[发明专利]一种NTC热敏电阻用半导体陶瓷组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于负温度系数半导体(NTC)电阻的多组分半导体陶瓷组合物材料体系。

背景技术

20世纪40年代出现的以Mn、Co、Ni、Cu、Fe等过渡族金属氧化物为基础的NTC半导体陶瓷(常爱民，陶明德，韩英.CoMnNiO超微细粉体的合成及烧结特性[J].功能材料，1995，26(6)：545—548.)(王恩信，荆玉兰，王鹏程，宋艳.NTC热敏电阻器的现状与发展趋势[J].电子元件和材料，1997，16(4)：1—8.)广泛用于温度测量和传感、集成电路电流保护等众多领域。功率型NTC热敏电阻多用于电源抑制浪涌，抑制浪涌的NTC热敏电阻常用于有电容器、加热器和马达启动的电子电路中，在电路电源接通瞬间，电路中会产生比正常工作时高出许多倍的浪涌电流，而NTC热敏电阻器的初始阻值较大，可以抑制电路中过大的电流，从而保护其电源电路及负载。当电路进入正常工作状态时，热敏电阻器由于通过电流而引起阻体温度上升，电阻值下降至很小，不会影响电路的正常工作。因此随着集成电路集成度的提高，手机、电脑和通讯基站等使用的集成电路对热敏电阻的需求量呈几何级数方式快速增长。

经过八十几年的完善改进，电子工业中负温度系数半导体NTC热敏电阻的主要化学成分为包括过渡金属锰、钴、镍、铁、铜中至少两种元素的陶瓷组合物，此类负温度系数半导体陶瓷组合物的特性与一般导体材料不同，随着温度升高，其电阻值反而下降，评价电阻随温度下降快慢的参数为负温度热敏指数B，而具体电阻值变化范围和热敏指数B由其组成成分决定。近年来，NTC热敏电阻的温度检测精度要求越来越高，要求将温度对应电阻值的偏差控制在误差正负1％以内，同时对于负温度热敏指数B也提出更多要求。对于高精度电阻和高精度热敏指数的精确性和一致性提出更高要求，这必然加大了器件制造难度。

负温度热敏指数B的大小反映了NTC电阻的热灵敏性。目前为了获得不同的负温度热敏指数B和电阻值变化范围，可以通过改变NTC电阻的配方和添加其他元素来实现，一般采取在Mn、Co、Ni、Cu、Fe等过渡族金属中加入锆、钛、铝、锌等元素来实现，比如中国专利“NTC热敏电阻用半导体陶瓷组合物”(201310032660.3)和“半导体陶瓷组合物和使用该组合物的半导体陶瓷元件”(02106671.X)。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种制备NTC电阻的多组分纳米粉体半导体材料，通过加入锡或者镓来改变材料组成，进而改变材料所制NTC电阻的阻值和热敏指数B，同时镓引入可以降低材料烧成NTC电阻的温度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种NTC热敏电阻用半导体陶瓷组合物，包括至少两种过渡族金属的氧化物和至少一种添加物质的氧化物；所述的添加物质为锡时，过渡族金属总量和锡的摩尔比为100：(0.01～25)；所述的添加物质为镓时，过渡族金属和锡的摩尔比为100：(0.001～15)；所述的添加物质为锡和镓时，过渡族金属和添加物质的摩尔比为100：(0.011～25)，其中锡的比例不低于0.01，镓的比例不低于0.001。

所述的过渡族金属包括Mn、Co、Ni、Cu和Fe。

所述的添加物质为锡时，过渡族金属总量和锡的摩尔比为100：10。

本发明的有益效果是：加入锡或镓均可对电阻阻值和热敏指数B作出调整，镓的加入还可以降低陶瓷组合物烧结成型制备NTC电阻器件的温度；而且在NTC电阻烧成后，还可以二次加热升温再退火处理，二次调整电阻阻值，使得制成的NTC电阻阻值一致性进一步提高，使微调电阻变得更加容易；二次矫正能够简化高精度NTC电阻制造流程和大幅提高成品合格率，实现制造NTC电阻元器件电性能参数改变的灵活性，同时在一定程度上降低成本。

本发明采用的材料配方体系可以适用于不同的NTC电阻封装形式，不受具体电阻型式和不同国家的器件标准制式限制，不受电阻型号制式限制。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明采用过渡金属锰钴镍铁铜Mn、Co、Ni、Cu、Fe等元素的至少两者组合为基础，与锡或镓元素混合制备成氧化物半导体陶瓷组合物，制备获得多组分、不同电阻值和热敏指数的NTC电阻用纳米粉体材料。