DE10011009B4

DE10011009B4 - Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient

Info

Publication number: DE10011009B4
Application number: DE10011009A
Authority: DE
Inventors: Kingo Nagaokakyo Ohmura
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2020-03-08
Also published as: KR20000062838A; DE10011009A1; MY120265A; KR100358302B1; US6147589A

Abstract

Thermistor (1; 11) mit negativem Temperaturkoeffizient,
wobei der Thermistor (1; 11) durch Bilden von äußeren Elektroden (3, 4) auf der Oberfläche eines Thermistorelements (2) mit negativem Temperaturkoeffizient gebildet ist; und
wobei das Thermistorelement (2) mit negativem Temperaturkoeffizient ein LaCoO3-Seltenerd-Übergangselement-Oxid aufweist, während die äußeren Elektroden (3, 4) ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen, das durch Hinzufügen von einer oder mehreren Arten von Oxidpulvern von Cr und Fe zu einem Metallpulver gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient, der aus LaCoO₃-Seltenerd-Übergangselement-Oxid, das einen Stoßstrom hemmen kann, besteht.
Das LaCoO₃-Seltenerd-Übergangselement-Oxid weist eine größere B-Konstante auf als ein herkömmliches Mangan-Spinell-Thermistormaterial mit negativem Temperaturkoeffizient und kann einen Widerstandswert eines Thermistorelements bei einer hohen Temperatur weiter reduzieren. Wenn daher ein elektrischer Strom angelegt wird, ist es möglich, eine Selbstwärmeerzeugung eines Thermistorelements mit negativem Temperaturkoeffizient zu hemmen, wodurch ein Nennstromwert erhöht wird. Aus diesem Grund ist das LaCoO₃-Seltenerd-Übergangselement-Oxid zur Verwendung als ein Material beim Bilden eines Thermistorelements mit negativem Temperaturkoeffizient, das einen Stoßstrom hemmen kann, geeignet.
Wenn jedoch äußere Elektroden an einem Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient gebildet werden sollen, das aus einem LaCoO₃-Seltenerd-Übergangselement-Oxid besteht, wird, wenn Ag oder Ag-Pd-Paste zum Bilden einer Art Dickfilmelektrode verwendet wird, die eine Art Glasfritte oder Glasurmasse enthält, die üblicherweise aus SiO₂, PbO, Bi₂O₃ besteht, eine Schnittstelle zwischen einem Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient und den äußeren Elektroden nicht-ohmsch, wodurch bewirkt wird, daß das Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizienten lediglich einen nicht-stabilen Widerstandswert aufweist. Aus diesem Grund wird ein Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient, das aus LaCoO₃-Seltenerd-Übergangselement-Oxid besteht, auf den äußeren Oberflächen desselben mit äußeren Elektroden, die durch Verwenden einer Dickfilmelektrodenbil dungspaste, die nicht die obige Glasfritte enthält, erhalten werden, gebildet.
Da jedoch der vorhergehende Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient, der als Hauptkomponente desselben das vorhergehende LaCoO₃-Seltenerd-Übergangselement-Oxid enthält, mit äußeren Elektroden versehen ist, die durch eine frittenfreie Paste gebildet sind, gibt es lediglich eine niedrigere Haftkraft zwischen dem Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient und den äußeren Elektroden als bei der Dickfilmelektrode, die eine übliche Glasfritte enthält. Wenn man versucht, die Haftkraft zwischen dem Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient und den äußeren Elektroden zu erhöhen, wird es nicht ausreichen, wenn eine Sinterbehandlung bei einer Temperatur von 600 bis 850°C für eine Stunde (genauso wie bei einem Verfahren, bei dem eine übliche Dickfilmelektrode gebildet wird) durchgeführt wird. Statt dessen ist es notwendig, daß eine derartige Sinterbehandlung bei einer Temperatur von 900 bis 1.000°C für fünf Stunden durchgeführt wird. Da eine relativ lange Zeit zum Bilden der äußeren Elektroden erforderlich ist, besteht daher als Resultat ein Problem darin, daß die äußeren Elektroden mit hohem Aufwand gebildet werden müssen.
Es besteht jedoch noch ein weiteres Problem, das wie folgt gefolgert werden kann. Wenn nämlich ein Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient, an dem äußere Elektroden gebildet sind, an einer Schaltungsplatine befestigt wird, oder wenn ein Zuleitungsdraht an einen Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient gelötet wird, an dem äußere Elektroden gebildet sind, ist es möglich, ein bestimmtes Thermistorerzeugnis mit negativem Temperaturkoeffizient zu erhalten. Wenn ein derartiges Thermistorerzeugnis mit einem negativem Temperaturkoeffizient fortdauernd bei einer Temperatur von 100°C oder höher verwendet wird, wird eine Lotkomponente, wie z. B. Sn, in die äußeren Elektroden diffundieren, so daß ein Element Ag, das die äußeren Elektroden bildet, aufgrund des Lots korrodiert wird. Als ein Resultat werden die äuße ren Elektroden lediglich eine niedrige Stärke aufweisen, und der Widerstandswert des Thermistors mit negativem Temperaturkoeffizient wird hoch sein.
Die EP 0789366 A2 lehrt eine halbleitende Keramikbauteilprobe, die eine hohe Differenz zwischen dem elektrischen Widerstand bei Raumtemperatur und dem elektrischen Widerstand bei hohen Temperaturen aufweist. Die halbleitenden Keramikbauteilprobe weist eine halbleitende Keramikscheibe auf, die zumindest teilweise aus LaCo-Oxiden besteht. Die äußeren Elektroden auf dem halbleitenden Keramikbauteil sind aus Platin, Nickel, Kupfer, Chrom, Silber, Palladium oder deren Legierungen gebildet. Da die halbleitende Keramikzusammensetzung ein Lanthanumcobaltoxid aufweist, hat sie einen geringen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur und eine höhere B-Konstante bei höheren Temperaturen als bei niedrigen Temperaturen.
Die JP 02152203 A zeigt einen thermischen Resistor. Der thermische Resistor bzw. Thermistor weist ein Thermistorelement und Elektroden, die auf den beiden Oberflächen des Thermistorelements gebildet sind, auf. Das Thermistorelement besteht aus einem Metalloxid, das Mangan, Nickel, Kobalt oder Aluminium aufweist. Die Elektroden sind aus einer Paste gebildet, die insgesamt einen Anteil von 0,1%–30% eines Metalloxids aus Mangan-Nickel, Mangan oder Nickel und einen Anteil eines Metallpuders aus z. B. Platin, Silber oder Silber-Platin aufweist. Dadurch, dass mindestens ein Material der Elementeinheit in den Elektroden enthalten ist, wird eine Stärke der Verbindung zwischen der Elektrode und der Elementeinheit aufrechterhalten.
Die EP 0635852 A2 zeigt ein halbleitendes Keramikbauteil. Das halbleitende Keramikbauteil setzt ein Keramikelement ein, das einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweist. Das halbleitende Keramikbauteil weist ein LaCo-Oxid auf. Elektroden sind auf beiden Seiten des Keramikelements durch ein Erhitzen einer aufgebrachten Silberpaste gebildet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient zu schaffen, der eine Haftstärke zwischen auf der einen Seite einem Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient, das aus einem LaCoO3-Seltenerd-Übergangselement-Oxid besteht, und auf der anderen Seite den äußeren Elektroden desselben erhöhen kann, wodurch die Zuverlässigkeit des Thermistorerzeugnisses erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein erster Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor durch Bilden von äußeren Elektroden auf der Oberfläche eines Thermistorelements mit negativem Temperaturkoeffizient erhalten wird. Insbesondere umfaßt das Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient ein LaCoO3-Seltenerd-Übergangselement-Oxid, während die äußeren Elektroden ein elektrisch leitfähiges Material umfassen, das durch Hinzufügen von einer oder mehrerer Arten von Oxidpulvern von Cr und Fe zu einem Metallpulver gebildet ist. Ein zweiter Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor durch Bilden von äußeren Elektroden auf der Oberfläche eines Thermistorelements mit negativem Temperaturkoeffizient gefolgt von einem Verbinden von Anschlüssen mit den äußeren Elektroden mittels einer Lötbehandlung erhalten wird. Insbesondere umfaßt das Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient ein LaCoO3-Seltenerd-Über gangselement-Oxid, während die äußeren Elektroden ein elektrisch leitfähiges Material umfassen, das durch Hinzufügen von einer oder mehrerer Arten von Oxidpulvern von Cr und Fe zu einem Metallpulver gebildet ist.
Ein dritter Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor durch Bilden von äußeren Elektroden auf der Oberfläche eines Thermistorelements mit negativem Temperaturkoeffizient erhalten wird, wobei das Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient in einem Gehäuse unter einer Bedingung aufgenommen wird, bei der das Thermistorelement durch Anschlüsse elastisch gehalten wird. Insbesondere umfaßt das Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient ein LaCoO₃-Seltenerd-Übergangselement-Oxid, während die äußeren Elektroden ein elektrisch leitfähiges Material umfassen, das durch Hinzufügen von einer oder mehrerer Arten von Oxidpulvern von Cr und Fe zu einem Metallpulver gebildet ist.
Bei dem vorhergehenden ersten bis dritten Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizient umfaßt das Metallpulver Ag, Ag-Pd oder Ag-Pt.
Bei dem vorhergehenden ersten bis dritten Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizient ist der Gehalt der Oxidpulver in dem Metallpulver vorzugsweise 1,0 Gewichtsprozent oder weniger (jedoch nicht 0 Gewichtsprozent einschließend).
Bei dem vorhergehenden zweiten Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient ist das Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient mit einem äußeren dekorativen Harz beschichtet.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, eine Haftkraft zwischen dem Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient und den äußeren Elektroden desselben zu erhöhen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine teilweise geschnittene Querschnittsansicht, die schematisch einen Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient zeigt, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt ist; und
2 eine Querschnittansicht, die schematisch einen Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient zeigt, der gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, die schematisch einen Thermistor 1 mit negativem Temperaturkoeffizient eines Zuleitungstyps darstellt.
Der Thermistor 1 mit negativem Temperaturkoeffizient weist ein Thermistorelement 2 mit negativem Temperaturkoeffizient, zwei Hauptoberflächen des Thermistorelements 2 mit negativem Temperaturkoeffizient, äußere Elektroden 3 und 4, die auf den zwei Hauptoberflächen des Thermistorelements gebildet sind, Zuleitungsdrähte 6 und 7, die an denselben befestigt sind, um elektrisch mit den äußeren Elektroden 3 und 4 verbunden zu sein, und eine äußere dekorative Harzschicht 8 auf.
Das Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient sind aus einem Keramikmaterial hergestellt, das LaCoO₃-Seltenerd-Übergangselement-Oxid als Hauptkomponente desselben enthält, und wird in ein plattenähnliches Bauglied gebildet, dem eine Sinterbehandlung folgt, wodurch ein kreisförmiges plattenähnliches Bauglied mit einem Durchmesser von 7 mm und einer Dicke von 1,5 mm erhalten wird.
Die äußeren Elektroden 3 und 4 können auf die folgende Art und Weise gebildet werden. Zunächst wird eine oder mehrere Arten von Oxidpulvern von Ni, Cr, Mn und Fe in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent mit einer Sorte Metallpartikeln gemischt, die aus Ag, Ag-Pd oder Ag-Pt bestehen, wodurch eine Zwischenmischung erhalten wird. Dann wird eine geeignete Menge eines organischen Trägers zu der Mischung hinzugefügt, wobei Misch- und Knet-Behandlungen folgen, wodurch eine elektrisch leitfähige Paste mit eingestellter Viskosität erhalten wird. Anschließend wird die elektrisch leitfähige Paste verwendet, um die zwei gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Thermistorelements 2 mit negativem Temperaturkoeffizient zu beschichten, wobei dann das Durchführen einer Brenn/Klebe-Behandlung bei einer Temperatur von 900 bis 960°C für eine Stunde folgt.
Es werden ferner zwei Zuleitungsdrähte 6 und 7 an den Elektroden 3 und 4, die auf den zwei gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Thermistorelements 2 mit negativem Temperaturkoeffizient gebildet sind, unter Verwendung eines Hochtemperaturlots 5, wie z. B. Sn-Ag (das ein Zusammensetzungsverhältnis von 96,5:3,5 aufweist), befestigt. Schließlich wird ein äußeres dekoratives Harz 8, wie z. B. ein Silikonharz, verwendet, um die äußeren Oberflächen des obigen Materials zu beschichten, wodurch ein gewünschter Thermistor 1 mit negativen Temperaturkoeffizient erhalten wird.
Dann wird der erhaltene Thermistor 1 mit negativem Temperaturkoeffizient bezüglich der Haftkraft zwischen dem Thermistorelement 2 mit negativem Temperaturkoeffizient und den äußeren Elektroden 3, 4 untersucht, und derselbe wird ferner bezüglich der Änderung seines Widerstands desselben, wenn derselbe bei einer hohen Temperatur verwendet wird, untersucht. Ähnlicherweise werden die zwei gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Thermistorelements 2 mit negativem Temperaturkoeffizient mit einer frittenfreien Dickfilmelektrodenpaste beschichtet, die kein Oxidpulver von Ni, Cr, Mn, Fe enthält, die jedoch aus Ag, Ag-Pd oder Ag-Pt besteht, wobei eine Sinterbehandlung bei einer Temperatur von 900 bis 1.000°C für fünf Stunden folgt, wodurch ein herkömmlicher Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient gemäß dem Stand der Technik erhalten wird. Dann wird der herkömmliche Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient bezüglich der Haftkraft und der Widerstandsveränderung desselben auf die gleiche Art und Weise gemessen wie der vorhergehende.
Als ein Resultat stellt sich heraus, daß die Haftkraft zwischen dem Thermistorelement 2 mit negativem Temperaturkoeffizient und den äußeren Elektroden 3, 4 bei der vorliegenden Erfindung von 19,6 N auf 29,4 N pro ⌀ 3 mm im Vergleich zu derselben eines herkömmlichen Thermistors erhöht wird. Der Grund für diese Tatsache kann wie folgt erklärt werden. Es ist nämlich möglich, in Betracht zu ziehen, daß wenn die äußeren Elektroden 3, 4 durch die Brenn/Klebe-Behandlung gebildet werden, eine chemische Verbindung zwischen auf der einen Seite den Oxidpartikeln der LaCoO₃-Seltenerd-Übergangselement-Oxide, die in dem Thermistorelement 2 mit negativem Temperaturkoeffizient enthalten sind, und auf der anderen Seite den Partikeln von NiO, Cr₂O₃, Mn₂O₃, Fe₂O₃, die in den äußeren Elektroden 3, 4 enthalten sind, besteht. Beispielsweise wird, wenn die Partikel, die in den äußeren Elektroden 3, 4 enthalten sind, NiO sind, LaNiO₃ auf einer Grenzfläche zwischen dem Thermistorelement 2 mit negativem Temperaturkoeffizient und den äußeren Elektroden 3, 4 auftreten. Es ist ferner beispielsweise möglich, in Betracht zu ziehen, daß NiO in das Thermistorelement 2 mit negativem Temperaturkoeffizient eindringen und diffundieren wird, wodurch eine physische Verbindung aufgrund eines Ankereffekts erzeugt wird.
Ein Gehalt der Oxidpulver, die eines oder mehrere Arten von Metallen Ni, Cr, Mn, Fe enthalten, kann derart eingestellt werden, daß es sicher ist, die gleichen Effekte zu erhalten, die die äußeren Elektroden erzeugen sollten. Insbesondere wird es hinsichtlich einer Lotbenetzbarkeit, einer Haftkraft der äußeren Elektroden und eines Einflusses auf den Widerstandswert eines Thermistorelements mit negativem Tempera turkoeffizient bevorzugt, daß ein Gehalt der Oxidpulver 1,0 Gewichtsprozent oder weniger sein sollte.
Es wurde ferner herausgefunden, daß wenn der Thermistor 1 mit negativem Temperaturkoeffizient fortdauernd bei einer Temperatur von 100°C oder höher verwendet wird, eine Änderung des Widerstandswerts desselben im Verlauf der Zeit stark im Vergleich zum Stand der Technik gehemmt wird, da eine derartige Änderung des Widerstandswerts von 20% auf einen Wert reduziert wird, der kleiner als 1% ist. Der Grund für diese Tatsache kann wie folgt erklärt werden. Die Oxidpulver von Ni, Cr, Mn und Fe, die in den äußeren Elektroden 3 und 4 enthalten sind, sind nämlich zum Verhindern wirksam, daß das Sn, das in einem Lot enthalten ist, in die äußeren Elektroden 3 und 4 diffundiert, und sind ferner zum Verhindern einer Korrosion des Ag der äußeren Elektroden 3 und 4 wirksam (eine derartige Korrosion wird sonst aufgrund des Lots verursacht), wodurch eine mögliche Verschlechterung der Haftstärke der äußeren Elektroden verhindert wird.
2 wird verwendet, um ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu zeigen. Wie in der Zeichnung gezeigt, wird das Thermistorelement 2 mit negativem Temperaturkoeffizient durch zwei Anschlüsse 16 und 17 elastisch gehalten, wobei die zwei Elektroden 3 und 4 an den zwei Hauptoberflächen durch die zwei Anschlüsse 16 und 17 elektrisch leitfähig sind. Tatsächlich wird ein Gehäusetyp-Thermistor 11 mit negativem Temperaturkoeffizient gebildet, bei dem das Thermistorelement 2 mit negativem Temperaturkoeffizient und die zwei Speiseanschlüsse 16, 17 gesamt in einem wärmewiderstandsfähigen Gehäuse 18 umfaßt sind.
Ein Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient der vorliegenden Erfindung kann jedoch nicht nur als elektrisches Teil gebildet sein, das Zuleitungsanschlüsse umfaßt, sondern kann ferner ebenfalls als Chipteil gebildet sein.
Wie im vorhergehenden erörtert, ist es unter Verwendung der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Elektroden, die durch Hinzufügen von einer oder mehreren Arten von Oxidpulvern von Ni, Cr, Mn und Fe zu einem Metallpulver gebildet sind, möglich, einen Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient mit einer hohen Haftkraft zwischen dem Thermistorelement mit negativem Temperaturkoeffizient und den äußeren Elektroden zu erhalten.
Es stellt sich ferner heraus, daß selbst unter einer hohen Temperatur die Stärke der Elektroden der vorliegenden Erfindung nicht abnimmt, wodurch eine Änderung des Widerstandswerts des Thermistors mit negativem Temperaturkoeffizient gehemmt wird. Auf diese Art und Weise ist es sicher, daß die Zuverlässigkeit des Thermistors mit negativem Temperaturkoeffizient erhöht wird.

Claims

Thermistor (1; 11) mit negativem Temperaturkoeffizient, wobei der Thermistor (1; 11) durch Bilden von äußeren Elektroden (3, 4) auf der Oberfläche eines Thermistorelements (2) mit negativem Temperaturkoeffizient gebildet ist; und wobei das Thermistorelement (2) mit negativem Temperaturkoeffizient ein LaCoO3-Seltenerd-Übergangselement-Oxid aufweist, während die äußeren Elektroden (3, 4) ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen, das durch Hinzufügen von einer oder mehreren Arten von Oxidpulvern von Cr und Fe zu einem Metallpulver gebildet ist.
Thermistor (1) mit negativem Temperaturkoeffizient gemäß Anspruch 1, wobei der Thermistor (1) durch Bilden der äußeren Elektroden (3, 4) auf der Oberfläche des Thermistorelements (2) mit negativem Temperaturkoeffizient gefolgt von einem Verbinden von Anschlüssen (6, 7) mit den äußeren Elektroden (3, 4) mittels einer Lötbehandlung gebildet ist.
Thermistor (11) mit negativem Temperaturkoeffizient gemäß Anspruch 1, wobei der Thermistor (11) durch Bilden der äußeren Elektroden (3, 4) auf der Oberfläche des Thermistor elements (2) mit negativem Temperaturkoeffizient erhalten wird, wobei das Thermistorelement (2) mit negativem Temperaturkoeffizient derart in ein Gehäuse (18) aufgenommen ist, daß das Thermistorelement durch Anschlüsse (16, 17) elastisch gehalten wird
Thermistor (1; 11) mit negativem Temperaturkoeffizient gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Metallpulver Ag, Ag-Pd oder Ag-Pt aufweist.
Thermistor (1; 11) mit negativem Temperaturkoeffizient gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Gehalt des Oxidpulvers in dem Metallpulver 1,0 Gewichtsprozent oder weniger, jedoch nicht 0 Gewichtsprozent, ist.
Thermistor (1; 11) mit negativem Temperaturkoeffizient gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Thermistor (1; 11) mit negativem Temperaturkoeffizient ein Chipteil ist.