KR0153204B1

KR0153204B1 - 온도센서

Info

Publication number: KR0153204B1
Application number: KR1019950047023A
Authority: KR
Inventors: 가츠히사 오사다
Original assignee: 가타오카 마사타카; 알프스뎅키 가부시키가이샤
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 1998-12-01
Also published as: KR960025823A; DE19546164A1; US6004485A; JP3167559B2; JPH08166295A; DE19546164C2

Abstract

상온하에서 사용되는 저가의 온도센서를 제공한다.

페놀수지의 적층판(1)을 640~750℃에서 탄화처리한 후, 이 탄화물의 양단에 페놀이나 에폭시 등의 열경화성 수지를 바인더로 하는 은페이스트를 도포하고, 그 은페이스트를 경화시키는 것에 의해, 저항소자(2)의 양단에 전극(3)이 일체 형성된 칩타입의 온도센서를 얻었다. 또한, 상기 탄화물의 분말과 페놀이나 에폭시 등의 열경화성 수지로부터 이루어지는 바인더와를 혼합하여 페이스트화한 후, 이 페이스트를 폴이미드 등의 내열성이 높은 베이스 필름(4)의 단자(5)간에 인가하고, 더우기 그 페이스트를 저온에서 소성하는 것에 의해 베이스 필름(4)상에 저항소자(2)가 인쇄 형성된 온도센서를 얻었다. 상온하에서의 환경3온도변화에 대해 큰 저항치변화를 나타낸다.

Description

온도센서

제1도는 본 발명의 일실시예에 관계되는 온도센서의 제조공정을 나타내는 설명도.

제2도는 비저항과 탄화온도의 관계를 나타내는 설명도.

제3도는 비저항과 환경온도의 관계를 나타내는 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 적층판 2 : 저항소자

3 : 전극 4 : 베이스필름

5 : 단자

본 발명은, 체온계나 온도계 등의 상온하에서 사용되는 온도센서에 관한 것이다.

온도센서로서 일반적으로, 백금(Pt) 등 귀금속의 저항변화를 이용한 것이나, 망간(Mn), 코발트(Co) 등의 산화물 반도체를 이용한 것이 알려져 있지만, 이들은 원재료가 고가이거나 고온에서 소성을 필요로 하므로, 온도센서의 비용절감상 문제점이 있다. 그래서, 종래부터 카본을 감온저항소자로서 이용한 저가의 온도센서가 제안되어 있고, 그 일예가 일보특허공고공보 소62-29004호 공보에 개시되어 있다.

상기 공보에 기재된 온도센서는, 아세틸렌가스를 소성, 탄화시켜 채집한 카본분말을 에폭시수지중에 혼합 분산하여 페이스트(paste)을 얻고, 이 페이스트를 베이스 필름상에 설치된 전극사이에 도포한 후, 그 페이스트를 구워 붙여 전극사이에 감온저항소자를 형성하도록 구성되어 있고 원리적으로는, 감온저항소자를 측정대상물에 접촉시켜 열평형의 상태로 하였을 때의 저항치를 이용하는 온도센서이다.

상술한 종래의 카본저항온도센서는, 감온저항소자의 원재료인 카본분말이 저가이며, 비교적 저온으로 페이스트를 구워 붙일 수 있으므로, 귀금속이나 산화물 반도체를 이용한 온도센서에 비해, 비용절감을 도모할 수 있다. 그러나, 아세틸렌가스를 약 1800℃의 고온으로 탄화처리한 카본분말의 비저항은 상당히 작아, 환경온도변화에 대한 감온저항소자의 저항치 변화가 현저히 작으므로 측정온도범위가 4.2~20(K) 정도의 극저온으로 한정되어 버려, 상온하에서는 측정이 불가능하였다.

본 발명은, 이와 같은 종래기술의 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 상온하에서 사용되는 저가의 온도센서를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 온도센서는, 전극사이에 배치되는 저항소자로서, 탄화처리온도가 640~750℃이며, 0.06~0.27eV의 활성화 에너지를 가지는 탄화물을 이용한 점에 특징이 있다.

상기 탄화물로서는, 페놀수지, 프리풀 알코올, 염화비닐리덴(Vinylidene), 셀루로스(Cellulose), 나무 등의 난흑연화성 재료가 바람직하게 사용되고, 이 탄화물은 벌크(bulk) 또는 분말의 상태로 저항소자로서 이용된다. 전자(前者)의 경우는, 탄화물 벌크의 양단에 은페이스트 등의 도전성 페이스트를 도포하고, 그 페이스트를 경화시키는 것에 의해, 저항소자의 양단에 전극을 가지는 칩 모양의 온도센서가 형성된다. 후자의 경우는, 탄화물의 분말을 바인더 수지에 혼합 분산하여 페이스트화하고, 이 페이스트를 베이스 필림의 단자사이에 인쇄하거나, 한쌍의 리드선의 선단에 딥(dip)한 후, 탄화처리 온도의 하한치인 640℃보다도 저온으로 소성하는 것에 의해, 베이스 필름이나 리드선에 저항소자가 직접 형성된 온도센서를 얻는다.

본 발명의 온도센서에 있어서는, 전극사이에 배치되는 저항소자로서, 탄화처리온도가 640~750℃이며, 0.06~0.27eV의 활성화 에너지를 가지는 탄화물을 이용한 것으로 부터, 재료비나 제조비를 포함하여 온도센서의 모든 비용을 현저하게 저감할 수 있고, 상온하에서의 환경온도변화에 대해 큰 저항치 변화를 나타낸다. 또한, 저항소자로서 사용되는 탄화물의 형태가 벌크인지 페이스트인지 구애받지 않고, 온도센서로서 양호한 특성을 가진다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

제1도는 본 발명의 일실시예에 관계되는 온도센서에 제조공정을 나타내는 설명도이며, 우선 제1도(a)에 나타내는 페놀수지의 적층판을 640~750℃에서 탄화처리하고, 제1도(b)에 나타내는 바와 같이 상기 적층판(1)의 탄화물인 저항소자(2)를 얻는다. 이 저항소자(2)는 벌크 또는 페이스트화하여 이용되고, 저항소자(2)를 벌크로서 이용하는 경우는, 제1도(c)에 나타내는 바와 같이, 저항소자(2)의 양단에 페놀이나 에폭시 등의 열경화성 수지를 바인더로 하는 은페이스트를 도포하고, 그 은페이스트를 경화시키는 것에 의해, 저항소자(2)의 양단에 전극(3)이 일체로 형성된 칩타입의 온도센서를 얻는다. 이 온도센서는, 도시하지 않은 프린트 기판상에 면실장하거나, 상기 전극(3)에 도시하지 않은 리드선을 접속하여 사용된다. 한편, 상기 저항소자(2)를 페이스트화하여 이용하는 경우는, 저항소자(2)의 분말과 페놀이나 에폭시 등의 열경화성수지로 이루어진 바인더와를 혼합하여 페이스트화한 후, 예를들면 제1도(d)에 나타내는 바와 같이, 이 페이스트를 폴리이미드 등의 내열성이 높은 베이스 필름(4)의 단자(5)사이에 인쇄하고, 그 페이스트를 120~240℃로 더 소성하는 것에 의해, 베이스 필름(4)상에 인쇄 형성된 온도센서를 얻는다. 혹은, 상기 페이스트를 도시하지 않은 한쌍의 리드선의 선단에 딥한 후, 그 페이스트를 120~240℃로 소성해도 된다.

이와 같이 구성된 온도센서는, 저항소자(2)의 원재료로서 페놀수지를 이용하고 있으므로, 귀금속이나 산화물 반도체를 이용한 온도센서에 비해 현저한 비용절감을 도모할 수 있다. 또한, 저항소자(2)의 활성화 에너지가 0.06~0.27eV이며, 환경온도에 의한 저항치 변화가 산화물 반도체의 레벨까지 크므로, 상온하에서 온도측정에 도움이 될 수 있다. 또한, 저항소자(2)를 벌크로서 이용한 경우와 페이스트화한 경우가 거의 같은 특성이 얻어지므로 사용목적에 따라 각종 온도센서를 제공할 수 있다.

상기 저항소자(2)의 탄화온도를 640~750℃의 범위로 특정할 때, 이하의 실험을 행하였다. 우선 원재료로서 페놀수지 적층판을 공기중에서 1시간, 400℃로 소성하여 탄화처리한 후, 이 페놀수지 적층판을 진공펌프로 탈기하면서 3시간, 600℃, 620℃, 640℃, 660℃, 700℃, 750℃, 850℃의 각 온도에서 열처리하여, 탄화처리온도가 다른 7종류의 탄화물을 제조하였다. 그 다음, 각 탄화물의 벌크(이하, 벌크 저항소자라고 칭한다)와 각 탄화물의 분말을 포함하는 페이스트의 소성물(이하, 페이스트 저항소자라고 칭한다)에 대하여, 각각 비저항과 온도특성을 측정하였다. 여기에서, 각 페이스트 저항소자는, 각 탄화물의 분말(0.3g)에 크실렌(Xylene) 변성 페놀수지(0.44g)와 카르비톨(carbitol)(0.12g) 및 아세톤(적량)을 괄호안의 배합비로 하여, 아세톤이 증발 휘산할 때까지 혼합하여 페이스트화한 후, 이 페이스트를 동장(銅張) 폴리이미드 필름에 떨어뜨려 22분간, 200℃로 소성하여 형성하였다.

① 비저항의 측정결과

벌크 저항소자의 비저항 ρ는, 탄화물의 양단에 정전압 I(0.1㎃)를 인가하고, 그 내측의 길이 L(0.8㎜) 위치에서 측정된 전압 V에서 저항치 R=V/I로서 구하여, 이 저항치 R과 탄화물의 폭 W, 두께 T로 부터 ρ=R.W.T/L 로서 구하였다.

페이스트 저항소자의 비저항 ρ는, 각 소성물의 길이 L, 폭 W, 두께 T와 저항치 R을 측정하여 ρ=R.W.T/L 로서 구하였다.

제2도는 이들의 측정결과를 나타내는 도면이며, 종축에 비저항, 횡축에 탄화온도를 나타내고 있다. 동도면에서 알 수 있는 바와 같이, 벌크 저항소자와 페이스트 저항소자는 각각 탄화처리온도가 높게 됨에 따라 비저항이 대수적으로 감소하고, 그 값은 흑연의 C축 방향의 비저항에 대해 수자리 큰 값으로 되어 있다. 또한, 640~850℃의 각 탄화처리 온도에 있어서, 페이스트 저항소자의 비저항은 각각 벌크 저항소자의 비저항에 대해 약 2자리 큰 값으로 되어 있다. 한편, 탄화처리 온도가 600℃와 620℃의 샘플에 대해서는, 절연저항이 너무 높아 측정의 한계를 넘었다.

② 온도특성의 측정결과

벌크 저항소자와 페이스트 저항소자를 각각 20℃, 0℃, -20℃, -40℃, 20℃(기준), 40℃, 70℃, 85℃, 20℃의 환경하에 순차방치하여, 그때의 저항치를 측정하였다.

제3도는 그 측정결과를 나타내는 도면이며, 종축에 비저항, 횡축에 환경온도를 나타내고 있다. 동도면에서 알 수 있는 바와 같이, 비저항의 대수와 환경온도의 역수는 정비례의 관계가 있으며, 그 기울기는 같은 탄화처리온도의 벌크 저항소자와 페이스트 저항소자에서 일치하고 있다. 또한, 탄화처리온도가 높게 됨에 따라 그 기울기는 작게 된다. 이와 같이 비저항의 대수와 환경온도의 역수는 정비례 관계에 있는 것으로 부터 벌크 저항소자와 페이스트 저항소자는 반도체에 관계되는 간단한 식,

에 따르는 것으로 생각할 수 있다. 그래서 제3도의 측정결과를 표 1에 대입하여 ρ∞와 △E를 계산하면,

과 같이 된다.

상기 표 1에서, 탄화처리온도가 750℃를 넘으면, 활성화 에너지 △E가 0.06(eV)보다 작게 되어, 환경온도에 의한 저항치 변화가 너무 작아 상온에서의 사용에 부적합하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이상의 비저항과 온도특성의 측정결과로부터 저항소자(2)로서 탄화처리온도가 640~750℃이고, 0.06~0.27eV의 활성화 에너지를 가지는 탄화물을 사용하면, 그 형태가 벌크인지, 페이스트인지에 구애받지 않고, 상온하에서의 온도센서로서 양호한 특성을 가지는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 전극사이에 배치되는 저항소자로서, 탄화처리온도가 640~750℃이고, 0.06~0.27eV의 활성화 에너지를 가지는 탄화물을 이용한 것으로 부터 재료비나 제조비를 포함해 온도센서의 모든 비용을 현저하게 저감할 수 있음과 동시에, 상온하에서의 환경온도변화에 대해 큰 저항치 변화를 나타내므로, 상온 사용 타입의 온도센서를 저가로 제공할 수 있다. 또한, 상기 탄화물을 벌크 그대로 저항소자로서 이용한 경우와, 탄화물의 분말을 바인더 수지에 혼합 분산하여 페이스트화하고, 이 페이스트를 소성하여 저항소자로서 이용한 경우에, 거의 같은 특성을 나타내는 것으로 부터, 사용목적에 따라 각종 타입의 온도센서를 제공할 수 있다.

Claims

전극사이에 배치되는 저항소자가 640~750℃에서 탄화처리된 탄화물로 이루어지고, 상기 탄화물이 0.06~0.27eV의 활성화 에너지를 가지는 것을 특징으로 하는 온도센서.
제1항에 있어서, 상기 탄화물이 난흑연화성 재료인 것을 특징으로 하는 온도센서.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄화물의 분말을 바인더 수지에 혼합 분산하여 페이스트화하고, 상기 페이스트를 640℃ 보다도 저온에서 소성한 것을 특징으로 하는 온도센서.