JP5137780B2 - 正特性サーミスタ磁器組成物 - Google Patents
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Description
近年の電子機器小形化・低コスト化に伴い、機器を構成する電子部品である正特性サーミスタについても低抵抗化・小形化が要求されている。これに対応するためには素子材料の比抵抗の減少や、高耐圧化が必要となり、材料組成や製造プロセスの面から様々な検討がなされている。
キュリー点温度を上昇させるにはPb含有量を増加させるという手段が一般に知られているが、Pbを過剰添加すると比抵抗が増大してしまうという問題がある。
さらに、Sr含有量を減少させるという方策も知られているが、この場合は耐電圧が減少してしまう。ここで、耐電圧とは静的耐電圧ともいい、素子に徐々に電圧を印加した時、素子が破壊せずに耐える最大電圧を言う。
このため、耐電圧レベルが高く(250V/mm以上)さらに比抵抗が40Ω・cm以下の正特性サーミスタを形成できる磁器組成物が要求されている。
本願発明者は、特許文献1記載の組成で上記要求性能を得られない理由を次のように考えた。
すなわち、Pbの組成値が特許文献1の範囲である、0.0100〜0.1500の範囲のままでは、Prの量を増加させても、耐電圧の要求性能を満たすものにならないと考えた。
組成値xが0.3980≦x≦0.6830、組成値yが0.0200≦y≦0.2150、組成値zが0.0400≦z≦0.2000、組成値sが0.1600≦s≦0.2350、組成値tが0.0015≦t≦0.0035、組成値uが0.9500≦u≦1.0500で、しかも、上記組成式で表されるチタン酸バリウム系固溶体中に、Mnが0.0010wt.%≦Mn≦0.0065wt.%、Siが0.0961wt.%≦Si≦0.9373wt.%含有されることで、比抵抗の上昇を抑制しつつ、高キュリー点(120〜140℃)で、高耐電圧のものとすることができた。
半導体化剤としてはY、Er、Dyが一般に用いられているが、その理由は他の半導体化剤に比べて広い濃度範囲で半導体化を示すためである。本発明では、チタン酸バリウムにSr、Pb、Caを含有させた系にPrを添加した組成を検討した。
その結果、本発明にて特定された上記の組成範囲においては、耐電圧を上げるためにPb量を増加させても、Prの作用により比抵抗の上昇を抑制することができ、これまでに達成できなかった耐電圧250V/mm以上の性能を有しながら、比抵抗値が40Ω・cm以下に抑制された正特性サーミスタ磁器組成物が実現できた。
組成値xが0.3980≦x≦0.6830、組成値yが0.0200≦y≦0.2150、組成値zが0.0400≦z≦0.2000、組成値sが0.1600≦s≦0.2350、組成値tが0.0015≦t≦0.0035、組成値uが0.9500≦u≦1.0500であること、および、
上記組成式で表されるチタン酸バリウム系固溶体中に、Mnが0.0010wt.%≦Mn≦0.0065wt.%、Siが0.0961wt.%≦Si≦0.9373wt.%含有されることにより、素子材料のキュリー点温度が高く、高耐電圧であるにもかかわらず、比抵抗値上昇が抑制された正特性サーミスタ磁器組成物を作製することができた。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
次にこれを湿式粉砕した後にバインダーを加えて造粒し、造粒粉体を得た。
これを一軸方向に圧力を加えて円柱状(直径13mm、厚さ2.5mm)に成形し、1250〜1400℃で2時間焼成し、焼結体素子を得た。
この焼結体素子の両面にインジウム−ガリウム合金を塗布し、常温比抵抗及び耐電圧測定用の試料とした。
表1、2より本発明の実施例1、2、A−1〜A−4、B−1〜B−6、C−1〜C−6、D−1〜D−6、E−1〜E−4、F−1〜F−4はすべて評価○であり、比較例a−1、a−2、A−1〜A−4、B−1〜B−4、C−1〜C−4、D−1〜D−4、E−1〜E−4、F−1〜F−4、従来例A−1、C−1と比較し、高耐圧過電流保護用正特性サーミスタ素子材料として使用できる特性を有することが分かる。
Srの組成値yは0.0200未満では、比抵抗は低くなるが、耐電圧が低くなる(比較例B−1、B−3)、また、0.2150を超えると、耐電圧は高いが、比抵抗が高くなる(比較例B−2、B−4)。
Caの組成値zは0.0400未満では、耐電圧が低く、比抵抗が高くなる(比較例C−1、C−3)。また、0.2000を超えると、耐電圧は高いが、比抵抗が高くなる(比較例C−2、C−4)。
Pbの組成値sは0.1600未満では、比抵抗は低くなるが、耐電圧が低くなる(比較例a−1)。また、0.2350を超えると、耐電圧は高いが、比抵抗が高くなる(比較例a−2)。
半導体化剤Prの組成値tは0.0015未満では、比抵抗は低くなるが、耐電圧が低くなる(比較例A−1、A−3)。また、0.0035を超えると、耐電圧は高いが、比抵抗が高くなる(比較例A−2、A−4)。
半導体化剤はPrを使用した場合に、比抵抗を40Ω・cm以下に抑えることができる。Y、Er、Dyを使用した場合も、比抵抗抑制効果が認められたが(比較例1〜6)、耐電圧まで考慮すると、Prが最も良い。
Tiの組成値uは0.9500未満では、比抵抗は低くなるが、耐電圧が低くなる(比較例D−1、D−3)。また、1.0500を超えると、耐電圧は高いが、比抵抗が高くなる(比較例D−2、D−4)。
Mnの添加量は0.0010wt.%(MnCO3として0.0021wt.%)未満では、比抵抗は低くなるが、耐電圧が低くなる(比較例E−1、E−3)。また、0.0065wt.%(MnCO3として0.0136wt.%)を超えると、耐電圧は高いが、比抵抗が高くなる(比較例E−2、E−4)。
Siの添加量は0.0961wt.%(Si3N4として0.1600wt.%)未満では焼結温度が高くなるために比抵抗が高くなり、かつ耐電圧も低い(比較例F−1、F−3)。また、0.9373wt.%(Si3N4として1.5600wt.%)を超えると、耐電圧は高いが、比抵抗が高くなる(比較例F−2、F−4)。
なお、上記実施例ではSiをSi3N4として添加しているが、これをSiO2として添加をしてもほぼ同等の特性となることが確認された。
さらに、上記実施例による正特性サーミスタ磁器組成物では、耐電圧向上に加えて、キュリー点温度の上昇も図ることができ、何れも120〜140℃のキュリー点温度を実現することができた。
Claims (1)
- 組成式(Bax Sry Caz Pbs Prt)Tiu O3 (x+y+z+s+t=1)で表されるチタン酸バリウム系固溶体において、
組成値xが0.3980≦x≦0.6830、組成値yが0.0200≦y≦0.2150、組成値zが0.0400≦z≦0.2000、組成値sが0.1600≦s≦0.2350、組成値tが0.0015≦t≦0.0035、組成値uが0.9500≦u≦1.0500であること、および、
上記組成式で表されるチタン酸バリウム系固溶体中に、Mnが0.0010wt.%≦Mn≦0.0065wt.%、Siが0.0961wt.%≦Si≦0.9373wt.%含有されていることを特徴とする正特性サーミスタ磁器組成物。
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