JPH1129369A - 機能性セラミックスの接合方法 - Google Patents

機能性セラミックスの接合方法

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JPH1129369A
JPH1129369A JP9184721A JP18472197A JPH1129369A JP H1129369 A JPH1129369 A JP H1129369A JP 9184721 A JP9184721 A JP 9184721A JP 18472197 A JP18472197 A JP 18472197A JP H1129369 A JPH1129369 A JP H1129369A
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JP
Japan
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bonding
functional
joining
face
functional ceramics
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JP9184721A
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English (en)
Inventor
Atsushi Kimoto
淳志 木本
Takahiko Shindou
尊彦 新藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 機能性セラミックス同士を接合した接合体の
小型化および低コスト化を図ることができる機能性セラ
ミックスの接合方法を提供する。 【解決手段】 接合材料5を塗布した焼結体1の端面2
上に抵抗材料7を設置し、この抵抗材料7に通電してジ
ュール熱を発生させ、この熱により接合材料5の熱処理
を行い、バネや支持棒などの支持構造およびこれを格納
する碍管を用いることなく、機能性セラミックスを接合
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサ、抵抗
体等の機能性セラミックスを製造する方法に関するもの
であり、特に、機能性セラミックス同士を接合する機能
性セラミックスの接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりコンデンサや抵抗体として、機
能性を示す基材および絶縁層、電極部から成る機能性セ
ラミックスが広く知られている。例えば、異常電圧を抑
制して電力系統を保護するための避雷器には、機能性セ
ラミックスである酸化亜鉛バリスタが組み込まれてい
る。酸化亜鉛バリスタは正常な電圧でほぼ絶縁特性を示
し、異常電圧が発生したときに低抵抗性を示す非直線抵
抗体である。
【0003】このような酸化亜鉛バリスタの従来例を図
8に示す。焼結体1は、酸化亜鉛を主成分とし、非直線
特性を得るために添加物として少なくとも1種類以上の
金属酸化物を加えて混合、造粒し、これを円筒形状に成
形し、さらに所定の温度で焼成することによって得られ
る。また、焼結体1の側面には絶縁層3が形成され、焼
結体1の両端面にはアルミニウム等の金属の電極4が形
成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化亜鉛バ
リスタは大型形状のものを作製することが困難である。
そのため、必要個数を直列および並列に積層、接合し、
接合体としてから避雷器に組み込むのが一般的である。
酸化亜鉛バリスタの接合体を製造する場合、個々の酸化
亜鉛バリスタがずれたり離れたりすることを防がなくて
はならない。そこで、接合させた酸化亜鉛バリスタ同士
を強力なバネで押さえつけ、絶縁体の支持棒で支持する
必要があり、さらには、前記のバネおよび支持棒と酸化
亜鉛バリスタ自体とを格納するための大きな碍管が不可
欠となっていた。この結果、酸化亜鉛バリスタの接合体
は大型化し、しかも構成部材が多いので、製造コストが
高くなった。上述したように、機能性セラミックス同士
を接合する場合、従来技術においてはバネや支持棒とい
った支持構造やこれらを格納する碍管を要したので、接
合体の大型化と製造コストの高騰とを招いていた。
【0005】本発明は、上記課題を解決するために提案
されたものであり、その目的は、機能性セラミックス同
士を接合した接合体の小型化および低コスト化を図るこ
とができる機能性セラミックスの接合方法を提供するこ
とである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、機能性セラミックス同士を接合
する機能性セラミックスの接合方法において、前記機能
性セラミックスの端面に接合材料を塗布し、前記接合材
料を塗布した機能性セラミックスの端面上に平行に抵抗
材料を設置し、前記抵抗材料に通電してジュール熱を発
生させ、この熱により接合材料の熱処理を行うことを特
徴としている。
【0007】以上のような請求項1の発明によれば、バ
ネや支持棒、さらにはこれらを格納する碍管を用いるこ
となく機能性セラミックス同士を接合させることがで
き、機能性セラミックス同士の接合体の小型化および低
コスト化を進めることができる。
【0008】請求項2の発明は、請求項1記載の機能性
セラミックスの接合方法において、前記機能セラミック
スが非直線抵抗体、直線抵抗体またはコンデンサである
ことを特徴とする。
【0009】以上のような請求項2の発明では、上述し
たような小型で低コストな機能性セラミックス接合物
を、非直線抵抗体、直線抵抗体またはコンデンサに適用
することができるので、これらを組み込む機器の小形化
に貢献することができる。
【0010】請求項3の発明は、請求項1または2記載
の機能性セラミックスの接合方法において、前記抵抗材
料がFe−Cr系、Ni−Cr系、Fe−Ni−Cr
系、Cu−Mn−Ni系またはCu−Ni系の合金であ
ることを特徴とする。
【0011】以上のような請求項3の発明では、Fe−
Cr系、Ni−Cr系、Fe−Ni−Cr系、Cu−M
n−Ni系またはCu−Ni系の合金を、抵抗材料とし
て用いることにより、接合材料の熱処理をいっそう確実
に行うことができる。
【0012】請求項4の発明は、請求項1、2または3
記載の機能性セラミックスの接合方法において、前記抵
抗材料の体積抵抗率が0.5μΩm以上1.5μΩm以
下であることを特徴とする。
【0013】以上のような請求項4の発明では、抵抗材
料の体積抵抗率が0.5μΩm以上1.5μΩm以下で
あるため、機能性セラミックスの電気特性を損なうこと
なく、接合材料の熱処理を確実に行うことができる。
【0014】請求項5の発明は、請求項1、2、3また
は4記載の機能性セラミックスの接合方法において、前
記接合材料を導電性金属成分と接着成分とから構成する
ことを特徴とする。
【0015】以上のような請求項5の発明では、導電性
金属成分と接着成分とから構成した接合材料によって機
能性セラミックス同士を接合するので、機能性セラミッ
クス間の導電性を維持しつつ、所望の接合強度を持つこ
とができる。
【0016】請求項6の発明は、請求項5記載の機能性
セラミックスの接合方法において、前記接合材料の前記
導電性金属成分が、Ag、Au、Cu、Pt、Alの金
属元素の少なくとも1種類を含むことを特徴とする。
【0017】以上のような請求項6の発明では、接合材
料の導電性金属成分が、Ag、Au、Cu、Pt、Al
の金属元素の少なくとも1種類を含むので、機能性セラ
ミックス同士間の導電性を確実に確保することができ
る。
【0018】請求項7の発明は、請求項5または6記載
の機能性セラミックスの接合方法において、前記接合材
料の前記接着成分が、有機高分子、ガラス、セラミック
スの少なくとも1つからなることを特徴とする。
【0019】以上のような請求項7の発明では、接合材
料の接着成分が、有機高分子、ガラス、セラミックスの
少なくとも1つからなるため、機能性セラミックス同士
を確実に接合することができる。
【0020】請求項8の発明は、請求項5、6または7
記載の機能性セラミックスの接合方法において、前記接
合材料の組成が、乾燥後の重量割合で、前記導電性金属
成分を60wt%以上97wt%以下、前記接着成分を
3wt%以上40wt%以下とすることを特徴とする。
【0021】このような請求項8の発明では、接合材料
における導電性金属成分と接着成分の重量割合を請求項
8に示した範囲とすることにより、機械的な接合強度と
電気特性を適切なレベルに保つことができる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
について、酸化亜鉛バリスタ同士の接合方法を取り上
げ、図面を参照して具体的に説明する。
【0023】A:構成 [1]焼結体形成工程 まずは、焼結体1を作る。すなわち、酸化亜鉛を主原料
に、二酸化マンガン、二酸化ケイ素、酸化クロムを0.
5mol%、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化ニッ
ケルを1mol%添加する。この原料を水と分散剤の有
機バインダー類とともにアトライターで混合し、該混合
物をスプレードライヤーで噴霧、造粒する。これらの造
粒粉を金型に入れ加圧し、円柱形状等所定の形状に成形
し、1200℃で焼成して、図2に示すような焼結体1
を得る。なお、図2の上側の(a)は焼結体1の平面
図、下側の(b)は焼結体1の側面図であり、符号2は
焼結体1の端面を、符号6は焼結体1の側面を示してい
る。
【0024】[2]接合材料塗布工程 次に、焼結体1の端面2を研磨し、そこに接合材料5を
塗布する(図1、図3参照)。より詳しくは、例えば3
00メッシュ、乳剤厚5μmのテトロン製スクリーンを
用いたスクリーン印刷法によって接合材料5を塗布す
る。なお、接合材料5を塗布する方法は、スクリーン印
刷法の他、刷毛塗り、スプレー法、溶射法、スパッタ法
のいずれかの方法を採用することも可能である。
【0025】接合材料5は、導電性金属成分と接着成分
とから構成されており、導電性金属成分はAg、Au、
Cu、Pt、Alの金属元素の少なくとも1種類を含
み、接着成分は有機高分子、ガラス、セラミックスの少
なくとも1つからなる。但し、接着成分がガラスである
場合、酸化亜鉛バリスタの機能性を損なわないために、
例えば融点が500℃以下のホウケイ酸ガラスとする。
なお、接合材料5の組成の割合については、後述する
[4]熱処理工程にて説明する。
【0026】[3]抵抗材料設置工程 次いで、図1および図3に示すように、接合材料5を塗
布した焼結体1の端面2上に、例えばNiが80wt
%、Crが20wt%の組成で厚さ30μm程度のテー
プ状にした抵抗材料7を設置する。抵抗材料7はFe−
Cr系、Ni−Cr系、Fe−Ni−Cr系、Cu−M
n−Ni系またはCu−Ni系合金であり、体積抵抗率
が0.5〜1.5μΩmのものを使用する。
【0027】[4]熱処理工程 上記抵抗材料7に電源8を接続し(図1に示す)、電源
8から抵抗材料7に200Vの電圧を印加し、通電して
ジュール熱を発生させる。このジュール熱を利用して熱
処理を行い、向かい合う焼結体1の端面2同士を接合
し、焼結体1の接合体を得る(図3では3つの焼結体1
を接合している)。
【0028】ところで、図4のグラフに示すように、焼
結体1を接合する接合温度を300℃以上にすると、接
合部のせん断強度が仕様値を満足する。しかし、接合温
度を600℃以上にすると、図5のグラフに示すよう
に、酸化亜鉛バリスタの電気的特性であるV1mAが低
下する。以上のことから、接合温度は300℃以上60
0℃以下とする。これにより、電気特性とせん断強度と
を保持しつつ、焼結体1同士を接合することができる。
【0029】また、接合材料5について、乾燥後の導電
性金属成分と接着成分の重量割合は、図6のグラフに示
すように、導電性金属成分を少なくし、接着成分を多く
すれば、せん断強度は向上する。しかし、図7のグラフ
に示すように、接着成分が40wt%を超えると、V1
mAが仕様値からはずれて増加する。以上のことから、
接合材料5の組成は、乾燥後の重量割合で、導電性金属
成分は60wt%以上97wt%以下、接着成分は3w
t%以上40wt%以下が適している。
【0030】[5]絶縁層・電極形成工程 次に、図3に示すように、焼結体1の接合体の側面に、
例えばアルミナ系の無機絶縁材料又は例えばエポキシ系
の有機絶縁材料を塗布し、350℃の温度で焼付け、接
合した焼結体1の側面に絶縁層3を形成する。最後に、
焼結体1の接合体の両端面を研磨し、その端面に、Al
を溶射して電極4を形成する。
【0031】B:作用と効果 以上のような本実施の形態では、まず、機能性セラミッ
クスの端面に接合材料5を塗布し、続いて抵抗材料7を
設置する。そして、抵抗材料7に通電することによっ
て、抵抗材料7からジュール熱を発生させ、これを利用
して接合材料7の熱処理を行い、焼結体1同士を接合す
ることができる。このような接合方法によれば、従来技
術では焼結体1同士を接合させる際に用いていたバネや
支持棒あるいは碍管を不要とすることができ、焼結体1
の接合体の小型化および低コスト化を図ることができ
る。
【0032】また、本実施の形態では、Fe−Cr系、
Ni−Cr系、Fe−Ni−Cr系、Cu−Mn−Ni
系またはCu−Ni系の合金を、抵抗材料7として用い
るため、接合材料7の熱処理をいっそう確実に行うこと
ができる。さらに、抵抗材料7の体積抵抗率が0.5μ
Ωm以上1.5μΩm以下であるため、機能性セラミッ
クスの電気特性を損なうことなく、接合材料5の熱処理
を確実に行うことができる。しかも、本実施の形態で
は、接合材料5の重量割合を、導電性金属成分を60w
t%以上97wt%以下、接着成分を3wt%以上40
wt%以下としているため、機械的な接合強度と電気特
性を適切なレベルに保つことができる。
【0033】C:他の実施の形態 なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、例えば、機能セラミックスは酸化亜鉛バリスタのよ
うな非直線抵抗体だけではなく、直線抵抗体やコンデン
サであっても良い。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接合材料を塗布した機能性セラミックスの端面上に抵抗
材料を設置し、この抵抗材料に通電して発生するジュー
ル熱を利用して接合材料の熱処理を行うことにより、機
能性セラミックスを接合することができ、バネや支持棒
などの支持構造およびこれを格納する碍管を用いること
なく、機能性セラミックスの接合体の小型化、低コスト
化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の構成を示す斜視図。
【図2】焼結体の構成図であり、(a)が平面図、
(b)が側面図。
【図3】焼結体の接合体の構成図。
【図4】接合温度に対する接合部のせん断強度の変化を
示すグラフ。
【図5】接合温度に対するV1mAの変化を示すグラ
フ。
【図6】接合材料組成に対する接合部のせん断強度の変
化を示すグラフ。
【図7】接合材料組成に対するV1mAの変化を示すグ
ラフ。
【図8】従来の機能性セラミックスの構成図。
【符号の説明】
1…焼結体 2…端面 3…絶縁層 4…電極 5…接合材料 6…側面 7…抵抗材料 8…電源

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機能性セラミックス同士を接合する機能
    性セラミックスの接合方法において、 前記機能性セラミックスの端面に接合材料を塗布し、 前記接合材料を塗布した機能性セラミックスの端面上に
    平行に抵抗材料を設置し、 前記抵抗材料に通電してジュール熱を発生させ、この熱
    により接合材料の熱処理を行うことを特徴とする機能性
    セラミックスの接合方法。
  2. 【請求項2】 前記機能セラミックスが非直線抵抗体、
    直線抵抗体またはコンデンサであることを特徴とする請
    求項1記載の機能性セラミックスの接合方法。
  3. 【請求項3】 前記抵抗材料がFe−Cr系、Ni−C
    r系、Fe−Ni−Cr系、Cu−Mn−Ni系または
    Cu−Ni系の合金であることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載の機能性セラミックスの接合方法。
  4. 【請求項4】 前記抵抗材料の体積抵抗率が0.5μΩ
    m以上1.5μΩm以下であることを特徴とする請求項
    1、2または3記載の機能性セラミックスの接合方法。
  5. 【請求項5】 前記接合材料を導電性金属成分と接着成
    分とから構成することを特徴とする請求項1、2、3ま
    たは4記載の機能性セラミックスの接合方法。
  6. 【請求項6】 前記接合材料の前記導電性金属成分が、
    Ag、Au、Cu、Pt、Alの金属元素の少なくとも
    1種類を含むことを特徴とする請求項5記載の機能性セ
    ラミックスの接合方法。
  7. 【請求項7】 前記接合材料の前記接着成分が、有機高
    分子、ガラス、セラミックスの少なくとも1つからなる
    ことを特徴とする請求項5または6記載の機能性セラミ
    ックスの接合方法。
  8. 【請求項8】 前記接合材料の組成が、乾燥後の重量割
    合で、前記導電性金属成分を60wt%以上97wt%
    以下、前記接着成分を3wt%以上40wt%以下とす
    ることを特徴とする請求項5、6または7記載の機能性
    セラミックスの接合方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4682415B2 (ja) * 2000-11-06 2011-05-11 富士電機システムズ株式会社 陽極接合方法
CN110942875A (zh) * 2019-12-30 2020-03-31 北京捷安通达科贸有限公司 电荷装载仓容性陶瓷半导体装置及其制造方法

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