チップバリスタ
【課題】内部電極を備えることなく、ＥＳＤ耐量を良好に維持しつつ、低静電容量化を図ることが可能なチップバリスタを提供すること。
【解決手段】素体３は、バリスタ部７と、一対の端面の対向方向に直交する方向にバリスタ部７を挟んで位置される支持部９と、を有している。バリスタ部７は、ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、端子電極に接続されるように一対の端面間にわたって延び、電圧非直線特性を発現する。支持部９は、ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、端子電極に接続されるように一対の端面間にわたって延びている。バリスタ部７は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域８ａと、一対の端面間にわたって延びる且つアルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在しない第二領域８ｂと、を含んでいる。
【解決手段】素体３は、バリスタ部７と、一対の端面の対向方向に直交する方向にバリスタ部７を挟んで位置される支持部９と、を有している。バリスタ部７は、ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、端子電極に接続されるように一対の端面間にわたって延び、電圧非直線特性を発現する。支持部９は、ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、端子電極に接続されるように一対の端面間にわたって延びている。バリスタ部７は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域８ａと、一対の端面間にわたって延びる且つアルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在しない第二領域８ｂと、を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップバリスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
チップバリスタとして、バリスタ層とバリスタ層を挟むように配置された内部電極とを有するバリスタ素体と、バリスタ素体の端部に対応する内部電極に接続されるように配置された端子電極と、を備えた積層チップバリスタが知られている（たとえば、特許文献１参照）。積層チップバリスタでは、バリスタ層における内部電極で挟まれる領域が、電圧非直線特性（以下、「バリスタ特性」と称する場合もある）を発現する領域として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４６２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最近の高速インターフェイスでは、高速化を実現するために、ＩＣ自体の構造がＥＳＤ（Electrostatic Discharge：静電気放電）に対して脆弱になってきている。このため、高速伝送系ＩＣにおけるＥＳＤ対策の要求が高まっており、ＥＳＤ対策部品として特許文献１に記載されている積層チップバリスが用いられている。高速伝送系用のＥＳＤ対策部品に要求される特性として、静電容量の低減は必須である。発現する静電容量が大きいと、信号品位に問題を生じ、最悪の場合は通信不可となる懼れがある。
【０００５】
積層チップバリスタの静電容量を低減させる手法としては、内部電極が互いに重なり合う部分の面積を少なくする手法が考えられる。内部電極が互いに重なり合う部分の面積を少なくすることにより、静電容量が発現する領域が減少して、静電容量が低減する。しかしながら、内部電極が互いに重なり合う部分の面積（以下、「重なり面積」と称する）を少なくすると、ＥＳＤに対する耐量（以下、「ＥＳＤ耐量」と称する）が低下するという新たな問題点が生じる。ＥＳＤのようなサージ電圧を印加した場合、内部電極が互いに重なり合う部分での電界分布は、内部電極が互いに重なり合う部分の端部に集中する。内部電極が互いに重なり合う部分の電界分布が端部に集中すると、重なり面積が少なくなればなるほど、ＥＳＤ耐量は急激に低下する。
【０００６】
積層チップバリスタは、上述したように、内部電極を備えるために、ＥＳＤ耐量を良好に維持しつつ、低静電容量化を図ることが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、内部電極を備えることなく、ＥＳＤ耐量を良好に維持しつつ、低静電容量化を図ることが可能なチップバリスタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、互いに対向する一対の端面を含む素体と、素体の端面側にそれぞれ配置された端子電極と、を備えたチップバリスタであって、素体は、ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、端子電極に接続されるように一対の端面間にわたって延び、電圧非直線特性を発現するバリスタ部と、ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、端子電極に接続されるように一対の端面間にわたって延び且つ一対の端面の対向方向に直交する方向にバリスタ部を挟んで位置される支持部と、を有し、バリスタ部は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域と、一対の端面間にわたって延びる且つアルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在しない第二領域と、を含んでいることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るチップバリスタでは、バリスタ部が端子電極に接続されるように一対の端面間にわたって延びており、バリスタ部が端子電極間にバリスタ特性を直接的に発現する領域として機能する。すなわち、本発明のチップバリスタは、上述した積層チップバリスタと異なり、内部電極を備えることなく、端子電極間にバリスタ特性を発現する。このため、ＥＳＤのようなサージ電圧が印加された場合でも、電界分布が集中する箇所がバリスタ部に生じることはなく、ＥＳＤ耐量が低下しない。
【００１０】
本発明では、ＺｎＯを主成分とする焼結体からなるバリスタ部が、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域を含んでいる。バリスタ部において、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在していない第二領域に比して、電気伝導率が低く、比誘電率が低い。したがって、バリスタ部が上記第一領域を含むことにより、バリスタ部の静電容量が低くなり、チップバリスタの低静電容量化を図ることができる。
本発明では、支持部は、一対の端面の対向方向に直交する方向にバリスタ部を挟むように位置している。これにより、支持部によりバリスタ部を確実に保護することができる。
【００１１】
バリスタ部の第一領域は、一対の端面の対向方向から見て、バリスタ部の第二領域の両側を挟むようにバリスタ部の外表面側に位置していてもよい。この場合、バリスタ部の外表面側の電気伝導率が低いことから、バリスタ部の外表面を表面電流が流れ難い。この結果、漏れ電流の発生を抑制することができる。
【００１２】
アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素は、バリスタ部における一対の端面の対向方向に伸びる両側面から拡散されることにより、第一領域に存在していてもよい。この場合、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が素体の外表面から拡散されることとなるので、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が拡散する範囲を容易に制御することができる。
【００１３】
支持部は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する領域を含んでいてもよい。この場合、支持部の静電容量が低くなる。チップバリスタの静電容量は、端子電極間に位置することとなるバリスタ部及び支持部それぞれの静電容量の和で表すことができる。したがって、チップバリスタのより一層の低静電容量化を図ることができる。
【００１４】
支持部は、副成分としてＳｒ、Ｚｒ、及びＣｏを含有していてもよい。Ｚｒは、ＺｎＯの粒成長を抑制する物質として作用する。このため、支持部では、ＺｎＯの粒成長が抑制され、ＺｎＯの結晶粒が比較的小さい。ＺｎＯの結晶粒内の電気抵抗値に比べＺｎＯの結晶粒界の電気抵抗値が遥かに大きく、電界は、主としてＺｎＯの結晶粒界に加わる。このため、ＺｎＯの結晶粒からなる焼結体に発現する静電容量は、端子電極間におけるＺｎＯの結晶粒界の数に影響を受ける。すなわち、端子電極間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が少ないと、静電容量は高く、端子電極間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が多いと、静電容量は低い。支持部でのＺｎＯの粒成長が抑制され、ＺｎＯの結晶粒が比較的小さいことから、端子電極間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が比較的多い。このため、支持部の静電容量が低くなり、チップバリスタのより一層の低静電容量化を図ることができる。
【００１５】
Ｓｒは、焼成の際に、液相を形成するため、バリスタ部の上記主面と支持部の上記主面とを接続する糊剤として機能する。したがって、バリスタ部と支持部との界面における接続強度は強固となり、バリスタ部と支持部との間での剥離の発生を抑制できる。
【００１６】
バリスタ部は、副成分としてＳｒを更に含有していてもよい。この場合、バリスタ部と支持部との界面における接続強度がより一層強固となり、バリスタ部と支持部との間での剥離の発生をより一層抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内部電極を備えることなく、ＥＳＤ耐量を良好に維持しつつ、低静電容量化を図ることが可能なチップバリスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るチップバリスタを示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係るチップバリスタの断面構成を説明する図である。
【図３】本実施形態に係るチップバリスタの断面構成を説明する図である。
【図４】本実施形態に係るチップバリスタの断面構成を説明する図である。
【図５】本実施形態に係るチップバリスタの製造過程を説明するための図である。
【図６】本実施形態に係るチップバリスタの製造過程を説明するための図である。
【図７】本実施形態に係るチップバリスタの素体の構成を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な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。
【００２０】
まず、図１〜図４を参照して、本実施形態に係るチップバリスタ１の構成を説明する。図１は、本実施形態に係るチップバリスタを示す斜視図である。図２〜図４は、本実施形態に係るチップバリスタの断面構成を説明する図である。
【００２１】
チップバリスタ１は、図１に示されるように、略直方体形状の素体３と、素体３の両端に形成された一対の端子電極５とを備えている。このチップバリスタ１は、たとえば、図示Ｙ方向における長さが０．４ｍｍ、Ｚ方向における高さが０．２ｍｍ、Ｘ方向における幅が０．２ｍｍといった極小サイズ（いわゆる０４０２サイズ）のチップバリスタである。
【００２２】
素体３は、バリスタ部７と、複数（本実施形態においては、二つ）の支持部９と、を有している。素体３は、外表面として、互いに対向し且つ正方形状の端面３ａ，３ｂと、端面３ａ，３ｂに直交する方向に延びる４つの側面３ｃ〜３ｆとを有している。支持部９は、図２及び図３に示されるように、側面３ｅ，３ｆの対向方向、すなわち端面３ａ，３ｂの対向方向に交差（直交）する方向でバリスタ部７を挟んでいる。
【００２３】
バリスタ部７は、素体３の厚み方向（図中Ｚ方向）の略中央に位置する直方体形状の部分であり、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。バリスタ部７は、素体３の端面３ａ，３ｂ間にわたって延びている。バリスタ部７は、その厚み方向（図中Ｙ方向）に対向する一対の主面７ａ，７ｂを含んでいる。バリスタ部７の厚みは、たとえば５〜１００μｍ程度に設定される。主面７ａ，７ｂは、素体３の端面３ａ，３ｂ間にわたって延びている。
【００２４】
バリスタ部７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、バリスタ部７は、副成分としてＣｏ、Ｐｒ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｋ、及びＡｌを含んでいる。バリスタ部７におけるＺｎＯの含有量は、特に限定されないが、バリスタ部７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。
【００２５】
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。バリスタ部７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。Ｃｏは、希土類金属元素によるバリスタ特性の発現を補助する物質として作用する。バリスタ部７におけるＣｏの含有量は、たとえば０．０５〜５０原子％程度に設定される。好ましくは、バリスタ部７におけるＣｏの含有量は、たとえば０．５〜１０原子％程度に設定される。
【００２６】
バリスタ部７は、素体３の長手方向に延びる側面７ｃ，７ｄと、主面７ａ，７ｂと側面７ｃ，７ｄとに直交する方向に延びる端面７ｅ，７ｆと、を更に含んでいる。側面７ｃは、側面３ｅの一部を構成し、側面７ｄは、側面３ｆの一部を構成している。端面７ｅは、端面３ａの一部を構成し、端面７ｆは、端面３ｂの一部を構成している。
【００２７】
支持部９は、図１及び図２に示されるように、略直方体形状の部分であり、バリスタ部７をその間に挟むように配置されている。支持部９は、素体３の端面３ａ，３ｂ間にわたって延びている。支持部９は、バリスタ部７（主面７ａ，７ｂ）に接続される主面９ａと、主面９ａに対向する主面９ｂと、を有している。主面９ａ，９ｂは、素体３の端面３ａ，３ｂ間にわたって延びている。本実施形態では、バリスタ部７の主面７ａ，７ｂの略全体が、支持部９の主面９ａと接触して、接続されている。支持部９の主面９ａは、バリスタ部７の主面７ａ，７ｂと略同じ形状を呈している。支持部９の主面９ｂは、素体３の側面３ｃ，３ｄを構成する。
【００２８】
支持部９は、ＺｎＯを主成分として含む焼結体からなる。支持部９は、副成分として、Ｓｒ、Ｚｒ、及びＣｏを含んでいる。支持部９におけるＺｎＯの含有量は、特に限定されないが、支持部９を構成する全体の材料を１００質量％とした場合に、たとえば１００〜６９．０質量％である。支持部９におけるＳｒの含有量は、たとえば０．１〜３０原子％程度に設定される。支持部９におけるＺｒの含有量は、たとえば０．１〜２０原子％程度に設定される。支持部９におけるＣｏの含有量は、たとえば０．０５〜５０原子％程度に設定される。支持部９は、上記Ｓｒ、Ｚｒ、及びＣｏ以外にも、副成分として、Ｃａ、Ｂａ、Ａｌ、又はＧａなどを含有していてもよい。
【００２９】
支持部９は、素体３の長手方向に延びる側面９ｃ，９ｄと、主面９ａ，９ｂと側面９ｃ，９ｄとに直交する方向に延びる端面９ｅ，９ｆと、を更に含んでいる。側面９ｃは、側面３ｅの一部を構成し、側面９ｄは、側面３ｆの一部を構成している。端面９ｅは、端面３ａの一部を構成し、端面９ｆは、端面３ｂの一部を構成している。
【００３０】
端子電極５は、素体３の各端面３ａ，３ｂを覆うように多層に形成されている。したがって、端子電極５は、バリスタ部７と支持部９とに接続されている。端子電極５は、たとえば、第一〜第三電極層からなる層構造とされる。第一電極層は、素体３のバリスタ部７と支持部９とに直接接続され且つＡｇ等を主成分とした導電性粉末及びガラスフリットを含む。第二電極層は、第一電極層を覆うように形成され且つＮｉを主成分とする。第三電極層は、第二電極層を覆うように形成され且つＳｎを主成分とする。
【００３１】
バリスタ部７及び支持部９は、図３及び図４にも示されるように、第一領域８ａ，１０ａと、第二領域８ｂ，１０ｂと、をそれぞれ含んでいる。第一領域８ａ，１０ａは、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在している。第一領域８ａ，１０ａでは、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素は、ＺｎＯの結晶粒内に固溶して存在している、又は、ＺｎＯの結晶粒界に存在している。第二領域８ｂ，１０ｂは、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在していない。本実施形態では、上記元素としてアルカリ金属元素、特にＬｉが用いられている。Ｌｉは、イオン半径が比較的小さく、ＺｎＯの結晶粒内に固溶し易く、拡散速度も速い。第一領域８ａ，１０ａは、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる二種以上の元素が存在していてもよい。
【００３２】
バリスタ部７において、第二領域８ｂは、端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向から見て、バリスタ部７の略中央に位置している。第二領域８ｂは、端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向に直交する方向から見て、端面７ｅと端面７ｆとの間にわたって延びている。すなわち、第二領域８ｂは、素体３の端面３ａ，３ｂの間にわたって延びており、端子電極５に接続されている。第一領域８ａは、端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向から見て、第二領域８ｂの両側を挟むようにバリスタ部７の外表面側に位置している。第一領域８ａも、その端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向での端部において、端子電極５に接続されている。
【００３３】
支持部９において、第二領域１０ｂは、端面３ａ，３ｂ（端面９ｅ，９ｆ）の対向方向から見て、素体３の略中央側に位置している。第二領域１０ｂは、端面３ａ，３ｂ（端面９ｅ，９ｆ）の対向方向に直交する方向から見て、端面９ｅと端面９ｆとの間にわたって延びている。すなわち、第二領域１０ｂは、素体３の端面３ａ，３ｂの間にわたって延びており、端子電極５に接続されている。第一領域１０ａは、端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向から見て、第二領域８ｂの外側を囲むように支持部９の外表面側に位置している。第一領域１０ａも、その端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向での端部において、端子電極５に接続されている。
【００３４】
アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素は、ＺｎＯの結晶粒内に固溶していると、ｎ型半導体としての性質を示すＺｎＯは、上記元素によりドナーが減ぜられて、電気伝導率が低くなり、バリスタ特性が発現し難くなる。また、上記元素がＺｎＯの結晶粒界に存在することによっても、電気伝導率が低くなると考えられる。したがって、第一領域８ａ，１０ａは、第二領域８ｂ，１０ｂに比して、電気伝導率が低く、静電容量も低い。バリスタ部７では、第二領域８ｂが、主として、バリスタ特性を発現する領域として機能する。
【００３５】
続いて、図５及び図６を参照して、上述した構成を有するチップバリスタ１の製造過程の一例について説明する。図５及び図６は、本実施形態に係るチップバリスタの製造過程を説明するための図である。
【００３６】
まず、バリスタ部７を構成する主成分であるＺｎＯと、Ｃｏ、Ｐｒ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｋ、及びＡｌの金属又は酸化物等の微量添加物とを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合してバリスタ材料を調整する。その後、このバリスタ材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて、ボールミル等を用いて混合及び粉砕を行ってスラリーを得る。このスラリーを、ドクターブレード法等の公知の方法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるフィルム上に塗布した後、乾燥して所定の厚さ（たとえば３０μｍ程度）の膜を形成する。こうして得られた膜をフィルムから剥離して第一のグリーンシートを得る。
【００３７】
また、支持部９を構成する主成分であるＺｎＯと、Ｓｒ、Ｚｒ、及びＣｏの金属又は酸化物等の微量添加物とを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合して支持部９用の材料を調整する。その後、この支持部９用の材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて、ボールミル等を用いて混合及び粉砕を行ってスラリーを得る。このスラリーを、ドクターブレード法等の公知の方法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるフィルム上に塗布した後、乾燥して所定の厚さ（たとえば３０μｍ程度）の膜を形成する。こうして得られた膜をフィルムから剥離して第二のグリーンシートを得る。
【００３８】
次に、第一のグリーンシートと第二のグリーンシートとを所定の枚数ずつ重ね、第一のグリーンシートからなるバリスタグリーン層と第二のグリーンシートからなる支持グリーン層とが、バリスタグリーン層が支持グリーン層の間に挟まれるように積層する。その後、積層されたグリーンシートに圧力を加えて各グリーンシートを互いに圧着させる。バリスタグリーン層の厚みは、第一のグリーンシートの枚数により調整される。支持グリーン層の厚みは、第二のグリーンシートの枚数により調整される。第一のグリーンシートの枚数は、少なくとも１枚でよい。
【００３９】
以上により、図５に示されるように、バリスタグリーン層Ｌ１と支持グリーン層Ｌ２とが積層された積層体ＬＢが準備されることとなる。
【００４０】
次に、積層体ＬＢを乾燥させた後、図６に示されるように、チップ単位に切断し、複数のグリーン素体ＧＣ（焼成前の素体３）を得る。積層体ＬＢの切断は、たとえばダイシングソーなどにより行う。
【００４１】
次に、複数のグリーン素体ＧＣに、所定の条件（たとえば、１８０〜４００℃で且つ０．５〜２４時間）で加熱処理を実施して脱バインダを行った後、さらに、所定の条件（たとえば、１０００〜１４００℃で且つ０．５〜８時間）で焼成を行う。この焼成によって、第一のグリーンシートからなるバリスタグリーン層Ｌ１はバリスタ部７となり、第二のグリーンシートからなる支持グリーン層Ｌ２は支持部９となり、バリスタ部７が支持部９で挟まれた複数の素体３が得られることとなる。バリスタグリーン層Ｌ１と支持グリーン層Ｌ２とは、一体に焼成される。焼成後、必要に応じて素体３にバレル研磨を施してもよい。バレル研磨は、焼成前、すなわち積層体ＬＢの切断後に行ってもよい。
【００４２】
次に、素体３の両端面３ａ，３ｂを覆うように導電性ペーストを付与して、熱処理を施すことにより導電性ペーストを素体３に焼付けて、第一電極層を形成する。その後、第一電極層を覆うように、Ｎｉめっき及びＳｎめっき等の電気めっき処理を施すことにより第二及び第三電極層を形成する。これらにより、素体３の両端側に端子電極５が形成されることとなる。導電性ペーストは、例えば金属粉末にガラスフリット及び有機ビヒクルを混合したものを用いることができる。金属粉末は、たとえばＣｕ、Ａｇ、又はＡｇ−Ｐｄ合金を主成分とするもの用いることができる。
【００４３】
次に、素体３の露出表面（４つの側面３ｃ〜３ｆ）からアルカリ金属（たとえば、Ｌｉ、Ｎａ等）、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を拡散させる。ここでは、アルカリ金属元素を拡散させる例を説明する。
【００４４】
まず、端子電極５が形成された素体３の表面（４つの側面３ｃ〜３ｆ）にアルカリ金属化合物を付着させる。アルカリ金属化合物の付着には、密閉回転ポットを用いることができる。アルカリ金属化合物としては、特に限定されないが、熱処理することにより、アルカリ金属が素体３の表面から拡散できる化合物であり、アルカリ金属の酸化物、水酸化物、塩化物、硝酸塩、硼酸塩、炭酸塩及び蓚酸塩等が用いられる。
【００４５】
そして、このアルカリ金属化合物が付着している素体３を電気炉で、所定の温度及び時間で熱処理する。この結果、アルカリ金属化合物からアルカリ金属が素体３の表面（４つの側面３ｃ〜３ｆ）から内部に拡散する。好ましい熱処理温度は、７００〜１０００℃であり、熱処理雰囲気は大気である。熱処理時間（保持時間）は、好ましくは１０分〜４時間である。
【００４６】
素体３（バリスタ部７及び支持部９）におけるアルカリ金属元素が拡散した部分、すなわちアルカリ金属元素が存在する第一領域８ａ，１０ａは、上述したように高抵抗化及び低静電容量化が図られる。素体３の端面３ａ，３ｂ（バリスタ部７の端面７ｅ，７ｆ）は、端子電極５により覆われていることから、アルカリ金属元素が端面３ａ，３ｂから拡散することはない。したがって、アルカリ金属元素が、端子電極５とバリスタ部７との電気的な接続に支障になることはない。
【００４７】
これらの過程により、チップバリスタ１が得られる。
【００４８】
以上のように、本実施形態では、バリスタ部７が端子電極５に接続されるように一対の端面３ａ，３ｂ間にわたって延びており、バリスタ部７が端子電極５間にバリスタ特性を直接的に発現する領域として機能する。すなわち、チップバリスタ１は、いわゆる積層チップバリスタと異なり、内部電極を備えることなく、端子電極５間にバリスタ特性を発現する。このため、ＥＳＤのようなサージ電圧が印加された場合でも、電界分布が集中する箇所がバリスタ部７に生じることはなく、ＥＳＤ耐量が低下しない。
【００４９】
本実施形態では、バリスタ部７が、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域８ａを含んでいる。第一領域８ａは、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在していない第二領域８ｂに比して、電気伝導率が低く、比誘電率が低い。したがって、バリスタ部７が第一領域８ａを含むことにより、バリスタ部７の静電容量が低くなり、チップバリスタ１の低静電容量化を図ることができる。
【００５０】
積層チップバリスタでは、バリスタグリーンシートへの電極パターンの形成精度、バリスタグリーンシートの積層ずれ、又は積層体の切断ずれなどの要因により、内部電極が互いに重なり合う部分の面積にばらつきが生じる懼れがある。内部電極が互いに重なり合う部分の面積にばらつきが生じると、内部電極が互いに重なり合う部分により発現する静電容量にばらつきが生じる。これに対して、チップバリスタ１は、上述したように、内部電極を備えていないことから、内部電極に起因する静電容量のばらつきが生じることはない。
【００５１】
本実施形態では、支持部９が、端面３ａ，３ｂ（端面９ｅ，９ｆ）の対向方向に直交する方向にバリスタ部７を挟むように位置している。これにより、支持部９によりバリスタ部７を確実に保護することができる。
【００５２】
本実施形態では、バリスタ部７の第一領域８ａは、端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向から見て、バリスタ部７の第二領域８ｂの両側を挟むようにバリスタ部７の外表面（側面７ｃ，７ｄ）側に位置している。バリスタ部７の外表面（側面７ｃ，７ｄ）側の電気伝導率が低いことから、バリスタ部７の外表面（側面７ｃ，７ｄ）を表面電流が流れ難い。この結果、チップバリスタ１では、漏れ電流の発生を抑制することができる。
【００５３】
本実施形態では、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素は、バリスタ部７における端面３ａ，３ｂ（端面９ｅ，９ｆ）の対向方向に伸びる両側面７ｃ，７ｄから拡散されることにより、第一領域８ａに存在している。アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が素体３の外表面から拡散されることとなるので、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が拡散する範囲を容易に制御することができる。
【００５４】
本実施形態では、支持部９も、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域１０ａを含んでおり、静電容量が低くなる。チップバリスタ１の静電容量は、端子電極５間に位置することとなるバリスタ部７及び支持部９それぞれの静電容量の和で表すことができる。したがって、チップバリスタ１のより一層の低静電容量化を図ることができる。
【００５５】
本実施形態では、ＺｎＯを主成分として含有している支持部９が副成分としてＺｒを含有している。Ｚｒは、ＺｎＯの粒成長を抑制する物質として作用する。このため、支持部９では、ＺｎＯの粒成長が抑制され、図７に示されるように、ＺｎＯの結晶粒が比較的小さい。切断法により求めたバリスタ部７の平均結晶粒径は１０〜３０μｍであり、支持部９の平均結晶粒径は１〜３μｍである。切断法は、１０００〜５０００倍程度の電子顕微鏡を用いて撮影された写真上で、結晶を横断する任意の線分を引き、当該任意の線分の長さをその任意の線分と交わる結晶の個数で割り、平均値を求める手法である。切断法により求められた平均値が平均結晶粒径とされる。
【００５６】
バリスタ部７では、Ｚｒは、原料由来や工程由来のコンタミネーションによるもの以外は含有していないため、ＺｎＯの結晶粒が比較的大きい。Ｚｒは、含有量が２０原子％より多いと、焼結不足になる傾向にあり、０．１原子％よりも少ないと、ＺｎＯが粒成長してしまう傾向にある。したがって、支持部９におけるＺｒの含有量は、０．１〜２０原子％の範囲が好ましい。
【００５７】
ＺｎＯの結晶粒内の電気抵抗値に比べＺｎＯの結晶粒界の電気抵抗値が遥かに大きく、電界は、主としてＺｎＯの結晶粒界に加わる。このため、ＺｎＯの結晶粒からなる焼結体に発現する静電容量は、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数に影響を受ける。すなわち、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が少ないと、静電容量は高く、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が多いと、静電容量は低い。
【００５８】
上述したように、チップバリスタ１では、支持部９では、ＺｎＯの粒成長が抑制され、ＺｎＯの結晶粒が比較的小さいことから、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が比較的多い。これに対して、バリスタ部７では、ＺｎＯの結晶粒が比較的大きく、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が比較的少ない。この結果、支持部９の静電容量が低くなり、チップバリスタ１の低静電容量化を図ることができる。支持部９では、上述したように、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が比較的多い。このため、支持部９では、バリスタ電圧が非常に高くなり、支持部９は実質的にバリスタとして機能しない。
【００５９】
本実施形態では、支持部９が副成分としてＳｒを含有している。Ｓｒは、焼成の際に、液相を形成するため、バリスタ部７の主面７ａ，７ｂと支持部の主面９ａ，９ｂとを接続する糊剤として機能する。したがって、バリスタ部７と支持部９との界面における接続強度は強固となり、バリスタ部７と支持部９との間での剥離の発生を抑制できる。Ｓｒは、含有量が３０原子％より多いと、溶融し易い傾向にあり、０．１原子％よりも少ないと、焼結不足になると共に、バリスタ部７と支持部９との間で剥離が生じる傾向にある。したがって、支持部９におけるＳｒの含有量は、０．１〜３０原子％の範囲が好ましい。
【００６０】
本実施形態では、支持部９が副成分としてＣｏを含有している。Ｃｏは、含有量が５０原子％より多いと、バリスタ部７へ拡散し、バリスタ部７のバリスタ電圧が上昇し、実用に適さない。Ｃｏは、含有量が０．０５原子％よりも少ないと、バリスタ部７からＣｏが拡散することとなり、バリスタ部７の非直線性が劣化する傾向にある。したがって、支持部９におけるＣｏの含有量は、０．０５〜５０原子％の範囲が好ましい。バリスタ部７と支持部９とのＣｏの含有量は、特性の劣化が生じないように、近似していることが好ましい。
【００６１】
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。
【００６２】
バリスタ部７は、副成分としてＳｒを更に含有していてもよい。この場合、バリスタ部７と支持部９との界面における接続強度がより一層強固となり、バリスタ部７と支持部９との間での剥離の発生をより一層抑制できる。
【００６３】
支持部９は、副成分として、上述した成分以外に、希土類金属元素を含有していてもよい。支持部９では、上述したように、Ｚｒを含有することから、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が多くなり、バリスタ電圧が非常に高くなる。したがって、支持部９が希土類金属元素を含有していても、支持部９はバリスタ特性を実質的に発現せず、バリスタとして機能することはない。
【００６４】
支持部９は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域１０ａを必ずしも含んでいる必要はない。すなわち、支持部９には、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在していなくてもよい。逆に、支持部９の全体が、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する領域であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…チップバリスタ、３…素体、３ａ，３ｂ…端面、３ｃ〜３ｆ…側面、５…端子電極、７…バリスタ部、７ａ，７ｂ…主面、７ｃ，７ｄ…側面、７ｅ，７ｆ…端面、８ａ…第一領域、８ｂ…第二領域、９…支持部、９ａ，９ｂ…主面、９ｃ，９ｄ…側面、９ｅ，９ｆ…端面、１０ａ…第一領域、１０ｂ…第二領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップバリスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
チップバリスタとして、バリスタ層とバリスタ層を挟むように配置された内部電極とを有するバリスタ素体と、バリスタ素体の端部に対応する内部電極に接続されるように配置された端子電極と、を備えた積層チップバリスタが知られている（たとえば、特許文献１参照）。積層チップバリスタでは、バリスタ層における内部電極で挟まれる領域が、電圧非直線特性（以下、「バリスタ特性」と称する場合もある）を発現する領域として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４６２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最近の高速インターフェイスでは、高速化を実現するために、ＩＣ自体の構造がＥＳＤ（Electrostatic Discharge：静電気放電）に対して脆弱になってきている。このため、高速伝送系ＩＣにおけるＥＳＤ対策の要求が高まっており、ＥＳＤ対策部品として特許文献１に記載されている積層チップバリスが用いられている。高速伝送系用のＥＳＤ対策部品に要求される特性として、静電容量の低減は必須である。発現する静電容量が大きいと、信号品位に問題を生じ、最悪の場合は通信不可となる懼れがある。
【０００５】
積層チップバリスタの静電容量を低減させる手法としては、内部電極が互いに重なり合う部分の面積を少なくする手法が考えられる。内部電極が互いに重なり合う部分の面積を少なくすることにより、静電容量が発現する領域が減少して、静電容量が低減する。しかしながら、内部電極が互いに重なり合う部分の面積（以下、「重なり面積」と称する）を少なくすると、ＥＳＤに対する耐量（以下、「ＥＳＤ耐量」と称する）が低下するという新たな問題点が生じる。ＥＳＤのようなサージ電圧を印加した場合、内部電極が互いに重なり合う部分での電界分布は、内部電極が互いに重なり合う部分の端部に集中する。内部電極が互いに重なり合う部分の電界分布が端部に集中すると、重なり面積が少なくなればなるほど、ＥＳＤ耐量は急激に低下する。
【０００６】
積層チップバリスタは、上述したように、内部電極を備えるために、ＥＳＤ耐量を良好に維持しつつ、低静電容量化を図ることが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、内部電極を備えることなく、ＥＳＤ耐量を良好に維持しつつ、低静電容量化を図ることが可能なチップバリスタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、互いに対向する一対の端面を含む素体と、素体の端面側にそれぞれ配置された端子電極と、を備えたチップバリスタであって、素体は、ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、端子電極に接続されるように一対の端面間にわたって延び、電圧非直線特性を発現するバリスタ部と、ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、端子電極に接続されるように一対の端面間にわたって延び且つ一対の端面の対向方向に直交する方向にバリスタ部を挟んで位置される支持部と、を有し、バリスタ部は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域と、一対の端面間にわたって延びる且つアルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在しない第二領域と、を含んでいることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るチップバリスタでは、バリスタ部が端子電極に接続されるように一対の端面間にわたって延びており、バリスタ部が端子電極間にバリスタ特性を直接的に発現する領域として機能する。すなわち、本発明のチップバリスタは、上述した積層チップバリスタと異なり、内部電極を備えることなく、端子電極間にバリスタ特性を発現する。このため、ＥＳＤのようなサージ電圧が印加された場合でも、電界分布が集中する箇所がバリスタ部に生じることはなく、ＥＳＤ耐量が低下しない。
【００１０】
本発明では、ＺｎＯを主成分とする焼結体からなるバリスタ部が、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域を含んでいる。バリスタ部において、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在していない第二領域に比して、電気伝導率が低く、比誘電率が低い。したがって、バリスタ部が上記第一領域を含むことにより、バリスタ部の静電容量が低くなり、チップバリスタの低静電容量化を図ることができる。
本発明では、支持部は、一対の端面の対向方向に直交する方向にバリスタ部を挟むように位置している。これにより、支持部によりバリスタ部を確実に保護することができる。
【００１１】
バリスタ部の第一領域は、一対の端面の対向方向から見て、バリスタ部の第二領域の両側を挟むようにバリスタ部の外表面側に位置していてもよい。この場合、バリスタ部の外表面側の電気伝導率が低いことから、バリスタ部の外表面を表面電流が流れ難い。この結果、漏れ電流の発生を抑制することができる。
【００１２】
アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素は、バリスタ部における一対の端面の対向方向に伸びる両側面から拡散されることにより、第一領域に存在していてもよい。この場合、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が素体の外表面から拡散されることとなるので、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が拡散する範囲を容易に制御することができる。
【００１３】
支持部は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する領域を含んでいてもよい。この場合、支持部の静電容量が低くなる。チップバリスタの静電容量は、端子電極間に位置することとなるバリスタ部及び支持部それぞれの静電容量の和で表すことができる。したがって、チップバリスタのより一層の低静電容量化を図ることができる。
【００１４】
支持部は、副成分としてＳｒ、Ｚｒ、及びＣｏを含有していてもよい。Ｚｒは、ＺｎＯの粒成長を抑制する物質として作用する。このため、支持部では、ＺｎＯの粒成長が抑制され、ＺｎＯの結晶粒が比較的小さい。ＺｎＯの結晶粒内の電気抵抗値に比べＺｎＯの結晶粒界の電気抵抗値が遥かに大きく、電界は、主としてＺｎＯの結晶粒界に加わる。このため、ＺｎＯの結晶粒からなる焼結体に発現する静電容量は、端子電極間におけるＺｎＯの結晶粒界の数に影響を受ける。すなわち、端子電極間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が少ないと、静電容量は高く、端子電極間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が多いと、静電容量は低い。支持部でのＺｎＯの粒成長が抑制され、ＺｎＯの結晶粒が比較的小さいことから、端子電極間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が比較的多い。このため、支持部の静電容量が低くなり、チップバリスタのより一層の低静電容量化を図ることができる。
【００１５】
Ｓｒは、焼成の際に、液相を形成するため、バリスタ部の上記主面と支持部の上記主面とを接続する糊剤として機能する。したがって、バリスタ部と支持部との界面における接続強度は強固となり、バリスタ部と支持部との間での剥離の発生を抑制できる。
【００１６】
バリスタ部は、副成分としてＳｒを更に含有していてもよい。この場合、バリスタ部と支持部との界面における接続強度がより一層強固となり、バリスタ部と支持部との間での剥離の発生をより一層抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内部電極を備えることなく、ＥＳＤ耐量を良好に維持しつつ、低静電容量化を図ることが可能なチップバリスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るチップバリスタを示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係るチップバリスタの断面構成を説明する図である。
【図３】本実施形態に係るチップバリスタの断面構成を説明する図である。
【図４】本実施形態に係るチップバリスタの断面構成を説明する図である。
【図５】本実施形態に係るチップバリスタの製造過程を説明するための図である。
【図６】本実施形態に係るチップバリスタの製造過程を説明するための図である。
【図７】本実施形態に係るチップバリスタの素体の構成を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な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。
【００２０】
まず、図１〜図４を参照して、本実施形態に係るチップバリスタ１の構成を説明する。図１は、本実施形態に係るチップバリスタを示す斜視図である。図２〜図４は、本実施形態に係るチップバリスタの断面構成を説明する図である。
【００２１】
チップバリスタ１は、図１に示されるように、略直方体形状の素体３と、素体３の両端に形成された一対の端子電極５とを備えている。このチップバリスタ１は、たとえば、図示Ｙ方向における長さが０．４ｍｍ、Ｚ方向における高さが０．２ｍｍ、Ｘ方向における幅が０．２ｍｍといった極小サイズ（いわゆる０４０２サイズ）のチップバリスタである。
【００２２】
素体３は、バリスタ部７と、複数（本実施形態においては、二つ）の支持部９と、を有している。素体３は、外表面として、互いに対向し且つ正方形状の端面３ａ，３ｂと、端面３ａ，３ｂに直交する方向に延びる４つの側面３ｃ〜３ｆとを有している。支持部９は、図２及び図３に示されるように、側面３ｅ，３ｆの対向方向、すなわち端面３ａ，３ｂの対向方向に交差（直交）する方向でバリスタ部７を挟んでいる。
【００２３】
バリスタ部７は、素体３の厚み方向（図中Ｚ方向）の略中央に位置する直方体形状の部分であり、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。バリスタ部７は、素体３の端面３ａ，３ｂ間にわたって延びている。バリスタ部７は、その厚み方向（図中Ｙ方向）に対向する一対の主面７ａ，７ｂを含んでいる。バリスタ部７の厚みは、たとえば５〜１００μｍ程度に設定される。主面７ａ，７ｂは、素体３の端面３ａ，３ｂ間にわたって延びている。
【００２４】
バリスタ部７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、バリスタ部７は、副成分としてＣｏ、Ｐｒ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｋ、及びＡｌを含んでいる。バリスタ部７におけるＺｎＯの含有量は、特に限定されないが、バリスタ部７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。
【００２５】
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。バリスタ部７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。Ｃｏは、希土類金属元素によるバリスタ特性の発現を補助する物質として作用する。バリスタ部７におけるＣｏの含有量は、たとえば０．０５〜５０原子％程度に設定される。好ましくは、バリスタ部７におけるＣｏの含有量は、たとえば０．５〜１０原子％程度に設定される。
【００２６】
バリスタ部７は、素体３の長手方向に延びる側面７ｃ，７ｄと、主面７ａ，７ｂと側面７ｃ，７ｄとに直交する方向に延びる端面７ｅ，７ｆと、を更に含んでいる。側面７ｃは、側面３ｅの一部を構成し、側面７ｄは、側面３ｆの一部を構成している。端面７ｅは、端面３ａの一部を構成し、端面７ｆは、端面３ｂの一部を構成している。
【００２７】
支持部９は、図１及び図２に示されるように、略直方体形状の部分であり、バリスタ部７をその間に挟むように配置されている。支持部９は、素体３の端面３ａ，３ｂ間にわたって延びている。支持部９は、バリスタ部７（主面７ａ，７ｂ）に接続される主面９ａと、主面９ａに対向する主面９ｂと、を有している。主面９ａ，９ｂは、素体３の端面３ａ，３ｂ間にわたって延びている。本実施形態では、バリスタ部７の主面７ａ，７ｂの略全体が、支持部９の主面９ａと接触して、接続されている。支持部９の主面９ａは、バリスタ部７の主面７ａ，７ｂと略同じ形状を呈している。支持部９の主面９ｂは、素体３の側面３ｃ，３ｄを構成する。
【００２８】
支持部９は、ＺｎＯを主成分として含む焼結体からなる。支持部９は、副成分として、Ｓｒ、Ｚｒ、及びＣｏを含んでいる。支持部９におけるＺｎＯの含有量は、特に限定されないが、支持部９を構成する全体の材料を１００質量％とした場合に、たとえば１００〜６９．０質量％である。支持部９におけるＳｒの含有量は、たとえば０．１〜３０原子％程度に設定される。支持部９におけるＺｒの含有量は、たとえば０．１〜２０原子％程度に設定される。支持部９におけるＣｏの含有量は、たとえば０．０５〜５０原子％程度に設定される。支持部９は、上記Ｓｒ、Ｚｒ、及びＣｏ以外にも、副成分として、Ｃａ、Ｂａ、Ａｌ、又はＧａなどを含有していてもよい。
【００２９】
支持部９は、素体３の長手方向に延びる側面９ｃ，９ｄと、主面９ａ，９ｂと側面９ｃ，９ｄとに直交する方向に延びる端面９ｅ，９ｆと、を更に含んでいる。側面９ｃは、側面３ｅの一部を構成し、側面９ｄは、側面３ｆの一部を構成している。端面９ｅは、端面３ａの一部を構成し、端面９ｆは、端面３ｂの一部を構成している。
【００３０】
端子電極５は、素体３の各端面３ａ，３ｂを覆うように多層に形成されている。したがって、端子電極５は、バリスタ部７と支持部９とに接続されている。端子電極５は、たとえば、第一〜第三電極層からなる層構造とされる。第一電極層は、素体３のバリスタ部７と支持部９とに直接接続され且つＡｇ等を主成分とした導電性粉末及びガラスフリットを含む。第二電極層は、第一電極層を覆うように形成され且つＮｉを主成分とする。第三電極層は、第二電極層を覆うように形成され且つＳｎを主成分とする。
【００３１】
バリスタ部７及び支持部９は、図３及び図４にも示されるように、第一領域８ａ，１０ａと、第二領域８ｂ，１０ｂと、をそれぞれ含んでいる。第一領域８ａ，１０ａは、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在している。第一領域８ａ，１０ａでは、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素は、ＺｎＯの結晶粒内に固溶して存在している、又は、ＺｎＯの結晶粒界に存在している。第二領域８ｂ，１０ｂは、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在していない。本実施形態では、上記元素としてアルカリ金属元素、特にＬｉが用いられている。Ｌｉは、イオン半径が比較的小さく、ＺｎＯの結晶粒内に固溶し易く、拡散速度も速い。第一領域８ａ，１０ａは、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる二種以上の元素が存在していてもよい。
【００３２】
バリスタ部７において、第二領域８ｂは、端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向から見て、バリスタ部７の略中央に位置している。第二領域８ｂは、端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向に直交する方向から見て、端面７ｅと端面７ｆとの間にわたって延びている。すなわち、第二領域８ｂは、素体３の端面３ａ，３ｂの間にわたって延びており、端子電極５に接続されている。第一領域８ａは、端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向から見て、第二領域８ｂの両側を挟むようにバリスタ部７の外表面側に位置している。第一領域８ａも、その端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向での端部において、端子電極５に接続されている。
【００３３】
支持部９において、第二領域１０ｂは、端面３ａ，３ｂ（端面９ｅ，９ｆ）の対向方向から見て、素体３の略中央側に位置している。第二領域１０ｂは、端面３ａ，３ｂ（端面９ｅ，９ｆ）の対向方向に直交する方向から見て、端面９ｅと端面９ｆとの間にわたって延びている。すなわち、第二領域１０ｂは、素体３の端面３ａ，３ｂの間にわたって延びており、端子電極５に接続されている。第一領域１０ａは、端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向から見て、第二領域８ｂの外側を囲むように支持部９の外表面側に位置している。第一領域１０ａも、その端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向での端部において、端子電極５に接続されている。
【００３４】
アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素は、ＺｎＯの結晶粒内に固溶していると、ｎ型半導体としての性質を示すＺｎＯは、上記元素によりドナーが減ぜられて、電気伝導率が低くなり、バリスタ特性が発現し難くなる。また、上記元素がＺｎＯの結晶粒界に存在することによっても、電気伝導率が低くなると考えられる。したがって、第一領域８ａ，１０ａは、第二領域８ｂ，１０ｂに比して、電気伝導率が低く、静電容量も低い。バリスタ部７では、第二領域８ｂが、主として、バリスタ特性を発現する領域として機能する。
【００３５】
続いて、図５及び図６を参照して、上述した構成を有するチップバリスタ１の製造過程の一例について説明する。図５及び図６は、本実施形態に係るチップバリスタの製造過程を説明するための図である。
【００３６】
まず、バリスタ部７を構成する主成分であるＺｎＯと、Ｃｏ、Ｐｒ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｋ、及びＡｌの金属又は酸化物等の微量添加物とを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合してバリスタ材料を調整する。その後、このバリスタ材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて、ボールミル等を用いて混合及び粉砕を行ってスラリーを得る。このスラリーを、ドクターブレード法等の公知の方法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるフィルム上に塗布した後、乾燥して所定の厚さ（たとえば３０μｍ程度）の膜を形成する。こうして得られた膜をフィルムから剥離して第一のグリーンシートを得る。
【００３７】
また、支持部９を構成する主成分であるＺｎＯと、Ｓｒ、Ｚｒ、及びＣｏの金属又は酸化物等の微量添加物とを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合して支持部９用の材料を調整する。その後、この支持部９用の材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて、ボールミル等を用いて混合及び粉砕を行ってスラリーを得る。このスラリーを、ドクターブレード法等の公知の方法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるフィルム上に塗布した後、乾燥して所定の厚さ（たとえば３０μｍ程度）の膜を形成する。こうして得られた膜をフィルムから剥離して第二のグリーンシートを得る。
【００３８】
次に、第一のグリーンシートと第二のグリーンシートとを所定の枚数ずつ重ね、第一のグリーンシートからなるバリスタグリーン層と第二のグリーンシートからなる支持グリーン層とが、バリスタグリーン層が支持グリーン層の間に挟まれるように積層する。その後、積層されたグリーンシートに圧力を加えて各グリーンシートを互いに圧着させる。バリスタグリーン層の厚みは、第一のグリーンシートの枚数により調整される。支持グリーン層の厚みは、第二のグリーンシートの枚数により調整される。第一のグリーンシートの枚数は、少なくとも１枚でよい。
【００３９】
以上により、図５に示されるように、バリスタグリーン層Ｌ１と支持グリーン層Ｌ２とが積層された積層体ＬＢが準備されることとなる。
【００４０】
次に、積層体ＬＢを乾燥させた後、図６に示されるように、チップ単位に切断し、複数のグリーン素体ＧＣ（焼成前の素体３）を得る。積層体ＬＢの切断は、たとえばダイシングソーなどにより行う。
【００４１】
次に、複数のグリーン素体ＧＣに、所定の条件（たとえば、１８０〜４００℃で且つ０．５〜２４時間）で加熱処理を実施して脱バインダを行った後、さらに、所定の条件（たとえば、１０００〜１４００℃で且つ０．５〜８時間）で焼成を行う。この焼成によって、第一のグリーンシートからなるバリスタグリーン層Ｌ１はバリスタ部７となり、第二のグリーンシートからなる支持グリーン層Ｌ２は支持部９となり、バリスタ部７が支持部９で挟まれた複数の素体３が得られることとなる。バリスタグリーン層Ｌ１と支持グリーン層Ｌ２とは、一体に焼成される。焼成後、必要に応じて素体３にバレル研磨を施してもよい。バレル研磨は、焼成前、すなわち積層体ＬＢの切断後に行ってもよい。
【００４２】
次に、素体３の両端面３ａ，３ｂを覆うように導電性ペーストを付与して、熱処理を施すことにより導電性ペーストを素体３に焼付けて、第一電極層を形成する。その後、第一電極層を覆うように、Ｎｉめっき及びＳｎめっき等の電気めっき処理を施すことにより第二及び第三電極層を形成する。これらにより、素体３の両端側に端子電極５が形成されることとなる。導電性ペーストは、例えば金属粉末にガラスフリット及び有機ビヒクルを混合したものを用いることができる。金属粉末は、たとえばＣｕ、Ａｇ、又はＡｇ−Ｐｄ合金を主成分とするもの用いることができる。
【００４３】
次に、素体３の露出表面（４つの側面３ｃ〜３ｆ）からアルカリ金属（たとえば、Ｌｉ、Ｎａ等）、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を拡散させる。ここでは、アルカリ金属元素を拡散させる例を説明する。
【００４４】
まず、端子電極５が形成された素体３の表面（４つの側面３ｃ〜３ｆ）にアルカリ金属化合物を付着させる。アルカリ金属化合物の付着には、密閉回転ポットを用いることができる。アルカリ金属化合物としては、特に限定されないが、熱処理することにより、アルカリ金属が素体３の表面から拡散できる化合物であり、アルカリ金属の酸化物、水酸化物、塩化物、硝酸塩、硼酸塩、炭酸塩及び蓚酸塩等が用いられる。
【００４５】
そして、このアルカリ金属化合物が付着している素体３を電気炉で、所定の温度及び時間で熱処理する。この結果、アルカリ金属化合物からアルカリ金属が素体３の表面（４つの側面３ｃ〜３ｆ）から内部に拡散する。好ましい熱処理温度は、７００〜１０００℃であり、熱処理雰囲気は大気である。熱処理時間（保持時間）は、好ましくは１０分〜４時間である。
【００４６】
素体３（バリスタ部７及び支持部９）におけるアルカリ金属元素が拡散した部分、すなわちアルカリ金属元素が存在する第一領域８ａ，１０ａは、上述したように高抵抗化及び低静電容量化が図られる。素体３の端面３ａ，３ｂ（バリスタ部７の端面７ｅ，７ｆ）は、端子電極５により覆われていることから、アルカリ金属元素が端面３ａ，３ｂから拡散することはない。したがって、アルカリ金属元素が、端子電極５とバリスタ部７との電気的な接続に支障になることはない。
【００４７】
これらの過程により、チップバリスタ１が得られる。
【００４８】
以上のように、本実施形態では、バリスタ部７が端子電極５に接続されるように一対の端面３ａ，３ｂ間にわたって延びており、バリスタ部７が端子電極５間にバリスタ特性を直接的に発現する領域として機能する。すなわち、チップバリスタ１は、いわゆる積層チップバリスタと異なり、内部電極を備えることなく、端子電極５間にバリスタ特性を発現する。このため、ＥＳＤのようなサージ電圧が印加された場合でも、電界分布が集中する箇所がバリスタ部７に生じることはなく、ＥＳＤ耐量が低下しない。
【００４９】
本実施形態では、バリスタ部７が、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域８ａを含んでいる。第一領域８ａは、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在していない第二領域８ｂに比して、電気伝導率が低く、比誘電率が低い。したがって、バリスタ部７が第一領域８ａを含むことにより、バリスタ部７の静電容量が低くなり、チップバリスタ１の低静電容量化を図ることができる。
【００５０】
積層チップバリスタでは、バリスタグリーンシートへの電極パターンの形成精度、バリスタグリーンシートの積層ずれ、又は積層体の切断ずれなどの要因により、内部電極が互いに重なり合う部分の面積にばらつきが生じる懼れがある。内部電極が互いに重なり合う部分の面積にばらつきが生じると、内部電極が互いに重なり合う部分により発現する静電容量にばらつきが生じる。これに対して、チップバリスタ１は、上述したように、内部電極を備えていないことから、内部電極に起因する静電容量のばらつきが生じることはない。
【００５１】
本実施形態では、支持部９が、端面３ａ，３ｂ（端面９ｅ，９ｆ）の対向方向に直交する方向にバリスタ部７を挟むように位置している。これにより、支持部９によりバリスタ部７を確実に保護することができる。
【００５２】
本実施形態では、バリスタ部７の第一領域８ａは、端面３ａ，３ｂ（端面７ｅ，７ｆ）の対向方向から見て、バリスタ部７の第二領域８ｂの両側を挟むようにバリスタ部７の外表面（側面７ｃ，７ｄ）側に位置している。バリスタ部７の外表面（側面７ｃ，７ｄ）側の電気伝導率が低いことから、バリスタ部７の外表面（側面７ｃ，７ｄ）を表面電流が流れ難い。この結果、チップバリスタ１では、漏れ電流の発生を抑制することができる。
【００５３】
本実施形態では、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素は、バリスタ部７における端面３ａ，３ｂ（端面９ｅ，９ｆ）の対向方向に伸びる両側面７ｃ，７ｄから拡散されることにより、第一領域８ａに存在している。アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が素体３の外表面から拡散されることとなるので、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が拡散する範囲を容易に制御することができる。
【００５４】
本実施形態では、支持部９も、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域１０ａを含んでおり、静電容量が低くなる。チップバリスタ１の静電容量は、端子電極５間に位置することとなるバリスタ部７及び支持部９それぞれの静電容量の和で表すことができる。したがって、チップバリスタ１のより一層の低静電容量化を図ることができる。
【００５５】
本実施形態では、ＺｎＯを主成分として含有している支持部９が副成分としてＺｒを含有している。Ｚｒは、ＺｎＯの粒成長を抑制する物質として作用する。このため、支持部９では、ＺｎＯの粒成長が抑制され、図７に示されるように、ＺｎＯの結晶粒が比較的小さい。切断法により求めたバリスタ部７の平均結晶粒径は１０〜３０μｍであり、支持部９の平均結晶粒径は１〜３μｍである。切断法は、１０００〜５０００倍程度の電子顕微鏡を用いて撮影された写真上で、結晶を横断する任意の線分を引き、当該任意の線分の長さをその任意の線分と交わる結晶の個数で割り、平均値を求める手法である。切断法により求められた平均値が平均結晶粒径とされる。
【００５６】
バリスタ部７では、Ｚｒは、原料由来や工程由来のコンタミネーションによるもの以外は含有していないため、ＺｎＯの結晶粒が比較的大きい。Ｚｒは、含有量が２０原子％より多いと、焼結不足になる傾向にあり、０．１原子％よりも少ないと、ＺｎＯが粒成長してしまう傾向にある。したがって、支持部９におけるＺｒの含有量は、０．１〜２０原子％の範囲が好ましい。
【００５７】
ＺｎＯの結晶粒内の電気抵抗値に比べＺｎＯの結晶粒界の電気抵抗値が遥かに大きく、電界は、主としてＺｎＯの結晶粒界に加わる。このため、ＺｎＯの結晶粒からなる焼結体に発現する静電容量は、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数に影響を受ける。すなわち、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が少ないと、静電容量は高く、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が多いと、静電容量は低い。
【００５８】
上述したように、チップバリスタ１では、支持部９では、ＺｎＯの粒成長が抑制され、ＺｎＯの結晶粒が比較的小さいことから、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が比較的多い。これに対して、バリスタ部７では、ＺｎＯの結晶粒が比較的大きく、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が比較的少ない。この結果、支持部９の静電容量が低くなり、チップバリスタ１の低静電容量化を図ることができる。支持部９では、上述したように、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が比較的多い。このため、支持部９では、バリスタ電圧が非常に高くなり、支持部９は実質的にバリスタとして機能しない。
【００５９】
本実施形態では、支持部９が副成分としてＳｒを含有している。Ｓｒは、焼成の際に、液相を形成するため、バリスタ部７の主面７ａ，７ｂと支持部の主面９ａ，９ｂとを接続する糊剤として機能する。したがって、バリスタ部７と支持部９との界面における接続強度は強固となり、バリスタ部７と支持部９との間での剥離の発生を抑制できる。Ｓｒは、含有量が３０原子％より多いと、溶融し易い傾向にあり、０．１原子％よりも少ないと、焼結不足になると共に、バリスタ部７と支持部９との間で剥離が生じる傾向にある。したがって、支持部９におけるＳｒの含有量は、０．１〜３０原子％の範囲が好ましい。
【００６０】
本実施形態では、支持部９が副成分としてＣｏを含有している。Ｃｏは、含有量が５０原子％より多いと、バリスタ部７へ拡散し、バリスタ部７のバリスタ電圧が上昇し、実用に適さない。Ｃｏは、含有量が０．０５原子％よりも少ないと、バリスタ部７からＣｏが拡散することとなり、バリスタ部７の非直線性が劣化する傾向にある。したがって、支持部９におけるＣｏの含有量は、０．０５〜５０原子％の範囲が好ましい。バリスタ部７と支持部９とのＣｏの含有量は、特性の劣化が生じないように、近似していることが好ましい。
【００６１】
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。
【００６２】
バリスタ部７は、副成分としてＳｒを更に含有していてもよい。この場合、バリスタ部７と支持部９との界面における接続強度がより一層強固となり、バリスタ部７と支持部９との間での剥離の発生をより一層抑制できる。
【００６３】
支持部９は、副成分として、上述した成分以外に、希土類金属元素を含有していてもよい。支持部９では、上述したように、Ｚｒを含有することから、端子電極５間におけるＺｎＯの結晶粒界の数が多くなり、バリスタ電圧が非常に高くなる。したがって、支持部９が希土類金属元素を含有していても、支持部９はバリスタ特性を実質的に発現せず、バリスタとして機能することはない。
【００６４】
支持部９は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域１０ａを必ずしも含んでいる必要はない。すなわち、支持部９には、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在していなくてもよい。逆に、支持部９の全体が、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する領域であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…チップバリスタ、３…素体、３ａ，３ｂ…端面、３ｃ〜３ｆ…側面、５…端子電極、７…バリスタ部、７ａ，７ｂ…主面、７ｃ，７ｄ…側面、７ｅ，７ｆ…端面、８ａ…第一領域、８ｂ…第二領域、９…支持部、９ａ，９ｂ…主面、９ｃ，９ｄ…側面、９ｅ，９ｆ…端面、１０ａ…第一領域、１０ｂ…第二領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一対の端面を含む素体と、前記素体の前記端面側にそれぞれ配置された端子電極と、を備えたチップバリスタであって、
前記素体は、
ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、前記端子電極に接続されるように前記一対の端面間にわたって延び、電圧非直線特性を発現するバリスタ部と、
ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、前記端子電極に接続されるように前記一対の端面間にわたって延び且つ前記一対の端面の対向方向に直交する方向に前記バリスタ部を挟んで位置される支持部と、を有し、
前記バリスタ部は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域と、前記一対の端面間にわたって延びる且つアルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在しない第二領域と、を含んでいることを特徴とするチップバリスタ。
【請求項２】
前記バリスタ部の前記第一領域は、前記一対の端面の対向方向から見て、前記バリスタ部の前記第二領域の両側を挟むように前記バリスタ部の外表面側に位置していることを特徴とする請求項１に記載のチップバリスタ。
【請求項３】
アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素は、前記バリスタ部における前記一対の端面の対向方向に伸びる両側面から拡散されることにより、前記第一領域に存在していることを特徴とする請求項２に記載のチップバリスタ。
【請求項４】
前記支持部は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する領域を含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のチップバリスタ。
【請求項５】
前記支持部は、副成分としてＳｒ、Ｚｒ、及びＣｏを含有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のチップバリスタ。
【請求項６】
前記バリスタ部は、副成分としてＳｒを更に含有していることを特徴とする請求項５に記載のチップバリスタ。
【請求項１】
互いに対向する一対の端面を含む素体と、前記素体の前記端面側にそれぞれ配置された端子電極と、を備えたチップバリスタであって、
前記素体は、
ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、前記端子電極に接続されるように前記一対の端面間にわたって延び、電圧非直線特性を発現するバリスタ部と、
ＺｎＯを主成分とする焼結体からなり、前記端子電極に接続されるように前記一対の端面間にわたって延び且つ前記一対の端面の対向方向に直交する方向に前記バリスタ部を挟んで位置される支持部と、を有し、
前記バリスタ部は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する第一領域と、前記一対の端面間にわたって延びる且つアルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素が存在しない第二領域と、を含んでいることを特徴とするチップバリスタ。
【請求項２】
前記バリスタ部の前記第一領域は、前記一対の端面の対向方向から見て、前記バリスタ部の前記第二領域の両側を挟むように前記バリスタ部の外表面側に位置していることを特徴とする請求項１に記載のチップバリスタ。
【請求項３】
アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる元素は、前記バリスタ部における前記一対の端面の対向方向に伸びる両側面から拡散されることにより、前記第一領域に存在していることを特徴とする請求項２に記載のチップバリスタ。
【請求項４】
前記支持部は、アルカリ金属、Ａｇ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素が存在する領域を含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のチップバリスタ。
【請求項５】
前記支持部は、副成分としてＳｒ、Ｚｒ、及びＣｏを含有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のチップバリスタ。
【請求項６】
前記バリスタ部は、副成分としてＳｒを更に含有していることを特徴とする請求項５に記載のチップバリスタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２４２０４（Ｐ２０１２−１２４２０４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７１３３４（Ｐ２０１０−２７１３３４）
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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