JPH07294568A - 正特性サーミスタの評価方法 - Google Patents

正特性サーミスタの評価方法

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JPH07294568A
JPH07294568A JP6086751A JP8675194A JPH07294568A JP H07294568 A JPH07294568 A JP H07294568A JP 6086751 A JP6086751 A JP 6086751A JP 8675194 A JP8675194 A JP 8675194A JP H07294568 A JPH07294568 A JP H07294568A
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positive temperature
coefficient thermistor
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英一 古賀
Taiji Goto
泰司 後藤
Fusako Hatano
惣子 幡野
Takuoki Hata
拓興 畑
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 正特性サーミスタを非破壊でしかもその特性
に影響を与えることのなく、信頼性を評価し、不良品を
選別することのできる正特性サーミスタの評価方法を提
供することを目的とするものである。 【構成】 本発明は正特性サーミスタのインピーダンス
を測定し、その抵抗成分の値により正特性サーミスタの
信頼性を評価するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、初期的特性では、評価
不可能であった正特性サーミスタの評価方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】チタン酸バリウムを主成分とした正特性
サーミスタは、温風ヒータ、消磁素子などの広範囲な用
途に用いられている。正特性サーミスタは非常に製造条
件依存性が大きいことが特徴であり、量産製造過程にお
いて、不純物の混入により特性が劣化したり、また特性
に大きなバラツキが生じると製品の信頼性の低下を招
く。これを防止するために抵抗値等の初期的特性や外観
検査等により正特性サーミスタを評価していた。
【0003】近年では、特に還元雰囲気下や還元物質付
着の場合における特性劣化が大きな問題になってきてお
り、この様な状況下で使用した際、正特性サーミスタが
焼損してしまうことがあり危険であった。従って還元雰
囲気下で使用された場合でも特性劣化が少ない高信頼性
の正特性サーミスタを製造するために材料組成や製造方
法によって信頼性の向上が図られ続けてきている。しか
しながら製造された正特性サーミスタにおいて還元雰囲
気下等の使用で生じる大きな特性劣化は、抵抗値等の初
期特性では、評価することができなかった。そこで製造
された正特性サーミスタの中から抜き取り試験を行い、
信頼性を評価し、製品生産管理を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記、従来の方法で
は、生産された全正特性サーミスタについて非破壊で特
性値に影響を与えることなく信頼性を評価することがで
きないため、生産された正特性サーミスタの中に信頼性
不良の正特性サーミスタが存在していた場合、その不良
品を取り除くことが不可能であり抵抗値等の初期的特性
や外観には現れない信頼性不良品を出荷する可能性があ
る問題点を有していた。
【0005】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
のであり正特性サーミスタの信頼性を非破壊で、特性に
影響を与えることなく予測評価し、信頼性不良の正特性
サーミスタを選別することのできる、正特性サーミスタ
の評価方法を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は正特性サーミスタのインピーダンス(Z)を
測定し抵抗成分(Re)の値(複素インピーダンスの実
数部)を用いて正特性サーミスタの評価を行うものであ
る。
【0007】
【作用】正特性サーミスタはチタン酸バリウムを主成分
とした抵抗値が正の温度係数を有する半導体磁器であ
り、その微細構造は原子価制御により半導体化された結
晶粒子と絶縁体である粒界によって構成されており、P
TC特性は粒界部によって発生されていると考えられて
いるのが一般的である。その微細構造を基に考えると、
正特性サーミスタのインピーダンスの抵抗成分(Re
は結晶粒子と粒界によるものであることがわかる。従っ
て結晶粒子径が小さければ、正特性サーミスタ素子厚み
(電極間)中の高抵抗を有する粒界数が多くなるため抵
抗成分(Re)の値は大きくなり、結晶粒子径が大きく
なれば、逆に減少する。そして高抵抗の粒界部は主に低
周波域、低抵抗の結晶粒子は主に高周波域における交番
電界中での電子の移動度の逆数の値が、インピーダンス
の抵抗成分(Re)の意味することであり、通常の正特
性サーミスタにおいて数kHzから十数MHzの周波数範
囲では結晶粒子と粒界の状態による双方の影響が現れる
こととなる。
【0008】このように交番電界を印加したときの電極
間の正特性サーミスタ素子内部には印加電界による変位
電流すなわち、電子の移動によって生じる導電電流が流
れるが、変位電流は電極間の電荷qと同量の電束の時間
的変化量であるから当然、直流を印加したときには流れ
ないものである。従って直流印加による抵抗値には影響
を及ぼさなかったような正特性サーミスタ素子中の微細
な磁器的な欠陥を、その異常部分の周波数特性の違いに
よりインピーダンスの抵抗成分(Re)の値で知ること
ができる。
【0009】よって正特性サーミスタに製造過程中、不
純物の混入があった場合、或いは異常粒子や微細な亀裂
が存在した場合には、直流印加時の抵抗値ではこれらを
識別できなかったが、周波数を印加したとき、微細な磁
器的欠陥のある正特性サーミスタは、周波数特性が正常
なものとは大きく異なるために、抵抗成分(Re)の値
が正常なものとは異なり異常値を示すこととなる。これ
を利用することで、従来のDC印加による抵抗値等の初
期的特性では除去できなかった信頼性について交番電界
印加時のRe値により予測評価可能となり信頼性不良の
正特性サーミスタを選別することができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
【0011】出発原料としてBaCO3,PbO,Ca
CO3,TiO2,Y23,SiO2,Al23,MnO2
を使用して(Ba0.702Pb0.198Ca0.100)TiO3
0.0022Y23+0.027SiO2+0.000
3Al23+0.0004MnOの組成になるよう配合
した。
【0012】焼結体を得、この焼結体の上下両面にNi
メッキをし、その上から銀電極を塗布、焼付けて直径1
3mm、厚み2.5mmの正特性サーミスタを得た。
【0013】このようにして得た正特性サーミスタ約1
00万個について、室温(25℃)での抵抗値と抵抗温
度特性(PTC特性)をDC4端子法によって測定を
し、更にインピーダンスの抵抗成分(Re)、容量性リ
アクタンス(Xc)、Qc値を1kHzから20MHzの周
波数範囲においてインピーダンス・アナライザーで測定
を行った。その後これらの正特性サーミスタに還元雰囲
気下(窒素ガス中)で200V(AC50Hz)の電圧
を100時間通電させる還元負荷試験を行った。そして
再び抵抗温度特性の測定を行い、正特性サーミスタの初
期と試験後のPTC特性における抵抗値変化幅の差(Δ
Ψ=初期Ψ−試験後Ψ)により正特性サーミスタの劣化
を判断した。尚ここでの抵抗値変化幅とはPTC特性に
おける最大抵抗値を最小抵抗値で割った値の常用対数値
のことを意味する。
【0014】抵抗値変化幅Ψ=log10(最大抵抗値R
max/最小抵抗値Rmin)還元負荷試験前後の劣化程度と
試験前の正特性サーミスタのインピーダンスの抵抗成分
(R e)、容量性リアクタンス(Xc)、Qc値との関係
について調べ得た結果を図1,図2,図3に示す。(こ
れらの図のRe、Xc、Qc値は、周波数10MHzにおけ
る測定値である。)その結果、各図より抵抗成分
(Re)の値がここで正特性サーミスタの静電容量Cは
結晶粒子表面を電極とし、粒界厚みを電極間距離とした
粒界部の静電容量として定義可能なことから正特性サー
ミスタ中の結晶粒子の大きさが小さければ、結晶粒子の
表面積つまり電極面積の増加を意味し静電容量は増加を
するし、粒界厚みが大きくなれば逆に減少を示す。この
ためインピーダンスの容量性リアクタンス(Xc)を調
べることで結晶粒子径、粒界厚みとそれらの状態につい
ての情報を得ることができる。また、抵抗成分(Re
と同様に、直流印加による抵抗値には影響を及ぼさなか
ったようなサーミスタ中の微細な磁器的欠陥を、周波数
特性の違いを利用し、容量性リアクタンス(Xc)の値
によって知ることができる。また抵抗成分(Re)と容
量性リアクタンス(Xc)が直列接続と考えることがで
きる正特性サーミスタの等価回路系において周波数ω
(=2πf)と抵抗成分Reと容量性リアクタンスXc
積(ωXce)が1よりも比較的に大きければこの積を
この回路系のQc(Quality factor)と
して近似できることで結晶粒子、粒界について総合的な
情報を得ることができる。このQc値法による場合、測
定対象である正特性サーミスタの個々の初期抵抗値や静
電容量に極端に大きな差異を有していても精度良く信頼
性を評価できる。異常に大きい場合、また容量性リアク
タンス(Xc)の値が異常に小さい場合、更にQcの値が
異常に小さい場合に還元負荷試験後の劣化傾向が大きい
ことが認められる。従って、初期状態の正特性サーミス
タのRe、Xc、Qcの値によって、還元負荷試験後に異
常な劣化を示すものの予測が可能であることがわかる。
特に、異常な劣化を生じる不良な正特性サーミスタと正
常なものとの境界は明瞭である。これら信頼性不良の正
特性サーミスタについて分析してみると、図1のRe
が異常を示す正特性サーミスタは、異常成長粒子の存在
や不純物が混入しており、図2のXcの値が異常を示す
正特性サーミスタは、粒子形状不均一や粒界厚みが不均
一なものであり、図3のQc値の場合は図1,図2に示
した要因それぞれのためであったり或いは共存していた
りといった磁器的欠陥を有していたのがわかった。これ
ら微細な磁器的欠陥は、抵抗値等の初期的特性や素子外
観にはほとんど影響を与えないために従来の選別方法で
は取り除くことができなかったが、信頼性には大きな影
響を与える事が知られていた。このような従来選別不可
能であると考えられていた微細な磁器的欠陥を有する正
特性サーミスタに周波数を印加すると、交番電界中の抵
抗成分(Re)、容量性リアクタンス(Xc)、更にQc
値に、その微細な磁器的欠陥が大きく影響を与えること
を利用し、従来選別不可能であった不良品を選別する事
が可能である。この評価、選別方法によって、製造され
た正特性サーミスタ全ての中から信頼性不良の正特性サ
ーミスタを除去することができる。また当然ながら素子
形状や組成系がこの他のものでも同様の結果を得てお
り、全ての正特性サーミスタの信頼性評価に適用可能で
ある。
【0015】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、正特性
サーミスタ素子のインピーダンスの抵抗成分(Re)及
び容量性リアクタンス(Xc)及びQcの値によって正特
性サーミスタの信頼性を予測評価できるので、簡便かつ
安価に高信頼性の正特性サーミスタを提供することがで
き、その工業的利用価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における、周波数10MHzで
測定した正特性サーミスタのインピーダンスの抵抗成分
(Re)の値と初期と還元負荷試験後の抵抗値変化幅の
差の関係を示すグラフ
【図2】本発明の一実施例における、周波数10MHzで
測定した正特性サーミスタのインピーダンスの容量性リ
アクタンス(Xc)の値と、初期と還元負荷試験後の抵
抗値変化幅の差(ΔΨ)の値の関係を示すグラフ
【図3】本発明の一実施例における、周波数10MHzで
測定した正特性サーミスタのQ cの値と初期の還元負荷
試験後の抵抗値変化幅の差(ΔΨ)の関係を示すグラフ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑 拓興 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正特性サーミスタのインピーダンス
    (Z)を測定し、インピーダンス(Z)の抵抗成分(R
    e)の値(複素インピーダンスの実数部)により正特性
    サーミスタを評価する正特性サーミスタの評価方法。
  2. 【請求項2】 正特性サーミスタのインピーダンス
    (Z)を測定し、インピーダンス(Z)の容量性リアク
    タンス(Xc)の値(複素インピーダンスの虚数部)に
    より正特性サーミスタを評価する正特性サーミスタの評
    価方法。
  3. 【請求項3】 正特性サーミスタの抵抗成分(Re)と
    容量性リアクタンス(Xc)が直列接続と考えたときの
    正特性サーミスタの等価回路系におけるQc(Qual
    ity factor)の値を測定し、このQcの値に
    より正特性サーミスタを評価する正特性サーミスタの評
    価方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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