(57)【要約】【課題】  平面コイルの温度を正確に測定可能であると共に設置状態で収納がし易く、場所の確保も容易になる温度センサ及び温度センサ付きコイルを提供すること。【解決手段】  渦巻き状の平面コイルの温度を測定するための温度センサ１であって、絶縁性フィルム２と、該絶縁性フィルム２上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に形成された一対のパターン電極４とを備え、絶縁性フィルムが、平面コイルの外形状と略同じ外形状に形成されていると共に平面コイル上に中心を同じくして設置され、薄膜サーミスタ部が、平面コイルの直上に配されて平面コイルの周方向に沿った環状に形成されている。【選択図】図１
2014025808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻き状の平面コイルの温度を測定するための温度センサであって、
フィルム状又は薄板状の絶縁性基板と、
該絶縁性基板上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、
少なくとも前記薄膜サーミスタ部の上又は下に形成された一対のパターン電極とを備え、
前記絶縁性基板が、前記平面コイルの外形状と略同じ外形状に形成されていると共に前記平面コイル上に中心を同じくして設置され、
前記薄膜サーミスタ部が、前記平面コイルの直上に配されて前記平面コイルの周方向に沿った環状に形成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、
前記平面コイルの外形状が円形であり、
前記薄膜サーミスタ部の内径が、前記平面コイルの内径以上であることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の温度センサにおいて、
前記平面コイルの外形状が円形であり、
前記薄膜サーミスタ部の外径が、前記平面コイルの外径以下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、
前記平面コイルの外形状が円形であり、
前記一対のパターン電極が、前記薄膜サーミスタ部の外周に沿って円弧状に延在し互いに対向した一対の櫛型電極を有していることを特徴とする温度センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の温度センサにおいて、
前記一対の櫛型電極が、前記薄膜サーミスタ部の略全周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。
【請求項７】
渦巻き状の平面コイルと、
請求項１から６のいずれか一項に記載の温度センサとを備え、
該温度センサが、前記平面コイル上に中心を同じくして設置されていることを特徴とする温度センサ付きコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電装置や誘導加熱（ＩＨ）調理器等の平面コイルの温度検出が可能な温度センサ及び温度センサ付きコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触給電装置等は、平面コイルの異常加熱検知のために、平面コイルにリードタイプサーミスタを外付けしたり、平面コイル近傍の回路にチップサーミスタを実装して、平面コイルの温度を測定している。例えば、特許文献１には、非接触充電時における充電制御やデータの送受信制御等を行う回路基板と、非接触充電時における伝送コイルの温度を検出する温度センサとを備えたコイルモジュール装置が記載されている。
【０００３】
このコイルモジュール装置では、渦巻き状（スパイラル状）に巻回した平面コイルを有する伝送コイルの温度を測定するために、温度センサを伝送コイルの表面に設置したり、温度センサを筐体にインサート成形したり、回路基板の層間に温度センサを設けたりしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３００３９８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、非接触充電装置や非接触給電装置における平面コイルに温度センサを密着させて配置する場合、温度センサがリードタイプのチップサーミスタ等であると、温度検出素子自体に体積があると共に平面コイル等に密着している面積が小さいので、平面コイル全体の正確な温度を測定できないと共に応答性も低いという不都合があった。また、平面コイル表面に凹凸が生じてしまい、ケース内等の狭い空間への収納がし難くなると共に場所の確保が困難になる問題もあった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、平面コイルの温度を正確に測定可能であると共に設置状態で収納がし易く、場所の確保も容易になる温度センサ及び温度センサ付きコイル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、渦巻き状の平面コイルの温度を測定するための温度センサであって、フィルム状又は薄板状の絶縁性基板と、該絶縁性基板上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、少なくとも前記薄膜サーミスタ部の上又は下に形成された一対のパターン電極とを備え、前記絶縁性基板が、前記平面コイルの外形状と略同じ外形状に形成されていると共に前記平面コイル上に中心を同じくして設置され、前記薄膜サーミスタ部が、前記平面コイルの直上に配されて前記平面コイルの周方向に沿った環状に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この温度センサでは、絶縁性基板が、平面コイルの外形状と略同じ外形状に形成されていると共に平面コイル上に中心を同じくして設置され、薄膜サーミスタ部が、平面コイルの直上に配されて平面コイルの周方向に沿った環状に形成されているので、平面コイルに沿った環状の薄膜サーミスタ部により、平面コイル全体の温度を高精度に測定可能であると共に、平面コイルの外形状に対応した薄型形状により、収納がし易く、場所の確保もし易い。また、温度センサが薄いので、温度計測の応答性が高く、平面コイルの精密な温度測定が可能である。なお、導電性の薄膜サーミスタ部が環状に形成されているので、平面コイルの内側を通る磁束を妨げ難く、コイル特性への影響も少ない。
【０００９】
第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記平面コイルの外形状が円形であり、前記薄膜サーミスタ部の内径が、前記平面コイルの内径以上であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、薄膜サーミスタ部の内径が、平面コイルの内径以上であるので、導電性を有する薄膜サーミスタ部が、平面コイルの内側を通る磁束を妨げることがない。
【００１０】
第３の発明に係る温度センサは、第１又は第２の発明において、前記平面コイルの外形状が円形であり、前記薄膜サーミスタ部の外径が、前記平面コイルの外径以下であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、薄膜サーミスタ部の外径が、平面コイルの外径以下であるので、導電性を有する薄膜サーミスタ部が、平面コイルの外側を通る磁束を妨げることがない。
【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、前記平面コイルの外形状が円形であり、前記一対のパターン電極が、前記薄膜サーミスタ部の外周に沿って円弧状に延在し互いに対向した一対の櫛型電極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、一対のパターン電極が、薄膜サーミスタ部の外周に沿って円弧状に延在し互いに対向した一対の櫛型電極を有しているので、円環状のスペースを有効に使って櫛型電極が配されており、対向状態を周方向に沿って長く延在させることで、櫛部の本数を増やすことができる。これにより、過電流に対する信頼性の向上を図ることができると共に、抵抗値調整を行い易くなる。また、周方向に沿った電極部分を太く設定することができ、電極抵抗を小さくすることも可能である。
【００１２】
第５の発明に係る温度センサは、第４の発明において、前記一対の櫛型電極が、前記薄膜サーミスタ部の略全周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、一対の櫛型電極が、薄膜サーミスタ部の略全周にわたって延在しているので、周方向の略全体にわたって温度測定ができると共に、最大限にスペースを利用して多数の櫛部を配することができる。
【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】
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。
【００１５】
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。
なお、ＭｏＣｏＦｅ系材料に比べてＴｉＡｌＮ系材料は、磁気特性が弱く、平面コイルからの磁束の影響を受け難く、サーミスタ特性が安定している。
【００１６】
第７の発明に係る温度センサ付きコイルは、渦巻き状の平面コイルと、上記第１から第６の発明のいずれかに記載の温度センサとを備え、該温度センサが、前記平面コイル上に中心を同じくして設置されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサ付きコイルでは、上記本発明の温度センサが、平面コイル上に中心を同じくして設置されているので、凹凸が少ないと共に外形状を大きく変えることなく平面コイルの温度を高精度かつ高応答性で得ることが可能である。
【発明の効果】
【００１７】
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温度センサ付きコイルによれば、絶縁性基板が、平面コイルの外形状と略同じ外形状に形成されていると共に平面コイル上に中心を同じくして設置され、薄膜サーミスタ部が、平面コイルの直上に配されて平面コイルの周方向に沿った環状に形成されているので、収納がし易く、場所の確保もし易いと共に、温度計測の応答性が高く、平面コイルの精密な温度測定が可能である。
このように、本発明では、平面コイルの温度を高精度にかつ高応答性で測定でき、異常加熱を防止して高い安全性を確保することが可能になると共に、高い収納性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る温度センサ及び温度センサ付きコイルの第１実施形態において、温度センサを示す平面図及び断面図である。
【図２】第１実施形態において、温度センサ設置前後の温度センサ付きコイルを示す平面図である。
【図３】第１実施形態において、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４】第１実施形態において、温度センサの製造方法において薄膜サーミスタ部形成工程を示す平面図及び断面図である。
【図５】第１実施形態において、温度センサの製造方法においてパターン電極形成工程を示す平面図及び断面図である。
【図６】第１実施形態において、温度センサの製造方法において保護膜形成工程を示す平面図及び断面図である。
【図７】第１実施形態において、温度センサの製造方法においてめっき膜形成工程を示す平面図及び断面図である。
【図８】第１実施形態において、温度センサの製造方法において切断工程を示す平面図及び断面図である。
【図９】第１実施形態において、温度センサの製造方法においてリード線接合工程を示す平面図及び断面図である。
【図１０】本発明に係る温度センサ及び温度センサ付きコイルの第２実施形態において、温度センサを示す平面図及び断面図である。
【図１１】第２実施形態において、温度センサ設置前後の温度センサ付きコイルを示す平面図である。
【図１２】第２実施形態において、温度センサの製造方法においてパターン電極形成工程を示す平面図及び断面図である。
【図１３】第２実施形態において、温度センサの製造方法において保護膜形成工程を示す平面図及び断面図である。
【図１４】第２実施形態において、温度センサの製造方法においてめっき膜形成工程を示す平面図及び断面図である。
【図１５】第２実施形態において、温度センサの製造方法において切断工程を示す平面図及び断面図である。
【図１６】第２実施形態において、温度センサの製造方法においてリード線接合工程を示す平面図及び断面図である。
【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】
【００１９】
以下、本発明に係る温度センサ及び温度センサ付きコイルにおける第１実施形態を、図１から図９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。
【００２０】
本実施形態の温度センサ１は、図１及び図２に示すように、渦巻き状の平面コイル１１の温度を測定するための温度センサであって、絶縁性フィルム（絶縁性基板）２と、該絶縁性フィルム２上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、少なくとも薄膜サーミスタ部３の上に形成された一対のパターン電極４とを備えている。
【００２１】
上記絶縁性フィルム２は、平面コイル１１の外形状と略同じ外形状に形成されていると共に平面コイル１１上に中心を同じくして設置されている。すなわち、平面コイル１１の外形状が円形であり、絶縁性フィルム２は、中央に円形の孔部２ａを有する円形状に形成されている。
上記薄膜サーミスタ部３は、平面コイル１１の直上に配されて平面コイル１１の周方向に沿った環状に形成されている。すなわち、薄膜サーミスタ部３は、絶縁性フィルム２の周方向に沿った円環状に形成されている。
したがって、絶縁性フィルム２と薄膜サーミスタ部３とは、いわゆる平面視ドーナツ状とされている。
【００２２】
上記一対のパターン電極４は、薄膜サーミスタ部３に沿って円弧状に延在し互いに対向した一対の櫛型電極４ａを有している。すなわち、一方の櫛型電極４ａは、薄膜サーミスタ部３の内径よりも大きい径で円弧状に形成され、他方の櫛型電極４ａは、一方の櫛型電極４ａよりも大きな径で円弧状に形成されている。そして、一対の櫛型電極４ａは、互いに対向する部分に複数の櫛部が交互に対向方向に突出して形成されている。
また、この温度センサ１は、薄膜サーミスタ部３上に櫛型電極４ａも覆って形成された保護膜５と、一対の櫛型電極４ａの端部に一端がはんだ材６で接合された一対のリード線７とを備えている。
【００２３】
また、本実施形態の温度センサ付きコイル１０は、例えば非接触給電装置であって、図２に示すように、外形状が円形で渦巻き状とされた平面コイル１１を備えたコイル本体１２と、上記温度センサ１とを備えている。該温度センサ１は、平面コイル１１上に中心を同じくして設置されている。
上記コイル本体１２は、平面コイル１１が設置された設置台１３と、該設置台１３に設けられていると共に平面コイル１１に接続配線１４ａで接続されて非接触充電時における充電制御等を行う回路基板１４を備えている。
なお、本実施形態では、温度センサ１が、絶縁性フィルム２の裏面で平面コイル１１上に接着剤で接着固定されている。
【００２４】
上記絶縁性フィルム２は、例えばポリイミド樹脂シートで帯状に形成されている。なお、樹脂フィルムとしては、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構わない。なお、本実施形態では、フィルム状の絶縁性基板である絶縁性フィルム２を採用しているが、薄板状の絶縁性基板を採用しても構わない。
【００２５】
一対のパターン電極４は、薄膜サーミスタ部３上に形成されたＣｒの接合層（図示略）と、該接合層上に貴金属で形成された電極層（図示略）とを有している。
また、一対のパターン電極４は、互いに対向状態に配した櫛形パターンの上記一対の櫛型電極４ａと、これら櫛型電極４ａに先端部が接続され基端部が絶縁性フィルム２の外縁部に配されて延在した一対の直線延在部４ｂとを有している。
上記保護膜５は、絶縁性の樹脂膜等であって、例えばエポキシ系の樹脂材料を印刷して形成されたものである。
【００２６】
上記薄膜サーミスタ部３は、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の単相である。
【００２７】
上記薄膜サーミスタ部３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３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。
【００２８】
また、この薄膜サーミスタ部３は、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。
【００２９】
この温度センサ１の製造方法について、図４から図９を参照して以下に説明する。
この温度センサ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４ａを薄膜サーミスタ部３上に配して絶縁性フィルム２上に一対のパターン電極４をパターン形成する電極形成工程と、薄膜サーミスタ部３上にパターン電極４を覆って保護膜５を形成する保護膜形成工程と、リード線用の引き出し部８としてめっき膜を形成するめっき膜形成工程と、絶縁性フィルム２をレーザ加工により円形に切断すると共に中央に孔部２ａを形成する切断工程と、パターン電極４の端部にリード線７を接合するリード線接合工程とを有している。
【００３０】
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、ＴｉｘＡｌｙＮｚ（ｘ＝９、ｙ＝４３、ｚ＝４８）の薄膜サーミスタ部３となるサーミスタ材料層を膜厚２００ｎｍで成膜する。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％で作製した。
【００３１】
次に、成膜したサーミスタ材料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ＴｉＡｌＮのサーミスタ材料層を市販のＴｉエッチャントでウェットエッチングを行い、図４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。
【００３２】
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５に示すように、レジスト剥離にて所望のパターン電極４を形成する。
【００３３】
次に、薄膜サーミスタ部３及び櫛型電極４ａを覆うように、その上にエポキシ系の樹脂材料を印刷法で形成し、図６に示すように、１５０℃で１時間焼成し、厚さ２０μｍの保護膜５を形成する。さらに、図７に示すように、リード線用の引き出し部８を、めっき液により、厚さ３μｍのＮｉめっき膜と、厚さ１０μｍのＳｎめっき膜とを積層して形成する。
【００３４】
その後、図８に示すように、センサ中央部を、平面コイル１１の内径より若干大きい内径の孔部２ａとなるようにレーザ光を用いて円形状に切断し、さらに、平面コイル１１の外径より若干小さく略同一の外径に絶縁性フィルム２を、レーザ光を用いて円形状に切断し、くり抜いてドーナツ状に加工する。
さらに、図９に示すように、リード線７をはんだ材６で接合する。
【００３５】
そして、図１に示すように、はんだ材６によるリード線７の接続部をエポキシ系樹脂でポッティングし、１５０℃３０分で固化させて、接続保護部９を形成することで、円形で中央部に孔部２ａが開いたドーナツ形状のフレキシブルなフィルム形温度センサが作製される。
このように作製した温度センサ１を、図２に示すように、中心を平面コイル１１と同じくして、温度センサ１の裏面（絶縁性フィルム２の裏面）と平面コイル１１とを接着剤にて固定することで、温度センサ付きコイル１０が作製される。
【００３６】
このように本実施形態の温度センサ１では、絶縁性フィルム２が、平面コイル１１の外形状と略同じ外形状に形成されていると共に平面コイル１１上に中心を同じくして設置され、薄膜サーミスタ部３が、平面コイル１１の直上に配されて平面コイル１１の周方向に沿った環状に形成されているので、平面コイル１１に沿った環状の薄膜サーミスタ部３により、平面コイル１１全体の温度を高精度に測定可能であると共に、平面コイル１１の外形状に対応した薄型形状により、収納がし易く、場所の確保もし易い。また、温度センサ１が薄いので、温度計測の応答性が高く、平面コイル１１の精密な温度測定が可能である。
このように本実施形態の温度センサ付きコイル１０では、上記温度センサ１が、平面コイル１１上に中心を同じくして設置されているので、凹凸が少ないと共にコイルの外形状を大きく変えることなく平面コイル１１の温度を高精度かつ高応答性で得ることが可能である。
【００３７】
なお、導電性の薄膜サーミスタ部３が環状に形成されているので、平面コイル１１の内側を通る磁束を妨げ難く、コイル特性への影響も少ない。特に、薄膜サーミスタ部３の内径が、平面コイル１１の内径以上であるので、薄膜サーミスタ部３が、平面コイル１１の内側を通る磁束を妨げることがない。さらに、薄膜サーミスタ部３の外径が、平面コイル１１の外径以下であるので、薄膜サーミスタ部３が、平面コイル１１の外側を通る磁束を妨げることがない。
【００３８】
また、一対のパターン電極４が、薄膜サーミスタ部３の外周に沿って円弧状に延在し互いに対向した一対の櫛型電極４ａを有しているので、円環状のスペースを有効に使って櫛型電極４ａが配されており、対向状態を周方向に沿って長く延在させることで、櫛部の本数を増やすことができる。これにより、過電流に対する信頼性の向上を図ることができると共に、抵抗値調整を行い易くなる。また、周方向に沿った電極部分を太く設定することができ、電極抵抗を小さくすることも可能である。
【００３９】
また、一対の櫛型電極４ａが、薄膜サーミスタ部３の略全周にわたって延在しているので、周方向の略全体にわたって温度測定ができると共に、最大限にスペースを利用して多数の櫛部を配することができる。
【００４０】
また、薄膜サーミスタ部３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。
【００４１】
なお、本実施形態のサーミスタ材料層（薄膜サーミスタ部３）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。
【００４２】
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２上に上記サーミスタ材料層で薄膜サーミスタ部３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３により、耐熱性の低い絶縁性フィルム２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温度センサが得られる。
【００４３】
次に、本発明に係る温度センサ及び温度センサ付きコイルの第２実施形態について、図１０及び図１６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。
【００４４】
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、温度センサ１の一対のリード線７が絶縁性フィルム２の外縁部において互いに反対側に固定されて逆方向に延在しているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１は、図１０及び図１１に示すように、一対のリード線７が絶縁性フィルム２の外縁部において同じ側に固定されて同じ方向に延在している点である。
【００４５】
すなわち、第２実施形態では、一対のリード線７の引き出し方向が第１実施形態と異なっており、一対のリード線７の接続部が同じ側に隣接して設けられている。なお、第２実施形態では、一対のリード線７が回路基板１４側に延在して、回路基板１４に直接接続されている。
また、第２実施形態では、一対のパターン電極２４における櫛型電極２４ａが、薄膜サーミスタ部３の略全周にわたって延在している点でも第１実施形態と異なっている。
【００４６】
この第２実施形態の温度センサ２１の製造方法を、図１２から図１６を参照して説明する。すなわち、この温度センサ２１の製造方法では、第１実施形態と同様に薄膜サーミスタ部３を形成した後、図１２に示すように、略全周に延在した一対の櫛型電極２４ａを薄膜サーミスタ部３上に配して絶縁性フィルム２上に一対のパターン電極２４をパターン形成する。
この後、第１実施形態と同様に、図１３に示すように、保護膜５を形成し、さらに図１４に示すように、引き出し部８を形成する。そして、図１５に示すように、レーザ光により平面視ドーナツ状に切断し、さらに図１６に示すように、はんだ材６でリード線７を接合した後、図１０に示すように、接続保護部９を形成して温度センサ２１を作製する。
【００４７】
このように第２実施形態の温度センサ２１では、一対の櫛型電極２４ａが、薄膜サーミスタ部３の略全周にわたって延在しているので、周方向の略全体にわたって温度測定ができると共に、最大限にスペースを利用して多数の櫛部を配することができる。
なお、第２実施形態の温度センサ付きコイル２０は、図１１に示すように、第１実施形態と同様に、温度センサ２１の裏面と平面コイル１１とを接着剤にて固定することで作製される。
【実施例】
【００４８】
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。
【００４９】
＜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３）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３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。
【００５０】
次に、上記薄膜サーミスタ部３の上に、スパッタ法でＣｒ膜を２０ｎｍ形成し、さらにＡｕ膜を２００ｎｍ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。
【００５１】
＜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３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。
【００５２】
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。
【００５３】
（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３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。
【００５４】
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
【００５５】
これらの結果からわかるように、ＴｉｘＡｌｙＮｚの組成比が図３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。
【００５６】
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。
【００５７】
表１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。
【００５８】
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。
【００５９】
（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３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。一部のサンプルについては、入射角を０度とし、２θ＝２０〜１００度の範囲で測定した。
【００６０】
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、Ｃｒ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。
【００６１】
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。
【００６２】
【表１】
2014025808.tif 000003
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。この場合も、やはり（００２）よりも（１００）の強度が非常に強く、基板面に対して垂直な方向（膜厚方向）に対して、ｃ軸配向よりもａ軸配向が強かった。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。）。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
【表２】
2014025808.tif 000004
【００７１】
＜結晶形態の評価＞
次に、薄膜サーミスタ部３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３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３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。
【００７２】
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。
【００７３】
＜膜の耐熱試験評価＞
表３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。
【００７４】
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。
【００７５】
【表３】
2014025808.tif 000005
【００７６】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態及び上記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。
例えば、上記各実施形態では、上記ＴｉＡｌＮの薄膜サーミスタ部が好ましいが、他のサーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部を採用しても構わない。また、薄膜サーミスタ部の上にパターン電極を形成しているが、薄膜サーミスタ部の下にパターン電極を形成しても構わない。
【００７７】
また、上記各実施形態では、全体として円形状の平面コイルを採用し、これに対応した形状の絶縁性フィルム及び薄膜サーミスタ部としたが、平面コイルが、他の外形状である場合、この平面コイルに対応した外形状の絶縁性フィルム及び薄膜サーミスタ部とする。例えば、全体として楕円形状の平面コイルを採用した場合、略同形状の楕円形状とされた絶縁性フィルムと楕円環状の薄膜サーミスタ部とが採用される。また、全体として長方形状等の矩形状の平面コイルを採用した場合、略同形状の矩形状とされた絶縁性フィルムと矩形環状の薄膜サーミスタ部とが採用される。
【符号の説明】
【００７８】
１，２１…温度センサ、２…絶縁性フィルム（絶縁性基板）、２ａ…孔部、３…薄膜サーミスタ部、４，２４…パターン電極、４ａ，２４ａ…櫛型電極、１０，２０…温度センサ付きコイル、１１…平面コイル
【図１】
2014025808.tif 000006
【図２】
2014025808.tif 000007
【図４】
2014025808.tif 000008
【図５】
2014025808.tif 000009
【図６】
2014025808.tif 000010
【図７】
2014025808.tif 000011
【図８】
2014025808.tif 000012
【図９】
2014025808.tif 000013
【図１０】
2014025808.tif 000014
【図１１】
2014025808.tif 000015
【図１２】
2014025808.tif 000016
【図１３】
2014025808.tif 000017
【図１４】
2014025808.tif 000018
【図１５】
2014025808.tif 000019
【図１６】
2014025808.tif 000020
【図１７】
2014025808.tif 000021
【図３】
2014025808.tif 000022
【図１８】
2014025808.tif 000023
【図１９】
2014025808.tif 000024
【図２０】
2014025808.tif 000025
【図２１】
2014025808.tif 000026
【図２２】
2014025808.tif 000027
【図２３】
2014025808.tif 000028
【図２４】
2014025808.tif 000029
【図２５】
2014025808.tif 000030