(57)【要約】【課題】  加熱ローラ等に押し当てて温度を検出する際に、高い位置精度が得られると共に応答性に優れた温度センサを提供すること。【解決手段】  一対のリードフレーム２と、センサ部３と、絶縁性の保持部４とを備え、センサ部が、絶縁性フィルム６と、絶縁性フィルムに形成された薄膜サーミスタ部７と、薄膜サーミスタ部の上に複数の櫛部を有して形成された一対の櫛型電極８と、絶縁性フィルムに形成された一対のパターン電極９とを備え、一対のリードフレームが、基端側に形成した段差部２ａより先端側の先端部２ｂが基端側よりも細い幅で延在し、絶縁性フィルムが、一対の貫通孔６ａを有し、一対のリードフレームの先端部が、一対の貫通孔に段差部まで挿通され、薄膜サーミスタ部を間に配して延在して絶縁性フィルムに固定されていると共に一対のパターン電極に接続されている。【選択図】図１
2014109503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のリードフレームと、
前記一対のリードフレームに接続されたセンサ部と、
前記一対のリードフレームに固定されて前記リードフレームを保持する絶縁性の保持部とを備え、
前記センサ部が、絶縁性フィルムと、
該絶縁性フィルムの表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、
前記一対の櫛型電極に接続され前記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、
前記一対のリードフレームが、基端側に形成した段差部より先端側の先端部が前記基端側よりも細い幅で延在し、
前記絶縁性フィルムが、一対の貫通孔を有し、
前記一対のリードフレームの先端部が、前記一対の貫通孔に前記段差部まで挿通され、前記薄膜サーミスタ部を間に配して延在して前記絶縁性フィルムに固定されていると共に前記一対のパターン電極に接続さ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が、略長方形状とされ、
前記一対のリードフレームが、前記絶縁性フィルムの一端側に向けて他端側から挿入され、前記絶縁性フィルムの延在方向の略全長にわたって延在し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、
前記貫通孔が、前記絶縁性フィルムの他端側の前記パターン電極が形成された部分に該パターン電極を貫通して形成され、
前記一対のリードフレームが、前記段差部の基端側であって側方に突出して形成され前記先端部が前記貫通孔に挿入された状態で前記絶縁性フィルム側に折り曲げられてかしめられている一対の固定用突出部を有していることを特徴とする温度センサ。
【請求項４】
請求項２に記載の温度センサにおいて、
前記貫通孔が、前記絶縁性フィルムの他端側の前記パターン電極が形成された部分に該パターン電極を貫通して形成され、
前記一対のリードフレームの先端部が前記貫通孔に挿入された状態で、前記貫通孔より基端側の前記絶縁性フィルムが前記先端部上に折り曲げられ、この折り曲げられた部分の上下が断面コ字状の一対の固定用金具でかしめられて固定され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において、
前記絶縁性フィルムの表面に少なくとも前記リードフレームを覆った絶縁性の保護シートが接着されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
前記薄膜サーミスタ部が、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の単相であることを特徴とする温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ等の加熱ローラの温度を測定することに好適な温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複写機やプリンタに使用されている加熱ローラには、その温度を測定するために温度センサが接触状態に設置されている。このような温度センサとしては、例えば特許文献１及び２に、一対のリードフレームと、これらのリードフレームの間に配設され接続された感熱素子と、一対のリードフレームの端部に形成された保持部と、リードフレーム及び感熱素子の片面に設けられ加熱ローラに接触させる薄膜シートとを有する温度センサが提案されている。
【０００３】
このような温度センサは、加熱ローラの表面にリードフレームの弾性力を利用して接触され、温度検知するものである。
なお、上記特許文献１には、感熱素子として  ビードサーミスタやチップサーミスタが採用されていると共に、特許文献２には、感熱素子として、アルミナ等の絶縁基板の一面に感熱膜が形成された薄膜サーミスタが採用されている。この薄膜サーミスタは、絶縁基板の一面に形成された感熱膜と、該感熱膜と一対のリードフレームとを接続する一対のリード部と、感熱膜を覆う保護膜とで構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−２９７９３号公報
【特許文献２】特開２０００−７４７５２号公報
【特許文献３】特開２００４−３１９７３７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、特許文献１に記載の技術では、感熱素子としてビードサーミスタ等を使用しているが、この場合、約１ｍｍ程度の球状或いは楕円状であるために、加熱ローラに点接触するために、素子位置がばらついてしまうと加熱ローラからずれた状態となり、正確な温度検知が難しい。また、感熱素子に比較的大きな体積があるため、応答性が悪いという不都合があった。さらに、点接触であるために、回転するローラ表面に傷を付けてしまうおそれもあった。
また、特許文献２に記載の技術では、感熱素子として薄膜サーミスタを使用しているので、加熱ローラには面接触することができるが、薄膜サーミスタを構成する絶縁基板やリード部を含めると、やはり体積があるために、応答性が悪いという問題があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、加熱ローラ等に押し当てて温度を検出する際に、高い位置精度が得られると共に応答性に優れた温度センサ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、一対のリードフレームと、前記一対のリードフレームに接続されたセンサ部と、前記一対のリードフレームに固定されて前記リードフレームを保持する絶縁性の保持部とを備え、前記センサ部が、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルムの表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、前記一対の櫛型電極に接続され前記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、前記一対のリードフレームが、基端側に形成した段差部より先端側の先端部が前記基端側よりも細い幅で延在し、前記絶縁性フィルムが、一対の貫通孔を有し、前記一対のリードフレームの先端部が、前記一対の貫通孔に前記段差部まで挿通され、前記薄膜サーミスタ部を間に配して延在して前記絶縁性フィルムに固定されていると共に前記一対のパターン電極に接続されていることを特徴とする。
【０００８】
この温度センサでは、一対のリードフレームの先端部が、一対の貫通孔に段差部まで挿通されているので、段差部によりリードフレームの固定位置が高精度に位置決めされる。また、一対のリードフレームが、薄膜サーミスタ部を間に配して延在して絶縁性フィルムに固定されているので、絶縁性フィルムの剛性を確保してセンサ部を支持することができる。また、絶縁性フィルムに直接形成された薄膜サーミスタ部により、全体の厚みが薄くなり、小さい体積によって優れた応答性を得ることができる。また、一対のリードフレームが、一対のパターン電極に接続されているので、薄膜サーミスタ部とリードフレームとが絶縁性フィルムに直接形成されたパターン電極で接続されることで、パターン形成された薄い配線により、リード線等で接続された場合に比べてリードフレーム側との熱伝導性の影響が抑制される。なお、測定対象物に対する接触部分の平坦性が高く、面接触するために、正確な温度検知が可能であると共に回転する加熱ローラ等の測定対象物の表面を傷つけ難い。
【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が、略長方形状とされ、前記一対のリードフレームが、前記絶縁性フィルムの一端側に向けて他端側から挿入され、前記絶縁性フィルムの延在方向の略全長にわたって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、一対のリードフレームが、絶縁性フィルムの延在方向の略全長にわたって延在しているので、絶縁性フィルム全体をリードフレームで支持することができる。
【００１０】
第３の発明に係る温度センサは、第２の発明において、前記貫通孔が、前記絶縁性フィルムの他端側の前記パターン電極が形成された部分に該パターン電極を貫通して形成され、前記一対のリードフレームが、前記段差部の基端側であって側方に突出して形成され前記先端部が前記貫通孔に挿入された状態で前記絶縁性フィルム側に折り曲げられてかしめられている一対の固定用突出部を有していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対のリードフレームが、段差部の基端側であって側方に突出して形成され先端部が貫通孔に挿入された状態で絶縁性フィルム側に折り曲げられてかしめられている一対の固定用突出部を有しているので、リードフレームとパターン電極とが機械的にかつ電気的に接続され、導電性接着剤や半田材等による接着及び接続が不要になる。したがって、導電性接着剤や半田材等の使用温度よりも高温で温度センサを使用することも可能になる。
【００１１】
第４の発明に係る温度センサは、第２の発明において、前記貫通孔が、前記絶縁性フィルムの他端側の前記パターン電極が形成された部分に該パターン電極を貫通して形成され、前記一対のリードフレームの先端部が前記貫通孔に挿入された状態で、前記貫通孔より基端側の前記絶縁性フィルムが前記先端部上に折り曲げられ、この折り曲げられた部分の上下が断面コ字状の一対の固定用金具でかしめられて固定されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対のリードフレームの先端部が貫通孔に挿入された状態で、貫通孔より基端側の絶縁性フィルムが先端部上に折り曲げられ、この折り曲げられた部分の上下が断面コ字状の一対の固定用金具でかしめられて固定されているので、リードフレームとパターン電極とが機械的にかつ電気的に接続され、導電性接着剤や半田材等による接着及び接続が不要になる。したがって、導電性接着剤や半田材等の使用温度よりも高温で温度センサを使用することも可能になる。
【００１２】
第５の発明に係る温度センサは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性フィルムの表面に少なくとも前記リードフレームを覆った絶縁性の保護シートが接着されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、絶縁性フィルムの表面に少なくともリードフレームを覆った絶縁性の保護シートが接着されているので、リードフレームを絶縁性フィルムと保護シートとの間に挟んで安定して保持することができると共に絶縁性フィルムの剛性を向上させることができる。
【００１３】
第６の発明に係る温度センサは、第１から第５の発明のいずれかにおいて、前記薄膜サーミスタ部が、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の単相であることを特徴とする。
【００１４】
一般に、温度センサ等に使用されるサーミスタ材料は、高精度、高感度のために、高いＢ定数が求められている。従来、このようなサーミスタ材料には、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｆｅ等の遷移金属酸化物が一般的である。また、これらのサーミスタ材料では、安定なサーミスタ特性を得るために、６００℃以上の焼成が必要である。
【００１５】
また、上記のような金属酸化物からなるサーミスタ材料の他に、例えば特許文献３では、一般式：ＭｘＡｙＮｚ（但し、ＭはＴａ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｔｉ及びＺｒの少なくとも１種、ＡはＡｌ，Ｓｉ及びＢの少なくとも１種を示す。０．１≦ｘ≦０．８、０＜ｙ≦０．６、０．１≦ｚ≦０．８、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される窒化物からなるサーミスタ用材料が提案されている。また、この特許文献３では、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ系材料で、０．５≦ｘ≦０．８、０．１≦ｙ≦０．５、０．２≦ｚ≦０．７、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１としたものだけが実施例として記載されている。このＴａ−Ａｌ−Ｎ系材料では、上記元素を含む材料をターゲットとして用い、窒素ガス含有雰囲気中でスパッタリングを行って作製されている。また、必要に応じて、得られた薄膜を３５０〜６００℃で熱処理を行っている。
【００１６】
近年、樹脂フィルム上にサーミスタ材料を形成したフィルム型サーミスタセンサの開発が検討されており、フィルムに直接成膜できるサーミスタ材料の開発が望まれている。すなわち、フィルムを用いることで、フレキシブルなサーミスタセンサが得られることが期待される。さらに、０．１ｍｍ程度の厚さを持つ非常に薄いサーミスタセンサの開発が望まれているが、従来はアルミナ等のセラミックス材料を用いた基板材料がしばしば用いられ、例えば、厚さ０．１ｍｍへと薄くすると非常に脆く壊れやすい等の問題があったが、フィルムを用いることで非常に薄いサーミスタセンサが得られることが期待される。
従来、ＴｉＡｌＮからなる窒化物系サーミスタを形成した温度センサでは、フィルム上にＴｉＡｌＮからなるサーミスタ材料層と電極とを積層して形成する場合、サーミスタ材料層上にＡｕ等の電極層を成膜し、複数の櫛部を有した櫛型にパターニングしている。しかし、このサーミスタ材料層は、曲率半径が大きく緩やかに曲げられた場合には、クラックが生じ難く抵抗値等の電気特性に変化がないが、曲率半径が小さくきつく曲げた場合に、クラックが発生し易くなり、抵抗値等が大きく変化して電気特性の信頼性が低くなってしまう。特に、フィルムを櫛部の延在方向に直交する方向に小さい曲率半径できつく曲げた場合、櫛部の延在方向に曲げた場合に比べて櫛型電極とサーミスタ材料層との応力差により、電極エッジ付近にクラックが発生し易くなり、電気特性の信頼性が低下してしまう不都合があった。
【００１７】
また、樹脂材料で構成されるフィルムは、一般的に耐熱温度が１５０℃以下と低く、比較的耐熱温度の高い材料として知られるポリイミドでも３００℃程度の耐熱性しかないため、サーミスタ材料の形成工程において熱処理が加わる場合は、適用が困難であった。上記従来の酸化物サーミスタ材料では、所望のサーミスタ特性を実現するために６００℃以上の焼成が必要であり、フィルムに直接成膜したフィルム型サーミスタセンサを実現できないという問題点があった。そのため、非焼成で直接成膜できるサーミスタ材料の開発が望まれているが、上記特許文献３に記載のサーミスタ材料でも、所望のサーミスタ特性を得るために、必要に応じて、得られた薄膜を３５０〜６００℃で熱処理する必要があった。また、このサーミスタ材料では、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ系材料の実施例において、Ｂ定数：５００〜３０００Ｋ程度の材料が得られているが、耐熱性に関する記述がなく、窒化物系材料の熱的信頼性が不明であった。
【００１８】
本発明者らは、窒化物材料の中でもＡｌＮ系に着目し、鋭意、研究を進めたところ、絶縁体であるＡｌＮは、最適なサーミスタ特性（Ｂ定数：１０００〜６０００Ｋ程度）を得ることが難しいため、Ａｌサイトを電気伝導を向上させる特定の金属元素で置換すると共に、特定の結晶構造とすることで、非焼成で良好なＢ定数と耐熱性とが得られることを見出した。
したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、薄膜サーミスタ部が、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の単相であるので、非焼成で良好なＢ定数が得られると共に高い耐熱性を有している。
【００１９】
なお、上記「ｙ／（ｘ＋ｙ）」（すなわち、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ））が０．７０未満であると、ウルツ鉱型の単相が得られず、ＮａＣｌ型相との共存相又はＮａＣｌ型相のみの相となってしまい、十分な高抵抗と高Ｂ定数とが得られない。
また、上記「ｙ／（ｘ＋ｙ）」（すなわち、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ））が０．９５をこえると、抵抗率が非常に高く、きわめて高い絶縁性を示すため、サーミスタ材料として適用できない。
また、上記「ｚ」（すなわち、Ｎ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｎ））が０．４未満であると、金属の窒化量が少ないため、ウルツ鉱型の単相が得られず、十分な高抵抗と高Ｂ定数とが得られない。
さらに、上記「ｚ」（すなわち、Ｎ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｎ））が０．５を超えると、ウルツ鉱型の単相を得ることができない。このことは、ウルツ鉱型の単相において、窒素サイトにおける欠陥がない場合の正しい化学量論比は、Ｎ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｎ）＝０．５であることに起因する。
【発明の効果】
【００２０】
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によれば、一対のリードフレームの先端部が、一対の貫通孔に段差部まで挿通されているので、段差部によりリードフレームの固定位置が高精度に位置決めされる。また、一対のリードフレームが、薄膜サーミスタ部を間に配して延在して絶縁性フィルムに固定されていると共に一対のパターン電極に接続されているので、薄い絶縁性フィルムに直接形成された薄膜サーミスタ部と薄いパターン電極とにより、優れた応答性を得ることができると共に正確な温度測定が可能になる。
さらに、薄膜サーミスタ部を、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の単相である材料とすることで、非焼成で良好なＢ定数が得られると共に高い耐熱性が得られる。
したがって、本発明の温度センサによれば、高精度に位置決めされたリードフレームと絶縁性フィルムとによるフレキシブルな面接触が可能であると共に、高い応答性で正確に温度を測定することができ、複写機やプリンタ等の加熱ローラの温度用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る温度センサの第１実施形態を示す平面図及び正面図である。
【図２】第１実施形態において、サーミスタ用金属窒化物材料の組成範囲を示すＴｉ−Ａｌ−Ｎ系３元系相図である。
【図３】第１実施形態において、センサ部を示す平面図及びＡ−Ａ線断面図である。
【図４】第１実施形態において、保持部で支持された一対のリードフレームを示す平面図及び正面図である。
【図５】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及びＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】第１実施形態において、電極形成工程を示す平面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】第１実施形態において、保護膜形成工程を示す平面図及びＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】第１実施形態において、リードフレーム取り付け工程を示す平面図及び正面図である。
【図９】本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す平面図及び正面図である。
【図１０】第２実施形態において、保持部で支持された一対のリードフレームを示す平面図及び正面図である。
【図１１】第２実施形態において、リードフレーム取り付け工程のかしめ前の状態を示す平面図及び正面図である。
【図１２】第２実施形態において、リードフレーム取り付け工程のかしめ後の状態を示す平面図及び正面図である。
【図１３】本発明に係る温度センサの第３実施形態を示す平面図及び正面図である。
【図１４】第３実施形態において、リードフレームの挿入状態を示す平面図及び正面図である。
【図１５】第３実施形態において、絶縁性フィルムの折り曲げ状態を示す平面図及び正面図である。
【図１６】第３実施形態において、固定用金具によるかしめ状態を示す平面図及び正面図である。
【図１７】本発明に係る温度センサの実施例において、サーミスタ用金属窒化物材料の膜評価用素子を示す正面図及び平面図である。
【図１８】本発明に係る実施例及び比較例において、２５℃抵抗率とＢ定数との関係を示すグラフである。
【図１９】本発明に係る実施例及び比較例において、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）比とＢ定数との関係を示すグラフである。
【図２０】本発明に係る実施例において、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝０．８４としたｃ軸配向が強い場合におけるＸ線回折（ＸＲＤ）の結果を示すグラフである。
【図２１】本発明に係る実施例において、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝０．８３としたａ軸配向が強い場合におけるＸ線回折（ＸＲＤ）の結果を示すグラフである。
【図２２】本発明に係る比較例において、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝０．６０とした場合におけるＸ線回折（ＸＲＤ）の結果を示すグラフである。
【図２３】本発明に係る実施例において、ａ軸配向の強い実施例とｃ軸配向の強い実施例とを比較したＡｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）比とＢ定数との関係を示すグラフである。
【図２４】本発明に係る実施例において、ｃ軸配向が強い実施例を示す断面ＳＥＭ写真である。
【図２５】本発明に係る実施例において、ａ軸配向が強い実施例を示す断面ＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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８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。
【００２３】
本実施形態の温度センサ１は、図１及び図３に示すように、一対のリードフレーム２と、一対のリードフレーム２に接続されたセンサ部３と、一対のリードフレーム２に固定されてリードフレーム２を保持する絶縁性の保持部４とを備えている。
上記一対のリードフレーム２は、銅系合金、鉄系合金又はステンレス等の合金で形成されており、樹脂製の保持部４によって一定間隔を保持した状態で支持されている。なお、一対のリードフレーム２は、保持部４内で一対のリード線５に接続されている。また、保持部４には、取付用の孔４ａが形成されている。
【００２４】
上記センサ部３は、フィルム型サーミスタセンサであって、絶縁性フィルム６と、該絶縁性フィルム６の表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７と、薄膜サーミスタ部７の上に複数の櫛部８ａ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８と、一対の櫛型電極８に接続され絶縁性フィルム６の表面にパターン形成された一対のパターン電極９と、薄膜サーミスタ部７及び櫛型電極８を覆う絶縁性の保護膜１０とを備えている。また、絶縁性フィルム６の表面には、薄膜サーミスタ部７、パターン電極９及びリードフレーム２の先端部２ｂを覆った絶縁性の保護シート１１が接着されている。
【００２５】
上記絶縁性フィルム６は、略長方形状とされ、例えば厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートで帯状に形成されている。なお、絶縁性フィルム６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、加熱ローラの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。
【００２６】
上記一対のリードフレーム２は、基端側に形成した段差部２ａより先端側の先端部２ｂが基端側よりも細い幅で延在している。
上記絶縁性フィルム６は、一対の貫通孔６ａを有している。これらの貫通孔６ａは、絶縁性フィルム６の他端側のパターン電極９が形成された部分にパターン電極９を貫通して形成されている。
【００２７】
一対のパターン電極９は、櫛型電極８に先端部が接続されていると共に絶縁性フィルム６の延在方向の略全長にわたって延在している。
一対のリードフレーム２の先端部２ｂは、一対の貫通孔６ａに段差部２ａまで挿通され、薄膜サーミスタ部７を間に配して延在して絶縁性フィルム６の表面に固定されていると共に一対のパターン電極９に接続されている。
【００２８】
また、一対のリードフレーム２は、絶縁性フィルム６の一端側に向けて他端側から挿入され、絶縁性フィルム６の延在方向の略全長にわたって延在してパターン電極９に接着されている。
すなわち、一対のリードフレーム２の先端部２ｂは、貫通孔６ａに挿入された状態で、薄膜サーミスタ部７を間に配して延在して延在するパターン電極９上に導電性樹脂接着剤等の接着剤（図示略）により接着されていると共に、一対のパターン電極９に電気的に接続されている。
【００２９】
上記薄膜サーミスタ部７は、絶縁性フィルム６の一端側に配され、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７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の単相である。
【００３０】
上記パターン電極９及び櫛型電極８は、薄膜サーミスタ部７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８は、互いに対向状態に配されて交互に櫛部８ａが並んだ櫛型パターンとされている。
【００３１】
なお、櫛部８ａは、絶縁性フィルム６の延在方向（リードフレーム２の延在方向）に沿って延在している。すなわち、絶縁性フィルム６の裏面が、回転する加熱ローラに押し当てされて温度測定を行うが、この際、絶縁性フィルム６の延在方向に曲率を有して湾曲させられるため、薄膜サーミスタ部７にも同方向に曲げ応力が加わる。このとき、櫛部８ａが同方向に延在しているため、薄膜サーミスタ部７を補強することになり、クラックの発生を抑制することができる。
【００３２】
上記保護膜１０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。
【００３３】
上記薄膜サーミスタ部７は、上述したように、金属窒化物材料であって、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、六方晶系の結晶系であってウルツ鉱型（空間群Ｐ６３ｍｃ（Ｎｏ．１８６））の単相である。すなわち、この金属窒化物材料は、図２に示すように、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ系３元系相図における点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで囲まれる領域内の組成を有し、結晶相がウルツ鉱型である金属窒化物である。
なお、上記点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各組成比（ｘ、ｙ、ｚ）（原子％）は、Ａ（１５、３５、５０），Ｂ（２．５、４７．５、５０），Ｃ（３、５７、４０），Ｄ（１８、４２、４０）である。
【００３４】
また、この薄膜サーミスタ部７は、例えば膜厚１００〜１０００ｎｍの膜状に形成され、前記膜の表面に対して垂直方向に延在している柱状結晶である。さらに、膜の表面に対して垂直方向にａ軸よりｃ軸が強く配向していることが好ましい。
なお、膜の表面に対して垂直方向（膜厚方向）にａ軸配向（１００）が強いかｃ軸配向（００２）が強いかの判断は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）を用いて結晶軸の配向性を調べることで、（１００）（ａ軸配向を示すミラー指数）と（００２）（ｃ軸配向を示すミラー指数）とのピーク強度比から、「（１００）のピーク強度」／「（００２）のピーク強度」が１未満であることで決定する。
【００３５】
この温度センサ１の製造方法について、図１，図３から図８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６上に薄膜サーミスタ部７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８を薄膜サーミスタ部７上に配して絶縁性フィルム６上に一対のパターン電極９をパターン形成する電極形成工程と、絶縁性フィルム６の表面に保護膜１０を形成する保護膜形成工程と、センサ部３にリードフレーム２を取り付けるリードフレーム取り付け工程と、絶縁性フィルム６の表面に薄膜サーミスタ部７、櫛型電極８、パターン電極９、保護膜１０及びリードフレーム２の先端部２ｂを覆う保護シート１１を接着するシート接着工程とを有している。
【００３６】
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６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、ＴｉｘＡｌｙＮｚ（ｘ＝９、ｙ＝４３、ｚ＝４８）のサーミスタ膜を膜厚２００ｎｍで形成する。その時のスパッタ条件は、到達真空度５×１０−６Ｐａ、スパッタガス圧０．４Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）２００Ｗで、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガス雰囲気下において、窒素ガス分率を２０％で作製する。
【００３７】
成膜したサーミスタ膜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、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エッチャントでウェットエッチングを行い、図５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７にする。
【００３８】
次に、薄膜サーミスタ部７及び絶縁性フィルム６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６に示すように、レジスト剥離にて所望の櫛型電極８及びパターン電極９を形成する。
【００３９】
さらに、その上にポリイミドワニスを印刷法により塗布して、２５０℃、３０分でキュアを行い、図７に示すように、２０μｍ厚のポリイミド保護膜１０を形成する。
次に、図３に示すように、レーザ加工により所定位置に直径１ｍｍの貫通孔６ａを形成する。
【００４０】
そして、図４に示す一対のリードフレーム２の先端部２ｂを一対の貫通孔６ａに絶縁性フィルム６の裏面側から表面側に挿通し、段差部２ａまで挿入すると共に先端部２ｂをパターン電極９上に配する。さらに、図８に示すように、リードフレーム２の先端部２ｂとパターン電極９とを導電性樹脂接着剤により接着する。
次に、保護シート１１として接着剤付きのポリイミドフィルムをリードフレーム２側から絶縁性フィルム６の表面に貼り付けることで、図１に示すように、温度センサ１が作製される。
【００４１】
なお、複数のセンサ部３を同時に作製する場合、絶縁性フィルム６の大判シートに複数の薄膜サーミスタ部７、櫛型電極８、パターン電極９及び保護膜１０を上述のように形成した後に、大判シートから各センサ部３に切断する。
【００４２】
このように本実施形態の温度センサ１では、一対のリードフレーム２の先端部２ｂが、一対の貫通孔６ａに段差部２ａまで挿通されているので、段差部２ａによりリードフレーム２の固定位置が高精度に位置決めされる。
また、一対のリードフレーム２が、薄膜サーミスタ部７を間に配して延在して絶縁性フィルム６に固定されているので、絶縁性フィルム６の剛性を確保してセンサ部３を支持することができる。特に、一対のリードフレーム２が、絶縁性フィルム６の延在方向の略全長にわたって延在しているので、絶縁性フィルム６全体をリードフレーム２で支持することができる。また、絶縁性フィルム６に直接形成された薄膜サーミスタ部７により、全体の厚みが薄くなり、小さい体積によって優れた応答性を得ることができる。
【００４３】
また、一対のリードフレーム２が、一対のパターン電極９に接続されているので、薄膜サーミスタ部７とリードフレーム２とが絶縁性フィルム６に直接形成されたパターン電極９で接続されることで、パターン形成された薄い配線により、リード線等で接続された場合に比べてリードフレーム２側との熱伝導性の影響が抑制される。なお、測定対象物に対する接触部分の平坦性が高く、面接触するために、正確な温度検知が可能であると共に回転する加熱ローラ等の測定対象物の表面を傷つけ難い。
さらに、絶縁性フィルム６の表面に少なくともリードフレーム２を覆った絶縁性の保護シート１１が接着されているので、リードフレーム２を絶縁性フィルム６と保護シート１１との間に挟んで安定して保持することができると共に絶縁性フィルム６の剛性を向上させることができる。
【００４４】
また、薄膜サーミスタ部７が、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、六方晶系の結晶系であってウルツ鉱型の単相であるので、非焼成で良好なＢ定数が得られると共に高い耐熱性を有している。
また、この金属窒化物材料では、膜の表面に対して垂直方向に延在している柱状結晶であるので、膜の結晶性が高く、高い耐熱性が得られる。
さらに、この金属窒化物材料では、膜の表面に対して垂直方向にａ軸よりｃ軸を強く配向させることで、ａ軸配向が強い場合に比べて高いＢ定数が得られる。
【００４５】
なお、本実施形態のサーミスタ材料層（薄膜サーミスタ部７）の製造方法では、Ｔｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って成膜するので、上記ＴｉＡｌＮからなる上記金属窒化物材料を非焼成で成膜することができる。
また、反応性スパッタにおけるスパッタガス圧を、０．６７Ｐａ未満に設定することで、膜の表面に対して垂直方向にａ軸よりｃ軸が強く配向している金属窒化物材料の膜を形成することができる。
【００４６】
したがって、本実施形態の温度センサ１では、絶縁性フィルム６上に上記サーミスタ材料層で薄膜サーミスタ部７が形成されているので、非焼成で形成され高Ｂ定数で耐熱性の高い薄膜サーミスタ部７により、樹脂フィルム等の耐熱性の低い絶縁性フィルム６を用いることができると共に、良好なサーミスタ特性を有した薄型でフレキシブルなサーミスタセンサが得られる。
また、従来アルミナ等のセラミックスを用いた基板材料がしばしば用いられ、例えば、厚さ０．１ｍｍへと薄くすると非常に脆く壊れやすい等の問題があったが、本発明においてはフィルムを用いることができるので、上記のように、例えば厚さ０．１ｍｍの非常に薄いフィルム型サーミスタセンサ（センサ部３）を得ることができる。
【００４７】
次に、本発明に係る温度センサの第２実施形態及び第３実施形態について、図９から図１６を参照して以下に説明する。なお、以下の各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。
【００４８】
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、リードフレーム２の先端部２ｂとパターン電極９とが導電性樹脂接着剤で接着されているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、図９及び図１０に示すように、一対のリードフレーム２２が、段差部２ａの基端側であって側方に突出して形成され先端部２ｂが貫通孔６ａに挿入された状態で絶縁性フィルム６側に折り曲げられてかしめられている一対の固定用突出部２２ｃを有している点である。
【００４９】
すなわち、第２実施形態の温度センサ２１を作製する際には、図１０に示すように、まず折り曲げ前の固定用突出部２２ｃが形成された一対のリードフレーム２２を保持部４で保持しておく。折り曲げ前の固定用突出部２２ｃは、先端部２ｂに対して直交する外側方向に突出した帯状に形成されている。これらのリードフレーム２２を、図１１に示すように、貫通孔６ａに段差部２ａまで挿通させた後、図１２に示すように、一対の固定用突出部２２ｃを内側に折り曲げると共に上下にかしめる。
【００５０】
これにより、かしめられた固定用突出部２２ｃによりリードフレーム２２の段差部２ａの基端側と貫通孔６ａの基端側のパターン電極９とが互いに押圧状態に固定されて、機械的にかつ電気的に接続される。この状態で、図９に示すように、保護シート１１で固定用突出部２２ｃから先端側を覆うことで、リードフレーム２２がセンサ部３に取り付けられて第２実施形態の温度センサ２１が作製される。
【００５１】
このように第２実施形態の温度センサ２１では、一対のリードフレーム２２が、段差部２ａの基端側であって側方に突出して形成され先端部２ｂが貫通孔６ａに挿入された状態で絶縁性フィルム６側に折り曲げられてかしめられている一対の固定用突出部２２ｃを有しているので、リードフレーム２２とパターン電極９とが機械的にかつ電気的に接続され、導電性接着剤や半田材等による接着及び接続が不要になる。したがって、導電性接着剤や半田材等の使用温度よりも高温で温度センサを使用することも可能になる。
【００５２】
次に、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、リードフレーム２２に形成した固定用突出部２２ｃを折り曲げてかしめているのに対し、第３実施形態の温度センサ３１では、図１３に示すように、一対のリードフレーム２の先端部２ｂが貫通孔６ａに挿入された状態で、貫通孔６ａより基端側の絶縁性フィルム６が先端部２ｂ上に折り曲げられ、この折り曲げられた部分６ｂの上下が断面コ字状の一対の固定用金具３２でかしめられて固定されている点である。
【００５３】
すなわち、第３実施形態の温度センサ３１を作製する際には、図１４に示すように、第１実施形態のリードフレーム２の先端部２ｂを貫通孔６ａに段差部２ａまで挿通した後、図１５に示すように、貫通孔６ａより基端側の絶縁性フィルム６の端部を先端部２ｂ上に折り曲げる。さらに、この状態で、この折り曲げられた部分６ｂと絶縁性フィルム６とに断面コ字状の一対の固定用金具３２を両側から差し込んで挟むと共に、固定用金具３２をかしめる。これにより、かしめられた固定用金具３２によりリードフレーム２の段差部２ａの基端側と貫通孔６ａの基端側のパターン電極９とが互いに押圧状態に固定されて、機械的にかつ電気的に接続される。この状態で、図１３に示すように、保護シート１１で固定用突出部２２ｃから先端側を覆うことで、リードフレーム２がセンサ部３に取り付けられて第３実施形態の温度センサ３１が作製される。
【００５４】
このように第３実施形態の温度センサ３１では、一対のリードフレーム２の先端部２ｂが貫通孔６ａに挿入された状態で、貫通孔６ａより基端側の絶縁性フィルム６が先端部２ｂ上に折り曲げられ、この折り曲げられた部分６ｂの上下が断面コ字状の一対の固定用金具３２でかしめられて固定されているので、リードフレーム２とパターン電極９とが機械的にかつ電気的に接続され、導電性接着剤や半田材等による接着及び接続が不要になる。したがって、第３実施形態においても第２実施形態と同様に、導電性接着剤や半田材等の使用温度よりも高温で温度センサを使用することも可能になる。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明に係る温度センサについて、上記実施形態に基づいて作製した実施例により評価した結果を、図１７から図２５を参照して具体的に説明する。
【００５６】
＜膜評価用素子の作製＞
本発明のサーミスタ材料層（薄膜サーミスタ部７）の評価を行う実施例及び比較例として、図１７に示す膜評価用素子１２１を次のように作製した。
まず、反応性スパッタ法にて、様々な組成比のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを用いて、Ｓｉ基板Ｓとなる熱酸化膜付きＳｉウエハ上に、厚さ５００ｎｍの表１に示す様々な組成比で形成された金属窒化物材料の薄膜サーミスタ部７を形成した。その時のスパッタ条件は、到達真空度：５×１０−６Ｐａ、スパッタガス圧：０．１〜１Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）：１００〜５００Ｗで、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガス雰囲気下において、窒素ガス分率を１０〜１００％と変えて作製した。
【００５７】
次に、上記薄膜サーミスタ部７の上に、スパッタ法でＣｒ膜を２０ｎｍ形成し、さらにＡｕ膜を１００ｎｍ形成した。さらに、その上にレジスト液をスピンコーターで塗布した後、１１０℃で１分３０秒プリベークを行い、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った。その後、不要な電極部分を市販のＡｕエッチャント及びＣｒエッチャントによりウェットエッチングを行い、レジスト剥離にて所望の櫛形電極部１２４ａを有するパターン電極１２４を形成した。そして、これをチップ状にダイシングして、Ｂ定数評価及び耐熱性試験用の膜評価用素子１２１とした。
なお、比較としてＴｉｘＡｌｙＮｚの組成比が本発明の範囲外であって結晶系が異なる比較例についても同様に作製して評価を行った。
【００５８】
＜膜の評価＞
（１）組成分析
反応性スパッタ法にて得られた薄膜サーミスタ部７について、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）にて元素分析を行った。このＸＰＳでは、Ａｒスパッタにより、最表面から深さ２０ｎｍのスパッタ面において、定量分析を実施した。その結果を表１に示す。なお、以下の表中の組成比は「原子％」で示している。
【００５９】
なお、上記Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）は、Ｘ線源をＭｇＫα（３５０Ｗ）とし、パスエネルギー：５８．５ｅＶ、測定間隔：０．１２５ｅＶ、試料面に対する光電子取り出し角：４５ｄｅｇ、分析エリアを約８００μｍφの条件下で定量分析を実施した。なお、定量精度について、Ｎ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｎ）の定量精度は±２％、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）の定量精度は±１％ある。
【００６０】
（２）比抵抗測定
反応性スパッタ法にて得られた薄膜サーミスタ部７について、４端子法にて２５℃での比抵抗を測定した。その結果を表１に示す。
（３）Ｂ定数測定
膜評価用素子１２１の２５℃及び５０℃の抵抗値を恒温槽内で測定し、２５℃と５０℃との抵抗値よりＢ定数を算出した。その結果を表１に示す。
【００６１】
なお、本発明におけるＢ定数算出方法は、上述したように２５℃と５０℃とのそれぞれの抵抗値から以下の式によって求めている。
Ｂ定数（Ｋ）＝ｌｎ（Ｒ２５／Ｒ５０）／（１／Ｔ２５−１／Ｔ５０）
Ｒ２５（Ω）：２５℃における抵抗値
Ｒ５０（Ω）：５０℃における抵抗値
Ｔ２５（Ｋ）：２９８．１５Ｋ  ２５℃を絶対温度表示
Ｔ５０（Ｋ）：３２３．１５Ｋ  ５０℃を絶対温度表示
【００６２】
これらの結果からわかるように、ＴｉｘＡｌｙＮｚの組成比が図２に示す３元系の三角図において、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで囲まれる領域内、すなわち、「０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１」となる領域内の実施例全てで、抵抗率：１００Ωｃｍ以上、Ｂ定数：１５００Ｋ以上のサーミスタ特性が達成されている。
【００６３】
上記結果から２５℃での抵抗率とＢ定数との関係を示したグラフを、図１８に示す。また、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）比とＢ定数との関係を示したグラフを、図１９に示す。これらのグラフから、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝０．７〜０．９５、かつ、Ｎ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｎ）＝０．４〜０．５の領域で、結晶系が六方晶のウルツ鉱型の単一相であるものは、２５℃における比抵抗値が１００Ωｃｍ以上、Ｂ定数が１５００Ｋ以上の高抵抗かつ高Ｂ定数の領域が実現できている。なお、図１９のデータにおいて、同じＡｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）比に対して、Ｂ定数がばらついているのは、結晶中の窒素量が異なるためである。
【００６４】
表１に示す比較例３〜１２は、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＜０．７の領域であり、結晶系は立方晶のＮａＣｌ型となっている。また、比較例１２（Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝０．６７）では、ＮａＣｌ型とウルツ鉱型とが共存している。このように、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＜０．７の領域では、２５℃における比抵抗値が１００Ωｃｍ未満、Ｂ定数が１５００Ｋ未満であり、低抵抗かつ低Ｂ定数の領域であった。
【００６５】
表１に示す比較例１，２は、Ｎ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｎ）が４０％に満たない領域であり、金属が窒化不足の結晶状態になっている。この比較例１，２は、ＮａＣｌ型でも、ウルツ鉱型でもない、非常に結晶性の劣る状態であった。また、これら比較例では、Ｂ定数及び抵抗値が共に非常に小さく、金属的振舞いに近いことがわかった。
【００６６】
（４）薄膜Ｘ線回折（結晶相の同定）
反応性スパッタ法にて得られた薄膜サーミスタ部７を、視斜角入射Ｘ線回折（Grazing Incidence X-ray Diffraction）により、結晶相を同定した。この薄膜Ｘ線回折は、微小角Ｘ線回折実験であり、管球をＣｕとし、入射角を１度とすると共に２θ＝２０〜１３０度の範囲で測定した。
【００６７】
その結果、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）≧０．７の領域においては、ウルツ鉱型相（六方晶、ＡｌＮと同じ相）であり、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＜０．６５の領域においては、ＮａＣｌ型相（立方晶、ＴｉＮと同じ相）であった。また、０．６５＜  Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＜０．７においては、ウルツ鉱型相とＮａＣｌ型相との共存する結晶相であった。
【００６８】
このようにＴｉＡｌＮ系においては、高抵抗かつ高Ｂ定数の領域は、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）≧０．７のウルツ鉱型相に存在している。なお、本発明の実施例では、不純物相は確認されておらず、ウルツ鉱型の単一相である。
なお、表１に示す比較例１，２は、上述したように結晶相がウルツ鉱型相でもＮａＣｌ型相でもなく、本試験においては同定できなかった。また、これらの比較例は、ＸＲＤのピーク幅が非常に広いことから、非常に結晶性の劣る材料であった。これは、電気特性により金属的振舞いに近いことから、窒化不足の金属相になっていると考えられる。
【００６９】
【表１】
2014109503.tif 000003
【００７０】
次に、本発明の実施例は全てウルツ鉱型相の膜であり、配向性が強いことから、Ｓｉ基板Ｓ上に垂直な方向（膜厚方向）の結晶軸においてａ軸配向性が強いか、ｃ軸配向性が強いかであるかについて、ＸＲＤを用いて調査した。この際、結晶軸の配向性を調べるために、（１００）（ａ軸配向を示すミラー指数）と（００２）（ｃ軸配向を示すミラー指数）とのピーク強度比を測定した。
【００７１】
その結果、スパッタガス圧が０．６７Ｐａ未満で成膜された実施例は、（１００）よりも（００２）の強度が非常に強く、ａ軸配向性よりｃ軸配向性が強い膜であった。一方、スパッタガス圧が０．６７Ｐａ以上で成膜された実施例は、（００２）よりも（１００）の強度が非常に強く、ｃ軸配向よりａ軸配向が強い材料であった。
なお、同じ成膜条件でポリイミドフィルムに成膜しても、同様にウルツ鉱型相の単一相が形成されていることを確認している。また、同じ成膜条件でポリイミドフィルムに成膜しても、配向性は変わらないことを確認している。
【００７２】
ｃ軸配向が強い実施例のＸＲＤプロファイルの一例を、図２０に示す。この実施例は、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝０．８４（ウルツ鉱型、六方晶）であり、入射角を１度として測定した。この結果からわかるように、この実施例では、（１００）よりも（００２）の強度が非常に強くなっている。
また、ａ軸配向が強い実施例のＸＲＤプロファイルの一例を、図２１に示す。この実施例は、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝０．８３（ウルツ鉱型、六方晶）であり、入射角を１度として測定した。この結果からわかるように、この実施例では、（００２）よりも（１００）の強度が非常に強くなっている。
【００７３】
さらに、この実施例について、入射角を０度として、対称反射測定を実施した。なお、グラフ中（＊）は装置由来のピークであり、サンプル本体のピーク、もしくは、不純物相のピークではないことを確認している（なお、対称反射測定において、そのピークが消失していることからも装置由来のピークであることがわかる。）。
【００７４】
なお、比較例のＸＲＤプロファイルの一例を、図２２に示す。この比較例は、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝０．６（ＮａＣｌ型、立方晶）であり、入射角を１度として測定した。ウルツ鉱型（空間群Ｐ６３ｍｃ（Ｎｏ．１８６））として指数付けできるピークは検出されておらず、ＮａＣｌ型単独相であることを確認した。
【００７５】
次に、ウルツ鉱型材料である本発明の実施例に関して、さらに結晶構造と電気特性との相関を詳細に比較した。
表２及び図２３に示すように、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）比がほぼ同じ比率のものに対し、基板面に垂直方向の配向度の強い結晶軸がｃ軸である材料（実施例５，７，８，９）とａ軸である材料（実施例１９，２０，２１）とがある。
【００７６】
これら両者を比較すると、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）比が同じであると、ａ軸配向が強い材料よりもｃ軸配向が強い材料の方が、Ｂ定数が１００Ｋ程度大きいことがわかる。また、Ｎ量（Ｎ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｎ））に着目すると、ａ軸配向が強い材料よりもｃ軸配向が強い材料の方が、窒素量がわずかに大きいことがわかる。理想的な化学量論比：Ｎ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｎ）＝０．５であることから、ｃ軸配向が強い材料のほうが、窒素欠陥量が少なく理想的な材料であることがわかる。
【００７７】
【表２】
2014109503.tif 000004
【００７８】
＜結晶形態の評価＞
次に、薄膜サーミスタ部７の断面における結晶形態を示す一例として、熱酸化膜付きＳｉ基板Ｓ上に成膜された実施例（Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝０．８４，ウルツ鉱型、六方晶、ｃ軸配向性が強い）の薄膜サーミスタ部７における断面ＳＥＭ写真を、図２４に示す。また、別の実施例（Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝０．８３，ウルツ鉱型六方晶、ａ軸配向性が強い）の薄膜サーミスタ部７における断面ＳＥＭ写真を、図２５に示す。
これら実施例のサンプルは、Ｓｉ基板Ｓをへき開破断したものを用いている。また、４５°の角度で傾斜観察した写真である。
【００７９】
これらの写真からわかるように、いずれの実施例も高密度な柱状結晶で形成されている。すなわち、ｃ軸配向が強い実施例及びａ軸配向が強い実施例の共に基板面に垂直な方向に柱状の結晶が成長している様子が観測されている。なお、柱状結晶の破断は、Ｓｉ基板Ｓをへき開破断した際に生じたものである。
【００８０】
＜膜の耐熱試験評価＞
表１に示す実施例及び比較例において、大気中，１２５℃,１０００ｈの耐熱試験前後における抵抗値及びＢ定数を評価した。その結果を表３に示す。なお、比較として従来のＴａ−Ａｌ−Ｎ系材料による比較例も同様に評価した。
これらの結果からわかるように、Ａｌ濃度及び窒素濃度は異なるものの、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ系である比較例と同じＢ定数で比較したとき、耐熱試験前後における電気特性変化でみたときの耐熱性は、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ系のほうが優れている。なお、実施例５，８はｃ軸配向が強い材料であり、実施例２１，２４はａ軸配向が強い材料である。両者を比較すると、ｃ軸配向が強い実施例の方がａ軸配向が強い実施例に比べて僅かに耐熱性が向上している。
【００８１】
なお、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ系材料では、Ｔａのイオン半径がＴｉやＡｌに比べて非常に大きいため、高濃度Ａｌ領域でウルツ鉱型相を作製することができない。ＴａＡｌＮ系がウルツ鉱型相でないがゆえ、ウルツ鉱型相のＴｉ−Ａｌ−Ｎ系の方が、耐熱性が良好であると考えられる。
【００８２】
【表３】
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【００８３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態及び実施例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。
【符号の説明】
【００８４】
１，２１，３１…温度センサ、２，２２…リードフレーム、２ａ…段差部、２ｂ…リードフレームの先端部、３…センサ部、４…保持部、６…絶縁性フィルム、６ａ…貫通孔、６ｂ…折り曲げられた部分、７…薄膜サーミスタ部、８…櫛型電極、８ａ…櫛部、９…パターン電極、１０…保護膜、１１…保護シート、２２ｃ…固定用突出部、３２…固定用金具
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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