JPH02178902A - 電圧非直線抵抗素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は酸化亜鉛を主成分とする低電圧回路用電圧非
直線抵抗素子に係り、特に酸化亜鉛焼結体と金属電極間
の接触層に関する。

〔従来の技術〕

ＺｎＯを主成分としこれに微量の添加物を加えて混合し
た後焼結して作られるセラミックスは、優れた電圧非直
線性を示すことが知られており、電気回路における異常
電圧（サージ）を制御するためのバリスタとして広く実
用に供されている。このようなバリスタは第３図に示す
工程に従って製造される。

ＺｎＯバリスタの電圧非直線性は、ＺｎＯ結晶粒の粒界
に形成される二重ショットキー障壁に起因するものであ
る。実用的なバリスタにおいては、ＺｎＯ結晶粒が結合
して形成される粒界１層当たりのバリスタ電圧は結晶粒
径の大きさにかかわらずほぼ一定であり、その値は２■
程度である。　（バリスタ電圧とは、バリスタに１ｍＡ
の電流を流したときの端子間電圧で、通常■１□で表わ
される。）したがって、電圧非直線抵抗素子のバリスタ
電圧はＺｎＯ焼結体の対向する面上に設けられた電極間
に存在する粒界層の数によって決定される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ＺｎＯバリスタの電極には、銀、アルミニウ
ムが用いられるが、避雷器用のＺｎＯ素子以外は銀ペー
ストを焼付けてこれを電極とするのが一般的である。こ
の場合銀電極とＺｎＯ焼結体界面にシロットキー障壁が
形成され１ｍＡの電流をながしたときに電極／ＺｎＯ焼
結体界面のショットキー障壁により約３ｖの電圧が発生
する。したがって、この電極／ＺｎＯ焼結体界面障壁は
バリスタ電圧が低くなるほど、無視できなくなってくる
。

例えばＤＣ１２Ｖ回路にＺｎＯバリスタを適用する場合
、回路電圧の変動などを考慮してバリスタ電圧は一般に
２２Ｖのものが使用されるが、前述のように粒界１層当
たりのバリスタ電圧は約２ｖであるからこの素子の対向
する電極間に１１層の粒界が存在することになる。とこ
ろが上述の電極／ＺｎＯ焼結体界面障壁のため、ＺｎＯ
焼結体の粒界が有するバリスタ電圧と電極／焼結体界面
が有するバリスタ電圧の合計を２２Ｖとしなければなら
ない。このため実際にはバリスタ電圧が低くなるにつれ
て、焼結体の数から求められるバリスタ電圧と実測した
バリスタ電圧間の差が大きくなるので焼結体の粒界の数
を減らさなければならない。このために焼結体厚さを減
らすと（１）焼結体の機械的強度が低下する（２）雷サ
ージ、開閉サージなどのサージエネルギの吸収能力　（
サージ耐量）は焼結体の体積に比例するのでサージ耐量
特性が低下するなどの問題があった。

また、電極／焼結体界面のショットキー障壁は、ＺｎＯ
焼結体自身の粒界に存在するショットキー障壁に比ベサ
ージ耐量が低いので、バリスタ電圧が低くなるほどサー
ジによるバリスタ電圧の変化量が大きくなるという欠点
があり、さらに電極／焼結体界面に形成されるショット
キー障壁は、組立て工程例えばハンダ付工程、樹脂モー
ルド工程で変動しやすくバリスタ電圧の工程管理が困難
になるという問題があった。

この発明は上述の点に鑑みてなされたものでその目的は
焼結体と金属電極間のショットキバリアをなくすことに
より、機械的強度、サージ耐量に優れ、工程管理も容易
な低電圧用電圧非直線抵抗素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的はこの発明によれば、酸化亜鉛の粉末と電圧
非直線性を生じさせる微量の添加物粉末とを混合し焼成
した焼結体に金属電極を配してなる電圧非直線抵抗素子
において、Ｉｎ、　八／、　Ｇａの少なくとも１つの元
素を含む酸化亜鉛からなりかつ前記焼結体と金属電極と
の間に設けられた接触層を備えることにより達成される
。

接触層はＩｎ、　ｋｉ、　Ｇａの熱拡散、イオンインプ
ランテーションにより焼結体に直接的に形成する他、ス
パッタ法やＩｎ、　ＡＩ、　Ｇａを含む酸化亜鉛を塗布
する方法等によって形成することができる。

〔作用〕

酸化亜鉛にＪｎ、　Ａ／、　Ｇａをを導入した接触層は
低抵抗層であるので、酸化亜鉛と金属電極間のショット
キバリアが消滅する。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図にこの発明の実施例に係る抵抗素子の製造工程が
示される。まずＺｎＯ粉末にＰｒ、　Ｃｏ、　Ｅなどを
酸化物などの化合物の形で適量添加したあと混合、造粒
しＺｎＯバリスタ用造粒粉が調製される。

この造粒粉を直径１７寵の金型を使用して厚さ］、２５
ｎの円板状に成形する。次いでこの成形体を酸化性雰囲
気中において１３５０℃の温度で４ｈ焼成する。得られ
た焼結体の大きさは直径１４鶴、厚さ１．０額であった
。

上記のようにして作られた焼結体の対向する両生面上に
硝酸インジウムＩｎ（ＮＯ３）　　・９Ｈ，０をアセチ
ルアセトンに溶解した溶液を塗布し乾燥後７００℃で４
ｈ熱処理し、ＩｎをＺｎＯ焼結体中に拡散させた。Ｉｎ
を拡散させた面の表面抵抗は１ｍＡの電流を流した時に
ＩＫΩ以下であった。Ｉｎを拡散させない時には２０に
Ω以上である。

上記処理をした焼結体に銀ペーストを塗布後焼付けてバ
リスタを構成した。第１図に模式断面図が示される。続
いてバリスタ特性を測定した。さらに組立後のバリスタ
特性も評価した。結果が第１表に示される。

第１表 るサージ耐量（Ａ）を示しである。ただしサージ耐量は
８７２０μＳ標準電流パルスを素子に２分間隔で２回流
した後のＶＩｆｆｉＡの変化率が±１０％となる電流で
規定した。

第２表 第１表にはＶ　Ｉ＋ｎＡ　＋　Ｖ　ＩｍＡの変動係数、
電流１００ｐＡ〜１ｍＡ領域における電圧非直線係数α
を、電極づけ後１組立後について従来法と比較して示し
た。さらに参考データとしてＺｎＯ焼結体とショットキ
ー障壁を形成しないＩｎ−Ｇａ電極を用いたときの特性
も併せて示した。この結果から本発明の方法によると電
極づけ後と組立て後の特性変動はなく、従来法に比べ優
れていることがわかる。

第２表はサージを加えたときの組立て後におけ第２表か
ら明らかなように、本発明方法の方が優れていることが
わかる。この理由は次のように考えられる。即ち、焼結
体そのもののサージ耐量は１２００ＯＡであるが、従来
の素子では電極／焼結体界面に形成される障壁がサージ
により変化しやすいためＶｌｍＡが２０Ｖ素子の場合、
電極／焼結体界面障壁が２Ｖ変化すると１０％の変化と
なるからである。このようにバリスタ電圧が低くなれば
なるほど従来方法で作製されたＺｎＯバリスタ素子のサ
ージ耐量は見掛は上低くなるという欠点が解消される。

なお、上述した実施例ではＩｎを塗布、拡散する方法に
ついて述べたが、同様な効果はＡＩ、Ｇａ元素でも確認
された。また実施例では円板状焼結体について示したが
本発明の効果は形状によらず、また対向する電極の場合
のみならず二つの電極を同一平面上に設けたときにも確
かめられる。

Ｉｎ、　ＡＩ、　Ｇａの濃度はＺｎＯのＺｎに対し１０
０原子ｐｐｍ以上あればよい。また接触層の厚さは１０
００Å以上あればよい。

〔発明の効果〕

この発明によれば酸化亜鉛の粉末と電圧非直線性を生じ
させる微量の添加物粉末とを混合し焼成した焼結体に金
属電極を配してなる電圧非直線抵抗素子において、Ｉｎ
、　ｋｌ、　Ｇａの少なくとも１つの元素を含む酸化亜
鉛からなり前記焼結体と金属電極との間に設けられた接
触層を備えるので低い抵抗の接触層が焼結体と金属電極
の間に介在しその結果焼結体と金属電極との間のショッ
トキバリアが消滅して機械的強度とサージ耐量に優れか
つ製造上の工程管理の容易な電圧非直線抵抗素子が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の実施例に係る電圧非直線抵抗素子を
示す模式断面図、第２図はこの発明の実施例に係る抵抗
素子の製造工程を示す流れ図、第３図は従来の素子の製
造工程を示す流れ図である。 ＩＡ、　ＩＢ：金属電極、録、２Ｂ：接触層、３：焼結
第 ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）酸化亜鉛の粉末と電圧非直線性を生じさせる微量の
   添加物粉末とを混合し焼成した焼結体に金属電極を配し
   てなる電圧非直線抵抗素子において、Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ
   の少なくとも１つの元素を含む酸化亜鉛からなりかつ前
   記焼結体と金属電極との間に設けられた接触層を備える
   ことを特徴とする電圧非直線抵抗素子。