JP3838184B2 - 静電気対策部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子機器を静電気から保護する静電気対策部品とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話等の電子機器の小型化、高性能化は急速に進み、それに伴い電子機器に用いられる電子部品の小型化も急速に進んでいる。しかし、その反面、電子機器や電子部品の耐圧は低下する。そのため、人体と電子機器の端子が接触した時に発生する静電気パルスによる破壊が増えてきている。
【0003】
従来、このような静電気パルスへの対策として、バリスタ層と内部電極層とを交互に積層した積層バリスタが用いられている。
【0004】
なお、積層バリスタ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。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−162303号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
データの送受信の高容量化、高速化に伴い、信号は高周波数化が加速され、GHzレベルになってきている。従って、静電気対策部品は信号の挿入損失を低下させないように、できる限り低静電容量であることが望ましい。しかしながら、積層バリスタは、静電容量が最小でも2pFであり、GHzレベルの高周波帯では信号の伝送特性に悪影響を及ぼすという問題点を有していた。
【0007】
そこで本発明は、静電容量の小さい静電気対策部品およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【0013】
本発明の請求項1に記載の発明は、誘電率が50以下の基板上に対向するように電極となる電極ペースト膜を少なくとも二ヵ所形成する第1の工程と、次に前記電極ペースト膜の一部及び前記電極ペースト膜間を埋めるように電圧依存性抵抗体層となるセラミックペースト膜を形成する第2の工程と、次いで焼成することにより電極と電圧依存性抵抗体層を形成する第3の工程と、その後前記電極と接続するように前記基板端面に外部電極を形成する第4の工程とを備え、前記第2の工程において、電圧依存性抵抗体層となるセラミックペースト膜を印刷形成した後、このセラミックペースト膜を200〜2000kg/cm 2 の圧力でプレスする静電気対策部品の製造方法であり、静電容量の小さい静電気対策部品を得ることができる。また、セラミックペースト膜をプレスすることによりセラミックペースト膜の密度が増加し、そして、焼成後の電圧依存性抵抗体層の密度が向上し緻密なものとなる。これにより、静電気パルスに対する耐電圧が向上する。そして、200〜2000kg/cm 2 が、好ましいプレス圧力値である。
【0014】
本発明の請求項2に記載の発明は、特に、電圧依存性抵抗体層を被覆するように樹脂ペーストを塗布するものであり、外部電極への選択的なメッキが可能な静電気対策部品を得ることができる。
【0020】
本発明の請求項3に記載の発明は、特に、静水圧プレスを用いて200〜2000kg/cm2の圧力でプレスするものであり、通常の一軸プレス機に比べて、より等方的で均一な加圧ができ、より均一な密度のセラミックペースト膜が得られ、これにより、静電気パルスに対する耐電圧が向上する。
【0021】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明について説明する。
【0022】
図1は本発明の実施の形態1における静電気対策部品の断面図、図2は同上面図である。この静電気対策部品は、アルミナ等の誘電率が50以下、好ましくは10以下の低誘電率材料を用いた基板11上に、Agを主成分とする二つの電極12a,12bを所定の間隔で対向するように形成し、電極12a,12bの一部及び電極12a,12bの間を埋めるように金属酸化物を主成分とする電圧依存性抵抗体層13を形成し、基板11の端部に電極12a,12bと電気的に接続する外部電極14を形成することで構成されている。
【0023】
また図3〜図5は電極12a,12bを形成した基板11の上面図である。
【0024】
まず、図3〜図5に示すように基板11上に、一端部がこの基板11の中央部で対向すると共に他端部が基板11の相対向する端部に至るように、電極12a,12bとなる電極ペーストをそれぞれスクリーン印刷し、乾燥する。この電極ペーストは、AgあるいはAg−Pdとエチルセルロース等の樹脂成分、ブチルカルビトール等の溶剤成分を混練したものである。
【0025】
次に、図2に示すように電極12a,12bの一部を覆うと共に電極12a,12bの間を埋めるように電圧依存性抵抗体層13となるセラミックペーストをスクリーン印刷し、乾燥する。
【0026】
この電圧依存性抵抗体層13は、酸化亜鉛を主成分とし、副成分として少なくとも酸化ビスマスを0.1〜5mol%、酸化コバルトを0.1〜5mol%含有するものである。
【0027】
次いで、基板11上に形成した電極12a,12bとなる電極ペーストの印刷膜と電圧依存性抵抗体層13となるセラミックペーストの印刷膜を800〜1100℃で焼成した後、端部に電極12a,12bと接続するようにAgを主成分とする外部電極14を形成することによって3種類の静電気対策部品を得る。
【0028】
次に、本実施の形態の静電気対策部品と同程度の大きさの従来の積層バリスタそれぞれ100個について、1MHzにおける静電容量(pF)を測定しその平均静電容量を求めると共に、静電気試験(15kVあるいは20kVを印加した時の破壊個数を調査)を行い、その結果を(表1)に示す。
【0029】
【表1】
【0030】
(表1)に示すように、耐電圧は従来の積層バリスタと本実施の形態のバリスタとではほとんど変わらないにもかかわらず、静電容量は積層バリスタが2.2pFであるのに対し、本実施の形態の静電気対策部品では0.1〜0.3pFと極めて小さい値になっていることが分かる。
【0031】
これは、有効電極面積が小さいだけでなく、酸化アルミニウム等の誘電率が50以下、好ましくは10以下の基板11を用いるため、外部電極14間に発生する浮遊容量が大幅に削減されるためである。
【0032】
さらに、電極12a,12bの有効電極面積を削減することで静電容量を低減すると、それに伴い静電気パルス耐量も低下することになる。そこで、本実施の形態の静電気対策部品においても、有効電極面積の大きな、図4、図5に示す櫛形の電極12a,12bとすることにより、図3に示す電極12a,12bの場合よりも静電気パルス耐量に優れたものとなる。
【0033】
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の他の発明について説明する。
【0034】
図6は本実施の形態2における静電気対策部品の断面図、図7は同上面図である。図において図1〜図5と同要素については同番号を付して説明を省略する。
【0035】
実施の形態1と2で異なる点は、電圧依存性抵抗体層13の上に、ガラスや樹脂などを主成分とするオーバーコート層15を有するか否かである。
【0036】
以下にその製造方法について説明する。
【0037】
まず、実施の形態1に示す静電気対策部品を得る。
【0038】
次に、図6,7に示すように電圧依存性抵抗体層13の全面及びこれに連なる電極12a,12bの一部を被覆するように、エポキシ樹脂などのペーストを塗布し、加熱して硬化しオーバーコート層15を形成する。
【0039】
あるいは、実施の形態1において外部電極14を焼付により形成する場合、焼付前に、図6,7に示すように電圧依存性抵抗体層13の全面及びこれに連なる電極12a,12bの一部を被覆するようにガラスペーストを塗布してから焼付けることにより、外部電極14とオーバーコート層15とを同時に形成することができる。
【0040】
例えば外部電極14を導電性樹脂で形成した場合、この静電気対策部品をハンダで実装するために、外部電極14の表面に電気メッキを行い、ハンダ付け性を向上させる必要がある。
【0041】
しかしながら、実施の形態1に示した構成では、表面に電圧依存性抵抗体層13が露出しているため、外部電極14に電気メッキを行おうとすると、半導体である電圧依存性抵抗体層13もメッキされ、ショート状態になるという可能性がある。
【0042】
そこで、本実施の形態2に示すように電圧依存性抵抗体層13の表面全体を覆うようにオーバーコート層15を設けることによって、外部電極14への選択的なメッキが可能となる。
【0043】
(実施の形態3)
以下、実施の形態3を用いて、本発明のさらに他の発明について説明する。
【0044】
図8は本実施の形態3における静電気対策部品の断面図である。図において、図1〜図5と同要素については同番号を付して説明を省略する。
【0045】
実施の形態1,2と異なる点は、基板11と電極12a,12bとの間にも電圧依存性抵抗体層13を設けたことである。
【0046】
以下にその製造方法について説明する。なお、用いるセラミックペースト及び電極ペーストは実施の形態1で説明したものと同じである。
【0047】
まず、基板11の中央部に電圧依存性抵抗体層13となるセラミックペーストをスクリーン印刷し、乾燥する。
【0048】
次に、一端部がこの基板11の中央部で対向すると共に他端部が基板11の相対向する端部に至るように、電極12a,12bとなる電極ペーストをそれぞれスクリーン印刷し、乾燥する。
【0049】
次いで、電極12a,12bの一部を覆うと共に電極12a,12bの間を埋めるように電圧依存性抵抗体層13となるセラミックペーストをスクリーン印刷し、乾燥する。この時、電圧依存性抵抗体層13で電極12a,12bを挟み込んだ状態となる。
【0050】
次いで、基板11上に形成した電極12a,12bとなる電極ペーストの印刷膜と電圧依存性抵抗体層13となるセラミックペーストの印刷膜を800〜1100℃で焼成した後、端部に電極12a,12bと接続するようにAgを主成分とする外部電極14を形成し、静電気対策部品を得る。
【0051】
この静電気対策部品と実施の形態1に示した静電気対策部品の静電気試験(20kVを印加した時の破壊個数を調査)を行い、その結果を(表2)に示す。
【0052】
【表2】
【0053】
(表2)に示すように、本実施の形態の静電気対策部品は、実施の形態1の静電気対策部品と比較すると、静電気パルスに対する耐電圧が向上していることが分かる。なぜならば、実施の形態1,2では、電極12a,12b間の最も短いところが、電極12a−基板11−電極12bにより形成されていたが、本実施の形態では電極12a−電圧依存性抵抗体層13−電極12bにより構成されることとなり、電極12a,12b間の電流リークを抑制することができるからである。
【0054】
この静電気対策部品においても、実施の形態2に示したようにオーバーコート層を形成することにより、外部電極14への選択的なメッキが可能となる。
【0055】
(実施の形態4)
以下、実施の形態4を用いて、本発明のまた他の発明について説明する。
【0056】
図9は本実施の形態4における静電気対策部品の製造方法を説明するための概略断面図である。図において、図1〜図3と同要素については同番号を付して説明を省略する。
【0057】
本実施の形態4が実施の形態1と異なる点は、電圧依存性抵抗体層13の形成方法であり、電圧依存性抵抗体層13となるセラミックペーストをスクリーン印刷、乾燥した後、この印刷膜をプレスして膜の密度を増加させた後、焼成して電圧依存性抵抗体層13を形成する点である。
【0058】
以下に本実施の形態4における静電気対策部品の製造方法について説明する。なお、用いる基板11、セラミックペースト及び電極ペーストは実施の形態1で説明したものと同じである。
【0059】
まず、実施の形態1と同様に、図3に示すように基板11上に、一端部がこの基板11の中央部で対向すると共に他端部が基板11の相対向する端部に至るように、電極12a,12bとなる電極ペーストをそれぞれスクリーン印刷し、乾燥する。
【0060】
次に、図2に示すように電極12a,12bの一部を覆うと共に電極12a,12bの間を埋めるように電圧依存性抵抗体層13となるセラミックペーストをスクリーン印刷し、乾燥する。
【0061】
次に、図9に示したように、上下平行で平坦な下金型21と平坦な上金型22とを有する一軸プレス機を用い、一軸プレス機の下金型21上に、上記の電極12a,12bとなる電極ペーストの印刷膜と電圧依存性抵抗体層13となるセラミックペーストの印刷膜とを形成した基板11を設置し、プレス圧力を100〜2500kg/cm2の範囲で種々変えて、上金型22によりセラミックペーストの印刷膜をプレスする。
【0062】
次いで、基板11上に形成した電極12a,12bとなる電極ペーストの印刷膜と電圧依存性抵抗体層13となるセラミックペーストの印刷膜を800〜1100℃で焼成した後、端部に電極12a,12bと接続するようにAgを主成分とする外部電極14を形成することによって、本実施の形態4における静電気対策部品を得る。
【0063】
上記によりプレス圧力を変えて作製した実施の形態4における静電気対策部品それぞれ100個について、静電気試験(20kVを印加した時の破壊個数を調査)を行い評価した結果を(表3)に示す。
【0064】
【表3】
【0065】
(表3)に示すように、プレスを用いない実施の形態1と比べ、本実施の形態4の静電気対策部品は静電気パルス耐量の向上が見られた。特に200kg/cm2以上において大きな効果が見られる。プレス圧力が2000kg/cm2より大きい範囲ではセラミックペーストの印刷膜がプレスによって変形するので好ましくない。
【0066】
さらに、プレス圧力のほかにプレス条件およびプレス方法について検討実施した結果を以下に説明する。
【0067】
まず、プレス圧力を100kg/cm2の一定とし、上金型22の温度を種々変えて、プレス時にセラミックペーストの印刷膜を加熱し、静電気対策部品を作製し、この静電気対策部品それぞれ100個について、静電気試験(20kVを印加した時の破壊個数を調査)を行い評価した結果を(表4)に示す。
【0068】
【表4】
【0069】
(表4)に示すように、プレス時にセラミックペーストの印刷膜を加熱することによって静電気パルス耐量が向上していることがわかり、特に50℃以上において顕著に効果が見られる。これは温度をかけることによってセラミックペーストの印刷膜のセラミック粉、バインダ等の流動性が上がり、セラミックペースト膜の密度が大きくなるように作用したと考えられる。また、200℃より高い温度でプレスした場合はセラミックペースト膜のバインダが燃焼、分解反応が開始し好ましくない。
【0070】
また、図9の一軸プレス機および基板11を真空チャンバー内に設置し、真空チャンバー内の気圧を100hpaの減圧状態にし、この減圧雰囲気中でプレス圧力100kg/cm2でプレスして静電気対策部品を作製し、この静電気対策部品100個について、大気中でプレス圧力100kg/cm2でプレスして作製したものと比較して静電気試験(20kVを印加した時の破壊個数を調査)を行い評価した結果を(表5)に示す。
【0071】
【表5】
【0072】
(表5)からわかるように、減圧雰囲気中でプレスすることによって、プレス時のエアーの巻き込みを防止することができ、より密度の高いセラミックペースト膜が得られ、その結果、静電気パルス耐量の静電気対策部品を得ることができる。
【0073】
さらにまた、プレス方法として静水圧プレスを実施した結果を(表6)に示す。
【0074】
【表6】
【0075】
(表6)に示すように、静水圧プレスを用いた場合も圧力を上げていくことで静電気パルス耐量の向上が見られ、特に200kg/cm2以上において大きな効果が見られる。プレス圧力が2000kg/cm2より大きい範囲ではセラミックペーストの印刷膜がプレスによって変形するので好ましくない。また、静水圧プレスは、より等方的で均一な加圧ができるので一軸プレス機に比べてさらに効果が大きい。
【0076】
この実施の形態4の静電気対策部品においても、実施の形態2に示したようにオーバーコート層を形成することにより、外部電極14への選択的なメッキが可能となる。
【0077】
なお、実施の形態1〜4においては電極12a,12bを形成する電極ペースト膜とセラミックペースト膜とは一体焼成したが、電極ペースト膜とセラミックペースト膜とを別々に焼成しても構わない。
【0078】
また、外部電極14は、後に個々の基板11となる大板上の基板に複数の貫通孔を設けて、この貫通孔に金属ペーストを流し込み、熱処理した後に、貫通孔を分割するように基板を分割することにより、形成しても構わない。
【0079】
【発明の効果】
以上、本発明によると、小型でかつ1pF以下の極めて低い静電容量の静電気対策部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における静電気対策部品の断面図
【図2】本発明の実施の形態1における静電気対策部品の上面図
【図3】本発明の実施の形態1における電極パターンの上面図
【図4】本発明の実施の形態1における電極パターンの上面図
【図5】本発明の実施の形態1における電極パターンの上面図
【図6】本発明の実施の形態2における静電気対策部品の断面図
【図7】本発明の実施の形態2における静電気対策部品の上面図
【図8】本発明の実施の形態3における静電気対策部品の断面図
【図9】本発明の実施の形態4における製造方法を説明するための概略断面図
【符号の説明】
11 基板
12a 電極
12b 電極
13 電圧依存性抵抗体層
14 外部電極
15 オーバーコート層
21 下金型
22 上金型
Claims (3)
- 誘電率が50以下の基板上に対向するように電極となる電極ペースト膜を少なくとも二ヵ所形成する第1の工程と、次に前記電極ペースト膜の一部及び前記電極ペースト膜間を埋めるように電圧依存性抵抗体層となるセラミックペースト膜を形成する第2の工程と、次いで焼成することにより電極と電圧依存性抵抗体層を形成する第3の工程と、その後前記電極と接続するように前記基板端面に外部電極を形成する第4の工程とを備え、前記第2の工程において、電圧依存性抵抗体層となるセラミックペースト膜を印刷形成した後、このセラミックペースト膜を200〜2000kg/cm 2 の圧力でプレスする静電気対策部品の製造方法。
- 第3の工程後、電圧依存性抵抗体層を被覆するように樹脂ペーストを塗布する工程を有する請求項1に記載の静電気対策部品の製造方法。
- 静水圧プレスを用いて等方的に200〜2000kg/cm2の圧力でプレスする請求項1に記載の静電気対策部品の製造方法。
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