JP6516513B2 - ワイヤレス温度センサ及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はワイヤレス温度センサ及びその製造方法に関するものである。
温度測定には、有線ケーブルを用いたいくつかの手法がある。例として、サーミスタや熱電対による温度−抵抗特性や熱起電力を利用する方法や、物体から放射される赤外線から温度を測定する放射温度計、圧電素子や弾性表面波素子の物理特性が温度によって変化する原理を利用した方法等がある。
しかしながら、例えば、半導体プロセスにおいてチャンバー内のウエハーの温度を測定する場合、チャンバー内に配置した測定部から外部に出力するために接続される有線ケーブルの配置は、チャンバーや付随する装置等の制約を受けてしまう。
この課題の解決策として、弾性表面波素子に送受信アンテナを設けたユニットが、外部アンテナから発信された信号によって動作し、測定情報を含んだ応答信号を返信するワイヤレスの温度センサが知られている。（例えば特許文献１参照）
図２５を用いて、特許文献１に記載されたワイヤレス温度測定センサの概要を説明する。図２５は、特許文献１に示されたワイヤレス温度測定センサ１０１の構造を説明するための図である。ワイヤレス温度測定センサ１０１は、電波を送受信するアンテナ機構１０２、アンテナ機構１０２に接続された励振電極１０３、及び励振電極１０３に接続された弾性表面波素子１０４等を備えている。アンテナ機構１０２は、センサ本体１０５、センサ本体１０５の一方の面に形成された平面電極１０７、及びセンサ本体１０５の平面電極１０７が形成された面とは反対側の面に形成されたグラウンド電極１０８等を備えている。
特開２００４−３４７４５１号公報
特許文献１に開示された構成では、温度測定の熱応答性は、センサ本体の物質の熱伝導率によって決まり、且つ、アンテナ機構の容量成分は、センサ本体の物質の誘電率によって決まる。
しかし、物質の誘電率と熱伝導率との間には相関関係はないため、センサ本体に誘電率が高い物質を採用しても、温度測定において重要なセンサ本体の熱伝導率が低くなる場合があり、同様に、センサ本体に熱伝導率が高い物質を採用しても、センサ本体の誘電率が低くなる場合がある。したがって、温度測定の応答性及び外部との送受信効率の両面において優れた特性を有するワイヤレス温度センサの実現は困難であった。
本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、温度測定の応答性及び外部との送受信効率の両面において優れた特性を有するワイヤレス温度センサを提供することにある。
本発明に係るワイヤレス温度センサの製造方法は、第一のセラミックグリーンシートと、第二のセラミックグリーンシートと、を用意する工程と、第二のセラミックグリーンシートよりも熱伝導率が高い第一のセラミックグリーンシートを焼成して容器本体を形成する工程と、第二のセラミックグリーンシートにアンテナ電極及びＧＮＤ電極を配置し、アンテナ電極及びＧＮＤ電極が配置された第二のセラミックグリーンシートを、第一のセラミックグリーンシートよりも低い焼成温度で焼成してアンテナを有する蓋を形成する工程と、温度検出素子を、アンテナ電極及びＧＮＤ電極に電気的に接続する工程と、温度検出素子が容器本体及び蓋の内部に固定されるように、容器本体と蓋とを貼り合わせる工程と、を有することを特徴とする。
上記の構成により、高い熱伝導性を有する容器本体及び優れた送受信機能（高周波特性）を有する蓋を、各々異なるセラミック材で形成し、温度測定の応答性及び送受信効率の両者に優れたワイヤレス温度センサを製造することが可能となる。
ワイヤレス温度センサの製造方法では、温度検出素子が容器本体の内側に接触するように、容器本体と蓋とを貼り合わせてもよい。
上記の構成により、温度測定の応答性が更に向上したワイヤレス温度センサを製造することが可能となる。
ワイヤレス温度センサの製造方法では、容器本体は、蓋と貼り合わされる側と反対側に開口部を有してもよい。
上記の構成により、温度測定の応答性が更に向上したワイヤレス温度センサを製造することが可能となる。
ワイヤレス温度センサの製造方法では、容器本体と前記蓋とを貼り合わせる工程は、容器本体と温度検出素子との間に熱伝導体を配置するように、容器本体と蓋とを貼り合わせてもよい。
上記の構成により、温度測定の応答性が更に向上したワイヤレス温度センサを製造することが可能となる。
ワイヤレス温度センサの製造方法では、容器本体は、ポーラス構造又はメッシュ構造を有してもよい。
上記の構成により、環境温度（雰囲気温度）をより正確に測定することが可能となる。
ワイヤレス温度センサの製造方法では、蓋を形成する工程は、第二のセラミックグリーンシートの一方の面上にアンテナ電極となる導体パターンを配置し、第二のセラミックグリーンシートの内層にＧＮＤ電極となる導体パターンを配置し、第二のセラミックグリーンシートに、アンテナ電極と導通する第一のビアホール及びＧＮＤ電極と導通する第二のビアホールを形成し、第二のセラミックグリーンシートの他方の面上に、第一のビアホールと導通する第一の電極パッド及び第二のビアホールと導通する第二の電極パッドを形成してもよい。
上記の構成により、一種類のセラミックグリーンシートでアンテナを形成することが可能となる。
ワイヤレス温度センサの製造方法では、蓋を形成する工程は、第二のセラミックグリーンシートの他方の面上に、第二の電極パッドと導通し、且つ、温度検出素子及び容器本体に熱的に接続する熱伝導層を形成してもよい。
上記の構成により、容器本体から蓋への熱伝導性をさらに高める熱伝導層を形成することができ、温度測定の応答性が更に向上したワイヤレス温度センサを製造することが可能となる。
ワイヤレス温度センサの製造方法では、温度検出素子を熱伝導層上の第二のビアホールの上に固定する工程をさらに有してもよい。
上記の構成により、ビアホールによって蓋の内部に移動する熱量を減ずることが可能となるため、温度測定の応答性が向上し、且つ、熱の影響によるアンテナ特性の変動が低減されたワイヤレス温度センサを製造することができる。
ワイヤレス温度センサの製造方法では、アンテナ電極を覆う保護層を第二のセラミックグリーンシート上に形成する工程を更に有してもよい。
上記の構成により、ワイヤレス温度センサ表面に金属体が露出しないので、耐静電気特性が向上するともに、金属破片等の導電性を有する障害物の付着による動作異常を防ぐことができ、信頼性の高いワイヤレス温度センサを製造することが可能となる。
本発明に係るワイヤレス温度センサは、第一のセラミック基板から形成された容器本体と、第一のセラミック基板よりも焼成温度が低い第二のセラミック基板で形成された蓋と、アンテナと、温度検出素子と、を備え、第一のセラミック基板は、第二のセラミック基板よりも熱伝導率が高く、アンテナは、蓋に一体的に形成されたアンテナ電極及びＧＮＤ電極を含み、温度検出素子は、アンテナ電極及びＧＮＤ電極に電気的に接続され、容器本体と蓋とが貼り合わされることによって容器本体及び蓋の内部に固定されていることを特徴とする。
上記の構成により、高い熱伝導性を有する容器本体及び優れた送受信機能（高周波特性）を有する蓋を、各々異なるセラミック材で形成し、温度測定の応答性及び送受信効率の両者が優れたワイヤレス温度センサを製造することが可能となる。
ワイヤレス温度センサでは、温度検出素子は、容器本体の内側に接触するように、容器本体及び蓋の内部に固定されていてもよい。
上記の構成により、温度測定の応答性が更に向上したワイヤレス温度センサを提供することが可能となる。
ワイヤレス温度センサでは、容器本体は、蓋と貼り合わされる側と反対側に開口部を有してもよい。
上記の構成により、温度測定の応答性が更に向上したワイヤレス温度センサを提供することが可能となる。
ワイヤレス温度センサは、容器本体と温度検出素子との間に配置された熱伝導体をさらに備えてもよい。
上記の構成により、温度測定の応答性が更に向上したワイヤレス温度センサを提供することが可能となる。
ワイヤレス温度センサでは、容器本体は、ポーラス構造又はメッシュ構造を有していてもよい。
上記の構成により、環境温度（雰囲気温度）をより正確に測定することが可能となる。
ワイヤレス温度センサでは、第一のセラミック基板は、ＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）であり、第二のセラミック基板は、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）であってもよい。
上記の構成により、容器本体は例えばアルミナ系セラミック等の高温焼成のセラミック材で構成し、蓋は例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）にホウ素（Ｂ）やシリコン（Ｓｉ）等を添加した高周波特性の良い低温焼成のセラミックスで構成できる。したがって、それぞれの特性を活かしたワイヤレス温度センサを実現することができる。
特に、蓋に用いられるＬＴＣＣの焼成温度は低温であるので、アンテナ機構の導体として電気伝導度が高い銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）を使用することが可能であり、アンテナ機構を構成する上で極めて有利となる。
ワイヤレス温度センサでは、アンテナのアンテナ電極の材料は、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）であってもよい。
上記の構成により、Ａｇ又はＣｕは導体抵抗率が低い（電気伝導率が高い）ため、誘電正接の低いＬＴＣＣを選択することによって、ワイヤレス温度センサの送受信効率（高周波特性）が更に向上する。
ワイヤレス温度センサでは、容器本体と蓋とは熱的に接続され、温度検出素子と蓋とは熱的に接続されていてもよい。
上記の構成により、測定対象物の熱は、容器本体及び蓋を経由して温度検出素子に伝導されるので、ワイヤレス温度センサの温度測定の応答性が更に向上する。
ワイヤレス温度センサでは、アンテナ電極は第二のセラミック基板の表面に形成され、ＧＮＤ電極は第二のセラミック基板の内層に形成されてもよい。
上記の構成により、マイクロストリップアンテナが構成され高利得にもかかわらず小型かつ薄型であり、ワイヤレス温度センサ全体の小型薄型化が達成される。
ワイヤレス温度センサでは、第二のセラミック基板の裏面に形成された第一の配線電極及び第二の配線電極をさらに備え、第一の配線電極は温度検出素子とアンテナ電極とにそれぞれ電気的に接続され、第二の配線電極は温度検出素子とＧＮＤ電極とにそれぞれ電気的に接続されていてもよい。
上記の構成により、ノイズ耐性や高電圧耐性が向上し、ワイヤレス温度センサの信頼性が高まる。
ワイヤレス温度センサでは、第二の配線電極は温度検出素子及び容器本体に熱的に接続されていてもよい。
上記の構成により、温度測定の応答性が更に向上したワイヤレス温度センサを提供することが可能となる。
ワイヤレス温度では、第二のセラミック基板内に形成され、ＧＮＤ電極及び第二の配線電極と導通するビアホールをさらに備え、温度検出素子は、第二の配線電極上のビアホールの上に固定されてもよい。
上記の構成により、ビアホールによって蓋の内部に移動する熱量を減ずることが可能となるため、温度測定の応答性が向上し、且つ、熱の影響によるアンテナ特性の変動が低減されたワイヤレス温度センサを提供することが可能となる。
ワイヤレス温度センサは、アンテナ電極を覆う保護層をさらに備えてもよい。
上記の構成により、ワイヤレス温度センサ表面に金属体が露出しないので、耐静電気特性が向上するともに、金属破片等の導電性を有する障害物の付着による動作異常を防ぐことができ、ワイヤレス温度センサの信頼性が向上する。
本発明によれば、高い熱伝導性を有する容器本体及び優れた送受信機能（高周波特性）を有する蓋を、各々異なるセラミック材で形成し、温度測定の応答性及び送受信効率の両面において優れた特性を有するワイヤレス温度センサを提供することができる。
ワイヤレス温度センサ１の構造を説明するための図である。 （ａ）は温度検出素子３０の平面図であり、（ｂ）は温度検出素子３０の図２（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、（ｃ）は温度検出素子３０の図２（ａ）に示すＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 ワイヤレス温度センサ１の平面図であり、（ｂ）はワイヤレス温度センサ１の側面図である。 ワイヤレス温度センサ１の図３（ｂ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 ワイヤレス温度センサ１による温度検出方法を説明するための図である。 弾性表面波素子における反射弾性表面波強度Ｒｗｐの時間的変化を示すグラフである。 ワイヤレス温度センサ１を用いた温度測定システムの構成を説明するための図である。 ワイヤレス温度センサ１の製造工程の概要を示すフローチャートである。 ワイヤレス温度センサ１の容器本体組み立て及び高温焼成工程を説明するための図である。 ワイヤレス温度センサ１の蓋組み立て及び低温焼成工程を説明するための図である。 ワイヤレス温度センサ１の温度検出素子３０の実装及び全体組み立て工程を説明するための図である。 他のワイヤレス温度センサ２の構造を説明するための図である。 ワイヤレス温度センサ２の蓋組み立て及び低温焼成工程を説明するための図である。 更に他のワイヤレス温度センサ３の構造を説明するための図である。 （ａ）はワイヤレス温度センサ２の図示しない測定対象物からの熱の伝搬経路を模式的に表した断面図であり、（ｂ）はワイヤレス温度センサ３の図示しない測定対象物からの熱の伝搬経路を模式的に表した断面図である。 更に他のワイヤレス温度センサ４の構造を説明するための図である。 ワイヤレス温度センサ４の蓋組み立て及び低温焼成工程を説明するための図である。 更に他のワイヤレス温度センサ５の構造を説明するための図である。 ワイヤレス温度センサ５の温度検出素子実装工程を説明するための図である。 更に他のワイヤレス温度センサ６の構造を説明するための図である。 ワイヤレス温度センサ６を図２０の方向６Ｄから観た図である。 更に他のワイヤレス温度センサ７の構造を説明するための図である。 ワイヤレス温度センサ７の温度検出素子実装及び全体組み立て工程を説明するための図である。 更に他のワイヤレス温度センサ８の構造を説明するための図である。 従来例のワイヤレス温度測定モジュールの構造を説明するための図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明に係るワイヤレス温度センサの実施の形態を詳述する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。なお、各図面の寸法は正確な寸法を反映したものではなく、説明のため部品の大きさが誇張して描かれることがあり、又、説明のため一部の部品を省略することがある。同一要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。
図１は、ワイヤレス温度センサ１の構造を説明するための図である。なお、図１に示す図は、ワイヤレス温度センサ１の図３（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図１に示す様に、ワイヤレス温度センサ１は、容器本体２０と蓋１０とからなる容器５０と、容器５０の内部に固定された温度検出素子３０とを有する。温度検出素子３０は、蓋１０に実装されている。
容器本体２０は、第一のセラミック基板であり、一般にＨＴＣＣとして知られている高温焼成セラミック材であるＡｌ2Ｏ3で形成されている。容器本体２０には、後述する方法で本体キャビティ２０ｃが形成されている。容器本体２０には、Ａｌ2Ｏ3に限らず、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の、後述するＬＴＣＣよりも熱伝導率が高い他のＨＴＣＣを用いることもできる。
蓋１０は、アンテナ電極層１１、上層体１２、ＧＮＤ電極層１３、及び内層体１４を積層して形成されたマイクロストリップアンテナである。マイクロストリップアンテナ（以下、アンテナと称する。）は、平面アンテナやパッチアンテナとも呼ばれ、小型薄型化が可能でありながら高利得であって帯域が狭く広い指向性を有するアンテナである。上層体１２及び内層体１４は一体となって第二のセラミック基板を構成する。なお、上層体１２及び内層体１４は、後述の焼成によって実際には図中の端部で境界無く一体的に形成されるが、便宜上、図１では上層体１２及び内層体１４の間に境界を示している。
蓋１０の主要素である上層体１２及び内層体１４は、各々が略１ｍｍの厚さを有し、いずれも一般にＬＴＣＣとして知られている低温焼成セラミック材であるＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3にＡｌ2Ｏ3を加えた材料によって形成される。しかしながら、これに限定されず、上層体１２及び内層体１４は、他のＬＴＣＣを用いて形成しても良い。他のＬＴＣＣとしては、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂｉ２Ｏ3、ＢａＯ−Ｔｉｏ2−ＺｎＯ、ＢａＯ−Ｎｄ２Ｏ3−Ｂｉ2Ｏ3−Ｔｉｏ2、及びＢａＯ−Ｒ2Ｏ3−ＴｉＯ2（Ｒはアルカリ金属）等が含まれる。なお、後述の様に、蓋１０に形成される導体パターンには電気伝導率が高いＡｇ又はＣｕを用いることが好ましいため、Ｃｕの融点（約１０８３℃）やＡｇの融点（約９６１℃）より低い焼成温度を有するＬＴＣＣが好ましい。上層体１２及び内層体１４の各々の厚さは、略１ｍｍに限らず、使用されるセラミック材によって異なるが、アンテナとしての特性を確保するのに充分な厚みであればよい。
アンテナ電極層１１は、Ｃｕで形成された、厚さ１０〜１５μｍ程度の電極層である。アンテナ電極層１１は、他の厚さであってもよい。アンテナ電極層１１は、上層体１２と内層体１４とを貫通する第一のビアホールであるアンテナビアホール１１ｈを通じて、内層体１４の蓋実装面１５ｍに設けられた第一の電極パッドである蓋ボンディングパッド１５ａに、電気的に接続されている。アンテナビアホール１１ｈ及び蓋ボンディングパッド１５ａは、Ｃｕで形成されている。
ＧＮＤ電極層１３は、Ｃｕで形成された、厚さ１０〜１５μｍ程度の電極層である。ＧＮＤ電極層１３は、他の厚さであってもよい。ＧＮＤ電極層１３は、内層体１４を貫通する第二のビアホールであるＧＮＤビアホール１３ｈを通じて、内層体１４の蓋実装面１５ｍに設けられた第二の電極パッドである蓋ボンディングパッド１５ｂに、電気的に接続されている。ＧＮＤ電極層１３は、アンテナビアホール１１ｈを貫通させるためのＧＮＤパターン開口部１３ｗを備えている。なお、ＧＮＤパターン開口部１３ｗは、上層体１２又は内層体１４を形成するセラミック材が充填されていてもよい。ＧＮＤビアホール１３ｈ及び蓋ボンディングパッド１５ｂは、Ｃｕで形成されている。
上述の導体パターン（すなわち、アンテナ電極層１１、アンテナビアホール１１ｈ、及び蓋ボンディングパッド１５ａ、並びに、ＧＮＤ電極層１３、ＧＮＤビアホール１３ｈ、及び蓋ボンディングパッド１５ｂ）は、Ｃｕを用いて形成されているが、他の金属を用いてもよい。導体パターンには、電気伝導率が高いＡｇ又はＣｕを用いることが好ましい。
温度検出素子３０は、蓋１０の内層体１４の蓋実装面１５ｍに、例えば金属ろう付け法等の接合方法により実装されている。温度検出素子３０の素子ボンディングパッド３４ａは、ボンディングワイヤ３５ａによって、蓋ボンディングパッド１５ａに接続されている。温度検出素子３０の素子ボンディングパッド３４ｂは、ボンディングワイヤ３５ｂによって、蓋ボンディングパッド１５ｂに接続されている。したがって、温度検出素子３０の素子ボンディングパッド３４ａはアンテナ電極層１１と、且つ、温度検出素子３０の素子ボンディングパッド３４ｂはＧＮＤ電極層１３と、それぞれ電気的に接続されている。
図２（ａ）は温度検出素子３０の平面図であり、図２（ｂ）は温度検出素子３０の図２（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、図２（ｃ）は温度検出素子３０の図２（ａ）に示すＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
図２（ａ）において、温度検出素子３０は弾性表面波素子であり、弾性表面波素子基板３１、弾性表面波素子基板３１の表面に設けられた櫛形電極３２ａ、３２ｂ、及び反射体３３を有する。櫛形電極３２ａの端部には素子ボンディングパッド３４ａが、且つ、櫛形電極３２ｂの端部には素子ボンディングパッド３４ｂが、それぞれ形成されている。
弾性表面波素子基板３１は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の単結晶によって形成され、平面視寸法が約１０ｍｍ×１０ｍｍで厚みが約２ｍｍの矩形板形状を有する。弾性表面波素子基板３１には、これに限らず、圧電性物質の単結晶基板、又は、ガラス基板若しくはＳｉ基板の上に圧電性物質の薄膜を形成した基板等を用いても良い。圧電性物質には、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、水晶（ＳｉＯ2）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）、ランガテイト（Ｌａ3Ｔａ0.5Ｇａ5.5Ｏ14）等が含まれるが、これらに限られない。
櫛形電極３２ａ及び３２ｂは、弾性表面波素子基板３１の一方の表面に、二対の電極が交互に配置される様に形成されている。櫛形電極３２ａ及び３２ｂは、Ｃｕを用いて、スパッタリング法により形成されている。しかしながら、櫛形電極３２ａ及び３２ｂは、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等のＣｕ以外の電極材料を用いて形成してもよく、又、スパッタリング法以外の製膜方法により形成してもよい。
櫛形電極３２ａ及び櫛形電極３２ｂの電極間距離ｄは、弾性表面波素子が励起する弾性表面波の波長に応じた値が必要である。弾性表面波の伝搬速度をｖ、波長をλ、櫛形電極の励振周波数をｆとするとｖ＝ｆ×λ、ｄ＝λ／２の関係がある。例えば、ニオブ酸リチウムの場合では、励振周波数が２．４５ＧＨｚとすると、ｄを約０．８μｍとする必要がある。
隣接する櫛形電極３２ａ、３２ｂの各電極幅及び各電極間距離は等間隔であるのが好ましい。上記の場合、各電極幅は各電極間距離ｄの半分である約０．４μｍとするのがより好ましい。伝搬速度ｖは弾性表面波を発生させる弾性表面波素子基板３１の材質によって異なるので、電極間距離ｄは任意の材料、周波数の違いにより適宜選択可能である。
反射体３３は、弾性表面波素子基板３１の櫛形電極３２ａ及び３２ｂが形成された表面に、櫛形電極３２ａ及び櫛形電極３２ｂと略同寸法に形成されている。反射体３３は、櫛形電極３２ａ及び３２ｂと同様に、Ｃｕを用いて、スパッタリング法により形成されている。しかしながら、反射体３３は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等のＣｕ以外の電極材料を用いて形成してもよく、又、スパッタリング法以外の製膜方法により形成してもよい。
反射体３３は、櫛形電極３２ａ及び３２ｂに印加された高周波信号によって、弾性表面波素子基板３１の表面に誘起された弾性表面波を反射し、再び櫛形電極３２ａ及び３２ｂを通じて外部に測定情報である応答信号を送信するために設けられる。なお、弾性表面波素子による温度測定の原理については後述する。
図３（ａ）はワイヤレス温度センサ１の平面図であり、図３（ｂ）はワイヤレス温度センサ１の側面図である。
図３（ａ）に示す様に、略３０ｍｍ×３０ｍｍのワイヤレス温度センサ１の上面、すなわち蓋１０の表面に、寸法が略２０ｍｍ×２０ｍｍのアンテナ電極層１１が設けられている。ワイヤレス温度センサ１の外形寸法は、略３０ｍｍ×３０ｍｍに限らず、弾性表面素子を実装するに充分な大きさであればよい。好適なアンテナ電極層１１の外形寸法は蓋１０の誘電率によって異なるが、上記寸法（略２０ｍｍ×２０ｍｍ）は、蓋１０の比誘電率が例えば９．８程度の場合に好適な寸法である。しかしながら、アンテナ電極層１１の寸法はこれに限られない。
図３（ｂ）に示す様に、ワイヤレス温度センサ１の容器５０は蓋１０及び容器本体２０から構成される。ワイヤレス温度センサ１の全体の厚さは略８ｍｍであるが、これに限らず、任意に設定することができる。
図４は、ワイヤレス温度センサ１の図３（ｂ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、図３（ｂ）では、Ｂ−Ｂ断面の位置を理解しやすいように上層体１２と内層体１４の境界を破線で示す。
図４に示す様に、ＧＮＤ電極層１３は、内層体１４の上部すなわち上層体１２に対向する側の表面に設けられ、ＧＮＤパターン開口部１３ｗは、アンテナビアホール１１ｈを貫通させるためＧＮＤ電極層１３の中央左に設けられている。ＧＮＤ電極層１３の寸法は略２５ｍｍ×２５ｍｍであるが、これに限られない。なお、高周波特性のさらなる向上のために、ＧＮＤ電極層１３の形状はより大きくすることが好ましい。
図５は、ワイヤレス温度センサ１による温度検出方法を説明するための図である。
ワイヤレス温度センサ１の温度検出方法は、弾性表面波素子基板３１を伝搬する弾性表面波の伝搬速度が温度に依存するとの原理に基づく。換言すると、励起弾性表面波Ｔｗ及び反射弾性表面波Ｒｗの伝搬時間が弾性表面波素子基板３１の温度に依存することを利用する。そのため、予め「伝搬時間対弾性表面波素子基板温度」の校正表を作成しておく。
まず、図示しない外部装置が、上述したアンテナ（アンテナ電極層１１、上層体１２、ＧＮＤ電極層１３、及び内層体１４で構成されるマイクロストリップアンテナ）に固有の励起周波数を含む高周波信号を送信する。図５に示す様に、当該アンテナによって受信した高周波信号は、ボンディングワイヤ３５ａ及び３５ｂを通じて櫛形電極３２ａ及び櫛形電極３２ｂに印加され、弾性表面波素子基板３１に電気−機械変換効果をもたらす。すなわち、弾性表面波素子基板３１の表面に、櫛形電極の電極間距離ｄで決定される励起弾性表面波Ｔｗが発生する。
励起弾性表面波Ｔｗは、弾性表面波素子基板３１の表面を伝搬し、反射体３３で反射して、反射弾性表面波Ｒｗとなって再び櫛形電極３２ａ及び櫛形電極３２ｂに戻る。次いで、反射弾性表面波Ｒｗの一部は、弾性表面波素子基板３１に機械−電気変換効果をもたらし、高周波信号に変換され、当該アンテナにより外部に応答信号が発信される。一方、反射弾性表面波Ｒｗのうち高周波信号に変換されなかった一部は、櫛形電極３２ａ及び櫛形電極３２ｂによって反射され、弾性表面波素子３１上を再び反射体３３へ向かって進行する。以下、反射弾性表面波Ｒｗは、弾性表面波素子基板３１上で反射体３３と櫛形電極３２ａ及び３２ｂとの間を往来しつつ、その一部が徐々に櫛形電極３２ａ及び３２ｂによって高周波信号に変換されながら、減衰していく。
アンテナによって発信された応答信号が上記外部装置に達し、上記外部装置が応答信号を受信すると、上記外部装置は、高周波信号を送信してから応答信号を受信するまでの時間を計測する。
高周波信号を送信してから応答信号を受信するまでの時間を計測したら、高周波信号を送信してから応答信号を受信するまでの時間から、弾性表面波素子における弾性表面波の伝搬時間を算出する。そして、予め作成しておいた「伝搬時間対弾性表面波素子基板温度」の校正表に基づいて、算出した伝搬時間から弾性表面波素子基板３１の温度を求める。そして、弾性表面波素子基板３１の温度に基づいて、弾性表面波素子基板３１を装着した対象物の測定温度を決定する。
図６は、弾性表面波素子における反射弾性表面波強度Ｒｗｐの時間的変化を示すグラフである。
図６に示すグラフでは、縦軸が反射弾性表面波Ｒｗの強度Ｒｗｐを示しており、横軸が弾性表面波の伝搬時間Ｔを示している。反射弾性表面波Ｒｗは櫛形電極３２ａ及び櫛形電極３２ｂと反射体３３との間で反射を繰り返すので、時刻Ｔ１〜時刻Ｔ３の複数のタイミングで反射弾性表面波Ｒｗが観測される。反射弾性表面波Ｒｗの強度Ｒｗｐは、時刻Ｔ１におけるＲｗ１、すなわち、一番初めに検出される反射弾性表面波Ｒｗの強度が最も大きく、測定に有利である。
図７は、ワイヤレス温度センサ１を用いた温度測定システムの構成を説明するための図である。
温度表示装置４０は、複数のワイヤレス温度センサのそれぞれに温度測定を行うための高周波信号を発信し、各ワイヤレス温度センサの応答信号を受信し、且つ、上記校正表に基づいて各ワイヤレス温度センサの測定温度を表示する構成となっている。
図７に示す例では、温度表示装置４０の測定温度の表示部は一つであり、当該表示部は、複数のワイヤレス温度センサの中からスイッチ等によって選択された所定のワイヤレス温度センサが検知する温度を表示する。しかしながら、複数のワイヤレス温度センサのそれぞれに対応する個別の表示部を温度表示装置４０に設けてもよい。
図７に示す例では、ワイヤレス温度センサ１Ａ〜１Ｃの三個を使用し、各々弾性表面波伝搬距離Ｌが異なる様に設計されている。各々のワイヤレス温度センサにはそれぞれの「伝搬時間対弾性表面波素子基板温度」の構成表がある。
温度表示装置４０から各ワイヤレス温度センサに固有の励起周波数を含む高周波信号を送信する。各ワイヤレス温度センサから弾性表面波の伝搬時間分遅れた応答信号が生じる。なお、ワイヤレス温度センサ１Ａ〜１Ｃは、測定対象物（図示せず）との間で熱勾配を生じない様に、測定対象物に密着させて装着するのが好ましい。
弾性表面波伝搬距離Ｌを変えることにより、各ワイヤレス温度センサではそれぞれ異なる伝搬時間をかけて櫛型電極３２ａ、３２ｂから反射体３３を往復する。この伝搬時間の差からワイヤレス温度センサ１Ａ〜１Ｃを区別することができる。さらに、この伝搬時間からそれぞれのワイヤレス温度センサに対応する「伝搬時間対弾性表面波素子基板温度」の校正表から測定対象物（図示せず）の温度を測定することができる。
上述の様に、各ワイヤレス温度センサの弾性表面波伝搬距離Ｌが異なる様に設計する方法以外にも、各ワイヤレス温度センサの動作周波数が異なる様に設計してもよい。これは、例えば、櫛形電極３２ａ、３２ｂの電極間距離ｄを変化させることにより実現できる。櫛形電極の電極間距離ｄを変えることにより、各ワイヤレス温度センサは固有の高周波信号ｆ１〜高周波信号ｆ３によってのみ励起される。したがって、温度表示装置４０に周波数掃引機能（図示せず）を設けることにより、高周波信号ｆ１〜高周波信号ｆ３を順次送受信し、測定対象物（図示せず）の温度を測定することが出来る。
以上、温度測定に弾性表面波素子基板３１の弾性表面波伝搬時間の温度特性を用いる方法を説明した。しかしながら、温度によるインピーダンス変調機能を反射体３３に設け、反射弾性表面波強度Ｒｗｐの絶対値に基づいて温度を測定する方法や、圧電素子や強誘電素子で共振回路を形成し、共振周波数の温度特性を用いる方法等も有効である。
図８は、ワイヤレス温度センサ１の製造工程の概要を示すフローチャートである。
図８に示す様に、ワイヤレス温度センサ１の製造工程は、容器本体組み立て及び高温焼成工程ＳＴ１と、蓋組み立て及び低温焼成工程ＳＴ２と、温度検出素子実装及び全体組み立て工程ＳＴ３とから構成される。
容器本体組み立て及び高温焼成工程ＳＴ１は、容器本体２０を形成する工程である。蓋組み立て及び低温焼成工程ＳＴ２は、蓋１０を形成する工程である。温度検出素子実装及び全体組み立て工程ＳＴ３は、温度検出素子３０をアンテナ電極１１及びＧＮＤ電極１３に電気的に接続する工程と、温度検出素子３０が容器本体２０及び蓋１０の内部に固定されるように、容器本体２０と蓋１０とを貼り合わせる工程である。なお、容器本体組み立て及び高温焼成工程ＳＴ１と蓋組み立て及び低温焼成工程ＳＴ２とは、逆の順序で実施しても、また同時に実施しても良い。
図９は、ワイヤレス温度センサ１の容器本体組み立て及び高温焼成工程ＳＴ１を説明するための図である。以下では、ワイヤレス温度センサを三個同時に作製した後に個片化する例を用いて製造方法を説明する。
まず、図９（ａ）に示す様に、セラミック材、ガラスフィラー、バインダー、及び溶剤を混合攪拌させて作成した第一のセラミックグリーンシートであるＨＴＣＣを用いて、本体底部集合基板２１ｂを形成する。
次に、図９（ｂ）に示す様に、ＨＴＣＣのセラミックグリーンシートを用いて本体側部集合基板２２ｂを形成し、本体側部集合基板２２ｂに複数の本体キャビティ２０ｃを設ける。
次に、図９（ｃ）に示す様に、本体底部集合基板２１ｂと本体側部集合基板２２ｂとを重ねて約１６１０℃で焼成する高温焼成工程を行う。焼成後は、図９（ｄ）に示す集合容器本体２０ｂが得られる。
図１０は、ワイヤレス温度センサ１の蓋組み立て及び低温焼成工程ＳＴ２を説明するための図である。
まず、図１０（ａ）に示すように、ＬＴＣＣから成るセラミックグリーンシートを用いて上層体集合基板１２ｂを形成し、Ｃｕを用いて複数のアンテナビアホール１１ｈを設ける。
次に、図１０（ｂ）に示す様に、アンテナ電極形成工程として、図１０（ａ）で作製した上層体集合基板１２ｂにＣｕを用いた複数の導体パターンであるアンテナ電極層１１を印刷形成し、各アンテナ電極層１１と各アンテナビアホール１１ｈとを接続する。
次に、図１０（ｃ）に示す様に、ＬＴＣＣから成るセラミックグリーンシートを用いて内層体集合基板１４ｂを形成する。更に、ビアホール形成工程として、内層体集合基板１４ｂに、アンテナ電極層１１と接続するための複数のアンテナビアホール１１ｈ及びＧＮＤ電極層１３と接続するための複数のＧＮＤビアホール１３ｈをＣｕを用いて形成する。
次に、図１０（ｄ）に示す様に、ＧＮＤ電極形成工程として、作製した内層体集合基板１４ｂにＣｕを用いた複数の導体パターンであるＧＮＤ電極層１３を印刷形成する。ＧＮＤ電極層１３のアンテナビアホール１１ｈに跨る部分には、ＧＮＤパターン開口部１３ｗを設け、ＧＮＤパターン開口部１３ｗ内にアンテナビアホール１１ｈを形成する。更に、各ＧＮＤ電極層１３と各ＧＮＤビアホール１３ｈとを接続する。
次に、図１０（ｅ）に示す様に、内層体集合基板１４ｂの上部に上層体集合基板１２ｂを重ね、各アンテナビアホール１１ｈを接続する。内層体集合基板１４ｂ及び上層体集合基板１２ｂが積層したものを第二のセラミックグリーンシートとする。次に、各アンテナビアホール１１ｈにＣｕを用いた蓋ボンディングパッド１５ａを、又、各ＧＮＤビアホール１３ｈにＣｕを用いた蓋ボンディングパッド１５ｂを、それぞれ形成する電極パッド形成工程を行う。そして、低温焼成工程として、上層体集合基板１２ｂ及び内層体集合基板１４ｂに適した約８９０℃で焼成し、図１０（ｆ）に示す様に集合蓋１０ｂが得られる。
上述した焼成温度（約８９０℃）では、Ａｇ、Ｃｕのいずれについても、ワイヤレス温度センサのアンテナ特性に実質的な影響を及ぼす様な変化は生じない。
上層体集合基板１２ｂ及び内層体集合基板１４ｂは上記焼成により一体となるが、便宜上、図には上層体集合基板１２ｂ及び内層体集合基板１４ｂの間に境界を示している。
図１１は、ワイヤレス温度センサ１の温度検出素子３０の実装及び全体組み立て工程ＳＴ３を説明するための図である。
図１１（ａ）に示す様に、集合蓋１０ｂの蓋実装面１５ｍに複数の温度検出素子３０を、チタン（Ｔｉ）とニッケル（Ｎｉ）との合金を用いた金属ろう付け法により実装する。なお、金属ろう付け法に用いる合金はこれらに限定されず、他の金属を用いてもよい。
更に、各温度検出素子３０の素子ボンディングパッド３４ａ及び集合蓋１０ｂの蓋ボンディングパッド１５ａをボンディングワイヤ３５ａで接続する。同様に、各温度検出素子３０の素子ボンディングパッド３４ｂ及び集合蓋１０ｂの蓋ボンディングパッド１５ｂをボンディングワイヤ３５ｂで接続する。
次に、図１１（ｂ）及び（ｃ）に示す様に、集合容器本体２０ｂ、及び、温度検出素子３０を実装した集合蓋１０ｂを、温度検出素子３０の位置に本体キャビティ２０ｃが合う様に重ねて接合し、集合ワイヤレス温度センサ１ｂを得る。
集合容器本体２０ｂ及び集合蓋１０ｂは、例えば、熱伝導性の高い接合層である金（Ａｕ）及び錫（Ｓｎ）を接着面に形成し、共晶接合によって接合する。ＡｕとＳｎは高い熱伝導率を有するため、集合容器本体２０ｂ及び集合蓋１０ｂは熱的に接続される。この様に、熱伝導性のよい熱伝搬帯を接合箇所に採用することによって、温度検出素子３０は、集合蓋１０ｂに固定されながらも、集合容器本体２０ｂと互いに熱的に接続される。なお、集合容器本体２０ｂ及び集合蓋１０ｂを接合するための材料や接合方法は、金属ろう付け法や、材料間を高温下で加圧融着する固相接合法等の他の接合方法を用いることもできる。
次に、図１１（ｃ）に示す様に、組み立てられた集合ワイヤレス温度センサ１ｂを裁断線ｄｃに沿って分割し、図１１（ｄ）に示す個片化したワイヤレス温度センサ１を得る。なお、上述の例では、一度に三個のワイヤレス温度センサを製造する方法を述べたが、一度に製造するワイヤレス温度センサの数量を更に増やすことも可能である。
ワイヤレス温度センサ１の構造は、第一のセラミック基板である容器本体２０の構成材料として、焼成温度が１６１０℃と高く且つ熱伝導率が１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高いＡｌ2Ｏ3をＨＴＣＣとして用いた。したがって、ワイヤレス温度センサ１の温度測定の応答性が向上する。
ワイヤレス温度センサ１の第二のセラミック基板（上層体１２及び内層体１４）は、例えば、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3にＡｌ2Ｏ3を加えた材料の様にＬＴＣＣで構成されている。当該ＬＴＣＣの焼成温度は８９０℃なので、導体として電気抵抗が１．６μΩｃｍと極めて低いＣｕを使用することが可能となる。
これにより、ＬＴＣＣの誘電正接（ｔａｎδ）が０．０００３と低い特質を活かすことができるため、高周波特性ひいてはアンテナ特性をさらに向上することができる。また、全体組み立てには共晶接合を用いたので各要素への影響もなく、温度測定の応答性及び送受信効率の両面が向上するワイヤレス温度センサ１を提供することができる。
図１２は、他のワイヤレス温度センサ２の構造を説明するための図である。
ワイヤレス温度センサ２は、上述のワイヤレス温度センサ１の変形例である。以下では、ワイヤレス温度センサ２について、ワイヤレス温度センサ１と異なる点について説明し、ワイヤレス温度センサ１と同様の点については適宜説明を省略する。
図１２に示すワイヤレス温度センサ２と図１に示すワイヤレス温度センサ１との差異は第一の配線電極及び第二の配線電極の有無の点であり、他は同様である。
図１２に示す様に、ワイヤレス温度センサ２では、内層体１４の下部には、第一の配線電極１７ａ及び第二の配線電極１７ｂが設けられている。
第一の配線電極１７ａ及び第二の配線電極１７ｂは、内層体１４の温度検出素子３０が実装される蓋実装面１５ｍａに、Ｃｕを用いて設けられている。第一の配線電極１７ａ及び第二の配線電極１７ｂには、Ｃｕに限らず、他の金属を用いてもよい。
第二の配線電極１７ｂは、略２５ｍｍ×２５ｍｍの寸法を有しており、端部において容器本体２０と熱的に接続している熱伝導層である。第二の配線電極１７ｂには、第一の配線電極１７ａを貫通するための配線電極層開口部１７ｗが設けられている。
温度検出素子３０は、第二の配線電極１７ｂに熱的に接続されるように金属ろう付けされている。温度検出素子３０の素子ボンディングパッド３４ａは、ボンディングワイヤ３５ａを介して、第一の配線電極１７ａに電気的に接続されている。温度検出素子３０の素子ボンディングパッド３４ｂは、ボンディングワイヤ３５ｂを介して、第二の配線電極１７ｂに電気的に接続されている。
図１３を用いて、ワイヤレス温度センサ２の蓋組み立て及び低温焼成工程を説明する。なお、ワイヤレス温度センサ２の製造方法のうち他の工程（容器本体組み立て及び高温焼成工程、並びに、温度検出素子実装及び全体組み立て工程）は、ワイヤレス温度センサ１と同様であるので、説明を省略する。
まず、図１３（ａ）に示す様に、アンテナ電極層１１及びアンテナビアホール１１ｈを有する上層体集合基板１２ｂを形成する。上層体集合基板１２ｂの製造方法は、ワイヤレス温度センサ１と同様であるので、説明を省略する。
次に、図１３（ｂ）に示す様に、ＧＮＤ電極層１３、ＧＮＤビアホール１３ｈ、及びアンテナビアホール１１ｈを有する内層体集合基板１４Ａｂの下面に第一の配線電極１７ａ及び第二の配線電極１７ｂを形成する。
次に、図１３（ｃ）に示すように、各アンテナビアホール１１ｈが接続する様に上層体集合基板１２ｂ及び内層体集合基板１４Ａｂを積層させた第二のセラミックグリーンシートを約８９０℃で焼成し、集合蓋１０Ａｂを得る。
ワイヤレス温度センサ２では、第一の配線電極１７ａ及び第二の配線電極１７ｂを有する配線電極層１７が、内層体１４の下部に設けられている。第二の配線電極１７ｂは、容器本体２０及び温度検出素子３０のそれぞれと熱的に接続されている熱伝導層である。そのため、容器本体２０に伝わった測定対象物の熱は、容器本体２０から第二の配線電極１７ｂを介して温度検出素子３０へ伝わることができる。したがって、熱が蓋１０Ａ内に散逸することを防ぎ、ワイヤレス温度センサ２としての熱応答性が更に向上する。
ワイヤレス温度センサ２では、温度検出素子３０が第二の配線電極１７ｂに接続されているので、耐ノイズ性が向上し、温度センサとしての特性と信頼性が向上する。
図１４は、更に他のワイヤレス温度センサ３の構造を説明するための図である。
ワイヤレス温度センサ３は上述のワイヤレス温度センサ２の変形例である。以下では、ワイヤレス温度センサ３について、ワイヤレス温度センサ２と異なる点について説明し、ワイヤレス温度センサ２と同様の点については適宜説明を省略する。
図１４に示すワイヤレス温度センサ３と図１２に示すワイヤレス温度センサ２との差異は、ＧＮＤビアホールの位置の点であり、他は同様である。
図１４に示す様に、ワイヤレス温度センサ３では、温度検出素子３０はＧＮＤビアホール１３ｈの上に固定されている。ここで、「ＧＮＤビアホール１３ｈの上に固定されている」とは、図１４に示す様に、温度検出素子３０の略中心の位置が、ＧＮＤビアホール１３ｈの略中心の位置に等しい場合を含むが、これに限られない。例えば、ＧＮＤビアホール１３ｈの略中心の位置が温度検出素子３０の領域に含まれる場合や、ＧＮＤビアホール１３ｈの領域が温度検出素子３０の領域に含まれる場合も、これに含まれる。
ＧＮＤビアホール１３ｈの位置は、蓋１０Ａの略中心付近に限らず、任意に配置することができる。温度検出素子３０は、ＧＮＤビアホール１３ｈの位置に合わせて、「ＧＮＤビアホール１３ｈの上に固定」することができる。
図１５（ａ）はワイヤレス温度センサ２の、図示しない測定対象物からの熱の伝搬経路を模式的に表した断面図である。図１５（ｂ）はワイヤレス温度センサ３の、図示しない測定対象物からの熱の伝搬経路を模式的に表した断面図である。なお図１５（ａ）及び図１５（ｂ）においては、説明のため断面を表すハッチングを省略している。
図１５（ａ）に示す様に、ワイヤレス温度センサ２では、Ｈに示す様に、図示しない測定対象物から容器本体２０に伝わった熱が、容器本体２０内部を移動し、やがて第二の配線電極１７ｂと伝わる。第二の配線電極１７ｂへと伝わった熱は、第二の配線電極１７ｂ内部を温度検出素子３０に向かって移動するが、当該熱の一部は、Ｈ１に示す様に、ＧＮＤビアホール１３ｈを通じて上層体１２に向かって移動する。これは、Ｃｕで形成されたＧＮＤビアホール１３ｈの熱抵抗が低いためである。
図１５（ｂ）に示す様に、ワイヤレス温度センサ３では、Ｈに示す様に、図示しない測定対象物から容器本体２０に伝わった熱が、容器本体２０内部を移動し、やがて第二の配線電極１７ｂへと伝わる。第二の配線電極１７ｂへと伝わった熱は、Ｈ２に示す様に、第二の配線電極１７ｂ内部を温度検出素子３０に向かって移動する。このとき、温度検出素子３０に至る経路の途中に、熱抵抗が低いＧＮＤビアホール１３ｈは存在しないため、熱の殆どが第二の配線電極１７ｂを経由して温度検出素子３０に流入する。
このように、ワイヤレス温度センサ３では、温度検出素子３０はＧＮＤビアホール１３ｈの上に固定されているため、ビアホールによって蓋１０の内部に移動する熱量を減ずることが可能となる。したがって、ワイヤレス温度センサ３では、温度測定の応答性が向上し、且つ、熱の影響によるアンテナ特性の変動が低減される。
図１６は、更に他のワイヤレス温度センサ４の構造を説明するための図である。
ワイヤレス温度センサ４は、上述のワイヤレス温度センサ２の変形例である。以下では、ワイヤレス温度センサ４について、ワイヤレス温度センサ２と異なる点について説明し、ワイヤレス温度センサ２と同様の点については適宜説明を省略する。
図１６に示すワイヤレス温度センサ４と図１２に示すワイヤレス温度センサ２との差異は、保護層の有無の点であり、他は同様である。
図１６に示す様に、ワイヤレス温度センサ４では、アンテナ電極層１１及び上層体１２の上部に保護層１６が設けられている。保護層１６は、上層体１２及び内層体１４と同様にＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3にＡｌ2Ｏ3を加えた材料によって形成される。しかしながら、保護層１６は、他のＬＴＣＣによって形成されてもよいし、又、ＳｉＯ2やＴｉＯ2等の膜によって形成されてもよい。
以下、図１７を用いて、ワイヤレス温度センサ４の蓋組み立て及び低温焼成工程について説明する。
まず、図１７（ａ）に示す様に、上層体集合基板１２ｂ及び内層体集合基板１４Ａｂを互いに積層する。
次に、図１７（ｂ）に示す様に、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3にＡｌ2Ｏ3を加えた材料等のＬＴＣＣのセラミックグリーンシートを用いて集合保護層１６ｂを形成する。
次に、図１７（ｃ）に示す様に、図１７（ａ）で用意した積層体の上に集合保護層１６ｂを重ね、約８９０℃で焼成し、集合蓋１０Ｐｂを得る。
なお、ＳｉＯ2やＴｉＯ2等の膜によって保護層１６が形成される場合は、スパッタリング法等によって、図１７（ａ）で用意した積層体の上層体集合基板１２ｂの上に保護層１６を直接形成してもよい。
ワイヤレス温度センサ４では、金属体であるアンテナ電極層１１が保護層１６によって保護されるため、耐静電気特性が向上し、又、金属破片等の導電性の異物の付着によるセンサの動作異常が軽減されるため、耐久性及び信頼性が向上する。
図１８は、更に他のワイヤレス温度センサ５の構造を説明するための図である。
ワイヤレス温度センサ５は、上述のワイヤレス温度センサ１の変形例である。以下では、ワイヤレス温度センサ５について、ワイヤレス温度センサ１と異なる点について説明し、ワイヤレス温度センサ５と同様の点については適宜説明を省略する。
図１８に示すワイヤレス温度センサ５と図１に示すワイヤレス温度センサ１との差異は、温度検出素子の実装方法の点、及び、温度検出素子と容器本体との接触の点であり、他は同様である。
図１８に示す様に、温度検出素子３０は、櫛形電極３２ａ、３２ｂ及び反射体３３等が設けられた面を蓋１０に対向させて、蓋１０にフリップチップ実装されている。素子ボンディングパッド３４ａは金バンプ３６ａを介して蓋ボンディングパッド１５ａに、素子ボンディングパッド３４ｂは金バンプ３６ｂを介して蓋ボンディングパッド１５ｂに、それぞれ接続されている。
図１８に示す様に、ワイヤレス温度センサ４では、温度検出素子３０の蓋１０に対向した面とは反対側の面は、容器本体２０に接触している。しかしながら、温度検出素子３０と容器本体２０とは互いに接触していなくとも、両者の間で直接の熱伝導が生じる程度に互いに近接していてもよい。温度検出素子３０の容器本体２０に接触又は近接する箇所、及び、近接の場合には温度検出素子３０と容器本体２０との距離は、両者の間で直接の熱伝導が生じる限り、任意に設計することができる。
以下、図１９を用いて、ワイヤレス温度センサ５の温度検出素子実装工程を説明する。なお、ワイヤレス温度センサ５の製造方法の他の工程（容器本体組み立て及び高温焼成工程、蓋組み立て及び低温焼成、並びに、全体組み立て工程）は、ワイヤレス温度センサ１と同様であるので、説明を省略する。なお、容器本体２０の内側の空間の厚みは、実装面１５ｍから温度検出素子３０の蓋１０とは反対側の面までの高さに相当する長さにしておくものとする。以下では説明の便宜上、一個のワイヤレス温度センサの製造工程を説明するが、複数のワイヤレス温度センサを同時に作成した後に個片化する製造方法を用いることも可能である。
まず、図１９（ａ）に示す様に、温度検出素子３０の素子ボンディングパッド３４ａに金バンプ３６ａを、温度検出素子３０の素子ボンディングパッド３４ｂに金バンプ３６ｂを、それぞれ形成する。
次に、図１９（ｂ）に示す様に、温度検出素子３０を反転して、金バンプ３６ａが蓋ボンディングパッド１５ａに、金バンプ３６ｂが蓋ボンディングパッド１５ｂに、それぞれ接触するように、温度検出素子３０を蓋実装面１５ｍに載置する。
次に、超音波振動により、各ボンディングパッド（１５ａ、１５ｂ、３４ａ、３４ｂ）、及び金バンプ３６ａ、３６ｂを融着及び接合することにより、図１９（ｃ）に示す様に、温度検出素子３０を蓋１０に実装する。以上で、ワイヤレス温度センサ４５おける温度検出素子実装工程が終了する。
ワイヤレス温度センサ５では、温度検出素子３０と容器本体２０とは、互いに接触し、又は、両者の間で直接の熱伝導が生じる程度に互いに近接している。そのため、測定対象物から容器本体２０へと伝わった熱は、図１８のＨ３に示す様に、容器本体２０から温度検出素子３０へ直接移動することが可能である。したがって、ワイヤレス温度センサにおける温度測定の応答性が向上する。
図２０は、更に他のワイヤレス温度センサ６の構造を説明するための図であり、図２１は、ワイヤレス温度センサ６を図２０の方向６Ｄから観た図である。
ワイヤレス温度センサ６は、上述のワイヤレス温度センサ５の変形例である。以下では、ワイヤレス温度センサ６について、ワイヤレス温度センサ５と異なる点について説明し、ワイヤレス温度センサ５と同様の点については適宜説明を省略する。
図２０に示すワイヤレス温度センサ６と図１８に示すワイヤレス温度センサ５との差異は、容器本体の蓋に貼り合わされる側と反対側に設けられた開口部の有無の点であり、他は同様である。
ワイヤレス温度センサ６の容器本体２０Ａは、蓋１０に対向する面とは反対側に、矩形状の開口部２０ＡＷを有している。そのため、図２１に示す様に、温度検出素子３０は外部に露出している。
開口部２０ＡＷの形状は、矩形状に限らず、円形、多角形、又は不規則な形等の任意の形状であってよい。容器本体２０Ａは、例えば、図９（ｃ）を用いて説明した本体底部集合基板２１ｂを用いずに容器本体を作成することにより得ることができるが、他の方法によって作成することも可能である。
温度検出素子３０の縁には、温度検出素子３０と蓋１０との間を埋める様に封止樹脂７０が設けられており、蓋１０、温度検出素子３０、及び封止樹脂７０によって気密封止された空間６Ｓが形成されている。空間６Ｓは、櫛形電極３２ａ、３２ｂ及び反射体３３をその内部に含んでいる。
ワイヤレス温度センサ６では、容器本体２０Ａの蓋１０に貼り合わされる側と反対側に開口部２０ＡＷが設けられ、温度検出素子３０が外部に露出しているため、温度測定時に、温度検出素子３０を測定対象物の近くに配置することが可能となる。したがって、測定対象物の熱が温度検出素子３０に伝わりやすくなり、ワイヤレス温度センサの熱応答性が向上する。
ワイヤレス温度センサ６では、櫛形電極３２ａ、３２ｂ及び反射体３３は、封止樹脂７０によって気密封止された空間６Ｓに含まれるため、外部の気体又は流体は空間６Ｓに侵入することができない。したがって、ワイヤレス温度センサのアンテナ特性の安定性が向上する。なお、空間６Ｓは真空であってもよく、空間６Ｓが真空である場合、ワイヤレス温度センサのアンテナ特性の安定性は更に向上する。
図２２は、更に他のワイヤレス温度センサ７の構造を説明するための図である。
ワイヤレス温度センサ７は、上述のワイヤレス温度センサ５の変形例である。以下では、ワイヤレス温度センサ７について、ワイヤレス温度センサ５と異なる点について説明し、ワイヤレス温度センサ５と同様の点については適宜説明を省略する。
図２２に示すワイヤレス温度センサ７と図１８に示すワイヤレス温度センサ５との差異は、熱伝導体の有無の点であり、他は同様である。
図２２に示す様に、ワイヤレス温度センサ７は、温度検出素子３０と容器本体２０との間に配置された熱伝導体６０を更に有している。熱伝導体６０は、温度検出素子３０及び容器本体２０のいずれにも熱的に接続されており、例えば、高熱伝導性の樹脂により接着されている。あるいは、熱伝導体６０は、温度検出素子３０及び容器本体２０に接着されていなくとも、これらに挟持されていてもよい。
熱伝導体６０は、高い熱伝導率を有する銀ペーストによって形成されている。しかしながら、熱伝導体６０は、銀ペーストに限らず、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、セラミック材、金属、及び耐熱樹脂等の高い熱伝導率を有する物質によって形成されてもよい。
更に、熱伝導体６０は、蓋１０及び容器本体２０の気密性を保つために熱膨張率が小さいことが好ましい。
以下、図２３を用いて、ワイヤレス温度センサ７の温度検出素子実装及び全体組み立て工程を説明する。なお、ワイヤレス温度センサ７の製造方法の他の工程（容器本体組み立て及び高温焼成工程、並びに、蓋組み立て及び低温焼成工程）は、ワイヤレス温度センサ１と同様であるので、説明を省略する。
まず、図２３（ａ）に示す様に、温度検出素子３０を蓋１０にフリップチップ実装する。なお、当該工程は、図１９（ａ）〜（ｄ）を用いて上述した工程と同様であるので、説明を省略する。
次に、図２３（ｂ）に示す様に、温度検出素子３０の蓋１０とは反対側の面に、バインダーに銀粒子を混入したものを焼成して形成した銀ペーストである熱伝導体６０を、高熱伝導性の樹脂を用いて接着する。
次に、図２３（ｃ）に示す様に、温度検出素子３０の位置に本体キャビティ２０ｃが合う様に、容器本体２０を温度検出素子３０が実装された蓋１０に重ねて接合し、図２２に示すワイヤレス温度センサ７を得る。なお、接合方法は、図１１（ｂ）及び（ｃ）を用いて上述した方法と同様であるので、説明を省略する。
なお、上述の方法とは異なり、容器本体２０の底に熱伝導体６０を接着した後、熱伝導体６０が温度検出素子３０に接する様に、蓋１０及び容器本体２０を重ねて接合し、ワイヤレス温度センサ７を得ても良い。
ワイヤレス温度センサ７では、熱伝導体６０が温度検出素子３０と容器本体２０との間に配置されているため、容器本体２０に伝わった測定対象物の熱は熱伝導体６０を介して温度検出素子３０へ伝わる。したがって、測定対象物の熱が温度検出素子３０に伝わりやすくなり、ワイヤレス温度センサの熱応答性が向上する。
図２４は、更に他のワイヤレス温度センサ８の構造を説明するための図である。
ワイヤレス温度センサ８は、上述のワイヤレス温度センサ５の変形例である。以下では、ワイヤレス温度センサ８について、ワイヤレス温度センサ５と異なる点について説明し、ワイヤレス温度センサ５と同様の点については適宜説明を省略する。
図２４に示すワイヤレス温度センサ８と図１８に示すワイヤレス温度センサ５との差異は、容器本体の構造の点であり、他は同様である。
ワイヤレス温度センサ８の容器本体２０Ｂは、ワイヤレス温度センサ１の容器本体２０と同様に、ＨＴＣＣであるＡｌ2Ｏ3で形成される。しかしながら、容器本体２０Ｂは、容器本体２０とは異なり、気体又は流体を通過させることが可能な構造であるポーラス（多孔質）構造を有する。例えば、容器本体２０Ｂの一部が金属によって形成される場合には、気体又は流体を通過させることが可能な構造としてメッシュ構造を採用してもよい。このように、容器本体２０Ｂの構造として、容器本体２０Ｂを形成する物質に合わせて、気体又は流体を通過させることが可能な構造を設計することができる。
ワイヤレス温度センサ８の温度検出素子３０の縁には、温度検出素子３０と蓋１０との間を埋める様に封止樹脂７０が設けられており、蓋１０、温度検出素子３０、及び封止樹脂７０によって気密封止された空間８Ｓが形成されている。空間８Ｓは、櫛形電極３２ａ、３２ｂ及び反射体３３をその内部に含んでいる。
ワイヤレス温度センサ８は、容器本体２０Ｂが気体又は流体を通過させる構造を有している。その為、図２４のＨ４に示す様に、ワイヤレス温度センサ８の周囲の気体又は流体は、容器本体２０Ｂを通過して蓋１０及び容器本体２０Ｂに囲まれた空間（空間８Ｓを除く）に出入りすることが可能となる。したがって、温度検出素子３０が当該気体又は流体の温度を直接検出することが可能となるため、ワイヤレス温度センサ８により、環境温度（雰囲気温度）をより正確に測定することが可能となる。
ワイヤレス温度センサ８では、櫛形電極３２ａ、３２ｂ及び反射体３３は、封止樹脂７０によって気密封止された空間７Ｓに含まれる。そのため、容器本体２０Ｂを通過して蓋１０及び容器本体２０Ｂに囲まれた空間に流入する気体又は流体は、空間８Ｓに侵入することができない。したがって、ワイヤレス温度センサのアンテナ特性の安定性が向上する。なお、空間８Ｓは真空であってもよく、空間８Ｓが真空である場合、ワイヤレス温度センサのアンテナ特性の安定性が更に向上する。
上述したワイヤレス温度センサ１〜８は、温度測定のリモートセンシングを必要とする装置に適用可能である。
当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換、及び修正をこれに加えることが可能であり、実施形態を適宜組み合わせてもよいことを理解されたい。
１、２、３、４、５、６、７、８ ワイヤレス温度センサ
１ｂ 集合ワイヤレス温度センサ
１０、１０Ａ、１０Ｐ 蓋
１１ アンテナ電極
１１ｈ アンテナビアホール
１２ 上層体
１２ｂ 上層体集合基板
１３ ＧＮＤ電極
１３ｈ ＧＮＤビアホール
１３ｗ ＧＮＤパターン開口部
１４ 内層体
１４ｂ 内層体集合基板
１５ａ、１５ｂ 蓋ボンディングパッド
１５ｍ、１５ｍａ 蓋実装面
１６ 保護層
１６ｂ 集合保護層
１７ｗ 配線電極層開口部
１７ａ 第一の配線電極
１７ｂ 第二の配線電極
２０、２０Ａ、２０Ｂ 容器本体
２０ＡＷ 開口部
２０ｂ 集合容器本体
２０ｃ 本体キャビティ
２１ｂ 本体底部集合基板
２２ｂ 本体側部集合基板
３０ 温度検出素子
３１ 弾性表面波素子基板
３２ａ，３２ｂ 櫛形電極
３３ 反射体
３４ａ、３４ｂ 素子ボンディングパッド
３５ａ ボンディングワイヤ
４０ 温度表示装置
５０、５０Ａ、５０Ｐ 容器
Ｔｗ 励起弾性表面波
Ｒｗ 反射弾性表面波
Ｒｗｐ 反射弾性表面波強度
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ 時刻
ｄ、ｄ１、ｄ２、ｄ３ 電極間距離
ｆ１，ｆ２，ｆ３ 高周波信号
ｔ 伝搬時間
ＳＴ１ 容器本体組み立て及び高温焼成工程
ＳＴ２ 蓋組み立て及び低温焼成工程
ＳＴ３ 温度検出素子実装及び全体組み立て工程
ｄｃ 裁断線

Claims (22)

  1. ワイヤレス温度センサの製造方法であって、
    第一のセラミックグリーンシートと、第二のセラミックグリーンシートと、を用意する工程と、
    前記第二のセラミックグリーンシートよりも熱伝導率が高い前記第一のセラミックグリーンシートを焼成して容器本体を形成する工程と、
    前記第二のセラミックグリーンシートにアンテナ電極及びＧＮＤ電極を配置し、前記アンテナ電極及び前記ＧＮＤ電極が配置された前記第二のセラミックグリーンシートを、前記第一のセラミックグリーンシートよりも低い焼成温度で焼成してアンテナを有する蓋を形成する工程と、
    温度検出素子を、前記アンテナ電極及び前記ＧＮＤ電極に電気的に接続する工程と、
    前記温度検出素子が前記容器本体及び前記蓋の内部に固定されるように、前記容器本体と前記蓋とを貼り合わせる工程と、
    を有することを特徴とするワイヤレス温度センサの製造方法。
  2. 前記貼り合わせる工程は、前記温度検出素子が前記容器本体の内側に接触するように、前記容器本体と前記蓋とを貼り合わせる、請求項１に記載のワイヤレス温度センサの製造方法。
  3. 前記容器本体は、前記蓋と貼り合わされる側と反対側に開口部を有する、請求項１に記載のワイヤレス温度センサの製造方法。
  4. 前記容器本体と前記蓋とを貼り合わせる工程は、前記容器本体と前記温度検出素子との間に熱伝導体を配置するように、前記容器本体と前記蓋とを貼り合わせる、請求項１に記載のワイヤレス温度センサの製造方法。
  5. 前記容器本体は、ポーラス構造又はメッシュ構造を有する、請求項１に記載のワイヤレス温度センサの製造方法。
  6. 前記蓋を形成する工程は、
    前記第二のセラミックグリーンシートの一方の面上に前記アンテナ電極となる導体パターンを配置し、
    前記第二のセラミックグリーンシートの内層に前記ＧＮＤ電極となる導体パターンを配置し、
    前記第二のセラミックグリーンシートに、前記アンテナ電極と導通する第一のビアホール及び前記ＧＮＤ電極と導通する第二のビアホールを形成し、
    前記第二のセラミックグリーンシートの他方の面上に、前記第一のビアホールと導通する第一の電極パッド及び前記第二のビアホールと導通する第二の電極パッドを形成する、
    請求項１〜５の何れか一項に記載のワイヤレス温度センサの製造方法。
  7. 前記蓋を形成する工程は、前記第二のセラミックグリーンシートの前記他方の面上に、前記第二の電極パッドと導通し、且つ、前記温度検出素子及び前記容器本体に熱的に接続する熱伝導層を形成する、請求項６に記載のワイヤレス温度センサの製造方法。
  8. 前記温度検出素子を前記熱伝導層上の前記第二のビアホールの上に固定する工程をさらに有する、請求項７に記載のワイヤレス温度センサの製造方法。
  9. 前記アンテナ電極を覆う保護層を前記第二のセラミックグリーンシート上に形成する工程を更に有する、請求項１〜８の何れか一項に記載のワイヤレス温度センサの製造方法。
  10. 第一のセラミック基板から形成された容器本体と、
    前記第一のセラミック基板よりも焼成温度が低い第二のセラミック基板で形成された蓋と、
    アンテナと、
    温度検出素子と、を備え、
    前記第一のセラミック基板は、前記第二のセラミック基板よりも熱伝導率が高く、
    前記アンテナは、前記蓋に一体的に形成されたアンテナ電極及びＧＮＤ電極を含み、
    前記温度検出素子は、前記アンテナ電極及び前記ＧＮＤ電極に電気的に接続され、前記容器本体と前記蓋とが貼り合わされることによって前記容器本体及び前記蓋の内部に固定されている、
    ことを特徴とするワイヤレス温度センサ。
  11. 前記温度検出素子は、前記容器本体の内側に接触するように、前記容器本体及び前記蓋の内部に固定されている、請求項１０に記載のワイヤレス温度センサ。
  12. 前記容器本体は、前記蓋と貼り合わされる側と反対側に開口部を有する、請求項１０に記載のワイヤレス温度センサ。
  13. 前記容器本体と前記温度検出素子との間に配置された熱伝導体をさらに備える、請求項１０に記載のワイヤレス温度センサ。
  14. 前記容器本体は、ポーラス構造又はメッシュ構造を有する、請求項１０に記載のワイヤレス温度センサ。
  15. 前記第一のセラミック基板は、ＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）であり、
    前記第二のセラミック基板は、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）である、請求項１０〜１４の何れか一項に記載のワイヤレス温度センサ。
  16. 前記アンテナのアンテナ電極の材料は、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）である、請求項１０〜１５の何れか一項に記載のワイヤレス温度センサ。
  17. 前記容器本体と前記蓋とは熱的に接続され、前記温度検出素子と前記蓋とは熱的に接続されている、請求項１０〜１６の何れか一項に記載のワイヤレス温度センサ。
  18. 前記アンテナ電極は前記第二のセラミック基板の表面に形成され、前記ＧＮＤ電極は前記第二のセラミック基板の内層に形成される、請求項１０〜１７の何れか一項に記載のワイヤレス温度センサ。
  19. 前記第二のセラミック基板の裏面に形成された第一の配線電極及び第二の配線電極をさらに備え、
    前記第一の配線電極は前記温度検出素子と前記アンテナ電極とにそれぞれ電気的に接続され、
    前記第二の配線電極は前記温度検出素子と前記ＧＮＤ電極とにそれぞれ電気的に接続されている、請求項１０〜１８の何れか一項に記載のワイヤレス温度センサ。
  20. 前記第二の配線電極は前記温度検出素子及び前記容器本体に熱的に接続されている、請求項１９に記載のワイヤレス温度センサ。
  21. 前記第二のセラミック基板内に形成され、前記ＧＮＤ電極及び前記第二の配線電極と導通するビアホールをさらに備え、
    前記温度検出素子は、前記第二の配線電極上の前記ビアホールの上に固定される請求項２０に記載のワイヤレス温度センサ。
  22. 前記アンテナ電極を覆う保護層をさらに備える、請求項１０〜２１の何れか一項に記載のワイヤレス温度センサ。
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