JP6772843B2

JP6772843B2 - 温度センサ

Info

Publication number: JP6772843B2
Application number: JP2017000948A
Authority: JP
Inventors: 長友　憲昭; 憲昭長友; 文夫松本; 均稲場; 譲二古賀; 寿明枝松; 山口　邦生; 邦生山口
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2017-01-06
Filing date: 2017-01-06
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2037-01-06
Also published as: JP2018109586A

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の定着ローラ、バッテリーパック等の温度を測定することに好適な温度センサに関する。

一般に、複写機やプリンタ等の画像形成装置に使用されている定着ローラ（加熱ローラ）、バッテリーパック等には、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。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、ポリイミドフィルムの絶縁性フィルムと、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、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、薄膜サーミスタ部及び櫛型電極を覆う絶縁性の保護膜とを備えた温度センサが提案されている。

特開２０１６−１３８７７３号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来では、例えば図６の（ａ）（ｂ）に示すように、絶縁性フィルム１０２上に形成したパターン電極１０５の端部にＡｕ／Ｎｉメッキ膜等の電極パッド部１０６を形成し、この電極パッド部１０６にハンダ１１でリード線１０を接続している。しかしながら、図６の（ｃ）に示すように、接続されたリード線１０を垂直方向に引っ張ると、電極パッド部１０６及びその下部のパターン電極１０５の部分が、ポリイミドフィルムの絶縁性フィルム１０２との界面で、低い強度で剥がれてしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、リード線との接合部の強度が高く、リード線が引っ張られても電極が剥がれることを抑制可能な温度センサ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、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方の面にサーミスタ材料で形成されたサーミスタ部と、前記サーミスタ部に接続された一対の対向電極と、前記絶縁性基材の一方の面に形成され一端が一対の前記対向電極に接続されている一対の接続電極と、前記絶縁性基材の一方の面に形成され一対の前記接続電極の他端に接続された一対の電極パッド部と、前記サーミスタ部、前記対向電極及び前記接続電極を覆って前記絶縁性基材の一方の面に形成された絶縁性保護膜と、を備え、前記絶縁性保護膜が、前記電極パッド部の中央部上に開口部を設けて前記電極パッド部の周囲から前記電極パッド部の外縁部上までを覆った電極補強部を有していることを特徴とする。

この温度センサでは、絶縁性保護膜が、電極パッド部の中央部上に開口部を設けて電極パッド部の周囲から電極パッド部の外縁部上までを覆った電極補強部を有しているので、電極パッド部の外縁部が電極補強部で押さえられていることで垂直方向の引っ張り強度が高くなり、電極パッド部の中央部にリード線を接合させた際に、リード線を垂直方向に引っ張っても電極パッド部が剥がれ難くなる。また、電極パッド部の外縁部及びその周囲に電極補強部が形成されて絶縁性保護膜の厚さが部分的に増えるだけであるため、全体の熱容量の増大を抑制でき、高い応答性を維持することができる。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記絶縁性基材が、絶縁性フィルムであることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、絶縁性基材が、絶縁性フィルムであるので、絶縁性基材が柔軟性を有することで、測定対象物に押し当てた際に、柔軟に湾曲して接触させることが可能になる。また、電極パッド部の外縁部及びその周囲に電極補強部が形成されて絶縁性保護膜の厚さが部分的に増えるだけであるため、全体の柔軟性を損なうこと無い。

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、前記開口部が、角部が面取りされた略矩形状に形成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、前記開口部が、角部が面取りされた略矩形状に形成されているので、リード線が接続された電極パッド部が引っ張られた際に、角部で裂け難くなり、剥がれをさらに抑制可能である。

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、前記電極パッド部が、前記絶縁性基材上に形成された第１金属層と、前記第１金属層上に形成された第２金属層とを有し、前記第１金属層が、前記第２金属層よりも広い面積で形成され、前記絶縁性保護膜が、前記第２金属層の周囲の前記第１金属層上まで覆って形成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、第１金属層が、第２金属層よりも広い面積で形成され、絶縁性保護膜が、第２金属層の周囲の第１金属層上まで覆って形成されているので、第２金属層の外縁部上だけでなく、第１金属層の外縁部上も絶縁性保護膜で押さえられていることで、より高い引っ張り強度が得られる。

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によれば、絶縁性保護膜が、電極パッド部の中央部上に開口部を設けて電極パッド部の周囲から電極パッド部の外縁部上までを覆った電極補強部を有しているので、電極パッド部の中央部にリード線を接合させた際に、リード線を垂直方向に引っ張っても電極パッド部が剥がれ難くなる。
したがって、本発明の温度センサによれば、電極パッド部が高い引っ張り強度を有してリード線との高い接合部が得られ、高い接続信頼性により安定した温度測定が可能になり、バッテリーパック等の温度測定用の温度センサとして好適である。

本発明に係る温度センサの一実施形態を示す平面図である。図１のＡ−Ａ線断面図（ａ）と、リード線を接続した状態の断面図（ｂ）と、リード線を引っ張って剥がれを生じさせた際の断面図（ｃ）である。図２の（ｂ）の一つのリード線におけるＢ−Ｂ線断面図である。本実施形態において、電極パッド部を示す要部の拡大平面図である。本実施形態において、製造方法を工程順に示す断面図である。本発明に係る温度センサの従来例において、断面図（ａ）と、リード線を接続した状態の断面図（ｂ）と、リード線を引っ張って剥がれを生じさせた際の断面図（ｃ）である。

以下、本発明に係る温度センサにおける一実施形態を、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から図３に示すように、絶縁性基材２と、絶縁性基材２の一方の面にサーミスタ材料で形成されたサーミスタ部３と、サーミスタ部３に接続された一対の対向電極４と、絶縁性基材２の一方の面に形成され一端が一対の対向電極４に接続されている一対の接続電極５と、絶縁性基材２の一方の面に形成され一対の接続電極５の他端に接続された一対の電極パッド部６と、サーミスタ部３、対向電極４及び接続電極５を覆って絶縁性基材２の一方の面に形成された絶縁性保護膜７と、を備えている。

上記絶縁性保護膜７は、電極パッド部６の中央部上に開口部８ａを設けて電極パッド部６の周囲から電極パッド部６の外縁部上までを覆った電極補強部８を有している。すなわち、電極補強部８は、開口部８ａを除いた電極パッド部６上と電極パッド部６の周囲上とを覆って形成されている。
上記開口部８ａは、図４に示すように、角部が面取りされた略矩形状に形成されている。すなわち、開口部８ａの４つの角部は、円弧状に形成されている。
上記電極パッド部６は、図３に示すように、絶縁性基材２上に形成された第１金属層６ａと、第１金属層６ａ上に形成された第２金属層６ｂとを有している。

上記第１金属層６ａは、図３及び図４に示すように、第２金属層６ｂよりも広い面積で形成され、絶縁性保護膜７が、第２金属層６ｂの周囲の第１金属層６ａ上まで覆って形成されている。
なお、一対の電極パッド部６の開口部８ａには、一対のリード線１０がハンダ１１により接合、接続される。
また、電極パッド部６は、接続電極５よりも幅広に形成されている。

上記絶縁性基材２は、フレキシブルな絶縁性フィルムであって略長方形状とされ、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、上記絶縁性フィルムとしては、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、バッテリーパック等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。

上記サーミスタ部３は、パターン形成された薄膜サーミスタであり、絶縁性基材２の一端側に配され、例えばＴｉ−Ａｌ−Ｎのサーミスタ材料で形成されている。特に、サーミスタ部７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。

上記接続電極５及び対向電極４は、サーミスタ部３上にパターン形成された膜厚５〜１００ｎｍの接合層であるＣｒ層１２ａと、Ｃｒ層１２ａ上に膜厚５０〜１０００ｎｍでパターン形成された電極層である第１Ａｕ層１２ｂとの積層で構成された第１金属層６ａで形成されている。
上記対向電極４は、サーミスタ部３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ている。
すなわち、一対の対向電極４は、互いに対向状態に配されて交互に櫛部が並んだ櫛型パターンとされている。

上記絶縁性保護膜７は、絶縁性樹脂膜等であり、例えば厚さ１５μｍのポリイミド膜が採用される。なお、絶縁性保護膜７には、電極パッド部６とサーミスタ部３との間に延在すると共に一対の接続電極５の間に配した直線状のスリット部７ａが形成されている。
上記第１金属層６ａは、上述したように、絶縁性基材２上にパターン形成された接合層であるＣｒ層１２ａと、Ｃｒ層１２ａ上にパターン形成された上記第１Ａｕ層１２ｂとの積層で構成されている。
上記第２金属層６ｂは、第１Ａｕ層１２ｂ上にパターン形成されたＮｉ層１３ａと、Ｎｉ層１３ａ上にパターン形成された第２Ａｕ層１３ｂとの積層で構成されている。これらＮｉ層１３ａ及び第２Ａｕ層１３ｂは、メッキによって形成されたメッキ膜である。

本実施形態の温度センサ１の製造方法は、絶縁性基材２の表面にサーミスタ部３をパターン形成するサーミスタ部形成工程と、互いに対向した一対の対向電極４をサーミスタ部３上に配して絶縁性基材２の表面に一対の接続電極５をパターン形成する電極形成工程と、絶縁性基材２上に絶縁性保護膜７を形成する保護膜形成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、図５の（ａ）に示す厚さ７５μｍのポリイミドフィルムの絶縁性基材２上（一方の面上）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、Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ（ｘ＝０．０９、ｙ＝０．４３、ｚ＝０．４８）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。

成膜したサーミスタ膜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、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５の（ｂ）に示すように、レジスト剥離にて所望の形状のサーミスタ部３にする。

次に、サーミスタ部３及び絶縁性基材２上に、スパッタ法にて、Ｃｒ層１２ａを膜厚２０ｎｍ形成する。さらに、このＣｒ層１２ａ上に、スパッタ法にて第１Ａｕ層１２ｂを膜厚２００ｎｍ形成し、第１金属層６ａを形成する。
次に、成膜した第１Ａｕ層１２ｂ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５の（ｃ）に示すように、レジスト剥離にて所望の対向電極４及び接続電極５を形成する。

次に、絶縁性基材２の表面にポリイミドワニスを印刷法により所定部分に塗布して、１８０℃、３０分でキュアを行い、図５の（ｄ）に示すように、１５μｍ厚のポリイミド樹脂の絶縁性保護膜７を形成する。この際、Ｎｉ層１３ａを形成する部分を除いて第１Ａｕ層１２ｂの外縁部上を覆うように絶縁性保護膜７を形成する。また、スリット部７ａを除いて絶縁性保護膜７をパターン形成する。

次に、電極パッド部６となる幅広な領域にＮｉ／Ａｕのめっきを施して、Ｎｉ層１３ａと第２Ａｕ層１３ｂとを積層し、第２金属層６ｂを形成すると共に電極パッド部６を形成する。この際、Ｎｉ層１３ａと第２Ａｕ層１３ｂとは、Ｃｒ層１２ａ及び第１Ａｕ層１２ｂよりも小さい面積でパターン形成される。
次に、電極パッド部６の中央部をマスクした状態で、絶縁性基材２の基端側にポリイミド樹脂で塗布し、電極補強部８を形成する。この際、電極補強部８が第２金属層６ｂの周囲の第１金属層６ａ上まで覆うように形成する。このようにして温度センサ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、絶縁性基材２の大判シートに複数のサーミスタ部３、対向電極４、接続電極５、絶縁性保護膜７及び電極パッド部６を上述のように形成した後に、大判シートから各温度センサに切断する。

このように本実施形態の温度センサ１では、絶縁性保護膜７が、電極パッド部６の中央部上に開口部８ａを設けて電極パッド部６の周囲から電極パッド部６の外縁部上までを覆った電極補強部８を有しているので、電極パッド部６の外縁部が電極補強部８で押さえられていることで垂直方向の引っ張り強度が高くなり、電極パッド部６の中央部にリード線１０を接合させた際に、リード線１０を垂直方向に引っ張っても電極パッド部６が剥がれ難くなる。また、電極パッド部６の外縁部及びその周囲に電極補強部８が形成されて絶縁性保護膜７の厚さが部分的に増えるだけであるため、全体の熱容量の増大を抑制でき、高い応答性を維持することができる。

また、絶縁性基材２が、絶縁性フィルムであるので、絶縁性基材２が柔軟性を有することで、測定対象物に押し当てた際に、柔軟に湾曲して接触させることが可能になる。また、電極パッド部６の外縁部及びその周囲に電極補強部８が形成されて絶縁性保護膜７の厚さが部分的に増えるだけであるため、全体の柔軟性を損なうこと無い。
また、電極補強部８の開口部８ａが、角部が面取りされた略矩形状に形成されているので、リード線１０が接続された電極パッド部６が引っ張られた際に、角部で裂け難くなり、剥がれをさらに抑制可能である。

さらに、第１金属層６ａが、第２金属層６ｂよりも広い面積で形成され、絶縁性保護膜７が、第２金属層６ｂの周囲の第１金属層６ａ上まで形成されているので、第２金属層６ｂの外縁部上だけでなく、第１金属層６ａの外縁部上も絶縁性保護膜７で押さえられていることで、より高い引っ張り強度が得られる。
なお、電極パッド部６に接合されたリード線１０を絶縁性基材２の垂直方向に引っ張って剥がした場合、メッキ膜のＮｉ層１３ａと第２Ａｕ層１３ｂとの界面で剥がれが生じる。

なお、本発明の技術範囲は上記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、上記実施形態では、一対の対向電極をサーミスタ部の上に形成したが、一対の対向電極をサーミスタ部の下又は上下に形成しても構わない。

１…温度センサ、２…絶縁性基材、３…サーミスタ部、４…対向電極、５…接続電極、６…電極パッド部、６ａ…第１金属層、６ｂ…第２金属層、７…絶縁性保護膜、８…電極補強部、８ａ…開口部

Claims

絶縁性基材と、
前記絶縁性基材の一方の面にサーミスタ材料で形成されたサーミスタ部と、
前記サーミスタ部に接続された一対の対向電極と、
前記絶縁性基材の一方の面に形成され一端が一対の前記対向電極に接続されている一対の接続電極と、
前記絶縁性基材の一方の面に形成され一対の前記接続電極の他端に接続された一対の電極パッド部と、
前記サーミスタ部、前記対向電極及び前記接続電極を覆って前記絶縁性基材の一方の面に形成された絶縁性保護膜と、を備え、
前記絶縁性保護膜が、前記電極パッド部の中央部上に開口部を設けて前記電極パッド部の周囲から前記電極パッド部の外縁部上までを覆った電極補強部を有していることを特徴とする温度センサ。
請求項１に記載の温度センサにおいて、
前記絶縁性基材が、絶縁性フィルムであることを特徴とする温度センサ。
請求項１又は２に記載の温度センサにおいて、
前記開口部が、角部が面取りされた略矩形状に形成されていることを特徴とする温度センサ。
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、
前記電極パッド部が、前記絶縁性基材上に形成された第１金属層と、前記第１金属層上に形成された第２金属層とを有し、
前記第１金属層が、前記第２金属層よりも広い面積で形成され、
前記絶縁性保護膜が、前記第２金属層の周囲の前記第１金属層上まで覆って形成されていることを特徴とする温度センサ。