JPS589563B2 - 電圧非直線抵抗体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は不純物として少なくともＮ ｉ ＯおよびＹ２
Ｏ３を含み、焼結体自体が電圧非直線特性を有する抵抗
体の製造方法に関する。

半導体を応用した回路素子の一つに電圧非直線抵抗体が
あり、その代表的なものとして、ＳｉＣバリスタ、Ｓｉ
バリス久その他セレン、亜酸化銅或いはＺｎＯ系焼結体
を用いたバリスタが知られている。

この種素子は非直線的な電圧、電流特性を有し、電圧の
増大につれ抵抗が急激に減少して電流が著しく増加する
ため異常な高電圧の吸収や電圧安定化用に広く利用され
ている。

しかしながらＳｉＣバリスタは１００μ程度のＳｉＣを
磁器結合剤で焼き固めたもので、比較的高い電圧に耐え
ると云う特長がある反面素子を薄くするのに限度ばあり
低電圧用には向かないと云う問題がある。

またＳｉバリスタはＳｉのＰ−ｎ接合を利用したもので
、所謂る低電圧型で且つ電圧一電流特性を任意に変える
こともできないためその用途も限度がある。

さらにセレン、亜酸化銅などのバリタスは素子表面にお
ける金属一半導体接触部の電圧非直線特性を利用してお
り、Ｓｉバリスタと同様電圧一電流特性を任意に制御し
得ないと云う不都合さがある。

゛一方不純
物としてＢ Ｉ ２ ０３ ，Ｃ ｏＯおよびＳｂ２０
３などをそれぞれ１０モル％以内で含有するＺｎＯ系焼
結体バリスタは、所謂る電圧電流特性が良好なこと素子
の厚さ制御により電圧電流特性を任意に調節しうろこと
などの特長を有するため多くの関心を寄せられている。

しかしこの種ＺｎＯ系バリスタはその一つの特長とも云
うべき対称型電圧電流特性についてみると衝撃電流、直
流負荷、或いは温湿度サイクルなどによる時に負方向に
おける変化率が大きく、信頼性の点で充分満足しうるも
のとは云い難い。

本発明者らは上記点に鑑み、検討を進めた結果、不純物
としてニッケルおよびイットリウムをＮｉＯＹ２０３の
形に換算して０．０１〜１０モル％含有する焼結型酸化
亜鉛（ＺｎＯ）系電圧非直線抵抗体の５製造方法におい
て、原料の酸化亜鉛（ＺｎＯ）の成分の一部を金属亜鉛
（ Ｚｎ ）で置換しておくと例えば衝撃電流などに対
する負方向での変化率が著しく低減された信頼性の高い
電圧非直線抵抗体が得られることを見出した。

従って本発明は安定性良好で、信頼性の高い対称型電圧
非直線抵抗体を容易に製造しうる方法を提供しようとす
るものである。

以下本発明を詳細に説明すると、本発明は不純物として
少なくともニッケルおよびイットリウムをＮｉＯ，Ｙ２
０３の形に換算してそれぞれ０．０１〜１０モル％含む
焼結型酸化亜鉛系電圧非直線抵抗体の製造方法において
、出発原料としての酸化亜鉛成分の０．０１〜１０モル
％を限度として金属亜鉛で置換しておくことを特徴とす
る電圧非直線抵抗体の製造方法で例えば次のように行な
われる。

即ち酸化ニッケル（ Ｎ ｉ Ｏ ）粉末、酸化イット
リウム（Ｙ２０３）粉末および金属亜鉛（Ｚｎ）粉末を
それぞれ０．０１〜１０モル％添加配合してなる酸化亜
鉛（ＺｎＯ）系混合粉末を先ず用意し、この混合粉末を
よく混合したもの、要すればポリビニルアルコールなど
の粘結剤をさらに添加配合したものを出発原料とし所要
の成形体を得る。

次いでこの成形体を高温、例えば１１００℃程度以上の
温度で空気中焼成してから得られた焼結体の両主面に例
えば銀ペーストを塗布、焼付けて電極を設けることによ
り信頼性の高い電圧非直線抵抗体素子が得られる。

本発明において不純物として添加含有せしめられるニッ
ケルおよびイットリウムは上記の如き酸化物に限らず加
熱焼成過程などにおいて酸化物となりうる化合物、例え
ば炭酸塩、修酸塩などを出発原料としてもよい。

しかしてこの必須の不純物成分比はＮｉＯおよび￥２０
３に換算して０．０１〜１０モルチ範囲内に常に選択さ
れる。

その理由は上記範囲外では所要の信頼性の高い電圧非直
線抵抗体が得られないからである。

尚不純物成分として上記必須成分の他例えばＣｅ，Ｐｒ
等の希土類元素などさらに添加配合して非直線性の改善
や抵抗値の制御を行なってもよい。

本発明は出発原料として０．０１〜１０モル％の組成比
を限度として金属亜鉛（Ｚｎ）を用いることで特徴づけ
られる。

即ち電圧非直線抵抗体の主成分をなす酸化亜鉛成分とし
て出発原料の段階では一部を金属亜鉛（Ｚｎ）で置換し
ておくことにあるしかしてこの金属亜鉛（Ｚｎ）の組成
比を出発原料段階で０．０１〜１０モル％に選択するの
は、この範囲外では日的とする信頼性の高い焼結型電圧
非直線抵抗体を製造し難いからである。

次に本発明の実施例を記載する。

酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末に酸化ニッケル（ Ｎ ｉ Ｏ
）粉末、酸化イットリウム（ Ｙ２ ０３ ）粉末お
よび金属亜鉛（Ｚｎ）粉末をそれぞれ０．０１〜１０モ
ル％添加配合し、十分に混合した後直径２０７ＩｔＴＩ
Ｌ，厚さ１ｍｍの円板に成形した。

かくして得た成形体を１１００゜Ｃ以上の高温下空気中
で焼成し、得られた焼結体（円板）の両面に銀ペースト
を塗布、焼付けて電圧非直線抵抗素子をそれぞれ作成し
た。

上記作成した抵抗素子について、次式により電圧電流特
性を測定した。

（式中Ｃ，αは定数で、特にαは電圧非直線特性を示す
指数でα値が大きいほど非直線性がよい。

）ところでこの種電圧非直線抵抗体即ちバリスタの特性
はαとＣの代りとして１ｍＡにおける電圧■１とで表示
される。

しかして上記によって得た抵抗素子について各■１に対
しもつと大きいαをプロットしたところ第１図に示す如
くであった。

尚第１図において曲線Ａは出発原料として金属亜鉛（Ｚ
ｎ）を３モル％用いた場合であり、曲線Ｂ，Ｃ，Ｄは比
較例で出発原料として金属亜鉛（Ｚｎ）を用いなかった
場合であって、曲線ＢはＮｉＯおよびＹ２０３を含む場
合を、曲線ＣはＮ ｉ Ｏのみを含む場合を、また曲線
ＤはＹ２０３のみを含む場合をそれぞれ示す。

第１図から明らかなように本発明方法によって製造した
電圧非直線抵抗体の場合はＶ１の如何にかかわらず常に
略一定の非直線性αを備えている。

このことは通常焼成温度が高くなるとＶ１の低下を招く
一方α値も減少する傾向を示すのと大きな違いである。

また本発明に係る電圧非直線抵抗体は焼結体自体が電圧
非直線を備えている。

例えば抵抗体の厚みをいろいろに選び、電極の種類を変
えた場合における特性を調べたところ表−１に示す如く
であった。

さらに本発明に係るＶ１＝２００Ｖの電圧非直線抵抗体
素子について適性即ち衝撃大電流特性、直流負荷特性お
よび温湿度サイクル特性をそれぞれ求め■１の正方向の
変化率と負方向の変化率を表−２に示した。

表−２には従来知られているＺｎＯ系電圧非直線抵抗体
素子の場合を併せて示した。

尚上記測定において衝撃電流特性は５００Ａのサージ電
流を１００００回印加した場合の■１値の正方向および
負方向の変化率でありサージ吸収素子としてすぐれた安
定性を備えている。

また直流負荷特性は８５℃Ｆ、２Ｗの負荷を連続５００
時間印加後のｖ１の変化率を極性との関係で調べたもの
で本実施例の場合高温劣化も著しく抑止されている。

さらに温湿度サイクル特性は−４０℃から８５℃、相対
湿度９５係の雰囲気下２Ｗの負荷を１００サイクル行な
った後の変化率を両極性についてそれぞれ調べたもので
ある。

上記表−２から明らかなように本発明方法によつて製造
された焼結型ＺｎＯ系バリスタは極性特性が小さいこと
で特長づけられる。

しかしてこの極性特性の小さいことは対称型の電圧電流
特性を維持発揮させるうえで非常に重要であり、これら
の寿命特性、安定性はバリスタ素子としての信頼、保障
の点から実用上重視されることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によって製造した焼結型酸化亜鉛系
電圧非直線抵抗体と、本発明外の方法によって製造した
焼結型酸化亜鉛系電圧非直線抵抗体とについて１ｍＡに
おける立上り電圧■１ と非直線性αとの関係を比較し
て示す曲線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 不純物として少なくともニッケル、イットリウムを
   ＮｉＯ，Ｙ２Ｏ３の形に換算してそれぞれ０．０１〜１
   ０モル％含む焼結形酸化亜鉛系電圧非直線抵抗体の製造
   方法において、出発原料としての酸化亜鉛成分の０．０
   １〜１０モル％を金属亜鉛で置換しておくことを特徴と
   する電圧非直線抵抗体の製造方法。