JPH04192303A - チップ型サーミスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は表面実装用のチップ型サーミスタに関する。更
に詳しくは電子回路の温度補償用に適するサーミスタに
関するものである。

［従来の技術］ 近年、自動車電話をはじめとする移動体無線の普及から
その電子機器は様々な環境において用いられるようにな
ってきた。このためこうした電子機器に用いられる温度
補償用のサーミスタにはその温度環境に対する適合性が
ますます厳しく要求されるようになってきている。特に
小型化した表面実装型のサーミスタに対して大きな要望
が出されている。こうした要求及び要望に応えるために
電子機器の用途に応じて、この種のサーミスタには、抵
抗値が数Ω〜数ＭΩの広範囲であること、抵抗値と温度
係数であるＢ定数とを任意に組合せられること、及び抵
抗値及びＢ定数がそれぞれ高い精度であることが必要に
なってくる。

従来、この種のチップ型サーミスタとして、■第３図に
示すように、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等を主成分とする
金属酸化物の焼結体をチップ状のセラミック素体１にし
た後、この素体１の両端部に導電性ペーストを焼付けて
端子電極２としたバルク型素子や、或いは■第４図に示
すように、上記■と同一の金属酸化物に内部電極１ａを
設け、この焼結体をチップ状にしたセラミック素体１の
両端部に、導電性ペーストを焼付けて端子電極２とした
バルク型素子等のようなバルクのサーミスタ材料を用い
たものが知られている。

また、別のチップ型サーミスタとして、■第５図に示す
ように、アルミナなどの電気絶縁性素体３の上面両端部
に基底電極４を形成し、この電極４の上面及び電極４が
設けられていない素体３の上面にＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ等の金属酸化物、酸化ルテニウム及びガラスフリット
を含むサーミスタペーストを印刷、焼成して感熱性抵抗
厚膜５を形成した後、チップ状にしこの両端部に端子電
極６を形成した厚膜型素子や、或いは■第６図に示すよ
うに、基底電極４の上面と下面にそれぞれ上記■と同一
材料のサーミスタペースト印刷、焼成して感熱性抵抗厚
膜５を電極４，４で挟んだ状態で形成した後、上記■と
同様に端子電極６を形成した厚膜型素子が知られている
。

［発明が解決しよう゛とする課題］ しかし、■の内部電極を有しないバルク型素子（第３図
）は、素子の形状寸法が画一的であるため、セラミック
素体上に占める面積をあまり変えることができない。一
方、サーミスタ材料を選択するとＢ定数と抵抗率が決ま
ってしまうため、素子のＢ定数と抵抗値は任意に組合せ
ることができない。■の内部電極を有するバルク型素子
（第４図）は、内部電極の大きさによって抵抗値を変え
ることができる反面、各素子の抵抗値のバラツキが大き
くなり、これを補正することが難しい。

■及び■の厚膜型素子は、基板との密着性及び焼結性を
高めるためにサーミスタペーストにガラス成分が添加さ
れていることから、焼成条件によって膜の状態が変化し
てＢ定数及び抵抗値のバラツキが大きい。このバラツキ
は抵抗値については厚膜抵抗と同様な手法により補正で
きるが、Ｂ定数については補正できない。

また、■の厚膜型素子（第５図）は、厚を薄くして低抵
抗にすることが難しいため、■の厚膜型素子（第６図）
が提案されているが、この素子は膜厚の変化が素子毎に
大きく、しかもトリミングにより電極間の短絡が起きや
すいため、抵抗値のバラツキを押えることができない。

本発明の目的は、上記問題点を解決するもので、任意の
Ｂ定数と抵抗値とを組合せて各種用途にきめ細かに対応
し得る幅広い特性を具備し、小型で基板に表面実装可能
なチップ型サーミスタを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１図に示すように、本発明のチップ型サーミスタ１は
、電気絶縁性素体１０と、この素体１０の上面に形成さ
れ鉄けい化物からなる感熱性抵抗膜１１と、抵抗膜１１
の両端部の上面又は下面に配設された少なくとも１対の
基底電極１２．１２と、基底電極１２．１２に接続して
素体１０の両端部に形成された端子電極１４．１４とを
備える。

本発明の電気絶縁性素体１０は、耐熱性を有し、鉄けい
化物の熱膨張率（ＩＯＸ　１０−’ｄｅｇ−”）に近い
熱膨張率を有し、鉄けい化物の付着性の大きいものであ
ればよい。例示すればアルミナ、フォルスライト、ステ
アライト、ベリリア、Ｍｇ−ＡＭスピネル等の材料から
なる素体が好ましい。

感熱性抵抗膜１１は鉄けい化物からなり、特に、鉄けい
化物の組成がＦｅ１−ｙｓｉｙであって、０．６３≦ｙ
≦０．７１であることが好ましい。また鉄けい化物はＦ
ｅ及びＳｉを主成分とし、この一部を金属元素Ｍで置換
してもよい。この場合、鉄けい化物の組成は（Ｆ　ｅ　
１−ｘ　Ｍｘ）１−ｙ　ｓ　’　”／であって、金属元
素Ｍは元素周期表の３Ａ族、４Ａ族。

５Ａ族、６Ａ族、７Ａ族、８族及び１Ｂ族の元素から選
ばれた少なくとも１つの元素であり、Ｘ及びｙがそれぞ
れ０＜ｘ≦０．３０，０．６３≦ｙ≦０７１であること
が好ましい。特に好ましい元素は遷移金属元素（Ｓｃ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ。

Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）又は白金属元素（Ｒｕ。

Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉ　ｒ、Ｐｔ）である。金属元素Ｍ
の含有率ＸがＯ，ＳＯを越えるか又はＳｉの含有率ｙが
０．６３〜０．７１の範囲を外れる組成になると、Ｂ定
数が１００ＯＫ以下となりサーミスタの特性上好ましく
ない。

この抵抗膜は０．０１〜２μｍの膜厚にサーミスタの用
途に応じて形成される。０．０１μｍ未満の場合、抵抗
膜が素体と反応したり、また素体の凹凸により膜が形成
しにくいなどの素体からの影響を受は易く、また２μｍ
を越えると素体との熱膨張率の違いにより膜が剥離し易
くなるため、上記範囲に形成される。

基底電極１２．１２は２対以上あってもよく、また電極
１２．１２は感熱性抵抗膜１１の上面に設けてもよい。

電気絶縁性素体１０の両端部には基底電極１２．１２に
接続して端子電極１４．１４が形成される。基底電極及
び端子電極はいずれも耐熱性と耐蝕性に優れた導電性材
料からなる。

例示すれば基底電極についてはＰｔ、Ｐｔ−Ａｕ。

Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔ等の電極材料が挙げられ、端子電極に
ついてはＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ。

Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ等を主たる成分とする電極材料が挙げ
られる。端子電極を基板にはんだ付けすることにより本
発明のサーミスタは基板上に実装される。

第２図に示すように、このはんだ付は時のはんだによる
電極食われを防止するため、端子電極１４には耐熱性の
あるＮｉめっき層１５及びはんだ濡れ性を向上させるた
めのＳｎめっき層１６を形成することが好ましい。更に
感熱性抵抗膜１１の上面に電気絶縁用保護膜１３を形成
することが好ましい。保護膜１３はイオン性のある湿気
や水分が感熱性抵抗膜に直接付着してサーミスタ特性が
変化するのを防止するもので、０．１〜１０μｍの膜厚
に形成される。０．１μｍ未満であると保護機能に劣り
、１０μｍを越えると熱膨張率の違いにより剥離し易く
なるため、上記範囲に形成される。この保護膜としては
、熱膨張率が感熱性抵抗膜のそれに近くて、耐蝕性に優
れた材料が選ばれる。例示すれば鉄けい化物の酸化物、
高純度けい素、二酸化けい素、窒化けい素等が挙げられ
る。

本発明のチップ型サーミスタを製造するには、先ずスク
ライブが形成された電気絶縁性基板の表面にスクリーン
印刷法により上述した金属ペーストを印刷して大気中で
焼付は厚膜を形成するか、或いはスパッタリング法等に
より薄膜を形成して基底電極を形成する。

次いでこの基板上に感熱性抵抗膜を形成する。

この感熱性抵抗膜は、気相成長法、電子ビーム蒸着法、
イオンビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング蒸着
法等により形成される。スパッタリング蒸着法が量産に
適しているため好ましい。スパッタリング蒸着は、Ａｒ
ガスのような不活性ガス雰囲気中で行われ、ターゲット
には鉄とけい素の各粉末又は鉄とけい素と前述した金属
元素Ｍの各粉末を所定の比率で配合し、円盤状に粉末冶
金したものを使用する。蒸着した抵抗膜は結晶構造上、
ＦｅＳｉ、化合物又は（Ｆｅｄ）Ｓｉ２化合物を形成し
ている必要があるため、基板を３００〜９５０℃の温度
で加熱した状態で蒸着することが望ましい。

しかし室温で蒸着した後に、次に述べる熱処理によりＦ
ｅＳｉ、化合物又は（ＦｅＭ）Ｓｉ　２化合物を得ても
よい。

感熱性抵抗膜を形成した後、その電気絶縁性素体を４０
０〜９８５℃の温度範囲で熱処理すると、サーミスタと
しての感熱性の再現性がよく、がっ熱的安定性に優れる
ため好ましい。この熱処理は不活性ガス雰囲気中又は真
空中がより安定した特性を得るために好ましいが、大気
中でも特性が安定しているためよい。また熱処理は４０
０’Ｃ未満であるとその効果が乏しく、９８５℃を越え
ると抵抗膜が熱的損傷を受は易くなる。

上記熱処理を行った後、抵抗膜のエツチングを行い、必
要により抵抗膜のトリミング処理及び電気絶縁用保護膜
の形成を行う。

この保護膜は前述した感熱性抵抗膜を形成した後の熱処
理によって形成されることもあるが、この熱処理後、更
に保護膜形成のために特別に熱処理することが好ましい
。

例えば、二酸化けい素の保護膜を作るには、熱処理した
電気絶縁性基板を大気中又は酸化性雰囲気中で５００〜
１０００℃の温度で更に熱処理すると、鉄けい化物の膜
表面の一部が分離し、抵抗膜上に５ｉｎｓの保護膜が形
成される。この熱処理は鉄けい化物の膜表面の一部を分
離させる必要があることから前述の熱処理と比べて、短
時間で若干高い温度で行われる。絶縁性を高めるために
、Ｓｉｎ、のターゲットを用いてスパッタリングしてＳ
ｉｎ、の保護膜を形成してもよい。別の保護膜の成膜法
としては、鉄けい化物の薄膜を形成するときに、アルゴ
ンガスの雰囲気を一部酸素で置換し、活性スパッタリン
グを行って形成する方法もある。

保護膜を形成した後、電気絶縁性基板をスクライブに添
って分割した後、端子電極を形成し、必要によりこの端
子電極表面にＮｉめっき層及びＳｎめっき層を形成する
。

［作　用］ 本発明のチップ型サーミスタは、鉄とけい素の組成比又
は鉄とけい素の組成比を所定の範囲内で変えたり、鉄の
一部を金属元素Ｍで置換して感熱性抵抗膜を形成できる
ため、種々の温度特性を有し、Ｂ定数が１０００〜５０
００　Ｋ、膜厚か０．０１〜２μｍで室温において数Ω
〜数ＭΩ以上の幅広い範囲の抵抗値を有し、少なくとも
３００℃以上の温度で安定性の良いサーミスタ特性を備
える。

また感熱性抵抗膜の成膜時の形状寸法の自由度が比較的
高＜、シかも形成された薄膜のトリミングも可能である
ため、一般にサーミスタに要求されるＢ定数及び抵抗値
の中から所望の特性を具備することができる。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明のチップ型サーミスタは、感
熱性抵抗膜がＦｅ５ｉｉ系材料であるため、耐熱性及び
耐酸化性に優れ、しかも種々のＢ定数と抵抗値の組合せ
が可能になり、所望の特性のサーミスタが得られる。

また本発明のサーミスタの感熱性抵抗膜は、薄膜であっ
て厚膜と異なり、成膜するときのペーストに添加物等を
加えることがないため、抵抗値のバラツキはもちろん、
補正が不可能なり定数のバラツキも小さくでき、（７か
もレーザー、サンドブラスト等を用いたトリミングの微
細加工により容品に抵抗値の補正を行うことができる。

この結果、抵抗値及びＢ定数の各精度を高めることがで
きる。

また感熱性抵抗膜のＦ面に電気絶縁用保護膜を形成すれ
ば、外界の影響を受けにくくなり、かつ耐酸化性も高ま
るため、より特性が安定したチップ型サーミスタが得ら
れる。

更に端子電極にめっき層を設けることもでき、実装性、
信頼性に優れ、しかも小型化が可能であるため、表面実
装用部品として極めて好適である。

［実施例］ 次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。

〈実施例１〉 この例ではアルミナ基板から電気絶縁性素体を作製した
。先ずガラス粉末が混入された、所謂ガラスフリット入
り白金ペーストを予めスクライブが形成されたアルミナ
基板の上面にスクリーン印刷法により印刷し大気中にて
１０００℃の温度で１時間焼付けて１対の基底電極を形
成した。

上記基底電極を形成した基板から１８種類の鉄けい化物
の薄膜を形成した。そのうち４種類は鉄とけい素からな
る鉄けい化物、残りの１４種類は鉄の一部を金属元素Ｍ
　（Ｍ＝Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ。

Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ）で置換した鉄けい化物からな
る薄膜であった。各基板の上面に高周波スパッタリング
法により鉄けい化物薄膜を形成した。

即ち、鉄とけい素の原子比及び鉄とけい素と金属元素Ｍ
　（Ｍ＝Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ。

Ｐｄ）の原子比を変えた１８種類のターゲットを用意し
て各ターゲットを高周波スパッタリング装置の陰極に各
別に設け、数ｍＴｏｒｒ程度のＡｒガス雰囲気中で高周
波電力３００Ｗ、成膜速度３μｍ／ｈｒの条件でスパッ
タリングし基板の上面に薄膜を形成した。

蒸着後、薄膜を形成した基板を６００℃の温度で熱処理
した。続いて薄膜の一部をエツチングして、必要により
トリミングし、更に電気絶縁用保護咬を形成してからア
ルミナ基板を分割し電気絶縁性素体を得た。この素体の
両端部にＡｇペーストを焼付けた。この焼付は電極層の
表面にＮｉめっき及びＳｎめっきをこの順に行って、チ
ップ抵抗に相当する２、０ｍｍＸ１．２５ｍｍＸ０．４
ｍｍの外形寸法を有する１８種類の基板表面実装用のチ
ップ型サーミスタを得た。

〈比較例１〉 実施例１の１８種類のターゲットの中で、金属元素Ｍを
含有しない４種類のもののうち、鉄の原子比が最低のも
のより更に低いターゲット及び鉄の原子比が最高のもの
より更に高いターゲットを用いた以外は、実施例１と同
様にして２種類のチップ型サーミスタを作製した。

く比較例２〉 実施例１の１８種類のターゲットの中で、金属元素Ｍを
含有する１４種類のもののうち、金属元素Ｍの含有率が
最大のものより更にＭの含有率の大きいターゲット、Ｓ
ｉの含有率が最小のものより更にＳｉの含有率の小さい
ターゲット及びＳｉの含有率が最大のものより更にＳｉ
の含有率の大きいターゲットを用いた以外は、実施例１
と同様にして３種類のチップ型置−ニスタを作製し、た
。

実施例１．比較例１及び比較例２で作製した２３種類の
サーミスタの特性を第１表に示す。

（以下、本頁余白） 第１表 ２３種類のチップ型サーミスタはいずれも膜厚１．０μ
ｍ、電極間距＊１ｍｍ、薄膜の幅１ｍｍであった。Ｂ定
数は２５℃と１００℃の抵抗値より算出した。抵抗値は
２５℃における値である。

また高抵抗化にするために、２３種類のサーミスタのう
ち２種類について薄膜の表面の一部をレーザーにてトリ
ミング処理し、た。

第１表の結果から金属元素Ｍ　（Ｍ＝Ｍｎ、　　Ｃｒ。

Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ）の含有率Ｘが０．３０以
下であるか、又はＳｉの含有率ｙが０．６３〜０．７１
の範囲内にあると、Ｂ定数が１０００Ｋを上回り、温度
補償用のサーミスタに好適なサーミスタであることが判
った。

実施例１のチップ型サーミスタを用いてテーピングし、
自動挿入機でアルミナ印刷基板に実装したところ、特性
不良もなく作業性が著しく向上し自動化が可能であるこ
とが判った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のチップ型サーミスタの断面図。 第２図は本発明の別のチップ型サーミスタの断面図。 第３図、第４図、第５図及び第６図は従来例のチップ型
サーミスタの断面図。 １０：電気絶縁性素体、 １１：感熱性抵抗膜、 １２：基底電極、 １３：電気絶縁用保護膜、 １４：端子電極、 １５：Ｎｉめっき層、 １６　：　Ｓｎめっき層。 特許出願人　三菱鉱業セメント株式会社手続補正書０．
え。 平成３年８月５日 特許庁長官　　深　沢　　　亘　殿 ２、発明の名称　チップ型サーミスタ ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所（居所）東京都千代田区大手町−丁目６番１号氏名
（名称）　　　三菱マテリアル株式会社４代理人 ８　補正の内容 （１）明細書第１２頁第１２行目 「・・・１０００〜５０００Ｋ・・・」を「・・・５０
０に以上・・・」と訂正する。 （２）明細書第１７頁第１表 （以下、本頁余白） 第１表 第１表 と訂正する。 （３）明細書第１８頁第１２行目 ｒｌｏｏＯＫ・・・」を ｒ５００Ｋ・・・」と訂正する０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電気絶縁性素体（１０）と、前記素体（１０）の上
   面に形成され鉄けい化物からなる感熱性抵抗膜（１１）
   と、前記抵抗膜（１１）の両端部の上面又は下面に配設
   された少なくとも１対の基底電極（１２，１２）と、前
   記基底電極（１２，１２）に接続して前記素体（１０）
   の両端部に形成された端子電極（１４，１４）とを備え
   たチップ型サーミスタ。 ２）鉄けい化物の組成が Ｆｅ＿１＿−＿ｙＳｉ＿ｙであって、 ０．６３≦ｙ≦０．７１である請求項１記載のチップ型
   サーミスタ。 ３）鉄けい化物はＦｅ及びＳｉを主成分とし、この一部
   を金属元素Ｍで置換し、その組成が （Ｆｅ＿１＿−＿ｘＭ＿ｘ）＿１＿−＿ｙＳｉ＿ｙであ
   って、金属元素Ｍは元素周期表の３Ａ族，４Ａ族，５Ａ
   族，６Ａ族，７Ａ族，８族及び１Ｂ族の元素から選ばれ
   た少なくとも１つの元素であり、ｘ及びｙがそれぞれ０
   ＜ｘ≦０．３０，０．６３≦ｙ≦０．７１である請求項
   １記載のチップ型サーミスタ。 ４）感熱性抵抗膜（１１）の上面に電気絶縁用保護膜（
   １３）が形成された請求項１記載のチップ型サーミスタ
   。