JPH0262005A - シート状バリスタ - 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 本発明は印加電圧によって抵抗値が変化するシート状バ
リスタに関するもので、電圧安定化、異常電圧制御、静
電保護などに利用されるものである。

従来の技術 従来のバリスタは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）に酸化ビス？　
ｘ　（Ｂｉ２Ｏ５）、酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸
化マンガフ　（ＭｎＯ２）、酸化７７　ｆ　モン（５ｂ
２０５　）などの酸化物を添加して、１０００〜１３５
０’Ｃで焼、結したＺｎＯバリスタを初めとして、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、最も一般的に回
路基板上の半導体素子あるいは電気、通信機器の保護素
子として使われている（特公昭４６−１９４７２号公報
参照）。

発明が解決しようとする課題 このような従来のバリスタは、ＺｎＯバリスタを初めと
して、素子厚みを薄く（数百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ムを流
した時の電圧Ｖ１ｍムで表わす）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
したように焼成する際に１０００℃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
バリスク素子を直接形成できないという問題があった。

また、形状の大きさに限界があり、１　ｍｍ以下のファ
インピッチの回路配線あるいは電極ハターンなどには直
接実装できないなど、高密度基板にはスペースの点で対
応できないという問題があった。さらに、従来のものは
静電容重が大きく、例えば高周波化の進む通信機器の用
途には適さないなどの問題点を有していた。

課題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、熱可塑性樹脂中
または熱硬化性樹脂中あるいはそれら樹脂の混合物中に
バリスタ粉末が分散され、それが可撓性の絶縁性フィル
ム上に薄膜状に形成されてなるものである。また、上記
バリスタ粉末として薄い絶縁被膜を外周に施した微粉末
状の半導体物質を用いて構成されるものである。

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、予め形成された
電極の上に貼り付けたり、あるいは圧着するだけで簡単
に作ることができるため、回路基板上にバリスタ分直接
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、微粉
末状の半導体物質を固めたものであるため、それぞれの
半導体物質の微粉末間は点接触となり、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、高周波
通信機器用としても最適なバリスタ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０．０５〜１．０７１ｍの微粒子状の酸
化亜鉛を７００〜１３ｏＯ℃で焼成した後、その焼結さ
れたＺｎＯを０．６〜５０．０μｍの粒子径（平均粒子
径１〜１０μｍ）に粉砕し、そのＺｎＯ微粉末にＢｉ２
Ｏ，、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２および５ｂ２０５を総量で
０．０５〜１０．Ｏｍｏ１％添加し、６００〜１３５０
℃で１０〜６０分間熱処理し、そのＺｎＯ微粉末表面に
これら酸化物の絶縁被膜を形成した。ここで、微粉末状
のＺｎＯの表面には上記酸化物の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酸化物の絶縁被膜が表
面についたＺｎＯ微粉末群は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μでほぐし、微粉
末状とした。

次に、上記のようにして得られた酸化物絶縁被膜が表面
に形成された微粉末状のＺｎＯに、微粉末間の結合を図
る絶縁性の結合剤（樹脂バインダー）を添加し、混合し
た。ここで、結合剤としての樹脂成分としては熱硬化性
樹脂としてのエポキシ樹脂（米国；シェル化学社製のエ
ビコー）＃ａ２ｓ）３０重量部、フェノ−μ樹脂（松下
電工株式会社製）３０重量部、熱可塑性高分子景ポリエ
ステル樹脂（日本合成ゴム工業株式会社製）４Ｏ重量部
をメチルエチルケトンに溶解させ、約３０％の固形分の
溶液に調合したものを作成し、それをＺｎＯ微粉末と例
えば等重量で混合分散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１図に示すように
可撓性の絶縁性フィルムとしてのポリエチレンテレフタ
レート（以下単にＰＥＴという）フィルム（または銅箔
シート）１上に例えばスクリーン印刷で塗布し、８５℃
で６０分間、予備乾燥させてバリスタ２を得、シート状
バリスタを作成した。また、上記のようにして得られた
シート状バリスタを第２図に示すようにＩＴＯ（インジ
ウム・スズ酸化物）電極３の設けられたガラス基板４上
に上記のＰＥＴフィルム１上に薄膜状に形成したバリス
タ２を適当な大きさに切断したものを、そのバリスタ２
面をＩＴＯ電極３側にして温度１５０℃、圧力４ｃ）ｋ
ｇ／−で３０秒間熱圧着を行い、シート状バリスタをガ
ラス基板４上に形成した。

第３図は、シート状バリスタの拡大断面図であり、５は
ＺｎＯ微粉末、６はＺｎＯ微粉末６の表面に施された酸
化物絶縁被膜、７はそれらＺｎＯ微粉末５間を機械的に
結合している絶縁性の結合剤（樹脂）であり、この結合
剤７でもってＺｎＯ微粉末５の間は互いに固められてい
る。

次に、上記のようにして作成されたシート状バリスタの
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１０００℃で焼成し、
これにＢｉ２Ｏ５、ＣＯ２Ｏ５、ＭｎＯ２および５ｂ２
ｏ５をそれぞれ０．２ｍｏ１％、つまシ総量で０．８ｍ
０１％添加したものを１２００℃、６０分間熱処理した
後、この平均粒子径５〜ＩＱ／１ｍのＺｎＯ微粉末と上
記結合剤とを等重量で混合したものにおいて、素子面積
を１−１ＩＴＯ電極間距離（第２図にＬにて示す）を３
　Ｑ　７１ｍ　、素子面積（上記電極間距離りを含めた
相隣り合う２つの電極の合計面積）を１−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　−Ｋ　Ｖ′：ｔ 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９、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　Ａ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　　Ａ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１１ｎＡＯＴ流
を流した時の電極間に現われる電圧をバリスタ電圧ｖｔ
ｍムと呼び、このバリスタ電圧’ｌ’１ｍ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ｖ１
μム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、微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３０７１　ｍとした素子に
ついてのものであるが、これはＺｎＯ微粉末の平均粒子
径が５〜１０μｍ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微粉末の平均粒子径が０３〜３．０μｍ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ものであり、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
本発明者は実験により確認した。

第５図は本発明において、Ｂ工２０５．ＣＯ２Ｏ３゜Ｍ
ｎＯ２および５ｂ２ｏ３のａ添加量を変えた場合のバリ
スタ電圧ｖ１，７ム、電圧非直線指数αおよび並列静電
容Ｂｅの変化する様子を示している。ここで、酸化亜鉛
の焼成温度など、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、本発明の素子に
おいては並列静電容量が従来ノＺｎＯが１０００〜２ｏ
００ＱｐＦ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を例に採シ説明したが、それ以外の半導体物質で
あっても差し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、Ｂｉ２Ｏ５、Ｃ
ｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２、５ｂ２０５だけに限られることは
なく、Ｂｉ　、　Ｇｏ　、　Ｍｎ　、　Ｓｂのすべてを
主成分として、Ａｌ　、　Ｔｉ　、　Ｓｒ　、　Ｍｇ　
、　Ｎｉ　。

Ｏｒ　、　Ｓｉなどの金属酸化物、またはこれら金属を
含む化合物を単独または組み合わせて使用することがで
きるものである。

さらに、微粉末状の半導体物質を固める絶縁性の結合剤
としては、上記実施例の樹脂以外にも種４考えられるこ
とはもちろんであり、熱硬化性樹脂、例えばフラン樹脂
、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、ポリウレタン樹脂、ケイ素
樹脂などでも良いものである。

また、上記の実施例においては、バリスタ粉末として薄
い絶縁被膜を外周に施した微粉末状の半導体物質を用い
、これを熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物中に分散
させる場合について説明したが、これはバリスタ粉末を
熱可塑性樹脂中または熱硬化性樹脂中あるいはそれら樹
脂の混合物中に分散させたものであっても、本発明の趣
旨とするシート状バリスタを提供できるものである。

発明の効果 以上の説明よシ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
た並列静電容量の小さな素子が得られることから、高周
波化の進む通信機器の用途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、かつ可撓性の絶縁性フィル
ム上に素子を形成しているため、回路基板上やガラス基
板上にシート状バリスタを容易に形成することができる
ものである。このように種４の特徴を有する本発明のシ
ート状バリスタは、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シ、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シート状バリスタの一実施例を
示す断面図、第２図は本発明のシート状バリスタをガラ
ス基板上に設けた実施例を示す断面図、第３図は本発明
に係わるシート状バリスタの一実施例を示す拡大断面図
、第４図は本発明シート状バリスタと従来のＺｎＯバリ
スタの電圧−電流特性を示す図、第５図は本発明素子に
おいてＢｉ２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３、ＭｎＯ２、５ｂ２０５
の総添加澄を変えた場合の電圧非直線指数α、バリスタ
電圧ｖ１□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・・・・・・ＰＯＥＴフィルム、２・・・・・・バリ
スタ、３・・・・・ＩＴＯ電極、４・・印・ガラス基板
、５・・・・・・ＺｎＯ微粉末、６・・・・・・酸化物
絶縁被膜、７・川・・結合剤。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　はが１名第１
図 ム バリスタ 第３図 ／　ＰＥＴフイルム 第 図 −土　　電　スｉ（ｖジ 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱可塑性樹脂中または熱硬化性樹脂中あるいはそ
   れら樹脂の混合物中にバリスタ粉末が分散され、それが
   可撓性の絶縁性フィルム上に薄膜状に形成されてなるこ
   とを特徴とするシート状バリスタ。
2. （２）バリスタ粉末として薄い絶縁被膜を外周に施した
   微粉末状の半導体物質を用いることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項記載のシート状バリスタ。