(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板または表面に絶縁層が形成された基板と、
前記絶縁層または前記絶縁基板の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜と、
前記絶縁層または前記絶縁基板の上面から前記サーミスタ薄膜の上面に亘ってパターン形成された一対の電極と、
一対の前記電極に接続された一対のリードと、を備え、
前記リードが、前記電極に形成された溝部内に嵌め込まれた状態で側面と前記溝部との接触部分でレーザ溶接されており、
前記リードが前記溝部内に嵌め込まれた状態で前記電極と前記リードとによる上面が平坦になっていることを特徴とする薄膜サーミスタセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜サーミスタセンサにおいて、
前記溝部が、断面矩形状に形成され、
前記リードが、前記溝部内に嵌め込み可能な略同じ断面形状とされた角棒状リードフレームであることを特徴とする薄膜サーミスタセンサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の薄膜サーミスタセンサにおいて、
前記電極の少なくとも前記溝部の内壁が、Ｎｉで形成されていることを特徴とする薄膜サーミスタセンサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の薄膜サーミスタセンサを作製する方法であって、
絶縁基板の上面または表面に絶縁層が形成された基板の前記絶縁層の上面にサーミスタ薄膜をパターン形成する工程と、
前記絶縁層または前記絶縁基板の上面から前記サーミスタ薄膜の上面に亘って一対の電極をパターン形成する工程と、
一対の前記電極に一対のリードを接続するリード接続工程とを有し、
前記リード接続工程において、一対の前記電極に溝部を形成する工程と、前記リードを前記溝部内に嵌め込んだ状態で側面と前記溝部との接触部分でレーザ溶接する工程とを有していることを特徴とする薄膜サーミスタセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば温度センサ、流量センサ等のセンサに用いられる薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、情報機器、通信機器、医療用機器、住宅設備機器、自動車用伝送機器等の温度センサ、流量センサとして、大きな負の温度係数を有する酸化物半導体の焼結体からなる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薄膜サーミスタセンサは、端子電極が形成されており、この電極面にはんだ付け、バンプ、導電性接着剤または溶接等によってリード線またはリードフレーム（以下、リードという）を取り付けた構造が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、感熱膜とリード線とを接続するために電極上にワイヤーバンプ法を用いてバンプを形成した後、バンプにリード線をレーザ溶接で接続した薄膜温度センサが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４１５６６号公報
【発明の概要】
【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、上記従来の技術では、バンプを電極上に形成し、その上にリードを載せてレーザ溶接しているが、耐熱、耐熱応力および耐引っ張り応力等の強化のためにリードを覆うようにサーミスタチップ表面にセラミックスモールド材等でモールドすると、バンプ＋リードの高さ分を覆う必要があり、サーミスタチップの容量が増加して熱容量が増加し、熱応答速度の遅延につながってしまう不都合があった。特に、サーミスタチップのチップサイズが小さくなるほど、この傾向が顕著に現れてしまう。
また、レーザ溶接を行う場合、リードの上からレーザ光を照射するが、リードが厚い（太い）場合やレーザ光を吸収し難い材質または反射するめっき膜（Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ等の膜）が表面に施されている場合、レーザ光の出力調整が難しく、バンプで熱エネルギーが吸収しきれずにチップの基板まで達してしまい、基板と電極との剥離が発生してしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、バンプを用いずにリードをレーザ溶接で良好に接合可能な薄膜サーミスタセンサおよ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、本発明の薄膜サーミスタセンサは、絶縁基板または表面に絶縁層が形成された基板と、前記絶縁層または前記絶縁基板の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜と、前記絶縁層または前記絶縁基板の上面から前記サーミスタ薄膜の上面に亘ってパターン形成された一対の電極と、一対の前記電極に接続された一対のリードと、を備え、前記リードが、前記電極に形成された溝部内に嵌め込まれた状態で側面と前記溝部との接触部分でレーザ溶接されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の薄膜サーミスタセンサの製造方法は、上記発明の薄膜サーミスタセンサを作製する方法であって、絶縁基板の上面または表面に絶縁層が形成された基板の前記絶縁層の上面にサーミスタ薄膜をパターン形成する工程と、前記絶縁層または前記絶縁基板の上面から前記サーミスタ薄膜の上面に亘って一対の電極をパターン形成する工程と、一対の前記電極に一対のリードを接続するリード接続工程とを有し、前記リード接続工程において、一対の前記電極に溝部を形成する工程と、前記リードを前記溝部内に嵌め込んだ状態で側面と前記溝部との接触部分でレーザ溶接する工程とを有していることを特徴とする。
【０００９】
これらの薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法では、リードが、電極に形成された溝部内に嵌め込まれた状態で側面と溝部との接触部分でレーザ溶接されるので、モールドしても従来よりも低背となり、熱容量を低減することができると共に、リード側面と溝部との接触部分でレーザ溶接により電極が溶解されて接合されることで直下の基板まで溶けずに電極および基板のダメージを抑制することができる。また、レーザ光の吸収率の低いリード材であっても該リード材よりもレーザ光の吸収率の良い電極を溶融させるので、溶接が可能になり、リード材の選択自由度が高くなる。さらに、リードと電極との接触面積も増大して高い接合強度が得られると共に、正確にリードを位置決めして溶接することができる。
【００１０】
また、本発明の薄膜サーミスタセンサでは、前記溝部が、断面矩形状に形成され、前記リードが、前記溝部内に嵌め込み可能な略同じ断面形状とされた角棒状リードフレームであることを特徴とする。
すなわち、この薄膜サーミスタセンサでは、リードが、断面矩形状の溝部内に嵌め込み可能な略同じ断面形状とされた角棒状リードフレームであるので、より正確にリードを溝部内に位置決め可能であると共にリードを嵌め込んだ状態でも上面が平坦になって、より低背化することができる。
【００１１】
また、本発明の薄膜サーミスタセンサは、前記電極の少なくとも前記溝部の内壁が、Ｎｉで形成されていることを特徴とする。
すなわち、この薄膜サーミスタセンサでは、電極の少なくとも溝部の内壁が、Ｎｉで形成されているので、レーザ光の吸収率の高いＮｉによって溝部が良好に溶解することで、レーザ光の吸収率の低いリード材や表面がＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ等のレーザ光の吸収率の低いめっき膜で覆われていても、リードを良好に接合させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法によれば、リードが、電極に形成された溝部内に嵌め込まれた状態で側面と溝部との接触部分でレーザ溶接されるので、低背化および低熱容量化ができ、熱応答性の向上を図ることができる。また、電極および基板のダメージを抑制すると共に、レーザ光の吸収率の低いリード材でも良好に接合可能である。したがって、本発明は、接合強度、高速応答性および高耐熱性等が必要とされる複写機等に用いられる薄膜サーミスタセンサとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法の一実施形態において、絶縁被覆層を除いた薄膜サーミスタセンサを示す斜視図である。
【図２】本実施形態において、レーザ溶接時のリード周辺を示す断面図である。
【図３】本実施形態において、ウエハ状での作製工程、溝部形成工程およびチップ状に切り出した状態を示す斜視図である。
【図４】本実施形態において、リード嵌め込み工程およびレーザ溶接工程を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法の一実施形態を、図１から図４を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材又は構成を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１５】
本実施形態の薄膜サーミスタセンサ１は、図１に示すように、アルミナ基板の絶縁基板２と、絶縁基板２の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜３と、絶縁基板２の上面からサーミスタ薄膜３の上面に亘ってパターン形成された一対の電極４と、一対の電極４に接続された一対のリード５と、を備えている。
【００１６】
上記サーミスタ薄膜３は、例えばＭｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ3Ｏ4−Ｃｏ3Ｏ4系複合金属酸化物）又は、Ｍｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物に、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕのうち少なくとも一種類の元素を含む複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ3Ｏ4−Ｃｏ3Ｏ4−Ｆｅ2Ｏ3系複合金属酸化物）からなる複合金属酸化物膜である。
【００１７】
本実施形態のサーミスタ薄膜３は、絶縁基板２の上面に、スパッタリング法により平面視略正方形状に成膜されたものである。
このサーミスタ薄膜３は、半導体の性状を呈し、温度が上昇すると抵抗が低くなる負特性、いわゆるＮＴＣサーミスタ（Negative Temperature Coefficient Thermistor）の性質を有している。
【００１８】
上記リード５は、電極４に形成された溝部４ｃ内に嵌め込まれた状態で少なくとも側面と溝部４ｃとの接触部分でレーザ溶接されている。
上記電極４の少なくとも溝部４ｃの内壁は、Ｎｉで形成されている。すなわち、一対の上記電極４は、絶縁基板２の上面からサーミスタ薄膜３の上面に亘ってＰｔでパターン形成された一対のＰｔ接合層と、これらＰｔ接合層上にＮｉで形成された一対のＮｉめっき層と、で形成され、該Ｎｉめっき層に溝部４ｃが形成されている。
【００１９】
一対のＰｔ接合層は、サーミスタ薄膜３の上面から絶縁基板２の上面に亘って形成されている。この一対のＰｔ接合層は、一対のＮｉめっき層の下地層となるものであり、成膜される面の材料（本実施形態では絶縁基板２及びサーミスタ薄膜３）との接合強度がＮｉめっき層よりも高い。なお、Ｐｔ接合層の厚さは、１００〜１０００ｎｍに設定されている。また、このＮｉめっき層の厚さは、１００μｍ程度である。
【００２０】
また、本実施形態の電極４は、サーミスタ薄膜３の上面に形成され互いに対向した一対の櫛歯部４ａと、各櫛歯部４ａに接続された一対の引き出し電極である電極パッド部４ｂと、を有している。上記溝部４ｃは、一対の電極パッド部４ｂにリード５に対応したライン状または帯状に形成されている。また、溝部４ｃは、図２に示すように、断面矩形状に形成されている。
上記リード５は、例えばステンレス（ＳＵＳ）で形成され、溝部４ｃ内に嵌め込み可能な略同じ断面形状とされた角棒状リードフレームである。なお、リード５の表面には、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ等のめっき膜が成膜されている。
【００２１】
また、この薄膜サーミスタセンサ１では、サーミスタ薄膜３及び櫛歯部４ａ上に保護膜としてＳｉＯ２膜６が形成されている。このＳｉＯ２膜６の厚さは、例えば１００〜１０００ｎｍに設定される。さらに、センサ上面全体、すなわちＳｉＯ２膜６上と、リード５が溶接された電極４上とが、絶縁被覆層（図示略）で封止されている。
この絶縁被覆層は、サーミスタ薄膜３及び櫛歯部４ａを内部に封止する保護膜であり、例えば、表面に滴下したセラミックスモールド材又はガラスペーストを焼成してモールドしたものである。この絶縁被覆層は、例えば厚さ１０μｍに設定されている。
【００２２】
次に、このように構成された薄膜サーミスタセンサ１の製造方法について、図３および図４を参照して説明する。
【００２３】
まず、図３の（ａ）に示すように、絶縁基板２のウエハＷ表面にサーミスタ薄膜３をパターン形成する薄膜形成工程を行う。すなわち、絶縁基板２の全面に所定のスパッタ条件で上述した複合金属酸化物膜をスパッタリング法で成膜する。
【００２４】
続いて、フォトリソグラフィ技術により、複合金属酸化物膜の上面であってサーミスタ薄膜３を形成する領域にフォトレジスト膜をパターニングする。そして、フォトレジスト膜をマスクとして、所定の溶液を利用したウェットエッチング加工によりマスクされていない複合金属酸化物膜を選択的に除去する。そして、マスクとしていたフォトレジスト膜を除去する。これにより、絶縁基板２の上面に平面視略正方形状のサーミスタ薄膜３をパターン形成することができる。この後、耐熱性向上のため必要に応じて所定温度及び所定時間でアニール処理を行う。
【００２５】
次いで、サーミスタ薄膜３の上面から絶縁基板２の上面に亘って、所定のスパッタ条件でＰｔ接合層となるＰｔをスパッタリング法で成膜する。続いて、フォトリソグラフィ技術により、Ｐｔの上面であって一対の電極を形成する領域にフォトレジスト膜をパターニングする。そして、フォトレジスト膜をマスクとして、ドライエッチング加工によりマスクされていないＰｔを選択的に除去する。そして、マスクとしていたフォトレジスト膜を除去する。これにより、サーミスタ薄膜３の上面に櫛型状の電極をパターン形成することができる。
【００２６】
続いて、Ｎｉめっき時に櫛歯部４ａ上および溝部４ｃとなる部分への析出を防ぐために、めっき用レジストを施し、Ｐｔ接合層の電極パッド部４ｂ上に、スルファミン酸Ｎｉめっき浴によりＮｉめっきを１００μｍ程度成膜し、Ｎｉめっき層を形成する。このとき、電極パッド部４ｂ上に線状または帯状にめっき用レジストを形成しておくことで、電極パッド部４ｂに線状または帯状にＮｉが析出しない部分が形成される。そして、めっき用レジストを除去すると、図３の（ｂ）に示すように、線状または帯状の溝部４ｃを有する一対の電極４が形成される。なお、溝部４ｃの断面形状は矩形状であり、断面サイズは、例えば０．１ｍｍ×０．１ｍｍに設定される。さらに、サーミスタ薄膜３及び櫛歯部４ａ上に保護膜としてＳｉＯ２膜６をパターン形成する。
【００２７】
この後、図３の（ｃ）に示すように、ダイシングを行ってチップ状に切り出す。
次に、図４の（ａ）に示すように、断面矩形状の角棒状リードフレームである一対のリード５を、一対の電極４の溝部４ｃ内に先端部分を嵌め込む。なお、リード５の断面サイズは、溝部４ｃに対応させて例えば０．１ｍｍ×０．１ｍｍに設定される。また、このリード５は、表面にＡｇめっき膜が形成されている。
【００２８】
次に、図４の（ｂ）に示すように、リード５を溝部４ｃ内に嵌め込んだ状態で側面と溝部４ｃとの接触部分でレーザ溶接する。
このとき、レーザ光Ｌは、例えば波長１０６４ｎｍ又は５３２ｎｍのレーザ光を用い、図２に示すように、リード５および溝部４ｃの幅を考慮して広いスポット径で集光させて照射する。例えば、上記リード５および溝部４ｃの幅が、０．１ｍｍに設定されている場合、レーザ光は、０．２ｍｍ×０．２ｍｍの矩形状のスポットに集光されて照射される。これにより、リード５の両側面に接触する溝部４ｃの両内壁がレーザ光Ｌを吸収して融解し、この融解熱により、リード５表面のレーザ吸収率の低いＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ等のめっき膜を融解させ、リード５の両側面が電極４に接合される。
【００２９】
この後、セラミックスモールド材又はガラスペーストを、リード５の先端接合部を含む表面全体を覆うようにディスペンサーで表面に滴下、焼成し、絶縁被覆層としてモールドすることで、薄膜サーミスタセンサ１が作製される。
【００３０】
このように本実施形態の薄膜サーミスタセンサ１およびその製造方法では、リード５が、電極４に形成された溝部４ｃ内に嵌め込まれた状態で側面と溝部４ｃとの接触部分でレーザ溶接されるので、モールドしても従来よりも低背となり、熱容量を低減することができると共に、リード５側面と溝部４ｃとの接触部分でレーザ溶接により電極４が溶解されて接合されることで直下の絶縁基板２まで溶けずに電極４および絶縁基板２のダメージを抑制することができる。また、レーザ光Ｌの吸収率の低いリード材であっても該リード材よりもレーザ光Ｌの吸収率の良い電極４を溶融させるので、溶接が可能になり、リード材の選択自由度が高くなる。さらに、リード５と電極４との接触面積も増大して高い接合強度が得られると共に、正確にリード５を位置決めして溶接することができる。
【００３１】
また、リード５が、断面矩形状の溝部４ｃ内に嵌め込み可能な略同じ断面形状とされた角棒状リードフレームであるので、より正確にリード５を溝部４ｃ内に位置決め可能であると共にリード５を嵌め込んだ状態でも上面が平坦になって、より低背化することができる。
さらに、電極４の少なくとも溝部４ｃが、Ｎｉで形成されているので、レーザ光Ｌの吸収率の高いＮｉによって溝部４ｃが良好に溶解することで、レーザ光Ｌの吸収率の低いリード材や表面がＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ等のレーザ光Ｌの吸収率の低いめっき膜で覆われていても、リード５を良好に接合させることができる。
【００３２】
なお、本発明の技術範囲は上記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。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、アルミナ基板の絶縁基板を用いた場合を例にしたが、これに限られず、石英基板等の絶縁基板や、表面に熱酸化によるＳｉＯ2層の絶縁層が形成されたシリコン基板又はその他の半導体基板でも構わない。また、リードは、ステンレス材料のリードフレームを用いた場合を例にしたが、これに限らず、コバールやインバー材料でも構わない。
【符号の説明】
【００３４】
１…薄膜サーミスタセンサ、２…絶縁基板、３…サーミスタ薄膜、４…電極、４ｃ…溝部、５…リード、Ｌ…レーザ光
【図１】
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【図２】
0005560468.tif 000003
【図３】
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【図４】
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