JP2019087582A - サーミスタ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤボンディングにより実装基板に良好に実装することができ接続信頼性を向上できるサーミスタ素子を提供する。【解決手段】サーミスタ素子は、第１端面と第２端面と天面と底面とを含む素体と、第１端面と天面の一部と底面の一部とを覆う第１外部電極と、第２端面と天面の一部と底面の一部とを覆う第２外部電極と、素体内に設けられ、第１外部電極に接続される第１内部電極と、素体内に設けられ、第２外部電極に接続される第２内部電極とを有する。第１外部電極および第２外部電極は、最外層の金属めっき層を含み、金属めっき層の表面には、環状の突部が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、サーミスタ素子に関する。

従来、サーミスタ素子としては、特開２００６−２６９６６１号公報（特許文献１）に記載されたものがある。このサーミスタ素子は、セラミックスから構成される素体と、素体の両端面を覆う外部電極と、素体内に設けられ外部電極に接続される内部電極とを有する。

特開２００６−２６９６６１号公報

ところで、前記従来のサーミスタ素子では、外部電極は、導電ペーストを印刷して形成されているので、サーミスタ素子をワイヤボンディングにより実装基板に実装しようとすると、導電ペーストとワイヤボンディングは相性が悪く、外部電極にワイヤボンディングを施しても十分な接続を得ることは困難であった。

そこで、本発明の課題は、ワイヤボンディングにより実装基板に良好に実装することができ接続信頼性を向上できるサーミスタ素子を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明のサーミスタ素子は、
第１端面と、前記第１端面の反対側に位置する第２端面と、前記第１端面と前記第２端面に交差する天面と、前記天面の反対側に位置する底面とを含む素体と、
前記第１端面と前記天面の一部と前記底面の一部とを覆う第１外部電極と、
前記第２端面と前記天面の一部と前記底面の一部とを覆う第２外部電極と、
前記素体内に設けられ、前記第１外部電極に接続される第１内部電極と、
前記素体内に設けられ、前記第２外部電極に接続される第２内部電極と
を備え、
前記第１外部電極および前記第２外部電極は、最外層の金属めっき層を含み、
前記金属めっき層の表面には、環状の突部が設けられている。

本発明のサーミスタ素子によれば、第１、第２外部電極は、最外層の金属めっき層を含むので、サーミスタ素子の底面側を実装基板に実装する際、サーミスタ素子の第１、第２外部電極の金属めっき層にワイヤボンディングを施すことができ、第１、第２外部電極とワイヤの接続信頼性を向上できる。

また、金属めっき層の表面には、環状の突部が設けられているので、金属めっき層の表面にワイヤをボールボンディングする際、突部に囲まれた凹部内にワイヤの先端のボールを接合できる。そして、超音波を用いてワイヤボンディングを行う際、ワイヤのボールを囲む突部を介して超音波をボール全体に伝えることができる。この結果、ワイヤのボールと金属めっき層の接合性がよくなる。

また、サーミスタ素子の一実施形態では、前記金属めっき層は、前記天面に位置する第１表面を含み、前記突部は、前記第１表面に設けられている。

前記実施形態によれば、突部は、金属めっき層の第１表面に設けられているので、素体の天面側にワイヤをボンディングすることができる。

また、サーミスタ素子の一実施形態では、前記第１端面から前記第２端面に向かって延在する長さ方向と前記底面から前記天面に向かって延在する厚み方向とを含む断面において、前記突部の第１頂点および第２頂点を通る第１直線と、前記第１直線に平行であり前記突部に囲まれた凹部の底に接する第２直線との間の距離は、１μｍ以下である。

前記実施形態によれば、第１直線と第２直線の間の距離は、１μｍ以下であるので、ワイヤを凹部の底に良好に接合することができる。

また、サーミスタ素子の一実施形態では、前記突部は、前記第１表面の中央領域に位置している。

前記実施形態によれば、突部は、第１表面の中央領域に位置しているので、ワイヤを第１表面の中央領域に接合することができ、ワイヤを良好な位置に接合することができる。

また、サーミスタ素子の一実施形態では、前記素体は、前記第１外部電極および前記第２外部電極から露出する領域に、溝を有する。

前記実施形態によれば、素体は、第１、第２外部電極から露出する領域に、溝を有するので、サーミスタ素子の底面側を実装基板に実装する際、サーミスタ素子の溝にダイボンド材を埋め込んで、サーミスタ素子をダイボンド材により実装基板に接着することができる。このように、溝にダイボンド材を塗布できるため、ダイボンド材の塗布量を確保できて、外部電極に塗布されるダイボンド材を低減できる。この結果、外部電極を直接に実装基板に接触させることができて、サーミスタ素子の実装姿勢を安定化できる。また、溝にダイボンド材を埋め込むので、サーミスタ素子とダイボンド材の接着力を強くできて、サーミスタ素子の実装基板への実装不良を低減できる。

本発明のサーミスタ素子によれば、ワイヤボンディングにより実装基板に良好に実装することができ接続信頼性を向上できる。

本発明のサーミスタ素子の一実施形態を示す斜視図である。 サーミスタ素子のＬＴ断面図である。 突部のＴ方向からみた平面図である。 サーミスタ素子を実装基板に実装した状態を示す説明図である。 図３のＸ−Ｘ断面図である。 突部の実施例を示すＴ方向からみた平面図である。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態のサーミスタ素子１を示す斜視図である。図２は、サーミスタ素子１の断面図である。図１と図２に示すように、サーミスタ素子１は、素体１０と、素体１０内に設けられた第１、第２、第３内部電極２１，２２，２３と、素体１０の表面の一部を覆うと共に第１、第２内部電極２１，２２に電気的に接続される第１、第２外部電極４１，４２とを有する。

素体１０は、積層された複数のセラミックス層１０ａから構成される。セラミックス層１０ａは、例えば、負の抵抗温度特性を有するセラミックスからなる。セラミックスは、例えば、酸化マンガンを主成分とするセラミックスであり、酸化ニッケル、酸化コバルト、アルミナ、酸化鉄、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化亜鉛などを含む。つまり、サーミスタ素子１は、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタであり、温度の上昇に伴って抵抗値が減少する。

素体１０は、略直方体状に形成されている。素体１０の表面は、第１端面１５と、第１端面１５の反対側に位置する第２端面１６と、第１端面１５と第２端面１６に交差する周面１７とから構成される。第１端面１５と第２端面１６とは、平行である。周面１７は、天面１１と底面１２と第１側面１３と第２側面１４とから構成される。天面１１と底面１２とは、セラミックス層１０ａの積層方向に位置し、互いに反対側に位置する。第１側面１３と第２側面１４とは、互いに反対側に位置する。天面１１と底面１２とは、平行である。第１側面１３と第２側面１４とは、平行である。第１端面１５と天面１１と第１側面１３とは、互いに直交する。底面１２とは、サーミスタ素子１を実装基板に実装する側の面である。

ここで、第１端面１５から第２端面１６に向かって延在するサーミスタ素子１の長さ方向を、Ｌ方向とし、第１側面１３から第２側面１４に向かって延在するサーミスタ素子１の幅方向をＷ方向とし、底面１２から天面１１に向かって延在するサーミスタ素子１の厚み方向をＴ方向とする。Ｔ方向は、セラミックス層１０ａの積層方向に一致する。Ｌ方向とＷ方向とＴ方向とは、互いに直交する。具体的に述べると、Ｌ方向は、第１端面１５に直交する方向であり、Ｗ方向は、第１側面１３に直交する方向であり、Ｔ方向は、天面１１に直交する方向である。

第１、第２、第３内部電極２１，２２，２３は、セラミックス層１０ａと交互に積層される。第１、第２、第３内部電極２１，２２，２３は、例えば、Ａｇ、Ｐｄ、ＡｇＰｄのうちの少なくとも一つの元素を含んでいる。

第１内部電極２１は、２つあり、２つの第１内部電極２１は、Ｔ方向に平行に配列されている。第１内部電極２１の端部２１ａは、素体１０の第１端面１５から露出している。第２内部電極２２は、２つあり、２つの第２内部電極２２は、Ｔ方向に平行に配列されている。第２内部電極２２の端部２２ａは、素体１０の第２端面１６から露出している。第１内部電極２１と第２内部電極２２は、Ｌ方向に離隔して配置されている。つまり、第１内部電極２１と第２内部電極２２は、Ｔ方向に重なっていない。

第３内部電極２３は、２つの第１内部電極２１の間と２つの第２内部電極２２の間に位置する。つまり、第３内部電極２３と第１内部電極２１は、Ｔ方向に重なり、第３内部電極２３と第２内部電極２２は、Ｔ方向に重なっている。

第１外部電極４１は、第１端面１５の全面と周面１７の第１端面１５側とを覆う。つまり、第１外部電極４１は、第１端面１５と天面１１の一部と底面１２の一部と第１側面１３の一部と第２側面１４の一部とを覆う。第１外部電極４１は、いわゆる、５面電極である。第１外部電極４１は、第１内部電極２１の端部２１ａに接触して電気的に接続される。

第２外部電極４２は、第２端面１６の全面と周面１７の第２端面１６側とを覆う。つまり、第２外部電極４２は、第２端面１６と天面１１の一部と底面１２の一部と第１側面１３の一部と第２側面１４の一部とを覆う。第２外部電極４２は、いわゆる、５面電極である。第２外部電極４２は、第２内部電極２２の端部２２ａに接触して電気的に接続される。

第１外部電極４１は、素体１０を覆う最内層の下地層４１ａと、下地層４１ａに積層される中間層４１ｂと、中間層４１ｂに積層される最外層の金属めっき層４１ｃとを有する。

下地層４１ａは、例えば、銀などの金属材料からなる。下地層４１ａは、例えば、ペースト状の金属材料を素体１０に印刷し焼結して形成される。

中間層４１ｂは、例えば、ニッケル、銅、クロム、パラジウムなどを含む単層からなるが、例えば、ニッケルを含む層とパラジウムを含む層の２層からなってもよい。中間層４１ｂは、ニッケルの単層が好ましく、さらに好ましくは、ニッケルとパラジウムの２層でからなるとよい。このように、中間層４１ｂにパラジウムが含まれることで、金属めっき層４１ｃへのニッケルの熱拡散を低減できる。この結果、金属めっき層４１ｃの表面にニッケルが拡散することを低減して、金属めっき層４１ｃへのワイヤボンディングの悪影響を低減できる。なお、これらの中間層は、電解めっきにて形成されることが好ましい。

金属めっき層４１ｃは、例えば、金、銀または銅などの金属材料からなる。金属めっき層４１ｃは、例えば、中間層４１ｂ上に金属材料を電解めっきして形成される。同様に、第２外部電極４２は、下地層４２ａと中間層４２ｂと金属めっき層４２ｃとを有する。

素体１０は、第１外部電極４１および第２外部電極４２から露出する領域（以下、露出領域Ｚ１という。）と、第１外部電極４１および第２外部電極４２に覆われている領域（以下、被覆領域Ｚ２という。）とを含む。素体１０は、露出領域Ｚ１に、溝１８を有する。つまり、溝１８は、素体１０の天面１１、底面１２、第１側面１３および第２側面１４のそれぞれに、設けられる。

第１端面１５、第２端面１６、天面１１および底面１２に交差する断面（ＬＴ断面）において、天面１１および底面１２に設けられた溝１８の断面形状は、台形である。溝１８の断面形状は、溝１８の底ほど幅が狭くなるような台形である。したがって、溝１８の断面形状は、台形であるので、溝１８をエッチングにより形成し易くなる。なお、台形の角は、丸みを帯びていてもよい。溝１８の底は、平坦であるが、凹凸を有していてもよい。溝１８は、第１外部電極４１および第２外部電極４２の端部に重なっていてもよい。

同様に、第１端面１５、第２端面１６、第１側面１３および第２側面１４に交差する断面（ＬＷ断面）において、第１側面１３および第２側面１４に設けられた溝１８の断面形状は、台形である。

第１外部電極４１の金属めっき層４１ｃは、素体１０の天面１１に位置する第１表面４１１を含む。第１表面４１１には、環状の突部５０が設けられている。突部５０は、第１外部電極４１の第１表面４１１の中央領域に位置している。

図３は、突部５０のＴ方向からみた平面図である。図３に示すように、突部５０の形状は、Ｔ方向からみて円形である。突部５０の中央には、突部５０に囲まれた凹部５１が形成される。凹部５１の形状は、Ｔ方向からみて円形である。なお、突部５０および凹部５１の形状は、円形であるが、楕円形や多角形であってもよい。

同様に、第２外部電極４２の金属めっき層４２ｃは、素体１０の天面１１に位置する第１表面４２１を含む。第１表面４２１には、環状の突部５０が設けられている。なお、突部５０は、第１外部電極４１および第２内部電極４２の両方に設けられているが、第１外部電極４１または第２内部電極４２の一方に設けられていてもよい。

突部５０または凹部５１の大きさを制御する方法について説明する。下地層４１ａ，４２ａの塗布条件で制御することができる。具体的に述べると、下地層４１ａ，４２ａの材料である電極ペーストには、粉末、樹脂、溶剤が含まれる。そして、乾燥速度の異なる溶剤を使用または組み合わせることで、突部５０または凹部５１の大きさを調整できる。

前記サーミスタ素子１によれば、第１、第２外部電極４１，４２は、最外層の金属めっき層４１ｃ，４２ｃを含むので、図４に示すように、サーミスタ素子１を実装基板１００に実装する際、サーミスタ素子１の第１、第２外部電極４１，４２の金属めっき層４１ｃ，４２ｃにワイヤ１０１をボンディングすることができ、第１、第２外部電極４１，４２とワイヤ１０１の接続信頼性を向上できる。

また、素体１０は、第１、第２外部電極４１，４２から露出する領域（露出領域Ｚ１）に、溝１８を有するので、サーミスタ素子１の底面１２側を実装基板１００に実装する際、サーミスタ素子１の溝１８にダイボンド材１０２を埋め込んで、サーミスタ素子１をダイボンド材１０２により実装基板１００に接着することができる。このように、溝１８にダイボンド材１０２を塗布できるため、ダイボンド材１０２の塗布量を確保できて、第１、第２外部電極４１，４２に塗布されるダイボンド材１０２を低減できる。この結果、第１、第２外部電極４１，４２を直接に実装基板１００に接触させることができて、サーミスタ素子１の実装姿勢を安定化できる。また、溝１８にダイボンド材１０２を埋め込むので、サーミスタ素子１とダイボンド材１０２の接着力を強くできて、サーミスタ素子１の実装基板１００への実装不良を低減できる。したがって、サーミスタ素子１をワイヤボンディングにより実装基板１００に良好に実装することができる。

また、素体１０は実装基板１００にダイボンド材１０２を介して接着されるので、実装基板１００の熱がダイボンド材１０２を介して素体１０に伝わり易くなって、サーミスタ素子１への熱伝導性が良好となる。また、溝１８の深さを調整することで、素体１０の抵抗値を調整できる。

これに対して、素体に溝を設けない場合、ダイボンド材の塗布量を確保するため、素体の底面に加えて、外部電極にもダイボンド材を塗布する必要がある。このように、ダイボンド材が外部電極にも塗布されると、外部電極がダイボンド材を介して実装基板に載置され、ダイボンド材の状態によって、サーミスタ素子が実装基板に対して傾いた状態で実装されるおそれがある。また、外部電極がダイボンド材を介して実装基板に接着されると、実装基板の熱が素体に伝わり難くなって、サーミスタ素子の熱伝導性が悪化する。

前記サーミスタ素子１によれば、金属めっき層４１ｃ，４２ｃの第１表面４１１，４２１には、環状の突部５０が設けられているので、金属めっき層４１ｃ，４２ｃの第１表面４１１，４２１にワイヤ１０１をボールボンディングする際、突部５０に囲まれた凹部５１内にワイヤ１０１の先端のボール１０１ａを接合できる。そして、超音波を用いてワイヤボンディングを行う際、ワイヤ１０１のボール１０１ａを囲む突部５０を介して超音波をボール１０１ａ全体に伝えることができる。この結果、ワイヤ１０１のボール１０１ａと金属めっき層４１ｃ，４２ｃの接合性がよくなる。

また、突部５０は、第１表面４１１，４２１に設けられているので、素体１０の天面１１側にワイヤ１０１をボンディングすることができる。

また、突部５０は、第１表面４１１，４２１の中央領域に位置しているので、ワイヤ１０１を第１表面４１１，４２１の中央領域に接合することができる。したがって、ワイヤ１０１を良好な位置に接合することができる。

図５は、図３のＸ−Ｘ断面図である。図５では、分かりやすくするために断面をハッチングなしで示す。図５に示すように、Ｌ方向（長さ方向）とＴ方向（厚み方向）とを含む断面において、突部５０の第１頂点Ｐ１および第２頂点Ｐ２を通る第１直線Ｓ１を定義し、第１直線Ｓ１に平行であり凹部５１の底に接する第２直線Ｓ２を定義する。第１直線Ｓ１と第２直線Ｓ２の間の距離ｄは、好ましくは、１μｍ以下である。この断面は、突部５０におけるＷ方向の中心を通る断面であり、例えば、突部５０のＷ方向の内径の中心を通る断面図である。第１頂点Ｐ１の位置は、第２頂点Ｐ２の位置よりも高いが、同じであってもよく、または、低くてもよい。第１頂点Ｐ１と第２頂点Ｐ２の間の距離は、例えば、１００μｍである。

したがって、第１直線Ｓ１と第２直線Ｓ２との間の距離ｄは、１μｍ以下であるので、ワイヤ１０１のボール１０１ａを凹部５１の底に良好に接合することができる。これに対して、突部５０が高くなりすぎると、ワイヤ１０１のボール１０１ａが凹部５１の底に接続し難くなる。

図６は、突部の実施例を示すＴ方向からみた平面図である。図６に示すように、実際の製品において、突部５０の平面形状は、完全な円形でなく変形している場合がある。具体的に述べると、突部５０の外周形状および内周形状は、不規則に湾曲した形状である。また、突部５０の高さは、突部５０の周方向に沿って異なる。この場合でも、図５に示すように、突部の頂点と凹部の底の距離を求めることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。

前記実施形態では、サーミスタ素子は、ＮＴＣサーミスタとしたが、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタとしてもよい。

前記実施形態では、第１外部電極は、第１端面と天面の一部と底面の一部と第１側面の一部と第２側面の一部とを覆う５面電極であるが、第１外部電極は、少なくとも、第１端面と天面の一部と底面の一部とを覆っていればよい。第２外部電極も、第１外部電極と同様であってもよい。

前記実施形態では、第１外部電極および第２外部電極は、下地層、中間層および金属めっき層から構成されるが、少なくとも最外層の金属めっき層を含んでいればよい。溝は、素体の第１側面、第２側面、天面および底面のそれぞれに、設けられているが、少なくとも天面および底面のそれぞれに、設けられていればよい。

前記実施形態では、第１、第２、第３内部電極を設けているが、第３内部電極を設けなくてもよい。また、第３内部電極を設けないで、第１内部電極と第２内部電極をＴ方向に重なるように配置してもよい。

前記実施形態によれば、突部は、金属めっき層の第１表面に設けられているが、金属めっき層の第１表面以外の表面に設けてもよい。例えば、突部は、金属めっき層における素体の端面に位置する表面に設けてもよい。

１ サーミスタ素子
１０ 素体
１０ａ セラミックス層
１１ 天面
１２ 底面
１３ 第１側面
１４ 第２側面
１５ 第１端面
１６ 第２端面
１７ 周面
１８ 溝
２１ 第１内部電極
２２ 第２内部電極
２３ 第３内部電極
４１ 第１外部電極
４１ａ 下地層
４１ｂ 中間層
４１ｃ 金属めっき層
４１１ 第１表面
４２ 第２外部電極
４２ａ 下地層
４２ｂ 中間層
４２ｃ 金属めっき層
４２１ 第１表面
５０ 環状の突部
５１ 凹部
１００ 実装基板
１０１ ワイヤ
１０１ａ ボール
１０２ ダイボンド材
Ｐ１ 第１頂点
Ｐ２ 第２頂点
Ｓ１ 第１直線
Ｓ２ 第２直線
ｄ 第１直線と第２直線の間の距離
Ｚ１ 素体の露出領域
Ｚ２ 素体の被覆領域

Claims (5)

1. 第１端面と、前記第１端面の反対側に位置する第２端面と、前記第１端面と前記第２端面に交差する天面と、前記天面の反対側に位置する底面とを含む素体と、
   前記第１端面と前記天面の一部と前記底面の一部とを覆う第１外部電極と、
   前記第２端面と前記天面の一部と前記底面の一部とを覆う第２外部電極と、
   前記素体内に設けられ、前記第１外部電極に接続される第１内部電極と、
   前記素体内に設けられ、前記第２外部電極に接続される第２内部電極と
   を備え、
   前記第１外部電極および前記第２外部電極は、最外層の金属めっき層を含み、
   前記金属めっき層の表面には、環状の突部が設けられている、サーミスタ素子。
2. 前記金属めっき層は、前記天面に位置する第１表面を含み、前記突部は、前記第１表面に設けられている、請求項１に記載のサーミスタ素子。
3. 前記第１端面から前記第２端面に向かって延在する長さ方向と前記底面から前記天面に向かって延在する厚み方向とを含む断面において、前記突部の第１頂点および第２頂点を通る第１直線と、前記第１直線に平行であり前記突部に囲まれた凹部の底に接する第２直線との間の距離は、１μｍ以下である、請求項２に記載のサーミスタ素子。
4. 前記突部は、前記第１表面の中央領域に位置している、請求項２または３に記載のサーミスタ素子。
5. 前記素体は、前記第１外部電極および前記第２外部電極から露出する領域に、溝を有する、請求項１から４の何れか一つに記載のサーミスタ素子。

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