JP2004288667A - Non-linear voltage resistor porcelain composition, electronic part and multilayer chip varistor - Google Patents

Non-linear voltage resistor porcelain composition, electronic part and multilayer chip varistor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-linear voltage resistor porcelain composition in which sintering can be sufficiently performed, in which an electrostatic capacitance can be lowered even when a circuit voltage is lowered, and which has excellent voltage load lifetime characteristics at a high temperature; and to provide an electronic part, such as a multilayer chip varistor, etc. using the composition. <P>SOLUTION: The non-linear voltage resistor porcelain composition contains a main component containing a zinc oxide, a first accessory constituent containing the oxide of a rare earth element, a second accessory constituent containing an Si oxide, and a third accessory constituent containing at least one type of oxide of Cr and Mo. A ratio of the third accessory constituent to a main constituent of 100 mol is 0 atomic %< third accessory constituent < 2 atomic % in terms of the Cr and the Mo. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば積層チップバリスタの電圧非直線性抵抗体層などとして用いられる電圧非直線性抵抗体磁器組成物と、該電圧非直線性磁器組成物を電圧非直線性抵抗体層として用いる電子部品とに、関する。
【0002】
【従来の技術】
電圧非直線性抵抗体層を有する電子部品の一例としてのバリスタは、たとえば静電気などの外来サージ(異常電圧)やノイズなどを、吸収または除去するために使用されている。
【0003】
近年のディジタル信号の高速化および通信速度の高速化に伴い、信号に対する影響の少ない低静電容量のバリスタが望まれている。
【0004】
静電容量は、C=εε(S/d)…式1、で表される。Cは静電容量、εは真空の誘電率、εは比誘電率、Sは静電容量が発現する対向電極の面積、dは対向電極間の厚みを表している。酸化亜鉛系バリスタの場合、厚みdの取り扱いに注意を要する。酸化亜鉛系バリスタは、結晶粒界により特性が発現する。すなわち、粒界の抵抗と粒内の抵抗には、定常状態に於いて大きな差があり、粒界の抵抗は粒内のそれに比較してはるかに大きい。従って、ブレークダウン電圧(立ち上がり電圧)を超えない定常状態では、印加された電界はほぼ全てが粒界にかかっている。したがって、上述した厚みdは、この点を考慮しなければならない。
【0005】
また、厚みdは、d=n・2W…式2、で表される。nは対向電極と平行な粒界数、2Wは1粒界の空乏層幅を表している。
【0006】
また、バリスタ電圧V1mA と粒界数nとの間には、n=V1mA /φ…式3、の関係が成立する。φは粒界のバリア高さで、1粒界あたりのバリスタ電圧を代表する値である。
【0007】
ここで、式1に、式2と式3を代入して、変形すると、C・V1mA = εε・(φ・S/2W)…式4、となる。φと2Wは、適正なバリスタ特性のとき、ある一定の値(例えば、φ=0.8eV 2W=30nmくらい)となるので、電極面積Sが一定の場合、式4は一定である。逆に言えば、適正なバリスタ特性を維持したまま静電容量を低下させるには、電極面積Sを小さくするのが効果的である。
【0008】
従来、Sを小さくする手法として、直接的に、バリスタの対向電極の面積を小さくする方法が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、対向電極の面積を単純に小さくすると、結果的にエネルギー耐量やサージ耐量の低下を招き、素子の信頼性を低下させる。バリスタは、外界からのサージなどの電気エネルギーを熱エネルギーに変えて吸収する。エネルギー耐量やサージ耐量の低下を最小限に抑え、しかも静電容量を小さくするには、セラミックの微細構造を制御することが良いと考えられる。
【0009】
すなわち、対向電極の面積を従来と同様にして、電極間におけるバリスタ静電容量を発現させるバリスタ結晶粒界の面積を小さくし、酸化亜鉛以外の第2相を導入し、その体積率を制御するのである。この際に、第2相の分布を均一にし、サージを吸収する際に結晶粒界で発生する熱を第2相に分散させ、結晶粒界の温度が上がりすぎないようにすることが好ましい。
【0010】
また、昨今の回路電圧の低電圧化に伴い、バリスタ電圧(V)をより低下させることが望まれている。バリスタの電気特性は、結晶粒界で発現するので、バリスタ電圧を低下させるためには、対向電極間に存在する結晶粒界数を少なくする必要がある。バリスタ電圧を低下させる技術として、酸化亜鉛を主成分とし、希土類元素としてのPrの酸化物を添加した半導体セラミックスからなる焼結体の内部に、内部電極を埋設した積層型バリスタが提案されている(特許文献2参照)。このバリスタでは、バリスタ電圧を比較的低くでき、しかも高価なPtを用いずに、比較的安価なAg−Pd合金を内部電極に用いることができるものである。
【0011】
しかしながら、バリスタ電圧を低下させるために、単純に、対向電極間に存在する結晶粒界数を少なくした場合、これに伴って結晶粒界の直列分が少なくなるため、静電容量の増大を招くという不都合がある。
【0012】
バリスタ特性を維持しながら、静電容量の低下を図るために、酸化亜鉛に、Prの酸化物と、Coの酸化物と、Alの酸化物と、Kの酸化物と、リチウムの酸化物とを所定量で添加した焼結体を有する積層バリスタが提案されている(特許文献3参照)。しかしながら、この公報記載の技術によっても、バリスタ電圧の低下と、静電容量の低下とをバランスさせることに関し、課題を有していた。
【0013】
そこで、本件出願人は、先に、このバリスタ電圧の低下と静電容量の低下をバランスさせる技術に関して提案した。その後に、高温下での電圧負荷寿命試験においても、バリスタ特性を向上させることが望ましいとの新たな課題を発見した。
【0014】
【特許文献1】特開平6−13260号公報
【特許文献2】特開平5−283209号公報
【特許文献3】特開2000−68112号公報
【特許文献4】特願2002−184640号
【特許文献5】特願2002−311272号
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、焼結を十分に行うことが可能であり、かつ回路電圧を低下させても、静電容量を低下させることができ、しかも高温下での電圧負荷寿命特性に優れた電圧非直線性抵抗体磁器組成物、および該組成物を用いた積層チップバリスタなどの電子部品を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、
酸化亜鉛を含む主成分と、
希土類元素の酸化物を含む第1副成分と、
Siの酸化物を含む第2副成分と、
CrおよびMoの少なくとも1種の酸化物を含む第3副成分とを、有する電圧非直線性抵抗体磁器組成物であって、
前記主成分100モルに対する前記第3副成分の比率が、CrおよびMo換算で、0原子%<第3副成分<2原子%である電圧非直線性抵抗体磁器組成物が提供される。
【0016】
本発明によれば、
電圧非直線性抵抗体層を有する電子部品であって、
前記電圧非直線性抵抗体層が、電圧非直線性抵抗体磁器組成物で構成してあり、
前記電圧非直線性抵抗体磁器組成物が、
酸化亜鉛を含む主成分と、
希土類元素の酸化物を含む第1副成分と、
Siの酸化物を含む第2副成分と、
CrおよびMoの少なくとも1種の酸化物を含む第3副成分とを、有し、
前記主成分100モルに対する前記第3副成分の比率が、CrおよびMo換算で、0原子%<第3副成分<2原子%である電子部品が提供される。
【0017】
本発明に係る電子部品としては、特に限定されないが、積層チップバリスタ、ディスクバリスタ、バリスタ複合素子などが例示される。
【0018】
本発明によれば、
電圧非直線性抵抗体層を有する積層チップバリスタであって、
前記電圧非直線性抵抗体層が、電圧非直線性抵抗体磁器組成物で構成してあり、
前記電圧非直線性抵抗体磁器組成物が、
酸化亜鉛を含む主成分と、
希土類元素の酸化物を含む第1副成分と、
Siの酸化物を含む第2副成分と、
CrおよびMoの少なくとも1種の酸化物を含む第3副成分とを、有し、
前記主成分100モルに対する前記第3副成分の比率が、CrおよびMo換算で、0原子%<第3副成分<2原子%である積層チップバリスタが提供される。
【0019】
好ましくは、前記第1副成分に含まれる希土類元素の酸化物が、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選ばれる少なくとも1種の酸化物である。
【0020】
好ましくは、前記主成分100モルに対する前記第1副成分の比率が、希土類元素換算で、0.01原子%<第1副成分<10原子%である。
【0021】
好ましくは、前記主成分100モルに対する前記第2副成分の比率が、Si換算で、1原子%≦第2副成分<30原子%である。
【0022】
好ましくは、Coの酸化物を含む第4副成分をさらに有し、前記主成分100モルに対する該第4副成分の比率が、Co換算で、0.05原子%<第4副成分<50原子%である。
【0023】
好ましくは、B、Al、GaおよびInから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第5副成分をさらに有し、前記主成分100モルに対する該第5副成分の比率が、各B、Al、GaおよびIn換算で、0.0001原子%<第5副成分<1原子%である。
【0024】
好ましくは、Na、K、RbおよびCsから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第6副成分をさらに有し、前記主成分100モルに対する該第6副成分の比率が、各Na、K、RbおよびCs換算で、0.005原子%<第6副成分<5原子%である。
【0025】
好ましくは、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第7副成分をさらに有し、前記主成分100モルに対する該第7副成分の比率が、各Mg、Ca、SrおよびBa換算で、0.05原子%<第7副成分<5原子%である。
【0026】
なお、本発明において、バリスタ電圧とは、1mAの電流が流れる時の電圧を言う。また、バリスタ特性(電圧非直線性)とは、電子部品に徐々に増大する電圧を印加する際に、素子に流れる電流が非直線的に増大する現象を言う。
【0027】
【作用】
本発明では、酸化亜鉛を含む主成分に対して、Crおよび/またはMoの酸化物を含む第3副成分を、特定量、含有させる。このため、主成分に含まれる酸化亜鉛の結晶粒子の粒子径の均一性を改善することができる。酸化亜鉛結晶粒子の粒子径の均一性が改善されることで、高温負荷試験時の印加電圧が均一に結晶粒界に印加され、その結果、高温負荷寿命が向上する(たとえば、バリスタ電圧の変化率((△V1mA )/V1mA )を±50%以内、好ましくは±10%以内にできる)。
【0028】
また、本発明では、発現する静電容量を低下させることができる(たとえば、対向電極面積1cmにおける1MHzの静電容量Cとバリスタ電圧Vとの積で表されるCV積を29万以下、好ましくは27万以下、さらに好ましくは20万以下にできる)。
【0029】
また、本発明では、電圧非直線性抵抗体磁器組成物中に、Pdと反応しやすいBiを含まないので、内部電極としてPdを使用することができ、セラミックの焼結を十分に行える。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。ここにおいて、
図1は本発明の一実施形態に係る積層チップバリスタの断面図である。
【0031】
積層チップバリスタ
図1に示すように、電子部品の一例としての積層チップバリスタ2は、内部電極層4,6と層間電圧非直線性抵抗体層8とが積層された構成の素子本体10を有する。この素子本体10の両端部には、素子本体10の内部に配置された内部電極層4,6と各々導通する一対の外部端子電極12,14が形成してある。素子本体10の形状は、特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、その寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよいが、通常、縦(0.6〜5.6mm)×横(0.3〜5.0mm)×厚み(0.3〜1.9mm)程度である。
【0032】
内部電極層4,6は、各端面が素子本体10の対向する2端部の表面に露出するように積層してある。一対の外部端子電極12,14は、素子本体10の両端部に形成され、内部電極層4,6の露出端面にそれぞれ接続されて、回路を構成する。
【0033】
素子本体10において、内部電極層4,6および層間電圧非直線性抵抗体層8の積層方向の両外側端部には、外側保護層8aが配置してあり、素子本体10の内部を保護している。外側保護層8aの材質は、層間電圧非直線性抵抗体層8の材質と同じであっても異なっていても良い。外側保護層8aの厚みは、たとえば100〜500μm程度である。
【0034】
内部電極層
内部電極層4,6に含有される導電材は、特に限定されないが、PdまたはAg−Pd合金で構成してあることが好ましい。合金中のPd含有量は95重量%以上であることが好ましい。内部電極層4,6の厚さは、用途に応じて適宜決定すればよいが、通常0.5〜5μm程度である。
【0035】
外部端子電極
外部端子電極12,14に含有される導電材は、特に限定されないが、通常、AgやAg−Pd合金などを用いる。外部端子電極12,14の厚さは、用途に応じて適宜決定すればよいが、通常10〜50μm程度である。
【0036】
層間電圧非直線性抵抗体層
層間電圧非直線性抵抗体層8は、本発明の電圧非直線性抵抗体磁器組成物で構成される。
【0037】
本発明の電圧非直線性抵抗体磁器組成物は、酸化亜鉛を含む主成分を有する。この酸化亜鉛を含む主成分は、電圧−電流特性における優れた電圧非直線性と、大きなサージ耐量とを発現する物質として作用する。
【0038】
本発明の電圧非直線性抵抗体磁器組成物は、希土類元素の酸化物を含む第1副成分を、さらに有する。この第1副成分は、内部電極層4,6を構成する導電材と反応しにくい性質を有するとともに、結晶粒界への酸素の拡散速度を早める物質として作用する。これを添加すると、内部電極層4,6を構成する導電材と反応しにくいので、結果として焼結体の焼結を十分に行うことができる。
第1副成分に含まれる希土類元素の酸化物は、ScおよびPmを除く、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選ばれる少なくとも1種の酸化物であることが好ましく、少なくともPrの酸化物を含むことがより好ましい。
主成分100モルに対する第1副成分の比率は、特に限定されないが、希土類元素換算で、好ましくは0.01原子%<第1副成分<10原子%、さらに好ましくは0.05原子%≦第1副成分≦5原子%である。第1副成分の比率を、所定範囲にすることにより、組成物を半導体化状態に維持できるとともに、結晶粒界への酸素拡散速度を早めることができる。第1副成分の比率が低すぎると、電圧非直線性を得にくくなる傾向にあり、比率が高すぎると、バリスタ電圧が急激に高くなる傾向にある。
【0039】
本発明の電圧非直線性抵抗体磁器組成物は、Siの酸化物を含む第2副成分を、さらに有する。この第2副成分は、組成物のCV積(静電容量Cとバリスタ電圧Vとの積)を減少させる物質として作用する。これを添加することにより、回路電圧を低下させても、静電容量を低下させることができる。
主成分100モルに対する第2副成分の比率は、Si換算で、好ましくは1原子%≦第2副成分<30原子%、より好ましくは2原子%≦第2副成分≦20原子%、さらに好ましくは5原子%≦第2副成分≦20原子%である。第2副成分の比率が高すぎると、バリスタ電圧が増大しすぎるとともに、焼結できない傾向にあり、第2副成分の比率が低すぎると、CV積の低下、すなわち静電容量の低下が望めず、バリスタ電圧の低下と静電容量の低下とをバランスさせる効果が小さくなる傾向がある。
【0040】
本発明の電圧非直線性抵抗体磁器組成物は、CrおよびMoの少なくとも1種の酸化物を含む第3副成分を、さらに有する。この第3副成分は、組成物の高温負荷寿命特性を向上させる物質として作用する。
本発明の特徴点は、酸化亜鉛を含む主成分100モルに対して、上述した第2副成分と共に、この第3副成分を所定量添加する点にある。このような第3副成分を所定量添加することにより、回路電圧を低下させても、静電容量を低下させることができ、しかも高温負荷寿命特性を向上させることができる。
具体的には、前記主成分100モルに対する前記第3副成分の比率は、CrおよびMo換算で、0原子%<第3副成分<2原子%、好ましくは0.005原子%≦第3副成分≦1原子%、さらに好ましくは0.01原子%≦第3副成分≦1原子%である。本発明では、第3副成分を添加することで、高温下での電圧負荷寿命の特性向上の効果を得ることができるが、第3副成分の比率が大きすぎると、特性向上の効果が小さくなる傾向にある。
【0041】
本発明に係る電圧非直線性抵抗体磁器組成物では、Coの酸化物を含む第4副成分をさらに有することが好ましい。この第4副成分はアクセプター(電子捕捉剤)として働き、電圧非直線性を維持する物質として作用する。
前記主成分100モルに対する第4副成分の比率は、Co換算で、好ましくは0.05原子%<第4副成分<50原子%、さらに好ましくは0.1原子%≦第4副成分≦30原子%、特に好ましくは1原子%≦第4副成分≦20原子%である。第4副成分の比率が低すぎると、バリスタ特性を得ることが困難になる傾向にあり、高すぎると、バリスタ電圧が増大すると共に電圧非直線性が低下する傾向にある。
【0042】
本発明に係る電圧非直線性抵抗体磁器組成物では、B、Al、GaおよびInから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第5副成分をさらに有することが好ましい。この第5副成分は酸化亜鉛を含む主成分への電子量を制御するためのドナーとして働き、主成分への電子量を上げ、組成物を半導体化させる物質として作用する。
前記主成分100モルに対する第5副成分の比率は、各B、Al、GaおよびIn換算で、好ましくは0.0001原子%<第5副成分<1原子%、さらに好ましくは0.0005原子%≦第5副成分≦0.5原子%である。第5副成分の比率が低すぎると、バリスタ電圧が増大する傾向にあり、比率が高すぎると、抵抗が低く、バリスタ特性を得ることが困難になる傾向にある。
【0043】
本発明に係る電圧非直線性抵抗体磁器組成物では、Na、K、RbおよびCsから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第6副成分をさらに有することが好ましい。この第6副成分は組成物の電圧非直線性を改善する物質として作用する。前記主成分100モルに対する第6副成分の比率は、各Na、K、RbおよびCs換算で、好ましくは0.005原子%<第6副成分<5原子%、さらに好ましくは0.05原子%≦第6副成分≦2原子%である。第6副成分の比率が低すぎると、抵抗が低く、バリスタ電圧が得られない傾向にあり、比率が高すぎると、セラミックの融点が下がり、焼成時に溶融してしまう傾向にある。
【0044】
本発明に係る電圧非直線性抵抗体磁器組成物では、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第7副成分をさらに有することが好ましい。この第7副成分は電圧非直線性を改善する物質として作用する。前記主成分100モルに対する第7副成分の比率は、酸化物中の各Mg、Ca、SrおよびBa換算で、好ましくは0.05原子%<第7副成分<5原子%、さらに好ましくは0.1原子%≦第7副成分≦3原子%である。第7副成分の比率が低すぎると、電圧非直線性が低下する傾向にあり、比率が高すぎると、バリスタ電圧が増大する傾向にある。
【0045】
層間電圧非直線性抵抗体層8の積層数や厚み等の諸条件は、目的や用途に応じ適宜決定すればよい。本実施形態では、層間電圧非直線性抵抗体層8の厚みは、たとえば5〜100μm程度である。
【0046】
本実施形態に係る層間電圧非直線性抵抗体層8では、非直線係数(α)が、8以上であることが好ましく、より好ましくは10以上、特に好ましくは15以上である。
さらに、層間電圧非直線性抵抗体層8では、静電容量を、基準温度25℃、測定周波数1MHzおよび入力信号レベル(測定電圧)1Vrmsで測定した場合に、CV積(静電容量Cとバリスタ電圧Vとの積)が、対向電極面積が1cmのとき、通常29万以下、好ましくは27万以下、さらに好ましくは20万以下である。
さらにまた、層間電圧非直線性抵抗体層8では、高温負荷寿命特性を示すバリスタ電圧の変化率((△V1mA )/V1mA )が、通常±50%以内、好ましくは±10%以内である。
【0047】
積層チップバリスタの製造方法
次に、本実施形態に係る積層チップバリスタ2の製造方法の一例を説明する。
【0048】
本実施形態では、ペーストを用いた通常の印刷法やシート法によりグリーンチップを作製し、これを焼成した後、外部端子電極を印刷または転写して焼成することにより製造される。以下、製造方法について具体的に説明する。
【0049】
まず、電圧非直線性抵抗体層用ペースト、内部電極層用ペースト、外部端子電極用ペーストをそれぞれ準備する。なお、電圧非直線性抵抗体層用ペーストを用いて、図1に示す層間電圧非直線性抵抗体層8および外側保護層8aを成形することができる。
【0050】
電圧非直線性抵抗体層用ペーストは、電圧非直線性抵抗体磁器組成物原料と有機ビヒクルとを混練した有機系の塗料であってもよく、水系の塗料であってもよい。
【0051】
電圧非直線性抵抗体磁器組成物原料には、上述した本発明の電圧非直線性抵抗体磁器組成物の組成に応じて、主成分を構成する原料と、各副成分を構成する原料とが用いられる。
【0052】
主成分を構成する原料としては、Znの酸化物および/または焼成により酸化物になる化合物が用いられる。第1副成分を構成する原料としては、希土類元素の酸化物および/または焼成により酸化物になる化合物が用いられる。第2副成分を構成する原料としては、Siの酸化物および/または焼成により酸化物になる化合物が用いられる。第3副成分を構成する原料としては、CrおよびMoの酸化物および/または焼成によりこれらの酸化物になる化合物が用いられる。第4副成分を構成する原料としては、Coの酸化物および/または焼成により酸化物になる化合物が用いられる。第5副成分を構成する原料としては、B、Al、GaおよびInの酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物から選ばれる1種類以上の単一酸化物または複合酸化物が用いられる。第6副成分を構成する原料としては、Na、K、RbおよびCsの酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物から選ばれる1種類以上の単一酸化物または複合酸化物が用いられる。第7副成分を構成する原料としては、Mg、Ca、SrおよびBaの酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物から選ばれる1種類以上の単一酸化物または複合酸化物が用いられる。
なお、焼成により酸化物になる化合物としては、例えば水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、有機金属化合物等が例示される。もちろん、酸化物と、焼成により酸化物になる化合物とを併用してもよい。電圧非直線性抵抗体磁器組成物原料中の各化合物の含有量は、焼成後に上記した電圧非直線性抵抗体磁器組成物の組成となるように決定すればよい。これらの原料粉末は、通常、平均粒子径0.3〜2μm程度のものが用いられる。
【0053】
有機ビヒクルとは、バインダを有機溶剤中に溶解したものであり、有機ビヒクルに用いられるバインダは、特に限定されず、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等の通常の各種バインダから適宜選択すればよい。また、このとき用いられる有機溶剤も特に限定されず、印刷法やシート法など、利用する方法に応じてテルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン等の有機溶剤から適宜選択すればよい。
【0054】
また、水溶系塗料とは、水に水溶性バインダ、分散剤等を溶解させたものであり、水溶系バインダは、特に限定されず、ポリビニルアルコール、セルロース、水溶性アクリル樹脂、エマルジョン等から適宜選択すればよい。
【0055】
内部電極層用ペーストは、上述した各種導電材あるいは焼成後に上述した導電材となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネート等と、上述した有機ビヒクルとを混練して調製される。また、外部端子電極用ペーストも、この内部電極層用ペーストと同様にして調製される。
【0056】
各ペーストの有機ビヒクルの含有量は、特に限定されず、通常の含有量、たとえば、バインダは1〜5重量%程度、溶剤は10〜50重量%程度とすればよい。また、各ペースト中には必要に応じて各種分散剤、可塑剤、誘電体、絶縁体等から選択される添加物が含有されても良い。
【0057】
印刷法を用いる場合は、電圧非直線性抵抗体層用ペーストを、ポリエチレンテレフタレート等の基板上に所定厚みで複数回印刷して、図1に示す外側保護層8aを形成する。次に、この外側保護層8aの上に、内部電極層用ペーストを所定パターンで印刷して、グリーン状態の内部電極層4を形成する。次に、この内部電極層4の上に、前記同様に電圧非直線性抵抗体層用ペーストを所定厚みで複数回印刷して、図1に示す層間電圧非直線性抵抗体層8を形成する。次に、層間電圧非直線性抵抗体層8の上に、内部電極層用ペーストを所定パターンで印刷して、内部電極層6を形成する。内部電極層4,6は、対向して相異なる端部表面に露出するように印刷する。最後に、内部電極層6の上に、前記と同様に電圧非直線性抵抗体層用ペーストを所定厚みで複数回印刷して、図1に示す外側保護層8aを形成する。その後、加熱しながら加圧、圧着し、所定形状に切断してグリーンチップとする。
【0058】
シート法を用いる場合は、電圧非直線性抵抗体層用ペーストを用いてグリーンシートを成形し、その後、このグリーンシートを所定の枚数積層して、図1に示す外側保護層8aを形成する。次に、この外側保護層8aの上に、内部電極層用ペーストを所定パターンで印刷して、グリーン状態の内部電極層4を形成する。同様にして、図1に示す別の外側保護層8aの上に、内部電極層6を形成する。これらを、グリーンシートを所定の枚数積層して形成された図1に示す層間電圧非直線性抵抗体層8を間に挟み、かつ内部電極層4,6が対向して相異なる端部表面に露出するように重ね、加熱しながら加圧、圧着し、所定形状に切断してグリーンチップとする。
【0059】
次に、このグリーンチップを脱バインダ処理および焼成して、焼結体(素子本体10)を作製する。
【0060】
脱バインダ処理は、通常の条件で行えばよい。たとえば、空気雰囲気において、昇温速度を5〜300℃/時間程度、保持温度を180〜400℃程度、温度保持時間を0.5〜24時間程度とする。
【0061】
グリーンチップの焼成は、通常の条件で行えばよい。たとえば、空気雰囲気において、昇温速度を50〜500℃/時間程度、保持温度を1000〜1400℃程度、温度保持時間を0.5〜8時間程度、冷却速度を50〜500℃/時間程度とする。保持温度が低すぎると緻密化が不充分となり、保持温度が高すぎると内部電極の異常焼結による電極の途切れを生じる傾向がある。
【0062】
得られた焼結体(素子本体10)に、たとえば、バレル研磨やサンドブラストにより端面研磨を施し、外部端子電極用ペーストを印刷または転写して焼成し、外部端子電極12,14を形成する。外部端子電極用ペーストの焼成条件は、たとえば、空気雰囲気中で600〜900℃にて10分〜1時間程度とすることが好ましい。
【0063】
このようにして製造された本実施形態の積層チップバリスタ2は、たとえば静電気などの外来サージ(異常電圧)やノイズなどを、吸収または除去するために使用される。
【0064】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【0065】
たとえば、上述した実施形態では、本発明に係る電子部品として積層チップバリスタを例示したが、本発明に係る電子部品としては、積層チップバリスタに限定されず、上記組成の電圧非直線性抵抗体磁器組成物で構成してある電圧非直線性抵抗体層を有するものであれば何でも良い。
【0066】
また、図1に示すように、内部電極層が1対のみの積層チップバリスタに限定されない。図1では、内部電極層が1対のみであるが、内部電極が複数対積層してあってもよく、あるいは内部電極が多数積層してある積層チップバリスタであってもよい。
【0067】
【実施例】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【0068】
実施例1
本実施例では、図1に示す積層チップバリスタを作製し、この特性を評価した。
【0069】
まず、バリスタ層を構成する電圧非直線性抵抗体磁器組成物の材料を作製するために、主成分原料(ZnO)および第1〜第7副成分原料を用意した。各原料としては、酸化物、炭酸塩および炭酸塩の水和物などを用いた。
【0070】
次に、これらの原料を、焼成後の組成が、主成分であるZnO:100モルに対して、下記各表に示すものとなるように配合して、有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤を加え、ボールミルにより約20時間湿式混合して、スラリーを作製した。
【0071】
このスラリーをドクターブレード法により、PET(ポリエチレンテレフタレート)製のベースフィルム上に30μmの厚さのグリーンシートを作製し、塗布した前記グリーンシート上に、パラジウムペーストを用い、スクリーン印刷にて、所望の形状になるように印刷し、乾燥して、図1に示す内部電極4を形成する。次に、図1に示す内部電極6を、同様に形成する。
【0072】
さらに、最外層となる外側保護層8aは、同じ組成のグリーンシートを複数枚重ねて形成した。
【0073】
その後、これらを加熱、圧着した後、所定のチップ形状となるように切断してグリーンチップとした。
【0074】
このグリーンチップを350℃で2時間脱バインダーを行った後、1200℃で2時間空気中において焼成し、積層チップバリスタ素体となる焼結体を得た。
【0075】
次いで、得られた焼結体の両端にAgを主体とした電極ペーストを塗布し、800℃で焼き付けして端子電極12,14を形成した。このようにして、図1に示す断面図の構成をした積層チップバリスタを得ることができた。得られた積層チップバリスタは、内部電極の重なり面積が0.05mmであった。
【0076】
得られた積層チップバリスタ試料を用いて、バリスタ電圧、非直線係数、CV積および高温負荷寿命特性を測定した。
バリスタ電圧(V1mA )は、積層チップバリスタ試料を直流定電流電源に接続し、積層チップバリスタ試料の両電極間に作用する電圧を電圧計で測定すると共に、積層チップバリスタ試料に流れる電流を電流計にて読みとることにより求めた。具体的には、積層チップバリスタ試料に流れる電流が1mAの時に、積層チップバリスタ試料の電極間に作用する電圧を電圧計により読みとり、その値をバリスタ電圧とした。単位は、Vとした。
【0077】
非直線係数(α)は、積層チップバリスタ試料に流れる電流が1mAから10mAまで変化した場合の積層チップバリスタ試料の電極間にかかる電圧と電流の関係を示しており、次式から求めた。
【0078】
α=log(I10/I)/log(V10/V1)=1/log(V10/V1)
なお、V10は、積層チップバリスタ試料にI10=10mAの電流を流した場合のバリスタ電圧を意味し、V1は、積層チップバリスタ試料にI=1mAの電流を流した場合のバリスタ電圧を意味する。この非直線係数αが大きいほど、バリスタ特性に優れている。
【0079】
CV積は、積層チップバリスタ試料に対し、基準温度25℃でデジタルLCRメータ(HP社製4284A)にて、周波数1MHz,入力信号レベル(測定電圧)1Vrmsの条件下で測定した静電容量(C)(単位はpF)と、バリスタ電圧V1mA との積から求めた。
【0080】
高温負荷寿命特性(バリスタ電圧変化:(△V1mA )/V1mA )は、積層チップバリスタ試料を、基板の上に半田付けし、バリスタ電圧(V1mA )を測定し、初期値とした後、85℃でバリスタ電圧の0.7倍を100時間印加し、その後、室温にて再度、バリスタ電圧(V1mA )を測定し、次式から求めた(単位は%)。
{(△V1mA )/V1mA }={(V1mA 100h−V1mA 0h)/V1mA 0h}×100
結果を、併せて下記各表に示す。
【0081】
【表1】

Figure 2004288667
【0082】
【表2】
Figure 2004288667
【0083】
【表3】
Figure 2004288667
【0084】
【表4】
Figure 2004288667
【0085】
【表5】
Figure 2004288667
【0086】
【表6】
Figure 2004288667
【0087】
【表7】
Figure 2004288667
【0088】
【表8】
Figure 2004288667
評価
表1に示すように、第3副成分の添加量と電気特性の関係については、CrまたはMoの添加量が増えるに従って、バリスタ電圧は増加していく。このとき、CrまたはMo添加量の多い場合を除いて、非直線性に大きな違いは認められなかった。試料1においては、高温負荷寿命試験において100時間を待たずにショートしたのに対して、0.1原子%のCrを含有した試料5は、試験後もほとんど変化が認められず、Crの含有効果が分かる。試料8〜13に示すように、Moについても同様であり、0.1原子%の添加が最も良好であることが確認できた。また、試料14に示すように、CrとMoを同時に含有させても同様の効果が認められた。表1に示す結果から、主成分100モルに対する前記第3副成分の比率は、CrおよびMo換算で、0原子%<第3副成分<2原子%、好ましくは0.005原子%≦第3副成分≦1原子%、さらに好ましくは0.01原子%≦第3副成分≦1原子%であることが確認できた。
【0089】
表2は、希土類元素であるPrの含有量と電気特性についてまとめたものである。CV積については、いずれについても問題なく小さい。しかし、Pr含有量が0.01原子%である試料15,21では、バリスタ電圧が得られなかった。また、Pr含有量が10原子%である試料20,26では、バリスタ電圧が急激に増大し200Vを超えることが確認できた。表2に示す結果から、主成分100モルに対する前記第1副成分の比率が、希土類元素換算で、好ましくは0.01原子%<第1副成分<10原子%、さらに好ましくは0.05原子%≦第1副成分≦5原子%であることが確認できた。
【0090】
表3は、Prの代わりに種々の希土類元素を含有したときの結果である。この表から、いずれの希土類元素も用いる事ができることが確認できた。
【0091】
表4に示すように、第2副成分の添加量と電気特性の関係については、Siの添加量が増えるに従って、バリスタ電圧は増加していくが、CV積が減少していくことが確認された。試料55に対して2原子%のSiを含有した試料57は、CV積が約25%減少し、Siの含有効果が分かる。さらに、CV積は、Si含有量の増加とともに減少し、Siを10原子%含有した試料5で、CV積が試料55の半分以下となった。Siを30原子%含有した試料60では、非直線性が失われ抵抗体となることが確認された。表4に示す結果から、主成分100モルに対する前記第2副成分の比率は、Si換算で、好ましくは1原子%≦第2副成分<30原子%、より好ましくは2原子%≦第2副成分≦20原子%、さらに好ましくは5原子%≦第2副成分≦20原子%であることが確認できた。
【0092】
表5は、Co含有量と電気特性についてについてまとめたものであるが、CV積については、いずれについても問題なく小さい。しかし、Co含有量が0.05原子%である試料67,74では、バリスタ電圧が得られなかった。また、Co含有量が50原子%である試料73,80では、バリスタ電圧の増大と非直線性の低下が見られた。表5に示す結果から、主成分100モルに対する該第4副成分の比率が、Co換算で、好ましくは0.05原子%<第4副成分<50原子%、さらに好ましくは0.1原子%≦第4副成分≦30原子%、特に好ましくは1原子%≦第4副成分≦20原子%であることが確認できた。
【0093】
表6は、IIIb族元素であるB、Al、GaおよびIn含有した場合の結果を示した。Al含有量が0.0001原子%の試料81,95では、バリスタ電圧が急激に増大し200Vを超えた。また、Al含有量が1原子%の試料94,108ではバリスタ電圧が得られなかった。さらにAlの代わりにB、GaおよびInを用いることができ、B、Al、GaおよびInから選ばれた2種類以上の組み合わせを用いる事ができることが確認できた。また、表6に示す結果から、主成分100モルに対する該第5副成分の比率が、各B、Al、GaおよびIn換算で、好ましくは0.0001原子%<第5副成分<1原子%、さらに好ましくは0.0005原子%≦第5副成分≦0.5原子%であることが確認できた。
【0094】
表7は、アルカリ金属としてNa、K、Rb、Csを含有した場合の結果を示した。K含有量が0.005原子%である試料109,124では、抵抗が低くバリスタ電圧が得られなかった。また、K含有量が5原子%の試料123,138では、試料が溶融状態となり電気特性を測定できなかった。さらにKの代わりに他のアルカリ金属であるNa、Rb、Csを用いても構わないし、2種類以上のアルカリ金属を組み合わせて添加しても構わないことが確認できた。表7に示す結果から、主成分100モルに対する該第6副成分の比率が、各Na、K、RbおよびCs換算で、好ましくは0.005原子%<第6副成分<5原子%、さらに好ましくは0.05原子%≦第6副成分≦2原子%であることが確認できた。
【0095】
表8は、アルカリ土類金属としてMg、Ca、SrおよびBaを含有した場合の結果を示した。Ca含有量が0.05原子%の試料139,146では、非直線性が小さくなり、また、5原子%の試料145,152ではバリスタ電圧が急増した。また、Mg、SrおよびBaを用いた場合も同様の結果が得られ、さらにこれらを併用しても含有の効果が得られることが確認できた。表8に示す結果から、主成分100モルに対する該第7副成分の比率が、各Mg、Ca、SrおよびBa換算で、好ましくは0.05原子%<第7副成分<5原子%、さらに好ましくは0.1原子%≦第7副成分≦3原子%であることが確認できた。
【0096】
実施例2
本実施例では、本発明に係る電圧非直線性抵抗体磁器組成物そのものの特性を評価した。
【0097】
表1の試料5に示す組成の粉体(電圧非直線性抵抗体磁器組成物の材料)に、バインダとしてのポリビニルアルコールを添加して、顆粒状になるようにバインダと電圧非直線性抵抗体磁器組成物材料とを混合した。次に、この顆粒状の電圧非直線性抵抗体磁器組成物材料をプレス成形し、外径φ16mm、厚み1.2mmの円板状予備成形体を得た。
【0098】
次に、この得られた予備成形体を、350℃で2時間、脱バインダーを行った後、1200℃で2時間、大気中で焼成し、外径φ14mm、厚みが1mmの円板状半導体焼結体を得た。
【0099】
次に、この円板状半導体焼結体の両面に、Agを焼き付けることでφ11.5mmの電極を形成して、本発明の電圧非直線性抵抗体磁器組成物の試料としての円板状試料を得た。
【0100】
得られた円盤状試料を用いて、実施例1と同様に、バリスタ電圧、非直線係数、CV積および高温負荷寿命特性を測定した。その結果、実施例1と同様の効果が得られることが確認できた。
【0101】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、焼結を十分に行うことが可能であり、かつ回路電圧を低下させても、静電容量を低下させることができ、しかも高温下での電圧負荷寿命特性に優れた電圧非直線性抵抗体磁器組成物、および該組成物を用いた積層チップバリスタなどの電子部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施形態に係る積層チップバリスタの断面図である。
【符号の説明】
2… 積層チップバリスタ
4,6… 内部電極層
8… 層間電圧非直線性抵抗体層
8a… 外側保護層
10… 素子本体
12,14… 外部端子電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides, for example, a voltage non-linear resistor ceramic composition used as a voltage non-linear resistor layer of a multilayer chip varistor, and an electronic device using the voltage non-linear resistor composition as a voltage non-linear resistor layer. Related to parts.
[0002]
[Prior art]
A varistor as an example of an electronic component having a voltage non-linear resistor layer is used to absorb or remove an external surge (an abnormal voltage) such as static electricity or noise.
[0003]
With the recent increase in digital signal speed and communication speed, there has been a demand for a varistor having a low capacitance and little influence on the signal.
[0004]
The capacitance is C = ε0εr(S / d) Expression 1 C is the capacitance, ε0Is the dielectric constant of vacuum, εrIs the relative permittivity, S is the area of the counter electrode at which the capacitance appears, and d is the thickness between the counter electrodes. In the case of a zinc oxide varistor, care must be taken in handling the thickness d. Zinc oxide varistors exhibit characteristics due to crystal grain boundaries. That is, there is a large difference between the resistance at the grain boundary and the resistance in the grain in the steady state, and the resistance at the grain boundary is much larger than that in the grain. Therefore, in a steady state not exceeding the breakdown voltage (rising voltage), almost all of the applied electric field is applied to the grain boundaries. Therefore, the above-mentioned thickness d must take this point into consideration.
[0005]
The thickness d is represented by d = n · 2W... n is the number of grain boundaries parallel to the counter electrode, and 2W is the depletion layer width of one grain boundary.
[0006]
The varistor voltage V1mAAnd the number of grain boundaries n, n = V1mA/ Φ... Equation 3 holds. φ is the barrier height of the grain boundary and is a value representing the varistor voltage per grain boundary.
[0007]
Here, when Expression 2 and Expression 3 are substituted into Expression 1, and then transformed, C · V1mA= Ε0εr(Φ · S / 2W) Expression 4 When φ and 2W have appropriate varistor characteristics, they take a certain value (for example, φ = 0.8 eV 2W = about 30 nm). Therefore, when the electrode area S is constant, Expression 4 is constant. Conversely, to reduce the capacitance while maintaining the appropriate varistor characteristics, it is effective to reduce the electrode area S.
[0008]
Conventionally, as a method of reducing S, a method of directly reducing the area of a counter electrode of a varistor has been proposed (see Patent Document 1). However, if the area of the counter electrode is simply reduced, the energy resistance and the surge resistance are reduced as a result, and the reliability of the device is reduced. The varistor converts electrical energy such as surge from the outside into thermal energy and absorbs it. In order to minimize the reduction of the energy resistance and the surge resistance and to reduce the capacitance, it is considered that the fine structure of the ceramic should be controlled.
[0009]
That is, the area of the varistor crystal grain boundary for developing the varistor capacitance between the electrodes is reduced by making the area of the counter electrode the same as the conventional one, and the second phase other than zinc oxide is introduced to control the volume ratio. It is. At this time, it is preferable to make the distribution of the second phase uniform, disperse the heat generated at the crystal grain boundary when absorbing the surge to the second phase, and prevent the temperature of the crystal boundary from rising too much.
[0010]
Further, with the recent reduction in circuit voltage, it is desired to further reduce the varistor voltage (V). Since the electrical characteristics of the varistor appear at the crystal grain boundaries, it is necessary to reduce the number of crystal grain boundaries existing between the counter electrodes in order to reduce the varistor voltage. As a technique for lowering the varistor voltage, a multilayer varistor in which an internal electrode is embedded in a sintered body made of a semiconductor ceramic containing zinc oxide as a main component and an oxide of Pr as a rare earth element is proposed. (See Patent Document 2). In this varistor, the varistor voltage can be made relatively low, and a relatively inexpensive Ag-Pd alloy can be used for the internal electrode without using expensive Pt.
[0011]
However, if the number of crystal grain boundaries existing between the counter electrodes is simply reduced in order to lower the varistor voltage, the number of crystal grain boundaries in series decreases, which leads to an increase in capacitance. There is an inconvenience.
[0012]
In order to reduce the capacitance while maintaining the varistor characteristics, a zinc oxide, an oxide of Pr, an oxide of Co, an oxide of Al, an oxide of K, and an oxide of lithium are added to zinc oxide. (Patent Document 3) has been proposed. However, even with the technique described in this publication, there is a problem in balancing the reduction in varistor voltage and the reduction in capacitance.
[0013]
Therefore, the present applicant has previously proposed a technique for balancing the reduction in the varistor voltage and the reduction in the capacitance. After that, a new problem was found that it is desirable to improve the varistor characteristics even in a voltage load life test at a high temperature.
[0014]
[Patent Document 1] JP-A-6-13260
[Patent Document 2] JP-A-5-283209
[Patent Document 3] JP-A-2000-68112
[Patent Document 4] Japanese Patent Application No. 2002-184640
[Patent Document 5] Japanese Patent Application No. 2002-31272
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a voltage capable of sufficiently performing sintering, and capable of reducing the capacitance even when the circuit voltage is reduced, and having excellent voltage load life characteristics at high temperatures. An object of the present invention is to provide a nonlinear resistor porcelain composition and an electronic component such as a multilayer chip varistor using the composition.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to the present invention,
A main component containing zinc oxide;
A first subcomponent containing a rare earth element oxide;
A second subcomponent containing an oxide of Si;
A voltage non-linear resistor porcelain composition comprising: a third subcomponent containing at least one oxide of Cr and Mo;
A voltage non-linear resistor ceramic composition is provided in which the ratio of the third subcomponent to 100 mol of the main component is 0 atomic% <third subcomponent <2 atomic% in terms of Cr and Mo.
[0016]
According to the present invention,
An electronic component having a voltage non-linear resistor layer,
The voltage non-linear resistor layer is composed of a voltage non-linear resistor ceramic composition,
The voltage nonlinear resistor porcelain composition,
A main component containing zinc oxide;
A first subcomponent containing a rare earth element oxide;
A second subcomponent containing an oxide of Si;
A third subcomponent containing at least one oxide of Cr and Mo,
An electronic component is provided in which the ratio of the third subcomponent with respect to 100 mol of the main component is 0 atomic% <third subcomponent <2 atomic% in terms of Cr and Mo.
[0017]
The electronic component according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a multilayer chip varistor, a disk varistor, and a varistor composite element.
[0018]
According to the present invention,
A multilayer chip varistor having a voltage non-linear resistor layer,
The voltage non-linear resistor layer is composed of a voltage non-linear resistor ceramic composition,
The voltage nonlinear resistor porcelain composition,
A main component containing zinc oxide;
A first subcomponent containing a rare earth element oxide;
A second subcomponent containing an oxide of Si;
A third subcomponent containing at least one oxide of Cr and Mo,
There is provided a multilayer chip varistor in which a ratio of the third subcomponent to 100 mol of the main component is 0 atomic% <third subcomponent <2 atomic% in terms of Cr and Mo.
[0019]
Preferably, the oxide of the rare earth element contained in the first subcomponent is selected from Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. At least one oxide.
[0020]
Preferably, the ratio of the first subcomponent with respect to 100 mol of the main component is 0.01 atomic% <first subcomponent <10 atomic% in terms of rare earth element.
[0021]
Preferably, the ratio of the second subcomponent with respect to 100 mol of the main component is 1 atomic% ≦ second subcomponent <30 atomic% in terms of Si.
[0022]
Preferably, the composition further includes a fourth subcomponent containing an oxide of Co, wherein the ratio of the fourth subcomponent to 100 mol of the main component is 0.05 atom% <fourth sub component <50 atom in terms of Co. %.
[0023]
Preferably, the semiconductor device further includes a fifth subcomponent containing at least one oxide selected from B, Al, Ga, and In, and the ratio of the fifth subcomponent to 100 mol of the main component is set to B, Al, 0.0001 atomic% <fifth subcomponent <1 atomic% in terms of Ga and In.
[0024]
Preferably, it further has a sixth subcomponent containing at least one oxide selected from Na, K, Rb and Cs, and the ratio of the sixth subcomponent to 100 mol of the main component is Na, K, In terms of Rb and Cs, 0.005 atomic% <sixth subcomponent <5 atomic%.
[0025]
Preferably, it further has a seventh subcomponent containing at least one oxide selected from Mg, Ca, Sr and Ba, and the ratio of the seventh subcomponent to 100 mol of the main component is such that each of Mg, Ca, In terms of Sr and Ba, 0.05 atomic% <seventh subcomponent <5 atomic%.
[0026]
In the present invention, the varistor voltage refers to a voltage when a current of 1 mA flows. The varistor characteristic (voltage non-linearity) refers to a phenomenon in which a current flowing through an element increases non-linearly when a gradually increasing voltage is applied to an electronic component.
[0027]
[Action]
In the present invention, a third subcomponent containing an oxide of Cr and / or Mo is contained in a specific amount with respect to the main component containing zinc oxide. For this reason, the uniformity of the particle diameter of the zinc oxide crystal particles contained in the main component can be improved. By improving the uniformity of the particle diameter of the zinc oxide crystal particles, the applied voltage during the high-temperature load test is uniformly applied to the crystal grain boundaries, and as a result, the high-temperature load life is improved (for example, a change in the varistor voltage). Rate ((△ V1mA) / V1mA) Can be within ± 50%, preferably within ± 10%).
[0028]
Further, in the present invention, the developed capacitance can be reduced (for example, the counter electrode area is 1 cm).2The CV product represented by the product of the capacitance C of 1 MHz and the varistor voltage V can be made 290,000 or less, preferably 270,000 or less, and more preferably 200,000 or less.
[0029]
Further, in the present invention, Bi that easily reacts with Pd is not contained in the voltage non-linear resistor ceramic composition, so that Pd can be used as the internal electrode, and the ceramic can be sufficiently sintered.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings. put it here,
FIG. 1 is a sectional view of a multilayer chip varistor according to one embodiment of the present invention.
[0031]
Multilayer chip varistor
As shown in FIG. 1, a multilayer chip varistor 2 as an example of an electronic component has an element body 10 having a configuration in which internal electrode layers 4 and 6 and an interlayer voltage non-linear resistor layer 8 are stacked. At both ends of the element body 10, a pair of external terminal electrodes 12, 14 that are electrically connected to the internal electrode layers 4, 6 disposed inside the element body 10 are formed. Although the shape of the element body 10 is not particularly limited, it is usually a rectangular parallelepiped. The size is not particularly limited, and may be an appropriate size depending on the application. Usually, the length (0.6 to 5.6 mm) × the width (0.3 to 5.0 mm) × the thickness ( 0.3 to 1.9 mm).
[0032]
The internal electrode layers 4 and 6 are laminated such that each end face is exposed on the surface of two opposing end portions of the element body 10. The pair of external terminal electrodes 12 and 14 are formed at both ends of the element body 10 and connected to the exposed end faces of the internal electrode layers 4 and 6, respectively, to form a circuit.
[0033]
In the element body 10, outer protective layers 8 a are disposed at both outer ends in the laminating direction of the internal electrode layers 4 and 6 and the interlayer voltage non-linear resistor layer 8, thereby protecting the inside of the element body 10. ing. The material of the outer protective layer 8a may be the same as or different from the material of the interlayer voltage non-linear resistor layer 8. The thickness of the outer protective layer 8a is, for example, about 100 to 500 μm.
[0034]
Internal electrode layer
The conductive material contained in the internal electrode layers 4 and 6 is not particularly limited, but is preferably made of Pd or an Ag-Pd alloy. The Pd content in the alloy is preferably at least 95% by weight. The thickness of the internal electrode layers 4 and 6 may be appropriately determined according to the application, but is usually about 0.5 to 5 μm.
[0035]
External terminal electrode
The conductive material contained in the external terminal electrodes 12 and 14 is not particularly limited, but usually Ag or an Ag-Pd alloy is used. The thickness of the external terminal electrodes 12 and 14 may be appropriately determined depending on the application, but is usually about 10 to 50 μm.
[0036]
Interlayer voltage nonlinear resistor layer
The interlayer voltage non-linear resistor layer 8 is composed of the voltage non-linear resistor ceramic composition of the present invention.
[0037]
The voltage non-linear resistor ceramic composition of the present invention has a main component containing zinc oxide. The main component containing zinc oxide acts as a substance that exhibits excellent voltage non-linearity in voltage-current characteristics and large surge withstand capability.
[0038]
The voltage non-linear resistor ceramic composition of the present invention further has a first subcomponent containing an oxide of a rare earth element. The first subcomponent has a property that it does not easily react with the conductive material forming the internal electrode layers 4 and 6, and also acts as a substance that increases the rate of diffusion of oxygen to crystal grain boundaries. When this is added, it does not easily react with the conductive material constituting the internal electrode layers 4 and 6, so that the sintered body can be sufficiently sintered.
Oxides of rare earth elements contained in the first subcomponent are from Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, excluding Sc and Pm. It is preferably at least one selected oxide, and more preferably contains at least Pr oxide.
The ratio of the first subcomponent with respect to 100 mol of the main component is not particularly limited, but is preferably 0.01 atom% <first subcomponent <10 atom%, more preferably 0.05 atom% ≦ 1 subcomponent ≦ 5 atomic%. By setting the ratio of the first subcomponent in a predetermined range, the composition can be maintained in a semiconducting state, and the rate of diffusion of oxygen to crystal grain boundaries can be increased. If the ratio of the first subcomponent is too low, the voltage non-linearity tends to be hardly obtained, and if the ratio is too high, the varistor voltage tends to increase rapidly.
[0039]
The voltage nonlinear resistor porcelain composition of the present invention further includes a second subcomponent containing an oxide of Si. This second subcomponent acts as a substance that reduces the CV product (product of capacitance C and varistor voltage V) of the composition. By adding this, the capacitance can be reduced even if the circuit voltage is reduced.
The ratio of the second subcomponent with respect to 100 mol of the main component is preferably 1 atomic% ≦ second subcomponent <30 atomic%, more preferably 2 atomic% ≦ second subcomponent ≦ 20 atomic%, more preferably, in terms of Si. Is 5 atomic% ≦ second subcomponent ≦ 20 atomic%. If the ratio of the second subcomponent is too high, the varistor voltage is too high, and sintering tends to be impossible. If the ratio of the second subcomponent is too low, a decrease in the CV product, that is, a decrease in capacitance can be expected. Instead, the effect of balancing the reduction in varistor voltage and the reduction in capacitance tends to be small.
[0040]
The voltage nonlinear resistor porcelain composition of the present invention further has a third subcomponent containing at least one oxide of Cr and Mo. This third subcomponent acts as a substance that improves the high temperature load life characteristics of the composition.
A feature of the present invention is that a predetermined amount of the third subcomponent is added together with the second subcomponent to 100 mol of the main component containing zinc oxide. By adding such a third subcomponent in a predetermined amount, the capacitance can be reduced even if the circuit voltage is reduced, and the high-temperature load life characteristics can be improved.
Specifically, the ratio of the third subcomponent with respect to 100 mol of the main component is 0 atomic% <third subcomponent <2 atomic%, preferably 0.005 atomic% ≦ third subcomponent in terms of Cr and Mo. Component ≦ 1 atomic%, more preferably 0.01 atomic% ≦ third subcomponent ≦ 1 atomic%. In the present invention, the effect of improving the characteristics of the voltage load life at high temperatures can be obtained by adding the third subcomponent. However, if the ratio of the third subcomponent is too large, the effect of improving the characteristics is small. Tend to be.
[0041]
The voltage nonlinear resistor porcelain composition according to the present invention preferably further includes a fourth subcomponent containing an oxide of Co. This fourth subcomponent acts as an acceptor (electron capture agent) and acts as a substance that maintains voltage non-linearity.
The ratio of the fourth subcomponent with respect to 100 mol of the main component is preferably 0.05 atomic% <the fourth subcomponent <50 atomic%, more preferably 0.1 atomic% ≦ the fourth subcomponent ≦ 30 in terms of Co. Atomic%, particularly preferably 1 atomic% ≦ fourth subcomponent ≦ 20 atomic%. If the ratio of the fourth subcomponent is too low, it tends to be difficult to obtain varistor characteristics. If it is too high, the varistor voltage increases and the voltage non-linearity tends to decrease.
[0042]
The voltage non-linear resistor ceramic composition according to the present invention preferably further includes a fifth subcomponent containing at least one oxide selected from B, Al, Ga and In. The fifth subcomponent acts as a donor for controlling the amount of electrons to the main component including zinc oxide, increases the amount of electrons to the main component, and functions as a substance that turns the composition into a semiconductor.
The ratio of the fifth subcomponent with respect to 100 mol of the main component is preferably 0.0001 atomic% <fifth subcomponent <1 atomic%, more preferably 0.0005 atomic%, in terms of B, Al, Ga and In. .Ltoreq.fifth subcomponent.ltoreq.0.5 at%. If the ratio of the fifth subcomponent is too low, the varistor voltage tends to increase. If the ratio is too high, the resistance tends to be low, and it tends to be difficult to obtain varistor characteristics.
[0043]
The voltage nonlinear resistor porcelain composition according to the present invention preferably further includes a sixth subcomponent containing at least one oxide selected from Na, K, Rb and Cs. This sixth subcomponent acts as a substance that improves the voltage nonlinearity of the composition. The ratio of the sixth subcomponent with respect to 100 mol of the main component is preferably 0.005 atomic% <sixth subcomponent <5 atomic%, more preferably 0.05 atomic%, in terms of Na, K, Rb and Cs. <6th subcomponent <2 atomic%. If the ratio of the sixth subcomponent is too low, the resistance tends to be low and a varistor voltage tends not to be obtained. If the ratio is too high, the melting point of the ceramic tends to decrease, and the ceramic tends to melt during firing.
[0044]
The voltage non-linear resistor ceramic composition according to the present invention preferably further includes a seventh subcomponent containing at least one oxide selected from Mg, Ca, Sr, and Ba. This seventh subcomponent acts as a substance that improves voltage non-linearity. The ratio of the seventh subcomponent with respect to 100 mol of the main component is preferably 0.05 atom% <seventh sub component <5 atom%, more preferably 0 atom%, in terms of Mg, Ca, Sr and Ba in the oxide. .1 atomic% ≦ seventh subcomponent ≦ 3 atomic%. If the ratio of the seventh subcomponent is too low, the voltage non-linearity tends to decrease, and if the ratio is too high, the varistor voltage tends to increase.
[0045]
Various conditions such as the number of layers and the thickness of the interlayer voltage non-linear resistor layer 8 may be appropriately determined according to the purpose and application. In the present embodiment, the thickness of the interlayer voltage non-linear resistor layer 8 is, for example, about 5 to 100 μm.
[0046]
In the interlayer voltage nonlinear resistor layer 8 according to the present embodiment, the nonlinear coefficient (α) is preferably 8 or more, more preferably 10 or more, and particularly preferably 15 or more.
Further, in the interlayer voltage non-linear resistor layer 8, when the capacitance is measured at a reference temperature of 25 ° C., a measurement frequency of 1 MHz, and an input signal level (measurement voltage) of 1 Vrms, a CV product (capacitance C and varistor) is obtained. Product of the voltage V) and the counter electrode area is 1 cm2In this case, it is usually 290,000 or less, preferably 270,000 or less, more preferably 200,000 or less.
Furthermore, in the interlayer voltage non-linear resistor layer 8, the change rate of the varistor voltage ((△ V1mA) / V1mA) Is usually within ± 50%, preferably within ± 10%.
[0047]
Manufacturing method of multilayer chip varistor
Next, an example of a method for manufacturing the multilayer chip varistor 2 according to the present embodiment will be described.
[0048]
In the present embodiment, a green chip is produced by a normal printing method or sheet method using a paste, fired, and then printed or transferred to an external terminal electrode and fired. Hereinafter, the manufacturing method will be specifically described.
[0049]
First, a paste for a voltage non-linear resistor layer, a paste for an internal electrode layer, and a paste for an external terminal electrode are prepared. The interlayer voltage non-linear resistor layer 8 and the outer protective layer 8a shown in FIG. 1 can be formed using the voltage non-linear resistor layer paste.
[0050]
The voltage nonlinear resistor layer paste may be an organic paint obtained by kneading a voltage nonlinear resistor ceramic composition raw material and an organic vehicle, or may be an aqueous paint.
[0051]
In the voltage non-linear resistor ceramic composition raw material, according to the composition of the above-described voltage non-linear resistor ceramic composition of the present invention, a raw material forming a main component and a raw material forming each subcomponent are included. Used.
[0052]
As a raw material constituting the main component, an oxide of Zn and / or a compound which becomes an oxide by firing is used. As a raw material constituting the first subcomponent, an oxide of a rare earth element and / or a compound which becomes an oxide by firing is used. As a raw material constituting the second subcomponent, an oxide of Si and / or a compound which becomes an oxide by firing is used. As a raw material constituting the third subcomponent, oxides of Cr and Mo and / or compounds which become these oxides by firing are used. As a raw material constituting the fourth subcomponent, an oxide of Co and / or a compound which becomes an oxide by firing is used. As a raw material constituting the fifth subcomponent, one or more single oxides or composite oxides selected from oxides of B, Al, Ga, and In and / or compounds that become these oxides after firing are used. Can be As a raw material constituting the sixth subcomponent, one or more single oxides or composite oxides selected from oxides of Na, K, Rb, and Cs and / or compounds that become these oxides after firing are used. Can be As a raw material constituting the seventh subcomponent, one or more single oxides or composite oxides selected from oxides of Mg, Ca, Sr, and Ba and / or compounds that become these oxides after firing are used. Can be
In addition, as a compound which turns into an oxide by baking, a hydroxide, a carbonate, a nitrate, an oxalate, an organometallic compound, etc. are illustrated, for example. Of course, an oxide and a compound that becomes an oxide by firing may be used in combination. The content of each compound in the raw material of the voltage non-linear resistor ceramic composition may be determined so that the composition of the voltage non-linear resistor ceramic composition after firing is obtained. These raw material powders usually have an average particle diameter of about 0.3 to 2 μm.
[0053]
The organic vehicle is obtained by dissolving a binder in an organic solvent, and the binder used for the organic vehicle is not particularly limited, and may be appropriately selected from ordinary various binders such as ethyl cellulose and polyvinyl butyral. Also, the organic solvent used at this time is not particularly limited, and may be appropriately selected from organic solvents such as terpineol, butyl carbitol, acetone, and toluene according to a method to be used such as a printing method and a sheet method.
[0054]
In addition, the water-based paint is obtained by dissolving a water-soluble binder, a dispersant, and the like in water, and the water-based binder is not particularly limited, and is appropriately selected from polyvinyl alcohol, cellulose, a water-soluble acrylic resin, an emulsion, and the like. do it.
[0055]
The internal electrode layer paste is prepared by kneading the above-mentioned various conductive materials or various oxides, organometallic compounds, resinates, etc. which become the above-mentioned conductive materials after firing, and the above-mentioned organic vehicle. Also, the paste for the external terminal electrodes is prepared in the same manner as the paste for the internal electrode layers.
[0056]
The content of the organic vehicle in each paste is not particularly limited, and may be a usual content, for example, about 1 to 5% by weight of a binder and about 10 to 50% by weight of a solvent. Each paste may contain additives selected from various dispersants, plasticizers, dielectrics, insulators, and the like, as necessary.
[0057]
When the printing method is used, the voltage non-linear resistor layer paste is printed a plurality of times on a substrate such as polyethylene terephthalate with a predetermined thickness to form the outer protective layer 8a shown in FIG. Next, the internal electrode layer paste is printed in a predetermined pattern on the outer protective layer 8a to form the internal electrode layer 4 in a green state. Next, on the internal electrode layer 4, the voltage non-linear resistor layer paste is printed a plurality of times with a predetermined thickness in the same manner as described above to form the interlayer voltage non-linear resistor layer 8 shown in FIG. . Next, an internal electrode layer paste is printed on the interlayer voltage non-linear resistor layer 8 in a predetermined pattern to form the internal electrode layer 6. The internal electrode layers 4 and 6 are printed so as to be exposed on different end surfaces facing each other. Lastly, the voltage non-linear resistor layer paste is printed a plurality of times with a predetermined thickness on the internal electrode layer 6 in the same manner as described above to form the outer protective layer 8a shown in FIG. Then, it is pressurized and pressed while heating, and cut into a predetermined shape to obtain a green chip.
[0058]
When the sheet method is used, a green sheet is formed using a voltage non-linear resistor layer paste, and then a predetermined number of the green sheets are laminated to form an outer protective layer 8a shown in FIG. Next, the internal electrode layer paste is printed in a predetermined pattern on the outer protective layer 8a to form the internal electrode layer 4 in a green state. Similarly, the internal electrode layer 6 is formed on another outer protective layer 8a shown in FIG. These are sandwiched between the interlayer voltage non-linear resistance layers 8 shown in FIG. 1 formed by laminating a predetermined number of green sheets, and the internal electrode layers 4 and 6 are opposed to each other on different end surfaces. The chips are stacked so as to be exposed, pressurized and pressed while heating, and cut into a predetermined shape to obtain a green chip.
[0059]
Next, the green chip is subjected to binder removal processing and firing to produce a sintered body (element body 10).
[0060]
The binder removal processing may be performed under normal conditions. For example, in an air atmosphere, the temperature raising rate is about 5 to 300 ° C./hour, the holding temperature is about 180 to 400 ° C., and the temperature holding time is about 0.5 to 24 hours.
[0061]
The firing of the green chips may be performed under normal conditions. For example, in an air atmosphere, the heating rate is about 50 to 500 ° C./hour, the holding temperature is about 1000 to 1400 ° C., the temperature holding time is about 0.5 to 8 hours, and the cooling rate is about 50 to 500 ° C./hour. I do. If the holding temperature is too low, the densification becomes insufficient, and if the holding temperature is too high, the electrodes tend to break due to abnormal sintering of the internal electrodes.
[0062]
The obtained sintered body (element main body 10) is subjected to end surface polishing by, for example, barrel polishing or sand blasting, and the external terminal electrode paste is printed or transferred and baked to form external terminal electrodes 12, 14. The firing conditions for the external terminal electrode paste are preferably, for example, about 600 minutes to about 900 ° C. for about 10 minutes to 1 hour in an air atmosphere.
[0063]
The multilayer chip varistor 2 of the present embodiment manufactured as described above is used for absorbing or removing external surges (abnormal voltage) such as static electricity, noise, and the like.
[0064]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments at all, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. .
[0065]
For example, in the embodiment described above, the multilayer chip varistor is exemplified as the electronic component according to the present invention. However, the electronic component according to the present invention is not limited to the multilayer chip varistor, and the voltage non-linear resistor ceramic having the above composition is used. Any material may be used as long as it has a voltage non-linear resistor layer composed of a composition.
[0066]
Further, as shown in FIG. 1, the present invention is not limited to a multilayer chip varistor having only one pair of internal electrode layers. Although FIG. 1 shows only one pair of internal electrode layers, a plurality of pairs of internal electrodes may be laminated, or a laminated chip varistor in which many internal electrodes are laminated.
[0067]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on more detailed examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0068]
Example 1
In this example, the multilayer chip varistor shown in FIG. 1 was manufactured, and its characteristics were evaluated.
[0069]
First, a main component material (ZnO) and first to seventh subcomponent materials were prepared in order to produce a material for a voltage non-linear resistor ceramic composition constituting a varistor layer. As the raw materials, oxides, carbonates, carbonate hydrates, and the like were used.
[0070]
Next, these raw materials were blended so that the composition after firing was as shown in the following tables with respect to 100 mol of ZnO as a main component, and an organic binder, an organic solvent, and an organic plasticizer were added. In addition, the mixture was wet-mixed with a ball mill for about 20 hours to prepare a slurry.
[0071]
A green sheet having a thickness of 30 μm was prepared from the slurry by a doctor blade method on a PET (polyethylene terephthalate) base film, and the desired green sheet was screen-printed using a palladium paste using a palladium paste. Printing is performed to obtain a shape, and drying is performed to form the internal electrode 4 illustrated in FIG. Next, the internal electrodes 6 shown in FIG. 1 are formed in the same manner.
[0072]
Further, the outer protective layer 8a as the outermost layer was formed by stacking a plurality of green sheets having the same composition.
[0073]
Thereafter, these were heated and pressed, and then cut into a predetermined chip shape to obtain a green chip.
[0074]
After debinding the green chip at 350 ° C. for 2 hours, the green chip was fired at 1200 ° C. for 2 hours in air to obtain a sintered body to be a laminated chip varistor element.
[0075]
Next, an electrode paste mainly composed of Ag was applied to both ends of the obtained sintered body and baked at 800 ° C. to form terminal electrodes 12 and 14. Thus, a multilayer chip varistor having the configuration shown in the sectional view of FIG. 1 was obtained. The obtained multilayer chip varistor has an overlapping area of the internal electrodes of 0.05 mm.2Met.
[0076]
Using the obtained multilayer chip varistor sample, the varistor voltage, the nonlinear coefficient, the CV product and the high temperature load life characteristic were measured.
Varistor voltage (V1mA)) Connect the multilayer chip varistor sample to a DC constant current power supply, measure the voltage acting between both electrodes of the multilayer chip varistor sample with a voltmeter, and read the current flowing through the multilayer chip varistor sample with an ammeter. Determined by Specifically, when the current flowing through the multilayer chip varistor sample was 1 mA, the voltage acting between the electrodes of the multilayer chip varistor sample was read by a voltmeter, and the value was defined as the varistor voltage. The unit was V.
[0077]
The nonlinear coefficient (α) indicates the relationship between the voltage and the current applied between the electrodes of the multilayer chip varistor sample when the current flowing through the multilayer chip varistor sample changes from 1 mA to 10 mA, and was calculated from the following equation.
[0078]
α = log (I10/ I1) / Log (V10 / V1) = 1 / log (V10 / V1)
V10 is the value of I10= Varier voltage when a current of 10 mA flows, and V1 is I1= 1 means a varistor voltage when a current of 1 mA flows. The larger the nonlinear coefficient α, the better the varistor characteristics.
[0079]
The CV product was measured for a multilayer chip varistor sample at a reference temperature of 25 ° C. using a digital LCR meter (HP 4284A) at a frequency of 1 MHz and an input signal level (measurement voltage) of 1 Vrms. ) (Unit is pF) and varistor voltage V1mAAnd the product.
[0080]
High temperature load life characteristics (varistor voltage change: (△ V1mA) / V1mA) Is to solder a multilayer chip varistor sample onto a substrate and apply a varistor voltage (V1mA) Was measured and set as an initial value, and then 0.7 times the varistor voltage was applied at 85 ° C. for 100 hours, and then the varistor voltage (V) was again measured at room temperature.1mA) Was measured and calculated from the following formula (unit is%).
{(△ V1mA) / V1mA} = {(V1mA100h-V1mA0h) / V1mA0h} × 100
The results are shown in the following tables.
[0081]
[Table 1]
Figure 2004288667
[0082]
[Table 2]
Figure 2004288667
[0083]
[Table 3]
Figure 2004288667
[0084]
[Table 4]
Figure 2004288667
[0085]
[Table 5]
Figure 2004288667
[0086]
[Table 6]
Figure 2004288667
[0087]
[Table 7]
Figure 2004288667
[0088]
[Table 8]
Figure 2004288667
Evaluation
As shown in Table 1, as for the relationship between the addition amount of the third subcomponent and the electrical characteristics, the varistor voltage increases as the addition amount of Cr or Mo increases. At this time, no significant difference was found in the non-linearity except for the case where the added amount of Cr or Mo was large. Sample 1 was short-circuited without waiting for 100 hours in the high-temperature load life test, whereas Sample 5 containing 0.1 atomic% of Cr showed almost no change even after the test. You can see the effect. As shown in Samples 8 to 13, the same was true for Mo, and it was confirmed that the addition of 0.1 atomic% was the best. Further, as shown in Sample 14, the same effect was observed when Cr and Mo were simultaneously contained. From the results shown in Table 1, the ratio of the third subcomponent to 100 mol of the main component is 0 atomic% <third subcomponent <2 atomic%, preferably 0.005 atomic% ≦ third in terms of Cr and Mo. It was confirmed that the sub-component ≦ 1 at%, more preferably 0.01 at% ≦ the third sub-component ≦ 1 at%.
[0089]
Table 2 summarizes the content and electrical properties of Pr, a rare earth element. The CV product is small without any problem. However, in Samples 15 and 21 in which the Pr content was 0.01 atomic%, no varistor voltage was obtained. Further, in samples 20 and 26 having a Pr content of 10 atomic%, it was confirmed that the varistor voltage rapidly increased and exceeded 200 V. From the results shown in Table 2, the ratio of the first subcomponent with respect to 100 moles of the main component is preferably 0.01 atom% <first subcomponent <10 atom%, more preferably 0.05 atom, in terms of rare earth element. % ≦ first subcomponent ≦ 5 at%.
[0090]
Table 3 shows the results when various rare earth elements were contained instead of Pr. From this table, it was confirmed that any of the rare earth elements could be used.
[0091]
As shown in Table 4, with respect to the relationship between the added amount of the second subcomponent and the electrical characteristics, it was confirmed that as the added amount of Si increased, the varistor voltage increased, but the CV product decreased. Was. In the sample 57 containing 2 atomic% of Si with respect to the sample 55, the CV product is reduced by about 25%, and the effect of containing Si is understood. Further, the CV product decreased with an increase in the Si content, and the CV product of Sample 5 containing 10 atomic% of Si was less than half that of Sample 55. In sample 60 containing 30 atomic% of Si, it was confirmed that the non-linearity was lost and the sample became a resistor. From the results shown in Table 4, the ratio of the second subcomponent with respect to 100 mol of the main component is preferably 1 atomic% ≦ second subcomponent <30 atomic%, more preferably 2 atomic% ≦ second subcomponent in terms of Si. It was confirmed that the component ≦ 20 atomic%, more preferably 5 atomic% ≦ the second subcomponent ≦ 20 atomic%.
[0092]
Table 5 summarizes the Co content and the electrical characteristics, but the CV product is small without any problem. However, no varistor voltage was obtained in samples 67 and 74 having a Co content of 0.05 atomic%. In samples 73 and 80 having a Co content of 50 atomic%, an increase in varistor voltage and a decrease in non-linearity were observed. From the results shown in Table 5, the ratio of the fourth subcomponent with respect to 100 mol of the main component is preferably 0.05 atomic% <the fourth subcomponent <50 atomic%, more preferably 0.1 atomic%, in terms of Co. ≦ fourth subcomponent ≦ 30 at%, particularly preferably 1 at% ≦ fourth subcomponent ≦ 20 at%.
[0093]
Table 6 shows the results when B, Al, Ga and In, which are Group IIIb elements, were contained. In Samples 81 and 95 having an Al content of 0.0001 atomic%, the varistor voltage rapidly increased and exceeded 200 V. Also, no varistor voltage was obtained in samples 94 and 108 having an Al content of 1 atomic%. Further, it was confirmed that B, Ga, and In can be used instead of Al, and that a combination of two or more kinds selected from B, Al, Ga, and In can be used. Also, from the results shown in Table 6, the ratio of the fifth subcomponent to 100 mol of the main component is preferably 0.0001 atomic% <fifth subcomponent <1 atomic% in terms of B, Al, Ga and In. More preferably, 0.0005 atomic% ≦ fifth subcomponent ≦ 0.5 atomic%.
[0094]
Table 7 shows the results when Na, K, Rb, and Cs were contained as alkali metals. In samples 109 and 124 having a K content of 0.005 atomic%, the resistance was low and no varistor voltage was obtained. In the case of samples 123 and 138 having a K content of 5 atomic%, the samples were in a molten state, and electrical characteristics could not be measured. Further, it was confirmed that other alkali metals such as Na, Rb and Cs may be used instead of K, or two or more kinds of alkali metals may be added in combination. From the results shown in Table 7, the ratio of the sixth subcomponent with respect to 100 mol of the main component is preferably 0.005 atomic% <sixth subcomponent <5 atomic%, in terms of Na, K, Rb, and Cs. It was confirmed that preferably 0.05 atomic% ≦ sixth subcomponent ≦ 2 atomic%.
[0095]
Table 8 shows the results when Mg, Ca, Sr and Ba were contained as alkaline earth metals. In the samples 139 and 146 having a Ca content of 0.05 atomic%, the nonlinearity was small, and in the samples 145 and 152 having a Ca content of 5 atomic%, the varistor voltage was rapidly increased. In addition, similar results were obtained when Mg, Sr and Ba were used, and it was confirmed that even when these were used in combination, the effect of containing was obtained. From the results shown in Table 8, the ratio of the seventh subcomponent with respect to 100 mol of the main component is preferably 0.05 atomic% <seventh subcomponent <5 atomic%, in terms of Mg, Ca, Sr and Ba. It was confirmed that preferably 0.1 atomic% ≦ seventh subcomponent ≦ 3 atomic%.
[0096]
Example 2
In this example, the characteristics of the voltage non-linear resistor ceramic composition itself according to the present invention were evaluated.
[0097]
Polyvinyl alcohol as a binder was added to powder (material of the voltage non-linear resistor ceramic composition) having the composition shown in Sample 5 of Table 1, and the binder and the voltage non-linear resistor were formed into granules. The porcelain composition material was mixed. Next, the granular voltage non-linear resistor ceramic composition material was press-molded to obtain a disk-shaped preform having an outer diameter of 16 mm and a thickness of 1.2 mm.
[0098]
Next, the obtained preformed body was subjected to binder removal at 350 ° C. for 2 hours, and then fired at 1200 ° C. for 2 hours in the air to obtain a disc-shaped semiconductor having an outer diameter of 14 mm and a thickness of 1 mm. I got a body.
[0099]
Next, an electrode having a diameter of 11.5 mm was formed by baking Ag on both sides of the disc-shaped semiconductor sintered body, and a disc-shaped sample as a sample of the voltage non-linear resistor ceramic composition of the present invention. Got.
[0100]
Using the obtained disk-shaped sample, the varistor voltage, the nonlinear coefficient, the CV product, and the high-temperature load life characteristic were measured in the same manner as in Example 1. As a result, it was confirmed that the same effect as in Example 1 was obtained.
[0101]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, sintering can be performed sufficiently, and even if the circuit voltage is reduced, the capacitance can be reduced, and the voltage at a high temperature can be reduced. It is possible to provide a voltage non-linear resistor ceramic composition having excellent load life characteristics, and an electronic component such as a multilayer chip varistor using the composition.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a multilayer chip varistor according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
2. Multilayer chip varistor
4,6 ... Internal electrode layer
8. Interlayer voltage non-linear resistor layer
8a ... Outside protective layer
10. Element body
12, 14 ... External terminal electrodes

Claims (10)

酸化亜鉛を含む主成分と、
希土類元素の酸化物を含む第1副成分と、
Siの酸化物を含む第2副成分と、
CrおよびMoの少なくとも1種の酸化物を含む第3副成分とを、有する電圧非直線性抵抗体磁器組成物であって、
前記主成分100モルに対する前記第3副成分の比率が、CrおよびMo換算で、0原子%<第3副成分<2原子%である電圧非直線性抵抗体磁器組成物。
A main component containing zinc oxide;
A first subcomponent containing a rare earth element oxide;
A second subcomponent containing an oxide of Si;
A voltage non-linear resistor porcelain composition comprising: a third subcomponent containing at least one oxide of Cr and Mo;
A voltage nonlinear resistor porcelain composition in which the ratio of the third subcomponent to 100 mol of the main component is 0 atomic% <third subcomponent <2 atomic% in terms of Cr and Mo.
前記主成分100モルに対する前記第1副成分の比率が、希土類元素換算で、0.01原子%<第1副成分<10原子%である請求項1に記載の電圧非直線性抵抗体磁器組成物。2. The voltage non-linear resistor ceramic composition according to claim 1, wherein a ratio of the first subcomponent with respect to 100 mol of the main component is 0.01 at% <first sub component <10 at% in terms of rare earth element. 3. object. 前記主成分100モルに対する前記第2副成分の比率が、Si換算で、1原子%≦第2副成分<30原子%である請求項1または2に記載の電圧非直線性抵抗体磁器組成物。3. The non-linear resistor ceramic composition according to claim 1, wherein a ratio of the second subcomponent with respect to 100 mol of the main component is 1 atomic% ≦ second subcomponent <30 atomic% in terms of Si. 4. . Coの酸化物を含む第4副成分をさらに有し、
前記主成分100モルに対する該第4副成分の比率が、Co換算で、0.05原子%<第4副成分<50原子%である請求項1〜3のいずれかに記載の電圧非直線性抵抗体磁器組成物。
A fourth subcomponent including an oxide of Co;
The voltage non-linearity according to any one of claims 1 to 3, wherein a ratio of the fourth subcomponent with respect to 100 mol of the main component is 0.05 atomic% <fourth subcomponent <50 atomic% in terms of Co. Resistor porcelain composition.
B、Al、GaおよびInから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第5副成分をさらに有し、
前記主成分100モルに対する該第5副成分の比率が、各B、Al、GaおよびIn換算で、0.0001原子%<第5副成分<1原子%である請求項1〜4のいずれかに記載の電圧非直線性抵抗体磁器組成物。
A fifth subcomponent containing at least one oxide selected from B, Al, Ga and In,
The ratio of the fifth subcomponent with respect to 100 mol of the main component is 0.0001 atomic% <fifth subcomponent <1 atomic% in terms of B, Al, Ga and In. 3. The voltage nonlinear resistor porcelain composition according to claim 1.
Na、K、RbおよびCsから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第6副成分をさらに有し、
前記主成分100モルに対する該第6副成分の比率が、各Na、K、RbおよびCs換算で、0.005原子%<第6副成分<5原子%である請求項1〜5のいずれかに記載の電圧非直線性抵抗体磁器組成物。
Further comprising a sixth subcomponent containing at least one oxide selected from Na, K, Rb and Cs,
The ratio of the sixth subcomponent with respect to 100 mol of the main component is 0.005 atomic% <sixth subcomponent <5 atomic% in terms of Na, K, Rb and Cs. 3. The voltage nonlinear resistor porcelain composition according to claim 1.
Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第7副成分をさらに有し、
前記主成分100モルに対する該第7副成分の比率が、各Mg、Ca、SrおよびBa換算で、0.05原子%<第7副成分<5原子%である請求項1〜6のいずれかに記載の電圧非直線性抵抗体磁器組成物。
Further comprising a seventh subcomponent containing at least one oxide selected from Mg, Ca, Sr and Ba;
The ratio of the seventh subcomponent with respect to 100 mol of the main component is 0.05 atomic% <seventh subcomponent <5 atomic% in terms of Mg, Ca, Sr and Ba. 3. The voltage nonlinear resistor porcelain composition according to claim 1.
電圧非直線性抵抗体層を有する電子部品であって、
前記電圧非直線性抵抗体層が、電圧非直線性抵抗体磁器組成物で構成してあり、
前記電圧非直線性抵抗体磁器組成物が、
酸化亜鉛を含む主成分と、
希土類元素の酸化物を含む第1副成分と、
Siの酸化物を含む第2副成分と、
CrおよびMoの少なくとも1種の酸化物を含む第3副成分とを、有し、
前記主成分100モルに対する前記第3副成分の比率が、CrおよびMo換算で、0原子%<第3副成分<2原子%である電子部品。
An electronic component having a voltage non-linear resistor layer,
The voltage non-linear resistor layer is composed of a voltage non-linear resistor ceramic composition,
The voltage nonlinear resistor porcelain composition,
A main component containing zinc oxide;
A first subcomponent containing a rare earth element oxide;
A second subcomponent containing an oxide of Si;
A third subcomponent containing at least one oxide of Cr and Mo,
An electronic component in which the ratio of the third subcomponent to 100 mol of the main component is 0 atomic% <third subcomponent <2 atomic% in terms of Cr and Mo.
電圧非直線性抵抗体層を有する積層チップバリスタであって、
前記電圧非直線性抵抗体層が、電圧非直線性抵抗体磁器組成物で構成してあり、
前記電圧非直線性抵抗体磁器組成物が、
酸化亜鉛を含む主成分と、
希土類元素の酸化物を含む第1副成分と、
Siの酸化物を含む第2副成分と、
CrおよびMoの少なくとも1種の酸化物を含む第3副成分とを、有し、
前記主成分100モルに対する前記第3副成分の比率が、CrおよびMo換算で、0原子%<第3副成分<2原子%である積層チップバリスタ。
A multilayer chip varistor having a voltage non-linear resistor layer,
The voltage non-linear resistor layer is composed of a voltage non-linear resistor ceramic composition,
The voltage nonlinear resistor porcelain composition,
A main component containing zinc oxide;
A first subcomponent containing a rare earth element oxide;
A second subcomponent containing an oxide of Si;
A third subcomponent containing at least one oxide of Cr and Mo,
A multilayer chip varistor in which the ratio of the third subcomponent with respect to 100 mol of the main component is 0 atomic% <third subcomponent <2 atomic% in terms of Cr and Mo.
電圧非直線性抵抗体層を有する積層チップバリスタであって、
前記電圧非直線性抵抗体層が、電圧非直線性抵抗体磁器組成物で構成してあり、
前記電圧非直線性抵抗体磁器組成物が、
酸化亜鉛を含む主成分と、
希土類元素の酸化物を含む第1副成分と、
Siの酸化物を含む第2副成分と、
CrおよびMoの少なくとも1種の酸化物を含む第3副成分と、
Coの酸化物を含む第4副成分と、
B、Al、GaおよびInから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第5副成分と、
Na、K、RbおよびCsから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第6副成分と、
Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含む第7副成分とを、有し、
前記主成分100モルに対する各成分の比率が、
希土類元素換算で0.01原子%<第1副成分<10原子%、
Si換算で1原子%≦第2副成分<30原子%、
CrおよびMo換算で0原子%<第3副成分<2原子%、
Co換算で0.05原子%<第4副成分<50原子%、
各B、Al、GaおよびIn換算で0.0001原子%<第5副成分<1原子%、
各Na、K、RbおよびCs換算で0.005原子%<第6副成分<5原子%、
各Mg、Ca、SrおよびBa換算で0.05原子%<第7副成分<5原子%、
である積層チップバリスタ。
A multilayer chip varistor having a voltage non-linear resistor layer,
The voltage non-linear resistor layer is composed of a voltage non-linear resistor ceramic composition,
The voltage nonlinear resistor porcelain composition,
A main component containing zinc oxide;
A first subcomponent containing a rare earth element oxide;
A second subcomponent containing an oxide of Si;
A third subcomponent containing at least one oxide of Cr and Mo;
A fourth subcomponent containing an oxide of Co;
A fifth subcomponent containing at least one oxide selected from B, Al, Ga, and In;
A sixth subcomponent containing at least one oxide selected from Na, K, Rb and Cs;
A seventh subcomponent containing at least one oxide selected from Mg, Ca, Sr, and Ba;
The ratio of each component to 100 moles of the main component,
0.01 atomic% in terms of rare earth element <first subcomponent <10 atomic%,
1 atomic% in terms of Si ≦ second subcomponent <30 atomic%,
0 atomic% in terms of Cr and Mo <third subcomponent <2 atomic%,
0.05 atomic% in terms of Co <fourth subcomponent <50 atomic%,
0.0001 atomic% in terms of B, Al, Ga and In <fifth subcomponent <1 atomic%,
0.005 atomic% in terms of Na, K, Rb and Cs <sixth subcomponent <5 atomic%,
0.05 atomic% in terms of Mg, Ca, Sr and Ba <seventh subcomponent <5 atomic%,
Is a multilayer chip varistor.
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