JP6418487B2 - Bismuth glass composition, powder material and powder material paste - Google Patents

Bismuth glass composition, powder material and powder material paste Download PDF

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本発明は、ビスマス系ガラス組成物、粉末材料及び粉末材料ペーストに関し、具体的には、バリスタ素体の被覆に好適なビスマス系ガラス組成物、粉末材料及び粉末材料ペーストに関する。   The present invention relates to a bismuth-based glass composition, a powder material, and a powder material paste. Specifically, the present invention relates to a bismuth-based glass composition, a powder material, and a powder material paste suitable for coating a varistor element body.

近年、通信機等に採用される電子機器の分野では、小型化、集積化が急速に進んでいる。更に、ICの高密度化による耐電圧の低減化が要求されており、これに伴って高電圧性ノイズの侵入によるIC回路の破壊や誤動作を防止するための保護素子や回路設計が必要になっている。このような保護素子として、電圧非直線性を有する積層型のチップバリスタが採用されている。   In recent years, miniaturization and integration are rapidly progressing in the field of electronic devices employed in communication devices and the like. Furthermore, there is a demand for a reduction in the withstand voltage by increasing the density of the IC, and accordingly, a protection element and circuit design for preventing destruction and malfunction of the IC circuit due to the invasion of high voltage noise are required. ing. As such a protective element, a multilayer chip varistor having voltage nonlinearity is employed.

このチップバリスタは、半導体セラミックス層と内部電極とを交互に積層して一体焼結し、この焼結体(バリスタ素体)の両端面に上記内部電極の一端面を露出させ、該両端面に上記内部電極の一端面に接続される外部電極を形成して構成されている。   This chip varistor is formed by alternately laminating semiconductor ceramic layers and internal electrodes and integrally sintering them, exposing one end face of the internal electrode to both end faces of the sintered body (varistor element body), and An external electrode connected to one end surface of the internal electrode is formed.

上記構成を有するバリスタは、プリント回路基板等に上記外部電極の半田付けにより固定、接続されることが多い。しかし、通常の外部電極は、半田中に溶融、分散等され易く、これによって接続不良が生じ易い。このため、外部電極は、下地電極とその表面上に形成されたNi等のメッキ層とを有する構成になっている。そして、メッキ層の形成は、製造コスト等の観点から、電気メッキにより行われる。   The varistor having the above configuration is often fixed and connected to a printed circuit board or the like by soldering the external electrode. However, a normal external electrode is easily melted and dispersed in the solder, thereby causing poor connection. For this reason, the external electrode is configured to have a base electrode and a plated layer of Ni or the like formed on the surface thereof. Then, the plating layer is formed by electroplating from the viewpoint of manufacturing cost and the like.

しかし、電気メッキを行うと、下地電極の形成領域を食み出してメッキ層が形成されたり、下地電極以外の領域にメッキ層が付着したりして、外部電極間のショート不良を招来させる場合があった。この現象は、チップバリスタが小型化する程、顕在化し易くなる。   However, when electroplating is performed, the formation area of the base electrode protrudes and a plating layer is formed, or the plating layer adheres to an area other than the base electrode, leading to a short circuit between the external electrodes. was there. This phenomenon becomes more apparent as the chip varistor becomes smaller.

この問題を回避するためには、バリスタ素体の外部電極を除く外表面に被覆層を形成して絶縁化することが有効である。   In order to avoid this problem, it is effective to insulate by forming a coating layer on the outer surface of the varistor element body excluding the external electrodes.

特開平05−301739号公報JP 05-301739 A 特開2009−221027号公報JP 2009-2221027 A 特開2007−63105号公報JP 2007-63105 A 特許第4598008号公報Japanese Patent No. 4598008

被覆層は、粉末材料(ガラス粉末)を焼成することにより形成されるが、焼成温度は、内部電極等の特性が劣化する事態を防止するために、800℃以下に制限される。このため、粉末材料には、800℃以下の温度で焼成可能であることが要求される。   The coating layer is formed by firing a powder material (glass powder), but the firing temperature is limited to 800 ° C. or lower in order to prevent a situation in which the characteristics of the internal electrodes and the like are deteriorated. For this reason, the powder material is required to be able to be fired at a temperature of 800 ° C. or lower.

また、粉末材料には、焼成後に、バリスタ素体に反りを発生させず、バリスタ素体から容易に剥離しないことも要求される。更に、粉末材料には、メッキ溶液が酸性溶液であるため、耐酸性も要求される。   In addition, the powder material is required not to cause warping of the varistor element body after firing and not to easily peel from the varistor element body. Furthermore, since the plating solution is an acidic solution, the powder material is also required to have acid resistance.

これらの要求特性を満たす粉末材料として、従来まで、PbO−B−SiO系ガラスが使用されてきた(特許文献1参照)。 Conventionally, PbO—B 2 O 3 —SiO 2 -based glass has been used as a powder material that satisfies these required characteristics (see Patent Document 1).

近年、環境保護の観点から、環境負荷物質の削減、例えばPbOの削減が推進されており、PbO−B−SiO系ガラスに代わって、各種無鉛ガラスが提案されるに到っている。例えば、特許文献2〜4には、Bi−B−ZnO系ガラスが記載されている。 In recent years, from the viewpoint of environmental protection, reduction of environmentally hazardous substances, for example, reduction of PbO has been promoted, and various lead-free glasses have been proposed in place of PbO—B 2 O 3 —SiO 2 based glass. Yes. For example, Patent Documents 2 to 4 describe Bi 2 O 3 —B 2 O 3 —ZnO-based glass.

しかしながら、特許文献2〜4に記載のBi−B−ZnO系ガラスは、耐酸性が低いため、メッキ溶液によって侵食され易く、絶縁性等の特性を維持し難いという問題を有している。 However, the Bi 2 O 3 —B 2 O 3 —ZnO-based glass described in Patent Documents 2 to 4 has a low acid resistance, so that it is easily eroded by the plating solution, and it is difficult to maintain characteristics such as insulation. Have.

そこで、本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、その技術的課題は、PbOを含まなくても、800℃以下の温度で焼成可能であると共に、バリスタ素体の反りやバリスタ素体からの剥離が生じ難く、しかもメッキ溶液によって侵食され難いビスマス系ガラス組成物、粉末材料及び粉末材料ペーストを創案することである。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and its technical problem is that it can be fired at a temperature of 800 ° C. or less without containing PbO, and warps of the varistor element body and varistor element body. It is to create a bismuth-based glass composition, a powder material, and a powder material paste that are unlikely to be peeled off from the metal and that are not easily eroded by the plating solution.

本発明者は、種々の実験を行った結果、反りや剥離を発生させ難いガラス系としてビスマス系ガラスを採択すると共に、ガラス組成中のSiO、ZrO、Alの含有割合を厳密に規制することにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明のビスマス系ガラス組成物は、ガラス組成として、質量%で、Bi 35〜67%、SiO 22〜40%、ZrO 0〜12%、Al 0.1〜10%を含有し、質量比(SiO+ZrO)/Alが50より小さく、バリスタ素体の被覆に用いることを特徴とする。 As a result of various experiments, the present inventor adopted bismuth-based glass as a glass system that hardly causes warping and peeling, and strictly determines the content ratio of SiO 2 , ZrO 2 , and Al 2 O 3 in the glass composition. It is found that the above technical problem can be solved by restricting to the above, and is proposed as the present invention. That is, the bismuth-based glass composition of the present invention is, as a glass composition, in mass%, Bi 2 O 3 35 to 67%, SiO 2 22 to 40%, ZrO 2 0 to 12%, Al 2 O 3 0.1. 10 to 10%, and the mass ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / Al 2 O 3 is smaller than 50, and is used for coating the varistor element body.

ビスマス系ガラスは、一般的に、耐酸性が低いが、本発明のビスマス系ガラス組成物では、SiOの含有量を22質量%以上に規制することにより、耐酸性を高めている。一方、SiOの含有量が多い場合に、ZrOの含有量が多くなると、成形時に耐酸性を低下させるジルコン(ZrSiO)結晶が析出して、所望の耐酸性を確保し難くなる場合がある。また成形時にガラスが分相して、所望の耐酸性を確保し難くなる場合もある。そこで、本発明のビスマス系ガラス組成物では、ガラス組成中のAlの含有量を0.1質量%以上、且つ質量比(SiO+ZrO)/Alを50未満に規制することにより、成形時のジルコン結晶の析出及びガラスの分相を抑制している。 Bismuth-based glass generally has low acid resistance. However, in the bismuth-based glass composition of the present invention, acid resistance is enhanced by regulating the SiO 2 content to 22% by mass or more. On the other hand, if the content of ZrO 2 increases when the content of SiO 2 is large, zircon (ZrSiO 4 ) crystals that lower the acid resistance during molding may precipitate, making it difficult to ensure the desired acid resistance. is there. Further, the glass may be phase-divided during molding, and it may be difficult to ensure desired acid resistance. Therefore, in the bismuth-based glass composition of the present invention, the content of Al 2 O 3 in the glass composition is 0.1 mass% or more, and the mass ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / Al 2 O 3 is regulated to less than 50. By doing this, the precipitation of the zircon crystal at the time of shaping | molding and the phase separation of glass are suppressed.

第二に、本発明のビスマス系ガラス組成物は、ガラス組成として、質量%で、Bi 40〜55%、SiO 28〜40%、ZrO 5超〜9%、Al 2〜10%、B 0〜5%を含有し、質量比(SiO+ZrO)/Alが15より小さいことが好ましい。 Secondly, the bismuth-based glass composition of the present invention has a glass composition of mass%, Bi 2 O 3 40 to 55%, SiO 2 28 to 40%, ZrO 2 over 5 to 9%, Al 2 O 3. 2 to 10%, B 2 O 3 0 to 5% are contained, and the mass ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / Al 2 O 3 is preferably smaller than 15.

第三に、本発明のビスマス系ガラス組成物は、更にBaOを0.1〜9質量%含むことが好ましい。   Third, the bismuth-based glass composition of the present invention preferably further contains 0.1 to 9% by mass of BaO.

第四に、本発明のビスマス系ガラス組成物は、MgOの含有量が5質量%以下、CaOの含有量が5質量%以下、SrOの含有量が5質量%以下、且つZnOの含有量が5質量%以下であることが好ましい。   Fourth, the bismuth-based glass composition of the present invention has an MgO content of 5 mass% or less, a CaO content of 5 mass% or less, an SrO content of 5 mass% or less, and a ZnO content. It is preferable that it is 5 mass% or less.

第五に、本発明のビスマス系ガラス組成物は、実質的にPbOを含まないことが好ましい。ここで、「実質的にPbOを含まない」とは、不純物レベルでのPbOの混入を許容するものの、積極的な導入を回避する趣旨であり、具体的にはガラス組成中のPbOの含有量が1000ppm未満の場合を指す。   Fifth, it is preferable that the bismuth-based glass composition of the present invention does not substantially contain PbO. Here, “substantially free of PbO” means that PbO is allowed to be mixed in at an impurity level, but avoids aggressive introduction. Specifically, the content of PbO in the glass composition Is less than 1000 ppm.

第六に、本発明の粉末材料は、上記のビスマス系ガラス組成物からなるガラス粉末とセラミック粉末とを含有する粉末材料であって、ガラス粉末の含有量が50〜100質量%、セラミック粉末の含有量が0〜50質量%であることを特徴とする。   Sixth, the powder material of the present invention is a powder material containing a glass powder made of the bismuth-based glass composition and a ceramic powder, wherein the content of the glass powder is 50 to 100% by mass, Content is 0-50 mass%, It is characterized by the above-mentioned.

第七に、本発明の粉末材料は、軟化点が600〜800℃であることが好ましい。ここで、「軟化点」は、マクロ型示差熱分析計(DTA)で測定した第四の変曲点の温度を指す。   Seventh, the powder material of the present invention preferably has a softening point of 600 to 800 ° C. Here, the “softening point” refers to the temperature at the fourth inflection point measured with a macro-type differential thermal analyzer (DTA).

第八に、本発明の粉末材料は、粉末材料とビークルとを含有する粉末材料ペーストにおいて、粉末材料が上記の粉末材料であることを特徴とする。   Eighth, the powder material of the present invention is a powder material paste containing a powder material and a vehicle, wherein the powder material is the powder material described above.

本発明のビスマス系ガラス組成物は、ガラス組成として、質量%で、Bi 35〜67%、SiO 22〜40%、ZrO 0〜12%、Al 0.1〜10%を含有し、質量比(SiO+ZrO)/Alが50より小さいことを特徴とする。上記のように各成分の含有範囲を規制した理由を以下に説明する。なお、各成分の含有範囲の説明において、%表示は、質量%を意味する。 The bismuth-based glass composition of the present invention has, as a glass composition, mass%, Bi 2 O 3 35-67%, SiO 2 22-40%, ZrO 2 0-12%, Al 2 O 3 0.1-10. %, And the mass ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / Al 2 O 3 is less than 50. The reason why the content range of each component is regulated as described above will be described below. In addition, in description of the containing range of each component,% display means the mass%.

Biは、軟化点を低下させる成分であり、ZnOを主成分とする半導体セラミックスとの接着性を確保する成分であるが、耐酸性を低下させる成分である。Biの含有量は35〜67%であり、好ましくは38〜60%、40〜55%、41〜54%、42〜53%、特に43〜52%である。Biの含有量が少なくなると、軟化点が不当に上昇して、800℃以下の温度で焼成し難くなる。一方、Biの含有量が多くなると、耐酸性が低下し易くなり、メッキ溶液により、被覆層が侵食され易くなり、結果として、バリスタ素体を絶縁保護し難くなる。更に、Biの含有量が多くなると、原料コストが高騰し易くなる。 Bi 2 O 3 is a component that lowers the softening point, and is a component that ensures adhesion with semiconductor ceramics mainly composed of ZnO, but is a component that lowers acid resistance. The content of Bi 2 O 3 is 35 to 67%, preferably 38 to 60%, 40 to 55%, 41 to 54%, 42 to 53%, particularly 43 to 52%. When the content of Bi 2 O 3 is reduced, the softening point is unduly raised and it becomes difficult to fire at a temperature of 800 ° C. or lower. On the other hand, when the content of Bi 2 O 3 is increased, the acid resistance is likely to be lowered, and the coating layer is easily eroded by the plating solution. As a result, it is difficult to insulate and protect the varistor element body. Furthermore, when the content of Bi 2 O 3 is increased, the raw material cost is likely to increase.

SiOは、ガラス骨格を形成する成分であると共に、耐酸性を高める成分である。SiOの含有量は22〜40%であり、好ましくは26〜40%、28〜40%、29〜38%、特に30〜36%である。SiOの含有量が少なくなると、耐酸性が低下し易くなり、メッキ溶液により、被覆層が侵食され易くなり、結果として、バリスタ素体を絶縁保護し難くなる。一方、SiOの含有量が多くなると、軟化点が不当に上昇して、800℃以下の温度で焼成し難くなる。 SiO 2 is a component that forms a glass skeleton and a component that increases acid resistance. The content of SiO 2 is 22 to 40%, preferably 26 to 40%, 28 to 40%, 29 to 38%, particularly 30 to 36%. When the content of SiO 2 is reduced, the acid resistance is likely to be lowered, and the coating layer is easily eroded by the plating solution. As a result, it is difficult to insulate and protect the varistor element body. On the other hand, when the content of SiO 2 is increased, the softening point is unreasonably raised and it becomes difficult to fire at a temperature of 800 ° C. or lower.

ZrOは、耐酸性を高める成分である。ZrOの含有量は0〜12%であり、好ましくは0.1〜11%、3〜10%、5超〜9%、5.5〜8.5%、特に6〜8%である。ZrOの含有量が少なくなると、耐酸性が低下し易くなり、メッキ溶液により、被覆層が侵食され易くなり、結果として、バリスタ素体を絶縁保護し難くなる。一方、ZrOの含有量が多くなると、成形時にジルコン結晶が析出し易くなり、また軟化点が不当に上昇して、800℃以下の温度で焼成し難くなる。 ZrO 2 is a component that increases acid resistance. The content of ZrO 2 is 0 to 12%, preferably 0.1 to 11%, 3 to 10%, more than 5 to 9%, 5.5 to 8.5%, particularly 6 to 8%. When the content of ZrO 2 is reduced, the acid resistance is likely to be lowered, and the coating layer is easily eroded by the plating solution. As a result, it is difficult to insulate and protect the varistor element body. On the other hand, when the content of ZrO 2 is increased, zircon crystals are likely to precipitate during molding, and the softening point is unduly raised, making it difficult to fire at a temperature of 800 ° C. or lower.

Alは、耐酸性を高める成分であり、またガラスを安定化させる成分、特にジルコン結晶の析出を抑制する成分である。Alの含有量は0.1〜10%であり、好ましくは2〜10%、2.5〜9%、特に3〜8%である。Alの含有量が少なくなると、ガラスが不安定になって、成形時にジルコン結晶が析出し易くなる。一方、Alの含有量が多くなると、軟化点が不当に上昇して、800℃以下の温度で焼成し難くなる。 Al 2 O 3 is a component that enhances acid resistance and is a component that stabilizes glass, particularly a component that suppresses the precipitation of zircon crystals. The content of Al 2 O 3 is 0.1 to 10%, preferably 2 to 10%, 2.5 to 9%, particularly 3 to 8%. When the content of Al 2 O 3 is reduced, the glass becomes unstable and zircon crystals are likely to precipitate during molding. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is increased, the softening point is unreasonably raised and it becomes difficult to fire at a temperature of 800 ° C. or lower.

質量比(SiO+ZrO)/Alが50以下であり、好ましくは25以下、15以下、13以下、11以下、特に9以下である。質量比(SiO+ZrO)/Alが過大になると、ジルコン結晶が析出し易くなったり、ガラスが分相し易くなる。 The mass ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / Al 2 O 3 is 50 or less, preferably 25 or less, 15 or less, 13 or less, 11 or less, particularly 9 or less. When the mass ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / Al 2 O 3 is excessive, zircon crystals are likely to precipitate or glass is likely to be phase-separated.

上記成分以外にも、例えば、以下の成分を導入してもよい。   In addition to the above components, for example, the following components may be introduced.

は、ガラス骨格を形成し、ガラス化範囲を広げる成分であるが、その含有量が多くなると、耐酸性が大幅に低下する虞がある。よって、Bの含有量は0〜5%であり、好ましくは0〜4%、0〜3%、特に0.5〜2%である。 B 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton and widens the vitrification range, but when its content increases, the acid resistance may be significantly reduced. Therefore, the content of B 2 O 3 is 0 to 5%, preferably 0 to 4%, 0 to 3%, particularly 0.5 to 2%.

MgOは、軟化点を低下させる成分であり、またガラスを安定化させる成分である。MgOの含有量は、好ましくは0〜5%、0〜4%、特に0〜3%である。MgOの含有量が多くなると、耐酸性が低下し易くなり、メッキ溶液により、被覆層が侵食され易くなり、結果として、バリスタ素体を絶縁保護し難くなる。   MgO is a component that lowers the softening point and is a component that stabilizes the glass. The content of MgO is preferably 0 to 5%, 0 to 4%, particularly 0 to 3%. When the content of MgO increases, the acid resistance tends to decrease, the coating layer is easily eroded by the plating solution, and as a result, it becomes difficult to insulate and protect the varistor element body.

CaOは、軟化点を低下させる成分であり、またガラスを安定化させる成分である。CaOの含有量は、好ましくは0〜5%、0〜4%、特に0〜3%である。CaOの含有量が多くなると、耐酸性が低下し易くなり、メッキ溶液により、被覆層が侵食され易くなり、結果として、バリスタ素体を絶縁保護し難くなる。   CaO is a component that lowers the softening point and is a component that stabilizes the glass. The content of CaO is preferably 0 to 5%, 0 to 4%, particularly 0 to 3%. When the content of CaO is increased, the acid resistance is likely to be lowered, and the coating layer is easily eroded by the plating solution. As a result, it is difficult to insulate and protect the varistor element body.

SrOは、軟化点を低下させる成分であり、またガラスを安定化させる成分である。SrOの含有量は、好ましくは0〜5%、0〜4%、特に0〜3%である。SrOの含有量が多くなると、耐酸性が低下し易くなり、メッキ溶液により、被覆層が侵食され易くなり、結果として、バリスタ素体を絶縁保護し難くなる。   SrO is a component that lowers the softening point and is a component that stabilizes the glass. The content of SrO is preferably 0 to 5%, 0 to 4%, particularly 0 to 3%. When the SrO content is increased, the acid resistance is likely to be lowered, and the coating layer is easily eroded by the plating solution. As a result, it is difficult to insulate and protect the varistor element body.

BaOは、軟化点を低下させる成分であり、またガラスを安定化させる成分、特に分相を抑制する成分である。BaOの含有量は、好ましくは0〜9%、0.1〜9%、1〜9%、2〜8%、特に3〜7%である。BaOの含有量が少なくなると、ガラスが不安定になり易い。一方、BaOの含有量が多くなると、耐酸性が低下し易くなり、メッキ溶液により、被覆層が侵食され易くなり、結果として、バリスタ素体を絶縁保護し難くなる。   BaO is a component that lowers the softening point and is a component that stabilizes the glass, particularly a component that suppresses phase separation. The content of BaO is preferably 0-9%, 0.1-9%, 1-9%, 2-8%, especially 3-7%. When the content of BaO decreases, the glass tends to become unstable. On the other hand, when the content of BaO increases, the acid resistance tends to decrease, and the coating layer is easily eroded by the plating solution. As a result, it becomes difficult to insulate and protect the varistor element body.

ZnOは、軟化点を低下させる成分であるが、耐酸性を低下させる成分である。ZnOの含有量は0〜5%であり、好ましくは0〜4%、特に0〜3%である。ZnOの含有量が多くなると、耐酸性が大幅に低下し、メッキ溶液により、被覆層が侵食され易くなり、結果として、バリスタ素体を絶縁保護し難くなる。   ZnO is a component that lowers the softening point, but is a component that reduces acid resistance. The content of ZnO is 0 to 5%, preferably 0 to 4%, particularly 0 to 3%. When the ZnO content is increased, the acid resistance is significantly reduced, and the coating layer is easily eroded by the plating solution, and as a result, it is difficult to protect the varistor element from insulation.

上記成分以外にも、チップバリスタの特性を大幅に損なわない限り、種々の成分を導入してもよい。例えば、軟化点を低下させるために、CsO、RbO等を合量又は単独で5%まで、特に1%まで導入してもよい。またガラスを安定化させたり、耐水性や耐酸性を高めるために、Y、La、Ta、SnO、TiO、Nb、P、CuO、CeO、V等を合量又は単独で10%まで、特に1%まで導入してもよい。 In addition to the above components, various components may be introduced as long as the characteristics of the chip varistor are not significantly impaired. For example, in order to lower the softening point, Cs 2 O, Rb 2 O, or the like may be introduced up to 5%, particularly up to 1%, alone or in total. Moreover, in order to stabilize glass and to improve water resistance and acid resistance, Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , SnO 2 , TiO 2 , Nb 2 O 5 , P 2 O 5 , CuO , CeO 2 , V 2 O 5, etc. may be introduced in a total amount or independently up to 10%, particularly up to 1%.

PbOは、軟化点を低下させる成分であるが、環境負荷物質でもあるため、実質的な導入を回避することが好ましい。   PbO is a component that lowers the softening point, but is also an environmentally hazardous substance, so it is preferable to avoid substantial introduction.

本発明の粉末材料は、上記のビスマス系ガラス組成物からなるガラス粉末とセラミック粉末とを含有する粉末材料であって、ガラス粉末の含有量が50〜100質量%、セラミック粉末の含有量が0〜50質量%であることを特徴とする。   The powder material of the present invention is a powder material containing a glass powder made of the bismuth-based glass composition and a ceramic powder, wherein the glass powder content is 50 to 100% by mass, and the ceramic powder content is 0. It is -50 mass%, It is characterized by the above-mentioned.

ガラス粉末は、例えば、溶融ガラスをフィルム状に成形した後、得られたガラスフィルムを粉砕、分級することにより作製することができる。   The glass powder can be produced, for example, by forming molten glass into a film and then crushing and classifying the obtained glass film.

ガラス粉末の平均粒径D50は3.0μm以下が好ましく、最大粒径Dmaxは20μm以下が好ましい。ガラス粉末の粒度が大き過ぎると、被覆層の厚みを低減し難くなり、また被覆層中に大きな泡が残存し易くなる。ここで、「平均粒径D50」とは、レーザー回折装置で測定した値を指し、レーザー回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して50%である粒子径を表す。また「最大粒径Dmax」とは、レーザー回折装置で測定した値を指し、レーザー回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して99%である粒子径を表す。 The average particle diameter D 50 of the glass powder is preferably 3.0 μm or less, and the maximum particle diameter D max is preferably 20 μm or less. If the particle size of the glass powder is too large, it is difficult to reduce the thickness of the coating layer, and large bubbles tend to remain in the coating layer. Here, the “average particle diameter D 50 ” refers to a value measured with a laser diffractometer, and in an accumulated particle size distribution curve based on volume when measured by a laser diffraction method, the accumulated amount is accumulated from the smaller particle. The particle diameter is 50%. “Maximum particle size D max ” refers to a value measured by a laser diffractometer, and in the volume-based cumulative particle size distribution curve measured by the laser diffraction method, the accumulated amount is accumulated from the smaller particle. The particle size is 99%.

セラミック粉末の含有量は、好ましくは40質量%以下、30質量%以下、20質量%以下、10質量%以下、5質量%以下、特に1質量%未満である。セラミック粉末が多過ぎると、相対的にガラス粉末の割合が少なくなり過ぎて、緻密な被覆層を形成し難くなるため、メッキ溶液により、被覆層が侵食され易くなり、結果として、バリスタ素体を絶縁保護し難くなる。なお、セラミック粉末を添加すると、粉末材料の熱膨張係数、機械的強度、耐酸性を調整することが可能になる。   The content of the ceramic powder is preferably 40% by mass or less, 30% by mass or less, 20% by mass or less, 10% by mass or less, 5% by mass or less, and particularly less than 1% by mass. If the ceramic powder is too much, the proportion of the glass powder becomes relatively small and it becomes difficult to form a dense coating layer, so that the coating layer is easily eroded by the plating solution. It becomes difficult to protect the insulation. If ceramic powder is added, the thermal expansion coefficient, mechanical strength, and acid resistance of the powder material can be adjusted.

セラミック粉末として、種々の材料が使用可能であり、例えば、アルミナ、ジルコニア、ムライト、シリカ、コーディエライト、チタニア、酸化スズ等を一種又は二種以上添加することができる。   Various materials can be used as the ceramic powder. For example, one or more of alumina, zirconia, mullite, silica, cordierite, titania, tin oxide, and the like can be added.

本発明の粉末材料において、軟化点は、好ましくは600〜800℃、650〜790℃、特に700〜780℃である。軟化点が高過ぎると、800℃以下の焼成温度で表面精度が良好な被覆層を形成し難くなる。一方、軟化点が低過ぎると、ガラス組成の調整が困難になり、耐酸性を確保し難くなる。   In the powder material of the present invention, the softening point is preferably 600 to 800 ° C, 650 to 790 ° C, particularly 700 to 780 ° C. If the softening point is too high, it becomes difficult to form a coating layer having good surface accuracy at a baking temperature of 800 ° C. or lower. On the other hand, if the softening point is too low, it is difficult to adjust the glass composition, and it becomes difficult to ensure acid resistance.

本発明の粉末材料において、熱膨張係数は、45〜65×10−7/℃、特に50〜60×10−7/℃が好ましい。このようにすれば、被覆層を形成した後に、バリスタ素体の反りや被覆層の剥離を防止し易くなる。ここで、「熱膨張係数」は、熱機械分析装置(TMA)により30〜300℃の温度範囲で測定した値である。 In the powder material of the present invention, the thermal expansion coefficient is preferably 45 to 65 × 10 −7 / ° C., particularly preferably 50 to 60 × 10 −7 / ° C. This makes it easy to prevent warping of the varistor element body and peeling of the coating layer after the coating layer is formed. Here, the “thermal expansion coefficient” is a value measured in a temperature range of 30 to 300 ° C. by a thermomechanical analyzer (TMA).

本発明の粉末材料ペーストは、粉末材料とビークルとを含有する粉末材料ペーストにおいて、粉末材料が上記の粉末材料であることを特徴とする。ここで、ビークルは、ガラス粉末を分散させて、ペースト化するための材料であり、通常、熱可塑性樹脂、可塑剤、溶剤等により構成される。   The powder material paste of the present invention is a powder material paste containing a powder material and a vehicle, wherein the powder material is the above powder material. Here, the vehicle is a material for dispersing glass powder into a paste, and is usually composed of a thermoplastic resin, a plasticizer, a solvent, and the like.

粉末材料ペーストは、粉末材料とビークルを用意し、これらを所定の割合で混合、混練することにより作製することができる。   The powder material paste can be prepared by preparing a powder material and a vehicle, and mixing and kneading them at a predetermined ratio.

熱可塑性樹脂は、乾燥後の膜強度を高める成分であり、また柔軟性を付与する成分である。粉末材料ペースト中の熱可塑性樹脂の含有量は0.1〜20質量%が好ましい。熱可塑性樹脂として、ポリブチルメタアクリレート、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタアクリレート、ポリエチルメタアクリレート、エチルセルロース等が好ましく、これらの内、一種又は二種以上を用いることが好ましい。   The thermoplastic resin is a component that increases the film strength after drying, and is a component that imparts flexibility. The content of the thermoplastic resin in the powder material paste is preferably 0.1 to 20% by mass. As the thermoplastic resin, polybutyl methacrylate, polyvinyl butyral, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, ethyl cellulose and the like are preferable, and it is preferable to use one or more of these.

溶剤は、熱可塑性樹脂を溶解させるための成分である。粉末材料ペースト中の溶剤の含有量は10〜30質量%が好ましい。溶剤として、ターピネオール、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタジオールモノイソブチレート等が好ましく、これらの内、一種又は二種以上を用いることが好ましい。   The solvent is a component for dissolving the thermoplastic resin. The content of the solvent in the powder material paste is preferably 10 to 30% by mass. As the solvent, terpineol, diethylene glycol monobutyl ether acetate, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentadiol monoisobutyrate and the like are preferable, and it is preferable to use one or more of these.

粉末材料ペーストを用いて、バリスタ素体に被覆層を形成するには、まずバリスタ素体の外部電極を除く領域に、粉末材料ペーストを塗布し、所定の膜厚の塗布層を形成した後、乾燥させて、乾燥膜を得る。その後、乾燥膜を700〜800℃の温度で5〜20分間焼成することにより、所定の被覆層(焼成膜)を形成することができる。なお、焼成温度が低過ぎたり、焼成時間(保持時間)が短過ぎると、乾燥膜が十分に焼結せず、緻密で平滑な焼成膜を形成し難くなる。一方、焼成温度が高過ぎたり、保持時間が長過ぎると、内部電極等と粉末材料が反応して、内部電極等の特性が劣化し易くなる。   In order to form a coating layer on the varistor element body using the powder material paste, first, the powder material paste is applied to a region excluding the external electrode of the varistor element body, and after forming a coating layer having a predetermined film thickness, Dry to obtain a dry film. Then, a predetermined coating layer (baked film) can be formed by baking the dried film at a temperature of 700 to 800 ° C. for 5 to 20 minutes. If the firing temperature is too low or the firing time (holding time) is too short, the dried film will not sinter sufficiently, making it difficult to form a dense and smooth fired film. On the other hand, if the firing temperature is too high or the holding time is too long, the internal electrode or the like reacts with the powder material, and the characteristics of the internal electrode or the like easily deteriorate.

上記方法以外にも、耐熱性容器内にバリスタ素体と粉末材料を投入した後、耐熱性容器を回転させながら、750〜850℃の温度で0.5〜2時間焼成することにより、所定の被覆層(焼成膜)を形成することもできる。   In addition to the above method, after charging the varistor element body and the powder material into the heat resistant container, it is fired at a temperature of 750 to 850 ° C. for 0.5 to 2 hours while rotating the heat resistant container. A coating layer (fired film) can also be formed.

以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に何ら限定されない。以下の実施例は単なる例示である。   Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated in detail. The present invention is not limited to the following examples. The following examples are merely illustrative.

表1は、本発明の実施例(試料No.1〜5)及び比較例(試料No.6)を示している。   Table 1 shows Examples (Sample Nos. 1 to 5) and Comparative Examples (Sample No. 6) of the present invention.

次のようにして、各試料を調製した。まず表中に示すガラス組成になるように、原料を調合して、均一に混合した。次いで、白金ルツボに入れて1350〜1450℃で2時間溶融した後、フィルム状に成形した。   Each sample was prepared as follows. First, raw materials were prepared and mixed uniformly so as to have the glass composition shown in the table. Then, after putting in a platinum crucible and melting at 1350 to 1450 ° C. for 2 hours, it was formed into a film.

得られたガラスフィルムをついて、成形性を評価した。ガラスフィルムの表面に失透結晶(ブツ)が認められず、分相も認められなかったものを「○」、失透結晶及び/又は分相が僅かに認められたものを「△」、失透結晶及び/又は分相が顕著に認められたものを「×」として評価した。   The obtained glass film was attached and the moldability was evaluated. “O” indicates that no devitrification crystals (bumps) are observed on the surface of the glass film and no phase separation is observed, and “△” indicates that devitrification crystals and / or phase separation is slightly observed. A sample in which a permeable crystal and / or phase separation was remarkably recognized was evaluated as “x”.

続いて、上記のガラスフィルムをボールミルにて粉砕した後、気流分級して平均粒径D503.0μm以下、最大粒径Dmax20μm以下のガラス粉末を得た。得られたガラス粉末を用いて、軟化点及び熱膨張係数を評価した。 Subsequently, the above glass film was pulverized with a ball mill and then classified into an air stream to obtain a glass powder having an average particle size D 50 of 3.0 μm or less and a maximum particle size D max of 20 μm or less. The softening point and thermal expansion coefficient were evaluated using the obtained glass powder.

軟化点は、マクロ型示差熱分析計(DTA)で測定した第四の変曲点の温度である。   The softening point is the temperature at the fourth inflection point measured with a macro-type differential thermal analyzer (DTA).

熱膨張係数は、各ガラス粉末を加圧形成し、(軟化点+10)℃で焼成した後、直径5mm、長さ20mmに加工して、測定試料を得た上で、熱機械分析装置(TMA)により30〜300℃の温度範囲で測定した値である。   The coefficient of thermal expansion was determined by pressing each glass powder and firing it at (softening point +10) ° C., then processing to a diameter of 5 mm and a length of 20 mm to obtain a measurement sample, and then a thermomechanical analyzer (TMA) ) In the temperature range of 30 to 300 ° C.

次に、上記ガラス粉末とビークル(エチルセルロースを5質量%、且つアセチルクエン酸トリブチルを3質量%含むターピネオール)を混合し、3本ロールミルにて混練して、粉末材料ペーストを得た。更に、約10μmの焼成膜(被覆層)が得られるように、粉末材料ペーストを半導体セラミックス層(ZnOを主成分とする)付き基板上にスクリーン印刷法で塗布した後、塗布膜を乾燥し、電気炉で(軟化点+10)℃の温度で10分間焼成した。得られた焼成膜付き基板を用いて、耐酸性を評価した。具体的には、焼成膜付き基板を40℃の5質量%硫酸に5時間浸漬した上で、水洗、乾燥した後、質量減少を測定し、浸漬前後の質量減少の割合を評価した。なお、質量減少の割合が大きい程、耐酸性が低いことを意味する。   Next, the glass powder and vehicle (terpineol containing 5% by mass of ethyl cellulose and 3% by mass of tributyl acetylcitrate) were mixed and kneaded by a three-roll mill to obtain a powder material paste. Furthermore, after applying a powder material paste on a substrate with a semiconductor ceramic layer (based on ZnO) by a screen printing method so that a fired film (coating layer) of about 10 μm is obtained, the coating film is dried, Firing was carried out for 10 minutes at a temperature of (softening point + 10) ° C. in an electric furnace. Acid resistance was evaluated using the obtained substrate with a fired film. Specifically, the substrate with the fired film was immersed in 5% by mass sulfuric acid at 40 ° C. for 5 hours, washed with water, dried, then measured for mass decrease, and evaluated the rate of mass decrease before and after immersion. In addition, it means that acid resistance is so low that the ratio of mass reduction is large.

表1から明らかなように、試料No.1〜5は、軟化点が低いため800℃以下の温度で焼成可能であり、更に成形性や耐酸性が良好であった。試料No.6は、軟化点が低かったが、成形性や耐酸性が不良であった。   As is clear from Table 1, sample No. Nos. 1 to 5 had a low softening point and could be fired at a temperature of 800 ° C. or lower, and had good moldability and acid resistance. Sample No. No. 6 had a low softening point, but was poor in moldability and acid resistance.

Claims (8)

ガラス組成として、質量%で、Bi 35〜60%、SiO 22〜40%、ZrO 〜12%、Al 0.1〜10%を含有し、質量比(SiO+ZrO)/Al25以下であり、バリスタ素体の被覆に用いることを特徴とするビスマス系ガラス組成物。 As a glass composition, in mass%, Bi 2 O 3 35~ 60 %, and containing SiO 2 22~40%, ZrO 2 3 ~12%, the Al 2 O 3 0.1~10%, the weight ratio (SiO 2 A bismuth-based glass composition having + ZrO 2 ) / Al 2 O 3 of 25 or less and used for coating a varistor element body. ガラス組成として、質量%で、Bi 40〜55%、SiO 28〜40%、ZrO 5超〜9%、Al 2〜10%、B 0〜5%を含有し、質量比(SiO+ZrO)/Alが15より小さいことを特徴とする請求項1に記載のビスマス系ガラス組成物。 As a glass composition, in mass%, Bi 2 O 3 40~55% , SiO 2 28~40%, ZrO 2 5 super ~9%, Al 2 O 3 2~10 %, the 2 O 3 0~5% B 2. The bismuth-based glass composition according to claim 1, wherein the bismuth-based glass composition is contained and the mass ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / Al 2 O 3 is smaller than 15. 5. 更にBaOを0.1〜9質量%含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のビスマス系ガラス組成物。   Furthermore, 0.1-9 mass% of BaO is included, The bismuth-type glass composition of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. MgOの含有量が5質量%以下、CaOの含有量が5質量%以下、SrOの含有量が5質量%以下、且つZnOの含有量が5質量%以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のビスマス系ガラス組成物。   The MgO content is 5% by mass or less, the CaO content is 5% by mass or less, the SrO content is 5% by mass or less, and the ZnO content is 5% by mass or less. The bismuth-type glass composition in any one of -3. 実質的にPbOを含まないことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のビスマス系ガラス組成物。   The bismuth-based glass composition according to any one of claims 1 to 4, which is substantially free of PbO. 請求項1〜5の何れかに記載のビスマス系ガラス組成物からなるガラス粉末とセラミック粉末とを含有する粉末材料であって、
ガラス粉末の含有量が50〜100質量%、セラミック粉末の含有量が0〜50質量%であることを特徴とする粉末材料。
A powder material comprising a glass powder and a ceramic powder comprising the bismuth-based glass composition according to any one of claims 1 to 5,
Content of glass powder is 50-100 mass%, Content of ceramic powder is 0-50 mass%, The powder material characterized by the above-mentioned.
軟化点が600〜800℃であることを特徴とする請求項6に記載の粉末材料。   The powder material according to claim 6, wherein the softening point is 600 to 800 ° C. 粉末材料とビークルとを含有する粉末材料ペーストにおいて、
粉末材料が請求項6又は7に記載の粉末材料であることを特徴とする粉末材料ペースト。
In a powder material paste containing a powder material and a vehicle,
A powder material paste, wherein the powder material is the powder material according to claim 6 or 7.
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