JP3319471B2 - 正特性サーミスタ用積層型半導体磁器及びその製造方法 - Google Patents
正特性サーミスタ用積層型半導体磁器及びその製造方法Info
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Description
積層型半導体磁器に関し、詳しくは、正の抵抗温度特性
を示す温度範囲より低温側の広い温度範囲において、実
質的にフラットな抵抗温度特性を有する正特性サーミス
タ用積層型半導体磁器に関する。
磁器(組成物)として、チタン酸バリウム(BaTiO
3)系半導体磁器に代表される半導体磁器が開発されて
いる。このチタン酸バリウム系半導体磁器は、キュリー
温度を越えると抵抗値が急激に増大して、通過する電流
量を減少させることから、LSIなどの回路の過電流保
護用や、テレビ受像機のブラウン管枠の消磁用など種々
の用途に広く用いられている。
酸バリウム系半導体磁器は、結晶構造が立方晶系である
温度範囲(立方晶系範囲)においては正の抵抗温度特性
を有しているが、それより低温側の、結晶構造が正方晶
系である温度範囲(正方晶系範囲)においては負の抵抗
温度特性を有している。したがって、正方晶系温度範囲
から立方晶系温度範囲にかけての全温度範囲にわたって
抵抗温度特性を数式化することが極めて困難であり、チ
タン酸バリウム系半導体磁器からなる正特性サーミスタ
を用いた回路の設計を理論的に正確にかつ効率よく行う
ことができず、回路の過電流保護用やその他の用途に応
用する際の妨げになるという問題点がある。
あり、正の抵抗温度特性を示す温度範囲より低温側の広
い温度範囲における抵抗温度特性が実質的にフラットな
正特性サーミスタ用積層型半導体磁器を提供することを
目的とする。
に、本願発明の正特性サーミスタ用積層型半導体磁器
は、立方晶系の温度範囲で正の抵抗温度特性を有し、正
方晶系の温度範囲で負の抵抗温度特性を有する第1の半
導体磁器層と、前記第1の半導体磁器層と異なり、前記
第1の半導体磁器層が負の抵抗温度特性を示す正方晶系
の温度範囲で、正および負の抵抗温度特性を示す他の半
導体磁器層と略フラットおよび正の抵抗温度特性を有す
る他の半導体磁器層と、を組み合わせてなる焼成積層体
からなり、前記焼成積層体全体としての抵抗温度特性
が、前記第1の半導体磁器層が負の抵抗温度特性を示す
温度領域において実質的にフラットであることを特徴と
する。
型半導体磁器は、前記第1の半導体磁器層および前記他
の半導体磁器層が、チタン酸バリウム(BaTiO3)
系半導体磁器層であることを特徴とする。
ミスタ用積層型半導体磁器の製造方法は、焼成後に半導
体磁器となる半導体磁器原料を用いて、立方晶系の温度
範囲で正の抵抗温度特性を有し、正方晶系の温度範囲で
負の抵抗温度特性を有する第1の半導体磁器層となる第
1のシート材を形成するシート形成工程と、同じく焼成
後に半導体磁器となる半導体磁器原料を用いて、前記第
1の半導体磁器層と異なり、前記第1の半導体磁器層が
負の抵抗温度特性を示す正方晶系の温度範囲で、正およ
び負の抵抗温度特性を示す他の半導体磁器層となる第1
の他のシート材と略フラットおよび正の抵抗温度特性を
有する他の半導体磁器層となる第2の他のシート材と、
を形成するシート形成工程と、前記第1のシート材と、
第1および第2の他のシート材とを積層して積層体を形
成する積層工程と、前記積層体を所定の条件で焼成し
て、焼成積層体全体としての抵抗温度特性が、前記第1
の半導体磁器層が負の抵抗温度特性を示す温度領域にお
いて、実質的にフラットな正特性サーミスタ用積層型半
導体磁器として焼結させる焼成工程と、を具備すること
を特徴とする。
型半導体磁器の製造方法は、前記半導体磁器原料がチタ
ン酸バリウム系半導体磁器原料であることを特徴とす
る。
し、正方晶系の温度範囲で負の抵抗温度特性を有する第
1の半導体磁器層と、前記第1の半導体磁器層と異な
り、前記第1の半導体磁器層が負の抵抗温度特性を示す
正方晶系の温度範囲で、正および負の抵抗温度特性を示
す他の半導体磁器層と略フラットおよび正の抵抗温度特
性を有する他の半導体磁器層と、を任意に組み合わせて
積層することにより、積層体全体としての抵抗温度特性
を制御することが可能になり、焼成積層体全体として、
前記第1の半導体磁器層が負の抵抗温度特性を示す温度
領域において、抵抗温度特性を実質的にフラットにする
ことが可能になる。
徴とするところをさらに詳細に説明する。図1は、本願
発明の一実施例にかかる正特性サーミスタ用積層型半導
体磁器の構造を示す断面図である。この実施例の正特性
サーミスタ用積層型半導体磁器Aは、図1に示すよう
に、最上層のシート材1a及び最下層のシート材1bを
含めて合計6層の第1のシート材1を、第2のシート材
2,第3のシート材3,第4のシート材4,第5のシー
ト材5及び第6のシート材6を介して積層することによ
り形成されている。
導体磁器Aの製造方法について説明する。
rCO3,Pb3O4,CaCO3,Y2O3,MnCO3,
SiO2を、所定の割合になるように配合する。そし
て、この配合原料を、例えば、ボールミルなどを用いて
所定時間湿式混合し、脱水、乾燥した後1150℃で2
時間仮焼する。次に、得られた仮焼原料を粉砕してバイ
ンダー(例えば、酢酸ビニル)と混合し、スラリー状の
セラミック材料を調製する。それから、このスラリー状
のセラミック材料を所定の均一厚さのグリーンシートに
成形して、これを第1のシート材1とする。
ては、上記第1のシート材1の原料と同じ原料を用い、
SrCO3,Pb3O4,CaCO3,Y2O3の配合量を調
整することにより、上記第1のシート材1の配合原料と
は異なる組成とした5種類の配合原料を調製する。そし
て、これらの配合原料を用いて、上記第1のシート材1
を成形した条件と同一の手順及び条件により、キュリー
点及び抵抗温度特性(抵抗温度係数)が第1のシート材
1とは異なる5種類のシート材、すなわち第2〜第6の
シート材2〜6を成形する。
定のサイズ(この実施例では15mm×15mm□)に
打ち抜いた後、図1に示すように、第1のシート材1
(1a,1bを含めて全部で6層)を第2〜第6のシー
ト材2〜6を介して順次積層し、これを圧着することに
より未焼成の積層体A0を形成する。
の第1のシート材1の厚みはそれぞれ0.60mmであ
り、また、最上層の第1のシート材1(1a)の厚みは
0.48mm、最下層の第1のシート材1(1b)の厚み
は1.32mmである。したがって、第1のシート材1全
体の厚みは、表1に示すように、4.20mm(すなわ
ち、0.60×4+0.48+1.32=4.20m
m)となる。また、第2〜第6の各シート材2〜6の厚
みは、表1に示すように、いずれも0.12mmであ
る。したがって、積層体A0全体の厚みは4.80mmと
なる。なお、積層体A0においては、第1〜第6の各シ
ート材1〜6は、それらを構成する厚みの小さいシート
材を上記の所定の厚みになるように複数枚積層すること
により形成されているが、一層で上記の所定の厚みを有
するシートから第1〜第6の各シート材1〜6を形成す
ることも可能である。
A0を、焼成温度1200〜1400℃で2時間焼成し
て正特性サーミスタ用積層型半導体磁器A(すなわち、
焼成された積層体A0)を得る。
半導体磁器Aの両主面(15mm×15mm□の面)にI
n−Ga合金を塗布して電極(図示せず)を形成して、
その電気特性を測定した。
る第1〜第6の各シート材1〜6の厚みと、それらを単
独で1350℃の温度条件で焼成した場合の25℃にお
ける比抵抗の値を示す。なお、表1において、第1のシ
ート材1の厚みは、複数の第1のシート材1(1a,1
bを含む)の合計の厚みである。
焼成した場合の各シート材1〜6の抵抗温度特性を示す
とともに、図3に、上記実施例の正特性サーミスタ用積
層型半導体磁器Aの抵抗温度特性を示す。なお、この正
特性サーミスタ用積層型半導体磁器Aは1350℃で焼
成したものである。
は約150℃以下の温度範囲で負の抵抗温度特性を有し
ている。
ト材1を、約−50℃〜150℃の温度範囲において、
正および負の抵抗温度特性を示す第5,6のシート材
5,6と略フラットおよび正の抵抗温度特性を有する第
2〜第4のシート材2〜4(但し、第5のシート材5に
ついては、約−10℃以下の温度範囲では抵抗温度特性
が負になっている)と積層することにより、図3に示す
ように、約−50℃〜170℃の広い温度範囲にわたっ
て、全体としての抵抗温度特性がフラットな正特性サー
ミスタ用積層型半導体磁器Aを得ることができた。
aTiO3系半導体磁器層である場合について説明した
が、本願発明の正特性サーミスタ用積層型半導体磁器
は、異なる抵抗温度特性を有する半導体磁器層を組み合
わせる(積層する)ことにより、積層体(正特性サーミ
スタ用積層型半導体磁器)全体としての抵抗温度特性を
制御することを要旨とするものであり、半導体磁器層の
構成材料としては、BaTiO3系半導体磁器組成物に
限らず、他の半導体磁器組成物を用いることも可能であ
る。
正特性サーミスタ用積層型半導体磁器は、上記実施例に
限定されるものではなく、組み合わせる(積層する)複
数のシート材の厚みや組成、あるいは、積層するシート
材の種類の数や積層順その他についても、本願発明の要
旨の範囲で、種々の変形や応用を加えることが可能であ
る。
スタ用積層型半導体磁器は、立方晶系の温度範囲で正の
抵抗温度特性を有し、正方晶系の温度範囲で負の抵抗温
度特性を有する第1の半導体磁器層と、前記第1の半導
体磁器層と異なり、前記第1の半導体磁器層が負の抵抗
温度特性を示す正方晶系の温度範囲で、正および負の抵
抗温度特性を示す他の半導体磁器層と略フラットおよび
正の抵抗温度特性を有する他の半導体磁器層と、が積層
された構造を有しており、特性が異なる複数の半導体磁
器層が組み合わされることにより、積層体全体として、
所望の抵抗温度特性を持たせることが可能になり、広い
温度範囲にわたって、抵抗温度特性が実質的にフラット
な正特性サーミスタ用積層型半導体磁器を得ることが可
能になる。
抗温度特性を容易かつ正確に数式化することが可能にな
り、本願発明の正特性サーミスタ用積層型半導体磁器か
らなる正特性サーミスタを用いた回路などの設計を理論
的に正確にかつ効率よく行うことができるようになる。
型半導体磁器の製造方法は、焼成後に半導体磁器となる
半導体磁器原料を用いて、立方晶系の温度範囲で正の抵
抗温度特性を有し、正方晶系の温度範囲で負の抵抗温度
特性を有する第1の半導体磁器層となる第1のシート材
と、前記第1の半導体磁器層と異なり、前記第1の半導
体磁器層が負の抵抗温度特性を示す正方晶系の温度範囲
で、正および負の抵抗温度特性を示す他の半導体磁器層
となる第1の他のシート材と略フラットおよび正の抵抗
温度特性を有する他の半導体磁器層となる第2の他のシ
ート材と、を形成し、前記第1のシート材と、第1およ
び第2の他のシート材とを積層して積層体を形成した
後、前記積層体を所定の条件で焼成して、焼成積層体全
体としての抵抗温度特性が、前記第1の半導体磁器層が
負の抵抗温度特性を示す温度領域においてフラットな正
特性サーミスタ用積層型半導体磁器として焼結させるよ
うにしているので、本願発明(請求項1及び2)の正特
性サーミスタ用積層型半導体磁器を確実に製造すること
が可能となり、本願発明を実効あらしめることができ
る。
タ用積層型半導体磁器の構造を示す断面図である。
タ用積層型半導体磁器を構成する各シート材を単独で焼
成した場合の抵抗温度特性を示す線図である。
タ用積層型半導体磁器全体の抵抗温度特性を示す線図で
ある。
Claims (4)
- 【請求項1】 立方晶系の温度範囲で正の抵抗温度特性
を有し、正方晶系の温度範囲で負の抵抗温度特性を有す
る第1の半導体磁器層と、前記第1の半導体磁器層と異
なり、前記第1の半導体磁器層が負の抵抗温度特性を示
す正方晶系の温度範囲で、正および負の抵抗温度特性を
示す他の半導体磁器層と略フラットおよび正の抵抗温度
特性を有する他の半導体磁器層と、を組み合わせてなる
焼成積層体からなり、 前記焼成積層体全体としての抵抗温度特性が、前記第1
の半導体磁器層が負の抵抗温度特性を示す温度領域にお
いて実質的にフラットであることを特徴とする正特性サ
ーミスタ用積層型半導体磁器。 - 【請求項2】 前記第1の半導体磁器層および前記他の
半導体磁器層が、チタン酸バリウム(BaTiO3)系
半導体磁器層であることを特徴とする請求項1記載の正
特性サーミスタ用積層型半導体磁器。 - 【請求項3】 焼成後に半導体磁器となる半導体磁器原
料を用いて、立方晶系の温度範囲で正の抵抗温度特性を
有し、正方晶系の温度範囲で負の抵抗温度特性を有する
第1の半導体磁器層となる第1のシート材を形成するシ
ート形成工程と、 同じく焼成後に半導体磁器となる半導体磁器原料を用い
て、前記第1の半導体磁器層と異なり、前記第1の半導
体磁器層が負の抵抗温度特性を示す正方晶系の温度範囲
で、正および負の抵抗温度特性を示す他の半導体磁器層
となる第1の他のシート材と略フラットおよび正の抵抗
温度特性を有する他の半導体磁器層となる第2の他のシ
ート材と、を形成するシート形成工程と、 前記第1のシート材と、第1および第2の他のシート材
とを積層して積層体を形成する積層工程と、 前記積層体を所定の条件で焼成して、焼成積層体全体と
しての抵抗温度特性が、前記第1の半導体磁器層が負の
抵抗温度特性を示す温度領域において、実質的にフラッ
トな正特性サーミスタ用積層型半導体磁器として焼結さ
せる焼成工程と、 を具備することを特徴とする正特性サーミスタ用積層型
半導体磁器の製造方法。 - 【請求項4】 前記半導体磁器原料がチタン酸バリウム
系半導体磁器原料であることを特徴とする請求項3記載
の正特性サーミスタ用積層型半導体磁器の製造方法。
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