サーミスタ
サーミスタとは
サーミスタ(Thermally Sensitive Resistor)は温度変化に対して
極めて大きな抵抗変化を示す抵抗器で、熱過敏性抵抗器とも呼ばれます。
温度の上昇に伴って抵抗値が減少するNTCサーミスタ(Negative Temperature Ccoefficient of Resistance)=負温度係数サーミスタと温度の上昇に伴って抵抗値が増加する
PTCサーミスタ(Positive Tempereture Coefficiene of Resistance)=正温度係数サーミスタが
あり、これらを含めてサーミスタと称します。このうちNTCサーミスタは最も歴史が古く
また広い用途で大量に使われていて一般にサーミスタと言う場合にはNTCサーミスタを指します。

サーミスタとは温度に敏感な抵抗体、Thermally Sensitive Resistorを短縮させて作られた半導体抵抗です。温度の上昇に対して抵抗値が指数関数的に下がる、言わば負の温度係数を有するサーミスタを通称NTCNegative Temperature Co-efficient)サーミスタと言われています。これとは反対に温度が上昇すると抵抗値がある決まった温度点(キュリー温度)で急激に導体から不導体に変わってしまう、いわば不連続点を有するサーミスタを一般にPTC(Positive Temperature Co-efficient)サーミスタと呼んでいます。前者はマンガン、ニッケルの遷移金属酸化物にコバルト、アルミニューム、鉄、銅などの酸化物を混合し焼結して作られます。後者はチタン酸バリウムを主原料に微量の他元素を混合し焼結して作られます。両者とも被測定物の温度を検地して、回路側に抵抗値情報を送る受動部品です。最近90%応答という表現をされる場合もありますが、τで換算すると約2.2τになります。
NTCサーミスタ
AgSが負の温度特性を示すことが解ったのは、今から180年ぐらい前のM.Faradyの実験ですが、今日のサーミスタに近い開発は米国のBell研究所です。同研究所はその開発製品を今日のThermistorという名称で温度補償や通信機等の実用化していました。
日本でも1950年代の後半からいくつかの会社で工業化が進み一時期ラジオが真空管方式からゲルマニュームを使用したトランジスタ方式に変わり音量の温度補償のため大量に作られました。当時は原料を混合してプレスで円板状に成型するディスク型サーミスタが主流でした。今日でも世界の多くの会社がその製法で作っています。特に大電流を流すパワーサーミスタはこの製法です。

最近は使用用途も広がり、技術も上昇してきて、他の半導体と同様に原料を混合し、純粋またはポリビニールアルコールのような液体で混ぜ合わせ、板状に押し出し成型し更に焼結しこのウェーハを元に、
ICの製法と類似の加工方法で素子を作る方法が主流になってきています。またSMDタイプのサーミスタは積層構造のものが主流になってきています。
サーミスタ素子の形状と特徴
@角形
ダイシングにより表面実装(SMD)形に加工したチップに電極を付与しガラス質の表面保護を施したものである。用途は携帯電話の温度補償形水晶発振器(TCXO)の周波数安定用、電池パックの過充電防止用ICの温度補償用等に使用される。
品名 寸法 熱放散
定数
抵抗値
許容差
B定数
許容差
使用温度
範囲
Parts No. Dimension Dissipation
Constant
Tolerance of
resistance
Tolerance of
B-Value
Operating
temperature
type L
(mm)
W
(mm)
t
(mm)
C
(mm)
NSM2 2.0
±0.2
1.25
±0.2
1.2
max
0.4
±0.2
2.0mW/℃ ±1%(F)
to
±10%(K)
±3%(H)
±5%(J)
-40℃
to
+125℃
NSM3 1.6
±0.2
0.8
±0.2
1.0
max
0.3
±0.2
1.7mW/℃
NSM4 1.0
±0.15
0.5
±0.15
0.45
±0.15
0.2
±0.1
1.0mW/℃
NSM3シリーズ (NSM3-series 1608型)
品名 Parts No.
Type R25 B
抵抗値
Resistance
B-定数
B-constant
寸法
Dimension
定格電力(mW)
Rated
wattage
R25℃(Ω) 25/85(K) L(mm) W(mm) t(mm)
NSM3400J280J 40 2800 1.6±0.2 0.8±0.2 1.0MAX. 150
NSM3101J280J 100 2800
NSM3501J325J 500 3250
NSM3102J325J 1k 3250
NSM3202J410J 2k 4100
NSM3302J410J 3k 4100
NSM3502J355J 5k 3550
NSM3103J375J 10k 3750
NSM3153J380J 15k 3800
NSM3203J380J 20k 3800
NSM3303J400J 30k 4000
NSM3503J400J 50k 4000
NSM3104J415J 100k 4150
NSM3154J425J 150k 4250
NSM3204J425J 200k 4250
NSM4シリーズ NSM4-series 1005型
品名 Parts No.
Type R25 B
抵抗値
Resistance
B-定数
B-constant
寸法
Dimension
定格電力(mW)
Rated
wattage
R25℃(Ω)  25/85(K) L(mm) W(mm) t(mm)
NSM4400J280J 40 2800 1.0±0.2 0.5±0.2 0.7MAX. 40
NSM4202J410J 2k 4100
NSM4302J410J 3k 4100
Aマイクロチップ形
スライシング及びダイシング加工によって寸法が自由に選べ小型化が可能
且つ特性も自由に狙えるので高精度向きである。又、熱応答性も優れている。
用途は自動車用センサ、エアコン用センサ、住設用各種センサと幅広く使用されている。
品名 寸法 熱放散
定数
抵抗値
許容差
B定数
許容差
使用温度範囲
Parts No. Dimension Dissipation
Constant
Tolerance of
resistance
Tolerance of
B-Value
Operating
temperature
type L
(mm)
W
(mm)
t
(mm)
C
(mm)
NSH2 2.0
±0.2
1.25
±0.2
0.8
±0.2
0.4
±0.2
2.0mW/℃ ±1%(F)
to
±5%(J)
±1%(F)
±2%(G)
-40℃
to
+150℃
NSH3 1.6
±0.2
0.8
±0.2
0.65
±0.2
0.3
±0.2
1.7mW/℃
NSH4 1.0
±0.15
0.5
±0.15
0.45
±0.15
0.2
±0.1
1.0mW/℃
Bディスク形
円板形で形状も比較的に大きいので、機械的な郷土が強く、大電流を流す事が可能でサージ大量が大きい。過電流防止用、TV偏向ヨーク及び電子回路の温度補償用に適している。
品名 寸法 #1熱放散定数 熱時定数 #2定格電力
Parts No. Dimension【mm】 Dissipation Thermal time Rated Wattage
type D t constant(mW/℃) constant(mW/℃) (mW)
NRD3 4.5MAX 6.0MAX 5 15 Aoporox. 375
NRD5 6.7MAX 6.0MAX 7 20 Aoporox. 520
NRD8 9.5MAX 7.0MAX 8 25 Aoporox. 600
NRD5型(NRD5 -type)
Parts No. 抵抗値 Resistance B-定数 B-constant 寸法 Dimension #1熱放散定数 Dissipation
constant
(mW/℃)
#2定格電力 Rated wattage
(mW)
#1熱時定数 Thermal time constant
(sec)
Type R25 B R25℃(Ω)  25/85(K) D(mm) t(mm)
NRD5900L280K 90 2800 6.7MAX. 6.0MAX. 7 520 20 Approx.
NRD5101L280K 100 2800
NRD5151L280K 150 2800
NRD5201L325Y 200 3250
NRD5301L325Y 300 3250
NRD5501L370Y 500 3700
NRD5102L400Y 1k 4000
NRD5202L400Y 2k 4000
NRD5302L400Y 3k 4000
NRD5502L400Y 5k 4000
NRD5103L420Y 10k 4200
NRD5203L420Y 20k 4200
NRD5503L420Y 50k 4200
NRD5104L420Y 100k 4200
CDHT形
マイクロチップ素子をネイルヘッドで同軸形に圧接し、ダイオードガラスで封じたもので小型化、耐熱性(300℃迄) 気密性に優れている。用途は耐熱、防水対策が要求されている所に適し、自動車用センサ、ルームエアコン用センサ等に使用される。
品名 寸法 熱放散定数 熱時定数 最高使用温度
Parts No. Dimension【mm】 Dissipation Thermal time Max.
operating
type L D C constant
(mW/℃)
constant
(sec)
temp.【℃】
NDH1型
NDH1-type
3.6±0.5 φ1.9±0.15 φ0.5 2.0〜2.5 17.0Max. 300
NDH2型
NDH2-type
3.8±0.5 φ2.1±0.15 φ0.5 2.0〜2.5 17.0Max. 300
NDH3型
NDH3-type
2.3±0.3 φ1.4±0.15 φ0.4 1.0〜1.5 8.0Max. 300
NDH4型
NDH4-type
2.6±0.5 φ1.9±0.15 φ0.4 1.0〜1.5 10.0Max. 300
DGRC形
マイクロチップ素子の電極とリード細線に接着ペーストを塗布し、ガラス管で封じ込み(焼付け)したものでリード線が放射方向(同一方向)にあり小さい内径の保護管に収納する事ができる。耐熱温度は300℃で防水対策品に適している。給湯器、自動車用エンジン周りの温度センサに使用されている。
品名 寸法 熱放散定数 熱時定数 最高使用温度
Parts No. Dimension【mm】 Dissipation Thermal time Max.
operating
type L D C constant(mW/℃) constant(sec) temp.【℃】
NGR2型
(NGR2-type)
3.0±0.5 1.3±0.2 0.2 0.75〜0.95 7.0Approx. 300
NGR3型
(NGR3-type)
3.0±0.5 1.8±0.2 0.25 0.85〜1.00 11.0Approx. 300
NGR4型
(NGR4-type)
3.5±0.5 2.3±0.2 0.35 1.35〜1.50 17.0Approx. 300
Eビート形
白金、パラジウム豪気などの貴金属線にサーミスタを微少な球状に焼結した”ビート”をリード線に溶接しガラスでコーティングしたもので、小型、且つ高耐熱性(450℃)を特徴としている。
E厚膜形
基板上にサーミスタペースト材を塗布し焼き付けしたもので、角型と同じ用途に使用される。
G積層形
内部電極を持たせた薄いシートを重ねたもので
幅広い特性を(高いB定数、低い抵抗値)が得られる。 用途は角形と同じである。

サーミスタの固有常数

サーミスタには、抵抗値、B定数、熱放散常数、熱時定数という4つの固有常数があります。順を追って説明します。
抵抗値
理想的な半導体の抵抗値は次式の様になります。
RRexpB(1/T1/T)――――――――――――(1)
R: 絶対温度TK)の時の抵抗値
R0 : 絶対温度T0 (K) の時の抵抗値
T,T : 絶対温度(K
B  :  定数但し各社で出されている製品はすべて何らかの不純物混入しているため
広い温度領域ではこの式は適合されない。測定または検知したい温度誤差が±
0.1℃以内を
要求するのであれば、20℃位の幅であれば使用できる。


B定数
B定数は原材料、及びその混合比、一部は加工工程で決定されてしまう常数である。
一般的には2点の温度点とその抵抗値で決められる。その2点の温度はメーカによって異なり
また客先の要求に従って決められている。

B
定数の計算式は1式から計算する。
B=LnR1LnR0/(1/T1−1/T0)―――――――(2)
B定数は温度係数を算出する為の定数で、以下の計算式で表される。
温度係数α=−BT――――――――――――――― (3)
この計算式から算出された数字に100を掛けた値が百分率になります。
例えば−3.5%となったときには、その温度点で1℃変わると
抵抗値が3.5%変化することを意味します。

通常のサーミスタはB定数が各温度点で変わります。
従って温度係数を算出するときには算出したい温度点での
B定数を算出した後
上記3式から計算する。

熱放散常数
サーミスタにWというエネルギーを加えると微小温度上昇する。
その関係は以下の計算式で表される。

W=V × I=δ(T1T0)―――――――――――――――(4)
このδを熱放散常数という。
例えば2mW/℃という熱放散常数の意味は、2mWの電力をサーミスタに供給すると
自己加熱で素子温度が周りの環境温度とは別に1℃上昇することを意味します。
精密な測定する場合この自己加熱温度を出来るだけ少なく抑える必要があります。

熱時定数
熱時定数はある温度例えば0℃から、他の温度例えば100℃にサーミスタを瞬時に移動した場合
2点の温度範囲の63,2%に到達する時間、この例の場合63.2℃になるまでの時間を熱時定数(τ)という。

この熱時定数の意味は、現在得られている温度情報は、τ秒前の温度であることを意味します。

サーミスタの用語
ゼロ付加抵抗値
規定温度で測定したサーミスタの直流抵抗値、無負荷抵抗値とも言う。
(測定の総合誤差に比べ、自己加熱による抵抗変化が無視できるような
充分低い電力で測定する。)通常基準温度として25℃における値で定める。
B定数
抵抗温度特性における任意の2点間の温度に対する抵抗変化の大きさを表す定数。
JIS C 2570では25℃と85℃の温度から求めた値と定める。
熱放散定数
サーミスタの温度を自己加熱によって1℃上げるために必要な電力を表す定数。
熱時定数
サーミスタの周囲温度又は負荷電流を急変させた時
サーミスタの最初の温度と最終到達温度との温度差の63.2%変化するのに要する時間。
定格電力
定格使用温度において連続負荷し得る電力の最大値。
最大許容電力
規定温度において連続負荷し得る電力の最大値。
保存温度範囲
サーミスタの特性、外観、寸法の規格値を超えないで保存できる周囲温度の範囲。
使用温度範囲
サーミスタを動作の状態で継続使用できる周囲温度の範囲。
最高使用温度
サーミスタを動作の状態で継続使用できる周囲温度の最高値。
最低使用温度
サーミスタを動作の状態で継続使用できる周囲温度の最低値。
抵抗温度係数
任意の温度における1℃当たりのゼロ負荷抵抗変化率を表す係数。
許容動作電流
規定温度で自己加熱による抵抗変化が一定値以下に許容できる電流値。
ゼロ負荷抵抗値より2%ていかする電流値と定める。
許容動作電圧
規定温度で許容動作電流を流した時のサーミスタ端子電圧