JP3317015B2 - 酸化亜鉛バリスタ - Google Patents

酸化亜鉛バリスタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は各種電子機器を異常高電
圧から保護するために用いられる酸化亜鉛バリスタに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、民生機器、産業機器の制御回路の
高度集積化が急速に進展している。
【0003】これらの制御回路に用いられている半導体
電子部品は異常高電圧(サージ)が印加されると破壊さ
れてしまうので、その対策が不可欠なものとなってい
る。この対策として一般にバリスタが用いられており、
中でも酸化亜鉛バリスタは、優れた電圧非直線性、サー
ジ吸収能力を持つことから、各種電子機器を異常高電圧
から保護するために広く利用されている。
【0004】従来より、酸化亜鉛を主成分とするバリス
タ素子の添加物としてガラスフリットを用いた酸化亜鉛
バリスタは広く知られている。また、前記ガラスフリッ
トとしては、例えば特公昭56−22122号公報など
に開示されており、その内容は以下の通りである。
【0005】すなわち酸化亜鉛を主成分とし、副成分と
してBi23が0.1〜6モル%、CoOが0.05〜
10モル%、MnOが0.25〜10モル%、Sb23
が0.1〜6モル%とした酸化亜鉛バリスタの配合原料
に対して、PbO,Al23,CeO2,BaO,Ti
2,SnO2,Ta25,P25,CaO,As23
ZrO2の中から少なくとも一成分以上(ただし、Pb
Oを一成分のみの場合を除く)を含有する硼珪酸亜鉛系
ガラスを0.1〜10重量%添加、混合した後、焼成し
て酸化亜鉛バリスタ素子を得るものであった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記酸化亜鉛バリスタ
は電圧非直線性の優れたものではあるが、近年の各種電
子機器における省エネルギー化、効率化への要望によ
り、電圧非直線性の改善がさらに求められてきた。
【0007】そこで本発明は上述の要求に応え、電圧非
直線性のさらに改善された酸化亜鉛バリスタを提供する
ことを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は酸化亜鉛バリスタ素子を、酸化亜鉛を主成分
とし、副成分として少なくとも酸化ビスマスを含む原料
に、さらに、PbOが30〜60重量%、SiO2が5
〜35重量%、P25が1〜10重量%、B2 3が10
〜40重量%の硼珪酸鉛系ガラスフリットを0.05〜
1.0重量%添加したもので形成するものである。
【0009】
【作用】上記構成により、酸化亜鉛バリスタ素子におい
て、酸化亜鉛粒子間の粒界に、硼珪酸鉛系ガラスフリッ
トが酸素を供給することとなる。この結果、酸化亜鉛粒
子間における粒界の抵抗値は高くなり、その分バリスタ
電圧に達するまでに電極間に流れる漏れ電流は少なくな
り、結論として電圧非直線性の改善された酸化亜鉛バリ
スタが得られるのである。
【0010】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の第1の実施例について詳述
する。
【0011】まず、ガラスフリットの調整について述べ
る。(表1)の組成表に従いPbO,SiO2,B
23、リン酸二水素アンモニウム(NH42PO4)を
25に換算して所定量秤量した。
【0012】
【表1】
【0013】次に、これらをガラス名称毎に、ボールミ
ルにて混合と同時に粉砕し、その後、白金ルツボにて1
000℃〜1500℃の温度条件で溶融し、急冷してガ
ラス化させた。その後、このガラスを粉砕した後、ボー
ルミルにて微粉砕して硼珪酸鉛系ガラスフリットを得
た。また、比較のために、従来の硼珪酸亜鉛系ガラスフ
リットとしてPbOが5重量%、SiO2が10重量
%、B23が30重量%、ZnOが50重量%、P25
が5重量%からなるガラスフリットを同様の手法にて作
製した。
【0014】次に、これらの硼珪酸鉛系ガラスフリット
を、酸化ビスマス(Bi23)、酸化コバルト(Co2
3)、酸化マンガン(MnO2)、酸化ニッケル(Ni
O)、酸化アンチモン(Sb23)、酸化クロム(Cr
23)をそれぞれ0.5モル%をそれぞれ0.1モル
%、Al23を0.005モル%、残りが酸化亜鉛(Z
nO)からなる酸化亜鉛バリスタ原料に所定量添加した
後、純水を加えてボールミルにて20時間混合した。そ
の後、混合した原料を乾燥した後、バインダーを加えて
造粒し、直径15mm、厚さ1.5mmのディスク状に加圧
成形した。次に、この成形体を1100℃〜1300℃
で2時間焼成して図1、図2に示すような酸化亜鉛バリ
スタ焼結体1を得た。この焼結体1の両面に銀ペースト
を直径10mmとなるようスクリーン印刷し、800℃で
10分間焼付けて図1、図2に示すように電極2を形成
し、次に図1、図3に示すようにリード線3をはんだ付
けした後、外周を絶縁樹脂4で被覆して試料を得た。
【0015】このようにして得られた試料の電圧比
【0016】
【外1】
【0017】サージ電流耐量特性を下記の(表2)に示
す。
【0018】
【表2】
【0019】なお、電圧比は直流定電流電源を用いて測
定することにより得た。また、サージ電流耐量特性は標
準波形8/20μS、波高値2500Aの衝撃電流を同
一方向に2回印加し、バリスタ電圧(V1mA)の変化率
を測定することにより得たものであり、その値が従来例
の試料No.1より小さいものが好ましい。さらに、高温
負荷寿命特性は、周囲温度を125℃とし、リード端子
3間に試料のバリスタ電圧の90%の直流電圧を印加し
て行い、500時間後のバリスタ電圧(V1mA)の変化
率を測定したもので、その値が従来例の試料No.1より
小さいものが好ましい。なお、試料数は各ロット10個
である。
【0020】また上記電圧比
【0021】
【外2】
【0022】は従来例の試料No.1より小さい方がバリ
スタ電圧に達するまでの漏れ電流が従来よりも少ないも
のとなるのである。すなわち、V1mAとは1mAの電流
が電極2間に流れるときの電圧(バリスタ電圧)を示
し、
【0023】
【外3】
【0024】も同じく10μAが電極2間に流れるとき
の電圧を示し、
【0025】
【外4】
【0026】の値が小さいものは低い電圧から漏れ電流
が多く流れるもので、好ましくないものとなる。
【0027】(実施例2)以下、本発明の第2の実施例
について詳細に説明する。
【0028】下記の(表3)の組成表に従い、PbO,
SiO2,CeO2,P25,B23を所定量秤量し、上
記実施例1と同様の方法でガラスフリットを作製した。
【0029】
【表3】
【0030】次に、このガラスフリットを用いて上記実
施例1と同様に酸化亜鉛バリスタを作製し、同様の方法
で評価した。この結果を(表4)に示す。
【0031】
【表4】
【0032】(表3)および(表4)に示すように、硼
珪酸鉛系ガラスフリットの有効な添加量の範囲は、酸化
亜鉛バリスタ素子1原料に対して0.1〜1.0重量%
である。この範囲より添加量が少ないと特性への影響が
見られず、この範囲より添加量が多いとサージ電流耐量
特性が悪化する。
【0033】次に、硼珪酸鉛系ガラス組成の電圧比、サ
ージ電流耐量特性への影響を考察する。CeO2量が1
重量%以上の組成系では電圧比は小さくなるが、5重量
%を越えるとサージ電流耐量特性が悪化する。従って、
酸化亜鉛バリスタ素子1配合原料に添加する硼珪酸鉛系
ガラスフリットは、CeO2を1〜5重量%含むことが
必要条件である。
【0034】さらに、電圧比、サージ電流耐量特性はC
eO2含有量のほかにPbO,SiO2,P25,B23
の影響を受けるが、上記実施例1と同様の理由により、
酸化亜鉛バリスタ素子1配合原料に添加する硼珪酸鉛系
ガラスフリットは、PbOが30〜60重量%、SiO
2が5〜35重量%、CeO2が1〜5重量%、P25
1〜10重量%、B23が10〜40重量%であり、か
つP25とB23の重量比(P25/B23)が0.1
〜1.0の範囲の組成であって、その添加量が酸化亜鉛
バリスタ素子1配合原料に対して0.1〜1.0重量%
の範囲が最適であることがわかる。
【0035】(実施例3)以下、本発明の第3の実施例
について詳細に説明する。
【0036】下記の(表5)の組成表に従い、PbO,
SiO2,Pr611,P25,B23を所定量秤量し、
上記実施例1と同様の方法でガラスフリットを作製し
た。
【0037】
【表5】
【0038】次に、このガラスフリットを用いて上記実
施例1と同様に酸化亜鉛バリスタを作製し、同様の方法
で評価した。この結果を(表6)に示す。
【0039】
【表6】
【0040】まず、(表5)および(表6)に示すよう
に、硼珪酸鉛系ガラスフリットの有効な添加量の範囲
は、酸化亜鉛バリスタ素子1原料に対して0.1〜2.
0重量%である。ガラスフリットの添加量が0.1重量
%以上では高温負荷寿命特性が向上し、2.0重量%を
越えるとサージ電流耐量特性が悪化する。
【0041】よって、酸化亜鉛バリスタ素子1配合原料
に添加する硼珪酸鉛系ガラスフリットの添加量は、0.
1〜2.0重量%の範囲が最適であることがわかる。
【0042】次に、硼珪酸鉛系ガラス組成の電圧比、サ
ージ電流耐量特性への影響を考察する。Pr611量が
0.1重量%以上の組成系では電圧比は小さくなるが、
5.0重量%を越えるとサージ電流耐量特性が悪化す
る。従って、酸化亜鉛バリスタ素子1配合原料に添加す
る硼珪酸鉛系ガラスフリットは、Pr611を0.1〜
5.0重量%含むことが必要条件である。
【0043】さらに、電圧比、サージ電流耐量特性はP
611含有量のほかにPbO,SiO2,P25,B2
3の影響を受けるが、上記実施例1と同様の理由によ
り、酸化亜鉛バリスタ素子1配合原料に添加する硼珪酸
鉛系ガラスフリットは、PbOが30〜60重量%、S
iO2が5〜35重量%、Pr611が0.1〜5.0重
量%、P25が1〜10重量%、B23が10〜40重
量%であり、かつP25とB23の重量比(P25/B
23)が0.1〜2.0の範囲の組成であって、その添
加量が酸化亜鉛バリスタ素子1配合原料に対して0.1
〜1.0重量%の範囲が最適であることがわかる。
【0044】なお、上記実施例においては、硼珪酸鉛系
ガラスの原料として酸化鉛、酸化珪素、酸化硼素、酸化
セリウム、酸化プラセオジム、リン酸二水素アンモニウ
ムをPbO,SiO2,B23,CeO2,Pr611
NH42PO4の形で用いたが、他の酸化物、炭酸塩、
アンモニウム塩などの形で用いても同様の効果が得られ
た。また、前記ガラスフリットの粒径は0.1〜30μ
mの範囲であればその効果に変わりはない。
【0045】
【発明の効果】以上、本発明によると酸化亜鉛バリスタ
素子において、酸化亜鉛粒子間の粒界に、硼珪酸鉛系ガ
ラスフリットが酸素を供給する。
【0046】この結果、酸化亜鉛粒子間において粒界の
抵抗値が高くなり、バリスタ電圧に達するまでに電極間
に流れる漏れ電流が減少し、電圧非直線性の優れた酸化
亜鉛バリスタを得ることができる。
【0047】さらに、本発明の酸化亜鉛バリスタは、サ
ージ電流耐量特性、および高温負荷寿命特性に優れてい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における酸化亜鉛バリスタの
断面図
【図2】本発明の一実施例における酸化亜鉛バリスタの
断面図
【図3】本発明の一実施例における酸化亜鉛バリスタの
正面図
【符号の説明】
1 酸化亜鉛バリスタ素子 2 電極 3 リード線 4 絶縁樹脂

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化亜鉛バリスタ素子と、前記酸化亜鉛
    バリスタ素子の上下両面に設けた電極とを備え、前記酸
    化亜鉛バリスタ素子は酸化亜鉛を主成分とし、副成分と
    して少なくとも酸化ビスマスを含む酸化亜鉛バリスタの
    配合原料に対して、PbOが30〜60重量%、SiO
    2が5〜35重量%、P25が1〜10重量%、B23
    が10〜40重量%である硼珪酸鉛系ガラスフリットを
    0.05〜1.0重量%添加したもので形成された酸化
    亜鉛バリスタ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の硼珪酸鉛系ガラスフリッ
    トに代えて、PbOが30〜60重量%、SiO2が5
    〜35重量%、CeO2が1〜5重量%、P25が1〜
    10重量%、B23が10〜40重量%である硼珪酸鉛
    系ガラスフリットを0.1〜1.0重量%添加すること
    を特徴とする請求項1記載の酸化亜鉛バリスタ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の硼珪酸鉛系ガラスフリッ
    トに代えて、PbOが30〜60重量%、SiO2が5
    〜35重量%、Pr611が0.1〜5.0重量%、P2
    5が1〜10重量%、B23が10〜40重量%であ
    る硼珪酸鉛系ガラスフリットを、0.1〜2.0重量%
    添加することを特徴とする請求項1記載の酸化亜鉛バリ
    スタ。
  4. 【請求項4】 硼珪酸鉛系ガラスフリット中のP25
    23の重量比(P25/B23)が0.1〜1.0で
    ある請求項1、請求項2または請求項3記載の酸化亜鉛
    バリスタ。
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