KR20210124212A - 온도 센서 필름, 도전 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents

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가츠노리 시부야
고다이 미야모토
사토시 야스이
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

도전 필름 (101) 은, 수지 필름 기재 (50) 의 일주면 상에 하지층 (20) 으로서 실리콘계 박막을 구비하고, 그 위에 니켈 박막 (10) 을 구비한다. 도전성 필름은, 수지 필름 기재 상에 패터닝된 금속 박막을 구비하는 온도 센서 필름의 제조에 사용할 수 있다. 도전 필름의 니켈 박막을 패터닝하여, 측온 저항부와 측온 저항부에 접속된 리드부를 형성함으로써, 온도 센서 필름이 얻어진다.

Description

온도 센서 필름, 도전 필름 및 그 제조 방법
본 발명은, 필름 기재 상에 패터닝된 금속 박막을 구비하는 온도 센서 필름, 및 온도 센서 필름의 제조에 사용되는 도전 필름에 관한 것이다.
전자 기기에는 다수의 온도 센서가 사용되고 있다. 온도 센서로는, 열전쌍이나 칩 서미스터가 일반적이다. 열전쌍이나 칩 서미스터 등에 의해, 면내의 복수 지점의 온도를 측정하는 경우에는, 측정점마다 온도 센서를 배치하고, 각각의 온도 센서를 프린트 배선 기판 등에 접속할 필요가 있기 때문에, 제조 프로세스가 번잡해진다. 또, 면내의 온도 분포를 측정하기 위해서는 기판 상에 다수의 센서를 배치할 필요가 있어, 비용 상승의 요인이 된다.
특허문헌 1 에는, 필름 기재 상에 금속막을 형성하고, 금속막을 패터닝하여, 측온 저항부와 리드부를 형성한 온도 센서 필름이 제안되어 있다. 금속막을 패터닝하는 형태에서는, 1 층의 금속막으로부터 측온 저항부와, 측온 저항부에 접속된 리드부를 형성 가능하고, 개개의 측온 센서를 배선으로 접속하는 작업을 필요로 하지 않는다. 또, 필름 기재를 사용하기 때문에, 가요성이 우수하고, 곡면 형상의 디바이스나, 플렉시블 디바이스 등에 대한 대응도 용이하다. 또, 가요성을 갖는 온도 센서 필름은, 디바이스의 조립 시의 핸들링성도 우수하다.
금속막을 패터닝한 온도 센서에서는, 리드부를 통해서 측온 저항부에 전압을 인가하고, 금속의 저항값이 온도에 따라 변화하는 특성을 이용하여, 온도를 측정한다. 온도 측정의 정밀도를 높이기 위해서는, 온도 변화에 대한 저항 변화가 큰 재료가 바람직하다. 특허문헌 2 에는, 니켈은, 구리에 비해 온도에 대한 감도 (저항 변화) 가 약 2 배인 것이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2005-91045호 일본 공개특허공보 평7-333073호
온도 센서 필름을 곡면 형상의 디바이스나 플렉시블 디바이스에 사용하는 경우, 온도 센서 필름에는 내굴곡성이 요구된다. 또, 평면 형상의 디바이스이더라도, 디바이스의 조립 가공이나 다른 부재와의 첩합 (貼合) 등 할 때에 부재를 구부릴 필요가 있기 때문에, 내굴곡성이 요구된다.
그러나, 필름 기재 상에 니켈 박막을 형성한 온도 센서 필름은, 굴곡 지점 및 그 근방에서 니켈 박막에 크랙이 발생하는 경우가 있어, 내굴곡성이 충분하다고는 말하기 어렵다. 당해 과제를 감안하여, 본 발명은, 내굴곡성이 우수한 온도 센서 필름, 및 그 제조에 사용하는 도전 필름의 제공을 목적으로 한다.
온도 센서용 도전 필름은, 수지 필름 기재의 일주면 (一主面) 상에, 실리콘계 박막을 구비하고, 실리콘계 박막 상에 니켈 박막을 구비한다. 필름 기재 상에 하지층 (下地層) 으로서의 실리콘계 박막을 형성하고, 그 위에 니켈 박막을 형성함으로써, 굴곡 시의 니켈 박막에 대한 크랙의 발생이 억제되는 경향이 있다.
이 도전 필름의 니켈 박막을 패터닝함으로써, 온도 센서 필름을 형성할 수 있다. 온도 센서 필름은, 수지 필름 기재의 일주면 상에, 하지층 및 패터닝된 니켈 박막을 구비하고, 니켈 박막이, 측온 저항부와 리드부로 패터닝되어 있다. 수지 필름 기재의 양면에, 실리콘계 박막 및 니켈 박막을 형성해도 된다.
측온 저항부는, 온도 측정을 실시하는 부분에 형성되어 있고, 세선으로 패터닝되어 있다. 리드부는 측온 저항부보다 큰 선폭으로 패터닝되어 있고, 리드부의 일단이 측온 저항부에 접속되어 있다. 리드부의 타단은, 외부 회로 등과 접속된다. 리드부에 커넥터를 접속하고, 커넥터를 통해서 외부 회로와의 접속을 실시해도 된다.
하지층을 구성하는 실리콘계 박막은 1 층이어도 되고, 2 층 이상이어도 된다. 예를 들어, 실리콘계 박막은, 필름 기재측으로부터, 실리콘 박막 및 산화실리콘 박막을 갖는 적층막이어도 된다. 하지층으로서의 실리콘계 박막의 두께는, 3 ∼ 200 ㎚ 가 바람직하다. 니켈 박막의 두께는 20 ∼ 500 ㎚ 가 바람직하다. 니켈 박막의 저항 온도 계수는 3000 ppm/℃ 이상이 바람직하다.
필름 기재 상에 실리콘계 하지층을 개재하여 니켈 박막이 형성된 도전 필름, 및 니켈 박막을 패터닝한 온도 센서 필름은, 굴곡 시에 니켈 박막에 대한 크랙이 잘 발생하지 않고, 내굴곡성이 우수하다.
도 1 은, 도전 필름의 적층 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 온도 센서 필름의 평면도이다.
도 3 은, 온도 센서에 있어서의 측온 저항부 근방의 확대도이고, A 는 2선식, B 는 4선식의 형상을 나타내고 있다.
도 1 은, 온도 센서 필름의 형성에 사용되는 도전 필름의 적층 구성예를 나타내는 단면도이며, 수지 필름 기재 (50) 의 일주면 상에 니켈 박막 (10) 을 구비하고, 수지 필름 기재 (50) 와 니켈 박막 (10) 의 사이에 하지층 (20) 을 구비한다. 이 도전 필름 (101) 의 니켈 박막을 패터닝함으로써, 도 2 의 평면도에 나타내는 온도 센서 필름 (110) 이 얻어진다.
[도전 필름]
＜필름 기재＞
수지 필름 기재 (50) 는, 투명해도 되고 불투명해도 된다. 수지 재료로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리올레핀, 노르보르넨계 등의 고리형 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트 등을 들 수 있다. 내열성, 치수 안정성, 전기적 특성, 기계적 특성, 내약품 특성 등의 관점에서, 폴리이미드 또는 폴리에스테르가 바람직하다.
수지 필름 기재의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로는, 2 ∼ 500 ㎛ 정도이며, 20 ∼ 300 ㎛ 정도가 바람직하다. 수지 필름 기재의 표면에는, 접착 용이층, 대전 방지층, 하드 코트층 등이 형성되어 있어도 된다. 또, 수지 필름 기재 (50) 의 표면에는, 니켈 박막 (10) (또는 하지층 (20)) 과의 밀착성 향상 등을 목적으로 하여, 코로나 방전 처리, 자외선 조사 처리, 플라즈마 처리, 스퍼터 에칭 처리 등의 처리를 실시해도 된다.
수지 필름 기재 (50) 의 하지층 (20) 형성면의 산술 평균 조도 Ra 는, 5 ㎚ 이하가 바람직하고, 3 ㎚ 이하가 보다 바람직하고, 2 ㎚ 이하가 더욱 바람직하다. 기재의 표면 조도를 작게 함으로써, 하지층 및 그 위의 니켈 박막의 커버리지가 양호해지고, 치밀한 막이 형성되기 쉽기 때문에, 니켈 박막 (10) 의 비저항이 작아지는 경향이 있다. 산술 평균 조도 Ra 는, 주사형 프로브 현미경을 사용한 사방 1 ㎛ 의 관찰 이미지로부터 구해진다.
＜하지층＞
도전 필름 (101) 은, 수지 필름 기재 (50) 와 니켈 박막 (10) 의 사이에 하지층 (20) 을 구비한다. 하지층 (20) 은 단층이어도 되고, 도 1 에 나타내는 바와 같이 2 층 이상의 박막의 적층 구성이어도 된다. 하지층 (20) 은 유기층이어도 되고 무기층이어도 되며, 유기층과 무기층을 적층한 것이어도 된다. 수지 필름 기재 (50) 와 니켈 박막 (10) 의 사이에, 무기 재료의 하지층 (20) 이 형성됨으로써, 니켈 박막 (10) 의 저항 온도 계수 (TCR) 가 커지는 경향이 있고, 온도 센서 필름에 있어서의 온도 측정 정밀도가 향상된다.
무기 재료로는, Si, Ge, Sn, Pb, Al, Ga, In, Tl, As, Sb, Bi, Se, Te, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Ni, Co, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd 등의 금속 원소 또는 반금속 원소, 및 이들의 합금, 질화물, 산화물, 탄화물, 질산화물 등을 들 수 있다.
하지층 (20) 은, 실리콘계 박막을 포함하는 것이 바람직하다. 하지층 (20) 으로서의 실리콘계 박막 상에 니켈 박막 (10) 을 형성함으로써, 내굴곡성이 향상되는 경향이 있다. 실리콘계 재료로는, 실리콘, 그리고 산화실리콘, 질화실리콘 및 탄화실리콘 등의 실리콘 화합물을 들 수 있다. 그 중에서도, 수지 필름 기재 및 니켈 박막에 대한 밀착성이 우수하고, 또한 내굴곡성 향상 효과가 우수하다는 점에서, 실리콘 또는 산화실리콘이 바람직하다. 산화실리콘은 화학량론 조성 (SiO2) 이어도 되고, 비화학량론 조성 (SiOx ; x ＜ 2) 이어도 된다. 비화학량론 조성인 산화실리콘 (SiOx) 은, 1.2 ≤ x ＜ 2 가 바람직하다.
하지층 (20) 은, 실리콘 박막과 산화실리콘 박막의 적층막이어도 된다. 하지층 (20) 이, 수지 필름 기재 (50) 측으로부터, 실리콘 박막 (21) 및 산화실리콘 박막 (22) 의 2 층을 포함하는 경우에, 특히 인장 굽힘에 대한 내굴곡성이 향상되는 경향이 있다. 또, 니켈 박막 (10) 의 바로 아래에, 비저항이 큰 산화실리콘 박막 (22) 이 형성됨으로써, 배선 (패터닝된 니켈 박막) 사이의 누설 전류가 저감하고, 온도 센서 필름의 온도 측정 정밀도가 향상되는 경향이 있다.
하지층 (20) 은, 실리콘계 박막과 비실리콘계 박막을 적층한 것이어도 된다. 이 경우, 수지 필름 기재 (50) 측에 비실리콘계 박막이 배치되고, 니켈 박막 (10) 측에 실리콘계 박막이 배치되어 있는 것이 바람직하다. 니켈 박막 (10) 에 접하여 실리콘계 박막이 형성됨으로써, 내굴곡성이 향상되는 경향이 있다.
하지층 (20) 의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 니켈 박막 (10) 에 대한 하지 효과에 의해 내굴곡성을 높이는 관점에서, 하지층 (20) 의 두께는 3 ㎚ 이상이 바람직하다. 하지층의 두께는, 5 ㎚ 이상, 10 ㎚ 이상, 15 ㎚ 이상, 20 ㎚ 이상, 25 ㎚ 이상 또는 30 ㎚ 이상이어도 된다. 특히, 실리콘계 박막의 두께가 상기 범위인 것이 바람직하다. 내굴곡성 향상 효과에 더하여, 니켈 박막 형성 시의 필름 기재에 대한 데미지 저감이나, 필름 기재로부터의 아웃 가스의 차단 효과를 높이는 관점에서도, 하지층 (20) 의 두께는 상기 범위인 것이 바람직하다.
하지층으로서의 실리콘계 박막의 두께가 클수록, 내굴곡성이 향상되는 경향이 있다. 한편, 생산성 향상이나 재료 비용 저감의 관점에서, 하지층의 두께는 200 ㎚ 이하가 바람직하고, 150 ㎚ 이하가 보다 바람직하고, 100 ㎚ 이하가 더욱 바람직하다. 또, 하지층으로서의 실리콘계 박막의 두께가 작은 편이, 그 위에 형성되는 니켈 박막의 저항 온도 계수가 커지는 경향이 있다. 그 때문에, 하지층으로서의 실리콘계 박막의 두께는 200 ㎚ 이하가 바람직하고, 150 ㎚ 이하가 보다 바람직하고, 100 ㎚ 이하가 더욱 바람직하다. 하지층의 두께는, 90 ㎚ 이하, 80 ㎚ 이하, 70 ㎚ 이하 또는 60 ㎚ 이하여도 된다. 또, 하지층의 두께가 과도하게 크면, 굴곡 시에 하지층 자체에 크랙이 발생하는 경우가 있기 때문에, 하지층의 두께는 상기 범위인 것이 바람직하고, 실리콘계 박막의 두께가 상기 범위인 것이 바람직하다. 하지층의 두께는, 온도 센서 필름에 요구되는 내굴곡성, 저항 온도 계수 등을 고려하여, 상기 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하다.
＜니켈 박막＞
하지층 (20) 상에 형성되는 니켈 박막 (10) 은, 온도 센서에 있어서의 온도 측정의 중심적인 역할을 한다. 니켈 박막 (10) 을 패터닝함으로써, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 리드부 (11) 및 측온 저항부 (12) 가 형성된다.
니켈 박막 (10) 의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 저저항화의 관점 (특히, 리드부의 저항을 작게 하는 관점) 에서, 20 ㎚ 이상이 바람직하고, 40 ㎚ 이상이 보다 바람직하고, 50 ㎚ 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 성막 시간의 단축 및 패터닝 정밀도 향상 등의 관점에서, 니켈 박막 (10) 의 두께는, 500 ㎚ 이하가 바람직하고, 300 ㎚ 이하가 보다 바람직하고, 250 ㎚ 이하가 더욱 바람직하다. 또, 니켈 박막의 두께가 커지면, 잔류 응력이 커지고, 내굴곡성이 저하되는 경향이 있기 때문에, 니켈 박막의 두께는 상기 범위인 것이 바람직하다.
니켈 박막 (10) 의 온도 25 ℃ 에 있어서의 비저항은, 1.6 × 10-5 Ω·㎝ 이하가 바람직하고, 1.5 × 10-5 Ω·㎝ 이하가 보다 바람직하다. 리드부의 저항을 작게 하는 관점에서는, 니켈 박막의 비저항은 작을수록 바람직하며, 1.2 × 10-5 Ω·㎝ 이하, 또는 1.0 × 10-5 Ω·㎝ 이하여도 된다. 니켈 박막의 비저항은 작을수록 바람직하지만, 벌크의 니켈보다 비저항을 작게 하는 것은 곤란하며, 일반적으로 비저항은 7.0 × 10-6 Ω·㎝ 이상이다.
니켈 박막 (10) 의 저항 온도 계수 (TCR) 는, 3000 ppm/℃ 이상이 바람직하고, 3400 ppm/℃ 이상이 보다 바람직하고, 3600 ppm/℃ 이상이 더욱 바람직하고, 3800 ppm/℃ 이상이 특히 바람직하다. TCR 은, 온도 상승에 대한 저항의 변화율이다. 니켈은, 온도 상승에 수반하여 저항이 선형적으로 증가하는 특성 (정 (正) 특성) 을 갖는다. 정 특성을 갖는 재료의 TCR 은, 온도 T0 에 있어서의 저항값 R0 과, 온도 T1 에 있어서의 저항값 R1 로부터, 하기 식에 의해 산출된다.
TCR = {(R1 ― R0) / R0} / (T1 ― T0)
본 명세서에서는, T0 = 25 ℃ 및 T1 = 5 ℃ 에 있어서의 저항값으로부터 산출되는 TCR 과, T0 = 25 ℃ 및 T1 = 45 ℃ 에 있어서의 저항값으로부터 산출되는 TCR 의 평균값을 니켈 박막의 TCR 로 한다.
TCR 이 클수록, 온도 변화에 대한 저항의 변화가 크고, 온도 센서 필름에 있어서의 온도 측정 정밀도가 향상된다. 그 때문에, 니켈 박막의 TCR 은 클수록 바람직하지만, 벌크의 니켈보다 TCR 을 크게 하는 것은 곤란하고, 니켈 박막의 TCR 은 일반적으로 6000 ppm/℃ 이하이다.
수지 필름 기재 (50) 상에 하지층 (20) 을 형성하고, 그 위에 니켈 박막 (10) 을 형성함으로써, 니켈 박막의 비저항이 작아지고, TCR 이 커지는 경향이 있으며, 특히 하지층 (20) 이 실리콘계 박막인 경우에 그 경향이 현저하다. 또, 수지 필름 기재 (50) 및 그 위에 형성되는 하지층 (20) 의 표면의 산술 평균 조도 Ra 가 작은 경우에, 니켈 박막 (10) 의 비저항이 작아지고, TCR 이 커지는 경향이 있다.
수지 필름 기재 (50) 상에, 하지층 (20) 으로서의 실리콘계 박막을 개재하여 니켈 박막 (10) 을 형성함으로써, 내굴곡성이 향상되는 경향이 있어, 굴곡 시의 니켈 박막에 대한 크랙의 발생을 억제할 수 있다. 그 때문에, 니켈 박막 (10) 을 패터닝한 온도 센서 필름은, 디바이스 가공 시의 핸들링성이 우수함과 함께, 플렉시블 디바이스에 대한 사용에도 적합하다.
실리콘계 박막 상에 니켈 박막을 형성함으로써 굴곡 시의 크랙의 발생이 억제되는 이유는 확실하지 않지만, 내굴곡성 향상의 한 요인으로서, 하지층으로서의 실리콘계 박막이, 응력 변형을 저감하는 작용을 갖고 있는 것으로 추정된다.
니켈 박막은, 일반적으로, 인장 잔류 응력을 갖고 있기 때문에, 하지층과의 계면 및 그 근방에 응력 변형이 발생하고 있다. 굴곡에 의해 압축 응력이나 인장 응력이 부여되면, 이 계면에서의 응력 변형이 증대하기 쉽고, 굴곡 시의 크랙 발생의 요인이 될 수 있다. 실리콘이나 산화실리콘 등의 실리콘계 박막은, 니켈 박막과 마찬가지로, 일반적으로, 인장 잔류 응력을 갖고 있다. 그 때문에, 니켈 박막과 하지층의 계면에 있어서의 응력 변형이 작고, 굴곡 시에는 계면에서의 응력 변형이 완화되는 경향이 있기 때문에, 굴곡 시의 크랙의 발생이 억제되는 것으로 생각된다.
＜하지층 및 니켈 박막의 형성 방법＞
하지층 (20) 의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으며, 드라이 코팅, 웨트 코팅 모두 채용할 수 있다. 스퍼터법에 의해 니켈 박막을 형성하는 경우에는, 생산성의 관점에서, 하지층 (20) 도 스퍼터법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
니켈 박막의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 스퍼터법, 진공 증착법, 전자빔 증착법, 화학 기상 증착법 (CVD), 화학 용액 석출법 (CBD), 도금법 등의 성막 방법을 채용할 수 있다. 이들 중에서도, 막두께 균일성이 우수한 박막을 성막할 수 있다는 점에서, 스퍼터법이 바람직하다. 특히. 롤투롤 스퍼터 장치를 사용하여, 장척 (長尺) 의 수지 필름 기재를 길이 방향으로 연속적으로 이동시키면서 성막을 실시함으로써, 도전 필름의 생산성이 높아진다.
스퍼터 장치 내에 롤상의 필름 기재를 장전 후, 스퍼터 성막의 개시 전에, 스퍼터 장치 내를 배기하여, 필름 기재로부터 발생하는 유기 가스 등의 불순물을 없앤 분위기로 하는 것이 바람직하다. 사전에 장치 내 및 필름 기재 중의 가스를 제거함으로써, 하지층 (20) 및 니켈 박막 (10) 에 대한 수분이나 유기 가스 등의 혼입량을 저감할 수 있다. 스퍼터 성막 개시 전의 스퍼터 장치 내의 진공도 (도달 진공도) 는, 예를 들어, 1 × 10-1 ㎩ 이하이며, 5 × 10-2 ㎩ 이하가 바람직하고, 1 × 10-2 ㎩ 이하가 보다 바람직하다.
니켈 박막의 스퍼터 성막에는, 금속 Ni 타깃을 사용하고, 아르곤 등의 불활성 가스를 도입하면서 성막이 실시된다. 스퍼터법에 의해 하지층을 형성하는 경우, 하지층의 재료에 따라 타깃을 선택하면 된다. 예를 들어, 실리콘 박막을 형성하는 경우에는, 실리콘 타깃이 사용된다. 산화실리콘 박막의 성막에는, 산화실리콘 타깃을 사용해도 되고, 실리콘 타깃을 사용하여 반응성 스퍼터에 의해 산화실리콘을 형성해도 된다. 반응성 스퍼터에서는, 아르곤 등의 불활성 가스 및 산소 등의 반응성 가스를 챔버 내에 도입하면서 성막이 실시된다. 반응성 스퍼터에서는, 금속 영역과 산화물 영역의 중간의 천이 영역으로 되도록 산소량을 조정하는 것이 바람직하다.
스퍼터 성막 조건은 특별히 한정되지 않는다. 니켈 박막에 대한 수분이나 유기 가스 등의 혼입을 억제하기 위해서는, 니켈 박막의 성막 시의 필름 기재에 대한 데미지를 저감하는 것이 바람직하다. 수지 필름 기재 (50) 상에 하지층 (20) 을 형성하고, 그 위에 니켈 박막 (10) 을 형성함으로써, 니켈 박막 (10) 성막 시의 수지 필름 기재 (50) 에 대한 플라즈마 데미지를 억제할 수 있다. 또, 하지층 (20) 을 형성함으로써, 수지 필름 기재 (50) 로부터 발생하는 수분이나 유기 가스 등을 차단하여, 니켈 박막 (10) 에 대한 수분이나 유기 가스 등의 혼입을 억제할 수 있다.
또, 성막 시의 기판 온도를 낮게 하거나, 방전 파워 밀도를 낮게 하는 것 등에 의해, 필름 기재로부터의 수분이나 유기 가스의 발생을 억제할 수 있다. 니켈 박막의 스퍼터 성막에 있어서의 기판 온도는 200 ℃ 이하가 바람직하고, 180 ℃ 이하가 보다 바람직하고, 170 ℃ 이하가 더욱 바람직하다. 한편, 필름 기재의 취화 (脆化) 방지 등의 관점에서, 기판 온도는 -30 ℃ 이상이 바람직하다. 플라즈마 방전을 안정시키면서, 필름 기재에 대한 데미지를 억제하는 관점에서, 방전 파워 밀도는, 1 ∼ 15 W/㎠ 가 바람직하고, 1.5 ∼ 10 W/㎠ 가 보다 바람직하다.
[온도 센서 필름]
도전 필름의 니켈 박막 (10) 을 패터닝함으로써, 온도 센서 필름이 형성된다. 하지층 (20) 은, 패터닝해도 되고, 패터닝하지 않아도 되다. 니켈 박막 (10) 의 바로 아래의 층 (22) 이 산화실리콘 등의 절연성 재료인 경우에는, 하지층 (20) 을 패터닝할 필요는 없다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 온도 센서 필름에 있어서, 니켈 박막은, 배선 형상으로 형성된 리드부 (11) 와, 리드부 (11) 의 일단에 접속된 측온 저항부 (12) 를 갖는다. 리드부 (11) 의 타단은, 커넥터 (19) 에 접속되어 있다.
측온 저항부 (12) 는, 온도 센서로서 작용하는 영역이며, 리드부 (11) 를 통해서 측온 저항부 (12) 에 전압을 인가하고, 그 저항값으로부터 온도를 산출함으로써 온도 측정이 실시된다. 온도 센서 필름 (110) 의 면내에 복수의 측온 저항부를 형성함으로써, 복수 지점의 온도를 동시에 측정할 수 있다. 예를 들어, 도 2 에 나타내는 형태에서는, 면내의 5 개 지점에 측온 저항부 (12) 가 형성되어 있다.
도 3A 는, 2선식 온도 센서에 있어서의 측온 저항부 근방의 확대도이다. 측온 저항부 (12) 는, 니켈 박막이 세선 형상으로 패터닝된 센서 배선 (122, 123) 에 의해 형성되어 있다. 센서 배선은, 복수의 세로 전극 (122) 이, 그 단부 (端部) 에서 가로 배선 (123) 을 통해서 연결되어 헤어핀 형상의 굴곡부를 형성하고, 구절양장 형상의 패턴을 갖고 있다.
측온 저항부 (12) 의 패턴 형상을 형성하는 세선의 선폭이 작고 (단면적이 작고), 측온 저항부 (12) 의 센서 배선의 일단 (121a) 으로부터 타단 (121b) 까지의 선 길이가 클수록, 2 점간의 저항이 크고, 온도 변화에 수반하는 저항 변화량도 크기 때문에, 온도 측정 정밀도가 향상된다. 도 3 에 나타내는 바와 같은 구절양장 형상의 배선 패턴으로 함으로써, 측온 저항부 (12) 의 면적이 작고, 또한 센서 배선의 길이 (일단 (121a) 으로부터 타단 (121b) 까지의 선 길이) 를 크게 할 수 있다. 또한, 온도 측정부의 센서 배선의 패턴 형상은 도 3 에 나타내는 바와 같은 형태에 한정되지 않고, 나선상 등의 패턴 형상이어도 된다.
센서 배선 (122) (세로 배선) 의 선폭, 및 인접하는 배선간의 거리 (스페이스폭) 는, 포토리소그래피의 패터닝 정밀도에 따라 설정하면 된다. 선폭 및 스페이스폭은, 일반적으로는 1 ∼ 150 ㎛ 정도이다. 센서 배선의 단선을 방지하는 관점에서, 선폭은 3 ㎛ 이상이 바람직하고, 5 ㎛ 이상이 보다 바람직하다. 저항 변화를 크게 하여 온도 측정 정밀도를 높이는 관점에서, 선폭은 100 ㎛ 이하가 바람직하고, 70 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 동일한 관점에서, 스페이스 폭은 3 ∼ 100 ㎛ 가 바람직하고, 5 ∼ 70 ㎛ 가 보다 바람직하다.
측온 저항부 (12) 의 센서 배선의 양단 (121a, 121b) 은, 각각, 리드부 (11a, 11b) 의 일단에 접속되어 있다. 2 개의 리드부 (11a, 11b) 는, 약간의 간극을 띄우고 대향하는 상태로, 가늘고 긴 패턴 형상으로 형성되어 있고, 리드부의 타단은 커넥터 (19) 에 접속되어 있다. 리드부는, 충분한 전류 용량을 확보하기 위해서, 측온 저항부 (12) 의 센서 배선보다 광폭으로 형성되어 있다. 리드부 (11a, 11b) 의 폭은, 예를 들어 0.5 ∼ 10 ㎜ 정도이다. 리드부의 선폭은, 측온 저항부 (12) 의 센서 배선 (122) 의 선폭의 3 배 이상이 바람직하고, 5 배 이상이 보다 바람직하고, 10 배 이상이 더욱 바람직하다.
커넥터 (19) 에는 복수의 단자가 형성되어 있고, 복수의 리드부는, 각각 상이한 단자에 접속되어 있다. 커넥터 (19) 는 외부 회로와 접속되어 있고, 리드부 (11a) 와 리드부 (11b) 의 사이에 전압을 인가함으로써, 리드부 (11a), 측온 저항부 (12) 및 리드부 (11b) 에 전류가 흐른다. 소정 전압을 인가했을 때의 전류값, 또는 전류가 소정 값이 되도록 전압을 인가했을 때의 인가 전압으로부터 저항값이 산출된다. 얻어진 저항값과, 미리 구해져 있는 온도와의 관계식, 또는 저항값과 온도의 관계를 기록한 테이블 등에 기초하여, 저항값으로부터 온도가 산출된다.
여기서 구해지는 저항값은, 측온 저항부 (12) 의 저항에 더하여, 리드부 (11a) 및 리드부 (11b) 의 저항도 포함하고 있지만, 측온 저항부 (12) 의 저항은, 리드부 (11a, 11b) 의 저항에 비해 충분히 크기 때문에, 구해지는 측정값은, 측온 저항부 (12) 의 저항으로 간주해도 된다. 또한, 리드부의 저항에 의한 영향을 저감하는 관점에서, 리드부를 4선식으로 해도 된다.
도 3B 는, 4선식 온도 센서에 있어서의 측온 저항부 근방의 확대도이다. 측온 저항부 (12) 의 패턴 형상은, 도 3A 와 동일하다. 4선식에서는, 1 개의 측온 저항부 (12) 에 4 개의 리드부 (11a1, 11a2, 11b1, 11b2) 가 접속되어 있다. 리드부 (11a1, 11b1) 는 전압 측정용 리드이고, 리드부 (11a2, 11b2) 는 전류 측정용 리드이다. 전압 측정용 리드 (11a1) 및 전류 측정용 리드 (11a2) 는, 측온 저항부 (12) 의 센서 배선의 일단 (121a) 에 접속되어 있고, 전압 측정용 리드 (11b1) 및 전류 측정용 리드 (11b2) 는, 측온 저항부 (12) 의 센서 배선의 타단 (121b) 에 접속되어 있다. 4선식에서는, 리드부의 저항을 제외하고 측온 저항부 (12) 만의 저항값을 측정할 수 있기 때문에, 보다 오차가 적은 측정이 가능해진다. 2선식 및 4선식 이외에, 3선식을 채용해도 된다.
니켈 박막의 패터닝 방법은 특별히 한정되지 않는다. 패터닝이 용이하고, 정밀도가 높기 때문에 포토리소그래피법에 의해 패터닝을 실시하는 것이 바람직하다. 포토리소그래피에서는, 니켈 박막의 표면에, 상기의 리드부 및 측온 저항부의 형상에 대응하는 에칭 레지스트를 형성하고, 에칭 레지스트가 형성되어 있지 않은 영역의 니켈 박막을 웨트 에칭에 의해 제거한 후, 에칭 레지스트를 박리한다. 니켈 박막의 패터닝은, 레이저 가공 등의 드라이 에칭에 의해 실시할 수도 있다.
상기의 실시형태에서는, 수지 필름 기재 (50) 상에, 스퍼터법 등에 의해 니켈 박막 (10) 을 형성하고, 니켈 박막을 패터닝함으로써, 기판 면내에, 복수의 리드부 및 측온 저항부를 형성할 수 있다. 이 온도 센서 필름의 리드부 (11) 의 단부에 커넥터 (19) 를 접속함으로써, 온도 센서 소자가 얻어진다. 이 실시형태에서는, 복수의 측온 저항부에 리드부가 접속되어 있고, 복수의 리드부를 1 개의 커넥터 (19) 와 접속하면 된다. 그 때문에, 면내의 복수 지점의 온도를 측정 가능한 온도 센서 소자를 간편하게 형성할 수 있다.
상기의 실시형태에서는, 필름 기재의 일방의 주면 상에 하지층 및 니켈 박막을 형성하였지만, 필름 기재의 양면에 하지층 및 니켈 박막을 형성해도 된다. 또, 필름 기재의 일방의 주면 상에 하지층 및 니켈 박막을 형성하고, 타방의 주면에는 상이한 적층 구성의 박막을 형성해도 된다.
온도 센서 필름의 리드부와 외부 회로의 접속 방법은, 커넥터를 개재한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 온도 센서 필름 상에, 리드부에 전압을 인가하여 저항을 측정하기 위한 컨트롤러를 형성해도 된다. 또, 리드부와 외부 회로로부터의 리드 배선을, 커넥터를 개재하지 않고 납땜 등에 의해 접속해도 된다.
온도 센서 필름은, 필름 기재 상에 박막이 형성된 간소한 구성이며, 생산성이 우수함과 함께, 내굴곡성이 우수하기 때문에, 가공이나 핸들링이 용이하고, 곡면 형상의 디바이스나, 굴곡 부분을 갖는 플렉시블 디바이스에 대한 적용도 가능하다. 또, 필름 기재 상에 하지층을 개재하여 니켈 박막을 형성한 구성에서는, 니켈 박막의 TCR 이 크기 때문에, 보다 정밀도가 높은 온도 측정을 실현할 수 있다.
실시예
이하에, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[비교예 1]
롤투롤 스퍼터 장치 내에, 두께 150 ㎛ 의 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 필름 (표면의 산술 평균 조도 Ra : 1.6 ㎚) 의 롤을 세트하고, 스퍼터 장치 내를 도달 진공도가 5.0 × 10-3 ㎩ 가 될 때까지 배기한 후, 아르곤을 도입하고, 기판 온도 150 ℃, 압력 0.25 ㎩, 파워 밀도 5.6 W/㎠ 의 조건으로 DC 스퍼터 성막을 실시하고, PET 필름 상에 두께 70 ㎚ 의 Ni 층을 구비하는 도전 필름을 제조하였다. Ni 층의 형성에는, 금속 니켈 타깃을 사용하였다.
[실시예 1]
PET 필름 상에, 하지층으로서, 두께 5 ㎚ 의 실리콘층, 및 두께 10 ㎚ 의 산화실리콘층을 차례로 스퍼터 성막하고, 그 위에 비교예 1 과 동일 조건으로 Ni 층을 형성하고, PET 필름 상에, Si 층 (5 ㎚), SiO2 층 (10 ㎚), Ni 층 (70 ㎚) 을 구비하는 도전 필름을 제조하였다. Si 층 및 SiO2 층의 형성에는, B 도프 Si 타깃을 사용하였다. Si 층은, 스퍼터 가스로서 아르곤을 도입하고, 기판 온도 150 ℃, 압력 0.3 ㎩, 파워 밀도 1.0 W/㎠ 의 조건으로 DC 스퍼터에 의해 성막하였다. SiO2 층은, 스퍼터 가스로서의 아르곤에 더하여 반응성 가스로서 산소를 도입하고 (O2/Ar = 1/1), 기판 온도 150 ℃, 압력 0.3 ㎩, 파워 밀도 1.8 W/㎠ 의 조건으로 DC 스퍼터에 의해 성막하였다.
[실시예 2 및 실시예 3]
산화실리콘층의 두께를 30 ㎚ (실시예 2) 또는 90 ㎚ (실시예 3) 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 도전 필름을 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 1 에 있어서, 산화실리콘층을 형성하지 않고, 실리콘층 상에 니켈층을 형성하고, PET 필름 상에, Si 층 (5 ㎚) 및 Ni 층 (70 ㎚) 을 구비하는 도전 필름을 제조하였다.
[실시예 5]
니켈층의 두께를 240 ㎚ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 도전 필름을 제조하였다.
[비교예 2]
PET 필름 상에, 하지층으로서, 두께 5 ㎚ 의 알루미늄층, 및 두께 10 ㎚ 의 산화알루미늄층을 차례로 스퍼터 성막하고, 그 위에 비교예 1 과 동일 조건으로 Ni 층을 형성하고, PET 필름 상에, Al 층 (5 ㎚), Al2O3 층 (10 ㎚), Ni 층 (70 ㎚) 을 구비하는 도전 필름을 제조하였다. Al 층 및 Al2O3 층의 형성에는, Al 타깃을 사용하였다. Al 층은, 스퍼터 가스로서 아르곤을 도입하고, 기판 온도 150 ℃, 압력 0.25 ㎩, 파워 밀도 3 W/㎠ 의 조건으로 DC 스퍼터에 의해 성막하였다. Al2O3 층은, 스퍼터 가스로서의 아르곤에 더하여 반응성 가스로서 산소를 도입하고 (O2/Ar = 2/5), 기판 온도 150 ℃, 압력 0.25 ㎩, 파워 밀도 3 W/㎠ 의 조건으로 DC 스퍼터에 의해 성막하였다.
[비교예 3]
비교예 2 에 있어서, 산화알루미늄층을 형성하지 않고, 알루미늄층 상에 니켈층을 형성하고, PET 필름 상에, Al 층 (5 ㎚) 및 Ni 층 (70 ㎚) 을 구비하는 도전 필름을 제조하였다.
[평가]
＜저항 온도 계수＞
(온도 센서 필름의 제조)
도전 필름을, 10 ㎜ × 200 ㎜ 사이즈로 컷하고, 레이저 패터닝에 의해, 니켈층을 선폭 30 ㎛ 의 스트라이프 형상으로 패턴 가공하여, 도 3A 에 나타내는 형상의 측온 저항부를 형성하였다. 패터닝 시에는, 전체의 배선 저항이 약 10 kΩ, 측온 저항부의 저항이 리드부의 저항의 30 배가 되도록, 패턴의 길이를 조정하고, 온도 센서 필름을 제조하였다.
(저항 온도 계수의 측정)
소형의 가열 냉각 오븐으로, 온도 센서 필름의 측온 저항부를 5 ℃, 25 ℃, 45 ℃ 로 하였다. 리드부의 일방의 선단과 타방의 선단을 테스터에 접속하고, 정전류를 흘려 전압을 판독함으로써, 각각의 온도에 있어서의 2단자 저항을 측정하였다. 5 ℃ 및 25 ℃ 의 저항값으로부터 계산한 TCR 과, 25 ℃, 45 ℃ 의 저항값으로부터 계산한 TCR 의 평균값을, 니켈층의 TCR 로 하였다.
＜내굴곡성＞
JIS K5600-5-1 : 1999 에 따라서, 타입 1 의 시험기를 사용하여 원통형 맨드릴 시험을 실시하였다. 시료의 Ni 층 형성면을 내측으로 하여 굴곡 (Ni 층에 압축 변형을 부여), 및 Ni 층 형성면을 외측으로 하여 굴곡 (Ni 층에 인장 변형을 부여) 의 양방의 시험을 실시하였다. 각각의 시험에 있어서, 맨드릴의 직경을 차례로 작게 해 나가, Ni 층에 크랙이 처음 발생한 맨드릴의 직경을 기록하였다. 맨드릴의 직경이 작을수록, 내굴곡성이 우수한 것을 나타낸다.
실시예 및 비교예의 도전 필름의 적층 구성 (하지층의 구성 및 Ni 층의 두께), 그리고 평가 결과 (TCR 및 내굴곡성) 를 표 1 에 나타낸다.
Figure pct00001
하지층을 형성하지 않고 PET 필름 상에 직접 Ni 박막을 형성한 비교예 1 에서는, TCR 이 3000 ppm/℃ 를 하회하고 있던 데 반해, 하지층을 형성한 실시예 1 ∼ 5 및 비교예 2, 3 에서는, TCR 이 상승하고 있었다.
하지층으로서 알루미늄과 산화알루미늄의 적층막을 형성한 비교예 2 에서는, 비교예 1 에 비해 TCR 은 크기는 하지만, 내굴곡성이 저하되어 있었다. 하지층으로서 알루미늄 박막을 형성한 비교예 3 에 있어서도 동일한 경향이 보였다.
이에 반해, 하지층으로서 실리콘계 박막을 형성한 실시예 1 ∼ 5 에서는, 비교예 1 에 비해 내굴곡성이 향상되어 있었다. Ni 층의 두께가 동일한 실시예 1 ∼ 4 의 대비로부터, 하지층으로서 실리콘 박막과 산화실리콘 박막의 적층막을 형성함으로써, 특히, Ni 박막 형성면을 외측으로 하여 굴곡했을 경우의 인장 변형에 대한 내굴곡성이 향상되는 것을 알 수 있다. 또, 실시예 2 와 실시예 3 의 대비로부터, 하지층으로서의 실리콘계 박막의 막두께가 클수록, Ni 박막 형성면을 내측으로 하여 굴곡했을 경우의 압축 변형에 대한 내굴곡성이 향상되는 것을 알 수 있다.
50 : 필름 기재
20 : 하지층 (실리콘계 박막)
10 : 니켈 박막
11 : 리드부
12 : 측온 저항부
122, 123 : 센서 배선
19 : 커넥터
101 : 도전 필름
110 : 온도 센서 필름

Claims (8)

  1. 수지 필름 기재의 일주면 (一主面) 상에, 실리콘계 박막을 구비하고, 상기 실리콘계 박막 상에 니켈 박막을 구비하는, 온도 센서용 도전 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘계 박막은, 필름 기재측으로부터, 실리콘 박막 및 산화실리콘 박막을 갖는 적층막인, 온도 센서용 도전 필름.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 실리콘계 박막의 두께가 3 ∼ 200 ㎚ 인, 온도 센서용 도전 필름.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 니켈 박막의 두께가, 20 ∼ 500 ㎚ 인, 온도 센서용 도전 필름.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 니켈 박막의 저항 온도 계수가 3000 ppm/℃ 이상인, 온도 센서용 도전 필름.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 도전 필름을 제조하는 방법으로서,
    상기 니켈 박막을 스퍼터법에 의해 성막하는, 도전 필름의 제조 방법.
  7. 수지 필름 기재의 일주면 상에, 실리콘계 박막을 구비하고, 상기 실리콘계 박막 상에 패터닝된 니켈 박막을 구비하고,
    상기 니켈 박막이, 세선으로 패터닝되고 온도 측정에 사용되는 측온 저항부와, 상기 측온 저항부에 접속되고, 상기 측온 저항부보다 큰 선폭으로 패터닝된 리드부에 패터닝되어 있는, 온도 센서 필름.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 실리콘계 박막은, 필름 기재측으로부터, 실리콘 박막 및 산화실리콘 박막을 갖는 적층막인, 온도 센서 필름.
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