JP2021048148A - Laminated varistor - Google Patents
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Abstract
【課題】所定のバリスタ電圧で静電容量のばらつきが小さく、ESD耐性に優れた積層バリスタを提供することを目的とする。【解決手段】上面層11、第1の内部電極12、バリスタ層13、第2の内部電極14、下面層15、下面電極16の順に積層された積層バリスタであって、下面電極16は第1の下面電極16aと第2の下面電極16bとからなり、バリスタ層13および下面層15を貫通し第1の内部電極12と第1の下面電極16aとを電気的に接続する第1のビア電極17と、下面層15を貫通し第2の内部電極14と第2の下面電極16bとを電気的に接続する第2のビア電極18と、を備えたものである。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminated varistor having a predetermined varistor voltage, small variation in capacitance, and excellent ESD resistance. SOLUTION: This is a laminated varistor in which an upper surface layer 11, a first internal electrode 12, a varistor layer 13, a second internal electrode 14, a lower surface layer 15, and a lower surface electrode 16 are laminated in this order, and the lower surface electrode 16 is a first. A first via electrode composed of a lower surface electrode 16a and a second lower surface electrode 16b, which penetrates the varistor layer 13 and the lower surface layer 15 and electrically connects the first internal electrode 12 and the first lower surface electrode 16a. 17 is provided with a second via electrode 18 that penetrates the lower surface layer 15 and electrically connects the second internal electrode 14 and the second lower surface electrode 16b. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、各種電子機器に用いられる積層バリスタに関するものである。 The present invention relates to a laminated varistor used in various electronic devices.
近年、家電製品や車載電子機器において小型化が進んでおり、その部品であるバリスタも小型化が求められている。また高周波化が進むと静電容量が性能に影響を与えるため、所定のバリスタ電圧を確保しながら、静電容量が小さく、ESD(静電気放電)耐性が高いものが求められている。なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例として、特許文献1が知られている。
In recent years, home appliances and in-vehicle electronic devices have been miniaturized, and varistor, which is a component thereof, is also required to be miniaturized. Further, as the frequency increases, the capacitance affects the performance, so that the capacitance is small and the ESD (electrostatic discharge) resistance is high while ensuring a predetermined varistor voltage. As an example of prior art document information related to the invention of this application,
しかしながら従来の積層バリスタでは、外部電極を塗布電極により形成しているため、バリスタとして機能する領域以外に内部電極と外部電極との間に浮遊容量が発生してしまい、これが静電容量のばらつきにつながっていた。 However, in the conventional laminated varistor, since the external electrode is formed by the coated electrode, stray capacitance is generated between the internal electrode and the external electrode in addition to the region that functions as the varistor, which causes variation in capacitance. It was connected.
本発明はこの課題に対して、上面層、第1の内部電極、バリスタ層、第2の内部電極、下面層、下面電極の順に積層された積層バリスタであって、下面電極は第1の下面電極と第2の下面電極とからなり、バリスタ層および下面層を貫通し第1の内部電極と第1の下面電極とを電気的に接続する第1のビア電極と、下面層を貫通し第2の内部電極と第2の下面電極とを電気的に接続する第2のビア電極と、を備えたものである。 The present invention is a laminated varistor in which the upper surface layer, the first internal electrode, the varistor layer, the second internal electrode, the lower surface layer, and the lower surface electrode are laminated in this order, and the lower surface electrode is the first lower surface. It is composed of an electrode and a second lower surface electrode, and has a first via electrode that penetrates the varistor layer and the lower surface layer and electrically connects the first internal electrode and the first lower surface electrode, and a first via electrode that penetrates the lower surface layer. It is provided with a second via electrode for electrically connecting the inner electrode of 2 and the second lower surface electrode.
以上のように構成することにより、浮遊容量そのものを小さくできるとともに、下面電極は印刷により形成することができるためばらつきを小さくすることができ、静電容量のばらつきの小さい積層バリスタを得ることができる。 With the above configuration, the stray capacitance itself can be reduced, and the bottom electrode can be formed by printing, so that the variation can be reduced, and a laminated varistor with a small variation in capacitance can be obtained. ..
以下、本発明の一実施の形態における積層バリスタについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the laminated varistor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態における積層バリスタの断面図、図2はこの積層バリスタの分解斜視図であり、上面層11、第1の内部電極12、バリスタ層13、第2の内部電極14、下面層15、下面電極16の順に積層している。下面電極16は第1の下面電極16aと第2の下面電極16bとからなり、バリスタ層13および下面層15を貫通し第1の内部電極12と第1の下面電極16aとを電気的に接続する第1のビア電極17と、
下面層15を貫通し第2の内部電極14と第2の下面電極16bとを電気的に接続する第2のビア電極18とからなっている。この積層バリスタの大きさは長さ1.6mm、幅0.8mm、高さ0.6mmとしている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a laminated varistor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the laminated varistor. The upper surface layer 11, the first
It is composed of a
またバリスタ層13、上面層11、および下面層15はZnOを主成分とし、副成分としてBi2O3,Co2O3,MnO2,Sb2O3等または、Pr6O11、Co2O3、CaCO3、Cr2O3等を含み、ZnOが焼結し、その粒界にその他の副成分が析出した形になっている。ZnOの平均粒径は約3μmである。ここで平均粒径は、層の中心部の粒子50個のそれぞれの最大径を測定し、その平均をとったものである。
The
上面層11の厚さを100μm、バリスタ層13の厚さを250μm、下面層15の厚さを250μmとなるようにした。このように上面層11の厚みをバリスタ層13の厚みの2/3以下にすることで放熱性向上の効果を上げることができ、ESD耐性を向上させることができる。
The thickness of the upper surface layer 11 was set to 100 μm, the thickness of the
また第1のビア電極17の外周と第2の内部電極14との最短距離を350μmとする。このように第1のビア電極17の外周と第2の内部電極14との最短距離をバリスタ層13の厚みの1.5倍以上とすることにより、第1のビア電極17と第2の内部電極14との間の容量結合の影響を無くすことができる。このようにビア電極により電気的結合を行うことにより、従来の側面の塗布電極構造よりも浮遊容量を大幅に小さくすることができる。
Further, the shortest distance between the outer circumference of the first via
また、下面電極16は印刷により形成することができるため、静電容量のバラツキを大幅に低減することができる。
Further, since the
以上のように構成することにより、静電容量1.5pFの積層バリスタを得た。このうち浮遊容量は0.4pF程度に抑えることができ、静電容量のバラツキは0.15pF程度に抑えることができた。従来の側面塗布電極で積層バリスタを構成すると、浮遊容量は1.3pF程度で、静電容量のバラツキは0.5pF程度になるため、大幅に静電容量のばらつきを抑えることができる。 With the above configuration, a laminated varistor with a capacitance of 1.5 pF was obtained. Of these, the stray capacitance could be suppressed to about 0.4 pF, and the variation in capacitance could be suppressed to about 0.15 pF. When the laminated varistor is composed of the conventional side coating electrodes, the stray capacitance is about 1.3 pF and the variation in capacitance is about 0.5 pF, so that the variation in capacitance can be significantly suppressed.
図3は本発明の一実施の形態における別の積層バリスタの分解斜視図、図4はこの積層バリスタを第2の内部電極から下方を見たときの透視図である。図4のように、第2の内部電極14から下面電極側に透視したときに、第1の下面電極16aの一部と第2の内部電極14とが重なるように構成している。また第1のビア電極17および第2のビア電極18は上面視したときに対角上に位置している。このようにビア電極を対角の位置に配置することにより、ビア電極間に生じる浮遊容量を小さくすることができる。
FIG. 3 is an exploded perspective view of another laminated varistor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view of the laminated varistor when viewed downward from the second internal electrode. As shown in FIG. 4, when the second
下面層15はバリスタ特性を有し、バリスタ層13と下面層15のバリスタ電圧を等しくしている。下面層15とバリスタ層13とを同一材料で同じ厚みにすることでバリスタ電圧を等しくできる。ここで、バリスタ電圧が等しいとは、バリスタ電圧間の差が±10%以内であることを意味している。
The lower surface layer 15 has a varistor characteristic, and the varistor voltage of the
なお、下面層15とバリスタ層13とで材料を異ならせてもよい。その場合は、下面層15とバリスタ層13のバリスタ電圧が等しくなるように厚さを設定するようにすればよい。
The material may be different between the lower surface layer 15 and the
このように構成することにより、バリスタ層13に加えて、第1の下面電極16aと第2の内部電極14とが重なる領域の下面層15も、バリスタとして機能させることができ、ESD耐性を向上させることができる。さらに、上面視したときに、第1の下面電極1
6aの一部と第2の内部電極14とが、第1の下面電極16aの面積の半分以上重なるように構成することがより望ましい。このようにすることでESD耐性をさらに向上させることができる。
With this configuration, in addition to the
It is more desirable that a part of 6a and the second
また、第1のビア電極17、第2のビア電極18を対角上に位置させることでのビア電極間の距離を最も遠くすることができ、浮遊容量を小さくすることができる。
Further, by locating the first via
さらにこの積層バリスタ素子の表面に主成分がZn−Si−O系の物質である高抵抗層(図示せず)を厚さ約5μmで設けた。この高抵抗層はZn−Si−O系の物質であり、主にZnSiO4などの絶縁性の高い化合物からなり、抵抗値は1×108Ω・cm以上有する。一方バリスタ層13の比抵抗は約4Ω・cmとなり高抵抗層はバリスタ層13よりもはるかに高い抵抗値を有している。またこの高抵抗層の膜厚を、1μm以上、20μm以下とすることが望ましい。高抵抗層の厚さが20μmより厚くなると、積層バリスタ素子の内部材料が多量に用いられることによって性能の劣化に影響する可能性があるため20μm以下とすることが望ましい。また高抵抗層の厚さが1μmより薄くなると抵抗値が低下し高抵抗層としての役割を果たすことができない可能性があるため1μm以上の膜厚とすることが望ましい。このようにすることにより、下面電極16にメッキ層を設けることが可能となる。
Further, a high resistance layer (not shown) whose main component is a Zn—Si—O-based substance is provided on the surface of the laminated varistor element with a thickness of about 5 μm. The high-resistance layer is a Zn-Si-O based material, consisting mainly of highly insulating compounds such ZnSiO 4, the resistance value has 1 × 10 8 Ω · cm or more. On the other hand, the specific resistance of the
次に本発明の一実施形態における積層バリスタの製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a laminated varistor according to an embodiment of the present invention will be described.
積層バリスタは、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とした半導体材料からなる。主成分である酸化亜鉛に、酸化ビスマス、酸化マンガン、酸化コバルトなどの添加物を混合したセラミック粉体を作製し、このセラミック粉体にポリビニルアルコールなどのバインダー、ジブチルフタレートなどの可塑剤、酢酸ブチルなどの溶剤と必要に応じて分散剤などの有機物を加えてセラミックスラリーを作製する。バリスタシート配合は、Pr系材料においてZnOに対して、Pr6O11を0.2mol%、Co2O3を0.4mol%、CaCO3を0.1mol%比率を用いる。Bi系材料においては、ZnOに対して、Bi2O3を0.5mol%、Co2O3を0.5mol%、MnO2を0.2mol%、Sb2O3を0.6mol%などを含む材料を用いる。このセラミックスラリーをドクターブレード法などにより成形してセラミックシートを作製する。次に所定の位置にビア電極となる貫通孔を設ける。 The laminated varistor is made of a semiconductor material containing zinc oxide (ZnO) as a main component. A ceramic powder is prepared by mixing zinc oxide, which is the main component, with additives such as bismuth oxide, manganese oxide, and cobalt oxide. The ceramic powder is mixed with a binder such as polyvinyl alcohol, a plasticizer such as dibutylphthalate, and butyl acetate. A ceramic slurry is prepared by adding a solvent such as, and if necessary, an organic substance such as a dispersant. The varistor sheet formulation uses 0.2 mol% of Pr 6 O 11 , 0.4 mol% of Co 2 O 3 and 0.1 mol% of Ca CO 3 with respect to ZnO in the Pr-based material. In the Bi-based material, Bi 2 O 3 is 0.5 mol%, Co 2 O 3 is 0.5 mol%, Mn O 2 is 0.2 mol%, Sb 2 O 3 is 0.6 mol%, etc. with respect to ZnO. Use the material that contains it. This ceramic slurry is molded by a doctor blade method or the like to prepare a ceramic sheet. Next, a through hole serving as a via electrode is provided at a predetermined position.
一方、銀などの導電性金属粉末とエチルセルロースなどのバインダーと溶剤を含む内部電極用導電ペーストを準備する。この内部電極用導電ペーストをスクリーン印刷などによりセラミックシート上に所定の形状に印刷してそれぞれ内部電極、下面電極、またはビア電極を形成する。 On the other hand, a conductive paste for an internal electrode containing a conductive metal powder such as silver, a binder such as ethyl cellulose, and a solvent is prepared. This conductive paste for internal electrodes is printed on a ceramic sheet in a predetermined shape by screen printing or the like to form an internal electrode, a bottom electrode, or a via electrode, respectively.
内部電極、下面電極、ビア電極等を印刷したセラミックシートを所定の枚数積み重ね、圧着を行う。その後乾燥させ、所定のサイズに切断し、未焼成の積層体(グリーンチップ)を得る。この積層体を、500℃の温度で脱バインダーを行った後、800℃程度の温度で仮焼し、仮焼された仮焼体を得る。なお仮焼体は1〜3μmの孔を多量に有する構造となっている。この仮焼体表面を粘度30mPa・sのPVA溶液に浸漬し、その上から、粒径1μm以下サイズのシリカエアロゲル、Siを含む酸化物を素子に塗すことで、素子表面6面全面に付着させる。仮焼体の孔が1〜3μm程度であり、それよりも小さい粒径の1μm以下サイズのSi酸化物を用いた。なお、焼結時の収縮により孔は無くなるため、焼結体にSiを添加させても層を形成することはできない。この状態の仮焼体を1200℃の温度で焼成することで高抵抗層を得た。この高抵抗層は絶縁層であり、抵抗値1×108Ω・cm以上の抵抗値を有する抵抗層である。またこの高抵抗層の膜厚を、1μm以上20μm以下とすることが望ましい。その理由として、素子の酸化亜鉛と中間生成
物に用いられる酸化ビスマスおよびシリカエアロゲルを含むSi酸化物が反応することにより形成される膜であり、高抵抗層の厚さが20μmより厚くなると、積層バリスタ素子の内部材料が多量に用いられることによって性能の劣化に影響する可能性があるため20μm以下とすることが望ましい。また高抵抗層の厚さが1μmより薄くなると抵抗値が低下し高抵抗層としての役割を果たすことができない可能性があるため1μm以上の膜厚とすることが望ましい。
A predetermined number of ceramic sheets printed with internal electrodes, bottom electrodes, via electrodes, etc. are stacked and crimped. After that, it is dried and cut to a predetermined size to obtain an unfired laminate (green chips). This laminate is debindered at a temperature of 500 ° C. and then calcined at a temperature of about 800 ° C. to obtain a calcined calcined body. The calcined body has a structure having a large number of holes of 1 to 3 μm. The surface of the calcined body is immersed in a PVA solution having a viscosity of 30 mPa · s, and an oxide containing silica aerogel and Si having a particle size of 1 μm or less is applied to the device to adhere to the entire surface of the device surface. Let me. A Si oxide having a pore size of about 1 to 3 μm and a smaller particle size of 1 μm or less was used. Since the holes disappear due to shrinkage during sintering, it is not possible to form a layer even if Si is added to the sintered body. A high resistance layer was obtained by firing the calcined body in this state at a temperature of 1200 ° C. The high resistance layer is an insulating layer, a resistive layer having a
このあと電解メッキにより、下面電極にSn等のメッキ層を形成する。積層体の表面は高抵抗層で覆われているため、下面電極のみにメッキ層を形成することができる。 After that, a plating layer such as Sn is formed on the lower surface electrode by electrolytic plating. Since the surface of the laminate is covered with a high resistance layer, the plating layer can be formed only on the bottom electrode.
なお下面電極はPd,Ag−Pd、Pt等に、Ni等の磁性を有した成分を混合させてもよい。このように下面電極に磁性金属を含有させ、液中で磁場をかけることで、下面電極側が磁場に引き寄せられ、素子の上下面を揃えることができ、製造工程を簡略化することができる。 The bottom electrode may be made by mixing Pd, Ag-Pd, Pt or the like with a magnetic component such as Ni. By including the magnetic metal in the lower surface electrode and applying a magnetic field in the liquid in this way, the lower surface electrode side is attracted to the magnetic field, the upper and lower surfaces of the element can be aligned, and the manufacturing process can be simplified.
本発明に係る積層バリスタは、所定のバリスタ電圧で静電容量のばらつきが小さく、ESD耐性に優れた積層バリスタを得ることができ、産業上有用である。 The laminated varistor according to the present invention is industrially useful because it can obtain a laminated varistor having a predetermined varistor voltage with a small variation in capacitance and excellent ESD resistance.
11 上面層
12 第1の内部電極
13 バリスタ層
14 第2の内部電極
15 下面層
16 下面電極
16a 第1の下面電極
16b 第2の下面電極
17 第1のビア電極
18 第2のビア電極
11
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| JP2018506190A (en) * | 2015-11-27 | 2018-03-01 | エプコス アクチエンゲゼルシャフトEpcos Ag | Multilayer device and method for manufacturing a multilayer device |
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2019
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