JPS6189602A - 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） この発明は電圧非直線抵抗素子に関し、特に酸化すず系
を主体としたバリ□スタのような電圧非直線抵抗素子に
関する。

（′従来技術） 従莱より電圧非直線抵抗特性を有する半導体セラミック
を利用してバリスタを構成することがよく知られている
。この種の半導体セラミックとしては、酸化すず（Ｓｎ
Ｏ２）系のものが多用されている。

第１図はこの発明の背景となる酸化すず系を主体とした
半導体セラミックを用いたチップ形ハリ長夕の一例を示
す図である。チップ形バリスタ１０は、酸化すずを主□
体とした半導体のセラミック体１２を含む。セラミック
体１２の両主面には、それぞれ、電極１４が形成される
。これら電［兎１４は、たとえば、銀、亜鉛或いは銅な
どの電極ペーストを印刷塗布し、それを焼き付けること
によって形成される。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のようなバリスタにおいて、Ｖ−Ｉ特性を評価して
みると特性のばらつきが大きく、また電極１４にリード
線をはんだ付けしだ後再び測定すると”しきい値電圧Ｖ
、ｍＡが約−１０〜３０％変化していた。これらの原因
は、セラミック体１２に電極１４を印刷し焼き（＝Ｊけ
る際に、第２図に示すように、セラミック体１２と電極
１４との界面にバリアｖｒが生じたためである。これら
バリアＶ’　ｒは、セラミック体１２によって形成され
ろハ１１スタＶＲと同じく電圧非直線性を示すが、その
非直線係数は、そのセラミック体の有する特性に比較し
て劣っている。このため、このような半導Ｇトセラミノ
ク体に電極を形成した場合、全体としての非直線係数１
よ小さくなる。バリアｖｒが存在したままでは、全体と
してのバリスタ特性のばらつきが大きく、しかもしきい
値電圧がリード線を取り付ける加工の前後にわたって大
きく変化してしまう。

このほか、／８射法、真空莱着法、スパッタリング法、
無電解メッキ法などによって非オーム性の電極を形成し
た場合にも同様なことが起こる。さらに内部電極を構成
する溶融金属を半導体セラミック体に注入し、固化した
積層タイプのバリスタについてもしかりである。

上述のようなバリアｖｒの影響を避けるために半導体セ
ラミック体との界面でバリアを生じない、いわゆるオー
ム性電極を形成することが考えられる。このようなオー
ム性電極は、一般に、オーム性電極層とその上に形成さ
れたたとえば銀電極層との２層構造である。しかしなが
ら、オーム性電極ははんだ付けし乙こくく、しかも吸湿
によりその特性がばらつくなど耐湿性がよくないという
欠点がある。そのため、上述のように、オーム１生電極
の上に、はんだ付性や耐湿性のすくれた祝電極を形成す
ることが試みられているが、この方法では、高価になる
ばかりでなく、加工性もよくないなどの問題点がある。

さらに、従来のオーム性電極は２層構造であるため、さ
らに、オーム性電極層と金属電極層との位置ずれを生じ
ないように、正確に形成しなければならない。これは、
もし２つの層に位置的なずれが生じると特性のばらつき
を一層助長することになるからである。したがって、従
来の構造のオーム性電極では、精度よく加工するために
工程が煩雑になるという別の問題点もある。

それゆえに、この発明の目的は、より簡単かつ安価にし
て、バリアの影響を回避できる、酸化ずず系を主体とし
た電圧非直線抵抗素子を提供することである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、酸化すず系を主体とした電圧非直線抵抗特
性を有する半導体セラミックに非オーム１生の金属電極
を形成した後、たとえばパルス電圧を印加するなどして
、金属電極と半導体セラミックとの界面に形成されたバ
リアを破壊することによって、その金属電極をオーム性
あるいはオーム性に近い性質を示す電極として形成した
、電圧非直線抵抗素子である。

（発明の効果） この発明によれば、電極を形成する際に半導体セラミッ
ク体とその電極の界面とに形成されるバリアを電気的に
強制的に破壊するようにしたので、通當の非オーム性の
金属電極であってもその電極がオーム性あるいはオーム
性に近いものとなり、したがって、得られた電圧非直線
抵抗素子は、たとえばその後リード線を取り付けるなど
の加工が施されても、安定な特性を維持することができ
る。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は図面を参照して行なう以下の詳ＲＩＩな説明から一層
明らかとなろう。

（実施例） 第１図と同しような半導体セラミック体１２を準備する
。このセラミック体１２は酸化ずず系を主体とした電圧
非直線抵抗特性を有する半導体セラミックである。そし
て、そのセラミック体１２に銀、銅或いは亜鉛などの電
極ペーストを印刷し焼き付けて焼付電極１４（第１図）
を形成する。

その後、適当なパルス電圧を、電極１４に、正負両方向
に１回ないし複数回印加する。このときの電流密度は、
バリアｖｒ（第２図）を破壊できるに充分な密度であっ
てセラミック体１２それ自体を破壊しない大きさに選ば
れる。本件発明者等が実験したところによれば、成る材
料およびザイズでは、たとえば電流密度がＩＡ／ｃＩＩ
！以下ではバリアを破壊できず、また１００Ａ／ａ＋１
以上てはセラミ’）り体そのものの固有の電圧非直線抵
抗持凹が失われてしまった。

その後電極１・１にリード線をはんだ付けする。

このようにして、酸化ずず系を主体とする半導体セラミ
ックを用いた電圧非直線抵抗素子たとえばバリスタが完
成される。

なお、電極１４ば焼付のほか、溶射法、真空蒸着法、ス
パッタリング法、無電解メッキ法で形成されたものでも
よく、この発明は、酸化すず系を主体とする半導体セラ
ミック体１２と電極１４との間にバリアｖｒが形成され
るようなすべての構造のバリスタに適用される。

尖且桝土 酸化すず（Ｓｎ０２）と半導体化剤（Ｉｎ２０３　、Ｓ
ｂ２０３　、Ｔａ２０５　、’Ｎｂ２．０５など）およ
び微量の焼結助剤とからなるかつ直径１０ｍｍ、肉厚０
．５ｍｍの半導体セラミック体の両主面に、はんだ付性
、耐湿性のすぐれた非オーム性の銀ペーストを塗布し、
焼付けて銀電極を−１−形成する。このような試料を１
００個作成した。このうち５０個についてはそのままｖ
ｍＩ特性などの電気的特性を測定した後、電極にはんだ
付けによりリード線を取り付け、その後再び電気的特性
を測定した。残りの５０個については、８×２０μｓｅ
ｃの波形で波高値２００Ｖのパルス電圧を印加した後、
ｖ−ｒ特性などの電気的特性を測定し、さらにはんだ付
けでリート線をつけた後、再び電気的特性を測定した。

その結果か表１および表２に示される。表１および表２
のＶ、　ｍＡ、αは各Ｖ−１特性から求められたもので
あり、■。

ｍＡは試料に１ｍＡの直流電流を流したときの両端電圧
（しきい値）である。表１ははんだ付は前を、そして表
２ははんだ付は後を、それぞれ表している。表中におい
て、σはばらつきを示し、さらに、αは電流が１０ｍＡ
のときの電圧および１ｍＡのときの電圧から求められる
非直線係数である。

（以下余白） 表　１　（はんだ付は前） 表　２（はんだ付は後） 表１および表２から明らかなように、パルスを印加して
バリアｖｒ（第２図）を強制的に破壊させることによっ
て、はんだ付は前後でのしきい値電圧や非直線係数のば
らつきを大幅に小さくすることができ、安定した特性の
電圧非直線゛抵抗詣子（たとえばバリスタ）を得ること
ができる。

爽廠皿ｌ この実施例では、この発明が第３図に示すリング形バリ
スタ２０に適用される。ここで、第３図を参照してリン
グ形バリスタ２０について簡単に説明する。

リング形バリスタ２０は平板ドーナツ状のリング形半導
体セラミック体２２を含み、このセラミック体２２の一
方主面上に・は、たとえば銀などによって、３つの分割
電極２４が形成される。

そして、実施例１と同じ組成で外径１１ｍｍ。

内径７．Ｏｍｍ、肉厚１．９ｍｍのリング状の半導体セ
ラミック体に第１図のような３つの分割電極を形成する
。この電極は、はんだ付性、耐湿性のすぐれた非オーム
性の銀ペーストを塗布し、焼伺りてｉ′ν電１紮として
形成する。このような試料を＋　ＯＯ（ＩＩ作成した。

このうぢ５０個についてはそのまま電気的特性を測定し
た後、電極にはんだ付げによりリード線を取り付け、そ
の後再び電気的特性を測定した。残りの５０個について
は、８×２０　ｌＩ　Ｓ　ｅ　ｃの波形て波高値２００
■のパルス電圧を印加した後、電気的特性を測定し、さ
らにはんだ付けでリート線をつけた後、再び電気的特性
を測定した。その結果が表３および表４に示される。

表　３　（はんだ付は前） 表　４　（はんだ付は後） この表３および表４からも、先の実施例１と同しように
、バリアが破壊され、しきい値電圧や非直線係数のばら
つきが少なくなることがわかる。

なお、上述の実施例では、いずれも、半導体セラミック
体に電極を形成した後にたとえばパルス電圧を印加する
ようにした。しかしながら、電極を形成しさらにリード
線を取り付けた後そのリード線間にたとえばパルス電圧
を印加してもよいことはもちろんである。

さらに、上述の各実施例でしょ、セラミック体１２０両
面に電極を形成したチップ形バリスタ１０およびセラミ
’７り体２，２の表面に分割電極２４を形成したリング
形バリスタ２０について説明したか、この発明は、さら
に第４図および第５図に示すような構造のバリスタにつ
いても同様に適用できるものである。

第４図の例は酸化すず系を主体とする半導体セラミック
体１２の両面に電極１４を形成し、さらにセラミック体
１２の中に中間電極１６を形成したものである。また、
第５図の例は積層型バリスタと称されるもので、内部電
極１８を形成し、酸化ずず系を生体とする半導体セラミ
ック体１２の側面の電極１４と電気接続させたものであ
る。

電極１４にパルス電圧を印加することによって、それぞ
れ中間電極１６．内部電極１８とセラミック体１２との
間のバリアを破壊することができる。

なお、内部型１あ１８は、たとえばＰｂ、Ｓｎなどの！
Ａ！金属を溶融させておき、電極１８の個所が空隙層（
ポーラス層）となっているセラミック体１２の、滲空隙
層に卑金属を注入したものでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景となろチップ形バリスタの−・
例を示す構造図解図である。 第２図は電極とセラミック体との間の界面にバリアが形
成されたことを示す等価回路である。 第３図はこの発明の他の実施例としてのリンク形バリス
タの概略断面図である。 第４図は他のチップ形バリスタの概略断面図である。 第５図は積層タイプのチップ形バリスタの概略断面図で
ある。 図において、１２．２２は半導体セラミック体、１４．
２４は電極、１６は中間電極、１８ば内部電極を示す。 特許出願人　株式会社　村田装作所 代理人　弁理士　岡　［１全　啓 （ばか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 酸化すず系を主体とした電圧非直線抵抗特性を有する半
   導体セラミック体、および 前記半導体セラミック体に形成された非オーム性の金属
   電極を含み、前記半導体セラミック体と前記金属電極と
   の間に存するバリアが破壊されている、電圧非直線抵抗
   素子。