JP6406022B2

JP6406022B2 - Ｎｔｃサーミスタ素子の製造方法

Info

Publication number: JP6406022B2
Application number: JP2015004360A
Authority: JP
Inventors: 伸一郎縄井; 洋一川瀬
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2035-01-13
Also published as: JP2016131195A; CN105788786B; CN105788786A; TWI587323B; TW201633334A

Description

本発明は、ＮＴＣサーミスタ素子の製造方法に関する。

ＮＴＣサーミスタ素子は、負の抵抗温度係数を有し、雰囲気温度、固体または液体の温度を検出するため、あるいは温度による回路や部品特性の変化を補償するために広く用いられている。

ＮＴＣサーミスタ素子は、ＮＴＣサーミスタ材料からなる少なくとも１層のサーミスタ層からなるサーミスタ素体と、そのサーミスタ素体内に各サーミスタ層を介して積層された複数内部電極と、そのサーミスタ素体の外表面に形成された第１および第２の外部電極を有している。サーミスタ素体は、内部電極を上面に形成してなるセラミックグリーンシートおよび内部電極が形成されていないセラミックグリーンシートを複数枚積層し、得られた積層体を焼結することにより製造されている（例えば、特許文献１）。ＮＴＣサーミスタ材料は、遷移金属酸化物を主成分と、さらに各種酸化物を副成分として含む酸化物セラミックである。

従来のＮＴＣサーミスタ素子の製造方法の一例を図２に示す。原料粉末作製工程では、ＮＴＣサーミスタ素子の要求特性に応じて主成分および副成分の原料粉末を所定量秤量し、それらの原料粉末を湿式または乾式混合することにより原料粉末を作製する。仮焼工程では、その原料粉末を仮焼する。混合処理工程では、その原料粉末にバインダと溶剤を加えて混合してスラリーを調製する。成形工程では、そのスラリーを成形して複数枚のセラミックグリーンシートを作製する。積層工程では、内部電極となる導電性ペースト膜をセラミックグリーンシートの表面に形成した後、その複数枚のセラミックグリーンシートを圧着等により積層してグリーンシート積層体を作製する。焼成工程では、グリーンシート積層体を焼成する。その後、焼成した積層体を所定寸法に切断して、サーミスタ素体を作製し、そのサーミスタ素体の外表面に外部電極を形成してＮＴＣサーミスタ素子を製造している。

特開平４−１３０７０２号公報

ＮＴＣサーミスタ素子の用途の多様化に伴い、要求される特性も多様化している。しかし、その多様化した要求特性に対しても製造コストの低減の可能なＮＴＣサーミスタ素子の製造方法が必要とされている。

上記の課題を解決するため、本発明のＮＴＣサーミスタ素子の製造方法は、ＮＴＣサーミスタ材料からなる複数のサーミスタ層が積層されてなるＮＴＣサーミスタ素子の製造方法であって、ＮＴＣサーミスタ材料の主成分となる少なくとも２種の原料粉末を所定比率で混合し、焼成して主成分用仮焼原料粉末を作製する工程と、該主成分用原料粉末と副成分となる１種または複数種の副成分用原料粉末を混合する工程を含む、ことを特徴とする。

本発明においては、前記主成分用仮焼原料粉末に、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、およびＺｎからなる群から選択される少なくとも２種の金属の酸化物を用いてもよい。所望の特性（Ｂ定数、抵抗値）を有するＮＴＣサーミスタ素子を得ることができるからである。

また、本発明においては、前記副成分用原料粉末に、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、およびＺｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属の酸化物であって、前記主成分用仮焼原料粉末とは異なる金属の酸化物を用いてもよい。所望の特性（Ｂ定数、抵抗値）を有するＮＴＣサーミスタ素子を得ることができるからである。

また、本発明においては、前記副成分用原料粉末の量を、主成分用仮焼原料粉末と副成分用原料粉末の合計量に対して、０．１重量％以上３５重量％以下としてもよい。種類および量を適宜選択して要求される特性を実現できるからである。

本発明の製造方法によれば、主成分の仮焼原料粉末を予め一括して作製しておき、その一部に、要求特性に応じて副成分を適宜選択して加えることが可能となるので、多様化した要求特性に対しても製造コストの低減が可能な製造方法を提供できる。

本発明の製造方法の一例を示す模式図である。従来の製造方法の一例を示す模式図である。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のＮＴＣサーミスタ素子の製造方法は、ＮＴＣサーミスタ材料からなる複数のサーミスタ層が積層されてなるＮＴＣサーミスタ素子の製造方法であって、ＮＴＣサーミスタ材料の主成分となる少なくとも２種の原料粉末を所定比率で混合し、仮焼して主成分用仮焼原料粉末を作製する工程と、該主成分用原料粉末と副成分となる１種または複数種の副成分用原料粉末を混合する工程を含むことを特徴とするものである。以下、図面を参照して本実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態の製造方法の一例を示す模式図である。その例は、主成分用仮焼原料粉末作製工程、副成分用原料粉末添加および混合処理工程、成形工程、積層工程および焼成工程を含んでいる。すなわち、従来は、ＮＴＣサーミスタ素子の要求特性に応じてＮＴＣサーミスタ材料の主成分および副成分の原料粉末を所定量秤量し、一度に混合していたのに対し、本実施の形態では、主成分となる少なくとも２種の原料粉末を所定比率で混合して主成分用仮焼原料粉末を作製する工程を設け、後でその主成分用仮焼原料粉末と副成分用原料粉末を混合する点が異なる。

主成分用仮焼原料粉末作製工程では、複数の要求特性のＮＴＣサーミスタ素子に共通する主成分となるように１種または複数の原料粉末を所定量秤量し、分散剤や水、アルコール等の溶媒と共にアトライターやボールミル等の混合・粉砕機に投入し、所定時間、混合および粉砕を行う。得られた混合粉を乾燥して混合粉末を得る。

次いで、乾燥した混合粉末を所定温度で仮焼する。仮焼温度は、６００℃以上１０００℃以下、好ましくは７００℃以上１０００℃以下、より好ましくは７００℃以上９００℃以下である。また仮焼雰囲気は、大気雰囲気または酸素雰囲気を用いることができる。また仮焼時間は、１時間以上１０時間以下、好ましくは２時間以上５時間以下である。仮焼により、後の焼成工程でより短時間で焼結を完了させることが可能となる。

副成分用原料粉末添加および混合処理工程では、得られたＮＴＣサーミスタ材料の主成分用仮焼原料粉末と副成分用原料粉末を所定量秤量し、バインダや水、アルコール等の溶媒と共にボールミル等に投入して所定時間混合処理を行ってスラリーを調製する。

成形工程では、得られたスラリーをドクターブレード法等のスラリー成形法を用いて成形加工して、複数のセラミックグリーンシートを作製する。

次いで、例えばＡｇ−Ｐｄ等の導電性ペーストを用いて、得られたセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷により、内部電極となる導電性ペースト膜を形成する。

積層工程では、導電性ペースト膜が形成された複数のセラミックグリーンシートを積層し、その複数のセラミックグリーンシートを圧着して、セラミックグリーンシートの積層体を作製する。

焼成工程では、得られたセラミックグリーンシートの積層体を、必要に応じて所定寸法に切断した後、脱バインダ処理を行った後、所定温度で焼成処理を行い、サーミスタ素体を作製する。焼成温度は、１０００℃以上１５００℃以下、好ましくは１０００℃以上１３００℃以下である。また焼成雰囲気は、大気雰囲気または酸素雰囲気を用いることができる。また焼成時間は、１時間以上１０時間以下、好ましくは２時間以上５時間以下である。

次いで、得られたサーミスタ素体の外表面に、例えばＡｇをベースとする導電性ペーストを塗布して焼き付け、外部電極を形成する。これにより、ＮＴＣサーミスタ素子が得られる。なお、外部電極の表面に電解メッキによりメッキ膜を形成してもよい。

本発明においては、ＮＴＣサーミスタ材料は遷移金属複合酸化物からなり、主成分と副成分を含んでいる。副成分は、要求される特性に応じて、抵抗値のバラツキの調整や、負の抵抗温度係数の調整を行うために添加される成分である。主成分には、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、およびＺｎからなる群から選択される少なくとも２種の金属の酸化物を用いることができる。これらの金属酸化物を用いることで、所望の特性（Ｂ定数、抵抗値）を有するＮＴＣサーミスタ素子を製造することが可能となる。

また、副成分には、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、およびＺｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属の酸化物であって、主成分とは異なる金属の酸化物を用いることができ、要求特性に合わせて選択する。

主成分と副成分の組合せとしては、例えば、以下の組合せを挙げることができる。
（ａ）主成分：Ｍｎ−Ｎｉ−Ｆｅ系酸化物
副成分：Ｃｏ酸化物
（ｂ）主成分：Ｍｎ−Ｎｉ−Ｆｅ系酸化物
副成分：Ｆｅ−Ｃｏ系酸化物
（ｃ）主成分：Ｍｎ−Ｎｉ−Ｆｅ系酸化物
副成分：Ｆｅ−Ｔｉ系酸化物
（ｄ）主成分：Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系酸化物
副成分：Ｔｉ酸化物
（e ）主成分：Ｍｎ−Ｎｉ系酸化物
副成分：Ａｌ酸化物

また、副成分用原料粉末の量は、主成分用仮焼原料粉末と副成分用原料粉末の合計量に対して、０．１重量％以上３５重量％以下、好ましくは０．１重量％以上２０重量％以下、より好ましくは０．１重量％以上１０重量％以下である。

本実施の形態によれば、主成分用仮焼原料粉末を予め一括して作製しておき、その一部に、要求特性に応じて副成分を適宜選択して加えることが可能となるので、多様化した要求特性に対しても製造コストの低減が可能な製造方法を提供できる。

また、本実施の形態で作製する主成分用仮焼原料粉末は、複数の要求特性のＮＴＣサーミスタ素子の製造に使用できるように大量に製造し、保管し、必要に応じて小出しして使用することができる。

なお、上記の形態は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で多くの変形例が可能である。例えば、本発明の製造方法は、複数の要求特性のＮＴＣサーミスタ素子の製造だけでなく、１種の要求特性のＮＴＣサーミスタ素子の製造にも用いることもできる。

Claims

ＮＴＣサーミスタ材料からなる複数のサーミスタ層が積層されてなるＮＴＣサーミスタ素子の製造方法であって、
ＮＴＣサーミスタ材料の主成分となる少なくとも３種の原料粉末を所定比率で混合し、仮焼して主成分用仮焼原料粉末を予め作製する工程と、予め作製した該主成分用仮焼原料粉末を保管する工程と、予め作製した該主成分用仮焼原料粉末の一部と副成分となる１種または複数種の副成分用原料粉末を混合する工程を含み、
前記主成分用仮焼原料粉末が、ＭｎおよびＦｅと、さらにＮｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、およびＺｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属の酸化物であり、
前記副成分用原料粉末が、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｕ、およびＺｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属の酸化物であって、前記主成分用仮焼原料粉末とは異なる金属の酸化物である、該製造方法。
前記副成分用原料粉末の量が、主成分用仮焼原料粉末と副成分用原料粉末の合計量に対して、０．１重量％以上３５重量％以下である、請求項１に記載の製造方法。