JP3343464B2 - 積層チップバリスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板に表面実
装可能な積層型のチップバリスタに関するものであり、
特に、外部電極の構成に改良を加えたものである。

【０００２】

【従来の技術】チップバリスタは、電圧によって抵抗値
が非直線的に変化する素子であり、異常電圧を吸収する
ことができる。そのため、具体的には、電話回線におけ
るクリック音の吸収や、インダクタンスを含む接点保護
（火花消去）、機器や部品の保護を目的とするサージ電
流の吸収、さらには電圧変化の検出などに広く利用され
ている。

【０００３】このようなチップバリスタのタイプとして
は、ディスク型や積層型などがあるが、このうち積層型
のチップバリスタ（以下、積層チップバリスタと呼ぶ）
は、ディスク型のチップバリスタに比べて、スペース効
率が良く、小型化し易いという利点がある。そのため、
積層チップバリスタは、各種回路基板に表面実装するこ
とが可能であり、電子機器に対する小型化の要請が強い
現在、高い需要を得ている。

【０００４】ここで、積層チップバリスタの従来例を図
５を参照して説明する。すなわち、積層体１は内部電極
５及びセラミックグリーンシート７が複数枚積層して圧
着され、焼結加工により一体的に構成されている。セラ
ミックグリーンシート７は、焼結後にバリスタ機能を発
揮する酸化亜鉛（Ｚｎ０）などのバリスタ組成材料を長
方形のシート状に形成したものである。ここでいうバリ
スタ機能とは、電圧によって抵抗値が非直線的に変化す
る機能のことを指す。

【０００５】また、積層体１の左右側面には外部電極６
ａ，６ｂが設けられている。これら外部電極６ａ，６ｂ
は単一層の導電性部材からなる。なお、外部電極６ａ，
６ｂは、回路基板に表面実装することができるように所
定のはんだぬれ性を有している。

【０００６】内部電極５は長方形状の導電性シートであ
って、積層体１の左右側面に近接する一辺が積層体１の
左右側面から交互に露出するように積層配置されてい
る。積層体１から露出する内部電極５の一辺を導出部５
ａとする。この導出部５ａは前記外部電極６ａ又は６ｂ
に対し電気的に接続されており、これにより内部電極５
が電気的に並列に接続されている。また、内部電極５に
おいて導出部５ａ以外の三辺は積層体１の内側に位置
し、左右側面から露出しないようになっている。なお、
内部電極５における導出部５ａ以外の三辺と外部電極６
ａ，６ｂとの間は、通常、マージン部と呼ばれており、
このマージン部の広さはバリスタ電圧を確保する上で、
重要な要因である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図５に示した
従来の積層チップバリスタでは、外部電極６ａ，６ｂが
一層であるため、ヒートサイクル時の応力を分散させ難
く、耐ヒートサイクル性が低いという問題点があった。
積層チップバリスタにおける耐ヒートサイクル性が低い
と、基板への実装後のヒートサイクルによるストレスに
弱く、外部電極ないし素子にクラックが入るおそれがあ
った。特に、積層チップバリスタが大形品である場合、
ストレスが大きくなるのでクラックが発生しやすく、ク
ラック発生率を抑えることが急務となっていた。

【０００８】ところで、耐ヒートサイクル性を高めるた
めには、ヒートサイクル時の応力の分散を図ることが有
効である。具体的には、外部電極においてガラス含有量
を増やし外部電極をポーラス構造とすることが考えられ
る。しかし、外部電極のガラス含有量が多すぎると、今
度は外部電極のはんだぬれ性が低下することになり、回
路基板に表面実装することが困難となるという不具合が
生じた。

【０００９】このような問題を解決するために、従来よ
り、外部電極を２層構造にした積層チップバリスタが提
案されている（図６参照）。すなわち、図に示す積層チ
ップバリスタは、外部電極を、導出部５ａに接続される
内側層１３ａ，１３ｂと、その外側に形成される外側層
１４ａ，１４ｂという２層から構成したことを特徴とし
ている。内側層１３ａ，１３ｂは、ガラス含有量を多く
してポーラス構造の膜となっている。そのため、内側層
１３ａ，１３ｂはヒートサイクル時の応力を分散させる
ことができ、優れた耐ヒートサイクル性を発揮すること
ができる。一方、外側層１４ａ，１４ｂはガラスを含ん
でおらず、所望のはんだぬれ性を確保することができ、
回路基板に確実に表面実装することができる。以上のよ
うに、図６に示した２層構造の外部電極を持つ積層チッ
プバリスタによれば、耐ヒートサイクル性を向上させる
と同時に、優れたはんだぬれ性を確保することができ
た。

【００１０】しかしながら、上記の従来技術において
は、次のような問題点が指摘されている。すなわち、図
６に示した積層チップバリスタでは、耐ヒートサイクル
性を向上させるために内側層１３ａ，１３ｂのガラス含
有量を多くしているが、これにより内部電極５と外部電
極である内側層１３ａ，１３ｂとの電気的な接続が不完
全となった。この結果、チップバリスタの基本特性であ
るサージ耐量が小さくなるという問題が生じた。

【００１１】本発明は、従来技術が持つ以上のような課
題を解決するために提案されたものであり、その目的
は、耐ヒートサイクル性を向上させ、且つ優れたはんだ
ぬれ性を確保すると共に、十分なサージ耐量を持つこと
が可能な積層チップバリスタを提案することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の積層チップバリスタは、外部電極が次の
ような３層構造、すなわち、導出部に接続される第１層
と、第１層の外側に形成される第２層と、第２層の外側
に形成される第３層からなり、このうち前記第１層が８
０〜９０％のＡｇと２０〜１０％のＰｄの金属成分と２
〜４％のガラスからなる層、前記第２層が８０〜９０％
のＡｇと２０〜１０％のＰｄの金属成分と４〜１０％の
ガラスからなる層、前記第３層が８０〜９０％のＡｇと
２０〜１０％のＰｄの金属成分と０〜４％のガラスから
なる層であることを構成上の特徴とするものである。

【００１３】以上のような構成を有する本発明の外部電
極における作用は次の通りである。まず、第１層はガラ
ス含有量が少ないため、内部電極側と外部電極側との電
気的な接続を確実に行うことができる。これにより、十
分なサージ耐量を持つことができる。また、第２層はガ
ラス含有量が多いので、ポーラス構造の膜となり、ヒー
トサイクル時の応力を分散させることができる。そのた
め、耐ヒートサイクル性を向上させることが可能であ
る。さらに、第３層はガラス含有量が少ないため、優れ
たはんだぬれ性を確保することができ、積層チップバリ
スタを基板表面に容易に実装することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して具体的に説明する。なお、図５及び
図６に示した従来例と同一部材に関しては同一の符号を
付し、説明は省略する。

【００１５】（１）構成 図１に示すように、実施の形態の外部電極は、導出部５
ａに接続される第１層２ａ，２ｂと、第１層２ａ，２ｂ
の外側に形成される第２層３ａ，３ｂと、第２層３ａ，
３ｂのさらに外側に形成される第３層４ａ，４ｂとから
構成される。すなわち、外部電極は３層構造を持ってい
る。

【００１６】上記各層は、Ａｇ−Ｐｄの金属に最適な量
だけガラスを含んだ材料から構成される。各層における
ガラス含有量の最適な範囲に関しては、１つの層毎にガ
ラスの量を変動させて複数の試作品を作り、所定の試験
を行って、各層が持つべき適切なガラス含有量の範囲を
決める。なお、各層に含まれるガラスは軟化点が８２０
℃のものを用いた。

【００１７】 まず、第１層２ａ、２ｂにおける最適
なガラス含有量について検討する。ここでは、第１層２
ａ、２ｂのガラス含有量のみを変動させた試作品をいく
つか作り、各試作品におけるサージ耐量及びヒートサイ
クルによるクラック発生率について調べ、第１層２ａ、
２ｂの最適ガラス含有量を決定する。

【００１８】寸法が３．２ｍｍ×２．５ｍｍ×１．０^t
ｍｍの積層体１の両端に、Ａｇ（８０）／Ｐｄ（２０）
の金属でガラス含有量が７％であるペーストをデップし
て第１層２ａ、２ｂを形成する。この第１層２ａ、２ｂ
の上に、Ａｇ（８０）／Ｐｄ（２０）の金属でガラス含
有量が８％であるペーストをデップして第２層３ａ、３
ｂを形成する。さらに第２層３ａ、３ｂの上に、Ａｇ
（９０）／Ｐｄ（１０）の金属でガラスを含有しない
（つまりガラス含有量が０％である）ペーストをデップ
して第３層４ａ、４ｂを形成し、８５０℃で焼成して試
作品を作る。また、第１層２ａ、２ｂのガラス含有量を
変動させた試作品として、第１層２ａ、２ｂのガラス含
有量が６％のもの、５％のもの、４％のもの、３％のも
の、２％のもの、１％のもの、０％のものを作る（な
お、すべての試作品において第２層及び第３層は前述し
た条件と同一とする）。

【００１９】上記試作品におけるサージ耐量の調査結果
に関しては実線にて図２に示し、ヒートサイクルによる
クラック発生率の調査結果に関しては点線にて同図に示
した。このグラフから明らかなように、サージ耐量を満
足する試作品は、ガラス含有量が０％〜４％の範囲であ
る第１層２ａ、２ｂであり、ガラス含有量が４％を越え
るとサージ耐量は急激に低下する。これは、ガラス含有
量が４％を越えた第１層２ａ、２ｂでは、この第１層２
ａ、２ｂと内部電極５との結合が不完全になるからであ
る。

【００２０】また、耐ヒートサイクル性を満足する試作
品は、ガラス含有量が２％以上の第１層２ａ、２ｂが最
適である。すなわち、第１層２ａ、２ｂのガラス含有量
が２％以下では、ヒートサイクルによるクラック発生率
が高くなっている。これは、ガラス含有量が少ないの
で、ヒートサイクル時の応力を分散させ難いためであ
る。以上のことから、第１層２ａ、２ｂの最適なガラス
含有量は２％〜４％となる。

【００２１】 続いて、第２層３ａ、３ｂの最適ガラ
ス含有量を検討する。ここでは、第２層３ａ、３ｂのガ
ラス含有量のみを変動させた試作品をいくつか作り、各
試作品についてヒートサイクルによるクラック発生率を
調査し、第２層３ａ、３ｂの最適ガラス含有量を決定す
る。

【００２２】積層体１の両端に、Ａｇ（８０）／Ｐｄ
（２０）の金属でガラス含有量が２％であるペーストを
デップして第１層２ａ、２ｂを形成し、この第１層２
ａ、２ｂの上に、Ａｇ（８０）／（２０）の金属でガラ
ス含有量が３％であるペーストをデップして第２層３
ａ，３ｂを形成する。さらに第２層３ａ，３ｂの上に、
Ａｇ（９０）／Ｐｄ（１０）の金属でガラスで含有しな
い（つまりガラス含有量が０％である）ペーストをデッ
プして第３層４ａ、４ｂを形成し、８５０℃で焼成して
試作品を作る。また、第２層３ａ、３ｂのガラス含有量
を変動させた試作品として、第２層３ａ、３ｂのガラス
含有量が４％のもの、５％のもの、８％のもの、１０％
のもの、１５％のものを作る（なお、すべての試作品に
おいて第１層及び第３層は前述した条件と同一とす
る）。

【００２３】上記試作品をガラエポ基板にリフローでは
んだづけし、ヒートサイクル試験を実施した結果を図３
のグラフに示す。このグラフに示すように、第２層３
ａ、３ｂのガラス含有量に比例して耐ヒートサイクル性
が向上する。これは、ガラス含有量が多くなることによ
り第２層３ａ、３ｂがポーラスな膜構造となり、ヒート
サイクル時の応力を緩和させると共に、膜自体の強度を
向上させるためである。但し、実用的なレベルとしては
４％以上のガラス含有量で耐ヒートサイクル性は十分で
ある。さらにガラス含有量が１０％の試作品と１５％の
試作品との比較から明らかなように、ガラス含有量が１
０％を越えると耐ヒートサイクル性に大きな差が出なく
なる。また、ガラス含有量が１０％以上ではガラスが第
２層３ａ、３ｂの表面ににじみ出し、はんだぬれ性に悪
影響を及ぼす危険がある。そこで、第２層３ａ、３ｂの
最適なガラス含有量は４％〜１０％となる。

【００２４】 最後に、第３層４ａ，４ｂの最適ガラ
ス含有量を検討する。ここでは、第３層４ａ、４ｂのガ
ラス含有量のみを変動させた試作品をいくつか作り、各
試作品におけるはんだぬれ性について調べ、第３層４
ａ、４ｂの最適ガラス含有量を決定する。

【００２５】積層体１の両端に、Ａｇ（８０）／Ｐｄ
（２０）の金属でガラス含有量が２％であるペーストを
デップして第１層２ａ，２ｂを形成する。この第１層２
ａ、２ｂの上に、Ａｇ（８０）／Ｐｄ（２０）の金属で
ガラス含有量が８％であるペーストをデップして第２層
３ａ，３ｂを形成する。さらに第２層３ａ，３ｂの上
に、Ａｇ（９０）／Ｐｄ（１０）の金属でガラスを含有
しない（つまりガラス含有量が０％である）ペーストを
デップして第３層４ａ、４ｂを形成し、８５０℃で焼成
して試作品を作る。また、第３層４ａ、４ｂのガラス含
有量を変動させた試作品として、第３層４ａ、４ｂのガ
ラス含有量が１％のもの、２％のもの、３％のもの、４
％のもの、５％のもの、６％のものを作る（なお、すべ
ての試作品において第１層及び第２層は前述した条件と
同一とする）。

【００２６】上記試作品をフラックスに浸漬後、２３０
℃のはんだに５秒間浸漬し、各試作品のはんだぬれ性を
確認した。その結果を図６に示す。このグラフに示すよ
うに、ガラス含有量が４％を越えると、はんだぬれ性が
低下する。故に、第３層４ａ，４ｂの最適なガラス含有
量は０〜４％となる。

【００２７】（２）作用及び効果 以上のような構成を有する実施の形態の外部電極におい
て、第１層２ａ，２ａでは２〜４％というようにガラス
含有量が少ないため、内部電極５と第１層２ａ，２ａと
を確実に接続することができる。したがって、第１層２
ａ，２ａは十分なサージ耐量を持つことができる。ま
た、第２層３ａ，３ｂは、４〜１０％というようにガラ
ス含有量が多いので、ポーラス構造の膜となる。そのた
め、ヒートサイクル時の応力を分散させることができ、
耐ヒートサイクル性を向上させることが可能である。さ
らに、第３層４ａ，４ｂは、０〜４％というようにガラ
ス含有量が非常に少ないため、緻密な金属膜となる。し
たがって、優れたはんだぬれ性を確保することができ
る。その結果、第３層４ａ，４ｂを容易に基板表面に実
装することが可能である。

【００２８】（３）他の実施例 なお、本発明は、以上のような実施の形態に限定される
ものではなく、各構成部材の材料や条件などは適宜変更
可能であり、例えば、各層の金属はＡｇであっても良
い。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、外
部電極を３層構造とし、導出部に接続される第１層が８
０〜９０％のＡｇと２０〜１０％のＰｄの金属成分と２
〜４％のガラスからなる層、第１層の外側に形成される
第２層が８０〜９０％のＡｇと２０〜１０％のＰｄの金
属成分と４〜１０％のガラスからなる層、第２層の外側
に形成される第３層が８０〜９０％のＡｇと２０〜１０
％のＰｄの金属成分と０〜４％のガラスからなる層とす
ることにより、耐ヒートサイクル性を向上させ、且つ優
れたはんだぬれ性を確保すると共に、十分なサージ耐量
を持つことができる積層チップバリスタを提供すること
ができた。

【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断面図。

【図２】本発明の実施の形態における耐ヒートサイクル
性及びサージ耐量の試験結果を示すグラフ。

【図３】本発明の実施の形態における耐ヒートサイクル
性の試験結果を示すグラフ。

【図４】本発明の実施の形態におけるはんだぬれ性の試
験結果を示すグラフ。

【図５】外部電極が一層構造である従来の積層バリスタ
の構成を示す断面図。

【図６】外部電極が二層構造である従来の積層バリスタ
の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１…積層体 ２ａ，２ｂ…第１層 ３ａ，３ｂ…第２層 ４ａ，４ｂ…第３層 ５…内部電極 ５ａ…導出部 ６ａ，６ｂ，…外部電極 ７…セラミックグリーンシート １３ａ，１３ｂ…内側層 １４ａ，１４ｂ…外側層

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧によって抵抗値が非直線的に変化す
   るバリスタ機能を持つバリスタ組成材料内に複数の内部
   電極が積層された積層体を設け、前記内部電極における
   一端部からなる導出部を前記積層体の外側面から交互に
   露出し、この導出部に接続するよう前記積層体の外側面
   に外部電極を設けた積層チップバリスタにおいて、前記
   外部電極が、前記導出部に接続される第１層と、前記第
   １層の外側に形成される第２層と、前記第２層の外側に
   形成される第３層という３層構造を持ち、前記第１層が
   ８０〜９０％のＡｇと２０〜１０％のＰｄの金属成分と
   ２〜４％のガラスからなる層であり、前記第２層が８０
   〜９０％のＡｇと２０〜１０％のＰｄの金属成分と４〜
   １０％のガラスからなる層であり、前記第３層が８０〜
   ９０％のＡｇと２０〜１０％のＰｄの金属成分と０〜４
   ％のガラスからなる層であることを特徴とした積層チッ
   プバリスタ。