JP4356867B2 - 温度センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は温度センサに関し、さらに詳しくは小型化と高抵抗値化を図ると共に測定精度等を向上させた温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体市場やナノ・マイクロマシン市場においては、パターン幅を極狭とする超微細加工（ナノ・マイクロマシン）が急激に進行しており、温度制御の高精度化がますます進行している。
【０００３】
そして、その高精度な温度制御のために、温度センサをますます小型化すると共に温度センサ自体の高速応答性が求められている。なお、ここでいう高精度とは、初期の特性誤差が小さいだけでなく経時的なドリフトが小さく長期に亘って抵抗値の変化(ドリフト)が無いことも意味し、温度センサにその特性も求められている。
【０００４】
一方、これまでの半導体製造装置等に用いられている従来のＰｔ抵抗体式温度センサは、抵抗温度係数が大きいＰｔ（白金）を抵抗線として用い、このＰｔ抵抗線を細長いガラス管に巻回して保護管内に収納していた。しかしながら、このような巻き線タイプで抵抗値が低い従来型Ｐｔ抵抗体式温度センサは抵抗値が通常１００Ω程度と低いため、微小な温度変化を測定する場合は大きな電流を供給する必要があった。これに伴い自己発熱による熱的影響が大きくなるため、高精度な測定ができなかった。また、中継用接続線の抵抗値がＰｔ温度検出素子の温度特性や抵抗値に追加され、特性のばらつきや温度精度の低下の原因になっていた。更に、Ｐｔ抵抗線と保護管との絶縁を図るために絶縁チューブを用いているため保護管の外径が一層大きくなり、温度変化に対して感度（レスボンス）が低下していた。
【０００５】
このような問題を解決した温度変化に対するレスボンスを向上させた温度センサとして、アルミナ等のセラミック基板と、このセラミック基板の表面に形成された金属箔抵抗体からなる温度センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
かかる温度センサは素子ユニットと、この素子ユニットが組み込まれる金属パイプで構成されている。
【０００７】
素子ユニットは、温度検出素子と、この温度検出素子を先端部に備えたフレキシブルプリント基板と、温度検出素子及びフレキシブルプリント基板の双方を完全に収容する細長い保護管と、外部リード線と、この外部リード線とフレキシブルプリント基板を電気的に接続すると共に保護管を気密に封止するハーメチックシール部品を備えている。
【０００８】
温度検出素子は、アルミナ等のセラミック基板と、このセラミック基板の表面に形成された金属箔抵抗体とで構成されている。なお、アルミナ等のセラミック基板は、例えば幅が０．８ｍｍ、長さが１０ｍｍ、厚さが０．４ｍｍ程度の薄くて細長い板状に形成されている。
【０００９】
また、金属箔抵抗体はＮｉ、Ｐｔ等の材料を接着し、所定のパターンにエッチングすることにより形成されている。そして、金属箔抵抗体は絶縁膜によって覆われている。金属箔抵抗体は、線幅が約１０μｍ程度で、抵抗値が約１０００Ωである。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２８６５５５号公報（第３−５頁、図１）
【発明が解決しようとする課題】
半導体製造工程においてマスクパターンごとの焼き付けは多工程からなる。また、半導体製造装置は上述の通り一般に温度管理が厳しく、例えば温度上昇が０．０１°Ｃ生じて温度差が大きくなると、ウエハ全体を均一な温度に保てなくなり製品の歩留まりが悪くなる。具体的には、できあがった製品の回路パターン幅及び回路パターン間隔が大きくなったり小さくなったりして設計値通りにならなくなる。その結果、回路パターンの抵抗値が大きくなったり小さくなったり、更には回路パターン同士がショートしたり回路パターン自体が断線し易くなったりする。
【００１１】
そのため、制御対象物自体の温度変化をいち早く検知することが要求される。従って、巻き線タイプのＰｔ抵抗体式温度センサに較べて十分なレスポンス性を有していた現行型温度検出素子、即ちアルミナ基板に金属箔抵抗体を備えた温度検出素子よりも更にレスポンスの良い温度センサを温度制御に際して使用するとより好ましい。
【００１２】
これに対して効果的な方策は温度センサ自体の熱容量を小さくすることである。アルミナ基板に金属箔抵抗体を備えた温度検出素子の基板厚さを薄くすればこれを達成できるが、アルミナ等のセラミックは一般に脆性材料であるのである程度の外力が作用することでいきなり割れてしまう性質を有する。そのため、例えばアルミナ等のセラミック基板の厚さを薄くしただけでは製造中に破損し易く、製造するのが非常に困難である。また、実際に製品化した場合であっても使用中にすぐに破損してしまい、長期間の使用に適さない。
【００１３】
また、プラスチックフィルム上に金属箔の抵抗パターンを形成してこれを温度測定すべき雰囲気中に露出させる構成も考えられる。しかしながら、このような温度センサは熱容量が小さいが雰囲気中で自立することが無く雰囲気内の気体の流れに応じて交互に折れ曲がったりするので、Ｎｉ箔やＰｔ箔に過度の応力が生じて抵抗値が変化し、温度変化が無いにも係わらず温度変化したのと同等の信号が発生し、制御特性が悪くなる。
【００１４】
一方、上述した温度センサを薄型化（低熱容量化）するに当たって、かかる温度センサの使用時における問題に加えて以下のような製造時の問題も生じる。
【００１５】
アルミナ等のセラミック基板は線膨張係数が様々なものがある。また、薄型化したセラミック基板上にＮｉ箔やＰｔ箔を接着剤で接着しようとすると、接着剤を１００°Ｃ〜２００°Ｃで硬化させなければならない。従って、セラミック基板とＮｉ箔やＰｔ箔の線膨張係数が合致していないとセラミック基板自体が反ってしまう。かかるセラミック基板の反りに伴いＮｉ箔やＰｔ箔に応力が発生する。そして経時的なこの応力緩和に伴い抵抗値がドリフトする。そのため、正確な温度測定ができなくなり、制御特性が悪くなる。
【００１６】
本発明の目的は、上記した従来の問題を解決するためにレスポンスの良い小型かつ高抵抗値で低消費電力の温度センサを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の温度センサは、
ジルコニアからなる第一の板状基板と、当該基板の平面上に形成されたＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンを備え、前記回路パターン形成面に、当該基盤に対応する大きさを有し、当該基板と同等の線膨張係数を備えた、ジルコニアからなる第二の板状基板を貼り合わせた温度センサであって、
前記第二の板状基板における、前記回路パターン形成面に対向する平面上にＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンを形成するとともに、前記第一の板状基板における回路パターンと、前記第二の板状基板における回路パターンとを直列に接続したことを特徴としている。
【００１８】
大きさ及び線膨張係数が同等のジルコニアからなる第一及び第二の板状基板の対向する平面上にそれぞれＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンを形成し、これら第一及び第２の板状基板を、各回路パターンを対向させて貼り合せると共に第一の板状基板における回路パターンと、第二の板状基板における回路パターンとを直列に接続する。これにより、同じ大きさで抵抗値が２倍になり、同じ感度を得るのに測定電流を半分にすることが可能となる。その結果、Ｎｉ箔又はＰｔ箔の抵抗パターンの自己発熱を半分にすることができ、測定精度の良い温度センサを得ることができる。
また、温度センサの第一及び第二の板状基板にセラミックのうちでじん性材料のジルコニア基板を使用しているので、他のセラミック基板に較べて厚さを薄くでき、これに応じて温度センサの熱容量も小さくできる。従って、レスポンスの良い温度測定が可能となる。また、回路パターンが形成されるジルコニア基板にＮｉやＰｔと線膨張係数が近似したジルコニアを使用しているので、ジルコニア基板自体を薄くしても当該基板とＮｉ箔やＰｔ箔の回路パターンとの線膨張係数の違いに基づく基板自体の反りを生じ難い。その為、Ｎｉ箔やＰｔ箔の回路パターンに応力が発生し難く設計通りの抵抗値を得ることができるので、精度の良い温度測定が可能となる。
【００１９】
また、本発明の請求項２に記載の温度センサは、請求項１に記載の温度センサにおいて、
前記第一の板状基板における回路パターンと、前記第二の板状基板における回路パターンとの間に絶縁材料を挟んで形成したことを特徴としている。
【００２０】
第一の板状基板における回路パターンと第二の板状基板における回路パターンとの間に絶縁材料を挟んで形成したことにより、温度センサの対向したＮｉ箔又はＰｔの回路パターンが接触によりショートすることを防止することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項３に記載の温度センサは、請求項２に記載の温度センサにおいて、
前記絶縁材料には、前記第一の板状基板における回路パターンと接触して導通するリードパターンと、前記第二の板状基板における回路パターンと接触して導通するリードパターンとが、Ｎｉ箔又はＰｔ箔により形成されていることを特徴としている。
【００２２】
第一の板状基板における回路パターンと第二の板状基板における回路パターンとの間を絶縁する絶縁材料には、フレキシブルプリント基板のパターンの無い部分を長く伸ばしたものを絶縁シートとして利用している。即ち、Ｎｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンが形成されている第一の板状基板の回路パターンと接触して導通するリードパターンと、第二の板状基板の回路パターンと接触して導通するリードパターンが形成されているフレキシブルプリント基板のリードパターンが形成されていない部分を長く伸ばして絶縁シートとして第一の板状基板の回路パターンと第二の板状基板の回路パターンとの間に介在させる。これにより、対向した回路パターンが接触によりショートするのを防止することができる。
また、絶縁シートは数十μｍの厚さであるので、パターンの無いフレキシブルプリント板シートを伸ばすことにより、別の部品を別途追加することなく、電極パッド部の製造と同時に絶縁部を形成することができ、温度センサの製造効率を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の請求項４に記載の温度センサは、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の温度センサにおいて、
前記第一の板状基板と前記第二の板状基板の少なくとも一方には、当該基板における前記回路パターンよりも外周部に、当該基板と他の基板との絶縁を行うスペーサを設け、前記第一の板状基板と前記第二の板状基板を、前記スペーサを介して貼り合わせたことを特徴としている。
【００２４】
第一の板状基板と第二の板状基板の少なくとも一方に、当該基板における回路パターンよりも外周部に、当該基板と他の基板との絶縁を行うスペーサを設け、第一の板状基板と第二の板状基板をスペーサを介して貼り合わせる。接着により発生した第一の板状基板や第二の板状基板の応力は回路パターンに作用しないので、抵抗値のドリフトが生じず安定した温度測定が可能となる。また、回路パターン同士が接触することで接着時に応力が発生して抵抗値の経時的なドリフトの原因になるのを防止し、精度の良い温度センサを得ることができる。
【００２５】
また、本発明の請求項５に記載の温度センサは、請求項４に記載の温度センサにおいて、
前記スペーサは、Ｎｉ箔又はＰｔ箔からなり、前記回路パターンと絶縁して設けられた周囲パターンであることを特徴としている。
【００２６】
第一の板状基板と第二の板状基板の少なくとも一方に、当該基板におけるＮｉ箔又はＰｔ箔からなる回路パターンよりも外周部に当該回路パターンと絶縁してＮｉ箔又はＰｔ箔からなるスペーサとしての周囲パターンを形成する。この場合、周囲パターンを回路パターンと同時に製作することにより、周囲パターンを形成するための特別な製造工数を無くすことが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態にかかる温度センサ１を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
なお、以下の実施形態においては、基板としてＮｉ（ニッケル）と線膨張係数の近似したジルコニアを使用し、このジルコニア基板上にＮｉ箔を抵抗パターンとして形成するが、同様に基板としてＰｔ（白金）と線膨張係数の近似したジルコニアを使用し、このジルコニア基板上にＰｔ箔を抵抗パターンとして形成しても良い。
【００２９】
また、以下の説明ではジルコニア基板の厚さは５０μｍとして記載しているが、必ずしもこれに限定されず、例えば厚さ５０μｍ〜１００μｍの範囲であれば本発明の作用を生じせしめるのに好適な範囲と言える。
【００３０】
また、各温度センサに対して以下に説明する様々なタイプの温度検出素子が適用可能であることは言うまでもない。
【００３１】
本発明の第１の実施形態にかかる温度センサ１は、図１に示すように温度検出素子が測定雰囲気中に突出したタイプの温度センサであって、温度検出素子１００と、温度検出素子１００に接続されたフレキシブルプリント基板１０と、温度検出素子１００の基端部１００ａを保持すると共にフレキシブルプリント基板１０を収容する細長い保護管２０を備えている。また、フレキシブルプリント基板１０は端子５１を介して外部リード線３０に電気的に接続されている。そして、保護管２０には外部リード線３０とフレキシブルプリント基板１０を電気的に接続すると共に保護管２０を気密に封止するハーメチックシール部品５０が備わっている。なお、このハーメチックシール部品５０は本発明の必須要件ではなく必ずしも必要とするものではない。
【００３２】
温度検出素子１００は、図３に示すように厚さ５０μｍ程度の極薄のジルコニアからなるベース基板１１０にＮｉ箔を接着してＮｉ箔抵抗パターン１２０を形成した後、同じく厚さ５０μｍ程度の極薄のジルコニアからなるカバー基板１３０をベース基板１１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被せるように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０を挟み込んで構成されている。
【００３３】
なお、ジルコニアからなるベース基板１１０は、幅が０．８ｍｍ、長さが１０ｍｍ、厚さが５０μｍ程度の極薄で細長いシート状に形成されており、その線膨張係数はＮｉと同等の線膨張係数を有している。
【００３４】
また、ベース基板１１０上に形成されたＮｉ箔抵抗パターン１２０は、図２に示すようにベース基板１１０の表面にＮｉを接着し、周知のフォトエッチング技術によって所定のパターンにエッチングすることで蛇行状に形成されたＮｉ箔抵抗パターンである。また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の両端には電極パッド部１２１ａ〜１２１ｄがそれぞれ２つずつ並列に形成されている。そして、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０は樹脂の絶縁膜によって覆われている。
【００３５】
一方、同じくジルコニアからなり、ベース基板１１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被着されるカバー基板１３０はベース基板１１０と同等の幅及び厚さを有し、長さがベース基板上の電極パッド部１２０が露出する程度の全長を有している。また、カバー基板１３０を構成するジルコニアはＮｉと同等の線膨張係数を有している。なお、ベース基板１１０とカバー基板１３０とは接着剤でしっかりとくっ付いている。
【００３６】
最初に記載したようにベース基板１１０とカバー基板１２０の板厚は５０μｍから１００μｍの範囲内であれば後述するように十分な可撓性と自立性を有しつつ、熱容量を小さくできるので好適な範囲内と言える。従って、両基板がほぼ同じ板厚であれば５０μｍに限定されることはない。
【００３７】
カバー基板１３０は上述の通りベース基板１１０よりも全長が若干短く、電極パッド部１２１を覆わないようになっている。そして、カバー基板１３０で覆われない電極パッド部１２１からは、配線付きのフレキシブルプリント基板１０（図１参照）を介して信号を取り出すようになっている。なお、電極パッド部１２１は、金メッキ、はんだメッキ、銀メッキ等ではんだ付けやワイヤボンドが容易になるように処理しておくのが好ましい。
【００３８】
Ｎｉ箔は非常に安定な材料であるが、使用環境により僅かに少しずつ腐食して出力値がドリフトする原因になる。従って、カバー基板１３０及び接着剤によりベース基板上のＮｉ箔抵抗パターン１２０が外部雰囲気に直接触れることを防止し、耐環境性を高めている。
【００３９】
また、カバー基板１３０は、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の形成されたベース基板１１０が接着剤とＮｉ箔の応力により変形して反るのを防止する役目も果たしている。
【００４０】
続いて、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０について詳述する。
【００４１】
Ｎｉ箔抵抗パターン１２０は、図２に示すように抵抗パターン自体がベース基板１１０の長手方向に対して直角方向に並んだ抵抗パターンとして形成されている。なお、上述の通りベース基板１１０を構成するジルコニアの線膨張係数とＮｉ箔の線膨張係数とはアルミナ基板の線膨張係数に較べて近似している。しかしながら、これが仮に若干異なっていてもＮｉ箔抵抗パターン１２０は殆どがベース基板１１０の幅方向に形成されているので、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０とベース基板１１０による僅かな膨張収縮差がベース基板１１０の曲がり方向に影響を与えることなくベース基板１１０の反りを確実に防止する。従って、ベース基板１１０の反りに伴うＮｉ箔の抵抗値変化を防止することができる。
【００４２】
なお、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０は、線幅が約１０μｍ程度で、抵抗値が約１０００Ωである。また、電極パッド部１２１は、ベース基板１１０の一端部に形成されている。
【００４３】
また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０はフォトエッチングでそのパターンを作成することができるので、所望の抵抗値を有する抵抗体を自由に製作することができる。即ち、パターン幅を細くすれば抵抗値を高くすることができ、フォトエッチングの限界はあるが巻線タイプのＰｔ抵抗線の比ではない。従って、微小なベース基板１１０上に抵抗値が１０００Ω以上の抵抗体を製作することが可能である。また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の形成はＰｔ抵抗線に比べて比較的容易で、高抵抗値にも拘わらず温度検出素子１００自体を細長い帯状に形成することができる。従って、温度検出素子１００の端部を保持する保護管２０の小径パイプ２１を直径１．０ｍｍ以下に小径化することができるという性質を失っていない。従って、温度センサ１自体も小型化するという性質を失っていない。
【００４４】
また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の抵抗値は１０００Ωと高いので、従来の巻き線型Ｐｔ温度センサに比べて低電流で発熱量が少なく、微小な温度変化を高精度に検出することができる。
【００４５】
なお、ジルコニアはアルミナ等他のセラミックに較べて十分なじん性を有しているので、このように極薄の基板であっても外力の作用に応じて十分変形する可撓性を有すると共に、一端を片持ち梁状に水平に支持した場合に他端が自立して垂れ下がることのない程度の自立性を有している。従って、幅が０．８ｍｍ、長さが１０ｍｍであって厚さ５０μｍ程度のジルコニアからなる極薄のベース基板１１０であっても、カバー基板１３０と重ね合わせることで、測定すべき雰囲気中に片持ち梁状に突出させることができ、かつその状態を維持して気体の流れによって折れたり自重で垂れ下がったりして温度測定に支障をきたすことは無い。
【００４６】
即ち、温度検出素子１００を保護管２０の端部から片持ち梁状に突出させた場合、プラスチックフィルム上に抵抗パターンを形成した場合のように測定雰囲気中の気体の流れによって撓み過ぎることで回路パターンに応力が発生して抵抗値が変化することが無い。また、アルミナ基板のように気体の流れから交番荷重を受けた場合に基板自体が全く撓まないことに起因して基板自体が破損するようなこともない。
【００４７】
また、温度検出素子１００を構成する基板が５０μｍから１００μｍ程の極薄タイプの基板であるので、熱容量が小さく周囲雰囲気の温度変化に迅速に対応し、レスポンスの良い温度測定が可能となる。
【００４８】
一方、フレキシブルプリント基板１０は、図４に示すようにベース基板１１０と略同一幅の薄く細長い帯状に形成された適度な弾性（ばね性）を有するポリイミド等でできた本体１１と、本体１１の基端部に一体に設けられた円形（又は角形）の接続部１２とで構成されている。本体１１の表面には４本の回路パターン１５（１５ａ〜１５ｄ）が平行に形成され、その先端には電極パッド部１６（１６ａ〜１６ｄ）がＮｉ箔抵抗パターン１２０の電極パッド部１２１に対応してそれぞれ形成されている。即ち、回路パターン１５ａ，１５ｂの電極パッド部１６ａ，１６ｂは、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の電極パッド部１２１ａ，１２１ｂにそれぞれ対応し、回路パターン１５ｃ，１５ｄの電極パッド部１６ｃ，１６ｄは、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の電極パッド部１２１ｃ，１２１ｄにそれぞれ対応するように形成されている。
【００４９】
また、４本の回路パターン１５のうち、例えば外側２本の回路パターン１５ａ，１５ｄはＮｉ箔抵抗パターン１２０に電流を供給する電流線として用いられ、内側２本の回路パターン１５ｂ，１５ｃはＮｉ箔抵抗パターン１２０に通電したときの電圧を検出する信号検出線として用いられる。
【００５０】
一方、各回路パターン１５の基端側にはランド部１７がそれぞれ形成されている。これらのランド部１７は接続部１２の表面に形成されており、その中央にはハーメチックシール部品５０の端子５１が挿通される挿通孔１２ａがそれぞれ形成されている。なお、回路パターン１５、電極パッド部１６及びランド部１７は、プリント基板成形技術によって同時に形成される。
【００５１】
また、フレキシブルプリント基板１０の回路パターン１５と温度検出素子１００のＮｉ箔抵抗パターン１２０とは公知のバンプ接合によって互いに電気的に接続される。なお、この両者の接合をバンプ接合の変わりにワイヤボンディングなどの他の方法で行なっても良い。
【００５２】
一方、図１に示す外部リード線３０は４本（図１においては２本のみを示す）からなり、そのうちの２本が電流線用として用いられ残り２本が信号検出線用として用いられ、ハーメチックシール部品５０の端子５１にそれぞれ接続されている。また、外部リード線３０と端子５１ははんだ３１によって接続され、その接続部が合成樹脂３２によって封止され補強されている。なお、この合成樹脂３２は必ずしも必要ではない。
【００５３】
ハーメチックシール部品５０は、４本からなる端子（リード線）５１と両端開放の管状に形成されたコバール等の金属リング５２と、金属リング５２内に端子５１を封着する封着用ガラス５３とで構成されている。
【００５４】
かかるハーメチックシール部品５０は保護管２１に直接圧入されるが、金属パイプ５２の外周面をはんだや金でメッキしておくと保護管２０をより一層高い気密性をもって封止することができ、封止の信頼性を高めることができる。
【００５５】
保護管２０は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等によって形成された先端小径部と基端大径部が組み合わされた段付き円筒形状を有している。即ち、先端側に温度検出素子１００の基端部１００ａが挿入された細長い小径パイプ２１と、小径パイプ２１の基端部に嵌装されてロー付けや溶接等によって接合された大径パイプ２２とで構成されている。小径パイプ２１は、例えば外径が１．０ｍｍ、内径が０．９ｍｍ、長さが３０ｍｍ程度で、内部に温度検出素子１００の基端部１００ａとフレキシブルプリント基板１０が組み込まれている。大径パイプ２２は、外径が金属パイプ６０の内径と略等しくなっている。また、小径パイプ先端部の温度検出素子基端部周囲はシリコン樹脂Ｐでポッティングされ、液密にシールされている。なお、シリコン樹脂の代わりにエポキシ樹脂等の樹脂Ｐで充填しても良い。
【００５６】
なお、金属パイプ６０の後端部には外部ケーブル７０が挿入されている。
【００５７】
ハーメチックシール部品５０の大径パイプ２２に対する固定方法としては、圧入の他にプロジェクション溶接やロー付けなどもあるが、圧入の場合は、設備として小さなハンドプレスのみを用意するだけでよく、また作業も簡単である。また、室内や乾燥空気などあまり環境が厳しくない環境下で温度を計測する場合は、圧入のみで十分である。
【００５８】
温度検出素子１００を備えた温度センサ１の最後の説明として温度検出素子１００及び温度センサ１の製造工程について説明する。この製造工程は以下の手順からなる。
▲１▼ 厚さ５０μｍ〜１００μｍの範囲のジルコニア基板（上述の実施形態の場合、厚さ５０μｍのジルコニア基板）に約３μｍの厚さのＮｉ箔をエポキシ樹脂やシリコン樹脂等で接着する。
【００５９】
なお、温度検出素子を後述するように曲げて使用する場合、接着剤として、弾力性のあるシリコン系やゴム系を使用する場合もある。
【００６０】
また、ジルコニア基板の厚さを５０μｍから１００μｍとする場合、極薄タイプのジルコニア基板となるので、ハンドリングを容易にするために厚みのあるダミー基板を接着するのが好ましい。
▲２▼ エッチング液にてジルコニア基板上のＮｉ箔を約２μｍの厚さにエッチングする。なお、エッチングはウエットエッチング、ドライエッチングの何れでも良い。
▲３▼ フォトリソグラフィ法にて所望のＮｉ箔抵抗パターンを製作する。
▲４▼ 電極部に金メッキする。
▲５▼ Ｎｉ箔抵抗パターン上に保護膜を塗布する。
▲６▼ レーザートリミングし、抵抗値を１０００Ωに合わせる。
▲７▼ 上述した厚さ５０〜１００μｍのカバー側のジルコニア基板をベース側のジルコニア基板に接着剤にて接着する。
▲８▼ ダミー基板をくっ付けていた場合はダミー基板とジルコニアベース基板との間の接着剤を剥がしてダミー基板を取り除く。
▲９▼ 貼り合せたジルコニア基板を適当な長さに切断し、温度検出素子１００の製作を終了する。
【００６１】
このようにして製作された温度検出素子１００に上述した手順でフレキシブルプリント基板１０やハーメチックシール部品５０を接続し、これらを保護管２０に取り付けて適所にポッティング用樹脂Ｐを充填して本実施形態にかかる温度センサ１に組み立てる。このように組み立てられた温度センサ１は一部上述したように以下の特徴を有する。
【００６２】
まず、温度センサ１が極薄タイプの温度検出素子１００を有するため、熱容量が小さくて検出温度の変化に対してレスポンスが良い。
【００６３】
また、温度センサ１が貼り合わせタイプの温度検出素子１００を有するので、温度検出素子１００の反りが回避され、これに伴いＮｉ箔抵抗パターン１２０に応力が生ぜず、特性が安定している。また、温度検出素子１００が貼り合わせタイプでＮｉ箔抵抗パターン１２０が温度センサ１の外部雰囲気から遮断されているので、耐環境性に優れている。
【００６４】
なお、本実施形態にかかる温度検出素子１００は上述したように厚さが５０μｍのジルコニア基板同士を重ね合わせていたが、この厚さに限定されることなく、例えば幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度であって同一厚さのジルコニア基板を貼り合わせる場合、この厚さの範囲であるならば温度検出素子自体の熱容量を小さく保ちながら十分な可撓性及び自立性を有し、かつ耐衝撃性も有する温度検出素子とすることができる。これによって温度センサの精度を向上させると共に応答性を向上させることが可能となる。なお、この場合に使用するジルコニアはＮｉと線膨張係数が近似していることは上述の通りである。
【００６５】
また、Ｎｉ箔の抵抗パターン１２０は上述のように蛇行タイプではなく、図５に示すようにベース基板１１０の長手方向にＮｉ箔を形成したタイプの抵抗パターン１５０であっても良い。なお、この場合であっても、図面には明確に示されていないがトリミングにより所望の抵抗値（例えば１０００Ω）に調整することを必要とする。
【００６６】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第２実施例の温度検出素子２００について説明する。この温度検出素子は、第１実施例にかかる温度検出素子１００と基本的構成が共通する。即ち、第２実施例にかかる温度検出素子２００は、図６に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のベース基板２１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン２２０を作成後、ベース基板２１０と同等の幅、長さを有し、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアでできた極薄のカバー基板２３０をベース基板２１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン２２０を挟み込んでなる温度検出素子である。なお、ベース基板２１０及びカバー基板２３０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００６７】
一方、本実施例の温度検出素子２００は第１実施例の温度検出素子１００と異なり、ジルコニアからなる極薄のカバー基板２３０がベース基板２１０と同等の大きさを有しており、カバー基板２３０の一側端部であってベース基板２１０の電極パッド部に対応する位置に電極取り出し孔２３１ａ〜２３１ｄが形成され、電極取り出し孔２３１ａ〜２３１ｄを介して外部リード線を取り出す特有の構造を有している。
【００６８】
第１の実施例にかかる温度検出素子１００と異なり、ベース基板２１０の電極パッド部２２１までカバー基板２３０で覆われているので、Ｎｉ箔抵抗パターン２２０が電極パッド部２２１とカバー基板２３０とでしっかりと保護されて外部雰囲気から確実に遮断されている。その結果、第１実施例の温度検出素子１００に較べて耐環境特性がより向上する。また、電極パッド部２２１のはんだが電極取り出し孔２３１により分離されているので、ショートすることなく接合しやすい。
【００６９】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第３実施例の温度検出素子３００について説明する。この温度検出素子３００は第２実施例の温度検出素子２００と基本的構成が共通する。即ち、温度検出素子３００は図７に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のベース基板３１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン３２０を形成後、５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のカバー基板３３０をベース基板３１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被せるように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン３２０を挟み込んでなる温度検出素子である。なお、ベース基板３１０及びカバー基板３３０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００７０】
しかしながら、第３実施例にかかる温度検出素子３００は第２実施例にかかる温度検出素子２００と異なり、カバー基板３３０の内側に凹部３３０ａを設け、ベース基板３１０のＮｉ箔抵抗パターン３２０がカバー基板３３０に接着しない構造をとっている。
【００７１】
第１実施例及び第２実施例にかかる温度検出素子１００（２００）のように、平板状のカバー基板１３０（２３０）をベース基板１１０（２１０）にそのまま接合すると、接着剤が硬化した後に若干の収縮が生じる。これによって、ベース基板のＮｉ箔抵抗パターン１２０（２２０）とカバー基板１３０（２３０）の表面が接触し、その上、カバー基板１３０（２３０）がベース基板１１０（２１０）を押圧する。そのため、カバー基板１３０（２３０）の応力がベース基板のＮｉ箔抵抗パターン１２０（２２０）に直接加わり、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０（２２０）にも応力が発生して僅かながら出力の経時的なドリフトを生じる可能性がある。
【００７２】
しかしながら、本実施例にかかる温度検出素子３００は、カバー基板３３０に凹部３３０ａが形成されることでベース基板のＮｉ箔抵抗パターン３２０がカバー基板３３０と接触しないようになっている。そのため、第１実施例又は第２実施例の温度検出素子１００，２００を備えた温度センサ１に較べて温度センサ１の出力が経時的にドリフトするのを更に少なくすることができる。
【００７３】
続いて、本発明の第１実施形態における温度センサ１の第４実施例の温度検出素子４００について説明する。
【００７４】
第４実施例の温度検出素子４００は、第２実施例の温度検出素子２００と基本的構成が共通する。即ち、第４実施例にかかる温度検出素子２００は、図８に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のベース基板４１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０を形成後、５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のカバー基板４３０をベース基板４１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被せるように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０を挟み込んでなる温度検出素子である。
【００７５】
一方、第４実施例の温度検出素子４００は第２実施例の温度検出素子２００と異なり、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０の形成された基板周囲に同様にＮｉ箔からなるダミーの周囲パターン４２５を配置し、その周囲パターン４２５にカバー基板４３０を接着して構成されている。
【００７６】
カバー基板４３０をベース基板４１０に接着する際にベース基板上のＮｉ箔回路パターン４２０に応力が発生するのを防止するために、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０を形成する際に接着部のダミー抵抗パターンを周囲パターン４２５としてベース基板４１０の周囲に残しておく。その後、その周囲パターン４２５の上に接着剤を塗布し、カバー基板４３０を接着する。接着により発生したカバー基板４３０やベース基板４１０の応力はＮｉ箔抵抗パターン４２０に作用しないので、抵抗値のドリフトが生じず安定した温度測定が可能となる。
【００７７】
続いて、本発明の第１実施形態における温度センサ１の第５実施例の温度検出素子５００について説明する。本実施例の温度検出素子５００は、図９に示すように第４実施例の温度検出素子４００と基本的構成が共通する。一方、本実施例の温度検出素子５００は第４実施例の温度検出素子４００と異なり、ベース基板５１０における周囲パターン５２５の厚さよりベース基板のＮｉ箔抵抗パターン５２０の厚さが薄くなるように加工して構成されている。
【００７８】
Ｎｉ箔抵抗パターン５２０及び周囲パターン５２５をエッチングによって形成する際、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０のみエッチングによってこれを周囲パターン５２５より僅かに薄く形成する。一方、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０の周囲に残す周囲パターン５２５はそのままの厚さに残しておく。それによりカバー基板５３０を接着する際にカバー基板５３０が周囲パターン５２５のみに接着して厚さの薄いＮｉ箔抵抗パターン５２０に接着しないようにする。
【００７９】
これによりカバー基板５３０を接着する際にＮｉ箔抵抗パターン５２０はカバー基板５３０から圧力を受けることが無く、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０に応力が作用することも無くなる。従って、第５実施例の温度検出素子５００を備えることで出力の経時的なドリフトが少ない温度センサ１とすることができる。また、周囲パターン５２５を介してベース基板５１０とカバー基板５３０が接着しているので、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０を外部雰囲気から遮断することができ、耐環境性の優れた温度センサとなる。
【００８０】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第６実施例の温度検出素子６００について説明する。本実施例にかかる温度検出素子６００は、第１実施例乃至第５実施例に記載の温度検出素子１００〜５００とは基本的構成を異にする。即ち、第６実施例の温度検出素子６００は、図１０に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有する極薄のジルコニア基板６１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン６２０を作成後、同じくＮｉ箔抵抗パターン６３０を形成した５０μｍの板厚を有する極薄のジルコニア基板６４０を互いに対向させて接着し、それぞれのＮｉ箔抵抗パターン６２０，６３０を挟み込んで構成されている。なお、ジルコニア基板６１０，６４０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００８１】
即ち、本実施例の温度検出素子６００は、Ｎｉ箔抵抗パターン６２０，６３０を表面に形成した極簿のジルコニア基板６１０，６３０をそれぞれＮｉ箔抵抗パターン同士向かい合うように接着剤で接合してなる温度検出素子である。単一の温度検出素子ながらセンサ部が２個になり、温度制御用とリミット用のセンサとして使用することも可能である。また、対向配置されたＮｉ箔抵抗パターン６２０，６３０を直列に接続すれば同じ大きさで抵抗値が２倍（例えば、各抵抗値が１０００Ωであれば２０００Ω）となり、同じ感度を得るのに測定電流を半分にすることが可能となる。その結果、Ｎｉ箔抵抗パターン６２０，６３０の自己発熱を半分にすることができ、かかる温度検出素子６００を温度センサ１に組み込むことで自己発熱の少ない高精度の温度測定が可能な温度センサとすることができる。
【００８２】
なお、通常Ｎｉ箔抵抗パターン６２０，６３０は、パッシベーション膜（保護膜）でパターン全体が覆われているので、上下のＮｉ箔抵抗パターン６２０，６３０同士でショートすることがなく、温度測定に支障を与えることもない。
【００８３】
なお、本実施例の温度検出素子６００において一方のジルコニア基板６１０に形成されたＮｉ箔抵抗パターン６２０と他方のジルコニア基板６３０に形成されたＮｉ箔抵抗パターン６３０との接続は以下のような幾つかの方法があり、適時選択することが可能である。
▲１▼ フレキシブルプリント基板のパターンによって接続する方法
▲２▼ ジルコニア基板の電極パッド部の片方を上下で接続する方法
▲３▼ ジルコニア基板の他端にて接続する方法
▲４▼ ジルコニア基板の接続部に貫通孔を形成して、この貫通孔にはんだを入れて溶融し、上下のジルコニア基板を接続する方法
続いて、本実施形態の温度センサ１における第７実施例の温度検出素子７００について説明する。本実施例の温度検出素子７００は、第６実施例の温度検出素子６００と基本構成が共通している。しかしながら、本実施例の温度検出素子７００は、図１１に示すように第６実施例の温度検出素子６００と異なり、５０μｍの板厚を有する極薄のジルコニア基板７１０（７４０）にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０（７３０）を形成すると共に、基板周囲にＮｉ箔抵抗パターン７２０（７３０）を囲むように周囲パターン７２５（７３５）を形成する。そして、このように作成したジルコニア基板７１０，７４０をＮｉ箔抵抗パターン７２０，７３０同士が対向するように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０を挟み込んで構成されている。なお、ジルコニア基板７１０，７４０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００８４】
上述した第６実施例の温度検出素子６００と同様に温度検出素子を２つ備えることになるので温度制御用センサとリミット用センサとして使用することが可能である。また、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０を直列に接続すれば、同じ大きさで抵抗値が２倍になり、同じ感度を得るのに測定電流を半分にすることが可能となる。その結果、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０の自己発熱を半分にすることができ、測定精度の良い温度センサを得ることができる。
【００８５】
本実施形態の第７実施例にかかる温度検出素子７００は、上述の効果に加えてＮｉ箔抵抗パターン製作時に、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０の周囲にＮｉ箔で周囲パターン７２５，７３５を形成している。そして、その周囲パターン同士を接着することでジルコニア基板同士を接合している。この構成によって周囲パターン７２５，７３５がスペーサになり、周囲パターン７２５，７３５が無い場合に比べて応力が極端に減少する。また、周囲パターン７２５，７３５はＮｉ箔抵抗パターン７２０，７３０と同時に製作されるので、特別な製造工数が追加されることはない。
【００８６】
これにより、Ｎｉ箔抵抗パターン同士が接触することで接着時に応力が発生して抵抗値の経時的なドリフトの原因になるのを防止し、精度の良い温度センサを得ることができる。
【００８７】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第８実施例の温度検出素子８００について説明する。
【００８８】
本実施例の温度検出素子８００は、第７実施例の温度検出素子７００と基本的構成が共通するが、本実施例の温度検出素子８００は第７実施例に関する温度検出素子７００と異なり、図１２に示すように温度検出素子８００における周囲パターン８２５，８３５の厚さをＮｉ箔抵抗パターン８２０，８３０よりも厚くした点を特徴としている。
【００８９】
即ち、Ｎｉ箔抵抗パターン８２０，８３０は小型化のために接着時のＮｉ箔よりエッチングによって若干薄く形成されている。また、周囲パターン８２５，８３５はエッチングしないで元の厚さを保っているので、Ｎｉ箔抵抗パターン８２０，８３０より厚さが若干厚くなっている。
【００９０】
本実施例の温度検出素子８００も温度検出素子が２個になるので、温度制御用とリミット用のセンサとして使用することも可能となる。また、抵抗値が２倍になるのでＮｉ箔抵抗パターン８２０，８３０を直列に接続すれば、同じ大きさで抵抗値が２倍になり、同じ感度を得るのに測定電流を半分にすることが可能となり、その結果、自己発熱を半分にすることができる。
【００９１】
本実施例の温度検出素子８００は第６実施例及び第７実施例の温度検出素子６００，７００よりも接着時の応力を更に減少させることができる。即ち、上下基板を接着した時に、Ｎｉ箔抵抗パターン同士は接着しないので応力が発生することはない。従って、経時変化の少ない高精度の温度センサとすることができる。
【００９２】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第９実施例の温度検出素子９００について説明する。
【００９３】
本実施形態の第９実施例にかかる温度検出素子９００は、上述の第６実施例乃至第８実施例の温度検出素子６００〜８００と基本的構成が共通している。一方、本実施例特有の構成は、図１３に示すようにＮｉ箔抵抗パターン部９２０，９３０に矩形フレーム状のスペーサシート９５０を挟み込んで構成されている点にある。なお、スペーサシート９５０はフレキシブルプリント基板の導電パターンのない絶縁部のみを矩形フレーム状に形成したものである。このように構成することで周囲パターン９２５，９３５をＮｉ箔抵抗パターン９２０，９３０と同一の厚さに形成してもＮｉ箔抵抗パターン９２０，９３０に相手側ジルコニア基板９４０，９１０からの押圧力で応力が発生することなく、安定した出力を得ることができる。
【００９４】
即ち、Ｎｉ箔抵抗パターン間にフレキシブルプリント基板のパターンの無い部分でできた矩形フレーム状のスペーサ９５０を絶縁シートとして介在させることでＮｉ箔抵抗パターン９２０，９３０同士が接触によりショートするのを防止する。なお、Ｎｉ箔抵抗パターン９２０，９３０には保護膜が付着しているが、厚さが非常に薄いので温度検出素子９００が曲げられた時などにショートすることがあるが、スペーサ９５０を介在させることでこのような不具合を確実に防止し、より信頼性の高い温度センサとすることができる。
【００９５】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第１０実施例の温度検出素子１０００について説明する。
【００９６】
本実施形態の第１０実施例にかかる温度検出素子１０００は、上述の第６実施例から第９実施例の温度検出素子６００〜９００と基本的構成が共通している。一方、本実施例特有の構成は、図１４に示すようにＮｉ箔抵抗パターン１０２０，１０３０に絶縁シート１０５０を挟み込んで構成されている点にある。なお、絶縁シート１０５０はフレキシブルプリント基板のパターンの無い部分を長く伸ばしたものを利用している。
【００９７】
即ち、Ｎｉ箔抵抗パターン間にフレキシブルプリント基板のパターンの無い部分を絶縁シート１０５０として介在させることで、第９実施例の温度検出素子９００と同様に、対向したＮｉ箔抵抗パターン１０２０，１０３０が接触によりショートするのを防止する。
【００９８】
なお、絶縁シート１０５０は通常電極パッド部からフレキシブルプリント板のパターンを利用して信号を取り出している。そのフレキシブルプリント板のシートは数十μｍの厚さであるので、パターンの無いフレキシブルプリント板シートを伸ばすことにより、別の部品を別途追加することなく、電極パッド部の製造と同時に絶縁部を形成でき、温度検出素子１０００の製造効率を高める。
【００９９】
続いて、本実施形態の温度センサにおける第１１実施例の温度検出素子１１００について説明する。
【０１００】
本実施例の温度検出素子１１００は、図１５に示すように極薄のジルコニア基板１１１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン１１２０をエッチングによって形成した後、Ｎｉ箔抵抗パターン面上にコーティング樹脂（樹脂コート）１１３０を塗布して構成されている。なお、ベース基板１１１０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【０１０１】
温度センサの使用される市場では、曲面形状を備えた対象物のこの曲面温度を測定したい要求がある。しかしながら、アルミナ基板に代表される今までのセラミック基板やガラスでは、それ自体を曲面形状に合わせて曲げることができないので、このような曲面部の温度を測定できなかった。しかしながら、厚さ５０μｍ〜１００μｍ程度の極簿のジルコニア基板は十分な可撓性があり、強度も他のセラミック材料に比べて２倍以上有している。従って、極簿のジルコニア基板をこのような曲面形状にあわせて曲げることも可能である。例えば、５０μｍの厚さのジルコニア基板を、直径約２０ｍｍの円形に曲げることも可能である。
【０１０２】
従って、第１１実施例にかかる温度検出素子１１００は、そのような使用態様の要求を満たすべく、極薄のジルコニア基板１１１０にＮｉ箔を付着させ、Ｎｉ箔抵抗パターン１１２０を製作してこれに耐環境性のための樹脂コート１１３０を塗布して構成したものである。極薄基板のために上述したように曲げることができるので、球面などの曲面に温度検出素子を密着させてその曲面温度を計測できる。また、ジルコニア基板１１１０は約５０μｍと極薄であるので、細い隙間などに挿入してそのすき間内の温度を測定することもできる。なお、上述の樹脂コート１１３０はＮｉ箔抵抗パターン形成面上に塗布したものであるが、この代わりにジルコニア基板１１１０にフレキシブルプリント基板１０を接続した後、これをディッピングしてジルコニア基板全体を樹脂コートで囲繞しても良い。
【０１０３】
続いて、本発明の第２の実施形態にかかる温度センサ２について図面に基づいて説明する。なお、上述の実施形態にかかる温度センサ１と同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０４】
本発明の第２の実施形態にかかる温度センサ２は、上述した第１１実施例にかかる温度検出素子１１００と、温度検出素子１１００に接続されたフレキシブルプリント基板１０とが共に保護管８０内に収容されている点に特徴がある。即ち、温度センサ２は、温度検出素子１１００を保護管８０に入れてエポキシ樹脂のポッティングによって保護管８０に封入し、液体中においても使用できるように構成したものである。エポキシ樹脂の接着は空気中では非常に耐食性が良いが、水中では通常接着部が剥がれて内部Ｎｉ箔が腐食される。従って、金属製の保護管８０を使用し、その中に封入することで水中での温度測定を可能にしたものである。
【０１０５】
なお、ポッティングの代わりに圧入やはんだによって温度検出素子１１００を保護管８０に封入しても良い。
【０１０６】
保護管８０は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等によって形成され、基端部が開放して内部に温度検出素子１１００が収容された細長い小径パイプ８１と、小径パイプ８１の基端部に嵌装されロー付けや溶接等によって接合された大径パイプ８２とで構成されている。小径パイプ８１は、外径が１．０ｍｍ、内径が０．９ｍｍ、長さが３０ｍｍ程度で、内部に温度検出素子１１００とフレキシブルプリント基板１０が組み込まれている。大径パイプ８２は、外径が金属パイプ６０の内径と略等しくなっている。そして、大径パイプ８２は、後端側開口部がハーメチックシール部品５０の圧入によって気密に閉塞され、内部に不活性ガス又はオイルが封止されている。なお、封入に際しては加圧して封入することが望ましい。不活性ガスとしてはアルゴン、窒素、乾燥空気等が用いられる。また、オイルとしてはシリコーンオイル等が用いられる。なお、本実施形態においては、小径パイプ８１と大径パイプ８２をロー付け又は溶接によって接続した保護管８０の構成例を示したが、これに限らず絞り加工によって小径パイプ８１に相当する小径部と大径パイプ８２に相当する大径部とを一体に有する保護管を用いても良い。
【０１０７】
以上の構成によって、温度センサ２を上述の実施形態とは異なり液体内で使用することも可能となる。
【０１０８】
なお、上述した温度センサの保護管８０にエポシキ樹脂等の接着剤やセラミック粉末又は金属粉末を充填しても良い。
【０１０９】
また、第２の実施形態にかかる温度センサ２において温度検出素子１１００の代わりに第１実施例の温度検出素子１００乃至第１０実施例の温度検出素子１０００を保護管８０に適宜挿入し、リード線１０を引き出して構成するようにしても良い。
【０１１０】
続いて、本発明の第３の実施形態にかかる温度センサ３について説明する。なお、第１の実施形態にかかる温度センサ１と同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１１】
本発明の第３の実施形態にかかる温度センサ３は温度検出素子１２００が外部に露出した点で第１の実施形態にかかる温度センサ１の温度検出素子１００と同等であるが、第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板１０を設ける代わりに温度検出素子を構成するジルコニア基板を延長して当該延長部にＮｉ箔のリードパターンを形成している点で構成を異にする。
【０１１２】
即ち、Ｎｉと線膨張係数の近似するジルコニアからなるベース基板１２１０には、図１８に示すように温度測定のためのＮｉ箔抵抗パターン１２２０と、Ｎｉ箔抵抗パターン１２２０に連続しこれと電気的に導通したリードパターン１２３０とが直列に形成されている。そして、Ｎｉ箔抵抗パターン１２３０はその基端部がベース基板１２１０と共に保護管２０の端部で拘束され、リードパターン１２３０はこれが形成されたベース基板１２１０と共に保護管２０に密封収容されている。
【０１１３】
Ｎｉ箔抵抗パターン１２２０からの信号を取り出すリードパターン１２３０も同一のベース基板１２１０にＮｉ箔抵抗パターン１２２０と連続して形成することで、他の実施例にかかる温度検出素子１００〜１１００のようにリードパターンの形成されたフレキシブル基板とＮｉ箔抵抗パターンの形成されたベース基板との接続作業を省略でき、製造効率を上げることができる。
【０１１４】
なお、本実施形態の温度センサ３の温度検出素子においてＮｉ箔抵抗パターンとしてＰｔを使用すると共にＰｔとも線膨張係数の近似したジルコニア基板を使用することも可能であるが、この場合リードパターンとして同様にＮｉの代わりにＰｔを使用する。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載の温度センサは、温度センサの基板がセラミックのうちでじん性材料のジルコニア基板を使用しているので、他のセラミック基板に較べて厚さを薄くでき、これに応じて温度センサの熱容量も小さくできる。従って、レスポンスの良い温度測定が可能となる。また、回路パターンが形成されるジルコニア基板にＮｉ又はＰｔと線膨張係数が近似したジルコニアを使用しているので、ジルコニア基板自体を薄くしても当該基板とＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンとの線膨張係数の違いに基づく基板自体の反りを生じたりしない。その為、Ｎｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンに応力が発生することがなく設計通りの抵抗値を得ることができるので、精度の良い温度測定が可能となる。
【０１１６】
また、本発明の請求項２に記載の温度センサは、ジルコニアからなる板状基板が適度な可撓性を有しているので、測定雰囲気中の気体の流れによって撓み過ぎて回路パターンの内部に応力が加わって抵抗値が変化することが無い。また、気体の流れから交番荷重を受けた場合に基板自体が全く撓まないことに起因して基板自体が破損するようなこともない。そのため、長期に亘って安定した温度測定を可能とする。
【０１１７】
また、本発明の請求項３に記載の温度センサは、回路パターンの形成された基板に仮に反りが生じたとしても、この基板の回路パターン形成面に当該基板と同等の線膨張係数を備えたジルコニアからなる基板を貼り合わせることで基板の反りを完全に相殺することができる。そのため、回路パターンを設計通りの抵抗値とすることができ、精度の高い温度測定を可能とする。また、回路パターンを外部雰囲気から保護して耐環境性に優れた温度センサとすることができる。
【０１１８】
また、本発明の請求項４に記載の温度センサは、回路パターンを樹脂コーティングすることで耐環境性を有するようになるので、基板自体を保護管で覆う必要が無く、回路パターンの形成された基板を測定すべき雰囲気中に直接露出させることができる。これによって更にレスポンスの良い温度測定が可能となる。
【０１１９】
また、本発明の請求項５に記載の温度センサは、回路パターンからの信号を取り出すリードパターンも同一のジルコニア基板に回路パターンと連続して形成することで、リードパターンの形成されたフレキシブル基板と回路パターンの形成されたジルコニア基板との接続作業を省略でき、製造効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる温度センサの断面図（図１（ａ））及び素子ユニットの拡大断面図（図１（ｂ））である。
【図２】図１に示した温度センサにおける温度検出素子の平面図である。
【図３】図２に示した温度検出素子のＮｉ箔抵抗パターンを示した分解斜視図である。
【図４】図１に示した温度センサにおけるフレキシブルプリント基板の平面図である。
【図５】図２に示したＮｉ箔抵抗パターンの変形例を示した平面図である。
【図６】図１に示した温度センサの第２実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図７】図１に示した温度センサの第３実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図８】図１に示した温度センサの第４実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図９】図１に示した温度センサの第５実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１０】図１に示した温度センサの第６実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１１】図１に示した温度センサの第７実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１２】図１に示した温度センサの第８実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１３】図１に示した温度センサの第９実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１４】図１に示した温度センサの第１０実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１５】図１に示した温度センサの第１１実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態にかかる温度センサの断面図（図１６（ａ））及び素子ユニットの拡大断面図（図１６（ｂ））である。
【図１７】本発明の第３の実施形態にかかる温度センサの断面図（図１７（ａ））及び素子ユニットの拡大断面図（図１７（ｂ））である。
【図１８】図１７の温度センサにおける温度検出素子のＮｉ箔抵抗パターンを示した平面図である。
【符号の説明】
１，２，３ 温度センサ
１０ フレキシブルプリント基板
１１ 本体
１２ 接続部
１２ａ 挿通孔
１５（１５ａ〜１５ｄ） 回路パターン
１６（１６ａ〜１６ｄ） パッド部
１７ ランド部
２０，８０ 保護管
２１ 小径パイプ
３０ 外部リード線
３１ はんだ
３２ 合成樹脂
５０ ハーメチックシール部品
５１ 端子
５２ 金属リング
５３ 封着用ガラス
６０ 金属パイプ
７０ 外部ケーブル
８１ 小径パイプ
８２ 大径パイプ
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１２００ 温度検出素子
１００ａ 基端部
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，１２１０ ベース基板
１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０，６３０，８２０，８３０，９２０，９３０，１０２０，１０３０，１１２０，１２２０ Ｎｉ箔抵抗パターン
１２１ 電極パッド部
１２１（１２１ａ〜１２１ｄ） パッド部
１３０，２３０，３３０，４３０，５３０ カバー基板
２３１ａ〜２３１ｄ 電極取り出し孔
４２５，５２５ 周囲パターン
６１０，６４０，７１０，７４０，１１１０ ジルコニア基板
７２５，７３５，８２５，８３５ 周囲パターン
９５０ スペーサ
１０５０ 絶縁シート
１１３０ コーティング樹脂（樹脂コート）
１２３０ リードパターン
【発明が属する技術分野】
本発明は温度センサに関し、さらに詳しくは小型化と高抵抗値化を図ると共に測定精度等を向上させた温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体市場やナノ・マイクロマシン市場においては、パターン幅を極狭とする超微細加工（ナノ・マイクロマシン）が急激に進行しており、温度制御の高精度化がますます進行している。
【０００３】
そして、その高精度な温度制御のために、温度センサをますます小型化すると共に温度センサ自体の高速応答性が求められている。なお、ここでいう高精度とは、初期の特性誤差が小さいだけでなく経時的なドリフトが小さく長期に亘って抵抗値の変化(ドリフト)が無いことも意味し、温度センサにその特性も求められている。
【０００４】
一方、これまでの半導体製造装置等に用いられている従来のＰｔ抵抗体式温度センサは、抵抗温度係数が大きいＰｔ（白金）を抵抗線として用い、このＰｔ抵抗線を細長いガラス管に巻回して保護管内に収納していた。しかしながら、このような巻き線タイプで抵抗値が低い従来型Ｐｔ抵抗体式温度センサは抵抗値が通常１００Ω程度と低いため、微小な温度変化を測定する場合は大きな電流を供給する必要があった。これに伴い自己発熱による熱的影響が大きくなるため、高精度な測定ができなかった。また、中継用接続線の抵抗値がＰｔ温度検出素子の温度特性や抵抗値に追加され、特性のばらつきや温度精度の低下の原因になっていた。更に、Ｐｔ抵抗線と保護管との絶縁を図るために絶縁チューブを用いているため保護管の外径が一層大きくなり、温度変化に対して感度（レスボンス）が低下していた。
【０００５】
このような問題を解決した温度変化に対するレスボンスを向上させた温度センサとして、アルミナ等のセラミック基板と、このセラミック基板の表面に形成された金属箔抵抗体からなる温度センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
かかる温度センサは素子ユニットと、この素子ユニットが組み込まれる金属パイプで構成されている。
【０００７】
素子ユニットは、温度検出素子と、この温度検出素子を先端部に備えたフレキシブルプリント基板と、温度検出素子及びフレキシブルプリント基板の双方を完全に収容する細長い保護管と、外部リード線と、この外部リード線とフレキシブルプリント基板を電気的に接続すると共に保護管を気密に封止するハーメチックシール部品を備えている。
【０００８】
温度検出素子は、アルミナ等のセラミック基板と、このセラミック基板の表面に形成された金属箔抵抗体とで構成されている。なお、アルミナ等のセラミック基板は、例えば幅が０．８ｍｍ、長さが１０ｍｍ、厚さが０．４ｍｍ程度の薄くて細長い板状に形成されている。
【０００９】
また、金属箔抵抗体はＮｉ、Ｐｔ等の材料を接着し、所定のパターンにエッチングすることにより形成されている。そして、金属箔抵抗体は絶縁膜によって覆われている。金属箔抵抗体は、線幅が約１０μｍ程度で、抵抗値が約１０００Ωである。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２８６５５５号公報（第３−５頁、図１）
【発明が解決しようとする課題】
半導体製造工程においてマスクパターンごとの焼き付けは多工程からなる。また、半導体製造装置は上述の通り一般に温度管理が厳しく、例えば温度上昇が０．０１°Ｃ生じて温度差が大きくなると、ウエハ全体を均一な温度に保てなくなり製品の歩留まりが悪くなる。具体的には、できあがった製品の回路パターン幅及び回路パターン間隔が大きくなったり小さくなったりして設計値通りにならなくなる。その結果、回路パターンの抵抗値が大きくなったり小さくなったり、更には回路パターン同士がショートしたり回路パターン自体が断線し易くなったりする。
【００１１】
そのため、制御対象物自体の温度変化をいち早く検知することが要求される。従って、巻き線タイプのＰｔ抵抗体式温度センサに較べて十分なレスポンス性を有していた現行型温度検出素子、即ちアルミナ基板に金属箔抵抗体を備えた温度検出素子よりも更にレスポンスの良い温度センサを温度制御に際して使用するとより好ましい。
【００１２】
これに対して効果的な方策は温度センサ自体の熱容量を小さくすることである。アルミナ基板に金属箔抵抗体を備えた温度検出素子の基板厚さを薄くすればこれを達成できるが、アルミナ等のセラミックは一般に脆性材料であるのである程度の外力が作用することでいきなり割れてしまう性質を有する。そのため、例えばアルミナ等のセラミック基板の厚さを薄くしただけでは製造中に破損し易く、製造するのが非常に困難である。また、実際に製品化した場合であっても使用中にすぐに破損してしまい、長期間の使用に適さない。
【００１３】
また、プラスチックフィルム上に金属箔の抵抗パターンを形成してこれを温度測定すべき雰囲気中に露出させる構成も考えられる。しかしながら、このような温度センサは熱容量が小さいが雰囲気中で自立することが無く雰囲気内の気体の流れに応じて交互に折れ曲がったりするので、Ｎｉ箔やＰｔ箔に過度の応力が生じて抵抗値が変化し、温度変化が無いにも係わらず温度変化したのと同等の信号が発生し、制御特性が悪くなる。
【００１４】
一方、上述した温度センサを薄型化（低熱容量化）するに当たって、かかる温度センサの使用時における問題に加えて以下のような製造時の問題も生じる。
【００１５】
アルミナ等のセラミック基板は線膨張係数が様々なものがある。また、薄型化したセラミック基板上にＮｉ箔やＰｔ箔を接着剤で接着しようとすると、接着剤を１００°Ｃ〜２００°Ｃで硬化させなければならない。従って、セラミック基板とＮｉ箔やＰｔ箔の線膨張係数が合致していないとセラミック基板自体が反ってしまう。かかるセラミック基板の反りに伴いＮｉ箔やＰｔ箔に応力が発生する。そして経時的なこの応力緩和に伴い抵抗値がドリフトする。そのため、正確な温度測定ができなくなり、制御特性が悪くなる。
【００１６】
本発明の目的は、上記した従来の問題を解決するためにレスポンスの良い小型かつ高抵抗値で低消費電力の温度センサを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の温度センサは、
ジルコニアからなる第一の板状基板と、当該基板の平面上に形成されたＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンを備え、前記回路パターン形成面に、当該基盤に対応する大きさを有し、当該基板と同等の線膨張係数を備えた、ジルコニアからなる第二の板状基板を貼り合わせた温度センサであって、
前記第二の板状基板における、前記回路パターン形成面に対向する平面上にＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンを形成するとともに、前記第一の板状基板における回路パターンと、前記第二の板状基板における回路パターンとを直列に接続したことを特徴としている。
【００１８】
大きさ及び線膨張係数が同等のジルコニアからなる第一及び第二の板状基板の対向する平面上にそれぞれＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンを形成し、これら第一及び第２の板状基板を、各回路パターンを対向させて貼り合せると共に第一の板状基板における回路パターンと、第二の板状基板における回路パターンとを直列に接続する。これにより、同じ大きさで抵抗値が２倍になり、同じ感度を得るのに測定電流を半分にすることが可能となる。その結果、Ｎｉ箔又はＰｔ箔の抵抗パターンの自己発熱を半分にすることができ、測定精度の良い温度センサを得ることができる。
また、温度センサの第一及び第二の板状基板にセラミックのうちでじん性材料のジルコニア基板を使用しているので、他のセラミック基板に較べて厚さを薄くでき、これに応じて温度センサの熱容量も小さくできる。従って、レスポンスの良い温度測定が可能となる。また、回路パターンが形成されるジルコニア基板にＮｉやＰｔと線膨張係数が近似したジルコニアを使用しているので、ジルコニア基板自体を薄くしても当該基板とＮｉ箔やＰｔ箔の回路パターンとの線膨張係数の違いに基づく基板自体の反りを生じ難い。その為、Ｎｉ箔やＰｔ箔の回路パターンに応力が発生し難く設計通りの抵抗値を得ることができるので、精度の良い温度測定が可能となる。
【００１９】
また、本発明の請求項２に記載の温度センサは、請求項１に記載の温度センサにおいて、
前記第一の板状基板における回路パターンと、前記第二の板状基板における回路パターンとの間に絶縁材料を挟んで形成したことを特徴としている。
【００２０】
第一の板状基板における回路パターンと第二の板状基板における回路パターンとの間に絶縁材料を挟んで形成したことにより、温度センサの対向したＮｉ箔又はＰｔの回路パターンが接触によりショートすることを防止することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項３に記載の温度センサは、請求項２に記載の温度センサにおいて、
前記絶縁材料には、前記第一の板状基板における回路パターンと接触して導通するリードパターンと、前記第二の板状基板における回路パターンと接触して導通するリードパターンとが、Ｎｉ箔又はＰｔ箔により形成されていることを特徴としている。
【００２２】
第一の板状基板における回路パターンと第二の板状基板における回路パターンとの間を絶縁する絶縁材料には、フレキシブルプリント基板のパターンの無い部分を長く伸ばしたものを絶縁シートとして利用している。即ち、Ｎｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンが形成されている第一の板状基板の回路パターンと接触して導通するリードパターンと、第二の板状基板の回路パターンと接触して導通するリードパターンが形成されているフレキシブルプリント基板のリードパターンが形成されていない部分を長く伸ばして絶縁シートとして第一の板状基板の回路パターンと第二の板状基板の回路パターンとの間に介在させる。これにより、対向した回路パターンが接触によりショートするのを防止することができる。
また、絶縁シートは数十μｍの厚さであるので、パターンの無いフレキシブルプリント板シートを伸ばすことにより、別の部品を別途追加することなく、電極パッド部の製造と同時に絶縁部を形成することができ、温度センサの製造効率を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の請求項４に記載の温度センサは、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の温度センサにおいて、
前記第一の板状基板と前記第二の板状基板の少なくとも一方には、当該基板における前記回路パターンよりも外周部に、当該基板と他の基板との絶縁を行うスペーサを設け、前記第一の板状基板と前記第二の板状基板を、前記スペーサを介して貼り合わせたことを特徴としている。
【００２４】
第一の板状基板と第二の板状基板の少なくとも一方に、当該基板における回路パターンよりも外周部に、当該基板と他の基板との絶縁を行うスペーサを設け、第一の板状基板と第二の板状基板をスペーサを介して貼り合わせる。接着により発生した第一の板状基板や第二の板状基板の応力は回路パターンに作用しないので、抵抗値のドリフトが生じず安定した温度測定が可能となる。また、回路パターン同士が接触することで接着時に応力が発生して抵抗値の経時的なドリフトの原因になるのを防止し、精度の良い温度センサを得ることができる。
【００２５】
また、本発明の請求項５に記載の温度センサは、請求項４に記載の温度センサにおいて、
前記スペーサは、Ｎｉ箔又はＰｔ箔からなり、前記回路パターンと絶縁して設けられた周囲パターンであることを特徴としている。
【００２６】
第一の板状基板と第二の板状基板の少なくとも一方に、当該基板におけるＮｉ箔又はＰｔ箔からなる回路パターンよりも外周部に当該回路パターンと絶縁してＮｉ箔又はＰｔ箔からなるスペーサとしての周囲パターンを形成する。この場合、周囲パターンを回路パターンと同時に製作することにより、周囲パターンを形成するための特別な製造工数を無くすことが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態にかかる温度センサ１を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
なお、以下の実施形態においては、基板としてＮｉ（ニッケル）と線膨張係数の近似したジルコニアを使用し、このジルコニア基板上にＮｉ箔を抵抗パターンとして形成するが、同様に基板としてＰｔ（白金）と線膨張係数の近似したジルコニアを使用し、このジルコニア基板上にＰｔ箔を抵抗パターンとして形成しても良い。
【００２９】
また、以下の説明ではジルコニア基板の厚さは５０μｍとして記載しているが、必ずしもこれに限定されず、例えば厚さ５０μｍ〜１００μｍの範囲であれば本発明の作用を生じせしめるのに好適な範囲と言える。
【００３０】
また、各温度センサに対して以下に説明する様々なタイプの温度検出素子が適用可能であることは言うまでもない。
【００３１】
本発明の第１の実施形態にかかる温度センサ１は、図１に示すように温度検出素子が測定雰囲気中に突出したタイプの温度センサであって、温度検出素子１００と、温度検出素子１００に接続されたフレキシブルプリント基板１０と、温度検出素子１００の基端部１００ａを保持すると共にフレキシブルプリント基板１０を収容する細長い保護管２０を備えている。また、フレキシブルプリント基板１０は端子５１を介して外部リード線３０に電気的に接続されている。そして、保護管２０には外部リード線３０とフレキシブルプリント基板１０を電気的に接続すると共に保護管２０を気密に封止するハーメチックシール部品５０が備わっている。なお、このハーメチックシール部品５０は本発明の必須要件ではなく必ずしも必要とするものではない。
【００３２】
温度検出素子１００は、図３に示すように厚さ５０μｍ程度の極薄のジルコニアからなるベース基板１１０にＮｉ箔を接着してＮｉ箔抵抗パターン１２０を形成した後、同じく厚さ５０μｍ程度の極薄のジルコニアからなるカバー基板１３０をベース基板１１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被せるように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０を挟み込んで構成されている。
【００３３】
なお、ジルコニアからなるベース基板１１０は、幅が０．８ｍｍ、長さが１０ｍｍ、厚さが５０μｍ程度の極薄で細長いシート状に形成されており、その線膨張係数はＮｉと同等の線膨張係数を有している。
【００３４】
また、ベース基板１１０上に形成されたＮｉ箔抵抗パターン１２０は、図２に示すようにベース基板１１０の表面にＮｉを接着し、周知のフォトエッチング技術によって所定のパターンにエッチングすることで蛇行状に形成されたＮｉ箔抵抗パターンである。また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の両端には電極パッド部１２１ａ〜１２１ｄがそれぞれ２つずつ並列に形成されている。そして、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０は樹脂の絶縁膜によって覆われている。
【００３５】
一方、同じくジルコニアからなり、ベース基板１１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被着されるカバー基板１３０はベース基板１１０と同等の幅及び厚さを有し、長さがベース基板上の電極パッド部１２０が露出する程度の全長を有している。また、カバー基板１３０を構成するジルコニアはＮｉと同等の線膨張係数を有している。なお、ベース基板１１０とカバー基板１３０とは接着剤でしっかりとくっ付いている。
【００３６】
最初に記載したようにベース基板１１０とカバー基板１２０の板厚は５０μｍから１００μｍの範囲内であれば後述するように十分な可撓性と自立性を有しつつ、熱容量を小さくできるので好適な範囲内と言える。従って、両基板がほぼ同じ板厚であれば５０μｍに限定されることはない。
【００３７】
カバー基板１３０は上述の通りベース基板１１０よりも全長が若干短く、電極パッド部１２１を覆わないようになっている。そして、カバー基板１３０で覆われない電極パッド部１２１からは、配線付きのフレキシブルプリント基板１０（図１参照）を介して信号を取り出すようになっている。なお、電極パッド部１２１は、金メッキ、はんだメッキ、銀メッキ等ではんだ付けやワイヤボンドが容易になるように処理しておくのが好ましい。
【００３８】
Ｎｉ箔は非常に安定な材料であるが、使用環境により僅かに少しずつ腐食して出力値がドリフトする原因になる。従って、カバー基板１３０及び接着剤によりベース基板上のＮｉ箔抵抗パターン１２０が外部雰囲気に直接触れることを防止し、耐環境性を高めている。
【００３９】
また、カバー基板１３０は、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の形成されたベース基板１１０が接着剤とＮｉ箔の応力により変形して反るのを防止する役目も果たしている。
【００４０】
続いて、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０について詳述する。
【００４１】
Ｎｉ箔抵抗パターン１２０は、図２に示すように抵抗パターン自体がベース基板１１０の長手方向に対して直角方向に並んだ抵抗パターンとして形成されている。なお、上述の通りベース基板１１０を構成するジルコニアの線膨張係数とＮｉ箔の線膨張係数とはアルミナ基板の線膨張係数に較べて近似している。しかしながら、これが仮に若干異なっていてもＮｉ箔抵抗パターン１２０は殆どがベース基板１１０の幅方向に形成されているので、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０とベース基板１１０による僅かな膨張収縮差がベース基板１１０の曲がり方向に影響を与えることなくベース基板１１０の反りを確実に防止する。従って、ベース基板１１０の反りに伴うＮｉ箔の抵抗値変化を防止することができる。
【００４２】
なお、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０は、線幅が約１０μｍ程度で、抵抗値が約１０００Ωである。また、電極パッド部１２１は、ベース基板１１０の一端部に形成されている。
【００４３】
また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０はフォトエッチングでそのパターンを作成することができるので、所望の抵抗値を有する抵抗体を自由に製作することができる。即ち、パターン幅を細くすれば抵抗値を高くすることができ、フォトエッチングの限界はあるが巻線タイプのＰｔ抵抗線の比ではない。従って、微小なベース基板１１０上に抵抗値が１０００Ω以上の抵抗体を製作することが可能である。また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の形成はＰｔ抵抗線に比べて比較的容易で、高抵抗値にも拘わらず温度検出素子１００自体を細長い帯状に形成することができる。従って、温度検出素子１００の端部を保持する保護管２０の小径パイプ２１を直径１．０ｍｍ以下に小径化することができるという性質を失っていない。従って、温度センサ１自体も小型化するという性質を失っていない。
【００４４】
また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の抵抗値は１０００Ωと高いので、従来の巻き線型Ｐｔ温度センサに比べて低電流で発熱量が少なく、微小な温度変化を高精度に検出することができる。
【００４５】
なお、ジルコニアはアルミナ等他のセラミックに較べて十分なじん性を有しているので、このように極薄の基板であっても外力の作用に応じて十分変形する可撓性を有すると共に、一端を片持ち梁状に水平に支持した場合に他端が自立して垂れ下がることのない程度の自立性を有している。従って、幅が０．８ｍｍ、長さが１０ｍｍであって厚さ５０μｍ程度のジルコニアからなる極薄のベース基板１１０であっても、カバー基板１３０と重ね合わせることで、測定すべき雰囲気中に片持ち梁状に突出させることができ、かつその状態を維持して気体の流れによって折れたり自重で垂れ下がったりして温度測定に支障をきたすことは無い。
【００４６】
即ち、温度検出素子１００を保護管２０の端部から片持ち梁状に突出させた場合、プラスチックフィルム上に抵抗パターンを形成した場合のように測定雰囲気中の気体の流れによって撓み過ぎることで回路パターンに応力が発生して抵抗値が変化することが無い。また、アルミナ基板のように気体の流れから交番荷重を受けた場合に基板自体が全く撓まないことに起因して基板自体が破損するようなこともない。
【００４７】
また、温度検出素子１００を構成する基板が５０μｍから１００μｍ程の極薄タイプの基板であるので、熱容量が小さく周囲雰囲気の温度変化に迅速に対応し、レスポンスの良い温度測定が可能となる。
【００４８】
一方、フレキシブルプリント基板１０は、図４に示すようにベース基板１１０と略同一幅の薄く細長い帯状に形成された適度な弾性（ばね性）を有するポリイミド等でできた本体１１と、本体１１の基端部に一体に設けられた円形（又は角形）の接続部１２とで構成されている。本体１１の表面には４本の回路パターン１５（１５ａ〜１５ｄ）が平行に形成され、その先端には電極パッド部１６（１６ａ〜１６ｄ）がＮｉ箔抵抗パターン１２０の電極パッド部１２１に対応してそれぞれ形成されている。即ち、回路パターン１５ａ，１５ｂの電極パッド部１６ａ，１６ｂは、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の電極パッド部１２１ａ，１２１ｂにそれぞれ対応し、回路パターン１５ｃ，１５ｄの電極パッド部１６ｃ，１６ｄは、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の電極パッド部１２１ｃ，１２１ｄにそれぞれ対応するように形成されている。
【００４９】
また、４本の回路パターン１５のうち、例えば外側２本の回路パターン１５ａ，１５ｄはＮｉ箔抵抗パターン１２０に電流を供給する電流線として用いられ、内側２本の回路パターン１５ｂ，１５ｃはＮｉ箔抵抗パターン１２０に通電したときの電圧を検出する信号検出線として用いられる。
【００５０】
一方、各回路パターン１５の基端側にはランド部１７がそれぞれ形成されている。これらのランド部１７は接続部１２の表面に形成されており、その中央にはハーメチックシール部品５０の端子５１が挿通される挿通孔１２ａがそれぞれ形成されている。なお、回路パターン１５、電極パッド部１６及びランド部１７は、プリント基板成形技術によって同時に形成される。
【００５１】
また、フレキシブルプリント基板１０の回路パターン１５と温度検出素子１００のＮｉ箔抵抗パターン１２０とは公知のバンプ接合によって互いに電気的に接続される。なお、この両者の接合をバンプ接合の変わりにワイヤボンディングなどの他の方法で行なっても良い。
【００５２】
一方、図１に示す外部リード線３０は４本（図１においては２本のみを示す）からなり、そのうちの２本が電流線用として用いられ残り２本が信号検出線用として用いられ、ハーメチックシール部品５０の端子５１にそれぞれ接続されている。また、外部リード線３０と端子５１ははんだ３１によって接続され、その接続部が合成樹脂３２によって封止され補強されている。なお、この合成樹脂３２は必ずしも必要ではない。
【００５３】
ハーメチックシール部品５０は、４本からなる端子（リード線）５１と両端開放の管状に形成されたコバール等の金属リング５２と、金属リング５２内に端子５１を封着する封着用ガラス５３とで構成されている。
【００５４】
かかるハーメチックシール部品５０は保護管２１に直接圧入されるが、金属パイプ５２の外周面をはんだや金でメッキしておくと保護管２０をより一層高い気密性をもって封止することができ、封止の信頼性を高めることができる。
【００５５】
保護管２０は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等によって形成された先端小径部と基端大径部が組み合わされた段付き円筒形状を有している。即ち、先端側に温度検出素子１００の基端部１００ａが挿入された細長い小径パイプ２１と、小径パイプ２１の基端部に嵌装されてロー付けや溶接等によって接合された大径パイプ２２とで構成されている。小径パイプ２１は、例えば外径が１．０ｍｍ、内径が０．９ｍｍ、長さが３０ｍｍ程度で、内部に温度検出素子１００の基端部１００ａとフレキシブルプリント基板１０が組み込まれている。大径パイプ２２は、外径が金属パイプ６０の内径と略等しくなっている。また、小径パイプ先端部の温度検出素子基端部周囲はシリコン樹脂Ｐでポッティングされ、液密にシールされている。なお、シリコン樹脂の代わりにエポキシ樹脂等の樹脂Ｐで充填しても良い。
【００５６】
なお、金属パイプ６０の後端部には外部ケーブル７０が挿入されている。
【００５７】
ハーメチックシール部品５０の大径パイプ２２に対する固定方法としては、圧入の他にプロジェクション溶接やロー付けなどもあるが、圧入の場合は、設備として小さなハンドプレスのみを用意するだけでよく、また作業も簡単である。また、室内や乾燥空気などあまり環境が厳しくない環境下で温度を計測する場合は、圧入のみで十分である。
【００５８】
温度検出素子１００を備えた温度センサ１の最後の説明として温度検出素子１００及び温度センサ１の製造工程について説明する。この製造工程は以下の手順からなる。
▲１▼ 厚さ５０μｍ〜１００μｍの範囲のジルコニア基板（上述の実施形態の場合、厚さ５０μｍのジルコニア基板）に約３μｍの厚さのＮｉ箔をエポキシ樹脂やシリコン樹脂等で接着する。
【００５９】
なお、温度検出素子を後述するように曲げて使用する場合、接着剤として、弾力性のあるシリコン系やゴム系を使用する場合もある。
【００６０】
また、ジルコニア基板の厚さを５０μｍから１００μｍとする場合、極薄タイプのジルコニア基板となるので、ハンドリングを容易にするために厚みのあるダミー基板を接着するのが好ましい。
▲２▼ エッチング液にてジルコニア基板上のＮｉ箔を約２μｍの厚さにエッチングする。なお、エッチングはウエットエッチング、ドライエッチングの何れでも良い。
▲３▼ フォトリソグラフィ法にて所望のＮｉ箔抵抗パターンを製作する。
▲４▼ 電極部に金メッキする。
▲５▼ Ｎｉ箔抵抗パターン上に保護膜を塗布する。
▲６▼ レーザートリミングし、抵抗値を１０００Ωに合わせる。
▲７▼ 上述した厚さ５０〜１００μｍのカバー側のジルコニア基板をベース側のジルコニア基板に接着剤にて接着する。
▲８▼ ダミー基板をくっ付けていた場合はダミー基板とジルコニアベース基板との間の接着剤を剥がしてダミー基板を取り除く。
▲９▼ 貼り合せたジルコニア基板を適当な長さに切断し、温度検出素子１００の製作を終了する。
【００６１】
このようにして製作された温度検出素子１００に上述した手順でフレキシブルプリント基板１０やハーメチックシール部品５０を接続し、これらを保護管２０に取り付けて適所にポッティング用樹脂Ｐを充填して本実施形態にかかる温度センサ１に組み立てる。このように組み立てられた温度センサ１は一部上述したように以下の特徴を有する。
【００６２】
まず、温度センサ１が極薄タイプの温度検出素子１００を有するため、熱容量が小さくて検出温度の変化に対してレスポンスが良い。
【００６３】
また、温度センサ１が貼り合わせタイプの温度検出素子１００を有するので、温度検出素子１００の反りが回避され、これに伴いＮｉ箔抵抗パターン１２０に応力が生ぜず、特性が安定している。また、温度検出素子１００が貼り合わせタイプでＮｉ箔抵抗パターン１２０が温度センサ１の外部雰囲気から遮断されているので、耐環境性に優れている。
【００６４】
なお、本実施形態にかかる温度検出素子１００は上述したように厚さが５０μｍのジルコニア基板同士を重ね合わせていたが、この厚さに限定されることなく、例えば幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度であって同一厚さのジルコニア基板を貼り合わせる場合、この厚さの範囲であるならば温度検出素子自体の熱容量を小さく保ちながら十分な可撓性及び自立性を有し、かつ耐衝撃性も有する温度検出素子とすることができる。これによって温度センサの精度を向上させると共に応答性を向上させることが可能となる。なお、この場合に使用するジルコニアはＮｉと線膨張係数が近似していることは上述の通りである。
【００６５】
また、Ｎｉ箔の抵抗パターン１２０は上述のように蛇行タイプではなく、図５に示すようにベース基板１１０の長手方向にＮｉ箔を形成したタイプの抵抗パターン１５０であっても良い。なお、この場合であっても、図面には明確に示されていないがトリミングにより所望の抵抗値（例えば１０００Ω）に調整することを必要とする。
【００６６】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第２実施例の温度検出素子２００について説明する。この温度検出素子は、第１実施例にかかる温度検出素子１００と基本的構成が共通する。即ち、第２実施例にかかる温度検出素子２００は、図６に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のベース基板２１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン２２０を作成後、ベース基板２１０と同等の幅、長さを有し、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアでできた極薄のカバー基板２３０をベース基板２１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン２２０を挟み込んでなる温度検出素子である。なお、ベース基板２１０及びカバー基板２３０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００６７】
一方、本実施例の温度検出素子２００は第１実施例の温度検出素子１００と異なり、ジルコニアからなる極薄のカバー基板２３０がベース基板２１０と同等の大きさを有しており、カバー基板２３０の一側端部であってベース基板２１０の電極パッド部に対応する位置に電極取り出し孔２３１ａ〜２３１ｄが形成され、電極取り出し孔２３１ａ〜２３１ｄを介して外部リード線を取り出す特有の構造を有している。
【００６８】
第１の実施例にかかる温度検出素子１００と異なり、ベース基板２１０の電極パッド部２２１までカバー基板２３０で覆われているので、Ｎｉ箔抵抗パターン２２０が電極パッド部２２１とカバー基板２３０とでしっかりと保護されて外部雰囲気から確実に遮断されている。その結果、第１実施例の温度検出素子１００に較べて耐環境特性がより向上する。また、電極パッド部２２１のはんだが電極取り出し孔２３１により分離されているので、ショートすることなく接合しやすい。
【００６９】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第３実施例の温度検出素子３００について説明する。この温度検出素子３００は第２実施例の温度検出素子２００と基本的構成が共通する。即ち、温度検出素子３００は図７に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のベース基板３１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン３２０を形成後、５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のカバー基板３３０をベース基板３１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被せるように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン３２０を挟み込んでなる温度検出素子である。なお、ベース基板３１０及びカバー基板３３０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００７０】
しかしながら、第３実施例にかかる温度検出素子３００は第２実施例にかかる温度検出素子２００と異なり、カバー基板３３０の内側に凹部３３０ａを設け、ベース基板３１０のＮｉ箔抵抗パターン３２０がカバー基板３３０に接着しない構造をとっている。
【００７１】
第１実施例及び第２実施例にかかる温度検出素子１００（２００）のように、平板状のカバー基板１３０（２３０）をベース基板１１０（２１０）にそのまま接合すると、接着剤が硬化した後に若干の収縮が生じる。これによって、ベース基板のＮｉ箔抵抗パターン１２０（２２０）とカバー基板１３０（２３０）の表面が接触し、その上、カバー基板１３０（２３０）がベース基板１１０（２１０）を押圧する。そのため、カバー基板１３０（２３０）の応力がベース基板のＮｉ箔抵抗パターン１２０（２２０）に直接加わり、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０（２２０）にも応力が発生して僅かながら出力の経時的なドリフトを生じる可能性がある。
【００７２】
しかしながら、本実施例にかかる温度検出素子３００は、カバー基板３３０に凹部３３０ａが形成されることでベース基板のＮｉ箔抵抗パターン３２０がカバー基板３３０と接触しないようになっている。そのため、第１実施例又は第２実施例の温度検出素子１００，２００を備えた温度センサ１に較べて温度センサ１の出力が経時的にドリフトするのを更に少なくすることができる。
【００７３】
続いて、本発明の第１実施形態における温度センサ１の第４実施例の温度検出素子４００について説明する。
【００７４】
第４実施例の温度検出素子４００は、第２実施例の温度検出素子２００と基本的構成が共通する。即ち、第４実施例にかかる温度検出素子２００は、図８に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のベース基板４１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０を形成後、５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のカバー基板４３０をベース基板４１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被せるように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０を挟み込んでなる温度検出素子である。
【００７５】
一方、第４実施例の温度検出素子４００は第２実施例の温度検出素子２００と異なり、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０の形成された基板周囲に同様にＮｉ箔からなるダミーの周囲パターン４２５を配置し、その周囲パターン４２５にカバー基板４３０を接着して構成されている。
【００７６】
カバー基板４３０をベース基板４１０に接着する際にベース基板上のＮｉ箔回路パターン４２０に応力が発生するのを防止するために、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０を形成する際に接着部のダミー抵抗パターンを周囲パターン４２５としてベース基板４１０の周囲に残しておく。その後、その周囲パターン４２５の上に接着剤を塗布し、カバー基板４３０を接着する。接着により発生したカバー基板４３０やベース基板４１０の応力はＮｉ箔抵抗パターン４２０に作用しないので、抵抗値のドリフトが生じず安定した温度測定が可能となる。
【００７７】
続いて、本発明の第１実施形態における温度センサ１の第５実施例の温度検出素子５００について説明する。本実施例の温度検出素子５００は、図９に示すように第４実施例の温度検出素子４００と基本的構成が共通する。一方、本実施例の温度検出素子５００は第４実施例の温度検出素子４００と異なり、ベース基板５１０における周囲パターン５２５の厚さよりベース基板のＮｉ箔抵抗パターン５２０の厚さが薄くなるように加工して構成されている。
【００７８】
Ｎｉ箔抵抗パターン５２０及び周囲パターン５２５をエッチングによって形成する際、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０のみエッチングによってこれを周囲パターン５２５より僅かに薄く形成する。一方、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０の周囲に残す周囲パターン５２５はそのままの厚さに残しておく。それによりカバー基板５３０を接着する際にカバー基板５３０が周囲パターン５２５のみに接着して厚さの薄いＮｉ箔抵抗パターン５２０に接着しないようにする。
【００７９】
これによりカバー基板５３０を接着する際にＮｉ箔抵抗パターン５２０はカバー基板５３０から圧力を受けることが無く、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０に応力が作用することも無くなる。従って、第５実施例の温度検出素子５００を備えることで出力の経時的なドリフトが少ない温度センサ１とすることができる。また、周囲パターン５２５を介してベース基板５１０とカバー基板５３０が接着しているので、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０を外部雰囲気から遮断することができ、耐環境性の優れた温度センサとなる。
【００８０】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第６実施例の温度検出素子６００について説明する。本実施例にかかる温度検出素子６００は、第１実施例乃至第５実施例に記載の温度検出素子１００〜５００とは基本的構成を異にする。即ち、第６実施例の温度検出素子６００は、図１０に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有する極薄のジルコニア基板６１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン６２０を作成後、同じくＮｉ箔抵抗パターン６３０を形成した５０μｍの板厚を有する極薄のジルコニア基板６４０を互いに対向させて接着し、それぞれのＮｉ箔抵抗パターン６２０，６３０を挟み込んで構成されている。なお、ジルコニア基板６１０，６４０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００８１】
即ち、本実施例の温度検出素子６００は、Ｎｉ箔抵抗パターン６２０，６３０を表面に形成した極簿のジルコニア基板６１０，６３０をそれぞれＮｉ箔抵抗パターン同士向かい合うように接着剤で接合してなる温度検出素子である。単一の温度検出素子ながらセンサ部が２個になり、温度制御用とリミット用のセンサとして使用することも可能である。また、対向配置されたＮｉ箔抵抗パターン６２０，６３０を直列に接続すれば同じ大きさで抵抗値が２倍（例えば、各抵抗値が１０００Ωであれば２０００Ω）となり、同じ感度を得るのに測定電流を半分にすることが可能となる。その結果、Ｎｉ箔抵抗パターン６２０，６３０の自己発熱を半分にすることができ、かかる温度検出素子６００を温度センサ１に組み込むことで自己発熱の少ない高精度の温度測定が可能な温度センサとすることができる。
【００８２】
なお、通常Ｎｉ箔抵抗パターン６２０，６３０は、パッシベーション膜（保護膜）でパターン全体が覆われているので、上下のＮｉ箔抵抗パターン６２０，６３０同士でショートすることがなく、温度測定に支障を与えることもない。
【００８３】
なお、本実施例の温度検出素子６００において一方のジルコニア基板６１０に形成されたＮｉ箔抵抗パターン６２０と他方のジルコニア基板６３０に形成されたＮｉ箔抵抗パターン６３０との接続は以下のような幾つかの方法があり、適時選択することが可能である。
▲１▼ フレキシブルプリント基板のパターンによって接続する方法
▲２▼ ジルコニア基板の電極パッド部の片方を上下で接続する方法
▲３▼ ジルコニア基板の他端にて接続する方法
▲４▼ ジルコニア基板の接続部に貫通孔を形成して、この貫通孔にはんだを入れて溶融し、上下のジルコニア基板を接続する方法
続いて、本実施形態の温度センサ１における第７実施例の温度検出素子７００について説明する。本実施例の温度検出素子７００は、第６実施例の温度検出素子６００と基本構成が共通している。しかしながら、本実施例の温度検出素子７００は、図１１に示すように第６実施例の温度検出素子６００と異なり、５０μｍの板厚を有する極薄のジルコニア基板７１０（７４０）にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０（７３０）を形成すると共に、基板周囲にＮｉ箔抵抗パターン７２０（７３０）を囲むように周囲パターン７２５（７３５）を形成する。そして、このように作成したジルコニア基板７１０，７４０をＮｉ箔抵抗パターン７２０，７３０同士が対向するように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０を挟み込んで構成されている。なお、ジルコニア基板７１０，７４０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００８４】
上述した第６実施例の温度検出素子６００と同様に温度検出素子を２つ備えることになるので温度制御用センサとリミット用センサとして使用することが可能である。また、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０を直列に接続すれば、同じ大きさで抵抗値が２倍になり、同じ感度を得るのに測定電流を半分にすることが可能となる。その結果、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０の自己発熱を半分にすることができ、測定精度の良い温度センサを得ることができる。
【００８５】
本実施形態の第７実施例にかかる温度検出素子７００は、上述の効果に加えてＮｉ箔抵抗パターン製作時に、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０の周囲にＮｉ箔で周囲パターン７２５，７３５を形成している。そして、その周囲パターン同士を接着することでジルコニア基板同士を接合している。この構成によって周囲パターン７２５，７３５がスペーサになり、周囲パターン７２５，７３５が無い場合に比べて応力が極端に減少する。また、周囲パターン７２５，７３５はＮｉ箔抵抗パターン７２０，７３０と同時に製作されるので、特別な製造工数が追加されることはない。
【００８６】
これにより、Ｎｉ箔抵抗パターン同士が接触することで接着時に応力が発生して抵抗値の経時的なドリフトの原因になるのを防止し、精度の良い温度センサを得ることができる。
【００８７】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第８実施例の温度検出素子８００について説明する。
【００８８】
本実施例の温度検出素子８００は、第７実施例の温度検出素子７００と基本的構成が共通するが、本実施例の温度検出素子８００は第７実施例に関する温度検出素子７００と異なり、図１２に示すように温度検出素子８００における周囲パターン８２５，８３５の厚さをＮｉ箔抵抗パターン８２０，８３０よりも厚くした点を特徴としている。
【００８９】
即ち、Ｎｉ箔抵抗パターン８２０，８３０は小型化のために接着時のＮｉ箔よりエッチングによって若干薄く形成されている。また、周囲パターン８２５，８３５はエッチングしないで元の厚さを保っているので、Ｎｉ箔抵抗パターン８２０，８３０より厚さが若干厚くなっている。
【００９０】
本実施例の温度検出素子８００も温度検出素子が２個になるので、温度制御用とリミット用のセンサとして使用することも可能となる。また、抵抗値が２倍になるのでＮｉ箔抵抗パターン８２０，８３０を直列に接続すれば、同じ大きさで抵抗値が２倍になり、同じ感度を得るのに測定電流を半分にすることが可能となり、その結果、自己発熱を半分にすることができる。
【００９１】
本実施例の温度検出素子８００は第６実施例及び第７実施例の温度検出素子６００，７００よりも接着時の応力を更に減少させることができる。即ち、上下基板を接着した時に、Ｎｉ箔抵抗パターン同士は接着しないので応力が発生することはない。従って、経時変化の少ない高精度の温度センサとすることができる。
【００９２】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第９実施例の温度検出素子９００について説明する。
【００９３】
本実施形態の第９実施例にかかる温度検出素子９００は、上述の第６実施例乃至第８実施例の温度検出素子６００〜８００と基本的構成が共通している。一方、本実施例特有の構成は、図１３に示すようにＮｉ箔抵抗パターン部９２０，９３０に矩形フレーム状のスペーサシート９５０を挟み込んで構成されている点にある。なお、スペーサシート９５０はフレキシブルプリント基板の導電パターンのない絶縁部のみを矩形フレーム状に形成したものである。このように構成することで周囲パターン９２５，９３５をＮｉ箔抵抗パターン９２０，９３０と同一の厚さに形成してもＮｉ箔抵抗パターン９２０，９３０に相手側ジルコニア基板９４０，９１０からの押圧力で応力が発生することなく、安定した出力を得ることができる。
【００９４】
即ち、Ｎｉ箔抵抗パターン間にフレキシブルプリント基板のパターンの無い部分でできた矩形フレーム状のスペーサ９５０を絶縁シートとして介在させることでＮｉ箔抵抗パターン９２０，９３０同士が接触によりショートするのを防止する。なお、Ｎｉ箔抵抗パターン９２０，９３０には保護膜が付着しているが、厚さが非常に薄いので温度検出素子９００が曲げられた時などにショートすることがあるが、スペーサ９５０を介在させることでこのような不具合を確実に防止し、より信頼性の高い温度センサとすることができる。
【００９５】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第１０実施例の温度検出素子１０００について説明する。
【００９６】
本実施形態の第１０実施例にかかる温度検出素子１０００は、上述の第６実施例から第９実施例の温度検出素子６００〜９００と基本的構成が共通している。一方、本実施例特有の構成は、図１４に示すようにＮｉ箔抵抗パターン１０２０，１０３０に絶縁シート１０５０を挟み込んで構成されている点にある。なお、絶縁シート１０５０はフレキシブルプリント基板のパターンの無い部分を長く伸ばしたものを利用している。
【００９７】
即ち、Ｎｉ箔抵抗パターン間にフレキシブルプリント基板のパターンの無い部分を絶縁シート１０５０として介在させることで、第９実施例の温度検出素子９００と同様に、対向したＮｉ箔抵抗パターン１０２０，１０３０が接触によりショートするのを防止する。
【００９８】
なお、絶縁シート１０５０は通常電極パッド部からフレキシブルプリント板のパターンを利用して信号を取り出している。そのフレキシブルプリント板のシートは数十μｍの厚さであるので、パターンの無いフレキシブルプリント板シートを伸ばすことにより、別の部品を別途追加することなく、電極パッド部の製造と同時に絶縁部を形成でき、温度検出素子１０００の製造効率を高める。
【００９９】
続いて、本実施形態の温度センサにおける第１１実施例の温度検出素子１１００について説明する。
【０１００】
本実施例の温度検出素子１１００は、図１５に示すように極薄のジルコニア基板１１１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン１１２０をエッチングによって形成した後、Ｎｉ箔抵抗パターン面上にコーティング樹脂（樹脂コート）１１３０を塗布して構成されている。なお、ベース基板１１１０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【０１０１】
温度センサの使用される市場では、曲面形状を備えた対象物のこの曲面温度を測定したい要求がある。しかしながら、アルミナ基板に代表される今までのセラミック基板やガラスでは、それ自体を曲面形状に合わせて曲げることができないので、このような曲面部の温度を測定できなかった。しかしながら、厚さ５０μｍ〜１００μｍ程度の極簿のジルコニア基板は十分な可撓性があり、強度も他のセラミック材料に比べて２倍以上有している。従って、極簿のジルコニア基板をこのような曲面形状にあわせて曲げることも可能である。例えば、５０μｍの厚さのジルコニア基板を、直径約２０ｍｍの円形に曲げることも可能である。
【０１０２】
従って、第１１実施例にかかる温度検出素子１１００は、そのような使用態様の要求を満たすべく、極薄のジルコニア基板１１１０にＮｉ箔を付着させ、Ｎｉ箔抵抗パターン１１２０を製作してこれに耐環境性のための樹脂コート１１３０を塗布して構成したものである。極薄基板のために上述したように曲げることができるので、球面などの曲面に温度検出素子を密着させてその曲面温度を計測できる。また、ジルコニア基板１１１０は約５０μｍと極薄であるので、細い隙間などに挿入してそのすき間内の温度を測定することもできる。なお、上述の樹脂コート１１３０はＮｉ箔抵抗パターン形成面上に塗布したものであるが、この代わりにジルコニア基板１１１０にフレキシブルプリント基板１０を接続した後、これをディッピングしてジルコニア基板全体を樹脂コートで囲繞しても良い。
【０１０３】
続いて、本発明の第２の実施形態にかかる温度センサ２について図面に基づいて説明する。なお、上述の実施形態にかかる温度センサ１と同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０４】
本発明の第２の実施形態にかかる温度センサ２は、上述した第１１実施例にかかる温度検出素子１１００と、温度検出素子１１００に接続されたフレキシブルプリント基板１０とが共に保護管８０内に収容されている点に特徴がある。即ち、温度センサ２は、温度検出素子１１００を保護管８０に入れてエポキシ樹脂のポッティングによって保護管８０に封入し、液体中においても使用できるように構成したものである。エポキシ樹脂の接着は空気中では非常に耐食性が良いが、水中では通常接着部が剥がれて内部Ｎｉ箔が腐食される。従って、金属製の保護管８０を使用し、その中に封入することで水中での温度測定を可能にしたものである。
【０１０５】
なお、ポッティングの代わりに圧入やはんだによって温度検出素子１１００を保護管８０に封入しても良い。
【０１０６】
保護管８０は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等によって形成され、基端部が開放して内部に温度検出素子１１００が収容された細長い小径パイプ８１と、小径パイプ８１の基端部に嵌装されロー付けや溶接等によって接合された大径パイプ８２とで構成されている。小径パイプ８１は、外径が１．０ｍｍ、内径が０．９ｍｍ、長さが３０ｍｍ程度で、内部に温度検出素子１１００とフレキシブルプリント基板１０が組み込まれている。大径パイプ８２は、外径が金属パイプ６０の内径と略等しくなっている。そして、大径パイプ８２は、後端側開口部がハーメチックシール部品５０の圧入によって気密に閉塞され、内部に不活性ガス又はオイルが封止されている。なお、封入に際しては加圧して封入することが望ましい。不活性ガスとしてはアルゴン、窒素、乾燥空気等が用いられる。また、オイルとしてはシリコーンオイル等が用いられる。なお、本実施形態においては、小径パイプ８１と大径パイプ８２をロー付け又は溶接によって接続した保護管８０の構成例を示したが、これに限らず絞り加工によって小径パイプ８１に相当する小径部と大径パイプ８２に相当する大径部とを一体に有する保護管を用いても良い。
【０１０７】
以上の構成によって、温度センサ２を上述の実施形態とは異なり液体内で使用することも可能となる。
【０１０８】
なお、上述した温度センサの保護管８０にエポシキ樹脂等の接着剤やセラミック粉末又は金属粉末を充填しても良い。
【０１０９】
また、第２の実施形態にかかる温度センサ２において温度検出素子１１００の代わりに第１実施例の温度検出素子１００乃至第１０実施例の温度検出素子１０００を保護管８０に適宜挿入し、リード線１０を引き出して構成するようにしても良い。
【０１１０】
続いて、本発明の第３の実施形態にかかる温度センサ３について説明する。なお、第１の実施形態にかかる温度センサ１と同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１１】
本発明の第３の実施形態にかかる温度センサ３は温度検出素子１２００が外部に露出した点で第１の実施形態にかかる温度センサ１の温度検出素子１００と同等であるが、第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板１０を設ける代わりに温度検出素子を構成するジルコニア基板を延長して当該延長部にＮｉ箔のリードパターンを形成している点で構成を異にする。
【０１１２】
即ち、Ｎｉと線膨張係数の近似するジルコニアからなるベース基板１２１０には、図１８に示すように温度測定のためのＮｉ箔抵抗パターン１２２０と、Ｎｉ箔抵抗パターン１２２０に連続しこれと電気的に導通したリードパターン１２３０とが直列に形成されている。そして、Ｎｉ箔抵抗パターン１２３０はその基端部がベース基板１２１０と共に保護管２０の端部で拘束され、リードパターン１２３０はこれが形成されたベース基板１２１０と共に保護管２０に密封収容されている。
【０１１３】
Ｎｉ箔抵抗パターン１２２０からの信号を取り出すリードパターン１２３０も同一のベース基板１２１０にＮｉ箔抵抗パターン１２２０と連続して形成することで、他の実施例にかかる温度検出素子１００〜１１００のようにリードパターンの形成されたフレキシブル基板とＮｉ箔抵抗パターンの形成されたベース基板との接続作業を省略でき、製造効率を上げることができる。
【０１１４】
なお、本実施形態の温度センサ３の温度検出素子においてＮｉ箔抵抗パターンとしてＰｔを使用すると共にＰｔとも線膨張係数の近似したジルコニア基板を使用することも可能であるが、この場合リードパターンとして同様にＮｉの代わりにＰｔを使用する。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載の温度センサは、温度センサの基板がセラミックのうちでじん性材料のジルコニア基板を使用しているので、他のセラミック基板に較べて厚さを薄くでき、これに応じて温度センサの熱容量も小さくできる。従って、レスポンスの良い温度測定が可能となる。また、回路パターンが形成されるジルコニア基板にＮｉ又はＰｔと線膨張係数が近似したジルコニアを使用しているので、ジルコニア基板自体を薄くしても当該基板とＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンとの線膨張係数の違いに基づく基板自体の反りを生じたりしない。その為、Ｎｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンに応力が発生することがなく設計通りの抵抗値を得ることができるので、精度の良い温度測定が可能となる。
【０１１６】
また、本発明の請求項２に記載の温度センサは、ジルコニアからなる板状基板が適度な可撓性を有しているので、測定雰囲気中の気体の流れによって撓み過ぎて回路パターンの内部に応力が加わって抵抗値が変化することが無い。また、気体の流れから交番荷重を受けた場合に基板自体が全く撓まないことに起因して基板自体が破損するようなこともない。そのため、長期に亘って安定した温度測定を可能とする。
【０１１７】
また、本発明の請求項３に記載の温度センサは、回路パターンの形成された基板に仮に反りが生じたとしても、この基板の回路パターン形成面に当該基板と同等の線膨張係数を備えたジルコニアからなる基板を貼り合わせることで基板の反りを完全に相殺することができる。そのため、回路パターンを設計通りの抵抗値とすることができ、精度の高い温度測定を可能とする。また、回路パターンを外部雰囲気から保護して耐環境性に優れた温度センサとすることができる。
【０１１８】
また、本発明の請求項４に記載の温度センサは、回路パターンを樹脂コーティングすることで耐環境性を有するようになるので、基板自体を保護管で覆う必要が無く、回路パターンの形成された基板を測定すべき雰囲気中に直接露出させることができる。これによって更にレスポンスの良い温度測定が可能となる。
【０１１９】
また、本発明の請求項５に記載の温度センサは、回路パターンからの信号を取り出すリードパターンも同一のジルコニア基板に回路パターンと連続して形成することで、リードパターンの形成されたフレキシブル基板と回路パターンの形成されたジルコニア基板との接続作業を省略でき、製造効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる温度センサの断面図（図１（ａ））及び素子ユニットの拡大断面図（図１（ｂ））である。
【図２】図１に示した温度センサにおける温度検出素子の平面図である。
【図３】図２に示した温度検出素子のＮｉ箔抵抗パターンを示した分解斜視図である。
【図４】図１に示した温度センサにおけるフレキシブルプリント基板の平面図である。
【図５】図２に示したＮｉ箔抵抗パターンの変形例を示した平面図である。
【図６】図１に示した温度センサの第２実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図７】図１に示した温度センサの第３実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図８】図１に示した温度センサの第４実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図９】図１に示した温度センサの第５実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１０】図１に示した温度センサの第６実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１１】図１に示した温度センサの第７実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１２】図１に示した温度センサの第８実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１３】図１に示した温度センサの第９実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１４】図１に示した温度センサの第１０実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１５】図１に示した温度センサの第１１実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態にかかる温度センサの断面図（図１６（ａ））及び素子ユニットの拡大断面図（図１６（ｂ））である。
【図１７】本発明の第３の実施形態にかかる温度センサの断面図（図１７（ａ））及び素子ユニットの拡大断面図（図１７（ｂ））である。
【図１８】図１７の温度センサにおける温度検出素子のＮｉ箔抵抗パターンを示した平面図である。
【符号の説明】
１，２，３ 温度センサ
１０ フレキシブルプリント基板
１１ 本体
１２ 接続部
１２ａ 挿通孔
１５（１５ａ〜１５ｄ） 回路パターン
１６（１６ａ〜１６ｄ） パッド部
１７ ランド部
２０，８０ 保護管
２１ 小径パイプ
３０ 外部リード線
３１ はんだ
３２ 合成樹脂
５０ ハーメチックシール部品
５１ 端子
５２ 金属リング
５３ 封着用ガラス
６０ 金属パイプ
７０ 外部ケーブル
８１ 小径パイプ
８２ 大径パイプ
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１２００ 温度検出素子
１００ａ 基端部
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，１２１０ ベース基板
１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０，６３０，８２０，８３０，９２０，９３０，１０２０，１０３０，１１２０，１２２０ Ｎｉ箔抵抗パターン
１２１ 電極パッド部
１２１（１２１ａ〜１２１ｄ） パッド部
１３０，２３０，３３０，４３０，５３０ カバー基板
２３１ａ〜２３１ｄ 電極取り出し孔
４２５，５２５ 周囲パターン
６１０，６４０，７１０，７４０，１１１０ ジルコニア基板
７２５，７３５，８２５，８３５ 周囲パターン
９５０ スペーサ
１０５０ 絶縁シート
１１３０ コーティング樹脂（樹脂コート）
１２３０ リードパターン
Claims (5)
- ジルコニアからなる第一の板状基板と、当該基板の平面上に形成されたＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンを備え、前記回路パターン形成面に、当該基板に対応する大きさを有し、当該基板と同等の線膨張係数を備えた、ジルコニアからなる第二の板状基板を貼り合わせた温度センサであって、
前記第二の板状基板における、前記回路パターン形成面に対向する平面上にＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンを形成するとともに、前記第一の板状基板における回路パターンと、前記第二の板状基板における回路パターンとを直列に接続したことを特徴とする温度センサ。 - 前記第一の板状基板における回路パターンと、前記第二の板状基板における回路パターンとの間に絶縁材料を挟んで形成したことを特徴とする、請求項１に記載の温度センサ。
- 前記絶縁材料には、前記第一の板状基板における回路パターンと接触して導通するリードパターンと、前記第二の板状基板における回路パターンと接触して導通するリードパターンとが、Ｎｉ箔又はＰｔ箔により形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の温度センサ。
- 前記第一の板状基板と前記第二の板状基板の少なくとも一方には、当該基板における前記回路パターンよりも外周部に、当該基板と他の基板との絶縁を行うスペーサを設け、
前記第一の板状基板と前記第二の板状基板を、前記スペーサを介して貼り合わせたことを特徴とする、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の温度センサ。 - 前記スペーサは、Ｎｉ箔又はＰｔ箔からなり、前記回路パターンと絶縁して設けられた周囲パターンであることを特徴とする、請求項４に記載の温度センサ。
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