JP2003532284A - 電気的構造素子、その製造法および該構造素子の使用 - Google Patents
電気的構造素子、その製造法および該構造素子の使用Info
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Abstract
Description
電極とを有する電気構造素子に関する。更に、本発明は、前記構造素子の製造法
に関する。更に、本発明は、電気構造素子の使用に関する。
抵抗は、負の温度係数を有し、したがってNTC抵抗体として使用される。例え
ば、暖房技術、工業電気工学または自動車電気工学におけるNTC抵抗体の特殊
な使用のためには、50〜500オームの少ない抵抗値が構造素子に必要とされ
る。通常、NTC構造素子の抵抗は、25℃で記載される。
るセラミックが使用される。このセラミックは、マンガン、ニッケル、コバルト
および銅の群の4つの陽イオンから構成されている、スピネル構造を有する混晶
を基礎とする。陽イオンは、Mn/Ni/Co/Cuの原子比で互いに混合され
ており、この原子比は、65/19/9/7ないし56/16/8/20の間に
ある。このセラミックの比抵抗は、100〜0.1Ωcmである。
このセラミックは、電気的性質、殊に電気抵抗が長時間安定性ではないという欠
点を有している。構造素子の長時間安定性は、例えば70℃の温度で10000
時間に亘って構造素子を貯蔵した後の抵抗の変化として記載される。抵抗の時間
に応じた変化は、前記条件下で低いオームのセラミックを用いて製造された構造
素子の場合には、2%を上廻る。
ラミックブロックまたはセラミックウェーハ)に基づいて専らセラミックの比抵
抗に依存し、したがって相応してセラミック材料の組成の変動が生じるという欠
点を有している。製造に依存した、目標の抵抗からの実際の抵抗の偏倚は、5%
またはそれ以上であることができる。
造を有するNTC抵抗体(サーミスター)は、公知であり、この場合電極層は、
セラミック層によって互いに分離されている。この場合、セラミック層は、厚膜
層としてスクリーン印刷により電極層上に印刷される。使用されるスクリーン印
刷法に基づいて、セラミック層は、層厚に関連して大きな散乱値を有し、したが
って記載された刊行物から公知のサーミスターは、正確に所定の抵抗値で製造す
ることは極めて困難である。従って、公知のサーミスターは、電気抵抗に関連し
て大きな許容差を有している。
C抵抗体は、構造素子の許容差および構造素子の安定性に関連する要件が僅かに
課されている使用に対してのみ適している。このような使用は、例えば投入電流
制限器の使用である。
くかつ抵抗値の散乱幅が僅かである場合に低い抵抗値を有する電気構造素子を記
載することである。更に、本発明の目的は、構造素子の目標の抵抗値にできるだ
け正確に調節することを可能にする、電気構造素子の製造方法を記載することで
ある。
1記載の方法によって達成される。この構造素子および方法の好ましい実施形式
ならびに構造素子の使用は、他の請求項から認めることができる。
体を備えた電気的構造素子が記載されている。それぞれ2つの隣接した電極層は
、導電性セラミック層によって互いに分離されている。導電性セラミック層は、
比電気抵抗ρ(T)が負の温度係数を有するセラミック材料からなる。導電性セ
ラミック層は、電極層と一緒に焼結されたセラミック生フィルムから製造されて
いる。更に、基体の2つの対向する外面には、電極層と導電的に結合されている
外側電極が配置されている。
造されているという利点を有する。セラミック生フィルムを延伸する方法は、約
50μの厚さを有するフィルムを製造するために、極めて正確に層厚の規定を維
持しながら使用されることができる。それによって、本発明による構造素子は、
構造素子に対して極めて正確に所定の抵抗値に維持することができるという利点
を有する。
示すB値が4000Kよりも大きいセラミック材料が導電性セラミック層に対し
て選択されている。B値は、次の式: ρ(T)=ρ25 exp (B/T) によって温度経過ρ(T)を示す。
を有するという利点を有し、このことは、極めて敏感な温度センサーの製造を可
能にする。更に、高いB値を有するセラミック系は、電気抵抗の長時間安定性の
挙動が良好であるという利点を有する。
によれば、電極層を電気構造素子の基体中に設けることによって、構造素子の電
気抵抗を減少させることが可能である。これは、高い抵抗の多数の抵抗体の並列
接続を電極層により実現させることによって成功する。従って、使用されたセラ
ミックの抵抗が高いにも拘わらず、2kΩ未満の抵抗値を有する温度センサーを
製造することができる。更に、基体が平行六面体の形を有する電気構造素子が好
ましい。この場合には、平行六面体の2つの側面のみが外側電極によって覆われ
ており、一方で、4つの残りの側面は、導電性被膜を有していない。このような
構造素子は、外側電極が空間的に正確に定義されており、それによって構造素子
の電気抵抗が影響を及ぼされえないという利点を有する。これは、公知の構造素
子と比較して大きな利点であり、この場合外側電極は、導電性ペースト中への浸
漬によって製造され、こうしてキャップ状で、したがって縁部で上方から係合す
るように基体の多数の側面上に載置され、それによって外側電極は、不利な場合
には、外側電極が基体の浸漬の際に極めて隣接して接することにより、抵抗を極
めて強く減少させることができる。
つが導電性の被膜を備えさせないという目的が達成される、外側電極で基体を覆
う好ましい形は、平行六面体の側面を印刷するためのスクリーン印刷法の使用で
ある。
することができる。
若干のセラミック材料を挙げることができる: 例えば、ニッケルおよびコバルトの添加剤を有するMn3O4を基礎とする高
い抵抗のセラミック混晶がこれに該当し、この場合Mn/Ni/Coの混合比は
、55.6/3.4/41である。このようなセラミックは、例えば4000K
を上廻るB値を有する。
ックがこれに該当し、この場合Mn/Ni/Tiの混合比は、77/20/3の
比に相当する。このようなセラミックは、4170KのB値を有する。
クを挙げることができる。この場合Mn/Ni/Znの混合比は、64/7/2
9に等しい。このようなセラミックは、4450KのB値を有する。
から選択された1つ以上の添加剤を有するMn3O4をベースとして製造された
、セラミックがスピネル構造、ペロフスカイト構造またはコランダム構造の混晶
である構造素子は、特に好ましい。この場合好ましいのは、殊に電極層により低
い値に減少させることができる、105〜106Ωcmの高い比抵抗を有する安
定な組成物である。
造素子は、セラミックが電気抵抗に関連して高い貯蔵時間安定性を有するという
利点を有している。
するMn3O4をベースとする混合物がこれに該当する。このようなセラミック
は、104Ωcmの比抵抗および4600KのB値を有する。
ンガン、ニッケルおよびコバルトからなる混合物である。最後に記載された混合
物は、100Ωcmの比抵抗およびほぼ3600Kを上廻るB値を有している。
極が平行に重なり合って存在する平らな層の形で電極層と接触している構造素子
において実現させることができる。外側電極と接触した層は、この外側電極と一
緒に櫛状の電極パッケージを形成する。それぞれ外側電極に属する2つの電極パ
ッケージは、構造素子中で互いの中へ押し込まれている。
の実施形式は、個々のフィルムまたは層が重なり合って存在することによって、
簡単に実現させることできるという利点を有している。その上、平行に重なり合
って存在する層は、構造素子中で使用される体積がオーム抵抗の減少のために最
適に利用されるという利点を有している。従って、これは、櫛状の配置でそれぞ
れの電極層の特に大きな面が相対していることに由来する。それによって、当該
の導電体の横断面積が大きくなり、したがってこの導電体の抵抗は減少する。
定性である全ての電極材料が適している。電極層は、本発明の特に好ましい実施
形式において、パラジウム、白金またはこれらの合金中に形成されている。これ
らの貴金属は、電気化学的な腐食に対して敏感ではないという利点を有している
。それによって、前記の貴金属を用いて製造された電気構造素子は、外側から構
造素子中に侵入する湿分または水に対して敏感ではなくなる。
が極めて僅かな移行傾向を有するという利点を有しており、それによって、セラ
ミック中への金属の移動、ひいてはセラミック構造素子の電気抵抗体の制御不可
能な変化を阻止することができる。
ができる。勿論、電極層への良好な電気接続が保証されることに注目することが
できる。本発明による構造素子の特に好ましい実施形式において、外側電極は、
銀または金の焼付けペーストからなる。この焼付けペーストは、セラミックが電
極層と一緒に焼結された後に、基体の2つの外面上に施こしかつ焼き付けること
ができる。銀の焼付けペーストは、構造素子の接触のために良好な導電性を有す
るという利点を有している。更に、この銀の焼付けペーストは、良好にロウ付け
可能であり、したがって外側電極に接続線材をロウ付けすることができるという
利点を有している。例えば、銅線材であることができるかかる接続線材を用いる
ことにより、保護塗膜または適当な材料からの別のカバーを取り付けた後に、完
成したセンサー素子を得ることができる。
からなる保護カバーを備えさせることは可能である。
造する方法が記載され、この場合構造素子は、棒状の基体を有する先駆構造素子
から出発して製造される。先駆構造素子は、本発明の特に好ましい実施形式にお
いて、セラミック生フィルムと電極とを重ね合わせて積層し、引続きこうして生
じた層スタックを焼結させることによって製造される。先駆構造素子は、棒の縦
側面上に配置された外側電極を有し、この場合先駆構造素子の外側電極間で測定
された実際の抵抗は、製造すべき電気構造素子の目標の抵抗よりも低い。更に、
先駆構造素子は、外側電極を有する、先駆構造素子の同じ長さの長手方向区間の
抵抗が本質的に同じ大きさであるという性質を有している。
続き、実際の抵抗から、先駆構造素子によって切り取るべき長手方向区間の長さ
が計算される。この場合、先駆構造素子の長手方向区間は、製造すべき電気構造
素子である。最後に、先駆構造素子の先に計算された長さを有する長手方向区間
が切り取られる。
されている時点で極めて遅い処理工程で初めて確定されるという利点を有してい
る。それによって、多数の同様の構造素子の製造の場合に実際にできるだけ簡単
に異なる幾何学的寸法が生じるが;しかし、これは、極めて正確に再現可能な目
標の抵抗の大きな利点によってよりいっそう補償される。更に、本発明による方
法は、セラミックの抵抗が構造素子の最終的な製造の前に測定されるという利点
を有する。こうして、抵抗の完成に必然的な変動は、補償させることができる。
は、外側電極上に堅固にロウ付けさせることができる。
極めて低い抵抗に正確に調節することができるという利点を有している。
層スタックである板から製造される方法は、特に好ましい。電極層の適した配置
は、例えば板が多数の並列的に配置された、棒状と思われる先駆構造素子から構
成されることによって記載される。
続きこの棒は、焼結される。同様に、板を全体的に焼結させ、これを適当な分離
法(例えば、切り取り)により棒に分離することは、可能である。この棒の焼結
後、棒の長手方向側に外側電極が取り付けられる。それによって、先駆構造素子
は、製造され、これは、上記方法で本発明による電気構造素子にさらに加工され
ることができる。
製造することによって、多数の電気構造素子の同時の完成を可能にするという利
点を有している。
電気構造素子の使用に関する。この場合には、殊に低い抵抗の温度センサーとし
ての構造素子の使用がこれに該当する。むしろ、本発明による構造素子に使用可
能な高い抵抗のセラミックの感度が高いために、医学的範囲で、例えば体温計へ
の使用が可能である。まさに、体温計の場合、使用される温度センサーは、温度
の測定の際に0.1K未満の高い精度を達成しなければならない。更に、このよ
うな使用の場合には、抵抗の高い完成精度は、利点である。本発明による電気構
造素子は、殊に小さな寸法を有するNTC抵抗体に適している。それというのも
、電極層のために、抵抗体の大きな断面積を断念することができるからである。
としての本発明による構造素子を示す。セラミックは、比抵抗が負の温度係数を
有するセラミックである。このセラミックは、付加的になおニッケル含量を含有
する、Mn3O4をベースとするスピネル構造を有する混晶である。この混合比
Mn/Niは、94/6である。このセラミックは、104Ωcmの高い抵抗を
有する。
層からなり、導電性セラミック層10によって互いに分離されている。電極層3
の厚さは、約5μmである。高い抵抗のセラミックからなる構造素子の抵抗は、
電極層3によって適当に減少され、したがって構造素子は、全体的に50オーム
の低い抵抗の抵抗体を有している。電極層3は、基体1の外側に取り付けられて
いる外側電極2と結合されている。外側電極2は、銀焼付けペーストの焼付けに
よって製造されている。全ての外側電極2には、それぞれ銅線材が接続線材4と
してロウ付けされている。
付加的になおプラスチック層またはラッカー層で被覆されていてもよいかまたは
ガラスからなる保護カバー11を備えていてもよい。
造素子の幾何学的寸法が明らかになる。長さlおよび幅bは、それぞれ0.5〜
5mmである。厚さdは、0.3〜2mmである。厚さdと幅bまたは長さlと
の差が少なくとも0.2mmであることによって、図1に示された構造素子は、
既に別の構造素子のための試験された、係合および輸送のための系を用いて操作
することができる。示された寸法から、本発明による構造素子は、殊に小型化さ
れた温度センサーを実現させるために適していることが明らかになる。
の試験判断基準につき検出することができる。
る2つの側面には、それぞれ外側電極2が取り付けられている。この外側電極5
を用いて、先駆構造素子5の電気抵抗は、測定されることができる。棒状の基体
6の内部には、電極層3が配置されており、この電極層は、先駆構造素子の電気
抵抗を減少させ、導電性のセラミック層10によって互いに分離されている。
する棒の全ての区間は、同じ電気抵抗を有する。それによって、長さの単一の寸
法により、製造すべき構造素子の電気抵抗は、正確に調節されることができる。
て、先駆構造素子を製造することができる。板7は、製造すべき構造素子の長さ
1に相応する厚さを有している。板7の別の寸法は、約105×105mmであ
る。板は、重なり合って存在するセラミック生フィルム8からなり、この生フィ
ルムの間には、電極層3が互いにずれて配置されている。最初に先駆構造素子に
加工されかつ最終的に製造すべき構造素子それ自体に加工される板7を用いて、
正確に定義された抵抗値を有する多数の構造素子を同時に完成させることが可能
である。
形で請求項1および11によって定義されている。
いる本発明による構造素子を示す略示斜視図。
素子、 6 棒状の基体、 8 セラミック生フィルム、 9 打抜き線、 1
0 導電性セラミック層、 11 保護カバー、 b 幅、 d 厚さ、 l
長さ
Claims (15)
- 【請求項1】 導電性セラミック層(10)によって互いに分離されている
重ね合わせた導電性電極層(3)からなる層スタックを有する基体(1)を備え
た電気的構造素子において、 導電性セラミック層(10)は比電気抵抗が負の温度係数を有するセラミックか
らなり、 導電性セラミック層(10)が電極層(3)と一緒に焼結されたセラミック生フ
ィルムから製造されており、 基体(1)の2つの対向する外面には、電極層(3)と導電的に結合されている
外側電極(2)が配置されていることを特徴する、電気的構造素子。 - 【請求項2】 比抵抗の温度経過ρ(T)を示す、セラミックのB値が40
00Kよりも大きい、請求項1記載の電気構造素子。 - 【請求項3】 基体(1)が導電性被膜を含まない4つの側面を有する平行
六面体の形を有している、請求項1または2記載の電気構造素子。 - 【請求項4】 外側電極(2)がスクリーン印刷法によって基体(1)上に
印刷されている、請求項1から3までのいずれか1項に記載の電気構造素子。 - 【請求項5】 構造素子の電気抵抗が25℃で2kΩ未満である、請求項1
から4までのいずれか1項に記載の電気構造素子。 - 【請求項6】 セラミックがニッケル、コバルト、チタン、ジルコニウムま
たはアルミニウムの元素から選択された1つ以上の添加剤を有する、スピネル構
造、ペロフスカイト構造またはコランダム構造のMn3O4をベースとする混晶
である、請求項1から5までのいずれか1項に記載の電気構造素子。 - 【請求項7】 全ての外側電極(2)が平行に重なり合った平らな層の形の
電極層(3)と接触しており、この電極層がそれぞれの外側電極(2)と櫛状の
電極パッケージを形成し、この電極パッケージが互いの中へ押し込まれている、
請求項1から6までのいずれか1項に記載の電気構造素子。 - 【請求項8】 電極層(3)が金、パラジウムまたは白金を含有する、請求
項1から7までのいずれか1項に記載の電気構造素子。 - 【請求項9】 外側電極(2)が銀または金の焼付けペーストからなる、請
求項1から8までのいずれか1項に記載の電気構造素子。 - 【請求項10】 全ての外側電極(2)に接続線(4)がロウ付けされてい
る、請求項1から9までのいずれか1項に記載の電気構造素子。 - 【請求項11】 棒状の基体(6)と、外側電極(2)の間で測定される実
際の抵抗が目標の抵抗よりも小さい、縦側面上に配置された外側電極(2)と備
え、外側電極(2)を有する同じ長さの長手方向区間の抵抗が同じ大きさである
、請求項1から9までのいずれか1項に記載の先駆構造素子(5)から出発して
、所定の目標の抵抗を有する電気構造素子を製造する方法において、次の工程: a)先駆構造素子(5)の実際の抵抗を測定する工程、 b)目標の抵抗を達成させるために必要とされる、製造すべき構造素子である、
先駆構造素子の長手方向区間の目標の長さを計算する工程、 c)先駆構造素子(5)の目標の長さの長手方向区間を切り取る工程 を有することを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載の先駆構
造素子(5)から出発して、所定の目標の抵抗を有する電気構造素子を製造する
方法。 - 【請求項12】 先駆構造素子(5)がセラミック生フィルム(8)と適当
に配置された電極層(3)との層スタックである板(7)から製造される場合、
次の工程: a)板(7)から棒を打ち抜く工程、 b)棒を焼結させる工程、 c)外側電極(2)を棒の縦側面上に印刷する工程を有する、請求項7記載の方
法。 - 【請求項13】 先駆構造素子(5)がセラミック生フィルム(8)と適当
に配置された電極層(3)との層スタックである板(7)から製造される場合、
次の工程: a)板(7)を焼結させる工程、 b)棒を板(7)から切り取る工程、 c)外側電極(2)を棒の縦側面上に印刷する工程を有する、請求項7記載の方
法。 - 【請求項14】 抵抗が25℃で50〜500ΩであるNTC抵抗体として
の請求項1から10までのいずれか1項に記載の構造素子の使用。 - 【請求項15】 全ての接続線材(4)が金で被覆されており、ガラスから
なる保護カバー(11)を有する、請求項1から10までのいずれか1項に記載
の構造素子。
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