熱敏電阻元件及其制造方法

專利名稱：熱敏電阻元件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種例如用于與汽車相關等的溫度計量的熱敏電阻元件及其制造方法。
背景技術：
一般，作為計量汽車發動機周圍的催化劑溫度或排氣系統溫度等的溫度傳感器采用熱敏電阻溫度傳感器。用于該熱敏電阻溫度傳感器的熱敏電阻元件例如用作上述汽車關聯技術、信息設備、通信設備、醫療用設備、住宅設備機器等的溫度傳感器，使用具有大的負溫度系數的氧化物半導體的燒結體元件。通常，為了利用熱敏電阻元件測定溫度，串聯連接熱敏電阻元件和通常IkQ左右的上拉電阻而外加數V的電壓，測定施加于其電阻兩端的電壓并換算為溫度。因此，作為熱敏電阻元件的阻抗值，在測定溫度范圍，在低溫側要求數十kQ以下的阻抗值，在高溫側要求數十Ω以上的阻抗值。并且，在近幾年，要求通過以汽車行業為首的稱為OBD(On Board Diagnosis)的自診斷系統的義務化從低溫至高溫以寬量程測定溫度。隨著測定溫度區域擴大，要求相對于溫度的阻抗值變化更穩定的寬量程特性，即要求B常數小，根據用途還要求B常數為2000K左右。另一方面，若B常數變小，則阻抗率也處于變小的傾向，所以一般以通常的傳感器元件的大小使用，阻抗值變得過低而很難用熱敏電阻材料單體實現。因此，在以往，例如在專利文獻1中提出有以下方法為了提高阻抗值，在熱敏電阻材料上增加絕緣體而設為混合燒結體。專利文獻1 日本專利公開2009-88494號公報在上述以往技術中留有以下課題。S卩，設為以往增加絕緣體的混合燒結體而提高阻抗值的方法中，隨著B常數變小， 為了體現所希望的特性需要增加相當比率的絕緣體。因此，在該方法中，絕緣體量的一點點偏差就會聯系到阻抗值的偏差，存在難以穩定制作的問題點。

發明內容
本發明是鑒于上述課題而完成的，其目的在于提供一種能夠抑制絕緣體量的同時比以往結構更大幅度地提高阻抗值的熱敏電阻元件及其制造方法。本發明為了解決所述課題采用了以下結構。即，本發明的熱敏電阻元件的特征在于，具備有板狀的金屬氧化物燒結體；絕緣層，形成在分別除了作為電極接合部這一部分以外的該金屬氧化物燒結體的上下面；以及一對電極層，在所述金屬氧化物燒結體的上下面至少形成于所述電極接合部。在該熱敏電阻元件中，因為具備有絕緣層和一對電極層，所述絕緣層形成在分別除了作為電極接合部這一部分以外的金屬氧化物燒結體的上下面，所述電極層在金屬氧化物燒結體的上下面至少形成于電極接合部，所以電極層與金屬氧化物燒結體的接合僅為電極接合部且有效電極面積降低，因此不用增加金屬氧化物燒結體中的絕緣體就能夠提高阻抗值。而且，與增加金屬氧化物燒結體中的絕緣體的情況相比，以降低該有效電極面積的本發明的熱敏電阻元件能夠減小阻抗值的偏差。而且，本發明的熱敏電阻元件的特征在于，在所述金屬氧化物燒結體的原料中混合有通過燒結使一部分在表面以絕緣薄膜的形式析出的絕緣材料，所述絕緣層為在所述金屬氧化物燒結體燒結時析出于表面的絕緣薄膜。而且，本發明的熱敏電阻元件的制造方法的特征在于，包括在分別除了作為電極接合部這一部分以外的板狀的金屬氧化物燒結體的上下面形成絕緣層的工序；以及在所述金屬氧化物燒結體的上下面的至少所述電極接合部形成一對電極層的工序，所述金屬氧化物燒結體的原料中混合通過燒結使一部分在表面以絕緣薄膜的形式析出的絕緣材料，在形成所述絕緣層的工序中，通過燒結使所述絕緣薄膜析出于所述金屬氧化物燒結體的表面而形成所述絕緣層。S卩，在這些熱敏電阻元件及其制造方法中，因為絕緣層為在金屬氧化物燒結體燒結時析出于表面的絕緣薄膜，所以能夠與燒結同時自動地形成絕緣層，比設置在燒結后的金屬氧化物燒結體的表面另外形成絕緣層的工序的情況更能縮減工序數。而且，根據混合于金屬氧化物燒結體的原料的絕緣材料能夠提高金屬氧化物燒結體自身的阻抗值。而且，本發明的熱敏電阻元件的特征在于，所述金屬氧化物燒結體為由通式 (1-z) ΑΒ03+ζΥ203 (其中，ABO3為鈣鈦礦型氧化物，0 < ζ ^ 0. 8)表示的復合氧化物燒結體， 所述絕緣層為Y2O3層。而且，本發明的熱敏電阻元件的制造方法的特征在于，所述金屬氧化物燒結體為由通式(1-ζ) ΑΒ03+ζΥ203 (其中，ABO3為鈣鈦礦型氧化物，0 < ζ ^ 0. 8)表示的復合氧化物燒結體，所述絕緣層為Y2O3層。S卩，在這些熱敏電阻元件及其制造方法中，因為金屬氧化物燒結體為由通式 (1-ζ) ΑΒ03+ζΥ203 (其中，ABO3為鈣鈦礦型氧化物，0 < ζ ^ 0. 8)表示的復合氧化物燒結體， 并且絕緣層為Y2O3層，所以根據以絕緣性高的良好的絕緣薄膜的形式析出的Y2O3層，能夠得到偏差小的阻抗值特性。尤其，優選金屬氧化物燒結體為由通式(1-z) (YpyLay) (CivxMnx) 03+ζΥ203(其中， 0. 0彡X彡1. 0,0. 0彡y彡1. 0、0 < Z彡0. 8)表示的物質。而且，本發明的熱敏電阻元件的特征在于，具備有一對導線，連接于所述一對電極層；以及模具部，用玻璃或耐熱樹脂密封所述金屬氧化物燒結體和所述導線的連接部分。S卩，在該熱敏電阻元件中，因為用玻璃或耐熱樹脂的模具部密封金屬氧化物燒結體和導線的連接部分，所以可根據模具部從大氣遮斷金屬氧化物燒結體來提高耐環境性。而且，本發明的熱敏電阻元件的制造方法的特征在于，具有在所述金屬氧化物燒結體的兩面整體上形成所述絕緣層的工序；以及將激光照射到所述絕緣層的一部分來局部去除所述絕緣層形成所述電極接合部的工序。S卩，在該熱敏電阻元件的制造方法中，因為將激光照射到絕緣層的一部分而局部去除絕緣層而形成電極接合部，所以只能使照射激光的部分露出金屬氧化物燒結體，并能夠高精度地形成窄幅的電極接合部。而且，本發明的熱敏電阻元件的制造方法的特征在于，具有在所述金屬氧化物燒結體的兩面整體上形成所述絕緣層的工序；以及對所述絕緣層的一部分通過噴砂法去除所述絕緣層而形成所述電極接合部的工序。S卩，在該熱敏電阻元件的制造方法中，因為對絕緣層的一部分通過噴砂法去除絕緣層而形成電極接合部，所以在激光照射中不會對金屬氧化物燒結體帶來熱影響等。發明效果根據本發明得到以下效果。S卩，根據本發明所涉及的熱敏電阻元件及其制造方法，因為具備有絕緣層和一對電極層，所述絕緣層形成在分別除了作為電極接合部這一部分以外的金屬氧化物燒結體的上下面，所述電極層在金屬氧化物燒結體的上下面至少形成于電極接合部，所以能夠降低有效電極面積來提高阻抗值的同時，與增加金屬氧化物燒結體中的絕緣體的情況相比，更能減小阻抗值的偏差。從而，本發明的熱敏電阻元件為高阻抗率的同時阻抗值偏差小，能夠在低溫區域至高溫區域的廣泛范圍內進行高精度的測定，尤其適合用作檢測汽車發動機周圍的催化劑溫度或排氣系統溫度的廣泛范圍測定用溫度傳感器。


圖1是本發明所涉及的熱敏電阻元件及其制造方法的一實施方式中表示熱敏電阻元件的剖面圖。圖2是本實施方式中示意地表示金屬氧化物燒結體的主要部分剖面的圖。圖3是本實施方式中按工序順序表示熱敏電阻元件的制造方法中至電極形成工序的俯視圖。圖4是本實施方式中表示熱敏電阻元件的制造方法的切割工序的俯視圖。圖5是本實施方式中表示切割后的熱敏電阻元件的俯視圖及剖面圖。符號說明1-熱敏電阻元件，2-金屬氧化物燒結體，2a_電極接合部，3_絕緣層，4_電極層， 5-導線，6-模具部，W-金屬氧化物燒結體的晶片。
具體實施例方式以下，參照圖1至圖5說明本發明所涉及的熱敏電阻元件及其制造方法的一實施方式。另外，在用于以下說明的各附圖中，為了將各部件設為可識別或容易識別的大小，根據必要適當地變更比例尺。如圖1所示，本實施方式的熱敏電阻元件1具備有板狀的金屬氧化物燒結體2 ； 絕緣層3，形成在分別除了作為電極接合部2a這一部分以外的該金屬氧化物燒結體2的上下面；一對電極層4，在金屬氧化物燒結體2的上下面至少形成于電極接合部2a ；—對導線 5，連接于一對電極層4 ；模具部6，用玻璃或耐熱樹脂密封金屬氧化物燒結體2和導線5的連接部分。上述金屬氧化物燒結體2的原料中混合有通過燒結使一部分在表面以絕緣薄膜的形式析出的絕緣材料，如圖2所示，所述絕緣層3為在金屬氧化物燒結體2燒結時析出于表面的絕緣薄膜。
金屬氧化物燒結體2為由通式(1-z) ΑΒ03+ζΥ203 (其中，ABO3為鈣鈦礦型氧化物，0 < ζ ^ 0. 8)表示的復合氧化物燒結體，絕緣層3為Y2O3層。尤其，金屬氧化物燒結體2為由通式(1-z) (YpyLay) (CivxMnx) 03+ζΥ203 (其中，0. 0 彡 χ 彡 1. 0,0. 0 彡 y 彡 1. 0、0 < ζ 彡 0. 8) 表示的物質。另外，在圖2中，白圖示意地表示了 Y2O3晶粒Α，黑圖示意地表示了鈣鈦礦型氧化物的晶粒B。而且，作為上述Y2O3層的絕緣層3的層厚度形成為3 μ m以上。尤其優選絕緣層3 的層厚為IOym以下。上述電極層4例如為以濺射形成于金屬氧化物燒結體2的上下面整個面的Pt膜寸。上述電極接合部2a分別相對于上下面而以直線狀形成一對。上述導線5例如為白金線。這些導線5利用Ag的焊接電極7固定于一對電極層4。接著，參照圖3至圖5對該熱敏電阻元件1的制造方法進行說明。本實施方式的熱敏電阻元件1的制造方法具有在分別除了作為電極接合部2a這一部分以外的板狀的金屬氧化物燒結體2的上下面形成絕緣層3的工序；以及在金屬氧化物燒結體2的上下面的至少電極接合部2a形成一對電極層4的工序。在該制造方法中，在金屬氧化物燒結體2的原料中混合通過燒結使一部分在表面以絕緣薄膜的形式析出的絕緣材料，在形成絕緣層3的工序中，通過燒結使絕緣薄膜析出于金屬氧化物燒結體2的表面而形成絕緣層3。而且，在形成絕緣層3的工序中，優選在金屬氧化物燒結體2的兩面整體上形成絕緣層3，將激光照射到絕緣層3的一部分來局部去除絕緣層3而形成電極接合部2a。另外，除了通過上述激光照射形成電極接合部2a之外，還可以采用對絕緣層3的一部分通過噴砂法去除絕緣層3而形成電極接合部2a的工序。以下，對上述熱敏電阻元件1的制造方法的一例進行說明。首先，稱量La203、Cr203及MnO2的各粉末后放入球磨機中，適量放入&球和純水進行約24小時的混合。取出上述混合之物并使之干燥之后在1100°C下燒成5小時，例如得到在上述通式中設為X = 0. 5，y = 1. 0的La(Cra5Mna5)O3的煅燒粉。通過稱量為該煅燒粉與 Y2O3成為40 60 (mol % )且加入Y2O3粉末，再加入溶劑及粘合劑作為泥漿而進行鑄造來制作IOOym厚度的生坯片。之后，重疊3層該生坯片并用沖壓機進行熱壓接合來制作厚度約0. 3mm的層疊片。 接著，如圖3的(a)所示，將層疊片切割成50mmX50mm的尺寸，在1550°C下燒成5小時來制作金屬氧化物燒結體2的晶片W。此時，燒成后在晶片W的上下面析出厚度為數PmWY2O3 的絕緣層3。并且，如圖3的(b)所示，用激光加工機以幅度30μπι在晶片W的表面直線狀地多次照射激光，只有觸到激光的區域去除絕緣層3，從而形成使熱敏電阻元件1的導電體層露出的多個直線狀的電極接合部2a。接著，如圖3的(c)所示，在絕緣層3及電極接合部2a 的表面整體濺射Pt形成電極層4。而且，不僅對晶片W的上面，對下面也同樣進行這些工序。
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接著，如圖4及圖5所示，通過切割機將晶片W切割成格子狀而切出0. 4mm角的薄片狀。另外，圖4中的雙點劃線為通過切割機的切出線的例子。之后，利用Ag的焊接電極 7將一對導線5固定于一對電極層4，另外，通過在金屬氧化物燒結體2與導線5的連接部分施加玻璃模具形成模具部6，從而制作熱敏電阻元件1。如此，在本實施方式的熱敏電阻元件1中，因為具備有絕緣層3和一對電極層4， 所述絕緣層形成在分別除了作為電極接合部2a這一部分以外的金屬氧化物燒結體2的上下面，所述電極層在金屬氧化物燒結體2的上下面至少形成于電極接合部2a，所以電極層4 與金屬氧化物燒結體2的接合僅為電極接合部2a且降低有效電極面積，因此不增加金屬氧化物燒結體2中的絕緣體(Y2O3)就能夠提高阻抗值。而且，在降低該有效電極面積的本實施方式的熱敏電阻元件1中，與增加金屬氧化物燒結體2中的絕緣體(Y2O3)的情況相比，更能減小阻抗值的偏差。另外，因為絕緣層3為在金屬氧化物燒結體2燒結時析出于表面的絕緣薄膜，所以能夠與燒結同時自動地形成絕緣層3，比設置在燒結后的金屬氧化物燒結體2的表面上另外形成絕緣層3的工序的情況更能縮減工序數。而且，根據混合于金屬氧化物燒結體2的原料中的絕緣材料(Y2O3),能夠提高金屬氧化物燒結體2自身的阻抗值。而且，金屬氧化物燒結體2為由通式(1-Ζ)ΑΒ03+ΖΥ203 (其中，ABO3為鈣鈦礦型氧化物，0 < ζ ^ 0. 8)表示的復合氧化物燒結體，絕緣層3為Y2O3層，所以根據以絕緣性高的良好的絕緣薄膜的形式析出的Y2O3層，能夠得到偏差小的阻抗值特性。而且，因為用玻璃或耐熱樹脂的模具部6密封金屬氧化物燒結體2和導線5的連接部分，所以可根據模具部6從大氣遮斷金屬氧化物燒結體2來提高耐環境性。并且，因為將激光照射到絕緣層3的一部分而局部去除絕緣層3形成電極接合部 2a，所以只能使照射激光的部分露出金屬氧化物燒結體2，并能夠高精度地形成窄幅的電極接合部2a。而且，若采用對絕緣層3的一部分通過噴砂法去除絕緣層3而形成電極接合部的方法，則在激光照射中不會對金屬氧化物燒結體2帶來熱影響等。[實施例1]接著，在上述實施方式的熱敏電阻元件的制造方法中，將金屬氧化物燒結體的基本組成設為La (Cr, Mn)03+0. 6Y203(p = 80 Ω · cm、B = 2000K)，使激光的照射幅度(電極接合部的幅度)變化而實際制作多個實施例，并對阻抗值的偏差(標準偏差)進行評價，將其結果示于以下表1。另外，金屬氧化物燒結體的薄片尺寸設為幅度W :0. 4mmX長度L :0. 4mmX厚度T 0. 2mm。與各激光照射幅度對應的在25°C下的阻抗值(R25)、加入用于得到與這些相同的阻抗率的Y2O3時的量及此時的阻抗值偏差(標準偏差)也一并示于表1中。[表 1]
照射幅度(μ m)阻抗值6 (標準偏差)必要Y2O3量6 (標準偏差)0> 10"6Ω
權利要求
1.一種熱敏電阻元件，其特征在于，具備有 板狀的金屬氧化物燒結體；絕緣層，形成在分別除了作為電極接合部這一部分以外的該金屬氧化物燒結體的上下面；以及一對電極層，在所述金屬氧化物燒結體的上下面至少形成于所述電極接合部。
2.如權利要求1所述的熱敏電阻元件，其特征在于，在所述金屬氧化物燒結體的原料中混合有通過燒結使一部分在表面以絕緣薄膜的形式析出的絕緣材料，所述絕緣層為在所述金屬氧化物燒結體燒結時析出于表面的絕緣薄膜。
3.如權利要求2所述的熱敏電阻元件，其特征在于，所述金屬氧化物燒結體為由通式(1-z)ΑΒ03+ζΥ203表示的復合氧化物燒結體，其中， ABO3為鈣鈦礦型氧化物，0 < ζ彡0. 8， 所述絕緣層為Y2O3層。
4.如權利要求3所述的熱敏電阻元件，其特征在于，所述金屬氧化物燒結體為由通式(1-z) (YpyLay) (Cr1^xMnx) 03+ζΥ203表示的物質，其中，0. 0 < X < 1. 0，0· 0 < y < 1. 0，0 < Z < 0. 8。
5.如權利要求1至4中的任一項所述的熱敏電阻元件，其特征在于，具備 一對導線，連接于所述一對電極層；以及模具部，用玻璃或耐熱樹脂密封所述金屬氧化物燒結體和所述導線的連接部分。
6.一種熱敏電阻元件的制造方法，其特征在于，具有在分別除了作為電極接合部這一部分以外的板狀的金屬氧化物燒結體的上下面形成絕緣層的工序；以及在所述金屬氧化物燒結體的上下面的至少所述電極接合部形成一對電極層的工序， 在所述金屬氧化物燒結體的原料中混合通過燒結使一部分在表面以絕緣薄膜的形式析出的絕緣材料，在形成所述絕緣層的工序中，通過燒結使所述絕緣薄膜析出于所述金屬氧化物燒結體的表面而形成所述絕緣層。
7.如權利要求6所述的熱敏電阻元件的制造方法，其特征在于，所述金屬氧化物燒結體為由通式(1-z)ΑΒ03+ζΥ203表示的金屬氧化物燒結體，其中， ABO3為鈣鈦礦型氧化物，0 < ζ彡0. 8， 所述絕緣層為Y2O3層。
8.如權利要求7所述的熱敏電阻元件的制造方法，其特征在于，所述金屬氧化物燒結體為由通式(1-z) (YpyLay) (Cr1^xMnx) 03+ζΥ203表示的物質，其中，0. 0 < X < 1. 0，0· 0 < y < 1. 0，0 < Z < 0. 8。
9.如權利要求6至8中的任一項所述的熱敏電阻元件的制造方法，其特征在于，具有 在所述金屬氧化物燒結體的兩面整體上形成所述絕緣層的工序；以及將激光照射到所述絕緣層的一部分來局部去除所述絕緣層而形成所述電極接合部的工序。
10.如權利要求6至8中的任一項所述的熱敏電阻元件的制造方法，其特征在于，具有在所述金屬氧化物燒結體的兩面整體上形成所述絕緣層的工序；以及對所述絕緣層的一部分通過噴砂法去除所述絕緣層而形成所述電極接合部的工序。
全文摘要
本發明提供一種熱敏電阻元件及其制造方法，該熱敏電阻元件能夠抑制絕緣體的量的同時，比以往結構大幅度地提高阻抗值。其具備有板狀的金屬氧化物燒結體(2)；絕緣層(3)，形成在分別除了作為電極接合部(2a)這一部分以外的該金屬氧化物燒結體(2)的上下面；以及一對電極層(4)，在金屬氧化物燒結體(2)的上下面至少形成于電極接合部(2a)。并且，在金屬氧化物燒結體(2)的原料中混合有通過燒結使一部分在表面以絕緣薄膜的形式析出的絕緣材料，絕緣層(3)為在金屬氧化物燒結體(2)的燒結時析出于表面的絕緣薄膜。
文檔編號H01C7/04GK102194559SQ20111003765
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月11日 優先權日2010年3月17日
發明者清水翔, 藤原和崇, 藤田利晃 申請人:三菱綜合材料株式會社