JPH03250603A - サーミスタ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は使用温度範囲内における温度上昇にともなって
抵抗値が減少するサーミスタに関する。

特に、サーミスタの素子構造に関する。サーミスタは、
電子機器の温度補償、表面温度測定センサその他に利用
される。

〔概　要〕

本発明は、使用温度範囲内における温度上昇にともなっ
て抵抗値が減少するサーミスタにおいて、電極が接触す
る部分以外のサーミスタ素体の表面をガラス層で被覆し
、電極をメッキにより形成することにより、 ハンダ付着性およびハンダ耐熱性に優れ、かつ抵抗値の
バラツキが小さいサーミスタ素子を提供するものである
。

〔従来の技術〕

サーミスタは、負の大きな抵抗温度係数をもち、使用温
度範囲内における温度上昇にともなって抵抗値が減少す
る。この特性を利用して、例えば通信義器では、発振周
波数の温度補償を行っている。

プリント基板あるいはアルミナ基板などに表面実装され
る従来のサーミスタは、サーミスタ素体の両端に銀−パ
ラジウムを主成分とする電極が形成された構造をもつ。

電極に銀−パラジウムを用いる理由は、プリント基板に
サーミスタをノ＼ンダ付げする際に電極がハンダ中に溶
出して消失することを防止する、すなわちハンダ耐熱性
を得るためである。

銀−パラジウム電極を形成するには、銀−パラジウム・
ペーストにサーミスタ素体の一部を浸漬するなどの方法
が用いられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし従来のサーミスタは、ハンダ耐熱性が不十分であ
り、高温かつ長時間のハンダ付けはできないなど、ハン
ダ付は条件のうえで制約があった。

ハンダ耐熱性を向上させるためには、パラジウム量を増
加させるとよい。しかし、パラジウム量が増加すると、
ハンダ付着性が低下し、サーミスタ電極へのハンダ付着
量が少なくなってしまう。

このため、プリント基板へのサーミスタの固着力が弱く
なったり、サーミスタと回路上の配線との間の電気的接
続が不完全になるなどの問題が生じていた。

ハンダ付着性およびハンダ耐熱性の双方を改善するには
、電極の表面に金属メッキを施す方法が考えられる。し
かし、メッキ処理時にサーミスタ素体が浸食されたり、
素体表面へのメッキ付着が発生する。また、電極とサー
ミスタ素体との界面や素体表面の一部が浸食され、耐湿
性などの信頼性が低下してしまう。

また、サーミスタ素体を銀−パラジウムに浸漬する方法
では、個々の素子に対する銀−パラジウムの付着量にバ
ラツキが生じ、電極の間隔にバラツキが生じてしまう。

この結果、サーミスタの抵抗値分布が広がり、製造ロフ
ト内および製造ロット間のバラツキが大きくなるなどの
問題があった。

本発明は、以上の問題点を解決し、ハンダ付着性および
ハンダ耐熱性に優れ、かつ抵抗値のバラツキを減らすこ
とのできる構造のサーミスタを提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のサーミスタは、電極がそれぞれ電気的に接触す
る部分を除いてサーミスタ素体の表面がガラス層で被覆
され、電極がメッキ層を含むことを特徴とする。

サーミスタ素体の表面をガラス層で被覆したサーミスタ
としては、実開昭６３−６７２０１号公報に開示された
チップ型サーミスタが公知である。この公知技術は、サ
ーミスタ素体が露出していることによる使用中の特性劣
化を防止するためにガラス層を用いるものであり、メッ
キ処理については考慮されていない。

これに対して本発明は、電極表面にメッキを施すことに
よるハンダ付着性およびハンダ耐熱性の改善を目的とす
るものであり、これに付随する問題を解決するた杓にガ
ラス層を利用するものである。

本発明のサーミスタを製造するには、サーミスタ素体の
表面に、電極を形成しようとする部分を除いてガラスペ
ーストを塗布または印刷し、これを焼成してガラス層を
形成する。この後に、ガラス層で被覆されていない部分
に銀を主成分とする電極を形成し、その上にニッケル、
スズなどの金属メッキを施す。

ガラス層の材料としては、軟化点が４００〜１０００℃
の範囲のもので、線熱膨張係数がサーミスタ素体に対し
て４０〜１００％のものが望ましく、特に５０〜９０％
のものが望ましい。

軟化点の範囲は、実際には電極焼成温度との兼ね合いで
決定される。電極に焼付銀を用いるときの焼成温度は６
００〜８５０℃であり、その温度よりガラスの軟化点が
大幅に低い場合には、電極焼成時にガラスが電極表面に
浮き上がり、素子同士または素子と焼成治具との貼り付
きが生じて歩留りが低下することがある。望ましい軟化
点の範囲は、電極焼成温度の±５０℃である。

また、軟化点が１０００℃より高いと、ガラス層を形成
するための温度が実質的に１０００℃を越え、サーミス
タ素体が変質するなどの弊害が発生する。

サーミスタ素体の線熱膨張係数に対してガラスの線熱膨
張係数が４０〜１００％のときには、抗折強度がサーミ
スタ素体単独の場合に比較して増加する。特に５０〜９
０％のときには、抗折強度が２０〜７０％増加する。こ
れに対して４０−１００％の範囲外では、ガラス層を設
けないものに比較して抗折強度が低下してしまう。

抗折強度とは、間隔を設けて配置された二つの台に素子
の両端を置き、素子の中央部に加重したときの破壊強度
をいう。これは、素子を表面実装基板に取り付けるとき
のハンダ等による熱や取り付は後の熱サイクルによって
生じる応力歪にどれだけ耐えることができるかの目安と
なる。

抗折強度が増加するのは、素子表面のガラス層に圧縮応
力が残留するためと考えられる。すなわち、製造時に熱
膨張していたサーミスタ素体とガラス層とが冷えると、
熱膨張係数の大きなサーミスタ素体の方が縮み方が大き
く、ガラス層が圧縮された状態となる。この状態のサー
ミスタに折り曲げ力を加えると、折り曲げの内側には圧
縮応力が生じ、外側には引張応力が生じる。サーミスタ
素体のセラミック材料とガラス層とは、共に圧縮応力に
は強いが引張応力には弱く、ある程度以上の折り曲げ力
を加えるとその曲げの外側にクラックが生じる。このと
き、外側のガラス層に元から圧縮応力が加わっているた
め、ガラス層がない場合に比較して抗折強度が増加する
。

具体的なガラス層の材料としては、耐メッキ性のＳ　１
０２　、Ｂ２０３　、ＢａＯ系のものが好ましいが、こ
の他に、Ｌｌ、Ｋ、Ｎａ、Ｍｇ５Ｓｒ。

Ｚｎ、Ｃｄ、Ｐｂ、ＡＲなどのイオンを含むものでも良
く、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。

サーミスタ素体の材料としては、マンガン、コバルト、
ニッケノペアルミニウム、銅がら選択される一以上の金
属の酸化物焼結体を利用できるが、本発明はこれらの材
料に限定されるものではない。

サーミスタ素体の形状としては、角柱状や円筒状のもの
が好ましいが、本発明はこれらの形状に限定されるもの
ではない。

メッキ層を形成するには、サーミスタ素体にメッキ付着
性のよい導電層を形成し、その表面にさらにメッキ層を
形成する。導電層の材料としては、銀−パラジウム合金
に比較して電気伝導度が良く、耐熱に優れ、かつ低価格
の、銀を主成分とする銀ペーストの焼付電極を利用でき
る。しかし、これに限定されることなく、例えば銅やニ
ッケルなどを使用することもでき、溶射法により形成す
ることもできる。

〔作　用〕

電極が接触する部分を除いてサーミスタ素体をガラス層
で被覆することにより、メッキ時のサーミスタ素体部へ
の浸食、素体へのメッキ付着、および電極と素体との界
面の浸食を防止でき、電極表面のみをメッキ処理するこ
とが可能となる。電極表面をメッキ処理することにより
、ハンダ付着性およびハンダ耐熱性の双方を改善できる
。

また、ガラス層が電極形成時のマスクとなるた杓、同一
構造の素子であれば電極付着面積が実質的に一定となり
、製造後の抵抗値のバラツキが少なくなる。特に熱膨張
係数を適切に選択すると、抵折強度を増加させることが
できる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例のサーミスタの斜視図を示し、第
２図は長さ方向に沿った断面図を示す。

ここでは、角柱状でその両端に電極が設けられた構造の
素子を例に説明する。

このサーミスタは、使用温度範囲内における温度上昇に
ともなって電気抵抗が低下するサーミスタ素体１と、こ
のサーミスタ素体１の表面に設けられた二つの電極とを
備える。ここで本実施例の特徴とするところは、二つの
電極がそれぞれ電気的に接触する部分を除いてサーミス
タ素体１の表面がガラス層４で被覆され、二つの電極が
それぞれ焼付電極２とメッキ層３と含むことにある。

具体的な実施例として、サーミスタ素体１の材料が異な
る二種類の素子を作製した。これらの実施例について以
下に説明する。

（実施例１） 第３図は実施例素子の製造方法を示す。

まず、市販の酸化マンガンおよび酸化ニッケルを出発原
料として、ＭｎＯ□　：Ｎ１０のモル比を８；２とし、
この原料の重量に対してポリビニルブチラールを６重量
％、エタノールを３０重量％、ブタノールを３０重量％
加え、混合スラリーを作製した。このスラリーを用いて
、ドクターブレード法により厚さ０．３９ｍｍのシート
を作製し、このシートを７０ｍｍ　Ｘ　７０ｍｍの大き
さに打ち抜いた。次に、このシートを１２００℃で４時
間焼成した。焼成により得られたシート３１の寸法は、
縦ａ×横り×厚さＣが５０ｍｍ　Ｘ　５Ｑｍｍ　Ｘ　Ｑ
、　５５ｍｍとなった（第３図（ａ））。

このシート３１０両面に、５１０２、Ｂ２Ｏ３およびＢ
ａＯを主成分とするガラスペーストを印刷し、８５０℃
で焼成し、厚さｄ＝２０±１０μ山のガラス層３２を形
成したく第３図ら〕）。次に、これを幅ｅ−１，２０ｍ
ｍの短冊状に切り出しく第３図（Ｃ））、その切断面に
、前述のガラス層形成方法により厚さｆ＝２０±１０μ
ｓのガラス層３３を形成した（第３図（ｄ））。

さらに、前述の切り出しにより得られた切断面と垂直な
方向で、長さｇ　＝　１．９０ｍｍのチップ状に切断し
た（第３図（ｅ））。

この切断面およびその周囲のガラス層３２．３３に電極
３４として銀ペーストを塗布し、８００　℃で焼き付け
た（第３図（ｆ））。この段階における素子の寸法は、
長さβ−約２．０ｍｍ、幅Ｗ−約１．２５ｍｍ、厚さｈ
＝約０．７５ｍｍであった。

次に、この素子に電解メッキ法によりメッキ処理を施し
、電極３４の表面に厚さ２〜３μｍのニッケル層と、厚
さ４〜５μｍのスズ層とを積層し、二重構造の電極表面
層を形成した。

第４図は以上の工程で得られたサーミスタの電極の部分
の断面顕微鏡写真を示す。

比較のため、サーミスタ素体をガラス層で被膜していな
い素子について、同様のメッキ処理を行った。このとき
の電極部分の断面顕微鏡写真を第５図および第６図に示
す。

第５図に示した例では、サーミスタ素体がメッキ処理に
より浸食されている。また、第６図に示した例では、電
極を形成しようとした部分以外の素体表面にもメッキが
付着している。

これに対して第４図に示したサーミスタでは、素体が浸
食されることはない。また、電極はガラス層の表面にも
付着しているが、この部分は素体とは絶縁されており、
素子の抵抗値に影響することはない。すなわち、素体の
端面だけに電極が設けられたと同等である。

次に、上述の製造方法で得られたサーミスタについて、
ハンダ付着性およびハンダ耐熱性について試験を行った
。また、比較例として、サーミスタ素体に銀−パラジウ
ム電極を８５０℃で焼き付けたものについても試験を行
った。ノ＼ンダ付着性については、２３０℃のハンダ浴
に４秒間浸漬し、そのハンダ付着面積を観察した。その
結果を第１表に示す。ハンダ耐熱性については、３５０
℃のハンダ浴に３０秒間浸漬し、電極の消失状態を観察
した。

その結果を第２表に示す。

（以下本頁余白） 第１表 ハンダ付着性試験の結果 第２表 ハンダ耐熱性試験の結果 二のように、実施例１で得られたサーミスタは、ハンダ
付着性およびハンダ耐熱性が非常に優れていた。

また、同じ製造方法で１０ット３００個、４０ツトのサ
ーミスタを製造し、２５℃における各ロフトの平均抵抗
値およびバラツキを測定した。比較例についても４０ツ
ト製造し、同様に平均抵抗値およびバラツキを測定した
。この結果を第３表に示す。ロフト番号１〜４は実施例
であり、ロフト番号５〜８は比較例を示す。

第３表　製造ロフトの平均抵抗値とバラツキこのように
、ロット内の抵抗値のバラツキが小さく、ロフト間の平
均値のバラツキも小さかった。

（実施例２） 実施例１における出発原料を酸化マンガン、酸化ニッケ
ルおよび酸化コバルトに替え、ＭｎＯ２：Ｎ１０：ＣＯ
Ｏのモル比を３：１：２として、実施例１と同様の方法
によりサーミスタを作製した。このサーミスタをプリン
ト基板にハンダ付けし、８５℃、８５ＲＨ％、１０００
時間の混生放置における２５℃の抵抗値の経時変化を測
定した。また、比較例として、サーミスタ素体に銀−パ
ラジウム電極を焼き付けたもの、およびそれにメッキ処
理を施したものについても同じ測定を行った。この結果
を第４表に示す。この表において、ロフト番号１．２は
実施例により得られたもの、ロット番号３．４はメッキ
処理を施していない比較例、ロフト番号５．６はメッキ
処理を施した比較例をそれぞれ示す。各ロフトの素子数
は３００個である。

第４表　耐湿性１０００時間の抵抗値経時変化（％）表
から明らかなように、従来技術で製造されメッキ処理が
施された比較例は、経時変化が大きく、メッキ処理によ
り耐湿性が低下していることを示す。これに対して実施
例の素子は、メッキ処理を施しても、従来技術により製
造されたメッキ処理を施していない素子と同等、もしく
はそれ以上に経時変化が小さく、信頼性に優れている。

（実施例３） ガラス層の熱膨張係数によるサーミスタの抗折強度を測
定するため、サーミスタ素体としてＭｎ、Ｃｏ、Ｎ１、
Ｃｕ、ＡＩ！等の酸化物を混合して焼成した種々の線熱
膨張係数のものを用い、ガラス層としても種々の材料を
用いて、電極を形成する前の状態で長さ！＝約２．Ｑｍ
ｍ、幅Ｗ＝約１．２５１Ｔ１ｍのサーミスタを形成した
。また、ガラス層を設けないサーミスタも作った。これ
らのサーミスタの長さ方向の両端を間隔１．２ｍｍで配
置された二つの台にそれぞれ載置し、二つの台の中間の
位置に押し下げ速度２０ｍｍ／ｒｎｉｎで力を加え、破
壊時に加えられた加重を測定した。

二の結果を第５表と第７図に示す。これらに示した値は
、同じ線熱膨張係数の組み合わせに対してそれぞれ２０
個の平均値を測定し、ガラス層がない場合の抗折強度ｆ
：Ｉ−，ｌｉ：Ｌと、ガラス層がある場合の抗折強度ｆ
ｆｊ９ａ：、−ｈとの比を百分率で表したものである。

第５表　（ｆヵう；ｔ＋−、／　ｆ＋−ＩＬ）　Ｘ１０
０の値第７図は横軸に線熱膨張係数の比をとり、縦軸に
抗折強度の比を示す。線熱膨張係数α力つ、がサーミス
タ素体の４０〜１００％の材料を用いた場合には、ガラ
ス層がない場合に比較して抵折強度が増加した。特に、
５０〜９０％の場合には、強度が２０〜７０％増加した
。これに対して線熱膨張係数α力う。

が上述の範囲外のときには、ガラス層がない場合に比較
して抗折強度が低下してしまった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のサーミスタは、第一に、
メッキ電極を用いているので、ハンダ付着性とハンダ耐
熱性との双方を向上させることができる効果がある。

第二に、抵抗値を決定するサーミスタ素体と接する電極
の面積があらかじｔ設定されいるた約、目標抵抗値の再
現性がよく、そのバラツキが少ない。すなわち、製品の
歩留りを向上させることができる効果がある。

第三に、メッキ電極の下地の材料として銀−パラジウム
より安価な銀や銅その他を使用でき、低コストのサーミ
スタを製造できる効果がある。

第四に、ガラス層の熱膨張係数を適切に選択することに
より、サーミスタの抗折強度が増加する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例サーミスタの斜視図。 第２図は断面図。 第３図は製造方法を示す図。 第４図は実施例の電極部分の断面結晶構造を示す顕微鏡
写真。 第５図はガラス層を設けない場合のメッキ処理後の電極
部分の断面結晶構造を示す顕微鏡写真。 第６図はガラス層を設けない場合のメッキ処理後の電極
部分の断面結晶構造を示す顕微鏡写真。 第７図は線熱膨張係数の比に対する抗折強度比の変化を
示す図。 １・・・サーミスタ素体、２・・・焼付電極、３・・・
メッキ層、４．３２．３３、・・・ガラス層、３１・・
・シート、３４・・・電極。 蔓 圓 薫 ン 圓 （Ｑ） （ｂ） （Ｃ） 第 ア （（１） （ｅ） ４ （ｆ） 尼６ αサーミスタ ｏ　＝７５　ｘｌＯ−７／”Ｃ Δ＝７６ ０：８３ ■＝８５ ・＝９５

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．使用温度範囲内における温度上昇にともなって電気
   抵抗が低下するサーミスタ素体と、このサーミスタ素体
   の表面に設けられた二つの電極とを備えたサーミスタに
   おいて、上記二つの電極がそれぞれ電気的に接触する部
   分を除いて上記サーミスタ素体の表面がガラス層で被覆
   され、上記二つの電極はメッキ層を含むことを特徴とす
   るサーミスタ。
2. ２．ガラス層は、軟化点が４００℃以上１０００℃以下
   、線熱膨張係数がサーミスタ素体の線熱膨張係数の４０
   ％以上１００％以下の値のガラス材料で形成された請求
   項１記載のサーミスタ。