JPS6189603A - 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、特に酸化チタン
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） 従来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、酸化チタン（Ｔ
　ｉ　０２　）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チタン系を主体、と
じた半導体セラミックを用いたチップ形バリスタの一例
を示す図である。チップ形バリスタ１０は、酸化チタン
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の両生面には、それぞれ、電極１４が形成さ
れる。これら電極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−［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
線をはんだ付けした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を印刷し焼き付ける際に
、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
ｖｒは、セラミック体１２によって形成されるハリスク
Ｖ　Ｒと同しく電圧非直線性を示すが、その非直線係数
は、そのセラミノ／１体の１イする特性に比較して劣一
つでいる。このため、このような半導体セラミック体に
電極を形成した場合、全体としての非直線係数は小さく
なる。バリアｖｒか存在りまたままでは、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
がり一ト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、熔射法１里空莱着法、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ｉ＝’ｒｌ！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
。

一ヒ述のようなバリア■ｒ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しない、いわゆるオ
ーム性電極を形成することが考えられる。ごのようなオ
ーム性電極は、一般に、オーム１生電極層とその」二に
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、オーム外電［・罰よはんだ付けしにくく、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
性電極の−にに、はんだ付性や耐湿性のすくれた銀電極
を形成することが試みられているが、この方法て：よ、
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♀ＩＩ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、より節羊かつ安価にし
て、バリアの影響を回避できる、酸化チタン系を主体と
した電圧非直線抵抗素子を提供することである。

（問題点を吊：決するための手段） この発明は、酸化チタン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性の金属電極
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、Ｊｍ常の非オーム性
の金、じ電極であってもその電極がオーム性あるいばオ
ーム性に近いものとなり、したがって、（−！１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
（＝Ｊけるなとの加工が施されても、安定な特性を維持
するごとができる。

この発明の上述の目的、その他の目的、待機および利点
ば図面を参照して行なう以下の詳♀Ｉｌｌな説明から一
層明らかとなろう。

（実施例） 第１図と同じような半導体セラミ、り体１２を７ｐ　（
ｉａする。このセラミック体１２は酸化チタン系を主体
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。たとえば、酸化チタン（ＴｉＯ２）にＮｂ２Ｏ５
およびＴａ２０５などの１１〆（量感加物を加え、還元
雰囲気中で焼成する。そじて、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１・１（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、成る材料およびサ
イズでは、たとえば電流密度かＩ　Ａ　／　ｃｎｔ以下
ではバリアを破壊できず、また１００△／　Ｃ％以上で
はセラミック体そのものの固Ｙ′丁・つ電圧非直線抵抗
特性か失われてしまった。

その後電極１４にリード線をはんだ付けする。

このようにして、酸化チタン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は焼付のほか、溶射法、真空蒸着法、ス
パンタリング法、無電解メッキ法で形成されたものでも
よく、この発明は、酸化チタン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。

尖絡皿工 酸化チタン（ＴｉＯ２）と半導体化剤（Ｎｂ。

Ｔａ、Ｗなど）および微量の焼結助剤（Ｓｉ、Ａβなど
）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生面に、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
を一層形成する。このような試料を１００個作成した。

このうち５０個についてはそのままＶ−１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５（Ｈｌｌｉｌについては、８Ｘ２０．ｃｒｓｅ
ｃの波形で波高値２００ｖのパルス電圧を印加した後、
Ｖ−１特性などの電気的特性を測定し、さらにはんだ付
けでリード線をつけた後、再び電気的特性を測定した。

その結果が表１および表２に示される。表１および表２
のＶｌ　ｍＡ、　　αは各Ｖ−１特性から求められたも
のであり、Ｖ、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図ンを強制的に破壊させる９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
電圧非直線抵抗素子、（たとえばバリスタ）を得ること
ができる。

裏見肘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に通用される。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７．０ｍｍ、肉厚１．０ｍｍ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、坑付けて錫電極として形成す
る。このような試料を１００個作成した。このうち５０
　（ＩＵについてはそのまま電気的特性を測定した（多
、電極にはんだ付シナによりリート線を取り付け、その
後再び電気的１４？性を測定した。残りの５０個につい
ては、８×２０μｓｅｃの波形で波高値２００Ｖのパル
ス電圧を印加した祢ミ、電気的特性を測定し、さらには
んだ伺けでリード線をつげたｊ多、再び電気的特性を１
ｌｊｌｌ定した。その結果が表３および表４に示される
。

表　３　（はんだ付けｒｉｉ７　） 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と同じように
、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ばもちろんである。

さらに、上述の各実施例では、セラミック体１２の両面
Ｑこ電極を形成したチップ形バリスタ１０およびセラミ
ック体２２の表面に分割電極２４を形成したリング形バ
リスタ２０について説明したが、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図の例は酸化チタン系を主体とした半導体セラミッ
ク体１２の両面に電極１・１を形成し、さらにセラミッ
ク体１２の中に中間型（あ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、酸化チタン系の半導体セラミッ
ク体］２の測面の電極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、内部電極１８は、たとえばＰｂ、Ｓｎなどの先金
イ二を熔＋’、＋’ｌ！させておき、電極１８の開所が
空１’＜４ｉＪＷ　（ポーラス層）となっているセラミ
ック体１２の咳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るチップ形バリスタの一例
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グ形ハリス
クの４５１１３断面図である。 第４図はチップ形バリスタの他の例を示ず１１！略断面
図である。 第５図は禎層夕、イブのチップ形バリスタのＪＬ（ｉ！
ｉｊ）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は中間型（あ、１８は内ｆ（１９電極
を示す。 特許用１ｔＵ人　株式会社　月田製作所代理人　弁理士
　岡　１）　全　１１′ｒ（ばか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 酸化チタン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。