(57)【要約】【課題】サージ電流耐量を維持しながら、バリスタ電圧の低電圧化と静電容量の低減とを同時に実現する。【解決手段】サージアブソーバ１を、長方形板状のバリスタ部２とコンデンサ部３とが積層されてなる直方体形状の素子本体４とを有する構成とする。素子本体４を、二つのコンデンサ部３の間にバリスタ部２を挟みこんだ構成とする。バリスタ部２を、第一、第二のバリスタ内部電極１１ａ、１１ｂと、第一、第二のバリスタ内部電極１１ａ、１１ｂ間に挟まれたバリスタ層１２とによって構成する。コンデンサ部３を、第一、第二のコンデンサ内部電極１６ａ、１６ｂと、第一、第二のコンデンサ内部電極１６ａ、１６ｂ間に挟まれた誘電体層１７とによって構成する。素子本体４の外面にアース電極５を設けて、第二のバリスタ内部電極１１ｂと第二のコンデンサ内部電極１６ｂとを電気的に接続して、バリスタ部２とコンデンサ部３とを電気的に直列に接続する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バリスタ部とコンデンサ部とが積層されてなる素子本体と、該素子本体の外面に設けられる外部電極とを有する積層型複合機能素子であって、
前記バリスタ部は、対向状態に配された少なくとも一対のバリスタ内部電極と、該バリスタ内部電極間に挟まれたバリスタ層とを有し、
前記コンデンサ部は、対向状態に配された少なくとも一対のコンデンサ内部電極と、該コンデンサ内部電極間に挟まれた誘電体層とを有し、
前記外部電極によって、前記バリスタ部と前記コンデンサ部とが電気的に直列に接続されていることを特徴とする積層型複合機能素子。
【請求項２】
前記対をなすバリスタ内部電極のうちの一方は、前記素子本体の第一の外面に露出されており、他方は、前記素子本体の第二の外面に露出されており、
前記対をなすコンデンサ内部電極のうちの一方は、前記素子本体の第三の外面に露出されており、他方は、前記素子本体の前記第二の外面に露出されており、
前記外部電極は、前記第二の外面に形成され、前記他方のバリスタ内部電極と前記他方のコンデンサ内部電極と接続されているアース電極と、
前記第一の外面に形成され、前記一方のバリスタ内部電極と接続されている第一の端子電極と、
前記第三の外面に形成され、前記一方のコンデンサ内部電極と接続されている第二の端子電極と、で構成されていることを特徴とする請求項１記載の積層型複合機能素子。
【請求項３】
前記素子本体は、前記バリスタ部が、前記コンデンサ部同士の間に挟まれて積層された構成とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型複合機能素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路を雷サージや静電気等の過渡電圧やノイズ等から保護するサージアブソーバとして用いられる積層型複合機能素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サージアブソーバは、電話機、モデムなどの電子機器が通信線と接続する部分、或いはＣＲＴ駆動回路など、雷サージや静電気等の異常電圧による電撃を受けやすい部分に接続され、異常電圧によって電子機器が破壊されるのを防ぐために使用されている。
【０００３】
この種のサージアブソーバとしては、例えば後述する特許文献１に記載されている保護素子がある。この保護素子は、バリスタ部とコンデンサ部とが積層された素子本体を有し、端子電極によりバリスタ部とコンデンサ部とが電気的に並列に接続されているものである。
【０００４】
この保護素子は、バリスタ部によってノイズを吸収するとともに、バリスタ部の特性のために吸収することができないような立ち上がりの速いノイズをコンデンサで吸収するために、バリスタ部に対してコンデンサ部を電気的に並列に設けたものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１２５５５７号公報、請求項１、段落０００４、図１、図２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年は、電子機器の一層の小型化、薄型化に伴い、電子部品についてもさらなる小型化、薄型化が求められており、サージアブソーバについても例外ではない。
また、近年は、消費電力低減のために、電子機器の回路電圧が低電圧化しているので、回路を確実に保護するためには、バリスタ部の動作電圧（以下、「バリスタ電圧」という）もより低電圧化することが求められている。
また、電子機器の高速化に伴い、信号が高周波化しているので、波形を正確に伝達するために、サージアブソーバの静電容量を低減することが求められている。
【０００７】
バリスタ部のバリスタ内部電極間の距離を小さくすると、バリスタ電圧が低くなり、またサージアブソーバを薄型化することが可能となる。しかし、バリスタ部は、その構造上、コンデンサとしても作用するので、このようにバリスタ内部電極同士が近接することにより、静電容量が大きくなって高周波信号に対応できなくなってしまう。
バリスタ内部電極の面積を小さくすれば、バリスタ部の静電容量を小さくすることができ、またサージアブソーバの外形寸法を小さくすることも可能となるが、このようにバリスタ内部電極の面積が小さくなるとバリスタ部のサージ電流耐量も低下してしまう。
このように、従来は、バリスタ電圧の低電圧化、静電容量の低減、及びサージ電流耐量の維持を同時に実現することはできなかった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、サージ電流耐量を維持しながら、バリスタ電圧の低電圧化と静電容量の低減とを同時に実現することができる積層型複合機能素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる積層型複合機能素子は、バリスタ部とコンデンサ部とが積層されてなる素子本体と、該素子本体の外面に設けられる外部電極とを有する積層型複合機能素子であって、前記バリスタ部は、対向状態に配された少なくとも一対のバリスタ内部電極と、該バリスタ内部電極間に挟まれたバリスタ層とを有し、前記コンデンサ部は、対向状態に配された少なくとも一対のコンデンサ内部電極と、該コンデンサ内部電極間に挟まれた誘電体層とを有し、前記外部電極によって、前記バリスタ部と前記コンデンサ部とが電気的に直列に接続されていることを特徴としている。
【００１０】
このように構成される積層型複合機能素子では、バリスタ部とコンデンサ部とが電気的に直列に接続されているので、バリスタ部とコンデンサ部とを電気的に並列に接続した場合に比べて、静電容量が小さくなる。
【００１１】
この積層型複合機能素子は、前記対をなすバリスタ内部電極のうちの一方は、前記素子本体の第一の外面に露出されており、他方は、前記素子本体の第二の外面に露出されており、前記対をなすコンデンサ内部電極のうちの一方は、前記素子本体の第三の外面に露出されており、他方は、前記素子本体の前記第二の外面に露出されており、前記外部電極は、前記第二の外面に形成され、前記他方のバリスタ内部電極と前記他方のコンデンサ内部電極と接続されているアース電極と、前記第一の外面に形成され、前記一方のバリスタ内部電極と接続されている第一の端子電極と、前記第三の外面に形成され、前記一方のコンデンサ内部電極と接続されている第二の端子電極と、で構成されていることを特徴とする。
【００１２】
この場合には、積層型複合機能素子のチップ化が容易であり、また小型化も容易である。
【００１３】
前記素子本体は、前記バリスタ部が、前記コンデンサ部同士の間に挟まれて積層された構成とされていることが好ましい。
これにより、バリスタ層がコンデンサ部によって覆われて保護されるので、外部電極形成の際のめっき侵食防止対策が不要となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる積層型複合機能素子の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
本実施の形態では、積層型複合機能素子を、サージアブソーバ１としている。
サージアブソーバ１は、図１に示すように、例えばそれぞれ略長方形板状をなすバリスタ部２とコンデンサ部３とが積層されてなる例えば略直方体形状の素子本体４をゆうしており、素子本体４の外面には、外部電極として、アース電極５及び端子電極６が設けられている。
ここでは、素子本体４は、二つのコンデンサ部３の間にバリスタ部２を挟みこんだ構成としている。
【００１６】
バリスタ部２は、対向状態に配された少なくとも一対のバリスタ内部電極１１と、このバリスタ内部電極１１間に挟まれたバリスタ層１２とを有している。ここでは、バリスタ内部電極１１の対を三組設けている。
このバリスタ部２は、バリスタ特性を有するバリスタ材料（すなわち電圧非直線性抵抗磁器）からなる例えば略長方形状のシートの少なくとも一面にバリスタ内部電極１１となる電極パターンを形成したものを複数枚積層した構成とされる。
【００１７】
対をなすバリスタ内部電極１１のうちの一方（以下、第一のバリスタ内部電極１１ａとする）は、バリスタ部２の長手方向の一端から中央部まで設けられており、その端部は、素子本体４の長手方向の一端面Ｆ１（第一の外面）に露出されている。
また、バリスタ内部電極１１のうちの他方（以下、第二のバリスタ内部電極１１ｂとする）は、バリスタ部２の一長辺から他方の長辺まで設けられており、その端部は、素子本体４の長手方向に平行な側面Ｆ２（第二の外面）に露出されている。ここで、第二のバリスタ内部電極１１ｂは、バリスタ部２の長辺近傍では幅が狭められていて素子本体４の側面Ｆ２の長手方向の一部の範囲にのみ露出されている。また、第二のバリスタ内部電極１１ｂは、バリスタ部２の中央部では長辺近傍部分よりも幅広に形成されていて、その面積が確保されている。
【００１８】
これら第一、第二のバリスタ内部電極１１ａ、１１ｂのうち、互いに対向する領域とバリスタ層１２においてこれら領域の間に挟まれる部分とは、バリスタとして作用するものである。第一、第二のバリスタ内部電極１１ａ、１１ｂのうち、互いに対向する領域の面積は、バリスタ部２のサージ電流耐量と比例関係にあり、この面積はバリスタ部２に要求されるサージ電流耐量に応じて適宜設定される。
【００１９】
コンデンサ部３は、対向状態に配された少なくとも一対のコンデンサ内部電極１６と、このコンデンサ内部電極１６間に挟まれた誘電体層１７とを有している。ここでは、各コンデンサ部３についてコンデンサ内部電極１６の対をそれぞれ二組設けている。
このコンデンサ部３は、誘電体材料からなる例えば長方形状のシートの少なくとも一面にコンデンサ内部電極１６となる電極パターンを形成したものを複数枚積層した構成とされる。
【００２０】
対をなすコンデンサ内部電極１６のうちの一方（以下、第一のコンデンサ内部電極１６ａとする）は、コンデンサ部３の長手方向の一端から中央部まで設けられており、その端部は、素子本体４の長手方向の端面のうち、バリスタ部２の第一のバリスタ内部電極１１ａが露出される一端面Ｆ１とは反対側を向く他端面Ｆ３（第三の端面）に露出されている。
また、コンデンサ内部電極１６のうちの他方（以下、第二のコンデンサ内部電極１６ｂとする）は、コンデンサ部３の一長辺から他方の長辺まで設けられており、その端部は、素子本体４の長手方向に平行な側面Ｆ２に露出されている。ここで、第二のコンデンサ内部電極１６ｂは、コンデンサ部３の長辺近傍では幅が狭められていて素子本体４の側面Ｆ２の長手方向の一部の範囲にのみ露出されている。また、第二のコンデンサ内部電極１６ｂは、コンデンサ部３中央部では長辺近傍部分よりも幅広に形成されていて、その面積が確保されている。
【００２１】
これら第一、第二のコンデンサ内部電極１６ａ、１６ｂのうち、互いに対向する領域と誘電体層１７においてこれら領域の間に挟まれる部分とは、コンデンサとして作用するものである。第一、第二のコンデンサ内部電極１６ａ、１６ｂのうち、互いに対向する領域の面積は、コンデンサ部３の静電容量と比例関係にあり、この面積はコンデンサ部３に要求される静電容量に応じて適宜設定される。
【００２２】
アース電極５は、素子本体４のバリスタ部２とコンデンサ部３との積層境界が露出する外面のうち、長手方向に平行な側面Ｆ２の長手方向の中間位置に、これらバリスタ部２とコンデンサ部３とを覆うようにして設けられている。
上記のバリスタ部２の第二のバリスタ内部電極１１ｂとコンデンサ部３の第二のコンデンサ内部電極１６ｂとは、それぞれ素子本体４の側面Ｆ２に露出された端部がアース電極５と電気的に接続されており、これによってバリスタ部２とコンデンサ部３とが、電気的に直列に接続されている。
【００２３】
また、素子本体４には、端子電極６として、素子本体４の長手方向の一端面Ｆ１を覆うように設けられる第一の端子電極６ａと、他端面Ｆ３を覆うように設けられる第二の端子電極６ｂとが設けられている。なお、これら端子電極６の表面には、Ｎｉめっきが施された上に、さらにはんだめっきが施されている。
上記のバリスタ部２の第一のバリスタ内部電極１１ａは、それぞれ素子本体４の一端面Ｆ１に露出された端部が第一の端子電極６ａと電気的に接続されている。また、コンデンサ部３の第一のコンデンサ内部電極１６ａは、それぞれ素子本体４の他端面Ｆ３に露出された端部が第二の端子電極６ｂと電気的に接続されている。
【００２４】
このように構成されるサージアブソーバ１は、図２の等価回路図に示すように、バリスタ部２内では各バリスタ内部電極１１の対が並列に接続されて、各バリスタ内部電極１１の対と各バリスタ内部電極１１間に挟まれるバリスタ層１２とがバリスタ２１として作用する。このバリスタ２１は、その構造上、コンデンサとしても作用するものであって、図２ではバリスタ２１のコンデンサ作用について仮想的にコンデンサ２２として示す。
一方、コンデンサ部３では、各コンデンサ内部電極１６の対が並列に接続されて、各コンデンサ内部電極１６の対と各コンデンサ内部電極１６間にはさまれる誘電体層１７とがコンデンサ２３として作用する。
【００２５】
上記のように、バリスタ部２とコンデンサ部３とは直列に接続されているので、サージアブソーバ１の静電容量をＣＩ、バリスタ２１がなすコンデンサ２２の静電容量をＣＶ、コンデンサ部３のコンデンサ２３の静電容量をＣとすると、次式の関係が成り立つ。
１／ＣＩ＝１／ＣＶ＋１／Ｃ                    （１）
すなわち、ＣＩは、次式で表される。
ＣＩ＝ＣＶ×Ｃ／（ＣＶ＋Ｃ）                      （２）
【００２６】
これに対して、従来のサージアブソーバのように、バリスタ部２とコンデンサ部３とを並列に接続した場合には、サージアブソーバ１の静電容量ＣＰは次式で表される。
ＣＰ＝ＣＶ＋Ｃ                                （３）
そして、ＣＩ＜ＣＰであるので、本実施形態にかかるサージアブソーバ１は、従来のサージアブソーバに比べて静電容量が小さい。
【００２７】
このように、本実施の形態にかかるサージアブソーバ１は、同一構成のバリスタ部２とコンデンサ部３からなる従来のサージアブソーバよりも静電容量が小さいので、高周波信号を入力されてもその波形が崩れにくく、高周波回路や高速通信回路に好適である。
そして、このように従来よりも静電容量が小さいので、静電容量を従来のサージアブソーバと同一とした場合には、従来のサージアブソーバよりもさらにバリスタ部２のバリスタ内部電極１１間の距離を小さくして、バリスタ内部電極１１の面積を低減させずに（すなわちバリスタ部２のサージ電流耐量を維持したままで）、サージアブソーバ１のさらなる薄型化とバリスタ電圧の低電圧化を図ることが可能となる。
【００２８】
ここで、一般的に、サージアブソーバの素子本体の外面には、めっきによって外部電極が形成されるのであるが、バリスタ部２に用いられるバリスタ材料は、めっき処理を施すと侵食されて変質してしまう。
このため、従来のサージアブソーバでは、バリスタ部の特性を維持するために、外部電極を形成する前に、バリスタ部の表面にガラスコーティング等を施して保護していた。
これに対して、本実施形態にかかるサージアブソーバ１は、バリスタ部２がコンデンサ部３によって挟まれていて、バリスタ内部電極１１の近傍のバリスタ層１２が保護されているので、バリスタ部２にコーティングを施す工程が不要となり、従来のサージアブソーバよりも製造工程を簡略化して、製造コストを低減することができる。
【００２９】
次に、上記のように構成されるサージアブソーバ１の製造方法を図３を用いて説明する。
このサージアブソーバ１の素子本体４は、バリスタ部２となるバリスタ材グリーンシートとコンデンサ部３となる誘電体グリーンシートとを積層して焼結してなるものである。以下では、複数の素子本体４を同時に作製する場合について説明しており、図３は同時に作製される複数の素子本体４のうちの一つを示したものである。
【００３０】
以下、バリスタ部２となるバリスタ材グリーンシートの作製方法について説明する。
まず、バリスタ材料に純水を混合してスラリーを作製する。バリスタ材料は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）とＢｉ２Ｏ３（三酸化ビスマス）を必須成分とし、これらにＭｎＯ２（二酸化マンガン）、ＣｏＣＯ３（炭酸コバルト）、Ｓｂ２Ｏ３（三酸化アンチモン）、ＳｎＯ２（酸化スズ）、Ｃｒ２Ｏ３（酸化クロム）、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）から選ばれる元素を添加した電圧非直線性抵抗磁器である。
ここでは、純度９９％以上のＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｏＣＯ３、ＭｎＯ２、及びＳｂ２Ｏ３をそれぞれ９８ｍｏｌ％、０．５ｍｏｌ％、０．５ｍｏｌ％、０．５ｍｏｌ％、０．５ｍｏｌ％の割合で秤量し、これに純水を加えてボールミルで２４時間混合してスラリーを作製する。
【００３１】
このスラリーを濾過乾燥して造粒した後、８００°Ｃの温度で２時間仮焼成する。
この焼成物を粗粉砕した後、これに純水を加えてボールミルで微粉砕してこれを濾過乾燥させた後、例えばエチルセルロース等の有機バインダーとともに溶媒中に分散して再度スラリーを作製する。
このスラリーからドクターブレード法によって所定の厚みのバリスタ材グリーンシートＢを作製し、所定の寸法に打ち抜く。
【００３２】
このバリスタ材グリーンシートＢ上の各バリスタ部２となる領域Ｓｂのそれぞれに、バリスタ内部電極１１として、その領域Ｓｂの長手方向の一端から中央部まで達する第一のバリスタ内部電極１１ａを設けて第一のバリスタ材グリーンシートＢ１を得る。
また、このバリスタ材グリーンシートＢ上の各バリスタ部２となる領域Ｓｂのそれぞれに、バリスタ内部電極１１として、一長辺から他方の長辺まで達する第二のバリスタ内部電極１１ｂを設けて第二のバリスタ材グリーンシートＢ２を得る。
ここで、このバリスタ内部電極１１は、例えば導電ペーストをバリスタ材グリーンシートＢ上にスクリーン印刷することにより形成されるものであって、導電ペーストとしては、例えばＰｔ（プラチナ）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｇ−Ｐｔ（銀／プラチナ）、Ａｇ（銀）等が用いられる。
【００３３】
次に、コンデンサ部３となる誘電体グリーンシートの作製方法について説明する。
まず、誘電体材料から、上記したバリスタ材グリーンシートの作製方法と同様にして、所望の寸法の例えば長方形状をなす誘電体グリーンシートＣを作製する。
誘電体材料としては、強誘電体材料、例えば純度９９％以上のＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＴｉＯ２（酸化チタン）、ＣａＯ（酸化カルシウム）、ＳｒＯ（酸化ストロンチウム）、ＢａＯ（酸化バリウム）のいずれかまたは複数の混合物からなるセラミックス材料が用いられる。ここで、誘電体材料の焼成時の収縮率を前記バリスタ材料の焼成時の収縮率と合わせるために、セラミックス材料には、ガラス粉末が適量混合される。
【００３４】
この誘電体グリーンシートＣ上の各コンデンサ部３となる領域Ｓｃのそれぞれに、コンデンサ内部電極１６として、長手方向の一端から中央部まで達する第一のコンデンサ内部電極１６ａを設けて第一の誘電体グリーンシートＣ１を得る。また、この誘電体グリーンシートＣ上の各コンデンサ部３となる領域Ｓｃのそれぞれに、コンデンサ内部電極１６として、一長辺から他方の長辺まで達する第二のコンデンサ内部電極１６ｂを設けて第二の誘電体グリーンシートＣ２を得る。
このコンデンサ内部電極１６は、前記コンデンサ内部電極１１と同様の手法によって形成されるものである。
【００３５】
このようにして得られた第一、第二のバリスタ材グリーンシートＢ１、Ｂ２と、第一、第二の誘電体グリーンシートＣ１、Ｃ２とをそれぞれ複数組積層し、各バリスタ部２または各コンデンサ部３となる領域ごとに切り出して、焼成前の素子本体４を得る。
この焼成前の素子本体４を、バリスタ部２及びコンデンサ部３の材料の組み合わせに応じて適切な温度で焼成して、バリスタ特性を有するバリスタ部２とコンデンサとして機能するコンデンサ部３とを有する素子本体４を得る。
【００３６】
、この素子本体４をＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）のボールとともにバレル研磨装置に投入してバレル研磨を施してバリやエッジを落とした後、素子本体４の長手方向に沿った側面Ｆ２においてバリスタ部２とコンデンサ部３との積層境界が露出する側に、例えばＡｇペーストを塗布または印刷してアース電極５を形成する。さらに、素子本体４の長手方向の端面Ｆ１、Ｆ３にそれぞれＡｇペーストを塗布して端子電極６を形成し、さらに端子電極６にＮｉめっきとはんだめっきを施して、本実施の形態にかかるサージアブソーバ１を得る。
【００３７】
ここで、上記の製造方法では、複数の素子本体４を同時に作成する場合について述べたが、これに限られることなく、各素子本体４は一つずつ作製してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明にかかる積層型複合機能素子によれば、同一構成のバリスタ部とコンデンサ部からなる従来の積層型複合機能素子よりも静電容量が小さいので、高周波信号を入力されてもその波形が崩れにくく、高周波回路や高速通信回路に好適である。
そして、この積層型複合機能素子では、このように従来よりも静電容量が小さいので、静電容量を従来品と同一とした場合には、従来品よりもさらにバリスタ部のバリスタ内部電極間の距離を小さくして、バリスタ内部電極の面積を維持してバリスタ部のサージ電流耐量を維持したままで、さらなる薄型化とバリスタ電圧の低電圧化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかるサージアブソーバの構成を示す図であって、（ａ）は長手方向に沿った縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】本実施形態にかかるサージアブソーバの等価回路図である。
【図３】本実施形態にかかるサージアブソーバの製造工程の説明図である。
【符号の説明】
１  サージアブソーバ（積層型複合機能素子）  ２  バリスタ部
３  コンデンサ部                            ４  素子本体
５  アース電極（外部電極）                  ６  端子電極（外部電極）
１１  バリスタ内部電極                      １２  バリスタ層
１６  コンデンサ内部電極                    １７  誘電体層
Ｆ１  一端面（第一の外面）                  Ｆ２  側面（第二の外面）
Ｆ３  他端面（第三の外面）
【図１】
2004356301.tif 000003
【図２】
2004356301.tif 000004
【図３】
2004356301.tif 000005