JPS6077401A - バリスタの製造方法 - 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） 本発明は、導電性セラミック磁器の粒界に拡散剤を熱拡
散させ、粒界に優れたノｚ１）スタ特性を持った高抵抗
層を形成させることによって、得られる焼結体自体が電
圧非直線性を有するノクルり形のバリスタの製造方法に
関するものである。

（従来例の構成とその問題点） バリスタとは、印加電圧によって著しく抵抗値が変わり
、電圧−電流特性が非直線性を示す固体素子の総称であ
る。動作原理は種類によって違うが、共通して云えるこ
とは、半導体やセラミックの表面または内部におけるＰ
Ｎ接合や、／ヨソトキ障壁などのポテンシャル障壁を通
過する電流の非直線性を利用したものである。

■α 一般に、バリスタの電圧−電流特性は、Ｉ＝（テ）で表
わされる。ここで、αはバリスタの電圧非直線指数と呼
び、非オーム性の程度、即ちノ・リスクの性能を表わし
、バリスタの種類、拐料あるいは製造条件によって大幅
に異なり、Ｃは印加電圧Ｖにおけるバリスタの抵抗値で
、印加電圧■の値によって変化する。

従来の粒界層を利用したかリスク、例えば、ＺｎＯにＢ
ｉ＋　Ｐｂ＋　Ｍｎ、　Ｃｏ、　Ｂａなどの酸化物を加
えて焼結させ、粒界層にこれら添加物を偏析させたバリ
スタでは、偏析の程度が温度、結晶粒子径、原料粒径等
により変動するため電圧非直線指数αがばらつき、また
、粒界層の厚みの薄い所ができるためサージ耐量が小さ
くなる等の欠点を有していた。

また、Ｂｉ、Ｐｂ等の添加物成分を固体粉末としてビヒ
クルに分散させた拡散剤を塗布し、粒界に熱拡散させる
方法もあるが、２００表面に拡散剤層を均一成分、均一
膜でつけることが非常に困難であり、オだ拡散する為に
次なる反応 Ｂｉ２Ｏ３→２Ｂ＋　＋　３Ｑ　− をＺｎＯ表面で行なう必要があるが、０５〜１μｍの粒
子径である為、Ｂ１等の見掛けの粒界拡散係数が小さく
なシ、拡散温度が高温化する等の欠点を有していた。

（発明の目的） 本発明は上記のような従来の欠点を除去し、電圧非直線
指数αが安定であυ、粒界層に均一な高抵抗層を形成さ
せることが可能なバリスタの製造方法を提供するもので
ある。

（発明の構成） 本発明はバリスタ用セラミック基板を、拡散剤の金属成
分を含有する有機系金属石けん液またはその有機系金属
石けん液と有機バインダよりなる混合溶液もしくは無機
金属塩と増粘剤より成る混合溶液に漬けた後乾燥してセ
ラミック表面に金属成分層を形成させ、拡散処理を施す
ことにより安定な電圧非直線指数αを有するバリスタを
得ることができるようにしたものである。

（実施例の説明） 以下本発明のバリスタの製造方法についてその一実施例
を説明する。

試料の調整工程としては工業用原料（純度９９９％以上
）であるＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２０３．　ＢｉＣｌ
３を準備する。ＺｎＯ粉末ＫＮｂ２０５粉末を加え充分
均一に混合した後、直径１３闘厚＠　３＋ｎｍの円板型
に圧縮成型し、１４００〜１４５０℃の温度範囲で焼成
する。このようにして得られた焼結素体は比抵抗の小さ
い酸化物半導体である。

拡散剤としては、ナフテン酸ビスマスをメタノール、ブ
タノール混合溶剤で希釈した溶液、ＢｉＣｌ３のメタノ
ール、ＩＰＡｌ　ブタノール混合溶液及び従来例囚とし
てＢｉ２Ｏ３をビヒクルでペースト状にしたものを準備
した。上記拡散剤を用い、本実施例では半導体磁器素子
を弗素樹脂系ネットに入れ、金属石けん液または無機金
属塩溶液に漬けた後、半導体磁器素子を８０〜１００℃
で大気中にて乾燥させた。従来例ＧＡ）ではペースト状
拡散剤を、半導体磁器素子表面にむらなく塗布した。

以上のように拡散剤を塗布した半導体磁器素子を大気中
７００〜１２００℃の温度にて拡散処理を行った。この
熱拡散処理に当っては塗布した拡散成分が蒸発、溶融流
失、試料外への拡散などにより試料外に失なわれないよ
う留意した。このようにして得られた磁器の両面にＡｇ
　−Ｎｉ系のオーミック電極を形成させてバリスタ素子
とし、第１図〜第４図に示す各緒特性を調べた。

第１図は粒界層の高抵抗化法の違いによる電圧非直線指
数αの変動、第２図は拡散剤の相違による拡散温度有効
範囲、第３図は粒界層の高抵抗化法の相違によるサージ
電圧に対する電流耐圧の関係、第４図は拡散剤の相違に
よる拡散剤使用量の関係をそれぞれ示すグラフである。

各図において■は金属石けん法による場合、■は無機金
属塩法による場合、■（５）及び■（Ｂ）はそれぞれ従
来例体）及び従来例（Ｂ）の場合を示している。

従来例（Ｂ）は拡散剤を用いない例であｐ、Ｚｎ０ＫＮ
ｂ２０５．　Ｂｉ２Ｏ３を加え充分均一に混合した後、
直径１３１＋１１厚さ３鴎の円板型に圧縮成型し、１４
００〜１４５０℃の温度範囲で焼成する。このようにし
て得られた焼結素体は半導体化した結晶粒と、Ｂｉ２Ｏ
３分の偏析に、ｌ：Ｙ）高抵抗化した結晶粒界層よυ成
る。

この磁器に前記と同様の方法でＡｇ−Ｎｉ系オーミｙり
電極を形成させ、バリスタ素子としたものである。

第１図〜第４図に於いて本発明の実施例は拡散法による
金属石けん法及び無機金属塩法であシ、他は比較例であ
る。上記各グラフより明らかなように、本発明により得
られるバリスタは電圧非直線指数α、拡散温度、電流耐
量、拡散剤使用量ともに優れている。これらの好結果は
、バリスタ用基板表面に拡散剤成分が微粒子状に均一に
付着することにより得られるものである。

なお、第３図の粒界層の高抵抗化法の相違によるサージ
電圧に対する電流耐量の関係において、・は常用耐量、
○は破壊耐量を示し、これらは、８　Ｘ　２０．／１ｔ
８の標準衝撃電流波形の場合のデータである。また、第
４図の拡散剤の相違による拡散剤使用量の関係において
、拡散剤量は酸化物粉末に換算したときの量である。

上記説明ではバリスタ用セラミック基板を漬ける溶液と
して金属石けん溶液を使用したが、その液とｐＶＢ等有
機バインダ液の混合液でも同等の結果が得られる。また
、金属石けんとしてオフテン酸ヒスマスを用いだが、オ
クチル酸ビスマスなどの他の金属石けんでもよく、また
拡散剤としてＩｌｉを用いたが、粒界層を高抵抗化する
成分であれば他の成分でもよい。まだ、無機金属塩とし
てＢ１Ｃ７！３を用いたが、拡散処理時にＢｉ２Ｏ３等
の酸化物になるものであれば特に限定はしない。また、
バリスタ基板としてｚｎｏを用いたが、ＴｉＯ２，Ｂａ
ＴｉＯ３等他の成分でも同等の結果が得られる。また、
バリスタ基板に金属石けんまたは無機金属塩溶液を塗布
する方法としては、吹き付は等でも同等の結果が得られ
る。

（発明の効果） 以上説明したように本発明のバリスタの製造方法は、電
圧非直線指数αの値が高くしがも安定であシ、拡散温度
を下けることも可能となり、寸だ、サージ電圧に対する
電流耐量が高い等の利点があり、工業的量産化において
も著しく安定なものである等の優れたものであシ、産業
的価値は極めて犬なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は粒界層の高抵抗化法の相違による電圧非直線指
数αの変動を示すグラフ、第２図は拡散剤の相違による
拡散温度有効範囲を示すグラフ、第３図は粒界層の高抵
抗化法の相違によるサージ電圧に対する電流耐量の関係
を示すグラフ、第４図は拡散剤の相違による拡散剤使用
量の関係を示すグラフである。 第１図 第２図 第３図 （。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　バリスタ用セラミンク基板を、拡散剤の金属成
   分を含有する有機系金属石けん液またはその有機系金属
   石けん液と有機ノ；インタ゛よりなる混合溶液に漬け、
   その後に乾燥処理を行ない、セラミック基板表面に金属
   成分層を形成させ、拡散処Ｆｌ！を施すことを特徴とす
   るノ（リスクの製造方法。
2. （２）　バリスタ用セラミック基板を、拡散前１ｊの金
   属成分を含有する無機金属塩と増粘剤より成る混合溶液
   に漬けた後乾燥させ、拡散処理することを特徴とするバ
   リスタの製造方法０