(57)【要約】【課題】内部電極にクラックが発生し難い積層型セラミックサーミスタを提供すること。【解決手段】積層型セラミックサーミスタ１は、セラミック基体２と、セラミック基体２の表面において異なる位置に設けられた第一外部電極３ａおよび第二外部電極３ｂと、セラミック基体２内で相対向する第一内部電極２２ｂ，２２ｄおよび第二内部電極２２ａ，２２ｃであって、第一外部電極３ａおよび第二外部電極３ｂに接合する第一内部電極２２ｂ，２２ｄおよび第二内部電極２２ａ，２２ｃと、を備えている。第一外部電極３ａおよび第二外部電極３ｂは、０．２０［μｍ］以上２０［μｍ］の膜厚を有する第一ニッケル膜５ａおよび第二ニッケル膜５ｂと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基体と、
前記セラミック基体表面において異なる位置に設けられた第一外部電極および第二外部電極と、
前記セラミック基体内で相対向する第一内部電極および第二内部電極であって、前記第一外部電極および前記第二外部電極に接合する第一内部電極および第二内部電極と、を備え、
前記第一外部電極および前記第二外部電極は、０．２０［μｍ］以上２０［μｍ］の膜厚を有する第一ニッケル膜および第二ニッケル膜と、を含む、積層型セラミックサーミスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも、セラミック素体と、その表面に設けられた複数の外部電極と、セラミック素体内部に設けられた複数の内部電極と、を備える積層型セラミックサーミスタ（以下、単にサーミスタという）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のサーミスタとしては、例えば、特許文献１に記載の積層正特性サーミスタがある。この積層正特性サーミスタにおいて、セラミック素体の両端部には外部電極が形成されている。
【０００３】
セラミック素体は、主成分としてのＢａＴｉＯ3と半導体化剤とを含有した複数の半導体セラミック層と、複数の内部電極とが交互に積層されて作製される。
【０００４】
各外部電極は、内部電極と電気的に接続される下地電極を含む。各下地電極の表面にはニッケル等で形成された第一めっき膜が形成され、さらに該第一めっき膜の表面には、Ｓｎ等で形成された第二めっき膜が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／１２３０７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のサーミスタは、自動車内等、温度変化の大きな環境下で、回路基板にハンダ等で実装されて使用される場合がある。かかる環境下では、この場合、サーミスタがハンダや回路基板で固定されるため、温度変化による変位に対する拘束力によって、内部電極には応力が発生し内部電極にクラックが発生してしまうことがある。このようなクラックは、サーミスタの特性に大きく影響する。
【０００７】
それゆえに、本発明の目的は、内部電極にクラックが発生し難い積層型セラミックサーミ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】
上記目的を達成するために、本発明の一局面は、積層型セラミックサーミスタであって、セラミック基体と、前記セラミック基体表面において異なる位置に設けられた第一外部電極および第二外部電極と、前記セラミック基体内で相対向する第一内部電極および第二内部電極であって、前記第一外部電極および前記第二外部電極に接合する第一内部電極および第二内部電極と、を備えている。
【０００９】
前記第一外部電極および前記第二外部電極は、０．２０［μｍ］以上２０［μｍ］の膜厚を有する第一ニッケル膜および第二ニッケル膜と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
上記局面によれば、内部電極にクラックが生じ難い積層型セラミックサーミスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】積層型セラミックサーミスタの完成品の縦断面を示す図である。
【図２】図１のセラミックサーミスタおよびフィレットにおける応力分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】比較例のセラミックサーミスタおよびフィレットにおける応力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
《はじめに》
以下、本発明の一実施形態に係る積層型セラミックサーミスタ（以下、単に、サーミスタという）の説明に先立ち、図１に示すＬ軸、Ｗ軸、Ｔ軸を定義する。Ｌ軸、Ｗ軸およびＴ軸は互いに直交しており、積層型セラミックサーミスタ１の左右方向（横方向）、前後方向（縦方向）および上下方向（厚さ方向）を示す。Ｔ軸はさらに、複数のセラミックシート２１が積層される方向を示す。
【００１３】
《積層型セラミックサーミスタの構成》
図１において、サーミスタ１は、例えば１００５サイズ等、Ｌ軸、Ｗ軸およびＴ軸方向に予め定められた大きさを有する。このサーミスタ１は、基本構成として、セラミック基体２と、二個一対の第一外部電極３ａおよび第二外部電極３ｂと、を備えている。
【００１４】
セラミック基体２は、Ｌ軸方向に相対的に長い略直方体形状を有する。１００５サイズの場合、Ｌ軸方向長さは概ね１．０［ｍｍ］で、Ｗ軸方向幅は概ね０．５［ｍｍ］で、Ｔ軸方向厚さは、任意に定めればよいが、例えば０．５［ｍｍ］である。このようなセラミック基体２は、複数のセラミックシート２１と、複数の内部電極２２と、を含む。
【００１５】
各セラミックシート２１は、例えば正の温度特性を発現するセラミック材料（後述の《サーミスタの製法の一例》を参照）から作製される。複数のセラミックシート２１はＴ軸方向に積層される。本実施形態では例示的に、複数のセラミックシート２１として、五枚のセラミックシート２１ａ〜２１ｅがこの記載順にＴ軸の負方向側から正方向側に積層される。なお、図１には、Ｔ軸方向に隣り合う二つのセラミックシート２１の界面が破線にて仮想的に示されている。
【００１６】
各内部電極２２は、セラミックと良好なオーミック接合が可能で酸化し難い金属材料（例えばＮｉ）で作製される。また、各内部電極２２は、Ｔ軸方向からの平面視（以下、上面視という）で、左右方向に長い矩形形状を有する。
【００１７】
本実施形態では、複数の内部電極２２の一例として、二つの第一内部電極２２ｂ，２２ｄと、二つの第二内部電極２２ａ，２２ｃと、を含んでいる。
【００１８】
内部電極２２ｂは、上下方向に隣り合うセラミックシート２１ｂ，２１ｃの間に形成される。より具体的には、内部電極２２ｂの左端面は、セラミックシート２１ｂ，２１ｃの左端面と段差無く実質的に揃っている。つまり、内部電極２２ｂの左端面は、第一外部電極３ａとの電気的接続のために、セラミックシート２１ｂ，２１ｃの左端面の間から露出している。逆に、内部電極２２ｂの右端面、前端面および後端面は、セラミックシート２１ｂ，２１ｃの間から露出しない。
【００１９】
内部電極２２ｄは、実質的に、内部電極２２ｂを上方に平行移動したものであって、セラミックシート２１ｄ，２１ｅの間に形成される。
【００２０】
内部電極２２ａは、セラミックシート２１ａ，２１ｂの間に形成される。より具体的には、内部電極２２ａの右端面は、セラミックシート２１ａ，２１ｂの左端面と実質的に揃っており、第二外部電極３ｂとの電気的接続のために、セラミックシート２１ａ，２１ｂの右端面の間から露出する。一方、内部電極２２ａの左端面、前端面および後端面は、セラミックシート２１ａ，２１ｂの間から露出しない。
【００２１】
内部電極２２ｃは、実質的に、内部電極２２ａを上方に平行移動したものであって、セラミックシート２１ｃ，２１ｄの間に形成される。
【００２２】
第一外部電極３ａは、第一下地電極４ａと、第一ニッケル膜５ａと、第一スズ膜６ａと、を含んでいる。下地電極４ａは、セラミック基体２の左端面に、ＮｉＣｒ，ＮｉＣｕ，Ａｇをこの記載順にスパッタリングすることにより形成される。ニッケル膜５ａは、下地電極４ａの表面に電界めっきにより成膜される。このニッケル膜５ａの膜厚は、セラミック基体２の左端面上で０．２０［μｍ］以上２０［μｍ］の膜厚（平均値）を有する。スズ膜６ａは、ニッケル膜５ａの表面に電界めっきにより成膜される。
【００２３】
第二外部電極３ｂは、第一外部電極３ａの下地電極４ａ、ニッケル膜５ａおよびスズ膜６ａと実質的に左右対称な第二下地電極４ｂ、第二ニッケル膜５ｂおよび第二スズ膜６ｂを含んでいる。この外部電極３ｂは、セラミック基体２の表面上であって、外部電極３ａとは離れて設けられる。
【００２４】
《積層型セラミックサーミスタの製法の一例》
上記サーミスタ１は、大略的には、下記の第一工程〜第八工程から製造される。
【００２５】
第一工程は以下の通りである。セラミック基体２の出発原料（つまり素原料）は、次式（１）を満たすように秤量された後、調合される。
（Ｂａ0.998Ｓｍ0.002）ＴｉＯ3  …（１）
なお、上式（１）において、半導体化剤であるＳｍは、ＬａやＮｄ等、他の希土類元素に変更されても構わない。
【００２６】
次の第二工程では、第一工程で秤量された粉末に純水が加えられる。純水が加えられた粉末は、ジルコニアボールと共に１６時間混合および粉砕された後に乾燥させられる。この粉砕物は、約１１００℃で２時間の間仮焼され、これによって、仮焼粉が得られる。
【００２７】
次の第三工程では、第二工程で得られた仮焼粉に、有機バインダ、分散剤および水が加えられる。これらはジルコニアボールと共に数時間混合され、これによって、セラミックスラリーが得られる。このセラミックスラリーはドクターブレード法等によりシート状に成形された後、乾燥させられる。その結果、セラミックシート２１となるべきセラミックグリーンシートが得られる。このシートの厚さは例えば約４０［μｍ］である。
【００２８】
次の第四工程では、Ｎｉ金属粉末と有機バインダとが有機溶剤内に分散させられ、これによって、Ｎｉ内部電極用導電性ペーストが生成される。この導電性ペーストを用いてスクリーン印刷により、セラミックグリーンシートの主面上に、焼結後に厚さが０．５［μｍ］〜２．０［μｍ］となる内部電極２２が得られるようにパターンが印刷される。この第四工程により、パターン付セラミックグリーンシートが得られる。
【００２９】
次の第五工程では、所定数のパターン付セラミックグリーンシートが積層され、圧着する。その後、積層・圧着されたシート材は、所定サイズのセラミック生チップに切断され、その後、焼成される。
【００３０】
次の第六工程では、上記第五工程で得られたセラミック生チップが大気中で約３００℃で約１２時間脱脂処理される。その後、脱脂処理済の生チップはＮ２／Ｈ２の還元雰囲気下で、１１８０℃〜１２４０℃の温度で２時間焼成される。これによって、セラミック焼結素体が得られる。
【００３１】
次の第七工程では、上記第六工程で得られたセラミック焼結素体は、バレル研磨後に、シリカ系のガラス溶液に浸漬した後熱処理され、これによって、焼結素体表面にガラス保護層が形成される。その後さらに、セラミック焼結素体が再酸化される。
【００３２】
次の第八工程では、再酸化済のセラミック焼結素体の左右両端面にＮｉＣｒ、ＮｉＣｕ、Ａｇの順でスパッタリングにより外部電極３ａ，３ｂが形成される。最後に、外部電極３ａ，３ｂの表面に、電解めっきにより、ニッケルめっきを成膜して、ニッケル膜５ａ，５ｂが形成される。ここで、ニッケル膜５ａ，５ｂの膜厚は、左右両端面上で０．２０［μｍ］以上２０［μｍ］の膜厚（平均値）である。その後、ニッケル膜５ａ，５ｂの表面に、電解めっきにより、スズめっきを成膜して、スズ膜６ａ，６ｂが形成される。
【００３３】
以上の八工程により、サーミスタ１が完成する。
【００３４】
《積層型セラミックサーミスタの作用・効果》
以上のようなサーミスタ１の効果（つまり、放熱特性）を明らかにすべく、本件発明者は、ニッケル膜厚の相違する九種類の評価サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．９を作製した。サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．９では、成膜時間およびニッケル膜厚は互いに異なるが、それ以外の構成については共通である。具体的な成膜時間および膜厚は、サンプルＮｏ．１については０．６［ｍｉｎ］および０．０５［μｍ］である。他のサンプルについては表１に記載の通りである。
【００３５】
【表１】
2015012051.tif 000003
【００３６】
また、本件発明者は、作製した各サンプルを回路基板にハンダを用いて実装し、下記要領で熱衝撃試験を実施した。
・試験温度（低温側）：−４０［℃］
・試験温度（高温側）：１２５［℃］
・高温・低温の雰囲気にさらす保持時間：１０［ｍｉｎ］
・試験サイクル数：３０００
・熱衝撃試験を実施したサンプル数（但し、サンプルＮｏ毎）：８０個
【００３７】
上記熱衝撃試験の後、本件発明者は、Ｈ／Ｓクラック発生率と、Ｒ２５と、を測定した。Ｈ／Ｓクラック発生率の定義は、サンプルＮｏ毎に、クラックが発生したサンプル数を、熱衝撃試験を実施したサンプル数で除して１００を乗じて求められる。また、Ｒ２５は、２５［℃］における評価サンプルの抵抗値である。
【００３８】
ところで、サーミスタ１はハンダで回路基板に固定されるため、サーミスタ１には、温度変化による変位に対する拘束力が生じる。しかしながら、ニッケル膜厚が０．２［μｍ］以上であれば、ハンダ実装後であってもニッケル膜５ａ，５ｂが少なくとも一部残っていることが判明した。かかる残留ニッケル膜５ａ，５ｂの靱性により、セラミック基体２内の内部電極２２に発生する応力が緩和され、その結果、内部電極２２へのクラック発生を抑制することが可能となる。
【００３９】
ここで、図２は、図１に示すサーミスタ１のセラミック基体２と、該サーミスタ１を回路基板に固定した場合のフィレット７における応力分布のシミュレーション結果を示している。それに対し、図３は、ニッケル膜５ａ，５ｂを備えないセラミックサーミスタ（以下、単に比較例という）２１のセラミック基体２２およびフィレット２７における応力分布を示している。両図において、網目が密になればなるほど、応力が大きいことを示している。両図を対比すれば分かるように、図２に示すセラミック基体２の内部に発生する応力の方が小さくなっている。
【００４０】
なお、ニッケル膜厚が２０［μｍ］超の場合、セラミック基体２の表面にニッケルめっきが異常析出して、外部電極３ａ，３ｂが導通してしまう。よって、２０［μｍ］超は、ニッケル膜厚の好ましい数値範囲からは除外される。
【００４１】
また、残留ニッケル膜５ａ，５ｂの靱性により、外部からの衝撃に起因する、セラミック基体２の内部へのクラック進展を抑制することも可能となる。
【００４２】
《付記》
なお、以上の実施形態では、正の温度特性を持つ積層型セラミックサーミスタ１について説明した。しかし、これに限らず、負の温度特性を持つ積層型セラミックサーミスタでも、同様のニッケル膜厚を採用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る積層型セラミックサーミスタは、クラックが発生し難い点で優れており、車載用途等に好適である。
【符号の説明】
【００４４】
１  積層型セラミックサーミスタ
２  セラミック基体
２１  セラミックシート
２２  内部電極
３ａ，３ｂ  外部電極
５ａ，５ｂ  ニッケル膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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