JPS62190808A - 電圧非直線性素子 - Google Patents

電圧非直線性素子

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JPS62190808A
JPS62190808A JP61034639A JP3463986A JPS62190808A JP S62190808 A JPS62190808 A JP S62190808A JP 61034639 A JP61034639 A JP 61034639A JP 3463986 A JP3463986 A JP 3463986A JP S62190808 A JPS62190808 A JP S62190808A
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JP
Japan
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voltage
zno
powder
varistor
present
Prior art date
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Pending
Application number
JP61034639A
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English (en)
Inventor
康男 若畑
真二 原田
浩明 水野
勇 増山
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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 本発明は印加電圧によって抵抗値が変化する電圧非直線
性素子に関するもので、電圧安定化、異常電圧制御、さ
らKはマ) IJフックス動の液晶、KLなどの表示デ
バイスのスイッチング素子などに利用されるものである
従来の技術 従来の電圧非直線性素子は、酸化亜鉛(ZnO)に酸化
ビスマス(B1203)、酸化コバルト(Co205)
、酸化’77ガン(Mn02)、酸化アンチモy(Sb
203)などの酸化物を添加して、10oO〜1360
’Cで焼結したZnOバリスタなど、種々のものがある
その中で、ZnOバリスタは電圧非直線指数α、サージ
耐量が大きいことから、最も一般的に使われている。(
特公昭46−19472号公報参照)発明が解決しよう
とする問題点 このような従来の電圧非直線素子は、ZnOバリスタを
初めとして、素子厚みを薄く(数十μm以下)すること
に限界があるため、バリスタ電圧(バリスタに電流1m
人を流した時の電圧v1mムで表される)を低くするこ
とに限界があり、低電圧用ICの保護素子や低い電圧に
おける電圧安定化素子として使えないものであった。ま
た、上述したように1000’C以上の高温プロセスを
必要とするため、ガラス基板上あるいは回路基板上に電
圧非直線性素子を直接形成できないという問題があった
。さらに、従来のものは並列静電容量が大きく、例えば
液晶などのスイッチング素子としては不適当なものであ
るなどの問題点を有していた。
問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、Bi2O。
を主成分とする薄い絶縁被膜を有した微粉末状の半導体
物質が複数個集まった状態を一つの粉末とし、その粉末
間もしくは一部に上記微粉末を含む粉末間を絶縁性の結
合剤で固め、電極を備えてなるものである。
作用 この構成によれば、低電流域においても電圧非直線指数
αの大きなものが得られ、かつ電極間距離を狭く(数十
μm以下)して素子を形成することができ、低電圧化に
適した素子がきわめて容易に得られることとなる。また
、結合剤で固めて素子形成を行う際に高温プロセスを必
要とすることなく作ることができるため、回路基板上に
素子を直接形成することができ、ZnOバリスタなどで
は考えられない幅広い用途が期待できるものである。
さらに、粉末状の半導体物質を絶縁性の結合剤でもって
固めたものであるため、それぞれの半導体物質の粉末間
は点接触となシ、接触面積が小さいことから並列静電容
量の小さなものが得られ、液晶などのデバイスのスイッ
チング素子として最適な素子が提供できることとなる。
実施例 以下、本発明を実施例にもとづいて詳細に説明する。
まず、粒子径がo、OF5〜1μmの微粒子状の酸化亜
鉛を700〜1300℃で焼成した後、その焼結された
ZnOをO0S〜60μmの粒子径(平均粒子径1〜1
0μm)に粉砕し、そのZnO微粉末に酸化ビスマスを
0.06〜10m01%添加し、600〜1350’l
::で1o〜eO分間、熱処理し、そのZnO微粉末表
面に酸化ビスマスの絶縁被膜を形成した。ここで、微粉
末状のZnOの表面にばBi2O3絶縁被膜がほぼ数十
〜数百人の厚さで薄く形成されていることが認められた
。次いで、このようにして作成したBi2O3絶縁被膜
が表面についたZnO微粉末はそれぞれが弱い力で互い
に接着しているので、これを乳鉢あるいはポットミルで
ほぐし、上記ZnO微粉末がそれぞれ複数個集まった微
粉末群の状態とした(以下、この状態のものを粉末状と
いう)。この時、一部に上記ZnO微粉末が単独で存在
しても差支えないものであり、このようなZnO微粉末
を一部に含んでの状態のものも粉末状という。次に、上
記のようにして得られたBi2O5絶縁被膜が表面に形
成された粉末状のZnOに、粉末間の結合を−る絶縁性
の結合剤(バインダー)としてポリイばド樹脂を添加し
、混合した。
ここで、結合剤としてはポリイミド樹脂の固形分が溶剤
(例えばn−メチル−2−ピロリドン)に対して5 w
t%となるように薄めたものとし、それをZnO粉末と
例えば等重量で混合し、ペイント状とした。次いで、上
記のようにして得られたペイントを第2図に示すように
ITO(インジウム・スズ酸化物)電極1の設けられた
ガラス基板3上に例えばスクリーン印刷で塗布し、その
上に同じ(ITO電極2の設けられたガラス基板4を載
置し、280〜400’Cで30分間、大気中で硬化さ
せ、電極1.2間に電圧非直線性素子5を設けた。第1
図は、電圧非直線性素子6の拡大断面図であり、6はZ
nO粉末、7はZnO粉末6の表面に施されたBi2O
5絶縁被膜、8はそれらZnO粉末6間を機械的に結合
している絶縁性の結合剤であり、この結合剤8でもって
ZnO粉末6の間は互いに固められている。第3図はI
TO電極1&、1bが設けられたガラス基板3a上に電
圧非直線性素子5を構成した場合を示している。
次に、上記のようにして作成された電圧非直線性素子の
電圧−電流特性について説明する。まず、第4図は第2
図の構成における電圧−電流特性を従来のZnOバリス
タのそれと比較して示している。
本発明の素子は、まず酸化亜鉛を700’Cで焼成し、
これにBi2O3を0.5m0L%添加したものを90
0’C16o分間熱処理した後、この平均粒子径6〜1
0μmのZnO粉末と結合剤とを等重量で混合したもの
において、素子面積を1 mm” *電極間距離を30
μmとした場合における特性を示している。さて、電圧
非直線性素子の電圧−電流特性は、よく知られているよ
うに近似的に次式で示されている。
I= KV“ ここで、工は素子に流れる電流、Vは素子の電極間の電
圧、Kは固有抵抗の抵抗値に相当する定数、αは上述し
た電圧非直線特性の指数を示しており、この電圧非直線
指数αは大きい程、電圧非直線性が優れていることにな
る。
第4図の特性に示されるように、特性Bで示される従来
のZnOバリスタは低電流域において電圧非直線指数α
が小さく、10 五以下の電流では良好な電圧非直線性
素子としての機能を発揮し得ない。一方、特性ムで示さ
れる本発明の素子では低電流域においても電圧非直線指
数αが大きく、10−”人程度の電流域でも十分に電圧
非直線性素子としての機能を発揮することができること
を示している。また、通常、ZnOバリスタにおいては
バリスタ特性を表わすのに、例えば素子に1m人の電流
を流した時の電極間に現れる電圧をノ(リスク電圧v1
mムと呼び、このバリスタ電圧Lmムと上記電圧非直線
指数αとを使用している。本発明の素子では、上述した
ように、低電流域においても電圧非直線指数αが大きく
、バリスタ電圧を第4図に示すように例えばvll、t
kで表わすことができる。
このように本発明において、バリスタ電圧を低いものと
することができるのは、電極間距離を狭くして素子を形
成することができるためである。
また、本発明素子において低電流域でも電圧非直線指数
αが大きい理由は、現在のところ理由は明確とはなって
いないが、粉末状の半導体物質(ZnO)を絶縁性の結
合剤でもって固めたものであるため、それぞれの半導体
物質の間は点接触となり、接触面積が小さいこと、また
結合剤が絶縁性のため、漏れ電流が小さくなっているこ
とによるものと考えられる。
ここで、第4図の特性は上述したように電極間距離を3
0μmとした素子についてのものであるが、これはZn
O粉末の平均粒径が6〜10μmという比較的大きな粒
子径のためにこれ以上狭くすることができないからであ
る。すなわち、ZnO粉末の平均粒子径が0.3〜3μ
mのものを使えば、電極間距離が10μm程度、もしく
はそれ以下の素子を作成することができるのであり、そ
の場合においても第4図に示すような良好な特性が得ら
れることを本発明者らは実験により確認した。
第6図は本発明において、酸化ビスマスの添加量を変え
た場合のバリスタ電圧v積ム、電圧非直線指数αおよび
並列静電容量Cの変化する様子を示している。ここで、
酸化亜鉛の溶成温度など、その他の条件は第4図の場合
の条件と同一とした。
第5図に示されるように、本発明素子においては並列静
電容量が従来のZnOバリスタが1000〜20000
PFであるのに対して非常に小さいものとなっている。
この並列静電容量が本発明素子において小さい理由は、
上述したように半導体物質間の接触面積が小さいことに
よるものである。
なお、上記の実施例においては、半導体物質としては、
ZnOを例にと9説明したが、それ以外の半導体物質で
あっても差支えないことはもちろんである。また、同様
に絶縁被膜を構成する材料としては、Bi2O3単独に
限られることはな(Bi2O5を主成分として、A/、
Ti、Sr、Mg、Hi、Or、Siなどの金属酸化物
またはこれら金属の有機金属化合物を単独または組合せ
て使用することができるものである。
さらに、粉末状の半導体物質を固める絶縁性の結合剤と
しては、ポリイミド樹脂の他にも種々考えられることは
もちろんであり、熱硬化性樹脂、たとえば、フェノール
樹脂、フラン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂。
ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン
樹脂、ケイ素樹脂などでも良いものである。
発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明の電圧非直線性素
子は、低電流域における電圧非直線指数αが大きく、ま
だ並列静電容量の小さな素子が得られることから、消費
電流の小さい液晶、KLなどのデバイスのスイッチング
素子として最適な素子を提供できるものである。また、
電極間距離を狭くして素子を形成することができるため
、バリスタ電圧の低いものが得られ、上記電圧非直線指
数αが大きいことと相まって従来のZnOバリスタでは
対応することのできなかった低電圧用ICの保護素子や
低い電圧における電圧安定化素子として使用することが
できる。さらに、結合剤で固めて素子形成を行う際に高
温プロセスを必要とすることなく簡単にして作ることが
できるため、回路基板上やガラス基板上に素子を直接形
成することができるものである。このように種々の特徴
を有する本発明の電圧非直線性素子は、今までのZnO
バリスタなどでは考えられない幅広い用途が期待できる
ものであり、その産業性は大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる電圧非直線性素子の一実施例を
示す拡大断面図、第2図および第3図はそれぞれ本発明
の素子をガラス基板上に設けた実施例を示す断面図、第
4図は本発明素子と従来のZnOバリスタの電圧−電流
特性を示す図、第6図は本発明素子においてBi2O5
の添加量を変えた場合の電圧非直線指数α、バリスタ電
圧v1μムおよび並列静電容量Cの変化する様子を示す
図である。 1.1a 、 1b 、2−・−−−−ITO電極、3
.3&。 4・・・・・・ガラス基板、5・・・・・・電圧非直線
性素子、6・・・・・・ZnO粉末、7・・・・・・B
i205絶縁被膜、8・・・・・・結合剤。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名の 派 第4因 一± を芝(v) 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  Bi_2O_3を主成分とする薄い絶縁被膜を有した
    微粉末状の半導体物質が複数個集まった状態を一つの粉
    末とし、その粉末間もしくは一部に上記微粉末を含む粉
    末間を絶縁性の結合剤で固め、電極を備えてなることを
    特徴とする電圧非直線性素子。
JP61034639A 1986-02-18 1986-02-18 電圧非直線性素子 Pending JPS62190808A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5083789A (ja) * 1973-11-28 1975-07-07
JPS5344899A (en) * 1976-09-13 1978-04-22 Gen Electric Metal oxide varistor and method of manufacture thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5083789A (ja) * 1973-11-28 1975-07-07
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