JPH04362B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は機器の保温、加熱などに用いられる面
状発熱体のなかで、ガラスフリツトを必要としな
い厚膜型正特性半導体素子の製造方法に関するも
のである。

従来例の構成とその問題点 BaTiO₃系半導体からなる素子は所定温度以上
になると急激に抵抗値が増大するスイツチング特
性及びスイツチング後の自己発熱特性を有し、昇
温特性が速く自己温度制御機能を有し、外部の制
御回路を必要としないため広く利用されている。

従来の正特性サーミスタ発熱体はBaTiO₃系半
導体粉末を加圧成形した後焼成して得ていたが、
広い面積を加熱するには多数の素子を必要とし大
型で組立てが困難であり、また実用可能な厚膜型
の正特性サーミスタ発熱体を得ることは困難であ
るとされていた。

従来、BaTiO₃系半導体を膜状に加工する方法
としては次のようなものが知られている。

デイスク形に成形した後焼成したものを薄片
に研磨する。

真空蒸着法、スパツタリング法などにより基
板状に薄膜を形成する。

BaTiO₃系半導体に導電性を有する添加剤と
ガラスフリツトを加えてペースト状とし、基板
上にスクリーン印刷した後焼成する。

しかし、前記の方法ではBaTiO₃系半導体の
結晶粒子径が大きくてもろいため、膜状にまで研
磨することは甚だ困難である。また、前記の方
法では操作が面倒であり、大面積の素子が得られ
ず、発熱体に適した大電力を得ることは難しい。
さらに、前記の方法では面積抵抗が高くなり易
く、抵抗値の制御が困難であり、発熱体には適さ
ない。また、あらかじめガラスフリツトを作つて
おかなければならず、面倒であると共にガラスフ
リツトの材質によつてはBaTiO₃系半導体の持つ
スイツチング特性及び自己発熱特性を劣化させ
る。そして、ガラスフリツトを加えることにより
BaTiO₃系半導体とガラスフリツトの耐熱性、熱
膨張係数の差から熱衝撃に弱く、熱伝導が劣化し
やすく信頼性に欠ける。また、導電性の添加剤と
ガラスフリツトを均一に混合することは困難であ
り、特性にばらつきを生じる原因の一つとなつて
いる。

以上述べたように、面状発熱体に適した厚膜型
正特性半導体素子を得る方法は従来よりなかつ
た。

発明の目的 そこで本発明では前記従来技術の欠点であつた
製造上の繁雑さを解決し、ガラスフリツトを用い
ずに厚膜型にすることにより熱衝撃性、熱伝導性
に優れ、均一な特性を持つ厚膜型正特性半導体素
子を容易に製造できる方法を提供することを目的
としている。

発明の構成 この目的を達成するために本発明の厚膜型正特
性半導体素子の製造方法は、BaTiO₃系半導体に
所定量のZrB₂を加えてペースト状にした混合物
を基板上に塗布して厚膜型とした後、焼成するこ
とにより厚膜型正特性半導体素子を得ようとする
ものである。

従来の導電性添加剤とガラスフリツトを用いる
方法では、BaTiO₃系半導体粉末同士の電気的接
続のために導電性添加剤が必要であり、BaTiO₃
系粉末同士を物理的に接続するのにガラスフリツ
トが必要であつた。しかし、本発明によれば導電
性添加剤とガラスフリツトの両方の役割をはたす
ZrB₂だけで厚膜化が可能である。すなわち、
ZrB₂は常温では導体であるが、1100℃以上の高
温になると一部分が分解して粒子表面にB₂O₃が
析出する。このB₂O₃層により粒子内部は分解、
酸化から保護され、ZrB₂のままで残る。従つて、
BaTiO₃系半導体粉末とZrB₂を混合して焼成する
と、ZrB₂粉末の表面に析出したB₂O₃がガラスフ
リツトと同じ役割をして粉末粒子同士を結合さ
せ、末反応の粒子内部のZrB₂が導電性添加剤の
役割をはたす。従つて、ZrB₂を添加するだけで
ガラスフリツトを必要としない厚膜型正特性半導
体素子が得られることとなる。

実施例の説明 以下に本発明を実施例をあげて具体的に説明す
る。

〈実施例 １〉 BaTiO₃に3.0mol％のSrOを加えてボールミル
などで粉砕混合した後乾燥し、1300℃で１時間焼
成する。その後、ボールミルなどで粉砕して
BaTiO₃系半導体粉末を得る。前記BaTiO₃系半
導体粉末に全重量に対して10重量％のZrB₂を加
えボールミルなどで粉砕混合し、乾燥した後、α
−テルピネオール、ポリエチレングリコールなど
を加えてペースト状混合物を作る。そして、第１
図に示すようにAl₂O₃などからなる基板２上にあ
らかじめ一対のAgなどの導電性物質からなる電
極３，４を設けておき、前記電極３，４上にその
電極３，４の一部が露出するように前記ペースト
状混合物１をスクリーン印刷などにより塗布し、
室温から10℃／minの昇温速度で1390℃まで加熱
し、１時間保持した後、炉内放冷する。

〈実施例 ２〉 実施例１と同様にしてBaTiO₃に3.0mol％の
PbOを加え1250℃で１時間焼成し粉砕した後、全
重量に対して45重量％のZrB₂を加え混合、粉砕、
乾燥した後、ポリビニルブチラール、オクチルフ
タレートなどを加えてペースト状混合物を作る。
以下、実施例１と同様の操作で前記ペースト状混
合物をスクリーン印刷した後、焼成、放冷する。

こうして得られた厚膜型半導体素子の25℃での
面積抵抗は、実施例１の場合420Ω／cm²であり、
実施例２の場合340Ω／cm²であつた。また、各々
の温度と抵抗値の関係は第２図に示した通りであ
つた。第２図でＡ，Ｂはそれぞれ実施例１，２に
よる特性を示している。

発明の効果 以上のように本発明は構成されているものであ
り、ZrB₂粉末は従来の導電性添加剤とガラスフ
リツトの両方の役割をはたし、電気的接続と粒子
同士の物理的接続に十分な効果があり、ガラスフ
リツトなしで厚膜型正特性半導体素子が得られ
る。また、ガラスフリツトという熱伝導の悪いも
のにかわつて熱伝導性に優れ導電性を有する
ZrB₂を用いることにより、熱伝導が良くなり、
熱衝撃性も向上する。さらに、スクリーン印刷な
どにより製造ができることから、作業が容易で大
面積化が可能であり、大量生産ができる。

なお、本発明においてBaTiO₃系半導体として
は、BaTiO₃に各種の添加剤を加えて半導体化し
たものであればなんでもよい。

また、ZrB₂の混合量に対して1.0〜60.0重量％
と規定したのは、1.0重量％未満では面積抵抗が
大きくなりすぎて発熱体には不適当であり、
BaTiO₃同士の物理的固定もできずもろくなるた
めである。また、60重量％を超えると面積抵抗が
小さくなりすぎ、自己制御特性（PTC特性）が
小さくなり、発熱体に不適当になるためである。

また、BaTiO₃系半導体とZrB₂粉末をペースト
状にできるものであればなんでもよい。

以上述べたように本発明によれば、ガラスフリ
ツトを必要としない厚膜型正特性半導体素子が容
易に製造でき、その実用上の効果は大きいもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により得られた厚膜型正
特性半導体素子を示す斜視図、第２図は本発明の
実施例による素子の温度と抵抗値の関係を示す図
である。 １…ペースト状混合物、２…基板、３，４…電
極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ BaTiO₃系半導体に混合量が全重量に対して
   1.0〜60重量％のZrB₂を加えペースト状にした混
   合物を基板上に塗布して厚膜状とした後、焼成し
   てなることを特徴とする厚膜型正特性半導体素子
   の製造方法。