DE10135449A1

DE10135449A1 - Halbleiterkeramik und Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten

Info

Publication number: DE10135449A1
Application number: DE10135449A
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Nagao; Yasuhiro Nabika; Toshiharu Hirota
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2021-07-21
Also published as: TW521281B; US20020027492A1; JP2002029839A; DE10135449B4; KR20020008369A; CN1171244C; JP3855611B2; CN1334568A; KR100416356B1; US6522238B2

Abstract

Eine Halbleiterkeramik enthält Erbium als Halbleiterstoff in den Primärkomponenten Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Bleititanat und Kalziumtitanat, wobei der durchschnittliche Korndurchmesser der Halbleiterkeramik mehr als etwa 5 mum, jedoch nicht mehr als etwa 14 mum beträgt. Außerdem enthält die Halbleiterkeramik als Additive eine Er enthaltende Verbindung, wobei der Er-Anteil mehr als etwa 0,10 Mol, jedoch nicht mehr als etwa 0,33 Mol beträgt, eine Mn enthaltende Verbindung, wobei der Mn-Anteil etwa 0,01 Mol oder mehr, jedoch nicht mehr als etwa 0,03 Mol enthält, und eine Si enthaltende Verbindung, wobei der Si-Anteil etwa 1,0 Mol oder mehr, jedoch nicht mehr als etwa 5,0 Mol je 100 Mol der Primärkomponente enthält. Somit kann eine Halbleiterkeramik und ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten mit hoher Durchbruchfestigkeit, hervorragenden Resultaten bei den EIN-AUS-Anwendungstests und nur wenigen Unregelmäßigkeiten in den Widerstandswerten hergestellt werden.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleiterke ramik und ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizien ten, insbesondere eine Halbleiterkeramik und ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten und hochohmigen Eigen schaften, mit der für die Entmagnetisierung von Farbfernseh geräten, Motoranlassern, Überstromschutzvorrichtungen usw. erforderlichen hohen Durchbruchfestigkeit.

In der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 6-215905 wird eine Halbleiterkeramik beschrieben, in der Erbium als Halbleiterstoff in den Primärkomponenten Bariumtitanat, Blei titanat, Strontiumtitanat und Kalziumtitanat, die für die Entmagnetisierung von Farbfernsehgeräten verwendet werden, enthalten ist.

Auch in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-143338 wird eine Halbleiterkeramik beschrieben, in der Sama riumoxid als Halbleiterstoff in den Primärkomponenten Barium titanat, Bleititanat, Strontiumtitanat und Kalziumtitanat enthalten ist, wobei der durchschnittliche Korndurchmesser der Halbleiterkeramik zwischen 7 und 12 µm liegt.

Jedes der obigen Halbleiterkeramikmaterialien weist jedoch eine unzureichende Durchbruchfestigkeit auf, liefert bei EIN- AUS-Anwendungstests unbefriedigende Resultate und zeigte auch erhebliche Unregelmäßigkeiten in den spezifischen Wider standswerten bei Raumtemperatur. Dementsprechend wurde noch keine Halbleiterkeramik und kein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten und hochohmigen Eigenschaften und mit der für die Entmagnetisierung von Farbfernsehgeräten, Motor anlassern, Überstromschutzvorrichtungen usw. erforderlichen hohen Durchbruchfestigkeit hergestellt.

Infolgedessen liegt der Erfindung als eine Aufgabe die Her stellung einer Halbleiterkeramik und eines Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten zugrunde, die eine hohe Durchbruchfestigkeit aufweisen, bei EIN-AUS-Anwendungstests hervorragende Resultate liefern und auch nur geringe Unregel mäßigkeiten in den spezifischen Widerstandswerten bei Raum temperatur zeigen.

Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Halbleiterkeramik eine Halbleiterkeramik, in der Erbium als Halbleiterstoff in den Primärkomponenten Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Blei titanat und Kalziumtitanat enthalten ist, wobei der durch schnittliche Korndurchmesser der Halbleiterkeramik mehr als etwa 5 µm, jedoch nicht mehr etwa 14 µm beträgt.

Die Halbleiterkeramik der obigen Zusammensetzung besitzt eine hohe Durchbruchfestigkeit, liefert bei EIN-AUS- Anwendungstests hervorragende Resultate und zeigt nur geringe Unregelmäßigkeiten in den Widerstandswerten.

Die erfindungsgemäße Halbleiterkeramik umfaßt vorzugsweise eine Er enthaltende Additivverbindung, wobei der Er-Anteil mehr als etwa 0,10 Mol, jedoch nicht mehr als etwa 0,33 Mol beträgt, eine Mn enthaltende Verbindung, wobei der Mn-Anteil etwa 0,01 Mol oder mehr, jedoch nicht mehr als etwa 0,03 Mol beträgt, und eine Si enthaltende Verbindung, wobei der Si- Anteil etwa 1,0 Mol oder mehr, jedoch nicht mehr als etwa 5,0 Mol je 100 Mol der Primärkomponente beträgt.

Weiterhin umfaßt der erfindungsgemäße Thermistor mit positi vem Temperaturkoeffizienten einen Elementteil der Halbleiter keramik mit Elektroden auf der Vorder- und auf der Rückseite.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnung Ausführungsbeispiele erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Ther mistors mit positivem Temperaturkoeffizienten unter Verwen dung der erfindungsgemäßen Halbleiterkeramik.

Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsformen der erfin dungsgemäßen Halbleiterkeramik und des erfindungsgemäßen Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten.

Fig. 1 veranschaulicht einen Thermistor mit positivem Tempe raturkoeffizienten 1, der unter Verwendung der erfindungsge mäßen Halbleiterkeramik hergestellt wurde. Dieser Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten 1 umfaßt Elektroden, die auf der Vorder- und auf der Rückseite eines Halbleiterke ramikelements 3 vorgesehen sind. Die das Element 3 enthalten de Halbleiterkeramik hat Erbium als Halbleiterstoff in den Primärkomponenten Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Bleitita nat und Kalziumtitanat. Die Elektroden 5 können aus Ni-Ag bestehen.

Nachstehend folgt eine Beschreibung des Verfahrens zur Her stellung des Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizien ten und der Eigenschaften der Halbleiterkeramik.

Zunächst wurden BaCO₃, TiO₂, PbO, SrCO₃ und CaCO₃ als Primär komponenten zusammen mit Er₂O₃ als Halbleiterstoff vorberei tet und weitere Additive wie MnCO₃ dienten als Mittel zur Verbesserung der Widerstandstemperaturkoeffizienten und SiO₂ als Mittel zur Unterstützung des Sinterprozesses. Diese Sub stanzen wurden in den in Tabelle 1 angegebenen Verhältnissen angesetzt und naß zu Mischungen verarbeitet. Als nächstes wurden die hergestellten Mischungen entwässert und getrock net, bei 1200°C vorgebrannt und mit einem Bindemittel zu Granulatteilchen gemischt. Die Granulatteilchen wurden ein achsig gepreßt und dadurch zu einer Scheibe von 2 mm Dicke und 14 mm Durchmesser ausgeformt und in der Umgebungsatmo sphäre bei 1390°C gebrannt, so daß das Halbleiterkeramikele ment 3 entstand.

Die Oberfläche des hergestellten Halbleiterkeramikelements 3 wurde mittels eines Rasterelektronenmikroskops (REM) fotogra fiert und der durchschnittliche Korndurchmesser wurde durch Zerlegung ermittelt.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wurden als nächstes Ni-Ag- Elektroden 5 auf beiden Primärseiten des Halbleiterkeramike lements 3 angebracht, wodurch der Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten 1 entstand. Die Ni-Ag-Elektroden 5 wurden durch Ausbildung einer Ni-Schicht als ohmsche Elektro denschicht geformt und die weitere Ausbildung einer Ag- Schicht erfolgte als äußere Elektrodenschicht auf der Ni- Schicht.

Die spezifischen Widerstandswerte bei Raumtemperatur (25°C) des Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten 1 mit Durchbruchfestigkeit und EIN-AUS-Anwendungstests bei 140 Volt und 10°C wurden während 1000 Zyklen gemessen. Die Meßergeb nisse sind in Tabelle 1 zusammen mit den durchschnittlichen Korndurchmessern dargestellt. Zu beachten ist, daß die zuge setzten Mengen (Mol-%) des Halbleiterstoffs und der Additive in Tabelle 1 das Verhältnis derselben zu den Primärkomponen ten bezeichnen. Außerdem bezeichnen die Sternchen * in Tabel le 1 solche Positionen, die nicht in den Geltungsbereich der Erfindung fallen.

Wie in Tabelle 1 dargestellt, beträgt der durchschnittliche Korndurchmesser der Halbleiterkeramik mehr als etwa 5 µm, jedoch nicht mehr als etwa 14 µm und enthält den Halbleiter stoff Er mit mehr als etwa 0,10 Mol, jedoch nicht mehr als etwa 0,33 Mol, das Additiv Mn mit etwa 0,01 Mol oder mehr, jedoch nicht mehr als etwa 0,03 Mol, und Si mit etwa 1,0 Mol oder mehr, jedoch nicht mehr als etwa 5,0 Mol, die jeweils eine hohe Durchbruchfestigkeit besitzen und bei EIN-AUS- Anwendungstests hervorragende Resultate liefern.

Halbleiterkeramiken wurden auch unter Anwendung der oben beschriebenen Verfahren hergestellt, jedoch wurden anstelle von Er₂O₃ als Halbleiterstoffe Y₂O₃, Sm₂O₃ und La₂O₃ Verwendet und diese wurden ausgewertet. Die Zusammensetzung der Halb leiterstoffe der Halbleiterkeramiken und die entsprechenden Auswertungsresultate sind in Tabelle 2 dargestellt. Das Er₂O₃ ist auch das gleiche wie die Probe Nr. 9 in Tabelle 1. Außer dem bezeichnen die Sternchen * in Tabelle 2 solche Positio nen, die nicht in den Geltungsbereich der Erfindung fallen.

Wie in Tabelle 2 dargestellt, waren die Resultate der Durch bruchfestigkeits- und EIN-AUS-Anwendungstests für jede ein zelne Probe gut, aber während die Proben mit Y₂O₃, Sm₂O₃ und La₂O₃ als Halbleiterstoffen Werte von 2,0 bis 3,5 CV% als Raumtemperaturwiderstandsunregelmäßigkeiten zeigten, ergab die Er₂O₃-Probe 1,5 CV% als Raumtemperaturwiderstandsunregel mäßigkeiten, was ein kleiner Wert ist.

Die erfindungsgemäße Halbleiterkeramik und der erfindungsge mäße Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten sind in keiner Weise auf die obigen Ausführungsformen oder -beispiele beschränkt; vielmehr können zahlreiche Abwandlungen vorgenom men werden, die dem Sinn und Anwendungsbereich der Erfindung entsprechen. So wurde beispielsweise das aus der Halbleiter keramik gebildete Element als scheibenförmig beschrieben, jedoch beschränkt sich die Erfindung nicht auf diese Form; vielmehr kann sie auch rechteckig sein.

Wie sich aus der obigen Beschreibung deutlich ergibt, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Halbleiterkeramik um eine Halbleiterkeramik, die Erbium als Halbleiterstoff in den Primärkomponenten Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Bleitita nat und Kalziumtitanat enthält, wobei der durchschnittliche Korndurchmesser der Halbleiterkeramik mehr als etwa 5 µm, jedoch nicht mehr als etwa 14 µm beträgt, und infolgedessen weist die erfindungsgemäße Halbleiterkeramik eine hohe Durch bruchfestigkeit und hervorragende Resultate bei den EIN-AUS- Anwendungstests auf.

Da die Halbleiterkeramik als Zusätze eine Er enthaltende Verbindung, wobei der Er-Anteil mehr als etwa 0,10 Mol, je doch nicht mehr als etwa 0,33 Mol beträgt, eine Mn enthalten de Verbindung, wobei der Mn-Anteil etwa 0,01 Mol oder mehr, jedoch nicht mehr als etwa 0,03 Mol beträgt, und eine Si enthaltende Verbindung, wobei der Si-Anteil etwa 1,0 Mol oder mehr, jedoch nicht mehr als etwa 5,0 Mol je 100 Mol der Pri märkomponente enthält, kann sie eine hohe Durchbruchfestig keit besitzen, ausgezeichnete Resultate bei den EIN-AUS- Anwendungstests aufweisen und eine Reduzierung der Wider standswertunregelmäßigkeiten CV% ermöglichen.

Unter Verwendung der oben beschriebenen Halbleiterkeramik kann außerdem ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffi zienten mit hervorragenden Eigenschaften wie einer hohen Durchbruchfestigkeit hergestellt werden.

Claims

1. Halbleiterkeramik, welche aufweist:
eine Primärkomponente, die Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Bleititanat und Kalziumtitanat und einen Erbium enthaltenden Halbleiterstoff enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Korndurch messer der genannten Halbleiterkeramik mehr als 5 µm, jedoch nicht mehr als etwa 14 µm beträgt.

2. Halbleiterkeramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Er enthaltende Verbindung in einer Menge von wenig stens etwa 0,10 Mol, jedoch nicht mehr als etwa 0,33 Mol je 100 Mol der Primärkomponente vorhanden ist.

3. Halbleiterkeramik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Verbindung aufweist, die Mn in einer Menge von wenigstens etwa 0,01 Mol, jedoch nicht mehr als etwa 0,03 Mol je 100 Mol der Primärkomponente enthält.

4. Halbleiterkeramik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Verbindung aufweist, die Si in einer Menge von wenigstens etwa 1,0 Mol, jedoch nicht mehr als etwa 5,0 Mol je 100 Mol der Primärkomponente enthält.

5. Halbleiterkeramik nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Er enthaltende Verbindung in einer Menge von wenig stens etwa 0,225 bis etwa 0,3 Mol je 100 Mol der Primärkompo nente enthält.

6. Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Halbleiterkeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Kombination mit einem Paar in einem Abstand zueinander angeordneter Elektroden aufweist.