JPS6050734B2

JPS6050734B2 - 厚膜バリスタ用結合剤ガラス

Info

Publication number: JPS6050734B2
Application number: JP53048880A
Authority: JP
Inventors: 光弘大谷; 正樹青木; 伸一田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-04-24
Filing date: 1978-04-24
Publication date: 1985-11-09
Also published as: JPS54139918A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は厚膜バリスタ用結合剤ガラスに関するものてあ
る。

従来から実用されている電圧非直線抵抗器（以下単にバ
リスタと呼ぶ）としては、ＳｉＣバリスタあるいはセレ
ン整流器、Ｓｉバリスタなどがあり、バリスタと呼ぶ）
としては、ＳｉＣバリスタあるいはセレン整流器、Ｓｉ
バリスタなどがあり、過電圧保護用として用いられてい
る。

現在使用されているダイオード、トランジスタ、サイリ
スタ等の半導体素子は、一般の電気機器に比べて過電圧
用量が著しく小さいものであるため、これらを過電圧か
ら保護するためのバリスタには、制限電圧の低いことが
望まれている。

しかし、上記ＳｉＣバリスタは、ＳｉＣ粒子を高温度で
焼き固めたもので、広く用いられているが、その構造は
１０ミクロン前後の粒子を使用しているため、Ｏ、５Ｔ
ｒ＄Ｌ以下の厚さのものは製造が困難であり、制限電圧
が高くなつて、低電圧用として利用しにくいものであつ
た。また、ＧやＳｉのｐ−ｎ接合を利用たバリスタの立
上り電圧は、原理的に言つてαが約Ｏ、３Ｖ、Ｓｉが約
Ｏ、７Ｖと限定されている。

そのため、所定の立上り電圧を得るには、多数個の素子
を直列に接続しなければならず、使用装置の大型化およ
びコスト高となるものであつた。セレン整流器や亜酸化
銅整流器にも同様な困難さがあつた。また、最近開発さ
れた酸化亜鉛系バリスタも、上記ＳｉＣバリスタと同様
に成形により製造するものであ、Ｏ、５７７Ｚ７７Ｉ以
下のような薄いバリスタを作るＪことがむずかしく、任
意の形状、低い立上り電圧のものを簡単に製造すること
が困難であつた。

これらの欠点をなくするためには、酸化亜鉛粉末とそれ
を結合するガラスフリット粉末からなる厚膜バリスタが
適当である。これは、厚膜バリスタであれば、スクリー
ン印刷法やディップ法等により厚膜が０．１〜１００μ
程度のものを容易に製造することができ、バリスタの形
状を任意に変えることにより任意の立上り電圧が得られ
、上記のＳｉＣバリスタやＳｉバリスタ、セレン整流器
などの欠点を補うことができるからである。しかし、従
来より厚膜バリスタ用結合剤ガラスとして使用されてき
たＰｂＯ−Ｂ。

ｏ３−２ｎｏ系ＢａＯ一代Ｏｓ−ＳｉＯ２系、ＢｉＯ３
−Ｃ０２０３系、ＢａＯ■桟０３系、のガラスには特に
サンドイッチタイプの厚膜バリスタにおいて、パルス印
加によるバリスタ電圧の変化が大きいという欠点があつ
た。本発明は、上記のような厚膜バリスタ用結合剤ガラ
スの持つ欠点を解消するため、結合用ガラスとして酸化
バリウム（ＢａＯ）一酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）一酸化亜鉛
（ＺｎＯ）一酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）系のもの
を用い、パルス印加によるバリスタ電圧の変化を少なく
しようとするもので以下、本発明について、図面を用い
て説明する。

図において、１は電気絶縁性を有する基板、２と２″は
電極、３は電極２，２″に挟まれた酸化亜鉛粉末、４は
結合剤ガラスである。５は、上記酸化亜鉛粉末３と結合
剤ガラス４を含み、これをバリスタ膜と称する。

また、図はバリスタ膜５に関し電極が両側にある構造を
有するサンドイッチタイプの厚膜バリスタである。周知
のようにバリスタのＩ−■特性は次式で示される。
ここでＩは電流（アンペア）、Ｖは電圧（ボルト
）、ａは非直線指数、Ｃは定数を示す。

またＩｃミリアンペアの電流を流したときの電極間電圧
を■Ｃとすれば、Ｖｃは電流１ｃミリアンペアにおける
バリスタ電圧と定義される。

次に本発明を詳細に説明すると、酸化亜鉛を１３５０′
Ｃで１時間焼成し、その後これを細かく粉砕した粉末３
０〜９５重量％と、これを固着するためのガラスフリッ
ト粉末とからなる厚膜バリスタにおいて、ガラスフリッ
ト粉末がＢ２ｌＯ２５〜５０重量部と式０３２５〜４５
重量部、ＺｎＯ５〜５唾量部、Ａｌ２Ｏ３４〜１５重量
部とからなり、かつ上記のＢａＯとＢ２Ｏ３ならびにＺ
ｎＯの三成分の合計量は１００重量部になることを特徴
とするものである。

本発明におけるＢａＯ−Ｂ２Ｏ３−ΔＯ−Ａｌ。

Ｏ３系ガラスパルスの印加などに対して、バリスタ電圧
の変化が少なくなり、特性が改善される理由については
、現在のところ十分解明できていない。しかし、厚膜バ
リスタの断面を本発明による厚膜バリスタと従来の結合
剤ガラスを用いた厚膜バリスタとで比較して観察すると
、従来の結合剤ガラスを用いた厚膜バリスタでは比較的
多くの小さな空孔が観察されるのに対して、本発明によ
る厚膜バリスタの場合ではこの空孔の数が大巾に減少し
ていることがわかつた。本発明の結合剤ガラスを使用す
ると、バリスタ膜を焼成するときに、酸化亜鉛粉末３と
結合剤ガラス４とのなじみがよく、またガラス自体の流
動性が大きいため、上記の空孔が減少したのではないか
と考えられる。

そのため、電圧が印加されたときの電流の集中が起こり
にくくなり、パルス特性が改善されたものと推測される
。そして、直流負荷１．５Ｗを２０８間印加する過負荷
試験においても、パルス特性の場合と同様な本発明の効
果が見られた。本発明において用いられた結合剤ガラス
はたとえば次のようにして作製される。

すなわち所定のガラス組成分を配合し、１００００Ｃ〜
１４００℃で３紛間熔融させた後、水中に入れて急冷し
て粗く粉砕してから、さらにそれを所要の粒径まで微粉
砕する。これらの組成物は、酸化物の形のものを用いた
が、その原理から言つて必ずしも酸化物でなくても良い
。次に結合剤ガラスの組成範囲を限定した理由を述べる
。

Ａｌ２Ｏ３を４〜１鍾量部に限定したのは、１鍾量部よ
り多くなるとガラスの粘性が高くなり、かつ失透し均質
なガラスが得られないためであり、４重量部より少ない
とパルス印加によるバリスタ電圧の変化を少なくできな
いためである。ＢａＯ，Ｂ２Ｏ３ならびにＺｎＯの三成
分の合計量を１００重量部に限定したのは、ガラス中に
おけるＡｌ２Ｏ３量を一定の範囲内に固定させるためで
ある。ＢａＯを上記三成分の合計量において５０〜２５
重量％に限定したのは、印重量％より多くなると失透を
起し均質なガラスが得られなく、２５重量％より少なく
なるとパルス印加によるバリスタ電圧の変化を少・なく
できないためである。Ｂ２Ｏ３を４５〜２５重量％に限
定したのは、４５重量％より多くなるとＺｎＯ粉末との
反応が大きくなつて、低電圧を得られなくなり、しかも
特性が悪化するからであり、２５重量％より少ないと、
失透を起こして、均質なガラスを得られなくなるためで
ある。ＺｎＯを５０〜５重量％に限定したのは、５呼量
％より多くなると失透を起こし、均質なガラスを得られ
ないためであり、５重量％より少ないと過負荷によるバ
リスタ電圧の低下が起こるためである。上記のＺｎＯ粉
末、ガラスフリット、および１０重量％のエチルセルロ
ーズを含むタービネオールを三段ローラ、フーバーマー
ラーなどの混合機でよく混合して、均一分散させて、バ
リスタペーストとする。

次に厚膜バリスタの作製方法を図を用いて述べる。

耐熱性て電気絶縁性を有する基板１，たとえばアルミナ
、フォルステライト、結晶化ガラスなどの表面に導電性
のペースト（Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等）をスクリーン印刷法
で塗布し乾燥させた後、焼成して電極２を作る。次に、
この電極２上にバリスタペーストを用いて上記と同様の
方法でバリスタ膜５を作る。同じ導電ペーストを用いて
同様の方法により膜５の上に電極２を形成する。このよ
うにしてサンドイッチ形の厚膜バリスタが作られる。以
下に、具体的に実施例をあげて本発明の内容を述べる。

ＺｎＯ粉末を、１３５００Ｃの温度で空気中において１
時間加熱した。

焼結したＺｎＯをスタンプミルを用いて粗粉砕し、さら
にボールミルで微粉砕して平均粒径２．５ミクロンの粉
末とした。ガラスについては、第１表に示す組成比率に
なるように調合し、これを白金るつぼ中に移し、１４０
０′Ｃで溶融させた。

この溶融物を水に投入して急冷し、粗粉砕した。それか
らボールミルを用いて微粉砕し、平均粒径３ミクロンの
ガラス粉末を作つた。上記のＺｎＯ粉末とガラス粉末と
が重量比で５５：４５の割合の固形分ａ重量％に、増粘
剤を含む溶剤＊３２唾量％を加え、三本ローラーでよく
混合して、バリスタペーストとした。

増粘剤は１踵量％のエチルセルローズと９唾量％のター
ピネオールよりなる。電極ペーストとしてＮ粉末とＢｉ
２Ｏ２粉末とが重量比で９５：５の割合の固型分８鍾量
％に、増粘剤を含む溶剤２鍾量％を加えて、よく混練し
て作つた。

この銀電極ペーストをまずアルミナ基板上にスクリーン
印刷法により塗布し、乾燥後、最高温度８６０℃で１紛
間保持するトンネル炉を通し、空気雰囲気中で焼成した
。

次に、バリスタペーストを同様の方法で塗布焼成した。
得られたバリスタ膜の厚さは、３１ミクロンであつた。
続いて同じ銀電極ペーストをｄの電極面積をもつて塗布
し、乾燥した後、８６０゜Ｃで焼成した。得られたサン
ドイッチ形厚膜バリスタの電気的特性（Ｖｃ，パルス特
性）を第１表に示す。この場合、Ｖｃは電流１０ｒｒ１
Ａにおける電圧でもつて表わした。また、パルス特性は
、３５μＦの電解コンデンサを直流電圧４０Ｖで充電し
、それを試料（厚膜バリスタ）に放電印加させることを
５秒間隔で２０回繰返して試験を行ない、試験後のＶｃ
（１ＱｒＴ１Ａ）の初期値に対する変化率でもつて表わ
している。比較のため、ガラス組成もしくは比率を本発
明の範囲外としてサンドイッチ形厚膜バリスタを作製Ｏ
し、その電気特性（Ｖｃ，パルス特性）を測定した。

その結果を第２表に示す。上記の実施例の第１表と比較
例の第２表とを比較して見れば明らかなように、本発明
における結合剤ガラス、言い換えればＢａＯが２５〜５
０重量％，Ｂ２Ｏ３が２５〜４５重量％およびＺｎＯが
５〜５０重量％で構成される成分１００重量部に対して
、Ａｌ２Ｏ３が４〜１５重量部の割合で含まれているガ
ラスをバリスタの結合剤に使用することにより、パルス
印加によるバリスタ電圧の変化が従来の結合剤ガラスの
場合よりも大巾に減少しており、優れた特性をもつ厚膜
バリスタ用結合剤ガラスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の結合剤ガラスを用いたサンドイッチ形厚膜
バリスタの断面構造の一例を示している。１・・・・・・電気絶縁基板、２，２″・・・・・・電
極、３・・・・・・酸化亜鉛粉末、４・・・・・・結合
剤ガラス、５・・・・・・バリスタ膜。

Claims

【特許請求の範囲】

１酸化バリウムが２５〜５０重量％、酸化硼素が２５
〜４５重量％、および酸化亜鉛が５〜５０重量％で構成
される成分１００重量部に対して酸化アルミニウムが４
〜１６重量部の割合で含まれていることを特徴とする厚
膜バリスタ用結合剤ガラス。