JPS596501A - 回路保護素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は過渡的な異常電圧から回路を保護するための回
路保護素子、特に回路保護素子としての金属酸化物バリ
スタに関するものである。

電子技術の進歩に伴い半導対素子が多くの電子デバイス
に使用されるようになってきたが、半導（１） 体素子は過渡的な異常電圧に対して弱いことから、電子
デバイスの回路にサージを吸収するための手段を設ける
必要がある。例えば、自動車においては公害規制や安全
規制の強化に伴ない多数の半導体素子を要いた複雑な電
子回路が搭載されている。

ところで、自動車で発生するサージのうち、イブニラシ
ロンオフサージ、各種誘導負荷開閉時のサージは、エネ
ルギーがＩＪ（ジュール）以下と小さいため、ツェナー
ダイオード、金属酸化物バリスタ、あるいはコンデンサ
と抵抗の組み合せで充分に対処することができる。

しかしながら、例えば何等かの原因でバッテリ端子がは
ずれた場合などに発生する。いわゆるロードダンプサー
ジに対しては、そのサージエネルギーが最大３００Ｊと
大きいために、従来のサージアブソーバでは対処できな
い。即ち、ツェナーダイオードは１つのｐｎ接合からな
るダイオードであり、サージエネルギー耐量を高めるた
めには、非富に広い面積、例えば８０ｃＩＡ異常にわた
ってｐｎ接合を作らなければならない。しかし現在の半
導（２） 体技術では、そのような大面積のｐｎ接合をつくること
はむずかしく、製造コストも高くなって、実用的でない
。またコンデンサを使用する場合には、ＩＦという大容
量のコンデンサが必要となり実用的でない。金属酸化物
バリスタは第１図に示すように、バリスタ電圧（図中Ｖ
１ｍＡ）以下では抵抗が高く電流はほとんど流れないが
、バリスタ電圧を超えると急激に抵抗が変化して電流を
流す特性を有する素子であって、これをサージアブソー
バとして自動車の低電圧回路に使用し、かつエネルギー
耐量を高めるには、熱容量の関係から非常に薄くて面積
の広いシート状素子としなければならないのが、強度的
要求および小型化の要求から実用上大きな問題があった
。

本発明は上記問題点に鑑み、回路保護素子としての金属
酸化物バリスタに関するもので、バリスタ電圧が低くサ
ージエネルギー耐量が大きなかつ小型のバリスタを提供
することを目的牛し、そのためバリスタを積層構造とす
る事によりこの目的を達するものである。

（３） 詳しく述べると、サージエネルギー耐量は、素子に流れ
る電流により発生するジュール熱にどれだけ耐えられる
かによって決まる量である。したがって、焼結体の熱容
量すなわち、体積を増す事によって解決される。また、
非直線性は種としてＺｎＯ粒子とＢ　ｉ　２０３粒界層
の界面にできたシロソトキー障壁に起因しており、その
トンネル効果によって説明される。１つのシロットキー
障壁の電圧がほぼ決まっているため、バリスタ電圧は電
極間に直列に接続された粒界の数に比例する事になる。

したがって、低電圧を実現するには、素子の厚さを薄く
するか、粒子径を大きくする事になる。そこで、低電圧
かつ高エネルギー耐量を実現するには、粒子径を大きく
して厚み方向で熱容量をかせぐ方法の開発がすすんでい
るが、そのためには粒子径を２００〜３００μ位にする
必要があり、このような粒子径のＺｎＯは簡単に製造で
きず得られたとしても多数の前処理工程が必要となり得
策でない。本発明は積層構造にすることにより、巨大粒
子径によって〜もたらせる効果と同様（４） な効果を得ようとするものである。

第２．３図に示したモデル図で、その概観をみてみる。

第２図はＺｎＯ巨大粒子を含むバリスタである。■はＺ
ｎＯ低抵抗巨大粒子、２はバリヤーを形成するＢｉ粒界
層である。第３図は本発明の積層構造である。３は低抵
抗の第１の金属酸化物層をなす例えばＺｎＯ低抵抗焼結
体層、４はＺｎｏを主成分とし、Ｂｉ等が点火されたパ
リス特性を有する第２の金属酸化物層をなす例えばバリ
スタ層である。第３図は第２図におけるＺｎＯ低抵抗巨
大粒子１をＺｎＯ低抵抗焼結体層３でおきかえてあり、
エネルギー耐量をあげるための体積増加に寄与している
。又、バリスタ電圧は、ＺｎＯ低抵抗層間にはさまれた
バリスタ層４の厚みで決定されるようになっている。

以下、本発明の一実施例を第３図を用いて説明する。５
は積層型の金属酸化物バリスタである。

３は前記した第１の金属酸化物層に相当するもので酸化
亜鉛に酸化ガリウム、酸化アルミニウム等を添加した低
抵抗層、４は前記した第２の金属酸（５） 化物層に相当するもので酸化亜鉛に酸化ガリウム、酸化
マンガン、酸化アンチモン、そして酸化ビスマンを混ぜ
た電圧非直線層である。６はオーム性電極である。さら
に具体的には、例えば上記セラミック粉末（１００部）
に対してポリビニルブチラール樹脂（１１部）、ジブチ
ルフタレート　（１０部）、スパン８５（２部）　、Ｍ
ＥＫ、エタノール、酢酸アルミ等（４０部）を混合し、
スラリーを作成する。離型剤処理をしたポリエステルフ
ィルム上にドクターブレード法でシートを形成し、６０
℃で乾燥して均質グリーンシートを得る。上記方法で得
られた２種類のシート、すなわち低抵抗層３を形成する
シートとバリスタ層４を形成するシートを交互にラミネ
ートし、１体焼成する。その後、積層体の両端面に外部
電極６を塗布焼付して積層セラミックスバリスタが形成
される。

ところで、サージエネルギー耐量は前述したように焼結
体の熱容量によって解決される。今３００Ｊを吸収する
ための体積についてはバリスタ比熱（約０．１２５　４
．、）および比重（５，４怪／ｃ、ｉｌ）（６） でできる熱容量から３００Ｊが加った場合の湿度上昇を
使用最高温度１５０°Ｃ，熱暴走開始温度２００℃を考
慮して５０℃以下に抑えようとすると約２．１−の体積
が必要となる。素子直径をφ３０でおさえようとすると
厚みが熱容量の関係から約３ｆｉ必要になる。現在、粒
子に対する複雑な前処理をせずに素子をつくると第４図
に示すような特性になり、厚み０．７　ｔｍ位でバリス
タ電圧２５Ｖが得られる。当然３額だと約１００Ｖとな
り使用できなくなる。そこで本発明のようにＺｎＯ低抵
抗層３を０．２８層ｍ、非直線層４を０．１　ｎとして
これらを１５層に積層する事により、非直線層Ｑ、　７
　＊＊でバリスタ電圧をだし、低抵抗層３、非直線層４
あわせて約’ｌ、　ｌ　ｃｎ！となり、エネルギー耐量
も満足できる。

次に本発明の他の実施例について説明する。

１、主成分の酸化亜鉛に酸化ガリウム、酸化マンガン、
酸化アンチモン、酸化ビスマスを添加した電圧非直線物
質（１００部）にテルピネオール（２５ｆｌｔ）、エチ
ルセルロース（０，５部）加、ｔて（７） ペースト（非直線１ｍ！４に相当）を作成する。一方、
酸化亜鉛を主成分とし、酸化ガリウム等を添加した低抵
抗粉末を所定の厚さにプレス成形（低抵抗層３に相当）
する。手順はその成形体に所定の厚さまでペーストを塗
布し適度に乾燥させたのち成形体を積層してゆく。所定
の枚数積層した後焼成し、積層体の両端面に電極を塗布
、焼き付けして製品を得る。

２、上記実施例１において、低抵抗粉末を所定の厚さに
プレス成形する。あるいは生シートを作製した後、焼成
して焼結体を作製する。その後、焼結体間にバリスタ特
性を示す生シートあるいはペーストを交互に挿入して再
度焼成し、両端に電極を付は製品を得る。この効果は、
バリスタ特性を発生する添加物が一体焼成に転べ低抵抗
層へ拡散するのを軽減することにある。

以上本発明では次の効果が期待できる。

１、２　ｎ　Ｏ低抵抗巨大粒子作製の繁雑な工程を省く
ために、例えばＺｎＯ低抵抗焼結体などの低抵抗の第１
の金属酸化物層をＺｎＯ巨大粒子のかわ（８） りにみたてる事により、エネルギー耐量の大きなバリス
タ素子を得る事ができる。

２、低抵抗の第１の金属酸化物層を交互に積層するため
に電極間のバリスタ特性を有する第２の金属酸化物層の
厚さがその分だけ薄くなり、バリスタ電圧を低くおさえ
る事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属酸化物バリスタの電圧−電流特性を示す特
性図、第２図は一般に用いられるノ〈リスクの断面構造
を示す図、第３図は本発明の一実施例を示すバリスタの
断面構造を示す図、第４図は本発明素子の電極間素子厚
みとバリスタ電圧との関係を示す特性図である。 ３・・・低抵抗の第１の金属酸化物層をなすＺｎＯ低抵
抗焼結体層などの低抵抗層、４・・・バリスタ特性を有
する第２の金属酸化物層をなすバリスタ層などの電圧非
直線層、６・・・電極。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 （９） に−にも智魅ト −４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、低抵抗の第１の金属酸化物層とパリスタ特性を有す
   る第２の金属酸化物層が所定の枚数交互にｉｉｔ層され
   、かつ積層された最外層の両端面に外部電極が形成され
   ている事を特徴とする回路保護素子。 ２、バリスタ特性を有する前記第２金属酸化物層の成分
   は、前記第１の金属酸化物層成分にバリスタ特性を発生
   させる成分を加えたものである事を特徴とする特許請求
   の範囲Ｗ４１項記載の回路保護素子。