芯片型正特性热敏电阻元件

摘要

本发明涉及一种芯片型正特性热敏电阻元件。在元件体积为0.12[mm

说明书

技术领域

本发明涉及具有0.12mm³以下的体积的芯片型正特性热敏电阻元件。

背景技术

作为现有的芯片型正特性热敏电阻元件(以下简称为热敏电阻元件)的一 个示例，例如存在下述专利文献1所记载的元件。该热敏电阻元件包括具 有大致长方体形状的陶瓷基体、以及设置于该热敏电阻元件的两端面的外 部电极。各外部电极具有将导电性金属层、导电性树脂层及金属镀覆层进 行层叠而成的结构。这里，导电性金属层形成于陶瓷基体的两端面正上方， 金属镀覆层为最外侧的层。另外，陶瓷基体中，在未设有外部电极的四个 侧面，形成有玻璃层以用于提高机械强度等。

不限于专利文献1所记载的元件，现有的热敏电阻元件典型地用于热源 的过热检测。具体而言，热敏电阻元件安装于热源附近。若该热源的温度(即 周围温度)增加，则陶瓷基体的温度上升并且电阻值上升。另外，向该热敏 电阻元件提供有电源电压。于是，在热敏电阻元件的输出端子之间输出表 示周围温度的电压，并将其提供给IC。IC基于输入电压，判断热源是否处 于过热状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平10-092606号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

若热源温度超过基准温度，则IC需要判断为热源处于过热状态。然而， 现实情况是存在如下问题：尽管热源温度超过了基准温度，但由于从热源 向热敏电阻元件的热传导的关系、或其他原因(例如风)会导致热敏电阻元件 的输出电压所表示的温度有时超过基准温度，有时不超过基准温度。该问 题作为所谓的颤动(或闭锁)是已知的。

这里，若陶瓷基体的体积较大，则热容量也足够大，因此基体的温度一 旦超过基准温度，则再次变成基准温度以下需要耗费时间。此时，不易引 起颤动。

与此不同的是，若陶瓷基体在EIAJ标准下为0603以下(换言之，基体体 积为0.12[mm³]以下)，则热容量较小。此时，即使基体温度暂时超过基准 温度，由于热传导的关系等原因，也容易立即下降到基准温度以下。因而， 在基体体积为0.12[mm³]以下的情况下，容易引起颤动。

因此，本发明的目的在于提供一种元件的体积为0.12[mm³]以下、且不易 产生颤动的芯片型正特性热敏电阻元件。

解决技术问题所采用的技术方案

为了达到上述目的，本发明的一个方面是一种芯片型正特性热敏电阻元 件，所述芯片型正特性热敏电阻元件具有0.12[mm³]以下的体积，包括：陶 瓷基体，该陶瓷基体具有在规定方向上相对的第一端面及第二端面、和将 该第一端面及该第二端面之间进行连接的侧面，并且该陶瓷基体的内部电 阻值根据温度变化而发生变化；以及低热传导层，该低热传导层覆盖所述 侧面的至少一部分。所述低热传导层具有4.0[W/m·K]以下的热传导率、 以及在所述侧面的法线方向上的0.1[μm]以上的厚度。

发明效果

根据上述方面，利用上述低热传导层的作用，即使热敏电阻元件的体积 为0.12[mm³]以下且热容量较小，暂时储存在陶瓷基体中的热量也难以逃逸到 外部。由此，不易产生颤动。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的芯片侧正特性热敏电阻元件 的纵向剖视图。

图2是例示出用于测定芯片型正特性热敏电阻元件的各样品特性的电路 结构的图。

图3是表示图2所示的FET及IC的温度变化的图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的一个实施方式所涉及的芯片型正特性热敏 电阻元件(以下简称为热敏电阻元件)进行说明。

＜引言＞

首先，为了以下说明的方便起见，对图1所示的X轴、Y轴及Z轴进行 定义。X轴、Y轴及Z轴表示热敏电阻元件1的左右方向、前后方向及上 下方向。

(热敏电阻元件的结构)

图1中，热敏电阻元件1包括陶瓷基体2、低热传导层3、以及两个一对 的外部电极4a、4b。

陶瓷基体2例如由对BaTiO₃(钛酸钡)添加了规定添加物的陶瓷材料构成。 这里，添加物为稀土类，典型的是Sm(钐)。除此以外，也可使用Nd(钕)或 La(镧)等以作为添加物。

陶瓷基体2也可具有单板结构和层叠结构中的任一种结构。图1中例示 出单板结构。另外，该陶瓷基体2例如具有在左右方向上较长的大致长方 体形状，具有在左右方向上相对的第一端面Sa及第二端面Sb、以及将该第 一端面Sa和该第二端面Sb进行连接的至少一个侧面Sc。这里，本实施方 式中，两个端面Sa、Sb都具有矩形形状。此时，侧面Sc包含分别为大致 长方形的第一侧面Sc1～第四侧面Sc4。

接着，说明陶瓷基体2的尺寸的一个示例。陶瓷基体2的左右方向的长 度L(以下称为L尺寸)例如为600[μm]，前后方向的宽度W例如为300[μ m]，高度方向的厚度T例如为300[μm]。然而，不限于此，也可适当地确 定陶瓷基体2的尺寸，以使得热敏电阻元件1整体的体积成为0.12[mm³]以 下。

低热传导层3在本实施方式中形成于陶瓷基体2的表面中除了两个端面 Sa、Sb以外的侧面Sc1～Sc4上。该低热传导层3是为了使储存在陶瓷基体 2内的热量难以释放到陶瓷基体2的外部而设置的。

该低热传导层3由具有4.0[W/m·K]以下的热传导率的玻璃、高热传导 性玻璃、或玻璃及树脂的复合材料形成，以使得各侧面Sc1～Sc4的法线方 向的厚度成为0.1[μm]以上。

这里，如上所述，热敏电阻元件1的体积为0.12[mm³]以下。在该条件下 若将低热传导层3的厚度设为例如200[μm]以上，则陶瓷基体2的体积会 变得非常小。其结果是，热敏电阻元件1的电阻会变得非常高，相对于温 度变化的电阻值变化会变小，从过热检测的观点来看是不优选的。根据上 述观点，优选低热传导层3的厚度的上限为200[μm]。

此外，本实施方式中，对于低热传导层3覆盖侧面Sc的整个区域的情况 进行说明。然而，不限于此，只要陶瓷基体2的至少一部分(例如大约一半) 的表面不在空气中露出即可。

外部电极4a、4b形成于端面Sa、Sb，包含：基底电极5a、5b；第一镀 膜6a、6b；及第二镀膜7a、7b。

基底电极5a、5b例如由Ag-Zn(银·锌)合金及Ag(银)构成。具体而言， 在各端面Sa、Sb上欧姆接合有Ag-Zn合金层，在该Ag-Zn合金层上形成 有Ag(银)层。

另外，第一镀膜6a、6b例如由Ni构成，形成于基底电极5a、5b上。第 二镀膜7a、7b例如由Sn(锡)构成，形成于第一镀膜6a、6b上。

(热敏电阻元件的制造方法的一个示例)

上述热敏电阻元件1的制造工序的一个示例大致上由下述工序构成。

首先，将能得到所期望特性的BaTiO₃类陶瓷粉末冲压成形成150[mm]× 150[mm]的尺寸。之后，对于冲压成形后的陶瓷粉末，进行规定的脱脂·烧 成处理。其结果是，得到母基板。对于该母基板，进行抛光研磨(LAP研磨) 直至其厚度(相当于厚度T)成为300[μm]。之后，通过切割，得到具有300[μ m]的宽度(相当于前后方向的宽度W)的长条状基板。

对上述长条状基板进行浸涂处理。具体而言，浸渍于热传导率为 0.6[W/m·K]的液体玻璃中，由此在基板表面呈层状地涂布液体玻璃。此时， 调整膜厚，以使得玻璃层的厚度成为30[μm]左右。

之后，对形成了玻璃层的长条状基板再次进行切割，以使得其L尺寸成 为600[μm]。

利用上述工序，大量制造具有低热传导层3的陶瓷基体2。

接着，在陶瓷基体2的端面Sa、Sb分别涂布与陶瓷之间可获得欧姆接合 的Ag-Zn类糊料。之后，对涂布了Ag-Zn类糊料的陶瓷基体2进行烧结处 理。之后，在Ag-Zn合金层上，涂布热固化性的Ag糊料，之后，对Ag糊 料进行加热以使其固化。由此，形成基底电极5a、5b。最后，在基底电极 5a、5b的表面，利用电场镀覆，首先形成Ni的第一镀膜6a、6b，之后在 第一镀膜6a、6b上形成Sn的第二镀膜7a、7b。利用上述工序，热敏电阻 元件1得以完成。

(低热传导层和有无颤动之间的关系)

本申请发明人对低热传导层3的材质(换言之，热传导率)及厚度进行改 变，制作了下述表1所示的样品编号1～24的热敏电阻元件(以下简称为样 品1～24)，通过如图2所示的测定系统确认了有无颤动。

【表1】

如表1所示，样品1～5包括厚度互不相同且分别为0.1、10、30、50、 200[μm]的玻璃以作为低热传导层。另外，样品6～10包括厚度为0.1、10、 30、50、200[μm]的高热传导性玻璃以作为低热传导层，样品11～15包括 厚度为0.1、10、30、50、200[μm]的玻璃/树脂的复合材料A以作为低热 传导层。

另外，样品16是无低热传导层的热敏电阻元件。另外，样品17、18、19 包括厚度为0.05[μm]的玻璃、高热传导性玻璃及玻璃/树脂的复合材料A 以作为低热传导层。另外，样品20～24包括由具有6.0[W/m·K]的热传导 率的玻璃及树脂的复合材料B构成的低热传导层，该复合材料B的厚度为 0.1、10、30、50、200[μm]。

这里，说明图2所示的测定系统M。测定系统M包括FET2、样品1～24、 以及IC3。FET2是成为由样品1～24进行过热检测的对象的热源，安装于 未图示的基板。向该FET2提供一定的电源电压Vcc1，并且该FET2根据 输入电压Vin1进行开关。通过改变该开关电压Vin1，从而FET2的温度 Tfet如图3的上段所例示的那样，在Tth+3[℃]与Tth-3[℃]之间每隔1秒交 替切换。这里，温度Tth是判断样品1～24处于过热状态的基准温度。由 此，为了确认样品1～24中有无颤动，有意地创造了热源(即FET2)的温度 在短时间内有时超过基准温度Tth有时不超过基准温度Tth的环境。

各样品1～24安装于上述基板上的、与上述FET2相距1[mm]的位置。若 FET2的实际温度Tfet增加，则各样品1～24的陶瓷基体的电阻值上升。另 外，向各样品1～24提供有一定的电源电压Vcc2。与此对应地，在各样品 1～24的输出端子之间，输出表示FET2的温度的电压Vout，并将其提供给 IC3。IC3基于输入电压Vout，判断FET2的温度是否超过基准温度Tth。

本申请的申请人利用上述那样的测定系统M，观察表示FET2的温度的 输入电压Vout的时间变化，对每个样品1～24判断是否产生了颤动。该测 定中，颤动表示如下含义。即，测定系统M中，FET2的实际温度Tfet如 上所述，以基准温度Tth为界进行上下变动。产生颤动是指如下状态：输 入电压Vout(换言之，由样品1～24检测出的FET2的温度)敏感地跟随温度 Tfet的变化，如图3的中段作为温度Tdet1所示出的那样，跟随实际温度 Tfet，以基准温度Tth为界进行上下变动。与此不同的是，未产生颤动是指 如下状态：输入电压Vout(换言之，由样品1～24检测出的FET2的温度) 对温度Tfet的变化缓慢地作出反应，如图3的下段作为温度Tdet2所示出 的那样，超过基准温度Tth缓慢地进行变动。

根据本申请发明人的测定结果，使用样品1～15所检测出的FET2的温度 成为如图3的下段那样的时间波形。即，在低热传导层3由4.0[W/m·K] 以下的热传导率的材质构成、侧面Sc1～Sc4的法线方向上具有0.1[μm]以 上的厚度的情况下，未产生颤动。因而，关于样品1～15，即使尺寸较小， 若暂时储存了来自FET2的热量，则由于低热传导层3的作用，也可抑制来 自陶瓷基体2的散热。由此，由热敏电阻元件1进行过热检测的对象的温 度一旦超过基准温度Tth，则即使陶瓷基体2的温度因各种原因以基准温度 Tth为界进行上下变动，也如图3的下段所示，在不超过基准温度Tth的温 度范围内缓慢地进行变动。由上述可知，能够提供如下热敏电阻元件1：若 热源温度超过基准温度Tth，则能够不取决于从热源向热敏电阻元件1的热 传导的关系、或其他原因(例如风)地，准确地检测出对象物的过热状态。

相反，使用样品16～24所检测出的FET2的温度成为如图3的中段那样 的时间波形。即，在低热传导层3不是4.0[W/m·K]以下的热传导率的材 质、或者侧面Sc1～Sc4的法线方向上的厚度小于0.1[μm]的情况下，会产 生颤动。因此，关于样品16～24，与现有技术相同，尽管热源温度超过了 基准温度Tth，但由于从热源向热敏电阻元件1的热传导的关系、或其他原 因(例如风)的影响，有时无法准确地检测出对象物的过热状态。

工业上的实用性

本发明所涉及的热敏电阻元件对于不易产生颤动、热源的过热检测等是 有用的。

标号说明

1热敏电阻元件

2陶瓷基体

3低热传导层

4a、4b外部电极