JPH1116706A - Ptcサーミスタ素子及びその製造方法 - Google Patents

Ptcサーミスタ素子及びその製造方法

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JPH1116706A
JPH1116706A JP16582997A JP16582997A JPH1116706A JP H1116706 A JPH1116706 A JP H1116706A JP 16582997 A JP16582997 A JP 16582997A JP 16582997 A JP16582997 A JP 16582997A JP H1116706 A JPH1116706 A JP H1116706A
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JP
Japan
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barium titanate
ptc thermistor
thermistor element
semiconductor
based ceramic
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Pending
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JP16582997A
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English (en)
Inventor
Daisuke Tsubone
大輔 坪根
Kaoru Awazu
薫 粟津
Yoshinori Funada
義則 舟田
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Hakusan Seisakusho Co Ltd
Original Assignee
Hakusan Seisakusho Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 抵抗値が規格外の低抵抗品の抵抗値を上昇さ
せることにより、製品歩留を上げ、PTCサーミスタ素
子の製造コストを低減させる。 【解決手段】 チタン酸バリウム系セラミックス半導体
基板の電極を形成しようとする面に、イオン注入装置に
より酸素イオンを注入し、坦持させる。その後、イオン
注入面に銀電極を形成し、PTCサーミスタ素子を得
る。このPTCサーミスタ素子は、60℃以下における
抵抗値が処理前と比べて高くなっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタン酸バリウム
系セラミックス半導体の抵抗値上昇方法に関し、更に
は、PTCサーミスタ素子の製造に際して前記抵抗値上
昇方法を利用することにより、製品歩留を向上させ、製
造コストを低減できるPTCサーミスタ素子の製造方法
に関する。
【0002】また、本発明は、前記製造方法により得ら
れた、高いPTC特性を有しており、特に通信機器分野
等において好適に利用できるPTCサーミスタ素子に関
する。
【0003】
【従来の技術】チタン酸バリウム系セラミックス半導体
は、それが有しているPTC特性を利用して、通信回線
用保安器等の通信機器分野におけるPTCサーミスタ素
子用の材料として汎用されている。しかし、チタン酸バ
リウム系セラミックス半導体には、以下に示すような製
造上の問題点を有している。
【0004】チタン酸バリウム系セラミックス半導体の
PTC特性は、組成や焼成条件により大きく左右される
ため、常温抵抗値が広範囲にばらついてしまうことがあ
る。ところが、通信機器分野に適用する場合、常温抵抗
値の許容範囲は非常に狭いため(例えば、通信回線にお
ける雷サージや商用電源の混触防止に用いる保安器の構
成部品用としては、−20〜60℃における抵抗値が約
6Ω〜10Ω)、製造されたチタン酸バリウム系セラミ
ックス半導体のうち、少なくないものが規格外となり通
信機器分野用としては不適となってしまう。その結果、
製品の歩留が低下し、それがPTCサーミスタ素子を組
み込んだ機器の製造コストを押し上げる大きな要因とな
っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の問題点を解決す
る方法として、要求される抵抗値範囲から外れたチタン
酸バリウム系セラミックス半導体のうち、低抵抗品につ
いては再焼成して、抵抗値を所望範囲にまで上げる方法
が考えられる。しかし、この再焼成法は細かな抵抗値の
制御が煩雑かつ困難であり、製造コストの有効な低減方
法にはなりえていない。
【0006】本発明は、上記課題を解決するため、低抵
抗品の抵抗値上昇法として従来の再焼成法に代わる新た
な方法を提供するものである。よって、まず簡便な方法
により低抵抗品の抵抗値を所望範囲にまで上昇できる方
法として、チタン酸バリウム系セラミックス半導体の抵
抗値上昇方法を提供することを目的し、更には前記方法
を用いることにより、製品歩留を上げ、引いては製品コ
ストを低減させることができるPTCサーミスタ素子の
製造方法を提供することを目的とする。
【0007】また、本発明は、前記製造方法により得ら
れたPTCサーミスタ素子を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決する手段として、チタン酸バリウム系セラミックス半
導体にガスイオンを注入することを特徴とするチタン酸
バリウム系セラミックス半導体の抵抗値上昇方法を提供
する。
【0009】本発明は、上記課題を解決する手段とし
て、チタン酸バリウム系セラミックス半導体の反面又は
両面に、ガスイオンを注入する工程及び少なくともガス
イオンを注入した若しくは注入しようとする面に電極を
形成する工程を具備することを特徴とするPTCサーミ
スタ素子の製造方法を提供する。
【0010】本発明は、上記課題を解決する手段とし
て、チタン酸バリウム系セラミックス半導体の両面形成
された二つの電極を有しており、前記半導体の少なくと
も電極形成面にガスイオンが坦持されていることを特徴
とするPTCサーミスタ素子を提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明のPTCサーミスタ素子の
製造方法を、それにより得られたPTCサーミスタ素子
の概略平面図である図1を参照しながら説明する。な
お、チタン酸バリウム系セラミックス半導体の抵抗値上
昇方法は、前記PTCサーミスタ素子の製造方法に包含
されるため、PTCサーミスタ素子の製造方法と合わせ
て説明する。
【0012】まず、第1工程として、チタン酸バリウム
系セラミックス半導体の片面又は両面に、酸素イオン又
は窒素イオン等のガスイオンを注入する。
【0013】チタン酸バリウム系セラミックス半導体
は、チタン酸バリウムにキュリー点制御用としてのスト
ロンチウム、鉛を添加したものに、半導体化成分及び他
の副添加物を配合し、以下常法により、湿式混合、成形
及び焼成して得られるものである。
【0014】ここで半導体化成分としては、希土類元
素、二オブ、アンチモン又はビスマスを挙げることがで
き、他の副添加物としては、マンガン、ケイ素、アルミ
ニウム、チタン等の酸化物を挙げることができる。
【0015】チタン酸バリウム系セラミックス半導体の
一製造例を挙げると次のとおりである。まず、BaCO
3 、SrCO3 、MgCO3 、Y2 3 、TiO2 、M
nO、SiO2 、ZrO2 、Sb2 3 等を所要量秤量
し、これらを湿式混合する。次に、これらを粉砕して乾
燥したのち、温度約1100℃で2時間保持して仮焼成
する。その後、再度、粉砕乾燥したのち、結合剤として
ポリビニルアルコールを加え、150メッシュ程度の粒
度に造粒する。その後、プレス機により圧力約1000
kg/cm2 で所望形状及び大きさに成形したのち、温
度約1370℃で約1時間保持して焼成し、目的とする
チタン酸バリウム系セラミックス半導体を得る。
【0016】ガスイオンを注入する方法としては、イオ
ン注入装置を用い、素子を減圧雰囲気に置いた状態で、
注入効果が現れる10kV以上の加速電圧で片面又は両
面に注入する方法を適用することができる。
【0017】このようなイオン注入処理により、チタン
酸バリウム系セラミックス半導体の抵抗値を上昇させる
ことができる。なお、この場合の抵抗値とは、前記半導
体を用いた装置の通常の使用環境温度である約60℃以
下における抵抗値を意味する。
【0018】本発明のPTCサーミスタ素子の製造方法
は、上記のとおりチタン酸バリウム系セラミックス半導
体の抵抗値上昇方法を包含するものであり、本来は既存
品のチタン酸バリウム系セラミックス半導体の抵抗値を
上昇させることにより、所望抵抗値のPTCサーミスタ
素子を得るものである。しかし、本発明はそれにとどま
らず、上記第1工程の処理の前に、予め意図的に低めの
抵抗値を有するチタン酸バリウム系セラミックス半導体
を製造する工程を付加し、その後、上記第1工程に移行
するようにすることもできる。
【0019】次に、第2工程として、チタン酸バリウム
系セラミックス半導体の片面又は両面にガスイオンを注
入した後、両面に電極を形成する。
【0020】電極2a及び2bを形成する方法には特別
なものはなく、所定素子の面上に、必要に応じてニッケ
ルメッキ等を施したのち、銀等の電極材料をスクリーン
印刷等で印刷し、更に加熱焼付けし、冷却する方法を適
用することができる。
【0021】二つの電極2a及び2bは、図示するよう
に、対向する面上に形成することができる。電極材料と
してはオーム性接触を有するものであれば特に制限され
るものではなく、通常はNiやオーミック銀等を用いる
ことができる。
【0022】このような製造方法により得られたPTC
サーミスタ素子1は、少なくとも電極2a及び2bの形
成面に、酸素イオン又は窒素イオン等のガスイオンが坦
持されている。このガスイオンは、素子の表面に付着し
た状態で坦持されていてもよく、また表面近傍(数十n
m程度の深さ)に入り込んだ状態で坦持されていてもよ
い。
【0023】実用時においては、PTCサーミスタ素子
1の電極2a及び2bにはリード線が接続され、このリ
ード線を介して、電気抵抗の変化を計測するためのデジ
タルマルチメーター等に接続される。
【0024】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳しく説明
するが、本発明はこれらにより限定されるものではな
い。
【0025】実施例1〜4 上記した製造例にしたがい、チタン酸バリウム系セラミ
ックス半導体素子(φ13mm)を4枚調製した。な
お、仮焼成温度は1050℃、最終焼成温度は1350
℃とした。これらの基板を用い、下記の製造方法によ
り、4つのPTCサーミスタ素子を得た。なお、チタン
酸バリウム系セラミックス半導体の組成は、いずれもB
0.8175Sr0.1 Ca0.080.0025TiO3 であった。
【0026】次に、素子の電極を形成しようとする面が
上向きになるようにして平板治具(100×100mm)
上に固定し、この治具を簡易型イオン注入装置(機種名
「IIM−102」)のチャンバ内においてイオンの加
速方向に垂直になるようにして取り付けた。その後、チ
ャンバ内を10-5Torr程度に減圧したのち、酸素ガスを
所要量導入した。次に、付属のマイクロ波装置を用いて
酸素ガスをプラズマ化し、加速電圧40kvで5秒、1
0秒、50秒及び100秒間ずつ酸素イオンを注入し
た。その後、反対面についても同様のイオン注入処理を
した。
【0027】次に、前工程で得られた素子の両面にニッ
ケルメッキを施したのち、一面にスクリーン印刷法によ
り銀ペーストを印刷した。その後、580℃で15分間
焼成し、再び室温まで徐冷することにより電極を形成
し、塗装して、PTCサーミスタ素子を得た。
【0028】なお、本発明において、簡易型イオン注入
装置によるガスイオン注入量の理論値は、照射されるイ
オンがすべて1価のものと仮定した場合、次式により求
めることができる。
【0029】
【数1】 イオン注入量=I・t/[(e/me )・me
【0030】式中、Iは電流密度(A/cm2 )、tは注
入時間(秒)、e/me は電子の比電荷及びme は電子
の質量を表す。
【0031】実施例1においては、I=26.5μA/
cm2 であるため、1秒当たりのイオン注入量(理論値)
は1.65×1014個/cm2 となる。よって、5秒間の
イオン注入量は8.25×1014個/cm2 、10秒間の
イオン注入量は1.65×1015個/cm2 、50秒間の
イオン注入量は8.25×1015個/cm2 、100秒間
のイオン注入量は1.65×1016個/cm2 となる。
【0032】実施例5、6 実施例1と同様にして得た素子に、実施例1に準じて、
それぞれ50秒間、窒素イオンを注入した。なお、実施
例5は、素子の両面に窒素イオンを注入し、実施例6は
素子の片面のみに窒素イオンを注入した。イオン注入処
理後、更に実施例1と同様にして、PTCサーミスタ素
子を得た。
【0033】試験例1 実施例1〜4で得た合計で4つのPTCサーミスタ素子
を用いて、イオン注入時間による抵抗値変化を測定し
た。なお、酸素イオンを未注入のものを比較品として用
いた。結果を図2に示す。
【0034】図2から明らかなとおり、イオン注入時間
と抵抗値の変化は直線的な関係を示した。また、未注入
の場合と比べると抵抗値の増加が認められた。
【0035】試験例2 実施例1〜4で得られたPTCサーミスタ素子を用い、
約40〜280℃の範囲の温度変化における抵抗値の変
化を測定した。なお、酸素イオンを未注入のものを比較
品として用いた。結果を図3に示す。
【0036】図3から明らかなとおり、通常の使用環境
温度域である約60℃以下の温度において、実施例1〜
4で得られたPTCサーミスタ素子は未注入品と比べる
と抵抗値が高くなっていた。
【0037】試験例3 実施例5、6で得られたPTCサーミスタ素子を用い、
約40〜280℃の範囲の温度変化における抵抗値の変
化を測定した。なお、窒素イオンを未注入のものを比較
品として用いた。結果を図4に示す。
【0038】図4から明らかなとおり、通常の使用環境
温度域である約60℃以下の温度において、実施例5、
6で得られたPTCサーミスタ素子は未注入品と比べる
と抵抗値が高くなっていた。
【0039】
【発明の効果】本発明のPTCサーミスタ素子の製造方
法によれば、ガスイオンの注入量を増加させることによ
り、常温抵抗値を確実に上昇させることができる。よっ
て、抵抗が低過ぎるために通信機器分野において不適と
なっていたPTCサーミスタ素子も製品として利用でき
るようになるため、結果として製品歩留を向上させるこ
とができ、これにより製造コストを引き下げることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】PTCサーミスタ素子の一実施例の概略斜視図
である。
【図2】ガスイオンの注入時間と抵抗値の変化の関係を
示す図である。
【図3】PTCサーミスタ素子の温度変化と抵抗値変化
の関係を示す図である。
【図4】PTCサーミスタ素子の温度変化と抵抗値変化
の関係を示す図である。
【符号の説明】
1…PTCサーミスタ素子 2a,2b…電極
フロントページの続き (72)発明者 坪根 大輔 東京都豊島区高田三丁目18番14号 株式会 社白山製作所内 (72)発明者 粟津 薫 石川県金沢市戸水町口1番地 石川県工業 試験場内 (72)発明者 舟田 義則 石川県金沢市戸水町口1番地 石川県工業 試験場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタン酸バリウム系セラミックス半導体
    にガスイオンを注入することを特徴とするチタン酸バリ
    ウム系セラミックス半導体の抵抗値上昇方法。
  2. 【請求項2】 チタン酸バリウム系セラミックス半導体
    の片面又は両面に、ガスイオンを注入する工程及び少な
    くともガスイオンを注入した若しくは注入しようとする
    面に電極を形成する工程を具備することを特徴とするP
    TCサーミスタ素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 チタン酸バリウム系セラミックス半導体
    の両面に電極を有しており、前記半導体の少なくとも電
    極形成面にガスイオンが坦持されていることを特徴とす
    るPTCサーミスタ素子。
JP16582997A 1997-06-23 1997-06-23 Ptcサーミスタ素子及びその製造方法 Pending JPH1116706A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7304562B2 (en) 2004-03-09 2007-12-04 Tdk Corporation Organic PTC thermistor and production

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7304562B2 (en) 2004-03-09 2007-12-04 Tdk Corporation Organic PTC thermistor and production
CN100405031C (zh) * 2004-03-09 2008-07-23 Tdk株式会社 有机ptc热敏电阻及其制造方法

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