JPH07105719A

JPH07105719A - 導電性ペーストと抵抗体素子

Info

Publication number: JPH07105719A
Application number: JP5267898A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Murakami; 俊昭村上
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】半田濡れ性が良く、電極強度が大きくかつ抵
抗体素子の電気的特性にバラツキを生じさせないオーミ
ック電極をできるだけ低コストで形成させることができ
る導電性ペーストと、そのようなオーミック電極を有す
る抵抗体素子を得ることを目的とする。【構成】導電性ペーストが、銀粉１００重量部に対し
て、ガラスフリット０．２〜６．０重量部、有機ビヒク
ル１０〜５０重量部、金属チタン粉５〜４５重量部及び
金属ホウ素粉０．５〜５．０重量部を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属粉等に有機ビヒ
クルを加えてペースト状にした導電性ペーストと、この
導電性ペーストを用いて半導体磁器素体にオーミック電
極を形成してなる抵抗体素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オーミック電極を形成した抵抗体素子と
しては、例えば、電圧非直線性抵抗素子（バリスタ素
子）や感温半導体素子（例えば、正特性サーミスタ素
子、負特性サーミスタ素子等）が知られている。

【０００３】図１はバリスタ素子の一例の斜視図、図２
は図１のバリスタ素子の断面図である。バリスタ素子１
０は、一般に、これらの図に示すように、半導体磁器素
体１２と、半導体磁器素体１２を挟持している一対の電
極１４，１４と、一対の電極１４，１４に各々接続され
た一対のリード線１６，１６と、半導体磁器素体１２及
び電極１４，１４を封止している樹脂１８とからなる。

【０００４】ここで、半導体磁器素体１２としては、例
えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃ ）やチタン酸スト
ロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃ ）等を焼結したものが使用さ
れている。また、半導体磁器素体１２を挟持している一
対の電極１４，１４は、例えば導電性ペーストを半導体
磁器素体１２の表裏面に塗布し、これを大気中において
５００〜６００℃の温度で焼き付けること等により形成
されている。

【０００５】ところで、導電性ペーストの導電成分とし
て金、銀又は銅などの金属粉が単独で使用されている場
合等においては、半導体磁器素体と電極との界面に電位
障壁が形成され易い。この電位障壁は高電場もしくは熱
等に対して不安定であり、例えば、抵抗体素子にパルス
電流やサージ電流が流れたり、また半田付けがなされた
りした場合等においては、その電気的特性が劣化し易
い。

【０００６】そこで、銀粉を主成分とする導電性ペース
ト中にインジウム・ガリウム（Ｉｎ−Ｇａ）等の合金粉
末、もしくは亜鉛（Ｚｎ）等の金属粉末を含有せしめた
導電性ペーストによって半導体磁器素体と電極との界面
に電位障壁を形成させない電極、すなわちオーミック電
極を形成する方法が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記導電性ペ
ーストを半導体磁器素体に通常の焼き付け温度である５
００〜６００℃で焼き付けてオーミック電極を形成させ
た場合、導電性ペースト中に含まれていたＩｎ−Ｇａが
酸化され、このオーミック電極の表面にＩｎ−Ｇａの酸
化物が形成され、半田濡れ性が非常に悪くなる。

【０００８】そこで、１層目の電極はＩｎ−Ｇａを含む
この導電性ペーストを低温で焼き付けて、電極と素体と
の間にオーミックコンタクトを確保させ、この１層目の
電極上にＩｎ−Ｇａ等を含まない一般のＡｇペーストを
焼き付け、半田濡れ性の良いオーミック電極を得る方法
が実用化されている。

【０００９】しかし、この方法は、良好な半田濡れ性を
得ることができるものの、２層目の電極を形成する場合
に１層目の電極と位置ズレを生じ易く、外観上問題とな
るばかりでなく、電気的特性にバラツキを生ずることが
ある。

【００１０】また、この方法は、２層印刷するので、そ
の分、手間がかかり、かつ１層目の電極材料に含まれる
高価なＩｎ−Ｇａの使用とも相俟って、得られた抵抗体
素子が非常に高価なものになってしまう。

【００１１】更に、この方法は、１層目の電極を低温で
焼付けなければならないので、半導体磁器素体に対する
電極の機械的な結合強度（電極強度）が弱いという問題
もある。

【００１２】この発明は、半田濡れ性が良く、電極強度
が大きくかつ抵抗体素子の電気的特性にバラツキを生じ
させないオーミック電極をできるだけ低コストで形成さ
せることができる導電性ペーストと、そのようなオーミ
ック電極を有する抵抗体素子を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された導
電性ペーストは、銀粉１００重量部に対して、ガラスフ
リット０．２〜６．０重量部、有機ビヒクル１０〜５０
重量部、金属チタン５〜４５重量部及び金属ホウ素０．
５〜５．０重量部を含むことにより上記課題を解決し
た。

【００１４】また、請求項２に記載された抵抗体素子
は、半導体磁器素体にオーミック電極を形成してなる抵
抗体素子において、該オーミック電極を、銀粉１００重
量部に対して、ガラスフリット０．２〜６．０重量部、
有機ビヒクル１０〜５０重量部、金属チタン５〜４５重
量部及び金属ホウ素０．５〜５．０重量部を含む導電性
ペーストを大気中において６００〜８５０℃で焼成して
形成することにより上記課題を解決した。

【００１５】ここで、導電性ペースト中の銀粉の粒径
（最大粒径）は０．１μｍ以下が好ましい。銀粉の粒径
を０．１μｍ以下としたのは、銀粉の粒径が０．１μｍ
を越えて大きくなると、所望の電極強度が得られなくな
るからである。

【００１６】ガラスフリットとしては、硼珪酸鉛を使用
することができる。ガラスフリットの含有量を０．２〜
６．０重量部としたのは、ガラスフリットの含有量が
０．２重量部未満の場合は所望の電極強度が得られなく
なり、また、ガラスフリットの含有量が６．０重量部を
越えた場合は半田濡れ性が悪くなるからである。

【００１７】有機ビヒクルとしては、例えばエチルセル
ロース、α−ターピネオール、それらの混合物等を使用
することができる。有機ビヒクルの含有量を１０〜５０
重量部としたのは、有機ビヒクルの含有量が１０重量部
未満の場合は銀粉が凝集し、ペースト流動性が低下し、
金属チタン粉及び金属ホウ素粉等の分散性が低下し、ま
た、有機ビヒクルの含有量が５０重量部を越えた場合は
焼成時の銀の粒成長が阻害され、焼結性が不良となるか
らである。

【００１８】また、金属チタン粉及び金属ホウ素粉の含
有量を、金属チタン粉５〜４５重量部、金属ホウ素粉
０．５〜５重量部としたのは、金属チタン粉が５重量部
未満で金属ホウ素粉が０．５重量部未満の場合は安定し
た良好なオーミック性が得られなくなり、また、金属チ
タン粉が４５重量部で金属ホウ素が５重量部を越えた場
合は半田濡れ性が悪くなるからである。

【００１９】また、導電性ペーストの焼き付け温度を６
００〜８５０℃としたのは、焼き付け温度が６００℃未
満の場合は所望の電極強度が得られなくなり、また、焼
き付け温度が８５０℃を越えた場合は電極の半田濡れ性
が悪くなるからである。

【００２０】

【作用】請求項１または２記載の発明においては、導電
性ペースト中における金属チタン粉の含有割合が比較的
多く、金属ホウ素粉の含有割合が比較的少なくなってい
るので、金属チタン粉が主にオーミックコンタクトを生
じさせ、金属ホウ素粉が補強的にオーミックコンタクト
を生じさせる。

【００２１】そして、請求項１または２記載の発明にお
いては、オーミックコンタクトを生じさせる成分の中
で、酸化性の特に強い成分、すなわち金属ホウ素粉の含
有割合が比較的少ないので、導電性ペーストを焼き付け
て形成したオーミック電極の表面における酸化物の生成
が少ない。

【００２２】また、請求項１または２記載の発明におい
ては、導電性ペーストを焼き付けて形成したオーミック
電極の表面における酸化物の生成が少ないので、比較的
高い温度で導電性ペーストを焼き付けることができる。
そして、比較的高い温度で導電性ペーストを焼き付けた
場合、オーミック電極と素体とは良好に焼結する。

【００２３】更に、請求項１または２記載の発明におい
ては、オーミックコンタクトを生じさせる成分として、
金属チタン粉及び金属ホウ素粉を上述したような割合で
導電性ペースト中に含有させたので、高価な金属成分
（例えば、Ｉｎ−Ｇａ合金等）を含まないにもかかわら
ず、一回の焼き付けで所望のオーミック電極が形成され
る。

【００２４】

【実施例】

実験例１チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃ ）を主成分とす
る焼結体であって、予め表面または結晶粒界を高抵抗化
した半導体磁器素体を準備した。

【００２５】また、この半導体磁器素体とは別に、粒径
が０．１μｍ以下の銀粉１００重量部、ガラスフリット
（硼珪酸鉛）３重量部、有機ビヒクル５０重量部の組成
比からなる組成物に対して金属チタン粉及び金属ホウ素
粉を表１の試料番号１〜１８の欄に示すような割合で添
加して導電性ペーストを準備した。

【００２６】次に、半導体磁器素体の表面にこれらの導
電性ペーストを常法に従って５〜２０μｍの厚さで塗布
し、大気中において５５０℃で焼き付けて、バリスタ素
子を得た。

【００２７】次に、得られた各バリスタ素子について、
Ｅ₁₀、電圧非直線係数α、耐パルス性、半田濡れ性及び
電極強度を測定したところ、表１の試料番号１〜１８の
欄に示す通りとなった。

【００２８】ここで、Ｅ₁₀はバリスタ素子に１０ｍＡの
電流を流したときの電圧値である。また、電圧非直線係
数αは、α＝１／ｌｏｇ（Ｅ₁₀／Ｅ₁ ）（Ｅ₁ ：バリス
タ素子に１ｍＡの電流を流した時の電圧値）の式で現わ
される値である。更に、耐パルス性は、８０Ｖのパルス
電圧を１０サイクル印加した後のＥ₁₀の値の変化率
（％）である。

【００２９】また、半田濡れ性は、２．２ｍｍφのリン
グ半田を電極部分へ載置し、温度２５０℃のホットプレ
ート上で７秒間静置し、冷却後の半田の延び（ｍｍ）を
測定して判断した。表１において、○印のものは半田延
びが２．５ｍｍ以上で、半田濡れ性が良好、△印のもの
は半田延びが２．０〜２．５ｍｍで、半田濡れ性がやや
不良、×印のものは半田延びが２．０ｍｍ未満で、半田
濡れ性が不良であることを示す。

【００３０】また、電極強度は０．５ｍｍφ、長さ４ｃ
ｍのリード線を先のリング半田を用いて電極中央重量部
へ半田付けし、引張加重機にて電極が剥離した時の引張
加重を測定した。表１において、○印のものは３ｋｇｆ
以上で、電極強度が良好、△印のものは３ｋｇｆ未満
で、電極強度がやや不良であることを示す。

【００３１】比較として、前記半導体磁器の表面に従来
のＩｎ−Ｇａ合金含有のＡｇ電極を塗布し、更に、その
上に一般のＡｇ電極を印刷（２層電極）した後、大気中
で温度５５０℃で焼付処理を施して試料番号１９の比較
素子を得た。

【００３２】この比較素子の諸特性を実験例１と同一の
条件で測定したところ、表１の試料番号１９の欄に示す
通りとなった。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１に示された結果から明らかなように、
銀粉１００重量部に対して、金属チタン粉の含有量が５
重量部以上でかつ金属ホウ素粉の含有量が０．５重量部
以上の場合は、耐パルス性も良好で、かつ電位障壁を持
たないオーミックなバリスタ特性が得られる。これは従
来のオーミック銀電極（Ａｇ＋Ｉｎ・Ｇａ含有）のバリ
スタ特性と同等のレベルである。

【００３５】更に、金属チタン粉が４５重量部以下でか
つ金属ホウ素粉が５重量部以下では半田濡れ性も良好で
ある。

【００３６】実験例２表２の試料番号２０〜２２の欄に示すように、粒径の種
々異なる銀粉１００重量部と、金属チタン粉１５重量部
及び金属ホウ素粉２．５重量部、ガラスフリット（硼珪
酸鉛）１．５重量部、有機ビヒクル５０重量部とから成
る導電性ペーストを準備した。

【００３７】次に、実験例１と同様の半導体磁器素体を
用い、この半導体磁器素体に上記導電性ペーストを焼き
付けてバリスタ素子を得た。

【００３８】次に、得られた各バリスタ素子の諸特性を
実験例１と同一の条件で測定したところ、表２の試料番
号２０〜２２の欄に示す通りとなった。

【００３９】

【表２】

【００４０】表２に示された結果から明らかなように、
銀粉の粒径が粗いものは、電極強度の低下が見られる。
これより、銀粉の粒径は０．１μｍ以下とすることで、
所望の電極強度を保持したバリスタ素子を得ることがで
きる。

【００４１】実験例３粒径が０．１μｍ以下の銀粉１００重量部、金属チタン
粉１５重量部、金属ホウ素粉２．５重量部、有機ヒビク
ル５０重量部の組成比から成る組成物に対して、ガラス
フリット（硼珪酸鉛）の含有量が表３に示すように種々
異なる導電性ペーストを準備した。

【００４２】次に、実験例１と同様の半導体磁器素体を
用い、この半導体磁器素体に上記導電性ペーストを焼き
付けてバリスタ素子を得た。

【００４３】次に、得られた各バリスタ素子の諸特性を
実験例１と同一の条件で測定したところ、表３の試料番
号２３〜２７の欄に示す通りとなった。

【００４４】

【表３】

【００４５】表３に示された結果から明らかなように、
銀粉１００重量部に対して、金属チタン粉１５重量部
（この発明の範囲内）、金属ホウ素粉２．５重量部（こ
の発明の範囲内）であって、かつガラスフリットの含有
量が０．２重量部以上で所望の電極強度をもったバリス
タ素子が得られる。

【００４６】更に、ガラスフリットの含有量が６．０重
量部以下では所望の電極強度が得られ、かつ半田濡れ性
の良好なバリスタ素子を得ることができる。

【００４７】

【発明の効果】請求項１または２記載の発明によれば、
導電性ペーストを焼き付けて形成したオーミック電極の
表面における酸化物の生成が少ないので、オーミック電
極の半田濡れ性が良くなり、半田付け不良が解消され
る。

【００４８】また、請求項１または２記載の発明によれ
ば、比較的高い温度で導電性ペーストを焼き付けること
ができるので、半導体磁器素体とオーミック電極とは良
好に焼結し、半導体磁器素体へのオーミック電極の機械
的な結合強度が大きくなり、電気的特性も安定する。

【００４９】更に、請求項１または２記載の発明によれ
ば、導電性ペースト中に高価な金属成分を含まないにも
かかわらず、一回の焼き付けで所望のオーミック電極が
形成されるので、オーミック電極を低コストで形成させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はバリスタ素子の一例の斜視図である。

【図２】図２は図１のバリスタ素子の断面図である。

【符号の説明】

１０バリスタ素子１２半導体磁器素体１４電極１６リード線１８樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銀粉１００重量部に対して、ガラスフリ
ット０．２〜６．０重量部、有機ビヒクル１０〜５０重
量部、金属チタン粉５〜４５重量部及び金属ホウ素粉
０．５〜５．０重量部を含むことを特徴とする導電性ペ
ースト。
【請求項２】半導体磁器素体にオーミック電極を形成
してなる抵抗体素子において、該オーミック電極が、銀
粉１００重量部に対して、ガラスフリット０．２〜６．
０重量部、有機ビヒクル１０〜５０重量部、金属チタン
粉５〜４５重量部及び金属ホウ素粉０．５〜５．０重量
部を含む導電性ペーストを大気中において６００〜８５
０℃で焼成したものからなることを特徴とする抵抗体素
子。