JPH0423402A - 電圧非直線抵抗素子 - Google Patents
電圧非直線抵抗素子Info
- Publication number
- JPH0423402A JPH0423402A JP2128223A JP12822390A JPH0423402A JP H0423402 A JPH0423402 A JP H0423402A JP 2128223 A JP2128223 A JP 2128223A JP 12822390 A JP12822390 A JP 12822390A JP H0423402 A JPH0423402 A JP H0423402A
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- Japan
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- voltage
- sintered body
- resistance
- resistance element
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は酸化亜鉛を主成分とする低電圧回路用電圧非
直線抵抗素子に係り、特に酸化亜鉛焼結体と金属電極間
の接触層に関する。
直線抵抗素子に係り、特に酸化亜鉛焼結体と金属電極間
の接触層に関する。
ＺｎＯを主成分としこれに微量の添加物を加えて混合し
た後焼結して作られるセラミックスは、優れた電圧非直
線性を示すことが知られており、電気回路における異常
電圧（サージ）を制御するためのバリスタとして広く実
用に供されている。このようなバリスタは第３図に示す
工程に従って製造される。
た後焼結して作られるセラミックスは、優れた電圧非直
線性を示すことが知られており、電気回路における異常
電圧（サージ）を制御するためのバリスタとして広く実
用に供されている。このようなバリスタは第３図に示す
工程に従って製造される。
ＺｎＯバリスタの電圧非直線性は、ＺｎＯ結晶粒の粒界
に形成される二重ショットキー障壁に起因するものであ
る。実用的なバリスタにおいては、ＺｎＯ結晶粒が結合
して形成される粒界１層当たりのバリスタ電圧は結晶粒
径の大きさにかかわらずほぼ一定であり、その値は２Ｖ
程度である。（バリスタ電圧とは、バリスタに１ｍＡの
電流を流したときの端子間電圧で、通常Ｖ ｌ ｆｆ１
Ａで表される。）したがって、電圧非直線抵抗素子のバ
リスタ電圧はＺｎＯ焼結体の対向する面上に設けられた
電極間に存在する粒界層の数によって決定される。
に形成される二重ショットキー障壁に起因するものであ
る。実用的なバリスタにおいては、ＺｎＯ結晶粒が結合
して形成される粒界１層当たりのバリスタ電圧は結晶粒
径の大きさにかかわらずほぼ一定であり、その値は２Ｖ
程度である。（バリスタ電圧とは、バリスタに１ｍＡの
電流を流したときの端子間電圧で、通常Ｖ ｌ ｆｆ１
Ａで表される。）したがって、電圧非直線抵抗素子のバ
リスタ電圧はＺｎＯ焼結体の対向する面上に設けられた
電極間に存在する粒界層の数によって決定される。
ところで、ＺｎＯバリスタの電極には、銀、アルミニウ
ムが用いられるが、避雷器用のＺｎＯ素子以外は銀ペー
ストを焼付けてこれを電極とするのが一般的である。こ
の場合銀電極とＺｎＯ焼結体界面にショットキー障壁が
形成され１ｍＡの電流をながしたときに電極／ＺｎＯ焼
結体界面のショットキー障壁により約３Ｖの電圧が発生
する。したがって、この電極／ＺｎＯ焼結体界面障壁は
バリスタ電圧が低くなるほど、無視できなくなってくる
。
ムが用いられるが、避雷器用のＺｎＯ素子以外は銀ペー
ストを焼付けてこれを電極とするのが一般的である。こ
の場合銀電極とＺｎＯ焼結体界面にショットキー障壁が
形成され１ｍＡの電流をながしたときに電極／ＺｎＯ焼
結体界面のショットキー障壁により約３Ｖの電圧が発生
する。したがって、この電極／ＺｎＯ焼結体界面障壁は
バリスタ電圧が低くなるほど、無視できなくなってくる
。
例えばＤＣ１２Ｖ回路にＺｎＯｎツバクを適用する場合
、回路電圧の変動などを考慮してバリスタ電圧は一般に
２２Ｖのものが使用されるが、前述のように粒界１層当
たりのバリスタ電圧は約２Ｖであるからこの素子の対向
する電極間に１１層の粒界が存在することになる。とこ
ろが上述の電極／ Ｚ ｎ Ｏ焼結体界面障壁のため、
ＺｎＯ焼結体の粒界が有するバリスタ電圧と電極／焼結
体界面が有するバリスタ電圧の合計を２２Ｖとしなけれ
ばならない。このため実際にはバリスタ電圧が低くなる
につれて、焼結体の粒界の数から求められるバリスタ電
圧と実測したバリスタ電圧間の差が大きくなるので焼結
体の粒界の数を減らさなければならない。このために焼
結体厚さを減らすと（１）焼結体の機械的強度が低下す
る（２）雷サージ、開閉サージなどのサージエネルギの
吸収能力（サージ耐量）は焼結体の体積に比例するので
サージ耐量特性が低下するなどの問題があった。
、回路電圧の変動などを考慮してバリスタ電圧は一般に
２２Ｖのものが使用されるが、前述のように粒界１層当
たりのバリスタ電圧は約２Ｖであるからこの素子の対向
する電極間に１１層の粒界が存在することになる。とこ
ろが上述の電極／ Ｚ ｎ Ｏ焼結体界面障壁のため、
ＺｎＯ焼結体の粒界が有するバリスタ電圧と電極／焼結
体界面が有するバリスタ電圧の合計を２２Ｖとしなけれ
ばならない。このため実際にはバリスタ電圧が低くなる
につれて、焼結体の粒界の数から求められるバリスタ電
圧と実測したバリスタ電圧間の差が大きくなるので焼結
体の粒界の数を減らさなければならない。このために焼
結体厚さを減らすと（１）焼結体の機械的強度が低下す
る（２）雷サージ、開閉サージなどのサージエネルギの
吸収能力（サージ耐量）は焼結体の体積に比例するので
サージ耐量特性が低下するなどの問題があった。
また、電極／焼結体界面のショットキー障壁は、ＺｎＯ
焼結体自身の粒界に存在する ショットキー障壁に比ベ
サージ耐量が低いので、バリスタ電圧が低くなるほどサ
ージによるバリスタ電圧の変化量が大きくなるという欠
点があり、さらに電極／焼結体界面に形成されるショッ
トキー障壁は、組立工程例えばハンダ付工程、樹脂モー
ルド・工程で変動しやすくバリスタ電圧の工程管理が困
難になるという問題があった。
焼結体自身の粒界に存在する ショットキー障壁に比ベ
サージ耐量が低いので、バリスタ電圧が低くなるほどサ
ージによるバリスタ電圧の変化量が大きくなるという欠
点があり、さらに電極／焼結体界面に形成されるショッ
トキー障壁は、組立工程例えばハンダ付工程、樹脂モー
ルド・工程で変動しやすくバリスタ電圧の工程管理が困
難になるという問題があった。
この発明は上述の点に鑑みてなされたものでその目的は
焼結体と金属電極間のショットキバリアをなくすことに
より、機械的強度、サージ耐量に優れ、組立工程での特
性変動が少なく工程管理も容易な低電圧用電圧非直線抵
抗素子を提供することにある。
焼結体と金属電極間のショットキバリアをなくすことに
より、機械的強度、サージ耐量に優れ、組立工程での特
性変動が少なく工程管理も容易な低電圧用電圧非直線抵
抗素子を提供することにある。
上述の目的はこの発明によれば、酸化亜鉛の粉末と電圧
非直線性を生じさせる微量の添加物粉末とを混合し焼成
した焼結体に金属電極を配してなる電圧非直線抵抗素子
において、前記焼結体と金属電極との間に設けられたＣ
ｒ、 Ｍｎ、 Ｆｅ、 Ｚｎ、 ５ｎＴｊ２の少なくと
も １つの元素からなる接触層を備えることにより達成
される。
非直線性を生じさせる微量の添加物粉末とを混合し焼成
した焼結体に金属電極を配してなる電圧非直線抵抗素子
において、前記焼結体と金属電極との間に設けられたＣ
ｒ、 Ｍｎ、 Ｆｅ、 Ｚｎ、 ５ｎＴｊ２の少なくと
も １つの元素からなる接触層を備えることにより達成
される。
接触層はＣｒ 、 Ｍｎ、 Ｆｅ、 Ｚｎ、 Ｓｎ、
Ｔｆ！の熱拡散。
Ｔｆ！の熱拡散。
イオンインプランテーションにより焼結体に直接的に形
成する他、スパッタ法やＣｒ、 Ｍｎ、 Ｆｅ、 Ｚｎ
。
成する他、スパッタ法やＣｒ、 Ｍｎ、 Ｆｅ、 Ｚｎ
。
Ｓｎ、ＴＡを含む酸化亜鉛を塗布する方法等によって形
成することができる。
成することができる。
酸化亜鉛にＣｒ 、 Ｍｎ、 Ｒｅ、 Ｚｎ、 Ｓｎ、
Ｔｆｌの少なくとも１つを導入した接触層は電子濃度
が高く、低抵抗層であるので、酸化亜鉛と金属電極間の
ショットキバリアが消滅ないしは微小となる。
Ｔｆｌの少なくとも１つを導入した接触層は電子濃度
が高く、低抵抗層であるので、酸化亜鉛と金属電極間の
ショットキバリアが消滅ないしは微小となる。
次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第２図にこの発明の実施例に係る抵抗素子の製造工程が
示される。まずＺｎＯ粉末にＰｒ、 Ｃｏ、 Ｂなど
を酸化物などの化合物の形で適量添加したあと混合、造
粒しＺｎＯバリスタ用造粒粉が調製される。
示される。まずＺｎＯ粉末にＰｒ、 Ｃｏ、 Ｂなど
を酸化物などの化合物の形で適量添加したあと混合、造
粒しＺｎＯバリスタ用造粒粉が調製される。
この造粒粉を直径１７ｍｍの金型を使用して厚さ１．２
５ｍｍの円板状に成形する。次いでこの成形体を酸化性
雰囲気中において１３５０℃の温度で４ｈ焼成する。得
られた焼結体の大きさは直径１４ｍｍ、厚さ１、 Ｑｍ
ｍであった。
５ｍｍの円板状に成形する。次いでこの成形体を酸化性
雰囲気中において１３５０℃の温度で４ｈ焼成する。得
られた焼結体の大きさは直径１４ｍｍ、厚さ１、 Ｑｍ
ｍであった。
実施例１
上記のようにして作られた焼結体の対向する両生面上に
硝酸亜鉛Ｚｎ５Ｌ・７Ｈ２０をアセチルアセトンに溶解
した溶液を塗布し乾燥後７００℃で４ｈ熱処理し、Ｚｎ
をＺｎＯ焼結体中に拡散させた。Ｚｎを拡散させた面の
表面抵抗は１ｍへの電流を流した時に１にΩ以下であっ
た。Ｚｎを拡散させない時には２０にΩ以上である。
硝酸亜鉛Ｚｎ５Ｌ・７Ｈ２０をアセチルアセトンに溶解
した溶液を塗布し乾燥後７００℃で４ｈ熱処理し、Ｚｎ
をＺｎＯ焼結体中に拡散させた。Ｚｎを拡散させた面の
表面抵抗は１ｍへの電流を流した時に１にΩ以下であっ
た。Ｚｎを拡散させない時には２０にΩ以上である。
上記処理をした焼結体に銀ペーストを塗布後、焼付けて
ハリスフを構成した。第１図に模式断面図が示される。
ハリスフを構成した。第１図に模式断面図が示される。
続いてバリスフ特性を測定した。
さらに組立後のバリスフ特性も評価した。結果が第
表
第１表にはＶ ＩＩＩＩＡ、 ＶｌｍＡの変動係数、電
流１００μＡ〜１ｍＡ領域における電圧非直線係数αを
、電極づけ後、組立後について従来法と比較して示した
。さらに参考データとしてＺｎＯ焼結体とショットキー
障壁を形成しないＩｎ−Ｇａ電極を用いたときの特性も
併せて示した。この結果から本発明の方法によると電極
づけ後と組立後の特性変動はなく、従来法に比べ優れて
いることがわかる。
流１００μＡ〜１ｍＡ領域における電圧非直線係数αを
、電極づけ後、組立後について従来法と比較して示した
。さらに参考データとしてＺｎＯ焼結体とショットキー
障壁を形成しないＩｎ−Ｇａ電極を用いたときの特性も
併せて示した。この結果から本発明の方法によると電極
づけ後と組立後の特性変動はなく、従来法に比べ優れて
いることがわかる。
第２表はサージを加えたときの組立後におけるサージ耐
量（Ａ）を示しである。ただしサージ耐量は８／２０μ
Ｓ標準電流パルスを素子に２分間隔で２回流した後のＶ
ｌｍＡの変化率が±１０％となる電流で規定した。
量（Ａ）を示しである。ただしサージ耐量は８／２０μ
Ｓ標準電流パルスを素子に２分間隔で２回流した後のＶ
ｌｍＡの変化率が±１０％となる電流で規定した。
第 ２ 表
第２表から明らかなように、本発明方法の方が優れてい
ることがわかる。この理由は次のように考えられる。即
ち、焼結体そのもののサージ耐量は１２００ＯＡである
が、従来の素子では電極／焼結体界面に形成される障壁
がサージにより変化しやすいためＶ ＋ ｍ ｓが２０
Ｖ素子の場合、電極／焼結体界面障壁が２Ｖ変化すると
１０％の変化となるからである。このようにバリスタ電
圧が低くなればなるほど従来方法で作製されたＺｎＯバ
リスク素子のサージ耐量は見掛は上低くなるという欠点
が解消される。
ることがわかる。この理由は次のように考えられる。即
ち、焼結体そのもののサージ耐量は１２００ＯＡである
が、従来の素子では電極／焼結体界面に形成される障壁
がサージにより変化しやすいためＶ ＋ ｍ ｓが２０
Ｖ素子の場合、電極／焼結体界面障壁が２Ｖ変化すると
１０％の変化となるからである。このようにバリスタ電
圧が低くなればなるほど従来方法で作製されたＺｎＯバ
リスク素子のサージ耐量は見掛は上低くなるという欠点
が解消される。
次に、ＺｎＯに塗布、拡散するＺｎの濃度を種々変えて
形成し、組立後のバリスフ特性を測定した。
形成し、組立後のバリスフ特性を測定した。
その結果が第４図である。第４図から明らかなようにＺ
ｎの濃度が１００ａ１００ａｔを超えるあたりからＶ
ＩｍＡが２０Ｖと良好な値が得られた。
ｎの濃度が１００ａ１００ａｔを超えるあたりからＶ
ＩｍＡが２０Ｖと良好な値が得られた。
なお、上述した実施例ではＺｎを塗布、拡散する方法に
ついて述べたが、同様な効果はＳｎ、 Ｒｅ、 Ｍｎ。
ついて述べたが、同様な効果はＳｎ、 Ｒｅ、 Ｍｎ。
Ｃｒ Ｔβ元素でも確認された。その結果を第３表。
第４表に示す。
第３表
第３表には接触層を形成する各種元素のＺｎＯのＺｎに
対する元素濃度とバリスタ電圧Ｖ１□Ａの関係を示しで
ある。これら元素を１００ａ１００ａｔ以上含有するよ
うにすれば本発明の得ようとする効果が得られるのが容
易に理解できる。しかし、１０００１０００ａｔを超え
ると接触層が金属化し、この部分にショットキー障壁が
生じる可能性があるため１０００１０００ａｔ未満とす
るのが好ましい。
対する元素濃度とバリスタ電圧Ｖ１□Ａの関係を示しで
ある。これら元素を１００ａ１００ａｔ以上含有するよ
うにすれば本発明の得ようとする効果が得られるのが容
易に理解できる。しかし、１０００１０００ａｔを超え
ると接触層が金属化し、この部分にショットキー障壁が
生じる可能性があるため１０００１０００ａｔ未満とす
るのが好ましい。
第４表
第４表には濃度１０ Ｄ ａ ｔｍｐｐｍ時の各種元素
による接触層の厚さとサージ耐量（Ａ）の関係を示しで
ある。これら各種元素において、１０００ Ａ以上で良
好なサージ耐量が得られ、２０００Å以上としても同様
の効果が得られた。しかし、５００人と接触層が薄いと
、焼結体の空孔、密度の違いにより均一に接触層が形成
されずに島状となり、部分的にサージ耐量にむらが生じ
、サージ耐量が低い。また、焼結体の粒界１層は用途に
応じて、５μｍ〜８０μｍにするが、この粒界の径を超
える様な接触層を形成すると、逆にバリスフ電圧が下が
ってしまうので、焼結体の粒径以下の接触層厚とするの
が好ましい。
による接触層の厚さとサージ耐量（Ａ）の関係を示しで
ある。これら各種元素において、１０００ Ａ以上で良
好なサージ耐量が得られ、２０００Å以上としても同様
の効果が得られた。しかし、５００人と接触層が薄いと
、焼結体の空孔、密度の違いにより均一に接触層が形成
されずに島状となり、部分的にサージ耐量にむらが生じ
、サージ耐量が低い。また、焼結体の粒界１層は用途に
応じて、５μｍ〜８０μｍにするが、この粒界の径を超
える様な接触層を形成すると、逆にバリスフ電圧が下が
ってしまうので、焼結体の粒径以下の接触層厚とするの
が好ましい。
なお、実施例では円板状焼結体について示したが本発明
の効果は形状によらず、また対向する電極の場合のみな
らず二つの電極を同一平面上に設けたときにも確かめら
れる。
の効果は形状によらず、また対向する電極の場合のみな
らず二つの電極を同一平面上に設けたときにも確かめら
れる。
さらに実施例においては、接触層を塗布、熱処理により
形成することについて説明してきたが、接触層の形成手
段としてはこれに限らず、熱拡散。
形成することについて説明してきたが、接触層の形成手
段としてはこれに限らず、熱拡散。
イオンインプランテーション、スパッタ法、蒸着あるい
はＣＶＤ法などによってもよい。
はＣＶＤ法などによってもよい。
この発明によれば酸化亜鉛の粉末と電圧非直線性を生じ
させる微量の添加物粉末とを混合し焼成した焼結体に金
属電極を配してなる電圧非直線抵抗素子において、前記
焼結体と金属電極との間に設けられたＣｒ 、 Ｍｎ、
Ｆｅ、 Ｚｎ、 Ｓｎ、 Ｔβの少なくとも１つの元
素からなる接触層を備えるので低い抵抗の接触層が焼結
体と金属電極の間に介在しその結果焼結体と金属電極と
の間のショットキーバリアが消滅ないしは微小となって
機械的強度とサージ耐量に優れかつ製造上の工程管理の
容易な電圧非直線抵抗素子が得られる。
させる微量の添加物粉末とを混合し焼成した焼結体に金
属電極を配してなる電圧非直線抵抗素子において、前記
焼結体と金属電極との間に設けられたＣｒ 、 Ｍｎ、
Ｆｅ、 Ｚｎ、 Ｓｎ、 Ｔβの少なくとも１つの元
素からなる接触層を備えるので低い抵抗の接触層が焼結
体と金属電極の間に介在しその結果焼結体と金属電極と
の間のショットキーバリアが消滅ないしは微小となって
機械的強度とサージ耐量に優れかつ製造上の工程管理の
容易な電圧非直線抵抗素子が得られる。
第１図はこの発明の実施例に係る電圧非直線抵抗素子を
示す模式断面図、第２図はこの発明の実施例に係る抵抗
素子の製造工程を示す流れ図、第３図は従来の素子の製
造工程を示す流れ図、第４図はＺｎａ度とバリスフ電圧
との関係を示す特性図である。 Ａ。 金属電極、 ２Ａ。 Ｂ 接触層、
示す模式断面図、第２図はこの発明の実施例に係る抵抗
素子の製造工程を示す流れ図、第３図は従来の素子の製
造工程を示す流れ図、第４図はＺｎａ度とバリスフ電圧
との関係を示す特性図である。 Ａ。 金属電極、 ２Ａ。 Ｂ 接触層、
Claims (1)
- １）酸化亜鉛の粉末と電圧非直線性を生じさせる微量の
添加物粉末とを混合し焼成した焼結体に金属電極を配し
てなる電圧非直線抵抗素子において、前記焼結体と金属
電極との間に設けられたＣｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ
，Ｔｌの少なくとも１つの元素からなる接触層を備える
ことを特徴とする電圧非直線抵抗素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2128223A JPH0423402A (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | 電圧非直線抵抗素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2128223A JPH0423402A (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | 電圧非直線抵抗素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0423402A true JPH0423402A (ja) | 1992-01-27 |
Family
ID=14979542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2128223A Pending JPH0423402A (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | 電圧非直線抵抗素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0423402A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6005338A (en) * | 1996-04-18 | 1999-12-21 | Matsushita Electronics Corporation | Cathode-ray tube and process for producing the same |
| CN104051096A (zh) * | 2013-05-03 | 2014-09-17 | 湖北文理学院 | 压敏电阻器组合块 |
-
1990
- 1990-05-18 JP JP2128223A patent/JPH0423402A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6005338A (en) * | 1996-04-18 | 1999-12-21 | Matsushita Electronics Corporation | Cathode-ray tube and process for producing the same |
| CN104051096A (zh) * | 2013-05-03 | 2014-09-17 | 湖北文理学院 | 压敏电阻器组合块 |
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