JP2015213116A - Ptc device and exothermic module - Google Patents

Ptc device and exothermic module Download PDF

Info

Publication number
JP2015213116A
JP2015213116A JP2014095042A JP2014095042A JP2015213116A JP 2015213116 A JP2015213116 A JP 2015213116A JP 2014095042 A JP2014095042 A JP 2014095042A JP 2014095042 A JP2014095042 A JP 2014095042A JP 2015213116 A JP2015213116 A JP 2015213116A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
mass
electrode layer
ptc element
resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014095042A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
健太郎 猪野
Kentaro Ino
健太郎 猪野
武司 島田
Takeshi Shimada
武司 島田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP2014095042A priority Critical patent/JP2015213116A/en
Publication of JP2015213116A publication Critical patent/JP2015213116A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PTC (positive temperature coefficient of resistance) device which offers a solution to the problem of the increase in surface specific resistance for forming a base metal electrode on BaTiObased semiconductor ceramic composition by baking.SOLUTION: A PTC device comprises: a semiconductor ceramic composition 1 having a perovskite structure and composed of a BaTiOtype oxide; and a base metal electrode including at least one of Al and Ni as a primary component and formed on the semiconductor ceramic composition by baking. In the base metal electrode, an amount of carbon remaining therein is 90 ppm or less. The base metal electrode includes: a first electrode layer 2a forming the first layer in contact with the semiconductor ceramic composition; and a second electrode layer 2b forming the second layer covering the first electrode layer 2a.

Description

この発明は、正の抵抗温度係数を有する半導体磁器組成物に電極を形成したPTC素子およびこのPTC素子を用いた発熱モジュールに関する。   The present invention relates to a PTC element in which an electrode is formed on a semiconductor ceramic composition having a positive temperature coefficient of resistance, and a heat generating module using the PTC element.

従来、PTC特性(正の抵抗率温度係数:Positive Temperature Coefficient of resistivity)を示す材料としてBaTiOで表される組成に様々な半導体化元素を加えた半導体磁器組成物が提案されている。PTC特性とはキュリー点以上の高温になると急激に抵抗値が増大する特性である。PTC特性を持つ半導体磁器組成物は電極が形成されてPTC素子として使用される。このPTC素子は、その電極を外部電極と接触して半導体磁器組成物が発熱するように構成した発熱モジュールに使用されている。 Conventionally, as a material exhibiting PTC characteristics (Positive Temperature Coefficient of Resistivity), a semiconductor ceramic composition in which various semiconducting elements are added to the composition represented by BaTiO 3 has been proposed. The PTC characteristic is a characteristic in which the resistance value increases rapidly when the temperature becomes higher than the Curie point. A semiconductor ceramic composition having PTC characteristics is used as a PTC element in which an electrode is formed. This PTC element is used in a heat generating module configured so that the semiconductor ceramic composition generates heat by contacting the electrode with an external electrode.

特許文献1は、非鉛の半導体磁器組成物に電極を形成したPTC素子について、半導体磁器組成物としてBaTiOを50〜85%、CaTiOを3〜15%、SrTiOを〜50%、SiOを1〜2%と夫々含む組成が好ましいことが記載されている(段落0006参照)。また、電極を形成する方法として、電極または電極の部分層は、好ましくは金属析出法にて作製されることが記載されている。この金属析出法を例示すれば、スパッタリング、蒸着、電解析出、化学析出である。また、特許文献1には、電極は電極ペーストの焼付けによって作製されてもよいとも記載されている(段落0007参照)。 Patent Document 1 discloses a PTC element in which an electrode is formed on a lead-free semiconductor ceramic composition. As the semiconductor ceramic composition, BaTiO 3 is 50 to 85%, CaTiO 3 is 3 to 15%, SrTiO 3 is 50%, SiO 2 it 2 1-2% of each containing composition preferably have been described (see paragraph 0006). In addition, as a method for forming an electrode, it is described that an electrode or an electrode partial layer is preferably formed by a metal deposition method. Examples of this metal deposition method include sputtering, vapor deposition, electrolytic deposition, and chemical deposition. Patent Document 1 also describes that the electrode may be produced by baking an electrode paste (see paragraph 0007).

特許文献2には、一般式ABOで表されるペロブスカイト型構造を有するBaTiO系組成物を主成分とし、Aサイトを構成するBaの一部が、少なくともアルカリ金属元素、Bi、及び希土類元素で置換されると共に、AサイトとBサイトのモル比mが、0.990≦m≦0.999であり、良好な立ち上がり特性を有する半導体セラミックが記載されている(段落0026参照)。また、めっき処理、スパッタ、焼付け等により、電極を形成し、これによりPTCサーミスタが得られるとの記載がある(段落0069参照)。そして、実施例中では、乾式めっきを施し、NiCr/NiCu/Agの三層構造の電極を形成している(段落0079参照)。 In Patent Document 2, a Ba m TiO 3 composition having a perovskite structure represented by the general formula A m BO 3 is a main component, and a part of Ba constituting the A site is at least an alkali metal element, Bi And a rare earth element, and the molar ratio m between the A site and the B site is 0.990 ≦ m ≦ 0.999, and a semiconductor ceramic having a good rise characteristic is described (see paragraph 0026). ). In addition, there is a description that an electrode is formed by plating, sputtering, baking, or the like, thereby obtaining a PTC thermistor (see paragraph 0069). In the examples, dry plating is performed to form an electrode having a three-layer structure of NiCr / NiCu / Ag (see paragraph 0079).

PTC素子は、その全体の製造コストにおいて、電極の材料コストおよび電極を形成するための製造工程にかかるコストが非常に大きな割合を占める。
電極の形成方法の一つである金属析出法は、半導体磁器組成物と電極の密着性を高めやすく、両者の界面の抵抗(以下、界面抵抗とする)を小さくし易いという利点がある。界面抵抗が小さくなればPTC素子の抵抗(以下、素子抵抗とする)も小さくなり、PTC素子の電流効率を向上できる。しかしその反面、金属析出法は製造コストが高いという問題がある。
In the PTC element, the material cost of the electrode and the cost for the manufacturing process for forming the electrode occupy a very large proportion of the entire manufacturing cost.
The metal deposition method, which is one of the electrode forming methods, has the advantage that it is easy to improve the adhesion between the semiconductor ceramic composition and the electrode, and to easily reduce the resistance at the interface between them (hereinafter referred to as interface resistance). If the interface resistance decreases, the resistance of the PTC element (hereinafter referred to as element resistance) also decreases, and the current efficiency of the PTC element can be improved. On the other hand, however, the metal deposition method has a problem of high production costs.

安価に電極を形成する手段として焼付けの方法が採用されることがある。焼付けとは、金属粉末をガラス成分や有機成分中に分散させた電極ペーストを作製し、これを半導体磁器組成物に印刷等で塗布し、加熱して電極ペーストから有機成分を蒸発させて金属成分を残して電極とするものである。   A baking method may be employed as a means for forming the electrode at a low cost. Baking is an electrode paste in which metal powder is dispersed in a glass component or an organic component, and this is applied to a semiconductor ceramic composition by printing, etc., and heated to evaporate the organic component from the electrode paste to form a metal component. Is used as an electrode.

特許文献3では、少なくとも2つのオーミック電極と、電極の間に配置されたBaTiOのBaの一部がBi−Naで置換された半導体磁器組成物とを有するPTC素子であって、半導体磁器組成物が、組成式を[(Bi-Na)(Ba1−y−θθ1−x]Ti1−z(但し、Rは希土類元素のうち少なくとも一種、AはCa、Srのうち少なくとも一種、MはNb、Ta、Sbのうち少なくとも一種)と表し、前記x、y、z、θが、0<x≦0.30、0≦y≦0.020、0≦z≦0.010、0≦θ≦0.20を満足し、前記電極と半導体磁器組成物の界面において電極のオーミック成分と半導体磁器組成物が接触していない面積の割合が25%以下としたPTC素子が開示されている。実施例においてこの電極は、焼付けで形成されること、及びAgを主成分とすることが記載されている。 In Patent Document 3, a PTC element having at least two ohmic electrodes and a semiconductor ceramic composition in which a part of BaTiO 3 disposed between the electrodes is substituted with Bi-Na, the semiconductor ceramic composition things, a composition formula [(Bi-Na) x ( Ba 1-y-θ R y a θ) 1-x] Ti 1-z M z O 3 ( provided that at least one of R is a rare earth element, a Represents at least one of Ca and Sr, and M represents at least one of Nb, Ta, and Sb), and x, y, z, and θ are 0 <x ≦ 0.30, 0 ≦ y ≦ 0.020, 0 ≦ z ≦ 0.010, 0 ≦ θ ≦ 0.20 is satisfied, and the proportion of the area where the ohmic component of the electrode and the semiconductor ceramic composition are not in contact at the interface between the electrode and the semiconductor ceramic composition is 25% or less A PTC element is disclosed. In the examples, it is described that the electrode is formed by baking and that the main component is Ag.

特表2010−501988号Special table 2010-501988 国際公開WO2010/067866International Publication WO2010 / 067866 特開2012−169515JP2012-169515

半導体磁器組成物に用いる電極は、Ag、Au、Pt等の元素を主成分とした貴金属系電極ペーストを用いたものと、Al、Ni等の元素を主成分とした卑金属系の電極ペーストを用いたものがある。貴金属系の電極ペーストを用いれば、酸化しにくいため高抵抗化が防止できるので電極を大気中で焼付けすることが可能である。しかしながら、貴金属元素は高価であるため、PTC素子のコスト低減の妨げになる。
対して、卑金属系の電極ペーストは、AlやNi等を主成分とするため、非常に安価である。
The electrodes used for the semiconductor porcelain composition are those using a noble metal electrode paste mainly composed of elements such as Ag, Au and Pt, and a base metal electrode paste mainly composed of elements such as Al and Ni. There was something that was there. If a noble metal electrode paste is used, it is difficult to oxidize, so that the resistance can be prevented from increasing, and the electrode can be baked in the atmosphere. However, since the noble metal element is expensive, it hinders the cost reduction of the PTC element.
On the other hand, base metal electrode paste is very inexpensive because it contains Al, Ni, or the like as a main component.

しかしながら、卑金属系電極は、半導体磁器組成物に焼付けると、電源のON/OFFを繰り返しているうちに、発熱モジュールの外部電極とPTC素子の卑金属系電極の間で放電が起こり、素子抵抗が変化(以後、経時変化という)することがわかった。   However, when the base metal electrode is baked on the semiconductor porcelain composition, a discharge occurs between the external electrode of the heat generating module and the base metal electrode of the PTC element while the power is repeatedly turned ON / OFF, and the element resistance is reduced. It was found that it changed (hereinafter referred to as change over time).

そこで、本発明の目的は、非鉛系のBaTiO系の半導体磁器組成物に卑金属系電極を焼付けで形成したものであっても経時変化の増大を解消したPTC素子、およびこのPTC素子を用いた発熱モジュールを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to use a PTC element in which an increase in change over time is eliminated even if a base metal electrode is formed by baking a lead-free BaTiO 3 based semiconductor ceramic composition, and this PTC element is used. Was to provide a heat generation module.

本発明は、BaTiO型酸化物からなるペロブスカイト構造の半導体磁器組成物にAl、Niの少なくとも一方を主成分とする卑金属系電極が焼付けにより形成されたPTC素子であって、前記卑金属系電極は内部に残存する炭素量が90ppm以下であることを特徴とする。
この卑金属系電極は、半導体磁器組成物と接する第1層目の第1電極層と、第1電極層を被覆する第2層目の第2電極層を備え、第1電極層は、Al、Ni、B、Siの合計を100質量%として、AlとNiの含有率の和が50質量%以上95質量%未満で、B、Siの少なくとも一方を含み、第2電極層は、Al、Ni、B、Siの合計を100質量%として、Alの含有率が90質量%以上で、かつ第1電極層のAlとNiの含有率の和よりも高いものとすることができる。
この第1電極はSiの含有率が0を超え14質量%以下であり、第2電極層はSiの含有率が0を超え10質量%以下であり、かつ第2電極層は第1電極層よりもSiの含有率が低いものとすることができる。
これらのPTC素子は、表面抵抗が0.1mΩcm以下であることが特徴である。
この半導体磁器組成物は、組成式が[(BiA)(Ba1−y) 1−x][Ti1−z]O(AはNa,Li,Kのうち少なくとも一種、RはYを含む希土類元素のうち少なくとも一種、MはNb、Ta、Sbのうち少なくとも一種)で表わされ、x、y、zが、0<x≦0.25、0≦y≦0.052、0≦z≦0.01(但し、y+z>0)の範囲を満足する組成のものを用いることが好ましい。
これらのPTC素子を備え、半導体磁器組成物が発熱する発熱モジュールとすることができる。
The present invention is a PTC element in which a base metal electrode mainly composed of at least one of Al and Ni is formed by baking on a semiconductor ceramic composition having a perovskite structure made of a BaTiO 3 type oxide, the base metal electrode The amount of carbon remaining inside is 90 ppm or less.
The base metal electrode includes a first electrode layer that is in contact with the semiconductor ceramic composition, and a second electrode layer that is a second layer that covers the first electrode layer. The first electrode layer includes Al, The total of Ni, B, and Si is 100% by mass, the sum of the contents of Al and Ni is 50% by mass or more and less than 95% by mass, and includes at least one of B and Si. The second electrode layer is made of Al, Ni , B, and Si may be 100% by mass, and the Al content may be 90% by mass or higher and higher than the sum of the Al and Ni content of the first electrode layer.
The first electrode has a Si content exceeding 0 and not more than 14% by mass, the second electrode layer has a Si content exceeding 0 and not more than 10% by mass, and the second electrode layer is a first electrode layer. The Si content can be lower than that.
These PTC elements are characterized by a surface resistance of 0.1 mΩcm or less.
This semiconductor ceramic composition has a composition formula of [(BiA) x (Ba 1-y R y ) 1-x ] [Ti 1-z M z ] O 3 (A is at least one of Na, Li, and K, R is at least one of rare earth elements including Y, M is at least one of Nb, Ta, and Sb), and x, y, and z are 0 <x ≦ 0.25, 0 ≦ y ≦ 0. It is preferable to use a composition that satisfies the range of 052, 0 ≦ z ≦ 0.01 (where y + z> 0).
A heat generating module that includes these PTC elements and generates heat from the semiconductor ceramic composition can be obtained.

本発明によれば、経時変化が小さく耐久性の高いPTC素子とすることができる。そして、このPTC素子を用いて電流効率に優れた発熱モジュールを提供できる。   According to the present invention, a PTC element having a small change with time and high durability can be obtained. And the heat generating module excellent in current efficiency can be provided using this PTC element.

本発明の一実施形態によるPTC素子の断面のSEM観察写真である。It is a SEM observation photograph of the section of the PTC element by one embodiment of the present invention. 図1の模式図である。It is a schematic diagram of FIG. 本発明の一実施形態による発熱モジュールの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the heat generating module by one Embodiment of this invention. 界面抵抗の測定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method of interface resistance.

本発明者らが検討したところ、この経時変化は卑金属系電極内に残存した炭素が電極表面に析出し、卑金属系電極の表面の抵抗(以後、表面抵抗という)が高くなるために卑金属系電極と外部電極の間で放電が起こり、これにより卑金属系電極が酸化して経時変化が大きくなっていることがわかった。   As a result of studies by the present inventors, this change over time is caused by the fact that the carbon remaining in the base metal electrode is deposited on the electrode surface, and the resistance of the surface of the base metal electrode (hereinafter referred to as surface resistance) increases. It was found that a discharge occurred between the external electrode and the external electrode, which caused the base metal electrode to oxidize and increase with time.

つまり本発明は、BaTiO型酸化物からなるペロブスカイト構造の半導体磁器組成物にAl、Niの少なくとも一方を主成分とする卑金属系電極が焼付けにより形成されたPTC素子であって、前記卑金属系電極は内部に残存する炭素量(以下、残存炭素量という)が90ppm以下であることを特徴とするものである。 That is, the present invention is a PTC element in which a base metal electrode mainly composed of at least one of Al and Ni is formed on a semiconductor ceramic composition having a perovskite structure made of a BaTiO 3 type oxide, and the base metal electrode Is characterized in that the amount of carbon remaining inside (hereinafter referred to as residual carbon amount) is 90 ppm or less.

残存する炭素は、卑金属系電極を形成するための電極ペーストに混合する有機バインダーや有機溶剤から混入する。有機バインダーは電極粉末を有機溶剤に溶かしこむために用いられ、有機溶剤は粉末をペースト化するために必要である(以後、有機バインダーと有機溶剤を纏めて有機成分ということがある)。この有機成分は無機成分(電極の導通部分を担う金属成分、ガラス成分、および、その他の炭素と結合していないSi、B等の添加元素)と共に用いられる。そのため、電極ペーストを焼付けすると、形成された電極には炭素が残存することになる。
この残存炭素量を90ppm以下にすることで表面抵抗が小さい電極とすることができる。残存炭素量が90ppmを超えると表面抵抗が0.10mΩcmを超えて経時変化が大きくなってしまう。好ましい残存炭素量は80ppm以下であり、さらに好ましくは60ppm以下である。
残存炭素量は表面抵抗を小さくするためには少ないほど良く、特に下限は無い。但し有機バインダーを用いずに電極ペーストを製造することはできない。また、電極形成後に炭素を完全に除去することも不可能である。そのため、残存炭素量は0ppmにはならないが、電極を形成する上で残存する現実的な残存炭素量としての下限値は10ppm程度である。
The remaining carbon is mixed from an organic binder or an organic solvent mixed in the electrode paste for forming the base metal electrode. The organic binder is used to dissolve the electrode powder in an organic solvent, and the organic solvent is necessary for making the powder into a paste (hereinafter, the organic binder and the organic solvent may be collectively referred to as an organic component). This organic component is used together with an inorganic component (a metal component responsible for the conductive portion of the electrode, a glass component, and other additive elements such as Si and B that are not bonded to carbon). Therefore, when the electrode paste is baked, carbon remains in the formed electrode.
By setting the residual carbon amount to 90 ppm or less, an electrode having a small surface resistance can be obtained. If the amount of residual carbon exceeds 90 ppm, the surface resistance exceeds 0.10 mΩcm and the change with time increases. A preferable residual carbon amount is 80 ppm or less, and more preferably 60 ppm or less.
The residual carbon content is preferably as small as possible to reduce the surface resistance, and there is no particular lower limit. However, an electrode paste cannot be produced without using an organic binder. It is also impossible to completely remove carbon after electrode formation. Therefore, although the residual carbon amount does not become 0 ppm, the lower limit as an actual residual carbon amount remaining in forming the electrode is about 10 ppm.

上記の残存炭素量とするためには、例えば、電極ペースト中の炭素量を所定の範囲にすることで行える。このとき、電極ペースト中に質量%で10%以上24%以下の炭素が含まれているように有機成分と無機成分の量を調整することが好ましい。
但し、電極ペースト中の炭素量が24%を超えるものであっても、電極の焼付け温度を高めにしたり、焼付けの時間を長くしたり、焼付けした後に別途熱処理を施したりすることで、残存炭素量を90ppm以下に調整することもできる。
好ましい製造方法については後述する。
In order to set it as said residual carbon amount, it can carry out by making the carbon amount in an electrode paste into a predetermined range, for example. At this time, it is preferable to adjust the amounts of the organic component and the inorganic component so that the electrode paste contains 10% to 24% carbon by mass.
However, even if the amount of carbon in the electrode paste exceeds 24%, the residual carbon can be increased by increasing the baking temperature of the electrode, increasing the baking time, or performing a separate heat treatment after baking. The amount can also be adjusted to 90 ppm or less.
A preferred production method will be described later.

本発明における卑金属系電極とは、Al、Niの少なくとも一方を主成分とするものである。電極の総重量に対して、Al、Niの和は50質量%以上とすることが好ましく、さらには80質量%以上、さらには90質量%以上とすることがより好ましい。Al、Ni以外に、B、Siも含みえるが、それらの元素以外にもガラス成分等から別の組成が含まれることもある。また不可避の不純物を含むこともある。   The base metal electrode in the present invention has at least one of Al and Ni as a main component. The sum of Al and Ni is preferably 50% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and further preferably 90% by mass or more with respect to the total weight of the electrode. In addition to Al and Ni, B and Si may also be included, but in addition to these elements, another composition may be included from a glass component or the like. Inevitable impurities may also be included.

卑金属系電極として、多層の電極構造とすることもできる。以下に、多層の卑金属系電極として2層の電極構造とする場合の好ましい形態について説明する。
2層のうち、半導体磁器組成物側の電極層(以下、第1電極層という)は、Al、Ni、B、Siの合計を100質量%として、AlとNiの含有率の和が50質量%以上95質量%未満とすることが好ましい。AlとNiの含有率の和が50質量%以上とすることで安価な電極とすることができる。また、AlとNiの含有率の和が95質量%未満とし、B、Siの少なくとも一方を含むものとすることで、後述するように、界面抵抗を小さくできる。
用いる元素として、特にAlはNiよりも原価が安いので、NiよりもAlが多い電極とすることが好ましい。
As the base metal electrode, a multilayer electrode structure may be used. Below, the preferable form in the case of setting it as a two-layer electrode structure as a multilayer base metal electrode is demonstrated.
Of the two layers, the electrode layer on the semiconductor porcelain composition side (hereinafter referred to as the first electrode layer) has a total of Al, Ni, B, and Si as 100% by mass, and the sum of the contents of Al and Ni is 50%. % Or more and less than 95% by mass. By making the sum of the contents of Al and Ni 50% by mass or more, an inexpensive electrode can be obtained. In addition, when the sum of the content ratios of Al and Ni is less than 95% by mass and includes at least one of B and Si, the interface resistance can be reduced as described later.
As an element to be used, since Al is cheaper than Ni, it is preferable to use an electrode having more Al than Ni.

第1電極層はSiの含有率が0を超え14質量%以下含み、第2電極層はSiの含有率が0を超え10質量%以下含み、かつ第2電極層は第1電極層よりもSiの含有率が低いことが好ましい。
第1電極層にSiを添加することで以下の効果が得られる。第1の効果は、半導体磁器組成物とのオーミック接続を高めて半導体磁器組成物と電極間の界面抵抗を小さくし、それにより素子抵抗を小さくできることである。第2の効果は、電極に用いるAlは粒子状のものを用いるが、このAlの粒子(以後、Al粒子という)が溶融しやすくなり、Al粒子と半導体磁器組成物の接触面積を大きくし界面抵抗の低減に寄与できることである。第3の効果は、耐湿性を向上させることができ、素子抵抗の経時変化、特に高温高湿環境下でのPTC素子の経時変化を小さくできることである。
しかし、これらの効果が得られるのに対して、電極の抵抗が大きくなり、結果として表面抵抗が大きくなるというデメリットも有する。
そのため、第1電極層、第2電極層のSi含有率を上記の範囲とするとともに、第2電極層は第1電極層よりもSi含有率が少ない組成とすることで表面抵抗の小さなPTC素子にすることができる。
The first electrode layer includes a Si content exceeding 0 and not more than 14% by mass, the second electrode layer includes a Si content exceeding 0 and not more than 10% by mass, and the second electrode layer is more than the first electrode layer. It is preferable that the Si content is low.
The following effects can be obtained by adding Si to the first electrode layer. The first effect is that the ohmic connection with the semiconductor porcelain composition is increased to reduce the interface resistance between the semiconductor porcelain composition and the electrode, thereby reducing the element resistance. The second effect is that the Al used for the electrode is in the form of particles, but the Al particles (hereinafter referred to as Al particles) are likely to melt, increasing the contact area between the Al particles and the semiconductor ceramic composition and increasing the interface. It can contribute to the reduction of resistance. The third effect is that the moisture resistance can be improved, and the change over time of the element resistance, particularly the change over time of the PTC element under a high temperature and high humidity environment can be reduced.
However, while these effects can be obtained, there is a demerit that the resistance of the electrode increases and as a result the surface resistance increases.
Therefore, the PTC element having a small surface resistance can be obtained by setting the Si content of the first electrode layer and the second electrode layer in the above range and the second electrode layer having a composition having a lower Si content than the first electrode layer. Can be.

また、第1電極層は、Niを5質量%以上40質量%以下で含み、AlとNiの和が50質量%以上となるようにすることが好ましい。Niの量が5質量%以上であれば、焼付けの温度を下げることができる。また、Niの量が40質量%を超えないようにすれば、電極自体の抵抗が高くなることや電極の材料コストが高くなることを抑制できる。Niの量は35質量%以下とすることが好ましい。好ましくは、Alは50質量%以上含み、Niがこの範囲で含まれると、Alの粒子表面の酸化層をNiが低温で除去してAlとNiの合金化を容易にするので、電極焼付け温度を下げることが出来る。ただし、過剰な焼結反応が起こらない程度に焼付時間を調整することが望ましい。   Moreover, it is preferable that the first electrode layer contains 5 mass% or more and 40 mass% or less of Ni, and the sum of Al and Ni is 50 mass% or more. If the amount of Ni is 5% by mass or more, the baking temperature can be lowered. Further, if the amount of Ni does not exceed 40% by mass, it is possible to suppress an increase in the resistance of the electrode itself and an increase in the material cost of the electrode. The amount of Ni is preferably 35% by mass or less. Preferably, when Al is contained in an amount of 50% by mass or more and Ni is contained in this range, Ni removes the oxide layer on the surface of the Al particles at a low temperature to facilitate alloying of Al and Ni. Can be lowered. However, it is desirable to adjust the baking time so that an excessive sintering reaction does not occur.

第1電極層に用いるAlは、平均粒径が1.2μm以上10μm以下のAl粒子を用いることができる。
卑金属系電極中のAl粒子は、表面に酸化膜が存在するため溶融しにくく、電極ペーストの時の粒径に対しほぼそのままの大きさで残る。そのため図1、図2に示すように、Al粒子5の間に隙間6ができやすくなり、半導体磁器組成物と電極の間の接触面積が小さくなって界面抵抗が大きくなりやすい。そこで、平均粒径が1.2μm以上10μm以下のAl粒子を用いることで、小さなAl粒子が隙間6に充填される形態となり界面の隙間を少なくすることができる。その結果、PTC素子の界面抵抗を小さくすることが容易となる。また、電極の密着強度を高くすることができる。
平均粒径が1.2μm以上であれば、粉塵爆発等の発生を抑制できる。1.2μm未満の小さいAl粒子は、Al粒子全体の30%以下ならば含ませることができる。一方、平均粒径が10μmを超えると接触面積の割合が小さくなって界面抵抗を低減するのが難しくなる。
As Al used for the first electrode layer, Al particles having an average particle diameter of 1.2 μm or more and 10 μm or less can be used.
The Al particles in the base metal electrode are hardly melted due to the presence of an oxide film on the surface, and remain almost as large as the particle size at the time of the electrode paste. Therefore, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, a gap 6 is easily formed between the Al particles 5, and the contact area between the semiconductor ceramic composition and the electrode is reduced, and the interface resistance is likely to be increased. Therefore, by using Al particles having an average particle diameter of 1.2 μm or more and 10 μm or less, small Al particles are filled in the gap 6 and the gap at the interface can be reduced. As a result, it becomes easy to reduce the interface resistance of the PTC element. Moreover, the adhesion strength of the electrodes can be increased.
If the average particle size is 1.2 μm or more, the occurrence of a dust explosion or the like can be suppressed. Small Al particles of less than 1.2 μm can be included if they are 30% or less of the total Al particles. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 10 μm, the ratio of the contact area becomes small, and it becomes difficult to reduce the interface resistance.

第1電極層は、Al粒子とNi粒子が共に分散されているものとする場合、Al粒子よりも平均粒径が小さいNi粒子を用いることが好ましい。Al粒子と半導体磁器組成物の隙間にもNi粒子が充填されやすくなり、界面抵抗を小さくすることができる。例えば、Al粒子の平均粒径が1.2μm以上10μm以下であれば、Ni粒子の平均粒径は0.1μm以上5μm以下とすることが好ましい。   In the case where both the Al particles and the Ni particles are dispersed in the first electrode layer, it is preferable to use Ni particles having an average particle size smaller than that of the Al particles. Ni particles are easily filled in the gaps between the Al particles and the semiconductor ceramic composition, and the interface resistance can be reduced. For example, if the average particle diameter of Al particles is 1.2 μm or more and 10 μm or less, the average particle diameter of Ni particles is preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less.

第1電極層の上に設ける電極層(以下、第2電極層という)について説明する。
第2電極層は、Al、Ni、B、Siの合計を100質量%として、Al含有率が90質量%以上かつ前記第1電極層のAlとNiの含有率の和よりも高くすることが好ましい。こうすることで第2電極層の抵抗が小さくなるので表面抵抗を小さくすることができる。また、Alは粒子の表面が酸化層で覆われるため化学的に安定で信頼性に優れ、酸化が内部に進行し難いので、第2電極層のAl含有率を多くすると大気雰囲気中で焼付けても第1電極層の酸化を抑制することができ、素子抵抗を小さくすることができる。
Al以外の元素として、BやSiが含まれてもよい。BやSiは、後述するように、第1電極層から拡散により混入することがある。なお、好ましいAl含有率は95質量%以上である。
An electrode layer (hereinafter referred to as a second electrode layer) provided on the first electrode layer will be described.
In the second electrode layer, the total content of Al, Ni, B, and Si may be 100% by mass, and the Al content may be 90% by mass or higher and higher than the sum of the Al and Ni content of the first electrode layer. preferable. By doing so, the resistance of the second electrode layer is reduced, so that the surface resistance can be reduced. In addition, since the surface of the particles is covered with an oxide layer, Al is chemically stable and excellent in reliability, and the oxidation is difficult to proceed inside. Therefore, if the Al content of the second electrode layer is increased, it is baked in the air atmosphere. Also, the oxidation of the first electrode layer can be suppressed, and the element resistance can be reduced.
B or Si may be contained as an element other than Al. B and Si may be mixed by diffusion from the first electrode layer as will be described later. In addition, preferable Al content rate is 95 mass% or more.

卑金属系電極の厚みは、5μm以上70μm以下とすることがよい。但し、2層構造等の多層構造の場合は、各層を5μm以上70μm以下とすることがよい。5μm以上であれば、塗布むらの発生や、電極の剥がれを抑制できる。70μm以下とすれば、電極のコストを小さくできる。好ましい厚さは10μm以上50μm以下であり、より好ましく厚さは12μm以上40μm以下である。   The thickness of the base metal electrode is preferably 5 μm or more and 70 μm or less. However, in the case of a multilayer structure such as a two-layer structure, each layer is preferably 5 μm to 70 μm. If it is 5 micrometers or more, generation | occurrence | production of application | coating nonuniformity and peeling of an electrode can be suppressed. If the thickness is 70 μm or less, the cost of the electrode can be reduced. A preferred thickness is 10 μm or more and 50 μm or less, and a more preferred thickness is 12 μm or more and 40 μm or less.

第2電極層は、電極ペーストの段階でSiを添加しない場合でも、電極焼付け時に第1電極層から拡散してきたSiが含まれることがある。第2電極層のSiの含有率は、この拡散によるSiを含めたものである。
第2電極層のSi含有率が10質量%未満であれば、表面抵抗が0.1mΩcm以下のPTC素子を得ることができる。このSiの含有率は5質量%以下とすることがさらに好ましく、3質量%以下とすることがさらに好ましい。
Even when Si is not added at the stage of the electrode paste, the second electrode layer may contain Si diffused from the first electrode layer during electrode baking. The Si content of the second electrode layer includes Si due to this diffusion.
When the Si content of the second electrode layer is less than 10% by mass, a PTC element having a surface resistance of 0.1 mΩcm or less can be obtained. The Si content is preferably 5% by mass or less, and more preferably 3% by mass or less.

第2電極層に用いるAlは、第1電極層に用いるAlと同様に、平均粒径が1.2μm以上10μm以下のAl粒子が分散されているものとすることができる。
第1電極層に用いるAl粒子よりも、大きい粒径のものを用いることができる。
Al used for the second electrode layer may have Al particles having an average particle diameter of 1.2 μm or more and 10 μm or less dispersed in the same manner as Al used for the first electrode layer.
A particle having a particle size larger than that of the Al particles used for the first electrode layer can be used.

次に、本発明のPTC素子を得る具体的な一例として、第1の製造方法を説明する。
まず、BaTiO型酸化物からなるペロブスカイト構造を有する半導体磁器組成物を用意し、この半導体磁器組成物に、Al、Niの少なくとも一方を主成分とする電極ペーストを塗布する。電極ペーストは、質量%で10%以上24%以下の炭素が含まれるように、電極の金属成分、ガラス成分、Si原料、B原料、有機バインダー、有機溶剤、を混合したものを用いる。この電極ペーストをスクリーン印刷で塗布、形成し、大気雰囲気中、卑金属系電極を焼付けする製造方法を採用できる。なお、卑金属系電極を焼付けた後に後述の熱処理を施しても良い。
Next, a first manufacturing method will be described as a specific example for obtaining the PTC element of the present invention.
First, a semiconductor ceramic composition having a perovskite structure made of a BaTiO 3 type oxide is prepared, and an electrode paste containing at least one of Al and Ni as a main component is applied to the semiconductor ceramic composition. The electrode paste is a mixture of the electrode metal component, glass component, Si raw material, B raw material, organic binder, and organic solvent so as to contain 10% to 24% carbon by mass. A manufacturing method in which this electrode paste is applied and formed by screen printing and a base metal electrode is baked in an air atmosphere can be employed. In addition, after baking a base metal-type electrode, you may give the below-mentioned heat processing.

また、本発明のPTC素子を得るための別の具体的な一例として、第2の製造方法を説明する。
まず、BaTiO型酸化物からなるペロブスカイト構造を有する半導体磁器組成物を用意し、この半導体磁器組成物に、Al、Niの少なくとも一方を主成分とする電極ペーストとを塗布する。電極ペーストは、電極の金属成分、ガラス成分、Si原料、B原料、有機バインダー、有機溶剤を混合したものを用いることができるが、第1の製造方法とは異なり、質量%で24%を超える炭素が含まれるものであってもよい。この電極ペーストをスクリーン印刷で塗布、形成し、大気雰囲気中、卑金属系電極を焼付けする。
その後、PTC素子を熱処理することで、電極中の残存炭素量を減らすことができる。
A second manufacturing method will be described as another specific example for obtaining the PTC element of the present invention.
First, a semiconductor ceramic composition having a perovskite structure made of a BaTiO 3 type oxide is prepared, and an electrode paste containing at least one of Al and Ni as a main component is applied to the semiconductor ceramic composition. As the electrode paste, a mixture of the electrode metal component, glass component, Si raw material, B raw material, organic binder, and organic solvent can be used. However, unlike the first manufacturing method, the electrode paste exceeds 24% by mass. Carbon may be included. This electrode paste is applied and formed by screen printing, and a base metal electrode is baked in an air atmosphere.
Thereafter, the amount of residual carbon in the electrode can be reduced by heat-treating the PTC element.

この熱処理の温度は420℃以上600℃以下とすることが好ましい。420℃未満であると残存炭素量を低減できず、600℃を超えると電極が酸化して表面抵抗が高くなってしまう。熱処理の時間は0.5h以上12h以下が好ましい。0.5h未満であると残存炭素量を低減できず、12hを超えると電極が酸化して表面抵抗が高くなってしまう。熱処理は、420℃以上の温度に複数回繰り返して熱処理してもよく、要は420℃以上の温度になる時間が総和で0.5h以上12h以下になることが好ましい。
熱処理を行う雰囲気に酸素がないと電極中の酸素がなくならないため、酸素が含まれる雰囲気で行う必要がある。大気中とすることが最も簡便で好ましい。
The temperature of this heat treatment is preferably 420 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. If the temperature is less than 420 ° C., the amount of residual carbon cannot be reduced, and if it exceeds 600 ° C., the electrode is oxidized and the surface resistance becomes high. The heat treatment time is preferably 0.5 h or more and 12 h or less. If it is less than 0.5 h, the amount of residual carbon cannot be reduced, and if it exceeds 12 h, the electrode is oxidized and the surface resistance becomes high. The heat treatment may be repeated multiple times at a temperature of 420 ° C. or higher. In short, it is preferable that the total time required for the temperature of 420 ° C. or higher is 0.5 h or more and 12 h or less.
If there is no oxygen in the atmosphere in which the heat treatment is performed, oxygen in the electrode is not lost, so it is necessary to perform in an atmosphere containing oxygen. The atmosphere is most convenient and preferable.

有機成分は既知のものを使用できる。例えば、有機バインダーとして、水溶性ポリ共重合体のアクリル酸エステルや、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース等)、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコール、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリスチレン、または、これらの共重合体等、公知のものはいずれも使用可能である。また、有機溶剤として、トルエン、キシレン、ジエチレン系エーテル、テルピネオール、ブチルカルビトール、ケロシン等、公知のものはいずれも使用可能である。   Known organic components can be used. For example, as an organic binder, an acrylic acid ester of a water-soluble polycopolymer, a cellulose derivative (carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, etc.), polyvinyl butyral, polyvinyl acetal, polyvinyl alcohol, polyolefin, polyurethane, polystyrene, or Any known copolymer or the like can be used. Any known organic solvents such as toluene, xylene, diethylene ether, terpineol, butyl carbitol, kerosene, etc. can be used.

卑金属系電極は、焼付け温度が700℃以上であれば、半導体磁器組成物と電極の接合が不十分になることを抑制でき、その結果、界面抵抗を低減しやすい。また、電極ペースト中の残存炭素量を少なくする効果も有する。但し、焼付け温度が850℃を超えると半導体磁器組成物が酸化しやすくなり、素子抵抗が大きくなることがある。そのため、焼付け温度は850℃以下とすることが好ましい。   If the baking temperature is 700 ° C. or higher, the base metal electrode can suppress insufficient bonding between the semiconductor ceramic composition and the electrode, and as a result, the interface resistance can be easily reduced. It also has the effect of reducing the amount of residual carbon in the electrode paste. However, when the baking temperature exceeds 850 ° C., the semiconductor ceramic composition is likely to be oxidized, and the element resistance may be increased. Therefore, the baking temperature is preferably 850 ° C. or lower.

卑金属系電極の焼付けの時間は、700℃以上850℃以下の温度に晒される時間を1分以上5時間以下とすることがよい。焼付けの時間が1分よりも長ければ、半導体磁器組成物と電極の接合が不十分になって界面抵抗が大きくなることを抑制しやすい。また、卑金属系電極中の残存炭素量を少なくする効果が出てくる。
但し、焼付けの時間が5時間を超えると半導体磁器組成物が酸化しやすくなり、素子抵抗が大きくなることがある。焼付け時間は、好ましくは3分以上3時間以下、さらに好ましくは5分以上1時間以下である。
As for the baking time of the base metal electrode, the time of exposure to a temperature of 700 ° C. or more and 850 ° C. or less is preferably 1 minute or more and 5 hours or less. If the baking time is longer than 1 minute, it is easy to suppress an increase in the interface resistance due to insufficient bonding between the semiconductor ceramic composition and the electrode. In addition, an effect of reducing the amount of carbon remaining in the base metal electrode is obtained.
However, if the baking time exceeds 5 hours, the semiconductor ceramic composition is likely to be oxidized, and the device resistance may be increased. The baking time is preferably 3 minutes or more and 3 hours or less, more preferably 5 minutes or more and 1 hour or less.

電極ペーストは、スクリーン印刷、バーコーダ等の既知の手段を用いて塗布することができる。   The electrode paste can be applied using known means such as screen printing or bar coder.

次に、半導体磁器組成物の好ましい形態について説明する。
半導体磁器組成物は、BaTiO型酸化物からなるペロブスカイト構造を有しているもので良いが、中でも非鉛系の半導体磁器組成物であることが好ましい。例えば、組成式が[(BiA)(Ba1−y) 1−x][Ti1−z]O(AはNa,Li,Kのうち少なくとも一種、RはYを含む希土類元素のうち少なくとも一種、MはNb、Ta、Sbのうち少なくとも一種)で表わされ、x、y、zが、0<x≦0.25、0≦y≦0.052、0≦z≦0.01(但し、y+z>0)、の範囲を満足する組成とすることが好ましい。
Next, the preferable form of a semiconductor ceramic composition is demonstrated.
The semiconductor ceramic composition may have a perovskite structure made of a BaTiO 3 type oxide, and among them, a lead-free semiconductor ceramic composition is preferable. For example, at least one of the composition formula [(BiA) x (Ba 1 -y R y) 1-x] [Ti 1-z M z] O 3 (A is Na, Li, K, R comprises Y At least one of rare earth elements, M is at least one of Nb, Ta, and Sb), and x, y, and z are 0 <x ≦ 0.25, 0 ≦ y ≦ 0.052, and 0 ≦ z. It is preferable that the composition satisfies a range of ≦ 0.01 (provided that y + z> 0).

上記の組成の半導体磁器組成物を用いることで、Pbをドーパントとして含む半導体磁器組成物を用いるよりも、抵抗温度係数αが高いPTC素子が得やすくなる。具体的には、素子抵抗が小さい(12Ω以下)PTC素子であっても、抵抗温度係数αが2.5%/℃以上、好ましくは3.5%/℃以上のものが得られる。
Pbをドーパントとして含む半導体磁器組成物は、焼付けの際に卑金属系の電極ペーストが半導体磁器組成物中の粒界相の酸素を奪い、それによって組成物内部に形成されたショットキー障壁が失われやすく抵抗温度係数αが小さくなりやすい。対して、上記組成の半導体磁器組成物は、半導体磁器組成物中の電極と接している表層の酸素が奪われるのみであり、ジャンプ特性を発現する組成物内部の粒界相の酸素は奪われ難いため、その結果として高い抵抗温度係数αを維持できる。
By using the semiconductor ceramic composition having the above composition, it is easier to obtain a PTC element having a higher temperature coefficient of resistance α than using a semiconductor ceramic composition containing Pb as a dopant. Specifically, even a PTC element having a low element resistance (12Ω or less) can be obtained with a resistance temperature coefficient α of 2.5% / ° C. or more, preferably 3.5% / ° C. or more.
In a semiconductor ceramic composition containing Pb as a dopant, the base metal electrode paste deprives the grain boundary phase oxygen in the semiconductor ceramic composition during baking, thereby losing the Schottky barrier formed inside the composition. The resistance temperature coefficient α tends to be small. On the other hand, the semiconductor porcelain composition having the above composition is only deprived of oxygen in the surface layer in contact with the electrodes in the semiconductor porcelain composition, and is deprived of oxygen in the grain boundary phase inside the composition exhibiting jump characteristics. As a result, it is difficult to maintain a high temperature coefficient of resistance α.

以下に、上記半導体磁器組成物の組成式における各元素の限定理由を述べる。
BiやAの添加量xは、0を超え0.25以下とする。xを0超とすることでキュリー温度を130℃以上に高めることができる。
xが0.25を超えてしまうと素子抵抗が大きくなってしまう。また、BiやAの元素は焼結中に蒸発しやすいのでTiサイト([Ti1−z])に比較してBaサイト([(BiA)(Ba1−y) 1−x])の元素のモル数が少なくなる。その結果、半導体磁器組成物がTiリッチになるので、Tiリッチ相が異相となって析出してしまう。焼結中にTiリッチ相の一部は溶融するので歩留まりが悪くなったり、所望の形状の半導体磁器組成物が得られなくなることがある。
The reasons for limiting each element in the composition formula of the semiconductor ceramic composition will be described below.
The addition amount x of Bi or A is more than 0 and not more than 0.25. By setting x to more than 0, the Curie temperature can be increased to 130 ° C. or higher.
If x exceeds 0.25, the element resistance increases. In addition, since elements of Bi and A easily evaporate during sintering, the Ba site ([(BiA) x (Ba 1-y R y ) 1- 1 is compared to the Ti site ([Ti 1-z M z ]). The number of moles of the element x ]) is reduced. As a result, since the semiconductor ceramic composition becomes Ti-rich, the Ti-rich phase is deposited as a different phase. Since part of the Ti-rich phase melts during sintering, the yield may deteriorate and a semiconductor ceramic composition having a desired shape may not be obtained.

Rの添加量y、Mの添加量zの少なくとも一方を必須、つまりy+z>0とする。R元素、M元素の添加により抵抗温度係数αを大きくすることができる。ただし、RとMの両方を必須とする必要はなく、少なくともどちらか一方を用いれば良い。   At least one of the addition amount y of R and the addition amount z of M is essential, that is, y + z> 0. The resistance temperature coefficient α can be increased by adding R element and M element. However, both R and M are not necessarily required, and at least one of them may be used.

Rの添加量yの範囲は0以上0.052以下とする(但しy+z>0)。yが0.052を超えるとPTC特性である抵抗温度係数が小さく、耐熱性の良い半導体磁器組成物にならない。また、焼結に必要な温度が高くなり、この温度が焼結炉の耐熱性を超えてしまう可能性があるので製造上好ましくない。RはYを含む希土類(La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)から選ばれる少なくとも一種以上の元素であり、特にY、Laが優れたPTC特性を得られるため好ましい。   The range of the addition amount y of R is 0 or more and 0.052 or less (provided that y + z> 0). If y exceeds 0.052, the temperature coefficient of resistance, which is a PTC characteristic, is small, and the semiconductor ceramic composition does not have good heat resistance. Moreover, since the temperature required for sintering becomes high and this temperature may exceed the heat resistance of the sintering furnace, it is not preferable in production. R is at least one element selected from rare earths (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) containing Y. La is preferable because an excellent PTC characteristic can be obtained.

Mの添加量zの範囲は0以上0.01以下とする(但しy+z>0)。zが0.01を超えると素子抵抗が大きくなる。また、半導体磁器組成物の機械的強度が下がりPTC素子にした際に割れが発生しやすくなってしまうため製造上好ましくない。   The range of the addition amount z of M is 0 or more and 0.01 or less (provided that y + z> 0). When z exceeds 0.01, the element resistance increases. Further, since the mechanical strength of the semiconductor ceramic composition is lowered and cracking is likely to occur when the PTC element is formed, it is not preferable in production.

BiとAの比は1:1、上記組成式ならば(Bi0.50.5)でも良いが、材料の配合時はその比が1:1でも仮焼や焼結の工程によりBiが揮散してBiとAの比にずれが生じるので、有効数字の範囲でずれてもよく、上記組成式で(Bi0.450.54)から(Bi0.540.45)の範囲も含むものとする。 The ratio of Bi to A may be 1: 1, and (Bi 0.5 A 0.5 ) may be used in the above composition formula. Volatilization causes a shift in the ratio of Bi and A, and thus may shift within the range of significant figures. From the above formula (Bi 0.45 A 0.54 ) to (Bi 0.54 A 0.45 ) This range is also included.

半導体磁器組成物の製造方法として、(Ba・R)TiO、若しくはBa(Ti・M)Oで表される第1の仮焼粉と、(Bi・Na)TiOで表される第2の仮焼粉をそれぞれ別の仮焼温度で仮焼して用意し、その後、第1と第2の仮焼粉を混合して焼結する方法を採用できる。第1と第2の仮焼粉をそれぞれ別の仮焼温度で仮焼することで、成分の揮発、特に第2の仮焼粉におけるBiやNaの揮発を抑制でき、キュリー温度を所望の値にコントロールすることが容易になる。
第2の仮焼粉の仮焼温度は、第1の仮焼粉の仮焼温度よりも低い温度とすることが好ましい。第1の仮焼粉の仮焼温度は900℃以上1300℃以下が好ましく、第2の仮焼粉の仮焼温度は600℃以上950℃以下が好ましい。
As a method for producing a semiconductor porcelain composition, the first calcined powder represented by (Ba · R) TiO 3 or Ba (Ti · M) O 3 and the first represented by (Bi · Na) TiO 3 It is possible to employ a method in which the two calcined powders are calcined and prepared at different calcining temperatures, and then the first and second calcined powders are mixed and sintered. By calcining the first and second calcined powders at different calcining temperatures, the volatilization of the components, particularly the volatilization of Bi and Na in the second calcined powder, can be suppressed, and the Curie temperature is set to a desired value. It becomes easy to control.
The calcining temperature of the second calcined powder is preferably lower than the calcining temperature of the first calcined powder. The calcining temperature of the first calcined powder is preferably 900 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, and the calcining temperature of the second calcined powder is preferably 600 ° C. or higher and 950 ° C. or lower.

第1の仮焼粉と第2の仮焼粉を混合して第3の仮焼粉とし、成形および焼結することで本発明に用いる半導体磁器組成物が得られる。焼結温度は1200℃以上1450℃以下が好ましい。   The semiconductor ceramic composition used in the present invention is obtained by mixing the first calcined powder and the second calcined powder to form a third calcined powder, and molding and sintering. The sintering temperature is preferably 1200 ° C. or higher and 1450 ° C. or lower.

尚、上記製造方法は一例であってこれに捕らわれない。例えば、第1、第2の仮焼粉を得ることなく原料粉末を一括で混合し、粉砕、乾燥後、熱処理して仮焼粉(上記第3の仮焼粉相当)を得て、その後は上記と同様に製造するなどしても良い。   In addition, the said manufacturing method is an example and is not caught by this. For example, the raw material powders are mixed together without obtaining the first and second calcined powders, pulverized, dried and then heat treated to obtain a calcined powder (corresponding to the third calcined powder), and thereafter You may manufacture similarly to the above.

本実施形態において、評価方法は以下の通りである。
(残存炭素量)
残存炭素量は、卑電極系電極の表面をグロー放電発光分析(GD−OES分析)により10×10mmの範囲で深さ方向に分析し、その分析した炭素量の平均値を残存炭素量とした。
In this embodiment, the evaluation method is as follows.
(Residual carbon content)
The amount of residual carbon was determined by analyzing the surface of the base electrode system electrode in the depth direction within a range of 10 × 10 mm by glow discharge emission analysis (GD-OES analysis), and the average value of the analyzed carbon amount was defined as the residual carbon amount. .

(表面抵抗)
形成された卑金属系電極の抵抗Rwを4端子法で測定し、長さL、電極の幅W、そしてSEM観察で測定した電極厚みTより抵抗率(=Rw×(W×T)/L)に換算した。なお、本実施例では、Wを1cm、Lを1cmとした。電極の厚みTは一定値にすることが難しいため、都度測定した。なお、単位のmΩcmの最初のmはミリを示す。
(Surface resistance)
The resistance Rw of the formed base metal electrode is measured by the four-terminal method, and the resistivity (= Rw × (W × T) / L) from the length L, the electrode width W, and the electrode thickness T measured by SEM observation Converted into In this example, W was 1 cm and L was 1 cm. Since it was difficult to make the electrode thickness T constant, it was measured each time. The first m in the unit mΩcm represents millimeters.

(ON/OFFによる経時変化)
電極の信頼性試験として通電のON/OFF試験により評価した。PTC素子の電極面にAl製の外部電極を配置した。さらに外部電極の外側に冷却用パネルを配置した。13Vの電圧を1分間印加した後に無電圧状態を1分間保持するサイクルで1000時間繰り返し、試験前と1000時間経過後の素子抵抗の変化を測定した。なお、電圧を印加している間はPTC素子が140℃を超えないように冷却用パネルで温度を調整した。
(Change with time by ON / OFF)
As an electrode reliability test, an ON / OFF test of energization was used for evaluation. An external electrode made of Al was disposed on the electrode surface of the PTC element. Further, a cooling panel was disposed outside the external electrode. A cycle of holding a non-voltage state for 1 minute after applying a voltage of 13 V for 1 minute was repeated for 1000 hours, and the change in element resistance before and after 1000 hours was measured. The temperature was adjusted with a cooling panel so that the PTC element did not exceed 140 ° C. while the voltage was applied.

(電極の金属成分比率)
Al、Ni、B、Siの合計を100質量%とし、各元素の占める割合を求めた。測定には電子線マイクロアナライザ(島津製作所製:EPMA1610)を用いた。測定条件として加速電圧を15kV、電流を100nA、ビーム径を10μmとし、5点の平均値を求めた。なお、第1電極層はCP加工で電極の接合断面を出し、電極部の材料成分にできた低抵抗層から電極に向かって1μmから10μmの範囲内を測定箇所とした。また、第2電極層は焼付け後の表面を分析した。
(Metal component ratio of electrode)
The sum of Al, Ni, B, and Si was set to 100% by mass, and the ratio of each element was determined. For the measurement, an electron beam microanalyzer (manufactured by Shimadzu Corporation: EPMA1610) was used. As measurement conditions, the acceleration voltage was 15 kV, the current was 100 nA, the beam diameter was 10 μm, and an average value of five points was obtained. In addition, the 1st electrode layer took out the joining cross section of the electrode by CP process, and made the inside of the range of 1 micrometer-10 micrometers from the low resistance layer made into the material component of an electrode part into the measurement part. Moreover, the surface after baking was analyzed for the 2nd electrode layer.

(単位面積あたりの素子抵抗)
半導体磁器組成物の両主面に卑金属系電極を形成してPTC素子とし、両側の卑金属系電極に電流計・電圧計のプローブを接触させて、室温(25℃)で4端子法で素子抵抗を測定した。
この素子抵抗はPTC素子全体の素子抵抗であり、電極で覆われた範囲の面積(cm)を除することで、単位面積(1cm)あたりの素子抵抗を算出できる。
尚、以下の実施例では厚みを1mm、面積を1cmで評価しているため、素子抵抗の数値を10倍することで室温比抵抗(Ωcm)に換算することができる。
(Element resistance per unit area)
A base metal electrode is formed on both main surfaces of the semiconductor ceramic composition to form a PTC element, and an ammeter / voltmeter probe is brought into contact with the base metal electrode on both sides, and the element resistance is measured at room temperature (25 ° C.) by a four-terminal method. Was measured.
This element resistance is the element resistance of the entire PTC element, and the element resistance per unit area (1 cm 2 ) can be calculated by dividing the area (cm 2 ) of the range covered with the electrodes.
In the following examples, the thickness is evaluated as 1 mm and the area is evaluated as 1 cm 2. Therefore, the element resistance can be converted to room temperature specific resistance (Ωcm) by multiplying the value by 10 times.

(単位面積あたりの界面抵抗)
まず、半導体磁器組成物に卑金属系電極を設けて素子抵抗を測定する。その後、電極を一旦剥がし、半導体磁器組成物の厚さを最初の厚さから3/4の厚さにして再度卑金属系電極を設けて素子抵抗を測定する。同様に半導体磁器組成物の厚さを最初の厚さから2/4、1/4の厚さにし、その都度で素子抵抗を測定する。図4に示すように、横軸に半導体磁器組成物の厚み、縦軸に素子抵抗をプロットしたデータを取る。このデータから半導体磁器組成物の厚みと素子抵抗との近似直線を求める。この近似直線をR=a・Δt+Rと表すと(Δt:厚み、R:素子抵抗、a:半導体磁器組成物の抵抗率)、グラフ上で厚みΔtが0の時の抵抗値Rを便宜的に算出することができる。本発明ではこの抵抗値Rを界面抵抗と見なした。この界面抵抗はPTC素子全体の界面抵抗であり、電極で覆われた範囲の面積(cm)を除することで、単位面積(1cm)あたりの界面抵抗を算出できる。
(Interface resistance per unit area)
First, a base metal electrode is provided on the semiconductor ceramic composition, and the element resistance is measured. Thereafter, the electrode is peeled off once, the thickness of the semiconductor ceramic composition is reduced to 3/4 from the initial thickness, a base metal electrode is provided again, and the element resistance is measured. Similarly, the thickness of the semiconductor ceramic composition is reduced to 2/4 and 1/4 of the initial thickness, and the element resistance is measured each time. As shown in FIG. 4, the horizontal axis represents the thickness of the semiconductor ceramic composition, and the vertical axis represents the element resistance plotted. From this data, an approximate straight line between the thickness of the semiconductor ceramic composition and the element resistance is obtained. When this approximate straight line is expressed as R = a · Δt + R 0 (Δt: thickness, R: element resistance, a: resistivity of the semiconductor ceramic composition), the resistance value R 0 when the thickness Δt is 0 on the graph is convenient. Can be calculated automatically. In the present invention, this resistance value R 0 is regarded as the interface resistance. This interface resistance is the interface resistance of the entire PTC element, and the interface resistance per unit area (1 cm 2 ) can be calculated by dividing the area (cm 2 ) in the range covered with the electrodes.

(キュリー温度)
室温での室温比抵抗の2倍の抵抗を示す温度をキュリー温度Tcとした。
(Curie temperature)
A temperature showing a resistance twice the room temperature specific resistance at room temperature was defined as a Curie temperature Tc.

(抵抗温度係数α)
抵抗温度係数αは、恒温槽で260℃まで昇温しながら抵抗−温度特性を測定して算出した。
尚、抵抗温度係数αは次式で定義される。
α=(lnR−lnR)×100/(T−T
は260℃の時の室温比抵抗、TはRを示す温度、Tはキュリー温度、RはTにおける室温比抵抗である。
(Resistance temperature coefficient α)
The resistance temperature coefficient α was calculated by measuring the resistance-temperature characteristics while raising the temperature to 260 ° C. in a thermostatic bath.
The resistance temperature coefficient α is defined by the following equation.
α = (lnR 1 −lnR c ) × 100 / (T 1 −T c )
R 1 is a room temperature specific resistance at 260 ° C., T 1 is a temperature indicating R 1 , T c is a Curie temperature, and R c is a room temperature specific resistance at T c .

(実施例1:No.1−1〜1−2、比較例1:No.1−3)
残存炭素量による卑金属電極の表面抵抗への影響を調べた。PTC素子として2層構造の卑金属系電極を形成したものを用いた。
(Example 1: No. 1-1 to 1-2, Comparative Example 1: No. 1-3)
The effect of the amount of residual carbon on the surface resistance of the base metal electrode was investigated. A PTC element in which a base metal electrode having a two-layer structure was formed was used.

用いた半導体磁器組成物は以下のようにして製造した。
BaCO、TiO、Laの原料粉末を準備し、(Ba0.994La0.006)TiOとなるように配合し、純水で混合した。得られた混合原料粉末を1200℃で4時間、大気中において仮焼し、第1の仮焼粉を用意した。
The used semiconductor ceramic composition was manufactured as follows.
Raw material powders of BaCO 3 , TiO 2 , and La 2 O 3 were prepared, blended so as to be (Ba 0.994 La 0.006 ) TiO 3, and mixed with pure water. The obtained mixed raw material powder was calcined in the atmosphere at 1200 ° C. for 4 hours to prepare a first calcined powder.

NaCO、Bi、TiOの原料粉末を準備し、Bi0.5Na0.5TiOとなるように秤量配合し、エタノール中で混合した。得られた混合原料粉末を、800℃で2時間、大気中において仮焼し、第2の仮焼粉を用意した。 Raw material powders of Na 2 CO 3 , Bi 2 O 3 and TiO 2 were prepared, weighed and blended so as to be Bi 0.5 Na 0.5 TiO 3, and mixed in ethanol. The obtained mixed raw material powder was calcined in the atmosphere at 800 ° C. for 2 hours to prepare a second calcined powder.

用意した第1の仮焼粉(Ba0.994La0.006)TiOと第2の仮焼粉Bi0.5Na0.5TiOをモル比で73:7となるように配合して、[(Bi0.5Na0.50.0875(Ba0.994La0.0060.9125]TiOの組成となし、これに純水を媒体としてポットミルにより、混合仮焼粉の平均粒径が1.0μm〜2.0μmになるまで混合、粉砕した後、乾燥させた。次いで1150℃で4時間熱処理をして第3の仮焼粉を得た。得られた第3の仮焼粉にさらにYを1.0モル%加え、得られた混合仮焼粉を純水を媒体としてポットミルにより、平均粒径が1.0μm〜2.0μmになるまで混合、粉砕した後、乾燥させた。この混合仮焼粉の粉砕粉にPVAを10質量%添加し、混合した後、造粒装置によって造粒した。得られた造粒粉を一軸プレス装置で成形し成形体とした。この成形体を700℃で脱バインダー後、酸素濃度0.01%(100ppm)の窒素雰囲気中にて1400℃で4時間保持し、その後徐冷して50mm×25mm×4mmの焼結体を得た。 The prepared first calcined powder (Ba 0.994 La 0.006 ) TiO 3 and the second calcined powder Bi 0.5 Na 0.5 TiO 3 are mixed at a molar ratio of 73: 7. [(Bi 0.5 Na 0.5 ) 0.0875 (Ba 0.994 La 0.006 ) 0.9125 ] TiO 3 , and this is mixed and calcined by a pot mill using pure water as a medium. The powder was mixed and pulverized until the average particle size of the powder became 1.0 μm to 2.0 μm, and then dried. Subsequently, it heat-processed at 1150 degreeC for 4 hours, and obtained the 3rd calcined powder. 1.0 mol% of Y 2 O 3 was further added to the obtained third calcined powder, and the obtained mixed calcined powder was subjected to a pot mill using pure water as a medium, and the average particle size was 1.0 μm to 2.0 μm. After mixing and pulverizing until dry, it was dried. 10% by mass of PVA was added to the pulverized powder of the mixed calcined powder, mixed, and then granulated by a granulator. The obtained granulated powder was molded with a uniaxial press machine to obtain a molded body. After debinding the molded body at 700 ° C., it was held at 1400 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 0.01% (100 ppm) and then gradually cooled to obtain a sintered body of 50 mm × 25 mm × 4 mm. It was.

半導体磁器組成物として、10mm×10mm(板面寸法)×1.00mm(厚み寸法)の板状に加工したものを用いた。また、界面抵抗を測定するために、上記の焼結体を加工して板面寸法が10mm×10mm、厚み寸法が1.00mm、0.75mm、0.50mm、0.25mmの板状に加工した半導体磁器組成物の焼結体をそれぞれ用意し、同様にしてそれぞれPTC素子を作製した。   A semiconductor ceramic composition processed into a plate shape of 10 mm × 10 mm (plate surface dimension) × 1.00 mm (thickness dimension) was used. In addition, in order to measure the interface resistance, the above sintered body is processed into a plate shape having a plate surface size of 10 mm × 10 mm and a thickness of 1.00 mm, 0.75 mm, 0.50 mm, and 0.25 mm. Each sintered body of the prepared semiconductor ceramic composition was prepared, and a PTC element was produced in the same manner.

第1電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子と、平均粒径が5μmのSi粒子を用いた。それぞれAlとSiの質量比率でそれぞれ94:6となるように混合した。その合計値を100質量部として、それに対しガラスフリットを10質量部、Bを10質量部添加した。Bは酸化物ではなく、B単体(粒子状)のものを用いた。さらに、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率(質量比。以降も同じ)とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子、Si粒子、ガラスフリット、およびB)の比率が25:75、30:70、40:60となるように添加し、混練機で混合して3種類の第1の電極ペーストとした。第1の電極ペースト中の炭素量はそれぞれ15.5質量%、18.6質量%、24.8質量%であった。
第2電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子を100質量部とした。さらに、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子)の比率が25:75、30:70、40:60となるように添加し、混練機で混合して3種類の第2の電極ペーストとした。第2の電極ペースト中の炭素量はそれぞれ15.5質量%、18.6質量%、24.8質量%であった。
基板となる半導体磁器組成物として、10mm×10mm(板面寸法)×1.00mm(厚み寸法)の板状に加工したものを用いた。
スクリーン印刷で半導体磁器組成物の両面に上記の第1の電極ペーストを塗布した。塗布した第1の電極ペーストを150℃で乾燥後、さらに有機成分と無機成分の比率が同じである第2の電極ペーストを塗布し、同様の条件で乾燥した。その後、大気中、昇温を30℃/分、775℃で10分間保持し、降温を30℃/分で行い、焼付けで電極を形成し、PTC素子とした。電極で覆われた範囲の面積は1cm、電極の厚さは第1電極層、第2電極層とも約30μmとなった。
In order to form the first electrode layer, the following preparation was made. Spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm and Si particles having an average particle diameter of 5 μm were used. They were mixed such that the mass ratio of Al and Si was 94: 6, respectively. The total value was 100 parts by mass, and 10 parts by mass of glass frit and 10 parts by mass of B were added thereto. B was not an oxide, but B alone (particulate). Further, the organic binder and the organic solvent are in a ratio of 3: 5 (mass ratio, the same applies hereinafter), and the organic component (organic binder and organic solvent) and the inorganic component (Al particles, Si particles, glass frit, and B). It added so that it might become a ratio 25:75, 30:70, and 40:60, and it mixed with the kneader, and was set as three types of 1st electrode paste. The amount of carbon in the first electrode paste was 15.5% by mass, 18.6% by mass, and 24.8% by mass, respectively.
In order to form the second electrode layer, the following preparation was made. The spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm were taken as 100 parts by mass. Further, the ratio of the organic binder to the organic solvent is 3: 5, and the ratio of the organic component (organic binder and organic solvent) to the inorganic component (Al particles) is 25:75, 30:70, and 40:60. The mixture was added and mixed with a kneader to obtain three types of second electrode pastes. The amount of carbon in the second electrode paste was 15.5% by mass, 18.6% by mass, and 24.8% by mass, respectively.
A semiconductor ceramic composition used as a substrate was processed into a plate shape of 10 mm × 10 mm (plate surface dimension) × 1.00 mm (thickness dimension).
The first electrode paste was applied to both sides of the semiconductor ceramic composition by screen printing. After the applied first electrode paste was dried at 150 ° C., a second electrode paste having the same ratio of the organic component and the inorganic component was further applied and dried under the same conditions. Thereafter, the temperature was raised at 30 ° C./min and 775 ° C. for 10 minutes in the atmosphere, the temperature was lowered at 30 ° C./min, and an electrode was formed by baking to obtain a PTC element. The area covered by the electrode was 1 cm 2 , and the electrode thickness was about 30 μm for both the first electrode layer and the second electrode layer.

得られたPTC素子について第1電極層、および第2電極層のAl比率(質量%)、Ni比率(質量%)、B比率(質量%)、Si比率(質量%)、有機成分の比率(有機成分と無機成分の和を100とした時に占める有機成分の比率。以下、同じ)と、残存炭素量、表面抵抗(mΩ・cm)、経時変化(%)、界面抵抗(Ω)、素子抵抗(Ω)、キュリー温度(℃)、及び抵抗温度係数α(%/℃)を測定した。なお、界面抵抗以外の測定は、半導体磁器組成物は厚さが1.00mmのものを用いた。得られた評価結果を金属成分の比率と有機成分の比率は表1に、それ以外は表2に示す。   About the obtained PTC element, the Al ratio (mass%), Ni ratio (mass%), B ratio (mass%), Si ratio (mass%) of the first electrode layer and the second electrode layer, the ratio of organic components ( Ratio of organic component occupying the sum of organic component and inorganic component as 100. The same applies hereinafter), residual carbon content, surface resistance (mΩ · cm), change with time (%), interface resistance (Ω), element resistance (Ω), Curie temperature (° C.), and resistance temperature coefficient α (% / ° C.) were measured. For measurements other than the interface resistance, a semiconductor ceramic composition having a thickness of 1.00 mm was used. The obtained evaluation results are shown in Table 1 for the ratio of the metal component and the ratio of the organic component, and in Table 2 otherwise.

有機成分の比率を25質量%としたNo.1−1のPTC素子は卑金属系電極中の残存炭素量が53ppm、表面抵抗が0.075mΩ・cmと非常に小さいPTC素子が得られた。その結果、経時変化は12.0%で目標の15%以下であった。また、有機成分と無機成分の比率を30:70としたNo.1−2のPTC素子も、残存炭素量が90ppm以下(72ppm)であり、経時変化は目標の15%以下(14.9%)であった。
対して、有機成分と無機成分の比率を40:60としたNo.1−3のPTC素子は卑金属系電極中の残存炭素量が212ppmと大きい。その結果、表面抵抗が0.173mΩ・cmと大きく、経時変化も33.2%と大きいものであった。
No. in which the ratio of the organic component was 25% by mass. The PTC element of 1-1 had a very small PTC element with a residual carbon amount in the base metal electrode of 53 ppm and a surface resistance of 0.075 mΩ · cm. As a result, the change with time was 12.0%, which was 15% or less of the target. Further, the ratio of the organic component to the inorganic component was set to 30:70. The 1-2 PTC element also had a residual carbon content of 90 ppm or less (72 ppm), and the change with time was 15% or less (14.9%) of the target.
On the other hand, the ratio of the organic component to the inorganic component was 40:60. In the 1-3 PTC element, the amount of residual carbon in the base metal electrode is as large as 212 ppm. As a result, the surface resistance was as large as 0.173 mΩ · cm, and the change with time was as large as 33.2%.

図1は、PTC素子の半導体磁器組成物と電極の境界部をSEMにより観察した結果である。図2はその模式図である。   FIG. 1 shows the result of observing the boundary between the semiconductor ceramic composition of the PTC element and the electrode by SEM. FIG. 2 is a schematic diagram thereof.

以下の実施例および比較例においても、表中のAl、Ni、B、Siの比率はEPMAによる測定値を示している。この値は電極ペースト中での夫々の含有比率とほぼ同じであった。   Also in the following examples and comparative examples, the ratios of Al, Ni, B, and Si in the tables indicate measured values by EPMA. This value was almost the same as each content ratio in the electrode paste.

Figure 2015213116
Figure 2015213116

Figure 2015213116
Figure 2015213116

(実施例2:No.2−1〜2−5)
焼付けの温度を変えてPTC素子を作製した。
第1電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子、平均粒径が5μmの球形状のSi粒子、及び平均粒径が0.2μmのNi粒子を用いた。質量比率でそれぞれ73.6:6.4:20として混合した。この混合物の合計値を100質量部として、ガラスフリットを10質量部、Bを10質量部添加した。Bは酸化物ではなく、B単体(粒子状)のものを用いた。さらに、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子、Si粒子、Ni粒子、ガラスフリット、B)の比率が20:80となるように添加し、混練機で混合して第1の電極ペーストとした。第1の電極ペースト中の炭素量は12.4質量%であった。
第2電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子を100質量部とした。さらに、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子)の比率が20:80となるように添加し、混練機で混合して第2の電極ペーストとした。第2の電極ペースト中の炭素量は12.4質量%であった。
半導体磁器組成物として、10mm×10mm(板面寸法)×1.00mm(厚み寸法)の板状に加工したものを用いた。また、界面抵抗を測定するために、10mm×10mm×0.75mm、10mm×10mm×0.50mm、10mm×10mm×0.25mmの板状に加工した半導体磁器組成物も用意した。
(Example 2: No. 2-1 to 2-5)
PTC elements were produced by changing the baking temperature.
In order to form the first electrode layer, the following preparation was made. Spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm, spherical Si particles having an average particle diameter of 5 μm, and Ni particles having an average particle diameter of 0.2 μm were used. They were mixed at a mass ratio of 73.6: 6.4: 20, respectively. The total value of this mixture was 100 parts by mass, and 10 parts by mass of glass frit and 10 parts by mass of B were added. B was not an oxide, but B alone (particulate). Furthermore, the ratio of the organic binder to the organic solvent is 3: 5, and the ratio of the organic component (organic binder and organic solvent) to the inorganic component (Al particles, Si particles, Ni particles, glass frit, B) is 20:80. And mixed with a kneader to obtain a first electrode paste. The amount of carbon in the first electrode paste was 12.4% by mass.
In order to form the second electrode layer, the following preparation was made. The spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm were taken as 100 parts by mass. Furthermore, the organic binder and the organic solvent were added at a ratio of 3: 5, and the organic component (organic binder and organic solvent) and the inorganic component (Al particles) were added so that the ratio was 20:80, and mixed with a kneader. Thus, a second electrode paste was obtained. The amount of carbon in the second electrode paste was 12.4% by mass.
A semiconductor ceramic composition processed into a plate shape of 10 mm × 10 mm (plate surface dimension) × 1.00 mm (thickness dimension) was used. Further, in order to measure the interface resistance, a semiconductor ceramic composition processed into a plate shape of 10 mm × 10 mm × 0.75 mm, 10 mm × 10 mm × 0.50 mm, 10 mm × 10 mm × 0.25 mm was also prepared.

スクリーン印刷で半導体磁器組成物の両面に上記の卑金属系電極ペーストを塗布した。塗布した卑金属系電極ペーストを150℃で乾燥後、大気中、昇温を30℃/分、保持温度を700℃(No.2−1)、725℃(No.2−2)、750℃(No.2−3)、825℃(No.2−4)、850℃(No.2−5)と変え、10分間保持し、降温を30℃/分で行い、焼付けて電極を形成したPTC素子を得た。電極で覆われた範囲の面積は1cm、厚さは第1電極層、第2電極層とも約30μmとなった。上記板厚の半導体磁器組成物についても同様にして夫々PTC素子とした。
それ以外のPTC素子の作製方法や評価方法は、実施例1と同様の方法で行った。得られた評価結果を表3、及び表4に示す。
The base metal electrode paste was applied to both sides of the semiconductor ceramic composition by screen printing. After drying the applied base metal electrode paste at 150 ° C., the temperature is raised in the air at 30 ° C./min, and the holding temperatures are 700 ° C. (No. 2-1), 725 ° C. (No. 2-2), 750 ° C. ( No. 2-3), 825 ° C. (No. 2-4), 850 ° C. (No. 2-5), held for 10 minutes, cooled at 30 ° C./min, and baked to form an electrode An element was obtained. The area covered by the electrode was 1 cm 2 , and the thickness was about 30 μm for both the first electrode layer and the second electrode layer. Each of the above-mentioned semiconductor ceramic compositions having a plate thickness was similarly made into a PTC element.
Other methods for producing and evaluating the PTC element were performed in the same manner as in Example 1. The obtained evaluation results are shown in Table 3 and Table 4.

何れのPTC素子も残存炭素量が90ppm以下、表面抵抗が0.10mΩcm以下であった。その結果、いずれも経時変化は目標の15%以下であった。   All the PTC elements had a residual carbon content of 90 ppm or less and a surface resistance of 0.10 mΩcm or less. As a result, the change with time was 15% or less of the target.

Figure 2015213116
Figure 2015213116

Figure 2015213116
Figure 2015213116

(実施例3:No.3−1、比較例2:No.3−2)
電極形成後のPTC素子に熱処理を行い、残存炭素量による卑金属電極の表面抵抗への影響を調べた。
第1電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子と、平均粒径が5μmのSi粒子を用いた。それぞれAlとSiの質量比率でそれぞれ94:6となるように混合した。その合計値を100質量部として、それに対しガラスフリットを10質量部、Bを10質量部添加した。Bは酸化物ではなく、B単体(粒子状)のものを用いた。さらに、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子と、Si粒子、ガラスフリット、B)の比率が40:60となるように添加し、混練機で混合して第1の電極ペーストとした。第1の電極ペースト中の炭素量は24.8質量%であった。
(Example 3: No. 3-1, Comparative example 2: No. 3-2)
The PTC element after electrode formation was heat-treated, and the influence of the residual carbon amount on the surface resistance of the base metal electrode was examined.
In order to form the first electrode layer, the following preparation was made. Spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm and Si particles having an average particle diameter of 5 μm were used. They were mixed such that the mass ratio of Al and Si was 94: 6, respectively. The total value was 100 parts by mass, and 10 parts by mass of glass frit and 10 parts by mass of B were added thereto. B was not an oxide, but B alone (particulate). Furthermore, the ratio of the organic binder to the organic solvent is 3: 5, and the ratio of the organic component (organic binder and organic solvent) to the inorganic component (Al particles, Si particles, glass frit, B) is 40:60. And mixed with a kneader to obtain a first electrode paste. The amount of carbon in the first electrode paste was 24.8% by mass.

第2電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子を100質量部とし、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子)の比率を40:60とし、混練機で混合して第2の電極ペーストとした。第2の電極ペースト中の炭素量は24.8質量%であった。
基板となる半導体磁器組成物として、10mm×10mm(板面寸法)×1.00mm(厚み寸法)の板状に加工したものを用いた。
スクリーン印刷で半導体磁器組成物の両面に上記の第1及び第2の電極ペーストを塗布し焼付けをしてPTC素子とした。塗布および焼付けは実施例1と同じ条件とした。電極で覆われた範囲の面積は1cm、電極の厚さは第1電極層、第2電極層とも約30μmとなった。
In order to form the second electrode layer, the following preparation was made. The spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm are 100 parts by mass, the organic binder and the organic solvent are in a ratio of 3: 5, and the ratio of the organic component (organic binder and organic solvent) to the inorganic component (Al particles) is 40:60 and mixed with a kneader to obtain a second electrode paste. The amount of carbon in the second electrode paste was 24.8% by mass.
A semiconductor ceramic composition used as a substrate was processed into a plate shape of 10 mm × 10 mm (plate surface dimension) × 1.00 mm (thickness dimension).
The first and second electrode pastes described above were applied to both sides of the semiconductor ceramic composition by screen printing and baked to obtain a PTC element. Application and baking were performed under the same conditions as in Example 1. The area covered by the electrode was 1 cm 2 , and the electrode thickness was about 30 μm for both the first electrode layer and the second electrode layer.

その後、PTC素子に、それぞれ600℃(No.3―1)、400℃(No.3―2)で2時間の熱処理を行った。PTC素子の評価方法は実施例1と同様の方法で行った。得られた結果を表5、及び表6に示す。   Thereafter, the PTC element was heat-treated at 600 ° C. (No. 3-1) and 400 ° C. (No. 3-2) for 2 hours, respectively. The evaluation method of the PTC element was performed in the same manner as in Example 1. The obtained results are shown in Tables 5 and 6.

実施例のNo.3−1は、残存炭素量が54ppmと低く、表面抵抗が0.069mΩcmであった。その結果、経時変化は目標の15%以下の11.7%であった。
対して、比較例のNo.3−2は、残存炭素量が91ppmと高く、表面抵抗が0.127mΩcmであった。その結果、経時変化は目標の15%を超えた18.6%であった。ON/OFF試験後の電極表面には炭素の析出が見られ、その部位が高抵抗化していた。炭素が析出したかどうかは、ON/OFF通電後に電極表層が黒化した部位をSEMのEDX分析で分析し、Cが検出されるかどうかで確認することができる。
No. of an Example. 3-1 had a low residual carbon content of 54 ppm and a surface resistance of 0.069 mΩcm. As a result, the change with time was 11.7%, which is 15% or less of the target.
On the other hand, the comparative example No. 3-2 had a residual carbon content as high as 91 ppm and a surface resistance of 0.127 mΩcm. As a result, the change with time was 18.6%, exceeding the target of 15%. Carbon deposition was observed on the surface of the electrode after the ON / OFF test, and the portion had increased resistance. Whether carbon has precipitated can be confirmed by analyzing the portion of the electrode surface layer blackened after energization of ON / OFF by SDX EDX analysis and detecting C.

Figure 2015213116
Figure 2015213116

Figure 2015213116
Figure 2015213116

(実施例4:No.4−1〜4−6)
第1電極層におけるSi量が表面抵抗に与える影響を調べた。
第1電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子と、平均粒径が5μmのSi粒子を用いた。それぞれAlとSiの質量比率でそれぞれ100:0(No.4−1)、98:2(No.4−2)、96:4(No.4−3)、94:6(No.4−4)、88:12(No.4−5)、84:16(No.4−6)となるように混合した。その合計値を100質量部として、それに対しガラスフリットを10質量部、Bを10質量部添加した。Bは酸化物ではなく、B単体(粒子状)のものを用いた。さらに、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子、Si粒子、ガラスフリット、B)の比率が20:80となるように添加し、混練機で混合して第1の電極ペーストとした。第1の電極ペースト中の炭素量は12.4質量%であった。
第2電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子を100質量部とした。さらに、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子)の比率が20:80となるように添加し、混練機で混合して第2の電極ペーストとした。第2の電極ペースト中の炭素量は12.4質量%であった。
それ以外のPTC素子の作製方法や評価方法は、実施例1と同様の方法で行った。得られた評価結果を表7、及び表8に示す。
(Example 4: Nos. 4-1 to 4-6)
The influence of the amount of Si in the first electrode layer on the surface resistance was examined.
In order to form the first electrode layer, the following preparation was made. Spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm and Si particles having an average particle diameter of 5 μm were used. The mass ratio of Al and Si is 100: 0 (No. 4-1), 98: 2 (No. 4-2), 96: 4 (No. 4-3), 94: 6 (No. 4- 4), 88:12 (No. 4-5), and 84:16 (No. 4-6). The total value was 100 parts by mass, and 10 parts by mass of glass frit and 10 parts by mass of B were added thereto. B was not an oxide, but B alone (particulate). Further, the ratio of the organic binder to the organic solvent is set to 3: 5, and the ratio of the organic component (organic binder and organic solvent) to the inorganic component (Al particles, Si particles, glass frit, B) is set to 20:80. It was added and mixed with a kneader to obtain a first electrode paste. The amount of carbon in the first electrode paste was 12.4% by mass.
In order to form the second electrode layer, the following preparation was made. The spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm were taken as 100 parts by mass. Furthermore, the organic binder and the organic solvent were added at a ratio of 3: 5, and the organic component (organic binder and organic solvent) and the inorganic component (Al particles) were added so that the ratio was 20:80, and mixed with a kneader. Thus, a second electrode paste was obtained. The amount of carbon in the second electrode paste was 12.4% by mass.
Other methods for producing and evaluating the PTC element were performed in the same manner as in Example 1. The obtained evaluation results are shown in Table 7 and Table 8.

実施例のNo.4−1は、残存炭素量は34ppmと少なく、表面抵抗も0.044mΩcmと小さいものであった。その結果、経時変化は目標の15%以下の12.5%であった。No.4−2〜4−4のPTC素子も残存炭素量は90ppm以下であり、表面抵抗も0.10mΩcm以下で、経時変化は目標の15%以下であった。
また、実施例のNo.4−5〜4−6のPTC素子は、第1電極層中のSiが第2電極層に拡散したために第2電極層のAl含有率がNo.4−1〜4−4のPTC素子よりも低くなっており、それによる表面抵抗の上昇が確認されたが、それでさえも表面抵抗は0.10mΩcm以下、経時変化も15%以下と低いものであった。
No. of an Example. 4-1 had a low residual carbon content of 34 ppm and a small surface resistance of 0.044 mΩcm. As a result, the change with time was 12.5%, which is 15% or less of the target. No. In the 4-2 to 4-4 PTC elements, the residual carbon amount was 90 ppm or less, the surface resistance was 0.10 mΩcm or less, and the change with time was 15% or less of the target.
Moreover, No. of an Example. In the PTC elements 4-5 to 4-6, since the Si in the first electrode layer diffused into the second electrode layer, the Al content of the second electrode layer was No. Although it was lower than the PTC elements of 4-1 to 4-4 and an increase in the surface resistance was confirmed, the surface resistance was 0.10 mΩcm or less and the change over time was as low as 15% or less. there were.

Figure 2015213116
Figure 2015213116

Figure 2015213116
Figure 2015213116

(実施例5:No.5−1〜5−8)
第1電極層の組成(B量)を変えてPTC素子を作製した。
第1電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子と平均粒径が5μmのSi粒子を、質量比で92:8になるように混合した。その合計値を100質量部として、それに対しガラスフリットを10質量部、Bをそれぞれ3質量部(No.5−1)、5質量部(No.5−2)、7.5質量部(No.5−3)、10質量部(No.5−4)、12.5質量部(No.5−5)、15質量部(No.5−6)、20質量部(No.5−7)、25質量部(No.5−8)として添加した。Bは酸化物ではなく、B単体(粒子状)のものを用いた。さらに、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子、Si粒子、ガラスフリット、B)の比率が20:80となるように添加し、混練機で混合して第1の電極ペーストとした。
第2電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子を100質量部とした。さらに、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子)の比率が20:80となるように添加し、混練機で混合して第2の電極ペーストとした。
それ以外のPTC素子の作製方法や評価方法は、実施例1と同様の方法で行った。得られた評価結果を表9、及び表10に示す。
本実施例では、いずれのPTC素子も残存炭素量が90ppm以下、表面抵抗が0.1mΩ・cm以下であった。その結果、経時変化は目標の15%以下であった。
(Example 5: No. 5-1 to 5-8)
PTC elements were produced by changing the composition (B amount) of the first electrode layer.
In order to form the first electrode layer, the following preparation was made. Spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm and Si particles having an average particle diameter of 5 μm were mixed at a mass ratio of 92: 8. The total value is 100 parts by mass, and 10 parts by mass of glass frit and 3 parts by mass of B (No. 5-1), 5 parts by mass (No. 5-2), 7.5 parts by mass (No. .5-3), 10 parts by mass (No. 5-4), 12.5 parts by mass (No. 5-5), 15 parts by mass (No. 5-6), 20 parts by mass (No. 5-7) ), 25 parts by mass (No. 5-8). B was not an oxide, but B alone (particulate). Further, the ratio of the organic binder to the organic solvent is set to 3: 5, and the ratio of the organic component (organic binder and organic solvent) to the inorganic component (Al particles, Si particles, glass frit, B) is set to 20:80. It was added and mixed with a kneader to obtain a first electrode paste.
In order to form the second electrode layer, the following preparation was made. The spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm were taken as 100 parts by mass. Furthermore, the organic binder and the organic solvent were added at a ratio of 3: 5, and the organic component (organic binder and organic solvent) and the inorganic component (Al particles) were added so that the ratio was 20:80, and mixed with a kneader. Thus, a second electrode paste was obtained.
Other methods for producing and evaluating the PTC element were performed in the same manner as in Example 1. The obtained evaluation results are shown in Table 9 and Table 10.
In this example, any PTC element had a residual carbon content of 90 ppm or less and a surface resistance of 0.1 mΩ · cm or less. As a result, the change with time was 15% or less of the target.

Figure 2015213116
Figure 2015213116

Figure 2015213116
Figure 2015213116

(実施例6:No.6−1〜6−4)
第1電極層におけるNi量の影響を調べた。
第1電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子、平均粒径が5μmの球形状のSi粒子、及び平均粒径が0.2μmのNi粒子を用いた。質量比率でそれぞれ82.8:7.2:10(No.6−1)、73.6:6.4:20(No.6−2)、64.4:5.6:30(No.6−3)、55.2:4.8:40(No.6−4)として混合した。この混合物の合計値を100質量部として、ガラスフリットを10質量部、Bを10質量部添加した。Bは酸化物ではなく、B単体(粒子状)のものを用いた。さらに、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子、Si粒子、Ni粒子、ガラスフリット、B)の比率が20:80となるように添加し、混練機で混合して第1の電極ペーストとした。
第2電極層を形成するため、次のように準備した。平均粒径が5μmの球形状のAl粒子を100質量部とした。さらに、有機バインダーと有機溶剤を3:5の比率とし、有機成分(有機バインダー、および有機溶剤)と無機成分(Al粒子)の比率が20:80となるように添加し、混練機で混合して第2の電極ペーストとした。
それ以外のPTC素子の作製方法や評価方法は、実施例1と同様の方法で行った。得られた評価結果を表11、及び表12に示す。
(Example 6: No. 6-1 to 6-4)
The influence of the amount of Ni in the first electrode layer was examined.
In order to form the first electrode layer, the following preparation was made. Spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm, spherical Si particles having an average particle diameter of 5 μm, and Ni particles having an average particle diameter of 0.2 μm were used. 82.8: 7.2: 10 (No. 6-1), 73.6: 6.4: 20 (No. 6-2), 64.4: 5.6: 30 (No. 6-3), 55.2: 4.8: 40 (No. 6-4). The total value of this mixture was 100 parts by mass, and 10 parts by mass of glass frit and 10 parts by mass of B were added. B was not an oxide, but B alone (particulate). Furthermore, the ratio of the organic binder to the organic solvent is 3: 5, and the ratio of the organic component (organic binder and organic solvent) to the inorganic component (Al particles, Si particles, Ni particles, glass frit, B) is 20:80. And mixed with a kneader to obtain a first electrode paste.
In order to form the second electrode layer, the following preparation was made. The spherical Al particles having an average particle diameter of 5 μm were taken as 100 parts by mass. Furthermore, the organic binder and the organic solvent were added at a ratio of 3: 5, and the organic component (organic binder and organic solvent) and the inorganic component (Al particles) were added so that the ratio was 20:80, and mixed with a kneader. Thus, a second electrode paste was obtained.
Other methods for producing and evaluating the PTC element were performed in the same manner as in Example 1. The obtained evaluation results are shown in Table 11 and Table 12.

実施例のNo.6−1〜6−4は、何れも残存炭素量が90ppm以下であり、表面抵抗が0.10mΩcm以下であった。その結果、経時変化は目標の15%以下であった。   No. of an Example. Each of 6-1 to 6-4 had a residual carbon content of 90 ppm or less and a surface resistance of 0.10 mΩcm or less. As a result, the change with time was 15% or less of the target.

Figure 2015213116
Figure 2015213116

Figure 2015213116
Figure 2015213116

(実施例7:No.7−1〜7−7)
半導体磁器組成物の組成式[(BiA)(Ba1−y) 1−x][Ti1−z]Oについてx、y、及びzの値を変えてPTC素子を作製した。
表13にNo.7−1〜7−7の上記組成式中のx、y、zの値を示す。
No.7−1〜7−3ではy=0.006、z=0とし、xの値をそれぞれ0.02、0.14、0.18とした半導体磁器組成物を作製した。No.7−4〜7−6ではx=0.0875、z=0とし、yの値をそれぞれ0.003、0.048、0.050とした半導体磁器組成物を作製した。
第1電極層、第2電極層を形成するため、No.4−4と同じ第1の電極ペースト(Al:B:Si比率(質量%)=85.0:9.1:5.9)、第2の電極ペースト(Al:B:Si比率(質量%)=98.6:0:1.4)を用いた。
(Example 7: No. 7-1 to 7-7)
Composition formula of the semiconductor ceramic composition prepared [(BiA) x (Ba 1 -y R y) 1-x] [Ti 1-z M z] For O 3 x, y, and PTC element with different values of z did.
In Table 13, no. The values of x, y and z in the above composition formulas of 7-1 to 7-7 are shown.
No. In 7-1 to 7-3, y = 0.006, z = 0, and the values of x were 0.02, 0.14, and 0.18, respectively. No. In 7-4 to 7-6, x = 0.0875, z = 0, and the values of y were 0.003, 0.048, 0.050, respectively.
In order to form the first electrode layer and the second electrode layer, no. First electrode paste (Al: B: Si ratio (mass%) = 85.0: 9.1: 5.9) same as 4-4, second electrode paste (Al: B: Si ratio (mass%) ) = 98.6: 0: 1.4).

また、No.7−7は、No.4−4に対して半導体化元素として希土類元素を用いずに(y=0)、Tiサイトの一部をTaとし、組成式のzの値を0.009としたものである。
このPTC素子の製造方法を以下に説明する。
BaCO、TiO、及びTa原料粉末を準備し、Ba(Ti0.991Ta0.009)Oとなるように配合し、純水で混合した。得られた混合原料粉末を900℃で4時間大気中で仮焼し、第1の仮焼粉を用意した。
第2の仮焼粉の作製は、実施例1と同様に行った。また、その後の第1の仮焼粉と第2の仮焼粉の混合、成形、焼結、電極形成によるPTC素子の製造は、No.4−4と同様の方法で行った。
No. No. 7-7 is No.7. In contrast to 4-4, a rare earth element is not used as a semiconducting element (y = 0), part of the Ti site is Ta, and the value of z in the composition formula is 0.009.
A method for manufacturing the PTC element will be described below.
BaCO 3 , TiO 2 , and Ta 2 O 5 raw material powders were prepared, blended so as to be Ba (Ti 0.991 Ta 0.009 ) O 3, and mixed with pure water. The obtained mixed raw material powder was calcined in the atmosphere at 900 ° C. for 4 hours to prepare a first calcined powder.
The second calcined powder was produced in the same manner as in Example 1. Further, the production of the PTC element by mixing, molding, sintering, and electrode formation of the first calcined powder and the second calcined powder thereafter is No. The same method as in 4-4 was performed.

PTC素子の評価方法は、実施例1と同様の方法で行った。得られた評価結果を表13に示す。
実施例のNo7−1〜7−7の何れも残存炭素量が90ppm以下であり、表面抵抗が0.10mΩcm以下であった。その結果、経時変化はいずれも目標の15%以下であった。
The evaluation method of the PTC element was performed in the same manner as in Example 1. Table 13 shows the obtained evaluation results.
In all of Examples 7-1 to 7-7, the residual carbon amount was 90 ppm or less, and the surface resistance was 0.10 mΩcm or less. As a result, the change with time was 15% or less of the target.

Figure 2015213116
Figure 2015213116

(発熱モジュール)
図3は、本発明の一実施形態に係る発熱モジュール(PTCヒータ)の模式図である。 上述のPTC素子を、図3に示すように金属製の放熱フィン21a、21b、21cに挟み込んで固定し、発熱モジュール20を構成することができる。PTC素子11は半導体磁器組成物の基体1aと卑金属系電極2a、2b、2cからなり、電極2a、2cはそれぞれ正極側の電力供給電極20a、20cに熱的および電気的に密着され、他方の面に形成した電極2bは負極側の電力供給電極20bに熱的および電気的に密着される。また、電力供給電極20a、20b、20cはそれぞれ放熱フィン21a、21b、21cと熱的に接続している。なお、絶縁層2dは電力供給電極20aと電力供給電極20cの間に設けられ、両者を電気的に絶縁している。PTC素子11で生じた熱は電極2a、2b、2c、電力供給電極(外部電極)20a、20b、20c、放熱フィン21a、21b、21cの順に伝わり、主に放熱フィン21a、21b、21cから雰囲気中に放出される。
(Heat generation module)
FIG. 3 is a schematic diagram of a heat generating module (PTC heater) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the above-described PTC element can be sandwiched and fixed between metal radiating fins 21 a, 21 b, and 21 c to constitute the heat generating module 20. The PTC element 11 is composed of a base 1a of a semiconductor ceramic composition and base metal electrodes 2a, 2b, 2c, and the electrodes 2a, 2c are in thermal and electrical contact with the positive power supply electrodes 20a, 20c, respectively, The electrode 2b formed on the surface is thermally and electrically in close contact with the power supply electrode 20b on the negative electrode side. Further, the power supply electrodes 20a, 20b, and 20c are thermally connected to the radiation fins 21a, 21b, and 21c, respectively. The insulating layer 2d is provided between the power supply electrode 20a and the power supply electrode 20c, and electrically insulates them. The heat generated in the PTC element 11 is transmitted in the order of the electrodes 2a, 2b and 2c, the power supply electrodes (external electrodes) 20a, 20b and 20c, and the radiation fins 21a, 21b and 21c, and the atmosphere mainly from the radiation fins 21a, 21b and 21c. Released into.

本発明のPTC素子は表面抵抗が小さいため、卑金属電極2a、2b、2cと外部電極である電力供給電極20a、20b、20cの間で発生する放電が抑制されるので、電極の酸化による素子抵抗の変化を抑制できることになり、その結果、安定した発熱モジュールが実現できた。 Since the PTC element of the present invention has a small surface resistance, since the discharge generated between the base metal electrodes 2a, 2b, 2c and the power supply electrodes 20a, 20b, 20c, which are external electrodes, is suppressed, the element resistance due to the oxidation of the electrodes As a result, a stable heat generating module could be realized.

電源30cを、電力供給電極20aと電力供給電極20bの間、または電力供給電極20cと電力供給電極20bの間に接続すれば消費電力は小さくなり、電力供給電極20aおよび電力供給電極20cの両方と電力供給電極20bの間に接続すれば消費電力は大きくなる。つまり、消費電力を2段階に変更することができる。こうして発熱モジュール20は、電源30cの負荷状況や、希望する加熱の緩急の度合いに応じて加熱能力を切り替えできる。この加熱能力切り替え可能な発熱モジュール20を電源30cに接続することで加熱装置30を構成することができる。なお、電源30cは直流電源である。発熱モジュール20の電力供給電極20aと電力供給電極20cはそれぞれ別のスイッチ30a、30bを介して電源30cの一方の電極に並列接続され、電力供給電極20bは共通端子として電源30cの他方の電極に接続される。スイッチ30a、30bの何れか一方のみを導通させれば加熱能力を小さくして電源30cの負荷を軽くすることができ、両方を導通すれば加熱能力を大きくすることができる。   If the power supply 30c is connected between the power supply electrode 20a and the power supply electrode 20b, or between the power supply electrode 20c and the power supply electrode 20b, the power consumption is reduced, and both the power supply electrode 20a and the power supply electrode 20c If it connects between the electric power supply electrodes 20b, power consumption will become large. That is, the power consumption can be changed in two stages. Thus, the heat generating module 20 can switch the heating capacity according to the load condition of the power source 30c and the desired degree of heating. The heating device 30 can be configured by connecting the heating module 20 capable of switching the heating capacity to the power source 30c. The power supply 30c is a DC power supply. The power supply electrode 20a and the power supply electrode 20c of the heat generating module 20 are connected in parallel to one electrode of the power supply 30c via separate switches 30a and 30b, respectively, and the power supply electrode 20b is connected to the other electrode of the power supply 30c as a common terminal. Connected. If only one of the switches 30a and 30b is made conductive, the heating capacity can be reduced to reduce the load of the power source 30c, and if both are made conductive, the heating capacity can be increased.

この加熱装置30によれば電源30cに特別な機構を持たせなくても、PTC素子11を一定温度に維持することができる。つまり、大きな抵抗温度係数を有する基体1aがキュリー温度付近まで加熱されると、基体1aの抵抗値が急激に上昇しPTC素子11に流れる電流が小さくなり、自動的にそれ以上加熱されなくなる。また、PTC素子11の温度がキュリー温度付近から低下すると再び素子に電流が流れ、PTC素子11が加熱される。このようなサイクルを繰り返してPTC素子11の温度、ひいては発熱モジュール20全体の温度を一定にすることができるので、電源30cの位相や振幅を調整する回路、さらには温度検出機構や目標温度との比較機構、加熱電力調整回路なども不要である。
この加熱装置30は、放熱フィン21a〜21cの間に空気を流して空気を暖めたり、放熱フィン21a〜21cの間に水などの液体を通す金属管を接続して液体を温めたりすることができる。このときもPTC素子11が一定温度に保たれるので、安全な加熱装置30とすることができる。
このような発熱モジュールは一例であって、上記電極は2つにして単純化すること等の変更や修正を加えることができる。
According to the heating device 30, the PTC element 11 can be maintained at a constant temperature without providing the power supply 30c with a special mechanism. That is, when the substrate 1a having a large resistance temperature coefficient is heated to the vicinity of the Curie temperature, the resistance value of the substrate 1a rapidly increases, the current flowing through the PTC element 11 decreases, and the substrate 1a is not automatically heated any further. Further, when the temperature of the PTC element 11 decreases from around the Curie temperature, a current flows again to the element, and the PTC element 11 is heated. By repeating such a cycle, the temperature of the PTC element 11 and thus the temperature of the heat generating module 20 as a whole can be made constant. Therefore, a circuit for adjusting the phase and amplitude of the power supply 30c, as well as the temperature detection mechanism and the target temperature. A comparison mechanism and a heating power adjustment circuit are also unnecessary.
The heating device 30 may flow air between the radiation fins 21a to 21c to warm the air, or connect a metal tube through which a liquid such as water passes between the radiation fins 21a to 21c to warm the liquid. it can. Also at this time, since the PTC element 11 is maintained at a constant temperature, a safe heating device 30 can be obtained.
Such a heat generating module is an example, and changes and modifications such as simplification with two electrodes can be added.

1:半導体磁器組成物、
2a:第1電極層、
2b:第2電極層、
3:低抵抗層、
5:Al粒子、
6:空隙、
11:PTC素子、
20:発熱モジュール、
20a,20b、20c:電力供給電極、
21a,21b、21c:放熱フィン、
30a,30b:スイッチ、
30c:電源

1: semiconductor porcelain composition,
2a: first electrode layer,
2b: second electrode layer,
3: Low resistance layer,
5: Al particles,
6: void,
11: PTC element,
20: heating module,
20a, 20b, 20c: power supply electrodes,
21a, 21b, 21c: radiating fins,
30a, 30b: switches,
30c: Power supply

Claims (6)

BaTiO型酸化物からなるペロブスカイト構造の半導体磁器組成物にAl、Niの少なくとも一方を主成分とする卑金属系電極が焼付けにより形成されたPTC素子であって、
前記卑金属系電極は内部に残存する炭素量が90ppm以下であることを特徴とするPTC素子。
A PTC element in which a base metal electrode mainly composed of at least one of Al and Ni is formed by baking on a semiconductor ceramic composition having a perovskite structure composed of a BaTiO 3 type oxide,
The PTC element, wherein the base metal electrode has an amount of carbon remaining in the interior of 90 ppm or less.
前記卑金属系電極は、前記半導体磁器組成物と接する第1層目の第1電極層と、前記第1電極層を被覆する第2層目の第2電極層を備え、
前記第1電極層は、Al、Ni、B、Siの合計を100質量%として、AlとNiの含有率の和が50質量%以上95質量%未満で、B、Siの少なくとも一方を含み、
前記第2電極層は、Al、Ni、B、Siの合計を100質量%として、Alの含有率が90質量%以上で、かつ前記第1電極層のAlとNiの含有率の和よりも高いことを特徴とする請求項1に記載のPTC素子。
The base metal-based electrode includes a first electrode layer that is in contact with the semiconductor ceramic composition, and a second electrode layer that is a second layer that covers the first electrode layer,
The first electrode layer includes a total of Al, Ni, B, and Si of 100% by mass, and the sum of the content ratios of Al and Ni is 50% by mass or more and less than 95% by mass, and includes at least one of B and Si.
The second electrode layer has a total content of Al, Ni, B, and Si of 100% by mass, an Al content of 90% by mass or more, and a sum of the Al and Ni content of the first electrode layer. The PTC element according to claim 1, wherein the PTC element is high.
前記第1電極はSiの含有率が0を超え14質量%以下であり、前記第2電極層はSiの含有率が0を超え10質量%以下であり、かつ前記第2電極層は前記第1電極層よりもSiの含有率が低いことを特徴とする請求項1又は2に記載のPTC素子。   The first electrode has a Si content exceeding 0 and not more than 14% by mass, the second electrode layer has a Si content exceeding 0 and not more than 10% by mass, and the second electrode layer has the first electrode The PTC element according to claim 1, wherein the content of Si is lower than that of one electrode layer. 表面抵抗が0.1mΩcm以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のPTC素子。   4. The PTC element according to claim 1, wherein the surface resistance is 0.1 mΩcm or less. 前記半導体磁器組成物は、
組成式が[(BiA)(Ba1−y) 1−x][Ti1−z]O(AはNa,Li,Kのうち少なくとも一種、RはYを含む希土類元素のうち少なくとも一種、MはNb、Ta、Sbのうち少なくとも一種)で表わされ、x、y、zが、0<x≦0.25、0≦y≦0.052、0≦z≦0.01(但し、y+z>0)の範囲を満足する組成であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のPTC素子。
The semiconductor porcelain composition is
Rare earth elements containing at least one, R represents Y of composition formula [(BiA) x (Ba 1 -y R y) 1-x] [Ti 1-z M z] O 3 (A is Na, Li, K At least one of them, M is at least one of Nb, Ta, and Sb), and x, y, and z are 0 <x ≦ 0.25, 0 ≦ y ≦ 0.052, 0 ≦ z ≦ 0. 5. The PTC element according to claim 1, wherein the PTC element has a composition satisfying a range of .01 (provided that y + z> 0).
請求項1〜5の何れか1項に記載のPTC素子を備え、前記半導体磁器組成物が発熱することを特徴とする発熱モジュール。

A heating module comprising the PTC element according to claim 1, wherein the semiconductor ceramic composition generates heat.

JP2014095042A 2014-05-02 2014-05-02 Ptc device and exothermic module Pending JP2015213116A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014095042A JP2015213116A (en) 2014-05-02 2014-05-02 Ptc device and exothermic module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014095042A JP2015213116A (en) 2014-05-02 2014-05-02 Ptc device and exothermic module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015213116A true JP2015213116A (en) 2015-11-26

Family

ID=54697235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014095042A Pending JP2015213116A (en) 2014-05-02 2014-05-02 Ptc device and exothermic module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015213116A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109761602A (en) * 2019-02-28 2019-05-17 华中科技大学 A kind of low-resistance thermal sensitive ceramic material and the preparation method and application thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109761602A (en) * 2019-02-28 2019-05-17 华中科技大学 A kind of low-resistance thermal sensitive ceramic material and the preparation method and application thereof
CN109761602B (en) * 2019-02-28 2020-11-24 华中科技大学 Low-resistance thermal sensitive ceramic material and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013051486A1 (en) Semiconductor porcelain composition, positive temperature coefficient element, and heat-generating module
US20090179732A1 (en) Ntc thermistor ceramic and ntc thermistor using the same
KR102170477B1 (en) Paste composition for thermoelectric device, thermoelectric device and prepareing method using the same
CN101636798A (en) Laminated positive temperature coefficient thermistor
WO2016181598A1 (en) Electrically conductive oxide sintered compact, member for electrical conduction, and gas sensor
JP5803906B2 (en) PTC element and heating element module
JP6152481B2 (en) Conductive oxide sintered body, conductive member, gas sensor, piezoelectric element, and method of manufacturing piezoelectric element
JP5765611B2 (en) PTC element and heating module
KR102341611B1 (en) Composition for positive temperature coefficient resistor, paste for positive temperature coefficient resistor, positive temperature coefficient resistor and method for producing positive temperature coefficient resistor
JP2015213116A (en) Ptc device and exothermic module
CN111386581A (en) Thermistor sintered compact and temperature sensor element
JP5626204B2 (en) Semiconductor porcelain composition, heating element and heating module
JP2012046372A (en) Ptc element and heat generating module
WO2015002197A1 (en) Ptc element and heat-generating module
JP6440566B2 (en) Conductive oxide sintered body for oxygen sensor electrode and oxygen sensor using the same
JP6675050B1 (en) Thermistor sintered body and temperature sensor element
WO2015115422A1 (en) Ptc element and heating module
JP2012004496A (en) Ptc element and heat generating module
JP2013182932A (en) Method for forming electrode of ptc element, and ptc element
CN107210105B (en) Semiconductor element and its manufacturing method
JP2014123603A (en) Method for manufacturing ptc device, ptc device, and exothermic module
JP2012209292A (en) Positive thermistor
JP3841238B2 (en) Method for manufacturing positive thermistor material
JP2014123604A (en) Ptc element and heat generation module