JPS60206102A - 厚膜型正特性半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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、ガラスフリットを必要・とじない厚膜型正特
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 Ｂ　ａ　Ｔ　ＩＯ３系半導体からなる素子は所定温度以
上で急激に抵抗値が増大するスイッチング特性及びスイ
ッチング後の自己発熱性を有し、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Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３
系半導体粉末を加圧成形した後、焼成して得ていたが、
実用可能な厚膜状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、Ｂ　ａ　Ｔ　ｉＯ３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。

■　ディスク形に成形した後、焼成したものを薄片に研
磨する。

■　真空蒸着法により基板上に薄膜を形成する。

■　ＢａＴｉ○３系半導体粉末に導電性の添加剤とガラ
スフリッ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ＢａＴ　ｉＯ系半導体の結晶
粒子径が大きくもろいため、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、発熱体に適した大電力を得ることがむつかしい。

さらに、前記■の方法では面積抵抗が高くなり易く制御
が困難であり、発熱体には適さず、またあらかじめガラ
スフリノトを調合、焼成しておかなければならず、面倒
であると共にガラスフリットの材質によってはＢ　ａ　
Ｔ　ＩＯ３系半導体の持つスイッチング特性及び自己発
熱特性を劣化させる。そして、ガラスフリットを加える
ことによＩ）　Ｂ　ａ　Ｔ　ｚ　Ｏ３系半導体とガラス
フリットの耐熱性、熱膨張係数の差から熱衝撃に弱く、
熱伝導が妨げられる。さらに、導電性の添加剤とガラス
フリッ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っている。

発明の目的 そこで本発明では前記従来技術の欠点であった製造上の
繁雑さを解決し、ガラスフリットを用いずに厚膜状にす
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 本発明の厚膜型正特性半導体素子の製造方法は、ＢａＴ
ｉＯ３系半導体粉末にＭｎ。ＳＬ、　Ｍｎ、Ｓｉ３．　
ＭｎＳｉ。

Ｍｎ５１２のうち少なくとも一種類の粉末を１．０〜６
０．０重量％加え、ペースト状にして混合物を基板上に
塗布して厚膜状とした後、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ットを用いる方法では
ＢａＴｉＯ３系半導体粉末同志の電気的接続のだめに導
電性添加剤が必要であり、ＢａＴ　ｉ○３系粉米粉末同
志理的に接続するのにガラスフリットが必要であった。

しかし、本発明によれば導電性添加剤とガラスフリット
の両方の役割をはだすものとして、　Ｍｎ３Ｓ　ｉ　。

Ｍｎ６Ｓｉ３．　ＭｎＳｉ　、　ＭｎＳｉ２のうち少な
くとも一種類を用いたところに特徴を有している。

これらのＭｎ３Ｓｉ　、　Ｍｎ５Ｓｉ３．　ＭｎＳｉ　
、　ＭｎＳｉ２は常温では導体であり、１０００〜１１
ＱＯ℃以上の温度になると一部分が分解して粒子表面に
ＳｉＯ２が析出するが、粒子内部は元の寸まで表面のＳ
　ｉＯ２膜により分解が阻止される。従って、Ｂ　ａ　
Ｔ　ｚＯｓ系半導体粉末と、Ｍｎ、Ｓｉ　、　Ｍｎ、Ｓ
ｉ３．　ＭｎＳｉ　、　Ｍｎ５ｉ２）粉末を混合して焼
成すると、Ｍｎ３Ｓ　ｉ　、　Ｍｎ５Ｓ　ｉ　３゜Ｍｎ
Ｓ’ｉ　、　ＭｎＳ　ｉ２の表面に析出するＳｉＯ２が
ガラスフリットと同じ役割をし、粒子内部が導電性添加
剤の役割をするため、Ｍｎ３Ｓ　ｉ　、　Ｍｎ５Ｓ　ｉ
３．　ＭｎＳ　ｉ　。

ＭｎＳｉ２を添加するだけでガラスフリットを必要とし
ない厚膜型正特性半導体素子が得られる。

また、導電性金属を添加することにより熱伝導性が悪い
ガラスフリットに較べ熱伝導性が良くなシ、熱衝撃性も
向上する。

実施例の説明 以下に本発明の実施例をあげて第１図と共に具体的に説
明する。

実施例１ Ｂ　ａ　Ｔ　１０３に１．０モル％のＮｂ２Ｏ６を加え
１０００℃で焼成した後、粉砕してＢ　ａ　Ｔ　１０３
系半導体粉末を得る。前記Ｂ　ａ　Ｔ　ｚＯｓ系半導体
粉末に全重量に対して３６．０重量％のＭｎ。Ｓｉ粉末
を加え均一に混合し、さらにα−テルピネオールを加え
てペースト状混合物１を作る。

一方、Ａｌ２Ｏ３などからなる基板２上にあらかじめ一
対のＡｑなと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の一部が残る
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１３
５０℃まで昇温し、１時間保持した後、炉内放冷する。

このようにして厚膜型正特性半導体素子を得た。

実施例２ 実施例１と同様にしてＢａ　Ｔ　ｚ　Ｏｓに３．０モル
係のＹ２Ｏ２を加え１２６０℃で焼成した後、粉砕して
ＢａＴｉＯ３系半導体粉末を得る。前記Ｂａ　’Ｉ　ｚ
Ｏ３系半導体粉末に全重量に対して１１．０重量％のＭ
ｎ　Ｓ　ｉ粉末を加え均一に混合し、さらにａ−テルピ
ネオールを加えてペースト状混合物１にする。ついで、
実施例１と同様に前記基板２上にあらかじめ前記電極３
，４を設けておき、前記電極３，４の一部が残るように
前記ペースト状混合物１をスクリーン印刷などより塗布
し、室温から１０℃／ｍｉｎの昇温速度で１３００℃ま
で昇温し、３０分間保持した後、炉内放冷する。このよ
うにして厚膜型半導体素子を得た。

こうして得た厚膜型半導体素子の室温での面積抵抗は実
施例１の場合０．３にΩ／Ｃａであシ、実施例２の場合
３．４　Ｋ　Ｑ／ｃｄであり、各々の温度と抵抗値の関
係は第２図に示した通りであった。第２図でＡは実施例
１により得られた素子の特性、Ｂは実施例２の場合の特
性である。

ここで、Ｍｎ３Ｓ　ｉ　、　ＭｎＳ　ｉに代えてＭｎ６
Ｓｉ３２ＭｒＩＳｉ２を用いても前記と同等の効果を得
ることができ、さらにはこれらを同時に加えて用いても
差支えないものであった。

発明の効果 以上のように本発明の製造方法によれば、粉末が従来の
導電性添加剤とガラスフリットの両方の役割をはだし、
電気的接続、物理的接続に十分な効果があり、ガラスフ
リットなしで厚膜状正特性半導体素子が得られることと
なる。

また、ガラスフリットという熱伝導の悪いものにかわっ
て熱伝導のよい導電性金属のＭｎ　ｓＳ　１　。

Ｍｎ６Ｓｔ３．　ＭｎＳｉ　、　ＭｎＳｉ２を用いるこ
とによシ、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できることから作業
が容易で量産が可能である。

なお、本発明においてＢ　ａＴ　１０３系半導体粉末と
してはＢ　ａ　Ｔ　１０３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、Ｍｎ３Ｓｉ
。

Ｍｎ６Ｓｉ３．　ＭｎＳｉ　、　ＭｎＳｉ２粉末の添加
量を全重量に対して１〜６０重量饅重量穴したのは、１
重量％未満では面積抵抗が大きくなりすぎ発熱体に不適
当であり、Ｂ　ａ　Ｔ　ｚ　Ｏ３粉末同志の物理的固定
もできなく、一方６０重量係を越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。さらに、前記実施例
ではＢａＴｉ○３系半導体粉末とＭｎ　３８　ｚ　＋Ｍ
ｎＳｉ粉末をペースト状にするのに有機溶剤（実施例で
はα−テルピネオール）を用いたが、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、ガラスフリットを必
要とし々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図は本発明方法により得られる厚膜型正特性半導体
素子を示す一部切欠斜視図、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。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名、第
１図 第２図 →シ益崖（’Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｂ　ａ　Ｔ　１０　ｓ系半導体粉末にＭｎ、Ｓ　ｉ　、
   　Ｍｎ、Ｓ　ｉ　３．　ＭｎＳ　ｉ　。 ＭｒＩＳ１２のうち少なくとも一種類の粉末を１．０〜
   ６０．０重量ヂ加え、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だ後、焼成す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。