JP3141719B2 - 負の抵抗温度特性を有する半導体セラミックとそれを用いた半導体セラミック部品 - Google Patents
負の抵抗温度特性を有する半導体セラミックとそれを用いた半導体セラミック部品Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
- H01C7/042—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient mainly consisting of inorganic non-metallic substances
- H01C7/043—Oxides or oxidic compounds
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Thermistors And Varistors (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、負の抵抗温度特性を
有する半導体セラミックとそれを用いた半導体セラミッ
ク部品に関する。
有する半導体セラミックとそれを用いた半導体セラミッ
ク部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の負の抵抗温度特性を有する
半導体セラミック（以下、負特性サーミスタという）の
外観図である。負特性サーミスタは、スピネル酸化物系
からなる負の抵抗温度特性を有する半導体セラミック
（図示していない）の両主面に電極（図示していない）
を形成し、前記電極に端子３ａ，３ｂを半田（図示して
いない）を介して接続し、外表面を樹脂４で被覆してい
る。
半導体セラミック（以下、負特性サーミスタという）の
外観図である。負特性サーミスタは、スピネル酸化物系
からなる負の抵抗温度特性を有する半導体セラミック
（図示していない）の両主面に電極（図示していない）
を形成し、前記電極に端子３ａ，３ｂを半田（図示して
いない）を介して接続し、外表面を樹脂４で被覆してい
る。
【０００３】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
電流を吸収するものとして、いわゆる負特性サーミスタ
が用いられている。この負特性サーミスタは、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。このような負特性サーミ
スタのセラミックとしては、従来からスピネル酸化物系
セラミックが用いられている。
入れた瞬間に過電流が流れることから、この初期の突入
電流を吸収するものとして、いわゆる負特性サーミスタ
が用いられている。この負特性サーミスタは、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。このような負特性サーミ
スタのセラミックとしては、従来からスピネル酸化物系
セラミックが用いられている。
【０００４】ところで、近年、電子部品はチップ化、表
面実装（以下、ＳＭＤという）化への対応が要求され、
小型化、軽量化、低背化への対応が求められている。し
かしながら、図４に見られるように、従来の負特性サー
ミスタでは、端子を有する構造のため低背化しにくく、
また、スピネル酸化物系の半導体セラミックは、室温の
比抵抗が大きいため、低抵抗とするには形状を大きくし
なければならない。したがって、一般的なチップ部品、
例えばセラミックコンデンサのように、小型の素子を作
製することができなかった。
面実装（以下、ＳＭＤという）化への対応が要求され、
小型化、軽量化、低背化への対応が求められている。し
かしながら、図４に見られるように、従来の負特性サー
ミスタでは、端子を有する構造のため低背化しにくく、
また、スピネル酸化物系の半導体セラミックは、室温の
比抵抗が大きいため、低抵抗とするには形状を大きくし
なければならない。したがって、一般的なチップ部品、
例えばセラミックコンデンサのように、小型の素子を作
製することができなかった。
【０００５】また、負特性サーミスタをＳＭＤ化して用
いた場合、負特性サーミスタ動作時の自己発熱により、
回路基板の温度が上昇するため、定常通電時における負
特性サーミスタの自己発熱を抑える必要があるが、従来
のスピネル酸化物系からなる負特性サーミスタのＢ定数
は３０００と小さく、昇温状態での抵抗値を十分小さく
できず、動作時に自己発熱が大きくなり、回路基板の温
度が高くなるという不都合も有していた。
いた場合、負特性サーミスタ動作時の自己発熱により、
回路基板の温度が上昇するため、定常通電時における負
特性サーミスタの自己発熱を抑える必要があるが、従来
のスピネル酸化物系からなる負特性サーミスタのＢ定数
は３０００と小さく、昇温状態での抵抗値を十分小さく
できず、動作時に自己発熱が大きくなり、回路基板の温
度が高くなるという不都合も有していた。
【０００６】そこで、比抵抗の小さくなるセラミックと
してＶＯ2系セラミックを負特性サーミスタに用いる
と、８０℃での比抵抗が１０〜０．０１Ω・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
て優れていることがわかった。しかし、このＶＯ2系負
特性サーミスタは、セラミックが不安定であり、また還
元焼成後急冷して製造することから、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
かった。
してＶＯ2系セラミックを負特性サーミスタに用いる
と、８０℃での比抵抗が１０〜０．０１Ω・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
て優れていることがわかった。しかし、このＶＯ2系負
特性サーミスタは、セラミックが不安定であり、また還
元焼成後急冷して製造することから、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
かった。
【０００７】また、Ｂ定数が大きくなる負特性サーミス
タとして、ＢａＴｉＯ3にＬｉ2Ｏ3を２０mol％添加した
ものも提案されている（特公昭４８−６３５２）が、こ
の負特性サーミスタでは比抵抗が大きいためＳＭＤ化の
負特性サーミスタを作製することはできなかった。
タとして、ＢａＴｉＯ3にＬｉ2Ｏ3を２０mol％添加した
ものも提案されている（特公昭４８−６３５２）が、こ
の負特性サーミスタでは比抵抗が大きいためＳＭＤ化の
負特性サーミスタを作製することはできなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記課題を解決するた
め、負の抵抗温度特性を有する半導体セラミック材料
で、その比抵抗がＳＭＤ化でき、かつ負特性サーミスタ
の自己発熱が抑制できるＢ定数の大きな電流制御に適し
た負特性サーミスタ材料の負特性サーミスタ素子を鋭意
検討した。
め、負の抵抗温度特性を有する半導体セラミック材料
で、その比抵抗がＳＭＤ化でき、かつ負特性サーミスタ
の自己発熱が抑制できるＢ定数の大きな電流制御に適し
た負特性サーミスタ材料の負特性サーミスタ素子を鋭意
検討した。
【０００９】その結果、田口、島田らが燃料電池の電極
材料として研究し、Ｊ．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ Ｃｈｅ
ｍ．．６３．２９０（１９８６）で記載している、ＹＣ
ａＭｎ系酸化物からなるセラミックがあるが、この発明
の発明者らはこのセラミックが比抵抗１Ω・cm以下で、
Ｂ定数４０００以上を有し、かつ電流制御用としての実
用試験、例えば繰り返し通電試験を行っても特性変化し
ない優れた特性であることを見いだした。
材料として研究し、Ｊ．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ Ｃｈｅ
ｍ．．６３．２９０（１９８６）で記載している、ＹＣ
ａＭｎ系酸化物からなるセラミックがあるが、この発明
の発明者らはこのセラミックが比抵抗１Ω・cm以下で、
Ｂ定数４０００以上を有し、かつ電流制御用としての実
用試験、例えば繰り返し通電試験を行っても特性変化し
ない優れた特性であることを見いだした。
【００１０】この発明の目的は、比抵抗が小さく、Ｂ定
数が大きい負の抵抗温度特性を有する半導体セラミック
材料を用いることで、小型化、低背化でき、ＳＭＤ化で
き、昇温状態での抵抗値を小さくして発熱を抑えるとと
もに、大電流にも対応可能なる電流制御用の負の抵抗温
度特性を有する半導体セラミックと半導体セラミック部
品を提供することである。
数が大きい負の抵抗温度特性を有する半導体セラミック
材料を用いることで、小型化、低背化でき、ＳＭＤ化で
き、昇温状態での抵抗値を小さくして発熱を抑えるとと
もに、大電流にも対応可能なる電流制御用の負の抵抗温
度特性を有する半導体セラミックと半導体セラミック部
品を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
一般式Ｙ 1-x Ｃａ x ＭｎＯ 3 （ｘ＝０．２〜０．６）であ
らわされる負特性半導体セラミックである。
一般式Ｙ 1-x Ｃａ x ＭｎＯ 3 （ｘ＝０．２〜０．６）であ
らわされる負特性半導体セラミックである。
【００１２】請求項２に係る発明は、セラミック素体
と、前記セラミック素体に形成される電極とからなり、
前記セラミック素体は請求項１に記載の半導体セラミッ
クからなる半導体セラミック部品である。
と、前記セラミック素体に形成される電極とからなり、
前記セラミック素体は請求項１に記載の半導体セラミッ
クからなる半導体セラミック部品である。
【００１３】請求項３に係る発明は、突入電流の抑制に
用いられる半導体セラミック部品である。
用いられる半導体セラミック部品である。
【００１４】
【００１５】請求項１において、その組成範囲に限定し
たのは次の理由による。つまり、比抵抗が１以下で、Ｂ
定数が４０００以上の条件を満足するｘの組成範囲は
０．２〜０．６である。
たのは次の理由による。つまり、比抵抗が１以下で、Ｂ
定数が４０００以上の条件を満足するｘの組成範囲は
０．２〜０．６である。
【００１６】
【作用】この発明による負特性サーミスタは、ＹＣａＭ
ｎ系酸化物からなり、比抵抗が小さく、Ｂ定数が大き
い。特に、一般式Ｙ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝０．２〜
０．６）であらわされる負特性サーミスタは、比抵抗が
１Ω・cm以下になり、しかもＢ定数が４０００以上の特
性を示す。
ｎ系酸化物からなり、比抵抗が小さく、Ｂ定数が大き
い。特に、一般式Ｙ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝０．２〜
０．６）であらわされる負特性サーミスタは、比抵抗が
１Ω・cm以下になり、しかもＢ定数が４０００以上の特
性を示す。
【００１７】この発明による半導体セラミック部品によ
れば、ＹＣａＭｎ系酸化物組成を用いることで比抵抗が
小さく、Ｂ定数が大きい部品が得られる。特に、一般式
Ｙ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝０．２〜０．６）であらわさ
れるセラミック素体を用いた半導体セラミック部品は、
比抵抗が１Ω・cm以下になり、しかもＢ定数が４０００
以上、かつ電流制御用としての実用試験、例えば繰り返
し通電試験を行っても特性変化しない優れた特性を持
つ。
れば、ＹＣａＭｎ系酸化物組成を用いることで比抵抗が
小さく、Ｂ定数が大きい部品が得られる。特に、一般式
Ｙ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝０．２〜０．６）であらわさ
れるセラミック素体を用いた半導体セラミック部品は、
比抵抗が１Ω・cm以下になり、しかもＢ定数が４０００
以上、かつ電流制御用としての実用試験、例えば繰り返
し通電試験を行っても特性変化しない優れた特性を持
つ。
【００１８】
【実施例】以下、この発明を実施例により詳細に説明す
る。図１は、この発明の半導体セラミック部品の外観図
であり、負の抵抗温度特性を有する半導体セラミック素
体１の両端部に電極２ａ，２ｂを形成している。
る。図１は、この発明の半導体セラミック部品の外観図
であり、負の抵抗温度特性を有する半導体セラミック素
体１の両端部に電極２ａ，２ｂを形成している。
【００１９】まず、Ｙ2Ｏ3，ＣａＣＯ3，Ｍｎ2Ｏ3の原
料を準備し、表１に示す組成となるように秤量する。こ
の粉末を純水、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１０
００℃で２時間仮焼する。得られた仮焼粉に有機バイン
ダ、溶剤、分散剤とポリスチレン粒子を加え、再度ポリ
ポットで５時間湿式混合し、スラリーを得る。このスラ
リーで、厚さ５０μmのセラミックグリーンシートを形
成し、このグリーンシートを所定の寸法に切断、積層、
圧着を行い、最終的に抵抗値が８Ωになる大きさに成形
する。
料を準備し、表１に示す組成となるように秤量する。こ
の粉末を純水、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１０
００℃で２時間仮焼する。得られた仮焼粉に有機バイン
ダ、溶剤、分散剤とポリスチレン粒子を加え、再度ポリ
ポットで５時間湿式混合し、スラリーを得る。このスラ
リーで、厚さ５０μmのセラミックグリーンシートを形
成し、このグリーンシートを所定の寸法に切断、積層、
圧着を行い、最終的に抵抗値が８Ωになる大きさに成形
する。
【００２０】
【表１】
【００２１】次に、この成形体を焼成さやに重ならない
ように一面に分散させ、４００℃で脱脂した後、酸素分
圧０．５MPa以上の雰囲気中で１４００℃で焼成を行
い、セラミック素体を得る。得られたセラミック素体を
バレル研磨で面取りを行い、セラミック素体端部にＡｇ
を主成分とする導電性粉末を混合した電極ペーストを塗
布、８００℃で焼き付け、半導体セラミック部品の電極
を形成する。
ように一面に分散させ、４００℃で脱脂した後、酸素分
圧０．５MPa以上の雰囲気中で１４００℃で焼成を行
い、セラミック素体を得る。得られたセラミック素体を
バレル研磨で面取りを行い、セラミック素体端部にＡｇ
を主成分とする導電性粉末を混合した電極ペーストを塗
布、８００℃で焼き付け、半導体セラミック部品の電極
を形成する。
【００２２】また、実施例の比較のため、図４に示す従
来例の半導体セラミック部品も作成した。これはＣｏ3
Ｏ4，Ｍｎ3Ｏ4，ＣｕＣＯ3それぞれを重量比で６：３：
１の割合で秤量し、これにバインダーを加えてジルコニ
アボールの入ったポリエチレン製のポットで７時間湿式
混合粉砕し、乾燥後、室温抵抗が８Ωになるように円板
状に成形し、大気中１２５０℃で２時間焼成する。得ら
れた円板状セラミック素体の両主面に電極の焼き付けを
行い、この電極に端子を半田付けし、さらに外表面を樹
脂で被覆した。
来例の半導体セラミック部品も作成した。これはＣｏ3
Ｏ4，Ｍｎ3Ｏ4，ＣｕＣＯ3それぞれを重量比で６：３：
１の割合で秤量し、これにバインダーを加えてジルコニ
アボールの入ったポリエチレン製のポットで７時間湿式
混合粉砕し、乾燥後、室温抵抗が８Ωになるように円板
状に成形し、大気中１２５０℃で２時間焼成する。得ら
れた円板状セラミック素体の両主面に電極の焼き付けを
行い、この電極に端子を半田付けし、さらに外表面を樹
脂で被覆した。
【００２３】図２は、通電試験の結果を示すグラフであ
り、縦軸に半導体セラミック部品の表面温度（℃）、横
軸に通電電流値（A）として、実線が実施例、破線が従
来例の曲線を示している。この図２から明らかなよう
に、この発明にかかる半導体セラミック部品の自己発熱
が従来例と比較して小さく低減されていることが分か
る。
り、縦軸に半導体セラミック部品の表面温度（℃）、横
軸に通電電流値（A）として、実線が実施例、破線が従
来例の曲線を示している。この図２から明らかなよう
に、この発明にかかる半導体セラミック部品の自己発熱
が従来例と比較して小さく低減されていることが分か
る。
【００２４】図３は、断続通電試験の結果を示すグラフ
であり、縦軸に抵抗変化率、横軸に回数として、実施例
の試料に５Aの電流を１分間ＯＮ、５分間ＯＦＦの断続
通電を１００００回行い、その結果を示したものであ
る。グラフのデータは、実施例で得られた試料２０個を
測定し、平均値と最大値、最小値を示している。このグ
ラフから１００００回断続通電を行っても、抵抗変化
率、およびばらつきは全く見られず、電流制御素子とし
て十分適用できることが確認できた。
であり、縦軸に抵抗変化率、横軸に回数として、実施例
の試料に５Aの電流を１分間ＯＮ、５分間ＯＦＦの断続
通電を１００００回行い、その結果を示したものであ
る。グラフのデータは、実施例で得られた試料２０個を
測定し、平均値と最大値、最小値を示している。このグ
ラフから１００００回断続通電を行っても、抵抗変化
率、およびばらつきは全く見られず、電流制御素子とし
て十分適用できることが確認できた。
【００２５】なお実施例では、Ａｇ電極を用いたが、Ｐ
ｔ，Ｐｄ，Ｒｈ、あるいはそれらの合金などにおいても
同様な特性が得られる。
ｔ，Ｐｄ，Ｒｈ、あるいはそれらの合金などにおいても
同様な特性が得られる。
【００２６】
【発明の効果】この発明の負の抵抗温度特性を有する半
導体セラミックによれば、ＹＣａＭｎ系酸化物セラミッ
クからなり、比抵抗が小さく、かつ温度上昇によるＢ定
数が大きい負特性を有している。特に、Ｙ1-xＣａxＭｎ
Ｏ3（ｘ＝０．２〜０．６）系セラミックは比抵抗が１
Ω・cm以下と小さく、かつ温度上昇によるＢ定数が４０
００以上と大きい負特性を顕著に示す。
導体セラミックによれば、ＹＣａＭｎ系酸化物セラミッ
クからなり、比抵抗が小さく、かつ温度上昇によるＢ定
数が大きい負特性を有している。特に、Ｙ1-xＣａxＭｎ
Ｏ3（ｘ＝０．２〜０．６）系セラミックは比抵抗が１
Ω・cm以下と小さく、かつ温度上昇によるＢ定数が４０
００以上と大きい負特性を顕著に示す。
【００２７】この発明の半導体セラミック部品によれ
ば、該セラミック素体をＹＣａＭｎ系酸化物で構成した
ので、比抵抗が小さく、かつ温度上昇によるＢ定数が大
きい負の抵抗温度特性が得られ、電流制御用の半導体セ
ラミック部品のＳＭＤ化を可能とし、さらに回路定常通
電時における素子の自己発熱を抑え基板温度の低減をは
かれる効果を得ることが可能となった。また、特に、Ｙ
1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝０．２〜０．６）系セラミック
は、比抵抗が１Ω・cm以下と小さく、かつ温度上昇によ
るＢ定数が４０００以上と大きい負特性を顕著に示す。
ば、該セラミック素体をＹＣａＭｎ系酸化物で構成した
ので、比抵抗が小さく、かつ温度上昇によるＢ定数が大
きい負の抵抗温度特性が得られ、電流制御用の半導体セ
ラミック部品のＳＭＤ化を可能とし、さらに回路定常通
電時における素子の自己発熱を抑え基板温度の低減をは
かれる効果を得ることが可能となった。また、特に、Ｙ
1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝０．２〜０．６）系セラミック
は、比抵抗が１Ω・cm以下と小さく、かつ温度上昇によ
るＢ定数が４０００以上と大きい負特性を顕著に示す。
【００２８】上記のことより、小型で低背化が可能な表
面実装型の半導体セラミックおよび半導体セラミック部
品を得ることができる。
面実装型の半導体セラミックおよび半導体セラミック部
品を得ることができる。
【図１】この発明の半導体セラミック部品の斜視図を示
す。
す。
【図２】この発明の実施例と従来例の通電試験結果を示
す曲線図である。
す曲線図である。
【図３】この発明の実施例の断続通電試験の結果を示す
特性図である。
特性図である。
【図４】従来の負特性サーミスタの外観図を示す。
１ 負の抵抗温度特性を有する半導体セラミック素
体 ２ 電極
体 ２ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/00 - 35/51 H01C 7/04
Claims (3)
- 【請求項１】 一般式Ｙ 1-x Ｃａ x ＭｎＯ 3 （ｘ＝０．２
〜０．６）であらわされることを特徴とする負の抵抗温
度特性を有する半導体セラミック。 - 【請求項２】 セラミック素体と、前記セラミック素体
に形成される電極とからなり、前記セラミック素体は請
求項１に記載の半導体セラミックからなることを特徴と
する半導体セラミック部品。 - 【請求項３】 突入電流の抑制に用いられることを特徴
とする請求項２に記載の半導体セラミック部品。
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