JP2998586B2 - Semiconductor porcelain composition and method for producing the same - Google Patents

Semiconductor porcelain composition and method for producing the same

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JP2998586B2 JP2975395A JP2975395A JP2998586B2 JP 2998586 B2 JP2998586 B2 JP 2998586B2 JP 2975395 A JP2975395 A JP 2975395A JP 2975395 A JP2975395 A JP 2975395A JP 2998586 B2 JP2998586 B2 JP 2998586B2
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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とその
製造方法に関し、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 a ceramic porcelain composition used as a noise absorbing component in electric and electronic circuits mounted on various communication equipment, office equipment, audio equipment, and the like. The present invention relates to a current-voltage nonlinear 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. 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(SrTi
3 )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 (SrTi
An element containing O 3 ) as a main component has advantages such as easy formation of a grain boundary insulating structure, stable electrical characteristics with respect to changes in temperature and frequency, and low dielectric loss. In recent years, it is easy to cope with a higher frequency of electronic devices, electronic circuits, and the like, and has high reliability in a use environment when a variety of applications are used. For this reason, ceramic electronic component manufacturers have been working on high performance and high value-added capacitive elements containing SrTiO 3 as a main component. It is also widely used in noise filters and noise absorbing elements of semiconductor devices. As a typical application example, there is a current-voltage non-linear grain boundary insulating semiconductor ceramic 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] Capacitive varistors normally function as capacitors, but high-voltage external surges (lightning surges) 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. In addition, as a material having a varistor function, a zinc oxide (ZnO) -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 characteristics (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 reduced. 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 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1
00V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 the 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 surge voltage of 00V 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なされたも
のであり、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目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and in particular, has a good reproducibility of current-voltage characteristics in which a high insulating layer which can sufficiently withstand repetition of steep noise or the like is formed at the electrode interface. An object of the present invention is to provide a SrTiO 3 -based semiconductor porcelain composition to be obtained, and a method for producing such a porcelain composition without adding any 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。
As a result of repeated investigations to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that the SrTiO 3 -based semiconductor porcelain composition has a chemical composition of crystal grains themselves and a grain boundary portion. 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)半導体化したセラミックスの結晶粒
が下記(1)の化学組成式で表され、粒界部が、 Na2 Ti3 7 55〜84mol% B2 3 およびBi2 3 の内少なくとも1種 15〜40mol% Cr2 3 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
料の構成成分が熱拡散により偏析してなり、さらに、A
gOが前記セラミックスに対して0.05〜0.15重
量%含有されていることを特徴とする半導体磁器組成
物。
(A) The crystal grains of the ceramics converted into a semiconductor are represented by the following chemical composition formula (1), and the grain boundary portion is Na 2 Ti 3 O 7 55 to 84 mol% B 2 O 3 and Bi 2 O 3 At least one of 15 to 40 mol% of Cr 2 O 3 and MnO 2 , at least one of 1 to 5 mol% is mixed at a ratio of 1 to 5 mol% so that a total of 100 mol% of the components of the material is segregated by thermal diffusion. , And A
A semiconductor porcelain composition comprising 0.05 to 0.15% by weight of gO based on the ceramic.

【0020】 (Sr1-X-Y CaX PbY a (Ti1-Z NbZ b 3 ・・・(1) ただし、 0<X≦0.25 0<Y≦0.10 0.001≦Z≦0.010 0.990≦a/b<1.000 (ロ)半導体化した後のセラミックスの結晶粒が下記
(1)式を満たし、さらに前記セラミックスのAgO含
有率が0.05〜0.15重量%になるように原料調合
を行い、得られた原料を混合し、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、 Na2 Ti3 7 55〜84mol% B2 3 およびBi2 3 の内少なくとも1種 15〜40mol% Cr2 3 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。
(Sr 1 -XY Ca X Pb Y ) a (Ti 1 -Z Nb Z ) b O 3 (1) where 0 <X ≦ 0.25 0 <Y ≦ 0.10 0.001 ≦ Z ≦ 0.010 0.990 ≦ a / b <1.000 (b) The crystal grains of the ceramic after conversion into a semiconductor satisfy the following expression (1), and the AgO content of the ceramic is 0.05 to performs material prepared to have 0.15 wt%, were mixed and the resulting material, after calcination synthesized, firing in a reducing atmosphere by adding a sintering aid, then, Na 2 Ti 3 O 7 mixed so that a total 100 mol% in a proportion of 55~84mol% B 2 O 3 and at least one of Bi 2 O 3 15~40mol% Cr 2 O 3 and at least one. 1 to 5 mol% of MnO 2 Of segregated constituents of the material at the grain boundary by thermal diffusion The method of manufacturing a semiconductor porcelain composition according to symptoms.

【0021】 (Sr1-X-Y CaX PbY a (Ti1-Z NbZ b 3 ・・・(1) ただし、 0<X≦0.25 0<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 0 <X ≦ 0.25 0 <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、半導体化したセラミックス(磁
器組成物)の結晶粒が前記(1)式で表されるペロブス
カイト型構造(ABO3 )を有している。
According to the semiconductor ceramic composition of the present invention (the invention of (a) above), as described above, the ceramics (porcelain composition) formed into a semiconductor has a perovskite structure represented by the above formula (1). (ABO 3 ).

【0023】(1)式において、Xを0よりも大きく
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よりも大きく0.10以下とするのは、十分
な静電容量を発現させ得る結晶粒径とするためである。
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 larger than 0 and 0.25 or less is to stabilize the sintering property, and that Y is larger than 0 and 0.10 or less is sufficient. This is because the crystal grain size is such that a large capacitance can be exhibited.
The reason why Z is set to 0.001 or more and 0.010 or less is to promote the conversion of 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、 Na2 Ti3 7 55〜84mol% B2 3 およびBi2 3 の内少なくとも1種 15〜40mol% Cr2 3 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(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Crおよび
/またはMnが熱拡散によりその粒界部に偏析してなる
ものである。
In the semiconductor ceramic composition of the present invention, the grain boundary portion is 55 to 84 mol% of Na 2 Ti 3 O 7 B 2 O 3 and at least one of Bi 2 O 3 15 to 40 mol% of Cr 2 O 3 And at least one of MnO 2 and 1 to 5 mol% of the components of the material (insulating agent) mixed in a total of 100 mol%, that is, Na, Ti, O
(Oxygen), B and / or Bi, and Cr and / or Mn are segregated at the grain boundary by thermal diffusion.

【0025】Na2 Ti3 7 の混合割合を55〜84
mol%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 mixing ratio of Na 2 Ti 3 O 7 is 55 to 84
In order to be within the mol% range, varistor properties are expressed,
And for stabilization.

【0026】B2 3 およびBi2 3 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Na2
37 の粒界偏析状態を均質化させるためである。
[0026] to the B 2 O 3 and in the range of 15~40Mol% mixing ratio of at least one of Bi 2 O 3 is, Na 2 T by the presence of such glass-based compound
This is for homogenizing the grain boundary segregation state of i 3 O 7 .

【0027】Cr2 3 およびMnO2 の内少なくとも
1種の混合割合を1〜5mol%の範囲内とするのは、
サージ電流耐性を補償し、ΔC(静電容量の変化率)お
よびΔV1mA (バリスタ電圧の変化率)を低く抑えるた
めである。
The reason why the mixing ratio of at least one of Cr 2 O 3 and MnO 2 is in the range of 1 to 5 mol% is as follows.
This is for compensating the surge current resistance and suppressing ΔC (rate of change in capacitance) and ΔV 1mA (rate of change in varistor voltage) to be low.

【0028】さらに、本発明の半導体磁器組成物には、
AgOが前記セラミックスに対して0.05〜0.15
重量%含有されている。これは、磁器組成物に電極材を
焼き付けて半導体磁器素子を作製する際に、電極材を構
成する(あるいは電極材に含まれる)Agがセラミック
スの粒界部に過剰に拡散し、粒界抵抗の著しい劣化によ
り素子の絶縁性が大幅に劣化するのを防止するためで、
セラミックスに予めAgOを含有させておくことにより
電極材を構成するAgの粒界拡散濃度を低く抑えること
ができる。しかし、AgO含有量が0.05重量%未満
では上記の作用、即ち絶縁性能の安定化が不十分で、Δ
1mA (バリスタ電圧の変化率)およびΔα(非直線係
数の変化率)を後述する3%以下に抑えることができ
ず、一方、0.15重量%を超えるとAgOが焼結助材
として作用し、セラミックス中に細粒を生じさせるた
め、C(静電容量)が十分ではなく、後述する20nF
よりも小さくなる。
Further, the semiconductor ceramic composition of the present invention includes:
AgO is 0.05 to 0.15 with respect to the ceramics
% By weight. This is because when the electrode material is baked on the porcelain composition to produce a semiconductor porcelain element, Ag constituting the electrode material (or contained in the electrode material) excessively diffuses into the grain boundary portion of the ceramic, and the grain boundary resistance increases. To prevent the element's insulation from being significantly degraded due to the significant deterioration of
By incorporating AgO in the ceramics in advance, the grain boundary diffusion concentration of Ag constituting the electrode material can be suppressed low. However, when the AgO content is less than 0.05% by weight, the above effect, that is, the stabilization of the insulating performance is insufficient, and
V 1mA (change rate of varistor voltage) and Δα (change rate of non-linear coefficient) cannot be suppressed to 3% or less as described later. On the other hand, if it exceeds 0.15% by weight, AgO acts as a sintering aid. However, C (capacitance) is not sufficient because fine grains are generated in the ceramics.
Smaller than.

【0029】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、電極間厚が700
μm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. A device 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.

【0030】サージ電流印加前 静電容量 :C≧20nF、 誘電損失 :DF≦
1.0%、バリスタ電圧:V1mA ≦20V、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 application of surge current Capacitance: C ≧ 20 nF, Dielectric loss: DF ≦
1.0%, varistor voltage: V 1mA ≦ 20V, nonlinear coefficient: α ≧ 10 Variation rate of varistor voltage after application of surge current: ΔV 1mA ≦ 3% Rate of change of nonlinear coefficient: Δα ≦ 3% The invention of (a) is a method for producing the porcelain composition of the invention of (a). Hereinafter, description will be made in the order of the manufacturing process.

【0031】まず、原料として、SrCO3 、CaC
3 、Pb3 4 、TiO2 、Nb2 5 およびAgO
を用意し、その中に含まれる金属元素が前記(1)式を
満たし、さらにAgOが前記セラミックスに対して0.
05〜0.15重量%含有される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, SrCO 3 , CaC
O 3 , Pb 3 O 4 , TiO 2 , Nb 2 O 5 and AgO
Is prepared, the metal element contained therein satisfies the above formula (1), and AgO is added to the ceramic in an amount of 0.1%.
0.5-0.15% by weight is accurately weighed,
Mix (wet mixing) in a pot mill with an appropriate amount of cobblestone, dispersant and pure water. Mixing may be performed for about 24 hours. Note that both SrCO 3 and CaCO 3 become oxides by firing.

【0032】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、例えばアルミナ製の焼成ルツ
ボ内に移して、大気中1150℃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-like raw material is dehydrated and dried, and then crushed. The crushed powder is transferred into, for example, a calcined crucible made of alumina, and calcined at 1150 ° C. in the atmosphere. It is desirable to confirm that a predetermined solid solution has been synthesized by X-ray analysis, composition analysis, or the like.

【0033】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 pulverized, and trace amounts of CuO and SiO 2 are added as sintering aids, and wet mixing is further performed.

【0034】混合したスラリー状の仮焼原料を脱水乾
燥させ、解砕し、さらに粒径が1.0μm前後の均一な
粉に整粒する。
The mixed slurry-like calcined raw material is dehydrated and dried, crushed, and further sized to a uniform powder having a particle size of about 1.0 μm.

【0035】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, for example, 8 mm and a thickness of 850 μm.

【0036】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.

【0037】脱脂後、例えばジルコニア製の焼成ルツ
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。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。
After degreasing, the mixture is filled in a firing crucible made of, for example, zirconia 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.
It is preferably performed for up to 8.0 hours. In addition, as a reducing atmosphere, for example, hydrogen 1 to 20% by volume, nitrogen 80 to 99
A volume% mixed gas may be used.

【0038】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、 Na2 Ti3 7 55〜84mol% B2 3 およびBi2 3 の内少なくとも1種 15〜40mol% Cr2 3 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Crおよび/またはM
n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
記の混合した絶縁化剤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 the obtained sintered body is washed 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 cr 2 O 3 and components of the mixed insulating agent such that the total 100 mol% at a rate of at least one. 1 to 5 mol% of MnO 2, i.e., Na, Ti, O (oxygen),
B and / or Bi, and Cr and / or M
n is segregated at the grain boundary by thermal diffusion in the atmosphere. This is to insulate the crystal grain boundaries of the sintered body. For example, the above-described mixed insulating agent is made into a paste and applied to the surface of the sintered body (the amount applied is 1 g of the sintered body. Converted to 20
5050 mg) may be fired. The firing is performed at a temperature of 1050 to 1350 ° C. in the atmosphere at 1.0 to 1350 ° C. in order to compensate for the insulating performance of the element and to achieve both dielectric properties and varistor properties.
It is preferably performed for 4.0 hours.

【0039】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.

【0040】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 an electrode is printed on both sides of the porcelain composition. , At 600 to 820 ° C.

【0041】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 a stable current-voltage characteristic (a) is subjected to any special treatment such as a heat treatment for modifying or destroying the electrode interface insulating layer or a surge voltage load. It can be easily manufactured without any additional processing.

【0042】[0042]

【実施例】本発明方法を適用して(Sr1-X-Y CaX
Y a (Ti1-Z NbZ b 3 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、バリスタ電圧(V1mA
V)および非直線係数(α)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
条件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 to (Sr 1-XY Ca X P
b Y ) a (Ti 1 -Z Nb Z ) b O 3 A semiconductor porcelain composition having a composition of B 3 was prepared, and silver electrodes were baked on both surfaces thereof. The dielectric loss (DF:%), the varistor voltage ( V1mA : V) and the nonlinear coefficient (α) were measured. Next, after applying a surge current (8 × 20 μsec, 3000 A / cm 2 ) five times at one minute intervals between the terminals, the varistor voltage (V 1mA : V 1 mA :
V) and the nonlinear coefficient (α) were measured to determine the rate of change before and after the application of the surge current. In addition, the shapes of 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 under conditions deviating from the conditions specified by the method of the present invention.

【0043】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)とAgOの含有率ならびに
絶縁化剤(Na2 Ti3 7 、B2 3 およびCr2
3 )の組成を表1〜表3に示す。一部、B2 3 に換え
てBi2 3 、およびCr2 3 に換えてMnO2 を用
いた。
The main component composition ratios (X, Y, Z and a / b) of the semiconductor ceramic composition used, the content of AgO, and the insulating agents (Na 2 Ti 3 O 7 , B 2 O 3 and Cr 2 O)
The composition of 3 ) is shown in Tables 1 to 3. Some, Bi 2 O 3 in place of the B 2 O 3, and using MnO 2 in place of the Cr 2 O 3.

【0044】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。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。
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 a DC voltage between the electrodes of 0 V to 150 V.
And a voltage between terminals (V 1 mA ) when a current of 1 mA flows through the device. The nonlinear coefficient is the voltage between terminals (V 10mA ) when a current of 10 mA further flows.
Was measured and calculated from the following equation.

【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〜表3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、表示はしてい
ないが、静電容量:C≧20nF、誘電損失:DF≦
1.0%、更に、バリスタ電圧:V1mA ≦20V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 to 3. In the table, the average value of 30 samples was shown. 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.
1 mA , Δα) are 3% or less, and are not shown, but the capacitance is C ≧ 20 nF, and the dielectric loss is DF ≦
1.0%, and further satisfied the element characteristics of varistor voltage: V 1mA ≦ 20 V and nonlinear coefficient: α ≧ 10.

【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]

【表3】 [Table 3]

【0051】[0051]

【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.

【0052】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】半導体化したセラミックスの結晶粒が下記
(1)の化学組成式で表され、粒界部が、 Na2 Ti3 7 55〜84mol% B2 3 およびBi2 3 の内少なくとも1種 15〜40mol% Cr2 3 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
料の構成成分が熱拡散により偏析してなり、さらに、A
gOが前記セラミックスに対して0.05〜0.15重
量%含有されてい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 3 ・・・(1) ただし、 0<X≦0.25 0<Y≦0.10 0.001≦Z≦0.010 0.990≦a/b<1.000
(1) A crystal grain of a ceramic that has been made into a semiconductor is represented by the following chemical composition formula (1), and the grain boundary portion is 55 to 84 mol% of Na 2 Ti 3 O 7 B 2 O 3 and Bi 2 O 3 . At least one of 15 to 40 mol% of Cr 2 O 3 and MnO 2 , at least one of 1 to 5 mol%, and a constituent component of a material mixed so as to be 100 mol% in total; Furthermore, A
A semiconductor porcelain composition comprising 0.05 to 0.15% by weight of gO based on the ceramic. (Sr 1-XY Ca X Pb Y) a (Ti 1-Z Nb Z) b O 3 ··· (1) , however, 0 <X ≦ 0.25 0 < Y ≦ 0.10 0.001 ≦ Z ≦ 0.010 0.990 ≦ a / b <1.000
【請求項2】半導体化した後のセラミックスの結晶粒が
下記(1)式を満たし、さらに前記セラミックスのAg
O含有率が0.05〜0.15重量%になるように原料
調合を行い、得られた原料を混合し、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、 Na2 Ti3 7 55〜84mol% B2 3 およびBi2 3 の内少なくとも1種 15〜40mol% Cr2 3 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 PbY a (Ti1-Z NbZ b 3 ・・・(1) ただし、 0<X≦0.25 0<Y≦0.10 0.001≦Z≦0.010 0.990≦a/b<1.000
2. The crystal grains of the ceramic after conversion into a semiconductor satisfy the following formula (1), and the Ag of the ceramic is
Raw materials are prepared so that the O content is 0.05 to 0.15% by weight, and the obtained raw materials are mixed and calcined.
Added sintering aid was fired in a reducing atmosphere and then, Na 2 Ti 3 O 7 55~84mol % B 2 O 3 and Bi 2 O at least one 15~40mol% Cr 2 O 3 of 3 and A method for producing a semiconductor porcelain composition, wherein constituent elements of a material mixed so that a total of 100 mol% of at least one kind of MnO 2 is 1 to 5 mol% is segregated to a grain boundary part by thermal diffusion. (Sr 1-XY Ca X Pb Y) a (Ti 1-Z Nb Z) b O 3 ··· (1) , however, 0 <X ≦ 0.25 0 < Y ≦ 0.10 0.001 ≦ Z ≦ 0.010 0.990 ≦ a / b <1.000
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