特許 7475987 ＮＴＣセラミック、突入電流制限用の電子デバイスおよび電子デバイスを製造するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-19

(45)【発行日】2024-04-30

(54)【発明の名称】ＮＴＣセラミック、突入電流制限用の電子デバイスおよび電子デバイスを製造するための方法

(51)【国際特許分類】

   H01C 7/04 20060101AFI20240422BHJP

【ＦＩ】

H01C7/04

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020109747

(22)【出願日】2020-06-25

(62)【分割の表示】P 2018531539の分割

【原出願日】2016-12-13

(65)【公開番号】P2020174189

(43)【公開日】2020-10-22

【審査請求日】2020-07-20

【審判番号】

【審判請求日】2022-09-20

(31)【優先権主張番号】102015121982.4

(32)【優先日】2015-12-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】300002160

【氏名又は名称】ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＴＤＫ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｒｏｓｅｎｈｅｉｍｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ １４１ｅ， ８１６７１ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002664

【氏名又は名称】弁理士法人相原国際知財事務所

(72)【発明者】

【氏名】グリュンビヒラー， ヘルマン

(72)【発明者】

【氏名】シュヴァインツガー， マンフレッド

(72)【発明者】

【氏名】リンナー， フランツ

【合議体】

【審判長】山田 正文

【審判官】渡辺 努

【審判官】須原 宏光

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６０－５９７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５０４３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１４３９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－３７７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１３２７５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１５／１８１０１４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01C7/04

H01C17/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

突入電流制限用の電子デバイス（１０）に使用されるＮＴＣセラミックであって、
前記ＮＴＣセラミックは、２５℃の温度及び／又は室温でｍΩ領域の電気抵抗を有し、その比抵抗は、０．１Ωｃｍ～２．０Ωｃｍとなっており、前記ＮＴＣセラミックは、Ｌａ_{（１－ｘ）}ＥＡ_（ｘ）Ｍｎ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｆｅ_（ａ）Ｃｏ_（ｂ）Ｎｉ_（ｃ）Ｏ_{（３±δ）}の組成を備え、０＜ｘ≦０．１、且つ０≦（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．５であり、ＥＡはマグネシウム、ストロンチウム、又はバリウムから選択されるアルカリ土類元素を表し、δは、化学当量的な酸素の比率からのずれを表す、ことを特徴とするＮＴＣセラミック。

【請求項2】

前記δは、｜δ｜≦０．５となっていることを特徴とする、請求項１に記載のＮＴＣセラミック。

【請求項3】

電子デバイス（１０）であって、少なくとも１つの機能層（３）を備え、当該機能層（３）は、請求項１または２に記載のＮＴＣセラミックを備えることを特徴とする、電子デバイス。

【請求項4】

前記電子デバイス（１０）は、１．０ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項３に記載の電子デバイス。

【請求項5】

前記電子デバイス（１０）は１つのモノリシックなデバイスであることを特徴とする、請求項３または４に記載の電子デバイス。

【請求項6】

請求項５に記載の電子デバイスにおいて、前記デバイス（１０）は、丁度１つの機能層（３）を備え、前記機能層（３）は、１．０ｍｍ以下の厚さを有し、１つのメタライジング部が前記機能層（３）上に配設されている、ことを特徴とする電子デバイス。

【請求項7】

前記メタライジング部は、銀、銅、または金を含んでいることを特徴とする、請求項６に記載の電子デバイス。

【請求項8】

前記電子デバイス（１０）は、１つの多層デバイスであることを特徴とする、請求項３または４に記載の電子デバイス。

【請求項9】

請求項８に記載の電子デバイスにおいて、前記電子デバイス（１０）は、１つの積層体となるように上下に重なって配設された複数の機能層（３），複数の第１の内部電極（１），および複数の第２の内部電極（２）を備え、前記第１の内部電極（１）および前記第２の内部電極（２）の各々は、２つの隣り合った機能層（３）の間に配設されており、複数の前記第１の内部電極（１）は、第１の外部接続部（１１）と電気的に導通して接続されており、複数の前記第２の内部電極（２）は、第２の外部接続部（１２）と電気的に導通して接続されており、複数の前記機能層（３）は、前記第１の外部接続部（１１）および前記第２の外部接続部（１２）が、前記電子デバイス（１０）の初期状態においても、また高温状態においても、すなわち前記電子デバイス（１０）の初期状態における温度よりも高い温度でも、前記機能層（３）を介して電気的に導通して互いに接続されているように構成されて形成されている、ことを特徴とする電子デバイス。

【請求項10】

請求項３乃至９のいずれか１項に記載の電子デバイスにおいて、前記電子デバイス（１０）は、当該電子デバイス（１０）の動作中での当該電子デバイス（１０）の加熱を制限するための少なくとも１つのヒートシンクに熱的に結合されており、前記ヒートシンクは、銅を含む、ことを特徴とする電子デバイス。

【請求項11】

請求項３乃至９のいずれか１項に記載の電子デバイスを製造するための方法であって、セラミック粉末を準備するステップと、前記セラミック粉末をか焼するステップと、顆粒材を生成するために前記セラミック粉末を水及び結着剤と混合するステップと、前記顆粒材をプレスするステップと、前記顆粒材を焼結するステップと、焼結された基体を、銀ペーストを用いて接続するステップと、を備えることを特徴とする方法。

【請求項12】

請求項３、４、８、および９のいずれか１項に記載の電子デバイスを製造するための方法であって、複数のグリーンシートを準備するステップと、複数の前記グリーンシートに複数の内部電極（１，２）を印刷するステップと、複数の前記内部電極（１，２）が設けられている複数の前記グリーンシートを１つの積層体となるように積層するステップと、前記積層体を焼結するステップと、前記積層体に複数の外部接続部（１１，１２）を設けるステップと、を備えることを特徴とする方法。

【請求項13】

少なくとも１つの、請求項３乃至１０のいずれか１項に記載の電子デバイス（１０）を有するシステム（２００）であって、前記電子デバイス（１０）または前記構成体（１００）に電気的に直列に回路接続されており、前記電子デバイス（１０）と共に環境温度に曝される、１つの負荷装置（２０）を備え、前記システム（２００）は、加熱時間、すなわち前記負荷装置（２０）の突入電流が前記電子デバイス（１０）を定常状態の温度まで加熱する時間が、いつ前記突入電流が前記負荷装置（２０）の公称電流まで低下するかを決定する、前記負荷装置（２０）の電気的な立上り時間に合わせ込まれているように構成されている、ことを特徴とするシステム。

【請求項14】

請求項１３に記載のシステムにおいて、３つの電子デバイス（１０）を備え、前記３つの電子デバイスは互いに並列に回路接続されている、ことを特徴とするシステム。

【請求項15】

ＮＴＣセラミックの、突入電流制限用の電子デバイス（１０）における使用であって、
前記ＮＴＣセラミックは、２５℃の温度及び／又は室温でｍΩ領域の電気抵抗を有し、その比抵抗は、０．１Ωｃｍ～２．０Ωｃｍとなっており、前記ＮＴＣセラミックは、Ｌａ_{（１－ｘ）}ＥＡ_（ｘ）Ｍｎ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｆｅ_（ａ）Ｃｏ_（ｂ）Ｎｉ_（ｃ）Ｏ_{（３±δ）}の組成を備え、０＜ｘ≦０．１、且つ０≦（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．５であり、ＥＡはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、又はバリウムから選択されるアルカリ土類元素を表し、δは、化学当量的な酸素の比率からのずれを表す、ことを特徴とするＮＴＣセラミックの使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＮＴＣセラミック、突入電流制限用の電子デバイスおよび電子デバイスを製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車分野（普通車、貨物自動車）における始動・停止システムは、燃料節約のための大きな可能性を示し、このため殆ど全ての新しい自動車に組込まれている。このシステムでは、車載電源電圧の低下を防ぐために、スターターの突入電流が制限されなければならず、これによって具体的には安全関連のアプリケーション（ＡＢＳ，ＥＳＰ）が十分に電源供給される。

【0003】

公知のスタート・ストップシステムでは、電源が改善されており（バッテリ強化）、そして車載電圧は過分なものとなり、そしてＤＣ／ＤＣ変換器を用いて安定化されて高価なものとなる。ここでこのＤＣ／ＤＣ変換器は、一方では大きなスペースを必要とし、他方では高価な半導体（リレーあるいはＭｏｓＦＥＴ）を必要とする。

【0004】

このため安価でコンパクトな解決策が追及されており、たとえば前段抵抗または希土類磁石が使用されている。しかしながらこの際車載電圧の大きな低下が起こる。

【0005】

さらに、ＮＴＣセラミックをベースにした突入電流リミッタを用いて、電動モータのスタートの際の電圧降下を制限するアイデアが知られている。しかしながら、室温でミリオーム領域の抵抗を有するＮＴＣ単層素子は入手可能ではない。このため従来は、必要とされる導電率が多層構造を用いた層厚の低減および断面積の拡大によって実現されていたデバイスが好まれていた。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決すべき課題は、改善されたＮＴＣセラミックおよび改善された電子デバイス、並びにこのデバイスを製造するための方法を提示することである。

【0007】

これらの課題は、請求項１に記載のＮＴＣセラミック、請求項４に記載のデバイス、および請求項１３あるいは請求項１４に記載の方法によって解決される。

【課題を解決するための手段】

【0008】

１つの態様によれば、１つのＮＴＣセラミックが提示される。このＮＴＣセラミックは、１つの電子デバイス、たとえば多層ＮＴＣデバイスおよび／またはモノリシックなＮＴＣデバイスにおけるアプリケーション用に開発されたものである。このデバイスは、好ましくは突入電流リミッタ（ＩＣＬ）である。

【0009】

上記のＮＴＣセラミックは、２５℃の温度でｍΩ領域の電気抵抗を有する。代替として、または追加的にこのＮＴＣセラミックは、室温でｍΩ領域の電気抵抗を有する。室温とは通常は居住空間に行き渡っている温度であると理解される。上述の電気抵抗は、好ましくは、２５℃の環境温度での、無負荷の電子デバイスの外部接続部（複数）の間の電気抵抗を表している。

【0010】

たとえば上記のＮＴＣセラミックは、上記の所定の温度では、３０ｍΩ以下の電気抵抗を備え、好ましくは２０ｍΩより小さく、たとえば１４ｍΩ，１５ｍΩ，１６ｍΩ，または１７ｍΩである。この結果このＮＴＣセラミックは、室温あるいは２５℃で極めて小さな電気抵抗を備え、そしこのため非常に高い導電率を備える。以上によりこのＮＴＣセラミックは、高い電流負荷の突入電流リミッタにおける使用にとりわけ良く適合するものである。

【0011】

１つの実施形態例によれば、上記のＮＴＣセラミックは、Ｌａ_{（１－ｘ）}ＥＡ_（ｘ）Ｍｎ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｆｅ_（ａ）Ｃｏ_（ｂ）Ｎｉ_（ｃ）Ｏ_{（３±δ）}の組成を備える。ここで０≦ｘ≦０．５、および０≦（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．５である。ＥＡはアルカリ土類元素を表す。好ましくは、このアルカリ土類元素は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、またはバリウムから選択される。δは、化学当量的な酸素の比率からのずれ（酸素過多あるいは酸素不足）を表す。好ましくは｜δ｜≦０．５である。とりわけ好ましくは｜δ｜＝０である。

【0012】

この組成により準備されるＮＴＣセラミックは、特別に大きな導電率および充分なＢ定数を特徴とする。このセラミックの厚さおよび断面すなわち面積によって、抵抗および通電容量をさらに変化させそして制御することができる。

【0013】

１つの態様によれば、温度測定用の１つの電子デバイスが提示される。本電子デバイスは、好ましくは突入電流制限器である。本電子デバイスは、少なくとも１つの機能層または活性層を備える。この機能層は、上述のＮＴＣセラミックから成っている。好ましくはこの機能層は、このＮＴＣ層から成っている。

【0014】

本デバイスは、このＮＴＣセラミックにより、その高い導電率および充分なＮＴＣ効果（Ｂ定数）を特徴とする。以上により、突入電流の制限用の、簡単で、そして安価なデバイスを準備することができ、このデバイスは、これらのアプリケーションで要求されているように、低電圧かつ大電流で動作することができる。

【0015】

上記のｍΩ領域の小さな電気抵抗によって、具体的には、たとえばそれぞれのアプリケーションにおいてこの電子デバイスと直列に回路接続されている電気的負荷の充分に大きな突入電流を供給することができ、ただしたとえば始動ステップの際の電圧が他の重要な電子部品の電源用になお充分に高くなる程度に、この突入電流が制限されるようになっている。このデバイスを用いて、好適に、この負荷の始動ステップの際の電圧低下が、このデバイスの無い負荷と比較して約１Ｖ低減される。

【0016】

これは本電子デバイスの自動車分野でのアプリケーション、具体的には自動車での電気スタータモータ（「スタート／ストップシステム」用の突入電流リミッタとして使用する際に有利であり、あるいは重要なものであり得る。この突入電流が充分にあるいは適切に制限されない場合、車載電源電圧は、ＡＢＳおよびＥＳＰのような他の安全に関連する用途に、期待される電圧をもはや供給することができない程度まで低下し得る。この観点において、本電子デバイスは、安全性の面に対して、および／または道路交通におけるエネルギー効率に対して貢献するものである。

【0017】

１つの実施形態例によれば、本電子デバイスの初期状態における少なくとも１つの機能層の電気比抵抗は、０．１Ωｃｍ～２．０Ωｃｍとなっている。好ましくは、本電子デバイスの初期状態におけるこの少なくとも１つの機能層のこの電気比抵抗は、０．１Ωｃｍ～１．０Ωｃｍ、たとえば０．３Ωｃｍとなっている。

【0018】

ここでこの初期状態は、デバイスの温度が２５℃および／または室温でのものを表している。初期状態とは、たとえばデバイスに電力が全く印加されていない、無負荷の状態であってよい。

【0019】

１つの実施形態例によれば、本デバイスは、１．０ｍｍ以下、たとえば０．５ｍｍの厚さを有する。これによりコンパクトで小さなデバイスが提供され、このデバイスは様々な組込み状態のアプリケーションで使用することができる。

【0020】

１つの実施形態例によれば、本デバイスは１つのモノリシックなデバイスである。好ましくは本デバイスは、円盤形状または小板形状に形成されている。本デバイスは、１つの基盤の形態で形成されていてよい。好ましくは本デバイスは、丁度１つの機能層を備える。この機能層は、１．０ｍｍ以下、たとえば０．３ｍｍの厚さを有する。この機能層上には、１つのメタライジング部が配設されている。このメタライジング部は、好ましくは銀を含んでいる。この代替としてこのメタライジング部は、銅または金を含んでいてもよい。好ましくは本デバイスの接続は、金属部材、たとえばリードを介して行われる。このリードは、たとえばこのデバイスの外側ではんだ付けされていてよい。以上により１つの突入電流リミッタをコンパクトで安価なモノリシックなデバイスの形態（小円盤、小板、等）で提供することができる。

【0021】

１つの実施形態例によれば、本デバイスは１つの多層デバイスである。たとえば本デバイスは、１つの積層体となるように上下に重なって配設された複数の機能層、たとえば１０，３０，または５０の機能層を備える。さらに本デバイスは、複数の第１の内部電極および第２の内部電極を備え、ここでこれらの第１および第２の内電極の各々は、２つの隣接する機能層の間に配設されている。これらの第１の内部電極は、第１の外部接続部と電気的に導通して接続されており、これらの第２の内部電極は、第２の外部接続部と電気的に導通して接続されている。好ましくはこれらの外部接続部は、銀を含む。しかしながらこれらの外部接続部は、銅または金を含んでもよい。

【0022】

上記の機能層（複数）は、特に、上記の第１および第２の外部接続部が初期状態においても、また本電子デバイスの高温状態においても、これらの機能層を介して互いに電気的に導通して接続されているように、これらの機能層は小さな電気比抵抗を有するように構成されて形成されている。

【0023】

この高温状態とは、この電子デバイスのその初期状態よりも高い温度でのこのデバイスの状態を意味している。上記の初期状態と上記の高温状態との間の温度範囲は、たとえば－５５℃～＋１８０℃に渡るどのような温度範囲であってよく、すなわちこの範囲に渡るものであってよい。好ましくは、上記の初期状態と上記の高温状態との間の温度範囲は、－４０℃～＋１５０℃の範囲に渡っていてよい。さらに、本電子デバイスは、１つのＮＴＣデバイスであり、すなわち負の温度係数を有する１つの高温導体デバイスである。この観点から、本電子デバイスの高温状態とは、好ましくはたとえば印加された電力によって加熱された本電子デバイスの１つの状態を表すものである。さらにこの高温状態とは、好ましくはこのデバイスの１つの一定した温度状態であってよい。

【0024】

上記の第１の外部接続部と上記の第２の外部接続部との間の電気的に導通した接続によって、特に本電子デバイスの上記の初期状態においては、たとえば２５℃での初期状態においてΩまたはｋΩ領域の電気抵抗を有する従来のＮＴＣデバイスに対して、たとえば本電子デバイスに対して適宜直列に回路接続されて用いられる１つの電気的負荷の突入電流を、スイッチオン時の電圧が他の重要な電子部品の電源用にはまだ十分に高くなっている程度に制限することができる。

【0025】

１つの実施形態例によれば、本デバイスは少なくとも１つのヒートシンクに熱的に結合されている。これは本デバイスの動作中での本デバイスの加熱を制限するために寄与するものである。好ましくは以上により、始動および／またはピーク温度での加熱が制御あるいは制限される。以上により本デバイスの機能性および長寿命性が向上される。上記のヒートシンクは、たとえば銅を含む。たとえばこのヒートシンクは、銅板である。

【0026】

１つの態様によれば、１つの電子デバイスを製造するための方法が示される。好ましくは、この方法によって上述のデバイスが製造される。上記のデバイスおよび／または上記のＮＴＣセラミックに関して記載された全ての特徴は、この方法に対しても適用されるものであり、またこの逆も成り立つものである。

【0027】

本方法は、以下の処理ステップを備える。
－セラミック粉末を準備するステップ。たとえばＬａ_２Ｏ_３，ＳｒＣＯ_３，およびＭｎ_３Ｏ_４が準備され、そして化学等量的な量で計量される。しかしながらこのセラミック粉末用に他の材料も考えられる。
－このセラミック粉末をか焼するステップ。たとえばこの粉末は、か焼処理において６時間にわたって９００°に加熱される。この際ＣＯ2が逃げ出すことができ、そして個々の原材料が反応して所望の化学結合となるようにすることができる。
－顆粒材を生成するために上記セラミック粉末を水と混合するステップ。この水との混合およびこれに続く粉砕は、充分な焼結活性を得るために用いられる。この水を蒸発させた後に、上記の顆粒材を生成するために、好ましくは結着剤が添加される。
－この顆粒材をプレスするステップ。たとえばこのステップにおいて、円柱形状のデバイスが乾燥プレスによって生成される。
－結着剤を燃やし尽くすステップ（脱炭）。この結着剤は、好ましくは４００～５００℃で燃やし尽くされる。
－上記の顆粒材を焼結するステップ。このステップにおいては、上記の顆粒材あるいはこの顆粒材からプレスされたデバイスは、たとえば１２５０℃で焼結される。
－この焼結された基体を銀ペーストを用いて接続するステップ。

【0028】

上記の方法によって、突入電流の制限用に使用することができる、コンパクトで安価なデバイスが製造される。このデバイス（ＮＴＣセラミック）の非常に大きな導電率によって、上記の突入電流リミッタは、安価でモノリシックなデバイス（小円盤、小板、等）として実現することができる。

【0029】

もう１つの態様によれば、１つの電子デバイスを製造するための方法が提示される。好ましくは、この方法によって上述のデバイスが製造される。上記のデバイスおよび／または上記のＮＴＣセラミックに関して記載された全ての特徴は、この方法に対しても適用されるものであり、またこの逆も成り立つものである。

【0030】

本方法は、以下の処理ステップを備える。
－機能層を形成するためのグリーンシート（複数）を準備するステップ。これらのグリーンシートは、好ましくは上述のＮＴＣセラミック材料を含む。具体的にはこれらのグリーンシートはＮＴＣセラミックまたはＮＴＣセラミック層の製造用である。これらのグリーンシートは、好ましくは、たとえば焼結されていない１つの原材料から成る層（複数）である。
－グリーンシート（複数）に内部電極（複数）を設けるステップ。これらのグリーンシートは、好ましくはそれぞれ少なくとも１つの内部電極または内部電極層によって印刷されている。これらの内部電極は、たとえばシルクスクリーン印刷によって、これらのグリーンシート上に印刷されてよい。
－これらの内部電極が設けられているグリーンシート（複数）を１つの積層体となるように積層するステップ。この積層は、好ましくは、上記の内部電極（複数）がそれぞれ２つの隣接するグリーンシートの間に配設されるように行われる。
－この積層体をプレスするステップ。好ましくはこの積層体は１つのブロックとなるようにプレスされる。この処理は、たとえばさらにこのブロックを部分ブロック（複数）に個々に分離することを含む。好ましくはこのブロックは、このブロックを個々に分離するために裁断される。
－１つの好ましい実施形態においては、上記の積層体あるいは上記のプレスされたブロックは、続いて熱的に処理される。この熱的処理は、たとえば上記の積層体あるいは上記のブロックの脱炭を含む。１つの好ましい実施形態においては、上記の積層体あるいはブロックは、この熱的処理の際に焼結される。この焼結は、好適には上記の脱炭の後に行われる。
－上記の積層体あるいは上記のブロックに外部接続部（複数）を設けるステップ。これらの外部接続部は、好ましくは銀、銅、または金を含む。

【0031】

上記の方法によって、突入電流を制限するために使用することができるデバイスを製造することができる。このデバイスの機能層（ＮＴＣセラミック）の非常に大きな導電率によって、とりわけ効果的な突入電流リミッタを提供することができる。

【0032】

もう１つの態様によれば、少なくとも１つの電子デバイスを有する１つのシステムが開示される。このデバイスは、好ましくは上述のデバイスに相当している。上記のデバイスに関して記載された全ての特徴は、このシステムに対しても適用されるものであり、またこの逆も成り立つものである。

【0033】

本システムは、２つ以上のデバイス、たとえば３つの電子デバイスを備えてもよい。これらの複数あるいは大部分のデバイスは、互いに並列に回路接続されている。さらに本システムは、１つの負荷装置を備え、この負荷装置は、上記の電子デバイスに対して直列に電気的に回路接続されており、上記の電子デバイスと共に環境温度に曝露されている。さらに本システムは適宜、１つの電力源を備えてよく、この電力源は、上述の突入電流を供給するように構成されている。

【0034】

本システムは、加熱時間、すなわち上記の負荷装置の突入電流が上記の電子デバイスを定常状態の温度まで加熱する時間が、この負荷装置の電気的な立上り時間に合わせられるように構成されている。この電気的な立上り時間は、いつ上記の突入電流が上記の負荷装置の公称電流まで低下するかを決定している。

【0035】

上記の定常状態の温度は、好ましくは本電子デバイスの上述の高温状態の温度となっている。さらに、上記の定常状態の温度は、好ましくは、代替としてまたは追加的に、本システムの１つの平衡温度および／または１つの動作温度を表している。上記の定常状態の温度は、好ましくは１２０℃となっている。

【0036】

上記の立上り時間への上記の加熱時間の合わせ込みによって、あるいはこの逆によって、たとえば上記の加熱時間が電気的な立上り時間に対して短か過ぎると評価されている場合に対して、電気的に本システムまたは上記の負荷装置と相互作用する、他の部品の損傷を防止することができる。さらに上述の合わせ込みによって、たとえば上記の加熱時間が電気的な立上り時間に対して長すぎると評価されている場合に対して、上記の負荷装置の適切な許容され得る動作を、たとえば上述の、本システムまたはこの負荷装置と相互作用する、他の部品と協働して実現することができる。上述した他の部品は、上記したように、ＡＢＳまたはＥＳＰシステム等の自動車の車載電源の電気部品であってよい。

【0037】

上記の加熱時間は、好ましくは、または好適には、上記の立上り時間に等しいかまたは僅かにこれより短くなっている。全体として、本電子デバイスおよび／または本システムは、好ましくは、上記の加熱時間および上記の立上り時間が少なくとも概ね等しくなるように構成されている。

【0038】

実施形態例とこれに付随する図を参照して、本発明を以下に詳細に説明する。

【0039】

以下に説明する図面は、寸法を正確に示すものではない。むしろより見易いように、個々の寸法は、拡大、縮小、または歪んで表示されていることがあり得る。

【0040】

互いに同じ要素、または同じ機能を担う要素は、同じ参照番号で示されている。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】１つの電子デバイスの概略断面図を示す。

【図2】もう１つの実施形態による電子デバイスの概略側面図を示す。

【図3】図１または２に示す１つのデバイスおよび１つの負荷装置を備える１つのシステムの概略図を示す。

【図4】本電子デバイスの回路接続有り／無しの場合の、１つの負荷装置の突入電流変化を示す。

【発明を実施するための形態】

【0042】

図１は、１つの電子デバイス１０の概略断面図を示す。本電子デバイスは、好ましくは１つのＮＴＣデバイスである。電子デバイス１０は、好ましくは突入電流リミッタとして使用され、具体的には自動車用の「スタート／ストップシステム」における電気スタータモータ用に使用される。

【0043】

この実施形態例においては、本デバイス１０は１つの多層デバイスである。このデバイス１０は、複数の第１の内部電極１を備える。このデバイス１０は、複数の第２の内部電極２を備える。これらの第１および第２の内部電極１，２は、交互に重なって配設されている。これらの第１および第２の内部電極１，２は、好ましくは同様に形成されている。さらに第１の内部電極（複数）１は、この電子デバイス１０を上面から見ると、たとえば１つの電気的に活性な領域である重なり領域を形成するために、第２の内部電極（複数）２と重なっている。

【0044】

さらにこの電子デバイス１０は、１つの第１の外部接続部１１を備える。この第１の外部接続部１１は、この電子デバイス１０の１つの第１の側面に配設されている。第１の内部電極（複数）１は、第１の外部接続部１１と電気的に導通するように接続されている。好ましくはこの第１の外部接続部１１は、銀を含む。

【0045】

さらにこの電子デバイス１０は、１つの第２の外部接続部１２を備える。この第２の外部接続部１２は、この電子デバイス１０の１つの第２の側面に配設されている。この第２の側面は、上記の第１の側面の反対側にある。第２の内部電極（複数）２は、第２の外部接続部１２と電気的に導通するように接続されている。好ましくはこの第２の外部接続部１２は、銀を含む。

【0046】

電子デバイス１０は、複数の機能層すなわち活性層３を備える。これらの機能層３は、上下に重なって１つの積層体となるように配設されている。上記の内部電極１，２およびこれらの機能層３は、具体的には交互にあるいは交代して１つの積層体となるように配設されている。第１および第２の内部電極（複数）１，２の各々は、２つの隣り合う機能層３の間に配設されている。

【0047】

それぞれの機能層３は、１つのセラミック材料を含む。具体的には、機能層３は、１つのＮＴＣセラミックを含む。 それぞれの機能層３は、上記のＮＴＣセラミックからなっている。このＮＴＣセラミックは以下の化学式の組成を備える。Ｌａ_{（１－ｘ）}ＥＡ_（ｘ）Ｍｎ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｆｅ_（ａ）Ｃｏ_（ｂ）Ｎｉ_（ｃ）Ｏ_{（３±δ）}。

【0048】

上式で０≦ｘ≦０．５、および０≦（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．５である。ＥＡは、アルカリ土類元素、たとえばＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，またはＢａを表す。δは、化学当量的な酸素の比率からのずれ（酸素過多あるいは酸素不足）を表す。好ましくは｜δ｜≦０．５であり、とりわけ好ましくは｜δ｜＝０である。たとえば、上記のＮＴＣセラミックは、Ｌａ_０．９５Ｓｒ_０．０５ＭｎＯ_３の組成を備える。

【0049】

機能層（複数）３は、好ましくは同様に、または類似して形成されている。それぞれの機能層３は、厚みすなわち垂直方向の大きさ（以下では層厚と称する）を有する。機能層（複数）３の層厚は、好ましくは１０μｍ～１００μｍ，または１０μｍ～５０μｍとなっており、たとえば４０μｍとなっている。それぞれの機能層３の層厚は、それぞれの機能層３が所定のあるいは特定の抵抗を備えるように設定されている。具体的にはこの機能層３の層厚によって、この機能層３の抵抗および通電容量を変化させ、そして調節することができる。

【0050】

それぞれの機能層３は、１つの決まった面積または１つの決まった断面積（以下では「水平方向の大きさ」と称する。）を備える。この水平方向の大きさは、この機能層３の幅および長さによって決定される。この幅は好ましくは、４．０～５．０ｍｍとなっており、たとえば４．８ｍｍである。この長さは好ましくは、５．０～６．０ｍｍとなっており、たとえば５．６ｍｍである。

【0051】

それぞれの機能層３の水平方向の大きさは、それぞれの機能層３が所定のあるいは特定の抵抗を備えるように設定されている。具体的にはこの機能層３の水平方向の大きさによって、この機能層３の抵抗および通電容量を変化させ、そして調節することができる。好ましくはこのそれぞれの機能層３の電気抵抗は、２５℃の温度では、ｍΩ領域にあり、たとえば１５ｍΩまたは２０ｍΩとなっている。換言すれば、この機能層３は、好ましくは、２５℃の温度で１つの非常に小さな電気抵抗を有し、これにより１つの非常に大きな導電率を有する。

【0052】

それぞれの機能層３の所定の水平方向および／または垂直方向の大きさを選択することにより、電流負荷容量および／または通電容量を、たとえば従来のＮＴＣデバイスに対して、数百Ａの電流値まで大きくすることができる。

【0053】

好ましくは、本電子デバイス１０の第１および第１の外部接続部１１，１２が、本電子デバイスの初期状態においても、また高温状態（動作状態）においても、これらの機能層３を介して電気的に導通して互いに結合されているように、これらの機能層３は形成されている。

【0054】

本電子デバイス１０のそれぞれの機能層３の初期状態における電気比抵抗は、たとえば２５℃の温度で、好ましくは０．１Ωｃｍ～０．２Ωｃｍとなっており、たとえば０．１４５Ωｃｍとなっている（ここで表１も参照）。

【0055】

機能層３のＢ定数（サーミスタ定数）は、好ましくは３０００Ｋより小さくそして１５００Ｋより大きくなっており、たとえば１６５０～１７５０Ｋ、好ましくは１７００Ｋとなっている（ここで表１も参照）。

【0056】

上述の初期状態は、好ましくは本電子デバイスの温度が２５℃および／または室温でのものを表している。上記の高温状態とは、好ましくは本電子デバイス１０の温度が、上記の初期状態での本電子デバイス１０の温度よりも高いことを表している。この高温状態は、好ましくは本電子デバイス１０が動作温度にあると見做される動作状態である。この動作温度は、１つの定常的な温度、たとえば負荷時のデバイス１０の定常状態の温度であってよい。これに対して上記の初期状態は、好ましくは本デバイス１０の無負荷時の状態を表している。

【0057】

上記の初期状態と上記の高温状態との間の温度範囲は、たとえば－５５°～＋１８０℃の温度範囲に渡り得る。とりわけ好ましくは、上記の初期状態と上記の高温状態との間の温度範囲は、－４０℃～＋１５０℃の領域に渡っていてよい。

【0058】

デバイス１０のその動作中の加熱を制限するために、このデバイス１０は１つのヒートシンクに熱的に結合されていてよい。このヒートシンクは、たとえば銅板を備えてよい。このヒートシンクを用いて、始動時およびピーク温度での加熱を制御あるいは制限することができる。

【0059】

図１に示すものと異なり、本電子デバイス１０は、１つのとりわけ好ましい実施形態例においては、１つの小円盤または１つの基板の形態で実装されていてよい（図２参照）。具体的にはこのデバイス１０は、この実施形態例においては１つのモノリシックなデバイスである。

【0060】

本デバイス１０は、この実施形態例においては、ただ１つの機能層すなわち活性層３を備える。この機能層３は、１つの外部メタライジング部を、たとえば１つの第１の外部接続部１１および１つの第２の外部接続部１２の形態で備える。これらの外部接続部１１，１２は、たとえばこの機能層３の対向している側面（複数）に配設されている。しかしながら代替としてこれらの外部接続部１１，１２は、図２に示すように、この機能層の上面および下面に配設されていてもよい。これらの外部接続部１１，１２は、好ましくは銀を含む。このデバイス１０の電気的な接続は、たとえばはんだ付けされた導電性のリード（不図示）を用いて行われる。

【0061】

この実施形態例における機能層３は、たとえば１５ｍｍより小さい直径、たとえば１０ｍｍの直径を有する。この機能層３は、好ましくは０．５ｍｍより小さい厚さ、たとえば０．１ｍｍ、とりわけ好ましくは０．３ｍｍの厚さを有する。既に図１を参照して説明したように、この機能層３の厚さによって、この機能層３の抵抗および通電容量を変化させることができる。

【0062】

図２に示すデバイス１０は、図１を参照して説明したデバイス１０よりも小さな厚さすなわち垂直方向の大きさを備える。メタライジング部および接続部を有する完成したデバイス１０は、たとえば０．５ｍｍ以下の厚さを備える。

【0063】

本電子デバイス１０の初期状態における機能層３の電気比抵抗は、既に図１を参照して説明したように、好ましくは０．１Ωｃｍ～０．２Ωｃｍとなっており、たとえば０．１４５Ωｃｍとなっている（ここで表１も参照）。以上によりこの機能層３は、室温あるいは２５℃で、非常に小さな抵抗を備え、そしてこの結果非常に大きな導電性を備える。以上により、突入電流の制限用の、簡単で、そして安価なデバイスを実現することができ、このデバイスは、これらのアプリケーションで要求されているように、低電圧かつ大電流で動作することができる。

【0064】

本電子デバイス１０の電流負荷容量および／または通電容量は、複数の図２に示すデバイス１０の並列接続によって、さらに強化することができる。たとえば、通電容量をさらに大きくし、そして電気抵抗を下げるために、３つのデバイス１０が並列に回路接続されてよい。

【0065】

図２に示すデバイス１０の他の全ての特徴、具体的にはその機能性および機能層３の構成（ＮＴＣセラミック）は、図１を参照して説明した特徴と同様である。

【0066】

図２に示すデバイス１０は、たとえば以下のように製造される。ここでは、例示的に、Ｌａ_０．９５Ｓｒ_０．０５ＭｎＯ_３の組成を備える機能層３を有するデバイス１０を説明する。当然ながら、これに関しては、上記の式で示すＮＴＣセラミック以外の組成も可能である。

【0067】

このデバイス１０の製造は、いわゆる「混合酸化物処理」によって行われる。この処理では、まずＬａ_２Ｏ_３，ＳｒＣＯ_３，およびＭｎ_３Ｏ_４が、化学等量的に計量され、そして湿式粉砕される。この粉砕は、遊星ボールミルで、ＺｒＯ_２から成る粉砕ビーズを用いて行われる。この粉砕の経過は、結晶粒サイズの分布を監視することによって制御され、そしてｄ（９０％）＜１．５μｍの場合に終了する。

【0068】

続いてこのスラリーは乾燥され、そして篩過される。ここで得られた粉末は、か焼処理において６時間にわたって９００°に加熱される。この際生成されたＣＯ2が逃げ出すことができ、そして個々の原材料が反応して所望の化学結合となるようにすることができる。この反応が完全であることは、ＸＲＤ分析を用いて検査されて確認される。

【0069】

充分な焼結活性を得るために、上記の粉末は新たに水と混合され、そして中程度の結晶粒サイズ０．５μｍとなるまで粉砕される。水を蒸発させたのち、この粉末は、乾式プレスに適した顆粒材が生成されるように、適合した結着剤と混合される。ここで円柱形状のデバイスがタブレットプレスによって製造され、そして続いて加熱炉で１２５０℃で焼成される。

【0070】

高密度焼結されたデバイスは、この後適宜グラインディングされ、そして銀ペーストを用いて接続させられる。完成したデバイスについて、－３０℃～＋１８０℃の温度範囲で抵抗が測定される。

【0071】

上述の製造方法で製造された３つのデバイス１０の測定結果が表１に示されている。この表１は、具体的にはそれぞれのデバイス１０の焼結密度、２５℃での比抵抗、ならびにＢ定数を示している。

【0072】

表１：上述の製造方法による３つのデバイスの測定結果

【0073】

以下に表２は、セラミック組成の他の実施例を示す。ここでは同様な製造条件下での様々なセラミック組成が検査されている。

表２：ＮＴＣセラミックの組成の範囲からの様々な処方のもの測定結果。

【0074】

図３は、１つのシステム２００を示し、このシステムにおいては、本発明による電子デバイス１０が、１つの電気的負荷装置２０と直列に回路接続および／または配設されている。

【0075】

このシステム２００においては、本電子デバイス１０およびこの負荷装置２０の１つの共通な環境温度では、上記の加熱時間、すなわちこの負荷装置２０の突入電流が本電子デバイス１０あるいは本構成体１００を１つの定常的な温度に加熱するかまたは加熱した時間は、好ましくはこの負荷装置２０の電気的立上り時間に合わせ込まれている。この電気的立上り時間は、この負荷装置２０の突入電流がいつその公称電流まで低下するかを決定している。たとえばこの立上り時間は、約５０ｍｓとなっている。上記の定常的な温度は、たとえば、本デバイス１０に供給される電力が熱伝導および／または熱放射を介して外部環境に放出され、本デバイス１０の温度がさらに上昇しないような状態であることを表している。

【0076】

本システム２００の１つの例示的な実施形態においては、上記の加熱時間および上記の電気的な立上り時間は等しくなっている。本システム２００のもう１つの例示的な実施形態においては、上記の加熱時間および上記の電気的な立上り時間は０．５～１．５の比で相互に密接に関連している。

【0077】

以上のような合わせ込みにより、具体的には本システム２００の動作は、たとえば自動車における突入電流リミッタとして最適化することができる。

【0078】

以上より本システム２００はさらに、１つの電力源（図には明示されていない）を備えてよく、この電力源は、好適には、上述の突入電流を提供するように構成されている。

【0079】

図４は、突入電流リミッタが有り／無しの場合の負荷装置２０の電気的な突入電流変化を示す。この負荷装置２０は、好ましくは自動車の１つの電気的なスタータモータである。ここでは例示的に、図２に示すデバイス１０が負荷装置２０に対して直列に回路接続されている。この結果、デバイス１０は、例示的に上述のＮＴＣセラミックから成る１つの機能層３を有する小円盤として実装されたデバイス１０となっている。この機能層３は、ここでは１０ｍｍの直径および０．１ｍｍの厚さを備える。当然ながら本デバイス１０の他の直径および他の厚さあるいは他の構造も有り得、たとえば図１に示す構造もあり得る。

【0080】

図４には、電流（Ｉ）が、時間に対して記載されている（左側の縦軸参照）。ここで０秒の時刻は、スイッチオン時の瞬間に対応している。さらに、右側の縦軸には、本電子デバイス１０に印加される電圧（Ｕ）が記載されている。

【0081】

点線はそれぞれ、突入電流リミッタとして本デバイス１０が直列に接続されている場合の電流変化あるいは電圧変化を表し、これに対し連続した線は、本デバイス１０の無い、すなわち突入電流の制限の無い場合に対応する負荷装置２０の電圧変化を表している。

【0082】

突入電流Ｉがスイッチオンの直後に、すなわちたとえばスイッチオン後の最初の１０ｍｓで、本デバイス１０が突入電流リミッタとして直列に回路接続されている場合と比較すると、顕著に大きくなっていることが分る。

【0083】

これに対応して、スイッチオン直後の電圧降下が、たとえば最初の４０ｍｓ内では、突入電流リミッタが無い場合は、突入電流リミッタがある場合よりも大きくなっている。具体的には電圧Ｕは、突入電流リミッタ無しでは、スイッチオン直後に１２Ｖから約６．５Ｖに降下する。本デバイス１０を用いて、始動ステップの際の電圧低下が、デバイス１０の無い負荷装置２０と比較して約１V低減される。デバイス１０を用いることで、スイッチオン直後に、電圧Ｕは具体的には１２Ｖから７．４Ｖに降下する。

【0084】

本発明は上記の実施形態例を参照した説明によって限定されない。むしろ本発明は、特に請求項中の特徴の組み合わせそれぞれが含むいかなる新規な特徴、並びにいかなる新規な特徴の組み合わせをも、たとえその特徴またはその組み合わせがそれ自体として請求項または実施例に明示されていなくとも、含むものである。

【符号の説明】

【0085】

１ ： 第１の内部電極
２ ： 第２の内部電極
３ ： 機能層／活性層
１０ ： 電子デバイス
１１ ： 第１の外部接続部
１２ ： 第２の外部接続部
２０ ： 負荷装置
２００ ： システム

Ｉ ： 電流変化
Ｕ ： 電圧変化

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】