JP2003247897A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、電極面と引出線を確実に接続する方
法を提供し、接続強度に優れた温度センサを提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】本発明の温度センサは、絶縁基板の一表面
上に形成された感熱膜と一対の電極膜とからなる薄膜セ
ンサチップと、該薄膜センサチップの前記電極膜に電気
的に接続された引出線とで構成された温度センサにおい
て、前記絶縁基板の前記電極膜に隣接する部分に挿入溝
を設け、該挿入溝に前記引出線を各々挿入し、接合材に
よって前記電極膜と前記引出線を電気的に接続固定した
後、前記絶縁基板の感熱膜側の全面を保護層によって被
覆したものによる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、温度センサの構造
に関し、詳しくは薄膜センサチップにリード線を取り付
けるためのセンサの構造に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、温度センサの感熱部に用いられる
センサチップとして一般によく知られているものには、
マンガン、コバルト、ニッケル等の金属酸化物の粉末成
形体を焼結したサーミスタチップがある。このサーミス
タチップを用いた温度センサは、チップの表裏面に電極
が形成されていて、この電極面に半田付け等によってリ
ード線を取り付けた構造のものである。このような構造
の温度センサは、サーミスタチップの形状を小さくする
ことによって、熱応答性に優れた温度センサとして利用
することができるものである。

【０００３】しかし、上記のように作製された金属酸化
物の焼結体からなるサーミスタチップは、形状寸法を小
さくするのに限界があるために、薄膜・厚膜技術を用い
た薄膜温度センサが開発され実用化されるようになっ
た。このような薄膜温度センサは、上記の金属酸化物の
焼結体からなるチップに比べて熱容量が小さいために熱
応答性に優れている。そして、このような薄膜温度セン
サは、図６に示すように、絶縁基板４１上に感熱膜４２
と電極４３をスパッタ法などによって形成した後、一表
面上に形成された電極４３面に引出線４４を半田や導電
接着剤のような接合材４５で取り付けて接続した構造の
ものである。

【０００４】また、図７に示すように、薄膜温度センサ
を構成する絶縁基板５１に引出線５４を固定するための
孔５７を予め設けた構造のセンサも知られている。この
薄膜温度センサは、絶縁基板の裏面側から孔５７に引出
線５４を挿入して、絶縁基板の表面に形成されている電
極面まで露出させて、電極面側で導電ペーストや半田な
どの接合材５５で固定する方法である。この構造の薄膜
温度センサは、引出線５４が絶縁基板に設けられた孔５
７挿入固定されるので、引出線の引張り強度が強いのと
孔が形成されていることで、引出線を電極面に正確に位
置決めできるために接続不良等が発生しにくい利点があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すような構造の従来の薄膜温度センサでは、引出線と
センサチップとを接合する場合、電極４３面に引出線４
４が線接触するように位置決め固定しておき、接合材４
５によってその周囲を包み込むように塗布して接着固定
されているために、接着面に対して垂直方向に引出線４
４を引っ張ると、電極４３と絶縁基板４１との接着力が
弱いために、接着固定された部分が電極面から剥離して
しまい断線や接触不良等を生じることがあった。

【０００６】また、薄膜温度センサの電極４３面に引出
線４４を接続するときに、形状が小さいために引出線４
４を電極４３面上に位置決めすることが難しく、接合材
４５の適切な塗布ができなかったり、さらに接合材の塗
布量のばらつき等の原因による接合不良から、結果的に
電気的な接続不良が発生することもあった。

【０００７】さらに、接合材４５を塗布乾燥する工程に
おいても、引出線４４が接着する電極面から動かないよ
うに取り扱いに十分注意する必要があって作業効率が悪
くなってしまう欠点があった。

【０００８】また、図７に示した薄膜温度センサにおい
ては、電極５３面に引出線５４を固定するために絶縁基
板５１の電極５３の部分に孔５７を設けているが、孔５
７は引出線５４の線径に近い寸法であるために、引出線
５４を孔５７に挿入する作業は難しく、さらに引出線５
４を絶縁基板５１の裏面側の孔から挿入して表面で固定
するために作業し難く作業性が悪い等の問題があった。

【０００９】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、電極面と引出線を確実に接続す
る方法を提供し、接続強度に優れた温度センサを提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明にかかる温度
センサは、絶縁基板の一表面上に形成された感熱膜と一
対の電極膜とからなる薄膜センサチップと、該薄膜セン
サチップの前記電極膜に電気的に接続された引出線とで
構成された温度センサにおいて、前記絶縁基板の前記電
極膜に隣接する部分に挿入溝を設け、該挿入溝に前記引
出線を各々挿入し、接合材によって前記電極膜と前記引
出線を電気的に接続固定した後、前記絶縁基板の感熱膜
側の全面を保護層によって被覆したことを特徴とする温
度センサである。

【００１１】また、第２の発明にかかる温度センサは、
第１の発明において、前記引出線の一端に屈曲部を形成
し、該屈曲部が前記絶縁基板の側面に当接するように前
記挿入溝に前記引出線を各々挿入し、接合材によって前
記電極膜と前記引出線を電気的に接続固定したことを特
徴とする温度センサである。

【００１２】また、第３の発明にかかる温度センサは、
第１、２の発明において、前記二つの挿入溝が略平行に
設けられていることを特徴とする温度センサである。

【００１３】また、第４の発明にかかる温度センサは、
第１乃至第３の発明において、前記引出線がリードフレ
ーム状に形成されていることを特徴とする温度センサで
ある。

【００１４】また、第５の発明にかかる温度センサは、
第１乃至第４の発明において、前記挿入溝の幅を前記引
出線の幅と同じかあるいは僅かに狭く形成することを特
徴とする温度センサである。

【００１５】

【作用】第１の発明にかかる温度センサは、絶縁基板上
に形成された挿入溝に引出線を挿入して電極膜と電気的
に接続固定した構造であり、前記引出線は、前記挿入溝
に少なくとも半分以上埋設した状態で確実に固定されて
いるために、引出線に加わる引張り力や、あるいは剥離
力に十分に耐える構造とすることができる。

【００１６】また、第２の発明にかかる温度センサは、
引出線の先端部分に屈曲部を設けることによって、引出
線固定作業時の軸方向への引張り力による引出線の抜け
を防止できる効果がある。

【００１７】また、第３の発明にかかる温度センサは、
平行に形成された前記挿入溝に挿入する引出線を同一方
向に引き出せばラジアルタイプの温度センサとすること
ができるし、また引出線を互いに反対方向に引き出せば
アキシャルタイプ構造の温度センサを作ることができ
る。

【００１８】さらに、第４の発明にかかる温度センサ
は、前記引出線をリードフレーム状に形成することによ
って、前記引出線寸法及び配列寸法精度を高められるた
めに自動化が容易で量産性に優れた温度センサを生産で
きる。

【００１９】また、第５の発明にかかる温度センサは、
前記挿入溝の幅寸法を前記引出線の幅（直径）と同じか
僅かに狭く形成することで、前記挿入溝に前記引出線を
押し込んだときに、前記挿入溝の内壁と前記引出線との
摩擦によって機械的に固定できるために、その後の電極
膜との固定接続作業がし易くなる利点がある。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の温度センサの斜視図、図２〜図５は組立図であ
る。本発明の温度センサ１は、絶縁基板１１上に形成さ
れた感熱膜１２と、周囲の温度変化を検知して前記感熱
膜１２の抵抗変化を信号として取り出す一対の電極膜１
３と、該電極膜１３に隣接して形成された二つの挿入溝
１１ａとを有するセンサチップと、前記挿入溝１１ａに
引出線１４を各々挿入して電極膜１３と引出線１４とを
接合材１５によって電気的に接続固定し、前記絶縁基板
の感熱膜が形成された側の全面を保護層１６によって被
覆した構造である。

【００２１】ここで、絶縁基板１１は、アルミナ、サフ
ァイア、ジルコニア、窒化アルミなどの耐熱性、電気絶
縁性に優れた材料が使われる。基板の厚みは、熱伝導率
と機械的強度を考慮して、例えばアルミナ基板であれば
１５０μｍ〜４００μｍ程度が好ましい。また、感熱膜
１２は、マンガン、ニッケル、銅、コバルト、鉄などの
金属酸化物の混合体からなるターゲットを用い、公知の
スパッタ法などによって絶縁基板１１上にスバッタ形成
された薄膜サーミスタ膜からなる。電極膜１３は、プラ
チナ、ニッケル、金、銀などの金属からなるターゲット
を用い、公知のスパッタ法などによって絶縁基板１１上
に上記金属の単層あるいは組み合わせで形成される。ま
た、引出線１４に用いられる材料としては、線径１００
μｍ程度のジュメット線、銅覆鋼線（ＣＰ線）、ニッケ
ルメッキ線などが適している。接合材１５としては、金
ペースト、銀ペーストあるいはパラジウム−銀ペースト
などを接合部分に塗布し、乾燥した後に加熱焼成して形
成される。また保護層１６は、ガラス粉末と樹脂とが混
合されたガラスペーストを用いてセンサチップの一面に
塗布乾燥した後に加熱焼成して形成されたものである。

【００２２】次に、本発明温度センサの組立過程を図２
〜図５を参照して説明する。

【００２３】先ず、両辺約７５ｍｍ、厚み約２５０μｍ
のアルミナ基板１１を用いて、公知のスパッタ法などの
方法で薄膜サーミスタ膜からなる感熱膜１２と、感熱膜
１２の抵抗変化を取り出す出力端子としての電極膜１３
が形成される。前述したように、感熱膜１２としては、
金属酸化物からなるサーミスタ膜が、また電極膜１３と
しては、例えば白金が用いられる。これら感熱膜と電極
膜の構成の一例については、本出願人が以前に出願した
特開平８−２７１３３２号に開示されている。図２
（ａ）は、前記アルミナ基板１１上に多数の感熱膜１２
と電極膜１３からなる薄膜サーミスタをアレイ状に形成
された基板の一部分を示す図である。次に、ダイシング
装置を用いて基板１１上の所望の部分に幅約１００μ
ｍ、深さ約８０μｍの挿入溝１１ａを形成する。挿入溝
１１ａの幅や深さは、上記条件以外に使用される引出線
１４の線径によって適宜決定すればよい。

【００２４】なお、絶縁基板１１に前記挿入溝１１ａが
予め形成された基板を用いてもよいことはもちろんであ
る。

【００２５】次に、個々の薄膜センサチップを得るため
に、基板１１は図２の点線に示すようにダイシング装置
によって切断される。本実施例では約１．０×０．５ｍ
ｍの寸法に各々切断された。図２（ｂ）は切断された薄
膜センサチップの斜視図である。

【００２６】次に、図３（ａ）に示すように、個々に切
断された薄膜センサチップの挿入溝１１ａに、直径約１
００μｍのジュメット線からなる引出線１４を挿入す
る。このとき、挿入溝１１ａの幅とジュメット線の直径
を１００μｍとするか、あるいは挿入溝１１ａの幅をジ
ュメット線の直径よりも若干狭い９０〜１００μｍに形
成することで、引出線挿入時の機械的な摩擦によって前
記引出線を仮固定できるために、その後の導電ペースト
による固定が容易となる。上記のように、引出線１４を
仮固定後、挿入溝１１ａ周辺に金ペーストを塗布・乾燥
して約６００℃〜７００℃で約１０分〜２０分焼き付け
ることによって、電極膜１３と引出線１４とを電気的に
接続するとともに、引出線１４を挿入溝１１ａに接着固
定させることができる。

【００２７】次に、図３（ｂ）に示すように、引出線１
４が挿入溝１１ａに接着固定された絶縁基板１１の感熱
膜が形成されている側の全面にガラスペーストを塗布乾
燥し、約６００℃〜７００℃で約１０分〜２０分焼き付
けて保護層を形成する。このように保護層を形成するこ
とで、引出線の接着固定を確実にするとともに、感熱膜
１２の周囲雰囲気に対する保護の役目を果たすことがで
き温度センサとしての信頼性を高められる。また、ガラ
スペーストは、絶縁基板の感熱膜が形成されている側の
全面とその側面、または絶縁基板の全ての面を覆うよう
に塗布しても良く、同様の焼き付け条件によって保護層
を形成しても前述と同じ効果が得られることはもちろん
である。

【００２８】なお、上記した組立過程において、引出線
を固定する金ペーストの焼き付けと保護層を形成するガ
ラスペーストの焼き付けを別々に行った例を示したが、
工数削減のために焼き付けを同時に行うことも可能であ
る。この場合、使用する金ペーストとガラスペーストの
組み合わせについて、両者の焼成温度を十分に吟味して
選択しなければならない。

【００２９】最後に、前記焼き付け工程で高温雰囲気に
曝されて表面が酸化された引出線１４は、市販の酸化膜
除去剤に浸漬するなどして表面の酸化膜が除去され、必
要に応じて半田メッキやニッケルメッキを施して温度セ
ンサ１が完成する。

【００３０】なお、保護層１６を形成する方法として、
前述したガラスペーストを用いる以外にも、プリフォー
ムガラスを絶縁基板１１上に載置させて高温雰囲気で軟
化させて接着固定させても良いし、使用環境温度が低け
ればエポキシ樹脂などによって被覆してもよいことはも
ちろんである。

【００３１】また、感熱膜１２の形成方法として本実施
例に示したスパッタ法以外にも、マンガン、コバルト、
ニッケルなどの金属酸化物によって構成されるサーミス
タ粉体、樹脂やガラス粉末等の結合材及び溶剤との混合
物からなるサーミスタペーストを絶縁基板１１上に厚膜
印刷して焼き付け又は焼成して形成しても良い。また電
極膜１３の形成方法も金、銀、パラジウム等を主成分と
する導電ペーストを用いてもよいことはもちろんであ
る。

【００３２】図４は、前記引出線１４の先端部に屈曲部
１４ａを設け、前記屈曲部１４を絶縁基板１１の側面に
当接するように引出線１４を挿入溝１１ａに挿入するこ
とで引出線の軸方向の抜けが防止できるために作業効率
と歩留まり向上が見込まれる。また、製品毎の引出線１
４の長さバラツキが減少するために製品の形状不良を減
少させることができる。

【００３３】また本実施例においては、引出線１４とし
てジュメット線を用いた例について記述したが、これに
限定されるものではなく、材料として上記した以外に４
２アロイやコバールなどの金属板を所望の形状に成形し
たリードフレームを用い、表面を金、銀、ニッケルなど
のメッキ処理を施したリードフレーム状の引出線を用い
てもよい。リードフレーム状に成形された引出線の先端
部が薄膜センサチップの挿入溝に挿入固定された状態を
図５に示した。リードフレームを用いた場合は、前記ガ
ラスペーストを塗布・乾燥して焼き付けた後、リードフ
レームのタイバー部とスプロケットが形成されている帯
状部を切断除去することによって本発明の温度センサが
完成する。このリードフレームを用いる方法は、引出線
寸法及び配列寸法精度を高められるために自動化が容易
で量産性に優れた温度センサを生産できる利点がある。

【００３４】

【発明の効果】本発明にかかる温度センサは、上述した
ように絶縁基板上に形成された挿入溝に引出線を挿入し
て電極膜と電気的に接続固定した構造で、引出線が挿入
溝に少なくとも半分以上埋設した状態で確実に固定され
ているために、引出線に加わる引張り力や剥離力に強い
温度センサである。

【００３５】また、引出線の先端部分に屈曲部を設ける
ことによって、引出線固定作業時の軸方向への引張り力
による引出線の抜けを防止できる効果がある。

【００３６】また、挿入溝を利用することで引出線の位
置決めが容易になって作業効率が向上する等の効果があ
る。

【００３７】さらに、引出線をリードフレーム状に形成
することによって、引出線寸法や配列寸法精度が高めら
れるために自動化や量産性に優れた温度センサを生産す
ることができる。

【００３８】また、挿入溝を形成することで引出線を挿
入溝に押し込んだときに、挿入溝の内壁と引出線との摩
擦によって機械的に仮固定できるために、その後の電極
膜との固定接続作業がし易くなる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の温度センサの斜視図である。

【図２】本発明の温度センサの組立図である。

【図３】本発明の温度センサの組立図である。

【図４】本発明の温度センサの組立図である。

【図５】本発明の温度センサの組立図である。

【図６】従来の温度センサの斜視図である。

【図７】従来の温度センサの斜視図である。

【符号の説明】

１ 温度センサ １１ 絶縁基板 １１ａ 挿入溝 １２ 感熱膜 １３ 電極膜 １４ 引出線 １５ 接合材 １６ 保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 数野 辰夫 東京都墨田区錦糸１丁目７番７号 石塚電 子株式会社内 Ｆターム(参考） 2F056 QF07 5E034 BA09 BB08 DA02 DB03 DC02 DC04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板の一表面上に形成された感熱膜
   と一対の電極膜とからなる薄膜センサチップと、該薄膜
   センサチップの前記電極膜と電気的に接続された引出線
   とで構成された温度センサにおいて、前記絶縁基板の前
   記電極膜に隣接する部分に挿入溝を設け、該挿入溝に前
   記引出線を各々挿入し、接合材によって前記電極膜と前
   記引出線を電気的に接続固定した後、前記絶縁基板の感
   熱膜側の全面を保護層によって被覆したことを特徴とす
   る温度センサ。
2. 【請求項２】 前記引出線の一端に屈曲部を形成し、該
   屈曲部が前記絶縁基板の側面に当接するように前記挿入
   溝に前記引出線を各々挿入し、接合材によって前記電極
   膜と前記引出線を電気的に接続固定したことを特徴とす
   る請求項１に記載の温度センサ。
3. 【請求項３】 前記二つの挿入溝が略平行に設けられて
   いることを特徴とする請求項１、２に記載の温度セン
   サ。
4. 【請求項４】 前記引出線がリードフレーム状に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の温度
   センサ。
5. 【請求項５】 前記挿入溝の幅を前記引出線の幅と同じ
   かあるいは僅かに狭く形成することを特徴とする請求項
   １乃至４に記載の温度センサ。