JP2882128B2 - 電圧依存性非直線抵抗体磁器素子 - Google Patents

電圧依存性非直線抵抗体磁器素子

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JP2882128B2 JP3269204A JP26920491A JP2882128B2 JP 2882128 B2 JP2882128 B2 JP 2882128B2 JP 3269204 A JP3269204 A JP 3269204A JP 26920491 A JP26920491 A JP 26920491A JP 2882128 B2 JP2882128 B2 JP 2882128B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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
体及び回路を保護するためのコンデンサ特性とバリスタ
特性を有する電圧依存性非直線抵抗体磁器素子に関する
ものである。
【0002】
【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。
【0003】
【数1】 I=(V/C)α
【0004】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。
【0005】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はほと
んど効果を示さず、また誘電損失Tanδが5〜10%と
大きい。
【0006】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限度以上
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。
【0007】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などの半導体素子及び回路の保護や電
子機器を相互に継ぐケーブルやコネクタなどから侵入す
るノイズの除去に利用されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記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
素子をコネクタなどから侵入するノイズの除去に使用す
る場合、素子の構成は一般的に図3のようになってい
る。図3において、1,2は電極、3はSrTiO 3
主成分とした電圧依存性非直線抵抗特性を有する半導体
セラミックからなる素子である。このような素子をコネ
クタに組み込むと一般的に図4のようになる。ところが
図4のような構成にすると、ピン4と素子3の隙間に半
田5の一部が流れ込み見掛け上の電極間距離が小さくな
り、バリスタ電圧が低くなってバリスタ電圧に極性がつ
き絶縁抵抗が低くなるといった欠点を有していた。図4
において、6は導電性接続部材としての半田、7は共通
端子である。
【0009】そこで本発明では、ピンと素子の間の隙間
に半田の一部が流れ込んでもバリスタ電圧が変化せずバ
リスタ電圧に極性がつかず絶縁抵抗が変化しない構成の
素子を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明では、SrTiO3を主成分とした電圧依存
性非直線抵抗特性を有する半導体セラミックを全体が円
筒形でかつ円筒の一方の端部が他の部分より大きい径の
円筒状をなすとともに前記大きい径の円筒の長さが他の
部分よりも短く前記全体の円筒の中央部に円筒状の貫通
孔を有するように形成し、かつ円筒の内周面全体に一方
の電極を設けるとともに、前記円筒の外周径が小さい部
分の外周面全体及び前記大きい径の円筒の前記円筒の外
周径が小さい円筒部分に接するドーナツ状の平面に他方
の電極を設けたものである。
【0011】
【作用】本発明によれば、前記円筒の内周電極が一つの
電極として一体化されるため、ピンと素子の隙間に半田
や導電性接着剤などが流れ込んでも一体化された電極の
上であるため、見掛けの電極間距離は変化しない。従っ
て電気的特性は安定でバリスタ電圧は変化せずバリスタ
電圧に極性はつかず絶縁抵抗は変化しないことになる。
【0012】さらに、前記円筒の外周径が小さい部分全
体に他方の電極を設けることにより、前記外周電極を共
通端子に半田や導電性接着剤などで接続した場合、接続
が容易で接着力が大きくできるとともに余分な半田や導
電性接着剤などのたれを前記全体が円筒形で円筒の一方
の端部が他の部分より大きい径の円筒状部分で止めるこ
とにより、見掛けの電極間距離は変化しないようにする
ことができる。また仮に半田などの導電性接着剤がたれ
込んでも他方の電極から離れる方向にたれ込むことか
ら、見掛けの電極間距離は変化しない。また前記大きい
径の円筒の前記円筒の外周径が小さい円筒部分に接する
ドーナツ状の平面に他方の電極を設けたことにより、共
通端子を導電性接着剤などで接続する場合接触する面積
が大きくなり接続が容易で、二方向から接続することが
できるため共通端子と素子の間の接着力を強くすること
ができ、機械的強度を向上させることができるととも
に、温度サイクル試験による特性の劣化を小さくするこ
とができ、信頼性を向上させることができる。また内周
電極,外周電極、及び共通端子の最上層を半田メッキに
することにより、例えばピンと内周電極の隙間や外周電
極と共通端子の隙間を小さくしておけば、導電性接着部
材がなくても加熱処理するだけで内周電極及び外周電
極,共通端子の最上層の半田メッキが互いに溶融して接
続させることができる。また素子の電気的特性を十分に
引き出すためにはCuメッキ,Niメッキ,Crメッ
キ,Snメッキ,Pbメッキ,Auメッキ,Agメッ
キ,Pdメッキ,半田メッキのうちの少なくとも1つを
重ねた構成にすることにより、素子と電極の界面にバリ
ヤーを形成することなく素子の電気的特性を十分に引き
出すことができるとともに、容易に半田付けでき、複数
の種類の多層メッキ構造にすることにより半田耐熱性を
向上させることができる。
【0013】
【実施例】(実施例1)以下に実施例を挙げて具体的に
説明する。
【0014】まずSrCO3,CaCO3,BaCO3
MgCO3,TiO2を下記の(表1)及び(表2)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
34h混合する。次に、乾燥した後、1050℃で10
h焼成し、再びボールミルなどで34h粉砕した後乾燥
し第1成分とする。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】次に、第1成分,第2成分,第3成分を下
記の(表1),(表2)に示した組成比になるように秤
量し、ボールミルなどで34h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)のプレス圧力で円筒
の外周径が小さい部分は外径4mmφ内径1.4mmφ高さ
2.5mmt,円筒の外周径が大きい部分は外径6mmφ内
径1.4mmφ高さ0.5mmtの円筒状に成形し、空気中
で1230℃で15h焼成し脱バインダーする。次に、
還元性雰囲気、例えばN2:H2=9:1のガス中で14
15℃で4h焼成する。さらにその後、酸化性雰囲気、
例えば空気中で1135℃で4h焼成する。こうして得
られた焼結体の内周面にZnなどからなるオーミック性
の導電性ペーストを、例えばローラー転写などの方法に
より設け、前記円筒の外周径が小さい部分の外周面全体
にZnなどからなるオーミック性の導電性ペーストを、
例えばローラー転写などの方法により設け、さらに前記
大きい径の円筒の前記円筒の外周径が小さい円筒部分に
接するドーナツ状の平面にZnなどからなるオーミック
性の導電性ペーストを、例えばローラー転写などの方法
により他方の電極を設ける。その後120℃で10分間
乾燥させ、さらにその上から非オーミック性の導電性ペ
ーストを同様にしてローラー転写などの方法により設
け、120℃で10分間乾燥させ、630℃,3分で焼
成し、内周電極,外周電極を形成する。図1はこのよう
にして得られた素子を示し、11は円筒の内周面全面に
設けられた内周電極、12は円筒の外周径が小さい部分
の外周面全体及び大きい径の円筒上で前記円筒の外周径
が小さい円筒部分に接するドーナツ状の平面に設けられ
た外周電極、13はSrTiO3を主成分とした電圧依
存性非直線抵抗特性を有する半導体セラミックからなる
素子であり、円筒の中央部に円筒状の貫通孔が形成され
ている。次に、図2に示したように半田や導電性接着剤
などの導電性接続部材14,15によりピン16及び共
通端子17を取り付け、ブタジエンゴムなどの樹脂を充
填し、加熱硬化する。なお、18はケースである。
【0018】(実施例2)実施例1と同様にして焼成体
を得た後、内周面にZnなどからなるオーミック性の導
電性ペーストを、例えばローラー転写などの方法により
設け、前記円筒の外周径が小さい部分の外周面全体にZ
nなどからなるオーミック性の導電性ペーストを、例え
ばローラー転写などの方法により設け、さらに前記大き
い径の円筒の前記円筒の外周径が小さい円筒部分に接す
るドーナツ状の平面にZnなどからなるオーミック性の
導電性ペーストを、例えばローラー転写などの方法によ
り他方の電極を設けた後、120℃で10分間乾燥さ
せ、630℃,3分で焼成する。
【0019】次に、弱酸などにより導電部分を活性化
し、無電解により活性化した部分にのみCuメッキ−N
iメッキを施し、さらにその上に電解半田メッキして三
層構造にし、内周電極11,外周電極12を形成する。
次に、実施例1と同様に半田などの導電性接続部材1
4,15などによりピン16及び共通端子17を取り付
け、ブタジエンゴムなどの樹脂を充填し、加熱硬化す
る。このようにして得られた素子の特性を素子単品とコ
ネクタ組み立て後について(表3),(表4)に示す。
【0020】
【表3】
【0021】
【表4】
【0022】なお、V1mAは1mAの電流を流した時に素
子の両端にかかる電圧であり、V1mAの極性は正方向の
V1mAと負方向のV1mAの差を正方向のV1mAで割った
値であり、絶縁抵抗は印加電圧12VDCの時のピン1
6と共通端子17の間の絶縁抵抗値である。
【0023】なお、上記実施例においては、第1成分の
Srの一部をCa,Ba,Mgで置換する割合は、実施
例では一部しか示さなかったが、素子の特性としてバリ
スタ特性とコンデンサ特性を同時に持つ範囲内であれば
どのようなものであってもかまわない。また第2成分,
第3成分は実施例では一部の組み合わせについてのみ示
したが、素子の特性としてバリスタ特性とコンデンサ特
性を同時に持つ範囲内であればどのような成分であって
もかまわない。また、オーミック性の電極としてはZn
以外にAg,Cu,Niなどがあるが、これら以外でも
素子と電極との界面でオーミック接続がとれるものであ
ればどのようなものであってもかまわない。また、メッ
キする成分及びその組合せについては一部についてのみ
示したがこれら以外の成分及び組合せで同様の効果が得
られるものであれば、これらに限定されない。またメッ
キ方法は電解でも無電解でもかまわないし、酸性メッキ
でも塩基性メッキでも中性メッキでもかまわない。ま
た、電圧依存性非直線抵抗体磁器素子に、例えばフェラ
イト,コイル,トロイダルコイルなどからなるインダク
タンスを接続する構成にし、ノイズ除去効果を改善する
ことができる。
【0024】
【発明の効果】以上に示したように本発明によれば、円
筒の内周電極が一つの電極として一体化されるため、ピ
ンと素子の隙間に半田などの導電性接続部材が流れ込ん
でも一体化された電極の上であるため、見掛けの電極間
距離は変化しない。
【0025】従って電気的特性は安定でバリスタ電圧が
変化せず、バリスタ電圧に極性はつかず絶縁抵抗は変化
しない。また、円筒の外周径が小さい部分全体に他方の
電極を設けると共に、大きい径の円筒の外周径が小さい
円筒部分に接するドーナツ状の平面に他方の電極を設け
たことにより、共通端子を導電性接続部材などで接続す
る場合、接触する面積が大きくなり接続が容易で、共通
端子の上下二方向から接続することができるため、共通
端子と素子の間の接着力を強くすることができ、機械的
強度を向上させることができるとともに、特に温度サイ
クル試験による特性の劣化を小さくすることができ、信
頼性を向上させることができる。
【0026】さらに、円筒の外周径が小さい部分全体に
他方の電極を設けることにより、外周電極を共通端子に
半田などの導電性接続部材で接続した場合、接続が容易
で接着力が大きくできるとともに、余分な半田や導電性
接着剤などのたれを前記全体が円筒形で円筒の一方の端
子が他の部分より大きい径の円筒状部分で止めることに
より、見掛けの電極間距離は変化しないようにすること
ができる。また仮に半田や導電性接着剤などがたれ込ん
でも他方の電極から離れる方向にたれ込むことから、見
掛けの電極間距離は変化しない。
【0027】しかも全体が円筒形で円筒の一方の端部が
他の部分より大きい径の円筒状部分を設けることによ
り、表面絶縁距離を広くとることができるため電気的特
性は安定でバリスタ電圧は変化せずバリスタ電圧に極性
はつかず絶縁抵抗は変化せず、素子をコネクタに組み立
てても組立て前後の特性の変化は極めて小さく安定にな
るという効果が得られ、課電寿命特性を改善することが
でき、信頼性を向上させることができる。
【0028】また、内周電極及び外周電極,共通端子の
最上層を半田メッキにすることにより、例えばピンと内
周電極の隙間や外周電極と共通端子の隙間を小さくして
おけば、導電性接着剤がなくても加熱処理するだけで、
内周電極及び外周電極,共通端子の最上層の半田メッキ
が互いに溶融して接続させることができる。
【0029】さらに、素子の電気的特性を十分に引き出
すためにはCuメッキ,Niメッキ,Crメッキ,Sn
メッキ,Pbメッキ,Auメッキ,Agメッキ,Pdメ
ッキ,半田メッキのうちの少なくとも1つを重ねた構成
にすることにより、素子と電極の界面にバリヤーを形成
することなく素子の電気的特性を十分に引き出すことが
できるとともに、容易に半田付けでき、さらに複数の種
類の多層メッキ構造にすることにより半田耐熱性を向上
させることができる。また、素子の形状を円筒状にする
ことにより素子の長さは長くなるが、素子の半径方向に
は寸法を小さくできるため、コネクタのピン間隔を小さ
くすることが可能で、コネクタを小型化するのに有効で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による電圧依存性非直線抵抗
体磁器素子を示す断面図
【図2】同素子をコネクタに組み立てた時の断面図
【図3】従来の電圧依存性非直線抵抗体磁器素子を示す
断面図
【図4】同素子をコネクタに組み立てた時の断面図
【符号の説明】
11 内周電極 12 外周電極 13 素子

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SrTiO3を主成分とした電圧依存性非
    直線抵抗特性を有する半導体セラミックを全体が円筒形
    でかつ円筒の一方の端部が他の部分より大きい径の円筒
    状をなすとともに前記大きい径の円筒の長さが他の部分
    よりも短く前記全体の円筒の中央部に円筒状の貫通孔を
    有するように形成し、かつ前記円筒の内周面全体に一方
    の電極を設けるとともに、前記円筒の外周径が小さい部
    分の外周面全体及び前記大きい径の円筒の前記円筒の外
    周径が小さい円筒部分に接するドーナツ状の平面に他方
    の電極を設けたことを特徴とする電圧依存性非直線抵抗
    体磁器素子。
  2. 【請求項2】電極は、下地がオーミック性電極で、上地
    が非オーミック性電極であることを特徴とする請求項1
    記載の電圧依存性非直線抵抗体磁器素子。
  3. 【請求項3】電極は、下地がオーミック性電極で、上地
    がCuメッキ,Niメッキ,Crメッキ,Snメッキ,
    Pbメッキ,Auメッキ,Agメッキ,Pdメッキ,半
    田メッキのうちの少なくとも1つを重ねたものであるこ
    とを特徴とする請求項1記載の電圧依存性非直線抵抗体
    磁器素子。
  4. 【請求項4】電極は、Cuメッキ,Niメッキ,Crメ
    ッキ,Snメッキ,Pbメッキ,Auメッキ,Agメッ
    キ,Pdメッキ,半田メッキのうちの少なくとも1つを
    重ねたものであることを特徴とする請求項1記載の電圧
    依存性非直線抵抗体磁器素子。
  5. 【請求項5】電極は最上層が半田メッキであることを特
    徴とする請求項1記載の電圧依存性非直線抵抗体磁器素
    子。
  6. 【請求項6】主成分のSrの一部をCa,Ba,Mgの
    うち少なくとも一つ以上の元素で置換したことを特徴と
    する請求項1記載の電圧依存性非直線抵抗体磁器素子。
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