层叠型ptc热敏电阻的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种散热特性优异的小型层叠型PTC热敏电阻。在1005型以下尺寸的层叠型PTC热敏电阻（1）中，包括：层叠有多个陶瓷片（21）的层叠体（2）；设在层叠体（2）的表面上的外部电极（41、42）；以及夹持在层叠体（2）的陶瓷片（21）之间、并与外部电极（41、42）电连接的至少一个内部电极（31、32）。各内部电极（31、32）的热传导率大于多个陶瓷片（21）的热传导率，并且至少内部电极（31、32）的总重量与层叠型PTC热敏电阻（1）的总重量的比率在0．51［ｗｔ％］以上。
【专利说明】层叠型PTC热敏电阻【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具备层叠体、以及形成在层叠体内的多个内部电极的层叠型PTC热敏电阻(以下简称为热敏电阻)，其中，层叠体包含多个陶瓷片。
【背景技术】
[0002]以往，作为这种热敏电阻，例如具有如下这种结构，包括:交替地层叠有陶瓷片与内部电极的元件主体；以及与内部电极电连接、并分别设置在元件主体的两个相对的端面上的外部端子电极(例如，参照专利文献I)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本专利特开2012-204639号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的技术问题
[0007]近年来，移动电话等电子设备正趋于小型化，电子设备的散热方案的必要性越来越高。在这种背景下，针对小型电子设备的过电流保护用途或者过热检测用途，例如1005型那样的小型热敏电阻的需求越来越大。然而，若使1005型与尺寸更大的热敏电阻(例如2012型)的发热温度相同，则1005型将变得难以进行散热。
[0008]因此，本发明的目的在于提供一种能够促进散热的小型热敏电阻。
`[0009]解决技术问题所采用的技术方案
[0010]为达成上述目的，本发明的一个方面在于一种尺寸在1005型以下的层叠型PTC热敏电阻，该层叠型PTC热敏电阻包括:层叠体，该层叠体具有层叠在规定方向上的多个陶瓷片；第一外部电极及第二外部电极，该第一外部电极及第二外部电极设在所述层叠体的表面上；至少一个第一内部电极，该至少一个第一内部电极设在所述层叠体内，并与所述第一外部电极电连接；以及至少一个第二内部电极，该至少一个第二内部电极设在所述层叠体内，并且夹着所述多个陶瓷片中的至少一个，并与所述第一内部电极相对，与所述第二外部电极电连接。
[0011]所述第一内部电极及所述第二内部电极的热传导率大于所述多个陶瓷片的热传导率，此外，至少所述第一内部电极及所述第二内部电极的总重量与所述层叠型PTC热敏电阻的总重量的比率在0.51 w t %以上。
[0012]优选为，通过分别对各所述第一内部电极及各所述第二内部电极的所述规定方向上的厚度进行调整，从而将所述比率设定成0.51 w t %以上。
[0013]此外，该层叠型PTC热敏电阻优选还包括:
[0014]至少一个第一辅助电极，该至少一个第一辅助电极设置在与所述第一内部电极相同的规定方向上的位置上，并与所述第二外部电极电连接；以及
[0015]至少一个第二辅助电极，该至少一个第二辅助电极设置在与所述第二内部电极相同的规定方向上的位置上，并与所述第一外部电极电连接，
[0016]所述第一辅助电极及所述第二辅助电极由与所述第一内部电极及所述第二内部电极相同的材料组成，
[0017]所述第一内部电极及所述第二内部电极和所述第一辅助电极及所述第二辅助电极的总重量与所述层叠型PTC热敏电阻的总重量的比率在0.51 w t %以上。
[0018]发明效果
[0019]对于上述方面，在安装到基板上以后，由于供电而在层叠体内产生的热量通过热阻抗较小的各内部电极而进行高效的传导，从而从各外部电极并经由基板散出热量。由此，根据上述方面，能够提供一种促进了散热的小型热敏电阻。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是表示本发明的各实施方式所涉及的热敏电阻的完成品的立体图。
[0021]图2是沿着线A-A’、并在与TL平面平行的面上对图1的热敏电阻完成品进行切割时的剖视图。
[0022]图3是沿着线B-B’、并在与WT平面平行的面上对图1的热敏电阻完成品进行切割时的剖视图。
[0023]图4是举例示出内部电极等的厚度不同的热敏电阻的评价样品的图。
[0024]图5A是表示图1的热敏电阻完成品的表面温度的测定系统的示意图。
[0025]图5B是表示热敏电阻的评价样品的安装方法的示意图。
[0026]图6是举例示出内部电极等的总数不同的热敏电阻的图。
【具体实施方式】
[0027]《首先》
[0028]以下，在说明本发明的一个实施方式所涉及的热敏电阻之前，先定义图1?图3中示出的L轴、W轴、T轴。L轴、W轴以及T轴相互正交，并表示热敏电阻I的左右方向(横向)、前后方向(纵向)以及上下方向(厚度方向)。更具体而言，L轴表不层叠体2的第一端面SI及第二端面S2相对的方向。T轴表示层叠多个陶瓷片21的方向。W轴大致与L轴及T轴垂直，表示热敏电阻I的前后方向(纵向)。此外，W轴表示层叠体2的第三连接面S5及第四连接面S6相对的方向。
[0029]《热敏电阻的结构》
[0030]图1?图3中，热敏电阻I具有1005型以下的尺寸，作为基本结构，其包括:具有正温度特性的层叠体2、至少一个第一内部电极31、至少一个第二内部电极32、第一外部电极41、以及第二外部电极42。此外，热敏电阻I还包括第一镀膜51、第二镀膜52、至少一个第一辅助电极71、以及至少一个第二辅助电极72。
[0031]层叠体2具有在L轴方向上较长、大致呈长方体的形状。具体而言，层叠体2具备在L轴方向上相对的端面S1、S2。这里,端面S2相对于端面SI在L轴的正方向一侧,并实质上正对于该端面SI。此外，为了连接端面S1、S2，层叠体2具备连接面S3?S6。连接面S4相对于连接面S3在T轴的负方向一侧，并实质上正对于连接面S3。此外，连接面S6相对于连接面5在W轴的负方向一侧，并实质上正对于连接面S5。[0032]此外，对于层叠体2是1005型的情况，具有大约1.0 mm的L轴方向长度，并具有大约0.5 mm的W轴方向宽度。T轴方向厚度可以任意选定，例如选择0.5 mm。
[0033]上述层叠体2通过层叠多个由规定的陶瓷材料(参照后述的《热敏电阻制作方法的一个例子》)制成的陶瓷片21而得以形成。
[0034]本实施方式中，在上述层叠体2中设有两个第一内部电极31a、31b来作为第一内部电极31，并设有两个第二内部电极32a、32b来作为第二内部电极32。内部电极31a、32a、31b,32b以如下方式进行设置:以该记载的顺序从T轴的正方向侧向负方向侧排列，并大致与LW平面平行。
[0035]各内部电极31、32由热传导率比陶瓷片21大的金属材料(典型的、为Ni (镍))制成。此外，在从T轴方向俯视时，各内部电极31、32具有在L轴方向上较长的矩形形状。此夕卜，各内部电极31、32在T轴方向上具有规定的厚度。这里，对于各内部电极31、32的尺寸，以如下方式进行制作:即，使得内部电极31、32及辅助电极71、72的总重量与热敏电阻I的总重量的比率(以下称为重量比率)Rw在0.51 w t %以上。以下示出满足上述比率的各内部电极的尺寸的一个示例。
[0036]L轴方向长度:720 μ m
[0037]W轴方向宽度:100μ m以上、440μ m以下
[0038]T轴方向厚度:0.5μ m以上、5.0μ m以下
[0039]此外，重量比率Rw的计算方法如下所述。首先，利用电子天平计算热敏电阻I的总重量。关于内部电极31、32等的重量，首先利用VSM (振动样品磁强计)求出元件的饱和磁化强度。此后，利用重量和饱和磁化强度已知的标准样品，来从元件的饱和磁化强度换算为内部电极31、32等的重量。
[0040]接下来，对内部电极31a、31b、32a、32b进行更详细的说明。首先，内部电极31a、31b均具备第一主面Sll及第二主面S12。主面Sll相对于所对应的主面S12位于T轴的正方向一侧，并实质上正对于该主面S12。此外，内部电极31a、31b均具备连接面S13?S16，以连接主面Sll、S12。连接面S13、S14实质上在L轴方向上相互正对，连接面S13相对于连接面S14位于L轴的负方向一侧。连接面S15、S16实质上在W轴方向上相互正对，连接面S15相对于连接面S16位于W轴的正方向一侧。
[0041]此外，内部电极32a、32b均具备第一主面S21及第二主面S22。主面S21相对于所对应的主面S22位于T轴的正方向一侧，并实质上正对于该主面S22。此外，内部电极32a、32b均具备连接主面S21、S22的连接面S23?S26。连接面S23、S24实质上在L轴方向上正对，连接面S23相对于连接面S24位于L轴的负方向一侧。连接面S25、S26实质上在W轴方向上正对，连接面S25相对于连接面S26位于W轴的正方向一侧。
[0042]如图3所示，上述内部电极31a形成于在T轴方向上相邻的两个陶瓷片21之间，并使得从主面Sll到层叠体2的连接面S3为止的T轴方向距离(以下称为T间隙tl)在30 μ m以上、220 μ m以下。更具体而言，T间隙tl是从主面Sll的中心(B卩，主面的L轴方向中心线与W轴方向中心线的交点)到设在离该主面Sll较近一侧的连接面S3为止的最短距离。
[0043]此外，内部电极31a、31b形成在上述陶瓷片之间，并使得从各自的连接面S15到层叠体2的连接面S5为止的W轴方向距离(以下称为第一 W间隙wl )、和从各自的连接面S16到连接面S6为止的W轴方向距离(以下称为第二 W间隙w2)均在30 μ m以上、220 μ m以下。W间隙wl、w2是从连接面S15、S16的中心(即，连接面的L轴方向中心线与T轴方向中心线的交点)到设在离连接面S15、S16较近一侧的连接面S5、S6为止的最短距离。这里，优选为内部电极31形成在陶瓷片之间，并使wl与《2相同，细节可在《热敏电阻的效果》一栏中得以明确。这里，本实施方式中，相同不仅是完全相同的意思，也是允许容差程度的误差的意思。
[0044]此外，内部电极31a、31b的连接面S13 (左端面)从端面SI露出，以使其与外部电极41电连接。
[0045]此外，上述内部电极32b形成于在T轴方向上相邻的两个陶瓷片21之间，并使得从主面S22到层叠体2的连接面S4为止的T轴方向距离(以下称为第二 T间隙t2)大致在30 μ m以上、220 μ m以下的范围内。更具体而言，T间隙t2是从主面S22的中心(B卩，主面的L轴方向中心线与W轴方向中心线的交点)到设在离该主面S22较近一侧的连接面S4为止的最短距离。这里，优选为内部电极34形成在陶瓷片之间，并使t2与tl相同，细节可在《热敏电阻的效果》一栏中得以明确。
[0046]这里需要注意的是，由于内部电极31a、32b分别形成在所对应的陶瓷片21的上表面，因此，t2与tl在大多数情况下是不一致的。然而，由于各内部电极31、32的厚度远小于tl、t2，因此，tl与t2的细微差别几乎不会对散热特性产生影响，仅带来可以忽略的影响。这种细微差别也包含在“相同”的范围内。
[0047]此外，内部电极32a、32b与内部电极31a、31b —样，均形成在陶瓷片之间，并使得从连接面S25到连接面S5为止的第一 W间隙wl、和从连接面S26到连接面S6为止的第二W间隙w2在30 μ m以上、220 μ m以下的范围内。
[0048]此外，内部电极32a、32b的连接面S24 (右端面)从端面S2露出，以使其与外部电极42电连接。
[0049]另外，在本实施方式中，为便于说明，将tl、t2及wl、w2设为离开所对应的面的中心的距离。然而，并不局限于此，也可以是离开所对应的面的中心以外的位置的距离。
[0050]外部电极41、42例如由Cr (铬)、NiCu (镍铜合金)及Ag (银)构成。具体而言，Cr(铬)、NiCu (镍铜合金)及Ag (银)以该顺序、从下层侧向上层侧地层叠在外部电极41、42上。外部电极41和外部电极42形成在层叠体2的端面S1、S2上，并且外部电极41与内部电极31a、31b电导通，外部电极42与内部电极32a、32b电导通。
[0051]此外，第一镀膜51、52例如由Sn (锡)构成，并形成在外部电极41、42上。
[0052]此外，本实施方式如上述那样，具备第一辅助电极71以及第二辅助电极72。各辅助电极71、72由例如Ni (镍)那样的金属材料制成。
[0053]本实施方式中，对应于内部电极31a、31b,具备两个第一辅助电极71a、71b、以作为辅助电极71。辅助电极71a、71b设置在形成有内部电极31a、31b的陶瓷片之间、分别与连接面S14 (右端面)隔开规定距离d的位置上。
[0054]本实施方式中，对应于内部电极32a、32b，具备两个第二辅助电极72a、72b、以作为辅助电极72。辅助电极72a、72b设置在形成有内部电极32a、32b的陶瓷片之间、分别与连接面S23 (左端面)隔开规定距离d的位置上。
[0055]各辅助电极71、72的尺寸的一个示例如下所示。[0056]L轴方向长度:120 μ m(这里，d为160 μ m)
[0057]W轴方向宽度:100μ m以上、440μ m以下(这里，与内部电极31、32的宽度大致相同)
[0058]T轴方向厚度:0.5μ m以上、5.0μ m以下(这里，与内部电极31、32的厚度大致相同)
[0059]《热敏电阻制作方法的一个例子》
[0060]上述热敏电阻I大致可通过下述第一工序?第八工序来制成。
[0061]第一工序如下。首先，准备陶瓷基体2的起始原料(即原材料)、即B a C O 3、T iO 2>N d 2 O 3、M n C O 3的粉末，并进行称量，以满足下式(I)，然后进行调和。
[0062](Baa 998Ndacitl2) (Tia 9995Mna 0005)O3...(I)
[0063]上式(I)中，也可以将作为半导体化剂的Nd换作为La、Sm等其它稀土类元素。
[0064]在接下来的第二工序中，向第一工序中称量得到的粉末中加入纯水。将加入了纯水的粉末与氧化锆球一同混合并粉碎16小时，之后使其干燥。在大约1100°C下对该粉碎物进行两小时的预烧制，由此得到预烧粉末。
[0065]在接下来的第三工序中，向第二工序中得到的预烧粉末中加入有机粘合剂、分散剂及水。将它们与氧化锆球一同混合数小时，由此得到陶瓷浆料。利用刮刀法等使该陶瓷浆料形成为片状，之后使其干燥。其结果是，得到将成为陶瓷片21的陶瓷生片。该片材的厚度例如约为40 μ m。
[0066]在接下来的第四工序中，使Ni金属粉末和有机粘合剂扩散到有机溶剂内，由此生成Ni内部电极用导电性糊料。利用该导电性糊料来进行丝网印刷，从而在陶瓷生片的主面上印刷应当成为各内部电极31、32及各辅助电极71、72的图案。这里，为了烧结后满足上述重量比率，预先决定图案印刷的次数(即，各电极31、32、71、72的厚度)。通过该第四工序，得到带有电极图案的陶瓷生片。
[0067]在接下来的第五工序中，准备规定数量的带有电极图案的陶瓷生片、和规定数量的不带有电极图案的陶瓷生片。对它们进行层叠并压接，使得在烧成后，T间隙tl、t2在30 μ m以上、220μ m以下,且T轴方向厚度为0.5 mm。之后,将经层叠、压接后的片材切割成规定尺寸的陶瓷原始芯片，之后进行烧成。此时，对其进行切割，以使得W间隙wl、w2在30μ m以上、220μ m以下。此外，对于陶瓷原始芯片的尺寸，热敏电阻I的完成品的L轴方向长度为1.0 mm, W轴方向宽度为0.5 mm。
[0068]在接下来的第六工序中，在大气中、约300°C下对上述第五工序中得到的陶瓷原始芯片进行12小时的脱脂处理。之后，在N2/H2的还原气氛下，并在1180°C?1240°C的温度下对脱脂处理完成后的原始芯片进行2小时的烧成。由此得到陶瓷烧结单元体。
[0069]在接下来的第七工序中，对上述第六工序中得到的陶瓷烧结单元体进行玻璃涂覆，之后在大气气氛中、约700°C下进行热处理。由此，在陶瓷烧结单元体上形成玻璃层，并且，对陶瓷烧结单元体进行二次氧化。
[0070]在接下来的第八工序中，对经二次氧化后的陶瓷烧结单元体进行滚光研磨，之后，利用溅射法、以C r、N i C u、A g的顺序在该单元体的左右两端面上形成外部电极41、
42。最后，通过电镀在外部电极41、42的表面上形成Sn的第一镀膜51、52。
[0071]通过以上八道工序，热敏电阻I得以完成。[0072]《热敏电阻的效果》
[0073]本热敏电阻I为1005型，并制作成重量比率Rw在0.51 w t %以上。为了明确所述热敏电阻I的效果(即，散热特性)，本申请的发明人制作了六种重量比率Rw不同的评价样品。样品N ο.1?N ο.6的共同点如下表I所记载的那样,情况如下。
[0074]内部电极31、32的总数:四个
[0075]电极间距离:40μ m
[0076]辅助电极71、72:有
[0077]R 25°C:16.1 Ω
[0078]供电功率:0.5W
[0079]T 间隙 11、t2:160 μ m
[0080]W 间隙 wl、w2:100 μ m
[0081]样品N ο.1?6中的不同点在于上述重量比率Rw。如图4 (a)?(d)所示,本实施方式中，还利用辅助电极71、72的厚度，来将内部电极31、32调整到上述比率。具体而言，样品N ο.1的重量比率Rw为0.34%。其它样品的重量比率Rw如表I所记载的那样。
[0082]如图5A所示，将各样品安装到能耐受长时间使用的标准温度(所谓的连续使用温度)为130°C的基板8 (例如，FR4 (Flame Retardant Type4:阻燃型4))上，并具有规定的散热系数。这里，关于样品N ο.1?N ο.6，如图5B所示，安装方式如下:内部电极32b的主面S22大致平行于基板8的安装面81，并且离开安装面81的距离大致为T间隙t2。分别向安装后的样品的两个外部电极41、42提供0.5 W的电力。此时，各样品中产生的大部分热量从层叠体2被传导至基板8，由此，各样品中产生的热量得以散出。如图5A所示，利用温度记录仪10来测定此时各样品的圆角部9的温度。其结果如下表I所示。
[0083][表 I]
[0084]
【权利要求】
1.一种层叠型PTC热敏电阻，该层叠型PTC热敏电阻的尺寸在1005型以下，并且包括: 层叠体，该层叠体具有层叠在规定方向上的多个陶瓷片； 第一外部电极及第二外部电极，该第一外部电极及第二外部电极设在所述层叠体的表面； 至少一个第一内部电极，该至少一个第一内部电极设在所述层叠体内，并与所述第一外部电极电连接；以及 至少一个第二内部电极，该至少一个第二内部电极设在所述层叠体内，并且夹着所述多个陶瓷片中的至少一个，并与所述第一内部电极相对，与所述第二外部电极电连接， 所述第一内部电极及所述第二内部电极的热传导率大于所述多个陶瓷片的热传导率，至少所述第一内部电极及所述第二内部电极的总重量与所述层叠型PTC热敏电阻的总重量的比率在0.51 w t %以上。
2.如权利要求1所述的层叠型PTC热敏电阻，其特征在于， 通过分别对各所述第一内部电极及各所述第二内部电极的所述规定方向上的厚度进行调整，从而将所述比率设定成0.51 w t %以上。
3.如权利要求1所述的层叠型PTC热敏电阻，其特征在于， 通过对所述第一内部电极及所述第二内部电极的总数进行调整，从而将所述比率设定成0.51 w t %以上。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的层叠型PTC热敏电阻，其特征在于， 还包括: 至少一个第一辅助电极，该至少一个第一辅助电极设置在与所述第一内部电极相同的规定方向上的位置上，并与所述第二外部电极电连接；以及 至少一个第二辅助电极，该至少一个第二辅助电极设置在与所述第二内部电极相同的规定方向上的位置上，并与所述第一外部电极电连接， 所述第一辅助电极及所述第二辅助电极由与所述第一内部电极及所述第二内部电极相同的材料组成， 所述第一内部电极及所述第二内部电极和所述第一辅助电极及所述第二辅助电极的总重量与所述层叠型PTC热敏电阻的总重量的比率在0.51 w t %以上。
【文档编号】H01C7/02GK203480966SQ201320308324
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年5月30日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】岸本敦司, 后藤正人, 山口岳宏, 山崎晃一 申请人:株式会社村田制作所