JPS5892201A - 薄膜白金温度センサ - 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】 本発明は白金抵抗薄膜を用いた薄膜白金温度センサに関
する。

従来精密な温度センサとしては白金測温抵抗体があり、
また比較的安価で大量生産できる温度センサとしてはサ
ーミスタがある。

一方、最近のエレクトロニクスの急激な進歩により、家
電用や自動車用などの精密温度センサを中心に堅牢で大
量生産でき、かつ高精度の温度センサが求められるよう
になってきており、用途により安価、小形、高精度、温
度範囲が広く直線的な変化をするもの、振動などに対し
て強いもの、熱応答性の良いものが要求されている。

これらの要求のうち温度精度や測定範囲、直線性などの
特性に関して最も優れているものとして白金側温抵抗体
があるが、周知のように白金測温抵抗体は、 （１）バルクの白金線を材料とするため、６ｏΩ。

１００Ωの低抵抗しか作れず、回路設計時。

接点抵抗や信号入力回路の線抵抗が大きな影暢を与える
ため、３線式、４線式など測定回路の設計方法に細心の
注意を要する。

（２）構造上、熱容量が大きいために熱に対する応答性
が悪く、また振動、衝撃に対して弱いため使用、保管、
輸送などの際に破損しやすい。

（３）高価な材料を多量に使用し、また製造工程が複雑
で量産化が困難なため価格が高い。

（４）小形化が困難である。

などの欠点を有している。

一方、サーミスタでは比較的使用温度範囲が狭く、抵抗
値も曲線的に変化するため、温度の補正回路を必要とす
るなどの欠点を有する。

筐だ、白金膜の抵抗値変化を利用した温度センサとして
は厚膜白金測温素子があるが、厚膜であるため白金の使
用量が多く、非常に高価格である。

また厚膜であるためガラス溶融体が主成分であること、
不純物が入りやすいことなどから特性的にもばらつきが
太きく高精度のものができていない。

そこで最近白金薄膜の抵抗値変化を利用した薄膜白金温
度センサが注目されている。しかし白金はバルクの状態
では非常に安定な金属であるが、最も安定な白金とはい
え高温になると種々の金属と反応しやすくなるため、保
護膜の材料選定が重要になり、現在高温から低温まで測
定できる精度の高いセンサは開発、実用化されていない
。

本発明は以上の点に鑑み、広い温度範囲で高精度かつ高
い安定性を有する薄膜白金温度センサを提供することを
目的とする。

この目的を達成するために本発明は絶縁基体上に白金抵
抗薄膜と電極を形成し、この白金抵抗薄膜上にＳｉＣ、
５ｔ０２　ｉたはＴｉＮ単独または、これらの化合物よ
りなる保護膜を形成したものである。

また本発明は電極上および前記保護膜の上にさらにガラ
スによる保護膜を形成したものである。

以下、本発明の実施例について図面とともに説明する。

第１図は本発明の一実施例の薄膜白金温度センサの断面
図である。図において、１は幅６鵡、長さ２０脇、厚さ
１ｕのアルミナ基板よりなる絶縁基体、２はこの絶縁基
体１上に、白金を約３μｍ着膜して形成された白金抵抗
薄膜、３はこの白金抵抗薄膜２と接続されるリード線引
き出し用の電極、４は電極３に接続されるリード線、５
は白金抵抗薄膜２を被覆する約１μｍ厚のＴｉＮよりな
る保護膜で、真空蒸着、スパッタなどにより形成される
。

この温度センサにおけるＴｉＮよりなる保護膜５は、そ
れ自体高温に耐え、また感温体である白金抵抗薄膜２へ
の拡散や反応を生じない。また他の金属の白金抵抗薄膜
２への拡散や反応を起こすのを防ぐ障壁となる。このた
め温度センサの初期特性（抵抗値、抵抗温度係数）のば
らつきや長期使用時（腎に高温における使用の際）の特
性の劣化が小さいため信頼性が高くなり、白金測温抵抗
体と同等もしくはそれ以上の指示温度精度が得られる。

また、ＴｉＮよりなる保護膜６は非常に薄いために熱応
答性に優れている。本実施例の場合、熱応答時間（６３
％点）は１．２秒であり、一方、保護膜としてガラスを
用いた場合は２．１秒であった。

第２図に第１の実施例の温度センサの電極３の部分を、
珪酸鉛を主成分とするガラスペーストで約５００μｍ厚
で覆い、９２０℃で１０分間焼成し、溶融固化させてガ
ラス保護膜６を形成した実施例を示す。このように電極
３の部分をガラスで覆うことにより電極部分を保護する
ことができる。

第３図は本発明の第３の実施例の断面図である。

この実施例の温度センサは第１の実施例のＴｉＮよりな
る保護膜５の−におよび電極３の上にガラスよりなる保
護膜７を形成したものである。このガラスよりなる保護
膜７は珪酸鉛を主成分とするガラスペーストで厚み約５
０μｍ（電極３の上は約６００μｍ）に被覆した後、９
２０℃で１０分間焼成して溶融固化させて形成したもの
である。

第１表はこの実施例の温度センサと比較のためにガラス
のみを保護膜とした温度センサの抵抗温度係数（０℃、
１００℃基準）のばらつき（初期特性）を示すものであ
る。

第１表 （試料数　１００個） 第２表は同様に本実施例の温度センサとガラスのみを保
護膜とした温度センサ（比較例）について、＋５００℃
、２０００時間の高温放置した場合の０℃における抵抗
値変化率と抵抗温度係数の変化を示したものである。

第２表 （試料数１０．０個） ＴｉＮなしにガラスのみを保護膜とした場合は、ガラス
の焼成時やセンサを高温で使用する際に、ガラスに含ま
れる鉛などの金属が白金薄膜に拡散しその特性を劣化さ
せる。しかしＴｉＮとガラスの２層構造とした場合は、
ＴｉＮが拡散障壁となり、金属の白金薄膜への拡散を防
ぐことができる。

なお、前記第１〜第３の実施例においては、保護膜６と
してＴｉＮを用いたものについて説明したが、ＳｉＣや
５ｉ０２　ｋ用いても良い。またこれらＴｉＮ　、　Ｓ
ｉＣ、５ｉ０２を単独で用いる場合に限らず、これらの
２種以上の化合物を用いても良い。またガラス保護膜６
．了としては硼珪酸系、珪酸亜鉛系なども使用可能であ
る。

以上のように本発明の温度センサは構成したので以下の
ような優れた効果が得られる。

（１）保護膜と白金薄膜との拡散や反応を起こさないば
かりでなく、他の金属と白金薄膜との拡散や反応を起こ
すのを防ぐ障壁となるため、センサの初期特性（抵抗値
、抵抗温度係数）のばらつきや、長期使用時（％に高温
における使用の際）の特性の劣化が小さいため信頼性が
高くなり、白金測温抵抗体と同等もしくはそれ以上の指
示温度精度が得られる。

（２）温度−電気抵抗が直線変化するため補正が不要と
なり、回路が単純化できる。

（３）絶縁基体上に白金薄膜を着膜するため、振動や衝
撃に強い。

（４）量産化しゃすぐ安価なものができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の温度センサの断面図
、第２図および第３図は同じく他の実施例の断面図であ
る。 １・・・・・・絶縁基体、２・・・・・・白金抵抗薄膜
、３・・・・・電極、５・・・・・・保護膜、６，７・
・・・・・ガラス保護膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名車　
１　図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）絶縁基体上に白金抵抗薄膜と電極を形成し、この
   白金抵抗薄膜上にＳｉＣ、５ｉ０２またはＴｉＮ単独ま
   たはこれらの化合物よりなる保護膜を形成した薄膜白金
   温度センサ。 （９））絶縁基体上に白金抵抗薄膜と電極を形成し、こ
   の白金抵抗薄膜上にＳｉＣ、５ｉ０２またはＴｉＮ単独
   またはこれらの化合物よシなる第１の保護膜を形成し、
   前記電極上と前記第１の保護膜上にガラスよりなる第２
   の保護膜を形成した薄膜白金温度センサ。