DE10008929A1 - Laminated semiconductor ceramic element for overcurrent protection of circuits, includes internal electrodes which are laminated on semiconductor ceramic layer formed by sintering boron oxide - Google Patents

Laminated semiconductor ceramic element for overcurrent protection of circuits, includes internal electrodes which are laminated on semiconductor ceramic layer formed by sintering boron oxide

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Abstract

The internal electrodes (7) are laminated on semiconductor ceramic layer (5) which is formed by sintering boron oxide having atomic ratio satisfying predetermined relation with barium titanate. The external electrode is formed on ceramic layer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus einer Halbleiterkeramik hergestelltes monolithisches elektronisches Element und insbesondere ein aus einer Halbleiterkeramik hergestelltes mono­ lithisches elektronisches Element (kann im Folgenden als monolithisches elektronisches Element bezeichnet werden) mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes.The present invention relates to a monolithic made from a semiconductor ceramic electronic element and in particular a mono made of a semiconductor ceramic lithic electronic element (hereinafter referred to as a monolithic electronic element with a positive temperature coefficient of resistance.

Elektronische Halbleiterelemente mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Bständigkeit (im Folgenden als PTC-Charakteristik bezeichnet) - was bedeutet, daß der elektrische Wider­ stand drastisch zunimmt, wenn die Temperatur die Curie-Temperatur übersteigt - wurden zum Schutz eines Stromkreises gegen Überstrom oder zur Steuerung eines Entmagnetisierungsmo­ duls eines Farbfernsehgerätes eingesetzt. Hinsichtlich ihrer vorteilhaften PTC-Charakteristik wurden Halbleiterkeramiken, die vorwiegend Bariumtitanat umfassen, allgemein in solchen elektronischen Halbleiterelementen eingesetzt.Electronic semiconductor elements with a positive temperature coefficient of consistency (hereinafter referred to as PTC characteristic) - which means that the electrical resistance increased dramatically when the temperature exceeded the Curie temperature - became the Protection of a circuit against overcurrent or for controlling a demagnetizing mo duls of a color television set used. With regard to their advantageous PTC characteristics semiconductor ceramics predominantly comprising barium titanate have been commonly found in such electronic semiconductor elements used.

Um jedoch Keramiken auf Bariumtitanatbasis halbleitend zu machen, muß das Brennen allge­ mein bei einer Temperatur von 1300°C oder höher erfolgen. Eine solche Behandlung bei hoher Temperatur hat die folgenden Nachteile: eine Tendenz zur Beschädigung eines zum Brennen verwendeten Ofens; hohe Wartungskosten für den Ofen; und hohen Energieverbrauch. Daher bestand eine Nachfrage nach Halbleiterkeramiken, die Bariumtitanat beinhalten, welches bei einer niedrigeren Temperatur gebrannt werden kann.However, in order to make ceramics based on barium titanate semiconducting, the firing must mine done at a temperature of 1300 ° C or higher. Such treatment at high Temperature has the following disadvantages: a tendency to damage one to burn furnace used; high maintenance costs for the furnace; and high energy consumption. Therefore There was a demand for semiconductor ceramics containing barium titanate, which at can be burned at a lower temperature.

Um die obenstehenden Nachteile zu überwinden, ist eine modifizierte Technik in "Semiconducting Barium Titanate Ceramics Prepared by Boron-Conducting Liquid-Phase Sinte­ ring" (In-Chyuan Ho, Communications of the American Ceramic Society, Band 77, Nr. 3, Seiten 829-832, 1994), beschrieben. Kurz gesagt, die Temperatur, bei welcher die Keramiken halblei­ tend sind, wird durch die Zugabe von Bornitrid zu Bariumtitanat herabgesetzt. Die Literatur be­ richtet, daß die Keramiken auf Bornitridbasis bei einer Brenntemperatur von etwa 1100°C halb­ leitend werden können.To overcome the above drawbacks, a modified technique is in "Semiconducting Barium Titanate Ceramics Prepared by Boron-Conducting Liquid-Phase Sinte ring "(In-Chyuan Ho, Communications of the American Ceramic Society, Volume 77, No. 3, pages  829-832, 1994). In short, the temperature at which the ceramics are semi-solid are reduced by adding boron nitride to barium titanate. The literature be judges that the ceramics based on boron nitride at a firing temperature of about 1100 ° C half can become a leader.

Inzwischen gab es in den letzten Jahren eine Nachfrage nach halbleitenden elektronischen Ke­ ramikelementen vom monolithischen Chip-Typ, welche einen geringen Widerstand und eine hohe Überschlagspannung bei Umgehungstemperatur erzielen und sich für eine hochdichte Pac­ kung eignen.In the meantime, there has been a demand for semiconducting electronic keys in recent years Ceramic elements of the monolithic chip type, which have a low resistance and a achieve high breakdown voltage at bypass temperature and for a high density Pac suitable.

Allgemein wird ein elektronisches Halbleiterelement vom monolithischen Chip-Typ durch alter­ nierendes Stapeln von Keramikgrüntafeln und inneren Elektrodenpastenschichten und Brennen derselben zusammen in einem Brennofen hergestellt. Deshalb wird ein Basismetall, wie Nickel, zur Herstellung innerer Elektroden verwendet, indem ein solches Basismetall für einen Ohm­ schen Kontakt mit einem Keramikmaterial sorgen kann, selbst wenn das Metall gleichzeitig mit dem Keramikmaterial gebrannt wird. Beim Brennen in Luft wird ein solches Basismetall oxi­ diert. Damit wird der obenstehende Stapelkörper in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt und dann bei einer Temperatur erneut oxidiert, bei welcher die inneren Elektroden nicht oxidiert werden, um dadurch ein Halbleiterkeramikmaterial und ein inneres Elektrodenmaterial zusam­ men zu brennen. Allerdings ist eine bei einer relativ niedrigen Temperatur durchgeführte Reoxi­ dation für eine PTC-Charakteristik des so gebrannten Produkts schädlich.Generally, a monolithic chip type electronic semiconductor element is replaced by old ones kidney stacking of ceramic green sheets and inner electrode paste layers and burning the same made in a kiln. So a base metal, like nickel, used to manufacture internal electrodes by using such a base metal for one ohm contact with a ceramic material, even if the metal coexists the ceramic material is fired. When burning in air, such a base metal becomes oxi dated. This burns the stacked body above in a reducing atmosphere and then oxidized again at a temperature at which the internal electrodes did not oxidize to thereby combine a semiconductor ceramic material and an inner electrode material to burn men. However, a Reoxi performed at a relatively low temperature dation harmful to a PTC characteristic of the product so burned.

Die offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 8-153605 beschreibt ein Verfahren zur Erzielung einer PTC-Charakteristik, selbst wenn die Reoxidation bei einer niedrigen Tempe­ ratur durchgeführt wird. Das Verfahren verwendet eine Perovskit-Verbindung in der Form von Mikroteilchen als Titansalz, das als vorwiegende Komponente dient. Die Verwendung der Perovskit-Verbindung ermöglicht das Sintern bei einer Temperatur von nicht mehr als 1000°C- 1250°C und sieht eine PTC-Charakteristik vor, selbst wenn die Reoxidation bei einer Tempera­ tur von nicht mehr als 500°C oder höher durchgeführt wird.Japanese Patent Application Laid-Open (Kokai) No. 8-153605 describes a method to achieve a PTC characteristic even when reoxidation at a low temperature rature is carried out. The method uses a perovskite compound in the form of Microparticles as titanium salt, which serves as the predominant component. The use of the Perovskite connection allows sintering at a temperature of no more than 1000 ° C 1250 ° C and provides a PTC characteristic, even if the reoxidation at a tempera of no more than 500 ° C or higher.

Allerdings muß ein herkömmliches monolitisches elektronisches Element durch Reoxidation bei ungefähr 1000°C hergestellt werden, um eine zufriedenstellende PTC-Charakteristik zu erhalten, und die inneren Elektroden können oxidiert werden. Daher gab es eine Nachfrage nach einem monolithischen elektronischen Element, welches durch Brennen bei einer niedrigen Temperatur hergestellt werden kann, um eine zufriedenstellende PTC-Charakteristik durch Reoxidation bei einer Temperatur, die unterhalb der herkömmlicherweise angewandten Temperatur liegt, zu er­ halten.However, a conventional monolithic electronic element must be reoxidized about 1000 ° C to obtain a satisfactory PTC characteristic, and the inner electrodes can be oxidized. So there was a demand for one  monolithic electronic element, which by firing at a low temperature can be produced to provide a satisfactory PTC characteristic by reoxidation a temperature below the conventionally used temperature hold.

In Anbetracht des Zuvorgesagten zielt die vorliegende Erfindung auf die Vorsehung eines mo­ nolithischen elektronischen Elements ab, welches durch Brennen bei 1000°C oder weniger her­ gestellt werden kann und eine zufriedenstellende PTC-Charakteristik zeigt, selbst wenn das Element durch Reoxidation bei niedriger Temperatur hergestellt wird.In view of the foregoing, the present invention aims to provide a mo nolithic electronic element, which is produced by firing at 1000 ° C or less and shows a satisfactory PTC characteristic, even if that Element is made by reoxidation at low temperature.

Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung ein aus einer Halbleiterkeramik angefertigtes mo­ nolithisches elektronisches Element bereit, wobei das Element ein Sinterlaminat, gebildet aus alternierend gestapelten Halbleiterkeramikschichten und inneren Elektrodenschichten, und auf dem Sinterlaminat gebildete äußere Elektroden umfaßt, wobei jede Halbleiterkeramikschicht halbleitendes gesintertes Bariumtitanat umfaßt, enthaltend die folgenden Substanzen: Boroxid; ein erstes Oxid aus mindestens einem Metall, gewählt aus Barium, Strontium, Calcium, Blei, Yttrium und einem Seltenerdelement; und ein zweites Oxid aus mindestens einem Metall, ge­ wählt aus Titan, Zinn, Zirconium, Niob, Wolfram und Antimon, wobei das Boroxid in einer Menge eingebracht ist, wie zu atomischem Bor reduziert, welche den folgenden Beziehungen genügt:
Accordingly, the present invention provides a monolithic electronic element made of a semiconductor ceramic, the element comprising a sintered laminate formed from alternately stacked semiconductor ceramic layers and inner electrode layers, and outer electrodes formed on the sintered laminate, each semiconductor ceramic layer comprising semiconductive sintered barium titanate containing the following substances: boron oxide; a first oxide of at least one metal selected from barium, strontium, calcium, lead, yttrium and a rare earth element; and a second oxide of at least one metal selected from titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and antimony, the boron oxide being incorporated in an amount as reduced to atomic boron which satisfies the following relationships:

0,00 ≦ B/β ≦ 0,50 und
0,5 ≦ B/(α - β) ≦ 10,0
0.00 ≦ B / β ≦ 0.50 and
0.5 ≦ B / (α - β) ≦ 10.0

worin α für die Gesamtzahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Barium, Stron­ tium, Calcium, Blei, Yttrium und einem Seltenerdelement steht und β für die Gesamtzahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Titan, Zinn, Zirconium, Niob, Wolfram und An­ timon steht.where α for the total number of atoms of barium, stron contained in the semiconductor ceramic tium, calcium, lead, yttrium and a rare earth element and β stands for the total number of in the atoms of titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and an contained in the semiconductor ceramic timon stands.

Die Halbleiterkeramik mit einer solchen Zusammensetzung kann bei 1000°C oder niedriger ge­ brannt werden und zeigt eine verbesserte PTC-Charakteristik, selbst wenn die Keramik einer Reoxidation bei einer niedrigen Temperatur unterzogen wird. Auf diese Weise kann ein Basis­ metall als innere Elektrode verwendet werden, und es wird eine zufriedenstellende PTC- Charakteristik erzielt. The semiconductor ceramic with such a composition can ge at 1000 ° C or lower be fired and shows an improved PTC characteristic, even if the ceramic one Is subjected to reoxidation at a low temperature. In this way, a base metal are used as the inner electrode, and it will have a satisfactory PTC Characteristic achieved.  

Vorzugsweise enthält das aus einer Halbleiterkeramik angefertigte monolithische elektronische Elemente ein Donorelement und ein Akzeptorelement, wobei diese Elemente in Mengen einge­ bracht sind, die den folgenden Beziehungen genügen:
The monolithic electronic element made from a semiconductor ceramic preferably contains a donor element and an acceptor element, these elements being introduced in amounts which satisfy the following relationships:

0,0001 ≦ Md/β ≦ 0,005 und
0,00001 ≦ Ma/β ≦ 0,005
0.0001 ≦ Md / β ≦ 0.005 and
0.00001 ≦ Ma / β ≦ 0.005

worin Md für die Gesamtzahl der Atome eines Donorelements in den Halbleiterkeramikschich­ ten steht, Ma für die Gesamtzahl der Atome eines Akzeptorelements in den Halbleiterkeramik­ schichten steht und β für die Gesamtzahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Titan, Zinn, Zirconium, Niob, Wolfram und Antimon steht.where Md is the total number of atoms of a donor element in the semiconductor ceramic layer ten stands for the total number of atoms of an acceptor element in the semiconductor ceramic layers and β stands for the total number of atoms contained in the semiconductor ceramic Titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and antimony.

Die Keramik mit einer derartigen Zusammensetzung liefert ein monolithisches elektronisches Element, welches eine sehr effektive PTC-Charakteristik zeigt.The ceramic with such a composition provides a monolithic electronic Element that shows a very effective PTC characteristic.

Verschiedene andere Ziele, Merkmale und viele der mit der vorliegenden Erfindung verbunde­ nen Vorteile werden leicht ersichtlich, wenn dieselben besser unter Bezugnahme auf die folgen­ de ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit der beige­ fügten Zeichnung verständlich werden, in welchen:Various other objects, features, and many of those associated with the present invention Benefits are readily apparent if they follow better with reference to those de detailed description of the preferred embodiments in connection with the beige added drawing, in which:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels des aus einer Halbleiterkeramik gemäß der vorliegenden Erfindung angefertigten monolithischen elektronischen Elements ist. Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a semiconductor ceramic according to the present invention-made monolithic electronic element.

Das monolithische elektronische Element der vorliegenden Erfindung umfaßt ein aus alternie­ rend gestapelten Halbleiterkeramikschichten aus Bariumtitanat und inneren Elektrodenschichten gebildetes Sinterlaminat, die vorwiegend ein Basismetall umfassen, und auf einer Fläche des Sinterlaminats gebildete äußere Elektroden, wo die inneren Elektroden exponiert sind.The monolithic electronic element of the present invention comprises one of alternie rend stacked semiconductor ceramic layers made of barium titanate and inner electrode layers formed sintered laminate, which mainly comprise a base metal, and on a surface of the Sintered laminate formed outer electrodes where the inner electrodes are exposed.

Die in der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommende Halbleiterkeramik umfaßt Bari­ umtitanat als vorwiegende Komponente und Boroxid als Nebenkomponente.The semiconductor ceramic used in the present invention includes Bari umtitanate as the predominant component and boron oxide as the secondary component.

Ba in dem obenstehenden Bariumtitanat kann teilweise durch Sr, Ca, Pb, Y oder ein Seltenerd­ element substituiert sein (diese Elemente werden im Folgenden als Elemente der Ba-Stelle be­ zeichnet), während Ti in dem obengenannten Bariumtitanat teilweise durch jedes von Sn, Zr, Nb, W und Sb substituiert sein kann (diese Elemente werden im Folgenden als Elemente der Ti- Stelle bezeichnet).Ba in the barium titanate above can be partially substituted by Sr, Ca, Pb, Y or a rare earth element can be substituted (these elements are referred to below as elements of the Ba position ), while Ti in the above barium titanate is partially replaced by each of Sn, Zr, Nb,  W and Sb can be substituted (these elements are referred to below as elements of the Ti Designated place).

Zusätzlich zu den Elementen der Ba-Stelle wird Ba oder ein anderes Ba-substituierbares Ele­ ment, wie Sr, Ca, Pb, Y oder ein Seltenerdelement, der obengenannten Halbleiterkeramik weiter zugesetzt, so daß die Gesamtmengen an Ba und Ba-substituierbaren Elementen, wie Sr, Ca, Pb, Y und Seltenerdelement die Gesamtmengen an Ti und Sn, Zr, Nb, W und Sb übersteigen.In addition to the elements of the Ba site, Ba or another Ba-substitutable Ele ment, such as Sr, Ca, Pb, Y or a rare earth element, the above-mentioned semiconductor ceramic added so that the total amounts of Ba and Ba-substitutable elements, such as Sr, Ca, Pb, Y and rare earth element exceed the total amounts of Ti and Sn, Zr, Nb, W and Sb.

Die vorgenannte Halbleiterkeramik kann ein Donorelement und ein Akzeptorelement enthalten. Die Bezeichnung "Donorelement" hierin bezieht sich auf ein Element wie Y, Nb, Sb, W, Ta, Mo oder ein Seltenerdelement, welches allgemein als ein Donor in BaTiO3 dient, während die Be­ zeichnung "Akzeptorelement" hierin sich auf ein Element wie Mn, Fe, Co, Ni, Cr oder ein Alka­ limetall bezieht, das allgemein als ein Akzeptor in BaTiO3 dient.The aforementioned semiconductor ceramic can contain a donor element and an acceptor element. The term "donor element" herein refers to an element such as Y, Nb, Sb, W, Ta, Mo or a rare earth element which generally serves as a donor in BaTiO 3 , while the term "acceptor element" herein refers to an element such as Mn, Fe, Co, Ni, Cr or an alkali metal, which generally serves as an acceptor in BaTiO 3 .

Die vorgenannten inneren Elektroden können aus einem Basismetall wie Ni, Co, Fe oder Mo gebildet sein. Diese Basismetalle können einzeln oder in der Form einer Legierung verwendet werden. Von diesen wird Ni bevorzugt verwendet in Anbetracht seiner ausgezeichneten Oxidati­ onsbeständigkeit.The aforementioned inner electrodes can be made of a base metal such as Ni, Co, Fe or Mo be educated. These base metals can be used singly or in the form of an alloy become. Of these, Ni is preferred in view of its excellent oxidati resistance.

Keiner speziellen Einschränkung unterliegt das die vorgenannten äußeren Elektroden bildende Material, und es können Metalle, wie Ag, Pd und eine Ag-Pd-Legierung verwendet werden.The above-mentioned outer electrodes are not particularly limited Material, and metals such as Ag, Pd and an Ag-Pd alloy can be used.

BeispieleExamples

Die vorliegende Erfindung wird als nächstes anhand von Beispielen beschrieben, die nicht als eine Einschränkung der Erfindung zu verstehen sind.The present invention will next be described by way of examples, which are not as a limitation of the invention are to be understood.

Beispiel 1example 1

Es wird ein Verfahren zur Herstellung des monolithischen elektronischen Elements der vorlie­ genden Erfindung beschrieben. Die Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bei­ spiels des aus einer Halbleiterkeramik gemäß der vorliegenden Erfindung angefertigten mono­ lithischen elektronischen Elements. A method for manufacturing the monolithic electronic element of the present invention is described. Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of the custom built from a semiconductor ceramic according to the present invention, mono lithic electronic element.

Zuerst wurde Bariumtitanat hydrothermisch synthetisiert, um ein Verhältnis von Elementen der Ba-Stelle zu Elementen der Ti-Stelle von 0,998 zu erhalten. Dann wurden BaCO3, Sm2O3, BN und MnCO3 gewogen und dem Bariumtitanat zugegeben, um eine Mischung gemäß der folgen­ den Formel (I) vorzusehen:
First, barium titanate was hydrothermally synthesized to obtain a ratio of Ba site elements to Ti site elements of 0.998. Then BaCO 3 , Sm 2 O 3 , BN and MnCO 3 were weighed and added to the barium titanate to provide a mixture according to the following formula (I):

(Ba0,998TiO3-Pulver, hydrothermisch synthetisiert) + 0,001 Sm2O3 + xBaCO3 + yBN + 0,0002MnCO3 (I).(Ba 0.998 TiO 3 powder, hydrothermally synthesized) + 0.001 Sm 2 O 3 + xBaCO 3 + yBN + 0.0002MnCO 3 (I).

Die resultierende Mischung wurde mit einem Bindemittel vermischt und die gebildete Mischung wurde mit Zirconiumdioxidkügelchen 10 Stunden lang naßvermischt, um dadurch eine Keramik­ aufschlämmung zu bilden. Die Aufschlämmung wurde durch ein Rakelmesserverfahren geformt und getrocknet, um dadurch Grünkeramiktafeln zu bilden. Ni-Paste wurde auf jede der Grünta­ feln durch Drucken aufgebracht, um eine innere Elektrodenschicht auf der Tafel zu bilden, und die so gebildeten Tafeln wurden aufeinandergestapelt, um dadurch ein Laminat zu bilden. Nach der Entfernung des Bindemittels bei 300°C in Luft wurde das Laminat bei 950°C in einer redu­ zierenden Wasserstoff/Stickstoff-Atmosphäre zwei Stunden lang gebrannt, um dadurch ein Sin­ terlaminat zu bilden. Die Zusammensetzung jeder Keramikschicht in dem Sinterlaminat ist durch die folgende Formel angegeben:
The resulting mixture was mixed with a binder, and the resulting mixture was wet mixed with zirconia beads for 10 hours to thereby form a ceramic slurry. The slurry was shaped by a doctor blade method and dried to thereby form green ceramic sheets. Ni paste was applied to each of the green sheets by printing to form an inner electrode layer on the sheet, and the sheets thus formed were stacked to thereby form a laminate. After removing the binder at 300 ° C in air, the laminate was baked at 950 ° C in a reducing hydrogen / nitrogen atmosphere for two hours to thereby form a sinter laminate. The composition of each ceramic layer in the sintered laminate is given by the following formula:

Ba0,998Sm0,002TiO3 + xBaO + 1/2yB2O3 + 0,0002MnO2.Ba 0.998 Sm 0.002 TiO 3 + xBaO + 1 / 2yB 2 O 3 + 0.0002MnO 2 .

Als nächstes wurde, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Paste zur Bildung einer Ag-Elektrode auf Flächen eines Sinterlaminats 3 aufgebracht, umfassend die Keramikhalbleiterschichten 5 und die inneren Elektrodenschichten 7, wobei die inneren Elektroden zu den Flächen hin exponiert sind. Das erhaltene Teil wurde bei 800°C in Luft zwei Stunden lang gebrannt, um dadurch die äußeren Elektroden 9 durch Brennen zu bilden und dadurch eine Reoxidation durchzuführen. Auf diese Weise wurde ein monolithisches elektronisches Element 1 gemäß der vorliegenden Erfindung angefertigt.Next, as shown in FIG. 1, a paste for forming an Ag electrode was applied to surfaces of a sintered laminate 3 comprising the ceramic semiconductor layers 5 and the inner electrode layers 7, the inner electrodes being exposed to the surfaces. The obtained part was baked at 800 ° C in air for two hours, thereby forming the outer electrodes 9 by baking and thereby performing reoxidation. In this way, a monolithic electronic element 1 according to the present invention was manufactured.

Der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur und das Veränderungsverhältnis des Wider­ standes, angegeben durch log(R250/R25), worin R250 für den Widerstand bei 250°C steht und R25 für den Widerstand bei 25°C steht, wurden für eine Vielzahl von in ähnlicher Weise ange­ fertigten elektronischen Elementen gemessen, wobei die Elemente hergestellt werden unter Mo­ difizierung der Menge an zugesetztem BaCO3 (X) und der Menge an zugesetztem BN (Y), um die entsprechende Keramik zu bilden. Die Resultate sind in Tabelle 1 aufgeführt. Das Symbol * in Tabelle 1 bezieht sich auf Proben, die außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. In Beispiel 1 sind die folgenden Beziehungen erfüllt: B/β = B/Ti und B/(α - β) = B/(Ba + Sm - Ti).The electrical resistance at room temperature and the change ratio of the resistance, indicated by log (R250 / R25), wherein R250 stands for the resistance at 250 ° C and R25 stands for the resistance at 25 ° C, have been used for a variety of in a similar manner measured on manufactured electronic elements, the elements being produced by modifying the amount of BaCO 3 (X) added and the amount of BN (Y) added to form the corresponding ceramic. The results are shown in Table 1. The symbol * in Table 1 refers to samples that are outside the scope of the present invention. In Example 1, the following relationships are satisfied: B / β = B / Ti and B / (α - β) = B / (Ba + Sm - Ti).

Tabelle 1Table 1

  • 1. Proben Nr.1. Sample No.
  • 2. Additive2. Additives
  • 3. Menge an elementarem Ba (Mol)3. Amount of elemental Ba (mole)
  • 4. Menge an elementarem B (Mol)4. Amount of elemental B (mole)
  • 5. Charakteristika5. Characteristics
  • 6. Widerstand bei Raumtemperatur (Ω)6.Resistance at room temperature (Ω)
  • 7. Veränderungsverhältnis des Widerstandes log(R250/R25)7. Change ratio of the resistance log (R250 / R25)
  • 8. mindestens 10000008. at least 1,000,000
  • 9. nicht meßbar9. not measurable
  • 10. Sinterbarkeit10. Sinterability
  • 11. Das Symbol * bezieht sich auf Proben, die außerhalb des Umfangs der Erfindung liegen.11. The symbol * refers to samples outside the scope of the invention lie.

Wie anhand der Tabelle 1 deutlich wird, zeigen Proben mit Parametern, die in die Bereiche 0,001 ≦ B/β ≦ 0,50 und 0,5 ≦ B/(α - β) ≦ 10,0 fallen, einen geringen Widerstand bei Raumtempe­ ratur und ein Veränderungsverhältnis des Widerstandes, angegeben durch log(R250/R25) von mindestens 2.As is clear from Table 1, samples show parameters that fall into the ranges 0.001 ≦ B / β ≦ 0.50 and 0.5 ≦ B / (α - β) ≦ 10.0 fall, a low resistance at room temperature rature and a change ratio of the resistance, indicated by log (R250 / R25) of at least 2.

Die Proben Nr. 1 bis 5, die ein B/β von weniger als 0,001 aufweisen, zeigen einen sehr hohen Widerstand bei Raumtemperatur und ein niedriges Veränderungsverhältnis des Widerstandes, wohingegen die Proben Nr. 31 bis 35, die ein B/β von größer als 0,50 aufweisen, einen hohen Widerstand bei Raumtemperatur und ein niedriges Veränderungsverhältnis des Widerstandes zeigen. Die Proben Nr. 1, 6, 11, 16, 21, 26 und 31, die ein B/(α - β) von weniger als 0,5 aufwei­ sen, zeigen einen hohen Widerstand bei Raumtemperatur und ein niedriges Veränderungsver­ hältnis des Widerstandes, wohingegen die Proben Nr. 5, 10, 15, 20, 25, 30 und 35, die ein B/(α - b) von größer als 10,0 aufweisen, einen hohen Widerstand bei Raumtemperatur und ein niedri­ ges Veränderungsverhältnis des Widerstandes zeigen.Samples Nos. 1 to 5, which have a B / β of less than 0.001, show a very high one Resistance at room temperature and a low change ratio of resistance, whereas Sample Nos. 31 to 35, which have a B / β greater than 0.50, are high Resistance at room temperature and a low change ratio of the resistance demonstrate. Samples Nos. 1, 6, 11, 16, 21, 26 and 31, which have a B / (α - β) of less than 0.5 sen, show a high resistance at room temperature and a low change behavior ratio of resistance, whereas samples Nos. 5, 10, 15, 20, 25, 30 and 35, which have a B / (α -  b) have greater than 10.0, a high resistance at room temperature and a low show the change ratio of the resistance.

Beispiel 2Example 2

Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Menge an zugesetztem BaCO3 (X) und die Menge an zugesetztem BN (Y) auf 0,02 Mol bzw. 0,06 Mol festgelegt wurde und die Menge an zugesetztem Sm2O3 (Md), die als Quelle eines Donors dient, und die Menge an zugesetztem MnCO3 (Ma), die als Quelle für ein Akzeptorelement dient, mo­ difiziert wurden, um dadurch monolithische elektronische Elemente herzustellen. In einer ähnli­ chen Weise wurden der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur und das Veränderungsver­ hältnis des Widerstandes, angegeben durch log(R250/R25), gemessen. Die Resultate sind in Ta­ belle 2 gezeigt. Das Symbol * bezieht sich auf Proben, die außerhalb des Umfangs der vorlie­ genden Erfindung liegen.The procedure of Example 1 was repeated except that the amount of BaCO 3 (X) added and the amount of BN (Y) added were set to 0.02 mol and 0.06 mol, respectively, and the amount of Sm added 2 O 3 (Md) serving as a source of a donor and the amount of MnCO 3 (Ma) added serving as a source for an acceptor element were modified to thereby produce monolithic electronic elements. In a similar manner, the electrical resistance at room temperature and the change ratio of the resistance indicated by log (R250 / R25) were measured. The results are shown in Table 2. The symbol * refers to samples that are outside the scope of the present invention.

Tabelle 2Table 2

  • 1. Probe Nr.1. Sample No.
  • 2. Widerstand bei Raumtemperatur (Ω)2.Resistance at room temperature (Ω)
  • 3. Veränderungsverhältnis des Widerstandes log(R250/R25)3. Change ratio of the resistance log (R250 / R25)
  • 4. Das Symbol * bezieht sich auf Proben, die außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.4. The symbol * refers to samples outside the scope of the present Invention lie.

Wie anhand der Tabelle 2 deutlich wird, zeigen Proben mit Parametern, die in die Bereiche 0,0001 ≦ Md/β ≦ 0,005 und 0,00001 ≦ Ma/β ≦ 0,005 fallen, einen geringen Widerstand bei Raumtemperatur und eine große Zunahme des Veränderungsverhältnisses des Widerstandes, angegeben durch log(R250/R25).As is clear from Table 2, samples show parameters that fall into the ranges 0.0001 ≦ Md / β ≦ 0.005 and 0.00001 ≦ Ma / β ≦ 0.005 fall, with a low resistance Room temperature and a large increase in the change ratio of resistance, indicated by log (R250 / R25).

Die Probe Nr. 49, die ein Md/β von weniger als 0,0001 aufweist, zeigt einen sehr hohen Wider­ stand bei Raumtemperatur und ein niedriges Veränderungsverhältnis des Widerstandes, wohin­ gegen die Probe Nr. 54, die ein Md/β von größer als 0,005 aufweist, ein niedriges Verände­ rungsverhältnis des Widerstandes zeigt. Sample No. 49, which has an Md / β of less than 0.0001, shows a very high resistance stood at room temperature and a low change ratio of resistance wherever against Sample No. 54, which has an Md / β greater than 0.005, a low change ration ratio of the resistance shows.  

Die Probe Nr. 41, die ein Ma/β von weniger als 0,00001 aufweist, zeigt ein niedriges Verände­ rungsverhältnis des Widerstandes, wohingegen die Probe Nr. 48, die ein Ma/β von größer als 0,005 besitzt, einen hohen Widerstand bei Raumtemperatur und ein niedriges Veränderungsver­ hältnis des Widerstandes zeigt.Sample No. 41, which has a Ma / β of less than 0.00001, shows a low change ratio of resistance, whereas Sample No. 48, which has a Ma / β greater than 0.005 has a high resistance at room temperature and a low change ver ratio of resistance shows.

Wie vorstehend hierin beschrieben, umfaßt das aus einer Halbleiterkeramik gemäß der vorlie­ genden Erfindung angefertigte monolithische elektronische Element ein Sinterlaminat, gebildet aus alternierend gestapelten Halbleiterkeramikschichten und inneren Elektrodenschichten, und auf dem Sinterlaminat gebildete äußere Elektroden, wobei jede Halbleiterkeramikschicht ein halbleitendes gesintertes Bariumtitanat umfaßt, enthaltend die folgenden Substanzen: Boroxid; ein erstes Oxid aus mindestens einem Metall, gewählt aus Barium, Strontium, Calcium, Blei, Yttrium und einem Seltenerdelement; und ein zweites Oxid aus mindestens einem Metall, ge­ wählt aus Titan, Zinn, Zirconium, Niob, Wolfram und Antimon, wobei das Boroxid in einer Menge eingebracht ist, wie zu atomischem Bor (B) reduziert, welche den folgenden Beziehun­ gen genügt:
As described hereinabove, the monolithic electronic element made of a semiconductor ceramic according to the present invention comprises a sintered laminate formed of alternately stacked semiconductor ceramic layers and inner electrode layers, and outer electrodes formed on the sintered laminate, each semiconductor ceramic layer comprising a semiconducting sintered barium titanate containing the following substances: boron oxide; a first oxide of at least one metal selected from barium, strontium, calcium, lead, yttrium and a rare earth element; and a second oxide of at least one metal selected from titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and antimony, the boron oxide being incorporated in an amount as reduced to atomic boron (B) which satisfies the following relationships:

0,001 ≦ B/β ≦ 0,50 und
0,5 ≦ B/(α - β) ≦ 10,0
0.001 ≦ B / β ≦ 0.50 and
0.5 ≦ B / (α - β) ≦ 10.0

worin α für die Gesamtzahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Barium, Stron­ tium, Calcium, Blei, Yttrium und einem Seltenerdelement steht und β für die Gesamtzahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Titan, Zinn, Zirconium, Niob, Wolfram und An­ timon steht. Somit kann das monolithische elektronische Element durch Brennen bei 1000°C oder niedriger hergestellt werden und zeigt eine zufriedenstellende PTC-Charakteristik, selbst wenn es durch Reoxidation bei niedriger Temperatur hergestellt wird.where α for the total number of atoms of barium, stron contained in the semiconductor ceramic tium, calcium, lead, yttrium and a rare earth element and β stands for the total number of in the atoms of titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and an contained in the semiconductor ceramic timon stands. Thus, the monolithic electronic element can be fired at 1000 ° C or lower and shows a satisfactory PTC characteristic, even if it is made by reoxidation at low temperature.

Vorzugsweise enthält das aus einer Halbleiterkeramik angefertigte monolithische elektronische Element ein Donorelement und ein Akzeptorelement, wobei diese Elemente in Mengen einge­ bracht sind, die den folgenden Beziehungen genügen:
The monolithic electronic element made from a semiconductor ceramic preferably contains a donor element and an acceptor element, these elements being introduced in amounts which satisfy the following relationships:

0,0001 ≦ Md/β ≦ 0,005 und
0,00001 ≦ Ma/β ≦ 0,005
0.0001 ≦ Md / β ≦ 0.005 and
0.00001 ≦ Ma / β ≦ 0.005

worin Md für die Gesamtzahl der Atome eines Donorelements in den Halbleiterkeramikschich­ ten steht, Ma für die Gesamtzahl der Atome eines Akzeptorelements in den Halbleiterkeramik­ schichten steht und β für die Gesamtzahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Titan, Zinn, Zirconium, Niob, Wolfram und Antimon steht. Damit zeigt das Element eine zufrie­ denstellende PTC-Charakteristik.where Md is the total number of atoms of a donor element in the semiconductor ceramic layer ten stands for the total number of atoms of an acceptor element in the semiconductor ceramic layers and β stands for the total number of atoms contained in the semiconductor ceramic Titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and antimony. The element thus shows satisfaction PTC characteristic.

Tabelle 1 Table 1

Tabelle 2 Table 2

Claims (4)

1. Monolithisches elektronisches Element, hergestellt aus einer Halbleiterkeramik, wobei das Element ein Sinterlaminat, gebildet aus alternierend gestapelten Halbleiterkeramikschichten und inneren Elektrodenschichten, und auf dem Sinterlaminat gebildete äußere Elektroden umfaßt, wobei jede Halbleiterkeramikschicht halbleitendes gesintertes Bariumtitanat um­ faßt, enthaltend die folgenden Substanzen: Boroxid; ein erstes Oxid von mindestens einem Metall, gewählt aus Barium, Strontium, Calcium, Blei, Yttrium und einem Seltenerdele­ ment; und ein zweites Oxid von mindestens einem Metall, gewählt aus Titan, Zinn, Zirconi­ um, Niob, Wolfram und Antimon, wobei das Boroxid in einer Menge eingebracht ist, wie zu atomischem Bor reduziert, welche den folgenden Beziehungen genügt:
0,001 ≦ B/β ≦ 0,50 und
0,5 ≦ B/(α - β) ≦ 10,0
worin α für die Gesamtzahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Barium, Strontium, Calcium, Blei, Yttrium und einem Seltenerdelement steht und β für die Gesamt­ zahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Titan, Zinn, Zirconium, Niob, Wolfram und Antimon steht.
1. A monolithic electronic element made of a semiconductor ceramic, the element comprising a sintered laminate formed from alternately stacked semiconductor ceramic layers and inner electrode layers, and outer electrodes formed on the sintered laminate, each semiconductor ceramic layer comprising semiconducting sintered barium titanate containing the following substances: boron oxide ; a first oxide of at least one metal selected from barium, strontium, calcium, lead, yttrium and a rare earth element; and a second oxide of at least one metal selected from titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and antimony, the boron oxide being incorporated in an amount as reduced to atomic boron which satisfies the following relationships:
0.001 ≦ B / β ≦ 0.50 and
0.5 ≦ B / (α - β) ≦ 10.0
where α stands for the total number of atoms of barium, strontium, calcium, lead, yttrium and a rare earth element contained in the semiconductor ceramic and β stands for the total number of atoms of titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and antimony contained in the semiconductor ceramic .
2. Monolithisches elektronisches Element, hergestellt aus einer Halbleiterkeramik gemäß An­ spruch 1, wobei das Element ein Donorelement und ein Akzeptorelement enthält, wobei die­ se Elemente in Mengen eingebracht sind, die den folgenden Beziehungen genügen:
0,0001 ≦ Md/β ≦ 0,005 und
0,00001 ≦ Ma/β ≦ 0,005
worin Md für die Gesamtzahl der Atome eines Donorelements in den Halbleiterkeramik­ schichten steht, Ma für die Gesamtzahl der Atome eines Akzeptorelements in den Halblei­ terkeramikschichten steht und β für die Gesamtzahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Titan, Zinn, Zirconium, Niob, Wolfram und Antimon steht.
2. Monolithic electronic element made of a semiconductor ceramic according to claim 1, wherein the element contains a donor element and an acceptor element, these elements being incorporated in amounts that satisfy the following relationships:
0.0001 ≦ Md / β ≦ 0.005 and
0.00001 ≦ Ma / β ≦ 0.005
where Md stands for the total number of atoms of a donor element in the semiconductor ceramic layers, Ma stands for the total number of atoms of an acceptor element in the semiconductor ceramic layers and β stands for the total number of atoms of titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and Antimony stands.
3. Halbleiterkeramik, umfassend: Boroxid; ein erstes Oxid von mindestens einem Metall, gewählt aus Barium, Strontium, Calcium, Blei, Yttrium und einem Seltenerdelement; und ein zweites Oxid von mindestens einem Metall, gewählt aus Titan, Zinn, Zirconium, Niob, Wolfram und Antimon, wobei das Boroxid in einer Menge eingebracht ist, wie zu atomischem Bor reduziert, welche den fol­ genden Beziehungen genügt:
0,001 ≦ B/β ≦ 0,50 und
0,5 ≦ B/(α - β) ≦ 10,0
worin α für die Gesamtzahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Barium, Strontium, Calcium, Blei, Yttrium und einem Seltenerdelement steht und β für die Gesamt­ zahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Titan, Zinn, Zirconium, Niob, Wolfram und Antimon steht.
3. A semiconductor ceramic comprising: boron oxide; a first oxide of at least one metal selected from barium, strontium, calcium, lead, yttrium and a rare earth element; and a second oxide of at least one metal selected from titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and antimony, the boron oxide being incorporated in an amount as reduced to atomic boron which satisfies the following relationships:
0.001 ≦ B / β ≦ 0.50 and
0.5 ≦ B / (α - β) ≦ 10.0
where α stands for the total number of atoms of barium, strontium, calcium, lead, yttrium and a rare earth element contained in the semiconductor ceramic and β stands for the total number of atoms of titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and antimony contained in the semiconductor ceramic .
4. Halbleiterkeramik gemäß Anspruch 3, weiterhin umfassend: ein Donorelement und ein Ak­ zeptorelement, wobei diese Elemente in Mengen eingebracht sind, die den folgenden Bezie­ hungen genügen:
0,0001 ≦ Md/β ≦ 0,005 und
0,00001 ≦ Ma/β ≦ 0,005
worin Md für die Gesamtzahl der Atome eines Donorelements in den Halbleiterkeramik­ schichten steht, Ma für die Gesamtzahl der Atome eines Akzeptorelements in den Halblei­ terkeramikschichten steht und β für die Gesamtzahl der in der Halbleiterkeramik enthaltenen Atome von Titan, Zinn, Zirconium, Niob, Wolfram und Antimon steht.
4. The semiconductor ceramic according to claim 3, further comprising: a donor element and an acceptor element, these elements being introduced in amounts that satisfy the following relationships:
0.0001 ≦ Md / β ≦ 0.005 and
0.00001 ≦ Ma / β ≦ 0.005
where Md stands for the total number of atoms of a donor element in the semiconductor ceramic layers, Ma stands for the total number of atoms of an acceptor element in the semiconductor ceramic layers and β stands for the total number of atoms of titanium, tin, zirconium, niobium, tungsten and Antimony stands.
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