JP7474934B2 - 積層バリスタ - Google Patents

Description

本発明は、雷サージや静電気から電子回路を保護する積層バリスタに関する。

高速通信ネットワークや自動車の電子制御ユニットには半導体回路が搭載されている。この半導体回路が雷や静電気などのサージ電流により損傷すると、ネット通信や自動車の制御に問題をもたらす。サージ電流から半導体回路を保護するためにセラミック材料を主原料とする積層バリスタが電子回路部品として各種電子回路に用いられている。

大きなサージ電流が入ってくると発熱によりバリスタ特性が劣化する可能性があるため、より耐サージ性の高い積層バリスタが求められている。

特許文献１は、互いに対向する複数の内部電極を有する従来の積層バリスタを開示している。

特開昭５６－１５３７０６号公報

積層バリスタは、バリスタ層と、バリスタ層の上面に設けられた第１内部電極と、バリスタ層の下面に設けられてバリスタ層を介して第１内部電極に上下方向で対向する第２内部電極と、バリスタ層の側面に設けられて第１内部電極に電気的に接続された第１外部電極と、バリスタ層の側面に設けられて第２内部電極に電気的に接続された第２外部電極とを備える。第１内部電極は第１外部電極から延伸方向に延びている。第１内部電極は、延伸方向に直角の配列方向に互いに離れて配列された複数の電極片を有する。

この積層バリスタは耐サージ特性を向上させることが出来る。

図１は実施形態における積層バリスタの透視斜視図である。 図２は図１に示す積層バリスタの線ＩＩ－ＩＩにおける断面図である。 図３は実施形態における積層バリスタの内部電極の平面図である。 図４は実施形態における別の積層バリスタの内部電極の平面図である。 図５は実施形態におけるさらに別の積層バリスタの内部電極の平面図である。 図６は実施形態におけるさらに別の積層バリスタの内部電極の平面図である。

図１は実施形態における積層バリスタ１１の透視斜視図である。図２は図１に示す積層バリスタの線ＩＩ－ＩＩにおける断面図である。積層バリスタ１１は、ＺｎＯを主成分とするバリスタ層１２Ａ～１２Ｇと、Ａｇを主成分とする内部電極１３、１４とを備える、複数のバリスタ層１２Ａ～１２Ｇは内部電極１３、１４と交互に上下方向Ｄｕｄで積層されて積層体２７を構成している。バリスタ層１２Ａ～１２Ｇは上下方向Ｄｕｄに積層されている。内部電極１３、１４は、交互に積層体２７の両端面に引き出され、両端面において、外部電極１５、１６にそれぞれ電気的に接続されている。積層体２７は焼成されて焼結体１７となる。焼結体は内部電極１３、１４の間とそれらの外側に位置し、ＺｎＯを主成分とし、副成分としてＢｉ_２Ｏ_３とＣｏ_２Ｏ_３とＭｎＯ_２とＳｂ_２Ｏ_３等を含んでいる。

三次元座標においてＸ方向の長さを幅と定義し、Ｙ方向の長さを奥行と定義し、Ｚ方向の長さを高さと定義する。実施の形態において、焼結体１７の幅５．０ｍｍであり、奥行は５．７ｍｍであり、高さは５．０ｍｍである直方体形状を有する。上下方向ＤｕｄはＺ方向に平行である。

図３はＺ方向に見たときの内部電極１３、１４の平面図である。図３において内部電極１３は４つの電極片１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄに分割されている。

内部電極１３はバリスタ層１２Ｂ（１２Ｄ、１２Ｆ）の上面に設けられている。内部電極１４は、バリスタ層１２Ｂ（１２Ｄ、１２Ｆ）の下面に設けられて、バリスタ層１２Ｂ（１２Ｄ、１２Ｆ）を介して内部電極１３に上下方向Ｄｕｄで対向している。外部電極１５は、バリスタ層１２Ｂ（１２Ｄ、１２Ｆ）の上面と下面とに繋がる側面１７Ａに設けられて内部電極１３に電気的に接続されている。外部電極１６は、バリスタ層１２Ｂ（１２Ｄ、１２Ｆ）の上面と下面とに繋がる側面１７Ｂに設けられて内部電極１４に電気的に接続されている。内部電極１３は外部電極１５からＹ方向に平行の延伸方向Ｄ１１に延びている。内部電極１３は、延伸方向Ｄ１１に直角でＸ方向に平行の配列方向Ｄ１２に互いに離れて配列された複数の電極片１３Ａ～１３Ｄを有する。

複数の電極片１３Ａ～１３Ｄは、配列方向Ｄ１２に複数のスペース１８Ａ～１８Ｃを介して互いに離れて配列されている。詳細には、複数の電極片１３Ａ、１３Ｂは、配列方向Ｄ１２にスペース１８Ａを介して互いに隣り合い離れて配列されている。複数の電極片１３Ｂ、１３Ｃは、配列方向Ｄ１２にスペース１８Ｂを介して互いに隣り合い離れて配列されている。複数の電極片１３Ｃ、１３Ｄは、配列方向Ｄ１２にスペース１８Ｃを介して互いに隣り合い離れて配列されている。

上下方向Ｄｕｄに見てバリスタ層１２Ａ～１２Ｇは矩形状を有する。焼結体１７の側面でもあるバリスタ層１２Ｂ（１２Ａ、１２Ｃ～１２Ｇ）の側面１７Ａ、１７Ｂは上記矩形状の互いに反対側の辺にそれぞれ位置する。

以上の様な構造を採用することにより、層単位でバリスタ層を減らすことなく、バリスタ層の発熱を分散させることが出来るため、サージ流入時に素子における局所的な温度上昇を抑制することが出来、積層バリスタの耐サージ特性を向上させることが出来る。

特許文献１に開示されている積層バリスタではその中央においてバリスタ機能に寄与しない無効層が設けられている。これにより、積層バリスタ内部の内部電極の数を減らさなくてはならず、バリスタ機能に寄与する有効層の面積を層の数だけ減らすことになる。その結果、有効層の面積に依存するサージ耐量を最大化することが困難である。

実施形態における積層バリスタ１１では、前述のように耐サージ特性を向上させることが出来る。

電極片１３Ａ、１３Ｄは１．１ｍｍの幅と、４．７ｍｍの奥行の長方形状を有する。電極片１３Ｂ、１３Ｃは０．５ｍｍの幅と、４．７ｍｍの奥行きの長方形状を有する。電極片１３Ａは焼結体１７の側面から幅のＸ方向に０．４ｍｍのスペースを空けて配置され、電極片１３Ａ、１３Ｂは、Ｘ方向に０．３ｍｍのスペース１８Ａを空けて配置されている。電極片１３Ｃ、１３Ｄは、Ｘ方向に０．３ｍｍのスペース１８Ｃを空けて配置されている。電極片１３Ｂ、１３ＣはＸ方向に０．６ｍｍのスペース１８Ｂを空けて配置されている。

内部電極１４は４．２ｍｍの幅と、４．７ｍｍとを有する長方形状を有し、内部電極１３にＺ方向に０．２ｍｍの距離を空けて配置されている。内部電極１３を電極片１３Ａ～１３Ｄに分割することにより、積層体２７の積層工程等の加圧時にバリスタ層１２Ａ～１２Ｇに内部電極１３、１４が食い込み、層間の接着が強くなり、デラミネーションを抑制する効果がある。内部電極１３を分割して得られる電極片の数は４以上１６以下が望ましい。電極片の数が４より少ないとデラミネーション抑制の効果が小さくなり、１６より多いと内部電極１３の総面積が小さくなり、耐サージ性能が低下する。

また、内部電極１３が分割されるスペース１８Ａ～１８ＣのＸ方向の長さを０．２ｍｍ以上にすることで、互いに隣り合う電極片に流入する電流を抑制出来る。スペース１８Ａ～１８ＣのＸ方向の幅を積層バリスタ１１（バリスタ層１２Ａ～１２Ｇ）の幅のそれの１／４以下にすることが望ましい。スペース１８Ａ～１８ＣのＸ方向の幅が積層バリスタ１１（バリスタ層１２Ａ～１２Ｇ）のＸ方向の幅の１／４より大きいと内部電極１３の幅が小さくなり耐サージ性が低下してしまう。また、面積が大きい電極片１３Ａ、１３Ｄを面積がより小さい電極片１３Ｂ、１３Ｃに比べて焼結体１７の表面の近くに配置することで、サージ流入時に発生する熱を焼結体１７の表面に近い領域で発生させることが出来、外部に熱が放出されやすい。これによりバリスタの不具合の原因となる蓄熱を抑制することが出来る。

スペース１８Ａ～１８Ｃのうち、中央側に位置するスペース１８Ｂを、側面側に位置するスペース１８Ｃよりも大きくすることが望ましい。これにより焼結体１７の内側で熱がこもるのを防ぐことができ、よりサージ耐量を向上させることができる。

実施の形態では、複数のスペース１８Ａ～１８Ｃのうちの配列方向Ｄ１２において中央に位置するスペース１８Ｂの配列方向Ｄ１２における幅は、複数のスペース１８Ａ～１８Ｃのうちの他のいずれのスペース１８Ａ（１８Ｃ）の配列方向Ｄ１２における幅より大きい。

実施の形態では、複数の電極片１３Ａ～１３Ｄのうちの配列方向Ｄ１２において両端に位置する電極片１３Ａ、１３Ｄの配列方向Ｄ１２における幅は、複数の電極片１３Ａ～１３Ｄのうちの他のいずれの電極片１３Ｂ（１３Ｃ）の配列方向Ｄ１２における幅より大きい。さらに、複数の電極片１３Ａ～１３Ｄのうちの配列方向Ｄ１２において両端に位置する電極片１３Ａ、１３Ｄの面積は、複数の電極片１３Ａ～１３Ｄのうちの他のいずれの電極片１３Ｂ（１３Ｃ）の面積より大きい。

内部電極１３全体のＸ方向の幅を内部電極１４全体のＸ方向の幅よりも小さくすることにより、印刷、積層、焼成時に生じる対向する内部電極１３、１４間の位置ずれが抑制され、内部電極１３、１４の対向面積で決定する電気的特性、例えば静電容量などのバラツキを抑制することが出来る。

図４は実施形態における積層バリスタ１１の別の内部電極１３、１４の平面図である。図４において、図３に示す積層バリスタ１１の内部電極１３、１４と同じ部分には同じ参照番号を付す。内部電極１３がＸ方向で互いに離れた電極片１３Ａ～１３Ｄを有し、内部電極１４はＸ方向で互いに離れた電極片１４Ａ～１４Ｄを有する。

内部電極１４は外部電極１６からＹ方向に平行の延伸方向Ｄ２１に延びている。内部電極１４は、延伸方向Ｄ２１に直角でＸ方向に平行の配列方向Ｄ２２に互いに離れて配列された複数の電極片１４Ａ～１４Ｄを有する。複数の電極片１４Ａ～１４Ｄはバリスタ層１２Ｂを介して複数の電極片１３Ａ～１３Ｄにそれぞれ上下方向Ｄｕｄで対向している。延伸方向Ｄ２１は延伸方向Ｄ１１の反対の方向である。

複数の電極片１４Ａ～１４Ｄは、配列方向Ｄ２２に複数のスペース２８Ａ～２８Ｃを介して互いに離れて配列されている。詳細には、複数の電極片１４Ａ、１４Ｂは、配列方向Ｄ２２にスペース２８Ａを介して互いに隣り合い離れて配列されている。複数の電極片１４Ｂ、１４Ｃは、配列方向Ｄ２２にスペース２８Ｂを介して互いに隣り合い離れて配列されている。複数の電極片１４Ｃ、１４Ｄは、配列方向Ｄ２２にスペース２８Ｃを介して互いに隣り合い離れて配列されている。スペース２８Ａ～２８Ｃはスペース１８Ａ～１８Ｃとそれぞれ同じ寸法（長さ、幅、面積）を有する。

実施の形態では、複数のスペース２８Ａ～２８Ｃのうちの配列方向Ｄ１２において中央に位置するスペース２８Ｂの配列方向Ｄ１２における幅は、複数のスペース２８Ａ～２８Ｃのうちの他のいずれのスペース２８Ａ（２８Ｃ）の配列方向Ｄ１２における幅より大きい。

実施の形態では、複数の電極片１４Ａ～１４Ｄのうちの配列方向Ｄ２２において両端に位置する電極片１４Ａ、１４Ｄの配列方向Ｄ２２における幅は、複数の電極片１４Ａ～１４Ｄのうちの他のいずれの電極片１４Ｂ（１４Ｃ）の配列方向Ｄ２２における幅より大きい。さらに、複数の電極片１４Ａ～１４Ｄのうちの配列方向Ｄ２２において両端に位置する電極片１４Ａ、１４Ｄの面積は、複数の電極片１４Ａ～１４Ｄのうちの他のいずれの電極片１４Ｂ（１４Ｃ）の面積より大きい。

内部電極１４は内部電極１３に対して、Ｙ方向に延びて焼結体１７の中心を通る軸Ａ１について回転対称の位置関係にある。内部電極１３のみならず、内部電極１４が互いに離れた電極片１４Ａ～１４Ｄを有することで、内部電極１３のみ分割する場合よりもサージ流入時の発熱部分を分割することが出来、さらに蓄熱しにくくすることができる。

図５は実施形態における積層バリスタ１１のさらに別の内部電極１３、１４の平面図である。図５において、図４に示す積層バリスタ１１の内部電極１３、１４と同じ部分には同じ参照番号を付す。

内部電極１３は外部電極１５に接続された結合部１９をさらに有する。複数の電極片１３Ａ～１３Ｄは結合部１９から延伸方向Ｄ１１に延びており、かつ結合部１９を介して外部電極１５に接続されている。上下方向Ｄｕｄに見て結合部１９は内部電極１４に重なっていない。

内部電極１４は外部電極１６に接続された結合部２９をさらに有する。複数の電極片１４Ａ～１４Ｄは結合部２９から延伸方向Ｄ２１に延びており、かつ結合部２９を介して外部電極１６に接続されている。上下方向Ｄｕｄに見て結合部２９は内部電極１３に重なっていない。

結合部１９の延伸方向Ｄ１１の長さである奥行は０．５ｍｍである。結合部２９の延伸方向Ｄ２１の長さである奥行は０．５ｍｍである。この構造により、内部電極１３が外部電極１５に接続される部分の長さと、内部電極１４が外部電極１６に接続される部分の長さが増え、外部電極１５、１６の形成時に内部電極１３、１４と外部電極１５、１６の接続不良が起きにくい。

図６は実施形態における積層バリスタ１１のさらに別の内部電極１３、１４の平面図である。図６において、図３と図５に示す積層バリスタ１１の内部電極１３、１４と同じ部分には同じ参照番号を付す。図６に示す積層バリスタでは、図５に示す結合部１９を有する内部電極１３と、図３に示す内部電極１４とを備える。図６に示す結合部１９は図５に示す結合部１９と同様の効果を有する。

実施の形態において、「上面」「下面」「上下方向」等の方向を示す用語はバリスタ層や内部電極１３、１４等の積層バリスタ１１の構成部材の位置関係でのみ決まる相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。

図１から図６に示す実施形態に係る積層バリスタ１１は、対向する内部電極１３、１４間のバリスタ層の層数を減らすことなく、内部電極１３、１４間に蓄熱しにくい構造を実現することで、積層バリスタ１１のサージ耐量、エネルギー耐量を向上させることが出来る。

１１ 積層バリスタ
１２Ａ～１２Ｇ バリスタ層
１３ 内部電極（第１内部電極）
１３Ａ～１３Ｄ 電極片（第１電極片）
１４ 内部電極（第２内部電極）
１５ 外部電極（第１外部電極）
１６ 外部電極（第２外部電極）
１７ 焼結体
１８Ａ～１８Ｃ スペース
１９ 結合部
１４Ａ～１４Ｄ 電極片（第２電極片）
２８Ａ～２８Ｃ スペース
２９ 結合部
Ｄ１１ 延伸方向（第１延伸方向）
Ｄ１２ 延伸方向（第２延伸方向）
Ｄ２１ 配列方向（第１配列方向）
Ｄ２２ 配列方向（第２配列方向）
Ｄｕｄ 上下方向

Claims (14)

1. バリスタ層と、
   前記バリスタ層の上面に設けられた第１内部電極と、
   前記バリスタ層の下面に設けられて、前記バリスタ層を介して前記第１内部電極に上下方向で対向する第２内部電極と、
   前記バリスタ層の前記上面と下面とに繋がる第１側面に設けられて前記第１内部電極に電気的に接続された第１外部電極と、
   前記バリスタ層の前記上面と下面とに繋がる第２側面に設けられて前記第２内部電極に電気的に接続された第２外部電極と、
   を備え、
   前記第１内部電極は前記第１外部電極から第１延伸方向に延びており、
   前記第１内部電極は、前記第１延伸方向に直角の第１配列方向に互いに離れて配列された複数の第１電極片を、４個以上、１６個以下有し、
   前記複数の第１電極片は、前記第１配列方向に複数のスペースを介して互いに離れて配列されており、
   前記複数のスペースのうちの前記第１配列方向において中央に位置するスペースの前記第１配列方向における幅は、前記複数のスペースのうちの他のいずれのスペースの前記第１配列方向における幅より大きい、
   積層バリスタ。
2. バリスタ層と、
   前記バリスタ層の上面に設けられた第１内部電極と、
   前記バリスタ層の下面に設けられて、前記バリスタ層を介して前記第１内部電極に上下方向で対向する第２内部電極と、
   前記バリスタ層の前記上面と下面とに繋がる第１側面に設けられて前記第１内部電極に電気的に接続された第１外部電極と、
   前記バリスタ層の前記上面と下面とに繋がる第２側面に設けられて前記第２内部電極に電気的に接続された第２外部電極と、
   を備え、
   前記第１内部電極は前記第１外部電極から第１延伸方向に延びており、
   前記第１内部電極は、前記第１延伸方向に直角の第１配列方向に互いに離れて配列された複数の第１電極片を有し、
   前記複数の第１電極片のうちの前記第１配列方向において両端に位置する第１電極片の前記第１配列方向における幅は、前記複数の第１電極片のうちの他のいずれの第１電極片の前記第１配列方向における幅より大きい、
   積層バリスタ。
3. バリスタ層と、
   前記バリスタ層の上面に設けられた第１内部電極と、
   前記バリスタ層の下面に設けられて、前記バリスタ層を介して前記第１内部電極に上下方向で対向する第２内部電極と、
   前記バリスタ層の前記上面と下面とに繋がる第１側面に設けられて前記第１内部電極に電気的に接続された第１外部電極と、
   前記バリスタ層の前記上面と下面とに繋がる第２側面に設けられて前記第２内部電極に電気的に接続された第２外部電極と、
   を備え、
   前記第１内部電極は前記第１外部電極から第１延伸方向に延びており、
   前記第１内部電極は、前記第１延伸方向に直角の第１配列方向に互いに離れて配列された複数の第１電極片を有し、
   記複数の第１電極片のうちの前記第１配列方向において両端に位置する第１電極片の面積は、前記複数の第１電極片のうちの他のいずれの第１電極片の面積より大きい、
   積層バリスタ。
4. 前記複数の第１電極片の数は４個以上、１６個以下である、請求項２または３に記載の積層バリスタ。
5. 前記複数の第１電極片は、前記第１配列方向に複数のスペースを介して互いに離れて配列されており、
   前記複数のスペースのうちの前記第１配列方向において中央に位置するスペースの前記第１配列方向における幅は、前記複数のスペースのうちの他のいずれのスペースの前記第１配列方向における幅より大きい、請求項４に記載の積層バリスタ。
6. 前記複数のスペースの前記第１配列方向における幅は０．２ｍｍ以上であり、かつ前記第１配列方向の前記積層バリスタ層の幅の１／４以下である、請求項１または５に記載の積層バリスタ。
7. 前記第１内部電極は前記第１外部電極に接続された第１結合部をさらに有し、
   前記複数の第１電極片は前記第１結合部から前記第１延伸方向に延びており、かつ前記第１結合部を介して前記第１外部電極に接続されており、
   前記上下方向に見て前記第１結合部は前記第２内部電極に重なっていない、請求項１から６のいずれか一項に記載の積層バリスタ。
8. 前記第２内部電極は前記第２外部電極から第２延伸方向に延びており、
   前記第２内部電極は、前記第２延伸方向に直角の第２配列方向に互いに離れて配列された複数の第２電極片を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の積層バリスタ。
9. 前記複数の第２電極片は前記バリスタ層を介して前記複数の第１電極片にそれぞれ前記上下方向で対向している、請求項８に記載の積層バリスタ。
10. 前記第１内部電極は前記第１外部電極に接続された第１結合部をさらに有し、
    前記複数の第１電極片は前記第１結合部から前記第１延伸方向に延びており、かつ前記第１結合部を介して前記第１外部電極に接続されており、
    前記上下方向に見て前記第１結合部は前記第２内部電極に重なっていない、請求項８または９に記載の積層バリスタ。
11. 前記第２内部電極は前記第２外部電極に接続された第２結合部をさらに有し、
    前記複数の第２電極片は前記第２結合部から前記第２延伸方向に延びており、かつ前記第２結合部を介して前記第２外部電極に接続されており、
    前記上下方向に見て前記第２結合部は前記第１内部電極に重なっていない、請求項８から１０のいずれか一項に記載の積層バリスタ。
12. 前記第２延伸方向は前記第１延伸方向の反対の方向である、請求項８から１１のいずれか一項に記載の積層バリスタ。
13. 前記複数の第２電極片の前記第１配列方向における間隔は０．２ｍｍ以上であり、かつ前記第１配列方向の前記積層バリスタの幅の１／４以下である、請求項８から１２のいずれか一項に記載の積層バリスタ。
14. 前記上下方向に見て前記バリスタ層は矩形状を有し、
    前記バリスタ層の前記第１側面と前記第２側面は前記矩形状の互いに反対側の辺にそれぞれ位置する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の積層バリスタ。

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