JPH03268303A - Thermistor material and thermistor element - Google Patents

Thermistor material and thermistor element

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JPH03268303A
JPH03268303A JP2066288A JP6628890A JPH03268303A JP H03268303 A JPH03268303 A JP H03268303A JP 2066288 A JP2066288 A JP 2066288A JP 6628890 A JP6628890 A JP 6628890A JP H03268303 A JPH03268303 A JP H03268303A
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JP
Japan
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thermistor
boron carbide
sintered body
carbon
group
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JP2066288A
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Japanese (ja)
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Yukio Kawaguchi
行雄 川口
Tooru Kineri
透 木練
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a thermistor material which has stability at a high temperature and is free from positional irregularities of electric resistance value generated in a sintered wafer, by containing carbon in the form of simple substance in a sintered body containing boron carbide as conduction path forming material and matrix material containing aluminum oxide. CONSTITUTION:The title material is constituted of sintered body containing matrix material of boron carbide and aluminum oxide as conducting path forming material and simple substance of carbon element. The boron carbide in the sintered body is expressed by a chemical formula B4C, and may deviate stoichiometrically from its composition to some extent. The matrix material is desirable to contain, in addition to aluminum oxide, one or more kinds selected out of single substances of 4A group elements and compounds like oxide and boride. The carbon is made to exist in the form of element simple substance. Thereby thermistor material which has stability at a high temperature and uniform resistance value distribution in the surface of minute region level can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、高温用の負の抵抗温度特性を有するサーミス
タ素子に適用して有効なサーミスタ材料およびサーミス
タ素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a thermistor material and a thermistor element that are effective when applied to a thermistor element having negative resistance temperature characteristics for high temperatures.

〈従来の技術〉 サーミスタは、感温抵抗体の電気抵抗の温度依存性を利
用した温度センサであり、温度測定や温度制御等に汎用
されている。 特に高温用としては、例えば自動車排気
ガス温度検出センサ、石油・ガス燃焼制御用センサなど
に使用されている。
<Prior Art> A thermistor is a temperature sensor that utilizes the temperature dependence of the electrical resistance of a temperature-sensitive resistor, and is widely used for temperature measurement, temperature control, and the like. Particularly for high-temperature applications, they are used, for example, in automobile exhaust gas temperature detection sensors, oil and gas combustion control sensors, and the like.

従来の高温用サーミスタ素子の感温抵抗体の材料、すな
わちサーミスタ材料としては、ホタル石型(Zr0z−
CaO−Y*0a−NdzOa−ThO等のジルコニア
系)、スピネル型(MgO−NiO−Aj!0l−Cr
103−FexOx等; Co0−Mn0−Ni0− 
AjiOx−CrzOs−CaSiOx等; Ni0z
−COO−AlzOz等; Mg0−AjJs−Cr2
0s−LaCrO,等)、コランダム型(AlzOz−
CrxOs−Mn02−CaO−3iOa等)、その他
ペロブスカイト型、ルチル型などの複合酸化物の焼結体
が用いられている。
The material of the temperature-sensitive resistor of the conventional high-temperature thermistor element, that is, the thermistor material, is fluorite type (Zr0z-
zirconia type such as CaO-Y*0a-NdzOa-ThO), spinel type (MgO-NiO-Aj!0l-Cr
103-FexOx etc.; Co0-Mn0-Ni0-
AjiOx-CrzOs-CaSiOx etc.; Ni0z
-COO-AlzOz etc.; Mg0-AjJs-Cr2
0s-LaCrO, etc.), corundum type (AlzOz-
CrxOs-Mn02-CaO-3iOa, etc.), perovskite type, rutile type, and other complex oxide sintered bodies are used.

これらのものは、複合酸化物焼結体であるために、 1)1000℃以下に結晶変態点を有すること、 ■)粒子間にバリアーが生成すること、などの原因によ
り、経時変化が大きく不安定なものが多い。 特に、ジ
ルコニア系は、酸素イオン伝導体であるため酸化還元反
応を伴い、経時変化が大きい。
Since these materials are composite oxide sintered bodies, they do not change significantly over time due to factors such as 1) having a crystal transformation point below 1000°C, and 2) forming barriers between particles. Many are stable. In particular, since zirconia is an oxygen ion conductor, it undergoes redox reactions and changes significantly over time.

また、多元系の複合酸化物であるために、抵抗値等、特
性においてもバラツキが大きい。
Furthermore, since it is a multi-component composite oxide, there are large variations in properties such as resistance value.

さらに、これらのものでは、サーミスタ定数Bの値が大
きく、サーミスタの抵抗の温度係数が大きすぎることと
なり、常温から高温までの広い温度範囲をカバーするサ
ーミスタとすることができなかった。 特に500℃以
上の温度では使用に耐えなかった。
Furthermore, in these devices, the value of the thermistor constant B is large, and the temperature coefficient of resistance of the thermistor is too large, making it impossible to provide a thermistor that covers a wide temperature range from room temperature to high temperature. In particular, it could not withstand use at temperatures above 500°C.

これに対し、炭化ケイ素や炭化ホウ素を主成分とする各
種サーミスタ素子が知られている。
On the other hand, various thermistor elements whose main components are silicon carbide or boron carbide are known.

例えば、特公昭42−19061号には、単結晶炭化ケ
イ素に3Bあるいは5B族元素をp型ないしn型不純物
として微量添加したサーミスタ素子が記載されている。
For example, Japanese Patent Publication No. 42-19061 describes a thermistor element in which a trace amount of a group 3B or 5B element is added to single crystal silicon carbide as a p-type or n-type impurity.

しかし、このものは単結晶作製を伴うため、生産性が低
(製造コストが高くなる。
However, since this method involves single crystal production, productivity is low (manufacturing cost is high).

また、このものは高温で非常に安定な電気抵抗値を示す
ものではあるが、素子を大気中で高温にて使用した場合
、特に400℃以上では表面酸化を受けてしまう。 こ
のため、保護膜を必要とする。 この保護膜形成法とし
ては、製造が最も容易である点で、ガラスによるデツプ
の封止が好適である。
Further, although this material exhibits a very stable electrical resistance value at high temperatures, when the device is used in the atmosphere at high temperatures, it is subject to surface oxidation, particularly at temperatures above 400°C. Therefore, a protective film is required. As a method for forming this protective film, sealing the depth with glass is preferable since it is the easiest to manufacture.

しかし、上言己のサーミスタ素子は、ガラス封止を行う
工程において、炭化ケイ素がガラスとの反応により発泡
しやすく、ガラス封止ができない。
However, in the above-mentioned thermistor element, silicon carbide tends to foam due to reaction with glass in the step of glass sealing, and glass sealing cannot be performed.

さらに、米国特許第4086559号明細書には、n型
不純物を0.7vo1%以下添加した熱分解による多結
晶等軸晶系炭化ケイ素を用いたサーミスタ素子が記載さ
れている。
Further, US Pat. No. 4,086,559 describes a thermistor element using thermally decomposed polycrystalline equiaxed silicon carbide to which 0.7 vol. % or less of an n-type impurity is added.

また、米国特許第4359372号および同44245
07号明細書には、不純物を微量含む炭化ケイ素または
炭化ホウ素のスパッタ薄膜サーミスタ素子が記載されて
いる。
Also, U.S. Patent Nos. 4,359,372 and 44,245
No. 07 describes a sputter thin film thermistor element made of silicon carbide or boron carbide containing a small amount of impurities.

しかし、これらの薄膜型のサーミスタは、単結晶同様生
産性が低く、製造コストが高(なる。 またガラス封止
を行うことができない。
However, these thin-film thermistors have low productivity and high manufacturing costs (similar to single crystals), and cannot be sealed with glass.

そこで、後者のスパッタ薄膜ではガラスを蒸着して保護
膜として発泡を抑大ているが、この場合にさらに生産性
が低下する。
Therefore, in the latter sputtered thin film, glass is vapor-deposited as a protective film to suppress foaming, but in this case, productivity is further reduced.

他方、酸化物材料と非酸化物材料の複合焼結体も知られ
ている。 このものは、単結晶や薄膜と比較して生産性
が高い。
On the other hand, composite sintered bodies of oxide and non-oxide materials are also known. This material has higher productivity than single crystals or thin films.

このような複合焼結体としては、以下のような炭化ケイ
素を主体とする複合焼結体が知られている。
As such a composite sintered body, the following composite sintered body mainly composed of silicon carbide is known.

(A)炭化ケイ素を主成分として、Be。(A) Be containing silicon carbide as a main component.

Beo、B、B* Os 、BN、B4Cのいずれかを
元素換算で20wt%以下含有する多結晶炭化ケイ素焼
結体(米国特許第4467309号明細書)。
A polycrystalline silicon carbide sintered body containing 20 wt% or less of any of Beo, B, B*Os, BN, and B4C (US Pat. No. 4,467,309).

(B)炭化ケイ素に、アルミニウムや酸化アルミニウム
等のアルミニウム化合物の1種以上を0.5〜10wt
%含有する多結晶焼結体(特開昭60−49607号公
報)。
(B) Add 0.5 to 10 wt of one or more types of aluminum compounds such as aluminum and aluminum oxide to silicon carbide.
% of polycrystalline sintered body (Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-49607).

(C)炭化ケイ素にBを熱拡散し、微量のBを添加した
炭化ケイ素焼結体(特公昭60−52562号公報)。
(C) A silicon carbide sintered body obtained by thermally diffusing B into silicon carbide and adding a small amount of B (Japanese Patent Publication No. 60-52562).

しかし、これらではSiC含有量が多いため、前記同様
発泡のためガラス封止が困難である。
However, since these have a high SiC content, glass sealing is difficult due to foaming as described above.

また、炭化ケイ素を主体とすると、難加工性であり、サ
ーミスタチップへの切断加工が困難である。
Furthermore, if silicon carbide is used as the main material, it is difficult to process, and cutting into a thermistor chip is difficult.

さらに、Bの値が10,0OOK以上と大きくなり、サ
ーミスタの温度係数が大きくなりすぎて広い温度範囲を
カバーできないという欠点がある。
Furthermore, there is a drawback that the value of B increases to 10,0OOK or more, and the temperature coefficient of the thermistor becomes too large to cover a wide temperature range.

また、サーミスタ材料の組成比と抵抗率(ρ)との関係
を調べると、これらでは、わずかな組成比の変化に対し
てもρが急激に変化し、抵抗のコントロールが困難であ
る。   さらに、特開昭55−140201号公報に
は、SiCを主成分とし、2〜15wt%Ru0aと2
0〜50wt%のガラスを含む厚膜サーミスタが記載さ
れている。 しかし、このものも、印刷、焼成工程にお
いて、粉末状のSiCとガラスとの発泡が激しくそれを
コントロールすることは非常に難しい。
Furthermore, when examining the relationship between the composition ratio and resistivity (ρ) of the thermistor materials, it is found that with these materials, ρ changes rapidly even with a slight change in the composition ratio, making it difficult to control the resistance. Furthermore, JP-A-55-140201 discloses that SiC is the main component, 2 to 15 wt% Ru0a and 2
Thick film thermistors containing 0-50 wt% glass have been described. However, in this case as well, the powdered SiC and glass foam violently during the printing and firing steps, and it is very difficult to control this.

そこで、高温、特に400〜800℃の温度で使用して
も安定性を有し、抵抗値のコントロールが容易で、しか
もガラス封止が容易であるサーミスタ材料として、本発
明者らは、先に導電路形成物質として炭化ケイ素および
/または炭化ホウ素と、アルミニウム、シリコン、マグ
ネシアム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウム
の酸化物の1種以上を含有するマトリックス物質とを含
有し、前記炭化ケイ素の含有量が前記マトリックス物質
の含有量に対し体積比で1.24以下である焼結体から
構成されるサーミスタ材料を提案している(特開昭64
−64202号公報)。
Therefore, the present inventors have previously developed a thermistor material that is stable even when used at high temperatures, especially temperatures of 400 to 800°C, has easy control of resistance, and is easy to seal with glass. It contains silicon carbide and/or boron carbide as a conductive path forming material, and a matrix material containing one or more of oxides of aluminum, silicon, magnesium, calcium, strontium, and barium, and the content of silicon carbide is as described above. We have proposed a thermistor material composed of a sintered body whose volume ratio to the content of the matrix substance is 1.24 or less (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1983-1999).
-64202).

このものでは、以前のサーミスタ材料に比べ焼結体ウェ
ハ内にて生じる電気抵抗値の位置的なバラツキが減少し
た。
Compared to previous thermistor materials, this material has reduced positional variations in electrical resistance within the sintered wafer.

しかし、微視的に電気抵抗値をみた場合、未だ電気抵抗
値の位置的なバラツキが存在する。
However, when looking at the electrical resistance value microscopically, there are still positional variations in the electrical resistance value.

この結果、焼結体ウェハを例えば、0.75xQ、75
X0.5mm程度のサーミスタチップ寸法にチップ化す
る場合、切断位置によって、それぞれのチップの電気抵
抗値が異なり、一定の特性のサーミスタチップが得られ
ない。
As a result, the sintered wafer is, for example, 0.75xQ, 75
When cutting the thermistor chips into chips with a size of approximately 0.5 mm, the electrical resistance value of each chip differs depending on the cutting position, making it impossible to obtain thermistor chips with constant characteristics.

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、高温、特に400〜800℃の温度で
使用しても安定性を有し、ガラス封止が容易で、しかも
抵抗値のコントロールが容易であり、微小領域レベルで
の面内抵抗値分布が均一であるサーミスタ材料およびこ
の材料を適用して特性の優れたサーミスタ素子を提供す
ることにある。
<Problems to be Solved by the Invention> The object of the present invention is to provide a material that is stable even when used at high temperatures, particularly at temperatures of 400 to 800°C, is easy to seal with glass, and is easy to control the resistance value. The object of the present invention is to provide a thermistor material having a uniform in-plane resistance value distribution at the level of a minute area, and a thermistor element with excellent characteristics by applying this material.

(3)前記マトリックス物質として、さらに4A族元素
を含有し、炭化ホウ素の含有量に対する4A族元素の含
有量が、5wt%以下である上記(1)または(2)に
記載のサーミスタ材料。
(3) The thermistor material according to (1) or (2) above, which further contains a group 4A element as the matrix material, and the content of the group 4A element relative to the content of boron carbide is 5 wt% or less.

(4)上記(1)ないしく3)のいずれかに記載のサー
ミスタ材料から形成されるサーミスタチップを有するサ
ーミスタ素子。
(4) A thermistor element having a thermistor chip formed from the thermistor material according to any one of (1) to 3) above.

〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、下記(1)〜(4)の本発明によっ
て達成される。
<Means for Solving the Problems> Such objects are achieved by the following inventions (1) to (4).

(1)導電路形成物質として炭化ホウ素を含有し、さら
に酸化アルミニウムを含むマトリックス物質を含有する
焼結体であって、 前記焼結体中に炭素が元素単体の形で存在することを特
徴とするサーミスタ材料。
(1) A sintered body containing boron carbide as a conductive path forming material and further containing a matrix material containing aluminum oxide, characterized in that carbon is present in the form of an element in the sintered body. thermistor material.

(2)前記元素単体の形で存在する炭素の含有量が、炭
化ホウ素に対し、3wt%以下である上記(1)に記載
のサーミスタ材料。
(2) The thermistor material according to (1) above, wherein the content of carbon existing in the form of a simple element is 3 wt% or less based on boron carbide.

く作用〉 本発明のサーミスタ材料には、炭素が元素単体の形で存
在する。
Effect> In the thermistor material of the present invention, carbon exists in the form of an elemental element.

このため、微視的にみた場合に、均一な面内抵抗値分布
を有するサーミスタ材料が実現する。
Therefore, a thermistor material having a uniform in-plane resistance value distribution when viewed microscopically is realized.

この結果、サーミスタ材料の焼結体ウェハを、例えば0
.75X0.75X0.5mm程度のサーミスタチップ
寸法にチップ化してサーミスタ素子を製造する場合、一
定の電気抵抗値を有するサーミスタ素子が得られる。
As a result, the sintered body wafer of thermistor material can be
.. When manufacturing a thermistor element by chipping it into a thermistor chip with dimensions of approximately 75 x 0.75 x 0.5 mm, a thermistor element having a constant electrical resistance value can be obtained.

〈発明の具体的構成〉 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。<Specific structure of the invention> Hereinafter, a specific configuration of the present invention will be explained in detail.

本発明のサーミスタ材料は、導電路形成物質として炭化
ホウ素と、酸化アルミニウムのマトリックス物質とを含
有し、さらに炭素元素単体を含有する焼結体から構成さ
れるものである。
The thermistor material of the present invention is composed of a sintered body containing boron carbide as a conductive path-forming material and a matrix material of aluminum oxide, and further containing an elemental carbon element.

焼結体中における炭化ホウ素は、化学式B、Cで示され
るものであり、化学量論的にその組成を多少はずれても
よい。
Boron carbide in the sintered body is represented by chemical formulas B and C, and the stoichiometric composition may be slightly different.

また、炭化ホウ素の平均グレイン粒径は、通常0.1〜
15−の範囲にある。
In addition, the average grain size of boron carbide is usually 0.1~
It is in the range of 15-.

マトリックス物質は酸化アルミニウム (Al2O2、特にα−八へ20.)の焼結体であり、
通常多結晶質である。
The matrix material is a sintered body of aluminum oxide (Al2O2, especially α-8),
Usually polycrystalline.

マトリックス物質を酸化アルミニウムの焼結体とし、導
電路形成物質を炭化ホウ素の焼結体とすることにより、
400〜800℃の温度域での安定性が高く、抵抗値の
コントロールが容易で、ガラス封止が容易であり、しか
もチップ加工性が向上する。
By using a sintered body of aluminum oxide as the matrix material and a sintered body of boron carbide as the conductive path forming material,
It has high stability in the temperature range of 400 to 800°C, easy control of resistance, easy glass sealing, and improved chip processability.

また、マトリックス物質は、酸化アルミニウムに加え、
4A族元素の単体と、酸化物、ホウ化物、炭化物、窒化
物等の化合物とから選ばれる1種以上を含有することが
好ましい。
In addition to aluminum oxide, the matrix material is
It is preferable to contain one or more types selected from simple substances of Group 4A elements and compounds such as oxides, borides, carbides, and nitrides.

4A族元素の単体や化合物を含有することによって、電
気抵抗値のコントロールが容易となり、その焼結体内で
のバラツキも小さくなり、切断加工性も向上する。
By containing a simple substance or a compound of a group 4A element, the electrical resistance value can be easily controlled, its variation within the sintered body is reduced, and cutting workability is also improved.

4A族元素(Ti、Zr、Hf)の化合物としては、酸
化チタン(TiOz)  ホウ化チタン(TiB2) 
炭化チタン(T i C)窒化チタン(TiN)、酸化
ジルコニウム(ZrC2)、ホウ化ジルコニウム(Zr
Bz)、炭化ジルコニウム(ZrC)、窒化ジルコニウ
ム(Z r N)が好ましい。
Compounds of group 4A elements (Ti, Zr, Hf) include titanium oxide (TiOz), titanium boride (TiB2),
Titanium carbide (T i C) Titanium nitride (TiN), Zirconium oxide (ZrC2), Zirconium boride (Zr
Bz), zirconium carbide (ZrC), and zirconium nitride (ZrN) are preferred.

そして、これらのうち、特にTi単体、酸化チタン(T
iO++)、ホウ化チタン(TiB*)、炭化チタン(
T i C)および窒化チタン(T i N)の1種以
上を含有することが好ましい。
Of these, Ti alone, titanium oxide (T
iO++), titanium boride (TiB*), titanium carbide (
It is preferable to contain one or more of titanium nitride (T i N) and titanium nitride (T i N).

これらの化合物の化学式は、それぞれカッコ内に示され
るもの等であるが、化学量論的にその組成を多少はずれ
てもよい。
The chemical formulas of these compounds are shown in parentheses, but the stoichiometric composition may be slightly different.

マトリックス物質の平均グレイン粒径は、通常0.1〜
250−の範囲にある。
The average grain size of the matrix material is usually 0.1~
It is in the range of 250-.

前g己炭化ホウ素は、マトリックス物質中にて導電路を
形成してサーミスタ特性を発揮する。 これらから形成
される導電路は、400℃以上の高温にて安定で良好な
サーミスタ特性を有する。
Boron carbide forms a conductive path in the matrix material and exhibits thermistor properties. The conductive path formed from these is stable at high temperatures of 400° C. or higher and has good thermistor characteristics.

以下の説明中の組成は、焼結体を化学分析して得た重量
百分率で示している。
The compositions in the following description are expressed in weight percentages obtained by chemically analyzing the sintered body.

酸化アルミニウム(α−A Q * Os)および炭化
ホウ素(B4C)の総合有量に対する炭化ホウ素の含有
量は、5〜95wt%、より好ましくは5〜50wt%
、さらに好ましくは5〜2゜wt%、特に好ましくは1
0〜15wt%であることが好ましい。
The content of boron carbide relative to the total amount of aluminum oxide (α-A Q *Os) and boron carbide (B4C) is 5 to 95 wt%, more preferably 5 to 50 wt%.
, more preferably 5 to 2 wt%, particularly preferably 1
It is preferably 0 to 15 wt%.

前記範囲未満では導電路が形成されない傾向にあり、前
記範囲をこえると焼結等が困難となる傾向にある。
If it is less than the above range, a conductive path tends not to be formed, and if it exceeds the above range, sintering etc. tend to become difficult.

そして、前記のとおり、さらに4A族元素の元素単体お
よび化合物の1種以上、特に酸化チタン(Tie、)、
ホウ化チタン(TiB、)および炭化チタン(TiC)
の1種以上を含有することが好ましい。
As mentioned above, one or more elements and compounds of group 4A elements, especially titanium oxide (Tie),
Titanium boride (TiB) and titanium carbide (TiC)
It is preferable to contain one or more of the following.

4A族元素の元素単体および化合物は、通常元素単体な
いし酸化物(Ti O2、Zr0g、Hfo z )の
形で添加されるが、一部はホウ化物、炭化物、窒化物等
に変化してもよい。
Single elements and compounds of group 4A elements are usually added in the form of single elements or oxides (TiO2, Zr0g, Hfoz), but some may be converted into borides, carbides, nitrides, etc. .

4A族元素の含有量は、炭化ホウ素に対し、5vt%以
下、特に0.1〜2wt%であることが好ましい。
The content of the 4A group element is preferably 5 wt% or less, particularly 0.1 to 2 wt%, based on boron carbide.

前記範囲をこえると高温でのサーミスタ特性やその安定
性が低下する。
If it exceeds the above range, the thermistor characteristics and stability at high temperatures will deteriorate.

ただし、あまり小さいと前記の効果が得られない傾向に
ある。
However, if it is too small, the above effects tend not to be obtained.

この場合、サーミスタ材料に、4A族元素のホウ化物が
含有されでいると、チッピングの発生が格段と減少し、
加工に際してのダイヤモンド砥石の寿命が飛躍的に向上
する。
In this case, if the thermistor material contains a boride of a group 4A element, the occurrence of chipping will be significantly reduced.
The lifespan of diamond grinding wheels during machining is dramatically improved.

4A族元素のホウ化物としては、ホウ化チタン(TiB
、)、ホウ化ジルコニウム(ZrB、)が好ましく、特
にT i B tが最適である。
As a boride of group 4A element, titanium boride (TiB
, ), zirconium boride (ZrB, ) are preferred, and T i B t is particularly optimal.

4A族元素のホウ化物は、通常、結晶粒界、あるいは結
晶粒内に存在する。
Borides of group 4A elements usually exist at grain boundaries or within grains.

これらの存在は、分析電子顕微鏡で確認でき、また含有
量は、X!!!回折法による定量分析により測定すれば
よい。
The presence of these can be confirmed using an analytical electron microscope, and the content is X! ! ! It may be measured by quantitative analysis using a diffraction method.

本発明のサーミスタ材料には、さらに炭素が元素単体の
形で存在する。
In the thermistor material of the present invention, carbon is further present in the form of an elemental element.

炭素が元素単体の形で含有されていると、サーミスタ材
料の面内抵抗値分布が均一化し、焼結体ウェハ内に生じ
る抵抗値の位置的なバラツキが減少する。
When carbon is contained in the form of a single element, the in-plane resistance value distribution of the thermistor material becomes uniform, and positional variations in resistance value occurring within the sintered wafer are reduced.

炭素元素の存在は、透過型電子顕微鏡 (TEM)により確認される。 焼結体中の炭素元素は
、かたまりをつ(つている場合と、粒界に薄く析出して
いる場合とがある。 多くは結晶化(グラファイト)し
ており電子回折像により観察できる。
The presence of carbon element is confirmed by transmission electron microscopy (TEM). The carbon element in the sintered body may be clustered or thinly precipitated at grain boundaries. Most of the carbon element is crystallized (graphite) and can be observed by electron diffraction images.

また、炭素の中に不純物が含まれる場合もある。Further, impurities may be included in the carbon.

また、元素単体の形で存在する炭素の含有量は、炭化ホ
ウ素に対し、3wt%以下であることが好ましい。
Further, the content of carbon existing in the form of a simple element is preferably 3 wt % or less based on boron carbide.

前記範囲をこえる炭素の存在は不必要である。The presence of carbon beyond the above range is unnecessary.

ただし、あまり少ないと、本発明の効果が得られない傾
向にあるため、特に20ppm(重量比)〜3wt%、
さらに好ましくは100 ppm(重量比)〜1wt%
が好ましい。
However, if the amount is too low, the effects of the present invention tend not to be obtained.
More preferably 100 ppm (weight ratio) to 1 wt%
is preferred.

炭素の含有量は検量線を作製し、X線回折法により測定
すればよい。
The carbon content may be measured by preparing a calibration curve and using an X-ray diffraction method.

また、焼結体の実測密度は、焼結体の理論密度の75%
以上、特に90〜100%であることが好ましく、95
〜100%であることが最も好ましい。 これにより、
素子の電気抵抗値の経時変化特性が向上する。
In addition, the actual density of the sintered body is 75% of the theoretical density of the sintered body.
or more, preferably 90 to 100%, particularly 95%
Most preferably, it is between 100% and 100%. This results in
The temporal change characteristics of the electrical resistance value of the element are improved.

なお、焼結中に、炭化ホウ素の一部が酸化物(酸化ホウ
素)に変化していてもよく、前記酸化物の一部が炭化物
、ホウ化物等に変化していてもよいが、本発明では、炭
素が元素単体の形で存在するため、炭化ホウ素の表面が
酸化ホウ素(特にB−Ox >に、あるいは、マトリッ
クスのA Q w Osと反応して、9 (Al2O,
)2(B□0.)等の複酸化物に変化するのを抑制でき
る。
Note that during sintering, a part of boron carbide may be changed to an oxide (boron oxide), and a part of the oxide may be changed to a carbide, a boride, etc., but the present invention Since carbon exists in the form of a simple element, the surface of boron carbide reacts with boron oxide (especially B-Ox > or with AQwOs in the matrix, forming 9 (Al2O,
)2(B□0.) and other double oxides can be suppressed.

そして、酸化ホウ素および酸化ホウ素を含む複酸化物の
含有量は、ホウ素元素換算で0〜1wt%、特に0.1
〜0.5wt%であることが好ましい。 この理由は、
酸化ホウ素、特にB20.はガラス質となるため、ガラ
ス相が増加して低融点となり、電気抵抗のコントロール
や焼結体の粒子径のコントロール等が困難となるからで
ある。
The content of boron oxide and complex oxide containing boron oxide is 0 to 1 wt%, especially 0.1 wt% in terms of boron element.
It is preferably 0.5 wt%. The reason for this is
Boron oxide, especially B20. This is because, since it becomes glassy, the glass phase increases and the melting point becomes low, making it difficult to control the electrical resistance and the particle size of the sintered body.

サーミスタ材料には、副成分としてさらに3A族元素の
1種以上が含有されていてもよい。
The thermistor material may further contain one or more group 3A elements as a subcomponent.

3A族元素は、金属単体として含有させても、化合物と
して含有させても、あるいはこれらを複合含有させても
よい。
The Group 3A element may be contained as an elemental metal, a compound, or a composite of these elements.

3A族元素としては、特にY、Ceが好ましく、化合物
として含有させる場合は、これらの元素の酸化物(Y2
03 、Cent )あるいは炭化物が好ましい。
As group 3A elements, Y and Ce are particularly preferable, and when contained as a compound, oxides of these elements (Y2
03, Cent) or carbides are preferred.

3A族元素を元素換算で好ましくはo、oi〜10wt
%含有させることにより、電気抵抗値のコントロールが
容易となり、焼結体ウェハ内の電気抵抗値の位置的バラ
ツキを小さくすることができる。
Group 3A elements are preferably o, oi to 10wt in terms of element.
%, the electrical resistance value can be easily controlled and the positional variation in the electrical resistance value within the sintered wafer can be reduced.

また、3A族元素にかえ、あるいはこれに加え、副成分
として、鉄を好ましくは金属単体、酸化物(Fe*os
)、炭化物の1種以上の形で含有させてもよい。
Also, instead of or in addition to the Group 3A elements, iron may be used as a subcomponent, preferably as an elemental metal or as an oxide (Fe*os).
), may be contained in the form of one or more types of carbides.

Feも3A族元素と同等の効果をもつ。Fe also has the same effect as the Group 3A elements.

Feの含有量は、元素換算で0.01〜10wt%が好
ましい。
The content of Fe is preferably 0.01 to 10 wt% in terms of element.

なお、鉄以外の8族元素、例えばC01Ni、Ru等で
は、500℃以上の使用温度で酸素欠陥の量が変化しや
すく、含有量が多くなると電気抵抗の経時劣化が生じる
。 このため鉄以外の8族元素の金属単体、酸化物、炭
化物等の含有は排除されるものではないが、元素換算で
1wt%以下、特に0〜0.5wt%であることが好ま
しい。
In Group 8 elements other than iron, such as CO1Ni and Ru, the amount of oxygen vacancies tends to change at operating temperatures of 500° C. or higher, and as the content increases, electrical resistance deteriorates over time. For this reason, the content of elemental metals, oxides, carbides, etc. of Group 8 elements other than iron is not excluded, but it is preferably 1 wt % or less, particularly 0 to 0.5 wt % in terms of element.

3A族元素やFeの上記したような効果は、Aρの元素
単体や炭化物、Mg、Ca、SrおよびBaの元素単体
、酸化物、炭化物等でも実現する。
The above-mentioned effects of Group 3A elements and Fe can also be achieved with elemental elements such as Aρ, carbides, and elemental elements, oxides, and carbides of Mg, Ca, Sr, and Ba.

そして、これらの副成分は、好ましくは元素換算で0.
01〜10wt%の含有量にて、抵抗値のコントロール
が容易となり、そのバラツキが小さ(なる。
These subcomponents preferably have an elemental equivalent of 0.
At a content of 01 to 10 wt%, the resistance value can be easily controlled and its variation becomes small.

さらに、必要に応じ、他の副成分も、例えば単体、酸化
物、炭化物等の形で含有することができる。
Furthermore, if necessary, other subcomponents may also be contained in the form of simple substances, oxides, carbides, etc.

まず、SA族、6A族元素については、その含有に効果
はないが、必ずしもその含有は排除されるものではない
。 ただし、多量の添加はサーミスタ特性を低下させる
ので、元素換算で10wt%を超えないことが好ましく
、特に1wt%を超えないことが好ましい。
First, although the inclusion of SA group and 6A group elements has no effect, their inclusion is not necessarily excluded. However, since addition of a large amount deteriorates the thermistor characteristics, it is preferable not to exceed 10 wt% in terms of element, and particularly preferably not to exceed 1 wt%.

次に、IA族元素、例えばNa、Li等については、特
に含有されないことが好ましい。 これは、サーミスタ
素子に電圧を印加するとこれらのイオンが移動、拡散し
、抵抗が経時劣化し易いからである。 また、ガラス封
止の際に、ガラス中にこれらが拡散し易(、特性劣化が
生じ易いからである。
Next, it is particularly preferable that group IA elements such as Na and Li are not contained. This is because when a voltage is applied to the thermistor element, these ions move and diffuse, and the resistance tends to deteriorate over time. Further, during glass sealing, these materials tend to diffuse into the glass (and tend to cause characteristic deterioration).

IA族元素の含有量は、元素換算で0〜1wt%、特に
O〜0.001wt%であることが好ましい。
The content of the Group IA element is preferably 0 to 1 wt%, particularly O to 0.001 wt% in terms of element.

また、7A族元素の含有も好ましくない。Furthermore, the inclusion of Group 7A elements is also not preferred.

7A族元素は価数が変化し易(、特性の経時変化が生じ
易いからである。
This is because the valence of group 7A elements tends to change (and their properties change over time).

7A族元素の含有量は、元素換算で0〜1wt%、特に
0〜0.05wt%であることが好ましい。
The content of the Group 7A element is preferably 0 to 1 wt%, particularly 0 to 0.05 wt% in terms of element.

さらに、IB族元素、2B族元素も、経時変化が生じ易
いので、元素換算でO=1wt%、特にO〜0.05w
t%であることが好ましい。
Furthermore, since group IB elements and group 2B elements tend to change over time, O = 1wt% in terms of element, especially O ~ 0.05w.
Preferably, it is t%.

この他、B、Aρ以外の3B族元素であるGa、In、
Tj2も、O〜1wt%程度以下含有されてもよい。
In addition, Ga, In, which are group 3B elements other than B and Aρ,
Tj2 may also be contained in an amount of about 0 to 1 wt% or less.

ただし、C,O,N以外の4B族、5B族、6B族、7
B族元素等は特性上好ましくないので、0〜1 wt%
の含有量であることが好ましい。
However, groups 4B, 5B, 6B, and 7 other than C, O, and N
Group B elements etc. are unfavorable due to their characteristics, so 0 to 1 wt%
It is preferable that the content is .

焼結体中におけるこれらの副成分は、化合物として含有
される場合は、化学量論的にその組成を多少はずれてい
てもよい。
When these subcomponents in the sintered body are contained as compounds, their stoichiometric compositions may be slightly different.

また、副成分の平均グレイン粒径は、金属単体の場合は
、通常1〜5−の範囲にあり、化合物の場合は、通常O
01〜5−の範囲にある。
In addition, the average grain size of the subcomponents is usually in the range of 1 to 5 in the case of an elemental metal, and in the case of a compound, it is usually in the range of O
It is in the range of 01 to 5-.

さらに必要に応じ、前記の副成分あるいは焼結によりこ
れらに変化する化合物、例えば炭酸塩、有機金属化合物
等を添加する。
Furthermore, if necessary, the above-mentioned subcomponents or compounds that change into these by sintering, such as carbonates, organometallic compounds, etc., are added.

次に本発明のサーミスタ材料の製造方法を説明する。Next, a method for manufacturing the thermistor material of the present invention will be explained.

酸化アルミニウムの原料粉末と炭化ホウ素の原料粉末と
をそれぞれ所定量用意し、エタノール、アセトン等の溶
媒を加えて、ボールミル等により湿式混合する。
Predetermined amounts of raw material powder of aluminum oxide and raw material powder of boron carbide are each prepared, a solvent such as ethanol or acetone is added thereto, and the mixture is wet-mixed using a ball mill or the like.

酸化アルミニウム(Al2O,)の原料粉末としては、
一般に、平均粒径が0.1〜5痔、純度99.5wt%
以上のものを用いる。
As raw material powder for aluminum oxide (Al2O,),
Generally, average particle size is 0.1-5, purity is 99.5wt%
Use the above.

なお、前記酸化アルミニウムの原料粉末としては、酸化
アルミニウムのほか、炭酸塩、有機金属化合物等の焼結
によって酸化物になる化合物であってもよく、あるいは
、これらを併用してもよい。
In addition to aluminum oxide, the raw material powder for the aluminum oxide may be a compound that becomes an oxide by sintering, such as a carbonate or an organometallic compound, or a combination of these may be used.

炭化ホウ素(B4C)の原料粉末としては一般に平均粒
径が0.5〜10戸で、純度97wt%以上のものを用
いる。
The raw material powder of boron carbide (B4C) generally has an average particle size of 0.5 to 10 particles and a purity of 97 wt% or more.

なお、炭化ホウ素の原料粉末としては、炭化ホウ素粉末
のほか、炭素の原料粉末と、ホウ素の原料粉末とを用い
てもよく、あるいは、これらを併用してもよい。
Note that as the boron carbide raw material powder, in addition to the boron carbide powder, a carbon raw material powder and a boron raw material powder may be used, or they may be used in combination.

また、本発明のサーミスタ材料の製造方法では、下記の
ようにして抵抗値の微調整を行う。
Further, in the method for manufacturing a thermistor material of the present invention, the resistance value is finely adjusted as described below.

一般に市販されているB、Cは、化学量論的にその組成
が多少はずれている。
Generally commercially available B and C have slightly different stoichiometric compositions.

このため、同様の方法で複数のサーミス材料を製造して
も、用いる炭化ホウ素によって、サーミスタ材料の抵抗
値はそれぞれ異なる。
Therefore, even if a plurality of thermistor materials are manufactured using the same method, the resistance values of the thermistor materials differ depending on the boron carbide used.

従って本発明では、化学量論的に組成が異なる炭化ホウ
素を2種以上混合し、ホウ素と炭素の原子比B/Cを調
整する。 そして、所望の抵抗値に対応する原子比B/
Cの炭化ホウ素の原料粉末を得る。
Therefore, in the present invention, two or more types of boron carbide having different stoichiometric compositions are mixed to adjust the atomic ratio B/C of boron and carbon. Then, the atomic ratio B/corresponding to the desired resistance value is
A raw material powder of boron carbide of C is obtained.

この原子比B/Cは3.5〜4.0種度が好ましい。This atomic ratio B/C is preferably 3.5 to 4.0 degrees.

あるいは、1種ないし2種以上の炭化ホウ素に、炭素や
ホウ素を添加してB/Cを調整したり、さらには炭化ホ
ウ素を使用しないで、炭素とホウ素とを用いてB/Cを
調整して炭化ホウ素の原料粉末としてもよい。
Alternatively, B/C may be adjusted by adding carbon or boron to one or more types of boron carbide, or even B/C may be adjusted using carbon and boron without using boron carbide. It may also be used as a raw material powder of boron carbide.

このように、炭化ホウ素原料粉末中に炭素が元素単体の
形で含まれている場合、焼結後にその一部は元素単体の
形で残存する。
In this way, when carbon is contained in the form of an elemental element in the boron carbide raw material powder, a part of it remains in the form of an elemental element after sintering.

あるいは、前記のようにB/Cを調整した炭化ホウ素原
料粉末を用いて焼結を行うと、添加した炭素の一部が元
素単体での形で残存することもある。
Alternatively, when sintering is performed using a boron carbide raw material powder with B/C adjusted as described above, some of the added carbon may remain in the form of a single element.

あるいは、炭化ホウ素の一部が分解して炭素が元素単体
の形で存在する場合もある。
Alternatively, part of boron carbide may decompose and carbon may exist in the form of an elemental element.

なお、ホウ素が元素単体の形で存在する場合もあるが、
サーミスタの特性上特に影響はない。
In addition, although boron may exist in the form of a single element,
There is no particular effect on the characteristics of the thermistor.

4A族元素の単体や化合物は、例えば T i Oa粉末として添加すればよく、一般に平均粒
径が0.1〜5−で、純度98wt%以上ものを用いれ
ばよい。
The simple substance or compound of the 4A group element may be added, for example, as T i Oa powder, and generally the average particle size is 0.1 to 5-5 and the purity is 98 wt % or more.

4A族元素のホウ化物は、例えばT i B 2粉末と
して添加すればよ(、一般に平均粒径が0.1〜5μで
、純度98wt%以上のものを用いればよい。
The boride of the Group 4A element may be added, for example, as T i B 2 powder (generally, one with an average particle size of 0.1 to 5 μm and a purity of 98 wt % or more may be used).

また、4A族元素のホウ化物は、その酸化物、単体等の
形で添加してもよい。
Further, the boride of the Group 4A element may be added in the form of its oxide, simple substance, or the like.

このとき、後述のように焼結条件を制御することにより
、例えばB4CとT i OZとが反応し、例えばTi
B、が生成する。
At this time, by controlling the sintering conditions as described below, for example, B4C and TiOZ react, and for example, Ti
B is generated.

このような場合、例えばAl2O,をマトリックス物質
として、導電路形成物質のB、Cに混合し、これに4A
族元素ソースとしてTiO□を添加して焼成すると、T
 i B *の生成と同時に、B+sCa 、Tic%
Tis AI2、Ti等が副成することがある。
In such a case, for example, Al2O is mixed as a matrix material with conductive path forming materials B and C, and 4A is added to this.
When TiO□ is added as a group element source and fired, T
Simultaneously with the generation of iB*, B+sCa, Tic%
Tis AI2, Ti, etc. may be formed as by-products.

これら副成物は、10wt%以下、特にIwt%以下程
度含有されていてもよい。
These by-products may be contained in an amount of 10 wt% or less, particularly Iwt% or less.

溶媒量は粉末の100〜120wt%程度とする。The amount of solvent is approximately 100 to 120 wt% of the powder.

また、必要に応じ、さらに分散剤等を添加しでもよい。Further, a dispersant or the like may be further added as necessary.

その後、上記混合物を室温で加圧成形し、酸素雰囲気中
あるいは非酸化性雰囲気中にて、常圧焼結法、ホットプ
レス(HP)焼結法、熱間静水圧(HI P)法などに
よりこの成形体を焼結し、放冷してサーミスタ材料とす
る。
Thereafter, the above mixture is pressure molded at room temperature, and then sintered in an oxygen atmosphere or a non-oxidizing atmosphere by a pressureless sintering method, a hot press (HP) sintering method, a hot isostatic pressing (HIP) method, etc. This molded body is sintered and left to cool to obtain a thermistor material.

加圧成形の際の圧力は、500〜2000kg/cm2
程度である。
The pressure during pressure molding is 500 to 2000 kg/cm2
That's about it.

焼結時の非酸化性雰囲気としては、N2Ar、He等の
不活性ガス、H,Co、各種炭化水素など、あるいはこ
れらの混合雰囲気、さらには真空等の種々のものであっ
てよい。
The non-oxidizing atmosphere during sintering may be various atmospheres such as an inert gas such as N2Ar or He, H, Co, various hydrocarbons, a mixed atmosphere thereof, or even a vacuum.

常圧焼結法の場合は大気圧でよく、焼結温度は1400
〜1900℃、特に1600〜1900℃、より好まし
くは1750〜1800℃で有効である。
In the case of pressureless sintering method, atmospheric pressure is sufficient, and the sintering temperature is 1400℃.
It is effective at temperatures between 1900°C and 1900°C, particularly between 1600 and 1900°C, more preferably between 1750 and 1800°C.

温度が1400℃より低い場合には、長時間焼結しても
十分には緻密化せず、1900℃より高い場合は、Al
2O2等の酸化物とB4Cとの相互反応が激しくなる。
If the temperature is lower than 1400°C, even if sintered for a long time, it will not be sufficiently densified, and if the temperature is higher than 1900°C, Al
The mutual reaction between oxides such as 2O2 and B4C becomes intense.

焼結時間は、通常、0.5〜20時間である。Sintering time is usually 0.5 to 20 hours.

HP焼結法の場合、プレス圧力は150〜250 kg
/cm”、焼成温度は1400〜1800℃、特に15
00〜1800℃、より好ましくは1650〜1750
℃が好ましい。
For HP sintering method, press pressure is 150-250 kg
/cm", firing temperature is 1400-1800℃, especially 15
00~1800℃, more preferably 1650~1750℃
°C is preferred.

温度が1400℃より低いと、緻密な焼結体が得られず
、1800℃より高いと、Al2O2とB、Cとの相互
反応が激しくなる。
If the temperature is lower than 1400°C, a dense sintered body cannot be obtained, and if the temperature is higher than 1800°C, the mutual reaction between Al2O2 and B and C becomes intense.

焼結時間は、一般に1〜30時間である。Sintering time is generally 1 to 30 hours.

HIP焼結法の場合は、原料粉末の成形体を酸素雰囲気
中あるいは非酸化性雰囲気中(例えば、1200℃まで
真空中、その後はAr雰囲気中等が好ましい)で予備焼
結し、次いでHIP炉内でこの予備焼結体を焼結する。
In the case of the HIP sintering method, a compact of raw material powder is pre-sintered in an oxygen atmosphere or a non-oxidizing atmosphere (for example, in a vacuum up to 1200°C, and then preferably in an Ar atmosphere), and then in a HIP furnace. This preliminary sintered body is sintered.

 予備焼結の温度は1400〜1650℃、その時間は
1〜50時間とするのがよい。
The temperature of the preliminary sintering is preferably 1400 to 1650°C, and the time is preferably 1 to 50 hours.

また、HIP法における焼結温度は1200〜1500
℃、焼結時間は1〜50時間、圧力は1000〜150
0kg/am”であり、酸素雰囲気中あるいはAr等の
不活性雰囲気中で行えばよい。
In addition, the sintering temperature in the HIP method is 1200 to 1500
℃, sintering time is 1-50 hours, pressure is 1000-150
0 kg/am'' and may be carried out in an oxygen atmosphere or an inert atmosphere such as Ar.

この場合、室温で酸素ガス、Arガス等を300〜40
0 kg/cm″まで加圧し、その後、上記のように加
熱、により圧力をかける。
In this case, at room temperature, oxygen gas, Ar gas, etc.
Pressurize to 0 kg/cm'' and then apply pressure by heating as described above.

以上の焼結条件は、4A族元素のホウ化物を予め用いる
場合と、これを生成させる場合とを含めすべてに共通す
るものであるが、特に原料中の4A族化合物とB含有物
質とから焼結時に4A族元素のホウ化物を生成させるに
は、以下のようなプロフィールによればよい。
The above sintering conditions are common to all cases, including cases in which borides of group 4A elements are used in advance and cases in which borides of group 4A elements are generated. In order to generate a boride of a group 4A element during crystallization, the following profile may be used.

常温焼結法では、 昇温速度1〜lOO℃/win、 焼結温度1600〜1900℃、 焼結温度での保持時間0.5〜20時間とする。In the cold sintering method, Temperature increase rate 1~1OO℃/win, Sintering temperature 1600-1900℃, The holding time at the sintering temperature is 0.5 to 20 hours.

また、HP法では、 昇温速度1〜100℃/rnin、 焼結温度1400〜1800℃、 焼結温度での保持時間1〜30時間 とする。In addition, in the HP method, Temperature increase rate 1-100°C/rnin, Sintering temperature 1400-1800℃, Holding time at sintering temperature 1-30 hours shall be.

さらにHIP法では、 昇温速度1〜100℃/min、 予備焼結温度1400〜1650℃、 予備焼結温度での保持時間1〜50時間、焼結温度12
00〜1500℃、 焼結温度での保持時間1〜50時間 とする。
Furthermore, in the HIP method, the temperature increase rate is 1 to 100 °C/min, the pre-sintering temperature is 1400 to 1650 °C, the holding time at the pre-sintering temperature is 1 to 50 hours, and the sintering temperature is 12
The holding time at the sintering temperature is 1 to 50 hours.

このように、特に焼結温度での保持時間を長くすること
により、4A族元素のホウ化物の生成が促進され、また
特にマトリックス物質のグレインサイズが10倍程度以
下の範囲で粗大化し、チップ加工性が向上する。
In this way, by increasing the holding time at the sintering temperature in particular, the formation of borides of group 4A elements is promoted, and the grain size of the matrix material becomes coarser in the range of about 10 times or less, making it difficult to process chips. Improves sex.

このように作製したサーミスタ材料は、抵抗率ρが50
0℃で102〜107Ωcm程度であり、しかも、抵抗
値ないし抵抗率の位置的なバラツキがほとんどない。 
そして、所望の抵抗値を有するサーミスタ材料を再現性
よく製造できる。 加えて、400〜800℃の温度範
囲で使用ないし保存しても抵抗値の変化はほとんとない
。 また、サーミスタ定数Bの値も25〜500℃で1
000〜5000にである。
The thermistor material produced in this way has a resistivity ρ of 50
It is about 102 to 107 Ωcm at 0°C, and there is almost no positional variation in resistance value or resistivity.
Then, a thermistor material having a desired resistance value can be manufactured with good reproducibility. In addition, there is almost no change in resistance value even when used or stored in a temperature range of 400 to 800°C. In addition, the value of the thermistor constant B is also 1 at 25 to 500°C.
It is from 000 to 5000.

このようなサーミスタ材料は、前記したように4A族元
素のホウ化物を0.01〜10wt%含有することによ
り、チップ加工性が飛躍的に向上する。
In such a thermistor material, chip processability is dramatically improved by containing 0.01 to 10 wt % of a group 4A element boride, as described above.

そして、サーミスタ特性や、ガラス封止特性等としては
、特開昭64−64202号公報に記載されたものと同
等の特性かえられる。
The thermistor characteristics, glass sealing characteristics, etc. can be changed to the same characteristics as those described in JP-A-64-64202.

上記のようにして作製したサーミスタ材料は、サーミス
タチップとして本発明のサーミスタ素子に適用される。
The thermistor material produced as described above is applied to the thermistor element of the present invention as a thermistor chip.

本発明のサーミスタ素子としては、特に、いわゆるガラ
ス封止型サーミスタ素子を好ましいものとして挙げるこ
とができる。
As the thermistor element of the present invention, a so-called glass-sealed thermistor element can be particularly preferred.

このようなガラス封止型サーミスタ素子1は、例えば第
1図に示されるように、サーミスタチップ11に一対の
電極層33.35を形成し、この電極層33.35にリ
ード体43、45を接続し、これをガラス5で封止した
構造のものである。
Such a glass-sealed thermistor element 1, for example, as shown in FIG. It has a structure in which the two parts are connected and sealed with glass 5.

サーミスタチップの寸法に特に制限はないが、通常、縦
0.5〜1.0ma+、横0.5〜1.0mm、厚さ0
.5〜1.0mm程度である。
There are no particular restrictions on the dimensions of the thermistor chip, but it is usually 0.5 to 1.0 ma+ in length, 0.5 to 1.0 mm in width, and 0 mm in thickness.
.. It is about 5 to 1.0 mm.

各種サーミスタ素子については、特開昭64−6420
2号公報に詳述されている。
Regarding various thermistor elements, please refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-6420.
This is detailed in Publication No. 2.

〈実施例〉 以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明の詳細な説
明する。
<Examples> Hereinafter, specific examples of the present invention will be shown, and the present invention will be explained in detail.

実施例1 の  の  および 出発原料を下記に示される割合で秤量し、アセトンを用
いてボールミルにて20時時間式混合した。 この場合
、炭素を添加して出発原料中のホウ素と炭素の原子比B
/Cを微調整した。 なお、平均粒径は、電子顕微鏡観
察にて測定した値である。
Example 1 and the starting materials were weighed in the proportions shown below, and mixed using acetone in a ball mill for 20 hours. In this case, carbon is added to increase the atomic ratio B of boron and carbon in the starting material.
/C was finely adjusted. Note that the average particle size is a value measured by electron microscopic observation.

・Ax*os(純度99.9wt%以上)=86重量部 平均粒径:3−1 ・B、、、C(純度98wt%以上) =14重量部 平均粒径:2戸、 ・TiO□ (純度99wt%以上) 二0.2重量部 (炭化ホウ素に対し、 Ti換算で0.84wt%) 平均粒径:1−1 ・C(純度99wt%以上) :0.16重量部 平均粒径:0.5−1 ・B/C(原子比):3.9 混合したスラリーを乾燥造粒し、内径77mmの黒鉛型
に充填した。
・Ax*os (purity 99.9 wt% or more) = 86 parts by weight Average particle size: 3-1 ・B,,,C (purity 98 wt% or more) = 14 parts by weight Average particle size: 2 units, ・TiO□ ( (Purity: 99 wt% or more) 20.2 parts by weight (0.84 wt% in terms of Ti, based on boron carbide) Average particle size: 1-1 ・C (Purity: 99 wt% or more): 0.16 parts by weight Average particle size: 0.5-1 B/C (atomic ratio): 3.9 The mixed slurry was dried and granulated, and filled into a graphite mold with an inner diameter of 77 mm.

これをAr雰囲気中で、プレス圧力200〜300 K
g/cm”でホットプレス焼結を行った。
This was pressed in an Ar atmosphere at a pressure of 200 to 300 K.
Hot press sintering was carried out at "g/cm".

焼成条件は、焼成温度1680℃程度、保持時間2時間
程度とした。 そして、冷却後、50X50X0.5m
mの焼結体(試料No、1)を得た。
The firing conditions were a firing temperature of about 1680° C. and a holding time of about 2 hours. And after cooling, 50X50X0.5m
A sintered body of m (sample No. 1) was obtained.

得られた焼結体には、TEMによる電子線回折の結果、
炭素が元素単体の形で存在していることが確認された。
As a result of electron beam diffraction by TEM, the obtained sintered body showed
It was confirmed that carbon exists in the form of a simple element.

そして、検量線を作製し、X線回折法により測定したと
ころ、元素単体の形で存在する炭素の含有量は、炭化ホ
ウ素に対し0.14wt%であった。
Then, a calibration curve was prepared and measured by an X-ray diffraction method. As a result, the content of carbon existing in the form of a simple element was 0.14 wt% based on boron carbide.

また、添加したTi O雪の一部はそのままの形でのこ
り、T i B zの生成と同時に、微量のTic、T
i、Tin Ar2、B+sCz、等の副成が認められ
た。
In addition, some of the added TiO snow remains as it is, and at the same time as T i B z is generated, trace amounts of Tic and T
By-products such as i, Tin Ar2, B+sCz, etc. were observed.

また、炭化ホウ素としてB、・Cを用い、炭素元素を添
加しないほかは前記と同様にして比較用の試料NO12
を製造した。
Comparative sample No. 12 was prepared in the same manner as above except that B and C were used as boron carbide and no carbon element was added.
was manufactured.

得られたサーミスタ材料に対し、TEMによる電子線回
折を行った結果、炭素は元素単体の形では存在していな
いことが確認された。
As a result of performing electron beam diffraction using a TEM on the obtained thermistor material, it was confirmed that carbon does not exist in the form of an elemental element.

また、T i B *の生成と同様に、微量のTic、
Ti、Tis Ar2、B+sC−等の副成のほか、9
 (Ant Os ) 2 (Bt Ox )の副成が
認められた。
In addition, similar to the generation of T i B *, a trace amount of Tic,
In addition to by-products such as Ti, Tis Ar2, B+sC-, 9
The by-formation of (AntOs)2(BtOx) was observed.

得られた各焼結体の両面に、無電解めっきにより厚さ0
15−のN1−B電極層を形成し、さらにこの上に、め
っきにより厚さ1.0μの白金電極層を形成し、ウェハ
とした。
Both sides of each sintered body obtained are electroless plated to a thickness of 0.
A 1.0 μm thick N1-B electrode layer was formed, and a 1.0 μm thick platinum electrode layer was further formed thereon by plating to prepare a wafer.

得られたウェハを、外周スライシングマシンによりダイ
アモンドブレードにて一辺0,75xQ、75X0.5
+a+oの正方形に切断加工し、サーミスタチップを得
た。
The obtained wafer was sliced with a diamond blade using a peripheral slicing machine with a side of 0.75 x Q and 75 x 0.5
A thermistor chip was obtained by cutting into a +a+o square.

このようなサーミスタチップに直径0.3mm、長さ6
5a+mのコバール製リード線を、パラレルギャップ溶
接法により接続した。
Such a thermistor chip has a diameter of 0.3 mm and a length of 6
Kovar lead wires of 5a+m were connected by parallel gap welding.

そして、サーミスタチップの25〜500℃における平
均サーミスタ定数Bを測定した。
Then, the average thermistor constant B of the thermistor chip at 25 to 500°C was measured.

また、25℃における平均抵抗率ρと、抵抗率ρの変動
係数CV(%)とを求めた。
In addition, the average resistivity ρ at 25° C. and the coefficient of variation CV (%) of the resistivity ρ were determined.

結果は表1に示されるとおりである。The results are shown in Table 1.

このようにして得られたものを、直径2.511QI、
長さ4s+mのホウケイ酸ガラスに挿入して、Arガス
雰囲気中にて、850℃にてガラス封止した。 これを
エージング処理して、第1図に示されるようなサーミス
タ素子サンプルを作製した。
The material obtained in this way has a diameter of 2.511QI,
It was inserted into borosilicate glass having a length of 4 s+m, and the glass was sealed at 850° C. in an Ar gas atmosphere. This was subjected to an aging treatment to produce a thermistor element sample as shown in FIG.

これらのものについて、初期と、500℃で5000時
間保存後の抵抗値の変化を測定した。
For these products, changes in resistance values were measured at the initial stage and after storage at 500° C. for 5000 hours.

評価は、抵抗値の変化をΔR1初期の抵抗値をRoとし
て、 (ΔR/R0)XIOQ     (%)として算出し
た。
The evaluation was calculated by calculating the change in resistance value as (ΔR/R0)XIOQ (%), with the initial resistance value of ΔR1 being Ro.

結果を表1に示す。The results are shown in Table 1.

表1に示される結果から本発明の効果が明らかである。The effects of the present invention are clear from the results shown in Table 1.

なお、本発明のサーミスタ材料は、チップ加工性も良好
であった。
Note that the thermistor material of the present invention also had good chip processability.

〈発明の効果〉 本発明のサーミスタ材料は、微視的にみた場合、焼結体
ウェハ内に生じる電気抵抗値の位置的なバラツキがきわ
めて小さい。
<Effects of the Invention> When viewed microscopically, the thermistor material of the present invention has extremely small positional variations in electrical resistance that occur within the sintered wafer.

そして、高温、特に400〜800℃の温度で使用して
も安定性を有する。 また、B値をかなり低くすること
ができるため、サーミスタの温度係数も小さく、適用可
能な温度範囲を広くすることができる。 さらに、組成
比と抵抗率との関係を調べると、抵抗率の変化が急峻で
はなく、組成比を変化させることにより抵抗のコントロ
ールが可能となる。 そのため目標とする抵抗域の組成
域が広がり、量産性および品質が向上する。
Furthermore, it has stability even when used at high temperatures, particularly at temperatures of 400 to 800°C. Furthermore, since the B value can be made considerably low, the temperature coefficient of the thermistor is also small, and the applicable temperature range can be widened. Furthermore, when examining the relationship between the composition ratio and resistivity, the change in resistivity is not steep, and resistance can be controlled by changing the composition ratio. Therefore, the composition range of the target resistance range is expanded, and mass productivity and quality are improved.

このようなサーミスタ材料を適用し、ガラス封止型のサ
ーミスタ素子に適用したときには、良好な特性を有し、
かつ電気抵抗値が均一なサーミスタ素子を作製できる。
When such thermistor material is applied to a glass-sealed thermistor element, it has good characteristics,
Moreover, a thermistor element having a uniform electrical resistance value can be manufactured.

 また、他の材料と加圧下顎熱して接合して一体化した
、いわゆる一体型のサーミスタ素子を形成すれば、寸法
精度が良好で、生材料を焼結により一体化するときのよ
うな寸法変化や特性のバラツキがきわめて少な(なる。
In addition, if a so-called integrated thermistor element is formed by bonding with other materials by applying heat under pressure, the dimensional accuracy will be good, and dimensional changes such as when raw materials are integrated by sintering will be avoided. There is very little variation in properties and characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明のサーミスタ素子の1例が示される断
面図である。 符号の説明 1・・・サーミスタ素子 5・・・ガラス 11・・・サーミスタチップ 33.35・・・電極層 43.45・・・リード体 FIG、1 出 代 願 理 同 人 ティーデイ−ケイ株式会社 人 弁理士 石 井 陽
FIG. 1 is a sectional view showing an example of the thermistor element of the present invention. Explanation of symbols 1...Thermistor element 5...Glass 11...Thermistor chip 33.35...Electrode layer 43.45...Lead body FIG, 1 Submitted by TDC Co., Ltd. Patent attorney Yo Ishii

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)導電路形成物質として炭化ホウ素を含有し、さら
に酸化アルミニウムを含むマトリックス物質を含有する
焼結体であって、 前記焼結体中に炭素が元素単体の形で存在することを特
徴とするサーミスタ材料。
(1) A sintered body containing boron carbide as a conductive path forming material and further containing a matrix material containing aluminum oxide, characterized in that carbon is present in the form of an element in the sintered body. thermistor material.
(2)前記元素単体の形で存在する炭素の含有量が、炭
化ホウ素に対し、3wt%以下である請求項1に記載の
サーミスタ材料。
(2) The thermistor material according to claim 1, wherein the content of carbon present in the form of a simple element is 3 wt% or less based on boron carbide.
(3)前記マトリックス物質として、さらに4A族元素
を含有し、炭化ホウ素の含有量に対する4A族元素の含
有量が、5wt%以下である請求項1または2に記載の
サーミスタ材 料。
(3) The thermistor material according to claim 1 or 2, further comprising a group 4A element as the matrix material, and the content of the group 4A element relative to the content of boron carbide is 5 wt% or less.
(4)請求項1ないし3のいずれかに記載のサーミスタ
材料から形成されるサーミスタチップを有するサーミス
タ素子。
(4) A thermistor element having a thermistor chip formed from the thermistor material according to any one of claims 1 to 3.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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