TWI394176B - 一種晶片型熱敏電阻及其製法 - Google Patents

Description

一種晶片型熱敏電阻及其製法

本發明涉及一種晶片型熱敏電阻，尤指以網版印刷將指叉型平行電極印在同平面上且製成晶片型熱敏電阻的內電極及其製法。

熱敏電阻(thermistors)元件是一種對溫度敏感的電子元件，其特性為電阻值可以隨著溫度的變化而改變，例如負溫度熱敏電阻的電阻值可以隨溫度的上升而下降。

熱敏電阻元件的溫度係數非常大，目前廣泛應用於線路電阻的溫度量測、控制與補償方面。而且，為了達到精準檢知溫度的微小變化，熱敏電阻元件的精度要求要愈高愈好。

而習知的晶片型熱敏電阻結構，有以下數種：

1.傳統晶片型熱敏電阻10的結構，如圖1所示，包含一對端電極11和12及一陶瓷本體20，且所述端電極11和12分別覆蓋在所述陶瓷本體20的兩個端部上。

這種晶片型熱敏電阻10的缺點在於，其電阻值會受到陶瓷本體20的電阻值及端電極11與12之間的間距影響，而且，這種晶片型熱敏電阻10的端電極11與12的間距相隔相當距離，不易製成低電阻值產品。

生產時，這種熱敏電阻10的電阻值精度不易精確控制，且產品規格不能做成低電阻值產品，應用上，不適合做成高精度的晶片型熱敏電阻。

2.另一種晶片型熱敏電阻15的結構，如圖2所示，主要是改良上述傳統晶片型熱敏電阻10的結構，在陶瓷本體20的前後上下四面披覆一層玻璃絕緣層14，使得這種熱敏電阻15的電阻值僅受到陶瓷本體20的電阻率與端部截面積的影響，不再受到端電極11與12的間距影響。但，這種熱敏電阻15的端電極11與12的間距仍相隔相當距離，不易製成低電阻值產品。

3.第三種晶片型熱敏電阻18的結構，如圖3所示，包含一對端電極11和12、一對內電極16a和16b及一陶瓷本體20，且使用積層製程將所述內電極16a與16b內埋在該陶瓷本體20的中間，再將所述端電極11和12分別覆蓋在該陶瓷本體20的兩個端部上。其中，所述內電極16a與16b是以面對面的方式位於相同平面高度，且所述內電極16a與所述外電極11連接，所述內電極16b與所述外電極12連接。

這種熱敏電阻18的電阻值大小，僅與內電極16a與16b的間距及內電極16a與16b的重疊面積有關。

生產時，這種熱敏電阻18是以網版印刷技術來製作內電極16a與16b，在相同尺寸規格下，透過調整這種熱敏電阻18的內電極16a與16b的間距及/或重疊面積，可以精確地製作尺寸規格相同但電阻值不同的產品。但，這種熱敏電阻18缺點在於，產品的精度是取決於網版印刷的精度，要製作高精度的晶片型熱敏電阻產品相對較困難。

4.第四種晶片型熱敏電阻35的結構，如圖4所示，包含一對端電極11和12、一對表面電極19a和19b、一陶瓷本體20及一絕緣層30，且使用薄膜技術將所述表面電極19a與19b製作在該陶瓷本體20的表面上，再將所述端電極11和12分別覆蓋在該陶瓷本體20的兩個端部上。其中，所述表面電極19a與所述外電極11連接，所述內表面電極19b與所述外電極12連接。最後，在所述表面電極19a與19b之間的間隙覆蓋上所述絕緣層30。

這種熱敏電阻35的電阻值大小，僅與表面電極19a與19b的間距有關。

生產時，這種熱敏電阻35是以薄膜技術製作所述表面電極19a與19b，透過精準地控制所述表面電極19a與19b之間的間隙，可以精確地製作尺寸規格相同但電阻值不同的產品。但，這種熱敏電阻35的缺點在於，需要使用薄膜技術製作表面電極19a與19b，生產設備及生產成本相對較昂貴。

5.第五種晶片型熱敏電阻40的結構，如圖5所示，包含一對端電極11和12、多對內電極21a和21b及一陶瓷本體20，且使用積層技術(multilayer technology)，將所述多個內電極21a和21b以互相平行及交互連接端電極11和12的型式製作在該陶瓷本體20的內部，再將所述端電極11和12分別覆蓋在該陶瓷本體20的兩個端部上。其中，每個內電極21a與所述外電極11連接，每個內電極21b與所述外電極12連接。

這種熱敏電阻40的電阻值大小，與內電極21a與21b的間距、重疊面積及內電極21a與21b間的厚度有關。

生產時，這種熱敏電阻40的內電極21a與21b間的厚度，可以在積層製程中使用陶瓷生胚薄帶來精確控制，在相同尺寸規格下，可製作出電阻值範圍變化相當大的不同電阻值產品。但，在積層製程中有生胚薄帶厚度和印刷堆疊公差等問題，這種熱敏電阻40仍不能應用於高精度的晶片型熱敏電阻。

6.第六種晶片型熱敏電阻45的結構，如圖6所示，包含一對端電極11和12、一對指叉型表面電極23與24及一陶瓷本體20，且使用薄膜技術將所述指叉型表面電極23與24製作在該陶瓷本體20的上表面和/或下表面上，再將所述端電極11和12分別覆蓋在該陶瓷本體20的兩個端部上。其中，所述指叉型表面電極23與所述外電極11連接，所述指叉型表面電極24與所述外電極12連接。最後，再對所述指叉型表面電極23與24覆蓋上絕緣層。

這種熱敏電阻45使用指叉型表面電極23與24，其電阻值大小，與指叉型表面電極23與24的間距及指叉型表面電極23與24的重疊區域23a與24a有關。而且，這種熱敏電阻45的指叉型表面電極23與24的重疊區域23a與24a比起指叉型表面電極23與24的間距大得很多，使得這種熱敏電阻45相當適合做成低電阻值產品。

生產時，這種熱敏電阻45是以薄膜技術製作所述指叉型表面電極23與24，透過精準地控制所述指叉型表面電極23與24之間的間隙及/或指叉型表面電極23與24的重疊區域23a與24a，可以精確地製作尺寸規格相同但電阻值不同的產品。

但，這種熱敏電阻45的缺點在於，需要使用薄膜技術製作指叉型表面電極23與24，生產設備及生產成本相對較昂貴。

生產時，這種熱敏電阻15的電阻值較容易精確控制，但產品規格仍不能做成低電阻值產品，應用上，仍不適合做成高精度的晶片型熱敏電阻。

本發明的目的在於提供一種晶片型熱敏電阻的新製法，具有生產設備及生產成本便宜的優點，且可應用於製作小尺寸規格的低電阻值晶片型熱敏電阻產品，包括以下步驟：

a.製備包含錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)及鐵(Fe)成分的熱敏電阻材料粉體；

b.對前述熱敏電阻材料粉體加入適量的黏結劑、分散劑及有機溶劑並調製成漿料；

c.以括刀前述漿料刮成厚度約10~50μm的陶瓷生胚薄帶，再取預定張數的陶瓷生胚薄帶經疊置整齊後，分別壓合成上胚蓋和下胚蓋；

d.再取一張陶瓷生胚薄帶，以網版印刷印上一對互相面對且交錯的指叉型平行電極；其中，以網版印刷的該對指叉型平行電極的重疊長度L介於50~1200μm、相互交錯間距T介於20~200μm。

e.將前述上胚蓋、印有指叉型平行電極的陶瓷生胚薄帶和下胚蓋一起疊好再壓合成一體，經切割成預定尺寸的生胚晶粒後，再以1100~1300℃燒結成晶粒；

f.將燒結成的晶粒兩端沾上外電極，再燒結成成品。

本發明的晶片型熱敏電阻製法，其特點在於將指叉型平行電極以網版印刷印在同一個平面上，提高晶片型熱敏電阻的良品率及產品品質。

本發明的晶片型熱敏電阻製法，是透過不同的網版任意調整指叉型平行電極的重疊長度L及/或相互交錯間距T，可以精確地製作尺寸規格相同但電阻值不同的晶片型熱敏電阻產品。

本發明的另一目的在於提供一種晶片型熱敏電阻元件的新結構，依據本發明的晶片型熱敏電阻製法所製成，包括一陶瓷本體、一對端電極分別覆蓋在該陶瓷本體的兩個端部上、及一層或一層以上的內電極設於該陶瓷本體的內部，其中，每層內電極由一對互相面對且交錯的指叉型平行電極共同設在同一個平面上所構成，其中一個指叉型平行電極至少設有一指狀導電電極及一指狀槽，且其一端與該陶瓷本體端部的其中一個外電極連接，另一個指叉型平行電極至少設有一指狀導電電極及一指狀槽，且其一端與該陶瓷本體端部的另一個外電極連接，同時該對指叉型平行電極的指狀導電電極各自伸入到所面對的該指叉型平行電極的指狀槽內部以構成彼此之間保持有間距及互相重疊區域。

如圖7所示，本發明的晶片型熱敏電阻60，包含一陶瓷本體20及一對端電極11和12分別覆蓋在該陶瓷本體20的兩個端部上。該陶瓷本體20的內部，設有一層或一層以上的內電極50，每層內電極50由同平面上的一對互相面對且交錯的指叉型平行電極52及53共同構成，且所述內電極50的其中一個指叉型平行電極52的一端與所述外電極11連接，而另一個指叉型平行電極53的一端與所述外電極12連接。

所述內電極50的其中一個指叉型平行電極52至少設有一指狀導電電極52a及一指狀槽52b，另一個指叉型平行電極53亦至少設有一指狀導電電極53a及指狀槽53b，但與其互相面對的指叉型平行電極52呈互補對應形狀，所以，其中一個指叉型平行電極52的指狀導電電極52a將伸入到所面對的另一個指叉型平行電極53的指狀槽53b內部，同樣情形，該指叉型平行電極53的指狀導電電極53a亦伸入到所面對的該指叉型平行電極52的指狀槽52b內部。

因此，如圖7所示，所述內電極50的互相面對且交錯的指叉型平行電極52及53之間保持有重疊長度L，優選為L=50~1200μm；且指叉型平行電極52的指狀導電電極52a與互相面對的指叉型平行電極53的指狀導電電極53a之間，因為互相平行交錯，以致於有互相重疊區域產生，但彼此之間仍保持有相互交錯間距T，優選為T=30~100μm。

此外，設於陶瓷本體20內部的不同層內電極50，其相互比鄰的不同層內電極50之間保持有層距W，優選為W=20~60μm。

本發明的晶片型熱敏電阻元件60的內電極50，其結構特點在於，所述指叉型平行電極52的指狀導電電極52a與互相面對的指叉型平行電極53的指狀導電電極53a之間的相互交錯間距T大小與重疊部分大小，甚至不同層內電極50之間的層距W大小，都會影響及本發明的晶片型熱敏電阻60的電阻值大小。

換句話說，本發明的晶片型熱敏電阻60的電阻值大小，會受到陶瓷本體20的半導體陶瓷材料電阻值、內電極50的指叉型平行電極52及53的指狀導電電極52a及53a之間的相互交錯間距T及重疊區域等參數的影響。因此，透過精準地調整內電極50的指叉型平行電極52及53之間的重疊長度L及/或調整指狀導電電極52a及53a之間的相互交錯間距T、或調整不同層內電極50之間的層距W，都可精準地控制本發明的晶片型熱敏電阻60的電阻值大小。

本發明的晶片型熱敏電阻60製法，包括以下步驟：

1.製備熱敏電阻材料粉體；

將具有熱敏電阻特性的錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鐵(Fe)等成分，經混合、煅燒、研磨等過程後，製成熱敏電阻材料粉體；

2.將前述熱敏電阻材料粉體加入適量的黏結劑、分散劑及有機溶劑後調製成漿料；

3.如圖8所示，以括刀成型方式，將前述漿料刮成厚度約10~100μm的陶瓷生胚薄帶51，再取數張陶瓷生胚薄帶51疊置整齊後，分別壓合成上胚蓋55和下胚蓋56；

4.再取一張陶瓷生胚薄帶51，以網版印刷方式，印上一對互相面對且交錯的指叉型平行電極52及53；其中，該對指叉型平行電極52及53彼此間保持有重疊長度L及相互交錯間距T，且透過不同的網版對所選取的陶瓷生胚薄帶51進行網版印刷，就可以調整指叉型平行電極52及53印在一張陶瓷生胚薄帶51上面的重疊長度L介於50~1200μm及/或相互交錯間距T介於30~200μm。

5.將上胚蓋55、印有指叉型平行電極52及53的陶瓷生胚薄帶51和下胚蓋56一起疊好再壓合成一體，經切割成預定尺寸的生胚晶粒後，再以1100~1300℃燒結成晶粒後，製成如圖7所示的陶瓷本體20；

6.將晶粒(陶瓷本體20)兩端沾上外電極11與12，再以600~1000℃燒結後，即製成如圖7所示的晶片型熱敏電阻60。

本發明的晶片型熱敏電阻60製法，是將指叉型平行電極52及53以網版印刷印在同一個平面上，其優點在於：可以克服積層元件在製作過程中經常因為堆疊偏移或因為刮刀成型造成生胚薄帶厚度誤差而衍生良品率降低的缺點，故可提高本發明的晶片型熱敏電阻60的良品率及產品品質。

而且，本發明的晶片型熱敏電阻60製法中，可透過不同的網版任意調整指叉型平行電極52及53的重疊長度L及/或相互交錯間距T，故本製法的另一優點在於：可以利用調整指叉型平行電極52及53的重疊長度L及/或相互交錯間距T來調整晶片型熱敏電阻60的電阻值。尤其，指叉型平行電極52及53的重疊長度L及相互交錯間距T可以調整到盡量的小，使得指叉型平行電極52及53的重疊區域相當大，且兩者相互交錯的間距相當小，故本製法的又一優點在於：可以精確地製作小尺寸規格的低電阻值晶片型熱敏電阻60產品。

另外，由於網版印刷技術的精進，可以使得本發明的晶片型熱敏電阻60因為降低電阻值分散度而提高產品品質。

實施例

按照本發明的晶片型熱敏電阻製法，取數張具相同電阻率3kΩcm的陶瓷生胚薄帶製成上胚蓋和下胚蓋，再將表1的樣品A所預定的指叉型平行電極規格，以網版印刷印在一張陶瓷生胚薄帶上，將上胚蓋、印有指叉型平行電極的陶瓷生胚薄帶和下胚蓋一起疊好再壓合，並切割成尺寸規格為1.6mm*0.8mm*0.8mm的生胚晶粒，經燒結成晶粒後，再於兩端沾上外電極，再經燒結取得樣品A的晶片型熱敏電阻。

重複上述製法，且按照樣品B-D預定的指叉型平行電極規格，分別取得樣品B-D的晶片型熱敏電阻。

測量樣品A-D的電阻值及電阻值變化率，其結果如表1。

比較例

使用與實施例相同電阻率3kΩcm的陶瓷生胚薄帶製成圖3所示的具傳統積層內電極的晶片型熱敏電阻，且按照樣品E-G預定的傳統積層內電極規格，分別取得樣品E-G的晶片型熱敏電阻。

測量樣品E-G的電阻值及電阻值變化率，其結果如表1。

結果

使用相同電阻率3kΩcm的陶瓷生胚薄帶，且製成相同尺寸的樣品A-G晶片型熱敏電阻時，根據表1的樣品A-G電阻值及其變化率，可得知以下結論：

1.相同尺寸的晶片型熱敏電阻，不論是使用指叉型平行電極或使用傳統積層內電極為內電極，都可以製成尺寸規格相同但電阻值不同的晶片型熱敏電阻產品。

2.但，使用指叉型平行電極的晶片型熱敏電阻產品，具有較小的阻值變化率，最小可達1.5%，而使用傳統積層內電極的晶片型熱敏電阻產品，其電阻值變化率較大，大約有7.5%。

這個結果表示具有指叉型平行電極的晶片型熱敏電阻其產品品質較佳。

10、15、18、35、40、45、60．．．晶片型熱敏電阻

11、12．．．外電極

14．．．絕緣層

16a、16b．．．內電極

19a、19b．．．表面電極

20．．．陶瓷本體

21a、21b．．．內電極

23、24．．．指叉電極

23a、24a．．．重疊區域

30．．．絕緣層

50．．．內電極

51．．．陶瓷生胚薄帶

52、53．．．指叉型平行電極

52a、53a．．．指狀導電電極

52b、53b．．．指狀槽

55．．．上胚蓋

56．．．下胚蓋

L．．．重疊長度

T．．．交錯間距

W．．．層距

圖1為一種傳統晶片型熱敏電阻的縱剖面結構圖。

圖2為另一種傳統晶片型熱敏電阻的縱剖面結構圖。

圖3為一種內部設有面對面內電極的晶片型熱敏電阻的縱剖面結構圖。

圖4為一種設有面對面表面電極的晶片型熱敏電阻的縱剖面結構圖。

圖5為一種晶片型熱敏電阻的縱剖面結構圖，用來說明這種晶片型熱敏電阻的內部設有多個互相平行且交互連接端電極的內電極。

圖6為一種設有指叉型表面電極的晶片型熱敏電阻的縱剖面結構圖。

圖7為本發明的晶片型熱敏電阻的局部剖面結構圖，用來說明本發明的晶片型熱敏電阻的內部設有一層或一層以上的內電極，且每層內電極是由同平面上的一對互相面對且交錯的指叉型平行電極共同構成。

圖8為本發明的晶片型熱敏電阻製法說明圖，用來說明本發明是在製法中使用網版印刷在陶瓷生胚薄帶上印上一對互相面對且交錯的指叉型平行電極，再經過燒結後成為晶片型熱敏電阻的內電極。

60．．．晶片型熱敏電阻

11、12．．．外電極

20．．．陶瓷本體

50．．．內電極

52、53．．．指叉型平行電極

52a、53a．．．指狀導電電極

52b、53b．．．指狀槽

Claims (4)

1. 一種晶片型熱敏電阻元件，包括一陶瓷本體、一對分別覆蓋在該陶瓷本體的兩個端部上的端電極、及設於該陶瓷本體的內部的一層以上的內電極，其特徵在於，不同層內電極之間的層距(W)為20~60μm，每層內電極由同平面上的一對互相面對且交錯的指叉型平行電極共同構成，其中一個指叉型平行電極至少設有一指狀導電電極及一指狀槽，且其一端與該陶瓷本體端部的其中一個外電極連接，另一個指叉型平行電極至少設有一指狀導電電極及一指狀槽，且其一端與該陶瓷本體端部的另一個外電極連接，同時該對指叉型平行電極的指狀導電電極各自伸入到所面對的該指叉型平行電極的指狀槽內部以構成彼此之間保持有相互交錯間距(T)介於30~200μm及重疊長度(L)介於50~1200μm。
2. 一種晶片型熱敏電阻製法，包括以下步驟：a.製備熱敏電阻材料粉體；b.對前述熱敏電阻材料粉體加入適量的黏結劑、分散劑及有機溶劑並調製成漿料；c.以刮刀將前述漿料刮成厚度約10~50μm的陶瓷生胚薄帶，再取預定張數的陶瓷生胚薄帶經疊置整齊後，分別壓合成上胚蓋和下胚蓋；d.再取一張陶瓷生胚薄帶，以網版印刷印上一對互相面對且交錯的指叉型平行電極；e.將前述上胚蓋、印有指叉型平行電極的陶瓷生胚薄帶和下胚 蓋一起疊好再壓合成一體，經切割成預定尺寸的生胚晶粒後，再以1100~1300℃燒結成晶粒；f.將燒結成的晶粒兩端沾上外電極，再燒結成成品。
3. 如申請專利範圍第2項所述的晶片型熱敏電阻製法，其中，所述熱敏電阻材料粉體包含錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)及鐵(Fe)成分。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的晶片型熱敏電阻製法，其中，以網版印刷的該對指叉型平行電極的重疊長度L介於50~1200μm且相互交錯間距T介於30~200μm。