JP2020150012A

JP2020150012A - 積層バリスタ

Info

Publication number: JP2020150012A
Application number: JP2019043773A
Authority: JP
Inventors: 悠馬今西; Yuma Imanishi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-09-17

Abstract

【課題】所定のバリスタ電圧で静電容量が小さく、耐電流性に優れた積層バリスタを提供することを目的とする。【解決手段】バリスタ層１２と内部電極１４とを交互に積層した積層体を焼結した焼結体と、焼結体の側面に設けられ内部電極１４と電気的に接続された一対の外部電極１５と、を備えた積層バリスタ１１であって、内部電極１４に挟まれた領域の平均粒径をＡ、内部電極の外側に位置する無効層１３の平均粒径をＢとしたとき、Ａ≧２Ｂとしたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器に用いられる積層バリスタに関するものである。

近年、家電製品や車載材料において小型化が進んでおり、その部品であるバリスタも小型化が求められている。また高周波化が進むと静電容量が性能に影響を与えるため、所定のバリスタ電圧を確保しながら、静電容量が小さく、ＥＳＤ耐性が高いものが求められている。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、例として、特許文献１が知られている。

特開平１１−２７３９１４号公報

しかしながら所定のバリスタ電圧にするためにバリスタ層の厚みが決まってしまうため、静電容量を小さくすることが難しかった。

本発明はこの課題に対して、所定のバリスタ電圧を確保しながら静電容量が小さく、ＥＳＤ耐性が高い積層バリスタを提供することを目的とする。

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とを交互に積層した積層体を焼結した焼結体と、前記焼結体の側面に設けられ前記内部電極と電気的に接続された一対の外部電極と、を備えた積層バリスタであって、前記内部電極に挟まれた領域の平均粒径をＡ、前記内部電極の外側の領域の平均粒径をＢとしたとき、Ａ≧２Ｂとしたものである。

バリスタ電圧は粒界の数によって決まるため、粒径を大きくすることによって単位長さあたりの粒界の数を少なくし、内部電極間隔を大きくすることができる。一方内部電極の外側の層の粒径を小さくすることにより粒界の数を大きくし、抵抗値を上げ内部電極から対向する外部電極にリークすることを防止することができる。以上のようにすることにより所定のバリスタ電圧で静電容量の小さい積層バリスタを提供することができる。

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り、ＺｎＯを主成分とするバリスタ層１２とＡｇを主成分とする内部電極１４とを交互に積層したものとなっている。これらの内部電極１４は、積層バリスタ１１の両端に引き出され、その両端において、外部電極１５とそれぞれ電気的に接続されている。

また内部電極１４に挟まれたバリスタ層１２はＺｎＯを主成分とし、Ｐｒ、Ｃｏ_、Ｃａ等を副成分として含んでいる。内部電極１４の外側（図１の上下面）に位置する無効層１３は、バリスタ層１２と同様の組成にＣｒが約０．２ｍｏｌ％添加された組成となっている。

バリスタ層１２および無効層１３は、ＺｎＯが焼結し、その粒界にその他の副成分が析出した形になっている。内部電極１４に挟まれたバリスタ層１２の平均粒径は約８μｍ、無効層１３の平均粒径は約１．８μｍとなっている。無効層１３はバリスタ層１２と同様の組成にＣｒが添加されているため、無効層１３ではＣｒ_２Ｏ_３焼結時の粒子成長を妨げ、バリスタ層１２よりも粒径を小さくすることができる。なおバリスタ層１２に微量のＣｒが添加されている場合、無効層１３のＣｒ含有率をバリスタ層１２よりも大きくすることで、無効層１３の平均粒径をバリスタ層１２よりも小さくすることができる。バリスタ層１２の平均粒径を無効層１３の平均粒径の２倍以上とするためには、無効層１３のクロムの含有率をバリスタ層１２のクロムの含有率よりも０．１ｍｏｌ％以上大きくすることが望ましい。ここで平均粒径は、層の中心部の粒子５０個のそれぞれの最大径を測定し、その平均をとったものである。

またバリスタ層１２がＺｎＯを主成分とし、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｂ等を副成分として含んでいる場合、無効層１３は、バリスタ層１２と同様の組成にＳｂを約０．４ｍｏｌ％多く含むように構成する。このようにすることにより、Ｐｒを副成分として用いる場合と同様に無効層１３の平均粒径をバリスタ層１２よりも小さくすることができる。なお上記ＳｂをＳｉに置き換えても同様に粒径を異ならせることができる。以上のように無効層１３のアンチモン又はシリコンの含有率を、バリスタ層１２のアンチモン又はシリコンの含有率よりも０．２ｍｏｌ％以上大きくすることにより、バリスタ層１２の平均粒径を無効層１３の平均粒径の２倍以上とすることができる。

積層バリスタはＸ寸法１.０ｍｍ、Ｙ寸法０.５ｍｍ、Ｚ寸法０.５ｍｍの構成である。
バリスタ電圧は粒界の個数によって変動するため、以上のように内部電極１４に挟まれたバリスタ層１２の平均粒径を大きくすることにより、所定のバリスタ電圧に対して内部電極１４の間隔を大きくすることができる。そのため積層バリスタ１１の静電容量を小さくし、ＥＳＤ耐性を向上させることができる。

一方無効層１３の平均粒径を大きくすると粒界の数が減るため、抵抗値が下がり、内部電極１４から対向する外部電極１５に漏れるリーク電流が増えてしまう。そのため無効層１３の平均粒径を小さくすることが望ましい。

以上のように内部電極１４に挟まれたバリスタ層１２の平均粒径を無効層１３の平均粒径の２倍以上にすることで、静電容量が小さくリーク電流の少ない積層バリスタを得ることができる。さらに内部電極１４に挟まれたバリスタ層１２の平均粒径を無効層１３の平均粒径の３倍以上とすることがより好ましい。

またバリスタ層に電流が流れると発熱して、電流が大きくなりすぎるとバリスタそのものが破壊してしまう。これに対して無効層１３の厚さを、内部電極１４に挟まれたバリスタ層１２の厚さの半分以下にすることにより、バリスタ層１２で発熱した熱を薄い無効層１３を通して放熱しやすくなり、耐電流性を向上させることができる。

さらに内部電極１４に挟まれた領域の厚さをＣ、無効層１３の厚さをＤ、内部電極先端部と外部電極１５との距離をｘとして、１．５≦（ｘ／Ｃ）≦３．０、および（ｘ／Ｄ）≧１．０とすることが望ましい。内部電極先端部と外部電極１５との距離ｘが無効層１３
の厚さＤよりも小さくなると、内部電極先端部から外部電極１５へのリーク電流が増えてくる。また同様に（ｘ／Ｃ）が１．５よりも小さくなると内部電極先端部から外部電極１５へのリーク電流が増えてくる。逆に距離ｘが３．０よりも大きくなるとと内部電極１４が対向する面積が小さくなりすぎて耐電流性が悪くなってしまう。以上より、１．５≦（ｘ／Ｃ）≦３．０、かつ（ｘ／Ｄ）≧１．０とすることが望ましい。

次に本発明の一実施形態における積層バリスタの製造方法について説明する。

積層バリスタは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とした半導体材料からなる。主成分である酸化亜鉛に、添加物を混合したセラミック粉体を作製し、このセラミック粉体にポリビニルアルコールなどのバインダー、ジブチルフタレートなどの可塑剤、酢酸ブチルなどの溶剤と必要に応じて分散剤などの有機物を加えてセラミックスラリーを作製する。

バリスタ層となるバリスタシートは、Ｐｒ系材料においてＺｎＯを１００としたとき、Ｐｒ_６Ｏ_１１を０．２ｍｏｌ％、Ｃｏ_２Ｏ_３を０．４ｍｏｌ％、ＣａＣＯ_３を０．１ｍｏｌ％添加したもので、無効層となる無効層シートには上記組成にＣｒ_２Ｏ_３を０．２ｍｏｌ％添加する。以上のようにしてセラミックシートを得る。

一方、銀などの導電性金属粉末とエチルセルロースなどのバインダーと溶剤を含む内部電極用導電ペーストを準備する。この内部電極用導電ペーストをスクリーン印刷などによりセラミックシート上に所定の形状に塗布して内部電極を形成する。

内部電極の形成されたセラミックシートを所定の枚数積み重ね、圧着した後に所定の大きさに切断し、未焼成の積層体（グリーンチップ）を得る。この積層体を、５００℃の温度で脱バインダーを行った後、８００℃程度の温度で仮焼し、仮焼された仮焼体を得る。

この焼体を９００℃の温度で焼成する。バリスタ層と無効層とで組成を大きく変えた場合、焼結温度、収縮率等の差によってうまく焼結できない場合があるが、上記組成は微量な添加物が異なるだけであるので、問題なく同時焼成が可能となる。

外部電極はＡｇ，Ｎｉ，Ａｇ−Ｐｄ等からなり、スパッタリング法や塗布焼付け法等の方法にて形成される。得られた焼結体に外部電極を塗布し８００℃において焼き付けを行うことで積層バリスタを得ることができる。

以上のように行うことにより、無効層の平均粒径はＣｒ_２Ｏ_３の添加により粒成長が抑えられ、内部電極に挟まれた領域の平均粒径を、無効層の平均粒径の２倍以上とすることができる。

またＢｉ系材料においては、ＺｎＯを１００としたとき、Ｂｉ_２Ｏ_３を０．５ｍｏｌ％、Ｃｏ_２Ｏ_３を０．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ_２を０．２ｍｏｌ％、Ｓｂ_２Ｏ_３を０．６ｍｏｌ％などを無効層シートに用い、ＺｎＯを１００としたとき、Ｂｉ_２Ｏ_３を０．５ｍｏｌ％、Ｃｏ_２Ｏ_３を０．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ_２を０．２ｍｏｌ％、Ｓｂ_２Ｏ_３を０．３ｍｏｌ％などを含む材料をバリスタ層シートに用いる。なお上記ＳｂをＳｉに置き換えても同様に粒径を異ならせることができる。以上のように無効層のアンチモン又はシリコンの含有率を、バリスタ層のアンチモン又はシリコンの含有率よりも０．２ｍｏｌ％以上大きくすることにより、バリスタ層の平均粒径を無効層の平均粒径の２倍以上とすることができる。

本発明に係る積層バリスタは、所定のバリスタ電圧で静電容量が小さく、耐電流性に優
れた積層バリスタを得ることができ、産業上有用である。

１１積層バリスタ
１２バリスタ層
１３無効層
１４内部電極
１５外部電極

Claims

バリスタ層と内部電極とを交互に積層した積層体を焼結した焼結体と、前記焼結体の側面に設けられ前記内部電極と電気的に接続された一対の外部電極と、を備えた積層バリスタであって、前記内部電極に挟まれた領域の平均粒径をＡ、前記内部電極の外側に位置する無効層の平均粒径をＢとしたとき、Ａ≧２Ｂとした積層バリスタ。
Ａ≧３Ｂとした請求項１記載の積層バリスタ。
前記内部電極に挟まれた領域の厚さをＣ、前記無効層の厚さをＤとしたとき、Ｃ≧２Ｄとした請求項１記載の積層バリスタ。
前記内部電極先端部と前記外部電極との距離をｘとしたとき、１．５≦（ｘ／Ｃ）≦３．０、かつ（ｘ／Ｄ）≧１．０とした請求項３記載の積層バリスタ。
前記バリスタ層および前記無効層は酸化亜鉛を主成分とし、プラセオジウムを副成分とするものであり、前記無効層にはクロムが含有され、前記無効層のクロムの含有率は、前記バリスタ層のクロムの含有率よりも０．１ｍｏｌ％以上大きい請求項１記載の積層バリスタ。
前記バリスタ層および前記無効層は酸化亜鉛を主成分とし、ビスマスを副成分とするものであり、前記無効層にはアンチモン又はシリコンが含有され、前記無効層のアンチモン又はシリコンの含有率は、前記バリスタ層のアンチモン又はシリコンの含有率よりも０．２ｍｏｌ％以上大きい請求項１記載の積層バリスタ。