TWI497536B - Chip type positive characteristic thermal resistance element - Google Patents

Description

晶片型正特性熱阻器元件

本發明係關於一種具有0.12mm³ 以下之體積之晶片型正特性熱阻器元件。

作為先前之晶片型正特性熱阻器元件(以下，簡稱為熱阻器元件)之一例，例如有下述專利文獻1所記載者。該熱阻器元件包含具有大致長方體形狀之陶瓷基體、及設置於該熱阻器元件之兩端面之外部電極。各外部電極具有積層導電性金屬層、導電性樹脂層及金屬鍍敷層而成之構造。此處，導電性金屬層形成於陶瓷基體之兩端面正上方，金屬鍍敷層為最外側之層。又，於陶瓷基體中未設置外部電極之四側面形成有玻璃層以提高機械強度等。

不僅專利文獻1所記載者，且先前之熱阻器元件典型而言係用於熱源之過熱偵測。具體而言，熱阻器元件安裝於熱源之附近。若該熱源之溫度(即，周圍溫度)增加，則陶瓷基體之溫度上升，且電阻值上升。又，對該熱阻器元件供給有電源電壓。於是，於熱阻器元件之輸出端子間，輸出表示周圍溫度之電壓，並供給至IC。IC基於輸入電壓而判斷熱源是否為過熱狀態。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平10-092606號公報

過熱偵測用之熱阻器元件近年來正在發展小型化(例如為0.12mm³ 以下之體積)。對於此種小型之熱阻器元件，亦要求於熱源為過熱狀態後高速地(例如於1秒以內)響應。為實現此之通常方法係以樹脂等使熱阻器元件與熱源熱耦合。然而，該方法必須利用樹脂等覆蓋熱阻器元件與熱源，故而成本高。

因此，本發明之目的在於提供一種元件之體積為0.12[mm³ ]以下、成本低且響應性優異之晶片型正特性熱阻器元件。

為達成上述目的，本發明之一態樣係一種晶片型正特性熱阻器元件，其係具有0.12[mm³ ]以下之體積者，且包含：陶瓷基體，其具有相互平行地面對且於特定方向對向之第一端面與第二端面、及將該第一端面與該第二端面之間連接之側面，且內部電阻值隨溫度變化而變化；以及第一外部電極及第二外部電極，其等設置於上述第一端面及上述第二端面，且含有金屬。上述第一端面與上述第二端面之間之於特定方向之距離d[μm]為300≦d≦700，上述第一外部電極及/或上述第二外部電極中於特定方向之厚度最大之部位之厚度tmax[μm]為tmax≧0.015×d-1.5。

根據上述態樣，含有金屬之第一外部電極及/或第二外部電極具有tmax≧0.015×d-1.5[μm]之充分之厚度。因此，於將本熱阻器元件安裝於熱源附近時，第一外部電極及/或第二外部電極與熱源之距離相對變近，故而來自熱源之熱高速地傳遞至陶瓷基體。藉此，可提供響應性優異之熱阻器元件。又，由於亦無需利用樹脂等覆蓋熱阻器元件及熱源，故而能以低成本進行過熱偵測。

1‧‧‧熱阻器元件

2‧‧‧陶瓷基體

3a、3b‧‧‧外部電極

4a、4b‧‧‧基底電極

5a、5b‧‧‧第一鍍敷膜

6a、6b‧‧‧第二鍍敷膜

10‧‧‧示波器

I‧‧‧電流

M‧‧‧測定系統

Sa、Sb‧‧‧端面

Sc‧‧‧側面

Sv‧‧‧延長面

Vout‧‧‧兩端子間電壓

X、Y、Z‧‧‧軸

圖1係表示本發明之一實施形態之晶片型正特性熱阻器元件之縱剖面圖。

圖2係表示圖1之陶瓷基體之邊緣部分的外部電極之X軸方向厚度之模式圖。

圖3係例示用以測定晶片型正特性熱阻器元件之各試樣之特性之電路構成的圖。

以下，參照圖式對本發明之一實施形態之晶片型正特性熱阻器元件(以下，簡稱為熱阻器元件)進行說明。

(前言)

首先，為便於以下之說明，而定義圖1所示之X軸、Y軸及Z軸。X軸、Y軸及Z軸表示熱阻器元件1之左右方向、前後方向及上下方向。

(熱阻器元件之構成)

圖1中，熱阻器元件1包含陶瓷基體2、及兩個一對之外部電極3a、3b。

陶瓷基體2例如由在BaTiO₃ (鈦酸鋇)中加入有特定添加物之陶瓷材料形成。此處，添加物為稀土類，典型而言為Sm(釤)。除此以外，亦可使用Nd(釹)或La(鑭)等作為添加物。

陶瓷基體2可具有單板構造及積層構造之任一種構造。圖1中，例示出單板構造者。又，該陶瓷基體2具有例如於左右方向較長之大致長方體形狀，且具有第一端面Sa及第二端面Sb、以及將該第一端面Sa與該第二端面Sb相連之至少一個側面Sc。端面Sa、Sb相互平行且於X軸方向相對向。此處，本實施形態中，兩端面Sa、Sb實質上均具有矩形形狀。此情形時，側面Sc包含分別為大致長方形狀之第一側面Sc1~第四側面Sc4。

其次，說明陶瓷基體2之尺寸之一例。將陶瓷基體2之X軸方向之長度(以下，稱為L尺寸)設為兩端面Sa、Sb之間之距離d[μm]。d於300≦d≦700中選擇。Y軸方向之寬度W及Z軸方向之厚度T並無特別限定，但以使熱阻器元件1整體之體積V成為0.12[mm³ ]以下之方式規定陶瓷基體2之尺寸。

此處，如上所述般陶瓷基體2具有大致長方體形狀。然而，實際之陶瓷基體2之邊緣部分並非完全之直角，而帶有弧度。上述距離d並非兩端面Sa、Sb之帶有弧度之部分之間之距離，而為占兩端面Sa、Sb之大部分之平面部分之間之距離。

外部電極3a、3b形成於端面Sa、Sb，且包含基底電極4a、4b、第一鍍敷膜5a、5b、及第二鍍敷膜6a、6b。

基底電極4a、4b例如包含Ag-Zn(銀-鋅)合金及Ag(銀)。具體而言，Ag-Zn合金層歐姆接合於各端面Sa、Sb，且於該Ag-Zn合金層上形成有Ag(銀)層。

又，第一鍍敷膜5a、5b例如包含Ni，且形成於基底電極4a、4b上。第二鍍敷膜6a、6b例如包含Sn(錫)，且形成於第一鍍敷膜5a、5b上。

此種外部電極3a、3b之一者或兩者具有如下之最大厚度tmax。所謂最大厚度tmax，基本上係成為對象之外部電極3a、3b中於X軸方向之厚度(換言之為端面Sa、Sb之法線方向)最大之部位之厚度。如上所述，陶瓷基體2之邊緣部分並非完全之直角，而帶有弧度。又，如眾所周知般外部電極3a、3b亦形成於端面Sa、Sb之帶有弧度之部分上。該部分之於X軸方向之厚度係如圖2中箭頭所示，以端面Sa、Sb之平面部分之延長面(假想面)Sv為基準而規定。

對於如以上所定義之最大厚度tmax，至少規定下限值。具體而言，於上述距離d[μm]為300≦d≦700之情形時，最大厚度tmax被規定 為tmax≧0.015×d-1.5，詳細內容於之後敍述。又，關於最大厚度tmax之上限值，為防止於本熱阻器元件1之安裝時發生立碑(tombstone)現象，而規定為120[μm]。

(熱阻器元件之製法之一例)

上述熱阻器元件1之製造步驟之一例大致包括下述步驟。

首先，將可獲得所需特性之BaTiO₃ 系陶瓷粉末加壓成形為150[mm]×150[mm]之尺寸。其後，對經加壓成形之陶瓷粉末進行特定之脫脂、煅燒處理。藉此，獲得母基板。對母基板進行拋光研磨直至其厚度(相當於厚度T)成為特定值為止。之後，藉由切割而獲得特定寬度(相當於前後方向之寬度W)之短條狀基板。

其後，以使L尺寸成為300[μm]以上且700[μm]以下之方式(例如，成為500[μm]之方式)再次對短條狀基板進行切割。

藉由以上之步驟，而大量地製作陶瓷基體2。

其次，於陶瓷基體2之端面Sa、Sb之各者，塗佈可與陶瓷之間取得歐姆接合之Ag-Zn系漿料。其後，對塗佈有Ag-Zn系漿料之陶瓷基體2實施燒附處理。之後，於Ag-Zn合金層上塗佈熱硬化性之Ag漿料後，加熱Ag漿料使其硬化。藉此，形成基底電極4a、4b。此時，以使外部電極3a、3b之最大厚度tmax[μm]成為0.015×d-1.5≦tmax≦120之方式(例如，成為80[μm]左右之方式)將基底電極4a、4b塗佈於端面Sa、Sb上。更具體而言，使陶瓷基體2沿上下方向移動，而將各端面Sa、Sb部分浸漬於電極漿料中。例如，藉由控制該上下移動之速度，而調整基底電極4a、4b之厚度。此外，亦可藉由調整電極漿料之黏性、或刮去暫時塗佈於端面Sa、Sb之電極漿料，而調整基底電極4a、4b之厚度。

最後，於基底電極4a、4b之表面，藉由電場鍍敷而首先形成Ni之第一鍍敷膜5a、5b，之後於第一鍍敷膜5a、5b上形成Sn之第二鍍敷膜 6a、6b。藉由以上之步驟，而完成熱阻器元件1。

(元件體積V、L尺寸d及最大厚度tmax與響應時間之關係)

本案發明者變更元件體積V、L尺寸d、最大厚度tmax，而製作以下之表1所示之試樣編號1~15之熱阻器元件(以下，簡稱為試樣1~15)，並藉由如圖2所示之測定系統而確認響應時間。

如表1所示，關於元件體積V，試樣1~9、14、15為0.12[mm³ ]，試樣10~13為0.18[mm³ ]。

又，關於L尺寸d，試樣1~3、14為700[μm]，試樣4~6、12、13、15為500[μm]，試樣7~9為300[μm]，試樣10、11為1000[μm]。

又，關於最大厚度tmax，試樣1、10、12為9[μm]，試樣2、5、8為15[μm]，試樣3、6、9、11、13為120[μm]，試樣4為6[μm]，試樣7、14、15為3[μm]。

試樣1~15中，具有上述熱阻器元件1之元件體積V、L尺寸d、最大厚度tmax者為試樣1~9。試樣10~15係為了與試樣1~9進行比較而列舉於表1。

此處，說明圖3所示之測定系統M。測定系統M包括試樣1~15之任一者及示波器10。

對各試樣1~15供給有預先規定之固定值之電流I。與此對應，各試樣1~15之陶瓷基體之溫度上升，且電阻值上升。示波器10測定各試樣1~15之兩端子間電壓Vout。

本案申請人藉由此種測定系統M，預先測定對各試樣1~15供給電流I時之初始電壓Vout。並且，將供給電流I後至測定電壓Vout成為初始電壓Vout之例如100倍為止之時間作為響應時間Tres進行測定。根據本案發明者之測定結果，可知試樣1~9為1秒以下之優異之響應時間。即，只要L尺寸d[μm]為300≦d≦700且0.015×d-1.5≦tmax，便可提供響應性優異之晶片型正特性熱阻器元件1。如上所述，熱阻器元件1以元件單獨體便具有1秒以下之優異響應時間，故而實際使用時無需利用樹脂等使熱阻器元件1與熱源熱耦合。其結果，能以低成本進行過熱偵測。

[產業上之可利用性]

本發明之晶片型正特性熱阻器元件之響應性優異，於熱源之過熱偵測或過流保護等方面較為有用。

1‧‧‧熱阻器元件

2‧‧‧陶瓷基體

3a、3b‧‧‧外部電極

4a、4b‧‧‧基底電極

5a、5b‧‧‧第一鍍敷膜

6a、6b‧‧‧第二鍍敷膜

Sa、Sb‧‧‧端面

Sc‧‧‧側面

X、Y、Z‧‧‧軸

Claims (2)

1. 一種晶片型正特性熱阻器元件，其係具有0.12[mm³ ]以下之體積者，且包含：陶瓷基體，其具有相互平行地面對且於特定方向對向之第一端面與第二端面、及將該第一端面與該第二端面之間連接之側面，且內部電阻值隨溫度變化而變化；以及第一外部電極及第二外部電極，其等設置於上述第一端面及上述第二端面，且含有金屬；上述第一端面與上述第二端面之間之於特定方向之距離d[μm]為300≦d≦700，上述第一外部電極及/或上述第二外部電極中於特定方向之厚度最大之部位之厚度tmax[μm]為tmax≧0.015×d-1.5。
2. 如請求項1之晶片型正特性熱阻器元件，其中上述tmax[μm]為tmax≦120。