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技術 温度センサ及びその製造方法

出願人 三菱マテリアル株式会社
発明者 長友憲昭白田敬治
出願日 2014年8月29日 (6年1ヶ月経過) 出願番号 2014-176326
公開日 2016年4月11日 (4年6ヶ月経過) 公開番号 2016-051816
状態 特許登録済
技術分野 サーミスタ・バリスタ 抵抗器の製造装置と方法 温度及び熱量の測定
主要キーワード サーミスタ温度センサ 大判シート 接着用パッド 絶縁性フィルム表面 ポリイミド保護膜 絶縁性樹脂膜 サーミスタ膜 接着パッド
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年4月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

薄膜サーミスタ部を上面側に配したまま表面実装が可能であると共に、上下面いずれの面でも表面実装が可能な温度センサ及びその製造方法を提供すること。

解決手段

絶縁性フィルム2と、絶縁性フィルムの上面にサーミスタ材料パターン形成された薄膜サーミスタ部3と、薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に複数の部4aを有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極4と、一端が一対の櫛型電極に接続されていると共に絶縁性フィルムにパターン形成された一対のパターン電極5とを備え、一対のパターン電極が、絶縁性フィルムの端部まで延在して形成され、絶縁性フィルムの端部が、下面側に折り重ねられている。

概要

背景

近年、柔軟性に優れると共に全体を薄くすることができるフィルム型温度センサとして、絶縁性フィルム上に薄膜サーミスタを形成した温度センサが開発されている。例えば、特許文献1には、絶縁性フィルムと、絶縁性フィルム表面に薄膜サーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、薄膜サーミスタ部の上に複数の部を有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極と、一対の櫛型電極に接続され絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン電極とを備えた温度センサが提案されている。

このようなフィルム型の温度センサでは、表面実装を行う場合、端子部を有するパターン電極が絶縁性フィルムの表面側に形成されているため、絶縁性フィルムの表面側を実装面とする必要があり、実装時にパターン電極及び薄膜サーミスタ部が形成されている表面側を実装側に裏返した状態で基板等に半田等で実装している。

概要

薄膜サーミスタ部を上面側に配したまま表面実装が可能であると共に、上下面いずれの面でも表面実装が可能な温度センサ及びその製造方法を提供すること。絶縁性フィルム2と、絶縁性フィルムの上面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部3と、薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に複数の櫛部4aを有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極4と、一端が一対の櫛型電極に接続されていると共に絶縁性フィルムにパターン形成された一対のパターン電極5とを備え、一対のパターン電極が、絶縁性フィルムの端部まで延在して形成され、絶縁性フィルムの端部が、下面側に折り重ねられている。

目的

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、薄膜サーミスタ部を上面側に配したまま表面実装が可能であると共に、上下面いずれの面でも表面実装が可能な温度センサ及びその製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの上面にサーミスタ材料パターン形成された薄膜サーミスタ部と、前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に複数の部を有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極と、一端が前記一対の櫛型電極に接続されていると共に前記絶縁性フィルムにパターン形成された一対のパターン電極とを備え、前記一対のパターン電極が、前記絶縁性フィルムの端部まで延在して形成され、前記絶縁性フィルムの端部が、下面側に折り重ねられていることを特徴とする温度センサ

請求項2

請求項1に記載の温度センサにおいて、前記絶縁性フィルムの前記端部が折り重ねされた状態を保持する折り重ね保持部を備えていることを特徴とする温度センサ。

請求項3

請求項2に記載の温度センサにおいて、前記折り重ね保持部が、前記絶縁性フィルムの折り重ねされた端部の内側で対向する面同士を接着して固定する接着剤であることを特徴とする温度センサ。

請求項4

請求項1から3のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、前記絶縁性フィルムが、長方形状とされ、前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの上面中央に形成され、前記一対のパターン電極が、前記絶縁性フィルムの互いに異なる端部まで延在していることを特徴とする温度センサ。

請求項5

請求項1から4のいずれか一項に記載の温度センサを製造する方法であって、前記絶縁性フィルム上に前記薄膜サーミスタ部をパターン形成する薄膜サーミスタ部形成工程と、互いに対向した一対の前記櫛型電極を前記薄膜サーミスタ部上にパターン形成すると共に前記絶縁性フィルム上に一対の前記パターン電極をパターン形成し前記パターン電極を前記絶縁性フィルムの端部まで延在させて形成する電極形成工程と、前記絶縁性フィルムの端部を下面側に折り重ねる折り重ね工程とを有していることを特徴とする温度センサの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、表面実装が可能なフィルム型サーミスタ温度センサである温度センサ及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

近年、柔軟性に優れると共に全体を薄くすることができるフィルム型温度センサとして、絶縁性フィルム上に薄膜サーミスタを形成した温度センサが開発されている。例えば、特許文献1には、絶縁性フィルムと、絶縁性フィルム表面に薄膜サーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、薄膜サーミスタ部の上に複数の部を有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極と、一対の櫛型電極に接続され絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン電極とを備えた温度センサが提案されている。

0003

このようなフィルム型の温度センサでは、表面実装を行う場合、端子部を有するパターン電極が絶縁性フィルムの表面側に形成されているため、絶縁性フィルムの表面側を実装面とする必要があり、実装時にパターン電極及び薄膜サーミスタ部が形成されている表面側を実装側に裏返した状態で基板等に半田等で実装している。

先行技術

0004

特開2014−70953号公報
特開2013−211433号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来のフィルム型の温度センサでは、表面実装を行う場合、実装時に絶縁性フィルムを裏返して実装側に薄膜サーミスタ部を向けた状態で基板等に実装しているため、薄膜サーミスタ部の上が絶縁性フィルムで覆われてしまい薄膜サーミスタ部を測定対象に直接向けることが難しいという不都合があった。また、薄膜サーミスタ部を測定対象に向けて表面実装するためには、電極を絶縁性フィルムの下面側に形成する必要があるが、上面側の薄膜サーミスタ部や櫛型電極と下面側の電極とを接続させるために、スルーホール等を形成する必要がある(例えば、特許文献2)。しかしながら、その場合、製造工程及び製造コストの増大を招いてしまう不都合があった。さらに、従来は絶縁性フィルムの上面側か下面側かいずれか一方の面でしか表面実装ができない構造であるため、上面側と下面側とのいずれの面でも表面実装が可能な構造が求められている。

0006

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、薄膜サーミスタ部を上面側に配したまま表面実装が可能であると共に、上下面いずれの面でも表面実装が可能な温度センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第1の発明に係る温度センサは、絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの上面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に複数の櫛部を有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極と、一端が前記一対の櫛型電極に接続されていると共に前記絶縁性フィルムにパターン形成された一対のパターン電極とを備え、前記一対のパターン電極が、前記絶縁性フィルムの端部まで延在して形成され、前記絶縁性フィルムの端部が、下面側に折り重ねられていることを特徴とする。

0008

この温度センサでは、一対のパターン電極が、絶縁性フィルムの端部まで延在して形成され、絶縁性フィルムの端部が、下面側に折り重ねられているので、パターン電極が絶縁性フィルムの上面側だけでなく端部の下面側にも配されており、薄膜サーミスタ部を上面側に向けたまま下面側を実装側として表面実装が可能になる。また、絶縁性フィルムの上下面のいずれにもパターン電極が形成されているので、上下面のいずれでも表面実装が可能になる。さらに、絶縁性フィルムの折り曲げて重なった端部がバネ性弾性)を有しているので、温度センサを測定対象物に直接押し当てて測定する場合に、押し当ての荷重に対して圧力の緩和効果が得られる。

0009

第2の発明に係る温度センサは、第1の発明において、前記絶縁性フィルムの前記端部が折り重ねされた状態を保持する折り重ね保持部を備えていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、絶縁性フィルムの前記端部が折り重ねされた状態を保持する折り重ね保持部を備えているので、端部の折り重ね状態を折り重ね保持部がしっかり固定して維持することができ、強いバネ性が残っていた場合でも折り曲げ部分が復元してしまうおそれがない。

0010

第3の発明に係る温度センサは、第2の発明において、前記折り重ね保持部が、前記絶縁性フィルムの折り重ねされた端部の内側で対向する面同士を接着して固定する接着剤であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、折り重ね保持部が、前記絶縁性フィルムの折り重ねされた端部の内側で対向する面同士を接着して固定する接着剤であるので、端部の折り重ね状態を接着剤により容易に固定して維持することができる。

0011

第4の発明に係る温度センサは、第1から第3の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性フィルムが、長方形状とされ、前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの上面中央に形成され、前記一対のパターン電極が、前記絶縁性フィルムの互いに異なる端部まで延在していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対のパターン電極が、長方形状の絶縁性フィルムの互いに異なる端部まで延在しているので、両端部分まで配されたパターン電極によって表面実装した際に両端部分で固定することができ、安定した表面実装が可能になる。また、下面側の両端部分で基板等に実装した場合、両端部間において絶縁性フィルムと基板等との間に隙間が生じるため、中央部分が下方に押されても、撓むことができ、高いクッション性を有した表面実装が可能になる。

0012

第5の発明に係る温度センサの製造方法は、第1から第4の発明のいずれかの温度センサを製造する方法であって、前記絶縁性フィルム上に前記薄膜サーミスタ部をパターン形成する薄膜サーミスタ部形成工程と、互いに対向した一対の前記櫛型電極を前記薄膜サーミスタ部上にパターン形成すると共に前記絶縁性フィルム上に一対の前記パターン電極をパターン形成し前記パターン電極を前記絶縁性フィルムの端部まで延在させて形成する電極形成工程と、前記絶縁性フィルムの端部を下面側に折り重ねる折り重ね工程とを有していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサの製造方法では、絶縁性フィルムの端部を下面側に折り重ねる折り重ね工程を有しているので、スルーホール加工等を行わずに、下面側にもパターン電極を配することができ、上下面で表面実装可能な構造を簡易な工程で得ることができる。

発明の効果

0013

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサ及びその製造方法によれば、一対のパターン電極が、絶縁性フィルムの端部まで延在して形成され、絶縁性フィルムの端部が、下面側に折り重ねされるので、薄膜サーミスタ部を上面側に向けたまま下面側を実装側として表面実装が可能になると共に、上下面のいずれでも表面実装が可能になる。
したがって、スルーホール加工等が不要であり、低コストな折り曲げ加工により上下面で表面実装可能な構造を得ることができる。

図面の簡単な説明

0014

本発明に係る温度センサの第1実施形態を示す断面図である。
第1実施形態において、薄膜サーミスタ部形成工程を示す平面図(a)及びA−A線断面図(b)である。
第1実施形態において、電極形成工程を示す平面図(a)及びB−B線断面図(b)である。
第1実施形態において、保護膜工程を示す平面図(a)及びC−C線断面図(b)である。
第1実施形態において、折り重ね工程を示す平面図(a)及び底面図(b)である。
本発明に係る温度センサの第2実施形態を示す断面図である。

実施例

0015

以下、本発明に係る温度センサにおける第1実施形態を、図1から図5を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面の一部では、各部を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。

0016

本実施形態の温度センサ1は、図1に示すように、絶縁性フィルム2と、絶縁性フィルム2の上面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部3と、薄膜サーミスタ部3の上に複数の櫛部4aを有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極4と、一端が一対の櫛型電極4に接続されていると共に絶縁性フィルム2にパターン形成された一対のパターン電極5とを備えている。

0017

上記一対のパターン電極5は、絶縁性フィルム2の端部まで延在して形成され、絶縁性フィルム2の端部が、下面側に折り重ねられている。
上記絶縁性フィルム2は、長方形状とされ、上記薄膜サーミスタ部3は、絶縁性フィルム2の上面中央に形成されている。
一対のパターン電極5は、絶縁性フィルム2の互いに異なる端部まで延在している。すなわち、絶縁性フィルム2の両端部における上面側と下面側とに配されたパターン電極5は、それぞれ実装用の接着パッド部となる。

0018

また、本実施形態の温度センサ1は、絶縁性フィルム2の上面に薄膜サーミスタ部3を覆う保護膜6を備えている。
上記保護膜6は、絶縁性樹脂膜等であり、例えば厚さ20μmのポリイミド膜が採用される。この保護膜6は、薄膜サーミスタ部3と共に櫛部4aを覆って矩形状にパターン形成されている。

0019

上記絶縁性フィルム2は、例えば厚さ7.5〜125μmのポリイミド樹脂シート帯状に形成されている。なお、絶縁性フィルム2としては、他にPET:ポリエチレンテレフタレート,PEN:ポリエチレンナフタレート等でも作製できるが、加熱ローラ温度測定用としては、最高使用温度が230℃と高いためポリイミドフィルムが望ましい。
上記薄膜サーミスタ部3は、絶縁性フィルム2の中央に配され、例えばTiAlNのサーミスタ材料で形成されている。特に、薄膜サーミスタ部3は、一般式:TixAlyNz(0.70≦y/(x+y)≦0.95、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型単相であるサーミスタ材料が好適である。

0020

上記パターン電極5及び櫛型電極4は、薄膜サーミスタ部3上に形成された膜厚5〜100nmのCr又はNiCrの接合層と、該接合層上にAu等の貴金属で膜厚50〜1000nmで形成された電極層とを有している。
一対の櫛型電極4は、互いに対向状態に配されて交互に櫛部4aが並んだ櫛型パターンとされている。
なお、櫛部4aは、絶縁性フィルム2の延在方向に沿って延在している。

0021

この温度センサ1の製造方法について、図1から図5を参照して以下に説明する。
本実施形態の温度センサ1の製造方法は、絶縁性フィルム2上に薄膜サーミスタ部3をパターン形成する薄膜サーミスタ部形成工程と、互いに対向した一対の櫛型電極4を薄膜サーミスタ部3上にパターン形成すると共に絶縁性フィルム2上に一対のパターン電極5をパターン形成しパターン電極5を絶縁性フィルム2の端部まで延在させて形成する電極形成工程と、薄膜サーミスタ部3の上面に保護膜6を形成する保護膜形成工程と、絶縁性フィルム2の端部を下面側に折り重ねる折り重ね工程とを有している。

0022

より具体的な製造方法の例としては、厚さ50μmのポリイミドフィルムの絶縁性フィルム2上に、Ti−Al合金スパッタリングターゲットを用い、窒素含有雰囲気中で反応性スパッタ法にて、例えばTixAlyNz(x=9、y=43、z=48)のサーミスタ膜を膜厚200nmで形成する。

0023

成膜したサーミスタ膜の上にレジスト液バーコーターで塗布した後、110℃で1分30秒のプリベークを行い、露光装置感光後、現像液で不要部分を除去し、さらに150℃で5分のポストベークにてパターニングを行う。その後、不要なTixAlyNzのサーミスタ膜を市販のTiエッチャントウェットエッチングを行い、図2に示すように、レジスト剥離にて所望の形状の薄膜サーミスタ部3にする。

0024

次に、薄膜サーミスタ部3及び絶縁性フィルム2上に、スパッタ法にて、Cr膜の接合層を膜厚20nm形成する。さらに、この接合層上に、スパッタ法にてAu膜の電極層を膜厚100nm形成する。
次に、成膜した電極層の上にレジスト液をバーコーターで塗布した後、110℃で1分30秒のプリベークを行い、露光装置で感光後、現像液で不要部分を除去し、150℃で5分のポストベークにてパターニングを行う。その後、不要な電極部分を市販のAuエッチャント及びCrエッチャントの順番でウェットエッチングを行い、図3に示すように、レジスト剥離にて所望の櫛型電極4及びパターン電極5を形成する。

0025

さらに、その上にポリイミドワニス印刷法により薄膜サーミスタ部3上に塗布して、250℃、30分でキュアを行い、図4に示すように、20μm厚のポリイミド保護膜6をパターン形成する。

0026

次に、図1及び図5に示すように、絶縁性フィルム2の両端部を下面側かつ内側に折り返すと共に折り重ねした状態とする。これによって、折り重ねされた絶縁性フィルム2の両端部の上面と下面との両面にわたってパターン電極5が折り返した形態で延在して配される。なお、図5では、分かり易くするために露出しているパターン電極5の部分にハッチングを施して図示している。このように上面及び下面に露出したパターン電極5は、折り曲げ電極となり、上面側又は下面側を実装面とした場合の半田等による接着用パッド部となる。このように、柔軟な絶縁性フィルム2を用いているので、容易に端部を折り重ねることができ、本実施形態の温度センサ1が作製される。

0027

なお、複数の温度センサを同時に作製する場合、絶縁性フィルム2の大判シートに複数の薄膜サーミスタ部3、櫛型電極4、パターン電極5及び保護膜6を上述のように形成した後に、大判シートから個別に切断した後、上記折り重ね工程を行う。

0028

このように本実施形態の温度センサ1では、一対のパターン電極5が、絶縁性フィルム2の端部まで延在して形成され、絶縁性フィルム2の端部が、下面側に折り重ねられているので、パターン電極5が絶縁性フィルム2の上面側だけでなく端部の下面側にも配されており、薄膜サーミスタ部3を上面側に向けたまま下面側を実装側として表面実装が可能になる。

0029

また、絶縁性フィルム2の上下面のいずれにもパターン電極5が形成されているので、上下面のいずれでも表面実装が可能になる。さらに、絶縁性フィルム2の折り曲げて重なった端部がバネ性(弾性)を有しているので、温度センサ1を測定対象物に直接押し当てて測定する場合に、押し当ての荷重に対して圧力の緩和効果が得られる。
また、下面側の両端部分で基板等に実装した場合、両端部間において絶縁性フィルム2と基板等との間に隙間が生じるため、中央部分が下方に押されても、撓むことができ、高いクッション性を有した表面実装が可能になる。

0030

さらに、この温度センサ1の製造方法では、絶縁性フィルム2の端部を下面側に折り重ねる折り重ね工程を有しているので、スルーホール加工等を行わずに、下面側にもパターン電極を配することができ、上下面で表面実装可能な構造を簡易な工程で得ることができる。

0031

次に、本発明に係る温度センサの第2実施形態について、図6を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

0032

第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、折り重ねされた絶縁性フィルム2の端部は、単に折り曲げたままであるのに対し、第2実施形態の温度センサ21では、図6に示すように、絶縁性フィルム2の折り重ねされた端部の内側で対向する面同士が、接着剤22により接着されている点である。

0033

すなわち、第2実施形態の温度センサ21では、絶縁性フィルム2の端部が折り重ねされた状態を保持する折り重ね保持部として、絶縁性フィルム2の折り重ねされた端部の内側で対向する面同士を接着して固定する接着剤22を備えている。
この第2実施形態では、折り重ね工程時に、絶縁性フィルム2の折り重ねされた端部の内側で対向する面に接着剤22を塗布して折り重ねた端部を接着固定している。なお、接着剤22としては、高耐熱エポキシ樹脂シリコン樹脂の接着剤等が採用されている。

0034

したがって、第2実施形態の温度センサ21では、絶縁性フィルム2の端部が折り重ねされた状態を保持する折り重ね保持部を備えているので、端部の折り重ね状態を折り重ね保持部である接着剤22がしっかり固定して維持することができ、強いバネ性が残っていた場合でも折り曲げ部分が復元してしまうおそれがない。
特に、折り重ね保持部が、絶縁性フィルムの折り重ねされた端部の内側で対向する面同士を接着して固定する接着剤22であるので、端部の折り重ね状態を接着剤22により容易に固定して維持することができる。

0035

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

0036

例えば、上記各実施形態では、櫛部を薄膜サーミスタ部の上にパターン形成しているが、薄膜サーミスタ部の下(絶縁性フィルムの上面)にパターン形成しても構わない。
また、上記第2実施形態では、絶縁性フィルムの折り重ねされた部分を接着剤で接着して折り重ね状態を保持しているが、他の折り重ね保持部により折り重ね状態を保持しても構わない。例えば、絶縁性フィルムの端部を折り重ねした状態で、ポリイミド製テープで端部を固定したり、クリップで折り重ね部分をかしめて固定したり、ピンで折り重ね部分を固定したりする折り重ね保持部を採用しても良い。

0037

1,21…温度センサ、2…絶縁性フィルム、3…薄膜サーミスタ部、4…櫛型電極、4a…櫛部、5…パターン電極、6…保護膜、22…接着剤(折り重ね保持部)

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