CN113412417A - 温度传感器薄膜、导电薄膜及其制造方法 - Google Patents

温度传感器薄膜、导电薄膜及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113412417A
CN113412417A CN202080012745.3A CN202080012745A CN113412417A CN 113412417 A CN113412417 A CN 113412417A CN 202080012745 A CN202080012745 A CN 202080012745A CN 113412417 A CN113412417 A CN 113412417A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
thin film
silicon
nickel
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080012745.3A
Other languages
English (en)
Inventor
澁谷克则
宫本幸大
安井智史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nitto Denko Corp filed Critical Nitto Denko Corp
Publication of CN113412417A publication Critical patent/CN113412417A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G01K7/183—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer characterised by the use of the resistive element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G01K7/20—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K2007/163—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements provided with specially adapted connectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2217/00—Temperature measurement using electric or magnetic components already present in the system to be measured

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

导电薄膜(101)在树脂薄膜基材(50)的一个主表面上具备硅系薄膜作为基底层(20)并在其上具备镍薄膜(10)。导电性薄膜可以用于在树脂薄膜基材上具备经图案化的金属薄膜的温度传感器薄膜的制作。通过将导电薄膜的镍薄膜图案化，形成测温电阻部和连接于测温电阻部的引线部，由此可得到温度传感器薄膜。

Description

温度传感器薄膜、导电薄膜及其制造方法
技术领域
本发明涉及在薄膜基材上具备经图案化的金属薄膜的温度传感器薄膜、及温度传感器薄膜的制作中使用的导电薄膜。
背景技术
电子设备中使用大量的温度传感器。作为温度传感器，通常为热电偶、片式热敏电阻。通过热电偶、片式热敏电阻等对面内的多个部位的温度进行测定的情况下，需要在每个测定点配置温度传感器并将各个温度传感器连接于印刷电路板等，因此制造工艺烦杂。另外，为了测定面内的温度分布，需要在基板上配置多个传感器，成为成本上升的主要因素。
专利文献1中提出了一种温度传感器薄膜，其在薄膜基材上设置金属膜，将金属膜图案化，从而形成有测温电阻部和引线部。对于将金属膜图案化的形态，能由1层金属膜形成测温电阻部和连接于测温电阻部的引线部，不需要用布线将各个测温传感器连接的操作。另外，由于使用薄膜基材，因此挠性优异，应对曲面形状的器件、柔性器件等也容易。另外，具有挠性的温度传感器薄膜在组装器件时的处理性也优异。
对于将金属膜图案化而成的温度传感器，借助引线部对测温电阻部施加电压，利用金属的电阻值根据温度而变化的特性来测定温度。为了提高温度测定的精度，优选因温度变化而引起的电阻变化大的材料。专利文献2中记载了镍与铜相比对温度的灵敏度(电阻变化)为约2倍。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-91045号公报
专利文献2：日本特开平7-333073号公报
发明内容
发明要解决的问题
将温度传感器薄膜用于曲面形状的器件、柔性器件的情况下，对温度传感器薄膜要求耐弯曲性。另外，即使为平面形状的器件，在器件的组装、加工、与其他构件的贴合等时也需要将构件弯曲，因此要求耐弯曲性。
但是，在薄膜基材上设置有镍薄膜的温度传感器薄膜有时在弯曲部位及其附近在镍薄膜产生裂纹，难以说是耐弯曲性充分。鉴于该课题，本发明的目的在于，提供耐弯曲性优异的温度传感器薄膜、及其制作中使用的导电薄膜。
用于解决问题的方案
温度传感器用导电薄膜在树脂薄膜基材的一个主表面上具备硅系薄膜并在硅系薄膜上具备镍薄膜。通过在薄膜基材上设置作为基底层的硅系薄膜并在其上设置镍薄膜，从而有弯曲时的镍薄膜上的裂纹的产生得以抑制的倾向。
通过将该导电薄膜的镍薄膜图案化，从而能够形成温度传感器薄膜。温度传感器薄膜在树脂薄膜基材的一个主表面上具备基底层及经图案化的镍薄膜，镍薄膜被图案化为测温电阻部和引线部。也可以在树脂薄膜基材的两面设置硅系薄膜及镍薄膜。
测温电阻部被设置于进行温度测定的部分，且被图案化为细线。引线部被图案化为比测温电阻部大的线宽，引线部的一端连接于测温电阻部。引线部的另一端与外部电路等连接。可以将连接器连接于引线，借助连接器进行与外部电路的连接。
构成基底层的硅系薄膜可以为1层，也可以为2层以上。例如，硅系薄膜可以为自薄膜基材侧起具有硅薄膜及硅氧化物薄膜的层叠膜。作为基底层的硅系薄膜的厚度优选3～200nm。镍薄膜的厚度优选20～500nm。镍薄膜的电阻温度系数优选3000ppm/℃以上。
发明的效果
在薄膜基材上隔着硅系基底层设置有镍薄膜的导电薄膜、及将镍薄膜图案化而成的温度传感器薄膜在弯曲时在镍薄膜上不易产生裂纹，耐弯曲性优异。
附图说明
图1为示出导电薄膜的层叠构成例的截面图。
图2为温度传感器薄膜的俯视图。
图3为温度传感器的测温电阻部附近的放大图，A示出了2线式的形状，B示出了4线式的形状。
具体实施方式
图1为示出温度传感器薄膜的形成中使用的导电薄膜的层叠构成例的截面图，在树脂薄膜基材50的一个主表面上具备镍薄膜10，在树脂薄膜基材50与镍薄膜10之间具备基底层20。通过将该导电薄膜101的镍薄膜图案化，从而可得到图2的俯视图所示的温度传感器薄膜110。
[导电薄膜]
<薄膜基材>
树脂薄膜基材50可以为透明也可以为不透明。作为树脂材料，可列举出聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯、聚酰亚胺、聚烯烃、降冰片烯系等环状聚烯烃、聚碳酸酯、聚醚砜、聚芳酯等。从耐热性、尺寸稳定性、电特性、机械特性、耐化学药品特性等观点出发，优选聚酰亚胺或聚酯。
树脂薄膜基材的厚度没有特别限定，通常为2～500μm左右，优选20～300μm左右。可以在树脂薄膜基材的表面设置有易粘接层、抗静电层、硬涂层等。另外，出于提高与镍薄膜10(或基底层20)的密合性等的目的，也可以对树脂薄膜基材50的表面实施电晕放电处理、紫外线照射处理、等离子体处理、溅射蚀刻处理等处理。
树脂薄膜基材50的基底层20形成面的算术平均粗糙度Ra优选5nm以下、更优选3nm以下、进一步优选2nm以下。通过减小基材的表面粗糙度，从而基底层及其上的镍薄膜的覆盖变良好，容易形成致密的膜，因此有镍薄膜10的电阻率变小的倾向。算术平均粗糙度Ra根据使用了扫描探针显微镜的1μm见方的观察图像来求出。
<基底层>
导电薄膜101在树脂薄膜基材50与镍薄膜10之间具备基底层20。基底层20可以为单层，也可以如图1所示为2层以上的薄膜的层叠构成。基底层20可以为有机层，也可以为无机层，也可以为将有机层和无机层层叠而成者。通过在树脂薄膜基材50与镍薄膜10之间设置无机材料的基底层20，从而有镍薄膜10的电阻温度系数(TCR)变大的倾向，温度传感器薄膜的温度测定精度提高。
作为无机材料，可列举出Si、Ge、Sn、Pb、Al、Ga、In、Tl、As、Sb、Bi、Se、Te、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Ni、Co、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd等金属元素或半金属元素、及它们的合金、氮化物、氧化物、碳化物、氮氧化物等。
基底层20优选包含硅系薄膜。通过在作为基底层20的硅系薄膜上形成镍薄膜10，从而有耐弯曲性提高的倾向。作为硅系材料，可列举出硅、以及硅氧化物、硅氮化物及硅碳化物等硅化合物。其中，从对树脂薄膜基材及镍薄膜的密合性优异、并且耐弯曲性提高效果优异的方面出发，优选硅或硅氧化物。硅氧化物可以为化学计量组成(SiO2)，也可以为非化学计量组成(SiOx；x<2)。作为非化学计量组成的硅氧化物(SiOx)优选1.2≤x<2。
基底层20可以为硅薄膜与硅氧化物薄膜的层叠膜。基底层20自树脂薄膜基材50侧起包含硅薄膜21及硅氧化物薄膜22这2层的情况下，有尤其是对拉伸弯曲的耐弯曲性提高的倾向。另外，通过在镍薄膜10的正下方设置电阻率大的硅氧化物薄膜22，有布线(经图案化的镍薄膜)间的泄漏电流减少、温度传感器薄膜的温度测定精度提高的倾向。
基底层20也可以是将硅系薄膜和非硅系薄膜层叠而成的。该情况下，优选在树脂薄膜基材50侧配置非硅系薄膜、在镍薄膜10侧配置硅系薄膜。通过与镍薄膜10接触地设置硅系薄膜，从而有耐弯曲性提高的倾向。
基底层20的厚度没有特别限定。从通过对镍薄膜10的基底效果来提高耐弯曲性的观点出发，基底层20的厚度优选3nm以上。基底层的厚度可以为5nm以上、10nm以上、15nm以上、20nm以上、25nm以上或30nm以上。特别优选硅系薄膜的厚度为上述范围。除了耐弯曲性提高效果以外，从降低镍薄膜形成时对薄膜基材的损伤、提高来自薄膜基材的排气的阻断效果的观点出发，基底层20的厚度也优选为上述范围。
有作为基底层的硅系薄膜的厚度越大、耐弯曲性越提高的倾向。另一方面，从提高生产率、降低材料成本的观点出发，基底层的厚度优选200nm以下、更优选150nm以下、进一步优选100nm以下。另外，作为基底层的硅系薄膜的厚度小时，有在其上形成的镍薄膜的电阻温度系数变大的倾向。因此，作为基底层的硅系薄膜的厚度优选200nm以下、更优选150nm以下、进一步优选100nm以下。基底层的厚度可以为90nm以下、80nm以下、70nm以下或60nm以下。另外，从基底层的厚度过大时则有时在弯曲时在基底层自身产生裂纹的方面出发，基底层的厚度也优选为上述范围，硅系薄膜的厚度优选为上述范围。对于基底层的厚度，考虑对温度传感器薄膜要求的耐弯曲性、电阻温度系数等，优选在上述范围内进行设定。
<镍薄膜>
设置于基底层20上的镍薄膜10发挥温度传感器的温度测定的中心作用。通过将镍薄膜10图案化，从而如图2所示，形成引线部11及测温电阻部12。
镍薄膜10的厚度没有特别限定，从低电阻化的观点(特别是减小引线部的电阻的观点)出发，优选20nm以上、更优选40nm以上、进一步优选50nm以上。另一方面，从缩短成膜时间及提高图案化精度等的观点出发，镍薄膜10的厚度优选500nm以下、更优选300nm以下、进一步优选250nm以下。另外，从镍薄膜的厚度变大时有残余应力变大、耐弯曲性降低的倾向出发，镍薄膜的厚度也优选为上述范围。
镍薄膜10在温度25℃下的电阻率优选1.6×10-5Ω·cm以下、更优选1.5×10-5Ω·cm以下。从减小引线部的电阻的观点出发，镍薄膜的电阻率越小越优选，可以为1.2×10-5Ω·cm以下、或1.0×10-5Ω·cm以下。镍薄膜的电阻率越小越优选，但难以使电阻率比块状的镍小，通常电阻率为7.0×10-6Ω·cm以上。
镍薄膜10的电阻温度系数(TCR)优选3000ppm/℃以上、更优选3400ppm/℃以上、进一步优选3600ppm/℃以上、特别优选3800ppm/℃以上。TCR为因温度上升而引起的电阻的变化率。镍具有电阻随着温度上升而线性增加的特性(正特性)。具有正特性的材料的TCR根据温度T0下的电阻值R0和温度T1下的电阻值R1、通过下式来算出。
TCR＝{(R1-R0)/R0}/(T1-T0)
本说明书中，将根据T0＝25℃及T1＝5℃下的电阻值算出的TCR与根据T0＝25℃及T1＝45℃下的电阻值算出的TCR的平均值设为镍薄膜的TCR。
TCR越大，因温度变化而引起的电阻的变化越大，温度传感器薄膜的温度测定精度提高。因此，镍薄膜的TCR越大越优选，但难以使TCR比块状的镍大，镍薄膜的TCR通常为6000ppm/℃以下。
通过在树脂薄膜基材50上设置基底层20并在其上形成镍薄膜10，从而有镍薄膜的电阻率变小、TCR变大的倾向，特别是基底层20为硅系薄膜时该倾向显著。另外，在树脂薄膜基材50及其上形成的基底层20的表面的算术平均粗糙度Ra小的情况下，有镍薄膜10的电阻率变小、TCR变大的倾向。
通过在树脂薄膜基材50上隔着作为基底层20的硅系薄膜设置镍薄膜10，从而有耐弯曲性提高的倾向，能够抑制弯曲时镍薄膜上的裂纹的产生。因此，将镍薄膜10图案化而成的温度传感器薄膜在器件加工时的处理性优异，并且也适合用于柔性器件。
通过在硅系薄膜上设置镍薄膜从而弯曲时裂纹的产生得以抑制的理由尚不明确，但推测为：作为耐弯曲性提高的一个原因，是作为基底层的硅系薄膜具有降低应力应变的作用。
镍薄膜通常具有拉伸残余应力，因此在与基底层的界面及其附近产生应力应变。若通过弯曲而赋予压缩应力、拉伸应力，则该界面处的应力应变容易增大，成为弯曲时的裂纹产生的主要因素。硅、硅氧化物等硅系薄膜与镍薄膜同样，通常具有拉伸残余应力。因此认为，有镍薄膜与基底层的界面处的应力应变小、在弯曲时界面处的应力应变得以缓和的倾向，因此弯曲时的裂纹的产生得以抑制。
<基底层及镍薄膜的形成方法>
基底层20的形成方法没有特别限定，可以采用干涂、湿涂中的任意方法。通过溅射法形成镍薄膜的情况下，从生产率的观点出发，基底层20也优选通过溅射法来形成。
镍薄膜的形成方法没有特别限定，例如，可以采用溅射法、真空蒸镀法、电子束蒸镀法、化学气相蒸镀法(CVD)、化学溶液析出法(CBD)、镀覆法等成膜方法。这些之中，从能够成膜出膜厚均匀性优异的薄膜的方面出发，优选溅射法。特别是，通过使用卷对卷(roll toroll)溅射装置、边使长条的树脂薄膜基材在长度方向连续移动边进行成膜，由此可提高导电薄膜的生产率。
优选的是，将卷状的薄膜基材装填至溅射装置内后，在溅射成膜的开始前对溅射装置内进行排气，从而成为去除了由薄膜基材产生的有机气体等杂质的气氛。通过事先将装置内及薄膜基材中的气体去除，从而能够降低水分、有机气体等向基底层20及镍薄膜10的混入量。溅射成膜开始前的溅射装置内的真空度(到达真空度)例如为1×10-1Pa以下，优选5×10-2Pa以下、更优选1×10-2Pa以下。
对于镍薄膜的溅射成膜，使用金属Ni靶，边导入氩气等非活性气体边进行成膜。通过溅射法形成基底层的情况下，根据基底层的材料来选择靶即可。例如，形成硅薄膜的情况下，使用硅靶。对于硅氧化物薄膜的成膜，可以使用硅氧化物靶，也可以使用硅靶并通过反应性溅射来形成硅氧化物。在反应性溅射中，边将氩气等非活性气体及氧气等反应性气体导入到腔室内边进行成膜。在反应性溅射中，优选以成为金属区域与氧化物区域的中间过渡区域的方式来调整氧量。
溅射成膜条件没有特别限定。为了抑制水分、有机气体等向镍薄膜的混入，优选降低镍薄膜的成膜时对薄膜基材的损伤。通过在树脂薄膜基材50上设置基底层20并在其上形成镍薄膜10，能够抑制镍薄膜10成膜时对树脂薄膜基材50的等离子体损伤。另外，通过设置基底层20，能够阻断由树脂薄膜基材50产生的水分、有机气体等，从而抑制水分、有机气体等向镍薄膜10的混入。
另外，通过降低成膜时的基板温度、降低放电功率密度等，能够抑制来自薄膜基材的水分、有机气体的产生。镍薄膜的溅射成膜中的基板温度优选200℃以下、更优选180℃以下、进一步优选170℃以下。另一方面，从防止薄膜基材的脆化等的观点出发，基板温度优选-30℃以上。从使等离子体放电稳定、并且抑制对薄膜基材的损伤的观点出发，放电功率密度优选1～15W/cm2、更优选1.5～10W/cm2。
[温度传感器薄膜]
通过将导电薄膜的镍薄膜10图案化，从而形成温度传感器薄膜。基底层20可以进行图案化，也可以不进行图案化。镍薄膜10的正下方的层22为硅氧化物等绝缘性材料的情况下，不需要将基底层20图案化。
如图2所示，在温度传感器薄膜中，镍薄膜具有：形成为布线状的引线部11、和与引线部11的一端连接的测温电阻部12。引线部11的另一端与连接器19连接。
测温电阻部12是作为温度传感器而发挥作用的区域，借助引线部11对测温电阻部12施加电压并根据其电阻值算出温度，由此进行温度测定。通过在温度传感器薄膜110的面内设置多个测温电阻部，能够同时对多个部位的温度进行测定。例如在图2所示的形态中，在面内的5个部位设置有测温电阻部12。
图3的A为2线式的温度传感器中的测温电阻部附近的放大图。测温电阻部12中，镍薄膜由图案化为细线状的传感器布线122、123形成。对于传感器布线，多个纵向电极122在其端部借助横向布线123连接而形成发夹状的弯曲部，具有重复弯曲状的图案。
形成测温电阻部12的图案形状的细线的线宽越小(截面积越小)、从测温电阻部12的传感器布线的一端121a到另一端121b的线长越大，则2点间的电阻越大、伴随温度变化的电阻变化量也越大，因此温度测定精度提高。通过形成图3所示那样的重复弯曲状的布线图案，从而测温电阻部12的面积小，并且能够增大传感器布线的长度(从一端121a到另一端121b的线长)。需要说明的是，温度测定部的传感器布线的图案形状不限定于图3所示那样的形态，也可以为螺旋状等图案形状。
传感器布线122(纵向布线)的线宽及邻接的布线间的距离(间隔宽度)根据光刻的图案化精度来设定即可。线宽及间隔宽度通常为1～150μm左右。从防止传感器布线的断线的观点出发，线宽优选3μm以上、更优选5μm以上。从增大电阻变化从而提高温度测定精度的观点出发，线宽优选100μm以下、更优选70μm以下。从同样的观点出发，间隔宽度优选3～100μm、更优选5～70μm。
测温电阻部12的传感器布线的两端121a、121b分别与引线部11a、11b的一端连接。2根引线部11a、11b以稍微隔开间隙而相对的状态形成为细长的图案状，引线部的另一端与连接器19连接。为了确保充分的电流容量，引线部形成为比测温电阻部12的传感器布线更宽。引线部11a、11b的宽度例如为0.5～10mm左右。引线部的线宽优选测温电阻部12的传感器布线122的线宽的3倍以上、更优选5倍以上、进一步优选10倍以上。
在连接器19设施有多个端子，多个引线部分别连接于不同的端子。连接器19与外部电路连接，通过在引线部11a与引线部11b之间施加电压，从而电流在引线部11a、测温电阻部12及引线部11b中流通。根据施加规定电压时的电流值、或以电流成为规定值的方式施加电压时的施加电压，算出电阻值。基于所得电阻值与预先求出的温度的关系式、或记录电阻值与温度的关系的表等，根据电阻值算出温度。
此处求出的电阻值除了测温电阻部12的电阻以外还包含引线部11a及引线部11b的电阻，但由于测温电阻部12的电阻与引线部11a、11b的电阻相比足够大，因此求出的测定值可以仅视为测温电阻部12的电阻。需要说明的是，从降低由引线部的电阻所带来的影响的观点出发，可以将引线部设为4线式。
图3的B为4线式的温度传感器中的测温电阻部附近的放大图。测温电阻部12的图案形状与图3的A同样。4线式中，在1个测温电阻部12连接有4根引线部11a1、11a2、11b1、11b2。引线部11a1、11b1为电压测定用引线，引线部11a2、11b2为电流测定用引线。电压测定用引线11a1及电流测定用引线11a2与测温电阻部12的传感器布线的一端121a连接，电压测定用引线11b1及电流测定用引线11b2与测温电阻部12的传感器布线的另一端121b连接。4线式中，由于能够将引线部的电阻排除在外而仅测定测温电阻部12的电阻值，因此可实现误差更少的测定。除2线式及4线式以外，也可以采用3线式。
镍薄膜的图案化方法没有特别限定。从图案化容易、精度高的方面出发，优选通过光刻法进行图案化。光刻中，在镍薄膜的表面形成与上述的引线部及测温电阻部的形状对应的抗蚀剂层(etching resist)，通过湿蚀刻将未形成抗蚀剂层的区域的镍薄膜去除后，将抗蚀剂层剥离。镍薄膜的图案化也可以通过激光加工等干蚀刻来实施。
上述实施方式中，通过溅射法等在树脂薄膜基材50上形成镍薄膜10，将镍薄膜图案化，由此可以在基板面内形成多个引线部及测温电阻部。通过将连接器19连接于该温度传感器薄膜的引线部11的端部，从而得到温度传感器元件。该实施方式中，在多个测温电阻部连接有引线部，使多个引线部与1个连接器19连接即可。因此，能够简便地形成能测定面内的多个部位的温度的温度传感器元件。
上述的实施方式中，在薄膜基材的一个主表面上设置基底层及镍薄膜，但也可以在薄膜基材的两面设置基底层及镍薄膜。另外，也可以在薄膜基材的一个主表面上设置基底层及镍薄膜、在另一个主表面设置不同的层叠构成的薄膜。
温度传感器薄膜的引线部与外部电路的连接方法不限定于借助连接器的方式。例如，也可以在温度传感器薄膜上设置用于对引线部施加电压从而测定电阻的控制器。另外，也可以在不借助连接器下通过焊接等将引线部和来自外部电路的引线布线连接。
温度传感器薄膜为在薄膜基材上设置有薄膜的简单的构成，生产率优异，并且耐弯曲性优异，因此加工、处理容易，也可应用于曲面形状的器件、具有弯曲部分的柔性器件。另外，在薄膜基材上隔着基底层设置有镍薄膜的构成由于镍薄膜的TCR大，因此能实现精度更高的温度测定。
实施例
以下，举出实施例更详细地对本发明进行说明，但本发明不限定于以下的实施例。
[比较例1]
将厚度150μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜(表面的算术平均粗糙度Ra：1.6nm)的卷设置在卷对卷溅射装置内，对溅射装置内进行排气直到到达真空度为5.0×10- 3Pa后，导入氩气，在基板温度150℃、压力0.25Pa、功率密度5.6W/cm2的条件下进行DC溅射成膜，制作在PET薄膜上具备厚度70nm的Ni层的导电薄膜。Ni层的形成中使用金属镍靶。
[实施例1]
在PET薄膜上，依次将厚度5nm的硅层、及厚度10nm的硅氧化物层溅射成膜作为基底层，在其上通过与比较例1相同的条件形成Ni层，制作在PET薄膜上具备Si层(5nm)、SiO2层(10nm)、Ni层(70nm)的导电薄膜。Si层及SiO2层的形成中使用掺有B的Si靶。对于Si层，导入氩气作为溅射气体，在基板温度150℃、压力0.3Pa、功率密度1.0W/cm2的条件下通过DC溅射进行成膜。对于SiO2层，除了作为溅射气体的氩气以外还导入作为反应气体的氧气(O2/Ar＝1.1)，在基板温度150℃、压力0.3Pa、功率密度1.8W/cm2的条件下通过DC溅射进行成膜。
[实施例2及实施例3]
将硅氧化物层的厚度变更为30nm(实施例2)或90nm(实施例3)，除此以外，与实施例1同样地操作，制作导电薄膜。
[实施例4]
实施例1中，不形成硅氧化物层，而在硅层上形成镍层，制作在PET薄膜上具备Si层(5nm)及Ni层(70nm)的导电薄膜。
[实施例5]
将镍层的厚度变更为240nm，除此以外，与实施例1同样地操作，制作导电薄膜。
[比较例2]
在PET薄膜上，依次将厚度5nm的铝层及厚度10nm的氧化铝层溅射成膜作为基底层，在其上通过与比较例1相同的条件形成Ni层，制作在PET薄膜上具备Al层(5nm)、Al2O3层(10nm)、Ni层(70nm)的导电薄膜。Al层及Al2O3层的形成中使用Al靶。对于Al层，导入氩气作为溅射气体，在基板温度150℃、压力0.25Pa、功率密度3W/cm2的条件下通过DC溅射进行成膜。对于Al2O3层，除了作为溅射气体的氩气以外，还导入作为反应性气体的氧气(O2/Ar＝2/5)，在基板温度150℃、压力0.25Pa、功率密度3W/cm2的条件下通过DC溅射进行成膜。
[比较例3]
比较例2中，不形成氧化铝层，而在铝层上形成镍层，制作在PET薄膜上具备Al层(5nm)及Ni层(70nm)的导电薄膜。
[评价]
<电阻温度系数>
(温度传感器薄膜的制作)
将导电薄膜切割成10mm×200mm的尺寸，通过激光图案化，将镍层图案加工为线宽30μm的条纹形状，形成图3的A所示的形状的测温电阻部。进行图案化时，以整体的布线电阻成为约10kΩ、测温电阻部的电阻成为引线部的电阻的30倍的方式调整图案的长度，制作温度传感器薄膜。
(电阻温度系数的测定)
用小型的加热冷却烘箱，将温度传感器薄膜的测温电阻部设为5℃、25℃、45℃。将引线部的一个前端与另一前端连接于测试器，使恒定电流流通并读取电压，由此测定各个温度下的2端子电阻。将根据5℃及25℃的电阻值计算的TCR与根据25℃、45℃的电阻值计算的TCR的平均值设为镍层的TCR。
<耐弯曲性>
依据JIS K5600-5-1：1999，使用类型1的试验机进行圆筒型芯棒试验。以试样的Ni层形成面为内侧实施弯曲(对Ni层赋予压缩应变)、及以Ni层形成面为外侧而实施弯曲(对Ni层赋予拉伸应变)这两种试验。各个试验中，使芯棒的直径依次减小，记录在Ni层开始产生裂纹的芯棒的直径。表现为，芯棒的直径越小，耐弯曲性越优异。
将实施例及比较例的导电薄膜的层叠构成(基底层的构成及Ni层的厚度)、以及评价结果(TCR及耐弯曲性)示于表1。
[表1]
Figure BDA0003197529360000151
对于不设置基底层而在PET薄膜上直接形成Ni薄膜的比较例1，TCR低于3000ppm/℃，而对于设置有基底层的实施例1～5及比较例2、3，TCR上升。
对于设置有铝与氧化铝的层叠膜作为基底层的比较例2，与比较例1相比，TCR大，但耐弯曲性降低。设置铝薄膜作为基底层的比较例3中也观察到同样的倾向。
与此相对，对于设置硅系薄膜作为基底层的实施例1～5，与比较例1相比，耐弯曲性提高。根据与Ni层的厚度相同的实施例1～4的对比可知，通过设置硅薄膜与硅氧化物薄膜的层叠膜作为基底层，尤其对以Ni薄膜形成面为外侧而弯曲时的拉伸应变的耐弯曲性提高。另外，根据实施例2与实施例3的对比可知，作为基底层的硅系薄膜的膜厚越大，则对以Ni薄膜形成面为内侧而弯曲时的压缩应变的耐弯曲性越提高。
附图标记说明
50 薄膜基材
20 基底层(硅系薄膜)
10 镍薄膜
11 引线部
12 测温电阻部
122、123 传感器布线
19 连接器
101 导电薄膜
110 温度传感器薄膜

Claims (8)

1.一种温度传感器用导电薄膜，其在树脂薄膜基材的一个主表面上具备硅系薄膜并在所述硅系薄膜上具备镍薄膜。
2.根据权利要求1所述的温度传感器用导电薄膜，其中，所述硅系薄膜为自薄膜基材侧起具有硅薄膜及硅氧化物薄膜的层叠膜。
3.根据权利要求1或2所述的温度传感器用导电薄膜，其中，所述硅系薄膜的厚度为3～200nm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的温度传感器用导电薄膜，其中，所述镍薄膜的厚度为20～500nm。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的温度传感器用导电薄膜，其中，所述镍薄膜的电阻温度系数为3000ppm/℃以上。
6.一种导电薄膜的制造方法，其为制造权利要求1～5中任一项所述的导电薄膜的方法，
通过溅射法将所述镍薄膜成膜。
7.一种温度传感器，其在树脂薄膜基材的一个主表面上具备硅系薄膜并在所述硅系薄膜上具备经图案化的镍薄膜，
所述镍薄膜被图案化为：测温电阻部，其被图案化为细线，且用于温度测定；及引线部，其连接于所述测温电阻部，且被图案化为比所述测温电阻部大的线宽。
8.根据权利要求7所述的温度传感器薄膜，其中，所述硅系薄膜为自薄膜基材侧起具有硅薄膜及硅氧化物薄膜的层叠膜。
CN202080012745.3A 2019-02-06 2020-01-24 温度传感器薄膜、导电薄膜及其制造方法 Pending CN113412417A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-020158 2019-02-06
JP2019020158A JP7374589B2 (ja) 2019-02-06 2019-02-06 温度センサフィルム、導電フィルムおよびその製造方法
PCT/JP2020/002633 WO2020162236A1 (ja) 2019-02-06 2020-01-24 温度センサフィルム、導電フィルムおよびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113412417A true CN113412417A (zh) 2021-09-17

Family

ID=71947640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080012745.3A Pending CN113412417A (zh) 2019-02-06 2020-01-24 温度传感器薄膜、导电薄膜及其制造方法

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP7374589B2 (zh)
KR (1) KR20210124212A (zh)
CN (1) CN113412417A (zh)
WO (1) WO2020162236A1 (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07333073A (ja) * 1994-06-07 1995-12-22 Casio Comput Co Ltd 温度センサおよびこれを用いた温度測定器
JP2003031402A (ja) * 2001-05-11 2003-01-31 Gunze Ltd 薄膜抵抗素子及び基材
KR20090121186A (ko) * 2008-05-20 2009-11-25 주식회사 동진쎄미켐 기판 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 기판
JP2010010411A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Seiko Epson Corp 薄膜デバイス装置の製造方法
CN102467992A (zh) * 2010-11-12 2012-05-23 株式会社Bmc 透明导电层压薄膜、其制造方法以及包含该透明导电层压薄膜的触摸屏
CN103590000A (zh) * 2013-11-26 2014-02-19 电子科技大学 低温沉积柔性晶态氧化铟锡透明导电薄膜的制备方法
JP2014168938A (ja) * 2013-03-05 2014-09-18 Kaneka Corp 透明積層体
CN204706006U (zh) * 2014-06-04 2015-10-14 日东电工株式会社 透明导电性薄膜

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19512813C1 (de) * 1995-04-05 1996-06-20 Sensotherm Temperatursensorik Verfahren zur Herstellung von Bauelementen
JP3733962B2 (ja) 2003-09-12 2006-01-11 山里産業株式会社 薄膜抵抗測温シート

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07333073A (ja) * 1994-06-07 1995-12-22 Casio Comput Co Ltd 温度センサおよびこれを用いた温度測定器
JP2003031402A (ja) * 2001-05-11 2003-01-31 Gunze Ltd 薄膜抵抗素子及び基材
KR20090121186A (ko) * 2008-05-20 2009-11-25 주식회사 동진쎄미켐 기판 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 기판
JP2010010411A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Seiko Epson Corp 薄膜デバイス装置の製造方法
CN102467992A (zh) * 2010-11-12 2012-05-23 株式会社Bmc 透明导电层压薄膜、其制造方法以及包含该透明导电层压薄膜的触摸屏
JP2014168938A (ja) * 2013-03-05 2014-09-18 Kaneka Corp 透明積層体
CN103590000A (zh) * 2013-11-26 2014-02-19 电子科技大学 低温沉积柔性晶态氧化铟锡透明导电薄膜的制备方法
CN204706006U (zh) * 2014-06-04 2015-10-14 日东电工株式会社 透明导电性薄膜

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210124212A (ko) 2021-10-14
TW202100963A (zh) 2021-01-01
JP7374589B2 (ja) 2023-11-07
JP2020126032A (ja) 2020-08-20
WO2020162236A1 (ja) 2020-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113474626A (zh) 温度传感器薄膜、导电薄膜及其制造方法
TW201423071A (zh) 溫度感測器
EP4040126A1 (en) Electroconductive film, method for manufacturing same, temperature sensor film, and method for manufacturing same
CN113412417A (zh) 温度传感器薄膜、导电薄膜及其制造方法
CN114503221A (zh) 导电膜及温度传感器膜
CN114521272A (zh) 导电膜、导电膜的制造方法、以及温度传感器膜
CN113396322A (zh) 导电薄膜、导电薄膜卷绕体及其制造方法、以及温度传感器薄膜
US20240003762A1 (en) Strain sensor, functional film, and method for manufacturing same
TWI841675B (zh) 溫度感測膜、導電膜及其製造方法
US20220349760A1 (en) Temperature sensor film, conductive film and method for producing same
TW202224921A (zh) 積層膜及應變感測器之製造方法
TW202231464A (zh) 積層膜、其製造方法及應變感測器
TW202231465A (zh) 應變感測器及積層體

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination