JP2001338805A

JP2001338805A - スピネル系フェライトを利用した負の温度係数サーミスタ素子

Info

Publication number: JP2001338805A
Application number: JP2000401346A
Authority: JP
Inventors: Chukoku Ri; 忠國李; Kosho Ryo; 光燮梁; Eisei O; 永星王
Original assignee: RETORON CO Ltd
Current assignee: RETORON CO Ltd
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2001-12-07
Also published as: KR20010107086A; CN1326198A; CN1205624C; KR100361310B1

Abstract

(57)【要約】【課題】負の温度係数サーミスタ素子の保護層を改善
して外部の環境変化による素子の安定性、特に、優秀な
耐浸食性を持ちながらも低価で製造が可能な負の温度係
数サーミスタ素子と、フェライト系組成物を利用して優
れた耐浸食性とともに向上された熱的安定性を持つ単板
形負の温度係数サーミスタ素子と、中間絶縁層または中
間保護層としてフェライトシートを用いて多機能形負の
温度係数サーミスタ素子を提供する。【解決手段】サーミスタ積層体と、積層体内に形成さ
れた内部電極と、積層体を外部と連結する外部連結用電
極と、外部連結用電極と電気的に連結され、積層体の長
手方向の両側面に形成される側面電極と、積層体の上下
面に積層され、スピネル系フェライトを含有する外部保
護層からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は負の温度係数(Negat
ive Temperature Coefficient：NTC)サーミスタ素子に
係り、より詳細には、スピネル系フェライト組成物を保
護層として使用した負の温度係数サーミスタ素子に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】負の温度係数(NTC)サーミスタ用素材は
温度の上昇によって素子の電気抵抗が減少する半導電性
セラミックとして、最近電子製品の多機能化によって温
度センサ、回路補償用素子及び液位センサなどで広く用
いられている。

【０００３】一般的にこの負の温度係数サーミスタ素子
は、マンガン酸化物であるMn₃O₄のスピネル構造を基礎
とし、ここにNi、Co、Fe、Cu、Al、Cr及びその他の微量
成分が添加された組成を持つ。原子的観点から見ると、
７５〜１００mol%のMnを基本としてNi、Fe、Co、Cu、A
l、Crの中で二つ又はそれ以上の複合酸化物から構成さ
れ、ここに、０〜２５mol%のV、B、Ba、Bi、Ca、La、S
b、Sr、Ti、Zrの中で一つ又はそれ以上の成分が添加さ
れて酸化物形態をなす。すなわち、化学式で表示する
と、M_xMn_3-xO₄の基本構造にNi、Fe、Co、Cu、Al、Crな
どの元素が添加され、また、V、B、Ba、Bi、Ca、La、S
b、Sr、Ti、Zrなどの元素が少量添加剤として添加され
る形態を持つ。したがって、負の温度係数サーミスタ素
子用組成物とは、通常M_xMn_3-xO₄を基礎としたセラミッ
ク素材を意味する。

【０００４】一般的に負の温度係数サーミスタ素子は、
前記原料の酸化物形態を所望する配合比で混合した後に
高温で熱処理して合成した粉末を使用し、素材の電気抵
抗と温度特性などの関連物性が素材の組成と焼結温度に
よって変化するもので、組成によって焼結温度は９５０
℃〜１，４００℃の範囲で実施され、焼結体の密度は
５．２g/cc程度である。

【０００５】以下、図６〜図８を参考にして従来の表面
実裝形負の温度係数サーミスタ素子の製造方法について
説明する。

【０００６】図６は一般的な積層形NTC素子の製造方法
を説明する流れ図である。一定の組成を持つようにMnを
基本としたNi、Fe、Co、Cu、Al、Crの中で二つ又はそれ
以上の複合酸化物と、添加物としてNi、Co、Fe、Cu、A
l、La及びその他の微量成分が添加された複合酸化物を
混合し(1段階)、解砕して(2段階)、焼く(3段階)。

【０００７】このように形成された酸化物を再粉砕して
粉末を作った後(4段階)、これを溶媒と混合してスラリ
ー(slurry)化した後(5段階)、テープキャスティング(ta
pe casting)法を利用してシート(sheet)形態で成形する
(6段階)。

【０００８】このシートに電極形状を転写法または厚膜
印刷法(screen printing)で形成した後に積層して温度
と圧力を加えて一体化する(7段階)。素子の電気的特性
はこの段階で形成される内部電極の構造の特性によって
決定される。

【０００９】一体化された積層体を単位素子の大きさで
切断した後(8段階)、１，０００℃〜１，４００℃で焼
結する(9段階)。以後、焼結された焼結体を練磨して縁
部をラウンド状でバレル練磨する(10段階)。

【００１０】以後、側面電極を形成する。これは通常導
電性ペーストを側面に塗布して焼成する方法により行わ
れる(11段階)。次に、実際の回路にはんだ付けが容易に
側面電極にSn/Pbを鍍金(12段階)すると最終製品が完成
される。

【００１１】図７及び図８は従来の積層形負の温度係数
サーミスタ用素子の構造を示す構造図で、完成された負
の温度係数サーミスタ素子は負の温度係数セラミック素
材２１の内部に内部電極２２を含んだ状態になり、セラ
ミック素材の両端には外部連結用電極２３が形成されて
いる構造である。また、外部連結用電極の外部には保護
層２４が形成され、素子の側面には側面電極２５が形成
されている。

【００１２】負の温度係数サーミスタ用セラミック素材
２１は、一定の温度増加によって抵抗が減少する特性を
提供するもので、一定の温度範囲内の直進性及び時間経
過による特性変化を減少させる方向への素材開発がなさ
れている。

【００１３】前記積層形負の温度係数サーミスタ用素子
の各構成要素別機能または作用について説明すると、ま
ず、内部電極２２は電子部品に用いられる時の最終抵抗
を調節する役割をし、通常、銀(Ag)などを転写法もしく
は厚膜印刷法により素子内に形成する。

【００１４】外部保護層２４は、内部電極を外部環境か
ら保護する役割及び素子の厚さを調節する役割をする。
この外部保護層２４は、通常、負の温度係数サーミスタ
用セラミック材料(M_xMn_3-xO₄系)で形成されている。し
たがって、外部保護層は製品の特性には影響を及ぼさな
いため素子の他の構成要素に比して精密に製造しなくて
も関係ない。

【００１５】外部連結用電極２３と側面電極２５は、素
子を電子機器内に裝着する時に素子の抵抗を外部に連結
する役割をする。

【００１６】一般的な負の温度係数サーミスタ用マンガ
ン系組成物(M_xMn_3-xO₄系)は、半導電性セラミックとし
て、導電性を一部保有しているため外部電極に鍍金層を
形成する時に電極だけではなくセラミック焼結体にも鍍
金される場合がある。

【００１７】大部分の場合、鍍金工程中に鍍金液により
焼結体の浸食が発生することもある。このような理由
で、鍍金条件の選定が非常に難しく、非導電性保護層を
形成して素子を保護した状態で鍍金することもある。実
際の製品においては、鍍金しなくてもはんだ付け性が発
現できるAg/Pdのような高価な側面電極材質を主に使用
する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は保
護層を負の温度係数サーミスタ用材料(M_xMn_3-xO₄系)で
形成しているが、前記のように外部保護層は製品の厚さ
を調節する役割などをするだけで、製品の特性には影響
を及ぼさないため、高価な負の温度係数セラミックを利
用することにより製品が高価になる問題点があった。

【００１９】また、負の温度係数サーミスタ用マンガン
系組成物は半導電性セラミックで、電気伝導性を一部保
有しているため外部環境の変化に不安定で、さらに、鍍
金などの工程においてセラミック焼結体が浸食される短
所があった。これは多様な環境での安定性を確保する必
要がある電子部品としては致命的な短所になる。もちろ
ん、最終製品の外部に安全な保護層を追加して構成する
こともあるが、これは根本的な問題点の解決策ではな
く、また、製品の価格を引き上げる問題があった。

【００２０】したがって、本発明はこのような問題点に
着眼して案出されたもので、その第１目的は、負の温度
係数サーミスタ素子の保護層を改善して外部の環境変化
による素子の安定性、特に、優秀な耐浸食性を持ちなが
らも低価で製造が可能な新規な構成の負の温度係数サー
ミスタ素子を提供することにある。

【００２１】本発明の第２目的は、フェライト系組成物
を利用して優れた耐浸食性とともに向上された熱的安定
性を持つ単板形負の温度係数サーミスタ素子を提供する
ことにある。

【００２２】本発明の第３目的は、中間絶縁層または中
間保護層としてフェライトシートを用いて多機能形負の
温度係数サーミスタ素子を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明は、サーミスタ積層体、電気積層体内に形成
された内部電極、前記積層体を外部と連結する外部連結
用電極、前記外部連結用電極と電気的に連結され、前記
積層体の長手方向の両側面に形成される側面電極及び前
記積層体の上下面に積層されるスピネル系フェライトを
含有する外部保護層からなることを特徴とする。

【００２４】また、本発明は、負の温度係数サーミスタ
層、前記サーミスタ層の上下面に積層されるスピネル系
フェライトの外部保護層及び前記サーミスタ層と外部保
護層の長手方向の両端部をカバーするように形成される
側面電極からなることを特徴とする。

【００２５】また、本発明による３端子形負の温度係数
サーミスタ素子は、第１及び第２サーミスタ積層体、前
記第１及び第２サーミスタ積層体の間に位置するスピネ
ル系フェライトの中間保護層、前記第１及び第２サーミ
スタ積層体の内部に各々形成された内部電極、前記第１
及び第２サーミスタ積層体の内部に前記内部電極と離隔
されて各々形成され、前記第１及び第２サーミスタ積層
体を外部と連結する外部連結用電極、前記第１サーミス
タ積層体の上面と前記第２サーミスタ積層体の下面に積
層されるスピネル系フェライトを含有する外部保護層及
び前記各々の外部連結用電極と電気的に連結され、前記
第１及び第２サーミスタ積層体と外部保護層の長手方向
の両端部をカバーするように形成される側面電極からな
ることを特徴とする。

【００２６】好ましくは、本発明において前記スピネル
系フェライトは、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガ
ン−亜鉛系フェライト、銅−亜鉛系フェライト及びそれ
らの混合フェライトの中のいずれか一つであることを特
徴とする。

【００２７】また、前記外部保護層は、負の温度係数サ
ーミスタ素材とスピネル系フェライト素材の混合物から
なることを特徴とする。

【００２８】好ましくは、前記混合物は、７０〜１００
重量％のスピネル系フェライト素材及び０〜３０重量％
の負の温度係数素材からなる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好ましい実施例について詳細に説明する。

【００３０】まず、本発明において前記課題を達成する
ため保護層が具備する条件は次のようであり、本発明で
保護層とは「外部保護層」と「内部絶縁層」を全て指称
する意味である。

【００３１】すなわち、保護層は、本願の負の温度係数
サーミスタ素子であるM_xMn_3-xO₄と結晶構造が類似で、
化学的または電気的に安定で、原料を低価で購入できる
条件を満足する必要がある。

【００３２】以上のような条件を兼備した材料として
は、酸化鉄粉末及びこれを基本としたスピネル系フェラ
イト粉末が本発明の保護層の材料として適切である。

【００３３】酸化鉄粉末(Fe₂O₃)は、鉄鋼産業の副産物
で高純度の原料を低価で獲得できる材料である。このよ
うな酸化鉄は、通常、マグネットプランバイト(magneto
plumbite)系永久磁石とスピネル(spinel)系軟磁性体
で使用される。

【００３４】ここで、マグネットプランバイト系フェラ
イトは、通常、永久磁石の材料で用いられ、酸化鉄と結
合する元素によってSrO,6Fe₂O₃またはBaO,6Fe₂O₃で表示
される。一方、本発明での主要構成要素であるスピネル
系フェライトとは、軟磁性材料を称することで、結合す
る元素によってMnFe₂O₄, NiFe₂O₄, CuFe₂O₄などがあ
る。物論、酸化鉄は負の温度係数サーミスタ素子の添加
物として酸化鉄(Fe₂O₃)それ自体が添加されることもあ
る。

【００３５】本発明の対象になるスピネル構造の軟磁性
材料についてより具体的に説明すると、スピネル構造を
持つMnFe₂O₄, NiFe₂O₄, CuFe₂O₄などは各々が磁性材料
の主成分として広く利用でき、さらに、ここに非磁性成
分であるZnFe₂O₄が混入されるとM_1-xZn_xFe₂O₄の固溶体
を形成し、ZnFe₂O₄の投入量に比例して電気的、磁気的
性質が変わるMn−Zn系フェライト、Cu−Zn系フェライト
及びNi−Zn系フェライトになる。

【００３６】また、本明細書では特別に言及しない限
り、スピネル系フェライトまたは軟磁性フェライトとい
う用語は、前記Mn−Zn系、Ni−Zn系及びCu−Zn系フェラ
イトまたこれらの混合物を意味し、通常のスピネル系フ
ェライトの中で単相のスピネル構造を除外した意味とし
て使用される。

【００３７】より好ましくは、本発明のスピネル系フェ
ライトは、透磁率及びその他の磁気的性質と電気的性
質、焼結温度を調節するため、Al、Ca、Co、Cr、In、L
a、Pb、Si、V等の微量成分が単一または複合的に添加さ
れることもある。例えば、Mn−Zn系フェライトはCa、Si
などを微量添加して電気抵抗を高めることができる。こ
の組成は焼結密度が5.3g/cc内外であり、焼結温度が８
５０℃ないし１，３５０℃まで素材の組成によって多様
で、磁気的性質も大きく変化するため、適用分野に合わ
せる機能を具現することが非常に容易である。

【００３８】一方、Ni−Zn系フェライトとCu−Zn系フェ
ライトなどは負の温度係数サーミスタ用素材に比して電
気絶縁性が優れているという長所もある。

【００３９】以上のようにスピネル系フェライト組成物
は本発明で追求する外部保護層の基本条件を満足させる
ことができる。また、前記負の温度係数サーミスタ用素
材とスピネル系フェライト組成物は、結晶構造、焼結密
度、焼結条件などで非常に類似な物性を持っている。

【００４０】したがって、本発明では相異なる組成を持
つ前記二つの素材を一つの部品で一体化させることにあ
って、電極が内裝された形態の負の温度係数サーミスタ
において、相対的に物質の特性が重要でない部分である
保護層の材質としてスピネル系フェライトの絶縁性セラ
ミックを使用し、前記保護層を除外したサーミスタ素子
の材料としては従来の材料を使用する構造が提供でき
る。

【００４１】以下、本発明の実施例について添付図面を
参照してより詳細に説明する。

【００４２】<実施例１>図１と図２を参照すると、図１
は本発明の実施例１による上下面保護層にフェライト組
成物を利用した負の温度係数サーミスタ素子の構造を示
す構造図、図２は図１による負の温度係数サーミスタ素
子のグリーンシートの積層形態を示す状態図である。

【００４３】前記図１及び図２を参照してその構成及び
製造方法について説明すると、まず、ニッケル−亜鉛系
スピネルフェライト(Ni−Zn ferrite)素材を粉砕した
後、テープキャスティング(tape casting)法により外部
保護層用フェライトグリーンシート３４を製造する。前
記ニッケル−亜鉛系フェライトは、６６％のFe₂O₃、１
６％のNiO、１４％のZnO、４％のCuOの混合物９９．５
％に０．５％のCaD、SiO₂の微量成分の組成物から構成
され、このフェライトグリーンシート３４は、従来技術
である図７及び図８の保護層２４になる部分で、その構
造は従来と同一であるが材料の組成が相違している。

【００４４】その後、６３％のMn₂O₃、１５％のNiO、２
０％のCo₃O₄及び２％のその他の成分(Fe₂O₃、Al₂O₃、Cu
O、La₂O₃単一又は複合物)の組成比で合成された粉末を
利用して負の温度係数サーミスタ用グリーンシート３１
を製造する。これは図７及び図８の負の温度係数セラミ
ック素材２１に該当する構成で、粉末は一定組成比で計
量された高純度原料を混合し、高温(９００℃)で熱処理
し、粗粉砕及び微粉砕工程を通じて製造される。ただ
し、前記保護層になるフェライトグリーンシート用フェ
ライト系粉末は粗粉砕と微粉砕工程だけで用意する。

【００４５】次に、負の温度係数サーミスタ用グリーン
シート３１に内部電極３２及び外部連結用電極３３を形
成させた積層体を準備し、外部保護層用フェライトグリ
ーンシート３４とともに合計で9層を積層し、これを８
０℃以下で加圧して一体化させた後、前記積層体を１，
１３０℃の酸化雰囲気で塑性して側面電極３５を形成す
ると、図２のような本実施例による負の温度係数サーミ
スタ素子が完成される。

【００４６】図２の本実施例による積層形負の温度係数
サーミスタ素子は、図７及び図８に開示された従来の積
層形負の温度係数サーミスタ素子と外形的な構成は類似
である。しかし、従来は外部保護層に高価なセラミック
組成物を使用したが、本実施例では比較的に低価で外部
からの影響をあまり受けない素材であるスピネル系フェ
ライト組成物を用いて構成することが相違点である。

【００４７】<比較例１>実施例１と比較するため、従
来の負の温度係数サーミスタ用セラミック材料を外部保
護層として使用した素子を製造した。

【００４８】実施例１によりスピネル系フェライト系素
材を外部保護層で使用した素子と比較例１の従来負の温
度系素材を外部保護層で使用した素子の特性を比較する
ため、次のような実験をした。

【００４９】１．フェライト系外部保護層と負の温度係
数サーミスタ用素子との接着力を検討するため製造され
た素子をバレル練磨機に入れて３０分間練磨した。実験
結果、実施例１及び比較例１の素子の全ての縁部は激し
く練磨されたが、界面での分離現像は発生しなかった。
すなわち、負の温度係数サーミスタ用素材とフェライト
保護層の界面の接着温度が工程に影響を受けないほど充
分に大きい値を持つことが確認できる。

【００５０】２．電気的特性を測定した結果、実施例１
と比較例１との素子間にサーミスタの電気的特性の差が
発見できなかった。すなわち、サーミスタ素子の電気的
特性にフェライト保護層が影響を及ぼさないことが確認
された。

【００５１】３．素子の耐腐食性を調査するためｐｈ5
のニッケル鍍金用液槽に１８時間浸漬した。前記浸漬結
果、フェライト保護層を使用した実施例１のサーミスタ
素子は全然変化しなかったが、比較例１の外部保護層で
負の温度係数素材を使用したサーミスタ素子では全般的
に一部の浸食が発生した。

【００５２】４．熱的安定性を試験するため１１０℃の
条件下で１０００時間放置したが、実施例１及び比較例
１はその変化が同一であった。

【００５３】以上の結果を総合したものが表１で、実施
例１による本発明のサーミスタ素子は、機械的接着力及
び電気的特性は従来の負の温度係数サーミスタ用素子と
同一であったが、耐浸食性では従来の素子に比して遥か
に優れたことがわかる。

【００５４】

【表１】

【００５５】<実施例２>マンガン亜鉛系(Mn−Zn)フェラ
イトを外部保護層として使用した負の温度係数サーミス
タ用素子を製造した。製造方法は実施例１と同一であ
り、使用された組成はNi−Zn系フェライトをMn−Zn系フ
ェライトに代替した。

【００５６】実施例２により製造されたMn−Zn系フェラ
イト素材を外部保護層として使用した負の温度係数サー
ミスタ用素子と比較例１の従来の負の温度係数素材を外
部保護層として使用した素子の特性を比較した結果を表
２に示した。

【００５７】

【表２】

【００５８】このようにMn−Zn系フェライト素材を外部
保護層で使用した素子はNi−Zn系フェライト素材を外部
保護層で使用した素子と差異点がないことがわかる。

【００５９】すなわち、スピネル系フェライトの場合、
フェライトの種類に関係なく外部保護層をスピネル系フ
ェライトに代替した場合には、負の温度係数サーミスタ
素子の電気的特性などには変化がなく、さらに、耐浸食
性は大幅に向上されることがわかる。

【００６０】また、実施例１及び実施例２ではマンガン
−亜鉛、ニッケル−亜鉛スピネル系フェライト各々を保
護層としたが、マンガン−亜鉛系及びニッケル−亜鉛系
フェライトはその物理的性質が類似であるため、これを
混合して使用しても同一な効果が得られた。

【００６１】<実施例３>Ni−Zn系フェライト粉末と負の
温度係数サーミスタ素子用粉末を混合した後、これをシ
ートで作成して外部保護層で使用して負の温度係数サー
ミスタ素子を製造した。

【００６２】すなわち、実施例１及び実施例２はスピネ
ル系フェライト粉末を単独でシート状で作った後にこれ
を外部保護層で使用したが、実施例３はスピネル系フェ
ライト粉末と負の温度係数サーミスタ素子用粉末を一定
比率で混合してシート状で製造した後、これを外部保護
層で使用して負の温度係数サーミスタ素子を作った結果
を示す。

【００６３】ここで、混合比率はフェライト粉末の重さ
と負の温度係数サーミスタ素子用粉末の重さの比を示
す。例えば、混合比率が１００であれば外部保護層をス
ピネル系フェライト粉末だけを利用したシートで製作し
たことを意味し、混合比率が０であれば外部保護層を負
の温度係数サーミスタ用粉末だけを利用したシートで製
作したことを意味する。

【００６４】実施例３により混合された素材として外部
保護層を製造した素子の特性を表３に示した。

【００６５】

【表３】

【００６６】練磨試験の結果を説明すると、外部保護層
の材質によって剥離現状が変化しないことがわかる。す
なわち、練磨試験は負の温度係数サーミスタ素子の両端
部に形成された外部保護層と素子との間の結合程度を示
す尺度で、スピネル系フェライトまたは負の温度係数サ
ーミスタ用素子用粉末の全てが負の温度係数サーミスタ
用素子と結晶格子の大きさ及び物理的特性があまり相違
していないため素子と容易に接触することがわかる。

【００６７】電気的特性の場合にも材質によって大きく
変化しない。負の温度係数の電気的特性に影響を及ぶ因
子は内部の負の温度係数サーミスタ用素子の化学的な構
成と内部に設計される電極の大きさ及び形状により影響
を受け、これも当然な結果である。

【００６８】しかし、耐浸食性の場合には外部保護層で
使用される負の温度係数サーミスタ素子用粉末の含量が
多くなるほどその特性が減少することがわかる。すなわ
ち、耐浸食性の場合、(スピネルフェライト)/(負の温度
係数サーミスタ素子用粉末)の比率が７０％以下になる
と素子の外部に腐食が発生する。

【００６９】したがって、外部保護層としてはスピネル
系フェライトの中でいずれかを選択しても所望する耐浸
食性改善効果が得られ、スピネル系フェライトと負の温
度係数サーミスタ用素子を混合して保護層シートを形成
する場合には、７０〜１００重量部のスピネル系フェラ
イト、０〜３０重量部の負の温度係数素材を含むことが
好ましいことがわかる。

【００７０】スピネル系フェライトと負の温度係数素材
を混合して外部保護層を形成することは、実際工程では
当然発生する廃棄処分しなければならない負の温度係数
素材の再活用面において経済的であり、環境保護的な面
で大きい意味がある。

【００７１】以上のように外部保護層として軟磁性スピ
ネル系フェライト組成物を使用することにより、耐腐食
性が良好な負の温度係数サーミスタ素子を製作する新規
な方法を提供した。

【００７２】次に、前記軟磁性スピネル系フェライトを
利用して単板形及び３端子形の負の温度係数サーミスタ
素子を製造することについて記述する。

【００７３】＜実施例４＞図３は本発明の実施例４によ
る単板形構造の表面実裝形負の温度係数サーミスタ素子
で、素子の中央には負の温度係数サーミスタ用素材５１
が形成されており、上部と下部に高抵抗値を持つ第２成
分のフェライト系組成物からなった保護層５２が形成さ
れ、両側面に側面電極５３が形成されている。本実施例
によるサーミスタ素子は通常の負の温度係数サーミスタ
素子に比して内部電極が形成されていないことが相違で
ある。

【００７４】図３のような単板形負の温度係数サーミス
タ素子で、外部保護層としてスピネル系フェライトシー
トを使用した場合には、実施例１、２、３で確認したよ
うな耐浸食性の改善以外にも負の温度係数サーミスタ素
子の熱的安定性が改善される効果も得られる。

【００７５】表４はMn−Ni系負の温度係数素材をサーミ
スタ層とし、保護層をZn−Cu系スピネル系フェライト層
で構成した単板形負の温度係数サーミスタ素子(実施例
４)と、スピネル系フェライトを保護層で構成しなかっ
た単板形負の温度係数サーミスタ素子(比較例2)の特性
を示す。この時、実施例４では比抵抗が4ｋΩ・ｃｍで,
B _25/85正数値が4,150Kである組成の負の温度係数用素材
を基本とした素子を比較した。

【００７６】

【表４】

【００７７】表４のように、スピネル系フェライトを外
部保護層で使用した単板形負の温度係数サーミスタ素子
は、耐浸食性もはるかに改善されて、熱的安定性もフェ
ライトを使用しなかった場合に比して一層安定された値
を持つことがわかる。

【００７８】勿論、一般的な積層形負の温度係数サーミ
スタ用素子も約０．５％内外の抵抗変化率を示すため素
子の内部的な特性が顕著に向上されたことは看做できな
いが、単板形負の温度係数サーミスタ用素子を製作する
必要性がある場合には必須的に発生する熱的安定性の低
下現状をフェライト保護層を採択することにより画期的
に改善したことに本発明の意義がある。

【００７９】また、前記のように具現されたサーミスタ
素子は、特に、抵抗が低い負の温度係数サーミスタ用素
材を利用したが、素子の両端をスピネル系フェライト保
護層で形成することにより、高抵抗を持つ素子を具現す
ることが容易である長所がある。すなわち、内部に電極
が形成された積層形構造の素子では２５℃で抵抗値が１
ｋΩから１０ｋΩまでの範囲で負の温度係数サーミスタ
素子を具現することが可能であったが、本発明で示した
単板形構造を活用すると５０ｋΩ、１００ｋΩの素子も
製作が可能であった。

【００８０】保護層を持たない単板形負の温度係数サー
ミスタは、表面実装部品の特性上、大きさの制限により
１種類の素材では多様な抵抗値を具現することができな
い。したがって、同一なＢ定数値(サーミスタ特性定数)
を持った多様な抵抗値の素子を具現するためにはそれに
合わせる多様な素材開発が必要で、フェライトを保護層
で利用した場合、フェライト層とサーミスタ層の厚さを
調節することにより、一つの素材に対して多様な抵抗値
が具現できる長所がある。

【００８１】特に、上部と下部に構成された高抵抗の素
材は、(Ni、Zn)−Cu系フェライトを主成分とし、ここに
負の温度係数サーミスタの母材成分を充填材(filler)と
して、その含量を変化させながら使用することもでき
る。抵抗が低い負の温度係数サーミスタ素材を基本とし
て外部をフェライト系と負の温度係数サーミスタ用素材
と適切に混合することにより、結果的に低抵抗の素子か
ら高抵抗を持つ素子まで多様に負の温度係数サーミスタ
素子が具現できる。この場合には充填材で使用する負の
温度係数素材は、積層形負の温度係数サーミスタ用素子
の製品生産時に蓄積された副産物を粗粉砕という簡単な
工程を利用して約３μｍ程度で粉砕した後にフェライト
成分に混合する。

【００８２】＜実施例５＞実施例５は３端子形負の温度
係数サーミスタ用素子に関し、温度補償形水晶振動子(T
CXO)の場合、低温用の低抵抗サーミスタと高温用の高抵
抗サーミスタの２個が使用される。

【００８３】従来には一般的に各々の低温用及び高温用
サーミスタを２個ずつ使用して一つのモジュ−ルを形成
したが、２個の素子を各々裝着してモジュ−ルを作る場
合には費用上昇の問題があり、製造工程も当然に複雑に
なる短所があった。

【００８４】本発明では補助部分にスピネル系フェライ
ト組成物を使用して、すなわち、機能部分で負の温度係
数サーミスタ用組成物２種、補助部分でスピネル系フェ
ライト組成物２種を使用して前記２個のサーミスタを１
個の３端子形で具現し、図４及び図５はその構造図であ
る。

【００８５】この基本的な構成は、下部に形成された電
極で具現された低抵抗用素子は中間端子と右側端子を利
用して外部に連結され、上部に形成された電極で具現さ
れた高抵抗用素子は中間端子と左側端子を利用して外部
に連結されて、その具体的な具現方法は次のようであ
る。

【００８６】まず、フェライト用素材として５％のCu
O、１９％のZnO、６６％のFe₂O₃の混合物９９．５％
に、その他に０．５％CaD又はSiO₂の微量成分の組成比
で合成された粉末を準備し、これを利用してグリーンシ
ートを準備した。このグリーンシートは外部保護層６
１、７１の役割をする。

【００８７】中間保護層６４、７４用フェライト素材と
して、６％のCuO、１９％のZnO、６５％のFe₂O₃の混合
物９９．５％に、その他に０．５％のCaD又はSiO₂の微
量成分の組成比で合成された粉末を準備し、これを利用
してグリーンシートを準備した。

【００８８】負の温度係数サーミスタ用第１積層体６
２、７２として、６３％のMn₂O₃、１５％のNiO、２０％
のCo₃O₄とその他の微量成分２％(Fe₂O₃, Al₂O₃, CuO、L
a₂O₃の単一又は複合物)の組成で合成された粉末を利用
してグリーンシートを準備し、負の温度係数サーミスタ
用第２積層体６３、７３として、５０％のMn₂O₃、２０
％のNiO、３０％のFe₂O₃とその他の微量成分２％(Fe
₂O₃, Al₂O₃, CuO、La₂O₃の単一又は複合物)で合成され
た粉末を利用してグリーンシートを準備した。

【００８９】負の温度係数サーミスタ用第１積層体と第
２積層体との間に内部電極６５、７５と外部連結用電極
６６、７６を形成した。

【００９０】また、両端部に側面抵抗７７を形成し、最
終製品の電気抵抗は下部電極７９により５０〜５００
Ω、上部電極７８により５〜４５ｋΩの範囲を持つよう
に設計した。

【００９１】このように形成された、内部電極が形成さ
れなかったグリーンシート、内部電極が形成されたグリ
ーンシート、スピネル系フェライト材質のグリーンシー
トを整列した後に、熱加圧、同時塑性の工程を利用して
一体化させた。

【００９２】一方、ここで負の温度係数サーミスタ用第
１積層体６２、７２と負の温度係数サーミスタ用第２積
層体６３、７３素材の最適焼結温度は各々1,100℃、1,1
30℃であり、外部保護層６１、７１と中間保護層６４、
７４用素材の焼結温度は各々1,100℃、1,050℃であっ
た。さらに、全体積層体の同時塑性温度は1,100℃とし
た。

【００９３】このように製造されたサーミスタ素子につ
いて外部端子を連結した後の特性を測定した結果、２５
℃での電気抵抗は下部で１００Ω、上部で１０ｋΩが
容易に具現された。

【００９４】以上のようにサーミスタ素材の機能を複合
的に、例えば、直線形信号を得るため、使用するため相
違な物性を持つ素子を直列、並列、または直列と並列を
混合して連結して使用する場合が多い。本発明の組成物
を適切に活用するとこのような複合機能を一つの素子で
集積することが可能である。

【００９５】このような複合機能の負の温度係数サーミ
スタ素子の具現は、基本的に本発明で追求した高抵抗の
スピネル系フェライト組成物を外部保護層または中間絶
縁層で使用するという発想の転換から可能であったこと
である。

【００９６】

【発明の効果】以上のように本発明によると、前記素材
の類似性を利用して表面実裝形の負の温度係数サーミス
タの製造において、素子の主要機能を発現する部分に負
の温度係数サーミスタ用素材を利用し、保護層などの補
助的な機能を要求する部分にスピネル系フェライト素材
を利用して、一体化された単一部品を構成する負の温度
係数サーミスタを提供した。したがって、スピネル系フ
ェライト組成物を保護層に利用した本発明は次のような
長所を持つ。

【００９７】１. 保護層としてスピネル系フェライト
組成物を利用して製造された本発明の負の温度係数(NT
C)サーミスタ素子は優れた耐浸食性を持つ。

【００９８】２．保護層としてスピネル系フェライト組
成物を利用して製造された本発明の単板形負の温度係数
サーミスタ素子の場合、優れた耐浸食性とともに向上さ
れた熱的安定性を持つ。

【００９９】３．中間絶縁層または中間保護層としてス
ピネル系フェライトシートを使用して多機能形負の温度
係数サーミスタ用素子が製作できる。

【０１００】４．廃棄物で放置される負の温度係数素材
をスピネル系フェライトと混合して外部保護層を形成す
ることにより、優れた耐浸食性を持つ負の温度係数サー
ミスタ素子が製造でき、環境保護的な効果も得られる。

【０１０１】５．低価の材料を保護層に使用することに
より製品の全体的な価格を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により上下面保護層としてフェライト組
成物を利用した負の温度係数サーミスタ素子の構造図で
ある。

【図２】図１による負の温度係数サーミスタ素子のグリ
ーンシートの積層形態を示す形態図である。

【図３】本発明により上下面の保護層がフェライト組成
物で構成された単板形負の温度係数サーミスタ素子の構
造図である。

【図４】本発明により上下面保護層としてフェライト組
成物を利用した３端子形負の温度係数サーミスタ素子の
構造図である。

【図５】図４の３端子形負の温度係数サーミスタにおい
て、積層前にグリーンシートが整列された形態を示す状
態図である。

【図６】積層形負の温度係数サーミスタ素子の製造方法
を示す説明図である。

【図７】従来の積層形負の温度係数サーミスタ素子の構
造を示す側面図である。

【図８】従来の積層形負の温度係数サーミスタ素子の構
造を示す正面図である。

【符号の説明】

２１、３１、５１、７７負の温度係数サーミスタ素材２２、３２内部電極２３、３３外部連結用電極２４、３４外部保護層２５、３５、５３側面電極６２、７２負の温度係数用サーミスタ第１積層体６３、７３負の温度係数用サーミスタ第２積層体６４、７４フェライト系中間絶縁層または中間保護層６５、７５中央端子に連結された内部電極６６、７６側面電極と連結された内部電極７８上部電極７９下部電極

フロントページの続き (72)発明者王永星大韓民国大田広域市西区葛馬２洞 402−２双龍パート１棟 907号Ｆターム(参考） 5E034 BA07 BC01 DA07 DB03 DB11 DC01 DC05 DE08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サーミスタ積層体と、前記積層体内に形成された内部電極と、前記積層体を外部と連結する外部連結用電極と、前記外部連結用電極と電気的に連結され、前記積層体の
長手方向の両側面に形成される側面電極と、前記積層体の上下面に積層され、スピネル系フェライト
を含有する外部保護層からなることを特徴とする負の温
度係数サーミスタ素子。
【請求項２】負の温度係数サーミスタ層と、前記サーミスタ層の上下面に積層され、スピネル系フェ
ライトを含有する外部保護層と、前記サーミスタ層と外部保護層の長手方向の両端部をカ
バーするように形成される側面電極からなることを特徴
とする負の温度係数サーミスタ素子。
【請求項３】前記スピネル系フェライトは、ニッケル
−亜鉛系フェライト、マンガン−亜鉛系フェライト、銅
−亜鉛系フェライト又はそれらの混合フェライトの中の
いずれか１つであることを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の負の温度係数サーミスタ素子。
【請求項４】前記外部保護層は、負の温度係数サーミ
スタ素材とスピネル系フェライト素材の混合物からなる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の負の温
度係数サーミスタ素子。
【請求項５】前記混合物は、７０〜１００重量％のス
ピネル系フェライト素材及び０〜３０重量％の負の温度
係数素材からなることを特徴とする請求項４に記載の負
の温度係数サーミスタ素子。
【請求項６】第１及び第２サーミスタ積層体と、前記第１及び第２サーミスタ積層体の間に位置するスピ
ネル系フェライトを含有する中間保護層と、前記第１及び第２サーミスタ積層体の内部に各々形成さ
れた内部電極と、前記第１及び第２サーミスタ積層体の内部に前記内部電
極と離隔されて各々形成され、前記第１及び第２サーミ
スタ積層体を外部と連結する外部連結用電極と、前記第１サーミスタ積層体の上面と前記第２サーミスタ
積層体の下面に積層されるスピネル系フェライトを含有
する外部保護層と、前記各々の外部連結用電極と電気的に連結され、前記第
１及び第２サーミスタ積層体と外部保護層の長手方向の
両端部をカバーするように形成される側面電極からなる
ことを特徴とする３端子形負の温度係数サーミスタ素
子。
【請求項７】前記スピネル系フェライトは、ニッケル
−亜鉛系フェライト、マンガン−亜鉛系フェライト、銅
−亜鉛系フェライト又はそれらの混合フェライトの中の
いずれか１つであることを特徴とする請求項６に記載の
３端子形負の温度係数サーミスタ素子。
【請求項８】前記外部保護層及び中間保護層は、スピ
ネル系フェライトと負の温度係数サーミスタ素材の混合
物からなることを特徴とする請求項６に記載の３端子形
負の温度係数サーミスタ素子。
【請求項９】前記混合物は、７０〜１００重量％のス
ピネル系フェライト素材及び０〜３０重量％の負の温度
係数の素材からなることを特徴とする請求項８に記載の
３端子形負の温度係数サーミスタ素子。