CN1409329A - 薄膜热敏电阻及其阻值调节方法 - Google Patents

Abstract

在具有阻值调节用金属性图案的切割部的薄膜热敏电阻中，首先，通过调节第二热敏膜的膜厚来粗调阻值，然后通过用激光照射切削切割部来细调阻值。这样，可制造精确调节了阻值的薄膜热敏电阻。

Description

薄膜热敏电阻及其阻值调节方法

技术领域

本发明涉及到用于，例如，温度补偿电路和温度探测元件的薄膜热敏电阻的结构。

背景技术

在传统的包含薄膜热敏电阻的温度敏感电阻器中，为了提高阻值的精度，对温敏膜直接进行激光切削。例如，JP-A-5-347205公开了一种调节包括电阻薄膜的电阻器阻值的方法，温敏电阻器是其中的一例，它包括用于阻值调节的电阻性图案和形成在绝缘衬底上具有高的激光束透过率的绝缘保护膜。在此方法中，为了调节阻值，用激光照射绝缘保护膜来切削电阻图案。

在此方法中，由于电阻薄膜制成的电阻性图案直接受激光切削，由于激光照射的热量，电阻薄膜发热蒸发。这样，在激光照射区域附近的电阻薄膜就会与保护膜——例如玻璃——发生反应，从而其电学性能将部分改变。

在传统的方法中，由于电阻膜是直接形成于绝缘衬底上的，在对电阻膜和保护膜所进行的热处理过程中，构成电阻膜的成分中的一部分会扩散进绝缘衬底中，因而电阻膜的组分，即，将改变。

为了解决该问题，JP-A-2001-35705提出了一种薄膜热敏电阻，它包括：形成于绝缘衬底上的热敏膜，以及一对引出电极和交替向外伸向引出电极的梳状电极，其中一个从引出电极延伸出来的切削电极形成在绝缘膜上，该绝缘膜形成在热敏膜的一部分上。此处提出的阻值调节方法为：用激光照射来切割切削电极金属性图案的一部分。

在此情形中，在使用激光照射的切削技术中，热敏膜不是直接进行切削，而是对热敏膜上的绝缘膜上所形成的金属性图案进行切削，从而激光照射所产生的热量也被通过绝缘膜传给热敏膜。因为这个，具有大的温度系数的热敏膜——例如薄膜热敏电阻——的电学特性在切削时将会改变，因此无法精确调节阻值。

在金属性图案直接形成在绝缘膜上的结构中，切削时激光照射所产生的热量将被具有大热容量的绝缘衬底所吸收。所以，必须提高激光的输出，否则就得延长切削时间。这样，由于激光照射所产生的热量，热敏膜的阻值将会改变或者它的特性将退化。

在热处理过程中，由于构成热敏膜的成分中的一部分扩散进绝缘衬底中，热敏膜的特性将发生变化。结果，阻值的偏差将增大。这样，就很难生产出用激光切削的小容差产品。此外，热敏膜和绝缘衬底之间接触强度的降低使热敏膜的电学特性变得不稳定。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种热敏电阻，它具有小的特性退化以及小的热敏膜阻值改变，其结构中使用金属性图案而不是电阻性图案作为通过激光切削来调节阻值的区域，并将其安排在绝缘涂层之上以不覆盖热敏膜。

为了达到上面的目的，根据本发明的一个方面，提供了一种薄膜热敏电阻，它包括：

绝缘衬底；

绝缘涂层，形成在绝缘衬底的主平面上；

一对梳状电极，相对地形成在绝缘涂层上；

一对引出电极，与梳状电极相连；

金属性图案，用于阻值调节，它从引出电极中至少一个上延伸出来，该金属性图案具有切削用的切割区；

热敏膜，覆盖了梳状电极以及切削用的切割部的一部分；和

保护膜，覆盖在热敏膜上。

进一步，提供了一种薄膜热敏电阻，它包括：

绝缘衬底；

绝缘涂层，形成在绝缘衬底的主平面上；

一对梳状电极，相对地形成在绝缘涂层上；

一对引出电极，与梳状电极相连；

金属性图案，用于阻值调节，它从引出电极中至少一个上延伸出来，该金属性图案具有切削用的切割区；

第一热敏膜，覆盖了梳状电极以及切削用的切割部的一部分；

第二热敏膜，叠加在第一热敏膜上；和

保护膜，覆盖在第一和第二热敏膜上。

进一步，提供了一种薄膜热敏电阻，它包括：

绝缘衬底；

绝缘涂层，形成在绝缘衬底的主平面上；

第一热敏膜，形成在绝缘涂层上；

一对梳状电极，相对地形成在绝缘涂层上；

一对引出电极，与梳状电极相连；

金属性图案，用于阻值调节，它从引出电极中至少一个上延伸出来，该金属性图案具有切削用的切割区；

第二热敏膜，覆盖了一部分梳状电极以及切削用的切割部；和

保护膜，覆盖在第一和第二热敏膜上。

在上面这些薄膜热敏电阻中，优选地，薄膜热敏电阻包括一对形成在绝缘衬底上的下层电极，其间在绝缘涂层上形成了热敏膜和第一和第二热敏膜。

在上段提到的薄膜热敏电阻中，优选地，该对引出电极通过下层电极形成在绝缘衬底上。

在上面所描述的薄膜热敏电阻中，优选地，绝缘涂层由SiO₂、Si₃N₄或氧化锆制成。

在上面所描述的薄膜热敏电阻中，保护膜由硼硅酸铅玻璃或绝缘耐热树脂制成。

根据本发明的另一方面，提供了一种调节薄膜热敏电阻阻值的方法，包括下面的步骤：

在第一热敏膜形成之后，测量阻值，以此为基础计算将要形成的第二热敏膜的厚度；

形成具有所计算厚度的第二热敏膜，从而粗调阻值；

以事先通过模拟所得地切削数据为基础，在保护膜形成之后，确定切割部上要从阻值中切削掉的区域，以及

从保护膜之上用激光照射切削掉如上确定的区域，从而将阻值细调至所需的值。

进一步，提供了一种调节薄膜热敏电阻阻值的方法，包括下面的步骤：

在梳状电极和金属性图案形成之后，测量阻值，以此为基础计算将要形成的第二热敏膜的厚度；

形成具有所计算厚度的第二热敏膜，从而粗调阻值；

以事先通过模拟所得地切削数据为基础，在保护膜形成之后，确定切割部上要从阻值中切削掉的区域，以及

从保护膜之上用激光照射切削掉如上确定的区域，从而将阻值细调至所需的值。

根据本发明，由于在绝缘衬底上选择形成了热稳定的绝缘涂层作为阻挡层，构成热敏膜的成分不会扩散进绝缘衬底中，从而防止了热敏膜的组分改变，因而可提供具有稳定特性和小偏差的薄膜热敏电阻。

由于绝缘膜的给出，激光照射所产生的热量不会被具有大热容量的绝缘衬底吸收，因而热量可被精确地传给需要切削的区域。这使得切削可以在短时间那完成，从而提供了一种切削过程中热敏膜特性很难退化或改变的结构。这样，可以更精密地调节薄膜热敏电阻的阻值。

在根据本发明的薄膜热敏电阻中，与现有技术不同，电阻膜不是直接切削的，阻值调节用的金属性图案分别从热敏膜给出，其用于切削的切割部形成在一个远离热敏膜的位置上，用激光切割它来调节阻值。为此，不用激光直接照射热敏膜。所以，激光照射产生的热量所导致的热敏膜阻值的改变及其特性的退化将不会发生，从而提供了具有改良可靠性的薄膜热敏电阻。

由于热稳定的绝缘涂层选择形成在绝缘衬底上并且热敏膜被安排在绝缘涂层之上，热敏膜成分的一部分热扩散进绝缘衬底以及热敏膜电学特性改变的情况几乎不会发生。所以，由于这个原因所导致的阻值改变会很小，从而可以轻易地通过切削调节阻值，由此提高薄膜热敏电阻产品的产率。进一步，由于热敏膜密封在绝缘涂层和保护膜之间，薄膜热敏电阻的环境稳定性很高。这提高了根据本发明的热敏电阻的可靠性。

进一步，由于用于阻值调节的金属性图案被安排在绝缘涂层之上，激光照射所产生的热量很难被具有大热容量的绝缘衬底吸收。为此，在切削过程中，可限制激光的输出能量，所以即使切削时间被缩短了，热能也可以被送到将要切削的部位。这样，可以用相对现有技术更短的时间来完成切削。结果，激光照射所产生的热量对热敏膜的影响被压制了，因此热敏膜的退化和阻值的改变消失了，从而提高了薄膜热敏电阻的可靠性。

用以粗调阻值的第二热敏膜形成于第一热敏膜之上。在此情形中，首先，通过调节第二热敏膜的厚度来粗调阻值，然后，通过切削阻值调节用的金属性图案上的切削用切割区对阻值进行细调，从而提供了偏离目标阻值较小的薄膜热敏电阻。根据实验结果，可以95％的产率制造误差为±1％的薄膜热敏电阻。

在根据本发明的薄膜热敏电阻的制造中，在形成于一块绝缘衬底上的大量薄膜热敏电阻被分成单片之前，依次测量它们的阻值。进一步，每个薄膜热敏电阻的位置和阻值被作为地址数据和阻值数据存储在一个处理单元中。根据模拟所事先获得的切削数据，进行了从所测阻值确定将切削区域的过程。这些步骤由处理单元自动执行。为此每个薄膜热敏电阻的阻值可在短时间内进行调节。进一步，可以在不受激光照射所产生的热量的影响下精确调节具有大温度系数的电阻膜——例如薄膜热敏电阻——的阻值。这样，可以更大的产率制造具有小误差的薄膜热敏电阻。

结合附图，下面的这些描述将使本发明的上面的和其它的目的和方面更加明显。

附图说明

图1为解释根据本发明一个实施方案的热敏电阻结构的视图；

图2A和2B为分别为该薄膜热敏电阻沿B-B线和C-C线的剖面图；

图3A至3C为解释图1中所示薄膜热敏电阻制造过程的视图；以及

图3D为图1中所示的阻值调节用金属性图案的部分放大图；

图4为解释根据本发明另一实施方案的热敏电阻结构的视图；

图5为图4中的薄膜热敏电阻沿D-D线的剖面图。

具体实施方式

现在参考附图给出根据本发明的薄膜热敏电阻的各种实施方案的解释。

在图1和2中，标号10表示一个薄膜热敏电阻。薄膜热敏电阻10包括：绝缘衬底11；一对形成于绝缘衬底11上的相对的下层电极12A和12B；形成于下层电极12A和12B之间的绝缘涂层13；引出电极14和15；从引出电极14和15上延伸到绝缘涂层13之上的梳状电极14a和15a；与引出电极14电连接的用于阻值调节的金属性图案16，它具有切削用的切割部16a、16b和16c；形成于梳状电极14a和15a之上的第一热敏膜17A；形成于第一热敏膜17A之上的第二热敏膜17B；以及保护膜18。

参看图3，将给出根据本发明的薄膜热敏电阻10的制造方法的解释。

首先，在陶瓷——例如氧化铝、石英、富铝红柱石、滑石等——绝缘衬底11的主平面上通过，例如，溅射的方法沉积钛(Ti)、钼(Mo)或铬(Cr)的第一金属膜，它构成了下层电极，如图3A所示。之后，在第一金属膜之上，通过溅射沉积铂(Pt)、钯(Pd)或钽(Ta)的第二金属膜，它也构成了下层电极。

利用已知的光刻，去掉不需要的部分，在绝缘衬底11上形成了下层电极12A和12B。

见图3A和2A，厚度为0.1μm-1.0μm的SiO₂、Si₃N₄或氧化锆绝缘涂层摹制在绝缘衬底11上。

为制作引出电极14、15，梳状电极14a、15a和阻值调节用的金属性图案16，在绝缘衬底上通过溅射沉积铂(Pt)、钯(Pd)或钽(Ta)的金属膜。

通过光刻，去掉不需要的部分以形成连到引出电极14和15上的梳状电极14a和15a，以使它们在绝缘涂层13上互相对立，并在绝缘涂层13上形成阻值调节用的与引出电极14相连的金属性图案16，它具有用于切削的切割部16a、16b和16c。

通过已知的技术，例如溅射，利用锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)和铁(Fe)的合成氧化物的烧结体作为靶，在绝缘涂层13上沉积了厚度为0.1μm-2.0μm的热敏膜。

见图3C，通过光刻去掉已沉积热敏膜上不需要的部分。将剩下的部分在500℃-1000℃的温度下进行热处理以使其特性稳定，从而形成第一热敏膜17A。第一热敏膜17A被加工成覆盖在阻值调节用金属性图案16的切削用切割部16a、16b和16c的端部上。

在这一步，测量了第一热敏膜17A的阻值。根据所测得的数据，确定将要按如下描述而形成的第二热敏膜的膜厚。第二热敏膜17B将按场合需要制作。

特别地，为了在第一热敏膜17A上形成第二热敏膜17B，首先测量第一热敏膜17A的阻值。根据所测得的第一热敏膜17A的阻值，计算将要形成的第二热敏膜的膜厚以将热敏电阻的阻值粗调至一个所需的值。根据计算所得的第二热敏膜17B的膜厚计算所需的溅射时间。通过在计算时间期间的溅射，用沉积第一热敏膜17A时所用的相同的靶在第一热敏膜17A上形成第二热敏膜17B。之后将第二热敏膜17B加工成规定的图案。之后，在500℃-1000℃的温度下对第二热敏膜17B进行热处理。

顺便提及，如果所测得的第一热敏膜17A的阻值在所需阻值附近，则无需形成第二热敏膜17B。热敏膜17A和17B在从阻值调节用金属性图案16延伸出来的切削用切割部16a、16b和16c之间有缝隙。

在上面所描述的过程中，参见图3B，在梳状电极14a和金属性图案16摹制好之后，叠加热敏膜17A和17B。然而，参见图4和5，在本发明的另一实施方案中，首先，摹制第一热敏膜，在这样摹制的第一热敏膜之上，摹制梳状电极14a和阻值调节用金属性图案16。之后再形成第二热敏膜。在此情形中，梳状电极14a和阻值调节用金属性图案16部分地夹在第一和第二热敏膜之间。

为了形成保护热敏膜17A和17B的保护膜18，通过丝网印刷将以硼硅酸铅为主要成分的玻璃糊(或绝缘热敏树脂)刷到热敏膜17A和17B上，从而形成硼硅酸铅玻璃层。烘烤这样形成的玻璃层以提供保护膜18，由此完成了薄膜热敏电阻10。顺便提及，通过摹制，进行了一系列上面所描述的步骤以在单独的一片绝缘衬底上制作大量薄膜热敏电阻。最后，形成了上面的保护膜。此时，这么多的薄膜热敏电阻都处在单独的一片绝缘衬底上。

在划片之前，精细调节每个形成在绝缘衬底11上的薄膜热敏电阻的阻值。阻值的精细调节以下面的方式进行：用激光照射切掉阻值调节用金属性图案16的切削用切割部16a、16b和16c的合适的部分。

首先，逐个测量形成在绝缘衬底上的大量薄膜热敏电阻10的阻值。进一步，每个薄膜热敏电阻的位置和阻值被作为地址数据和阻值数据存储在处理单元(未示出)中。根据模拟所事先获得的切削数据，执行从测得的阻值确定要切削的区域的过程。这样，能够确定切割部16a、16b和16c的哪一部分应该被切掉。

根据规定的条件，利用波长为900nm-1400nm的激光照射保护膜17来切割切割部16a、16b和16c中的一个或几个，从而得到每个都具有所需阻值的薄膜热敏电阻。

图3D为已切割了切割部16a的切割部的放大图。要切割的区域的形状、尺寸和安排不应仅局限于图3D的实施例。考虑所需细调的阻值的范围和热敏膜的电阻率，确定切割部和热敏膜的接触区域，其形状和其离相对电极(在此实施方案中为梳状电极15a)的距离。在此实施方案中，热敏膜作为两个叠加层给出。然而，也可给出三层或更多层热敏层，作为粗调薄膜热敏电阻阻值的方法。

最后，形成在绝缘衬底上的大量薄膜热敏电阻被切下并用切片机切片，从而提供薄膜热敏电阻的独立产品。

顺便提及，2001年9月28日申请的日本专利申请号2001-301196的内容在此引入作为参考。

Claims (9)

1.薄膜热敏电阻，包括：

绝缘衬底；

绝缘涂层，形成在所述绝缘衬底的主平面上；

一对梳状电极，相对地形成在绝缘涂层上；

一对引出电极，与所述梳状电极对相连；

金属性图案，从所述的一对引出电极中的至少一个上伸出，用于阻值调节，该金属性图案具有用于切削的切割部；

热敏膜，覆盖在所述的梳状电极对之上以及切削用切割部的一部分之上；以及

保护膜，覆盖在所述热敏膜上。

2.薄膜热敏电阻，包括：

绝缘衬底；

绝缘涂层，形成在所述绝缘衬底的主平面上；

一对梳状电极，相对地形成在绝缘涂层上；

一对引出电极，与所述梳状电极对相连；

金属性图案，从所述的一对引出电极中的至少一个上伸出，用于阻值调节，该金属性图案具有用于切削的切割部；

第一热敏膜，覆盖在所述的梳状电极对之上以及切削用切割部的一部分之上；

第二热敏膜，叠加在所述第一热敏膜之上；以及

保护膜，覆盖在所述第一和第二热敏膜之上。

3.薄膜热敏电阻，包括：

绝缘衬底；

绝缘涂层，形成在所述绝缘衬底的主平面上；

第一热敏膜，形成在所述绝缘涂层上；

一对梳状电极，相对地形成在第一热敏膜上；

一对引出电极，与所述梳状电极对相连；

金属性图案，从所述的一对引出电极中的至少一个上伸出，用于阻值调节，该金属性图案具有用于切削的切割部；

第二热敏膜，覆盖在一部分所述的梳状电极对和切削用切割部之上；

保护膜，覆盖在所述第一和第二热敏膜之上。

4.根据权利要求1、2和3中任何一个的薄膜热敏电阻，进一步包括一对下层电极，形成在所述绝缘衬底上，在这对电极之间，在绝缘绝缘涂层上形成热敏膜或者第一和第二热敏膜。

5.根据权利要求4的薄膜热敏电阻，其中所述的一对引出电极通过下层电极形成在绝缘衬底上。

6.根据权利要求1-3中任何一个的薄膜热敏电阻，其中所述绝缘涂层用SiO₂、Si₃N₄或氧化锆制成。

7.根据权利要求1-3中任何一个的薄膜热敏电阻，其中所述保护膜由硼硅酸铅玻璃或绝缘耐热树脂制成。

8.调节根据权利要求2的薄膜热敏电阻的阻值的方法，包括下面步骤：

在形成所述第一热敏膜之后，测量阻值，并以此为基础计算将要形成的第二热敏膜的膜厚；

形成具有所计算厚度的第二热敏膜，从而粗调电阻；

在保护膜形成之后，根据模拟所事先获得的切削数据来确定所述切割部中要从电阻中切削掉的区域；以及

通过来自所述保护膜上方的激光照射切削掉如上确定的区域，从而将电阻细调至所需的值。

9.调节根据权利要求3的薄膜热敏电阻的阻值的方法，包括下面步骤：

在形成所述的一对梳状电极和金属性图案之后，测量阻值，并以此为基础计算将要形成的第二热敏膜的膜厚；

形成具有所计算厚度的第二热敏膜，从而粗调电阻；

在保护膜形成之后，根据模拟所事先获得的切削数据来确定所述切割部中要从电阻中切削掉的区域；以及

通过来自所述保护膜上方的激光照射切削掉如上确定的区域，从而将电阻细调至所需的值。

Images