KR0174589B1 - 리드 부착형 ntc 서미스터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리드선이 부착된 NTC 서미스터에 있어서 서미스터의 소자로서 종래의 양면 전극형 칩 대신에 표면 실장형 구조를 갖는 칩을 사용한 것을 특징으로 한다.

여기서 표면실장형 구조를 갖는 NTC 소자는 후막법, 박막법 또는 이들의 복합에 의해 제조될 수 있다.

이와 같이 표면실장형 구조를 채택함으로서 첫째 NTC 소자의 저항을 레이저 식각법에 의해 정밀 조정할 수 있고, 둘째 슬릿이 형성된 기판을 사용함으로서 단순한 압력의 부과에 의한 칩브레이킹법을 이용하여 개개의 소자로 분리가 가능하여 종래와 같은 절단하는 공정을 없애고 양산형 제조공정을 채택할 수 있다.

한편, 리드선의 위치를 단면, 상면 또는 배면에 부착함으로서 보호층의 두께를 크게 낮출 수 있다. 이렇게 함으로서 종래의 양면전극형을 사용한 경우 NTC 소자가 전극과 보호층에 의해 두껍게 포장되어 있는 것에 비해 센서로서의 감도와 측정 정밀도를 크게 개선하게 된다.

Description

리드 부착형 NTC 서미스터

제1(a)도 내지 제1(e)도는 종래의 리드 부착형 NTC 서미스터의 제조 공정 및 구조를 나타낸 도면이다.

제2(a)도 내지 제2(d)도는 본 발명에 따른 후막 및 박막법으로 제조한 표면 실장형 NTC 소자를 이용한 서미스터의 제조 공정 및 구조를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11,21 : 기판 12,23 : 전극

13,26 : 단위 소자 14,27 : 리드선

15,24,28 : 보호층 22 : NTC 필름층

25 : 레이저 가공 부분

본 발명은 리드 부착형 NTC 서미스터에 관한 것 이다. 더욱 상세하게는, 서미스터의 기능 소자로서 표면 실장형의 칩형 NTC 서미스터의 구조를 사용하고, 양 전극의 단자에 리드선을 부착한 후 유리 및 에폭시 등의 보호층으로 보호해준 리드 부착형 NTC 서미스터에 관한 것이다.

첨부 도면 제1(a)도 내지 제1(e)도에는 종래의 리드 부착형 NTC 서미스터(Thermistor)의 대표적인 구조 및 제조 방법이 예시되어 있다. 종래의 리드 부착형 NTC 서미스터(예를 들면, 미국 특허 제4,786,888호)는 다음과 같은 방법으로 제조하고 있다.

먼저, 망간(Mn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 구리(Cu)등을 주성분으로 하고, 알루미늄(Al), 리튬(Li), 지르코늄(Zr) 및 기타 성분을 미량 성분으로 하는 원료 조성의 산화물 혼합 분말 또는 염 상태의 혼합물을 준비한 후, 세라믹 성형 및 소결법을 이용하여 평판형 세라믹 소결체(11)를 제1(a)도와 같이 제조한다.

다음으로 상기 평판형 세라믹 소결체(11)의 양 표면에 전극(12)을 제1(b)도와 같이 도포하고 소성을 한다. 필요에 따라서는 상기한 바와 같이 소결하지 않고 먼저 평판형 세라믹 성형체를 만들고 전극 물질을 도포한 후 동시 소성하여 제1(b)도와 같은 형태를 한번의 소성으로 제작할 수도 있다(일본 특개소 62-285401호).

이어서, 절단기를 이용하여 전극(12)이 형성된 평판형 세라믹 소결체(11)를 제1(c)도와 같이 단위 소자(13)의 크기로 절단을 한다. 단위 소자(13)의 양면 전극(12)에 제1(d)도와 같이 리드선(14)을 부착한다. 그리고 붕규산계 혹은 납규산계 유리질 또는 에폭시, 폴리이미드, 혹은 우레탄계 등의 수지 물질을 표면에 도포하고 열처리하여 보호층(15)을 만들어 주면 제1(e)도와 같은 최종 형태의 NTC 서미스터 소자가 만들어진다.

이와 같이 제조된 종래의 리드 부착형 NTC 서미스터는 여러 가지 단점이 있다. 첫째로는 하기와 같은 원인에 의한 소결 물성의 불균일이다. 즉, 평판형 세라믹 소결체를 만들 때, 성형 전의 원료가 불균일하게 혼합되어 있으면 소결체의 조성이 불균일해 진다. 또한, 성형중에 발생하는 결함 즉 큰 기공, 미소균열, 이물질의 혼입 등이 발생하여 소결 물성의 불균일을 유발한다. 이러한 소결 물성의 불균일성은 제품의 수율을 감소시키게 된다.

둘째로는 평판형 세라믹 소결체의 두께 불균일성이다. 즉 성형시 분말의 충진 상태가 불균일하면 소결 후 수축 정도가 부위에 따라 달라지게 된다. 또한 소결체의 두께가 평판의 길이 또는 넓이에 비해 무척 작기 때문에 평판이 소결중에 휠 가능성이 많다. 이러한 두께의 불균일 정도를 양면 연마에 의해 보정할 수 있으나 이를 위한 추가의 가공 공정이 필요하여 제조 단가가 비싸진다.

세째로는 개개의 칩형 소자를 만들기 위해 절단하는 추가 공정이 필요하다는 것 이다. 이때 주로 다이아몬드 절단기를 사용하는데, 다이아몬드 절단용 톱날은 소모품으로서 유지비가 비싸다. 또한 절단 공정에서 발생할 수 있는 미소 균열이나 칩브레이킹(Chip Breaking)등에 의해서도 소자의 저항값이 달라지므로 불량의 원인이 될수 있다는 것이다.

네째로는 개개 제품이 단지 저항값의 조그만 차이에 의한 불량이 났을 때 이를 보정할 수 없고 폐기해야 한다는 것이다. 이로 말미암아 수율이 크게 낮아지게 된다는 단점이 있다.

이에 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, NTC 서미스터의 기능 소자로서 표면 실장형 구조를 갖는 칩을 사용하므로 NTC 소자의 저항을 정밀하게 조정할 수 있고, 슬릿이 형성된 기판을 사용함으로써 소자 분리가 용이할 뿐 아니라 부착되는 리드선의 위치를 단면 또는 배면으로 함으로써 보호층의 두께를 크게 줄일 수 있는 센서로서의 감도와 측정 정밀도가 크게 개선된 리드 부착형 NTC 서미스터를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 리드 부착형 NTC 서미스터로서, NTC 서미스터용 소자로서 표면 실장형 구조를 갖는 NTC소자를 사용하며, 리드선은 이들의 상면, 배면 또는 단면에 부착시켜서 된 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 표면 실장형 NTC 서미스터 구조를 리드부착형 서미스터의 내부 소자로 사용하고자 한 것으로, 이러한 표면 실장형 NTC서미스터는 후막, 박막 또는 이들의 복합 공정에 의해 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서 후막 공정에 의해 표면 실장형 NTC 서미스터를 제조하는 공정이 첨부 도면 제2(a)도 내지 제2(d)도에 예시되어 있다. 물론, 박막 공정에 의해 제조되는 경우도 두께 면에서는 차이가 있으나 구조에 있어서는 기본적으로 동일하다.

먼저, 파단용 슬릿(Slit)이 형성되어 있는 후막용 세라믹 절연 기판, 특히 칩저항기용 알루미나 기판을 준비하고, 또한 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 철(Fe)등의 산화물 또는 이들의 염으로 이루어진 그룹으로 부터 적어도 하나를 선택한 것을 주성분으로 하고, 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 리튬(Li), 붕소(B), 칼슘(Ca) 등의 산화물 또는 이들의 염으로 이루어진 그룹으로 부터 적어도 하나를 선택한 것을 기타 성분으로 하여 후막용 NTC 페이스트(paste)를 준비한다.

상기에서 주성분의 사용량은 약 70 내지 100중량%가 바람직하고, 기타 성분은 0 내지 30중량%로 미량 사용하는 것이 바람직하다.

별도로, 전극용 페이스트(Ag, Ag/pd, Au, Au/Pd또는 Au/pt등이 주성분)와 보호용 유리질 페이스트를 준비한다.

상기와 같은 준비 과정 이후에, 먼저 상기 알루미나 기판(21)위에 상기에서 준비한 NTC 페이스트를 후막 인쇄법으로 인쇄하고 약 1000 내지 1350℃의 온도 범위에서 열처리한다. 이때 얻어지는 NTC 필름층(22)의 저항값은 목표치보다 10 내지 20% 가량 낮도록 유지시킨다. NTC 필름층(22)의 양쪽 단자에 상기에서 준비한 전극용 페이스트를 후막 인쇄법으로 입히고 약 600 내지 1000℃의 온도 범위에서 열처리를 하여 전극(23)을 형성한다.

그 다음에 제2(b)도에서와 같이 NTC 필름층(22)위에 보호용 유리질 페이스트를 후막 인쇄법으로 인쇄하고 약 500 내지 900℃의 온도 범위에서 열처리하여 제1보호층(24)을 형성하고, 레이저 식각기(Laser Trimmer)를 이용하여 부분적 NTC 필름층(22)과 제1보호층(24)을 식각하여 없애면서 저항을 원하는 값으로 조절한다. 제2(b)도에서 부호 25로 표시한 부분이 레이저로 가공한 부분이다.

여기서, 제1보호층(24)은 레이저 식각시 식각되어 분해된 NTC 필름층(22)의 물질이 다시 NTC 소자위로 도포되는 것을 막아 주는 역할을 하게 된다.

다음에 칩브레이커(Chip Breaker)를 이용해서 압력을 가하여 식각된 기판을 일차로 파단시킨 후에 단면 전극을 형성해 준다. 다시 칩브레이커를 이용하여 제2(c)도에서와 같이 개개의 단위 소자(26)로 분리한 다음 리드선(27)을 상면, 배면 또는 단면에 부착한다. 제2(d)도에 예시한 것은 리드선(27)을 기판(21)의 배면에 부착시킨 상태를 보여주기 위한 것이다.

상기한 바와 같이 리드선(27)을 단위 소자(26)의 기판(21)에 부착하는 방법으로서는 경납땜을 이용한 경납땜(Brazing)법, 아크용접(Spot Welding)법, 열 압착법 또는 와이어본딩법 등 여러 가지 방법이 사용될 수 있으며, 상기 리드선(27)의 재질로는 듀멧선, 백금선, 은선 또는 니켈 클래드선 등을 사용할 수 있다.

마지막으로 상기 단위 소자(26)에 첨부 도면 제2(c)도와 제2(d)도에서와 같이 에폭시 페이스트와 같이 유리 또는 수지계 페이스트를 딥핑법에 의해 도포하고 약 200 내지 800℃의 온도로 열처리하여 제2보호층(28)을 형성하면 본 발명에 따른 NTC 서미스터가 얻어지게 된다.

상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 리드 부착형 NTC 서미스터는 우선 제1보호층의 형성, 레이저 식각, 단면 전극의 형성 등 세가지 공정이 추가로 소요되지만, 이러한 공정은 이미 칩저항기 등에서 양상기술이 획득되어 추가 공정에 의한 제조 단가의 상승은 미미하다. 반면에 칩브레이커를 사용하여 개개의 단위 소자를 파단하므로 다이아몬드 절단기 등 고가의 소모품이 적게 들고, 개개의 단위 소자의 파단 부위가 전극 부위에 국한되므로 분할 공정에서 발생할 수 있는 미세 균열등이 실제소자의 저항값에 영향을 주지 않는 장점을 가진다.

또한, 레이저 식각에 의하여 각 소자 저항의 미세 조절이 가능하여 소자의 품질 관리와 수율 증진에 획기적인 향상이 가능하다. 이러한 이유로 전체적인 제조 단가가 훨씬 감소하게 된다.

또한, 표면실장형 구조는 이미 전자 산업에 온도측정 및 보상용으로 많이 사용되고 있으므로 표면 실장용과 리드부착용의 두가지 형태를 동시에 한 공정에 의해 제조하게 되면 제조 공정의 단일화에 의한 설비 투자의 감소, 기술의 안정화 및 양산성의 향상을 도모할 수 있다.

이하 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

파단용 슬릿이 형성되어 있는 1608 크기의 96% 알루미나 기판을 준비하였다. Mn₂O₃, CuO, NiO, Co₃O₄또는 Fe₂O₃중에서 3종이상의 혼합물이 주성분(100 ∼ 70중량%)을 이루고, SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃또는 CaO 중에서 2종이상의 혼합물이 미량성분(0∼30중량%)으로 구성된 세라믹 혼합분말을 하소하고 분쇄하였다. 이 분쇄된 분말을 유기용제예를 들면 터피네올(terpineol)등과, 기타 후막 인쇄용 유기첨가제예를 들면 에칠 셀룰로스(ethyl cellulose)등과 혼합하여 후막 인쇄용 NTC 페이스트를 만들었다. 전극 및 보호층용 페이스트로서 상용 칩저항기 제조용을 사용할 수 있으며, 때로는 보호층용 페이스트로서 NTC 소자용 물질과 전혀 반응성 이 없도록 하기 위해 규산계 유리질 페이스트를 별도로 준비하였다.

구체적인 제조공정으로서는 하기와 같다. 상기 알루미나 기판위에 상기 NTC 페이스트를 후막 인쇄법으로 인쇄하고 1000 내지 1350℃의 산화 분위기 하에서 열처리 하였다. NTC 물질의 양 끝의 단자 부위에 0 내지 10중량%의 Pd가 포함된 Ag/Pd 또는 Au/Pd가 주성분인 페이스트를 후막 인쇄법으로 입히고, 600 내지 1000℃의 산화분위기에서 열처리하였다.

상기 기판의 상면에 노출된 NTC소자 부분 위에 제1보호층용 유리질 페이스트를 후막 인쇄하고 500 내지 900℃에서 열처리하였다. 다음에 단자 전극의 노출된 부위를 이용하여 소자의 저항을 측정하면서 레이저 가공기를 이용하여 부분적으로 NTC 및 제1보호층을 식각하여 없애는 방법으로 저항을 원하는 값으로 맞추었다. 칩브레이커를 이용하여 압력을 가함으로서 기판을 파단하여 개개의 단위 소자로 분할하였다. 그리고 리드선을 단자 부위에 부착하였다.

여기서 리드선의 재질로는 듀멧선, 백금선, 은선, 또는 니켈클래드선을 사용하였다. 그 다음에 제2보호층용 에폭시 페이스트를 딥핑(dipping)법으로 도포하고 200 내지 500℃에서 열처리하여 완제품을 만들었다.

[실시예 2]

파단용 슬릿이 배면에 형성된 99.5%의 박막용 알루미나 기판 위에 하드 마스크를 위치시킨 후 스퍼터링 또는 진공 증착 등을 이용한 박막 합성법으로 SiC 또는 Fe/si의 NTC소자를 형성하였다. 전극용 페이스트를 NTC소자의 단자 부위 및 동일 부위에 해당하는 기판의 배면(단, 기판의 배면에도 전극을 인쇄하는 경우는 리드선을 기판의 상면 대신 배면에 부착하는 것을 목적으로 한다)에 후막 인쇄법으로 입히고 600내지 1000℃에서 열처리하여 전극을 형성하였다. 이 열처리 도중 NTC 박막도 동시에 열처리되어 물성이 안정화되었다.

노출된 NTC 박막의 위에 제1보호층용 페이스트를 후막 인쇄법으로 인쇄하고 600 ∼ 800℃에서 열처리하였다. 기판을 일차적으로 파단한 다음 파단 면에 전극을 딥코팅법으로 인쇄하고 열처리하여 만들어 주었다.

여기서 단면 전극을 형성하는 목적으로서는 첫째 리드선을 기판의 상면 대신 배면에 부착하려 할 때 상부와 하부의 전극을 전기적으로 연결해 주기 때문이다. 둘째는 리드선의 부착시 리드선을 기판의 단면에 부착하는 목적으로 실시한다.

그리고 나서 다시 기판을 분할하여 개개의 단위 소자로 분리하고, 상기의 실시예 1과 같은 공정을 이용하여 레이저 식각과 리드선 부착을 수행하였다. 그리고 제2보호층용 유리질 페이스트를 딥코팅법으로 도포하고 600∼800℃에서 열처리하여 완제품을 제조한다. 이렇게 제2보호층이 유리질로 된 제품은 500℃이상까지 사용이 가능하다.

이와 같이 리드선을 제2(d)도에서와 같이 예를 들어 배면에 부착하게 되면 제2(d)도의 ↓ 에서 볼 수 있는 바와 같이 NTC소자가 위치해 있는 상면에 형성되는 제2보호층의 두께를 크게 줄일 수 있다. 이렇게 형성된 보호층은 종래의 양면 전극형 칩을 사용한 경우보다는 훨씬 NTC소자가 외부로 노출되게 되고, 또한 상면에 리드선이 형성된 경우에 비해서도 보호층의 두께를 줄일 수 있어 서미스터의 감도 및 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.

박막의 공정을 이용하여 NTC 소자를 형성하는 경우 하드 마스크의 정밀한 위치 조절과 박막 두께의 정확한 조절을 하면 저항의 편차를 크게 낯추어 실제적으로 레이저 식각을 하지 않아도 될 수도 있다. 이러한 경우는 다른 제조공정은 상기의 경우와 같으나 같이 제1보호층이 필요 없게 된다.

이와 같은 본 발명에 의해 NTC 소자를 제조한 결과 수율이 95%이상으로 향상되었다.

Claims (4)

1. 리드가 부착된 NTC 서미스터에 있어서, NTC 서미스터용 소자로서 표면 실장형 구조를 가지는 NTC 소자를 사용하며, 리드선은 이들의 상면, 배면 또는 단면에 부착시킨 것을 특징으로 따는 리드 부착형 NTC 서미스터.
2. 제1항에 있어서, 표면실장형 NTC 서미스터는 후막, 박막 또는 이의 혼합 인쇄법을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 리드 부착형 NTC 서미스터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소자의 저항은 레이저 식각법을 이용하여 조절하는 것을 특징으로 하는 리드 부착형 NTC 서미스터.
4. 제1항에 있어서, 상기 NTC 서미프터 소자의 보호층의 두께는 얇게 되어 있는 것을 특징으로 하는 리드 부착형 NTC 서미스터.