TWI375665B - - Google Patents

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TWI375665B
TWI375665B TW097124890A TW97124890A TWI375665B TW I375665 B TWI375665 B TW I375665B TW 097124890 A TW097124890 A TW 097124890A TW 97124890 A TW97124890 A TW 97124890A TW I375665 B TWI375665 B TW I375665B
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Dai Matsuoka
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Description

1375665 . · 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電壓非線性阻抗體瓷器組合物、使用 該電壓非線性瓷器組合物作為電壓非線性阻抗體層之電子 零件以及積層晶片變阻器(chip varistor)。 【先前技術】 v 為了吸收或除去例如靜電等外來電湧(異常電壓)或雜訊 等’使用作為具有電壓非線性阻抗體層之電子零件一例之 積層晶片變阻器(例如參照日本專利特開2〇〇2_2462〇7號公 報)。於專利文獻1中揭示了一種電壓非線性阻抗體瓷器組 合物,S亥電壓非線性阻抗體瓷器組合物以氧化鋅為主成 分,向其中添加有作為輔助成分之下述成分:換算為pr為 〇.05〜請原子%之卜化合物,換算為C。為(M〜5.〇原子%之 Co化合物,換算為Cl^〇 〇1〜〇 5〇原子%之心化合物,分別 換算為A卜Ga及in為0.001〜〇.〇2〇原子%之八丨化合物、以化 • 合物及In化合物中之至少—種,換算為Si為G.GG1〜0.500原 子%之Si化合物,及換算為Ca+Sr(其中,mm 〇〜叫為 〇·01〜〇.50原子❶/❶之Ca化合物+Sr化合物。 【發明内容】 、, 伴隨近年來數位信號之高速化及通信速度之高速化,業 •纟期望對信號影響較少之低靜電電容之積層晶片變阻器。 因:匕’本發明之目的在於提供一種能夠一方面良好地維 持電壓非線性特性一方面實現低靜電電容化之電壓非線性 阻抗體兗器虹合物,電子零件及積層晶片變阻器。 132626.doc 本發明人等對於能叙_ 方面良好地維持電壓非線性特性 万面實現低靜電雷交π^ 以及積居曰片㈣ b之電塵非線性阻抗體竞器組合物 實。積層…阻器進行了積極研究,結果發現以下事 通常,變阻器之靜電電容用下式⑴表示。 c=e〇sr(S/d) r , _ ".(i) / T靜電電容’ ε。表示真空之介電係數,~表示相對介 電係數’ S表示表現靜電電容之相向電極之面積,d表示相 °木門之厚度。於含有氧化鋅作為主成分之變阻器,即 氧化鋅系變阻器之情況下’冑要注意厚度d之處理。氧化 鋅系I P且器藉由晶界表現特性。#,於正常狀態下,晶界 阻抗與晶内阻抗有很大差別,晶界阻抗遠大於晶内阻抗。 因此’於不超過崩潰電壓(上升電壓)之正常狀態下,所施 加之電場幾乎全部加於晶界上。因此,上述厚度d必需考 慮這一點。 厚度d用下式(2)表示。 d=n.2W ...(2) n表示與相向電極平行之晶界數,2W表示一個晶界之耗 盡層寬度。 於變阻器電壓VlmA與晶界數η之間下述式(3)所示之關係 成立。 n=VlmA/(j) ...(3) Φ為晶界之障壁(barrier)高度,為代表每個晶界之變阻器 電壓之值。 132626.doc 1375665 . 此處,若將式(2)及式(3)代 到式(4)。 入式(1)中並進行變形 則得 為某固定值(例如 非線性特性時 C.VlmA=s〇sr.((j).S/2W) φ與2W於適當之電壓 φ = 0·8 eV、2W=3 0 nm左右),因此於相向電極之面積S固定 之情況下,式(4)固定。相反而言,為了維持適當之電壓非 線.性特性而使靜電電容降低,減小相 A小相向電極之面積S較為 有效。
作為減小相向電極之面積S之方法,可以考慮直接減小 相向電極之面積單純減小相向電極之面積,則 結果會導致最大能量(maximum energy)或最大電;勇之降 低,使電壓非線性特性或元件之可靠性等降低。因此,為 了將最大能量或最大電汤之降低抑制於最小限度,並減小 靜電電容,可以認為控制瓷器之微細構造非常有效。即, 相對於主要含有氧化鋅之第—相’導人由氧化鋅以外之氣 化物構成之第二相,藉由控制該第二相之體積分率,於相 向電極間表現靜電電容之氧化鋅之晶界之面積減小。藉 此’能夠不減小相向電極之面積而減小靜電電容。 立足於該研究結果,本發明之電壓非線性阻抗體瓷器組 合物,包括:含有氧化鋅之主成分;含有稀土類金屬之氧 化物之第一辅助成分;含有Ca之氧化物之第二輔助成分; 以及含有Si之孰化物之第三辅助成分。第二輔助成分相對 於主成分100莫耳之比率,換算為Ca,為2原子第二辅 助成分<80原子%。第三輔助成分相對於主成分1〇〇莫耳之 132626.doc 1375665 比率,換算為Si,為丨原子第三輔助成分<4〇原子%。 Ca與Si之原子比(Ca/Si)為1以上。 於本發明之電壓非線性阻抗體瓷器組合物中,包括含有 氧化鋅之主成分及含有稀土類金屬之氧化物之第一輔助成 分,因此表現電廢非線性特性。另外,第二輔助成分相對 於主成分100莫耳之比率,換算為以,為2原子第二輔 助成刀<80原子% ,第二輔助成分相對於主成分莫耳之 比率,換算為Si,為1原子第三輔助成分<4〇原子% ; Ca與Si之原子比((:滿⑷以上,藉此其結晶構造為,相 對於主要含有氧化鋅之第一相,導入由〜與以反應而合成 之複合氧化物(例如Casio;或CajiO4等)構成之第二相,將 該第二相之體積分率控制為所希望之值。因此,氧化鋅之 晶界之面積減小。Ca及Si之複合氧化物之介電係數小於氧 化鋅,不會阻礙表現電壓非線性特性。該等結果為,能夠 減小於電壓非線性阻抗體瓷器組合物中表現之靜電電容。 另外,藉由由含有氧化鋅之主成分與以反應合成之複合 氧化物(例如ZhSiO4)構成第二相,能夠減小氧化鋅之晶界 之面積,並減小於電壓非線性阻抗體瓷器組合物中表現之 靜電電容。然而,由於Zn與Si之複合氧化物熱不穩定,因 此可能會導致Zn及Si之複合氧化物與氧化鋅結合,而生成 Si〇x,生成之SiOx於氧化鋅之晶界析出。該“ο、具有阻礙 電壓非線性特性之性質,於第二相由以及以之複合氧化物 構成之情況下,難以良好地維持電壓非線性特性。與此相 對,於本發明中’由於CaSi〇3或反應合 132626.doc 1375665 成之複合氧化物熱穩定,因此產生阻礙電壓非線性特性之 SA之可能性‘極低,能夠良好地維持電壓非線性特性。 較好的是第一輔助成分中所含 , v 怦上頚兀素之氧化物為 選自 Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、TbDyH〇、
Er、Tm、Yb及Lut之至少一種之氧 ^ ^ 軋化物,第一輔助成分 相對於主成分刚莫耳之比率,換算為稀土類元素 〇·〇1原子%<第一輔助成分<10原子%。若第—輔助成分之 比率過低,則存在難以表現電壓非線性特性之傾向,而若 該比率過高,則存在變阻器電壓急遽升高之傾向。 更好的是第-輔助成分中所含之稀土類元素之氧 Pr之氧化物。 較好的是進而包括含有Co之氧化物之第四輔助成分,該 第四輔助成分相對於主成分⑽莫耳之比率換 為0.05原子%<第四輔助成分<1〇原子若第四:助成分 之比率過低,則存在難以得到所希望之變阻器電壓之傾 向,而若該比率過高’則存在變阻器阻抗增大並且電愿非 線性特性降低之傾向。 較好的是進而包括第五輔助成分,該第五輔助成分含有 選自ΠΙΒ族兀素中之至少一種之氧化物,該第五輔助成分 相對於主成分_莫耳之比率,換算為所選之_族元素, =0.0005原子第五辅助成分原子%。若第五輔助 成分之^率過低’則存在變阻器電壓增大之傾向,而若該 比率過南’則存在阻抗低、且不能得到變阻器電壓之傾 向。 i32626.doc 更好的是IIIB族元素為B、A1、Ga&In。 較好的是進而包括第六辅助成分,該第六輔助成分含有 選自IA族元素中之至少一種之氧化物,該第六輔助成分相 對於主成分100莫耳之比率換算為所選之工八族元素為 ‘ 帛六輔助成分<5原子。/。。若第六輔助成分之比率過高,則 • #在作為瓷盗之熔點降低 '燒成時發生熔融之傾向。 更好的是IA族元素為Na、K、Rb&Cs。 φ 較好的疋進而包括第七辅助成分,該第七輔助成分含有 選自除Ca外之ΠΑ族元素中之至少一種之氧化物,該第七 輔助成刀相對於主成分1〇〇莫耳之比率,換算為所選之Μ &兀素’為第七輔助成分“原子%。若第七輔助成分之比 率過高,則存在變阻器電壓增大之傾向。 更好的是以族元素為Mg、Sr及Ba。 '‘的是進而包括第八輔助成分’該第八輔助成分含有 k自Cr及Mo中之至少—種之氧化物,該第八輔助成分相 • S於上述主成为100莫耳之比率’分別以Cr及Mo換算,為 第八輔助成分<1〇用不。/ 从吐 原子/°。右第八輔助成分之比率過高, 則存在變阻器電壓增大之傾向。 本發月之電子零件為具有電壓非線性阻抗體層之電子零 • # ’電壓非線性阻抗體層由上述電壓非線性阻抗體竞器組 . 合物構成。 本發明之積層晶片變阻器為具有電廢非線性阻抗體 層之積層曰曰片變阻器,電壓非線性阻抗體層由上述電塵非 線性阻抗體瓷器組合物構成。 132626.doc 1375665 如上所述,分職據料本發明之電子零件及積層晶片 變阻器’能m良好地維持電壓非線性特性,一方面 減少表現之靜電電容。 根據本發明’可以提供能夠—方面良好地維持電壓非線 性特性-方面實現低靜電電容化之電壓非線性阻抗體免器 組合物,電子零件及積層晶片變阻器。
自下面給出之詳細說明及附圖中可以更充分地理解本發 明,其僅用於說明,不能認為是對本發明之限制。 自下面給出之詳細說明中可瞭解本發明進一步之應用範 圍。然而,應當瞭解詳細說明及表示本發明較佳實:形態 之具體實施例僅用於說明,技術人員知道,於不偏離本發 明之精神及範圍之條件下,可作各種改變及改進 【實施方式】 以下’參照圖式,詳細地說明本發明之較佳實施形態。 再者,於說明中,對相同要素或具有相同功能之要素用相 同之符號表示,並省略重複之說明。 首先,參照圖1對本實施形態之積層晶片變阻器丨之構成 進行說明。圖1係說明本實施形態之積層晶片變阻器之剖 面構成之圖。 如圖1所示,積層晶片變阻器丨包括變阻器素體3及分別 於邊變阻素體3中相向之端面上形成之一對外部電極5。 變阻器素體3具有變阻器部7、以及以夾住該變阻器部7之 方式而配置之一對外層部9,藉由積層變阻器部7及—對外 層部9而構成。變阻器素體3呈大致長方體形狀。 132626.doc 1375665 變阻器部7包括:表現電壓非線性特性(以下稱為變阻器 特性)之電歷非線性阻抗體層(以下稱為變阻器層)n,及以 夾住該變阻器層11之方式而相向配置之一對内部電極13、 14。於變阻器部7中,交替地積層有變阻器層丨丨及内部電 極13、14。變阻器層η中之與一對内部電極η、丨4重合之 區域11 a作為表現變阻器特性之區域而發揮作用。 變阻器層1 1由以下之電壓非線性阻抗體瓷器組合物構 成。
構成變阻器層1 1之電壓非線性阻抗體瓷器組合物包括含 有氧化鋅(Zn〇)之主成分。含有Zn〇之主成分作為表現優 異之變阻器待性及較大之最大電湧之物質而發揮作用。 電C非線性阻抗體竟器组合物進而包括含有# 土類元素 之氧化物之第一輔助成分。第一輔助成分具有不易與構成 内。卩電極1 3、14之導電材料發生反應之性質,並且作為加 I:氧向晶界之擴散速度之物質而發揮作用。若添加該成
分,則由於不易與構成内部電極13、14導電材料(尤其是
Pd)發生反應’結果’能夠充分地進行構成電壓非線性阻 抗體究器之材料之燒結。
第-輔助成分中所含之稀土類元素之氧化物 除⑽_之選自 Y、La'Ce、Pr、Nd、Sm、EuT Γ好二、“、丁…則之至少一種之氧化物, 更好的疋至少含有Pr之氧化物。第一輔助成分相對 分^莫耳之㈣沒有特別限制,換算為稀土類元素 好的疋〇.〇1原子%<第一輔助成分<1〇原子%,更好的是0 05 I32626.doc 比。客第-輔助成分㈣子%β藉由使第一輔助成分之 旱處於上述特定之範圍内,能夠將組合物維持為半導體 匕狀態,並且能夠加快氧向晶界之擴散速度。 電壓非線性阻抗體£器組合物進而包括含有以之氧化物 之第二輔助成分及含有Si之氧化物之第三辅助成分。第二 輔助成分及第三輔助成分作為降低電壓非線性阻抗體竟器 、’且。物(變阻器層11)中表現之靜電電容之物質而發揮作 第二輔助成分相對於主成分100莫耳之比率,換算為 Ca’為2原子第二輔助成分<8〇原子第三輔助成分 相對於主成分1〇〇莫耳之比率,換算為以,為丨原子%$第 三辅助成分<40原子%。(:&與以之原子比((^/!5丨)為1以上。 藉由使第一及第二輔助成分之比率以及Ca與§丨之原子比 處於上述特定之範圍,能夠生成。及“反應合成之複合氧 化物(例如CaSi〇3或CadiO4等卜。及Si之複合氧化物構成 與主要含有Zn0之第一相不同之第二相,存在於Zn〇之晶 界。並且,將第二相之體積分率控制為所希望之值◊因 此,ZnO之晶界之面積減小。Ca&Si之複合氧化物之相對 介電係數為4左右,小於氧化鋅之相對介電係數(8左右卜 另外,Ca及Si之複合氧化物不阻礙表現電壓非線性特性。 結果使得於電壓非線性阻抗體瓷器組合物中表現之靜電電 容減小。 第二輔助成分之比率較好的是5原子% $第二輔助成分 $50原子%,更好的是5原子。/Qg第二輔助成分$3〇原子 132626.doc •13- u〇665 /0。右第二辅助成分之比率過高,則存在變阻器電壓增 大、並且電壓非線性特性降低之傾向,而若該比率過低, 則達不到上述靜電電容降低之效果。 第三輔助成分之比率較好的是2.5原子%$第三輔助成分 $25原子%,更好的是2 5原子第三輔助成分$ 15原子 /〇。若第二辅助成分之比率過高,則存在變阻器電壓増 大、並且不燒結之傾向,而若該比率過低,則達不到上述 靜電電容降低之效果。
Ca與Si之原子比較好的是u以上5以下之範圍,更好的 是為2以上2,7以下之範圍。於此情況下,能夠更可靠地生 成Ca及Si之複合氧化物,亦能夠更可靠地將其體積分率控 制為所希望之值。 上述弟二相以晶粒之狀態存在,較好的是該晶粒均勻分 布。積層晶片變阻器等變阻器將來自外界之電湧等電能轉 變為熱能吸收。因此,由於晶粒(第二相)均勻分布,於吸 收電湧時,能夠使於ZnO之晶界產生之熱於晶粒(第二相) 中分散,而不使ZnO晶界之溫度過度上升。 然而’伴隨近來之電路電壓之低電壓化,希望進一步降 低變阻器電壓。由於變阻器特性於Zn0之晶界表現,故為 了降低變阻器電壓’必需減小存在於相向配置之内部電極 13、14間之ZnO之晶界數。然而’於單純減少存在於内部 電極13、14間之ZnO之晶界數之情況下,由於電串聯連接 之晶界數減少,可能會導致靜電電容增大。與此相對,採 用上述電壓非線性阻抗體瓷器組合物,即使於減少Zn〇之 132626.doc 14 1375665 晶界數、降低變阻器電壓之情況下,亦能夠抑制靜電電容 之増大,能夠使變阻器電壓之降低與靜電電容之降 衡。 _ 較好的是於上述電壓非線性阻抗體究器组合物中進而勺 括含有之氧化物之第四輔助成分。第四輔助成分二 之晶界形成受體能階,作為表現變阻器特性之物質而發揮 作用。第四輔助成分相對於主成分1〇〇莫耳之比率,換算 為Co,較好的是〇.〇5原子%<第四輔助成分,原子%、 =的是〇·5原子%第四輔助成分以原子若第四輔助成 Η比率過低,則存在難以得到變阻器特性之傾向而若 過高,則存在變阻器電壓增大、並且變阻器特性降低之傾 向0 較好的是於上述電壓非線性阻抗體究器組合物中進而包 括含有選自ΙΙΙΒ族元素中之至少一種 種几素之氧化物之第五 '刀。第五輔助成分作為用於控制流向含有Ζη〇之主 成分之電子量之施體而發揮作用,提高流向主成分之電子 量,切作為使組合物半導體化之物質而發揮作用。第五輔 助成分相對於主成分1〇〇莫耳 兴斗之比羊,換算為所選之ΙΙΙΒ元 Γ 5原子^第五輔助成分如原子%,較好的 疋0.001原子%$第五輔助成分客原子%。若 分之比率過低,則在力繳咖。„ 弟五辅助成 .一 職在變阻裔電屋增大之傾向,而若該比 率過向,則存在難以得到變 〆 好的是為Β、Α1、_η特性之傾向°ίίΙΒ元素較 較好的是於上述„料性阻抗體莞器組合物中進而包 132626.doc 1375665 :選族元”之至少一種元素之氧化 作用第第:輔助成分作為改善變阻器特性之物質而發揮 為二第二辅助成分相對於主成分1〇〇莫耳之比率,換算 好二 素,較好的是第六輔助成分<5原子。/。,更
原子你辅助編。1原子%。若第六輔 之^之比率過低’則存在阻抗低、無法得到變阻器電麼 择成該比率過高,則存在作^之㈣降低、 =時發生溶融之傾向βΙΑ族元素較好的是為NaH ::的是於上述電厂堅非線性阻抗體究器組合物中 :=除。外之IIA族元素中之至少一種以之氧化 物暂 °第七輔助成分作為改善變阻器特性之 ^發揮作用^七輔助成分相對於主成分⑽莫耳之 ^早換算為所選之IIA族元素,較好的是第七輔助成分 原子%。若第七輔助成分之比率過低,則存在變阻器特 性降低之傾向,而若該比率過高,則存在變阻器電壓增大 之傾向。IIA族元素較好的是Mg、心及⑹。 θ 較好的是於上述電㈣線性阻抗體究器組合物中進而包 括含有選自Cr及Μ0中之至少„種之氧化物之 分。第八輔助成分作為改善高溫之負荷特性之物質而發揮 作用。第八辅助成分相對於主成分100莫耳之比率,用各 Cr及Μ。換算,較好的是第八辅助成分<ι〇原子%,更 是〇._原子W第八輔助成分引原子%。若第八輔助成分 之比率過高,則存在變阻器電壓增大之傾向。 I32626.doc 丄:W :)〇〇:) 上述電Μ非線性阻抗m組合物還含有不可避免地混 入之雜質(以下稱為不可避免雜質 P』砹兄雜質)。作為不可避免雜質, 可以列舉出由於混合時使用之裝置之磨耗而混入之响或 從原料混入之Na等金屬元素。 . 外層部9與變阻器層11同樣,由上_非線性阻抗體 竞器組合物構成。外層部9具有作為保護變阻器部7之保護 層之功能。外層部9亦可以由不同於變阻器層^組合物 籲 構成,無須表現變阻器特性。 變阻器層k積層數及厚度等各條件可以根據目的或用 途而適當決定。於本實施形態中,變阻器層n之厚度例如 為5〜刚叩左右。外層部9之厚度例如為ι〇〇〜5〇〇卿左 右。 於變阻II層11中,較好的是非線性係數⑷為8以上,更 好的是為1G以上。並且,於變阻器層UtJj,於基準溫度 貝J疋頻率1 MHz及輸入信號位準(測定電壓)丨Vrms 鲁下測4靜電電容之情況下,相向電極面積為! ^時,a 積(靜電電容c與變阻器電壓ν之積)通常為24萬以下,較好 的是為22萬以下,更好的是為2〇萬以下。 對内4電極13、14以各自之一端於變阻器素體3中相 向之端面上父替露出之方式大致平行地設置。各内部電極 - 13丨4於上述各一端上,與外部電極5電性連接》該内部 電極13 14含有導電材料。作為内部電極13、μ中所含之 導電材料,較好的是含有pd。於本實施形態中,内部電極 13、14由Pd或Ag_Pd合金構成。内部電極ι3、μ之厚度例 132626.doc 17 1375665 二為〇·5〜5㈣左右。自變阻器素體3之積層方向(變㈣層 I之厚度方向)觀察,内部電極13、〗4互 面積⑺部電極U、14之重合面積)為〇〇〇i〜〇5m^刀L。之 外部電極5以覆蓋變阻器素體3之兩端部之方 外部電極5較好的是由能夠與構成内部電極丨/14^等 =1:電性連接之金屬材料構成。例如L構 成之内。P電極13、丨4之電性連接 栌山二 良好並且與變阻器素 體3之柒面之接著性良好, 赳认加+, 此週於作為外部電極用之材 科。外邛電極5之厚度通常為〗〇〜5〇 μ〇ι左右。 於外部電極5之表面,以覆蓋該外部電極 成有厚度為0.5〜2 μηι左右之轳, 万式依-人形 _左右之鍍Nl層(省略圖示)及厚度為2〜6 左右之錢S π層(省略圖+、楚 , (名略圖不)專。形成該等電鍍層之目的主 :在=於藉由回流焊於基板等上搭載積層晶片變阻器i 時,提雨焊料之耐熱性及焊料之潤濕性。 繼而’對具有上述構成之積層w變阻器1之製造過程 之一例進行說明。 於本實施形態中,藉由使用有聚料之通常之印刷 式(sheet)法製作生料晶片,對其進行燒成,㈣印刷或轉 製造方法。 -燒“而製造。以下具體地說明 首先,分別準備變阻器層用聚料、内部電極用衆料 部電極㈣。使用變阻器層W料,可形成圖丨所示之變 阻器層11及外層部9。 變阻器層用渡料可以為將電壓非線性阻抗體竞器組合物 132626.doc 1375665 原枓與有機媒劑混練之有機系塗 _ m· 〇 俄糸㈣亦可以為水系塗料》 根據上述電壓非線性阻抗體 主出八夕店立丨 网之組成’使用構成 主成刀之原料及構成I輔助成分之 抗體U組合㈣#。 作為f㈣線性阻 作為構成主成分之原料,使用z 虱化物及/或藉由燒 成而成為氣化物之化合物p 作為構成第一辅助成分之原料,使 — 尺用稀土類疋素之氧化
及或稭由燒成而成為氧化物之化合物。 -作為構成第二輔助成分之原料’使用。之氧化物及/或 藉由燒成而成為氧化物之化合物。 作為構《三輔助成分之原料,使用Si之氧化物及/或藉 由燒成而成為氧化物之化合物。 作為構成第四輔助成分之原料,使用c〇之氧化物及/或 藉由燒成而成為氧化物之化合物。 作為構成第五輔助成分原料,使用選自ΙΠΒ族元素(b、 A卜Ga及In)之氧化物及/或燒成後成為該等之氧化物之化 合物中之一種以上之單一氧化物或複合氧化物。 作為構成第六輔助成分之原料,使用選自IA族元素 (Na K、Rb及Cs)之氧化物及/或燒成後成為該等之氧化物 之化合物中之一種以上之單一氧化物或複合氧化物。 作為構成第七輔助成分之原料,使用選自除Ca外之ΠΑ 鉍疋素(Mg、Ca、Sr及Ba)之氧化物及/或燒成後成為該等 之氧化物之化合物中之一種以上之單一氧化物或複合氧化 物。 132626.doc 19 1375665 作為構成第八辅助成分之原料,使用選自Cr及Mo之氧 4匕物及/或燒成後成為該等之氧化物之化合物中之一種以 上之單一氧化物或複合氧化物。 作為藉由燒成而成為氧化物之化合物,可以例示出例如 風虱化物、碳酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、有機金屬化合物 等。當然,亦可合併使用氧化物及藉由燒成而成為氧化物 之化合物。決定電壓非線性阻抗體瓷器組合物原料中之各
^匕合物之含量,使得燒成後成為上述電壓非線性阻抗體瓷 器組合物之組成。該等之原料粉末通常使用平均粒徑為 〇·3〜2 μΐΏ左右之粉末。 所謂有機媒劑,係於有機溶财溶解㈣合劑之物質, 用於有機媒劑之黏合劑沒有特別之限制,可以自乙基纖維 -聚乙稀縮丁酿等通常之各種黏合劑中適當選擇。有機 溶劑亦沒有特別之限制,可以根據印刷法或片式法等利用 ^方法’自松脂醇、丁基卡必醇、丙酮'甲苯等有機溶劑 中適當選擇。 所謂水溶系塗料’係於水中溶解有水溶性黏合劑、分散 劑等之塗料,水溶系黏合劑沒有特別之限制,可以自聚乙 烯醇、纖維素、水溶性丙稀酸樹脂、乳液等中適當選擇。 内部電極層用漿料,將上述各種 .^ ^ Λ 導電材料或燒成後成為 & t 恢金屬化合物、樹脂酸鹽 專與上述有機媒劑混練而調製。 電極用漿料亦與該内 部電極層用漿料同樣操作進行調製。 、円 各漿料之有機媒劑之含量沒有特 別限制’為通常之含量 J32626.doc •20· ^75665 即可,例如黏合劑為卜5重量%左右、溶劑為㈣ 左右。各聚料中可以含有根據需要而選自各種分散劑、增0 塑劑、介電體、絕緣體中之添加物。 θ 於使用印刷法之情況下,於聚對苯醇酿等Α 板上’以特定厚度複數次印刷變阻器層用漿料,藉 二成作為一個外層部9之未加工層。接著,於 :成為一個外層部9之未加工層上,以特定圖案印刷内C 案成藉由燒成而成為内部電極14之電極圖 =,以待定厚度復數次印刷變阻器層用㈣,形= 由燒成而成為變阻器層11之未加工層。 g 接者’於藉由燒成而成為變阻器層u之未加 特定之圖案印刷内部電極層用浆料,形 2以 内部電極13之電極圖案。藉 g凡成而成為 之雷炻圃安 钇成而成為内部電極13、14 —向之不同之端部表面露㈣方式進行印 方:而以=藉由燒成而成為内部電極13之電極圖案之 特疋厚度複數次印刷變 燒成而成為另一個外爲却 益層用浆料,形成藉由 行加二二:之未加…然後,-方面進 …万面進行加壓、壓接,切 ^ 料晶片。 為特定形狀,得到生 於使用片式法之情況下,使 生片。於生片上,定圖案印料,成形出 成與内部電極U或Μ相對應之電極圖案電極層用聚料,形 I32626.doc 1375665 繼而,按照特定順序’重疊形成有電極圖案之生片及未 形成電極圖案之生片,形成片式積層體。接著,一方面對 这片式積層體進行加熱…方面進行加壓、壓接,切斷為 特疋形狀,得到生料晶片。 繼而,對該生料晶片進行脫黏合劑處理及燒成,製作燒 結體(變阻器素體3)。於燒成後,可以使驗金屬(例如^、 :a等)自變阻器素體3之表面擴散。於實際之積層晶片變阻
器1中’外層部9與變阻器層Η一體化,達到無法辨別彼此 之間之邊界之程度。 四脫黏合料理可以於通常之條件下進行^㈣,於空氣 環境中,使升溫速度為5〜3〇(TC/小時左右、保持溫度為 〇 400 C左右、溫度保持時間為0.5〜24小時左右。 生料晶片之燒成可以於通常之條件下進行。例如於空 氣環境中,使升溫速度為5〇〜1〇〇(rc/小時左右、保持溫度 為1000〜140(TC左右、溫度保持時間為〇 5〜8小時左右冷
部速度為50〜l〇〇(TC/小時左右。若保持溫度過低,則導致 密緻化不充分’而若保持溫度過高,則存在由於内部電極 之異常燒結而產生電極之損壞之傾向。 於鎖得到之燒結體(變阻器素體3)上,印刷或轉印外部 電極用漿料’ ϋ進行燒成,形成外部電極5。外部電極用 漿料之燒成條件為,例如空氣環境中以6〇〇〜9〇〇。〇進行⑺ 分鐘〜1小時左右。 如上所述製造而成之本實施形態之積層晶片變阻器!可 以用於吸收或除去例如靜電等外來電湧(異常電壓)或雜訊 132626.doc -22· 1375665 等。 以上,對本發明之實施形態進行了說明,但本發明不僅 限於該等實施形態,於不偏離本發明要點之範圍内,可以 各種態樣實施。
於上述實施形態中,以適用於積層晶片變阻器之例表示 本發明,但本發明不限於積層晶片變阻器,亦能夠適用於 具有由上述組成之電壓非線性阻抗體瓷器組合物構成之電 壓非線性阻抗體層的電子零件(圓片變阻器(disk varist〇r) 或變阻器複合元件等P另外,如上所述,可含有不可避 免之雜質。 不限於如圖1所示僅具備丨對内部電極之積層晶片變阻 器。於積層晶片變阻器1中,内部電極僅為i對,但内部電 極可以積層複數對,或者可以為積層多個内部電極之積層 晶片變阻器》
下面,利用實施例進一步詳細地說明本發明,但本發明 不限於該等實施例。 於本實施例巾,作為試樣,製造圖i所示之積層晶片變 阻态’並评價其特性。積層晶片變阻器試樣之製作過程係 使用片4法,且如下上述。#用片式法之積層晶片變阻器 試樣之製造過程如上所述,並簡化說明。 首先’為了製作構成變阻器層之電壓非線性阻抗體竞器 ”且。物之材料’準備主成分原料(Zn〇)及第―〜第八輔助成 刀原料4乍為各原料,使用氧化物、碳酸鹽及碳酸鹽之水 合物等。 132626.doc •23· 1375665 繼而’調配該等原料,使得燒成後之組成為相對於作為 主成分之ZnO: 100莫耳,為圖2〜圖9所示之組成加入有 機黏合劑 '有機溶劑、有機增塑劑,利用球磨機進行渴式 混合約20小時,製作漿體。藉由到刀成形法將 體於PET(聚對苯二甲^ f馱乙二醉酯)製之基臈上製成厚度為 μπι之生片使用鈀漿料,藉由網板印刷於製作之生 上進行印刷,使得成為所希望之形狀,並使其乾燥,形成 與内部電極相對應之電極圖案。 下面按;特疋之順序,積層形成有電極圖案之生片 未形成電極圖案之生月’製作片式積層體。接著,對製作 之片式積層體進行加熱、壓接,然後切斷為特定之晶片步 狀’得到生料晶片。於⑽。c、2小時之條件下,對得到: 生料晶片進行脫黏合劑處理,然後於120(TC '空氣中燒成 1小時,得到成為變阻器素體之燒結體。 心 、遽而肖變阻器素體於其兩端部塗佈以Ag為主體之電拓 渡料:於聲C進行燒接,形成端子電極。藉由該等過 程知到具有一對内部電極之積層晶片變阻器試樣。 積層晶片變阻器試樣之晶片大小為聰大小,即叫 度)=1·〇 随,W(寬度)=0,5 mm,Η(高度)=〇 5 mm。又 邛電極互相重合之部分之面積,即内部電極之重合面積 〇,〇5mm2°變阻器層之厚度為20μηι。 ' 使用仔到之積層晶片變阻器試樣,測定變阻器電壓 線性係數及CV積。 藉由使積層晶片變阻器試樣連接於直流怪流電源, 132626.doc •24· 1375665 麼計測定作用於積層晶片變阻器試樣之兩電極間之電壓, 同時用電流計讀取流經積層晶片變阻器試樣之電流,藉此 求出變阻器電壓(vlmA)。具體而言,當流經積層晶片變阻 器試樣之電流為1 mA時,藉由電壓計讀取作用於積層晶片 變阻器试樣之電極間之電壓,將該值作為變阻器電壓,單 位為v。
非線性係數(α)表示流經積層晶片變阻器試樣之電流從^ mA變化到10 mA之情況下,積層晶片變阻器試樣之電極間 之電壓與電流之關係,由下式求出。 a=log(II〇/II)/l〇g(vi〇/V1)=1/1〇g(V1〇/vl) v1〇表示於積層晶片變阻器試樣中流經Iiq=ig ^之電流時 之變阻電壓。VI表示於積層晶片變阻器試樣中流經丨1 = 1 mA之電流時之變阻器電壓。非線性係數a越大,變阻器特 性越優異。 CV積(C氺vlmA),藉由對積層晶片變m器試樣,於基準
溫度2 5 C用數位L C R計(阻括:p丨丨兮吳 T U見柷測忒态,Inductanee/
CapaCitanCe/ResiStance)(HP 公司生產 4284a),於頻率】 MHz、輸入信號位準(測定電壓M ν_之條件下測定之靜 電電容(C)(單位為PF)與變阻器電壓VimA之積求出。 於圖2〜圖9中表示測定結果。於各圖中 τ -」表示不能 計算。 圖2表不改變Ca及Si之含量時,變阻器電壓、非線性 數及C V積之測定結果。試樣編號丨、2、丨〇 u 11、 19、 及29為比較例。隨著使Ca_Si添加量增加,cv積單調 132626.doc •25· 1375665 >。對於試樣1添加有2原子%之(^及1原子%之以之試樣 3,CV積減少約2〇%,可以看出以及⑴之添加效果。另 外,CV積隨著(^及“添加量之增加而減少,於分別添加 有20及10原子%之以及1之試樣6中,cv積為試樣】之卿。 以下。於添加有80原子%2Ca之試樣1〇、試樣19中非線 性喪失,成為絕緣體。 圖3表示改變稀土類元素Pr之含量時變阻器電壓、非 線性係數及CV積之測定結果,於Pr含量為〇 〇1原子%之試 樣編號30、36中,得不到變阻器電壓。於pr含量為ι〇原子 %之試樣編號35、41中,變阻器電壓急遽增大,可以確認 超過200 V。於试樣編號3 1〜34、37〜40中,CV積均較小, 沒有問題。自圖3所示之結果可以確認,上述第一輔助成 分相對於主成分丨00莫耳之比率,換算為pr,較好的是〇〇1 原子%<第一輔助成分<1〇原子%,更好的是〇〇5原子〇/。^第 一輔助成分^ 5原子%。 圖4表示3有各種稀土類元素代替pr時,變阻器電壓、 非線性係數及CV積之測定結果。自圖4所示之結果可以確 認,可以使用任一種之稀土類元素。 圖5表不改變Co含量時,變阻器電壓、非線性係數及cV 積之測定結果。於Co含量為0.05原子%之試樣編號7〇、77 中,知不到變阻器電壓。於c〇含量為〗〇原子%之試樣編號 76、83中,發現變阻器電壓增大及非線性係數降低。於試 樣編號71〜75、78〜82中,CV積均較小,沒有問題。自圖5 所不之結果可以確認,上述第四輔助成分相對於主成分 132626.doc •26· 1375665 100莫耳之比率,換算為Co,較好的是為0 05原子%<第四 輔助成分<10原子°/〇,更好的是0.5原子第四輔助成分 S3原子%。 圖6表示含有IIIB族元素中之至少一種元素時,變阻器 電壓、非線性係數及CV積之測定結果。此處,作為所含 之IIIB族元素,選自B、A卜Ga及In »於A1含量為〇.〇〇〇1原 子%之試樣編號84、98中,變阻器電壓急遽增大,超過 200 V,達到測定界限以上。於剷含量為i原子%之試樣編 號97、111中,得不到變阻器電壓。能夠確認可以使用b、 Ga及In代替A卜亦可以使用選自B、Ca&In中之2種以 上之組合。自圖6所示之結果可以確認,上述第五輔助成 分相對於主成分1〇〇莫耳之比率,換算為IIIB族元素,較好 的是0.0005原子%$第五輔助成分5%原子%,更好的是 0.001原子$第五辅助成分$ 〇 5原子0/〇。 圖7表示含有IA族元素中之至少一種元素時,變阻器電 壓、非線性係數及CV積之測定結果。此處,作為所含之 IA私元素,選自Na、K、Rb及Cs。於不含有Na、K、Rb及 Cs之試樣編號112、127中,可以確認表現變阻器特性。然 而,於K含量為5原子。/。之試樣編號丨26、丨4丨中,試樣為熔 融狀態,無法測定電特性。並且可以確認,可以使用其他 鹼金屬Na、Rb、Cs代替K,亦可以組合添加2種以上之鹼 金屬。自圖7所示之結果可以確認,上述第六輔助成分相 對於主成分100莫耳之比率,換算為以族元素,較好的是 為第六輔助成分<5原子❹/〇,更好的是為〇 〇25原子第六 132626.doc •27- 1375665 輔助成分so. 1原子%。 圖8表示含有除Ca外之ΠΑ族元素時,變阻器電壓、非線 J·生係數及cv積之測定結果。此處,作為所含之族元 素係選自Mg、^及Ba。於不含有Mg、Sr及Ba之試樣編 號145、1 50中,可以確認表現變阻器特性。於使用、心 及Ba之任一種πA族元素之情況下,能夠得到同樣之結 果,進而,可以確認合併使用該等元素,亦能夠得到含有 之效果。自圖8所示之結果可以確認,上述第七輔助成分 相對於主成分100莫耳之比率,換算為IIA族元素,較好的 疋第七辅助成分<1原子%。其_,於以含量為1〇〇原子%之 試樣編號146、151中,試樣成為絕緣體。 圖9表示含有Cr及Mo中之至少一種元素時,變阻器電 壓、非線性係數&cv積之測定結果。隨著CraM〇之添加 里粍加,I阻器電壓增加。於心或M〇之添加量為1 〇原子% 之试樣編5虎158、164中,變阻器電壓急遽增大,超過2〇〇 v,達到測定界限以上。如試樣編號〗65所示,含有Cr及 Mo亦能夠確認同樣之效果。自圖9所示之結果可以確認, 上述第八輔助成分相對於主成分1〇〇莫耳之比率,換算為 Cr及Mo,較好的是第八輔助成分<1〇原子%,更好的是為 0.001原子第八輔助成分原子%。 自上述發明可以看出’本發明能夠以許多方式改變。不 能認為該等改變偏離本發明精神及範圍,技術人員知道, 所有該等改變都包括於下述請求項之範圍内。 【圖式簡單說明】 132626.doc -28 * 1375665 圖1係說明本實施形態之積層晶片變阻器之剖面構造之 圖。 圖2〜圖9係表示實施例及比較例之變阻器電壓、非線性 係數及CV積之測定結果之圖表。 【主要元件符號說明】 1 積層晶片變阻器 3 變阻器素體 5 外部電極 7 變阻器部 9 外層部 11 變阻器層 11a 重合之區域 13、14 内部電極 L 重合之部分 132626.doc •29·

Claims (1)

1375665 十、申請專利範圍: 1· 一種電壓非線性阻抗體瓷器組合物,其包括 含有氧化鋅之主成分、 含有稀土類金屬之氧化物之第—辅助成分 含有Ca之氧化物之第二辅助成分、及 含有Si之氧化物之第三輔助成分;
上述第二辅助成分相對於上述主成㈣0莫耳之比 率,換算為Ca,為2原子第二輔助成分<8〇原子%, 上述第三輔助成分相對於上述主成分ι〇〇莫耳之比 率’換算為Si,為1原子第三辅助成分<4〇原子%,且 Ca與Si之原子比(ca/Si)為1以上。 2.如請求項1之電壓非線性阻抗體瓷器組合物,其中 上述第一輔助成分中所含稀土類元素之氧化物為選自 Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu ' Gd、Tb、Dy、H〇、 Er、Tm、Yb及Lu中至少一種之氧化物, 上述第一輔助成分相對於上述主成分1〇〇莫耳之比 率’換算為稀土類元素,為0.01原子第一輔助成分 < 10原子%。 3 ·如請求項1之電壓非線性阻抗體瓷器組合物,其中 上述第一輔助成分中所含稀土類元素之氧化物為以之 氧化物。 4.如請求項1之電壓非線性阻抗體瓷器組合物,其進而包 括含有Co之氧化物之第四輔助成分, 上述第四輔助成分相對於上述主成分1〇〇莫耳之比 132626.doc 率,換算為Co ,為0.05原子。/。<第四輔助成分 <丨〇 % » ’、 ’如請求項1之電壓非線性阻抗體瓷器組合物,其進而包 括第五輔助成分,該第五輔助成分含有選自ΙΙΙΒ族元素 中至少一種之氧化物, 上述第五輔助成分相對於上述主成分100莫耳之比 率’換算為所選之ΙΙΙΒ族元素,為〇.〇〇〇5原子%幺 助成分…原子輔 6.如請求項5之電壓非線性阻抗體瓷器組合物,其中 ΙΙΙΒ族元素為β 、Al、Ga及 In 〇 7 .如請求項1之電壓非線性阻抗體瓷器組合物,其進而包 括第六輔助成分,該第六輔助成分含有選自〗八族元素中 至少一種之氧化物, 上述第六輔助成分相對於上述主成分1〇〇莫耳之比 率,換算為所選之IA族元素’為第六輔助成分<5原子 % » 8·如請求項7之電壓非線性阻抗體瓷器組合物,其中 IA族元素為Na、κ、Rb及Cs。 9.如請求項1之電壓非線性阻抗體瓷器組合物,其進而包 括第七輔助成分,該第七輔助成分含有選自除Ca外之 ΠΑ族元素中至少一種之氧化物, 上述第七輔助成分相對於上述主成分1〇〇莫耳之比 率,換算為所選之IIA族元素,為第七輔助成分 <丨原子 %。 132626.doc 10. 如請求項9之電壓非線性阻抗體瓷器組合物,其中 ΙΙΑ族元素為Mg' Sr及Ba。 π. 12. 13. 如請求項1之電壓非線性阻抗體瓷器組合物,其進而包 括第八輔助成分’該第八輔助成分含有選自(^及Mo中至 少一種之氡化物, 上述第八輔助成分相對於上述主成分1〇〇莫耳之比 率’分別以Cr及Mo換算,為第八輔助成分<10原子〇/〇。 —種電子零件,其具有電壓非線性阻抗體層, 上述電壓非線性阻抗體層係由電壓非線性阻抗體瓷器 組合物所構成,該電壓非線性阻抗體瓷器組合物包括: 含有氧化鋅之主成分、 含有稀土類金屬之氧化物之第一輔助成分、 含有Ca之氧化物之第二輔助成分、及 含有Si之氧化物之第三輔助成分; 上述第二輔助成分相對於上述主成分1〇〇莫耳之比 率’換算為Ca,為2原子。/〇$第二輔助成分<80原子% , 上述第三輔助成分相對於上述主成分1〇〇莫耳之比 率’換算為Si,為1原子❶第三辅助成分<4〇原子%,且 Ca與Si之原子比(Ca/Si)為1以上。 一種積層晶片變阻器’其具有電壓非線性阻抗體層, 上述電壓非線性阻抗體層係由電壓非線性阻抗體瓷器 組合物所構成,該電壓非線性阻抗體瓷器組合物包括: 含有氧化鋅之主成分、 含有稀土類金屬之氧化物之第一輔助成分、 132626.doc 1375665
含有Ca之氧化物之第二輔助成分、及 含有Si之氧化物之第三辅助成分; 上述第二輔助成分相對於上述主成分100莫耳之比 率,換算為Ca,為2原子。/〇客第二輔助成分<8〇原子〇/〇 , 上述第三辅助成分相對於上述主成分1〇〇莫耳之比 率,換算為Si’ Μ原子第三輔助成分<4〇原子%,且 Ca與Si之原子比(Ca/Si)為1以上。 132626.doc
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