DE10359264A1

DE10359264A1 - Mehrschichtchipvaristor und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10359264A1
Application number: DE10359264A
Authority: DE
Inventors: Makikazu Takehana; Osamu Hirose; Toshiaki Ochiai
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2004-07-01
Also published as: TWI366202B; US7075405B2; CN1508814A; US20040119579A1; TW200428419A; KR20040055621A; KR100673806B1; CN100485826C

Abstract

Der Mehrschichtchipvaristor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Varistorkörper mit mehreren Varistorschichten und inneren Elektroden, die so angeordnet sind, um jede der Varistorschichten einzuschließen; ferner sind Anschlusselektroden, die an jedem Endbereich des Varistorkörpers ausgebildet sind und mit den inneren Elektroden verbunden sind, und Glasschichten, die zwischen dem Varistorkörper und den Anschlusselektroden gebildet sind, vorgesehen. Ferner sind plattierte Schichten auf der Oberfläche der Anschlusselektroden gebildet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrschichtchipvaristor und Verfahren zu dessen Herstellung.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Ein Mehrschichtchipvaristor ist bekannt, der einen Varistorkörper enthält, der durch Sintern eines Stapels aus Varistorschichten und einer inneren Elektrode erhalten wird, und Anschlusselektroden aufweist, die durch Anwenden einer leitfähigen Paste auf Endflächen des Varistorkörpers und durch anschließendes Trocknen und Aufbacken der aufgebrachten Paste gebildet sind.

Die leitfähige Paste, die häufig zur Herstellung der Anschlusselektroden verwendet wird, wird durch Mischen einer Glasmasse mit einem organischen Träger mit Metallpulver, das einen wesentlichen Anteil darstellt, etwa in Form von Silber, hergestellt. Die Glasmasse wird in die leitfähige Paste zur Verbesserung der Hafteigenschaften des Varistorkörpers und der Anschlusselektroden eingefügt.

Dieser Typ eines Mehrschichtchipvaristors wird auf einer Leiterplatte oder dergleichen typischerweise in einem Verfahren, das als Aufschmelzlöten bzw. Reflowlöten bezeichnet wird, montiert. Bei diesem Verfahren wird der Varistor auf eine Lotpaste aufgesetzt, die auf eine leitfähige Fläche auf der Leiterplatte zuvor aufgebracht wurde, und anschließend wird die gesamte Leiterplatte auf eine Temperatur von 200° C oder höher aufgeheizt, um das Lot zu schmelzen, so dass der Varistor auf der Leiterplatte fixiert wird.

Dabei kommt es häufig vor, dass die Anschlusselektroden mit Nickel beschichtet werden und anschließend weiter mit dem Lot, Zinn oder dergleichen beschichtet werden, um die Benetzbarkeit der Anschlusselektrode für das Lot während des Aufschmelzlotvorganges zu verbessern.

Wenn jedoch die Anschlusselektroden plattiert werden, dringt eine Plattierungslösung in den Varistorkörper ein und die Plattierungslösung, die in den Varistorkörper eingedrungen ist, führt manchmal zu einer Korrosion der Varistorschichten in dem Varistorkörper insbesondere an der Korngrenze eines Varistormaterials, das die Varistorschichten bildet. Da die Varistoreigenschaften des Mehrschichtchipvaristors als durch die Korngrenze definiert betrachtet werden, bewirkt diese Korrosion der Korngrenze eine Beeinträchtigung der Varistoreigenschaften des Mehrschichtchipvaristors, etwa in Form einer Abnahme der Varistorspannung und dergleichen. Eine derartige Beeinträchtigung der Varistoreigenschaften kann unmittelbar nach dem Plattieren beobachtet werden oder nachdem der Varistor auf der Leiterplatte durch das Aufschmelzlöten montiert ist.

Um die Beeinträchtigung der Varistoreigenschaften auf Grund des Eindringens einer Plattierungslösung zu verhindern, wurden diverse Maßnahmen in konventionellen Mehrschichtchipvaristoren durchgeführt. Zum Beispiel sind Mehrschichtchipvaristoren bekannt, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Heisei 8-31616 und in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Heisei 10-70012 beschrieben sind. 6 ist eine Querschnittsansicht, die einen Mehrschichtchipvaristor zeigt, wie er auch in den zuvor erwähnten Veröffentlichungen beschrieben ist. Der in 6 gezeigte Mehrschichtchipvaristor weist einen Varistorkörper 10 mit inneren Elektroden 11 und Anschlusselektroden 12 auf, die an den Enden des Varistorkörpers 10 vorgesehen sind. Des weiteren sind isolierende Schutzschichten 13 in Bereichen des Varistorkörpers 10 ausgebildet, in denen die Anschlusselektroden 12 nicht ausgebildet sind. In diesem Mehrschichtchipvaristor dienen die isolierenden Schutzschichten 13 dem Zweck, ein Eindringen der Plattierungslösung in den Varistorkörper 10 zu verhindern.

Des weiteren ist ein Mehrschichtchipvaristor bekannt, wie er in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2000-164406 beschrieben ist, wobei auch bei diesem Varistor ein Eindringen einer Plattierungslösung in den Varistorkörper reduziert werden kann. 7 ist eine Querschnittsansicht, die den Mehrschichtchipvaristor zeigt, wie er in der zuvor genannten Veröffentlichung beschrieben ist. Der in 7 gezeigte Mehrschichtchipvaristor umfasst einen Varistorkörper 10 mit inneren Elektroden 11 und Erdungselektrodenschichten 14, die an den Enden des Varistorkörpers 10 vorgesehen sind. Des weiteren sind eine Glasschicht 15 und externe Elektroden 16 an den äußeren Seiten der Erdungselektrodenschichten 14 gebildet. Ferner ist ein leitendes Material in der Glasschicht 15 verteilt und damit wird eine kontinuierliche Verbindung zwischen den Erdungselektrodenschichten 14 und den externen Elektrodenschichten 16 verwirklicht.

Des weiteren ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2002-134306 ein Mehrschichtchipvaristor beschrieben, in welchem Anschlusselektroden gebildet werden, wobei eine leitende Paste mit einem vorbestimmten Anteil an leitfähiger Glasmasse oder einem noch höheren Anteil der Glasmasse verwendet wird. Bei diesem Mehrschichtchipvaristor ist der Anteil der Glasmasse innerhalb der Anschlusselektroden größer als in einem konventionellen Varistor, um Hohlräume in den Anschlusselektroden zu verringern, um damit das Eindringen einer Plattierungslösung in die Anschlusselektroden zu verhindern. Ferner verhindert die Verwendung einer leitenden Glasmasse mit Zinnoxid oder Antimonoxid eine Verringerung der Benetzbarkeit für das Lot, die häufig auftritt, wenn der Anteil an Glasmasse erhöht wird.

Ferner ist eine leitende Paste mit einer Glasmasse mit einer speziellen Zusammensetzung in der japanischen Offenlegungsschrift Heisei 6-349313 und in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2001-122639 beschrieben. Anschlusselektroden eines Mehrschichtelements, das aus dieser leitfähigen Paste gebildet wird, sind hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen eine Plattierungslösung ausgezeichnet und es ist somit erwiesen, dass diese Anschlusselektroden eine Beeinträchtigung der Eigenschaften des Elements auf Grund des Eindringens der Plattierungslösung verhindern können.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

In dem in 6 gezeigten Mehrschichtchipvaristor können die isolierenden Schutzschichten 13 das Eindringen einer Plattierungslösung von der Oberfläche des Varistorkörpers 10 her verhindern. Jedoch kann die Plattierungslösung in das Innere des Varistorkörpers 10 durch Hohlräume in den Anschlusselektroden 12 eindringen, da die Anschlusselektroden 12 nicht ausreichend dicht ausgebildet sind. Insbesondere dringt die Plattierungslösung häufig in den Körper 10 durch Spalten zwischen den Varistorkörper 10 und den inneren Elektroden 11 ein. Dies bewirkt eine starke Korrosion des Varistorkörpers 10 durch die Plattierungslösung, wodurch die Varistoreigenschaften weiterhin beeinträchtigt werden.

Ferner werden in dem in 6 gezeigten Mehrschichtchipvaristor die isolierenden Schutzschichten 13 hergestellt, indem der Varistorkörper 10 in ein Siliziumoxidpulver gelegt wird und dieses dann ausgebacken wird. Daher ergab sich der Nachteil, dass eine erhöhte Anzahl an Prozessschritten bei der Herstellung des Mehrschichtchipvaristor erforderlich ist.

Bei dem in 7 gezeigten Mehrschichtchipvaristor ist nicht nur der Varistorkörper 10, sondern es sind auch die Erdungselektroden 14 mit der Glasschicht 15 bedeckt und damit kann eine Plattierungslösung kaum in das Innere des Varistorkörpers 10 eindringen. Da jedoch die Glasschicht 15 eine geringe Leitfähigkeit aufweist, wird die Verbindung zwischen den Erdungselektrodenschichten 14 und der Anschlusselektrodenschicht 16 unzureichend, so dass der Widerstandswert der Anschlusselektroden insgesamt tendenziell ansteigt. Ferner ergibt sich das Problem, dass das Bilden der Glasschicht 15 die Anzahl der Prozessschritte bei der Herstellung des Mehrschichtchipvaristors vergrößert.

Ferner ist in dem Mehrschichtchipvaristor, der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2002-134306 beschrieben ist, die elektrische Leitfähigkeit der Glasmasse, die in der leitfähigen Paste enthalten ist, 5 bis 6 Größenordnungen kleiner als die Leitfähigkeit von Silber, das normalerweise als ein Elektrodenmaterial dient. Wenn daher der Anteil der Glasmasse in etwa in einer Menge vorliegt, die keine Beeinträchtigung der Widerstandsfähigkeit gegen die Plattierungslösung darstellt, wird die Verbindung zwischen den Erdungselektrodenschichten und den Anschlusselektrodenschichten häufig unzureichend.

In der leitfähigen Paste, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Heisei 6-349313 und in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2001-122639 beschrieben ist, weist die Glasmasse selbst eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen eine Plattierungslösung auf. Es ist jedoch schwierig, Anschlusselektroden in dichter Weise zu bilden. Daher neigt das Mehrschichtelement mit den Anschlusselektroden, die aus dieser leitfähigen Paste hergestellt sind, dazu, dass eine Plattierungslösung eindringen kann.

Die vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf die zuvor genannten Umstände erdacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mehrschichtchipvaristor bereitzustellen, in welchem eine Beeinträchtigung der Varistoreigenschaften gering ist, selbst wenn Oberflächen von Anschlusselektroden weiterhin plattiert werden; ferner ist es eine Aufgabe, ein Herstellungsverfahren dafür bereitzustellen.

Um die obige Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß ein Mehrschichtchipvaristor bereitgestellt mit einem Varistorkörper mit mehreren Varistorschichten und inneren Elektroden, die so angeordnet sind, dass sie jede der Varistorschichten einschließen, mit Anschlusselektroden, die an Enden des Varistorkörpers ausgebildet und mit den inneren Elektroden verbunden sind, und mit einer Glasschicht, die zwischen dem Varistorkörper und der Anschlusselektrode gebildet ist.

Der Mehrschichtchipvaristor mit dem obigen Aufbau weist die Glasschichten zwischen dem Varistorkörper und den Anschlusselektroden auf. Wenn daher die Oberflächen der Anschlusselektroden weiter plattiert werden und eine Plattierungslösung durch sie hindurchdringt, verhindern die Glasschichten, dass die Plattierungslösung in das Innere des Körpers eintritt. Als Folge davon weist der Mehrschichtchipvaristor nach dem Plattieren eine äußerst geringe Beeinträchtigung der Varistoreigenschaften im Vergleich zu dem Varistor vor dem Plattieren auf.

Bei dem zuvor beschriebenen Mehrschichtchipvaristor wird vorzugsweise in einem Querschnitt entlang einer Linie, die durch den Mittelpunkt der Anschlusselektrode in deren Breitenrichtung geht, die Glasschicht so ausgebildet, um nicht mehr als 10% der Gesamtlänge eines Bereichs in dem Varistorkörper abzudecken, der von der Anschlusselektrode bedeckt ist. Folglich kann das Eindringen der Plattierungslösung in den Varistorkörper noch wirksamer reduziert werden. Aus ähnlichen Gründen ist es vorteilhaft, dass die Glasschicht eine Dicke von 0.1 μm oder größer aufweist.

Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Anschlusselektrode des zuvor beschriebenen Mehrschichtchipvaristor gebildet wird, indem eine leitfähige Paste mit einem Glasmaterial ausgebacken wird und indem die Glasschichten durch Schmelzen des Glasmaterials in der leitenden Paste, während diese ausgebacken wird, gebildet werden.

In diesem Falle ist es nicht erforderlich, einen separaten Schritt zur Bildung der Glasschichten auszuführen, wie dies in dem konventionellen Verfahren der Fall ist. Somit kann der Herstellungsprozess für den Mehrschichtchipvaristor vereinfacht werden.

Vorzugsweise enthält die oben verwendete leitfähige Paste Metall und Glasmaterial, wobei der Anteil des Glasmaterials zwischen 2 und 15 Gewichtsprozent in Bezug auf die Gesamtmasse des Metalls und des Glasmaterials beträgt. Mit dieser Zusammensetzung der leitfähigen Paste kann das Glasmaterial aus dem leitenden Material einfacher geschmolzen werden.

Weiterhin enthält vorzugsweise die Anschlusselektrode des Mehrschichtchipvaristor das Glasmaterial und Silber oder eine Legierung, dessen wesentliche Komponente Silber ist. Es ist ferner vorteilhaft, dass die inneren Elektroden Palladium, Platin oder eine Legierung aufweisen, deren wesentlichen Komponenten Palladium und Platin sind.

Des weiteren ragen vorzugsweise in dem erfindungsgemäßen Mehrschichtchipvaristor die inneren Elektroden aus dem Varistorkörper bis in die Anschlusselektrode hinein, und zumindest Fußbereiche dieser inneren Elektroden, die in die Anschlusselektroden hineinragen, sind mit der Glasschicht bedeckt.

Der Mehrschichtchipvaristor mit diesem Aufbau besitzt eine bessere Haftung der inneren Elektroden und der Anschlusselektroden, und es daher wird ein guter Kontaktzustand beider Elektroden verwirklicht. Da ferner die Fußbereiche der inneren Elektroden mit Glasschichten bedeckt sind, kann die Plattierungslösung nicht leicht in das Innere des Varistorkörpers eindringen.

Ein Herstellungsverfahren für einen Mehrschichtchipvaristor gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, in welchem der Mehrschichtchipvaristor mit dem zuvor beschriebenen Aufbau in einfacher Weise hergestellt werden kann. Dieses Verfahren umfasst die Schritte: Bilden eines Varistorkörpers mit mehreren Varistorschichten und inneren . Elektroden, die so angeordnet sind, um jede der Varistorschichten einzuschließen; Aufbringen einer leitfähigen Paste mit einem Glasmaterial auf Enden des Varistorkörpers und Ausbacken der aufgetragenen leitfähigen Paste, um Anschlusselektroden zu bilden und um eine Glasschicht zwischen dem Varistorkörper und den Anschlusselektroden durch Schmelzen des in der leitfähigen Paste enthaltenen Glasmaterials zu bilden.

Auf Grund dieses Herstellungsverfahrens können die Glasschichten in einfacher Weise zwischen den Varistorschichten und den Anschlusselektroden gebildet werden. Bei dem auf diese Weise hergestellten Mehrschichtchipvaristor verhindern die Glasschichten ein Eindringen einer Plattierungslösung in den Varistorkörper, obwohl die Oberflächen der Anschlusselektroden weiter plattiert werden. Folglich wird eine Beeinträchtigung der Varistoreigenschaften auf Grund des Plattierens äußerst gering.

Vorzugsweise wird in diesem Herstellungsvertahren in einem Querschnitt entlang einer Linie, die durch den Mittelpunkt der Anschlusselektrode in deren Breitenrichtung verläuft, jeder der Glasschichten so gebildet, um nicht mehr als 10% der Gesamtlänge eines Bereichs in dem Varistorkörper abzudecken, der von der Anschlusselektrode bedeckt ist. Vorteilhafterweise wird jede der Glasschichten mit einer Dicke von 0.1 μm oder mehr gebildet. Folglich wird ein Eindringen der Plattierungslösung in den Varistorkörper während des Plattierungsvorganges noch effizienter verhindert.

Weiterhin wird vorzugsweise die leitfähige Paste bei einer Temperatur ausgebacken, die mindestens 70° C höher liegt als ein Erweichungspunkt des in der Paste enthaltenen Glasmaterials. Vorzugsweise wird die leitfähige Paste bei 700° C oder höher ausgebacken. Wenn die leitfähige Paste bei der oben genannten Temperatur ausgebacken wird, schmilzt das Glasmaterial aus der leitfähigen Paste noch besser und somit kann eine effiziente Bildung der Glasschichten erreicht werden, die den zuvor genannten Bedingungen genügen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Mehrschichtchipvaristor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform darstellt.
2 ist eine Seitenansicht, die den Mehrschichtchipvaristor 100 zeigt.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine vergrößerte Umgebung einer Verbindung zwischen einem Varistorkörper 1 und einer Anschlusselektrode 3a des Mehrschichtchipvaristors darstellt, wobei die Bedeckung durch eine Glasschicht 5% beträgt.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine vergrößerte Umgebung einer Verbindung zwischen dem Varistorkörper 1 und der Anschlusselektrode 3a des Mehrschichtchipvaristors zeigt, wobei die Bedeckung durch eine Glasschicht 100% beträgt.
5a ist eine Aufnahme von einem Rasterelektronenmikroskop, wobei die Umgebung der Verbindung zwischen dem Varistorkörper 1 und der Anschlusselektrode 3a des Mehrschichtchipvaristors gezeigt ist, wobei die Bedeckung der Glasschicht 4 5% beträgt.
5b ist eine Aufnahme eines Rasterelektronenmikroskops, wobei die Umgebung der Verbindung zwischen dem Varistorkörper 1 und der Anschlusselektrode 3a des Mehrschichtchipvaristors dargestellt ist, wobei die Bedeckung durch die Glasschicht 4 80% beträgt.
6 ist eine Querschnittsansicht, die einen konventionellen Mehrschichtchipvaristor zeigt.
7 ist eine Querschnittsansicht, die einen weiteren konventionellen Mehrschichtchipvaristor zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben. Zu beachten ist, dass in der Beschreibung der Zeichnungen identische Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen belegt sind und eine wiederholte Beschreibung davon weggelassen ist. Ferner sind zur besseren Darstellung in der Zeichnung die Abmessungsverhältnisse in den Zeichnungen nicht auf jene begrenzt, die gezeigt sind und diese stimmen nicht notwendigerweise mit den Abmessungen in der Beschreibung überein. Ferner sind Positionsangaben, etwa vertikale und laterale Richtungen auf die Positionen in den Zeichnungen bezogen, sofern dies nicht anderweitig spezifiziert ist.
Zunächst wird der Mehrschichtchipvaristor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug zu den 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht des Mehrschichtchipvaristors gemäß der bevorzugten Ausführungsform und 2 ist eine Seitenansicht, die den Mehrschichtchipvaristor 100 zeigt. Der Chipvaristor 100 umfasst einen Varistorkörper 1 und äußere Anschlüsse 3, die an Rändern des Varistorkörpers 1 vorgesehen sind, und umfasst ferner Glasschichten 4, die zwischen dem Varistorkörper 1 und den äußeren Anschlüssen 3 gebildet sind.
In diesem Mehrschichtchipvaristor 100 umfasst der Varistorkörper 1 Varistorschichten 1a, 1b und 1c und innere Elektroden 2a und 2b, die so angeordnet sind, dass sie die Varistorschicht 1b einschließen. Ferner besitzt jeder der äußeren Anschlüsse 3 eine Anschlusselektrode 3a und plattierte Schichten 3b und 3c in dieser Reihenfolge. Des weiteren sind die inneren Elektroden 2a und 2b so gebildet (herausgeführt), dass jeweils ein Ende aus den gegenüberliegenden Endflächen des Varistorkörpers 1 auf unterschiedlichen Seiten herausragen und mit den Anschlusselektroden 3a verbunden sind.
Es können beliebige Schichten als die Varistorschichten 1a, 1b und 1c ohne besondere Einschränkung verwendet werden, solange diese Schichten aus einem Varistormaterial hergestellt sind, das Varistoreigenschaften zeigt. Genauer gesagt, zu einem bevorzugten Beispiel der Varistorschicht gehört eine Schicht, die durch Verbinden einer Hauptkomponente aus ZnO mit einer Teilkomponente, etwa seltene Erdeelemente, z. B. Pr und Bi, und Additiven in Spuren, etwa Al und dergleichen, erhalten werden.
Als Beispiele für die inneren Elektroden 2a und 2b seien jene genannt, die aus einfachem Metall aus Pt, Pd, Ag oder dergleichen hergestellt sind, oder einer Legierung oder Verbindungen davon. Eine einfache Metallsubstanz aus Pd oder Pt, eine Ag-Pd-Legierung oder eine Ag-Pt-Legierung stellen bevorzugte Kandidaten dar.
Die Anschlusselektroden 3a sind beispielsweise solche, die aus einem Elektrodenmaterial ähnlich zu jenem der zuvor genannten inneren Elektrode 2a und 2b hergestellt sind. Insbesondere sind bevorzugte Kandidaten solche, die aus einer einfachen Metallsubstanz aus Ag oder aus einer Ag-Pd-Legierung hergestellt sind. Weiterhin enthalten vorzugsweise die Anschlusselektroden 3a ein Glasmaterial, etwa eine Glasmasse zusätzlich zu den vorhergehenden Metallen. Wenn die Anschlusselektroden 3a eine Glasmasse aufweisen, sind die Hafteigenschaften der Anschlusselektroden an dem Varistorkörper 1 verbessert.
Die Dicke jeder der Anschlusselektroden 3a ist vorzugsweise 5 bis 100 μm und noch besser 20 bis 70 μm. Dies verhindert, dass die Plattierungslösung durch jede der Anschlusselektroden 3a hindurchtritt beim Plattieren und die kombinierte Wirkung mit der Glasschicht 4 reduziert weiterhin das Eindringen der Plattierungslösung in den Varistorkörper 1.
Vorzugsweise werden die inneren Elektroden 2a und 2b und die Anschlusselektroden 3a aus unterschiedlichen Metallarten hergestellt, die in Hinblick auf den später beschriebenen Kirkendall-Effekt zur Verbesserung der Verbindungsstelle beider Elektroden jeweils eine Kristallstruktur eines kubisch flächenzentrierten Gitters aufweisen. Von dieser Warte aus betrachtet enthalten die Anschlusselektroden 3a vorzugsweise Silber oder eine Legierung, deren wesentliche Komponente Silber ist, und noch besser enthalten die inneren Elektroden 2a und 2b Palladium oder Platin oder eine Legierung mit Palladium und Platin als wesentliche Komponenten.
Jede der plattierten Schichten 3b weist eine Funktion auf, um ein Auflösen der Metallisierung der Anschlusselektroden 3a zu verhindern, wenn der Mehrschichtchipvaristor 100 auf einer Leiterplatte und dergleichen mittels Aufschmelzlöten montiert wird. Die plattierte Schicht 3b ist vorzugsweise eine Schicht, die aus Ni hergestellt ist und mittels Elektroplattieren gebildet ist. Ferner weist die plattierte Schicht 2c die Eigenschaft auf, die Lötbarkeit während des Aufschmelzlötens zu verbessern und diese ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, etwa einem Lot und Sn, das eine hohe Affinität zur Lotpaste aufweist.
Die Glasschichten 4 sind aus Glasmaterial hergestellt und verhindern ein Eindringen der Plattierungslösung in den Varistorkörper 1 beim Plattierungsvorgang. Wenn die Anschlusselektroden 2a eine Glasmaske enthalten, wie dies zuvor beschrieben ist, wird vorzugsweise die in der leitenden Paste enthaltene Glasmasse zur Bildung der Anschlusselektroden 3a geschmolzen, um diese Glasschichten 4 zu bilden, während die Anschlusselektroden 3a hergestellt werden. In diesem Falle ist es nicht erforderlich, einen separaten Schritt zur Herstellung der Glasschichten 4 auszuführen, wodurch der Herstellungsprozess für den Mehrschichtchipvaristor 100 vereinfacht wird.
Die Glasschichten 4 können beispielsweise Schichten sein, die hergestellt sind aus: Glas auf der Basis von B₂O₃-ZnO-Al₂O₃-SrO, Glas auf der Basis von B₂O₃-SiP₂-ZnO, Glas auf der Basis von B₂O₃-SiO₂-ZnO-Al₂O₃, Glas auf der Basis von SiO₂-BaO-Li₂O, Glas auf der Basis von B₂O₃-SiO₂-ZnO, Glas auf der Basis von B₂O₃-SiO₂-Na₂O, Glas auf der Basis von B₂O₃-SiO₂-ZnO-Al₂O₂-Sro, und dergleichen.
In dem Mehrschichtchipvaristor 100 werden vorzugsweise die Glasschichten 4 so gebildet, um die Ränder des Varistorkörpers 1 mit einem im Folgenden beschriebenen Prozentanteil abzudecken. In dieser Anmeldung wird der Prozentanteil, mit dem die Glasschicht 4 eine Endfläche des Varistorkörpers 1 abdeckt, als „Bedeckung" bezeichnet und die Bedeckung ist in der nachfolgend beschriebenen Weise definiert. Insbesondere in der Querschnittsrichtung entlang einer Linie, die durch den Mittelpunkt des äußeren Anschluss 3 (Anschlusselektrode 3a) in einer Breitenrichtung (Querschnitt entlang der geraden Linie L in 2) in dem Mehrschichtchipvaristor 100 verläuft, ist die Bedeckung r (Prozent) als ein Wert definiert, der durch die folgende Gleichung (1) berechnet wird, r (%) =(L2/L1) × 100 (1)wobei L1 die Gesamtlänge eines Bereichs (Endfläche) des Varistorkörpers 1 ist, der von der Anschlusselektrode 3a bedeckt wird und wobei L2 eine Länge eines Bereichs (Endfläche) des Varistorkörpers 1 ist, in welchem die Glasschicht 4 gebildet ist.
In dieser Anmeldung ist eine „Breitenrichtung des äußeren Anschlusses 3 (Anschlusselektrode 3a)" als eine Richtung des äußeren Anschlusses 3 (Anschlusselektrode 3a) senkrecht zur Stapelrichtung des Varistorkörpers 1 definiert.
In dem Mehrschichtchipvaristor 100 ist die Bedeckung durch die Glasschicht 4 vorzugsweise 10% oder mehr und eine Bedeckung von 40% oder mehr ist noch bevorzugter. Wenn die Bedeckung 40% oder mehr beträgt, kann die Beeinträchtigung der Eigenschaften des Mehrschichtchipvaristors nach dem Plattieren auf einen Grad reduziert werden, bei welchem nahezu keine Einflüsse beim praktischen Gebrauch des Mehrschichtchipvaristors auftreten.
Wenn die Glasschichten 4 durch Schmelzen des Glasmaterials in der leitenden Paste beim Herstellen der Anschlusselektroden 3a gebildet werden, kann eine Bedeckung von nicht weniger als 80% durch die Glasschicht 4 einen ungeeigneten Anteil an Schmelzung der Glasmasse, die aus der Grenzfläche der Anschlusselektrode 3a an der gegenüberliegenden Seite des Varistorkörpers 1 herauskommt, hervorrufen. Aus diesem Gesichtspunkt ist es besonders vorteilhaft, dass die Bedeckung zwischen 40 und 80% liegt.
Des weiteren ist es vorteilhaft, dass jede der Glasschichten 4 eine Dicke von 0.1 μm oder mehr, noch besser eine Dicke von 0.4 bis 1.5 μm und noch bevorzugter eine Dicke von 0.4 bis 0.8 μm aufweist. Zu beachten ist, dass in dieser Anmeldung die Dicke der Glasschicht 4 als ein Durchschnittswert definiert ist, der bei Betrachten eines Querschnitts entlang der Linie L in 2 und durch Messen von 5 Punkten der Dicke der Glasschicht 4 erhalten wird.
Wenn die Dicke der Glasschicht 4 0.1 μm oder mehr beträgt, kann das Eintreten der Plattierungslösung in den Varistorkörper 1 effizienter unterdrückt werden. Wenn andererseits die Dicke der Glasschicht 4 mehr als 1.5 μm beträgt, ist es schwierig, die plattierten Schichten 3b und 3c auf der Oberfläche der Anschlusselektrode 3a zu bilden.
Die Abmessungen des Mehrschichtchipvaristors 100 mit dem vorhergehenden Aufbau können in geeigneter Weise in Abhängigkeit der Anwendung geändert werden. Im Allgemeinen beträgt jedoch eine Länge (in der Recht-Links-Richtung in 2) 0.6 bis 5.6 mm, eine Breite (in der Rechts-Links-Richtung in 1) 0.3 bis 0.6 mm und eine Dicke (in vertikaler Richtung in 1) 0.3 bis 1.9 mm. Alternativ kann der Mehrschichtchipvaristor einen Aufbau aus einem Mehrschichtchipvaristorarray aufweisen, in welchem mehrere äußere Anschlüsse 3 feldförmig senkrecht auf der gleichen Fläche der Leiterplatte oder dergleichen angeordnet sind.
Nachfolgend wird mit Bezug zu den 3 und 4 ein Beispiel des Aufbaus einer Umgebung einer Verbindungsstelle zwischen dem Varistorkörper und der Anschlusselektrode 3a in dem Mehrschichtchipvaristor 100 mit dem zuvor beschriebenen Aufbau beschrieben. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine vergrößerte Umgebung der Verbindungsstelle zwischen dem Varistorkörper 1 und der Anschlusselektrode 3a in dem Mehrschichtchipvaristor zeigt, wobei die Bedeckung durch die Glasschicht 4 5% beträgt. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine vergrößerte Umgebung des Verbindungsbereichs zwischen dem Varistorkörper 1 und der Anschlusselektrode 3a in dem Mehrschichtchipvaristor zeigt, wobei die Bedeckung durch die Glasschicht 4 100% beträgt. Zu beachten ist, dass die in den 3 und 4 gezeigten Mehrschichtchipvaristoren und der zuvor beschriebene Mehrschichtchipvaristor 100 dahingehend unterschiedlich sind, dass die in den 3 und 4 beschriebene Varistoren mehrere innere Elektroden 2a oder mehrere innere Elektroden 2b aufweisen.
Zunächst wird in dem Mehrschichtchipvaristor in 3 die Glasschicht 4 durch Schmelzen der Glasmasse 4a zwischen dem Varistorkörper 1 und der Anschlusselektrode 3a gebildet. Weiterhin ist ein Ende jeder inneren Elektrode 2a aus dem Rand des Varistorkörpers 1 herausgeführt. Hierbei beträgt die Bedeckung durch die Glasschicht 4 5%. Da die Glasschicht auf dem Rand des Varistorkörpers 1 auf diese Weise gebildet ist, verhindert die Glasschicht 4, dass die Plattierungslösung in den Varistorkörper 1 eindringt, selbst wenn die Plattierungslösung durch die Anschlusselektrode 3a beim Plattieren hindurchtritt.
Bei dem in 4 gezeigten Mehrschichtchipvaristor wird die Glasschicht 4 durch Schmelzen der Glasmasse 4a zwischen dem Varistorkörper 1 und der Anschlusselektrode 2a so gebildet, dass die Bedeckung 100% beträgt. Ferner ragt ein Ende jeder inneren Elektrode 2a in die Anschlusselektrode 3a hinein und die Fußbereiche der hervorragenden inneren Elektroden 2a sind von einer Glasschicht 4b bedeckt.
Auf diese Weise ragen bei dem Mehrschichtchipvaristor, bei dem die Bedeckung durch die Glasschicht 4 100% beträgt, die inneren Elektroden 2a in die Anschlusselektrode 3a hinein und somit sind beide Elektroden besonders gut verbunden. Da ferner periphere Bereiche der Fußbereiche der hervorragenden inneren Elektroden 2a mit der Glasschicht 4b bedeckt sind, kann ein Eindringen der Plattierungslösung von der Verbindungsstelle zwischen den Anschlusselektroden 3a und jede der inneren Elektroden 2a wirksam verhindert werden. Als Folge davon verhält sich dieser Mehrschichtchipvaristor ausgezeichnet hinsichtlich der Wirkung des Verhinderns eines Eintretens der Plattierungslösung.
Anschließend wird ein Beispiel jedes Bereiches, die in die 3 und 4 gezeigt sind, mit Bezug zu den Aufnahmen, die in den 5a und 5b eines Rasterelektronenmikroskops gezeigt sind, detaillierter beschrieben. 5a ist eine Aufnahme eines Raterelektronenmikroskops, wobei eine Umgebung der Verbindungsstelle zwischen dem Varisterkörper 1 und der Anschlusselektrode 3a in dem Mehrschichtchipvaristor gezeigt ist, wobei die Bedeckung durch die Glasschicht 5% beträgt. 5b ist eine Aufnahme eines Rasterelektronenmikroskops, wobei eine Umgebung der Verbindungsstelle zwischen dem Varistorkörper 1 und der Anschlusselektrode 3a in dem Mehrschichtchipvaristor gezeigt ist, wobei die Bedeckung durch die Glasschicht 80% beträgt.
Wie in 5a gezeigt ist, ist bei dem Mehrschichtchipvaristor, dessen Bedeckung durch die Glasschicht 5% beträgt, die Glasschicht 4 durch Schmelzen der Glasmasse 4a in einer Grenze zwischen dem Varistorkörper 1 und der Anschlusselektrode 3a gebildet, wobei ein Teil des Varistorkörpers 1 bedeckt ist. Ferner ist in 5a ein Ende der inneren Elektroden 2a, die aus der Endfläche des Varistorkörpers 1 herausragen, erkennbar.
In dem in 5b gezeigten Mehrschichtchipvaristor bedeckt die durch das Schmelzen der Glasmasse 4a gebildete Glasschicht 4 einen wesentlichen Teil des Varistorkörpers 1. Die Glasschicht 4 ist in diesem Falle so gebildet, dass diese eine größere Dicke als jene aufweist, die in 5a gezeigt ist. Ferner kann man erkennen, dass die inneren Elektroden 2a in die Anschlusselektrode 3a hineinragen und ferner dass die Fußbereiche der inneren Elektroden 2a durch die Glasschicht 4b bedeckt sind.
Anschließend wird ein Herstellungsverfahren für den Mehrschichtchipvaristor 100, der den zuvor beschriebenen Aufbau aufweist, beschrieben. Zunächst wird ein roher Chip, der den Varistorkörper 1 vor dem Sintern repräsentiert, mittels eines Druckverfahrens, eines Schichtungsverfahrens oder dergleichen bildet.
Wenn ein Rohchip gemäß dem vorhergehenden Verfahren hergestellt wird, was in diesem Falle das Druckverfahren ist, wird eine Paste zur Bildung einer Varistorschicht und eine leitfähige Paste zur Herstellung innerer Elektroden vorbereitet. Die Paste für eine Varistorschicht kann eine organische Paste sein, die durch Verbinden eines Varistormaterials mit einem organischen Träger erhalten wird, und eine Paste auf Wasserbasis, die durch Verbinden des Varistormaterials und des Lösungsmittels auf Wasserbasis gewonnen wird.
Für das Varistormaterial kann ein Material ausgewählt und verwendet werden, dass die Varistoreigenschaften nach dem Ausbacken aufweist; bevorzugte Kandidaten sind Zn-Oxid, etwa ZnO und Zn-Verbindungen, die Zn-Oxid beim Ausbacken bilden. Eine Zn-Verbindung, die Zn-Oxid beim Ausbacken bildet, ist beispielsweise Karbonat, Nitrat, Oxalat, organometallische Verbindungen und dergleichen von Zn. Das Zn-Oxid und eine Zn-Verbindung kann in geeigneter Weise für die Anwendung kombiniert werden.
Ferner können zu dem zuvor genannten Zn-Oxid und der Zn-Verbindung eine Teilkomponente, etwa seltene Erdeelemente, Praseodymium (Pr) z. B. und Bi sowie Additive in Spuren, etwa Al und dergleichen, dem Varistormaterial hinzugefügt werden. Vorzugsweise besitzt das Varistormaterial mit der zuvor dargelegten Zusammensetzung eine mittlere Teilchengröße von ungefähr 0.3 bis 2.0 μm.
Der organische Träger, der mit der organischen Paste zu verbinden ist, ist beispielsweise ein Träger, der durch Lösen eines Binders in einem organischen Lösungsmittel erhalten wird. Für diesen Binder kann im Allgemeinen in geeigneter Weise und in Hinblick auf die Anwendung jener Binder ausgewählt werden, der zur Herstellung des organischen Trägers verwendet wird; beispielsweise können Ethylzellulose, Polyvinylbutyral und dergleichen verwendet werden. Das organische Lösungsmittel ist beispielsweise Terpineol, Butylcarbitol, Azeton, Toluen und dergleichen.
Das Lösungsmittel auf Wasserbasis, das für die wasserbasierte Paste verwendet wird, kann beispielsweise durch Auflösen eines wasserlöslichen Binders oder dergleichen in Wasser erhalten werden. Für den wasserlöslichen Binder können nach Eignung und Anwendung Polyvinylalkohol, Zellulose, ein wasserlösliches Acrylharz, eine Emulsion und dergleichen gewählt werden.
Die leitfähige Paste für die inneren Elektroden enthält eine Komponente, die durch Kneten des zuvor genannten organischen Trägers und eines leitenden Materials zur Herstellung der inneren Elektroden erhalten wird, oder enthält eine Paste, das das leitfähige Material nach dem Ausbacken ist, etwa Oxid, eine organometallische Verbindung und ein Resinat. Vorzugsweise ist das leitende Material zur Herstellung der inneren Elektroden eine Substanz eines einfachen Metalls mit Pd oder Pt, eine Ag-Pd-Legierung oder eine Ag-Pt-Legierung.
Im Falle des Verwendens des organischen Trägers bei der Vorbereitung der zuvor genannten Paste beträgt vorzugsweise der Anteil des Binders 1 bis 5 Gewichtsprozent in Bezug auf das Gesamtgewicht des organischen Trägers. Vorzugsweise beträgt der Anteil des organischen Lösungsmittels 10 bis 50 Gewichtsprozent in Bezug auf das Gesamtgewicht des organischen Trägers. Zu beachten ist, dass diverse Dispersionsstoffe, Plastizierer, Dielektrika, Isolatoren und dergleichen dieser Paste hinzugefügt werden können. In dieser Anmeldung sind „Massenanteile" im Wesentlichen gleich einem gewichtsbezogenen Wert („Gewichtsanteile") (gilt auch unten).
Bei der Herstellung des Rohchips in dem Druckverfahren werden die Paste für die Varistorschicht und die leitfähige Paste für die inneren Elektroden in der zuvor beschriebenen Weise vorbereitet und anschließend wird die Paste für die Varistorschicht mehrere Male auf eine Leiterplatte aus Polyethylenphthalat oder dergleichen aufgebracht, so dass eine vorbestimmte Dicke erreicht wird, wodurch die Varistorschicht 1c in einem rohen Zustand gebildet wird. Anschließend wird die leitende Paste für die inneren Elektroden auf die Varistorschicht 1c im rohen Zustand aufgebracht, so dass ein vorbestimmtes Muster entsteht, wodurch die innere Elektrode 2b im rohen Zustand gebildet wird.
Anschließend werden auf die innere Elektrode 2b im rohen Zustand die Paste für die Varistorschicht, die leitfähige Paste für die inneren Elektroden und die Paste für die Varistorschicht nacheinander so aufgebracht, dass die Varistorschicht 1b, die innere Elektrode 2a und die Varistorschicht 1a gebildet werden, wodurch ein Schichtstapel erhalten wird. Anschließend wird der so erhaltene Stapel mit Druck beaufschlagt, während er erhitzt wird, so dass die Schichten durch den Druck aneinander befestigt werden, die dann in eine entsprechende Form geschnitten werden. Somit wird der Rohchip erhalten. Vorzugsweise wird die leitfähige Paste für die inneren Elektroden mit einem derartigen Muster aufgebracht, dass ein Ende der inneren Elektroden 2a und 2b jeweils aus der gegenüberliegenden Endfläche des Varistorkörpers 1 auf unterschiedlichen Seiten freigelegt ist.
Im Falle der Herstellung des Rohchips nach dem zweiten Verfahren, das das Schichtungsvertahren ist, wird zunächst die zuvor genannte Paste für die Varistorschicht so gebildet, dass diese eine Schichtform aufweist, und es wird eine vorbestimmte Anzahl an Schichten übereinander aufgebracht, so dass eine gewünschte Dicke entsteht, wodurch eine rohe Schicht zur Herstellung der Varistorschicht gebildet wird. Anschließend wird die zuvor beschriebene leitfähige Paste für die inneren Elektroden so gedruckt, dass ein vorbestimmtes Muster auf der Rohschicht entsteht, wodurch eine Schicht gebildet wird, in der die Varistorschicht und die innere Elektrode im Rohzustand vorliegen.
Es werden zwei von diesen Schichten hergestellt. Anschließend werden diese Schichten so angeordnet, dass die inneren Elektroden einander zugewandt sind und ferner werden diese so zusammengebracht, um die weitere rohe Schicht einzuschließen, um dazwischen die Varistorschicht zu bilden. Somit wird ein Stapel erhalten. Nachfolgend wird der Stapel mit Druck beaufschlagt, während dieser erhitzt wird, so dass die Schichten miteinander mittels Druck verbunden werden und diese werden dann in eine vorbestimmte Form geschnitten. Somit wird ein Rohchip erhalten.
Bei der Herstellung des Mehrschichtchipvaristor 100 wird der Rohchip in dem vorhergehenden Druckverfahren oder in dem vorhergehenden Schichtungsverfahren hergestellt und anschließend wird der Rohchip abgebunden. Das Abbinden kann beispielsweise ausgeführt werden, indem die Temperatur mit einer Rate von ungefähr 5 bis 300° C/Stunde in einer Atmosphäre aus Luft erhöht wird, und indem anschließend die Temperatur bei ungefähr 180 bis 400°C für 0.5 bis 25 Stunden gehalten wird.
Anschließend wird der abgebundene Rohchip ausgebacken, wodurch somit der Varistorkörper 1 erhalten wird. Das Ausbacken des Rohchips kann beispielsweise ausgeführt werden, indem die Temperatur mit einer Rate von ungefähr 50 bis 500°C /Stunde in einer Atmosphäre aus Luft erhöht wird, die Temperatur bei 1000 bis 1400°C für ungefähr 0.5 bis 8 Stunden gehalten wird und anschließend mit einer Rate von ungefähr 50 bis 500°C/Stunde abgesenkt wird.
Wenn die Temperatur während des Ausbackens kleiner als 1000°C ist, ist es unwahrscheinlich, dass sich die inneren Elektroden 2a und 2b und die Varisterschichten 1a, 1b und 1c mit ausreichender Dichte ausbilden. Wenn andererseits die Temperatur höher als 1400° C ist, besteht die Möglichkeit, dass die inneren Elektroden 2a und 2b übermäßig gesintert werden und zerbrechlich werden.
Nachdem die Endflächen (Enden) des Varistorkörpers 1, der auf diese Weise erhalten wird, in einer Walze oder durch Sandstrahlen poliert wurden, wird die leitfähige Paste für die Anschlusselektroden aufgedruckt oder auf die Endflächen übertragen und anschließend ausgebacken durch eine weitere Erwärmung, um die Anschlusselektroden 3a zu bilden. Wenn die leitfähige Paste für die Anschlusselektrode eine Glasmasse enthält, ist vorzugsweise die Temperatur beim Ausbacken (Erhitzen) der leitfähigen Paste mindestens 70° C höher als der Erweichungspunkt der Glasmasse. Vorzugsweise ist eine Temperatur beim Ausbacken einer allgemein verwendeten leitfähigen Paste bei 700° C oder höher.
Für die leitfähige Paste für Anschlusselektroden kann eine Paste verwendet werden, die in ähnlicher Weise wie die leitfähige Paste für inneren Elektroden hergestellt wird, mit der Ausnahme, dass ein leitfähiges Material für die Anschlusselektroden mit eingebunden wird. Für das leitfähige Material für die Anschlusselektrode, wie sie hierin verwendet ist, ist eine einfache Substanz aus Ag, eine Ag-Pd-Legierung und dergleichen bevorzugt. In Hinblick auf eine Verbesserung der Haftung der Anschlusselektroden 3a an dem Varistorkörper 1 und in Hinblick auf eine einfache Herstellung der Glasschicht 4 enthält vorzugsweise die leitfähige Paste für die Anschlusselektroden ein Glasmaterial, etwa eine Glasmasse. Wenn die Glasmasse in dem leitfähigen Material für die Anschlusselektroden enthalten ist, liegt vorzugsweise der Anteil der Glasmasse bei 2 bis 15 Gewichtsprozent in Bezug auf die Gesamtmasse des leitfähigen Materials (Metall) und der Glasmasse.
Wenn die Glasmasse in der leitfähigen Paste für Anschlusselektroden enthalten ist, schmilzt die Glasmasse in dem Elektrodenmaterial unter den Hochtemperaturbedingungen während des Ausbackens. Die in dem Elektrodenmaterial schmelzende Glasmasse haftet an den Endflächen des Varistorkörpers 1, wodurch die Glasschicht 4 zwischen dem Varistorkörper 1 und den Anschlusselektroden 3a gebildet wird.
Bei der Herstellung des Mehrschichtchipvaristors 100 muss die Glasschicht 4 nicht notwendigerweise durch Schmelzen der Glasmasse in der leitfähigen Paste gebildet werden, und kann in separaten Schritten hergestellt werden, indem beispielsweise das Glasmaterial auf die Endflächen des Varistorkörpers 1 aufgebracht und das Glasmaterial anschließend ausgebacken wird.
Nachdem die Glasschicht 4 und die Anschlusselektroden 3 in der oben beschriebenen Weise hergestellt sind, werden die plattierten Schichten 3b, die Nickel aufweisen, jeweils an den Anschlusselektroden 3a gebildet. Die plattierten Schichten 3c, die ein Lot, Sn oder dergleichen aufweisen, werden weiterhin auf der plattierten Schicht 3b gebildet. Somit wird der Mehrschichtchipvaristor 100 erhalten. Ein bevorzugtes Plattierungsverfahren für diese plattierten Schichten ist das Elektroplattieren.
Bei dem Mehrschichtchipvaristor 100, der in der vorhergehenden Weise hergestellt ist, ragt ein Ende der inneren Elektroden 2a und 2b in die Anschlusselektroden 3a hinein und zumindest Fußbereiche dieser hervorragenden inneren Elektroden 2a und 2b sind mit der Glasschicht 4 bedeckt. Es wird angenommen, dass diese Art der Formung des Mehrschichtchipvaristor 100 in der folgenden Weise ausgebildet wird.
Insbesondere in dem bevorzugten Falle enthalten die inneren Elektroden 2a und 2b und die Anschlusselektroden 3a in dem Mehrschichtchipvaristor 100 jeweils unterschiedliche Metallarten, etwa Ag, Pd und Pt, wovon jedes eine Kristallstruktur mit einem kubischen flächenzentrierten Gitter aufweist. Wenn die inneren Elektroden 2a und 2b und die Anschlusselektroden 3a diese Metallarten enthalten, diffundieren die Metalle durch die Kontaktgrenzfläche bei hoher Temperatur während des Ausbackens. Dies ist der sogenannte Kirkendall-Effekt.
Wenn der Kirkendall-Effekt auftritt diffundiert Metall, das in den inneren Elektroden 2a und 2b enthalten ist, in die Anschlusselektroden 3a, und Metall, das in den Anschlusselektroden 3a enthalten ist, diffundiert in die inneren Elektroden 2a und 2b. Auf Grund dieser Diffusion ragt ein Ende der inneren Elektroden 2a und 2b in die Anschlusselektroden 3a hinein.
Folglich wird auf Grund der Diffusion der zuvor genannten Metalle der Verbindungsbereich zwischen den inneren Elektroden 2a und 2b und den Anschlusselektroden 2a und deren Umgebungen dicht. Gleichzeitig werden die peripheren Bereich der hervorragenden Bereich der inneren Elektroden 2a und 2b mit den Glasschichten 4 bedeckt. Folglich wird das Verbindungsverhalten der inneren Elektroden 2a und 2b zu den Anschlusselektroden 3a verbessert und das Eindringen der Plattierungslösung in den Varistorkörper während des Plattierungsvorganges wird weiter reduziert.
Ferner bilden sich Hohlräume zwischen den inneren Elektroden 2a und 2b und den Varistorschichten 1a, 1b und 1c während der Diffusion der Atome. Wenn der Kirkendall-Effekt auftritt, werden diese Hohlräume mit Glas gefüllt, das beim Ausbacken der Anschlusselektroden 3a schmilzt. Dies führt tendenziell dazu, dass die Plattierungslösung nur erschwert in das Innere des Varistorkörpers 1 eindringen kann.
BEISPIEL
Herstellung des Mehrschichtchipvaristors
Zunächst wurde Glas auf der Basis von B₂O₃-ZnO-Al₂O₃-Sro als die Glasmasse, Silber, als das leitfähige Pulver (Metall), Ethylzellulose und Terpinoel als der organische Träger verwendet. Die obigen Materialien wurden gemischt und geknetet, um damit die leitfähige Paste zur Herstellung der Anschlusselektroden zu erhalten. Dabei war ein Mischungsverhältnis der Glasmasse auf 1 bis 16 Gewichtsprozent in Bezug auf das Gesamtgewicht der Glasmasse und des Ag-Pulvers festgelegt. Des weiteren wurden die Anteile der Ethylzellulose und des Terpinoel, die der Paste hinzugefügt wurden, auf 15 Gewichtsteile bzw. 10 Gewichtsteile festgelegt bezogen auf 100 Gewichtsteile an Gesamtgewicht des Ag-Pulvers und der Glasmasse. Somit war das Mischungsverhältnis der Glasmasse auf 1 Gewichtsprozent oder mehr festgelegt. Der Grund dafür liegt darin, dass ein Mischungsverhältnis von weniger als 1 Gewichtsprozent zu nicht ausreichenden Haftungskräften zwischen den Anschlusselektroden und dem Varistorkörper nach dem Ausbacken führen könnte.
Anschließend wurde der Varistorkörper hergestellt. Der Varistorkörper enthielt die Varistorschichten, deren wesentlichen Komponente ZnO und die inneren Elektroden waren, die aus Pd hergestellt sind.
Die zuvor erwähnte leitfähige Paste wurde auf die Enden des auf diese Weise hergestellten Varistorkörpers aufgebracht und dann getrocknet. Danach wurde die Paste bei 700° C 10 Minuten lang in einer entsprechenden Atmosphäre ausgebacken, um die Anschlusselektroden zu erhalten. Die Anschlusselektroden wurden so hergestellt, dass sie eine Dicke von 3 μm, 5 μm und 50 μm aufwiesen. Die Ausbacktemperatur (700° C) ist hierbei um 20° C höher als die allgemeine Temperatur beim Ausbacken der Anschlusselektroden, die die Glasmasse enthalten. Des weiteren ist die Dicke der Anschlusselektroden ein Durchschnittswert der maximalen Dickenwerte der entsprechenden Anschlusselektroden, die an beiden Endflächen des Varistorkörpers gebildet sind.
Anschließend wurde eine Ni-Plattierungsschicht und eine Sn-Plattierungsschicht nacheinander auf den Anschlusselektroden mittels des Plattierungsvorganges gebildet, womit der Mehrschichtchipvaristor mit der in 1 gezeigten Konfiguration erhalten wurde. Die mittlere Dicke der Ni-Plattierungsschicht wurde auf 2 μm und Dicke der Sn-Plattierungsschicht wurde auf 5 μm festgelegt. Diese Werte wurden ermittelt, indem der Durchschnittswert von Messwerten an 5 Punkten der Dicke unter Anwendung der Rasterelektronenmikroskopaufnahme bei 2000-facher Vergrößerung berechnet wurde.
Bewertung der Eigenschaften
Es wurden die Mehrschichtchipvaristoren, die in der oben beschriebenen Weise hergestellt wurde, verwendet, wobei jeder unterschiedliche Mischungsverhältnisse der Glasmasse in der leitenden Paste und unterschiedliche Dicken der Anschlusselektroden aufwies. In jedem dieser Mehrschichtchipvaristoren wurde die Dicke der Glasschicht, der Bedeckungsgrad durch die Glasschicht, eine Änderungsrate einer Varistorspannung nach dem Plattieren und die Rate der Verschlechterung bzw. Beeinträchtigung der Eigenschaften nach dem Aufschmelzlötvorgang gemessen. In Tabelle 1 sind gesammelt die Ergebnisse hinsichtlich des Mischungsverhältnisses der Glasmasse, der Dicke der Anschlusselektrode und der anderen Messwerte, die zuvor erwähnt sind, für jeden Mehrschichtchipvaristor dargestellt.
Messung der Dicke und Bedeckung der Glasschicht
Die Dicke der Glasschicht wurde in der folgenden Weise ermittelt. Zunächst wurde ein Querschnitt eines äußeren Anschlusses (Anschlusselektrode) des Mehrschichtchipvaristors entlang einer Linie, die durch den Mittelpunkt in einer Breitenrichtung (ein Querschnitt entlang der Linie L in 2) verläuft, mittels des Rasterelektronenmikroskops untersucht. Danach wurde die Dicke der Glasschicht, die an einer Endfläche des Varistorkörpers gebildet war, an fünf Punkten unter Verwendung einer Aufnahme des Rasterelektronenmikroskops bei 2000-fachen Vergrößerung gemessen. Der Durchschnittswert, der aus dieser Messung erhalten wurde, wurde berechnet und somit war die Dicke der Glasschicht ermittelt.
Die Bedeckung r (%) durch die Glasschicht wurde in der folgenden Weise ermittelt. Die Längen L1 und L2 wurden unter Verwendung einer Aufnahme eines Querschnitts von dem Rasterelektronenmikroskop, wie dies zuvor beschrieben ist, gemessen. L1 ist die Gesamtlänge eines Bereichs (Endfläche) des Varistorkörpers, der durch die Anschlusselektrode bedeckt ist, und L2 ist eine Länge eines Bereichs (Endfläche) des Varistorkörpers, in welchem die Glasschicht ausgebildet ist. Anschließend wird die Bedeckung r (%) unter Anwendung der folgenden Gleichung (1) auf der Grundlage der Werte L1 und L2, die auf diese Weise gewonnen wurden, berechnet.
r(%)=(L2/L1) × 100 (1)
Messung einer Änderungsrate der Varistorspannung
In jedem Mehrschichtchipvaristor wurde die Varistorspannung vor und nach der Herstellung der Ni-Plattierungsschicht und der Sn-Plattierungsschicht gemessen. Die Varistorspannung ist eine Spannung zwischen äußeren Anschlüssen, wenn ein Strom von 1 mA in den Mehrschichtchipvaristor eingeprägt wird. Auf der Grundlage der ermittelten Werte der Varistorspannung wurde eine Änderungsrate der Varistorspannungen berechnet. Insbesondere wurden 20 Proben für jeden Typ des Mehrschichtchipvaristors hergestellt. Anschließend wurden die Varistorspannungen für jede Probe vor dem Herstellen der Ni-Plattierungsschicht und der Sn-Plattierungsschicht gemessen und anschließend wurde jede Probe plattiert und die Varistorspannung wurde nach dem Plattieren gemessen. Die Rate der Änderung ΔVm (%) wurde durch Dividieren einer Differenz zwischen V2 und V1 durch V1 berechnet, wie dies in der folgenden Gleichung (2) dargestellt ist: ΔVm (%) = {(V2 – V1)/V1} × 100 (2),wobei V1 ein Durchschnittswert der Varistorspannungen ist, die von jeder der Probe vor dem Plattieren ermittelt wurden, und wobei V2 ein Durchschnittswert der Varistorspannungen ist, die nach dem Plattieren erhalten wurden.
Messung der Verschlechterung der Eigenschaften nach dem Aufschmelzlöten
Es wurden die Varistorspannungen vor und nach dem Aufschmelzlöten für jeden Mehrschichtchipvaristor, in denen die Ni- und Sn-Plattierungsschichten ausgebildet waren, gemessen. Auf der Grundlage der erhaltenen Werte der Varistorspannungen wurde die Beeinträchtigung der Eigenschaften nach dem Aufschmelzlöten berechnet. Insbesondere wurden 20 Proben für jeden Typ des Mehrschichtchipvaristors mit Ni- und Sn-Plattierungsschichten hergestellt. Anschließend wurde die Varistorspannung V3 jeder Probe vor dem Aufschmelzlöten gemessen und anschließend wurde jede Probe auf eine Leiterplatte mittels Aufschmelzlötung montiert und die Varistorspannung V4 jeder Probe nach dem Aufschmelzlötvorgang wurde gemessen. Unter Verwendung der Werte V3 und V4 und der folgenden Gleichung (3) wurde die Rate der Änderung ΔVr (%) der Varistorspannung, die von jeder Probe gewonnen wurde, berechnet. Anschließend wurde die Probe mit der Änderungsrate von 10% oder größer hinsichtlich der Varistorspannung als fehlerhaft betrachtet und die Anzahl der als fehlerhaft betrachteten Proben wurde für 20 Proben für jeden Typ des Mehrschichtchipvaristors gezählt. Auf diese Weise wurde die Beeinträchtigung der Eigenschaften nach dem Aufschmelzlöten gemessen.
ΔVr (%) = {(V4 – V3)/V3} × 100 (3)
Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, betrug bei den Proben des Mehrschichtchipvaristor Nr. 1, in welchem der Anteil der Glasmasse in der leitfähigen Paste 1 Gewichtsprozent und die Dicke der Anschlusselektrode 50 μm beträgt, die Bedeckung durch die Glasschicht 5%. Bei diesem Mehrschichtchipvaristor betrug die durchschnittliche Änderungsrate der Varistorspannung – 12% und die Anzahl der fehlerhaften Proben war 2 von 20. Ferner war es schwierig, die Dicke der Glasschicht in diesen Proben zu messen.
Bei den Proben des Mehrschichtchipvaristor Nr. 2, in welchem der Anteil der Glasmasse 1.5 Gewichtsprozent betrug und die Dicke der Anschlusselektrode 50 μm betrug, war die Dicke der Glasschicht 0.1 μm und deren Bedeckungsgrad betrug 8%. Folglich wurde die durchschnittliche Änderungsrate der Varistorspannung – 8% und die Anzahl der fehlerhaften Proben betrug 1 aus 20.
Bei den Proben des Mehrschichtchipvaristor Nr. 3, in welchem der Anteil der Glasmasse 2 Gewichtsprozent und die Dicke der Anschlusselektrode 50 μm betrug, entsprach die Dicke der Glasschicht 0.1 μm und deren Bedeckung betrug 10%. Bei diesem Mehrschichtchipvaristor war, die durchschnittliche Änderungsrate der Varistorspannung – 5% und die Anzahl der fehlerhaften Proben betrug 0 aus 20.
Bei den Proben des Mehrschichtchipvaristor Nr. 4 bis Nr. 6, in denen der Anteil der Glasmasse von 5 auf 15 Gewichtsprozent angehoben wurde und in denen die Dicke der Anschlusselektrode 50 μm betrug, lag die Dicke der Glasschicht bei 0.4 μm oder mehr und deren Bedeckungsgrad betrug 40% oder mehr in allen Mehrschichtchipvaristoren. Folglich betrug die durchschnittliche Änderungsrate der Varistorspannung -2 % bis – 0.5% und die Anzahl der fehlerhaften Proben lag bei 0 von 20. Bei den Proben des Mehrschichtchipvaristor Nr. 7, in denen der Anteil der Glasmasse 16 Gewichtsprozent betrug, war es schwierig, die Plattierungsschichten auf der Anschlusselektrode zu bilden.
Aus dem Vorhergesagten wird deutlich, dass bei den Mehrschichtchipvaristoren, die jeweils die zwischen dem Varistorkörper und der Anschlusselektrode gebildete Glasschicht aufwiesen, eine Verringerung der Varisterspannung gering war, selbst wenn die plattierten Schichten auf der Anschlusselektrode durch Plattierung gebildet waren. Es ist ebenso ersichtlich, dass die Varistoreigenschaften in diesen Mehrschichtchipvaristoren mit den plattierten Schichten in ausreichender Weise bewahrt blieben, selbst wenn diese Varistoren durch Aufschmelzlöten auf der Leiterplatte montiert waren.
Ferner wird aus den vorhergehenden Ergebnissen deutlich, dass die relativ bevorzugten Ergebnisse erhalten wurden, wenn der Anteil der Glasmasse zwischen 2 und 15 Gewichtsprozent lag, die Dicke der Glasschicht zwischen 0.1 und 1.5 μm und deren Bedeckungsgrad zwischen 10 bis 100 % lag. Ferner wird deutlich, dass die Beeinträchtigung der Varistoreigenschaften auf Grund des Plattierens deutlich eingeschränkt werden kann, wenn der Anteil der Glasmasse zwischen 5 und 10 %, die Dicke der Glasschicht zwischen 0.4 und 0.9 μm und deren Bedeckungsgrad zwischen 40 und 80% lag.
Wie in dem Vorhergehenden dargelegt ist, wird erfindungsgemäß die Glasschicht 4 zwischen dem Varistorkörper 1 und den Anschlusselektroden 3a gebildet. Daher ist es möglich, den Mehrschichtchipvaristor 100 bereitzustellen, bei dem die Beeinträchtigung der Varistoreigenschaften auf Grund des Eindringens der Plattierungslösung in den Varistorkörper 1 äußerst gering ist, selbst wenn die Plattierungslösung durch die Anschlusselektrode 3a während des Plattierungsvorganges eindringt.
Ferner wird die Glasschicht 4 durch die Glasmasse gebildet, die in dem Elektrodenmaterial schmilzt, während die Anschlusselektrode 3a gebildet wird. Daher ist es nicht erforderlich, einen separaten Schritt zur Herstellung der Glasschicht 4 auszuführen, wodurch die Herstellung des Mehrschichtchipvaristors, der eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen die Plattierungslösung aufweist, vereinfacht wird.
Da ferner der Mehrschichtchipvaristor 100 die zuvor genannten Eigenschaften aufweist, wird eine Abnahme der Varistoreigenschaften auf Grund der Erwärmungshistorie wegen dem Aufschmelzlötvorgang gering, selbst wenn der Mehrschichtchipvaristor 100 auf der Leiterplatte mittels Aufschmelzlötung montiert wird. Daher ist der Mehrschichtchipvaristor 100 äußerst zuverlässig.
Die zugrundliegende japanische Anmeldung mit der Nr. 2002-365269, die am 17. Dezember 2002 eingereicht wurde, ist hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen.

Claims

Mehrschichtchipvaristor mit: einem Varistorkörper mit mehreren Varistorschichten und inneren Elektroden, die so angeordnet sind, um jede der Varistorschichten einzuschließen; Anschlusselektroden, die auf Enden des Varistorkörpers ausgebildet und mit den inneren Elektroden verbunden sind; und einer Glasschicht, die zwischen dem Varistorkörper und den Anschlusselektroden gebildet ist.
Mehrschichtchipvaristor nach Anspruch 1, wobei in einem Querschnitt entlang einer Linie, die durch einen Mittelpunkt der Anschlusselektrode in einer Breitenrichtung davon verläuft, jede der Glasschichten so ausgebildet ist, um nicht weniger als 10% der Gesamtlänge eines Bereichs in dem Varistorkörper zu bedecken, der mit der Anschlusselektrode bedeckt ist.
Mehrschichtchipvaristor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei jede der Glasschichten eine Dicke von 0.1 μm oder größer aufweist.
Mehrschichtchipvaristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anschlusselektroden durch Ausbacken einer leitfähigen Paste, die ein Glasmaterial aufweist, gebildet sind, und wobei die Glasschichten durch das Schmelzen des Glasmaterials in der leitfähigen Paste während des Ausbackens der leitfähigen Paste gebildet sind.
Mehrschichtchipvaristor nach Anspruch 4, wobei die leitfähige Paste ein Metall und das Glasmaterial aufweist, und wobei ein Anteil des Glasmaterials zwischen 2 und 15 Gewichtsprozent in Bezug auf die Gesamtmasse des Metalls und des Glasmaterials beträgt.
Mehrschichtchipvaristor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anschlusselektrode Silber oder eine Legierung, deren wesentlicher Anteil Silber ist, enthält, und wobei die inneren Elektroden Palladium, Platin oder eine Legierung enthalten, deren wesentliche Komponente Palladium oder Platin ist.
Mehrschichtchipvaristor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die inneren Elektroden von dem Varistorkörper in die Anschlusselektroden ragen, und wobei zumindest Fußbereiche der inneren Elektroden, die in die Anschlusselektroden ragen, mit der Glasschicht bedeckt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtchipvaristors mit den Schritten: Bilden eines Varistorkörpers mit mehreren Varistorschichten und inneren Elektroden, die so angeordnet sind, um jede der Varistorschichten einzuschließen; Aufbringen einer leitfähigen Paste mit einem Glasmaterial auf Endbereiche des Varistorkörpers; und Ausbacken der aufgebrachten leitfähigen Paste, um Anschlusselektroden zu bilden und um Glasschichten zwischen dem Varistorkörper und den Anschlusselektroden durch Schmelzen des Glasmaterials, das in der leitfähigen Paste enthalten ist, zu bilden.
Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtchipvaristor nach Anspruch 8, wobei in einem Querschnitt entlang einer Linie, die durch einen Mittelpunkt der Anschlusselektrode in deren Breitenrichtung verläuft, jede der Glasschichten so gebildet wird, um nicht weniger als 10% einer Gesamtlänge eines Bereiches in dem Varistorkörper zu bedecken, der mit der Anschlusselektrode bedeckt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtchipvaristors nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei jede der Glasschichten mit einer Dicke von 0.1 um oder größer gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtchipvaristors nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die leitfähige Paste bei einer Temperatur, die mindestens 70° C höher als die Temperatur eines Erweichungspunktes des Glasmaterials ist, ausgebacken wird.
Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtchipvaristors gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die leitfähige Paste bei 700° C oder höher ausgebacken wird.