JP2005093983A - 表面実装型サーミスタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
物理的かつ電気的信頼性に優れ、常温で電流の流れが円滑な表面実装型サーミスタを提供する。
【解決手段】
本発明による表面実装型サーミスタは、薄板抵抗素子の両面に各々分けられて形成される電極のパターンが、非導電性ギャップを介して所定距離離間するとともに相互対称的に噛み合うように配置される。従って、構造の非対称性から発生するツームストーン現象を根本的に防止できる。また、サーミスタの両側面に溝を形成し、サーミスタの両面に形成された電極を相互電気的に連結する連結部を、この溝の内側を通じてまたはこの溝を除いた側面部を通じて形成する。従って、連結部に亀裂が出来ても、亀裂がサーミスタの側面に沿って連結部全体に伝播することが防ぐことができる。
【選択図】 図１.a

Description

本発明は温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ(thermistor)に関するものであり、詳しくはプリント基板に装着されて他の回路素子を保護する機能を果たす表面実装型サーミスタに関する。

導電性物質中には、その固有抵抗が温度に応じて変化するものがある。これを用いて作製した抵抗素子を通常、サーミスタと呼び、代表的なものとして、温度が上昇するにつれ抵抗値が減少するＮＴＣ(Negative Temperature Coefficient)抵抗素子と、温度が上昇するにつれ抵抗値が増加するＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)抵抗素子とに分けられる。

特に、ＰＴＣ抵抗素子は、常温のような低温では抵抗が低くて電流を通すが、周囲の温度が上昇したり過電流により物質の温度が上昇すると、抵抗が最初の状態より約１０００〜１００００倍以上増加して電流を遮断するため、回路基板に実装されて過電流を抑えることにより、他の回路素子を保護する素子として用いられる。

一方、プリント基板(printed circuit board;以下ＰＣＢと称する)は、様々な回路素子がその上に装着されるため、現代のように軽量化、小型化が趨勢の状況では、サーミスタの実装位置や実装構造は多くの制約を受ける。これを簡単に説明すると次のようである。

サーミスタは、一般に薄板状のＰＴＣ物質層の上下面に各々電極をラミネートした構造を有する。このような構造のサーミスタは、サーミスタの下面に形成された電極をＰＣＢの表面に予め形成された電極パッドにはんだ付けすることにより実装されることになるが、このときサーミスタの上面に形成された電極とＰＣＢ上の電極パッドを連結するためには、別途のワイヤを必要とし、これはその分工程の追加とＰＣＢ上での空間とを要するようになる。従って、これらを回避するために、サーミスタの下面に形成される電極を下面の全領域ではなく一部を除いた領域にわたって形成し、この除外された領域には下面電極と分けられた金属パターンを形成する。この金属パターンと上面電極は、ＰＴＣ物質層の側面を通じて電気的に連結される。そうすると、サーミスタをＰＣＢに実装するとき、サーミスタの下面の電極及び金属パターンをＰＣＢ上の各々対応する電極パッドとはんだ付けすることにより実装できるため、別途のワイヤや空間が不要になる。

しかし、このような構造のサーミスタは次のような問題がある。
まず、いわゆるツームストーン(Tombstone)現象またはマンハッタン(Manhattan)現象と呼ばれる現象が発生する。通常、サーミスタをＰＣＢに実装するときには、予めサーミスタの下面電極の金属パターンにソルダコーティングをしたサーミスタを、ＰＣＢの電極パッドに整列させて置いたのち、加熱してソルダをリフローさせることで実装する。ところが、このとき加えられる熱により、サーミスタのＰＴＣ物質と電極物質は膨張するようになる。しかしながら、これらの熱膨張係数は互いに異なり、特に前記のように下面の金属パターンと上面の電極とをＰＴＣ物質層の側面を通じて連結した構造のサーミスタは、構造的に非対称形状であるために、左右の応力分布が一定ではなくてＰＣＢの平面上で傾くようになる。その結果、はんだ付けの物理的、電気的信頼度が極端に低下する。このような問題を低減させるために、米国特許第６、３８０、８３９号（引用文献１）は、上下面の電極に熱応力放出領域(thermal stress relief area)を形成した構造を提案しているが、このような問題を根本的に解決することはできない。

また、ＰＴＣ物質層の側面を通じて上面電極と下面の金属パターンとを連結する方法では、物理的、電気的な信頼度を落とす。即ち、ＰＴＣ物質層の側面は、前記のソルダリフローの際に、加えられる熱またはサーミスタ使用時の温度上昇により、ＰＴＣ物質の膨脹圧力を多く受ける部位であり、このような応力によりＰＴＣ物質層の側面に形成された連結部に亀裂が生じると、このような亀裂はＰＴＣ物質層の側面に沿って伝播して電気的な連結が切れることもある。

一方、前記の米国特許を始めとした従来技術において、サーミスタを製造する方法は次のようである。即ち、ＰＴＣ物質層の両面にアルミニウム箔のような金属膜が覆われたシートに、複数の長いスリットを相互平行に形成し、このスリットを通じて上下面の電極または金属パターンを電気的に連結する(即ち、このスリットが前述したＰＴＣ物質層の側
面になる)。スリットとスリットとの間には所望する電極パターンを形成し、ソルダレジ
ストコーティング、ソルダコーティングなどの工程を行うことで、スリット間に多数個のサーミスタを連続的に形成する。最後に、スリットと直交する方向にシートを切断することにより、同一のサーミスタを大量に生産できる。

しかし、このようにシートに長いスリットを形成すると、製造過程中にスリットの中間部位が重力により下に垂れ下がったり、工程中の熱により反るようになる。その結果、電極パターニングやソルダレジストコーティングの際、パターンが正確に形成されないなど不良率が増加する問題がある。
米国特許第６、３８０、８３９号

本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、物理的かつ電気的信頼性に優れ、常温で電流の流れが円滑なサーミスタを提供することをその目的とする。

また、本発明は、前述したツームストーン現象を根本的に解消でき、サーミスタ物質層の側面を通じた上下面電極の連結部が、亀裂に対して充分に耐えられる構造のサーミスタを提供することをその目的とする。

また、本発明は、製造過程で反ったり不良が発生しないながらも、大量生産が可能なサーミスタの製造方法を提供することをその目的とする。

前記のような目的を達成するために本発明による表面実装型サーミスタは、薄板抵抗素子の両面に各々分離されて形成される電極のパターンを、非導電性ギャップを介して相互対称的に噛み合う形状となるようにすることで、構造的非対称性から生じるツームストーン現象を根本的に防止できる。

即ち、本発明の一態様による表面実装型サーミスタは、温度により抵抗が変化する薄板抵抗素子と、前記薄板抵抗素子の一面に電気的に分離されて形成された第１電極及び第２電極と、前記薄板抵抗素子の前記一面と対向する他面に電気的に分離されて形成された第３電極及び第４電極と、前記第１電極と第３電極とを電気的に連結する第１連結部と、前記第２電極と第４電極とを電気的に連結する第２連結部とを含み、前記第１電極と第２電極とが非導電性ギャップを介して所定距離離間するとともに相互対称的に噛み合う形状を有し、前記第３電極と第４電極とが非導電性ギャップを介して所定距離離間するとともに相互対称的に噛み合う形状を有する。

さらに、本発明によるサーミスタは、サーミスタを覆したとき、表面に現れる電極パターンが同一になるように、前記第１電極及び第２電極のパターンは前記第３電極及び第４電極のパターンと回転対称であることが好ましい。

前記第１連結部及び第２連結部は、各々前記薄板抵抗素子の一側面及び、この一側面と対向する他側面を取り囲みながら、前記第１電極と第３電極及び前記第２電極と第４電極を各々電気的に連結することであることが好ましい。

前記薄板抵抗素子の一側面及び他側面には、各々溝が形成されており、前記第１連結部及び第２連結部は、各々前記溝を除いた一側面及び他側面を取り囲みながら、前記第１電極と第３電極及び前記第２電極と第４電極を各々電気的に連結することも好ましい。

前記薄板抵抗素子の一側面及び他側面には、各々溝が形成されており、前記第１連結部及び第２連結部は、各々前記一側面及び他側面の溝を取り囲みながら、前記第１電極と第３電極及び前記第２電極と第４電極を各々電気的に連結することも好ましい。

また、前記第１電極と第２電極との間の非導電性ギャップ及び前記第３電極と第４電極との間の非導電性ギャップは、その形状がクランク形、四角凹凸パターン、ジグザグ形、または波形など多様な形状とすることが好ましい。

一方、本発明の他の態様によるサーミスタは、薄板抵抗素子の両面中一面上に形成された電極を前記のように対称的に噛み合う形状とし、両面の電極を連結する連結部を薄板抵抗素子の側面全体ではなく一部だけを覆いながら連結することにより、連結部に発生可能な亀裂が伝播することを防ぐ。

即ち、本発明の他の態様によるサーミスタは、一側面及びこの一側面に対向する他側面に各々溝が形成されており、温度により抵抗が変化する薄板抵抗素子と、前記薄板抵抗素子の一面上に非導電性ギャップを介して相互対称的に噛み合う形状を持って形成された第１電極及び第２電極と、前記薄板抵抗素子の一面と対向する他面上に電気的に分離されて形成された第３電極及び第４電極と、前記薄板抵抗素子に形成された溝を除いた前記一側面を取り囲みながら、前記第１電極と第３電極とを電気的に連結する第１連結部と、前記薄板抵抗素子に形成された溝を除いた前記他側面を取り囲みながら、前記第２電極と第４電極とを電気的に連結する第２連結部とを有する。

前記第１電極と第２電極または第３電極と第４電極には、極性が異なる電圧が印加されて、前記薄板抵抗素子の表面で隣接する電極及び前記薄板抵抗素子を介して対向する位置に形成された電極に相互異なる極性の電圧が印加されることが好ましい。

前記非導電性ギャップの幅は、前記薄板抵抗素子の厚さより小さいことが好ましい。
前記薄板抵抗素子は、正温係数特性を有するポリマーであることが好ましい。
前記第１〜第４電極は、銅または銅合金より形成されることが好ましい。

一方、前記のような目的を達成するために、本発明による表面実装型サーミスタの製造方法では、薄板抵抗シートに長孔状のスルーホールを多数個マトリックス状に形成して、このスルーホールの間の領域ごとにサーミスタを一つずつ形成する。従って、長いスリットを形成したとき発生するシートの反りや不良が大幅に減少する。

即ち、本発明の一態様によるサーミスタの製造方法は、温度により抵抗が変化する薄板抵抗素子の両面に金属膜が積層されたシートを準備する段階と、前記シートに所定幅とこの幅より大きい長さを有するスルーホールをマトリックス状に多数個形成する段階と、前
記スルーホールの側壁を通じて前記シートの両面に積層された金属膜を電気的に連結する段階と、前記金属膜をパターニングして電極パターンを形成する段階と、前記スルーホールの幅方向に隣接する各スルーホール間の領域が一つの単位となるように、前記電極パターンが形成されたシートを切断する段階と、を含む。

前記電極パターンを形成する段階では、前記シートの両面のうち少なくとも一面に形成された金属膜に対して、前記スルーホールの幅方向に隣接した各スルーホール間の領域ごとに、相互対称に噛み合う形状であり、かつ分離された二つの電極パターンになるように前記金属膜を除去することが好ましい。

前記電極パターンを形成する段階では、前記シートの両面に形成された金属膜の各々に対して、前記スルーホールの幅方向に隣接した各スルーホール間の領域ごとに、相互対称に噛み合う形状であり、かつ分離された二つの電極パターンになり、さらに前記シートを覆したとき、同一のパターンになるように前記金属膜を除去することが好ましい。

前記金属膜が除去された領域のパターンが、クランク形、ジグザグ、四角凹凸パターン、または波形であることが好ましい。
前記シートを切断する段階は、前記スルーホールの長手方向の側壁の一部を切ってこの側壁に溝を形成する段階を含むことが好ましい。

前記電極パターンを形成する段階と前記シートを切断する段階との間に、
前記スルーホールの周辺部を除いて前記電極パターンが形成されたシートの両面に、ソルダレジストを塗る段階と、
前記ソルダレジストが塗らなかったスルーホールの周辺部に露出した電極パターンにソルダを形成する段階とをさらに含むことが好ましい。

また、本発明の目的は、薄板抵抗シートに円形または楕円形のスルーホールを形成し、このスルーホールを通じて両面の電極を電気的に連結し、上下両面の電極パターンが回転対称となるようにすることでも達成できる。

即ち、本発明の他の態様によるサーミスタの製造方法は、温度により抵抗が変化する薄板抵抗素子の両面に金属膜が積層されたシートを準備する段階と、前記シートに円形または楕円形のスルーホールをマトリックス状で多数個形成する段階と、前記スルーホールの側壁を通じて前記シートの両面に積層された金属膜を電気的に連結する段階と、前記金属膜をパターニングして電極パターンを形成する段階と、前記スルーホールが配列された一方向に隣接した各スルーホール間の領域が一つの単位になるように前記電極パターンが形成されたシートを切断する段階とを含み、前記電極パターンを形成する段階は、前記シートの両面に形成された金属膜の各々に対して、前記一方向に隣接した各スルーホール間の領域ごとに、相互対称に噛み合う形状を有し、かつ分離された二つの電極パターンになり、さらに前記シートを覆したとき、同一のパターンになるように前記金属膜を除去する。

前記金属膜が除去された領域の形状が、クランク形、四角凹凸パターン、ジグザグ形、または波形であることが好ましい。

本発明の表面実装型サーミスタは、構造的に対称形状を有するため、構造の非対称性から発生するツームストーン現象を根本的に防止できる。また、サーミスタの一面に極性が異なる電圧が印加される電極を、非導電性ギャップを介して所定距離離間するとともに相互噛み合うように配置させることにより、電流の流れを増加させて常温でのサーミスタの抵抗特性を向上させた。

また、本発明のサーミスタは、サーミスタの側面に溝を形成し、この溝またはこの溝を除いた部分の側面を通じて上下面に形成された電極を電気的に連結することにより、連結部に亀裂が出来てもサーミスタの側面に沿って亀裂が伝播することを防いで信頼性が高いサーミスタを提供できる。

さらに、本発明の表面実装型サーミスタの製造方法によると、抵抗素子シートに長孔形状のスルーホールを所定間隔を置いて上下左右に配置させることにより、サーミスタの製造過程でシートが反る現象を防ぐことができる。

以下、添付した図面に基づいて本発明の望ましい実施の形態を詳しく説明する。
図１ａは本発明の一実施の形態による表面実装型サーミスタの構造を示した斜視図であり、図１ｂは図１ａに示した表面実装型サーミスタ１００の電極２０のパターンを示した平面図である。

この図面を参照すると、本実施の形態のサーミスタ１００は、温度により抵抗値が変化する薄板抵抗素子１０と、抵抗素子の上下面に所定パターンで各々積層されている電極２０と、上下面の電極を相互電気的に連結する連結部３０と、サーミスタ１００の上下面を覆うソルダレジスト４０と、サーミスタ１００の両側面を取り囲みながら形成されたソルダ５０とを含む。

詳しく説明すると、抵抗素子１０は導電性粒子が内部に分散されて電気的にＰＴＣまたはＮＴＣの性質を有するポリマーからなる。前記ポリマーには、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン／プロピレンの重合体などが用いられ、導電性粒子としてはカーボンブラックまたはその他の金属材の粒子が用いられる。

抵抗素子１０の上下面に形成された電極２０は、抵抗素子１０の両面にアルミニウムや銅または銅合金のような金属からなり、所定パターンでパターニングされている。抵抗素子１０の上面に形成された電極パターンは、図１ｂに示したように、クランク形状の非導電性ギャップを介して所定距離離間するとともに相互噛み合う形状で分離されており、抵抗素子１０の下面にも同様にクランク形状の非導電性ギャップ１４を介して所定距離離間するとともに相互噛み合う形状で分離されている。即ち、本実施の形態の電極パターンは、サーミスタ１００を覆したとき（裏返したとき）に、同一の形状になるように回転対称であるパターンで形成されている。従って、ツームストーン現象が根本的に解消され、同時にＰＣＢに本実施の形態のサーミスタを実装するとき、上下面を区別する必要がないため実装がさらに容易になる。

連結部３０は銅や銅合金などの金属からなり、抵抗素子１０の上下面に形成された電極２０パターンと同様に形成されて、電極２０を覆うとともにサーミスタ１００の側面を取り囲みながら上下面の電極を相互電気的に連結する。

ソルダレジスト４０は、非導電性ギャップ１４を含んでサーミスタ１００の上下面の中央部分の電極パターン上に形成されており、後述するソルダ形成工程で、このソルダレジスト４０が形成された部分には、ソルダ５０が形成されないようにする役割を果たす。なお、図１ａの斜視図は理解し易くするために、ソルダレジスト４０を一部切り開いて、その下に形成された電極２０及び連結部３０の一部が見えるように示している。

通常、Ｓｎ/Ｐｂメッキからなるソルダ５０は、サーミスタ１００の側面部を覆いなが
ら連結部３０と接触して形成されている。ソルダ５０は、ＰＣＢにサーミスタ１００を実
装するとき、ＰＣＢ上に形成された電極パッドと接触してはんだ付けされることにより、サーミスタの電極２０に電流が供給されるようにするターミナルの役割をする。

一方、サーミスタ１００の両側面には、その形状が特に限定されないが、概略半円形の溝７２が形成されており、この溝７２において抵抗素子１０、電極２０、連結部３０が露出している。即ち、サーミスタ１００の側面全部ではなく、溝７２を除いた部分にのみ連結部３０が形成される。従って、ソルダリフロー工程などのように熱が加えられる工程またはサーミスタの使用中に、サーミスタ１００側面の連結部３０に亀裂が発生しても側面全部を通じて伝播することが防げる。また、この溝７２は、連結部の不良を検査するに有用に使用できる。即ち、ビジョン(vision)機器を用いて検査するとき、光に対するコントラストが大きい通電部位と非通電部位が一面に位置するため、検査が容易である。

一方、図１ｂに示した電極パターンは、クランク形の非導電性ギャップ１４を介して相互に噛み合う形状を有しているが、本実施の形態の電極パターンはこれに限らない。例えば、図４ａ〜図４ｃに示したように、「乙」字状(四角凹凸パターン)、ジグザグ(三角波
形)、波形など多様な形にすることができる。

ここで、電極パターンは左右対称、回転対称を保ちながら、非導電性ギャップの幅を抵抗素子の厚さより小さくすることが重要である。これは、左右対称及び回転対称構造を有することによりツームストーン現象を根本的に解消し、非導電性ギャップの幅を狭くすることにより抵抗素子の上面または下面上の隣接する電極パターンに電流(図５ａ及び図５
ｂでIg)が円滑に流れるようにして常温(正常動作)で十分な電流が流れるようにするため
である。

結局、電極パターンは非導電性ギャップ１４を境界にして隣接する第１電極２０ａと第２電極２０bを噛み合うように構成することにより、相異なる電圧が印加される隣接電極
と内部の抵抗素子が一種の抵抗体を形成するようになる。また、第１電極と第２電極は、境界を中心にして交互配置されているため、全体的に見れば極性が交差する抵抗体の複数個を並列に形成した構造を有するようになって全体抵抗が減る。

また、抵抗素子１０の上面に形成された電極２０と下面に形成された電極２０を電気的に連結する連結部３０の連結方式がどうなるかによって、常温でサーミスタを通って流れる電流の量が変わる。即ち、連結部３０は前述したように抵抗素子１０の側面を通じて形成されるが、例えば、連結部３０が、図４ａに示したような電極パターンに対して、図面の左右側面で抵抗素子の上下面に形成された電極を各々連結する場合と、図面の上下側面で抵抗素子の上下面に形成された電極を各々連結する場合を調べて見る。

図５ａ及び図５ｂは、これらの場合の電流の流れを模式的に示した断面図である。 図
５ａは、連結部３０が図４ａの左右側面で、抵抗素子１０の上面に形成された第１電極２２ａと下面に形成された第３電極２２ｃ、及び上面に形成された第２電極２２ｂと下面に形成された第４電極２２ｄを各々連結する構造である。尚、第１電極２２ａと第３電極２２ｃとを電気的に連結する連結部３０を第１連結部、第２電極２２ｂと第４電極２２ｄとを電気的に連結する連結部３０を第２連結部とよぶこともある。この場合、第１電極２２ａと第２電極２２ｂ(厳密には、ＰＣＢに搭載されるサーミスタの下面に形成された第３
電極２２ｃと第４電極２２ｄ)に電圧を印加すると、図５ａに示したように、抵抗素子１
０の上下面に形成された隣接する電極の間(非導電性ギャップ)の抵抗素子の表層を通じて電流(Ig)が流れと同時に、抵抗素子１０を介して上下に対向する電極間にも抵抗素子１０の厚さ方向に電流(Ir)が流れるようになる。

図５ｂは、連結部３０が図４ａの上下側面で、抵抗素子１０の対面に形成された第１電
極２２ａと下面に形成された第４電極２２ｄ、及び上面に形成された第２電極２２ｂと下面に形成された第３電極２２ｃを各々連結する構造である。この場合、第１電極２２ａと第２電極２２ｂ(厳密には、ＰＣＢに搭載されるサーミスタの下面に形成された第４電極
２２ｄと第３電極２２ｃ)に電圧を印加すると、図５ｂに示したように、抵抗素子１０の
上下面に形成された隣接する電極間(非導電性ギャップ)では抵抗素子の表層を通じて電流(Ig)が流れるが、抵抗素子１０を介して上下に対向する電極は既に連結部３０を通じて電気的に連結されているため同極性になって、抵抗素子１０の厚さ方向には電流が流れなくなる。従って、図５ａに示した連結構造に比べて電流が流れる経路が限られる。

図２ａは、本発明の他の実施の形態におけるサーミスタを示した斜視図であり、図２ｂは図２ａのＢ−Ｂ線の断面図である。この図面を参照して本発明の他の実施の形態によるサーミスタ２００の構造を、前述した一実施の形態のサーミスタ１００との差異点を中心に説明すると次のようである。

本実施の形態のサーミスタ２００は、側面及び連結部３２の構造が前述した一実施の形態と異なる。即ち、前述した一実施の形態では、連結部３０がサーミスタ１００の側面に形成された溝７２を除いた側面部を通じて上下面に形成された電極２０を相互電気的に連結したが、本実施の形態では、連結部３２がサーミスタ２００の側面に形成された溝７２を通じて上下面に形成された電極２０を相互電気的に連結している。また、ソルダ５２も溝７２にのみ形成されている。側面を除いた残りの部分の構造及び各構成要素の材質は前述した一実施の形態と同様である。

本実施の形態によると、前述した一実施の形態と同様に、サーミスタ２００の上下面が回転対称で同一の形状であるため、ツームストーン現象が根本的に解消され、ＰＣＢに実装するときに上下面を区分する必要が無くなる。

また、連結部３２が曲面である溝７２の内側に形成されるため、亀裂が発生されても伝播し難く、通電部位と非通電部位が一面に全部現れるため、連結部の不良検査が容易である。

なお、前述した実施の形態のサーミスタの構造は多様に変形可能である。例えば、前述した実施の形態では、サーミスタを覆したときに、抵抗素子１０の上面に形成された電極が、下面に形成された電極パターンと同一のパターンになるように、上下が同一のパターンであることとして説明したが、上下面に形成された電極パターンが相異なることもある。また、ＰＣＢに実装される下面の電極パターンは、ＰＣＢ上に形成された電極パッドとさらに広い面積で安定して接触され得るように、左右の電極パターンが相互噛み合う構造ではなく、例えば図３に示したように単純対向するパターンになることもある。

また、前述した実施の形態ではサーミスタ１００、２００の側面に半円形の溝７２が形成されたこととして説明したが、この溝の形状が半円形ではなく半楕円形や「Ｖ」字形、長方形など多様な形状が可能であることは言うまでもない。ひいては、前述した実施の形態では、連結部３０、３２がこの溝７２を除いた側面部、またはこの溝７２の内側を取り囲みながら上下面の電極を相互電気的に連結することとして説明したが、この溝自体を形成せず、平面状の側面全体を通じて上下面の電極を電気的に連結することもある。

さらに、前述した実施の形態では連結部３０、３２がサーミスタの側面を取り囲みながら形成されることとして説明したが、必ずこれに限ることはない。例えば、サーミスタの内側から抵抗素子１０を上下に貫通するスルーホールを形成し、これを通じて連結部を形成することもできる。さらに、図６ａに関連して後述する製造方法中、抵抗素子１０と金属膜２０が積層されたシートを準備する段階で、 ポリマーシートである抵抗素子の中に
抵抗素子の上下面に形成された金属膜２０と接触する金属ワイヤ(図示せず)を配置させることにより、連結部を形成することもできる。つまり、サーミスタの上下面に形成される電極パターンが左右対称及び上下対称を成してツームストーン現象を解消できる場合なら、連結部の具体的な構造と形状は特に限定されることはない。

次に、前述したような本発明のサーミスタ１００、２００を大量に製造する方法に対して詳しく説明する。
図６ａ〜図６ｇは、前述した一実施の形態によるサーミスタ(図１ａの１００)の製造方法を説明するための図面であって、図面の左側は平面図、図面の右側の円内部はＣ−Ｃ線に沿って切断して見た部分断面斜視図である。

図６ａは、適切な大きさで裁断された薄板抵抗素子シートを示したものであって、このシートは温度により抵抗値が変化するＮＴＣまたはＰＴＣ抵抗素子１０を介して金属膜２０(以後、サーミスタの電極になる)が積層された構造を有する。このシートは、導電性粒子が分散されたポリマーシートの上下面にアルミニウムや銅などの金属を電解または無電解メッキして作製したり、ポリマーシートの両面に金属箔を圧着することで作製できる。このように作製されたシートは、以後の工程でハンドリングし易いように適切な大きさで裁って洗浄する。

次に、図６ｂに示したように、シートに一定の幅と長さを有するスルーホール１２を多数個上下左右に配列して穿孔する。このスルーホール１２の幅方向(図面の横方向)に隣接したスルーホール間の領域ごとにサーミスタが形成されるようになる。なお、このスルーホール１２は、従来のシートの一方向に連続する長いスリットとは異なり、長手方向に一定の間隔を置いて形成される。従って、以後の工程でスルーホールの長手方向に沿ってシートが下に垂れ下がったり、反る現象が発生しない。

次に、図６ｃに示したように、スルーホール１２が形成されたシートの全面に銅や銅合金をメッキすることにより、上下面の金属膜２０をスルーホール１２を通じて電気的に連結する。このように形成された銅または銅合金のメッキ膜３０が前述した連結部になる。

次に、図６ｄに示したように、各スルーホール１２間の領域に形成された金属膜２０及びメッキ膜３０をパターニングして、所定形状の電極パターン及び連結部パターンを形成する。具体的には、図６ｃのシートにフォトレジストを塗布し、所望するパターンで露光及び現像してフォトレジストパターン(図示せず)を形成した後、形成されたフォトレジストパターンをエッチングマスクにしてメッキ膜３０及び金属膜２０を順次エッチングして、図６ｄに示したように、クランク形状で抵抗素子１０を露出させる。次いで、フォトレジストパターンを除去することにより、図６ｄに示されたような状態のシートを形成する。

この段階で露出した抵抗素子１０の領域が前述した非導電性ギャップ１４を形成することになる。このとき、図面では非導電性ギャップ１４の形状をクランク形状で示して説明したが、前述したように図４ａ〜図４ｃに示したように、四角凹凸パターン、ジグザグ形、波形など多様にできることは言うまでもない。また、シートの上面と下面に形成する非導電性ギャップ１４の形状は、同一あるいは異なるようにすることもできる。

次に、図６ｅに示したように、シートの上下面に非導電性ギャップ１４を含んだ絶縁の必要な場所(結局、スルーホール１２の回りを除いた部分)にソルダレジスト４０を形成する。ソルダレジストは、スクリーン印刷、液状フォト印刷、ドライフィルムのラミネーティングなど多様な方法により形成できる。

次に、ソルダレジスト４０が形成されたシートにＳｎ/Ｐｂメッキ処理をすると、図６
ｆに示したように、ソルダレジスト４０が形成された部分を除いたスルーホール１２の内周面及び周辺部にソルダ５０が形成される。このソルダ５０は、以後サーミスタをＰＣＢに実装するとき、ソルダリフロー方法などによりＰＣＢ上の電極パッドに連結されるターミナルである。

最後に、図６ｇに示したように、切断線６０に沿ってシートを切断することにより、スルーホール１２の幅方向に各スルーホール間の領域が一つの単位サーミスタとして分けられる。このとき、スルーホール１２の中間部位の側壁を円形や楕円形７０に切断すると、図１ａに示された側面に溝７２を有するサーミスタが完成される。シートの切断は、ソーイング(sawing)や所定形状の金型を用いる板金工程によって行うことができる。なお、図６ｇで円形や楕円形７０の穿孔過程を省略すると、サーミスタの側面の全部を通じて上下面の電極２０が連結される構造のサーミスタを製造できる。

図７は、前述した他の実施の形態によるサーミスタ(図２ａの２００)を製造する方法を説明するための図面であって、前述した一実施の形態のサーミスタの製造方法と異なる点を中心に説明すると次のようである。

前述したように、図２ａのサーミスタ２００は、その側面構造が図１ａのサーミスタ１００と異なり、半円形または半楕円形の溝７２を通じて上下面の電極が連結される構造である。このような構造のサーミスタを製造するためには、図６ａに示したようにシートに対して、図６ｂの長孔形のスルーホール１２の代わりに、 円形または楕円形のスルーホ
ール１６を形成し、以後連結部の形成、電極パターニング、ソルダレジスト及びソルダ形成工程を行ったのち、図７に示した切断線６０及び６２に沿って切断すればよい。

一方、図６ｇ及び図７では、スルーホール１２または１６の間ごとに同一のクランク形状の非導電性ギャップ１４を形成した結果、スルーホールの上下に一定の間隔程のシートが無駄になる問題がある。これは、本発明がサーミスタの製造過程でシートが反らないようにするために、図面の上下方向に連続する長いスリットを形成せず、スルーホールを一定の間隔を置いて形成した結果である。

これに対して、本実施の形態のサーミスタ２００は、本来は連続していた長いスリットを不連続的に形成した結果である図６ｇのスルーホール１２とは異なり、もとから連続していないスルーホール１６で製造できる。従って、図８のように、各サーミスタが形成される領域の非導電性ギャップ１８を同一の形状とせず、図面の上下方向に交互にクランク形状を左右に覆すことにより、連続したギャップ１８を形成したのち、切断線６０及び６２に沿って切断してサーミスタ２００を製造できる。この結果、切断線６０の間に捨てる領域がなく無駄が減る。

以上、望ましい実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本明細書および図面に記載された実施の形態は本発明の最も望ましい実施の形態に過ぎず、本発明の技術的思想を制限するものではなく、本出願のときにこれらに代替可能な多様な均等物と変形例があり得ることを理解すべきである。

本発明の一実施の形態による表面実装型サーミスタの斜視図である。 図１ａに示したサーミスタの電極パターンを示した平面図である。 本発明の他の実施の形態による表面実装型サーミスタの斜視図である。 図２ａに示したサーミスタのＢ−Ｂ線の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態による表面実装型サーミスタの電極パターンを示した平面図である。 本発明の実施の形態に適用される電極パターンの例を示した平面図である。 本発明の実施の形態に適用される電極パターンの例を示した平面図である。 本発明の実施の形態に適用される電極パターンの例を示した平面図である。 図４ａの５−５線の断面図である。 図４ａの５−５線の断面図である。 本発明の一実施の形態によるサーミスタの製造方法を説明するための平面図及び部分断面斜視図である。 本発明の一実施の形態によるサーミスタの製造方法を説明するための平面図及び部分断面斜視図である。 本発明の一実施の形態によるサーミスタの製造方法を説明するための平面図及び部分断面斜視図である。 本発明の一実施の形態によるサーミスタの製造方法を説明するための平面図及び部分断面斜視図である。 本発明の一実施の形態によるサーミスタの製造方法を説明するための平面図及び部分断面斜視図である。 本発明の一実施の形態によるサーミスタの製造方法を説明するための平面図及び部分断面斜視図である。 本発明の一実施の形態によるサーミスタの製造方法を説明するための平面図及び部分断面斜視図である。 本発明の他の実施の形態によるサーミスタの製造方法を説明するための平面図である。 本発明のさらに他の実施の形態によるサーミスタの製造方法を説明するための平面図である。

符号の説明

１０ ・・・ 薄板抵抗素子
１２，１６ ・・・ スルーホール
１４，１８ ・・・ 非導電性ギャップ
２０ ・・・ 電極
２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａ ・・・ 第１電極
２０ｂ，２２ｂ，２４ｂ，２６ｂ ・・・ 第２電極
２０ｃ，２２ｃ ・・・ 第３電極
２０ｄ，２２ｄ ・・・ 第４電極
３０，３２ ・・・ 連結部
４０ ・・・ ソルダレジスト
５０，５２ ・・・ ソルダ
６０，６２ ・・・ 切断線
７２ ・・・ 溝
１００，２００ ・・・ 表面実装型サーミスタ
Ｉｒ，Ｉｒ ・・・ 電流

Claims (20)

1. 温度により抵抗が変化する薄板抵抗素子と、
   前記薄板抵抗素子の一面に電気的に分離されて形成された第１電極及び第２電極と、
   前記薄板抵抗素子の前記一面と対向する他面に電気的に分離されて形成された第３電極及び第４電極と、
   前記第１電極と第３電極とを電気的に連結する第１連結部と、
   前記第２電極と第４電極とを電気的に連結する第２連結部とを含み、
   前記第１電極と第２電極とが非導電性ギャップを介して所定距離離間するとともに相互対称的に噛み合う形状を有し、前記第３電極と第４電極とが非導電性ギャップを介して所定距離離間するとともに相互対称的に噛み合う形状を有する表面実装型サーミスタ。
2. 前記サーミスタを覆したとき、表面に現れる電極パターンが同一になるように、前記第１電極及び第２電極のパターンは前記第３電極及び第４電極のパターンと回転対称であることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
3. 前記第１連結部及び第２連結部は、各々前記薄板抵抗素子の一側面及び、この一側面と対向する他側面を取り囲みながら、前記第１電極と第３電極及び前記第２電極と第４電極を各々電気的に連結することを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
4. 前記薄板抵抗素子の一側面及び他側面には、各々溝が形成されており、前記第１連結部及び第２連結部は、各々前記溝を除いた一側面及び他側面を取り囲みながら、前記第１電極と第３電極及び前記第２電極と第４電極を各々電気的に連結することを特徴とする請求項３に記載のサーミスタ。
5. 前記薄板抵抗素子の一側面及び他側面には、各々溝が形成されており、前記第１連結部及び第２連結部は、各々前記一側面及び他側面の溝を取り囲みながら、前記第１電極と第３電極及び前記第２電極と第４電極を各々電気的に連結することを特徴とする請求項３に記載のサーミスタ。
6. 前記第１電極と第２電極との間の非導電性ギャップ及び前記第３電極と第４電極との間の非導電性ギャップは、その形状がクランク形、四角凹凸パターン、ジグザグ形、または波形であることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
7. 一側面及びこの一側面に対向する他側面に各々溝が形成されており、温度により抵抗が変化する薄板抵抗素子と、
   前記薄板抵抗素子の一面上に、非導電性ギャップを介して所定距離離間するとともに相互対称的に噛み合う形状を有するように形成された第１電極及び第２電極と、
   前記薄板抵抗素子の一面と対向する他面上に、電気的に分離されて形成された第３電極及び第４電極と、
   前記薄板抵抗素子に形成された溝を除いた前記一側面を取り囲みながら、前記第１電極と第３電極とを電気的に連結する第１連結部と、
   前記薄板抵抗素子に形成された溝を除いた前記他側面を取り囲みながら、前記第２電極と第４電極とを電気的に連結する第２連結部とを含むサーミスタ。
8. 前記第１電極と第２電極との間の非導電性ギャップは、その形状がクランク形、四角凹凸パターン、ジグザグ形、または波形であることを特徴とする請求項７に記載のサーミスタ。
9. 前記第１電極と第２電極または第３電極と第４電極には、極性が異なる電圧が印加され
   て、前記薄板抵抗素子の表面で隣接する電極及び前記薄板抵抗素子を介して対向する位置に形成された電極に相互異なる極性の電圧が印加されることを特徴とする請求項１または７に記載のサーミスタ。
10. 前記非導電性ギャップの幅は、前記薄板抵抗素子の厚さより小さいことを特徴とする請求項１または７に記載のサーミスタ。
11. 前記薄板抵抗素子は、正温係数特性を有するポリマーであることを特徴とする請求項１または７に記載のサーミスタ
12. 前記第１〜第４電極は、銅または銅合金より形成されることを特徴とする請求項１または７に記載のサーミスタ。
13. 温度により抵抗が変化する薄板抵抗素子の両面に金属膜が積層されたシートを準備する段階と、
    前記シートに所定の幅と、この幅より大きい長さとを有するスルーホールをマトリックス状に多数個形成する段階と、
    前記スルーホールの側壁を通じて前記シートの両面に積層された金属膜を電気的に連結する段階と、
    前記金属膜をパターニングして電極パターンを形成する段階と、
    前記スルーホールの幅方向に隣接する各スルーホール間の領域が一つの単位になるように、前記電極パターンが形成されたシートを切断する段階と
    を含む表面実装型サーミスタの製造方法。
14. 前記電極パターンを形成する段階では、前記シートの両面のうち少なくとも一面に形成された金属膜に対して、前記スルーホールの幅方向に隣接した各スルーホール間の領域ごとに、相互対称に噛み合う形状であり、かつ分離された二つの電極パターンになるように前記金属膜を除去することを特徴とする請求項１３に記載のサーミスタの製造方法。
15. 前記電極パターンを形成する段階では、前記シートの両面に形成された金属膜の各々に対して、前記スルーホールの幅方向に隣接した各スルーホール間の領域ごとに、相互対称に噛み合う形状であり、かつ分離された二つの電極パターンになり、さらに前記シートを覆したとき、同一のパターンになるように前記金属膜を除去することを特徴とする請求項１３に記載のサーミスタの製造方法。
16. 前記金属膜が除去された領域のパターンが、クランク形、ジグザグ、四角凹凸パターン、または波形であることを特徴とする請求項１４または１５に記載のサーミスタの製造方法。
17. 前記シートを切断する段階は、前記スルーホールの長手方向の側壁の一部を切ってこの側壁に溝を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載のサーミスタの製造方法。
18. 前記電極パターンを形成する段階と前記シートを切断する段階との間に、
    前記スルーホールの周辺部を除いて前記電極パターンが形成されたシートの両面に、ソルダレジストを塗る段階と、
    前記ソルダレジストが塗らなかったスルーホールの周辺部に露出した電極パターンにソルダを形成する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項１３記載のサーミスタの製造方法。
19. 温度により抵抗が変化する薄板抵抗素子の両面に金属膜が積層されたシートを準備する段階と、
    前記シートに円形または楕円形のスルーホールをマトリックス状で多数個形成する段階と、
    前記スルーホールの側壁を通じて前記シートの両面に積層された金属膜を電気的に連結する段階と、
    前記金属膜をパターニングして電極パターンを形成する段階と、
    前記スルーホールが配列された一方向に隣接した各スルーホール間の領域が一つの単位になるように前記電極パターンが形成されたシートを切断する段階と、を含み、
    前記電極パターンを形成する段階は、前記シートの両面に形成された金属膜の各々に対して、前記一方向に隣接した各スルーホール間の領域ごとに、相互対称に噛み合う形状を有し、かつ分離された二つの電極パターンになり、さらに前記シートを覆したとき、同一のパターンになるように前記金属膜を除去することを特徴とするサーミスタの製造方法。
20. 前記金属膜が除去された領域の形状が、クランク形、四角凹凸パターン、ジグザグ形、または波形であることを特徴とする請求項１９に記載のサーミスタの製造方法。

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