JPH10229003A

JPH10229003A - バリスタ、チップ型バリスタ及びバリスタの製造方法

Info

Publication number: JPH10229003A
Application number: JP9032026A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kaneko; 和広金子; Kazuyoshi Nakamura; 和敬中村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-08-25
Anticipated expiration: 2017-02-17
Also published as: US20020075124A1; FR2759693B1; KR19980071434A; KR100292265B1; US6627119B2; JP3223830B2; US6362720B1; FR2759693A1

Abstract

(57)【要約】【課題】バリスタの小型化にもかかわらず、耐サージ
能力の高いバリスタとその製造方法を提供する。【解決手段】バリスタは、酸化亜鉛を主成分とし、化
学式がＺｎ₂ＳｎＯ₄ _で表される複合酸化物を含有して
いる。その製造方法は、酸化亜鉛と酸化錫を混合した
後、該混合物を熱処理して化学式がＺｎ₂ＳｎＯ₄で表
される複合酸化物とし、該複合酸化物を前記主成分であ
る酸化亜鉛に添加して熱処理することによりバリスタ原
料とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化亜鉛を主たる
成分とするバリスタ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化亜鉛を主成分とし、電圧電流非直線
性を利用した酸化亜鉛バリスタと呼ばれる抵抗素子の製
造方法は、酸化亜鉛に複数の添加物を加え、これを粉
砕、混合した粉体を仮焼してバリスタ用セラミック原料
粉末を作製し、このセラミック原料粉末から成形した成
形体を焼成してバリスタ素子を得るというものである。

【０００３】このバリスタ素子の内部では、酸化亜鉛粒
子の粒界に形成される不純物エネルギー準位によって、
粒界空乏層にエネルギーバリアが形成され、これが優れ
た電圧電流非直線性を示す。

【０００４】そして、バリスタ素子が電圧電流非直線性
を示しているときの電圧をバリスタ電圧と呼び、このバ
リスタ電圧は、素子を流れる電流値が１ｍＡのときの電
圧を用いるのが一般的であり、通常、このときの電圧を
Ｖ_1mAと表現する。

【０００５】バリスタはその優れた電圧電流非直線性か
ら、サージノイズや静電気ノイズを吸収する働きがあ
る。バリスタのサージノイズ吸収能力は、サージ電流を
順次増加してバリスタ素子に加えたときに、そのバリス
タ素子が破壊したときの電流値を用いて耐サージ能力と
して評価しており、バリスタ素子の耐久性を示す重要な
指標となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】酸化亜鉛を主成分とす
るバリスタは耐サージ能力に優れ、電極面積に比例して
耐サージ能力は増加するが、３０００Ａ／ｃｍ²以上の
サージノイズを吸収できる小型のバリスタ素子は実現さ
れていなかった。

【０００７】一方、移動体通信機器の普及等、電子機器
の小型化は急速に進行しており、これに伴って各種電子
部品デバイスの小型化も著しい。したがって、バリスタ
に対する小型化の要求も高まっているが、小型化に伴い
電極の有効面積も減少し、このため、単位面積当たりの
耐サージ能力を高めたバリスタ素子の必要性が生じてい
る。

【０００８】そこで、本発明の目的は、バリスタの小型
化にもかかわらず、耐サージ能力の高いバリスタとその
製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明は、請求項１に
おいて、バリスタは、酸化亜鉛を主成分とし、化学式が
Ｚｎ₂ＳｎＯ₄で表される複合酸化物を含有しているこ
とを特徴とする。

【００１０】また、請求項２において、バリスタは、前
記Ｚｎ₂ＳｎＯ₄で表される複合酸化物が、０．０１〜
２０．００モル％含有されていることを特徴とする。

【００１１】また、請求項３において、バリスタは、酸
化亜鉛を主成分とし、酸化ビスマス、酸化コバルト、酸
化マンガン、及び化学式がＺｎ₂ＳｎＯ₄で表される複
合酸化物が含有されていることを特徴とする。

【００１２】また、請求項４において、バリスタは、前
記各酸化物の含有量は、酸化ビスマスが０．１０〜２．
００モル％、酸化コバルトが０．１０〜２．００モル
％、酸化マンガンが０．１０〜２．００モル％、及びＺ
ｎ₂ＳｎＯ₄が０．０１〜２０．００モル％であること
を特徴とする。

【００１３】また、請求項５において、チップ型バリス
タは、酸化亜鉛を主成分とし、化学式がＺｎ₂ＳｎＯ₄
で表される複合酸化物を含有する複数のセラミック層か
らなる積層体と、前記積層体のセラミック層の間に介在
されている内部電極層と、前記積層体の表面に形成さ
れ、前記内部電極層と電気的接続される外部電極とから
なることを特徴とする。

【００１４】また、請求項６において、チップ型バリス
タは、前記Ｚｎ₂ＳｎＯ₄で表される複合酸化物が、
０．０１〜２０．００モル％含有されていることを特徴
とする。

【００１５】また、請求項７において、チップ型バリス
タは、酸化亜鉛を主成分とし、酸化ビスマス、酸化コバ
ルト、酸化マンガン、及び化学式がＺｎ₂ＳｎＯ₄で表
される複合酸化物を含有する複数のセラミック層からな
る積層体と、前記積層体のセラミック層の間に介在され
ている内部電極層と、前記積層体の表面に形成され、前
記内部電極層と電気的接続される外部電極とからなるこ
とを特徴とする。

【００１６】また、請求項８において、チップ型バリス
タは、前記各酸化物の含有量は、酸化ビスマスが０．１
０〜２．００モル％、酸化コバルトが０．１０〜２．０
０モル％、酸化マンガンが０．１０〜２．００モル％、
及びＺｎ₂ＳｎＯ₄が０．０１〜２０．００モル％であ
ることを特徴とする。

【００１７】また、請求項９において、バリスタの製造
方法は、酸化亜鉛と酸化錫を混合した後、該混合物を熱
処理して化学式がＺｎ₂ＳｎＯ₄で表される複合酸化物
とし、該複合酸化物を前記主成分である酸化亜鉛に添加
して熱処理することによりバリスタ原料とすることを特
徴とする。

【００１８】また、請求項１０において、バリスタの製
造方法は、前記酸化亜鉛と酸化錫の混合比は、２対１の
モル比であることを特徴とする。

【００１９】また、請求項１１において、バリスタの製
造方法は、前記混合物は、１１００℃以上で熱処理する
ことを特徴とする。

【００２０】また、請求項１２において、バリスタの製
造方法は、前記Ｚｎ₂ＳｎＯ₄で表される複合酸化物
は、主成分の酸化亜鉛に対し、０．０１〜２０．００モ
ル％含有することを特徴とする。

【００２１】本発明は、このように、主成分である酸化
亜鉛にＺｎ₂ＳｎＯ₄で表される複合酸化物を含有させ
ると、耐サージ能力の高いバリスタやチップ型バリスタ
が得られる。

【００２２】さらに、Ｚｎ₂ＳｎＯ₄とともに、酸化ビ
スマス、酸化コバルト及び酸化マンガンを含有させるこ
とにより、耐サージ能力を高めるだけでなく非直線係
数、静電容量及び誘電損失について優れた電気特性のバ
リスタやチップ型バリスタが得られる。

【００２３】また、製法において、酸化亜鉛と酸化錫を
混合した後、この混合物を熱処理してＺｎ₂ＳｎＯ₄で
表される複合酸化物とし、この複合酸化物を主成分であ
る酸化亜鉛に添加し熱処理してバリスタ原料とすること
により、耐サージ能力が高いバリスタ原料が得られ、信
頼性に優れたバリスタが作製できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本願発明の実施の形態を実施例に
基づき説明する。

【００２５】（実施例１）始めに、純度９９％以上の酸
化亜鉛（ＺｎＯ）と純度９９％以上の酸化錫（Ｓｎ
Ｏ₂）をモル比２対１で混合し、粉砕メディアを加えて
純水中で粉砕、撹拌を行い脱水して乾燥した後、造粒
し、１２００℃で熱処理してＺｎ₂ＳｎＯ₄粉体を作製
した。

【００２６】次にバリスタ用セラミック原料粉末を作製
した。

【００２７】すなわち、全体が１００モル％となるよう
に、表１に示す各割合で、純度９９％以上の酸化亜鉛
（ＺｎＯ）に対し、酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃）、酸化
コバルト（Ｃｏ₃Ｏ₄）、酸化マンガン（Ｍｎ₃Ｏ₄）
をそれぞれ一定量添加し、さらに、これらの添加物に加
えて前記Ｚｎ₂ＳｎＯ₄粉体を添加して、バリスタ用セ
ラミック原料粉末の調合を行なった。なお、表中、試料
番号に＊印を付したものは本発明の範囲外である。

【００２８】

【表１】

【００２９】調合後のバリスタ用セラミック原料粉末に
対し粉砕メディアを加えて純水中で粉砕し、撹拌後に脱
水して原料粉末を乾燥した。そして、この原料粉末を造
粒して仮焼を行い、再び純水中で粉砕、脱水、乾燥をお
こなってバリスタ原料を得た。

【００３０】続いてこのバリスタ原料からチップ型バリ
スタを製造した。すなわち、バリスタ原料にバインダ
ー、可塑剤、及び複数の安定剤を所定量加えて有機溶剤
中で混合してスラリーを作製し、ドクターブレ−ド法で
厚み約１０μｍの内部電極層用グリ−ンシ−トと厚み約
４０μｍの外層用グリ−ンシ−トを成形した。

【００３１】次に、Ｐｔ１００％からなる導電金属ペー
ストを内部電極層形成用グリーンシート表面にスクリー
ン印刷して内部電極層を形成した。そして、内部電極層
が印刷されたグリーンシートを所定の枚数積み重ね、さ
らに内部電極層形成用のＰｔ導電金属層を印刷していな
いグリーンシートをその上下に所定枚数積み重ねた後、
プレス機で圧着して厚さ約１ｍｍのブロック状のグリー
ンシート圧着体を作製した。そして、このグリーンシー
ト圧着体から所定の大きさのチップ型バリスタ素子を切
り出した、次に、チップ型バリスタ素子を焼成炉にい
れ、バインダーを加熱除去した後、約１０００℃で３時
間焼成した。

【００３２】その後、得られたチップ型バリスタ焼結体
の端部に、内部電極と電気的接続するために、Ａｇの端
子電極を形成してチップ型バリスタとし、その電気特性
を評価した。すなわち、電圧電流特性を測定して、バリ
スタ電圧（Ｖ_1mA）と非直線係数（α）の各特性を測定
し、また、周波数１ＭＨｚ、電圧０．１Ｖで、静電容量
（Ｃ_p）と誘電損失（Ｄ．Ｆ．）を測定した。

【００３３】次に耐サージ能力を測定した。すなわち、
８／２０μｓｅｃの方形波電流を５分おきに連続４回印
加し、電流印加後のバリスタ電圧が初期値から１０％変
化した時点の電流値を耐サージ能力とした。

【００３４】表２に、バリスタ電圧（Ｖ_1mA）、非直線
系数（α）、静電容量（Ｃ_p）、誘電損失（Ｄ．Ｆ．）
の各電気特性、及び耐サージ能力（Ｉｐ）の測定結果を
示す。なお、表１と表２の試料番号は対応している。

【００３５】

【表２】

【００３６】以上の結果からわかるように、Ｚｎ₂Ｓｎ
Ｏ₄粉体をバリスタ原料の添加物として使用した場合、
耐サージ能力の高いバリスタが得られる。これに対し
て、試料Ｎｏ．１が示すように、Ｚｎ₂ＳｎＯ₄が無添
加では耐サージ能力が３０００Ａ／ｃｍ²に達していな
い。また、試料Ｎｏ．９が示すように、Ｚｎ₂ＳｎＯ₄
の添加量が２０．００モル％を超えると、耐サージ能力
は３０００Ａ／ｃｍ²を割り込む。また、Ｚｎ₂ＳｎＯ
₄粉体を添加しない場合に比べて、耐サージ能力は向上
するが、非直線係数が小さくなり、また、誘電損失が大
きくなるため好ましくない。この非直線係数と誘電損失
は粒界準位とエネルギーバリアの状態を反映している値
であり、この値が劣化するとバリスタの性能低下につな
がる。したがって、Ｚｎ₂ＳｎＯ₄粉体の添加量は０．
０１〜２０．００モル％が好ましい。

【００３７】（実施例２）次に、Ｚｎ₂ＳｎＯ₄の添加
量を一定にしたとき、つまり、Ｚｎ₂ＳｎＯ₄の添加量
を５．００モル％として、耐サージ能力が３０００Ａ／
ｃｍ²以上得られる条件において、酸化ビスマス（Ｂｉ
₂Ｏ₃）、酸化コバルト（Ｃｏ₃Ｏ₄）及び酸化マンガ
ン（Ｍｎ₃Ｏ₄）の各添加量による電気特性の変化を評
価した。

【００３８】すなわち、実施例１と同様にして、バリス
タ原料の調合、グリーンシートの成形、内部電極層の形
成、積み重ね、圧着、切り出し等のチップ加工を行い、
焼成後のチップに外部電極を設けてチップ型バリスタと
し、その電気特性を評価した。

【００３９】図１に、酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃）、酸
化コバルト（Ｃｏ₃Ｏ₄）及び酸化マンガン（Ｍｎ₃Ｏ
₄）の各添加物の添加量に対する非直線係数の変化を、
また、図２に酸化ビスマス、酸化コバルト及び酸化マン
ガンの各添加物の添加量に対する誘電損失の変化を示
す。

【００４０】これら図１及び図２からからわかるよう
に、本発明の酸化ビスマス、酸化コバルト及び酸化マン
ガンの各添加量の限定範囲外では、非直線係数の低下と
誘電損失の増大が見られた。したがって、酸化ビスマス
は０．１０〜２．００モル％、酸化コバルトは０．１０
〜２．００モル％、酸化マンガンは０．１０〜２．００
モル％の添加量範囲とすることが好ましい。

【００４１】なお、上記実施例では、Ｚｎ₂ＳｎＯ₄粉
体の添加を、バリスタ用セラミック原料粉末の仮焼前に
行ったが、添加は仮焼前に限られるものではなく、仮焼
後に行っても同様の耐サージ能力の改善効果が得られ
る。また、内部電極層の形成にはＰｔの導電金属ペース
トを用いたが、Ａｇ−Ｐｄの混合金属を用いることもで
きる。また、上記実施例では、チップ型積層バリスタを
用いて説明したが、このタイプのバリスタに限られるも
のではなく、単板型バリスタやその他のタイプのバリス
タでも同様の効果を得ることができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、酸化亜鉛系バリスタの
単位面積当たりの耐サージ能力が高められ、この結果、
小型でありながら３０００Ａ／ｃｍ²以上のサージノイ
ズを吸収できるバリスタの実現が可能となる。さらに、
バリスタの優れた電圧電流非直線性と信頼性向上に効果
をあげることができる。そして、このようなバリスタか
らなるバリスタ機能を備えた電子部品の小形化と信頼性
の向上に寄与できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明に係わる酸化ビスマスの添加量
と非直線係数の関係を表すグラフである。（ｂ）本発明に係わる酸化コバルトの添加量と非直線係
数の関係を表すグラフである。（ｃ）本発明に係わる酸化マンガンの添加量と非直線係
数の関係を表すグラフである。

【図２】（ａ）本発明に係わる酸化ビスマスの添加量
と誘電損失の関係を表すグラフである。（ｂ）本発明に係わる酸化コバルトの添加量と誘電損失
の関係を表すグラフである。（ｃ）本発明に係わる酸化マンガンの添加量と誘電損失
の関係を表すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化亜鉛を主成分とし、化学式がＺｎ₂
ＳｎＯ₄で表される複合酸化物を含有していることを特
徴とするバリスタ。
【請求項２】前記Ｚｎ₂ＳｎＯ₄で表される複合酸化
物が、０．０１〜２０．００モル％含有されていること
を特徴とする請求項１記載のバリスタ。
【請求項３】酸化亜鉛を主成分とし、酸化ビスマス、
酸化コバルト、酸化マンガン、及び化学式がＺｎ₂Ｓｎ
Ｏ₄で表される複合酸化物が含有されていることを特徴
とするバリスタ。
【請求項４】前記各酸化物の含有量は、酸化ビスマス
が０．１０〜２．００モル％、酸化コバルトが０．１０
〜２．００モル％、酸化マンガンが０．１０〜２．００
モル％、及びＺｎ₂ＳｎＯ₄が０．０１〜２０．００モ
ル％であることを特徴とする請求項３記載のバリスタ。
【請求項５】酸化亜鉛を主成分とし、化学式がＺｎ₂
ＳｎＯ₄で表される複合酸化物を含有する複数のセラミ
ック層からなる積層体と、前記積層体のセラミック層の
間に介在されている内部電極層と、前記積層体の表面に
形成され、前記内部電極層と電気的接続される外部電極
とからなることを特徴とするチップ型バリスタ。
【請求項６】前記Ｚｎ₂ＳｎＯ₄で表される複合酸化
物が、０．０１〜２０．００モル％含有されていること
を特徴とする請求項５記載のチップ型バリスタ。
【請求項７】酸化亜鉛を主成分とし、酸化ビスマス、
酸化コバルト、酸化マンガン、及び化学式がＺｎ₂Ｓｎ
Ｏ₄で表される複合酸化物を含有する複数のセラミック
層からなる積層体と、前記積層体のセラミック層の間に
介在されている内部電極層と、前記積層体の表面に形成
され、前記内部電極層と電気的接続される外部電極とか
らなることを特徴とするチップ型バリスタ。
【請求項８】前記各酸化物の含有量は、酸化ビスマス
が０．１０〜２．００モル％、酸化コバルトが０．１０
〜２．００モル％、酸化マンガンが０．１０〜２．００
モル％、及びＺｎ₂ＳｎＯ₄が０．０１〜２０．００モ
ル％であることを特徴とする請求項７記載のチップ型バ
リスタ。
【請求項９】酸化亜鉛を主成分とするバリスタの製造
方法であって、酸化亜鉛と酸化錫を混合した後、該混合
物を熱処理して化学式がＺｎ₂ＳｎＯ₄で表される複合
酸化物とし、該複合酸化物を前記主成分である酸化亜鉛
に添加して熱処理することによりバリスタ原料とするこ
とを特徴とするバリスタの製造方法。
【請求項１０】前記酸化亜鉛と酸化錫の混合比は、２
対１のモル比であることを特徴とする請求項９記載のバ
リスタの製造方法。
【請求項１１】前記混合物は、１１００℃以上で熱処
理することを特徴とする請求項９または１０記載のバリ
スタの製造方法。
【請求項１２】前記Ｚｎ₂ＳｎＯ₄で表される複合酸
化物は、主成分の酸化亜鉛に対し、０．０１〜２０．０
０モル％含有することを特徴とする請求項９、１０また
は１１記載のバリスタの製造方法。