JP2937024B2 - Semiconductor porcelain composition and method for producing the same - Google Patents

Semiconductor porcelain composition and method for producing the same

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JP2937024B2 JP6208392A JP20839294A JP2937024B2 JP 2937024 B2 JP2937024 B2 JP 2937024B2 JP 6208392 A JP6208392 A JP 6208392A JP 20839294 A JP20839294 A JP 20839294A JP 2937024 B2 JP2937024 B2 JP 2937024B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体磁器組成物、詳
しくは、各種通信機器や事務機器、音響機器等に搭載さ
れる電気・電子回路において、電気ノイズ吸収部品とし
て利用される電流電圧非直線性の粒界絶縁型半導体磁器
組成物、およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor porcelain composition, and more particularly, to a current / voltage non-current component used as an electric noise absorbing component in electric / electronic circuits mounted on various communication equipment, office equipment, audio equipment and the like. The present invention relates to a linear grain boundary insulating semiconductor ceramic composition and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】粒界絶縁型半導体磁器は、半導体化した
磁器焼結体(セラミックス)結晶粒の粒界部分に熱拡散
により低融点金属酸化物等を偏析させて抵抗を高め、そ
の粒界部分を容量・抵抗成分として用いる電子部品の一
種である。一般に、幅が数nmの薄い粒界部を利用するの
で、他のタイプの容量素子と比較して小型であり、か
つ、大きな静電容量が得られる。
2. Description of the Related Art A grain boundary insulated semiconductor porcelain has a low melting point metal oxide or the like segregated by thermal diffusion at a grain boundary portion of a sintered ceramic (ceramic) crystallized into a semiconductor to increase resistance, thereby increasing the grain boundary. This is a type of electronic component that uses a portion as a capacitance / resistance component. In general, since a thin grain boundary part having a width of several nm is used, the size is small and a large capacitance can be obtained as compared with other types of capacitive elements.

【0003】特に、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3
を主成分とする素子は、粒界絶縁型構造になりやすいこ
と、電気的特性が温度や周波数の変化に対して安定して
いること、誘電損失が小さいこと等の利点があり、近年
における電子機器と電子回路等の高周波化に対応させや
すく、用途が多岐にわたった場合の使用環境に対する信
頼性も高い。このため、セラミックス電子部品メーカー
各社ともSrTiO3を主成分とする容量素子の高機能、高付
加価値化を図っており、これまでの主な用途先であった
低周波アナログ回路以外に、電源用ノイズフィルター、
半導体デバイスのノイズ吸収素子等にも使用が広がって
いる。その代表的な応用例として、電流電圧非直線性の
粒界絶縁型半導体磁器素子(容量性バリスタ)があげら
れる。
In particular, strontium titanate (SrTiO 3 )
An element containing as a main component has the advantages that it tends to have a grain boundary insulating structure, that its electrical characteristics are stable against changes in temperature and frequency, and that its dielectric loss is small. It is easy to cope with higher frequencies of equipment and electronic circuits, and has high reliability in the use environment when used in a wide variety of applications. For this reason, ceramic electronic component manufacturers have been working on high performance and high value-added capacitive elements containing SrTiO 3 as the main component. noise filter,
It is also widely used for noise absorbing elements of semiconductor devices. As a typical application example, there is a current-voltage non-linear grain boundary insulating semiconductor porcelain element (capacitive varistor).

【0004】容量性バリスタは、通常はコンデンサとし
て機能するが、数KVに及ぶ高圧外来サージ(雷サージ)
や、急峻スイッチングノイズが回路内で発生した際に
は、これを吸収し、回路素子の誤作動や絶縁破壊を未然
に防ぐ機能(バリスタ機能)を併せもつ、いわば複合機
能素子である。吸収された電気的エネルギーは熱的エネ
ルギーとして系外に放散される。なお、バリスタ機能を
有する材料としては、ZnO 系材料が有名であるが、誘電
率がSrTiO3系のものに比べて著しく小さいため、コンデ
ンサ機能を併せもつことはできない。
[0004] A capacitive varistor normally functions as a capacitor, but a high-voltage external surge (lightning surge) of several KV.
Also, when a steep switching noise is generated in a circuit, it is a so-called composite function element having a function (varistor function) that absorbs this and prevents a malfunction or insulation breakdown of the circuit element before it occurs. The absorbed electrical energy is dissipated outside the system as thermal energy. As a material having a varistor function, a ZnO-based material is famous, but since it has a significantly lower dielectric constant than that of an SrTiO 3 -based material, it cannot have a capacitor function.

【0005】一方、SrTiO3系の材料の場合、粒界構造の
乱雑さのため、電流電圧特性(I−Vカーブ)の安定性
は ZnO系材料よりも劣り、従って、素子性能の指標とな
るバリスタ電圧および電流電圧非直線係数の信頼性に欠
けるという欠点がある。そのため、各種の電気・電子機
器の回路における使用が期待されている割には実用化が
進んでいないのが現状で、材料およびプロセス技術の開
発が進められてはいるが、電流電圧特性の安定性が良好
で、回路実装に供し得る容量性バリスタ素子はまだ得ら
れていない。
On the other hand, in the case of the SrTiO 3 material, the stability of the current-voltage characteristics (IV curve) is inferior to that of the ZnO material because of the disorder of the grain boundary structure, and thus serves as an index of device performance. There is a disadvantage in that the varistor voltage and the current-voltage nonlinear coefficient lack reliability. For this reason, practical use has not progressed in spite of expectations for use in circuits of various electric and electronic devices.Currently, materials and process technologies are being developed, but current-voltage characteristics are stable. A capacitive varistor element which has good characteristics and can be used for circuit mounting has not yet been obtained.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】容量性バリスタは、概
ね次のような電気的特性を有していることが要求される
場合が多い。すなわち、 (1 )急峻ノイズを吸収できるように、静電容量(C)
が十分に大きいこと。
The capacitive varistor is often required to have the following electrical characteristics. That is, (1) The capacitance (C) is set so that steep noise can be absorbed.
Is large enough.

【0007】(2 )保護しようとする素子の定格電圧に
合わせてバリスタ電圧(V1mA )を自由に制御できるこ
と。
(2) The varistor voltage (V 1 mA ) can be freely controlled in accordance with the rated voltage of the element to be protected.

【0008】(3 )非直線係数(α)が十分大きく、応
答性が早いこと。
(3) The nonlinear coefficient (α) is sufficiently large and the response is fast.

【0009】(4 )急峻ノイズを吸収した後の静電容量
(C)、バリスタ電圧(V1mA )および非直線係数
(α)等の変化が十分小さいこと。
(4) Changes in capacitance (C), varistor voltage (V 1mA ), nonlinear coefficient (α), etc. after absorbing steep noise are sufficiently small.

【0010】上記(1 )〜(4 )のうち、(1 )〜(3
)については、現在使用されている容量性バリスタで
も特に問題はない。しかし、(4 )については依然未解
決の課題として残されている。高圧外来サージ(雷サー
ジ)や急峻スイッチングノイズ等、急峻ノイズが印加さ
れた後にバリスタ素子の電気特性に変化が生じるのは、
それによって素体(セラミックス)と電極間に存在する
電極界面絶縁層が破壊あるいは改質されることによるも
のと考えられる。
Of the above (1) to (4), (1) to (3)
With regard to (2), there is no particular problem with the currently used capacitive varistor. However, (4) remains an unresolved issue. The change in electrical characteristics of the varistor element after steep noise such as high-voltage external surge (lightning surge) or steep switching noise occurs
It is considered that the electrode interface insulating layer existing between the element (ceramic) and the electrode is thereby broken or modified.

【0011】この電極界面絶縁層に対する急峻ノイズの
影響を抑制するため、従来は、数100 Vのサージ電圧を
数十回印加した後、さらに熱処理を施して電極界面絶縁
層を改質する方法がとられていた。しかし、この方法で
は、熱処理という余分の工程が付加されることになる。
Conventionally, in order to suppress the influence of steep noise on the electrode interface insulating layer, a method of modifying the electrode interface insulating layer by applying a surge voltage of several hundreds of volts several tens of times and then performing a heat treatment is conventionally used. Had been taken. However, in this method, an extra step of heat treatment is added.

【0012】この工程を簡略化するために、例えば、特
開平5−57724 号公報では、少なくとも5kVのサージ電
圧を印加することによって電極界面絶縁層を破壊し、バ
リスタ電圧の変化を約4%以下に抑制できるバリスタの
電極加工方法が提案されている。この方法は優れた改善
効果を有しているが、サージ電圧を印加する工程自体は
依然必要であり、そのための工数ならびに費用を要し、
製造コストの上昇を避けることはできない。
In order to simplify this process, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-57724, a surge voltage of at least 5 kV is applied to destroy the electrode interface insulating layer and reduce the change in varistor voltage by about 4% or less. There has been proposed a varistor electrode processing method capable of suppressing the above problem. Although this method has an excellent improvement effect, the step itself of applying a surge voltage is still required, and the man-hour and cost for the step are required.
Rising manufacturing costs cannot be avoided.

【0013】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、特に、急峻ノイズを吸収した後の電気特性の安
定した半導体磁器組成物、およびこのような磁器組成物
を特別な処理を加えることなく製造する方法を提供する
ことを課題としてなされたものである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and particularly, a semiconductor porcelain composition having stable electric characteristics after absorbing steep noise, and a special treatment of such a porcelain composition. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method without any problem.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するために検討を重ねた結果、SrTiO3系半導体磁
器組成物に関して、その結晶粒自体の化学組成と、粒界
部の化学組成をコントロールすることにより急峻なノイ
ズ等の繰り返しにも十分耐え得る半導体磁器組成物、お
よびその製造方法を確立することができた。
Means for Solving the Problems As a result of repeated studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that the chemical composition of the crystal grains of the SrTiO 3 -based semiconductor porcelain composition, By controlling the chemical composition, a semiconductor porcelain composition that can sufficiently withstand repetition of steep noise and the like, and a method for producing the same can be established.

【0015】本発明の要旨は、下記(a )の磁器組成
物、ならびに(b )のその組成物の製造方法にある。
The gist of the present invention lies in the following (a) porcelain composition and (b) a method for producing the composition.

【0016】(a )半導体磁器組成物であって、その結
晶粒が下記(1 )の化学組成式で表され、粒界部が、 Na2Ti3O7 55〜84mol % Bi2O3 およびPbO の内少なくとも1種 15〜40mol % Cr2O3 およびMnO2の内少なくとも1種 1〜 5mol % の割合で総計100mol%となるように混合された材料の各
成分が熱拡散により偏析してなるものであることを特徴
とする半導体磁器組成物。
(A) A semiconductor porcelain composition wherein the crystal grains are represented by the following chemical composition formula (1), and the grain boundary part is Na 2 Ti 3 O 7 55 to 84 mol% Bi 2 O 3 and At least one of PbO 15 to 40 mol% At least one of Cr 2 O 3 and MnO 2 is mixed at a ratio of 1 to 5 mol% so that the total amount of the materials is 100 mol%. A semiconductor porcelain composition, comprising:

【0017】 (Sr1-X-Y CaX MgY a (Ti1-Z NbZ b O3 ・・・(1 ) ただし、 0 <X≦0.25 0 <Y≦0.03 0.001 ≦Z≦0.010 0.990 ≦a/b<1.000 (b ) SrCO3、CaCO3 、MgCO3 、TiO2およびNb2O5 を、
その中に含まれる金属元素が下記(1 )式を満たすよう
に混合し、仮焼合成した後、焼結助剤を加えて還元性雰
囲気中、1420〜1550℃の温度域で焼成し、次いで、 Na2Ti3O7 55〜84mol % Bi2O3 およびPbO の内少なくとも1種 15〜40mol % Cr2O3 およびMnO2の内少なくとも1種 1〜 5mol % の割合で総計100mol%となるように混合した材料(絶縁
化剤)の構成成分を熱拡散により粒界部に偏析させるこ
とを特徴とする半導体磁器組成物の製造方法。
(Sr 1-XY Ca X Mg Y ) a (Ti 1 -Z Nb Z ) b O 3 (1) where 0 <X ≦ 0.25 0 <Y ≦ 0.03 0.001 ≦ Z ≦ 0.010 0.990 ≦ a / b <1.000 (b) SrCO 3 , CaCO 3 , MgCO 3 , TiO 2 and Nb 2 O 5
The metal elements contained therein are mixed so as to satisfy the following formula (1), and calcined and synthesized. Then, a sintering agent is added thereto, and the mixture is fired in a reducing atmosphere at a temperature of 1420 to 1550 ° C. Na 2 Ti 3 O 7 55 to 84 mol% At least one of Bi 2 O 3 and PbO 15 to 40 mol% At least one of Cr 2 O 3 and MnO 2 1 to 5 mol% for a total of 100 mol% A method for producing a semiconductor porcelain composition, wherein the components of the mixed material (insulating agent) are segregated at the grain boundary by thermal diffusion.

【0018】 (Sr1-X-Y CaX MgY a (Ti1-Z NbZ b O3 ・・・(1 ) ただし、 0 <X≦0.25 0 <Y≦0.03 0.001 ≦Z≦0.010 0.990 ≦a/b<1.000(Sr 1 -XY Ca X Mg Y ) a (Ti 1 -Z Nb Z ) b O 3 (1) where 0 <X ≤ 0.25 0 <Y ≤ 0.03 0.001 ≤ Z ≤ 0.010 0.990 ≤ a / b <1.000

【0019】[0019]

【作用】本発明の半導体磁器組成物(前記(a )の発
明)は、上記のように、結晶粒が前記(1 )式で表さ
れ、一般式ABO3 で表されるペロブスカイト型構造を
有している。
The semiconductor ceramic composition of the present invention (the invention of the above (a)) has a perovskite structure in which the crystal grains are represented by the above formula (1) and the general formula is ABO 3 as described above. doing.

【0020】(1 )式において、Xを 0を超え0.25以下
とするのは、焼結性を安定させるためであり、Yを 0を
超え0.03以下とするのは、半導体磁器組成物の結晶粒径
を均一化させ、かつ焼結性を安定させるためである。Z
を0.001 以上0.010 以下とするのは、結晶粒の半導体化
を促進させるためである。また、a/bを0.990 以上1.
000 未満とするのは、焼結性を安定させるためである。
In the formula (1), the reason why X is more than 0 and 0.25 or less is to stabilize the sintering property, and that Y is more than 0 and 0.03 or less is that the crystal grain of the semiconductor ceramic composition is This is because the diameter is made uniform and the sinterability is stabilized. Z
Is set to 0.001 or more and 0.010 or less in order to promote the conversion of crystal grains into a semiconductor. Further, a / b is set to 0.990 or more.
The reason for making it less than 000 is to stabilize the sinterability.

【0021】また、本発明の半導体磁器組成物の粒界部
は、 Na2Ti3O7 55〜84mol % Bi2O3 およびPbO の内少なくとも1種 15〜40mol % Cr2O3 およびMnO2の内少なくとも1種 1〜 5mol % の割合(総計100mol%)となるように混合された材料
(絶縁化剤)を構成する各成分、すなわち、Na、Ti、Bi
および/またはPb、Crおよび/またはMn、ならびにO
(酸素)が熱拡散によりその粒界部に偏析してなるもの
である。
The grain boundary of the semiconductor porcelain composition of the present invention comprises at least one of Na 2 Ti 3 O 7 55 to 84 mol% Bi 2 O 3 and PbO 15 to 40 mol% Cr 2 O 3 and MnO 2 At least one of the components constituting a material (insulating agent) mixed in a ratio of 1 to 5 mol% (total 100 mol%), ie, Na, Ti, Bi
And / or Pb, Cr and / or Mn, and O
(Oxygen) is segregated at the grain boundary by thermal diffusion.

【0022】Na2Ti3O7の混合割合を55〜84mol %の範囲
内とするのは、バリスタ性を発現させ、かつ安定化させ
るためである。
The reason why the mixing ratio of Na 2 Ti 3 O 7 is in the range of 55 to 84 mol% is to develop and stabilize varistor properties.

【0023】Bi2O3 およびPbO の内少なくとも1種の混
合割合を15〜40mol %の範囲内とするのは、静電容量あ
るいは誘電損失等の誘電性を安定させるためであり、 C
r2O3およびMnO2の内少なくとも1種の混合割合を 1〜 5
mol %の範囲内とするのは、サージ電流耐性(ΔC,Δ
1mA )を補償するためである。
The mixing ratio of at least one of Bi 2 O 3 and PbO is within the range of 15 to 40 mol% in order to stabilize dielectric properties such as capacitance or dielectric loss.
The mixing ratio of at least one of r 2 O 3 and MnO 2 is 1 to 5
mol% is within the range of surge current resistance (ΔC, ΔC
V 1mA ).

【0024】上記本発明の半導体磁器組成物は電圧電流
特性の安定性が良好で、特に、急峻ノイズを吸収した後
の静電容量(C)、バリスタ電圧(V1mA )および非直
線係数(α)等の変化が十分小さく、この磁器組成物を
用いれば、回路実装に供し得る容量性バリスタ素子を作
製することができる。
The semiconductor ceramic composition of the present invention has good stability of voltage-current characteristics. In particular, the capacitance (C) after absorbing steep noise, the varistor voltage (V 1mA ), and the nonlinear coefficient (α) ) Are sufficiently small, and by using this porcelain composition, a capacitive varistor element that can be used for circuit mounting can be manufactured.

【0025】前記(b )の発明は、(a )の発明の磁器
組成物の製造方法である。以下、製造工程順に説明す
る。
The invention (b) is a method for producing the porcelain composition according to the invention (a). Hereinafter, description will be made in the order of manufacturing steps.

【0026】まず、原料として、SrCO3 、CaCO3 、Mg
CO3 、TiO2およびNb2O5 を、その中に含まれる金属元素
が前記(1 )式を満たすように正確に秤量し、適量の玉
石、分散剤および純水とともにポットミル内で混合(湿
式混合)する。混合は24時間程度行えばよい。なお、Sr
CO3 、CaCO3 およびMgCO3 はいずれも焼成によって酸化
物になる。
First, SrCO 3 , CaCO 3 , Mg
CO 3 , TiO 2 and Nb 2 O 5 are accurately weighed so that the metal element contained therein satisfies the above formula (1), and mixed together with an appropriate amount of cobblestone, a dispersant and pure water in a pot mill (wet process). Mix). Mixing may be performed for about 24 hours. Note that Sr
CO 3 , CaCO 3 and MgCO 3 all become oxides by firing.

【0027】混合したスラリー状の原料を、脱水、乾
燥、解砕し、解砕粉を、例えばジルコニア製の焼成ルツ
ボ内に移して、大気中1180℃で仮焼合成を行う。なお、
所定の固溶体が合成されていることをX線解析、組成分
析等で確認するのが望ましい。
The mixed slurry material is dehydrated, dried and crushed, and the crushed powder is transferred into a baked crucible made of, for example, zirconia, and calcined at 1180 ° C. in the atmosphere. In addition,
It is desirable to confirm that a predetermined solid solution has been synthesized by X-ray analysis, composition analysis, or the like.

【0028】仮焼合成粉を解砕し、焼結助剤として微
量の CuOとSiO2を添加してさらに湿式混合を行う。
The calcined synthetic powder is crushed, and trace amounts of CuO and SiO 2 are added as sintering aids, and wet mixing is further performed.

【0029】混合したスラリー状の原料を、脱水、乾
燥、解砕し、粒径が 1.0μm 前後の均一な粉に整粒す
る。
The mixed slurry material is dehydrated, dried, and crushed to form a uniform powder having a particle size of about 1.0 μm.

【0030】これに有機バインダー等を添加して、例
えば直径8mm、厚み 850μm の円柱状に成形する。
An organic binder or the like is added to the mixture to form a column having a diameter of 8 mm and a thickness of 850 μm.

【0031】この成形体を1000℃に加熱して脱脂す
る。
The molded body is heated to 1000 ° C. and degreased.

【0032】脱脂後、例えばアルミナ(Al2O3 )製の
焼成ルツボに充填して、還元性雰囲気中で焼成する。焼
成は、結晶粒成長の促進と均一化を図るとともに、半導
体化を促進するため、1420〜1550℃の温度域で、 4.0〜
8.0 時間行うのが好ましい。
After degreasing, the mixture is filled in a firing crucible made of, for example, alumina (Al 2 O 3 ) and fired in a reducing atmosphere. The firing is carried out in a temperature range of 1420 to 1550 ° C in order to promote crystal grain growth and uniformity, and to promote semiconductor conversion.
Preferably for 8.0 hours.

【0033】なお、還元性雰囲気としては、例えば、水
素 1〜20体積%、窒素80〜99体積%の混合ガスを用いれ
ばよい。
As the reducing atmosphere, for example, a mixed gas of 1 to 20% by volume of hydrogen and 80 to 99% by volume of nitrogen may be used.

【0034】得られた焼結体を有機溶剤中および熱水
中で洗浄した後、 Na2Ti3O7 55〜84mol % Bi2O3 およびPbO の内少なくとも1種 15〜40mol % Cr2O3 およびMnO2の内少なくとも1種 1〜 5mol % の割合(総計100mol%)となるように混合した絶縁化剤
の構成成分、すなわち、Na、Ti、Biおよび/またはPb、
Crおよび/またはMn、ならびにO(酸素)を大気中での
熱拡散により粒界部に偏析させる。これは、焼結体の結
晶粒界を絶縁化するためで、例えば、上記の混合した材
料を有機ビヒクル剤とともに混練し、ペースト状にして
焼結体の表面に塗布し(塗布量は、焼結体1g当たりに
換算して20〜50mg程度でよい)、焼成すればよい。焼成
は、素子の絶縁性能を補償し、誘電性とバリスタ性の両
立を図るため、大気中、1050〜1350℃で、1.0 〜4.0 時
間行うのが好ましい。
After washing the obtained sintered body in an organic solvent and hot water, at least one of Na 2 Ti 3 O 7 55 to 84 mol% Bi 2 O 3 and PbO 15 to 40 mol% Cr 2 O 3 and at least one of MnO 2 at a rate of 1 to 5 mol% (total 100 mol%), the components of the insulating agent mixed, that is, Na, Ti, Bi and / or Pb,
Cr and / or Mn and O (oxygen) are segregated at grain boundaries by thermal diffusion in the atmosphere. This is to insulate the crystal grain boundaries of the sintered body. For example, the above-mentioned mixed material is kneaded with an organic vehicle agent, and is applied in the form of a paste to be applied to the surface of the sintered body. The amount may be about 20 to 50 mg in terms of 1 g of the aggregate), and firing may be performed. The baking is preferably performed in air at 1050 to 1350 ° C. for 1.0 to 4.0 hours in order to compensate for the insulation performance of the device and achieve both dielectric properties and varistor properties.

【0035】本発明の半導体磁器組成物は上記〜の
工程を経て製造することができる。
The semiconductor porcelain composition of the present invention can be manufactured through the above-mentioned steps.

【0036】この中で、の、原料を所定の割合になる
ように混合する点、および、の、特定の成分を熱拡散
させて焼結体の結晶粒界を絶縁化する点に本発明方法の
特徴がある。〜は、通常用いられる方法に準じて行
えばよい。
Among them, the method of the present invention is characterized in that the raw materials are mixed so as to have a predetermined ratio and that the specific components are thermally diffused to insulate the crystal grain boundaries of the sintered body. There is a feature. May be performed in accordance with a commonly used method.

【0037】上記のようにして得られた磁器組成物を用
いて粒界絶縁型の半導体磁器素子を作製するには、この
磁器組成物の両面に非オーミック性電極用銀(Ag)ペー
ストを印刷し、780 〜830 ℃で電極を焼き付ければよ
い。なお、素子の形状は、前記に記載したように、直
径8mm、厚み 850μm の円柱状に成形した場合は、電極
部分を含め、直径6mm、厚み 720μm となる。
In order to produce a grain boundary insulated semiconductor porcelain element using the porcelain composition obtained as described above, silver (Ag) paste for a non-ohmic electrode is printed on both sides of the porcelain composition. Then, the electrodes may be baked at 780 to 830 ° C. As described above, when the element is formed into a cylindrical shape having a diameter of 8 mm and a thickness of 850 μm, the element has a diameter of 6 mm and a thickness of 720 μm including the electrode portion.

【0038】上記本発明方法によれば、前記(a )の電
流電圧特性の安定した半導体磁器組成物を容易に作製す
ることができる。また、この磁器組成物を用いると、電
極界面絶縁層を改質あるいは破壊するための熱処理やサ
ージ電圧の負荷など、何ら特別な処理を加えることな
く、粒界絶縁型半導体素子を製造することができる。
According to the method of the present invention, the semiconductor ceramic composition (a) having a stable current-voltage characteristic can be easily produced. In addition, by using this porcelain composition, it is possible to manufacture a grain boundary insulated semiconductor device without applying any special treatment such as heat treatment for modifying or destroying the electrode interface insulating layer or load of a surge voltage. it can.

【0039】[0039]

【実施例】本発明方法を適用して(Sr1-X-Y CaX MgY
a (Ti1-Z NbZ b O3の組成を有する半導体磁器組成物
を作製し、その両面に銀電極を焼き付けて得られた素子
について、静電容量(C:nF)、誘電損失(DF:%)、
バリスタ電圧(V1mA :V)および非直線係数(α)を
測定した。次いで、端子間にサージ電流(8×20μsec
、 3000A/cm2 )を1分間隔で5回印加した後、再
度、同様の測定を行い、サージ電流印加前後における変
化率を求めた。なお、比較のため本発明方法で規定する
条件から外れる方法で作製した磁器組成物についても同
様の測定を行った。
EXAMPLES The method of the present invention is applied (Sr 1-XY Ca X Mg Y )
a (Ti 1-Z Nb Z ) b O 3 A semiconductor porcelain composition having a composition of O 3 was prepared, and a device obtained by baking silver electrodes on both surfaces thereof was tested for capacitance (C: nF) and dielectric loss ( DF:%),
The varistor voltage (V 1mA : V) and the nonlinear coefficient (α) were measured. Next, surge current (8 × 20μsec) between terminals
, 3000 A / cm 2 ) were applied five times at one-minute intervals, and the same measurement was performed again to determine the rate of change before and after the application of the surge current. For comparison, the same measurement was performed on a porcelain composition prepared by a method deviating from the conditions specified in the method of the present invention.

【0040】用いた半導体磁器組成物の主成分組成比
(X、Y、Zおよびa/b)ならびに絶縁化剤(Na2Ti3
O7、PbO およびCr2O3 )の組成を表1〜表3に示す。原
料の仮焼合成は大気中1180℃で行い、焼成は、還元性雰
囲気(水素:10体積%、窒素:90体積%)中、1480℃、
4.0時間の条件で行い、粒界の絶縁化は大気中1230℃で
2.0時間焼成することにより行った。また、銀電極の焼
き付けは、非オーミック性電極用銀ペーストを磁器組成
物の両面に印刷し、 660℃で焼き付けることにより行っ
た。完成後の素子の形状は電極部分を含め、直径6mm、
厚み 720μm とした。
The main component composition ratio (X, Y, Z and a / b) of the semiconductor ceramic composition used and the insulating agent (Na 2 Ti 3
Tables 1 to 3 show the compositions of O 7 , PbO and Cr 2 O 3 ). The calcined synthesis of the raw materials is performed at 1180 ° C in the air, and the firing is performed at 1480 ° C in a reducing atmosphere (hydrogen: 10% by volume, nitrogen: 90% by volume).
Performed under the condition of 4.0 hours.
This was performed by baking for 2.0 hours. The baking of the silver electrode was performed by printing a silver paste for a non-ohmic electrode on both sides of the porcelain composition and baking at 660 ° C. The shape of the element after completion, including the electrode part, is 6 mm in diameter,
The thickness was set to 720 μm.

【0041】上記の測定項目のうち、静電容量と誘電損
失は1KHz の交流を用い、1V、 20 ℃で測定した。バ
リスタ電圧は、電極間に直流電圧を0Vから 150Vまで
連続的に印加し、素子に1mAの電流が流れたときの端子
間電圧(V1mA )で表した。
Among the above measurement items, the capacitance and the dielectric loss were measured at 1 V and 20 ° C. using an alternating current of 1 KHz. The varistor voltage is represented by a terminal voltage (V 1 mA ) when a DC voltage of 0 V to 150 V is continuously applied between the electrodes and a current of 1 mA flows through the device.

【0042】非直線係数は、さらに10mAの電流が流れた
ときの端子間電圧(V10mA)を測定し、次式から算出し
た。
The nonlinear coefficient was calculated from the following equation by measuring the voltage between terminals (V 10 mA ) when a current of 10 mA further flows.

【0043】α=1/ log(V10mA/V1mA ) なお、試料数は上記のいずれの測定においても、各試料
毎に30個とした。
Α = 1 / log (V 10 mA / V 1 mA ) The number of samples was 30 for each sample in any of the above measurements.

【0044】測定結果を表1および表2に併せて示す。
ただし、表示したのは静電容量の変化率(ΔC)および
バリスタ電圧の変化率(ΔV1mA )のみで、同表には試
料数30個の平均値を示した。この結果から明かなよう
に、本発明の半導体磁器組成物においては、ΔCおよび
ΔV1mA のいずれも5%以下の良好な結果が得られた。
The measurement results are shown in Tables 1 and 2.
However, only the change rate of the capacitance (ΔC) and the change rate of the varistor voltage (ΔV 1mA ) are shown, and the table shows the average value of 30 samples. As is clear from these results, in the semiconductor ceramic composition of the present invention, good results of 5% or less in both ΔC and ΔV 1 mA were obtained.

【0045】なお、表示はしていないが、本発明で規定
する組成を有する半導体磁器組成物については、サージ
電流印加の有無にかかわらず、静電容量:C≧25nF、誘
電損失:DF≦1.0 %、バリスタ電圧:V1mA ≦30Vおよ
び非直線係数:α≧12であった。
Although not shown, the semiconductor ceramic composition having the composition specified in the present invention has a capacitance of C ≧ 25 nF and a dielectric loss of DF ≦ 1.0 regardless of whether or not a surge current is applied. %, Varistor voltage: V 1mA ≦ 30 V and nonlinear coefficient: α ≧ 12.

【0046】これらの結果から、本発明の素子は優れた
誘電特性を有するとともに、バリスタ機能にも優れ、回
路実装に極めて適したものであることがわかる。
From these results, it can be seen that the device of the present invention has excellent dielectric properties and also has excellent varistor function, and is extremely suitable for circuit mounting.

【0047】[0047]

【表1】 [Table 1]

【0048】[0048]

【表2】 [Table 2]

【0049】[0049]

【表3】 [Table 3]

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明の半導体磁器組成物は誘電特性に
優れ、特に、急峻ノイズを吸収した後の静電容量、バリ
スタ電圧等の変化が小さく、この磁器組成物を用いれ
ば、回路実装に好適な容量性バリスタ素子を作製するこ
とができる。この磁器組成物は、本発明方法により何ら
特別な処理を加えることなく、容易に製造することが可
能である。
The semiconductor porcelain composition of the present invention is excellent in dielectric properties, in particular, the change in capacitance, varistor voltage, etc. after absorbing steep noise is small. If this porcelain composition is used, it can be used for circuit mounting. A suitable capacitive varistor element can be manufactured. This porcelain composition can be easily produced by the method of the present invention without any special treatment.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体磁器組成物であって、その結晶粒が
下記(1 )の化学組成式で表され、粒界部が、 Na2Ti3O7 55〜84mol % Bi2O3 およびPbO の内少なくとも1種 15〜40mol % Cr2O3 およびMnO2の内少なくとも1種 1〜 5mol % の割合で総計100mol%となるように混合された材料の各
成分が熱拡散により偏析してなるものであることを特徴
とする半導体磁器組成物。 (Sr1-X-Y CaX MgY a (Ti1-Z NbZ b O3 ・・・(1 ) ただし、 0 <X≦0.25 0 <Y≦0.03 0.001 ≦Z≦0.010 0.990 ≦a/b<1.000
1. A semiconductor porcelain composition wherein the crystal grains are represented by the following chemical composition formula (1), and the grain boundary part is Na 2 Ti 3 O 7 55 to 84 mol% Bi 2 O 3 and PbO At least one of 15 to 40 mol% of Cr 2 O 3 and at least one of MnO 2 at a ratio of 1 to 5 mol% and a total of 100 mol%, and each component of the material is segregated by thermal diffusion. A semiconductor porcelain composition, characterized in that: (Sr 1-XY Ca X Mg Y ) a (Ti 1 -Z Nb Z ) b O 3 (1) where 0 <X ≤ 0.25 0 <Y ≤ 0.03 0.001 ≤ Z ≤ 0.010 0.990 ≤ a / b <1.000
【請求項2】SrCO3 、CaCO3 、MgCO3 、TiO2およびNb2O
5 を、その中に含まれる金属元素が下記(1 )式を満た
すように混合し、仮焼合成した後、焼結助剤を加えて還
元性雰囲気中で焼成し、次いで、 Na2Ti3O7 55〜84mol % Bi2O3 およびPbO の内少なくとも1種 15〜40mol % Cr2O3 およびMnO2の内少なくとも1種 1〜 5mol % の割合で総計100mol%となるように混合した材料の構成
成分を熱拡散により粒界部に偏析させることを特徴とす
る半導体磁器組成物の製造方法。 (Sr1-X-Y CaX MgY a (Ti1-Z NbZ b O3 ・・・(1 ) ただし、 0 <X≦0.25 0 <Y≦0.03 0.001 ≦Z≦0.010 0.990 ≦a/b<1.000
2. SrCO 3 , CaCO 3 , MgCO 3 , TiO 2 and Nb 2 O
5 is mixed so that the metal element contained therein satisfies the following formula (1), calcined and synthesized, added with a sintering aid, fired in a reducing atmosphere, and then Na 2 Ti 3 O 7 55 to 84 mol% Bi 2 O 3 and at least one of PbO 15 to 40 mol% Cr 2 O 3 and at least one of MnO 2 Materials mixed at a ratio of 1 to 5 mol% to give a total of 100 mol%. A method for producing a semiconductor porcelain composition, wherein the constituent component of (1) is segregated to a grain boundary portion by thermal diffusion. (Sr 1-XY Ca X Mg Y ) a (Ti 1 -Z Nb Z ) b O 3 (1) where 0 <X ≤ 0.25 0 <Y ≤ 0.03 0.001 ≤ Z ≤ 0.010 0.990 ≤ a / b <1.000
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