JP3334264B2 - 半導体セラミック素子 - Google Patents
半導体セラミック素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、負の抵抗温度係数を有
するセラミック素体を用いた半導体セラミック素子に関
するものである。
するセラミック素体を用いた半導体セラミック素子に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、スイッチング電源ではスイッチ
を入れた瞬間に過電流が流れることから、この初期の突
入電流を吸収する素子として、いわゆるＮＴＣサーミス
タ素子が用いられている。このＮＴＣサーミスタ素子
は、室温での抵抗値が高く、温度の上昇と共に抵抗値が
低下する機能を有しており、これによって初期の突入電
流を抑制し、その後自己発熱により昇温して低抵抗とな
り、定常状態では電力消費量が低減できる。このような
ＮＴＣサーミスタ素子のセラミック素体としては、従来
からスピネル酸化物が用いられている。
を入れた瞬間に過電流が流れることから、この初期の突
入電流を吸収する素子として、いわゆるＮＴＣサーミス
タ素子が用いられている。このＮＴＣサーミスタ素子
は、室温での抵抗値が高く、温度の上昇と共に抵抗値が
低下する機能を有しており、これによって初期の突入電
流を抑制し、その後自己発熱により昇温して低抵抗とな
り、定常状態では電力消費量が低減できる。このような
ＮＴＣサーミスタ素子のセラミック素体としては、従来
からスピネル酸化物が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなＮＴＣサー
ミスタ素子を突入電流防止用に用いた場合、上述のよう
に自己発熱による昇温状態で抵抗値が小さくならなけれ
ばならない。しかしながら、従来のスピネル酸化物を用
いたＮＴＣサーミスタ素子は、一般に比抵抗を小さくす
るほどＢ定数が小さくなる傾向にあり、昇温状態におけ
る抵抗値を十分に小さくすることができず、定常状態に
おける電力消費量を低減することができないという問題
があった。
ミスタ素子を突入電流防止用に用いた場合、上述のよう
に自己発熱による昇温状態で抵抗値が小さくならなけれ
ばならない。しかしながら、従来のスピネル酸化物を用
いたＮＴＣサーミスタ素子は、一般に比抵抗を小さくす
るほどＢ定数が小さくなる傾向にあり、昇温状態におけ
る抵抗値を十分に小さくすることができず、定常状態に
おける電力消費量を低減することができないという問題
があった。
【０００４】また、従来のＮＴＣサーミスタ素子では、
外気温度の変化により初期抵抗値にばらつきがあり、特
に０℃以下の低温では抵抗値の立ち上がりが遅れるとい
う問題があった。このような問題を改善するためには、
常温付近でのＢ定数が小さく、高温でのＢ定数が大きく
なる特性が必要である。
外気温度の変化により初期抵抗値にばらつきがあり、特
に０℃以下の低温では抵抗値の立ち上がりが遅れるとい
う問題があった。このような問題を改善するためには、
常温付近でのＢ定数が小さく、高温でのＢ定数が大きく
なる特性が必要である。
【０００５】本発明の目的は、低温での抵抗値の立ち上
がりが向上し、昇温状態での抵抗値を小さくして電力消
費量を低減すると共に、大電流にも対応可能とし、かつ
信頼性に優れた突入電流防止用半導体セラミック素子を
提供することにある。
がりが向上し、昇温状態での抵抗値を小さくして電力消
費量を低減すると共に、大電流にも対応可能とし、かつ
信頼性に優れた突入電流防止用半導体セラミック素子を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため、Ｂ定数が室温で小さく高温で大きくな
る負の抵抗温度特性を示すセラミック組成物について鋭
意検討したところ、希土類遷移元素からなる酸化物セラ
ミック組成がこのような特性を有しており、かつこのよ
うな希土類遷移元素酸化物のセラミック素体の空隙率を
３〜２０体積％とすることにより、信頼性の高い半導体
セラミック素子が得られることを見い出し、本発明を完
成するに至った。
を達成するため、Ｂ定数が室温で小さく高温で大きくな
る負の抵抗温度特性を示すセラミック組成物について鋭
意検討したところ、希土類遷移元素からなる酸化物セラ
ミック組成がこのような特性を有しており、かつこのよ
うな希土類遷移元素酸化物のセラミック素体の空隙率を
３〜２０体積％とすることにより、信頼性の高い半導体
セラミック素子が得られることを見い出し、本発明を完
成するに至った。
【０００７】すなわち、本発明の突入電流防止用半導体
セラミック素子は、セラミック素体がＬａＣｏ系酸化物
から形成され、かつセラミック素体の空隙率が３〜２０
体積％であることを特徴としている。
セラミック素子は、セラミック素体がＬａＣｏ系酸化物
から形成され、かつセラミック素体の空隙率が３〜２０
体積％であることを特徴としている。
【０００８】本発明において用いるＬａＣｏ系酸化物
は、温度上昇によるＢ定数の増加が大きく、かつ室温に
おけるＢ定数が小さいので、優れた特性を得ることがで
きる。
は、温度上昇によるＢ定数の増加が大きく、かつ室温に
おけるＢ定数が小さいので、優れた特性を得ることがで
きる。
【０００９】
【作用】希土類遷移元素酸化物が、低抵抗で室温のＢ定
数が小さく、かつ高温でのＢ定数が大きいという特性に
ついては、例えば、Ｖ．Ｇ．Ｂｈｉｄｅ、Ｄ．Ｓ．Ｒａ
−ｊｏｒｉａによる文献（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ６
〔３〕１０２１（１９７２））等に記載されている。本
発明者らは、このような特性が実際に素子に適用できる
か否かについて実用試験を種々試みた結果、大電流を流
しても破壊されず、十分に電流抑制効果を示すものの、
抵抗値の変化率が製造条件によって大きく影響され、こ
の原因が成形充填圧力や焼成温度、あるいはバインダの
含有率によって決まる焼成体の空隙率に大きく依存して
いることを見い出した。本発明では、このようなセラミ
ック素体の空隙率を３〜２０体積％とし、信頼性の高い
安定した特性を示す半導体セラミック素子としている。
セラミック素体の空隙率が３体積％より小さくなると、
酸化が容易に進まないためＢ定数が小さくなり、２０体
積％を超えると、信頼性が低下する。
数が小さく、かつ高温でのＢ定数が大きいという特性に
ついては、例えば、Ｖ．Ｇ．Ｂｈｉｄｅ、Ｄ．Ｓ．Ｒａ
−ｊｏｒｉａによる文献（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ６
〔３〕１０２１（１９７２））等に記載されている。本
発明者らは、このような特性が実際に素子に適用できる
か否かについて実用試験を種々試みた結果、大電流を流
しても破壊されず、十分に電流抑制効果を示すものの、
抵抗値の変化率が製造条件によって大きく影響され、こ
の原因が成形充填圧力や焼成温度、あるいはバインダの
含有率によって決まる焼成体の空隙率に大きく依存して
いることを見い出した。本発明では、このようなセラミ
ック素体の空隙率を３〜２０体積％とし、信頼性の高い
安定した特性を示す半導体セラミック素子としている。
セラミック素体の空隙率が３体積％より小さくなると、
酸化が容易に進まないためＢ定数が小さくなり、２０体
積％を超えると、信頼性が低下する。
【００１０】本発明に従いＬａＣｏ系酸化物からなるセ
ラミック素体を用い、かつその空隙率を３〜２０体積％
とすることにより、信頼性及び室温抵抗値の安定性を向
上させることができ、室温状態での抵抗の低抵抗化、定
常状態での電力消費量の低減化、及び許容電流値の大電
流化を図ることができる。
ラミック素体を用い、かつその空隙率を３〜２０体積％
とすることにより、信頼性及び室温抵抗値の安定性を向
上させることができ、室温状態での抵抗の低抵抗化、定
常状態での電力消費量の低減化、及び許容電流値の大電
流化を図ることができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。実施例 希土類遷移元素酸化物として、ＬａX ＣｏY Ｏ3 （Ｘ／
Ｙ＝０．９〜１．１）となるように、Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｌａ
2 Ｏ3 の粉末を秤量し混合する。この粉末を、純水を用
いてボールミルで１６時間湿式混合した後、乾燥させて
１０００℃で２時間仮焼する。この仮焼粉末にバインダ
を５重量％加えて、再度ボールミルで５時間湿式混合し
て粉砕し、濾過、乾燥させた後、室温抵抗値が１０Ωと
なるように、円板状に加圧成形し、該成形体を大気中で
１４００℃で２時間焼成して焼成体（８．２体積％）と
する。次に、この焼成体の両面に銀ペーストを塗布した
後に、６５０℃で焼き付けて電極を形成し、ＮＴＣサー
ミスタ素子を得る。
る。実施例 希土類遷移元素酸化物として、ＬａX ＣｏY Ｏ3 （Ｘ／
Ｙ＝０．９〜１．１）となるように、Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｌａ
2 Ｏ3 の粉末を秤量し混合する。この粉末を、純水を用
いてボールミルで１６時間湿式混合した後、乾燥させて
１０００℃で２時間仮焼する。この仮焼粉末にバインダ
を５重量％加えて、再度ボールミルで５時間湿式混合し
て粉砕し、濾過、乾燥させた後、室温抵抗値が１０Ωと
なるように、円板状に加圧成形し、該成形体を大気中で
１４００℃で２時間焼成して焼成体（８．２体積％）と
する。次に、この焼成体の両面に銀ペーストを塗布した
後に、６５０℃で焼き付けて電極を形成し、ＮＴＣサー
ミスタ素子を得る。
【００１２】比較例 比較のため、従来のＮＴＣサーミスタ素子を製造する。
Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｍｎ3 Ｏ 4 及びＣｕＣＯ3 をそれぞれ重量
比で６：３：１の割合となるように秤量し、この粉末を
用いて、上記実施例と同様にしてＮＴＣサーミスタ素子
を製造する。
Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｍｎ3 Ｏ 4 及びＣｕＣＯ3 をそれぞれ重量
比で６：３：１の割合となるように秤量し、この粉末を
用いて、上記実施例と同様にしてＮＴＣサーミスタ素子
を製造する。
【００１３】図１は、上記実施例及び比較例のＮＴＣサ
ーミスタ素子の比抵抗の温度依存性を示す特性図であ
る。図１に示されるように、比較例のＮＴＣ素子では、
２５℃の比抵抗が１００Ω・ｃｍと高く、また温度上昇
によるＢ定数の増加が小さい。これに対して、本発明に
従う実施例のＮＴＣ素子では、２５℃の比抵抗が２０Ω
・ｃｍ以下と小さく、さらに温度上昇によるＢ定数の増
加が大きく、高温において比較例のＮＴＣ素子よりも低
抵抗が得られることを示している。
ーミスタ素子の比抵抗の温度依存性を示す特性図であ
る。図１に示されるように、比較例のＮＴＣ素子では、
２５℃の比抵抗が１００Ω・ｃｍと高く、また温度上昇
によるＢ定数の増加が小さい。これに対して、本発明に
従う実施例のＮＴＣ素子では、２５℃の比抵抗が２０Ω
・ｃｍ以下と小さく、さらに温度上昇によるＢ定数の増
加が大きく、高温において比較例のＮＴＣ素子よりも低
抵抗が得られることを示している。
【００１４】実施例のＮＴＣ素子と比較例のＮＴＣ素子
とをそれぞれスイッチング電源に直列接続し、電源投入
時のスイッチング電源電流値の時間変化を測定した。こ
の結果を表１に示す。
とをそれぞれスイッチング電源に直列接続し、電源投入
時のスイッチング電源電流値の時間変化を測定した。こ
の結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１から明らかなように、比較例の素子の
場合も電流遅延効果はあるが、外気温が６０℃と−３０
℃の時、１秒後の電流値がそれぞれ９．１Ａ及び１．３
Ａを示しており、立ち上がり特性のばらつきが大きいこ
とがわかる。
場合も電流遅延効果はあるが、外気温が６０℃と−３０
℃の時、１秒後の電流値がそれぞれ９．１Ａ及び１．３
Ａを示しており、立ち上がり特性のばらつきが大きいこ
とがわかる。
【００１７】図２は、実施例のＮＴＣ素子の繰り返し通
電試験の結果を示す図である。試験は、１分間電流を通
電後、３０分間電源を切り２５℃に冷却するというヒー
トサイクルを１００００回行った。図２には、１回目の
特性と、１００００回目の特性が示されており、１００
００回行っても特性の変化がまったく認められないこと
がわかる。
電試験の結果を示す図である。試験は、１分間電流を通
電後、３０分間電源を切り２５℃に冷却するというヒー
トサイクルを１００００回行った。図２には、１回目の
特性と、１００００回目の特性が示されており、１００
００回行っても特性の変化がまったく認められないこと
がわかる。
【００１８】また、実施例のＮＴＣ素子１００個に対
し、２０Ａを通電して実用試験を行った結果、いずれの
素子も破壊することがなく、大電流にも適用できること
が確認された。
し、２０Ａを通電して実用試験を行った結果、いずれの
素子も破壊することがなく、大電流にも適用できること
が確認された。
【００１９】次に、上記実施例において仮焼粉末に加え
るバインダの量を０〜１５重量％と変化させることによ
り、下記の表２に示すような空隙率の異なる焼成体を作
製し、これらの焼成体から上記実施例と同様にしてＮＴ
Ｃサーミスタ素子を製造した。これらのＮＴＣサーミス
タ素子それぞれ５０個に対し、高温放置試験（２００
℃，１０００時間）、及び通電試験（１０Ａ，１０００
時間）における抵抗値の変化率を測定し、その結果を表
２に示した。またＢ定数を測定し、表２に示した。ここ
でＢ定数は、温度をＴ、比抵抗をρ、自然対数をＬｎと
すると、 Ｂ（Ｔ）＝｛Ｌｎρ（Ｔ0 ）−Ｌｎρ（Ｔ）｝／（Ｔ0
−Ｔ） で定義される定数であり、温度による抵抗変化を示して
いる。この数値が大きいほど温度による抵抗変化が大き
い。ここで示したＢ定数は、室温２５℃から２００℃に
上昇させたときの定数を示す。
るバインダの量を０〜１５重量％と変化させることによ
り、下記の表２に示すような空隙率の異なる焼成体を作
製し、これらの焼成体から上記実施例と同様にしてＮＴ
Ｃサーミスタ素子を製造した。これらのＮＴＣサーミス
タ素子それぞれ５０個に対し、高温放置試験（２００
℃，１０００時間）、及び通電試験（１０Ａ，１０００
時間）における抵抗値の変化率を測定し、その結果を表
２に示した。またＢ定数を測定し、表２に示した。ここ
でＢ定数は、温度をＴ、比抵抗をρ、自然対数をＬｎと
すると、 Ｂ（Ｔ）＝｛Ｌｎρ（Ｔ0 ）−Ｌｎρ（Ｔ）｝／（Ｔ0
−Ｔ） で定義される定数であり、温度による抵抗変化を示して
いる。この数値が大きいほど温度による抵抗変化が大き
い。ここで示したＢ定数は、室温２５℃から２００℃に
上昇させたときの定数を示す。
【００２０】なお、表２において、試料番号に＊を付け
たものは、空隙率が本発明の範囲外である比較例であ
る。
たものは、空隙率が本発明の範囲外である比較例であ
る。
【００２１】
【表２】
【００２２】表２から明らかなように、空隙率が本発明
の範囲よりも小さい試料番号１及び２では、高温でのＢ
定数が小さくなっている。また空隙率が本発明の範囲よ
りも大きい試料番号９及び１０では、高温放置試験にお
ける抵抗変化率及び通電試験における抵抗変化率が−１
０％以上の変化を示しており、信頼性が低いことがわか
る。
の範囲よりも小さい試料番号１及び２では、高温でのＢ
定数が小さくなっている。また空隙率が本発明の範囲よ
りも大きい試料番号９及び１０では、高温放置試験にお
ける抵抗変化率及び通電試験における抵抗変化率が−１
０％以上の変化を示しており、信頼性が低いことがわか
る。
【００２３】上記実施例では、円板状のＮＴＣサーミス
タ素子を製造し説明しているが、本発明の半導体セラミ
ック素子はこのような形状に限定されるものではなく、
積層素子、円筒形素子など他の素子形状のものにも適用
されるものである。また上記実施例においては、素子の
電極としてＡｇを用いたが、Ｐｄ、Ｐｔ、あるいはそれ
らの合金など他の電極材料を用いても同様の特性を得る
ことができる。
タ素子を製造し説明しているが、本発明の半導体セラミ
ック素子はこのような形状に限定されるものではなく、
積層素子、円筒形素子など他の素子形状のものにも適用
されるものである。また上記実施例においては、素子の
電極としてＡｇを用いたが、Ｐｄ、Ｐｔ、あるいはそれ
らの合金など他の電極材料を用いても同様の特性を得る
ことができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明に従い、ＬａＣｏ系酸化物からな
るセラミック素体を用いることにより、室温でのＢ定数
が小さく、かつ温度上昇によるＢ定数が大きい素子とす
ることができ、定常状態でき電力消費量を低減すること
ができ、大電流にも適用することができる。またセラミ
ック素体の空隙率を３〜２０体積％とすることにより、
高温でのＢ定数の向上、高温放置試験、通電試験等の信
頼性試験における特性値の安定性などを著しく向上させ
ることができる。
るセラミック素体を用いることにより、室温でのＢ定数
が小さく、かつ温度上昇によるＢ定数が大きい素子とす
ることができ、定常状態でき電力消費量を低減すること
ができ、大電流にも適用することができる。またセラミ
ック素体の空隙率を３〜２０体積％とすることにより、
高温でのＢ定数の向上、高温放置試験、通電試験等の信
頼性試験における特性値の安定性などを著しく向上させ
ることができる。
【図１】本発明の実施例におけるＮＴＣサーミスタ素子
の比抵抗の温度依存性を示す図。
の比抵抗の温度依存性を示す図。
【図２】本発明の実施例のヒートサイクル試験の時間−
電流特性を示す図。
電流特性を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−290549（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−18961（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−80989（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01C 7/02 - 7/22
Claims (1)
- 【請求項１】 負の抵抗温度係数を有するセラミック素
体を用いた突入電流防止用半導体セラミック素子におい
て、 前記セラミック素体がＬａＣｏ系酸化物により形成さ
れ、かつセラミック素体の空隙率が３〜２０体積％であ
ることを特徴とする、半導体セラミック素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18521493A JP3334264B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 半導体セラミック素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18521493A JP3334264B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 半導体セラミック素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745403A JPH0745403A (ja) | 1995-02-14 |
| JP3334264B2 true JP3334264B2 (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=16166875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18521493A Expired - Fee Related JP3334264B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 半導体セラミック素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3334264B2 (ja) |
-
1993
- 1993-07-27 JP JP18521493A patent/JP3334264B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0745403A (ja) | 1995-02-14 |
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