JP7396225B2 - semiconductor ceramic electronic components - Google Patents

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Description

本発明は、半導体セラミック電子部品に関する。 The present invention relates to semiconductor ceramic electronic components.

下記特許文献1には、半導体セラミック材料で構成された素体内に内部電極が設けられた半導体セラミック電子部品が開示されている。 Patent Document 1 listed below discloses a semiconductor ceramic electronic component in which internal electrodes are provided within an element body made of a semiconductor ceramic material.

特開2014-170874号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-170874

上述した従来技術に係る半導体セラミック電子部品において、素体の端面に端子電極を設ける際には、該端面に金属粉末およびガラス粉末を含む導電性ペーストを塗布した後に焼成する。 In the semiconductor ceramic electronic component according to the prior art described above, when providing a terminal electrode on the end face of the element body, a conductive paste containing metal powder and glass powder is applied to the end face and then fired.

発明者らは、半導体セラミック電子部品における内部電極と端子電極との接続について研究を重ね、その結果、接続性の向上を図ることができる技術を新たに見出した。 The inventors have conducted repeated research on the connection between internal electrodes and terminal electrodes in semiconductor ceramic electronic components, and as a result, have newly discovered a technique that can improve connectivity.

本発明は、内部電極と端子電極との接続性の向上が図られた半導体セラミック電子部品を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor ceramic electronic component in which connectivity between internal electrodes and terminal electrodes is improved.

本発明の一形態に係る半導体セラミック電子部品は、半導体セラミックで構成された素体と、素体の端面を覆い、ガラス成分を含む材料で構成された保護層と、素体内に設けられ、素体の端面および該端面を覆う保護層から端部が露出する内部電極と、素体の端面を保護層を介して覆い、保護層から露出した内部電極の端部と接続されるとともに、ガラス成分を含まない材料で構成された端子電極と、保護層内に設けられ、内部電極の端部と端子電極とが接続された接続部と隣り合う孔部とを備える。 A semiconductor ceramic electronic component according to one embodiment of the present invention includes an element body made of semiconductor ceramic, a protective layer that covers the end face of the element body and is made of a material containing a glass component, and a protective layer provided inside the element body. An internal electrode whose end is exposed from the end face of the body and a protective layer covering the end face, and an internal electrode that covers the end face of the element body through the protective layer and is connected to the end of the internal electrode exposed from the protective layer, and a glass component. The device includes a terminal electrode made of a material that does not contain , and a hole adjacent to a connecting portion that is provided in the protective layer and where the end of the internal electrode and the terminal electrode are connected.

上記半導体セラミック電子部品においては、内部電極の端部と端子電極とが接続された接続部には、接続部と隣り合う部分の保護層からガラス成分が供給されて、内部電極と端子電極との接続性が高められている。上記半導体セラミック電子部品において、接続部にガラス成分を供給した保護層の部分には孔部が設けられている。 In the above-mentioned semiconductor ceramic electronic component, a glass component is supplied from the protective layer adjacent to the connection part to the connection part where the end of the internal electrode and the terminal electrode are connected, and the connection part between the internal electrode and the terminal electrode is supplied with a glass component from the protective layer of the part adjacent to the connection part. Connectivity is enhanced. In the above semiconductor ceramic electronic component, a hole is provided in the portion of the protective layer that supplies the glass component to the connection portion.

他の形態に係る半導体セラミック電子部品は、保護層内に複数の孔部が設けられており、複数の孔部が内部電極の端部を挟んで位置している。 In a semiconductor ceramic electronic component according to another embodiment, a plurality of holes are provided in the protective layer, and the plurality of holes are located with the ends of the internal electrodes sandwiched therebetween.

他の形態に係る半導体セラミック電子部品は、保護層内に設けられ、孔部より小さいポアをさらに備える。 The semiconductor ceramic electronic component according to another embodiment further includes a pore smaller than the hole, provided within the protective layer.

他の形態に係る半導体セラミック電子部品は、孔部の寸法が、ポアの寸法の1.8~15.0倍である。 In another embodiment of the semiconductor ceramic electronic component, the size of the hole is 1.8 to 15.0 times the size of the pore.

他の形態に係る半導体セラミック電子部品は、内部電極の端部と端子電極とが接続された接続部がガラス成分で囲まれている。 In a semiconductor ceramic electronic component according to another embodiment, a connection portion where an end of an internal electrode and a terminal electrode are connected is surrounded by a glass component.

本発明によれば、内部電極と端子電極との接続性の向上が図られた半導体セラミック電子部品を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor ceramic electronic component with improved connectivity between internal electrodes and terminal electrodes.

一実施形態に係るチップバリスタを示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a chip varistor according to one embodiment. 図1のチップバリスタの要部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the chip varistor shown in FIG. 1; 図1のチップバリスタの要部を示した電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph showing a main part of the chip varistor shown in FIG. 1. FIG. 図1のチップバリスタの要部を示した電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph showing a main part of the chip varistor shown in FIG. 1. FIG. 従来技術に係るチップバリスタの要部を示した電子顕微鏡写真である。1 is an electron micrograph showing a main part of a chip varistor according to the prior art. 従来技術に係るチップバリスタの要部を示した電子顕微鏡写真である。1 is an electron micrograph showing a main part of a chip varistor according to the prior art.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same elements or elements having the same function will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

本実施形態では、半導体セラミック電子部品の一種であるチップバリスタについて説明する。 In this embodiment, a chip varistor, which is a type of semiconductor ceramic electronic component, will be described.

図1に示すように、チップバリスタ1は、素体10と、素体10内に設けられた一対の内部電極12と、素体10の端面10aに設けられた一対の端子電極14とを備えて構成されている。チップバリスタ1は、略直方体形状の外形を有し、一例として、長手方向長さが1.6mm、短手方向長さが0.8mm、高さが0.8mm(いわゆる、1608サイズ)である。 As shown in FIG. 1, the chip varistor 1 includes an element body 10, a pair of internal electrodes 12 provided in the element body 10, and a pair of terminal electrodes 14 provided on the end surface 10a of the element body 10. It is composed of The chip varistor 1 has a substantially rectangular parallelepiped outer shape, and as an example, the length in the longitudinal direction is 1.6 mm, the length in the transverse direction is 0.8 mm, and the height is 0.8 mm (so-called 1608 size). .

素体10は、略直方体形状の外形を有する積層構造体である。素体10は、長手方向において互いに対向する一対の端面10aを有する。 The element body 10 is a laminated structure having a substantially rectangular parallelepiped outer shape. The element body 10 has a pair of end surfaces 10a facing each other in the longitudinal direction.

素体10は、バリスタ特性を発現する焼結体(半導体セラミック)からなる。素体10は、バリスタ特性を発現する焼結体からなる複数の半導体セラミック層を含む積層構造体である。実際の素体10では、構成する各層は、その間の境界が視認できない程度に一体化されている。素体10は、ZnO(酸化亜鉛)を主成分として含むと共に、副成分としてCo、希土類金属元素、IIIb族元素(B、Al、Ga、In)、Si、Cr、Mo、アルカリ金属元素(K、Rb、Cs)及びアルカリ土類金属元素(Mg、Ca、Sr、Ba)などの金属単体やこれらの酸化物を含む。本実施形態において、素体21は、副成分としてCo、Pr、Cr、Ca、K、及びAlを含んでいる。素体10におけるZnOの含有量は、特に限定されないが、素体10を構成する全体の材料を100質量%とした場合に、通常、99.8~69.0質量%である。希土類金属元素(たとえば、Pr)は、バリスタ特性を発現させる物質として作用する。素体10における希土類金属元素の含有量は、たとえば0.01~10原子%程度に設定される。 The element body 10 is made of a sintered body (semiconductor ceramic) that exhibits varistor characteristics. The element body 10 is a laminated structure including a plurality of semiconductor ceramic layers made of a sintered body exhibiting varistor characteristics. In the actual element body 10, the constituent layers are integrated to such an extent that the boundaries between them are not visible. The element body 10 contains ZnO (zinc oxide) as a main component, and also contains Co, rare earth metal elements, group IIIb elements (B, Al, Ga, In), Si, Cr, Mo, and alkali metal elements (K) as subcomponents. , Rb, Cs) and alkaline earth metal elements (Mg, Ca, Sr, Ba) and their oxides. In this embodiment, the element body 21 contains Co, Pr, Cr, Ca, K, and Al as subcomponents. The content of ZnO in the element body 10 is not particularly limited, but is usually 99.8 to 69.0 mass % when the entire material constituting the element body 10 is 100 mass %. A rare earth metal element (for example, Pr) acts as a substance that exhibits varistor characteristics. The content of the rare earth metal element in the element body 10 is set, for example, to about 0.01 to 10 atomic %.

一対の内部電極12は、一対の端面10aの対向方向に沿って延在するように、素体10内に設けられている。一対の内部電極12は、素体10の内部において素体10の積層方向に重なっており、互いに異なる端面10aに引き出されている。そして、一対の内部電極12のそれぞれの端部12aは、素体10の端面10aにおいて露出している。一対の内部電極12はいずれも、金属(一例としてPd)または合金(一例としてAg-Pd)で構成されている。本実施形態では、一対の内部電極12はいずれもPdで構成されており、その線膨張係数は11.8×10-6-1である。 The pair of internal electrodes 12 are provided within the element body 10 so as to extend along the opposing direction of the pair of end surfaces 10a. The pair of internal electrodes 12 overlap in the stacking direction of the element body 10 inside the element body 10, and are drawn out to mutually different end faces 10a. Each end 12a of the pair of internal electrodes 12 is exposed at the end surface 10a of the element body 10. Each of the pair of internal electrodes 12 is made of a metal (for example, Pd) or an alloy (for example, Ag--Pd). In this embodiment, the pair of internal electrodes 12 are both made of Pd, and have a linear expansion coefficient of 11.8×10 −6 K −1 .

一対の端子電極14は、素体10の端面10aを覆うように設けられており、一対の内部電極12のそれぞれと電気的に接続されている。一対の端子電極14はいずれも金属(一例としてAg)で構成されている。本実施形態では、一対の端子電極14はいずれもAgで構成されており、その線膨張係数は18.9×10-6-1である。一対の端子電極14はいずれもガラス成分を含んでいない。各端子電極14は、金属粉末(Ag粉末)を含み、かつ、ガラス成分を含まない導電性ペーストを、後述する保護層16を介して素体10の端面10aに塗布した後に焼成することで形成される。 The pair of terminal electrodes 14 are provided so as to cover the end surface 10a of the element body 10, and are electrically connected to each of the pair of internal electrodes 12. Both of the pair of terminal electrodes 14 are made of metal (Ag as an example). In this embodiment, each of the pair of terminal electrodes 14 is made of Ag, and its linear expansion coefficient is 18.9×10 −6 K −1 . Neither of the pair of terminal electrodes 14 contains a glass component. Each terminal electrode 14 is formed by applying a conductive paste containing metal powder (Ag powder) and not containing a glass component to the end surface 10a of the element body 10 via a protective layer 16, which will be described later, and then firing it. be done.

ここで、図2を参照しつつ、内部電極12と端子電極14との接続箇所について説明する。 Here, the connection points between the internal electrode 12 and the terminal electrode 14 will be explained with reference to FIG. 2.

図2に示すように、図1では省略されているが素体10と端子電極14との間には保護層16が介在している。保護層16はガラスを含む材料で構成されている。本実施形態では、保護層16はシリカ系ガラス(組成の一例として、SiO-B-ZrO-RO(アルカリ金属酸化物))で構成されている。保護層16を構成するガラス材料の線膨張係数は、一例として6.4×10-6-1である。そのため、保護層16の線膨張係数は、内部電極12の線膨張係数より小さく、かつ、端子電極14の線膨張係数より小さい。保護層16の厚さtは、端子電極14の厚さ(たとえば、20~100μm)より薄くなるように設計されており、たとえば1~4μm(一例として3μm)である。 As shown in FIG. 2, a protective layer 16 is interposed between the element body 10 and the terminal electrode 14, although it is omitted in FIG. The protective layer 16 is made of a material containing glass. In this embodiment, the protective layer 16 is made of silica-based glass (an example of the composition is SiO 2 --B 2 O 3 --ZrO 2 --R 2 O (alkali metal oxide)). The linear expansion coefficient of the glass material constituting the protective layer 16 is, for example, 6.4×10 −6 K −1 . Therefore, the linear expansion coefficient of the protective layer 16 is smaller than that of the internal electrode 12 and smaller than that of the terminal electrode 14. The thickness t of the protective layer 16 is designed to be thinner than the thickness of the terminal electrode 14 (for example, 20 to 100 μm), and is, for example, 1 to 4 μm (3 μm as an example).

保護層16は、素体10の端面10aから内部電極12が露出した箇所において、内部電極12の端部12aにより貫通されている。保護層16を貫通した内部電極12は、接続部13において端子電極14と接続されている。接続部13では、内部電極12を構成する金属成分と端子電極14を構成する金属成分とが混合(拡散)された状態になっていると考えられる。接続部13は、カーケンドール効果により、内部電極12の端部12aが端子電極14に向かって突出して、図2に示す断面図のように内部電極12の先端部が瘤状に太くなり得る。 The protective layer 16 is penetrated by the end portion 12a of the internal electrode 12 at a location where the internal electrode 12 is exposed from the end surface 10a of the element body 10. The internal electrode 12 that penetrates the protective layer 16 is connected to the terminal electrode 14 at the connecting portion 13 . In the connection portion 13, the metal component constituting the internal electrode 12 and the metal component constituting the terminal electrode 14 are considered to be in a mixed (diffused) state. In the connecting portion 13, the end portion 12a of the internal electrode 12 protrudes toward the terminal electrode 14 due to the Kirkendall effect, and the tip portion of the internal electrode 12 may become thick in the shape of a bump as shown in the cross-sectional view of FIG.

保護層16内には、接続部13と隣り合う位置に孔部20が設けられている。本実施形態では、複数の孔部20が設けられている。図2に示す断面図には、2つの孔部20が内部電極12の端部12aを挟んで位置している。また、保護層16内には、略球状の複数のポア22(空孔)が分散するように配置されている。ポア22の寸法(一例として、1μm径)は、孔部20の寸法(一例として、10μm)より小さい。孔部20の寸法は、ポア22の寸法の1.8~15.0倍である。 A hole 20 is provided in the protective layer 16 at a position adjacent to the connecting portion 13 . In this embodiment, a plurality of holes 20 are provided. In the cross-sectional view shown in FIG. 2, two holes 20 are located with the end 12a of the internal electrode 12 sandwiched therebetween. Furthermore, a plurality of substantially spherical pores 22 (holes) are arranged in a dispersed manner within the protective layer 16 . The dimensions of the pores 22 (for example, 1 μm diameter) are smaller than the dimensions of the holes 20 (for example, 10 μm). The dimensions of the hole 20 are 1.8 to 15.0 times the dimensions of the pore 22.

保護層16は、ガラス粉末と有機バインダとを含むガラスペーストを、素体10の端面10aに塗布した後に焼成することで形成される。ポア22が形成されている箇所は、ガラスペーストの焼成時に有機バインダが消失した箇所であると考えられる。一方、孔部20が形成された箇所は、接続部13と隣り合う部分の保護層16からガラス成分が供給された結果、ガラス成分が消失した箇所であると考えられる。 The protective layer 16 is formed by applying a glass paste containing glass powder and an organic binder to the end surface 10a of the element body 10 and then firing it. It is thought that the locations where the pores 22 are formed are locations where the organic binder disappeared during firing of the glass paste. On the other hand, the location where the hole 20 is formed is considered to be a location where the glass component has disappeared as a result of the glass component being supplied from the protective layer 16 in the portion adjacent to the connection section 13 .

図3および図4の電子顕微鏡写真に示すとおり、孔部20は、空洞になっている箇所(特に、図4における内部電極12の右側に位置する孔部20)を確認することができる。また、図3および図4に示した電子顕微鏡写真から、接続部13がガラス成分17で囲まれている様子が確認できる。図3および図4の電子顕微鏡写真に示すとおり、端子電極14は、ガラス成分を含んでいないため、主成分である金属成分(Ag)の純度および密度が顕著に高くなっている。 As shown in the electron micrographs of FIGS. 3 and 4, it can be seen that the hole 20 is hollow (particularly the hole 20 located on the right side of the internal electrode 12 in FIG. 4). Further, from the electron micrographs shown in FIGS. 3 and 4, it can be seen that the connecting portion 13 is surrounded by the glass component 17. As shown in the electron micrographs of FIGS. 3 and 4, since the terminal electrode 14 does not contain a glass component, the purity and density of the metal component (Ag), which is the main component, are significantly high.

一方、図5および図6に示すとおり、従来技術に係るチップバリスタの電子顕微鏡写真では、接続部13と隣り合う位置に孔部は観察されなかった。図5および図6に係るチップバリスタは、端子電極14が、25.7wt%のガラス成分を含んでいる点で、上述したチップバリスタ1とは異なる。 On the other hand, as shown in FIGS. 5 and 6, in the electron micrograph of the chip varistor according to the prior art, no hole was observed at a position adjacent to the connection part 13. The chip varistor according to FIGS. 5 and 6 differs from the chip varistor 1 described above in that the terminal electrode 14 contains 25.7 wt % of a glass component.

発明者らは、チップバリスタ1において、接続部13と隣り合う部分の保護層16に孔部20が設けられるようにして、孔部20に対応する箇所に存在していたガラス成分が接続部13に巻き込まれるようにして供給された結果、内部電極12と端子電極14との接続性が高まるとの知見を得た。 In the chip varistor 1, the inventors provided a hole 20 in the protective layer 16 at a portion adjacent to the connection portion 13, so that the glass component present in the portion corresponding to the hole 20 was removed from the connection portion 13. It has been found that the connectivity between the internal electrodes 12 and the terminal electrodes 14 is improved as a result of being supplied so as to be caught up in the internal electrodes.

なお、内部電極12は保護層16を貫通して端子電極14に向かって突き出る際、端子電極14が保護層16のガラス材料を取り込みながら、突き出しが進行すると考えられる。そのため、内部電極12が素体10の端面10aから突き出て保護層16を貫通する長さ(突き出し長さ)が短いときには孔部20の寸法は小さく、かつ、孔部20は保護層16と端子電極14との界面近傍(すなわち、素体10の端面10aからの距離が遠い)に存在すると考えられる。内部電極12突き出し長さが長くなるにつれて孔部20の寸法が大きくなるとともに、孔部20が素体10の端面10aに近づいていくと考えられる。 Note that when the internal electrode 12 penetrates the protective layer 16 and protrudes toward the terminal electrode 14, it is considered that the protrusion progresses while the terminal electrode 14 takes in the glass material of the protective layer 16. Therefore, when the length of the internal electrode 12 protruding from the end surface 10a of the element body 10 and penetrating the protective layer 16 (protrusion length) is short, the size of the hole 20 is small, and the hole 20 is connected to the protective layer 16 and the terminal. It is thought that it exists near the interface with the electrode 14 (that is, at a long distance from the end surface 10a of the element body 10). It is considered that as the protruding length of the internal electrode 12 becomes longer, the dimensions of the hole 20 become larger and the hole 20 approaches the end surface 10a of the element body 10.

また、チップバリスタ1においては、孔部20が応力を緩和することで、接続部13周辺にクラックが生じる事態が抑制されている。保護層16の線膨張係数が内部電極12および端子電極14の線膨張係数より小さいため、ヒートサイクル等に起因して、接続部13周辺に応力が生じやすい構成ではあるものの、接続部13と隣り合う部分の保護層16に設けられた孔部20によりその応力が効果的に緩和される。さらに、保護層16に生じる応力は、保護層16内に設けられたポア22によっても緩和され得る。 Furthermore, in the chip varistor 1, the stress is relaxed by the holes 20, thereby suppressing the occurrence of cracks around the connecting portion 13. Since the linear expansion coefficient of the protective layer 16 is smaller than that of the internal electrode 12 and the terminal electrode 14, stress is likely to occur around the connection part 13 due to heat cycles, etc.; The stress is effectively alleviated by the holes 20 provided in the protective layer 16 at the matching portions. Furthermore, the stress generated in the protective layer 16 can also be alleviated by the pores 22 provided in the protective layer 16.

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the gist thereof.

たとえば、半導体セラミック電子部品は、チップバリスタに限らず、チップNTCサーミスタ等であってもよい。半導体セラミック電子部品の外形寸法、素体の外形寸法等については適宜増減することができる。また、素体、内部電極、保護層、および、端子電極の構成材料についても、適宜変更することができる。 For example, the semiconductor ceramic electronic component is not limited to a chip varistor, but may also be a chip NTC thermistor or the like. The external dimensions of the semiconductor ceramic electronic component, the external dimensions of the element body, etc. can be increased or decreased as appropriate. Furthermore, the constituent materials of the element body, internal electrodes, protective layer, and terminal electrodes can also be changed as appropriate.

1…チップバリスタ、10…素体、10a…端面、12…内部電極、13…接続部、14…端子電極、16…保護層、20…孔部、22…ポア。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Chip varistor, 10... Element body, 10a... End surface, 12... Internal electrode, 13... Connection part, 14... Terminal electrode, 16... Protective layer, 20... Hole part, 22... Pore.

Claims (5)

半導体セラミックで構成された素体と、
前記素体の端面を覆い、ガラス成分を含む材料で構成された保護層と、
前記素体内に設けられ、前記素体の端面および該端面を覆う前記保護層から端部が瘤状に太くなった接続部が露出する内部電極と、
前記素体の端面を前記保護層を介して覆い、前記保護層から露出した前記内部電極の接続部と接続されるとともに、ガラス成分を含まない材料で構成された端子電極と、
前記保護層内に設けられ、前記接続部と隣り合う孔部と
を備える、半導体セラミック電子部品。
An element body made of semiconductor ceramic,
a protective layer that covers the end face of the element body and is made of a material containing a glass component;
an internal electrode that is provided in the element body and has a connection part that is thickened in the shape of a knob exposed from an end face of the element body and the protective layer that covers the end face;
a terminal electrode that covers an end face of the element body via the protective layer, is connected to a connecting portion of the internal electrode exposed from the protective layer, and is made of a material that does not contain a glass component;
A semiconductor ceramic electronic component, comprising a hole provided in the protective layer and adjacent to the connection part.
前記保護層内に複数の前記孔部が設けられており、前記複数の孔部が前記内部電極の端部を挟んで位置している、請求項1に記載の半導体セラミック電子部品。 2. The semiconductor ceramic electronic component according to claim 1, wherein a plurality of the holes are provided in the protective layer, and the plurality of holes are located with ends of the internal electrodes interposed therebetween. 前記保護層内に設けられ、前記孔部より小さいポアをさらに備える、請求項1または2に記載の半導体セラミック電子部品。 The semiconductor ceramic electronic component according to claim 1 or 2, further comprising a pore provided in the protective layer and smaller than the hole. 前記孔部の寸法が、前記ポアの寸法の1.8~15.0倍である、請求項3に記載の半導体セラミック電子部品。 The semiconductor ceramic electronic component according to claim 3, wherein the size of the hole is 1.8 to 15.0 times the size of the pore. 記接続部がガラス成分で囲まれている、請求項1~4のいずれか一項に記載の半導体セラミック電子部品。 Semiconductor ceramic electronic component according to any one of claims 1 to 4, wherein the connecting portion is surrounded by a glass component.
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