JPS61101002A - 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】 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、ガラスフリッ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 Ｂ　ａ　Ｔ　ｉＯ３系半導体から々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特性を有し、昇温時２べ一〕 性が速く自己湯度制御機能を有し、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　ｉＯａ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ク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　１０３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。

（１）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。

（２）真空蒸着法により基板上に薄膜を形成する。

（３）ＢａＴｉＯ３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（１）の
方法ではＢ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏａ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（２）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ずかしい。さら
に、前記（３）の方法では面積抵抗が高くなりやすく制
御が困難であり、３１、− 発熱体には適さず、またあらかじめガラスフリットを調
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７″リツトの材質によってはＢａＴｉ０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りＢ　ａ　Ｔ
　１０ｓ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
繁雛さを解決し、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、Ｂ　ａ
　Ｔ　ｉＯ３系半導体粉末にＮｂ３Ｂ２．ＮｂＢ、Ｎｂ
３Ｂ４及び、ＮｂＢ２のうちの少なくとも１押粕をその
混合量が全重量に対して１〜６０重量％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戚
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
Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３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、Ｎｂ３Ｂ２νＮｂＢ
、Ｎｂ３Ｂ４．ＮｂＢ２を用いたところに特徴を有して
いる。これらＮｂ　　Ｂ　　ＮｂＢ、Ｎｂ３Ｂ４．Ｎｂ
Ｂ２３２！ は常温では導体であり、１０００〜１１ｏＯ℃以上の温
度になると一部分が分解して粒子表面にＢ２Ｏ３が析出
するが粒子内部は元のままで表面のＢ２Ｏ３膜により分
解が阻止される。従ってＢ　ａ　Ｔ　ｉＯｓ系良体粉末
と、Ｎｂ３Ｂ２．ＮｂＢ、Ｎｂ３Ｂ４．ＮｂＢ２６　べ
−／ 粉末を混合して焼成すると、Ｎｂ３Ｂ２．ＮｂＢ、Ｎｂ
３Ｂ４゜ＮｂＢ２の表面に析出するＢ２Ｏ３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Ｎｂ３Ｂ２．ＮｂＢ、Ｎｂ３Ｂ４．ＮｂＢ２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
ガラスフリットに比べて熱伝導性が良くなり、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　ｉＯ３に１．Ｏモ＃％のＮｂ２Ｏ３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　ｉＯ３系半導体粉末に全重量に対して
３．０重量係のＮｂＢ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
。

６　べ啼 一方、Ａｌ２Ｏ３などからなる基板２上にあらかじめ一
対のＡｑ々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℃／分の昇流速度で１３６０
℃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Ｂ　ａ　Ｔ　ｉＯ３に３．０モル
係のＹ２Ｏ３を加え１２５０℃で焼成した後、粉砕して
Ｂ　ａ　Ｔ　ｉＯ３系半導体粉末を得る。前記ＢａＴｉ
Ｏ３系半導体粉末に全重量に対して４０重量％のＮｂＢ
２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により塗布し、室
温から１０℃／分の昇流速度で１３００℃まで昇温し、
３０分間保持し７ベ７ だ後、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６　、７ＫＱ／ｃｕｔであり、実施例２の
場合１　、９ＫＱ／２ｎ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。

発明の効果 以上のように本発明の製造方法によればＮｂＢ。

ＮｂＢ　粉末が従来の導電性添加剤とガラスフリットの
両方の役割をはたし、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ＮｂＢ、ＮｂＢ２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できることから作
業が容易で量産が可能である。

々お、本発明においてＢ　ａ　Ｔ　ｉＯ３系半導体粉末
としてはＢ　ａ　Ｔ　ｉＯｓ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ＮｂＢ。

ＮｂＢ２粉末の添加量を全重量に対して１〜６０重量係
と規定したのは、１重量％未満では面積抵抗が大きくな
りすに発熱体に不適当であり、ＢａＴｉＯ３粉末同士の
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、
Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３系半導体粉末とＮｂＢ、ＮｂＢ２
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）を用いだが、ペースト状にできるもの
であればなんでもよい。

なお、前記実施例ではＮｂＢ、ＮｂＢ２をそれぞれ１種
類のみ添加する場合についてのみ示したが、これらに代
えてＮｂ３Ｂ２．Ｎｂ３Ｂ４を用いた場合にも実施例と
同等の効果が得られることを確認した。

また、これらＮｂＢ、ＮｂＢ２．Ｎｂ３Ｂ２．Ｎｂ３Ｂ
４の複数種類を同時に前記の範囲で加えた場合にも同９
　べ−７ｌ 様の効果が得られた。

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祈図、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 ハ ５０　　／θθ　１５０　２７リ　　あθ一温度（０す

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＢａＴｉＯ＿３系半導体粉末にＮｂ＿３Ｂ＿２、ＮｂＢ
   、Ｎｂ＿３Ｂ＿４及びＮｂＢ＿２のうちの少なくとも１
   種類をその混合量が全重量に対して１〜６０重量％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。