JPS5923082B2 - サ−ミスタおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサーミスタおよびその製造方法にかかり、特に
高温度下で使用することができ、その安定性がよく、応
答性のよいサーミスタと、その製造に適した方法を提供
しようとするものである。

一般に使用されているサーミスタとしては、ビード型、
ロンド型、ディスク型、あるいはフレーク型がある。

これらのサーミスタは、その大部分が高温度下での使用
に適していす、また構造上から応答性があまりよくない
という欠点を有していた。

従来からある高温度用サーミスタとしては、感熱材料と
してたとえばアルミナを主成分としたもの、あるいは炭
化珪素の単結晶を用いたものが知られている。

しかし、前者は安定性において問題があり、また後者は
高価であるという欠点があった。

本発明は上記従来品にあった欠点を除去するものであり
、またそのようなサーミスタを製造するのに適した方法
ｌこ関するものである。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説
明する。

第１図は本発明にかかるサーミスタの一実施例の断面図
である。

このサーミスタの主要部は、電気絶縁性であって耐熱性
の基板１と、この基板１上に設けた１対の引出し電極２
，２と、炭化珪素からなる感熱性膜３とによって構成さ
れる。

上記基板１の材料としては、耐熱性が大きく、熱膨張率
が炭化珪素に近い電気絶縁体であって、炭化珪素の付着
性の大きいものであればよく、たとえばアルミナやフォ
ルステライト、ステアタイト、ベリリアなどが、この基
板材料として実用的である。

上記炭化珪素からなる感熱性膜３は、気相成長法、電子
ビーム蒸着法、イオンビーム蒸着法あるいは、スパッタ
リング蒸着法などで形成することができる。

その厚さは１〜１０μｍ程度である。

上記電極２，２は、耐熱性と耐蝕性の優れた導電材料で
あればよく、たとえば白金？白金−金、金−パラジウム
−白金からなる薄膜あるいは厚膜の電極が有効である。

この場合、電極２，２は、炭化珪素感熱性膜３と基板１
との間に設けられているから、サーミスタ使用中におけ
る電極２，２の損傷の危険性はない。

しかし、炭化珪素感熱性膜３の蒸着中に電極が損傷する
場合がある。

このため、白金、白金−金、金−パラジウム−白金の電
極は、薄膜よりも耐久性の大きい焼付は厚膜の方が優れ
ている。

一方、第２図に示す他の実施例のように、電極２．２を
感熱性膜３の上部に設けると、感熱性膜３の形成後に電
極２，２を形成することができるから、この種の電極２
，２の損傷のおそれはない。

この場合、たとえば白金／クロム、金−白金／クロム、
金−パラジウム−白金／クロムなどの蒸着多層薄膜を電
極として使用することができるから、スクリーン印刷に
よる厚膜よりも電極寸法の精度が高くなり、サーミスタ
の抵抗値精度を高めることができる。

さらに、本発明者らは、本発明のサーミスタを、第３図
に示す他の実施例のような多層構造にすることにより、
より特性が安定化することを見出した。

すなわち、炭化珪素からなる感熱性膜３上に、たとえば
１〜１０μｍの厚さの電気絶縁性層４を設ける。

この電気絶縁性層４により、炭化珪素薄膜上に付着する
導電性雰囲気あるいは液体に起因する、サーミスタ特性
の変化を除去することができる。

この電気絶縁層４の構成材料として、熱膨張率が炭化珪
素に近くて、耐蝕性の優れたものがよい。

たとえば炭化珪素を酸化して作った酸化物がよい。

さらに、高純度珪素、二酸化珪素あるいは窒化珪素など
も有効である。

この種のサーミスタは、電極２，２にたとえば白金の細
線をボンデングして引出し線とするが、この場合、これ
らの引出し線は機械的強度が小さいので、適当なホール
ダにこのサーミスタ素子を固定して用いる必要がある。

第４図は、この目的のためによって考案されたホールダ
と素子との配置状態を示す。

すなわち、このホールダーはガラスピーズ６．７で固定
された太い耐熱性千行線たとえばカンタル線からなるリ
ード線５，５で構成され、サーミスタ素子９は、ガラス
ピーズ６．７間に接着されている。

この場合、素子９の引出し線は、リード線５，５上に溶
接されている。

通常これらは、金属性のパイプ８に挿入して用いられる
。

この場合、図のごとく、ガラスピーズ６．７の大きさを
、サーミスタ素子９より大きくすることにより、素子９
が金属性パイプ８に接触する危険性をなくすることがで
きる。

なお、ガラスピーズ６．７のいずれか一方を省略しても
よい。

第５図は、本発明にかかるサーミスタと、単結晶の炭化
珪素を使用した従来のサーミスタの特性を対比して示す
。

図において、曲線Ａが本発明品の特性であり、曲線Ｂは
従来品である。

図から明らかなように、本発明品の抵抗温度変化率が、
従来品のそれにほぼ一致している。

たとえば室温から４００℃の範囲におけるサーミスタ定
数は２３００〜３５００（’Ｋ）である。

この場合、酸化物系のサーミスタに見られるような、高
温度下における酸化、あるいは還元雰囲気中での特性変
化はまったく認められず、たとえば油あるいは燃焼ガス
中での特性変化も皆無である。

本発明によれば、後述する方法の実施例で明らかにして
いるように、感熱材料として、高価な単結晶炭化珪素を
廉価なスパッタ膜に置換することにより、単結晶に匹敵
する安定した特性のサーミスタを安く製造することがで
きるから、産業機器のみならず、民生機器における、た
とえばガスオーブン用温度制御用素子、焔検知素子に広
く使用することができる。

以下、実施例により、この種のサーミスタの加工工程を
説明する。

〔実施例 １〕 電気絶縁性基板たとえばアルミナ基板の表面に、スクリ
ーン印刷により、白金ペーストを印刷し、大気中におい
て、８５０℃の温度で１時間焼きつけた。

この焼きつけにより、白金アルミナ基板上に強固に付着
し、引出し電極が形成された。

この場合、上記白金ペーストとして、白金ペースト中に
ガラスの粉末が混入された、いわゆるガラスフリット入
り白金ペーストを使用すれば、アルミナ基板とガラスと
が強固に接着するのど、さらに付着力の大きな引出し電
極を形成することができる。

次に、スパッタリング蒸着により、炭化珪素膜を形成し
た。

すなわち、スパッタリング装置の陰極あるいはターゲッ
トをたとえば炭化珪素の粉末で構成して、これを不活性
雰囲気中でスパッタすることにより、炭化珪素膜が得ら
れる。

たとえば高周波スパッタリング装置を用い、スパッタリ
ング装置内の雰囲気をＩ ＸＩ Ｏ”〜３Ｘ１０ ”Ｔ
ｏｒｒ程度の圧力のアルゴンガスで構成して、炭化珪素
粉末の陰極あるいはターゲットをスパッタすると、陰極
あるいはターゲットに対向させて配置した基板上に炭化
珪素薄膜が形成される。

この場合、スパッタリング蒸着中の基板をサーミスタの
使用温度以上の温度に保持しておけば高温における素子
の安定性が高くなる。

たとえば、基板温度を４００〜９００℃の範囲に保持し
てスパッタリング蒸着をすれば、少なくとも４００〜９
００℃までの雰囲気において安定にサーミスタとして動
作する。

才だ、上記陰極あるいはターゲットとして、上記炭化珪
素の粉末の代わりに炭化珪素の焼結体を用いると、その
取り扱いも容易になり、また長期間にわたって安定した
特性の膜を形成することができる。

〔実施例 ２〕 実施例１と同様にして炭化珪素からなる感熱性薄膜を形
成してから、この炭化珪素ターゲットを酸素雰囲気中で
活性スパッタリング蒸着することにより、炭化珪素膜の
上にさらに炭化珪素の酸化物層からなる電気絶縁性膜を
形成した。

これにより、第３図に示す多層構造のサーミスタが形成
される。

このサーミスタは、酸化物層で保護されているため、外
界による影響を受けにくく、より特性の安定したものと
なる。

このため、その使用範囲はより広いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明にかかるサーミス
タの代表的な構造を示す。 第４図はその使用形態の一例を示す。 第５図は本発明品と従来品の温度、抵抗特性を示す。 １・・・・・・基板、２・・・・・・電極、３・・・・
・・感熱性膜、４・・・・・・電気絶縁性層、５・・・
・・・リード線、６，７・・・・・・ガラスピーズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１対の電極を有する、炭化珪素からなる
   感熱性膜を電気絶縁性基板上に設けた素子を、平行に保
   持された１対のリード線上に接着するとともに、前記電
   極を前記リード線にそれぞれ電気的に接続してなること
   を特徴とするサーミスタ。 ２１対のリード線が２個のガラスピーズで平行に固定さ
   れており、かつ前記ガラスピーズ間において素子が接着
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のサーミスタ。 ３ ガラスピーズを素子より大きな形状としだことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載のサーミスタ。 ４ 温度がサーミスタ使用温度に保持された電気絶縁性
   基板上に、炭化珪素を不活性雰囲気中でスパッタリング
   蒸着して、感熱性膜を形成し、さらに酸素を含む雰囲気
   中でスパッタリング蒸着し、前記感熱性膜上に電気絶縁
   性層を形成することを特徴とするサーミスタの製造方法
   。