NTCG RoHS指令対応：EU Directive 2002/95/ECにもとづき、免除さ れた用途を除いて、 鉛、 カドミウム、水銀、 六価クロム、および特定臭素 系難燃剤のPBB、PBDEを使用していないことを表します。 Series この稿では、各種モバイル機器用高性能二次電池パックに組み 囲は一般的に0∼60℃といわれています。そこで、充電開始 込まれる温度パラメータ管理用チップNTCサーミスタについ 時や充電途中に充電器やパックの温度がこの温度範囲から外 て説明いたします。 れた場合、警告信号を出したり、充電を強制的に止める対策が 不可欠となります。とくに、 セル内部の電解質が凍結した状態 電池パック用NTCサーミスタの現況 での充電は非常に危険なため、低温時の温度検知精度と動作 充電用の二次電池としては、ニカド電池、ニッケル水素電池、 リ の確実性は極めて重要です。どのタイプも、充電時に温度が上 チウムイオン電池、ポリマー電池などが用いられていますが、 がる性質を利用してこのような充電電圧制御を行っています とりわけリチウムイオン電池パックの市場は、携帯電話やデジ が、充電制御のほかにも、機器に表示される電池残量表示の計 タルカメラをはじめとする携帯機器市場の拡大にともない大 算補正などにも、NTCサーミスタによる温度情報が用いられて きな伸びを示しています。 います。 電池パック形態では、たとえば小型化を推進するセルラ用の場 電池パック用NTCサーミスタの条件 合、角型セル1個に温度管理用制御回路を組み合わせたタイプ が主流となっていますが、 これらには主にチップタイプのNTC 危険な状況を未然に防ぐ重要な役割はもちろん、過充電によ サーミスタが用いられています。一方、ノートパソコンに使用 る電池寿命の短縮や残量表示の狂いなどを確実に防止するた される電池パックには、 インテリジェントタイプと呼ばれる通信 めに、電池パックに使用されるNTCサーミスタには、一般の温 制御回路を内蔵したものもあり、セルの数も4∼12個と多く、 度検知用途より高い温度検知精度が要求されます。 パック形状、サイズも多様です。一般的には丸型のセルが使用 ご承知のとおり、NTCサーミスタの基本特性は、基準温度にお されることが多く、 セルとセルの間にできる空間に、 リードタイ ける抵抗値と、異なる基準温度間(2点)の温度係数を表すB定 プまたはチップタイプのNTCサーミスタが搭載されています。 数で表されますが、当然ながらこの2つ値には、許容差があり ます。そして、次のグラフに示すとおり、NTCサーミスタの抵 不可欠な充電電圧制御機能 抗値と環境温度の対応精度(すなわち実際に検知する全温度 範囲における検知精度)は、 この2つの基本特性値の許容差に 危険性がなく寿命の著しい劣化も回避できる充電時の温度範 1 けるそれぞれの抵抗値偏差を比較しました(基準温度25℃に 大きく支配されます。 つまり、基準温度における抵抗値とB定数 の許容差が小さいほど実用上の検知精度が大幅に向上します。 おける抵抗値は3種とも同じです)。主成分と添加物が同じで 具体的な数値目標としては、それぞれの許容差を±1%まで抑 も、その混合比率の違いで温度特性に大きな変化が現れてい 制することが求められます。 ます。 抵抗値偏差(％) 30 15 抵抗値偏差(％) 21wt% 40 20 10 5 0 20 10 0 -10 -20 -5 -30 -60 -40 -20 -10 -15 -20 28wt% 35wt% 添加物A材 許容差A:抵抗値1%,B定数1% [at 25℃](目標特性) 許容差B:抵抗値3%,B定数2% [at 25℃] 許容差C:抵抗値5%,B定数3% [at 25℃] 0 20 40 温度(℃) 60 80 100 120 25 -40 -20 0 20 40 60 温度(℃) 80 100 120 このような検討を繰り返し、最終的な特性合わせを行った結果、 業界標準とされている電池パック用高精度サーミスタと抵抗- さらに、電池パックに使用されるNTCサーミスタには、静電気 温度特性が同等の1608タイプおよび1005タイプの製品化 放電に起因する異常電圧にめげないイミュニティ特性も要求 を達成できました。 されます。これは、電池パックを機器へ装着する際や充電器に 電池パック温度管理用に適用される業界標準高精度サーミス 接続するときに発生する人体からの静電気放電により、電池 タの抵抗値スペックを基準にした場合の開発品(NTCGシリー パック内の電子部品が破壊されるおそれがあるためで、NTC ズ2品種)の抵抗値偏差と電気的特性を下に示します。 サーミスタにも確かな耐性が求められます。 抵抗値偏差(％) 当社では、 これらの要求に応えるため、積層チップNTCサーミ スタ1608タイプ、および1005タイプにおいて、抵抗値、B定数 ともに±1%の狭許容差と優れた耐静電気特性を有する品種 を開発しました。 抵抗値偏差抑制への取り組み 0.5 0.0 -0.5 -40 -20 0 20 40 温度(℃) 60 80 電池パックに使用されるNTCサーミスタは、マイコンと組み合 わせて使用されるため、抵抗-温度特性の整合をとることが必 須となります(抵抗値が違った場合、検知する温度がずれてしま Ｂ定数[＋25/＋85℃] 3435K±1% うため)。 最大定格電力[ａｔ25℃] 30mW(1005タイプ ) 耐電圧(耐静電気) 30kV 使用温度範囲 −40∼＋125℃ 別稿で触れたとおり、 NTCサーミスタは、 Mn(マンガン)、 Co(コ バルト)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)などの遷移金属からなる酸化物 半導体です。これら材料の最適組成の追求とさまざまな添加 1005タイプ : L1.0±0.05×W0.5±0.05×T0.5±0.05 mm 物を用いた微細構造制御により、比抵抗値やB定数など、目標 1608タイプ : L1.6±0.1×W0.8±0.1×T0.8±0.1 mm とする諸特性を作り込んでいきます。もちろん、焼成条件の微 調整も結晶構造の生成コントロール上重要な制御ファクタとな 品名 形状タイプ ります。そのような制御の一例として、抵抗-温度特性が添加物 NTCG103JF103F 1005 の比率によって変化する様子を次のグラフに示します。 NTCG163JF103F 1608 主成分に対し添加物を21wt%、26wt%、35wt%と、異なっ NTCG104KF104F 1005 た比率で添加した材料を3種作り、−40∼＋110℃範囲にお NTCG164KF104F 1608 2 公称抵抗値[ａｔ25℃] 10kΩ±1% 100kΩ±1% そして、 もう一つの課題、静電気放電に対する十分な耐性の付 与に関しては、チップ内部構造の作り込み、 すなわちプロセス制 御技術のさらなる高度化、高精度化が不可欠となります。 供試品:NTCG103JF103F n=20 耐静電気特性の強化 抵抗変化率(％) 1.0 前稿でご説明したとおり、チップNTCサーミスタには単板タイ プと積層タイプがありますが、耐静電気特性においては、単板 タイプの方が有利です。端子電極間にはサーミスタ素体しかな く、その全体にサージ電流が流れるので特別な対策を施さなく 0.5 0.0 -0.5 -1.0 ても深刻なダメージは受けません。しかし、積層タイプの場合、 0 1 2 3 4 5 6 7 試験回数 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 試験回数 8 9 10 11 端子電極部から侵入したサージ電流は単板タイプよりはるかに 1.0 B定数変化率(％) 薄い内部電極間のサーミスタ層を通って、対向する端子電極へ 抜けるため、内部電極間に直接電圧が印加されます。 そこで、十分な耐静電気特性を備えるためには、サーミスタ結 晶の均一かつ緻密な生成と内部電極のマイクロストラクチャを ミクロンオーダーで制御する量産技術の確立が不可欠となり 0.5 0.0 -0.5 -1.0 ます。とりわけ、 極小形状の1005タイプの量産化にあたっては、 内部電極の形成プロセスに高度な制御が要求されます。 もちろん、 このたび開発した高精度品はそれらの技術課題をす べてクリアし、優れた耐静電気放電特性を達成しています。その 耐静電気試験結果を右に示します。 供試品:NTCG163JF103F n=20 1608タイプはもちろん、 1005タイプにおいても抵抗値、B定 抵抗変化率(％) 1.0 数ともに秀逸な安定性を発揮しています。 今後の取り組み 電池パックを使用する携帯機器の分野では、送受信データの 0.5 0.0 -0.5 -1.0 処理量の増加とともに、各種機能の複合搭載やさらなる小型、 0 1 2 3 4 5 6 7 試験回数 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 試験回数 8 9 10 11 軽量化が追求されています。また、他の機器分野においても、 さまざな製品がデジタル化され、画像もデジタル信号で記録さ B定数変化率(％) 1.0 れる時代になり、大量の情報を個人や家庭に高速に伝達するた めの光通信網や放送網、移動体通信環境の整備も加速してい ます。しかしその一方で、 目覚ましい技術革新による機器、回路 の小型・薄型化に伴い、熱放散設計が困難になったり、ICパッケ 0.5 0.0 -0.5 -1.0 ージ内に周辺部品を取り込むことにより、ICチップが直接温度 の影響を受けるなど、さまざまな"熱問題"も発生しています。 総じて、エレクトロニクス機器、回路の温度環境は、今後ますま す厳しくなるものと考えられます。 50M to 100M SW1 このような環境の中、今後ますます高まる高精度温度管理ニー ズに応えるべく、 さらなる極小化、狭許容差化、 ローコスト化を 30kV 目標に、サーミスタ用新材料組成の開発から量産システムに至 C0 150pF 330 ＋ − SW2 NTCG series 1)1005 type 2)1608 type る研究開発・製造技術の全プロセスを通して一層の技術革新 に努めてまいります。 1 2 3 SW1を閉じC 0 へ充電(このときSW2は開)。 SW2を閉じる。 SW1を開き、 TFL-SA02JA 2011.01.05