JP2019148427A - Temperature sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁性フィルムを用いたフィルム型の温度センサに関する。 The present invention relates to a film-type temperature sensor using an insulating film.
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及び２には、絶縁性フィルムと、該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及び下の少なくとも一方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を備えている温度センサが記載されている。
In recent years, a film-type temperature sensor in which a thin film thermistor portion is formed on an insulating film made of polyimide resin or the like has been developed. For example,
特許文献１に記載の温度センサでは、絶縁性フィルムの裏面であって薄膜サーミスタ部の直下に形成された金属の集熱膜を備えている。この温度センサでは、絶縁性フィルム裏面の集熱膜により測定対象物から効果的に集熱することができる。
また、特許文献２に記載の温度センサでは、少なくとも薄膜サーミスタ部を覆った絶縁性の保護膜上に形成された金属膜を備えている。この温度センサでは、保護膜上の金属膜により高い熱伝導性が得られ応答性の高い測定が可能になる。また、保護膜上の金属膜により薄膜サーミスタ部への水分や腐食ガスの侵入を抑制でき、さらに電磁ノイズを吸収し、減衰させることが可能である。
The temperature sensor described in
The temperature sensor described in
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、金属の集熱膜を表面又は裏面に露出した状態で形成した温度センサでは、配線基板上など金属を接触させることができない場所に直接設置することができないという不都合があった。
The following problems remain in the conventional technology.
That is, the temperature sensor formed with the metal heat collecting film exposed on the front surface or the back surface has a disadvantage that it cannot be directly installed in a place where the metal cannot be contacted, such as on a wiring board.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、集熱効果を有していると共に、配線基板等の上にも直接設置可能な温度センサ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 thereof is to provide a temperature sensor that has a heat collecting effect and can be directly installed on a wiring board or the like.
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形成された下地金属膜と、前記下地金属膜上に形成された中間絶縁膜と、前記中間絶縁膜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の上及び下の少なくとも一方に互いに対向して形成された一対の対向電極とを備え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 base metal film formed on the insulating film, an intermediate insulating film formed on the base metal film, and the intermediate insulating film. A thin film thermistor portion formed of a thermistor material, and a pair of counter electrodes formed opposite to each other above and below the thin film thermistor portion.
この温度センサでは、絶縁性フィルム上に形成された下地金属膜と、下地金属膜上に形成された中間絶縁膜と、中間絶縁膜上にサーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部とを備えているので、下地金属膜により絶縁性フィルムで受けた熱を集熱すると共に、下地金属膜が絶縁性フィルムと中間絶縁膜とに挟まれており、露出していないため配線基板上等にも直接設置することが可能になる。 This temperature sensor includes a base metal film formed on an insulating film, an intermediate insulating film formed on the base metal film, and a thin film thermistor portion formed of a thermistor material on the intermediate insulating film. Therefore, it collects the heat received by the insulating film by the base metal film, and the base metal film is sandwiched between the insulating film and the intermediate insulating film and is not exposed, so it is installed directly on the wiring board etc. It becomes possible to do.
第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、少なくとも前記薄膜サーミスタ部の直上に形成された上部絶縁膜と、前記上部絶縁膜上に形成された上部金属膜と、前記上部金属膜を覆って形成された絶縁性の保護膜とを備えていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、少なくとも薄膜サーミスタ部の直上に形成された上部絶縁膜と、上部絶縁膜上に形成された上部金属膜と、上部金属膜を覆って形成された絶縁性の保護膜とを備えているので、上部金属膜により上方からも集熱することができると共に、上部金属膜が保護膜で覆われていることで上面を配線基板等に向けて直接設置することも可能になる。また、薄膜サーミスタ部を下部金属膜と上部金属膜とで挟むことで、高強度化することができる。
The temperature sensor according to a second aspect of the present invention is the temperature sensor according to the first aspect, wherein at least an upper insulating film formed immediately above the thin film thermistor portion, an upper metal film formed on the upper insulating film, and the upper metal film And an insulating protective film formed so as to cover the surface.
That is, in this temperature sensor, at least an upper insulating film formed immediately above the thin film thermistor portion, an upper metal film formed on the upper insulating film, and an insulating protective film formed so as to cover the upper metal film, Therefore, the upper metal film can collect heat from above, and the upper metal film is covered with a protective film, so that the upper surface can be directly installed on the wiring board or the like. . Further, the strength can be increased by sandwiching the thin film thermistor portion between the lower metal film and the upper metal film.
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、前記下地金属膜が、前記薄膜サーミスタ部よりも広く形成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、下地金属膜が、薄膜サーミスタ部よりも広く形成されているので、薄膜サーミスタ部全体に熱を伝えることができると共に、広い面積によって高い集熱効果を得ることができる。
A temperature sensor according to a third invention is characterized in that, in the first or second invention, the base metal film is formed wider than the thin film thermistor portion.
That is, in this temperature sensor, since the base metal film is formed wider than the thin film thermistor part, heat can be transmitted to the entire thin film thermistor part, and a high heat collecting effect can be obtained by a large area.
第４の発明に係る温度センサは、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記薄膜サーミスタ部が、サーミスタ特性を有するＴｉ−Ａｌ−Ｎで形成され、前記中間絶縁膜が、絶縁性のＴｉ−Ａｌ−Ｎ又はＡｌ−Ｎで形成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、薄膜サーミスタ部が、サーミスタ特性を有するＴｉ−Ａｌ−Ｎで形成され、中間絶縁膜が、絶縁性のＴｉ−Ａｌ−Ｎ又はＡｌ−Ｎで形成されているので、構成する元素のうち少なくとも２つが共通する中間絶縁膜上に薄膜サーミスタ部が形成されることで、良好な結晶性を有する薄膜サーミスタ部を得ることができると共に、互いの高い密着性も得られる。
A temperature sensor according to a fourth invention is the temperature sensor according to any one of the first to third inventions, wherein the thin film thermistor portion is formed of Ti-Al-N having thermistor characteristics, and the intermediate insulating film is made of an insulating material. It is formed of Ti—Al—N or Al—N.
That is, in this temperature sensor, the thin film thermistor portion is formed of Ti—Al—N having thermistor characteristics, and the intermediate insulating film is formed of insulating Ti—Al—N or Al—N. By forming the thin film thermistor portion on the intermediate insulating film having at least two common elements, it is possible to obtain a thin film thermistor portion having good crystallinity and high mutual adhesion.
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、絶縁性フィルム上に形成された下地金属膜と、下地金属膜上に形成された中間絶縁膜と、中間絶縁膜上にサーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部とを備えているので、下地金属膜により絶縁性フィルムで受けた熱を集熱すると共に、下地金属膜が絶縁性フィルムと中間絶縁膜とに挟まれており、露出していないため配線基板上等にも直接設置することが可能になる。
The present invention has the following effects.
That is, according to the temperature sensor of the present invention, the base metal film formed on the insulating film, the intermediate insulating film formed on the base metal film, and the thin film formed of the thermistor material on the intermediate insulating film Because it has a thermistor section, it collects the heat received by the insulating film by the base metal film, and the base metal film is sandwiched between the insulating film and the intermediate insulating film, so it is not exposed. It can be directly installed on a substrate or the like.
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から図３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。 Hereinafter, a first embodiment of a temperature sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. Note that in some of the drawings used for the following description, the scale is appropriately changed as necessary to make each part recognizable or easily recognizable.
本実施形態の温度センサ１は、図１から図３に示すように、絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルム２上に形成された下地金属膜３と、下地金属膜３上に形成された中間絶縁膜４と、中間絶縁膜４上にサーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部５と、薄膜サーミスタ部５の上及び下の少なくとも一方に互いに対向して形成された一対の対向電極６とを備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
本実施形態の一対の対向電極６は、薄膜サーミスタ部５の上に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、複数の櫛部６ａを有している。
また、本実施形態の温度センサ１は、一端が一対の対向電極６に接続され絶縁性フィルム２上に形成された一対のパターン配線１０と、薄膜サーミスタ部５，対向電極６及びパターン配線１０を覆って絶縁性フィルム２上に形成された絶縁性の保護膜７とを備えている。
The pair of
Further, the
上記対向電極６及びパターン配線１０は、薄膜サーミスタ部５，中間絶縁膜４又は絶縁性フィルム２の上に形成された膜厚５〜１００ｎｍのＣｒ又はＮｉＣｒの接合層８と、該接合層８上にＡｕ等の貴金属で膜厚５０〜１０００ｎｍ形成された電極層９とを有している。
上記絶縁性フィルム２は、帯状に延在し、薄膜サーミスタ部５は、絶縁性フィルム２の一端側に配され、パターン配線１０が、絶縁性フィルム２に沿って延在していると共に絶縁性フィルム２の他端側に配されたパッド部１０ａを他端に有している。
The
The
上記パッド部１０ａは、リード線等を接続するために絶縁性フィルム２の中央部のパターン配線１０よりも幅広に形成された端子部である。
上記保護膜７は、上記パッド部１０ａを除いて絶縁性フィルム２上に帯状に形成されている。
この保護膜７は、例えばポリイミド樹脂で形成されている。
The
The
This
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作製できる。
The
上記下地金属膜３は、薄膜サーミスタ部５よりも広く形成されている。
すなわち、薄膜サーミスタ部５が矩形状にパターン形成されていると共に、下地金属膜３は、薄膜サーミスタ部５よりも広い面積の矩形状にパターン形成されている。
下地金属膜３は、例えばＣｒで形成されている。
なお、図１において、薄膜サーミスタ部５にはハッチングを施している。
The
That is, the thin film
The
In FIG. 1, the thin film
上記薄膜サーミスタ部５は、サーミスタ特性を有するＴｉ−Ａｌ−Ｎで形成されている。
薄膜サーミスタ部５は、例えばＴｉ−Ａｌ−Ｎのサーミスタ材料で矩形状に形成されている。特に、薄膜サーミスタ部５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。この薄膜サーミスタ部５は、膜厚方向にｃ軸配向度が高い膜である。
The thin
The thin film
薄膜サーミスタ部５は、例えば窒素含有雰囲気中の反応性スパッタ法にて成膜される。その時のスパッタ条件は、例えば、組成比Ａｌ／（Ａｌ＋Ｔｉ）比＝０．８５のＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを用い、到達真空度：４×１０−５Ｐａ、スパッタガス圧：０．２Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）：２００Ｗ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：３０％とする。
The thin
また、中間絶縁膜４は、絶縁性のＴｉ−Ａｌ−Ｎ又はＡｌ−Ｎで形成されている。
中間絶縁膜４は、例えば絶縁性の結晶性Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ又は結晶性Ａｌ−Ｎの場合、その結晶構造が、薄膜サーミスタ部５の結晶構造に合わせて、六方晶系のウルツ鉱型の単相であると共に、膜厚方向にａ軸配向度よりｃ軸配向度が大きい結晶配向をもつ膜であることが好ましい。
The intermediate
For example, in the case of insulating crystalline Ti—Al—N or crystalline Al—N, the intermediate
上記中間絶縁膜４は、例えば絶縁性の結晶性Ｔｉ−Ａｌ−Ｎの場合、窒素囲気中における反応性スパッタ法にて成膜する。
その時のスパッタ条件は、例えば、組成比Ａｌ／（Ａｌ＋Ｔｉ）比＝０．９７のＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを用い、到達真空度４×１０−５Ｐａ、スパッタガス圧０．２５Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）２００Ｗで、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガス雰囲気下において、窒素ガス分率を３０％で成膜する。
For example, in the case of insulating crystalline Ti—Al—N, the intermediate
The sputtering conditions at that time are, for example, a Ti—Al alloy sputtering target having a composition ratio of Al / (Al + Ti) = 0.97, ultimate vacuum of 4 × 10 −5 Pa, sputtering gas pressure of 0.25 Pa, target input power. (Output) At 200 W, a film is formed with a nitrogen gas fraction of 30% in a mixed gas atmosphere of Ar gas + nitrogen gas.
また、中間絶縁膜４は、例えば絶縁性の結晶性Ａｌ−Ｎの場合、窒素囲気中における反応性スパッタ法にて成膜する。例えば、Ａｌスパッタリングターゲットを用い、スパッタ条件は、到達真空度４×１０−５Ｐａ、スパッタガス圧０．２Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）２００Ｗ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率を３５％とする。
Further, the intermediate
このように本実施形態の温度センサ１では、絶縁性フィルム２上に形成された下地金属膜３と、下地金属膜３上に形成された中間絶縁膜４と、中間絶縁膜４上にサーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部５とを備えているので、下地金属膜３により絶縁性フィルム２で受けた熱を集熱すると共に、下地金属膜３が絶縁性フィルム２と中間絶縁膜４とに挟まれており、露出していないため配線基板上等にも直接設置することが可能になる。
Thus, in the
また、下地金属膜３が、薄膜サーミスタ部５よりも広く形成されているので、薄膜サーミスタ部５全体に熱を伝えることができると共に、広い面積によって高い集熱効果を得ることができる。
さらに、薄膜サーミスタ部５が、サーミスタ特性を有するＴｉ−Ａｌ−Ｎで形成され、中間絶縁膜４が、絶縁性のＴｉ−Ａｌ−Ｎ又はＡｌ−Ｎで形成されているので、構成する元素のうち少なくとも２つが共通する中間絶縁膜４上に薄膜サーミスタ部５が形成されることで、良好な結晶性を有する薄膜サーミスタ部５を得ることができると共に、互いの高い密着性も得られる。
Further, since the
Furthermore, since the thin
次に、本発明に係る温度センサの第２及び第３実施形態について、図４及び図５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, 2nd and 3rd embodiment of the temperature sensor which concerns on this invention is described below with reference to FIG.4 and FIG.5. 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５が保護膜７で覆われているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１は、図４に示すように、薄膜サーミスタ部５が上部絶縁膜２４と上部金属膜２３と保護膜７とで覆われている点である。
すなわち、第２実施形態の温度センサ２１は、少なくとも薄膜サーミスタ部５の直上に形成された上部絶縁膜２４と、上部絶縁膜２４上に形成された上部金属膜２３と、上部金属膜２３を覆って形成された絶縁性の保護膜７とを備えている。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, the thin
That is, the
上記上部絶縁膜２４は、中間絶縁膜４と同じ絶縁性のＴｉ−Ａｌ−Ｎ又はＡｌ−Ｎで形成されている。
上記上部金属膜２３は、例えばＣｒで形成されている。
上記上部絶縁膜２４及び上部金属膜２３は、例えば薄膜サーミスタ部５よりも広い面積で互いに同じ矩形状にパターン形成されている。
上記保護膜７は、第１実施形態と同様に、例えばポリイミド樹脂でパッド部以外を覆って形成されている。
The upper insulating
The
The upper insulating
Similarly to the first embodiment, the
このように第２実施形態の温度センサ２１では、少なくとも薄膜サーミスタ部５の直上に形成された上部絶縁膜２４と、上部絶縁膜２４上に形成された上部金属膜２３と、上部金属膜２３を覆って形成された絶縁性の保護膜７とを備えているので、上部金属膜２３により上方からも集熱することができると共に、上部金属膜２３が保護膜７で覆われていることで上面を配線基板等に向けて直接設置することも可能になる。また、薄膜サーミスタ部５を下部金属膜３と上部金属膜２３とで挟むことで、高強度化することができる。
As described above, in the
次に、第３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、一対の対向電極６が薄膜サーミスタ部５の上に形成されているのに対し、第３実施形態の温度センサ３１は、図５に示すように、一対の対向電極３６が薄膜サーミスタ部３５の下に形成されている点である。
すなわち、第３実施形態では、中間絶縁膜４上に一対の対向電極３６が直接形成され、その上に薄膜サーミスタ部３５が形成されている。
Next, the difference between the third embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, the pair of
That is, in the third embodiment, the pair of
また、第３実施形態では、対向電極３６が、中間絶縁膜４上に形成されたＣｒ又はＮｉＣｒの第１接合層３８ａと、第１接合層３８ａ上にＡｕ等の貴金属で形成された電極層３９と、電極層３９上に形成されＣｒ又はＮｉＣｒの第２接合層３８ｂとの３層で構成されている。なお、第２接合層３８ｂは、その上に成膜する薄膜サーミスタ部３５との接合のために薄膜サーミスタ部３５の直下だけに形成されている。
このように、一対の対向電極３６を薄膜サーミスタ部３５の下に形成しても構わない。
In the third embodiment, the
Thus, the pair of
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.
例えば、薄膜サーミスタ部は、上述したようにサーミスタ特性を有するＴｉ−Ａｌ−Ｎで形成し、中間絶縁膜は、絶縁性のＴｉ−Ａｌ−Ｎ又はＡｌ−Ｎで形成することが好ましいが、それぞれ他の材料で形成しても構わない。
また、上記各実施形態では、薄膜サーミスタ部の上又は下に形成された櫛型電極の一対の対向電極を採用したが、一対の対向電極を薄膜サーミスタ部の上下に配しても構わない。
For example, the thin film thermistor portion is preferably formed of Ti—Al—N having thermistor characteristics as described above, and the intermediate insulating film is preferably formed of insulating Ti—Al—N or Al—N. You may form with another material.
In each of the above embodiments, the pair of counter electrodes of the comb-shaped electrode formed on or below the thin film thermistor portion is employed. However, the pair of counter electrodes may be arranged above and below the thin film thermistor portion.
１，２１，３１…温度センサ、２…絶縁性フィルム、３…下地金属膜、４…中間絶縁膜、５，３５…薄膜サーミスタ部、６，３６…対向電極、７…保護膜、２３…上部金属膜、２４…上部絶縁膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記絶縁性フィルム上に形成された下地金属膜と、
前記下地金属膜上に形成された中間絶縁膜と、
前記中間絶縁膜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の上及び下の少なくとも一方に互いに対向して形成された一対の対向電極とを備えていることを特徴とする温度センサ。 An insulating film;
A base metal film formed on the insulating film;
An intermediate insulating film formed on the base metal film;
A thin film thermistor portion formed of a thermistor material on the intermediate insulating film;
A temperature sensor comprising: a pair of counter electrodes formed to face each other on at least one of the upper and lower sides of the thin film thermistor portion.
少なくとも前記薄膜サーミスタ部の直上に形成された上部絶縁膜と、
前記上部絶縁膜上に形成された上部金属膜と、
前記上部金属膜を覆って形成された絶縁性の保護膜とを備えていることを特徴とする温度センサ。 The temperature sensor according to claim 1,
At least an upper insulating film formed immediately above the thin film thermistor portion;
An upper metal film formed on the upper insulating film;
A temperature sensor comprising: an insulating protective film formed to cover the upper metal film.
前記下地金属膜が、前記薄膜サーミスタ部よりも広く形成されていることを特徴とする温度センサ。 The temperature sensor according to claim 1 or 2,
The temperature sensor, wherein the base metal film is formed wider than the thin film thermistor portion.
前記薄膜サーミスタ部が、サーミスタ特性を有するＴｉ−Ａｌ−Ｎで形成され、
前記中間絶縁膜が、絶縁性のＴｉ−Ａｌ−Ｎ又はＡｌ−Ｎで形成されていることを特徴とする温度センサ。 The temperature sensor according to any one of claims 1 to 3,
The thin film thermistor portion is formed of Ti-Al-N having thermistor characteristics,
The temperature sensor, wherein the intermediate insulating film is made of insulating Ti-Al-N or Al-N.
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