JP6460376B2 - 温度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面実装が可能なフィルム型サーミスタ温度センサである温度センサ及びその製造方法に関する。

近年、柔軟性に優れると共に全体を薄くすることができるフィルム型温度センサとして、絶縁性フィルム上に薄膜サーミスタを形成した温度センサが開発されている。例えば、特許文献１には、絶縁性フィルムと、絶縁性フィルム表面に薄膜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、薄膜サーミスタ部の上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、一対の櫛型電極に接続され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た温度センサが提案されている。

このようなフィルム型の温度センサでは、表面実装を行う場合、端子部を有するパターン電極が絶縁性フィルムの表面側に形成されているため、絶縁性フィルムの表面側を実装面とする必要があり、実装時にパターン電極及び薄膜サーミスタ部が形成されている表面側を実装側に裏返した状態で基板等に半田等で実装している。

特開２０１４−７０９５３号公報 特開２０１３−２１１４３３号公報

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、従来のフィルム型の温度センサでは、表面実装を行う場合、実装時に絶縁性フィルムを裏返して実装側に薄膜サーミスタ部を向けた状態で基板等に実装しているため、薄膜サーミスタ部の上が絶縁性フィルムで覆われてしまい薄膜サーミスタ部を測定対象に直接向けることが難しいという不都合があった。また、薄膜サーミスタ部を測定対象に向けて表面実装するためには、電極を絶縁性フィルムの下面側に形成する必要があるが、上面側の薄膜サーミスタ部や櫛型電極と下面側の電極とを接続させるために、スルーホール等を形成する必要がある（例えば、特許文献２）。しかしながら、その場合、製造工程及び製造コストの増大を招いてしまう不都合があった。さらに、従来は絶縁性フィルムの上面側か下面側かいずれか一方の面でしか表面実装ができない構造であるため、上面側と下面側とのいずれの面でも表面実装が可能な構造が求められている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、薄膜サーミスタ部を上面側に配したまま表面実装が可能であると共に、上下面いずれの面でも表面実装が可能な温度センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

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、絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの上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前記絶縁性フィルムにパターン形成された一対のパターン電極とを備え、前記一対のパターン電極が、前記絶縁性フィルムの端部まで延在して形成され、前記絶縁性フィルムの端部が、下面側に折り重ねられていることを特徴とする。

この温度センサでは、一対のパターン電極が、絶縁性フィルムの端部まで延在して形成され、絶縁性フィルムの端部が、下面側に折り重ねられているので、パターン電極が絶縁性フィルムの上面側だけでなく端部の下面側にも配されており、薄膜サーミスタ部を上面側に向けたまま下面側を実装側として表面実装が可能になる。また、絶縁性フィルムの上下面のいずれにもパターン電極が形成されているので、上下面のいずれでも表面実装が可能になる。さらに、絶縁性フィルムの折り曲げて重なった端部がバネ性（弾性）を有しているので、温度センサを測定対象物に直接押し当てて測定する場合に、押し当ての荷重に対して圧力の緩和効果が得られる。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記絶縁性フィルムの前記端部が折り重ねされた状態を保持する折り重ね保持部を備えていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、絶縁性フィルムの前記端部が折り重ねされた状態を保持する折り重ね保持部を備えているので、端部の折り重ね状態を折り重ね保持部がしっかり固定して維持することができ、強いバネ性が残っていた場合でも折り曲げ部分が復元してしまうおそれがない。

第３の発明に係る温度センサは、第２の発明において、前記折り重ね保持部が、前記絶縁性フィルムの折り重ねされた端部の内側で対向する面同士を接着して固定する接着剤であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、折り重ね保持部が、前記絶縁性フィルムの折り重ねされた端部の内側で対向する面同士を接着して固定する接着剤であるので、端部の折り重ね状態を接着剤により容易に固定して維持することができる。

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、前記絶縁性フィルムが、長方形状とされ、前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの上面中央に形成され、前記一対のパターン電極が、前記絶縁性フィルムの互いに異なる端部まで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、一対のパターン電極が、長方形状の絶縁性フィルムの互いに異なる端部まで延在しているので、両端部分まで配されたパターン電極によって表面実装した際に両端部分で固定することができ、安定した表面実装が可能になる。また、下面側の両端部分で基板等に実装した場合、両端部間において絶縁性フィルムと基板等との間に隙間が生じるため、中央部分が下方に押されても、撓むことができ、高いクッション性を有した表面実装が可能になる。

第５の発明に係る温度センサの製造方法は、第１から第４の発明のいずれかの温度センサを製造する方法であって、前記絶縁性フィルム上に前記薄膜サーミスタ部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前記櫛型電極を前記薄膜サーミスタ部上にパターン形成すると共に前記絶縁性フィルム上に一対の前記パターン電極をパターン形成し前記パターン電極を前記絶縁性フィルムの端部まで延在させて形成する電極形成工程と、前記絶縁性フィルムの端部を下面側に折り重ねる折り重ね工程とを有していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサの製造方法では、絶縁性フィルムの端部を下面側に折り重ねる折り重ね工程を有しているので、スルーホール加工等を行わずに、下面側にもパターン電極を配することができ、上下面で表面実装可能な構造を簡易な工程で得ることができる。

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及びその製造方法によれば、一対のパターン電極が、絶縁性フィルムの端部まで延在して形成され、絶縁性フィルムの端部が、下面側に折り重ねされるので、薄膜サーミスタ部を上面側に向けたまま下面側を実装側として表面実装が可能になると共に、上下面のいずれでも表面実装が可能になる。
したがって、スルーホール加工等が不要であり、低コストな折り曲げ加工により上下面で表面実装可能な構造を得ることができる。

本発明に係る温度センサの第１実施形態を示す断面図である。 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（ａ）及びＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。 第１実施形態において、電極形成工程を示す平面図（ａ）及びＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。 第１実施形態において、保護膜工程を示す平面図（ａ）及びＣ−Ｃ線断面図（ｂ）である。 第１実施形態において、折り重ね工程を示す平面図（ａ）及び底面図（ｂ）である。 本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す断面図である。

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５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。

本実施形態の温度センサ１は、図１に示すように、絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルム２の上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３と、薄膜サーミスタ部３の上に複数の櫛部４ａ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４と、一端が一対の櫛型電極４に接続されていると共に絶縁性フィルム２にパターン形成された一対のパターン電極５とを備えている。

上記一対のパターン電極５は、絶縁性フィルム２の端部まで延在して形成され、絶縁性フィルム２の端部が、下面側に折り重ねられている。
上記絶縁性フィルム２は、長方形状とされ、上記薄膜サーミスタ部３は、絶縁性フィルム２の上面中央に形成されている。
一対のパターン電極５は、絶縁性フィルム２の互いに異なる端部まで延在している。すなわち、絶縁性フィルム２の両端部における上面側と下面側とに配されたパターン電極５は、それぞれ実装用の接着パッド部となる。

また、本実施形態の温度センサ１は、絶縁性フィルム２の上面に薄膜サーミスタ部３を覆う保護膜６を備えている。
上記保護膜６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。この保護膜６は、薄膜サーミスタ部３と共に櫛部４ａを覆って矩形状にパターン形成されている。

上記絶縁性フィルム２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２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。
上記薄膜サーミスタ部３は、絶縁性フィルム２の中央に配され、例えば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３は、一般式：Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ（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サーミスタ材料が好適である。

上記パターン電極５及び櫛型電極４は、薄膜サーミスタ部３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４は、互いに対向状態に配されて交互に櫛部４ａが並んだ櫛型パターンとされている。
なお、櫛部４ａは、絶縁性フィルム２の延在方向に沿って延在している。

この温度センサ１の製造方法について、図１から図５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２上に薄膜サーミスタ部３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４を薄膜サーミスタ部３上にパターン形成すると共に絶縁性フィルム２上に一対のパターン電極５をパターン形成しパターン電極５を絶縁性フィルム２の端部まで延在させて形成する電極形成工程と、薄膜サーミスタ部３の上面に保護膜６を形成する保護膜形成工程と、絶縁性フィルム２の端部を下面側に折り重ねる折り重ね工程とを有している。

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２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、例えばＴｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ（ｘ＝９、ｙ＝４３、ｚ＝４８）のサーミスタ膜を膜厚２００ｎｍで形成する。

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秒のプリベークを行い、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Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ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２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３にする。

次に、薄膜サーミスタ部３及び絶縁性フィルム２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秒のプリベークを行い、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３に示すように、レジスト剥離にて所望の櫛型電極４及びパターン電極５を形成する。

さらに、その上にポリイミドワニスを印刷法により薄膜サーミスタ部３上に塗布して、２５０℃、３０分でキュアを行い、図４に示すように、２０μｍ厚のポリイミド保護膜６をパターン形成する。

次に、図１及び図５に示すように、絶縁性フィルム２の両端部を下面側かつ内側に折り返すと共に折り重ねした状態とする。これによって、折り重ねされた絶縁性フィルム２の両端部の上面と下面との両面にわたってパターン電極５が折り返した形態で延在して配される。なお、図５では、分かり易くするために露出しているパターン電極５の部分にハッチングを施して図示している。このように上面及び下面に露出したパターン電極５は、折り曲げ電極となり、上面側又は下面側を実装面とした場合の半田等による接着用パッド部となる。このように、柔軟な絶縁性フィルム２を用いているので、容易に端部を折り重ねることができ、本実施形態の温度センサ１が作製される。

なお、複数の温度センサを同時に作製する場合、絶縁性フィルム２の大判シートに複数の薄膜サーミスタ部３、櫛型電極４、パターン電極５及び保護膜６を上述のように形成した後に、大判シートから個別に切断した後、上記折り重ね工程を行う。

このように本実施形態の温度センサ１では、一対のパターン電極５が、絶縁性フィルム２の端部まで延在して形成され、絶縁性フィルム２の端部が、下面側に折り重ねられているので、パターン電極５が絶縁性フィルム２の上面側だけでなく端部の下面側にも配されており、薄膜サーミスタ部３を上面側に向けたまま下面側を実装側として表面実装が可能になる。

また、絶縁性フィルム２の上下面のいずれにもパターン電極５が形成されているので、上下面のいずれでも表面実装が可能になる。さらに、絶縁性フィルム２の折り曲げて重なった端部がバネ性（弾性）を有しているので、温度センサ１を測定対象物に直接押し当てて測定する場合に、押し当ての荷重に対して圧力の緩和効果が得られる。
また、下面側の両端部分で基板等に実装した場合、両端部間において絶縁性フィルム２と基板等との間に隙間が生じるため、中央部分が下方に押されても、撓むことができ、高いクッション性を有した表面実装が可能になる。

さらに、この温度センサ１の製造方法では、絶縁性フィルム２の端部を下面側に折り重ねる折り重ね工程を有しているので、スルーホール加工等を行わずに、下面側にもパターン電極を配することができ、上下面で表面実装可能な構造を簡易な工程で得ることができる。

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６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。

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、折り重ねされた絶縁性フィルム２の端部は、単に折り曲げたままであるのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、図６に示すように、絶縁性フィルム２の折り重ねされた端部の内側で対向する面同士が、接着剤２２により接着されている点である。

すなわち、第２実施形態の温度センサ２１では、絶縁性フィルム２の端部が折り重ねされた状態を保持する折り重ね保持部として、絶縁性フィルム２の折り重ねされた端部の内側で対向する面同士を接着して固定する接着剤２２を備えている。
この第２実施形態では、折り重ね工程時に、絶縁性フィルム２の折り重ねされた端部の内側で対向する面に接着剤２２を塗布して折り重ねた端部を接着固定している。なお、接着剤２２としては、高耐熱のエポキシ樹脂やシリコン樹脂の接着剤等が採用されている。

したがって、第２実施形態の温度センサ２１では、絶縁性フィルム２の端部が折り重ねされた状態を保持する折り重ね保持部を備えているので、端部の折り重ね状態を折り重ね保持部である接着剤２２がしっかり固定して維持することができ、強いバネ性が残っていた場合でも折り曲げ部分が復元してしまうおそれがない。
特に、折り重ね保持部が、絶縁性フィルムの折り重ねされた端部の内側で対向する面同士を接着して固定する接着剤２２であるので、端部の折り重ね状態を接着剤２２により容易に固定して維持することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態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、櫛部を薄膜サーミスタ部の上にパターン形成しているが、薄膜サーミスタ部の下（絶縁性フィルムの上面）にパターン形成しても構わない。
また、上記第２実施形態では、絶縁性フィルムの折り重ねされた部分を接着剤で接着して折り重ね状態を保持しているが、他の折り重ね保持部により折り重ね状態を保持しても構わない。例えば、絶縁性フィルムの端部を折り重ねした状態で、ポリイミド製のテープで端部を固定したり、クリップで折り重ね部分をかしめて固定したり、ピンで折り重ね部分を固定したりする折り重ね保持部を採用しても良い。

１，２１…温度センサ、２…絶縁性フィルム、３…薄膜サーミスタ部、４…櫛型電極、４ａ…櫛部、５…パターン電極、６…保護膜、２２…接着剤（折り重ね保持部）

Claims (4)

1. 絶縁性フィルムと、
   前記絶縁性フィルムの上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前記絶縁性フィルムにパターン形成された一対のパターン電極とを備え、
   前記一対のパターン電極が、前記絶縁性フィルムの端部まで延在して形成され、
   前記絶縁性フィルムの端部が、下面側に折り重ねられ、
   前記絶縁性フィルムが、長方形状とされ、
   前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの上面中央に形成され、
   前記一対のパターン電極が、前記絶縁性フィルムの互いに異なる端部まで延在しており、前記絶縁性フィルムの両端部における前記パターン電極が、実装用の接着パッド部となり、
   前記絶縁性フィルムの折り曲げて重なった端部が、弾性を有し、
   前記絶縁性フィルムの中央部分が、可撓性を有していることを特徴とする温度センサ。
2. 請求項１に記載の温度センサにおいて、
   前記絶縁性フィルムの前記端部が折り重ねされた状態を保持する折り重ね保持部を備えていることを特徴とする温度センサ。
3. 請求項２に記載の温度センサにおいて、
   前記折り重ね保持部が、前記絶縁性フィルムの折り重ねされた端部の内側で対向する面同士を接着して固定する接着剤であることを特徴とする温度センサ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサを製造する方法であって、
   前記絶縁性フィルム上に前記薄膜サーミスタ部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前記櫛型電極を前記薄膜サーミスタ部上にパターン形成すると共に前記絶縁性フィルム上に一対の前記パターン電極をパターン形成し前記パターン電極を前記絶縁性フィルムの端部まで延在させて形成する電極形成工程と、
   前記絶縁性フィルムの端部を下面側に折り重ねる折り重ね工程とを有していることを特徴とする温度センサの製造方法。

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