JP3757794B2 - サーミスタ用半導体磁器及びそれを用いたチップ型サーミスタ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、電子機器の温度補償用素子などに用いられるサーミスタ用半導体磁器に関し、詳しくは、酸化亜鉛と酸化チタンを主成分とするサーミスタ用半導体磁器及びそれを用いたチップ型サーミスタに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子機器などの温度補償用素子としては、正特性サーミスタや負特性サーミスタなどの感温抵抗素子が用いられている。
ところで、これらの感温抵抗素子としては、通常、酸化物半導体や半導電性金属などが用いられているが、これらのサーミスタ材料を用いた感温抵抗素子としては、B定数が約1500K程度以上のものしか市販されていないのが実情である。
【0003】
そこで、これよりB定数の小さい感温抵抗素子を必要とする場合には、通常、上述のような既存の感温抵抗素子を固定抵抗と並列に用いることにより、全体としてのB定数を下げて、所望の抵抗温度特性を備えた温度補償用素子として動作させるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、感温抵抗素子を固定抵抗と並列に接続して用いることは、部品点数の増大によるコストの上昇を招くばかりでなく、固定抵抗の配設スペースが必要となり、それが用いられている電子機器の小型化を妨げるという問題点がある。
【0005】
かかる問題点を解決するための手段としては、まず、従来のサーミスタ材料を改良することが考えらるが、従来のサーミスタ材料を用いてB定数を小さくすることは必ずしも容易ではない。
また、サーミスタ材料の組成比を変えることにより、B定数を下げる方法も考えられるが、この方法の場合、温度補償素子としての信頼性が低下するという問題点がある。
また、サーミスタ材料の組成比を制御するだけで、例えば、0〜1000Kというような低B定数領域を含む広範囲でのシリーズ化を図ることが可能なサーミスタ材料を得ることは困難で、実用上十分な信頼性を備えた材料は、これまで開発されていないのが実情である。
【0006】
本願発明は、上記問題点を解決するものであり、例えば、0〜1000KというようなB定数の小さいサーミスタにも用いることが可能な半導体磁器(サーミスタ用半導体磁器)及び該サーミスタ用半導体磁器を用いたチップ型サーミスタを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明のサーミスタ用半導体磁器は、
ZnOとZn 2 TiO 4 との混晶を主成分とし、
マンガンがMnに換算して、0.001〜10 mol の割合で添加されていること
を特徴としている。
【0008】
ZnOとZn 2 TiO 4 との混晶を主成分とする半導体磁器組成物にマンガンをMnに換算して、0.001〜10 mol %の割合で添加することにより、マンガン添加量に応じて抵抗温度特性を、正特性から負特性までの範囲で、幅広く制御することが可能になり、低B定数領域を含む広範囲でのシリーズ化を図ることが可能になる。
なお、マンガンの添加割合を、Mnに換算して、0.001〜10mol%の割合とすることにより、より確実に抵抗温度特性を制御することが可能になり、用途に合わせたサーミスタ用半導体磁器を得ることが可能になる。
なお、主成分であるZnOとZn 2 TiO 4 との混晶の割合にもよるが、マンガンの添加量を0.5mol%程度以下とすることにより、正の抵抗温度特性を示すサーミスタ用半導体磁器が得られ、マンガンの添加量を0.5mol%程度以上とすることにより、負の抵抗温度特性を示すサーミスタ用半導体磁器が得られる。
また、マンガンの添加量を制御することにより、0〜1000Kというような低B定数領域を含む広い領域で、B定数のシリーズ化を実現することが可能になる。
【0009】
また、請求項のサーミスタ用半導体磁器は、請求項記載のサーミスタ用半導体磁器に、さらにニッケルを所定の割合で添加したことを特徴としている。
【0010】
請求項1記載の半導体磁器組成物に、さらにニッケルを所定の割合で添加することにより、比抵抗を制御することが可能になり、比抵抗のシリーズ化を実現することが可能になる。
【0011】
また、請求項のサーミスタ用半導体磁器は、前記ニッケルの添加割合が、Niに換算して、0.1〜20mol%の割合であることを特徴としている。
【0012】
ニッケルを、Niに換算して、0.1〜20mol%の割合で添加することにより、例えば、1〜1000Ωcmの領域で比抵抗のシリーズ化を実現することが可能になり、本願発明をさらに実効あらしめることができる。
【0013】
また、本願発明(請求項)のチップ型サーミスタは、
請求項1〜3のいずれかに記載のサーミスタ用半導体磁器をチップ状に成形してなるサーミスタ素体と、
前記サーミスタ素体に配設された電極と
を具備することを特徴としている。
【0014】
本願発明のサーミスタ用半導体磁器をチップ状に成形してなるサーミスタ素体に、電極(外部電極)を配設することにより、例えば、0〜1000Kというような低いB定数を有するチップ型サーミスタを得ることが可能になる。
【0015】
また、請求項5のチップ型サーミスタは、温度補償用素子として用いられるものであることを特徴としている。
【0016】
本願発明(請求項4)のチップ型サーミスタを電子機器などの温度補償用素子として用いることにより、より精度の高い温度補償を行うことが可能になる。
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【0017】
[実施形態1]
なお、この実施形態1では、以下の手順で、チップ型サーミスタ(試料)を作製し、その特性(比抵抗及び抵抗温度特性)を測定した。
【0018】
<チップ型サーミスタの作製>
(1)原料として、酸化亜鉛、酸化チタン、及び酸化マンガンの各粉末を用意し、これを、表1に示すような組成のサーミスタ用半導体磁器が得られるような割合で配合した。
(2)次に、上記のようにして配合した原料粉末を、純水、ジルコニアボール、及びバインダーとともにポリエチレンポットに入れ、15Hr混合してスラリー化した。
(3)それから、このスラリーを基材(フィルム)状に塗布して厚さ約50μmのシート状に加工した。
(4)そして、このシートを所定の寸法にカットし、10〜20枚積み重ねて圧着することにより圧着成形体を得た。
(5)次いで、この圧着成形体を所定の寸法にカットした後、1250〜1500℃の温度で2時間焼成することにより焼成体(サーミスタ用半導体磁器)を得た。
(6)それから、この焼成体の両端部に、スパッタリング法によって外部電極を形成することにより、図1に示すように、サーミスタ用半導体磁器1の両端部に一対の外部電極2が配設された構造を有するチップ型サーミスタ(試料)3を得た。
【0019】
なお、この実施形態では、外部電極として、スパッタリング法により薄膜電極を形成したが、外部電極は他の方法で形成することも可能である。また、外部電極の種類としては、薄膜電極に限らず、導電性ペーストを塗布して焼き付けることにより形成される、いわゆる厚膜電極であってもよい。
【0020】
<特性の測定及び評価>
上述のようにして得たチップ型サーミスタ(試料)について、特性(比抵抗及び抵抗温度特性)を測定した。測定により得た25℃における比抵抗と、25〜50℃のB定数を表1に併せて示す。なお、表1において、試料番号に*印を付したものは、本願発明の範囲外の比較例である。
【0021】
【表1】
Figure 0003757794
【0022】
表1より、酸化亜鉛、酸化チタンを主成分とする半導体磁器組成物にマンガンを添加することにより、B定数と比抵抗を制御できることがわかる。
すなわち、酸化亜鉛と酸化チタンのみで、マンガンを添加していない試料(試料番号1)では、比抵抗が30Ωcm、B定数が−760Kの正の抵抗温度特性を示すが、これにマンガンを添加することにより、B定数を制御することが可能になる。具体的には、マンガンの添加量にともなってB定数が増加し、抵抗温度特性の傾きを、正の領域から負の領域まで幅広く変化させることが可能になる。
【0023】
また、B定数及び比抵抗の制御に特に有効なマンガンの添加量の範囲は、Mnに換算して0.001〜10mol%の範囲であることがわかる。なお、マンガンの添加量が0.001mol%を下回ると(試料番号2)、十分な添加効果が得られず、10mol%を超えると(試料番号13,14)、比抵抗が大きくなりすぎて(絶縁体となり)、抵抗素子として機能しなくなる。
【0024】
[実施形態2]
この実施形態2では、原料として、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マンガン、及び酸化ニッケルの各粉末を用意し、これを、表2に示す組成のサーミスタ用半導体磁器が得られるような割合で配合した。
【0025】
そして、この配合原料を用いて、上記実施形態1の場合と同様の手順でチップ型サーミスタ(試料)を作製し、その特性(比抵抗及び抵抗温度特性)を測定した。その結果を表2に併せて示す。
【0026】
【表2】
Figure 0003757794
【0027】
表2に示すように、酸化亜鉛、酸化チタンを主成分とし、マンガンが添加された半導体磁器組成物にさらにニッケルを添加することにより、比抵抗を1桁〜2桁程度の範囲で制御することが可能になる。
なお、比抵抗の制御に有効なニッケルの添加量の範囲は、Niに換算して0.1〜20mol%の範囲であり、この範囲外(試料番号15,21,22,28,29,35,36及び42)では、比抵抗の制御効果が不十分になる傾向がある。
【0028】
なお、本願発明は、上記実施形態1及び2に限定されるものではなく、原料粉末の形態(化学組成)、焼成条件などに関し、発明の要旨の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【0029】
【発明の効果】
上述のように、本願発明(請求項1)のサーミスタ用半導体磁器は、ZnOとZn 2 TiO 4 との混晶を主成分とする半導体磁器組成物にマンガンをMnに換算して、0.001〜10 mol %の割合で添加するようにしているので、マンガン添加量に応じて抵抗温度特性を、正特性から負特性までの範囲で、幅広く制御することが可能になり、種々の用途に広く用いることが可能なサーミスタ用半導体磁器を提供することができるようになる。
【0030】
なお、マンガンの添加割合を、Mnに換算して、0.001〜10mol%の割合とすることにより、より確実に抵抗温度特性を制御することが可能になり、用途に合わせたサーミスタ用半導体磁器を得ることができる。なお、主成分であるZnOとZn 2 TiO 4 との 混晶の割合にもよるが、マンガンの添加量を0.5mol%程度以下とすることにより、正の抵抗温度特性を示すサーミスタ用半導体磁器が得られ、マンガンの添加量を0.5mol%程度以上とすることにより、負の抵抗温度特性を示すサーミスタ用半導体磁器が得られる。
また、マンガンの添加量を制御することにより、0〜1000Kというような低B定数領域を含む広い領域で、B定数のシリーズ化を実現することが可能になる。
【0031】
また、請求項のサーミスタ用半導体磁器のように、請求項1の半導体磁器組成物に、さらにニッケルを添加することにより、比抵抗を制御することが可能になり、比抵抗のシリーズ化を実現することが可能になる。
【0032】
また、請求項のサーミスタ用半導体磁器のように、ニッケルを、Niに換算して、0.1〜20mol%の割合で添加した場合、実用上意義の大きい比抵抗領域で比抵抗のシリーズ化を実現することが可能になり、本願発明をさらに実効あらしめることができる。
【0033】
また、本願発明(請求項)のチップ型サーミスタは、上述の請求項1〜3のいずれかに記載のサーミスタ用半導体磁器をチップ状に成形してなるサーミスタ素体に、電極(外部電極)を配設するようにしているので、例えば、0〜1000Kというような低いB定数を有するチップ型サーミスタを得ることが可能になる。
【0034】
また、請求項5のチップ型サーミスタのように、本願発明(請求項4)のチップ型サーミスタを電子機器などの温度補償用素子として用いることにより、より精度の高い温度補償を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の実施形態にかかるサーミスタ用半導体磁器を用いて形成したチップ型サーミスタの断面図である。
【符号の説明】
1 サーミスタ用半導体磁器
2 外部電極
3 チップ型サーミスタ

Claims (5)

  1. ZnOとZn 2 TiO 4 との混晶を主成分とし、
    マンガンがMnに換算して、0.001〜10 mol の割合で添加されていること
    を特徴とするサーミスタ用半導体磁器。
  2. 請求項1記載のサーミスタ用半導体磁器に、さらにニッケルを所定の割合で添加したことを特徴とするサーミスタ用半導体磁器。
  3. 前記ニッケルの添加割合が、Niに換算して、0.1〜20mol%の割合であることを特徴とする請求項記載のサーミスタ用半導体磁器。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のサーミスタ用半導体磁器をチップ状に成形してなるサーミスタ素体と、
    前記サーミスタ素体に配設された電極と
    を具備することを特徴とするチップ型サーミスタ。
  5. 温度補償用素子として用いられるものであることを特徴とする請求項4記載のチップ型サーミスタ。
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