JP6101354B2 - 保護層を備えたセラミック部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

電子工学の分野で抵抗部材として使用されるエレクトロセラミック部品は公知である。

特に、可変抵抗特性を備えたエレクトロセラミック部品が公知であるが、これは、例えば、電圧依存の抵抗および温度依存の抵抗である。温度依存の抵抗は、正特性サーミスタないしＰＴＣ抵抗（ＰＴＣ＝正の温度係数）（このセラミックは、低温時に高温時よりも電流をより良く伝達する）、および、負特性サーミスタないしＮＴＣ抵抗（ＮＴＣ＝負の温度係数）（このセラミックでは、温度上昇時に、導電性の上昇が特徴的である）である。この種のエレクトロセラミック部品は、例えば、保護部品、スイッチ部材またはセンサー部材として適用されている。なかんずく負特性サーミスタは、例えば抵抗温度計中での温度センサーとして採用される。とりわけ負特性サーミスタは、自動車中でエンジン温度センサーとして使用される。

従来のセラミック部品では、使用条件下で使用時間が長くなるにしたがって、しばしばその固有電気パラメータが変化することがありえ、とりわけ固有抵抗が上昇し、または機能の損傷さえも観察されうる。これは、例えばＮＴＣ抵抗を温度センサーとして自動車での応用中に採用した場合に該当する。このように従来のセラミック部品で安定性および信頼性が欠如していることは、公知の問題になっている。

したがって、本発明の目的は、使用条件下で、固有電気パラメータに関する安定性および信頼性を改善したセラミック部品を提供することである。

この目的は、本発明によれば、請求項１に記載のセラミック部品により達成される。この部品の有利な構成およびその製造方法は、さらなる請求項の対象物である。

本発明は、例えばエレクトロセラミックであってよいセラミック製の基体を備えたセラミック部品を記載している。例えば、このセラミック製の基体は、可変抵抗、例えば電圧依存の抵抗（バリスタ）または温度依存の抵抗を有するエレクトロセラミックを含みうる。とりわけ、このセラミックは正の温度係数（ＰＴＣ抵抗）を有し、または、セラミックは負の温度係数（ＮＴＣ抵抗）を有する。特定の構成では、負の温度係数を有する、すなわち、負特性サーミスタであるセラミックが設けられている。

少なくとも１つの金属部が、セラミック製の基体の少なくとも１つの外側表面上に配置されている。この金属部は、例えば、接触層として設けられていることができる。接触層として形成された金属部は、例えば基体中に配置された１つまたは複数の電極層と導電接続されていることができる。

少なくとも１つの電気導線が設けられていて、これが、金属部との電気接触を作る。例えば、電気導線ははんだ接合を用いて金属部と導電接続していることができる。電気導線は、例えばセラミック部品を電気回路システム中に統合させることができる。

この部品を包み込むために、内側保護層と外側保護層とが設けられている。この際、この内側保護層は少なくとも第１の官能基を含有し、これを介して内側保護層は、少なくともセラミック製の基体に化学共有結合されている。本発明による特定の構成では、内側保護層は、例えば、特別に配向された単分子層（英語では、ｓｅｌｆ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ（自己組織化単分子膜）、ＳＡＭ）として、共有結合するよう配置されている。好ましくは、内側保護層は疎水性の特性を有する。さらに、内側保護層は好ましくは疎油性の特性を有する。特に好適であるのは、疎水性および疎油性の特性を有する内側保護層である。化学共有結合により、内側保護層とセラミック製の基板とは、特に高い接着強度で互いに連結されていて、互いに対して良好に密閉されている。この特性に基づいて、温度変化による負荷において、内側保護層中で亀裂の形成に対しても良好に保護されている。

化学共有結合に代えて、内側保護層は、化学気相析出（英語では、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）を介して析出されていることができる。

例えば、ＣＶＤにより析出された内側保護層は、高い適合性を有し、すなわち、部品の水平方向および垂直方向の表面上で、広範囲に渡って均一な層厚を有する。好ましくはＣＶＤにより析出された内側保護層は、無孔で、かつ特にピンホールがない。好ましくは、この内側保護層は疎水性である。好ましくは、内側保護層は、有機媒体に対して非常に良好な遮断作用も有する。とりわけ内側保護層は疎水性であり、同時に有機媒体に対して非常に良好な遮断作用を有し、水蒸気およびさらなる気体状の媒体に対して非常に良好な遮断作用を有する。

本発明のさらなる構成では、内側保護層は第１の官能基を含有し、かつ、ＣＶＤを介して析出されていて、その結果、内側保護層のセラミック製の基体への化学共有結合の特性は、ＣＶＤにより析出された内側保護層の特性と、特に有利に協働するように設けられている。

発明者らは、セラミック部品が例えば水などの周囲媒体と接触することが、セラミック部品の固有電気パラメータの変化の主な原因となりうると突き止めることができた。特に、発明者らは、セラミック部品の自動車での応用では、水または水蒸気、排気ガス凝縮物および／またはエンジンオイルを、セラミック基板にまで突き進ませ、そこで抵抗変化を引き起こしうると突き止めることができた。とりわけ、セラミック部品の従来の保護層では、温度変化による負荷がある場合に亀裂の形成が引き起こされやすく、これにより、周囲媒体の進入に対するセラミック基板の保護は、追加的に悪影響を受けうることも突き止めることができた。内側保護層と外側保護層との本発明による組み合わせにより、上述した部品は周囲媒体の進入に対して特に耐久性をもって包み込まれ、従ってセラミックの特に良好な保護が確保される。本発明によるセラミック部品は、したがって、使用条件下でその固有電気パラメータに関して安定性および信頼性が改善される。

このセラミック製の基体は、例えばモノリシックなセラミック製の基体として構成されていることができる。さらなる変形例としては、基体がセラミック製の層の積層体として成型されていることが可能である。さらに、１つまたは複数の導電電極層が、セラミック製の基体の内側に存在することも可能である。特定の構成では、複数の並列の電極層が電極束の形態で配置されている。異なる電極が、基体中で、層面に対して互いに水平方向および／または垂直方向で相対していることも可能である。とりわけ、部品の電気特性は、セラミック製の基体により、および、場合によっては存在する電極層により決定される。

金属部は、例えばアルミニウム、銀もしくは銅を含み、または、アルミニウム、銀もしくは銅を含む合金でありえる。少なくとも２つの金属部が設けられていることができ、これらは、例えばセラミック製の基体の対向する外側表面上に配置されている。さらに、双方の金属部のそれぞれを別々にこれらの電気導線のそれぞれと電気的にそれぞれ接触させるために、かつ、このようにしてセラミック部品を電気回路システム中に統合することが可能になるように、２つの電気導線が設けられていることができる。

本発明の好適な構成では、内側保護層は、セラミック製の基体と、金属部と、少なくとも金属部と境界をなす電気導線の部分との上に配置されている。さらに、はんだ接合が、金属部と電気導線との間に設けられていることができ、この上に内側保護層が同様に配置されている。これらの特徴のそれぞれ複数個が、セラミック部品中に組み合わせられていることも可能である。例えば、部品中に複数の金属部と複数の電気導線とが同様に設けられていて、その上に内側保護層が配置されていることができる。好ましくは、内側保護層は、第１の官能基を介して追加的に金属部および電気導線へ化学共有結合されていて、ならびに、場合によってははんだ接合部へも化学共有結合されている。内側保護層のこの構成により、とりわけセラミック製の基体から金属部への移行領域が、および、金属部から電気導線ないしはんだ接合部への移行領域が、周囲媒体の進入に対して良好に保護される。さらなる構成では、電気導線が、少なくとも金属部ないしはんだ接合と境界を接する領域では、絶縁材料により被覆されているように設けられている。例えば絶縁材料は、熱可塑性物質、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含むことができる。例えば、電気導線は、ＰＥＥＫ製の絶縁ホースで絶縁されていることが可能である。

さらなる変形例中では、中間層が内側保護層と外側保護層との間に配置されている。例えば、内側保護層が、中間層用の接着促進層として設けられていることができ、このようにして、中間層のセラミック部品への結合の改善が確保されている。中間層は、例えば、内側保護層と外側保護層との周囲媒体に対する遮断作用をさらに強めるために設けられていることができる。

内側保護層が、追加的に第２の官能基を含有し、この第２の官能基を介して、外側保護層への化学共有結合が実現されていることが可能である。この第２の官能基を介して、内側保護層の中間層への化学共有結合が実現していることも可能である。特定の変形例に関しては、さらに、内側保護層が、中間層とも、外側保護層とも接触し、第２の官能基を介して、これらと化学共有結合をしているように設けられている。このようにして、内側保護層の第１の官能基と第２の官能基とを介して、外側保護層が、および／または、存在する場合には中間層が、セラミック部品に強固に結合されることが達成され、これにより、特に良好に密閉されたかつ安定した包み込みが、周囲媒体の進入に対する特に良好な遮断作用と共に実現されている。

さらなるある構成では、中間層は第３の官能基を含有し、この第３の官能基を介して、外側保護層への化学共有結合が実現されている。これにより、外側保護層と中間層との間で非常に良好な接着強度および互いに対する良好な密閉的な連結が達成されている。

内側保護層の材料としては、例えば、ホスホン酸塩、とりわけ、Ｐ−Ｏ−金属結合を有する特別に配向された単分子ホスホン酸塩層（英語では、ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｎａｔｅｓ（自己組織化単分子膜）、ＳＡＭＰ）、シラン、ケイ酸塩およびパリレンを含む群から選択された材料が考慮される。さらに、これらの材料の組み合わせからなる内側保護層も存在しうる。ホスホン酸塩からなる、または、シランからなる内側保護層は、セラミック製の基体への、ならびに、場合によっては金属部へのおよび少なくとも金属部と境界をなす電気導線部分への強い化学共有結合を特徴とする。内側保護層は、例えば単分子層でありうるが、複数層構造を有することもでき、例えば、多価シラン化合物からなる内側保護層であることも可能である。ホスホン酸塩およびシラン化合物の有機残基は官能基を含むことができ、この官能基は、例えば疎水性のおよび／または疎油性の特性を有し、または、内側保護層の外側保護層ないし中間層への化学共有結合のために機能する。これらの材料の基板への強固な化学共有結合により、周囲媒体が層間に達すること、または、層と基体との間に達すること、および、このようにして基板の表面に達することが防げられる。

ケイ酸塩からなる内側保護層は、セラミック製の基体への化学共有結合、ならびに、場合によっては金属部および少なくとも金属部と境をなす電気接触部の部分への化学共有結合を有することができる。好ましくは、ケイ酸塩からなる内側保護層は、接着促進層として、その上に配置された中間層と連結するように設けられている。ケイ酸塩からなる内側保護層は、高い表面エネルギーを有し、これを介して、その上に配置された中間層との均質な架橋が達成されうるので有利である。さらに、ケイ酸塩からなる内側保護層は、非常に薄く、同時に非常に高い分子密度で実施可能であるので有利である。

パリレンは、パラ位置に結合されたキシレン基を備えた熱可塑性ポリマーである。キシレン基は、これ以外の位置で置換されている可能性があり、例えば、パリレンの化学共有結合のために、ないし、周囲媒体に対する遮断作用を拡散させるための官能基で置換される可能性がある。パリレンからなる保護層は、例えば非常に均質であり、微小孔やピンホールがなく、応力がなく、疎水性で、かつ、有機媒体、酸、塩基および水蒸気に対して非常に良好な遮断作用を有する。好適な構成では、パリレンからなる内側保護層の熱膨張係数は、セラミック部品の部品の熱膨張係数に匹敵する。このようにして、温度変化による負荷によるパリレンからなる保護層中の亀裂の形成は防止される。

外側保護層の可能な材料は、例えば、エポキシド樹脂、ポリウレタンおよびシリコンエラストマーである。さらに、これらの材料の組み合わせを設けることも可能である。セラミック部品の包み込みがこれらの材料からなる外側保護層を有するようなセラミック部品は、使用条件下で特に良好な安定性および信頼性を特徴とする。

本発明のさらなる変形例では、中間層はパリレンを含む。パリレンからなる中間層は、例えば非常に均質で、ピンホールがなく、応力がなく、疎水性で、かつ、有機媒体、酸、塩基および水蒸気に対して非常に良好な遮断作用を有する。

さらなる本発明の構成では、外側保護層上にさらなる保護層が配置される。例えば外側保護層の外側上に、第１のさらなる保護層が配置されていることができ、この際に、第４の官能基を介して外側保護層への化学共有結合が存在していて、および／または、この第１のさらなる保護層が化学気相析出を介して析出されている。さらに、第１のさらなる保護層の外側上に第２のさらなる保護層が配置されていることができる。第２のさらなる保護層としては、例えば、外側保護層の特性を備えた層を設けることができる。さらなる変形例では、第１のさらなる保護層と第２のさらなる保護層との間にさらに１つの中間層が配置されていることができる。この第１のさらなる保護層は、第５の官能基を介して、中間層および／または第２のさらなる保護層に化学共有結合されていることができる。さらに、このさらなる中間層は、第６の官能基を介して第２のさらなる保護層に化学共有結合されていることができる。これらの構成により、周囲媒体の進入に対して特に有効に包み込まれているセラミック部品が提供される。さらなる構成では、保護層の配置はさらに、さらなる保護層を含むように設けられている。

本発明の特別な構成では、セラミック部品はＮＴＣ抵抗として設けられている。この種の本発明によるＮＴＣ抵抗は、例えば水蒸気および排気ガス雰囲気中での使用に特に良好に適しているが、この理由は、この包み込みが、湿気および／または有機媒体がセラミック製の基体に進入するのを、特に有効に回避するからである。

本発明の対象物は、さらに上記の特徴を備えたセラミック部品の製造方法である。本発明の方法は、以下の方法工程、すなわち、Ａ）セラミック製の基体であって、基体の少なくとも１つの外側表面上にある金属部と、金属部と電気接触する電気導線とを備えた基体を提供する工程と、Ｂ）内側保護層を生成する工程と、Ｃ）内側保護層の上方に外側保護層を生成する工程とを含む。

この方法のさらなる構成では、方法工程Ｂ）の後であって方法工程Ｃ）の前に行われるさらなるある方法工程Ｂ２）において、中間層を内側保護層上に生成するように設けられている。

方法工程Ｂ）における内側保護層の生成は、例えば基板を、内側保護層の生成材料を含む溶液と接触させることにより行うことができる。あるいは、内側保護層の生成材料を、物理気相析出（ＰＶＤ）を用いて析出させることもできる。基板を溶液と接触させることにより内側保護層を生成するための原材料としては、例えばホスホン酸とりわけＳＡＭＰ−ＯＨおよびシランからなる群から選択される材料をアルコール溶液中に入れることが考慮される。例えば、この方法により、シランまたはホスホン酸塩（ＳＡＭＰ）からなる内側保護層が生成されうる。内側保護層をＰＶＤにより生成するためには、例えば気体状のシランが考慮される。本発明による方法の特定の構成では、内側保護層は、方法工程Ｂ）で化学気相析出（ＣＶＤ）により生成されるように設けられている。ＣＶＤにより、例えば、内側保護層が特に高い適合性を有するセラミック部品が生成可能である。例えば本発明によれば、パリレンからなる内側保護層が化学気相析出により生成されるように設けられている。さらなる実施形態は、ケイ酸塩からなる内側保護層が、化学気相析出により、例えば火炎熱分解コーティング（ＣＣＶＤ）により生成されるように設けられている。ケイ酸塩からなる内側保護層を生成するためには、例えばシリコン化合物を前駆物質として用いることができる。

この方法のさらなる構成によれば、中間層は、方法工程Ｂ２）中で化学気相析出により生成される。例えばパリレンからなる中間層は、化学気相析出により生成することができる。ケイ酸塩またはシランからなる中間層の生成も、化学気相析出により可能である。

方法工程Ｃ）における外側保護層の生成も、例えば、外側保護層の生成材料を含む溶液と基板を接触させることにより行われうる。例えば、浸漬方法で基板を接触させ、場合によっては続いて余分な材料を除去することも可能である。

ある方法変形例では、方法工程Ｃ）より前に行われるさらなる方法工程Ｂ３）中で、プラズマ処理を行う。例えば、方法工程Ｂ３）は方法工程Ｂ）後に行うことが可能であり、その結果、内側保護層のプラズマ処理が行われる。あるいは、方法工程Ｂ３）を方法工程Ｂ２）の後に行うことも可能で、その結果、中間層のプラズマ処理を行うことができる。プラズマ処理により、目標を定めた官能基を処理される層の表面に生成することが可能である。この官能基を介して、例えばその上に置かれた層への化学共有結合を実現することも可能である。とりわけ、プラズマ処理中で、例えば酸素、窒素またはアンモニア・ガスを採用することにより、Ｏ−またはＮ−官能基を、処理される層の表面に生成することも可能である。例えば、方法工程Ｂ３）中で、内側保護層の第２の官能基ないし中間層の第３の官能基を、プラズマ処理により生成することも可能である。

さらなる方法変形例では、方法工程Ｃ）の後で行われる追加的な方法工程Ｃ２）中で、同様にプラズマ処理を行う。例えば外側保護層のプラズマ処理を、官能基を層の表面に生成するために行うことが可能である。これにより、例えば、外側保護層をその上に配置されるさらなる保護層に化学共有結合させることが可能になりうる。

本発明によれば、さらなる保護層を外側保護層の外側上に生成するためのさらなる方法工程を方法工程Ｃ）後に行うことが可能である。

第１の官能基としては、例えば、−Ｏ−官能基が考慮される。この第１の官能基は、例えば、−ＯＨ、−Ｃｌまたは−ＯＲ官能基の置換反応または凝縮反応により生成されうる。例えばシランはＳｉ−Ｏ−Ｒ基を含むことができ、これが凝縮および脱水により、セラミック製の基体ないし金属部および電気導線へのＳｉ−Ｏ−結合へと変換される。相応に、ホスホン酸のＰ−ＯＨ基は、凝縮および脱水を介して、セラミック製の基体ないし金属部および電気導線へのＰ−Ｏ−結合へと変換されうる。

第２の官能基は、例えばアミノ基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アルキル基またはビニル基から生成されうる。第２の官能基は、ハロゲン化されたアルキル基、例えば、フッ素化されたアルキル基を含むことも可能である。

本発明によるセラミック部品については、例示的に、以下の変形例がある。すなわち、
シランからなる内側保護層とエポキシド樹脂からなる外側保護層とを有する変形例、
シランからなる内側保護層とポリウレタンからなる外側保護層とを有する変形例、
シランからなる内側保護層と、シリコンエラストマーからなる外側保護層とを有する変形例、
ホスホン酸塩からなる内側保護層と、エポキシド樹脂からなる外側保護層とを有する変形例、
ホスホン酸塩からなる内側保護層と、ポリウレタンからなる外側保護層とを有する変形例、
ホスホン酸塩からなる内側保護層と、シリコンエラストマーからなる外側保護層とを有する変形例、
パリレンからなる内側保護層と、エポキシド樹脂からなる外側保護層とを有する変形例、
パリレンからなる内側保護層と、ポリウレタンからなる外側保護層とを有する変形例、および
パリレンからなる内側保護層と、シリコンエラストマーからなる外側保護層とを有する変形例である。

さらに、以下の変形例が可能であるが、すなわち、
ケイ酸塩からなる内側保護層と、シランからなる中間層と、エポキシド樹脂からなる外側保護層とを有する変形例、
ケイ酸塩からなる内側保護層と、シランからなる中間層と、ポリウレタンからなる外側保護層とを有する変形例、
ケイ酸塩からなる内側保護層と、シランからなる中間層と、シリコンエラストマーからなる外側保護層とを有する変形例、
ケイ酸塩からなる内側保護層と、ホスホン酸塩からなる中間層と、エポキシド樹脂からなる外側保護層とを有する変形例、
ケイ酸塩からなる内側保護層と、ホスホン酸塩からなる中間層と、ポリウレタンからなる外側保護層とを有する変形例、
ケイ酸塩からなる内側保護層と、ホスホン酸塩からなる中間層と、シリコンエラストマーからなる外側保護層とを有する変形例、および、
ケイ酸塩からなる内側保護層と、パリレンからなる中間層と、エポキシド樹脂からなる外側保護層とを有する変形例、
ケイ酸塩からなる内側保護層と、パリレンからなる中間層と、ポリウレタンからなる外側保護層とを有する変形例、
ケイ酸塩からなる内側保護層と、パリレンからなる中間層と、シリコンエラストマーからなる外側保護層とを有する変形例
である。

同様に、
シランからなる内側保護層と、パリレンからなる中間層と、エポキシド樹脂からなる外側保護層とを有するセラミック部品、
シランからなる内側保護層と、パリレンからなる中間層と、ポリウレタンからなる外側保護層とを有するセラミック部品、
シランからなる内側保護層と、パリレンからなる中間層と、シリコンエラストマーからなる外側保護層とを有するセラミック部品も可能である。

さらに、この部品は、上述のセラミック部品の変形例であって、外側保護層上に配置された少なくとも１つのさらなる保護層を備えたセラミック部品を含む。とりわけ上述の実施形態は、外側保護層より上方にさらなるホスホン酸塩層またはシラン層を備えていて、もしくは、外側保護層の上方にさらなるパリレン層を備えていることも可能である。

さらなる変形例では、上述のセラミック部品は、少なくとも２つのさらなる保護層が外側保護層上に配置されているように設けられている。例えば外側保護層の外側上に、以下を備えた配置、すなわち、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたパリレンからなる第２のさらなる保護層とを備えた配置、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたホスホン酸塩からなる第２のさらなる保護層とを備えた配置、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたシランからなる第２のさらなる保護層とを備えた配置、
パリレンからなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたエポキシド樹脂からなる第２のさらなる保護層とを備えた配置、
パリレンからなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたポリウレタンからなる第２のさらなる保護層とを備えた配置、
パリレンからなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたシリコンエラストマーからなる第２のさらなる保護層とを備えた配置、
ホスホン酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたエポキシド樹脂からなる第２のさらなる保護層とを備えた配置、
ホスホン酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたポリウレタンからなる第２のさらなる保護層とを備えた配置、および、
ホスホン酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたシリコンエラストマーからなる第２のさらなる保護層とを備えた配置
が可能である。

上述のセラミック部品のさらなる変形例によれば、少なくとも３つのさらなる保護層が外側保護層上に配置される。例えば外側保護層の外側上に、以下を備えた配置、すなわち、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたパリレンからなる第２のさらなる保護層と、その上に配置されたエポキシド樹脂からなる第３のさらなる保護層とを備えた配置、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたパリレンからなる第２のさらなる保護層と、その上に配置されたポリウレタンからなる第３のさらなる保護層とを備えた配置、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたパリレンからなる第２のさらなる保護層と、その上に配置されたシリコンエラストマーからなる第３のさらなる保護層とを備えた配置、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたホスホン酸塩からなる第２のさらなる保護層と、その上に配置されたエポキシド樹脂からなる第３のさらなる保護層とを備えた配置、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたホスホン酸塩からなる第２のさらなる保護層と、その上に配置されたポリウレタンからなる第３のさらなる保護層とを備えた配置、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたホスホン酸塩からなる第２のさらなる保護層と、その上に配置されたシリコンエラストマーからなる第３のさらなる保護層とを備えた配置、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたシランからなる第２のさらなる保護層と、その上に配置されたエポキシド樹脂からなる第３のさらなる保護層とを備えた配置、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたシランからなる第２のさらなる保護層と、その上に配置されたポリウレタンからなる第３のさらなる保護層とを備えた配置、および、
ケイ酸塩からなる第１のさらなる保護層と、その上に配置されたシランからなる第２のさらなる保護層と、その上に配置されたシリコンエラストマーからなる第３のさらなる保護層とを備えた配置
が可能である。

以下に、本発明によるセラミック部品を、図面と実施形態とに基づいてより詳細に説明する。図と実施形態とは、特定の詳細に限定するためのものではない。個々の特徴は、説明のために参照符号を付けている可能性があるが、これらの特徴のうちのいくつかが存在しない可能性があることは除外されない。また、説明のために提示された特徴が、図中で、必ずしも実際の尺度にしたがって再現されているとは限らない。

ＮＴＣミニセンサーとして実施された本発明によるセラミック部品を、様々な製造段階において、概略断面図に基づいて示した図である。 ＮＴＣミニセンサーとして実施された本発明によるセラミック部品を、様々な製造段階において、概略断面図に基づいて示した図である。 ＮＴＣミニセンサーとして実施された本発明によるセラミック部品を、様々な製造段階において、概略断面図に基づいて示した図である。 内側保護層と外側保護層との間にある中間層を備えた、図１のセラミック部品のさらなる実施形態を示した図である。 外側保護層の外側上に、追加的に配置されたさらなる保護層を備えた、図１のセラミック部品のさらなる実施形態を示した図である。 外側保護層の外側上に、追加的に配置されたさらなる保護層を備えた、図１のセラミック部品のさらなる実施形態を示した図である。 外側保護層の外側上に、追加的に配置されたさらなる保護層を備えた、図１のセラミック部品のさらなる実施形態を示した図である。 ホスホン酸塩からなる内側保護層を備えた、本発明によるＮＴＣミニセンサーの抵抗変化を、浸水試験において、従来のＮＴＣミニセンサーと比較して示した図である。 パリレンからなる内側保護層を備えた、さらなる本発明によるＮＴＣミニセンサーの抵抗変化を、浸水試験において従来のＮＴＣミニセンサーと比較して示した図である。

図１Ａは、ＮＴＣミニセンサーとして実施されたセラミック部品の平面図であって、この部品は、セラミック製の基体（ＣＢ）と、基体の対向する外側表面（ＯＦ）上に配置された２つの金属部（ＥＭ）と、この金属部のうちの１つとそれぞれ電気接触する２つの電気導線（ＥＣ）とを備えている。電気導線は、はんだ接合（ＳＪ）により、金属部と接続されている。

図１Ｂは、セラミック製の基体（ＣＢ）と、金属部（ＥＭ）と、はんだ接合（ＳＪ）と、金属部と境界をなす電気導線（ＥＣ）の部分との上に内側保護層（ＩＬ）を生成した後の状態でのこの部品を、内側保護層を通る断面で示した図である。図１Ｃは、この部品を、内側保護層（ＩＬ）の外側上に外側保護層（ＥＬ）を生成した後に、内側保護層と外側保護層とを通る断面で示した図である。外側保護層の層厚は、内側保護層の層厚よりも厚い。この図から、いかにセラミック部品が内側保護層および外側保護層の層列により包み込まれているかが、明らかに見てとれる。

図２中では、部品のさらなる変形例を見ることができるが、この場合、内側保護層（ＩＬ）と外側保護層（ＥＬ）との間に、中間層（ＳＬ）が配置されている。包み込みは、従って３つの層からなるが、この図ではこれらを断面で示している。

図３Ａでは、図１の本発明によるＮＴＣミニセンサーの変形例を見ることができるが、この場合、追加的に第１のさらなる保護層（ＯＣ１）が、外側保護層（ＥＬ）の外側上に配置されている。この場合、部品の包み込みは、全部で３つの保護層からなる。図３Ｂは、部品のさらなる変形例を示すが、この場合、外側保護層（ＥＬ）の外側上に第１のさらなる保護層（ＯＣ１）と、この第１のさらなる保護層の外側上に第２のさらなる保護層（ＯＣ２）とが配置されている。この例では、第２のさらなる保護層（ＯＣ２）は、追加的な外側保護層（ＥＬ）と同じである。図３Ｃ中では、さらに、本発明による部品の、第２のさらなる保護層（ＯＣ２）の外側上に、第３のさらなる保護層（ＯＣ３）が配置されている。この保護層系を用いて、特に、このセラミック製の基体への周囲媒体の進入に対して保護された部品を実現することができることが容易にわかる。

実施形態１
図１Ａから１Ｃ中に記載されているように構築されたＮＴＣミニセンサーは、ホスホン酸塩からなる内側保護層と、エポキシド樹脂からなる外側保護層とを有する。内側保護層は、浸漬方法で、アルコール溶液中に入れた１Ｈ，１Ｈ’，２Ｈ，２Ｈ’−パーフルオロオクチル−１−ホスホン酸から生成された。外側保護層は、１Ｋエポキシド樹脂から同様に浸漬方法で生成された。セラミック製の基体は、ＭｎＣｏＦｅ系からなり、サイズは１．１×１．８×０．４ｍｍである。金属部としては、セラミック製の基体の２つの対向する外側面上に、Ａｇ金属部が用いられた。この構成部品は、固有公称抵抗値Ｒ２５が２１００Ωで、Ｂ値が３５７０Ｋである。比較対象物として、同じ仕様を有するが従来のエポキシド樹脂被覆部による包み込みのみを有する別の１つのセラミック部品を使う。使用時における双方の部品の抵抗特性値の安定性を比較して調べるために、ＮＴＣミニセンサーは、２０００時間の期間に渡って、８０℃で、水中で貯蔵され、それぞれ５００時間、１０００時間および２０００時間後に、部品の固有公称抵抗値を測定し、水中での貯蔵前の公称抵抗値に対する抵抗変化を測定した。この実験の結果を図４Ａに示した。この図は、従来のエポキシド樹脂被覆部を備えたＮＴＣミニセンサー（左側）と、ホスホン酸塩からなる内側保護層およびエポキシド樹脂からなる外側保護層を備えたＮＴＣミニセンサー（右側）との、時間に依存する抵抗変化を示す。試験数は、それぞれｎ＝１５であった。本発明により包み込まれた部品では、２０００時間の間、８０℃の水中貯蔵をした後でさえも、抵抗変化が１％未満であることが明らかにわかる。同時に本発明による包み込みを備えた実験群内では、抵抗特性値のばらつきがわずかしか観察されず、これにより、使用時における本発明によるセラミック部品の特別な信頼性が明らかとなる。逆に、従来の包み込みを備えたセラミック部品では、４％までの有意な抵抗変化が見られる。

実施形態２
ＮＴＣミニセンサーを、図１Ａから１Ｃ中に示した配置にしたがって構築する。この際、パリレンからなる内側保護層と、エポキシド樹脂からなる外側保護層とが、部品の包み込みのために使用される。内側保護層は、パリレンＤから、ＣＶＤを用いて生成した。外側保護層は、２Ｋエポキシド樹脂から浸漬方法で生成した。セラミック製の基体のサイズは、１．１×１．８×０．２５ｍｍであり、ＭｎＮｉ系からなる。セラミック製の基体の２つの対向する外側面上の金属部として、Ａｇ金属部を用いた。この構成部品は、固有公称抵抗値Ｒ２５が３３００Ωであり、Ｂ値が３９８８Ｋである。本発明により包み込まれたＮＴＣミニセンサーの使用条件下での安定性は、８０℃の水中で貯蔵することによりテストした。図４Ｂ中には、本発明によるＮＴＣミニセンサー（右側）の時間に依存する抵抗変化を、従来のエポキシド樹脂被覆部を備えたＮＴＣミニセンサーの抵抗変化に対してグラフで示している（試験数はそれぞれｎ＝１５）。それぞれ１６８時間、３３６時間、５００時間および１０００時間後の抵抗特性値の測定では、パリレンからなる内側保護層およびエポキシド樹脂からなる外側保護層を備えたＮＴＣミニセンサーにおいて、１０００時間の水中貯蔵後でさえも、初期抵抗に対する抵抗変化が最大１％であることがわかる。逆に、従来の部品の水中貯蔵では、５００時間後にすでに、約７％までの有意な抵抗変化と同時に激しい抵抗のばらつきが結果として得られ、これは１０００時間の水中貯蔵後には、さらに約１６％にまで上昇する。

従って、双方の実施形態により、ＮＴＣミニセンサーを本発明により包み込むことにより、使用条件下で、従来の部品に対して、その固有電気特性値に関する安定性および信頼性が改善されたセラミック部品が製造可能となったことが、特に良く示される。

本発明は、ここで示した実施形態に限定されない。さらなる変形例は、本発明中、とりわけ保護層の数と相対的な配置とに関して可能であり、また、使用される保護層材料、および、セラミック製の基体と金属部と電気導線との材料に関して可能である。

ＣＢ セラミック製の基体
ＥＭ 金属部
ＯＦ 外側表面
ＥＣ 電気導線
ＩＬ 内側保護層
ＥＬ 外側保護層
ＳＬ 中間層
ＳＪ はんだ接合
ＯＣ１ 第１のさらなる保護層
ＯＣ２ 第２のさらなる保護層
ＯＣ３ 第３のさらなる保護層

Claims (15)

1. セラミック部品であって、
   ・セラミック製の基体（ＣＢ）であって、前記基体の少なくとも１つの外側表面（ＯＦ）上に少なくとも１つの金属部（ＥＭ）と、前記金属部と電気接触する少なくとも１つの電気導線（ＥＣ）とを備えたセラミック製の基体と、
   ・前記部品を包み込むための内側保護層（ＩＬ）および外側保護層（ＥＬ）を備え、
   前記内側保護層（ＩＬ）は、ホスホン酸塩（ＳＡＭＰ）、シラン、ケイ酸塩およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含み、
   前記内側保護層（ＩＬ）が、
   ａ）少なくとも第１の官能基を含有し、前記第１の官能基を介して少なくとも前記セラミック製の基体（ＣＢ）への化学共有結合が存在し、
   および／または
   ｂ）化学気相析出を介して析出されている、セラミック部品。
2. 前記内側保護層（ＩＬ）は、前記セラミック製の基体（ＣＢ）と、前記金属部（ＥＭ）と、少なくとも前記金属部と境界をなす電気導線（ＥＣ）の部分との上に配置されている、請求項１に記載のセラミック部品。
3. 前記第１の官能基を介して、追加的に、前記金属部（ＥＭ）と、前記電気導線（ＥＣ）とへの化学共有結合が存在する、請求項１または２に記載のセラミック部品。
4. 前記内側保護層（ＩＬ）と前記外側保護層（ＥＬ）との間に配置された中間層（ＳＬ）を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミック部品。
5. 前記内側保護層（ＩＬ）は追加的に第２の官能基を含有し、前記第２の官能基を介して、前記外側保護層（ＥＬ）への、および／または、存在する場合には中間層（ＳＬ）への化学共有結合が存在する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミック部品。
6. 前記中間層（ＳＬ）は第３の官能基を含有し、前記第３の官能基を介して、前記外側保護層（ＥＬ）への化学共有結合が存在する、請求項４または５に記載のセラミック部品。
7. 前記外側保護層（ＥＬ）は、エポキシド樹脂、ポリウレタン、シリコンエラストマーおよびこれらの組み合わせの群から選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセラミック部品。
8. 前記中間層（ＳＬ）は、パリレン、シラン、ホスホン酸塩（ＳＡＭＰ）およびこれらの組み合わせの群から選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載のセラミック部品。
9. 前記外側保護層（ＥＬ）上に、まださらなる保護層が配置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のセラミック部品。
10. ＮＴＣ抵抗として形成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のセラミック部品。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセラミック部品の製造方法であって、以下の方法工程、すなわち
    Ａ）前記セラミック製の基体（ＣＢ）であって、前記基体の少なくとも１つの外側表面（ＯＦ）上にある前記金属部（ＥＭ）と、前記金属部と電気接触する前記電気導線（ＥＣ）とを備えた基体を提供する工程と、
    Ｂ）前記内側保護層（ＩＬ）を生成する工程と、
    Ｃ）前記内側保護層の上方に前記外側保護層（ＥＬ）を生成する工程とを含む、方法。
12. 前記方法工程Ｂ）の後であって前記方法工程Ｃ）の前に行われるさらなるある方法工程Ｂ２）において、中間層（ＳＬ）を前記内側保護層（ＩＬ）上に生成する、請求項１１に記載の方法。
13. 方法工程Ｂ）において、前記内側保護層（ＩＬ）を化学気相析出により生成する、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 方法工程Ｂ２）において、前記中間層（ＳＬ）を化学気相析出により生成する、請求項１２に記載の方法。
15. 方法工程Ｃ）の前に行われるさらなる方法工程Ｂ３）において、プラズマ処理を行う、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。

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