JPH07230902A - 半導体セラミック素子 - Google Patents
半導体セラミック素子Info
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- JPH07230902A JPH07230902A JP2053794A JP2053794A JPH07230902A JP H07230902 A JPH07230902 A JP H07230902A JP 2053794 A JP2053794 A JP 2053794A JP 2053794 A JP2053794 A JP 2053794A JP H07230902 A JPH07230902 A JP H07230902A
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- Japan
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- semiconductor ceramic
- temperature
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- resistance value
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 昇温状態での抵抗値を小さくして電力消費量
を低減するとともに、大電流にも対応可能とし、かつ電
極の改良により、特性値の安定性、信頼性が得られる負
の温度特性を有する半導体セラミック素子を提供するこ
とである。 【構成】 ペロブスカイト構造を持つランタンコバルト
系酸化物からなる負の抵抗温度特性を有するセラミック
素体を用いた半導体セラミック素子において、半導体セ
ラミック素体の表面に形成された電極が乾式めっき薄膜
であることを特徴とする半導体セラミック素子。
を低減するとともに、大電流にも対応可能とし、かつ電
極の改良により、特性値の安定性、信頼性が得られる負
の温度特性を有する半導体セラミック素子を提供するこ
とである。 【構成】 ペロブスカイト構造を持つランタンコバルト
系酸化物からなる負の抵抗温度特性を有するセラミック
素体を用いた半導体セラミック素子において、半導体セ
ラミック素体の表面に形成された電極が乾式めっき薄膜
であることを特徴とする半導体セラミック素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、負の抵抗温度特性を
有するセラミック素体を用いた半導体セラミック素子に
関するものである。
有するセラミック素体を用いた半導体セラミック素子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、スイッチング電源ではスイッチ
を入れた瞬間に過電流が流れることから、この初期の突
入電流を吸収する素子として、いわゆる負の抵抗温度特
性を有する半導体セラミック素子（以下、ＮＴＣサーミ
スタ素子という）が用いられている。このＮＴＣサーミ
スタ素子は、室温での抵抗値が高く、温度の上昇ととも
に抵抗値が低下する機能を有しており、これにより初期
の突入電流を抑制し、その後自己発熱により昇温して低
抵抗となり、定常状態では電力消費量を低減できる。こ
のようなＮＴＣサーミスタ素子のセラミック素体として
は、従来からスピネル酸化物が用いられている。
を入れた瞬間に過電流が流れることから、この初期の突
入電流を吸収する素子として、いわゆる負の抵抗温度特
性を有する半導体セラミック素子（以下、ＮＴＣサーミ
スタ素子という）が用いられている。このＮＴＣサーミ
スタ素子は、室温での抵抗値が高く、温度の上昇ととも
に抵抗値が低下する機能を有しており、これにより初期
の突入電流を抑制し、その後自己発熱により昇温して低
抵抗となり、定常状態では電力消費量を低減できる。こ
のようなＮＴＣサーミスタ素子のセラミック素体として
は、従来からスピネル酸化物が用いられている。
【０００３】ところで、ＮＴＣサーミスタ素子を突入電
流防止用に用いた場合、自己発熱による昇温状態で抵抗
値が小さくならなければならない。しかしながら、従来
のスピネル酸化物を用いたＮＴＣサーミスタ素子は、一
般に比抵抗を小さくするほどＢ定数が小さくなる傾向に
あり、昇温状態における抵抗値を充分に小さくすること
ができず、定常状態における電力消費量が低減できない
という問題があった。
流防止用に用いた場合、自己発熱による昇温状態で抵抗
値が小さくならなければならない。しかしながら、従来
のスピネル酸化物を用いたＮＴＣサーミスタ素子は、一
般に比抵抗を小さくするほどＢ定数が小さくなる傾向に
あり、昇温状態における抵抗値を充分に小さくすること
ができず、定常状態における電力消費量が低減できない
という問題があった。
【０００４】そこで、特公昭４８ー６３５２号公報にお
いて、Ｂ定数が大きくなるＮＴＣサーミスタ素子とし
て、ＢａＴｉＯ3にＬｉ2Ｏ3を添加した組成のセラミッ
クが提案されている。しかしながら、このような上記Ｎ
ＴＣサーミスタ素子においては、１４０℃の比抵抗が１
０5Ω・cm以上と大きいことから、定常状態における電
力消費量が増大するという問題がある。
いて、Ｂ定数が大きくなるＮＴＣサーミスタ素子とし
て、ＢａＴｉＯ3にＬｉ2Ｏ3を添加した組成のセラミッ
クが提案されている。しかしながら、このような上記Ｎ
ＴＣサーミスタ素子においては、１４０℃の比抵抗が１
０5Ω・cm以上と大きいことから、定常状態における電
力消費量が増大するという問題がある。
【０００５】また、ＶＯ2系セラミックを用いた素子
は、８０℃での比抵抗が１０から０．０１Ω・cmに低下
する抵抗値急変特性を示すことから、突入電流防止用と
して優れている。しかし、このＶＯ2系セラミック素子
は、不安定であり、また還元焼成後急冷して製造する必
要があり、その形状はビード状に限定されるという問題
点があった。さらに、許容電流値が数十mAと小さいこと
から、スイッチング電源などの大電流が流れる箇所にお
いては使用することができない。
は、８０℃での比抵抗が１０から０．０１Ω・cmに低下
する抵抗値急変特性を示すことから、突入電流防止用と
して優れている。しかし、このＶＯ2系セラミック素子
は、不安定であり、また還元焼成後急冷して製造する必
要があり、その形状はビード状に限定されるという問題
点があった。さらに、許容電流値が数十mAと小さいこと
から、スイッチング電源などの大電流が流れる箇所にお
いては使用することができない。
【０００６】ところが、希土類遷移元素系酸化物を用い
れば、Ｂ定数が室温で小さく、高温で大きい、負の抵抗
温度特性を有することについてはブイ．ジー．ブハイデ
（Ｖ．Ｇ．Ｂｈｉｄｅ）およびディー．エス．ラジョリ
ア（Ｄ．Ｓ．Ｒａｊｏｒｉａ）の文献（Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｂ６，［３］ １０２１（１９７２））等で示され
ている。
れば、Ｂ定数が室温で小さく、高温で大きい、負の抵抗
温度特性を有することについてはブイ．ジー．ブハイデ
（Ｖ．Ｇ．Ｂｈｉｄｅ）およびディー．エス．ラジョリ
ア（Ｄ．Ｓ．Ｒａｊｏｒｉａ）の文献（Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｂ６，［３］ １０２１（１９７２））等で示され
ている。
【０００７】そこで、前記文献に示された希土類遷移元
素系酸化物を検討した結果、特に、希土類コバルト系酸
化物を用いることで、従来のスピネル系酸化物を用いた
ＮＴＣサーミスタ素子よりも、優れた突入電流防止特性
を示すことを見いだし、提案している（特願平５−１８
９９７号）。
素系酸化物を検討した結果、特に、希土類コバルト系酸
化物を用いることで、従来のスピネル系酸化物を用いた
ＮＴＣサーミスタ素子よりも、優れた突入電流防止特性
を示すことを見いだし、提案している（特願平５−１８
９９７号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の組成で
単板タイプの素子を製作評価した場合、電極ペーストに
よって素子の抵抗値、Ｂ定数が不安定になり、通電試験
における抵抗値変化が大きいことがわかった。この原因
を調べた結果、電極ペースト中のガラスフリットが抵抗
値を不安定にしていることがわかった。
単板タイプの素子を製作評価した場合、電極ペーストに
よって素子の抵抗値、Ｂ定数が不安定になり、通電試験
における抵抗値変化が大きいことがわかった。この原因
を調べた結果、電極ペースト中のガラスフリットが抵抗
値を不安定にしていることがわかった。
【０００９】この発明の目的は、昇温状態での抵抗値を
小さくして電力消費量を低減するとともに、大電流にも
対応可能とし、ばらつきが小さく、特性値の安定で高
い、信頼性の負の抵抗温度特性を有する半導体セラミッ
ク素子を提供することである。
小さくして電力消費量を低減するとともに、大電流にも
対応可能とし、ばらつきが小さく、特性値の安定で高
い、信頼性の負の抵抗温度特性を有する半導体セラミッ
ク素子を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
ペロブスカイト構造を持つ希土類遷移元素系酸化物から
なる負の抵抗温度特性を有するセラミック素体を用いた
半導体セラミック素子において、前記半導体セラミック
素体の表面に形成された電極が乾式めっき薄膜である半
導体セラミック素子である。
ペロブスカイト構造を持つ希土類遷移元素系酸化物から
なる負の抵抗温度特性を有するセラミック素体を用いた
半導体セラミック素子において、前記半導体セラミック
素体の表面に形成された電極が乾式めっき薄膜である半
導体セラミック素子である。
【００１１】請求項２に係る発明は、希土類遷移元素系
酸化物がランタンコバルト系酸化物からなる半導体セラ
ミック素子である。
酸化物がランタンコバルト系酸化物からなる半導体セラ
ミック素子である。
【００１２】請求項３に係る発明は、半導体セラミック
素体に形成された電極は、スパッタリング膜、蒸着膜、
化学気相成長膜、イオンプレーティング膜のいずれかで
ある半導体セラミック素子である。
素体に形成された電極は、スパッタリング膜、蒸着膜、
化学気相成長膜、イオンプレーティング膜のいずれかで
ある半導体セラミック素子である。
【００１３】
【作用】この発明の半導体セラミック素子において、該
素子に希土類遷移元素系酸化物、特にランタンコバルト
系酸化物を用いたことで、室温でのＢ定数は小さく、高
温でのＢ定数が大きい。また、電極を乾式めっきによる
薄膜電極にしたことで、抵抗値、Ｂ定数のばらつきが抑
えられ、安定化がはかれる。昇温状態での抵抗の低抵抗
化、定常状態での電力消費量低減化、許容電流の大電流
化が得られる。さらにまた、ヒートサイクル試験後の特
性変化がなく、通電試験後の抵抗値変化が少ない、信頼
性の高い半導体セラミック素子が得られる。
素子に希土類遷移元素系酸化物、特にランタンコバルト
系酸化物を用いたことで、室温でのＢ定数は小さく、高
温でのＢ定数が大きい。また、電極を乾式めっきによる
薄膜電極にしたことで、抵抗値、Ｂ定数のばらつきが抑
えられ、安定化がはかれる。昇温状態での抵抗の低抵抗
化、定常状態での電力消費量低減化、許容電流の大電流
化が得られる。さらにまた、ヒートサイクル試験後の特
性変化がなく、通電試験後の抵抗値変化が少ない、信頼
性の高い半導体セラミック素子が得られる。
【００１４】
（実施例）まず、Ｃｏ3Ｏ4、Ｌａ2Ｏ3を準備し、ＬａX
ＣｏYＯ3（Ｘ／Ｙ＝０．９〜１．１）となるように秤量
し混合した。この混合粉末を純水、及びジルコニアボー
ルとともにポリエチレン製ポットで７時間湿式混合した
後、乾燥させて１０００℃で２時間仮焼し仮焼粉を作製
した。この仮焼粉末に有機バインダ５wt％加えて、再度
ポリエチレン製ポットで５時間湿式混合して粉砕し、濾
過、乾燥させた後、室温抵抗値が１２Ωになるように、
円板状に加圧成形し、該成形体を大気中で１４００℃で
２時間焼成してセラミック素体とする。この焼成体の両
面にスパッタリング方法により銀の薄膜電極を形成し、
ＮＴＣサーミスタ素子を得た。
ＣｏYＯ3（Ｘ／Ｙ＝０．９〜１．１）となるように秤量
し混合した。この混合粉末を純水、及びジルコニアボー
ルとともにポリエチレン製ポットで７時間湿式混合した
後、乾燥させて１０００℃で２時間仮焼し仮焼粉を作製
した。この仮焼粉末に有機バインダ５wt％加えて、再度
ポリエチレン製ポットで５時間湿式混合して粉砕し、濾
過、乾燥させた後、室温抵抗値が１２Ωになるように、
円板状に加圧成形し、該成形体を大気中で１４００℃で
２時間焼成してセラミック素体とする。この焼成体の両
面にスパッタリング方法により銀の薄膜電極を形成し、
ＮＴＣサーミスタ素子を得た。
【００１５】（比較例１）Ｃｏ3Ｏ4、Ｍｎ3Ｏ4、ＣｕＣ
Ｏ3のそれぞれを重量比で６：３：１の割合で秤量し、
この粉末を用いて、上記実施例と同様にしてＮＴＣサー
ミスタ素子の焼成体を作製し、その素子の両面に、所定
量の銀粉末、ワニス、グレーズで構成した電極ペースト
を塗布、乾燥、８００℃で焼き付けて、ＮＴＣサーミス
タ素子を得た。
Ｏ3のそれぞれを重量比で６：３：１の割合で秤量し、
この粉末を用いて、上記実施例と同様にしてＮＴＣサー
ミスタ素子の焼成体を作製し、その素子の両面に、所定
量の銀粉末、ワニス、グレーズで構成した電極ペースト
を塗布、乾燥、８００℃で焼き付けて、ＮＴＣサーミス
タ素子を得た。
【００１６】（比較例２）上記実施例と同じようにして
得られた焼成体の両面に比較例１と同じグレーズの入っ
た銀ペーストを塗布乾燥した後、８００℃で焼き付けて
ＮＴＣサーミスタ素子を得た。
得られた焼成体の両面に比較例１と同じグレーズの入っ
た銀ペーストを塗布乾燥した後、８００℃で焼き付けて
ＮＴＣサーミスタ素子を得た。
【００１７】図１は、上記実施例及び比較例１のＮＴＣ
サーミスタ素子の比抵抗の温度依存性を示す特性図であ
る。縦軸に比抵抗（Ω・cm）、横軸に温度（℃）をと
り、曲線で表した。図１に示すように、比較例１のＮＴ
Ｃサーミスタ素子では、２５℃の比抵抗が１００Ω・cm
と高く、また温度上昇によるＢ定数の増加が小さい。こ
れに対して、この発明のＮＴＣサーミスタ素子では、２
５℃の比抵抗が２０Ω・cm以下と小さく、さらに温度上
昇によるＢ定数の増加が大きく、高温において比較例１
のＮＴＣサーミスタ素子よりも低抵抗が得られることを
示している。
サーミスタ素子の比抵抗の温度依存性を示す特性図であ
る。縦軸に比抵抗（Ω・cm）、横軸に温度（℃）をと
り、曲線で表した。図１に示すように、比較例１のＮＴ
Ｃサーミスタ素子では、２５℃の比抵抗が１００Ω・cm
と高く、また温度上昇によるＢ定数の増加が小さい。こ
れに対して、この発明のＮＴＣサーミスタ素子では、２
５℃の比抵抗が２０Ω・cm以下と小さく、さらに温度上
昇によるＢ定数の増加が大きく、高温において比較例１
のＮＴＣサーミスタ素子よりも低抵抗が得られることを
示している。
【００１８】図２は、実施例のＮＴＣサーミスタ素子の
繰り返し通電試験の結果を示す図である。縦軸に電流
（Ａ）、横軸に時間（ｓ）をとっている。試験は１分間
電流を通電後、３０分間電源を切り、２５℃に冷却する
というヒートサイクルを１００００回行った。図２の−
○は１回目の特性、−□は１００００回目の特性を示し
ていて、１００００回行っても特性の変化が全く認めら
れないことがわかる。
繰り返し通電試験の結果を示す図である。縦軸に電流
（Ａ）、横軸に時間（ｓ）をとっている。試験は１分間
電流を通電後、３０分間電源を切り、２５℃に冷却する
というヒートサイクルを１００００回行った。図２の−
○は１回目の特性、−□は１００００回目の特性を示し
ていて、１００００回行っても特性の変化が全く認めら
れないことがわかる。
【００１９】また、実施例のＮＴＣサーミスタ素子１０
０個に対し、２０Ａを通電して実用試験を行った結果、
いずれの素子も破壊することなく、大電流にも適用でき
ることが確認された。
０個に対し、２０Ａを通電して実用試験を行った結果、
いずれの素子も破壊することなく、大電流にも適用でき
ることが確認された。
【００２０】次に、実施例と比較例２の初期抵抗値、Ｂ
定数、及び通電試験結果を表１に示す。初期抵抗値（室
温２５℃）、Ｂ定数はそれぞれ５０個の試料を用い、通
電試験（１０Ａ、１０００時間）は２０個の試料を用い
て平均値、最大値、最小値を示す。ここで、Ｂ定数は、
温度をＴ、比抵抗をρ、ｌｎを自然対数とすると、Ｂ
（Ｔ）＝｛ｌｎρ（Ｔ0）−ｌｎρ（Ｔ）｝／（Ｔ0−
Ｔ）の式より導き出される定数であり、温度による抵抗
変化を示している。この数値が大きいほど温度による抵
抗変化が大きい。なお、Ｔ0は２５℃、Ｔは２００℃と
した。
定数、及び通電試験結果を表１に示す。初期抵抗値（室
温２５℃）、Ｂ定数はそれぞれ５０個の試料を用い、通
電試験（１０Ａ、１０００時間）は２０個の試料を用い
て平均値、最大値、最小値を示す。ここで、Ｂ定数は、
温度をＴ、比抵抗をρ、ｌｎを自然対数とすると、Ｂ
（Ｔ）＝｛ｌｎρ（Ｔ0）−ｌｎρ（Ｔ）｝／（Ｔ0−
Ｔ）の式より導き出される定数であり、温度による抵抗
変化を示している。この数値が大きいほど温度による抵
抗変化が大きい。なお、Ｔ0は２５℃、Ｔは２００℃と
した。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１から明らかなように、比較例２の場
合、初期抵抗値、Ｂ定数に大きなばらつきがみられるの
に対し、実施例では安定しており、通電試験でも比較例
２の試料は最大２７．４４％も変化したのに対し、実施
例では２．６％に抑えられ、信頼性面で向上しているこ
とがわかる。
合、初期抵抗値、Ｂ定数に大きなばらつきがみられるの
に対し、実施例では安定しており、通電試験でも比較例
２の試料は最大２７．４４％も変化したのに対し、実施
例では２．６％に抑えられ、信頼性面で向上しているこ
とがわかる。
【００２３】上記の実施例では、円板状のＮＴＣサーミ
スタ素子を用いて説明しているが、この発明の半導体セ
ラミック素子はこのような形状に限定されるものではな
く、積層素子、円筒形素子、角型チップ素子など他の素
子形状のものにも適用されるものである。また、上記実
施例においては、半導体セラミック素子の電極として銀
を用いたが、白金、パラジウム、ニッケル、銅、クロ
ム、あるいはそれらの合金などの電極材料を用いても同
様の特性を得ることができる。さらに、本実施例では薄
膜電極にスパッタリング膜を用いたが、蒸着膜、化学気
相成長膜、イオンプレーティング膜で行っても同様の効
果が得られる。
スタ素子を用いて説明しているが、この発明の半導体セ
ラミック素子はこのような形状に限定されるものではな
く、積層素子、円筒形素子、角型チップ素子など他の素
子形状のものにも適用されるものである。また、上記実
施例においては、半導体セラミック素子の電極として銀
を用いたが、白金、パラジウム、ニッケル、銅、クロ
ム、あるいはそれらの合金などの電極材料を用いても同
様の特性を得ることができる。さらに、本実施例では薄
膜電極にスパッタリング膜を用いたが、蒸着膜、化学気
相成長膜、イオンプレーティング膜で行っても同様の効
果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】この発明の希土類遷移元素系酸化物を用
いて、電極を乾式めっきの薄膜電極にしたことで、室温
でのＢ定数が小さく、かつ温度上昇によるＢ定数が大き
い素子を作ることができ、定常状態での電力消費量を低
減でき、大電流にも適用できる。また、初期抵抗値、Ｂ
定数のばらつきの少ない安定性のある素子の製造が可能
となり、生産性の歩留まりを向上することができる。
いて、電極を乾式めっきの薄膜電極にしたことで、室温
でのＢ定数が小さく、かつ温度上昇によるＢ定数が大き
い素子を作ることができ、定常状態での電力消費量を低
減でき、大電流にも適用できる。また、初期抵抗値、Ｂ
定数のばらつきの少ない安定性のある素子の製造が可能
となり、生産性の歩留まりを向上することができる。
【図１】この発明の実施例と比較例１におけるＮＴＣサ
ーミスタ素子の比抵抗の温度依存性を示す図である。
ーミスタ素子の比抵抗の温度依存性を示す図である。
【図２】この発明の実施例のヒートサイクル試験の時間
−電流特性を示す図である。
−電流特性を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 ペロブスカイト構造を持つ希土類遷移元
素系酸化物からなる負の抵抗温度特性を有するセラミッ
ク素体を用いた半導体セラミック素子において、前記半
導体セラミック素体の表面に形成された電極が乾式めっ
き薄膜であることを特徴とする半導体セラミック素子。 - 【請求項２】 前記希土類遷移元素系酸化物がランタン
コバルト系酸化物からなることを特徴とする請求項１記
載の半導体セラミック素子。 - 【請求項３】 前記半導体セラミック素体に形成された
電極は、スパッタリング膜、蒸着膜、化学気相成長膜、
イオンプレーティング膜のいずれかであることを特徴と
する請求項１記載の半導体セラミック素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2053794A JPH07230902A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 半導体セラミック素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2053794A JPH07230902A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 半導体セラミック素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07230902A true JPH07230902A (ja) | 1995-08-29 |
Family
ID=12029915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2053794A Pending JPH07230902A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 半導体セラミック素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07230902A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0635852A2 (en) * | 1993-07-19 | 1995-01-25 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor ceramic device |
| US6475604B1 (en) | 1999-06-03 | 2002-11-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin film thermistor element and method for the fabrication of thin film thermistor element |
-
1994
- 1994-02-17 JP JP2053794A patent/JPH07230902A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0635852A2 (en) * | 1993-07-19 | 1995-01-25 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor ceramic device |
| EP0635852A3 (en) * | 1993-07-19 | 1996-04-10 | Murata Manufacturing Co | Ceramic semiconductor device. |
| US6475604B1 (en) | 1999-06-03 | 2002-11-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin film thermistor element and method for the fabrication of thin film thermistor element |
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