(57)【要約】【課題】複数の金属粒子を電気絶縁性の樹脂中に分散させた過電流保護材料において、金属粒子の含有率を高める手段に頼ることなく、印加される静電気のピーク電圧の低下を可能にする。【解決手段】過電流保護材料１１において、面方向の長軸長さＬが１０μｍ以上であり、かつ面方向の長軸長さＬと厚みＴの比Ｌ／Ｔで表わされる扁平度が１０以上である、扁平形状の複数の金属粒子１２を電気絶縁性の樹脂１３中に分散させる。この過電流保護材料１１は、セラミック基材と、セラミック基材上に互いに離間して対向するように設けられる引出電極と、引出電極のそれぞれの一部と引出電極間の間隙とを覆うように設けられる過電流保護材料膜とを備える、静電気対策部品における上記過電流保護材料膜を形成するために有利に用いられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面方向の長軸長さが１０μｍ以上であり、かつ面方向の長軸長さと厚みの比で表わされる扁平度が１０以上である、扁平形状の複数の金属粒子を電気絶縁性の樹脂中に分散させた、過電流保護材料。
【請求項２】
前記長軸長さが８０μｍ以下である、請求項１に記載の過電流保護材料。
【請求項３】
前記長軸長さが３０μｍ以下である、請求項２に記載の過電流保護材料。
【請求項４】
前記扁平度が８０以下である、請求項１または２に記載の過電流保護材料。
【請求項５】
セラミック基材と、前記セラミック基材上に互いに離間して対向するように設けられる引出電極と、前記引出電極のそれぞれの一部と前記引出電極間の間隙とを覆うように設けられる過電流保護材料膜とを備え、
前記過電流保護材料膜は、請求項１ないし４のいずれかに記載の過電流保護材料から構成される、静電気対策部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、過電流保護材料および静電気対策部品に関するもので、特に、金属粒子を樹脂中に分散させた組成を有する過電流保護材料、およびそれを用いて構成される静電気対策部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この発明にとって興味ある静電気対策部品は、セラミック基材と、セラミック基材上に互いに離間して対向するように設けられる引出電極と、引出電極のそれぞれの一部と引出電極間の間隙とを覆うように設けられる過電流保護材料膜とを備えている。
【０００３】
このような静電気対策部品において、上記過電流保護材料膜を構成する過電流保護材料は、通常、フィラーと樹脂とを含有しており、フィラーを樹脂中に分散させた組成を有している。そして、フィラーとしては、金属粒子または半導体粒子が用いられることが多い。
【０００４】
前者の金属粒子が用いられる過電流保護材料は、たとえば、特表平１１‐５０７７６６号公報（特許文献１）、特表２００２‐５３８６０１号公報（特許文献２）、特開２００２‐３６７８１４号公報（特許文献３）、国際公開第２００７／０３２２４０号パンフレット（特許文献４）などに開示されている。後者の半導体粒子が用いられる過電流保護材料は、たとえば、特開平５‐２１４１５８号公報（特許文献５）、特開平１１‐３１７１１３号公報（特許文献６）などに開示されている。
【０００５】
上記の特許文献１〜６に記載の過電流保護材料からなる過電流保護材料膜を備える静電気対策部品によれば、入力された静電気のピーク電圧の電圧値を低下させることが可能である。ただし、静電気対策部品が使用される環境によっては、ピーク電圧のさらなる低下が必要となる場合がある。このようなピーク電圧のさらなる低下のためには、過電流保護材料膜中のフィラーの含有率（ＰＶＣ：Pigment Volume Concentration）を高めることが必要である。
【０００６】
しかしながら、ＰＶＣを高めると、以下のような問題を招くことがある。
【０００７】
フィラーとして金属粒子を用いた場合、ＰＶＣを高くすると、粒子同士が接触して過電流保護材料膜の絶縁抵抗が低下する。フィラーとして半導体粒子を用いた場合、ＰＶＣを高くしても、絶縁抵抗の低下は見られないが、フィラー自体の導電率が低いため、金属粒子を用いた場合に比べ、ピーク電圧が高くなる。
【０００８】
また、いずれのフィラーを用いた場合でも、ＰＶＣが高くなると、過電流保護材料の粘度が高くなり、塗布などの取扱いが困難となる。また、過電流保護材料中のフィラーの分散が困難となり、過電流保護材料の生産性が落ちる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表平１１‐５０７７６６号公報
【特許文献２】特表２００２‐５３８６０１号公報
【特許文献３】特開２００２‐３６７８１４号公報
【特許文献４】国際公開第２００７／０３２２４０号パンフレット
【特許文献５】特開平５‐２１４１５８号公報
【特許文献６】特開平１１‐３１７１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る過電流保護材料およびそれを用いて構成される静電気対策部品を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は過電流保護材料にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。
【００１２】
すなわち、この発明に係る過電流保護材料は、面方向の長軸長さが１０μｍ以上であり、かつ面方向の長軸長さと厚みの比で表わされる扁平度が１０以上である、扁平形状の複数の金属粒子を電気絶縁性の樹脂中に分散させていることを特徴としている。
【００１３】
好ましくは、上記長軸長さは８０μｍ以下であり、より好ましくは、３０μｍ以下であり、さらに好ましくは、２０μｍ以下である。
【００１４】
また、上記扁平度は８０以下であることが好ましい。
【００１５】
この発明は、また、セラミック基材と、セラミック基材上に互いに離間して対向するように設けられる引出電極と、引出電極のそれぞれの一部と引出電極間の間隙とを覆うように設けられる過電流保護材料膜とを備える、静電気対策部品にも向けられる。
【００１６】
この発明に係る静電気対策部品は、簡単に言えば、上記の過電流保護材料膜がこの発明に係る過電流保護材料からなることを特徴としている。すなわち、過電流保護材料膜は、面方向の長軸長さが１０μｍ以上であり、かつ面方向の長軸長さと厚みの比で表わされる扁平度が１０以上である、扁平形状の複数の金属粒子を電気絶縁性の樹脂中に分散させた、過電流保護材料から構成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係る過電流保護材料によれば、面方向の長軸長さが１０μｍ以上で扁平度が１０以上の扁平形状の金属粒子を含有するので、たとえば球形の金属粒子を含有する場合に比べ、低ＰＶＣで静電気対策部品のピーク電圧を下げることができる。この理由は、次のように推測される。
【００１８】
静電気対策部品において離間して対向するよう設けられた引出電極間に静電気による過電流が印加された際に、過電流保護材料膜の樹脂中に散在する金属粒子同士の間に放電電流が流れ、それを電流として、過電流がグランドへと流れる。他方、過電流が印加されない状態では、金属粒子間には絶縁性の樹脂が存在するために電流は流れない。
【００１９】
長軸長さが１０μｍ以上の扁平粉末を用いた場合、導電率の高い粉末内を電流が流れやすくなるため、低い電圧でも放電電流が流れると推測される。よって、ピーク電圧の一層の低下が可能となる。
【００２０】
なお、粒径が比較的大きい球形の金属粒子を用いた場合でも、同様の作用が得られる可能性があるが、過電流保護材料膜の厚みが粒径の増加に伴い厚くなり、部品の小型・低背化に不利となる。この発明のように、扁平形状の金属粒子を用いた場合には、球形粒子を用いた場合に比べ、過電流保護材料膜の厚みを薄くすることができ、部品の小型・低背化にとって有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施形態による静電気対策部品１を示す断面図である。
【図２】この発明に係る過電流保護材料１１の断面を模式的に示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１を参照して、この発明の一実施形態による静電気対策部品１について説明する。
【００２３】
静電気対策部品１は、セラミック基材２と、セラミック基材２上に互いに離間して対向するように設けられる引出電極３および４と、引出電極３および４のそれぞれの一部と引出電極３および４間の間隙とを覆うように設けられる過電流保護材料膜５とを備えている。また、セラミック基材２の端部には、端子電極６および７が設けられ、これら端子電極６および７は、それぞれ、引出電極３および４と電気的に接続される。
【００２４】
過電流保護材料膜５は、図２に模式的に示すような断面を有する過電流保護材料１１から構成される。過電流保護材料１１は、複数の金属粒子１２を電気絶縁性の樹脂１３中に分散させてなるものである。上記金属粒子１２は、面方向の長軸長さＬが１０μｍ以上であり、かつ面方向の長軸長さＬと厚みＴの比Ｌ／Ｔで表わされる扁平度が１０以上である、扁平形状を有している。
【００２５】
金属粒子１２を構成する金属としては、好ましくは、電気抵抗率が１０-６〜１０-５Ωｃｍ以下のものが用いられる。また、樹脂１３としては、電気絶縁性であれば、いずれの樹脂をも用いることができるが、取扱い性等を考慮したとき、たとえばシリコーン樹脂を好適に用いることができる。
【００２６】
図１に示した過電流保護材料膜５は、上述した金属粒子１２と未硬化の樹脂１３とを所定のＰＶＣとなるように混合し、混練することによって得られた、ペースト状の過電流保護材料１１を、引出電極３および４のそれぞれの一部と引出電極３および４間の間隙を覆うように塗布し、その後、熱硬化させることによって形成される。
【００２７】
上述したように、ペースト状の過電流保護材料１１を塗布した後、熱硬化までの過程で、金属粒子１２が有する粒子形状の異方性に従って、扁平形状の金属粒子１２は、その面方向が引出電極３および４ならびにセラミック基材２の主面方向と実質的に平行になるように配向する。この場合、ペースト状の過電流保護材料１１を塗布した後、熱硬化までの過程で、塗布されたペースト状の過電流保護材料１１に加圧処理を施すことが好ましい。これにより、扁平形状の金属粒子１２の所定方向への配向がより促進されるからである。
【００２８】
過電流保護材料膜５を形成するために、上述したような寸法的特徴を有する扁平形状の金属粒子１２を含有する過電流保護材料１１を用いると、球形の金属粒子を含有する過電流保護材料を用いた場合に比べ、低ＰＶＣでありながら、静電気対策部品１のピーク電圧を下げることができる。これは、引出電極３および４間に静電気による過電流が印加された際に、過電流保護材料膜５を構成する過電流保護材料１１の樹脂１３中に散在する金属粒子１２同士の間に放電電流が流れるが、長軸長さＬが１０μｍ以上の扁平形状の金属粒子１２を用いた場合には、導電率の高い金属粒子１２内を電流が流れやすくなるためであると推測される。
【００２９】
また、過電流保護材料１１において、扁平形状の金属粒子１２が用いられると、粒径、すなわち長軸長さＬが増加しても、過電流保護材料膜５の厚みの増加に直接的には反映しないため、静電気対策部品１の低背化にとって有利である。
【００３０】
金属粒子１２の上述した長軸長さＬの上限は８０μｍとされることが好ましい。前述したように、過電流保護材料１１を付与する場合、ペースト状の過電流保護材料１１を塗布するようにされるが、このペーストの塗布にあたっては、たとえばスクリーン印刷やディスペンサ（注射器の針のようなものから押し出す装置）による方法が適用される。このことを考慮したとき、金属粒子１２の長軸長さＬが８０μｍを超えると、スクリーンの目詰まりやディスペンサの針のつまりが懸念されるためである。
【００３１】
なお、長軸長さＬは、上記のように、好ましい上限が８０μｍとされたが、１０μｍ以上の領域で、なるべく短い方が好ましい。この過電流保護材料１１が適用される静電気対策部品１のような電子部品の小型化に伴い、過電流保護材料１１のペーストの塗布面積や塗布厚みも小さくする必要がある。塗布面積や塗布厚みを小さくにあたっては、スクリーンの目開きやディスペンサの針径を小さくすることが行なわれるが、これに対応するためには、上述したように、長軸長さＬは、１０μｍ以上の領域で、なるべく小さい方が好ましく、たとえば３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下とされる。
【００３２】
また、扁平形状の金属粒子１２を得るにあたっては、たとえば、球状の金属粒子に対して、これをボールミルで処理するなどの扁平化処理が実施される。このような場合、厚みＴが１μｍ未満の扁平形状の金属粒子１２を歩留まり良く製造することは困難である。このような金属粒子製造の経済性の面から考えると、前述した扁平度の上限は８０とされることが好ましい。
【００３３】
過電流保護材料１１において、扁平形状の金属粒子１２の含有率は、静電気対策部品１における静電気パルス印加時のピーク電圧および静電気パルス印加後の絶縁抵抗に影響を及ぼすとともに、ペースト状の過電流保護材料１１の粘度に影響を及ぼす。すなわち、扁平形状の金属粒子１２の含有率が高くなると、ピーク電圧が低くなるが、絶縁抵抗も低下し、また、粘度上昇により、過電流保護材料１１の生産性および印刷性等の取扱い性が低下する。
【００３４】
したがって、これらの点を考慮して、扁平形状の金属粒子１２の含有率が決定される。扁平形状の金属粒子１２の含有率は、最も好ましくは２０体積％前後であるが、１０〜２５体積％の範囲であれば、許容される。
【００３５】
なお、過電流保護材料１１において、扁平形状の金属粒子１２以外に、たとえば球形の金属粒子が含有されていてもよい。球形の金属粒子が含有される場合、この金属粒子の粒径は１０μｍ以下であることが好ましい。粒径が１０μｍを超えると、ペースト状の過電流保護材料１１の塗布厚みを薄くすることが困難になり、応じて、静電気対策部品１のような電子部品の小型・低背化が困難になるからである。
【００３６】
また、球形の金属粒子が含有される場合、扁平形状の金属粒子１２による有利な作用効果が減殺されないようにするため、およびペースト状の過電流保護材料１１の粘度上昇による取扱い性の低下を避けるため、扁平形状の金属粒子１２の半分以下の体積比率とされることが好ましい。たとえば、過電流保護材料１１中における扁平形状の金属粒子１２の含有率が２０体積％である場合、球形の金属粒子は１０体積％以下とされることが好ましい。
【００３７】
次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。
【００３８】
［実験例１］
この発明の範囲内にある実施例としての試料を得るため、金属粒子として、面方向の長軸長さが１０μｍ、厚みが１μｍの扁平形状のセンダスト（Ｆｅ‐Ａｌ‐Ｓｉ合金）粉末を用いた。他方、この発明の範囲外の比較例としての試料を得るため、金属粒子として、粒径が１．２μｍの球形のアルミニウム粉末を用いた。
【００３９】
樹脂としては、実施例および比較例とも、シリコーン樹脂を用いた。
【００４０】
次に、表１に示す比率となるように、金属粉末とシリコーン樹脂とを秤量し、これら秤量した材料を、攪拌擂潰機を用いて混合した。その後、三本ロールを３回通過させて、過電流保護材料のペーストを作製した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
次に、以下の手順により、図１に示すような構造を有する静電気対策部品１を作製した。
【００４３】
まず、セラミック基材２としてのアルミナ基材上に、Ａｕスパッタリングにより、互いに離間して対向するように設けられる引出電極３および４を形成した。
【００４４】
次いで、引出電極３および４のそれぞれの一部と引出電極３および４間の間隙を覆うように、上記過電流保護材料のペーストを塗布し、その後、熱硬化させることにより、過電流保護材料膜５を形成した。
【００４５】
次いで、引出電極３および４の各端部と電気的に接続される端子電極６および７を形成した。端子電極６および７は、Ａｇとエポキシ樹脂とをもって構成される導電性ペーストを塗布して乾燥させ、かつ硬化させることによって形成した。
【００４６】
このようにして得られた各試料に係る静電気対策部品について、以下のような静電気試験を実施した。
【００４７】
すなわち、静電気対策部品の一方の端子電極をグランドに接地するとともに、他方の端子電極から引き出した静電気パルス印加部に静電気試験ガンを接触させて静電気パルスを印加した。ここで、静電気パルスの印加は、ＩＥＣ６１０００人体モデル試験に準拠した条件（放電抵抗：３３０Ω、放電容量：１５０ｐＦ、印加電圧：８ｋＶ）で実施した。そして、静電気パルス印加時のピーク電圧を評価した。また、静電気パルス印加後の絶縁抵抗値を評価した。
【００４８】
これらの結果が表２に示されている。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
表２からわかるように、実施例によれば、比較例１〜５のいずれに比べても、ピーク電圧が低かった。比較例１〜５において、ＰＶＣを高くすることによって、ピーク電圧が低下する傾向が見られたが、実施例を超えるピーク電圧の低下は見られなかった。
【００５１】
また、比較例１〜５では、ＰＶＣを高くしすぎると、絶縁抵抗の減少が見られた。これは、さらなる高ＰＶＣ化は困難であることを示している。
【００５２】
また、特に比較例５では、過電流保護材料のペーストの粘度が非常に高く、塗布が困難であった。このことからも、さらなる高ＰＶＣ化は困難であることがわかる。
【００５３】
［実験例２］
金属粒子として実験例１の実施例で用いたのと同様のセンダスト粉末を用いながら、ＰＶＣを５体積％〜２５体積％の範囲で変更したことを除いて、実験例１における実施例と同じ要領で試料としての静電気対策部品を作製した。そして、得られた静電気対策部品について、実験例１の場合と同じ要領で、静電気パルス印加時のピーク電圧を評価した。
【００５４】
その結果、ＰＶＣが５体積％では、３３５Ｖのピーク電圧を示し、ＰＶＣが１０体積％では、２９０Ｖのピーク電圧を示し、ＰＶＣが１５体積％では、２４５Ｖのピーク電圧を示し、ＰＶＣが２５体積％では、１５３Ｖのピーク電圧を示した。
【符号の説明】
【００５５】
１  静電気対策部品
２  セラミック基材
３，４  引出電極
５  過電流保護材料膜
１１  過電流保護材料
１２  金属粒子
１３  樹脂
【図１】
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【図２】
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