TW476970B - Monolithic semiconducting ceramic electronic component - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 476970 A7 B7 -___ 五、發明說明（1 ) 發明説明 1 .發明領域 本發明有關一種單片（monolithic)半導體陶资電子元件， 尤其有關一種具有鈦酸鋇爲主要成分且具有正電阻溫度係 數的單片半導體陶瓷電子元件。 2.相關技術描述 鈦酸鋇爲主之半導體陶瓷具有正電阻溫度特性（PTC特性） ，其在室溫之電阻小，但在高於某溫度（已知稱爲居禮溫度 )之溫度時電阻急劇增加，並廣泛地應用於例如溫度控制器 、過電流保護器、等溫加熱等應用中。最重要的是，在電 路的過電流保護電子元件中，希望在室溫之電阻降低。尤 其，在通用數據總線（USB)電腦周邊設備中，強烈要求具 有低電阻及高抗電壓之小的半導體陶瓷電子元件。 因應於此要求，在曰本專利公開申請號57-60802揭示一 種單片半導體陶瓷電子元件，其中具有鈦酸鋇爲主要成分 的半導體陶瓷層與由Pt-Pd合金組成的内部電極層交替堆疊 (laminated)並整體燒結。藉由架構此堆疊結構，使半導體 陶瓷電子元件的電極區域大幅度增加，並使電子元件本身 尺寸減小。 日本專利公開申請號6-151103亦揭示一種單片半導體陶 瓷電子元件，其中以鎳（Ni)爲主之金屬代替Pt- P d合金作爲 内部電極。 - 但是，曰本專利號·802所揭示之單片半導體陶瓷電子元件 ，由於内部電極層和半導體陶瓷;層間之歐姆型觸點（ohmic 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Α7

I 員 工 消 費 五、發明說明（2) contact)小，所以在室溫展現相對高之電阻。 另—万面，依據日本專利號，1G3所揭示之單片半導體陶逢 屯子7L件，使用Ni_爲主之材料作爲内部電極材料若在空 t燒結將氧化，因此，在還原性氣氛中燒結後，必須在Ni 爲王屬不被氧化的溫度τ ’使材料進行再次氧化處理。 由於半導體陶瓷層與内部電極層之間可獲得歐姆型觸點 ，因此所得之陶瓷在室溫展現低電阻。 然而，由於低溫下再次氧化處理要求防止1^爲主之金屬 被氧化，所以電阻率變化範圍約1〇%或更小。 發明概述 據此，本發明目的在於提供一種單片半導體電子元件， 孩電子元件本身尺寸可減小，室溫電阻降低至約0.2Ω或以 下’電阻率變化範圍約1〇〇%或更大，且耐電壓增加至 20V或以上。 、 ^發明的單片半導體電子元件，包括交替堆疊之以欽酸 鋇馬王I半導體陶瓷層和内部電極層，以及形成之外部電 極其係電連接到内部電極層者。各該半導體陶資層厚度^對 各该内郅電極層厚度I的比例S/Ι較好約10到5〇。 半導體陶瓷層厚度S相當於2個相鄰内部電極層之間的距 離。 本發月的單片半導體陶瓷電子元件中，較好該内部電極 層係由鎳爲主之金屬所組成。· 本發明之具有上述結構之單片半導體陶瓷電子元件中， 可提供其中電子元件尺寸減小、室溫電阻降低、電阻率變 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線- 印 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵Q χ 297公爱） -5- ^76970 A7

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 476970 五、發明說明（4) 本發明中，合成鈇酸頻粉末之方法並無特別限制 ’可使用溶㈣膠法、水熱合成法、共沈澱法水解法、 或固相合成法。但較好所得鈦酸鋇粉末粒徑在丨微米以 且利用XPS觀察之BaCCVBaO比約0.42或以下。 ， 本發明中，雖然對半導體陶资層14的陶资粒後並益特別 但從耐電壓觀點觀之，平均陶錄徑較好约2微米或 雖然半導體陶堯層14厚度S係調節到所需之室溫電阻， 但局了得到小型、低電阻的單片半導體陶資電子元件，严 度s較好設定在約100微米或以下。 子 至於内部電極層！ 6之材料，可使用犯爲主之金屬、M。 2王之金屬'Cr爲主之金屬、或其合金。從與半導體陶资 層14歐姆型觸點可靠性觀點觀之，較好使用犯爲主之全屬。 雖然可以使用Ag、Pd或其合金作爲外部電極叫和⑽的 材料’但該材料並無特別限制。 接著將參照實施例對本發明更詳細地進行描述。 實施例1 ★首先，分別在不同的容器中製備02莫耳/升之氫氧化鎖 /谷瑕（含有3.〇79莫耳Ba)15.4〇升及〇 35莫耳/升之燒醇鈇溶 液（含有2.655莫耳Ti)7.5Mh。垸醇鈇溶液是WTi(〇_pr) 四異丙醇鈥）溶於異丙醇（IPA)中。此外，將溶於乙醇之⑽ ==化鑭溶液（含有〇·_4莫#La)均句地混合在燒醇欽 接著，用靜態混合機混合各容器中的溶液而引起反應， 本紙張尺度翻巾國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公差）

餐tT---------Μ. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 476970 A7

明7〇 A7 B7 五 、發明說明（6) 範園和耐電壓。用數位電壓表利用4端方法測量室溫電阻。 :最大電阻除以室溫電阻並使用其慣用對數計算室溫到25〇 c的範圍之電阻率變化範圍（單位計）。耐電壓設定爲元件 損壞前的最大施加電壓。樣品編號之結果示於表卜 此外，表中星號表示該樣品在本發明範圍以外。 樣品 編號 半導體陶瓷層厚度S /内部電極層厚度I 室溫電阻 —⑼ — 電阻變化範園 (單位） 耐電壓 *1 8 1.0 --—\ 丨 1 y__ 1.5 _\VJ 2 10 0.18 3.0 20 3 33 0.11 3.8 \J 3〇 4 50 0.12 3.9 32 *5 72 0.14 2.8 16 *6 6 2.0 1.0 7 7 10 0.19 3.1 21 8 21 0.15 3.6 35 9 50 0.10 3.9 31 *10 65 0.11 2.9 14 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 張 紙本 實施例2 至於起始材料，係稱取BaC〇3、Ti〇2及硝酸釤溶液使其滿 足克分子（molar)比 Ba/Ti=1.002和 Sm/Ti = 0.002。然後使 用去離子水和直徑5毫米的PSZ球在球磨機中混合5小時。 -9- K度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 外/6970 五、 發明說明（7) ^著，瘵發及乾燥，並將所得粉末在U5(rc燒結2小時。 知有機/谷劑、有機粘結劑和增塑劑添加到經燒結粉末中形 成裝料後’用刮裝法使漿料成型，得到原料片。然後，用 與實施例1相同方法，進行單片半導體陶瓷電子元件的製造 和汗估。實施例2所示結果以樣品編號6至丨〇示於表工。此 外’表中星號表示在本發明範園外。 由表1樣品編號1至6可看出，當半導體陶瓷層厚度§對内 部電極層厚度！的比例S/I小於1〇時，室溫電阻增加，電阻 率變化範圍減小，壓減小。由表i的樣品編號5至⑺可 看出，當比S/Ι大於50時，電阻率變化範園小於3〇單位， 耐電壓小於20V。 如前所述，依據本發明，可得到單片半導體陶资電子元 件，其中電子元件本身尺寸減小，室溫電阻降低到 以下，電阻率變化範園增加到3·〇單位或以上，且辦 加到2 0 V或以上。 、本發明單片半導體電子元件中，當内部電極層係由鎳爲 王《金屬所组成時，則可使半導體陶资層與内部電極層彼 此可靠地進行歐姆型接觸，因此增加 ㈢ 同時防止室溫電阻增加。 讀係數變化的範固 --------------------訂---------線·^^· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 準 標 家 國 國 中 用 適 度 尺 張 紙 -1----—J 本 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

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Claims (1)

1. 476970 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種單片半導體電子元件，包括： 鈦酸鋇爲主之半導體陶瓷層； 内部電極層，該半導體陶瓷層與内部電極層交替堆疊 •，及 電連接至該内部電極層之外部電極， 其中各半導體陶瓷層厚度S對各内部電極層厚度I的比 例S/Ι約爲10至50。 2. 如申請專利範圍第1項之單片半導體電子元件，其中該 内部電極層包括鎳爲主之金屬。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）