JPH01209701A - ガラス封止型サーミスタ素子 - Google Patents
ガラス封止型サーミスタ素子Info
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- JPH01209701A JPH01209701A JP3473388A JP3473388A JPH01209701A JP H01209701 A JPH01209701 A JP H01209701A JP 3473388 A JP3473388 A JP 3473388A JP 3473388 A JP3473388 A JP 3473388A JP H01209701 A JPH01209701 A JP H01209701A
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- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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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、ガラス封止型のサーミスタ素子、特に、高温
度用のガラス封止型サーミスタ素子に関する。
度用のガラス封止型サーミスタ素子に関する。
〈従来の技術〉
高温用温度センサとして用いられるサーミスタ素子は、
感温抵抗体の電気抵抗の温度依存性を利用した温度セン
サであり、温度測定や温度制御用に汎用されている。
特に高温用としては、例えば自動車排気ガス温度検出セ
ンサ、石油・ガス燃焼制御用センサなどに使用されてい
る。
感温抵抗体の電気抵抗の温度依存性を利用した温度セン
サであり、温度測定や温度制御用に汎用されている。
特に高温用としては、例えば自動車排気ガス温度検出セ
ンサ、石油・ガス燃焼制御用センサなどに使用されてい
る。
このようなサーミスタ素子にガラス封止型サーミスタ素
子、薄膜サーミスタ素子等がある。 このうちガラス封
止型サーミスタ素子の構造は、サーミスタチップに一対
の電極を形成し、この電極にリード線を接続してこれを
ガラス中にて封止するものである。
子、薄膜サーミスタ素子等がある。 このうちガラス封
止型サーミスタ素子の構造は、サーミスタチップに一対
の電極を形成し、この電極にリード線を接続してこれを
ガラス中にて封止するものである。
ガラス封止型のサーミスタ素子では、サーミスタチップ
、封止ガラス、リード線等の構成部材の熱膨張率をほぼ
一致させ、熱的に安定なサーミスタ素子を作製する試み
がなされている。 ところが、ガラスにはガラス転移温
度が存在し、このガラス転移温度域付近では原子やイオ
ンの移動が起こり易くなり、ガラス構造が緩む、 この
ため、ガラスの熱膨張率は、ガラス転移温度以上で急激
に増大することになるので、ガラス封止型のサーミスタ
素子の使用限界温度は、封止に用いられるガラスのガラ
ス転移温度により限定されることになる。
、封止ガラス、リード線等の構成部材の熱膨張率をほぼ
一致させ、熱的に安定なサーミスタ素子を作製する試み
がなされている。 ところが、ガラスにはガラス転移温
度が存在し、このガラス転移温度域付近では原子やイオ
ンの移動が起こり易くなり、ガラス構造が緩む、 この
ため、ガラスの熱膨張率は、ガラス転移温度以上で急激
に増大することになるので、ガラス封止型のサーミスタ
素子の使用限界温度は、封止に用いられるガラスのガラ
ス転移温度により限定されることになる。
従9て、高温度用のガラス封止型サーミスタ素子では、
封止ガラスとして一般にガラス転移温度の高いホウケイ
酸ガラスが用いられている。
封止ガラスとして一般にガラス転移温度の高いホウケイ
酸ガラスが用いられている。
〈発明が解決しようとする課題〉
このように、ガラス封止型サーミスタ素子の封止ガラス
に用いられるホウケイ酸ガラスは、通常、ガラス転移温
度が600℃程度以下であり、作業温度も通常1000
℃以上と高いため、ガラス封止の際にサーミスタ素子が
高温にさらされる。 このため、サーミスタチップ、電
極、リード線等が熱により劣化して電気抵抗値が変化し
、安定したサーミスタ特性を得ることができない。
に用いられるホウケイ酸ガラスは、通常、ガラス転移温
度が600℃程度以下であり、作業温度も通常1000
℃以上と高いため、ガラス封止の際にサーミスタ素子が
高温にさらされる。 このため、サーミスタチップ、電
極、リード線等が熱により劣化して電気抵抗値が変化し
、安定したサーミスタ特性を得ることができない。
本発明は、特に500℃以上の高温での常用使用におい
ても安定したサーミスタ特性を有し、しかもガラス封止
時に構成部材の劣化が生じることがないガラス封止型サ
ーミスタ素子を提供することを目的とする。
ても安定したサーミスタ特性を有し、しかもガラス封止
時に構成部材の劣化が生じることがないガラス封止型サ
ーミスタ素子を提供することを目的とする。
〈課題を解決するための手段〉
このような目的は、下記の本発明によフて達成される。
すなわち本発明は、一対の電極層を有するサーミスタチ
ップをガラス中に封止したガラス封止型サーミスタ素子
において、前記ガラスが、ガラス転移温度aOO℃以上
でかつ作業温度1000℃以下であるガラス封止型サー
ミスタ素子である。
ップをガラス中に封止したガラス封止型サーミスタ素子
において、前記ガラスが、ガラス転移温度aOO℃以上
でかつ作業温度1000℃以下であるガラス封止型サー
ミスタ素子である。
また、この場合、前記サーミスタチップが、炭化物、窒
化物、ホウ化物およびケイ化物の1種以上を含む焼結体
であることが好ましい。
化物、ホウ化物およびケイ化物の1種以上を含む焼結体
であることが好ましい。
以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
第1図には本発明のガラス封止型サーミスタ素子の一実
施例が示される。
施例が示される。
第1図に示されるサーミスタ素子1は、サーミスタチッ
プ2上に一対の電極層33.35を有し、好ましくはこ
の電8ifi33.35にリード体43.45を接続し
、これをさらにガラス5にて封止したものである。
プ2上に一対の電極層33.35を有し、好ましくはこ
の電8ifi33.35にリード体43.45を接続し
、これをさらにガラス5にて封止したものである。
サーミスタ素子1のサーミスタチップ2は炭化物、窒化
物、ホウ化物およびケイ化物のうちのlf!以上を含む
ことが好ましい。
物、ホウ化物およびケイ化物のうちのlf!以上を含む
ことが好ましい。
このようなサーミスタ材料のうち、熱膨張率が30 x
10−’〜90 x 10−7d e g−’、より
好ましくは5oxto−’〜70X10−’d e g
−’であるものが好ましい。
10−’〜90 x 10−7d e g−’、より
好ましくは5oxto−’〜70X10−’d e g
−’であるものが好ましい。
熱膨張率が30xlO−7deg−’未満または90
x 10−7d e g−’を超えると高温用サーミス
タに適したリード体、封止ガラス等の選定が困難になる
からである。
x 10−7d e g−’を超えると高温用サーミス
タに適したリード体、封止ガラス等の選定が困難になる
からである。
好ましい炭化物としては、SiC% B4C1TiC%
ZrC,Mo2 C% NbC。
ZrC,Mo2 C% NbC。
Cr5Cx等、また、窒化物としては、BN、TiN、
NbN、Cr= N等、また、ホウ化物としては、Cr
B、ZrB、Mob、W8等、さらにケイ化物としては
、M o S i 2 、Cr S + z t T
r S r hW S i2等がある。
NbN、Cr= N等、また、ホウ化物としては、Cr
B、ZrB、Mob、W8等、さらにケイ化物としては
、M o S i 2 、Cr S + z t T
r S r hW S i2等がある。
このような炭化物、ホウ化物およびケイ化物のうち1
fil1以上を含有することにより、高温域でのB定数
の安定化の点でより好ましい結果を得る。 また、不活
性ガス・中での高温封止の点でも有利となる。
fil1以上を含有することにより、高温域でのB定数
の安定化の点でより好ましい結果を得る。 また、不活
性ガス・中での高温封止の点でも有利となる。
このような材料としては、
A1203−SiC系、
A I z Os −B4 C系、
A 1203− S I CB 4 C系、Al2O5
−84C−BN系、 A 1 z Os −(T i N 、 N b N
)系、Al2O5CrB系、 Al 203− T i S t 2系等、Atコ03
を含むものが挙げられる。 A I 20 sを含む
場合、その含有量は50〜95wt%が好ましい。
−84C−BN系、 A 1 z Os −(T i N 、 N b N
)系、Al2O5CrB系、 Al 203− T i S t 2系等、Atコ03
を含むものが挙げられる。 A I 20 sを含む
場合、その含有量は50〜95wt%が好ましい。
なお、SiCを含む場合、その含有量は50wj%以下
であることが好ましい、 SiC量が増大すると、
ガラス封止の際に生じる発泡が多くなるからである。
であることが好ましい、 SiC量が増大すると、
ガラス封止の際に生じる発泡が多くなるからである。
これらのうちでは、焼成温度、熱膨張率、B定数、電気
抵抗値コントロール性等の点で、下記のものが特に好ま
しい。
抵抗値コントロール性等の点で、下記のものが特に好ま
しい。
すなわちサーミスタ材料が、酸化アルミニウム、炭化ケ
イ素および/または炭化ホウ素を含有する焼結体から構
成され、さらに、酸化アルミニウム、炭化ケイ素および
炭化ホウ素の含有量を、x+y+z冨100wt%にて
、それぞれ順にxwt%、7wt%、zwt%とした場
合、酸化アルミニウム、炭化ケイ素および炭化ホウ素の
組成(x、y%2)が第2図に示されるように、3元組
成図でA (100,O,O)、a (o、o、roo
)、c (so、so、o)によって囲まれ、かつA点
およびB点を含まない組成範囲にあるものである。
イ素および/または炭化ホウ素を含有する焼結体から構
成され、さらに、酸化アルミニウム、炭化ケイ素および
炭化ホウ素の含有量を、x+y+z冨100wt%にて
、それぞれ順にxwt%、7wt%、zwt%とした場
合、酸化アルミニウム、炭化ケイ素および炭化ホウ素の
組成(x、y%2)が第2図に示されるように、3元組
成図でA (100,O,O)、a (o、o、roo
)、c (so、so、o)によって囲まれ、かつA点
およびB点を含まない組成範囲にあるものである。
この場合、好ましくは、
D (95,0,5)% E (5,0,95)、C(
50,50,O)、F (95,5,O)によって囲ま
れた組成範囲、より好ましくは、D (95,0,5)
、G (50,0,50)、C(50゜so、o)、v
(95,5,O)によって囲まれた組成範囲、特に好
ましくはD (95,0,5)、 H(80,0,2
0) 、1 (65,35,0)、 、 F (
95,5,O)によって囲まれた組成範囲により好まし
い結果を得る。
50,50,O)、F (95,5,O)によって囲ま
れた組成範囲、より好ましくは、D (95,0,5)
、G (50,0,50)、C(50゜so、o)、v
(95,5,O)によって囲まれた組成範囲、特に好
ましくはD (95,0,5)、 H(80,0,2
0) 、1 (65,35,0)、 、 F (
95,5,O)によって囲まれた組成範囲により好まし
い結果を得る。
このような組成範囲とするのは、第2図においてA (
100,0,O)点、すなわち酸化アルミニウム100
wt%となると高温でも高抵抗となり、B (0,0,
100)点、すなわち炭化ホウ素100wt%となると
焼結体とするのが困難となるからであり、またBC線よ
り下になると、サーミスタ素子とした時のB定数が大き
くなり、焼結体とするのも困難となるからである。 ま
た、ガラス封止の際の発泡も多発する。
100,0,O)点、すなわち酸化アルミニウム100
wt%となると高温でも高抵抗となり、B (0,0,
100)点、すなわち炭化ホウ素100wt%となると
焼結体とするのが困難となるからであり、またBC線よ
り下になると、サーミスタ素子とした時のB定数が大き
くなり、焼結体とするのも困難となるからである。 ま
た、ガラス封止の際の発泡も多発する。
そして、DF線以下になるとB、Cおよび/またはSi
C添加の結果により所望の抵抗値を得ることができ、ま
た、ECC線上上なると焼結性が向上し、良好なサーミ
スタチップを得ることができる。
C添加の結果により所望の抵抗値を得ることができ、ま
た、ECC線上上なると焼結性が向上し、良好なサーミ
スタチップを得ることができる。
そして、G C練具上となって、A 1 a 03量が
50wt%以上となると焼結性はより一層良好なものと
なる。
50wt%以上となると焼結性はより一層良好なものと
なる。
このような場合、B、Cおよび/またはS i C添加
の効果の一つはAl2O,の抵抗を低下することにある
。 そして、この抵抗低下の効果はDGCFで囲まれる
領域内で発現し、この領域内でB、Cおよび/またはS
iC量が増加するにつれ抵抗値は漸減する。 し か
しGC線をこえると抵抗変化は飽和し抵抗値はほとんど
低下しないことになる。
の効果の一つはAl2O,の抵抗を低下することにある
。 そして、この抵抗低下の効果はDGCFで囲まれる
領域内で発現し、この領域内でB、Cおよび/またはS
iC量が増加するにつれ抵抗値は漸減する。 し か
しGC線をこえると抵抗変化は飽和し抵抗値はほとんど
低下しないことになる。
このため、GECで囲まれる領域内では、通常の場合は
サーミスタとして使用可能であるが、用いる原料によっ
ては抵抗値が低すぎサーミスタとして使用でき11いこ
とがある。 従って、原料により制約を受けないこと、
そして、添加量によって所望の抵抗値に制御できるとい
う点で特にGCC線上上あることが好ましい。
サーミスタとして使用可能であるが、用いる原料によっ
ては抵抗値が低すぎサーミスタとして使用でき11いこ
とがある。 従って、原料により制約を受けないこと、
そして、添加量によって所望の抵抗値に制御できるとい
う点で特にGCC線上上あることが好ましい。
より詳細に述べるならば、原料SiCにはフリーのCお
よびSiの他、0、A1、Fa、Ti等が含有されるが
、SiC含有99wt%程度以上のものでは飽和抵抗値
が104Ωem程度以上となり、GCEで囲まれる領域
内で使用可能である。 しかし前記未満純度のものでは
GC線より下で抵抗値が小さくなってしまう、 また、
原料B、Cには0、N%Fe等が不純物として含有され
るが、純度99wt%程度以上のものではto’Ωcm
以上の飽和抵抗値をもち、GECで囲まれる領域内で使
用可能であるが、上記未満の純度のものではGC線より
下で抵抗値が小さくなってしまう。
よびSiの他、0、A1、Fa、Ti等が含有されるが
、SiC含有99wt%程度以上のものでは飽和抵抗値
が104Ωem程度以上となり、GCEで囲まれる領域
内で使用可能である。 しかし前記未満純度のものでは
GC線より下で抵抗値が小さくなってしまう、 また、
原料B、Cには0、N%Fe等が不純物として含有され
るが、純度99wt%程度以上のものではto’Ωcm
以上の飽和抵抗値をもち、GECで囲まれる領域内で使
用可能であるが、上記未満の純度のものではGC線より
下で抵抗値が小さくなってしまう。
なお、このDHIFで囲まれる領域は、より好ましくは
J (90,0,10)、K(85゜0.15)、L
(80,20,O)、M (To、30.O)で囲まれ
る領域となると、より一層好ましい抵抗値を得ることが
できる。
J (90,0,10)、K(85゜0.15)、L
(80,20,O)、M (To、30.O)で囲まれ
る領域となると、より一層好ましい抵抗値を得ることが
できる。
焼結体中における酸化アルミニウムは化学式A l s
Osで示されるものであり、その平均グレイン粒径は
通常0.1〜10−の範囲にある。 酸化アルミニウム
は化学量論的にその組成を多少はずれてもよい。
Osで示されるものであり、その平均グレイン粒径は
通常0.1〜10−の範囲にある。 酸化アルミニウム
は化学量論的にその組成を多少はずれてもよい。
焼結体中における炭化ケイ素は、化学式SICで示され
るものであり、その平均グレイン粒径は、通常0.1〜
15μの範囲にある。
るものであり、その平均グレイン粒径は、通常0.1〜
15μの範囲にある。
炭化ケイ素は化学量論的にその組成を多少はずれてもよ
い。
い。
焼結体中における炭化ホウ素は、化学式84Cで示され
るものであり、その平均粒径は通常0.1〜15μの範
囲にある。
るものであり、その平均粒径は通常0.1〜15μの範
囲にある。
炭化ホウ素は化学量論的にその組成を多少はずれてもよ
い。
い。
本発明における焼結体では、炭化ケイ素ないし炭化ホウ
素の一部が焼成中に酸化物(酸化ケイ素、酸化ホウ素)
に変化していてもよい。
素の一部が焼成中に酸化物(酸化ケイ素、酸化ホウ素)
に変化していてもよい。
このような焼結体は次のようにして得られる。
所定量の酸化アルミニウム粉末と炭化ケイ素粉末および
/または炭化ホウ素粉末とをエタノール、アセトン等の
溶媒を加えてボールミル等により湿式混合する。
/または炭化ホウ素粉末とをエタノール、アセトン等の
溶媒を加えてボールミル等により湿式混合する。
酸化アルミニウム(A 120 s )粉末としては一
般に平均粒径0.1〜5μで、純度99.5wt%以上
のものを用いる。
般に平均粒径0.1〜5μで、純度99.5wt%以上
のものを用いる。
炭化ケイ素(S i C)粉末としては一般に平均粒径
0.5〜5−で通常純度98wt%以上のものを用いる
。
0.5〜5−で通常純度98wt%以上のものを用いる
。
炭化ホウ素(84C)粉末としては一般に平均粒径O,
S〜5)111で純度9フwt%以上のものを用いる。
S〜5)111で純度9フwt%以上のものを用いる。
溶媒量は粉末の100〜120wt%程度とする。
また、必要に応じてさらに、分散剤等を添加してもよい
。
。
その後上記混合物を室温で加圧成形し、酸素雰囲気中あ
るいは非酸化性雰囲気中で常圧焼結法、ホットプレス(
HP)焼結法、熱間静水圧(HIP)法などによりこの
成形体を焼結した後、放冷して得られる。
るいは非酸化性雰囲気中で常圧焼結法、ホットプレス(
HP)焼結法、熱間静水圧(HIP)法などによりこの
成形体を焼結した後、放冷して得られる。
加圧成形の際の圧力は、500〜2000にg/crf
程度である。
程度である。
焼結時の非酸化性雰囲気としては、N3、A「、He等
の不活性ガス、H,、CO1各梯炭化水素など、あるい
はこれらの混合雰囲気、さらには真空等の種々のもので
あってよい。
の不活性ガス、H,、CO1各梯炭化水素など、あるい
はこれらの混合雰囲気、さらには真空等の種々のもので
あってよい。
常圧焼結法の場合は大気圧でよく、焼結時の温度は16
00〜1900℃、好ましくは1750〜1800℃で
有効である。
00〜1900℃、好ましくは1750〜1800℃で
有効である。
温度が1600℃より低い場合は、長時間焼結しても十
分にはia密化せず、1900℃より高い場合は、A1
.O,とSiCおよび/またはB4Cとの相互反応が激
しくなるからである。
分にはia密化せず、1900℃より高い場合は、A1
.O,とSiCおよび/またはB4Cとの相互反応が激
しくなるからである。
焼結時間は、通常0.5〜2時間であり、特に、175
0℃では1時間程度であることが好ましい。
0℃では1時間程度であることが好ましい。
1(P焼結法の場合、プレス圧力は150〜250
Kg/cnf、温度は1500〜1800℃、特に16
50〜1750℃が好ましい。
Kg/cnf、温度は1500〜1800℃、特に16
50〜1750℃が好ましい。
温度がtsoo℃より低いと、緻富tl焼結体が得られ
ず、1800℃より高いと、Al2O3とSiCおよび
/またはB、Cとの相互反応が激しくなるからである。
ず、1800℃より高いと、Al2O3とSiCおよび
/またはB、Cとの相互反応が激しくなるからである。
焼結時間は、一般に1〜3時間である。
HIP焼結法の場合は、原料粉末の成形体を酸素雰囲気
中あるいは非酸化性雰囲気中(例えば、1200℃まで
真空中、その後はAr雰囲気中等が好ましい)で予備焼
結し、次いでHIP炉内でこの予備焼結体を焼結する。
中あるいは非酸化性雰囲気中(例えば、1200℃まで
真空中、その後はAr雰囲気中等が好ましい)で予備焼
結し、次いでHIP炉内でこの予備焼結体を焼結する。
予備焼結の温度は1400〜1650℃、その時間は1
〜3時間とするのがよい。
〜3時間とするのがよい。
また、)IIP法における温度は1300〜1500℃
、焼結時間は1〜5時間、圧力は1000〜1500K
g/cばであり、酸素雰囲気中あるいはA「等の不活性
雰囲気中で行えばよい。
、焼結時間は1〜5時間、圧力は1000〜1500K
g/cばであり、酸素雰囲気中あるいはA「等の不活性
雰囲気中で行えばよい。
この場合、室温で酸素ガス、Arガス等を300〜40
0Kg/cばまで加圧し、その後、上記のように加熱に
より圧力をかける。
0Kg/cばまで加圧し、その後、上記のように加熱に
より圧力をかける。
このように作製されたサーミスタ材料は、熱膨張係数が
50xlO−’〜80 X 1 o−’/’t:程度で
あり抵抗値が500℃で102〜107Ωcm程度であ
り、400〜800℃の温度範囲で使用ないし保存して
も抵抗値の変化はほとんどないものである。
50xlO−’〜80 X 1 o−’/’t:程度で
あり抵抗値が500℃で102〜107Ωcm程度であ
り、400〜800℃の温度範囲で使用ないし保存して
も抵抗値の変化はほとんどないものである。
また、Bの値は50〜480℃で1000〜5000に
である。
である。
このようなA 120 s −S i C−84C系の
サーミスタ材料については特願昭62−61996号に
詳述されている。
サーミスタ材料については特願昭62−61996号に
詳述されている。
上記のようにして作製したサーミスタ材料をサーミスタ
チップ2として本発明のサーミスタ素子1に適用する。
チップ2として本発明のサーミスタ素子1に適用する。
このようなサーミスタチップ2の寸法は、通常、タテ0
.5〜1.0mm、ヨコ0.5〜1.0mff1.厚さ
0.5〜1.0mm程度である。
.5〜1.0mm、ヨコ0.5〜1.0mff1.厚さ
0.5〜1.0mm程度である。
本発明のサーミスタ素子1の電極層33.35は、通常
、サーミスタ素子に用いられる導電性材料からなる電極
あるいは導電性材料を含有する電極であればどのような
ものであってもよく特に制限はない。
、サーミスタ素子に用いられる導電性材料からなる電極
あるいは導電性材料を含有する電極であればどのような
ものであってもよく特に制限はない。
導電性材料としては、公知の導電性物質を用いればよく
、Au、Ag、Pt、Pd、W。
、Au、Ag、Pt、Pd、W。
Cu、Ni、Mo、A1.Fe、Ti、Mn等、あるい
はPt−Au、Pd−Au、Pt−Pd−Au、Pd−
Ag、Pt−Pd−Ag。
はPt−Au、Pd−Au、Pt−Pd−Au、Pd−
Ag、Pt−Pd−Ag。
Fe−Ni−Co、Fe−Ni%Mo−Mn等の合金な
どいずれも使用可能である。
どいずれも使用可能である。
これらの導電性材料を、気相めつ鯉、液相めっき、溶射
、あるいは箔にしてロウ付等により電極層とすればよい
、 また、これらの導電性材料を、バインダおよび溶剤
、さらに好ましくはこれらに加え酸化物と混合して導電
性ベーストを作製し1、この導電性ペーストをサーミス
タチップに塗布して焼成し、電極層とするいわゆる厚膜
法により形成してもよい、 な お、ペーストは、ガラ
ス分を含有しないガラスフリットレスのものを用いるの
が好ましい、 これは、ガラスフリット入りのものを用
いると、接続の際に発泡が生じる可能性があり、接χ1
性、密着性が悪くなるからである。
、あるいは箔にしてロウ付等により電極層とすればよい
、 また、これらの導電性材料を、バインダおよび溶剤
、さらに好ましくはこれらに加え酸化物と混合して導電
性ベーストを作製し1、この導電性ペーストをサーミス
タチップに塗布して焼成し、電極層とするいわゆる厚膜
法により形成してもよい、 な お、ペーストは、ガラ
ス分を含有しないガラスフリットレスのものを用いるの
が好ましい、 これは、ガラスフリット入りのものを用
いると、接続の際に発泡が生じる可能性があり、接χ1
性、密着性が悪くなるからである。
このような電極層の厚さは、通常、5〜200μm程度
である。
である。
本発明においてサーミスタ素子1のリード体43.45
として用いるリード線は、従来公知のものはいずれも使
用可能であるが、熱膨張率、コスト等の点で、29wt
%Ni−17wt%Co−残Feの組成を有するコパー
ル合金および41〜43wt%Ni−残Feの組成を有
する4210イ合金を用いることが好ましい。
として用いるリード線は、従来公知のものはいずれも使
用可能であるが、熱膨張率、コスト等の点で、29wt
%Ni−17wt%Co−残Feの組成を有するコパー
ル合金および41〜43wt%Ni−残Feの組成を有
する4210イ合金を用いることが好ましい。
コバール合金は熱膨張特性が硬質ガラスのそれとよく一
致しており、硬質ガラス、セラミックのハーメチックシ
ール材として用いられる合金である。 また、4270
イ合金は硬質または軟質ガラス封着材料としてトランジ
スタ、ダイオードのリード線、ICのリードフレーム、
リードスイッチ用のリードなど、種々のハーメチックシ
ールとして使用されている。
致しており、硬質ガラス、セラミックのハーメチックシ
ール材として用いられる合金である。 また、4270
イ合金は硬質または軟質ガラス封着材料としてトランジ
スタ、ダイオードのリード線、ICのリードフレーム、
リードスイッチ用のリードなど、種々のハーメチックシ
ールとして使用されている。
このようなリード線は、その表面を膜厚01〜2.0μ
m程度のNiめつき等、の耐熱膜で被覆すると、ガラス
封止時の酸化防止、耐熱性の点でより一層好ましい結果
を得る。
m程度のNiめつき等、の耐熱膜で被覆すると、ガラス
封止時の酸化防止、耐熱性の点でより一層好ましい結果
を得る。
このようなリード線は、通常直径0.2〜0.5mm、
長さ20〜100mm程度である。
長さ20〜100mm程度である。
このようなリード線を電極層に接続する方法としては、
金ペースト等の導電性ペーストを用いて電気的接触をさ
せ接続する方法、溶接による方法、超音波ボンダーによ
る方法等、種々の方法が可能である。
金ペースト等の導電性ペーストを用いて電気的接触をさ
せ接続する方法、溶接による方法、超音波ボンダーによ
る方法等、種々の方法が可能である。
導電性ペーストを用いる場合は、製造が容易となり、素
子へのダメージの小さい点で好ましいが、この場合、ペ
ーストは導電性粒子と溶剤と必要に応じバインダとを含
有し、上記と同様な理由からガラス分を含有しないガラ
スフリットレスのものを用いるのが好ましい。
子へのダメージの小さい点で好ましいが、この場合、ペ
ーストは導電性粒子と溶剤と必要に応じバインダとを含
有し、上記と同様な理由からガラス分を含有しないガラ
スフリットレスのものを用いるのが好ましい。
なお、導電性ペーストは、前記の電極層に用いたものと
同じペーストを用いてもよい。
同じペーストを用いてもよい。
また、焼成は、電極層を厚膜法により形成する場合、電
極層の焼成と同時に行なってもよい。
極層の焼成と同時に行なってもよい。
第1図には導電性ペースト53.55を用いた例が示さ
れる。
れる。
また、スポット溶接の方法としては、リード線を溶接す
るのに充分な時間の間、融着温度にするように電流を流
す方法や、サーミスタ素子全体を炉の中に置き、融着温
度にする方法等、公知の方法によればよい、 スポット
溶接の方法は、特公昭42−19061号公報等に詳述
されている。
るのに充分な時間の間、融着温度にするように電流を流
す方法や、サーミスタ素子全体を炉の中に置き、融着温
度にする方法等、公知の方法によればよい、 スポット
溶接の方法は、特公昭42−19061号公報等に詳述
されている。
また、超音波ボンダーとしては、従来公知の方法によれ
ばよい。
ばよい。
なお、本発明においては、リードを設けずにサーミスタ
素子を構成してもよい。
素子を構成してもよい。
本発明のガラス封止型サーミスタ素子に用いるガラス5
としては、ガラス転移温度が600℃以上、より好まし
くは600〜700℃、また、作業温度が1000℃以
下、より好ましくは800〜1000℃のガラスである
。
としては、ガラス転移温度が600℃以上、より好まし
くは600〜700℃、また、作業温度が1000℃以
下、より好ましくは800〜1000℃のガラスである
。
ガラス5の組成としては、ガラス転移温度および作業温
度が上記の範囲内のものであれば特に制限はないが、ア
ルカリ土類金属を含有するホウケイ酸ガラスを用いるこ
とが好ましい。
度が上記の範囲内のものであれば特に制限はないが、ア
ルカリ土類金属を含有するホウケイ酸ガラスを用いるこ
とが好ましい。
アルカリ土類金属を含有するホウケイ酸ガラスを用いる
場合、その組成としては、5i02の含有量が40〜8
5wt%、好ましくは40〜70wt%、B、03の含
有量が5〜40wt%、好ましくは10〜40wt%、
さらに好ましくは21〜40wt%のものが好ましい、
また、アルカリ土類金属の含有量は、5〜30wt%
であることが好ましい、 このようなガラス中には、A
l2O5が含有されていてもよく、その場合、AI、O
,の含有量は5wt%以下であることが好ましい。
場合、その組成としては、5i02の含有量が40〜8
5wt%、好ましくは40〜70wt%、B、03の含
有量が5〜40wt%、好ましくは10〜40wt%、
さらに好ましくは21〜40wt%のものが好ましい、
また、アルカリ土類金属の含有量は、5〜30wt%
であることが好ましい、 このようなガラス中には、A
l2O5が含有されていてもよく、その場合、AI、O
,の含有量は5wt%以下であることが好ましい。
なお、これらのガラスは、高温での絶縁抵抗値の低下の
原因となるため、Na、に等のアルカリ成分が1 wt
%以下であることが好ましい。
原因となるため、Na、に等のアルカリ成分が1 wt
%以下であることが好ましい。
このようなサーミスタ素子の製造方法の一例を以下に簡
単に説明する。
単に説明する。
例えば、炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物の1種以
上を含み、熱膨張率が30 X 10−7〜90 x
10−’ d e g−’の直径3インチ程度、厚さ0
.5mm程度のクエへを作製する。 このウェハの両面
に、電極層を形成する。
上を含み、熱膨張率が30 X 10−7〜90 x
10−’ d e g−’の直径3インチ程度、厚さ0
.5mm程度のクエへを作製する。 このウェハの両面
に、電極層を形成する。
このように形成されたクエへを、ダイシングソー等によ
り一辺0.75mm程度の正方形に切断し、チップ化す
る。
り一辺0.75mm程度の正方形に切断し、チップ化す
る。
このようにして得られたチップに、直径0.2〜0.5
mm、長さ20〜100 m m程度のリード線、好ま
しくは材質がコバール合金または4270イ合金のリー
ド線を、前記の方法を用いて接続する。
mm、長さ20〜100 m m程度のリード線、好ま
しくは材質がコバール合金または4270イ合金のリー
ド線を、前記の方法を用いて接続する。
このようなチップを、上記のガラス転移温度および作業
温度を有する直径1.5〜2.5mm程度、長さ5mm
程度のガラス管、好ましくはホウケイ酸ガラス製のガラ
ス管に挿入し、750〜900℃程度の温度にてArガ
ス雰囲気中等の不活性雰囲気中にて封止すればよい。
温度を有する直径1.5〜2.5mm程度、長さ5mm
程度のガラス管、好ましくはホウケイ酸ガラス製のガラ
ス管に挿入し、750〜900℃程度の温度にてArガ
ス雰囲気中等の不活性雰囲気中にて封止すればよい。
その後必要に応じ、500〜750℃、lO〜100時
間程度二一ジングを行なう。
間程度二一ジングを行なう。
〈実施例〉
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明をさらに詳
細に説明する。
細に説明する。
[実施例1]
表1に示される組成を有する直径3インチ、厚さ0.5
mmの複合焼結体を、表1に示される条件にてホットプ
レス焼結して作製した。
mmの複合焼結体を、表1に示される条件にてホットプ
レス焼結して作製した。
得られた複合焼結体の両面に、蒸着により厚さ0.5μ
mのNi電極層を形成し、さらにこの上に、めっきによ
り厚さ1,0μmの白金電極層を形成し、クエへとした
。
mのNi電極層を形成し、さらにこの上に、めっきによ
り厚さ1,0μmの白金電極層を形成し、クエへとした
。
得られたクエへを、外周スライシングマシンによりダイ
アモンドブレードにて一辺0.75mmの正方形に切断
加工し、サーミスタチップを得た。
アモンドブレードにて一辺0.75mmの正方形に切断
加工し、サーミスタチップを得た。
このようなサーミスタチップに直径0.3mm、長さ6
5mmのコバール製リード線を、下記に示す条件にてパ
ラレルギャップ溶接法により接続した。
5mmのコバール製リード線を、下記に示す条件にてパ
ラレルギャップ溶接法により接続した。
(パラレルギャップ溶接条件)
交流電圧 0.60〜0.83V時間
30〜40 m s e cギャップ長 0
.20mm 印加圧力 2.8kg このようにして得られたものを、ガラス転移温度650
℃、作業温度942℃のアルカリ土類金属を含有するホ
ウケイ酸ガラス(バリウムホウケイ酸ガラス)の管(直
径2.5mm、長さ4mm)に挿入し、A「ガス雰囲気
中で800℃にてガラス封止した。 これをエージング
処理して、第1図に示されるような本発明のサーミスタ
素子を種々作製した(サンプルNo、1〜6)。
30〜40 m s e cギャップ長 0
.20mm 印加圧力 2.8kg このようにして得られたものを、ガラス転移温度650
℃、作業温度942℃のアルカリ土類金属を含有するホ
ウケイ酸ガラス(バリウムホウケイ酸ガラス)の管(直
径2.5mm、長さ4mm)に挿入し、A「ガス雰囲気
中で800℃にてガラス封止した。 これをエージング
処理して、第1図に示されるような本発明のサーミスタ
素子を種々作製した(サンプルNo、1〜6)。
これらのサンプルについて、下記の特注を調べた。
(1)ガラス封止前後の抵抗変化率
(2)高温保存(500℃にて5000時間保存)前後
の抵抗変化率 評価は、ガラス封止あるいは高温保存による抵抗値の変
化をΔR,ガラス封止前あるいは高温保存前の抵抗値を
Roとして、 (ΔR/Ro)X100 (%) として算出した。
の抵抗変化率 評価は、ガラス封止あるいは高温保存による抵抗値の変
化をΔR,ガラス封止前あるいは高温保存前の抵抗値を
Roとして、 (ΔR/Ro)X100 (%) として算出した。
[比較例1]
封止ガラスとしてガラス転移温度500℃、作業温度1
058℃のコーニンググラスワークス社製フ056ガラ
スを用いてガラス封止を行ない、比較サンプルを得た(
サンプルNo、))、 封止ガラスの他は、実施例1の
サンプルと同様である。 なお、この場合、上記の本発
明に用いるガラスと同じ800℃では封止することがで
きなかったため、Ar雰囲気中で950℃にて封止を行
なった。
058℃のコーニンググラスワークス社製フ056ガラ
スを用いてガラス封止を行ない、比較サンプルを得た(
サンプルNo、))、 封止ガラスの他は、実施例1の
サンプルと同様である。 なお、この場合、上記の本発
明に用いるガラスと同じ800℃では封止することがで
きなかったため、Ar雰囲気中で950℃にて封止を行
なった。
このサンプルについて、実施例1と同様な特性を測定し
た。 結果を表1に示す。
た。 結果を表1に示す。
[比較例2]
封止ガラスとしてガラス転移温度420℃、作業温度8
20℃の日本電気硝子社製NEGLG−18ガラスを用
い、Ar雰囲気中で750℃にて封止を行なった(サン
プルNo。
20℃の日本電気硝子社製NEGLG−18ガラスを用
い、Ar雰囲気中で750℃にて封止を行なった(サン
プルNo。
8)。
このサンプルについて、実施例1と同様な特性を測定し
た。 結果を表1に示す。
た。 結果を表1に示す。
比較例1のサンプルNo、 フでは、封止ガラスの作
業温度が高いため封止温度を高くせざるを得す、サーミ
スタチップ、リード線が劣化し、抵抗値が増大している
ことがわかる。
業温度が高いため封止温度を高くせざるを得す、サーミ
スタチップ、リード線が劣化し、抵抗値が増大している
ことがわかる。
また、比較例2のサンプルNo、8では、高温保存試験
により封止ガラスが変形してしまい、抵抗値の測定が不
可能となった。
により封止ガラスが変形してしまい、抵抗値の測定が不
可能となった。
なお、コバール製リード線の接続方法をガラスフリット
レス金ペーストを用いる方法に替え、その他はサンプル
No、1〜6と同様にしてサンプルを作製し、これらに
ついて実施例1と同様に特性を測定したところ、表1に
示されるサンプルNo、1〜6と同等の結果を示した。
レス金ペーストを用いる方法に替え、その他はサンプル
No、1〜6と同様にしてサンプルを作製し、これらに
ついて実施例1と同様に特性を測定したところ、表1に
示されるサンプルNo、1〜6と同等の結果を示した。
これらの結果より、本発明の効果が明らかである。
〈発明の効果〉
本発明のガラス封止型サーミスタ素子は、所定のガラス
転移温度および作業温度を有するため、特に600℃以
上の高温での常用使用においても安定したサーミスタ特
性を有し、しかもガラス封止時に構成部材の劣化が生じ
ることがない。
転移温度および作業温度を有するため、特に600℃以
上の高温での常用使用においても安定したサーミスタ特
性を有し、しかもガラス封止時に構成部材の劣化が生じ
ることがない。
第1図は、本発明の一実施例を示す断面図である。
第2図は、本発明に用いるサーミスタ材料の好ましい組
成を表わす三元図である。 符号の説明 1・・・サーミスタ素子、 2・・・サーミスタチップ、 33.35・・・電極層、 43.45・・・リード体、 5・・・ガラス 特許出願人 ティーデイ−ケイ株式会社FIG、1 FIG、2 SiC(Y)
成を表わす三元図である。 符号の説明 1・・・サーミスタ素子、 2・・・サーミスタチップ、 33.35・・・電極層、 43.45・・・リード体、 5・・・ガラス 特許出願人 ティーデイ−ケイ株式会社FIG、1 FIG、2 SiC(Y)
Claims (2)
- (1)一対の電極層を有するサーミスタチップをガラス
中に封止したガラス封止型サーミスタ素子において、 前記ガラスが、ガラス転移温度600℃以上でかつ作業
温度1000℃以下であるガラス封止型サーミスタ素子
。 - (2)前記サーミスタチップが、炭化物、窒化物、ホウ
化物およびケイ化物の1種以上を含む焼結体である請求
項1に記載のガラス封止型サーミスタ素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3473388A JPH01209701A (ja) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | ガラス封止型サーミスタ素子 |
US07/421,771 US4952902A (en) | 1987-03-17 | 1989-10-16 | Thermistor materials and elements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3473388A JPH01209701A (ja) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | ガラス封止型サーミスタ素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01209701A true JPH01209701A (ja) | 1989-08-23 |
Family
ID=12422518
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3473388A Pending JPH01209701A (ja) | 1987-03-17 | 1988-02-17 | ガラス封止型サーミスタ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01209701A (ja) |
-
1988
- 1988-02-17 JP JP3473388A patent/JPH01209701A/ja active Pending
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