JP2000138105A - 負特性サーミスタ装置 - Google Patents

負特性サーミスタ装置

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JP2000138105A
JP2000138105A JP10308511A JP30851198A JP2000138105A JP 2000138105 A JP2000138105 A JP 2000138105A JP 10308511 A JP10308511 A JP 10308511A JP 30851198 A JP30851198 A JP 30851198A JP 2000138105 A JP2000138105 A JP 2000138105A
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thermistor
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solder
wire
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Minoru Shimada
実 島田
Kingo Omura
金吾 大村
Hidekiyo Takaoka
英清 高岡
Yoshiyuki Yamashita
是如 山下
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • G01K7/16Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C1/00Details
    • H01C1/14Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/1413Terminals or electrodes formed on resistive elements having negative temperature coefficient

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負特性サーミスタ装置に備えるサーミスタ素
体上の銀を主成分とする電極に、錫を主成分とする半田
を用いてリード線を半田付けすると、高温下において、
半田中の錫が電極中へ拡散し、その結果、サーミスタ素
体と電極とのオーミック接触を損ね、サーミスタ装置の
抵抗値を徐々に上昇させてしまう。 【解決手段】 リード線5を電極3に半田付けすると
き、半田4として、錫を主成分とし、ニッケルを0.0
5重量%〜1.0重量%含有する組成を有するものを用
いることによって、錫が電極3中へ拡散することを抑制
するとともに、リード線5として、鉛を含有しない金属
からなるものを用いることによって、ニッケルによる錫
拡散抑制効果が鉛によって阻害されることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、負特性サーミス
タ装置に関するもので、特に、サーミスタ素体上の電極
に導電性の端子部材を半田付けした構造を有する負特性
サーミスタ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この発明にとって興味ある負特性サーミ
スタ装置として、たとえば、図1に示すような負特性サ
ーミスタ装置1がある。図1は、このサーミスタ装置1
を図解的に示す断面図である。
【0003】負特性サーミスタ装置1は、負のサーミス
タ特性を有する、たとえば円板状のサーミスタ素体2を
備える。サーミスタ素体2の相対向する主面上には、サ
ーミスタ素体2の表面にオーミック接触するように、電
極3がそれぞれ形成される。また、これら電極3には、
半田4を用いて、導電性の端子部材としてのリード線5
がそれぞれ半田付けされる。さらに、サーミスタ素体2
を覆うように、耐湿性および耐熱性に優れた樹脂からな
る外装6が破線で示すように付与されることもある。
【0004】上述した電極3の材料としては、たとえば
銀を主成分とするものが用いられる。
【0005】また、このサーミスタ装置1がたとえば突
入電流抑制用として用いられる場合には、使用時におい
て発熱するため、高温に耐えるように、半田4として
は、錫の含有量の多いもの、すなわち錫を主成分とする
ものが用いられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、電極3が銀を主成分とし、かつ半田4が錫を主
成分とする場合、高温環境下に比較的長時間さらされる
と、図3に示すように、まず、半田4に含有される錫
(Sn)が電極3内に固相拡散し、その結果、電極3と
サーミスタ素体2との結合が外れ、電極3中の銀が半田
4中へ固相拡散する。これによって、電極3中の銀が錫
と反応してAg3 Snに変化して、電極3とサーミスタ
素体2とのオーミック接触が損なわれ、サーミスタ装置
1の抵抗値が徐々に上昇する、という不具合を招く。
【0007】上述のAg3 Sn化を引き起こす高温環境
は、たとえば、リード線5を電極3に半田付けする場合
においてもたらされたり、あるいはその後の使用時にお
いてもたらされたりする。そして、このAg3 Sn化
は、サーミスタ装置1の使用時の高温環境によって促進
される。特に、140℃以上の温度で、この問題が顕著
である。
【0008】このようなことから、サーミスタ装置1が
前述のように突入電流抑制用である場合には、高温に耐
えるように、前述したように、半田4中の錫の含有量が
多くされるが、一方では、サーミスタ装置1には電流が
常時流れ、したがってサーミスタ装置1は常時発熱状態
にあるので、上述の問題が深刻なものとなる。また、サ
ーミスタ装置1を高温用のセンサとして用いる場合に
も、同様の問題に遭遇する。
【0009】そこで、この発明の目的は、上述した問題
を解決し得る、負特性サーミスタ装置を提供しようとす
ることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、上述した技
術的課題を解決するため、簡単に言えば、リード線のよ
うな端子部材を負特性サーミスタ素体上の電極に半田付
けするために用いる半田の組成を改良し、組み合わせる
端子部材の組成を特定したものである。
【0011】より詳細には、この発明は、負のサーミス
タ特性を有するサーミスタ素体と、サーミスタ素体の表
面にオーミック接触するように形成された、銀を主成分
とする電極と、電極に半田付けされた、導電性の端子部
材とを備える、負特性サーミスタ装置に向けられるもの
であって、端子部材を電極に半田付けするための半田
は、錫を主成分としながらも、ニッケルを0.05重量
%〜1.0重量%含有する組成とすることによって、錫
の電極への拡散すなわちAg3 Snの生成を抑制し、か
つ、ニッケル添加による錫拡散抑制効果に悪影響を及ぼ
す鉛を排除するため、端子部材は、その母材および表面
処理のいずれにおいても鉛を含まない金属から構成する
ことを特徴としている。
【0012】この発明において、好ましくは、半田とし
ては、錫、銀およびニッケルを含有する組成を有するも
のが用いられる。
【0013】また、この発明において、端子部材は、リ
ード線で構成されても、金属板からなるリード端子また
は端子板で構成されてもよいが、リード線によって構成
されるとき、リード線としては、好ましくは、銀線、銅
線、錫めっき鉄線、錫めっきステンレス線、または錫め
っき銅線が用いられる。
【0014】
【発明の実施の形態】前述した図1は、この発明の一実
施形態を説明するためにも用いられる。
【0015】図1に示した負特性サーミスタ装置1は、
前述したように、負のサーミスタ特性を有する、たとえ
ば円板状のサーミスタ素体2を備える。サーミスタ素体
2の相対向する主面上には、サーミスタ素体2の表面に
オーミック接触するように、電極3がそれぞれ形成され
る。また、これら電極3には、半田4を用いて、導電性
の端子部材としてのリード線5がそれぞれ半田付けされ
る。さらに、この実施形態では、サーミスタ素体2を覆
うように、耐湿性および耐熱性に優れた、たとえばシリ
コーン樹脂からなる外装6が破線で示すように付与され
る。
【0016】上述した電極3の材料としては、銀を主成
分とするものが用いられる。
【0017】また、半田4としては、錫の含有量の多い
もの、すなわち錫を主成分とするものが用いられるが、
この発明では、ここにニッケルが添加されることを特徴
としている。すなわち、半田4は、錫を主成分とし、ニ
ッケルを0.05重量%〜1.0重量%含有する組成を
有している。一例を挙げると、半田4としては、錫、銀
およびニッケルを含有する組成を有するものを用いるこ
とができる。
【0018】このように、錫を主成分とする半田4に、
ニッケルを0.05重量%〜1.0重量%含有させるこ
とにより、半田4中の錫が電極3へ侵入または拡散する
ことを抑制できる。この理由は、以下のように考えるこ
とができる。
【0019】図2を参照して、電極3にリード線5を半
田付けする時点において、錫を主成分とする半田4と銀
を主成分とする電極3との間に、安定なAg−Sn−N
iからなる3元化合物層7が形成され、これによって、
半田4中の錫(Sn)が電極3へ固相拡散することが阻
止される。
【0020】その結果、サーミスタ素体2の表面に対す
る電極3のオーミック接触を確保して、高温環境におい
て抵抗値が徐々に上昇するといった現象が生じることを
大幅に低減することができる。
【0021】なお、ニッケルの含有量が0.05重量%
未満の場合、錫の電極3への侵入または拡散を抑制する
効果が小さい。他方、ニッケルの含有量が1.0重量%
を超えると、錫の電極3への侵入または拡散に対する抑
制効果が大きいものの、半田4の表面に割れが生じ、実
用にならない。
【0022】また、上述したようなニッケルによる錫の
侵入または拡散に対する抑制効果は、鉛の存在によって
阻害されることが本件発明者によって見出された。そこ
で、このような錫拡散抑制効果に悪影響を及ぼす鉛を排
除するため、リード線5は、その母材および表面処理の
いずれにおいても鉛を含まない金属から構成される。そ
のため、リード線5としては、たとえば、銀線、銅線、
錫めっき鉄線、錫めっきステンレス線、または錫めっき
銅線を有利に用いることができる。
【0023】
【実施例】図1を参照して、Mn、Ni、Cu、Fe、
La、CoおよびCrの各酸化物を含む成形体を焼結さ
せて、負特性サーミスタ素体2を得た。次いで、このサ
ーミスタ素体2の表面に、Agを主成分とする導電性ペ
ーストを印刷により付与し、800℃〜850℃の温度
にて焼成して、電極3を形成した。
【0024】次に、半田4として、Agを3.5重量%
含有するとともに、表1に示す各含有量をもってNiを
含有し、かつ、残部がSnとされた組成を有するものを
それぞれ用意した。
【0025】他方、リード線5として、表1に示す各素
材のものを用意した。
【0026】
【表1】 なお、表1において、試料番号に*を付した試料は、こ
の発明の範囲外のものである。
【0027】次に、表1に示す各試料について、まず、
半田4をリード線5にディップにより付与した後、この
リード線5をリフローにより電極3に半田付けした。
【0028】次いで、サーミスタ素体2全体を、耐湿性
および耐熱性に優れた樹脂にディップして、樹脂外装6
を施すことによって、負特性サーミスタ装置1を完成さ
せた。
【0029】次に、これら各試料に係るサーミスタ装置
1に対して、160℃の高温放置試験を実施し、この試
験前と1000時間後との各抵抗値を測定し、それに基
づいて抵抗値変化率を評価した。その結果が上記表1に
示されている。
【0030】表1を参照して、試料1〜6においては、
リード線5として、Pbを含む金属からなるもの、具体
的には、Sn/PbめっきCu線を用いている。これら
試料1〜6において、Niを0.05重量%〜1.0重
量%含有する試料2〜6は、Niを含有しない試料1に
比べて、抵抗値変化率が低く、Niによる抵抗値変化抑
制効果、すなわち半田4中のSnが電極3へ固相拡散す
ることを抑制する効果が現れている。
【0031】しかしながら、上述の抵抗値変化抑制効果
が現れているとされた試料2〜6であっても、抵抗値変
化率は、試料6の7.8%が最小であるにすぎず、その
効果は未だ満足されるものではなく、さらに改善の余地
が残されている。
【0032】これらに対して、試料7〜18において
は、リード線5として、Pbを含まない金属からなるも
の、具体的には、試料7ではAg線、試料8ではCu
線、試料9ではSnめっきFe線、試料10ではSnめ
っきステンレス線、および、試料11〜18ではSnめ
っきCu線を用いている。
【0033】これら試料7〜18において、Niを0.
05重量%〜1.0重量%含有する試料7〜10および
13〜17は、いずれも、Niを含有しない試料11ま
たはNiを0.05重量%未満しか含有しない試料12
に比べて、抵抗値変化率が極めて低く、Niによる抵抗
値変化抑制効果が大きく現れている。
【0034】また、さらに注目すべきことに、Niを
0.05重量%〜1.0重量%含有するにも関わらず、
試料2〜6のように、Pbを含有する金属からなるリー
ド線5を用いたものでは、抵抗値変化率が比較的高い
が、試料7〜10および13〜17のように、Pbを含
有しない金属からなるリード線5を用いたものでは、抵
抗値変化率が極めて低く抑えられている。このことか
ら、PbがNiによるSn拡散抑制効果に悪影響を与え
ることがわかる。
【0035】また、試料18のように、1.0重量%を
超えてNiを含有する場合には、抵抗値変化率が低い
が、半田4の表面に割れが生じる不具合が発生した。
【0036】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、負特
性サーミスタ装置に備えるサーミスタ素体上に形成され
た銀を主成分とする電極に、たとえばリード線のような
導電性の端子部材を半田付けする際に用いる半田とし
て、錫を主成分としながら、これにニッケルを0.05
重量%〜1.0重量%添加したものが用いられるので、
ニッケルによる錫の拡散抑制効果に基づき、高温環境下
に置かれても、電極中の銀のAg3 Sn化が進行しにく
くなり、そのため、サーミスタ素体表面に対する電極の
オーミック接触が阻害されることを防止することができ
る。
【0037】したがって、突入電流抑制用の負特性サー
ミスタ装置の場合や、高温用のセンサとして用いられる
負特性サーミスタ装置の場合のように、高温環境下で使
用される負特性サーミスタ装置であっても、オーミック
接触が損なわれることによる抵抗値の上昇が抑制され
る。この点で、この発明は、特に、これらの用途に向け
られる負特性サーミスタ装置において有利に適用するこ
とができる。
【0038】また、この発明によれば、端子部材は、そ
の母材および表面処理のいずれにおいても鉛を含まない
金属から構成されるので、上述したニッケルによる錫の
拡散抑制効果が鉛によって減殺されることを防止でき
る。
【0039】この発明において、半田として、錫、銀お
よびニッケルを含有する組成を有するものを用いると、
半田においても、鉛を含まない組成とすることができる
ので、上述したようなニッケルによる錫の拡散抑制効果
が鉛によって減じられることを防止する効果のより完璧
化を図ることができるとともに、半田付け時の鉛の蒸発
による環境悪化の問題を引き起こすことも回避できる。
【0040】また、この発明において、端子部材を、銀
線、銅線、錫めっき鉄線、錫めっきステンレス線、また
は錫めっき銅線からなるリード線によって構成すると、
鉛を含まない端子部材を入手容易なものから選択して用
いることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にとって興味ある、かつこの発明の一
実施形態が適用され得る負特性サーミスタ装置1の全体
を図解的に示す断面図である。
【図2】図1に示したサーミスタ装置1の一部を拡大し
て示す断面図であり、この発明による錫(Sn)拡散抑
制効果を図解するものである。
【図3】図1に示したサーミスタ装置1の一部を拡大し
て示す断面図であり、錫(Sn)の拡散を図解するもの
である。
【符号の説明】
1 負特性サーミスタ装置 2 サーミスタ素体 3 電極 4 半田 5 リード線(端子部材) 7 3元化合物層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高岡 英清 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 山下 是如 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Fターム(参考) 5E028 AA04 BA03 BB10 CA16 DA00 EA00 EB00 FA00 GA00 HA00 JA12 JB01 JC11 5E034 BA09 BB01 DA03 DC02 DC04 DC10

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負のサーミスタ特性を有するサーミスタ
    素体と、 前記サーミスタ素体の表面にオーミック接触するように
    形成された、銀を主成分とする電極と、 前記電極に半田付けされた、導電性の端子部材と、 を備え、 前記端子部材は、鉛を含まない金属からなり、かつ、 前記端子部材を前記電極に半田付けするための半田は、
    錫を主成分とし、ニッケルを0.05重量%〜1.0重
    量%含有する組成を有することを特徴とする、負特性サ
    ーミスタ装置。
  2. 【請求項2】 前記半田は、錫、銀およびニッケルを含
    有する組成を有する、請求項1に記載の負特性サーミス
    タ装置。
  3. 【請求項3】 前記端子部材は、リード線によって構成
    され、前記リード線は、銀線、銅線、錫めっき鉄線、錫
    めっきステンレス線、および錫めっき銅線から選ばれた
    1種である、請求項1または2に記載の負特性サーミス
    タ装置。
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