JP5364285B2 - 電子部品および電子部品の外装膜形成方法 - Google Patents

Description

本発明は電子部品および電子部品の外装膜形成方法に関し、例えば、電子回路等の保護に使用するバリスタ等の電子部品および電子部品の外装膜形成方法に関するものである。

家電製品や事務機器等に用いられている電子回路、電子部品等をサージ等の異常電圧から保護するためのノイズ吸収素子としてバリスタが使用されている。バリスタは、例えば、非直線性の抵抗特性を持つ半導体セラミックスを２枚の電極で挟んだ構造を持ち、印加電圧が一定値以下であれば電流を通さない。しかし、印加電圧が一定電圧を超えると、その半導体特性により抵抗値が下がり、大電流を通すことにより、雷サージやモータ、リレー等の動作に伴う開閉サージ等の高電圧から電子回路を保護している。

サージ対策に用いられるバリスタに定格以上の外部突入サージ等が印加され、バリスタが短絡（ショート）して過熱すると、条件によっては発煙・発炎の恐れがある。そこで、加熱に伴う火災の発生を防止するために、バリスタ素子を不燃性の塗料で被覆する必要がある。このように発熱や外部からの過熱によっても着火せず、耐湿性、耐溶剤性等の保存安定性に優れた塗料として、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されたものが知られている。また、外装膜を二重構造にして、過電圧が印加された場合でも外装膜の破壊がなく、不燃性および防爆性を有するようにしたバリスタも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開平５−１７７２０号公報 特開２００５−２８６２５３号公報 特開２００４−９５６０９号公報

上述した電子部品等の被覆用の不燃性塗料は、液状の塗料が主流であるが、添加剤（フィラー）の沈殿等による斑が生じるため、攪拌や粘度調整が必要となり、塗装条件の制御が難しいという問題がある。一般的に液状塗料を使用した塗装は塗料の損失が大きくなり、また、流動性を保持するとともに塗料としての性能を確保している時間等で規定される、いわゆるポットライフが短い（例えば、約４時間）ため、ランニングコストが高くなる。さらには、塗装後における塗料の垂れ下がりによって、塗装形状を一定に保つことが難しいという問題もある。

また、液状塗料は、塗装後における機械的強度が低いことから、塗膜表面の補強のために２層構造が必要な場合があるが、そのために工程が複雑化することになる。加えて、液状塗料には、人体に有害な溶剤（例えば、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素系有機溶剤）が含まれており、作業者の健康問題や環境上の問題が生じる。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、人体に無害で、かつ機械的強度が高く、塗装条件の制御が容易な外装膜を形成した電子部品および電子部品の外装膜形成方法を提供することである。

上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本発明に係る外装膜により被覆されてなる電子部品であって、上記外装膜は、ガラス繊維を含有したフィラーとシリコーン樹脂を主構成材料とする混合粉体材料を加熱・硬化して形成した多孔質膜であって、上記混合粉体材料は４０乃至７０重量％の上記フィラーを含有し、上記多孔質膜は連続気泡からなるポーラス構造であることを特徴とする。

上記フィラーは、４０乃至８０重量％の上記ガラス繊維を含有していることを特徴とする。さらには、上記フィラーは、２０乃至６０重量％のシリカを含有していることを特徴とする。

上記外装膜は前記ポーラス構造を備え、吸水率が５乃至１５％であることを特徴とする。さらには、上記外装膜は多層構造を有しており、下層の外装膜用の上記混合粉体材料はガラス繊維を含有してなり、上層の外装膜用の混合粉体材料はガラス繊維を含まないか若しくは下層の外装膜用の混合粉体材料よりも少ない量のガラス繊維を含有することを特徴とする。

また、本発明に係る電子部品の外装膜形成方法は、流動している混合粉体塗料の中に電子部品素子を浸漬する工程と、上記電子部品素子を上記混合粉体塗料より引き上げ、加熱する工程と、上記電子部品素子の表面に形成された塗膜が所定厚となるまで上記浸漬工程と上記加熱工程を繰り返す工程と、上記塗膜が所定厚となった後、上記電子部品素子の表面の上記塗膜を硬化させる工程とを備え、上記混合粉体塗料は、ガラス繊維を含有するフィラーとシリコーン樹脂の混合粉体材料からなり、該混合粉体材料は、上記フィラーを４０乃至７０重量％含有し、上記電子部品素子に連続気泡からなるポーラス構造の外装膜を形成する。

本発明によれば、フィラーへのガラス繊維の添加により電子部品の外装膜の機械的な強度が向上し、さらには、粉体塗料の使用により塗装条件の制御が容易になり、塗料の損失が少ない電子部品の外装膜形成が可能になる。

本発明に係る実施の形態例を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態例に係る電子部品であるバリスタの構造を製造工程に従って模式的に示した図であり、図２は、バリスタの製造工程を時系列で示したフローチャートである。バリスタの製造工程において最初に、図２のステップＳ１においてバリスタ素子を作製する。ここでは、バリスタ素子の材料としてＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｂｉ₂Ｏ₃（酸化ビスマス）等を混合したものに結合剤（バインダー）を加えて混合し、造粒粉を作成する。続くステップＳ３で、上記のステップＳ１で得られた材料に、例えば金型やプレス機を使用して所定の成形圧力を加えることで所望の形状（例えば、錠剤の形）に成形する。そして、その成形品を焼成炉に入れて、１１００〜１３００℃の焼成温度で焼成する。

ステップＳ５では、図１（ａ）に示すように、上記の焼成で作製したバリスタ素子１０の両面に電極ペースト１１を印刷する。電極材料として、例えば銀を使用する。そのバリスタ素子を５００〜７００℃で焼き付ける。その後、図１（ｂ）に示すように、バリスタ素子を所定形状のリード線１５，１７で挟み込み、両側それぞれの電極部分においてはんだ付けする。

ステップＳ７では、リード線がはんだ付けされたバリスタ素子に対して、詳細を後述する樹脂塗装を行う。続くステップＳ９において、ステップＳ７で得られたバリスタ２０の塗装面１８に所定の文字等１９を捺印した後（図１（ｃ）参照）、製品出荷時の荷姿に合わせたテーピング等を行う。

次に、本発明の実施の形態例に係るバリスタの外装膜の形成（粉体塗装）について詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態例に係るバリスタの外装膜の形成工程を示すフローチャートである。最初のステップＳ２１において、塗装用の塗料を準備する。ここでは、バリスタ素子の外装膜の材料として粉体塗料を用いる。この粉体塗料は、４０〜７０重量％のフィラーと樹脂成分を主構成材料とする混合材料であり、その他の添加物、不可避不純物が含まれることがあり、フィラーは、４０〜８０重量％のガラス繊維を含有している。このシリコーン樹脂成分は、固形で融点を持つ物で有れば特に制限を受ける事無く使用する事が出来、単独若しくは複数混合しての使用が可能である。

上記の粉体塗料において、フィラーが４０重量％より少ない場合、塗料の溶融粘度が低くなり、ポーラス度が低下する。一方、フィラーが７０重量％を越えるとポーラス度が上昇しすぎるため外装膜形成後の外観が悪化する。また、フィラーがガラス繊維を含むことで、外装膜の機械的な強度が増す。なお、フィラー中のガラス繊維の含有量が４０重量％より少ないとポーラス度が低下し、耐ヒートサイクル性が低下する。逆に、ガラス繊維が８０重量％より多いと外装膜形成後の外観が悪化する。

フィラーに含有させたガラス繊維は、径が５〜２０μｍ、長さが５０〜１５０μｍの円柱状のものを用いることが望ましい。また、フィラーは２０〜６０重量％のシリカを含んでおり、その平均粒径は２０〜４０μｍである。ここで、シリカの含有量が６０重量％を超えると、ポーラス度が低下し、耐ヒートサイクル性が低下する。他方、シリカが２０重量％より少ない場合、外装膜形成後の外観が悪化する。さらには、シリカの粒径が小さすぎるとポーラスが得られず、粒径が大きすぎると、シリカが樹脂に濡れない部分が生じるため、樹脂とシリカが十分に混ざり合わなくなる。ポーラス度の低下を防ぐため、シリカの粒径はシャープな分布を有していることが望ましい。

図３のステップＳ２３では、リード線の付いたバリスタ素子をヒータで予備加熱する。ここでは、外装膜用の粉体塗料の溶融温度以上の温度である１００〜１５０℃で１分程度、バリスタ素子を加熱する。続くステップＳ２５において、粉体塗料の中に加熱されたバリスタ素子を浸漬する。具体的には、図４に示すように槽４０に粉体塗料４１を入れ、その槽４０の底部から空気を圧入して槽内において粉体塗料４１を流動（浮遊）させる。そして、槽内で流動している粉体塗料４１にバリスタ素子４５を２〜５秒程度浸漬させる。

この工程では、上述したようにバリスタ素子４５が粉体塗料４１の溶融温度以上に予熱されているため、槽４０内に入れたバリスタ素子４５の表面に接触した粉体塗料４１は、溶融してバリスタ素子４５に付着する。その結果、バリスタ素子４５の表面に塗膜が形成される。続くステップＳ２７では、槽４０からバリスタ素子４５を引き上げ、そのバリスタ素子４５を、１００〜１５０℃の温度で１分程度加熱して、素子に付着した粉体塗料の樹脂を溶融させる。

ステップＳ２９において、図５に示すようにバリスタ素子１０の表面に形成された塗膜５１の厚さが、所定値ｔ以上となっているかどうかを判定する。塗膜５１の膜厚ｔは、外装膜としての強度を確保するために必要な厚さを有することが要求され、例えば、素子のエッジ部において０．７ｍｍ以上とすることが望ましい。よって、ステップＳ２９において塗膜５１の膜厚がｔ以上になっていないと判断された場合には、膜厚が規定値を満たすまで、上記のステップＳ２５〜Ｓ２７の工程を繰り返す。なお、塗膜の膜厚測定には、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する方法、竈線後方散乱法等を用いることができる。また、膜厚を測定する工程（Ｓ２９）に替えて若しくは併用して、膜厚をｔ以上とするために、予めステップＳ２５〜Ｓ２７の繰り返し回数を設定しておき、これを実行するようにしてもよい。

一方、ステップＳ２９において、塗膜５１の膜厚が規定値（例えば、０．７ｍｍ以上）を満たすと判断された場合には、ステップＳ３１で、表面に塗膜が形成されたバリスタ素子をバッチ炉に入れて、シリコーン樹脂を本硬化させる。ここでは、本硬化のため１５０℃の温度（炉内温度）で、６０分程度加熱する。

次に、本発明に係る電子部品（バリスタ素子）の具体的な実施例について詳細に説明する。表１は、フィラーとシリコーン樹脂を主構成材料とする混合材料からなる粉体塗料の具体的な実施例（試料１〜３）と比較例について、その組成（ガラスファイバや樹脂成分等）の割合を示している。表１に示す例で使用したガラスファイバは、径が１０μｍ、長さが１００μｍの円柱状のものであり、シリカは、粒径が３０μｍのものを用いた。なお、本発明は、この実施例に限定されるものではない。

以下、本発明の実施例である各試料と比較例の評価結果について説明する。
（１）耐クラック性：低温環境（−４０℃で３０分）から高温環境（１２５℃で３０分）への移行を１サイクルとし、何回目のサイクルで外装にクラックが生じたかにより評価した。ここでは、良／不良の閾値を５サイクルとした。
＜試料１＞ ５０サイクル以上を満たし、結果は良好であった。
＜試料２＞ ２５サイクルを超えると亀裂が発生した。
＜試料３＞ １０サイクルを超えると亀裂が発生した。
＜比較例＞ 本硬化後の冷却時に亀裂が発生し、素子との剥離が生じた。
この比較例は、各試料に比べてフィラーの含有量が少ないため、素子との線膨張係数の差が大きくなり、その結果、バリスタ素子との剥離や外装膜の割れが発生しやすくなったものと考えられる。

（２）吸水率：乾燥させた試料を煮沸槽の水面下に沈め、３時間以上煮沸し、その後、室温まで放冷する。吸水前後の質量から次式をもとに算出して得られる。吸水率が５〜１５％であれば、十分な連続気泡、すなわち、気泡同士が相互に独立しておらず連通している構造が形成されていると評価できる。
吸水率（％）＝（吸水後の質量−吸水前の質量）／吸水前の質量
＜試料１＞ 吸水率は１０パーセントであった。
＜試料２＞ 吸水率は８．５パーセントであった。
＜試料３＞ 吸水率は５．７パーセントであった。
＜比較例＞ 吸水率が１．７パーセントであり、連続気泡が不足していた。

（３）外装膜構造：外装膜を断面からみたときの構造上の特徴である。
＜各試料＞ 多数の気泡を有しており、互いの気泡が連続したポーラス構造であることが判明した。また、気泡内にガラスファイバが露出しており、ガラスファイバの有する応力緩和効果が発揮され、耐クラック性に優れた外装膜が形成されていることが分かった。
＜比較例＞ 気泡を有するが、それらが独立しており、また、気泡内へのガラスファイバの露出がほとんど見られなかった。結果として、外装膜がバリスタ素子から剥離したり、割れが生じやすく、また、割れが生じると、それが塗膜表面まで進行する場合がある。

次に、２種類以上の樹脂成分を使用して外装膜を多層構造とした例について説明する。表２は、外装膜を二重構造とした、本発明に係る電子部品の実施例２について、その粉体塗料に含まれる成分の割合を示している。外装膜の第１層は、表１に示す実施例１と同じである。

実施例２に係るバリスタ素子の製造工程では、例えば、粉体流動槽を２つ用意しておき、一方の槽を１層目（下層）の外装膜形成用に、他方の槽を２層目（上層）の外装膜形成用に使用する。そして、１層目についてバリスタ素子の粉体塗料への浸漬、乾燥を行った後、２層目について浸漬、乾燥を行う。表２に示すように、１層目はフィラーの含有量が多く、塗膜表面に光沢がなく、ざらついている。そのため、転写式のマーキングが困難である。そこで、２層目の粉体塗料において、塗膜表面に光沢がでる程度に成分を変える。すなわち、表２に示すように、２層目の粉体塗料はガラスファイバを含まないため、塗装表面の平滑度が向上する。その結果、製品素子の表面への捺印等の印刷が容易になるという効果がある。なお、２層目の粉体塗料には、１層目の粉体塗料よりも少ない量のガラス繊維を含有していてもよい。

以上説明したように、リード付きの電子部品、例えばバリスタ、固定抵抗器などにおいて、素子の外装材料としてガラス繊維を含有するフィラーとシリコーン樹脂成分、その他の添加物、不可避不純物からなる粉体塗料を槽内に浮遊させて、被塗物であるバリスタ素子の表面に塗着させた後、熱で溶融することで、有害な有機溶剤を必要とせずに、バリスタ素子の表面に膜厚が均一で機械的な強度を向上させた塗膜を形成することができる。その結果、塗装形状も一定になり、寸法のバラツキも小さくすることができる。

また、粉体塗料を用いるのでフィラーの沈殿がなく、塗装条件の制御が容易になるだけでなく、塗料の損失も少なく、かつポットライフを長く（約１ヵ月）することができる。さらには、粉体塗料の場合、液状の塗料と比較して塗装回数が少なくて済み、塗膜表面の強度が大きいため補強する必要がないという利点がある。

本発明の実施の形態例に係る電子部品（バリスタ）の構造を模式的に示した図である。 本発明の実施の形態例に係るバリスタの製造工程を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態例に係るバリスタの粉体塗装工程を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態例に係る粉体塗料中におけるバリスタ素子の浸漬の様子を示す図である。 バリスタ素子表面における塗膜の厚さを示す図である。

符号の説明

１０，４５ バリスタ素子
１１，１３ 電極ペースト
１５，１７ リード線
１８ 塗装面
１９ 捺印文字等
２０ バリスタ
４０ 槽
４１ 粉体塗料
５１ 塗膜

Claims (6)

1. 外装膜により被覆されてなる電子部品であって、
   前記外装膜は、ガラス繊維を含有したフィラーとシリコーン樹脂を主構成材料とする混合粉体材料を加熱・硬化して形成した多孔質膜であって、前記混合粉体材料は４０乃至７０重量％の前記フィラーを含有し、前記多孔質膜は連続気泡からなるポーラス構造であることを特徴とする電子部品。
2. 前記フィラーは、４０乃至８０重量％の前記ガラス繊維を含有していることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. 前記フィラーは、２０乃至６０重量％のシリカを含有していることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
4. 前記外装膜は前記ポーラス構造を備え、吸水率が５乃至１５％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品。
5. 前記外装膜は多層構造を有しており、下層の外装膜用の前記混合粉体材料はガラス繊維を含有してなり、上層の外装膜用の前記混合粉体材料はガラス繊維を含まないか若しくは下層の外装膜用の混合粉体材料よりも少ない量のガラス繊維を含有することを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
6. 流動している混合粉体塗料の中に電子部品素子を浸漬する工程と、
   前記電子部品素子を前記混合粉体塗料より引き上げ、加熱する工程と、
   前記電子部品素子の表面に形成された塗膜が所定厚となるまで前記浸漬工程と前記加熱工程を繰り返す工程と、
   前記塗膜が所定厚となった後、前記電子部品素子の表面の前記塗膜を硬化させる工程とを備え、
   前記混合粉体塗料は、ガラス繊維を含有するフィラーとシリコーン樹脂の混合粉体材料からなり、該混合粉体材料は、前記フィラーを４０乃至７０重量％含有し、前記電子部品素子に連続気泡からなるポーラス構造の外装膜を形成することを特徴とする電子部品の外装膜形成方法。

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