JP5034640B2 - 積層バリスタとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器や車載用電子デバイスを異常電圧やノイズによる誤動作から保護するのに用いられる積層バリスタとその製造方法に関する。

近年、各種電子機器や車載用電子デバイスを雷サージ電圧や静電気などによる異常電圧から保護したり、電子機器や電子デバイスが回路に発生するノイズにより誤動作するのを防ぐためなどの目的で酸化亜鉛を主成分とした積層バリスタが多く用いられるようになってきている。

図２は、一般的な積層バリスタ２１の一部切欠斜視図であり、バリスタ材料よりなるセラミック層２２と内部電極２３とが交互に積層され焼結されて焼結体を構成し、内部電極２３はその端面が焼結体の対向する両端面に交互に露出するよう積層されており、焼結体の両端面に形成された一対の外部電極２４に交互に接続されている。

なお、本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２０００−２７７３０６号公報

上記のような酸化亜鉛を主成分とする積層バリスタ２１を構成するセラミック層２２は絶縁体ではなく半導体セラミックであるため、水分や酸性、アルカリ性の液体が焼結体内部に浸入した場合、特性が劣化しやすい。

このため、水分などが焼結体内部に浸入するのを防止することが重要である。

特に車載用の電子デバイスに用いられる電子部品では、より厳しい使用環境に耐えられることが求められ、更にこのような水分や酸性、アルカリ性の液体などが焼結体内部へ浸入することを防止し、高い信頼性を確保する必要がある。

そこで、本発明は例えば車載用電子デバイスなどの厳しい使用環境に耐えられる、信頼性の高い積層バリスタとその製造方法を提供することを目的とする。

そしてこの目的を達成するために、本発明の積層バリスタは、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、前記一対の外部電極はガラス量の異なる２層よりなり、この２層の外部電極のうち、内部電極に接続される内側の第１の外部電極のガラス含有量が５重量％以下（０を含む）であり、かつ第１の外部電極の上で外側に形成される第２の外部電極のガラス含有量が１０重量％以上で３０重量％以下とした積層バリスタとその製造方法である。

本発明によれば、内部電極に接する内側の第１の外部電極のガラス含有量を５重量％以下と少なくして第１の外部電極を緻密に形成し、外部からの水分等の浸入を防止するとともに、この第１の外部電極の外側に形成した第２の外部電極のガラス含有量を１０重量％〜３０重量％と多くして、第２の外部電極のガラスと、第１の外部電極の終端部付近の焼結体成分のＺｎとが反応して、外部電極の終端部に対向する焼結体内部の表面付近にガラス層を形成し、このガラス層により外部電極終端部付近から水分が焼結体内部に浸入することを防止して信頼性の高い積層バリスタを得ることができる。

以下、本発明の積層バリスタとその製造方法について一実施の形態および図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は実施の形態１の積層バリスタの断面図であり、バリスタ層１２と内部電極１３は交互に積層されたのち焼結されて焼結体１１を構成し、前記内部電極１３は交互に一対の第１の外部電極１４に接続されている。

そしてこの第１の外部電極１４の上には、第１の外部電極１４よりもガラス含有量が多い第２の外部電極１５が設けられている。

ここで、第１の外部電極１４は内部電極１３に直接接合されるため、緻密であることが必要である。

もし第１の外部電極１４が多孔性の電極であれば、外部からの水分が浸入した時に内部電極１３とバリスタ層１２の界面等を伝わって焼結体１１内部に水分が浸入し、積層バリスタの特性低下につながる。

第１の外部電極１４を緻密にするためには、金属成分以外のガラスフリットやセラミック粉末を含まないか、含んでも少量とすることが望ましい。

従って、第１の外部電極１４は出来るだけ純金属に近い組成で構成されるのが好ましく、金属量に対するガラスの含有量は５重量％以下に抑えることが好ましい。

ガラスの含有量が５重量％を越えた場合、金属とガラスが完全に相溶できないため、気孔発生の原因となり、第１の外部電極１４を通して内部電極１３に水分が浸入する可能性が高くなる。

また、第１の外部電極１４はバリスタ層１２の端面に直接接触しているため、ガラス含有量が５重量％を越えて多くなると、ガラスのバリスタ層１２中に拡散し、バリスタ電圧の低下などの特性低下につながるため好ましくない。

第１の外部電極１４の上に形成される第２の外部電極１５は、バリスタ層１２の端面や内部電極１３と直接接触することがないため、緻密性はそれほど要求されない。

むしろ、この第２の外部電極１５のガラス含有量を第１の外部電極１４のガラス含有量よりも多くすることにより、第２の外部電極１５に含まれるガラスが、緻密な第１の外部電極１４上を移動し、第１の外部電極１４の終端部１６でバリスタ層１２と反応してこの終端部１６に対向する焼結体内部の表面付近にガラスと焼結体の成分であるＺｎよりなるガラス層１７を形成し、このガラス層によって外部電極終端部からの水分等の浸入を防止できることが確認できている。

セラミックのバリスタ層１２に密着性の高いガラスが少ない第１の外部電極１４では、その終端部１６で焼結体１１との密着性が低下しやすく、水分がこの終端部１６を経由して焼結体１１内部の内部電極１３界面に浸入する可能性が生じる。

この終端部１６は、図１では上下２箇所で示したが、第１の外部電極１４の端部が焼結体と接する部分すべてを指す。

以上のように、本実施の形態の積層バリスタでは、内部電極１３と直接接合する第１の外部電極１４を緻密にして水分浸入を防止し、さらにその終端部１６からの水分浸入についても、終端部１６近辺にガラス層１７を形成することにより防止するものである。

そしてこの構成により信頼性の高い積層バリスタを得ることができるものである。

次に本発明の実施の形態に係る積層バリスタの製造方法について説明する。

まず、ＺｎＯを主成分とし、ＢｉやＳｂの酸化物などの添加物よりなるバリスタ粉末と、有機材料としてポリビニルブチラール樹脂と、溶剤、可塑剤、分散剤等を混合してセラミックスラリーを作製し、ドクターブレート法などの方法を用いて焼成によりセラミック層１２となるグリーンシートを作製する。

一方、Ａｇよりなる金属粉末と、有機材料として溶剤、樹脂、可塑剤等よりなるビヒクルとを混合して電極ペーストを作製し、この電極ペーストをスクリーン印刷法によりグリーンシート上に塗布して内部電極１３となる導電体層を形成する。

次いで、この導電体層を形成したグリーンシートを１７枚積層した後、その上段と下段に電極ペーストを塗布していないグリーンシートを１枚または複数枚積層して上下の保護層を形成し、積層体グリーンブロック（図示せず）を作製した。

次いで、この積層体グリーンブロックを長さ６．６ｍｍ、幅５．８ｍｍ、厚み３．３ｍｍの寸法に切断して、焼成により焼結体１１となる略直方体形状の積層体（図示せず）を作製した。このとき積層体の両端面は導電体層の一方の端部がグリーンシートを挟んで一層おきに交互に、対向する端面に露出した構造とした。

この積層体を脱バインダー後、８００℃〜９５０℃の温度で焼成し、長さ５．７ｍｍ、幅５．０ｍｍ、厚み２．７ｍｍの焼結体１１を得た。

この焼結体１１をバレル研磨して角部の面取りを行い、一対の両端面にホウケイ酸系のガラスを金属成分に対して５重量％以下の量で含む電極ペーストを用いて導電体層を形成して焼付を行い、第１の外部電極１４を形成した。

その後、第１の外部電極１４に用いた電極ペーストよりもガラス量が多く、５〜２０重量％のホウケイ酸系ガラスを含む電極ペーストを用いて、第１の外部電極１４の上に導電体層を形成し、焼付を行って第２の外部電極１５を形成することにより、試料番号２〜６の試料を作製した。

また比較例として、第２の外部電極１５を形成せず、ガラスを含まない電極ペーストを用いて第１の外部電極１４を形成した試料（試料番号１）と、ガラス含有量が本実施の形態の範囲外の試料（試料番号２）を作製し、各々を本実施の形態と同様に積層、焼成して比較例の積層バリスタを作製した。

試料番号２〜７の断面のＥＰＭＡ（電子線マイクロアナリシス）分析により、Ｓｉ、Ｚｎを主成分とするガラス層が形成されていることが確認された。

この実施の形態１による積層バリスタと、比較例の積層バリスタ各々に対して、８５℃、８５％の高温高湿中で定格電圧（１６Ｖ）を印加して信頼性試験を行った。

試験後の試料のバリスタ電圧Ｖ_1mAを測定し、試験前のバリスタ電圧と比較して変化率が１０％以上となったものを不良個数としてカウントして（表１）に示す。

（表１）で試料番号に※印を付したものは、本実施の形態の範囲外であることを示す。

（表１）に示すように、第２の外部電極１５を設けていない試料番号１では外部電極の終端部近辺から水分が浸入し、３０個中１７個の不良発生が見られた。

また第２の外部電極１５を形成したが、そのガラス含有量が本実施の形態の範囲外である試料番号２でも同様に３０個中６個の不良発生が見られた。

第２の外部電極１５のガラス含有量が本実施の形態の範囲外の３５重量％である試料番号７では、信頼性試験においてバリスタ電圧の変化率は１０％を超えなかったが、第２の外部電極１５表面にガラスが浮いた状態となり、バリスタ電圧測定のための外部端子との電気的接触不良が発生した。

このため、外部端子との電気的接触が確保できるように、第２の外部電極表面のガラスを削除してバリスタ電圧を測定したが、はんだ付け性は著しく損なわれていた。

以上の結果から明らかなように、本実施の形態により２層よりなる外部電極のうち、内部電極に接続される内側の第１の外部電極１４のガラス含有量が５重量％以下とし、かつ前記第１の外部電極１４の上で外側に形成される第２の外部電極１５のガラス含有量が１０重量％〜３０重量％とすることにより、外部からの水分浸入による特性の低下を防ぎ、信頼性の高い積層バリスタが得られることが解る。

本発明の積層バリスタは、内部電極と直接接合される第１の外部電極のガラス含有量を少なくして緻密な外部電極とし、さらに第１の外部電極の上に形成したガラス量を多く含む第２の外部電極により、外部電極の回り込み終端部付近の焼結体内部に水分浸入を防ぐためのガラス層を形成したものであり、高温高湿中でも高い信頼性を保持することができるため、車載用電子デバイスや各種電子機器に用いられる積層バリスタなどに有用である。

本発明の実施の形態１における積層バリスタの断面図 一般的な積層バリスタの一部切欠斜視図

符号の説明

１１ 焼結体
１２ バリスタ層
１３ 内部電極
１４ 第１の外部電極
１５ 第２の外部電極
１６ 終端部
１７ ガラス層
２１ 積層バリスタ
２２ セラミック層
２３ 内部電極
２４ 外部電極

Claims (2)

1. 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、前記一対の外部電極はガラス量の異なる２層よりなり、前記２層よりなる外部電極のうち、内部電極に接続される内側の第１の外部電極のガラス含有量が５重量％以下（０を含む）であり、かつ前記第１の外部電極の上で外側に形成される第２の外部電極のガラス含有量が１０重量％〜３０重量％になるように設定し、前記第１の外部電極の終端部に対向する前記焼結体内部の表面付近にガラスと前記焼結体の成分であるＺｎよりなるガラス層を形成したことを特徴とする積層バリスタ。
2. バリスタ層と内部電極を交互に積層して積層体を得る積層工程と、前記積層体を焼成して焼結体を得る焼成工程と、前記焼結体の両端面に外部電極を形成する外部電極形成工程を含む積層バリスタの製造方法であって、前記電極形成工程は焼結体の両端面にガラス含有量が５重量％以下（０を含む）の第１の外部電極を形成した後、この第１の外部電極の上にガラス含有量が１０重量％〜３０重量％の第２の外部電極を形成し、前記第１の外部電極の終端部に対向する前記焼結体内部の表面付近にガラスと前記焼結体の成分であるＺｎよりなるガラス層を形成したことを特徴とする積層バリスタの製造方法。

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