JP2011223030A - 電気部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】湿分の作用下でも長い耐用時間を示す電気部品を提供すること。
【解決手段】セラミック材料を有する基体（１）と、前記の基体（１）上に配置された少なくとも２個のコンタクト領域（２，３）とを備え、前記のコンタクト領域（２，３）にコネクタ素子（４，５）が固定されており、前記の電気部品は有機成分を含有する保護層（６）で取り囲まれており、かつ前記の電気部品は基体（１）と保護層（６）との間に配置された中間層（７）を有し、この中間層（７）は疎水性でありかつ疎油性である中間層材料からなる電気部品。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック材料を有する基体と、前記基体上に配置された少なくとも２つのコンタクト領域とを備え、前記コンタクト領域上にコネクタ素子が固定されており、有機成分を含有する保護層により取り囲まれている電気部品に関する。さらに、本発明は前記の電気部品の製造方法に関する。

刊行物のＤＥ１９８５１８６９Ａ１からは、冒頭に記載した種類の電気部品は公知であり、この電気部品はディスク状のセラミック材料からなるサーミスタ−温度センサである。材料に取り付けられたコネクタワイヤの他に、この温度センサはエポキシ樹脂被覆を有し、この被覆は疎水性特性を有する添加成分を含む。

この公知の電気部品は、湿分に対して敏感であるという欠点を有する。エポキシ樹脂から、例えば浸漬により製造することができる疎水性被覆を有しているのだが、湿分及び／又は水の影響下でマイグレーション効果のために故障が生じかねない。この部品の作動時に使用される印加電圧によって、つまりコネクタワイヤが固定されているセラミック素子の両方の電極の間に電位差が生じる。湿った環境での使用条件下で連続した水膜が電極間に形成される場合には、アノードからカソードへの物質移動（コネクタワイヤのハンダ付け時に使用したハンダの銀、スズ及び鉛により媒介される）が開始する。この場合に金属被膜が形成され、この金属被膜はセラミックの表面上の条導体と同様に機能してしまう。それによりセンサの抵抗は著しく低下し、不都合な状況下で短絡によってサーミスタ−温度センサは完全に故障しかねない。従って、この種のサーミスタ−温度センサは、温度センサに結露もしくは水の作用が起こらないような適用分野でのみ使用できる。

前記の問題を回避するために、先行技術からサーミスタ−温度センサにガラス被覆を設けることは公知である。この構成の場合には、もちろん高いプロセス温度のために絶縁されたコネクタワイヤを使用できない。さらにこの場合でも、相応する適用条件で、ワイヤの電気化学的腐食による損傷及びガラス体を介したマイグレーションが起こりえるという危険が生じる。

ＤＥ１９８５１８６９Ａ１

従って、本発明の課題は、湿分の作用下でも長い耐用時間を示す冒頭に記載した種類の部品を提供することである。

前記の課題は、本発明の場合に、請求項１記載の電気部品により達成される。本発明による有利な実施態様並びに本発明による製造方法は他の請求項に記載されている。

本発明は、セラミック材料を有する基体と、前記の基体上に配置された２つのコンタクト領域とを備えた電気部品であって、このコンタクト領域にはコネクタ素子が固定されており、前記の電気部品は有機成分を含有する保護層で取り囲まれており、かつ基体と保護層との間に中間層を有し、前記の中間層は疎水性並びに疎油性の材料からなる電気部品を提供する。

本発明による部品は、疎水性材料からなる中間層によって、基体が中間層によって覆われている箇所で、外側から基体の表面への湿分の侵入を有効に減少できるという利点がある。

さらに、本発明による部品は、中間層の疎油性の材料特性により、この中間層が基体を取り囲む保護層と相容性であるという利点を有する。特に、保護層と中間層との間に化学反応は起こらない。それにより、保護層の成分が中間層を通過して基体の表面へ移行することも、その移行により生じる損傷を含めて、有効に抑制できる。

中間層が部品の基体を緻密に取り囲んでいるため、基体の全表面への湿分の侵入が阻止されるのが特に有利である。

さらに、中間層材料が基体を濡らすことができる液体に可溶性であるような部品が特に有利である。

このような部品は、液体及び前記液体中に溶解した中間層材料を含有する溶液中へ基体を浸漬することにより、中間層を簡単に製造できるという利点を有する。

基体を液体により濡らすことができることによって、問題なく中間層が基体を緻密に取り囲むように基体を中間層で被覆できるという利点が生じる。

さらに、中間層の厚さが最も薄い箇所で少なくとも１．５μｍであるような部品が特に有利である。この最小の厚さによって、中間層が基体に設けられている全ての箇所で湿分が基体へ侵入するのを阻止することが保証される。

必要な特性を示す中間層にとって適した材料は、例えばフルオロポリマーである。これは、ペルフルオロ化された炭素骨核である。この炭素骨核は、この場合に鎖、縮合した環系又はその混成形から構成されていてもよい。特に、縮合したペルフルオロ化された環系からなる中間層材料が特に有利である。さらに、Ｃ−Ｃ鎖を有するのではなくＣ−Ｏ−Ｃ鎖を有するポリエーテルも使用可能である。このポリマーの分子量は１０００ｇ／ｍｏｌを上回るのが有利である。所定の溶剤、有利にペルフルオロ化したアルカンに可溶であるフルオロポリマーも有利である。

このフッ素含有ポリマーは、さらに、層及び全体の部品の耐熱衝撃性に有利に影響する柔軟なワックス状のコンシステンシーを有するという利点を有する。

この場合に、部品の保護層は有利に電気絶縁性でありかつ同時に中間層を摩耗から保護するために適した材料からなることができる。この前記の材料からなる保護層は、電気的短絡に対して外から部品を保護するという利点を有する。他方で、この保護層は、わずかな機械的耐久性を有しかつ柔軟な、ワックス状のコンシステンシーを有するフルオロポリマーからなる中間層を、例えば摩耗による機械的損傷から有効に保護できるという利点を有する。

中間層の電気絶縁及び保護に関する必要な特性を有する保護層は、有利にエポキシ樹脂、シリコーン又はウレタンからなる。

さらに、本発明はセラミック材料を有する基体からなる電気部品の製造方法を提供する。この場合に、基体は少なくとも２つのコンタクト領域を有し、このコンタクト領域にコネクタ素子が固定されている。

この方法は次の工程を有する：
最初の工程では、基体を濡らす液体と、前記の液体中に溶解した疎水性及び疎油性の中間層材料とを含有する溶液中に基体を浸漬させる。基体が完全に溶液中に存在するように、この基体を溶液に浸漬するのが有利である。

次の工程において、溶液の一部が基体を完全に取り囲む被膜として基体上に付着したままになるように基体を溶液から取り出す。

さらに次の工程では、被膜内に含まれる液体を被膜から蒸発により除去し、それにより中間層を生じさせる。

これに引き続く工程で最終的に中間層上に保護層を設ける。この場合に、有利に相応する溶液もしくは液体中に基体を浸漬することにより保護層を設けることができる。

本発明による、電気部品の製造方法は、中間層を設けるために部品の基体を溶液中に単に浸漬させることにより特に簡単に実現できるという利点を有する。さらに、この方法は、溶液から中間層を製造する方法が液体被膜中の液体を蒸発させることにより行われるという利点を有する。このような蒸発は、例えば室温で部品を簡単に貯蔵する他にさらに技術的手法を必要とせず、従って著しく廉価に実現することができる。

この方法は、溶液の中間層材料に関する含有量を適当に選択することにより、基体を浸漬する溶液の粘度を、基体に付着する被膜が最も薄い箇所で少なくとも１．５μｍの厚さとなるように調整することにより、特に有利に実施できる。この措置により、中間層はそれぞれの箇所で必要な最小の厚さを有することが保証される。

中間層材料を溶解した形で含有する液体として有利に、中間層材料として適したフルオロポリマーが可溶性であるペルフルオロアルカンを使用することができる。

次に、本発明を実施例及びそれに対応する図面を用いて詳細に説明する。

この図面は、例示的に本発明による電気部品を図式的な断面図で示す。

本発明による電気部品の図式的な断面図を表す。

この図は、基体１を備えた電気部品を示し、この基体１はスピネル型の、特にＭｎ−Ｎｉ−スピネル型の多結晶セラミックからなることができ、さらに他のドーパントもしくは副成分を含有することができる。その他に他の主成分からなるセラミックも考えられる。上記したＭｎ−Ｎｉ−スピネル型のセラミックは、通常サーミスタ−温度センサ用の基体１として使用される。このようなサーミスタ−温度センサの場合にはまさに、基体が湿分の影響によって変化しない安定な電気抵抗を有することが特に重要である。

この図は、さらに、第１のコンタクト領域２及び第２のコンタクト領域３を示し、これらは基体１の上側もしくは下側に設けられている。このコンタクト領域は例えば銀−焼付けペーストによって製造できる。第１のコンタクト領域２には、第１のコネクタ素子４が固定されており、このコネクタ素子４は例えば絶縁体を備えたワイヤであることができる。このようなワイヤを第１のコンタクト領域２に固定するのは、ハンダ付けにより行うのが有利である。第１のコンタクト領域２と同様に、第２のコンタクト領域３に第２のコネクタ素子５がハンダ付けされた絶縁されたワイヤの形で固定されている。

この基体１は中間層７により取り囲まれており、この中間層７はフルオロポリマーの溶液中に基体を浸漬することにより設けられている。このフルオロポリマーは複数回繰り返すモノマー単位から構成されており、この分子量は約２０００ｇ／ｍｏｌである。このポリマーの溶液の濃度は１％〜３０％である。溶液の濃度によって溶液の粘度が調整され、それにより中間層７の厚さも決定される。溶剤として、例えば容易に入手可能なペルフルオロアルカン、特にペルフルオロヘキサン又はペルフルオロオクタンが適している。

溶剤の乾燥後に、２成分のエポキシドを有する被膜を浸漬法で被覆し、それにより保護層６が生じる。

中間層７に関して、層を浸漬法で設けるために、図中に示されているような十分に均質な層厚は達成できないことに留意すべきである。むしろ、この層は基体１のエッジでは、例えばコンタクト領域２，３の間の層よりもきわめて薄くなっている。ここに記載された実施例の場合には、基体１のエッジでは２μｍよりも薄い層厚であり、かつ他の箇所では５μｍまでの厚さを有することができる中間層７が製造される。

この保護層６は前記した浸漬法によって１００μｍ〜１０００μｍの間の層厚を有するように設けられる。この保護層６について、その層厚に関して、中間層７についての記載と同様のことが通用する。保護層６として適当な全ての標準的な被覆材料、例えばエポキシ樹脂をベースとする被覆材料が挙げられ、この被覆材料は電気絶縁性であり、かつ亀裂形成に対する最小強度を有する。エポキシ樹脂の代わりにＰＵ樹脂又はシリコーン塗料も挙げることができる。この保護層６は浸漬法の他に他の方法、例えば粉末被覆法でも塗布することができる。

中間層７もしくは保護層７の製造の際に、コネクタ素子４，５の末端部８，９が未被覆のままであるように基体１は有利に相応する液体中に浸漬され、この末端部はこのデバイスの接続のための導電性のコンタクトとして使用することができる。

前記の実施例により製造された温度センサは、多様な試験条件下でその耐水性を試験した。このために、例えば８０℃の温度でかつ３Ｖで印加する直流電圧での２０００時間にわたる水中貯蔵を実施した。この試験は、温度センサの電気抵抗を変化せずに終了した。

同様に、多様な負荷を内容とする他の実施した試験を次に列挙する：温度衝撃負荷、引き続く振動、引き続く８０℃でかつ３Ｖの直流電圧での水中貯蔵、その後での６０ｍＷの熱出力での電気的負荷、引き続く周期的負荷もしくは電圧の印加下でのアイシング並びに引き続く１５５℃の温度での老化及び引き続く、水中で８０℃での及び３Ｖの電圧の印加下での貯蔵。この列挙された負荷試験も、温度センサの電気抵抗を変化せずに終了した。これらの試験は、温度センサがその電気抵抗を変化せずに終了した。

同じ試験を、中間層７を備えていない同様の温度センサで実施した。このような温度センサは、８０℃でかつセンサへの３Ｖの電圧の印加下で、１００時間未満で１００％故障した。

本発明は、記載された実施例に制限されるのではなく、最も普遍的な形式で請求項１もしくは請求項１２により定義される。

Claims (23)

1. 電気部品であって、
   セラミック材料を有する基体（１）と、
   前記基体（１）上に配置された少なくとも２個のコンタクト領域（２，３）とを備え、前記コンタクト領域（２，３）にコネクタ素子（４，５）が固定されており、
   前記電気部品は有機成分を含有する保護層（６）で取り囲まれており、かつ
   前記電気部品は基体（１）と保護層（６）との間に配置された中間層（７）を有し、この中間層（７）は疎水性でありかつ疎油性である中間層材料からなる
   電気部品。
2. 前記中間層材料は、フルオロポリマー及び／又はポリエーテルを有する、請求項１記載の部品。
3. 前記中間層材料は、縮合した環系又は鎖と縮合した環系との混合形から構成されたペルフルオロ化された炭素骨核である、請求項２記載の部品。
4. 前記中間層材料は、１０００ｇ／ｍｏｌより高い、特に約２０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有する、請求項２又は３記載の部品。
5. 前記中間層は、ワックス状のコンシステンシーを有する、請求項２から４までのいずれか１項記載の部品。
6. 前記保護層（６）は、電気絶縁性であり、かつ前記中間層（７）を摩耗から保護するために適している材料からなる、請求項１から５までのいずれか１項記載の部品。
7. 前記保護層（６）は、エポキシ樹脂、シリコーン又はウレタンを有する、請求項６記載の部品。
8. 前記中間層（７）の厚さが、最も薄い箇所で少なくとも１．５μｍである、請求項１から７までのいずれか１項記載の部品。
9. 前記中間層材料が基体（１）を濡らすことができる液体に可溶性である、請求項１から８までのいずれか１項記載の部品。
10. 前記中間層（７）は、液体及び前記液体中に溶解した中間層材料を有する溶液中へ前記基体（１）を浸漬することにより製造されている、請求項９記載の部品。
11. 前記基体は、特にスピネル型の、特に有利にＭｎ−Ｎｉ−スピネル型のサーミスターセラミック材料からなる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の部品。
12. セラミック材料を有する基体（１）から出発し、前記基体（１）上に、コネクタ素子（４，５）が固定されている少なくとも２個のコンタクト領域（２，３）が設けられている電気部品を製造する方法において、次の工程：
    ａ） 基体（１）を濡らす液体及び前記の液体中に可溶性の疎水性及び疎油性の中間層材料を含有する溶液中に基体（１）を浸漬する工程、
    ｂ） 溶液の一部が基体（１）を完全に取り囲む被膜として基体上に付着したままになるように溶液から前記の基体（１）を取り出す工程、
    ｃ） 被膜中に含まれる液体を蒸発させることにより中間層（７）を製造する工程、
    ｄ） 中間層（７）上に保護層（６）を設ける工程
    を有する電気部品の製造方法。
13. 中間層材料の含有量を適切に選択することにより、基体（１）に付着する被膜が最も薄い箇所で少なくとも１．５μｍの厚さの中間層（７）になるように溶液の粘度を調整する、請求項１２記載の方法。
14. 液体としてペルフルオロアルカン、特にペルフルオロヘキサン又はペルフルオロオクタンを使用し、中間層材料としてフルオロポリマーを使用する、請求項１２又は１３記載の方法。
15. 前記中間層材料は、１０００ｇ／ｍｏｌより高い、特に約２０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有する、請求項１４記載の方法。
16. 前記中間層材料は、１％〜３０％の濃度を有する溶液中に存在する、請求項１４又は１５記載の方法。
17. 前記中間層材料は、縮合した環系又は鎖と縮合した環系との混合形から構成されたペルフルオロ化された炭素骨核である、請求項１２から１６までのいずれか１項記載の方法。
18. 前記中間層材料は、ポリエーテルを有する、請求項１２又は１３記載の方法。
19. 前記中間層は、ワックス状のコンシステンシーを有する、請求項１２から１８までのいずれか１項記載の方法。
20. 前記保護層（６）は、エポキシ樹脂、シリコーン又はウレタンを有する、請求項１２から１９までのいずれか１項記載の部品。
21. 前記溶液の溶剤の乾燥後に、前記保護層を２成分のエポキシドとして浸漬法で製造する、請求項２０記載の方法。
22. 前記保護層を、粉末被覆法により製造する、請求項２０記載の方法。
23. 前記基体は、特にスピネル型の、特に有利にＭｎ−Ｎｉ−スピネル型のサーミスターセラミック材料からなる、請求項１２から２２までのいずれか１項記載の方法。

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