JPH11251107A

JPH11251107A - 正特性サーミスタの実装構造

Info

Publication number: JPH11251107A
Application number: JP4921298A
Authority: JP
Inventors: Gakuo Haga; 岳夫芳賀
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】過電流保護回路に用いられる正特性サーミス
タ自身のフラッシュ耐圧を高めるとともに、この正特性
サーミスタが実装された場合にも、フラッシュ耐圧が低
下することを抑制する。【解決手段】正特性サーミスタ１１の各主面の周縁部
全周に凸部１２を形成することによって、正特性サーミ
スタ１１自身のフラッシュ耐圧を高める。また、実装状
態において、フラッシュ耐圧の劣化につながる正特性サ
ーミスタ１１からの熱放散を抑制するため、正特性サー
ミスタ１１の電極１４，１５に接続される導電部材の断
面積を小さくして、熱伝導を抑制するとともに、凸部１
２が基板１６に接触しないように低い熱伝導率のスペー
サ２１を配置し、また、接続部材１９が凸部１２に接触
しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、正特性サーミス
タの実装構造に関するもので、特に、正特性サーミスタ
の耐圧性の向上を図るための改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば通信分野における過電流保護回
路には、正特性サーミスタが用いられている。図４に
は、このような用途に向けられている正特性サーミスタ
１の従来の実装構造が断面図で示されている。図４を参
照して、正特性サーミスタ１は、相対向する主面にそれ
ぞれ形成された電極２および３を有する。電極２および
３は、それぞれ、Ｎｉを含む下層２ａおよび３ａと、Ａ
ｇを含む上層２ｂおよび３ｂとの２層から構成されると
ともに、下層２ａおよび３ａの周縁にギャップを残して
上層２ｂおよび３ｂが形成され、下層２ａおよび３ａの
Ｎｉが露出するようにされる。

【０００３】この正特性サーミスタ１は、たとえばセラ
ミックからなる基板４に実装される。基板４は、電極２
および３にそれぞれ電気的に接続される導電部材を有し
ている。この従来例では、導電部材は、基板４上に形成
された導電ランド５および６、導電ランド６に半田（図
示せず。）を介して接続された接続部材８、導電ランド
５と電極２とを電気的に接続するように付与される半田
９、ならびに、接続部材８と電極３とを電気的に接続す
るように付与される半田１０を備える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような正特性
サーミスタ１を、特に有線系の通信機で使用される過電
流保護用正特性サーミスタとして用いられるときには、
６００Ｖもの高電圧の印加試験に耐え得ることが求めら
れている。しかしながら、正特性サーミスタ１に電圧を
印加すると、印加直後では正特性サーミスタ１が低抵抗
であるため、突入電流が多く流れて、正特性サーミスタ
１が予定以上に高温となり、主面とほぼ平行な面に沿っ
て割れる、層状割れと言う現象が生じることがある。

【０００５】このように、正特性サーミスタ１に突入電
流を流したとき、正特性サーミスタ１が層状割れに至る
直前の電圧は、フラッシュ耐圧と呼ばれている。このフ
ラッシュ耐圧を高めるためには、正特性サーミスタ１の
サイズを大きくし、かつ抵抗値を高くしなければならな
い。しかしながら、その結果、実装面積が大きい、過電
流を減衰させるまでの動作時間が長い、コストが高い、
周囲温度が変化したときの抵抗値の変動が大きい、など
の問題に遭遇する。

【０００６】加えて、上述したような正特性サーミスタ
１の過電流に対する耐圧は、不都合にも、その実装構造
によっては、実装前の単体の状態に比べて、劣化するこ
とがある。これは、セラミック基板４の熱放散性が比較
的高く、正特性サーミスタ１に印加される電気エネルギ
ーを熱エネルギーに変換した際、この熱エネルギーの多
くが半田９および１０ならびに接続部材８等を通して逃
げ、正特性サーミスタ１の熱放散が大きくなりバランス
がくずれるためである。

【０００７】そこで、この発明の目的は、正特性サーミ
スタ自身の耐圧を高めることができるとともに、正特性
サーミスタの耐圧が、基板への実装により劣化すること
を抑制し得る、正特性サーミスタの実装構造を提供しよ
うとすることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した技
術的課題を解決するため、相対向する主面を形成し、各
主面は、その周縁部全周に凸部を形成するとともに、凸
部に囲まれた領域に凹部を形成する形状を有し、かつ、
各主面にそれぞれ電極が形成された、正特性サーミスタ
を、電極にそれぞれ電気的に接続される導電部材を備え
る基板に実装する構造であって、正特性サーミスタから
の導電部材を通しての熱伝導を抑制するための熱伝導抑
制手段を備え、この熱伝導抑制手段は、導電部材の電極
との接続部またはその近傍において、当該導電部材が与
える導電経路の断面積を小さくすること、および導電部
材の電極への接続部を電極の中央またはその近傍に配置
することを含み、さらに、凸部を基板に接触させないよ
うにするための非接触化手段を備えることを特徴として
いる。

【０００９】この発明において、導電部材が、基板上に
形成された導電ランド、およびこの導電ランドと電極と
を電気的に接続するように付与される半田を備える場
合、一実施形態では、熱伝導抑制手段は、基板より熱伝
導率の低い材料からなりかつ導電ランドと電極との間に
位置されるスペーサをさらに含み、導電部材の前記断面
積を小さくした部分は、このスペーサを貫通する位置に
形成される。この場合、スペーサは、非接触化手段を兼
ねるようにされる。

【００１０】この発明において、導電部材は、電極に対
向するように配置されかつ電極に接触する突起を形成し
た導電板によって与えられてもよい。この場合、突起
が、導電部材の前記断面積を小さくした部分として機能
し、また、導電板は、非接触化手段を兼ねている。ま
た、この発明において、正特性サーミスタが、その一方
の電極を基板に向けた状態で配置され、導電部材が、基
板に保持されかつ他方の電極に導電的に接触する接続部
材を含む場合、たとえば、この接続部材の、他方の電極
への接触部分を、当該接続部材の長手方向に対して交差
する方向の断面によって与えることにより、導電部材の
前記断面積を小さくすることができる。また、これに代
えて、この接続部材の、他方の電極への接触部分を、当
該接続部材を屈曲させることによって形成された稜線部
分によって与えるようにしてもよく、これにより、導電
部材の前記断面積を小さくすることもできる。

【００１１】また、この発明において、正特性サーミス
タが、その一方の電極を基板に向けた状態で配置され、
導電部材は、基板に保持されかつ他方の電極に対向する
位置まで延びる接続部材を含む場合、熱伝導抑制手段
は、基板より熱伝導率の低い材料からなりかつ上述の接
続部材と他方の電極との間に位置される第２のスペーサ
をさらに含み、導電部材の前記断面積を小さくした部分
は、この第２のスペーサを貫通する位置に形成され、接
続部材と他方の電極とは、導電部材のこの第２のスペー
サを貫通する部分を介して接続されるようにしてもよ
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の第１の実施形
態による正特性サーミスタ１１の実装構造を示す断面図
である。図１に示した正特性サーミスタ１１は、相対向
する主面を構成し、各主面は、その周縁部全周に凸部１
２を形成するとともに、凸部１２に囲まれた領域に凹部
１３を形成する形状を有している。また、各主面には、
それぞれ、電極１４および１５が形成されている。電極
１４および１５は、それぞれ、Ｎｉを含む下層１４ａお
よび１５ａと、Ａｇを含む上層１４ｂおよび１５ｂとの
２層から構成されるとともに、下層１４ａおよび１５ａ
の周縁にギャップを残して上層１４ｂおよび１５ｂが形
成され、下層１４ａおよび１５ａのＮｉが露出するよう
にされている。

【００１３】この正特性サーミスタ１１は、たとえばセ
ラミックからなる基板１６に実装されている。基板１６
は、電極１４および１５にそれぞれ電気的に接続される
導電部材を有している。この実施形態では、導電部材
は、基板１６上に形成された導電ランド１７および１８
と、導電ランド１８に半田（図示せず。）を介して接続
された接続部材１９と、接続部材１９と電極１５とを電
気的に接続するように付与された半田２０とを備えると
ともに、導電ランド１７と電極１４との間に位置される
スペーサ２１に形成された貫通導体２２と、この貫通導
体２２と導電ランド１７および電極１４の各々とを電気
的に接続するように付与された半田２３および２４とを
備える。

【００１４】スペーサ２１は、たとえばアルミナのよう
なセラミックからなる基板１６よりも熱伝導率の低い材
料、たとえば、樹脂から構成される。スペーサ２１は、
図示を省略するが、その両面に、たとえば銅からなる導
電ランドがその中央部に形成されていて、これら導電ラ
ンドは、貫通導体２２によって互いに電気的に接続され
ている。これらスペーサ２１上の導電ランドは、半田２
３および２４に対する半田付け性を良好なものとすると
ともに、半田２３および２４が付与される領域を制限す
る機能を果たしている。

【００１５】上述したように、半田２３および２４が付
与されることによって、スペーサ２１を介して、正特性
サーミスタ１１が基板１６上に取り付けられる。ここ
で、スペーサ２１における貫通導体２２の断面積が、電
極１４の面積ならびに半田２３および２４の断面積のい
ずれに比べても小さいことに注目すべきである。また、
スペーサ２１を貫通する貫通導体２２は、電極１４の中
央またはその近傍に配置されていることにも注目すべき
である。さらに、スペーサ２１は、正特性サーミスタ１
１の凸部１２を基板１６に接触させないようにするため
の非接触化手段を兼ねていることにも注目すべきであ
る。

【００１６】このように、この実施形態によれば、電極
１４からの熱放散は、スペーサ２１自身の低い熱伝導率
の作用とともに、電極１４の中央またはその近傍に位置
する貫通導体２２が小さい断面積であることによって、
有利に抑制されることができる。また、正特性サーミス
タ１１において、各主面の周縁部全周に設けられた凸部
１２は、フラッシュ耐圧を効果的に高める。しかしなが
ら、このような凸部１２が基板１６に接触したのでは、
正特性サーミスタ１１の高いフラッシュ耐圧を維持する
ことができない。なぜなら、フラッシュ電圧印加時にお
いて、凸部１２に何らかの部材が接触しているときに
は、それがたとえ熱伝導抑制部材であったとしても、主
としてこの凸部１２における発熱挙動に大幅な変化を与
えてしまうからである。この実施形態によれば、発熱挙
動に影響を比較的与えにくい凹部１３において、貫通導
体２２を配置して電気的導通を図るとともに、このよう
な電気的導通部分において、熱伝導抑制作用を有するス
ペーサ２１を介在させながら、凸部１２が基板１６に接
触しないようにしているので、正特性サーミスタ１１の
高いフラッシュ耐圧を基板１６上での実装状態において
も維持することができる。

【００１７】他方、接続部材１９は、その長手方向に対
して交差する、より特定的には直交する方向の断面２５
において、正特性サーミスタ１１の電極１５の中央また
はその近傍に接触している。したがって、この電極１５
との接触部において、導電経路の断面積が小さくされた
部分が形成され、応じて半田２０の付与面積も小さくさ
れる。また、接続部材１９は、凸部１２に接触していな
いことにも注目すべきである。このようにして、電極１
５からの熱放散も有利に抑制されることができる。

【００１８】図２は、この発明の第２の実施形態による
正特性サーミスタ１１の実装構造を示す断面図である。
図２において、上述した図１に示した要素に相当する要
素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略す
る。この第２の実施形態では、電極１５と接続部材１９
ａとの間にも、前述したスペーサ２１と同様の構造を有
する第２のスペーサ２１ａが配置されていることを特徴
としている。

【００１９】より詳細には、基板１６に保持された接続
部材１９ａは、電極１５に対向する位置まで延びてい
る。第２のスペーサ２１ａは、電極１５と接続部材１９
ａの端部との間に配置され、半田２６および２７が付与
されることによって、電極１５の中央またはその近傍に
固定される。このようにして、接続部材１９ａと電極１
５とは、半田２６、貫通導体２２ａおよび半田２７を介
して電気的に接続される。

【００２０】この実施形態によれば、電極１４側におい
ては、前述した第１の実施形態と同様の効果が奏され
る。他方、電極１５側においては、接続部材１９ａが凸
部１２に接触しないこと、また、第２のスペーサ２１ａ
自身の低い熱伝導率の作用とともに、電極１５の中央ま
たはその近傍に位置する貫通導体２２ａの断面積が小さ
いことによって、電極１５からの熱放散が有利に抑制さ
れることができる。

【００２１】図３は、この発明の第３に実施形態による
正特性サーミスタ１１の実装構造を示す断面図である。
図３において、図１に示した要素に相当する要素には同
様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。図３を
参照して、この実施形態では、正特性サーミスタ１１の
電極１４および１５にそれぞれ接続される導電部材とし
て、基板１６上に形成された導電ランド２８、２９およ
び３０、電極１４に対向するように配置されかつ導電ラ
ンド２８に半田３１を介して接続された導電板３２、な
らびに、電極１５に導電的に接触するように導電ランド
２９および３０に半田（図示せず。）を介して接続され
た接続部材３３を備えている。

【００２２】導電板３２は、電極１４の中央またはその
近傍に接触する複数の突起３４を形成している。ここ
で、これら突起３４の断面積が、電極１４の面積に比べ
てかなり小さいことに注目すべきである。したがって、
この実施形態によれば、電極１４からの熱放散は、電極
１４に接触する突起３４の断面積が小さいことから、有
利に抑制されることができる。この点において、突起３
４は、できるだけ点接触に近い状態で電極１４に接触す
るように、たとえば錐面を形成していることが好まし
い。

【００２３】他方、接続部材３３は、金属板からなり、
これを屈曲させることによって形成された稜線部分３５
をもって電極１５の中央またはその近傍に接触してい
る。したがって、この電極１５との接触部においても、
導電経路の断面積が小さくされ、電極１５からの熱放散
も有利に抑制されることができる。接続部材３３は、こ
の実施形態では、ブリッジ状であり、好ましくは、ばね
性を有する材料から構成され、それによって、稜線部分
３５が電極１５にばね接触するようにされ、これに応じ
て、突起３４も電極１４にばね接触するようにされる。

【００２４】以上説明した第１ないし第３の実施形態の
うち、第１および第３の実施形態による各実装構造にお
ける正特性サーミスタ１１のフラッシュ耐圧を、図４に
示した従来の実装構造における正特性サーミスタ１のフ
ラッシュ耐圧と比較すべく、ある特定的な試料について
フラッシュ耐圧測定試験を実施した。まず、第１および
第３の実施形態にかかる正特性サーミスタ１１として、
直径８．２ｍｍ、凸部１２の幅１．０ｍｍ、凹部１３に
おける厚み３．０ｍｍ、凸部１２と凹部１３との高さの
差０．５ｍｍ、抵抗値１５Ω、キュリー温度１００℃の
円板状のものを用意した。

【００２５】他方、従来の実装構造における正特性サー
ミスタ１として、直径８．２ｍｍ、厚み３．０ｍｍ、抵
抗値１５Ω、キュリー温度１００℃の円板状のものを用
意した。また、上述のように用意された正特性サーミス
タ１１および１のいずれにおいても、電極１４、１５、
２および３の下層１４ａ、１５ａ、２ａおよび３ａにＮ
ｉを用い、上層１４ｂ、１５ｂ、２ｂおよび３ｂにＡｇ
を用いた。

【００２６】また、基板１６および４として、アルミナ
基板を用い、接続部材１９、３３および８をリン青銅で
構成した。以下の表１にフラッシュ耐圧の測定結果が示
されている。

【００２７】

【表１】上記表１からわかるように、従来例では、フラッシュ耐
圧６００Ｖ以上を満足していないにもかかわらず、第１
および第２の実施形態では、いずれも、６００Ｖ以上の
フラッシュ耐圧を実現している。このことから、第１お
よび第２の実施形態によれば、たとえば、６００Ｖ、１
Ａ〜４０Ａ等の過電圧印加試験に耐えることができる。

【００２８】以上、この発明を、図示した第１ないし第
３の実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内
において、その他、種々の実施形態が可能である。たと
えば、第１の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせ
ることができる。すなわち、第１の実施形態において、
接続部材１９の代わりに接続部材３３を用いたり、第３
の実施形態において、導電板３２に代えてスペーサ２１
を用いたりすることができる。

【００２９】また、たとえば第１の実施形態において、
スペーサ２１を用いずに、導電ランド１７の一部をたと
えばガラスグレーズのような非金属材料からなる膜で覆
うことによって、電極１４と導電ランド１７とを電気的
に接続する半田が付与される領域を制限して、この導電
部材としての半田の断面積が小さくなるようにしてもよ
い。

【００３０】また、第１および第２の実施形態における
スペーサ２１または２１ａ、あるいは第３の実施形態に
おける導電板３２に代えて、断面積の小さいチップ状の
接続部材を用いてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、実装
される正特性サーミスタが、その各主面の周縁部全周に
凸部を形成するとともに、この凸部に囲まれた領域に凹
部を形成する形状を有しているので、正特性サーミスタ
自身のフラッシュ耐圧を高めることができるとともに、
この正特性サーミスタが実装される基板に備える導電部
材を通しての正特性サーミスタからの熱伝導を抑制する
ための熱伝導抑制手段を備えているので、これによっ
て、正特性サーミスタの電極からの熱放散を抑制でき、
また、正特性サーミスタの凸部を基板に接触させないよ
うにするための非接触化手段を備えているので、正特性
サーミスタ自身のフラッシュ耐圧が実装状態において劣
化することを抑制できる。

【００３２】この発明において、熱伝導抑制手段が、基
板より熱伝導率の低い材料からなりかつ導電ランドと電
極との間に位置されるスペーサを含むとき、このスペー
サによって、熱伝導を抑制しながら、正特性サーミスタ
の凸部を基板に接触させないように、正特性サーミスタ
を基板に対して機械的に安定した状態で保持することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態による正特性サーミ
スタ１１の実装構造を示す断面図である。

【図２】この発明の第２の実施形態による正特性サーミ
スタ１１の実装構造を示す断面図である。

【図３】この発明の第３の実施形態による正特性サーミ
スタ１１の実装構造を示す断面図である。

【図４】この発明にとって興味ある従来の正特性サーミ
スタ１の実装構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１１正特性サーミスタ１２凸部１３凹部１４，１５電極１６基板１７，１８，２８，２９，３０導電ランド１９，１９ａ，３３接続部材２０，２３，２４，２６，２７，３１半田２１スペーサ２１ａ第２のスペーサ２２，２２ａ貫通導体２５断面３２導電板３４突起３５稜線部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対向する主面を形成し、各前記主面
は、その周縁部全周に凸部を形成するとともに、前記凸
部に囲まれた領域に凹部を形成する形状を有し、かつ、
各前記主面にそれぞれ電極が形成された、正特性サーミ
スタを、前記電極にそれぞれ電気的に接続される導電部
材を備える基板に実装する構造であって、前記正特性サーミスタからの前記導電部材を通しての熱
伝導を抑制するための熱伝導抑制手段を備え、前記熱伝
導抑制手段は、前記導電部材の前記電極との接続部また
はその近傍において、当該導電部材が与える導電経路の
断面積を小さくすること、および前記導電部材の前記電
極への接続部を前記電極の中央またはその近傍に配置す
ることを含み、さらに、前記凸部を前記基板に接触させないようにするための非
接触化手段を備える、正特性サーミスタの実装構造。
【請求項２】前記導電部材は、前記基板上に形成され
た導電ランド、および前記導電ランドと前記電極とを電
気的に接続するように付与される半田を備える、請求項
１に記載の正特性サーミスタの実装構造。
【請求項３】前記熱伝導抑制手段は、前記基板より熱
伝導率の低い材料からなりかつ前記導電ランドと前記電
極との間に位置されるスペーサをさらに含み、前記導電
部材の前記断面積を小さくした部分は、前記スペーサを
貫通する位置に形成され、前記スペーサは、前記非接触
化手段を兼ねる、請求項２に記載の正特性サーミスタの
実装構造。
【請求項４】前記導電部材は、前記電極に対向するよ
うに配置されかつ前記電極に接触する突起を形成した導
電板を含み、前記導電板は、前記非接触化手段を兼ね
る、請求項１に記載の正特性サーミスタの実装構造。
【請求項５】前記正特性サーミスタは、一方の前記電
極を前記基板に向けた状態で配置され、前記導電部材
は、前記基板に保持されかつ他方の前記電極に導電的に
接触する接続部材を含む、請求項１ないし４のいずれか
に記載の正特性サーミスタの実装構造。
【請求項６】前記接続部材の、前記他方の電極への接
触部分は、当該接続部材の長手方向に対して交差する方
向の断面によって与えられる、請求項５に記載の正特性
サーミスタの実装構造。
【請求項７】前記接続部材の、前記他方の電極への接
触部分は、当該接続部材を屈曲させることによって形成
された稜線部分によって与えられる、請求項５に記載の
正特性サーミスタの実装構造。
【請求項８】前記正特性サーミスタは、一方の前記電
極を前記基板に向けた状態で配置され、前記導電部材
は、前記基板に保持されかつ他方の前記電極に対向する
位置まで延びる接続部材を含み、前記熱伝導抑制手段
は、前記基板より熱伝導率の低い材料からなりかつ前記
接続部材と前記他方の電極との間に位置される第２のス
ペーサをさらに含み、前記導電部材の前記断面積を小さ
くした部分は、前記第２のスペーサを貫通する位置に形
成され、前記接続部材と前記他方の電極とは、前記導電
部材の前記第２のスペーサを貫通する部分を介して接続
される、請求項１ないし４のいずれかに記載の正特性サ
ーミスタの実装構造。