JPH04361B2 - - Google Patents

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、ガラスフリツトを必要としな
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 BaTiO₃系半導体からなる素子は、所定温度以
上になると急激に抵抗値が増大するスイツチング
特性及びスイツチング後の自己発熱特性を有し、
昇温特性が速く自己温度制御機能を有し、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BaTiO₃系半
導体粉末を加圧成形した後焼成して得ていたが、
広い面積を加熱するには多数の素子を必要とし、
大型で組立てが困難であり、また実用可能な厚膜
型の正特性サーミスタ発熱体を得ることは困難で
あるとされていた。

従来、BaTiO₃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。

デイスク形に成形した後焼成したものを薄片
に研磨する。

真空蒸着法、スパツタリング法などにより基
板状に薄膜を形成する。

BaTiO₃系半導体に導電性を有する添加剤と
ガラスフリツトを加えてペースト状とし、基板
上にスクーン印刷した後焼成する。

しかし、前記の方法ではBaTiO₃系半導体の
結晶粒子径が大きくてもろいため、膜状にまで研
磨することは甚だ困難である。また、前記の方
法では操作が面倒であり、大面積の素子が得られ
ず、発熱体に適した大電力を得ることは難しい。
また、前記の方法では面積抵抗が高くなり易く
抵抗値の制御が困難であり、発熱体には適さな
い。さらに、あらかじめガラスフリツトを作つて
おかなければならず面倒であると共に、ガラスフ
リツトの材質によつてはBaTiO₃系半導体の持つ
スイツチング特性及び自己発熱特性を劣化させ
る。また、ガラスフリツトを加えることにより
BaTiO₃系半導体とガラスフリツトの耐熱性、熱
膨張系数の差から熱衝撃に弱く、熱伝導が劣化し
やすく信頼性に欠ける。さらに、導電性の添加剤
とガラスフリツ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つ
ている。

以上述べたように面状発熱体に適した厚膜型正
特性半導体素子を得る方法は従来よりなかつた。

発明の目的 そこで本発明では前記従来技術の欠点であつた
製造上の繁雑さを解決し、ガラスフリツトを用い
ずに厚膜型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 この目的を達成するために本発明は、BaTiO₃
系半導体に所定量のTiB₂を加えてペースト状に
した混合物を基板上に塗布して厚膜型とした後焼
成することにより、厚膜型正特性半導体素子を得
ようとする製造方法を提案するものである。

従来の導電性添加剤とガラスフリツトを用いる
方法では、BaTiO₃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ツ
トが必要であつた。

しかし、本発明によれば導電性添加剤とガラス
フリツトの両方の役割をはたすTiB₂だけで厚膜
化が可能である。すなわち、TiB₂は常温では導
体であるが、1100℃以上の高温になると一部分が
分解して粒子表面にB₂O₃が析出する。このB₂O₃
層により粒子内部は分解、酸化から保護され、
TiB₂のままで残る。従つて、BaTiO₃系半導体粉
末とTiB₂を混合して焼成すると、TiB₂粉末の表
面に析出したB₂O₃がガラスフリツトと同じ役割
をして粉末粒子を結合させ、未反応の粒子内部の
TiB₂が導電性添加剤の役割をはたす。従つて、
TiB₂を添加するだけでガラスフリツトを必要と
しない厚膜型正特性半導体素子が得られることと
なる。

実施例の説明 以下に本発明を実施例を挙げて具体的に説明す
る。

〈実施例 １〉 BaTiO₃に3.0mol％のSrOを加えてボールミル
などで粉砕混合した後乾燥し、1300℃で１時間焼
成する。その後、ボールミルなどで粉砕して
BaTiO₃系半導体粉末を得る。このBaTiO₃系半
導体粉末に全重量に対して10重量％のTiB₂を加
えボールミルなどで粉砕混合し、乾燥した後、α
−テルピネオール、ポリエチレングリコールなど
を加えてペースト状混合物を作る。そして、第１
図に示すようにAl₂O₃などからなる基板２上にあ
らかじめ一対のAgな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の一部が露出す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℃／minの昇温速度で1390℃まで加熱
し、１時間保持した後炉内放冷する。

〈実施例 ２〉 実施例１と同様にしてBaTiO₃に3.0mol％の
PbOを加え1250℃で１時間焼成し粉砕した後、全
重量に対して45重量％のTiB₂を加え混合、粉砕、
乾燥した後、ポリビニルブチラール、オクチルフ
タレートなどを加えてペースト状混合物を作る。
そして、実施例１と同様の操作でスクリーン印刷
した後焼成、放冷する。

こうして得られた厚膜型半導体素子の25℃での
面積抵抗は、実施例１の場合、195Ω／cm²であり、
実施例２の場合、104Ω／cm²であつた。また、
各々の温度と抵抗値の関係は第２図に示した通り
であつた。第２図でＡ，Ｂはそれぞれ実施例１，
２による特性である。

発明の効果 以上のように本発明は構成されているものであ
り、TiB₂粉末は従来の導電性添加剤とガラスフ
リツトの両方の役割をはたし、電気的接続と粒子
同士の物理的接続に十分な効果があり、ガラスフ
リツトなしで厚膜型正特性半導体素子が得られ
る。また、ガラスフリツトという熱伝導の悪いも
のにかわつて熱伝導性に優れ導電性を有する
TiB₂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
により製造ができることから、作業が容易で大面
積化が可能であり、大量生産ができる。

なお、本発明においてBaTiO₃系半導体として
は、BaTiO₃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、TiB₂の混合量を全重量に対して1.0〜
60.0重量％と規定したのは、1.0重量％未満では
面積抵抗が大きくなりすぎて発熱体には不適当で
あり、BaTiO₃同士の物理的固定もできずもろく
なる。また、60重量％を超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。ま
た、BaTiO₃系半導体とTiB₂粉末をペースト状に
するのに有機溶剤を用いたが、ペースト状にでき
るものであればなんでもよい。

以上主べたように本発明によれば、ガラスフリ
ツトを必要としな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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により得られた厚膜型正特
性半導体素子を示す斜視図、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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ BaTiO₃系半導体にその混合量が全重量に対
   して1.0〜60.0重量％のTiB₂を加えペースト状に
   した混合物を基板上に塗布して厚膜状とした後、
   焼成してな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。