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JP-2026077384-A - バリスタ、その製造方法及びその選別方法

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Abstract

【課題】電気特性を向上させることができるバリスタを提供する。 【解決手段】バリスタ１は、酸化亜鉛と、ビスマス元素、プラセオジム元素及びストロンチウム元素から選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物とを含むセラミック素体１１と、セラミック素体１１の内部に配置される内部電極１２と、セラミック素体１１を覆うように配置される絶縁層１３とを備える。Ｌ ＊ ａ ＊ ｂ ＊ 表色系において、絶縁層１３の表面Ｓの色度ｂ ＊ が、ｂ ＊ ＞０である。 【選択図】図１

Inventors

  • 中山 大輝
  • 臼井 良輔
  • 武藤 直樹
  • 川村 聡
  • 高橋 大樹

Assignees

  • パナソニックＩＰマネジメント株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (7)

  1. 酸化亜鉛と、ビスマス元素、プラセオジム元素及びストロンチウム元素から選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物とを含むセラミック素体と、 前記セラミック素体の内部に配置される内部電極と、 前記セラミック素体を覆うように配置される絶縁層と を備え、 Ｌ ＊ ａ ＊ ｂ ＊ 表色系において、前記絶縁層の表面の色度ｂ ＊ が、ｂ ＊ ＞０である バリスタ。
  2. 前記絶縁層の前記表面の色度ａ ＊ が、ａ ＊ ＜０である 請求項１に記載のバリスタ。
  3. 前記絶縁層の前記表面の前記色度ａ ＊ 及び前記色度ｂ ＊ が、下記式（１）を満たす 請求項２に記載のバリスタ。 ｂ ＊ ＜－５．０×ａ ＊ －５．０ ・・・（１）
  4. 前記絶縁層の前記表面の前記色度ａ ＊ が、－５．０＜ａ ＊ ＜－２．０である 請求項３に記載のバリスタ。
  5. 酸化亜鉛と、ビスマス元素、プラセオジム元素及びストロンチウム元素から選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物とを含む電圧非直線性抵抗体組成物の焼結体を得る第１ステップと、 前記第１ステップ後の前記焼結体の内部に、内部電極を形成する第２ステップと、 前記第２ステップ後の前記焼結体を覆うように絶縁層を形成する第３ステップと、 前記第３ステップ後の前記焼結体の前記絶縁層の表面のＬ ＊ ａ ＊ ｂ ＊ 表色系における色度ｂ ＊ を測定する第４ステップと、 前記色度ｂ ＊ がｂ ＊ ＞０である前記焼結体を選別する第５ステップと を備えるバリスタの製造方法。
  6. 前記第５ステップ後に、前記第５ステップにおいて選別した前記焼結体に外部電極を形成する第６ステップを さらに備える請求項５に記載のバリスタの製造方法。
  7. セラミック素体と、前記セラミック素体の内部に配置される内部電極と、前記セラミック素体を覆うように配置される絶縁層とを備えるバリスタの選別方法であって、 前記絶縁層の表面のＬ ＊ ａ ＊ ｂ ＊ 表色系における色度ａ ＊ 及び色度ｂ ＊ の測定値によって、前記バリスタを良品と不良品とに選別する バリスタの選別方法。

Description

本開示は、バリスタ、バリスタの製造方法、及びバリスタの選別方法に関し、詳しくは、絶縁層を備えるバリスタ、このバリスタの製造方法、及びこのバリスタの選別方法に関する。 電子機器における半導体集積回路等に、サージや静電気等の異常電圧が印加されると、電子機器に誤作動が起こったり、電子機器が破壊されてしまったりすることがある。このような異常電圧から電子機器を保護する電子部品としてバリスタが用いられている。バリスタには、電圧非直線性、漏れ電流特性等の特性や、これらの特性についての耐湿性、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、静電気放電）耐性等の耐性など、電気特性を向上させることが要求される。 特許文献１には、バリスタが開示されている。このバリスタは、複数の酸化亜鉛粒子と、前記複数の酸化亜鉛粒子間に設けられ、ビスマス元素、プラセオジム元素およびストロンチウム元素のうち少なくとも１種の元素を含む酸化物層と、を有する電圧非直線性抵抗体組成物の焼結体を備えている。そして、前記焼結体の前記電圧非直線性抵抗物組成物のＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における色差ｂ＊が０＜ｂ＊≦０．９５の範囲を満たしている。特許文献１の技術によれば、バリスタの酸化亜鉛の色差を測定し、得られた色差から酸化亜鉛バリスタの耐性を評価することができ、これにより、良好な耐性を有するバリスタを安定的に得ることができるとされている。 国際公開第２０１９／１８７７６３号 図１は、本開示の実施形態に係るバリスタの概略的斜視図である。図２は、本開示の実施形態に係るバリスタの図１のＸ－Ｘ線に沿う概略的断面図である。 （１）概要 以下、バリスタ１の概要について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。 発明者らは、特定のセラミック素体と絶縁層とを備えるバリスタにおいて、電気特性と、絶縁層の表面の色度との間に関連があることを見出し、本開示を完成させた。 本実施形態のバリスタ１は、セラミック素体１１と、セラミック素体１１の内部に配置される内部電極１２と、セラミック素体１１を覆うように配置される絶縁層１３とを備える。セラミック素体１１は、酸化亜鉛と、ビスマス元素、プラセオジム元素及びストロンチウム元素から選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物とを含む。 本実施形態のバリスタ１においては、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、絶縁層１３の表面Ｓの色度ｂ＊が、ｂ＊＞０である。 本実施形態のバリスタ１によれば、電気特性を向上させることができる。バリスタ１の電気特性としては、例えば電圧非直線性、漏れ電流特性等の特性、及びこれらの特性についての耐湿性、ＥＳＤ耐性等の耐性などが挙げられる。バリスタ１が、上記構成を備えることで、上記効果を奏する理由については、例えば以下のように推察することができる。セラミック素体１１が、酸化亜鉛と、ビスマス元素、プラセオジム元素及びストロンチウム元素から選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物とを含む場合に、そのセラミック素体１１を覆うように形成された絶縁層１３の表面Ｓにおいて、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系における特に色度ｂ＊の値は、絶縁層１３の表面状態と関連していると考えられる。すなわち、絶縁層１３の表面Ｓの色度ｂ＊が上記特定範囲であると、絶縁層１３の表面状態が良好であり、絶縁層１３の表面Ｓにおけるばらつきが小さいと考えられ、これにより、表面Ｓの絶縁抵抗値の低下や製造時のめっき液の浸入が抑制され、その結果、バリスタ１の電気特性を向上させることができると考えられる。 本実施形態のバリスタ１の製造方法（以下、製造方法（Ｐ）ともいう）は、第１ステップと、第２ステップと、第３ステップと、第４ステップと、第５ステップとを備える。第１ステップでは、酸化亜鉛と、ビスマス元素、プラセオジム元素及びストロンチウム元素から選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物とを含む電圧非直線性抵抗体組成物（以下、組成物Ｉともいう）の焼結体（以下、焼結体Ａともいう）を得る。第２ステップでは、第１ステップ後の焼結体Ａの内部に、内部電極１２を形成する。第３ステップでは、第２ステップ後の焼結体Ａを覆うように絶縁層１３を形成する。第４ステップでは、第３ステップ後の焼結体Ａの絶縁層１３の表面ＳのＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における色度ｂ＊を測定する。第５ステップでは、色度ｂ＊がｂ＊＞０である焼結体Ａを選別する。 製造方法（Ｐ）によれば、組成物Ｉの焼結体Ａに形成した絶縁層１３の表面Ｓの色度ｂ＊がｂ＊＞０である焼結体Ａを選別して用いることにより、電気特性が向上したバリスタ１を、簡便かつ確実に製造することができる。 本実施形態のバリスタ１の選別方法（以下、選別方法（Ｑ）ともいう）は、セラミック素体１１と、セラミック素体１１の内部に配置される内部電極１２と、セラミック素体１１を覆うように配置される絶縁層１３とを備えるバリスタ１の選別方法である。選別方法（Ｑ）では、絶縁層１３の表面ＳのＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における色度ａ＊及び色度ｂ＊の測定値によって、バリスタ１を良品と不良品とに選別する。 選別方法（Ｑ）によれば、絶縁層１３の表面ＳのＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における色度ａ＊及び色度ｂ＊の測定値によって、バリスタ１を良品と不良品とに選別することにより、電気特性が向上した良品のバリスタ１を、容易に得ることができる。 （２）詳細 ＜バリスタ＞ バリスタ１の詳細について、図１及び図２を参照しつつ、説明する。 バリスタ１は、セラミック素体１１と、内部電極１２と、絶縁層１３とを備えており、通常、外部電極１４を備えており、めっき電極（図示せず）をさらに備えていてもよい。 バリスタ１には、内部電極１２及び外部電極１４がそれぞれ、少なくとも一対設けられていればよい。図１及び図２のバリスタ１は、内部電極１２及び外部電極１４をそれぞれ一対備えている。一対の内部電極１２は、例えば第１内部電極１２Ａと、第２内部電極１２Ｂとを含む。一対の外部電極１４は、例えばセラミック素体１１の一方の端面に設けられる第１外部電極１４Ａと、セラミック素体１１の他方の端面に設けられる第２外部電極１４Ｂとを含む。第１内部電極１２Ａは第１外部電極１４Ａに、第２内部電極１２Ｂは第２外部電極１４Ｂにそれぞれ電気的に接続している。バリスタ１では、第１外部電極１４Ａ及び第２外部電極１４Ｂの一方が高電位側の電極となり、第１外部電極１４Ａ及び第２外部電極１４Ｂの他方が低電位側の電極となる。 ［セラミック素体］ バリスタ１では、セラミック素体１１は、非直線性抵抗特性を有する半導体セラミック成分で構成されており、この半導体セラミック成分は、酸化亜鉛と、ビスマス元素、プラセオジム元素及びストロンチウム元素から選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物とを含む。すなわち、セラミック素体１１は、通常、主成分として、ＺｎＯ等の酸化亜鉛を含み、副成分として、Ｂｉ２Ｏ３等のビスマス元素酸化物、Ｐｒ２Ｏ３、Ｐｒ６Ｏ１１等のプラセオジム元素酸化物、及びＳｒＯ等のストロンチウム元素酸化物のうちの少なくとも１種を含んでおり、また、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、ＣａＣＯ３、Ｃｒ２Ｏ３等の他の元素酸化物を含んでいてもよい。セラミック素体１１は、半導体セラミック成分において、ＺｎＯ等の主成分が、副成分の一部と固溶焼結し、その粒界に残りの副成分が析出することにより形成される。 セラミック素体１１の形状は、例えば直方体状である。セラミック素体１１が直方体状である場合、セラミック素体１１の各辺の寸法は、例えば０．６～１．６ｍｍ、０．３～０．８ｍｍ、０．３～０．８ｍｍ等である。セラミック素体１１の角部は、面取り加工を適宜施してもよく、セラミック素体１１の角部は丸みを帯びていてもよい。 ［内部電極］ 内部電極１２は、セラミック素体１１の内部に配置されている。内部電極１２は、例えばＡｇ、Ｐｄ、ＰｄＡｇ、ＰｔＡｇ等の金属を含む。内部に内部電極１２を有するセラミック素体１１は、例えばこれらの金属を含有する内部電極ペーストを塗布したセラミックシートを積層し、焼成することで形成される。 ［絶縁層］ 絶縁層１３は、セラミック素体１１を覆うように配置されている。絶縁層１３は、セラミック素体１１の表面の少なくとも一部を覆うように設けられるが、セラミック素体１１の全面を覆うように設けられていることが好ましい。 絶縁層１３の平均厚さは、例えば０．０１μｍ以上５．０μｍ以下であり、０．１μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。「平均厚さ」とは、絶縁層１３の複数点（例えば任意の１０点）において測定した厚さの算術平均値を意味する。 絶縁層１３の表面Ｓは、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系を用いて表される色を有している。「Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系」とは、１９７６年に国際照明委員会（ＣＩＥ）が策定したものを意味し、ＪＩＳ－Ｚ－８７８１－４においても規定されている。Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系では、色を、明るさの度合いを表す明度Ｌ＊と、色合いを表す色度ａ＊及び色度ｂ＊とで表す。色度ａ＊の正の方向は赤であり、負の方向は緑である。色度ｂ＊の正の方向は黄であり、負の方向は青である。色度ａ＊及び色度ｂ＊は、絶対値が大きいほど上記の色が鮮やかである。 バリスタ１において、絶縁層１３の表面Ｓの色度ｂ＊は、ｂ＊＞０であることが重要である。この場合、バリスタ１は、電気特性を向上させることができる。絶縁層１３の表面Ｓの色度ｂ＊が、ｂ＊≦０である場合、絶縁層１３の表面状態が良好ではないと考えられ、バリスタは電気特性を向上させることができない。 また、バリスタ１において、上述のように、色度ｂ＊が特定範囲であることに加えて、絶縁層１３の表面Ｓの色度ａ＊は、ａ＊＜０であることが好ましい。この場合、バリスタ１は、電気特性をより向上させることができる。 バリスタ１においては、上述のように、色度ａ＊及び色度ｂ＊が特定範囲であることに加え、絶縁層１３の表面Ｓの色度ａ＊及び色度ｂ＊が、下記式（１）を満たすことがより好ましい。この場合、バリスタ１は、電気特性をさらに向上させることができる。 ｂ＊＜－５．０×ａ＊－５．０ ・・・（１） また、バリスタ１において、上述のように、色度ａ＊及び色度ｂ＊が特定範囲であることに加え、絶縁層１３の表面Ｓの色度ａ＊が、－５．０＜ａ＊＜－２．０であることがさらに好ましい。この場合、バリスタ１は、電気特性をよりさらに向上させることができる。 絶縁層１３の形成方法は、特に限定されないが、絶縁層１３は、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）により形成することが好ましい。絶縁層１３をＡＬＤにより形成することにより、絶縁層１３の表面状態をより良好にさせることができ、それにより、バリスタ１の電気特性をより向上させることができる。 ＡＬＤは、層を形成させる面に対し、ガス状のプリカーサーの導入、及びＯ２プラズマ、Ａｒプラズマ等の照射又は酸化剤ガスの導入などを行い、これらを繰り返すことにより、原子層堆積物からなる各層を形成する方法である。 絶縁層１３として、ＳｉＯ２層を形成する場合、例えばまず、セラミック素体１１の表面に、プレカーサーとして、例えばＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ３）２］３、テトラ（１－メトキシ－２－メチル－２－プロポキシ）シラン（Ｓｉ（ＭＭＰ）４）、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＥｔ）４）、テトライソシアナトシラン（Ｓｉ（ＮＣＯ）４）等を導入した後、パージを行い、次に、酸化剤ガスとして、加湿したＡｒガス等を導入した後、パージを行うことにより、Ｓｉ含有層を形成する。このＳｉ含有層の形成を０．１μｍ以上２．０μｍ以下等の所望の厚さになるまで繰り返すことにより、ＳｉＯ２層（単層）を形成させることができる。 絶縁層１３として、Ａｌ２Ｏ３層を形成する場合、プレカーサーとして