JPS5924521B2 - 薄膜サ−ミスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄膜サーミスタに関するものである。

従来、薄膜サーミスタは、第１図に示す如く平板状絶縁
性基板１、たとえばアルミナ、べＩＪ ＩＪア、ムライ
ト、ステアタイトなどのセラミック、の一方の表面に電
極膜２、たとえばＡｇ−Ｐｄ、 Ａｕ−Ｐｔ。

Ａｇ、Ａｕ−Ｐｄなどの厚膜電極あるいはＣｒ−ＡＵ。

Ｃｒ −Ｃｕなどの多層蒸着薄膜電極、および感温抵抗
体膜３、たとえばＳｉＣ，Ｇｅ、Ｓｉ、あるいはＦｅ、
Ｎｉ、Ｃｏなどの複合酸化物薄膜あるいは厚膜感温抵抗
体、を形成してなる薄膜サーミスタ・チップ５に内部リ
ード線４、たとえばＡｕ５Ｐｔ、Ａ７などの２５〜２０
０μｍφの細線を電極膜２に接続し、更に内部リード線
４と外部リード線６、たとえば線径０．２〜１．０ｍｍ
φのコバール線、Ｆ ｅ −Ｎ ｉ線、ステンレス管な
どと接続した後、薄膜サーミスタ・チップ５を保護管７
内、たとえばガラス管、ステンレス管などに収納して構
成されていた。

前述の如き電極膜２に内部リード線４を接続する場合、
従来電極膜２に内部リード線４を溶接していた。

この場合電極膜２の熱容量は極めて小さいので、内部リ
ード線４も前述の如く２５〜２００μｍφの細線を用い
、その熱容量を極力小さくすることが必要であった。

この結果接続面積も小さくなり、接着強度も小さくなる
、通常引張り強度３〜ＩＯＳ’、という欠点があった。

この為、場合によっては、電極膜２と内部リード線４と
の接続個所を電気的に絶縁性であるセメント８などを用
い補強しなげればならないという欠点も派生していた。

更に内部リード線４が細線であるので、内部リード線４
をそのま１外部リード線６として使用することができな
い。

その結果実用上の取扱いに支障を来たさない様な機械的
強度を有する外部リード線６を準備し、それと内部リー
ド線４とを通常、溶接により接続しなげればならなかっ
た。

この為構造が複雑になるあるいは信頼性に乏しくなる、
価格が高くなるなどという欠点もあった。

なお、外部リード線６を半田付により電極膜２に直接接
続することは可能であり、厚膜集積回路、厚膜部品など
で実用されている。

しかしこの場合半田の融点は低いので、半田付接続の耐
熱性は高くても１５０〜２００℃に過ぎない。

これは感温抵抗体膜３にＳｉＣ膜を用いた場合特に重大
な欠点となる。

すなわちＳｉＣ’感温抵抗体３は、通常広い使用温度範
囲を有し、高温３００〜６００℃まで使用できる点に大
きな特徴を有するにもかかわらず、半田付接続は低い耐
熱性しか有しないのでＳｉＣ感温抵抗体３の特徴を充分
に発揮することができないという重大な欠点である。

本発明はこれ等従来の欠点を解消した薄膜サーミスタチ
ップ５、すなわち電極膜２に外部リード線６を直接に接
続でき、しかもその接続部の耐熱性が３００℃以上であ
る様な薄膜サーミスタ・チップ５を提供することを目的
とし、併せてその実装方法をも提供するものである。

本発明の要旨は、電極膜２としてモリブテンあるいはタ
ングステンメタライズ膜を用いる点にある。

すなわち第２図に示す如く平板状絶縁性基板１の一方の
表面に電極膜２としてモリブデンあるいはタングステン
・メタライズ電極膜を形成したのち感温抵抗体膜３とし
てＳｉＣ膜などを形成して、本発明の薄膜サーミスタ・
チップ５が構成される。

このように本発明のサーミスタ・チップはモリブデンあ
るいはタングステン・ナタライズ電極膜２を有している
ので、その電極膜２と外部リード線６とをロウ材層９を
通して直接ロウ付することができる。

従来電極膜２として用いられてきたＡｇ−Ｐｄ。

Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ−Ｐｄなどの厚膜電極あるいは
Ｃｒ−Ａｕ、Ｃｒ −Ｐ ｔｔ Ｃｒ−Ｃｕなどの多層
蒸着薄膜電極などは、ろう付接続する際これ等電極材料
がａつ材中に拡散、移行するので、これ等電極膜２上に
ろう材層９を形成することはできなかった。

他方モリブデンあるいはタングステン・メタライズ電極
膜２は、ろう付接続する際これ等電極材料がろう材中に
拡散、移行することがないのでろう材層９を形成するこ
とができる。

ただしモリブデンあるいはタングステン電極膜２は、酸
素雰囲中など酸化性雰囲気中では比較的低温、３００〜
３５０℃で酸化反応が進行するので、ろう付接続する際
その雰囲気を不活性雰囲気、たとえば窒素ガス、アルゴ
ンガスあるいは真空などの雰囲気、まだは還元性雰囲気
、たとえば水素ガス、窒素と水素の混合ガス、一酸化炭
素ガス、アンモニアガスなど、に保持しなければならな
い。

モリブテンあるいはタングステン・メタライズ電極膜２
に液相線温度、７００℃の銀ろう材を用い真空中でステ
ンＶス線６をろう付接続したところ引張強度１０〜５０
ｋｙ／ｃｒ？１が得られた。

薄膜サーミスタ・チップにおける電極膜２のろう接可能
は実用面積は１〜１０−であるので、電極膜２にろう材
層９を形成した時の実際の引張強度は１００〜５０００
ｆを得ることができた。

この引張強度は、その強度の低い場合でもろう材層７に
機械的応力が印加されない様に外部リード線６と薄膜サ
ーミスタ・チップ５とを相対的に固定することにより充
分な実用性を得ることができる。

以上の如く本発明のサーミスタ・チップは２５〜２００
μｍφの細線を内部リード線４として用いる必要がなく
、内部リード線４を全く省くことができる。

従って絶縁性セメント８などによる補強、内部リード線
と外部リード線６との接続なども全て省くことができる
。

本発明の薄膜サーミスタ・チップ５ば、感温抵抗体３と
してＳｉＣ膜を用いた場合、特にその効果が大きい。

ＳｉＣ膜感温抵抗体は前述の如く広い使用温度を有し、
高温１３００〜６００℃まで使用できることがその大き
な特徴の一つであるが、これは当然のことながら電極膜
２と内部リード線４あるいは外部リード線６との接続部
の耐熱性をも要求する。

この要求に灯して本発明の薄膜サー゛ミスタ・チップは
５ろう材の適切なる選沢により高耐熱性リード線取り出
しを実現することができる。

すなわち本発明のモリブデンあるいはタングステン・メ
タライズ電極膜２に液相線温度、７８０℃の銀ろう材、
９３０℃のニッケル系ろう材あるいは１０１０℃の金ろ
う材を用い真空もしくは窒素雰囲気中でステンＶス線６
をろう付接続したところ、前述の如く引張強度１０〜５
０に７／−が得られ、また空気中６００〜ｓｏｏ℃で連
続１００〜１０００時間放置しても、あるいは空気中で
６００〜８００℃、１５分放置後室温、１５分放置する
ことを１サイクルとして１００〜１０００サイクを繰返
してもその引張強度は殆んど低下しなかった。

以上の如くろう付の適切な選択により内部リード線４、
セメント８などによる補強、内油リード線４と外部リー
ド線６との接続などを全て省くことができ、その上サー
ミスタ・チップからのリード線取り出しを高耐熱性６０
０〜８００℃で実現できる。

しかし前述の如くサーミスタ・チップのｔＷ２上にろう
付層９を形成して、外部リード線６をろう付する場合、
絶縁性基板１と外部リード線６との熱膨張係数がそれぞ
れ類似の関係になげればならない。

これはろう何部が前述の如きヒートサイクルを受けた場
合、絶縁性基板１と外部リード線６とが熱的に膨張収縮
をくり返し、これら相互の熱膨張係数が一定の範囲内で
一致していない時、前記膨張収縮に伴う機械的応力によ
りろい何部が破壊されることによる。

絶縁性基板１として純度９０〜９９係のアルミナは、そ
の優れた熱的、化学的安定性、強い機械強度の故に広く
使用されている。

アルミ５基板１の一方の表面に形成したモリブテンある
いはタングステン・メタライズ電極膜２に、液相線温度
６４０℃の銀ろう材を用い下記の如き種々の材質の外部
リード線６をろう付した。

膨張係数１６０〜１８０Ｘ１０／℃のステンＶス線を外
部リード線６に用いた場合、ろう付直後の状態でその引
張強度は５ｋｙ／ｃｒ？１以下と低く、且つ前述の如き
ヒートサイクルを受けた場合引張強度ばｕｃｙ／ｃｒ？
ｉ以下になるときも生じた。

他方膨張係数（９０〜１００）ＸＩＯ−”ｙ℃のステン
ノス線もしくは鉄りセム線、あるいは（４０〜５０）×
１０−ｙ℃のコバール線、（７０〜９０）×１０−ｙ℃
の鉄ニツケル線（９０〜１００）ＸＩＯ−ｙ℃のチタン
線を用いた場合、引張強度はろう付直後１０〜５０ｋｑ
／−であり、且つ前述の如きヒートサイクルを受けだ後
にもその強度は変らなかった。

このように外部リード線６の膨張係数によりろう何部の
ヒートサイクルによる影響は犬さなものがあるが、これ
はアルミナ基板１の膨張係数が６０〜８０×１０−′Ｉ
／℃であることを考慮すると前述の如きヒートサイクル
あるいはろう何時のろう付温度から室温まで冷却される
熱的履歴に吋して少なくとも外部リード線６の膨張係数
は絶縁性基板１としてアルミナ基板を用いる場合’（１
００〜４０）ＸＩＯ’／’ｃの範囲内にあることが必要
であり、且つその範囲内であれば前述の如きヒートサイ
クルに吋しても充分耐えることが明らかとなった。

また外部リード線６を接続した薄膜サーミスタチップ５
はそのままで高耐熱性６００〜８００℃を有するが、た
とえばガス・オーブン、電気オーブンなど調理器具庫内
に配置された場合調理時に発生する微小水滴、しよう、
油などの微滴がチーミスタ・チップの電極膜２、感温抵
抗体膜３上に付着して電極膜２間の抵抗値に影響を及ぼ
すことがある。

このような場合サーミスタ・チップをこの種外部雰囲気
から保護することが望捷しい。

種種の保護方法が考えられるが、前記の如き大きな方食
性で、雰囲気温度最大３００〜４００℃である外部環境
に対してはセラミック、ガラスなどの無機質で保護する
ことが望ましい。

この場合外部リード線６にコバール線、鉄ニツケル線を
用い、サーミスタ・チップを上記金線と類似膨張係数を
有するガラス管内に封入することにより、この種外部雰
囲気からサーミスタ・チップを保護することができる。

コバール線、鉄ニツケル線はガラス封着のできる金属と
して良く用いられ、他方これ等金属と膨張係数が極めて
一致するガラス材料も一般的である。

従ってこれ等金属とガラス管との封着は容易である。

まだ電極膜２にコバール線あるいは鉄ニツケル線を外部
リード線６として直接ろう付できるので、従来の如く金
線あるいは白金線の細線を内部リード線４として用い、
それを更に外部リード線６に接続する構造に比らべ、リ
ード線接続部の強いこと更に取扱い時試料が変形しない
ことなどの理由により従来に比べより容易にガラス管内
にサーミスタ・チップを封入することができる。

以上の如く電極膜２にモリブデンあるいはタングステン
・メタライズ膜を用いることにより、外部リード線６を
直接電極膜２にロウ付法で接続できると共にその接続部
の耐熱性を６００〜８００℃にまで高めることができる
。

まだ外部リード線６にコバール線もしくは鉄ニツケル線
を用いることにより、薄膜サーミスタ・チップ５をガラ
ス管内に封入することができる。

このように従来の薄膜サーミスタに比べ、本発明の薄膜
サーミスタ・チップ５は内部リード線４、セメント８な
どの補強、更に内部リード線４と外部リード線６との接
続を全て省略することができるのみならずガラス管内に
薄膜サーミスタ・チップ５を従来に比らべより容易に封
入することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の薄膜サーミスタの断面図、第２図は本発
明の一実施例における薄膜サーミスタの断面図である。 １・・・・・・平板状絶縁性基板、２・・・・・・電極
膜、３・・・・・・感温抵抗体膜、６・・・・・・外部
リード線、９・・・・・・ろう材層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平板状絶縁性基板の一方の表面に電極膜、感温抵抗
   体膜を形成して成る薄膜サーミスタ・チソシにおいて、
   少なくとも電極膜にモリブデンあるいはタングステン・
   メタライズ膜を用いたことを特徴とする薄膜サーミスタ
   。 ２ 少なくとも感温抵抗体膜にＳｉＣ膜を用いたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜サーミスタ
   。 ３ 少なくとも平板状絶縁性基板にアルミナ基板を用い
   、かつモリブデンあるいはタングステン・メタライズ電
   極膜に熱膨張係数（４０〜１００）Ｘ１０７７℃を有す
   る金属線リード線をろう付接続したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の薄膜サーミスタ。 ４ 少なくとも金属リード線にコバール線あるいは鉄ニ
   ツケル線を、用い、かつ薄膜サーミスタ・チップをガラ
   ス管内に封入したことを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の薄膜サーミスタ。