JP3371827B2 - 有機質サーミスタ装置の製造方法 - Google Patents
有機質サーミスタ装置の製造方法Info
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Description
用途に用いられる面実装型のサーミスタ装置の製造方法
に関し、詳しくは、有機質サーミスタ材料を用いてサー
ミスタ素体を形成した有機質サーミスタ装置の製造方法
に関する。
近年、有機質サーミスタ材料を用いてなる有機質PTC
サーミスタが利用されるに至っている。
ば、ポリエチレンなどの樹脂にカーボンなどを分散させ
て正の抵抗温度特性(PTC特性)を持たせた有機質サ
ーミスタ材料を用いたサーミスタ装置であり、一般的に
は、図10に示すように、有機質サーミスタ材料を板状
に成形したサーミスタ素体51の上下両面側に、ニッケ
ルや銅などからなる金属箔を圧着して表面電極52a,
52bを形成した後、めっき又はスパッタなどの方法で
外部電極53a,53bを形成することにより製造され
ている。
は、その他にも、図11に示すように、サーミスタ素体
51や表面電極52a,52bなどの露出部分を絶縁樹
脂などの絶縁材料54で被覆して、外部電極53a,5
3bのみを露出させるようにした構造のものも使用され
ている。
ーミスタ装置(図10に示す有機質サーミスタ装置)を
実装する場合、通常、図12に示すように、リフローは
んだなどの方法により、外部電極53a,53bを、プ
リント基板55の配線電極(ランド)56に、はんだフ
ィレット57を介して、電気的、機械的に接続すること
により実装が行われている。
スタ装置においては、電気回路使用時のPTCサーミス
タ装置における電圧降下を避けるために、常温での抵抗
値が0.1Ω以下であることが望まれている。なお、こ
のPTCサーミスタ装置の抵抗値は、下記の式(1)によ
り求められる。 ρ×T/S ……(1) ρ:PTC素体の比抵抗 T:PTC素体の厚さ S:PTC素体の断面積
合、高温時における抵抗値急変時のPTCサーミスタ材
料に要求される各種の電気特性を満たそうとすると、比
抵抗を0.5Ωcm以下にすることは困難であるのが実情
である。したがって、このような有機質PTCサーミス
タ材料を用いて、常温抵抗値が0.1Ω以下の有機質P
TCサーミスタ装置を構成しようとすると、図11に示
すように、有機質サーミスタ材料を板状に成形したサー
ミスタ素体51の上下両面側に、ニッケルや銅などから
なる金属箔を圧着して表面電極52a,52bを形成し
た上下表面電極構造型のものが一般的に用いられること
になる。
構造とした場合にも、常温抵抗値を0.1Ω以下にしよ
うとすると、サーミスタ素体51の厚みが小さく、断面
積が大きいという要件を満たすことが必要になる。そこ
で、従来の有機質PTCサーミスタ装置においては、サ
ーミスタ素体51の寸法が、例えば、4.5mm(L)×
3.2mm(W)×0.3mm(T)というような大きさに
なっている。
サーミスタ装置としては、常温での抵抗値を低くするこ
とが必須の要件となるが、有機質PTCサーミスタ装置
の場合、現状の技術では、サーミスタ素体の厚みを薄く
すると同時に、断面積を大きくする(すなわち平面面積
を大きくする)ことによってしか、この要求に応えるこ
とができていないのが実情である。
要なスペースが大きくなり、基板占有率が高くなる、(2) サーミスタ素体を構成する有機質サーミスタ材料の
使用量が多くなり、コストの増大を招く、(3) サーミスタ素体の厚みが薄いため、実装後にねじれ
や曲がりなどの不具合が発生しやすい、(4) 一対の外部電極間の材料(サーミスタ素体を構成す
る有機質の材料)の量が多いため、PTCサーミスタ装
置の動作時間が長くなり、十分な過電流保護特性が得ら
れない場合が生じる(PTCサーミスタ装置が動作する
前に回路内の素子破壊が発生する)というような問題点
がある。
けた有機質材料からなるシート(有機質PTCシート)
を積層することにより、PTCサーミスタ素体を、有機
質PTCシート間に内部導体が配設された積層構造とす
ることも考えられるが、有機質PTCシートの薄層化、
内部導体の形成、シートの積層などの工程を必要とする
積層工法には、コストの増大を招き、製品価格が大幅に
上昇するという問題点があり、実用性に乏しいのが実情
である。
り、小型で、常温抵抗値が小さく、信頼性に優れ、しか
も経済性に優れた有機質サーミスタ装置を効率よく製造
することが可能な有機質サーミスタ装置の製造方法を提
供することを目的とする。
に、本発明(請求項1)の有機質サーミスタ装置の製造
方法は、 有機質サーミスタ材料を用いて形成したサーミ
スタ素体と、前記サーミスタ素体の両端側に配設された
一対の外部電極と、 前記一対の外部電極が互いに対向す
る方向と略直交する方向に、前記サーミスタ素体を貫通
するように配設された金属線とを具備する有機質サーミ
スタ装置の製造方法であって、サーミスタ素体を構成す
る有機質サーミスタ材料を、金属線を覆うように有機質
サーミスタ材料を成形して、金属線が有機質サーミスタ
材料中に埋設された電線状の埋設体(線状埋設体)を形
成する工程と、前記線状埋設体を絶縁材料で被覆する工
程と、前記線状埋設体を被覆する絶縁材料を、所定の一
対の位置において長手方向に連続して除去することによ
り有機質サーミスタ材料を露出させる工程と、前記露出
した有機質サーミスタ材料と接合するように、一対の長
手方向に連続する電極(外部電極用の電極)を形成する
工程と、前記外部電極用の電極が形成された線状埋設体
を所定の位置で切断して個々の素子に分割する工程と、
前記分割された個々の素子の切断端面を絶縁材料で被覆
する工程とを具備することを特徴としている。
うに成形して、金属線が有機質サーミスタ材料により被
覆された電線状の埋設体(線状埋設体)を形成するとと
もに、この線状埋設体を絶縁材料で被覆した後、線状埋
設体を被覆する絶縁材料を、所定の一対の位置において
長手方向に連続して除去することにより有機質サーミス
タ材料を露出させ、露出した有機質サーミスタ材料と接
合するように、一対の長手方向に連続する電極(外部電
極用の電極)を形成し、この外部電極用の電極が形成さ
れた線状埋設体を所定の位置で切断して個々の素子に分
割した後、個々の素子の切断端面を絶縁材料で被覆する
ことにより、サーミスタ素体中に金属線が配設され、か
つ、サーミスタ素体の露出面及び金属線のサーミスタ素
体からの露出面が絶縁部材により絶縁被覆された構造を
有する有機質サーミスタ装置を効率よく製造することが
可能になる。
サーミスタ装置は、例えば、比抵抗が1Ωcm程度の金属
線を有機質サーミスタ材料中に配設した場合、金属線の
比抵抗が有機質サーミスタ材料の比抵抗に比べて無視で
きるレベルであるため、等価的に一対の外部電極間距離
を小さくしたのと同じ作用効果を得ることが可能にな
り、サーミスタ素体の常温抵抗値を下げることが可能に
なる。
を構成する有機質サーミスタ材料の種類に特別の制約は
なく、例えば、ポリエチレンなどの樹脂にカーボンなど
を分散させてPTC特性を持たせた有機質サーミスタ材
料など、種々の有機質サーミスタ材料を用いることが可
能である。
いることが可能であるが、ニッケル、すず、アルミニウ
ム,銅、及びこれらの少なくとも1種を主成分とする合
金のいずれか1種からなるものを用いるようにした場
合、材料コストの大幅な増大を招いたりすることなく、
常温抵抗値の低い有機質サーミスタ装置を確実に得るこ
とが可能になる。
ニウムを主成分とする合金からなるものである場合に、
表面にニッケル、すず又は銅のめっきを施すことによ
り、金属線と有機質サーミスタとの密着強度の向上を図
ることが可能になり、また、金属線が銅又は銅を主成分
とする合金からなるものである場合には、表面にニッケ
ルめっきを施すことにより、金属線と有機質サーミスタ
との密着強度の向上を図ることが可能になる。
製造方法は、前記電線状の埋設体(線状埋設体)を構成
する金属線が、略平行に配設された複数本の金属線であ
って、前記サーミスタ素体を貫通するように複数本の金
属線が略平行に配設された構造を有する有機質サーミス
タ装置が得られるように構成されていることを特徴とし
ている。
金属線を、略平行に配設された複数本の金属線とするこ
とにより、サーミスタ素体中に複数の金属線が配設さ
れ、かつ、サーミスタ素体の露出面及び金属線のサーミ
スタ素体からの露出面が絶縁部材により絶縁被覆された
構造を有する有機質サーミスタ装置を効率よく製造する
ことが可能になる。なお、サーミスタ素体中に、 複数の
金属線を配設するようにした場合、サーミスタ素体の寸
法が大きく、一対の外部電極間の距離が大きくなるよう
な場合にも、サーミスタ素体中の金属線の体積比率を確
保して、常温抵抗値を下げることが可能になり、種々の
寸法や形状の有機質サーミスタ装置に対応することが可
能になるとともに、互いに隣接する金属線間距離を0.
01mm程度の精度で制御することにより、所望の抵抗値
を有する有機質サーミスタ装置を実現することが可能に
なる。
その特徴とするところをさらに詳しく説明する。図1
(a)は、本発明の一実施形態の方法により製造される有
機質サーミスタ装置の外観構成を示す斜視図、図1(b)
は、図1(a)の有機質サーミスタ装置のa−a線による
縦断面図である。
質サーミスタ装置は、例えば、ポリエチレンなどの樹脂
にカーボンなどを分散させてPTC特性を持たせた有機
質サーミスタ材料からなるサーミスタ素体1の両端側に
外部電極3a,3bが配設されているとともに、サーミ
スタ素体1の内部に、一対の外部電極3a,3bが互い
に対向する方向(図1(b)に矢印Aで示す方向)と略直
交する方向(図1(b)に矢印Bで示す方向)に、複数の
金属線2(図1(b))が、サーミスタ素体1を貫通する
ように配設された構造を有しており、サーミスタ素体1
の外周面及び金属線2のサーミスタ素体1からの露出面
2a(図1(b))は、絶縁部材(絶縁樹脂)4により絶
縁被覆されている。
として、丸棒状の銅線にニッケルめっきを施した、直径
が0.8mmの金属線が用いられており、3本の金属線2
が、互いに隣接する金属線間距離Dが0.1mmとなるよ
うにサーミスタ素体1中に配設されている。なお、金属
線2の表面をRa=0.1〜1.0μm程度に粗面化す
ることにより、サーミスタ素体1と金属線2との密着強
度の向上を図ることができる。
ないが、スパッタリング法によりサーミスタ素体1の表
面に形成されたニッケル層と、ニッケル層上に電解めっ
きすることにより形成されたスズ層又はスズ合金層から
なる積層構造を有している。
法について説明する。(1) 図2(a)に示すように、金属線を巻いた3つのリー
ル11(11a,11b,11c)を設置し、各リール
11より導き出した3本の金属線2を、成形機の3穴ダ
イスニップル12に通し、加熱して軟化させた有機質サ
ーミスタ材料を流し込みながら押出成形して、図2(b)
に、長手方向と直交する方向の断面図を示すような、金
属線2が有機質サーミスタ材料1a中に埋設されたフラ
ットな電線状の埋設体(線状埋設体)21を形成する。(2) 次に、図3(a)に示すように、線状埋設体21を巻
き取ったリール13から、線状埋設体21を導き出して
成形機の1穴ダイスニップル14に通し、加熱して軟化
させた絶縁材料(絶縁樹脂)を流し込みながら押出成形
して、線状埋設体21を絶縁樹脂4で被覆することによ
り、図3(b)に、長手方向と直交する方向の断面図を示
すような、線状の絶縁被覆体22を形成する。(3) それから、絶縁被覆体22の絶縁樹脂4を、外部電
極を形成すべき所定の一対の位置において長手方向に連
続して除去する。この実施形態では、図4に示すよう
に、絶縁被覆体22の両側にグラインダ15a,15b
を配設し、絶縁被覆体22(絶縁樹脂4で被覆された線
状埋設体21)を、2つのグラインダ15a,15bの
間を通過させることにより両端側の絶縁樹脂4(4a)
(図3(b)及び図4)を除去して、図5に示すように、
両端側に有機質サーミスタ材料1aを露出させる。な
お、グラインダ15a,15bとして、表面粗さが#1
000〜2000程度のものを用いることにより、後工
程で形成する外部電極3a,3bの密着性を向上させる
ことができる。(4) 次に、両端側の絶縁樹脂4を除去した後の絶縁被覆
体22(線状埋設体21)の両端側に露出した有機質サ
ーミスタ材料1aの表面に、ニッケルをスパッタするこ
とによりニッケル層を形成するとともに、はんだ付け性
を向上させるために、はんだ又はスズを電解めっきして
ニッケル層上にはんだ層又はスズ層を形成することによ
り外部電極3a,3bを形成する(図6)。(5) それから、外部電極3a,3bが形成された線状埋
設体21を、所定の位置(ここでは、1.6mm間隔)で
カットし、図1(b)に示すような個々の素子を切り出
す。(6) そして、切り出された個々の素子の、金属線が露出
した切断面に絶縁樹脂4(4b)(図1(a))を塗布
し、紫外線を当てて絶縁樹脂を硬化させることにより、
図1(a)に示すような有機質サーミスタ装置を得る。
質サーミスタ装置においては、サーミスタ素体1の内部
に金属線2が配設されているため、抵抗値の低い素子を
実現することが可能になり、前述の従来の構成の有機質
サーミスタ装置(図11)においては、4.5mm(L)
×3.2mm(W)×0.3mm(T)の寸法とすることが
必要であったものを、3.2mm(L)×1.6mm(W)
×1.0〜1.6mm(T)程度にすることが可能にな
り、平面面積を小さくして実装スペースを減少させるこ
とができた。
の金属線を用いた場合について説明したが、図7に示す
ように、断面形状が方形の金属線2を用いて有機質サー
ミスタ装置を構成することも可能である。
ては、断面形状が方形の2本の金属線2を用いるととも
に、金属線2の側面に接続するように、外部電極3a,
3bが配設されている。なお、図7において、図1と同
一符号を付した部分は、図1の有機質サーミスタ装置と
同一または相当部分を示している。
は、抵抗値が、2本の金属線2の間に介在する、厚みD
(=金属線間距離)の有機質サーミスタ材料の抵抗値で
規定されるため、金属線間距離Dを小さくすることによ
り、極めて抵抗値の低い素子を実現することが可能であ
る。
の3本の金属線2を用いて有機質サーミスタ装置を構成
することも可能である。
線2を用い、外部電極3a,3bを、金属線の外周面の
一部に直接に接続するように構成することも可能であ
る。なお、図8及び図9において、図1と同一符号を付
した部分は、図1の有機質サーミスタ装置と同一または
相当部分を示している。
上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の
範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能
である。
アルミニウム,銅、及びこれらの少なくとも1種を主成
分とする合金のいずれか1種からなるものを用いるよう
にした場合、材料コストの大幅な増大を招いたりするこ
となく、常温抵抗値の低い有機質サーミスタ装置を確実
に得ることが可能になる。
ニウムを主成分とする合金からなるものである場合に、
表面にニッケル、すず又は銅のめっきを施すことによ
り、金属線と有機質サーミスタとの密着強度の向上を図
ることが可能になり、また、金属線が銅又は銅を主成分
とする合金からなるものである場合には、表面にニッケ
ルめっきを施すことにより、金属線と有機質サーミスタ
との密着強度の向上を図ることが可能になる。
いては、金属線の直径や、線状埋設体の切断態様を変え
たりすることによりサーミスタ素体の抵抗値を変化させ
て抵抗値のシリーズ化を図ったりすることも可能であ
る。
機質サーミスタ装置の製造方法は、有機質サーミスタ材
料を、金属線を覆うように成形して、金属線が有機質サ
ーミスタ材料により被覆された電線状の埋設体(線状埋
設体)を形成するとともに、この線状埋設体を絶縁材料
で被覆した後、線状埋設体を被覆する絶縁材料を、所定
の一対の位置において長手方向に連続して除去すること
により有機質サーミスタ材料を露出させ、露出した有機
質サーミスタ材料と接合するように、一対の長手方向に
連続する電極(外部電極用の電極)を形成し、この外部
電極用の電極が形成された線状埋設体を所定の位置で切
断して個々の素子に分割した後、個々の素子の切断端面
を絶縁材料で被覆するようにしているので、サーミスタ
素体中に金属線が配設され、かつ、サーミスタ素体の露
出面及び金属線のサーミスタ素体からの露出面が絶縁部
材により絶縁被覆された構造を有する有機質サーミスタ
装置を効率よく製造することが可能になる。
サーミスタ装置のように、例えば、比抵抗が1Ωcm程度
の金属線を有機質サーミスタ材料中に配設した場合、金
属線の比抵抗が有機質サーミスタ材料の比抵抗に比べて
無視できるレベルであるため、等価的に一対の外部電極
間距離を小さくしたのと同じ作用効果を得ることが可能
になり、サーミスタ素体の常温抵抗値を下げることが可
能になる。
製造方法のように、電線状の埋設体 (線状埋設体)を構
成する金属線を、略平行に配設された複数本の金属線と
することにより、サーミスタ素体中に複数の金属線が配
設され、かつ、サーミスタ素体の露出面及び金属線のサ
ーミスタ素体からの露出面が絶縁部材により絶縁被覆さ
れた構造を有する有機質サーミスタ装置を効率よく製造
することが可能になる。
た場合、サーミスタ素体の寸法が大きく、一対の外部電
極間の距離が大きくなるような場合にも、サーミスタ素
体中の金属線の体積比率を確保して、常温抵抗値を下げ
ることが可能になり、種々の寸法や形状の有機質サーミ
スタ装置に対応することが可能になるとともに、互いに
隣接する金属線間距離を0.01mm程度の精度で制御す
ることにより、所望の抵抗値を有する有機質サーミスタ
装置を実現することが可能になる。
ミスタ装置の製造方法により製造される有機質サーミス
タ装置の外観構成を示す斜視図であり、(b)は(a)の有
機質サーミスタ装置のa−a線による縦断面図である。
ミスタ装置の製造方法の一工程において、線状埋設体を
形成している状態を示す図であり、(b)は線状埋設体を
長手方向に直交する方向に切断した断面図である。
ミスタ装置の製造方法の一工程において、線状埋設体を
絶縁樹脂で被覆している状態を示す図であり、(b)は絶
縁樹脂で被覆された線状埋設体を長手方向に直交する方
向に切断した断面図である。
装置の製造方法の一工程において、絶縁樹脂で被覆され
た線状埋設体(絶縁被覆体)の両側面側の絶縁樹脂を除
去する方法を示す斜視図である。
示す斜視図である。
を示す斜視図である。
タ装置の他の例を示す図である。
タ装置のさらに他の例を示す図である。
タ装置のさらに他の例を示す図である。
ある。
図である。
実装した状態を示す断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】有機質サーミスタ材料を用いて形成したサ
ーミスタ素体と、 前記サーミスタ素体の両端側に配設された一対の外部電
極と、 前記一対の外部電極が互いに対向する方向と略直交する
方向に、前記サーミスタ素体を貫通するように配設され
た金属線とを具備する 有機質サーミスタ装置の製造方法
であって、 サーミスタ素体を構成する有機質サーミスタ材料を、金
属線を覆うように有機質サーミスタ材料を成形して、金
属線が有機質サーミスタ材料中に埋設された電線状の埋
設体(線状埋設体)を形成する工程と、 前記線状埋設体を絶縁材料で被覆する工程と、 前記線状埋設体を被覆する絶縁材料を、所定の一対の位
置において長手方向に連続して除去することにより有機
質サーミスタ材料を露出させる工程と、 前記露出した有機質サーミスタ材料と接合するように、
一対の長手方向に連続する電極(外部電極用の電極)を
形成する工程と、 前記外部電極用の電極が形成された線状埋設体を所定の
位置で切断して個々の素子に分割する工程と、 前記分割された個々の素子の切断端面を絶縁材料で被覆
する工程とを具備することを特徴とする有機質サーミス
タ装置の製造方法。 - 【請求項2】前記電線状の埋設体(線状埋設体)を構成
する金属線が、略平行に配設された複数本の金属線であ
って、前記サーミスタ素体を貫通するように複数本の金
属線が略平行に配設された構造を有する有機質サーミス
タ装置が得られるように構成されていることを特徴とす
る請求項1記載の有機質サーミスタ装置の製造方法。
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