(57)【要約】【課題】軽量であり、外力による破壊やクラックが生じ難く、所望とする抵抗温度特性を容易に実現することができ、生産性に優れたチップ型ＮＴＣサーミスタ素子及びその製造方法を得る。【解決手段】ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を有するセラミック粉末とを含む組成物を成形してなるサーミスタ素体２の外表面に第１，第２の外部電極３，４が形成されている、チップ型ＮＴＣサーミスタ素子１及びポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末とを含む組成物を成形してサーミスタウエハーを得る工程と、前記サーミスタウエハーの両主面に電極を形成する工程と、前記サーミスタウエハーを厚み方向に切断し、個々のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子を得る工程とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末とを含む組成物からなるサーミスタ素体と、
前記サーミスタ素体の外表面に形成された第１，第２の外部電極とを備えることを特徴とする、チップ型ＮＴＣサーミスタ素子。
【請求項２】
前記サーミスタ素体が、Ｂ定数の異なる複数種の負の抵抗温度特性を有するセラミック粉末を含む、請求項１に記載のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子。
【請求項３】
前記ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末との合計１００重量部に対し、前記導電剤が２０重量部以下、前記負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末が３０〜８０重量部の割合で配合されている、請求項１または２に記載のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子。
【請求項４】
前記導電剤が、カーボンブラック、ＳｉＣ、及び金属粉末からなる群から選択した少なくとも１種である、請求項１〜３のいずれかに記載のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子。
【請求項５】
前記ポリマーの分子量が２００，０００以上である、請求項１〜４のいずれかに記載のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子。
【請求項６】
前記第１，第２の外部電極が、サーミスタ素体の対向し合う両端面に形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子。
【請求項７】
ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末とを含む組成物を成形してサーミスタウエハーを得る工程と、
前記サーミスタウエハーの両主面に電極を形成する工程と、
前記サーミスタウエハーを厚み方向に切断し、個々のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子を得る工程とを備えることを特徴とする、チップ型ＮＴＣサーミスタ素子の製造方法。
【請求項８】
前記サーミスタウエハーの切断が、カット刃を用いて行なわれる、請求項７に記載のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば温度補償や温度検知に用いられるチップ型ＮＴＣサーミスタ素子及びその製造方法に関し、より詳細には、ポリマーと負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末とを併用してなるチップ型ＮＴＣサーミスタ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、温度補償や温度検知にＮＴＣサーミスタやＰＴＣサーミスタが広く用いられている。また、上記のようなサーミスタとしては、正または負の抵抗温度特性を示すセラミックスを用いたものの他、有機高分子を用いたものも提案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、有機ポリマー中に粒状の導電性フィラーを分散させてなる組成物を用いたＰＴＣサーミスタが開示されている。低温では、導電性フィラーが導電路を形成し、低い固有抵抗値を示すが、高温では、有機高分子の膨張により、上記導電路が切断されて、高抵抗となる。すなわち、ＰＴＣ特性を示す導電性ポリマーの製造方法が開示されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、ＮＴＣサーミスタ素子の製造方法の一例が開示されている。ここでは、負の抵抗温度特性を示すセラミック焼結体からなるサーミスタウェハーが用いられる。このサーミスタウエハーが、ダイシングにより切断されて、個々のＮＴＣサーミスタ素子単位のチップとされる。そして、このチップの両端面に電極が形成されて、チップ型ＮＴＣサーミスタ素子が得られる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２３９４８５号公報
【特許文献２】
特開平４−１２７４０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の導電性ポリマーの製造方法では、上記のようにＰＴＣ特性を有する導電性ポリマーが得られる。この先行技術に記載の方法では、有機ポリマーの特性を利用して狭い温度範囲でＮＴＣ特性を示す場合がある旨が記載されているが、様々な用途にＮＴＣサーミスタ素子として用い得る導電性ポリマーについては開示されていない。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載のＮＴＣサーミスタ素子の製造方法では、上記のようにセラミック焼結体からなるサーミスタウエハーが用いられている。従って、個々のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子単位にサーミスタウエハーを切断するのにダイシング刃が用いられている。そのため、切断に長時間を要し、生産性が十分でなかった。
【０００８】
また、セラミック焼結体を用いたチップ型ＮＴＣサーミスタ素子はセラミックスを用いているため、軽量化を進めることが困難であった。
さらに、セラミックスからなるため、基板に実装する際の機械的ストレスやたわみ応力などにより、サーミスタ素体にクラックや破壊等が生じるおそれがあった。
【０００９】
また、目的とする抵抗値を変更する場合には、外部電極の位置や形状を変更しなければならず、また内部電極を有する積層型のサーミスタを構成した場合においても、外部電極や内部電極の形状等を変更しなければならなかった。
【００１０】
さらに、Ｂ定数を変更しようとする場合には、サーミスタ素体を構成するセラミックス自体の組成を検討しなければならず、様々なＢ定数を有するセラミックスを容易に提供することはできなかった。
【００１１】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、マザーのサーミスタウエハーから容易に切断することができ、従って安価にかつ効率よく生産することができ、軽量化を図ることができ、クラックや破壊等が生じ難く、抵抗値や抵抗温度特性の設計変更を容易に行なうことができるチップ型ＮＴＣサーミスタ素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の広い局面によれば、ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末とを含む組成物からなるサーミスタ素体と、前記サーミスタ素体の外表面に形成された第１，第２の外部電極とを備えることを特徴とする、チップ型ＮＴＣサーミスタ素子が提供される。
【００１３】
本発明の特定の局面では、前記サーミスタ素体が、Ｂ定数の異なる複数種の負の抵抗温度特性を有するセラミック粉末を含む組成により構成されている。
本発明のより特定の局面では、前記ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末との合計１００重量部に対し、前記導電剤が２０重量部以下、前記負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末が３０〜８０重量部の割合で配合されている。
【００１４】
上記導電剤としては、特に限定されるわけではないが、カーボンブラック、ＳｉＣ、及び金属粉末からなる群から選択した少なくとも１種を用いることができる。
【００１５】
また、前記ポリマーとしては、好ましくは分子量が２００，０００以上のポリマーが用いられ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル類からなる群から選択した少なくとも１種を用いることができる。
【００１６】
また、本発明のさらに他の特定の局面では、上記第１，第２の外部電極は、サーミスタ素体の対向し合う第１，第２の端面に形成される。この場合、第１，第２の外部電極以外に、サーミスタ素体内に内部電極が形成されていてもよい。
【００１７】
本発明の他の広い局面によれば、ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末とを含む組成物を成形してサーミスタウエハーを得る工程と、前記サーミスタウエハーの両主面に電極を形成する工程と、前記サーミスタウエハーを厚み方向に切断し、個々のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子を得る工程とを備えることを特徴とする、チップ型ＮＴＣサーミスタ素子の製造方法が提供される。
【００１８】
本発明に係る製造方法では、好ましくは、上記サーミスタウエハーの切断に際し、カット刃が用いられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るチップ型ＮＴＣサーミスタ素子では、サーミスタ素体が、ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末とを含む組成物からなることを特徴とする。
【００２０】
上記ポリマーとしては、特に限定されるわけではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル類などの熱可塑性樹脂を好適に用いることができる。
【００２１】
上記導電剤としては、例えばカーボンブラック、金属粉末、あるいはＳｉＣなどの適宜の導電性材料を用いることができる。また、この導電剤は、粉末状や粒子状であってもよく、あるいは繊維状であってもよく、その形状については特に限定されない。
【００２２】
また、上記負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末としては、従来よりＮＴＣセラミックサーミスタに用いられている適宜の半導体セラミック粉末を用いることができる。
【００２３】
上記サーミスタ素体を構成する組成物において、ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末との配合割合については、好ましくは、上記ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末との合計１００重量部に対し、導電剤が２０重量部以下、より好ましくは、１０重量部以下、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末が、３０〜８０重量部、より好ましくは、５０〜７０重量部の割合で配合される。
【００２４】
導電剤の配合割合が２０重量部を超えると導電体となることがある。セラミック粉末の配合割合が３０重量部未満では、十分な負の抵抗温度特性を示さないことがあり、８０重量部を超えると、素子の強度が劣化することがある。
【００２５】
また、本発明において、サーミスタ素体は、上記組成物を適宜の方法で成形することにより構成することができる。この成形方法については、ドクターブレード法などのシート成形法や適宜の成形方法を用いることができる。
【００２６】
上記サーミスタ素体は、ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末とを含む組成物からなるので、従来のセラミック焼結体を用いたＮＴＣサーミスタ素子に比べて、弾性に優れており、従って外力等による破壊やクラックが生じ難い。
【００２７】
図１に示すように、上記のようにして得られるサーミスタ素体１の外表面には、第１，第２の外部電極２，３が形成されるが、この第１，第２の外部電極２，３を構成する材料については、従来よりチップ型ＮＴＣサーミスタ素子で用いられている電極材料を適宜用いることができる。すなわち、サーミスタ素体１にオーミック接触し得る適宜の金属材料、例えばＡｇやＰｄあるいはこれらの合金を用いることができる。また、上記オーミック接触し得る金属からなる電極膜２，３上に、Ｎｉメッキ膜やＳｎメッキ膜が積層されてもよい。
【００２８】
さらに、上記サーミスタ素体内には、複数の内部電極が形成されてもよく、それによって積層型のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子とされてもよい。
本発明に係るチップ型ＮＴＣサーミスタ素子では、サーミスタ素体が上記特定の組成物からなるため、ポリマー、導電剤及び負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末の配合割合を調整することにより、あるいは使用する負の抵抗温度特性を示すセラミック材料の種類を調整することにより、様々な負の抵抗温度特性を容易に実現することができる。これを、具体的な実験例につき説明する。
【００２９】
（実験例１）
３６５０ＫのＢ定数が得られるように、ＭｎＣＯ３  、ＮｉＣＯ３  、Ａｌ２Ｏ３  を配合し、ボールミルにより湿式混合し、粉砕し、仮焼粉末を得た。
【００３０】
上記仮焼粉末１００重量部に対し、有機バインダとしてポリビニルアルコールを７重量部混合し、直径３．０ｍｍ×厚み２．０ｍｍの円盤状に成形し、１３００℃で焼結した。しかる後、この円盤状焼結体を、平均粒径が１μｍ以下となるまで乾式粉砕し、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末を得た。
【００３１】
上記のようにして得たセラミック粉末を、下記の表１に示す試料番号１〜７の配合割合となるように、ポリエチレン及びカーボンブラックと共に、ミキサーにて混練した。
【００３２】
上記のようにして得た混練物を、ドクターブレード法を用いてシート成形し、０．４ｍｍのシートを得た。
上記のようにして得られたシートを、５０ｍｍ角にカットし、厚みが１．６ｍｍとなるように複数枚のシートを積層し、熱圧着した。このようにして、図２に示すように、５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ１．６ｍｍの矩形板状のサーミスタウエハー４を得た。
【００３３】
上記サーミスタウエハーの両面にスパッタリングにて、Ｎｉ−Ｃｒ合金膜及びＡｇ膜を順次成膜し、電極膜２Ａ，３Ａを形成した。
上記電極膜２Ａ，３Ａが形成されたサーミスタウエハー４を、刃厚０．１５ｍｍのステンレス製カット刃にて厚み方向に切断し、１．６×０．８×０．８ｍｍの寸法のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子（図１）を得た。
【００３４】
すなわち、上記サーミスタウエハーの両面が直方体状のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子の対向し合う第１，第２の端面を構成しており、該第１，第２の端面に、上記２層の金属膜から第１，第２の外部電極が形成されている。
【００３５】
比較のために、以下の要領で試料番号８のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子を作製した。上記と同様にして得られた仮焼粉末に有機バインダを混合し、セラミックスラリーを得、該セラミックスラリーをドクターブレード法によりシート成形し、グリーンシートを得た。このグリーンシートを、焼成後に上記実験例で得られたチップ型ＮＴＣサーミスタ素子と同じ大きさとなるように切断し、成形体を得た。この成形体を１３００℃にて焼成し、焼結体を得た。この焼結体の両端面、すなわち０．８×０．８ｍｍの正方形の他面に、Ａｇ／Ｐｄペーストをディップ法により形成し、８００℃の温度で焼き付けて外部電極を形成した。
【００３６】
上記のようにして得られた試料番号１〜７のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子と、比較のために用意した試料番号８のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子について、▲１▼２５℃における抵抗値Ｒ２５、▲２▼Ｂ定数（Ｂ２５／５０（Ｋ））、▲３▼重量を測定し、さらに▲４▼たわみ試験により評価した。たわみ試験については、ＪＩＳ  Ｃ００５１に準じて行い、ガラス布基材エポキシ樹脂製の厚さ１．６ｍｍ×長さ１００ｍｍ×幅４０ｍｍの基板の中心部に電極を形成し、該電極上にチップ型ＮＴＣサーミスタ素子を接着し、上記基板に垂直方向に力を加えて基板を撓ませた際に、チップ型ＮＴＣサーミスタ素子が基板から脱落するたわみ量を停止、たわみ強度とした。
【００３７】
結果を下記の表２に示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
【表２】
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【００４０】
表２から明らかなように、本発明に従って構成された試料番号１〜４のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子は、比較のために用意した試料番号８のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子に比べて、約１０％程度軽量であり、かつ倍以上のたわみ強度を有することがわかる。また、試料番号１〜４の結果から明らかなように、セラミック粉末、導電剤及び有機ポリマーの配合割合を調製することにより、最終的にＢ定数を任意に調製することができる。また、導電剤を２３重量部配合した試料番号５では、導通し、ＮＴＣ特性を示さなかった。また、セラミック粉末を２８重量部加えた試料番号６では、同様にＮＴＣ特性を示さず、Ｒ２５も本発明例の１００倍以上となった。逆に、セラミック粉末を８２重量部加えた試料番号７では、たわみ試験において素子が容易に破壊した。
【００４１】
（実験例２）
下記の表３に示すように、異なるＢ定数が得られるように３種類の原料Ａ〜Ｃを用意した。原料Ａ〜Ｃにおける金属酸化物組成は下記の表３に示すとおりである。上記原料Ａ〜Ｃをそれぞれ用い、実験例１と同様にして仮焼し、さらに成形・焼結後に平均粒径が１μｍ以下となるまで粉砕し、原料Ａ〜Ｃに相当するセラミック粉末Ａ〜Ｃを得た。
【００４２】
上記セラミック粉末を、ポリエチレンと、カーボンブラックと、下記の表４に示す試料番号９〜１３の割合で配合し、ミキサーにて混練した。
得られた混練物を用い、実験例１と同様にしてチップ型ＮＴＣサーミスタ素子を作製した。また、このようにして得られた試料番号９〜１３の各チップ型ＮＴＣサーミスタ素子について、２５℃の抵抗値Ｒ２５及びＢ定数（Ｂ２５／５０（Ｋ））を測定した。結果を下記の表５に示す。
【００４３】
【表３】
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【００４４】
【表４】
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【００４５】
【表５】
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【００４６】
表５の試料番号１２，１３から明らかなように、Ｂ定数が異なる複数種のセラミック粉末を併用することにより、様々なＢ定数を有するチップ型ＮＴＣサーミスタ素子を容易に構成し得ることがわかる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係るチップ型ＮＴＣサーミスタ素子では、サーミスタ素体が、ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末とを含む組成物からなり、ポリマー中にセラミック粉末が分散されているので、従来のセラミック焼結体を用いたチップ型ＮＴＣサーミスタ素子に比べて、軽量化を図ることができ、かつ外力等による破壊やクラックが生じ難い。加えて、上記ポリマーと、導電剤と、セラミック粉末との配合割合を調製することにより、チップ型ＮＴＣサーミスタ素子のＢ定数を容易にコントロールすることができ、様々な用途に適用したチップ型ＮＴＣサーミスタ素子を容易に提供することができる。
【００４８】
すなわち、従来のセラミックスを用いたチップ型ＮＴＣサーミスタ素子では、セラミックスの組成のコントロールにより抵抗温度特性を変化させることが困難であるため、電極形状やサーミスタ素体の形状等を変更しなければ、抵抗温度特性の変更が容易でなかったのに対し、本発明によれば、上記組成物の組成をコントロールするだけで、容易に目的とする抵抗温度特性を実現することができる。本発明において、Ｂ定数が異なる複数種の負の抵抗温度特性を有するセラミック粉末を用いた場合には、複数種のセラミック粉末の種類や配合割合を調製することにより、より一層様々な抵抗温度特性を容易に実現することができる。
【００４９】
ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末との合計１００重量部に対し、導電剤が２０重量部以下、負の抵抗温度特性を示すセラミック粉末が３０〜８０重量部の割合で配合されている場合には、負の抵抗温度特性を有するチップ型ＮＴＣサーミスタ素子を確実に提供することができる。
【００５０】
本発明において、第１，第２の外部電極がサーミスタ素体の対向し合う両端面に形成されている場合には、従来より援用されているチップ型ＮＴＣサーミスタ素子と同じ形状のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子であって、本発明に従って軽量であり、かつ外力による破壊やクラックが生じ難く、さらに抵抗温度特性の変更が容易なチップ型ＮＴＣサーミスタ素子を提供することができる。
【００５１】
本発明に係るチップ型ＮＴＣサーミスタ素子の製造方法によれば、ポリマー、導電剤及びセラミック粉末う含む組成物を成形してサーミスタウエハーを得、該サーミスタウエハーの両主面に電極を形成し、サーミスタウエハーを厚み方向に切断することにより、個々のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子が得られる。この場合、ポリマーと、導電剤と、負の抵抗温度特性を有するセラミック粉末とを含む組成物は、上記のようにポリマーを含有しているので、容易に成形することができる。また、上記サーミスタウエハーは、セラミック焼結体と異なり、容易に切断することができる。従って、チップ型ＮＴＣサーミスタ素子の生産性を高めることができる。
【００５２】
特に、サーミスタウエハーの切断をカット刃を用いて行なう場合には、従来のセラミック焼結体を用いたチップ型ＮＴＣサーミスタ素子で切断に用いられていたダイシングブレードに比べて、容易にかつ高速で切断作業を行なうことができ、それによってチップ型ＮＴＣサーミスタ素子の生産性をより一層高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るチップ型ＮＴＣサーミスタ素子を示す断面図。
【図２】本発明の一実施例のチップ型ＮＴＣサーミスタ素子の製造に際して用意されるサーミスタウエハーを示す斜視図。
【図１】
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【図２】
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