JPH1140403A - Temp. sensor element - Google Patents
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- JPH1140403A JPH1140403A JP9195791A JP19579197A JPH1140403A JP H1140403 A JPH1140403 A JP H1140403A JP 9195791 A JP9195791 A JP 9195791A JP 19579197 A JP19579197 A JP 19579197A JP H1140403 A JPH1140403 A JP H1140403A
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- G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
- G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
- G01K7/183—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer characterised by the use of the resistive element
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の触媒や排
気管の温度を測定する高温用の温度センサ素子に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high temperature sensor element for measuring the temperature of a catalyst or an exhaust pipe of an automobile.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の温度センサ素子は、アルミナ等か
らなる絶縁基板上に、白金等からなる金属膜が形成され
る。そして、この金属膜は、例えばレーザーカットによ
って形成された抵抗パターンを有し、この抵抗パターン
の回路における両端部に金からなる端子電極が形成され
る。これは、金が酸化に極めて強く、化学的に安定して
おり、金属膜の特性に悪影響を及ぼすことが少ないとい
う特性を持っているためである。2. Description of the Related Art In a conventional temperature sensor element, a metal film made of platinum or the like is formed on an insulating substrate made of alumina or the like. The metal film has a resistance pattern formed by, for example, laser cutting, and gold terminal electrodes are formed at both ends of the circuit of the resistance pattern. This is because gold is extremely resistant to oxidation, chemically stable, and has little adverse effect on the properties of the metal film.
【０００３】また、端子電極上には白金線あるいは白金
・ニッケルクラッド線からなるリード端子が取り付けら
れている。このリード端子は、その一部に大電流を流す
ことによって生じるジュール熱で金からなる端子電極の
一部を溶解し、それにより接合する電気抵抗溶接という
方法で取り付けられている。その後、機械的な補強や、
湿気やほこりなどからの保護を目的として、金属膜上お
よび端子電極と、リード端子の接合部分に耐熱ガラスペ
ーストからなるコーティング膜が形成されていた。A lead terminal made of a platinum wire or a platinum / nickel clad wire is mounted on the terminal electrode. The lead terminal is attached by a method called electric resistance welding in which a part of the terminal electrode made of gold is melted by Joule heat generated by applying a large current to a part of the lead terminal, and joined by the melting. After that, mechanical reinforcement and
A coating film made of a heat-resistant glass paste has been formed on the metal film and on a joint between the terminal electrode and the lead terminal for the purpose of protection from moisture and dust.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車の触
媒や排気管の温度を測定する場合には、1000℃の熱に耐
えうる素子が必要である。しかしながら、上述した温度
センサ素子においては、端子電極が金により形成されて
いたため、自動車の触媒や排気管の温度を測定する場合
などの高温用途に用いることができなかった。なぜな
ら、金の融点は1064℃であり、1000℃の状況下で使用す
る必要がある場合には、金からなる端子電極が融解する
恐れがあったからである。さらに、温度センサ素子とし
て使用するには、端子電極の材料としては、高温下での
拡散によって金属膜に特性的影響を与えないこと、基板
や金属膜との密着性が良いこと、あるいはリード端子と
の溶接性が良いことなどが必要である。When measuring the temperature of a catalyst or an exhaust pipe of an automobile, an element capable of withstanding heat of 1000 ° C. is required. However, in the above-mentioned temperature sensor element, since the terminal electrode is formed of gold, it cannot be used for high-temperature applications such as measuring the temperature of a catalyst or an exhaust pipe of an automobile. This is because gold has a melting point of 1064 ° C., and when it is necessary to use the same at a temperature of 1000 ° C., the terminal electrode made of gold may be melted. In addition, for use as a temperature sensor element, the material of the terminal electrode must be such that it does not have a characteristic effect on the metal film due to diffusion at high temperatures, has good adhesion to the substrate or the metal film, or has a lead terminal. It is necessary to have good weldability.
【０００５】また、リード端子材料についても耐熱性、
溶接性、あるいは機械的強度を考慮する必要がある。[0005] Further, the heat resistance of the lead terminal material is also high.
It is necessary to consider weldability or mechanical strength.
【０００６】このような点を鑑みて、1000℃耐熱を目的
とした温度センサ素子を構成する、最適な端子電極およ
びリード端子の選定が求められていた。In view of the above, there has been a demand for the selection of optimal terminal electrodes and lead terminals for constituting a temperature sensor element intended to withstand heat of 1000 ° C.
【０００７】本発明は、上述の問題点を鑑みてなされた
ものであり、これらの問題を解決し、1000℃耐熱でかつ
接合部の機械的強度の高い温度センサ素子を提供するこ
とを目的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has as its object to provide a temperature sensor element capable of withstanding 1000 ° C. heat and having high mechanical strength at the joint. I have.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の温度センサ素子は、絶縁基板と、該絶縁基
板上に形成された抵抗パターンを有する金属膜と、該金
属膜上に形成された端子電極と、該端子電極に接合され
たリード端子からなる温度センサ素子において、前記端
子電極は白金からなり、前記リード端子は白金・ロジウ
ム合金線から形成されている。In order to achieve the above object, a temperature sensor element according to the present invention comprises an insulating substrate, a metal film having a resistance pattern formed on the insulating substrate, and a metal film formed on the metal film. In a temperature sensor element comprising a terminal electrode formed and a lead terminal joined to the terminal electrode, the terminal electrode is made of platinum, and the lead terminal is made of a platinum-rhodium alloy wire.
【０００９】また、本発明の別の温度センサ素子は、ア
ルミナを含む絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された端
子電極と、前記絶縁基板上に形成された抵抗パターンを
有するとともに、前記端子電極を覆うように形成された
金属膜と、前記端子電極上の金属膜に接合されたリード
端子からなる温度センサ素子において、前記端子電極は
アルミナ粒子を含有する白金からなり、前記リード端子
は白金・ロジウム合金線から形成されている。Further, another temperature sensor element of the present invention has an insulating substrate containing alumina, a terminal electrode formed on the insulating substrate, and a resistance pattern formed on the insulating substrate. In a temperature sensor element including a metal film formed so as to cover an electrode and a lead terminal bonded to the metal film on the terminal electrode, the terminal electrode is made of platinum containing alumina particles, and the lead terminal is made of platinum.・ It is made of rhodium alloy wire.
【００１０】また、前記端子電極は、前記絶縁基板上に
直接形成された場合には、白金にアルミナを含有し、そ
の含有率を2.5〜15重量％とすることが、特性上望まし
い。In the case where the terminal electrode is formed directly on the insulating substrate, it is desirable from the viewpoint of characteristics that the alumina contains platinum and the content is 2.5 to 15% by weight.
【００１１】なお、前記リード線に含有されるロジウム
は10重量％〜20重量％であることが、特性上望ましい。It is preferable that rhodium contained in the lead wire is 10% by weight to 20% by weight in terms of characteristics.
【００１２】以上の様な構成により、1000℃耐熱でかつ
端子電極とリード端子との接合部の機械的強度が高い温
度センサ素子を得ることができる。With the above configuration, it is possible to obtain a temperature sensor element which is heat-resistant to 1000 ° C. and has high mechanical strength at the joint between the terminal electrode and the lead terminal.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例である温度
センサ素子について図1、図2を用いて説明する。図1に
示すように温度センサ素子10は、絶縁基板11と、金属膜
12と、2個の端子電極13a,13bと、リード端子15a,15bと
から構成されている。絶縁基板11は、アルミナ等の材料
を短冊状に切断することにより得られる。絶縁基板11上
には、抵抗パターン14を有する白金からなる金属膜12が
形成されている。抵抗パターン14の回路における両端部
には白金からなる電極13a,13bが形成されている。そし
て、電極13a,13b上には白金・ロジウム合金線からなる
リード端子15a,15bが接合されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A temperature sensor element according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the temperature sensor element 10 includes an insulating substrate 11, a metal film
12, two terminal electrodes 13a and 13b, and lead terminals 15a and 15b. The insulating substrate 11 is obtained by cutting a material such as alumina into strips. On the insulating substrate 11, a metal film 12 made of platinum and having a resistance pattern 14 is formed. Electrodes 13a and 13b made of platinum are formed at both ends of the circuit of the resistance pattern. The lead terminals 15a and 15b made of a platinum-rhodium alloy wire are joined to the electrodes 13a and 13b.
【００１４】このような構造をもつ温度センサ素子10の
製造方法を以下に説明する。アルミナ等からなる絶縁基
板11を、超音波洗浄し、脱脂後、フッ酸により表面粗化
を行う。その後、塩化すずによる金属膜の被着膜面の感
受性化処理、塩化パラジウムによる被着膜面の活性化処
理を行う。こうすることにより、絶縁基板11表面上に金
属膜12が定着し易くなる。十分な水洗の後、無電解めっ
きにより、白金を絶縁基板11上に成膜し、金属膜12を形
成する。A method for manufacturing the temperature sensor element 10 having such a structure will be described below. The insulating substrate 11 made of alumina or the like is ultrasonically cleaned, degreased, and then surface roughened with hydrofluoric acid. Thereafter, a treatment for sensitizing the surface of the deposited metal film with tin chloride and a process for activating the surface of the deposited film with palladium chloride are performed. This facilitates the fixation of the metal film 12 on the surface of the insulating substrate 11. After sufficient washing with water, platinum is formed on the insulating substrate 11 by electroless plating to form a metal film 12.
【００１５】さらに、金属膜12上にレーザーカットある
いはドライエッチングなどの方法により、抵抗パターン
14がミアンダ状に形成される。また、図2に示すように
金属膜12表面の抵抗パターン14の回路における両端部を
除く部分には、機械的な補強や、湿気やほこりなどから
の保護あるいは電気的絶縁を目的として、耐熱ガラスペ
ースト印刷・焼成、セラミックゾルゲルスピンコート焼
成などの方法でコーティング膜16が形成される。Further, a resistance pattern is formed on the metal film 12 by a method such as laser cutting or dry etching.
14 are formed in a meander shape. As shown in FIG. 2, heat-resistant glass is provided on the surface of the metal film 12 except for both ends in the circuit of the resistance pattern 14 for the purpose of mechanical reinforcement, protection from moisture and dust, or electrical insulation. The coating film 16 is formed by a method such as paste printing and firing, and ceramic sol-gel spin coating firing.
【００１６】次に、抵抗パターンの回路における両端部
に端子電極13a,13bを、フリットレスの白金を厚膜スク
リーン印刷・焼成することにより形成する。この場合、
ガラスフリットを使用しないのは、本発明の温度センサ
素子が1000℃耐熱を目的としており、その様な使用状況
下では、ガラス成分の耐熱限界を超えて剥離を起こすな
どの問題が生じるからである。ここで端子電極を白金に
変えても、金の場合に得られた特性上の利点は変わらな
い。その後、温度センサ素子10の抵抗値を規格値に合わ
せるためレーザートリミングを行う。Next, terminal electrodes 13a and 13b are formed at both ends of the circuit of the resistance pattern by fritless platinum thick film screen printing and firing. in this case,
The reason why the glass frit is not used is that the temperature sensor element of the present invention is intended for heat resistance of 1000 ° C., and under such use conditions, a problem such as peeling exceeding the heat resistance limit of the glass component occurs. . Here, even if the terminal electrode is changed to platinum, the advantage in characteristics obtained in the case of gold does not change. After that, laser trimming is performed to adjust the resistance value of the temperature sensor element 10 to a standard value.
【００１７】さらに、白金・ロジウム合金線からなるリ
ード端子15a,15bを、端子電極13a,13b上に溶接する。こ
の後、再び機械的な補強や、湿気やほこりなどからの保
護あるいは電気的絶縁を目的として、図2に示すように
リード端子15a,15b溶接部へセラミックあるいは耐熱ガ
ラスペーストなどからなるフィキシング材17を溶接部へ
塗布・焼成している。Further, lead terminals 15a and 15b made of a platinum-rhodium alloy wire are welded onto the terminal electrodes 13a and 13b. Thereafter, for the purpose of mechanical reinforcement, protection from moisture and dust, and electrical insulation again, a fixing material 17 made of ceramic or heat-resistant glass paste or the like is applied to the welded portions of the lead terminals 15a and 15b as shown in FIG. Is applied to the weld and fired.
【００１８】このとき、前記リード端子15a、15bのロジ
ウム含有量は10重量％〜20重量％であることが望まし
い。すなわち、図3のように絶縁基板11上の金属膜12に
形成された白金からなる端子電極13aと白金・ロジウム
合金からなるリード端子15aとを溶接した場合の2kg/mm2
引張試験を試みた。その結果、表1に示すようにロジウ
ム含有量が10重量％〜20重量％であるリード端子では、
100％の合格率が得られた。At this time, it is desirable that the rhodium content of the lead terminals 15a and 15b is 10% by weight to 20% by weight. That is, as shown in FIG. 3, a terminal electrode 13a made of platinum formed on the metal film 12 on the insulating substrate 11 and a lead terminal 15a made of a platinum-rhodium alloy are welded at 2 kg / mm 2.
A tensile test was attempted. As a result, as shown in Table 1, in a lead terminal having a rhodium content of 10% by weight to 20% by weight,
A 100% pass rate was obtained.
【００１９】[0019]
【表１】 [Table 1]
【００２０】なお、20重量％を超えるロジウム含有量の
リード端子でも、引張試験において同等の合格率が得ら
れる。しかしながら、ロジウムの含有量を上げていく
と、リード端子15aの抵抗温度特性が低下する。そし
て、端子電極13aの抵抗温度特性から離れていくため、
温度センサ素子10全体としては正確な特性が得られな
い。そのため、温度センサ素子10の温度測定に誤差が生
じる。よって、温度センサ素子10の特性的な面を考慮す
ると、上記のようにロジウム含有量が10重量％〜20重量
％の白金・ロジウム合金からなるリード端子が望まし
い。Incidentally, even with a lead terminal having a rhodium content exceeding 20% by weight, an equivalent pass rate can be obtained in a tensile test. However, as the content of rhodium increases, the resistance temperature characteristics of the lead terminal 15a deteriorate. Then, in order to move away from the resistance temperature characteristics of the terminal electrode 13a,
Accurate characteristics cannot be obtained for the temperature sensor element 10 as a whole. Therefore, an error occurs in the temperature measurement of the temperature sensor element 10. Therefore, in consideration of the characteristic aspects of the temperature sensor element 10, a lead terminal made of a platinum-rhodium alloy having a rhodium content of 10% by weight to 20% by weight as described above is desirable.
【００２１】次に本発明の他の実施例について説明す
る。なお、先の実施例と同じ部分には同一の符号を付
し、詳細な説明は省略する。この実施例は、従来の温度
センサ素子において問題となっていた絶縁基板、金属
膜、端子電極、リード端子のそれぞれの接合部分につい
て強度の向上を図るものである。Next, another embodiment of the present invention will be described. The same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. In this embodiment, the strength of each of the joint portions of the insulating substrate, the metal film, the terminal electrode, and the lead terminal, which has been a problem in the conventional temperature sensor element, is improved.
【００２２】図4に、この実施例に基づく温度センサ素
子の絶縁基板11、金属膜12、端子電極13a、リード端子1
5aの接合部分の断面図を示す。図4に示すように、本実
施例では、端子電極13aが絶縁基板11と金属膜12の間に
形成されている点で先の実施例とは異なる。FIG. 4 shows an insulating substrate 11, a metal film 12, a terminal electrode 13a, and a lead terminal 1 of the temperature sensor element according to this embodiment.
FIG. 5C shows a cross-sectional view of the joint portion 5a. As shown in FIG. 4, this embodiment is different from the previous embodiment in that the terminal electrode 13a is formed between the insulating substrate 11 and the metal film 12.
【００２３】以下に本実施例の温度センサ素子の製造方
法を説明する。まず絶縁基板11上に、およそ粒径50nmの
アルミナ粒子を含有した白金からなる端子電極13a,13b
が、フリットレス厚膜スクリーン印刷・焼成により形成
される。その後、第一の実施例と同様の手法を用いて金
属膜12が形成される。さらに、金属膜12上にレーザーカ
ットあるいはドライエッチングなどの方法により、抵抗
パターン14がミアンダ状に形成される。また、金属膜12
表面の抵抗パターン14の回路における両端部を除く部分
には、耐熱ガラスペースト・セラミックゾルゲルコート
などの方法でコーティング膜16が形成される。さらに、
白金・ロジウム合金線からなるリード端子15a,15bを、
端子電極13a,13b上に溶接する。この後、リード端子15
a,15b溶接部へセラミックあるいは耐熱ガラスペースト
などからなるフィキシング材17を溶接部へ塗布・焼成し
ている。Hereinafter, a method for manufacturing the temperature sensor element of the present embodiment will be described. First, on the insulating substrate 11, terminal electrodes 13a, 13b made of platinum containing alumina particles having a particle size of about 50 nm.
Are formed by fritless thick film screen printing and firing. After that, the metal film 12 is formed using the same method as in the first embodiment. Further, the resistance pattern 14 is formed in a meandering shape on the metal film 12 by a method such as laser cutting or dry etching. Also, the metal film 12
A coating film 16 is formed by a method such as heat-resistant glass paste or ceramic sol-gel coating on a portion of the surface of the circuit of the resistance pattern 14 except for both ends. further,
Lead terminals 15a, 15b made of platinum-rhodium alloy wire,
It is welded on the terminal electrodes 13a and 13b. After this, lead terminal 15
Fixing material 17 made of ceramic or heat-resistant glass paste or the like is applied to the a and 15b welds and fired.
【００２４】ここで、図4に示すように、端子電極13a、
金属膜12の構成を第一の実施例と変えるのは、絶縁基板
11との密着強度を高めるためである。なお、端子電極13
aのアルミナ粒子の含有量を変化させて2kg/mm2引張試験
を試みたところ、表2に示すように含有率が2.5〜15重量
％の範囲で、ほぼ100％の合格率が得られた。Here, as shown in FIG. 4, the terminal electrodes 13a,
What differs from the first embodiment in the configuration of the metal film 12 is that the insulating substrate
This is for enhancing the adhesion strength with the eleventh embodiment. The terminal electrode 13
When a 2 kg / mm 2 tensile test was attempted while changing the content of the alumina particles in a, a pass rate of almost 100% was obtained when the content was in the range of 2.5 to 15% by weight as shown in Table 2. .
【００２５】[0025]
【表２】 [Table 2]
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば端子電極
に白金を用い、リード端子材として白金・ロジウム合金
線を用いたので、1000℃耐熱の温度センサ素子を得るこ
とができ、高温環境で温度を測定することができる。As described above, according to the present invention, platinum is used for the terminal electrode and platinum-rhodium alloy wire is used as the lead terminal material, so that a temperature sensor element having a heat resistance of 1000 ° C. can be obtained. Temperature can be measured in the environment.
【００２７】さらに、端子電極とリード端子との接合部
の強度を向上させることができ、信頼性の高い温度セン
サ素子を得ることができる。Further, the strength of the joint between the terminal electrode and the lead terminal can be improved, and a highly reliable temperature sensor element can be obtained.
【００２８】また、特に請求項2に係る発明によれば、
アルミナを含む絶縁基板とアルミナ粒子を含有する端子
電極との間の物理密着により、さらに接合性の高い強度
を得ることができる。According to the invention of claim 2,
Due to the physical adhesion between the insulating substrate containing alumina and the terminal electrode containing alumina particles, a higher bonding strength can be obtained.
【図１】本発明の第1の実施例の温度センサ素子の斜視
図である。FIG. 1 is a perspective view of a temperature sensor element according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第1の実施例の温度センサ素子の側面
図である。FIG. 2 is a side view of the temperature sensor element according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第1の実施例の温度センサ素子の接合
部部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a bonding portion of the temperature sensor element according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第2の実施例の温度センサ素子の接合
部部分断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a junction of a temperature sensor element according to a second embodiment of the present invention.
10 温度センサ素子 11 絶縁基板 12 金属膜 13a,13b 端子電極 14 抵抗パターン 15a,15b リード端子 10 Temperature sensor element 11 Insulating substrate 12 Metal film 13a, 13b Terminal electrode 14 Resistance pattern 15a, 15b Lead terminal
Claims (4)
抗パターンを有する金属膜と、該金属膜上に形成された
端子電極と、該端子電極に接合されたリード端子からな
る温度センサ素子において、 前記端子電極は白金からなり、前記リード端子は白金・
ロジウム合金線から形成されていることを特徴とする温
度センサ素子。1. A temperature sensor comprising an insulating substrate, a metal film having a resistance pattern formed on the insulating substrate, a terminal electrode formed on the metal film, and a lead terminal joined to the terminal electrode. In the device, the terminal electrode is made of platinum, and the lead terminal is made of platinum.
A temperature sensor element formed of a rhodium alloy wire.
に形成された端子電極と、前記絶縁基板上に形成された
抵抗パターンを有するとともに、前記端子電極を覆うよ
うに形成された金属膜と、前記端子電極上の金属膜に接
合されたリード端子からなる温度センサ素子において、 前記端子電極はアルミナ粒子を含有する白金からなり、
前記リード端子は白金・ロジウム合金線から形成されて
いることを特徴とする温度センサ素子。2. A metal film having an insulating substrate containing alumina, a terminal electrode formed on the insulating substrate, and a resistance pattern formed on the insulating substrate, and formed to cover the terminal electrode. And a temperature sensor element comprising a lead terminal joined to a metal film on the terminal electrode, wherein the terminal electrode is made of platinum containing alumina particles,
The lead terminal is formed of a platinum-rhodium alloy wire.
2.5〜15重量％であることを特徴とする請求項2記載の温
度センサ素子。3. An alumina particle contained in the terminal electrode,
3. The temperature sensor element according to claim 2, wherein the content is 2.5 to 15% by weight.
重量％〜20重量％であることを特徴とする請求項1、2ま
たは請求項3記載の温度センサ素子。4. The rhodium contained in the lead terminal is 10%.
4. The temperature sensor element according to claim 1, wherein the content is in the range of 20% by weight to 20% by weight.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9195791A JPH1140403A (en) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | Temp. sensor element |
| DE1998130821 DE19830821C2 (en) | 1997-07-22 | 1998-07-09 | Temperature sensor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9195791A JPH1140403A (en) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | Temp. sensor element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1140403A true JPH1140403A (en) | 1999-02-12 |
Family
ID=16347042
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP9195791A Pending JPH1140403A (en) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | Temp. sensor element |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1140403A (en) |
| DE (1) | DE19830821C2 (en) |
Cited By (5)
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