JP2937039B2 - Semiconductor porcelain composition and method for producing the same - Google Patents

Semiconductor porcelain composition and method for producing the same

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JP2937039B2 JP6275043A JP27504394A JP2937039B2 JP 2937039 B2 JP2937039 B2 JP 2937039B2 JP 6275043 A JP6275043 A JP 6275043A JP 27504394 A JP27504394 A JP 27504394A JP 2937039 B2 JP2937039 B2 JP 2937039B2
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【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、半導体磁器組成物とそ
の製造方法、より詳細には、各種通信機器や事務機器、
音響機器等に搭載される電気・電子回路等において、ノ
イズ吸収部品として利用される電流電圧非直線性粒界絶
縁型半導体磁器組成物と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 a method for producing the same, and more particularly, to various communication and office equipment,
The present invention relates to a current-voltage nonlinear grain boundary insulated semiconductor porcelain composition used as a noise absorbing component in an electric / electronic circuit or the like mounted on an audio equipment and the like, 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低融点
金属酸化物等を熱拡散させ、酸化物絶縁層を形成するこ
とにより容量・抵抗素子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 insulating semiconductor porcelain is formed by thermally diffusing a low-melting metal oxide or the like into a grain boundary portion of a sintered ceramic (ceramic) crystallized to form an oxide insulating layer. It is a type of electronic component used as a capacitance / resistance element. Generally, a thin grain boundary with a width of several nm is used.
Compared with other types of capacitive elements, the size is small and a large capacitance can be obtained.

【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、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 it is used in various 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、他に酸化亜鉛(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 zinc oxide (ZnO 2) -based material is well known. However, since the dielectric constant is remarkably lower than that of a SrTiO 3 -based material, it cannot have a capacitor function.

【0005】一方、SrTiO3系の材料の場合、電流電圧特
性(I−Vカーブ)の再現性は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・電子機器での回路実装ニー
ズが多い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 reproducibility of the current-voltage characteristic (IV curve) is inferior to that of the ZnO material, and therefore, the varistor voltage and the current-voltage nonlinear coefficient which are indicators of the element performance are obtained. It has the disadvantage of lacking reliability. For this reason, practical application has not progressed in spite of the need for circuit mounting in various electrical and electronic devices.Currently, materials and process technology are being developed. A good capacitive varistor element that 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の急峻ノイズが印加
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 (4)
Regarding (3), there is no particular problem with the currently used capacitive varistor. However, item (4) remains as an unsolved problem. The change in the electrical characteristics of the varistor element after a steep noise such as a high-voltage external surge (lightning surge) or a steep switching noise is applied is due to the electrode interface insulating layer existing between the element (ceramic) and the electrode. It is thought to be due to destruction or modification.

【0011】この電極界面絶縁層に対する急峻ノイズの
影響を抑制するには、次の方法が有効である。
The following method is effective for suppressing the effect of steep noise on the electrode interface insulating layer.

【0012】(a)回路実装前のバリスタ素子に意図的
に急峻ノイズ等を印加し、予め電極界面絶縁層を破壊す
る。
(A) Abrupt noise or the like is intentionally applied to a varistor element before circuit mounting, and an electrode interface insulating layer is destroyed in advance.

【0013】(b)同様に、熱処理を施すことにより電
極界面絶縁層を改質する。
(B) Similarly, the heat treatment is performed to modify the electrode interface insulating layer.

【0014】(c)急峻ノイズの繰り返しにも十分耐え
得る高絶縁層を形成する。
(C) A high insulating layer capable of withstanding repetition of steep noise is formed.

【0015】前記(a)および(b)の方法を適用して
電極界面絶縁層に対する急峻ノイズの影響を抑制する技
術は、例えば、特開平5−57724号公報に開示され
ている。それによると、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%以下に抑制することができ、従来の、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す
方法に比べ、製造工程の簡略化を図ることができたとし
ている。しかしながら、この方法においても、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。
A technique for suppressing the influence of steep noise on the electrode interface insulating layer by applying the methods (a) and (b) is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-57724. According to this, by applying a surge voltage of 5 kV, the electrode interface insulating layer is destroyed, and the change in varistor voltage can be suppressed to about 4% or less.
It is said that the manufacturing process can be simplified as compared with a method of applying a heat treatment after applying a V surge voltage several tens of times. However, even in this method, the step of applying the surge voltage itself is still necessary, and the man-hour and cost for the step are required, and an increase in manufacturing cost cannot be avoided.

【0016】本発明はこのような状況に鑑み、特に、急
峻ノイズ等の繰り返しにも十分耐え得る高絶縁層が電極
界面に形成された、良好な電流電圧特性の再現性が得ら
れるSrTiO3系半導体磁器組成物、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 in particular, a SrTiO 3 -based material in which a high insulating layer capable of sufficiently withstanding repetition of steep noise or the like is formed at an electrode interface and which has good reproducibility of current-voltage characteristics. It is an object of the present invention to provide a semiconductor porcelain composition and a method for producing such a porcelain composition without special treatment.

【0017】[0017]

【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.

【0018】本発明の要旨は、下記(イ)の磁器組成
物、ならびに(ロ)のその組成物の製造方法にある。
The gist of the present invention resides in the following (a) a porcelain composition and (b) a method for producing the composition.

【0019】(イ)結晶粒が下記(1)の化学組成式で
表され、粒界部が、 Na2Ti3O7 55〜84mol % B2O3およびBi2O3 の内少なくとも1種 15〜40mol % SiO2 1〜 5mol % の割合で総計100mol%となるように混合された材料の構
成成分が熱拡散により偏析してなることを特徴とする半
導体磁器組成物。
(A) The crystal grain is represented by the following chemical composition formula (1), and the grain boundary part is at least one of Na 2 Ti 3 O 7 55 to 84 mol% B 2 O 3 and Bi 2 O 3 the semiconductor ceramic composition constituents of the mixed material so that the total 100 mol% in a proportion of 15~40mol% SiO 2 1~ 5mol% is characterized by comprising segregated by thermal diffusion.

【0020】 (Sr1-X-Y CaX PbY a (Ti1-Z NbZ b O3 ・・・(1) ただし、 O<X≦0.25 O<Y≦0.10 0.001≦Z≦0.010 0.990≦a/b<1.000 (ロ)SrCO3 、CaCO3 、Pb3O4 、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
囲気中で焼成し、次いで、 Na2Ti3O7 55〜84mol % B2O3およびBi2O3 の内少なくとも1種 15〜40mol % SiO2 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。
(Sr 1-XY Ca X Pb Y ) a (Ti 1 -Z Nb Z ) b O 3 (1) where O <X ≦ 0.25 O <Y ≦ 0.10 0.001 ≦ Z ≦ 0.010 0.990 ≦ a / b <1.000 (b) SrCO 3 , CaCO 3 , Pb 3 O 4 , TiO 2 and Nb 2 O 5
The metal elements contained therein are mixed so as to satisfy the following formula (1), calcined and synthesized, then added with a sintering aid, fired in a reducing atmosphere, and then Na 2 Ti 3 O 7 55 8484 mol% B 2 O 3 and at least one of Bi 2 O 3 15 to 40 mol% SiO 2 1 to 5 mol% The composition of the material mixed so that the total is 100 mol% by thermal diffusion at the grain boundary part. A method for producing a semiconductor porcelain composition, comprising:

【0021】 (Sr1-X-Y CaX PbY a (Ti1-Z NbZ b O3 ・・・(1) ただし、 O<X≦0.25 O<Y≦0.10 0.001≦Z≦0.010 0.990≦a/b<1.000(Sr 1-XY Ca X Pb Y ) a (Ti 1 -Z Nb Z ) b O 3 (1) where O <X ≦ 0.25 O <Y ≦ 0.10 0.001 ≦ Z ≦ 0.010 0.990 ≦ a / b <1.000

【0022】[0022]

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

【0023】(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0.10以下とするのは、十分な静電容量の発現に共し
得る結晶粒径を得るためである。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 sinterability, and if Y is more than 0 and 0.10 or less, the expression of sufficient capacitance is required. This is for obtaining a crystal grain size compatible with the above. Z is 0.001 or more and 0.010
The following is for promoting the conversion of the crystal grains into a semiconductor. The reason why a / b is 0.990 or more and less than 1.000 is to stabilize sinterability.

【0024】また、本発明の半導体磁器組成物の粒界部
は、 Na2Ti3O7 55〜84mol % B2O3およびBi2O3 の内少なくとも1種 15〜40mol % SiO2 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、O
(酸素)、Bおよび/またはBi、ならびにSi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% B 2 O 3 and Bi 2 O 3 15 to 40 mol% SiO 2 1 to Each component constituting the material (insulating agent) mixed so as to have a ratio of 5 mol% (total 100 mol%), that is, Na, Ti, O
(Oxygen), B and / or Bi, and Si are segregated at the grain boundaries by thermal diffusion.

【0025】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.

【0026】B2O3およびBi2O3 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、このような
ガラス系化合物の存在によってNa2Ti3O7の粒界偏析状態
を均質化させるためである。SiO2の混合割合を1〜5mo
l %の範囲内とするのも同じ理由よるもである。
[0026] B 2 O 3 and to the range of 15~40Mol% mixing ratio of at least one kind of Bi 2 O 3 is a particle of Na 2 Ti 3 O 7 by the presence of such glass-based compound This is for homogenizing the field segregation state. Mixing ratio of SiO 2 is 1-5mo
It is for the same reason that it is within the l% range.

【0027】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、急峻ノイズの繰り返しに
も十分耐え得るものである。この磁器組成物を用いて作
製した素子は、例えば、直径6mm、電極間厚 700μm の
もので、以下の特性を示す。
The above-mentioned semiconductor ceramic composition of the present invention has good stability of voltage-current characteristics, and in particular, can sufficiently withstand repetition of steep noise. An element manufactured using this porcelain composition has, for example, a diameter of 6 mm and a thickness between electrodes of 700 μm and exhibits the following characteristics.

【0028】サージ電流印加前 静電容量 :C≧25nF、 誘電損失 :DF≦1.5
%、バリスタ電圧:V1mA ≦25V、非直線係数:α≧10 サージ電流印加後 バリスタ電圧の変化率:ΔV1mA ≦3% 非直線係数の変化率 :Δα≦3% 前記(ロ)の発明は、(イ)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。
Before applying surge current Capacitance: C ≧ 25 nF, Dielectric loss: DF ≦ 1.5
%, Varistor voltage: V 1 mA ≤ 25 V, non-linear coefficient: α ≥ 10 Variation rate of varistor voltage after application of surge current: ΔV 1 mA ≤ 3% Non-linear coefficient change rate: Δ α ≤ 3% And (a) a method for producing the porcelain composition of the invention. Hereinafter, description will be made in the order of manufacturing steps.

【0029】まず、原料として、SrCO3 、CaCO3 、Pb
3O4 、TiO2およびNb2O5 を用意し、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、SrCO3 およびCaCO3 はいずれも焼成によって酸化物
になる。
First, as raw materials, SrCO 3 , CaCO 3 , Pb
Prepare 3 O 4 , TiO 2 and Nb 2 O 5 , weigh accurately so that the metal element contained therein satisfies the above formula (1), and put in a pot mill together with an appropriate amount of cobblestone, dispersant and pure water. Mix (wet mix). Mixing may be performed for about 24 hours. Note that both SrCO 3 and CaCO 3 become oxides by firing.

【0030】混合したスラリー状の原料を、脱水、乾
燥させ、解砕する。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 dewatered, dried and crushed. The crushed powder is transferred into, for example, a calcined crucible made of zirconia, and calcined at 1180 ° C. in the atmosphere.
It should be noted that the synthesis of the predetermined solid solution was confirmed by X-ray analysis.
It is desirable to confirm by composition analysis or the like.

【0031】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.

【0032】混合したスラリー状の原料を、脱水、乾
燥、解砕し、粒径が1.0 μm 前後の均一な粉に整粒す
る。
The mixed slurry material is dewatered, dried, and crushed to form a uniform powder having a particle size of about 1.0 μm.

【0033】これに有機バインダー等を添加して、例
えば直径8mm、厚み850 μm 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, for example, 8 mm and a thickness of 850 μm.

【0034】この成形体を1000℃に加熱して脱脂す
る。
The compact is heated to 1000 ° C. to degrease it.

【0035】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 material 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.

【0036】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.

【0037】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 % B2O3およびBi2O3 の内少なくとも1種 15〜40mol % SiO2 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、O(酸素)、Bおよび
/またはBi、ならびにSi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, 55 to 84 mol% of Na 2 Ti 3 O 7 15 to 40 mol% of at least one of B 2 O 3 and Bi 2 O 3 The components of the insulating agent mixed in a proportion of 1 to 5 mol% of SiO 2 (total of 100 mol%), that is, Na, Ti, O (oxygen), B and / or Bi, and Si Segregate at the grain boundary by thermal diffusion. This is to insulate the crystal grain boundaries of the sintered body. For example, the above-mentioned mixed material is applied in the form of a paste to the surface of the sintered body. About 20 to 50 mg) and baking.
The firing is performed in air at 1050 to 1350 ° C and 1.0 to 4. to compensate for the insulation performance of the device and achieve both dielectric and varistor properties.
It is preferably performed for 0 hours.

【0038】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.

【0039】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市販の電極用銀(Ag)ペーストを印
刷し、600 〜820 ℃で電極を焼き付ければよい。
In order to produce a grain boundary insulating semiconductor porcelain element using the porcelain composition obtained as described above, a commercially available silver (Ag) paste for electrodes is printed on both sides of the porcelain composition. The electrodes may be baked at 600-820 ° C.

【0040】上記本発明方法によれば、前記(イ)の電
流電圧特性の安定した半導体磁器組成物を電極界面絶縁
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、容易に製
造することができる。
According to the method of the present invention, the semiconductor ceramic composition having the stable current-voltage characteristics (a) is subjected to any special treatment such as heat treatment for modifying or destroying the electrode interface insulating layer or surge voltage load. It can be easily manufactured without any additional processing.

【0041】[0041]

【実施例】本発明方法を適用して(Sr1-X-Y CaX PbY
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回連続して印加した
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、完成後の素子の形状は全て
直径6mm、電極間厚 700μm とした。また、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 was applied (Sr 1-XY Ca X Pb 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 continuously applied 5 times at 1 minute intervals, and the same measurement was performed again to determine the rate of change before and after the application of the surge current. The completed devices were all 6 mm in diameter and 700 μm in thickness between electrodes. For comparison, the same measurement was performed on a porcelain composition prepared by a method deviating from the conditions specified by the method of the present invention.

【0042】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、B2O3およびSiO2)の組成を表1および表2に示す。
一部、B2O3に換えてBi2O3 を用いた。
The composition ratio of the main components (X, Y, Z and a / b) of the semiconductor ceramic composition used and the insulating agent (Na 2 Ti 3
Tables 1 and 2 show the compositions of O 7 , B 2 O 3 and SiO 2 ).
Some were used Bi 2 O 3 in place of the B 2 O 3.

【0043】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.

【0044】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.

【0045】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.

【0046】測定結果を表1および表2に併せて示す。
なお、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ついて
は、バリスタ電圧ならびに非直線係数の変化率(ΔV
1mA 、Δα)がいずれも3%以下であり、静電容量:C
≧25nF、誘電損失:DF≦1.5 %、更に、表示はしていな
いが、バリスタ電圧:V1mA ≦25Vおよび非直線係数:
α≧10の素子特性を満足した。
The measurement results are shown in Tables 1 and 2.
The table shows the average value of 30 samples. As is clear from the results, the semiconductor ceramic composition of the present invention has a varistor voltage and a change rate (ΔV) of a nonlinear coefficient.
1mA , Δα) are 3% or less, and the capacitance is C
≧ 25 nF, dielectric loss: DF ≦ 1.5%, and although not shown, varistor voltage: V 1mA ≦ 25V and nonlinear coefficient:
The device characteristics of α ≧ 10 were satisfied.

【0047】これらの素子特性は従来の素子にはない優
れた性能で、誘電特性とバリスタ特性の両立だけではな
く、急峻ノイズ印加後においてバリスタ特性の良好な再
現性が得られる点からも回路実装に好適である。一方、
本発明方法で規定する範囲外の条件で製造した磁器組成
物においては、バリスタ電圧ならびに非直線係数の変化
率のいずれかもしくは両者が劣化する等の問題が生じ
た。なお、電極材についてはAg電極を用いたが、電極
としての機能を有する材料であれば他のものでもよい。
These device characteristics are excellent performances not found in conventional devices, and are not only compatible with dielectric characteristics and varistor characteristics, but also from the viewpoint that good reproducibility of varistor characteristics can be obtained after steep noise application. It is suitable for. on the other hand,
In a porcelain composition produced under conditions outside the range specified by the method of the present invention, problems such as deterioration of one or both of the varistor voltage and the change rate of the nonlinear coefficient occurred. Although an Ag electrode was used as the electrode material, another material may be used as long as it has a function as an electrode.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】[0049]

【表2】 [Table 2]

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明の半導体磁器組成物は誘電特性と
バリスタ特性のいずれにも優れ、急峻ノイズ印加後にお
いてもバリスタ特性の良好な再現性が得られる。この磁
器組成物を用いた素子は回路実装に好適で、従来の容量
性バリスタ素子よりも更に汎用度の高い電子部品を電子
・電気機器回路等に提供することができる。
The semiconductor porcelain composition of the present invention is excellent in both dielectric properties and varistor properties, and can obtain good reproducibility of varistor properties even after the application of steep noise. The device using this porcelain composition is suitable for circuit mounting, and can provide electronic components with higher versatility than conventional capacitive varistor devices to electronic / electric device circuits and the like.

【0051】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製造することができ、工程
の簡略化を図ることが可能である。
This porcelain composition can be produced by the method of the present invention without any special treatment, and the process can be simplified.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】結晶粒が下記(1)の化学組成式で表さ
れ、粒界部が、 Na2Ti3O7 55〜84mol % B2O3およびBi2O3 の内少なくとも1種 15〜40mol % SiO2 1〜 5mol % の割合で総計100mol%となるように混合された材料の構
成成分が熱拡散により偏析してなることを特徴とする半
導体磁器組成物。 (Sr1-X-Y CaX PbY a (Ti1-Z NbZ b O3 ・・・(1) ただし、 O<X≦0.25 O<Y≦0.10 0.001≦Z≦0.010 0.990≦a/b<1.000
1. A grain is represented by the chemical composition formula (1), the grain boundary portion, Na 2 Ti 3 O 7 55~84mol % B 2 O 3 and Bi 2 O 3 of at least one 15 A semiconductor porcelain composition characterized in that constituent components of a material mixed so as to make a total of 100 mol% at a ratio of 4040 mol% SiO 2 1 to 5 mol% are segregated by thermal diffusion. (Sr 1-XY Ca X Pb Y ) a (Ti 1-Z Nb Z ) b O 3 (1) where O <X ≦ 0.25 O <Y ≦ 0.10 0.001 ≦ Z ≦ 0.010 0.990 ≦ a / b <1.000
【請求項2】SrCO3 、CaCO3 、Pb3O4 、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 % B2O3およびBi2O3 の内少なくとも1種 15〜40mol % SiO2 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 PbY a (Ti1-Z NbZ b O3 ・・・(1) ただし、 O<X≦0.25 O<Y≦0.10 0.001≦Z≦0.010 0.990≦a/b<1.000
2. SrCO 3 , CaCO 3 , Pb 3 O 4 , 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% At least one of B 2 O 3 and Bi 2 O 3 15 to 40 mol% SiO 2 1 to 5 mol% The components of the material mixed so as to be 100 mol% in total are thermally diffused. A method for producing a semiconductor porcelain composition, comprising segregating at a grain boundary. (Sr 1-XY Ca X Pb Y ) a (Ti 1 -Z Nb Z ) b O 3 (1) where O <X ≦ 0.25 O <Y ≦ 0.10 0.001 ≦ Z ≦ 0.010 0.990 ≦ a / b <1.000
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