JP2011089859A - Temperature sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミック基板に白金箔を接合して抵抗パターンを形成した温度センサに関する。以下、本明細書において、環境の温度の変化に応じて電気的抵抗値の変化を生じる素子自体、あるいは、この素子を保護する外装を含めた形態、の両方を「温度センサ」と称する。 The present invention relates to a temperature sensor in which a resistance pattern is formed by bonding a platinum foil to a ceramic substrate. Hereinafter, in this specification, both the element itself that causes a change in electrical resistance value in response to a change in environmental temperature, or a form including an exterior that protects the element, is referred to as a “temperature sensor”.
従来から例えば半導体プロセス等において微小な温度変化を検出するのに適した薄膜温度センサや白金箔をセラミック基板に接着した温度センサが知られている。この前者の薄膜温度センサは、セラミック基板にスパッタ等にて白金薄膜を付着した白金薄膜を利用している。そして、この金属薄膜を半導体にて通常使用されているフォトリソグラフィ技術にて加工して抵抗パターンを形成し、その抵抗パターン上にガラス等をコーティングする工程を経て温度素子を製造するようになっている。 Conventionally, for example, a thin film temperature sensor suitable for detecting a minute temperature change in a semiconductor process or the like, or a temperature sensor in which a platinum foil is bonded to a ceramic substrate are known. The former thin film temperature sensor uses a platinum thin film in which a platinum thin film is attached to a ceramic substrate by sputtering or the like. Then, the metal thin film is processed by a photolithography technique usually used in semiconductors to form a resistance pattern, and a temperature element is manufactured through a process of coating glass or the like on the resistance pattern. Yes.
一方、例えば特許文献1に記載された後者の温度センサは、一枚の均一な白金箔の一面全面をセラミック基板にエポキシ樹脂で接着するようになっている。そして、後工程において、白金箔を温度検出に適したようにパターン化する抵抗パターン形成工程を経て製造されるようになっている。
On the other hand, the latter temperature sensor described in
前者の温度センサは、白金薄膜を利用しているが、この薄膜は一枚の基板上にあっても場所によって厚さや粒径や結晶性が異なるため、この一枚の基板を複数に分割して製造した温度センサは抵抗値や温度特性のばらつきが大きい。また、薄膜製造時のアニール工程によっても温度特性が変化する。そのため、温度特性の安定化した温度センサを低コストで一度に多数製造するのが難しい。 The former temperature sensor uses a platinum thin film, but even if this thin film is on a single substrate, the thickness, grain size, and crystallinity differ depending on the location. The temperature sensor manufactured in this way has large variations in resistance and temperature characteristics. The temperature characteristics also change depending on the annealing process during thin film manufacture. Therefore, it is difficult to manufacture a large number of temperature sensors with stabilized temperature characteristics at a low cost.
また、後者の温度センサは、エポキシ樹脂からなる接着剤を使用して白金箔をセラミック基板に接着していたので、エポキシ樹脂の耐熱温度よりも高い温度で使用することができない。 The latter temperature sensor cannot be used at a temperature higher than the heat resistance temperature of the epoxy resin because the platinum foil is bonded to the ceramic substrate using an adhesive made of an epoxy resin.
本発明の目的は、接着剤の耐熱温度による使用温度の制限を受けることがなく、温度特性の安定した温度センサを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a temperature sensor having stable temperature characteristics without being limited by the use temperature due to the heat-resistant temperature of the adhesive.
上述した課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の温度センサは、
セラミック基板の表面に直接に接合された白金箔に、半導体にて通常使用されているフォトリソグラフィ技術にて抵抗パターンを生成した抵抗パターンを有している。
In order to solve the above-described problem, a temperature sensor according to
A platinum foil directly bonded to the surface of the ceramic substrate has a resistance pattern generated by a photolithography technique normally used in semiconductors.
係る温度センサによると、接着剤の耐熱温度による使用温度の制限を受けることがなく、温度特性の安定した温度センサとなる。 According to such a temperature sensor, the use temperature is not limited by the heat-resistant temperature of the adhesive, and the temperature sensor has a stable temperature characteristic.
また、本発明の請求項2に記載の温度センサは、請求項1の温度センサにおいて、
前記抵抗パターンがセラミックの絶縁材によってコーティングされている。
Moreover, the temperature sensor of
The resistor pattern is coated with a ceramic insulating material.
係る温度センサによると、白金箔からなる抵抗パターンの耐食性や傷防止特性を向上させることができ、温度センサの利用範囲を広めることが可能になる。 According to such a temperature sensor, it is possible to improve the corrosion resistance and scratch prevention characteristics of the resistance pattern made of platinum foil, and it is possible to widen the use range of the temperature sensor.
また、本発明の請求項3に記載の温度センサは、請求項1の温度センサにおいて、
前記抵抗パターンがガラスペースト印刷によってガラスコートされている。
Moreover, the temperature sensor of Claim 3 of this invention is the temperature sensor of
The resistance pattern is glass coated by glass paste printing.
係る温度センサによると、白金箔からなる抵抗パターンの耐食性や傷防止特性を向上させることができ、温度センサの利用範囲を広めることが可能になる。 According to such a temperature sensor, it is possible to improve the corrosion resistance and scratch prevention characteristics of the resistance pattern made of platinum foil, and it is possible to widen the use range of the temperature sensor.
また、本発明の請求項4に記載の温度センサは、請求項1の温度センサにおいて、
前記抵抗パターンの電極部形成領域に金メッキが施され、当該金メッキに信号取り出し用のリード線が接続されている。
Moreover, the temperature sensor of Claim 4 of this invention is the temperature sensor of
Gold plating is applied to the electrode portion forming region of the resistance pattern, and a lead wire for signal extraction is connected to the gold plating.
係る温度センサによると、温度センサの検出出力の外部取出し性を向上させ、この温度センサを組み込んだ温度測定装置を製造する際の組み付けを行い易くする。 According to such a temperature sensor, the external take-out property of the detection output of the temperature sensor is improved, and the assembly at the time of manufacturing the temperature measuring device incorporating this temperature sensor is facilitated.
また、本発明の請求項5に記載の温度センサは、請求項1〜4のいずれか一項の温度センサにおいて、
ガラスチューブが被せられ、当該ガラスチューブが溶かされて、全体がガラスで囲繞されている。
Moreover, the temperature sensor according to claim 5 of the present invention is the temperature sensor according to any one of
The glass tube is covered, the glass tube is melted, and the whole is surrounded by glass.
係る温度センサによると、抵抗パターンをガラスでしっかりとコーティングすることができるので、白金箔からなる抵抗パターンの耐食性や耐振動特性をその電極部も含めて向上させることができ、温度センサの利用範囲を広めることが可能になる。 According to such a temperature sensor, since the resistance pattern can be firmly coated with glass, the corrosion resistance and vibration resistance characteristics of the resistance pattern made of platinum foil can be improved including the electrode portion, and the range of use of the temperature sensor Can be spread.
また、本発明の請求項6に記載の温度センサは、請求項1〜5のいずれか一項の温度センサにおいて、
前記抵抗パターンへの導通用スルーホールを備えたセラミック基板を有する。
Moreover, the temperature sensor of Claim 6 of this invention is a temperature sensor as described in any one of Claims 1-5,
A ceramic substrate having a through hole for conduction to the resistor pattern is provided.
係る温度センサによると、電極をセラミック基板の白金箔からなる抵抗パターンの形成された側と反対側に形成することができるので、セラミック基板に形成された抵抗パターン全体を絶縁材でコーティングすることができ、コーティング作業が行い易くなる。また、白金箔からなる抵抗パターンをセラミック基板上にスペース的に無駄なく形成することができるようになり、温度センサの小型化を図ることが可能となる。 According to such a temperature sensor, since the electrode can be formed on the opposite side of the ceramic substrate on which the resistance pattern made of platinum foil is formed, the entire resistance pattern formed on the ceramic substrate can be coated with an insulating material. This makes it easier to perform the coating operation. In addition, a resistance pattern made of platinum foil can be formed on the ceramic substrate without waste, and the temperature sensor can be reduced in size.
また、本発明の請求項7に記載の温度センサは、請求項1〜6のいずれか一項の温度センサにおいて、
金属又はセラミックからなる細管プローブに挿入され、その先端が当該細管プローブから露出している。
Moreover, the temperature sensor according to claim 7 of the present invention is the temperature sensor according to any one of
It is inserted into a capillary probe made of metal or ceramic, and its tip is exposed from the capillary probe.
係る温度センサによると、温度センサの先端を当該細管プローブから露出させることができ、温度センサの検出応答性を高めることが可能となる。 According to such a temperature sensor, the tip of the temperature sensor can be exposed from the thin tube probe, and the detection response of the temperature sensor can be improved.
本発明によると、温度特性の安定化した温度センサを低コストで製造可能な温度センサを提供できるようになる。 According to the present invention, it is possible to provide a temperature sensor that can manufacture a temperature sensor with stabilized temperature characteristics at low cost.
以下、本発明の各実施形態に係る温度センサについて図面に基づいて説明する。最初に本発明の第1実施形態に係る温度センサについて図面に基づいて説明する。 Hereinafter, temperature sensors according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a temperature sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の第1実施形態に係る温度センサは、次の工程によって製造される。全体に均一の厚さを持つように形成された白金箔を、セラミック基板の均一な平面として形成された表面上に直接置き、セラミック基板および白金箔の厚さ方向に押圧力を加える(接合面に均一な圧力を与える)と共に、真空雰囲気中で加熱することにより、セラミック基板と白金箔を直接に接合する(以下、直接接合ということもある)工程と、セラミック基板上に直接接合された白金箔を所定の抵抗パターンに形成する工程を有する。 The temperature sensor according to the first embodiment of the present invention is manufactured by the following process. The platinum foil formed so as to have a uniform thickness as a whole is placed directly on the surface formed as a uniform plane of the ceramic substrate, and a pressing force is applied in the thickness direction of the ceramic substrate and the platinum foil (bonding surface). A uniform pressure on the ceramic substrate and heating in a vacuum atmosphere to directly bond the ceramic substrate and the platinum foil (hereinafter sometimes referred to as direct bonding) and white bonded directly on the ceramic substrate. A step of forming a gold foil in a predetermined resistance pattern.
即ち、本発明に係る温度センサを製造するにあたって、セラミック基板への白金箔の直接接合工程(第1工程)と、これに続く白金箔の抵抗パターン形成工程(第2工程)を有すると共に、その後の工程(第3工程)として金メッキによる電極形成工程、抵抗パターントリミング工程、絶縁材コーティング工程、及びダイシング工程を有している。 That is, in manufacturing the temperature sensor according to the present invention, it has a direct bonding step (first step) of platinum foil to a ceramic substrate, and a subsequent platinum foil resistance pattern forming step (second step). This step (third step) includes an electrode formation step by gold plating, a resistance pattern trimming step, an insulating material coating step, and a dicing step.
以下、本発明の各実施形態に係る温度センサについて図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る温度センサの製造方法を説明する工程図である。図2は、図1に示した工程図によって製造された温度センサのダイシング前の状態を示す平面図である。また、図3は、図2に示した温度センサをダイシングした後にその電極部形成領域及びその近傍領域を拡大して示す平面図である。また、図4は、第3工程を全て完了した温度センサの側面図である。 Hereinafter, temperature sensors according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a temperature sensor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a state before dicing of the temperature sensor manufactured by the process diagram shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged plan view showing the electrode portion forming region and the vicinity thereof after dicing the temperature sensor shown in FIG. FIG. 4 is a side view of the temperature sensor that has completed all the third steps.
なお、本発明の各実施形態は4端子構造の温度センサであるが、図4、図5及びこれに対応する図6、図7、図8については説明の理解の容易化のために温度センサの長手方向一方の端子(電流端子又は電圧端子)のみ図示している。また、これらの各図面においては、説明の理解の容易化のために白金箔の厚さを他のセラミック基板や金属板の厚さよりも寸法的に誇張して厚く描いている。 In addition, although each embodiment of this invention is a temperature sensor of 4 terminal structure, it is a temperature sensor for easy understanding of description about FIG.4, FIG5 and FIG.6, FIG.7, FIG.8 corresponding to this. Only one terminal (current terminal or voltage terminal) in the longitudinal direction is shown. Further, in each of these drawings, the thickness of the platinum foil is drawn to be larger than the thickness of other ceramic substrates or metal plates in order to facilitate understanding of the explanation.
この第1実施形態に係る接合方法を実施するにあたって、具体的には、例えば大きさ30〜60mm×30〜60mm、厚さ1mm程度のジルコニアやアルミナ等からなるセラミック基板101を1枚用意し、このセラミック基板101の上面にこれと同程度の長さ及び幅を有すると共に、数μmの厚さを有する白金箔111を置く(図1(a)〜(c)参照)。なお、白金箔111をセラミック基板101に置く際にはシワや気泡が生じないように伸ばしておく。
In carrying out the bonding method according to the first embodiment, specifically, for example, one
次いで、セラミック基板101及び白金箔111に面圧を与えた状態を維持しながら、これらを真空炉に入れて固定する。なお、両者の接合面に面圧を与える方法としては、例えば両者を二枚の剛体板で挟みその上に重量物を載せる方法、あるいは二枚の剛体板どうしを複数対のボルトとナットで締め付ける方法等の技術を適宜用いれば良い。
Next, while maintaining a state in which surface pressure is applied to the
次いで、真空炉内の真空を保ちながら加熱し、数時間その状態を保持する。その後、真空炉内を自然冷却する。 Subsequently, it heats, maintaining the vacuum in a vacuum furnace, and maintains the state for several hours. Thereafter, the inside of the vacuum furnace is naturally cooled.
これにより、一面に白金箔111がしっかりと直接接合したセラミック基板101からなる接合体を得る。なお、接合体の良好な品質を得るために、上記の面圧、真空度、加熱時間、冷却時間等のパラメータを、事前の試行によって決めておくことが望ましい。
Thereby, the joined body which consists of the
次いで、本発明の第1実施形態に係る温度センサの製造方法における第2工程である白金箔の抵抗パターンの形成工程について説明する。この第2工程では、上述した第1工程によりセラミック基板の一方の面に全体的に直接接合された白金箔をウェットエッチングやスパッタ等のドライエッチング法などのフォトリソグラフィ技術を用いて抵抗パターン150となるように処理する(図1(d)及び図2参照)。
Next, a platinum foil resistance pattern forming step, which is a second step in the method of manufacturing a temperature sensor according to the first embodiment of the present invention, will be described. In this second step, the platinum pattern bonded directly to one surface of the ceramic substrate in the first step described above is applied to the
図1においては、セラミック基板101の一方の面に当初全体的に接合された白金箔が例えば合計9個の温度センサに対応する抵抗パターン150となるように処理されている。この抵抗パターン150の具体的一例は、図3に示すように、非常に細い白金箔が幅方向一側と他側を繰り返し往復しながら長手方向一方から他方に向かって連続して形成される主抵抗パターン領域150Aと、幅方向一側において長手方向に並んで形成され、後の抵抗パターントリミング工程(抵抗値調整工程)においてレーザートリミングにより一部領域を必要に応じて削除するようになったトリミング領域150Bからなる。
In FIG. 1, the platinum foil initially bonded to one surface of the
そして、抵抗パターン150の長手方向一側に形成された電極部形成領域に金メッキ160を施して電極160を形成する(図1(e)及び図4参照)。具体的には、この金メッキ処理においては、上述の抵抗パターン形成工程によって形成された図2に示す電極部形成領域151,152,153,154に、金メッキ、金クラッド、金シリコン等の少なくとも金を含む材料を接合する。即ち、この金シリコン処理においては、純粋な金だけではなく少なくとも金を含む接合材を抵抗パターンの電極部を形成領域に接合すれば良く、シリコンのように金以外の物質を含んでいても良い。
And the
なお、図2においては、セラミック基板のダイシング後の個々のセラミック基板に4つの電極161,162,163,164を有するようになっている。この4つの電極部形成領域151,152,153,154は、4端子構造の温度センサに対応するようになっており、例えば長手方向先端側の一対の電極部形成領域151,153が電流端子に対応し、残りの一対の電極部形成領域152,154が電圧端子に対応するようになっている。
In FIG. 2, four
次いで、トリミング調整領域を利用したトリミング調整工程を行う(図1(f)参照)。具体的には、例えば4端子構造をなす4つの電極160(161,162,163,164)のうち一対の電極161,163をなす電流端子に所定電流を流し、他の一対の電極162,164をなす電圧端子からこれに対応する所定電圧が出力されるように抵抗パターン150のトリミング領域150B(図3参照)をレーザートリミングする。すなわち、トリミング領域150Bのループ状の部分を完全に切断して電気的に非導通状態にする。トリミング領域150Bがひとつ切断される毎に、抵抗パターンの抵抗値が一定値ずつ変化する。
Next, a trimming adjustment process using the trimming adjustment area is performed (see FIG. 1F). Specifically, for example, among the four electrodes 160 (161, 162, 163, 164) having a four-terminal structure, a predetermined current is supplied to the current terminals forming the pair of
次いで、絶縁材170によって抵抗パターンをコーティングする。具体的には、図4に示すように、温度センサの抵抗パターン150をその電極部形成領域151〜154を除いてスパッタによってSiO2、SiN、アルミナやジルコニア等の絶縁材170をコーティングする。これによって、白金箔からなる抵抗パターン150の耐食性を向上させる。
Next, the resistance pattern is coated with an insulating
このように白金箔からなりそれぞれの電極部形成領域151〜154に少なくとも金を含む材質の電極161〜164を有する複数の抵抗パターン150をセラミック基板上に形成し、この抵抗パターン150を電極部形成領域151〜154を除いて絶縁材170でコーティングした後、セラミック基板を各抵抗パターン150に対応するようにダイシングにより切断する。図1においては、1枚のセラミック基板をダイシングにより接続を切断して9個の温度センサ100A(図4参照)を得るようになっている。
In this way, a plurality of
なお、SiO2、SiN、アルミナやジルコニア等のセラミック絶縁物をスパッタによってコーティングする代わりに、ガラスコートを施してもよい。図5に示すように、抵抗パターン150にその電極部形成領域151〜154を除いてガラスペースト印刷171を行った後、焼成してガラスコートを生成する。この場合も同様に白金箔からなる抵抗パターン150の耐食性を向上させることができ、温度センサ100Aの利用範囲を広めることが可能となる。
Instead of coating a ceramic insulator such as SiO 2 , SiN, alumina or zirconia by sputtering, a glass coat may be applied. As shown in FIG. 5, after the
以上の工程により、セラミック基板上に白金箔からなる抵抗パターンの形成された温度センサ100Aの基本的製造プロセスを完了する。
With the above steps, the basic manufacturing process of the
以上のようにして製造された温度センサ100Aの電極160の上面には、後工程において銅または銅合金製リード線180を溶接又はロウ付けして温度検出信号を外部に取り出し可能にする(図5参照)。また、耐熱性を得るために前述のガラスコートを施す場合のリード線180の材質は、一例としてPt線、Pd線、Ni線、又はNi化合物等の金属等、ガラスに線膨張係数が近い材質でできた線であるのが好ましい。
On the upper surface of the
ここで、このようなリード線180を電極160に接続する代わりに、図6に示すように、信号を取り出すためのフレキシブルPWB(Printed Wire Board)190の金メッキされた電極部191を温度センサ100Aの電極160の上面に当てて、温度、圧力、振動の少なくとも何れかを加えることで、両者を接合して温度検出信号を取り出すようにしても良い。また、電極160とフレキシブルPWB190との間を半田によって接合してもよい。
Here, instead of connecting the
本発明の第1実施形態に係る温度センサは、従来の白金薄膜を利用した温度センサのように薄膜製造時のアニール工程によって温度特性が変化することがなく、従来の温度センサの欠点である抵抗値や温度特性のばらつきが大きくなるのを極力回避することができる。その結果、温度特性の安定化した温度センサを低コストで多数製造することができる。 The temperature sensor according to the first embodiment of the present invention does not change the temperature characteristics due to the annealing process during thin film manufacturing unlike the conventional temperature sensor using a platinum thin film, and is a resistance that is a drawback of the conventional temperature sensor. It is possible to avoid as much as possible variations in values and temperature characteristics. As a result, a large number of temperature sensors with stabilized temperature characteristics can be manufactured at low cost.
より具体的には、本実施形態に係る温度センサは、数μmのPt箔をセラミック基板に直接接合する方法を利用し、その接合した白金箔に抵抗パターンを形成することで温度センサとしている。そして、白金箔は、バルクの特性をもっており、温度検出に必要な物理的特性が安定している。一方、従来の温度センサに用いていた白金薄膜は、バルクの特性をもっておらず、アニールすることによりバルクの特性に近づけているが、温度検出に必要な物理的特性が本実施形態に係る温度センサのように良好ではない。 More specifically, the temperature sensor according to the present embodiment uses a method of directly bonding a Pt foil of several μm to a ceramic substrate, and forms a resistance pattern on the bonded platinum foil to form a temperature sensor. And platinum foil has a bulk characteristic, The physical characteristic required for temperature detection is stable. On the other hand, the platinum thin film used in the conventional temperature sensor does not have bulk characteristics, and is brought close to the bulk characteristics by annealing, but the physical characteristics necessary for temperature detection are the temperature sensor according to the present embodiment. Not as good as.
なお、ここでいう「バルクの特性」とは、薄膜の特性に対しての、塊の特性(本来の金属塊が示す特性)をいう。白金箔は白金薄膜と比べて厚さが十分に厚いので、バルクの特性を十分に有している。 Here, “bulk characteristics” refer to the characteristics of the lump (characteristics exhibited by the original metal lump) relative to the characteristics of the thin film. Since the platinum foil is sufficiently thicker than the platinum thin film, it has sufficient bulk characteristics.
また、本実施形態に係る温度センサにおいては、白金箔のセラミック基板への直接接合時に温度計測環境よりも高い温度(例えば900℃)の加熱を経ているので、それ以下の温度(例えば300℃程度)での温度計測に使用しても、抵抗値のドリフトが無く安定して温度を測定できる。一方、従来例の温度センサは接着剤を使用して白金箔をセラミック基板に接着していたので、接着剤の耐熱温度の範囲である常温〜100℃程度の温度が許容される使用温度範囲であり、上述した300℃程度での温度計測には使用することができなかった。この点で本実施形態にかかる温度センサは極めて有用であると言える。 Moreover, in the temperature sensor according to the present embodiment, since heating at a temperature (for example, 900 ° C.) higher than the temperature measurement environment is performed during the direct bonding of the platinum foil to the ceramic substrate, a temperature lower than that (for example, about 300 ° C.) The temperature can be measured stably with no drift of resistance even if it is used for temperature measurement. On the other hand, since the temperature sensor of the conventional example uses an adhesive to bond the platinum foil to the ceramic substrate, the temperature range from room temperature to about 100 ° C., which is the heat resistant temperature range of the adhesive, is allowed. Yes, it could not be used for the temperature measurement at about 300 ° C. described above. In this respect, it can be said that the temperature sensor according to the present embodiment is extremely useful.
続いて、上述した各実施形態に係る温度センサの各変形例について説明する。なお、以下の各変形例に係る温度センサを説明するにあたって、温度センサの基本的構造を形成するための第1工程及乃至第3工程は上述した各実施形態と同様であるので、その説明については省略し、その後の更なる工程のみについて図面に基づき詳細に説明する。また、各図面の温度センサの構成要素に付される符号については、基本的に上述した第1実施形態に係る温度センサと同等の符号を付している。 Then, each modification of the temperature sensor which concerns on each embodiment mentioned above is demonstrated. In the description of the temperature sensor according to each of the following modifications, the first step to the third step for forming the basic structure of the temperature sensor are the same as those in the above-described embodiments. Is omitted, and only further steps thereafter will be described in detail with reference to the drawings. Moreover, about the code | symbol attached | subjected to the component of the temperature sensor of each drawing, the code | symbol equivalent to the temperature sensor which concerns on 1st Embodiment mentioned above fundamentally is attached | subjected.
最初に本発明の各実施形態の第1変形例について図面に基づき説明する。この第1変形例は、図7に示すように上述した各実施形態のうち例えば第1実施形態により製造された温度センサ100Aにガラスチューブを被せた後、このガラスチューブを溶かして温度センサ100Aをガラス層500で囲繞するようになっている。
First, a first modification of each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the first modified example, as shown in FIG. 7, for example, after the glass tube is put on the temperature sensor 100 </ b> A manufactured according to the first embodiment among the above-described embodiments, the temperature sensor 100 </ b> A is melted by melting the glass tube. The
なお、図7においては、温度センサ100Aの電極160にリード線180を接続した状態でガラスコーティングしている。このリード線180は、Pt線、Pd線、Ni線又はNi化合物金属等、ガラスに線膨張係数が近い材質でできた線であるのが好ましい。
In FIG. 7, the glass coating is performed with the
この変形例によると、白金箔からなる抵抗パターン150をガラス層500でしっかりとコーティングすることができるので、抵抗パターン150の耐食性を向上させることができ、温度センサ100Aの利用範囲を広めることが可能となる。
According to this modification, the
続いて、本発明の各実施形態の第2変形例について図面に基づき説明する。本発明の各実施形態の第2変形例においては、図8に示すように上述した各実施形態のうち例えば第1実施形態に係る温度センサを実施するにあたって、白金箔からなる抵抗パターン150への導通用のスルーホール105aを予め備えたセラミック基板105を用いるようになっている。即ち、このスルーホール105aは、第1工程を行う前に予め開けられている。
Then, the 2nd modification of each embodiment of this invention is demonstrated based on drawing. In the second modification of each embodiment of the present invention, when the temperature sensor according to the first embodiment, for example, among the above-described embodiments is performed as shown in FIG. 8, the
本発明の第2変形例に係る温度センサがこのような構成を有することで、上述した各実施形態のように絶縁材やガラスペースト印刷によって抵抗パターン150をコーティングする際に電極部のみを除く必要はない。即ち、電極部を含めてセラミック基板105の一方の面を絶縁材で全体的にコーティングした後、ダイシングして個々の温度センサ100Bを製造し、この温度センサ100Bの抵抗パターン150と反対側面(図8における下側面)に形成されたスルーホール105aの開口部にフレキシブルPWB190を電気的に接続する。
Since the temperature sensor according to the second modified example of the present invention has such a configuration, it is necessary to remove only the electrode portion when coating the
より具体的には、本変形例では白金箔と接合するセラミック基板において白金箔からなる抵抗パターン150の電極部形成領域にスルーホール105aを有したセラミック基板105を使用する。そして、スルーホール105aにピン106を挿通するか、導電ペーストを流し込み、白金箔からなる抵抗パターン150の電極部とフレキシブルPWB190との導通を図る。この際、はんだや導電ペーストや金への熱又は振動による圧着を利用する。その後、ガラスペースト印刷171等によって白金箔からなる抵抗パターン150をその電極部を含めて全体的に覆う。
More specifically, in this modification, the
これによって、絶縁材のコーティング工程における特別なマスキングなどを必要とせず、このコーティング工程の簡略化を図ることができる。また、白金箔からなる抵抗パターン150をセラミック基板上にスペース的に無駄無く形成することができるようになり、温度センサ100Bの小型化を図ることが可能となる。
This eliminates the need for special masking or the like in the insulating material coating process, and simplifies the coating process. In addition, the
また、上述の実施形態及びこれに関する他の変形例では電極部を被覆しなかったが、本変形例のこのような製造方法によると、電極部を被覆するとともにセラミック基板105の裏側に飛び出したピン106にフレキシブルPWB190や外部リード線を接続した構造の温度センサとしたことで、電極部を含めて白金箔の耐食性を確保すると共に電極部が引っ掻きなどの傷によって破損するのを防止できる。
In the above-described embodiment and other modifications related thereto, the electrode portion is not covered. However, according to such a manufacturing method of the present modification example, the electrode portion is covered and the pin that protrudes to the back side of the
なお、図9は、図8に示したフレキシブルPWB190の実際の構成を示す平面図である。図9においては、4端子構造の一方の電極部(例えば電流端子)191,192及びこの電極部191,192から延在する配線パターン191a,192aがフレキシブルPWB190の一方の面(図9で示す表面)に形成され、他方の電極部(例えば電圧端子)193,194及びこの電極部193,194から延在する配線パターン(図9では図示せず)がフレキシブルPWB190の他方の面(図9における裏側の面)に形成されて、電極195と196に接続している。
FIG. 9 is a plan view showing an actual configuration of the
なお、フレキシブルPWB190の先端側に形成されたスルーホール195,196は、図9において左側に隣接されて示すセラミック基板105に形成されたスルーホール105a,105bと合致してはんだ等を介して他方の端子対の配線パターンと温度センサの他方の電極を電気的に接続するためのものである。即ち、図9において、温度センサ105Aの4端子をなす各電極にはそれぞれスルーホールが形成され、各スルーホールのうち、一方の端子対のスルーホール105a,105bがフレキシブルPWB190の一方の配線パターン(図示せず)とはんだを介して電気的に接続され、他方の端子対のスルーホール105c,105dがフレキシブルPWB190の他方の配線パターン(191a,192a)とはんだを介して電気的に接続されるようになっている。
Note that the through
続いて、本発明の各実施形態の第3変形例について図面に基づき説明する。この第3変形例は、図10に示すように、上述した各実施形態のうち例えば第1実施形態により製造された温度センサ100Aの基端側を金属又はセラミックからなる細管プローブ700に挿入すると共に温度センサ100Aの先端側を細管プローブ700から露出させるようになっている。なお、フレキシブルPWB190の基端側は保護管800によって覆われ、フレキシブルPWB190の4つの電極部191〜194は外部ケーブル900に電気的に接続されている。
Then, the 3rd modification of each embodiment of this invention is demonstrated based on drawing. As shown in FIG. 10, in the third modification, for example, the base end side of the
本変形例によると、温度センサ100Aの先端を細管プローブ700から露出させるので、温度センサ100Aの検出応答性を高めることができる。
According to this modification, the tip of the
本発明の発明者は、上述した第1実施形態に係る温度センサを用いて白金箔からなる抵抗パターンの温度抵抗特性に関する評価試験結果を行った。この評価試験においては、2つの温度センサのサンプルを用意し、0℃と23℃付近でTCR(温度抵抗特性)を測定した。この評価試験結果を図11に示す。この評価試験結果から明らかなように、0℃と23℃付近でTCR(温度抵抗特性)が、約3300〜3600
PPM/°Cと良好な特性値となり、本発明による温度センサにおける有用性を確認することができた。
The inventor of the present invention performed an evaluation test result on the temperature resistance characteristics of the resistance pattern made of platinum foil using the temperature sensor according to the first embodiment described above. In this evaluation test, two temperature sensor samples were prepared, and TCR (temperature resistance characteristics) were measured at around 0 ° C. and 23 ° C. The evaluation test results are shown in FIG. As is apparent from the results of this evaluation test, the TCR (temperature resistance characteristic) is about 3300 to 3600 at around 0 ° C and 23 ° C.
PPM / ° C was a good characteristic value, and the usefulness of the temperature sensor according to the present invention could be confirmed.
以上説明したように、本発明に係る温度センサによると、従来の白金薄膜を利用した温度センサのように薄膜製造時のアニール工程によって温度特性が変化することがなく、係る温度センサの欠点である抵抗値や温度特性のばらつきが大きくなることを回避することができる。その結果、温度特性の安定化した温度センサを低コストで多数製造することができる。 As described above, according to the temperature sensor according to the present invention, the temperature characteristic does not change due to the annealing process at the time of manufacturing the thin film unlike the conventional temperature sensor using the platinum thin film, which is a drawback of the temperature sensor. It is possible to avoid a large variation in resistance value and temperature characteristics. As a result, a large number of temperature sensors with stabilized temperature characteristics can be manufactured at low cost.
より具体的には、本発明に係る温度センサは、数μmのPt箔をセラミック基板に直接接合する方法を利用し、その接合した白金箔に抵抗パターンを形成するようになっている。ここで白金箔はバルクの特性をもっており、温度検出に必要な物理的特性が安定している。一方、従来の温度センサに用いていた白金薄膜はバルクの特性をもっておらず、アニールすることにより、バルクの特性に近づけているが温度検出に必要な物理的特性が本発明に係る温度センサのように良好ではない。 More specifically, the temperature sensor according to the present invention uses a method of directly bonding a Pt foil of several μm to a ceramic substrate, and forms a resistance pattern on the bonded platinum foil. Here, the platinum foil has bulk characteristics, and the physical characteristics necessary for temperature detection are stable. On the other hand, the platinum thin film used in the conventional temperature sensor does not have bulk characteristics, and has been brought close to the bulk characteristics by annealing, but the physical characteristics necessary for temperature detection are similar to those of the temperature sensor according to the present invention. Not good.
また、本発明に係る温度センサにおいては、白金箔のセラミック基板への直接接合時に温度計測環境よりも高い温度の加熱を経ているので、例えば300℃程度での温度計測に使用しても、抵抗値のドリフトが無く安定して温度を測定できる。従来例に係る温度センサは接着剤を使用して白金箔をセラミック基板に接着していたので、接着剤の耐熱温度である常温〜100℃程度の温度が温度センサの使用温度であり、上述した300℃程度での温度計測に使用することができない。そのため、本発明にかかる温度センサは極めて有用であると言える。 Further, in the temperature sensor according to the present invention, when the platinum foil is directly bonded to the ceramic substrate, it is heated at a temperature higher than the temperature measurement environment. Temperature can be measured stably with no drift of values. Since the temperature sensor according to the conventional example has adhered the platinum foil to the ceramic substrate using an adhesive, the temperature of the adhesive is the temperature range from room temperature to about 100 ° C., which is the heat resistance temperature of the adhesive, and is described above. It cannot be used for temperature measurement at about 300 ° C. Therefore, it can be said that the temperature sensor according to the present invention is extremely useful.
なお、上述した実施形態における材料名や個々の構成要素の寸法関係や温度条件等はあくまで一例を示したに過ぎず、本発明の場合を逸脱しない範囲でこれと等価的な材料及び寸法を適宜選択し得ることは言うまでもない。 It should be noted that the material names, the dimensional relationships of the individual components, the temperature conditions, etc. in the above-described embodiments are merely examples, and equivalent materials and dimensions are appropriately selected without departing from the case of the present invention. Needless to say, you can choose.
100A,100B 温度センサ
101 セラミック基板
102 カーボン基板
105 セラミック基板
105A 温度センサ
105a,105b,105c,105d スルーホール
106 ピン
111 白金箔
121,122 金属板
131 ボルト
132 ナット
150 抵抗パターン
150A 主抵抗パターン領域
150B トリミング領域
151,152,153,154 電極部形成領域
160(161,162,163,164) 電極
170 絶縁材
171 ガラスペースト印刷
180 リード線
190 フレキシブルPWB
191,192,193,194 電極部
191a,192a 配線パターン
195,196 スルーホール
200 接合体
201 セラミック基板
202 セラミック基板
205 カーボンペースト
211 白金箔
221,222 金属板
231 ボルト
232 ナット
300 接合体
301,302 セラミック基板
311 白金箔
315 有機物シート
321,322 金属板
331 ボルト
332 ナット
500 ガラス層
700 細管プローブ
800 保護管
900 外部ケーブル
100A,
191, 192, 193, 194
Claims (7)
The temperature sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the temperature sensor is inserted into a thin tube probe made of metal or ceramic, and a tip thereof is exposed from the thin tube probe.
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