JP3819081B2

JP3819081B2 - 温度センサ

Info

Publication number: JP3819081B2
Application number: JP24611196A
Authority: JP
Inventors: 謙治伊藤
Original assignee: 石塚電子株式会社
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2016-09-18
Also published as: JPH1092607A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜サーミスタによる温度センサに関し、特に、薄膜サーミスタチップの外部引出用リードの引っ張り強度を改善するためになされた温度センサに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の温度センサは、例えば、実開昭６２−１８８１０３号公報や実開昭５８−７７００２号公報等がある。図８は前者の温度センサ（薄膜サーミスタによる温度センサ）を示す斜視図であり、その構造はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の絶縁基板２０上に、白金（Ｐｔ）等の金属による櫛歯状に加工された電極部２１ａ，２１ｂが対向するように配置され、基板２０の電極層２１ａ，２１ｂ上に温度依存性を有するＳｉＣ薄膜２３、または金属酸化物のサーミスタ材料等からなる感熱抵抗膜が形成されている。引出リード線２４ａ，２４ｂは電極層２１ａ，２１ｂに接続され、必要に応じて電極層２１ａ，２１ｂの一部を残して感熱抵抗膜上にガラス等の保護膜が形成されている。
【０００３】
感熱抵抗膜は、スパッタリング等の公知技術によって形成される。このような薄膜サーミスタチップは、形状が小さくリード線接続部も狭い。通常、リード線２４ａ，２４ｂは電極層２１ａ，２１ｂのリード線接続部に半田付け、導電性接着剤あるいは溶接等の方法によって電気的に接続され、必要に応じて全体を絶縁材料で被覆して使用されている。
【０００４】
図９は、後者の薄膜サーミスタを示す平面図であり、この薄膜サーミスタ２５はセラミック基板上に電極層２６ａ，２６ｂが形成され、電極層２６ａ，２６ｂに外部引出用リード線２７ａ，２７ｂがそれぞれ接続されている。薄膜サーミスタの外部引出用リード線２７ａ，２７ｂは、電極層２６ａ，２６ｂの幅に対して幅が狭いのが通例である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、薄膜サーミスタは形状が非常に小さいこともあって、薄膜サーミスタによる温度センサの量産時、その電極層のリード線接続部に正確に、且つ歩留りよく極細の外部引出用リード線を接続するのは、非常に難しい技術である。例えば、薄膜サーミスタを位置決めして整列させる治具や外部引出用リード線の位置間隔を正確に決める治具を使用しなければならない。また、量産時は治具を使用しても歩留まりよく製造することは難しい欠点があった。
【０００６】
更に、薄膜サーミスタを用いた温度センサは、薄膜サーミスタの電極層の膜厚は薄く、図９に示すように薄膜サーミスタ２５の電極２６ａ，２６ｂの幅に比べてリード線２７ａ，２７ｂの線幅が小さいために、固定接着した外部引出用リード線２７ａ，２７ｂが強く引っ張られると電極層２６ａ，２６ｂが簡単に剥離して断線することがあった。従って、このような薄膜サーミスタでは電極層に接続する外部引出用リード線の太さにも限界があり、手作業で行える程度の太さを持ったリード線を接続することは事実上不可能であった。
【０００７】
このような欠点を解消するために、後者の薄膜サーミスタでは、その基板にリード線を固定するための穴を設け、この穴にリード線を通してから半田付け等で接着固定してガラスコートで覆った構造のものが提案されている。しかしながら、薄膜サーミスタの形状が小さいこともあって基板に穴を開けるのは無理があり、例え、基板に穴を設けたとしてもこの穴にリード線を通して固定しなければならず作業性が悪くなる欠点があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、薄膜サーミスタの電極剥離強度を増加させるとともに、耐湿性、耐水性等の耐環境性を高めて信頼性の高い薄膜サーミスタによる温度センサを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１の発明は、第１の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板の一面に形成された感熱膜と前記感熱膜に接して対向するように形成された一対の電極層とを有する薄膜サーミスタチップと、前記第１の絶縁基板と略同一形状の第２の絶縁基板と、リードフレームから切り出され、対向するように配置された脚柱部による外部導出用のリード線である一対の電極端子と、前記一対の電極端子の脚柱部先端をそれぞれ前記一対の前記電極層に接着した後に、前記第１の絶縁基板の前記感熱膜が形成された面に前記第２の絶縁基板を重ね合わせて前記脚柱部を挟むように接着固定する絶縁性接着層と、を具備することを特徴とする温度センサであり、薄膜サーミスタチップの電極層に電極端子が接続され、薄膜サーミスタチップの第１の絶縁基板と同形状の第２の絶縁基板を絶縁性接着層で固定することによって、薄膜サーミスタ（感熱膜）の耐湿性、耐水性等の耐環境性を高められ、かつ電極層から電極端子が容易に離脱することがない温度センサである。
【００１０】
また、請求項２の発明は、第１と第２の帯状部と各帯状部から対向して延びる一対の脚柱部とからなるリードフレームと、第１の絶縁基板の一面に形成された感熱膜と前記感熱膜に接して対向するように形成された一対の電極層とを有する薄膜サーミスタチップと、前記電極層に前記一対の脚柱部の先端がそれぞれ前記一対の電極層に導電性接着剤によって接着され、前記第１の絶縁基板の前記感熱膜が形成された面に前記第２の絶縁基板を重ね合わせて前記脚柱部を挟むように接着固定する絶縁性接着層と、を備えることを特徴とする温度センサであり、リードフレームに複数の温度センサが形成され、温度センサの実装時にリードフレームの帯状部から切り離して用いられ、薄膜サーミスタの電極部に電極端子が接続され、絶縁基板を絶縁性接着層で固定することによって、薄膜サーミスタ（感熱膜）の耐湿性、耐水性等の耐環境性を高められ、かつ電極部から電極端子が容易に離脱することがない温度センサである。
【００１１】
また、請求項３の発明は、前記リードフレームの脚柱部の先端に幅広部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の温度センサであり、脚柱部の先端を幅広部にすることによって、幅広部は導電性接着剤によって、幅広部が電極層に電気的に接続されるとともに、第１の絶縁基板に強固に接着され、且つ、幅広部が絶縁性接着層に強固に噛み合って電極端子が容易に離脱することがない温度センサである。
【００１２】
また、請求項４の発明は、前記脚柱部の前記電極層との接着部に凹部を設けたことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の温度センサであり、前記脚柱部の接着部と前記電極層とは導電性接着剤で接着され、導電性接着剤は凹部に入り込み、前記脚柱部の接着部と電極層との電気的接続が良好になるとともに、前記脚柱部による電極端子が電極層と強固に接着されて容易に離脱することがない温度センサである。
【００１３】
また、請求項５の発明は、前記リードフレームの脚柱部の幅が前記電極層の幅よりも広いことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の温度センサであり、導電性接着剤によって、脚柱部と電極層とを接着するとともに、脚柱部と第１の絶縁基板とを接着され、電気的接続が良好であるとともに、脚柱部は第１の絶縁基板と電極層と強固に接着されて容易に離脱することがない温度センサとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係る温度センサの一実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は本実施形態の温度センサの外観を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ′線に沿ったＡ−Ａ′断面図、図３（ａ）は薄膜サーミスタチップの平面図であり、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図４は本実施形態の温度センサの一製造工程を示す分解斜視図である。
【００１５】
図１は、本実施形態の温度センサの外観図であり、絶縁性基板５，５′で電極端子３ａ，３ａ′を絶縁性接着層１０で接着固定した構造である。電極端子３ａ，３ａ′の先端部分には、図２に示すように、感熱素子が形成されている。絶縁性基板５上には、温度変化に対して電気抵抗が変化する感熱膜（サーミスタ）６と、感熱膜６の電極層７，７′と、感熱膜６を保護する保護絶縁膜８とが形成され、薄膜サーミスタチップが形成されている。薄膜サーミスタチップの電極層７，７′の電極部７ａ，７ａ′に外部引出用の電極端子３ａ，３ａ′がそれぞれ導電性接着層９によって接着されている。電極端子３ａ，３ａ′はリードフレームの脚柱部を電極層７，７′に接着した後に切り出された脚柱部を外部導出用の電極端子としている。なお、電極層７，７′の幅は、電極端子３ａ，３ａ′の幅より狭いために、電極層７，７′の全面を覆うように、電極端子３ａ，３ａ′が接着されている。無論、電極端子３ａ，３ａ′の先端部のみを接着してもよい。
【００１６】
更に、本実施形態に組み込まれる薄膜サーミスタチップの構成について、図３（ａ），（ｂ）を参照して詳細に説明する。図３に於いて、サーミスタチップ４は、絶縁基板５と、基板の一面に形成された電極層７，７′と、電極層７，７′に接する感熱膜（サーミスタ）６とからなる。絶縁基板５の寸法は、例えば、厚さが１００〜３００μｍ、長さが１．０〜１．６ｍｍ、幅が０．５〜０．８ｍｍ程度である。絶縁基板５の材質はアルミナ、ステアタイト等のセラミックス基板で構成されている。絶縁基板５の一面上には電極層７，７′が対向するように形成され、電極層７，７′の対向部分は抵抗調整をし易くするために、櫛歯状に形成してもよい。無論、櫛歯状に限定するものではない。そして、電極層７，７′上に感熱膜６としてＳｉＣ又はマンガン、コバルト、ニッケル等の金属酸化物等の材料がスパッタリング等の公知薄膜形成技術によって形成されている。電極層７，７′の外部引出用電極部７ａ，７a ′は、絶縁基板５の幅よりも狭くなるように形成されている。感熱膜６を形成した後、必要に応じて感熱膜６を保護するためのパッシベーション膜として、例えば、酸化珪素、窒化シリコン膜、またはオキシナイトライドシリコン膜等の保護絶縁膜８が形成されている。
【００１７】
なお、図３に示したサーミスタチップ４の感熱膜６等の構造は、図３に限定するものではなく、例えば、絶縁基板上に、先ず、感熱膜、更に、その上に電極層を形成した構造であってもよい。更には、絶縁基板上に、感熱膜−電極層−感熱膜のように、電極層が感熱膜によって挟まれた積層構造であってもよいことは言うまでもない。
【００１８】
続いて、本実施形態に用いられるリードフレームについて、図５乃至図７を参照して説明する。図５のリードフレーム１，１′は、コバール，ニッケル，鉄，銅あるいはこれらの合金からなる金属板を、例えばプレス等によって一連のフレーム状に打ち抜くか、写真製版技術を用いたエッチングによって形成したものであり、スプロケット用の孔２を形成した帯状部３と、帯状部３から直角方向に延びる複数の脚柱部３ａから構成されている。因に、脚柱部３ａは帯状部３から切り離されて電極端子となるので、電極端子３ａ，３ａ′と同一符号を付与することとする。
【００１９】
リードフレーム１，１′は同一構造のリードフレームであり、リードフレーム１，１′の脚柱部３ａ，３ａ′が対向するように配置されている。リードフレーム１, １′が連結した構造であってもよい。また、別々に形成したリードフレーム１，１′を使用する時に、スプロケット用孔２を用いて脚柱部３ａ，３ａ′が対向するように位置決めしてもよい。
【００２０】
図６に示すリードフレーム１, １′は、脚柱部３ａ，３ａ′の先端部に幅広部３ｂ，３ｂ′が形成された構造のリードフレームであり、図５とは脚柱部３ａ，３ａ′の先端部が相違するがその他の形状は同一である。幅広部３ｂ，３ｂ′を形成することで、幅広部３ｂ，３ｂ′に導電性接着層９を被着することで、電極端子を強固に固着できる効果がある。図７は、図６の幅広部３ｂ，３ｂ′の、薄膜サーミスタの電極層と接触する面に凹部３ｃ，３ｃ′が形成されたリードフレームである。また、リードフレームは、図５のリードフレームの脚柱部３ａ，３ａ′の先端に凹部３ｃ，３ｃ′を形成した構造であってもよい。凹部３ｃ，３ｃ′は、薄膜サーミスタの電極部との接合時に、半田や接着剤等の導電性接着剤がその溝に溜まり、電極間の短絡を防止するとともに、電極部との接合を確実なものとする効果がある。
【００２１】
次に、本発明の薄膜サーミスタの組み立て手順を図４を参照して説明する。図４のリードフレーム１, １′の先端部の幅広部３ｂ，３ｂ′に厚膜印刷の方法か、または定量吐出器（図示なし）によって導電性接着剤（図６を参照）が定量塗布される。導電性接着剤としては、例えば、比較的低温の用途で用いられる場合は、合成樹脂を主体としたバインダと導電性フィラーを結合させたものが用いられ、比較的高温の用途の場合はバインダとして低融点ガラスを用い、これに有機べヒクル、金（Ａｕ），銀（Ａｇ）等の貴金属あるいは金属粉末を分散させた金ペーストや銀ペースト等が用いられる。
【００２２】
リードフレーム１, １′の脚柱部３ａ，３ａ′の先端部に導電性接着剤を塗布した部分が薄膜サーミスタチップ４の外部引出電極部７ａ，７ａ′に対応するように配置され、外部引出電極部７ａ，７ａ′とリードフレーム１, １′の脚柱部３ａ，３ａ′が接着固定される。幅広部３ａ，３ａ′は外部引出電極部７ａ，７ａ′と絶縁基板５の一部とともに接着される。サーミスタチップ４をリードフレーム１, １′の幅広部３ａ，３ａ′に接着固定した後、サーミスタチップ４の感熱部側にガラスペーストあるいは樹脂等の絶縁性接着層１０を一定量塗布して前記絶縁基板５とほぼ同形状のアルミナ等の絶縁基板５′を重ね合わせる。その後、ガラスペーストは高温で溶融させるか、あるいは樹脂の場合は加熱硬化させて、絶縁基板５，５′が接着される。最後にリードフレームの帯状部３を切断して、図１の温度センサが形成される。なお、導電性接着剤を脚柱部３ａ，３ａ′に塗布する面は、上記のような先端部のみならず電極層７ａ，７ａ′に接する面全面としてもよいことは明らかである。
【００２３】
本実施形態の温度センサでは、電極端子部に剥離する力が働いた場合、力の一部は基板５や幅広部３ｂ，３ｂ′の接合部分に分散されるために、従来のような電極層と外部導出用の電極端子（リード部）のみとの接着の場合と比べて剥離強度を高めることができた。
【００２４】
また、本実施形態では、リード部と基板面との接着性を高めるために、図７に示したようなリード部の一部に凹部３ｃ，３ｃ′が形成されている。この凹部３ｃ，３ｃ′に導電性接着剤が入り込む構造とすることにより、外部導出用の電極端子とサーミスタチップの電極層との電気的接続が高められるとともに、接着強度が高められる。即ち、凹部３ｃ，３ｃ′に導電性接着剤が入り込み、導電性接着剤のはみ出す部分は外部導出用の電極端子と絶縁基板とを接着し、外部導出用の電極端子とサーミスタチップの電極層との接着強度が高められている。無論、導電性接着剤を加熱硬化もしくは高温焼成してリードフレームと、サーミスタチップの電極層との電気的接続と構造的強度を高めるようにしてもよい。
【００２５】
また、図５に示すようなリードフレーム１, １′の先端部が直線的な形状のリードフレームでは、サーミスタチップの外部引出電極部７ａ，７ａ′の幅、即ち、電極層７，７′の幅に比べてリードフレーム１，１′の脚柱部３ａ，３ａ′の幅を広くすることによって、外部引出電極部７ａ，７ａ′と脚柱部３ａ，３ａ′の接着時に、脚柱部３ａ，３ａ′が外部引出電極部７ａ，７ａ′と同時に絶縁基板５とともに接着固定される。そこで、図５のリードフレーム１, １′であっても図６のリードフレームの場合と同様に、従来の電極層のみと脚柱部が接着されている構造に比べてチップと電極端子（リード部）との剥離強度を高めることができる。なお、外部引出電極部７ａ，７ａ′は脚柱部（電極端子）との接着部であり、サーミスタチップの電極層７，７′の幅と同一と見做し得る。
【００２６】
本発明の温度センサについて、引張強さの試験を行って、図５のリードフレームを用いた温度センサと、図７の従来の温度センサとの比較を行った。引張強さの試験は、ＪＩＳＣ００５１の「端子強度試験方法」の試験Ｕa1に準拠して行った。この試験では、従来の温度センサでは、約１００ｇの荷重に耐え得ることができたのに対して、本発明の温度センサでは約１０００ｇの荷重に耐えることができた。本発明の温度センサは、従来の温度センサに比べて大きな改善効果が得られることが立証された。
【００２７】
なお、本発明の温度センサでは、リードフレームの帯状部を切り離した状態で出荷される場合と、帯状部が接続した状態で出荷される場合があり、後者の場合は、顧客が帯状部を切り離して使用する。本発明の温度センサは、このいずれの温度センサをも含むものである。
【００２８】
【発明の効果】
上述のように、本発明は、リード線（電極端子）をリードフレーム化した薄膜サーミスタによる温度センサであって、リードフレームに薄膜サーミスタチップを接続した後に、薄膜サーミスタチップと同形状の絶縁基板によって、リードフレームを挟み込むように、ガラスや樹脂等の絶縁性接着剤で挟持固定したものであり、温度センサの電極端子の引っ張り強度を高めることができるとともに、耐湿性、耐水性等の耐環境性に対する信頼性の高い温度センサが提供できる利点がある。
【００２９】
また、本発明によれば、薄膜サーミスタチップの電極層の外部引出電極部の幅をリードフレームの脚柱部の幅よりも狭くして、リードフレームとサーミスタチップの電極部との接着時に、サーミスタチップの基板部と電極部を一緒に接着することで、引っ張り強度を従来よりも高めることができる利点があるとともに、リードフレームを使用することにより、寸法精度が高く、全工程を自動化して生産性が向上できる利点があり、形状寸法のばらつきをなくすことができる利点がある。
【００３０】
また、本発明によれば、リードフレームの脚柱部の先端に凹部を形成した構造とすることで、リードフレームの脚柱部とサーミスタチップの電極部の接着強度が増し、電極部に加わる応力を軽減することができるとともに、絶縁基板でリードフレームの脚柱部とサーミスタチップとを固定することで、温度センサの電極端子の引っ張り強度を一層高めることができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る温度センサの実施形態の外観を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′線に沿ったＡ−Ａ′断面図である。
【図３】（ａ）はサーミスタチップの平面図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ′線に沿ったＡ−Ａ′断面図である。
【図４】図１の実施形態の温度センサの一製造過程を示す分解斜視図である。
【図５】本発明に係る温度センサの一実施形態に用いられるリードフレームの要部を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る温度センサの他の実施形態に用いられるリードフレームの要部を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る温度センサの他の実施形態に用いられるリードフレームの要部を示す斜視図である。
【図８】従来の薄膜サーミスタの一例を示す斜視図である。
【図９】従来の薄膜サーミスタの他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１′ リードフレーム
２スプロケット用孔
３帯状部
３ａ，３ａ′ 脚柱部（電極端子）
３ｂ，３ｂ′ 幅広部
３ｃ，３ｃ′ 凹部
４薄膜サーミスタチップ
５，５′ 絶縁基板
６感熱膜
７，７′ 電極層
７ａ，７ａ′ 外部引出電極部
８保護絶縁膜
９導電性接着層
１０絶縁性接着層

Claims

第１の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板の一面に形成された感熱膜と前記感熱膜に接して対向するように形成された一対の電極層とを有する薄膜サーミスタチップと、
前記第１の絶縁基板と略同一形状の第２の絶縁基板と、
リードフレームから切り出され、対向するように配置された脚柱部による外部導出用のリード線である一対の電極端子と、
前記一対の電極端子の脚柱部先端をそれぞれ前記一対の前記電極層に接着した後に、前記第１の絶縁基板の前記感熱膜が形成された面に前記第２の絶縁基板を重ね合わせて前記脚柱部を挟むように接着固定する絶縁性接着層と、
を具備することを特徴とする温度センサ。
第１と第２の帯状部と各帯状部から対向して延びる一対の脚柱部とからなるリードフレームと、
第１の絶縁基板の一面に形成された感熱膜と前記感熱膜に接して対向するように形成された一対の電極層とを有する薄膜サーミスタチップと、
前記電極層に前記一対の脚柱部の先端がそれぞれ前記一対の電極層に導電性接着剤によって接着され、前記第１の絶縁基板の前記感熱膜が形成された面に前記第２の絶縁基板を重ね合わせて前記脚柱部を挟むように接着固定する絶縁性接着層と、
を備えることを特徴とする温度センサ。
前記リードフレームの脚柱部の先端に幅広部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の温度センサ。
前記脚柱部の前記電極層との接着部に凹部を設けたことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の温度センサ。
前記リードフレームの脚柱部の幅が前記電極層の幅よりも広いことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の温度センサ。