JP2019207241A - センサ素子およびセンサ素子を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板への取り付け、長時間の安定性、より広い範囲の温度への適用において改善された特性を備えるセンサ素子を提示する。【解決手段】センサ素子１は、１つのセラミック担体２、および少なくとも１つの電極３を備え、担体２は、上面および下面を備え、担体２の上面上および下面上にはそれぞれ、１つのＮＴＣ層４が配設されており、そしてそれぞれのＮＴＣ層４の抵抗は、それぞれのＮＴＣ層４の厚さおよび／または幾何形状で決定される。【選択図】図１

Description

本発明はセンサ素子に関する。このセンサ素子は、特に温度の測定用に用いることができる。たとえばこのセンサ素子は、ＮＴＣセンサ素子（negative temperature coefficient）、すなわち高温導体（Heissleiter）である。さらに本発明は、センサ素子を製造するための方法に関する。

従来技術では、様々なアプリケーションにおけるモニタリングおよび制御のために主にセラミック高温導体サーミスタ素子（ＮＴＣ），シリコン温度センサ（ＫＴＹ），白金温度センサ（ＰＲＴＤ），または熱電対（ＴＣ）を用いて、温度が測定されていた。この際その低い製造コストのために、ＮＴＣサーミスタが最も広く普及している。ＮＴＣサーミスタ素子のもう１つの利点は、熱電対またはたとえばＰｔ素子のような金属抵抗素子とは逆に、顕著に負の抵抗温度特性を有していることである。

パワーモジュールにおける使用の場合には、主に表面実装デバイスのＮＴＣ温度センサ（複数）が用いられ、これらははんだ付けされる。低パワー用の制御モジュールでは、この代替として、ＮＴＣチップ（複数）も用いられ、これらはその下面で銀焼結ペースト，はんだ，または接着を用いて取り付けられており、そしてその上面でボンディングワイヤを介して接続される。

このＮＴＣセラミックの電気的接続のためには、金属電極が取り付けられなければならない。このため従来技術では、主に銀ペーストまたは金ペーストから成る厚膜電極がシルクスクリーン印刷とこれに続く焼成によって取り付けられる。

銀メタライジングは、とりわけはんだ接続に適している。増大する技術的な要求のため、ボンディングおよび溶接のような、最近の信頼性のある外部接続に関して、特に金ワイヤ、アルミニウムワイヤ、あるいは銅ワイヤを用いたボンディングの際には、もう１つの電極が必要であるが、これは銀への接続が充分な信頼性を全く備えないからである。

金メタライジングの場合には、接続ワイヤへのはんだ付けは実現することができない。ボンディング接続は、費用的な理由から、金の細いワイヤを用いてのみ実現されている。金電極へのアルミニウムボンディングワイヤ接続は、上記の必要とされる信頼性を達成しない。

使用温度および信頼性に関して増大する要求のため、さらにはんだ付け無しに回路基板へ取り付けることができ、かつ高い長時間安定性を備えるとともに、より広い範囲の温度での使用に適しているか、あるいは異なる使用温度に適用することができるＮＴＣ温度センサが求められている。

本発明の課題は、改善された特性を備えるセンサ素子を提示することである。

この課題は独立請求項に記載のセンサ素子によって解決される。

１つの態様によれば、温度測定用の１つのセンサ素子が提示される。このセンサ構成体は、好ましくは１つのセラミックのセンサ材料を備える。このセンサ素子は、好ましくは１つのＮＴＣセンサチップである。このセンサ材料は、たとえば少なくとも１つのＮＴＣ層の形態で構成されている。このセンサ素子は、少なくとも１つのセラミックの担体を備える。さらにこのセンサ素子は、少なくとも１つの電極を備える。好ましくはこのセンサ素子は、２つ以上の電極を備える。

上記の担体は、１つの上面および１つの下面を備える。この担体の上面上およぶ下面上には、それぞれセンサ材料が、たとえば１つのＮＴＣ層の形態で配設されている。好ましくは上記のセンサ素子は１つのＮＴＣ厚膜ダブルセンサ（Doppel-NTC-Dickschichtsensor）である。好ましくはこの上面および下面は上記のセンサ材料を用いて印刷されている。この担体の上面および下面は、それぞれ全面的に、または部分的のみにでも上記のセンサ材料を用いて印刷されていてよい。この印刷の幾何形状は異なってよい。換言すれば、この上面のセンサ材料を用いた印刷の幾何形状は下面と異なっていてよい。これらのＮＴＣ層は、たとえば個別に駆動することができ、および／または異なるＲ−Ｔ特性曲線を備えることができる。それぞれのＮＴＣ層の抵抗は、好ましくはこのそれぞれのＮＴＣ層の厚さおよび／または幾何形状によって決定される。

このそれぞれ対応した設計によって、安価なＮＴＣ温度センサが提供され、同時にこのＮＴＣ温度センサは、２つの特性曲線を備え、そしてこうしてそれぞれ対応するように調整されたＲ−Ｔ特性曲線で、その測定領域における温度精度が向上される。さらに、１つの単一のデバイスにおいて２つの特性曲線を実現することによって、取り付けの際のスペースを節約することができる。

１つの実施形態によれば、上記のＮＴＣ層（複数）の各々の上にはすくなくとも１つの電極が取り付けられている。たとえばこれらのＮＴＣ層の各々の上には、少なくとも２つの電極が取り付けられている。これらの電極は、１つの空き領域によって互いに離間されている。たとえばこの空き領域は、１つのウェブの形態で形成されている。これらの電極は、このウェブによって互いに離間されている。この空き領域は電極材料が無くなっているか、あるいは保護層により充填されていてよい。

１つの面上に並んで配設されている電極は、接続がたった１つの面によって可能であるという利点を有している。たとえば回路基板への接続を１つの面で、接着、はんだ付け、または銀焼結によって行うことができる。同様にして上記の上面上では、並んで配設されている電極によって、１つの面での接続が、たとえば接続ワイヤ（複数）の溶接、ボンディング、またははんだ付けによって可能となっている。

１つの実施形態例によれば、上記のセラミックの担体上に直接、好ましくはこの担体の上面上に、１つの第１の電極が取り付けられていてよい。この第１の電極の少なくとも１つの部分領域上には、１つのＮＴＣ層が取り付けられている。このＮＴＣ層上には、もう１つの、すなわち第２の電極層あるいは電極が配設されている。このもう１つの、すなわち第２の電極は、このＮＴＣ層を好ましくは完全に覆っている。

上記の担体のたとえば下面上には、もう１つのＮＴＣ層が配設されている。このＮＴＣ層上には、少なくとも１つの電極が取り付けられている。たとえばこのＮＴＣ層上には、少なくとも２つの電極が取り付けられている。これらの電極は、１つの空き領域によって互いに離間されている。この空き領域は電極材料が無くなっているか、あるいは保護層により充填されていてよい。

上記の下面上に並んで配設されている電極は、接続がたった１つの面によって可能であるという利点を有している。これによりたとえば回路基板への接続を１つの面で、接着、はんだ付け、または銀焼結によって行うことができる。上記の上面上には、第１の電極、ＮＴＣ層、およびさらなる電極を層状に配設することによって、上記のセンサ材料の非常に大きな断面が利用可能となり、これはより小さな抵抗を可能とする。

１つの実施形態例によれば、それぞれの上記の電極は、少なくとも１つのスパッタリングされた層を備える。これらの電極は、たとえば薄膜電極である。このスパッタリングされた層は、好ましくは上記のそれぞれのＮＴＣ層上に直接取り付けられている。この少なくとも１つのスパッタリングされた層は、好ましくはニッケルを含む。さらにこの少なくとも１つのスパッタリングされた層は、バナジウム成分を含んでよい。もう１つの実施形態においては、上記の電極は２つの層を備え、ここで第１すなわち下側の層はクロムまたはチタンを含み、そして第２すなわち上側の層はニッケルを含み、ここでこの第２の層はまたバナジウム成分を含んでよい。上述の実施形態には、上記のニッケル層上に１つのカバー層を取り付けると有利である。このカバー層は、たとえば銀または金のような１つの酸化しにくい金属から成っている。

１つの実施形態によれば、それぞれの上記の電極は、少なくとも１つの印刷された層を備える。これらの電極は、たとえば厚膜電極である。この印刷された層は、好ましくは直接それぞれの上記のＮＴＣ層上に印刷されている。この印刷処理によって、より厚い電極層を実現することができる。

極めてバラつきの少ない抵抗とする場合には、定格温度での抵抗の調整のために、いわゆるトリミング処理が行われてよい。この際部分的なレーザーアブレーションによって、１つの部分領域、たとえば上記のＮＴＣ層（複数）の１つまたは両方の１つの部分領域が除去され、こうして１つの凹部が生成される。このトリミング処理によって、このＮＴＣ層の幾何形状が変更され、そしてその抵抗が所定の値に対応して調整される。

１つの態様によれば、１つのセンサ素子を製造するための方法が示される。好ましくは、この方法によって上述のセンサ素子が製造される。本センサ素子または本方法に関して開示された全ての特徴は、これに対応してそれぞれの他の態様に関しても開示されているものであり、そしてこの逆も成り立っている。またそれぞれの特徴がそれぞれの態様に関連して顕わに示されていない場合でこれらは成り立っているものである。

本方法は、以下の処理ステップを備える。
− 少なくとも１つのセラミック層を形成するためのＮＴＣ粉末を製造するステップ。このＮＴＣ粉末は、様々なドーピングを含むＹ−Ｃａ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｏ系のペロブスカイトをベースにしたもの、または様々なドーピングを含むＮｉ−Ｃｏ−Ｍｎ−Ｏ系のスピネルをベースにしたものから成っている。
−１つのセラミックの担体材料を準備するステップ。担体材料として、たとえばＡｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＡＴＺ材料，またはＺＴＡ材料，またはＭｇＯをベースにしたセラミック基板が用いられる。
−この担体材料の第１の表面を、ＮＴＣペーストを用いて第１の印刷幾何形状で印刷するステップ。この第１の表面、たとえば上記の下面の印刷は、１回の印刷処理において、または複数回の印刷処理において行われる。たとえば２回、３回、５回、または１０回の印刷処理が行われる。上記の第１の表面は、一部が、すなわち部分的にＮＴＣペーストを用いて印刷されてよい。このＮＴＣペーストは、所定の厚さ（後のＮＴＣ層の厚さ）でこの第１の表面上に印刷されてよい。
−担体材料およびＮＴＣ層からなる系を焼結するステップ。
−この担体材料の第２の表面を、ＮＴＣペーストを用いて第２印刷の幾何形状で印刷するステップ。この第２の表面、たとえば上記の上面の印刷は、１回の印刷処理において、または複数回の印刷処理において行われる。たとえば２回、３回、５回、または１０回の印刷処理が行われる。上記の第２の表面は、一部が、すなわち部分的にＮＴＣペーストを用いて印刷されてよい。この第２の印刷の幾何形状は、上記の第１の印刷の幾何形状と同一であってよい。代替として、上記の第１の印刷の幾何形状および上記の第２の印刷の幾何形状は、互いに異なっていてもよい。たとえば上記の第２のＮＴＣ層は、上記の第２の表面上に空き縁部が残るように印刷されていてよい。上記のＮＴＣペーストは、所定の厚さ（後のＮＴＣ層の厚さ）でこの第２の表面上に印刷されてよい。これらの第１および第２のＮＴＣ層の厚さは異なっていてよい。たとえばこの第１のＮＴＣ層は、この第２のＮＴＣ層よりも大きな厚さを備えてよく、またはこの逆であってよい。代替として、これらのＮＴＣ層の厚さは同一であってもよい。追加的に、上記の第２の表面上に取り付けられているＮＴＣ層は、上記の第１の表面上に取り付けられているＮＴＣ層と同じセラミック組成であってよく、または別のセラミック組成であってよい。これにより同じまたは異なる電気的特性に設定することができる。
−上記の系を焼結するステップ。
この代替として、上記の第１の焼結のステップの前に、まず上記の担体材料の第２の表面がＮＴＣペーストを用いて印刷されてもよい。この場合、１つの共通な焼結処理を実施することができる。
次のステップにおいて、少なくとも１つのＮＴＣ層の部分的な除去がレーザーアブレーション、グラインディング、またはソーイングを用いて行われ、この幾何形状変更によって上記の抵抗が調整される。たとえば上記の２つのＮＴＣ層から部分的な領域（複数）が除去されてもよい。

１つの態様によれば、以下のものを備える温度測定用の１つのセンサ素子が提示される。
−１つのセラミック担体。
−少なくとも１つの電極。
ここでこの担体は、上面および下面を備え、この担体の上面上および下面上にはそれぞれ、１つのＮＴＣ層が配設されており、そしてそれぞれのＮＴＣ層の抵抗は、それぞれのＮＴＣ層の厚さおよび／または幾何形状で決定される。代替としてまたは追加的に、この抵抗はセラミック組成の選択によって決定することができる。

実施形態例とこれに付随する図を参照して、本発明によるセンサ素子を以下に詳細に説明する。

以下に説明する図面は、寸法を正確に示すものではない。むしろより見易いように、個々の寸法は、拡大、縮小、または歪んで表示されていることがあり得る。

互いに同じ要素、または同じ機能を担う要素は、同じ参照番号で示されている。

１つの第１の実施形態における、１つのセンサ素子を示す。 もう１つの実施形態における、１つのセンサ素子を示す。 もう１つの実施形態における、１つのセンサ素子を示す。 もう１つの実施形態における、１つのセンサ素子を示す。

図１は、１つのセンサ素子１、具体的には１つのセンサチップを示す。このセンサ素子１は、好ましくは温度の測定用に構成されている。このセンサ素子１は、１つのセラミックのセンサ材料（ＮＴＣ層４）を備える。具体的にはこのセンサ材料は１つのＮＴＣセラミックである。例えばこのセラミックは１つのペロブスカイト構造を備える。具体的にはこのセラミックは、様々なドーピングを含むＹ−Ｃａ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｏ系をベースにするものであってよい。このようなセンサ素子１は、高温のアプリケーションにとりわけ適している。代替としてこのセンサ素子１は、特に適用温度が低い場合には、スピネル構造を有するセラミックを備えてよい。たとえばこのセラミックは、様々なドーピングを含むＮｉ−Ｃｏ−Ｍｎ−Ｏ系をベースにするものであってよい。

従来技術によるＮＴＣ温度センサのＲ−Ｔ特性曲線のために、広い温度領域に渡って同様に高い精度で測定することは不可能であった。上記の抵抗の定格温度から離れると、その誤差は大きくなる。したがって、この抵抗の定格温度から離れた非常に高い温度または非常に低い温度では、温度検出の精度は大幅に低下する。使用温度が狭い範囲に限定できる場合には、定格温度が使用温度の近くにあるように、そしてこうしてこれにより正確な測定が可能となるように仕様を調整することができる。他の温度領域がもっと高い精度で検出されるためには、さらに、異なる特性曲線または定格温度を有する２つ以上のＮＴＣ温度センサが使用されなければならない。これはしばしば、ＤＣＢ基板あるいはプリント基板への取り付けの際にスペースの問題をもたらす。

このため図１は、１つのデバイスに２つの特性曲線が実現されている１つのセンサ素子１を示す。このセンサ素子１は、上述のセンサ材料を備える。このセンサ材料は、１つのＮＴＣ層４であり、すなわち少なくとも１つのＮＴＣ層４の形態で組込まれている。さらにこのセンサ素子１は、１つのセラミック担体２を備える。担体２として、たとえばＡｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＡＴＺ材料，またはＺＴＡ材料，またはＭｇＯをベースにしたセラミック基板が用いられる。上記のＮＴＣペーストは、様々なドーピングを含むＹ−Ｃａ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｏ系のペロブスカイト、または様々なドーピングを含むＮｉ−Ｃｏ−Ｍｎ−Ｏ系のスピネルをベースにしている。

この担体２は、両面にＮＴＣ層４が印刷されている。具体的には、担体２の１つの第１の外面あるいは表面（たとえば上面）に１つの第１のＮＴＣ層４が印刷されている。担体２の１つの第２の外面あるいは表面（たとえば下面）に１つの第２のＮＴＣ層４が印刷されている。この結果このセンサ素子１は、１つのＮＴＣ厚膜ダブルセンサである。

上記のＮＴＣ層（複数）４は、上記の担体２の上面および下面をそれぞれ完全に覆っている。これらのＮＴＣ層４上には、焼結処理によって電極（複数）３が取り付けられる。後で詳細に記載されるように、これらの電極３は、これらのＮＴＣ層４上に厚膜技術または薄膜技術を用いて取り付けられる。

さらに、極めてバラつきの少ない抵抗とする場合には、定格温度での抵抗の調整のために、いわゆるトリミング処理が、部分的なレーザーアブレーションによって行われてよく、図３および４に示すように行われてよい。

上記のセンサのＤＣＢ基板またはプリント基板への接続は、銀焼結、はんだ付け、または接着を用いて行うことができる。上記の上面上にはワイヤをはんだ付け、ボンディング、または溶接によって取り付けることができる。

図２は、１つの空き縁部６を有する１つのＮＴＣ厚膜ダブルセンサ１を示す。図１に示すセンサ素子１と異なり、この図２のセンサ素子１では、担体２を周回する縁部領域にはセンサ材料が無くなっている、すなわちＮＴＣ層４が無くなっている。具体的には上記のＮＴＣ層（複数）４は、この担体２の上面あるいは下面を完全には覆っていない。実際この担体２の周回する縁部領域はセンサ材料で覆われていないことが見て取れる。この実施形態例においては、この担体２の上面および下面上に空き縁部６が設けられている。

この結果この空き縁部６は、この担体２の両面上に存在していてよい。この代替として、この空き縁部６は、この担体２の１つの面上にのみ存在していてもよい。換言すれば、上記のＮＴＣ層（複数）は、異なる印刷幾何形状を備えてよい。たとえば１つの第１のＮＴＣ層４は、この担体の１つの第１の外面または表面（たとえばこの担体２の上面）を完全に覆ってよい。１つの第２のＮＴＣ層（４）は、担体２の１つの第２の外面または表面（たとえばこの担体２の下面）を部分的にのみ覆ってよく、こうして好ましくはこの担体２の縁部領域にはこのＮＴＣ層が無くなっている。以上によりこれらのＮＴＣ層４に対して異なる抵抗を実現することができる。これらのＮＴＣ層４の厚さも異なっていてよい。これらのＮＴＣ層４の異なる厚さによって、これらのＮＴＣ層４に対して異なる抵抗値を実現することができる。

図３は、トリミングされた１つのＮＴＣ厚膜ダブルセンサ１を示す。

このトリミングは、定格温度での抵抗値の調整のために、部分的なレーザーアブレーションによって行われる。この実施形態においては、このトリミングは、センサ素子１の上面上でもまた下面上でも行われている。

ここでＮＴＣ層（複数）４は、それぞれ１つの凹部７を備える。この凹部７は、電極（複数）３の間の中間領域に配設されている。これはそれぞれのＮＴＣ層４の幾何形状の変更をもたらし、これによってそれぞれのＮＴＣ層の抵抗が調整される。その他は図３のセンサ素子１の構造は、図１のセンサ素子１の構造と実質的に同等である。

１つの代替の実施形態例（不図示）においては、２つのＮＴＣ層４の１つのみがトリミングされてもよい。この場合、ただ１つのＮＴＣ層４が１つの凹部７を備える。この代替として、これらのＮＴＣ層４は異なったトリミングがなされてよい。この場合には、これらのＮＴＣ層４は、異なる大きさの凹部７を備える。

図４は、空き縁部６を有する、トリミングされた１つのＮＴＣ厚膜ダブルセンサ１を示す。図３のセンサ素子１でのように、ここでは部分的な除去がレーザーによって行われている（凹部７）。この凹部７は、２つのＮＴＣ層４に設けられている。しかしながらこの凹部７は、図３を参照して説明したように、１つのＮＴＣ層４にのみ設けられていてもよく、またはこれら２つのＮＴＣ層４が異なる大きさの凹部を備えていてもよい。

さらに担体２を周回する縁部領域は、センサ材料（ＮＴＣ層４）によって覆われていないことが見て取れる。この空き縁部６は、この担体２の上面上および下面上に配設されている。この代替として、この空き領域６は、この担体２の１つの外面あるいは表面にのみ形成されていてもよく、たとえば上記の上面または下面に形成されていてもよい。この代替として、この空き縁部は、周回するように形成されていなくともよく、むしろ部分的にのみ設けられていてもよい。

まとめると、図１〜４に示すセンサ素子は、以下のように形成されている。
先ずＮＴＣペーストを用いた担体材料の両面の印刷が行われる。この印刷は全面的または部分的に行われてよい。この際このセンサの２つのＮＴＣ厚膜層４は同じ印刷幾何形状を備えていなくともよい。これらのＮＴＣ厚膜層４は、同じ特性曲線または異なる特性曲線を備えてよく、そして個別に駆動することができ、より大きな使用領域および異なるアプリケーションをカバーする。これらのＮＴＣ層４の抵抗は、それぞれのＮＴＣ層４の厚さおよびその幾何形状によって、個別に調整することができる。

上記の電極（複数）３の取り付けの際には、薄膜技術と厚膜技術とが区別されてよい。薄膜電極の製造は、スパッタリングまたは蒸着によって行うことができる。この際１つの第１の実施例においては、このベース電極はニッケル層から成っており、このニッケル層はバナジウム成分を含んでよく、または１つの第２の実施形態においては、２つの層から成っていてよく、ここでこの下側の層はクロムまたはチタンを含み、そして上側の第２の層はニッケルから成っており、これらの層も同様にバナジウムの成分を含んでよい。このベース電極は、たとえば銀、金、銅、アルミニウム等の１つの酸化しにくい金属から成るカバー層によって保護されてよい。このベース電極は、純粋にニッケルのベース電極の腐食保護（酸化）用に用いられてよく、または接続用に有利なものあるいはむしろ必要なものであってもよい。微細分散した銀ペーストでの銀焼結を用いた結合の場合には、たとえば銀のカバー電極は有利である。１つのとりわけマイグレーション耐性のある、鉛フリーの銀結合とするために、１つの金カバー層が取り付けられてよい。

このベース電極の厚さは、後の銀焼結またははんだ付けを用いた接続処理に依存して、１０μｍより小さく、さらに有利には３μｍより小さく、理想的には０．５μｍより小さい。上記のカバー電極の厚さは１μｍまでであってよく、特別な場合は２０μｍまでであってよい。

厚膜電極の製造は、シルクスクリーン印刷処理とこれに続く焼成によって行うことができる。ここに使用されるペーストは、銀あるいは金または適当な混合物を含んでよい。

上記の電極（複数）３の構築は、３つの異なる変形例に従って行うことができる。

１つの第１の変形例によれば、上記のＮＴＣ厚膜層４上に、２つの電極パッドが取り付けられ、これらは１つの空き領域５によって互いに離間されている。これは両方のＮＴＣ層４上で行われてよい。

（変形例２）
下側のＮＴＣ厚膜層４のメタライジングは、変形例１で説明したように、２つの互いに離間された電極パッドを有するように行われる。上面上では、電極が担体材料上で全面的に取り付けられる。続いてこれはＮＴＣペーストを用いて全面的または部分的に印刷され、これには今度は１つの電極が設けられる。焼結処理はこれら３つの層に対して一緒に行われてよく、またはこれらの個々の層の中間焼成を用いて行われてよい。上側のＮＴＣ厚膜層４の接続は、たとえばワイヤのはんだ付け、ボンディング、または溶接によって行われてよい。セラミック担体２の上面上に全面的に取り付けられたこの電極３は、１つの導電性の材料または１つの導電性の複合材料を備えなければならず、この材料あるいは複合材料は、この上にあるＮＴＣ層４を一緒に１４００℃までの温度で焼結するために適合している。ここで通常はこの導電性の材料は、ＰｄまたはＰｔを含む銀ペーストである。

抵抗の調整のため、上記のメタライジングされた基板が電気的に予備測定される。この予備測定データを参照して、上記のＮＴＣ厚膜ダブルセンサの幾何形状が画定される。長さが固定されているので、調整パラメータとしては幅が、変化可能な寸法として残されている。定格温度でとりわけバラつきの少ない抵抗とするためには、追加的なトリミング処理を用いて個々のデバイスの抵抗を調整することができる。この際セラミック材料または電極材料が、たとえばレーザー切断、グラインディング、ソーイングによって、部分的に除去されて、この抵抗の幾何形状の変更によって調整される。

セラミックの長期安定性を改善するために、メタライジングされていない領域に渡って、たとえばセラミック，ガラス，プラスチック，または金属酸化物から成る、１つの薄い、非導電性の保護層が取り付けられてよい。これらは、スパッタリング，蒸着，リソグラフィー，または印刷および焼成によって実現されてよい。

プリント基板上での使用のため、上記の３つの変形例のセンサは、導電路上に接着、はんだ付け、または焼結されてよい。この銀焼結処理は、加圧下または無圧で行われてよい。はんだ付け、溶接、またはボンディングを用いて、このセンサの上面がワイヤ（複数）で接続されてよい。

図１〜４に示すセンサ素子１の新しい構造によって、１つのデバイスにおいて２つの特性曲線が実現される。以上によりＤＣＢ基板あるいはプリント基板への取り付けの際のスペースを節約することができる。たとえばＡｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＡＴＺ材料，またはＺＴＡ材料，またはＭｇＯをベースにした、セラミック担体材料を使用することにより、センサ素子１の機械的剛性が高められる。

本発明によるＮＴＣ厚膜ダブルセンサの製造プロセスが以下に例示的に詳細に示される。

第１のステップにおいて、ＮＴＣ粉末が製造される。このステップには、計量、湿式の一次造粒、乾燥、ふるい分け、か焼、湿式の二次造粒、乾燥、ふるい分けが含まれる。これに続いて、ペースト製造のために、このＮＴＣ粉末の計量が行われる。さらに続いて、このペースト用の有機成分の計量が行われる。

次のステップにおいて、上記のペースト成分が撹拌によって予備均質化される。続いてこれらのペースト成分が３ローラを用いて均質化される。

これに続くステップにおいて、セラミック担体材料の片面の印刷が、ＮＴＣペーストを用いて行われる。たとえばこのステップにおいて、この担体材料の下面が、ＮＴＣペーストを用いて印刷される。この代替として、上面が、ＮＴＣペーストを用いて印刷されてもよい。この印刷は、１つの特定の印刷の幾何形状、すなわち第１の印刷の幾何形状で行われる。たとえばこの際該当する担体表面は、部分的にのみ印刷されるか、またはしかしながら全面的にも印刷される。たとえば、この担体材料の１つの縁部領域が、印刷の際に空白とされてよい。しかしながら別の印刷の幾何形状も考えられる。さらに、このステップにおいては、後のＮＴＣ層の厚さが調整されてよい。このＮＴＣ層が厚いほど、その抵抗は大きくなる。

この後このセラミック担体材料およびＮＴＣ層から成る系が脱炭される。続いてこのセラミック担体材料およびＮＴＣ層から成る系は焼結される。

これに続くステップにおいて、上記の担体材料の第２の面の印刷が、ＮＴＣペーストを用いて行われる。たとえばこのステップにおいて、この担体材料の上面が、ＮＴＣペーストを用いて印刷される。この代替として、この下面が、ＮＴＣペーストを用いて印刷されてもよい。この担体材料の、上記の片面の印刷処理の際に空白とされていた外面あるいは表面が印刷される。

この印刷は、１つの特定の印刷幾何形状、すなわち第２の印刷幾何形状で行われる。この第２の印刷の幾何形状は、上記の第１の印刷の幾何形状と同じであってよい。この代替として、上記の第１の印刷の幾何形状および上記の第２の印刷の幾何形状は、異なっていてよい。たとえば該当する担体表面は、部分的にのみ印刷されるか、またはしかしながら全面的にも印刷される。たとえば、この担体材料の１つの縁部領域が、印刷の際に空白とされてよい。しかしながらこの第２の印刷の幾何形状には、別の印刷の幾何形状も考えられる。さらに、このステップにおいては、後のＮＴＣ層の厚さが調整されてよい。このＮＴＣ層が厚いほど、その抵抗は大きくなる。上記の２つのＮＴＣ層の厚さは同じであってよい。この代替として、これらのＮＴＣ層は、異なる厚さを備えてもよい。

この後上記の系は脱炭される。続いてこの系は焼結される。この代替として、上記の２つのＮＴＣ層は、次々に印刷されてよく、そしてこの系は続いて１つの共通な処理において脱炭されそして焼結されてよい。この場合、脱炭および焼結の繰り返しは、不要である。

次のステップにおいて、スパッタリング技術を用いた上記の２つの面へのＮｉ／Ａｇの薄膜電極の取り付けが、焼結されたセンサ上で行われる。この代替として、これらの電極は、印刷されてもよい（厚膜電極）。これらの電極は、上述の変形例１〜３に倣って取り付けられる。

次のステップにおいては、定格温度での個々のセンサ面の抵抗の電気的測定が、まだ裁断されていない担体材料上で行われる。

続いてこれらの個々のＮＴＣ層が要求されている抵抗値となるように、レーザーアブレーションによってトリミングされる。

続いてこの担体材料のソーイングによってセンサチップの個々の分離が、印刷されたＮＴＣ領域（複数）の間で行われる。この裁断処理によって、最終的な幾何形状が生成される。

最後に、目視検査および抜き取り検査のような試験測定が行われる。

ここで提示した物の記載は、個々の特定の実施形態に限定されるものではない。むしろこれらの個々の実施形態の特徴は、技術的に意味がある限り、任意に互いに組み合わせることができる。

１ ： センサ素子
２ ： 担体
３ ： 電極
４ ： ＮＴＣ層
５ ： 空き領域
６ ： 空き縁部
７ ： 凹部

Claims (13)

1. 温度測定用のセンサ素子（１）であって、
   １つのセラミック担体（２）と、
   少なくとも１つの電極（３）と、
   を備え、
   前記担体（２）は、上面および下面を備え、当該担体（２）の上面上および下面上にはそれぞれ、１つのＮＴＣ層（４）が配設されており、そしてそれぞれの当該ＮＴＣ層（４）の抵抗は、それぞれの当該ＮＴＣ層（４）の厚さおよび／または幾何形状で決定され、
   各々の前記電極（３）は、少なくとも１つのスパッタリングされた層を備える、
   ことを特徴とするセンサ素子。
2. 前記担体（２）には、複数の前記ＮＴＣ層（４）が印刷されており、そして複数の前記ＮＴＣ層（４）は、異なる印刷幾何形状を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサ素子。
3. 前記担体（２）には、複数の前記ＮＴＣ層（４）が印刷されており、そして前記担体（２）の上面および下面のそれぞれのＮＴＣ層（４）の印刷が全面的または部分的に行われていることを特徴とする、請求項１または２に記載のセンサ素子。
4. 前記ＮＴＣ層（４）上には、少なくとも１つの電極（３）が取り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサ素子。
5. 複数の前記ＮＴＣ層（４）の各々の上には、少なくとも２つの電極（３）が取り付けられており、そして複数の前記電極（３）は、１つの空き領域（５）によって互いに離間されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサ素子。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサ素子において、
   前記担体（２）の上面上に、１つの第１の電極（３）が取り付けられており、当該第１の電極（３）の１つの部分領域上には、１つのＮＴＣ層（４）が取り付けられており、当該ＮＴＣ層（４）上には、第２の電極（３）が配設されており、
   前記担体（２）の下面上に、もう１つのＮＴＣ層（４）が配設されており、当該ＮＴＣ層（４）上には、２つの電極（３）が取り付けられており、２つの当該電極（３）は、１つの空き領域（５）によって互いに離間されている、
   ことを特徴とするセンサ素子。
7. 前記第１の電極（３）は、前記担体（２）の上面上に取り付けられていることを特徴とする、請求項６に記載のセンサ素子。
8. 前記第２の電極（３）は、前記ＮＴＣ層（４）を、前記担体（２）の上面上で完全に覆っていることを特徴とする、請求項６または７に記載のセンサ素子。
9. 各々の前記ＮＴＣ層（４）は、２つの反対側にある側面を備え、２つの当該側面にはそれぞれ１つの電極（３）が配設されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセンサ素子。
10. 前記スパッタリングされた層は、各々のＮＴＣ層（４）上に直接取り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のセンサ素子。
11. 複数の前記ＮＴＣ層（４）の少なくとも１つは、１つの凹部（７）を備え、そして当該凹部（７）は、当該ＮＴＣ層（４）の抵抗を調整するために設けられていることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のセンサ素子。
12. センサ素子（１）を製造するための方法であって、
    少なくとも１つのＮＴＣ層（４）を形成するためのＮＴＣ粉末を製造するステップと、
    １つのセラミックの担体材料を準備するステップと、
    前記担体材料の第１の表面を、ＮＴＣペーストを用いて第１の印刷幾何形状で印刷するステップと、
    前記担体材料および前記ＮＴＣ層からなる系を焼結するステップと、
    前記担体材料の第２の表面を、ＮＴＣペーストを用いて第２の印刷幾何形状で印刷するステップと、
    前記系を焼結するステップと、
    を備え、
    前記担体材料のそれぞれの表面は、ＮＴＣペーストを用いて全面的または部分的に印刷される、
    ことを特徴とする方法。
13. 前記方法はさらに、複数の前記ＮＴＣ層（４）の少なくとも１つを、１つの所定の抵抗値に調整するために、部分的に除去するステップを備えることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。

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