JPH02296302A - 電圧非直線抵抗素子の製造方法 - 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への金属電極
の形成に関する。

〔従来の技術〕

ＺｎＤ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）を制御するだ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、２ｎＤ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２Ｖ
程度である。（バリスタ電圧とは、バリスタに１ｍへの
電流を流したときの端子間電圧で、通常Ｖ　＋　ｍ　Ａ
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２ｒｒＯ焼結体界面にショットキー障
壁が形成され１ｍＡの電流を流したときに電極／　Ｚ　
ｎ　Ｏ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／　Ｚｎ　Ｄ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Ｄ　Ｃ１２Ｖ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／　Ｚ　ｎ　Ｏ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。このた必に焼結
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ェネルギの吸
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」―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ー障壁をなくすこと
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
した焼結体の電極を設ける面にレーザ光を照射して表面
の熱処理をし、その後電極を形成するものとする。

〔作用〕

酸化亜鉛はη型の半導体であり、ドナーは酸素空孔によ
り形成される。したがって、電極を設ける面を予めレー
ザ光の照射により、加熱・急冷することにより、数面の
表面層に酸素空孔が形成され、このため低抵抗な領域が
できる。酸素空孔は大気中でも形成されるが、好ましく
は中性ガス中、あるいは真空中がよい。

上記低抵抗な層により、焼結体／電極界面に形成される
はずのショットキー障壁は消滅する。

〔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、　　Ｂ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１．７　ｍｍの金型を使用して厚さ１
．２５ｍｍ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１４ｎ＋ｍ、厚さ１．
０ｍｍであった。

」１記のようにして作られた焼結体の対向する両主面を
Ｎ２ガス中でＡｒレーザにて熱処理した。このとき表面
の温度は、およそ１０００℃であった。

レーザにて熱処理をした面の表面抵抗は１ｍＡの電流を
流したときに１にΩ以下であった。無処理のものは２０
にΩ以上であった。

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。３
は焼結体であり、２Ａ、２Ｂはレーザにて熱処理した熱
処理層であり、ＩＡ、１．８は金属電極である。続いて
パリスフ特性を測定した。さらに組立て後のハリスフ特
性も評価した。

結果が第１表に示される。

第　　１ 表 第２表はサージを加えたときの組立て後におけるサージ
耐量（Ａ）を示しである。ただしサージ耐量は８／２０
μｓ標準電流パルスを素子に２分間隔て２回流した後の
Ｖ　＋　ｍ　Ａの変化率が±ｌＯ％となる電流で規定し
た。

第２表 第１表にはＶｌｆｆｉＡ、Ｖ＋□４の変動係数、電流１
００μΔ〜１ｍＡ領域における電圧非直線係数αを、電
極づけ後１組立て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１．２０００△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ずいためＶ　ｌ　ｆｆ１Ａ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Ｚｎ
Ｏ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Ｎ２ガス中でのレーザによる
熱処理の方法について述べたが、同様な効果は訂ガス中
、大気中、真空中でも確認された。

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。

〔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の電
極を設ける面にレーザ光を照射して表面の熱処理をする
ことにより、焼結体／電極間に低抵抗層を導入すること
ができ、このため焼結体／電極間のショットキー障壁が
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。 １Δ、ＩＢ　金属電極、２Ａ、２Ｂ　　熱処理層、第 図 第 図

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の電極を設ける面
   にレーザ光を照射して表面の熱処理をし、その後電極を
   形成することを特徴とする電圧非直線抵抗素子の製造方
   法。