JP2022535818A - コンポーネント及びコンポーネントの使用方法 - Google Patents

コンポーネント及びコンポーネントの使用方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、活性容積(A)を有するコンポーネントに関し、活性容積(A)は、コンポーネントの高さHについて中央に配置されていないか、及び/又は、活性容積(A)は、コンポーネントの幅Bについて中央に配置されていない。さらなる態様は、コンポーネントの使用に関する。

Description

本発明は、コンポーネント、特にセラミック多層素子、例えば表面実装用のNTCサーミスタに関する。さらなる態様はコンポーネントの使用に関する。
このようなコンポーネントは、例えば、温度センサにおいて温度感受性の素子として使用されることができる。その際、周囲温度は、例えば放射熱として上部から又は配線基板を介して下部から、コンポーネントに作用する。周囲温度はコンポーネントの温度を変化させることができる。このことは、コンポーネントの電気的特性、例えば抵抗を変化させ、その変化を適切な電子機器で測定することができる。
多くの用途では、センサの可能な限り早い応答が望まれ、また必要とされている。センサの応答速度は、センサの熱時定数で表される。熱時定数は、センサが新しい温度の63%(1-1/e)に到達するまでの時間を示す。熱時定数は、センサが取り付けられている材料、使用されているはんだ、はんだの量、環境などの外部要因に依存する。また、部品の大きさ又はセンサの材料の種類などのセンサの特性も、熱時定数に影響を与える。
本発明の課題は、改良されたコンポーネント、特に、周囲温度の変化によってコンポーネントの電気的特性にできるだけ早く影響を与えることができるコンポーネントを提供することである。
この課題は、請求項1記載のコンポーネントによって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の対象となる。
コンポーネントの活性容積がコンポーネントの高さについて(ueber eine Hoehe)中央に配置されていない(nicht mittig angeordnet)。代替的に又は付加的に、活性容積が前記コンポーネントの幅について中央に配置されていない。
活性容積は、逆極性の隣り合う内部電極の重畳領域を介して形成されることができる。あるいは、活性容積は、逆極性の2つの内部電極の間の領域によって形成されることができ、両内部電極は同一平面上にあり、互いに接触していない。
活性容積は、積層方向に隣り合う内部電極が重畳する複数の部分領域で構成されるか、又は、同一平面上の内部電極が活性容積を形成する部分領域で構成される。重畳する内部電極は、積層方向に直接隣り合うことができる。
活性容積はコンポーネントの幅及び/又は高さについて中央に配置されていないため、活性容積はコンポーネントの外面近くに配置されている。周囲温度の変化は、その環境にさらされているコンポーネントの温度も変化させる。そのような温度変化は不均一に延在し(verlaufen)得る。特に、コンポーネントの温度変化は、外側から内側への変化であることができる。そのため、コンポーネントの外面及び外面に近い領域は、コンポーネントの中央領域よりも急速に温度が変化し得る。かかる領域に活性容積を配置することで、活性容積が温度変化の影響を素早く受けることができる。活性容積は、コンポーネントの電気的特性、例えばコンポーネントの抵抗に決定的であり得る。活性容積を中心から外して配置すること(die nicht mittige Anordnung)によって、コンポーネントの熱時定数を低減することができる。
コンポーネントの高さは、内部電極とセラミック層が上下に重なり合って(uebereinander)配置される積層方向におけるコンポーネントの広がり(Ausdehnung)でありことができる。内部電極は、長さ方向と幅方向に延在する平面状であることができる。高さは、長さ方向と幅方向に直交する方向におけるコンポーネントの広がりであることができる。
コンポーネントの幅は、コンポーネントの第1側面から第2側面までのコンポーネントの広がりであることができ、コンポーネントの外部電極は、第1側面又は第2側面に配置されていない。幅は、部品の幅方向の広がりを示すことができる。
特に、活性容積は、コンポーネントの側面に近い位置、コンポーネントの下面に近い位置、及びコンポーネントの上面に近い位置に配置されることができる。
コンポーネントは内部電極を有することができ、積層方向において互いに隣接する内部電極は、少なくとも1つの重畳領域において互いに重なり合っており、コンポーネントの活性容積は、内部電極の少なくとも1つの重畳領域によって形成されている。
あるいは、コンポーネントは、平面に配置され互いに接触しない2つの内部電極を有することができ、内部電極の間の領域がコンポーネントの活性容積を形成する。内部電極のうちの一方が第1外部電極に接続され、内部電極のうちの他方が第2外部電極に接続されることができる。
コンポーネントの高さは、コンポーネントの下面から上面まで延在することができる。活性容積は、下面と、高さの30%の高さと、の間の下部領域に配置され、及び/又は高さの70%の高さと、上面と、の間の上部領域に配置されることができる。好ましくは、活性容積は、下面と、高さの20%の高さと、の間の下部領域に配置されている、及び/又は高さの80%の高さと、上面と、の間の上部領域に配置されている。
活性容積が上部領域及び下部領域の両方に配置されていると、対称的コンポーネントとなり、コンポーネントの電気的特性を変化させることなく、表面実装の際に、上面をプリント基板に向けて実装することも、下面をプリント基板に向けて実装することもできる。このようなコンポーネントは大量に製造されることが多いので、上面と下面が対称であることが有利である。
コンポーネントの幅は、コンポーネントの第1側面から第2側面まで延在することができる。活性容積は、第1側面と幅Bの30%の幅との間の左側領域、及び/又は、幅Bの70%の幅と第2側面との間の右領側域に配置されることができる。この場合、活性容積は、第1側面から幅Bの30%の幅以内(nicht mehr als 30%)で延在する左側領域に、及び/又は、第2側面から幅Bの少なくとも70%まで延在する右側領域に配置されることができ、内部電極の無い中央領域は、幅方向において、左側領域と右側領域との間に配置されており、左側領域及び右側領域に直接隣接することができる。
好ましくは、活性容積は、第1側面と幅Bの20%の幅との間の左側領域、及び/又は、幅Bの80%の幅と第2側面との間の右側領域に配置することができる。これにより、活性容積が側面の近くに配置されることを確実にすることができる。そのため、コンポーネントの外側から内側に向かって温度変化が起こると、すぐに活性容積に到達することができる。その結果、時定数を減らすことができる。
コンポーネントの内部電極のうちの少なくとも1つは、フローティング電極であることができる。コンポーネントの他の内部電極は、コンポーネントの外部電極のうちの1つに接続されることができる。フローティング内部電極は、外部電極と電気的に接触していない。
活性容積は、互いに対称的に配置された複数の部分容積を備えることができる。部分容積の対称的な配置によって、コンポーネントを任意の位置又は姿勢で(in einer beliebigen Lage)設置することが可能になる。
少なくとも1つの内部電極は、コンポーネントの高さ及び幅に対して垂直に延在する空隙によって互いに分離された2つの部分を備えることができる。内部電極の2つの部分は、それぞれ外部電極、特に同じ外部電極に接続されることができる。あるいは、内部電極はフローティング電極であることができ、その際、両方の部分がフローティングである。空隙は、幅方向の中央に配置することができる。内部電極の両部分の間に空隙を形成することで、活性容積をコンポーネントの側面に近づけることができる。そのため、活性容積は、側面の温度変化によって急速に影響を受けることができる。
活性容積は、コンポーネントの全容積の30%以下であることができる。好ましくは、活性容積は、全体積の20%以下又は10%以下であることができる。このような小さな活性容積は、活性容積が急速に温度変化することを可能にすることができる。このようにして、周囲温度の変化の際にセンサの高速応答を確保することができる。
コンポーネントは、高い熱伝導率を有するセラミック材料を備えることができる。セラミック材料の高い熱伝導率は、温度変化が高速で活性容積に到達することに寄与することができる。
コンポーネントは、コンポーネントの第3側面に配置された外部電極を有することができる。内部電極のうちの少なくとも1つは、外部電極に接続されることができる。外部電極は、外部電極に接続された内部電極と部分的に重畳することができ、外部電極に接続された内部電極は、外部電極と重畳する領域を超えて突出することができる。例えば、外部電極は、上面及び/又は下面に部分的に重畳することができる。内部電極が外部電極よりも突出している場合、外部電極の長さはコンポーネントの抵抗分布にわずかな影響しか与えない。特に、外部電極の間の直接の電流を回避することができる。
コンポーネントは、セラミックコンポーネントであることができる。コンポーネントは、電気コンポーネント又は電子コンポーネントであることができる。コンポーネントは、多層コンポーネントであることができる。コンポーネントは、サーミスタであることができる。コンポーネントは、NTCサーミスタ又はPTCサーミスタであることができる。コンポーネントは、バリスタであることができる。コンポーネントは、温度検出素子であることができる。このコンポーネントは、表面実装用に設計されることができる。
本発明の別の態様によれば、上述のコンポーネントを、バッテリの温度をモニタリングするために使用することができる。バッテリの場合、バッテリが過熱する前にバッテリの充電プロセスを中断することが重要である。そうしないと、バッテリが損傷し得るからである。本発明によるコンポーネントをバッテリの温度モニタリングに使用した場合、バッテリの過熱を迅速に検知することができる。活性容積の配置によりコンポーネントの熱時定数が小さくなるからである。したがって、コンポーネントは、特にバッテリの温度をモニタリングするのに適している。
別の態様によれば、コンポーネントは、車両の温度をモニタリングするために使用される。車両の中には、温度モニタリングが必要な箇所が数多くある。例えば、電気自動車では、バッテリの温度を常にモニタリングする必要がある。
以下では、本発明の好ましい実施形態について、図を参照しながらより詳細に説明する。
図1は、第1実施形態によるコンポーネントの断面を模式的に示す図である。 図2は、図1のコンポーネントを示すもので、活性容積を配置できる領域を示す図である。 図3は、第2実施形態によるコンポーネントの断面を示す図である。 図4は、第2実施形態によるコンポーネントの別の断面を示す図である。 図5は、コンポーネントの第3実施形態を示す図である。
図1は、コンポーネントの断面を模式的に示す。コンポーネントは、セラミックの多層コンポーネントである。具体的には、コンポーネントは、NTCサーミスタ(NTC=負の温度係数)である。、コンポーネントは表面実装用(SMDコンポーネント、SMD = surface mounted device)に設計されている。
コンポーネントは、内部電極及びセラミック材料1の層を有する。内部電極及びセラミック層1は、積層方向Sにおいて上下に(uebereinander)配置されている。積層方向Sにおけるコンポーネントの広がり(Ausdehnung)は、コンポーネントの高さHとも称される。高さHは、コンポーネントの下面2から上面3まで延在する。下面2と上面3の表面法線は、それぞれ積層方向Sを指す。内部電極は平板状に形成されており、コンポーネントの下面2に平行に、及び上面3に平行に配置されている。
コンポーネントは立方体である。このコンポーネントは、上面3と下面2に対してそれぞれ垂直な第1側面4、第2側面5、第3側面6、第4側面7を有している。第1側面4及び第2側面5には外部電極が無い。
コンポーネントは、さらに、第1外部電極8と第2外部電極9を備えている。第1外部電極8は、コンポーネントの第3側面6に配置されている。第1外部電極8は、コンポーネントの上面3と下面2とにそれぞれ部分的に重畳している。第2外部電極9は、コンポーネントの第4外側面7に配置されている。第2外部電極9は、コンポーネントの上面3と下面2とに部分的に重畳している。
第3側面6から第4側面7までのコンポーネントの広がりは、コンポーネントの長さLと称される。
第1側面及び第2側面4,5は、互いに平行である。第1側面4及び第2側面5は、それぞれ上面3と下面2とに対して、及び、第3側面6と第4側面7とに対して垂直に配置されている。第1側面4から第2側面5までのコンポーネントの広がりは、コンポーネントの幅Bと称される。
コンポーネントの内部電極は、第1内部電極10、第2内部電極11、第3内部電極12を有する。第1内部電極10は、それぞれ第1外部電極8に電気的に接触している。第2内部電極11は、それぞれ第2外部電極9に電気的に接触している。第1内部電極10及び第2内部電極11は、それぞれ積層体構造の共通の層内に配置されている。第1内部電極及び第2内部電極10,11は、互いに接触しない。
第3内部電極12は、フローティング内部電極である。したがって、第3内部電極12は、外部電極8,9のいずれとも直接電気的に接続されていない。第3内部電極12は、第1内部電極10及び第2内部電極11が配置されている電極層に隣接する電極層内に配置されている。
第3内部電極12は、第1重畳領域13内で第1内部電極10と重畳している。さらに第3内部電極12は、第2重畳領域14で第2内部電極11と重畳している。隣接する内部電極が互いに重畳する両重畳領域13,14は、コンポーネントの活性容積Aを形成している。
コンポーネントの活性容積Aは、コンポーネントの中央に配置されていない。むしろ、活性容積Aは、上面3に近いコンポーネントの上部領域15と、下面2に近いコンポーネントの下部領域16に配置されている。活性容積Aは部分容積で構成されている。上部領域15と下部領域16との間に位置する高さ方向の中央領域17は、活性容積がない。
このように、コンポーネントの活性容積Aはコンポーネントの外面に近い位置にあるため、周囲温度の変化は活性容積Aに非常に迅速に到達する。したがって、熱時定数に決定的な影響を与えるコンポーネントの領域、すなわち活性容積Aは、周囲温度の変化によって非常に迅速に影響を受ける。
コンポーネントの温度変化は均一ではない。むしろ、温度が変化すると、先ず、外面、つまり上面及び下面3、2と側面4、5、6、7、及び、外面に近いコンポーネントの領域が温度変化する。そして、その温度変化は、コンポーネント全体が変化した温度に適応するまで、コンポーネントの内部にだんだん近づいていく。そのため、周囲温度の変化は、常に、まずコンポーネントの上部領域及び下部領域15、16に影響が及び、その後、コンポーネントの中央領域17に影響が及ぶ。コンポーネントの温度変化は、高さ方向に、外側領域、即ち、温度が最初に変化する外側領域から、やや遅れて温度が変化する中央領域17まで推移する(verlaeuft)。
図1に示すコンポーネントでは、活性容積Aは、温度変化によって最初に影響を受けるコンポーネントの領域15、16にずらされている(verlegt)。そのため、コンポーネントの電気的特性は、温度変化によって非常に迅速に影響を受ける。
コンポーネントは、破線の対称面に対して対称となっている。コンポーネントは一括して製造されることが多く、コンポーネントが上面及び下面3、2に対してどのように取り付けられるかが事前に決定されない。そのため、コンポーネントの構造は対称面に対して対称的であることが有利である。
図2は、図1に示すコンポーネントを示しており、活性容積Aの部分容積が形成されている下部領域15及び上部領域16が記されており、活性容積Aがマークされている。下部領域15は、下面2から高さHの最大30%の高さまで延在する。上部領域16は、上面3から高さHの少なくとも70%の高さまで延在する。これらの領域15,16の間にある高さ方向の中央領域17には、コンポーネントの活性容積Aがない。中央エリア17は、周囲温度が変化したときに、最終的には、変化した周囲温度に適応する。活性容積Aの部分容積を下部領域及び上部領域15,16にずらすことにより、活性容積Aを変化した温度に特に迅速に適応させることができ、その結果、例えば、コンポーネントの抵抗に変化をもたらすことができる。
図3は、第2実施形態によるコンポーネントを通る断面を示しており、断面は積層方向Sに垂直に切断されている。断面は、第1内部電極10と第2内部電極11が配置された電極層を示している。
第1内部電極10は、第1部分18と第2部分19とを有する。第1部分18と第2部分19の間には、空隙20が配置されている。空隙20は、コンポーネントの長手方向に延在する。したがって、空隙20は、外部電極8,9に対して垂直であり、第1内部電極10の第1部分及び第2部分18,19と平行に延在する。したがって、幅方向の中央領域21には、第1内部電極が無い。また、第2内部電極11は、空隙20で分離された2つの部分を有している。幅方向の中央領域21には、第2内部電極11が無い。したがって、第1内部電極及び第2内部電極11,12は、第1側面4に近い左側領域22と、第2側面5に近い右側領域23とに配置されている。第1側面4及び第2側面5の両方から離れた幅方向中央領域21では、コンポーネントには内部電極がない。
また、幅方向においても、コンポーネントの温度変化は均一に延在しない。むしろ、右側領域及び左側領域23,22の温度が先に変化し、やや遅れて幅方向の中央領域21の温度が変化する。
図4は、第2実施形態によるコンポーネントのさらなる電極層の積層方向Sに垂直な断面を示しており、この層には第3内部電極12が配置されている。
第3内部電極12は、フローティング内部電極で、同様に2つの部分で構成されている。この2つの部分は、幅方向の中央領域21に配置された空隙20によって互いに分離されている。このように、第2実施形態では、コンポーネントの活性容積Aを構成する部分容積が、第1側面及び第2側面4,5にそれぞれ近接して形成されている。また、第1側面及び第2側面4,5から離れた、幅方向の中央領域21には、活性容積Aが設けられていない。
第1、第2の実施形態は、互いに組み合わせることができる。したがって、図1に示す内部電極10、11、12は、それぞれ2つの部分に分けて形成することができる。これにより、上面3又は下面2に近接し、かつ、第1側面4又は第2側面5に近接した活性容積Aを得ることができる。このようにして、活性容積Aが周囲温度変化の影響を特に迅速に受けるコンポーネントを構成することができる。
ここで述べたコンセプトは、フローティング内部電極を有するコンポーネントに限定されるものではありません。また、活性容積Aは、第1外部電極8に接続された第1内部電極10と、第2外部電極9に接続された第2内部電極11との重畳によっても形成され得る。この場合、活性容積Aの部分容積は、やはり、コンポーネントの外面に近くに配置することができる。
図5は、第3の実施形態を示す。第3実施形態は、第1実施形態を基にしており、第3実施形態のコンポーネントでは、フローティング内部電極が設けられていない。第1内部電極10は、第1外部電極8に接続されている。第2内部電極11は、第2外部電極9に接続されている。第1内部電極10と第2内部電極11との間に、電圧を印加することができる。第1内部電極10及び第の内部電極11は、同一平面上に配置されており、互いに接触していない。したがって、2つの内部電極の間の領域には、活性容積Aが形成される。図5には、活性容積Aが記されています。内部電極10、11、ひいては活性容積は、コンポーネントの上面3の近くに配置されている。さらに、コンポーネントの下面2の近くには、同一平面上に配置され、互いに接触しない2つのさらなる内部電極の間に、活性容積Aの第2部分容積が形成されている。第1及び第2の実施形態と同様に、活性容積は外側に近い位置に配置されているため、温度変化が迅速に到達する。
1 セラミック材料(keramisches Material)
2 下面(Unterseite)
3 上面(Oberseite)
4 第1側面(erste Seitenflaeche)
5 第2側面(zweite Seitenflaeche)
6 第3側面(dritte Seitenflaeche)
7 第4側面(vierte Seitenflaeche)
8 第1外部電極(erste Aussenelektrode)
9 第2外部電極(zweite Aussenelektrode)
10 第1内部電極(erste Innenelektrode)
11 第2内部電極(zweite Innenelektrode)
12 第3内部電極(dritte Innenelektrode)
13 第1重畳領域(erster Ueberlappungsbereich)
14 第2重畳領域(zweiter Ueberlappungsbereich)
15 上部領域(oberer Bereich)
16 下部領域(unterer Bereich)
17 (高さ方向の)中央領域((in Hoehenrichtung) mittiger Bereich)
18 第1部分(erster Teil)
19 第2部分(zweiter Teil)
20 空隙(Spalt)
21 幅方向の中央領域(in Breitenrichtung mittiger Bereich)
22 左側領域(linker Bereich)
23 右側領域(rechter Bereich)
S 積層方向(Stapelrichtung)
H 高さ(Hoehe)
L 長さ(Laenge)
B 幅(Breite)
A 活性容積(aktives Volumen)

Claims (17)

  1. コンポーネントであって、
    前記コンポーネントの活性容積が前記コンポーネントの高さについて中央に配置されていないか、又は
    前記活性容積が前記コンポーネントの幅について中央に配置されていない、
    コンポーネント。
  2. 前記活性容積は前記コンポーネントの側面近傍に配置されており、及び/又は、
    前記活性容積は前記コンポーネントの下面近傍に配置されており、及び/又は、
    前記活性容積は前記コンポーネントの上面近傍に配置されている、
    請求項1記載のコンポーネント。
  3. 前記コンポーネントは内部電極を備え、
    積層方向において互いに隣接する前記内部電極は少なくとも1つの重畳領域内で重畳し、
    前記コンポーネントの前記活性容積は、前記内部電極の前記少なくとも1つの重畳領域を介して形成されている、
    請求項1又は2記載のコンポーネント。
  4. 前記コンポーネントは2つの内部電極を備え、前記2つの内部電極は1つの平面内に配置されており、互いに接触せず、
    前記2つの内部電極の間の領域は前記コンポーネントの前記活性容積を形成している、
    請求項1又は2記載のコンポーネント。
  5. 前記コンポーネントの前記高さは前記コンポーネントの下面から上面へ延在し、
    前記活性容積は、前記下面と、前記高さの30%の高さと、の間の下部領域に配置されている、及び/又は
    前記高さの70%の高さと、前記上面と、の間の上部領域に配置されている、
    請求項1乃至4いずれか1項記載のコンポーネント。
  6. 前記コンポーネントの前記幅は、前記コンポーネントの第1側面から第2側面へ延在し、
    前記活性容積は、前記第1側面から前記幅の30%以内の幅まで延在する左側領域に配置されており、及び/又は、
    前記活性容積は、前記第2側面から前記幅の少なくとも70%の幅まで延在する右側領域に配置されており、
    幅方向において、内部電極の無い中央領域は、前記左側領域と前記右側領域との間に配置されており、前記左側領域及び前記右側領域にそれぞれ直接接続している、
    請求項1乃至5いずれか1項記載のコンポーネント。
  7. 前記コンポーネントの前記内部電極のうちの少なくとも1つはフローティング電極である、
    請求項1乃至6いずれか1項記載のコンポーネント。
  8. 前記活性容積は、対称的に配置された複数の部分容積を備える、
    請求項1乃至7いずれか1項記載のコンポーネント。
  9. 少なくとも1つの前記内部電極は、前記コンポーネントの高さ及び幅に対して垂直に延在する間隙を介して互いに分離した2つの部分を備える、
    請求項1乃至8いずれか1項記載のコンポーネント。
  10. 前記活性容積は前記コンポーネントの全体体積の30%未満である、
    請求項1乃至9いずれか1項記載のコンポーネント。
  11. 前記コンポーネントは、前記コンポーネントの第3側面上に配置された外部電極を備え、
    前記内部電極のうちの少なくとも1つは前記外部電極と接続されており、
    前記外部電極は、前記外部電極と接続された内部電極に部分的に重畳し、
    前記外部電極と接続された内部電極は、前記外部電極と重畳する領域を超えて突出している、
    請求項1乃至10いずれか1項記載のコンポーネント。
  12. 前記コンポーネントはセラミックコンポーネントであり、及び/又は、
    前記コンポーネントは多層コンポーネントであり、及び/又は、
    前記コンポーネントは表面実装用に設計されている、
    請求項1乃至11いずれか1項記載のコンポーネント。
  13. 前記コンポーネントは、サーミスタ、特にNTCサーミスタ又はPTCサーミスタである、
    請求項1乃至12いずれか1項記載のコンポーネント。
  14. 前記コンポーネントは、温度測定素子である、
    請求項1乃至13いずれか1項記載のコンポーネント。
  15. 前記コンポーネントの活性容積が前記コンポーネントの高さ及び幅について中央に配置されていない、
    コンポーネント。
  16. 請求項1乃至15いずれか1項記載のコンポーネントをバッテリの温度モニタリングのために使用する方法。
  17. 請求項1乃至15いずれか1項記載のコンポーネントを車両の温度モニタリングのために使用する方法。
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