JP2011044621A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 モールド材による熱容量を最小限に抑えると共に熱膨張率のマッチングがしやすく、熱応答性に優れた温度センサを提供すること。
【解決手段】 絶縁基板２と、絶縁基板２の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜３と、該サーミスタ薄膜３に形成された一対の櫛歯電極４と、一対の櫛歯電極４に一端が接続され絶縁基板２の上面にまで延ばされてパターン形成された一対の引き出し線部５と、一対の引き出し線部５の他端に形成された一対の電極パッド部６と、一対の電極パッド部６に一端が接合された一対のリード線７と、電極パッド部６上のリード線７の接合部を絶縁材料で封止した保護封止部８と、を備え、一対の電極パッド部６が、サーミスタ薄膜３から離間した位置に互いに隣接状態に配置され、保護封止部８が、一対の電極パッド部６の両方に架設されて一対のリード線７の接合部を封止している。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速熱応答性に優れた温度センサに関する。

例えば、情報機器、通信機器、医療用機器、住宅設備機器、自動車用伝送機器等の温度センサ、流量センサとして、大きな負の温度係数を有する酸化物半導体の焼結体からなるサーミスタチップがある。このサーミスタチップを用いた温度センサは、端子電極が形成されており、この電極面にはんだ付け等によってリード線を取り付けた構造のものである。また、サーミスタチップの寸法やリード線径を小さくすることによって、熱応答特性の良い温度センサとして使用されている。

しかし、上記のように製作された金属酸化物の焼結体からなるサーミスタチップは、強度面から、寸法を小さくするのに限界があるため、薄膜形成技術を用いた温度センサが開発され実用化されるようになった。この薄膜型の温度センサは、上記の金属酸化物の焼結体を、機械的強度の強い薄い基板上に成膜して熱感膜とし、これに薄膜電極を形成することで、小型化が可能となり、チップに比べて熱容量が小さいために、熱応答特性の良い温度センサが可能となる。

従来、薄膜型の温度センサにおけるリード線と引き出し電極との接合を保護するために、例えば特許文献１及び２では、熱感部分（熱感膜）を挟んで対向する引出外部電極にリード線を接続して、熱感部分とリード線とを絶縁材料で覆う形態でモールドする構造が提案されている。

特開２００８−２４１５６６号公報 特開２００３−２４７８９７号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、高速熱応答性が必要な場合、従来の特許文献１及び２に記載されている技術のように、熱感部分と引出外部端子とを一体にモールドすると、モールドする面積が大きいため、モールドする容積が多く、高速応答性の障害となる不都合があった。また、例えば熱感部分が酸化物半導体であるサーミスタ薄膜の場合、ガラス等のモールド材でモールドすると、熱感部分とモールド材との界面で化学反応が起こるため、熱感部分の劣化が生じてしまう問題がある。たとえ、劣化を防ぐために熱感部分とモールド材との間に保護膜を挟んだ構造としても、保護膜との熱膨張率のマッチングと、引出外部端子との熱膨張率とのマッチングとを行う必要があり、モールド材の選択が非常に困難で、温度サイクル等に弱い構造となってしまう。また、リード線と引出外部端子とに限定した位置にモールドすると、モールド材のだれによる熱感部分への接触が起こりやすいという不都合もある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、モールド材による熱容量を最小限に抑えると共に熱膨張率のマッチングがしやすく、熱応答性に優れた温度センサを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の温度センサは、表面に絶縁層が形成された基板又は絶縁基板と、前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面にパターン形成された熱感膜と、該熱感膜に形成された一対の櫛歯電極と、一対の前記櫛歯電極に一端が接続され前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面にまで延ばされてパターン形成された一対の引き出し線部と、一対の前記引き出し線部の他端に形成された一対の電極パッド部と、一対の前記電極パッド部に一端が接合された一対のリード線と、前記電極パッド部上の前記リード線の接合部を絶縁材料で封止した保護封止部と、を備え、一対の前記電極パッド部が、前記感熱膜から離間した位置に互いに隣接状態に配置され、前記保護封止部が、一対の前記電極パッド部の両方に架設されて一対の前記リード線の接合部を封止していることを特徴とする。

この温度センサでは、一対の電極パッド部が、感熱膜から離間した位置に互いに隣接状態に配置され、保護封止部が、一対の電極パッド部の両方に架設されて一対のリード線の接合部を封止しているので、熱感膜上にモールドされておらず熱感部分の熱容量が少ないと共に、保護封止部によるモールド量も少なく、全体の熱容量も少なくなって熱応答性が向上する。特に、保護封止部が、感熱膜から離間した電極パッド部に設けられるので、保護封止部の熱容量による影響が低くなり、熱絶縁性が高くなる。また、感熱膜から離間した電極パッド部に保護封止部をモールドするので、感熱部分の両側に隣接した電極にモールドする場合に比べて、モールド材のだれが感熱膜上にまで達して接触することを防ぐことができる。このため、保護封止部に接触する部分は、ほぼ電極パッド部及びリード線のみとなるので、感熱膜との化学反応の心配もなく、熱膨張率のマッチングもリード線と絶縁基板又は絶縁層とのみ考慮すればよい。したがって、保護封止部となるモールド材の選択において高い自由度が得られる。

また、本発明の温度センサは、一対の前記電極パッド部が、前記保護封止部の外周形状に対応した外形状とされていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対の電極パッド部が、保護封止部の外周形状に対応した外形状とされているので、保護封止部が電極バッド部からはみ出すことをさらに防ぐことができる。

さらに、本発明の温度センサは、一対の前記電極パッド部が、それぞれ半円形状とされ、両方で略円形状を構成していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対の電極パッド部が、それぞれ半円形状とされ、両方で略円形状を構成しているので、絶縁材料を一対の電極パッド部の中間にモールドした際の表面張力による円形状の広がりに合わせた形状とされ、より効果的に保護封止部のはみ出しを防ぐことができる。

また、本発明の温度センサは、前記熱感膜が、サーミスタ薄膜であることを特徴とする。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサによれば、一対の電極パッド部が、互いに隣接状態に配置され、保護封止部が、一対の電極パッド部の両方に架設されて一対のリード線の接合部を封止しているので、熱容量も少なくなって熱応答性が向上すると共に、保護封止部と感熱膜との接触による化学反応の心配もなく、熱膨張率のマッチングも行い易くなる。

本発明に係る温度センサの第１実施形態を示す平面図である。 本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す平面図である。

以下、本発明に係る温度センサの第１実施形態を、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態の温度センサ１は、図１に示すように、アルミナ基板の絶縁基板２と、絶縁基板２の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜（感熱膜）３と、該サーミスタ薄膜３に形成された一対の櫛歯電極４と、一対の櫛歯電極４に一端が接続され絶縁基板２の上面にまで延ばされてパターン形成された一対の引き出し線部５と、一対の引き出し線部５の他端に形成された一対の電極パッド部６と、一対の電極パッド部６に一端が接合された一対のリード線７と、電極パッド部６上のリード線７の接合部をガラス等の絶縁材料で封止した保護封止部８と、を備えている。

上記サーミスタ薄膜３は、Ｍｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ₃Ｏ₄−Ｃｏ₃Ｏ₄系複合金属酸化物）又は、Ｍｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物に、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕのうち少なくとも一種類の元素を含む複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ₃Ｏ₄−Ｃｏ₃Ｏ₄−Ｆｅ₂Ｏ₃系複合金属酸化物）からなる複合金属酸化物膜である。

本実施形態のサーミスタ薄膜３は、絶縁基板２の上面に、スパッタリング法により平面視略正方形状に成膜されたものである。
このサーミスタ薄膜３は、半導体の性状を呈し、温度が上昇すると抵抗が低くなる負特性、いわゆるＮＴＣサーミスタ（Negative Temperature Coefficient Thermistor）の性質を有している。

上記櫛歯電極４及び引き出し線部５は、スパッタリングでパターン形成されたＰｔ層である。
上記電極パッド部６は、スパッタリングでパターン形成されたＰｔ層と、該Ｐｔ層上にめっき形成されたＮｉバンプと、で形成されている。
一対の電極パッド部６は、それぞれ矩形状に形成されていると共にサーミスタ薄膜３から離間した位置に互いに隣接状態に配置されている。

上記リード線７は、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス（ＳＵＳ）線又はＣｕ線であって、電極パッド部６のＮｉバンプ上に一端がレーザ溶接又は抵抗溶接されている。なお、リード線７として、リードフレームを採用しても構わない。

上記保護封止部８は、一対の電極パッド部６の両方に架設されて一対のリード線７の接合部を封止している。
この保護封止部８は、一対の電極パッド部６の表面に滴下したセラミックス接着剤又はガラスペーストを焼成してモールドしたものである。

また、サーミスタ薄膜３及び櫛歯電極４の上には、これらを内部に封止する保護膜９が形成されている。この保護膜９は、櫛歯電極４及びサーミスタ薄膜３を覆うように平面視略正方形状に形成されている。この保護膜９は、例えば、ＳｉＯ₂膜である。ただし、これに限られず、絶縁性で外部雰囲気を遮断できれば、耐熱樹脂等の膜でも構わない。

このように本実施形態の温度センサ１では、一対の電極パッド部６が、サーミスタ薄膜３から離間した位置に互いに隣接状態に配置され、保護封止部８が、一対の電極パッド部６の両方に架設されて一対のリード線７の接合部を封止しているので、サーミスタ薄膜３上にモールドされておらず熱感部分の熱容量が少ないと共に、保護封止部８によるモールド量も少なく、全体の熱容量も少なくなって熱応答性が向上する。

特に、保護封止部８が、サーミスタ薄膜３から離間した電極パッド部６に設けられるので、保護封止部８の熱容量による影響が低くなり、熱絶縁性が高くなる。また、サーミスタ薄膜３から離間した電極パッド部６に保護封止部８をモールドするので、感熱部分の両側に隣接した電極にモールドする場合に比べて、モールド材のだれがサーミスタ薄膜３上にまで達して接触することを防ぐことができる。このため、保護封止部８に接触する部分は、ほぼ電極パッド部６及びリード線７のみとなるので、サーミスタ薄膜３との化学反応の心配もなく、熱膨張率のマッチングもリード線及び絶縁基板２のみ考慮すればよい。したがって、保護封止部８となるモールド材の選択において高い自由度が得られる。

次に、本発明に係る温度センサの第２実施形態について、図２を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、一対の電極パッド部６がそれぞれ矩形状とされているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１は、図２に示すように、一対の電極パッド部２６が、保護封止部８の外周形状に対応した外形状とされている点である。すなわち、第２実施形態では、一対の電極パッド部２６が、それぞれ半円形状とされ、両方で略円形状を構成している。

このように第２実施形態の温度センサ２１では、一対の電極パッド部２６が、保護封止部８の外周形状に対応した外形状とされているので、保護封止部８が電極パッド部２６からはみ出すことをさらに防ぐことができる。特に、一対の電極パッド部２６が、それぞれ半円形状とされ、両方で略円形状を構成しているので、モールド材（絶縁材料）を一対の電極パッド部２６の中間にモールドした際の表面張力による円形状の広がりに合わせた形状とされ、より効果的に保護封止部８のはみ出しを防ぐことができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、アルミナ基板の絶縁基板を用いた場合を例にしたが、これに限られず、石英基板等の絶縁基板や、表面に熱酸化によるＳｉＯ₂層の絶縁層が形成されたシリコン基板又はその他の半導体基板でも構わない。

１，２１…温度センサ、２…絶縁基板、３…サーミスタ薄膜（感熱膜）、４…櫛歯電極、５…引き出し線部、６，２６…電極パッド部、７…リード線、８…保護封止部

Claims (4)

1. 表面に絶縁層が形成された基板又は絶縁基板と、
   前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面にパターン形成された熱感膜と、
   該熱感膜に形成された一対の櫛歯電極と、
   一対の前記櫛歯電極に一端が接続され前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面にまで延ばされてパターン形成された一対の引き出し線部と、
   一対の前記引き出し線部の他端に形成された一対の電極パッド部と、
   一対の前記電極パッド部に一端が接合された一対のリード線と、
   前記電極パッド部上の前記リード線の接合部を絶縁材料で封止した保護封止部と、を備え、
   一対の前記電極パッド部が、前記感熱膜から離間した位置に互いに隣接状態に配置され、
   前記保護封止部が、一対の前記電極パッド部の両方に架設されて一対の前記リード線の接合部を封止していることを特徴とする温度センサ。
2. 請求項１に記載の温度センサにおいて、
   一対の前記電極パッド部が、前記保護封止部の外周形状に対応した外形状とされていることを特徴とする温度センサ。
3. 請求項２に記載の温度センサにおいて、
   一対の前記電極パッド部が、それぞれ半円形状とされ、両方で略円形状を構成していることを特徴とする温度センサ。
4. 請求項１から３のいずれ一項に記載の温度センサにおいて、
   前記熱感膜が、サーミスタ薄膜であることを特徴とする温度センサ。

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