JPH03505025A - 主として温度測定用に意図されたサーミスターおよびサーミスターの製造方法 - 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】 主として温度測定用に意図されたサーミスターおよびサーミスターの製造方法 発明の技術分野 本発明は主として温度測定用に意図されたサーミスターに関する。このサーミス ターは設計および構造が簡単でありかつ製造コストが安価である。このサーミス ターの設計は高い精度で温度を読みとることができるように効果的にトリミング を行うことができる。これらの特性により、本発明によるサーミスターは使い捨 ての製品、例えば、使い捨ての医療用温度計に特に好適に使用される。

本発明は、また、サーミスターの製造方法に関する。

発明の背景 サーミスターは抵抗特性が温度により変化する半導体である。このサーミスター の抵抗特性を利用できるようにするために、サーミスターは電気回路と接続する ことができる接点を備えている。サーミスターの抵抗および温度に対する感度は 、半導体の材料の組成、サーミスターの活性物質の物理的寸法および温度により 決定される。

抵抗がサーミスターの材料の物理的寸法に依存するという事実のために、サーミ スターの材料を若干除去し、すなわち、トリミングすることによりサーミスター のオーム値を調整することが可能になる。サーミスターの抵抗は、また、サーミ スター材料上の接触面の面積により決定され、これはサーミスターの材料上の接 触面を若干除去し、すなわち、トリミングすることによりサーミスターのオーム 値を調節することができることを意味する。

異なる型式のサーミスターが知られている。英国特許出願第ＧＢ−Ａ−１４７０ ６３０号明細書には、厚膜プロセスにより製造されたサーミスターが記載されて いる。接触材料の第１層が基板にスクリーン印刷により適用され、複数組の電極 を形成する。焼成後、サーミスター材料の第２層が第１層上に印刷されて電極の 組の上にサーミスタープレートが形成される。再焼成後、サーミスター材料は該 材料の一部分をレーザにより除去することによりトリミングされる。この基板は 個々のサーミスター素子に分割されかつ好適な材料の保護層中に封入される。

英国特許出願第ＧＢ−Ａ−１２８７９３０号明細書には、接触材料の第１層と、 第１層を完全に封入したサーミスター材料の第２層とからなり、二つの電極面が サーミスタ一層上に平行に配列されたサーミスターが記載されている。

英国特許出願第ｃＢ−Ａ−１２２６７８９号明細書には、下側電極面と上側電極 面との間のサーミスタープレートからなる基板上に配置された同様なサーミスタ ーが示されている。

電極面は基板上で反対の方向に延びて、電気回路と接続するための接触面を形成 している。

従来知られているいかなるサーミスターも正確なトリミングにより高い精度を維 持すると共に異なる用途に簡単にかつ非常に高い融通性をもって適応可能に設計 されていない。このことはサーミスターを使い捨て製品、例えば、使い捨て温度 計として使用可能にするために十分に低いコストでサーミスターを生産しかつト リミングするために不可欠である。

発明の要約 したがって、本発明の目的は特に温度を測定するために特に設計されかつ使い捨 てとして使用するために好適であると共に、高い精度を有しかつ大きい融通性を もって適用できるサーミスターを製造することである。

それ故に、サーミスターは、精度に関する厳しい必要条件にもかかわらず、高度 の自動化および高い製造速度により非常に効率的に製造可能でなければならない 。サーミスターの絶対抵抗はサーミスターを異なる温度範囲内で動作可能にする ために非常に大きい融通性をもって変更することができると共に、同じ合理的な 製造方法およびトリミング手法を実施することができなければならない。

本発明はキャリヤー上に相互に隣接しかつ直列に接続された少なくとも２個のサ ーミスタープレートを備え、前記サーミスタープレートが好ましくは細長い間隙 により相互に離隔され、かつ前記サーミスタープレートの上面が上側を頂面によ り十分に被覆され、該サーミスタープレートが該サーミスタープレートの最大の 合計面積が一定に保たれるようにキャリヤー上の限定された領域内に配置され、 一方サーミスターの全抵抗を異なる値に調節するために各々の個々のサーミスタ ーの表面のサイズがキャリヤー上の前記の限定された領域内の間隙の位置を移動 することにより可変であることを特徴とするサーミスターの設計によりこれらの 目的を達成するものである。

本発明によるサーミスターの製造方法は、サーミスターが厚膜プロセス、すなわ ち、キャリヤーの限定された領域上に接触材料の第１層をスクリーン印刷して１ 個またはそれ以上の下側電極面を形成し、サーミスター材料の第２層をスクリー ン印刷して下側電極面上に配置されかつ好ましくは細長い間隔だけ相互に離隔さ れたサーミスタープレートを形成し、かつ接触材料の第３層をスクリーン印刷し てサーミスタープレートを十分に被覆する１個またはそれ以上の上側電極面を形 成し、前期上側電極面が所定の抵抗値となるようにトリミング（ｔｒｉｍｍｅｄ ）される方法により製造されることを特徴とするものである。

本発明の別の有利な特徴は本発明の実施例に関する以下の説明および請求の範囲 から明らかになろう。

キャリヤー上の限定された領域内に間隙により離隔されかつ直列に接続された２ 個またはそれ以上のサーミスタープレートを有するサーミスターの設計は単にキ ャリヤー上の間隙の位置を変更することによりサーミスターの全抵抗を非常に高 い最大値から低い最小値まで変更することができる利点が得られることを意味す る。各々のサーミスタープレートの部分抵抗は面積に反比例し、かつサーミスタ ーの全抵抗は直列に接続されたサーミスタープレートの部分抵抗の合計である。

サーミスタープレート間のサイズの差が大きい程、すなわち間隙が限定された領 域が端縁に向かってさらに外方に配置される程、サーミスターの全抵抗値（オー ム値）が高くなる。サーミスタープレートのサイズが等しいときに、最も低いオ ーム値が得られる。サーミスターに２個よりも多数のサーミスタープレートを設 けることにより、全抵抗をさらに高めることができる。

上側電極面のサイズはサーミスタープレートのサイズにより調節され、これはキ ャリヤー上の間隙の位置と関係無く上側電極面の合計が一定であることを意味す る。

これは間隙の位置の変化にもかかわらずトリミングのために利用される総面積が 変化せず、それにより異なる抵抗性能を有するサーミスターのために同じ効果的 なトリミング方法を使用できることを特徴する請求の範囲に記載のサーミスター は異なる温度範囲内の温度の測定のために使用することができる。これらの特性 はサーミスターに融通性を与えかつ製造方法の簡単な変更、例えば、スクリーン 印刷方法のスクリーンを取り替えることにより同じ効果的な方法および高い精度 を維持してサーミスターの応用分野を拡げることを可能にする。

本発明によるサーミスターのさらに別の利点はサーミスターの要求された精度の 如何によりサーミスターをトリミングする上側電極面を選択できることである。

例えば、上側電極面の一方が他方よりも大きい２個のサーミスタープレートを有 するサーミスターにおいては、一方の表面をトリミングする効果が他方の表面を トリミングする効果と異なり、すなわち、抵抗の変化百分率がどちらの表面をト リミングするかによって変化する。もしも大きい表面をトリミングすると、精度 がより高くなる。

高い精度が要求される場合には、好ましくは小さい表面を粗くトリミングしかつ 大きい表面を緻密にトリミングすることができる。小さい表面がトリミングされ るときは、トリミング速度が増大し、これは大きい表面を粗くトリミングしかつ 小さい表面を緻密にトリミングすると、トリミング速度が早くなるがトリミング の精度が低下することを意味する。トリミングのその他の組合わせ、例えば、表 面の一方に一回だけトリミングするこ、とまたは一方の表面のみに数回トリミン グすることも本発明の範囲内で行うことができる。

電気回路とのサーミスターの接続は、電気導体を電極面に直接に接続しまたは電 極面と接続された特殊の接触面と接続することにより行うことができる。これら の導体は電極面まｔ；は接触面に種々の方法、例えば、にかわによる接着、半田 づけ、ポンディングまたはばね接触により接続することができる。また、この特 殊の接触面はサーミスタープレートと直接に接触しないように延長されるが、こ れは導体を例えば半田づけにより接続するときにサーミスターの材料が加熱され 、その結果材料の性状が変化するおそれが減少するという利点が得られる。

図面の簡単な説明 本発明の一実施例およびその変をを添付図面について以下に詳細に説明する。

添付図面において、第１図はトリミング前のサーミスターの第１実施例の斜視図 を示し、 第２Ａ図ないし第２Ｅ図は第１図に示した実施例のサーミスターの異なる層を示 し、 第３図は基板上の第１図による複数個のサーミスターを示し、 第４Ａ図はサーミスターの第２実施例を示し、第４Ｂ図は第４Ａ図に示したサー ミスターの断面を示し、 第５Ａ図および第５Ｂ図は第４Ａ図および第４Ｂ図と同様にトリミングによる切 断および重合体保護層による封入を行う前のサーミスターの第３実施例を示し、 第６Ａ図および第６Ｂ図は第４Ａ図および第４Ｂ図と同様にサーミスターの第４ 実施例を示し、第７Ａ図および第７Ｂ図は第４Ａ図および第４Ｂ図と同様にトリ ミングによる切断および重合体層による封入を行なっていないサーミスターの第 ５実施例を示す。

発明の好ましい実施例の詳細な説明 第１図は厚膜プロセスにより好ましくは製造されｔ；本発明によるサーミスター を示す。切欠部により約２００個のキャリヤー（１０）を有するようにした好ま しくは酸化アルミニウムにより構成された不導体の基板（８）（第３図参照）上 に導電性の接触材料の第１層がスクリーン印刷方法により適用され、各々のキャ リヤー（１０）上に第１電極面（１２）、すなわち、下部導体が形成される。こ れは第２Ａ図にさらに明瞭に示されている。基板（８）を乾燥させ、印刷の溶剤 を除去しその後ベルト炉内で焼成が行われる。

第２Ｂ図はサーミスターペーストのスクリーン印刷された第２層を有するキャリ ヤー（ｌＯ）を示し、２個の別個のサーミスタープレート（１４，１６）を構成 し、サーミスタープレート（１４，１６）の間に開口した間隙（１８）が形成さ れている。サーミスタープレート（１４，１６）の表面積はサーミスタープレー ト（１４，１６）の間の間隙（１８）以外のプレート（２０）の外縁が第１電極 面の外縁（２２）の外側に配置されるように画定される。接触およびサーミスタ ー材料の二つの層を有する基板（８）は再び乾燥される。

第２Ｃ図（第１図をも参照）は基板（８）上に導電性の接触材料の追加的な層が スクリーン印刷されそれによりサーミスタープレート（１４，１６）の各々の上 に第２電極プレー　ト（２４，２６）を形成し、これらの電極面が上側導体を構 成する方法を示す。これらの電極面（２４，２６）は、その外側の輪郭（２８） がサーミスタープレート（１４，１８）の外縁（２０）の内側に配置され、ただ しキャリヤー（１０）と直接に接触する接触面（３０，３２）を構成する各々の 電極の一部分だけは、サーミスタープレート（１４，１６）を越えて延びるよう に設計されている。

！極面の間の、すなわち、下側導体（１２）と上側導体（２４，２６）との間の 短絡を防止するために、上側導体（２４，２６）の面積をサーミスタープレート （１４，１６）の面積よりも小さくしかつサーミスタープレート（１４，１６） の面積を下側導体（１２）の面積よりも大きくすることが不可欠である。

ここで、基板を再び乾燥させかつベルト炉内で焼成する。

サーミスターの抵抗の調節はサーミスターの上側電極面（２４，２６）をトリミ ングすることにより行われる。（第２Ｄ図参照）トリミングは２段階、すなわち 、粗トリミングおよび精密トリミングにより行われることが好ましい。

第１図及び第２図に示したサーミスターの実施例においては、粗トリミング（３ ４）が２個の上側電極面の一方（２４）、好ましくは小さい電極面で行われ、精 密トリミング（３６）が他方の電極面（２６〕、すなわち、大きい！極面で行わ れている。

第２Ｄ図は２個の上側の電極面が複数個の切込みの形状の粗トリミング（３４） および複数個のトリミング穴の形状の精密トリミング（３６）により部分的に除 去される方法を示す。

トリミング完了後、接触面（３０，３２，１以外のサーミスターはスクリーン印 刷方法により重合体層（３８）により被覆される。この被覆はサーミスターを保 護する助けをし、特にサーミスターの老化から保護する。重合体の保護層は第２ Ｅ図に示しである。

第４Ａ図および第４Ｂ図は接触面（３０，３２）の配置について別の実施例のサ ーミスターを示す。上側電極面（２４，２６）上には絶縁層（４０）が配置され ており、絶縁層（４０）には、２個の電極面（２４，２６）の各々に対応する位 置に開口部（４２，４４）が形成されている。絶縁層（４０）上には、２個の接 触面（３０，３２）が配置されている。サーミスタープレート（１４，１６）上 の各々の接触面（３０，３２）は開口部（４２，４４）を通して延びる接続部（ ４６，４８）により電極面（２４，２６）と接続されている。この場合のトリミ ングは、大きい電極面の粗トリミング（３４）および小さい電極面の精密トリミ ング穴（３６）により行われる。

第５Ａ図および第５Ｂ図は２個よりも多゛数、実際には４個のサーミスタープレ ートを有するサーミスターの一実施例を示す。キャリヤー（１０）は２個の下側 電極面（１２゜１３）を備えている。電極面（１２，１３）上には、４個のサー ミスタープレート（１４，１５，１６，１７）が組をなして配置されている。サ ーミスタープレート（１４，１５，１６，１７）上には、３個の上側電極面（２ ４，２５，２６）が配置されている。２個の最も外側の電極面（２４，２６）は ２つの接触面（３０，３２）と接続されている。真中の上側電極面（２５）は２ 個の中間のサーミスタープレート（１５，１６）を−緒に直列に接続している。

第６Ａ図および第６Ｂ図は２個のサーミスタープレート（１４，１６）により完 全に被覆された２個の下側電極（１２，１３）を備えたサーミスターを示す。こ のサーミスターは粗トリミングおよび精密トリミングが実施された１個の上側電 極面（２４）のみを含む。その後、キャリヤー（１０）の上側部分全体は絶縁層 （４０）により被覆される。キャリヤー（１０）の下側には、２個の接触面（３ ０，３２）が配置されかつキャリヤー（１０）に形成された接続用開口部（４２ ，４４）を介して２個の下側電極面（１２，１３）と接続されている。

第７Ａ図および第７Ｂ図は３個の下側電極面（１１，１２゜１３）上に配置され た３個のサーミスタープレート（１４，１５゜１６）からなるサーミスターの別 の実施例を示す。これらの３個の下側の電極面の最も外側の２個の電極面の一方 （１１）はサーミスタープレート（１４）を越えて延びて２個の電極面（３０） の一方を形成している。その他の２個の下側電極面（１２，１３）はそれぞれの 隣接したサーミスタープレート 面（２４，２５）を形成し、一方間時に２個の延長した電極面（２４，２５）は これにより３個のサーミスタープレート（１４゜１５．１６）を直列に接続して いる。第３の最も外側のサーミスタープレート（１６）上には、第３上側電極面 （２６）が形成されている。第３上側電極面（２６）はサーミスタープレート（ １６）の外側に延びてキャリヤー（１０）上に変えられた他方の接触面（３２） を形成している。

本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載の範囲内 でいくつかの変型が思いつかれよう。例えば、上側電極面の任意の１個または数 個にトリミングを行うことができ、かつトリミング面を異なる外形に仕上げるこ とができる。サーミスタープレートの数を２個以上に変えることができる。同様 に、上側電極面および下側電極面の数は、３個またはそれ以上にすることにより サーミスタープレートを直列に接続して該電極面の１個またはそれ以上が下側電 極面を構成しかつ該電極面の１個またはそ江以上が上側電極面を構成することが できるようにすることができる。

！極面およびサーミスタープレートは正方形および長方形以外の形状のキャリヤ ー上に形成することができる。

電極面およびサーミスタープレートは、例えば、これらが間に１個またはそれ以 上の間隙を有する同心円から構成されるように、円形に形成することができる。

Ｆ旧、２Ａ ＦＩＧ、２Ｂ Ｆ旧、２Ｄ ｎコ ＦＩＧ、４Ａ ＦＩＧ、５Ａ ＦＩ［３，６Ａ ＩＰ＋ｅ＋＊ａ＋１６ｗ−＾−”−”−Ｎ−ＰＣＴ／ＳＥ８９１００３０６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．好ましくは温度測定のために意図されたサーミスターであって、該サーミス ターがキャリヤー（１０）上に相互に隣接しかつ直列に接続された少なくとも２ 個のサーミスタープレート（１４〜１７）を備え、前記サーミスタープレートは 、好ましくは細長い間隙（１８）により相互に離隔されかつ前記サーミスタープ レートの上面が上側電極面（２４〜２６）により十分に被覆され、該サーミスタ ープレート（１４〜１７）は該サーミスタープレート（１４〜１７）の最大の合 計面積が一定に保たれるようにキャリヤー（１０）上の限定された領域内に配置 され、一方サーミスターの全抵抗を異なる値に調節するために各々の個々のサー ミスターの表面のサイズがキャリヤー（１０）の前記の限定された領域内の間隙 （１８）の位置を移動することにより可変であることを特徴としたサーミスター 。 ２．サーミスターが３個またはそれ以上の電極面（１２〜１３，２４〜２６）を 備え、該電極面のうちの１個またはそれ以上の下側電極面（１２，１３）がキャ リヤー（１０）とサーミスタープレート（１４〜１７）との間に配置されかつ１ 個またはそれ以上の上側電極面（２４〜２６）がサーミスタープレート（１４〜 １７）上に配置され、前記上側電極面（２４〜２６）がサーミスターの所定の抵 抗が得られるようにトリミングされたことを特徴とする請求項１に記載のサーミ スター。 ３．電極面（１２〜１３，２４〜２６）のうちの２個の電極面の各各がサーミス タープレート（１４〜１７）と直接に接触しないでそれら自体の接触面（３０， ３２）と接続され、これらの接触面が電気回路と接続されるようになっているこ とを特徴とする請求項２に記載のサーミスター。 ４．サーミスターがキャリヤー（１０）上に配置された下側電極面（１２）と、 下側電極面（１２）上に配置された２個のサーミスタープレート（１４，１６） と、各々がサーミスタープレート（１４，１６）上に配置されかつ該サーミスタ ープレートを本質的に被覆した２個の上側電極面（２４，２６）とを備えたこと を特徴とする請求項３に記載のサーミスター。 ５．２個の上側電極面（２４，２６）がサーミスタープレート（１４，１６）を 越えて延びてキャリヤー（１０）と直接に接触するようになった接触面（３０， ３２）を形成することを特徴とする請求項４に記載のサーミスター。 ６．下側電極面の外縁（２２）がサーミスタープレートの間の間隙（１８）を除 いてサーミスタープレートの外縁（２０）の内側に隣接して配置されかつ上側電 極面の外縁（２８）がサーミスタープレートの外縁（２０）の内側に主として隣 接して配置されたことを特徴とする請求項５に記載のサーミスター。 ７．サーミスターが厚膜スクリーン印刷方法により製造されることを特徴とする 請求項１に記載のサーミスター。８．キャリヤー（１０）が酸化アルミニウムの 不導体の基板からなることを特徴とする請求項１に記載のサーミスター。 ９．上側電極面（２４，２６）上に絶縁層（４０）が配置され、該絶縁層（４０ ）には該絶縁層上に配置された２個の接触面（３０，３２）を上側電極面（２４ ，２６）と接続するための接続部（４６，４８）を延在させる２個の開口部（４ ２，４４）が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のサーミスター。 １０．サーミスタープレートの一方（１６）が他方（１４）よりも大きくかつ対 応した上側電極面（２６）もまた他方の電極面（２４）よりも大きく形成されて いることを特徴とする請求項４に記載のサーミスター。 １１．上側電極面の一方、好ましくは、小さい電極面（２４）に粗トリミング（ ３４）が行われかつ他方の上側電極面（２６）に精密トリミング（３６）が行わ れることを特徴とする請求項１０に記載のサーミスター。 １２．２個のサーミスタープレート（１４，１６）のサイズが等しくかつ対応し た上側電極面（２４，２６）のサイズもまた等しくなっていることを特徴とする 請求項４に記載のサーミスター。 １３．サーミスターがキャリヤー（１０）上に配置された２個の下側電極面（１ ２，１３）と、下側電極面（１２，１３）上に配置されかつ該下側電極面を被覆 した２個のサーミスタープレート（１４，１６）と、サーミスタープレート（１ ４，１６）上に配置された上側電極面（２４）とキャリヤー（１０）の下側に配 置された２つの接触面（３０，３２）を備え、前記接触面（３０，３２）がキャ リヤー（１０）の開口部（４２，４４）を通してそれぞれの下側電極面（１２， １３）と接続されたことを特徴とする請求項３に記載のサーミスター。 １４．サーミスターが厚膜プロセス、すなわち、キャリヤー（１０）上の限定さ れた領域上に接触材料の第１層をスクリーン印刷して１個またはそれ以上の下側 電極面（１２，１３）を形成し、サーミスター材料の第２層をスクリーン印刷し て下側電極面（１２，１３）上に前置されかつ好ましくは細長い間隙により相互 に離隔されたサーミスタープレート（１４〜１７）を形成させ、かつ接続材料の 第３層をスクリーン印刷してサーミスタープレート（１４〜１７）を十分に被覆 する１個またはそれ以上の上側電極面（２４〜２６）を形成し、前記上側電極面 （２４〜２６）を所定の抵抗値となるようにトリミングすることにより製造され ることを特徴とするサーミスターを製造する方法。 １５．複数個の好ましくは２００個のキャリヤー（１０）からなる基板（８）上 に異なる層がスクリーン印刷されることを特徴とする請求項１４に記載のサーミ スターを製造する方法。 １６．トリミングされた上側電極面（２４〜２６）上に重合体の追加的な保護層 がスクリーン印刷されることを特徴とする請求項１５に記載のサーミスターを製 造する方法。