JP2808778B2 - バリスタの製造方法 - Google Patents
バリスタの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電気機器、電子機器で発生する異常高電圧、
ノイズ、静電気などから機器の半導体および回路を保護
するためのコンデンサ特性とバリスタ特性を有するバリ
スタの製造方法に関するものである。
ノイズ、静電気などから機器の半導体および回路を保護
するためのコンデンサ特性とバリスタ特性を有するバリ
スタの製造方法に関するものである。
従来の技術 従来、各種の電気機器、電子機器における異常高電圧
の吸収、ノイズの除去、火花消去、静電気対策のために
電圧依存性非直線抵抗特性を有するSiCバリスタや、ZnO
系バリスタなどが使用されている。このようなバリスタ
の電圧−電流特性は近似的に次式のように表すことがで
きる。
の吸収、ノイズの除去、火花消去、静電気対策のために
電圧依存性非直線抵抗特性を有するSiCバリスタや、ZnO
系バリスタなどが使用されている。このようなバリスタ
の電圧−電流特性は近似的に次式のように表すことがで
きる。
Ｉ＝（V/C）α ここで、Ｉは電流、Ｖは電圧、Ｃはバリスタ固有の定
数、αは電圧−電流非直線指数である。
数、αは電圧−電流非直線指数である。
SiCバリスタのαは２〜７程度、ZnO系バリスタではα
が50にもおよぶものがある。このようなバリスタは比較
的高い電圧の吸収には優れた性能を有しているが、誘電
率が低く、固有の静電容量が小さいため、バリスタ電圧
以下の比較的低い電圧の吸収にほとんど効果を示さず、
また誘電損失tanδが５〜10％と大きい。
が50にもおよぶものがある。このようなバリスタは比較
的高い電圧の吸収には優れた性能を有しているが、誘電
率が低く、固有の静電容量が小さいため、バリスタ電圧
以下の比較的低い電圧の吸収にほとんど効果を示さず、
また誘電損失tanδが５〜10％と大きい。
一方、これらの低電圧のノイズなどの除去には見かけ
の誘電率が５×104程度で、tanδが１％前後の半導体コ
ンデンサが利用されている。しかし、このような半導体
コンデンサはサージなどによりある程度以上の電圧また
は電流が印加されると、静電容量が減少したり破壊した
りしてコンデンサとしての機能を果たさなくなったりす
る。
の誘電率が５×104程度で、tanδが１％前後の半導体コ
ンデンサが利用されている。しかし、このような半導体
コンデンサはサージなどによりある程度以上の電圧また
は電流が印加されると、静電容量が減少したり破壊した
りしてコンデンサとしての機能を果たさなくなったりす
る。
そこで最近になってSrTiO3を主成分とし、バリスタ特
性とコンデンサ特性の両方の機能を有するものが開発さ
れ、コンピュータなどの電子機器におけるIC,LSIなどの
半導体素子の保護に利用されている。
性とコンデンサ特性の両方の機能を有するものが開発さ
れ、コンピュータなどの電子機器におけるIC,LSIなどの
半導体素子の保護に利用されている。
発明が解決しようとする課題 上記のSrTiO3を主成分とするバリスタとコンデンサの
両方の機能を有する素子は、ZnO系バリスタに比べ誘電
率が約10倍と大きいが、αやサージ耐量が小さく、バリ
スタ電圧を低くすると特性が劣化しやすいといった欠点
を有していた。
両方の機能を有する素子は、ZnO系バリスタに比べ誘電
率が約10倍と大きいが、αやサージ耐量が小さく、バリ
スタ電圧を低くすると特性が劣化しやすいといった欠点
を有していた。
そこで本発明では、誘電率が大きく、バリスタ電圧が
低く、αが大きいと共にサージ耐量が大きいバリスタの
製造方法を提供することを目的とするものである。
低く、αが大きいと共にサージ耐量が大きいバリスタの
製造方法を提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段 そしてこの目的を達成するために本発明は、Sr1-xMgx
TiO3（0.001≦ｘ≦0.300）を90.000〜99.998mol％,Nb2O
5,Ta2O5,WO3,Dy2O3,Y2O3,La2O3,CeO2,Sm2O3,Pr6O11,Nd2
O3のうち少なくとも１種類以上を0.001〜5.000mol％,Al
2O3,Sb2O3,BaO,BeO,PbO,B2O3,Cr2O3,Fe2O3,CdO,K2O,Ca
O,Co2O3,CuO,Cu2O,Li2O,LiF,MgO,MnO2,MoO3,Na2O,NaF,N
iO,Rh2O3,SeO2,Ag2O,SiO2,SiC,SrO,Tl2O3,ThO2,TiO2,V2
O5,Bi2O3,ZnO,ZrO2,SnO2のうち少なくとも１種類以上を
0.001〜5.000mol％含有してなる主成分100重量部と、Sr
TiO360.000〜32.500mol％,SiO240.000〜67.5mol％から
なる混合物を1200℃以上で焼成してなる添加物0.001〜1
0.000重量部とからなる組成物を、1100℃以上で焼成し
たものである。
TiO3（0.001≦ｘ≦0.300）を90.000〜99.998mol％,Nb2O
5,Ta2O5,WO3,Dy2O3,Y2O3,La2O3,CeO2,Sm2O3,Pr6O11,Nd2
O3のうち少なくとも１種類以上を0.001〜5.000mol％,Al
2O3,Sb2O3,BaO,BeO,PbO,B2O3,Cr2O3,Fe2O3,CdO,K2O,Ca
O,Co2O3,CuO,Cu2O,Li2O,LiF,MgO,MnO2,MoO3,Na2O,NaF,N
iO,Rh2O3,SeO2,Ag2O,SiO2,SiC,SrO,Tl2O3,ThO2,TiO2,V2
O5,Bi2O3,ZnO,ZrO2,SnO2のうち少なくとも１種類以上を
0.001〜5.000mol％含有してなる主成分100重量部と、Sr
TiO360.000〜32.500mol％,SiO240.000〜67.5mol％から
なる混合物を1200℃以上で焼成してなる添加物0.001〜1
0.000重量部とからなる組成物を、1100℃以上で焼成し
たものである。
作用 上記の発明において、第１成分は主たる成分であり、
SrTiO3のSrの一部をMgで置換することにより、粒界に形
成される高抵抗層がサージに対して強くなる。第２成分
は主に第１成分の半導体化を促進する金属酸化物であ
る。また、第３成分は誘電率、α、サージ耐量の改善に
寄与するものであり、第４成分はバリスタ電圧の低下、
誘電率の改善に有効なものである。特に、第４成分は融
点が1230〜1250℃と比較的低いため、融点前後の温度で
焼成すると液相となり、その他の成分の反応を促進する
と共に粒子の成長を促進する。そのため粒界部分に第３
成分が偏析しやすくなり、粒界が高抵抗化されやすくな
ることから、バリスタ機能およびコンデンサ機能が改善
される。また、粒成長が促進されるためバリスタ電圧が
低くなり、粒径の均一性が向上するため特性の安定性が
良くなり、特にサージ耐量が改善されることとなる。
SrTiO3のSrの一部をMgで置換することにより、粒界に形
成される高抵抗層がサージに対して強くなる。第２成分
は主に第１成分の半導体化を促進する金属酸化物であ
る。また、第３成分は誘電率、α、サージ耐量の改善に
寄与するものであり、第４成分はバリスタ電圧の低下、
誘電率の改善に有効なものである。特に、第４成分は融
点が1230〜1250℃と比較的低いため、融点前後の温度で
焼成すると液相となり、その他の成分の反応を促進する
と共に粒子の成長を促進する。そのため粒界部分に第３
成分が偏析しやすくなり、粒界が高抵抗化されやすくな
ることから、バリスタ機能およびコンデンサ機能が改善
される。また、粒成長が促進されるためバリスタ電圧が
低くなり、粒径の均一性が向上するため特性の安定性が
良くなり、特にサージ耐量が改善されることとなる。
実施例 以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
SrTiO3,SiO2を下記の第１表に示すように組成比を種
々変えて秤量し、ボールミルなどで24Hr混合する。次
に、乾燥した後、下記の第１表に示すように温度を種々
変えて焼成し、再びボールミルなどで24Hr粉砕した後、
乾燥し、第４成分とする。次いで、第１成分、第２成
分、第３成分、第４成分を下記の第１表に示した組成比
になるように秤量し、ボールミルなどで30Hr混合した
後、乾燥し、ポリビニルアルコールなどの有機バインダ
ーを10wt％添加して造粒した後、１（t/cm2）のプレス
圧力で10φ×1t（mm）の円板状に成形し、1100℃で4Hr
焼成し脱バインダーする。次に、第１表に示したように
温度を時間を種々変えて焼成（第１焼成）し、その後還
元性雰囲気、例えばN2:H2＝9:1のガス中で温度と時間を
種々変えて焼成（第２焼成）する。さらにその後、酸化
性雰囲気中で温度と時間を種々変えて焼成（第３焼成）
する。
々変えて秤量し、ボールミルなどで24Hr混合する。次
に、乾燥した後、下記の第１表に示すように温度を種々
変えて焼成し、再びボールミルなどで24Hr粉砕した後、
乾燥し、第４成分とする。次いで、第１成分、第２成
分、第３成分、第４成分を下記の第１表に示した組成比
になるように秤量し、ボールミルなどで30Hr混合した
後、乾燥し、ポリビニルアルコールなどの有機バインダ
ーを10wt％添加して造粒した後、１（t/cm2）のプレス
圧力で10φ×1t（mm）の円板状に成形し、1100℃で4Hr
焼成し脱バインダーする。次に、第１表に示したように
温度を時間を種々変えて焼成（第１焼成）し、その後還
元性雰囲気、例えばN2:H2＝9:1のガス中で温度と時間を
種々変えて焼成（第２焼成）する。さらにその後、酸化
性雰囲気中で温度と時間を種々変えて焼成（第３焼成）
する。
こうして得られた第１図および第２図に示す焼結体１
の両平面に外周を残すようにしてAgなどの導電性ペース
トをスクリーン印刷などにより塗布し、570℃,5minで焼
成し、電極２、３を形成する。次に、図示してはいない
が半田などによりリード線を取付け、エポキシなどの樹
脂を塗装する。このようにして得られた素子の特性を下
記の第２表に示す。
の両平面に外周を残すようにしてAgなどの導電性ペース
トをスクリーン印刷などにより塗布し、570℃,5minで焼
成し、電極２、３を形成する。次に、図示してはいない
が半田などによりリード線を取付け、エポキシなどの樹
脂を塗装する。このようにして得られた素子の特性を下
記の第２表に示す。
なお、誘電率は1KHzでの静電容量から計算したもので
あり、αは α＝1/Log（V10mA/V1mA） （ただし、V1mA、V10mAは1mA、10mAの電流を流した時に
素子の両端にかかる電圧である。）で評価した。また、
サージ耐量はパルス性の電流を印加した後のV1mAの変化
率が±10％以内である時の最大のパルス性電流値により
評価している。
あり、αは α＝1/Log（V10mA/V1mA） （ただし、V1mA、V10mAは1mA、10mAの電流を流した時に
素子の両端にかかる電圧である。）で評価した。また、
サージ耐量はパルス性の電流を印加した後のV1mAの変化
率が±10％以内である時の最大のパルス性電流値により
評価している。
また、本発明において第１成分のSr1-MgxTiO3のｘの
範囲を規定したのは、ｘが0.001よりも小さいと効果を
示さず、一方0.300を超えると格子欠陥が発生しにくく
なるため半導体化が促進されず、粒界にMgが単一相とし
て析出するため、組織が不均一になり、V1mAが高くなり
すぎて特性が劣化するためである。さらに、第２成分は
0.001mol％未満では効果を示さず、5.000mol％を超える
と粒界に偏析して粒界の高抵抗化を抑制し、粒界に第２
相を形成するため特性が劣化するものである。また、第
３成分は0.001mol％未満では効果を示さず、5.000mol％
を超えると粒界に偏析して第２相を形成するため特性が
劣化するものである。そして、第４成分はSrTiO3とSiO2
の２成分系の相図のなかで最も融点の低い領域の物質で
あり、その範囲外では融点が高くなるものである。ま
た、第４成分の添加量は、0.001重量部未満では効果を
示さず、10.000重量部を超えると粒界の抵抗は高くなる
が粒界の幅が厚くなるため、静電容量が小さくなると共
にV1mAが高くなり、サージに対して弱くなるためであ
る。さらに、第４成分の焼成温度を規定したのは、低融
点の第４成分が合成される温度が1200℃以上であるため
である。また、第１焼成の温度を規定したのは、第４成
分の融点が1230〜1250℃であるため、1100℃以上の温度
で焼成すると第４成分が液相に近い状態になって焼結が
促進されるためであり、1100℃未満では第４成分による
液相焼結効果がないためである。また、第２焼成の温度
を規定したのは、1200℃未満では第１焼成後の焼結体が
十分に還元されず、バリスタ特性、コンデンサ特性共に
劣化するためである。さらに、第３焼成の温度を規定し
たのは、900℃未満では粒界の高抵抗化が十分に進まな
いため、V1mAが低くなりすぎバリスタ特性が劣化するた
めであり、1300℃を超えると静電容量が小さくなりすぎ
コンデンサ特性が劣化するためである。また、第１焼成
の雰囲気は酸化性雰囲気でも還元性雰囲気でも同様の効
果があることを確認した。
範囲を規定したのは、ｘが0.001よりも小さいと効果を
示さず、一方0.300を超えると格子欠陥が発生しにくく
なるため半導体化が促進されず、粒界にMgが単一相とし
て析出するため、組織が不均一になり、V1mAが高くなり
すぎて特性が劣化するためである。さらに、第２成分は
0.001mol％未満では効果を示さず、5.000mol％を超える
と粒界に偏析して粒界の高抵抗化を抑制し、粒界に第２
相を形成するため特性が劣化するものである。また、第
３成分は0.001mol％未満では効果を示さず、5.000mol％
を超えると粒界に偏析して第２相を形成するため特性が
劣化するものである。そして、第４成分はSrTiO3とSiO2
の２成分系の相図のなかで最も融点の低い領域の物質で
あり、その範囲外では融点が高くなるものである。ま
た、第４成分の添加量は、0.001重量部未満では効果を
示さず、10.000重量部を超えると粒界の抵抗は高くなる
が粒界の幅が厚くなるため、静電容量が小さくなると共
にV1mAが高くなり、サージに対して弱くなるためであ
る。さらに、第４成分の焼成温度を規定したのは、低融
点の第４成分が合成される温度が1200℃以上であるため
である。また、第１焼成の温度を規定したのは、第４成
分の融点が1230〜1250℃であるため、1100℃以上の温度
で焼成すると第４成分が液相に近い状態になって焼結が
促進されるためであり、1100℃未満では第４成分による
液相焼結効果がないためである。また、第２焼成の温度
を規定したのは、1200℃未満では第１焼成後の焼結体が
十分に還元されず、バリスタ特性、コンデンサ特性共に
劣化するためである。さらに、第３焼成の温度を規定し
たのは、900℃未満では粒界の高抵抗化が十分に進まな
いため、V1mAが低くなりすぎバリスタ特性が劣化するた
めであり、1300℃を超えると静電容量が小さくなりすぎ
コンデンサ特性が劣化するためである。また、第１焼成
の雰囲気は酸化性雰囲気でも還元性雰囲気でも同様の効
果があることを確認した。
なお、本実施例では添加物の組み合わせについては、
第１成分としてSr1-xMgxTiO3（0.001≦ｘ≦0.300）、第
２成分としてNb2O5,Ta2O5,WO3,Dy2O3,Y2O3,La2O3,CeO2,
Sm2O3,Pr6O11,Nd2O3、第３成分としてAl2O3,PbO,B2O3,C
r2O3,Fe2O3,CdO,K2O,Co2O3,CuO,Cu2O,Li2O,MgO,MnO2,Mo
O3,NiO,,SeO2,Ag2O,SiC2,Tl2O3,Bi2O3,ZrO2、第４成分
としてSrTiO3,SiO2についてのみ示したが、その他とし
て第３成分としてSb2O3,BaO,BeO,CaO,LiF,Na2O,NaF,Rh2
O3,SiO2,SrO,ThO2,TiO2,V2O5,ZnO,SnO2を用いた組成の
組み合わせでも同様の効果が得られることを確認した。
また、第１成分、第２成分、第３成分、第４成分を第１
焼成しただけでもバリスタ電圧が低く、誘電率εが大き
くなるのに有効であることを確認した。
第１成分としてSr1-xMgxTiO3（0.001≦ｘ≦0.300）、第
２成分としてNb2O5,Ta2O5,WO3,Dy2O3,Y2O3,La2O3,CeO2,
Sm2O3,Pr6O11,Nd2O3、第３成分としてAl2O3,PbO,B2O3,C
r2O3,Fe2O3,CdO,K2O,Co2O3,CuO,Cu2O,Li2O,MgO,MnO2,Mo
O3,NiO,,SeO2,Ag2O,SiC2,Tl2O3,Bi2O3,ZrO2、第４成分
としてSrTiO3,SiO2についてのみ示したが、その他とし
て第３成分としてSb2O3,BaO,BeO,CaO,LiF,Na2O,NaF,Rh2
O3,SiO2,SrO,ThO2,TiO2,V2O5,ZnO,SnO2を用いた組成の
組み合わせでも同様の効果が得られることを確認した。
また、第１成分、第２成分、第３成分、第４成分を第１
焼成しただけでもバリスタ電圧が低く、誘電率εが大き
くなるのに有効であることを確認した。
発明の効果 以上に示したように本発明によれば、第４成分による
液相焼結効果により粒子径が大きいためバリスタ電圧が
低く、誘電率εおよびαが大きく、粒子径のばらつきが
小さいためサージ電流が素子に均一に流れ、またMgによ
って粒界が効果的に高抵抗化されるため、サージ耐量が
大きくなるという効果が得られる。
液相焼結効果により粒子径が大きいためバリスタ電圧が
低く、誘電率εおよびαが大きく、粒子径のばらつきが
小さいためサージ電流が素子に均一に流れ、またMgによ
って粒界が効果的に高抵抗化されるため、サージ耐量が
大きくなるという効果が得られる。
第１図は本発明による素子を示す上面図、第２図は本発
明による素子を示す断面図である。 １……焼結体、２、３……電極。
明による素子を示す断面図である。 １……焼結体、２、３……電極。
Claims (2)
- 【請求項１】Sr1-xMgxTiO3（0.001≦ｘ≦0.300）を90.0
00〜99.998mol％,Nb2O5,Ta2O5,WO3,Dy2O3,Y2O3,La2O3,C
eO2,Sm2O3,Pr6O11,Nd2O3のうち少なくとも１種類以上を
0.001〜5.000mol％,Al2O3,Sb2O3,BaO,BeO,PbO,B2O3,Cr2
O3,Fe2O3,CdO,K2O,CaO,Co2O3,CuO,Cu2O,Li2O,LiF,MgO,M
nO2,MoO3,Na2O,NaF,NiO,Rh2O3,SeO2,Ag2O,SiO2,SiC,Sr
O,Tl2O3,ThO2,TiO2,V2O5,Bi2O3,ZnO,ZrO2,SnO2のうち少
なくとも１種類以上を0.001〜5.000mol％含有してなる
主成分100重量部と、SrTiO360.000〜32.500mol％,SiO24
0.000〜67.5mol％からなる混合物を1200℃以上で焼成し
てなる添加物0.001〜10.000重量部とからなる組成物
を、1100℃以上で焼成したことを特徴とするバリスタの
製造方法。 - 【請求項２】Sr1-xMgxTiO3（0.001≦ｘ≦0.300）を90.0
00〜99.998mol％,Nb2O5,Ta2O5,WO3,Dy2O3,Y2O3,La2O3,C
eO2,Sm2O3,Pr6O11,Nd2O3のうち少なくとも１種類以上を
0.001〜5.000mol％,Al2O3,Sb2O3,BaO,BeO,PbO,B2O3,Cr2
O3,Fe2O3,CdO,K2O,CaO,Co2O3,CuO,Cu2O,Li2O,LiF,MgO,M
nO2,MoO3,Na2O,NaF,NiO,Rh2O3,SeO2,Ag2O,SiO2,SiC,Sr
O,Tl2O3,ThO2,TiO2,V2O5,Bi2O3,ZnO,ZrO2,SnO2のうち少
なくとも１種類以上を0.001〜5.000mol％含有してなる
主成分100重量部と、SrTiO360.000〜32.500mol％,SiO24
0.000〜67.5mol％からなる混合物を1200℃以上で焼成し
てなる添加物0.001〜10.000重量部とからなる組成物
を、1100℃以上で焼成した後、還元性雰囲気中で1200℃
以上で焼成し、その後酸化性雰囲気中で900〜1300℃で
焼成したことを特徴とするバリスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013842A JP2808778B2 (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | バリスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013842A JP2808778B2 (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | バリスタの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03218602A JPH03218602A (ja) | 1991-09-26 |
| JP2808778B2 true JP2808778B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=11844531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013842A Expired - Fee Related JP2808778B2 (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | バリスタの製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2808778B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100393666C (zh) * | 2006-08-01 | 2008-06-11 | 浙江大学 | 环保低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS625611A (ja) * | 1985-07-02 | 1987-01-12 | 松下電器産業株式会社 | 電圧依存性非直線抵抗体磁器組成物 |
-
1990
- 1990-01-24 JP JP2013842A patent/JP2808778B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH03218602A (ja) | 1991-09-26 |
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