JP2018151227A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 薄膜サーミスタ部の外周縁と電極の外縁とが上下で重なる重複点でのリーク電流の発生を抑制することができる温度センサを提供すること。【解決手段】 絶縁性基板２と、絶縁性基板の一方の面にサーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部３と、薄膜サーミスタ部の上又は下に互いに対向して形成された一対の対向電極４とを備え、対向電極が、複数の櫛部４ａと、複数の櫛部の基端が接続され複数の櫛部の並ぶ方向に延在する基端接続部４ｂと、基端接続部の端部に接続され櫛部に沿って延在する側部延在部４ｃとを有し、一対の対向電極のうち一方の基端接続部と他方の側部延在部とが互いに対向する部分であって薄膜サーミスタ部の外周縁の直上又は直下に配された部分が、側部延在部とこれに隣接する櫛部との間隔よりも広い幅に設定された幅広部ｈ１，ｈ２とされている。【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜サーミスタを用いた温度センサに関する。

近年、ポリイミド樹脂等で形成された絶縁性フィルム上に薄膜状のサーミスタ部を形成したフィルム型の温度センサが開発されている。例えば、特許文献１には、絶縁性フィルムと、絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、薄膜サーミスタ部の上に複数の櫛部を有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極と、一対の櫛型電極に接続され絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン電極と、櫛型電極と薄膜サーミスタ部とを覆って絶縁性フィルム上に形成された保護膜とを備えている温度センサが開発されている。

特開２０１６−１３８７７３号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上記従来の温度センサでは、図３及び図４に示すように、絶縁性基板２上の薄膜サーミスタ部３の外周縁と対向電極１０４の外縁とが上下で重なる重複点Ｐに、隙間Ｓが形成されやすく、この隙間Ｓにマイクロウォーターや残渣が溜まりやすい。例えば、図４の（ａ）に示すように、薄膜サーミスタ部３上に一対の対向電極１０４を成膜して形成した際に、薄膜サーミスタ部３外周縁の段差によって薄膜サーミスタ部３と対向電極１０４との間に隙間Ｓが生じる場合がある。また、図４の（ｂ）に示すように、対向電極１０４が薄膜サーミスタ部３の外周縁上で不連続となって隙間Ｓが生じてしまう場合もある。このため、一対の対向電極１０４間に電界が加わると、重複点Ｐ又はその近傍の隙間Ｓに溜まったマイクロウォーターや残渣に起因して一対の対向電極１０４間にリーク電流が生じてしまうおそれがあった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、薄膜サーミスタ部の外周縁と電極の外縁とが上下で重なる重複点でのリーク電流の発生を抑制することができる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、第１の発明に係る温度センサは、絶縁性基板と、前記絶縁性基板の一方の面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の上又は下に互いに対向して形成された一対の対向電極とを備え、前記対向電極が、互いに平行に延在する複数の櫛部と、複数の前記櫛部の基端が接続され複数の前記櫛部の並ぶ方向に延在する基端接続部と、前記基端接続部の端部に接続され前記櫛部に沿って延在する側部延在部とを有し、一対の前記対向電極のうち一方の前記基端接続部と他方の前記側部延在部とが互いに対向する部分であって前記薄膜サーミスタ部の外周縁の直上又は直下に配された部分が、前記側部延在部とこれに隣接する前記櫛部との間隔よりも広い幅に設定された幅広部とされていることを特徴とする。

この温度センサでは、一対の対向電極のうち一方の基端接続部と他方の側部延在部とが互いに対向する部分であって薄膜サーミスタ部の外周縁の直上又は直下に配された部分が、側部延在部とこれに隣接する櫛部との間隔よりも広い幅に設定された幅広部とされているので、重複点における基端接続部と側部延在部との間隔、すなわち＋電圧側とグランド側との間隔が広くなり、電界が緩和されることで、リーク電流の発生を抑制することができる。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記幅広部が、一対の前記対向電極のうち一方の前記基端接続部と他方の前記側部延在部とが互いに対向する部分の両方を切り欠いた部分であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、幅広部が、一対の対向電極のうち一方の基端接続部と他方の側部延在部とが互いに対向する部分の両方を切り欠いた部分であるので、前記対向する部分の一方だけを切り欠いた場合に比べて、より広い幅広部が得られ、さらにリーク電流の発生を抑制することができる。

第３の発明に係る温度センサは、第１又は第２の発明において、一対の前記対向電極が、前記薄膜サーミスタ部の上に形成されていると共に、前記基端接続部と前記側部延在部とが、前記薄膜サーミスタ部の外周縁の直上を覆って形成され、一対の前記対向電極のうち一方の前記基端接続部と他方の前記側部延在部とが対向する部分であって前記幅広部の外側が、前記幅広部内の幅より狭くなっていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対の対向電極のうち一方の基端接続部と他方の側部延在部とが対向する部分であって幅広部の外側が、幅広部内の幅より狭くなっているので、薄膜サーミスタ部を上から押さえる役割のある対向電極の絶縁性基板との接着面積の減少を極力抑えることができる。

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、一対の対向電極のうち一方の基端接続部と他方の側部延在部とが互いに対向する部分であって薄膜サーミスタ部の外周縁の直上又は直下に配された部分が、側部延在部とこれに隣接する櫛部との間隔よりも広い幅に設定された幅広部とされているので、重複点における基端接続部と側部延在部との間隔が広くなり、電界が緩和されることで、リーク電流の発生を抑制することができる。
したがって、本実施形態の温度センサでは、良好なサーミスタ特性を安定して維持することができ、高い信頼性を得ることができる。

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。 本発明に係る温度センサの従来例を示す平面図である。 薄膜サーミスタ部と対向電極との重複点に生じた隙間を説明するための要部の拡大断面図である。

以下、本発明に係る温度センサにおける第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図面の一部では、各部を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて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、絶縁性基板２と、絶縁性基板２の一方の面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の上又は下に互いに対向して形成された一対の対向電極４とを備えている。
上記対向電極４は、互いに平行に延在する複数の櫛部４ａと、複数の櫛部４ａの基端が接続され薄膜サーミスタ部３の外周縁を覆って複数の櫛部４ａの並ぶ方向に延在する基端接続部４ｂと、基端接続部４ｂの端部に接続され薄膜サーミスタ部３の外周縁を覆って櫛部４ａに沿って延在する側部延在部４ｃとを有している。

一対の対向電極４のうち一方の基端接続部４ｂと他方の側部延在部４ｃとが互いに対向する部分であって薄膜サーミスタ部３の外周縁の直上又は直下に配された部分は、側部延在部４ｃとこれに隣接する櫛部４ａとの間隔Ｌ１よりも広い幅Ｌ２に設定された幅広部ｈ１，ｈ２とされている。

なお、本実施形態では、一対の対向電極４が、薄膜サーミスタ部３の上に形成されていると共に、基端接続部４ｂと側部延在部４ｃとが、薄膜サーミスタ部３の外周縁の直上を覆って形成されている。すなわち、幅広部ｈ１，ｈ２は、薄膜サーミスタ部３の外周縁の直上に配されている。

上記幅広部ｈ１，ｈ２は、一対の対向電極４のうち一方の基端接続部４ｂと他方の側部延在部４ｃとが互いに対向する部分の両方を矩形状に切り欠いた部分である。
幅広部ｈ１，ｈ２は、基端接続部４ｂと側部延在部４ｃとが対向配置されている２カ所に設けられている。
また、２つの幅広部ｈ１，ｈ２のうち一方、すなわち一対の対向電極４のうち一方の基端接続部４ｂと他方の側部延在部４ｃとが対向する部分であって幅広部ｈ２の外側４ｄは、幅広部ｈ２内の幅より狭くなっている。
なお、図中、一対の対向電極４には、ハッチングを施している。

また、本実施形態の温度センサ１は、絶縁性基板２の一方の面に一対の対向電極４と薄膜サーミスタ部３とを覆って形成された絶縁性保護膜５を備えている。
上記絶縁性基板２は、長方形とされた絶縁性フィルムであり、例えば厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートで形成されている。なお、絶縁性基板２の絶縁性フィルムは、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，ＬＣＰ：液晶ポリマー等でも作製できる。

上記薄膜サーミスタ部３は、フレキシブル性を有したサーミスタ膜であって、例えばスパッタリングで成膜されたＭ−Ａｌ−Ｎ膜（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示す）である。
すなわち、薄膜サーミスタ部３は、一般式：Ｍ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示す。０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９８、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。なお、これらの膜については、フレキシブル性と良好なサーミスタ特性とが確認されている。

なお、本実施形態では、特にＴｉ−Ａｌ−Ｎのサーミスタ材料で矩形状に形成された薄膜サーミスタ部３を採用している。すなわち、薄膜サーミスタ部３は、一般式：Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ（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。

上記一対の対向電極４は、互いに対向して櫛型状にパターン形成された櫛型電極であり、交互に配された上記複数の櫛部４ａを有している。
これら一対の対向電極４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形成された電極層とを有している。
上記絶縁性保護膜５は、スクリーン印刷等によりポリイミド樹脂でパターン形成されている。

このように本実施形態の温度センサ１では、一対の対向電極４のうち一方の基端接続部４ｂと他方の側部延在部４ｃとが互いに対向する部分であって薄膜サーミスタ部３の外周縁の直上又は直下に配された部分が、側部延在部４ｃとこれに隣接する櫛部４ａとの間隔Ｌ１よりも広い幅Ｌ２に設定された幅広部ｈ１，ｈ２とされているので、重複点Ｐにおける基端接続部４ｂと側部延在部４ｃとの間隔Ｌ２、すなわち＋電圧側とグランド側との間隔が広くなり、電界が緩和されることで、リーク電流の発生を抑制することができる。

また、幅広部ｈ１，ｈ２が、一対の対向電極４のうち一方の基端接続部４ｂと他方の側部延在部４ｃとが互いに対向する部分の両方を切り欠いた部分であるので、前記対向する部分の一方だけを切り欠いた場合に比べて、より広い幅広部ｈ１，ｈ２が得られ、さらにリーク電流の発生を抑制することができる。

さらに、一対の対向電極４のうち一方の基端接続部４ｂと他方の側部延在部４ｃとが対向する部分であって幅広部ｈ２の外側４ｄが、幅広部ｈ２内の幅より狭くなっているので、薄膜サーミスタ部３を上から押さえる役割のある対向電極４の絶縁性基板２との接着面積の減少を極力抑えることができる。

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、幅広部ｈ１，ｈ２が矩形状に切り欠かれた部分であるのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、図２に示すように、一対の対向電極２４の互いに対向した基端接続部２４ｂと側部延在部２４ｃに形成された幅広部ｈ３が、それぞれ略半円状に切り欠かれている点である。
すなわち、第２実施形態においても、互いに対向する基端接続部２４ｂと側部延在部２４ｃとの対向部分において、幅広部ｈ３より外側４ｄの幅は、幅広部ｈ３内の幅よりも狭く設定されている。

したがって、第２実施形態の温度センサ２１では、第１実施形態と同様に、幅広部ｈ３を設けたことにより、対向電極２４による薄膜サーミスタ部３の外周縁を押さえる効果を維持しつつ、重複点Ｐ又はその近傍においてリーク電流の発生を抑制することができる。

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、薄膜サーミスタ部の上に一対の対向電極が形成されており、幅広部は、薄膜サーミスタ部の外周縁の直上に配されているが、薄膜サーミスタ部の下に一対の対向電極を形成し、幅広部を、薄膜サーミスタ部の外周縁の直下に配しても構わない。

１，２１…温度センサ、２…絶縁性基板、３…薄膜サーミスタ部、４，２４…対向電極、４ａ…櫛部、４ｂ…基端接続部、４ｃ…側部延在部、ｈ１，ｈ２，ｈ３…幅広部、Ｐ…重複点

Claims (3)

1. 絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板の一方の面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の上又は下に互いに対向して形成された一対の対向電極とを備え、
   前記対向電極が、互いに平行に延在する複数の櫛部と、
   複数の前記櫛部の基端が接続され複数の前記櫛部の並ぶ方向に延在する基端接続部と、
   前記基端接続部の端部に接続され前記櫛部に沿って延在する側部延在部とを有し、
   一対の前記対向電極のうち一方の前記基端接続部と他方の前記側部延在部とが互いに対向する部分であって前記薄膜サーミスタ部の外周縁の直上又は直下に配された部分が、前記側部延在部とこれに隣接する前記櫛部との間隔よりも広い幅に設定された幅広部とされ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、
   前記幅広部が、一対の前記対向電極のうち一方の前記基端接続部と他方の前記側部延在部とが互いに対向する部分の両方を切り欠いた部分であることを特徴とする温度センサ。
3. 請求項１又は２に記載の温度センサにおいて、
   一対の前記対向電極が、前記薄膜サーミスタ部の上に形成されていると共に、前記基端接続部と前記側部延在部とが、前記薄膜サーミスタ部の外周縁の直上を覆って形成され、
   一対の前記対向電極のうち一方の前記基端接続部と他方の前記側部延在部とが対向する部分であって前記幅広部の外側が、前記幅広部内の幅より狭くなっていることを特徴とする温度センサ。

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