JPS5928961B2 - 厚膜バリスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は厚膜バリスタにかかり、特に電圧非直線性が良
好で、静電容量の大きな低電圧用厚膜バリスタを提供し
ようとするものである。

従来から知られている厚膜バリスタとしてＣｄ０−ガラ
ス系やＺｎＯ−ガラス系のものが知られている。

しかし、これらはバリスタ電圧、たとえばバリスタにｌ
ＯｍＡの電流を流したときのバリスタ端子間電圧ｖ１ｏ
をＩＯＶ以下にすることが困難なものであった。

ＣｄＯやＺｎＯにかえ、それと同等の比抵抗域、すなわ
ち１０２〜１Ｏ−３Ω・ぼの酸化物や使用しても、バリ
スタ特性が得られる。

そのような材料としては、ＮｉＯやＣｏＯなとの岩塩結
晶系、ＢａＴｉＯ３やＣａＴｉ０ 、ＬａＭｎＯ３、
ＬａＦｅ２Ｏ４などのスピネル系、および、ＦｅやＣｕ
、Ｃｏ、Ｎｉ。

Ｃｕ、Ｍｎなどのサーミスタを形成する元素の酸化物の
２種以上の混合系をあげることができる。

また、ＳｉＣやＴｉＣなとの金属炭化物を使用して、厚
膜バリスタを構成することもできる。

これらはいずれもＶｌｏがＩＯＶ以上であり、低電圧用
厚膜バリスタとすることができない。

一方、ディスクタイプのバリスタとして、ＳｉＣやＺｎ
Ｏ，Ｓｉ 、Ｇｅなどを使用したバリスタが使用されて
いる。

ところが、ＳｉＣバリスタとＺｎＯバリスタは、いずれ
もバリスタ電圧をｌＯｖ以下にすることが困難なもので
ある。

ＳｉやＧｅのＰ−ｎ接合を利用したバリスタは、バリス
タ電圧がＳｉについては０．７Ｖ、Ｇｅについては０．
３ｖと限定されており、所定のバリスタ電圧を得るため
には、多数個の素子を直列に接続しなければならず、装
置の大形化とコスト高の原因になる。

これらのディスクタイプのバリスタは、厚膜タイプと違
って、スクリーン印刷で作ることができず、またティッ
プすることができないものであるため、厚膜集積回路Ｉ
Ｃや、基板上において他の厚膜部品、たとえば、グレー
ズ抵抗や、グレーズコンデンサ、クレーズサーミスタ等
と同一平面上に形成できないという欠点を有していた。

近年、バリスタに対する需要は、トランジスタ回路の発
達により、はぼＩＯＶ以下の低電圧用で、電圧非直線性
が良好で、静電容量の大きなバリスタが厚膜ＩＣ回路の
保護、あるいは各種リレーやマイクロモータの接点にお
ける火花電圧の消去、さらにはそれによる雑音の消去の
ために必要となってきた。

本発明は、上述の需要に十分応することのできる厚膜バ
リスタを提供するものであり、Ｉｎ２０３８５〜９９，
９重量係、ならびにＰ２Ｏ，とｓ ｂ ２０３ ｍＡ
５２０３ 、ｗｏ３ｊ ＭｏＯ３、Ｓ ｉ ０２． Ｔ
ａ２０５゜ＺｒＯ、’ｒｉｏ 、ＣｅＯ、Ｎｂ２Ｏ，
。

２ ２ ２Ｇｅ０２の
酸化物群から選択された少なくとも１種０．１〜１５重
量係重量酸された導電性成分２５〜７５重量部、および
ガラス成分７５〜２５重量部で構成されていることを特
徴とする。

まず、その原理的な構造の一例について第１図、第２図
および第３図を用いて説明する。

ここで、第１図は平面図、第２図はそのＡ−Ａ断面図、
第３図は同じ＜Ｂ−Ｂ断面図である。

図において、１は耐熱性絶縁基板であり、２は電極、３
はバリスタ膜、４は電極である。

このような積層構造の厚膜バリスタにおいて、バリスタ
膜３によって、電極２，４間にバリスタ電圧が得られる
。

これは、バリスタ膜３において、導電性成分の粒子をガ
ラス成分が取り囲んだ状態となっており、それによって
電圧非直線性が生じているためと考えられる。

発明者らは、バリスタ膜の成分、組成比率によって、特
性を制御できることを見出した。

本発明において使用される導電性成分＆’４■ｎ２０３
、および、Ｐ２Ｏ５と５ｂ２０３．Ａ８□０３゜ＷＯ３
，ＭｏＯ３，５ｉ０２ 、Ｔａ２Ｏ，、ＺｒＯ２゜Ｔｉ
Ｏ２，ＣｅＯ２，Ｎｂ２Ｏ６，ＧｅＯ２のうちの少なく
とも１種、または加熱によって前記酸化物となる化合物
を、所定の組成比率になるよう、十分に混合し、５００
〜１５００℃の範囲内の温度で、０．５〜１０時間焼成
してから、粉砕することによって作られる。

ちなみに、発明者らの研究によれば、■ｎ２０３−ｉラ
ス系厚膜バリスタにおいて、そのバリスタ電圧を低下さ
せるのに効果のある添加成分としては、Ｐ ２０５ ｐ
Ｓ ｂ２０３ ｍ Ａ ８２０３ ｓ Ｂ １２０３
５ＳｎＯＳｉＯ２，ＧｅＯ２、Ｖ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５゜
ｊ ＷＯＭｏＯ３，Ｔａ２０５．Ｚｒ、０２ 、Ｃｏ２Ｏ３
゜ｊ Ｔ １０ ｓ Ｃｅ ０２ ｐ Ｃｒ ０２ ｘ
Ｍｎ ０２ ｓｆ−ＩｆＯ２などがある。

これらのうちでも、特にＰ２Ｏ５，５ｂ２０３．Ａｓ２
Ｏ３，ＷＯ３、ＳｉＯ２゜ＭｏＯ３、Ｔａ２０５．Ｚｒ
Ｏ２、ＴｉＯ２。

ＣｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ６，ＧｅＯ□が適しており、そ０１
種または２種以上の計量が、工ｎ２０３との合計量に対
して０．１〜１５重量係重量酸内にあるとき、バリスタ
電圧をＩＯＶ以下にすることができる。

ガラス成分については、導電性成分粒子とガラスフリッ
トとを含む塗膜を焼成したとき、焼成温度において十分
に溶融し、上記粒子同志を互いによく結合させるととも
に、基板や電極によく固着するものであればよい。

このような条件に対して特に好ましいガラス成分として
は、硼酸アルミナ亜鉛ガラス、硼酸バリウムアンチモン
ガラス、硼酸ビスマスガラス、および硼酸バリウムリン
ガラスなどがある。

特にバリスタ電圧を低（し、電圧非直線指数を大きくす
るのに有用なガラス成分は、硼酸バリウムアンチモンガ
ラスであった。

中でもとりわけ好ましい特性を示す組成は、ＢａＯが２
５〜５０重量％、Ｂ２Ｏ３が３０〜５０重量％、および
５ｂ２０３が１５〜２５重量％である。

ガラスフリットは、所定の成分を配合し、高温度下で溶
融させたのち、水中に入れて急冷し、さらにそれを所要
の粒径まで微粉砕するという公知の方法で作ることがで
きる。

バリスタ膜は、導電性粉末とガラスフリットとの混合物
に、エチルセルローズを１０％含有したαターピネオー
ルを増粘剤として加え、三段ローラやフーバーマーラで
混練して、ペースト状とし、スクリーン印刷法やディッ
プ法で基板上に膜状に付着させ、焼成して作られる。

導電性成分とガラス成分との組成比率は、前者が２５〜
７５重量％で、後者が２５〜７５重量％であることが望
ましい。

ガラス成分の量が２５重量％より少ないと、バリスタ膜
において、導電性成分粒子が十分に結合されなくなり、
ピンホールの原因となる。

また、導電性成分の量が２５重量％よりも少なくなると
、バリスタ電圧が増大してしまう。

電極は市販のＡｇペースト、Ａｇ−Ｐｄペースト、Ａｇ
−Ｐｔペースト、Ａｕペースト、あるいはｐｔペースト
を使用すればよい。

また、電極の構造によって図示したようなサンドインチ
構造であれば、低いバリスタ電圧が得られ、プレーナ形
の電極構造であれば高いバリスタ電圧のものが得られる
。

以下、実施例にもとづいて詳述する。

実施例 １ まず、■ｎ２０３とＰ２Ｏ５を第１表の重量比率になる
よう配合し、らいかい機で十分に混合した。

混合物それぞれを１３５０℃で１時間焼成し、得られた
焼成物をボールミル粉砕して平均粒径５μｍの導電性粉
末を作った。

一方、ＢａＯとＢ２Ｏ３，５ｂ２０３を第１表の重量比
率になるよう配合し、それぞれｔｔ１１００℃で溶解さ
せてから、水中に溶融物を投入して、荒粉砕した。

それから、ボールミルで粉砕して平均粒径３μｍのガラ
スフリットを作った。

上述のようにして作られた導電性粉末とガラス粉末を、
第１表に示す重量比率になるよう混合した。

それから、この混合物に増粘剤を溶剤を、重量比で８０
対２０になるよう加え、３段ローラでよく混練して、バ
リスタペーストにした。

増粘剤としては、エチルセルローズとターピネオールと
が重量比で１０対９０のものを使用した。

また、電極材料として、ＡｇとＢｉ２Ｏ３、上記増粘剤
が重量比で７６対４対２００割合に混合されたＡｇペー
ストを使用した。

まず、上記Ａｇペーストをアルミナ基板上に、２５０メ
ツシユのステンレススチールスクリーンを用いて、スク
リーン印刷した。

それを乾燥させてから、最高温度８５０℃、５分間保持
のトンネル炉を通して空気中で焼成し、図示したような
下部電極を作った。

下部電極上を含めて、アルミナ基板上にバリスタペース
トを下部電極と同様にして印刷、焼成し、厚さ約３０μ
ｍのバリスタ膜を作った。

さらに、このバリスタ膜上に上記Ａｇペーストを同様に
して印刷、焼成し、６１ｒＬＩＩｔ平方の面積の上部電
極を形成した。

このようにして図に示す構造の厚膜バリスタを作った。

得られた厚膜バリスタの各試料についてバリスタ電圧ｖ
１ｏと電圧非直線指数αを調べた。

ここで、バリスタ電圧ｖ０゜は、バリスタ膜を通して電
極間に１０ｍＡの電流が流れるときに前記電極間に現わ
れる電圧である。

また、電圧非直線指数α＆Ｌ電流を■、電圧をｖ１定数
をＫとしたとき、下記で定義されるものであり、電流１
ｍＡ、１０ｍＡを流し、それぞれの電圧を求めて算出し
た。

Ｉ−ＫＶα 厚膜バリスタ各試料のバリスタ電圧Ｖ１ｏと電圧非直線
指数αを第１表にまとめて示す。

上表の結果から明らかなように、本発明の範囲内の試料
１〜１１は、バリスタ電圧ｖ１ｏが７．４〜１０Ｖと低
（、かつその電圧非直線指数αが３．４〜４．２と大き
い。

これに対して、比較例ではバリスタ電圧Ｖ１ｏがＩＯＶ
を越え、電圧非直線性もあまりよ（ない。

実施例 ２ まず、工ｎ２０３と５ｂ２０３を、第２表の重量比率に
なるよう配合し、実施例１の導電性粉末と同じ方法で、
平均粒径５μｍの導電性粉末を作った。

この導電性粉末と、実施例１と同じ組成のガラスフリッ
トとを、第２表に示す配合比になるよう混合し、以下、
実施例１と同じ条件で厚膜バリスタを作った。

そのバリスタ電圧ｖ１ｏと電圧非直線指数αを第２表に
まとめて示す。

実施例 ３ まず、■ｎ２０３とＡｓ２Ｏ３を、第３表の重量比率に
なるよう配合し、実施例１と同じ手順で平均粒径５μｍ
の導電性粉末を作った。

この導電性粉末と、実施例１におけるものと同じ組成の
ガラスフリットとを、第３表に示す配合比になるよう混
合し、以下、実施例１と同じ条件で厚膜ハＩ）スタを作
った。

そのバリスタ電圧Ｖ１゜と電圧非直線指数αを第３表に
まとめて示す。

実施例 ４ まず、Ｉｎ２Ｏ３とＷＯ２を、第４表の重量比率になる
よう配合し、実施例１と同じ手順で平均粒径５μｍの導
電性粉末を作った。

この導電性粉末と、実施例１におけるものと同じ組成の
ガラスフリットとを、第４表に示す配合比になるよ５Ｍ
し、以下、実施例１と同じ条件で厚膜バリスタを作った
。

そのバリスタ電圧ｖ１゜と電圧非直線指数αを第４表に
まとめて示す。

実施例 ５ まず、工ｎ２０３とＳｉＯ２を、第５表の重量比率にな
るよう配合し、実施例１と同じ手順で平均粒径５μｍの
導電性粉末を作った。

この導電性粉末と、実施例１におけるものと同じ組成の
ガラスフリットとを、第５表に示す配合比になるよう混
合し、以下、実施例１と同じ条件で厚膜バリスタを作っ
た。

そのバリスタ電圧Ｖ１゜と電圧非直線指数αを第５表に
まとめて示す。

実施例 ６ まず、■ｎ２０３とＭｏＯ３を、第６表の重量比率にな
るよう配合し、実施例１と同じ手順で平均粒径５μｍの
導電性粉末を作った。

この導電性粉末と、実施例１におけるものと同じ組成の
ガラスフリットとを、第６表に示す配合比になるよう混
合し、以下、実施例１と同じ条件で厚膜バリスタを作っ
た。

そのバリスタ電圧ｖ１゜と電圧非直線指数αを第６表に
まとめて示す。

実施例 ７ まず１ Ｉｎ２Ｏ３とＴａ２０５を、第７表の重量比率
になるよう配合し、実施例１と同じ手順で平均粒径５μ
ｍの導電性粉末を作った。

この導電性粉末と、実施例１におけるものと同じ組成の
ガラスフリットとを、第７表に示す配合比になるよう混
合し、以下、実施例１と同じ条件で厚膜バリスタを作っ
た。

そのバリスタ電圧Ｖ１゜と電圧非直線指数αを第７表に
まとめて示す。

実施例 ８ まず、■ｎ２０３とＺｒＯ□を、第８表の重量比率にな
るよう配合し、実施例１と同じ手順で平均粒径５μｍの
導電性粉末を作った。

この導電性粉末と、実施例１におけるものと同じ組成の
ガラスフリットとを、第８表に示す配合比になるよう混
合し、以下、実施例１と同じ条件で厚膜バリスタを作っ
た。

そのバリスタ電圧ｖ１゜と電圧非直線指数αを第８表に
まとめて示す。

実施例 ９ まず、工ｎ２０３とＴｉＯ２を、第９表の重量比率にな
るよう配合し、実施例１と同じ手順で平均粒径５μｍの
導電性粉末を作った。

この導電性粉末と、実施例１におけるものと同体くじ組
成のガラスフリットとを、第９表に示す配合比になるよ
う混合し、以下、実施例１と同じ条件で厚膜バリスタを
作った。

そのバリスタ電圧ｖ１゜と電圧非直線指数αを第９表に
まとめて示す。

実施例 ｌＯ まず、■ｎ２０３とＣｅＯ２を、第１０表の重量比率に
なるよう配合し、実施例１と同じ手順で平均粒径５μｍ
の導電性粉末を作った。

この導電性粉末と、実施例１におけるものと同じ組成の
ガラスフリットとを、第１０表に示す配合比になるよう
混合し、以下、実施例１と同じ条件で厚膜バリスタを作
った。

そのバリスタ電圧ｖ１ｏと電圧非直線指数αを第１０表
にまとめて示す。

実施例 １１ まず、■ｎ２０３とＮｂ２Ｏ５を；第１１表の重量比率
になるよう配合し、実施例１と同じ手順で平均粒径５μ
ｍの導電性粉末を作った。

この導電性粉末と、実施例１におけるものと同じ組成の
ガラスフリットとを、第１１表に示す配合比になるよう
混合し、以下、実施例１と同じ条件で厚膜バリスタを作
った。

そのバリスタ電圧ｖ１ｏと電圧非直線指数αを第１１表
にまとめて示す。

実施例 １２ まず、■ｎ２０３とＧｅＯ□を、第１２表の重量比率に
なるよう配合し、実施例１と同じ手順で平均粒径５μｍ
の導電性粉末を作った。

この導電性粉末と、実施例１におけるものと同じ組成の
ガラスフリットとを、第１２表に示す配合比になるよう
混合し、以下、実施例１と同じ条件で厚膜バリスタを作
った。

そのバリスタ電圧ｖ０゜と電圧非直線指数αを第１２表
にまとめて示す。

実施例２〜１２から明らかなように、本発明の範囲内の
試料は、バリスタ電圧ｖ１ｏが７．０〜１０．ＯＶで、
電圧非直線指数αが３．３〜４．６と大きい。

一方、比較例は、バリスタ電圧ｖ１ｏがＩＯＶよりも高
（，１２〜１３Ｖ前後である。

そして、比較的それが低いものは電圧非直線指数αがほ
ぼ３以下小さいものである。

上記実施例では、導電性成分として、Ｉｎ２Ｏ３に、Ｐ
２Ｏ５，Ｓ ｂ２０３ 、 Ａ ５２０３ 、 ＷＯ３
゜ＭｏＯ２，５ｉｎ２ 、Ｔａ２０６．ＺｒＯ２ｔＴｉ
Ｏ２、ＣｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５，ＧｅＯ２をそれぞれ添加
含有させたものについて述べたが、これら添加成分のう
ちの２種以上を、本発明の範囲内において添加含有させ
ても、それと同等の特性の得られることを、実験により
確認した。

以上説明したように、本発明の厚膜バリスタは、バリス
タ電圧ｖ１ｏがほぼＩＯＶ以下と低く、かつ電圧非直線
性も優れ、積層構造としたときの電極間の静電容量も大
きいものである。

したがって、厚膜ＩＣ回路の保護、各種リレーやマイク
ロモータなどの火花電圧の消去に有用なものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明にがかる厚膜バリスタの原理的な構造の
一例を示す図、第２図はそのＡ−Ａ断面図、第３図は同
じ＜Ｂ−Ｂ断面図である。 ２・・・・・・電極、３・・・・・・バリスタ膜、４・
・・・・・電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ■ｎ２０３８５〜９９．９重量％、ならびにＰ２Ｏ
   ５と５ｂ２０３．Ａｓ２Ｏ３，ＷＯ３ｌＭｏＯ３゜Ｓｉ
   Ｏ２、Ｔａ２０５．ＺｒＯ２、ＴｉＯ２。 ＣｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ６，ＧｅＯ２の酸化物群から選択さ
   れた少なくとも１種０．１〜１５重量％で構成された導
   電性成分２５〜７５重量部、および、それを結合するた
   めのガラス成分７５〜２５重量部で構成されていること
   を特徴とする厚膜バリスタ。 ２、特許請求の範囲第１項の記載において、ガラス成分
   は、ＢａＯ２５〜５０重量％、Ｂ２０３３０〜５０重量
   係、および５ｂ２０３１５〜２５重量係で構成されてい
   ることを特徴とする厚膜バリスタ。