(57)【要約】  本発明の電気素子（１）は、一部がセラミック表面（７）であるセラミック製ベースボディ（２）と、このセラミック製ベースボディに配置される電極（３）とを有しており、この電極の端部は、ベースボディの表面の一部（６）を構成しており、上記のベースボディの表面には接着層が設けられており、この接着層は、加熱時にその接着力が電極の端部にて低減するように選択された組成を有する。
2008508735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気素子（１）において、
該電気素子は、
−  一部がセラミック表面（７）であるセラミックのベースボディ（２）と、
−  当該セラミックのベースボディに配置される電極（３）とを有しており、
該電極の端部は、前記ベースボディの表面の一部（６）を構成しており、
前記のベースボディの表面には接着層が設けられており、
該接着層は、加熱時に電極の端部にてその接着力が低減するように選択された組成を有することを特徴とする
電気素子。
【請求項２】
少なくとも１つの電気コンタクトボディを有しており、
該コンタクトボディは、前記のベースボディ表面に被着されかつ電極の端部に導電的に接続されている、
請求項１に記載の電気素子（１）。
【請求項３】
前記接着層（５）は電気的に絶縁されている、
請求項１または２に記載の電気素子（１）。
【請求項４】
前記接着層は、過酷な周囲条件に対するベースボディの保護層を構成する、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の電気素子（１）。
【請求項５】
前記接着層（５）は、ホウケイ酸ガラス混合物を有する、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の電気素子（１）。
【請求項６】
前記のセラミックベースボディ（２）は、マンガン−ニッケル−混合酸化物を有する、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の電気素子（１）。
【請求項７】
前記のコンタクトベース（４）の焼成温度以下の５０〜２００Ｋの温度領域にて電極端部（６）における接着層の接着力が低減されている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の電気素子（１）。
【請求項８】
前記接着層（５）は、鉛−ホウケイ酸（Ｐｂ−Ｂ−Ｓｉ）混合物を有する、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の電気素子（１）。
【請求項９】
前記接着層（５）は、材料Ｂａ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｇのうちの１つまたは複数の成分が増大されている、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の電気素子（１）。
【請求項１０】
前記接着層（５）の組成を選択して、該接着層が前記の表面のセラミック部分との接着に適するようにした、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の電気素子（１）。
【請求項１１】
電気素子（１）を作製する方法において、
一部がセラミック表面（７）であるセラミックベースボディ（２）を形成し、ここではその内部に複数の電極を成形して、電極の端部（６）が表面（７）の一部を形成するようにし、
前記のベースボディの表面に、あらかじめ設定した温度において電極の端部（６）に良好に接着しない接着層を塗布することを特徴とする、
電気素子（１）を作製する方法。
【請求項１２】
コンタクトボディ（４）を前記ベースボディ（２）に被着し、
熱による固定化フェーズ中に前記電気素子（１）を加熱して、前記の接着層（５）が、電極端部（６）によって形成されているベースボディの表面の一部から流れ出してコンタクトボディが電極の端部に貫通コンタクトするようにした、
請求項１１に記載の電気素子を作製する方法。
【請求項１３】
鉛−ホウケイ酸混合物を有する接着層（５）を使用する、
請求項１１または１２に記載の電気素子を作製する方法。
【請求項１４】
ガラスを有する接着層（５）を使用する、
請求項１１から１３までのいずれか１項に記載の電気素子を作製する方法。
【請求項１５】
前記接着層の材料Ｂａ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｇのうちの１つまたは複数の成分を増大させる、
請求項１１から１４までのいずれか１項に記載の電気素子（１）。
【請求項１６】
前記ベースボディ（２）を多層技術で作製する、
請求項１１から１５までのいずれか１項に記載の電気素子を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＮＴＣ素子である電気素子ならびにこの電気素子の作製方法に関する。
【０００２】
従来の電気セラミック素子はふつう、セラミックベースボディの表面にコンタクトボディを有しており、このコンタクトボディは、この素子の電気コンタクトとして使用され、また殊にこの素子のＳＭＤ(Surface Mounted Device）の機能を保証する。この導電性のコンタクトボディないしは終端部（Terminierung）は、ふつうセラミック製ベースボディとは異なる材料から構成されるため、コンタクトベースボディとベースボディとの接着に関して問題が発生することになる。
【０００３】
US 5,245,309からセラミック製ＮＴＣ素子が公知であり、ここではセラミック製ベースボディは多層技術で作製され、また内部電極が配置された複数のセラミック層から構成される。これらの内部電極は１つずつの外部コンタクトボディに接触接続し、また電極端子を形成する。ここではさらに外側のパッシベーション層、例えばガラスを素子の表面に被着することができる。このような技術によって可能になるのは、素子の構造部品に関する基準が同じ場合に、内部電極の配置構成を変化させることによってさまざまな抵抗を実現することである。
【０００４】
DE 10159451A1からはベースボディを有するＮＴＣ素子が公知であり、ここでこのベースボディには、相異なるＮＴＣ材料からなりかつそれぞれ３次元的に成形された少なくとも１つの第１部分領域および第２部分領域が含まれており、ここでは少なくとも１つの第１および第２コンタクト層がベースボディの表面に設けられている。同様にベースボディにおける２つのセラミック領域の相対的な配置および相対的な配分を変化させることによって、またベースボディの寸法が同じ場合には金属を適当に組み合わせることにより、電気特性の異なるＮＴＣ素子が作製される。
【０００５】
DE 4207915からは、内部電極の端部間の間隔を変化させることによってサーミスタ素子の抵抗値を変更できることが公知である。これによって回避されるのは、抵抗値の低いＮＴＣ素子が殊に薄くなってしまい、このためにこれが割れまたはひびによって損傷されてしまうことである。
【０００６】
本発明の課題は、過酷な周囲条件に対して耐性のある電気素子を提供することである。
【０００７】
この課題は、電気素子およびその作製についてそれぞれの独立請求項に記載された特徴的構成によって解決される。
【０００８】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００９】
ここでは、
−  一部がセラミック表面であるセラミックベースボディと、
−  このセラミックベースボディに配置される複数の電極と
を含む電気素子が提案され、上記の電極の端部は、ベースボディの表面の一部を構成しており、ベースボディの表面には接着層が設けられ、この接着層は、加熱時に電極の端部においてその接着力が低減するように選択された組成を有する。
【００１０】
本発明の１実施形態によって提案されるのは、上記の電気素子が少なくとも１つの電気的なコンタクトボディを有することであり、ここでこのコンタクトボディは、ベースボディ表面に被着され、また電極の端部に導電的に接続される。ここでこのベースボディの表面には、コンタクトボディと、このベースボディの表面のセラミック部分とを少なくとも部分的に接続するための接着層が設けられている。
【００１１】
このようにして形成される電気素子の利点は、接着層はそれが加熱された際にそれ自体で電極端部から流れ出て、これによってむき出しになった領域により、コンタクトボディと電極端部との接触接続が可能になることであり、その際にこの電気素子の抵抗値を変える接着層が、電極端部とコンタクトベースとの間に余りとどまることがないのである。
【００１２】
すなわちここではベースボディのセラミック製表面の最大面積が、コンタクトベースとの接着に利用される。同時に上記のセラミックベースボディには、過酷な周囲条件から保護する接着層が設けられており、ここでこの接着層は上記のコンタクトボディがこのースボディに配置されていない箇所に設けられるである。
【００１３】
上記のコンタクトボディは、当然のことながらコンタクト層として実現するか、またはコンタクトワイヤの端部として実現することができ、ここでこれらの端部は外部の電流および電圧源との接続を形成する。
【００１４】
上記のコンタクトボディは有利にも接着層の独特な特性に起因して、同じ領域に配置されている電極端部にも貫通コンタクトしているのにかかわらず、同時にセラミック表面のセラミック領域に接続されるのである。
【００１５】
別の利点は、上記のコンタクトボディがセラミックベースボディに強力に接着し、これによって引き離しに対する耐性が大きくなることである。
【００１６】
これまでは上記のコンタクトボディは、熱による固定化フェーズ中、電気素子の全体抵抗を同時に大きく変化させてしまうことによってのみ、セラミック製ベースボディに焼成することができた。ここで提案される電気素子を用いることによって殊に有利であるのは、コンタクトボディの焼成によって発生する電気素子の抵抗値の影響が、セラミックベースボディのコーティングによって低減されることである。それは、もはや電極端部に接着する接着およびデカップリング層はなく、コンタクトボディに至る電極の貫通コンタクトが極めて清浄だからである。これに加えて上記のセラミックベースボディは、コンタクトボディから電気的に絶縁されているため、ここでもこの電気素子の全体抵抗値の変化を低減できるからである。このためには、すなわち上記の接着層が電気的に絶縁されており、ひいてはこれがデカップリング層でもあることが有利である。
【００１７】
コンタクトボディの焼成温度以下の５０〜２００Ｋの温度領域において、電極端部における接着層の接着力が低減されることは有利である。これによって得られる利点は、上記のセラミックベースボディにコンタクトボディを焼成する際に、接着層が十分に軟化して、この接着層が、電極端部からそれ自体で流れ出るようにする。このために有利であるのは、上記の接着層が鉛−ホウケイ酸塩混合物を有し、これによってこの接着層が、軟化時に電極端部から殊に徹底的に流れ出るようにすることである。
【００１８】
本発明では電気素子を作製するために方法が提案され、ここでは、
−  一部がセラミック表面であるセラミックベースボディを形成し、ここではその内部に複数の電極を成形して、電極の端部が表面の一部を構成するようにし、
−  上記のベースボディの表面に、あらかじめ設定した温度において電極端部に良好に接着しない接着層を塗布する。
【００１９】
接着が良好でないとは、上記の接着層が、加熱状態において電極の端部にはもはやまったく接着しないことでもあると理解されたい。
【００２０】
上記の作製方法は、有利にはつぎのように拡張される。すなわち、コンタクトボディをベースボディに被着し、熱による固定化フェーズ中に上記の電気素子を加熱して、上記の接着層が、電極によって構成されるべースボディの表面の一部から流れ出して、コンタクトボディと電極端部との貫通コンタクトが得られるようにことによって拡張される。
【００２１】
ここで「熱による固定化フェーズ」という概念は、上記のコンタクトボディがセラミックベースボディにおいて焼成される熱のフェーズのことであり、コンタクトボディの焼成は、熱による固定化フェーズの一部である。
【００２２】
本発明を以下、実施例および図面に基づいて詳しく説明する。ここで、
図１および２は、電気ＮＴＣ素子の有利な実施形態の長手方向および横方向の断面図をそれぞれ示しており、
図３は、接着層およびデカップリング層を有するセラミックベースボディまたはこれらを有しない３つのセラミックベースボディの所定の作製ステップにおける特性を種々異なる温度で示した図である。
【００２３】
図１には、有利にはマンガン−ニッケル−混合酸化物を有するセラミックベースボディ２に互いに平行に配置された電極３が設けられる様子が示されており、ここでこれらの電極はそれぞれ一方の端部６が表面まで延びており、表面の一部を構成している。同時に接着層およびデカップリング層５がセラミックベースボディに被着されている。
【００２４】
これらの電極は有利には銀−パラジウム（AgPd）合金を有する。コンタクトボディは、銀（Ag）製のベースメタライゼーション部を有しており、このメタライゼーション部は、有利にはニッケル層およびすず層による電気メッキによって強化されている。
【００２５】
このような電気ＮＴＣ素子は、有利にはつぎのように作製される。焼結されたセラミックベースボディ２にガラス層５がデポジットされる。これは有利には薄い層を析出する方法によって、例えばガラススラリ（Glasschlicker）への液浸し、ガラススラリの噴霧および引き続きのまたはプロセスに付随する乾燥によって行われる。ガラススラリは、有利には乾燥された層の接着を改善する結合剤と混合される。未加工のまま乾燥した層の典型的な厚さは、１〜２０μｍの範囲である。
【００２６】
例示的なガラススラリ組成は、１００ｇのガラス粉末、３〜２０ｇの接合剤と、５００〜１０００ｇの水とから構成することが可能である。接合剤としてセルロース誘導体、例えば、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールおよびシリコン樹脂などを使用可能である。
【００２７】
上記のガラスの組成は、塗布状態、例えばセラミックボディの塗布状態、すなわちセラミック製のベースボディの表面のセラミック表面の塗布状態に合わせる。上記のガラスの典型的な組成は、Ｂ−Ｓｉ（ホウケイ酸）、例えば鉛−ホウケイ酸塩（Ｐｂ−Ｂ−Ｓｉ）またはＺｎ−Ｂ−Ｓｉ（亜鉛−ホウケイ酸塩）の系から得られ、場合によってさらなる添加物、例えばＢａ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｇを伴う。このようにして得られたコーティングセラミックベースボディ２には、公知のように液浸しおよび乾燥によってコンタクトボディないしは終端部（Terminierung）４が設けられる。このステップによって上記のコンタクトボディを最初にセラミックベースボディに被着した後、接着層はコンタクトボディの表面にすでに接着する。それはこのコンタクトボディは、接着層がコンタクトボディ表面の粒子間に入り込むような表面組成を有するからである。これにより、コンタクトボディと接着層との間の永続的な接着は、後の熱による固定化フェーズにおいても保証されるのである。その後、熱による固定がふつう６５０℃〜８５０℃の間の範囲で行われる。
【００２８】
上記のガラスは、軟化温度が、コンタクトボディないしは終端部の焼成温度を下回る約５０〜２００Ｋになるように選択される。この熱による固定化フェーズにおいて上記の接着層はつぎのような温度にまで加熱される。すなわちこの温度においてこの接着層が軟化しはじめて、最終的に電極端部から流れ出す温度にまで加熱されるのである。これによって接着層は、セラミックベースボディのセラミック表面において接着したままであるが、電極端部ではそのようになっていないため、終端部ないしはコンタクトボディを電極端部に貫通コンタクトさせることができる。電極端部に至るコンタクトボディの貫通コンタクトは、このコンタクトボディが熱による固定化フェーズ中に部分的に軟化し、ひいては電極端部に流れることによって行われる。この液化したコンタクトボディ材料は引き続いて硬化して、電極との安定した電気コンタクトを形成することができる。
【００２９】
接着層の組成は、ガラスと電極材料との間の一般的の相互作用が考慮されて、熱による固定化フェーズにおいて軟化したガラス層の流れ出しが容易になるように選択されるべきである。一般的にはつぎのことにも注意が払われる。すなわち、上記の電極端部がコンタクトボディとは異なる材料からなり、しかも上記の接着層と電極端部との接着が、この接着層とコンタクトボディとの接着がよりも格段に劣るように注意が払われるのである。
【００３０】
熱による固定化フェーズ中に電極端部の接着層が流れ出すことにより、電極端部になお接着していた接着層部分を研磨しなればならなかった、従来通常のプロセスステップを削減することができる。当然のことながら、セラミックベースボディの表面にデポジットされる接着層の厚さを選択して、熱による固定化フェーズ中に電極端部において接着層を完全に軟化させることも可能である。
【００３１】
コンタクトボディと、セラミックベースボディのセラミック表面との間に残っている接着層により、コンタクトボディの引き離し耐性が増大して、５０ニュートンまでのコンタクトベースの引き離し耐性を得ることができる。これに対してコンタクトボディとセラミック表面との間に接着層を有しない基準部分は、ピールオフテストにおいて誤り率はふつう１０〜２０％であり、これに対して本発明によって提案される素子は、このテストに１００％で合格する。
【００３２】
コンタクトボディを焼成することによる電気素子の全体抵抗値の変化は、本発明の電気素子により、約１２％から４％以下に低減することができる。コンタクトボディを電気メッキで強化する際に、酸性の電気メッキ層においてセラミックベースのむき出しの表面においてセラミックが削り取られることよって発生するセラミックベースボディの抵抗の変化は、２％から０．５％に低減される（これについては図３を参照されたい）。スピネルベースのＮＴＣ素子の場合、例えば、接着およびデカップリング層により、セラミックベースボディにおける終端部の焼成に対してセラミック素子の抵抗値が影響を受けにくくすることができる。
【００３３】
上記のセラミックベースボディが公知の多層技術で作製されることは有利である。
【００３４】
コンタクトボディとベースボディとの間ではない、ベースボディの領域にデポジットされる接着層は、保護層として使用される。この保護層は、例えばニッケル−スズ層によって終端部を電気メッキで強化する際またははんだ付け時のフラックスによる浸食の際などの後続のプロセスステップにおける過酷な周囲条件に対して耐性を有する。
【００３５】
図２は、図１に示した矢印の方向で電気素子１を見た図を示している。接着層にむき出しされている領域８は、電極端部６の周りに図示されている。この方向から見た図においてこの電気素子の観察者とセラミックベースボディとの間にあるコンタクトボディ４は、この電気素子の断面を見易くするため記入していない。
【００３６】
図３には、所定の作製ステップにおける接着およびデカップリング層を有するまたはこれを有しない３つのセラミックベースボディの抵抗値の変化ΔＷが種々異なる温度で示されている。
【００３７】
左のバーのグループは、セラミックベースボディに本発明の接着層が設けられている場合を示している。ここで
１．  左のバーＢ１は、２５℃において終端部を電気メッキ強化する前および後の１０分間におけるセラミックベースボディの抵抗値のわずかな変化ΔＷ1を示しており、
２．  中央のバーＢ２は、２５〜１００℃の温度において終端部を電気メッキ強化する前および後の１０分間におけるセラミックベースボディの抵抗値のわずかな変化を示しており、
３．  右のバーＢ３は、熱による固定フェーズ中のセラミックベースボディの抵抗値のマイナスの変化を示している。
【００３８】
中央のバーのグループは、セラミックベースボディに本発明の接着層が設けられてケースを示しており、このケースでは比較的厚く層がデポジットされている。ここでは抵抗値の測定が行われるまで、上記の時点１．〜３．の後、２０分の待ち時間が挿入されている。左側のバーのグループと同様にここでもセラミックベースボディの抵抗値の安定性が高いことが見て取れる。
【００３９】
右側のバーのグループは、基準のケースを示しており、ここでは従来技術にしたがい、接着およびデカップリング層がコンタクトボディないしは終端部とセラミックベースボディとの間に設けられていない。この場合、セラミックベースボディの抵抗値の変化は、図示のケース１．〜３．において格段に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】電気ＮＴＣ素子の有利な実施形態の長手方向の断面図である。
【図２】電気ＮＴＣ素子の有利な実施形態の横方向の断面図である。
【図３】接着層およびデカップリング層を有するセラミックベースボディまたはこれらを有しない３つのセラミックベースボディの所定の作製ステップにおける特性を種々異なる温度で示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  電気素子、  ２  セラミックベースボディ、  ３  電極、  ４  終端部、  ５  接着層、  ６  電極端部、  ７  セラミック表面、  ８  接着層に露出された領域、  Ｂ１  抵抗値変化を表す第１バー、  Ｂ２  抵抗値変化を表す第２バー、  Ｂ３  抵抗値変化を表す第３バー
【図１】
2008508735.tif 000003
【図２】
2008508735.tif 000004
【図３】
2008508735.tif 000005
【国際調査報告】
2008508735.tif 000006
2008508735.tif 000007
2008508735.tif 000008
2008508735.tif 000009
2008508735.tif 000010
2008508735.tif 000011