JPH04105303A - 磁器半導体素子の電極形成方法 - 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） 本発明は磁器半導体素子の電極形成方法に関する。

（従来の技術） 従来、磁器半導体素子、例えば、正特性サーミスタ、負
特性サーミスタ、バリスタなどの電極形成方法としては
、（イ）半導体磁器素体の表面にニッケルを無電解メツ
キする方法、（ロ）半導体磁器素体表面にニッケルを無
電解メツキしたのち、そのメツキ上に銀ペーストを塗布
して焼き付ける方法、（ハ）半導体磁器素体の表面に、
ガリウム−銀合金もしくはアルミニウム粉末を含有する
オーミ、り性ペーストを塗布、焼成する方法、（ニ）半
導体磁器素体の表面にアルミニウムやニッケルなどの金
属を溶射し、必要に応じてその上にハンダ付は可能な金
属、例えば、銅を溶射する方法などが採用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記（イ）のメツキ法は、Ｎｉメツキの
膜厚を厚くしようとすると、密着強度が低下するため厚
い電極を得ることかできず、またＮｉは電極材料として
は比抵抗か６．８ＸＩＯ−６Ωａｍと大きいため大きな
突入電流によって焼損することかあり、しかもオーミッ
ク接触を得るためには３００’Ｃ以上の温度での熱処理
が必要であるため、熱処理によりＮｉ表面が酸化し、半
田付は性か悪くなりなどの問題がある他、メツキ液中の
塩素イオンや硫酸イオン等が半導体磁器素体の内部に浸
透し、素子の電気的特性、特に、耐圧特性を劣化させる
という問題があり、また、メツキ後に外周の研磨が必要
で磁器半導体素子のコストアップを招くという問題があ
る。

前記（ロ）の方法は、（イ）の方法に比べて電流容量お
よび寿命特性を改善することはできるが、イオン浸透に
よる耐圧特性の劣化は避けられないという問題がある。

さらに、前記（ハ）の方法は、半田付は性および耐湿性
が悪いという問題がある。

また、前記（ニ）の溶射方法は、半導体磁器素体と電極
との密着強度が弱（、リード線の引張り強度か弱いとい
う問題がある。

従って、本発明は、半導体磁器素体自体の特性を劣化さ
せることなく、電気的特性に優れた電極を安価に形成す
ることかできるようにすることを技術的課題とするもの
である。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記課題を解決するために、半導体磁器素体
の表面に該素体とオーミック接触する金属をスパッタリ
ングして薄膜金属層を形成し、該薄膜金属層上に導電性
ペーストを用いて厚膜導電層を形成して磁器半導体素子
の電極を形成するようにしたものである。

前記磁器素体上に形成される薄膜電極層の材料としては
、磁器素体に対し強固な密着性を示し、磁器素体と安定
したオーミック性接触を示す金属であれば任意のものを
使用できるが、クロムもしくはその合金が好適である。

また、前記薄膜金属層は必ずしも一層である必要はなく
、クロムまたはその合金をスパッタリングして薄膜金属
層を形成し、その上にニッケル、銅およびそれらの合金
からなる群から選ばれた一種をスパッタリングして薄膜
金属層を積層して２層構造にしても良い。

また、厚膜電極層の形成材料としては、金、銀、銅から
選ばれた少なくとも一種を主成分とする金属を用いるの
が好適である。厚膜形成法としては前記金属の粉末を有
機ビヒクルに分散させた導電性ペーストを使用する。

（作用） 前記薄膜電極層は電極の下地層として機能するか、スパ
ッタリング法を採用することによって、メツキ、蒸着あ
るいは溶射など他の薄膜形成手段に比べて、密着強度を
向上させることができ、また、その材料であるクロムも
しくはその合金が半導体磁器との密着強度が高く、良好
なオーミ、り性接触を示す電極層の形成を可能にしてい
る。

このスパッタリング法は、成膜速度が遅く大電流を流し
得る厚肉の金属皮膜の形成が困難であり、無理に厚肉の
金属皮膜を形成しようとすると、スパッタリング装置内
にカスが溜ってリークや短絡などの故障を生じさせ易く
、装置のメインテナンスに多大な費用と労力を要する結
果となる。しかも、クロムは半田付は性か悪いため、半
田付けを必要とする場合には適当でない。また、比抵抗
か１３Ｘ１０−”Ωｃｍと、電極材料として一４般に利
用されている銀（１，６ＸｌＯ−６Ωｃｍ）、金（２８
２ＸＩＯ−８０ｃｍ）、銅（１，７Ｘ１０−６Ωｃｍ）
、アルミニウム（２，７Ｘ１０−８Ωｃｍ）なとに比べ
て大きいため、クロムだけで厚い電極を形成しようとす
ると、コストか高くなり実用的でなくなり、膜厚を薄＜
、シてそのまま電極として使用すると、大きな電流を突
入させたとき電極か焼損する場合がある。

このため、本発明は、所要の密着強度と良好なオーミッ
ク性接触を得るに十分なだけの厚さの薄膜金属層をスパ
ッタリングで磁器素体上に形成し、その上に比抵抗の小
さな材料を用いて厚膜形成法により電極の大部分を形成
して、半田付は性を向上させると同時に、経済性と大電
流に対処するようにしている。

また、薄膜電極層を形成する材料は空気に比較的長時間
さらしておくと、酸化して薄膜電極層の表面に酸化皮膜
を形成し、厚膜電極層形成材料との間のヌレ性を低下さ
せ、密着強度を低下させるという問題を生じる。

そこで、本発明においては、スパッタリングにより前記
薄膜電極層を形成した後、厚膜電極層を形成するまでに
ある程度期間を要する場合には、クロムまたはクロム合
金からなる薄膜金属層を下地層とし、その上に耐酸化性
に優れた材料をスパッタリングして、あるいは耐酸化性
に優れた材料および比抵抗の小さな材料を順次スパッタ
リングして薄膜金属層を形成することによって、薄膜電
極層の酸化を防止し、厚膜電極層形成材料とのヌレ性を
保証すると共に、電極層間の密着強度を確保し、また、
大電流に耐え得るようにしている。

なお、大電流を流す必要のない電極の場合であれば、薄
膜金属層をクロムからなる一層のみで形成し、半田付け
を可能にする厚膜導電層を硬化タイプの導電性ペースト
で形成する。また、半田付けを必要としない場合、例え
ば、バネの押圧で磁器半導体素子と電気的接続を行なう
場合でも、比抵抗の小さな材料で厚膜導電層を形成する
と、この厚膜導電層かバネ接点との接触抵抗を小さくし
、安定した接点状態を与える役割を果たす。

（実施例１） クロムをターゲットとし、正特性サーミスタ用の半導体
磁器素体の表面にＣｒをスパッタリングして０．２μｍ
厚のクロム皮膜を形成し、その上に銀ペーストを塗布し
た後、５００．６００．７００℃でそれぞれ焼成して５
μｍ厚の厚膜導電層を形成して電極とした。

（実施例２） クロムをターゲットとし、正特性サーミスタ用の半導体
磁器素体の表面にＣｒをスパッタリングして０．２μＩ
厚のクロム皮膜を形成し、その上にＮｉをスパッタリン
グして０．２μｍ厚のニッケル皮膜を形成した後、Ａｇ
ペーストを用いて５μｍ厚の厚膜導電層を形成して電極
とした。

得られた各正特性サーミスタの２５°Ｃでの抵抗値を第
１表に、また、５００°Ｃで焼成した試料について測定
した電気的特性および密着強度を、従来法により多極を
形成した正特性サーミスタについての結果と共に、第２
表に示す。

なお、正特性サーミスタ用の半導体磁器素体の特性は、
この種の素子の初期特性測定用電極として一般に採用さ
れているＩｎ−Ｇａ合金電極を形成して測定したもので
ある。

また、比較例の各試料は、実施例と同口ｙｈの正特性サ
ーミスタ素体を用いて製造したものであり、比較例１は
素体表面に無電解メツキ法により１．５μｍ厚のニッケ
ル皮膜を形成して電極としたもの、比較例２は素体表面
に無電解メツキ法により厚さ１．５μ吊のニッケル層を
形成した後、銀ペーストを塗布し、６００°Ｃで１０分
焼き付けて５μｍ厚の厚膜導電層を形成して電極とした
もの、比較例３は素体表面にＡｇ−Ｇａ合金ペーストを
塗布し、６００℃で１０分焼き付けて７μｍ厚の電極と
したもの、比較例４は素体表面にアルミニウムを溶射し
て２０μｍ厚のアルミニウム皮膜を形成して電極とした
ものである。

寿命特性は、各試料に８００ｍＡの直流電流を１０００
時間連続通電し、その通電前後の抵抗値の変化として求
めた。また、電流容量を知るため、各試料にパルス電圧
を印加して電流容量と等価であるフラッシュ耐圧を測定
した。

耐湿特性は、各試料を６０°Ｃ１９０〜９５％ＲＨの槽
中に１０００時間放置し、その前後での抵抗値の変化率
を求めた。

リード線引張り強度は、各試料にリード線を半田付けし
た後、リード線を固定させて各試料を０．９ｍｍ／ｓの
速さで引張り、リード線がとれるまでに加わった最大の
力を測定した。

静耐圧特性は、適当な電圧を各試料に１分間印加する。

これをくり返し、試料が破壊したときの電圧値を測定し
た。

フラッシュ耐圧は、各試料に１００Ｖの電圧を５秒印加
した後、２５°Ｃの風を３分間あてて抵抗値を測定する
。これを電圧を上げて（り返し、抵抗値が変化したとき
の電圧値を測定した。

（以　下　余　白） 第１表 実施例２４．０　２．１　　２００ 素体　　３．９−２００ 比較例１　４．１　１．１　　１６０ 比較例２　３．８　１．３　　１６０ 比較例３　４．４　１．４　　１８０ 比較例４　４．３　０．６　　１９０ １６０　２．６ ４０１３．４ １５５　　５．０ １５５　１０．８ １５５　　５．６ １．３ ２．０ １．４ １５．１ １１．４ 本発明によれば、スパッタリングにより薄膜金属層を形
成し、その上に導電性ペーストを用いて厚膜導電層を積
層して電極を形成することにより次のような効果か得ら
れる。

１、電極形成時に半導体磁器に悪影響を及ぼさないため
、安定した抵抗値の磁器半導体素子を得ることかできる ２、磁器半導体素子の寿命特性を向上させることができ
る ３、大電流に耐えられる電極を形成することができる ４、リード線引張強度の強い磁器半導体素子か得られる ５、１ＴＦｆ圧特性に優れた磁器半導体素子を製造する
ことができる。

第１表の結果から、本発明方法により製造された試料は
、抵抗値が半導体磁器素体自体のものと変わらず、リー
ド線引張強度、静耐圧、直流通電試験において著しく向
上していることか判る。

（発明の効果）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体磁器素体の表面に該素体とオーミック接触
   する金属をスパッタリングして薄膜金属層を形成し、該
   薄膜金属層上に金、銀、銅から選ばれた一種を主成分と
   する導電性ペーストを用いて厚膜導電層を形成すること
   を特徴とする磁器半導体素子の電極形成方法。
2. （２）クロムまたはクロム合金をスパッタリングして薄
   膜金属層を形成することを特徴とする請求項１の磁器半
   導体素子の電極形成方法。
3. （３）前記薄膜金属層を形成するに当たり、クロムまた
   はその合金をスパッタリングして薄膜金属層を形成した
   後、その上にニッケル、銅およびそれらの合金からなる
   群から選ばれた一種をスパッタリングして薄膜金属層を
   積層することを特徴とする請求項１の磁器半導体素子の
   電極形成方法。