(57)【要約】【課題】携帯型機器に対する過渡電圧からの保護を、携帯型機器の小型化を妨げることなく実現すること。【解決手段】保護部２１は、ＩＣ１の入力側の端子Ｔ３と、接地端Ｔ２との間に配置され、バリスタ機能付絶縁材料から成形される。コンデンサ部２２は、保護部２１の接地端Ｔ２と、ＩＣ１の接地端Ｔ１との間に配置され、ダム用容量として機能する。放電側から発生して保護部２１により吸収されたエネルギーはコンデンサ部２２へ流れ込む。その吸収エネルギーは、コンデンサ部２２で一時的に蓄えられた後、徐々に放電されていく。【選択図】図３
2016219716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護対象回路の端子と接地との間に配置され、電圧−電流特性がオームの法則に従わない非直線性を示す保護部と、
前記保護部の接地と前記保護対象回路の接地との間に配置されるコンデンサ部と、
を備える過渡電圧保護素子。
【請求項２】
前記保護部は、前記コンデンサ部の２つの電極のうち一方に接続される部材である、
請求項１に記載の過渡電圧保護素子。
【請求項３】
樹脂組成物であって、
熱硬化性樹脂と、半導体セラミックス粒子と、を含み、
前記半導体セラミック粒子は、粒界部と、前記粒界部によって離隔された複数の結晶部と、を有し、
前記樹脂組成物の硬化物は、電圧−電流特性がオームの法則に従わない非直線性を示し、
保護対象回路の端子と接地との間に配置される保護部と、当該保護部の接地と前記保護対象回路の接地との間に配置されるコンデンサ部とを備える過渡電圧保護素子のうち、当該保護部に成形されるために用いられる樹脂組成物。
【請求項４】
樹脂組成物から成形され、保護対象回路に対する過渡電圧を保護する保護部材であって、
前記樹脂組成物は、
熱硬化性樹脂と、半導体セラミックス粒子と、を含み、
前記半導体セラミック粒子は、粒界部と、前記粒界部によって離隔された複数の結晶部と、を有し、
前記保護部材は、電圧−電流特性がオームの法則に従わない非直線性を示し、
前記保護対象回路の端子と接地との間に配置され、
前記接地は、一端が前記保護対象回路の接地と接続されるコンデンサの他端にも接続される、
保護部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過渡電圧保護素子、樹脂組成物および保護部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回路基板に組み込まれるＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の回路を静電気等による過渡電圧から保護するために、過渡電圧保護素子が使用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
図１は、過渡電圧から保護するための従来の回路構成を示す図である。
保護対象のＩＣ１は、入力信号に対して所定の信号処理を施して、当該信号処理後の信号を出力信号として出力対象２に出力する。
過渡電圧保護素子３は、ツェナーダイオード、バリスタ、ガスアレスタ等から構成され、保護対象のＩＣ１の入力端と接地（ＧＮＤ）との間に接続される。
過渡電圧保護素子３は、正常時は非常に大きな絶縁抵抗として機能し、ＩＣ１の入出力信号に影響を与えることはない。
一方、人体等からのＥＳＤ（静電放電）に起因して放電側Ｐ（過渡電圧発生側Ｐ）から過渡電圧が発生した場合には、過渡電圧保護素子３は、数ｎｓのオーダーで数Ω以下の低インピーダンスに降下して、過渡電圧により発生した電流を接地へ流す。即ち、過渡電圧保護素子３は、過渡電圧吸収機能を発揮する。
【０００４】
ここで、図１に示す回路は、据え置き型の電子機器用の構成である。即ち、過渡電圧保護素子３の接地端は、大地に接地されていたり、放電側Ｐ（過渡電圧発生側Ｐ）の接地とつながっていることを前提としている。この前提の下では、図１に示すように、回路側Ｃから放電側Ｐへ帰還電流ＦＩ（ＥＳＤエネルギー）が流れる経路が確保されるため、ＩＣ１の十分な保護が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６７４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年の電子機器は、スマートフォンやタブレト端末等、携帯型機器が主流になっている。携帯型機器においては、保護対象の回路側の接地が電気的に浮いた状態になるため、人体等からのＥＳＤエネルギーの帰還経路が存在しない。このため、携帯型機器では、据え置き型と同様に従来の過渡電圧保護素子を単に接続しても、十分な過渡電圧吸収機能を発揮することができない。
【０００７】
図２は、過渡電圧から保護するための従来の回路構成を示す図であって、携帯型機器に適用する場合の回路構成を示す図である。
図１と図２の差異点は、過渡電圧保護素子３の接地（保護対象のＩＣ１の接地）が、放電側Ｐ（過渡電圧発生側Ｐ）の接地と離れている点である。
つまり、携帯型機器では、図２に示すように、ＩＣ１及び過渡電圧保護素子３の接地が電気的に浮いた状態になることから、放電側への帰還経路（図１の帰還電流ＦＩが流れる経路）が無くなる。その結果、過渡電圧保護素子３により吸収されたＥＳＤエネルギーは、漏れ込み電流ＭＩとして、回路側の低電位（接地端子等）へ一気に流れ込んでしまう。これにより大きな電位差が発生して、ＩＣ１を含む携帯型機器の回路が破壊される場合が
ある。
【０００８】
このため、携帯型機器に対して、静電気等による過渡電圧からの保護が可能な手法の実現が要求されている。さらに、携帯型機器という点で、小型化や薄型化も要求されている。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、携帯型機器に対する過渡電圧からの保護を、携帯型機器の小型化を妨げることなく実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一態様の過渡電圧保護素子は、
保護対象回路の端子と接地との間に配置され、電圧−電流特性がオームの法則に従わない非直線性を示す保護部と、
前記保護部の接地と前記保護対象回路の接地との間に配置されるコンデンサ部と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
前記保護部は、前記コンデンサ部の２つの電極のうち一方に接続される部材であるようにすることができる。
【００１２】
本発明の一態様は、樹脂組成物であって、熱硬化性樹脂と、半導体セラミックス粒子と、を含み、前記半導体セラミック粒子は、粒界部と、前記粒界部によって離隔された複数の結晶部と、を有し、前記樹脂組成物の硬化物は、電圧−電流特性がオームの法則に従わない非直線性を示し、保護対象回路の端子と接地との間に配置される保護部と、当該保護部の接地と前記保護対象回路の接地との間に配置されるコンデンサ部とを備える過渡電圧保護素子のうち、当該保護部に成形されるために用いられる樹脂組成物である。
【００１３】
本発明の一態様は、樹脂組成物から成形され、保護対象回路に対する過渡電圧を保護する保護部材であって、前記樹脂組成物は、熱硬化性樹脂と、半導体セラミックス粒子と、を含み、前記半導体セラミック粒子は、粒界部と、前記粒界部によって離隔された複数の結晶部と、を有し、前記保護部材は、電圧−電流特性がオームの法則に従わない非直線性を示し、前記保護対象回路の端子と接地との間に配置され、前記接地は、一端が前記保護対象回路の接地と接続されるコンデンサの他端にも接続される保護部材である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、携帯型機器に対する過渡電圧からの保護を、携帯型機器の小型化を妨げることなく実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】過渡電圧から保護するための従来の回路構成を示す図である。
【図２】過渡電圧から保護するための従来の回路構成を示す図であって、携帯型機器に適用する場合の回路構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る過渡電圧保護素子を用いて、携帯型機器を過渡電圧から保護するための回路構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る過渡電圧保護素子の構造例を示す図である。
【図５】図４の過渡電圧保護素子を、電子機器等の基板に実装した様子を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る過渡電圧保護素子の構造例であって、図４とは異なる例を示す図である。
【図７】図６の内部構造を有する過渡電圧保護素子の外観構成例を示す図である。圧保護素子を適用した消弧装置の回路図である。
【図８】本実施形態に係る半導体セラミックス粒子の拡大断面図である。
【図９】本実施形態に係る構造体の一例を示す模式図である。
【図１０】本実施形態に係る構造体の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図３は、本発明の一実施形態に係る過渡電圧保護素子を用いて、携帯型機器を過渡電圧から保護するための回路構成の一例を示す図である。
本実施形態における過渡電圧保護素子１０は、従来の過渡電圧保護素子と同機能を有する保護部２１と、後述するダム用容量として機能するコンデンサ部２２とを備える。
【００１８】
図３においては、保護対象回路として従来の図１や図２と同様にＩＣ１が設けられ、当該ＩＣ１の出力信号の出力先として出力対象２が設けられている。ただし、これは、本発明の説明を容易なものとすべく保護対象回路を従来と同一にした場合の例示に過ぎない。つまり、本実施形態における過渡電圧保護素子１０は、ＩＣ１のみならず、過渡電圧で破損の可能性がある任意の回路を、保護対象回路として接続することができる
【００１９】
保護部２１は、ＩＣ１（保護対象回路）の入力側の端子Ｔ３と、接地端Ｔ２との間に配置され、電圧−電流特性がオームの法則に従わない非直線性を示す高電圧保護部材から成形される。なお、本明細書において、「電圧−電流特性がオームの法則に従わない非直線性を示す高電圧保護部材」を「バリスタ機能付絶縁材料」ともいう。
バリスタ機能付絶縁材料は、所定電圧以下の電圧が印加されるまでは絶縁材料として機能するが、当該所定電圧を超えた電圧が印加されると導電材料として機能する。バリスタ機能付絶縁材料の詳細については、図８乃至図１０を参照して後述する。
ここで「接続される」とは、当該所定電圧を超えた電圧が印加された場合に電気的に接続されることを意味する。
【００２０】
コンデンサ部２２は、保護部２１の接地端Ｔ２と、ＩＣ１（保護対象回路）の接地端Ｔ１との間に配置され、ダム用容量として機能する。以下、ダム用容量について説明する。
【００２１】
コンデンサ部２２（ダム用容量）のキャパシタンスは、例えば、放電側容量と電圧との積を、ダム用容量に設定される電圧で除した値以上とするとよい。
【００２２】
ＩＣ１の入力及び出力の各インピーダンスは、過渡電圧保護素子１０の保護部２１の動作状態における数Ωに比べて極端に高い。
このため、放電側Ｐから発生して保護部２１により吸収されたエネルギーは確実にコンデンサ部２２（ダム用容量）へ流れ込むことになる。その吸収エネルギーは、コンデンサ部２２（ダム用容量）で一時的に蓄えられた後、徐々に放電されていく。
その結果、回路側Ｃの高電位の発生を抑止することができるため、携帯型機器に対する過渡電圧からの保護を高めることができる。
【００２３】
ここで、過渡電圧保護素子１０の保護部２１の代わりに、バリスタ等の従来の過渡電圧保護素子３（図１や図２）を採用して、かつ、過渡電圧保護素子１０のコンデンサ部２２の代わりに、従来のコンデンサ素子を採用しても、図３と等価な回路構成を実現できる。即ち、携帯型機器に対する過渡電圧からの保護自体は可能になる。
しかしながら、携帯型機器に対して、従来の過渡電圧保護素子３と従来のコンデンサ素子との２つの素子を搭載することは、当該携帯型機器の小型化の妨げになる。
換言すると、携帯型機器に対する過渡電圧からの保護を実行するためには、従来の過渡電圧保護素子３だけでは足りず、ダム用容量が必要になる。このダム用容量のためにコン
デンサ素子を追加することは、携帯型機器の部品数を増やすことを意味し、携帯型機器の小型化の妨げになる。
これに対して、本実施形態では、過渡電圧保護素子１０という１つの素子を搭載するだけで、従来の過渡電圧保護素子３と従来のコンデンサ素子との２つの素子を搭載した場合と同様の効果、即ち、携帯型機器に対する過渡電圧からの保護が可能になる。つまり、携帯型機器の部品数を増やす必要はなくなるため、携帯型機器の小型化の妨げとなることなく、当該携帯型機器の過渡電圧からの保護が十分に可能になる。
さらにまた、過渡電圧保護素子１０を構成する保護部２１及びコンデンサ部２２を特殊な形状にする必要がないため、それらの製造自体も容易になるし、これらを組み込み接続する作業等も容易になる。その結果として、過渡電圧保護素子１０全体を簡易に製造することが可能になり、製造コストの低減も可能になる。
一方、各種仕様や要望に応じて、コンデンサ部２２を特殊な形状にする必要が生じても、成形性に優れるバリスタ機能付絶縁材料を用いることで、これらを組み込み接続する作業等は容易になる。換言すると、成形性に優れるバリスタ機能付絶縁材料を用いることができるので、各種各様な設計の要求に応えることができ、その結果、過渡電圧保護素子１０の設計の自由度が大きくなる。
換言すると、コンデンサ部２２に対して、保護部２１を単に接続するだけで過渡電圧保護素子１０が完成するので、過渡電圧保護素子１０全体を簡易に製造することが可能になり、製造コストの低減も可能になる。
ここで、コンデンサ部２２は、各種仕様や要望に応じて各種各様な形状となり得るが、成形性に優れるバリスタ機能付絶縁材料を用いることができるので、どのような形状に対しても適合する保護部２１を容易に製造することができる。その結果、過渡電圧保護素子１０の設計の自由度が大きくなる。
【００２４】
（過渡電圧保護素子の構造）
図４は、本発明の一実施形態に係る過渡電圧保護素子１０の構造例を示す図である。具体的には、図４（Ａ）は、過渡電圧保護素子１０の外観構成を示す斜視図である。ただし、図４（Ａ）の一部において、過渡電圧保護素子１０の内部構造も示されている。図４（Ｂ）は、過渡電圧保護素子１０の内部構造を示す断面図である。
【００２５】
図４においては、過渡電圧保護素子１０のコンデンサ部２２は、積層セラミックチップコンデンサと同様の構成を有している。
即ち、コンデンサ部２２は、セラミック誘電体３１と内部電極３２とを交互に多層積層し、その両側面に夫々外部電極３３を接続した構成を有している。即ち、内部電極３２は交互に左右の外部電極３３と接続されているので、コンデンサ部２２は、複数のコンデンサの並列接合と等価な構成を有している。
コンデンサ部２２の２つの外部電極３３のうち一方（コンデンサの一端に相当）に対して、保護部２１が接続されることで、過渡電圧保護素子１０が構成される。
例えば、過渡電圧保護素子１０は、１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズを有することができる。なお、当該サイズは例示であり、仕様等に応じて各種各様のサイズの過渡電圧保護素子１０を提供することができる。
【００２６】
（過渡電圧保護素子の製造方法）
コンデンサ部２２自体の製造方法は、従来の積層セラミックチップコンデンサと基本的に同様であるため、ここではその説明を省略する。
例えば、バリスタ機能付絶縁材料を用いて直方体状の保護部２１を製造する。
当該保護部２１の側面と、コンデンサ部２２の１つの外部電極３３とを接着することで、過渡電圧保護素子１０を製造する。
【００２７】
図５は、図４の過渡電圧保護素子１０を、電子機器等の基板５１に実装した様子を示す
模式図である。
基板５１には、図示せぬＩＣ１（図３）の搭載は必須ではないが、図３の端子Ｔ１乃至Ｔ３に相当するプリント配線が設けられているものとする。
図５に示すように過渡電圧保護素子１０を基板５１に搭載することで、保護部２１は、図示せぬＩＣ１（保護対象回路）の入力側の端子Ｔ３と、接地端Ｔ２との間に配置されると共に、コンデンサ部２２は、保護部２１の接地端Ｔ２と、ＩＣ１（保護対象回路）の接地端Ｔ１との間に配置される。
【００２８】
ここで、本発明が適用される過渡電圧保護素子１０は、上述の図４及び図５の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００２９】
例えば、過渡電圧保護素子１０は、図６に示す構造を採ることができる。
図６は、本発明の一実施形態に係る過渡電圧保護素子１０の構造例であって、図４とは異なる例を示す図である。具体的には、図６（Ａ）は、過渡電圧保護素子１０の内部構成を示す斜視図である。図６（Ｂ）は、過渡電圧保護素子１０の内部構造を示す側面断面図である。
図７は、図６の内部構造を有する過渡電圧保護素子１０の外観構成例を示す図である。
【００３０】
図６においては、過渡電圧保護素子１０のコンデンサ部２２は、従来の単板型コンデンサと同様の構成を有している。
即ち、コンデンサ部２２は、電極６１、誘電体６２、及び電極６３を積層し、電極６１と電極６３の夫々にリード線を接続した構成を有している。
電極６１のリード線が保護対象回路の接地端Ｔ１に接続されるものとし、電極６３のリード線が保護部２１の接地端Ｔ２に接続されるものとすると、電極６３における誘電体６２側と反対側の面に対して保護部２１が積層され、当該保護部２１に対してリード線が接続されることで、過渡電圧保護素子１０が構成される。保護部２１のリード線は、保護対象回路の入力側の端子Ｔ３に接続される。
【００３１】
（過渡電圧保護素子の製造方法）
コンデンサ部２２自体の製造方法は、従来の単板型コンデンサと基本的に同様であるため、ここではその説明を省略する。
例えば、バリスタ機能付絶縁材料を用いて円筒状の保護部２１を製造する。
当該保護部２１の底面と、コンデンサ部２２の電極６３における誘電体６２側と反対側の面とを接着することで、過渡電圧保護素子１０を製造する。
【００３２】
また、バリスタ機能付絶縁材料から成形される保護部は、次のような樹脂組成物であれば足りる。
即ち、本発明に係る樹脂組成物は、熱硬化性樹脂、及び粒界部と、前記粒界部によって離隔された複数の結晶部とを有する半導体セラミックス粒子を含み、硬化物が電圧−電流特性がオームの法則に従わない非直線性を示す樹脂組成物であって、保護対象回路の端子と接地との間に配置される保護部と、当該保護部の接地と前記保護対象回路の接地との間に配置されるコンデンサ部とを備える過渡電圧保護素子のうち、当該保護部に成形されるために用いられる。上記樹脂組成物は、上記で一例を示したバリスタ機能付絶縁材料に相当するものである。
【００３３】
かかる構成を採用した樹脂組成物を用いることによって、過渡電圧保護素子内に保護部を歩留りよく具備させることが可能となるため、従来のように、過渡電圧保護素子と、コンデンサ素子とを回路内に配置する必要がなくなり、結果的に、携帯型機器の部品数を増やす必要はなくなるため、携帯型機器の小型化の妨げとなることなく、当該携帯型機器の
過渡電圧からの保護を実現させることができる。
【００３４】
ここで、本実施形態に係る製造方法により得られる構造体が有する、電圧−電流特性がオームの法則に従わない非直線性（バリスタ特性）とは、少なくとも２つの電極端子を備えた電子部品に対して徐々に増大する電圧を印加した際に、一般的にバリスタ素子と呼ばれている過電圧保護素子に流れる電流が非直線的に増大する特性のことを指す。本実施形態において、上記バリスタ特性を有した構造体とは、具体的には、第１の端子と第２の端子とを有する電子部品に搭載させる構造体であり、上記構造体を電子部品に搭載させた時、第１の端子と第２の端子との間の電圧が装置の耐電圧未満である場合には絶縁性を示し、かつ第１の端子と第２の端子との間の電圧が装置の駆動電圧以上である場合には導電性を示すものを指す。ここで、電子部品は、過渡電圧保護素子に相当し、第１の端子及び第２の端子は、保護対象回路の端子と保護部の接地に相当する。なお、本実施形態に係る構造体の有する特性が、上述したように絶縁性から導電性に変換される電圧や、導電性から絶縁性に変換される電圧のことを、以下、バリスタ電圧と称する。
【００３５】
以下、本実施形態に係る樹脂組成物について、詳細に説明する。
【００３６】
従来は、上記発明が解決しようとする課題の項で述べたように、過渡電圧対策として、過渡電圧保護素子と、コンデンサ素子とを回路内に配置する構成を採用することが通常であった。そのため、従来は、過渡電圧保護素子とコンデンサ素子との２つの素子を配置する空間を確保する必要があった。それ故、携帯型機器に対する過渡電圧からの保護を、携帯型機器の小型化を妨げることなく実現することについては、限界を有していた。こうした事情に鑑みて、本発明者は、過渡電圧保護素子内に、保護部を具備させることができれば、携帯型機器に対する過渡電圧からの保護を、携帯型機器の小型化を妨げることなく実現できると考えた。具体的には、本発明者は、保護対象回路の端子と保護部の接地との間に配置することの可能な、たとえば、膜状であり、かつバリスタ特性を示す部材を実現することが、設計指針として有効であることを見出した。
【００３７】
しかし、上述したバリスタ特性を示す部材（構造体）を作製するためには、以下の３つの特性を有する樹脂組成物を作製する必要があった。上記樹脂組成物に要求される第１の特性は、バリスタ特性を示す部材の使用対象である過渡電圧保護素子中に搭載されている電極端子の形状に対応できるように上記部材の形状を制御できる程度に優れた成形性である。上記樹脂組成物に要求される第２の特性は、従来の電子部品において電極端子を保護するために使用されていた封止材の有する機能、すなわち、耐熱性、耐温度サイクル性、絶縁信頼性などの耐久性、密着性、寸法安定性等の要求特性を保持していることである。上記樹脂組成物に要求される第３の特性は、当該樹脂組成物が十分なバリスタ特性を発現できることである。
【００３８】
こうした事情に鑑みて、本発明者は、上述した３つの要求特性を満たす樹脂材料を作製するための設計指針について鋭意検討した結果、バリスタ特性を備えた半導体セラミックス粒子１００を（図９参照）、樹脂組成物中に配合すれば、過渡電圧保護素子内に、保護部を具備させることや、外部環境から加わる応力の外的負荷から上記過渡電圧保護素子を保護する機能を有した構成を具備させることのできる部材を歩留りよく作製することが可能であるとの知見を得た。くわえて、本発明者は、上述した第１の特性を満たす観点、すなわち、十分な成形性を実現する観点から、上述したバリスタ特性を示す部材を作製する方法としては、圧縮成形法またはトランスファー成形法を採用することが望ましいことも知見した。それ故、本樹脂組成物は、顆粒状、タブレット状またはシート状の形態に加工されたものであることが望ましい。
【００３９】
＜熱硬化性樹脂＞
本発明に係る樹脂組成物に含まれる熱硬化性樹脂の具体例としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂、トリアジン骨格含有フェノールノボラック樹脂などのノボラック型フェノール樹脂；未変性のレゾールフェノール樹脂、桐油、アマニ油、クルミ油などで変性した油変性レゾールフェノール樹脂などのレゾール型フェノール樹脂などのフェノール樹脂；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＭ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＰ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＺ型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂；ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、アリールアルキレン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、フェノキシ型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ノルボルネン型エポキシ樹脂、アダマンタン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂；ユリア（尿素）樹脂、メラミン樹脂などのトリアジン環を有する樹脂；不飽和ポリエステル樹脂；ビスマレイミド化合物などのマレイミド樹脂；ポリウレタン樹脂；ジアリルフタレート樹脂；シリコーン樹脂；ベンゾオキサジン樹脂；シアネートエステル樹脂；ポリイミド樹脂；ポリアミドイミド樹脂；ベンゾシクロブテン樹脂、ノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノールＡ型シアネート樹脂、ビスフェノールＥ型シアネート樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型シアネート樹脂等のビスフェノール型シアネート樹脂などが挙げられる。これらの中の１種類を単独で用いてもよいし、異なる重量平均分子量を有する２種類以上を併用してもよく、１種類または２種類以上と、それらのプレポリマーを併用してもよい。
【００４０】
熱硬化性樹脂の含有量は、本発明に係る樹脂組成物全量に対して、好ましくは、１質量％以上３８質量％以下であり、さらに好ましくは、１．５質量％以上３５質量％以下であり、より好ましくは、２質量％以上３０質量％以下であり、最も好ましくは、３質量％以上２５質量％以下である。熱硬化性樹脂の含有量を上記数値範囲以上とすることにより、樹脂組成物の流動性を向上させることができる。また、熱硬化性樹脂の含有量を上記数値範囲以下とすることにより、樹脂組成物の熱放散性を向上させることができるとともに、本発明に係る樹脂組成物からなる構造体の備えるバリスタ特性を向上させることが可能である。
【００４１】
本発明に係る樹脂組成物に含まれる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。上記エポキシ樹脂としては、その分子量、分子構造に関係なく、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を使用することが可能である。このようなエポキシ樹脂の具体例としては、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂；クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格含有ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の３官能型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂等の変性フェノール型エポキシ樹脂；トリアジン核含有エポキシ樹脂等の複素環含有エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４２】
本樹脂組成物は、離型剤を含有してもよい。こうすることで、バリスタ特性を示す部材（構造体３００）を更に歩留りよく作製することが可能となる。この理由は、以下の通り
である。本樹脂組成物は、上述したように、好ましくは、圧縮成形法またはトランスファー成形法によりバリスタ特性を示す部材（構造体３００）を作製するための原材料として使用することを想定したものである。上記圧縮成形法またはトランスファー成形法を採用する場合には樹脂金型を用いて上記部材（構造体３００）を作製することになる。この場合、本樹脂組成物を用いて上記部材（構造体３００）を成形した後、金型から成形物を離型する必要がある。そして、成形金型から成形物を離型する際の離型力が強くなると、得られた成形物が破損するという不都合が生じやすくなる傾向にある。そのため、離型剤を含む樹脂組成物を使用した場合には、上述した不都合が生じることを抑制することが可能であり、結果として、バリスタ特性を示す部材（構造体３００）を歩留りよく作製することが可能となる。
【００４３】
本実施形態に係る離型剤の具体例としては、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸もしくはその金属塩類、パラフィン、酸化ポリエチレン等が挙げられる。離型剤の含有量は、樹脂組成物全量に対して、好ましくは、０．０１質量％以上１質量％以下であり、さらに好ましくは、０．０３質量％以上０．８質量％以下である。
【００４４】
本発明に係る樹脂材料２００（図９および図１０参照）には、硬化剤を含有させてもよい。上記硬化剤は、熱硬化性樹脂と反応して硬化させるものであればよく、ここで、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合に使用可能な硬化剤の具体例としては、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の炭素数２〜２０の直鎖脂肪族ジアミン、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、パラキシレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェ
ニルプロパン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノ
ジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジシクロヘキサン、ビス（４−アミ
ノフェニル）フェニルメタン、１，５−ジアミノナフタレン、メタキシレンジアミン、パラキシレンジアミン、１，１−ビス（４−アミノフェニル）シクロヘキサン、ジシアノジアミド等のアミノ類；アニリン変性レゾール樹脂やジメチルエーテルレゾール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂；フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂等のフェノールアラルキル樹脂；ナフタレン骨格やアントラセン骨格のような縮合多環構造を有するフェノール樹脂；ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン；ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）などの脂環族酸無水物、無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）などの芳香族酸無水物などを含む酸無水物等；ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテルなどのポリメルカプタン化合物；イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネートなどのイソシアネート化合物；カルボン酸含有ポリエステル樹脂などの有機酸類等が挙げられる。これらは１種類を単独で用いても２種類以上を組み合わせて用いてもよい。中でも構造体３００の耐湿性、信頼性を向上させる観点から、１分子内に少なくとも２個のフェノール性水酸基を有する化合物が好ましく、その具体例としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；レゾール型フェノール樹脂；ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格含有ナフトールアラルキル型フェノール樹脂等が挙げられる。
【００４５】
本樹脂組成物中に含まれる樹脂材料２００には、硬化促進剤を含有させてもよい。上記硬化促進剤は、たとえば、エポキシ基等の官能基と硬化剤との硬化反応を促進させるもの
であればよく、その具体例としては、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン及びその誘導体；トリブチルアミン、ベンジルジメチルアミン等のアミン系化合物；２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物；トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類；テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ安息香酸ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイルオキシボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフチルオキシボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート；ベンゾキノンをアダクトしたトリフェニルホスフィン等が挙げられる。これらは１種類を単独で用いても２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４６】
また、本樹脂組成物中に含まれる樹脂材料２００には、上記の成分以外に、必要に応じて、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤；カーボンブラック等の着色剤；天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸もしくはその金属塩類、パラフィン、酸化ポリエチレン等の離型剤；シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力剤；ハイドロタルサイト等のイオン捕捉剤；水酸化アルミニウム等の難燃剤；酸化防止剤等の各種添加剤を配合させてもよい。
【００４７】
＜半導体セラミックス粒子＞
図８は、本実施形態に係る半導体セラミックス粒子の拡大断面図である。
図８に示すように、本実施形態に係る半導体セラミックス粒子１００は、粒界部１２０と、上記粒界部１２０によって離隔された複数の結晶部１１０とを有する粒子である。言い換えれば、本実施形態に係る半導体セラミックス粒子１００は、粒界部１２０と、上記粒界部１２０を介して互いに離間するように配置される２以上の結晶部１１０とからなる複数の結晶が凝集した粒子であるともいえる。かかる半導体セラミックス粒子１００は、当該粒子に対してバリスタ電圧未満の電圧が印加された場合には、粒界部１２０が抵抗として作用するため電流を通さないが、バリスタ電圧以上の電圧が印加された場合には、トンネル効果が生じて図８に示す矢印のように電流を通すという特性を有する粒子である。なお、本実施形態に係る半導体セラミックス粒子１００のようにバリスタ特性を備えた部材については、従来の電子部品において電子素子とともに同回路に搭載させる耐電圧保護素子（バリスタ素子等）中に含まれていた。しかし、以下の２つの要求特性を満たす上記半導体セラミックス粒子１００を含む樹脂組成物からなる部材を歩留りよく製造する方法については、これまでに報告されていなかった。上述した１つ目の要求特性は、電子部品内に実装される回路中に搭載する電子素子自体の内部に具備させることが可能なことである。上述した２つ目の要求特性は、当該部材を電子素子自体の内部に具備させた場合に、静電気等の過電圧にくわえて、外部環境から加わる応力から上記電子素子を保護できる機能を備えていることである。
【００４８】
半導体セラミックス粒子１００の平均粒子径Ｄ５０は、例えば、０．０１μｍ以上、１５０μｍ以下であり、好ましくは、０．１μｍ以上、１２０μｍ以下であり、さらに好ましくは１μｍ以上、９０μｍ以下であり、特に好ましくは５μｍ以上、６０μｍ以下である。こうすることで、半導体セラミックス粒子１００を含む樹脂組成物により形成された構造体３００の形状に依存することなく、バリスタ特性を発現することが可能となる。
【００４９】
また、半導体セラミックス粒子１００は、球状粒子であることが好ましい。これにより、バリスタ特性の制御を容易に行うことができる。
【００５０】
半導体セラミックス粒子１００において結晶部１１０は、酸化亜鉛、炭化ケイ素、チタン酸ストロンチウム、および、チタン酸バリウムからなる群より選択される１種以上を含む材料により形成されていることが好ましい。中でも、酸化亜鉛を主成分として含む材料
は、半導体セラミックス粒子１００自体の非直線性係数やエネルギー耐量を向上させる観点から好ましい。炭化ケイ素を主成分として含む材料は、絶縁破壊電圧が高いため、バリスタ電圧を高電圧に設定する場合には好適である。また、チタン酸ストロンチウムを主成分として含む材料は、高電圧・高周波ノイズの吸収や抑制という点において、好適である。
【００５１】
半導体セラミックス粒子１００において粒界部１２０は、ビスマス、プラセオジム、アンチモン、マンガン、コバルトおよびニッケル、またはこれらの化合物からなる群より選択される１種以上を含む材料により形成されていることが好ましい。中でも、粒界部１２０は、非直線性抵抗特性が良好であるという観点から、ビスマス、プラセオジム、またはこれらの化合物からなる群より選択される１種以上を含む材料により形成されていることが好ましい。なお、上記これらの化合物としては、酸化物、窒化物、有機化合物、その他の無機化合物等の形態が挙げられるが、バリスタ特性を良好に発現させる観点から、酸化物であることが好ましい。
【００５２】
半導体セラミックス粒子１００の含有量は、確実に構造体３００のバリスタ特性を発現させる観点から、本樹脂組成物全量に対して、好ましくは６０質量％以上９７質量％以下であり、さらに好ましくは、７０質量％以上９５質量％以下であり、特に好ましくは、７５質量％以上９５質量％以下である。半導体セラミックス粒子１００の含有量を上記数値範囲内となるよう制御することにより、図９に示す模式図のように、２つの電極端子１３０間が、複数の粒子同士が互いに接するように半導体セラミックス粒子１００により埋め尽くされた構造体３００を実現することができる。すなわち、半導体セラミックス粒子１００の含有量を上記数値範囲内となるよう制御した場合には、構造体のバリスタ特性を確実に発現させることが可能となる。
【００５３】
本樹脂組成物中には、導電粒子を含有させることが好ましい。こうすることで、本樹脂組成物により形成された構造体３００を備える過渡電圧保護素子に対して、バリスタ電圧を超える高電圧が印加された際に、当該構造体３００の電気伝導性をより一層良好なものとすることができる。具体的には、図１０に示すように、２つの電極端子１３０間を埋め尽くすように配される複数の半導体セラミックス粒子１００同士の隙間領域に、導電粒子１５０を入り込ませることが可能となる。これにより、構造体３００のバリスタ特性をより一層良好なものとすることができる。
【００５４】
導電粒子１５０の含有量は、確実に構造体３００のバリスタ特性を発現させる観点から、本樹脂組成物全量に対して、好ましくは、１質量％以上２０質量％以下であり、さらに好ましくは、２質量％以上１５質量％以下であり、最も好ましくは、２質量％以上１０質量％以下である。導電粒子１５０の含有量を上記数値範囲内となるよう制御することにより、図１０に示す模式図のように、２つの電極端子１３０間を埋め尽くすように配される複数の半導体セラミックス粒子１００の隙間領域に、万遍なく導電粒子１５０を入り込ませることが可能となる。
【００５５】
導電粒子１５０の平均粒子径Ｄ５０は、確実に構造体のバリスタ特性を発現させる観点から、例えば、０．０１μｍ以上、５０μｍ以下であり、好ましくは、０．０２μｍ以上、４０μｍ以下であり、さらに好ましくは０．０５μｍ以上、３０μｍ以下であり、特に好ましくは０．１μｍ以上、２０μｍ以下である。
【００５６】
導電粒子１５０を形成する材料の具体例としては、ニッケル、カーボンブラック、アルミニウム、銀、金、銅、グラファイト、亜鉛、鉄、ステンレス鋼、錫、黄銅、及び、それらの合金からなる群より選択される導電材料や、酸化亜鉛、炭化ケイ素、チタン酸ストロンチウム、および、チタン酸バリウムからなる群より選択される半導電材料等が挙げられ
る。
【００５７】
また、本樹脂組成物に含まれる半導体セラミックス粒子１００と、導電粒子１５０の大きさは、以下の条件を満たすものであることが好ましい。具体的には、半導体セラミックス粒子１００の平均粒子径Ｄ５０をＸとし、導電粒子１５０の平均粒子径Ｄ５０をＹとした時、Ｙ／Ｘの値が、０．０５以上１未満であることが好ましく、０．１以上０．８以下であるとさらに好ましい。こうすることで、図１０に示す模式図のように、２つの電極端子１３０間を埋め尽くすように配される複数の半導体セラミックス粒子１００の隙間領域に、導電粒子１５０を入り込ませやすくなる。
【００５８】
本実施形態に係る樹脂組成物は、熱硬化性樹脂とともに、特定量のバリスタ特性を示す半導体セラミックス粒子を含む構成を採用している。かかる構成を採用した樹脂組成物を用いることによって、過渡電圧保護素子内に、保護部を具備させることや、外部環境から加わる応力の外的負荷から上記過渡電圧保護素子を保護する機能を有した構成を具備させることが可能となるため、従来の電子部品のように、過渡電圧保護素子と、コンデンサ素子とを回路内に配置する必要がなくなり、結果的に、携帯型機器の部品数を増やす必要はなくなるため、携帯型機器の小型化の妨げとなることなく、当該携帯型機器の過渡電圧からの保護を実現させることができる。
【００５９】
以下、本実施形態に係る樹脂組成物を用いて、過渡電圧保護素子中の保護部（以下、「バリスタ特性を示す部材」及び／又は「構造体３００」ともいう。）を作製する方法について、説明する。
【００６０】
本実施形態に係る樹脂組成物を用いる場合、圧縮成形法およびトランスファー成形法のいずれかの樹脂成形方法により、バリスタ特性を示す部材（構造体３００）を歩留りよく作製することができる。ここで、構造体３００を作製するために、樹脂組成物を圧縮成形する手法を採用する場合には、上記樹脂組成物は、顆粒状、粉末状またはシート状に加工されたものであることが好ましい。一方、構造体３００を作製するために、樹脂組成物をトランスファー成形する手法を採用する場合には、上記樹脂組成物は、タブレット状に加工されたものであることが好ましい。
【００６１】
以下、本実施形態に係る構造体３００を作製する方法の一例について、まずは、顆粒状の樹脂組成物を用いて圧縮成形することにより構造体３００を製造する場合を例に挙げて説明する。ただし、本実施形態に係る構造体３００を作製する方法については、以下の例に限定されない。
【００６２】
まず、圧縮成形金型の上型と下型の間に、顆粒状の樹脂組成物が収容された樹脂材料供給容器を設置する。
【００６３】
次に、減圧下、金型の上型と下型の間隔を狭めながら、樹脂材料供給容器の底面を構成するシャッター等の樹脂材料供給機構により、秤量された顆粒状の樹脂組成物を下型が備える下型キャビティ内へ供給する。これにより、顆粒状の樹脂組成物は、下型キャビティ内で所定温度に加熱され、溶融状態となる。次いで、金型の上型と下型を結合させることにより、溶融状態の樹脂組成物を上型に押し当てる。その後、金型の上型と下型を結合させた状態を保持しながら、所定時間をかけて樹脂組成物を硬化させる。これにより、樹脂組成物が確実にバリスタ特性を発現することができる。ここで、圧縮成形を行う場合には、金型内を減圧しながら樹脂封止を行うことが好ましく、真空条件下で行うとさらに好ましい。これにより、樹脂組成物の未充填部分を残さずに良好に充填することができる。
【００６４】
また、顆粒状の樹脂組成物を用いて圧縮成形する場合における成形温度は、特に限定さ
れるわけではないが、５０〜２５０℃が好ましく、５０〜２００℃がさらに好ましく、８０〜１８０℃が特に好ましい。また、成形圧力は、特に限定されるわけではないが、０．５〜１２ＭＰａであることが好ましく、１〜１０ＭＰａが特に好ましい。成形温度および圧力を上記範囲とすることで、溶融状態の樹脂組成物が充填されない部分が発生することを防止することができる。
【００６５】
次に、本実施形態に係る構造体３００を作製する方法の一例について、シート状の樹脂組成物を用いて圧縮成形することにより構造体３００を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００６６】
まず、金型の下型キャビティ内にシート状の樹脂組成物を配置する。次いで、減圧下、金型の上型と下型の間隔を狭めることにより、シート状の樹脂組成物は、下型キャビティ内で所定温度に加熱され、溶融状態となる。その後、金型の上型と下型を結合させることにより、溶融状態の樹脂組成物を上型に押し当てる。その後、金型の上型と下型を結合させた状態を保持しながら、所定時間をかけて樹脂組成物を硬化させる。これにより、樹脂組成物が確実にバリスタ特性を発現することができる。ここで、圧縮成形を行う場合には、金型内を減圧しながら樹脂封止を行うことが好ましく、真空条件下で行うとさらに好ましい。これにより、樹脂組成物の未充填部分を残さずに良好に充填することができる。
【００６７】
また、シート状の樹脂組成物を用いて圧縮成形する場合における成形温度は、特に限定されるわけではないが、５０〜２５０℃が好ましく、５０〜２００℃がさらに好ましく、８０〜１８０℃が特に好ましい。また、成形圧力は、特に限定されるわけではないが、０．５〜１２ＭＰａであることが好ましく、１〜１０ＭＰａが特に好ましい。成形温度および圧力を上記範囲とすることで、溶融状態の樹脂組成物が充填されない部分が発生することを防止することができる。
【００６８】
次に、本実施形態に係る構造体３００を作製する方法の一例について、タブレット状の樹脂組成物を用いてトランスファー成形することにより構造体３００を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００６９】
まず、成形金型を準備する。ここで準備する成形金型は、タブレット状の樹脂組成物を仕込むポットと、その後、圧力をかけて樹脂組成物を溶融させるためにポットに挿入する補助ラムを備えたプランジャーと、溶融させた樹脂組成物を成形空間内に送り込むスプルーとが設けられているものである。
【００７０】
次いで、成形金型を閉じた状態で、ポット内にタブレット状の樹脂組成物を仕込む。ここで、ポット内に仕込む樹脂組成物の形態は、予め、プレヒーター等によって予熱することにより半溶融の状態にされていてもよい。次に、ポット内に仕込んだ樹脂組成物を溶融させるために、樹脂組成物に対して、補助ラムを備えたプランジャーをポットに挿入して圧力をかける。その後、溶融した樹脂組成物を、スプルーを介して成形空間内に導入する。次に、成形空間内に充填された樹脂組成物は、加熱加圧されることにより硬化する。樹脂組成物が硬化した後、成形金型を開くことにより、樹脂組成物が確実にバリスタ特性を発現する構造体３００を得ることができる。
【００７１】
また、トランスファー成形における成形温度は、特に限定されるわけではないが、５０〜２５０℃が好ましく、５０〜２００℃がさらに好ましく、８０〜１８０℃が特に好ましい。成形温度を上記範囲とすることで、溶融状態の樹脂組成物が充填されない部分が発生することを防止することができる。
【００７２】
本発明に係る保護部材は、熱硬化性樹脂、及び、粒界部と、前記粒界部によって離隔さ
れた複数の結晶部とを有する半導体セラミックス粒子を含む樹脂組成物から成形され、電圧−電流特性がオームの法則に従わない非直線性を示し、保護対象回路に対する過渡電圧を保護する保護部材であって、前記保護対象回路の端子と接地との間に配置され、前記接地は、一端が前記保護対象回路の接地と接続されるコンデンサの他端にも接続される。上記樹脂組成物としては、本発明に係る樹脂組成物を用いることができる。
【００７３】
本発明に係る保護部材は、本実施形態に係る樹脂組成物を用いて、過渡電圧保護素子中の保護部を作製する上述の方法と同様にして、製造することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・ＩＣ
２・・・出力対象
３・・・従来の過渡電圧保護素子
１０・・・本発明が適用される過渡電圧保護素子
２１・・・保護部
２２・・・コンデンサ部
３１・・・セラミック誘電体
３２・・・内部電極
３３・・・外部電極
５１・・・基板
６１・・・電極
６２・・・誘電体
６３・・・電極
１００・・・半導体セラミックス粒子
１１０・・・結晶部
１２０・・・粒界部
１３０・・・電極端子
１５０・・・導電粒子
２００・・・樹脂材料
３００・・・バリスタ特性を示す部材（構造体）
【図１】
2016219716.tif 000003
【図２】
2016219716.tif 000004
【図３】
2016219716.tif 000005
【図４】
2016219716.tif 000006
【図５】
2016219716.tif 000007
【図６】
2016219716.tif 000008
【図７】
2016219716.tif 000009
【図８】
2016219716.tif 000010
【図９】
2016219716.tif 000011
【図１０】
2016219716.tif 000012