JP2967221B2 - 正特性サーミスタ素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、はんだ付け対応型の正
特性サーミスタ素子に対し、特に、電極構造が改良され
た正特性サーミスタ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】正特性サーミスタ素子は、例えばチタン
酸バリウム系半導体磁器により構成された板状の正特性
サーミスタ素体の両主面に電極を形成することにより構
成されている。正特性サーミスタ素体は半導体磁器より
なるため、上記電極としては、正特性サーミスタ素体の
表面との間に障壁を構成しない、すなわち半導体磁器表
面にオーミック接触する材料、例えばＮｉにより構成す
る必要があった。しかしながら、Ｎｉは比抵抗が高いた
め導電性を高めるために、並びに電極にはんだ付けが予
定されている素子でははんだ付け性を高めるためにＡｇ
よりなる第２の電極層を形成した構造が用いられてい
る。

【０００３】しかしながら、正特性サーミスタ素子にお
いて、電極材料としてＡｇを使用すると、両主面の電極
間においてサーマルマイグレーションが起こり、短絡事
故が発生する。そこで、従来より、マイグレーションを
防止する構造として、以下のような正特性サーミスタ素
子が提案されている。図１に示す従来の正特性サーミス
タ素子１は、円板状の正特性サーミスタ素体２の両主面
に電極３，４を形成した構造を有する。この構造では、
電極３，４は、Ｎｉよりなる内側電極層３ａ，４ａと、
内側電極層３ａ，４ａの周囲にギャップ領域を残すよう
により小さな径になるようにＡｇにより構成された外側
電極層３ｂ，４ｂとを有する。すなわち、Ａｇよりなる
外側電極層３ｂ，４ｂの周囲にギャップ領域ｇを設ける
ことにより、外側電極層３ｂ，４ｂ間のマイグレーショ
ンの防止が図られている。

【０００４】他方、図２に示す正特性サーミスタ素子５
は、上記正特性サーミスタ素子１における外側電極層３
ｂ，４ｂの外側に露出している全面をはんだコーティン
グ層３ｃ，４ｃで被覆した構造を有する。すなわち、は
んだ付け性に優れたはんだコーティング層３ｃ，４ｃに
よりＡｇよりなる外側電極層３ｂ，４ｂの外側に露出し
ている全面を被覆することにより、はんだ付け性をより
一層高めると共に、電極間マイグレーションをより確実
に防止することが図られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１に示した正特性サ
ーミスタ素子１では、内側電極層３ａ，４ａがＮｉ薄膜
よりなるため、該Ｎｉ薄膜の平面方向に図１（ｂ）に示
すように膜抵抗Ｒが存在している。そのため、該膜抵抗
分によりわずかな電位差が生じるため、ギャップ領域ｇ
を設けたとしても、なお電極間マイグレーションが発生
することがあった。よって、正特性サーミスタ素子１で
は、下地となる内側電極層３ａ，４ａの膜厚を厚くし、
上記膜抵抗を低下させることが試みられている。しかし
ながら、Ｎｉ薄膜は内部応力が大きいため、その厚みを
厚くすればするほど半導体磁器よりなる正特性サーミス
タ素体２の表面に対する密着強度が低下する。よって、
電極３，４にはんだ付けが行うことが予定されている正
特性サーミスタ素子１では、電極３，４の密着強度が低
下するため、致命的な問題となっていた。

【０００６】他方、図２に示した正特性サーミスタ素子
５では、Ａｇよりなる外側電極層３ｂ，４ｂがはんだコ
ーティング層３ｃ，４ｃで被覆されているため電極間マ
イグレーションが確実に防止されるものの、はんだコー
ティング層３ｃ，４ｃを構成するＳｎ、ＰｂまたはＳｎ
−Ｐｂ合金は熱伝導性が低い。そのため、正特性サーミ
スタ素子５の熱応答性や熱復帰速度が悪化し、正特性サ
ーミスタ素子としての特性の劣化を引き起こすという問
題があった。

【０００７】本発明の目的は、はんだ付け対応型の正特
性サーミスタ素子であって、電極間のマイグレーション
の発生を防止し得るだけでなく、電極密着強度及び特性
の劣化が生じ難い構造を備えたものを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、正特性サーミ
スタ素体の両主面に電極を形成してなる正特性サーミス
タ素子において、下記の構成を備えることを特徴とす
る。すなわち、上記電極が、正特性サーミスタ素体の主
面にオーミック接触している第１の電極層と、第１の電
極層上において第１の電極層の周辺近傍に所定幅の領域
を残して又は第１の電極層と同じ大きさに形成されてお
り、かつ第１の電極層よりも比抵抗の低いＡｌを主成分
とする材料よりなる第２の電極層と、第２の電極層上に
おいて第２の電極層の周辺近傍に所定幅の領域を残して
形成されており、かつ第１，第２の電極層よりもはんだ
付け性に優れた材料よりなる第３の電極層とを備えるこ
とを特徴とする。

【０００９】上記第１の電極層を構成する材料として
は、半導体磁器にオーミック接触する適宜の材料、例え
ばＮｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ等を用い得る。また、第３の電
極層を構成する材料としては、Ｎｉよりも半田付け性に
優れた材料、例えばＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ等を用い得る。上
記第２の電極層は、好ましくは、特願平２−３４０８６
０号に開示されているようにＡｌ及びＳｉを重量比で４
８〜９６：４〜５２の割合で含有するＡｌ−Ｓｉ合金に
より構成され、それによって電極の正特性サーミスタ素
体への密着強度の低下をきたすことなく、電極間マイグ
レーションをより一層確実に防止し得る。

【００１０】

【作用】本発明の正特性サーミスタ素子では、第２の電
極層が、第１の電極層を構成している材料よりも比抵抗
の低いＡｌを主成分とする材料で構成されている。従っ
て、第２の電極層の膜抵抗が小さいため、はんだ付け性
に優れた第３の電極層をＡｇで構成した場合であって
も、第３の電極層周辺近傍における電位差を小さくする
ことができ、従ってマイグレーションの発生を防止する
ことができる。

【００１１】また、Ａｌを主成分とする電極材料はその
膜厚を厚くした場合であっても、電極の密着強度が低下
し難い。よって、第２の電極層の膜厚を高めて膜抵抗を
より一層低めることによりマイグレーションの発生をよ
り確実に防止した場合であっても、電極の密着強度は充
分な大きさに保たれる。すなわち、本発明は、比抵抗の
小さなＡｌを主成分とする材料で第２の電極層を構成
し、該第２の電極層をオーミック接触性の第１の電極層
とＡｇのようなはんだ付け性に優れた第３の電極層との
間に介在させることにより、電極密着強度の低下をもた
らすことなくマイグレーションの発生を防止したことに
特徴を有する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の非限定的な実施例を挙げるこ
とにより、本発明を明らかにする。直径１４ｍｍ×厚み
２ｍｍの円盤状の形状を有し、かつ両主面間の抵抗値が
７Ωのチタン酸バリウム系半導体磁器よりなる正特性サ
ーミスタ素体を用意し、下記の要領で電極を形成し、実
施例及び比較例１〜３の各正特性サーミスタ素子を作製
した。

【００１３】実施例 図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、上記のようにして
用意した正特性サーミスタ素体１１の両主面の全面にＮ
ｉを１．５μｍの厚みに形成し、第１の電極層１２ａ，
１３ａを形成した。次に、第１の電極層１２ａ，１３ａ
上に、第１の電極層１２ａ，１３ａと同心の直径１３ｍ
ｍの円形となるようにＡｌ−Ｓｉペースト（Ａｌ及びＳ
ｉを重量比で８４対１６の割合で含有してなるペース
ト）を１０μｍの厚みに塗布し、第２の電極層１２ｂ，
１３ｂとした。さらに、第２の電極層１２ｂ，１３ｂ上
に、第２の電極層１２ｂ，１３ｂと同心の直径６ｍｍの
円形領域に、Ａｇペーストを３．０μｍの厚みに塗布
し、第３の電極層１２ｃ，１３ｃとした。なお、第２の
電極層１２ｂ，１３ｂ及び第３の電極層１２ｃ，１３ｃ
については、上記各ペーストを塗布した後６００℃で焼
き付けることにより電極として完成させた。

【００１４】比較例１ 図４に示すように、上記正特性サーミスタ素体１１の両
主面にＮｉを１．５μｍの厚みにめっきし、内側電極層
２２ａ，２３ａを形成し、内側電極層２２ａ，２３ａ上
に第１の電極層２２ａ，２３ａと同心の直径１１ｍｍの
円形領域にＡｇペーストを塗布し、６００℃の温度で焼
き付けることにより外側電極層２２ｂ，２３ｂを形成し
た。

【００１５】比較例２ 比較例１で用意した正特性サーミスタ素子を溶融はんだ
に浸漬し、図５に示すように外側電極層２２ｂ，２３ｂ
の外部に露出している部分の全面をはんだコーティング
層２２ｃ，２３ｃでコーティングした。

【００１６】比較例３ 比較例１の正特性サーミスタ素子においてＮｉよりなる
内側電極層の膜厚を５μｍに変更したことを除いては、
比較例１と同様にして正特性サーミスタ素子の電極を作
製した。上記のようにして用意した実施例及び比較例１
〜３の各正特性サーミスタ素子の電極に、はんだめっき
が施された直径０．６５ｍｍのリード線を、はんだごて
を用いてはんだ付けし、各正特性サーミスタ素子の特性
及びリード線引張強度を以下の要領で測定した。結果
を、下記の表１に示す。

【００１７】電極間抵抗値…２５±１℃において各正特
性サーミスタ素子を１時間以上放置した後、電極間抵抗
値を測定した。 耐電圧…正特性サーミスタ素子に１００Ｖの電圧を印加
し、さらにゆっくりと昇圧し、正特性サーミスタ素子が
破壊した時の電圧値を耐電圧として記録した。 マイグレーション試験…２２０℃の雰囲気中で２００Ｖ
の電圧を印加し、マイグレーションによるスパークが発
生するまでの時間を記録した。なお、記録時間の最大値
は１万時間とし、１万時間経過した段階でもスパークが
発生しない場合にはマイグレーション無しとした。

【００１８】ＰＴＣ復帰時間…各正特性サーミスタ素子
に２５０Ｖの電圧を１０分間印加した後、２５℃の温度
雰囲気中に放置し、通常の２５℃における電極間抵抗値
±１０％の範囲内まで抵抗値が復帰するのに要した時間
を測定した。 リード線引張強度…図６に示すように、一方のリード線
３１をＬ字状に曲げ、曲げられた先端側を正特性サーミ
スタ素体１１上の電極３０（電極の積層構造は略す）か
ら遠ざかる方向に引っ張った場合に、リード線３１がは
ずれるまでの最大荷重をリード線引張強度として測定し
た。 また、下記の表１においては、比較のために、上記正特
性サーミスタ素体１１の両主面にＩｎ−Ｇａ合金を塗布
し、抵抗値、耐電圧及びＰＴＣ復帰時間を測定した値
を、正特性サーミスタ素体自体の特性を示すために併記
した。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１から明らかなように、比較例１，３の
正特性サーミスタ素子では、それぞれ、１２３０時間経
過後及び８５６０時間経過後に電極間マイグレーション
が生じた。これは、比較例１では、Ｎｉよりなる内側の
電極層が比較的薄いため、膜抵抗によりマイグレーショ
ンが発生しているものと思われる。また、比較例３で
は、Ｎｉよりなる内側電極層の膜厚が比較例１に比べて
厚くされている分だけマイグレーションの発生時間が遅
くなっているが、やはり電極間マイグレーションが発生
することが避けられなかった。

【００２１】さらに、比較例２では、はんだコーティン
グ層２２ｃ，２３ｃが形成されているため電極間マイグ
レーションの発生は見られなかったものの、ＰＴＣ復帰
時間が４３０秒と非常に長く、かつはんだコーティング
層２２ｃ，２３ｃにより熱放散性が低下しているためか
耐電圧特性も劣化していることがわかる。さらに、比較
例３の正特性サーミスタ素子では、リード線引張強度が
０．８ｋｇと非常に小さくなっている。これに対して、
実施例の正特性サーミスタ素子では、正特性サーミスタ
素体自体の特性と、抵抗値、耐電圧及びＰＴＣ復帰時間
のいずれにおいても差がなく、しかもマイグレーション
が生じず、かつリード線引張強度も充分な値であった。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、正特性サーミスタ素体
の主面にオーミック接触している第１の電極層と、はん
だ付け性に優れた材料よりなる第３の電極層との間に比
抵抗の小さなＡｌを主成分とする第２の電極層が介在さ
れており、かつ第１〜第３の電極層の大きさが上記特定
の関係とされているため、電極間マイグレーションの発
生を確実に防止することができると共に、電極の正特性
サーミスタ素体の主面に対する密着強度が効果的に高め
られる。

【００２３】よって、本発明によれば、電気的特性の劣
化を生じさせることなく、電極間マイグレーションが生
じ難くかつ電極密着強度に優れた正特性サーミスタ素子
を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は従来の正特性サーミスタ素子を示す模
式図、（ｂ）は従来の正特性サーミスタ素子の問題点を
説明するための部分拡大側面図。

【図２】従来の正特性サーミスタ素子の他の例を示す側
面図。

【図３】（ａ）は実施例の正特性サーミスタ素子の平面
図、（ｂ）は側面図。

【図４】比較例１の正特性サーミスタ素子を示す側面
図。

【図５】比較例２の正特性サーミスタ素子を示す側面
図。

【図６】リード線引張強度の測定方法を説明するための
側面図。

【符号の説明】

１１…正特性サーミスタ素体 １２，１３…電極 １２ａ，１３ａ…第１の電極層 １２ｂ，１３ｂ…第２の電極層 １２ｃ，１３ｃ…第３の電極層

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正特性サーミスタ素体の両主面に電極を
   形成してなる正特性サーミスタ素子であって、 前記電極が、正特性サーミスタ素体の主面にオーミック
   接触している第１の電極層と、 前記第１の電極層上において第１の電極層の周辺近傍に
   所定幅の領域を残して又は第１の電極層と同じ大きさに
   形成されており、かつ第１の電極層よりも比抵抗の低い
   Ａｌを主成分とする材料よりなる第２の電極層と、 前記第２の電極層上において、第２の電極層の周囲に所
   定幅の領域を残して形成されておりかつ第１，第２の電
   極層よりもはんだ付け性に優れた材料よりなる第３の電
   極層とを備えることを特徴とする、正特性サーミスタ素
   子。