JPH0743284B2 - 感温センサ - Google Patents

感温センサ

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JPH0743284B2
JPH0743284B2 JP1161244A JP16124489A JPH0743284B2 JP H0743284 B2 JPH0743284 B2 JP H0743284B2 JP 1161244 A JP1161244 A JP 1161244A JP 16124489 A JP16124489 A JP 16124489A JP H0743284 B2 JPH0743284 B2 JP H0743284B2
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temperature
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thick
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啓治 柿手
相沢  浩一
仁士 金川
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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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
した感温センサに関する。
〔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、急激な温度上昇を捉えるための感温セン
サが使われている。
従来、この種の感温センサとして、小孔を有するダイア
フラムと同ダイアフラムの動きにより開閉動作させられ
る電気接点を備えた感温センサが実用に供されている。
緩やかな温度上昇に対しては、ダイアフラム内で気体が
膨張により増加しても増加した分の気体は小孔を通して
外部に逐次放出され、ダイアフラムが大きく膨らむよう
なことはない。しかし、急激な温度上昇に対しては、全
ての増加した気体を直ちに小孔から外部に放出すること
ができないため、ダイアフラムが大きく膨らみ、この動
きに伴って電気接点の接続状態が切り換えられる。この
電気接点の接続状態の切り換えにより、急激な温度上昇
のあったことを検知できる。
サーミスタを利用した感温センサもある。この感温セン
サは、突出する2本の棒状体にそれぞれ別個に取りつけ
られたサーミスタを備えた構成をとっており、急激な温
度変化のあった際、両サーミスタの抵抗値に差がつくよ
うになっている。この感温センサを用いた装置では、両
サーミスタの出力差を監視するようにしており、緩やか
な温度上昇に対しては両サーミスタの出力差はわずかで
あるが、急激な温度変化に対しては両サーミスタの出力
差が大きくなるため、これを捉えることにより急激な温
度上昇のあったことを検知することができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前記のダイアフラムを利用した感温セン
サは、小型化しにくく、腐食性雰囲気に弱く、さらに
は、塵埃の多い雰囲気等では小孔が詰まりやすく信頼性
に乏しいといった問題がある。
一方、サーミスタを利用した感温センサは、サーミスタ
間で温度の上がり方に差を出すためのサーミスタ配置が
難しく、突出した棒状体にサーミスタを固定するなどし
ているため、小型化にも限度があり、機械的強度も低く
信頼性に乏しいといった問題がある。
この発明は、上記事情に鑑み、小型化に適しており、信
頼性の高い構造を有し、急激な温度変化を確実に検知す
ることのできる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、請求項1〜4記載の感温セン
サは、第1図、あるいは、第2図にみるように、厚みの
薄い(l)部分Aを有する基板1がヒートシンク2に取
り付けられ、前記基板における厚みの薄い部分Aと厚み
の厚い(l′)部分A′にそれぞれ感温部S、S′を設
けるようにしている。
厚みの薄い部分Aは、通常、10μm以下、より好ましく
は約0.05〜1μm程度の厚み範囲にある。余り薄いと強
度が不足する。余り厚いと、例えば、酸化物層や窒化物
層の形成に時間がかかり過ぎる。厚みの厚い部分A′
は、数百μm程度、好ましくは約400〜600μmの厚み範
囲にある。余り薄いと基板取り扱いが困難である。余り
厚いと、例えば、シリコン板を用いる場合など、基板価
格が高くなりすぎる。
ヒートシンク(吸熱体)2としては、例えば、金属基材
が使われる。
請求項2記載の感温センサは、加えて、基板1が厚みの
厚い半導体層1bに絶縁層1aが積層されてなる構成であっ
て、前記絶縁層1aが酸化物、窒化物のうちの少なくとも
ひとつで形成されており、厚みの薄い部分Aが前記絶縁
層1aのみからなるようにしている。
絶縁層1aの具体的態様としては、1〜複数の酸化物層の
構成、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成等があ
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。
請求項3記載の感温センサは、加えて、基板1をシリコ
ン板を用いて形成するようにしている。
請求項4記載の感温センサは、加えて、感温部S、S′
が測温用薄膜抵抗体3を有しており、同薄膜抵抗体3
を、金、プラチナのうちの少なくともひとつで形成する
ようにしている。
なお、この発明にかかる感温センサは、上記例示の材料
や図示の構造に限定されるものでないことはいうまでも
ない。
〔作用〕
この発明の感温センサでは、急激な温度上昇があった
際、基板の厚みの薄い部分は、厚みの厚い部分よりも速
く温度が上昇する。厚みの薄い部分は厚みの厚い部分よ
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、厚みの薄い部分と厚
みの厚い部分の間に大きな温度差が生ずる。そのため、
厚みの薄い部分の感温部からの信号と、厚みの厚い感温
部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。
ヒートシンクは、全体の熱容量が基板全体の熱容量に比
べ大きく、急激な温度変化を受けた際に直ちに昇温する
ことなく基板における厚みの厚い部分の熱を有効に吸収
し、急激な温度上昇のあった際、厚みの薄い部分と厚み
の厚い部分の間により効果的に大きな温度差がつくよう
に働く。
勿論、緩やかな温度変化に対しては、厚みの薄い部分と
厚みの厚い部分の間に大きな温度がつかないため、ふた
つの感温部からの信号間の差は極く僅かでしかない。
このように、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、複数の感温部を有する基板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、感温部を基板表面に形成された測温用
薄膜抵抗体でもって構成すれば、極めて小型にすること
ができる。
厚みの薄い部分が酸化物や窒化物のみで形成されていれ
ば、そのまま絶縁層となり、耐環境性に優れ、熱伝導の
面からも好都合である。
また、基板材料としてシリコン板を用いる場合、シリコ
ン板に異方性エッチングにより掘り込み部分を設けるこ
とにより簡単に厚みの薄い部分を作ることができるし、
感温部の信号処理回路用のトランジスタ等の半導体素子
を併設す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、ヒトーシンクへの熱伝達が円滑
になされる。
さらに、薄膜抵抗体が、金やプラチナのうちの少なくと
もひとつで形成されていると、温度変化に対して直線性
のよい信号出力を感温部から得ることができるため、信
号処理がし易い。
〔実施例〕
以下、この発明にかかる感温センサの一例を、、第1図
ないし第3図を参照しつつ、製造の段階から説明する。
まず、シリコン半導体基板の両面に、酸化物膜、窒化物
膜、あるいは、窒化物膜と酸化物膜の積層膜を、熱酸
化、スパッタリング(蒸着)、CVD等の方法により形成
する。
ついで、シリコン半導体基板の裏面の膜の一部を、選択
的にエッチング除去し窓明けを行った後、例えば、選択
的のあるエッチング液(酸化物膜や窒化物膜は殆どエッ
チングしないがシリコンはよくエッチングする液)を用
い、窓の部分を表面の酸化膜あるいは窒化膜の下まで掘
り下げる。凹部1cを形成するのである。凹部1c底の酸化
膜あるいは窒化膜の部分が、基板1における厚みの薄い
部分Aとなる。勿論、表面に残る膜は、絶縁層1aであ
り、エッチングされなかったシリコン部分は厚みのある
半導体層1bである。
このようにして、基板1が得られる。
基板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膜抵抗体材料膜を
絶縁層1aの上に形成する。ついで、湿式エッチングやド
ライエッチング等の方法によりパターンニングすること
により、測温用薄膜抵抗体3、3を基板1の厚みの薄い
部分Aと厚い部分A′のそれぞれに形成し、感温部S、
S′を設ける。
その後、結露の影響を受けないようにするための絶縁膜
4を薄膜抵抗体3形成面全面に積層した後、基板(シリ
コンチップ)1自体を、同基板1よりも大きな熱容量の
ヒートシンク2に接着するなどして取り付ければ、感温
センサが完成する。なお、薄膜抵抗体の両端にはリード
線の取り付け等も適宜になされることはいうまでもな
い。
第3図は、上記の感温センサにおいて、急激な温度上昇
のあった際、感温センサにおけるそれぞれの感温部の温
度特性を示す。曲線aが厚みの薄い部分の温度特性をあ
らわし、曲線bが厚みの厚い部分の温度特性をあらわ
す。この第3図から分かるように、急激な温度上昇のあ
った場合、10秒前後で非常に大きな温度差が両感温部の
間に生じており、急激な温度上昇を確実に検知できるこ
とが分かる。
〔発明の効果〕
以上に述べたように、請求項1〜4記載の感温センサ
は、厚みの薄い部分を有する基板がヒートシンクに取り
付けられ、前記基板における厚みの薄い部分と厚みの厚
い部分にそれぞれ感温部が設けられてなる構成をとって
おり、小型化に適していて、信頼性が高く、急激な温度
変化を確実に検知することのできるため、実用性が高
い。
請求項2記載の感温センサは、厚みの薄い部分が酸化物
や窒化物のみからなるため、厚みの薄い部分の耐環境性
が高い。
請求項3記載の感温センサは、基板がシリコン板を用い
て作成されているため、基板からヒートシンクへの熱伝
達が円滑になされる。
請求項4記載の感温センサは、感温部から得られる信号
が対温度直線性に優れるため、利用し易い。
【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外
観をあらわす斜視図、第2図は、この感温センサの要部
の概略断面図、第3図は、急激な温度上昇を受けた際の
感温センサの各感温部における時間経過に伴う温度変化
の様子をあらわすグラフである。 1…基板、2…ヒートシンク、3…測温用薄膜抵抗体、
A…厚みの薄い部分、A′…厚みの厚い部分、S、S′
…感温部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】厚みの薄い部分を有する基板がヒートシン
    クに取り付けられ、前記基板における厚みの薄い部分と
    厚みの厚い部分にそれぞれ感温部が設けられている感温
    センサ。
  2. 【請求項2】基板が厚みの厚い半導体層に絶縁層が積層
    されてなる構成であって、前記絶縁層が酸化物、窒化物
    のうちの少なくともひとつで形成されており、厚みの薄
    い部分が前記絶縁層のみからなる請求項1記載の感温セ
    ンサ。
  3. 【請求項3】基板がシリコン板を用いて形成されている
    請求項1または2記載の感温センサ。
  4. 【請求項4】感温部が測温用薄膜抵抗体を有しており、
    同薄膜抵抗体が、金、プラチナのうちの少なくともひと
    つで形成されている請求項1から3までのいずれかに記
    載の感温センサ。
JP1161244A 1989-06-24 1989-06-24 感温センサ Expired - Fee Related JPH0743284B2 (ja)

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