(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-12
(54)【発明の名称】ＮＴＣセンサを製造する方法
(51)【国際特許分類】
H01C 17/28 20060101AFI20240705BHJP
H01C 7/04 20060101ALI20240705BHJP
H01C 17/02 20060101ALI20240705BHJP
【ＦＩ】
H01C17/28
H01C7/04
H01C17/02
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024502525
(86)(22)【出願日】2022-05-30
(85)【翻訳文提出日】2024-01-16
(86)【国際出願番号】 EP2022064569
(87)【国際公開番号】W WO2023001434
(87)【国際公開日】2023-01-26
(31)【優先権主張番号】102021118566.1
(32)【優先日】2021-07-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518379278
【氏名又は名称】テーデーカー エレクトロニクス アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100229448
【弁理士】
【氏名又は名称】中槇 利明
(72)【発明者】
【氏名】オッハス，ジェラルド
(72)【発明者】
【氏名】ラヴィチャンドラン，サブラマニアン
(72)【発明者】
【氏名】チャヴァン，ダナンジャイ
(72)【発明者】
【氏名】フェイル，ヴォルフガング
【テーマコード（参考）】
5E032
5E034
【Ｆターム（参考）】
5E032BA23
5E032BB10
5E032CA11
5E032CC11
5E032CC16
5E032DA02
5E034BA09
5E034BB01
5E034DA03
5E034DA07
5E034DB05
5E034DC04
5E034DE12
(57)【要約】
本発明は、ＮＴＣセンサを製造する方法に関し、この方法は、特定の順序でいくつかのプロセスステップを含むＮＴＣセンサを組み立てる方法及びＮＴＣセンサをコーティングする方法を含む。本発明は、さらに、ＮＴＣサーミスタ素子（４）に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＮＴＣセンサを組み立てる方法であって：ＮＴＣサーミスタ要素と、前記ＮＴＣサーミスタ要素にコンタクトするための端部を有する接続ワイヤと、を提供するステップと、
電流を印加することによって以下のステップ中に前記ＮＴＣサーミスタ要素を自己加熱するステップと、
前記接続ワイヤの端部にはんだペーストを分配するステップと、
前記ＮＴＣサーミスタ要素に前記接続ワイヤを適用するステップと、
前記ＮＴＣサーミスタ要素によって生成される熱によって前記はんだペーストを溶融させ、それによって、前記ＮＴＣサーミスタ要素と前記接続ワイヤとの間のはんだ接合部を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項2】
前記ＮＴＣサーミスタ要素は、２００℃を越えて加熱される、請求項１記載の方法。
【請求項3】
前記電流は、前記ＮＴＣサーミスタ要素に適用された補助電極によって印加される、請求項１記載の方法。
【請求項4】
２つの接続ワイヤは、前記ＮＴＣサーミスタ要素の対向する２つの側面に適用される、請求項１記載の方法。
【請求項5】
前記はんだペーストは、フラックス剤を含むリザーバ内に前記接続ワイヤをディップすることによって浸漬される、請求項１記載の方法。
【請求項6】
前記はんだペーストは溶融し、３０秒未満の間に前記はんだ接合部を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項7】
ＮＴＣセンサをコーティングするための方法であって：ＮＴＣサーミスタ要素と、前記ＮＴＣサーミスタ要素上に固定された接続ワイヤと、を備えるＮＴＣセンサを提供するステップと、
電流を印加することによって以下のステップ中に前記ＮＴＣサーミスタ要素を自己加熱するステップと、
コーティング原料に前記ＮＴＣサーミスタ要素をディップするステップと、
前記ＮＴＣサーミスタ要素によって生成される熱によって前記コーティング原料を溶融させるステップと、
前記ＮＴＣサーミスタ要素と前記接続ワイヤの隣り合う部分とを取り囲むコーティング層を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項8】
前記ＮＴＣサーミスタ要素は、１７０℃を越えて加熱される、請求項７記載の方法。
【請求項9】
電流は、前記接続ワイヤを用いることによって印加される、請求項７記載の方法。
【請求項10】
前記コーティング原料は溶融し、３０秒未満の間に前記コーティング層を形成する、請求項７記載の方法。
【請求項11】
ＮＴＣセンサを製造する方法であって、請求項１乃至６いずれか１項記載の方法による組立ステップと、
請求項７乃至１０いずれか１項記載の方法によるコーティングステップと、
を含む方法。
【請求項12】
複数のＮＴＣサーミスタ要素が同時に取り扱われる、請求項１１記載の方法。
【請求項13】
ＮＴＣセンサ要素であって、ＮＴＣサーミスタ要素と、
はんだ接合部によって前記ＮＴＣサーミスタ要素の対向する側に固定された２つの接続ワイヤと、
前記ＮＴＣサーミスタ要素と前記はんだ接合部とを完全に包囲する単層コーティングと、
を備える、ＮＴＣセンサ要素。
【請求項14】
前記接続ワイヤと前記ＮＴＣサーミスタ要素との間の前記はんだ接合部は６Ｎを超える高い強度を示す、請求項１３記載のＮＴＣセンサ要素。。
【請求項15】
前記ＮＴＣサーミスタ要素はブロック形状又はディスク形状を備え、３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの寸法を超える、請求項１３又は１４記載のＮＴＣセンサ要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＮＴＣセンサを製造する方法に関し、この方法は、特定の順序でいくつかのプロセスステップを含むＮＴＣセンサを組み立てる方法及びＮＴＣセンサをコーティングする方法と、を含む。
本発明は、さらに、ＮＴＣサーミスタ要素に関する。
本発明は、さらに、ＮＴＣサーミスタ要素に関する。
【背景技術】
【0002】
すでに利用可能な、プラスチックコーティングを使用するＮＴＣサーミスタ温度センサは、従来の熱制御されたアセンブリ及びコーティング技術を用いて製造される。
【0003】
ＮＴＣサーミスタ材料の電気抵抗は、温度の変化と共に変化する。特に、ＮＴＣサーミスタの抵抗は、温度の上昇と共に減少する。ＮＴＣサーミスタ材料は、接続ワイヤによって電気回路に組み込まれる。プラスチックハウジングは、サーミスタを環境の影響から保護することができる。
【0004】
ＮＴＣサーミスタ要素の例は、文献ＤＥ １０２００５０１７８１６ Ａ１から知られている。
【発明の概要】
【0005】
本発明の課題は、ＮＴＣセンサの公知の製造方法を改善することである。
【0006】
方法は、いくつかの製造ステップに関する。
【0007】
第１の態様において、本発明は、いくつかのステップを含むＮＴＣセンサを組立てる方法（ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ）に関する。
【0008】
１つのステップにおいて、ＮＴＣサーミスタ要素（ＮＴＣは負の温度係数を表す）と、ＮＴＣサーミスタ要素にコンタクトするための端部（ｔｅｒｍｉｎａｌｓ）を有する接続ワイヤとが設けられる。
【0009】
ＮＴＣサーミスタ要素は、表面実装デバイス（ＳＭＤ）に使用できるように構成されたディスク形状又はブロック形状に構成され得る。
【0010】
ＮＴＣサーミスタ要素は、ＮＴＣセラミック材料を含み得る。ＮＴＣセラミック材料は電気抵抗として機能し、その抵抗は材料の内部温度に依存して変化する。ＮＴＣセラミック材料は、電流を印加することによって自己加熱（ｓｅｌｆ－ｈｅａｔｅｄ）され得る。
【0011】
ＮＴＣサーミスタ要素は、ＮＴＣセラミック材料の対向する表面上に構成された２つの電極をさらに備え得る。電極は、ＮＴＣサーミスタ要素に電気的にコンタクトし、ＮＴＣサーミスタ要素を電気回路に組み込むことを可能にする。電極は、金属、貴金属又は金属合金などの良好な導電性を示す材料を含み得る。
【0012】
代替的に、ＮＴＣサーミスタ要素は、多層コンポーネントとして設計されることができる。この多層コンポーネントは、ＮＴＣセラミック材料の複数の層と、これらの層の間に配設された内部電極とを備える。内部電極は、金属の導電性材料を含む。
【0013】
この多層コンポーネントは、複数のセラミック層と内部電極との積層体として形成されており、好ましくは全体として直方体構造（ｃｕｂｏｉｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有している。
【0014】
記載された実施形態において、内部電極は、多層コンポーネントの表面上の外部電極によって電気的にコンタクトされ得る。外部電極は、好ましくは、多層コンポーネントの２つの対向する側面に適用される。外部電極はキャップ形状であることができ、多層コンポーネントの異なる側面を覆うことができる。好ましくは、多層コンポーネントに積層された内部電極は、それぞれ、対向して位置する２つの外部電極に交互に接続される。
【0015】
外部電極は、例えば銀又は金の金属化層を有しており、これらの金属化層は、例えばスクリーン印刷法と、これに続く熱処理とによって適用される。
【0016】
かかる多層コンポーネントの電気抵抗は、非常に精密に画定することができる。したがって、１％未満の抵抗許容誤差を達成することができる。
【0017】
接続ワイヤは、導電性金属又は金属合金を含む導電性ワイヤである。接続ワイヤは、ポリマーコーティングによって絶縁され得る。接続ワイヤの端部の少なくとも一部は、コーティングによって絶縁されないことができる。
【0018】
さらなるステップにおいて、ＮＴＣサーミスタ要素は、電流の印加によって自己加熱される。自己加熱は、以下のステップの間維持される。
【0019】
第１のステップでは、はんだペーストが接続ワイヤの端部に分配される（ｄｉｓｐｅｎｓｅｄ）。はんだペーストは、鉛、スズ、亜鉛、銀、銅、金、アンチモン、及びビスマスなどの異なる金属を含み得る。好ましくは、はんだペーストは鉛を含まないことができる。さらに、はんだペーストはフラックス剤を含浸させ得る。
【0020】
加熱後に分配されたはんだペーストは、接続ワイヤの端部である接続ワイヤのヘッドに炎のような形状をもたらし得る。
【0021】
第２のステップにおいて、接続ワイヤがＮＴＣサーミスタ要素に適用される。特に、接続ワイヤは、要素の２つの対向する側のＮＴＣサーミスタ要素の電極に適用され得る。接続ワイヤは、はんだペーストがＮＴＣサーミスタ要素、特に電極と直接コンタクトするように、ＮＴＣサーミスタ要素に適用される。
【0022】
第３のステップでは、ＮＴＣサーミスタ要素により生成される熱によりはんだペーストが溶融する。はんだペーストの溶融によって、ＮＴＣサーミスタ要素、特に電極と、接続ワイヤ、特に端部との間にはんだ接合部（ｓｏｌｄｅｒ ｂｏｎｄｓ）が形成される。
【0023】
それによって、第１の接続ワイヤの端部と、第１のはんだ接合部と、ＮＴＣサーミスタ要素の第１の電極と、ＮＴＣサーミスタ材料と、ＮＴＣサーミスタ要素の第２の電極と、第２のはんだ接合部と、第２の接続ワイヤの端部との間の閉電気接続を含む閉電気回路が形成される。
【0024】
記載されたステップは、所与の順序で、又は適用可能な任意の他の順序で行われ得る。ここで、及び以下において、「第１の」、「第２の」などの指定は、プロセスステップの必須の順序を決定するものではない。
【0025】
一実施形態において、ＮＴＣサーミスタ要素は２００℃を越えて加熱される。
【0026】
かかる温度に、ＮＴＣサーミスタ材料の特性の変更を伴わずに達することができる。
【0027】
ＮＴＣサーミスタ材料をオーブンで加熱する場合とは異なり、ＮＴＣサーミスタ材料の相構成は、記載された自己加熱プロセスの間に著しく変化しない。
したがって、その後の時間のかかるエージングプロセスを省略することができ、又は大幅に短縮することができる。
以下のコーティングプロセスは、はんだ付けプロセスの直後に、追加の熱処理なしに行われ得る。
したがって、その後の時間のかかるエージングプロセスを省略することができ、又は大幅に短縮することができる。
以下のコーティングプロセスは、はんだ付けプロセスの直後に、追加の熱処理なしに行われ得る。
【0028】
好ましくは、ＮＴＣサーミスタを加熱するための電流は、接続ワイヤ自体によってＮＴＣサーミスタに印加される。
【0029】
代替的実施形態において、電流は、ＮＴＣサーミスタに適用される補助電極によって印加される。補助電極は、一時的かつ可逆的に適用される。
【0030】
補助電極は、ＮＴＣサーミスタ要素の２つの対向する表面上に適用され得る。
【0031】
補助電極は、製造中にＮＴＣサーミスタ要素が固定される保持構造に含まれ得る。
【0032】
補助電極は、ＮＴＣサーミスタ要素の電極と接触し得る。
【0033】
このことによって、第１の補助電極と、ＮＴＣサーミスタ要素の第１の電極と、ＮＴＣサーミスタ材料と、ＮＴＣサーミスタ要素の第２の電極と、第２の補助電極の端部との間の閉電気接続を含む閉電気回路が形成される。
【0034】
前述のプロセスにおいて、ＮＴＣサーミスタ要素によって生成される熱により、はんだペーストが溶融する。これにより、ＮＴＣサーミスタ要素と接続ワイヤとの間に、はんだ接合部が形成される。その後、補助電極を除去してＮＴＣサーミスタ要素の自己加熱を停止させる。
【0035】
一実施形態において、接続ワイヤとＮＴＣサーミスタ要素との間のはんだ接合は、高い強度を示す。はんだ接合部は、少なくとも６Ｎ、好ましくは７Ｎまで、さらにより好ましくは８Ｎまでの引張力に耐えることができる。
【0036】
一実施形態において、２つの接続ワイヤが、ＮＴＣサーミスタ要素の２つの対向する表面上に、特に、ＮＴＣサーミスタ要素の対向する表面に構成された２つの対向する電極上に適用される。
【0037】
一実施形態では、はんだペーストは接続ワイヤをフラックス剤を含むリザーバ内にディップすることによって浸漬される。
【0038】
はんだペーストは、ワイヤがＮＴＣサーミスタ要素上に適用される前、かつ、はんだペーストが溶融される前に、フラックス剤で含浸される。
【0039】
したがって、ＮＴＣサーミスタ要素の不所望な含浸によってフラックス剤が浪費されることはない。
好ましくは、はんだペーストは、フラックス剤を有するスポンジに接続ワイヤをディップすることによって含浸される。
好ましくは、はんだペーストは、フラックス剤を有するスポンジに接続ワイヤをディップすることによって含浸される。
【0040】
このようにして、フラックス剤を、ターゲットを定めて、フラックス剤の無駄を最小限にして適用することができる。
【0041】
金属のはんだ付けにおいて、フラックス剤はいくつかの目的に役立つ。フラックス剤は、はんだ付けされる表面から酸化金属を除去し、空気を追い出してシールし（ｓｅａｌｓ ｏｕｔ ａｉｒ）、それによってさらなる酸化を防止し、液状はんだの濡れ特性を改善する。
【0042】
一実施形態では、記はんだペーストは溶融し、３０秒未満の間にはんだ接合部（ｓｏｌｄｅｒ ｂｏｎｄｓ）を形成する。
【0043】
このタイムスパンにおいて、ＮＴＣサーミスタ要素と、はんだペーストが適用されたＮＴＣサーミスタ要素の表面とを所定の温度まで加熱することができ、はんだペーストが溶融し、はんだ接合部が形成される。
【0044】
必要な温度は、はんだペーストの組成に依存する。ＮＴＣサーミスタ要素は、電流の印加によって２００℃を超えて、好ましくは２００℃～４００℃まで加熱されるように構成されてもよい。
【0045】
はんだペーストは、はんだが適用された（ａｐｐｌｉｅｄ）自己加熱ＮＴＣサーミスタ要素によって直接溶融されるので、熱的な前処理及び後処理ステップを省略することができる。
【0046】
このため、従来に比べて、はんだ付け工程を短縮することができる。
【0047】
第２の態様において、本発明は、いくつかのステップを含むＮＴＣセンサをコーティングする方法に関する。
【0048】
第２の態様の方法は、第１の態様の方法の全てのステップをさらに含み得る。
【0049】
ＮＴＣセンサをコーティングする方法は、ＮＴＣサーミスタ要素と、ＮＴＣサーミスタ要素上に固定された接続ワイヤとを備えるＮＴＣセンサを提供するステップを含む。
【0050】
ＮＴＣサーミスタ要素及び接続ワイヤは、第１の態様において説明したように処理され得る。ＮＴＣセンサは、第１の態様のプロセスを実行することによって提供され得る。
【0051】
１つのステップにおいて、ＮＴＣサーミスタ要素は、電流の印加によって自己加熱される。自己加熱は、以下のプロセスステップの間、維持される。
【0052】
第１のステップでは、ＮＴＣサーミスタ要素をコーティング原料に浸漬する。
【0053】
コーティング原料は、ポリマー粉末として又は樹脂として提供され得る。典型的なコーティング材料は、例えば、ペルフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、テフロン（登録商標）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、シリコン、ポリエステル、ポリアクリレート、エポキシポリマー、樹脂、及びエポキシ樹脂などのポリマーを含み得る。
【0054】
コーティング材料は、コーティング原料リザーバ、例えばタブに貯蔵され得る。
【0055】
第２のステップでは、ＮＴＣサーミスタ要素によって生成される熱により、コーティング原料を溶融させる。必要な熱は、使用されるコーティング原料に依存する。
【0056】
第３のステップにおいて、ＮＴＣサーミスタ要素及び接続ワイヤの隣接部分を取り囲むコーティング層が形成される。
【0057】
コーティング層は、溶融したコーティング原材料から形成される。好ましくは、コーティング層は、ポリマー材料の１つの単一層のみを含む。
【0058】
開示されたプロセスステップにより、コーティング層は、加熱エネルギー及びコーティング原材料の最小需要によって適用され得る。ＮＴＣサーミスタ要素の自己加熱された表面に隣接する原材料のみが溶融し、コーティング層を形成する。リザーバ内に供給されるさらなるコーティング原料は、粉末又は樹脂の形態のままである。
【0059】
一実施形態において、ＮＴＣサーミスタ要素は１７０℃を越えて加熱される。
【0060】
かかる温度に、ＮＴＣサーミスタ材料の特性の変更を伴わずに達することができる。
【0061】
ＮＴＣサーミスタ材料をオーブンで加熱する場合とは異なり、ＮＴＣサーミスタ材料の相構成は、記載された自己加熱プロセスの間に著しく変化しない。したがって、その後の時間のかかるエージングプロセスを省略することができ、又は大幅に短縮することができる。
【0062】
さらにまた、少量のコーティング原料のみを目標とする加熱のため、コーティング材料の硬化及び焼き戻し（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）のための熱的後処理ステップ（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｓｔ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｔｅｐｓ）を、２時間未満、好ましくは１時間未満のタイムスパンに短縮することができる。
【0063】
必要な温度は、コーティング原料の組成に依存する。ＮＴＣサーミスタ要素は、電流の印加によって、８０℃を超えて、又は１００℃を超えて、又は１７０℃を超えて、好ましくは８０℃～３５０℃の温度に加熱されるように構成されてもよい。
【0064】
一実施形態において、電流は、ＮＴＣサーミスタ要素に固定された接続ワイヤを使用することによって印加される。
【0065】
好ましくは、２つの接続ワイヤが、ＮＴＣサーミスタ要素の２つの対向する表面上に、特に、ＮＴＣサーミスタ要素の対向する表面に構成された２つの対向する電極上に適用される。
【0066】
このことによって、第１の接続ワイヤと、ＮＴＣサーミスタ要素の第１の電極と、ＮＴＣサーミスタ材料と、ＮＴＣサーミスタ要素の第２の電極と、第２の接続ワイヤとの間の閉電気接続を含む閉電気回路が形成される。
【0067】
一実施形態において、コーティング原料は溶融し、３０秒未満の間にコーティング層を形成する。
【0068】
このタイムスパンにおいて、ＮＴＣサーミスタ要素と、ＮＴＣサーミスタ要素のコーティング原料が塗布された表面と、を所定の温度まで加熱することができ、表面に隣接するコーティング原料が溶融し、コーティング層が形成される。
【0069】
別の実施形態において、コーティング原料は溶融し、５０秒未満の間にコーティング層を形成する。
【0070】
短いタイムスパンを選択することによって、１つのコーティング層のみが形成される。したがって、原料の需要が最小限に抑えられる。
【0071】
コーティング原料は原料が適用された自己加熱ＮＴＣサーミスタ要素によって溶融されるため、コーティング層を形成するための熱的な前処理や後処理ステップが不要である。
【0072】
したがって、従来プロセスと比較するとコーティングプロセスを短縮することができる。
【0073】
第３の態様において、本発明は、第１及び第２の態様に関して記載されたような、組み立て方法のステップのいずれか１つ、及びコーティング方法のステップのいずれか１つを含む、ＮＴＣセンサを製造する方法に関する。
【0074】
第１の態様の製造方法は、第１の態様の方法の全てのステップを含んでもよく、第２の態様の方法の全てのステップをさらに含んでもよい。
【0075】
本発明の最初の２つの態様は、第３の態様の全てのステップを含むこともできる。
【0076】
ＮＴＣセンサを製造する方法はいくつかの組立ステップといくつかのコーティングステップとを備える。
【0077】
特に、製造方法は、所与の順序で実施され得る以下のステップを含む。
【0078】
１つのステップにおいて、ＮＴＣサーミスタ要素と、ＮＴＣサーミスタ要素にコンタクトするための端部を有する接続ワイヤと、が提供される。
【0079】
次のステップにおいて、ＮＴＣサーミスタは、電流の印加によって、好ましくは接続ワイヤ自体によって、又は代替的に補助電極を使用することによって、自己加熱される。自己加熱は、以下の３つのステップの間維持される。
【0080】
第１のステップでは、はんだペーストが接続ワイヤの端部に分配される（ｄｉｓｐｅｎｓｅｄ）。
【0081】
第２のステップにおいて、接続ワイヤがＮＴＣサーミスタ要素に適用される。
【0082】
第３のステップでは、ＮＴＣサーミスタ要素により生成される熱によりはんだペーストが溶融する。
これにより、ＮＴＣサーミスタ要素と接続ワイヤとの間に、はんだ接合部が形成される。
これにより、ＮＴＣサーミスタ要素と接続ワイヤとの間に、はんだ接合部が形成される。
【0083】
第３のステップの後、任意の補助電極を除去してもよく、ＮＴＣサーミスタ要素の自己加熱を停止する。
【0084】
以下において、ＮＴＣサーミスタ要素と、ＮＴＣサーミスタ要素上に固定された接続ワイヤとを備えるＮＴＣセンサがさらに処理される。
【0085】
第４のステップにおいて、ＮＴＣサーミスタ要素は、電流の印加によって自己加熱される。接続ワイヤによって電流が印加されることができる。自己加熱は、次のステップまで維持されることができる。
【0086】
第５のステップでは、ＮＴＣサーミスタ要素をコーティング原料に浸漬する。
【0087】
第６のステップでは、ＮＴＣサーミスタ要素によって生成される熱により、コーティング原料を溶融させる。
【0088】
第７のステップにおいて、ＮＴＣサーミスタ要素及び接続ワイヤの隣接部分を取り囲むコーティング層が形成される。
【0089】
その後、ＮＴＣサーミスタ要素の自己加熱を停止させることができる。
【0090】
さらなる熱的後処理ステップは必要とされない。
【0091】
あるいは、熱的後処理ステップを行って、コーティングを硬化及び／又は焼き戻してもよい。これらの熱的後処理ステップは、１時間未満で実施され得る。
【0092】
一実施形態では、いくつかのＮＴＣサーミスタ要素が同時に取り扱われる。好ましい実施形態において、少なくとも５つのＮＴＣサーミスタ要素が同時に取り扱われる。従来の製造工程の簡素化により、同時処理が可能となる。
【0093】
同時に取り扱うことにより、ＮＴＣセンサの大量生産が可能になる。
【0094】
本発明は、さらに、ＮＴＣサーミスタ要素と、はんだ接合部によってＮＴＣサーミスタ要素の対向する側に固定された２つの接続ワイヤと、ＮＴＣサーミスタ要素及びはんだ接合部を完全に囲む単層コーティングと、を備えるＮＴＣセンサ要素に関する。
【0095】
一実施形態において、接続ワイヤとＮＴＣサーミスタ要素との間のはんだ接合は、高い強度を示す。はんだ接合部は、少なくとも６ Ｎの引張力（ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｏｒｃｅ）に耐えることができる。この強度は、従来のはんだ接合部の強度に少なくとも匹敵する。好ましくは、はんだ接合は、７Ｎまで、さらにより好ましくは８Ｎまでの高い強度を示す。
【0096】
ＮＴＣセンサ要素は、本発明の態様１～３のいずれか１つに記載の方法によって製造されてもよい。
【0097】
ＮＴＣセンサ要素は、さらに、態様１～３のいずれか１つの態様によって構成されてもよい。
【0098】
一実施形態において、ＮＴＣサーミスタ要素はブロック形状を有する。
【0099】
さらなる実施形態において、ＮＴＣサーミスタ要素は、ディスク形状を有する。
【0100】
ＮＴＣサーミスタ要素の寸法は、３０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍを超えないことがあり、好ましくは３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍを超えないことがある。
【0101】
ディスク又はブロックは、円形、楕円形、丸みを帯びた角を有するかもしくは有さない矩形又は正方形の形状を有し得る。
【0102】
ＮＴＣサーミスタ要素は、ＮＴＣセラミック材料を含み得る。ＮＴＣセラミック材料は電気抵抗として機能し、その抵抗は材料の内部温度に依存して変化する。ＮＴＣセラミック材料は、電流を印加することによって自己加熱され得る。
【0103】
ＮＴＣサーミスタ要素は、ＮＴＣセラミック材料の対向する表面上に構成された２つの電極をさらに備え得る。電極は、ＮＴＣサーミスタ要素に電気的にコンタクトし、ＮＴＣサーミスタ要素を電気回路に組み込むことを可能にする。電極は、金属、貴金属又は金属合金などの良好な導電性を示す材料を含み得る。
【0104】
一方の電極から他方の電極までのＮＴＣサーミスタ要素の寸法である電流経路の厚さは、５ｍｍを超えないことがあり（その中に電極の寸法を含む）、好ましくは１ｍｍを超えないことがある。
【0105】
電流経路の方向に垂直なＮＴＣサーミスタ要素の表面は、円形、楕円形、長方形、又は正方形の形状を有することがあり、３０ｍｍ×３０ｍｍを超えないことがある、好ましくは３ｍｍ×３ｍｍを超えないことがある。
【0106】
接続ワイヤは、導電性金属又は金属合金を含む導電性ワイヤである。接続ワイヤは、ポリマーコーティングによって絶縁され得る。接続ワイヤの端部の少なくとも一部は、コーティングによって絶縁されないことができる。
【0107】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態をより詳細に説明する。図中の類似の又は明らかに同一の要素は、同じ参照符号でマークされる。図及び図中の比率は、縮尺通りではない。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0108】
【発明を実施するための形態】
【0109】
以下、図面を参照しながら、ＮＴＣ（負の温度係数：ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ要素の製造工程の一例について説明する。ＮＴＣサーミスタ要素４は、ＮＴＣセンサに用いられるものである。
【0110】
第１のプロセスセクションにおいて、ＮＴＣサーミスタ要素４に接続ワイヤ１が設けられる。接続ワイヤ１は、ＮＴＣサーミスタ要素４の２つの対向する表面上にはんだ付けによって設けられる。ＮＴＣサーミスタ要素４の対向する２つの表面には、２つの電極５が形成されている。接続ワイヤ１は、電極５の表面に適用される。
【0111】
まず、図１に示すように、接続ワイヤ１を用意する。接続ワイヤ１は、銀又は銅などの貴金属、又は対応する合金などの良好な導電性を有する材料から主に作られる。ワイヤ１は、非導電性ポリマー材料のコーティング絶縁層２を有し得る。絶縁層２は、ワイヤ１の端部には存在せず、その後、はんだペーストが適用される。
【0112】
第１の製造ステップにおいて、ワイヤ１、好ましくは２本ずつ５対のワイヤ１が保持装置にクランプされる。このようにして、５つのセンサを同時に製造することができる。ここで、コーティングを有しないワイヤ１の端部が処理される。はんだバンプ３は、シリンジを介してワイヤ１の自由端に適用される。目標を定めて（ｉｎ ａ ｔａｒｇｅｔｅｄ ｍａｎｎｅｒ）はんだペーストを適用することによって、必要なはんだの量を最小限に抑えることができる。その後廃棄される過剰なはんだ材料は減少する。
【0113】
はんだバンプ３が適用されたワイヤ端部が図２に示されている。
【0114】
次のプロセスステップでは、はんだバンプ３が適用されたワイヤ１をフラックス剤のリザーバ内に浸漬する。フラックス剤のリザーバは、好ましくは、フラックス剤を含むスポンジの形態であってもよい。その後、ワイヤ１を、まずはんだバンプ３をスポンジに押し付けて、はんだバンプ３にフラックス剤を含浸させる。
【0115】
ＮＴＣサーミスタ要素４は、ホルダ内に提供され、好ましくは、一度にいくつかの要素、例えば５つの要素が提供される。
【0116】
はんだバンプ３を有するワイヤ１は、ＮＴＣサーミスタ要素４の電極５を備える２つの対向する表面上に適用される。
【0117】
ＮＴＣサーミスタ要素４には、ＮＴＣセラミック材料の抵抗値と抵抗温度（Ｒ－Ｔ）曲線に応じて、ワイヤ１を介して、１Ａまでの電流が印加され、自己加熱する。
【0118】
２００℃を超えるまでのＮＴＣサーミスタ要素の自己加熱によって、はんだバンプ３は溶融し、ＮＴＣサーミスタ要素４とワイヤ１との間に固体はんだ接続部が形成される。
【0119】
図３は、はんだ付けプロセス中の温度プロファイルを示す。
【0120】
期間Ｔ１の間、ＮＴＣサーミスタ要素４は１２０℃を超えて予熱される。１２０℃と２１０℃との間の温度で、フラックス剤は活性化される。本温度プロファイルでは、約５秒後に１２０℃の温度に到達する（Ｔ１）。約２２０±１０℃の温度で、はんだペーストは液化する。さらに１１秒後（Ｔ２）、２７０±５℃の最高温度に達する。
【0121】
このはんだ付けプロセスの最高温度を１４秒間（Ｔ３）保持してはんだバンプ３を形成する。
【0122】
３０秒の合計時間の後、はんだ付けプロセスは終了し、ＮＴＣサーミスタ要素の自己加熱は停止される、すなわち、自己加熱のために印加される電流はオフに切り替えられる。
【0123】
ＮＴＣサーミスタ素子４は定義上、高温では高い電気伝導性を有するため、図３にも示されている電気抵抗は温度とは逆に変化する。２７０の°Ｃのハンダ付けプロセスの間、電気抵抗は、対応するＲ－Ｔ曲線に基づいて低下する。
【0124】
はんだ付けプロセスの後、ＮＴＣセンサは図４に示される構成になる。２本のワイヤ１は、その自由端部がはんだバンプ３を介してＮＴＣサーミスタ要素４の対向する面の電極５に取り付けられている。
【0125】
以下では、コーティングプロセスを行う。コーティングプロセスは、図５の温度図を参照して説明される。ＮＴＣサーミスタ要素４は、電流を印加することにより自己発熱する。この目的のために、電流は、ここで取り付けられた接続ワイヤ１を介して印加され得る。
【0126】
第１のステップでは、ＮＴＣサーミスタ要素４を１１秒以内に１４０℃の温度まで予熱する（Ｓ１）。
【0127】
予熱されたＮＴＣサーミスタ要素４は、その後、コーティング原料を含むリザーバ内に浸漬される。コーティング原料は、粉末形態又は樹脂形態である。記載された例において、コーティング原料は、粉末形態であり得る。浸漬動作は約３秒間続く（Ｓ２）。ＮＴＣ要素よりも低温のコーティング原料の粉末に浸漬することにより、ＮＴＣサーミスタ要素４は比較的急速に約５０℃まで冷却される。コーティング原料は、約室温（２５℃前後）を有する。
【0128】
その後、コーティング原料のリザーバ内のＮＴＣサーミスタ要素４を３秒間で約１７０℃まで再び加熱し（Ｓ３）、ＮＴＣサーミスタ要素４に隣接するコーティング原料粉末を溶融させ、ＮＴＣサーミスタ要素４と、接続ワイヤ１及びそれに隣接する接続はんだバンプ３の部分との周囲に単一のコーティング層７を形成する。
【0129】
その後、コーティング層７が適用されたＮＴＣサーミスタ要素４は、約３秒以内にコーティング原料のリザーバから持ち上げられ（Ｓ４）、それによって、ＮＴＣサーミスタ要素４は約１６０℃まで冷却される。その後、コーティング層７がＮＴＣサーミスタ要素４上に適用される。約２０秒後に、実際のコーティングプロセスが完了する。その後、コーティング層７は、熱的に後処理されて、強化される。
【0130】
前硬化ステップ（ａ ｐｒｅ－ｃｕｒｉｎｇ ｓｔｅｐ）では、コーティング層７が塗布されたＮＴＣサーミスタ要素４を１０秒間で１９０℃まで加熱する（Ｓ５）。その後、約１９５±５℃の硬化温度を３０秒間維持する（Ｓ６）。約４０秒後に、硬化プロセスが完了し、ＮＴＣサーミスタ要素の自己加熱が停止される。
【0131】
このようにして、図６に示されるＮＴＣセンサ要素が得られ、ＮＴＣサーミスタ要素、隣接するはんだバンプ３、及び接続ワイヤ１の隣接する非絶縁部分が、コーティング７内に取り囲まれる。
【0132】
上述の方法により、コーティング材料を均一に薄く適用することが可能になり、その結果、ＮＴＣサーミスタ要素４は、コーティング材料の１つの層のみが適用された後に、完全にかつ均一に取り囲まれる。したがって、さらなるコーティング層７の適用は必要ではない。これは、コーティングを製造するのに必要な時間及びコストを著しく低減できることを意味する。
【0133】
薄い単層コーティング７は、追加の時間のかかる熱的後処理ステップの必要性も排除する。薄いコーティング７は、上述の４０秒以内に硬化されることができる。
【0134】
必要であれば、さらなる後処理工程を実施することができる。硬化及び焼き戻しなどのこれらのステップは、１時間未満で行われ、コーティング７の必要な特性を達成する。
【0135】
従来プロセスでは、かかる後処理ステップに必要な時間は、典型的には、硬化プロセスでは８時間、焼き戻しプロセスでは７２時間である。従来プロセスでは、材料を均一に適用できにくいので、２層より多い、又は５層より多いコーティング材料がしばしば必要とされる。
【0136】
図６に示されるような例示的なＮＴＣサーミスタ要素が以下に説明される。
【0137】
ＮＴＣサーミスタ要素４は、直方体形状（ａ ｃｕｂｏｉｄ ｓｈａｐｅ）を有する。ＮＴＣサーミスタ要素４は、直方体形状を有するＮＴＣサーミスタセラミック６を備える。
【0138】
ＮＴＣサーミスタセラミック６の２つの対向する表面上に、電気的コンタクトのための電極５が設けられる。ＮＴＣサーミスタ要素４全体の寸法は、３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍを超えない。
【0139】
ここで、１ｍｍは、一方の電極５が適用される表面から他方の電極５が適用される表面までのＮＴＣサーミスタ要素の厚さの測定値である。この厚さは、印加された電流がＮＴＣサーミスタ要素内を流れる電流経路の長さに対応する。
【0140】
電流経路に垂直な表面は、３ｍｍ×３ｍｍを超えない寸法を有する。一般に、表面の長辺は、要素に取り付けられた接続ワイヤ１と同じ方向を指し、短辺は、接続ワイヤ１が延在する方向に垂直な方向を指す。
【0141】
電極５は、好ましくは、銀、金、銅、ニッケル、白金、又はパラジウムのうちの少なくとも１つを含む材料を含む電極であり、例えばスクリーン印刷又はスパッタリングによってサーミスタ材料に適用される。
【0142】
接続ワイヤ１は、はんだバンプ３を介して電極５に取り付けられる。はんだバンプ３は、ゲルマニウム、スズ、銀、鉛、アンチモン、ビスマス、金、亜鉛、銅などの様々な適切な金属を含むはんだ付け可能な材料で作られる。好ましくは、はんだ付け可能な材料は無鉛である。
【0143】
例えば、接続ワイヤ１は、０．２５ｍｍの直径を有し、銅などの良好な導電性を有する材料を含む。接続ワイヤ１は、その端部を除いて電気絶縁層２によって被覆されている。
【0144】
絶縁されたワイヤ１の直径は約０．５ｍｍである。好ましくは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ＰＦＡ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ＰＡ、ＰＩ、又は同様のプラスチックなどの高温耐性プラスチックが、絶縁２に使用される。
【0145】
あるいは、非絶縁ワイヤを使用してもよい。
【0146】
ＮＴＣサーミスタ要素４及びワイヤ１の隣接部分、特に非絶縁部分は、単層コーティング７、例えばエポキシ樹脂又は他のエポキシポリマー材料を含むコーティング層７によって囲まれる。さらに可能なコーティング材料は、ＰＦＡ、テフロン（登録商標）又はフッ素化エポキシ材料を含む。
【0147】
上述の方法に従ってはんだ付けされた接続ワイヤ１とＮＴＣサーミスタ要素４との間のはんだジョイントは、少なくとも従来のはんだジョイントの強度に匹敵する高い強度を示す。はんだジョイントは、少なくとも６Ｎ、好ましくは７Ｎまで、さらにより好ましくは８Ｎまでの引張力に耐えることができる。
【0148】
本方法で記載された短い処理時間のために、従来のように操作される作動するバッチ方式の製造の代わりに、連続的なシリアル製造がＮＴＣサーミスタ要素４の製造において作動し得る。
【0149】
これは、必要な製造設備のサイズをかなり小さくできることを意味する。したがって、例えば、数百の要素を同時にバッチ方式で製造する代わりに、それぞれ５つの要素を同時に連続して製造することによって、十分に高い生産量を達成することができる。
【0150】
さらに、熱的な前処理及び後処理の省略により、製造設備の一部も省略することができる。
【0151】
例えば、従来のサーミスタセラミック材料のエージングステップや、コーティング層の硬化及び焼き戻しステップを行うオーブンを省略したり、オーブンを大幅に小型化することができる。
【0152】
例えば、新しい方法の生産ラインは、長さ及び幅が３．５×２ｍであり、はんだ付け、コーティング、及び後熱処理（ｐｏｓｔ－ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）のための３つのモジュールを備える。５つの要素のみを並列に製造すればよいので、モジュールは小さい。後熱処理モジュールは、サーミスタ要素を１時間収容するための小型オーブンを備える。
【0153】
一方、従来の生産ラインは、例えば、長さ及び幅が１４×５ｍであり、はんだ付け、エージング、コーティング、硬化及び焼き戻しのための５つのモジュールを備える。新しい方法と同じ生産能力を達成するためには、数百の要素を並行して生産しなければならないので、モジュールは比較的大きい。硬化及び焼き戻しのための後熱処理モジュールは、数百のサーミスタ要素を最大８０時間収容するための巨大なオーブンを備える。
【符号の説明】
【0154】
１ 接続ワイヤ
２ 絶縁層
３ はんだバンプ
４ ＮＴＣサーミスタ要素
５ 電極
６ サーミスタセラミック
７ コーティング層
２ 絶縁層
３ はんだバンプ
４ ＮＴＣサーミスタ要素
５ 電極
６ サーミスタセラミック
７ コーティング層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】