TW202124925A - 溫度感測膜、導電膜及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種溫度感測膜,其於樹脂膜基材上具備經圖案化之金屬薄膜,且溫度測定精度較高。用於製作溫度感測膜之導電膜(102)於樹脂膜基材(50)之一主面上具備鎳薄膜(10)。鎳薄膜較佳為鎳之(111)面之面間隔未達0.2040 nm。藉由將鎳薄膜圖案化,而形成測溫電阻部與連接於測溫電阻部之引線部,可獲得溫度感測膜。
Description
本發明係關於一種於樹脂膜基材上具備經圖案化之金屬薄膜之溫度感測膜、以及用於製作溫度感測膜之導電膜及其製造方法。
於電子機器中要使用多個溫度感測器。溫度感測器一般為熱電偶或晶片熱敏電阻。於藉由熱電偶或晶片熱敏電阻等測定面內複數個部位之溫度之情形時,需要於每個測定點分別配置溫度感測器,並將各溫度感測器連接於印刷配線基板等,故而製程會變得繁雜。又,要想測定面內之溫度分佈,需要於基板上配置多個感測器,該點將成為成本提高之主要原因。
於專利文獻1中,提出有一種溫度感測膜,其係於膜基材上設置金屬膜並將金屬膜圖案化,從而形成有測溫電阻部與引線部者。於將金屬膜圖案化之形態中,由1層金屬膜即可形成測溫電阻部與連接於測溫電阻部之引線部,無需實施將各個測溫感測器利用配線加以連接之作業。又,由於使用了膜基材,故而該溫度感測膜具有可撓性優異且容易應對大面積化之優點。
於將金屬膜圖案化而形成之溫度感測器中,係經由引線部對測溫電阻部施加電壓,利用金屬之電阻值隨溫度而變化之特性,來測定溫度。要想提高溫度測定精度,較佳為選用電阻隨溫度變化而發生之變化較大之材料。根據專利文獻2之記載,鎳對溫度之感度(電阻變化)約為銅之2倍。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2005-91045號公報
[專利文獻2]日本專利特開平7-333073號公報
[發明所欲解決之問題]
已知,鎳等金屬會表現出溫度越高則電阻越大之特性(正特性),就塊狀鎳而言,電阻隨溫度上升而變化之變化率(電阻溫度係數;TCR)約為6000 ppm/℃。但金屬薄膜由於表面或界面之影響,大多情形時特性與塊狀金屬不同。
本發明人等藉由濺鍍法於樹脂膜基材上形成鎳薄膜並對其特性進行評估後判明:電阻溫度係數(TCR)僅為塊狀鎳之一半左右,無法獲得足以作為溫度感測膜而使用之溫度測定精度。
鑒於該問題,本發明之目的在於,提供一種於樹脂膜基材上具備電阻溫度係數較大之金屬薄膜之導電膜及溫度感測膜。
[解決問題之技術手段]
本發明人等發現鎳薄膜之(111)面之面間隔與TCR之間存在較高之關聯,從而完成了本發明。
溫度感測器用導電膜於樹脂膜基材之一主面上具備鎳薄膜。設置於樹脂膜基材上之鎳薄膜較佳為鎳之(111)面之面間隔未達0.2040 nm。
藉由將該導電膜之鎳薄膜圖案化,可製作溫度感測膜。溫度感測膜於樹脂膜基材之一主面上具備經圖案化之鎳薄膜,鎳薄膜被圖案化為測溫電阻部與引線部。亦可於樹脂膜基材之兩面設置鎳薄膜。
測溫電阻部設置於進行溫度測定之部分,且被圖案化為細線。引線部被圖案化為較測溫電阻部大之線寬,且引線部之一端連接於測溫電阻部。引線部之另一端與外部電路等連接。亦可將連接器連接於引線部,而經由連接器與外部電路進行連接。
鎳薄膜之電阻溫度係數較佳為4000 ppm/℃以上。鎳薄膜之厚度較佳為100~500 nm。亦可於樹脂膜基材與鎳薄膜之間設置基底層。作為基底層之材料較佳為矽系薄膜等無機材料。
[發明之效果]
藉由設置於樹脂膜基材上之鎳薄膜之(111)面之面間隔(鎳之晶格間隔)較小,可形成電阻溫度係數較大且溫度測定精度較高之溫度感測膜。
圖1係表示用於形成溫度感測膜之導電膜之積層構成例之剖視圖,於樹脂膜基材50之一主面上具備鎳薄膜10。藉由將該導電膜102之鎳薄膜圖案化,而獲得圖3之俯視圖所示之溫度感測膜110。
[導電膜]
導電膜於樹脂膜基材50之一主面上具備鎳薄膜10。如圖1所示,導電膜亦可於樹脂膜基材50與鎳薄膜10之間具備基底層20。
<樹脂膜基材>
樹脂膜基材50可透明亦可不透明。樹脂膜基材50可為僅由樹脂膜構成者,亦可為如圖1所示,於樹脂膜5之表面具備硬塗層(硬化樹脂層)6者。樹脂膜基材之厚度並不特別限定,一般為2~500 μm左右,較佳為20~300 μm左右。
可於樹脂膜基材50之表面(於設置有硬塗層6之情形時,為樹脂膜5之表面及/或硬塗層6之表面)設置易接著層、抗靜電層等。亦可對樹脂膜基材50之表面實施電暈放電處理、紫外線照射處理、電漿處理、濺鍍蝕刻處理等處理,以實現提高與基底層20之密接性等目的。
樹脂膜基材50之鎳薄膜10形成面之算術平均粗糙度Ra較佳為5 nm以下,更佳為3 nm以下,進而更佳為2 nm以下。藉由使基材之表面粗糙度變小,而有薄膜之覆蓋性變得良好,會形成緻密之膜,且鎳薄膜10之比電阻變小之傾向。算術平均粗糙度Ra係根據使用掃描式探針顯微鏡所觀察到之1 μm見方之觀察像來求出。
(樹脂膜)
作為樹脂膜5之樹脂材料,可例舉聚對苯二甲酸乙二酯等聚酯、聚醯亞胺、聚烯烴、降莰烯系等環狀聚烯烴、聚碳酸酯、聚醚碸、聚芳酯等。自耐熱性、尺寸穩定性、電學特性、機械特性、耐化學品特性等觀點而言,較佳為聚醯亞胺或聚酯。樹脂膜5之厚度並不特別限定,一般為2~500 μm左右,較佳為20~300 μm左右。
(硬塗層)
藉由於樹脂膜5之表面設置硬塗層6,而有導電膜之硬度提高,耐擦傷性提高之傾向。硬塗層6例如可藉由於樹脂膜5上塗佈含有硬化性樹脂之溶液而形成。
作為硬化性樹脂,可例舉熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂、電子束硬化型樹脂等。作為硬化性樹脂之種類,可例舉聚酯系、丙烯酸系、胺基甲酸酯系、丙烯酸胺基甲酸酯系、醯胺系、聚矽氧系、矽酸鹽系、環氧系、三聚氰胺系、氧雜環丁烷系、丙烯酸胺基甲酸酯系等各種樹脂。
其中,自硬度較高、能夠實現紫外線硬化、生產性優異之觀點而言,較佳為丙烯酸系樹脂、丙烯酸胺基甲酸酯系樹脂及環氧系樹脂。尤其,自與基底層中所包含之氧化鉻薄膜之密接性較高之觀點而言,較佳為丙烯酸系樹脂及丙烯酸胺基甲酸酯系樹脂。紫外線硬化型樹脂包括紫外線硬化型之單體、低聚物、聚合物等。適宜使用之紫外線硬化型樹脂例如可例舉具有紫外線聚合性官能基者,其中尤以包含具有2個以上特別是3~6個該官能基之丙烯酸系之單體或低聚物作為成分者為佳。
硬塗層6中亦可包含微粒子。藉由使硬塗層6中包含微粒子,可調整樹脂膜基材50之鎳薄膜10形成面(基底層20形成面)之表面形狀。作為微粒子,並不特別限制,可使用:氧化矽、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鈣、氧化錫、氧化銦、氧化鎘、氧化銻等各種金屬氧化物微粒子,玻璃微粒子,包含聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚胺基甲酸酯、丙烯酸-苯乙烯共聚物、苯并胍胺、三聚氰胺、聚碳酸酯等聚合物之交聯或未交聯之有機系微粒子,聚矽氧系微粒子等。
微粒子之平均粒徑(平均一次粒徑)較佳為10 nm~10 μm左右。藉由使硬塗層包含具有0.5 μm~10 μm左右,較佳為0.8 μm~5 μm左右之次微米或微米級平均粒徑之微粒子,會於硬塗層6之表面(樹脂膜基材50之表面)、及設置於其上之薄膜之表面形成直徑為次微米或微米級之突起,從而有導電膜之滑動性、耐黏連性及耐擦傷性提高之傾向。
藉由使硬塗層包含具有10 nm~100 nm左右,較佳為20~80 nm左右之平均粒徑之微粒子,會於硬塗層6之表面(樹脂膜基材50之表面)形成微細之凹凸,從而有硬塗層6與基底層20及鎳薄膜10之密接性提高之傾向。
較佳為於用以形成硬塗層之溶液(硬塗組合物)中調配紫外線聚合起始劑。亦可使溶液中包含整平劑、觸變劑、抗靜電劑等添加劑。
硬塗層6之厚度並不特別限定,但為了實現較高之硬度,較佳為0.5 μm以上,更佳為0.8 μm以上,進而更佳為1 μm以上。若考慮到利用塗佈方式時之形成容易性,硬塗層之厚度較佳為15 μm以下,更佳為10 μm以下。
<基底層>
如圖1所示,亦可於樹脂膜基材50與鎳薄膜10之間設置基底層20。基底層20可為單層,亦可如圖1所示為2層以上薄膜21、22之積層構成。藉由於樹脂膜基材50上設置基底層20,並於其上形成鎳薄膜10,可抑制鎳薄膜10成膜時對樹脂膜基材50造成之電漿損傷。又,藉由設置基底層20,可將自樹脂膜基材50產生之水分或有機氣體等阻斷,而抑制雜質向鎳薄膜10中混入。自抑制有機物向鎳薄膜中混入之觀點而言,基底層20較佳為無機材料。
基底層20可為導電性亦可為絕緣性。於基底層20為導電性無機材料(無機導電體)之情形時,只要製作溫度感測膜時將基底層20與鎳薄膜10一起圖案化即可。於基底層20為絕緣性無機材料(無機介電體)之情形時,基底層20可圖案化,亦可不圖案化。
作為無機材料,可例舉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、Co、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd等金屬元素或半金屬元素、及其等之合金、氮化物、氧化物、氮氧化物等。自與樹脂膜基材及鎳薄膜兩者之密接性優異,且抑制雜質自樹脂膜基材50向鎳薄膜10中混入之效果較佳,可促進鎳薄膜之結晶生長之觀點而言,作為基底層之材料,較佳為矽系材料、鉻系材料等。作為矽系材料,尤佳為氧化矽,作為鉻系材料,尤佳為氧化鉻。
藉由於鎳薄膜10之正下方設置氧化矽薄膜等比電阻較大之薄膜22,而有配線(經圖案化之鎳薄膜)間之洩漏電流減少,溫度感測膜之溫度測定精度提高之傾向。氧化矽可為化學計量組成(SiO2
),亦可為非化學計量組成(SiOx
;x<2)。關於非化學計量組成之氧化矽(SiOx
),較佳為1.2≦x<2。
亦可於矽薄膜21上形成氧化矽薄膜22作為基底層20。又,亦可於包含各種金屬、導電性氧化物、陶瓷等之無機薄膜21上,形成氧化矽薄膜22。
藉由於無機基底層20上形成鎳薄膜10,而有鎳之(111)面之面間隔變小,TCR變大之傾向。尤其,於基底層20包含矽系薄膜之情形時,有鎳薄膜之TCR變大之傾向,於在鎳薄膜10之正下方設置有氧化矽薄膜之情形時,該傾向變得明顯。又,於基底層20為鉻系薄膜21與氧化矽薄膜22之積層構成之情形時,有鎳薄膜之TCR變大之傾向,尤其,於與樹脂膜基材相接之薄膜21為氧化鉻薄膜之情形時,該傾向變得明顯。認為鎳薄膜10之TCR提高之原因之一在於,氧化鉻等鉻系薄膜容易形成緻密且平滑性較高之膜,從而形成於其上之無機薄膜22之表面平滑性亦提高。
基底層之厚度並不特別限定。自減少對樹脂膜基材造成之電漿損傷、及提高來自樹脂膜基材之釋氣之阻斷效果之觀點而言,基底層之厚度較佳為1 nm以上,更佳為3 nm以上,進而更佳為5 nm以上。自提高生產性或降低材料成本之觀點而言,基底層之厚度較佳為200 nm以下,更佳為100 nm以下,進而更佳為50 nm以下。於基底層20包含複數層之情形時,合計厚度較佳為處於上述範圍。
基底層20之形成方法並不特別限定,乾式塗佈、濕式塗佈均可採用。於藉由濺鍍法形成鎳薄膜之情形時,自生產性之觀點而言,較佳為基底層20亦藉由濺鍍法而形成。又,自容易形成緻密之膜,且抑制水分或有機物自樹脂膜基材50向鎳薄膜10中混入之效果優異之觀點而言,亦較佳為藉由濺鍍法形成基底層20。
於藉由濺鍍法形成基底層之情形時,只要根據基底層之材料來選擇靶即可。例如,於形成矽薄膜之情形時,可使用矽靶。氧化矽薄膜之成膜可使用氧化矽靶,亦可使用矽靶藉由反應性濺鍍而形成氧化矽。於反應性濺鍍中,較佳為以成為金屬區域與氧化物區域之中間之遷移區域之方式調整氧氣量。
<鎳薄膜>
設置於樹脂膜基材50上之鎳薄膜10發揮溫度感測器之溫度測定之中心作用。藉由將鎳薄膜10圖案化,而如圖3所示,形成引線部11及測溫電阻部12。
鎳薄膜10較佳為包含鎳及不可避免之雜質之薄膜,鎳之比率較佳為99重量%以上,更佳為99.9重量%以上。例如,藉由使用鎳靶之濺鍍製膜,而形成包含鎳及不可避免之雜質之薄膜。
鎳薄膜10之厚度並不特別限定,自低電阻化之觀點(尤其是使引線部之電阻變小之觀點)而言,較佳為20 nm以上,更佳為40 nm以上,進而更佳為50 nm以上。另一方面,自縮短成膜時間及提高圖案化精度等觀點而言,鎳薄膜10之厚度較佳為500 nm以下,更佳為300 nm以下,進而更佳為250 nm以下。
鎳薄膜10之電阻溫度係數(TCR)較佳為3000 ppm/℃以上,更佳為3500 ppm/℃以上,進而更佳為4000 ppm/℃以上。TCR係電阻隨溫度上升而變化之變化率。鎳具有電阻隨溫度上升而線性增加之特性(正特性)。具有正特性之材料之TCR可根據溫度T0
時之電阻值R0
與溫度T1
時之電阻值R1
藉由下述式來算出。
TCR={(R1
-R0
)/R0
}/(T1
-T0
)
於本說明書中,將根據T0
=25℃及T1
=5℃時之電阻值而算出之TCR與根據T0
=25℃及T1
=45℃時之電阻值而算出之TCR的平均值設為鎳薄膜之TCR。
TCR越大則電阻隨溫度變化而發生之變化越大,溫度感測膜之溫度測定精度越高。因此,鎳薄膜之TCR越大越好,但難以使TCR較塊狀鎳大,鎳薄膜之TCR一般為6000 ppm/℃以下。
鎳薄膜10較佳為藉由X射線繞射而求出之鎳之(111)面之面間隔未達0.2040 nm。於X射線繞射中,如圖2所示,利用以相對於鎳薄膜之膜面之法線方向而入射光學系統(X射線源)與受光光學系統(檢測器9)成為對稱之方式配置的光學系統進行2θ/θ掃描,測定晶格面面之法線與膜面平行之結晶1c之晶格面間隔。於以CuKα射線(波長:0.15418 nm)為X射線源之X射線繞射圖中,於2θ=44.5°附近,出現鎳之(111)面之峰值。根據該峰值最大之角度2θ,基於Bragg之定律,算出(111)面之面間隔。結晶之面間隔一般而言不依賴於測定方向,但若於鎳薄膜成膜時或其後之製程中結晶具有各向異性,則有面間隔產生各向異性之情形。例如,捲對捲式製程中之搬送張力、以及膜基材之尺寸變化率及楊氏模數等各向異性會成為面間隔產生各向異性之主要原因。於結晶之面間隔具有各向異性之情形時,將自任意之第一方向入射X射線測定出之面間隔d1
、與自與第一方向正交之第二方向入射X射線測定出之面間隔d2
的平均值(d1
+d2
)/2設為鎳薄膜之結晶之面間隔。
存在(111)面之面間隔越小,則鎳薄膜之TCR越大之傾向。鎳之(111)面之面間隔亦可為0.2039 nm以下,0.2038 nm以下,或0.2037 nm以下。鎳之(111)面之面間隔一般為0.2030 nm以上。鎳之單晶係晶格常數為0.3524 nm之立方晶,(111)面之面間隔為0.2035 nm。形成於樹脂膜基材上之鎳薄膜有較單晶而言晶格常數變大,且(111)面之面間隔亦變大之傾向。尤其,於面間隔為0.2040 nm以上之情形時,結晶之應變可謂較大。
物質之電阻值受物質中之電子密度及電子之遷移率影響,電子密度越小、電子之遷移率越小,則電阻越大。鎳等金屬由於存在豐富之自由電子,故而電子之遷移率成為支配電阻之主要原因。關於散射機構,已知:存在由與原子核之碰撞所致之散射(晶格振動散射)、由雜質或晶格缺陷所致之散射(雜質散射)、磁性散射等,其中晶格振動散射及磁性散射之溫度依賴性較大,雜質散射之溫度依賴性較小。
(111)面之面間隔未達0.2040 nm且接近Ni單晶之(111)面之面間隔0.2035 nm係指結晶之紊亂(晶格缺陷)較小。即,認為於鎳薄膜之(111)面之面間隔較小之情形時,由於雜質散射之影響較小,晶格振動散射及磁性散射之影響相對較大,故而電阻之溫度依賴性(TCR)變大。
如上所述,藉由於樹脂膜基材50上設置基底層20,並於基底層20上形成鎳薄膜,而有鎳之(111)面之面間隔變小,TCR變大之傾向。藉由設置基底層20,基底層作為緩和鎳之晶格間隔失配之緩衝層發揮作用,且具有促進鎳之結晶化而減少晶格缺陷之作用,認為其有助於減小晶格間隔。
存在鎳薄膜之厚度越大,則(111)面之面間隔越小,TCR越高之傾向。為了獲得具有4000 ppm/℃以上之TCR之導電膜,鎳薄膜之厚度較佳為80 nm以上,更佳為100 nm以上,進而更佳為120 nm以上。
<鎳薄膜之形成方法>
鎳薄膜之形成方法並不特別限定,例如,可採用濺鍍法、真空蒸鍍法、電子束蒸鍍法、化學氣相蒸鍍法(CVD)、化學溶液析出法(CBD)、鍍覆法等成膜方法。其中,自可成膜出膜厚均勻性優異之薄膜之觀點而言,較佳為濺鍍法。尤其,藉由使用捲對捲式濺鍍裝置,一面使長條狀之樹脂膜基材沿長度方向連續地移動一面進行成膜,可提高導電膜之生產性。
較佳為於向濺鍍裝置內裝填捲狀之樹脂膜基材後且開始濺鍍成膜前,對濺鍍裝置內進行排氣,而形成自樹脂膜基材產生之水分或有機氣體之雜質已被去除之氣體環境。藉由事先將裝置內及樹脂膜基材中之氣體去除,而有鎳薄膜中之雜質濃度降低,(111)面之面間隔變小之傾向。開始濺鍍成膜前,濺鍍裝置內之真空度(到達真空度)例如為1×10-2
Pa以下,較佳為5×10-3
Pa以下,更佳為1×10-3
Pa以下,進而更佳為5×10-4
Pa以下,特佳為5×10-5
Pa以下。
於鎳薄膜之濺鍍成膜中,使用金屬Ni靶,一面導入氬氣等惰性氣體一面進行成膜。鎳薄膜之成膜條件並不特別限定,較佳為以減少起因於來自樹脂膜基材之水分或有機氣體之雜質混入之方式選擇成膜條件。作為降低鎳薄膜中之雜質量之方法,可例舉:(1)如上所述,濺鍍成膜前於真空下對樹脂膜基材進行處理,將樹脂膜基材中之水分或有機氣體去除;(2)減少濺鍍成膜時對樹脂膜基材造成之損傷;(3)於樹脂膜基材上設置氧化矽薄膜等基底層,而對來自樹脂膜基材之水分或有機氣體進行阻斷等。
作為減少濺鍍成膜時對樹脂膜基材造成之損傷之方法,可例舉降低成膜時之基板溫度、降低放電功率密度等。例如,於在樹脂膜基材上直接形成鎳薄膜之情形時,自抑制自樹脂膜基材產生水分或有機氣體之觀點而言,基板溫度較佳為80℃以下,更佳為60℃以下,進而更佳為50℃以下。
於在樹脂膜基材上設置基底層並於其上形成鎳薄膜之情形時,即便基板溫度為高溫,基底層亦具有對來自樹脂膜基材之水分或有機氣體進行阻斷之作用。因此,鎳薄膜成膜時之基板溫度能夠於樹脂膜基材具有耐熱性之範圍內適當進行設定。又,存在基板溫度越高,則鎳之(111)面之面間隔越小之傾向。因此,於在樹脂膜基材上設置基底層並於其上形成鎳薄膜之情形時,基板溫度較佳為30℃以上,更佳為50℃以上,進而更佳為70℃以上。基板溫度亦可為100℃以上、120℃以上或130℃以上。
自使電漿放電穩定且抑制對樹脂膜基材造成之損傷之觀點而言,放電功率密度較佳為0.1~5.0 W/cm2
,更佳為1.0~3.5 W/cm2
。
<加熱處理>
於成膜出鎳薄膜之後,亦可實施加熱處理。藉由將於樹脂膜基材上具備鎳薄膜之導電膜加熱,而有鎳之結晶性提高,並且(111)面之面間隔變小,TCR提高之傾向。認為若利用加熱之鎳之結晶化進展,則藉由原子之再排列而晶格缺陷減少等有助於減小晶格間隔。
於進行加熱處理之情形時,加熱溫度較佳為80℃以上,更佳為100℃以上,進而更佳為120℃以上。加熱溫度之上限只要考慮到樹脂膜基材之耐熱性加以決定即可,一般為200℃以下或180℃以下。於使用聚醯亞胺膜等高耐熱性膜基板之情形時,加熱溫度亦可高於上述範圍。加熱時間較佳為1分鐘以上,更佳為5分鐘以上,進而更佳為10分鐘以上。進行加熱處理之時序只要為成膜出鎳薄膜之後即可,並不特別限定。例如,亦可於將鎳薄膜圖案化之後實施加熱處理。
[溫度感測膜]
藉由將導電膜之鎳薄膜10圖案化,而形成溫度感測膜。如圖3所示,於溫度感測膜中,鎳薄膜具有形成為配線狀之引線部11、及連接於引線部11之一端之測溫電阻部12。引線部11之另一端連接於連接器19。
測溫電阻部12係作為溫度感測器而發揮作用之區域,經由引線部11對測溫電阻部12施加電壓,並根據其電阻值而算出溫度,藉此進行溫度測定。藉由於溫度感測膜110之面內設置複數個測溫電阻部,可同時測定複數個部位之溫度。例如,圖4所示之形態中,於面內之5個部位設置有測溫電阻部12。
圖4A係二線式之溫度感測器之測溫電阻部附近之放大圖。測溫電阻部12係藉由將鎳薄膜圖案化為細線狀所成之感測器配線122、123而形成。感測器配線係將複數個縱電極122於其端部經由橫配線123連結而形成髮夾狀之屈曲部,從而具有重複彎曲狀之圖案。
形成測溫電阻部12之圖案形狀之細線之線寬越小(剖面面積越小)、自測溫電阻部12之感測器配線之一端121a至另一端121b之線長越大,則2點間之電阻越大,且電阻隨溫度變化而發生之變化量亦越大,故而溫度測定精度提高。藉由形成為如圖4所示之重複彎曲狀之配線圖案,可使測溫電阻部12之面積較小且使感測器配線之長度(自一端121a至另一端121b之線長)較大。再者,溫度測定部之感測器配線之圖案形狀並不限定於如圖4所示之形態,亦可為螺旋狀等圖案形狀。
感測器配線122(縱配線)之線寬、及相鄰之配線間之距離(間隔寬度)只要根據光微影法之圖案化精度來設定即可。線寬及間隔寬度一般為1~150 μm左右。自防止感測器配線斷線之觀點而言,線寬較佳為3 μm以上,更佳為5 μm以上。自使電阻變化較大而提高溫度測定精度之觀點而言,線寬較佳為100 μm以下,更佳為70 μm以下。自相同之觀點而言,間隔寬度較佳為3~100 μm,更佳為5~70 μm。
測溫電阻部12之感測器配線之兩端121a、121b分別連接於引線部11a、11b之一端。2條引線部11a、11b以略微隔開間隙而對向之狀態,形成為細長之圖案狀,引線部之另一端連接於連接器19。引線部為了確保充分之電流容量,而形成為較測溫電阻部12之感測器配線更寬。引線部11a、11b之寬度例如為0.5~10 mm左右。引線部之線寬較佳為測溫電阻部12之感測器配線122之線寬之3倍以上,更佳為5倍以上,進而更佳為10倍以上。
於連接器19設置有複數個端子,複數個引線部分別連接於不同之端子。連接器19與外部電路連接,藉由對引線部11a與引線部11b之間施加電壓,而使引線部11a、測溫電阻部12及引線部11b中流通電流。根據施加特定電壓時之電流值、或以電流成為特定值之方式施加電壓時之施加電壓來算出電阻值。基於所獲得之電阻值與預先求出之溫度之關係式、或記錄有電阻值與溫度之關係之表格等,根據電阻值來算出溫度。
此處所求出之電阻值除了測溫電阻部12之電阻以外,亦包含引線部11a及引線部11b之電阻,但由於測溫電阻部12之電阻較引線部11a、11b之電阻大得多,故而所求出之測定值可視為測溫電阻部12之電阻。再者,自降低由引線部之電阻所致之影響之觀點而言,亦可將引線部設為四線式。
圖4B係四線式之溫度感測器之測溫電阻部附近之放大圖。測溫電阻部12之圖案形狀與圖4A相同。四線式中,於1個測溫電阻部12連接有4條引線部11a1、11a2、11b1、11b2。引線部11a1、11b1係電壓測定用引線,引線部11a2、11b2係電流測定用引線。電壓測定用引線11a1及電流測定用引線11a2連接於測溫電阻部12之感測器配線之一端121a,電壓測定用引線11b1及電流測定用引線11b2連接於測溫電阻部12之感測器配線之另一端121b。四線式中,由於可將引線部之電阻排除在外而僅測定測溫電阻部12之電阻值,故而能夠實現誤差更少之測定。除了二線式及四線式以外,亦可採用三線式。
鎳薄膜之圖案化方法並不特別限定。自容易圖案化、精度較高之觀點而言,較佳為藉由光微影法進行圖案化。光微影法中,於鎳薄膜之表面,形成與上述引線部及測溫電阻部之形狀對應之蝕刻阻劑,將未形成蝕刻阻劑之區域之鎳薄膜藉由濕式蝕刻去除之後,剝離蝕刻阻劑。鎳薄膜之圖案化亦可藉由雷射加工等乾式蝕刻來實施。
上述實施方式中,於樹脂膜基材50上藉由濺鍍法等形成鎳薄膜10,並將鎳薄膜圖案化,藉此可於基板面內形成複數個引線部及測溫電阻部。將連接器19連接於該溫度感測膜之引線部11之端部,藉此獲得溫度感測器元件。該實施方式中,於複數個測溫電阻部連接有引線部,只要將複數個引線部與1個連接器19連接即可。因此,可簡便地形成能夠測定面內複數個部位之溫度之溫度感測器元件。
上述實施方式中,於樹脂膜基材之一主面上設置鎳薄膜,但亦可於樹脂膜基材之兩面設置鎳薄膜。又,亦可於樹脂膜基材之一主面上設置鎳薄膜,於另一主面設置由不同材料形成之薄膜。
溫度感測膜之引線部與外部電路之連接方法並不限定為經由連接器而連接之形態。例如,亦可於溫度感測膜上設置用以對引線部施加電壓而測定電阻之控制器。又,亦可不經由連接器而藉由焊接等將引線部與來自外部電路之引線配線連接。
溫度感測膜係於樹脂膜基材上設置有薄膜之簡單構成,生產性優異,並且容易加工,亦可應用於曲面。又,由於鎳薄膜中之Ni結晶之面間隔較小,TCR較大,故而能夠實現精度更高之溫度測定。
[實施例]
以下,例舉實施例對本發明更詳細地進行說明,但本發明並不限定於以下實施例。
[實施例1]
於捲對捲式濺鍍裝置內設置150 μm厚度之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜(東麗製造之「Lumirror 149UNS」,表面之算術平均粗糙度Ra:1.6 nm)之捲,將濺鍍裝置內排氣至到達真空度達到5.0×10-3
Pa後,以基板溫度150℃,於PET膜上,藉由DC(direct current,直流)濺鍍依次成膜5 nm厚度之矽薄膜、10 nm厚度之氧化矽薄膜、及270 nm厚度之鎳薄膜。Si層及SiO2
層之形成係使用摻雜B之Si靶。Si層係導入氬氣作為濺鍍氣體,以壓力0.3 Pa、功率密度1.0 W/cm2
之條件進行成膜。SiO2
層係除了作為濺鍍氣體之氬氣以外還導入氧氣作為反應性氣體(O2
/Ar=0.12/1.0),以壓力0.3 Pa、功率密度1.8 W/cm2
之條件進行成膜。鎳薄膜之形成係使用金屬鎳靶,以壓力0.25 Pa、功率密度5.6 W/cm2
之條件進行成膜。
[實施例2]
將實施例1之導電膜於155℃之熱風烘箱中加熱60分鐘,製作導電膜。
[比較例1]
不進行矽薄膜之成膜及氧化矽薄膜之成膜,以與實施例1相同之條件,製作於PET膜上形成厚度230 nm之鎳薄膜,並與PET膜上相接具備鎳薄膜之導電膜。
[比較例2]
除了將鎳薄膜之厚度改變為180 nm以外,與比較例1相同地製作導電膜。
[比較例3]
除了將鎳薄膜之厚度改變為160 nm以外,與實施例1相同地製作導電膜。
[實施例3]
將比較例3之導電膜於155℃之熱風烘箱中加熱60分鐘,製作導電膜。
[實施例4]
除了代替矽薄膜形成厚度5 nm之金屬鉻薄膜以外,與實施例3相同地,製作於PET膜上介隔作為基底層之鉻薄膜及氧化矽薄膜而具備鎳薄膜之導電膜。鉻薄膜之形成使用金屬鉻靶,導入氬氣作為濺鍍氣體,以壓力0.25 Pa、功率密度0.74 W/cm2
之條件進行成膜。
[實施例5]
將實施例4之導電膜於155℃之熱風烘箱中加熱60分鐘,製作導電膜。
[比較例4]
除了代替矽薄膜形成厚度5 nm之氧化鉻薄膜以外,與實施例3相同地,製作於PET膜上介隔作為基底層之氧化鉻薄膜及氧化矽薄膜而具備鎳薄膜之導電膜。氧化鉻薄膜之形成使用金屬鉻靶,作為濺鍍氣體除了氬氣以外還導入氧氣(O2
/Ar=0.12/1.0),以壓力0.19 Pa、功率密度1.82 W/cm2
之條件進行成膜。
[實施例6]
將比較例4之導電膜於155℃之熱風烘箱中加熱60分鐘,製作導電膜。
[實施例7]
除了代替矽薄膜形成厚度5 nm之摻雜鋁之氧化鋅(AZO)薄膜以外,與實施例3相同地,於PET膜上成膜作為基底層之AZO薄膜及氧化矽薄膜,並於其上成膜鎳薄膜。AZO薄膜之形成使用摻雜氧化鋁之氧化鋅之燒結靶,作為濺鍍氣體除了氬氣以外還導入氧氣(O2
/Ar=0.12/1.0),以壓力0.19 Pa、功率密度1.82 W/cm2
之條件進行成膜。將所獲得之導電膜於155℃之熱風烘箱中加熱60分鐘。
[評估]
<X射線繞射>
使用粉末X射線繞射裝置(RIGAKU製造之「SmartLab」),以下述條件,利用圖2所示之光學系統,使膜面之法線方向為θ=0°實施2θ/θ掃描,測定晶格面之法線朝向鎳薄膜之膜面之(111)面之面間隔。以X射線之照射方向(包含X射線之入射光學系統與受光光學系統之平面)與MD方向(濺鍍成膜時之搬送方向)平行的方式進行MD方向之測定,進而,將試樣台旋轉90°進行TD方向(與MD方向正交之方向)之測定。關於MD方向及TD方向之各者,根據所獲得之X射線繞射圖案之2θ=44.5°附近之繞射峰值(Ni(fcc)之(111)面繞射峰值)之峰值角度,算出(111)面之面間隔。
X射線源:CuKα射線(波長:0.15418 nm),45 KV,200 mA
光學系統:平行光束光學系統
入射狹縫:1.0 mm
入射PSA:0.5°
長邊限制狹縫:10 mm
受光PSA:0.114°
受光狹縫1:20 mm
受光狹縫2:20.1 mm
掃描軸:2θ/θ
步進寬度:0.04°
掃描範圍:40°~46°
<電阻溫度係數(TCR)>
(溫度感測膜之製作)
將導電膜按10 mm×200 mm之尺寸切裁,藉由雷射圖案化,將鎳層圖案加工成線寬為30 μm之條紋形狀,形成圖4A所示之形狀之測溫電阻部。於圖案化時,以整體之配線電阻成為約10 kΩ,測溫電阻部之電阻成為引線部之電阻之30倍之方式,調整圖案之長度,製作溫度感測膜。
(電阻溫度係數之測定)
利用小型加熱冷卻烘箱,使溫度感測膜之測溫電阻部為5℃、25℃、45℃。將引線部之一前端與另一前端連接於測試器,通入恆定電流,讀取電壓,藉此測定各溫度時2個端子之電阻。將根據5℃及25℃時之電阻值而計算出之TCR與根據25℃、45℃時之電阻值而計算出之TCR的平均值設為鎳層之TCR。
[評估結果]
表1表示實施例及比較例之導電膜之積層構成及成膜後之加熱處理條件、以及導電膜之特性(Ni(111)面之面間隔及TCR)。
[表1]
基底層構成 | Ni層 厚度 (nm) | 加熱處理 | Ni(111)面間隔(nm) | TCR (ppm/℃) | |||
MD | TD | 平均 | |||||
實施例1 | Si(5 nm)/SiO2 (10 nm) | 270 | - | 0.20370 | 0.20377 | 0.20373 | 4284 |
實施例2 | Si(5 nm)/SiO2 (10 nm) | 270 | 155℃60分鐘 | 0.20338 | 0.20335 | 0.20336 | 4744 |
比較例1 | - | 230 | - | 0.20407 | 0.20419 | 0.20413 | 3763 |
比較例2 | - | 180 | - | 0.20388 | 0.20427 | 0.20407 | 3579 |
比較例3 | Si(5 nm)/SiO2 (10 nm) | 160 | - | 0.20400 | 0.20418 | 0.20409 | 3926 |
實施例3 | Si(5 nm)/SiO2 (10 nm) | 160 | 155℃60分鐘 | 0.20353 | 0.20372 | 0.20363 | 4246 |
實施例4 | CrO(5 nm)/SiO2 (10 nm) | 160 | 0.20373 | 0.20389 | 0.20381 | 4191 | |
實施例5 | CrO(5 nm)/SiO2 (10 nm) | 160 | 155℃60分鐘 | 0.20341 | 0.20345 | 0.20343 | 4540 |
比較例4 | Cr(5 nm)/SiO2 (10 nm) | 160 | - | 0.20409 | 0.20412 | 0.20411 | 3853 |
實施例6 | Cr(5 nm)/SiO2 (10 nm) | 160 | 155℃60分鐘 | 0.20356 | 0.20349 | 0.20352 | 4278 |
實施例7 | AZO(5 nm)/SiO2 (10 nm) | 160 | 155℃60分鐘 | 0.20350 | 0.20374 | 0.20362 | 4399 |
若著眼於Ni(111)面之面間隔與TCR之關係,則觀察到面間隔越小,則TCR越大之傾向,於面間隔未達0.2040 nm之情形時,可知TCR高於4000 ppm/℃。
由比較例1與比較例2之對比、實施例1與比較例3之對比、及實施例2與實施例3之對比,觀察到鎳薄膜之厚度越大,則Ni(111)面之面間隔越小,TCR越高之傾向。另一方面,由比較例1、2與比較例3、實施例4及比較例4之對比,觀察到即便於鎳薄膜之厚度較小之情形時,藉由於樹脂膜基材與鎳薄膜之間設置基底層,依然有Ni(111)面之面間隔變小,TCR變高之傾向。又,觀察到藉由於成膜後進行加熱處理,而有Ni(111)面之面間隔變小,TCR變高之傾向。
根據比較例3、4及實施例3~7之結果,不僅設置於鎳薄膜之正下方之薄膜,而且設置於其下之薄膜之種類亦對鎳薄膜之結晶性及TCR帶來影響,尤其於基底層為氧化鉻與氧化矽之積層構成之情形時,Ni(111)面之面間隔較小,TCR變高。
由該等結果可知,藉由對樹脂膜基材上形成基底層、增加鎳薄膜之膜厚、鎳薄膜之成膜後之加熱處理等,而獲得鎳之結晶之晶格間隔變小、具有較高之TCR、且對溫度感測膜之應用性優異之導電膜。
1c:結晶
5:樹脂膜
6:硬塗層
9:檢測器
10:鎳薄膜
11:引線部
11a:引線部
11a1:引線部
11a2:引線部
11b:引線部
11b1:引線部
11b2:引線部
12:測溫電阻部
19:連接器
20:基底層
21:薄膜
22:薄膜
50:樹脂膜基材
102:導電膜
110:溫度感測膜
121a:一端
121b:另一端
122:感測器配線
123:感測器配線
圖1係表示導電膜之積層構成例之剖視圖。
圖2係表示用於測定鎳薄膜之面間隔之X射線繞射之光學系統的圖。
圖3係溫度感測膜之俯視圖。
圖4係溫度感測器之測溫電阻部附近之放大圖,A表示二線式之形狀,B表示四線式之形狀。
5:樹脂膜
6:硬塗層
10:鎳薄膜
20:基底層
21:薄膜
22:薄膜
50:樹脂膜基材
102:導電膜
Claims (8)
- 一種溫度感測器用導電膜,其於樹脂膜基材之一主面上具備鎳薄膜,且 上述鎳薄膜之鎳之(111)面之面間隔未達0.2040 nm。
- 如請求項1之溫度感測器用導電膜,其中於上述樹脂膜基材與上述鎳薄膜之間具備無機基底層。
- 如請求項2之溫度感測器用導電膜,其中上述無機基底層包含至少1層矽系薄膜。
- 如請求項2或3之溫度感測器用導電膜,其中上述基底層包含氧化矽薄膜,且上述鎳薄膜與上述氧化矽薄膜相接。
- 如請求項1至3中任一項之溫度感測器用導電膜,其中上述鎳薄膜之厚度為100~500 nm。
- 如請求項1至3中任一項之溫度感測器用導電膜,其中上述鎳薄膜之電阻溫度係數為4000 ppm/℃以上。
- 一種導電膜之製造方法,其係製造如請求項1至6中任一項之導電膜之方法,且 藉由濺鍍法成膜上述鎳薄膜。
- 一種溫度感測膜,其於樹脂膜基材之一主面上具備經圖案化之鎳薄膜, 上述鎳薄膜被圖案化為:測溫電阻部,其被圖案化為細線,用於溫度測定;及引線部,其連接於上述測溫電阻部,被圖案化為較上述測溫電阻部大之線寬;且, 上述鎳薄膜之鎳之(111)面之面間隔未達0.2040 nm。
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