(57)【要約】【課題】正特性サーミスタ素子の磁器表面と下地電極面との接着強度を向上させ、リード線との密着強度を高めることにより、安全性が高く、信頼性に優れた正特性サーミスタ素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】サーミスタ特性を有する磁器表面をバレルまたは砥石により粗く粗面化した面に、化学エッチングにより微細な粗面化を施し、電極形成することを特徴とし、上記の磁器表面の粗面化度合いとしての凹部の平均深さが３〜１５μｍの範囲で、磁器表面の粗面化部分の占有率が全表面積の３０〜１００％であり、上記の化学エッチングに、フッ化水素酸、硝酸、塩酸、過酸化水素水の少なくとも1種を含む水溶液を用いることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーミスタ特性を有する磁器表面に機械的な粗い粗面化面と、化学エッチングによる微細な粗面化面とを形成したことを特徴とする正特性サーミスタ素子。
【請求項２】
請求項１記載の磁器表面の粗面化度合いとしての凹部の平均深さが３〜１５μｍの範囲であることを特徴とする正特性サーミスタ素子。
【請求項３】
請求項１記載の磁器表面の粗面化部分の占有率が全表面積の３０〜１００％であることを特徴とする正特性サーミスタ素子。
【請求項４】
サーミスタ特性を有する磁器表面をバレルまたは砥石により粗く粗面化した後、化学エッチングで微細に粗面化し、次いで電極を形成したことを特徴とする正特性サーミスタ素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の磁器表面の粗面化度合いとしての凹部の平均深さを３〜１５μｍの範囲としたことを特徴とする正特性サーミスタ素子の製造方法。
【請求項６】
請求項４記載の磁器表面の粗面化部分の占有率を全表面積の３０〜１００％としたことを特徴とする正特性サーミスタ素子の製造方法。
【請求項７】
請求項４記載の化学エッチングに、フッ化水素酸、硝酸、塩酸、過酸化水素水の少なくとも１種を含む水溶液を用いることを特徴とする正特性サーミスタ素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７記載の正特性サーミスタ素子を用いたことを特徴とする正特性サーミスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正特性サーミスタ素子およびその製造方法に関するものであり、特に、リードのはんだ付け強度を改善した正特性サーミスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
正特性サーミスタはテレビの消磁回路用、各種電気回路の過電流保護用、高始動負荷のモータ起動用、ヒータ用等に使用されている。
これらの正特性サーミスタ素子の多くは、サーミスタ特性を有する磁器表面に、電極としてニッケルメッキを施し、該メッキ層の表面に銀ペーストを印刷し、焼き付けたものや、ニッケルメッキ層の上に錫メッキを施したものがあり、該電極形成の後、電極にリード線をはんだ付けし、樹脂外装せずに使用する（例えば、特許文献１参照）。
しかし、このはんだ付け後にシリコン樹脂等で外装を行わない非外装製品は製品輸送中の衝撃でリード線が外れたり、実装時にリード線が取れてしまうことがあり、この傾向ははんだの脆化とともに顕著となり、信頼性において問題が生じる。
また、上記の正特性サーミスタ素子をシリコン樹脂等で外装するものもあるが、樹脂の材料費や生産工数がかかり、コスト高になる上、大形化するという問題がある。
さらに、磁器の表面をバレル、またはフッ化水素酸を含む化学薬品で腐食させることにより粗面化し、該磁器の表と裏の面に銀ペーストを塗布して焼き付けた電極にリード線を各々接続し、リード線の一部を残して絶縁性樹脂で被覆し、抵抗体（バリスタ）を得る方法がある（例えば、特許文献２参照）。
しかし、この方法も、リード線の密着強度を向上させるのに十分なものではなかった。
【特許文献１】実公昭４９−２２４００号公報
【特許文献２】特開平１０−１６３００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように、正特性サーミスタの樹脂外装を行わない非外装製品では、バレルによる粗面化のみ、または、化学薬品による腐食粗面化のみでは、製品輸送中の衝撃でリード線が外れたり、実装時にリード線が取れてしまうことがある。
また、はんだの脆化の進行とともに、信頼性が低下するという問題もあり、さらに、シリコン樹脂等で外装すると、樹脂の材料費が必要となり、生産工数がかかり、コスト高になる上、大形化するという問題があった。
上記の問題に鑑みて、本発明の課題は、樹脂外装を行わない非外装製品においてリード線の密着強度を向上させることができ、また、はんだが脆化しても、信頼性を維持できる構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するもので、サーミスタ特性を有する磁器表面に機械的な粗い粗面化面と、化学エッチングによる微細な粗面化面とを形成したことを特徴とする正特性サーミスタ素子である。
【０００５】
また、上記の磁器表面の粗面化度合いとしての凹部の平均深さが３〜１５μｍの範囲であることを特徴とする正特性サーミスタ素子である。
【０００６】
さらに、上記の磁器表面の粗面化部分の占有率が全表面積の３０〜１００％であることを特徴とする正特性サーミスタ素子である。
【０００７】
そして、サーミスタ特性を有する磁器表面をバレルまたは砥石により粗く粗面化した後、化学エッチングで微細に粗面化し、次いで電極を形成したことを特徴とする正特性サーミスタ素子の製造方法である。
【０００８】
また、上記の磁器表面の粗面化度合いとしての凹部の平均深さを３〜１５μｍの範囲としたことを特徴とする正特性サーミスタ素子の製造方法である。
【０００９】
さらに、上記の磁器表面の粗面化部分の占有率を全表面積の３０〜１００％としたことを特徴とする正特性サーミスタ素子の製造方法である。
【００１０】
そして、上記の化学エッチングに、フッ化水素酸、硝酸、塩酸、過酸化水素水の少なくとも１種を含む水溶液を用いることを特徴とする正特性サーミスタ素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の正特性サーミスタは、磁器表面にバレルまたは砥石により粗い凹凸を形成した後、フッ化水素酸、硝酸、塩酸、過酸化水素水の少なくとも１種を含む水溶液で化学エッチングを行い、微細な凹凸を形成する。
上記手法によって、磁器表面積が広がり、微細部にわたって下地電極が形成され、磁器表面と下地電極面との密着強度が向上する効果（アンカー効果）が高まり、リード線との密着強度を上げることができ、信頼性試験においても特性が安定化することを確認できた。
信頼性については、電圧印加時に正特性サーミスタ素子の発熱により磁器表面と下地電極との熱膨張係数の差によってはんだの脆化が起こり、特性低下につながるが、本発明においては上述したとおり、磁器表面と下地電極の密着強度が高いために、はんだが脆化しても電極間の強度が保たれ、信頼性が改善されることも分かった。
そして、リード線をはんだ付けした電極と磁器表面との密着強度が向上しているため、樹脂外装が無くてもリード線が外れにくく、安全な正特性サーミスタの提供が可能になるので、樹脂費用・生産工数の削減が可能になり、製品の低価格化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１３】
［実施例］
直径１４．５ｍｍ、厚さ２．０ｍｍとなるように製造したチタン酸バリウム製正特性サーミスタ素子試料２，０００個を、容量３Ｌのポリエチレン製ポットに純水２Ｌと共に投入する。
さらに、φ０．５ｍｍのバレル研磨石２ｋｇを上記ポリエチレン製ポットに投入し、蓋をした後、ポット架台で５ｒｐｍの速度で回転させ、磁器表面を粗面化し、磁器表面に粗い凹凸を形成する。
その後、液温２５℃、濃度５％のフッ化水素酸水溶液に５分間浸漬し、化学エッチングを行って微細な凹凸を形成した後、下層電極として無電解ニッケルメッキを行い、その上層に電解錫メッキを施し、φ０．５ｍｍの銅線を２５０℃に溶融したはんだ槽にて３秒間浸漬してはんだ付けを行った後、密着強度を測定した。
なお、上記の正特性サーミスタ素子（磁器、メッキ前）の粗面化度合いとしての凹部の平均深さ（μｍ）の測定は、表面粗さ計を使用し、触針法にて、該素子表面上を針ですり動かし、面の凹凸に従って針が上下する運動を行わせ、表示された数値を読み取った（測定速度：０．３ｍｍ／ｓｅｃ、測定圧：０．７ｇｆ）。
また、粗面化部分の占有面積率（％、平均）は、金属顕微鏡で正特性サーミスタ素子表面を撮影し、粒子が破壊されている部分を粗面化部分として面積を算出し、上記素子全体の面積に対する粗面化部分の面積を占有面積率として、算出した。
ここで、上記の粗面化度合いとしての凹部の平均深さ（μｍ）および粗面化部分の占有面積率（％、平均）は、バレルによる粗面化時間で決まり、粗面化時間が長くなるほど磁器表面が深く、かつ広く削られ、化学エッチングが進行しやすくなるので、凹部の平均深さ（μｍ）および粗面化部分の占有面積率（％平均）が増大する。
上記内容を考慮し、バレルによる粗面化時間１０分ごとにポリエチレン製ポットからチタン酸バリウム製正特性サーミスタ素子試料を取り出し、表１の適正値にあるものｎ＝２０個を選んで評価、試験を行った。
【００１４】
ここで、密着強度評価方法、信頼性試験方法は、下記のとおりとした。
［密着強度評価方法］
はんだ付けされた試料のリード線を、正特性サーミスタ素子試料の付け根から９０°折り曲げて、２０ｍｍ／分の速度で垂直方向に引っ張り、リード線が剥離する時の強度を測定する（試料数ｎ＝１０）。
［信頼性試験方法］
製品を−１０℃の恒温槽内に投入し、１５０Ｖの交流電圧を１分オン（印加）／５分オフ（冷却）を１サイクルとして、１０，０００サイクル印加し、製品の抵抗変化率を測定する（試料数ｎ＝１０）。
【００１５】
上記の試験結果を、表１、２に示す。
表１は、粗面化度合い（凹部の平均深さ）［μｍ、平均］および粗面化占有面積率［％、平均］と、リード密着強度［Ｎ］との関係を示し、表２は、粗面化度合い（凹部の平均深さ）［μｍ、平均］および粗面化占有面積率［％、平均］と、抵抗変化率［％］との関係を示す。
【００１６】
【表１】
2007158221.tif 000002
【００１７】
【表２】
2007158221.tif 000003
【００１８】
（比較例）
上記実施例と同様のチタン酸バリウム製正特性サーミスタ素子試料を用い、同様の条件にて、磁器表面にバレルによる粗面化を行った後、化学エッチングを行わず、磁器表面に微細な凹凸が形成されないままとした。
この時の粗面化度合いは０．５〜２．０μｍ、粗面化占有面積率は１０〜１００％であった。
その後、上記実施例と同様にして、下層電極として無電解ニッケルメッキを行い、その上層に電解錫メッキを施し、φ０．５ｍｍの銅線を２５０℃に溶融したはんだ槽にて３秒間浸漬してはんだ付けを行った後、密着強度を測定したところ、リード密着強度は０．４〜７．０Ｎ、抵抗変化率は４０％以上であり、リード線が外れるものが多発し、実施例と比較すると、著しく劣る結果となった。
【００１９】
表１、２、および図１〜４より、磁器表面の平均粗面化度合い（凹部の平均深さ）、粗面化占有面積率は、リード密着強度、および抵抗変化率に大きく影響することが分かる。
つまり、磁器表面の平均粗面化度合い（凹部の平均深さ）が３〜１５μｍであり、粗面化占有面積率が３０〜１００％の範囲内では、正特性サーミスタ素子の表面をバレルにより粗面化し、表面に粗い凹凸を形成した後、フッ化水素酸水溶液で化学エッチングを行い、微細な凹凸を形成した効果が現れる。
すなわち、磁器表面積が広がり、微細部にわたって下地電極が形成され、磁器表面と下地電極面との密着強度が向上する効果（アンカー効果）が得られ、リード線との密着強度を上げることができ、リード密着強度が向上し、抵抗変化率が安定する。
また、電極強度の向上により、はんだ脆化が起こっても密着強度が保たれ、抵抗変化率が小さくなることが分かる。
なお、磁器表面の平均粗面化度合い（凹部の平均深さ）が１７μｍになると、リード密着強度は向上するが、抵抗変化率は１５％以上と大きくなる。
これは、磁器表面が過度に粗面化され、製品の機械的強度自体が低くなったために、密着強度も低下したものと考えられる。
また、磁器表面の平均粗面化度合い（凹部の平均深さ）が２μｍ以下の場合は、化学エッチングによる微細な凹凸面形成が不十分であり、粗面化占有面積率が３０〜１００％であってもリード密着強度は低くなっている。
そして、粗面化占有面積率が２０％以下の場合は、磁器表面の平均粗面化度合い（凹部の平均深さ）が大きくなっても、リード密着強度の向上はみられない。
これは、粗面化の面積が小さいために、密着強度の改善効果が十分でなかったものと考えられる。
一方、バレルによる粗面化のみで、化学エッチングを行わなかった比較例は、磁器表面の微細部にわたる凹凸が形成されず、磁器表面と下地電極面との密着強度が向上する効果（アンカー効果）が得られなかったため、リード線との密着強度が小さく、抵抗変化率が大きくなり、リード線が外れるものが多発した。
【００２０】
なお、上記実施例では、化学エッチングにフッ化水素酸を使用したが、これ以外に硝酸、塩酸、過酸化水素水の少なくとも1種を含む水溶液を用いても良い。
また、上記実施例では磁器表面をバレルにより粗面化したが、砥石を用いても、上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例による正特性サーミスタ素子の粗面化占有面積率［％、平均］と、リード密着強度［Ｎ］との関係を示す図である。
【図２】本発明の実施例による正特性サーミスタ素子の粗面化度合い［μｍ、平均］と、リード密着強度［Ｎ］との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施例による正特性サーミスタ素子の粗面化占有面積率［％、平均］と、抵抗変化率［％］との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施例による正特性サーミスタ素子の粗面化度合い［μｍ、平均］と、抵抗変化率［％］との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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