JPH05283209A - 積層型バリスタ - Google Patents

積層型バリスタ

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JPH05283209A
JPH05283209A JP4112086A JP11208692A JPH05283209A JP H05283209 A JPH05283209 A JP H05283209A JP 4112086 A JP4112086 A JP 4112086A JP 11208692 A JP11208692 A JP 11208692A JP H05283209 A JPH05283209 A JP H05283209A
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JP
Japan
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varistor
voltage
sintered body
oxide
laminated
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Withdrawn
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JP4112086A
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English (en)
Inventor
Akiyoshi Nakayama
晃慶 中山
Kazuyoshi Nakamura
和敬 中村
Yasunobu Yoneda
康信 米田
Yukio Sakabe
行雄 坂部
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気的特性の悪化を回避しながら、内部電極
に採用される金属材料のコストを低減できる積層型バリ
スタを提供する。 【構成】 半導体セラミクスからなる焼結体4の内部に
内部電極3を埋設して積層型バリスタ1を構成する場合
に、上記焼結体4に、ZnOを主成分とし、これにPr
の酸化物をPrに換算して0.05〜5モル%含有してなる
セラミクス材料を採用する。これにより内部電極に安価
な銀パラジウム合金の採用を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧非直線抵抗体とし
て機能する積層型バリスタに関し、特に電気的特性を悪
化させることなく、内部電極に採用される金属材料のコ
ストを低減できるようにした構造に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、印加電圧に応じて抵抗値が非直
線的に変化するバリスタは、サージ吸収素子,電圧安定
化素子として広く採用されている。このようなバリスタ
の電気的特性は、 I/i=(V/Vi)a で表される。 上記Iは素子に流れる電流,Vは印加電圧,Viは素子
にiAの電流が流れたときの端子間電圧で、通常1mAの
値をとりバリスタ電圧V1mA と称されている。また、上
記aは電圧非直線係数であり、バリスタを電気回路に組
み込んだ際に電圧がいかに制御されるかを示すもので、
このa値が大きいほど電圧制御に優れている。
【0003】また、近年の通信機等に採用される電子機
器の分野においては、小型化,IC化,集積化が急速に
進んでおり、これに伴ってバリスタにおいても実装密度
の向上を図るための超小型化,あるいは低電圧化の要求
が強くなっている。このような要求に対応するものとし
て、従来、積層型バリスタが提案されている(例えば、
特公昭58-23921号公報参照) 。この積層型バリスタは、
半導体セラミクスからなる焼結体の内部に複数の内部電
極を埋設し、各内部電極の一端面を焼結体の両端面に交
互に露出するとともに、この両端面に外部電極を形成し
て構成されている。上記積層型バリスタによれば、半導
体セラミクス層の結晶粒子を巨大に成長させることなく
内部電極間の粒子数を少なくすることが可能であること
から、動作電圧の低電圧化が実現でき、小型化にも対応
できる。ここで、上記焼結体には酸化亜鉛を主成分と
し、これに電圧非直線特性を発現させるビスマスの酸化
物を添加してなるセラミクス材料を採用し、また内部電
極には焼成温度,電気的特性を考慮して白金を採用する
のが一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
積層型バリスタでは、内部電極に貴金属の白金を採用す
ることから、材料コストが上昇するという問題がある。
【0005】ここで、材料コストを低減するために白金
に代わるものとして、銀パラジウム合金を採用すること
が考えられる。しかしながら、この銀パラジウム合金を
採用すると、焼成時にパラジウムとビスマスとが反応
し、これにより酸化パラジウムが高抵抗相を形成し、そ
の結果バリスタ電圧,非直線係数等の電気的特性が悪化
するという問題が生じることから、このままでは採用で
きない。
【0006】本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされ
たもので、銀パラジウム合金を内部電極として採用する
際の電気的特性の悪化を回避でき、ひいては材料コスト
を低減できる積層型バリスタを提供することを目的とし
ている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本件発明者らは、ビスマ
スに代わる副添加物を見出すべき鋭意検討したところ、
プラセオジウムに着目した。そしてこのプラセオジウム
の酸化物を主成分の酸化亜鉛に添加し、これと銀パラジ
ウム合金とともに焼成したところ、銀パラジウム合金が
焼結体中に拡散しない焼成温度範囲において、パラジウ
ムとプラセオジウムとの反応は全くみられなかった。し
かもこのバリスタ素子の電気的特性を測定したところ、
内部電極に白金を用いた従来の積層型バリスタとほとん
ど同様の結果が得られた。これは、上記プラセオジウム
には、ビスマスと同様に結晶粒界にアクセプター準位を
形成する働きがあるものと思われる。このことから内部
電極に銀パラジウム合金の採用を可能にできることを見
出し、本発明を成したものである。
【0008】そこで本発明は、半導体セラミクスからな
る焼結体の内部に内部電極を埋設してなる積層型バリス
タにおいて、上記焼結体が、ZnOを主成分とし、これ
にPrの酸化物をPrに換算して0.05〜5モル%含有し
てなるセラミクス材料により構成されていることを特徴
としている。
【0009】ここで、上記Prの添加量を限定した理由
について説明する。Prの添加量が0.05mol %より少な
いと、結晶粒界に十分に酸素が拡散しなくなることか
ら、漏れ電流が大きくなってサージ耐量が低下したり,
電圧非直線係数が小さくなったりするからである。ま
た、上記添加量が5mol %を越えると、焼結体の結晶粒
子が成長しなくなり、その結果バリスタ電圧が著しく高
くなるからである。
【0010】また、本発明は、上記Pr以外に、希土類
として例えばLa,Ce,Nd,Pm,Sm,Em,G
d,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,S
c,Y等を添加したものも含まれる。
【0011】
【作用】本発明の積層型バリスタによれば、焼結体に、
酸化亜鉛にプラセオジウム酸化物を添加してなるセラミ
クス材料を採用したので、上述のように内部電極に銀パ
ラジウム合金を採用した場合の焼成時の反応による高抵
抗相の形成を回避しながら、白金を採用した場合とほと
んど同様の電気的特性が得られる。その結果、内部電極
に採用される金属材料のコストを低減でき、安価な部品
を提供できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明す
る。図1及び図2は本発明の一実施例による積層型バリ
スタを説明するための図である。図において、1は本実
施例の積層型バリスタである。このバリスタ1は直方体
状のもので、半導体セラミクス層2と内部電極3とを交
互に積層するとともに、これの最上部,最下部にダミー
としてのセラミック層6を重ねて積層し、この積層体を
一体焼結して焼結体4を形成して構成されており、上記
焼結体4の各内部電極3間に挟まれた部分が電圧非直線
特性を発現する半導体セラミクス層2となっている。
【0013】また、上記各内部電極3の一端面3aは焼
結体4の左, 右端面4a,4bに交互に露出されてお
り、残りの他の端面はセラミック層2の内側に位置して
焼結体4内に封入されている。さらに、上記焼結体4の
左, 右端面4a,4bには外部電極5が形成されてお
り、該外部電極5は上記内部電極3の一端面3aに電気
的に接続されている。
【0014】また、上記各内部電極3には、Ag−Pd
合金が採用されており、上記外部電極5にはAgが採用
されている。そして、上記焼結体4にはZnOを主成分
とし、これにPrの酸化物を添加してなるセラミクス材
料が採用されており、このPr酸化物の添加量はPrに
換算して0.05〜5モル%の範囲内となっている。
【0015】本実施例の積層型バリスタ1によれば、主
成分のZnOに、Pr酸化物を所定量含有してなるセラ
ミクス材料を採用したので、電気的特性の悪化を回避し
ながら、内部電極3に白金に比べて安価なAg−Pd合
金を採用でき、それだけ材料コストを低減できる。
【0016】次に本実施例の積層型バリスタ1の一製造
方法について説明する。まず、主成分材料である酸化亜
鉛(ZnO)95.65 〜92.70 mol %に対して、酸化コバ
ルト(Co3 4 ),酸化マグネシウム(MgO),及
び酸化プラセオジウム(Pr6 11)を、それぞれC
o,Mg,Prに換算して2.0 mol %, 0.2 mol %,0.1
mol % ,0.05〜5mol %の組成比率となるよう秤量し、
これに硼素, 珪素, 亜鉛からなるガラスフリットを全体
の1wt%となるように添加してセラミクス原料を作成す
る。
【0017】次に、上記セラミクス原料をイオン交換水
を用いて24時間混合する。この混合粉をろ過・乾燥した
後、800 ℃で2 時間仮焼成し、この後再びボールミルで
充分粉砕し、ろ過・乾燥した仮焼成粉を形成する。これ
にブチラール系の有機バインダを混合してドクタ・ブレ
ード法により厚さ約50μm のグリーンシートを形成し、
このグリーンシートを矩形状に切断して多数のセラミク
ス層2,6を形成する。
【0018】次に、Ag:Pd=7:3からなる銀パラ
ジウム合金にビヒクルを混合してなる電極ペーストを作
成し、該ペーストを上記セラミクス層2の上面にスクリ
ーン印刷して内部電極3を形成する。この内部電極3
は、これの一端面3aのみがセラミクス層2の外縁に位
置し、残りの端面が内側に位置するよう形成する。
【0019】次いで、図2に示すように、上記セラミク
ス層2と内部電極3とが交互に重なり、かつ各内部電極
3の一端面3aが交互に位置するように積層し、さらに
これの上面,下面にダミーとしてのセラミクス層6を重
ねる。次いでこれの積層方向に2t/cm2の圧力で圧着し
て積層体を形成し、これを所定寸法に切断する。
【0020】次に、上記積層体を空気中にて950 ℃で2
時間焼成し、焼結体4を得る。この後、上記焼結体4の
左, 右端面4a,4bにAgペーストを塗布し、これを
600℃で焼き付けて外部電極5を形成する。これにより
本実施例の積層型バリスタ1が製造される。
【0021】
【表1】
【0022】表1は上記製造方法により得られた積層型
バリスタの効果を確認するために行った特性試験結果を
示す。この試験は、内部電極に銀パラジウム合金(表
中、#印で示す)を採用するとともに、酸化プラセオジ
ウムを0〜10.0mol %の範囲で変化させて多数の試料N
o. 1〜No. 12を作成した。そして、この各試料No.
1〜12のバリスタ電圧(V1mA ),電圧非直線係数
(a),IR(MΩ),制限電圧(V15A ),及びサー
ジ耐量(A)を測定した。上記IRはバリスタ電圧の50
%の電圧を印加したときの抵抗値であり、制限電圧は15
A の電流を流したときの端子間電圧値である。また上記
サージ耐量は各試料に8/20 μsec の標準インパルス電
流を5分間隔で2回印加した後のバリスタ電圧の変化率
ΔV1mA が±10%以内となる最大電流波高値である。ま
た、比較するために、ビスマスを添加してなる焼結体に
内部電極として白金を埋設してなる従来試料No. 13に
ついても同様の測定を行った。さらに、ビスマスを添加
してなる焼結体に内部電極として銀パラジウム合金(Ag/
Pd=7/3)を埋設してなる比較試料No. 14についても同
様の測定を行った。
【0023】表1からも明らかなように、比較試料No.
14の場合は、焼成時に内部電極のパラジウムとビスマ
スとの反応により高抵抗相が形成されており、バリスタ
電圧,制限電圧が異常に上昇し、サージ耐量(5A以
下)とともに測定が不能となっている。また、酸化プラ
セオジウムの添加量が0〜0.03mol %の試料No. 1〜3
の場合は、抵抗値が0.53〜0.96MΩと低く漏れ電流が大
きくなっており、電圧非直線係数も16〜26と小さくなっ
ている。一方、酸化プラセオジウムの添加量が7.0 ,10.
0mol%の試料No. 11,12の場合は、バリスタ電圧が
20.9,27.7V、制限電圧が50.2,74.8Vと著しく上昇してい
る。これに対して、酸化プラセオジウムが0.05〜5.0 mo
l %の範囲内の試料No. 4 〜10の場合は、バリスタ電
圧が12.6〜9.4V、電圧非直線係数が45〜56、IRが2.10
〜2.78M Ω、制限電圧が14.1〜21.4V 、サージ耐量が12
0 〜160Aといずれも満足できる値が得られており、内部
電極に白金を用いた従来試料No. 13とほとんど同様の
電気的特性が得られていることがわかる。
【0024】なお、上記実施例では、主成分材料である
酸化亜鉛に酸化プラセオジウムを添加するとともに、副
成分として酸化コバルト,酸化マグネシウムを添加した
場合を例にとって説明したが、本発明では、他の希土類
を添加しても良い。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明に係る積層型バリス
タによれば、焼結体に、ZnOを主成分とし、これにP
r酸化物をPrに換算して0.05〜5.0 mol %添加してな
るセラミクス材料を採用したので、電気的特性の悪化を
回避しながら、内部電極に銀パラジウム合金を採用で
き、それだけ材料コストを低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による積層型バリスタを説明
するための断面図である。
【図2】上記実施例の積層型バリスタの製造方法を示す
分解斜視図である。
【符号の説明】 1 積層型バリスタ 3 内部電極 4 焼結体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂部 行雄 京都府長岡京市天神2丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体セラミクスからなる焼結体の内部
    に内部電極を埋設してなる積層型バリスタにおいて、上
    記焼結体が、ZnOを主成分とし、これにPrの酸化物
    をPrに換算して0.05〜5モル%含有してなるセラミク
    ス材料により構成されていることを特徴とする積層型バ
    リスタ。
JP4112086A 1992-04-03 1992-04-03 積層型バリスタ Withdrawn JPH05283209A (ja)

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Effective date: 19990608