JP2018522425A - 電子デバイスを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

１つの電子デバイスを製造するための方法は、１つの担体部材（１０）を準備するステップ、ならびに１つの温度依存抵抗を備える１つの材料を準備するステップを含む。１つの抵抗層（２０）を生成するために、この材料は、担体部材（１０）の表面（Ｏ１０）上に取り付けられる。これに続いて、この担体部材（１０）に抵抗層（２０）を固着するために、この抵抗層（２０）の焼結が行われる。【選択図】 図２Ａ

Description

本発明は、電子デバイスを製造するための方法に関し、具体的には温度依存の抵抗特性を有する電子デバイスを製造するための方法に関する。さらに本発明は、電子デバイスに関し、具体的には温度依存の抵抗特性を有する電子デバイスに関する。

温度の測定のために、温度依存の抵抗特性を有する電子デバイスを使用することができる。ＮＴＣデバイスでは、その電気抵抗がたとえば温度上昇と共に低下する。このような電子デバイスは、その抵抗値が周辺温度に依存している材料を含んでいる。この温度感受性のある抵抗材料は、通常このデバイスのハウジング内、たとえばＳＭＤハウジング内に配設されている。基体の温度を測定するために、このデバイスは、通常そのハウジングと共に、この基体の表面上に配設されている。

このような構成の欠点は、上記の温度依存の抵抗特性を有する上記の材料の、その温度が検出されなければならない上記の基体への熱的結合が、このデバイスを包囲するハウジングのために最適とはなっていないことである。たとえば上記の温度感受性のある材料と上記のデバイスのハウジングとの間には空隙が存在しており、この空隙によって上記の基体の表面からこの温度感受性のある材料への熱伝導が影響を受け、ひいては温度測定が歪変されたものとなる。

本発明の目的は、電子デバイスを製造するための方法であり、この電子デバイスでは、その抵抗に関する温度感受性のある材料の、その温度特性が検出されなければならない基体の表面への結合が改善されている。さらに１つの電子デバイスが提示され、この電子デバイスでは、その抵抗に関する温度感受性のある材料の、その温度特性が検出されなければならない基体の表面への結合が改善されている。

このような電子デバイスを製造するための１つの方法の１つの実施形態が請求項１に提示されている。この方法は、１つの担体部材を準備するステップと、１つの温度依存抵抗を備える１つの材料を準備するステップとを含む。この材料は、１つの抵抗層を生成するために、この担体の表面上に取り付けられる。この抵抗層を上記の担体部材に固着するために、この抵抗層は続いて焼結される。

１つの基体の表面温度、たとえば１つの容器の表面温度が測定されることになる場合には、このデバイスの基体と温度依存抵抗層との間に１つの電気絶縁部があることが必要である。さらに、その温度が測定されなければならない、この基体の表面と、この抵抗層の温度感受性のある材料との間には、良好な熱伝導性が存在していなければならない。したがって、好ましくは上記の担体部材用に非導電性の材料が使用される。上記の抵抗層用には、導電性のセラミック、たとえばＮＴＣデバイスの場合には、１つのＮＴＣサーミスタ材料を用いることができる。

１つの非導電性の担体材料を１つの導電性のセラミックと組み合わせることによって、ここで提示する方法を用いて温度感受性のある電子デバイス用の新しい製造方法がもたらされ、この製造方法を用いて、その抵抗層がこの担体部材を介して良好に基材と結合することができる電子デバイスを製造することができる。

上記の抵抗層用には、好ましくは１つの非導電性の材料が使用される。たとえば１つのか焼された金属酸化物粉末が用いられてよい。この出発材料から、１つのシルクスクリーン印刷可能なセラミックペーストが製造される。このペーストは、上記の担体部材上に、任意のパターン（複数）の形状で塗布することができる。これらのパターンは、たとえば上記の担体部材の材料上に印刷することができる。この印刷の時点では、上記の抵抗層の温度感受性のある材料は、まだその最終的な特性を有していない。この材料は、この最終的な特性を上記の焼結処理の後に漸く獲得する。

１つの温度依存抵抗を備える、１つの焼結されていない材料と、この材料が上記のペーストを印刷した後で焼結処理によって漸く固着される１つの担体部材と、から成るこのような構成体は、ペースト、具体的には焼結されたペースト（複数）が使用された場合には、顕著に大きな剛性を備え、これらはこの担体部材への取り付けの際に既にその最終的な特性を有している。この温度依存の抵抗を有する材料を上記の担体部材上に印刷することによって、複雑な抵抗パターンを実現することができる。さらに本方法は、小型化の利点を提供する。

ここで提示する製造方法を用いて、こうして１つの温度センサ素子を実現することができ、その感知セラミック層を、焼結処理によって、導電性は無いが、しかしながら高い熱伝導性の、上記の担体部材の材料にしっかりと結合することができる。以上により温度測定アプリケーション（複数）に使用することができ、これらの温度測定アプリケーションでは、温度センサ素子の平坦な表面を介した結合が行われ、ここで最大の熱的結合が行われ、そして熱質量を極小化することができる。

このような電子デバイスの１つの実施形態が本願の請求項１１に提示されている。この電子デバイスは、１つの担体部材と、温度依存抵抗を備える１つの材料から成る１つの抵抗層と、を備える。この抵抗層は、この担体部材の表面上に配設されており、そして焼結処理によってこの担体部材に結合されている。

上記の電子デバイスを製造するための方法ならびにこの電子デバイスの、さらなる実施形態が従属請求項に示されている。

上記の電子デバイスを製造するための方法の実施例ならびに上記の電子デバイスの実施形態を示す図を参照して、以下に本発明を詳細に説明する。

１つの温度感受性のある電子デバイスを製造するための方法の１つの実施形態を示す。 １つの温度感受性のある電子デバイスの１つの実施形態を示す。 １つの温度感受性のある電子デバイスのもう１つの実施形態を示す。 １つの温度感受性のある電子デバイスのもう１つの実施形態を示す。 １つの温度感受性のある電子デバイスのもう１つの実施形態を示す。

図１は、１つの温度感受性のある電子デバイス１を製造するための方法の１つの実施形態を示す。この電子デバイス１の異なる実施形態が、これ以降の図２Ａ，２Ｂ，３Ａ，および３Ｂに示されている。本発明による方法が、図１を参照して以下に説明され、ここでこの方法の図２Ａ〜３Ｂに示す実施形態についても参照する。

方法ステップＡにおいて、まず１つの担体部材１０が準備される。方法ステップＢにおいて、温度依存抵抗を備える１つの材料がさらに準備される。方法ステップＣにおいて、１つの抵抗層２０を生成するために、この材料が担体部材１０の表面Ｏ１０上に取り付けられる。これに続いて方法ステップＤにおいて、担体部材１０にこの抵抗層２０を固着するために、この抵抗層２０の焼結が行われる。方法ステップＥにおいて、ここまでに完成されている電子デバイスに、このデバイスの抵抗層２０に電圧を印加するための電極３０ａ，３０ｂの取り付けが行われる。これらの電極３０ａおよび３０ｂの内の少なくとも１つは、抵抗層２０の表面Ｏ２０上か、または担体部材１０の他の表面Ｕ１０上に配設されてよい。

図２Ａ，２Ｂ，３Ａ，および３Ｂには、図１に概略を示した方法手順で製造されている電子デバイス１の異なる実施形態が示されている。この温度感受性のある電子デバイス１は、担体１０、ならびに１つの温度依存抵抗を備える１つの材料からなる抵抗層２０を備える。この抵抗層２０は、担体部材１０の表面Ｏ１０上に配設されており、そして焼結処理によって担体部材１０に固着されている。

電圧を抵抗層２０に印加するために、図２Ａ〜３Ｂの温度感受性のある電子デバイスは、さらに電極３０ａおよび３０ｂを備える。これらの電極３０ａおよび３０ｂの内の少なくとも１つは、抵抗層２０の表面Ｏ２０上か、または担体部材１０の他の表面Ｕ１０上に配設されている。

方法ステップＡにおいて、好ましくは非導電性の材料からなる担体部材１０が準備される。したがって図２Ａ〜３Ｂに示す電子デバイスの担体層１０は、好ましくはこの担体部材１０用に、非導電性である１つの材料を含む。さらに、この担体部材１０は、方法ステップＡにおいて、好ましくは高い熱伝導特性を備える１つの材料から準備されてよい。この担体部材１０は、たとえば少なくとも１５Ｗ／Ｋの熱伝導率を備える１つの材料から準備されてよい。したがって図２Ａ〜３Ｂに示す電子デバイス１は、好ましくは１つの高い熱伝導率の材料、たとえば少なくとも１５Ｗ／Ｋの熱伝導率を有する１つの材料を備える。

方法ステップＡにおいて、担体部材１０は、たとえば酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムまたはこれらの組合せの材料から準備されてよい。したがって図２Ａ〜３Ｂに示す電子デバイスは、この方法ステップＡに対応して、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムまたはこれらの組合せの材料を含んでよい。担体部材１０は、１００μｍ〜２ｍｍの厚さを備えてよい。

方法ステップＢにおいて、抵抗層２０の材料は、この抵抗層を担体部材１０上に塗布する前に、たとえば焼結されていない１つの材料として準備される。この抵抗層２０の材料は、焼結されていない、１つのか焼された金属酸化物として準備されてよい。具体的にはこの抵抗層２０は、方法ステップＢにおいて、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化銅、酸化亜鉛、またはこれらの組合せ、から成る１つの材料から準備されてよい。

図２Ａ〜３Ｂに示す温度感受性のある電子デバイス１は、この方法ステップＢに対応して、抵抗層２０用の材料として、好ましくは焼結されていない材料を含む。この抵抗層２０は、たとえば焼結されていない、１つのか焼された金属酸化物を含んでよい。具体的にはこの抵抗層２０は、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化銅、酸化亜鉛、またはこれらの組合せを含んでよい。この抵抗層２０は５μｍ〜１５μｍの層厚を有してよい。

本発明による方法の１つの可能な実施形態によれば、まず方法ステップＢにおいて、抵抗層２０を担体部材１０上に取り付ける前に、この抵抗層２０の材料は、まだ焼結されていない、したがってまだその最終的な特性を備えていない、シルクスクリーン印刷可能なセラミックペーストとして準備される。続いて方法ステップＣにおいて、抵抗層２０の実際の焼結の前にこの抵抗層２０の１つのパターンが、この担体部材１０上に印刷されてよい。この抵抗層２０のパターンは、この抵抗層が焼結される前にシルクスクリーン印刷処理を用いて印刷することができ、そしてこの焼結によって上記の担体部材にしっかりと固着される。

上記の印刷可能なペーストは、ＮＴＣ特性を有する、金属酸化物−セラミックの粉末混合物として生成されていてよい。このペーストは、上記の担体部材への塗布の際には、まだ焼結されていないので、この印刷の際には、抵抗層２０の材料はまだその最終的な特性を有していない。この最終的な特性は焼結後に漸く得られるものである。このため上記の温度感受性のある電子デバイスの剛性は、ペーストが使用された場合よりも、既に担体部材１０への塗布の際にその最終的な特性を有するようなペースト、たとえば１つの焼結された材料を含むペーストでは、大きくなっている。このシルクスクリーン印刷可能なセラミックペーストは、担体部材１０の材料上に任意のパタ−ン（複数）を印刷し、そしてこれらのパターンを熱的および機械的に担体部材１０の材料に固着することを可能とする。

その上に上記の温度依存の抵抗層を塗布する基板として、担体部材を使用することにより、上記の温度感受性のある電子デバイスは、大きな機械的剛性を備える。さらにこの電子デバイスは、大きな熱伝導率を有し、そして同時に抵抗層２０の材料と、その上に担体部材１０が取り付けられる１つの基材との間の電気的絶縁を保証する。

図２Ａに示す本発明による電子デバイスの実施形態では、抵抗層２０への電圧の印加のための電極３０ａおよび３０ｂは、この抵抗層２０の表面Ｏ２０上に取り付けられている。これら２つの電極３０ａおよび３０ｂは、たとえば抵抗層２０の上面上に取り付けられていてよい。図２Ｂに示す本発明による電子デバイス１の実施形態では、これらの電極の内の１つ３０ａが、抵抗層２０の表面Ｏ２０上に配設されており、そしてもう１つの電極３０ｂが、担体部材１０の表面Ｕ１０上に配設されている。電極３０ａは、たとえば抵抗層２０の上面上に取り付けられていてよい。電極３０ｂは、担体部材１０の下面上に配設されていてよい。この電極３０ｂは、たとえば担体部材１０を貫通する１つの貫通接続部６０を介して、抵抗層２０と接続されていてよい。これらの電極３０ａおよび３０ｂは、シルクスクリーン印刷処理またはスパッタリング処理を用いて、抵抗層２０の表面Ｏ２０上に、または担体部材１０の表面Ｕ１０上に取り付けることができる。

図３Ａは、図２Ａに示す温度感受性のある電子デバイス１の実施形態を示し、ここで担体部材１０の下面Ｕ１０上に追加的に、１つの基材上にこの電子デバイスを接着するための１つの接着層４０が配設されている。この接着層４０は、たとえば高熱伝導率の接着剤であってよく、担体部材１０の下面Ｕ１０は、この接着剤でコーティングされていてよい。図３Ａに示す実施形態の温度感受性のある電子デバイスの使用の際に、ユーザは、この担体部材１０を、この担体部材１０の下面に取り付けられた接着層４０を用いて、その温度が測定されることになる１つの基体の表面上に、直接接着することができる。この代替としてユーザは、当然ながら担体部材１０の下面Ｕ１０に１つの接着層４０を設けてもよい。

図３Ｂは、図２Ｂに示す温度感受性のある電子デバイス１の実施形態の１つの実施形態を示し、ここで担体部材１０の下面Ｕ１０は、１つの銀層５０でコーティングされている。この銀層５０は、１つの基材の温度を検出するために、この基材上に担体部材１０をはんだ付けすることを可能とする。

１ ： 電子デバイス
１０ ： 担体部材
２０ ： 抵抗層
３０ａ，３０ｂ ： 電極
４０ ： 接着層
５０ ： 銀層
６０ ： 貫通接続部

Claims (15)

1. 電子デバイスを製造するための方法であって、
   １つの担体部材（１０）を準備するステップと、
   １つの温度依存抵抗を備える１つの材料を準備するステップと、
   前記担体部材（１０）上に１つの抵抗層（２０）を生成するために、前記材料を前記担体部材（１０）の表面（Ｏ１０）上に取り付けるステップと、
   前記担体部材（１０）に前記抵抗層（２０）を固着するために、続いて、当該抵抗層（２０）を焼結するステップと、
   を備えることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記抵抗層（２０）に電圧を印加するための電極（３０ａ，３０ｂ）を取り付けるステップを備え、 前記電極（３０ａ，３０ｂ）の内の少なくとも１つは、前記抵抗層（２０）の表面（Ｏ２０）上か、または前記担体部材（１０）の他の表面（Ｕ１０）上に配設される、
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、
   前記担体部材（１０）を、少なくとも１５Ｗ／Ｋの熱伝導率を備える、１つの非導電性の材料から準備するステップを備えることを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法において、
   前記担体部材（１０）を、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムまたはこれらの組合せの材料から、準備するステップを備えることを特徴とする方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法において、
   前記抵抗層を前記担体部材（１０）上に塗布する前に、前記抵抗層（２０）の材料を、焼結されていない１つのか焼された金属酸化物として準備するステップを備えることを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法において、
   前記抵抗層（２０）を、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化銅、酸化亜鉛、またはこれらの組合せ、から成る１つの材料から準備するステップを備えることを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法において、
   前記抵抗層（２０）を前記担体部材（１０）上に取り付ける前に、前記抵抗層（２０）の材料をシルクスクリーン印刷可能なセラミックペーストとして準備するステップと、
   前記抵抗層（２０）の焼結の前に、前記抵抗層（２０）の１つのパターンをシルクスクリーン印刷処理を用いて印刷するステップと、
   を備えることを特徴とする方法。
8. 請求項２乃至７のいずれか１項に記載の方法において、
   シルクスクリーン印刷処理またはスパッタリング処理を用いて、前記電極（３０ａ，３０ｂ）を前記抵抗層（２０）の前記表面（Ｏ２０）上に、または前記担体部材（１０）の前記他の表面（Ｕ１０）上に取り付けるステップを備えることを特徴とする方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法において、
   前記抵抗層（２０）を、前記担体部材（１０）の上面（Ｏ１０）上に取り付けるステップと、
   １つの基材上に前記電子デバイス（１）を接着するために、１つの接着層（４０）を前記担体部材（１０）の下面（Ｕ１０）上に取り付けるステップと、
   を備えることを特徴とする方法。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法において、
    前記担体部材（１０）の上面（Ｏ１０）上に前記抵抗層（２０）を取り付けるステップと、
    １つの基材上に前記電子デバイス（１）をはんだ付けするために、１つの銀層（５０）を前記担体部材（１０）の下面（Ｕ１０）上に取り付けるステップと、
    を備えることを特徴とする方法。
11. 電子デバイスであって、
    １つの担体部材（１０）と、
    温度依存抵抗を備える１つの材料から成る１つの抵抗層（２０）と、
    を備え、
    前記抵抗層（２０）は、前記担体部材（１０）の表面（Ｏ１０）上に配設されており、そして焼結処理によって前記担体部材（１０）に固着されている、
    ことを特徴とする電子デバイス。
12. 請求項１１に記載の電子デバイスにおいて、
    前記抵抗層（２０）に電圧を印加するための電極（３０ａ，３０ｂ）を備え、
    前記電極（３０ａ，３０ｂ）の内の少なくとも１つは、前記抵抗層（２０）の表面（Ｏ２０）上か、または前記担体部材（１０）の他の表面（Ｕ１０）上に配設されている、
    ことを特徴とする電子デバイス。
13. 請求項１１または１２に記載の電子デバイスにおいて、
    前記担体部材（１０）の材料は、非導電性であり、そして少なくとも１５Ｗ／Ｋの熱伝導率を備えることを特徴とする電子デバイス。
14. 請求項１１乃至１３のいずれか1項に記載の電子デバイスにおいて、
    前記担体部材（１０）は、１００μｍ〜２ｍｍの厚さを備え、
    前記抵抗層（２０）は５μｍ〜１５μｍの層厚を有する、
    ことを特徴とする電子デバイス。
15. 請求項１１乃至１４のいずれか1項に記載の電子デバイスにおいて、
    前記担体部材（１０）は、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムまたはこれらの組合せの材料を含み、
    前記抵抗層（２０）は、１つのか焼された金属酸化物を含む、
    ことを特徴とする電子デバイス。

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