JP6365603B2 - サーミスタ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、このようなサーミスタ素子では、従来、サーミスタ素体上にAu等の貴金属ペーストを用いて電極を形成しているものが採用されている。
すなわち、上記従来のサーミスタでは、ガラスフリットとRuO2粒とを含んだペーストをサーミスタ素体の表面に塗布し、これを焼き付け処理することで、電極の中間層を形成しているため、RuO2粒同士の間にガラスフリットが入り込み、RuO2粒同士の電気的導通を阻害している部分が多く発生することで、中間層の抵抗値が増加してしまう不都合があった。このように抵抗値の高い中間層であるために、長時間使用によるヒートサイクルによって電極の剥離が進行することで、抵抗値が顕著に増大してしまう問題があった。さらに、RuO2粒を含んだ粘度の高いペーストをサーミスタ素体の表面に塗布するため、厚膜の中間層しか形成できず、希少金属のRuを含むRuO2粒の使用量が多くなってしまう問題もあった。
すなわち、このサーミスタ素子では、上記ヒートサイクル試験前後で、25℃での抵抗値の変化率が2.5%未満であるので、温度変化の大きい環境でも安定した温度測定が可能であり、高い信頼性を有している。
すなわち、このサーミスタ素子の製造方法では、貴金属を含む貴金属ペーストを導電性中間層に塗布する工程と、塗布した貴金属ペーストを加熱して焼き付けて貴金属の電極層を形成する工程とを有しているので、貴金属ペーストを焼き付ける際に、RuO2粒同士の密着がより強くなる。また、シリカゾルゲル液で埋めきれなかったRuO2粒同士の隙間にガラスフリットが溶けて浸透することで、バインダーとしてより強固にRuO2粒同士を固定し、安定した導電性中間層を得ることができる。なお、RuO2粒同士はシリカゾルゲル液由来のSiO2によって強固に密着しているため、貴金属ペースト中のガラスフリットが融けてRuO2粒間隙に浸透しても、RuO2粒同士の接触が阻害されることはない。
すなわち、このサーミスタ素子の製造方法では、RuO2層の厚さを、100〜1000nmとするので、薄膜で十分な抵抗値の導電性中間層が得られる。なお、RuO2層の厚さが100nm未満であると、サーミスタ素体との密着性や抵抗値が不十分になる場合がある。また、RuO2層の厚さは1000nmまでで十分な低抵抗と密着性が得られ、それを超える厚さを得るには必要以上にRuO2粒を使用することになり、高コストになってしまう。
すなわち、本発明に係るサーミスタ素子によれば、導電性中間層が、電気的に互いに接触したRuO2粒による凝集構造を有し、凝集構造の隙間にSiO2が介在しており、厚さが100〜1000nmであるので、薄い導電性中間層でも低抵抗が得られ、ヒートサイクル試験等において電極の剥離が進行しても、抵抗値の増大を抑制可能である。
また、本発明に係るサーミスタ素子の製造方法によれば、RuO2粒と有機溶媒とを含有したRuO2分散液をサーミスタ素体上に塗布し、乾燥させてRuO2層を形成し、さらにRuO2層上にSiO2と有機溶媒と水と酸とを含有したシリカゾルゲル液を塗布し、RuO2層中にシリカゾルゲル液を浸透させた状態で乾燥させ導電性中間層を形成するので、RuO2分散液で予めRuO2粒同士が密着したRuO2層が形成されると共に、シリカゾルゲル液のSiO2がRuO2粒の隙間に介在することで、導電性中間層の低抵抗化を図ることができる。
したがって、ガラスフリットを含むペーストで形成するよりも薄く低抵抗な導電性中間層を形成することができ、低コスト化が可能であると共に、ヒートサイクル試験等において電極の剥離が進行しても、抵抗値の増大を抑制可能な高い信頼性を有した素子が得られる。
上記導電性中間層4は、電気的に互いに接触したRuO2粒3aによる凝集構造を有し、凝集構造の隙間にSiO2が介在しており、厚さが100〜1000nmである。すなわち、上記凝集構造は、互いに接触して電気的に導通したRuO2粒で構成され、凝集構造中に部分的に生じている隙間にSiO2が入り込んでいる。
このサーミスタ素子1は、−55℃で30minと、200℃で30minとを1サイクルとし、これを50サイクル繰り返したヒートサイクル試験前後で、25℃での抵抗値の変化率が2.5%未満である。
上記中間層形成工程は、図1の(a)に示すように、RuO2粒3aと有機溶媒とを含有したRuO2分散液をサーミスタ素体2上に塗布し、乾燥させてRuO2層3を形成する工程と、図1の(b)に示すように、RuO2層3上にSiO2と有機溶媒と水と酸とを含有したシリカゾルゲル液を塗布し、RuO2層3中にシリカゾルゲル液を浸透させた状態で乾燥させ導電性中間層4を形成する工程とを有している。
なお、上記RuO2層3の厚さは、100〜1000nmとされる。
上記RuO2分散液は、例えばRuO2粒3aと、有機溶媒としてアセチルアセトンとエタノールとを混合したRuO2インクである。
上記RuO2粒3aは、その平均粒径が10〜100nmのものが使用されるが、特に50nm程度のものが好ましい。
有機溶媒には分散剤を含んでもよく、分散剤としては吸着基を複数持つポリマー型のものが好ましい。
上記貴金属ペーストは、例えばガラスフリットを含有したAuペーストである。
具体的には、RuO2粒3aを含有したRuO2分散液をサーミスタ素体2上にスピンコート等で塗布し、例えば150℃,10minで乾燥させると、RuO2分散液中のアセチルアセトンとエタノールとは蒸発してRuO2粒3a同士が互いに接触した状態のRuO2層3が形成される。このとき、RuO2粒3a同士の接触部分以外には、微細な隙間が生じている。
具体的には、RuO2層3上にシリカゾルゲル液をスピンコート等で塗布すると、RuO2層3中にシリカゾルゲル液がRuO2粒3a間の微細な隙間に浸透し、例えば150℃,10minで乾燥させることでエタノールと水と硝酸とが蒸発し、隙間内にSiO2だけが残存する。このとき、SiO2がRuO2粒3aのバインダーとして機能する。このように、互いに接触しているRuO2粒3a間の微細な隙間にSiO2が介在した導電性中間層4が形成される。
このようにして、図2及び図4に示すように、Auの電極層5が導電性中間層4上に形成されたサーミスタ素子1が作製される。
これらの写真からわかるように、RuO2粒同士が接触及び密着した状態で導電性中間層を形成している。
このサーミスタ素子1について、金メタライズされたAlN基板に箔状のAu−Snはんだを用いてN2フロー中、325℃の条件で実装した。このサーミスタ素子を実装したAlN基板を配線がなされたプリント基板上に接着剤で固定し、Auワイヤーボンディングによって評価回路を形成し、評価用のサンプルとした。
ヒートサイクル試験は、−55℃で30minと、200℃で30minとを1サイクルとし、これを25サイクル及び50サイクル繰り返したヒートサイクル試験前後で測定した、25℃における抵抗値の変化率の結果を、表1及び図7に示す。このヒートサイクル試験では、−55℃で30minと200℃で30minとの間に、常温(25℃)で3minを挟んで行っている。
なお、比較例として、本発明の導電性中間層を採用せず、サーミスタ素体上にAuペーストを直接塗布し、焼き付け処理したものを同様に、試験を行った結果も、表1及び図7に示す。なお、実施例、比較例のいずれも素子20個について測定し、その平均値である。
Claims (5)
- サーミスタ材料で形成されたサーミスタ素体と、
前記サーミスタ素体上に形成された導電性中間層と、
前記導電性中間層上に形成された電極層とを備え、
前記導電性中間層が、電気的に互いに接触したRuO2粒による凝集構造を有し、前記凝集構造の隙間にSiO2が介在しており、厚さが100〜1000nmであることを特徴とするサーミスタ素子。 - 請求項1に記載のサーミスタ素子において、
−55℃で30minと、200℃で30minとを1サイクルとし、これを50サイクル繰り返したヒートサイクル試験前後で、25℃での抵抗値の変化率が2.5%未満であることを特徴とするサーミスタ素子。 - サーミスタ材料で形成されたサーミスタ素体上に導電性中間層を形成する中間層形成工程と、
前記導電性中間層上に電極層を形成する電極形成工程とを有し、
前記中間層形成工程が、RuO2粒と有機溶媒とを含有したRuO2分散液を前記サーミスタ素体上に塗布し、乾燥させてRuO2層を形成する工程と、
前記RuO2層上にSiO2と有機溶媒と水と酸とを含有したシリカゾルゲル液を塗布し、前記RuO2層中に前記シリカゾルゲル液を浸透させた状態で乾燥させ前記導電性中間層を形成する工程とを有していることを特徴とするサーミスタ素子の製造方法。 - 請求項3に記載のサーミスタ素子の製造方法において、
前記電極形成工程が、貴金属を含む貴金属ペーストを前記導電性中間層に塗布する工程と、
塗布した前記貴金属ペーストを加熱して焼き付けて前記貴金属の前記電極層を形成する工程とを有していることを特徴とするサーミスタ素子の製造方法。 - 請求項3又は4に記載のサーミスタ素子の製造方法において、
前記RuO2層の厚さを、100〜1000nmとすることを特徴とするサーミスタ素子の製造方法。
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