CN104823031B - 温度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种温度传感器，其具备：一对引线框架；传感器部，与一对引线框架连接；及绝缘性保持部，保持引线框架，传感器部具备：带状的绝缘性薄膜；薄膜热敏电阻部，在绝缘性薄膜的表面的中央部被图案形成；一对梳状电极，在薄膜热敏电阻部的上方具有多个梳齿部且相互对置地被图案形成；及一对图案电极，一端与一对梳状电极连接，并且另外一端在绝缘性薄膜的端部与一对引线框架连接，并在绝缘性薄膜的表面被图案形成，绝缘性薄膜在弯曲成略U字形的状态下将薄膜热敏电阻部配置在顶端部，且两端部固定在一对引线框架上。

Description

温度传感器
技术领域
本发明涉及一种适合测定复印机或打印机等的加热辊的温度的温度传感器。
背景技术
通常，复印机或打印机中所使用的加热辊中，为了测定其温度，温度传感器设置成接触状态。作为这种温度传感器，例如专利文献1及2中提出一种温度传感器，其具有：一对引线框架；热敏元件，配设在这些引线框架之间并连接；保持部，形成在一对引线框架的端部；及薄膜片，设置在引线框架及热敏元件的单面并与加热辊接触。
这种温度传感器利用引线框架的弹力与加热辊的表面接触，由此进行温度检测。
另外，上述专利文献1中，采用球状热敏电阻或芯片热敏电阻作为热敏元件，而专利文献2中，采用在氧化铝等绝缘基板的一面形成热敏膜的薄膜热敏电阻作为热敏元件。该薄膜热敏电阻由形成在绝缘基板的一面上的热敏膜、连接该热敏膜与一对引线框架的一对引线部、及覆盖热敏膜的保护膜构成。
并且，专利文献3中，记载了一种将热电偶与由金属构成的接触板一体化的温度传感器。该温度传感器中，是通过接触板的弹性来得到接触压力而使其接触测定对象物，由此测定温度。
专利文献1：日本专利公开平6-29793号公报
专利文献2：日本专利公开2000-74752号公报
专利文献3：日本专利公开平7-198504号公报
专利文献4：日本专利公开2004-319737号公报
上述现有技术中留有以下课题。
即，专利文献1所记载的技术中，虽然使用球状热敏电阻等作为热敏元件，但在这种情况下，由于其为约1mm左右的球状或椭圆状，因此与加热辊进行点接触，很难进行准确的温度检测。并且，热敏元件具有较大的体积，因此存在响应性差的不良情况。而且，由于进行点接触，因此还可能会损伤旋转的辊表面。
并且，专利文献2所记载的技术中，由于使用薄膜热敏电阻作为热敏元件，因此能够与加热辊进行面接触，但是若包括构成薄膜热敏电阻的绝缘基板和引线部，则还是具有体积，因此存在响应性差的问题。
而且，专利文献3所记载的技术中，为了使金属接触板接触测定对象物，有可能导致损伤测定对象物，并且因为热电偶及接触板的体积(厚度等)，以及因金属接触板的热量的放出，而存在响应性差的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种与加热辊等接触来检测温度时，高精度且响应性优异的同时不易损伤测定对象物的温度传感器。
本发明为了解决上述课题，采用以下结构。即，第1发明所涉及的温度传感器具备：一对引线框架；传感器部，与所述一对引线框架连接；及绝缘性保持部，固定在所述一对引线框架上并保持所述引线框架，所述传感器部具备：带状的绝缘性薄膜；薄膜热敏电阻部，在该绝缘性薄膜的表面的中央部以热敏电阻材料被图案形成；一对梳状电极，在所述薄膜热敏电阻部的上及下至少一方具有多个梳齿部并相互对置地被图案形成；及一对图案电极，一端与所述一对梳状电极连接，并且另一端在所述绝缘性薄膜的两端部与所述一对引线框架连接，并在所述绝缘性薄膜的表面被图案形成，所述绝缘性薄膜在弯曲成略U字形的状态下将所述薄膜热敏电阻部配置在顶端部，且两端部固定在所述一对引线框架上。
该温度传感器中，绝缘性薄膜在弯曲成略U字形的状态下将薄膜热敏电阻部配置在顶端部，且两端部固定在一对引线框架上，因此通过将被弯曲的顶端部接触测定对象物，绝缘性薄膜整体挠曲而得到较强的弹性与刚性，并且通过其柔软性可不损伤测定对象物而测定温度。并且，由于绝缘性薄膜的变形范围广，因此可灵活地对应测定对象物的形状，且可调整推压的程度。而且，由于为绝缘性薄膜，因此与金属接触板相比热量不易放出，加上与体积小的薄膜热敏电阻部相辅相成，能够得到高响应性。即，通过薄的绝缘性薄膜及直接形成在绝缘性薄膜上的薄膜热敏电阻部，整体的厚度会变薄，能够通过小体积得到优异的响应性。
并且，一对引线框架与一对图案电极连接，因此薄膜热敏电阻部和引线框架通过直接形成在绝缘性薄膜上的图案电极连接，由此，通过被图案形成的薄的配线，相比以引线等进行连接的情况，可抑制其与引线框架侧的热传导性的影响。另外，对测定对象物的接触部分的平坦性高，且进行面接触，因此可准确地检测温度，并且不易损伤旋转的加热辊等测定对象物的表面。
根据第1发明的第2发明所涉及的温度传感器，其中，所述绝缘性薄膜以朝所述引线框架的突出方向突出的状态被弯曲。
即，该温度传感器中，绝缘性薄膜以朝引线框架的突出方向突出的状态被弯曲，因此在引线框架的突出方向前方配置测定对象物，而将被弯曲的传感器部的顶端部相对于测定对象物进行推压，由此能够进行温度测定。
根据第1发明的第3发明所涉及的温度传感器，其中，所述绝缘性薄膜以朝相对于所述引线框架的突出方向为正交的方向突出的状态被弯曲。
即，该温度传感器中，绝缘性薄膜以朝相对于引线框架的突出方向为正交的方向突出的状态被弯曲，因此在相对于引线框架的突出方向为正交的方向前方配置测定对象物，而将被弯曲的传感器部的顶端部相对于测定对象物进行推压，由此能够进行温度测定。
根据第1至第3发明中的任一发明的第4发明所涉及的温度传感器，其中，所述薄膜热敏电阻部是由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，其结晶结构为六方晶系的纤锌矿型的单相。
通常，温度传感器等中所使用的热敏电阻材料为了高精度、高灵敏度而要求较高的B常数。以往，作为这种热敏电阻材料一般有Mn、Co、Fe等过渡金属氧化物。并且，为了得到稳定的热敏电阻特性，这些热敏电阻材料需要600℃以上的烧成。
并且，除了上述由金属氧化物构成的热敏电阻材料以外，例如专利文献3中提出由通式：MxAyNz(其中，M表示Ta、Nb、Cr、Ti及Zr的至少一种，A表示Al、Si及B的至少一种。0.1≤x≤0.8，0＜y≤0.6，0.1≤z≤0.8，x+y+z＝1)所表示的氮化物构成的热敏电阻用材料。并且，该专利文献3中，作为实施例，只记载有在Ta-Al-N系材料中设为0.5≤x≤0.8，0.1≤y≤0.5，0.2≤z≤0.7，x+y+z＝1的材料。在该Ta-Al-N系材料中，将包含上述元素的材料用作靶材，在含氮气气氛中进行溅射来制作。并且，根据需要，在350～600℃下对得到的薄膜进行热处理。
近年来，正研究开发一种在树脂薄膜上形成热敏电阻材料的薄膜型热敏电阻传感器，期望开发一种能够在薄膜上直接成膜的热敏电阻材料。即，通过使用薄膜，期待得到可挠性热敏电阻传感器。而且，期望开发具有0.1mm左右厚度的非常薄的热敏电阻传感器，但以往常常使用利用氧化铝等陶瓷材料的基板材料，例如若厚度变薄到0.1mm，则存在非常脆且容易损坏等问题，但期待通过使用薄膜而得到非常薄的热敏电阻传感器。
以往，形成由TiAlN构成的氮化物系热敏电阻的温度传感器中，在薄膜上层压形成由TiAlN构成的热敏电阻材料层和电极的情况下，在热敏电阻材料层上成膜Au等电极层，图案形成为具有多个梳齿部的梳状。但是，该热敏电阻材料层在曲率半径较大且缓慢地弯曲的情况下，不易产生裂纹且电阻值等电特性不变，但在曲率半径较小且急剧地弯曲的情况下，容易产生裂纹，电阻值等大幅变化，电特性的可靠性降低。尤其，使薄膜在与梳齿部的延伸方向正交的方向上以较小的曲率半径急剧地弯曲的情况下，与在梳齿部的延伸方向上弯曲的情况相比，因梳状电极与热敏电阻材料层的应力差，容易在电极边缘附近产生裂纹，存在电特性的可靠性降低的不良情况。
并且，由树脂材料构成的薄膜通常耐热温度较低、为150℃以下，即使是作为耐热温度比较高的材料所熟知的聚酰亚胺也只具有300℃左右的耐热性，因此难以适用于在热敏电阻材料的形成工序中施加热处理的情况。上述以往的氧化物热敏电阻材料中，为了实现所需热敏电阻特性，需要进行600℃以上的烧成，存在无法实现在薄膜上直接成膜的薄膜型热敏电阻传感器的问题。因此，期望开发一种能够在非烧成条件下直接成膜的热敏电阻材料，但即使是上述专利文献4所记载的热敏电阻材料，为了得到所需热敏电阻特性，根据需要还要在350～600℃下对得到的薄膜进行热处理。并且，作为该热敏电阻材料，在Ta-Al-N系材料的实施例中，得到B常数：500～3000K左右的材料，但没有关于耐热性的叙述，氮化物系材料的热可靠性不明确。
本发明人等在氮化物材料中尤其着眼于AlN系，进行深入研究的结果发现，作为绝缘体的AlN很难得到最佳的热敏电阻特性(B常数：1000～6000K左右)，但是通过以提高电传导性的特定金属元素替代Al位置，并且设为特定结晶结构，由此能够在非烧成条件下得到良好的B常数和耐热性。
因此，本发明是从上述研究结果中得到的，薄膜热敏电阻部由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，其结晶结构为六方晶系的纤锌矿型的单相，因此在非烧成条件下可得到良好的B常数，并且具有较高的耐热性。
另外，若上述“y/(x+y)”(即，Al/(Ti+Al))小于0.70，则得不到纤锌矿型的单相，成为与NaCl型相的共存相或者仅NaCl型相的相，得不到充分的高电阻和高B常数。
并且，若上述“y/(x+y)”(即，Al/(Ti+Al))超过0.95，则电阻率非常高，显示出极高的绝缘性，因此无法作为热敏电阻材料而适用。
并且，若上述“z”(即，N/(Ti+Al+N))小于0.4，则金属的氮化量较少，因此得不到纤锌矿型的单相，且得不到充分的高电阻和高B常数。
并且，若上述“z”(即，N/(Ti+Al+N))超过0.5，则无法得到纤锌矿型的单相。这是因为在纤锌矿型的单相中，氮位置上无缺陷的情况下的化学计量比为N/(Ti+Al+N)＝0.5。
根据本发明，可发挥以下效果。
即，根据本发明所涉及的温度传感器，绝缘性薄膜在弯曲成略U字形的状态下将薄膜热敏电阻部配置在顶端部，且两端部固定在一对引线框架上，因此能够得到较强的弹性及刚性，可不损伤测定对象物而测定温度，并且能够得到高响应性。
并且，使薄膜热敏电阻部由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95、0.4≤z≤0.5、x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，且其结晶构造为六方晶系的纤锌矿型的单相的材料，由此，能够在非烧成条件下得到良好的B常数，并且得到高耐热性。
因此，根据本发明的温度传感器，可实现基于具有较强的弹性和柔软性的传感器部的稳定的面接触，并且能够以高响应性准确地测定温度，适合用来测定复印机或打印机等的加热辊的温度。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的温度传感器的第1实施方式的俯视图及主视图。
图2是在第1实施方式中，表示热敏电阻用金属氮化物材料的组成范围的Ti-Al-N系三元系相图。
图3是在第1实施方式中，表示传感器部的俯视图及A-A线剖视图。
图4是在第1实施方式中，表示薄膜热敏电阻部形成工序的俯视图及B-B线剖视图。
图5是在第1实施方式中，表示电极形成工序的俯视图及C-C线剖视图。
图6是在第1实施方式中，表示保护膜形成工序的俯视图及D-D线剖视图。
图7是在本发明所涉及的温度传感器的第1实施方式中，表示另外一例的俯视图及主视图。
图8是表示本发明所涉及的温度传感器的第2实施方式的俯视图及主视图。
图9是在本发明所涉及的温度传感器的第2实施方式中，表示另外一例的俯视图及主视图。
图10是在本发明所涉及的温度传感器的实施例中，表示热敏电阻用金属氮化物材料的膜评价用元件的主视图及俯视图。
图11是在本发明所涉及的实施例及比较例中，表示25℃电阻率与B常数之间的关系的图表。
图12是在本发明所涉及的实施例及比较例中，表示Al/(Ti+Al)比与B常数之间的关系的图表。
图13是在本发明所涉及的实施例中，表示设为Al/(Ti+Al)＝0.84的c轴取向较强的情况下的X射线衍射(XRD)结果的图表。
图14是在本发明所涉及的实施例中，表示设为Al/(Ti+Al)＝0.83的a轴取向较强的情况下的X射线衍射(XRD)结果的图表。
图15是在本发明所涉及的实施例中，表示设为Al/(Ti+Al)＝0.60的情况下的X射线衍射(XRD)结果的图表。
图16是在本发明所涉及的实施例中，表示对a轴取向较强的实施例与c轴取向较强的实施例进行比较的Al/(Ti+Al)比与B常数之间的关系的图表。
图17是在本发明所涉及的实施例中，表示c轴取向较强的实施例的截面SEM照片。
图18是在本发明所涉及的实施例中，表示a轴取向较强的实施例的截面SEM照片。
具体实施方式
以下，参考图1至图7，对本发明所涉及的温度传感器中的第1实施方式进行说明。另外，在以下说明中所使用的附图中，为了将各部设为能够识别或容易识别的大小，根据需要适当地变更了比例尺。
如图1所示，本实施方式的温度传感器1具备：一对引线框架2；传感器部3，与一对引线框架2连接；及绝缘性保持部4，固定在一对引线框架2并保持引线框架2。
上述一对引线框架2由铜系合金、铁系合金或不锈钢等合金形成，通过树脂制的保持部4以彼此保持一定间隔的状态被支承。另外，一对引线框架2在保持部4内与一对引线5连接。并且，在保持部4形成有安装孔4a。
如图3所示，上述传感器部3具备：带状的绝缘性薄膜6；薄膜热敏电阻部7，在该绝缘性薄膜6的表面的中央部以热敏电阻材料被图案形成；一对梳状电极8，在薄膜热敏电阻部7的上方具有多个梳齿部8a且相互对置地被图案形成；及一对图案电极9，一端与一对梳状电极8连接，并且另外一端在绝缘性薄膜6的两端部与一对引线框架2连接，并在绝缘性薄膜6的表面被图案形成。
上述绝缘性薄膜6在弯曲成略U字形的状态下将薄膜热敏电阻部7配置在顶端部，且两端部固定在一对引线框架2上。
并且，本实施方式的温度传感器1具备保护膜10，其除了配置有图案电极9的基端部(粘结用垫部9a)的绝缘性薄膜6的两端部以外，覆盖形成在绝缘性薄膜6上的薄膜热敏电阻部7、梳状电极8及图案电极9。
另外，在本实施方式中，虽然是在薄膜热敏电阻部7的上方形成梳状电极8，但也可以在薄膜热敏电阻部7的下方形成梳状电极。
并且，一对图案电极9是从配置在绝缘性薄膜6中央部的薄膜热敏电阻部7上的梳齿部8a延伸至绝缘性薄膜6的两端附近。另外，在图案电极9的绝缘性薄膜6的两端附近，形成有粘结用垫部9a。
而且，一对引线框架2的顶端部在绝缘性薄膜6的两端部与图案电极9连接。即，引线框架2的顶端侧是通过焊料或导电特性树脂粘结剂等而与形成在绝缘性薄膜6上的图案电极9的粘结用垫部9a粘结。
如上所述，绝缘性薄膜6在弯曲成略U字形的状态下将薄膜热敏电阻部7配置在顶端部，且固定在引线框架2上，但在本实施方式中，是以朝引线框架2的突出方向突出的状态被弯曲。即，传感器部3是以薄膜热敏电阻部7为中心而被弯曲，以朝引线框架2的突出方向延伸的状态，横跨一对引线框架2的顶端而被安装。并且，绝缘性薄膜6配置在引线框架2的内侧面，粘结用垫部9a与引线框架2的内侧面粘结。
上述绝缘性薄膜6，例如是以厚度50～125μm的聚酰亚胺树脂薄片形成为带状。另外，绝缘性薄膜6的厚度若比上述范围薄，则即使弯曲成略U字形也难以得到充分的刚性，而若比上述范围厚，则响应性可能会变低。并且，作为绝缘性薄膜6，也可以用PET：聚对苯二甲酸乙二酯，PEN：聚萘二甲酸乙二酯等来制作，但为了用于测定加热辊的温度，最高使用温度较高、为180℃，因此优选聚酰亚胺薄膜。
上述薄膜热敏电阻部7配置在绝缘性薄膜6的中央部，由TiAlN的热敏电阻材料形成。尤其，薄膜热敏电阻部7是由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，其结晶结构为六方晶系的纤锌矿型的单相。
上述图案电极9及梳状电极8具有形成在薄膜热敏电阻部7上的膜厚5～100nm的Cr或NiCr接合层、及在该接合层上由Au等贵金属以50～1000nm的膜厚形成的电极层。
一对梳状电极8成为以相互对置状态配置且梳齿部8a交替排列的梳状图案。
另外，梳齿部8a沿着绝缘性薄膜6的延伸方向延伸。即，使作为顶端部的薄膜热敏电阻部7侧接触旋转的加热辊来进行温度测定，但在绝缘性薄膜6的延伸方向上具有曲率地被弯曲成U字形，因此对薄膜热敏电阻部7也在同一方向上施加弯曲应力。此时，由于梳齿部8a在同一方向上延伸，因此通过加强薄膜热敏电阻部7，能够抑制裂纹的产生。
上述保护膜10为绝缘性树脂膜等，例如采用厚度为20μm的聚酰亚胺薄膜。该保护膜10印刷在除了粘结用垫部9a以外的绝缘性薄膜6上。另外，也可以将聚酰亚胺覆盖膜(coverlay film)以粘结剂粘结在绝缘性薄膜6上来作为保护膜10。
如上所述，上述薄膜热敏电阻部7为金属氮化物材料，由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，其结晶结构为六方晶系的晶系，且为纤锌矿型(空间群P63mc(No.186))的单相。即，如图2所示，该金属氮化物材料具有由Ti-Al-N系三元系相图中的点A、B、C、D包围的区域内的组成，且为结晶相为纤锌矿型的金属氮化物。
另外，上述点A、B、C、D的各组成比(x，y，z)(原子％)为A(15，35，50)、B(2.5，47.5，50)、C(3，57，40)、D(18，42，40)。
并且，该薄膜热敏电阻部7形成为例如膜厚为100～1000nm的膜状，是沿相对于所述膜的表面垂直的方向延伸的柱状结晶。而且，优选在相对于膜的表面垂直的方向上c轴的取向比a轴强。
另外，在相对于膜的表面垂直的方向(膜厚方向)上，a轴取向(100)较强还是c轴取向(002)较强的判断是通过利用X射线衍射(XRD)调查结晶轴的取向性，根据(100)(表示a轴取向的密勒指数)与(002)(表示c轴取向的密勒指数)的峰值强度比，通过“(100)的峰值强度”/“(002)的峰值强度”小于1来确定。
参考图1、图3至图6，对该温度传感器1的制造方法进行说明。
本实施方式的温度传感器1的制造方法具有：薄膜热敏电阻部形成工序，在绝缘性薄膜6上图案形成薄膜热敏电阻部7；电极形成工序，将相互对置的一对梳状电极8配置在薄膜热敏电阻部7上，在绝缘性薄膜6上图案形成一对图案电极9；保护膜形成工序，在绝缘性薄膜6的表面形成保护膜10；及引线框架安装工序，在传感器部3安装引线框架2。
作为更具体的制造方法的例子，在厚度为50μm的聚酰亚胺薄膜的绝缘性薄膜6上利用Ti-Al合金溅射靶，在含氮气氛中通过反应性溅射法以膜厚200nm形成TixAlyNz(x＝9，y＝43，z＝48)的热敏电阻膜。此时的溅射条件为，到达真空度为5×10-6Pa，溅射气压为0.4Pa，靶投入功率(输出功率)为200W，在Ar气体+氮气的混合气体气氛下，以氮气分率20％来制作。
在成膜的热敏电阻膜上通过棒涂布机涂布抗蚀剂液后，在110℃下进行1分30秒的预烘，通过曝光装置进行感光后，用显影液去除不需要的部分，并且在150℃下通过5分钟的后烘来进行图案形成。然后，用市售的Ti蚀刻剂对不需要的TixAlyNz的热敏电阻膜进行湿法蚀刻，如图4所示，通过抗蚀剂剥离做成所需形状的薄膜热敏电阻部7。
接着，通过溅射法在薄膜热敏电阻部7和绝缘性薄膜6上形成膜厚为20nm的Cr膜的接合层。而且，通过溅射法在该接合层上形成膜厚为100nm的Au膜的电极层。
接着，在成膜的电极层上通过棒涂布机涂布抗蚀剂液后，在110℃下进行1分30秒的预烘，通过曝光装置进行感光后，用显影液去除不需要的部分，并且在150℃下通过5分钟的后烘来进行图案形成。然后，用市售的Au蚀刻剂和Cr蚀刻剂依次对不需要的电极部分进行湿法蚀刻，如图5所示，通过抗蚀剂剥离形成所需梳状电极8及图案电极9。
而且，通过印刷法在其上涂布聚酰亚胺漆，以250℃、30分钟进行固化(cure)，如图6所示，形成20μm厚的聚酰亚胺保护膜10。如此制作出传感器部3。
接着，在将传感器部3折弯的状态下，将一对引线框架2的顶端侧配置在图案电极9的粘结用垫部9a上，如图1所示，通过导电特性树脂粘结剂将引线框架2的顶端内面侧与粘结用垫部9a粘结。如此制作出温度传感器1。
另外，当同时制作多个传感器部3时，在绝缘性薄膜6的大尺寸薄片上如上述形成多个薄膜热敏电阻部7、梳状电极8、图案电极9及保护膜10后，从大尺寸薄片切割成各传感器部3。
如此，本实施方式的温度传感器1中，绝缘性薄膜6将薄膜热敏电阻部7配置在顶端部，且在弯曲成略U字形的状态下，其两端部固定在一对引线框架2上，因此通过将被弯曲的顶端部接触测定对象物，绝缘性薄膜6整体挠曲而得到较强的弹性与刚性，并且通过其柔软性可不损伤测定对象物而测定温度。并且，由于绝缘性薄膜6的变形范围广，因此可灵活地对应测定对象物的形状，且可调整推压的程度。而且，由于为绝缘性薄膜6，因此与金属接触板相比热量不易放出，加上与体积小的薄膜热敏电阻部7相辅相成，能够得到高响应性。即，通过薄的绝缘性薄膜6和直接形成在绝缘性薄膜6上的薄膜热敏电阻部7，整体的厚度会变薄，能够通过小体积来得到优异的响应性。
并且，一对引线框架2与一对图案电极9连接，因此薄膜热敏电阻部7和引线框架2通过直接形成在绝缘性薄膜6上的图案电极9而进行连接，由此通过形成图案的较薄的配线，相比以引线等进行连接的情况，可抑制与引线框架2侧的导热性的影响。另外，相对于测定对象物的接触部分的平坦性较高，且进行面接触，因此能够进行准确的温度检测，并且不易损伤旋转的加热辊等的测定对象物的表面。
此外，绝缘性薄膜6是以朝引线框架2的突出方向突出的状态被弯曲，因此在引线框架2的突出方向前方配置测定对象物，而将被弯曲的传感器部3的顶端部相对于测定对象物进行推压，由此能够进行温度测定。
并且，薄膜热敏电阻部7由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，其结晶结构为六方晶系的晶系，且为纤锌矿型的单相，因此在非烧成条件下可得到良好的B常数，并且具有较高的耐热性。
并且，该金属氮化物材料中，由于是沿相对于膜表面垂直的方向延伸的柱状结晶，因此膜的结晶性较高，可得到较高的耐热性。
而且，该金属氮化物材料中，通过在相对于膜的表面垂直的方向上使c轴取向比a轴强，从而与a轴取向较强的情况相比，可得到较高的B常数。
另外，本实施方式的热敏电阻材料层(薄膜热敏电阻部7)的制造方法中，利用Ti-Al合金溅射靶，在含氮气氛中进行反应性溅射来成膜，因此在非烧成条件下能够对由上述TiAlN构成的上述金属氮化物材料进行成膜。
并且，通过将反应性溅射中的溅射气压设定为小于0.67Pa，能够形成在相对于膜的表面垂直的方向上c轴取向比a轴强的金属氮化物材料的膜。
因此，本实施方式的温度传感器1中，在绝缘性薄膜6上用上述热敏电阻材料层形成薄膜热敏电阻部7，因此通过在非烧成条件下即可形成且高B常数、耐热性高的薄膜热敏电阻部7，能够使用树脂薄膜等耐热性低的绝缘性薄膜6，并且可得到具有良好的热敏电阻特性的薄型且可挠性的热敏电阻传感器。
并且，以往常常使用利用氧化铝等陶瓷的基板材料，若厚度变薄到例如0.1mm，则存在非常脆且容易损坏等问题，但本发明中能够使用薄膜，因此，如上所述，能够得到例如厚度为0.1mm的非常薄的薄膜型热敏电阻传感器(传感器部3)。
另外，作为第1实施方式的其他例子，如图7所示的温度传感器1B，也可以将薄膜热敏电阻部7配置在内侧而折弯传感器部3，并在一对引线框架2的外侧将绝缘性薄膜6的两端部粘结。
接着，参考图8及图9，对本发明所涉及的温度传感器的第2实施方式进行以下说明。另外，在以下实施方式的说明中，对上述实施方式中说明的同一构成要件标注同一符号，并省略其说明。
第2实施方式与第1实施方式的不同点为，在第1实施方式中，绝缘性薄膜6是以朝引线框架2的突出方向突出的状态被弯曲，而第2实施方式的温度传感器21中，如图8所示，绝缘性薄膜6是以朝相对于引线框架2的突出方向为正交的方向突出的状态被弯曲。
即，在第2实施方式中，形成在绝缘性薄膜6的两端部的一对粘结用垫部9a是与一对引线框架2粘结，使得传感器部3在被折弯的状态下，绝缘性薄膜6及图案电极9朝相对于引线框架2的延伸方向(突出方向)为正交的方向延伸。另外，第2实施方式的引线框架2比第1实施方式更长地突出。
因此，第2实施方式的温度传感器21中，绝缘性薄膜6是以朝相对于引线框架2的突出方向为正交的方向突出的状态被弯曲，因此在相对于引线框架2的突出方向为正交的方向前方配置测定对象物，并将被弯曲的传感器部3的顶端部相对于测定对象物进行推压，由此能够进行温度测定。如此，第2实施方式中，绝缘性薄膜6的突出方向与引线框架2的突出方向不同，也可以设置在引线框架2的突出方向上空间不足的情况等。
另外，作为第2实施方式的其他例子，如图9所示的温度传感器21B，也可以将薄膜热敏电阻部7配置在内侧而折弯传感器部3，并在一对引线框架2的外侧将绝缘性薄膜6的两端部粘结。
实施例
接着，针对本发明所涉及的温度传感器，参考图10至图18，具体说明通过根据上述实施方式制作的实施例进行评价的结果。
＜膜评价用元件的制作＞
作为进行本发明的热敏电阻材料层(薄膜热敏电阻部7)的评价的实施例及比较例，如下制作图10所示的膜评价用元件121。
首先，通过反应性溅射法，利用各种组成比的Ti-Al合金靶，在成为Si基板S的带热氧化膜的Si晶圆上，以表1所示的各种组成比形成厚度为500nm的金属氮化物材料的薄膜热敏电阻部7。此时的溅射条件为，到达真空度：5×10-6Pa，溅射气压：0.1～1Pa，靶投入功率(输出功率)：100～500W，在Ar气体+氮气的混合气体气氛下，将氮气分率改变为10～100％来制作。
接着，在上述薄膜热敏电阻部7上通过溅射法形成20nm的Cr膜，进一步形成100nm的Au膜。并且，通过旋转涂布机在其上涂布抗蚀剂液后，在110℃下进行1分30秒的预烘，通过曝光装置进行感光后，用显影液去除不需要的部分，在150℃下通过5分钟的后烘进行图案形成。然后，用市售的Au蚀刻剂和Cr蚀刻剂对不需要的电极部分进行湿法蚀刻，通过抗蚀剂剥离形成具有所需梳状电极部124a的图案电极124。并且，将其切割成芯片状，作为B常数评价及耐热性试验用的膜评价用元件121。
另外，作为比较，也同样地制作TixAlyNz的组成比在本发明的范围外且晶系不同的比较例来进行评价。
＜膜的评价＞
(1)组成分析
针对通过反应性溅射法得到的薄膜热敏电阻部7，通过X射线电子光谱法(XPS)进行元素分析。在该XPS中，通过Ar溅射，在距最表面深度20nm的溅射面实施定量分析。其结果示于表1。另外，以下的表中的组成比由“原子％”来表示。
另外，上述X射线电子光谱法(XPS)中，将X射线源设为MgKα(350W)，通能：58.5eV、测定间隔：0.125eV、相对于试样面的光电子取出角：45deg，分析区域约为800μmΦ的条件下实施定量分析。另外，关于定量精度，N/(Ti+Al+N)的定量精度为±2％，Al/(Ti+Al)的定量精度为±1％。
(2)比电阻测定
针对通过反应性溅射法得到的薄膜热敏电阻部7，通过四端子法测定25℃下的比电阻。其结果示于表1。
(3)B常数测定
在恒温槽内测定膜评价用元件121的25℃及50℃的电阻值，通过25℃和50℃的电阻值计算出B常数。其结果示于表1。
另外，本发明中的B常数计算方法如上述由25℃和50℃各自的电阻值通过下式求出。
B常数(K)＝ln(R25/R50)/(1/T25－1/T50)
R25(Ω)：25℃下的电阻值
R50(Ω)：50℃下的电阻值
T25(K)：298.15K以绝对温度表示25℃
T50(K)：323.15K以绝对温度表示50℃
从这些结果可知，TixAlyNz的组成比在图2所示的三元系的三角图中，在由点A、B、C、D包围的区域内，即，在成为“0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1”的区域内的所有实施例中，达成电阻率：100Ωcm以上，B常数：1500K以上的热敏电阻特性。
根据上述结果，将表示25℃下的电阻率与B常数之间的关系的图表示于图11。并且，表示Al/(Ti+Al)比与B常数之间的关系的图表示于图12。根据这些图表，在Al/(Ti+Al)＝0.7～0.95，且N/(Ti+Al+N)＝0.4～0.5的区域内，晶系为六方晶的纤锌矿型的单一相的结晶结构能够实现25℃下的比电阻值为100Ωcm以上，B常数为1500K以上的高电阻且高B常数的区域。另外，在图12的数据中，相对于相同的Al/(Ti+Al)比，B常数存在偏差是因为结晶中的氮量不同。
表1所示的比较例3～12为Al/(Ti+Al)＜0.7的区域，晶系成为立方晶的NaCl型。并且，比较例12(Al/(Ti+Al)＝0.67)中，NaCl型与纤锌矿型共存。如此，在Al/(Ti+Al)＜0.7的区域中，25℃下的比电阻值小于100Ωcm，B常数小于1500K，其为低电阻且低B常数的区域。
表1所示的比较例1、2为N/(Ti+Al+N)小于40％的区域，金属成为氮化不足的结晶状态。该比较例1、2既不是NaCl型，也不是纤锌矿型，而是结晶性非常差的状态。并且，可知在这些比较例中，B常数及电阻值均非常小，接近金属行为。
(4)薄膜X射线衍射(结晶相的鉴定)
通过掠入射X射线衍射(Grazing Incidence X-ray Diffraction)，对利用反应性溅射法得到的薄膜热敏电阻部7进行结晶相的鉴定。该薄膜X射线衍射为小角度X射线衍射试验，将管球设为Cu，将入射角设为1度，并且在2θ＝20～130度的范围内进行测定。
其结果，在Al/(Ti+Al)≥0.7的区域内，为纤锌矿型相(六方晶，与AlN相同的相)，在Al/(Ti+Al)＜0.65的区域内，为NaCl型相(立方晶，与TiN相同的相)。并且在0.65＜Al/(Ti+Al)＜0.7中，为纤锌矿型相与NaCl型相共存的结晶相。
如此，在TiAlN系中，高电阻且高B常数的区域存在于Al/(Ti+Al)≥0.7的纤锌矿型相。另外，在本发明的实施例中，没有确认到杂质相，为纤锌矿型的单相。
另外，表1所示的比较例1、2中，如上所述结晶相既不是纤锌矿型相，也不是NaCl型相，本试验中无法鉴定。并且，这些比较例的XRD的峰值宽度非常宽，因此为结晶性非常差的材料。可认为这是由于因电特性接近金属行为，因此成为氮化不足的金属相。
[表1]
接着，本发明的实施例全部为纤锌矿型相的膜，且取向性较强，因此在与Si基板S上垂直的方向(膜厚方向)的结晶轴中，利用XRD调查a轴取向性较强还是c轴取向性较强。此时，为了调查结晶轴的取向性，测定(100)(表示a轴取向的密勒指数)与(002)(表示c轴取向的密勒指数)的峰值强度比。
其结果，溅射气压小于0.67Pa时成膜的实施例中，与(100)相比(002)的强度非常强，为c轴取向性比a轴取向性强的膜。另一方面，溅射气压为0.67Pa以上时成膜的实施例中，与(002)相比(100)的强度非常强，为a轴取向比c轴取向强的材料。
另外，确认到即使在相同的成膜条件下成膜在聚酰亚胺薄膜上，也同样地形成有纤锌矿型相的单相。并且，确认到即使在相同的成膜条件下成膜在聚酰亚胺薄膜上，取向性也不变。
将c轴取向较强的实施例的XRD分布的一例示于图13。该实施例为Al/(Ti+Al)＝0.84(纤锌矿型，六方晶)，将入射角设为1度来进行测定。从该结果可知，该实施例中，与(100)相比(002)的强度非常强。
并且，将a轴取向较强的实施例的XRD分布的一例示于图14。该实施例为Al/(Ti+Al)＝0.83(纤锌矿型，六方晶)，将入射角设为1度来进行测定。从该结果可知，该实施例中，与(002)相比(100)的强度非常强。
而且，针对该实施例，将入射角设为0度，实施对称反射测定。另外，确认到图表中(*)为来自装置的峰值，并非样品主体的峰值或者杂质相的峰值(另外，在对称反射测定中，由该峰值会消失也可知其为来自装置的峰值)。
另外，将比较例的XRD分布的一例示于图15。该实施例为Al/(Ti+Al)＝0.6(NaCl型，立方晶)，将入射角设为1度来进行测定。未检测出可以作为纤锌矿型(空间群P63mc(No.186))标定指数的峰值，确认为NaCl型单独相。
接着，关于作为纤锌矿型材料的本发明的实施例，进一步详细比较结晶结构与电特性之间的关联。
如表2及图16所示，相对于Al/(Ti+Al)比大致相同比率的材料，有垂直于基板面的方向的取向度较强的结晶轴为c轴的材料(实施例5、7、8、9)和作为a轴的材料(实施例19、20、21)。
比较这两者，可知若Al/(Ti+Al)比相同，则c轴取向较强的材料与a轴取向较强的材料相比，其B常数大出100K左右。并且，可知若着眼于N量(N/(Ti+Al+N))，则c轴取向较强的材料与a轴取向较强的材料相比，其氮量稍大。从理想的化学计量比：N/(Ti+Al+N)＝0.5可知，c轴取向较强的材料为氮缺陷量较少且为理想的材料。
[表2]
＜结晶形态的评价＞
接着，作为表示薄膜热敏电阻部7的截面中的结晶形态的一例，将在带热氧化膜的Si基板S上成膜的实施例(Al/(Ti+Al)＝0.84，纤锌矿型，六方晶，c轴取向性较强)的薄膜热敏电阻部7的截面SEM照片示于图17。并且，将另一实施例(Al/(Ti+Al)＝0.83，纤锌矿型六方晶，a轴取向性较强)的薄膜热敏电阻部7中的截面SEM照片示于图18。
这些实施例的样品使用将Si基板S解理断裂的样品。并且，是以45°角度倾斜观察的照片。
从这些照片可知，任意实施例均由高密度柱状结晶形成。即，在c轴取向较强的实施例及a轴取向较强的实施例中，皆观测到柱状结晶沿垂直于基板面的方向生长的样子。另外，柱状结晶的断裂是在对Si基板S进行解理断裂时产生的。
＜膜的耐热试验评价＞
在表1所示的实施例及比较例中，对在大气中、125℃、1000h的耐热试验之前和之后的电阻值及B常数进行评价。其结果示于表3。另外，作为比较，同样地也对基于以往的Ta-Al-N系材料的比较例进行评价。
从这些结果可知，虽然Al浓度及氮浓度不同，但以相同的B常数与作为Ta-Al-N系的比较例进行比较时，以耐热试验之前和之后的电特性变化观察时的耐热性为Ti-Al-N系更优异。另外，实施例5、8是c轴取向较强的材料，实施例21、24是a轴取向较强的材料。若比较两者，c轴取向较强的实施例与a轴取向较强的实施例相比耐热性稍微提高。
另外，Ta-Al-N系材料中，Ta的离子半径与Ti或Al相比非常大，因此无法在高浓度Al区域中制作纤锌矿型相。认为由于TaAlN系不是纤锌矿型相，因此纤锌矿型相的Ti-Al-N系的耐热性良好。
[表3]
另外，本发明的技术范围并不限于上述各实施方式及实施例，在不脱离本发明的宗旨的范围内可加以各种变更。
符号说明
1、1B、21、21B-温度传感器，2-引线框架，3-传感器部，4-保持部，6-绝缘性薄膜，7-薄膜热敏电阻部，8-梳状电极，8a-梳齿部，9-图案电极，10-保护膜。

Claims (4)

1.一种温度传感器，其特征在于，具备：
一对引线框架；
传感器部，与所述一对引线框架连接；及
绝缘性保持部，固定在所述一对引线框架并保持所述引线框架，
所述传感器部具备：带状的绝缘性薄膜；薄膜热敏电阻部，在该绝缘性薄膜的表面的中央部以热敏电阻材料被图案形成；一对梳状电极，在所述薄膜热敏电阻部的上及下的至少一方具有多个梳齿部且相互对置地被图案形成；及一对图案电极，一端与所述一对梳状电极连接，并且另外一端在所述绝缘性薄膜的两端部与所述一对引线框架连接，并在所述绝缘性薄膜的表面被图案形成，
所述绝缘性薄膜在弯曲成略U字形的状态下，将所述薄膜热敏电阻部配置在顶端部，且两端部固定在所述一对引线框架上。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，
所述绝缘性薄膜以朝所述引线框架的突出方向突出的状态被弯曲。
3.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，
所述绝缘性薄膜以朝相对于所述引线框架的突出方向为正交的方向突出的状态被弯曲。
4.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，
所述薄膜热敏电阻部由通式：TixAlyNz所表示的金属氮化物构成，其结晶结构为六方晶系的纤锌矿型的单相，其中，0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1。
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