JPH0443930A

JPH0443930A - 温度センサ

Info

Publication number: JPH0443930A
Application number: JP2153620A
Authority: JP
Inventors: Toru Kasatsugu; 笠次　徹; Koji Tani; 広次谷; Shigeki Fujiwara; 茂樹藤原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1990-06-11
Filing date: 1990-06-11
Publication date: 1992-02-13
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPH0833327B2; DE4118466A1; DE4118466C2; US5199791A

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】［産業上の利用分野コこの発明は、温度センサに関するもので、特に、抵抗体
が有する抵抗温度係数を用いる温度センサに関するもの
である。

［従来の技術］この発明にとって興味ある温度センサは、セラミックか
らなる絶縁基板上に抵抗パターンが形成された構造を有
している。抵抗パターンを構成する材料は、適当な抵抗
温度係数を有しているため、温度変化を抵抗パターンの
抵抗値の変化としてとらえることができる。

従来、このような温度センサの抵抗パターンを構成する
材料としては、白金などの貴金属が主として用いられて
いた。絶縁基板上に、このような貴金属からなる抵抗パ
ターンを形成するとき、たとえば、貴金属を含むペース
トを用いて、絶縁基板上に抵抗パターンを印刷により形
成した後、焼成することを行なっていた。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述したような白金などの貴金馬は、そ
の価格が高いという欠点がある。

そこで、抵抗パターンを構成する材料として、安価な卑
金属を用いる試みが、本件発明者によってなされた。

安価な卑金属材料として、たとえば銅があるが、抵抗温
度係数が４３３０１）ｐｍ／℃と比較的高いにもかかわ
らず、抵抗値が小さい（２０℃において、ρ＝１．７２
μΩｃｍ）こと、空気中で酸化されやすいためたとえば
窒素雰囲気中のような雰囲気焼成が必要なこと、などの
ために、これまで、銅を用いる場合、巻線タイプとされ
、また、ごく限られた分野でしか使用されていなかった
。

同様のことが、ニッケルについてもいえる。

それゆえに、この発明の目的は、絶縁基板上に抵抗パタ
ーンが形成された構造を有する温度センサにおいて、抵
抗パターンとして、銅またはニッケルのような卑金属を
用いることを可能にしようとすることである。

「課題を解決するための手段］この発明による温度センサは、上述した技術的課題を解
決するため、複数のセラミックシートからなる積層構造
を有するセラミック積層体と、前記複数のセラミックシ
ートの主面上にそれぞれが形成される、卑金属を含有す
る複数の抵抗パターンと、前記複数の抵抗パターンを直
列接続する導電経路と、前記直列接続された複数の抵抗
パターンの両端にそれぞれ接続される端子とを備えるこ
とを特徴としている。

上述した卑金属としては、たとえば、銅またはニッケル
が用いられる。

また、複数の抵抗パターンを直列接続する導電経路は、
好ましくは、セラミックシートを貫通して延びる、バイ
アホール、スルーホールのような導電経路によって、そ
の少なくとも一部が構成される。

［作用］この発明において、卑金属の抵抗値が小さいという欠点
を補うため、複数の抵抗パターンが積層状に形成される
とともに、これら抵抗パターンが直列接続される。

［発明の効果］このように、この発明によれば、抵抗パターンを構成す
る材料として、銅またはニッケルのような卑金属が用い
られるので、安価な温度センサを提供することができる
。

また、このような卑金属によって与えられる抵抗値を高
めるために直列接続される複数の抵抗パターンは、積層
状に配置されるので、たとえば単に長い抵抗回路を形成
して抵抗値を高める場合において遭遇し得る素子の大型
化を招かない。

セラミックシートを貫通して延びる、バイアホール、ス
ルーホールのような導電経路によって、複数の抵抗パタ
ーンが接続されると、複数の抵抗パターンを電気的に接
続するための処置を、すべて、セラミック積層体の内部
で行なうことができる。したがって、このようなセラミ
ック積層体を含む温度センサを、コンパクトに構成する
ことができる。

なお、この発明による温度センサは、好ましくは、セラ
ミックグリーンシート上に、銅またはニッケルのような
卑金属を含有する抵抗パターンを厚膜印刷により形成し
た後、そのような複数のセラミックグリーンシートを積
層し、圧着した後、焼成することによって、製造される
。このとき、銅またはニッケルのような卑金属は、空気
中で酸化されやすいという性質を有しているた６、焼成
は、窒素雰囲気中のような還元性または中性の雰囲気中
で行なわれる。そして、このような雰囲気焼成によって
も、セラミックシートを構成すべきセラミックが還元さ
れないように、セラミックグリーンシートには、非還元
性セラミック材料を用いることが好ましい。

［実施例〕第１図は、この発明の一実施例による温度センサ１の外
観を示す斜視図である。第２図は、第１図に示した温度
センサ１に含まれるセラミック積層体２を、それを構成
するセラミックシート３ごとに分解して示゛す斜視図で
ある。

まず第２図を参照して、セラミック積層体２は、複数の
セラミックシート３からなる積層構造を有する。

セラミックシート３は、その主面上に形成されるパター
ンに応じて４種類に分類される。第２図では、これらの
セラミックシート３を区別するため、セラミックシート
を示す参照符号“３”には、ａ　、　“ｂ”、　　　、
　“ｄ”の添字が付されている。

セラミックシート３ａの主面上には、蛇行状に延びる抵
抗パターン４ａが形成される。抵抗パターン４ａの一方
端と接続されるように、ランド５ａが形成され、同じく
他方端と接続されるように、ランド６ａが形成される。

ランド６ａには、バイアホール７ａが形成される。また
、抵抗パターン４ａ、ならびにランド５ａおよび６ａと
は独立して、ランド８ａが形成される。ランド８ａには
、スルーホール９ａが形成される。

セラミックシート３ｂの主面上には、蛇行状に延びる抵
抗パターン４ｂが形成される。抵抗パターン４ｂの一方
端と接続されるように、ランド５ｂが形成され、同じ（
他方端と接続されるように、ランド６ｂが形成される。

ランド５ｂには、バイアホール７ｂが形成される。また
、抵抗パターン４ｂ、ならびにランド５ｂおよび６ｂと
は独立して、ランド８ｂが形成される。ランド８ｂには
、スルーホール９ｂが形成される。

セラミックシー）３ｃの主面上には、蛇行状に延びる抵
抗パターン４Ｃが形成される。抵抗パターン４Ｃの一方
端と接続されるように、ランド５Ｃが形成され、同じく
他方端と接続されるように、ランド６ｃが形成される。

ランド６Ｃには、スルーホール９Ｃが形成される。

セラミックシート３ｄには、ランド８ｄが形成される。

このランド８ｄには、スルーホール９ｄが形成される。

第２図において、矢印１０で示すように、バイアホール
７ａはランド６ｂに対応する位置にあり、矢印１１で示
すように、バイアホール７ｂはランド５ａに対応する位
置にあり、同じくバイアホール７ｂは、矢印１２で示す
ように、ランド５Ｃに対応する位置にある。また、矢印
１３で示すように、スルーホール９ａ、９ｂ、９ｃ、９
ｄは、それぞれ互いに対応する位置にある。

抵抗パターン４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれ、銅または
ニッケルのような卑金属を含有するペーストを厚膜印刷
することにより形成される。このような印刷の工程にお
いて、ランド５ａ、５ｂ。

５ｃ、ランド６ａ、６ｂ、６ｃ、ならびにランド８ａ、
８ｂも同時に形成される。また、ランド８ｄも、また、
卑金属を含有するペーストを厚膜印刷することにより形
成される。

上述したような卑金属を用いた印刷工程において、卑金
属ペーストは、バイアホール７ａ、７ｔ）ｓならびにス
ルーホール９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ内にも入り込み、各
セラミックシート３ａ、３ｂ。

３ｃ、３ｄの反対側の主面にまで達する。したがって、
第２図に示すような順序、すなわち、上から、セラミッ
クシート３ａ、３ｂ、３ａ、３ｂ。

・・・、３ｃ、３ｄの順に、これらセラミックシート３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが積層されたとき、ランド６ａは
バイアホール７ａを介してランド６ｂと接続され、ラン
ド５ｂはバイアホール７ｂを介してランド５ａまたはラ
ンド５ｃと接続され、スルーホール９ａ、９ｂ、９ｃ、
９ｄは、一連の導電経路を形成する。

なお、スルーホール９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄによって一
連の導電経路を与えるため、上述した卑金属ペーストの
印刷に代えて、あるいはこのような印刷に加えて、セラ
ミックシー）３ａ、３ｂ。

３ｃ、３ｄが所望の如く積層された後で、卑金属ペース
トを真空吸引または針のような工具でスルーホール９ａ
、９ｂ、９ｃ、９ｄ内に付与するようにしてもよい。

上述したような工程は、実際には、セラミックシー）３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄがそれぞれ生の状態にある段階で
行なわれる。したがって、セラミックシート３ａ、３ｂ
、３ｃ、３ｄが積層された後、圧着され、次いで焼成さ
れる。このとき、同時に、抵抗パターン４ａ、４ｂ、４
ｃ等を形成していた卑金属ペーストも焼成される。

上述したように、セラミックシート３ａ、３ｂ。

３ｃ、３ｄに含まれるセラミックと抵抗パターン４ａ、
４ｂ、４ｃ等に含まれる卑金属とを同時に焼成すること
を可能にするため、セラミックシー）３ａ、３ｂ、３ｃ
、３ｄに含まれるセラミックには、非還元性セラミック
が用いられ、窒素雰囲気中における焼成のような雰囲気
焼成が適用される。

このようにして、第１図に示すようなセラミック積層体
２が得られる。このセラミック積層体２の上面に形成さ
れているランド５ａおよびランド８ａに、それぞれ端子
となるべきリード線１４および１５を接続すれば、温度
センサ１が完成される。

なお、セラミック積層体２の表面に現れる抵抗パターン
４ａを湿気、埃などから保護するため、図示しないが、
樹脂、ガラスなどからなる保護コートを形成してもよい
。

上述した温度センサ１において、複数の抵抗パターン４
ａ、４ｂ、４ｃは直列接続されている。

より詳細には、リード線１４からリード線１５に至る接
続経路で見ると、リード線１４に接続されたランド５ａ
から、第２図に示すように、抵抗パターン４ａ、ランド
５ａ、バイアホール７ａ、ランド６ｂ、抵抗パターン４
ｂ、ランド５ｂ、バイアホール７ｂを経て、ランド５ａ
に至る接続が所定の回数だけ繰り返され、この繰り返し
の最後に来るバイアホール７ｂがランド５Ｃに接続され
、次いで、抵抗パターン４ｃ、ランド６ｃｓおよび一連
のスルーホール９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを経て、もう一
方のリード線１５に接続されるランド８ａに至る。

なお、上述した実施例では、複数の抵抗パターン４ａ、
４ｂ、４ｃを互いに直列接続するため、バイアホール７
ａ、７ｂが用いられ、また、リード線１４および１５を
セラミック積層体２の同一面上に取付けるため、スルー
ホール９ａ、　　９ｂ。

９ｃ、９ｄが用いられたが、このような導電経路は、セ
ラミック積層体２の外表面上に形成されてもよい。また
、このような導電経路は、上述した実施例では、抵抗パ
ターン４ａ、４ｂ、４ｃを形成するための卑金属ペース
トと同一のペーストをもって構成されたが、これに代え
て、別の組成を有する抵抗性または導電性材料によって
構成されてもよい。

また、リード線１４および１５は、セラミック積層体２
の互いに異なる面上にそれぞれ取付けられてもよい。た
とえば、リード線１５を、第１図に示すようにセラミッ
ク積層体２の上面ではなく、下面に取付けるようにして
もよい。この場合には、第２図に示したセラミックシー
）３ｄの下面であって、スルーホール９ｄに対応する位
置に、リード線１５を接続するためのランドが形成され
ればよい。また、この場合には、スルーホール９ａおよ
び９ｂならびにそれらに関連するランド８ａおよび８ｂ
は形成される必要がない。

また、第１図に示したセラミック積層体２を得るため、
上述した説明では、第２図に示すように、すでに所定の
寸法にされたセラミックシート３ａ。

３ｂ、３Ｃ，３ｄを積層するとしたが、このような方法
に代えて、個々のセラミックシートに、それぞれ、複数
のセラミック積層体を得るためのパターンを形成してお
き、セラミックシートを積層した後で、切断することに
よって、複数のセラミック積層体が得られるような方法
を採用してもよい。

次に、この発明にかかる温度センサ１の特性を評価する
ため行なった実験例について説明する。

まず、セラミックシート３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを構成
するセラミック材料として、後で述べる抵抗パターン等
を銅ペーストによって形成する場合には、ＢａＯ−８ｉ
０２・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＯ・Ｂ２Ｏ３系の低温焼結タイ
プの非還元性セラミック材料を用い、抵抗パターン等を
ニッケルペーストによって形成する場合には、特公昭５
６−４６６４１号公報に記載されたようなＴｉＣｌＢａ
Ｏ２・ＣａＯ−ＺｒＯ２化合物系の非還元性セラミック
材料を用いた。

抵抗パターン４ａ、４ｂ、４ｃ、およびランド５ａ、　
　５ｂ、　　５ｃ、　　６ａ、　６ｂ、　６ｃ、　８ａ
、　　８ｂ、８ｄを形成する材料、ならびにパイアホー
ル７　ａ、　　７　ｂｓおよびスルーホール９ａ、　　
９ｂ、　　９ｃ、９ｄを埋める材料として、卑金属であ
る銅を含有するペーストおよびニッケルを含有するペー
ストを、それぞれ用いた。

印刷により形成された抵抗パターン４ａ、　　４ｂ。

４ｃは、その印刷用パターンにおいて、ラインの幅を１
５０μｍとし、ギャップの幅を２００μｍとした。

セラミックシート３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの積層数を、
３０とした。すなわち、セラミックシート３ａとセラミ
ックシー）３ｂとが、各々１４枚ずつ交互に積層され、
この積層されたものの下に、１つのセラミックシート３
Ｃおよび１つのセラミックシート３ｄが順に積層された
。

セラミック積層体２を得るための焼成条件については、
焼成雰囲気をＮ２−１３％以下Ｈ２雰囲気とし、焼成温
度を、銅ペーストを用いた場合には９９０℃とし、ニッ
ケルペーストを用いた場合には１３３０〜１３５０℃と
した。

リード線１４および１５として、白金クラッド線を用い
、それぞれ、ランド５ａおよび８ａに対して抵抗溶接し
た。

得られた試料のいくつかの特性が、第３図、第４図およ
び第５図に示されている。

第３図は、温度変化による抵抗値Ｒの変化を示す。

第４図は、ある温度における抵抗値（Ｒｔ）の、０℃に
おける抵抗値（ＲＯ）に対する比率（Ｒｔ／　Ｒｏ　）
を示している。

第５図は、各温度における抵抗温度係数ＴＣＲを示して
いる。なお、ＴＣＲは、以下の式によって表される。

ＴＣＲ［ｐｐｍ／℃コ＝　（Ｒｔ−Ｒｏ）ｘｌＯ−’／　（Ｒｏｘｔ）ここで
、Ｒｔはある温度（ｔ［’ｃ］）における抵抗値、ＲＯ
は０℃における抵抗値である。

第３図ないし第５図において、抵抗パターンを形成する
ために銅ペーストを用いたものを“Ｃｕで示し、ニッケ
ルペーストを用いたものを“Ｎｉ”で示している。また
、比較例として、抵抗パターンを白金ペーストで形成し
た温度センサについても、同様の評価を行なった。なお
、この比較例は、市販の温度センサであり、０℃におけ
る抵抗値が１００Ωを示すもので、より具体的には、焼
成済みのアルミナ基板の上に、白金ペーストを用いて自
然雰囲気中で８５０℃の温度で焼付けた抵抗パターンを
有するものである。

このように、第３図ないし第５図に示された特性かられ
かるように、抵抗パターンとして、銅またはニッケルの
ような卑金属を用いても、白金を用いて構成された温度
センサに匹敵する特性が得られ、十分に実用化できるこ
とが認められる。

なお、抵抗パターンに銅ペーストを用い、この抵抗パタ
ーンとセラミックシートとを同時焼成する場合、セラミ
ックシートを構成するセラミック材料として、前述した
ＢａＯ−８ｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＯ・Ｂ２Ｏ３系の
ほか、Ａ１２０３−ＣａＯ・５ｉ０２・ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ
３系、コージェライト系、ＺｎＯ＊Ｍｇ０−Ａ　Ｉ２０
３　ａ　Ｓ　ｉＯ□系、Ｓ　ｉ　０２　ΦＢ２０３系ガ
ラス＋Ａｌ２０１、などの非還元性セラミックも用いる
ことができる。

また、ニッケルを用いて、抵抗パターンとセラミックシ
ートとを同時に焼成する場合には、セラミックシートを
構成する材料として、前述したＴｉ０−ＢａＯ２・Ｃａ
Ｏ−ＺｒＯ２系のほか、特公昭５７−３７０８１号公報
、特公昭５７−４２５８８号公報、特公昭５７−４９５
１５号公報に記載された非還元性セラミックを用いるこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による温度センサ１の外
観を示す斜視図である。第２図は、第１図に示した温度センサ１に含まれるセラ
ミック積層体２を、それを構成するセラミックシートご
とに分解して示す斜視図である。第３図は、実験により得られた試料の温度変化による抵
抗値Ｒの変化を示す図である。第４図は、実験により得られた試料のある温度における
抵抗値（Ｒｔ）の、０℃における抵抗値（Ｒｏ）に対す
る比率（Ｒｔ／Ｒｏ）を示す図である。第５図は、実験により得られた試料の各温度における抵
抗温度係数ＴＣＲを示す図である。図において、１は温度センサ、２はセラミック積層体、
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄはセラミックシート、４ａ、４
ｂ、４ｃは抵抗パターン、５ａ。５ｂ、５ｃ、６ａ、６ｂ、６ｃ、８ａ、８ｂ、８ｄはラ
ンド、７ａ、７ｂはノくイアホール、９ａ。９ｂ、９ｃ、９ｄはスルーホール、１４．１５はリード
線である。第１図第３１准（℃）第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数のセラミックシートからなる積層構造を有す
るセラミック積層体と、前記複数のセラミックシートの主面上にそれぞれが形成
される、卑金属を含有する複数の抵抗パターンと、前記複数の抵抗パターンを直列接続する導電経路と、前記直列接続された複数の抵抗パターンの両端にそれぞ
れ接続される端子と、を備える、温度センサ。
（２）前記卑金属は、銅またはニッケルである、請求項
１に記載の温度センサ。
（３）前記導電経路は、前記セラミックシートを貫通し
て延びる導電経路を含む、請求項１または２に記載の温
度センサ。