JP2017096719A - Temperature sensor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生産性及び信頼性が高い温度センサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a temperature sensor with high productivity and high reliability and a method for manufacturing the same.
近年、樹脂フィルム上にサーミスタ材料を形成したフィルム型サーミスタセンサの開発が検討されており、フィルムに直接成膜できるサーミスタ材料の開発が望まれている。すなわち、フィルムを用いることで、フレキシブルなサーミスタセンサが得られることが期待される。さらに、0.1mm程度の厚さを持つ非常に薄いサーミスタセンサの開発が望まれているが、従来はアルミナ等のセラミックスを用いた基板材料がしばしば用いられ、例えば、厚さ0.1mmへと薄くすると非常に脆く壊れやすい等の問題があったが、フィルムを用いることで非常に薄いサーミスタセンサが得られることが期待される。 In recent years, development of a film type thermistor sensor in which a thermistor material is formed on a resin film has been studied, and development of a thermistor material that can be directly formed on a film is desired. That is, it is expected that a flexible thermistor sensor can be obtained by using a film. Furthermore, although development of a very thin thermistor sensor having a thickness of about 0.1 mm is desired, conventionally, a substrate material using ceramics such as alumina is often used. When thinned, there were problems such as being very brittle and fragile, but it is expected that a very thin thermistor sensor can be obtained by using a film.
特に、非焼成でフィルムに直接成膜できるサーミスタ材料として、特許文献1,2に記載のサーミスタに用いられる金属窒化物材料であって、一般式:TixAlyNz(0.70≦y/(x+y)≦0.95、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相であるサーミスタ用金属窒化物材料が開発されている。
In particular, as a thermistor material that can be directly formed on a film without firing, it is a metal nitride material used in the thermistors described in
このようなサーミスタ用金属窒化物材料等の薄膜サーミスタを用いた温度センサは、図8に示すように、絶縁性フィルム2上に、薄膜サーミスタ部103がパターン形成され、この薄膜サーミスタ部103上に互いに対向配置された櫛形電極である一対の対向電極104と、一対の対向電極104に接続され絶縁性フィルム2上にパターン形成された一対の接続電極105とを備えている。
As shown in FIG. 8, a temperature sensor using a thin film thermistor such as a metal nitride material for the thermistor has a thin film
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
図8の(a)に示すように、対向電極104に接続される接続電極105が絶縁性フィルム2上から薄膜サーミスタ部103上まで延在していることで、薄膜サーミスタ部103の縁で段差部105aが生じる。この場合、段差部105aで電極膜厚が薄くなり易く、薄くなり過ぎると導通不良が生じるおそれがある。特に、図8の(b)に示すように、抵抗調整のために薄膜サーミスタ部103を厚くする場合や、コストダウン等のために接続電極105を薄くするときには、段差部105aで導通不良になり易くなるという不都合があった。
また、接続電極105を絶縁性フィルム2上に直接形成すると、耐熱試験等で接着性が弱くなる場合があった。
The following problems remain in the conventional technology.
As shown in FIG. 8A, the
In addition, when the
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、薄い電極でも導通不良を防ぐことが可能な温度センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a temperature sensor capable of preventing poor conduction even with a thin electrode and a manufacturing method thereof.
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、第1の発明に係る温度センサは、絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルム上にサーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部と、前記薄膜サーミスタ部上に互いに対向してパターン形成された一対の対向電極と、前記薄膜サーミスタ部上にパターン形成されていると共に一対の前記対向電極に接続されている一対の接続電極とを備え、前記薄膜サーミスタ部が、少なくとも前記接続電極の下面全体に形成されていることを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the temperature sensor according to the first invention includes an insulating film, a thin film thermistor portion formed of the thermistor material on the insulating film, and a pair of patterns formed opposite to each other on the thin film thermistor portion. A counter electrode and a pair of connection electrodes patterned on the thin film thermistor portion and connected to the pair of counter electrodes, and the thin film thermistor portion is formed at least on the entire lower surface of the connection electrode. It is characterized by.
本発明の温度センサでは、薄膜サーミスタ部が、少なくとも接続電極の下面全体に形成されているので、接続電極に段差部が生じず平坦化することで、導通不良を防止できる。したがって、薄膜サーミスタ部を厚く設定した場合、もしくは接続電極を薄く設定した場合、もしくはその両方を設定した場合でも、導通不良の発生を防ぐことができる。また、接続電極が絶縁性フィルム上に直接形成されておらず、薄膜サーミスタ部上に形成されているので、絶縁性フィルム上に形成した場合に比べて耐熱試験等においても接着性の低下を抑制することができる。 In the temperature sensor of the present invention, since the thin film thermistor portion is formed at least on the entire lower surface of the connection electrode, the connection electrode can be flattened without causing a step portion, thereby preventing conduction failure. Therefore, even when the thin film thermistor portion is set thick, the connection electrode is set thin, or both are set, the occurrence of poor conduction can be prevented. In addition, since the connection electrode is not directly formed on the insulating film, but formed on the thin film thermistor, it suppresses the decrease in adhesiveness even in heat resistance tests compared to the case where it is formed on the insulating film. can do.
第2の発明に係る温度センサは、第1の発明において、一対の前記接続電極の一端側が一対の前記対向電極に接続されていると共に他端側が互いに平行に延在しており、前記薄膜サーミスタ部が、一対の前記接続電極の少なくとも他端側の間で対向方向につながって形成されていないことを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、薄膜サーミスタ部が、一対の接続電極の少なくとも他端側の間で対向方向につながって形成されていないので、一対の接続電極の他端間で薄膜サーミスタ部を介して導通せず、一対の対向電極間でのみ薄膜サーミスタ部の抵抗を測定することができるので、高精度な温度測定が可能になる。
A temperature sensor according to a second invention is the temperature sensor according to the first invention, wherein one end sides of the pair of connection electrodes are connected to the pair of counter electrodes and the other end sides extend in parallel to each other, and the thin film thermistor The portion is not formed to be connected in an opposing direction between at least the other end sides of the pair of connection electrodes.
That is, in this temperature sensor, since the thin film thermistor portion is not formed in the opposing direction between at least the other end sides of the pair of connection electrodes, the thin film thermistor portion is interposed between the other ends of the pair of connection electrodes. Since the resistance of the thin film thermistor portion can be measured only between the pair of counter electrodes without conducting, the temperature can be measured with high accuracy.
第3の発明に係る温度センサの製造方法は、第1又は第2の発明の温度センサを製造する方法であって、前記絶縁性フィルム上にサーミスタ用スパッタリングターゲットを用いてサーミスタ材料をスパッタリングにより成膜してサーミスタ層を形成するサーミスタ層形成工程と、前記サーミスタ層上に電極用スパッタリングターゲットを用いて電極材料をスパッタリングにより成膜して電極層を形成する電極層形成工程と、前記電極層形成工程後に前記電極層をパターニング成形して前記対向電極及び前記接続電極を形成する電極パターニング工程と、前記電極パターニング工程後に前記サーミスタ層をパターニング成形して前記薄膜サーミスタ部を形成するサーミスタパターニング工程とを有していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサの製造方法では、サーミスタ層形成工程と電極層形成工程とを行った後にパターニングを行うので、各スパッタリングの間にパターニングの工程を行う必要が無く、生産性を向上させることができる。
A method for manufacturing a temperature sensor according to a third invention is a method for manufacturing the temperature sensor according to the first or second invention, wherein a thermistor material is formed on the insulating film by sputtering using a thermistor sputtering target. Forming a thermistor layer by forming a film, forming an electrode layer by sputtering an electrode material on the thermistor layer using an electrode sputtering target, and forming the electrode layer An electrode patterning step of patterning and forming the electrode layer after the step to form the counter electrode and the connection electrode, and a thermistor patterning step of patterning and forming the thermistor layer to form the thin film thermistor portion after the electrode patterning step. It is characterized by having.
That is, in this temperature sensor manufacturing method, since the patterning is performed after the thermistor layer forming step and the electrode layer forming step, it is not necessary to perform the patterning step between the respective sputterings, thereby improving productivity. it can.
第4の発明に係る温度センサの製造方法は、第3の発明において、前記サーミスタ層形成工程及び前記電極層形成工程が、長尺で帯状の前記絶縁性フィルムがロール状に巻回される巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを回転駆動される巻き取りロールで巻き取るフィルム搬送工程と、前記巻き出しロールと前記巻き取りロールとの間に配され前記巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを回転可能な成膜ロールの外周面で支持する支持工程とを有し、前記サーミスタ層形成工程において、前記絶縁性フィルムを支持する前記外周面に対向配置されたサーミスタ用スパッタリングターゲットを用いて、対向する前記絶縁性フィルム上に前記サーミスタ材料をスパッタリングにより成膜して前記サーミスタ層を形成し、前記電極層形成工程において、前記サーミスタ層が成膜された前記絶縁性フィルムを支持する前記外周面に対向配置された電極用スパッタリングターゲットを用いて、対向する前記サーミスタ層上に前記電極材料をスパッタリングにより成膜して前記電極層を形成することを特徴とする。
すなわち、この温度センサの製造方法では、いわゆるロールtoロール方式を採用したことで、長い絶縁性フィルムを搬送しながら成膜を連続的又は断続的に行うことができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the temperature sensor manufacturing method according to the third aspect, wherein the thermistor layer forming step and the electrode layer forming step are performed by winding the long, strip-shaped insulating film into a roll shape. A film conveying step of winding the insulating film fed from the unwinding roll with a winding roll that is driven to rotate, and the insulating property being arranged between the unwinding roll and the winding roll and being unwound from the unwinding roll A supporting step of supporting the film on the outer peripheral surface of a rotatable film-forming roll, and in the thermistor layer forming step, using a thermistor sputtering target disposed opposite to the outer peripheral surface for supporting the insulating film. The thermistor layer is formed by sputtering the thermistor material on the opposing insulating film. In the electrode layer forming step, the electrode material is formed on the facing thermistor layer by using an electrode sputtering target disposed facing the outer peripheral surface that supports the insulating film on which the thermistor layer is formed. The electrode layer is formed by film formation by sputtering.
That is, in this temperature sensor manufacturing method, a so-called roll-to-roll method is employed, so that film formation can be performed continuously or intermittently while conveying a long insulating film.
第5の発明に係る温度センサの製造方法は、第4の発明において、同じ前記成膜ロールの前記外周面上に支持される前記絶縁性フィルムの進行方向に対して、前記サーミスタ用スパッタリングターゲット、前記電極用スパッタリングターゲットの順にこれらを並べて配置し、前記サーミスタ層形成工程と前記電極層形成工程とを同じ前記成膜ロール上で連続して行うことを特徴とする。
すなわち、この温度センサの製造方法では、サーミスタ層形成工程と電極層形成工程とを同じ成膜ロール上で連続して行うので、サーミスタ層と電極層とを一つの同じ成膜ロール上で連続して成膜、積層させることができ、高い生産性を得ることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the temperature sensor manufacturing method according to the fourth aspect, wherein the thermistor sputtering target is directed to the traveling direction of the insulating film supported on the outer peripheral surface of the same film-forming roll, These are arranged in order of the sputtering target for electrodes, and the thermistor layer forming step and the electrode layer forming step are continuously performed on the same film forming roll.
That is, in this temperature sensor manufacturing method, the thermistor layer forming step and the electrode layer forming step are continuously performed on the same film forming roll, so that the thermistor layer and the electrode layer are continuously formed on the same film forming roll. Film formation and lamination, and high productivity can be obtained.
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、薄膜サーミスタ部が、少なくとも接続電極の下面全体に形成されているので、接続電極に段差部が生じず平坦化することで、導通不良を防止できると共に耐熱試験等で接続電極の接着性低下を抑制できる。
また、本発明に係る温度センサの製造方法によれば、サーミスタ層形成工程と電極層形成工程とを行った後にパターニングを行うので、各スパッタリングの間にパターニングの工程を行う必要が無く、生産性を向上させることができる。特に、いわゆるロールtoロール方式を採用することで、長い絶縁性フィルムを搬送しながら成膜を連続的又は断続的に行うことができ、高い量産性が得られる。
The present invention has the following effects.
That is, according to the temperature sensor of the present invention, since the thin film thermistor portion is formed at least on the entire lower surface of the connection electrode, the connection electrode can be flattened without a stepped portion, thereby preventing conduction failure. A decrease in adhesion of the connection electrode can be suppressed by a heat test or the like.
Further, according to the temperature sensor manufacturing method of the present invention, the patterning is performed after the thermistor layer forming step and the electrode layer forming step, so that it is not necessary to perform the patterning step during each sputtering, and the productivity is increased. Can be improved. In particular, by adopting a so-called roll-to-roll method, film formation can be performed continuously or intermittently while conveying a long insulating film, and high mass productivity is obtained.
以下、本発明に係る温度センサ及びその製造方法の第1実施形態を、図1から図4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。 Hereinafter, a first embodiment of a temperature sensor and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS. In each drawing used for the following description, the scale is appropriately changed in order to make each member recognizable or easily recognizable.
本実施形態の温度センサ1は、図1及び図2に示すように、絶縁性フィルム2と、絶縁性フィルム2上にサーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部3と、薄膜サーミスタ部3上に互いに対向してパターン形成された一対の対向電極4と、薄膜サーミスタ部3上にパターン形成されていると共に一対の対向電極4に接続されている一対の接続電極5とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
上記薄膜サーミスタ部3は、少なくとも接続電極5の下面全体に形成されている。本実施形態では、図1の(b)に示すように、絶縁性フィルム2上のほぼ全面に薄膜サーミスタ部3が形成され、図1の(a)に示すように、絶縁性フィルム2の長辺に沿って延在する対向電極4の全体が薄膜サーミスタ部3上に形成されている。
The thin
上記絶縁性フィルム2は、例えば厚さ7.5〜125μmのポリイミド樹脂シートで長方形状又は帯状に形成されている。なお、絶縁性フィルム2としては、他にPET:ポリエチレンテレフタレート,PEN:ポリエチレンナフタレート等でも構わない。
上記薄膜サーミスタ部3は、例えばサーミスタ用金属窒化物膜であって、TiAlN膜である。特に、本実施形態で作製するサーミスタ用金属窒化物膜は、一般式:TixAlyNz(0.70≦y/(x+y)≦0.95、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。
The said insulating
The thin
上記対向電極4及び接続電極5は、例えば膜厚5〜100nmのCr又はNiCrの接合層と、該接合層上にAu等の貴金属で膜厚50〜1000nmで形成された最外層とを有している。
一対の対向電極4は、互いに対向状態に配されて交互に櫛部が並んだ櫛型パターンとされている。
The
The pair of
また、一対の対向電極4は、絶縁性フィルム2の一端側に配置されている。
一対の接続電極5の一端側は、一対の対向電極4に接続されていると共に、他端側が互いに平行に延在し、絶縁性フィルム2の他端側へ延びている。なお、一対の接続電極5の他端には、リードフレームやリード線等が接続されるパッド部が形成される。
The pair of
One end side of the pair of
なお、パッド部を除いた接続電極5,対向電極4及び薄膜サーミスタ部3を覆う絶縁性の保護膜を、絶縁性フィルム2上に形成しても構わず、さらに一対の絶縁性の保護テープにより温度センサ1を上下から挟んで互いに接着しても構わない。
上記保護膜は、絶縁性樹脂膜等であり、例えば厚さ20μmのポリイミド膜が採用される。
上記保護テープは、例えばテフロン(登録商標)等のフッ化炭素樹脂膜が採用される。
An insulating protective film that covers the
The protective film is an insulating resin film or the like, and for example, a polyimide film having a thickness of 20 μm is employed.
For example, a fluorocarbon resin film such as Teflon (registered trademark) is used as the protective tape.
本実施形態の温度センサ1の製造方法は、図3に示すように、絶縁性フィルム2上にサーミスタ用スパッタリングターゲット16Aを用いてサーミスタ材料をスパッタリングにより成膜してサーミスタ層を形成するサーミスタ層形成工程と、図4に示すように、サーミスタ層3a上に電極用スパッタリングターゲット16B,16Cを用いて電極材料をスパッタリングにより成膜して電極層(接合層5a及び最外層5b)を形成する電極層形成工程と、電極層形成工程後に電極層をパターニング成形して対向電極4及び接続電極5を形成する電極パターニング工程と、電極パターニング工程後にサーミスタ層3aをパターニング成形して薄膜サーミスタ部3を形成するサーミスタパターニング工程とを有している。
As shown in FIG. 3, the manufacturing method of the
また、本実施形態の製造方法では、サーミスタ層形成工程及び電極層形成工程が、長尺で帯状の絶縁性フィルム2がロール状に巻回される巻き出しロール14aから繰り出される絶縁性フィルム2を回転駆動される巻き取りロール14bで巻き取るフィルム搬送工程と、巻き出しロール14aと巻き取りロール14bとの間に配され巻き出しロール14aから繰り出される絶縁性フィルム2を回転可能な成膜ロール15の外周面15aで支持する支持工程とを有している。
Further, in the manufacturing method of the present embodiment, the thermistor layer forming step and the electrode layer forming step include the step of forming the insulating
上記サーミスタ層形成工程では、図3に示すように、絶縁性フィルム2を支持する外周面15aに対向配置されたサーミスタ用スパッタリングターゲット16Aを用いて、対向する絶縁性フィルム2上にサーミスタ材料をスパッタリングにより成膜してサーミスタ層3aを形成する。
また、上記電極層形成工程では、図4に示すように、サーミスタ層3aが成膜された絶縁性フィルム2を支持する外周面15aに対向配置された電極用スパッタリングターゲット16B,16Cを用いて、対向するサーミスタ層3a上に電極材料をスパッタリングにより成膜して電極層(接合層5a及び最外層5b)を形成する。
In the thermistor layer forming step, as shown in FIG. 3, the thermistor material is sputtered onto the opposing insulating
Further, in the electrode layer forming step, as shown in FIG. 4, electrode sputtering targets 16 </ b> B and 16 </ b> C disposed opposite to the outer
この製造方法に使用する製造装置は、図3に示すように、長尺で帯状の絶縁性フィルム2がロール状に巻回される回転可能な巻き出しロール14aと巻き出しロール14aから繰り出される絶縁性フィルム2を巻き取る回転可能な巻き取りロール14bと少なくとも巻き取りロール14bを回転駆動させる駆動源14cとを備えたフィルム搬送機構14と、巻き出しロール14aと巻き取りロール14bとの間に配され巻き出しロール14aから繰り出される絶縁性フィルム2を外周面15aで支持する回転可能な成膜ロール15とを備えている。
As shown in FIG. 3, the manufacturing apparatus used for this manufacturing method has a roll-out insulating
この製造装置では、上記サーミスタ層形成工程の際、図3に示すように、絶縁性フィルム2を支持する外周面5aに対向配置され外周面15a上の絶縁性フィルム2の表面にサーミスタ材料をスパッタリングにより成膜可能なサーミスタ用スパッタリングターゲット16Aを備えている。また、この製造装置は、上記電極層形成工程の際、図4に示すように、サーミスタ用スパッタリングターゲット16Aの代わりに、サーミスタ層3aが成膜された絶縁性フィルム2を支持する外周面15aに対向配置された接合層5a用と最外層5b用との2つの電極用スパッタリングターゲット16B,16Cを備えている。
In this manufacturing apparatus, during the thermistor layer forming step, as shown in FIG. 3, the thermistor material is sputtered on the surface of the insulating
なお、上記フィルム搬送機構14は、搬送する絶縁性フィルム2を成膜ロール15の外周面15aに押し当てて密着させる機能を有している。すなわち、駆動源14cによって巻き取りロール14bを回転させて絶縁性フィルム2を搬送する際に、巻き出しロール14aと巻き取りロール14bとの間で絶縁性フィルム2に一定の張力を印加させるようにして、絶縁性フィルム2を成膜ロール15の外周面下側に当てると共に、絶縁性フィルム2を成膜ロール15の上方から引っ張ることで、絶縁性フィルム2を成膜ロール15の外周面下側に押し付けられるように設定されている。なお、本実施形態では、成膜ロール15の外周面15aの少なくとも約半周にわたって絶縁性フィルム2が当接するように、巻き出しロール14aと巻き取りロール14bと成膜ロール15とを配置している。
The
上記駆動源14cは、モータ等であって、少なくとも巻き取りロール14bを回転駆動するが、本実施形態では、もう一つの駆動源14cで巻き出しロール14aも回転駆動している。
上記成膜ロール15には、外周面15aの略全周にわたって内部に冷温媒を流通させる配管(図示略)を有している。すなわち、配管は、外周面15aに沿って外周面15aの近傍に銅管等で配設されており、この配管内に冷温媒を流通させることで、成膜ロール15の温度調整を行っている。
上記フィルム搬送機構14及び成膜ロール15は、いずれもスパッタリング装置の真空槽(図示略)内にスパッタリングターゲットと共に設置されている。
The
The
The
上記真空槽には、Arガス+窒素ガスの混合ガスを導入するガス導入口(図示略)が設けられている。また、各スパッタリングターゲットの裏面側には、カソード電極(図示略)が配置されていると共に、成膜ロール15がアノード電極とされている。すなわち、カソード電極側のスパッタリングターゲットとアノード電極となる成膜ロール15との間に電圧が印加され、成膜ロール15上の絶縁性フィルム2の表面に反応性スパッタ成膜が行われる。
The vacuum chamber is provided with a gas inlet (not shown) for introducing a mixed gas of Ar gas + nitrogen gas. Further, a cathode electrode (not shown) is disposed on the back side of each sputtering target, and the
上記サーミスタ用スパッタリングターゲット16Aとしては、Ti−Al合金スパッタリングターゲットを用いる。すなわち、Ti−Al合金スパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って絶縁性フィルム2の表面にサーミスタ層3aを成膜する。
また、上記反応性スパッタにおけるスパッタガス圧を、0.67Pa未満に設定することが好ましい。
A Ti—Al alloy sputtering target is used as the
Moreover, it is preferable to set the sputtering gas pressure in the reactive sputtering to less than 0.67 Pa.
より具体的には、例えば厚さ50μmのポリイミドフィルムの絶縁性フィルム2上に、反応性スパッタ法にてサーミスタ層3aを200nm成膜する。その時のスパッタ条件は、例えば到達真空度:5×10−6Pa、スパッタガス圧:0.4Pa、ターゲット投入電力(出力密度):2.5W/cm2で、Arガス+窒素ガスの混合ガス雰囲気下において窒素ガス分圧:20%とする。
More specifically, for example, a
このようにサーミスタ層形成工程では、図3に示すように、絶縁性フィルム2を巻き出しロール14aから巻き取りロール14bへと送り出し、途中の成膜ロール15においてサーミスタ層3aの成膜を長尺の絶縁性フィルム2全長にわたって行う。
In this way, in the thermistor layer forming step, as shown in FIG. 3, the insulating
次に、巻き取りロール14bで巻き取ったサーミスタ層3a付き絶縁性フィルム2を、図4に示すように、巻き出しロール14aと巻き取りロール14bとを逆回転にして、巻き取りロール14bから巻き出しロール14aへと送り出し、途中の成膜ロール15において電極層形成工程を行う。
この際、上記接合層5a用の電極用スパッタリングターゲット16Bとしては、例えばCrのターゲットを用い、上記最外層5b用の電極用スパッタリングターゲット16Cとしては、例えばAuのターゲットを用いる。
Next, the insulating
At this time, for example, a Cr target is used as the
接合層5a用の電極用スパッタリングターゲット16Bと最外層5b用の電極用スパッタリングターゲット16Cとは、成膜ロール15の外周面15a上に支持される絶縁性フィルム2の進行方向に対して、この順に並べられて配置されており、接合層5a、最外層5bの順に成膜される。例えば、Cr膜の接合層5aを膜厚20nm形成し、さらに接合層5a上にAu膜の最外層5bを膜厚200nm形成する。
この製造方法では、サーミスタ層3aの成膜と接合層5a及び最外層5bの成膜とを分けて行うので、サーミスタ層3aの成膜速度と接合層5a及び最外層5bとの成膜速度が大きく異なる場合に適している。
The
In this manufacturing method, the
上記各スパッタリングの後、レジスト塗布し、所望のパターン形状のマスクを用いて露光し、現像後、不要な電極部分を市販のAuエッチャント及びCrエッチャントの順番でウェットエッチングを行い、レジスト剥離することで、図1の(a)に示すように、所望の対向電極4及び接続電極5を形成する。
また、不要なTixAlyNzのサーミスタ層3aを市販のTiエッチャントでウェットエッチングを行い、図1の(a)(b)に示すように、レジスト剥離にて所望の形状の薄膜サーミスタ部3にする。なお、絶縁性フィルム2上の全面に薄膜サーミスタ部3を形成する場合は、サーミスタ層3aをパターン形成しなくても構わない。
After each of the above sputtering, resist is applied, exposed using a mask having a desired pattern shape, and after development, unnecessary electrode portions are wet-etched in the order of commercially available Au etchant and Cr etchant, and the resist is peeled off. As shown in FIG. 1A, desired
Further, the
この後、保護膜の形成や保護テープの接着等を行うと共に、長尺の絶縁性フィルム2を温度センサ毎に切断して温度センサが作製される。
Then, while forming a protective film, adhesion | attachment of a protective tape, etc., the long insulating
このように本実施形態の温度センサ1では、薄膜サーミスタ部3が、少なくとも接続電極5の下面全体に形成されているので、接続電極5に段差部が生じず平坦化することで、導通不良を防止できる。したがって、薄膜サーミスタ部3を厚く設定すると共に接続電極5を薄く設定しても、導通不良の発生を防ぐことができる。
また、接続電極5が絶縁性フィルム2上に直接形成されておらず、薄膜サーミスタ部3上に形成されているので、絶縁性フィルム2上に形成した場合に比べて耐熱試験等においても接着性の低下を抑制することができる。
As described above, in the
Further, since the
また、本実施形態の温度センサ1の製造方法では、サーミスタ層形成工程と電極層形成工程とを行った後にパターニングを行うので、各スパッタリングの間にパターニングの工程を行う必要が無く、生産性を向上させることができる。
さらに、いわゆるロールtoロール方式を採用したことで、長い絶縁性フィルム2を搬送しながら成膜を連続的又は断続的に行うことができる。
Moreover, in the manufacturing method of the
Furthermore, by adopting a so-called roll-to-roll method, film formation can be performed continuously or intermittently while conveying the long insulating
なお、平坦な状態の絶縁性フィルム2に薄膜サーミスタ部3を形成すると、成膜後、薄膜サーミスタ部3の引張応力によって薄膜サーミスタ部3側を凹側にして絶縁性フィルム2が曲がった状態となる場合がある。このため、パターニング等の後工程において絶縁性フィルム2を平坦にした際に、薄膜サーミスタ部3に引っ張る力が加わって割れが生じ易くなる。
これに対して、本実施形態では、成膜ロール15上で予め曲げた状態の絶縁性フィルム2の凸曲面に薄膜サーミスタ部3を形成するので、成膜後、薄膜サーミスタ部3の引張応力が生じる場合でも、薄膜サーミスタ部3側を凸側にしたまま絶縁性フィルム2の曲率を下げる方向に力が加わる。このため、パターニング等の後工程において絶縁性フィルム2を平坦にした際でも、薄膜サーミスタ部3を圧縮する方向に力が加わって割れが生じ難くなる。
さらに、接続電極5の下面全体に薄膜サーミスタ部3を形成させると、絶縁性フィルム2が全面に亘って延在方向に湾曲するため、絶縁性フィルム2の延在方向に曲率を有して温度センサ1を湾曲させて使用する場合、湾曲形状がサポートされることで薄膜サーミスタ部3に応力が加わり難くなり、割れが生じ難くなる。
When the thin
On the other hand, in this embodiment, since the thin
Further, when the thin
次に、本発明に係る温度センサの第2から第4実施形態について、図5から図7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。 Next, second to fourth embodiments of the temperature sensor according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In the following description of each embodiment, the same constituent elements described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
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、薄膜サーミスタ部3が絶縁性フィルム2上のほぼ全面に形成されているのに対し、第2実施形態の温度センサ21では、図5に示すように、薄膜サーミスタ部23が、一対の接続電極5の少なくとも他端側の間で対向方向につながって形成されていない点である。
すなわち、第2実施形態では、サーミスタ層3aをパターニングすることで、薄膜サーミスタ部23が、対向電極4下とその周囲とからなる対向電極部23aと、延在する一対の接続電極5下とその周囲とからなる一対の接続電極部23bとで構成されている。したがって、他端側の一対の接続電極部23b間には、サーミスタ層3aが無い領域となる。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, the thin
That is, in the second embodiment, by patterning the
このように第2実施形態の温度センサ21では、薄膜サーミスタ部23が、一対の接続電極5の少なくとも他端側の間で対向方向につながって形成されていないので、一対の接続電極5の他端間で薄膜サーミスタ部23を介して導通せず、一対の対向電極4間でのみ薄膜サーミスタ部23の抵抗を測定することができるので、高精度な温度測定が可能になる。
As described above, in the
次に、第3実施形態と第2実施形態との異なる点は、第2実施形態では、対向電極部23aが対向電極4よりも若干広く形成されていると共に、接続電極部23bの幅が接続電極5よりも若干広く形成されているのに対し、第3実施形態の温度センサ31では、図6に示すように、対向電極部33aが対向電極4下だけに形成されていると共に、接続電極部33bが接続電極5下だけに形成されている点である。
したがって、第3実施形態の温度センサ31では、薄膜サーミスタ部33の領域が電極下のみに制限されているので、第2実施形態と同様に高精度な温度測定が可能になる。
Next, the difference between the third embodiment and the second embodiment is that in the second embodiment, the
Therefore, in the
次に、第4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、サーミスタ層形成工程を長尺の絶縁性フィルム2の全長にわたって行った後に、スパッタリングターゲットを電極用スパッタリングターゲット16B,16Cに替えると共に巻き出しロール14aと巻き取りロール14bとを逆回転して、接合層5a及び最外層5bとを成膜しているのに対し、第4実施形態では、予めサーミスタ用スパッタリングターゲット16Aと2つの電極用スパッタリングターゲット16B,16Cとをセットしておき、サーミスタ層形成工程と電極層形成工程とを同じ成膜ロール15上で連続して行う点である。
Next, the difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, after the thermistor layer forming step is performed over the entire length of the long insulating
すなわち、第4実施形態では、同じ成膜ロール15の外周面15a上に支持される絶縁性フィルム2の進行方向に対して、サーミスタ用スパッタリングターゲット16A、接合層5a用の電極用スパッタリングターゲット16B、最外層5b用の電極用スパッタリングターゲット16Cの順にこれらを並べて配置している。したがって、絶縁性フィルム2の一度の巻き取りで、サーミスタ層3a、接合層5a及び最外層5bを連続して成膜、積層しているので、ターゲットの交換作業等が不要になる。
That is, in the fourth embodiment, the
このように第4実施形態では、サーミスタ層形成工程と電極層形成工程とを同じ成膜ロール15上で連続して行うので、サーミスタ層3aと電極層とを一つの同じ成膜ロール15上で連続して成膜、積層させることができ、高い生産性を得ることができる。
As described above, in the fourth embodiment, the thermistor layer forming step and the electrode layer forming step are continuously performed on the same
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。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1,21,31…温度センサ、2…絶縁性フィルム、3,23,33…薄膜サーミスタ部、3a…サーミスタ層、4…対向電極、5…接続電極、14a…巻き出しロール、14b…巻き取りロール、15…成膜ロール、15a…成膜ロールの外周面、16A…サーミスタ用スパッタリングターゲット、16B,16C…電極用スパッタリングターゲット
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記絶縁性フィルム上にサーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部と、
前記薄膜サーミスタ部上に互いに対向してパターン形成された一対の対向電極と、
前記薄膜サーミスタ部上にパターン形成されていると共に一対の前記対向電極に接続されている一対の接続電極とを備え、
前記薄膜サーミスタ部が、少なくとも前記接続電極の下面全体に形成されていることを特徴とする温度センサ。 An insulating film;
A thin film thermistor portion formed of a thermistor material on the insulating film;
A pair of counter electrodes patterned on the thin film thermistor portion to face each other;
A pattern formed on the thin film thermistor portion and a pair of connection electrodes connected to the pair of counter electrodes;
The temperature sensor, wherein the thin film thermistor portion is formed at least on the entire lower surface of the connection electrode.
一対の前記接続電極の一端側が一対の前記対向電極に接続されていると共に他端側が互いに平行に延在しており、
前記薄膜サーミスタ部が、一対の前記接続電極の少なくとも他端側の間で対向方向につながって形成されていないことを特徴とする温度センサ。 The temperature sensor according to claim 1,
One end side of the pair of connection electrodes is connected to the pair of counter electrodes and the other end side extends in parallel with each other,
The temperature sensor, wherein the thin film thermistor portion is not formed in an opposing direction between at least the other ends of the pair of connection electrodes.
前記絶縁性フィルム上にサーミスタ用スパッタリングターゲットを用いてサーミスタ材料をスパッタリングにより成膜してサーミスタ層を形成するサーミスタ層形成工程と、
前記サーミスタ層上に電極用スパッタリングターゲットを用いて電極材料をスパッタリングにより成膜して電極層を形成する電極層形成工程と、
前記電極層形成工程後に前記電極層をパターニング成形して前記対向電極及び前記接続電極を形成する電極パターニング工程と、
前記電極パターニング工程後に前記サーミスタ層をパターニング成形して前記薄膜サーミスタ部を形成するサーミスタパターニング工程とを有していることを特徴とする温度センサの製造方法。 A method for manufacturing the temperature sensor according to claim 1 or 2,
A thermistor layer forming step of forming a thermistor layer by sputtering a thermistor material on the insulating film using a thermistor sputtering target;
An electrode layer forming step of forming an electrode layer by sputtering an electrode material on the thermistor layer using an electrode sputtering target; and
An electrode patterning step of patterning the electrode layer after the electrode layer forming step to form the counter electrode and the connection electrode;
And a thermistor patterning step of forming the thin film thermistor portion by patterning the thermistor layer after the electrode patterning step.
前記サーミスタ層形成工程及び前記電極層形成工程が、長尺で帯状の前記絶縁性フィルムがロール状に巻回される巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを回転駆動される巻き取りロールで巻き取るフィルム搬送工程と、
前記巻き出しロールと前記巻き取りロールとの間に配され前記巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを回転可能な成膜ロールの外周面で支持する支持工程とを有し、
前記サーミスタ層形成工程において、前記絶縁性フィルムを支持する前記外周面に対向配置されたサーミスタ用スパッタリングターゲットを用いて、対向する前記絶縁性フィルム上に前記サーミスタ材料をスパッタリングにより成膜して前記サーミスタ層を形成し、
前記電極層形成工程において、前記サーミスタ層が成膜された前記絶縁性フィルムを支持する前記外周面に対向配置された電極用スパッタリングターゲットを用いて、対向する前記サーミスタ層上に前記電極材料をスパッタリングにより成膜して前記電極層を形成することを特徴とする温度センサの製造方法。 In the manufacturing method of the temperature sensor according to claim 3,
In the thermistor layer forming step and the electrode layer forming step, the long and strip-like insulating film is wound on a winding roll that is rotationally driven to wind the insulating film that is fed from a winding roll. Film transport process to take,
A supporting step of supporting the insulating film, which is arranged between the unwinding roll and the winding roll and is fed from the unwinding roll, with an outer peripheral surface of a rotatable film-forming roll;
In the thermistor layer forming step, the thermistor material is formed by sputtering on the opposing insulating film, using the thermistor sputtering target disposed opposite to the outer peripheral surface supporting the insulating film. Forming a layer,
In the electrode layer forming step, the electrode material is sputtered onto the opposing thermistor layers using an electrode sputtering target disposed opposite to the outer peripheral surface that supports the insulating film on which the thermistor layer is formed. A method of manufacturing a temperature sensor, wherein the electrode layer is formed by film formation.
同じ前記成膜ロールの前記外周面上に支持される前記絶縁性フィルムの進行方向に対して、前記サーミスタ用スパッタリングターゲット、前記電極用スパッタリングターゲットの順にこれらを並べて配置し、
前記サーミスタ層形成工程と前記電極層形成工程とを同じ前記成膜ロール上で連続して行うことを特徴とする温度センサの製造方法。 In the manufacturing method of the temperature sensor according to claim 4,
With respect to the traveling direction of the insulating film supported on the outer peripheral surface of the same film forming roll, these are arranged side by side in the order of the sputtering target for the thermistor and the sputtering target for the electrode,
The method of manufacturing a temperature sensor, wherein the thermistor layer forming step and the electrode layer forming step are continuously performed on the same film forming roll.
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JP2019129187A (en) * | 2018-01-22 | 2019-08-01 | 三菱マテリアル株式会社 | Thermistor sensor and manufacturing method thereof |
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