JP2863189B2 - ガラス封入形正特性サーミスタ - Google Patents

ガラス封入形正特性サーミスタ

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JP2863189B2 JP1069676A JP6967689A JP2863189B2 JP 2863189 B2 JP2863189 B2 JP 2863189B2 JP 1069676 A JP1069676 A JP 1069676A JP 6967689 A JP6967689 A JP 6967689A JP 2863189 B2 JP2863189 B2 JP 2863189B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は長期信頼性が要求され、かつ宇宙空間のよう
な特殊環境下で使用される温度補償特性に優れたガラス
封入形サーミスタに関するものである。
従来の技術 従来、ロケットあるいは人工衛星といった宇宙用機器
に使用される温度補償特性に優れた正特性サーミスタと
しては、要求される広い温度範囲(−30℃〜+75℃)で
抵抗−温度特性の直線性に優れた多結晶シリコンの正特
性サーミスタが用いられてきた。しかしながらこの多結
晶シリコンの正特性サーミスタは、放射線を浴びること
により結晶性が崩壊し、抵抗値が大きく変化するという
信頼性面での問題があった。
これに対して、チタン酸バリウムを主成分とした正特
性サーミスタの応用が、組成面及び構造面から種々検討
されてきた。その結果、チタン酸バリウムにストロンチ
ウムを置換固溶させることにより、キュリー点の低下及
び抵抗温度係数の減少、さらには直線性を満足できる正
特性サーミスタ素子が開発された。また耐放射線の改善
としては構造上、鉛系のガラスで密閉することにより放
射線が吸収され、保護できることも明らかになった。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記構成のガラス封入形正特性サーミス
タを作製する上で、チップ形状の正特性サーミスタ素子
を劣化させることなくガラス封入できるかが課題とな
る。とりわけ温度補償特性の優れた正特性サーミスタと
して必要な初期抵抗値及び−30℃〜+90℃までの抵抗温
度係数の直線性を劣化させることなくガラス封入できる
かがポイントとなる。
そこで本発明は、ガラス封入時及びガラス封入後の正
特性サーミスタ素子の劣化を防止することのできるガラ
ス封入形正特性サーミスタを提供することを目的とする
ものである。
課題を解決するための手段 そこで本発明のガラス封入形正特性サーミスタは、両
端部を閉じたガラス管と、このガラス管内に収納すると
ともに両面に電極を有する正特性サーミスタ素子と、一
方をこの正特性サーミスタ素子に接続するとともに、他
方を前記ガラス管外に引き出した一組のリード線とを備
え、前記ガラス管は軟化点が630℃以下であり、前記正
特性サーミスタ素子はチタン酸バリウム・ストロンチウ
ム[(BaxSr1-x)TiO3]を主成分とし、キュリー点が−
40℃以下かつ−30〜+125℃までの抵抗温度係数が5.0%
/℃以下であり、前記ガラス管内の酸素濃度は1000ppm
以上16%以下であり、かつ前記ガラス管内において、前
記正特性サーミスタ素子と前記リード線とを合わせた体
積は、前記ガラス管の内容積の25%以下としたことを特
徴とするものである。
作用 この構成によると、軟化点が630℃以下と低いガラス
管を用いることにより、ガラス封入時に正特性サーミス
タ素子から酸素が奪われて、特性が変化するのを防止す
ることができる。つまり軟化点が高いガラス管の場合、
ガラス封入の際リード線が酸化されたりしてガラス管内
の酸素分圧が低下すると、平衡状態となるために正特性
サーミスタ素子中の酸素が放出されることとなり、正特
性サーミスタ素子の特性が変化してしまうのである。
また正特性サーミスタ素子は、チタン酸バリウムのバ
リウムの一部をストロンチウムで置換したもので、スト
ロンチウムがシフターとして作用した結果、キュリー点
が−40℃以下と抵抗−温度特性の直線性の要求される温
度範囲(−30℃〜+90℃)の最低温度よりも低いので要
求される温度範囲での抵抗温度特性の直線性に非常に優
れたものであるとともに、−30〜+125℃までの抵抗温
度係数が一般的なチタン酸バリウム系の正特性サーミス
タの抵抗温度係数(10数%/℃)と比較すると5.0%/
℃以下と小さいものであるため、宇宙空間のような特殊
な環境下であっても温度補償特性に非常に優れたガラス
封入形サーミスタとなる。
さらにガラス管内の酸素濃度及びその絶対量を規定、
すなわち酸素を吸脱着する正特性サーミスタ素子及びリ
ード線に対する酸素量を規定することにより、カラス管
内の酸素濃度の平衡状態を維持し、ガラス管内が酸素不
足状態となり、正特性サーミスタ素子が還元されて抵抗
値が低下し、最終的に正特性サーミスタ素子が破壊され
るのを防止でき、長期信頼性に優れたガラス封入形正特
性サーミスタとなる。つまり酸素濃度が1000ppm未満あ
るいはガラス管内の正特性サーミスタ素子とリード線と
を合わせた体積が、ガラス管の内容積の25%を超えた場
合、ガラス管内が酸素不足となり、正特性サーミスタ素
子内の酸素が奪われて正特性サーミスタ素子が還元さ
れ、また16%を超える場合もリード線が酸化され易くな
り、一旦酸化が始まるとガラス管内の酸素と反応して加
速度的に酸化が進み、ガラス管内が酸素不足となり正特
性サーミスタ素子内の酸素が奪われて正特性サーミスタ
素子が還元されることとなるのである。
実施例 以下本発明の一実施例におけるガラス封入形正特性サ
ーミスタについて図面を参照しながら説明する。
まず高純度の酸化チタン、炭酸バリウム、炭酸ストロ
ンチウムを用い、バリウムとストロンチウムの比が1:1
になるようなペロブスカイト結晶構造を持つチタン酸塩
を作製する。次に所定の配合比でチタン酸塩に半導体化
元素として酸化イットリウムさらに二酸化ケイ素を添加
混合し、乾燥後1150℃の温度で仮焼する。その後ボール
ミルで粉砕し、スラリーを乾燥後、粉体に粘結剤を加え
て造粒する。この造粒粉を所望量採り直径40mm、厚み13
mmのブロックを成形し、1400℃の温度で焼結する。この
ブロックからスライス、研磨、アニールを行った後、無
電解メッキ法によりニッケル電極を付与する。さらに印
刷焼付けによりAg電極を設け、このウエハ状正特性サー
ミスタの特性を評価する。この結果を基本にしたチップ
状の正特性サーミスタ素子に切断する。第1図に本発明
の一実施例のガラス封入形正特性サーミスタの半断面図
を、第2図にはリード線に対して垂直方向での断面図を
示すが、この図を用いて組立工程を説明する。上記で作
製した正特性サーミスタ素子5を、両端をガラスビーズ
で固定されたリード線2にAgペースト3で接続し、550
℃で焼付ける。次にこの正特性サーミスタ素子5をガラ
ス管1に封入するが、リード線2の両端のガラスビーズ
とガラス管1が溶着するよう空気中で片側ずつ加熱す
る。ここでリード線2は金メッキを施したジュメット線
を用い、リード線2による酸素吸着を防いでいる。下記
第1表に封入時の正特性サーミスタ素子5の大きさと抵
抗値及び25℃の抵抗値と125℃での抵抗値の比を抵抗比
とした場合のこの抵抗比の変化率を示す。併せて封入後
のガラス管1内の酸素濃度を示した。さらに封入時の雰
囲気及び温度についての結果を示している。特性の変化
率については、最終的なガラス封入形正特性サーミスタ
としての精度を満足するようにガラス封入時の変化率が
±10%以内であることを基準とした。第1表のうち、試
料番号2,5,6および9は、この変化率が大きく特性が劣
化する。また試料番号10はガラス管1とビーズが溶着せ
ず未封着状態であり不良である。ここで、正特性サーミ
スタ素子5の寸法が(4.6)×(2.5)×(1.0)mmの
時、リード線2の径が直径0.5mmであれば、封入された
ガラス管1内での体積が密閉雰囲気中における25%を占
めることとなる。
この第1表から分かるようにガラス管1内の酸素濃度
が1000ppm以下になると抵抗値及び抵抗比の劣化が著し
いものとなった。またここで用いたガラス管1は歪点が
395℃、軟化点が625℃であり、これ以上の軟化点のガラ
スを用いて−55℃及び125℃の熱サイクル試験を2000サ
イクル実施した結果、抵抗値の変化率はそれぞれ+2.7
%、+11.2%及び+3.8%であった。
次に正特性サーミスタ素子5は、要求される初期特性
からまた温度補償用という用途面から、抵抗温度係数と
直線性で限定される。一般的に正特性サーミスタ素子と
して汎用されているチタン酸バリウム系素子は抵抗温度
係数が10数%/℃と大きくキュリー点も高い。これにシ
フターと呼ばれる元素を添加固溶させることによりキュ
リー点を下げていく。初期特性を満足する材料系列を検
討した結果、チタン酸バリウム・ストロンチウム系で目
標を達成できる良好な結果が得られた。なお、キュリー
点及び抵抗温度係数は用途から要求される数値とした。
発明の効果 以上本発明によると軟化点が630℃以下と低いガラス
管を用いることにより、ガラス封入時に正特性サーミス
タ素子から酸素が奪われて、特性が変化するのを防止す
ることができる。つまり軟化点が高いガラス管の場合、
ガラス封入の際リード線が酸化されたりしてガラス管内
の酸素分圧が低下すると、平衡状態となるために正特性
サーミスタ素子中の酸素が放出されることとなり、正特
性サーミスタ素子の特性が変化してしまうのである。
また正特性サーミスタ素子は、チタン酸バリウムのバ
リウムの一部をストロンチウムで置換したもので、スト
ロンチウムがシフターとして作用した結果、キュリー点
が−40℃以下と抵抗−温度特性の直線性の要求される温
度範囲(−30℃〜+90℃)の最低温度よりも低いので要
求される温度範囲での抵抗温度特性の直線性に非常に優
れたものであるとともに、−30〜+12℃までの抵抗温度
係数が一般的なチタン酸バリウム系の正特性サーミスタ
の抵抗温度係数(10数%/℃)と比較すると5.0%/℃
以下と小さいものであるため、宇宙空間のような特殊な
環境下であっても温度補償特性に非常に優れたガラス封
入形サーミスタとなる。
さらにガラス管内の酸素濃度及びその絶対量を規定、
すなわち酸素を吸脱着する正特性サーミスタ素子及びリ
ード線に対する酸素量を規定することにより、ガラス管
内の酸素濃度の平衡状態を維持し、ガラス管内が酸素不
足状態となり、正特性サーミスタ素子が還元されて抵抗
値が低下し、最終的に正特性サーミスタ素子が破壊され
るのを防止でき、長期信頼性に優れたガラス封入形正特
性サーミスタとなる。つまり酸素濃度が1000ppm未満あ
るいはガラス管内の正特性サーミスタ素子とリード線と
を合わせた体積が、ガラス管の内容積の25%を超えた場
合、ガラス管内が酸素不足となり、正特性サーミスタ素
子内の酸素が奪われて正特性サーミスタ素子が還元さ
れ、また16%を超える場合もリード線が酸化され易くな
り、一旦酸化が始まるとガラス管内の酸素と反応して加
速度的に酸化が進み、ガラス管内が酸素不足となり正特
性サーミスタ素子内の酸素が奪われて正特性サーミスタ
素子が還元されることとなるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す半断面図、第2図はリ
ード線に対して垂直方向からの断面図である。 1……ガラス管、2……リード線、3……Agペースト、
4……電極、5……正特性サーミスタ素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 白石 啓二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−229804(JP,A) 特開 昭63−137402(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】両端部を閉じたガラス管と、このガラス管
    内に収納するとともに両面に電極を有する正特性サーミ
    スタ素子と、一方をこの正特性サーミスタ素子に接続す
    るとともに、他方を前記ガラス管外に引き出した一組の
    リード線とを備え、前記ガラス管は軟化点が630℃以下
    であり、前記正特性サーミスタ素子はチタン酸バリウム
    ・ストロンチウム[(BaxSr1-x)TiO3]を主成分とし、
    キュリー点が−40℃以下かつ−30〜+125℃までの抵抗
    温度係数が5.0%/℃以下であり、前記ガラス管内の酸
    素濃度は1000ppm以上16%以下であり、かつ前記ガラス
    管内において、前記正特性サーミスタ素子と前記リード
    線とを合わせた体積は、前記ガラス管の内容積の25%以
    下としたガラス封入形正特性サーミスタ。
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