抵抗層を設けた積層バリスタ。
前記高抵抗層の比抵抗は、前記バリスタ層の比抵抗の２倍以上である請求項１記載の積層バリスタ。
前記バリスタ層と前記内部電極の積み重ね方向の前記内部電極間隔をＴ、前記内部電極の先端と前記外部電極との間隔をＴｘとしたとき、１．０≦Ｔｘ／Ｔ≦１．５とした請求項１記載の積層バリスタ。
前記バリスタ層および前記高抵抗層は酸化亜鉛を主成分とし、前記高抵抗層を形成する酸化亜鉛の平均粒径を、前記バリスタ層を形成する酸化亜鉛の平均粒径よりも小さくすることにより前記高抵抗層の比抵抗を前記バリスタ層の比抵抗よりも大きくした請求項１記載の積層バリスタ。
前記バリスタ層および前記高抵抗層は酸化亜鉛を主成分とし、前記高抵抗層は炭酸リチウムに換算して１０ｐｐｍ以上、１００ｐｐｍ以下のリチウムをドープすることにより、前記高抵抗層の比抵抗を前記バリスタ層の比抵抗よりも大きくした請求項１記載の積層バリスタ。
前記高抵抗層は酸化ケイ素を主成分とし、ビスマス、ホウ素のうち少なくとも１種類を含むガラスとすることにより、前記高抵抗層の比抵抗を前記バリスタ層の比抵抗よりも大きくした請求項１記載の積層バリスタ。