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温度传感器

阅读：1058发布：2020-07-22

IPRDB可以提供温度传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种温度传感器，其在与加热辊等接触来检测温度时，响应性优异。本发明的温度传感器具备：一对引线框(2)；传感器部(3)，与一对引线框连接；及绝缘性保持部(4)，固定于一对引线框来保持引线框，传感器部具备：绝缘性薄膜(6)；薄膜热敏电阻部(7)，在绝缘性薄膜的表面以热敏电阻材料图案形成；一对梳状电极(8)，在薄膜热敏电阻部上具有多个梳部并相互对置地图案形成；及一对图案电极(9)，连接于一对梳状电极，在绝缘性薄膜表面图案形成，一对引线框在绝缘性薄膜表面将薄膜热敏电阻部配置在之间而延伸并被粘接，并且连接于一对图案电极(9)。，下面是温度传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种温度传感器，其特征在于，具备：一对引线框；

传感器部，与所述一对引线框连接；及

绝缘性保持部，固定于所述一对引线框来保持所述引线框，所述传感器部具备：

绝缘性薄膜；

薄膜热敏电阻部，在该绝缘性薄膜的表面以热敏电阻材料图案形成；

一对梳状电极，在所述薄膜热敏电阻部的上侧和下侧的至少一侧具有多个梳部并相互对置地图案形成；及一对图案电极，一端与所述一对梳状电极连接的同时另一端与所述一对引线框连接，在所述绝缘性薄膜表面图案形成，所述一对引线框在所述绝缘性薄膜的表面将所述薄膜热敏电阻部配置在之间，在所述薄膜热敏电阻部的两侧从所述薄膜热敏电阻部相隔而在所述绝缘性薄膜的两侧边的附近延伸，在与测定对象物接触时，确保所述绝缘性薄膜的刚性而弯曲，在所述一对图案电极的基端部设置有一对端子部，所述一对端子部与所述一对引线框相连接，并且所述一对端子部配置在绝缘性薄膜的两侧部的附近。

2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述绝缘性薄膜呈大致长方形，

所述一对引线框在所述绝缘性薄膜的延伸方向的大致全长上延伸，所述薄膜热敏电阻部配置在所述绝缘性薄膜的一端侧，并且所述图案电极从所述绝缘性薄膜的一端侧向另一端侧延伸形成，在该另一端侧与所述引线框连接。

3.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于，所述一对图案电极形成为曲折状。

4.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，在所述绝缘性薄膜的表面粘接有至少覆盖所述引线框的绝缘性保护片。

5.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述薄膜热敏电阻部由通式：TixAlyNz所表示的金属氮化物构成，其晶体结构为六方晶系的纤锌矿型的单相，其中，0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1。

说明书全文

温度传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种适宜测定复印机或打印机等的加热辊的温度且响应性优异的温度传感器。

背景技术

[0002] 通常，用于复印机或打印机的加热辊中，为了测定其温度，温度传感器设置成接触状态。作为这种温度传感器，例如专利文献1和2中提出有如下温度传感器，其具有：一对引线框；热敏元件，配设在这些引线框之间并连接；保持部，形成在一对引线框的端部；及薄膜片材，设置在引线框和热敏元件的单面并与加热辊接触。

[0003] 这种温度传感器利用引线框的弹力与加热辊的表面接触，由此进行温度检测。

[0004] 另外，上述专利文献1中，作为热敏元件采用球状热敏电阻或片状热敏电阻，专利文献2中，作为热敏元件采用在氧化铝等绝缘基板的一面形成有热敏膜的薄膜热敏电阻。该薄膜热敏电阻由形成在绝缘基板的一面的热敏膜、连接该热敏膜和一对引线框的一对引线部、以及覆盖热敏膜的保护膜构成。

[0005] 专利文献1：日本专利公开平6-29793号公报

[0006] 专利文献2：日本专利公开2000-74752号公报

[0007] 专利文献3：日本专利公开2004-319737号公报

[0008] 上述现有技术中留有以下课题。

[0009] 即，专利文献1所记载的技术中，作为热敏元件使用球状热敏电阻等，但这种情况下，为约1mm左右的球状或椭圆状，因此与加热辊进行点接触，很难进行准确的温度检测，并且由于具有体积，因此存在响应性较差的不良情况。并且，由于进行点接触，也有可能会损伤旋转的辊表面。

[0010] 并且，专利文献2所记载的技术中，由于作为热敏元件使用薄膜热敏电阻，因此能够与加热辊进行面接触，但是若包括构成薄膜热敏电阻的绝缘基板或引线部，则还是具有体积，因此存在响应性较差的问题。

发明内容

[0011] 本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种与加热辊等接触来检测温度时，响应性优异的温度传感器。

[0012] 本发明为了解决上述课题，采用以下结构。即，第1发明所涉及的温度传感器具备：一对引线框；传感器部，与所述一对引线框连接；及绝缘性保持部，固定于所述一对引线框来保持所述引线框，所述传感器部具备：绝缘性薄膜；薄膜热敏电阻部，在该绝缘性薄膜的表面以热敏电阻材料图案形成；一对梳状电极，在所述薄膜热敏电阻部的上侧和下侧的至少一侧具有多个梳部并相互对置地图案形成；及一对图案电极，与所述一对梳状电极连接，在所述绝缘性薄膜表面图案形成，所述一对引线框在所述绝缘性薄膜的表面将所述薄膜热敏电阻部配置在之间而延伸并被粘接，并且与所述一对图案电极连接。

[0013] 该温度传感器中，一对引线框在绝缘性薄膜的表面将薄膜热敏电阻部配置在之间而延伸并被粘接，因此能够确保绝缘性薄膜的刚性并支承传感器部。并且，通过直接形成在被引线框支承的绝缘性薄膜的薄膜热敏电阻部，整体的厚度变薄，能够通过较小的体积得到优异的响应性。并且，一对引线框与一对图案电极连接，因此薄膜热敏电阻部和引线框通过直接形成在绝缘性薄膜的图案电极连接，从而通过图案形成的较薄的配线，与由导线等连接的情况相比，抑制与引线框侧的导热性的影响。另外，相对于测定对象物的接触部分的平坦性较高，且进行面接触，因此能够进行准确的温度检测，并且不易损伤旋转的加热辊等测定对象物的表面。

[0014] 第2发明所涉及的温度传感器，其中，在第1发明中，所述绝缘性薄膜呈大致长方形，所述一对引线框在所述绝缘性薄膜的延伸方向的大致全长上延伸，所述薄膜热敏电阻部配置在所述绝缘性薄膜的一端侧，并且所述图案电极从所述绝缘性薄膜的一端侧向另一端侧延伸形成，在该另一端侧与所述引线框连接。

[0015] 即，该温度传感器中，图案电极从绝缘性薄膜的一端侧向另一端侧延伸形成，在该另一端侧与引线框连接，因此较薄的图案电极较长延伸，并且设定成与引线框的连接部从薄膜热敏电阻部远离，由此进一步抑制向引线框的热传递，能够进行更准确且响应性较高的温度测定。

[0016] 第3发明所涉及的温度传感器，其中，在第2发明中，所述一对图案电极形成为曲折状。

[0017] 即，该温度传感器中，一对图案电极形成为曲折状，因此图案电极变得更长，并且能够抑制向引线框的热传递。

[0018] 第4发明所涉及的温度传感器，其中，在第1至第3发明中的任一发明中，在所述绝缘性薄膜的表面粘接有至少覆盖所述引线框的绝缘性保护片。

[0019] 即，该温度传感器中，在绝缘性薄膜的表面粘接有至少覆盖引线框的绝缘性保护片，因此能够将引线框夹在绝缘性薄膜与保护片之间而稳定地保持，并且能够提高绝缘性薄膜的刚性。

[0020] 第5发明所涉及的温度传感器，其中，在第1至第4发明中的任一发明中，所述薄膜热敏电阻部由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，其晶体结构为六方晶系的纤锌矿型的单相。

[0021] 通常，使用于温度传感器等的热敏电阻材料为了高精度、高灵敏度而要求较高的B常数。以往，作为这种热敏电阻材料一般有Mn、Co、Fe等过渡金属氧化物。并且，为了得到稳定的热敏电阻特性，在这些热敏电阻材料需要600℃以上的烧成。

[0022] 并且，除了由如上述的金属氧化物构成的热敏电阻材料以外，例如专利文献3中提出由通式：MxAyNz(其中，M表示Ta、Nb、Cr、Ti及Zr的至少一种，A表示Al、Si及B的至少一种。0.1≤x≤0.8，0＜y≤0.6，0.1≤z≤0.8，x+y+z＝1)所表示的碳化物构成的热敏电阻用材料。并且，该专利文献3中，作为实施例，只记载有Ta-Al-N系材料，且设为0.5≤x≤0.8，0.1≤y≤0.5，0.2≤z≤0.7，x+y+z＝1的材料。在该Ta-Al-N系材料中，将包含上述元素的材料用作靶材，在含氮气气氛中进行溅射来制作。并且，根据需要，在350～600℃下对得到的薄膜进行热处理。

[0023] 近年来，正研究在树脂薄膜上形成热敏电阻材料的薄膜型热敏电阻传感器的开发，期望开发能够在薄膜上直接成膜的热敏电阻材料。即，期待着通过使用薄膜，得到挠性热敏电阻传感器。并且，期望具有0.1mm左右厚度的非常薄的热敏电阻传感器的开发，但以往常常使用利用氧化铝等陶瓷材料的基板材料，因此例如将厚度削减到0.1mm，则变得非常脆，存在容易破坏等问题，但期待通过使用薄膜，能够得到非常薄的热敏电阻传感器。

[0024] 以往，形成由TiAlN构成的氮化物系热敏电阻的温度传感器中，在薄膜上层压形成由TiAlN构成的热敏电阻材料层和电极的情况下，在热敏电阻材料层上成膜Au等电极层，图案形成为具有多个梳部的梳状。但是，该热敏电阻材料层在曲率半径较大且缓慢地弯曲的情况下，很难产生裂纹且电阻值等电性不变，但在曲率半径较小且急剧地弯曲的情况下，容易产生裂纹，电阻值等较大地变化，电性的可靠性降低。尤其，使薄膜在与梳部的延伸方向正交的方向上以较小的曲率半径急剧地弯曲的情况下，与在梳部的延伸方向上弯曲的情况相比，因梳状电极与热敏电阻材料层的应力差，容易在电极边缘附近产生裂纹，存在电性可靠性降低的不良情况。

[0025] 并且由树脂材料构成的薄膜通常耐热温度较低为150℃以下，即使已知为耐热温度比较高的材料的聚酰亚胺也只具有300℃左右的耐热性，因此在热敏电阻材料的形成工序中施加热处理的情况下，很难适用。上述以往的氧化物热敏电阻材料中，为了实现所希望的热敏电阻特性，需要进行600℃以上的烧成，存在不能实现在薄膜上直接成膜的薄膜型热敏电阻传感器的问题。因此，期望无需烧成而能够直接成膜的热敏电阻材料的开发，但即使为上述专利文献3所记载的热敏电阻材料，为了得到所希望的热敏电阻特性，也根据需要而在350～600℃下需要对得到的薄膜进行热处理。并且，作为该热敏电阻材料，在Ta-Al-N系材料的实施例中，得到B常数：500～3000K左右的材料，但没有关于耐热性的叙述，氮化物系材料的热可靠性不明确。

[0026] 本发明人们在氮化物材料中尤其着眼于AlN系，进行深入研究的结果发现，作为绝缘体的AlN很难得到最佳的热敏电阻特性(B常数：1000～6000K左右)，因此通过以提高电传导性的特定金属元素替代Al位置，并且设为特定晶体结构，由此无需烧成而可得到良好的B常数和耐热性。

[0027] 然而，本发明是从上述研究结果中得到的，薄膜热敏电阻部由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，其晶体结构为六方晶系的纤锌矿型的单相，因此无需烧成得到良好的B常数，并且具有较高的耐热性。

[0028] 另外，若上述“y/(x+y)”(即，Al/(Ti+Al))不到0.70，则得不到纤锌矿型的单相，成为与NaCl型相的共生相或者仅NaCl型相的相，得不到充分的高电阻和高B常数。

[0029] 并且，若上述“y/(x+y)”(即，Al/(Ti+Al))超过0.95，则电阻率非常高，显示出极高的绝缘性，因此不能作为热敏电阻材料适用。

[0030] 并且，若上述“z”(即，N/(Ti+Al+N))不到0.4，则金属的氮化量较少，因此得不到纤锌矿型的单相，得不到充分的高电阻和高B常数。

[0031] 并且，若上述“z”(即，N/(Ti+Al+N))超过0.5，则得不到纤锌矿型的单相。这是因为，在纤锌矿型的单相中，氮位置无缺陷的情况下的准确的化学计量比为N/(Ti+Al+N)＝0.5。

[0032] 根据本发明，得到以下效果。

[0033] 即，根据本发明所涉及的温度传感器，由于一对引线框在绝缘性薄膜的表面将薄膜热敏电阻部配置在之间而延伸并被粘接，并且与一对图案电极连接，因此通过直接形成在较薄的绝缘性薄膜的薄膜热敏电阻部和较薄的图案电极，能够得到优异的响应性，并且能够进行准确的温度测定。

[0034] 而且，薄膜热敏电阻部由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，其晶体结构为六方晶系的纤锌矿型的单相，因此无需烧成而可得到良好的B常数，并且具有较高的耐热性。

[0035] 因此，根据本发明的温度传感器，能够实现基于引线框和绝缘性薄膜的挠性面接触，并且能够以较高的响应性准确地测定温度，适宜用作复印机或打印机等的加热辊的温度传感器。

附图说明

[0036] 图1是表示本发明所涉及的温度传感器的第一实施方式的俯视图和主视图。

[0037] 图2是第一实施方式中表示传感器部的俯视图和剖视图。

[0038] 图3是第一实施方式中表示热敏电阻用金属氮化物材料的组成范围的Ti-Al-N系三元系相图。

[0039] 图4是第一实施方式中表示薄膜热敏电阻部形成工序的俯视图和剖视图。

[0040] 图5是第一实施方式中表示电极形成工序的俯视图和剖视图。

[0041] 图6是第一实施方式中表示引线框粘接工序的俯视图和主视图。

[0042] 图7是本发明所涉及的温度传感器的第二实施方式中表示传感器部的俯视图和剖视图。

[0043] 图8是第二实施方式中表示温度传感器的俯视图和主视图。

[0044] 图9是本发明所涉及的温度传感器的第三实施方式中表示传感器部的俯视图和剖视图。

[0045] 图10是第三实施方式中表示温度传感器的俯视图和主视图。

[0046] 图11是本发明所涉及的温度传感器的实施例中表示热敏电阻用金属氮化物材料的膜评价用元件的主视图和俯视图。

[0047] 图12是本发明所涉及的实施例和比较例中表示25℃电阻率与B常数的关系的图表。

[0048] 图13是本发明所涉及的实施例和比较例中表示Al/(Ti+Al)比与B常数的关系的图表。

[0049] 图14是本发明所涉及的实施例中表示设为Al/(Ti+Al)＝0.84的c轴取向较强的情况下的X射线衍射(XRD)结果的图表。

[0050] 图15是本发明所涉及的实施例中表示设为Al/(Ti+Al)＝0.83的a轴取向较强的情况下的X射线衍射(XRD)结果的图表。

[0051] 图16是本发明所涉及的比较例中表示设为Al/(Ti+Al)＝0.60的情况下的X射线衍射(XRD)结果的图表。

[0052] 图17是本发明所涉及的实施例中表示对a轴取向较强的实施例与c轴取向较强的实施例进行比较的Al/(Ti+Al)比与B常数的关系的图表。

[0053] 图18是本发明所涉及的实施例中表示c轴取向较强的实施例的截面SEM照片。

[0054] 图19是本发明所涉及的实施例中表示a轴取向较强的实施例的截面SEM照片。

具体实施方式

[0055] 以下，参考图1至图6，对本发明所涉及的温度传感器中的第一实施方式进行说明。在用于以下说明的附图的一部分，为了能够识别各个部分或者将各个部分设为容易识别的大小，根据需要适宜变更比例尺。

[0056] 如图1和图2所示，本实施方式的温度传感器1具备：一对引线框2；传感器部3，与一对引线框2连接；以及绝缘性保持部4，固定于一对引线框2并保持引线框2。

[0057] 上述一对引线框2由铜系合金、铁系合金或不锈钢等合金形成，通过树脂制的保持部4以保持一定间隔的状态被支承。另外，一对引线框2在保持部4内与一对导线5连接。并且，在保持部4形成有安装用孔4a。

[0058] 上述传感器部3为薄膜型热敏电阻传感器，其具备：绝缘性薄膜6；薄膜热敏电阻部7，在该绝缘性薄膜6的表面以热敏电阻材料图案形成；一对梳状电极8，在薄膜热敏电阻部7上具有多个梳部8a且相互对置地图案形成；一对图案电极9，与一对梳状电极8连接且在绝缘性薄膜6的表面图案形成；以及绝缘性保护膜10，覆盖薄膜热敏电阻部7和梳状电极8。并且，在绝缘性薄膜6的表面粘接有覆盖薄膜热敏电阻部7、图案电极9以及引线框2的绝缘性保护片11。

[0059] 上述一对引线框2在绝缘性薄膜6的表面将薄膜热敏电阻部7配置在之间而延伸并通过导电性树脂粘结剂等粘结剂(省略图示)被粘接，并且与一对图案电极9连接。

[0060] 上述绝缘性薄膜6呈大致长方形，例如由厚度为7.5～125μm的聚酰亚胺树脂片材形成为带状。另外，作为绝缘性薄膜6，此外也能够由PET：聚对苯二甲酸乙二酯、PEN：聚萘二甲酸乙二酯等制作，但作为加热辊的温度测定用，由于最高使用温度较高为230℃，因此优选使用聚酰亚胺薄膜。

[0061] 一对引线框2在绝缘性薄膜6的延伸方向的大致全长上延伸并粘接在绝缘性薄膜6上。

[0062] 上述一对图案电极9的基端部上设置有端子部9a，在该端子部9a上通过导电性树脂粘结剂等连接有引线框2。

[0063] 上述薄膜热敏电阻部7配置在绝缘性薄膜6的一端侧，由TiAlN的热敏电阻材料形成。尤其，薄膜热敏电阻部7由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，其晶体结构为六方晶系的纤锌矿型的单相。

[0064] 上述图案电极9和梳状电极8具有形成在薄膜热敏电阻部7上的膜厚5～100nm的Cr或NiCr接合层及在该接合层上由Au等贵金属以50～1000nm的膜厚形成的电极层。

[0065] 一对梳状电极8成为以相互对置状态配置且梳部8a交替排列的梳状图案。

[0066] 另外，梳部8a沿着绝缘性薄膜6的延伸方向(引线框2的延伸方向)延伸。即，绝缘性薄膜6的背面与旋转的加热辊接触并进行温度测定，但此时，在绝缘性薄膜6的延伸方向上具有曲率地弯曲，因此对薄膜热敏电阻部7也在同一方向上施加弯曲应力。此时，梳部8a在同一方向上延伸，因此通过加强薄膜热敏电阻部7，能够抑制裂纹的产生。

[0067] 一对图案电极9的前端部与梳状电极8连接，基端部成为配置在绝缘性薄膜6的两侧部的上述端子部9a。

[0068] 上述保护膜10为绝缘性树脂膜等，例如采用厚度为20μm的聚酰亚胺膜。

[0069] 如上所述，上述薄膜热敏电阻部7为金属氮化物材料，且由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，其晶体结构为六方晶系的晶系，且为纤锌矿型(空间群P63mc(No.186))的单相。即，如图3所示，该金属氮化物材料具有由Ti-Al-N系三元系相图中的点A、B、C、D包围的区域内的组成，且为晶相为纤锌矿型的金属氮化物。

[0070] 另外，上述点A、B、C、D的各组成比(x，y，z)(原子％)为A(15，35，50)、B(2.5，47.5，50)、C(3，57，40)、D(18，42，40)。

[0071] 并且，该薄膜热敏电阻部7形成为例如膜厚为100～1000nm的膜状，是沿相对于所述膜的表面垂直的方向延伸的柱形晶体。并且，优选在相对于膜的表面垂直的方向上c轴比a轴更强取向。

[0072] 另外，在相对于膜的表面垂直的方向(膜厚方向)上判断是a轴取向(100)强还是c轴取向(002)，通过利用X射线衍射(XRD)调查晶轴的取向性，根据(100)(表示a轴取向的密勒指数)与(002)(表示c轴取向的密勒指数)的峰值的强度比由“(100)的峰值强度”/“(002)的峰值强度”小于1来确定。

[0073] 参考图4至图6，对该温度传感器1的制造方法进行说明。

[0074] 本实施方式的温度传感器1的制造方法具有：薄膜热敏电阻部形成工序，在绝缘性薄膜6上图案形成薄膜热敏电阻部7；电极形成工序，将相互对置的一对梳状电极8配置在薄膜热敏电阻部7上，在绝缘性薄膜6上图案形成一对图案电极9；保护膜形成工序，在绝缘性薄膜6的表面形成保护膜10；以及片材粘接工序，在绝缘性薄膜6的表面粘接覆盖薄膜热敏电阻部7、梳状电极8、图案电极9、保护膜10以及引线框2的保护片11。

[0075] 作为更具体的制造方法的例子，在厚度为50μm的聚酰亚胺薄膜的绝缘性薄膜6上利用Ti-Al合金溅射靶，在含氮气氛中通过反应性溅射法以膜厚200nm形成TixAlyNz(x＝9，y＝43，z＝48)的热敏电阻膜。此时的溅射条件为，到达真空度为5×10-6Pa，溅射气体压力为0.4Pa，靶材投入功率(输出功率)为200W，在Ar气体+氮气的混合气体气氛下，以20％的氮气分率制作。

[0076] 在成膜的热敏电阻膜上通过棒涂布机涂布抗蚀剂液后，在100℃下预烘1分30秒，通过曝光装置进行感光后，用显影液去除不需要部分，并且在150℃下通过5分钟的后烘来进行图案形成。之后，用市售的Ti蚀刻剂对不需要的TixAlyNz的热敏电阻膜进行湿法蚀刻，如图4所示，通过抗蚀剂剥离设为所希望的形状的薄膜热敏电阻部7。

[0077] 接着，通过溅射法在薄膜热敏电阻部7和绝缘性薄膜6上形成膜厚为20nm的Cr膜的接合层。并且，通过溅射法在该接合层上形成膜厚为200nm的Au膜的电极层。

[0078] 接着，在成膜的电极层上通过棒涂布机涂布抗蚀剂液后，在100℃下预烘1分30秒，通过曝光装置进行感光后，用显影液去除不需要部分，并且在150℃下通过5分钟的后烘来进行图案形成。之后，用市售的Au蚀刻剂和Cr蚀刻剂依次对不需要的电极部分进行湿法蚀刻，如图5所示，通过抗蚀剂剥离形成所希望的梳状电极8和图案电极9。

[0079] 并且，通过印刷法在其上涂布聚酰亚胺漆，在250℃下进行30分钟熟化，如图6所示，形成20μm厚的聚酰亚胺保护膜10。

[0080] 接着，作为保护片11，将带粘结剂的聚酰亚胺薄膜从引线框2侧粘贴到绝缘性薄膜6的表面，由此制作温度传感器1。

[0081] 另外，同时制作多个传感器部3时，如上所述，在绝缘性薄膜6的大型片材上形成多个薄膜热敏电阻部7、梳状电极8、图案电极9以及保护膜10之后，从大型片材中切割各传感器部3。

[0082] 这样，在本实施方式的温度传感器1中，一对引线框2在绝缘性薄膜6的表面将薄膜热敏电阻部7配置在之间而延伸并被粘接，因此能够确保绝缘性薄膜6的刚性且支承传感器部3。并且，通过直接形成在被引线框2支承的绝缘性薄膜6的薄膜热敏电阻部7，整体的厚度变薄，能够通过较小的体积得到优异的响应性。

[0083] 并且，一对引线框2与一对图案电极9连接，因此薄膜热敏电阻部7和引线框2通过直接形成在绝缘性薄膜6的图案电极9连接，从而与通过图案形成的较薄的配线由导线等连接的情况相比，抑制与引线框2侧的导热性的影响。另外，相对于测定对象物的接触部分的平坦性较高，且进行面接触，因此能够进行准确的温度检测，并且不易损伤旋转的加热辊等的测定对象物的表面。

[0084] 并且，在绝缘性薄膜6的表面粘接有至少覆盖引线框2的绝缘性保护片11，因此能够将引线框2夹在绝缘性薄膜6与保护片11之间而稳定地保持，并且能够提高绝缘性薄膜6的刚性。

[0085] 并且，薄膜热敏电阻部7由通式：TixAlyNz(0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1)所表示的金属氮化物构成，其晶体结构为六方晶系的纤锌矿型的单相，因此无需烧成而可得到良好的B常数，并且具有较高的耐热性。

[0086] 并且，该金属氮化物材料中，为沿相对于膜表面垂直的方向延伸的柱形晶体，因此膜的结晶性较高，得到较高的耐热性。

[0087] 并且，该金属氮化物材料中，沿相对于膜的表面垂直的方向上使c轴比a轴更强取向，从而与a轴取向较强的情况相比，得到较高的B常数。

[0088] 另外，本实施方式的热敏电阻材料层(薄膜热敏电阻部7)的制造方法中，利用Ti-Al合金溅射靶，在含氮气氛中进行反应性溅射来成膜，因此无需烧成就能够成膜由所述TiAlN构成的所述金属氮化物材料。

[0089] 并且，通过将反应性溅射中的溅射气体压力设定为不到0.67Pa，从而能够形成在相对于膜的表面垂直的方向上c轴比a轴较强取向的金属氮化材料的膜。

[0090] 因此，本实施方式的温度传感器1中，在绝缘性薄膜6上用上述热敏电阻材料层形成薄膜热敏电阻部7，因此通过无需烧成即可形成且高B常数、高耐热性的薄膜热敏电阻部7，能够使用树脂薄膜等耐热性低的绝缘性薄膜6，并且能够得到具有良好的热敏电阻特性的薄型且挠性热敏电阻传感器。

[0091] 并且，以往常常使用利用氧化铝等陶瓷材料的基板材料，若例如将厚度削减到0.1mm，则变得非常脆，存在容易破坏等问题，但本发明中能够使用薄膜，因此，如上所述，能够得到例如厚度为0.1mm的非常薄的薄膜型热敏电阻传感器(传感器部3)。

[0092] 接着，参考图7至图10对本发明所涉及的温度传感器的第二实施方式和第三实施方式进行以下说明。另外，在以下的各实施方式的说明中，对上述实施方式中说明的同一构成要件标定同一符号，省略其说明。

[0093] 第二实施方式与第一实施方式的不同点为，第一实施方式中图案电极9的端子部9a配置在绝缘性薄膜6的一端侧，相对于此，如图7和图8所示，第二实施方式的温度传感器
21中，图案电极29从绝缘性薄膜6的一端侧向另一端侧延伸形成，在该另一端侧与引线框2连接。

[0094] 即，第二实施方式中，传感器部23的图案电极29在一对引线框2内侧沿其延伸并图案形成，在配置在绝缘性薄膜6的另一端侧的端子部9a与引线框2连接。

[0095] 因此，第二实施方式的温度传感器21中，图案电极29从绝缘性薄膜6的一端侧向另一端侧延伸形成，在该另一端侧与引线框2连接，因此较薄的图案电极29较长延伸，并且与引线框2的连接部设定为从薄膜热敏电阻部7远离，从而进一步抑制向引线框2的热传递，能够进行更准确且响应性较高的温度测定。

[0096] 接着，第三实施方式与第二实施方式的不同点为，在第二实施方式中图案电极29直线状延伸形成，相对于此，如图9和图10所示，第三实施方式的温度传感器31中，具有图案电极39形成为曲折状并延伸的传感器部33。

[0097] 即，第三实施方式中，图案电极39反复折回，呈从绝缘性薄膜6的一端侧向另一端侧延伸的之字状，从而比直线状更长。

[0098] 因此，第三实施方式的温度传感器31中，一对图案电极39形成为曲折状，因此图案电极39进一步变长，并且能够抑制向引线框2的热传递。

[0099] 实施例

[0100] 接着，关于本发明所涉及的温度传感器，参考图11至图19具体说明通过根据上述实施方式制作的实施例进行评价的结果。

[0101] ＜膜评价用元件的制作＞

[0102] 作为进行本发明的热敏电阻材料层(薄膜热敏电阻部7)的评价的实施例和比较例，如下制作图11所示的膜评价用元件121。

[0103] 首先，通过反应性溅射法，利用各种组成比的Ti-Al合金靶材，在成为Si基板S的带热氧化膜的Si晶圆上以表1所示的各种组成比形成厚度为500nm的金属氮化物材料的薄膜热敏电阻部7。此时的溅射条件为，到达真空度：5×10-6Pa，溅射气体压力：0.1～1Pa，靶材投入功率(输出功率)：100～500W，在Ar气体+氮气的混合气体气氛下，将氮气分率改变为10～100％来制作。

[0104] 接着，在上述薄膜热敏电阻部7上通过溅射法形成20nm的Cr膜，进一步形成100nm的Au膜。并且，通过旋转涂布机在其上涂布抗蚀剂液后，在110℃下预烘1分30秒，通过曝光装置进行感光后，用显影液去除不需要部分，在150℃下通过5分钟的后烘进行图案形成。之后，用市售的Au蚀刻剂和Cr蚀刻剂对不需要的电极部分进行湿法蚀刻，通过抗蚀剂剥离形成具有所需要的梳状电极部124a的图案电极124。并且，将其切成芯片状，设为B常数评价和耐热性试验用膜评价用元件121。

[0105] 另外，作为比较，同样地制备TixAlyNz的组成比为本发明的范围外且晶系不同的比较例来进行评价。

[0106] ＜膜的评价＞

[0107] (1)组成分析

[0108] 对通过反应性溅射法得到的薄膜热敏电阻部7通过X射线电子光谱法(XPS)进行元素分析。在该XPS中，通过Ar溅射，在从最表面深20nm的溅射面实施定量分析。将其结果示于表1。另外，以下的表中的组成比由“原子％”来表示。

[0109] 另外，上述X射线电子光谱法(XPS)中，在将X射线源设为MgKα(350W)，通能：58.5eV、测定间隔：0.125eV、相对于试样面的光电输出角：45deg，分析区为在约800μmφ的条件下实施定量分析。另外，关于定量精度，N/(Ti+Al+N)的定量精度为±2％，Al/(Ti+Al)的定量精度为±1％。

[0110] (2)比电阻测定

[0111] 对通过反应性溅射法得到的薄膜热敏电阻部7，通过四端子法测定25℃下的比电阻。其结果示于表1。

[0112] (3)B常数测定

[0113] 在恒温槽内测定膜评价用元件121的25℃和50℃的比电阻，通过25℃和50℃的比电阻计算出B常数。其结果示于表1。

[0114] 另外，本发明中的B常数计算方法如上所述从25℃和50℃各自的电阻值通过以下数学式求出。

[0115] B常数(K)＝In(R25/R50)/(1/T25－1/T50)

[0116] R25(Ω)：25℃下的电阻值

[0117] R50(Ω)：50℃下的电阻值

[0118] T25(K)：298.15K以绝对温度表示25℃

[0119] T50(K)：323.15K以绝对温度表示50℃

[0120] 从这些结果可知，TixAlyNz的组成比在图3所示的三元系的三角图中，由点A、B、C、D包围的区域内，即，成为“0.70≤y/(x+y)≤0.95，0.4≤z≤0.5，x+y+z＝1”的区域内的所有实施例中，实现电阻率：100Ωcm以上，B常数：1500K以上的热敏电阻特性。

[0121] 根据从上述结果，将表示25℃下的电阻率与B常数的关系的图表示于图12。并且，表示Al/(Ti+Al)比与B常数的关系的图表示于图13。根据这些图表，Al/(Ti+Al)＝0.7～0.95且N/(Ti+Al+N)＝0.4～0.5的区域内，晶系为六方晶的纤锌矿型的单相的晶体结构能够实现25℃下的比电阻值为100Ωcm以上，B常数为1500K以上的高电阻且高B常数区域。另外，图13的数据中，相对于相同的Al/(Ti+Al)比，B常数存在偏差是因为晶体中的氮量不同。

[0122] 表1所示的比较例3～12为Al/(Ti+Al)＜0.7的区域，晶系成为立方晶的NaCl型。并且，比较例12(Al/(Ti+Al)＝0.67)中，NaCl型和纤锌矿型共存。如此，在Al/(Ti+Al)＜0.7的区域中，25℃下的比电阻值不到100Ωcm，B常数不到1500K，其为低电阻且低B常数区域。

[0123] 表1所示的比较例1、2为N/(Ti+Al+N)不到40％的区域，金属成为氮化不足的晶体状态。该比较例1、2不是NaCl型，也不是纤锌矿型，是结晶性非常差的状态。并且，可知在这些比较例中，B常数和电阻值均非常小，接近金属性行为。

[0124] (4)薄膜X射线衍射(晶相的确认)

[0125] 通过掠入射X射线衍射(Grazing Incidence X-ray Diffraction)对通过反应性溅射法得到的薄膜热敏电阻部7进行晶相确认。该薄膜X射线衍射为小角度X射线衍射试验，将管球设为Cu，将入射角设为1度，并且在2θ＝20～130度的范围内进行测定。

[0126] 其结果，在Al/(Ti+Al)≥0.7的区域内，为纤锌矿型相(六方晶，与AlN相同的相)，在Al/(Ti+Al)＜0.65的区域内，为NaCl型相(立方晶，与TiN相同的相)。并且在0.65＜Al/(Ti+Al)＜0.7的区域内，为纤锌矿型相与NaCl型相共存的晶相。

[0127] 这样，在TiAlN系中，高电阻且高B常数的区域存在于Al/(Ti+Al)≥0.7的纤锌矿型相。另外，本发明的实施例中，没有确认到杂质相，为纤锌矿型的单相。

[0128] 另外，表1所示的比较例1、2中，如上所述的晶相不是纤锌矿型相也不是NaCl型相，本试验中不能确认。并且，这些比较例的XRD的峰值宽度非常宽，因此为结晶性非常差的材料。这是因为因电性接近金属性行为，因此认为成为氮化不足的金属相。

[0129] [表1]

[0130]

[0131] 接着，本发明的实施例全部为纤锌矿型相的膜，取向性较强，因此关于在与Si基板S上垂直的方向(膜厚方向)的晶轴中a轴取向性强还是c轴取向性强，利用XRD来调查。此时，为了调查晶轴的取向性，测定(100)(表示a轴取向的密勒指数)与(002)(表示c轴取向的密勒指数)的峰值强度比。

[0132] 其结果，溅射气体压力不到0.67Pa时成膜的实施例中，与(100)相比(002)的强度非常强，为c轴取向性比a轴取向性强的膜。另一方面，溅射气体压力为0.67Pa以上时成膜的实施例中，与(002)相比(100)的强度非常强，为a轴取向性比c轴取向性强的材料。

[0133] 另外，确认到即使在同一成膜条件下成膜于聚酰亚胺薄膜，也同样形成纤锌矿型相的单相。并且，确认到即使在同一成膜条件下成膜于聚酰亚胺薄膜，取向性也不变。

[0134] 将c轴取向较强的实施例的XRD分布的一例示于图14。该实施例为Al/(Ti+Al)＝0.84(纤锌矿型，六方晶)，将入射角设为1度来进行测定。从该结果可知，该实施例中，与(100)相比(002)的强度非常强。

[0135] 并且，将a轴取向较强的实施例的XRD分布的一例示于图15。该实施例为Al/(Ti+Al)＝0.83(纤锌矿型，六方晶)，将入射角设为1度来进行测定。从该结果可知，该实施例中，与(002)相比(100)的强度非常强。

[0136] 并且，关于该实施例，将入射角设为0度，实施对称反射测定。另外，确认到图表中(*)为来自装置的峰值，并非样品主体的峰值或者杂质相的峰值(另外，在对称反射测定中，由该峰值的消失也可知其为来自装置的峰值)。

[0137] 另外，将比较例的XRD分布的一例示于图16。该实施例为Al/(Ti+Al)＝0.6(NaCl型，立方晶)，将入射角设为1度来进行测定。没有检测出作为纤锌矿型(空间群P63mc(No.186))能够标定指数的峰值，确认到为NaCl型单相。

[0138] 接着，关于纤锌矿型材料的本发明的实施例进一步详细比较晶体结构与电性的关系。

[0139] 如表2和图17所示，相对于Al/(Ti+Al)比大致相同的比率的材料，有与基板面垂直的方向的取向度较强的晶轴为c轴的材料(实施例5、7、8、9)和为a轴的材料(实施例19、20、21)。

[0140] 比较这两者，可知若Al/(Ti+Al)比相同，则c轴取向较强的材料与a轴取向较强的材料相比，B常数大出100K左右。并且，可知若着眼于N量(N/(Ti+Al+N))，则c轴取向较强的材料与a轴取向较强的材料相比，氮量稍大。从理想的化学计量比：N/(Ti+Al+N)＝0.5可知，c轴取向较强的材料为氮缺陷量稍理想的材料。

[0141] [表2]

[0142]

[0143] “晶体形态的评价”

[0144] 接着，作为表示薄膜热敏电阻部7的截面的晶体形态的一例，将在带热氧化膜的Si基板S上成膜的实施例(Al/(Ti+Al)＝0.84，纤锌矿型，六方晶，c轴取向性较强)的薄膜热敏电阻部7的截面SEM照片示于图18。并且，将另一实施例(Al/(Ti+Al)＝0.83，纤锌矿型六方晶，a轴取向性较强)的薄膜热敏电阻部7的截面SEM照片示于图19。

[0145] 这些实施例的样品利用对Si基板S进行解理断裂的材料。并且，是以45°角度倾斜观察的照片。

[0146] 如从这些照片可知，任意实施例均由高密度柱形晶体形成。即，在c轴取向较强的实施例和a轴取向较强的实施例中同时观测到在与基板面垂直的方向上柱形晶体生长的样子。另外，柱形晶体的断裂是在对Si基板S进行解理断裂时产生的。

[0147] ＜膜的耐热试验评价＞

[0148] 在表1所示的实施例和比较例中，评价在大气中，125℃下，1000h的耐热试验前后的电阻值和B常数。其结果示于表3。另外，作为比较，同样评价基于以往的Ta-Al-N系材料的比较例。

[0149] 从这些结果可知，以与Al浓度和氮浓度不同但为以Ta-Al-N系的比较例相同的B常数进行比较时，关于耐热试验前后的由电性变化观察到的耐热性，Ta-Al-N系更为优异。另外，实施例5、8是c轴取向较强的材料，实施例21、24是a轴取向较强的材料。若比较两者，c轴取向较强的实施例与a轴取向较强的实施例相比耐热性稍微提高。

[0150] 另外，Ta-Al-N系材料中，Ta的离子半径比起Ti或Al非常大，因此不能在高浓度Al区域中制作纤锌矿型相。由于TaAlN系不是纤锌矿型相，因此认为纤锌矿型相的Ti-Al-N系的耐热性更良好。

[0151] [表3]

[0152]

[0153] 另外，本发明的技术范围不限于上述实施方式和实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更。

[0154] 符号说明

[0155] 1、21、31-温度传感器，2-引线框，3、23、33-传感器部，6-绝缘性薄膜，7-薄膜热敏电阻部，8-梳状电极，8a-梳部，9、29、39-图案电极，10-保护膜，11-保护片。

标题	发布/更新时间	阅读量
温度控制仪-专利编号CN108427448A	2020-05-11	848
温度控制仪壳体-专利编号CN108337833A	2020-05-12	364
改进的IR温度计-专利编号CN1135167A	2020-05-12	530
新型温度控制仪-专利编号CN108419386A	2020-05-11	660
一种温度控制仪-专利编号CN108062119A	2020-05-11	221
温度传感器结构-专利编号CN102165296B	2020-05-12	1007
温度传感器结构-专利编号CN102165296A	2020-05-13	449
温度熔断器-专利编号CN102737921A	2020-05-11	918
油罐温度计-专利编号CN201637500U	2020-05-13	233
气象温度计-专利编号CN201555668U	2020-05-13	566

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