JPH01315101A - 感温抵抗素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感温抵抗素子に関し、とくに、原理的にはあら
ゆる流体の流れを監視するための装置に使用されること
ができるけれども内燃機関の燃料供給系統を通過する燃
焼空気量全監視するための装置に使用の素子に関するも
のである。

内燃機関の燃料供給系統中の燃焼空気流の監視は燃料供
給系統の適切な制御を可能にするために重要である。内
燃機関の燃料供給系統において一対の感温抵抗素子が設
けられる監視装置全使用することが知られている。一方
の抵抗素子は加熱されず、他方の抵抗素子が加熱される
。抵抗素子のまわりの空気流によって発生される冷却作
用は直流抵抗ブリッジを使用して決定される工うな大量
の空気流量全可能にする。２つの抵抗素子はブリッジの
反対アームの能動素子として接続される。

加熱抵抗素子に燃焼空気が通過する導管の中心近傍に配
置されかつ比較的高い不変状態の電流によって加熱され
る。熱伝達の法則にしたがって、この加熱素子は導管内
の大量の流れによって冷却されるとき基本的な密度−速
度測定を行なう。非加熱素子は大量の流れによって著し
く影響を及ぼされないが加熱抵抗素子上の空気抵抗作用
にＬつて発生されるブリッジ不平衡を取り消すことに工
り空気温度の変化を補償するのに役立つ。感温抵抗素子
としてアルミナ基板上に巻回されたプラチナ線コイルを
使用することが多年にわたって知られている。この型の
センサの最近の例はヨーロッパ特許出願第０１１６１４
４号に開示されている。しかしながら、線コイル型の抵
抗素子は矛盾のない特性を発生するのが無難しくかつ燃
料供給系統内の燃焼空気の大量の流れの変化に対し比較
的遅い応答時間を有する傾向がある。

また、感温素子において、プラチナ線に代えてプラチナ
の薄いかまたは厚いフィルムを使用することが提案され
ている。薄いプラチナフィルムは代表的には蒸着または
スパッタリングによって形成されるが、均一な厚さのフ
ィルムを得るのが無難しいという欠点を蒙むる。薄膜セ
ンサの代表的な例はイギリス特許第２，１０３．８０４
号、同第２，１０６゜３２８号およびヨーロッパ特許第
１９，１３５号に開示されている。厚膜フィルムは代表
的にはフィルムが基板上にプラチナ粉末の混合物を印刷
しかつ次いで焼成することによって製造されるものであ
る。

この型の方法は純粋な金属の温度抵抗係数に近い温度抵
抗係数を有する厚いプラチナフィルムを形成する。他の
プラチナグループ金属、銀、金、鉄、ニッケル、コバル
トおよび銅が厚膜構造に提案されている。しかしながら
、厚膜センサの欠点は特定の条件に適合させるべく層の
厚さを調整するのがとくに容易でないということである
。厚膜センサは、例えば、抵抗サーモメータに関連して
、イギリス特許第１，４７４．７３１号、同第１，４１
５，６４４号、同第２，０６８，１７３号および同第１
．５４６．０９１号に開示されている。

本発明の目的は、層の厚さが容易に制御されることがで
き、かつ温度抵抗係数が所望の作動範囲内で実質上一定
である比較的安価に製造することができる感温抵抗素子
を提供することにある。

本出願人は、意外にも、この目的が感温素子がパラジウ
ムの電気メッキ層から構成される装置達成されることが
できることを見い出した。かくして、本発明によれば、
感温抵抗層を支持する電気絶縁基板からなり、該感温抵
抗層が電気メッキパラジウムである感温素子が提供され
る。

約１マイクロメータの厚さを有する電気メッキプラチナ
フィルムの使用が、例えば、プラチナ抵抗サーモメータ
の感温領域として使用のため、特開昭５７−２０７８３
５号に開示されている。しかしながら、矛盾のない特性
で電気メッキプラチナフィルムを得るのは無難しい。こ
れはプラチナメッキ溶液が安定した２＋および４＋価イ
オンの溶液の存在の結果として効率において不安定であ
るためである。

２＋イオンは効率の損失を生じるアノードにおいて酸化
する。プラチナメッキ溶液の低い安定性のカンード効率
は、矛盾のない特性ヲ有するフィルムを達成し難いとい
う結果により、繊細な幾何学的電気メッキを導くことを
困難にさせる。加えて、非常に高く圧力が加えられた堆
積はプラチナを１〜２マイクロメータ（ミクロン）およ
びそれ以上の厚さに電気メッキするとき得られる。した
がつて、この厚さの電気メッキプラチナフィルムは非常
に脆くかつそれゆえクラックを生じ易い。矛盾のない特
性を有する電気メッキパラジウムはこれが陽唖酸化なし
に高効率でメッキされることができかつ所定のメッキ厚
が脆化お工びクラックを生ずる危険なく達成されること
ができるため比較的容易に製造されることができること
が見い出される。

パラジウムをメッキすること自体は知られているが、我
々が知る限りでは、感温抵抗領域として電気メッキパラ
ジウム層を使用することは決して提案されてない。例え
ば、パラジウムの電気メッキはエレクトロニクスの分野
において金に対する工り安価な代替物としてかつまた摺
動電気接点上の被覆および装飾的目的用の装飾的被覆の
製造のために以前から提案されている。

最も好オしくに、電気メッキパラジウム抵抗層は結合フ
ィルムを介して基板上に支持される。好都合には、結合
フィルムは電気メッキパラジウム層の温度膨張係数と電
気絶縁基板の温度膨張係数との間にある温度膨張係数を
有するニッケルークロム合金（例工ばニクロム）のよう
な合金からなる下方層からなる。さらに、結合フィルム
は、例えばスパッタリングによって形成されているパラ
ジウムの薄膜を含んでも良い。

また、本発明によれば、電気絶縁基板上に該基板に接着
する導電フィルムを設け、該導電フィルム上に所望のパ
ターンを有する電気メッキパラジウムｆｆｌ設け、かつ
次いでパラジウムを再結晶化するような温度で電気メッ
キパラジウム層を熱処理してなる感温抵抗素子の製造方
法が提案される。

好都合には、熱処理は不活性雰囲気、例えばアルゴンま
たはチッ素のごとき不活性ガス中で少なくとも３０分間
少なくとも８００°Ｃの温度で行なわれる。用語「不活
性ガス」は、パラジウムが純粋な状態で残るように熱処
理温度においてパラジウムと反応しないガスを意味する
。熱処理後、好ましくは同一不活性雰囲気中で冷却が行
なわれる。

最も好都合には、本方法はマスクを使用し、デマスキン
グしかつ例えばバンクスパッタリングによってデマスキ
ングにエリ露光された領域の導電中間フィルムを除去す
るパラジウムの画像方法電気メッキによって行なわれる
。

中間フィルムは代表的には基板と密接しておりかつ０．
００３ミクロンの代表的な厚さを有するニッケル／クロ
ム合金の下方フィルムによって構成され、この上に、例
えばスパッタリングによって作られたパラジウムからな
るフィルム（代表的には０．３ミクロンの厚さ）が設け
られる。

使用される基板は、他の適当な熱抵抗材料を使用するこ
ともできるけれども、代表的にはアルミナである。基板
はあらゆる所望の形状、例えば、板状、管状または円筒
状からなることができる。

一定の大きさの素子についての電気メッキパラジウム層
の厚さは必要とされる全体の抵抗に依存して変化する。

しかしながら、代表的には、パラジウム層は２〜２．５
ミクロンの厚さを有する。好ましくは、パラジウム１は
２ミクロンの厚さを有する。

上記方法は所定のパターンに電気メッキパラジウム／Ｉ
ｌ’ｔａ造するのに良好に確立されたマスキング技術が
使用されることを可能にする。

代表的には、電気メッキされるパラジウムＮＩは所定の
抵抗が短かい基板の長さ中で得られることができるよう
に曲流または正弦形状を有する。本発明の方法は以前の
電気メッキパラジウム層から所定の形状を製造するため
に１切削技術、例えばレーザ切削技術を便用すべきこと
を回避する。しかしながら、本発明の範囲において電気
メッキ層の隣接部分間でこの電気メッキ層に形成される
１以上のウェブ金切り離すことにより電気メッキおよび
フォトレジストの除去後層の抵抗の微調整を行なうため
に比較的簡単なレーザトリミング作業を利用する。前記
ウェブは１以上のウェブの除去が必要な電気メッキ膚の
全体抵抗を増大するようになされることができるように
互いに電気的に並列に配置されている。

また、本発明によれば、電気メッキパラジウムから形成
される感温抵抗層を支持する１気絶縁支持体からなる空
気流メータが提供される。

以下に本発明の一実施例を添付図面を参照して例として
説明する。

第１図において、感温抵抗素子は監視されるべきいずれ
の瞬間においても、それ自体公知の方法において、内燃
機関に通されている燃焼空気量を可能にするように内燃
機関用燃料供給系統の空気流メータに使用される。代表
的には、素子はヨーロッパ特許第１１６，１４４号に開
示されるプラチナ線抵抗素子の代りに使用されるように
なされる。素子は長さ２ｍｓ、幅０．５朋および厚さ０
．２５１１１　′ｆ、有する平らなアルミナ基板１から
なる。しかしながら本発明の範囲において、セラミック
材料が後述されるような熱処理過程および使用状態に対
して適宜耐熱性であるならば基板用に他のセラミック材
料を使用することができる。アルミナ基板１は図示した
ように平らである必要はないが、管状および中実円筒状
を含むあらゆる所望の形状からなることができる。基板
１の１表面に支持されるのに電気メッキパラジウムから
形成される正弦感熱抵抗トラック２である。基板１の各
端には、電気メッキパラジウムによりトラック２と一体
に形成される端子５が設けられる。金またはロジウムお
よびプラチナからなる合金から形成されがり０．２Ｈの
直径を有するリード線４が端子３に溶接または結合され
る。トラック２の電気メッキパラジウムは、この実施例
においては２ミクロンの厚さを有しかつ基板と直接接触
する。、ｏｏ３ミクロンの厚さを有するニッケルおよび
クロム合金のフィルム５および電気メッキパラジウムト
ラック２とニッケル／クロム合金フィルム５との間に配
置された０、３ミクロンの厚さを有するパラジウムから
なるスパッタリングされた薄膜６を介して基板１に結合
される。この実施例において、電気メッキパラジウムの
正弦トラック２は２５ミクロンの幅を有し、またトラッ
ク間の間隔は２５ミクロンである。

抵抗素子の抵抗は氷点において２０オームであり、０〜
１００℃の間のその温度抵抗係数は実質上直線であり、
少なくとも３５００　ｐｐｍ／’Ｃである。

第２ａ図ないし第２ｄ図において、上述した感熱抵抗素
子はまず基板１上にｏ、ｏｏ３ミクロンの厚すノニッケ
ル／クロム合金にクロム）からなるフィルム５をスパッ
タリングすることによって作られる。これに続いて、０
．６ミクロンの厚さのパラジウムからなるフィルム６が
フィルム５上にスパッタリングされる（第２ａ図参照）
。

これに続いて、マスク７を画成するようなフォトレジス
タ層がスパッタリングされたパラジウムフィルム６上に
設けられる。このマスク７ば、こノ実施例においては、
環化ポリインブレン型ノ負性フォトレジストの連続層を
堆積することによって設けられる。次いでフォトレジス
ト層は画像方法で露光され、これに溶媒として使用する
露光領域の除去が続き、かつ次いで乾燥または焼成され
る。

これに続いて、感熱抵抗ＮＩ２が電気メッキパラジウム
によって形成される。この実施例において細線露光フォ
トレジスト領域を有する基板１は石英容器内に取り付け
られかつ清浄な表面を得るように１．５　ｔｏｒｒの減
じられた大気圧において酸素プラズマ中でプラズマエツ
チングされる。

清浄な基板は塩化パラジウムアンモニウム、リン酸アン
モニウムおよび水酸化アンモニウムかうなるアルカリパ
ラジウム溶液の、プラチナ化アノードを使用する０、　
４　ａｍｐ＊ｄｍ”の密度でパルス周期逆′這流を使用
して５０℃でＩ）Ｈ７，５への中和において電気メッキ
される。

密度の高い結晶構造を有するパラジウム層の形成を容易
にするために、細線露光フォトレジスト領域内で、メッ
キ槽内の分極作用を最小にするようにメッキ電流を変更
する必要がある。これは以下の設定においてパルス同期
逆転装置によって達成される。

すなわち、その設定は２０Ｈｚの周波数においての１０
００ミリ秒のメッキオン時間、８０％のデユーティサイ
クル、および２０Ｈｚの周波数においての１００ミリ秒
のメッキオフ時間、８０％のデユーティサイクルである
。結果として生じる電気メッキパラジウム層は２ミクロ
ンの厚さを有する。

フオトレジス）＃７ｔＳｆ高沸点溶媒中のアルキルスル
ホン酸型の化学的剥離剤を使用して除去される。次いで
ニッケル／クロム合金およびスパッタリングされたパラ
ジウムフィルム５および６の部分は電気メッキパラジウ
ム層のトラック２間に露光された基板面を残す工うにバ
ックスパッタリングによって除去された。上述した作業
はまた端子３（第２ａ図ないし第２ｄ図には示してない
）を製造する。

次いで、構造全体が純粋なアルゴン雰囲気中で６０分間
８００℃でアニーリングすることによって熱処理され、
続いて同一雰囲気中で冷却する。

この作業はバルク金属の電気抵抗性と同じである電気抵
抗特性を得るようにパラジウムを再結晶化するのに役立
つ。

最後に、端子６とリード線４との間の接合部を含む構体
は保護層、この実施例においてはスラリ中のガラス粒子
でコーティングしかつ５８０℃の温度で溶融することに
エリ非ガラスのガラスで被覆される。

結果として生じる素子は小さな熱質量および早い応答時
間（約４０ミリ秒）、お工び温度抵抗係数（少なくとも
３５００　ｐｐｍ／’Ｃ）を有する。素子は物理的に強
くかつ取扱いおよび使用において生起する状態に抗する
ことができ、そして腐食による攻撃に耐える。電気メッ
キパラジウム層の実際の抵抗は１以上の複数のウェブ９
（第１図参照）を切り離すことにエリその抵抗を増大す
るようにトリミングされることができ、ウェブはトラッ
ク２と一体に形成されかつトラック２の隣接部分を電気
的に並列に相互に接続する。切断はレーザによって好都
合になされる。上述した作業は比較釣行ない易くかつ経
済的でありそして自動化に適する。非常に小さな抵抗素
子を製造することができかつその全体抵抗はメッキ時間
を変更することに工り容易に調整されることができる。

電気メッキ層の所定の形状を作るのに使用されるフオ）
　ＩＪソゲラフ技術は作られるべき非常に近接して間隔
が置かれる部分を有する正弦トラック２を許容し、それ
により素子の大きさを減じることができる。

上述された実施例において、トラック２は基板の１側に
のみ設けた。しかしながら、本発明の範囲においては基
板の両側に電気メッキパラジウムからなるトラックを設
けることができる。トラック２はあらゆる所望のパター
ンからなることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による感温抵抗素子の概略平面図、 第２ａ図ないし第２ｄ図は第１図の素子を製造するため
になされる段階を示す概略図である。 図中、符号１は基板、２は感温抵抗層、３は端子、４は
リード線、５．６は結合フィルム、９はウェブである。 ＋／」 代理人　弁理士　佐　々　木　清　隆・１・Ｖ・■・、 （外３名）・−ビ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）感温抵抗層（２）を支持する電気絶縁基板（１）
   からなる感温抵抗素子において、前記感温層（２）が電
   気メッキパラジウムであることを特徴とする感温抵抗素
   子。 （２）さらに、前記抵抗層（２）が電気的に接続される
   一対の端子（８）、および各端子に接続されかつ各端子
   から延在するリード線（４）からなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の感温抵抗素子。 （８）前記電気メッキパラジウム抵抗層（２）が結合フ
   ィルム（５，６）を介して前記基板（１）上に支持され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   に記載の感温抵抗素子。 （４）前記結合フィルム（５，６）は前記電気メッキパ
   ラジウム層の温度膨脹係数と前記電気絶縁基板の温度膨
   脹係数との間にある温度膨脹係数を有する合金層からな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の感温
   抵抗素子。 （５）前記結合フィルム（５，６）はさらに前記電気メ
   ッキパラジウム層（２）と前記合金層（５）との間に配
   置されるパラジウムからなる薄いフィルム（６）を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の感温抵
   抗素子。 （６）前記電気メッキパラジウム層（２）は再結晶化層
   であることを特徴とする特許請求の範囲の前項いずれか
   １項に記載の感温抵抗素子。 （７）感温抵抗素子を製造するための感温抵抗素子の製
   造方法において、電気絶縁基板（１）上に該基に接着す
   る導電フィルム（５，６）を設け、該導電フィルム上に
   所望のパターンを有する電気メッキパラジウム層（２）
   を設け、かつ次いでパラジウムを再結晶化するような温
   度で前記電気メッキパラジウム層（２）を熱処理するこ
   とを特徴とする感温抵抗素子の製造方法。 （８）前記熱処理は不活性雰囲気中で少なくとも３０分
   間少なくとも８００℃の温度で行なわれることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項に記載の感温抵抗素子の製造
   方法。 （９）前記電気メッキパラジウム層はマスクを使用する
   パラジウムの画像方法電気メッキ、デマスキング、およ
   びデマスキングによつて露光された区域における導電中
   間フィルムの除去によつて設けられることを特徴とする
   特許請求の範囲第７項または第８項に記載の感温抵抗素
   子の製造方法。 （１０）前記パラジウム層（２）は曲流または正弦形状
   および互いに平行に配置された複数のウェブ（９）によ
   り製造され、該ウェブは曲流または正弦形状の隣接部分
   間に延びかつ、１以上のウェブ（９）の選択的な切断に
   よつて、電気メッキ層の全体抵抗が増大されることがで
   きるように互いに電気的に並列に配置されることを特徴
   とする特許請求の範囲第７項、第８項または第９項に記
   載の感温抵抗素子の製造方法。 （１１）空気流メータとして使用されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に
   記載の感温抵抗素子。