JP5806316B2 - 印刷された温度センサ - Google Patents
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Description
第1の実施例では負温度係数サーミスタは、図6に示すデザインに従って製造された。4つの銀電極又は接点が、デュポン社の5000銀導体を用いたスクリーン印刷により80g/m2の上質紙のシート基板上に堆積された。任意の2つの隣接する電極間の距離は、2mmであった。銀インクを周囲条件下で約1日乾燥させた後、シリコンインクが、デバイスのすべての4つの電極間の接続を形成するためにドロップキャストされた。インクに使用されるシリコンナノ粒子は、国際公開第2009/125370号に開示された方法によれば、ホウ素ドープされたp型シリコンウェーハから製粉された。これらの粒子は、95重量%のシリコンの割合で市販されているアクリル系スクリーン印刷塩基と混合し、インクの濃度をプロピレングリコールで薄くすることにより調整した。
第2の実施例において、図5に示されたデザインに従って負温度係数サーミスタが製造された。銀接点は、80g/m2の上質紙のシートを有する基板上にデュポン社の5000銀導体を用いたスクリーン印刷により堆積された。内部電極の直径は、5mmであり、2つの電極間の間隔は0.5mmであった。銀インクを周囲条件下で約1日乾燥させた後、シリコン層は、国際公開第2009/125370号に開示された方法に従って2503グレードの金属シリコンから粉砕されたシリコンナノ粒子を用いて、電極間の隙間を覆ってスクリーン印刷された。これらのナノ粒子は、88重量%のシリコンの割合で市販されているアクリル系スクリーン印刷塩基と混合し、インクの濃度をプロピレングリコールで薄くすることにより調整した。
図11は、図3に示されたデザインに係る負温度係数のサーミスタの写真である。この場合において、シリコンは互いに組み合わせた銀接点の上に固体ブロックとして印刷されるが、接点間のシリコンの領域だけが温度依存抵抗に寄与する。抵抗が低いために、シリコン半導体の長さと幅のアスペクト比は、理想的には1/1000より低くなるべきである。この例において、銀接点は、隣接する電極間に24の間隙を有する、25の個々の電極を備え、各隙間は16mmの長さを有し、各間隙の幅(隣接する電極間の間隔)は、0.25mmである。
図12は、より大きな領域にわたって延長され、かつグラフィックデザインとしての形をとる、図3の基本デザインに係る、実施例3に記載の互いに組み合わせたサーミスタの変形例の写真である。例として実物大の人間の手形をデザインとして選んだが、手形のデザインに限定されず、他のいくつかの抽象的な絵またはデザインが選択され得る。
Claims (25)
- 温度検出デバイスの製造方法であって、
サーミスタ構造を定義するように、少なくとも1つのシリコン層と少なくとも1つの電極又は接点を形成することを含み、
少なくとも前記シリコン層は、印刷することにより形成され、
前記シリコン層を印刷している間、前記シリコン層と前記少なくとも1つの電極又は接点のうち少なくとも1つが基板により支持され、
前記シリコン層は、シリコン粒子を有するインク、及びバインダーと適切な溶媒とから構成される液体溶媒、から形成され、前記シリコン粒子は、10ナノメートルから100マイクロメートルの範囲内の大きさを有し、かつ粒子間の電荷の輸送を許容する面を有しており、個々の粒子間又は粒子のクラスター間の電荷の輸送は、熱活性化処理によって制限され、
公称温度、又は室温での抵抗率が前記シリコン層の微細構造により主に支配されるように、前記シリコン層を通る電流の全輸送は、中間接続する粒子と粒子のクラスターとの間の浸透経路に続いており、前記シリコン層の微細構造は、バインダーに対するシリコンの割合を変化させて、インク組成物を変更することによりシリコン粒子層内に少なくとも1つの更なる伝導経路を追加して変更することにより、あるいはシリカ若しくはセラミックナノ粒子の絶縁相か、又は伝導若しくは半導体相のどちらかの相を前記インクに追加して変更することにより、サーミスタ構造の温度依存抵抗と並列に、相対的に温度に依存しない内部抵抗を効果的に追加する、温度検出デバイスの製造方法。 - 前記少なくとも1つの電極又は接点は、印刷により形成される、請求項1に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記少なくとも1つのシリコン層と少なくとも1つの電極又は接点は、温度が測定されるべき対象物に直接当てられ、前記対象物自体が前記サーミスタ構造の前記基板を形成するようになっている、請求項1又は2に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記基板は、導電性本体を備え、前記基板は前記サーミスタ構造の電極又は接点を形成する、請求項1又は2に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記基板は、シート材料を備える、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記基板は、固体薄膜、繊維材料又は織物を含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記基板は、固体材料、繊維又は粒子材料を有する合成物、又は織物を有する合成物を含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記基板は、製造中において前記サーミスタ構造のための一時的な支持又はテンプレートを形成する、請求項1又は2に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記基板は、前記サーミスタ構造を印刷した後、犠牲とされて、そして化学的手段、熱的手段又は機械的手段によって取り除かれる、請求項8に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記基板は、再利用可能なテンプレートを形成する、請求項8に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 印刷された温度センサの公称抵抗を減少させるため、前記サーミスタ構造の前記温度依存抵抗と並列に、導電性インクを用いて、内部の温度に依存しない抵抗を印刷することを含む、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記印刷された温度センサの公称抵抗を増大させるため、前記サーミスタ構造の前記温度依存抵抗と直列に、導電性インクを用いて、内部の温度に依存しない抵抗を印刷することを含む、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記インクの前記シリコン粒子の画分は、5%〜95%の範囲内である、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- シリコン粒子を容量で25%〜60%の範囲内で前記インク内の前記シリコン粒子の画分を変更することにより、前記印刷された温度センサの前記抵抗を調整することを含む、請求項13に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記インクは、60%を超えて、好ましくは80%を超えてシリコン粒子画分を有する、請求項13に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 厚膜堆積処理によって、又は電気メッキ若しくは無電解メッキによって、導電性インクを用いて、印刷することにより少なくとも前記電極又は接点の1つを形成すること、を含む、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記少なくとも1つの接点を、所望の形状に形成するため、化学的エッチング又は電気化学的エッチング、レーザースクライビング若しくは別の方法で材料を除去することによって正確な形状にパターニングするステップを含む、請求項16に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記接点は、前記サーミスタ構造の径方向の電気経路が、測定される抵抗を前記印刷する方向に対して全方向にわたって平均化するように、円形の幾何学形状を有しており、前記印刷処理におけるいかなる横方向の異方性の影響を排除することを確実にしている、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- サーミスタデバイスに電流を供給するために使用される任意の2つの接点との間の距離が前記接点との間の半導体経路の幅と比べて小さくなるように、前記サーミスタデバイスのアスペクト比が1/30より低い、請求項1乃至18のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記サーミスタデバイスの前記アスペクト比は、1/1000より低い、請求項19に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 並んで延設される2つの細長い並列の接点は、比較的広い領域を覆うように、螺旋を定義するか又は経路を蛇行するパターンで堆積させて、それによって、前記基板の対応する形状の領域の平均温度を監視できる、請求項1乃至17、19又は20のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 蛇行隙間を定義するように、互いに平行に延び、隣接する複数の細長いストリップ又は複数のフィンガーをそれぞれ有する、2つの互いに組み合わせた電気接点は、印刷された粒状シリコン層によって接続又はブリッジされている、請求項1乃至17、19又は20のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記印刷された粒状シリコン層は、前記電極間の前記蛇行隙間に続くように構成された、請求項22に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 前記印刷された粒状シリコン層は、前記電極間の前記蛇行隙間の上に連続層を形成する、請求項22に記載の温度検出デバイスの製造方法。
- 4つの電気接点であって、前記4つの電気接点のうち2つの電気接点が電流を前記温度検出デバイスに供給するために使用され、前記4つの電気接点のうち2つの電気接点が使用中の電圧を監視するために使用され、前記4つの電気接点は、より高い精度を得るために従来の線形4点幾何学形状又は通常使用されるファン・デル・ポー(van der Pauw)形状のいずれかで堆積される、請求項1乃至20のいずれか一項に記載の温度検出デバイスの製造方法。
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