JP7728671B2 - Transient Voltage Protection Components - Google Patents
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Description
本発明は、過渡電圧保護部品に関する。 The present invention relates to transient voltage protection components.
特許文献1に示すように、互いに対抗する一対の放電電極と、放電電極と隣接する放電誘発部と、を有する過渡電圧保護部品が知られている。この過渡電圧保護部品は、ESD(Electro-Static Discharge;静電気放電)から回路を守り、ESDによる電子機器の損傷や誤作動などを防ぐ役割を担う。 As shown in Patent Document 1, a transient voltage protection component is known that has a pair of opposing discharge electrodes and a discharge inducing portion adjacent to the discharge electrodes. This transient voltage protection component protects circuits from ESD (Electro-Static Discharge) and prevents damage and malfunction of electronic devices caused by ESD.
過渡電圧保護部品では、放電誘発部の緻密性が高いほどESD耐量の向上が期待できる。そのため、過渡電圧保護部品の製造過程では、通常、グリーンチップを850℃以上の高温で焼成し、放電誘発部を十分に焼結させる。ただし、高温で焼成すると、放電誘発部に含まれる金属粒子が粒成長し、放電誘発部を介して一対の放電電極がショートしてしまうことがある。一方、ショートを防ぐために、グリーンチップを850℃未満の低温で焼結すると、放電誘発部の緻密性を確保できず、ESD耐量が低下してしまう。 In transient voltage protection components, the higher the density of the discharge triggering section, the better the ESD resistance can be expected. For this reason, during the manufacturing process of transient voltage protection components, green chips are typically fired at high temperatures of 850°C or higher to thoroughly sinter the discharge triggering section. However, firing at high temperatures can cause the metal particles contained in the discharge triggering section to grow, which can lead to a short circuit between a pair of discharge electrodes via the discharge triggering section. On the other hand, if the green chip is sintered at a low temperature below 850°C in order to prevent short circuits, the density of the discharge triggering section cannot be ensured, resulting in a decrease in ESD resistance.
本発明は、このような実情を鑑みてなされ、その目的は、低温焼成で製造しても、放電誘発部の緻密性が高く、優れたESD耐量を有する過渡電圧保護部品を提供することである。 The present invention was made in light of these circumstances, and its purpose is to provide a transient voltage protection component that has a high density of discharge inducing parts and excellent ESD resistance, even when manufactured using low-temperature firing.
上記の目的を達成するために、本発明に係る過渡電圧保護部品は、
ギャップを介して互いに対抗している一対の放電電極と、
一対の前記放電電極に近接する放電誘発部と、を有し、
前記放電誘発部は、ガラスを含む基材と、前記基材中に分散した複数の金属粒子と、を有し、
前記ガラスは、SiO2、および、ZnOを含む。
In order to achieve the above object, the transient voltage protection component according to the present invention comprises:
a pair of discharge electrodes facing each other across a gap;
a discharge inducing unit adjacent to the pair of discharge electrodes,
the discharge inducing unit has a base material containing glass and a plurality of metal particles dispersed in the base material,
The glass contains SiO 2 and ZnO.
本発明の過渡電圧保護部品では、上記の特徴を有することで、低温で焼成しても放電誘発部の緻密性を高めることができ、その結果、高いESD耐量が得られる。 The transient voltage protection component of the present invention has the above-mentioned characteristics, which allow the density of the discharge inducing portion to be increased even when fired at low temperatures, resulting in high ESD resistance.
前記ガラスは、アルカリ土類金属成分、または/および、B2O3を含んでいてもよい。 The glass may contain an alkaline earth metal component and/or B 2 O 3 .
好ましくは、前記放電誘発部の前記基材は、非ガラス材料のジルコニアを含む。放電誘発部にジルコニアが含まれることで、放電誘発部と当該放電誘発部と接する絶縁体層との間の密着性を高めることができる。また、放電誘発部にジルコニアが含まれることで、放電誘発部に含まれる金属粒子の分散性を高めることができ、ESD耐量をさらに向上させることができる。 Preferably, the substrate of the discharge inducing section contains zirconia, a non-glass material. The inclusion of zirconia in the discharge inducing section can improve adhesion between the discharge inducing section and the insulator layer in contact with the discharge inducing section. Furthermore, the inclusion of zirconia in the discharge inducing section can improve the dispersibility of metal particles contained in the discharge inducing section, further improving ESD resistance.
好ましくは、前記基材におけるZnOの含有率は、前記基材100wt%に対して、0.05wt%以上、15wt%以下である。 Preferably, the ZnO content in the substrate is 0.05 wt% or more and 15 wt% or less, based on 100 wt% of the substrate.
好ましくは、前記基材におけるSi/Zn比が、3以上である。 Preferably, the Si/Zn ratio in the substrate is 3 or greater.
好ましくは、前記基材におけるアルカリ金属成分の含有率は、前記基材100wt%に対して、2wt%以下である。 Preferably, the content of alkali metal components in the substrate is 2 wt% or less per 100 wt% of the substrate.
上記のように放電誘発部のガラスが、所定の組成を有することで、放電誘発部の緻密性と、ESD耐量と、をさらに向上させることができる。 By having the glass of the discharge inducing section have a specified composition as described above, the density and ESD resistance of the discharge inducing section can be further improved.
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態に係る過渡電圧保護部品2は、略直方体形状(略六面体)を有する素体10と、素体10の外面に形成してある一対の外部電極(第1外部電極6および第2外部電極8)と、を有する。 The present invention will now be described in detail based on the embodiments shown in the drawings. As shown in FIG. 1, the transient voltage protection component 2 according to this embodiment has a base body 10 having a substantially rectangular parallelepiped (substantially hexahedral) shape and a pair of external electrodes (a first external electrode 6 and a second external electrode 8) formed on the outer surface of the base body 10.
素体10は、X軸に略垂直な一対の端面10aと、Y軸に略垂直な一対の側面10bと、Z軸に略垂直な一対の主面10cと、を有する。素体10の寸法は、特に限定されず、用途に応じて適当な寸法とすればよい。なお、本実施形態において、X軸、Y軸、およびZ軸は、相互に垂直である。 The element body 10 has a pair of end faces 10a that are approximately perpendicular to the X axis, a pair of side faces 10b that are approximately perpendicular to the Y axis, and a pair of main faces 10c that are approximately perpendicular to the Z axis. The dimensions of the element body 10 are not particularly limited and may be appropriate depending on the application. In this embodiment, the X axis, Y axis, and Z axis are mutually perpendicular.
第1外部電極6は、一方の端面10aを覆っており、当該端面10aから側面10bおよび主面10cの一部に回り込むように形成してある。第2外部電極8は、他方の端面10aを覆っており、当該端面10aから側面10bおよび主面10cの一部に回り込むように形成してある。第1外部電極6および第2外部電極8は、X軸方向で互いに接触しないように絶縁されている。 The first external electrode 6 covers one end face 10a and is formed to extend from this end face 10a around the side face 10b and part of the main face 10c. The second external electrode 8 covers the other end face 10a and is formed to extend from this end face 10a around the side face 10b and part of the main face 10c. The first external electrode 6 and second external electrode 8 are insulated so as not to contact each other in the X-axis direction.
図2Aは、過渡電圧保護部品2を、Y軸方向の略中央で切断したX-Z断面である。一方、図2Bは、過渡電圧保護部品2を、Z軸方向の略中央で切断したX-Y断面である。図2Aおよび図2Bに示すように、素体10は、複数の絶縁体層11と、一対の放電電極(第1放電電極16および第2放電電極18)と、放電誘発部13と、空洞部15と、を有している。 Figure 2A is an X-Z cross section of the transient voltage protection component 2 taken approximately at the center in the Y-axis direction. Meanwhile, Figure 2B is an X-Y cross section of the transient voltage protection component 2 taken approximately at the center in the Z-axis direction. As shown in Figures 2A and 2B, the element body 10 has multiple insulator layers 11, a pair of discharge electrodes (first discharge electrode 16 and second discharge electrode 18), a discharge inducing portion 13, and a cavity portion 15.
複数の絶縁体層11は、いずれも電気絶縁性を有する焼結体であり、Z軸方向に沿って積層してある。各絶縁体層11は、層間の境界が視認できない程度に一体化されている。絶縁体層11の厚み、および、積層数は、特に限定されず、素体10の寸法に応じて適宜決定すればよい。 The multiple insulator layers 11 are all sintered bodies with electrical insulation properties, and are stacked along the Z-axis direction. The insulator layers 11 are integrated to the extent that the boundaries between the layers are not visible. There are no particular restrictions on the thickness of the insulator layers 11 or the number of layers, and these may be determined appropriately depending on the dimensions of the element body 10.
第1放電電極16および第2放電電極18は、いずれも、長矩形の平面視形状を有する電極層であり、所定の絶縁体層11の間に介在している。第1放電電極16および第2放電電極18の厚みは、いずれも、特に限定されないが、第1放電電極16と第2放電電極18が、同程度の平均厚みを有していることが好ましい。また、第1放電電極16および第2放電電極18は、いずれも、同一の絶縁体層11の上に積層してあり、主面10cから第1放電電極16までのZ軸方向の距離と、主面10cから第2放電電極18までのZ軸方向の距離とは、略同一である。すなわち、第1放電電極16と第2放電電極18とは、Z軸方向において、同程度の高さに位置する。ただし、第1放電電極16と第2放電電極18とは、X軸方向で直に接触しないように、互いに離間して配置されている。 The first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18 are both electrode layers having a rectangular shape in a planar view and are interposed between predetermined insulator layers 11. The thicknesses of the first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18 are not particularly limited, but it is preferable that the first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18 have approximately the same average thickness. Furthermore, the first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18 are both layered on the same insulator layer 11, and the distance in the Z-axis direction from the main surface 10c to the first discharge electrode 16 is approximately the same as the distance in the Z-axis direction from the main surface 10c to the second discharge electrode 18. In other words, the first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18 are located at approximately the same height in the Z-axis direction. However, the first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18 are positioned at a distance from each other so as not to come into direct contact in the X-axis direction.
第1放電電極16は、引出部16aと、対向部16bと、を有している。引出部16aは、X軸方向の外側に向いている第1放電電極16の端部である。この引出部16aは、素体10の端面10aに露出して、外部電極6に対して電気的に接続されている。一方、対向部16bは、X軸方向の内側に向いている第1放電電極16の端部である。この対向部16bは、空洞部15の内側に位置しており、第2放電電極18の対向部18bと対向している。 The first discharge electrode 16 has a lead portion 16a and a facing portion 16b. The lead portion 16a is the end of the first discharge electrode 16 facing outward in the X-axis direction. This lead portion 16a is exposed at the end surface 10a of the element body 10 and is electrically connected to the external electrode 6. On the other hand, the facing portion 16b is the end of the first discharge electrode 16 facing inward in the X-axis direction. This facing portion 16b is located inside the cavity portion 15 and faces the facing portion 18b of the second discharge electrode 18.
第2放電電極18は、引出部18aと、対向部18bと、を有している。引出部18aは、X軸方向の外側に向いている第2放電電極18の端部である。この引出部18aは、素体10の端面10aに露出して、外部電極8に対して電気的に接続されている。一方、対向部18bは、X軸方向の内側に向いている第2放電電極18の端部である。この対向部18bは、空洞部15の内側に位置しており、第1放電電極16の対向部16bと対向している。 The second discharge electrode 18 has a lead portion 18a and a facing portion 18b. The lead portion 18a is the end of the second discharge electrode 18 facing outward in the X-axis direction. This lead portion 18a is exposed at the end surface 10a of the element body 10 and is electrically connected to the external electrode 8. On the other hand, the facing portion 18b is the end of the second discharge electrode 18 facing inward in the X-axis direction. This facing portion 18b is located inside the cavity 15 and faces the facing portion 16b of the first discharge electrode 16.
対向部16bと対向部18bとは、X軸方向で離間しており、ギャップGが、対向部16bと対向部18bとの間に形成されている。外部電極6と外部電極8との間に所定値以上の電圧が印加されると、ギャップGにおいて、放電が生じる。過渡電圧保護部品2は、対向部16bと対向部18bとの間における上記放電により、保護対象(DUP:Device Under Protection)に対して過渡電圧が印加されることを防ぐ役割を担う。ギャップGのX軸方向の幅は、特に限定されず、所望の放電特性が得られるように適宜決定すればよい。 Facing portion 16b and facing portion 18b are spaced apart in the X-axis direction, forming a gap G between facing portion 16b and facing portion 18b. When a voltage equal to or greater than a predetermined value is applied between external electrode 6 and external electrode 8, a discharge occurs in gap G. The transient voltage protection component 2 prevents transient voltages from being applied to the protected object (DUP: Device Under Protection) due to the discharge between facing portion 16b and facing portion 18b. The width of gap G in the X-axis direction is not particularly limited and can be determined appropriately to achieve the desired discharge characteristics.
放電誘発部13は、積層方向において両方の放電電極16,18と接するように、放電電極16,18のZ軸下方に積層してある。換言すると、放電誘発部13は、第1放電電極16と第2放電電極18との間に跨って形成してあり、対向部16bと対向部18bとを接続している。放電誘発部13は、積層方向から見て、略矩形の平面視形状を有している。そして、放電誘発部13のX軸方向の幅は、ギャップGの幅よりも大きく、放電誘発部13のY軸方向の幅は、対向部16bのY軸方向の幅や対向部18bのY軸方向の幅よりも大きいことが好ましい。放電誘発部13の平均厚みは、特に限定されないが、たとえば、1μm~15μmとすることが好ましい。この放電誘発部13は、第1放電電極16と第2放電電極18との間の放電を発生し易くする機能を有する。 The discharge inducing section 13 is layered below the discharge electrodes 16, 18 in the Z-axis direction so as to contact both discharge electrodes 16, 18 in the stacking direction. In other words, the discharge inducing section 13 is formed across the first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18, connecting the opposing section 16b and the opposing section 18b. The discharge inducing section 13 has a substantially rectangular planar shape when viewed in the stacking direction. The width of the discharge inducing section 13 in the X-axis direction is preferably greater than the width of the gap G, and the width of the discharge inducing section 13 in the Y-axis direction is preferably greater than the width of the opposing section 16b and the width of the opposing section 18b in the Y-axis direction. The average thickness of the discharge inducing section 13 is not particularly limited, but is preferably 1 μm to 15 μm, for example. This discharge inducing section 13 has the function of facilitating the generation of a discharge between the first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18.
空洞部15は、過渡電圧保護部品2の製造過程において、有機物成分(ラッカー)を消失させることにより形成する空間である。図2Aに示すように、空洞部15を画成している面には、第1放電電極16の対向部16b近傍の表面、第2放電電極18の対向部18b近傍の表面、放電誘発部13の表面、および、放電電極16,18の上方に位置する絶縁体層11の下面が含まれる。空洞部15の形状や寸法は、特に限定されないが、空洞部15は、積層方向から見て、放電誘発部13を覆うように形成してあることが好ましい。この空洞部15は、放電時において、第1放電電極16、第2放電電極18、放電電極に近接する絶縁体層11、および、放電誘発部13の熱膨張を吸収する機能を有する。 The cavity 15 is a space formed by removing organic components (lacquer) during the manufacturing process of the transient voltage protection component 2. As shown in FIG. 2A, the surfaces defining the cavity 15 include the surface near the opposing portion 16b of the first discharge electrode 16, the surface near the opposing portion 18b of the second discharge electrode 18, the surface of the discharge inducing portion 13, and the underside of the insulator layer 11 located above the discharge electrodes 16 and 18. While the shape and dimensions of the cavity 15 are not particularly limited, it is preferable that the cavity 15 be formed so as to cover the discharge inducing portion 13 when viewed from the stacking direction. This cavity 15 functions to absorb thermal expansion of the first discharge electrode 16, the second discharge electrode 18, the insulator layer 11 adjacent to the discharge electrodes, and the discharge inducing portion 13 during discharge.
次に、各構成要素の材質について説明する。 Next, we will explain the materials used for each component.
絶縁体層11は、Fe2O3、NiO、酸化銅(CuO,Cu2O)、ZnO、MgO、SiO2、TiO2、MnCO3、SrCO3、CaCO3、BaCO3、Al2O3、ZrO2、および、B2O3から選択される1種または2種以上の無機化合物を含む。特に、ZrO2、または/および、酸化銅が絶縁体層11に含まれることが好ましい。2種以上の無機化合物が含まれる場合、当該無機化合物は、複合化合物として存在していてもよい(たとえば、CaZrO3など)。また、絶縁体層11には、上記の無機化合物と共に、ガラスが含まれていてもよく、希土類元素などを含む副成分化合物が含まれていてもよい。 The insulator layer 11 contains one or more inorganic compounds selected from Fe2O3 , NiO, copper oxide (CuO, Cu2O ) , ZnO, MgO, SiO2 , TiO2 , MnCO3 , SrCO3 , CaCO3 , BaCO3 , Al2O3 , ZrO2 , and B2O3 . It is particularly preferable that the insulator layer 11 contains ZrO2 and/or copper oxide. When two or more inorganic compounds are contained, the inorganic compounds may exist as a composite compound (e.g., CaZrO3 ). In addition to the inorganic compounds, the insulator layer 11 may also contain glass or a minor component compound containing a rare earth element or the like.
第1放電電極16および第2放電電極18は、いずれも、導電材を含む。導電材としては、Ag、Pd、Au、Pt、Cu、Ni、Al、Mo、W、および、これら金属元素のうち少なくとも1種以上を含む合金が挙げられる。第1放電電極16と第2放電電極18とで、導電材の種類が異なっていてもよいが、第1放電電極16および第2放電電極18は、同種の導電材で構成されることが好ましい。また、第1放電電極16および第2放電電極18には、S,Pなどの非金属成分が微量(たとえば1wt%以下)含まれていてもよく、絶縁体層11に含まれる無機化合物が共材として含まれていてもよい。 The first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18 both contain a conductive material. Examples of conductive materials include Ag, Pd, Au, Pt, Cu, Ni, Al, Mo, W, and alloys containing at least one of these metal elements. The first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18 may contain different types of conductive materials, but it is preferable that the first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18 are made of the same type of conductive material. The first discharge electrode 16 and the second discharge electrode 18 may also contain trace amounts (e.g., 1 wt % or less) of non-metallic components such as S and P, and may also contain inorganic compounds contained in the insulator layer 11 as co-materials.
図3に示すように、放電誘発部13は、基材31と、基材31中に分散した複数の金属粒子33と、を有する。 As shown in FIG. 3, the discharge inducing unit 13 has a substrate 31 and a plurality of metal particles 33 dispersed in the substrate 31.
金属粒子33は、素体10の焼成温度よりも高い融点(固相線温度)を有する。具体的に、金属粒子33としては、Ag粒子、Pd粒子、Au粒子、Pt粒子、Cu粒子、Ag-Pd合金粒子、Ag-Au合金粒子、Ag-Pt合金粒子などを用いることができ、Pd粒子、または、Ag-Pd合金粒子を用いることが好ましい。放電誘発部13の断面における金属粒子33の平均粒径(D50)は、2.0μm以下であることが好ましい。また、金属粒子33の含有割合は、放電誘発部100vol%に対して、10~50vol%であることが好ましい。 The metal particles 33 have a melting point (solidus temperature) higher than the firing temperature of the element body 10. Specifically, the metal particles 33 may be Ag particles, Pd particles, Au particles, Pt particles, Cu particles, Ag-Pd alloy particles, Ag-Au alloy particles, or Ag-Pt alloy particles, with Pd particles or Ag-Pd alloy particles being preferred. The average particle size (D50) of the metal particles 33 in the cross section of the discharge inducing section 13 is preferably 2.0 μm or less. Furthermore, the content of the metal particles 33 is preferably 10 to 50 vol% relative to 100 vol% of the discharge inducing section.
なお、金属粒子33の平均粒径や含有割合は、図3に示すような放電誘発部13の断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)や走査透過型電子顕微鏡(STEM)などを用いて観察し、得られた断面写真を画像解析することで、測定できる。たとえば、金属粒子33の平均粒径は、少なくとも20個以上の金属粒子33の円相当径を計測することで、算出すればよい。また、金属粒子33の含有割合は、「解析視野に含まれる金属粒子33の合計面積/解析視野の面積」で表される面積割合に基づいて算出すればよい。この際、解析視野を変えて、少なくとも400μm2以上の解析視野で金属粒子33の面積を測定することが好ましい。 The average particle size and content of the metal particles 33 can be measured by observing a cross section of the discharge inducing section 13 as shown in FIG. 3 using a scanning electron microscope (SEM) or a scanning transmission electron microscope (STEM), and then performing image analysis on the obtained cross-sectional photograph. For example, the average particle size of the metal particles 33 can be calculated by measuring the circle-equivalent diameters of at least 20 metal particles 33. The content of the metal particles 33 can be calculated based on the area ratio expressed as "total area of the metal particles 33 included in the analysis field of view/area of the analysis field of view." In this case, it is preferable to change the analysis field of view and measure the area of the metal particles 33 in an analysis field of view of at least 400 μm2 or more.
基材31には、ガラス31aが含まれており、その他に、SnO2やRuO2などの半導体化合物、誘電体化合物、絶縁体層11を構成する無機化合物、アモルファスシリカなどのその他無機材料などが含まれていてもよい。 The substrate 31 contains glass 31a, and may also contain semiconductor compounds such as SnO2 and RuO2 , dielectric compounds, inorganic compounds that form the insulator layer 11, and other inorganic materials such as amorphous silica.
ガラス31aは、金属粒子33の間に介在し、粒子間を接合している。ガラス31aは、粒子間に介在することで、金属粒子33の間の絶縁性の確保、および、放電誘発部13の緻密性の確保に寄与する。ガラス31aの含有率は、放電誘発部13の基材100wt%に対して、10wt%以上であることが好ましく、12wt%以上であることがより好ましい。ガラス31aの含有率の上限値は、特に限定されず、100wt%とすることもできるが、好ましくは50wt%以下である。 Glass 31a is interposed between metal particles 33, bonding them together. By being interposed between the particles, glass 31a ensures insulation between metal particles 33 and contributes to ensuring the density of the discharge inducing section 13. The content of glass 31a is preferably 10 wt% or more, and more preferably 12 wt% or more, relative to 100 wt% of the base material of the discharge inducing section 13. There is no particular upper limit to the content of glass 31a, and it can be 100 wt%, but it is preferably 50 wt% or less.
ガラス31aには、主要成分として、少なくとも、SiO2、および、ZnOが含まれている。基材31におけるZnOの含有率は、基材100wt%に対して、0.05wt%以上、15wt%以下であることが好ましく、0.10wt%以上、5wt%以下であることがより好ましい。また、ガラス31aでは、ZnOよりもSiO2の含有率が高いことが好ましい。具体的に、基材31におけるZnに対するSiの質量比(以下、Si/Zn比と称す)は、3以上であることが好ましく、9以上であることがより好ましい。Si/Zn比の上限値は、特に限定されず、たとえば、6000以下とすることができ、1200以下であることが好ましい。 The glass 31a contains at least SiO 2 and ZnO as major components. The ZnO content in the base material 31 is preferably 0.05 wt % or more and 15 wt % or less, and more preferably 0.10 wt % or more and 5 wt % or less, relative to 100 wt % of the base material. Furthermore, the glass 31a preferably has a higher SiO 2 content than ZnO. Specifically, the mass ratio of Si to Zn in the base material 31 (hereinafter referred to as the Si/Zn ratio) is preferably 3 or more, and more preferably 9 or more. The upper limit of the Si/Zn ratio is not particularly limited and can be, for example, 6000 or less, and is preferably 1200 or less.
なお、ZnOの含有率やSi/Zn比は、基材31にガラス31aに加えて他の無機材料が含まれる場合であっても、上記範囲を満たすことが好ましい。 It is preferable that the ZnO content and Si/Zn ratio satisfy the above ranges even when the substrate 31 contains other inorganic materials in addition to the glass 31a.
ガラス31aには、上記の主要成分に加えて、アルカリ土類金属成分、B2O3、Al2O3などのその他成分が含まれていてもよい。これらその他成分は、複数種を組み合わせてガラス31aに添加してあってもよい。ここで、アルカリ土類金属元素とは、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Raの総称であり、本実施形態における「アルカリ土類金属成分」とは、アルカリ土類金属元素を含む化合物を意味する。ガラス31aには、1種または複数種のアルカリ土類金属成分が含まれていてもよい。アルカリ土類金属成分がガラス31aに含まれる場合、アルカリ土類金属元素を記号Mで表すと、アルカリ土類金属成分は、化学式MOで表される酸化物であることが好ましい。特に、CaO、SrO、および、BaOから選択される1種以上が、アルカリ土類金属成分として、ガラス31aに含まれることが好ましい。 In addition to the above-described main components, the glass 31a may contain other components such as alkaline earth metal components, B 2 O 3 , and Al 2 O 3 . A combination of these other components may be added to the glass 31a. Here, alkaline earth metal elements collectively refer to Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra, and the term "alkaline earth metal component" in this embodiment refers to a compound containing an alkaline earth metal element. The glass 31a may contain one or more alkaline earth metal components. When an alkaline earth metal component is contained in the glass 31a, the alkaline earth metal component is preferably an oxide represented by the chemical formula MO, where M represents the alkaline earth metal element. In particular, it is preferable that one or more selected from CaO, SrO, and BaO be contained in the glass 31a as the alkaline earth metal component.
その他成分の含有率は、特に限定されない。たとえば、基材31におけるアルカリ土類金属成分の含有率は、基材100wt%に対して、1wt%以上、50wt%以下とすることができ、5wt%以上、45wt%以下であることがより好ましい。また、基材31におけるB2O3の含有率は、基材100wt%に対して、0.1wt%~20wt%とすることができる。 The content of the other components is not particularly limited. For example, the content of the alkaline earth metal component in the base material 31 can be 1 wt% or more and 50 wt% or less, and more preferably 5 wt% or more and 45 wt% or less, relative to 100 wt% of the base material. Furthermore, the content of B 2 O 3 in the base material 31 can be 0.1 wt% to 20 wt% relative to 100 wt% of the base material.
また、ガラス31aには、アルカリ金属成分が含まれていてもよい。ただし、アルカリ金属成分は、金属粒子33の粒成長を助長する恐れがある。そのため、基材31におけるアルカリ金属成分の含有率は、基材100wt%に対して、2wt%以下であることが好ましく、アルカリ金属成分が実質的に含まれないことがより好ましい。「アルカリ金属成分が実質的に含まれない」とは、アルカリ金属成分の含有率が0.1wt%未満であることを意味する。なお、アルカリ金属とは、Li、Na、K、Rb、Cs、Frの総称であり、本実施形態における「アルカリ金属成分」とは、アルカリ金属元素を含む化合物を意味する。通常、ガラスに含まれるアルカリ金属成分は、Li2O、Na2O、K2Oなどである。 The glass 31a may also contain an alkali metal component. However, the alkali metal component may promote grain growth of the metal particles 33. Therefore, the content of the alkali metal component in the base material 31 is preferably 2 wt% or less relative to 100 wt% of the base material, and more preferably, the base material is substantially free of alkali metal components. "Substantially free of alkali metal components" means that the content of alkali metal components is less than 0.1 wt%. Note that alkali metals are a general term for Li, Na, K, Rb, Cs, and Fr, and "alkali metal components" in this embodiment refer to compounds containing alkali metal elements. Typically, alkali metal components contained in glass are Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, etc.
上述した基材成分の含有率は、たとえば、エネルギー分散型X線分析(EDX)、電子線プローブマイクロアナライザ(EPMA)、TEMの電子線回折、レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析(LA-ICP-MS)、蛍光X線分析(XRF)などの各種成分分析法を用いて解析することができる。 The content of the above-mentioned base material components can be analyzed using various component analysis methods, such as energy dispersive X-ray analysis (EDX), electron probe microanalyzer (EPMA), TEM electron beam diffraction, laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS), and X-ray fluorescence analysis (XRF).
前述したように、基材31には、ガラス31aに加えて、半導体化合物や誘電体化合物などの1種以上の非ガラス材料が含まれていてもよい。本実施形態では、特に、非ガラス材料として、ジルコニア(ZrO2)粒子31bが、基材31に含まれていることが好ましい。この場合、ジルコニア粒子31bの含有率は、放電誘発部13の基材100wt%に対して、0wt%~90wt%とすることができ、10wt%~80wt%とすることが好ましく、10wt%~60wt%とすることがより好ましい。ジルコニア粒子31bの平均粒径(D50)は、特に限定されず、たとえば、2μm以下であることが好ましい。 As described above, the substrate 31 may contain one or more non-glass materials, such as semiconductor compounds and dielectric compounds, in addition to the glass 31a. In this embodiment, it is particularly preferable that the substrate 31 contains zirconia (ZrO 2 ) particles 31b as the non-glass material. In this case, the content of the zirconia particles 31b can be 0 wt% to 90 wt%, preferably 10 wt% to 80 wt%, and more preferably 10 wt% to 60 wt%, relative to 100 wt% of the substrate of the discharge inducing unit 13. The average particle size (D50) of the zirconia particles 31b is not particularly limited, and is preferably 2 μm or less, for example.
なお、基材中のジルコニア粒子31bは、たとえば、EDXまたはEPMAを用いたマッピング分析により識別することができる。ジルコニア粒子31bの平均粒径は、上記方法で識別した粒子の円相当径を計測することで算出すればよい。 The zirconia particles 31b in the substrate can be identified, for example, by mapping analysis using EDX or EPMA. The average particle size of the zirconia particles 31b can be calculated by measuring the equivalent circle diameter of the particles identified by the above method.
第1外部電極6および第2外部電極8は、いずれも、焼付電極層や、樹脂電極層、メッキ電極層などを含むことができ、単一の電極層で構成してあってもよいし、複数の電極層を積層して構成してあってもよい。一般的には、素体10と接する下地電極として焼付電極層または樹脂電極層を形成し、その下地電極の表面に単層または複数層のメッキ電極層を形成する。 The first external electrode 6 and the second external electrode 8 can each include a baked electrode layer, a resin electrode layer, a plated electrode layer, etc., and may be composed of a single electrode layer or a laminate of multiple electrode layers. Generally, a baked electrode layer or a resin electrode layer is formed as a base electrode in contact with the element body 10, and a single or multiple plated electrode layers are formed on the surface of that base electrode.
焼付電極層を形成する場合、当該焼付電極層には、導電材として、Ag、Cu、Pd、Au、Ni、または、これら金属元素のうち少なくとも1種以上を含む合金が含まれる。その他、ガラスフリットや酸化物粒子が含まれていてもよい。樹脂電極層を形成する場合、樹脂電極層には、上記焼付電極層と同様の導電材が含まれ、その他、熱硬化性樹脂が含まれる。メッキ電極層を形成する場合は、過渡電圧保護部品2の実装方法や使用環境を考慮して、メッキ電極層の種類および積層数を決定すればよい。たとえば、メッキ電極層として、Niメッキ/Snメッキの組合せ、Cuメッキ/Niメッキ/Snメッキの組合せ、Niメッキ/Pdメッキ/Auメッキの組合せ、Niメッキ/Pdメッキ/Agメッキの組合せ、Niメッキ/Agメッキの組合せ、などを採用することができる。 When a baked electrode layer is formed, the baked electrode layer contains, as a conductive material, Ag, Cu, Pd, Au, Ni, or an alloy containing at least one of these metal elements. It may also contain glass frit or oxide particles. When a resin electrode layer is formed, the resin electrode layer contains the same conductive material as the baked electrode layer, as well as a thermosetting resin. When a plated electrode layer is formed, the type and number of layers of the plated electrode layer can be determined taking into account the mounting method and usage environment of the transient voltage protection component 2. For example, the plated electrode layer can be formed using a combination of Ni/Sn plating, Cu/Ni/Sn plating, Ni/Pd/Au plating, Ni/Pd/Ag plating, or Ni/Ag plating.
次に、図4および図5に基づいて、過渡電圧保護部品2の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a manufacturing method for the transient voltage protection component 2 will be described with reference to Figures 4 and 5.
まず、絶縁体層11の構成成分を含む絶縁体層用スラリーを調合する。具体的に、絶縁体層用スラリーは、無機化合物やガラスフリットなどの原料粉末を、有機溶媒と有機バインダとを含む有機ビヒクルに加えて混練することで、得られる。その後、ドクターブレード法などにより、当該スラリーを、PETフィルム上に塗布し、適宜乾燥させることで、複数のグリーンシートを得る。本実施形態では、放電部用パターンを印刷するシートを、第1グリーンシート110と称し、放電部用パターンを印刷しないシートを、第2グリーンシート111と称する。 First, a slurry for the insulator layer containing the components of the insulator layer 11 is prepared. Specifically, the slurry for the insulator layer is obtained by adding raw material powders such as inorganic compounds and glass frit to an organic vehicle containing an organic solvent and an organic binder and kneading them. The slurry is then applied to a PET film using a doctor blade method or the like and dried appropriately to obtain multiple green sheets. In this embodiment, the sheet on which the discharge portion pattern is printed is referred to as the first green sheet 110, and the sheet on which the discharge portion pattern is not printed is referred to as the second green sheet 111.
次に、放電誘発部用スラリーを用いて、第1グリーンシート110の上に、図4に示すような放電誘発部パターン130を形成する。ここで、放電誘発部用スラリーは、ガラス31aの原料であるガラスフリットと、半導体粉末やジルコニア粉末などの非ガラス系セラミック粉末と、金属粉末と、有機ビヒクルと、を混錬することで得られる。また、放電誘発部パターン130は、スクリーン印刷などの各種印刷法、転写法、または塗布法などにより、形成すればよい。 Next, the discharge inducing portion pattern 130 as shown in FIG. 4 is formed on the first green sheet 110 using the discharge inducing portion slurry. The discharge inducing portion slurry is obtained by kneading glass frit, which is the raw material for the glass 31a, non-glass ceramic powder such as semiconductor powder or zirconia powder, metal powder, and an organic vehicle. The discharge inducing portion pattern 130 may be formed by various printing methods such as screen printing, transfer methods, or coating methods.
次に、放電電極用ペーストを用いて、第1グリーンシート110の上に、図4に示すような導体パターン168を形成する。放電電極用ペーストは、放電電極16,18の原料である導電性粉末と、有機ビヒクルとを混錬することで得られる。導体パターン168は、第1グリーンシート110の表面と放電誘発部パターン130の表面とに跨るようにX軸方向に沿って形成する。また、導体パターン168は、放電誘発部パターン130の表面上において、所定幅のスリットSを有している。このスリットSは、導体パターン168が印刷されていない途切れ部分であり、焼成後にギャップGとなる。導体パターン168についても、放電誘発部パターン130と同様の方法で形成することができる。 Next, a conductor pattern 168 as shown in FIG. 4 is formed on the first green sheet 110 using discharge electrode paste. The discharge electrode paste is obtained by kneading conductive powder, the raw material for the discharge electrodes 16 and 18, with an organic vehicle. The conductor pattern 168 is formed along the X-axis direction so as to straddle the surface of the first green sheet 110 and the surface of the discharge inducing portion pattern 130. The conductor pattern 168 also has a slit S of a predetermined width on the surface of the discharge inducing portion pattern 130. This slit S is an interruption where the conductor pattern 168 is not printed, and becomes a gap G after firing. The conductor pattern 168 can be formed in the same manner as the discharge inducing portion pattern 130.
次に、空洞用ラッカーを用いて、放電誘発部パターン130および導体パターン168が印刷してある第1グリーンシートの上に、空洞用パターン150を形成する。空洞用ラッカーには、焼成時に消失する有機溶剤および有機バインダが含まれており、空洞用パターン150は、放電電極の対向部分に内部空間を形成するために用いられる。空洞用パターン150は、図4に示すように、対向部16b,18bとなる導体パターン168の一部と、放電誘発部パターン130と、を覆うように形成することが好ましい。上記の工程により、放電誘発部パターン130、導体パターン168、および、空洞用パターン150を含む放電部用パターンが印刷された第1グリーンシート110が得られる。 Next, a cavity pattern 150 is formed using a cavity lacquer on the first green sheet on which the discharge inducing portion pattern 130 and the conductor pattern 168 have been printed. The cavity lacquer contains an organic solvent and an organic binder that disappear during firing, and the cavity pattern 150 is used to form an internal space in the opposing portion of the discharge electrodes. As shown in Figure 4, the cavity pattern 150 is preferably formed to cover the discharge inducing portion pattern 130 and a portion of the conductor pattern 168 that will become the opposing portions 16b and 18b. Through the above process, a first green sheet 110 is obtained on which a discharge portion pattern including the discharge inducing portion pattern 130, the conductor pattern 168, and the cavity pattern 150 has been printed.
次に、放電部用パターンを有する第1グリーンシート110と、複数の第2グリーンシート111とを積層し、積層方向にプレスすることでグリーンチップ100を得る。この際、第1グリーンシート110は、図5に示すように第2グリーンシート111の間に積層する。第2グリーンシート111の積層数は、特に限定されず、第1グリーンシート110の上方と下方とで、第2グリーンシート111の積層数が異なっていてもよい。 Next, a first green sheet 110 having a discharge portion pattern and multiple second green sheets 111 are stacked and pressed in the stacking direction to obtain a green chip 100. At this time, the first green sheets 110 are stacked between the second green sheets 111 as shown in FIG. 5. The number of second green sheets 111 stacked is not particularly limited, and the number of second green sheets 111 stacked above and below the first green sheet 110 may be different.
なお、図4および図5では、説明を簡略化するために、単一のグリーンチップを形成する過程を図示している。ただし、実際の製造工程では、通常、素体10よりもX-Y平面方向の寸法が大きいグリーンシートを準備し、当該グリーンシートの表面上に複数の放電部用パターンを連続して印刷する。そして、当該グリーンシートを用いてマザー積層体を形成し、このマザー積層体を所定間隔で切断することで複数のグリーンチップを得る。 Note that for simplicity's sake, Figures 4 and 5 illustrate the process of forming a single green chip. However, in actual manufacturing processes, a green sheet that is larger in the X-Y plane than the element body 10 is typically prepared, and multiple discharge portion patterns are printed continuously on the surface of the green sheet. A mother laminate is then formed using the green sheet, and multiple green chips are obtained by cutting this mother laminate at predetermined intervals.
次に、上記工程で得られたグリーンチップ100に対して、焼成処理を施し、素体10を得る。焼成処理の条件は、特に限定されないが、たとえば、保持温度を700℃~950℃とすることができ、700℃~850℃の低温に設定することも可能である。また、焼成時の温度保持時間は0.1~3時間とすることができ、焼成雰囲気は、大気雰囲気、不活性ガス雰囲気、もしくは還元雰囲気とすることができる。この焼成処理の過程で、空洞用パターン150が消失し、空洞用パターン150の積層箇所に空洞部15が形成される。なお、焼成処理の前に、適宜、脱バインダ処理を実施してもよく、還元雰囲気で焼成した場合には、焼成後に再酸化処理を実施してもよい。 Next, the green chip 100 obtained in the above process is subjected to a firing process to obtain the element body 10. The firing conditions are not particularly limited, but for example, the holding temperature can be between 700°C and 950°C, and can also be set to a low temperature of between 700°C and 850°C. The temperature holding time during firing can be between 0.1 and 3 hours, and the firing atmosphere can be air, an inert gas, or a reducing atmosphere. During this firing process, the cavity pattern 150 disappears, and a cavity 15 is formed where the cavity pattern 150 was stacked. Note that a binder removal process may be performed as appropriate before the firing process, and if firing is performed in a reducing atmosphere, a reoxidation process may be performed after firing.
次に、上記工程で得られた素体10の表面に一対の外部電極6,8を形成する。外部電極6,8の形成方法は、特に限定されない。たとえば、外部電極6,8として焼付電極層を形成する場合には、ガラスフリットを含む導電性ペーストを素体10の端面に塗布した後、素体10を所定の条件(たとえば大気中で600~800℃で1~5時間)で熱処理すればよい。また、外部電極6,8として樹脂電極を形成する場合には、熱硬化性樹脂を含む導電性ペーストを素体10の端面に塗布し、その後、素体10を熱硬化性樹脂が硬化する温度で加熱すればよい。さらに、上記の方法で焼付電極や樹脂電極を形成した後、スパッタリング、蒸着、電解メッキ、もしくは無電解メッキなどを施し、多層構造を有する外部電極6,8を形成してもよい。 Next, a pair of external electrodes 6, 8 are formed on the surface of the element body 10 obtained in the above process. The method for forming the external electrodes 6, 8 is not particularly limited. For example, to form baked electrode layers as the external electrodes 6, 8, a conductive paste containing glass frit may be applied to the end surfaces of the element body 10, and then the element body 10 may be heat-treated under specified conditions (e.g., in air at 600-800°C for 1-5 hours). Alternatively, to form resin electrodes as the external electrodes 6, 8, a conductive paste containing a thermosetting resin may be applied to the end surfaces of the element body 10, and then the element body 10 may be heated to a temperature at which the thermosetting resin hardens. Furthermore, after forming baked electrodes or resin electrodes using the above method, the external electrodes 6, 8 may be formed with a multilayer structure by sputtering, vapor deposition, electrolytic plating, electroless plating, or the like.
以上の製造過程により、図1に示す過渡電圧保護部品2が得られる。 Through the above manufacturing process, the transient voltage protection component 2 shown in Figure 1 is obtained.
(実施形態のまとめ)
本実施形態に係る過渡電圧保護部品2では、放電誘発部13の基材31が、SiO2、および、ZnOを含むガラス31aを有している。
(Summary of the embodiment)
In the transient voltage protection component 2 according to this embodiment, the base material 31 of the discharge inducing part 13 has glass 31a containing SiO 2 and ZnO.
ガラス成分を含む放電誘発部は、従来から知られている。ただし、本分野における従来のガラスを用いると、高温焼成の過程で金属粒子が過剰に粒成長し、放電誘発部を介して一対の放電電極がショートし易くなる。一方、ショート不良を抑制するために850℃未満の低温で焼成すると、放電誘発部の緻密性を確保できず、ESD耐量が低下してしまう。 Discharge triggering sections containing glass components have been known for some time. However, when conventional glass in this field is used, excessive grain growth of metal particles occurs during high-temperature firing, making it easier for a pair of discharge electrodes to short-circuit through the discharge triggering section. On the other hand, if firing is performed at a low temperature of less than 850°C to prevent short-circuiting, the density of the discharge triggering section cannot be ensured, resulting in a decrease in ESD resistance.
本発明者らは、鋭意検討した結果、放電誘発部13のガラス31aがSiO2に加えてZnOを含むことで、低温焼成でも放電誘発部13の緻密性を確保できることを見出した。その結果、本実施形態の過渡電圧保護部品2では、低温焼成でショート不良を抑制しつつ、高いESD耐量が得られる。 As a result of extensive investigation, the inventors have found that the denseness of the discharge inducing part 13 can be ensured even with low-temperature firing by including ZnO in addition to SiO2 in the glass 31a of the discharge inducing part 13. As a result, the transient voltage protection component 2 of this embodiment can obtain high ESD resistance while suppressing short-circuit defects with low-temperature firing.
特に、ガラス31aの組成を、所定の範囲に制御することで、放電誘発部13の緻密性をより向上させることができ、ESD耐量がさらに高くなる。具体的に、基材31におけるZnOの含有率は、基材100wt%に対して、0.05wt%以上、15wt%以下である。また、基材31のSi/Zn比が、3以上である。アルカリ金属成分については、金属粒子33の粒成長を助長する傾向があるため、基材31におけるアルカリ金属成分の含有率は、2wt%以下であることが好ましく、アルカリ金属成分が実質的に含まれないことがより好ましい。 In particular, by controlling the composition of the glass 31a within a predetermined range, the density of the discharge inducing portion 13 can be further improved, further increasing the ESD resistance. Specifically, the ZnO content in the substrate 31 is 0.05 wt% or more and 15 wt% or less, relative to 100 wt% of the substrate. In addition, the Si/Zn ratio of the substrate 31 is 3 or more. Since alkali metal components tend to promote grain growth of the metal particles 33, the content of alkali metal components in the substrate 31 is preferably 2 wt% or less, and more preferably, the substrate 31 is substantially free of alkali metal components.
本実施形態の放電誘発部13は、ガラス31aに加えて、ジルコニア粒子31bを含む。非ガラス材料のジルコニア粒子31bが、放電誘発部13の基材31に含まれることで、金属粒子33の分散性を高めることができ、ESD耐量をさらに向上させることができる。また、ジルコニア粒子31bにより、絶縁体層11に対する放電誘発部13の密着性を高めることができる。 In this embodiment, the discharge inducing part 13 contains zirconia particles 31b in addition to glass 31a. The inclusion of non-glass zirconia particles 31b in the base material 31 of the discharge inducing part 13 improves the dispersibility of the metal particles 33, further improving the ESD resistance. Furthermore, the zirconia particles 31b improve the adhesion of the discharge inducing part 13 to the insulator layer 11.
(変形例)
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
(Modification)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be modified in various ways within the scope of the present invention.
たとえば、一対の放電電極16,18は、Y軸方向で対向していてもよい。図6Aに示す過渡電圧保護部品2aでは、第1放電電極16のY軸方向に沿った側縁16cと、第2放電電極18のY軸方向に沿った側縁18cとが、ギャップGを介して対向している。つまり、素体中央側に向いている側縁16c,18cが対向部であり、放電は側縁16cと側縁18cとの間で発生する。 For example, the pair of discharge electrodes 16, 18 may face each other in the Y-axis direction. In the transient voltage protection component 2a shown in Figure 6A, the side edge 16c of the first discharge electrode 16 along the Y-axis direction and the side edge 18c of the second discharge electrode 18 along the Y-axis direction face each other across a gap G. In other words, the side edges 16c, 18c facing the center of the element body are the facing parts, and discharge occurs between the side edges 16c and 18c.
一対の放電電極16,18、放電誘発部13、および空洞部15を、放電ユニットとすると、素体10には、放電ユニットが複数含まれていてもよい。また、過渡電圧保護部品が空洞部15を有していなくともよく、一対の放電電極のギャップ間に放電誘発部13が充填してあってもよい。 If the pair of discharge electrodes 16, 18, the discharge inducing part 13, and the cavity 15 are considered to be a discharge unit, the element body 10 may include multiple discharge units. Also, the transient voltage protection component may not have a cavity 15, and the discharge inducing part 13 may fill the gap between the pair of discharge electrodes.
素体10には、図6Bに示すように、コイル40が含まれていてもよい。さらに、素体10には、コンデンサユニットが含まれていてもよい。コンデンサユニットは、絶縁体層11の層間に内部電極層を積層することで構成できる。 As shown in FIG. 6B, the element body 10 may include a coil 40. Furthermore, the element body 10 may include a capacitor unit. The capacitor unit can be constructed by stacking internal electrode layers between insulator layers 11.
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されない。なお、表1~3において、※印を付した試料は、本発明の範囲外である。 The present invention will be explained in more detail below using specific examples, but the present invention is not limited to these examples. In Tables 1 to 3, samples marked with * are outside the scope of the present invention.
(実験1)
実験1では、所定の組成を有するガラスを用いて、試料1~12に係る過渡電圧保護部品を製造した。ガラス組成以外の製造条件は、試料1~12で共通とした。以下、実験1における過渡電圧保護部品2の製造方法について説明する。
(Experiment 1)
In Experiment 1, transient voltage protection components according to Samples 1 to 12 were manufactured using glass having a predetermined composition. The manufacturing conditions other than the glass composition were the same for Samples 1 to 12. The manufacturing method for transient voltage protection component 2 in Experiment 1 will be described below.
まず、絶縁体層用スラリーと、放電誘発部用スラリーと、放電電極用ペーストと、空洞用ラッカーと、を準備した。絶縁体層用スラリーには、有機ビヒクルと共に、絶縁体層の原料粉末としてガラス、ジルコニアを添加した。放電誘発部用スラリーには、有機ビヒクルと、所定の組成を有するガラスフリットと、0.5μmの平均粒径(D50)を有するPd粉末と、を添加した。この放電誘発部用スラリーにおいて、ガラスフリットとPd粉末との配合比は、実験1の全ての試料1~12において同じとした。放電電極用ペーストには、有機ビヒクルと、導電性粉末であるPd粉末とを添加した。 First, a slurry for the insulator layer, a slurry for the discharge triggering part, a paste for the discharge electrode, and a lacquer for the cavity were prepared. To the slurry for the insulator layer, glass and zirconia were added as raw material powders for the insulator layer, along with an organic vehicle. To the slurry for the discharge triggering part, an organic vehicle, glass frit with a specified composition, and Pd powder with an average particle size (D50) of 0.5 μm were added. In this slurry for the discharge triggering part, the blending ratio of glass frit to Pd powder was the same for all samples 1 to 12 in Experiment 1. To the paste for the discharge electrode, an organic vehicle and Pd powder, a conductive powder, were added.
次に、上記の絶縁体層用スラリーを用いて、グリーンシートを作製した。そして、放電誘発部用スラリー、放電電極用ペースト、および空洞用ラッカーを、記載の順番にグリーンシートの上に塗布し、放電部用パターンを形成した。 Next, a green sheet was prepared using the above-mentioned insulator layer slurry. Then, the discharge inducing portion slurry, discharge electrode paste, and cavity lacquer were applied to the green sheet in the order listed to form the discharge portion pattern.
次に、放電部用パターンを印刷したグリーンシートと、放電部用パターンを有していないグリーンシートと、を所定の順番に積層し、積層方向でプレスすることでマザー積層体を得た。その後、マザー積層体を切断することで、各試料につき複数のグリーンチップを得た。 Next, green sheets printed with discharge pattern and green sheets without discharge pattern were stacked in a specified order and pressed in the stacking direction to obtain a mother laminate. The mother laminate was then cut to obtain multiple green chips for each sample.
次に、グリーンチップを、大気雰囲気中において0.5時間、焼成することで、焼結体である素体を得た。試料1~3では、焼成温度を750℃としたサンプルと、850℃としたサンプルとを作製し、試料4~12では、焼成温度をいずれも750℃とした。焼成処理の後、Agを含む導電性ペーストを素体の外面に塗布し、素体を700℃で1時間、加熱することで、Agを含む焼付電極を形成した。以上の工程により、図1~図2Bに示す構造を有する過渡電圧保護部品を得た。 Next, the green chip was fired in air for 0.5 hours to obtain a sintered body. For samples 1 to 3, some samples were fired at 750°C and others at 850°C, while for samples 4 to 12, the firing temperature was all 750°C. After the firing process, a conductive paste containing Ag was applied to the outer surface of the body, and the body was heated at 700°C for 1 hour to form a fired electrode containing Ag. Through these processes, a transient voltage protection component with the structure shown in Figures 1 to 2B was obtained.
なお、素体の寸法は、X軸方向の幅1mm、Y軸方向の幅0.5mm、Z軸方向の高さ0.5mmであり、放電誘発部の平均厚みは5μm、放電電極の平均厚みは5μm、放電電極間の対向間隔であるギャップGの幅は50μmであった。 The dimensions of the element were 1 mm width in the X-axis direction, 0.5 mm width in the Y-axis direction, and 0.5 mm height in the Z-axis direction. The average thickness of the discharge inducing portion was 5 μm, the average thickness of the discharge electrodes was 5 μm, and the width of the gap G, which is the distance between the opposing discharge electrodes, was 50 μm.
実験1では、上記の製造工程で得られた過渡電圧保護部品に対して、以下に示す評価を実施した。 In Experiment 1, the transient voltage protection components obtained using the above manufacturing process were evaluated as follows:
(放電誘発部の解析)
過渡電圧保護部品の断面を、SEMを用いて観察し、放電誘発部に含まれる金属粒子の平均粒径(D50)および含有率を測定した。いずれの試料においても、金属粒子の平均粒径が0.1μm~2.0μmの範囲内であり、放電誘発部における金属粒子の含有率が、15~25vol%の範囲内であることが確認できた。また、放電誘発部に含まれる基材の成分を、分析した。
(Analysis of the discharge triggering part)
The cross sections of the transient voltage protection components were observed using an SEM to measure the average particle size (D50) and content of metal particles contained in the discharge triggered section. It was confirmed that the average particle size of the metal particles in all samples was within the range of 0.1 μm to 2.0 μm, and the content of metal particles in the discharge triggered section was within the range of 15 to 25 vol%. The components of the substrate contained in the discharge triggered section were also analyzed.
(気孔率)
放電誘発部の緻密性を評価するために、気孔率を測定した。具体的に、各実施例の製造で使用した放電誘発部用スラリーを、グリーンチップの焼成と同じ条件で焼成して、放電誘発部の板状試料(10mm×10mm×5mm)を作製した。そして、当該板状試料の気孔率を、アルキメデス法により測定した。当該測定は、各実施例につき、それぞれ、5個の板状試料に対して実施し、その平均値を放電誘発部の気孔率として算出した。放電誘発部の気孔率は、750℃の低温焼成で製造した場合において8%以下合格とし、4%以下を良好と判断した。
(Porosity)
The porosity was measured to evaluate the density of the discharge triggered portion. Specifically, the slurry for the discharge triggered portion used in the manufacture of each example was fired under the same conditions as those for firing the green chip to prepare a plate-shaped sample (10 mm x 10 mm x 5 mm) of the discharge triggered portion. The porosity of the plate-shaped sample was then measured by Archimedes' method. This measurement was performed on five plate-shaped samples for each example, and the average value was calculated as the porosity of the discharge triggered portion. When the discharge triggered portion was manufactured by low-temperature firing at 750°C, a porosity of 8% or less was considered acceptable, and a porosity of 4% or less was considered good.
(ESD耐量)
各試料のESD耐量を、IEC61000-4-2に定められている静電気放電イミュニティ試験によって測定した。ESD耐量は、750℃の低温焼成で製造した場合において、10kV以上を合格とし、16kV以上を良好と判断した。
(ESD tolerance)
The ESD resistance of each sample was measured by the electrostatic discharge immunity test specified in IEC 61000-4-2. When manufactured by low-temperature firing at 750°C, ESD resistance of 10 kV or more was judged as pass, and 16 kV or more was judged as good.
実験1の各試料の評価結果を、表1に示す。
表1に示すように、ZnOを含まない試料1では、750℃の低温焼成で製造すると、放電誘発部の気孔率が高く、ESD耐量の合否基準を満足できなかった。一方、試料2~12では、750℃の低温焼成で製造した場合であっても、試料1よりも低い気孔率と、高いESD耐量とが得られた。この結果から、放電誘発部のガラスが、SiO2、および、ZnOを含むことで、低温焼成で製造したとしても、放電誘発部の緻密性を向上でき、高いESD耐量が得られることがわかった。 As shown in Table 1, when sample 1, which does not contain ZnO, was manufactured by low-temperature firing at 750°C, the porosity of the discharge triggered portion was high and the pass/fail criteria for ESD resistance were not met. On the other hand, samples 2 to 12, even when manufactured by low-temperature firing at 750°C, had lower porosity and higher ESD resistance than sample 1. These results show that when the glass of the discharge triggered portion contains SiO 2 and ZnO, the density of the discharge triggered portion can be improved and high ESD resistance can be obtained, even when manufactured by low-temperature firing.
また、試料3~7では、ZnOの含有率が低い試料2よりも、気孔率が低く、かつ、ESD耐量が高い結果となった。また、試料3~7では、ZnOの含有率が高い試料8よりも、高いESD耐量が得られた。なお、試料3~7では、高温焼成した試料1のサンプル(試料1-2)よりも気孔率およびESD耐量が良好であった。この結果から、ZnOの含有率は、基材100wt%に対して、0.05wt%以上、15wt%以下であることが好ましいことがわかった。また、基材のSi/Zn比は、3以上であることが好ましいことがわかった。 Furthermore, samples 3 to 7 had lower porosity and higher ESD resistance than sample 2, which had a lower ZnO content. Samples 3 to 7 also had higher ESD resistance than sample 8, which had a higher ZnO content. Samples 3 to 7 also had better porosity and ESD resistance than the high-temperature fired sample 1 (samples 1-2). These results suggest that the ZnO content should preferably be between 0.05 wt% and 15 wt% relative to 100 wt% of the substrate. It also suggests that the Si/Zn ratio of the substrate should preferably be 3 or greater.
さらに、試料9~12の結果から、ガラスに含まれるアルカリ土類金属成分は、1種類でも、複数種類でもよいことがわかった。 Furthermore, the results for samples 9 to 12 showed that the alkaline earth metal component contained in the glass can be one type or multiple types.
(実験2)
実験2では、放電誘発部にガラスとジルコニアを添加して、試料21~23に係る過渡電圧保護部品を製造した。実験2における実験条件は、放電誘発部における基材の組成を除いて、実験1と同様であり、実験2の試料21~23についても、実験1と同じ評価を実施した。実験2の評価結果を、表2に示す。
(Experiment 2)
In Experiment 2, glass and zirconia were added to the discharge triggered portion to manufacture transient voltage protection components according to Samples 21 to 23. The experimental conditions in Experiment 2 were the same as those in Experiment 1, except for the composition of the substrate in the discharge triggered portion, and Samples 21 to 23 in Experiment 2 were also evaluated in the same manner as in Experiment 1. The evaluation results of Experiment 2 are shown in Table 2.
表2に示す結果から、所定のガラス成分に加えて、ジルコニアを放電誘発部に添加しても、放電誘発部の緻密性を向上でき、高いESD耐量が得られることがわかった。また、ZrO2の含有率は、60wt%以下であることが好ましいことがわかった。 From the results shown in Table 2, it was found that adding zirconia to the discharge triggered part in addition to the specified glass components can improve the density of the discharge triggered part and obtain a high ESD resistance. It was also found that the ZrO2 content is preferably 60 wt% or less.
(実験3)
実験3では、SiO2、および、ZnOに加えて、所定の成分を含むガラスを使用して、試料31~33に係る過渡電圧保護部品を製造した。具体的に、試料31および32のガラスには、アルカリ金属成分としてNa2Oが含まれ、試料33のガラスには、B2O3が含まれていた。実験3における実験条件は、ガラスの組成を除いて、実験1と同様であり、実験3の試料31~33についても、実験1と同じ評価を実施した。実験3の評価結果を、表3に示す。
(Experiment 3)
In Experiment 3, transient voltage protection components according to Samples 31 to 33 were manufactured using glass containing predetermined components in addition to SiO 2 and ZnO. Specifically, the glass of Samples 31 and 32 contained Na 2 O as an alkali metal component, and the glass of Sample 33 contained B 2 O 3. The experimental conditions in Experiment 3 were the same as those in Experiment 1, except for the glass composition, and Samples 31 to 33 of Experiment 3 were also evaluated in the same manner as in Experiment 1. The evaluation results of Experiment 3 are shown in Table 3.
表3に示す試料31の結果から、アルカリ金属成分がガラスに含まれると、金属粒子の粒成長が起きやすくなり、ESD耐量が低下することがわかった。これに対して、試料32の結果から、アルカリ金属成分の含有率が、基材100wt%に対して2wt%以下であれば、ESD耐量の低下を抑制できることがわかった。 The results for sample 31 shown in Table 3 indicate that when alkali metal components are present in glass, metal particle growth is more likely to occur, resulting in a decrease in ESD resistance. In contrast, the results for sample 32 indicate that if the alkali metal component content is 2 wt% or less relative to 100 wt% of the base material, the decrease in ESD resistance can be suppressed.
また、試料33の結果から、SiO2とZnOに加えてB2O3を含むガラスを使用した場合でも、放電誘発部の緻密性を確保でき、高いESD耐量が得られることがわかった。 Furthermore, the results of Sample 33 show that even when glass containing B 2 O 3 in addition to SiO 2 and ZnO is used, the density of the discharge inducing portion can be ensured and a high ESD resistance can be obtained.
2,2a,2b … 過渡電圧保護部品
10 … 素体
10a … 端面
10b … 側面
10c … 主面
11 … 絶縁体層
13 … 放電誘発部
31 … 基材
31a … ガラス
31b … ジルコニア粒子
33 … 金属粒子
15 … 空洞部
16 … 第1放電電極
16a … 引出部
16b … 対向部
18 … 第2放電電極
18a … 引出部
18a … 対向部
6 … 第1外部電極
8 … 第2外部電極
100 … グリーンチップ
110 … 第1グリーンシート
130 … 放電誘発部用パターン
150 … 空洞用パターン
168 … 導体パターン
111 … 第2グリーンシート
2, 2a, 2b... transient voltage protection component 10... element body 10a... end face 10b... side face 10c... main surface 11... insulating layer 13... discharge inducing portion
31...Base material
31a ... Glass
31b... Zirconia particles
33... Metal particles 15... Cavity part 16... First discharge electrode
16a...Drawer part
16b...Opposing part 18...Second discharge electrode
18a...Drawer part
18a: opposing portion 6: first external electrode 8: second external electrode 100: green chip 110: first green sheet 130: pattern for discharge inducing portion 150: cavity pattern 168: conductor pattern 111: second green sheet
Claims (5)
一対の前記放電電極に近接する放電誘発部と、を有し、
前記放電誘発部は、ガラスを含む基材と、前記基材中に分散した複数の金属粒子と、を有し、
前記ガラスは、SiO2、および、ZnOを含み、
前記ZnOの含有率が、前記基材100wt%に対して、0.05wt%以上15wt%以下であり、
前記基材におけるSi/Zn比が、3以上である
過渡電圧保護部品。 a pair of discharge electrodes facing each other across a gap;
a discharge inducing unit adjacent to the pair of discharge electrodes,
the discharge inducing unit has a base material containing glass and a plurality of metal particles dispersed in the base material,
the glass contains SiO 2 and ZnO ;
The content of the ZnO is 0.05 wt % or more and 15 wt % or less with respect to 100 wt % of the base material,
The Si/Zn ratio in the substrate is 3 or more.
Transient voltage protection components.
5. The transient voltage protection component according to claim 1 , wherein the content of the alkali metal component in the substrate is 2 wt % or less relative to 100 wt % of the substrate.
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