JP3924460B2 - 白金薄膜素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、白金薄膜素子において、形状を小さくしたままで、抵抗値の高い白金薄膜素子を実現させる。
【０００２】
【従来の技術】
白金測温抵抗体には巻線型と白金薄膜素子からなる薄膜型がある。巻線型は白金線をコイル状に巻いてセラミックなどの絶縁碍子に封入し、外径１ｍｍ、長さ１０ｍｍ、抵抗値１００Ωが一般的である。
【０００３】
薄膜型の製造方法の一例を示すと、アルミナ基板に白金薄膜をスパッ夕やエレクトロンビーム装置を用いて着膜し、熱処理を行う。白金薄膜面にレジストを塗布し、所定のパターンをもったマスクを通して露光する。露光後現像し、不要なレジストを除去する。ドライエッチングまたはウェットエッチングでパターン以外の白金薄膜を除去する。レジストを除去し、１枚の基板上に同じパターンの素子が出来あがる。レーザでパターンの切断及びパターンへの切込みを行い、所定の抵抗値に揃える。電極部を除き、保護膜を厚膜印刷し、焼成する。ダイシングソーやレーザで基板を切断し、個々の白金薄膜素子にする。
【０００４】
電極部にリード線を接続するため、パターンの電極部上に電極ペーストやバンプで電極材を取り付ける。リード線を電極に接続する方法は電気的に溶着するか電極ペーストをリード線に塗布し熱によって接続する。リード線の取り付け強度を補強するため、電極部とリード線取り付け部を覆うようにガラスや接着剤を盛り付ける。このような工程により、薄膜型白金測温抵抗体を得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、白金測温抵抗体の０℃の抵抗値は１００Ω、５００Ωが一般的である。これらの抵抗値では１℃あたりの抵抗値変化はそれぞれ０．３９Ω、１．９５Ωと小さく、高い分解能を得ることはできない。またリード線抵抗による誤差を避けるため、計測器や検出回路への接続は３線または４線式で行っている。白金測温抵抗体を高い分解能やリード線抵抗の誤差を無視できるように抵抗値を高くしようとすると、形状が大きくなり温度素子として小型が保てなくなる。
【０００６】
巻線型白金測温抵抗体では抵抗値を高くするためには、線径を細くするか長さを長くする方法が考えられる。線径を細くするのは限界があり、線を長くすると外形及び長さが大きくなる。
【０００７】
白金薄膜素子からなる薄膜型白金測温抵抗体では抵抗を高くするために、膜厚を薄くする、パターン幅を狭くする、パターンの長さを長くする方法が考えられる。膜厚を薄くする事はＴＣＲの低下をもたらし、ＪＩＳ規格の３８５０ｐｐｍ／℃を得るには、通常１μｍ以下にでは非常に困難となる。パターン幅を狭くすることは、プロセスに費用がかかり、歩留まりも低下する。膜厚とパターン幅は素子の許容電流と関係があり、膜厚を薄く、パターン幅を狭くする事は許容電流値が小さくなってしまう。パターンの長さを長くする事は、基板の面積を増やすことであり、形状が大きくなってしまう。現状のままで抵抗値を２倍にしようとすると基板の面積も概ね２倍となってしまう。
【０００８】
このように巻線型であっても薄膜型であっても、抵抗値を大きくしようとすると形状が大きくなってしまい、温度素子として必要な小型化を維持できない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
２枚の白金薄膜素子にリード線を取り付け、着膜面を内側にして貼り合わせる。貼り合わせたとき、１本のリード線を２枚の基板上にあるパターンの電極部に接続させ、このリード線を介して、２枚の基板の抵抗が直列接続になるようする。このため、貼り合わせたとき、直列接続できるようにパターン上の電極位置が合うようにマスクを作る。
【００１０】
２枚の白金薄膜素子の抵抗が直列接続となる電気的接続部からリード線を取り出し、このリード線を共通にすることで、他方の電極間で各々独立した素子が構成できる。
【００１１】
２枚の白金薄膜素子のパターンの電極部にリード線を取り付け、ガラスペースト等を用いて２枚の白金薄膜素子を貼り合わせ，焼成する。リード線を基板で挟み込み、基板間を絶縁体で埋めこみかつ、接合させることにより、リード線取り付け部を固定させ、リード線の補強を行う。
【００１２】
２枚の白金薄膜素子がリード線径に相当する厚さの絶縁体で貼り合わされており、基板の着膜面の反対面が露出している。貼り合わせている絶縁体の厚さが一定のため、幅、奥行きで構成する面が平行となる。
【００１３】
【発明実施の形態】
図２に示した白金薄膜素子Ａ，Ｂを作製する。作製方法はスパッ夕やエレクトロンビーム装置を用いて厚さ０．４ｍｍのアルミナ基板上に膜厚が１．０〜１．６μｍ程度の白金薄膜を形成する。熱処理後、レジスト塗布、露光、現像、エッチング工程を通し、Ａ，Ｂのパターンを作製した。各々の素子の基準特性は、０℃１ｋΩ、０℃〜１００℃間のＴＣＲは３８５０ｐｐｍ／℃である。図２Ａの電極１，２，３図２Ｂの電極４，５，６に電極ペーストを厚膜印刷し焼き付けた。リード線の取り付けは図１に示したようにφ０．２ｍｍ、長さ１５ｍｍの白金クラッド線をスポット溶接機で、電極１，２，４に取り付けた。電極３，５，６に電極ペーストを塗布した後、電極の位置１−４，２−５，３−６が合わさるように位置合わせをし、１５０℃、２０分で乾燥固定した。２枚の基板を固定したまま、基板間にガラスペーストを注入し、トンネル炉を用い、約８００℃でガラスペーストを焼き付ける。ガラスペーストはアルミナ基板の膨張係数と合ったものを使用する。また貼り合わせ前に基板にガラスペーストを塗布しておいてもかまわない。電極２−５のリード線の基板から出ている部分を切断する。これにより幅２ｍｍ、奥行き３ｍｍ、厚さ１ｍｍの抵抗値２ｋΩの素子を確認できた。一方、従来の素子のパターンは図２Ｃである。図６に示した従来の素子は幅２ｍｍ、奥行き３ｍｍ、厚さ０．９８ｍｍである。
【００１４】
前項において電極２，５に取り付けたリード線を切断せず、図３に示したように、このリード線を共通にし、電極１−２（５）間 電極４−５（２）間で個別の素子が形成され、２素子としても使用することが出来る。
【００１５】
前々項で述べたように、２枚の基板にリード線を取り付けた後、ガラスペースト等で埋めこみ、温度をかけて２枚の基板を貼り合わせる。図５に示したように、リード線を基板ではさんだままガラスペースト等で貼り合わせるため、素子表面の保護、絶縁、リード線の固定と補強を同時に行うことが出来る。
【００１６】
前項で述べたようにリード線の補強が行われるので、接着剤やガラスによる盛り付けの必要が無く、図６のリード線補強材による突起もない。リード線は２枚の基板の間から出ており、基板の裏面は絶縁体であり平行である。
【００１７】
【発明の効果】
上述したように、白金薄膜温度素子に関し、形状を温度センサとして小さく保ちながら、抵抗値を２つの素子の抵抗値の合計とすることができる。各素子の抵抗値が１ｋΩとすると２ｋΩの素子ができ、温度変化に対する信号変化量も２倍になる。またリード線に対する誤差も１／２になり、２線で使用出来る場合もある。
【００１８】
またリード線を取り出すことにより、独立した２素子として使用することができる。同じ特性であれば、一方を予備の素子とし、一方が使用不能になった場合他方の素子に接続を切り替えることにより、継続して使用でき、修理が困難な場所への温度センサの取り付けもできる。
【００１９】
２枚の基板でリード線をはさむことで，通常リード線固定のために行っている、接着剤やガラスによる補強が必要無くなる。このため接着剤やガラスの盛り付けによる突起が無く、板状の形状にすることが出来る。
【００２０】
基板の裏面がそのまま絶縁体であり、基板間はガラスで埋めこまれており良好な絶縁を保つことができる。素子の両面が絶縁体であり、また良好な平面をなしているため、被測定物に取りつけやすい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による２枚の白金薄膜素子の電極にリード線を取り付けた状態。
【図２】本発明による２枚の白金薄膜素子と電極の位置。
【図３】本発明による白金薄膜素子の貼り合わせが終了した時の形状。
【図４】電極２，５に取り付けたリード線の基板の外に出ている部分を切断した状態。
【図５】図４を横から見た図。
【図６】従来からある白金薄膜素子の形状。
【符号の説明】
１〜８ パターン上の電極
９ リード線
１０ アルミナ基板
１１ ガラス
１２ リード線補強材
１３ 白金薄膜パターン

Claims (4)

1. ２枚の白金薄膜素子を着膜面を内側にして貼り合わせ、各々の素子の抵抗が直列となるように、電気的接続を行う構成とした白金薄膜素子。
2. ２枚の白金薄膜素子の電気的接続部からリード線を取り出し、素子を個別の２素子としても使用することができる、請求項１の白金薄膜素子。
3. ２枚の基板でリード線を挟み込み、基板間を絶縁体で埋めこみ、基板間を接合した、請求項１の白金薄膜素子。
4. 絶縁体である基板の着膜面の反対面が露出し、幅、奥行きで構成する面が平行な、請求項１の白金薄膜素子。

Images