JPS5878413A - Composite function element - Google Patents

Composite function element

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JPS5878413A
JPS5878413A JP56176864A JP17686481A JPS5878413A JP S5878413 A JPS5878413 A JP S5878413A JP 56176864 A JP56176864 A JP 56176864A JP 17686481 A JP17686481 A JP 17686481A JP S5878413 A JPS5878413 A JP S5878413A
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JP
Japan
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noise
varistor
sintered body
voltage
present
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JP56176864A
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高見 昭宏
義和 小林
黒川 英輔
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
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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。
(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炭酸
リチウム(L 12 Co a )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 trace amount of lithium carbonate (L 12 Co a ) into strontium titanate-based semiconducting porcelain, which itself has voltage nonlinearity and is extremely The present invention relates to a multifunctional device having a large dielectric constant.

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
。かかるバリスタは電流■−電電圧時特性近似的に 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、aは電圧非直線指数である。
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. Such a varistor has a current-voltage characteristic approximately represented by I=(V/C)''. Here, C is a constant specific to the varistor, and a 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、a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Bi2O3゜C0O2M
nO2,5b203等を微量添加して焼成したことによ
り得られる素子であり、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 a is about 2 to 7. In addition, zinc oxide varistors contain Bi2O3゜C0O2M in zinc oxide (ZnO).
This is an element obtained by adding a small amount of nO2, 5b203, etc. and firing it, and its 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%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%, 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 ceramic capacitor elements with a large dielectric constant (more precisely, apparent dielectric constant) have been developed by reoxidizing or valence-compensating the grain boundaries of semiconductor ceramics such as barium titanate and strontium titanate. This is an element obtained by insulating it.

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
。しかしながら、1 mA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。
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%.
They are used both domestically and internationally as small, large-capacity capacitors. However, when a current of 1 mA or more passes through the element, it is destroyed and loses its function as a capacitor.

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。
The device of the present invention is an epoch-making multifunctional device that simultaneously has the functions of the two devices described above. In other words, at high voltage, it acts as a varistor and passes high voltage current.

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。
At low voltages, it is an element with a complex function of passing abnormal frequency band current as a capacitor.

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、産業用はもとより、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、′シて、マイクロコンピュ
ータ等を構成するロジック1′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。
Nowadays, electrical and electronic equipment has come to require extremely sophisticated control, and not only industrial equipment, but also consumer equipment has come to require extremely high precision due to the application of microcomputers. Furthermore, since the logic 1' circuits constituting microcomputers and the like operate using pulse signals, they inevitably have the disadvantage of being susceptible to noise. For this reason, electronic computers, banking machines,
Once traffic control equipment malfunctions or is 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.

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3jalfr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
ズあり、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、線間あるいは線大地間に電圧非直
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、1れている。かかるノイズフィル
タではきわめて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。
Such noise was removed using a circuit that combined a coil and a capacitor. However, artificially generated noise, especially from 3JALFR equipment 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 only by the combination of In view of these problems, noise filters that use a voltage nonlinear resistor (varistor) between the lines or between the lines and the ground have recently been frequently used. Since such a noise filter can remove a very wide range of noise, it is effective in preventing malfunctions of microcomputer-controlled equipment.

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bという欠点があった。
However, such a noise filter has the drawbacks of requiring a large number of parts within the set, increasing costs, and going 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
きわめて微量の炭酸リチウム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 lithium carbonate into a strontium titanate-based semiconductor ceramic.The contents of the present invention will be explained in detail below with reference to the accompanying drawings, which are examples.

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.

〈実施例ン 炭酸ストロンチウムを50.22〜47.96モモル饅
酸化チタンを49.7〜48.71モモル饅炭酸リチウ
ムを0.01〜1.0モル饅、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0.0
6〜0.6モル係含有させてなる組成物を十分に混合し
て後、1100〜1260″Cの範囲で1−6時間仮焼
し、粉砕し、有機ノくインダーを加え、造粒し、成型し
た。この成型体を還元雰囲気中にて1300〜1460
°Cの範囲で1〜6時間焼成して比抵抗が0.2〜0.
6Ωamで、平均粒径が20〜60/Jmの焼結体を作
成した。この焼結体の形状は7.6φ×0.7量(w)
である。この後、1oOo〜1300°Cの範囲で0.
5〜6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。電極径は6.0φ(−)とした。
<Example> 50.22 to 47.96 moles of strontium carbonate, 49.7 to 48.71 moles of titanium oxide, 0.01 to 1.0 moles of lithium carbonate, and niobium oxide, tantalum oxide, neodymium oxide. 0.0 of at least one of the following
After thoroughly mixing the composition containing 6 to 0.6 mol, calcining in the range of 1100 to 1260''C for 1 to 6 hours, pulverizing, adding an organic inder, and granulating. The molded body was molded at a temperature of 1300 to 1460 in a reducing atmosphere.
After firing for 1 to 6 hours at a temperature of 0.2 to 0.0 °C, the specific resistance is 0.2 to 0.
A sintered body having an average particle diameter of 20 to 60/Jm was prepared at 6Ωam. The shape of this sintered body is 7.6φ x 0.7 amount (w)
It is. After this, 0.
Heat treatment was performed in air for 5 to 6 hours to obtain a sintered body 1 shown in FIG. Further, electrodes 2.3 were formed on both surfaces of this sintered body 1. The electrode diameter was 6.0φ(-).

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’Ti/’Srは、酸化チタ″ン及び炭
酸ストロンチウムの配合組成普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。
In the table below, 'Ti/'Sr' represents the composition ratio of titanium oxide and strontium carbonate converted into the atomic ratio of titanium and strontium.

εはIKHzにおける誘電率であり、tanδは誘電損
失角である。αは1mAと1omAにおけるノクリスタ
電圧から計算で求めた電圧非直線指数である。
ε is the dielectric constant at IKHz, and tan δ is the dielectric loss angle. α is a voltage nonlinear index calculated from the nocrystal voltage at 1 mA and 1 omA.

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。その試験は印加するパルスを電流
波形8X20μsecとし、バリスタ電圧v1mAが初
期値に対して010%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。
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. In the test, the applied pulse was a current waveform of 8×20 μsec, and the current peak value at which the varistor voltage v1 mA deteriorated by 0.10% with respect to the initial value was defined as the surge withstand capacity. The number of pulse applications is two.

(以 下金 白) 上記表から明らかなように、’Ti/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。
(Hereinafter referred to as gold and white) As is clear from the table above, the 'Ti/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.

また、炭酸リチウムの添加量としてFlo、01〜1.
0モル係の範囲で焼結体1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。炭酸リチウムの
添加量がo、01モモル係満ではaが6以下であり、サ
ージ耐量も6oA以下であった。また、炭酸リチウムの
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a
OA以下と小さい。
In addition, the amount of lithium carbonate added was Flo, 01 to 1.
Since the sintered body 1 has polycrystalline grains with uniform grain growth in the 0 molar range, the surge resistance is large. When the amount of lithium carbonate added was 0.01 mmol or less, a was 6 or less, and the surge resistance was also 6oA or less. Furthermore, if the amount of lithium carbonate 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, resulting in large variations in properties and surges. The tolerance is still a
Small, below OA.

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、0.05〜0.6モル一の範
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、原子側割、御し、焼結体の抵抗を
0.2〜0.6Ω・鋼の範囲に九ることかできた。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
の試料鳳3゜7〜10.13〜16が本発明の間中に入
るものであ快、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, in the range of 0.05 to 0.6 mol, they form a solid solution in the lattice of microcrystals mainly composed of strontium titanate, and the atomic side splits. , and was able to reduce the resistance of the sintered body to a range of 0.2 to 0.6 Ω/steel. If the amount is greater or less than this range, the specific resistance will increase, making it impossible to increase the surge resistance. Samples 3.7 to 10.13 to 16 in the above table fall within the range 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入力aに対して出力状況を調べ
た結果、第6図の出方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 input a shown in Fig. 6. As a result, the output situation curve shown in Fig. 6 was obtained. I was able to suppress the noise. 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. Also, the fourth
Although the conventional filter circuit including the varistor shown in the figure can obtain the same effect as the circuit shown in FIG. 2 using the element of the present invention, the number of components is large due to the varistor included. In FIGS. 2 to 4, 4 is the element of the present invention, 6 is a coil, 6 is a capacitor, and 7 is an element of the present invention.
is a barista.

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、バリイタとコンデンサの2つの1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、今後マイクロコンビーータ制御機器の誤
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0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 roles of a variator and a capacitor at the same time. It contributes to cost reduction, and has great utility such as 0, which can be applied to prevent malfunction and destruction of microcontroller control equipment in the future, and its industrial value is enormous. be.

【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 ほか1名第1
図 、第 2 図 ノ 第−図 第5図 −刈浦表(1’lN1 )
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 and 1 other person No. 1
Figure, Figure 2 - Figure 5 - Kariura table (1'lN1)

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、炭酸リチウムを0.01〜1.0
モルチの範囲で含有し、かつ原子価制御元系としてニオ
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、その含有葉が酸化物にして0.06〜0.6
モルー〇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 and lithium carbonate from 0.01 to 1.0
It contains at least one element among niobium, tantalum, and neodymium as a valence control element system, and its content is 0.06 to 0.6 as an oxide.
A multifunctional device formed by forming one or more pairs of electrodes on the surface of a sintered body of strontium titanate-based semiconductor ceramic having a mole content of 0.
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