JP2541344B2 - チタン酸バリウム系半導体磁器を用いた電子部品 - Google Patents

チタン酸バリウム系半導体磁器を用いた電子部品

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JP2541344B2 JP2150517A JP15051790A JP2541344B2 JP 2541344 B2 JP2541344 B2 JP 2541344B2 JP 2150517 A JP2150517 A JP 2150517A JP 15051790 A JP15051790 A JP 15051790A JP 2541344 B2 JP2541344 B2 JP 2541344B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、正の抵抗温度特性を示すチタン酸バリウム
系半導体磁器を用いた電子部品に関し、特に、半導体磁
器上に形成される電極が改良された電子部品に関する。
〔従来の技術〕
チタン酸バリウム系半導体磁器はチタン酸バリウムを
主成分とし、これに半導体化剤としてY、La、Cu等の希
土類元素、Nb、Bi、Sb、Ta、V、WまたはTh等のうち少
なくとも1種以上を0.03〜1.0モル%含有させた組成を
有し、抵抗急変点(キュリー点)を超えると著しい正の
抵抗温度変化を示すという特徴を有する。
通常、主成分であるチタン酸バリウムの影響により、
チタン酸バリウム系半導体磁器のキュリー点は、ほぼ12
0℃付近にある。
チタン酸バリウム系半導体磁器のキュリー点を高温側
に移行させるために、Baの一部をPbで置換することが知
られている。他方、キュリー点を低温側へ移行させるた
めに、Baの一部をSrで置換したり、Tiの一部をZrまたは
Sn等で置換したりすることも知られている。
さらに、チタン酸バリウム系半導体磁器に、マンガン
をMnO2に換算して0.05〜0.10モル%添加することによ
り、キュリー点を超えた温度域における抵抗温度変化率
を著しく大きくし得ることも知られている。また、SiO2
を0.02〜5モル%添加することにより、常温における比
抵抗を低くすると共に、安定したものとし得ることも知
られている。
〔発明が解決しようとする技術的課題〕
しかしながら、上述したようなチタン酸バリウム系半
導体磁器において、10Ω・cm以下の低比抵抗の磁器を得
ようとした場合、耐破壊電圧が著しく低下するという問
題があった。また、素子の厚みを薄くした場合には、素
子の両主面にAgを主体とする電極を形成すると、Agのマ
イグレーション等により特性が劣化するという問題があ
った。他方、マイグレーションを防止するために、Ni−
Agの二層構造の電極を形成した場合には、加工変化が大
きくなるという問題もある。
よって、本発明の目的は、より低抵抗であり、かつ優
れた耐破壊電圧特性を示し、また加工変化が小さく、負
荷寿命試験に対しても優れた特性を示す、チタン酸バリ
ウム系半導体磁器を用いた電子部品を提供することにあ
る。
〔技術的課題を解決するための手段及び作用〕
本発明のチタン酸バリウム系半導体磁器を用いた電子
部品は、主成分がBaTiO3を30〜95モル%、CaTiO3を3〜
25モル%、SrTiO3を1〜30モル%及びPbTiO3を1〜50モ
ル%含む組成からなり、半導体化剤として希土類元素ま
たはNb、Ta、V、Sb、Bi、W、Th、MoもしくはCrのうち
少なくとも1種を0.001〜0.4モル%含み、さらにMnを0.
001〜0.100モル%、SiO2を0.01〜5.0モル%含有する組
成のチタン酸バリウム系半導体磁器と、この半導体磁器
の表面にスパッタリングにより形成されており、Crもし
くはAlまたはこれらの合金からなる第1電極と、第1電
極上にスパッタリングにより付与されており、かつ第1
電極を構成する材料よりも熱膨張係数が高く、はんだよ
りも熱膨張係数の小さい金属または合金よりなる第2電
極とを備えることを特徴とする。
本発明においてチタン酸バリウム主成分中のBaTiO3
有率を30〜95モル%の範囲としたのは、30モル%未満で
は半導体化が困難となり、かつ比抵抗が高くなるからで
あり、他方、95モル%を超えると電気的特性が著しく低
下するからである。
同様に、CaTiO3含有率を3〜25モル%の範囲としたの
は、3モル%未満ではその含有効果が現われず、25モル
%を超えると、耐電圧特性及び耐突入電流特性の低下を
もたらすからである。
SrTiO3含有率を1〜30モル%としたのは、1モル%未
満では、特性改善効果が少なく、30モル%を超えると電
気的特性が劣化するからである。
PbTiO3含有率を1〜50モル%の範囲としたのは、1モ
ル%未満では特性改善効果が顕著に現れず実用に適さな
いからであり、50モル%を超えると半導体化が困難とな
るからである。
なお、主成分を(Ba、Ca、Sr、Pb)TiO3として表した
とき、(Ba、Ca、Sr、Pb)/Tiのモル比を0.99〜1.03の
範囲でずらしても、本発明の目的を達成し得ることを指
摘しておく。
半導体化剤として希土類元素またはNb、Ta、V、Sb、
Bi、W、Th、MoもしくはCrのうち少なくとも1種を0.00
1〜0.4モル%含有させることとしたのは、0.001モル%
以下では磁器が半導体化せず、逆に0.4モル%を超えて
含有させると比抵抗が高くなり、本発明の目的を達成で
きないからである。
また、Mnの量を0.001〜0.100モル%としたのは、0.00
1モル%未満では抵抗温度特性が劣化し、0.100モル%よ
りも多く含有させると比抵抗が大きくなるからである。
さらに、SiO2含有量について0.01〜5モル%の範囲とし
たのは、0.01モル%未満では焼結し難く、5モル%を超
えて含有させた場合には高抵抗化してしまうからであ
る。
上記の組成を有するチタン酸バリウム系半導体磁器以
外では本発明の目的を達成することはできない。しかし
ながら、上記の組成を有する半導体磁器にNiをめっき
し、その上にAgペーストを焼き付けて電極を形成した場
合には、加工変化が大きくなる。また、素子の厚みを薄
くするとAgのマイグレーション等により特性が劣化す
る。
そこで、本発明では、上記のような問題を解決するた
めに、第1電極として、CrもしくはAlまたはこれらの合
金をスパッタリングにより付与して第1電極が形成され
ており、該第1電極上に、スパッタリングにより熱膨張
係数が第1電極材料よりも大きく、はんだよりも小さい
金属または合金を付与することにより第2電極が形成さ
れている。
第2電極を構成する材料としては、例えばNiまたはCu
等のはんだ付け性の良好な金属またはこれらの合金が好
適に用いられる。
本発明では、上記した組成のチタン酸バリウム系半導
体磁器に、上述のような第1電極及び第2電極が形成さ
れているため、従来の半導体磁器を用いた電子部品に比
べて素子の抵抗が低く、優れた耐破壊電圧特性を示し、
さらに加工変化が小さく、負荷寿命に対して優れた特性
を有する電子部品を構成することができる。
〔実施例の説明〕
以下、本発明を実施例に従って詳細に説明する。
主成分原料としてBaCO3、CaCO3、SrCO3、Pb3O4及びTi
O2を、半導体化剤原料としてY2O3、La2O3、CeO2、Nd
2O3、Sb2O3、Bi2O3及びW2O3、添加物原料としてMnCO3
SiO2等を準備した。これら各原料を第1表に示す比率で
含有する半導体磁器組成物が得られるように、各原料を
配合し、さらに湿式混合した。
得られた混合原料を脱水乾燥し、1150℃で1時間仮焼
した。次に、仮焼原料を粉砕し、さらにバインダを加え
て造粒し、成形圧力1000kg/cm2で円板状に成形した。成
形された円板を1320℃〜1400℃で焼成し、直径17.5mm、
厚み0.6mmの円板状の半導体磁器を得た。
得られた半導体磁器の両主表面にIn−Ga合金からなる
電極材をこすり付け、試料とした。これらの試料につい
て常温(25℃)における比抵抗、キュリー点、耐電圧特
性を測定した。測定結果を第2表に示す。上述の各特性
のうち、耐電圧特性は試料に印加する電圧を徐々に上昇
させてゆき、試料の破壊が生じる直前の最高印加電圧値
を示したものである。
なお、第1表及び第2表において*を付した試料は本
発明の範囲外の組成の半導体磁器であり、それ以外は、
半導体磁器の組成についてはすべて本発明の範囲内のも
のである。
第2表より、実施例の試料は、低比抵抗かつ高耐電圧
特性を有することがわかる。
次に、試料番号2,3,7,39及び44の磁器に無電解めっき
法によりニッケル電極を施し、さらに、この上に銀ペー
ストを塗布した後、600℃の温度で熱処理してNi−Ag電
極を形成した素子を得た。
同様に、試料番号2,3,7,39及び44の磁器に第1電極と
してCr、第2電極としてNiをスパッタリングにより付与
した素子を作製した。
上記のようにして用意した素子試料について、湿中負
荷寿命試験を行った。
また、In−Ga電極が付与されていた試料との比抵抗の
差(加工変化)を、次式に従って求めた。
但し、ΔP:比抵抗の変化率(%) P1:計算上求めた比抵抗(Ω・cm) P2:電極形成後の比抵抗(Ω・cm) P3:In−Ga電極での比抵抗(Ω・cm) 湿中負荷寿命試験及び加工変化の結果を下記の第3表
に示す。
第3表から明らかなように、Ni−Ag電極を形成した素
子試料では、NiとAgとの界面に抵抗層が存在するため、
比抵抗を低下させ難いだけでなく、湿中負荷寿命試験で
の抵抗値変化率が著しく劣化した。また加工変化も大き
く、実際に使用するのには問題がある。さらに、低比抵
抗化を図るためには、素子の厚みを薄くする必要がある
が、このときAgのマイグレーション等が起こる可能性も
あり、特性劣化を引き起こす可能性がある。
これに対して、Cr−Niスパッタリングによる電極が形
成された素子試料では、比抵抗値が低く、負荷による変
化も少ない。また、この組成系とのマッチングが良いた
め、加工変化も少ない。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、特性組成の主成分に
特定割合で半導体化剤及び添加物を含有させた組成を有
するチタン酸バリウム系半導体磁器にCrもしくはAlまた
はこれらの合金によりなる第1電極、並びに熱膨張係数
が第1電極材料より大きく、はんだより小さい材料より
なる第2電極がスパッタリングにより形成されているの
で、従来に比べて比抵抗が低く、耐電圧特性に優れ、さ
らに負荷寿命試験にも優れ、加工変化が小さい電子部品
を提供することが可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河原 隆彦 京都府長岡京市天神2丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (72)発明者 小島 淳 京都府長岡京市天神2丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 昭57−157502(JP,A) 特開 昭54−10996(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主成分が、BaTiO3を30〜95モル%、CaTiO3
    を3〜25モル%、SrTiO3を1〜30モル%及びPbTiO3を1
    〜50モル%含む組成であり、 半導体化剤として、希土類元素またはNb、Ta、V、Sb、
    Bi、W、Th、MoもしくはCrのうち少なくとも1種を0.00
    1〜0.4モル%含み、 Mnを0.001〜0.100モル%並びにSiO2を0.01〜5モル%含
    む組成からなるチタン酸バリウム系半導体磁器と、 前記半導体磁器の表面にスパッタリングにより形成され
    ており、かつCrもしくはAlまたはこれらの合金からなる
    第1電極と、 前記第1電極上にスパッタリングにより形成されてお
    り、かつ熱膨張係数が第1電極を構成する材料よりも大
    きく、はんだよりも小さい金属または合金からなる第2
    電極とを備えるチタン酸バリウム系半導体磁器を用いた
    電子部品。
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