JP4167459B2

JP4167459B2 - チップ状バリスタの製造方法

Info

Publication number: JP4167459B2
Application number: JP2002217271A
Authority: JP
Inventors: 勝博墨; 征士齊藤
Original assignee: Maruwa Co Ltd
Current assignee: Maruwa Co Ltd
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP2004023090A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主成分として酸化亜鉛が使用され、内部電極及び外部電極として銀が使用されているチップ状バリスタの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から種々のチップ状バリスタが知られているが、それらは典型的には、図５に示すように、酸化亜鉛を主成分とするチップ状セラミックス体１の中に所定間隔をおいて平行に内部電極２を埋設させるとともに、該内部電極２を前記チップ状セラミックス体１の両端部１ａ、１ｂに交互に露出させ、さらに両端部に露出している内部電極の一端部と通電可能に外部電極３が取り付けられた構造を有している。
【０００３】
前記チップ状セラミックス体１は、主として一種の半導体である酸化亜鉛からなっているとともに微細な気孔を有しているので、チップ状バリスタの耐湿特性及び耐サージ特性を所定以上に維持させるとともに、前記外部電極３の上に内側めっき４ａ及び外側めっき４ｂを施すとき、それら電極に被覆されない前記チップ状セラミックス体１の非電極被覆面１ｃにめっきの金属を付着させないようにするために、前記非電極被覆面１ｃに高抵抗層５を被覆している。なお、外部電極３の表面に形成されている内側めっき４ａはニッケルを主成分とするめっき層になっており、外側めっき４ｂは錫を主成分とするめっき層になっている。
【０００４】
前記チップ状セラミックス体１に対する高抵抗層５の被覆方法として従来から種々の方法が提案されているが、両端部１ａ、１ｂに外部電極３が焼付けられたチップ状セラミックス体１をＳｉＯ_２粉体に埋設してそれらを回転焼成炉の中で焼成することにより前記チップ状セラミックス体１の表面にＳｉＯ_２を焼成するとともにチップ状セラミックス体１を構成する酸化亜鉛と反応させてＺｎ_２ＳｉＯ_４を主成分とする高抵抗層を形成する方法が提案されている（特開平１０−７００１２号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この方法で得られたバリスタは、耐湿特性、耐サージ特性及びめっきの付着性能に関し相応の効果を発揮しているが、前記高抵抗層５は、チップ状セラミックス体１とＳｉＯ_２粉体との固体接触反応により形成されるので高抵抗層５が所定の厚みをもって均一に生成し難く製品の信頼性を損なうという問題がある。
【０００６】
そこで本発明者等は上記問題を解消すべく鋭意研究したところ、前記固体接触反応系においてチップ状セラミックス体を形成する酸化亜鉛とＳｉＯ_２粉末とが反応して生成するＺｎ_２ＳｉＯ_４が晶析する際に核材を存在させれば、チップ状セラミックス体の表面にＺｎ_２ＳｉＯ_４を主成分とする高抵抗層を迅速かつ均一に形成できるという事実を見出し、本発明を完成した。従って本発明の課題は、チップ状バリスタを構成するチップ状セラミックス体において外部電極に被覆されていない非電極被覆面にＺｎ_２ＳｉＯ_４を主成分とする高抵抗層を均一に形成可能なチップ状バリスタの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本請求項１発明は前記の課題を解決するために、主成分として酸化亜鉛が使用され、内部電極及び外部電極として銀が使用されているチップ状セラミックス体の表面と、少なくともケイ素化合物を含有する原料とを焼成反応させて、前記表面に酸化亜鉛とケイ酸化合物の反応生成物からなる高抵抗層を形成させる際、前記焼成反応の反応系に前記原料の平均粒径を基準にして１／１０００〜１／１０の範囲の平均粒径のケイ素化合物からなる核材を存在させるという手段を採用する。この態様において、平均粒径の小さい核材をチップ状セラミックス体の表面に付着させるべく、前記焼成反応を行なう前に、チップ状セラミックス体の表面に前記核材を付着させてから、前記原料の粉末を付着させる。更にこの態様において核材としてＳｉＯ ₂ 化合物、特にそれを均一にチップ状セラミックス体に付着させるために、コロイダルシリカを使用する。但し、コロイダルシリカを使用すると、そこから水分を蒸発させる必要があるので、チップ状セラミックス体の表面にコロイダルシリカを付着させた後、乾燥させるという手段を採用する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について詳述する。
（チップ状セラミックス体の製造）
主成分としての酸化亜鉛粉末１００重量部に副成分として酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化アンチモン等の粉末を５〜１５重量部混合し、得られた原料粉末をボールミルで粉砕した後６００〜９５０℃で仮焼した。しかる後に原料粉末に有機バインダ及び溶媒を混合して原料スラリーを得た。この原料スラリーをドクターブレード法で厚さ１０〜１００μｍのグリーンシートを形成し、そのグリーンシートの上に銀ペーストを所定の大きさにスクリーン印刷することにより内部電極を形成した。
【０００９】
上記のように製造したグリーンシートを内部電極同士が接触しないように、かつ上下に接触するグリーンシート上の内部電極の一端部が長さ方向に幾分ずれるように多数枚積層するとともに最も上層と最も下層に積層されたグリーンシート上に内部電極が印刷されていないにグリーンシートを重ねて内部電極を保護して、それが露出しないようにした。次いでグリーンシートの積層物を圧着して内部電極とグリーンシートとが厚み方向に交互に積層された圧着積層物を製造した後、その圧着積層物を裁断して両端面に内部電極が交互に露出したチップ状セラミックス体を製造した。
【００１０】
（外部電極の形成）
次に上記のように製造されたチップ状セラミックス体の両端部に公知の手段により銀ペースト付着させて、図１に示す構造のチップ状セラミックス体６を得た。すなわち、チップ状セラミックス体１の両端部１ａ、１ｂに内側外部電極３ａが接合したチップ状セラミックス体６を得た。
【００１１】
（高抵抗層の形成）
前記チップ状セラミックス体６を平均粒径０．０１〜０．４μｍのＳｉＯ_２粉体が１〜２０重量％、水の中に含まれているコロイダルシリカの中に浸漬して、図２に示すように、前記外部電極３の表面以外の、チップ状セラミックス体６の表面、すなわち非電極被覆面１ｃにコロイダルシリカ７を付着させた。それからチップ状セラミックス体６を乾燥してコロイダルシリカ７の水分を蒸発させることにより、チップ状セラミックス体６の表面に核材としてのＳｉＯ_２粉体を付着させた。
【００１２】
続いてＳｉＯ₂ 粉体が付着したチップ状セラミックス体６を、高抵抗層原料として平均粒径０．１〜１０μｍのＳｉＯ₂ 粉体が充填されている回転焼成炉の中に入れて、図３に示すように、チップ状セラミックス体６の表面に高抵抗層の原料を付着させるとともに８００〜９５０℃、５分〜５時間、前記核材の存在下で前記チップ状セラミックス体６と高抵抗層原料とを焼成反応させた。その結果、図４に示すように、チップ状セラミックス体１の非電極被覆面１ｃの表面に、前記チップ状セラミックス体１のセラミック主成分である酸化亜鉛と高抵抗層の原料であるケイ素化合物とが反応したＺｎ₂ ＳｉＯ₄ が高抵抗層５となって生成した。高抵抗層５によって非電極被覆面１ｃが被覆されているチップ状セラミックス体６を切断して前記高抵抗層５を電子顕微鏡で観察したところ、約０．１〜２０μｍの均一な厚さの被覆層であることが判明した。なお、内側外部電極３ａの表面には部分的にＳｉＯ₂ 粉体が付着していた。
【００１３】
このようにして得たチップ状セラミックス体６の内側外部電極３ａに対して銀粒子が多量混合されている樹脂電極ペーストを付着させて外側外部電極３ｂを形成した。続いて、公知の手段により順次電解ニッケルめっき及び錫めっきを施して、図５に示すように、内側外部電極３ａ、外側外部電極３ｂからなる外部電極３の表面に、内側めっき４ａ及び外側めっき４ｂが順次被覆された構造のチップ状バリスタ６を製造し、このチップ状バリスタ６を１００個サンプリングし、それらのめっき流れ、すなわち非電極被覆面１ｃの表面にめっきが残存しているチップ状バリスタ６の数を顕微鏡観察法によりを測定した。その結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
（比較例）
前記実施態様においてチップ状セラミックス体６の非電極被覆面１ｃにコロイダルシリカ７を付着させることなく、高抵抗層の原料を付着させながら焼成して高抵抗層５を形成した。そして、前記同様にチップ状セラミックス体を切断して高抵抗層５の厚みとその均一性を観察したら、厚みはその均一性に欠けていた。続いて前記外側外部電極３ａに内側めっき４ａ、外側めっき４ｂを施し、前記めっき流れを観察した。その結果を表１に併せて記載した。
【００１６】
以上のように本発明に係るチップ状バリスタにおいて非電極被覆面に形成した高抵抗層の厚みが均一形成され、その結果、外部電極のはんだ付着性能を良好に確保するためにニッケル及び錫膜を電解めっき法により形成する際、チップ状セラミックス体６の非電極被覆面１ｃにめっき流れが生ずるのを防止することができるという優れた効果を発揮する。
【００１７】
本発明はその根本的技術思想を踏襲して発明の効果を著しく損なわない限度において前記実施態様の一部分を変更して、例えば、外部電極として樹脂の中に銀粒子を混合した、いわゆる樹脂電極を使用したり、銀粒子のみからなる電極を使用したりすることができる。また外部電極を１層又は２層の積層構造にすることもできる。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明は、バリスタを構成するチップ状セラミック体において外部電極に被覆されていない非電極被覆面にＺｎ_２ＳｉＯ_４を主成分とする高抵抗層を均一に形成できるとともに、めっき流れを防止できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチップ状セラミックス体の断面図である。
【図２】前記チップ状セラミックス体の非電極被覆面に核材を付着させた状態を示す断面図である。
【図３】前記チップ状セラミックス体の非電極被覆面に高抵抗層の原料を付着させた状態を示す断面図である。
【図４】同様に前記非電極被覆面に高抵抗層を被覆した状態を示す断面図である。
【図５】本発明及び従来技術に関するチップ状バリスタの断面図である。
【符号の説明】
１：チップ状セラミックス体
１ａ：一端部
１ｂ：他端部
１ｃ：非電極被覆面
２：内部電極
３：外部電極
３ａ：内側外部電極
３ｂ：外側外部電極
４：めっき層
４ａ：内側めっき
４ｂ：外側めっき
５：高抵抗層
６：チップ状セラミックス体
７：核材
８：原料。

Claims

主成分として酸化亜鉛が使用され、内部電極（２）及び外部電極（３）として銀が使用されているチップ状セラミックス体（１）の表面（１ｃ）と、少なくともケイ素化合物を含有する原料（８）とを焼成反応させて、前記表面に酸化亜鉛とケイ酸化合物の反応生成物からなる高抵抗層（５）を形成させる際、前記焼成反応の反応系に前記原料の平均粒径を基準にして１／１０００〜１／１０の範囲の平均粒径のケイ素化合物からなる核材（７）を存在させることを特徴とするチップ状バリスタの製造方法。
前記焼成反応を行なう前に、チップ状セラミックス体（１）の表面（１ｃ）に前記核材（７）を付着させてから、前記原料（８）の粉末を付着させることを特徴とする請求項１に記載のチップ状バリスタの製造方法。
前記核材（７）は、ＳｉＯ₂ 化合物である請求項２に記載のチップ状バリスタの製造方法。
前記ＳｉＯ ₂ 化合物が、コロイダルシリカから得られたものである請求項３に記載のチップ状バリスタの製造方法。
前記核材（７）は、前記チップ状セラミックス体（１）の表面（１ｃ）にコロイダルシリカを付着させた後、乾燥させたものである請求項３に記載のチップ状バリスタの製造方法。
前記原料（８）は、０．１〜１０μｍの平均粒径を有するＳｉＯ ₂ 粉体である請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載のチップ状バリスタの製造方法。
前記焼成反応が、８００〜９５０℃において行なわれる請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載のチップ状バリスタの製造方法。