JPH04247603A - Ｎｔｃサーミスタ素子の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＮＴＣサーミスタ素子
及びその製造方法に関し、特に、半導体セラミック焼結
体よりなるサーミスタ素体の構造及び製造工程が改良さ
れたＮＴＣサーミスタ素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２（ａ），（ｂ）に示す各ＮＴＣサー
ミスタ素子１１，１５が従来より公知である。ＮＴＣサ
ーミスタ素子１１は、焼結体１２の両主面に電極１３，
１４を形成した構造を有し、他方、ＮＴＣサーミスタ素
子１５は、焼結体１６の両端面に電極１７，１８を付与
した構造を有する。図２（ａ）のＮＴＣサーミスタ素子
１１の製造は、以下のようにして行われていた。すなわ
ち、原料となるセラミックス粉末を仮焼し、仮焼された
原料に有機バインダを混合し、造粒する。しかる後、造
粒されたセラミック材料を用いて所定の成形体を得、焼
成し、焼結体ブロックを得る。得られた焼結体ブロック
をスライシングし、厚み０．１５〜１．０ｍｍのセラミ
ック・ウエーハを得る。次に、得られたセラミック・ウ
エーハを９００〜１２００℃の温度でアニールし、アニ
ール終了後、両主面に電極ペーストを印刷し、該電極ペ
ーストを焼き付けて電極を形成する。最後に、両主面に
電極が形成されたセラミック・ウエーハをダイシング・
ソーにより切断し、多数のＮＴＣサーミスタ素子を得る
。また、図２（ｂ）のＮＴＣサーミスタ素子１５は、上
記セラミック・ウエーハをダイシング・ソーにより切断
した後に、電極１７，１８を形成することにより製造さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の製造方法では、得られたＮＴＣサーミスタ素子
の特性ばらつき、特に抵抗値（Ｒ）及びＢ定数のばらつ
きが大きかった。すなわち、設計抵抗値に対して±１５
％の抵抗値の範囲内に収まるＮＴＣサーミスタ素子を得
ようとすると、良品率が９０％程度であり、設計抵抗値
に対して±１０％の範囲内の抵抗値を示すＮＴＣサーミ
スタ素子を得ようとした場合には、良品率が６５％程度
と非常に悪くなり、その改善が望まれていた。のみなら
ず、上述した製造方法では、成形体を焼成するのに７０
〜１２０時間程度も必要とし、さらにアニールに約２４
時間及び電極の焼き付けに４〜１０時間を要していた。 すなわち、全工程では、合計で１００〜１５０時間程度
の熱処理を行う必要があった。そのため、製造に長時間
を要し、製造効率が低く、かつ長時間の熱処理を必要と
するためエネルギコストも無視できなかった。

【０００４】よって、本発明の目的は、抵抗値やＢ定数
等の特性のばらつきが少ないＮＴＣサーミスタ素子及び
そのようなＮＴＣサーミスタ素子を効率良く製造し得る
方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願の第１発明は、複数
枚のセラミックグリーンシートを積層して、一体焼成し
て得られた焼結体と、該焼結体の外表面に形成された一
対の電極とを備えるＮＴＣサーミスタ素子である。また
、本願の第２発明は、このようなＮＴＣサーミスタ素子
の製造方法であって、ＮＴＣサーミスタを構成するため
のセラミックス粉末を含むセラミックグリーンシートを
複数枚積層し、厚み方向に圧着した後に焼成することに
より焼結体を得、前記焼結体の外表面に一対の電極を形
成する、各工程を備えることを特徴とする。

【０００６】

【作用】従来は、セラミック粉末を成形して得られた成
形体を焼成し、得られた焼結体ブロックからウエーハを
切出していた。これに対して、本発明では、シート成形
されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、圧着
した後焼成することによりセラミック・チップ用焼結体
を得る。このように複数枚のセラミックグリーンシート
を積層して積層体を得た場合、従来のように粉末成形体
を直接得る場合に比べて、均一かつ緻密な成形体を得る
ことができる。すなわち、セラミックグリーンシートは
その厚みが薄いため、粒径のばらつきやポアのばらつき
等の小さなセラミックグリーンシートを用意することが
できるので、このような均一なセラミックグリーンシー
トを積層し、一体焼成すれば、粉末成形体を焼成して得
られた焼結体ブロックに比べて粒径のばらつきやポアの
ばらつきの小さな焼結体を得ることができる。従って、
本発明では、焼結体の粒径のばらつきやポアのばらつき
等が低減されるので、それによって抵抗ばらつきやＢ定
数のばらつきの少ないＮＴＣサーミスタ素子が得られる
。

【０００７】

【実施例の説明】図１は、本発明の一実施例のＮＴＣサ
ーミスタ素子を示す斜視図である。ＮＴＣサーミスタ素
子１は、セラミック焼結体２の両主面に電極３，４を形
成した構造を有する。本実施例の特徴は、セラミック焼
結体２が、図３に示す複数枚のセラミックグリーンシー
ト５〜７を積層し、厚み方向に圧着した後に一体焼成す
ることにより得られた焼結体で構成されていることにあ
る。なお、ここでは、セラミック焼結体２が、上記のよ
うに得られるものであるため、破線でセラミックグリー
ンシート間の境界に相当する部分を図示しているが、実
際には焼結後にはこのような境界は目視されない。また
、実際の製造に際しては、複数枚のセラミックグリーン
シートを積層し、厚み方向に圧着した後焼成することに
よって大面積のセラミック・ウエーハを得、該セラミッ
ク・ウエーハをダイシング・ソー等により切断すること
により、多数のセラミック焼結体２を同時に得ることが
できる。図１に示したＮＴＣサーミスタ素子１では、セ
ラミック焼結体２の両主面に電極３，４が形成されてい
たが、図４に示すように、セラミック焼結体２の両端面
に電極８，９を形成してもよい。すなわち、本発明によ
れば、図２（ａ）及び（ｂ）に示した従来のＮＴＣサー
ミスタ素子１１，１５と同様の外観を有するＮＴＣサー
ミスタ素子１，１０を得ることができる。次に、本発明
の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明ら
かにする。

【０００８】実施例１ Ｍｎ３　Ｏ４　、ＮｉＯ及びＣｏ２　Ｏ３　を、それぞ
れ、４５重量％、２５重量％及び３０重量％含有するよ
うに秤量して原料とした。この原料を、ボールミルで１
２時間混合した後、脱水乾燥し、さらに８００℃の温度
で２時間仮焼した。仮焼後、パルベライザーにより仮焼
された原料を粉砕した。粉砕された原料を１００ｇ、水
５０ｇ、ポリビニルアルコール系の分散剤１ｇ及び有機
バインダとしてのポリ酢酸ビニル１０〜２０ｇをボール
ミルに入れ、２０時間粉砕混合し、スラリーを得た。得
られたスラリーを脱泡した後、ドクターブレード法によ
り、２５μｍ、５０μｍ、１００μｍ及び２００μｍの
厚みのセラミックグリーンシートを作製した。上記４種
のセラミックグリーンシートをそれぞれ複数枚積層し厚
み方向に圧着し、表１に示すように、重ね厚みが２００
μｍ、４００μｍ、８００μｍ及び１６００μｍの成形
体を得た。しかる後、各成形体を１２５０℃の温度で２
時間焼成することにより、焼成後の厚みが１２０μｍ、
２４８μｍ、４９０μｍ及び９９０μｍの各４種のウエ
ーハを得た。上記のようにして得られた各ウエーハの両
主面にＡｇペーストを印刷し、８００℃の温度で１０分
間焼き付けることにより、電極を形成した。しかる後、
電極が両主面に焼き付けられたウエーハを１．０ｍｍ×
１．０ｍｍの大きさの平面形状を有するようにダイシン
グ・ソーにより切断し、図１に示した構造のＮＴＣサー
ミスタ素子を得た。上記のようにして得られた各ＮＴＣ
サーミスタ素子について、抵抗（２５℃）及びＢ定数（
２５℃／５０℃）並びに抵抗ばらつき及びＢ定数ばらつ
きを測定した。結果を表１に示す。

【０００９】従来例１ 実施例１と同様の原料を用い、厚みの大きなセラミック
成形体を形成し、しかる後焼成することにより、焼結体
ブロックを得た。得られた焼結体ブロックをスライシン
グし、厚みが１２０μｍ、２５０μｍ、５００μｍ及び
１０００μｍの４種類のウエーハを得た。さらに、得ら
れたウエーハの両主面に実施例１と同様にして電極を形
成し、さらにダイシング・ソーにより切断することによ
り、１．０ｍｍ×１．０ｍｍの平面形状を有するＮＴＣ
サーミスタ素子を得た。このようにして得られたＮＴＣ
サーミスタ素子の抵抗（２５℃）及びＢ定数（２５℃／
５０℃）並びに抵抗ばらつき及びＢ定数のばらつきを測
定した。結果を表２に示す。

【００１０】

【表１】

【００１１】

【表２】

【００１２】なお、表１及び表２に示した測定値及びば
らつきは、すべて各２０個のＮＴＣサーミスタ素子を測
定することにより得られたものである。表１及び表２か
ら明らかなように、従来例１のＮＴＣサーミスタ素子で
は、抵抗ばらつきすなわちＲ３ＣＶが２．２６〜４．０
４％、Ｂ定数のばらつきＢ３ＣＶが０．６５〜０．９３
％であるのに対し、実施例１で得られたＮＴＣサーミス
タ素子では、Ｒ３ＣＶが０．８２〜１．２３％及びＢ３
ＣＶが０．０８〜０．２８％と大幅に改善されることが
わかる。上記のように、実施例１のＮＴＣサーミスタ素
子において従来例１のＮＴＣサーミスタ素子に比べて抵
抗ばらつき及びＢ定数のばらつきが低減されるのは、得
られたセラミックチップにおける粒径のばらつきやポア
のばらつきが小さいことによるものと考えられる。そこ
で、実施例１及び従来例１で得られたセラミック・ウエ
ハーの内部に形成されているポアを金属顕微鏡により観
察した。結果を、図５及び図６に示す。なお、図５は、
厚み５０μｍのセラミックグリーンシートを積層し、焼
成後の厚みが２４８μｍとされたセラミック・ウエハー
の研磨表面を観察したものであり、他方、図６は従来法
に従って焼結体ブロックからスライシングして得られた
厚み２５０μｍのウエハーの研磨表面を観察したもので
ある。また、図５及び図６は、何れも、縦６００μｍ×
横４００μｍの領域を示す。図５及び図６を比較すれば
明らかなように、実施例１のＮＴＣサーミスタ素子に用
いられているウエハーでは、従来例１のＮＴＣサーミス
タ素子に用いられているウエハーに比べてポアの径が非
常に小さいことがわかる。また、上記のようにして用意
された実施例１及び従来例１のセラミック・ウエーハの
ウエーハ端からの距離と、ポア径及びポア面積率との関
係を上記金属顕微鏡写真に基づいて計算した。結果を、
図７及び図８に示す。図７及び図８から明らかなように
、従来例１に比べて、実施例１の製造方法で得られたセ
ラミック・ウエーハにおいてはポア径及びポア面積率の
いずれもが小さく、さらに従来例１では部分的にポアの
ばらつきが生じているのに対し、実施例ではウエーハで
のポアのばらつきが少なく、安定していることがわかる
。次に、実施例１及び従来例１で得られたＮＴＣサーミ
スタ素子のライフ特性を抵抗値を測定することにより評
価した。実施例１のＮＴＣサーミスタ素子としては、５
０μｍのセラミックグリーンシートを積層し、焼成後の
素子厚みが２４８μｍのものを１０個用意し、従来例１
としては、素子厚みが２５０μｍのものを１０個用意し
た。ライフ特性の評価は、これらのＮＴＣサーミスタ素
子を１５０℃に長時間放置する高温放置試験と、８５℃
及び相対湿度６５％の雰囲気に長時間放置する湿中放置
試験とにより行った。結果を、表３及び図９及び図１０
に示す。

【００１３】

【表３】

【００１４】表３及び図９及び図１０の結果から明らか
なように、高温放置試験及び湿中放置試験の何れにおい
ても、実施例１のＮＴＣサーミスタ素子では、従来例１
に比べて、抵抗値変化率及びそのばらつきの何れもが非
常に小さいことがわかる。 実施例２ 使用したセラミック材料を、下記の表４に示す組成のも
のに変更し、他は実施例１とまったく同様にして厚み５
０μｍのセラミックグリーンシートを作製した。得られ
たセラミックグリーンシートを１６枚積層し、厚み方向
に圧着した後、実施例１と同様に焼成することにより、
焼成後の厚みが約５００μｍのセラミック・ウエーハを
得た。得られたセラミック・ウエーハを用い、実施例１
と同様にして、平面形状が１ｍｍ×１ｍｍのＮＴＣサー
ミスタ素子を作製した。得られたＮＴＣサーミスタ素子
の２５℃における抵抗値Ｒ２５及びＢ定数を測定した。 また、測定を各２０個のＮＴＣサーミスタ素子について
行い、上記Ｒ２５及びＢ定数のばらつきを評価した。結
果を表４に併せて示す。

【００１５】

【表４】

【００１６】表４から明らかなように、実施例１と異な
る組成の磁器組成物を出発原料として用いても、抵抗値
のばらつき及びＢ定数のばらつきが非常に小さいことが
わかる。 実施例３ 実施例１で用意したのと同一のスラリーを用い、ドクタ
ーブレード法により２５μｍ、５０μｍ及び２００μｍ
の３種の厚みのセラミックグリーンシートを作製した。 得られた各厚みのセラミックグリーンシートを複数枚積
層し、種々の重ね合わせ厚みのセラミック成形体を得た
。次に、得られた各厚みのセラミック成形体を１２５０
℃の温度で２時間焼成し、セラミック・ウエーハを得た
。各セラミック・ウエーハをダイシング・ソーにより平
面形状が３．２×１．６ｍｍとなるように切断した。 しかる後、図４に示すように、短辺側の両端面にＡｇ電
極ペーストを塗布し、８００℃の温度で１０分間焼き付
けることにより電極を形成し、実施例３のＮＴＣサーミ
スタ素子を得た。得られたＮＴＣサーミスタ素子の２５
℃における抵抗値及びＢ定数（２５℃／５０℃）を測定
した。結果を表５に示す。なお、測定は、各ＮＴＣサー
ミスタ素子２０個について行った。

【００１７】従来例２ 実施例３と同一の出発原料を用い、１２５０℃の温度で
７２時間焼成することにより焼結体ブロックを得、厚み
１０００μｍのセラミック・ウエーハを得た。しかる後
、得られたセラミック・ウエーハを実施例３と同様にし
て切断し、かつ電極を形成することにより図２（ｂ）に
示したＮＴＣサーミスタ素子を作製した。得られたＮＴ
Ｃサーミスタ素子の抵抗値（２５℃）及びＢ定数（２５
℃／５０℃）並びに抵抗値及びＢ定数のばらつきを実施
例３と同様にして測定した。結果を表５に示す。

【００１８】

【表５】

【００１９】表５から明らかなように、実施例３のＮＴ
Ｃサーミスタ素子では、従来例２のＮＴＣサーミスタ素
子に比べて抵抗値のばらつき及びＢ定数のばらつきが非
常に小さいことがわかる。実施例３及び従来例２で得ら
れたＮＴＣサーミスタ素子について、実施例１及び従来
例１と同様にライフ特性を測定した。結果を図１１に示
す。図１１から明らかなように、実施例３では、１２０
℃の温度に放置する高温温度試験及び８０℃・相対湿度
６５％に放置する湿中放置試験の何れにおいても、抵抗
値の変化率が従来例２に比べて非常に小さいことがわか
る。 実施例４ 出発原料として表６に示す各組成の磁器組成物を用いた
ことを除いては、実施例３とまったく同様にしてＮＴＣ
サーミスタ素子を作製し、実施例３と同様に抵抗値（２
５℃）及びＢ定数（２５℃／５０℃）を測定した。結果
を、抵抗値及びＢ定数のばらつきと共に、表６に示す。

【００２０】

【表６】

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、複数枚のセラミックグ
リーンシートを積層し、厚み方向に圧着した後一体焼成
することによりセラミック焼結体が得られている。従っ
て、従来の焼結体ブロックからセラミック・ウエーハを
切り出した方法に比べて焼結体中のセラミックスの粒径
のばらつきやポアのばらつきを小さくすることができる
。よって、抵抗値のばらつきやＢ定数のばらつきが少な
く、かつ高温環境や高湿度の環境の下に置かれた場合で
あっても、特性の変動が生じ難い、信頼性に優れたＮＴ
Ｃサーミスタ素子を提供することが可能となる。また、
本発明の製造方法では、上記実施例から明らかなように
、アニール工程が不要となるため、製造に要する時間を
大幅に短縮することができる。しかも、熱処理に必要な
時間を短縮することができるため、製造に際してのエネ
ルギコストを低減することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のＮＴＣサーミスタ素子を示
す斜視図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、従来のＮＴＣ
サーミスタ素子を示す各斜視図である。

【図３】複数枚のセラミックグリーンシートを積層する
工程を説明するための斜視図である。

【図４】他の実施例のＮＴＣサーミスタ素子を説明する
ための斜視図である。

【図５】実施例のＮＴＣサーミスタ素子に用いられるセ
ラミック・ウエーハの表面の粒子構造を示す金属顕微鏡
写真である。

【図６】従来例１で得られたセラミック・ウエーハの表
面の粒子構造を示す金属顕微鏡写真である。

【図７】セラミック・ウエーハ端からの距離とポア径と
の関係を示す図である。

【図８】セラミック・ウエーハ端からの距離とポア面積
率との関係を示す図である。

【図９】実施例１及び従来例１における高温放置試験結
果を示す図である。

【図１０】実施例１及び従来例１における湿中放置試験
の結果を示す図である。

【図１１】実施例３及び従来例２における高温放置試験
及び湿中放置試験の結果を示す図である。

【符号の説明】

１　　…　　ＮＴＣサーミスタ素子 ２　　…　　セラミック焼結体 ３，４　　…　　電極 ５〜７　　…　　セラミックグリーンシート８，９　　
…　　電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数枚のセラミックグリーンシートを
   積層し、一体焼成して得られた焼結体と、該焼結体の外
   表面に形成された一対の電極とを備えるＮＴＣサーミス
   タ素子。
2. 【請求項２】　　ＮＴＣサーミスタ素子を構成するため
   のセラミックス粉末を含むセラミックグリーンシートを
   複数枚積層し、厚み方向に圧着した後に焼成することに
   より焼結体を得、前記焼結体の外表面に一対の電極を形
   成する、各工程を備えるＮＴＣサーミスタ素子の製造方
   法。