JPH0294402A - ガラス封止型高温用サーミスタ素子 - Google Patents

ガラス封止型高温用サーミスタ素子

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JPH0294402A
JPH0294402A JP24559388A JP24559388A JPH0294402A JP H0294402 A JPH0294402 A JP H0294402A JP 24559388 A JP24559388 A JP 24559388A JP 24559388 A JP24559388 A JP 24559388A JP H0294402 A JPH0294402 A JP H0294402A
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透 木練
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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】 産業上の利用分野 本発明は、ガラス封止型高温用サーミスタ素子に関する
ものである。さらに詳しくいえば、本発明は、高温での
使用においても、電気抵抗値を維持することができ、安
定したサーミスタ特性を有するカラス封止型高温用サー
ミスタ素子に関するものである。
従来の技術 従来、サーミスタ素子は、その感温抵抗体の電気抵抗の
温度依存性を利用して、温度測定や温度制御用などの温
度センサとして、多くの分野において広く用いられてい
るが、近年、機器の電子制御化が進むに伴い、厳しい条
件下での使用においても信頼の高いものが要求されるよ
うになってきている。例えば自動車排気ガス温度検出セ
ンサや石油・ガス燃焼制御用センサなどに用いられるサ
ーミスタ素子は高温に耐え、かつ絶縁性などの特性も安
定であるものが要求される。
該サーミスタ素子には、ガラス封止型や薄膜型などがあ
り、このうちガラス封止型サーミスタ素子は、それぞれ
にリード線が接続された一対の電極を有するサーミスタ
チップがガラス中に封止された構造を有している。
このようなガラス封止型サーミスタ素子において用いら
れる封止用ガラスとしては、従来に、O・PbO・5i
n2系、NazOI LoS 65i02系、KzO”
 AQzOs ’B、0.・5iO1系、K、O・B、
0.・5in2系等のアルカリ含有ガラスが用いられて
いたが、これらのものは電気抵抗値が500°0以上で
106Ωcm以下となり、この温度以上で用いられる高
温サーミスタの封止ガラスとするにはリード線間の絶縁
性等に問題が生じることから、高温、特に500℃以上
での使用は困難であるため、用途の制限を免れなかった
発明が解決しようとする課題 本発明は、このような事情のもとで、500℃以上の高
温での使用においても、高い電気抵抗値を維持すること
ができ、安定したサーミスタ特性を有するガラス封止型
サーミスタ素子を提供することを目的としてなされtこ
ものである。
課題を解決するための手段 本発明者らは、前記の好ましい性質を有するガラス封止
型サーミスタ素子を開発するために鋭意研究を重ねた結
果、ガラスの電気抵抗値を500℃以上で106Ωcm
以上にするためには、実質的にアルカリ金属成分を含有
していないガラスがその目的に適合しうろことを見出し
、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、サーミスタチップの両側に一対の
電極層を設け、該電極層のそれぞれに鉄系合金から成る
耐熱リード線を接続し、ガラスで封止したガラス封止型
高温用サーミスタ素子において、該ガラスが実質的にア
ルカリ金属成分を含有しないガラスから成るサーミスタ
素子を提供するものである。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明のサーミスタ素子は、実質的にアルカリ金属成分
を含有していないガラス(以下無アルカリガラスという
)から成ることが必要である。ここで実質的にアルカリ
金属成分を含有していないというのは、アルカリ金属の
総量が酸化物換算で通常5重量%以下、好ましくは1重
量%以下の範囲にあることを意味する。
また、本発明のガラス封止剤に用いる無アルカリガラス
としては、耐高温性のものが好ましく、このようなもの
として、例えばガラス転移温度が500 ’O以上、好
ましくは500〜700℃の範囲にあり、かつ作業温度
が1200℃以下、好ましくは800〜1100℃の範
囲にあるもの、特にホウケイ酸系のものが好適である。
次に、本発明のガラス封止型サーミスタ素子を製造する
方法について説明すると、まず、熱膨張率が30 X 
l O−’−90X 10−’deg−’程度の焼結体
から成る直径3インチ程度、厚さ0.5mm程度のウェ
ハーを作製したのち、このウェハーの両面に、電極層を
形成し、次いでこの電極層が形成されたウェハーを、ダ
イシングソーなどにより一辺0.75m1n程度の正方
形に切断し、チップ化する。
この際使用する焼結体については特に制限はなく、従来
サーミスタ材料として慣用されているもの、例えばMn
02−Ni0系、Al2.03−TiO系、Zr0a系
、AQ201−CrOx系、Fe、O,系、スピネル系
、SiC系などを用いることができるが、特に炭化物、
窒化物、ホウ化物及びケイ化物の中から選ばれた少なく
とも1種を含有する焼結体が好ましく用いられる。
このようなサーミスタ材料の中で、特に熱膨張率が30
 X I O−’〜90 X I O−’deg−’、
好ましくは50 X I O−’〜70 X I O−
’deg−’の範囲にあるものが好適である。この熱膨
張率が前記範囲を逸脱すると、高温用サーミスタ素子に
適したリード線や封止ガラスの材料を選定するのが困難
となり好ましくない。
該炭化物としては、例えばSiC,B、C,TiCSZ
rCsMo2、NbC,Cr3C,などが、窒化物とし
ては例えばBNXTiN、 NbN、 CrJなどが、
ホウ化物としては例えばCrB%ZrB1MoBSWB
などが、ケイ化物としては例えばMoS i !、Cr
5i2、TiSi2、WSi2などが挙げられる。
これらの炭化物、窒化物、ホウ化物及びケイ化物の中か
ら選ばれた少なくとも1種を含有する焼結体は、高温域
でのB定数の安定化や不活性ガス中での高温封止の点で
有利である。
このような材料としては、例えばAl220.−3iC
系、AQ20.−B、C系、Al220.−5iC−B
、C系、AQ、OニーB、C−BN系、A420.−(
TiN、 NbN)系、Al2,0.−TiSi、系な
ど、Aff、O。
を含有するものを挙げることができる。これらの材料に
おいては、該Al220.の含有量が50〜95重量%
の範囲にあるものが好ましい。SiCを含有する場合、
その含有量は50重量%以下が好ましく、50重量%を
超えるとガラス封止の際に、発泡が多く生じるおそれが
ある。
一方、電極層については特に制限はなく、従来サーミス
タ素子に慣用されている導電性材料から成る電極あるい
は導電性材料を含有する電極の中から任意のものを選択
して用いることができる。
前記導電性材料としては、公知の導電性物質、例えばA
u%Ags Pts Pd、 W、 Cu、 Ni、M
OlAQ、 Fe。
Ti、 Mnなど、あるいはPL−Au%Pd−Au、
PL−Pd−Au。
Pd−Ag、 Pt−Pd−Ag、 Fe−N1−Go
、 Fe−Ni、 Mo−Mnなどの合金などいずれも
使用可能である。
これらの導電性材料を気相めっき、液相めっき、溶射、
あるいは箔にしてロウ付などにより電極層とすればよい
。また、これらの導電性材料を、バインダ及び溶剤、さ
らに好ましくはこれらに適当な酸化物を加え、混合して
導電性ペーストを作製し、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、該ペーストとしては
、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。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やすく、接続性や密着性が低
下するおそれがある、このような電極層の厚さは、通常
5〜200μmの範囲で選ばれる。
次に、このようにして得られたチップに、直径0.2−
0.5mm、長さ20−100m+程度のリード線を接
続したのち、これを通常直径1.5〜2.5mm、長さ
5mm程度のガラス管に挿入して、アルゴンガス雰囲気
などの不活性雰囲気中で、800〜1000℃程度の温
度において封止し、さらに必要に応じ、500〜750
℃の範囲の温度において、lO〜100時間程度エージ
ングを行うことにより、ガラス封止型サーミスタ素子を
得ることができる。
この際用いられるリード線については特に制限はなく、
従来サーミスタ素子における耐熱リード線として慣用さ
れているもの、例えば29重量%Ni17重量%Co−
残Feの組成を有するコバール合金や41〜43重量%
Ni−残Feの組成を有する42アロイ合金、あるいは
Fe−Cr系合金などから成るものを用いることができ
るが、これらの中で熱膨張率や封止ガラスとの密着性な
どの点からコバール合金から成るものが好適である。こ
のようなリード線は、あらかじめその表面に白金などの
耐熱金属を用いてめっき処理を施したものを用いてもよ
い。
前記リード線としては、通常直径が0.2〜0.5mm
長さ20〜100++tmの範囲にあるものが用いられ
、また、このリード線を該電極層に接続する方法として
は、例えば金ペーストなどの導電性ペーストを用い、電
気的に接触させて接続する方法、溶接による方法、超音
波ボンダーによる方法など、任意の方法を用いることが
できる。
このようにして作製されたガラス封止型サーミスタ素子
の構造を添付図面に従って説明すると、図はサーミスタ
チップlの両側に、一対の電極層4が設けられ、この電
極層4のそれぞれに、リード線3が接続され、さらにリ
ード線の一部を除く全体がガラス封止剤2で封止された
構造を示している。
実施例 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はこれらの例によってなんら限定されるものでは
ない。
なお、サーミスタ素子の高温高電気抵抗性は、サンプル
を500 ’Cにて1000時間保持し、高温保存によ
る抵抗値の変化をΔR1高温保存前の抵抗値をRoとし
て、式 %式% に従って抵抗変化率を求め評価した。
実施例1,2、比較例1,2.3 Al22034309、B、C70g、MgC0,0,
59及びY2O。
0.5gを湿式ボールミルで20時間混合し、乾燥造粒
し、直径3インチに成形したのち、Ar雰囲気中、焼成
温度1600℃1プレス圧200729/ cm2の条
件下で1時間ホットプレス焼結して厚さ0.5mm及び
直径3インチのの複合焼結体を作製した。
このようにして得た複合焼結体の両面に、Nl無電解め
っきにより厚さ1.5μmのNi電極層を形成してウェ
ハとした。次いで、このウェハを、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
の正方形に切断加ヱし、サーミスタチップを得た。
続いて、このチップに、直径0.25Il1m、長さ6
5■のコバール合金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   0.7V 時   間    3 Q m5ec 次に、このようにして得られたものを、第1表から成る
直径2.5mm、長さ4mm管に挿入し、アルゴンガス
雰囲気中で800〜1000℃にて封止したのち、これ
をエージング処理して、図に示されるようなガラス封止
型サーミスタ素子を作製した。
このものについて、高温での電気抵抗性を調べた結果を
第2表に示す。
発明の効果 本発明のガラス封止型高温用サーミスタ素子は、500
℃以上の高温での使用においても、高い電気抵抗値を維
持することができ、安定したサーミスタ特性を有する。
このガラス封止型サーミスタ素子は、例えば自動車排気
ガス温度検出センサや石油・ガス燃焼制御用センサなど
の高温センサとして好適である。
【図面の簡単な説明】
図は本発明のガラス封止型サーミスタ素子の1例の断面
図であって、図中符号lはサーミスタチップ、2はガラ
ス封止剤、3はリード線、4は電極層である。 特許出願人 ティーデイ−ケイ株式会社代 理 人 阿 形 明

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 サーミスタチップの両側に一対の電極層を設け、該
    電極層のそれぞれに鉄系合金から成る耐熱リード線を接
    続し、ガラスで封止したガラス封止型高温用サーミスタ
    素子において、該ガラスが実質的にアルカリ金属成分を
    含有しないガラスから成るサーミスタ素子。 2 封止ガラスのアルカリ金属の総量が酸化物換算で3
    重量%以下である請求項1記載のサーミスタ素子。 3 封止ガラスの電気抵抗値が500℃で10^6Ωc
    m以上である請求項1又は2記載のサーミスタ素子。
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