CN104008830B - 芯片型正特性热敏电阻元件 - Google Patents

Abstract

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[mm³]以下的芯片型正特性热敏电阻元件中，不易产生颤动。芯片型正特性热敏电阻元件(1)包括：陶瓷基体(2)，该陶瓷基体(2)具有在X轴方向上相对的端面Sa、Sb、和将该端面Sa、Sb之间进行连接的侧面Sc，并且该陶瓷基体(2)的内部电阻值根据温度变化而发生变化；以及低热传导层(3)，该低热传导层(3)覆盖侧面Sc的至少一部分。该低热传导层(3)具有4.0[W/m·K]以下的热传导率、以及在所述侧面的法线上的0.1[μm]以上的厚度。

Description

芯片型正特性热敏电阻元件

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[μm]，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[μm]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

Claims (3)

1.一种过热检测用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，其特征在于，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，具有单板结构，并且该陶瓷基体的内部电阻值根据温度变化而发生变化；

低热传导层，该低热传导层覆盖所述侧面的至少一部分；以及

第一外部电极及第二外部电极，该第一外部电极及第二外部电极设置于所述第一端面及所述第二端面，

所述低热传导层具有0.6[W/m·K]以上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200[μm]以下的厚度，

所述低热传导层未设置于所述第一外部电极及所述第二外部电极的表面。

2.如权利要求1所述的过热检测用芯片型正特性热敏电阻元件，其特征在于，

所述低热传导层覆盖所述侧面的整个区域。

3.如权利要求1所述的过热检测用芯片型正特性热敏电阻元件，其特征在于，

所述低热传导层的厚度小于200[μm]。