TWI841675B - 溫度感測膜、導電膜及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之用於製作溫度感測膜之導電膜(101)於樹脂膜基材(50)之一主面上具備鎳薄膜(10)。鎳薄膜中之碳原子濃度較佳為1.0×1021 atm/cm3 以下。於鎳薄膜之X射線繞射圖案中，鎳之(111)面之繞射峰之半值寬較佳為0.4°以下。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

溫度感測膜、導電膜及其製造方法
本發明係關於一種於膜基材上具備經圖案化之金屬薄膜之溫度感測膜、及用於製作溫度感測膜之導電膜。
於電子機器中要使用多個溫度感測器。作為溫度感測器，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之複數個部位之溫度之情形時，必須針對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，故而製程變得繁雜。又，要想測定面內之溫度分佈必須於基板上配置多個感測器，此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，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，能夠由1層金屬膜形成測溫電阻部與連接於測溫電阻部之引線部，不需要實施將各個測溫感測器利用配線加以連接之作業。又，由於使用膜基材，故而具有可撓性優異且亦容易應對大面積化之優點。
於將金屬膜圖案化所成之溫度感測器中，經由引線部對測溫電阻部施加電壓，利用金屬之電阻值根據溫度而變化之特性，測定溫度。為了提高溫度測定之精度，較佳為對於溫度變化而發生之電阻變化較大之材料。據專利文獻2所記載，鎳之相對於溫度之感度(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，鎳等金屬表現出溫度越高則電阻越大之特性(正特性)，就塊狀鎳而言，隨著溫度上升而發生之電阻之變化率(電阻溫度係數；TCR)約為6000 ppm/℃。另一方面，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。
本發明者們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，結果判明：電阻溫度係數(TCR)為塊狀鎳之一半以下，無法獲得足以作為溫度感測膜而使用之溫度測定精度。又，存在設置有形成於樹脂膜基材上之鎳薄膜之溫度感測膜隨著使用而電阻溫度係數大幅度變化之情形。
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。又，本發明之目的在於，提供一種金屬薄膜之電阻溫度係數之穩定性較高之導電性膜及溫度感測膜。 [解決問題之技術手段]
本發明者們發現鎳薄膜中之碳原子量及鎳薄膜之結晶性與電阻溫度係數密切相關，以至完成了本發明。
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中之碳原子濃度較佳為1.0×1021 atm/cm3 以下。鎳薄膜係藉由濺鍍法而形成。於鎳薄膜之X射線繞射圖案中，(111)面之繞射峰之半值寬較佳為0.8°以下。
藉由將該導電膜之鎳薄膜圖案化，可形成溫度感測膜。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。亦可於引線部連接連接器，而經由連接器與外部電路進行連接。
導電膜及溫度感測膜之鎳薄膜之比電阻較佳為1.6×10-5 Ω・cm以下。鎳薄膜之電阻溫度係數較佳為3000 ppm/℃以上。鎳薄膜之厚度較佳為20～500 nm。亦可於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無機材料。 [發明之效果]
藉由設置於膜基材上之鎳薄膜中之碳原子濃度較小，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。藉由鎳薄膜之(111)面之繞射峰之半值寬較小，可形成加熱時之穩定性優異之溫度感測膜。
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101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2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。
＜膜基材＞ 樹脂膜基材50可透明亦可不透明。作為樹脂材料，可列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。亦可於樹脂膜基材之表面設置易接著層、抗靜電層、硬塗層等。又，亦可對樹脂膜基材50之表面以提高與鎳薄膜10(或基底層20)之密接性等為目的而實施電暈放電處理、紫外線照射處理、電漿處理、濺鍍蝕刻處理等處理。
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，薄膜之覆蓋變得良好，會形成緻密之膜，從而存在鎳薄膜10之比電阻變小之傾向。算術平均粗糙度Ra可根據使用掃描式探針顯微鏡所得之1 μm見方之觀察像來求出。
＜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。
藉由鎳薄膜10之碳原子濃度為1×1021 atm/cm3 以下，存在電阻溫度係數(TCR)變大之傾向，溫度感測膜之溫度測定精度提高。鎳薄膜10之碳原子濃度較佳為8.0×1020 atm/cm3 以下，更佳為3.0×1020 atm/cm3 以下，進而更佳為1.0×1020 atm/cm3 以下。
由於存在鎳薄膜10之碳原子濃度越小則TCR越大之傾向，故而碳原子濃度越小越好。於在玻璃基板上形成鎳薄膜之情形時，可使碳原子濃度降低至1×1018 atm/cm3 左右或1×1018 atm/cm3 以下。另一方面，於在樹脂膜基材上形成鎳薄膜之情形時，由於來自樹脂膜之碳原子之混入不可避免，故而碳原子濃度一般為1.0×1018 atm/cm3 以上。鎳薄膜10之碳原子濃度亦可為5.0×1018 atm/cm3 以上或1.0×1019 atm/cm3 以上。
鎳薄膜之碳原子濃度可藉由二次離子質譜分析法(SIMS)之深度剖面測定來求出，將厚度方向中央之碳原子濃度設為鎳薄膜之碳原子濃度。
鎳薄膜10之厚度並不特別限定，但自低電阻化之觀點(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之溫度25℃時之比電阻較佳為1.6×10-5 Ω・cm以下，更佳為1.5×10-5 Ω・cm以下。自使引線部之電阻變小之觀點而言，鎳薄膜之比電阻越小越好，亦可為1.2×10-5 Ω・cm以下或1.0×10-5 Ω・cm以下。存在鎳薄膜中之碳原子濃度越小則比電阻越小之傾向。又，於成為鎳薄膜之成膜基底之樹脂膜基材50之表面算術平均粗糙度Ra較小之情形時，存在鎳薄膜10之比電阻變小之傾向。雖然鎳薄膜之比電阻越小越好，但難以使比電阻較塊狀鎳更小，比電阻一般為7.0×10-6 Ω・cm以上。
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係隨著溫度上升而發生之電阻之變化率。鎳具有電阻隨著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越大則對於溫度變化而發生之電阻變化越大，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。
如上所述，藉由使鎳薄膜中之碳原子量變小，存在TCR增加之傾向。藉由使碳原子濃度變小會使TCR增大之理由尚不確定，但據推定，由混入至鎳薄膜中之碳原子所致之載子散射給TCR帶來了影響。
物質之電阻值受物質中之載子密度與載子遷移率影響，載子密度越小、載子遷移率越小，則電阻越大。鎳等金屬由於富有自由電子，故而載子密度之影響較小，載子遷移率成為支配電阻之主要原因。作為給載子遷移率帶來影響之主要原因，可列舉由晶格振動所致之載子散射、由雜質或晶格缺陷所致之載子散射。
隨著溫度上升，晶格振動(熱振動)變大，會妨礙到自由電子之移動，故而載子遷移率變小。因此，具有正特性之材料於室溫附近，電阻隨著溫度上升而線性增大。另一方面，由雜質或晶格缺陷所致之載子散射與由晶格振動所致之載子散射相比，溫度之影響較小。認為若起因於雜質或晶格缺陷之載子散射增加，則起因於晶格振動之載子散射之比率、及隨之發生之電阻變化變小，TCR變小。
於鎳薄膜中，除了碳以外亦包含氫、氧、氮等雜質，但碳(C4- 之離子半徑：2.60Å)與氫(H- 之離子半徑：1.54Å)、氧(O2- 之離子半徑：1.35Å)及氮(N3- 之離子半徑：1.46Å)相比，離子半徑較大。因此，鎳薄膜中所包含之碳容易成為載子散射因子，隨著碳量之增加，起因於雜質或晶格缺陷之載子散射增大，電阻之溫度依存變小，認為此將成為使TCR降低之原因。
鎳薄膜於將CuKα射線(波長：1.541Å)設為X射線源之X射線繞射圖案中，於2θ＝43°附近出現面心立方晶格之(111)面之繞射峰。鎳之(111)面之繞射峰之半值寬較佳為0.8°以下，更佳為0.6°以下，進而更佳為0.4°以下。鎳之(111)面之繞射峰之半值寬亦可為0.35°以下或0.30°以下。鎳之(111)面之繞射峰之半值寬亦可為0.10°以上、0.15°以上或0.20°以上。
存在鎳薄膜10之(111)面繞射峰之半值寬越小則TCR越大之傾向。存在鎳薄膜中之碳原子濃度越小則X射線繞射峰之半值寬越小之傾向。由於作為雜質元素之碳原子成為阻礙鎳薄膜結晶生長之主要原因，故而認為碳原子濃度越小結晶性越高，從而TCR變大。又，認為結晶性越高由缺陷所致之載子散射越少亦有助於提高TCR。
於鎳薄膜10之(111)面繞射峰之半值寬為0.4°以下之情形時，存在加熱可靠性提高之傾向，可獲得在長時間暴露於高溫環境下之情形時電阻值及TCR之變化較小之導電膜。X射線繞射峰之半值寬與微晶之大小存在相關性，表現為半值寬越小則微晶越大，結晶更加生長。作為於X射線繞射峰之半值寬較小之情形時加熱可靠性提高之推定理由，可列舉加熱環境下結晶性之變化較小。
於鎳之(111)面繞射峰之半值寬為1°左右之情形時，結晶性較低，即便加熱鎳薄膜，結晶亦幾乎不生長，故而由加熱所致之電阻變化較小。於(111)面繞射峰之半值寬為0.8°左右之情形時，包含較多未生長之微晶，藉由加熱，微晶生長，鎳薄膜低電阻化，據推定此為電阻變化之原因所在。另一方面，若(111)面繞射峰之半值寬為0.4°以下，則微晶已充分生長，故而難以發生由加熱所致之結晶生長及隨著結晶生長而發生之電阻變化，認為可靠性優異。
鎳薄膜10之表面算術平均粗糙度Ra例如為1～20 nm左右。存在表面算術平均粗糙度Ra隨著鎳薄膜之結晶生長而變大之傾向。鎳薄膜表面之Ra亦可為2 nm以上或3 nm以上。鎳薄膜10之表面算術平均粗糙度較佳為大於基材之表面算術平均粗糙度。
＜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。尤其是藉由使用卷對卷式濺鍍裝置一面使長條之樹脂膜基材於長度方向連續地移動一面進行成膜，導電膜之生產性提高。
較佳為於向濺鍍裝置內裝填卷狀之膜基材之後且開始濺鍍成膜之前，形成將濺鍍裝置內排氣並將自膜基材產生之有機氣體等雜質去除之氣體環境。藉由事前將裝置內及膜基材中之氣體去除，存在鎳薄膜中之碳原子濃度降低之傾向。開始濺鍍成膜前之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，一面將氬氣等惰性氣體導入一面進行成膜。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膜基材之有機氣體等之碳混入之方式選擇成膜條件。作為降低鎳薄膜中之碳量之方法，可列舉：(1)如上所述，濺鍍成膜前於真空下對膜基材進行處理，將膜基材中之有機氣體等去除；(2)減少濺鍍成膜時對膜基材造成之損傷；(3)於膜基材上設置基底層，而對來自膜基材之有機氣體等進行阻隔等。
作為減少濺鍍成膜時對膜基材造成之損傷之方法，可列舉降低成膜時之基板溫度、降低放電功率密度等。例如，於在膜基材上直接形成鎳薄膜之情形時，自抑制自膜基材產生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。
如下所述，於在膜基材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膜基材之有機氣體等進行阻隔之作用。因此，鎳薄膜成膜時之基板溫度能夠於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薄膜之結晶性越高，(111)面之繞射峰之半值寬越小之傾向。因此，於在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。
自膜基材之抗脆化等觀點而言，基板溫度較佳為-30℃以上。自使電漿放電穩定且抑制對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 。
＜基底層＞ 如圖2所示，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，可對自樹脂膜基材50產生之水分或有機氣體等進行阻隔，從而抑制碳原子混入至鎳薄膜10中。又，藉由於基底層20上形成鎳薄膜10，存在鎳薄膜之結晶生長得到促進之傾向。
自抑制碳混入至鎳薄膜中之觀點而言，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為導電性之無機材料(無機導電體)之情形時，只要於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為絕緣性之無機材料(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，可列舉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。於基底層為氧化物之情形時，基底層之材料可為氧化鎳。自相對於樹脂膜基材及鎳薄膜兩者之密接性優異且抑制碳混入至鎳薄膜中之效果較高從而可促進鎳薄膜之結晶生長之觀點而言，作為基底層之材料，較佳為矽或氧化矽。亦可於矽層之上形成氧化矽層來作為基底層。
基底層亦可包含複數層。例如，亦可於無機導電體之上形成無機介電體並於其上形成鎳薄膜來作為基底層。於該形態中，由於介電體層與鎳薄膜相接，故而於製作溫度感測膜時，無須將基底層20圖案化。
基底層之厚度並不特別限定。自減少對膜基材造成之電漿損傷及提高對來自膜基材之釋氣進行阻隔之效果之觀點而言，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、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。於基底層20包含複數層之情形時，合計厚度較佳為上述範圍。
基底層20之形成方法並不特別限定，可採用乾式塗佈、濕式塗佈任一者。於藉由濺鍍法形成鎳薄膜之情形時，自生產性之觀點而言，較佳為亦藉由濺鍍法形成基底層20。
採用濺鍍法形成基底層之形成條件並不特別限定，只要根據材料之種類等適當設定即可。於氧化物薄膜之形成中，可使用金屬靶，亦可使用氧化物靶。自成膜速度較大之觀點而言，較佳為使用金屬靶藉由反應性濺鍍形成氧化物薄膜。
存在基底層之成膜條件或特性給形成於基底層上之鎳薄膜之結晶性帶來影響之情形。例如，於形成矽層與氧化矽層來作為基底層之情形時，存在將該等基底層濺鍍成膜時之磁場越強(磁通密度越大)，則形成於其上之鎳薄膜之(111)面之峰半值寬越小之傾向。藉由濺鍍法將基底層成膜時之靶表面之磁通密度較佳為20 mT以上，更佳為35 mT以上，進而更佳為45 mT以上，特佳為55 mT以上。
＜加熱處理＞ 於成膜出鎳薄膜之後，亦可實施加熱處理。藉由將於膜基材上具備鎳薄膜之導電膜加熱，存在鎳之結晶性提高，隨之(111)面之峰半值寬變小，熱穩定性提高之傾向。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3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，且伴隨著溫度變化而發生之電阻變化量亦越大，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。
上述實施形態中，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。該實施形態中，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之複數個部位之溫度之溫度感測器元件。
上述實施形態中，於膜基材之一主面上設置鎳薄膜，但亦可於膜基材之兩面設置鎳薄膜。又，亦可於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，亦能夠應用於曲面。又，由於鎳薄膜之碳量較少，TCR較大，故而能夠實現精度更高之溫度測定。 [實施例]
以下，列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。
[評估方法] ＜含碳量＞ 使用四極型二次離子質譜分析裝置(ULVAC-PHI製造之「PHI ADEPT-1010」)，以一次離子種：Cs+ 、加速能量：2.0 keV、掃描區域：300 μm×300 μm、檢測區域：100 μm×100 μm之條件，藉由二次離子質譜分析法(SIMS)，測定自導電膜之表面(鎳層之表面)往深度方向之濃度分佈(深度剖面)。將Ni濃度為1×1019 atm/cm3 以上之區域設為Ni層，將其厚度方向中央之碳原子之濃度設為鎳層之含碳量。
＜比電阻＞ 於溫度為25℃、相對濕度為50%之環境下，使用電阻率計(三菱化學ANALYTECH製造之「Loresta GP MCP-T610」)，藉由四探針法測定表面電阻，根據表面電阻與厚度之積，算出鎳層之比電阻。鎳層之厚度係藉由穿透式電子顯微鏡(日立高新技術製造，「HF-2000」)進行剖面觀察而測定。
＜表面形狀＞ 使用原子力顯微鏡(Bruker製造之「Dimension3100」)，以下述條件測定鎳層之三維表面形狀，並抽出長度為1 μm之粗糙度曲線，根據JIS B0601，算出算術平均粗糙度Ra。 控制器：NanoscopeV 測定模式：輕敲模式 懸臂梁：Si單晶 測定視野：1 μm×1 μm
＜X射線繞射＞ 使用粉末X射線繞射裝置(RIGAKU製造之「RINT-2000」)，以下述條件，藉由面外(out-of-plane)法，實施X射線繞射測定，根據所獲得之X射線繞射圖案，求出2θ＝43°附近之繞射峰(Ni(fcc)之(111)面繞射峰)之半值寬。 X射線源：CuKα射線(波長：1.541Å)，40 KV，40 mA 光學系統：平行光束光學系統 發散狹縫：0.05 mm 受光狹縫：索勒狹縫
＜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，製作出溫度感測膜。
(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℃之電阻值而計算出之TCR與根據25℃、45℃之電阻值而計算出之TCR的平均值設為鎳層之TCR。
＜加熱耐久試驗＞ 將測定TCR之後之溫度感測膜投入至80℃之熱風烘箱，於240小時後及500小時後將其自烘箱取出，測定5℃、25℃及45℃時2個端子之電阻，算出TCR。關於TCR及25℃之電阻值，根據初始值(投入至烘箱之前)求出變化率。
[比較例1] 於卷對卷式濺鍍裝置內，設置厚度為150 μm之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜(表面算術平均粗糙度Ra：1.6 nm)之捲筒，將濺鍍裝置內排氣至到達真空度達到5.0×10-3 Pa為止之後，導入氬氣，以基板溫度為150℃、壓力為0.3 Pa、功率密度為5.6 W/cm2 之條件進行DC(direct current，直流)濺鍍成膜，製作出於PET膜上具備厚度為70 nm之Ni層之導電膜。於Ni層之形成中，使用金屬鎳靶。鎳靶表面之磁通密度為100 mT。
[實施例1] 除了將基板溫度變更為0℃以外，其他與比較例1相同地製作出導電膜。
[實施例2] 於PET膜上，依次濺鍍成膜出厚度為5 nm之矽層、及厚度為10 nm之氧化矽層來作為基底層，於其上以與比較例1相同之條件形成Ni層，製作出於PET膜上具備Si層(5 nm)、SiO2 層(10 nm)、Ni層(70 nm)之導電膜。於Si層及SiO2 層之形成中，使用摻雜B之Si靶。Si層係藉由導入氬氣作為濺鍍氣體，以基板溫度為150℃、壓力為0.3 Pa、功率密度為1.0 W/cm2 之條件採用DC濺鍍而成膜。SiO2 層係藉由除了作為濺鍍氣體之氬氣以外進而導入氧氣作為反應性氣體(O2 /Ar＝1.0)，以基板溫度為150℃、壓力為0.3 Pa、功率密度為1.8 W/cm2 之條件採用DC濺鍍而成膜。Si靶表面之磁通密度為100 mT。
[實施例3] 除了將鎳層之厚度變更為140 nm以外，其他與實施例2相同地製作出導電膜。
[實施例4] 變更形成Si層及SiO2 層時之磁體，並以Si靶表面之磁通密度為30 mT之條件實施成膜。又，將各層成膜時之基板溫度變更為75℃，將鎳層之厚度變更為160 nm。除了該等變更以外，其他與實施例2相同地製作出導電膜。
[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，製作出導電膜。
[實施例6] 於實施例2中，變更形成Si層時之磁體，並以Si靶表面之磁通密度為30 mT之條件實施成膜。於實施例6中，不形成氧化矽層，於矽層上形成鎳層，製作出於PET膜上具備Si層(5 nm)及Ni層(70 nm)之導電膜。
[實施例1～6及比較例1之評估結果] 將實施例1～6及比較例1之導電膜之積層構成、製造條件(基板溫度、基底層之構成及成膜時之磁通密度、鎳層之膜厚、成膜後之加熱處理條件)、以及鎳層之特性(含碳量、TCR及比電阻)之評估結果示於表1。
[表1]
   基板溫度(℃) 基底層 Ni層 加熱處理 Ni層特性
構成 磁通密度(mT) 膜厚(nm) 含C量(×1019 atm/cm3 ) TCR (ppm/℃) 比電阻(×10-6 Ω•cm)
實施例1 0 - 70 - 74.2 3095 14.8
實施例2 150 Si(5 nm)/ SiO2 (10 nm) 100 70 - 14.1 4102 11.1
實施例3 150 Si(5 nm)/ SiO2 (10 nm) 100 140 - 6.7 4400 9.9
實施例4 75 Si(5 nm)/ SiO2 (10 nm) 30 160 - 2.1 4112 11.1
實施例5 75 Si(5 nm)/ SiO2 (10 nm) 30 160 155℃ 60分鐘 2.6 4829 8.5
實施例6 150 Si(5 nm) 30 70 - 5.5 4029 11.1
比較例1 150 - 70 - 112 2785 16.4
於在PET膜基材上以150℃之基板溫度成膜出鎳層之比較例1中，碳量超過1×1021 atm/cm3 ，TCR低於3000 ppm/℃。另一方面，於將基板溫度設為0℃之實施例1中，鎳層中之碳量減少，TCR增加。認為：於實施例1中，藉由以低溫實施濺鍍成膜，來自PET膜基材之有機氣體之產生量降低，取入至鎳層之碳量減少，TCR增加。
於在PET膜基材上形成基底層並於其上成膜出鎳層之實施例2～6中，與實施例1相比，碳量進而減少，隨之TCR增加。根據該等結果可知，藉由調整成膜鎳層時之成膜條件或形成基底層，可形成碳自膜基材向鎳層之混入量降低，隨之TCR變大之鎳層。
[實施例7] 將實施例3之導電膜於155℃之熱風烘箱中加熱60分鐘，製作出導電膜。
[實施例8] 將實施例4之導電膜於155℃之熱風烘箱中加熱60分鐘，製作出導電膜。
[實施例1～8及比較例1之評估結果] 將實施例1～8及比較例1之導電膜之積層構成、製造條件、鎳層之特性(算術平均粗糙度Ra、Ni(111)面繞射峰之半值寬及TCR)、以及加熱耐久試驗後之TCR之變化率示於表2。又，將實施例4及實施例7之導電膜之X射線繞射圖案示於圖5。
[表2]
   基板溫度(℃) 基底層 Ni層 加熱處理 Ni層特性(初始) 加熱耐久試驗 電阻變化率 加熱耐久試驗 TCR變化率
構成 磁通密度(mT) 膜厚(nm) Ra (nm) Ni(111)半值寬 TCR (ppm/℃) 240 H 500 H 240 H 500 H
實施例1 0 - 70 - 3.2 0.73 3095 -0.6% -0.3% -0.4% 0.0%
實施例2 150 Si(5 nm)/ SiO2 (10 nm) 100 70 - 7.4 0.39 4102 0.5% 0.2% 0.3% 0.4%
實施例3 150 Si(5 nm)/ SiO2 (10 nm) 100 140 - 7.9 0.32 4400 -1.0% -1.4% 0.8% 1.7%
實施例7 150 Si(5 nm)/ SiO2 (10 nm) 100 140 155℃ 60分鐘 7.9 0.28 4590 -0.1% -0.2% 0.1% 0.2%
實施例4 75 Si(5 nm)/ SiO2 (10 nm) 30 160 - 2.7 0.42 4112 -11.0% -12.5% 8.8% 11.0%
實施例8 75 Si(5 nm)/ SiO2 (10 nm) 30 160 155℃ 15分鐘 3.2 0.30 4666 -1.5% -1.5% 1.3% 1.3%
實施例5 75 Si(5 nm)/ SiO2 (10 nm) 30 160 155℃ 60分鐘 3.9 0.26 4829 -0.3% -0.5% 0.3% 0.5%
實施例6 150 Si(5 nm) 30 70 - 2.8 0.35 4029 0.1% 0.7% -0.7% -0.9%
比較例1 150 - 70 - 2.6 1.04 2785 0.2% 0.2% -1.4% -1.3%
於在PET膜基材上以150℃之基板溫度成膜出鎳層之比較例1中，鎳之(111)面峰之半值寬超過1°，而相對於此，於將基板溫度設為0℃之實施例1中，與比較例1相比，半值寬變小，TCR增加。認為：於實施例1中，藉由碳之混入量減少，促進了鎳之結晶化。
於在PET膜基材上形成基底層並於其上成膜出鎳層之實施例2～8中，與實施例1相比，鎳之(111)面峰之半值寬進而變小，隨之TCR增加。
於實施例4之溫度感測膜中，加熱耐久試驗後，電阻值降低10%以上，TCR亦大幅度變化，加熱穩定性並不充分。於將以與實施例4相同之條件製作出之導電膜以155℃加熱處理15分鐘之實施例8中，與實施例4相比，Ra變大，鎳之(111)面峰之半值寬變小。實施例8之溫度感測膜與比較例4相比，加熱耐久試驗後之電阻變化變小，穩定性提高。於將155℃下之加熱時間變更為60分鐘之實施例5中，與實施例8相比，鎳之(111)面峰之半值寬進而變小，加熱耐久試驗後之電阻變化變小。
根據該等結果可知，藉由於成膜出鎳層之後實施加熱處理，鎳微晶之尺寸變大，得以謀求低電阻化及高TCR化，並且加熱穩定性提高。
於提高了基板溫度之實施例2及實施例3中，與實施例4相比，鎳之(111)面峰之半值寬變小，加熱穩定性提高。認為：於實施例2及實施例3中，基底層成膜時之磁通密度較高亦有助於(111)面峰之半值寬減少(結晶性提高)。於將以與實施例3相同之條件製作出之導電膜以155℃加熱處理60分鐘之實施例7中，與實施例3相比，鎳之(111)面峰之半值寬變小，加熱穩定性提高。實施例3中，於剛成膜之後之階段(加熱處理尚未實施)，鎳之(111)面之峰半值寬已充分小，故而由加熱處理實現之穩定性提高效果(實施例7中之穩定性提高效果)不如將實施例4與實施例8加以對比時那般明顯。
於僅形成Si層作為基底層並於Si層上形成鎳層之實施例6中，鎳之(111)面之峰半值寬亦較小，溫度感測膜具有優異之加熱穩定性。
根據以上結果，就鎳層之X射線繞射峰寬度較小之導電膜而言，TCR較高，且即便在長時間暴露於高溫環境下之情形時電阻及TCR之變化率亦較小，作為溫度感測膜有用。
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 50:膜基材 101:導電膜 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係表示導電膜之積層構成例之剖視圖。 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。 圖5係實施例之導電膜之X射線繞射圖案。
10:鎳薄膜
50:膜基材
101:導電膜

Claims (7)

  1. 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，且上述鎳薄膜於X射線繞射圖案中，鎳之(111)面之繞射峰之半值寬為0.8°以下，且膜中之碳原子濃度為1.0×1021atm/cm3以下。
  2. 如請求項1之溫度感測器用導電膜，其中上述鎳薄膜之比電阻為1.6×10-5Ω‧cm以下。
  3. 如請求項1或2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3000ppm/℃以上。
  4. 如請求項1或2之溫度感測器用導電膜，其中上述鎳薄膜之厚度為20~500nm。
  5. 如請求項1或2之導電膜，其於上述樹脂膜基材與上述鎳薄膜之間具備無機基底層。
  6. 一種導電膜之製造方法，其係製造如請求項1至5中任一項之導電膜之方法，且藉由濺鍍法將上述鎳薄膜成膜。
  7. 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；且上述鎳薄膜於X射線繞射圖案中，鎳之(111)面之繞射峰之半值寬為0.8°以下，且膜中之碳原子濃度為1.0×1021atm/cm3以下。
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