JPH0437002A - 薄膜抵抗体素子 - 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】 （技術分野） 本発明は薄膜抵抗体素子に係り、特に抵抗温度計や熱式
流量計等における検出素子等として好適に用いられる薄
膜抵抗体素子に関するものである。

（背景技術） 従来から、特開昭６０−６０５２１号公報等に示されて
いるように、電気絶縁性のセラミックス担体の表面上に
電気抵抗体としての金属薄膜が形成される８井に、該金
属薄膜を覆うガラスコート層が設けられて成る構造を有
し、かかる金属薄膜における抵抗値の温度依存性に基づ
いて、流体等の温度を電気的に検出し得るようにした薄
膜紙抗体素子が知られており、抵抗温度計や熱式流量計
等における検出素子などとして用いられてきている。

ところで、このような薄膜抵抗体素子は、使用に際して
、自己発熱や外部からの伝熱によって高温に晒される場
合が多いことから、その金属薄膜の材料として、通常、
白金、ロジウム、パラジウム、金、銀、ニッケル、或い
はそれらの合金が用いられ、例えば、スパッタリングや
気相成長（ＣＶＤ）、蒸着、メツキ等の物理的乃至は化
学的方法により、セラミックス担体の表面上に薄膜を形
成した後、該薄膜を、必要に応じて、レーザートリミン
グ等により、スパイラル状や蛇行形態等の適当な形状に
成形することによって、所定の電気抵抗を与える金属薄
膜とされることとなる。

ところが、このようにして形成された金属薄膜上に、ガ
ラスコート層を形成する場合、金属薄膜が酸化されにく
い材料にて形成されるのに対し、このガラスコート層は
酸化物であるために、金属薄膜との親和力が低く、ガラ
スコート層の熱処理工程（溶融工程）において、この親
和力の低さにより溶融ガラスが金属薄膜上ではじかれて
しまい、ガラスコート層が金属薄膜上全体を覆うことが
できなくなるという問題点があった。

さらに、かかる金属薄膜にあっては、その形成に際して
、セラミックス担体との間に空気が入り込んでしまい、
該セラミックス担体の表面に対して充分に密着され得な
いことに加えて、かかる金属薄膜は、酸化しにくい材料
にて形成されることから、アルミナ等の酸化物から成る
セラミックス担体に対する親和性が低いために、セラミ
ックス担体に対する付着強度が小さかったのである。ま
た、かかる金属薄膜の表面上に形成されるガラスコート
層も、酸化物であるために、金属薄膜との親和性が低く
、該金属薄膜に対する付着強度を充分に得ることが難し
かった。

そして、そのために、従来の薄膜抵抗体素子にあっては
、使用時に繰り返して及ぼされる熱変動に起因する熱応
力等によって、金属薄膜やガラスコート層に対してクラ
ンクや剥離等が惹起されてしまい、欠陥が生ずる恐れが
あったのであり、充分な耐久性が確保され難いという問
題点をも有していたのである。

（解決課Ｂ） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として
為されたものであって、その解決課題とするところは、
金属薄膜上におけるガラスコート層のはじきが防止され
ると共に、セラミックス担体に対する金属薄膜およびガ
ラスコート層の付着強度が改善され得て、優れた耐久性
および信転性が発揮され得る、改良された薄膜抵抗体素
子を提供することにある。

（解決手段） そして、かかる課題を解決するために、本発明にあって
は、セラミックス担体の表面に金属薄膜が形成されると
共に、該金属薄膜の表面を覆うガラスコート層が設けら
れて成る薄膜抵抗体素子において、前記金属薄膜に対し
て、その表面から前記セラミックス担体の表面に至る穴
を、円形換算にて１μｍ以上の大きさで、且つ５μｍ以
下の間隔をもって、複数個設けたことを、その特徴とす
るものである。

（作用・効果） すなわち、このような本発明に従って構成された薄膜抵
抗体素子にあっては、ガラスコート層の形成工程時にお
ける加熱によって、セラミックス担体と金属薄膜との間
に存在する空気が、該金属薄膜に形成された穴を通じて
排出され得て、金属薄膜がセラミックス担体に対して有
利に焼結されることとなり、それによって、それら金Ｋ
ｍ膜とセラミックス担体との付着強度が、効果的に向上
され得るのである。

また、それに加えて、かかる薄膜抵抗体素子においては
、金属薄膜に形成された複数個の穴の内部にガラスコー
ト層が充填されることにより、該ガラスコート層が、親
和性の高いセラミックス担体に対して、複数個所におい
て直接に接触、固着せしめられるところから、該ガラス
コート層の金属薄膜上におけるはじきが効果的に防止さ
れ、金属薄膜の被覆が有効に為され得ると共に、かかる
ガラスコート層の付着強度が有利に向上され得るのであ
り、更にこれらガラスコート層とセラミックス担体との
間に、前記金属薄膜が挾まれた状態で介在されることか
ら、かかる金属薄膜の付着強度も、より一層向上され得
ることとなる。

そして、それ故、本発明に従えば、セラミックス担体に
対する金属薄膜およびガラスコート層の付着強度が大き
く、優れた耐久性を発揮し得る薄膜抵抗体素子が、有利
に実現され得るのである。

（実施例） 以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の具体的構成について、実施例を参照しつつ、詳細に
説明することとする。

先ず、第１図及び第２図には、本発明に従う構造とされ
た薄膜抵抗体素子の一具体例が示されている、かかる図
において、１０は、アルミナ等のセラミックス材料にて
形成された円筒形状を呈するセラミックス担体である。

そして、該セラミックス担体１０の外表面には、白金等
からなる所定幅の金属薄膜１２が螺旋状に設けられて固
着されており、電気抵抗体を構成している。なお、かか
る金属薄膜１２は、通常、適当な大きさで形成されたセ
ラミックス担体１０に対して、その外表面上に、スパッ
タリングや気相成長（ＣＶＤ）、蒸着、メツキ等の物理
的乃至は化学的方法によって、所定厚さの金属１１Ｍ４
を形成せしめた後、この金属薄膜に対して、レーザート
リミング等によってスパイラル状のトリミング処理を施
すことによって形成されることとなる。

また、かかるセラミックス担体１０の両側開口端部には
、それぞれ、ステンレススチールや白金等の導電性材料
から成る線状のり一ド１４が差し込まれ、それぞれ、白
金などの導電性ペーストが焼き付けられて形成された接
続部１６によって、固着されていると共に、該接続部１
６によって、かかるリード１４．１４が、それぞれ、金
属薄膜１２の端部に対して、電気的に導通されている。

さらに、上述の如く、金属薄膜１２および接続部１６が
形成されたセラミックス担体１０の外表面には、それら
金属薄膜１２および接続部１６の表面を一体的に覆うよ
うにして、保護層としてのオーバーコートガラス層１８
が形成され、固着されている。なお、かかるオーバーコ
ートガラス層１８は、通常、金属薄膜１２が形成された
セラミックス担体１０の表面に対して、スラリー状とし
たガラス粉末を、ディッピング（浸漬）やブレード塗布
、或いはスプレー塗布等によって付着せしめて、それを
乾燥した後、加熱溶融させることによって形成されるこ
ととなる。

また、そこにおいて、前記金属薄膜１２には、第２図に
示されているように、その外表面からセラミックス担体
１０の外表面にまで至る多数の穴２０が設けられており
、そして、これらの穴２０内に、オーバーコートガラス
層１８が、入り込んで形成されている。

ところで、このような多数の穴２０を有する金属薄膜１
２の形成は、例えば、前述の如く、セラミックス担体１
０の表面上に形成せしめた金属薄膜に対して、適当な熱
処理を加えることによって、有利に為されることとなる
。なお、かかる金属薄８１２を、レーザートリミング等
によってスパイラル状に成形する場合、かかる熱処理は
、そのようなトリミング加工の前後、何れの工程におい
て行なうようにしても良い。

すなわち、このような熱処理により、金属薄膜１２に対
して穴２０を形成するようにすれば、穴の形成に際して
金属薄膜１２に加える熱処理の条件（温度および時間）
をａｒｍすることによって、形成される穴２００大きさ
や、その密度（間隔）を適宜に設定することができるの
である。なお、一般に、処理温度を高温にしたり、処理
時間を長くすることによって、形成される穴２０の大き
さを大きくし、且つその密度を高く設定することができ
る。

因みに、本発明者らが、アルミナから成るセラミックス
担体１０の表面にスパッタリング形成した、厚さ：　５
０００人の白金薄膜１２に対して、上述の如き手法に従
い、９００″ＣＸｌ０分、９００℃×３０分、９００°
Ｃ×１時間、９００°ＣＸ２時間の各条件下に熱処理を
施すことによって、得られた穴２０の形態を、それぞれ
、第３図（ａ）〜（ｄ）に示しておくこととする。即ち
、これらの結果からも、処理温度が同一であれば、処理
時間を長くするほど、形成される穴２０の大きさおよび
密度が、共に大きくなり、処理時間によってそれらを調
節出来ることが、理解されるところである。

そして、このようにして金属薄膜１２に形成される穴２
０にあっては、その大きさが円形に換算して１μｍ以上
となるように、しかもその間隔が５μｍ以下となるよう
に、大きさおよび密度が設定されることとなる。因みに
、前記実験によって得られた、第３図（ａ）〜（ｄ）に
示されている白金薄膜１２にあっては、（Ｃ）および（
ｄ）に示されているものが、かかる条件を満足するもの
であって、本発明において有利に用いられるものである
。

すなわち、かかる金属薄膜１２の形成後、更にその表面
上に対して、前記オーバーコートガラス層１８が形成さ
れることとなるが、金属薄膜１２に対して、そのような
大きさおよび密度の穴２０を形成することによって、か
かるオーバーコートガラス層１８の形成工程においてガ
ラス材料を溶融するために加えられる熱により、金属薄
膜１２とセラミックス担体１０との間に存在する残留空
気が、それらの穴２０を通じて、有利に排出され得るの
であり、それによって、金属１１１！Ｊ１２がセラミッ
クス担体１０に対して有利に接触させられ、焼結せしめ
られることとなり、その付着強度が効果的に向上され得
るのである。

なお、金属薄膜１２における穴２０の大きさが、円形換
算にて１μｍより小さいと、表面張力のために残留空気
が穴２０を通過し難（、またかかる穴２０の間隔が５μ
ｍより大きいと、残留空気が穴２０まで達し難くなって
しまうために、そのようなものでは、残留空気の排出が
有効に為され難く、本発明の効果が充分に達成され得な
いのである。一方、穴２０の大きさが大きく、或いは間
隔が小さいほど、残留空気の排出には有効であるが、か
かる穴２０が余り大きく、或いは間隔が小さくなると、
金属薄膜１２が網状となってしまい、薄膜の電気抵抗値
が大きくなることから、かかる金属薄膜１２の厚さや、
製品の使用目的（要求される抵抗値）等に応じて、決定
されるべきである。

さらに、かかる金属薄膜１２に設けられた穴２０内には
、オーバーコートガラス層１８が入り込み、各穴２０内
において、該オーバーコートガラス層１８が、セラミッ
クス担体ｌＯに対して、直接に接触せしめられるところ
から、かかるオーバーコートガラス層１８が、共に酸化
物であって親和性の高いセラミックス担体１０に対して
同着されるのであり、それによって優れた固着強度が有
利に得られることとなるのである。

また、かかるオーバーコートガラス層１８にあっては、
金属薄膜１２に対して５μｍ以下という充分に小さな間
隔で形成された複数個の穴２０内において、セラミック
ス担体１０に対して強固に固着されることから、該オー
バーコートガラス層°１８の金属薄膜１２上におけるは
じきが効果的に防止され得るのであり、金属薄膜１２の
全体を有利ムこ覆い得るといった効果も奏され得るので
ある。

更にまた、このようにオーバーコートガラス層１８とセ
ラミックス担体１０とが強固に固着されることにより、
それらの間で、前記金属薄膜１２が挟まれるようにして
介在せしめられることとなるところから、該金属薄膜１
２のセラミックス担体１０に対する固着強度の、より一
層の向上が図られ得るのである。

以上、本発明の具体的構成について詳述してきたが、本
発明は、上記の具体的説明によって何等限定的に解釈さ
れるものでは決してなく、当業者の知識に基づいて、種
々なる変更、修正、改良等が加えられ得るものであり、
またそのような実施態様が、本発明の主旨を逸脱しない
限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであるこ
とが、理解されるべきである。

例えば、本発明が適用される薄膜抵抗体素子の具体的構
造は、前記実施例のものに限定されるものではなく、平
板状のアルミナ担体における一方或いは両方の面に、薄
膜電気抵抗体を蛇行形態をもって形成せしめたもの等、
公知の各種の薄膜抵抗体素子に対して、何れも有利に適
用され得るものである。

また、金属薄膜」２に対して穴２０を形成するために施
す熱処理の条件、即ち加熱温度や時間は、前記実施例に
おける具体的数値によって限定されるものでは決してな
く、何れも、目的とする穴２０の大きさや密度、或いは
目的とする薄膜抵抗体素子の抵抗値等に応じて調整され
るべきものである。

更にまた、所定の穴２０を有する金属薄膜１２の形成方
法も、そのような熱処理による方法に限定されるもので
は決してなく、例えば、セラミックス担体１０の表面上
に加熱により焼失乃至は昇華し得る材料にて形成された
粒体を適当な密度で付着させた後、その表面上に金属薄
膜１２を形成し、更にその後、加熱処理を施してかかる
粒体を消失させることによって、該粒体の消失部位に穴
を形成すること等も、可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例としての薄膜抵抗体素子を
示す縦断面図である。また、第２図は、第１図に示され
ている薄膜抵抗体素子の要部を拡大して示す断面図であ
る。更に、第３図（ａ）。 （ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、セラミックス担
体の表面に形成された金属薄膜に対して、９００°Ｃ×
１０分、９００°Ｃ×３０分、９００°Ｃ×１時間、９
００℃×２時間の熱処理を施すことによって形成される
穴の形態を示す顕微鏡拡大図である。 １０：セラミックス担体　１２：金属薄膜１４：リード
　　　　　　１６：接続部１８ニオ−バーコードガラス
層 ２０：穴 第１図 第２ｖｌＡ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミックス担体の表面に金属薄膜が形成されると共に
   、該金属薄膜の表面を覆うガラスコート層が設けられて
   成る薄膜抵抗体素子において、前記金属薄膜に対して、
   その表面から前記セラミックス担体の表面に至る穴を、
   円形換算にて１μｍ以上の大きさで、且つ５μｍ以下の
   間隔をもって、複数個設けたことを特徴とする薄膜抵抗
   体素子。