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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Chiptyp-Thermistor („Chipthermistor"), der für einen Schutz
gegen einen Überstrom
verwendet werden kann.
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Chipthermistoren
umfassen sowohl Positiv-Widerstandstemperaturkoeffizient-
(PTC-) Thermistoren als auch Negativ-Widerstandstemperaturkoeffizient-
(NTC-) Thermistoren. Ein PTC-Chipthermistor kann in die Schaltung
eines elektronischen Geräts
eingebaut sein, um Wärme
zu erzeugen, wenn ein Überstrom
mit einer Intensität,
die stärker ist
als ein spezifizierter Pegel, durch dasselbe fließt, wodurch
sein Widerstand erhöht
wird aufgrund seiner Positiv-Widerstandstemperaturkoeffizientcharakteristik
und die Intensität
des Stroms, der in das elektronische Gerät fließt, unter einem bestimmten
Pegel gehalten wird.
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2 zeigt
einen herkömmlichen
PTC-Thermistor 1, der ein Thermistorelement 5 mit
Oberflächenelektroden 3 und 4,
die auf einem planaren PTC-Thermistorkörper 2 gebildet sind,
elektrisch isolierende Schichten 6, die auf beiden Hauptoberflächen des
PTC-Thermistorelements 5 gebildet sind, um die Oberflächenelektroden 3 und 4 zu
bedecken, und äußere Elektroden 7 und 8 umfasst,
die auf beiden Endoberflächen
des PTC-Thermistorelements 5 gebildet sind, um elektrisch
mit den Oberflächenelektroden 3 und 4 verbunden
zu sein.
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Die
JP 63281402 offenbart einen
Chipthermistor mit einer Schichtstruktur, die ein Thermistorelement
mit einem planaren Thermistorkörper,
der Oberflächen
aufweist, und einem Substrat, die übereinander gestapelt sind,
wobei das Thermistorelement ein Paar von Oberflächenelektroden auf den Oberflächen des
planaren Thermistorkörpers
aufweist; und mit einem Paar von äußeren Elektroden, jeweils auf
einem entsprechenden von zueinander gegenüberliegenden Endteilen der
Schichtstruktur, wobei jede der äußeren Elektroden
elektrisch mit einer entsprechenden der Oberflächenelektroden verbunden ist.
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Wenn
der PTC-Thermistor 1 beispielsweise für einen Schutz gegen einen Überstrom
verwendet wird, ist es erforderlich, dass derselbe einen geringen Widerstandswert
hat, um den Leistungsverlust im Zusammenhang mit einem Spannungsabfall
zu reduzieren. Im allgemeinen erhöht sich jedoch die Wärmeproduktion
eines PTC-Thermistorelements, falls der Widerstand seines Keramikmaterials
reduziert ist. Da die isolierende Schicht 6 des PTC-Thermistors 1 sehr
dünn ist,
verläuft
die Wärme
von dem PTC-Thermistorelement 5 ohne weiteres zu der Schaltungsplatine,
auf der der PTC-Thermistor 1 befestigt ist, was nachteilige
Effekte nicht nur auf die Schaltungsplatine selbst, sondern auch
auf Peripheriegeräte
in der Nähe
hat.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher bezüglich
dieser Probleme eine Aufgabe dieser Erfindung, einen verbesserten
Chipthermistor zu schaffen, der in der Lage ist, den Temperaturanstieg
der Schaltungsplatine zu reduzieren, auf der derselbe befestigt
ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen solchen Chipthermistor
zu schaffen, der in der Lage ist, die Stärke seines planaren Thermistorelements
beizubehalten, selbst wenn dieses dünn gemacht ist, um seinen Widerstand
zu reduzieren.
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Ein
Chipthermistor, der diese Erfindung umfasst, mit der die obigen
und andere Aufgaben erreicht werden können, kann so gekennzeichnet
werden, dass derselbe eine Schichtstruktur umfasst, die ein Thermistorelement
und ein Substrat aufweist, die übereinander
gestapelt sind, mit einer elekt risch isolierenden Schicht zwischen
denselben, wobei das Thermistorelement einen planaren Thermistorkörper umfasst,
der Oberflächen
und ein Paar von Oberflächenelektroden
auf den Oberflächen
aufweist, und ein Paar von äußeren Elektroden,
die jeweils auf einem entsprechenden der zueinander gegenüberliegenden
Endteile der Schichtstruktur sind, wobei jede dieser äußeren Elektroden
elektrisch mit einer entsprechenden der Oberflächenelektroden verbunden ist.
Das Paar von Oberflächenelektroden
ist vorzugsweise jeweils gebildet, um einen Hauptabschnitt von einer
der Hauptoberflächen
des Thermistorkörpers zu
bedecken und die gegenüberliegende
Hauptoberfläche
durch eine ihrer Seitenoberflächen
zu erreichen, während
dieselben in einer zueinander elektrisch isolierten Beziehung sind.
Das Substrat kann vorzugsweise einen weiteren Thermistorkörper umfassen.
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Wenn
eine elektrisch isolierende Platte somit an der Oberfläche des
Thermistorelements befestigt ist, die einer Schaltungsplatine zugewandt
ist, auf der dasselbe befestigt werden soll, wird die Wärme, die durch
das Thermistorelement erzeugt wird, effektiver daran gehindert,
zu der Schaltungsplatine geleitet zu werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
beiliegenden Zeichnungen, die dieser Beschreibung hinzugefügt sind
und einen Teil derselben bilden, stellen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu,
die Prinzipien der Erfindung zu erklären. Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines PTC-Chipthermistors, der diese Erfindung umfasst;
und
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2 eine
Schnittansicht eines herkömmlichen
PTC-Chipthermistors.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels beschrieben. 1 zeigt
einen PTC-Chipthermistor 11, der diese Erfindung umfasst, der
eine Schichtstruktur mit einem PTC-Thermistorelement 12 und
einem Substrat 16 aufweist, die mit einer isolierenden
Schicht 17a zwischen denselben aneinander geklebt sind,
und äußeren Elektroden 18 und 19,
die auf Endteilen dieser Schichtstruktur gebildet sind. Das PTC-Thermistorelement 12 wird
erhalten durch Bilden eines Paars von Oberflächenelektroden 14 und 15 durch
ein Verfahren der Dünnfilmtechnologie,
die jeweils drei Schichten umfassen, jeweils aus Cr, Monel und Ag
auf Oberflächen
eines PTC-Thermistorkörpers 13,
der planar ist und die Abmessungen 4,5 mm × 3,2 mm × 0,2 mm hat. Es wird bevorzugt,
dass jede winkelförmige
Kante zwischen einer Hauptoberfläche
und einer Seitenoberfläche abgerundet
ist, so dass die Oberflächenelektroden 14 und 15 eine
einheitliche Dicke aufweisen, wo dieselben über jeder Kante an dem PTC-Thermistorkörper 13 befestigt
sind, und dass es keine Diskontinuität in den Oberflächenelektroden 14 und 15 gibt,
was ein Auftreten einer unvollständigen
Leitung bewirkt.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, bedeckt eine der Oberflächenelektroden
(„erste
Oberflächenelektrode" 14) einen
Hauptabschnitt von einer der Hauptoberflächen („erste Hauptoberfläche") des PTC-Thermistorkörpers 13 und
verläuft über eine
der Seitenoberflächen
desselben, um einen kleinen Abschnitt der anderen Hauptoberfläche desselben
(„zweite Hauptoberfläche") zu bedecken, und
die andere der Oberflächenelektroden
(„zweite
Oberflächenelektrode" 15) bedeckt
einen Hauptabschnitt der zweiten Hauptoberfläche desselben und verläuft über eine andere
der Seitenoberflächen
desselben, um einen kleinen Abschnitt der ersten Hauptoberfläche desselben
zu bedecken, so dass die beiden Oberflächenelektroden 14 und 15 in
einer zueinander getrennten und isolierten Beziehung sind. Da jede
dieser Oberflächenelektroden 14 und 15 somit über beiden Hauptoberflächen und
eine der Seitenoberflächen des
PTC-Thermistorkörpers 13 gebildet
ist, stellen dieselben einen verlässlichen Kontakt mit einer
entsprechenden der äußeren Elektroden 18 und 19 auf den
beiden Endoberflächen
des PTC-Thermistorelements 12 her und sind abhängig isoliert
von der anderen der äußeren Elektroden 18 und 19,
obwohl diese äußeren Elektroden 18 und 19 gebildet
sind, um kleine Abschnitte der Hauptoberflächen zu bedecken.
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Das
Material, aus dem die Oberflächenelektroden 14 und 15 bestehen
können,
beschränkt
den Schutzbereich der Erfindung nicht, solange dieselben eine Metallbasisschicht
aufweisen, die in der Lage ist, einen ohmschen Kontakt zu bilden.
Dies muss nicht Cr sein und kann beispielsweise Ni oder Al sein.
Außerdem
soll auch das Verfahren der Bildung derselben den Schutzbereich
der Erfindung nicht beschränken.
Dieselben können
durch Sputtern, Aufdampfen oder durch Drucken und Härten einer
elektrisch leitfähigen
Paste gebildet werden. Dieselben können aus einer Schichtstruktur
mit mehreren Schichten bestehen.
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Elektrisch
isolierende Schichten 17a und 17b sind alle über eine
jeweilige der Hauptoberflächen
des PTC-Thermistorelements 12 gebildet, durch
Aufbringen einer Paste aus Bleiborosilikatglas auf eine Dicke von
etwa 80 μm
und Härten.
Das Substrat 16 (das im wesentlichen ein weiterer PTC-Thermistorkörper ist,
ohne darauf gebildete Oberflächenelektrode)
wird auf das PTC-Thermistorelement 12 geklebt, mit der
isolierenden Schicht 17a dazwischen. Dies wird bewirkt
durch Schichten des Substrats 16 (d. h. einen PTC-Thermistorkörper ohne
Elektrode darauf) auf eine der Hauptoberflächen des PTC-Thermistorelements 12,
das mit einer Glaspaste beschichtet ist und anschließend wird
dasselbe einem Härtungsprozess
unterzogen. Alternativ kann eine Glaspaste zuerst vollständig über eine
der Hauptoberflächen
des Substrats 16 aufgebracht werden, bevor dasselbe auf
das PTC-Thermistorelement 12 geschichtet wird, wobei die
Glaspaste danach einem Härtungsprozess
unterzogen wird.
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Zusätzlich zu
den isolierenden Schichten 17a und 17b, die in 1 gezeigt
sind, können
auch andere isolierende Schichten gebildet werden, beispielsweise
auf den verbleibenden Seitenoberflächen des PTC-Thermistorelements 12 (zu
und/oder weg von dem Betrachter), außer wo die äußeren Elektroden 18 und 19 gebildet
werden sollen. Falls dies durchgeführt wird, sind alle vier Oberflächen des PTC-Thermistorelements 12,
außer
den Endoberflächen,
vollständig
mit Glas bedeckt, das elektrisch isolierend ist.
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Die
Verwendung von Bleiborosilikatglas soll den Schutzbereich der Erfindung
nicht beschränken. Andere
Arten von Glasmaterial als auch Harzmaterialien können als
Isolator verwendet werden.
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Die äußeren Elektroden 18 und 19 können durch
Aufbringen einer Ag-Paste auf beide Endoberflächen der Schichtstruktur gebildet
werden, wobei das PTC-Thermistorelement 12 und das Substrat 16 übereinander
gestapelt sind, zu einer Dicke von etwa 6 μm, und durch Härten derselben
bei 500°C
für zehn Minuten
und sind elektrisch einzeln mit den Oberflächenelektroden 14 und 15 auf
dem PTC-Thermistorelement 12 verbunden. Diese äußeren Elektroden 18 und 19 sollen
nur ein Metallmaterial mit guter Lötcharakteristik umfassen. Dieselben
können
durch Bereitstellen eines oberen Schichtfilms (beispielsweise aus Sn)
mit einer guten Lötcharakteristik über einer
gehärteten
Ag-Schicht gebildet werden. Diese Schichten können auch durch Sputtern, durch
Aufdampfen, durch Drucken und Härten
einer elektrisch leitfähigen Paste
oder durch Löten
gebildet werden. Dieselben können
aus einer Schichtstruktur mit mehreren Schichten bestehen.
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Der
so strukturierte PTC-Chipthermistor 11 ist vorteilhaft,
denn wenn derselbe auf einer Schaltungsplatine befestigt wird, dient
das Substrat 16 (das ein PTC-Thermistorkörper ist),
das an der Schaltungsplatine befestigt ist, dazu, die Leitung von Wärme, die
durch das PTC-Thermistorelement 12 erzeugt wird, zu der
Schaltungsplatine zu hemmen, so dass der unerwünschte Temperaturanstieg der Schaltungsplatine
verhindert werden kann. Experimente wurden ausgeführt durch
Befestigen von Proben von beiden PTC-Chipthermistoren, die diese
Erfindung umfassen, und herkömmlichen
Thermistoren auf einer Schaltungsplatine, Anlegen einer Spannung
an jede und Messen der Oberflächentemperatur
der Schaltungsplatine, auf der dieselben befestigt wurden. Bei fünf Proben
von herkömmlichen
Thermistoren waren die gemessenen Oberflächentemperaturen der Schaltungsplatine
130°C, 129°C, 125°C, 132°C und 126°C, wobei
die mittlere Temperatur 128°C
ist. Bei fünf
Proben gemäß dieser
Erfindung waren die gemessenen Oberflächentemperaturen 100°C, 99°C, 102°C, 95°C und 100°C, wobei
die mittlere Temperatur 99°C
ist. Somit betrug die Differenz zwischen den mittleren Temperaturen
beinahe 30°C zwischen
den Proben der herkömmlichen
Thermistoren und den Thermistoren, die diese Erfindung umfassen.
Dieses experimentelle Ergebnis beweist eindeutig, dass ein PTC-Chipthermistor gemäß dieser Erfindung
in der Lage ist, den Temperaturanstieg der Schaltungsplatine, auf
der derselbe befestigt ist, zu verhindern.
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Es
ist nun selbstverständlich,
dass viele Modifikationen und Variationen innerhalb des Schutzbereichs
dieser Erfindung möglich
sind, wie er durch die angehängten
Ansprüche
definiert ist. Beispielsweise kann ein weiteres Substrat 16 durch
eine Glaspaste an der oberen Hauptoberfläche des PTC-Thermistorelements 12 befestigt
sein, so dass das PTC-Thermistorelement 12 zwischen
zwei Substraten 16 angeordnet ist. Obwohl ein PTC-Thermistorkörper (ohne
Elektroden, die darauf gebildet sind) bei dem oben beschriebenen
Beispiel als Substrat verwendet wurde, kann das, was oben als Substrat
bezeichnet wird, auch ersetzt werden durch jeden Isolator, wie z.
B. Aluminiumoxid, so dass ein Widerstand von mehr als 106 Ω zwischen
den äußeren Elektroden 18 und 19 beibehalten
werden kann.
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Diese
Erfindung ist auch anwendbar für
die Herstellung eines Negativ-Wwiderstandstemperaturkoeffizient-
(NTC-) Thermistors.