KR101889678B1 - Zinc oxide varistor - Google Patents

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요지 고미
다츠야 간자키
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코아가부시끼가이샤
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Abstract

배리스터 원료와 유리 재료의 혼합 재료를 사용한 배리스터 소체를 포함하는 산화아연계 배리스터이며, 해당 배리스터 원료는 주원료인 산화아연(ZnO)에 제1 산화물을 첨가하여 이루어지고, 해당 유리 재료는 붕규산아연계 유리이며 제2 산화물을 첨가하여 이루어진다. 그리고, 이들 제1 산화물 및 제2 산화물은, 상기 배리스터 원료와 유리 재료 양쪽에 첨가되는 소정의 공통 산화물을 포함한다.A varactor zinc oxide varistor comprising a varistor element using a mixture of a varistor raw material and a glass material, wherein the varistor raw material is made by adding a first oxide to zinc oxide (ZnO) as a main raw material, And a second oxide is added. The first oxide and the second oxide include a predetermined common oxide added to both the varistor raw material and the glass material.

Description

산화아연계 배리스터{ZINC OXIDE VARISTOR}{ZINC OXIDE VARISTOR}

본 발명은 예를 들어 전원 노이즈, 뇌(雷) 유도 노이즈 등의 제거에 사용되는 산화아연계 배리스터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a zinc oxide varistor used for removing, for example, power supply noise, lightning induced noise, and the like.

전기 전자 기기의 고주파화, 대용량화에 따라서, 예를 들어 휴대 전화나 자동차 등에 있어서, 전원 노이즈, 각종 서지, 펄스성 노이즈, 정전기 방전(ESD)으로부터 기기의 회로를 보호하고, 또는 동작의 안정성을 확보하기 위한 대책이나, 노이즈 규제에 대한 대응으로서, 산화아연형 적층 칩 배리스터가 사용되고 있다. 그 대표적인 적용예로서, 휴대 전자 기기나 차량 탑재 전자 기기에 있어서의 로드 댐프 서지, 이그니션 서지, 뇌 서지, ESD, 스위칭 서지로부터의 반도체 보호 소자로서의 이용을 들 수 있다.As the frequency and the capacity of electrical and electronic devices are increased, the circuit of the device is protected from power supply noise, various surges, pulse noise, and electrostatic discharge (ESD), for example, in mobile phones or automobiles, Zinc oxide multilayer chip varistors have been used as countermeasures against noise and regulation against noise. As a typical application example thereof, there is a use as a semiconductor protection device from a load damp surge, an ignition surge, a brain surge, an ESD, and a switching surge in a portable electronic device or a vehicle-mounted electronic device.

산화아연 배리스터의 기본 조성으로서, 입성장을 촉진하는 Bi2O3이나 입성장을 억제하는 Sb2O3이 첨가된다. 또한, 소결 보조제로서 각종 유리 등이 첨가된다. 배리스터는 첨가물이나 그의 첨가량의 조합에 의해, 얻어지는 전기적 특성, 신뢰성이 크게 바뀐다. 예를 들어, 첨가되는 원료의 혼합 비율에 의해 소결 시의 입성장의 편차, 입계 준위라고 하는 더블 쇼트키 장벽의 편차가 발생한다. 그 결과, 배리스터의 기본 특성인 전압 인가 시의 누설 전류, 비직선성을 나타내는 α값, 제한 전압, 나아가 대서지 인가 시의 회로 보호 능력에 큰 차이가 발생하게 된다.As a basic composition of the zinc oxide varistor, Bi 2 O 3 that promotes grain growth or Sb 2 O 3 that inhibits grain growth is added. As the sintering aid, various glasses and the like are added. The electrical characteristics and reliability of the varistor vary greatly depending on the combination of the additive and the addition amount thereof. For example, deviation of grain growth during sintering and deviation of the double Schottky barrier called intergranular level occur due to the mixing ratio of the raw materials to be added. As a result, there is a large difference in the leakage current at the time of voltage application, the value of alpha representing the nonlinearity, the limiting voltage, and the circuit protection ability at the time of application of the surge, which are basic characteristics of the varistor.

또한, 산화아연 배리스터에 관하여, 서지 내량이나 제한 전압비 등의 전기적 특성의 향상을 도모한 것으로서, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 비스무트계 산화아연 배리스터가 있다.In addition, regarding the zinc oxide varistor, for example, there is a bismuth-based zinc oxide varistor described in Patent Document 1 which is intended to improve the electrical characteristics such as the surge capacity and the limiting voltage ratio.

일본 특허 공개 제2006-245111호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-245111

산화아연(ZnO)을 주성분으로 하는 배리스터 소결체에 대해서는, (1) 그레인(ZnO의 결정립)이 균일한 것, (2) 그레인(ZnO)간의 공극이 적은 것, (3) 입계 준위(더블 쇼트키 장벽)가 형성되어 편차가 적은 것, (4) 그레인(ZnO)의 비저항이 작은 것 등의 요건이 만족되는 것이 바람직하다. 그러나, 현 상황에 있어서 이상적인 배리스터를 얻는 것은 어려워, 배리스터의 기본 특성 모두에 있어서 우수한 배리스터를 얻는 것은 곤란하다.(1) grain (ZnO crystal grains) are uniform, (2) porosity between grains (ZnO) is small, (3) grain boundary level (double schottky And (4) the specific resistance of the grain (ZnO) is small, and the like are preferably satisfied. However, it is difficult to obtain an ideal varistor in the present situation, and it is difficult to obtain an excellent varistor in all of the basic characteristics of the varistor.

본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 점은, 배리스터의 기본 특성인 누설 전류, 제한 전압 및 임펄스 내량 모두에 있어서 특성을 향상시킨 산화아연계 배리스터를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a zinc oxide varistor having improved characteristics in both leakage current, limiting voltage and impulse tolerance, which are basic characteristics of a varistor.

상기한 목적을 달성하여, 상술한 과제를 해결하는 일 수단으로서, 본 발명에 관한 산화아연계 배리스터는, 배리스터 원료와 유리 재료의 혼합 재료를 사용한 배리스터 소체(素體)를 포함하고, 상기 배리스터 원료는, 그 배리스터 원료의 주원료인 산화아연(ZnO)에 제1 산화물을 첨가하여 이루어지고, 상기 유리 재료는, 붕규산아연계 유리이며 제2 산화물을 첨가하여 이루어지고, 상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물은, 상기 배리스터 원료와 상기 유리 재료 양쪽에 첨가되는 소정의 공통 산화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above object and solving the above-mentioned problems, the zinc oxide zinc oxide varistor according to the present invention comprises a varistor element using a mixture material of a varistor material and a glass material, Is formed by adding a first oxide to zinc oxide (ZnO), which is the main raw material of the varistor raw material, and the glass material is made of zinc borosilicate glass and a second oxide is added, and the first oxide and the second The oxide is characterized by containing the varistor raw material and a predetermined common oxide added to both of the glass raw material.

예를 들어, 상기 배리스터 원료에 포함되는 산화아연에 대하여 0.5중량부 내지 2.5중량부의 상기 유리 재료를 상기 배리스터 원료에 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 상기 공통 산화물은, 산화망간(MnO2), 산화코발트(CoO), 산화크롬(Cr2O3) 중 어느 1종 이상의 전이 금속을 포함하고, 상기 유리 재료는 해당 공통 산화물을 1.0 내지 5.0중량% 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 예를 들어 상기 공통 산화물은, 산화안티몬(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하고, 상기 유리 재료는 해당 공통 산화물을 0.1 내지 1.5중량% 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 예를 들어, 상기 유리 재료는, 상기 제2 산화물 이외의 산화물로서 산화납(PbO) 또는 산화비스무트(Bi2O3)를 1 내지 10중량% 포함하는 것을 특징으로 한다. 나아가, 예를 들어 미리 일부가 유리화된 상기 공통 산화물을 상기 배리스터 원료에 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.For example, 0.5 to 2.5 parts by weight of the glass material with respect to the zinc oxide contained in the varistor raw material is mixed with the varistor raw material. For example, the common oxide includes at least one transition metal selected from manganese oxide (MnO 2 ), cobalt oxide (CoO), and chromium oxide (Cr 2 O 3 ) By weight to 5.0% by weight. Further, for example, the common oxide includes antimony oxide (Sb 2 O 3 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and the glass material includes 0.1 to 1.5% by weight of the common oxide . Further, for example, the glass material may include 1 to 10 wt% of lead oxide (PbO) or bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) as an oxide other than the second oxide. Further, the present invention is characterized in that, for example, the common oxide partially vitrified in advance is added to the varistor raw material.

상술한 과제를 해결하는 다른 수단으로서, 본 발명에 관한 산화아연계 배리스터의 배리스터 원료는, 예를 들어 산화아연(ZnO) 100mol%에 대하여, 외할(outer percentage)로 산화붕소(B2O3)를 0.1 내지 1.0mol%와, 산화코발트(CoO)를 0.5 내지 1.5mol%와, 산화망간(MnO2)을 0.5 내지 1.5mol%와, 산화안티몬(Sb2O3)을 0.1 내지 1.5mol%와, 산화크롬(Cr2O3)을 0.1 내지 1.0mol%와, 붕산(H3BO3)을 0.05 내지 1.0mol%와, 상기 배리스터 원료에 포함되는 산화아연(ZnO)에 대한 외할량으로 0.5 내지 2.5중량부의 유리 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 예를 들어 상기 유리 재료는 붕규산비스무트아연 복합 유리인 것을 특징으로 한다.As another means for solving the above-mentioned problems, the varistor raw material of the zinc oxide-based varistor according to the present invention may contain boron oxide (B 2 O 3 ) as an outer percentage, for example, 100 mol% of zinc oxide (ZnO) 0.1 to 1.0 mol% of cobalt oxide, 0.5 to 1.5 mol% of cobalt oxide, 0.5 to 1.5 mol% of manganese oxide (MnO 2 ), 0.1 to 1.5 mol% of antimony oxide (Sb 2 O 3 ) 0.1 to 1.0 mol% of chromium oxide (Cr 2 O 3 ), 0.05 to 1.0 mol% of boric acid (H 3 BO 3 ) and 0.5 to 1.0 mol% of zinc oxide (ZnO) And 2.5 parts by weight of glass material. Further, for example, the glass material is characterized by being a bismuth zinc borosilicate composite glass.

본 발명에 따르면, 배리스터의 기본 특성인 누설 전류, 제한 전압 및 임펄스 내량에 있어서 우수한 특성을 가짐과 동시에, 특성의 편차를 억제할 수 있으므로, 전자 기기 등의 회로 보호 기능 소자로서의 전기적 특성을 대폭 향상시킨 산화아연계 배리스터를 얻을 수 있다.Industrial Applicability According to the present invention, it is possible to improve the electrical characteristics as a circuit protection functional element of electronic devices and the like because it has excellent characteristics in terms of leakage current, limit voltage and impulse tolerance, which are basic characteristics of a varistor, A zinc oxide-based varistor can be obtained.

도 1은 본 발명의 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 제조 공정을 시계열로 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 단면 구조를 도시하는 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a flow chart showing time-series production steps of a zinc oxide laminated chip varistor according to an embodiment of the present invention. Fig.
Fig. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a zinc oxide laminated chip varistor according to this embodiment.

이하, 첨부 도면 및 표를 참조하여, 본 발명에 관한 일 실시 형태예를 상세하게 설명한다. 우선, 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터(이후, 간단히 산화아연 배리스터, 또는 산화아연계 배리스터라고도 함)의 배리스터 소체를 형성하는 각 첨가물(배리스터 원료)에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and tables. First, each additive (varistor raw material) for forming a varistor element of a zinc oxide laminated chip varistor (hereinafter, simply referred to as a zinc oxide varistor or a zinc oxide based varistor) according to the present embodiment will be described.

(a) 산화아연(ZnO) (a) zinc oxide (ZnO)

본 실시 형태예에 관한 산화아연 배리스터의 주원료인 산화아연(ZnO)은, 결정 구조 내에 인터스티셜(interstitial)한 Zn+가 존재하는 n형 반도체 세라믹스이다. 배리스터용의 산화아연으로서는, 통상 입경이 0.4 내지 1.5㎛로 균일한 입자를 사용한다.The zinc oxide (ZnO) which is the main material of the zinc oxide varistor according to this embodiment is n-type semiconductor ceramics in which interstitial Zn + is present in the crystal structure. As zinc oxide for a varistor, particles having a uniform particle diameter of usually 0.4 to 1.5 占 퐉 are used.

(b) 산화비스무트(Bi2O3) (b) Bismuth oxide (Bi 2 O 3 )

산화비스무트는, 산화아연 배리스터에 있어서 입계 형성을 담당하는 물질이다. 740℃ 부근에 공정점을 갖고, ZnO에 고용되어 입계 준위를 형성한다. 기타 원료와의 촉매 작용에 의해 온도는 어긋나지만, 비교적 저온으로부터 액상을 형성하고, 첨가물이나 산소의 운반도 행한다. 또한, 입성장을 촉진하는 효과가 있다. 산화비스무트가 과잉으로 첨가되면, 여분의 Bi상이 소자 표면에 석출되어, 그 편차에 의해 전계가 불균일해져 제한 전압, 임펄스 특성이 열화된다. 또한, 부분적으로 과잉한 입성장을 일으켜, 제한 전압 등의 특성이 열화된다.Bismuth oxide is a substance which is responsible for grain boundary formation in a zinc oxide varistor. It has process points near 740 ° C and is dissolved in ZnO to form grain boundary states. Although the temperature is shifted due to the catalytic action with other raw materials, a liquid phase is formed from a relatively low temperature, and additives and oxygen are also carried. In addition, there is an effect of promoting mouth growth. If bismuth oxide is added excessively, excess Bi phase precipitates on the surface of the device, and the electric field becomes uneven due to the deviation, and the limiting voltage and impulse characteristics are deteriorated. In addition, partially excessive grain growth is caused to deteriorate characteristics such as limiting voltage.

(c) 산화안티몬(Sb2O3) (c) antimony oxide (Sb 2 O 3)

산화안티몬은 산화아연 배리스터에 있어서 입성장 억제 효과를 나타낸다. 과산화안티몬, 파이로클로어, 스피넬을 형성하는 과정에서 입성장을 억제하는 결과, 입성장의 균일성이 얻어지고, 그레인의 균일성에 지배되는 제한 전압 특성이 개선된다. 또한, 과잉으로 첨가되면, 얻어지는 파이로클로어나 스피넬 결정부와 입계부의 비저항의 차로부터 전계의 불균일을 초래하여, 제한 전압 특성, 임펄스 내량 특성이 열화된다. 반대로 첨가량이 적으면 입성장의 억제 효과에 편차가 발생하여, 그레인 사이즈가 변동되는 결과, 전계의 불균일을 초래하여, 제한 전압 특성, 임펄스 내량 특성이 열화된다.Antimony oxide shows inhibitory effect on grain growth in zinc oxide varistor. As a result of suppressing grain growth in the process of forming antimony peroxide, pyrochlore, and spinel, uniformity of grain growth is obtained, and the limiting voltage characteristic governed by grain uniformity is improved. Further, if it is added in excess, the electric field becomes uneven from the difference between the obtained pyrochlore or spinel crystal portion and the resistivity of the grain boundary portion, and the limiting voltage characteristic and the impulse tolerance characteristic deteriorate. On the other hand, if the addition amount is small, the inhibition effect of the grain growth is varied, and the grain size is fluctuated. As a result, the electric field is uneven, and the limiting voltage characteristic and the impulse tolerance characteristic are deteriorated.

(d) 산화코발트, 산화망간, 산화니켈(CoO, MnO2, NiO)(d) cobalt oxide, manganese oxide, nickel oxide (CoO, MnO 2 , NiO)

코발트, 망간, 니켈과 같은 전이 금속 원소는 산화아연 배리스터에 있어서, ZnO에 고용되어 더블 쇼트키 장벽을 형성한다. 각각 가수의 차이, 전자 배치의 차이, 고용 온도의 차이, 이온 반경의 차이로 인하여, 안정된 더블 쇼트키 장벽을 형성하기 위해서는, 1종류 이상의 첨가가 바람직하다. 고용 한계도 전율 고용이 아니기 때문에, 적정한 첨가량은 많은 시험을 되풀이함으로써 결정된다.Transition metal elements such as cobalt, manganese, and nickel are incorporated in ZnO in a zinc oxide varistor to form a double Schottky barrier. In order to form a stable double Schottky barrier due to the difference in the valence number, the difference in the electron arrangement, the difference in the employment temperature, and the difference in ion radius, one or more kinds of addition is preferable. Since the employment limit is not full employment, the proper addition amount is determined by repeating many tests.

또한, 이들의 전이 금속 원소를 과잉으로 첨가하면 미반응 전이 금속이 불순물로서 작용하여, 입성장 억제 효과가 나오기 때문에 그레인의 편차를 일으켜, 제한 전압, 임펄스 내량을 열화시킨다. 반대로 첨가량이 적으면, 충분한 더블 쇼트키 장벽이 형성되지 않는 점에서 더블 쇼트키 장벽의 결함부에 전계가 집중되어 제한 전압, 임펄스 내량이 열화된다.When these transition metal elements are added in excess, the unreacted transition metal acts as an impurity, resulting in an effect of inhibiting the growth of grains, which causes a deviation of grains and deteriorates the limiting voltage and impulse resistance. On the other hand, if the addition amount is small, a sufficient double Schottky barrier is not formed, and the electric field is concentrated on the defective portion of the double Schottky barrier to deteriorate the limiting voltage and the impulse tolerance.

(e) 산화크롬(Cr2O3) (e) chromium oxide (Cr 2 O 3 )

산화크롬은, 산화아연 배리스터에 있어서, 입자 및 결정의 안정화 작용이 있다. 첨가량이 너무 적으면, 이러한 안정화의 효과는 적고, 반대로 첨가가 과잉으로 되면 불순물로서 작용하고, 그레인의 불균일성을 초래하여, 제한 전압, 임펄스 내량이 열화된다.Chromium oxide has a stabilizing action of particles and crystals in a zinc oxide varistor. If the addition amount is too small, the effect of such stabilization is small. On the contrary, if the addition amount is excessive, it acts as an impurity and causes unevenness of grain, deteriorating the limiting voltage and the impulse tolerance.

(f) 붕산, 이산화규소, 산화게르마늄(H3BO3, SiO2, GeO2) 및 복합 유리(f) boric acid, silicon dioxide, germanium oxide (H 3 BO 3 , SiO 2 , GeO 2 )

산화아연 배리스터에 있어서, 첨가하는 유리의 조성에 의해 미세한 작용은 바뀌지만, 공통적으로 말할 수 있는 것은, 소성 온도의 저온화에 기여함과 동시에 소결 보조제로서 작용하면서, 또한 입계상을 형성한다. 유리를 과잉으로 첨가하면, 입계 및 소자 표면에 다량으로 석출되어, 누설 전류 특성에는 좋은 결과가 되어도, 큰 임펄스가 입력되었을 때의 열확산 효율이 저하되기 때문에, 임펄스 내량은 열화된다.In the zinc oxide varistor, the fine operation is changed by the composition of the glass to be added, but what can be commonly said is that it contributes to the lowering of the sintering temperature and, at the same time, functions as a sintering auxiliary agent and forms an intergranular phase. If the glass is excessively added, the impulse tolerance is deteriorated because a large amount of the glass is precipitated on the grain boundary and the surface of the device, and the thermal diffusivity becomes poor even if the leakage current characteristics are good.

또한, 유리의 과잉 첨가에 의해 부분적인 이상 입성장이 일어나, 임펄스 내량 외에 제한 전압 특성도 열화된다. 한편, 유리의 첨가량이 너무 적으면, 소결이 어려워져, 모든 특성의 편차가 일어난다. 또한, 소성 온도가 고온화되어, Bi2O3이나 Sb2O3의 승화가 일어나, 배리스터의 신뢰성 특성이 열화된다.In addition, the excessive addition of the glass causes a partial abnormal grain growth, resulting in deterioration of the limiting voltage characteristic in addition to the impulse tolerance. On the other hand, if the added amount of the glass is too small, sintering becomes difficult, and all characteristics deviate. In addition, the sintering temperature is increased, and sublimation of Bi 2 O 3 or Sb 2 O 3 occurs, thereby deteriorating the reliability characteristics of the varistor.

(g) 도너 원소(Al2O3, B2O3) (g) a donor element (Al 2 O 3 , B 2 O 3 )

도너 원소는 산화아연 배리스터에 있어서, 주원료인 ZnO의 저저항화를 재촉하기 때문에, 큰 임펄스가 들어갔을 때에 발생하는 줄 열을 빠르게 확산시키는 효과가 있어, 제한 전압이나 임펄스 내량을 개선한다. 도너 원소를 과잉으로 첨가하면, ZnO와의 사이에서 스피넬을 형성하기 때문에, 이상 입성장이라는 소결 촉진 효과와 함께 입성장 저해 효과가 나타나, 소결 저해 효과의 2면성을 갖는다. 어느 경우든 제한 전압, 임펄스 내량이 열화된다. 한편, 도너 원소의 첨가량이 너무 적으면, 이들 효과는 나타나지 않는다. 단, 부분적으로 저저항화가 일어나기 때문에, 특성의 편차로 이어진다.In the zinc oxide varistor, the donor element promotes low resistance of the main raw material ZnO, and thus has an effect of rapidly diffusing the string of heat generated when a large impulse enters, thereby improving the limiting voltage and the impulse resistance. If the donor element is added in excess, spinel is formed between the ZnO and the ZnO, so that the grain growth promoting effect of abnormal grain growth and the grain growth inhibiting effect are exhibited, and the sintering inhibiting effect is twofold. In any case, the limiting voltage and the impulse tolerance deteriorate. On the other hand, if the addition amount of the donor element is too small, these effects do not appear. However, since the resistance is partially lowered, it leads to a characteristic deviation.

이어서, 본 발명의 일 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 제조 공정을 시계열로 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시하는 공정에 의해 제조된, 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 단면 구조의 일례를 나타내고 있다.Next, a method for manufacturing a zinc oxide type laminated chip varistor according to one embodiment of the present invention will be described. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing process of a zinc oxide laminated chip varistor according to the present embodiment in time series. FIG. 2 shows an example of the cross-sectional structure of the zinc oxide-type laminated chip varistor according to the present embodiment, manufactured by the process shown in Fig.

도 1의 스텝 S11에서, 표 1 등에 나타내는 기본 조성에 기초하여 산화아연형 적층 칩 배리스터의 원료 분말을 조합한다. 여기에서는, 예를 들어 메디안 평균 입경 3㎛ 정도의 배리스터 원료를 칭량한다. 또한, 단위 배리스터 전압에 따라 입성장 억제 물질을 첨가한다. 또한, 소결 보조제로서 각종 유리를 첨가하지만, 그 유리 재료의 조성과 첨가량에 대해서는 후술한다.In step S11 of Fig. 1, the raw material powders of the zinc oxide laminated chip varistor are combined based on the basic composition shown in Table 1 or the like. Here, for example, a varistor raw material having a median average particle diameter of about 3 mu m is weighed. In addition, the grain growth inhibiting material is added according to the unit varistor voltage. Various kinds of glass are added as a sintering aid, and the composition and amount of the glass material will be described later.

스텝 S12에서는 상기한 스텝 S11에서 칭량한 배리스터 원료를 분쇄·정립한다. 예를 들어, 볼 밀에 의해 10㎜φ의 알루미나 매체를 사용하여 24시간 분쇄하여, 입자를 고르게 한다. 계속되는 스텝 S13에 있어서, 상기 분쇄·정립된 원료 분말을 하소한다. 여기에서는, 900℃에서 열처리를 행하여 반응성이나 입경을 조정한다. 그리고, 스텝 S14에서, 하소 후의 원료 분말을 다시 볼 밀 등에 의해 분쇄하여 입자를 일치시킨다.In step S12, the varistor raw material weighed in step S11 is pulverized and set. For example, the particles are pulverized for 24 hours using an alumina medium having a diameter of 10 mm by means of a ball mill. In the succeeding step S13, the pulverized and sintered raw material powder is calcined. Here, heat treatment is performed at 900 占 폚 to adjust the reactivity and the particle diameter. Then, in step S14, the raw material powder after calcination is ground again by a ball mill or the like to make the particles coincide.

스텝 S15에서는, 슬러리를 제작한다. 예를 들어, 상기한 혼합물에 중합도 300의 폴리비닐부티랄(PVB), 프탈산에스테르계 가소제, 폴리카르복실산계 분산제, PEG#600의 이형재, 에탄올/톨루엔계 희석 용제를 첨가하여 슬러리를 제작한다. 그리고, 스텝 S16에 있어서, 스텝 S15에서 제작한 슬러리로부터 시트를 제작한다. 여기에서는, 닥터 블레이드에 의해 성막하여, 예를 들어 10 내지 100㎛ 정도의 그린 시트를 제작한다. 또한, 그린 시트의 두께를 가변으로 하여, 저압, 중압, 고압의 배리스터를 제작할 수 있다.In step S15, a slurry is produced. For example, polyvinyl butyral (PVB) having a degree of polymerization of 300, a phthalate ester plasticizer, a polycarboxylic acid-based dispersant, a release agent of PEG # 600 and an ethanol / toluene dilution solvent are added to the above mixture to prepare a slurry. Then, in step S16, a sheet is produced from the slurry produced in step S15. Here, a film is formed by a doctor blade to form a green sheet having a thickness of, for example, about 10 to 100 mu m. Further, it is possible to fabricate a varistor of low pressure, medium pressure and high pressure by varying the thickness of the green sheet.

계속되는 스텝 S17에 있어서, 예를 들어 Pt, Pd, Ag/Pd 등의 전극 페이스트를 사용하여 내부 전극 패턴을 인쇄한다. 예를 들어, 배리스터의 단면 구조인 도 2에 도시한 바와 같이, 내부 전극(3)의 층수를 6층으로 겹쳐, 핫 프레스 등으로 열 압착하고, 적층한다. 계속되는 스텝 S18에서 다이싱을 행한다. 다이싱으로서, 적층 그린 시트를 소정의 제품 사이즈(예를 들어, 3216사이즈)에 맞게 절삭한다.In step S17, the internal electrode pattern is printed using, for example, an electrode paste such as Pt, Pd, or Ag / Pd. For example, as shown in Fig. 2, which is a cross-sectional structure of the varistor, the number of internal electrodes 3 is six, and the laminate is thermocompression-bonded by hot press or the like. And dicing is performed in successive step S18. As the dicing, the laminated green sheet is cut to a predetermined product size (for example, 3216 size).

스텝 S19에서는, 다이싱 후의 적층체를, 예를 들어 온도 500℃에서 10시간 유지하거나 하여, 탈결합제를 행한다. 다음 스텝 S21에서, 예를 들어 950 내지 1300℃에서 5시간, 소성을 행하고, 이어지는 스텝 S22에서, 소성체를 700℃에서 어닐링 처리한다. 또한, 스텝 S23에 있어서, 예를 들어 Ag 페이스트, 또는 Ag/Pd 페이스트로 단자 전극(도 2의 외부 전극(5a, 5b))을 형성하고, 소정 온도에서 베이킹한다.In step S19, the laminated body after dicing is maintained at 500 deg. C for 10 hours, for example, to remove binder. In the next step S21, firing is performed, for example, at 950 to 1300 占 폚 for 5 hours, and in the following step S22, the fired body is annealed at 700 占 폚. In step S23, a terminal electrode (external electrodes 5a and 5b shown in Fig. 2) is formed with, for example, Ag paste or Ag / Pd paste, and baked at a predetermined temperature.

스텝 S24에 있어서, 스텝 S23에서 형성된 외부 전극(5a, 5b)에, 예를 들어 Ni층, Sn층의 순서대로 전해 도금에 의해 도금을 실시한다. 그리고, 계속되는 스텝 S25에 있어서, 배리스터 전압, 누설 전류 등의 전기적 특성을 검측하고, 최종 제품으로서의 산화아연형 적층 칩 배리스터를 완성한다.In step S24, the external electrodes 5a and 5b formed in step S23 are plated by, for example, electrolytic plating in the order of the Ni layer and the Sn layer. Then, in a succeeding step S25, the electrical characteristics such as the varistor voltage and the leakage current are detected, and the zinc oxide laminated chip varistor as the final product is completed.

이어서, 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터에 대하여 상세하게 설명한다. 여기에서는, 기본 조성으로서의 배리스터 원료와 그 첨가량이 상이한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 샘플을 제작하고, 그 샘플에 대하여, 배리스터의 기본 특성인 3가지 특성(후술하는 누설 전류, 제한 전압, 임펄스 내량)을 측정했다.Next, the zinc oxide stacked chip varistor according to the present embodiment will be described in detail. Here, samples of a zinc oxide multilayer chip varistor differing in the amount of addition of the varistor material as the basic composition were prepared, and three characteristics (leakage current, limiting voltage, impulse tolerance described later), which are basic characteristics of the varistor, .

본 실시 형태예에 관한 산화아연계 배리스터의 제조 방법에 의해 제작한 배리스터의 각 샘플에 대한 평가 항목(배리스터 특성)과, 그 측정 방법은 이하와 같다.The evaluation items (varistor characteristics) for each sample of the varistor produced by the production method of the zinc oxide-based varistor according to the present embodiment and the measurement method thereof are as follows.

(A) 누설 전류 (A) Leakage current

누설 전류란, 통상 최대 허용 회로 전압 인가 시에 흐르는 전류를 나타낸다. 배리스터의 누설 전류 평가에서는, 배리스터의 사용 시에 연속하여 인가될 수 있는 전압 환경 하에서, 어느 정도의 전류 손실이 발생하는지를 본다. 누설 전류는 적을수록 바람직하고, 누설 전류가 크면 열화 고장이 일어나기 쉽기 때문에, 누설 전류가 작은 배리스터는 장기 수명이라는 점에서도 우수하다.Leakage current usually refers to the current that flows when the maximum allowable circuit voltage is applied. In the leakage current evaluation of the varistor, it is observed how much current loss occurs under a voltage environment that can be continuously applied when the varistor is used. The smaller the leakage current is, the better the leakage current is. If the leakage current is large, the deterioration failure tends to occur. Therefore, the varistor having a small leakage current is also excellent in terms of long life.

누설 전류를 낮게 억제하기 위해서는, 입계에 형성되는 더블 쇼트키 장벽의 균질성이 중요해진다. 동시에 입계의 액상 정(晶)이 얻어지면 고저항화되기 때문에 바람직하다. 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터에 관한 누설 전류의 평가에서는, 배리스터 전압을, 1mA의 전류를 흘렸을 때에 발생하는 전압을 판독함으로써 측정하고, 누설 전류에 대해서는, 가혹한 조건인 배리스터 전압의 0.9자리의 전압을 인가했을 때에 흐르는 전류값을 측정했다.In order to suppress the leakage current to a low level, the homogeneity of the double Schottky barrier formed in the grain boundary becomes important. At the same time, if a liquid phase crystal of the grain boundary is obtained, it is preferable to increase the resistance. In the evaluation of the leakage current of the zinc oxide multilayer chip varistor according to the present embodiment, the varistor voltage was measured by reading a voltage generated when a current of 1 mA was passed, and with respect to the leakage current, And a current value flowing when a voltage of 0.9 digit was applied was measured.

(B) 제한 전압 (B) Limiting voltage

상기한 바와 같이 배리스터 전압이란, 1mA의 전류가 흘렀을 때에 출현하는 전압 V1mA인 것에 대하여, 배리스터의 제한 전압이란, 1A, 2A, 10A 정도라고 한 비교적 큰 전류가 흘렀을 때의 배리스터 전압이다. 배리스터는, 보호하고 싶은 부품과 병렬로 접속되고, ESD 등의 어떠한 이유로 발생한 이상 고전압의 고전압부를 커트하여 회로를 보호한다. 이렇게 전압을 낮게 억제하는 기능을 나타내는 제한 전압은, 그 값이 낮을수록 회로 전압, 보호 부품에 가해지는 부하가 줄어드는 것을 나타내고 있다.As described above, the varistor voltage is a voltage V 1 mA that appears when a current of 1 mA flows, while the limiting voltage of the varistor is a varistor voltage when a relatively large current of about 1A, 2A, or 10 A flows. The varistor is connected in parallel with the parts to be protected, and protects the circuit by cutting off the high-voltage part of abnormally high voltage generated for some reason such as ESD. The lower limit value of the limiting voltage indicating the function of suppressing the voltage as described above indicates that the circuit voltage and the load applied to the protective part are reduced.

배리스터에 있어서 제한 전압을 낮게 억제하는 특성을 내기 위해서는, 소결체의 ZnO 입자 사이즈의 균일화를 진행시킬 필요가 있다. 이에 의해, 인가되는 부하 전압의 전계가 배리스터 전체에 분산되어, 제한 전압이 낮게 억제된다. 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 제한 전압은, 2A의 전류를 인가했을 때에 발생한 전압의 측정 결과이다. 또한, 이하에 나타내는 평가에서는, 발생 전압의 예측값과 배리스터 전압의 비, 즉 제한 전압비(V2A/V1mA)로서 나타낸다.In order to obtain the property of suppressing the limiting voltage in the varistor to be low, it is necessary to advance the homogenization of the ZnO particle size of the sintered body. As a result, the electric field of the applied load voltage is dispersed throughout the varistor, and the limiting voltage is suppressed to be low. The limiting voltage of the zinc oxide stacked chip varistor according to the present embodiment is a measurement result of a voltage generated when a current of 2A is applied. In the evaluation shown below, the ratio of the generated voltage to the varistor voltage, that is, the limited voltage ratio (V 2A / V 1 mA ) is shown.

(C) 임펄스 내량 (C) Impulse capacity

임펄스 내량이란, 뇌 서지, 차량 탑재의 모터 서지, 이그니션 서지와 같은 고전압/대전류 펄스가 들어왔을 때의 내량을 나타내고 있다. 임펄스 내량을 향상시키기 위해서는, 배리스터의 기본 구성인 그레인과 그레인 바운더리 양쪽에서의 대응이 필요해진다. 우선, 그레인은 저저항화를 도모하여, 입력된 대전류가 그레인 바운더리에서 줄 열로 변하는 그 열을 빠르게 벌크 전체에 확산시켜, 1입계의 파괴를 방지하는 것이 요망된다.The impulse tolerance refers to the amount of internal high voltage / current pulse input such as a brain surge, a motor surge mounted on a vehicle, or an ignition surge. In order to improve the impulse tolerance, it is necessary to cope with both grain and grain boundaries, which are basic constituents of the varistor. First of all, it is desired to reduce the resistance of the grain so that the input large current is quickly diffused from the grain boundary to the row line, spread rapidly throughout the bulk to prevent breakage of one grain boundary.

한편, 그레인 바운더리는, 더블 쇼트키 장벽의 높이를 균일화/분산화하여, 돌입해 오는 대전류에 대하여 파괴를 초래하지 않는 것이 중요하다. 우수한 전기적 특성을 갖는 산화아연 배리스터를 얻기 위해서는, 상기한 메커니즘을 고려한 모든 대응이 필요해진다. 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터에서는, 임펄스 내량(2ms 파형)으로서, 2ms 파형의 펄스를 인가했을 때에 발생하는 에너지(J)를 측정했다. 이것은, 배리스터 전압 변화율이 ±10% 이내에 수용되는 한계 에너지량을 나타내고 있다.On the other hand, it is important for the grain boundary to equalize / disperse the height of the double Schottky barrier so as not to cause destruction of the large current flowing in. In order to obtain a zinc oxide varistor having excellent electrical characteristics, all the measures considering the above-described mechanism are required. In the zinc oxide stacked chip varistor according to the present embodiment, the energy (J) generated when a pulse of 2 ms waveform was applied as the impulse tolerance (2 ms waveform) was measured. This indicates a limit energy amount in which the varistor voltage variation rate is within ± 10%.

이어서, 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 각 샘플에 대하여, 그 재료 조성, 특성의 평가 결과 등에 대하여 구체적으로 설명한다. 여기에서는, 우수한 전기적 특성을 갖는 산화아연형 적층 칩 배리스터의 최적의 재료 조성을 발견하기 위하여, 상기 (a) 내지 (g)에 나타낸 각 첨가물의 효과를 근거로 하여 각종 실험을 행했다. 그리고, 산화아연형 적층 칩 배리스터에 대한 평가로서, (1) 각종 유리의 첨가량과 유리 조성에 의한 효과, (2) 각종 전이 금속 원소의 첨가량과 유리 조성에 의한 효과, (3) 그 밖의 원소 첨가 효과 각각에 대하여 평가를 행했다.Next, with respect to each sample of the zinc oxide type laminated chip varistor according to the present embodiment, the material composition and evaluation results of the characteristics will be described in detail. Here, various experiments were conducted on the basis of the effects of the respective additives shown in (a) to (g) in order to find out the optimum material composition of the zinc oxide type laminated chip varistor having excellent electrical characteristics. The evaluation of the zinc oxide type laminated chip varistor is as follows: (1) the effect of the addition amount of various glasses and the glass composition; (2) the effect of the addition amount of various transition metal elements and the glass composition; (3) Each of the effects was evaluated.

(1) 각종 유리의 첨가량과 유리 조성에 의한 효과 및 그의 평가 (1) Effect of addition amount of various glasses and glass composition and evaluation thereof

산화아연과 유리만으로는 배리스터 특성을 얻지 못하기 때문에, 기본 조성으로서의 배리스터 원료에 각종 유리 재료를 첨가하여 평가를 행했다. 표 1은, 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 기본 조성(기본 조성 1이라고 함)으로서의 배리스터 원료(원소·재료)와, 그 첨가량을 나타내고 있다. 또한, 표 1에 있어서, ZnO 이외의 원소의 첨가량은 ZnO 100mol%에 대한 외할의 첨가량이다.Since varistor characteristics can not be obtained only with zinc oxide and glass, various glass materials are added to the varistor raw material as a basic composition and evaluated. Table 1 shows varistor raw materials (elements and materials) as the basic composition (basic composition 1) of the zinc oxide laminated chip varistor according to the present embodiment and the addition amount thereof. Further, in Table 1, the addition amount of the elements other than ZnO is the addition amount of outer barrier to 100 mol% of ZnO.

Figure 112018001114639-pat00001
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표 2는 산화아연형 적층 칩 배리스터에 사용한 유리 재료이며, 여기에서는, 4개의 조성의 유리 재료(유리 A 내지 D)를 검토했다. 구체적으로는, Table 2 shows the glass materials used for the zinc oxide type laminated chip varistor. Here, glass materials (glass A to D) having four compositions were examined. Specifically,

(i) 유리 A: SiO2 유리 (i) Glass A: SiO 2 glass

(ii) 유리 B: 붕규산납유리(B2O3-SiO2계) (ii) Glass B: lead glass borosilicate (B 2 O 3 -SiO 2 system)

(iii) 유리 C: 붕규산비스무트 유리(B2O3-SiO2-Bi2O3계) (iii) Glass C: Bismuth borosilicate glass (B 2 O 3 -SiO 2 -Bi 2 O 3 system)

(iv) 유리 D: 붕규산아연 유리(B2O3-SiO2-ZnO계)(iv) Glass D: zinc borosilicate glass (B 2 O 3 -SiO 2 -ZnO system)

의 4 조성의 유리 재료에 대하여 검토했다.Of the glass composition of the four compositions.

Figure 112018001114639-pat00002
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표 3 내지 표 6은, 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 배리스터 특성 평가 항목의 평가 결과이다. 각 표에 나타내는 유리의 첨가량은, 배리스터 원료(표 1에 나타내는 기본 조성)에 포함되는 ZnO에 대한 중량비이며, 0.3wt% 내지 2.9wt%의 첨가량에 대하여 특성 평가 항목의 시험을 행한 결과이다.Tables 3 to 6 show evaluation results of the varistor characteristics evaluation items of the zinc oxide type laminated chip varistor according to the present embodiment. The amount of glass added in each of the tables is the weight ratio of ZnO contained in the varistor raw material (basic composition shown in Table 1), and is the result of performing the test of the characteristic evaluation item with respect to the added amount of 0.3 wt% to 2.9 wt%.

Figure 112018001114639-pat00003
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Figure 112018001114639-pat00004
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Figure 112018001114639-pat00005
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Figure 112018001114639-pat00006
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표 3 내지 표 6에 나타내는 배리스터 특성 평가 항목의 평가 결과로부터, 유리 A, B, C와 비교하여 유리 D에 대해서는 제한 전압비에 있어서 특성이 향상되어, 다른 항목에 대해서도 밸런스가 좋은 결과를 얻을 수 있다.From the evaluation results of the varistor characteristics evaluation items shown in Tables 3 to 6, the glass D has improved characteristics in the limiting voltage ratio as compared with the glass A, B, and C, and a good balance result can be obtained for other items .

유리 재료를 배리스터 원료에 첨가하는 것은, 배리스터의 주원료인 ZnO의 소결 후의 입경(그레인 사이즈)을 균일화하기 위해서이다. 입자의 균일화에 의해 제한 전압 특성이나 서지 내량 특성을 향상시킬 수 있다. 그리고, ZnO를 균일하게 입성장시키기 위해서는, ZnO를 베이스로 한 유리(상기한 유리 D)가 적합한 것이 상기한 실험에 의해 발견되었다.The addition of the glass material to the varistor raw material is to uniformize the grain size (grain size) after sintering ZnO which is the main material of the varistor. The limiting voltage characteristics and the surge resistance characteristics can be improved by uniformizing the particles. Further, in order to uniformly grow the ZnO, it was found by the above-mentioned experiment that glass based on ZnO (glass D described above) is suitable.

즉, 실리카 유리 등에서는 반응 활성도가 높기 때문에, ZnO의 반응이 가속적으로 진행되어, 입자를 변동시키게 된다. 한편, ZnO 베이스의 유리는, ZnO가 풍부하기 때문에 ZnO의 반응이 완만해져, 입성장의 편차를 억제하는 효과가 있다. 또한, 유리 재료의 주원료인 ZnO를 유리화하기 위하여, SiO2, B2O3 등의 붕규산계 유리 성분이 첨가된다. 또한, 유리 A 내지 D에 포함되는 Na2O, K2O, CaO는, 유리 재료의 융점을 낮게 하기 위하여 첨가되고, SiO2의 양에 따라 조정된다. SiO2의 양이 적은 경우는 첨가가 불필요한 경우도 있다.That is, since reaction activity is high in silica glass or the like, the reaction of ZnO proceeds at an accelerated rate, causing particles to fluctuate. On the other hand, since the ZnO-based glass is rich in ZnO, the reaction of ZnO is gentle and the deviation of grain growth is suppressed. In addition, in order to vitrify ZnO which is the main raw material of the glass material, borosilicate glass components such as SiO 2 and B 2 O 3 are added. Further, Na 2 O, K 2 O and CaO contained in the glasses A to D are added to lower the melting point of the glass material and adjusted according to the amount of SiO 2 . When the amount of SiO 2 is small, addition may not be necessary in some cases.

여기서, 유리 재료로의 첨가물로서, 배리스터 원료에 포함되는 원소와의 관계에 있어서, 한층 더한 특성 향상을 위하여 바람직한 유리 재료에 대하여 검토한 결과를 설명한다.Here, the results of examining preferable glass materials for the purpose of further improving the characteristics in relation to the elements contained in the varistor raw material as additives to the glass material will be described.

<산화납, 산화비스무트(PbO, Bi2O3)><Lead oxide, bismuth oxide (PbO, Bi 2 O 3 )>

유리 재료로의 첨가물로서의 PbO, Bi2O3은, ZnO의 입계 구성 물질로서 배리스터 원료에 포함되는 Bi2O3의 분포, 농도차를 억제하여, 공존시킬 수 있다. 또한, 이들의 첨가물은, 유리의 유동성에 영향을 준다. PbO나 Bi2O3을 배리스터 원료에 첨가함과 동시에, 유리 재료에도 첨가해 둔다. 또한, PbO, Bi2O3의 일부를 유리화하고 나서 배리스터 원료에 첨가함으로써, 과잉한 반응을 억제할 수 있다. 무연의 요구에 대해서는, Bi2O3을 선택한다.PbO and Bi 2 O 3 as additives to the glass material can be coexisted by suppressing the distribution and concentration difference of Bi 2 O 3 contained in the varistor raw material as a grain boundary constituent material of ZnO. These additives also affect the flowability of the glass. PbO or Bi 2 O 3 is added to the varistor raw material and also added to the glass raw material. Further, by partially vitrifying PbO or Bi 2 O 3 and adding it to the varistor raw material, excess reaction can be suppressed. For the lead-free requirement, Bi 2 O 3 is selected.

또한, 본 실시 형태예에 있어서의 유리화란, 베이스가 되는 재료와 첨가물을, 바람직하게는 유리의 융점 이상(예를 들어, 1000℃ 이상)에서 열처리한 상태를 의미한다. 이에 의해, 개개의 첨가물의 반응성을 억제할 수 있다.The term "vitrification" as used in the present embodiment refers to a state in which the base material and the additive are heat-treated preferably at a temperature equal to or higher than the melting point of glass (for example, 1000 ° C. or higher). Thereby, the reactivity of the individual additives can be suppressed.

<산화안티몬, 산화알루미늄(Sb2O3, Al2O3)><Antimony Oxide, Aluminum Oxide (Sb 2 O 3 , Al 2 O 3 )>

유리 재료로의 첨가물로서의 Sb2O3이나 Al2O3은 ZnO의 입성장을 제어한다. 이것을 배리스터 원료에 첨가함과 동시에, 유리 재료에도 첨가한다. 또한, 일부를 유리화하고 나서 배리스터 원료에 첨가함으로써, 미리 배리스터 원료에 첨가된 Sb2O3과 상용 공존시킬 수 있다. 또한, Sb2O3, Al2O3은 본원의 특허 청구 범위에 기재한 공통 원소에 상당한다.Sb 2 O 3 or Al 2 O 3 as an additive to the glass material controls the grain growth of ZnO. This is added to the varistor raw material and also to the glass raw material. Further, by vitrifying a portion and then adding it to the varistor raw material, it can be coexistent with Sb 2 O 3 added in advance to the varistor raw material. Sb 2 O 3 and Al 2 O 3 correspond to common elements described in the claims of the present application.

<산화망간, 산화코발트, 산화크롬(MnO2, CoO, Cr2O3)><Manganese oxide, cobalt oxide, chromium oxide (MnO 2 , CoO, Cr 2 O 3 )>

유리 재료로의 첨가물로서의 MnO2, CoO, Cr2O3은 입계를 제어하고, ZnO에 고용되어 가는 전이 금속군이며, 특히 반응성이 좋은 원소이다. 이들 첨가물 모두 또는 어느 하나를, 배리스터 원료와 유리 재료 양쪽에 첨가해 둔다. 또한, 일부를 유리화하여 배리스터 원료에 첨가함으로써, 과잉한 반응을 억제하여, 산화아연의 성능을 조정할 수 있다. 또한, MnO2, CoO, Cr2O3은 본원의 특허 청구 범위에 기재한 공통 원소에 포함되는 전이 금속에 상당한다.MnO 2 , CoO, and Cr 2 O 3 as additives to the glass material are transition metals which control the grain boundaries and are dissolved in ZnO, and are particularly good reactive elements. Either or both of these additives are added to both the varistor raw material and the glass raw material. Further, by partially vitrifying and adding it to the varistor raw material, excessive reaction can be suppressed and the performance of zinc oxide can be adjusted. Further, MnO 2 , CoO, and Cr 2 O 3 correspond to the transition metal contained in the common element described in the claims of the present application.

(2) 각종 전이 금속 원소의 첨가량과 유리 조성에 의한 효과 및 그의 평가(2) Effect of addition amount of various transition metal elements and glass composition and evaluation thereof

산화아연과 전이 금속만으로는 배리스터 특성을 얻지 못하기 때문에, 기본 조성으로서의 배리스터 원료에 각종 전이 금속 원소를 첨가하여 평가를 행했다. 표 7은, 산화아연형 적층 칩 배리스터의 기본 조성 2로서의 배리스터 원료(원소·재료)와, 그 첨가량을 나타내고 있다. 또한, 표 7에 있어서, ZnO 이외의 원소의 첨가량은 ZnO 100mol%에 대한 외할의 첨가량이다.Since the varistor characteristics can not be obtained only with zinc oxide and the transition metal, various transition metal elements are added to the varistor raw material as a basic composition and evaluated. Table 7 shows the varistor raw material (element and material) as the basic composition 2 of the zinc oxide type laminated chip varistor and the addition amount thereof. Further, in Table 7, the addition amounts of the elements other than ZnO were ZnO Is the addition amount of outer mortar to 100 mol%.

Figure 112018001114639-pat00007
Figure 112018001114639-pat00007

여기에서는, 상기한 기본 조성 2에 이하의 원소를 첨가하고, 효과 시험을 행했다.Here, the following elements were added to the above-mentioned basic composition 2, and an effect test was carried out.

(i) 산화코발트(CoO) 단독 (i) cobalt oxide (CoO) alone

(ii) 산화망간(MnO2) 단독 (ii) manganese oxide (MnO 2) alone

(iii) 산화코발트(CoO)와 산화망간(MnO2)의 복합(iii) a combination of cobalt oxide (CoO) and manganese oxide (MnO 2 )

상기 전이 금속 원소의 첨가에 의한 효과의 검토 결과를, 표 8 내지 표 12에 나타낸다. 또한, 표 8 내지 표 12의 어느 경우든, 전이 금속 원소의 첨가량은 ZnO 100mol%에 대한 외할량이다.The results of examination of the effect of the addition of the transition metal element are shown in Tables 8 to 12. In any of Tables 8 to 12, the addition amount of the transition metal element is an external amount to 100 mol% of ZnO.

표 8은 기본 조성 2에 산화코발트(CoO)를 첨가한 효과를 나타내고 있다. 평가의 결과, CoO를 첨가한 경우, 제한 전압비, 임펄스 내량에 있어서, 특히 CoO의 첨가량이 0.5 내지 1.5mol%의 범위(표 중, 이중선으로 둘러싼 범위)에 있어서 좋은 결과가 얻어지는 것이 확인되었다.Table 8 shows the effect of adding cobalt oxide (CoO) to the basic composition 2. As a result of the evaluation, it was confirmed that, when CoO was added, good results were obtained in the range of the limited voltage ratio and the impulse tolerance, particularly in the range of 0.5 to 1.5 mol% (in the table, surrounded by double lines) of the addition amount of CoO.

Figure 112018001114639-pat00008
Figure 112018001114639-pat00008

표 9는 기본 조성 2에 산화망간(MnO2)을 첨가한 효과를 나타내고 있다. 평가의 결과, 산화망간(MnO2)을 첨가한 경우, 제한 전압비, 임펄스 내량에 있어서, 특히 0.5 내지 1.5mol%의 범위(표 중, 이중선으로 둘러싼 범위)에서 MnO2를 첨가함으로써 좋은 결과가 얻어지는 것이 확인되었다.Table 9 shows the effect of adding manganese oxide (MnO 2 ) to the basic composition 2. Results of the evaluation, the addition of manganese dioxide (MnO 2), in the limit voltage ratio, impulse immunity, particularly good results are obtained by the addition of MnO 2 of 0.5 to eseo range of 1.5mol% (the table, the range enclosed by the double line) .

Figure 112018001114639-pat00009
Figure 112018001114639-pat00009

표 10 내지 표 12는, 기본 조성 2에 산화코발트(CoO)와 산화망간(MnO2)과 혼합했을 때의 효과를 나타내고 있다. 여기에서는, 그들의 첨가량에 따라 각 평가(누설 전류, 제한 전압, 임펄스 내량의 측정)를 행했다. 즉, 표 10은 누설 전류에 관하여, 표 11은 제한 전압에 관하여, 그리고, 표 12는 임펄스 내량에 관한 검토 결과를 나타내고 있다. 또한, 표 10 내지 표 12의 어느 경우든, 산화코발트(CoO)와 산화망간(MnO2)의 첨가량은, ZnO 100mol%에 대한 외할의 첨가량이다.Tables 10 to 12 show the effect when mixed with cobalt oxide (CoO) and manganese oxide (MnO 2 ) in the basic composition 2. Here, evaluation (leakage current, limiting voltage, measurement of impulse withstand voltage) was carried out in accordance with their added amounts. That is, Table 10 shows the leakage current, Table 11 shows the limit voltage, and Table 12 shows the results of the impulse tolerance. In addition, in any of Tables 10 to 12, the addition amount of cobalt oxide (CoO) and manganese oxide (MnO 2 ) is the addition amount of outer mortar to 100 mol% of ZnO.

Figure 112018001114639-pat00010
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Figure 112018001114639-pat00011
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Figure 112018001114639-pat00012
Figure 112018001114639-pat00012

표 10 내지 표 12에 나타내는 결과로부터, 기본 조성 2에 산화코발트(CoO) 0.5 내지 1.5mol%, 산화망간(MnO2) 0.5 내지 1.5mol%의 범위(표 중, 이중선으로 둘러싼 범위)에서 동시에 조합하여 첨가함으로써, 누설 전류, 제한 전압, 임펄스 내량 특성에 있어서 우수한 특성이 얻어지는 것이 판명되었다.From the results shown in Tables 10 to 12, it can be seen that, in the basic composition 2, a combination of 0.5 to 1.5 mol% of cobalt oxide (CoO) and 0.5 to 1.5 mol% of manganese oxide (MnO 2 ) It has been found that excellent characteristics in leakage current, limiting voltage, and impulse withstand capability can be obtained.

(3) 그 밖의 원소 첨가 효과 및 그의 평가 (3) Other element addition effects and evaluation thereof

여기에서는, 기본 조성으로서의 배리스터 원료에, 그 밖의 원소로서, 입계 형성 물질(산화비스무트(Bi2O3)), 입성장 저해 물질(산화안티몬(Sb2O3), 산화크롬(Cr2O3)), 도너 원소(붕산(H3BO3), 산화알루미늄(Al2O3))을 첨가한 경우의 효과 및 그의 첨가량을 검토했다.In this case, the varistor material of base composition, as the other element, a grain boundary-forming substance (bismuth oxide (Bi 2 O 3)), grain growth inhibitor (antimony oxide (Sb 2 O 3), chrome (Cr 2 O 3 oxide ), A donor element (boric acid (H 3 BO 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 )) was added and the addition amount thereof was examined.

(3-1) 산화비스무트(Bi2O3)의 첨가 및 그의 효과 (3-1) Addition of bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) and its effect

산화아연과 산화비스무트만으로는 배리스터 특성은 얻지 못하기 때문에, 표 13에 나타내는, 기본 조성으로서의 배리스터 원료(기본 조성 3이라고 함)에 산화비스무트 원소(Bi2O3)를 첨가했을 때의 특성 평가 항목에 대하여 시험을 행했다. 또한, 표 13에 있어서, ZnO 이외의 원소의 첨가량은 ZnO 100mol%에 대한 외할의 첨가량이다.Since the varistor characteristics can not be obtained only with zinc oxide and bismuth oxide, the characteristics evaluation items when the bismuth oxide element (Bi 2 O 3 ) is added to the varistor raw material (basic composition 3 ) The test was carried out. Further, in Table 13, the addition amount of the elements other than ZnO is the addition amount of outer barrier to 100 mol% of ZnO.

Figure 112018001114639-pat00013
Figure 112018001114639-pat00013

표 13의 기본 조성 3에 산화비스무트 원소(Bi2O3)를 첨가했을 때의 특성 평가 결과를, 표 14에 나타낸다. 평가의 결과, 산화비스무트(Bi2O3) 0.1 내지 1.0mol%의 범위(표 중 이중선으로 둘러싼 범위)에서 첨가함으로써, 누설 전류, 제한 전압, 임펄스 내량 특성에 있어서 밸런스 좋게 우수한 특성을 얻을 수 있었다.Table 14 shows the evaluation results of the characteristics when the bismuth oxide element (Bi 2 O 3 ) was added to the basic composition 3 shown in Table 13. As a result of the evaluation, it was found that excellent characteristics in terms of leakage current, limiting voltage and impulse tolerance characteristics were obtained by adding the bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) in a range of 0.1 to 1.0 mol% (enclosed by a double line in the table) .

Figure 112018001114639-pat00014
Figure 112018001114639-pat00014

(3-2) 산화안티몬(Sb2O3)과 산화크롬(Cr2O3)의 첨가 및 그의 효과(3-2) Addition of antimony oxide (Sb 2 O 3 ) and chromium oxide (Cr 2 O 3 ) and its effect

산화아연과 산화안티몬, 산화크롬만으로는 배리스터 특성은 얻지 못하기 때문에, 표 15에 나타내는, 기본 조성으로서 배리스터 원료(기본 조성 4라고 함)에, 입성장 저해 물질로서, 산화안티몬(Sb2O3)과 산화크롬(Cr2O3)을 조합하여 첨가하여, 그 효과를 평가했다. 또한, 표 15에 있어서, ZnO 이외의 원소의 첨가량은 ZnO 100mol%에 대한 외할의 첨가량이다.As the basic composition shown in Table 15, antimony oxide (Sb 2 O 3 ) was added to the varistor raw material (basic composition 4) as the grain growth inhibitor, and zinc oxide, antimony oxide and chromium oxide alone could not obtain varistor characteristics. And chromium oxide (Cr 2 O 3 ) were added in combination, and the effect was evaluated. Further, in Table 15, the addition amount of the elements other than ZnO is the addition amount of outer barrier to 100 mol% of ZnO.

Figure 112018001114639-pat00015
Figure 112018001114639-pat00015

표 16 내지 표 18은 기본 조성 4에 산화안티몬(Sb2O3)과 산화크롬(Cr2O3)을 조합하여 첨가했을 때의 효과를 나타내고 있다. 즉, 표 16은 누설 전류에 관하여, 표 17은 제한 전압에 관하여, 그리고, 표 18은 임펄스 내량에 관한 검토 결과를 나타내고 있다. 또한, 표 16 내지 표 18에 있어서의 산화안티몬(Sb2O3)과 산화크롬(Cr2O3) 첨가량은 ZnO 100mol%에 대한 외할의 첨가량이다.Tables 16 to 18 show the effect when antimony oxide (Sb 2 O 3 ) and chromium oxide (Cr 2 O 3 ) are added in combination to the basic composition 4. That is, Table 16 shows the leakage current, Table 17 shows the limit voltage, and Table 18 shows the results of examining the impulse tolerance. The addition amounts of antimony oxide (Sb 2 O 3 ) and chromium oxide (Cr 2 O 3 ) in Table 16 to Table 18 are the addition amount of outer mortar to 100 mol% of ZnO.

Figure 112018001114639-pat00016
Figure 112018001114639-pat00016

Figure 112018001114639-pat00017
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Figure 112018001114639-pat00018
Figure 112018001114639-pat00018

표 16 내지 표 18에 나타내는 평가 결과로부터, 모든 특성에 있어서 우수한 특성을 나타내는 첨가량의 조합은, 산화안티몬(Sb2O3) 0.1 내지 1.5mol%, 산화크롬(Cr2O3) 0.1 내지 1.0mol%의 범위(표 중, 이중선으로 둘러싼 범위)이며, 그 범위에서, 누설 전류, 제한 전압, 임펄스 내량에 대하여 우수한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.From the evaluation results shown in Tables 16 to 18, combinations of addition amounts showing excellent characteristics in all the characteristics are 0.1 to 1.5 mol% of antimony oxide (Sb 2 O 3 ), 0.1 to 1.0 mol of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) % (A range surrounded by a double line in the table), and it can be seen that excellent characteristics are obtained with respect to the leakage current, the limiting voltage, and the impulse tolerance in the range.

(3-3) 도너 원소의 첨가 및 그의 효과 (3-3) Addition of donor element and its effect

산화아연과 도너 원소만으로는 배리스터 특성은 얻지 못하기 때문에, 표 19에 도시한 바와 같이, 기본 조성으로서의 배리스터 원료(기본 조성 5이라고 함)에, 도너 원소로서 붕산(H3BO3), 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가하여 특성을 평가했다. 또한, 표 19에 있어서, ZnO 이외의 원소의 첨가량은 ZnO 100mol%에 대한 외할의 첨가량이다.(H 3 BO 3 ) and aluminum oxide (H 2 BO 3 ) as the donor element were added to the varistor raw material (basic composition 5) as the basic composition as shown in Table 19 because the zinc oxide and the donor element alone can not obtain varistor characteristics Al 2 O 3 ) was added to evaluate the characteristics. Further, in Table 19, the addition amount of the elements other than ZnO is the addition amount of outer barrier to 100 mol% of ZnO.

Figure 112018001114639-pat00019
Figure 112018001114639-pat00019

표 20 내지 표 22는 기본 조성 5에 붕산(H3BO3), 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가했을 때의 효과를 나타내고 있다. 구체적으로는, 표 20은 누설 전류에 관하여, 표 21은 제한 전압에 관하여, 표 22는 임펄스 내량에 관한 검토 결과이다. 또한, 표 20 내지 표 22에 있어서의 붕산(H3BO3), 산화알루미늄(Al2O3)의 첨가량은, ZnO 100mol%에 대한 외할의 첨가량을 나타내고 있다.Tables 20 to 22 show the effect when boric acid (H 3 BO 3 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) are added to the basic composition 5. Specifically, Table 20 shows the leakage current, Table 21 shows the limit voltage, and Table 22 shows the impulse tolerance. In addition, the addition amounts of boric acid (H 3 BO 3 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) in Tables 20 to 22 indicate addition amounts of outer barrier to 100 mol% of ZnO.

Figure 112018001114639-pat00020
Figure 112018001114639-pat00020

Figure 112018001114639-pat00021
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Figure 112018001114639-pat00022
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표 20 내지 표 22에 나타내는 결과로부터, 모든 특성에 있어서 우수한 특성을 나타내는 첨가의 조합은, 표 20 내지 표 22의 이중선으로 둘러싼 범위 중, 붕산(H3BO3) 0.1 내지 1.0mol%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.001 내지 0.005mol%의 범위이며, 이 범위의 첨가량으로, 누설 전류, 제한 전압 및 임펄스 내량에 있어서 우수한 특성이 얻어졌다.From the results shown in Tables 20 to 22, the combinations of the additives exhibiting excellent characteristics in all the properties are 0.1 to 1.0 mol% boric acid (H 3 BO 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) in an amount of 0.001 to 0.005 mol%, and excellent characteristics in terms of leakage current, limiting voltage and impulse resistance can be obtained with an added amount in this range.

한편, 산화알루미늄(Al2O3)의 첨가 효과는, 붕산(H3BO3) 0.1 내지 1.0mol% 첨가가 전제로 되는 것이 확인되었다. 또한, 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가하지 않아도, 붕산(H3BO3) 0.1 내지 1.0mol%를 첨가함으로써, 우수한 누설 전류 및 제한 전압 특성이 얻어지는 것도 확인되었다.On the other hand, it was confirmed that the addition effect of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) was based on the addition of 0.1 to 1.0 mol% of boric acid (H 3 BO 3 ). It was also confirmed that excellent leakage current and limited voltage characteristics were obtained by adding 0.1 to 1.0 mol% of boric acid (H 3 BO 3 ) even without adding aluminum oxide (Al 2 O 3 ).

이상의 검토·평가 결과로부터, 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 최적 조성을 조건 짓는 것이 가능해진다. 표 23은 본 실시 형태예에 관한 산화아연형 적층 칩 배리스터의 가장 바람직한 배리스터 원료의 조성이며, 표 24는 최적의 유리 재료의 조성이다. 표 23 중의 유리 재료는, 붕규산비스무트아연 복합 유리인 것이 바람직하고, 표 24는 그 구체적인 조성을 나타내고 있다.As a result of the above-described examination and evaluation, it becomes possible to form the optimum composition of the zinc oxide laminated chip varistor according to this embodiment. Table 23 shows the composition of the most preferable varistor raw material of the zinc oxide type laminated chip varistor according to the present embodiment, and Table 24 shows the composition of the optimal glass material. The glass material in Table 23 is preferably a bismuth-zirconium borosilicate glass composite, and Table 24 shows the specific composition thereof.

또한, 표 23에 있어서의 원료의 첨가량(유리 재료를 제외함)은, ZnO 100mol%에 대한 외할의 mol% 표시이며, 유리 재료의 첨가량에 대해서는, 배리스터 원료에 포함되는 ZnO에 대한 외할량이다.In Table 23, the addition amount of the raw material (excluding the glass material) is expressed as mol% of the outer limit with respect to 100 mol% of ZnO, and the added amount of the glass material is the external quantity with respect to ZnO contained in the varistor raw material.

Figure 112018001114639-pat00023
Figure 112018001114639-pat00023

Figure 112018001114639-pat00024
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따라서, 표 23 및 표 24에 나타내는 재료 조성을 사용한 배리스터 소체에 의하여 산화아연형 적층 칩 배리스터를 제작함으로써, 우수한 배리스터 특성을 갖는 산화아연 배리스터를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로는, 누설 전류에 있어서 2(μA) 이하, 제한 전압비에 있어서 1.70(V2A/V1mA) 이하, 임펄스 내량에 있어서 1(J) 이상의 배리스터 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.Therefore, a zinc oxide varistor having excellent varistor characteristics can be obtained by fabricating a zinc oxide stacked chip varistor using a varistor element using the material compositions shown in Tables 23 and 24. [ More specifically, it can be seen that a varistor characteristic of not more than 2 (μA) in leakage current, not more than 1.70 (V 2A / V 1mA ) in limiting voltage ratio and 1 (J) or more in impulse tolerance can be obtained.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태예에 관한 산화아연계 배리스터의 제조 방법에서는, 주원료인 산화아연(ZnO)에 제1 첨가물을 첨가한 배리스터 원료와, 제2 첨가물을 첨가한, 붕규산아연계 유리의 유리 재료를 혼합한 혼합 재료를 사용하여 산화아연계 배리스터의 배리스터 소체를 형성하고, 이들 제1 첨가물과 제2 첨가물이 배리스터 원료와 유리 재료 양쪽에 첨가되는 공통된 원소를 포함하는 구성으로 한 것으로, 배리스터의 기본 특성인 누설 전류, 제한 전압 및 임펄스 내량 모두에 있어서 특성을 향상시킨 산화아연계 배리스터를 얻을 수 있다.As described above, in the production method of the zinc oxide-based varistor according to the present embodiment, the varistor raw material in which the first additive is added to zinc oxide (ZnO) as the main raw material and the varistor raw material in which the second additive is added A varistor element of a zinc oxide-based varistor is formed by using a mixed material obtained by mixing a glass material and the first additive and the second additive include a common element added to both the varistor material and the glass material, A zinc oxide varistor having improved characteristics in both the leakage current, the limiting voltage and the impulse tolerance, which are basic characteristics of the varistor, can be obtained.

즉, 배리스터 원료에 첨가하는 소정의 첨가물 및 그의 첨가량과, 유리 재료에 첨가하는 소정의 첨가물 및 그의 첨가량과, 배리스터 원료와 유리 재료 양쪽에 첨가하는 공통된 원소를 발견하여, 그들을 바탕으로 산화아연계 배리스터로서 최적의 조성을 조건 짓고, 그 재료 조성비로 배리스터 소체를 제작함으로써, 회로 보호 기능이 우수한 전기적 특성을 갖는 산화아연계 배리스터로 할 수 있다.That is, a predetermined additive to be added to the varistor raw material and the added amount thereof, a predetermined additive added to the glass material and the added amount thereof, and a common element added to both the varistor raw material and the glass raw material are found, , It is possible to obtain a zinc oxide varistor having electrical characteristics excellent in circuit protection function by fabricating a varistor element with its material composition ratio.

Claims (6)

배리스터 원료와 유리 재료의 혼합 재료를 사용한 배리스터 소체(素體)를 포함하는 산화아연계 배리스터이며,
상기 배리스터 원료는, 그 배리스터 원료의 주원료인 산화아연(ZnO)에 제1 산화물을 첨가하여 이루어지고, 상기 유리 재료는, 붕규산아연계 유리에 제2 산화물을 첨가하여 이루어지고, 상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물은, 상기 배리스터 원료와 상기 유리 재료 양쪽에 첨가되는 소정의 공통 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화아연계 배리스터.
A varactor zinc oxide varistor comprising a varistor element using a varistor raw material and a glass material mixed material,
Wherein the varistor material is formed by adding a first oxide to zinc oxide (ZnO), which is a main material of the varistor material, and the glass material is obtained by adding a second oxide to a zinc borosilicate glass, Wherein the second oxide comprises a varistor material and a predetermined common oxide added to both of the glass material.
제1항에 있어서, 상기 배리스터 원료에 포함되는 산화아연에 대하여 0.5중량부 내지 2.5중량부의 상기 유리 재료를 상기 배리스터 원료에 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 산화아연계 배리스터.The varistor zinc oxide varistor according to claim 1, wherein 0.5 to 2.5 parts by weight of the glass material with respect to the zinc oxide contained in the varistor raw material is mixed with the varistor raw material. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공통 산화물은 산화망간(MnO2), 산화코발트(CoO), 산화크롬(Cr2O3) 중 어느 1종 이상의 전이 금속 산화물을 포함하고, 상기 유리 재료는 해당 공통 산화물을 1.0 내지 5.0중량% 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화아연계 배리스터.The method according to claim 1 or 2, wherein the common oxide comprises at least one transition metal oxide selected from manganese oxide (MnO 2 ), cobalt oxide (CoO), and chromium oxide (Cr 2 O 3 ) Is comprised of from 1.0 to 5.0% by weight of the common oxide. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공통 산화물은 산화안티몬(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하고, 상기 유리 재료는 해당 공통 산화물을 0.1 내지 1.5중량% 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화아연계 배리스터.According to claim 1 or 2, wherein the common oxide containing antimony oxide (Sb 2 O 3) or aluminum (Al 2 O 3) oxide, wherein the glass material comprises the common oxide 0.1 to 1.5 wt.% &Lt; / RTI &gt; 제1항에 있어서, 상기 유리 재료는 상기 제2 산화물 이외의 산화물로서 산화납(PbO) 또는 산화비스무트(Bi2O3)를 1 내지 10중량% 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화아연계 배리스터.The varistor zinc oxide varistor according to claim 1, wherein the glass material comprises 1 to 10 wt% of lead oxide (PbO) or bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) as an oxide other than the second oxide. 제1항 또는 제2항에 있어서, 미리 일부가 유리화된 상기 공통 산화물을 상기 배리스터 원료에 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 산화아연계 배리스터.The varistor zinc oxide varistor according to claim 1 or 2, wherein the common oxide partially preliminarily vitrified is added to the varistor raw material.
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