JPH0227570Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、高周波電力または光エネルギー等
の計測に有用な双子形熱電対素子に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、高周波エネルギーを計測する場合の検出
素子としては、高周波エネルギーを吸収して発熱
するときの抵抗変化を利用するサーミスタや、バ
レツタ等があるが、かかる検出素子は周囲の温度
変化に対して敏感に反応し零点が変動しやすいと
いう欠点があり、また、過電力にも弱いという欠
点がある。

これに対して、Bi−Sb対、または半導体薄膜
対で形成された熱電対素子の熱起電力効果を利用
する検出素子は、周囲温度によるドリフトを比較
的低く押さえることができるという利点がある。

しかし、熱電対、および、発熱体をビード、ま
たはパツケージに収容している熱電対素子も、単
体同士を比較すると、各々の熱起電力特性が異な
つているので、これを測定装置内に組み込むとき
は、使用する熱電対によつて測定装置を再調整す
る必要がある。

特に、高周波エネルギーを既知のエネルギー、
例えば直流エネルギーに置換して測定する置換方
式では、起電力および熱応答特性のきわめて良く
一致した熱電対が２個必要になるため、これらの
特性を揃えるための選別作業が不可欠であり、か
つ、その選別作業が煩雑になると同時に、パツケ
ージ化が困難になる。また、周囲温度の変化によ
り出力特性にドリフトが生じるという問題があつ
た。

一方、熱電対を並列に配置して使用する方法は
（特開昭58−209174号）として既に同一出願人に
より提案されているが、この発明は電気的に並列
に配列し、インピーダンス整合を行いやすく、か
つ、取り出し電極に用いるリード線の浮遊インダ
クタンスを被測定系にフイードバツクされないよ
うにしたことを特徴としているもので、双子型置
換方式に用いることは出来なかつた。

また他の方法として、２本の熱電対を電気的に
は直列に、熱的には並列に接続し、各熱電対に逆
起電力を持たせる温度上昇率の差による出力特性
が超作動特性となることを利用した作動型火災報
知器用熱電対素子が提案されている（特開昭49−
4489号公報）が、この熱電対はＰ型熱電物質とＮ
型熱電物質の熱接点部と冷接点部の間に中間接点
部を配設し、熱接点部のＰ−Ｎ対と冷接点部のＰ
−Ｎ対とに逆熱起電力を持たせ、温度上昇率によ
る出力特性が超作動特性となることを利用して、
温度上昇率の差によつて出力レベルに差を持たせ
ることを特徴としており、２つの熱電対の起電力
および、熱応答特性がきわめて一致させる必要が
ある置換方式には用いることができなものであ
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

本考案の目的は双子形置換方式に用いることが
できる熱起電力特性、すなわち、起電力および、
熱応答特性がきわめて良く一致し、かつ、周囲温
度の変化により出力特性にドリフトが生じないパ
ツケージ化できる双子形熱電対素子を提供するも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この考案では次の
ような構成としている。

同一形状に構成されている薄膜パターン（熱
源として抵抗体薄膜と熱電対素子を含む）を２
個、一枚の絶縁基板上に一体的に集積化して形
成することにより、２個の薄膜パターンの熱起
電力特性の同一化を計り、外温の変化に対して
平衡するように熱的一体化を図つた。

一枚の絶縁性基板の狭い範囲に２個の薄膜パ
ターンを形成し、これらを互いに熱的に完全に
独立させることは困難であるが、互いに及ぼし
合う熱的影響が同じくなるように２個の薄膜パ
ターンを対称に形成する（具体的には薄膜パタ
ーンの形状そのものおよび、構成要素（材料、
厚み）を対称に配設する）ことにより、互いに
干渉する温度の影響が小さくするようにする。

なお、２個の薄膜パターンは熱的に独立するよ
うに配慮されている。

〔作用〕

この考案は双子形置換方式、特に双子形直流置
換方式に採用した場合、一方の薄膜パターン内の
抵抗体に被測定用高周波エネルギーを供給して発
熱させ、他方の薄膜パターン内の抵抗体薄膜に置
換用の直流エネルギーを供給して発熱させ、双方
の薄膜パターン内の熱電対の出力に差がなければ
被測定高周波エネルギーと置換用直流エネルギー
は同一と判断される。

この際、２個の薄膜パターンの熱起電力特性が
一致している程、精度良く被測定高周波エネルギ
ーを、例えば直流エネルギーに置換して容易に測
定できる。

〔実施例〕

以下、この考案は双子形熱電対素子を図面に用
いて説明する。

第１図は本考案の一実施例を示す双子形熱電対
素子の薄膜パターンを示したもので、Ａ−A′線
を中心として左右に対称なパターンが形成されて
いる。

この図で斜線を引いた部分は導電性薄膜の部分
P₁〜P₄はｐ型アモルフアス半導体の領域を示す。

なお、R₁，R₂は発熱体となる抵抗体薄膜の領
域を示す。

かかる双子形熱電対素子は、例えばガラス、ア
ルミナ、石英ガラス等の絶縁基板に真空蒸着法や
スパツタ法によつて導電性薄膜、抵抗体薄膜を形
成し、さらにｐ型アモルフアス半導体薄膜、およ
びｎ型アモルフアス半導体薄膜をグロー放電法に
よつて堆積する。

パターニングには本出願人が既に出願している
フオートエツチング技術、またはメタルマスク等
が使用される。

（特願昭57−91342号参照） この薄膜パターンから理解されるようにアモル
フアス半導体薄膜の領域P₁，N₁によつて第１の
熱電対が形成され、同様にアモルフアス半導体薄
膜の領域P₂−N₂，P₃−N₃，P₄−N₄で第２、第
３、第４の熱電対が形成される。そして、これら
第１〜第４の熱電対の温接点となる接合部は前記
抵抗体薄膜の両側に近接して配置され、かつ、そ
の冷接点となる端子は導電性薄膜、または、ジヤ
ンパー線Ｊによつて直列に接続される。

第１、および第２の熱電対を一組とした薄膜パ
ターンと、第３、第４の熱電対を一組とした薄膜
パターンの２個の薄膜パターンは互いに対称に構
成している。

第２図はこの考案の他の実施例を示すもので、
第１図と同一部分は同一符合としてある。

第１図の実施例では、抵抗体薄膜パターンと熱
電対のパターンとを分離して同一のパターン面に
形成しているが、第２図の実施例では抵抗体薄膜
層R₁，R₂と熱電対の温接点との間にSiO₂膜や
Si₃N₄膜あるいはPIQ膜等の絶縁層を介在させる
ことによつて両パターンを近接した積層構造に構
成している。

したがつて、この実施例の場合はより感度を向
上することができる。

なお、前記抵抗体薄膜のパターンと、熱電対の
パターンとを一枚の絶縁性基板の両面（表、裏）
に分離して形成するようにしても良い。

この考案の双子形熱電対素子は上記したように
一枚の絶縁性基板上に熱電対素子を形成する２個
の薄膜パターンを同一のパターンで対称的に一体
化して形成しているので、２個の薄膜パターン内
それぞれの熱電対素子の起電力特性、すなわち起
電圧特性および、熱応答特性は非常に高い精度で
一致させることができる。

さらに詳しく述べるれば、一般に、１枚の絶縁
性基板上の２個の薄膜パターンを形成すると、そ
れぞれに、熱源（抵抗体薄膜）と熱電対素子を有
する事になるので、互いに相手の熱源の影響を受
け好ましくないが、この考案では一方の薄膜パタ
ーン内の熱源が他方の薄膜パターン内の熱電対素
子に与える熱的影響と、その反対に前記他方の薄
膜パターン内の熱源が前記一方の薄膜パターン内
の熱電対素子に与える影響が極力同一になるよう
に同一の２組の薄膜パターンを対称に配置してい
るので、結果的の相殺されることになる。

なお、第１図および第２図はパターンの形状そ
のものが対称であると同時に構成要素、すなわち
構成材料、厚みがほぼ対称に配置され、総合的に
熱的対称を計つている。

上記したような双子形熱電対素子は、直流置換
法として良く知られているように、端子T₁T₂か
ら一方の抵抗体薄膜に高周波電力を注入し、端子
T₃，T₄から他方の抵抗体薄膜に直流電力を供給
しながら出力端子C₁，C₂間の熱起電力が零とな
るように直流電力を制御すると、この時の直流電
力の値が注入された高周波電力の値を示すことに
なる。なお、この場合、置換電力としては必ずし
も直流電力である必要はなく、要するに既知であ
ればよい。

この場合、双子の熱電対素子は同一基板上に同
時に対称的に作成されるので、熱起電力特性、す
なわち起電圧特性および熱応答特性を極めて良く
一致せしめることができ、かつ、２つの熱源が相
互に同じ影響を及ぼすので、高い精度で高周波電
力を測定することができる。また、来のように測
定装置内に組み込むときに単体の熱電対素子の特
性の揃つたものを選別して組み込むという煩雑な
作業が不要になる。

第３図ａ，ｂはこの考案の双子形熱電対素子を
パツケージ化するときの実施例の断面図と、放熱
基板の平面図を示したもので、１は双子形熱電対
素子のパターンで形成されている絶縁性基板、２
は第１図のパターンで抵抗体薄膜の領域R₁，R₂
を中心とする２つの通孔２ａが形成されている放
熱基板、３は複数の引き出しリード端子４を一体
成型したパツケージ、５は蓋体である。そして、
６はパターンの導電性薄膜と引き出しリード端子
４とを接続するボンデイングワイヤである。

前記放熱基板２は導熱性のよい金属、シリコン
基板、セラミツク等で作られているので、熱電対
の冷接点部分の温度を均一にするとともに、通孔
２ａが抵抗体薄膜部分の下部に位置し、感熱応答
特性をを向上させるものである。

第４図はパツケージの他の実施例を示したもの
で、双子形熱電対素子が形成されている絶縁性基
板１は、中央に凹部７ａが形成されている基台７
に搭載され、ハーメチツク技術によつて固定され
ているリード端子８にボンデイングワイヤ６によ
つて接続されている。なお、９は基台７に溶着さ
れ密封している蓋体である。

この実施例では熱電対素子を真空中に載置でき
るので、径時変化を少なくする事ができるという
利点がある。

〔考案の効果〕

以上説明したように、この考案の双子形熱電対
素子は、一枚の絶縁性基板上にCVD法あるいは
PVD法によつて同一パターンからなる熱電対素
子を２組対称にして並設したので、各々の熱電対
素子の熱起電力特性は高い精度で一致する事にな
り、従来のように特性の揃つた熱電対素子を選別
する作業が省略できるという利点がある。

また、この考案の双子形熱電対素子は
NullDetector（零検出素子）として使用したとき
に、熱電対自身の感度変化（温度特性、径時変化
等）が誤差要因とならないという効果がある。

さらに、集積化によつて熱的に一体化されるの
で、外温の変化に対し常に平衡した状態が保た
れ、特に直流置換法で測定するときの測定精度が
向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の双子形熱電対素子のパター
ンを示す平面図、第２図はこの考案の他の実施例
を示す双子形熱電対素子のパターンの平面図、第
３図ａは双子形熱電対素子をパツケージ化したと
きの断面図、第３図ｂは放熱基板の平面図、第４
図は双子形熱電対のパツケージ化の他の実施例を
示す断面図である。 図中、P₁〜P₄はｐ形アモルフアス半導体薄膜
の領域、N₁〜N₄はｎ形アモルフアス半導体薄膜
の領域、R₁，R₂は抵抗体薄膜の領域を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 抵抗体薄膜と；該抵抗体薄膜の両端に接続され
   この抵抗体薄膜に電力を供給するための第１の導
   電性薄膜と；ｐ型のアモルフアス半導体薄膜の一
   端と、ｎ型のアモルフアス半導体薄膜の一端とを
   接合した温接点を前記抵抗体薄膜に近接して配置
   した熱電対と；前記熱電対を構成するアモルフア
   ス半導体薄膜の冷接点となる他端にそれぞれ接合
   され、前記熱電対の起電力を出力するための第２
   の導電性薄膜から構成されている第１の薄膜パタ
   ーンと、この第１の薄膜パターンと同一形状から
   なる第２の薄膜パターンを同一絶縁性基板上に互
   いに対称になるように並設し、前記第１の薄膜パ
   ターン上に形成されている前記抵抗体薄膜に既知
   の電力を供給するとと共に、前記第２の薄膜パタ
   ーン上にある抵抗体薄膜に被測定エネルギーが供
   給されるように構成したことを特徴とする双子形
   熱電対素子。