JPH01278001A - サーミスタ感温構造体 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は　サーミスタ感温構造体の構造に係り、特にセ
ラミック基板上に薄膜又は厚膜製造工程によりサーミス
タ感温素子（以下サーミスタと称す）を形成した基板を
サーミスタ感温構造体とする構造に関するものである。

〔従来の技術〕

サーミスタは感温センサーの１つである。温度センサー
は温度に依存して物理量の変化する部分（素子部）と、
素子部を外部環境から保護する部分（構造体）とにより
構成されている。素子部の形により、バルク形、厚膜形
、薄膜形に区分されるが、１これ等の薄膜形サーミスタ
の素子部は基板表面に感温薄膜、電極薄膜などを形成し
て形作られている。

薄膜構造とした時の熱容量は、バルク形に比べて極めて
小さいので素子の熱容量は、はぼ基板の材質や大きさに
より決まり、従って基板を小形化し高熱伝導化を計るこ
とにより熱応答性を速くすることが出来る。薄膜サーミ
スタ同様、厚膜サーミスタもサーミスタペーストをアル
ミナ基板上に印刷した後焼き付けるもので、素子構造上
薄膜と厚膜サーミスタは類似している。

一方、熱応答性は実装時の構造にも大きく影響される。

即ち、サーミスタは使用目的に応じて金属容器に実装さ
れるか、プラスチックモールドにより保護されるなどし
て実用に供されている。このため素子と容器間の熱的接
触がよく放熱係数を大きくすることが出来れば熱応答性
のよい温度センサーが得られる。

従来の温度センサーのうち、高速熱応答型実装構造の代
表例を第２図に示す。

図に示すようにサーミスタ感温素子８、電極７、アルミ
ナ基板９ａ、ガラス被覆されたサーミスタは金属容器１
０に銀ろう１１等によりろう付けされる。

サーミスタ感温素子８のアルミナ基板９ａと金属容器１
０との間に銀ろう１１を用いＴｉ箔等の中間金属箔１２
をサンドイッチ状に配置した後、それらを真空中で加熱
することによりアルミナ基板９ａは金属容器１０にろう
付けされる。金属容器は使用される目的、環境、実装構
造などによって決まるが、−般的にＦｅ−Ｃｒ合金、銅
、真ちゅう等の材質が用いられる。

表−１に金属容器とアルミナ基板、接合部材の熱伝導率
、及び熱膨張係数を示す。同時に本発明の構造材として
用いる窒化アルミニウム基板の値も比較する。従来のア
ルミナ基板に対して、最も熱膨張係数の値が近い金属容
器としてＦｅ−Ｃｒ合金（５ＵＳ２７）があり、Ｆｅ−
Ｃｒ合金はセラミックスと金属の接合を行う上で比較的
よい組み合わせとなっていた。しかしＦｅ−Ｃｒ合金は
熱伝導率が他の金属に比べ１７ｗ／ｍｋと悪く、更にセ
ラミックスと金属の接着強度を高めるために中間金属層
としてＴｉ箔を設けるため、素子の接合構造が複雑にな
り、感温容器としての材質にも制約され、結果的には熱
抵抗の大きい接合構造となるため熱応答性の点で問題が
あった。

又、温度センサーとしての用途を考えた時に耐熱衝撃性
の点でセラミックスと金属の接合界面はセラミック単体
の場合に比較して信頼性の点で劣るという欠点があった
。

以下余白 表−１ 本本発明実施例 〔発明の目的〕 本発明はかかる上記の問題点を解決するためで高熱伝導
性セラミックスである窒化アルミニウム基板を用いたサ
ーミスタ感温構造体を形成し、窒化アルミニウムセラミ
ックスを感温容器として用いるもので、構造が簡単でか
つ熱応答性に優れた信頼性の高いサーミスタ感温構造体
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

本発明は薄膜ないし厚膜サーミスタ部材を高熱伝導性セ
ラミックスである窒化アルミニウムセラミックス基板（
以下ＡＩＮと称す）上に直接構成したもので、そのＡＩ
Ｎ基板からなるサーミスタ感温素子は感温容器を兼ねる
構造とするよう構成したもので、構造が簡略化され量産
性があり、信頼性が高く、熱応答性に優れたサーミスタ
感温構造体を構成するものである。即ち本発明は、厚膜
構造サーミスタ感温素子、または薄膜構造サーミスタ感
温素子を容器に内蔵したサーミスタ感温構造体に於て、
サーミスタ感温素子を構成する基板と容器に、窒化アル
ミニウム糸セラミックスを用い構成したことを特徴とす
るサーミスタ感温構造体である。

〔実施例による説明〕

第１図は本発明によるサーミスタ感温構造体の実装構造
を示す。

純度９９℃以上、平均粒形１．０μｍ以下のＡＩＮ原料
粉にフッ化カルシウム（ＣａＦ２）を焼結助材として２
ｗｔ％混合の後、非酸化性雰囲気中で１８５０℃−５時
間の焼成により熱伝導率２００ｗ／ｍｋを有するＡＩＮ
焼結体を得る。これより外径５．５層ｍｍ、厚さ０．５
層ｍｍのディスクを打ち抜き、片面を平均面粗さＲａ＝
０．１μｍ以下の鏡面仕上げを行うと共に、ディスク周
辺部を１．Ｏｍｍ巾に、５％ＮａＯＨ溶液を用いアルカ
リエツチングによりＲａ＝０．４ないし０．８μｍ程度
の粗面を作る。次にディスク鏡面仕上げ部にスパッタ、
又は蒸着によりＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの３層からなる電極膜
７を形成する。その後、ＳｉＣ焼結体（純度９９．７％
）をターゲットとし、６５０ないし７５０℃に基板を加
熱しなからＡｒガス中で５ｉＣｙＸｓ膜サーミスタのパ
ターン形成８を行ないＡＩＮを基板に用いたサーミスタ
感温素子を形成する。

その後、Ｎｉ線による内部リードを電極７に接合の後・
オーツゞ−コートガラス被覆６によりサーミスタ感温素
子８を被覆する。

この様にして得られたＡＩＮ基板と同材質からなり、押
出し成形によって得られた６、５０ｍｍ、　１０ｍｍ高
さのＡＩＮパイプ１３ｂの端面とを低融点ガラスＰｂＯ
−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系により接合し、５００℃で焼き付
ける。これに０．４ｍｍ’　Ｎｉメツキした軟Ｃｕｆ＋
！の接続端子２を保持する絶縁板３と支持板４　（ＦＲ
Ｐ成型体）を挿入して内部リード線５と接続端子２とを
半田付けしてサーミスタ感温構造体の実装を完了する。

この様にして得られたサーミスタ感温構造体の実装構造
はサーミスタ感温素子の基板として２００ｗ／ｍｋの高
い熱伝導率を持つＡＩＮ焼結体を用いており、従来の感
温容器に相当する保護容器にもＡＩＮ基板がその役目を
果たしているため、従来品に比べ、構造が簡略化され発
熱体からサーミスタ感温素子へ至るまでの熱抵抗が小さ
な構造となるため温度センサーとして熱応答性に優れた
ものが得られる。

本発明によるサーミスタ感温構造体の熱応答性を第３図
に示す。

最初、サーミスタを室温ＴＯに保持した後、Ｔｏ。

（約９０℃）の湯が濶だされた容器にサーミスタ先端を
接触させ、サーミスタ温度Ｔ　（ｔ）の時間変化を測定
したもので、曲線（ａ）が従来品、曲線（ｂ）が本発明
によるものである。熱時定数は前者が約１．５秒で後者
が０．９秒であり、この熱応答性の高速化はサーミスタ
感温素子の熱抵抗が小さいことに起因する。

熱応答性のよいサーミスタは調理器等の温度センサーと
して最適であるが、窒化アルミ容器を用いた封入型とす
ることにより、腐食性ガス雰囲気中でも使用可能となり
、高温腐食性雰囲気で高速熱応答性の要求される分野で
応用出来る。

又、本発明は薄膜形サーミスタの実施例により説明した
が厚膜形のサーミスタ感温素子にも適用し得ることは言
うまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べたごとく、本発明によれば、熱応答性が良く、
構造が簡単で信頼性に優れたサーミスタ感温構造体の提
供が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサーミスタ感温構造体の構造を示
す斜視図 第２図は　従来のサーミスタ感温構造体の構造を示す斜
視図。 第３図は熱応答特性を示す図。 （ａ）従来構造によるサーミスタ感温構造体の熱応答曲
線。 （ｂ）本発明によるサーミスタ感温構造体の熱応答曲線
。 （Ｃ）破線は６３％応答（熱時定数）を示す。 以下余白 １・・・外部リード線。　　２・・・接続端子。 ３・・・絶縁板。　　　　　４・・・支持板。 ５・・・内部リード線。　　６・・・ガラス被覆。 ７・・・電極。　　　　　　８・・・サーミスタ感温素
子。 ９ａ・・・アルミナ基板。　９ｂ・・・窒化アルミニウ
ム基板１０・・・金属容器。　　　１１・・・銀ろう。 １２・・・中間金Ｈ１箔。　　１３ａ・・・保護容器。 １３ｂ・・・保護容器（窒化アルミニウム）。 １４・・・ガラス封止。 特許出願人　　東北金属工業株式会社 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 厚膜構造サーミスタ感温素子、または薄膜構造サーミス
   タ感温素子を容器に内蔵したサーミスタ感温構造体に於
   て、サーミスタ感温素子を構成する基板と容器に、窒化
   アルミニウム系セラミックスを用い構成したことを特徴
   とするサーミスタ感温構造体。