JP4513402B2 - チップ型ｐｔｃサーミスタ素子 - Google Patents
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Description
本発明は、チップ型ＰＴＣサーミスタ素子に関するもので、特に面実装型のチップ部品として好適に用いることのできるチップ型ＰＴＣサーミスタ素子である。
従来から用いられている単板型ＰＴＣサーミスタ素子は、半導体磁器組成物からなるセラミック焼結体の両主面に導電ペーストを塗布し、これを焼き付けて端子電極を形成することによって、製造されている。通常、上記セラミック焼結体は、仮焼粉を円板状に圧縮成形し、所望の焼成条件で焼成して得られる。
例えば、特許文献１に記載されているように、Ｐｂを含むチタン酸バリウム系の材料組成からなる単板型ＰＴＣサーミスタ素子が開示されている。ここで、その組成式をＡＢxＯ3と表した時、そのＰＴＣサーミスタ素子のセラミック焼結体内部は、ｘ＝１．０００（ｘ値はＡサイト成分とＢサイト成分のモル比、すなわちＢ／Ａ値を示す）となっていることが一般的である。
特公昭６３−２８３２４号公報
例えば、特許文献１に記載されているように、Ｐｂを含むチタン酸バリウム系の材料組成からなる単板型ＰＴＣサーミスタ素子が開示されている。ここで、その組成式をＡＢxＯ3と表した時、そのＰＴＣサーミスタ素子のセラミック焼結体内部は、ｘ＝１．０００（ｘ値はＡサイト成分とＢサイト成分のモル比、すなわちＢ／Ａ値を示す）となっていることが一般的である。
現在における電子部品の小型化・高密度化に伴い、面実装型のチップ部品が非常に強く求められている。
しかしながら、上記特許文献１に記載されているように、従来の単板型ＰＴＣサーミスタ素子を構成するＰｂを含むチタン酸バリウム系の主成分の材料組成、より具体的には、主成分の組成式をＡＢxＯ3と表した時にｘ＝１．０００である材料組成を、チップ型ＰＴＣサーミスタ素子に適用すると、抵抗値ばらつきが大きくなったり、抵抗温度特性の立ち上がりが悪くなったりするという問題点が顕在化する。
この原因については、以下のように考えられる。すなわち、後で述べるように、チップ型ＰＴＣサーミスタ素子では、その両端にある端子電極は５面電極構造となっており、上記端子電極間に電圧を印加させた場合、上記素子のセラミック焼結体における表面近傍を電流が流れる。また、上記素子を構成するセラミックを焼成する際に、上記セラミックに含有するＰｂ成分が飛散しやすいことがよく知られている。さらに、Ｐｂ成分の飛散は、上記セラミック焼結体の部位により異なっており、上記素子のセラミック焼結体の内部よりも表面の方がＰｂ成分の飛散量は顕著である。一方では、Ｂａの一部をＰｂで置換したチタン酸バリウム系のセラミック焼結体は、その主成分の組成式をＡＢxＯ3と表した時のｘ値が１．０を超えると、ｘ値が１．０以下の場合と比べて、室温での抵抗値が大きくなることが知られている。以上のことから、焼成時におけるＰｂ成分の飛散によって、上記素子のセラミック焼結体の表面近傍におけるＰｂ成分の飛散度合いが異なるために、室温での抵抗値が大きくなった部分を主に電流が流れることが考えられる。したがって、抵抗温度温度特性の立ち上がりが悪くなったり、抵抗値ばらつきが大きくなったりすると考えられる。
一方、従来の単板型ＰＴＣサーミスタ素子は、端子電極間に電圧を印加させた場合、上記素子のセラミック焼結体の内部を電流が流れるため、表面層の変化の影響をほとんど受けない。そのため、上記チップ型ＰＴＣサーミスタ素子に見られるような抵抗ばらつきは顕在化せず、抵抗温度特性の差も現れにくくなる。
本発明の目的は、上記問題点を鑑みてなされたものであって、抵抗値ばらつきや抵抗温度特性の立ち上がりの良好な特性を有するチップ型ＰＴＣサーミスタ素子を提供することである。
本発明に係るチップ型ＰＴＣサーミスタ素子は、Ｂａの一部をＰｂで置換したチタン酸バリウムを主成分としたセラミック焼結体の表面に両端であって、前記セラミック焼結体のそれぞれ５面にまたがる端子電極を形成させた、チップ型ＰＴＣサーミスタ素子であって、前記主成分の組成式をＡＢxＯ3で表した場合、ｘ値が０．９９２以上０．９９９以下であることを特徴としている。
本発明に係るチップ型ＰＴＣサーミスタは、抵抗値ばらつきが２０％未満と小さく、かつ、抵抗温度特性（特にα10-100）が急峻となるという特有の効果を奏する。
以下、この発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は、この発明の一実施例に係るチップ型ＰＴＣサーミスタ素子の斜視図、図２はその断面図である。なお、図２には、実際には目視できないが、端子電極間に電圧を印加させた場合に発生する電流の流れについて、矢印を用いて模式的に示している。また、図３は、従来の単板型ＰＴＣサーミスタ素子の断面図である。なお、図３にも、図２と同様に、実際には目視できないが、端子電極間に電圧を印加させた場合に発生する電流の流れについて、矢印を用いて模式的に示している。
この実施例のチップ型ＰＴＣサーミスタ素子の製造方法は、以下に示すとおりである。
まず、出発原料として、ＢａＣＯ3，ＴｉＯ2，Ｐｂ3Ｏ4，ＳｒＣＯ3，ＣａＣＯ3，ＭｎＣＯ3，Ｅｒ2Ｏ3，ＳｉＯ2を用意した。そして、１モルの（Ｂａ0.625Ｐｂ0.025Ｓｒ0.220Ｃａ0.125Ｅｒ0.004）ＴｉxＯ3に対して、ＭｎＯ2換算で０．０００５モル，ＳｉＯ2換算で０．０２モルが含有するように、上記の出発原料を所定量調合して混合した。表１には調合したｘの値を示す。
次に、上記で得られた混合粉に、ＰＳＺ玉石および水を加えて、ボールミルを用いて、比表面積が約４ｍ2／ｇとなるように混合粉砕し、その後、上記で得られた混合粉砕粉を、焼成温度が１２００℃の条件で仮焼して、仮焼粉を得た。
次に、上記で得られた仮焼粉に、バインダー等を加えて、ボールミルを用いて混合粉砕し、造粒して造粒粉を得た。
次いで、上記で得られた造粒粉を乾式プレス成形し、１．９２×０．９６×０．９６ｍｍのチップ形状のグリーン成形体を得た。その後、上記グリーン成形体を、焼成温度１２００℃〜１３５０℃で２時間焼成し、１．６０×０．８０×０．８０ｍｍのセラミック焼結体を得た。そして、上記で得られたセラミック焼結体に端子電極を形成して、所望のチップ型ＰＴＣサーミスタを得た。なお、上記端子電極は、Ｃｒ／ＮｉＣｕ／Ａｇ系の電極を用いた。チップ型ＰＴＣサーミスタの特性について、室温での抵抗値（平均値と３ＣＶ値）および抵抗温度特性（α10-100）の結果を表１に示す。
抵抗値は、サンプル数がｎ=３０の平均値であり、３ＣＶ値は、標準偏差σを上記平均値で除したものに３を乗じた値である。抵抗値のばらつきを示す３ＣＶ値は、実用的に使用するためには２０％以下であることが必要不可欠であり、したがって、２０％以下を本発明の範囲内とする。
また、抵抗温度特性（α10-100）は、周囲温度の変化によって抵抗値がどの程度変化するのかを示す指標であり、周囲温度が１０℃から１００℃に変わった時の抵抗変化率（単位は％／℃）である。ここで、ＰＴＣサーミスタ素子の場合、抵抗温度特性（α10-100）の値が大きいほど、その抵抗変化を示す立ち上がりが急峻となるので、特性は良好であると判断する。
表１の結果から明らかなように、本発明の範囲内である場合、すなわち、チップ型ＰＴＣサーミスタ素子の主成分の組成式ＡＢxＯ3において、ｘ値が０．９９２以上０．９９９以下である場合、抵抗値ばらつきや抵抗温度特性の立ち上がりの良好な特性が得られる。しかしながら、ｘ値が０．９９０の場合では、焼結性が悪くなるため、抵抗値ばらつきが大きくなり、また抵抗値が上昇するので、抵抗値温度特性も悪くなる。また、ｘ値が１．０００の場合では、Ｐｂ成分の飛散の影響で、抵抗値ばらつきが大きくなり、また抵抗値が上昇するので、抵抗値温度特性も悪くなる。
ここで、チップ型ＰＴＣサーミスタ素子と単板型ＰＴＣサーミスタ素子について、Ｐｂ成分の飛散に及ぼす影響について述べる。
図１に示すように、チップ型ＰＴＣサーミスタ素子の両端にある端子電極は、それぞれ５面に電極が形成されており、端子電極間に電圧を印加させた場合に、図２に示すように、セラミック焼結体の表面近傍を電流が流れるようになる。ここで、Ｐｂ成分が飛散すると、上記ｘ値が大きい部位を主に電流が流れるので、抵抗が上昇するようになる。また、Ｐｂ成分の飛散度合いは、上記素子のセラミック焼結体の部位により異なるので、抵抗値ばらつき（３ＣＶ値）は大きくなる。特に、従来のｘ値が１．０００である場合では、上記の現象が顕在化する。そこで、上記問題点を解決するために、本発明では、ｘ値が０．９９２〜０．９９９となるセラミック焼結体を用いると、Ｐｂ成分の飛散によるｘ値のばらつきが抵抗値に及ぼす影響は少なくなるので、抵抗値ばらつき（３ＣＶ値）を抑えることができ、それによって、抵抗温度特性の立ち上がりも向上でき、特性の安定化を図ることができると考えられる。
一方、単板型ＰＴＣサーミスタ素子は、図３に示すように、端子電極間に電圧を印加させた場合に、そのセラミック焼結体の内部を電流が流れるため、表面近傍の変化の影響をほとんど受けない。そのため、単板型ＰＴＣサーミスタ素子の場合では、上記チップ型ＰＴＣサーミスタ素子に見られるような抵抗ばらつきは顕在化せず、抵抗温度特性の差も現れにくくなる。したがって、従来のｘ値が１．０００である場合でも特段の支障はなく、本発明のようなｘ値が０．９９２〜０．９９９となるセラミック焼結体を用いる必要はない。
１ チップ型ＰＴＣサーミスタ
２ 端子電極
３ セラミック焼結体
４ 電流の流れ
２ 端子電極
３ セラミック焼結体
４ 電流の流れ
Claims (1)
- Ｂａの一部をＰｂで置換したチタン酸バリウムを主成分としたセラミック焼結体の両端であって、前記セラミック焼結体のそれぞれ５面にまたがる端子電極を形成させた、チップ型ＰＴＣサーミスタ素子であって、前記主成分の組成式をＡＢxＯ3で表した場合、ｘが０．９９２以上０．９９９以下であることを特徴とする、チップ型ＰＴＣサーミスタ素子。
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