JP2012114443A - 低温焼結による純銀内部電極を備えた多層チップ型酸化亜鉛バリスタの製造方法 - Google Patents

低温焼結による純銀内部電極を備えた多層チップ型酸化亜鉛バリスタの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】低温焼結特性を備え、純銀を内部電極に使用した多層チップ型ZnOバリスタの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のZnOバリスタの製造方法は、十分な半導性を有するドープZnO粒子を調製するステップと、高インピーダンス焼結材料(またはガラス粉末)を別に調製するステップと、最後に前記ドープZnO粒子と前記高インピーダンス焼結材料を所定の比率でよく混合し、多層ZnOバリスタ(または積層バリスタ(Multilayer varistor、MLV)とも呼ばれる)の従来の作製手法に従って、850℃〜900℃の低温焼結温度下で純銀を内部電極として使用したZnOバリスタを作製するステップを含む。
【選択図】図1

Description

本発明は純銀内部電極を備えた酸化亜鉛(ZnO)バリスタの製造方法に関し、特に、低温焼結特性を備え、焼結温度850〜900℃下で作製できる、純銀内部電極を備えた多層チップ型ZnOバリスタの製造方法に関する。
従来、ZnOバリスタは、酸化亜鉛を他の酸化物、例えば、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化ケイ素、酸化コバルト、酸化マンガンおよび酸化クロム等と共に1000℃を超える温度で焼結することによって作製されている。焼結中、ZnO粒子の半導性は、Sb、Si、Co、MnおよびCrのドーピングによって増加するとともに、結晶相の高インピーダンス粒界層がZnO粒子間に堆積される。
したがって、ZnOバリスタを製造する従来のプロセスは、単一の焼結処理手順を利用して2つの目的を達成するものである。1つは、ZnO粒子を成長させ、ZnO粒子の半導性を高めるためにZnOにイオンをドーピングするものであり、もう1つは、得られたZnOバリスタに非オーム性を与えるためにZnO粒子を封じ込める高インピーダンス粒界層を堆積するものである。
言い換えれば、従来のZnOバリスタは、主に、ZnO粒子の半導性と、そのZnO粒子間の高インピーダンス粒界層が、そのサージ吸収能力を示し、それと共に、優れた非オーム性およびより良好な電流衝撃抵抗を有するかどうかにかかっている。
粒子へのドーピングおよび高インピーダンス粒界層の形成のための単一の焼結処理手順を用いる上記の従来のプロセスには、それでもなお欠点がある。すなわち、上記の従来のプロセスにおける高インピーダンス粒界層の形成は、比較的高い焼結温度を必要とする。他方で、得られたZnOバリスタは調整ができにくい。例えば、焼結処理手順において、ZnO粒子にドーピングするためのイオンの適用可能な種類および量は比較的限定される。その結果として、耐圧、非線形係数、C値、リーク電流、サージ吸収能力およびESD吸収能力を含めた、得られるZnOバリスタの特性は制限される。同様に、焼結処理手順において、ZnO粒子の間の結晶相の高インピーダンス粒界層の形成も制限されることになる。したがって、高インピーダンス粒界層の組成および量の選択が限定されるので、得られるZnOバリスタの技術的条件の改善は達成不可能であり、得られるZnOバリスタの特性は、どちらかといえば融通がきかない。
特に、現有技術でよく見られる多層チップ型ZnOバリスタの内部電極は、銀−パラジウム(Pd)を主としており、且つ焼結温度は1000℃〜1300℃以上に達し、製造コストが相対して高いだけでなく、高温燒結が銀−パラジウム(Pd)内部電極を損耗させてしまうため、低温焼結が極めて解決の必要とされる課題である。
本発明の主な目的は、850℃〜900℃の低温焼結プロセスにおいて、純銀内部電極の化学的安定性を保証でき、且つZnOバリスタの従来の製造プロセスを徹底的に改良した、低温焼結特性を備え、純銀を内部電極に使用した多層チップ型ZnOバリスタの製造方法を提供することである。
本発明の、低温焼結特性を備え、純銀を内部電極に使用した多層チップ型酸化亜鉛(ZnO)バリスタの製造方法は、ZnOのドーピングとZnO粒子を封じ込める高インピーダンス薄層材料の調製を2つの独立したプロセスとして行うことを特徴とし、本発明のZnOバリスタの製造方法は、十分な半導性を有するドープZnO粒子を調製するステップと、高インピーダンス焼結材料(またはガラス粉末)を別に調製するステップと、最後に前記ドープZnO粒子と前記高インピーダンス焼結材料を所定の比率でよく混合し、多層ZnOバリスタ(または積層バリスタ(Multilayer varistor、MLV)とも呼ばれる)の従来の作製手法に従って、850℃〜900℃の低温焼結温度下で純銀を内部電極として使用したZnOバリスタを作製するステップを含む。
本発明のZnOバリスタの製造方法は、2つの発明の効果を達成することができる。焼結温度が1000℃以上に達する必要がある従来の製造方法を打破し、850℃程度でZnOバリスタの焼結を完了でき、且つ粒界層の成分選択により、ZnOバリスタおいて純銀を内部電極として使用することを具体的に実現することができる。また、低温焼結及び純銀を内部電極として使用することで、ZnOバリスタの製造コストを効果的に抑えることができる。
本発明のプロセスを実施することによって、ドープしたZnO粒子のドーピングイオンの種類ならびに量と、高インピーダンス焼結材料(またはガラス粉末)の組成ならびに調製条件とを、得られる酸化亜鉛バリスタの所望の特性および処理要件、例えば、耐圧、非線形係数、C値、リーク電流、サージ吸収能力、ESD吸収能力、および浸透性に従って、または低温焼成の調製条件に従って、別々に設計して、さまざまな望ましい特性を有する酸化亜鉛バリスタを実現することができる。
本発明ならびに好ましい使用の形態、それらのさらなる目的および利点は、添付図面と併せて考慮する場合、以下の例示的な実施形態の詳細な説明を参照することによって最もよく理解されよう。
本発明の低温焼結で純銀の内部電極を備えたZnOバリスタの製造方法を示す図である。 ZnOのX線回折図を示す図である。 2mol%のSiをドープしたZnOのX線回折図である。 2mol%のYをドープしたZnOのX線回折図である。 2層の互い違いの純銀内部電極を含む多層チップ型ZnOバリスタの局部断面図である。 3層の互い違いの純銀内部電極を含む多層チップ型ZnOバリスタの局部断面図である。 5層の互い違いの純銀内部電極を含む多層チップ型ZnOバリスタの局部断面図である。
本発明の低温焼結によるZnOバリスタ製造方法は、純銀内部電極を備えた多層チップ型ZnOバリスタの製造に適用でき、850℃〜900℃の焼結温度下で、850℃の焼結温度を最良とし、純銀の化学的安定性を保証することができる。
図1に示すように、本発明のZnOバリスタの製造方法と、従来の作製手法との違いは、主に酸化亜鉛のドーピング(酸化亜鉛を半導化させる)とZnO粒子を封じ込める高インピーダンス焼結材料(粒界層とも呼ばれる)の調製を2つの独立したプロセスとして行い、得られたドープ酸化亜鉛及び高インピーダンス焼結材料を所定の比率で混合した後、か焼して本発明で使用する酸化亜鉛セラミックス粉末を調製し、ZnOバリスタの従来の作製手法に従って、純銀を内部電極に使用した多層ZnOバリスタ(MLV)を作製することにある。
a.ドーピングイオンをドープしたZnO粒子を調製するステップ
ZnO粒子は、1つまたは複数の種類のイオンをドープすることができる。その場合、ドーピングイオン(1つまたは複数)の量は、好ましくはZnOの10mol%未満、最も好ましくはZnの2mol%未満である。
ドーピングイオン(1つまたは複数)は、Ag、Li、Cu、Al、Ce、Co、Cr、In、Ga、La、Y、Nb、Ni、Pr、Sb、Se、Ti、V、W、Zr、Si、FeおよびSnからなる群から選択される1つまたは複数である。
ドーピングイオンを予めドープしたZnO粒子を調製する方法には以下の2つがある。
(1)ドーピングイオンを含有するZnO粒子の調製
亜鉛イオンを含有する溶液およびドーピングイオンを含有するもう1つの溶液を、結晶学の原理に基づいて調製する。次に、共沈法またはゾル・ゲル法等のナノテクノロジーが適用されて沈殿物が得られる。その沈殿物は次に熱分解を受け、その結果ドーピングイオンをドープしたZnO粒子が得られる。
亜鉛イオンを含有する溶液は、酢酸亜鉛または硝酸亜鉛であり得る。ドーピングイオンを含有する溶液は、酢酸塩または硝酸塩の状態の前記のドーピングイオンの1つまたは複数の種類を溶解することによって作製することができる。
次に、亜鉛イオンを含有する溶液とドーピングイオンを含有する溶液とを混合して撹拌し、亜鉛イオンおよびドーピングイオンを含有するブレンド溶液を、化学的共沈法によって形成する。混合している間に、界面活性剤または高分子物質を実践上の必要性に応じて加えることができる。次に沈殿剤を、そのブレンド溶液中に並流式または逆流式で撹拌している間に添加する。その溶液のpH値の適切な調整を経て共沈物を得る。繰り返し洗浄し、次に乾燥した後、共沈物は、ドーピングイオンをドープしたZnO粒子が得られるように適当な温度でか焼する。
前述の沈殿剤は、シュウ酸、カルバミド、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、アンモニア、または他のアルカリ性溶液からなる群から選択することができる。
2mol%のSiおよびYイオンをドープしたZnO粒子を任意の前述の手法によって作製した。2mol%のSiイオンをドープしたZnO粒子、および2mol%のYイオンをドープしたZnO粒子のX線回折図をそれぞれ図3Aおよび図3Bに示す。図3Aおよび図3Bまでの回折図と純粋なZnO粒子のX線回折図を示す図2と比較すると、SiまたはYイオンがZnO粒子の格子中に完全に溶解していることを証明している。
2mol%のAg、Li、Cu、Al、Ce、Co、Cr、In、Ga、La、Nb、Ni、Pr、Sb、Se、Ti、V、W、Zr、FeおよびSnイオンをドープしたZnO粒子を、同様に得ることができる。
したがって、ドーピングイオンをドープしたZnOを調製するステップにおいて、ドーピングイオンの種類および量は、広い範囲から選択することができる。その結果として、耐圧、非線形係数、C値、リーク電流、サージ吸収能力およびESD吸収能力を含めた、得られるZnOバリスタの特性を効果的に調節することができる。
(2)表層ドーピングイオンを含有するZnO粒子の調製。
もう1つのドープZnOの調製方法は、微細なZnO粉末をドーピングイオンを含有する溶液中に浸し、乾燥とか焼を経た後、粉砕して指定の粒径のZnO粒子を作製する。
b.高インピーダンス焼結材料またはガラス粉末を調製するステップ
得られるZnOバリスタの望ましい特性によって決定される組成を有する焼結材料またはガラス粉末の原料が使用される。その材料は、酸化物、水酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩からなる群から選択される1つまたは複数を含む。その選択された原料は、混合、粉砕およびか焼を含めた一連の加工処理手順を受けた後、焼結材料に変えられる。次いで、焼結材料は粉砕して所望の細かさの粉末とする。その場合、酸化物は、Bi、B、Sb、Co、MnO、Cr、V、ZnO、NiOおよびSiOからなる群から選択される2つ以上の混合物である。
別法では、さまざまな組成により調製されたペーストが混合され、高温で溶融され、水で急冷され、オーブン乾燥され、微細なガラス粉末に粉砕される。別法では、ナノテクノロジーが実施されて、さまざまな組成を有する原料をナノサイズの粉末の形の焼結材料またはナノサイズのガラス粉末に変えられる。
c.所定の比率でステップaのドーピングイオンを含有するZnO粒子とステップbの高インピーダンス焼結材料をよく混合し、か焼、粉砕を経た後ZnO複合セラミックス粉末とする。
ZnOバリスタの指定性能に基づき、ステップaのドーピングイオンを含有するZnO粒子及びステップbの高インピーダンス焼結材料またはガラス粉末を選択し、且つZnO粒子:焼結材料またはガラス粉末の重量比は45:55〜97.5:2.5の比率でよく混合する。か焼、粉砕を経てZnO複合セラミックス粉末とし、さらにバインダーを添加してスラリーを調製する。
d.高温か焼、粉砕、バインダー添加、スラリー調製等の既知の作製プロセスに従って、850℃〜900℃で純銀内部電極の多層ZnOバリスタを作製する。
多層ZnOバリスタの従来の作製手法は、少なくともステップc)のスラリーをグリーンテープに仕立て、2層以上の互い違いの純銀内部電極を印刷し、焼結温度850℃〜900℃下で純銀内部電極を備えたグリーンテープ粒子をか焼して、か焼後粒子の外部に露出された純銀内部電極の両端を外部電極で被覆し、純銀内部電極を備えた多層ZnOバリスタを得ることを含む。
普通の酸化亜鉛(試料01)及び他の酸化物を次の混合比に従って混合し、粉砕を経た後、続いて1000kg/cmの圧力でプレスして直径8mmのディスク型ZnOバリスタ(disc−shaped ZnO varistor)を作製し、さらに850℃×5時間の焼結を経た。そのバリスタ特性(varistor properties)を表1に示す。
混合比:97.5重量%のZnO+0.5重量%のBi+1.0重量%のSb+0.5重量%のCo+0.5重量%のMnO
普通の酸化亜鉛を予めドーピングされた酸化亜鉛(試料02、ZnO*で表す)に変えて、上述のステップを繰り返した。そのバリスタ特性を表1に示す。
そのうち、予めドーピングされたZnO*(試料02)は溶液に浸す手法で調製され、そのドーピングイオン及び比率は:1mol% ZnO+0.006mol% SnO+0.00015mol% Al+0.002mol% SiO、か焼温度:900℃×2時間である。
ドーピングを採用したZnO*と普通のZnOのバリスタ特性に対する影響
Figure 2012114443
表1から分かるように、予めドーピングされたZnO*を用いると850℃の焼結温度条件下で、ディスクはすでに初歩的なバリスタ特性を示していた。ドーピングされていない普通のZnOを使用して得たディスクはバリスタ特性が比較的悪かった。
化学的共沈法を用いて粒界層焼結材料G−100を調製した。その組成を表2に示す。
実施例1と同じ予めドーピングされたZnO*を用い、粒界層焼結材料とよく混合した後、温度750℃×5時間か焼し、最後にディスク型ZnOバリスタを作製して、850℃×5時間の焼結を経た。そのバリスタ特性を表3に示す。
Figure 2012114443
Figure 2012114443
表3から分かるように、化学的共沈法を採用して粒界層を調製すると、ディスク型ZnOバリスタのバリスタ特性を顕著に高めることができ、同時に絶縁破壊電圧(BVD)もより高くなった。
実施例1と同じ予めドーピングされたZnO*を用いるが、か焼温度を1200℃×6時間とした。粒界層焼結材料は実施例2と同じである。
予めドーピングされたZnO*と粒界層焼結材料を混合した後、温度800℃×5時間か焼し、最後にディスク型ZnOバリスタを作製して、850℃×5時間の焼結を経た。そのバリスタ特性を表4に示す。
Figure 2012114443
表4から、ZnO*ドーピング温度を上げると、ディスク型ZnOバリスタの絶縁破壊電圧(BVD)値を顕著に低下させることができ、粒界層の量もバリスタ特性に対して影響を与えることが分かり、粒界層の量を適切に増加することでバリスタ特性をさらに高めることができる。
化学的共沈法を用いてドーピングされたZnO*と粒界層焼結材料をそれぞれ調製した。ZnO*の組成は実施例1と同じであるが、ドーピング量を10倍にすると共に、か焼温度を1200℃×2時間とした。粒界層焼結材料は実施例2と同じである。
予めドーピングされたZnO*と粒界層焼結材料を混合した後、温度800℃×5時間か焼し、最後にディスク型ZnOバリスタを作製して、850℃×5時間の焼結を経た。そのバリスタ特性を表5に示す。
Figure 2012114443
表5から、化学的共沈法を用いて得た予めドーピングされたZnO*は、ディスク型ZnOバリスタの最大放電電流能力(Maximum discharge current)を顕著に高め、サージ吸収効果も優れていることが分かる。
予めドーピングされたZnO*の組成は実施例1と同じであり、粒界層焼結材料の組成は実施例2と同じである。両者の混合後、温度750℃×5時間か焼し、その後それぞれ15分間と40分間研磨し、乾燥させた後、実施例1と同じ用にプレスしてディスクZnOバリスタを作製し、さらに850℃×5時間の焼結を経た。そのバリスタ特性を表6に示す。
Figure 2012114443
表6から分かるように、予めドーピングされたZnO*と粒界層を混合してか焼した後、さらにサンドミルで粉砕すると、ディスクZnOバリスタのバリスタ特性を顕著に高めることができ、特に最大放電電流能力の向上がより顕著であった。
酸化亜鉛のドーピングはドーピングイオン溶液に浸す手法を採用し、オーブン乾燥後900℃×2時間のか焼を経た。ドーピングZnO*の組成は実施例1と同じである。粒界層焼結材料は化学的共沈法を用いて調製され、その組成は実施例2と同じである。両者を混合した後、750℃×5時間のか焼を経てから粉砕し、最後にサンドミルで40分間処理してから、スラリーを230℃でオーブン乾燥させ、粉砕してZnO複合セラミックス粉末とした。
ZnO複合セラミックス粉末にバインダーを添加してスラリーを調製し、多層ZnOバリスタの従来の作製手法に従って、純銀内部電極を有する多層ZnOバリスタを作製した。焼結温度は850℃×3時間とした。
図4、図5、図6にそれぞれ2層、3層、5層の互い違いの純銀内部電極を含むZnOバリスタの局部断面図を示す。これらの図から分かるように、純銀内部電極は完全に保持されている。
実施例6の製造方法と同じであり、作製する仕様は0402、0603、0805、1812、2220シリーズの多層ZnOバリスタである。0402シリーズZnOバリスタの電気特性試験報告を表7に示す。0603シリーズZnOバリスタの電気特性試験報告を表8に示す。0805シリーズZnOバリスタの電気特性試験報告を表9に示す。1812シリーズZnOバリスタの電気特性試験報告を表10に示す。2220シリーズZnOバリスタの電気特性試験報告を表11に示す。
Figure 2012114443
Figure 2012114443
Figure 2012114443
Figure 2012114443
Figure 2012114443
表7〜11から分かるように、焼結温度が850℃以下で、純銀内部電極は損耗せず、得られる仕様0402、0603、0805、1812、2220シリーズの多層ZnOバリスタは、その性能も良好である。

Claims (5)

  1. 低温焼結による純銀内部電極を備えた多層チップ型酸化亜鉛(ZnO)バリスタの製造方法において、ドーピングイオンを含有するZnO粒子の作製とZnO粒子を封じ込めるために用いる焼結材料の作製を2つの独立したプロセスとして製造することを特徴とし、
    a)1つまたは複数の種類のドーピングイオンをドープしたZnO粒子を調製するステップであって、前記ドーピングイオンの種類が、銀(Ag)、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、セリウム(Ce)、コバルト(Co)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アンチモン(Sb)、マンガン(Mn)、チタニウム(Ti)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)、ケイ素(Si)、錫(Sn)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、ランタン(La)、プラセオジム(Pr)、イットリウム(Y)およびセレン(Se)からなる群から1種類以上選択され、且つ前記ドーピングイオンのドーピング量がZnOの10mol%未満であるステップと、
    b)高インピーダンス焼結材料またはガラス粉末を調製するステップであって、前記焼結材料またはガラス粉末が、Bi、B、Sb、Co、MnO、Cr、V、ZnO、NiOおよびSiOからなる群から選択される2つ以上の混合物であるステップと、
    c)ステップa)で調製したZnO粒子と、ステップb)で調製した焼結材料またはガラス粉末とを45:55から97.5:2.5の範囲の重量比でよく混合し、か焼及び粉砕を経てZnO複合セラミックス粉末を得て、さらにバインダーを添加してスラリーを調製するステップと、
    d)多層ZnOバリスタの従来の作製手法に従って、ステップc)のスラリーをグリーンテープに仕立て、2層以上の互い違いの純銀内部電極を印刷し、焼結温度850℃〜900℃下で純銀の内部電極を備えたグリーンテープ粒子をか焼して、か焼後に粒子外部に露出された純銀内部電極の両端を外部電極で被覆し、純銀内部電極を備えた多層ZnOバリスタを製造するステップと、
    を含むことを特徴とする、酸化亜鉛(ZnO)バリスタの製造方法。
  2. ステップa)のドーピングイオンのドーピング量が、ZnOの2mol%未満であり、且つステップd)の焼結温度が850℃の設定下で純銀内部電極を備えた多層ZnOバリスタが作製されることを特徴とする、請求項1に記載の酸化亜鉛(ZnO)バリスタの製造方法。
  3. ステップa)のZnOにドーピングイオンをドープする方法が、ドーピングイオンを溶液にして、ZnOを浸し、オーブン乾燥後、か焼して粉砕されることを特徴とする、請求項1または2に記載の酸化亜鉛(ZnO)バリスタの製造方法。
  4. ステップa)のZnOにドーピングイオンをドープする方法が、亜鉛イオンおよびドーピングイオンを含有する溶液を共沈法によって形成することを特徴とする、請求項1または2に記載の酸化亜鉛(ZnO)バリスタの製造方法。
  5. ステップb)の高インピーダンス焼結材料またはガラス粉末が、原料を溶液に調製することを経て、共沈法及びナノテクノロジーを適用し、細い粉末を形成して得られることを特徴とする、請求項3に記載の酸化亜鉛(ZnO)バリスタの製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101441237B1 (ko) * 2013-03-20 2014-09-17 동의대학교 산학협력단 바나듐계 산화아연 바리스터 및 그 제조방법
US9741477B2 (en) 2013-12-06 2017-08-22 Hitachi Metals, Ltd. Sintered body for varistor, multilayer substrate using same, and production method for these

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6355360B2 (ja) * 2014-02-26 2018-07-11 Koa株式会社 酸化亜鉛系バリスタの製造方法
DE102015120640A1 (de) 2015-11-27 2017-06-01 Epcos Ag Vielschichtbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements
TWI667667B (zh) * 2016-09-26 2019-08-01 立昌先進科技股份有限公司 一種提高多層貼片式變阻器通流面積的製法及其製得的變阻器元件
CN106946562B (zh) * 2017-04-13 2020-11-10 贵州大学 In3+、Nb5+复合施主掺杂ZnO压敏陶瓷及制备方法
US10790075B2 (en) * 2018-04-17 2020-09-29 Avx Corporation Varistor for high temperature applications
KR102147408B1 (ko) * 2018-08-23 2020-08-24 삼성전기주식회사 적층 세라믹 전자부품 및 그 제조방법
KR20190121210A (ko) * 2018-10-17 2019-10-25 삼성전기주식회사 적층 세라믹 전자부품 및 그 제조방법
CN111635225A (zh) * 2020-05-09 2020-09-08 广东风华高新科技股份有限公司 片式压敏电阻陶瓷粉料、片式压敏电阻器制备方法及产品
CN114029493B (zh) * 2021-09-16 2024-01-09 清华大学深圳国际研究生院 一种与ZnO-V2O5系压敏电阻共烧的纯银内电极及其制备方法与应用
CN114388205B (zh) * 2021-12-28 2024-08-13 深圳顺络电子股份有限公司 压敏电阻材料及其制造方法、压敏电阻的制造方法
TWI820610B (zh) * 2022-02-23 2023-11-01 國立成功大學 氧化鋅變阻器材料、及應用其之氧化鋅變阻器
CN116120052A (zh) * 2023-02-21 2023-05-16 哈尔滨理工大学 一种氧化锌基巨介电陶瓷材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3503029A (en) * 1968-04-19 1970-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Non-linear resistor
US3670221A (en) * 1968-12-02 1972-06-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Voltage variable resistors
US5004573A (en) * 1989-11-02 1991-04-02 Korea Institute Of Science And Technology Fabrication method for high voltage zinc oxide varistor
JP2757587B2 (ja) * 1990-06-26 1998-05-25 松下電器産業株式会社 粒界絶縁型半導体セラミックコンデンサ及びその製造方法
US5739742A (en) * 1995-08-31 1998-04-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Zinc oxide ceramics and method for producing the same and zinc oxide varistors
JPH1070012A (ja) * 1996-06-03 1998-03-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd バリスタの製造方法
JP3223830B2 (ja) * 1997-02-17 2001-10-29 株式会社村田製作所 バリスタ素子の製造方法
TW345665B (en) * 1997-06-23 1998-11-21 Nat Science Council Zinc oxide varistor and multilayer chip varistor with low temperature sintering properties
US7075405B2 (en) * 2002-12-17 2006-07-11 Tdk Corporation Multilayer chip varistor and method of manufacturing the same
EP1518841A1 (en) * 2003-09-24 2005-03-30 Yageo Corporation Ultralow firing temperature compensating ceramic composition for pure silver eletrode, sintering flux and laminated ceramic element obtained therefrom
JP4246716B2 (ja) * 2005-05-02 2009-04-02 Tdk株式会社 積層型フィルタ
US7400485B2 (en) * 2005-09-28 2008-07-15 Tdk Corporation Surge absorber
US7541910B2 (en) * 2006-05-25 2009-06-02 Sfi Electronics Technology Inc. Multilayer zinc oxide varistor
JP4893371B2 (ja) * 2007-03-02 2012-03-07 Tdk株式会社 バリスタ素子
US20080224816A1 (en) * 2007-03-13 2008-09-18 Tatsuya Inoue Electrostatic discharge protection component, and electronic component module using the same
US7932806B2 (en) * 2007-03-30 2011-04-26 Tdk Corporation Varistor and light emitting device
US8263432B2 (en) * 2007-05-17 2012-09-11 Bee Fund Biotechnology Inc. Material composition having core-shell microstructure used for varistor
JP2008311362A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Tdk Corp セラミック電子部品
JP4888260B2 (ja) * 2007-07-10 2012-02-29 Tdk株式会社 電圧非直線性抵抗体磁器組成物、電子部品、及び積層チップバリスタ
JP5088029B2 (ja) * 2007-07-19 2012-12-05 Tdk株式会社 バリスタ
US20090233112A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Shih-Kwan Liu Multilayer zinc oxide varistor
DE102008024480A1 (de) * 2008-05-21 2009-12-03 Epcos Ag Elektrische Bauelementanordnung
DE102008024479A1 (de) * 2008-05-21 2009-12-03 Epcos Ag Elektrische Bauelementanordnung
TWI402864B (zh) * 2008-07-11 2013-07-21 Sfi Electronics Technology Inc 一種氧化鋅變阻器的製法
JP5262451B2 (ja) * 2008-08-29 2013-08-14 Tdk株式会社 積層型チップバリスタ
CN101630553B (zh) * 2009-07-17 2011-10-12 立昌先进科技股份有限公司 一种氧化锌变阻器的制备方法
EP2618342B1 (en) * 2010-10-05 2016-01-13 Otowa Electric Co., Ltd. Non-linear resistive element and manufacturing method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101441237B1 (ko) * 2013-03-20 2014-09-17 동의대학교 산학협력단 바나듐계 산화아연 바리스터 및 그 제조방법
US9741477B2 (en) 2013-12-06 2017-08-22 Hitachi Metals, Ltd. Sintered body for varistor, multilayer substrate using same, and production method for these

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