JP6011286B2 - Temperature sensor - Google Patents

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Description

本発明は、複写機やプリンタ等の加熱ローラの温度を測定することに好適な温度センサに関する。   The present invention relates to a temperature sensor suitable for measuring the temperature of a heating roller such as a copying machine or a printer.

一般に、複写機やプリンタに使用されている加熱ローラには、その温度を測定するために温度センサが接触状態に設置されている。このような温度センサとしては、例えば特許文献1及び2に、一対のリードフレームと、これらのリードフレームの間に配設され接続された感熱素子と、一対のリードフレームの端部に形成された保持部と、リードフレーム及び感熱素子の片面に設けられ加熱ローラに接触させる薄膜シートとを有する温度センサが提案されている。   Generally, a heating sensor used in a copying machine or a printer is provided with a temperature sensor in contact with the heating roller in order to measure its temperature. As such a temperature sensor, for example, in Patent Documents 1 and 2, a pair of lead frames, a thermal element disposed and connected between the lead frames, and an end portion of the pair of lead frames are formed. There has been proposed a temperature sensor having a holding portion and a thin film sheet that is provided on one surface of a lead frame and a thermal element and is brought into contact with a heating roller.

このような温度センサは、加熱ローラの表面にリードフレームの弾性力を利用して接触され、温度検知するものである。
なお、上記特許文献1には、感熱素子として ビードサーミスタやチップサーミスタが採用されていると共に、特許文献2には、感熱素子として、アルミナ等の絶縁基板の一面に感熱膜が形成された薄膜サーミスタが採用されている。この薄膜サーミスタは、絶縁基板の一面に形成された感熱膜と、該感熱膜と一対のリードフレームとを接続する一対のリード部と、感熱膜を覆う保護膜とで構成されている。
Such a temperature sensor is brought into contact with the surface of the heating roller using the elastic force of the lead frame to detect the temperature.
In Patent Document 1, a bead thermistor or a chip thermistor is employed as the thermal element, and in Patent Document 2, a thin film thermistor in which a thermal film is formed on one surface of an insulating substrate such as alumina as the thermal element. Is adopted. This thin film thermistor includes a heat sensitive film formed on one surface of an insulating substrate, a pair of lead portions connecting the heat sensitive film and a pair of lead frames, and a protective film covering the heat sensitive film.

特公平6−29793号公報Japanese Examined Patent Publication No. 6-29793 特開2000−74752号公報JP 2000-74752 A 特開2004−319737号公報JP 2004-319737 A

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献1に記載の技術では、感熱素子としてビードサーミスタ等を使用しているが、この場合、約1mm程度の球状或いは楕円状であるために、加熱ローラに点接触するために、正確な温度検知が難しい。また、感熱素子に比較的大きな体積があるため、応答性が悪いという不都合があった。さらに、点接触であるために、回転するローラ表面に傷を付けてしまうおそれもあった。
また、特許文献2に記載の技術では、感熱素子として薄膜サーミスタを使用しているので、加熱ローラには面接触することができるが、薄膜サーミスタを構成する絶縁基板やリード部を含めると、やはり体積があるために、応答性が悪いという問題があった。
The following problems remain in the conventional technology.
That is, in the technique described in Patent Document 1, a bead thermistor or the like is used as a thermal element. In this case, since it is a spherical or elliptical shape of about 1 mm, it is accurate to make point contact with the heating roller. Temperature detection is difficult. Further, since the heat sensitive element has a relatively large volume, there is a disadvantage that the responsiveness is poor. Furthermore, because of the point contact, the rotating roller surface may be damaged.
Further, in the technique described in Patent Document 2, since a thin film thermistor is used as a thermal element, the heating roller can be brought into surface contact, but if an insulating substrate and a lead portion constituting the thin film thermistor are included, it is still Due to the volume, there was a problem of poor responsiveness.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、加熱ローラ等に押し当てて温度を検出する際に、高精度で応答性に優れていると共に高い剛性を有した温度センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a temperature sensor that is highly accurate and has excellent responsiveness and high rigidity when detecting temperature by being pressed against a heating roller or the like. With the goal.

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第1の発明に係る温度センサは、一対のリードフレームと、前記一対のリードフレームに接続されたセンサ部と、前記一対のリードフレームに固定されて前記リードフレームを保持する絶縁性の保持部と、前記保持部に基端側が固定された一対の支持用フレームとを備え、前記センサ部が、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に複数の櫛部を有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極と、一端が前記一対の櫛型電極に接続されていると共に他端が前記一対のリードフレームに接続され前記絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン電極とを備え、前記一対の支持用フレームの先端側が、前記薄膜サーミスタ部を間に配して延在し、前記絶縁性フィルム又は該絶縁性フィルムを支持する絶縁性の保護シートに固定されていることを特徴とする。   The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the temperature sensor according to the first aspect of the present invention includes a pair of lead frames, a sensor unit connected to the pair of lead frames, and an insulating retainer that is fixed to the pair of lead frames and retains the lead frame. And a pair of supporting frames whose base ends are fixed to the holding portion, the sensor portion being an insulating film, and a thin film thermistor portion patterned with a thermistor material on the surface of the insulating film; A pair of comb electrodes having a plurality of comb portions on at least one of the upper and lower sides of the thin film thermistor portion and patterned to face each other, and one end connected to the pair of comb electrodes and the other A pair of pattern electrodes having ends connected to the pair of lead frames and patterned on the surface of the insulating film; End side, the thin film thermistor portion extending arranged between the, characterized in that it is fixed to the insulating film or insulating protective sheet for supporting the insulating film.

この温度センサでは、一対の支持用フレームの先端側が、薄膜サーミスタ部を間に配して延在し、絶縁性フィルム又は該絶縁性フィルムを支持する絶縁性の保護シートに固定されているので、支持用フレームによって絶縁性フィルムが支持されて高い剛性を確保することができる。また、支持用フレームは、パターン電極に接続されていないため、熱伝達が抑制され、正確な温度検知と高い応答性とが得られる。
また、絶縁性フィルムに直接形成された薄膜サーミスタ部により、全体の厚みが薄くなり、小さい体積によって優れた応答性を得ることができる。また、一対のリードフレームが、一対のパターン電極に接続されているので、薄膜サーミスタ部とリードフレームとが絶縁性フィルムに直接形成されたパターン電極で接続されることで、パターン形成された薄い配線により、リード線等で接続された場合に比べてリードフレーム側との熱伝導性の影響が抑制される。なお、測定対象物に対する接触部分の平坦性が高く、面接触するために、正確な温度検知が可能であると共に回転する加熱ローラ等の測定対象物の表面を傷つけ難い。
In this temperature sensor, the tip sides of the pair of supporting frames extend with the thin film thermistor portion interposed therebetween, and are fixed to the insulating film or the insulating protective sheet that supports the insulating film. The insulating film is supported by the supporting frame, and high rigidity can be ensured. Further, since the support frame is not connected to the pattern electrode, heat transfer is suppressed, and accurate temperature detection and high responsiveness can be obtained.
Moreover, the thin film thermistor part formed directly on the insulating film reduces the overall thickness, and an excellent response can be obtained with a small volume. In addition, since the pair of lead frames are connected to the pair of pattern electrodes, the thin film thermistor portion and the lead frame are connected by the pattern electrodes directly formed on the insulating film, so that the patterned thin wiring is formed. As a result, the influence of the thermal conductivity with the lead frame side is suppressed as compared with the case where the lead wires are connected. In addition, since the flatness of the contact part with respect to a measuring object is high, and it contacts a surface, exact temperature detection is possible and it is hard to damage the surface of measuring objects, such as a heating roller to rotate.

第2の発明に係る温度センサは、第1の発明において、前記一対の支持用フレームの互いの先端部が、前記一対の支持用フレーム間に延在した連結用フレーム部で接続されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対の支持用フレームの互いの先端部が、一対の支持用フレーム間に延在した連結用フレーム部で接続されているので、連結用フレーム部によって一対の支持用フレームがねじれ難くなり、絶縁性フィルムの延在方向に直交する方向に対する剛性がさらに向上する。
In the temperature sensor according to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the distal ends of the pair of support frames are connected by a connecting frame portion extending between the pair of support frames. It is characterized by.
That is, in this temperature sensor, since the tip portions of the pair of support frames are connected by the connecting frame portion extending between the pair of supporting frames, the pair of supporting frames are connected by the connecting frame portion. Becomes difficult to twist, and the rigidity in the direction perpendicular to the extending direction of the insulating film is further improved.

第3の発明に係る温度センサは、第1又は第2の発明において、前記絶縁性フィルムが、略長方形状とされ、前記一対の支持用フレームが、前記絶縁性フィルムに沿って、該絶縁性フィルムの延在方向の略全長にわたって延在していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対の支持用フレームが、絶縁性フィルムに沿って、該絶縁性フィルムの延在方向の略全長にわたって延在しているので、絶縁性フィルム全体を支持用フレームで支持することができる。
The temperature sensor according to a third aspect of the present invention is the temperature sensor according to the first or second aspect, wherein the insulating film has a substantially rectangular shape, and the pair of supporting frames are disposed along the insulating film. It extends over substantially the entire length in the extending direction of the film.
That is, in this temperature sensor, since the pair of support frames extend along the insulating film over substantially the entire length in the extending direction of the insulating film, the entire insulating film is supported by the supporting frame. can do.

第4の発明に係る温度センサは、第1から第3の発明のいずれかにおいて、前記リードフレームを覆った状態で前記絶縁性フィルムの表裏面に接着された絶縁性の一対の保護シートを備え、前記一対の保護シートが、前記一対の支持用フレームも挟んで接着されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対の保護シートが、一対の支持用フレームも挟んで接着されているので、リードフレーム及び支持用フレームを保護シートで安定して保持することができると共に絶縁性フィルムの剛性を向上させることができる。
A temperature sensor according to a fourth invention includes a pair of insulating protective sheets bonded to the front and back surfaces of the insulating film in a state of covering the lead frame in any one of the first to third inventions. The pair of protective sheets are bonded to each other with the pair of support frames interposed therebetween.
That is, in this temperature sensor, since the pair of protective sheets are bonded with the pair of supporting frames interposed therebetween, the lead frame and the supporting frame can be stably held by the protective sheets and the insulating film Stiffness can be improved.

第5の発明に係る温度センサは、第3の発明において、前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの一端近傍に配され、前記パターン電極が、前記絶縁性フィルムの他端近傍まで延在し、前記一対のリードフレームの先端部が、前記絶縁性フィルムの他端近傍で前記パターン電極に接続されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対のリードフレームの先端部が、絶縁性フィルムの他端近傍でパターン電極に接続されているので、一端近傍の薄膜サーミスタ部を加熱ローラ等の測定対象物に接触させても、他端近傍でパターン電極に接続されたリードフレームを測定対象物に接触しないように設定でき、リードフレームへの熱伝導を抑制可能である。
A temperature sensor according to a fifth invention is the temperature sensor according to the third invention, wherein the thin film thermistor portion is arranged in the vicinity of one end of the insulating film, and the pattern electrode extends to the vicinity of the other end of the insulating film. The tip portions of the pair of lead frames are connected to the pattern electrode in the vicinity of the other end of the insulating film.
That is, in this temperature sensor, since the tip portions of the pair of lead frames are connected to the pattern electrode in the vicinity of the other end of the insulating film, the thin film thermistor near the one end is brought into contact with a measurement object such as a heating roller. However, the lead frame connected to the pattern electrode in the vicinity of the other end can be set so as not to contact the measurement object, and heat conduction to the lead frame can be suppressed.

第6の発明に係る温度センサは、第1から第5の発明のいずれかにおいて、前記薄膜サーミスタ部が、一般式:TiAl(0.70≦y/(x+y)≦0.95、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相であることを特徴とする。 A temperature sensor according to a sixth aspect of the present invention is the temperature sensor according to any one of the first to fifth aspects, wherein the thin film thermistor portion has a general formula: Ti x Al y N z (0.70 ≦ y / (x + y) ≦ 0. 95, 0.4 ≦ z ≦ 0.5, x + y + z = 1), and the crystal structure thereof is a hexagonal wurtzite single phase.

一般に、温度センサ等に使用されるサーミスタ材料は、高精度、高感度のために、高いB定数が求められている。従来、このようなサーミスタ材料には、Mn,Co,Fe等の遷移金属酸化物が一般的である。また、これらのサーミスタ材料では、安定なサーミスタ特性を得るために、600℃以上の焼成が必要である。   In general, a thermistor material used for a temperature sensor or the like is required to have a high B constant for high accuracy and high sensitivity. Conventionally, transition metal oxides such as Mn, Co, and Fe are generally used for such thermistor materials. In addition, these thermistor materials require firing at 600 ° C. or higher in order to obtain stable thermistor characteristics.

また、上記のような金属酸化物からなるサーミスタ材料の他に、例えば特許文献3では、一般式:M(但し、MはTa,Nb,Cr,Ti及びZrの少なくとも1種、AはAl,Si及びBの少なくとも1種を示す。0.1≦x≦0.8、0<y≦0.6、0.1≦z≦0.8、x+y+z=1)で示される窒化物からなるサーミスタ用材料が提案されている。また、この特許文献3では、Ta−Al−N系材料で、0.5≦x≦0.8、0.1≦y≦0.5、0.2≦z≦0.7、x+y+z=1としたものだけが実施例として記載されている。このTa−Al−N系材料では、上記元素を含む材料をターゲットとして用い、窒素ガス含有雰囲気中でスパッタリングを行って作製されている。また、必要に応じて、得られた薄膜を350〜600℃で熱処理を行っている。 In addition to the thermistor material composed of the metal oxide as described above, for example, in Patent Document 3, the general formula: M x A y N z (where M is at least one of Ta, Nb, Cr, Ti, and Zr) , A represents at least one of Al, Si, and B. 0.1 ≦ x ≦ 0.8, 0 <y ≦ 0.6, 0.1 ≦ z ≦ 0.8, x + y + z = 1) A thermistor material made of nitride has been proposed. Moreover, in this patent document 3, it is Ta-Al-N type material, 0.5 <= x <= 0.8, 0.1 <= y <= 0.5, 0.2 <= z <= 0.7, x + y + z = 1. Only those described above are described as examples. This Ta—Al—N-based material is produced by performing sputtering in a nitrogen gas-containing atmosphere using a material containing the above elements as a target. Moreover, the obtained thin film is heat-processed at 350-600 degreeC as needed.

近年、樹脂フィルム上にサーミスタ材料を形成したフィルム型サーミスタセンサの開発が検討されており、フィルムに直接成膜できるサーミスタ材料の開発が望まれている。すなわち、フィルムを用いることで、フレキシブルなサーミスタセンサが得られることが期待される。さらに、0.1mm程度の厚さを持つ非常に薄いサーミスタセンサの開発が望まれているが、従来はアルミナ等のセラミックス材料を用いた基板材料がしばしば用いられ、例えば、厚さ0.1mmへと薄くすると非常に脆く壊れやすい等の問題があったが、フィルムを用いることで非常に薄いサーミスタセンサが得られることが期待される。
従来、TiAlNからなる窒化物系サーミスタを形成した温度センサでは、フィルム上にTiAlNからなるサーミスタ材料層と電極とを積層して形成する場合、サーミスタ材料層上にAu等の電極層を成膜し、複数の櫛部を有した櫛型にパターニングしている。しかし、このサーミスタ材料層は、曲率半径が大きく緩やかに曲げられた場合には、クラックが生じ難く抵抗値等の電気特性に変化がないが、曲率半径が小さくきつく曲げた場合に、クラックが発生し易くなり、抵抗値等が大きく変化して電気特性の信頼性が低くなってしまう。特に、フィルムを櫛部の延在方向に直交する方向に小さい曲率半径できつく曲げた場合、櫛部の延在方向に曲げた場合に比べて櫛型電極とサーミスタ材料層との応力差により、電極エッジ付近にクラックが発生し易くなり、電気特性の信頼性が低下してしまう不都合があった。
In recent years, development of a film type thermistor sensor in which a thermistor material is formed on a resin film has been studied, and development of a thermistor material that can be directly formed on a film is desired. That is, it is expected that a flexible thermistor sensor can be obtained by using a film. Furthermore, although development of a very thin thermistor sensor having a thickness of about 0.1 mm is desired, conventionally, a substrate material using a ceramic material such as alumina is often used. For example, to a thickness of 0.1 mm However, if the film is made thin, there is a problem that it is very brittle and easily broken. However, it is expected that a very thin thermistor sensor can be obtained by using a film.
Conventionally, in a temperature sensor in which a nitride thermistor made of TiAlN is formed, when a thermistor material layer made of TiAlN and an electrode are laminated on a film, an electrode layer such as Au is formed on the thermistor material layer. And patterning into a comb shape having a plurality of comb portions. However, this thermistor material layer has a large radius of curvature and is not easily cracked and there is no change in electrical properties such as resistance, but cracks are generated when the radius of curvature is small and tight. The resistance value and the like are greatly changed, and the reliability of the electrical characteristics is lowered. In particular, when the film is bent with a small radius of curvature in a direction perpendicular to the extending direction of the comb portion, the electrode edge is caused by the difference in stress between the comb-shaped electrode and the thermistor material layer as compared with the case of bending in the extending direction of the comb portion. There is a disadvantage that cracks are likely to occur in the vicinity and the reliability of the electrical characteristics is lowered.

また、樹脂材料で構成されるフィルムは、一般的に耐熱温度が150℃以下と低く、比較的耐熱温度の高い材料として知られるポリイミドでも300℃程度の耐熱性しかないため、サーミスタ材料の形成工程において熱処理が加わる場合は、適用が困難であった。上記従来の酸化物サーミスタ材料では、所望のサーミスタ特性を実現するために600℃以上の焼成が必要であり、フィルムに直接成膜したフィルム型サーミスタセンサを実現できないという問題点があった。そのため、非焼成で直接成膜できるサーミスタ材料の開発が望まれているが、上記特許文献3に記載のサーミスタ材料でも、所望のサーミスタ特性を得るために、必要に応じて、得られた薄膜を350〜600℃で熱処理する必要があった。また、このサーミスタ材料では、Ta−Al−N系材料の実施例において、B定数:500〜3000K程度の材料が得られているが、耐熱性に関する記述がなく、窒化物系材料の熱的信頼性が不明であった。   In addition, a film made of a resin material generally has a heat resistant temperature as low as 150 ° C. or lower, and even a polyimide known as a material having a relatively high heat resistant temperature has only a heat resistance of about 300 ° C. In the case where heat treatment is applied, application is difficult. The conventional oxide thermistor material requires firing at 600 ° C. or higher in order to realize desired thermistor characteristics, and there is a problem that a film type thermistor sensor directly formed on a film cannot be realized. Therefore, it is desired to develop a thermistor material that can be directly film-formed without firing, but even with the thermistor material described in Patent Document 3, the obtained thin film can be obtained as necessary in order to obtain desired thermistor characteristics. It was necessary to perform heat treatment at 350 to 600 ° C. Further, in this example of the thermistor material, a material having a B constant of about 500 to 3000 K is obtained in the example of the Ta-Al-N material, but there is no description regarding heat resistance, and the thermal reliability of the nitride material. Sex was unknown.

本発明者らは、窒化物材料の中でもAlN系に着目し、鋭意、研究を進めたところ、絶縁体であるAlNは、最適なサーミスタ特性(B定数:1000〜6000K程度)を得ることが難しいため、Alサイトを電気伝導を向上させる特定の金属元素で置換すると共に、特定の結晶構造とすることで、非焼成で良好なB定数と耐熱性とが得られることを見出した。
したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、薄膜サーミスタ部が、一般式:TiAl(0.70≦y/(x+y)≦0.95、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相であるので、非焼成で良好なB定数が得られると共に高い耐熱性を有している。
The inventors of the present invention focused on the AlN system among the nitride materials and made extensive research. As a result, it is difficult for AlN as an insulator to obtain optimum thermistor characteristics (B constant: about 1000 to 6000 K). For this reason, it was found that by replacing the Al site with a specific metal element that improves electrical conduction and having a specific crystal structure, a good B constant and heat resistance can be obtained without firing.
Therefore, the present invention has been obtained from the above findings, and the thin film thermistor portion has a general formula: Ti x Al y N z (0.70 ≦ y / (x + y) ≦ 0.95, 0.4 ≦ z ≦ 0.5, x + y + z = 1), and its crystal structure is a hexagonal wurtzite single phase, so that a good B constant can be obtained without firing and a high heat resistance. It has sex.

なお、上記「y/(x+y)」(すなわち、Al/(Ti+Al))が0.70未満であると、ウルツ鉱型の単相が得られず、NaCl型相との共存相又はNaCl型相のみの相となってしまい、十分な高抵抗と高B定数とが得られない。
また、上記「y/(x+y)」(すなわち、Al/(Ti+Al))が0.95をこえると、抵抗率が非常に高く、きわめて高い絶縁性を示すため、サーミスタ材料として適用できない。
また、上記「z」(すなわち、N/(Ti+Al+N))が0.4未満であると、金属の窒化量が少ないため、ウルツ鉱型の単相が得られず、十分な高抵抗と高B定数とが得られない。
さらに、上記「z」(すなわち、N/(Ti+Al+N))が0.5を超えると、ウルツ鉱型の単相を得ることができない。このことは、ウルツ鉱型の単相において、窒素サイトにおける欠陥がない場合の正しい化学量論比は、N/(Ti+Al+N)=0.5であることに起因する。
When the above “y / (x + y)” (ie, Al / (Ti + Al)) is less than 0.70, a wurtzite type single phase cannot be obtained, and a coexisting phase with an NaCl type phase or an NaCl type phase Therefore, a sufficiently high resistance and a high B constant cannot be obtained.
Further, if the above-mentioned “y / (x + y)” (that is, Al / (Ti + Al)) exceeds 0.95, the resistivity is very high and the insulating property is extremely high, so that it cannot be applied as a thermistor material.
Further, when the “z” (that is, N / (Ti + Al + N)) is less than 0.4, since the amount of metal nitriding is small, a wurtzite type single phase cannot be obtained, and a sufficiently high resistance and high B A constant cannot be obtained.
Furthermore, when the “z” (that is, N / (Ti + Al + N)) exceeds 0.5, a wurtzite single phase cannot be obtained. This is because in the wurtzite type single phase, the correct stoichiometric ratio when there is no defect at the nitrogen site is N / (Ti + Al + N) = 0.5.

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサによれば、保持部に固定されていると共に薄膜サーミスタ部を間に配して延在し、絶縁性フィルム又は該絶縁性フィルムを支持する絶縁性の保護シートに固定されている一対の支持用フレームとを備えているので、支持用フレームによって絶縁性フィルムが支持されて高い剛性を確保することができる。また、薄膜サーミスタ部とリードフレームとが絶縁性フィルムに直接形成されたパターン電極で接続されることで、薄い絶縁性フィルムに直接形成された薄膜サーミスタ部と薄いパターン電極とにより、優れた応答性を得ることができると共に正確な温度測定が可能になる。
さらに、薄膜サーミスタ部を、一般式:TiAl(0.70≦y/(x+y)≦0.95、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である材料とすることで、非焼成で良好なB定数が得られると共に高い耐熱性が得られる。
したがって、本発明の温度センサによれば、高い剛性が確保されたセンサ部による安定した面接触が可能であると共に、高い応答性で正確に温度を測定することができ、複写機やプリンタ等の加熱ローラの温度用として好適である。
The present invention has the following effects.
That is, according to the temperature sensor according to the present invention, the insulating film or the insulating protective sheet that supports the insulating film is fixed to the holding portion and extends with the thin film thermistor portion interposed therebetween. Since it has a pair of fixed support frames, the insulating film is supported by the support frames and high rigidity can be ensured. In addition, by connecting the thin film thermistor part and the lead frame with the pattern electrode directly formed on the insulating film, the thin film thermistor part directly formed on the thin insulating film and the thin pattern electrode provide excellent responsiveness. And accurate temperature measurement becomes possible.
Furthermore, the thin film thermistor portion is formed by metal nitriding represented by the general formula: Ti x Al y N z (0.70 ≦ y / (x + y) ≦ 0.95, 0.4 ≦ z ≦ 0.5, x + y + z = 1). By using a material that has a hexagonal wurtzite type single phase and has a crystal structure, a good B constant can be obtained without firing, and high heat resistance can be obtained.
Therefore, according to the temperature sensor of the present invention, stable surface contact by a sensor unit with high rigidity is possible, and the temperature can be accurately measured with high responsiveness. It is suitable for the temperature of the heating roller.

本発明に係る温度センサの第1実施形態を示す平面図及び正面図である。It is the top view and front view which show 1st Embodiment of the temperature sensor which concerns on this invention. 第1実施形態において、サーミスタ用金属窒化物材料の組成範囲を示すTi−Al−N系3元系相図である。In 1st Embodiment, it is a Ti-Al-N type | system | group ternary phase diagram which shows the composition range of the metal nitride material for thermistors. 第1実施形態において、センサ部を示す平面図及びA−A線断面図である。In 1st Embodiment, it is the top view and AA sectional view taken on the line which show a sensor part. 第1実施形態において、保持部で支持された一対のリードフレーム及び支持用フレームを示す平面図である。In 1st Embodiment, it is a top view which shows a pair of lead frame and supporting frame which were supported by the holding | maintenance part. 第1実施形態において、薄膜サーミスタ部形成工程を示す平面図及びB−B線断面図である。In 1st Embodiment, it is a top view and a BB line sectional view showing a thin film thermistor part formation process. 第1実施形態において、電極形成工程を示す平面図及びC−C線断面図である。In 1st Embodiment, it is a top view and CC line sectional view showing an electrode formation process. 第1実施形態において、リードフレーム取り付け工程を示す平面図及び正面図である。In 1st Embodiment, it is the top view and front view which show a lead frame attachment process. 本発明に係る温度センサの第2実施形態を示す平面図及び正面図である。It is the top view and front view which show 2nd Embodiment of the temperature sensor which concerns on this invention. 第2実施形態において、保持部で支持された一対のリードフレーム及び支持用フレームを示す平面図である。In 2nd Embodiment, it is a top view which shows a pair of lead frame and supporting frame which were supported by the holding | maintenance part. 第2実施形態において、リードフレーム取り付け工程を示す平面図及び正面図である。In 2nd Embodiment, it is the top view and front view which show a lead frame attachment process. 本発明に係る温度センサの実施例において、サーミスタ用金属窒化物材料の膜評価用素子を示す正面図及び平面図である。In the Example of the temperature sensor which concerns on this invention, it is the front view and top view which show the element for film | membrane evaluation of the metal nitride material for thermistors. 本発明に係る実施例及び比較例において、25℃抵抗率とB定数との関係を示すグラフである。In the Example and comparative example which concern on this invention, it is a graph which shows the relationship between 25 degreeC resistivity and B constant. 本発明に係る実施例及び比較例において、Al/(Ti+Al)比とB定数との関係を示すグラフである。In the Example and comparative example which concern on this invention, it is a graph which shows the relationship between Al / (Ti + Al) ratio and B constant. 本発明に係る実施例において、Al/(Ti+Al)=0.84としたc軸配向が強い場合におけるX線回折(XRD)の結果を示すグラフである。In the Example which concerns on this invention, it is a graph which shows the result of X-ray diffraction (XRD) in case c / axis orientation with Al / (Ti + Al) = 0.84 is strong. 本発明に係る実施例において、Al/(Ti+Al)=0.83としたa軸配向が強い場合におけるX線回折(XRD)の結果を示すグラフである。In the Example which concerns on this invention, it is a graph which shows the result of X-ray diffraction (XRD) in case a-axis orientation is strong made into Al / (Ti + Al) = 0.83. 本発明に係る比較例において、Al/(Ti+Al)=0.60とした場合におけるX線回折(XRD)の結果を示すグラフである。In the comparative example which concerns on this invention, it is a graph which shows the result of X-ray diffraction (XRD) in the case of Al / (Ti + Al) = 0.60. 本発明に係る実施例において、a軸配向の強い実施例とc軸配向の強い実施例とを比較したAl/(Ti+Al)比とB定数との関係を示すグラフである。In the Example which concerns on this invention, it is a graph which shows the relationship between Al / (Ti + Al) ratio and B constant which compared the Example with strong a-axis orientation, and the Example with strong c-axis orientation. 本発明に係る実施例において、c軸配向が強い実施例を示す断面SEM写真である。In the Example which concerns on this invention, it is a cross-sectional SEM photograph which shows an Example with strong c-axis orientation. 本発明に係る実施例において、a軸配向が強い実施例を示す断面SEM写真である。In the Example which concerns on this invention, it is a cross-sectional SEM photograph which shows an Example with a strong a-axis orientation.

以下、本発明に係る温度センサにおける第1実施形態を、図1から図7を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面の一部では、各部を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。   Hereinafter, a first embodiment of a temperature sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that in some of the drawings used for the following description, the scale is appropriately changed as necessary to make each part recognizable or easily recognizable.

本実施形態の温度センサ1は、図1に示すように、一対のリードフレーム2と、一対のリードフレーム2に接続されたセンサ部3と、一対のリードフレーム2に固定されてリードフレーム2を保持する絶縁性の保持部4と、保持部4に基端側が固定された一対の支持用フレーム12とを備えている。
上記一対のリードフレーム2及び支持用フレーム12は、銅系合金、鉄系合金又はステンレス等の合金で形成されており、樹脂製の保持部4によって互いに一定間隔を保持した状態で支持されている。なお、一対のリードフレーム2は、保持部4内で一対のリード線5に接続されている。
As shown in FIG. 1, the temperature sensor 1 of the present embodiment includes a pair of lead frames 2, a sensor unit 3 connected to the pair of lead frames 2, and a lead frame 2 fixed to the pair of lead frames 2. The insulating holding part 4 to hold | maintain and the pair of support frame 12 by which the base end side was fixed to the holding part 4 are provided.
The pair of lead frames 2 and the support frame 12 are formed of an alloy such as a copper alloy, an iron alloy, or stainless steel, and are supported by a resin holding portion 4 in a state where they are held at a predetermined interval. . The pair of lead frames 2 are connected to the pair of lead wires 5 in the holding portion 4.

上記センサ部3は、図3に示すように、絶縁性フィルム6と、該絶縁性フィルム6の表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部7と、薄膜サーミスタ部7の上に複数の櫛部8aを有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極8と、一端が一対の櫛型電極8に接続されていると共に他端が一対のリードフレーム2に接続され絶縁性フィルム6の表面にパターン形成された一対のパターン電極9とを備えている。   As shown in FIG. 3, the sensor unit 3 includes an insulating film 6, a thin film thermistor portion 7 patterned on the surface of the insulating film 6 with a thermistor material, and a plurality of comb portions on the thin film thermistor portion 7. A pair of comb-shaped electrodes 8 having a pattern formed opposite to each other with 8a, and one end connected to the pair of comb-shaped electrodes 8 and the other end connected to the pair of lead frames 2 and the insulating film 6 And a pair of pattern electrodes 9 patterned on the surface.

また、本実施形態の温度センサ1は、リードフレーム2を覆った状態で絶縁性フィルム6の表裏面に接着された絶縁性の一対の保護シート11を備えている。
一対の保護シート11は、薄膜サーミスタ部7、パターン電極9及びリードフレーム2の先端側を覆っていると共に一対の支持用フレーム12も挟んで接着されている。
すなわち、上記一対の支持用フレーム12の先端側は、薄膜サーミスタ部7を間に配して延在し、絶縁性フィルムを支持する絶縁性の保護シート11に固定されている。このように、支持用フレーム12は、パターン電極9及びリード線5には接続されていないダミーリードフレームである。
In addition, the temperature sensor 1 of the present embodiment includes a pair of insulating protective sheets 11 adhered to the front and back surfaces of the insulating film 6 in a state of covering the lead frame 2.
The pair of protective sheets 11 cover the thin film thermistor portion 7, the pattern electrode 9, and the leading end side of the lead frame 2, and are also bonded with the pair of support frames 12 interposed therebetween.
That is, the distal ends of the pair of support frames 12 extend with the thin film thermistor portion 7 interposed therebetween, and are fixed to an insulating protective sheet 11 that supports the insulating film. Thus, the support frame 12 is a dummy lead frame that is not connected to the pattern electrode 9 and the lead wire 5.

上記絶縁性フィルム6は、略長方形状とされ、一対の支持用フレーム12が、絶縁性フィルム6に沿って、該絶縁性フィルム6の延在方向の略全長にわたって延在している。
また、薄膜サーミスタ部7は、絶縁性フィルム6の一端近傍に配され、パターン電極9が、絶縁性フィルム6の他端近傍まで延在している。なお、パターン電極9は、絶縁性フィルム6の他端近傍に接着用パッド部9aが形成されている。
さらに、一対のリードフレーム2の先端部が、絶縁性フィルム6の他端近傍でパターン電極9に接続されている。すなわち、リードフレーム2は、先端側が、絶縁性フィルム6上のパターン電極9の接着用パッド部9aに導電性樹脂接着剤等の接着剤(図示略)で接着されている。
The insulating film 6 has a substantially rectangular shape, and a pair of support frames 12 extend along the insulating film 6 over substantially the entire length in the extending direction of the insulating film 6.
The thin film thermistor portion 7 is disposed in the vicinity of one end of the insulating film 6, and the pattern electrode 9 extends to the vicinity of the other end of the insulating film 6. The pattern electrode 9 has an adhesive pad portion 9 a formed in the vicinity of the other end of the insulating film 6.
Further, the tip portions of the pair of lead frames 2 are connected to the pattern electrode 9 in the vicinity of the other end of the insulating film 6. That is, the lead frame 2 has its tip end bonded to the bonding pad portion 9a of the pattern electrode 9 on the insulating film 6 with an adhesive (not shown) such as a conductive resin adhesive.

上記絶縁性フィルム6は、例えば厚さ7.5〜125μmのポリイミド樹脂シートで帯状に形成されている。なお、絶縁性フィルム6としては、他にPET:ポリエチレンテレフタレート,PEN:ポリエチレンナフタレート等でも作製できるが、加熱ローラの温度測定用としては、最高使用温度が230℃と高いためポリイミドフィルムが望ましい。   The insulating film 6 is formed in a band shape with, for example, a polyimide resin sheet having a thickness of 7.5 to 125 μm. The insulating film 6 can also be made of PET: polyethylene terephthalate, PEN: polyethylene naphthalate, or the like, but for measuring the temperature of the heating roller, a polyimide film is desirable because the maximum use temperature is as high as 230 ° C.

上記薄膜サーミスタ部7は、絶縁性フィルム6の一端側に配され、TiAlNのサーミスタ材料で形成されている。特に、薄膜サーミスタ部7は、一般式:TiAl(0.70≦y/(x+y)≦0.95、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。 The thin film thermistor portion 7 is disposed on one end side of the insulating film 6 and is formed of a TiAlN thermistor material. In particular, the thin film thermistor portion 7 is a metal represented by the general formula: Ti x Al y N z (0.70 ≦ y / (x + y) ≦ 0.95, 0.4 ≦ z ≦ 0.5, x + y + z = 1). It consists of nitride and its crystal structure is a hexagonal wurtzite single phase.

上記パターン電極9及び櫛型電極8は、薄膜サーミスタ部7上に形成された膜厚5〜100nmのCr又はNiCrの接合層と、該接合層上にAu等の貴金属で膜厚50〜1000nmで形成された電極層とを有している。
一対の櫛型電極8は、互いに対向状態に配されて交互に櫛部8aが並んだ櫛型パターンとされている。
The pattern electrode 9 and the comb-shaped electrode 8 are formed on the thin film thermistor portion 7 with a thickness of 5 to 100 nm of a Cr or NiCr bonding layer and a noble metal such as Au on the bonding layer with a thickness of 50 to 1000 nm. And an electrode layer formed.
The pair of comb-shaped electrodes 8 has a comb-shaped pattern in which the comb portions 8a are alternately arranged so as to face each other.

なお、櫛部8aは、絶縁性フィルム6の延在方向(リードフレーム2及び支持用フレーム12の延在方向)に沿って延在している。すなわち、絶縁性フィルム6の裏面を、回転する加熱ローラに押し当てされて温度測定を行うが、この際、絶縁性フィルム6の延在方向に曲率を有して湾曲させられるため、薄膜サーミスタ部7にも同方向に曲げ応力が加わる。このとき、櫛部8aが同方向に延在しているため、薄膜サーミスタ部7を補強することになり、クラックの発生を抑制することができる。   The comb portion 8a extends along the extending direction of the insulating film 6 (the extending direction of the lead frame 2 and the support frame 12). That is, the back surface of the insulating film 6 is pressed against a rotating heating roller to measure the temperature. At this time, the thin film thermistor section is curved with a curvature in the extending direction of the insulating film 6. 7 is also subjected to bending stress in the same direction. At this time, since the comb portion 8a extends in the same direction, the thin film thermistor portion 7 is reinforced, and generation of cracks can be suppressed.

上記一対の保護膜10は、絶縁性樹脂膜等であり、例えば厚さ20μmのポリイミド膜が採用される。これら保護膜10は、センサ部3及び支持用フレーム12を挟んだ状態で互いに接着剤で接着されている。   The pair of protective films 10 is an insulating resin film or the like, for example, a polyimide film having a thickness of 20 μm is employed. The protective films 10 are bonded to each other with an adhesive in a state where the sensor unit 3 and the support frame 12 are sandwiched.

上記薄膜サーミスタ部7は、上述したように、金属窒化物材料であって、一般式:TiAl(0.70≦y/(x+y)≦0.95、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系の結晶系であってウルツ鉱型(空間群P6mc(No.186))の単相である。すなわち、この金属窒化物材料は、図2に示すように、Ti−Al−N系3元系相図における点A,B,C,Dで囲まれる領域内の組成を有し、結晶相がウルツ鉱型である金属窒化物である。
なお、上記点A,B,C,Dの各組成比(x、y、z)(原子%)は、A(15、35、50),B(2.5、47.5、50),C(3、57、40),D(18、42、40)である。
As described above, the thin film thermistor portion 7 is a metal nitride material, and has a general formula: Ti x Al y N z (0.70 ≦ y / (x + y) ≦ 0.95, 0.4 ≦ z ≦ 0.5, x + y + z = 1), the crystal structure of which is a hexagonal crystal system with a single phase of wurtzite type (space group P6 3 mc (No. 186)) is there. That is, this metal nitride material has a composition in a region surrounded by points A, B, C, and D in the Ti—Al—N ternary phase diagram as shown in FIG. It is a metal nitride that is a wurtzite type.
In addition, each composition ratio (x, y, z) (atomic%) of the points A, B, C, and D is A (15, 35, 50), B (2.5, 47.5, 50), C (3, 57, 40), D (18, 42, 40).

また、この薄膜サーミスタ部7は、例えば膜厚100〜1000nmの膜状に形成され、前記膜の表面に対して垂直方向に延在している柱状結晶である。さらに、膜の表面に対して垂直方向にa軸よりc軸が強く配向していることが好ましい。
なお、膜の表面に対して垂直方向(膜厚方向)にa軸配向(100)が強いかc軸配向(002)が強いかの判断は、X線回折(XRD)を用いて結晶軸の配向性を調べることで、(100)(a軸配向を示すミラー指数)と(002)(c軸配向を示すミラー指数)とのピーク強度比から、「(100)のピーク強度」/「(002)のピーク強度」が1未満であることで決定する。
The thin film thermistor portion 7 is a columnar crystal that is formed in a film shape of, for example, a thickness of 100 to 1000 nm and extends in a direction perpendicular to the surface of the film. Further, it is preferable that the c-axis is oriented more strongly than the a-axis in the direction perpendicular to the film surface.
Whether the a-axis orientation (100) is strong or the c-axis orientation (002) is strong in the direction perpendicular to the film surface (film thickness direction) is determined using X-ray diffraction (XRD). By examining the orientation, from the peak intensity ratio of (100) (Miller index indicating a-axis orientation) and (002) (Miller index indicating c-axis alignment), “(100) peak intensity” / “(( 002) peak intensity ”is less than 1.

この温度センサ1の製造方法について、図1,図3から図9を参照して以下に説明する。
本実施形態の温度センサ1の製造方法は、絶縁性フィルム6上に薄膜サーミスタ部7をパターン形成する薄膜サーミスタ部形成工程と、互いに対向した一対の櫛型電極8を薄膜サーミスタ部7上に配して絶縁性フィルム6上に一対のパターン電極9をパターン形成する電極形成工程と、絶縁性フィルム6の表面に保護膜10を形成する保護膜形成工程と、センサ部3にリードフレーム2を取り付けるリードフレーム取り付け工程と、センサ部3とリードフレーム2及び支持用フレーム12の先端側とを挟んで覆う一対の保護シート11を接着するシート接着工程とを有している。
A method for manufacturing the temperature sensor 1 will be described below with reference to FIGS. 1 and 3 to 9.
The manufacturing method of the temperature sensor 1 of the present embodiment includes a thin film thermistor section forming step of patterning the thin film thermistor section 7 on the insulating film 6 and a pair of comb-shaped electrodes 8 facing each other disposed on the thin film thermistor section 7. Then, an electrode forming step of patterning a pair of pattern electrodes 9 on the insulating film 6, a protective film forming step of forming a protective film 10 on the surface of the insulating film 6, and attaching the lead frame 2 to the sensor unit 3 A lead frame attaching step, and a sheet adhering step of adhering a pair of protective sheets 11 covering the sensor portion 3 and the leading end sides of the lead frame 2 and the support frame 12.

より具体的な製造方法の例としては、厚さ50μmのポリイミドフィルムの絶縁性フィルム6上に、Ti−Al合金スパッタリングターゲットを用い、窒素含有雰囲気中で反応性スパッタ法にて、TiAl(x=9、y=43、z=48)のサーミスタ膜を膜厚200nmで形成する。その時のスパッタ条件は、到達真空度5×10−6Pa、スパッタガス圧0.4Pa、ターゲット投入電力(出力)200Wで、Arガス+窒素ガスの混合ガス雰囲気下において、窒素ガス分率を20%で作製する。 As a more specific example of the manufacturing method, Ti x Al y is used by reactive sputtering in a nitrogen-containing atmosphere using a Ti—Al alloy sputtering target on an insulating film 6 of polyimide film having a thickness of 50 μm. A thermistor film of N z (x = 9, y = 43, z = 48) is formed with a film thickness of 200 nm. The sputtering conditions at that time were an ultimate vacuum of 5 × 10 −6 Pa, a sputtering gas pressure of 0.4 Pa, a target input power (output) of 200 W, and a nitrogen gas fraction of 20 in a mixed gas atmosphere of Ar gas + nitrogen gas. %.

成膜したサーミスタ膜の上にレジスト液をバーコーターで塗布した後、110℃で1分30秒プリベークを行い、露光装置で感光後、現像液で不要部分を除去し、さらに150℃で5分のポストベークにてパターニングを行う。その後、不要なTiAlのサーミスタ膜を市販のTiエッチャントでウェットエッチングを行い、図5に示すように、レジスト剥離にて所望の形状の薄膜サーミスタ部7にする。 A resist solution is applied onto the deposited thermistor film with a bar coater, pre-baked at 110 ° C. for 1 minute and 30 seconds, exposed to light with an exposure device, and unnecessary portions are removed with a developer, and further at 150 ° C. for 5 minutes. Patterning is performed by post-baking. Thereafter, the thermistor film unnecessary Ti x Al y N z by wet etching in a commercial Ti etchant, as shown in FIG. 5, to a thin film thermistor portion 7 of a desired shape on the resist stripping.

次に、薄膜サーミスタ部7及び絶縁性フィルム6上に、スパッタ法にて、Cr膜の接合層を膜厚20nm形成する。さらに、この接合層上に、スパッタ法にてAu膜の電極層を膜厚100nm形成する。
次に、成膜した電極層の上にレジスト液をバーコーターで塗布した後、110℃で1分30秒プリベークを行い、露光装置で感光後、現像液で不要部分を除去し、150℃で5分のポストベークにてパターニングを行う。その後、不要な電極部分を市販のAuエッチャント及びCrエッチャントの順番でウェットエッチングを行い、図6に示すように、レジスト剥離にて所望の櫛型電極8及びパターン電極9を形成する。
Next, a 20-nm thick Cr film bonding layer is formed on the thin film thermistor portion 7 and the insulating film 6 by sputtering. Further, an Au film electrode layer is formed to a thickness of 100 nm on the bonding layer by sputtering.
Next, after applying a resist solution on the electrode layer formed with a bar coater, pre-baking is performed at 110 ° C. for 1 minute 30 seconds, and after exposure with an exposure apparatus, unnecessary portions are removed with a developing solution, Patterning is performed by post-baking for 5 minutes. Thereafter, unnecessary electrode portions are wet-etched in the order of commercially available Au etchant and Cr etchant, and as shown in FIG. 6, desired comb electrodes 8 and pattern electrodes 9 are formed by resist stripping.

さらに、その上にポリイミドワニスを印刷法により塗布して、250℃、30分でキュアを行い、図7に示すように、20μm厚のポリイミド保護膜10を形成する。
次に、一対のリードフレーム2の先端側をパターン電極9の接着用パッド部9a上に配して、図7に示すように、リードフレーム2の先端側と接着用パッド部9aとを導電性樹脂接着剤により接着する。
次に、保護シート11として接着剤付きの一対のポリイミドフィルムを、センサ部3とリードフレーム2及び支持用フレーム12の先端側とを挟んで絶縁性フィルム6の表裏面に貼り付けることで、図1に示すように、温度センサ1が作製される。
Further, a polyimide varnish is applied thereon by a printing method and cured at 250 ° C. for 30 minutes to form a polyimide protective film 10 having a thickness of 20 μm as shown in FIG.
Next, the tip end sides of the pair of lead frames 2 are arranged on the bonding pad portion 9a of the pattern electrode 9, and the tip end side of the lead frame 2 and the bonding pad portion 9a are made conductive as shown in FIG. Bond with resin adhesive.
Next, a pair of polyimide films with an adhesive as the protective sheet 11 are attached to the front and back surfaces of the insulating film 6 with the sensor portion 3 and the leading end sides of the lead frame 2 and the supporting frame 12 sandwiched therebetween. As shown in FIG. 1, the temperature sensor 1 is manufactured.

なお、複数のセンサ部3を同時に作製する場合、絶縁性フィルム6の大判シートに複数の薄膜サーミスタ部7、櫛型電極8、パターン電極9及び保護膜10を上述のように形成した後に、大判シートから各センサ部3に切断する。   In the case where a plurality of sensor portions 3 are manufactured at the same time, after forming a plurality of thin film thermistor portions 7, comb electrodes 8, pattern electrodes 9, and protective film 10 on a large sheet of insulating film 6, as described above, The sensor unit 3 is cut from the sheet.

このように本実施形態の温度センサ1では、一対の支持用フレーム12の先端側が、薄膜サーミスタ部7を間に配して延在し、絶縁性フィルム6を支持する絶縁性の保護シート11に固定されているので、支持用フレーム12によって絶縁性フィルム6が支持されて高い剛性を確保することができる。
特に、一対の支持用フレーム12が、絶縁性フィルム6に沿って、該絶縁性フィルム6の延在方向の略全長にわたって延在しているので、絶縁性フィルム6全体を支持用フレーム12で支持することができる。
As described above, in the temperature sensor 1 of the present embodiment, the distal ends of the pair of support frames 12 extend with the thin film thermistor portion 7 interposed therebetween, and the insulating protective sheet 11 that supports the insulating film 6 is provided on the insulating protective sheet 11. Since it is fixed, the insulating film 6 is supported by the support frame 12, and high rigidity can be ensured.
In particular, since the pair of supporting frames 12 extend along the insulating film 6 over substantially the entire length in the extending direction of the insulating film 6, the entire insulating film 6 is supported by the supporting frame 12. can do.

また、支持用フレーム12は、パターン電極9に接続されていないため、熱伝達が抑制され、正確な温度検知と高い応答性とが得られる。
さらに、絶縁性フィルム6に直接形成された薄膜サーミスタ部7により、全体の厚みが薄くなり、小さい体積によって優れた応答性を得ることができる。
Further, since the support frame 12 is not connected to the pattern electrode 9, heat transfer is suppressed, and accurate temperature detection and high responsiveness can be obtained.
Furthermore, the thin film thermistor portion 7 formed directly on the insulating film 6 reduces the overall thickness, and an excellent response can be obtained with a small volume.

また、一対のリードフレーム2が、一対のパターン電極9に接続されているので、薄膜サーミスタ部7とリードフレーム2とが絶縁性フィルム6に直接形成されたパターン電極9で接続されることで、パターン形成された薄い配線により、リード線等で接続された場合に比べてリードフレーム2側との熱伝導性の影響が抑制される。なお、測定対象物に対する接触部分の平坦性が高く、面接触するために、正確な温度検知が可能であると共に回転する加熱ローラ等の測定対象物の表面を傷つけ難い。   Further, since the pair of lead frames 2 are connected to the pair of pattern electrodes 9, the thin film thermistor portion 7 and the lead frame 2 are connected by the pattern electrodes 9 directly formed on the insulating film 6, The effect of thermal conductivity with the lead frame 2 side is suppressed by the thin wiring with the pattern formed as compared with the case where the lead wires are connected. In addition, since the flatness of the contact part with respect to a measuring object is high, and it contacts a surface, exact temperature detection is possible and it is hard to damage the surface of measuring objects, such as a heating roller to rotate.

さらに、一対のリードフレーム2の先端部が、絶縁性フィルム6の他端近傍でパターン電極9に接続されているので、一端近傍の薄膜サーミスタ部7を加熱ローラ等の測定対象物に接触させても、他端近傍でパターン電極9に接続されたリードフレーム2を測定対象物に接触しないように設定でき、リードフレーム2への熱伝導を抑制可能である。
また、一対の保護シート11が、一対の支持用フレーム12も挟んで接着されているので、リードフレーム2及び支持用フレーム12を保護シート11で安定して保持することができると共に絶縁性フィルム6の剛性を向上させることができる。
Furthermore, since the tip portions of the pair of lead frames 2 are connected to the pattern electrode 9 near the other end of the insulating film 6, the thin film thermistor portion 7 near one end is brought into contact with a measurement object such as a heating roller. However, the lead frame 2 connected to the pattern electrode 9 in the vicinity of the other end can be set so as not to come into contact with the measurement object, and heat conduction to the lead frame 2 can be suppressed.
Further, since the pair of protective sheets 11 are bonded to each other with the pair of support frames 12 interposed therebetween, the lead frame 2 and the support frame 12 can be stably held by the protective sheet 11 and the insulating film 6 can be held. The rigidity of can be improved.

また、薄膜サーミスタ部7が、一般式:TiAl(0.70≦y/(x+y)≦0.95、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系の結晶系であってウルツ鉱型の単相であるので、非焼成で良好なB定数が得られると共に高い耐熱性を有している。
また、この金属窒化物材料では、膜の表面に対して垂直方向に延在している柱状結晶であるので、膜の結晶性が高く、高い耐熱性が得られる。
さらに、この金属窒化物材料では、膜の表面に対して垂直方向にa軸よりc軸を強く配向させることで、a軸配向が強い場合に比べて高いB定数が得られる。
Further, the thin film thermistor portion 7 is a metal represented by the general formula: Ti x Al y N z (0.70 ≦ y / (x + y) ≦ 0.95, 0.4 ≦ z ≦ 0.5, x + y + z = 1). Since it is made of nitride and its crystal structure is a hexagonal crystal system and is a wurtzite single phase, it has a good B constant without firing and has high heat resistance.
In addition, since this metal nitride material is a columnar crystal extending in a direction perpendicular to the surface of the film, the film has high crystallinity and high heat resistance can be obtained.
Further, in this metal nitride material, by aligning the c-axis more strongly than the a-axis in the direction perpendicular to the film surface, a higher B constant can be obtained than when the a-axis alignment is strong.

なお、本実施形態のサーミスタ材料層(薄膜サーミスタ部7)の製造方法では、Ti−Al合金スパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って成膜するので、上記TiAlNからなる上記金属窒化物材料を非焼成で成膜することができる。
また、反応性スパッタにおけるスパッタガス圧を、0.67Pa未満に設定することで、膜の表面に対して垂直方向にa軸よりc軸が強く配向している金属窒化物材料の膜を形成することができる。
In the method of manufacturing the thermistor material layer (thin film thermistor portion 7) of the present embodiment, since the film is formed by reactive sputtering in a nitrogen-containing atmosphere using a Ti—Al alloy sputtering target, the above-mentioned TiAlN is used. The metal nitride material can be formed without firing.
Further, by setting the sputtering gas pressure in reactive sputtering to less than 0.67 Pa, a metal nitride material film in which the c-axis is oriented more strongly than the a-axis in the direction perpendicular to the film surface is formed. be able to.

したがって、本実施形態の温度センサ1では、絶縁性フィルム6上に上記サーミスタ材料層で薄膜サーミスタ部7が形成されているので、非焼成で形成され高B定数で耐熱性の高い薄膜サーミスタ部7により、樹脂フィルム等の耐熱性の低い絶縁性フィルム6を用いることができると共に、良好なサーミスタ特性を有した薄型でフレキシブルなサーミスタセンサが得られる。
また、従来アルミナ等のセラミックスを用いた基板材料がしばしば用いられ、例えば、厚さ0.1mmへと薄くすると非常に脆く壊れやすい等の問題があったが、本発明においてはフィルムを用いることができるので、上記のように、例えば厚さ0.1mmの非常に薄いフィルム型サーミスタセンサ(センサ部3)を得ることができる。
Therefore, in the temperature sensor 1 of the present embodiment, since the thin film thermistor portion 7 is formed of the thermistor material layer on the insulating film 6, the thin film thermistor portion 7 is formed by non-firing and has a high B constant and high heat resistance. Thus, an insulating film 6 having low heat resistance such as a resin film can be used, and a thin and flexible thermistor sensor having good thermistor characteristics can be obtained.
In addition, substrate materials using ceramics such as alumina are often used in the past. For example, when the thickness is reduced to 0.1 mm, the substrate material is very brittle and easily broken. Therefore, as described above, for example, a very thin film type thermistor sensor (sensor unit 3) having a thickness of 0.1 mm can be obtained.

次に、本発明に係る温度センサの第2実施形態について、図8から図10を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。   Next, a second embodiment of the temperature sensor according to the present invention will be described below with reference to FIGS. Note that, in the following description of the embodiment, the same components described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、一対の支持用フレーム12が絶縁性フィルム6の延在方向にのみ延びているのに対し、第2の実施形態の温度センサ21では、図8及び図9に示すように、一対の支持用フレーム22の互いの先端部が、一対の支持用フレーム22間に延在した連結用フレーム部22aで接続されている点である。すなわち、第2実施形態では、一対の支持用フレーム22と連結用フレーム部22aとが、絶縁性フィルム6の外縁に沿って全体としてコ字状に形成され、センサ部3を囲むように設置されている。なお、第2実施形態では、一対の支持用フレーム22と連結用フレーム部22aとは一体に形成されている。   The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, the pair of support frames 12 extend only in the extending direction of the insulating film 6, whereas the second embodiment is different from the first embodiment. In the temperature sensor 21, as shown in FIGS. 8 and 9, the distal ends of the pair of support frames 22 are connected by a connecting frame portion 22 a extending between the pair of support frames 22. Is a point. That is, in the second embodiment, the pair of support frames 22 and the connecting frame portion 22 a are formed in a U shape as a whole along the outer edge of the insulating film 6 and are installed so as to surround the sensor portion 3. ing. In the second embodiment, the pair of support frames 22 and the connecting frame portion 22a are integrally formed.

この第2実施形態の温度センサ21を作製する場合、図9に示すように、保持部4に基端側が固定された一対のリードフレーム2と連結用フレーム部22aで連結された一対の支持用フレーム22とを用意し、図10に示すように、センサ部3の接着用パッド部9aとリードフレーム2の先端側とを固定用導電性接着剤で接着する。さらに、第1実施形態と同様に、センサ部3と支持用フレーム22と連結用フレーム部22aとを一対の保護シート11で挟んで接着することで、図8に示す温度センサ21が作製される。   When the temperature sensor 21 of the second embodiment is manufactured, as shown in FIG. 9, a pair of supporting frames connected to a pair of lead frames 2 whose base ends are fixed to the holding portion 4 by a connecting frame portion 22a. A frame 22 is prepared, and as shown in FIG. 10, the bonding pad portion 9 a of the sensor unit 3 and the leading end side of the lead frame 2 are bonded with a conductive adhesive for fixing. Further, similarly to the first embodiment, the temperature sensor 21 shown in FIG. 8 is manufactured by sandwiching and bonding the sensor unit 3, the support frame 22, and the connecting frame unit 22 a with the pair of protective sheets 11. .

このように第2実施形態の温度センサ21では、一対の支持用フレーム22の互いの先端部が、一対の支持用フレーム22間に延在した連結用フレーム部22aで接続されているので、連結用フレーム部22aによって一対の支持用フレーム22がねじれ難くなり、絶縁性フィルム6の延在方向に直交する方向に対する剛性がさらに向上する。   As described above, in the temperature sensor 21 according to the second embodiment, the distal end portions of the pair of support frames 22 are connected by the connection frame portion 22 a extending between the pair of support frames 22. The pair of support frames 22 are hardly twisted by the frame portion 22a, and the rigidity in the direction orthogonal to the extending direction of the insulating film 6 is further improved.

次に、本発明に係る温度センサについて、上記実施形態に基づいて作製した実施例により評価した結果を、図11から図19を参照して具体的に説明する。   Next, the results of evaluating the temperature sensor according to the present invention by the example produced based on the above embodiment will be described in detail with reference to FIGS.

<膜評価用素子の作製>
本発明のサーミスタ材料層(薄膜サーミスタ部7)の評価を行う実施例及び比較例として、図11に示す膜評価用素子121を次のように作製した。
まず、反応性スパッタ法にて、様々な組成比のTi−Al合金ターゲットを用いて、Si基板Sとなる熱酸化膜付きSiウエハ上に、厚さ500nmの表1に示す様々な組成比で形成された金属窒化物材料の薄膜サーミスタ部7を形成した。その時のスパッタ条件は、到達真空度:5×10−6Pa、スパッタガス圧:0.1〜1Pa、ターゲット投入電力(出力):100〜500Wで、Arガス+窒素ガスの混合ガス雰囲気下において、窒素ガス分率を10〜100%と変えて作製した。
<Production of film evaluation element>
As examples and comparative examples for evaluating the thermistor material layer (thin film thermistor portion 7) of the present invention, a film evaluation element 121 shown in FIG. 11 was produced as follows.
First, by reactive sputtering, Ti—Al alloy targets having various composition ratios are used to form Si substrates S on a Si wafer with a thermal oxide film at various composition ratios shown in Table 1 having a thickness of 500 nm. A thin film thermistor portion 7 of the formed metal nitride material was formed. The sputtering conditions at that time were: ultimate vacuum: 5 × 10 −6 Pa, sputtering gas pressure: 0.1 to 1 Pa, target input power (output): 100 to 500 W, in a mixed gas atmosphere of Ar gas + nitrogen gas The nitrogen gas fraction was changed to 10 to 100%.

次に、上記薄膜サーミスタ部7の上に、スパッタ法でCr膜を20nm形成し、さらにAu膜を100nm形成した。さらに、その上にレジスト液をスピンコーターで塗布した後、110℃で1分30秒プリベークを行い、露光装置で感光後、現像液で不要部分を除去し、150℃で5分のポストベークにてパターニングを行った。その後、不要な電極部分を市販のAuエッチャント及びCrエッチャントによりウェットエッチングを行い、レジスト剥離にて所望の櫛形電極部124aを有するパターン電極124を形成した。そして、これをチップ状にダイシングして、B定数評価及び耐熱性試験用の膜評価用素子121とした。
なお、比較としてTiAlの組成比が本発明の範囲外であって結晶系が異なる比較例についても同様に作製して評価を行った。
Next, a 20 nm Cr film was formed on the thin film thermistor portion 7 by sputtering, and a 100 nm Au film was further formed. Furthermore, after applying a resist solution thereon with a spin coater, pre-baking is performed at 110 ° C. for 1 minute 30 seconds, and after exposure with an exposure apparatus, unnecessary portions are removed with a developing solution, and post baking is performed at 150 ° C. for 5 minutes. Patterning. Thereafter, unnecessary electrode portions were wet-etched with a commercially available Au etchant and Cr etchant, and a patterned electrode 124 having a desired comb-shaped electrode portion 124a was formed by resist stripping. Then, this was diced into chips to obtain a film evaluation element 121 for B constant evaluation and heat resistance test.
For comparison, comparative examples in which the composition ratio of Ti x Al y N z is out of the scope of the present invention and the crystal system is different were similarly prepared and evaluated.

<膜の評価>
(1)組成分析
反応性スパッタ法にて得られた薄膜サーミスタ部7について、X線光電子分光法(XPS)にて元素分析を行った。このXPSでは、Arスパッタにより、最表面から深さ20nmのスパッタ面において、定量分析を実施した。その結果を表1に示す。なお、以下の表中の組成比は「原子%」で示している。
<Evaluation of membrane>
(1) Composition analysis About the thin film thermistor part 7 obtained by the reactive sputtering method, the elemental analysis was conducted by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In this XPS, quantitative analysis was performed on the sputtered surface having a depth of 20 nm from the outermost surface by Ar sputtering. The results are shown in Table 1. In addition, the composition ratio in the following table | surface is shown by "atomic%".

なお、上記X線光電子分光法(XPS)は、X線源をMgKα(350W)とし、パスエネルギー:58.5eV、測定間隔:0.125eV、試料面に対する光電子取り出し角:45deg、分析エリアを約800μmφの条件下で定量分析を実施した。なお、定量精度について、N/(Ti+Al+N)の定量精度は±2%、Al/(Ti+Al)の定量精度は±1%ある。   In the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the X-ray source is MgKα (350 W), the path energy is 58.5 eV, the measurement interval is 0.125 eV, the photoelectron extraction angle with respect to the sample surface is 45 deg, and the analysis area is about Quantitative analysis was performed under the condition of 800 μmφ. As for the quantitative accuracy, the quantitative accuracy of N / (Ti + Al + N) is ± 2%, and the quantitative accuracy of Al / (Ti + Al) is ± 1%.

(2)比抵抗測定
反応性スパッタ法にて得られた薄膜サーミスタ部7について、4端子法にて25℃での比抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
(3)B定数測定
膜評価用素子121の25℃及び50℃の抵抗値を恒温槽内で測定し、25℃と50℃との抵抗値よりB定数を算出した。その結果を表1に示す。
(2) Specific resistance measurement About the thin film thermistor part 7 obtained by the reactive sputtering method, the specific resistance in 25 degreeC was measured by the 4 terminal method. The results are shown in Table 1.
(3) B constant measurement The resistance value of 25 degreeC and 50 degreeC of the element 121 for film | membrane evaluation was measured within the thermostat, and B constant was computed from the resistance value of 25 degreeC and 50 degreeC. The results are shown in Table 1.

なお、本発明におけるB定数算出方法は、上述したように25℃と50℃とのそれぞれの抵抗値から以下の式によって求めている。
B定数(K)=ln(R25/R50)/(1/T25−1/T50)
R25(Ω):25℃における抵抗値
R50(Ω):50℃における抵抗値
T25(K):298.15K 25℃を絶対温度表示
T50(K):323.15K 50℃を絶対温度表示
In addition, the B constant calculation method in this invention is calculated | required by the following formula | equation from each resistance value of 25 degreeC and 50 degreeC as mentioned above.
B constant (K) = ln (R25 / R50) / (1 / T25-1 / T50)
R25 (Ω): resistance value at 25 ° C. R50 (Ω): resistance value at 50 ° C. T25 (K): 298.15K 25 ° C. is displayed as an absolute temperature T50 (K): 323.15K 50 ° C. is displayed as an absolute temperature

これらの結果からわかるように、TiAlの組成比が図2に示す3元系の三角図において、点A,B,C,Dで囲まれる領域内、すなわち、「0.70≦y/(x+y)≦0.95、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1」となる領域内の実施例全てで、抵抗率:100Ωcm以上、B定数:1500K以上のサーミスタ特性が達成されている。 As can be seen from these results, the Ti x Al y N 3 ternary triangular diagram of the composition ratio shown in FIG. 2 of z, the points A, B, C, in a region surrounded by D, ie, "0.70 ≦ y / (x + y) ≦ 0.95, 0.4 ≦ z ≦ 0.5, x + y + z = 1 ”, thermistor characteristics of resistivity: 100 Ωcm or more, B constant: 1500 K or more Has been achieved.

上記結果から25℃での抵抗率とB定数との関係を示したグラフを、図12に示す。また、Al/(Ti+Al)比とB定数との関係を示したグラフを、図13に示す。これらのグラフから、Al/(Ti+Al)=0.7〜0.95、かつ、N/(Ti+Al+N)=0.4〜0.5の領域で、結晶系が六方晶のウルツ鉱型の単一相であるものは、25℃における比抵抗値が100Ωcm以上、B定数が1500K以上の高抵抗かつ高B定数の領域が実現できている。なお、図13のデータにおいて、同じAl/(Ti+Al)比に対して、B定数がばらついているのは、結晶中の窒素量が異なるためである。   FIG. 12 shows a graph showing the relationship between the resistivity at 25 ° C. and the B constant based on the above results. A graph showing the relationship between the Al / (Ti + Al) ratio and the B constant is shown in FIG. From these graphs, in the region of Al / (Ti + Al) = 0.7 to 0.95 and N / (Ti + Al + N) = 0.4 to 0.5, the wurtzite single crystal system is hexagonal. As a phase, a high resistance and high B constant region having a specific resistance value at 25 ° C. of 100 Ωcm or more and a B constant of 1500 K or more can be realized. In the data of FIG. 13, the B constant varies for the same Al / (Ti + Al) ratio because the amount of nitrogen in the crystal is different.

表1に示す比較例3〜12は、Al/(Ti+Al)<0.7の領域であり、結晶系は立方晶のNaCl型となっている。また、比較例12(Al/(Ti+Al)=0.67)では、NaCl型とウルツ鉱型とが共存している。このように、Al/(Ti+Al)<0.7の領域では、25℃における比抵抗値が100Ωcm未満、B定数が1500K未満であり、低抵抗かつ低B定数の領域であった。   Comparative Examples 3 to 12 shown in Table 1 are regions of Al / (Ti + Al) <0.7, and the crystal system is a cubic NaCl type. In Comparative Example 12 (Al / (Ti + Al) = 0.67), the NaCl type and the wurtzite type coexist. Thus, in the region of Al / (Ti + Al) <0.7, the specific resistance value at 25 ° C. was less than 100 Ωcm, the B constant was less than 1500 K, and the region was low resistance and low B constant.

表1に示す比較例1,2は、N/(Ti+Al+N)が40%に満たない領域であり、金属が窒化不足の結晶状態になっている。この比較例1,2は、NaCl型でも、ウルツ鉱型でもない、非常に結晶性の劣る状態であった。また、これら比較例では、B定数及び抵抗値が共に非常に小さく、金属的振舞いに近いことがわかった。   Comparative Examples 1 and 2 shown in Table 1 are regions where N / (Ti + Al + N) is less than 40%, and the metal is in a crystalline state with insufficient nitriding. In Comparative Examples 1 and 2, neither the NaCl type nor the wurtzite type was in a state of very poor crystallinity. Further, in these comparative examples, it was found that both the B constant and the resistance value were very small and close to the metallic behavior.

(4)薄膜X線回折(結晶相の同定)
反応性スパッタ法にて得られた薄膜サーミスタ部7を、視斜角入射X線回折(Grazing Incidence X-ray Diffraction)により、結晶相を同定した。この薄膜X線回折は、微小角X線回折実験であり、管球をCuとし、入射角を1度とすると共に2θ=20〜130度の範囲で測定した。
(4) Thin film X-ray diffraction (identification of crystal phase)
The crystal phase of the thin film thermistor portion 7 obtained by the reactive sputtering method was identified by grazing incidence X-ray diffraction (Grazing Incidence X-ray Diffraction). This thin film X-ray diffraction was a small angle X-ray diffraction experiment, and the measurement was performed in the range of 2θ = 20 to 130 degrees with Cu as the tube, the incident angle of 1 degree.

その結果、Al/(Ti+Al)≧0.7の領域においては、ウルツ鉱型相(六方晶、AlNと同じ相)であり、Al/(Ti+Al)<0.65の領域においては、NaCl型相(立方晶、TiNと同じ相)であった。また、0.65< Al/(Ti+Al)<0.7においては、ウルツ鉱型相とNaCl型相との共存する結晶相であった。   As a result, in the region of Al / (Ti + Al) ≧ 0.7, it is a wurtzite type phase (hexagonal crystal, the same phase as AlN), and in the region of Al / (Ti + Al) <0.65, the NaCl type phase. (Cubic, same phase as TiN). Further, in the case of 0.65 <Al / (Ti + Al) <0.7, it was a crystal phase in which the wurtzite type phase and the NaCl type phase coexist.

このようにTiAlN系においては、高抵抗かつ高B定数の領域は、Al/(Ti+Al)≧0.7のウルツ鉱型相に存在している。なお、本発明の実施例では、不純物相は確認されておらず、ウルツ鉱型の単一相である。
なお、表1に示す比較例1,2は、上述したように結晶相がウルツ鉱型相でもNaCl型相でもなく、本試験においては同定できなかった。また、これらの比較例は、XRDのピーク幅が非常に広いことから、非常に結晶性の劣る材料であった。これは、電気特性により金属的振舞いに近いことから、窒化不足の金属相になっていると考えられる。
Thus, in the TiAlN system, a region having a high resistance and a high B constant exists in the wurtzite phase of Al / (Ti + Al) ≧ 0.7. In the examples of the present invention, the impurity phase is not confirmed, and is a wurtzite type single phase.
In Comparative Examples 1 and 2 shown in Table 1, the crystal phase was neither the wurtzite type phase nor the NaCl type phase as described above, and could not be identified in this test. Further, these comparative examples were materials with very poor crystallinity because the peak width of XRD was very wide. This is considered to be a metal phase with insufficient nitriding because it is close to a metallic behavior due to electrical characteristics.

次に、本発明の実施例は全てウルツ鉱型相の膜であり、配向性が強いことから、Si基板S上に垂直な方向(膜厚方向)の結晶軸においてa軸配向性が強いか、c軸配向性が強いかであるかについて、XRDを用いて調査した。この際、結晶軸の配向性を調べるために、(100)(a軸配向を示すミラー指数)と(002)(c軸配向を示すミラー指数)とのピーク強度比を測定した。   Next, all the examples of the present invention are films of wurtzite type phase, and since the orientation is strong, is the a-axis orientation strong in the crystal axis in the direction perpendicular to the Si substrate S (film thickness direction)? Whether the c-axis orientation is strong was investigated using XRD. At this time, in order to investigate the orientation of the crystal axis, the peak intensity ratio between (100) (Miller index indicating a-axis orientation) and (002) (Miller index indicating c-axis orientation) was measured.

その結果、スパッタガス圧が0.67Pa未満で成膜された実施例は、(100)よりも(002)の強度が非常に強く、a軸配向性よりc軸配向性が強い膜であった。一方、スパッタガス圧が0.67Pa以上で成膜された実施例は、(002)よりも(100)の強度が非常に強く、c軸配向よりa軸配向が強い材料であった。
なお、同じ成膜条件でポリイミドフィルムに成膜しても、同様にウルツ鉱型相の単一相が形成されていることを確認している。また、同じ成膜条件でポリイミドフィルムに成膜しても、配向性は変わらないことを確認している。
As a result, the example in which the film was formed at a sputtering gas pressure of less than 0.67 Pa was a film having a (002) strength much stronger than (100) and a stronger c-axis orientation than a-axis orientation. . On the other hand, the example in which the film was formed at a sputtering gas pressure of 0.67 Pa or higher was a material having a (100) strength much stronger than (002) and a a-axis orientation stronger than the c-axis orientation.
In addition, even if it formed into a film on the polyimide film on the same film-forming conditions, it confirmed that the single phase of the wurtzite type phase was formed similarly. Moreover, even if it forms into a film on a polyimide film on the same film-forming conditions, it has confirmed that orientation does not change.

c軸配向が強い実施例のXRDプロファイルの一例を、図14に示す。この実施例は、Al/(Ti+Al)=0.84(ウルツ鉱型、六方晶)であり、入射角を1度として測定した。この結果からわかるように、この実施例では、(100)よりも(002)の強度が非常に強くなっている。
また、a軸配向が強い実施例のXRDプロファイルの一例を、図15に示す。この実施例は、Al/(Ti+Al)=0.83(ウルツ鉱型、六方晶)であり、入射角を1度として測定した。この結果からわかるように、この実施例では、(002)よりも(100)の強度が非常に強くなっている。
An example of the XRD profile of an example with strong c-axis orientation is shown in FIG. In this example, Al / (Ti + Al) = 0.84 (wurtzite type, hexagonal crystal), and the incident angle was 1 degree. As can be seen from this result, in this example, the intensity of (002) is much stronger than (100).
Moreover, an example of the XRD profile of an Example with a strong a-axis orientation is shown in FIG. In this example, Al / (Ti + Al) = 0.83 (wurtzite type, hexagonal crystal), and the incident angle was measured as 1 degree. As can be seen from this result, in this example, the intensity of (100) is much stronger than (002).

さらに、この実施例について、入射角を0度として、対称反射測定を実施した。なお、グラフ中(*)は装置由来のピークであり、サンプル本体のピーク、もしくは、不純物相のピークではないことを確認している(なお、対称反射測定において、そのピークが消失していることからも装置由来のピークであることがわかる。)。   Further, for this example, the symmetric reflection measurement was performed with the incident angle set to 0 degree. In the graph, (*) is a peak derived from the device, and it is confirmed that it is not the peak of the sample body or the peak of the impurity phase (in addition, the peak disappears in the symmetric reflection measurement). It can be seen that the peak is derived from the apparatus.)

なお、比較例のXRDプロファイルの一例を、図16に示す。この比較例は、Al/(Ti+Al)=0.6(NaCl型、立方晶)であり、入射角を1度として測定した。ウルツ鉱型(空間群P6mc(No.186))として指数付けできるピークは検出されておらず、NaCl型単独相であることを確認した。 An example of the XRD profile of the comparative example is shown in FIG. In this comparative example, Al / (Ti + Al) = 0.6 (NaCl type, cubic crystal), and the incident angle was 1 degree. A peak that could be indexed as a wurtzite type (space group P6 3 mc (No. 186)) was not detected, and it was confirmed to be a NaCl type single phase.

次に、ウルツ鉱型材料である本発明の実施例に関して、さらに結晶構造と電気特性との相関を詳細に比較した。
表2及び図17に示すように、Al/(Ti+Al)比がほぼ同じ比率のものに対し、基板面に垂直方向の配向度の強い結晶軸がc軸である材料(実施例5,7,8,9)とa軸である材料(実施例19,20,21)とがある。
Next, the correlation between the crystal structure and the electrical characteristics was further compared in detail for the example of the present invention which is a wurtzite type material.
As shown in Table 2 and FIG. 17, a material in which the crystal axis having a high degree of orientation in the direction perpendicular to the substrate surface is the c-axis with respect to the Al / (Ti + Al) ratio being substantially the same (Examples 5, 7, 8, 9) and a material which is a-axis (Examples 19, 20, 21).

これら両者を比較すると、Al/(Ti+Al)比が同じであると、a軸配向が強い材料よりもc軸配向が強い材料の方が、B定数が100K程度大きいことがわかる。また、N量(N/(Ti+Al+N))に着目すると、a軸配向が強い材料よりもc軸配向が強い材料の方が、窒素量がわずかに大きいことがわかる。理想的な化学量論比:N/(Ti+Al+N)=0.5であることから、c軸配向が強い材料のほうが、窒素欠陥量が少なく理想的な材料であることがわかる。   Comparing the two, it can be seen that when the Al / (Ti + Al) ratio is the same, the material having a strong c-axis orientation has a larger B constant by about 100K than the material having a strong a-axis orientation. Further, when focusing attention on the N amount (N / (Ti + Al + N)), it can be seen that the material having a strong c-axis orientation has a slightly larger amount of nitrogen than the material having a strong a-axis orientation. Since the ideal stoichiometric ratio: N / (Ti + Al + N) = 0.5, it can be seen that a material with a strong c-axis orientation is an ideal material with a small amount of nitrogen defects.

<結晶形態の評価>
次に、薄膜サーミスタ部7の断面における結晶形態を示す一例として、熱酸化膜付きSi基板S上に成膜された実施例(Al/(Ti+Al)=0.84,ウルツ鉱型、六方晶、c軸配向性が強い)の薄膜サーミスタ部7における断面SEM写真を、図18に示す。また、別の実施例(Al/(Ti+Al)=0.83,ウルツ鉱型六方晶、a軸配向性が強い)の薄膜サーミスタ部7における断面SEM写真を、図19に示す。
これら実施例のサンプルは、Si基板Sをへき開破断したものを用いている。また、45°の角度で傾斜観察した写真である。
<Evaluation of crystal form>
Next, as an example showing the crystal form in the cross section of the thin film thermistor portion 7, an example (Al / (Ti + Al) = 0.84 wurtzite type, hexagonal crystal, formed on the Si substrate S with a thermal oxide film, FIG. 18 shows a cross-sectional SEM photograph of the thin film thermistor portion 7 having a strong c-axis orientation. Moreover, the cross-sectional SEM photograph in the thin film thermistor part 7 of another Example (Al / (Ti + Al) = 0.83, a wurtzite type hexagonal crystal and strong a-axis orientation) is shown in FIG.
The samples of these examples are those obtained by cleaving the Si substrate S. Moreover, it is the photograph which observed the inclination at an angle of 45 degrees.

これらの写真からわかるように、いずれの実施例も高密度な柱状結晶で形成されている。すなわち、c軸配向が強い実施例及びa軸配向が強い実施例の共に基板面に垂直な方向に柱状の結晶が成長している様子が観測されている。なお、柱状結晶の破断は、Si基板Sをへき開破断した際に生じたものである。   As can be seen from these photographs, all the examples are formed of high-density columnar crystals. That is, it has been observed that columnar crystals grow in a direction perpendicular to the substrate surface in both the embodiment with strong c-axis orientation and the embodiment with strong a-axis orientation. Note that the breakage of the columnar crystal occurred when the Si substrate S was cleaved.

<膜の耐熱試験評価>
表1に示す実施例及び比較例において、大気中,125℃,1000hの耐熱試験前後における抵抗値及びB定数を評価した。その結果を表3に示す。なお、比較として従来のTa−Al−N系材料による比較例も同様に評価した。
これらの結果からわかるように、Al濃度及び窒素濃度は異なるものの、Ta−Al−N系である比較例と同じB定数で比較したとき、耐熱試験前後における電気特性変化でみたときの耐熱性は、Ti−Al−N系のほうが優れている。なお、実施例5,8はc軸配向が強い材料であり、実施例21,24はa軸配向が強い材料である。両者を比較すると、c軸配向が強い実施例の方がa軸配向が強い実施例に比べて僅かに耐熱性が向上している。
<Evaluation of heat resistance test of membrane>
In Examples and Comparative Examples shown in Table 1, resistance values and B constants before and after a heat resistance test at 125 ° C. and 1000 h in the atmosphere were evaluated. The results are shown in Table 3. For comparison, comparative examples using conventional Ta—Al—N materials were also evaluated in the same manner.
As can be seen from these results, although the Al concentration and the nitrogen concentration are different, when compared with the same B constant as that of the comparative example which is a Ta-Al-N system, the heat resistance when viewed in terms of changes in electrical characteristics before and after the heat resistance test is The Ti-Al-N system is superior. Examples 5 and 8 are materials with strong c-axis orientation, and Examples 21 and 24 are materials with strong a-axis orientation. When both are compared, the heat resistance of the example with a strong c-axis orientation is slightly improved as compared with the example with a strong a-axis orientation.

なお、Ta−Al−N系材料では、Taのイオン半径がTiやAlに比べて非常に大きいため、高濃度Al領域でウルツ鉱型相を作製することができない。TaAlN系がウルツ鉱型相でないがゆえ、ウルツ鉱型相のTi−Al−N系の方が、耐熱性が良好であると考えられる。   Note that, in the Ta—Al—N-based material, the ionic radius of Ta is much larger than that of Ti or Al, and thus a wurtzite type phase cannot be produced in a high concentration Al region. Since the TaAlN system is not a wurtzite type phase, the Ti-Al-N system of the wurtzite type phase is considered to have better heat resistance.

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では、支持用フレームが保護シートに接着されており、保護シートを介してセンサ部を支持しているが、支持用フレームを絶縁性フィルムに直接接着してセンサ部を支持しても構わない。なお、上記各実施形態のように、絶縁性フィルムに接着された保護シートに支持用フレームを接着することで、直接絶縁性フィルムに接着する場合に比べて支持用フレームへの熱伝導を抑制することができ、より高精度な温度測定が可能になる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in each of the above embodiments, the support frame is bonded to the protective sheet and the sensor unit is supported via the protective sheet. However, the support frame is directly bonded to the insulating film to support the sensor unit. It doesn't matter. In addition, as in each of the above-described embodiments, the heat conduction to the support frame is suppressed by adhering the support frame to the protective sheet adhered to the insulating film as compared with the case of directly adhering to the insulating film. Therefore, temperature measurement with higher accuracy becomes possible.

1,21…温度センサ、2…リードフレーム、3…センサ部、4…保持部、6…絶縁性フィルム、7…薄膜サーミスタ部、8…櫛型電極、8a…櫛部、9…パターン電極、10…保護膜、11…保護シート、12,22…支持用フレーム、22a…連結用フレーム部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 21 ... Temperature sensor, 2 ... Lead frame, 3 ... Sensor part, 4 ... Holding part, 6 ... Insulating film, 7 ... Thin film thermistor part, 8 ... Comb-shaped electrode, 8a ... Comb part, 9 ... Pattern electrode, 10 Protective film 11 Protective sheet 12, 22 Support frame 22a Connection frame

Claims (6)

一対のリードフレームと、
前記一対のリードフレームに接続されたセンサ部と、
前記一対のリードフレームに固定されて前記リードフレームを保持する絶縁性の保持部と、
前記保持部に基端側が固定された一対の支持用フレームとを備え、
前記センサ部が、絶縁性フィルムと、
該絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、
前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に複数の櫛部を有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極と、
一端が前記一対の櫛型電極に接続されていると共に他端が前記一対のリードフレームに接続され前記絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン電極とを備え、
前記一対の支持用フレームの先端側が、前記薄膜サーミスタ部を間に配して延在し、前記絶縁性フィルム又は該絶縁性フィルムを支持する絶縁性の保護シートに固定されていることを特徴とする温度センサ。
A pair of lead frames;
A sensor unit connected to the pair of lead frames;
An insulating holding part fixed to the pair of lead frames to hold the lead frame;
A pair of supporting frames fixed on the base end side to the holding portion;
The sensor part is an insulating film;
A thin film thermistor portion patterned with a thermistor material on the surface of the insulating film;
A pair of comb-shaped electrodes that have a plurality of comb portions on at least one of the upper and lower sides of the thin film thermistor portion and are patterned to face each other;
A pair of pattern electrodes having one end connected to the pair of comb-shaped electrodes and the other end connected to the pair of lead frames and patterned on the surface of the insulating film;
The distal ends of the pair of support frames extend with the thin film thermistor portion interposed therebetween, and are fixed to the insulating film or an insulating protective sheet that supports the insulating film. Temperature sensor.
請求項1に記載の温度センサにおいて、
前記一対の支持用フレームの互いの先端部が、前記一対の支持用フレーム間に延在した連結用フレーム部で接続されていることを特徴とする温度センサ。
The temperature sensor according to claim 1,
The temperature sensor characterized in that the pair of supporting frames have their distal ends connected by a connecting frame portion extending between the pair of supporting frames.
請求項1又は2に記載の温度センサにおいて、
前記絶縁性フィルムが、略長方形状とされ、
前記一対の支持用フレームが、前記絶縁性フィルムに沿って、該絶縁性フィルムの延在方向の略全長にわたって延在していることを特徴とする温度センサ。
The temperature sensor according to claim 1 or 2,
The insulating film is substantially rectangular,
The temperature sensor characterized in that the pair of supporting frames extend along the insulating film over substantially the entire length in the extending direction of the insulating film.
請求項1から3のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
前記リードフレームを覆った状態で前記絶縁性フィルムの表裏面に接着された絶縁性の一対の保護シートを備え、
前記一対の保護シートが、前記一対の支持用フレームも挟んで接着されていることを特徴とする温度センサ。
The temperature sensor according to any one of claims 1 to 3,
A pair of insulating protective sheets adhered to the front and back surfaces of the insulating film in a state of covering the lead frame,
The temperature sensor, wherein the pair of protective sheets are bonded to each other with the pair of support frames interposed therebetween.
請求項3に記載の温度センサにおいて、
前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの一端近傍に配され、
前記パターン電極が、前記絶縁性フィルムの他端近傍まで延在し、
前記一対のリードフレームの先端部が、前記絶縁性フィルムの他端近傍で前記パターン電極に接続されていることを特徴とする温度センサ。
The temperature sensor according to claim 3,
The thin film thermistor portion is disposed near one end of the insulating film,
The pattern electrode extends to the vicinity of the other end of the insulating film,
The temperature sensor characterized in that the tip portions of the pair of lead frames are connected to the pattern electrode in the vicinity of the other end of the insulating film.
請求項1から5のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
前記薄膜サーミスタ部が、一般式:TiAl(0.70≦y/(x+y)≦0.95、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相であることを特徴とする温度センサ。
The temperature sensor according to any one of claims 1 to 5,
The thin film thermistor portion is a metal nitride represented by the general formula: Ti x Al y N z (0.70 ≦ y / (x + y) ≦ 0.95, 0.4 ≦ z ≦ 0.5, x + y + z = 1) A temperature sensor characterized in that its crystal structure is a hexagonal wurtzite single phase.
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