TWI442418B - Thermal resistance - Google Patents

Description

熱阻器

本發明係關於一種熱阻器，更特定而言係關於一種長方體狀之熱阻器。

作為先前之熱阻器，例如已知有專利文獻1所記載之用於馬達啟動用零件之熱阻器。該熱阻器包含熱阻器基體及2個外部電極。熱阻器基體呈圓柱狀。外部電極設置於熱阻器之兩端面。專利文獻1所記載之馬達啟動用電路係藉由將熱阻器之體積等設為特定之條件而實現低耗電化。

另外，相對於圓柱狀之熱阻器，已知有長方體狀之熱阻器。長方體狀之熱阻器係如以下說明般於可同時製造多個之方面較為優異。更詳細而言，於板狀之母素體之兩主面藉由濺鍍或鍍敷等而形成外部電極。繼而，利用切塊機等切割母素體，藉此獲得複數個熱阻器。最後，藉由滾筒研磨加工對熱阻器實施倒角加工，以防止熱阻器基體之缺損等。

然而，長方體狀之熱阻器如以下說明般於施加有較高之電壓時，有熱阻器基體產生破損之虞。圖10係長方體狀之熱阻器500之剖面構造圖。

如圖10所示，熱阻器500包括熱阻器基體502及外部電極504a、504b。熱阻器基體502呈長方體狀。外部電極504a、504b分別設置於位於圖10之左右方向之兩端之熱阻器基體502的2個端面。又，由於對熱阻器500實施有利用 滾筒研磨之倒角加工，故而熱阻器基體502之角變圓。又，外部電極504a、504b藉由滾筒研磨加工而被切削，從而未形成於熱阻器基體502之角。以下，將外部電極504b之下側之端部稱作端部A，將熱阻器基體502之右下角稱作角B。

此處，外部電極504b之端部A相較熱阻器基體502之角B位於上側。因此，電流自上方、側方及下方流入至外部電極504b之端部A。外部電極504b之端部A因藉由滾筒研磨加工而被切削，故變得非常薄，具有較高之電阻值。因此，若電流集中於外部電極504b之端部A，則外部電極504b之端部A會發熱。

另一方面，因於熱阻器基體502之角B未設置外部電極504b，故幾乎不流通電流。因此，熱阻器基體502之角B之溫度幾乎不上升。藉此，端部A處之熱阻器基體502之溫度與角B處之熱阻器基體502之溫度之差值變大。其結果，有於端部A與角B之間熱阻器基體502產生龜裂之虞。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2006-60992號公報

因此，本發明之目的在於提供一種可抑制龜裂產生之長方體狀之熱阻器。

本發明之一形態之熱阻器之特徵在於包括：長方體狀之熱阻器基體，其具有相互對向之2個端面；及第1外部電極及第2外部電極，其分別設置於上述2個端面；上述第1外部電極及上述第2外部電極分別包含：第1層，其歐姆接觸於上述熱阻器基體；及第2層，其含有Ag且相較上述第1層設置於上層，並具有0.7 μm以上且2 μm以下之平均厚度；且對上述熱阻器基體、上述第1外部電極及上述第2外部電極實施有倒角加工。

根據本發明，可抑制龜裂產生。

以下，一面參照圖式一面對本發明之一形態之熱阻器進行說明。

(熱阻器之構成)

首先，對熱阻器之構成進行說明。圖1係俯視熱阻器10之圖。圖1中，將熱阻器10之長度方向定義為x軸方向，將熱阻器10之寬度方向定義為y軸方向，將熱阻器10之高度方向定義為z軸方向。

熱阻器10例如用於冰箱之壓縮機中所使用之馬達之啟動用電路，如圖1所示，包括熱阻器基體12及外部電極14a、14b。熱阻器基體12係利用具有正電阻溫度特性之半導體材料(例如鈦酸鋇系半導體陶瓷)而製作，如圖1所示，呈長度L為2.5 mm、寬度W為1.2 mm、高度T為1.2 mm之長方體狀。其中，長度L只要為2.30 mm以上且2.70 mm以下即 可。又，寬度W及高度T只要為0.9 mm以上且1.5 mm以下即可。以下，將熱阻器基體12之x軸方向之正方向側之面稱作端面S1，將熱阻器基體12之x軸方向之負方向側之面稱作端面S2。端面S1與端面S2相互對向。所謂長度L係指端面S1、S2間之距離。

外部電極14a、14b分別設置於端面S1、S2，且不自端面S1、S2突出。又，熱阻器基體12及外部電極14a、14b實施有利用滾筒研磨加工之倒角加工。因此，如圖1所示，熱阻器基體12之角變圓。對熱阻器基體12之角，以具有45 μm以上且76.6 μm以下之曲率半徑之方式實施有倒角加工。進而，外部電極14a、14b之外緣藉由滾筒研磨加工而被切削，位於自熱阻器基體12之角離開之位置上。

此處，外部電極14a、14b係藉由複數之層重疊而構成。以下，以外部電極14a為例進行說明。圖2係圖1之C之剖面構造圖。

如圖2所示，外部電極14a包含Cr層16a、Ni/Cu(蒙乃爾合金)層18a、Ag層20a及Sn層22a。Cr層16a相對於熱阻器基體12歐姆接觸。Cr層16a係藉由濺鍍等方法而形成於外部電極14a之端面S1。Cr層16a之平均厚度為0.14 μm。其中，Cr層16a之平均厚度只要為0.05 μm以上且0.40 μm以下即可。再者，所謂平均厚度係指外部電極14a之除實施有倒角之外緣部分以外之區域的平均厚度。作為該區域之一例，為外部電極14a之中央部分之高度為0.6 mm、寬度為0.6 mm之矩形狀的區域。

Ni/Cu層18a設置於Cr層16a上。Ni/Cu層18a係藉由濺鍍等方法而形成於Cr層16a上。Ni/Cu層18a之平均厚度為0.85 μm。其中，Ni/Cu層18a之平均厚度只要為0.35 μm以上且1.0 μm以下即可。

Ag層20a相較Cr層16a設置於上層，具體而言，設置於Ni/Cu層18a上。Ag層20a係藉由濺鍍等方法而形成於Ni/Cu層18a上。Ag層20a之平均厚度為0.70 μm。其中，Ag層20a之平均厚度只要為0.70 μm以上且2.0 μm以下即可。

Sn層22a設置於Ag層20a上。Sn層22a係藉由鍍敷等方法而形成於Ag層20a上。Sn層22a之平均厚度為3.5 μm。其中，Sn層22a之平均厚度只要為1.4 μm以上且14.5 μm以下即可。

(熱阻器之製造方法)

其次，一面參照圖式一面對熱阻器10之製造方法進行說明。圖3及圖4係表示熱阻器10之製造步驟之圖。

首先，如圖3(a)所示，製作包含鈦酸鋇系半導體陶瓷之母熱阻器基體112。具體而言，成形鈦酸鋇系半導體之粉末而獲得成形體後，對成形體實施煅燒及精研研磨，而獲得母熱阻器基體112。

其次，如圖3(b)所示，對於母熱阻器基體112之z軸方向之兩側之主面，藉由濺鍍而依序形成Cr層116a、116b、Ni/Cu層118a、118b及Ag層120a、120b。

繼而，如圖3(c)所示，利用切塊機等沿虛線切割母熱阻器基體112，藉此獲得複數個熱阻器基體12。

其次，如圖4(a)所示，藉由滾筒研磨加工對熱阻器基體12實施倒角加工。藉此，熱阻器基體12之角變圓，並且Cr層16a、16b、Ni/Cu層18a、18b及Ag層20a、20b之外緣被切削。

繼而，如圖4(b)所示，於Ag層20a上藉由鍍敷而形成Sn層22a。經由以上步驟而完成熱阻器10。

(效果)

根據以上述方式構成之熱阻器10，如以下說明般可抑制熱阻器基體12產生龜裂。若對圖7所示之熱阻器500施加較高之電壓，則有於端部A與角B之間熱阻器基體502產生龜裂之虞。具體而言，外部電極504b之端部A相較熱阻器基體502之角B位於上側。因此，電流自上方、側方及下方流入至外部電極504b之端部。外部電極504b之端部A因藉由滾筒研磨加工而被切削，故變得非常薄。因此，若電流集中於外部電極504b之端部A，則外部電極504b之端部A會發熱。

另一方面，因於熱阻器基體502之角B未設置外部電極504b，故幾乎不流通電流。因此，熱阻器基體502之角B之溫度幾乎不上升。端部A處之熱阻器基體502之溫度與角B處之熱阻器基體502之溫度之差值變大。其結果，有於端部A與角B之間熱阻器基體502產生龜裂之虞。

因此，於熱阻器10中，以較通常更厚地形成Ag層20a及Sn層22a。具體而言，Ag層20具有0.7 μm以上且2 μm以下之平均厚度。藉此，外部電極14a、14b之面電阻變得較通 常更低。其結果，外部電極14a、14b中產生之熱量減少，外部電極14a、14b之溫度之上升亦得到抑制。藉此，可抑制熱阻器基體12中之外部電極14a、14b之外緣附近之溫度與熱阻器基體12之角之溫度的差值變大。其結果，可抑制熱阻器基體12產生龜裂。

又，亦藉由Sn層22具有1.4 μm以上且14.5 μm以下之平均厚度，而使外部電極14a、14b之面電阻變得較通常更低。其結果，可抑制熱阻器基體12產生龜裂。

又，由於以較通常更厚地形成Ag層20及Sn層22，故而外部電極14a、14b之熱容量變得較通常更大。其結果，外部電極14a、14b之溫度之上升得到抑制。藉此，可抑制熱阻器基體12產生龜裂。

(實驗)

本案發明者為使熱阻器10發揮之效果更為明確，進行以下說明之實驗。

首先，作為第1實驗，進行用以確認Ag層20之平均厚度以0.70 μm以上為宜之實驗。具體而言，分別製作20個外部電極具有以下所示之構成之第1~第4樣品，並對第1~第4樣品施加電壓。第1樣品相當於比較例，第2~第4樣品相當於實施例。第1樣品與第2~第4樣品之不同點為Ag層之厚度。對於第1~第4樣品，以熱阻器基體之角具有76.6 μm之曲率半徑之方式實施有倒角加工，且未設置Sn層。並且，增大電壓，檢查未產生龜裂之第1~第4樣品之數。電壓之施加方法係依據JIS標準(Japanese Industrial Standards，日 本工業標準)「JIS Z 8601」。

第1樣品

Cr層：0.14 μm

Ni/Cu層：0.55 μm

Ag層：0.35 μm

第2樣品

Cr層：0.14 μm

Ni/Cu層：0.60 μm

Ag層：0.70 μm

第3樣品

Cr層：0.14 μm

Ni/Cu層：0.60 μm

Ag層：1.00 μm

第4樣品

Cr層：0.14 μm

Ni/Cu層：0.60 μm

Ag層：1.90 μm

表1係表示第1實驗之實驗結果之表。

此處，熱阻器10例如用於冰箱之壓縮機之馬達啟動用電路。因此，電源所供給之交流電壓為200 V~220 V。於施加有200 V~220 V之交流電壓之情形時，由於交流電壓會產生不均，故而必需以即便施加350 V之交流電壓亦不產生龜裂之方式設計熱阻器10。因此，參照表1可知，於Ag層之平均厚度為0.35 μm時(即，第1樣品)，若施加有350 V之交流電壓，則產生龜裂之樣品較多。另一方面，可知於Ag層之平均厚度為0.70 μm以上時(即，第2~第4樣品)，即便施加350 V以下之交流電壓亦幾乎不存在產生龜裂之樣品。藉此，可知若Ag層之平均厚度為0.70 μm以上，則可抑制熱阻器基體12產生龜裂。

再者，就製造成本之觀點而言，可知Ag層之平均厚度較佳為2 μm以下。

其次，作為第2實驗，進行用以確認熱阻器基體12之角之曲率半徑以76.6 μm以下為宜之實驗。具體而言，製作 使熱阻器基體之角之曲率半徑於45 μm~76.6 μm之範圍內變化之複數種樣品，對各樣品施加電壓。並且，增大電壓，檢查各樣品不產生龜裂之上限電壓。

圖5係表示第2實驗結果之圖表。縱軸表示電壓，橫軸表示熱阻器基體之角之曲率半徑。又，所謂「平均」係指各樣品中不產生龜裂之上限電壓之平均值，所謂「最低」係指各樣品中不產生龜裂之上限電壓之最低值。

根據圖5，可知隨著熱阻器基體之角之曲率半徑變大，產生龜裂之電壓降低。並且，可知於熱阻器基體之角之曲率半徑為76.6 μm時，即便施加約350 V之交流電壓亦不存在產生龜裂之樣品。

再者，本案發明者如圖5所示般製作熱阻器基體12之角之曲率半徑為45 μm之樣品，並確認到熱阻器基體12未產生龜裂等問題。藉此，可知熱阻器基體12之角之曲率半徑較佳為45 μm以上。

其次，作為第3實驗，進行用以確認Sn層22之平均厚度以1.4 μm以上為宜之實驗。具體而言，分別製作20個外部電極具有以下所示之構成之第5樣品至第13樣品，並對第5樣品至第13樣品施加電壓。第5樣品相當於比較例，第6樣品至第13樣品相當於實施例。第5樣品與第2樣品之規格相同。第5至第13樣品之不同點為Sn層之厚度。並且，增大電壓，對第5樣品至第13樣品檢查未產生龜裂之第5至第13樣品之數。電壓之施加方法係依據JIS標準「JIS Z 8601」。

第5樣品之Sn層之平均厚度：0 μm

第6樣品之Sn層之平均厚度：0.8 μm

第7樣品之Sn層之平均厚度：1.4 μm

第8樣品之Sn層之平均厚度：3.0 μm

第9樣品之Sn層之平均厚度：4.8 μm

第10樣品之Sn層之平均厚度：6.7 μm

第11樣品之Sn層之平均厚度：8.9 μm

第12樣品之Sn層之平均厚度：11.5 μm

第13樣品之Sn層之平均厚度：14.5 μm

表2係表示第3實驗結果之表。圖6係將表2圖表化之圖。縱軸表示電壓，橫軸表示膜厚。又，所謂「平均」係指各樣品中未產生龜裂之上限電壓之平均值，所謂「最低」係指各樣品中未產生龜裂之上限電壓之最低值。

此處，必需以即便施加350 V之交流電壓亦不產生龜裂 之方式設計熱阻器10。因此，參照表2及圖6可知，若Sn層之平均厚度為1.4 μm以上，則即便施加350 V之交流電壓亦不存在產生龜裂之樣品。

再者，就製造成本之觀點而言，可知Sn層之平均厚度較佳為14.5 μm以下。

(熱阻器之變形例)

其次，對熱阻器之變形例進行說明。圖7係自上方俯視變形例之熱阻器40之圖。圖7中，熱阻器40與上述熱阻器10相比，於包括外部電極44a、44b代替外部電極14a、14b之方面不同。除此以外無不同點，因此圖7中對相當於圖1之構成者附上相同之參照符號並省略各者之說明。

外部電極44a、44b除以下之不同點以外，均與外部電極14a、14b相同。因此，以下僅說明與外部電極14a、14b之不同點，省略對共同部分之說明。

外部電極44a、44b分別係藉由重疊複數之層而構成。由於外部電極44a、44b具有相同之構造，故而以下參照圖8及圖9對外部電極44a代表性地進行說明。

於圖8(a)中將圖7之熱阻器40之角B(由圓D所包圍之部分)之剖面放大表示。圖8(a)中，外部電極44a包含基底電極46a、及Sn層48a。

基底電極46a包含Cr層、Ni/Cu(蒙乃爾合金)層及Ag層。該等3層已參照圖2於上述實施形態中進行了詳細說明，故而此處省略其說明。

Sn層48a係藉由鍍敷等方法而形成於構成基底電極46a之 Ag層上。Sn層48a之平均厚度於圖示之例中為6.7 μm，但Sn層48a之平均厚度只要為上述實施形態所記載之3.5 μm以上且14.5 μm以下即可。若如此相對增大Sn層48a之平均厚度，則Sn層48a完全覆蓋基底電極46a，進而，Sn層48a之外緣到達角B。

(變形例之熱阻器之製造方法)

熱阻器40之製造方法與上述者相比，於藉由長時間進行鍍Sn處理而形成平均厚度較大之Sn層48a之方面不同。除此以外無不同點，因此對共同步驟省略各者之說明。若長時間進行鍍Sn處理，則如圖9所示，Sn之膜厚漸漸增大，以覆蓋基底電極46a之方式析出Sn。若進而繼續進行鍍敷處理，則Sn之外緣到達熱阻器基體12之角B。如此形成Sn層48a。

(變形例之效果)

根據以上述方式構成之熱阻器40，可進一步抑制熱阻器基體12產生龜裂。以下說明其理由。圖8(b)中，基底電極46a中產生之熱傳遞至基底電極46a之上方(Sn層48a)，進而傳遞至Sn層48a之外緣(參照虛線箭頭E)。如此，基底電極46a之熱逃逸至Sn層48a，因此基底電極46a之溫度上升得到抑制。

又，藉由傳遞至Sn層48a之外緣之熱而使熱阻器基體12之角B之溫度上升。其結果，基底電極46a之端部A與熱阻器基體12之角B之溫度差變小，瞬時耐壓提昇。藉此，可抑制熱阻器基體12龜裂之產生。

[產業上之可利用性]

如上所述，本發明對熱阻器較為有用，尤其於可抑制龜裂產生之方面較為優異。

10‧‧‧熱阻器

12‧‧‧熱阻器基體

14a‧‧‧外部電極

14b‧‧‧外部電極

16a‧‧‧Cr層

18a‧‧‧Ni/Cu層

20a‧‧‧Ag層

22a‧‧‧Sn層

40‧‧‧熱阻器

46a‧‧‧基底電極

48a‧‧‧Sn層

112‧‧‧母熱阻器基體

116a‧‧‧Cr層

118a‧‧‧Ni/Cu層

120a‧‧‧Ag層

L‧‧‧長度

S1‧‧‧端面

S2‧‧‧端面

T‧‧‧高度

W‧‧‧寬度

圖1(a)、圖1(b)係俯視本發明之一實施形態之熱阻器之圖。

圖2係圖1之C之剖面構造圖。

圖3(a)~(c)係表示圖1之熱阻器之製造步驟之圖。

圖4(a)、圖4(b)係表示圖1之熱阻器之製造步驟之圖。

圖5係表示第2實驗結果之圖表。

圖6係將表2圖表化之圖。

圖7(a)、圖7(b)係自上方俯視變形例之熱阻器之圖。

圖8(a)係由圖7之圓D所包圍之部分之剖面的放大圖，圖8(b)係表示圖7之熱阻器中之導熱路徑之圖。

圖9係表示基於鍍Sn處理之Sn膜厚之變化之圖。

圖10係長方體狀之熱阻器之剖面構造圖。

10‧‧‧熱阻器

12‧‧‧熱阻器基體

14a‧‧‧外部電極

14b‧‧‧外部電極

L‧‧‧長度

S1‧‧‧端面

S2‧‧‧端面

T‧‧‧高度

W‧‧‧寬度

Claims (11)

1. 一種熱阻器，其特徵在於包括：長方體狀之熱阻器基體，其具有相互對向之2個端面；及第1外部電極及第2外部電極，其分別設置於上述2個端面；上述第1外部電極及上述第2外部電極分別包含：第1層，其歐姆接觸於上述熱阻器基體；及第2層，其含有Ag且相較上述第1層設置於上層，並具有0.7μm以上且2μm以下之平均厚度；且對上述熱阻器基體、上述第1外部電極及上述第2外部電極實施有倒角加工。
2. 如請求項1之熱阻器，其中上述熱阻器基體之角具有45μm以上且76.6μm以下之曲率半徑。
3. 如請求項1或2中任一項之熱阻器，其中上述第1外部電極及上述第2外部電極分別進而包含：第3層，其含有Sn且設置於上述第2層上，並具有1.4μm以上且14.5μm以下之平均厚度。
4. 如請求項3之熱阻器，其中上述第3層覆蓋上述第1及上述第2層之整體，且該第3層之外緣到達上述熱阻器基體之角。
5. 如請求項3之熱阻器，其中上述第1層含有Cr。
6. 如請求項1或2中任一項之熱阻器，其中上述第1層含有Cr。
7. 如請求項3之熱阻器，其中上述第1外部電極及上述第2外部電極分別進而包含：第4層，其含有Ni及Cu且設置於上述第1層上；且上述第2層設置於上述第4層上。
8. 如請求項5之熱阻器，其中上述第1外部電極及上述第2外部電極分別進而包含：第4層，其含有Ni及Cu且設置於上述第1層上；且上述第2層設置於上述第4層上。
9. 如請求項1或2中任一項之熱阻器，其中上述第1外部電極及上述第2外部電極分別進而包含：第4層，其含有Ni及Cu且設置於上述第1層上；且上述第2層設置於上述第4層上。
10. 如請求項1或2中任一項之熱阻器，其中上述熱阻器基體之上述端面之寬度及高度為0.9mm以上且1.5mm以下，上述熱阻器基體之上述端面間之長度為2.30mm以上且2.70mm以下。
11. 如請求項1之熱阻器，其中上述第1層及上述第2層分別設置於端面，不自端面突出，上述第1層及上述第2層之外緣位於自熱阻器基體之角分開之位置上，且上述平均厚度係上述第1層及上述第2層之除實施有倒角之各別之外緣部分以外之區域的平均厚度。