JPH0328730A - 感温センサ - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は感温センサ、特に急激な温度変化の検知に適
した感温セン刃に関する。

〔従来の技術〕

火災や生産機械の異常時における急激な温度上昇（急激
な温度変化）を検出し警報を発する装置がある。このよ
うな装置には、急激な温度１二昇を捉えるための感温セ
ンサが使われている。

従来、この種の公知の感温センサとして、熱時定数の異
なる２つのザーミスタを用いた差動式の温度センサがあ
るが、発明者らは、より小型化が可能で使い易い差動式
の感温センナとして、第４図に示す感温センサを開発検
削した。

この感温センサは、基板１の厚みの薄い部分Ａと厚みの
厚い部分Ａ′にそれぞれ感温部ｓ，ｓ’を設けるように
したセンサ本体部が、ヒートシンク２に取り付けられた
構造となっており、それぞれの感温部ｓ，ｓ’が白金の
測温用薄膜抵抗体３、３有している。

〔発明が解決しよ・）とする課題〕

−Ｌ記感温センサでは、熱応答性をよくしたり小型化す
るためにセンサ本体部の厚みを薄くすることが好ましい
。しかしながら、センナ本体部の厚みを薄くするほど、
温度変化を的確に捉えられなくなる。そこで、検討して
みたところ、ヒートシンク２表面から数ｍｌ以下の範囲
は、感温センナの測温雰囲気の温度変化に直らに連動し
ては温度変化が起きないことが原因であることが分かっ
た。

例えば、雰囲気が急激に温度上昇しても、ヒートシンク
で大きな熱吸収が平行して起こり、上記範囲では温度が
中々上がらないため、センサ本体部の厚みが薄い場合、
感温部でも温度変化が起こらず、的確に塩度上昇を感知
できないのである。

この発明は、上記事情に鑑み、ヒートシンクが的確な温
度変化感知の障害とならない感温センサを提供すること
を課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、この発明にかかる感温センサ
は、感温特性の異なる複数の感温部を備えるセンサ本体
部がヒートシンクに取り付けられてなる感温センサであ
って、前記センサ本体部周辺のヒートシンク表面を熱絶
縁性膜で覆うようにしている。

熱絶縁性膜は、石綿、あるいは、ナイロン等の樹脂材料
やこれよりも低い塾伝導率をもつ材料で形威されている
。もちろん、熱絶縁性膜が、これらの材料のものに限ら
ないことはいうまでもない〔作　　　用〕 この発明にかかる感温センサにおいては、センサ本体部
周辺のヒートシンク表面が熱絶縁性膜で覆われている。

そのため、センサ本体部周辺ではヒートシンクと雰囲気
の間で感知の障害を引き起こす熱の遣り取り（熱吸収や
熱放出）が抑えられる。したがって、感温センサが急激
な温度変化を受けた場合、ヒートシンク表面に近い部分
でも直ちに温度変化が現れ、センサ本体部が薄くても的
確に温度変化が捉えられるようになる。

〔実　施　例〕

以下、この発明の一実施例を図面を参照しながら詳しく
説明する。

第１図は、この発明にかかる感温センサの１実施例の要
部構底を断面した状態であらわし、第２図は、この感温
センサを上方からみた状態をあらわす。

この感温センサは、感温特性の異なる感温部Ｓ、Ｓ′を
有する基板１　（センサ本体部）がヒートシンク２に取
り付けられてなる。基板１にはダイヤフラム様の厚みの
薄い部分Ａと、同部分Ａを囲んでいる厚い部分Ａ′があ
って、薄い部分Ａに感温部Ｓが、厚い部分Ａ′に感温部
Ｓ′がそれぞれ設けられている。

ヒートシンク（吸熱体）２は、例えば、銀、銅やアル宝
ニウム等の低熱伝導率金属体である。

基板１は厚みの厚い半導体層１ｂに絶縁層１ａが積層さ
れてなる構戒であり、前記絶縁層１ａは、例えば、酸化
物や窒化物のうちの少なくともひとつで形威されていて
、厚みの薄い部分Ａが絶縁層１ａのみからなる。

絶縁層１ａの具体的態様としては、１〜複数の酸化物層
の構戒、１〜複数の窒化物層の構成、１〜複数の酸化物
層と１〜複数の窒化物層を適宜に積層してなる構戒等が
ある。また、酸化物としては、シリコン酸化物等が例示
され、窒化物としては、シリコン窒化物等が例示される
。一方、半導体層としては、シリコン単結晶層等が例示
される各感温部ｓ，ｓ’における絶縁層１ａ表面には白
金の測温用薄膜抵抗体３、３がそれぞれ形威されている
。そのため、温度変化に対し直線性に優れる測温信号を
得ることができるので、両感温部ｓ，ｓ’の差信号をそ
のまま使うことができ、信号処理が容易で回路構威が簡
単になるという利点がある。なお、薄膜抵抗体は、金等
の他の金属材料で形成されていてもよい。

そして、基板１周辺のヒートシンク表面２ａには熱絶縁
性膜４が形威されており、前述したような働きをする。

続いて、この実施例の感温センサの動作・利点等を説明
する。

実施例の感温センサでは、急激な温度上昇があった際、
厚みの薄い部分Ａは、厚みの厚い部分Ａ′よりも速く温
度が上昇する。薄い部分Ａは厚い部分Ａ′よりも熱容量
が極めて小さくて昇温速度が速い。したがって、急激な
温度上昇のあった場合、厚みの薄い部分八と厚みの厚い
部分Ａ′の間に大きな温度差が生ずる。そのため、感温
部Ｓからの信号と、感温部Ｓ′からの信号の間には大き
な信号差が出来る。この大きな信号差を捉えれば、急激
な温度変化（急激な温度上昇あるいは急激な温度低下）
のあった場合のみを、確実に検知することができる。

ヒートシンク２は、全体の熱容量がセンサ本体部全体の
熱容量に比べ大きく、急激な温度変化を受けた際に直ち
に昇温することなく、急激な温度上昇のあった際、厚み
の薄い部分八と厚みの厚い部分Ａ′の間により効果的に
大きな温度差がつくように働く。

具体的な熱の流れを第３図に示す。感温部Ｓ′に与えら
れた熱は矢印■の経路で巴トーシンク２に達し、感温部
Ｓに与えられた熱は、基板１の厚みの薄い部分から厚み
の厚い部分を通る矢印ＩＩの経路と、掘り込みＩＣｉｆ
ｆｉる矢印Ｉの経路でヒートシンク２に達する。熱伝導
率の大きな空気が通路に介在する矢印Ｉの経路や狭い通
路のある矢印Ｈの経路は矢印■の経路に比べて熱が伝わ
り難い。

このようにヒートシンク２により熱の流れに差をつけ、
より効果的に感温部ｓ，ｓ’の間に温度差が生ずるよう
にするのである。

なお、緩やかな温度変化に対し”（は、ｊｖみの薄い部
分Ａと厚みの厚い部分Ａ′の間に大きな温度がつかない
ため、ふたつの感温部Ｓ．．ｓ′からの信号間の差は極
く僅かでしかない。

したがって、この感温センサは、急激な温度変化を選択
的に確実に検知するセンサとして使うことができるので
ある。

また、複数の感温部ｓ，ｓ’を有する基板１からなるセ
ンサ本体部がヒートシンクに取り付けられてなる構造は
、十分に信頼性があり、小型化に適する。例えば、前記
のような測温用薄膜抵抗体を使う場合、極めて小型にす
ることができる。これは、薄膜抵抗体は微細なパターン
ニングが可能だからである。

また、基板材料としてシリコン板を用いる場合、シリコ
ン板に異方性エソチングにより掘り込み１ｃを設けるこ
とにより簡単に厚みの薄い部分Ａを作ることができるし
、感温部の後の信号処理回路用のトランジスタ等の半導
体素子を併設ずることも可能である。しかも、シリコン
は比較的熱伝導性がよいため、ヒトーシンク２への熱伝
達が円滑になされる。

続いて、上記実施例の感温センサの製造について説明す
る。

まず、（１　１　０）面もしくは（１　１　１）面のシ
リコン半導体基板の表面に、絶縁Ｎｌａ用として、シリ
コン窒化膜、シリコン酸化膜、あるいは、これらの窒化
膜と酸化膜の積層膜を、熱酸化、ＣＶＤ等の方法により
形戒する。

基Ｆｊ．１を得た後、スパッタリング、あるいは、真空
蒸着等の方法でプラチナあるいは金等の薄股抵抗体材料
膜を絶縁層１ａの上に形威ずる。ついで、レジストマス
クを形威してから、湿式エソチングやイオン主リング等
のドライエソチングなどの方法でパターンニングするこ
とにより、￥Ｉｉ細な渕温用薄膜抵抗体３、３を基板１
にそれぞれ形成する。

ついで、一方の薄膜抵抗体３の下部分を、裏面から異方
性エッチングで絶縁層１ｃに達するところまで掘り込ん
で、掘り込みＩＣを形威してダイ十フラム様の薄い部分
Ａを作り、センサ本体部を得る。

なお、通常、この後、リード線（図示省略）を接続部３
′に固着したり、結露の影響を受けないようにするため
の絶縁膜を薄膜抵抗体形戒面全面に積層したりする。続
いて、アル曳ニウム、銅などのヒートシンク２表面に基
板１裏面を熱伝導性に優れる接着剤（例えば、銀ペース
ト）でもって接着した後、最後に、ナイロン等の樹脂材
料の熱絶縁性膜４をヒートシンク表面２ａに設けて、感
温センサを完成する。

この発明の感温センサは上記実施例のものに限らない。

例えば、センサ本体部が基板１の厚みが一定で一部分を
熱伝導率の違う材料にし、異なる材料表面部分にそれぞ
れ感温部を設けたものとしてもよい。

（発明の効果〕 この発明の感温センサは、以上述べたように、センサ本
体部周辺のヒートシンク表面が熱絶縁性膜で覆われてい
るため、急激な温度変化を的確に捉えることができる。

９ ｌ０

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる感温センサの一例の要部断
面図、第２図は、この感温センサの平面図、第３図は、
上記感温センサにおける熱の流れをあらわす説明図、第
４図は、感温センサの参考例の要部断面図である。 １・・・基板（センサ本体部）　　　２・・・ヒートシ
ンク　　３・・・測温用薄膜抵抗体　　４・・・熱砲縁
性膜ｓ，ｓ’・・・感温部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　感温特性の異なる複数の感温部を備えるセンサ本体
   部がヒートシンクに取り付けられてなる感温センサであ
   って、前記センサ本体部周辺のヒートシンク表面が熱絶
   縁性膜で覆われてなることを特徴とする感温センサ。