JPS5850723A - Composite function element - Google Patents

Composite function element

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JPS5850723A
JPS5850723A JP56150449A JP15044981A JPS5850723A JP S5850723 A JPS5850723 A JP S5850723A JP 56150449 A JP56150449 A JP 56150449A JP 15044981 A JP15044981 A JP 15044981A JP S5850723 A JPS5850723 A JP S5850723A
Authority
JP
Japan
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noise
varistor
sintered body
oxide
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP56150449A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
高見 昭宏
義和 小林
黒川 英輔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP56150449A priority Critical patent/JPS5850723A/en
Publication of JPS5850723A publication Critical patent/JPS5850723A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、チタン酸ストロンチウム系半導性磁器に酸化
銀(Aq20)を微量含有させて得られる焼結体自身が
電圧非直線性を有し、かつきわめて大きな誘電率を有す
る複合機能素子 ゛ に関するものである。
Detailed Description of the Invention The present invention provides a sintered body obtained by incorporating a small amount of silver oxide (Aq20) into strontium titanate-based semiconducting porcelain, which itself has voltage nonlinearity and has an extremely large dielectric constant. The present invention relates to a multi-functional device having the following functions.

従来、電圧非直線抵抗を有するセラミックスとしてSi
Cバリスタや酸化亜鉛を主成分とするバリスタがある。
Conventionally, Si has been used as a ceramic material with voltage nonlinear resistance.
There are C varistors and varistors whose main ingredient is zinc oxide.

かかるバリスタは電流(Il−電圧量特性が近似的に I −(v/c) ” で表わされるものである。ここで、Cはバリスタ固有の
定数であり、αは電圧非直線指数である。
Such a varistor has a current (Il-voltage characteristic approximately expressed by I-(v/c)''. Here, C is a constant specific to the varistor, and α is a voltage nonlinear index.

SiCバリスタはSiC粒子間の接触バリアを利用した
ものであり、αは2〜7程度である。また、酸化亜鉛バ
リスタは酸化亜鉛(ZnO)にB12o3゜Coo、M
nO2,5b203等を微量添加して焼成しタコとによ
り得られる素子であシ、その電圧非直線指数αが60に
もおよぶ素子である。このような素子は高電圧吸収に優
れた性能を有しているので、電子機器の電圧安定化や異
常高電圧(サージ)からの保護の目的で使用されている
The SiC varistor utilizes a contact barrier between SiC particles, and α is about 2 to 7. In addition, zinc oxide varistors are made of zinc oxide (ZnO) with B12o3°Coo, M
It is an element obtained by adding a small amount of nO2, 5b203, etc. and firing it, and the voltage nonlinearity index α is as high as 60. Since such elements have excellent performance in absorbing high voltages, they are used for voltage stabilization of electronic devices and protection from abnormal high voltages (surges).

しかしながら、このような従来のバリスタは誘電率が小
さく、また誘電損失角(tanδ)が6〜10チと大き
いため、もっばらバリスタの用途にしか利用し得ない。
However, such conventional varistors have a small dielectric constant and a large dielectric loss angle (tan δ) of 6 to 10 inches, so they can only be used for varistor applications.

一方、従来大きな誘電率(正確には見かけの誘電率)を
有する粒界層型半導体磁器コンデンサ素′″ 九 子は、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等の
半導体磁器粒界を再酸化または原子価補償することによ
り絶縁化して得られる素子で、ある。
On the other hand, conventional grain boundary layer type semiconductor porcelain capacitor elements with large dielectric constants (to be more precise, apparent dielectric constants) have been developed by reoxidizing the grain boundaries of semiconductor ceramics such as barium titanate, strontium titanate, etc. This is an element obtained by insulating through compensation.

この素子の見かけの誘電率は6〜6万にも達するもので
ある。また、組成や条件を適当に選べばtanδも1%
内外で、小型大容量のコンデンサとして利用されている
入しかしながら、1mA以上の電流が素子を通過すると
破壊され、コンデンサとしての機能をなくする。   
    ゛本発明の、素子は上述の2つの素子の機能を
同時に具備する画期的な複合機能素子である。すなわち
、高電圧ではバリスタとして高電圧電流を通し、低電圧
ではコンデンサとして異常゛周波数帯域電流を通す複合
機能を有する素子である。
The apparent dielectric constant of this element reaches 60,000 to 60,000. In addition, if the composition and conditions are selected appropriately, tan δ can be reduced to 1%.
However, when a current of 1 mA or more passes through the element, it is destroyed and loses its function as a capacitor.
``The device of the present invention is an epoch-making multifunctional device that simultaneously has the functions of the two devices described above. That is, it is an element that has a complex function of passing high voltage current as a varistor at high voltage, and passing abnormal frequency band current as a capacitor at low voltage.

さて、最近の電気・電子機器はきわめて高度な制御を要
するようになり、産声用はもとより、マイクロコンピュ
ータの応用により、民生機器もきわめて高精度を要求さ
れるようになってきた。そして、マイクロコンピュータ
等を構成するロジック回路はパルス信号により動作する
ため、必然的にノイズに影響されやすいという欠点があ
る。このため電子計算機、バンキングマシン、交通制御
機器等は、ノイズあるいはサージにより一旦誤動作、破
損を起すと社会的問題にもなる。このような問題の対策
として、従来よりノイズフィルタが使用されてきた。ノ
イズとは電子機器を動作させる時の目的とする信号電圧
以外の妨害電圧のことであり、人工的に発生するものと
自然現象により発生するものとに分けられる。そして、
このようなノイズをコイルとコンデンサを組み合せた回
路で除去していた。しかしながら、人工的に発生するノ
イズでは特に送電線の遮断器によるもの、自然現象によ
るノイズでは特に雷サージによるもの等は、ノイズの基
本周波数が低く6〜20 KHz程度であり、従来のコ
イルとコンデンサの組み合せだけではこれらのノイズを
除去することができなかった。このような問題にかんが
み、線間あるいは線入地間に電圧非直線抵抗体(バリス
タ)を併用したノイズフィルタが最近しばしば使用に供
されている。かかるノイズフィルタではきわめて、−二 広範囲にわたるノイズが除去しうるので、マイクロコン
ピュータ制御機器の誤動作防止に有効である。しかしな
がら、かかるノイズフィルタはそのセット内部における
部品点数が多くなり、コスト高になる上、小型化の動向
に反するという欠点があった。
Nowadays, electrical and electronic equipment has come to require extremely sophisticated control, and not only for birth control, but also for consumer equipment due to the application of microcomputers, extremely high precision has come to be required. Furthermore, since logic circuits constituting microcomputers and the like operate using pulse signals, they inevitably have the disadvantage of being susceptible to noise. Therefore, once electronic computers, banking machines, traffic control equipment, etc. malfunction or are damaged due to noise or surges, it becomes a social problem. Noise filters have conventionally been used as a measure against such problems. Noise is an interfering voltage other than the intended signal voltage when operating electronic equipment, and can be divided into those generated artificially and those generated by natural phenomena. and,
Such noise was removed using a circuit that combined a coil and a capacitor. However, artificially generated noise, especially from circuit breakers on power transmission lines, and noise caused by natural phenomena, especially from lightning surges, have a low fundamental frequency of about 6 to 20 KHz, and conventional coils and capacitors cannot be used. It was not possible to remove these noises by using only a combination of the following. In view of these problems, noise filters that use a voltage nonlinear resistor (varistor) between lines or between lines and ground have recently been frequently used. Since such a noise filter can remove noise over a very wide range, it is effective in preventing malfunctions of microcomputer-controlled equipment. However, such a noise filter has disadvantages in that the number of parts in the set increases, the cost is high, and it goes against the trend of miniaturization.

本発明の素子によってこのような問題点を解決すること
ができるようになった。すなわち、本発明の素子はバリ
スタとコンデンサの複合機能を備えているため、従来バ
リスタとコンデンサを並列に接続する回路において1個
の素子で用を果たすものである。
The device of the present invention has made it possible to solve these problems. That is, since the element of the present invention has a combined function of a varistor and a capacitor, a single element can serve the purpose in a conventional circuit in which a varistor and a capacitor are connected in parallel.

本発明の素子はチタン酸ストロンチウム系半導体磁器に
きわめて微量の酸化銀(A(120)を含有させて得ら
れるものであり、以下実施例たる添付図面を参照し、本
発明の内容を詳細に説明する。
The device of the present invention is obtained by incorporating a very small amount of silver oxide (A(120)) into strontium titanate-based semiconductor porcelain. do.

第1図は本発明の複合機能素子の断面図を示し、1はチ
タン酸ストロンチウム系半導性磁器の焼結体、2及び3
は電極である。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the multifunctional device of the present invention, in which 1 is a sintered body of strontium titanate-based semiconducting porcelain, 2 and 3
is an electrode.

〈実施例〉 炭酸ストロンチウムを50.22〜47.95モルチ。<Example> Strontium carbonate at 50.22 to 47.95 mol.

酸化チタンを49.7〜48・71モル係、酸化銀を0
.01〜1.0モルチ、及び酸化ニオブ、酸化タンタル
、酸化ネオジウムのうち少なくとも1種を0.05〜0
.5モルチ含有させてなる組成物を十分に混合して後、
1100〜1260℃の範囲で1〜6時間仮焼し、粉砕
し、有機バインダーを加え、造粒し、成型した。この成
型体を還元雰囲気中にて13oO〜1460℃の範囲で
1〜6時間焼成して比抵抗が0.2〜0.50・錆で、
平均粒径が20〜60μmの焼結体を作成した。この焼
結体の形状は7.6φ×0・7t(mm) である。こ
の後、1oOo〜1300℃の範囲で0.6〜6時間空
気中で熱処理し、第1図の焼結体1を得た。さらに、こ
の焼結体1の両平面に電極2.3を形成した。
Titanium oxide: 49.7 to 48.71 moles, silver oxide: 0
.. 01 to 1.0 mole, and at least one of niobium oxide, tantalum oxide, and neodymium oxide to 0.05 to 0
.. After thoroughly mixing the composition containing 5 molt.
The mixture was calcined at a temperature of 1100 to 1260°C for 1 to 6 hours, pulverized, added with an organic binder, granulated, and molded. This molded body was fired in a reducing atmosphere at a temperature of 13oO to 1460°C for 1 to 6 hours to give a resistivity of 0.2 to 0.50 and no rust.
A sintered body having an average particle size of 20 to 60 μm was produced. The shape of this sintered body is 7.6φ×0.7t (mm). Thereafter, heat treatment was carried out in air for 0.6 to 6 hours at a temperature of 1000° C. to 1300° C. to obtain the sintered body 1 shown in FIG. Further, electrodes 2.3 were formed on both surfaces of this sintered body 1.

電極径は6.0φ(Wrrn)とした。The electrode diameter was 6.0φ (Wrrn).

このようにして得られた素子の特性を下記の表に示す。The characteristics of the device thus obtained are shown in the table below.

尚、下記表中でNTi/NSrは、酸化チタン゛及び炭
酸ストロンチウムの配合組成量をチタン及びストロンチ
ウムの原子数比に換算したものである。εは1KHz 
 における誘電率であり、tanδは誘電損失角である
。αは1 mAと10mAにおけるバリスタ電圧から計
算で求めた電圧非直線指数である。サージ耐量は雷サー
ジ等の大電流をどこまで素子が吸収しうるかを示す値で
あり、サージ耐量が大きいほど優れたバリスタといえる
In the table below, NTi/NSr is the composition amount of titanium oxide and strontium carbonate converted into the atomic ratio of titanium and strontium. ε is 1KHz
tan δ is the dielectric loss angle. α is a voltage nonlinear index calculated from the varistor voltage at 1 mA and 10 mA. Surge withstand capacity is a value that indicates how much large current such as lightning surge can be absorbed by the element, and the greater the surge withstand capacity, the better the varistor is.

その試験は印加するパルスを電流波形8×20μsec
とし、バリスタ電圧v1mAが初期値に対して(E)1
0%劣化する電流波高値をサージ耐量と規定した。パル
スの印加回数は2回である。
The test applied a pulse with a current waveform of 8 x 20 μsec.
Then, the varistor voltage v1mA is (E)1 with respect to the initial value.
The current peak value at which the current deteriorates by 0% was defined as the surge withstand capacity. The number of pulse applications is two.

(以  下   余   白) 上記表から明らかなように、NTi/Nsr比が0.9
0〜1.26の範囲でバリスタ及びコンデンサの機能を
有しているが、特に0.97〜1.036の範囲が良好
である。また、酸化銀の添加量としては0.01〜1.
0モル係の範囲で焼結体が均一粒成長をした多結晶粒子
を有するためにサージ耐量が大きい。この酸化銀の添加
量が0.01モモル係満ではαが6以下であり、サージ
耐量、もtsoA程度であった。捷た、酸化銀の添加量
が1.0モル係を超えた場合では焼結体が不均一粒成長
した多結晶粒子を有し、焼結体に曲がりを生じやすく、
特性バラツキが大きい上、サージ耐量がやはり10OA
以下と小さい。
(Left below) As is clear from the table above, the NTi/Nsr ratio is 0.9.
It has the function of a varistor and a capacitor in the range of 0 to 1.26, but the range of 0.97 to 1.036 is particularly good. Further, the amount of silver oxide added is 0.01 to 1.
Since the sintered body has polycrystalline grains with uniform grain growth in the 0 molar range, the surge resistance is large. When the amount of silver oxide added was less than 0.01 mole, α was 6 or less, and the surge resistance was also about tsoA. If the amount of silver oxide added exceeds 1.0 molar ratio, the sintered body will have polycrystalline grains with non-uniform grain growth, and the sintered body will tend to bend.
In addition to the large variation in characteristics, the surge withstand capacity is still 10OA.
Small as below.

酸化ニオブ、酸化タンタル及び酸化ネオジウムについて
はそれぞれ互換性があり、O,OS〜0.6モル係の範
囲で焼成時にチタン酸ストロンチウムを主体とする微結
晶の格子内に固溶し、原子価制御し、焼結体の抵抗を0
.2〜0.60・備の範囲にすることができた。この範
囲の量よりも多くても少なくても比抵抗は大きくなり、
サージ耐量を大きくすることができなかった。上記表の
試料扁3゜7〜10.13〜15が本発明の筒中に入る
ものであり、その他は比較例である。
Niobium oxide, tantalum oxide, and neodymium oxide are compatible with each other, and during firing, they form a solid solution in the lattice of microcrystals mainly composed of strontium titanate in the range of O,OS ~ 0.6 molar ratio, and control the valence. and the resistance of the sintered body is 0.
.. It was possible to set it in the range of 2 to 0.60. If the amount is greater or less than this range, the resistivity will increase,
It was not possible to increase surge resistance. Samples with diameters of 3°7 to 10.13 to 15 in the table above fit into the cylinder of the present invention, and the others are comparative examples.

次に、かかる素子で第2図に示すような回路を作り、第
6図に示すようなノイズ人力aに対して出力状況を調べ
た結果、第6図の出力状況曲線すに示すようにノイズを
おさえることができた。なお、第3図に示す従来のフィ
ルタ回路の出力状況は第6図の出力状況曲線Cの如くで
あり、十分にノイズが除去されていない。また、第4図
に示すバリスタを含む従来のフィルタ回路では本発明の
素子を用いた第2図の回路と同等の効果が得られるが、
バリスタを含むだけ部品点数が多い。第2図〜第4図で
4は本発明の素子、6はコイル、6はコンデンサ、7は
バリスタである。
Next, we made a circuit as shown in Fig. 2 using such an element, and investigated the output situation with respect to the noise human power a shown in Fig. 6. As a result, the output situation curve in Fig. 6 shows the noise I was able to hold it down. Incidentally, the output condition of the conventional filter circuit shown in FIG. 3 is like the output condition curve C in FIG. 6, and noise is not sufficiently removed. Further, although the conventional filter circuit including the varistor shown in FIG. 4 can obtain the same effect as the circuit shown in FIG. 2 using the element of the present invention,
There are many parts including the varistor. In FIGS. 2 to 4, 4 is an element of the present invention, 6 is a coil, 6 is a capacitor, and 7 is a varistor.

以上述べたように、本発明の素子は従来にない複合機能
を備え、バIJ 7タとコンデンサの2つの役割を同時
に果たすことが可能であり、たとえば従来のノイズフィ
ルタ回路を簡略化し、小型、高性能、低コスト化に寄与
するものであり、今後マイクロコンピュータ制御機器の
誤動作防止と破壊防止の用途等への応用を図ることがで
きる等大きな有用性をもち、その産業的価値は甚大であ
る。
As described above, the device of the present invention has an unprecedented complex function and can play the two roles of a converter and a capacitor at the same time. It contributes to high performance and low cost, and has great utility as it can be applied to prevent malfunction and destruction of microcomputer-controlled equipment in the future, and its industrial value is enormous. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の複合機能素子の断面図、第2図は本発
明の素子を用いたノイズフィルタ回路の回路図、第3図
及び第4図は従来のノイズフィルタ回路の回路図、第6
図は第2図〜第4図に示す回路に対応するそれぞれの入
力ノイズと出力ノイズの状況を示す図である。 1・・・・・・チタン酸ストロンチウム系半導性磁器の
焼結体、2,3・・・・・・電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが1名@I
Ba @2図 第581 →用嗅1(別2)
FIG. 1 is a sectional view of a multifunctional device of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a noise filter circuit using the device of the present invention, FIGS. 3 and 4 are circuit diagrams of a conventional noise filter circuit, and FIG. 6
The figure is a diagram showing the situations of input noise and output noise corresponding to the circuits shown in FIGS. 2 to 4. 1... Sintered body of strontium titanate semiconducting porcelain, 2, 3... Electrode. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao 1 person @I
Ba @2 Figure 581 →Use 1 (separate 2)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] チタンとストロンチウムの原子数の比が0.97〜1.
036の範囲にあり、酸化銀を0.01〜1.0モルチ
の範囲で含有し、かつ原子価制御元素としてニオブ、タ
ンタル、ネオジウムのうち少なくとも1種類の元素を含
み、その含有量が酸化物にしてO,OS〜0.5モルチ
の範囲にあるチタン酸ストロンチウム系半導体磁器の焼
結体の表面に一対以上の電極を形成してなる複合機能素
子。
The ratio of the number of atoms of titanium and strontium is 0.97 to 1.
036, contains silver oxide in the range of 0.01 to 1.0 mole, and contains at least one element among niobium, tantalum, and neodymium as a valence control element, and the content is in the range of oxide. A multi-functional device comprising one or more pairs of electrodes formed on the surface of a sintered body of strontium titanate-based semiconductor porcelain having a strontium titanate-based semiconductor porcelain having a molecular weight ranging from O,OS to 0.5 mol.
JP56150449A 1981-09-21 1981-09-21 Composite function element Pending JPS5850723A (en)

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