JPS589565B2 - 電圧非直線抵抗体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は不純物として少なくともＮ ｉ ＯおよびＳ
ｃ２ ０ ３を含み、焼結体自体が電圧非直線特性を有
する抵抗体の製造方法に関する。

半導体を応用した回路素子の一つに電圧非直線抵抗体が
あり、その代表的なものとして、ＳｉＣバリスタ、Ｓｉ
バリスタその他セレン、亜酸化銅或いはＺｎＯ系焼結体
を用いたバリタスが知られている。

この種素子は非直線的な電圧一電流特性を有し、電圧の
増大につれ抵抗が急激に減少して電流が著しく増加する
ため異常な高電圧の吸収や電圧安定化用に広く利用され
ている。

しかしながらＳｉＣバリスタは１００μ程度のＳｉＣ粒
子を磁器結合剤で焼き固めたもので、比較的高い電圧に
耐えると云う特長がある反面素子を薄くするのに限度が
あり低電圧用には向かないと云う問題がある。

またＳｉバリスタはＳｉのＰ − ｎ接合を利用したも
ので、所謂る低電圧型で且つ、電圧一電流特性を任意に
変えることもできないためその用途も限度がある。

さらにセレン、亜酸化銅などのバリスタは素子表面にお
ける金属一半導体接触部の電圧非直線特性を利用してお
り、Ｓｉバリスタと同様電圧一電流特性を任意に制御し
得ないと云う不都合さがある。

一方不純物としてＢｉ２０３，ＣｏＯおよびＳｂ２０３
などをそれぞれ１０モル％以内で含有するＺｎＯ系焼結
体バリスタは、所謂る電圧電流特性が良好なこと、素子
の厚さ制御により電圧電流特性を任意に調節しうろこと
などの特長を有するため多くの関心を寄せられている。

しかしこの種ＺｎＯ系バリスタはその一つの特長とも云
うべき対称型電圧電流特性についてみると衝撃電流、直
流負荷、或いは温湿度サイクルなどによる特に負方向に
おける変化率が大きく、信頼性の点で充分満足しう；る
ものとに云い難い。

本発明者らは上記点に鑑み、検討を進めた結果不純物と
してニッケルおよびスカンジニウムをＮ ｉＯ ，Ｓ
Ｃ ２ ０ ３の形に換算して０．０１〜１０モル係含
有する焼結型酸化亜鉛（ＺｎＯ）系電圧非直線；抵抗体
の製造方法において、原料の酸化亜鉛（ＺｎＯ）成分の
一部を金属亜鉛（Ｚｎ）で置換しておくと例えば衝撃電
流などに対する負方向での変化率が著しく低減された信
頼性の高い電圧非直線抵抗体が得られることを見出した
。

従って本発明は安定性良好で、信頼性の高い対称型電圧
非直線抵抗体を容易に製造しうる方法を提供しようとす
るものである。

以下本発明を詳細に説明すると、本発明は不純物として
少なくともニッケルおよびスカンジウムをＮ ｉＯ ｐ
Ｓ ｃ ２ ０３の形に換算してそれぞれ０．０１〜
１０モル％含む焼結型酸化亜鉛系電圧非直線抵抗体の製
造方法において、出発原料としての酸化亜鉛成分の０．
０１〜１０モル％を限度として金属亜鉛で置換しておく
ことを特徴とする電圧非直線抵抗体の製造方法で例えば
次のように行なわれる，即ち酸化ニッケル（ Ｎ ｉ
Ｏ ）粉末、酸化スカンジウム（ＳＣ２０３）粉末およ
び金属亜鉛（Ｚｎ）粉末をそれぞれ０．０１〜１０モル
％添加配合してなる酸化亜鉛（ＺｎＯ）系混合粉末を先
ず用意し、この混合粉末をよく混合したもの、要すれば
ポリビニルアルコールなどの粘結剤をさらに添加配合し
たものを出発原料とし所要の成形体を得る。

次いでこの成形体を高温、例えば１１００℃程度以上の
温度で空気中焼成してから得られた焼結体の両主面に例
えば銀ペーストを塗布、焼付けて電極を設けることによ
り信頼性の高い電圧非直線抵抗体素子が得られる。

本発明において不純物として添加含有せしめられるニッ
ケルおよびスカンジウムは上記の如き酸化物に限らず加
熱焼成過程などにおいて酸化物となりうる化合物、例え
ば炭酸塩、修酸塩などを出発原料としてもよい。

しかしてこの必須の不純物成分比はＮｉＯおよびＳｃ２
０３に換算して０．０１〜１０モル％の範囲内に常に選
択される。

その理由は上記範囲外では所要の信頼性の高い電圧非直
線抵抗体が得られないからである。

尚不純物成分として上記必須成分の他、例えばＣｅ，Ｐ
ｒ等の希土類元素などさらに添加配合して非直線性の改
善や抵抗値の制御を行なってもよい。

本発明は出発原料として０，０１〜１０モル％の組成比
を限度として金属亜鉛（Ｚｎ）を用いることで特徴づけ
られる。

即ち電圧非直線抵抗体の主成分をなす酸化亜鉛成分とし
て出発原料の段階では一部を金属亜鉛（Ｚｎ）で置換し
ておくことにあるしかしてこの金属亜鉛（Ｚｎ）の組成
比を出発原料段階でＯ．０１〜１０モル％に選択するの
は、この範囲外では目的とする信頼性の高い焼結型電圧
非直線抵抗体を製造し難いからである。

次に本発明の実施例を記載する。

酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末に酸化ニッケル（Ｎｉｐ）粉末
、酸化スカンジウム（Ｓ０２０３）粉末および金属亜鉛
（Ｚｎ）粉末をそれぞれ０．Ｏｌ〜１０モル％添加配合
し、十分に混合した後直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板
に成形した。

かくして得た成形体を１１００℃以上の高温下空気中で
焼成し、得られた焼結体（円板）の両面に銀ペーストを
塗布、焼付けて電圧非直線抵抗素子をそれぞれ作成した
。

上記作成した抵抗素子について、次式により電圧電流特
性を測定した。

（式中Ｃ，αは定数で、特にαは電圧非直線特性を示す
指数でα値が太きいはど非直線性がよい。

）ところでこの種電圧非直線抵抗体即ちバリスタの特性
はαとＣの代りとして１ｍＡにおける電圧■１とで表示
される。

しかして上記によって得た抵抗素子について各Ｖ１に対
しもつとも大きいαをプロットしたところ第１図に示す
如くであった。

尚第１図において曲線Ａは出発原料として金属亜鉛（Ｚ
ｎ）を３モル％用いた場合であり、曲線Ｂ ， Ｃ，Ｄ
は比較例で出発原料として金属亜鉛（Ｚｎ）を用いなか
った場合であって、曲線ＢはＮｉＯおよびＳｃ２０３を
含む場合を、曲線ＣはＮｉＯのみを含む場合を、また曲
線ＤはＳｃ２０３のみを含む場合をそれぞれ示す。

第１図から明らかのように本発明方法によって製造した
電圧非直線抵抗体の場合は■１の如何にかかわらず常に
略一定の非直線性αを備えている。

このことは通常焼成温度が高くなると■，の低下を招く
一方α値も減少する傾向を示すのと大きな違いである。

また本発明に係る電圧非直線抵抗体は焼結体自体が電圧
非直線を備えている。

例えば抵抗体の厚みをいろいろに選び、電極の種類を変
えた場合における特性を調べたところ表−１に示す如く
であった。

さらに本発明に係るＶ１＝２００Ｖの電圧非直線抵抗体
素子について極性特性即ち衝撃大電流特性、直流負荷特
性および温湿度サイクル特性をそれぞれ求め■１の正方
向の変化率と負方向の変化率を表−２に示した。

表−２には従来知られているＺｎＯ系電圧非直線抵抗体
素子の場合を併せて示した。

尚上記測定において衝撃電流特性は５００Ａのサージ電
流を１００００回印加した場合のｖ１値の正方向および
負方向の変化率でありサージ吸収素子としてすぐれた安
定性を備えている。

また面流負荷特性は８５℃下、２Ｗの負荷を連続５００
時間印加後のＶ１の変化率を極性との関係で調べたもの
で本実施例の場合高温劣化も著しく抑止されている。

さらに温湿度サイクル特性は−４０゜Ｃから８５℃、相
対湿度９５％の雰囲下２Ｗの負荷を１００サイクル行な
った後の変化率を両極性についてそれぞれ調べたもので
ある。

上記表−２から明らかのように本発明方法によつて製造
された焼結型ＺｎＯ系バリスタは極性特性が小さいこと
で特徴づけられる。

しかしてこの極性特性の小さいことは対称型の電圧電流
特性を維持発揮させるうえで非常に重要であり、これら
の寿命特性、安定性はバリスタ素子としての信頼性保障
の点から実用上重視されることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によって製造した焼結型酸化亜鉛系
電圧直線抵抗体と、本発明外の方法によって製造した焼
結型酸化亜鉛系電圧非直線抵抗体とについて１ｍＡにお
ける立上り電圧■１と非直線性αとの関係を比較して示
す曲線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 不純物として少なくともニッケル、スカンジウムを
   Ｎｉｏ，Ｓｃ２０３の形に換算してそれぞれ０．０１〜
   １０モル％含む焼結型酸化亜鉛系電圧非直線抵抗体の製
   造方法において、出発原料としての酸化亜鉛成分の０．
   ０１〜１０モル％を金属亜鉛で置換しておくことを特徴
   とする電圧非直線抵抗体の製造方法。