JPH04118901A - 正特性サーミスタおよびその製造方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、正特性サーミスタおよびその製造方法に係り
、特にその電極の構造および形成方法に関する。

（従来の技術） ＢａＴｉＯ３にＹ、Ｎｄ等を０．１〜０．３ａｔ％添加
した酸化物半導体は大きな正の温度係数を有することか
ら、ＰＴＣサーミスタと呼ばれる。

このＰＴＣサーミスタは、大きな正の温度係数を有する
温度領域を、Ｓｒ、Ｐｂ等の添加で調整することができ
ることから、温度の測定および過電流防止、モータ起動
、カラーＴＶ消磁用等の回路素子および低温発熱ヒータ
等、広く様々な分野でな（ではならないものとなってい
る。

このようなサーミスタは、その−例を第５図（ａ）に示
すように、Ｂａ、Ｔｉ、Ｎｄ、などの金属の酸化物、炭
酸塩、硝酸塩、塩化物等を焼結し、薄い円柱状等に成形
せしめられたサーミスタ本体１１と、その上面と下面に
形成されたＮｉメツキ層からなる第１の電極層１２ａ、
１２ｂと、この上層に形成された銀を主成分とする第２
の電極層１３ａ、１３ｂとから構成されている。

ところでこのような正特性サーミスタは、通常、第２の
電極層１３ａ、１３ｂ間に電圧を印加して使用されるが
、このとき電界の方向に向かって第２電極層内の銀が移
動析出する、いわゆるマイグレーション現象が生じる。

特に第２の電極層の外周縁が正特性サーミスタ本体１の
外周端まで達するように形成されている場合、正特性サ
ーミスタ本体１の外周面で電界の方向に向かって銀が移
動析出し、ついには短絡を生じるという問題があった。

そこでこの問題を解決するため、第５図（ｂ）に示すよ
うに、第２電極層の外径は第１電極層の外径よりも小さ
く形成された正特性サーミスタが提案されている。

しかしながら、この構造では、第２の電極層の外形がｍ
ｌの電極層の外形よりも小さく設けられているため、第
１の電極層のうち第２の電極層によって覆われていない
部分は直接大気にさらされているため、酸化されやすく
、次第にコンタクト抵抗が上昇するという問題があった
。

また、銀のマイグレーションは電界の方向に沿って移動
する現象であるため従来例のように第２電極層のみを外
周より内側に設けたとしてもわずかではあるが第１電極
層の中を銀が拡散していくため、短絡の問題は緩和され
るが完全に防止することはできなかった。

また従来の正特性サーミスタはめっき法を用いて電極形
成がなされているため、この方法では、電極形成に際し
てＮｉめっきをおこなう際にめっき溶液が焼結体内部に
浸透し、抵抗値が減少する等焼結体の特性を変化させる
ことがある。これは形成後ただちに特性変化として表れ
ることもあれば、時間と共に徐々に表れることもある。

サーミスタの用途は、前述したように、温度の測定およ
び制御、補償、利得調整、電力測定、過電流防止、モー
タ起動、カラーＴＶ消磁用等等、いずれも高精度の抵抗
値制御が必要なものばかりであり、Ｒ±α％の範囲内に
あるものを用いる必要がある。

したがってこのめっき液の浸透による抵抗値変化の問題
は深刻化してきている。

また、このようなめっき液の浸透を避けるため、メタル
溶射法により、アルミニウムなどの低融点金属を形成し
これを電極として用いる方法も提案されている。

しかし、この方法も、電極形成時に急激な温度変化を伴
うため、サーミスタ本体あるいは電極自体にクラックが
発生するという問題を避けることができない。

（発明が解決しようとする課題） このように、第２電極層の外径を第１電極層の外径より
も小さく形成した従来の構造では、第１の電極層のうち
第２の電極層によって覆われていない部分は直接大気に
さらされているため、酸化されやすく、次第にコンタク
ト抵抗が上昇するという問題があった。

また従来の正特性サーミスタはめっき法を用いて電極形
成がなされているため、この方法では、電極形成に際し
てＮｉめっきをおこなう際にめっき溶液が焼結体内部に
浸透し、抵抗値が減少する等焼結体の特性を変化させる
ことがある。

また、このようなＮｉめっき層をサーミスタ本体の外周
端に対してやや内側にくるように形成する場合、レジス
トなどのマスクパターンを形成しＮｉめっき液に浸漬し
Ｎｉめっきを行ったのちこのマスクパターンを除去しな
ければならない。このときＮｉめっき液およびマスクパ
ターンの剥離液による汚染によりサーミスタ本体の表面
が金属イオンなどに汚染されやすく、この汚染が抵抗値
のばらつきの原因となったり、マイグレーションを誘起
する原因になったりすることがあった。

このように従来のＮｉめつきを用いた電極形成方法では
特性を良好に維持し信頼性の高い抵抗特性を維持するこ
とができないという問題かあった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、安定した
特性を持つサーミスタを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） そこで本発明では、銀以外の金属を主成分とする第１の
電極の外周縁を、サーミスタ本体の外周縁よりも内側に
位置するようにすると共に、この上層に形成される銀を
主成分とする第２の電極の外周縁と一致するように形成
している。

また、本発明の方法では、銀以外の金属を主成分とする
第１の電極の外周縁を、サーミスタ本体の外周縁よりも
内側に位置するようにすると共に、この上層に銀を主成
分とする第２の電極を備えた正特性サーミスタを作成す
るに際し第１の電極層の形成を蒸着法で行うようにして
いる。

（作用） 上記構成によれば、前記第２の電極層はサーミスタ本体
の外周縁よりも十分に内側に端縁を有しているため、マ
イグレーションによる短絡のおそれもない。特に前記第
１の電極層は第２の電極の外周縁と同等かまたはより内
側に位置するように形成され、第１の電極層は端面の垂
直部分を除いてほとんど露出してない構造をとるため、
第１の電極層の酸化を防止することができるうえ、第１
の電極層表面を通ってのマイグレーションによる短絡は
皆無となり、信頼性の向上をはかることかできる。

さらに上記方法によれば、ドライプロセスでの電極形成
が可能となり、電極形成時に溶液等によりサーミスタ本
体の表面および裏面の露出部の汚染による特性変化を引
き起こすことなく、密着性が高く接触抵抗の小さい電極
を形成することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

実施例１ 第１図は本発明実施例の正特性サーミスタを示す図であ
る。

この正特性サーミスタは、チタン酸バリウムを主成分と
するサーミスタ本体と１と、その上面と下面に、外周縁
からやや入り込んだ位置に端縁がくるように形成された
Ｎｉメツキ層からなる第１の電極層２ａ、２ｂと、この
上層に第１の電極層２ｇ、２ｂと端縁が一致するように
形成された銀を主成分とする第２の電極層３ａ、３ｂと
から構成されている。

次にこの正特性サーミスタの製造工程について説明する
。

第２図（ａ）乃至第２図（Ｃ）は、本発明実施例のサー
ミスタの製造工程を示す工程図である。

まず、第２図（ａ）に示すように、ＴｉＯ２，ＢａｃＯ
ａ　、Ｎｄ２Ｏ３の粉末を所定の割合で混合し、冷却プ
レス法によってディスク状に加圧成形した後、１３００
℃で焼結し、直径４．４７ｍｍディスク状のサーミスタ
本体１を形成する。

続いて、このサーミスタ本体１の端面（電極形成面）の
表面粗さを表面粗さ計を用いて測定する。

そしてこの表面粗さが６．３〜１．６ｓ　　（ＪＩＳ規
格の三角記号で）の場合と、表面粗さが０．８ｓ　（Ｊ
　Ｉｓ規格の三角記号で）以上の場合とにわける。

そして第２図（ｂ）に示すように、この上面および下面
に電子ビーム蒸着法により、膜厚０．１〜１０μｌのＮ
ｉ薄膜からなる第１の電極２ａ、２ｂを形成する。この
ときメタルマスクを介して蒸着を行うようにし本体の外
周付近にはＮｆ薄膜が形成されないようにしておく。こ
こで成膜条件は、表面粗さが６．３〜１．６５の場合は 真空度：　Ｉ　Ｘ　１０　””ｔｏｒｒ〜Ｉ　Ｘ　１０
−６ｔｏｒｒ成膜温度成膜部〜２５０℃ とし、−刃表面粗さが０．８ｓ以上の場合は真空度：　
５　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒ〜Ｉ　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒ
成膜温度：１００℃〜２５０℃ とした。

この後、第１図（Ｃ）に示すように、さらにこの上層に
厚膜印刷法により銀電極３ａ、３ｂを形成する。

この様にして得られたサーミスタの比抵抗は２３〜２８
Ωｅｌであり、８５℃３０Ｖでのエージング試験を行っ
た結果、第３図（ａ）にその結果を示すように、４００
時間経過後もほとんど特性変化はなかった。この構造に
よれば、第１および第２の電極層の端縁が一致しており
、第１の電極層が酸化されることがないうえ第１電極層
は真空蒸着法で形成されているため、経時的変化もなく
特性の良好なサーミスタを得ることができる。

これに対し、Ｎｉ電極部をめっきで形成した場合の比抵
抗は３０〜３５Ωｅｌであった。そして同様に８５℃３
０Ｖでのエージング試験を行った結果、第３図（ｂ）に
示すように、１００時間経過後には抵抗値が変化し始め
２００時間経過後には１０％も低下しており、特性が極
めて不安定であった。

これらの比較からも本発明の方法によれば比抵抗が安定
で信頼性の高いサーミスタを得ることができた。

さらにこの方法によれば１回の蒸着で大量の正特性サー
ミスタを得ることができるため量産性か大幅に向上する
。

なお、前記実施例の方法では、銀電極の形成は厚膜印刷
法により行うようにしたが、メタルマスクをそのままに
して銀を真空蒸着するようにしても良い。この場合、蒸
着源を切り替えるのみで同一の真空装置内で順次積層で
き、極めて容易に形成可能である。

実施例２ 次に本発明の第２の実施例について説明する。

前記実施例１では第１および第２の電極層を同一のパタ
ーン形状となるように構成したが、この例では、第１の
電極層の端縁を第２の電極層が覆うように形成したこと
を特徴とするものである。

すなわち、この正特性サーミスタは第４図に示すように
、チタン酸バリウムを主成分とするサーミスタ本体２１
と、その上面と下面に、サーミスタ本体２１の外周縁か
らやや入り込んだ位置に端縁がくるように形成された真
空蒸着法で形成されたＮｉ層からなる第１の電極層２２
ａ、２２ｂと、この上層に第１の電極層２２ｇ、２２ｂ
の端縁を覆うようにかつサーミスタ本体２１の外周縁か
らやや入り込んだ位置に端縁がくるように形成された銀
を主成分とする第２の電極層２３ａ、２３ｂとから構成
されている。

この正特性サーミスタによれば、第１の電極層２２ａ、
２２ｂが、真空蒸着法で形成されているため、サーミス
タ本体の表面および裏面の露出部の汚染はほとんどなく
、また第２の電極層２３ａ。

２３ｂで完全に覆われた状態となっており、第１の電極
層の酸化を防止することができるため、より信頼性の高
いものとなる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、サーミスタ
の電極をサーミスタ本体の外周縁からやや入り込んだ位
置に端縁がくるように形成された銀以外の導体層からな
る第１の電極層と、この上層に形成される銀を主成分と
する第２の導体層とで構成しているため、特性の安定な
正特性サーミスタを得ることができる。

また本発明の方法によれば、電極を蒸着法で形成するよ
うにしているため、容易に信頼性の高い正特性サーミス
タを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のサーミスタを示す図、
第２図（ａ）乃至第２図（Ｃ）は同サーミスタの製造工
程を示す図、第３図（ａ）および第３図（ｂ）は本発明
の第１の実施例および従来例のサーミスタのエージング
テストの結果を示す図、第４図は本発明の第２の実施例
のサーミスタを示す図、第５図（ａ）および第５図（ｂ
）は従来例のサーミスタを示す図である。 １・・・サーミスタ本体、２ｍ、２ｂ・・・第１の電極
層、３ａ、３ｂ・・・第２の電極層、１１・・・サーミ
ス夕本体、１２ａ、１２ｂ−第１の電極層、１３ａ１３
ｂ・・・第２の電極層、２１・・・サーミスタ本体、２
２ａ、２２ｂ・＝第１の電極層、２３ａ、２３ｂ・・・
第２の電極層。 第２図 時間（Ｈ） （Ｑ） （ｂ） 第３図 口： 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）正特性を持つ半導体からなるサーミスタ本体と、 前記サーミスタ本体の表面および裏面に、 前記サーミスタ本体の外周縁よりもやや内側に端部がく
   るように形成された銀以外の金属を主成分とするオーム
   性の第１の電極層と、 前記第１の電極層の上層に形成され、その外周縁が、前
   記第１の電極層の外周縁と一致するように形成された銀
   を主成分とする材料からなる第２の電極層とを具備した
   ことを特徴とする正特性サーミスタ。
2. （２）正特性を持つ半導体を所望の形状に成形しサーミ
   スタ本体を形成するサーミスタ本体形成工程と、 このサーミスタ本体の電極形成面に、真空蒸着法によっ
   て、前記サーミスタ本体の外周縁よりもやや内側に端部
   がくるように、銀以外の金属を主成分とする第１の電極
   層を形成する第１の電極層形成工程と、 前記第１の電極層の上層に、銀を主成分とする第２の電
   極層を形成する第２の電極層形成工程とを含むようにし
   たことを特徴とする正特性サーミスタの製造方法。