JPS643041B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は酸化亜鉛を主成分とし出発原料として
金属亜鉛を含有する焼結体において添加物として
少なくとも酸化マグネシウムと酸化ビスマスを含
有してなる電圧非直線抵抗体の製造方法に関す
る。 近年、IC、トランジスタ、サイリスタなどの
半導体素子および半導体回路とその応用の急速な
発展にともない計測、制御、通信機器および電力
機器における半導体素子および半導体回路の使用
が普及し、これら機器の小型化、高性能化が急速
に進展している。しかし他方ではこのような進歩
にともないこれらの機器やその部品の耐電圧、耐
サージおよび耐ノイズ性能は十分とはいえない。
このためこれらの機器や部品を異常なサージやノ
イズから保護すること、あるいは回路電圧を安定
化することがきわめて重要な課題になつてきてい
る。これらの課題のために電圧非直線性がきわめ
て大きく放電耐量の大きい寿命特性のすぐれた、
しかも安価な電圧非直線抵抗体の開発が要求され
てきている。従来これらの目的のためにSiCバリ
スタやSiバリスタなどの電圧非直線抵抗体やツエ
ナーダイオードなどが用いられてきた。また最近
では酸化亜鉛を主成分としこれに添加物を加えた
バリスタが開発されている。バリスタの電流電圧
特性は一般につぎの関係 Ｉ＝（Ｖ／Ｃ）〓 で表示される。ここでＶはバリスタに印加されて
いる電圧であり、Ｉはバリスタを流れる電流であ
る。またＣは与えられた電流を流したときの電圧
に対応する定数である。α＝１はオームの法則に
したがう普通の抵抗体でありαが大きいほど非直
線性がすぐれているといえる。ここではバリスタ
特性をＣとαで表わすかわりにlmAにおける立
上り電圧VlmAとαで表わすこととする。従来用
いられていたSiCバリスタはSiC粒子を磁器結合
剤で焼き固めたものでその非直線性はSiC粒子相
互の接触抵抗の電圧依存性に起因している。した
がつてバリスタを流れる電流方向の厚みを変える
ことによつてＣ値を制御することができる。しか
し非直線係数αは３から７と比較的小さい。しか
も非酸化性雰囲気中で焼結する必要がある。他方
Siバリスタはその非直線性がSiのＰ−ｎ接合に起
因したものであるため広範囲にわたつてＣ値を制
御することが不可能である。ツエナーダイオード
も同様にSiのＰ−ｎ接合を利用しているために電
圧非直線性はきわめて大きいが高電圧用の素体を
作ることが難しく、また放電耐量が小さくサージ
に弱いという欠点がある。また酸化亜鉛を主成分
とするセラミツクバリスタとして酸化ビスマス、
酸化コバルト、酸化マンガン、酸化アンチモンな
どを含むものが最近開発されている。これはその
非直線性が非常に大きいという長所をもつてい
る。しかしこれらは焼結体１mmあたりのバリスタ
電圧VlmAが200V前後と高いため耐電圧の低い
半導体や半導体回路を保護する目的で使用するこ
とが困難であつた。このため耐電圧の低い半導体
や半導体回路を異常なサージやノイズから保護す
るために焼結体厚さ１mmあたりのバリスタ電圧
VlmAが20〜30Vのバリスタの開発が必要とされ
た。このため広い電圧範囲にわたり高い非直線係
数αを有するバリスタの製造方法としてたとえば
特開昭55−151304号公報、特開昭55−153301号公
報、特開昭55−158603号公報、特開昭55−158604
号公報、特開昭55−158605号公報、特開昭55−
158606号公報、特開昭56−37604号公報、特開昭
56−37605号公報、特開昭56−38802号公報、特開
昭56−38803号公報のように酸化亜鉛を主成分と
し金属亜鉛を出発原料として含有することを特徴
とする方法も提案されているが、VlmA以下の低
電流領域での電流−電圧特性および耐湿寿命特性
を改善する必要があつた。低電流領域の電流−電
圧特性が悪いとリーク電流が大きく無駄な電力損
失が生じる。耐湿寿命特性が悪いと高湿雰囲気中
で長時間使用した場合低電流領域での電流−電圧
特性が劣化する。このためリーク電流が増加し無
駄な電力損失が生じる。さらに進むとバリスタに
流入する電流が大きくなりバリスタ自体が破壊す
る危険があるなどの欠点があつた。 本発明は上記のような欠点を除去するために酸
化亜鉛を主成分とし出発原料として金属亜鉛を含
有する焼結体において添加物として少なくとも酸
化マグネシウムと酸化ビスマスを含有させること
によつて焼結体厚さ１mmあたりのバリスタ電圧
VlmAが20〜30Vと低く高い非直線係数αを有
し、かつ低電流領域での電流−電圧特性がすぐれ
耐湿寿命特性のすぐれた電圧非直線抵抗体の製造
方法を提供せんとするものである。 以下本発明の詳細につき実施例にもとづいて説
明する。まず本発明は酸化亜鉛を主成分としこれ
に出発原料として金属亜鉛0.01〜20モル％を含
み、かつ添加物として酸化マグネシウムと酸化ビ
スマスをそれぞれ0.01〜５モル％を含有するもの
でこれらを必須成分とし、要すれば他の添加物と
してNiO，BaO，CaO，CuO，MnO，SrO，
PbO，CdO，TiO₂，SnO₂，MnO₂，SiO₂，
ZrO₂，GeO₂，ThO₂，Sb₂O₃，Cr₂O₃，Co₂O₃，
Fe₂O₃，Al₂O₃，B₂O₃，Sc₂O₃，In₂O₃，La₂O₃，
Y₂O₃，Ga₂O₃，Li₂O，MoO₃，WO₃，MeF₂（Me
＝Ca，Ba，Cd，Zn，Mg，Mn，Ni，Sn，Zr，
Ti，Ge），Me′F₃（Me′＝Cr，Al，Fe，Ce，Ｙ）
などの酸化マグネシウムと酸化ビスマス以外の他
の金属酸化物を１種以上添加しこれらを十分に混
合し板状または柱状に成型し800〜1500℃の高温
で焼結し焼結体を形成する。該焼結体に一対の電
極をつけ該電極に端子を取着する。しかるのち合
成樹脂などで外装を形成するものである。 つぎに本発明の実施例と従来の参考例との特性
比較の一例を第１表に示す。実施例１〜９および
参考例10〜16はそれぞれの組成比にしたがい秤量
したのち混合し円板状に成型し1250℃の高温で焼
結した直径15mm×厚さ１mmの焼結体の両面に直径
11.3mmの銀電極をつけて特性を測定したもので、
焼結体厚さ１mmあたりのバリスタ電圧V1mAと
そのときの非直線係数αの比較を示すものであ
る。

【表】

【表】 第１表から組成中に出発原料として金属亜鉛を
0.01〜20モル％含む実施例１〜９の場合、非直線
係数α＝19〜21、VlmA／mm＝20〜26であるが、
金属亜鉛を含まないかまたは0.01モル％未満の参
考例10，11，12，15の場合、非直線係数α＝10〜
13であり、金属亜鉛が20モル％を越える参考例
13，14，16の場合VlmA／mm＝30〜32と高くな
る。また酸化マグネシウムおよび／または酸化ビ
スマスが0.01〜５モル％の実施例１〜９の場合、
非直線係数が大きくVlmA／mmも低いが酸化マグ
ネシウムおよび／または酸化ビスマスを含まない
かまたは0.01モル％未満の参考例10，11，12の場
合非直線係数が小さく、逆に５モル％を越える参
考例13，14，16の場合はVlmA／mmが高くなる。
つぎに第１表の実施例１、実施例２、実施例６、
実施例７、実施例９および参考例10、参考例12の
各試料の低電流領域の電流−電圧特性を第１図に
示す。第１図から実施例は参考例に比べて低電流
領域の電流−電圧特性がいちぢるしく改善される
ことがわかる。また第２図に実施例１、実施例
２、実施例６、実施例７、実施例９および参考例
10、参考例12の各試料を温度40℃、相対湿度95％
の雰囲気中に1000時間放置したときの低電流領域
の電流−電圧特性、すなわち低電流領域のバリス
タ電圧の変化率を示す。第２図から実施例は参考
例に比べて耐湿寿命特性がいちぢるしく改善され
ることがわかる。 以上詳述したように本発明によれば酸化亜鉛を
主成分とし出発原料として金属亜鉛0.01〜20モル
％を含み、かつ添加物として少なくとも酸化マグ
ネシウムおよび酸化ビスマスをそれぞれ0.01〜５
モル％含有させることによつて焼結体厚さ１mmあ
たりのバリスタ電圧VlmAが20〜30Vと低く高い
非直線係数αを有し、かつ低電流領域の電流−電
圧特性がすぐれ耐湿寿命特性のすぐれた電圧非直
線抵抗体の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例と従来の参考例との低
電流領域の電流−電圧特性の比較を示す曲線図、
第２図は低電流領域のバリスタ電圧の変化率を示
す耐湿寿命特性の曲線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化亜鉛を主成分としこれに出発原料として
   金属亜鉛0.01〜20モル％を含み、かつ添加物とし
   て少なくとも酸化マグネシウムと酸化ビスマスを
   それぞれ0.01〜５モル％含有することを特徴とす
   る電圧非直線抵抗体の製造方法。 ２ 添加物として酸化マグネシウムと酸化ビスマ
   ス以外に他の金属酸化物を１種以上含有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電圧非
   直線抵抗体の製造方法。