(57)【要約】非貴金属または非貴金属を含む合金からなる１以上のリード線（１０８）を含む温度センサを製造する方法であって、まず、リード線（１０８）を温度センサに取り付ける。酸化物層（１１２）をリード線（１０８）の少なくとも一部から除去し、かつ酸化物層を除去した直後に、リード線（１０８）の該少なくとも一部（１１４）を化学的に金めっきする。【選択図】図２
2009545729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非貴金属または非貴金属を含む合金からなる１以上のリード線（１０８）を含む温度センサの製造方法であって、
リード線（１０８）を温度センサに取り付けるステップと、
リード線（１０８）の少なくとも一部（１１４）から酸化物層を除去するステップとを含む方法であって、
酸化物層を除去した直後に、リード線（１０８）の該少なくとも一部（１１４）を化学的に金めっきするステップ（Ｓ１０８）を特徴とする、方法。
【請求項２】
金めっきをするステップが、リード線（１０８）の該少なくとも一部を複数の浴に浸漬するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
リード線（１０８）の部分（１１４）が、脱脂浴（Ｓ１０２）、第１の洗浄浴（Ｓ１０４）、活性剤浴（Ｓ１０６）、第２の洗浄浴（Ｓ１０８）、無電流金めっき浴（Ｓ１１０）、および第３の洗浄浴（Ｓ１１２）に連続して浸漬される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
リード線（１０８）の全ての露出部分が金めっきされている、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
温度センサが一部または完全に無電流金めっき浴に浸漬される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
リード線（１０８）が、ニッケルまたはニッケル合金からなる、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサの製造方法に関し、特に、非貴金属および／または非貴金属を含む合金からなるリード線を使用し、無電流金めっき法等により、該リード線が少なくとも一部化学的に金めっきまたは金被覆されている製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで長年にわたり、プラチナ温度センサ等の薄膜技術における温度センサは、さまざまな設計で製造され、正確な温度測定のために使用されてきた。
【０００３】
公知の温度センサを図３に示す。図３（ａ）は、温度センサの断面図であり、図３（ｂ）は、温度センサの上面図である。厚さ約１μｍのプラチナ膜１０２をＡＬ2Ｏ3のセラミックキャリア１００上に付与する。このプラチナ膜１０２は、例えば１００Ωの抵抗トレースを含むよう構成される。プラチナ膜１０２を保護するため、適切な保護層１０４で被覆する。図３（ｂ）に示す２つのコンタクトパッド１０６上には、リード線１０８が溶接される。リード線１０８が、センサの更なる処理や、その使用の際に必要とされる十分な機械的ストレス能力を確実に有するように、例えば、固定用グレイズ１１０を塗布して、リード線１０８がさらに機械的に固定される。固定用グレイズ１１０を約８００℃の温度（グレイズを溶かす必要があるため）で加熱して、６００℃までの作動温度が確保されるようにする。これは、作業の際にグレイズが軟化しないようにするためである。８００℃等、これより高い作動温度については、対応のより融点の高いグレイズを使用する。
【０００４】
プラチナの抵抗トレースを使用する以外に、抵抗トレースには他の金属を用いてもよい。図３に基づいて記述される温度センサの既知の設計では、特に高温の加熱温度により、純貴金属の配線か、貴金属合金の配線のいずれかをリード線として使用する。これは、これらの配線がより高い処理温度でも酸化しないからである。ここで、貴金属とは、特に、プラチナ、パラジウムまたは銀が考えられ、かつ金−パラジウム合金が貴金属合金として好ましい。また、十分な厚さの貴金属被膜を備える配線を用いて、より高温の処理温度での、非貴金属コアの酸化を防止してもよく、たとえば、この場合、プラチナの被覆材料を有するニッケル配線を使用する。
【０００５】
他の設計では、例えば、特許文献１に記載の設計のように、特に安価に量産される、プラチナ被覆材料を備えない純ニッケルの配線をリード線として使用する。しかしながら、この場合、温度センサの製造時に、非貴金属の使用によって生じる特定の問題を考慮する必要がある。たとえば、ニッケル配線を使用すると、配線固定のための固定用グレイズの滴を加熱する処理において、融解相に達すると、ニッケルが固定用グレイズの滴の塊と化学反応を起こすという影響がある。この化学反応によって、センサチップのコンタクトパッドでリード線周囲のグレイズの塊に、配線表面までのぬれ領域で小さな泡が数多く発生する。これらの泡が、固定の質を減じる。すなわち、それによって、リード線での最大許容引張力がかなり減少する。
【０００６】
この問題を考慮に入れるため、上記の公知のセンサとは違い、この方法においては、溶接等によって、リード線を取り付けた直後に固定用グレイズを塗布せず、まず付与されたニッケル配線を取り付けた後、別のステップで酸化させる。そうして初めて、こうして酸化物層を設けられたニッケル配線は、通常の方式でコンタクトバッドに固定用グレイズを付与され、かつ更なる加熱処理において溶解される。ニッケル配線全長上に形成された酸化物層は、さらなる処理工程で、露出した配線領域、すなわち、固定用グレーズによって覆われていない領域において、例えば、約６００℃のＮ2／Ｈ2雰囲気内等における還元処理により、取り除かれる。これは、この時点で、センサを測定ケーブルまたは他の適当な接続部位にさらに接続する場合に、酸化物層が邪魔になると考えられるからである。
【０００７】
上記に記載の方法により、非貴金属配線であっても、上記のタイプの温度測定センサまたは温度センサに良好に固定することができる。
【０００８】
露出した配線端を、Ｎ2／Ｈ2雰囲気における還元処理の直後に非常に良好に錫めっきすることができることがわかっているが、この露出した配線部を完全にまたは一部錫めっきするやりかたは、その後の処理のいずれのタイプにも有利とはいえない。実際、センサを測定ケーブルまたは他のコンタクトパッドにはんだ付けする場合、問題のない後処理について有利なものの、使用するはんだによっては、センサの作動温度が約２００℃に制限される。さらに、錫めっきも、後でリード線が酸化するとできなくなると考えられるので、還元の直後に実施しなければならない。
【０００９】
より高い温度での応用については、やわらかいはんだ接続は適さない。このような応用の場合、硬質のはんだ接続または溶接接続を、センサのリード延長部に使用するので、このような場合、予め錫めっきすることは意味をなさない。錫めっきなしで済ますことがもっとも簡単な解決法だが、還元処理に関して、確かに酸化したニッケル表面から酸素を取り除くことになるものの、その後配線表面が幾分粗化すれば、再び再酸化に対して感受性が非常に高くなることがわかっている。実際、例えば室温で長期間保管する等、特に湿度が高い場合など、中ぐらいの温度でもそのような再酸化が発生する。図３では、長期保管した場合に、リード線１０８上に成長する酸化物層を、参照番号１１２で示す。
【００１０】
上記の従来型センサにおいては、その後の用途（やわらかいはんだ付けまたは硬質のはんだ付け、溶接など）によって、実際のセンサが完成した後に、様々な処理工程が必要とされることは問題である。その後の処理でも、例えば、実際の接続の前に、センサを所望の接触に向けて準備する、追加の処理工程が必要になるかもしれない。
【００１１】
特許文献２は、ハウジングポットと、ハウジングソケットからなる円筒ハウジングを有する赤外線検出器を記載する。セラミックのキャリアプレートを、いくつかのプラトー支持ピンでハウジング内に保持し、これらピンを、ハウジングソケットを介してハウジング内部から軸方向外向きにガイドする。これらプラトー支持ピンは、金めっきしたコンタクトピンとして形成される。
【００１２】
特許文献３は、７０重量％以上の鉄、コバルト及び／またはニッケル並びに最大粒径０．５μｍのそれらの結晶からなる薄い金属層上に貴金属の被膜を製造する方法を記載する。同方法では、この金属層を厚さ０．１μｍから１０μｍの貴金属層で、外部無電流またはガルバニック方式により被覆するが、非貴金属層は、貴金属で被覆される前に、非酸化雰囲気において、金属の面積率３０％以上が粒径２μｍ以上を有するか、または面積率５０％以上が、粒径１μｍ以上を有するまで、５００℃から１３００℃の温度範囲で、加熱される。非貴金属層を冷却した後、非貴金属層を貴金属被膜で被覆する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】ＤＥ１００２０９３１Ｃ１
【特許文献２】ＤＥ９１０８２７４Ｕ１
【特許文献３】ＤＥ４１０７１４２Ａ１
【発明の概要】
【００１４】
この先行技術を前提とし、本発明の目的は、製造後の後処理の際に、追加の作業なしに、接触させることができる温度センサを製造する改良された方法を提供することである。
【００１５】
この目的は、請求項１の方法により達成される。
【００１６】
本発明は、非貴金属または非貴金属を含む合金からなる１以上のリード線を含む温度センサの製造方法を提供し、この方法は、リード線を温度センサに取り付けるステップと、リード線の少なくとも一部から酸化物層を除去するステップと、酸化物層を除去した直後に、リード線の該少なくとも一部を化学的に金めっきするステップとを含む。
【００１７】
温度センサは、抵抗トレースに接続されかつ各々にリード線が取り付けられる２つ以上のコンタクトパッドを備えることが好ましい。
【００１８】
本発明は、従来の方法に関して上に説明した、リード線の酸化に起因する問題を、無電流金めっき法により、還元処理の直後にリード線を少なくとも部分的に化学的に金めっきすることにより、回避することができるとする知見に基く。こうして非貴金属のリード線上に得られた金の被膜は、還元後のリード線における上記のような酸化傾向に対して、良好な保護を提供する。金めっきされた配線は、その後の長い中間的な保管期間の後におそらく必要となる錫めっきが可能であるため、実質的にそれ以降のすべての処理について影響を及ぼさない。その一方で、金めっきされた配線を、長い中間保管期間の後でさえ、良好な態様ではんだ付けしたり、溶接したり、クリンプしたりできる。
【００１９】
本発明の方法によれば、たとえばガルバニック法の場合と違い、「外部電流無しの」方式で、すなわち電流源にリード線を接触させずに、化学金めっき処理を行う点が有利である。
【００２０】
上記の公知の方法とは異なり、本発明は、金めっきされたリード線のおかげで、リード線をさらに変更する必要なしに、任意の態様でさらに温度センサを処理することができる点で有利である。一方、金の層は、必要とする錫めっきのためのかつ／または柔らかいはんだ接続に使用するはんだ材料のためのぬれ性が良好で、かつ金の層は同時に上記の硬質のはんだ接続または溶接接続のための良好な前提条件を提供する。
【００２１】
本発明の好ましい実施例によれば、金めっきするステップは、複数の浴にリード線の少なくとも一部を浸漬するステップを含み、リード線を、脱脂浴、洗浄浴Ｉ、活性剤浴、洗浄浴ＩＩ、無電流金めっき浴、および洗浄浴ＩＩＩに連続して浸漬することが好ましい。
【００２２】
他の実施例では、リード線の全ての露出部分が金めっきされ、センサが完全にまたは一部無電流金めっき浴に浸漬される。
【００２３】
非貴金属はニッケルであり、合金はニッケル合金であることが好ましい。
【００２４】
さらに好ましい実施例では、本発明の方法は、抵抗トレースおよびコンタクトパッドを有する温度センサを設けるステップと、リード線を温度センサに取り付けるステップと、リード線の少なくとも金メッキされる部分から、リード線上に形成される酸化物層を取り除くステップとを含む。
【００２５】
本発明の好ましい実施例について、添付の図面により、以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】好ましい実施例による発明の方法のフローチャートである。
【図２ａ】本発明の温度センサの断面図である。
【図２ｂ】図２（ａ）の温度センサの断面図である。
【図３ａ】従来の温度センサの断面図である。
【図３ｂ】図３（ａ）の温度センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１に基づき、本発明による製造方法の好ましい実施例についてより詳細に説明する。図３に基づく温度センサを想定し、そのリード線１０８は、ステップS１００に示すように、一部還元処理を経て少なくとも部分的に酸化物層１１２を除去する。まずセンサは、ステップＳ１０２で脱脂浴に浸漬され、その後、ステップＳ１０４で、洗浄浴Ｉに浸漬される。洗浄または清浄ステップの後、センサは、ステップＳ１０６で、活性剤浴に浸漬され、その後ステップＳ１０８で洗浄浴ＩＩに浸漬される。その後、センサは、ステップＳ１１０で無電流金めっき浴に浸漬された後、ステップＳ１１２で洗浄浴ＩＩＩに浸漬される。
【００２８】
ステップＳ１１２の後、センサは、図２に示すように、少なくとも一部が金めっきされたリード線を有する。図２においては、図３を参照してすでに説明した素子は、同じ参照番号で示す。還元処理により、領域１１４の酸化物層１１２からは、酸素が取り除かれており、そこでは、ニッケルが露出するが、上記の通り表面粗さが増大する。本発明によれば、この領域を、金の層１１４で示すように金めっきする。領域１１４のリード線の再酸化は、本発明の方法により回避され、本発明に従い製造されるセンサは、その後の処理、特に接触において、追加の中間的工程なしで、処理を行うことができることがわかる。また、リード線の全露出部分を金めっきしてもよい。リード線の金めっきした領域にはその後酸化物が形成されることはない。
【００２９】
上記の処理において、完成した温度センサを、好ましくは適切なキャリアラックを用いて、金めっき処理用の所定の浴に連続的に完全に浸漬し、この処理において、金が、無電流金めっき浴内の配線のニッケル表面上に堆積する。ここで交換処理が行われ、それによりニッケル原子が溶液に入り、金原子が堆積する。約０．１μｍの厚さの金の層ができるまでこの処理を続ける。実際には、ニッケル原子と金原子の交換がそれ以上起こらなくなるまで、この処理が続く。方法の詳細、すなわち非貴金属と貴金属間の交換処理によれば、非金属部分の上、すなわちキャリアチップおよびグレイズの上には金は堆積しない。上記の通り、こうして得られたニッケル配線１０８の金被膜１１４は、還元ニッケル配線１０８の上記の酸化傾向を良好に防止するので、長期の中間保管期間を経た後でも、金めっきされたニッケル配線を、良好な態様で、はんだ付けし、溶接し、またはクリンプすることが出来る。
【００３０】
後の応用にあわせて金の層をより厚く維持することが必要な場合は、ガルバニック法等の他の適切な金めっき法により行うことができる。しかしながら、還元ニッケル配線の酸化を回避するためには、基本的には本発明の化学金めっきを用いれば十分である。
【００３１】
本方法は、純粋ニッケル配線について説明したが、鉄等の一種類以上の他の元素の混合物を有するニッケル合金を用いてもよい。
【００３２】
センサごとおよび／またはセンサ／アレイごとの配線の金めっきを施す配線長さは、基本的に応用ごとに任意で選択でき、たとえば約２ｍｍから２００ｍｍの範囲の配線長さが可能である。センサ／アレイごとのコンタクトの数も２に限定されているわけではない。むしろ、センサ／アレイごとのコンタクトの数（数百等）はいくつでもよい。同様に、ラスター順、すなわち個々のコンタクトの距離も任意に選択してよい。配線の直径も広い範囲で変更が可能で、典型的には０．１ｍｍから０．５ｍｍの範囲の直径が選択される。
【００３３】
配線の全長のうち一部の範囲だけが金めっき浴に浸漬された場合、浸漬された配線長さのみが金めっきされ、それにより図２に示す配線の部分金めっきを行うこともできる。
【００３４】
本発明の好ましい実施例によれば、上記の製造工程のさまざまな浴が、組成とセンサの浸漬時間に関して以下のように選択される。
【００３５】
外部無電流、すなわち化学金めっき用無電流金めっき処理では、一般に、工程フローにおける工程のあるいくつかのパラメータを満たするようにする（浴の順序、浴の組成、浴の温度、滞留時間等）。
【００３６】
好ましい実施例によれば、順序は図１のフローチャートに従い選択する。さまざまな浴の組成は、以下のとおりにすることが好ましい。
【００３７】
脱脂浴は、水酸化ナトリウムを含む塩混合物、活性剤浴は、ニフッ化水素アンモニウムを含む塩混合物、無電流金めっき浴は、シアン化金カリウムを含む電解液、かつ洗浄浴ＩからＩＩＩは、脱塩水とする。
【００３８】
以下の浴の温度と滞留時間を選択することが好ましい。
【００３９】
脱脂浴は、５０℃で約５分、活性剤浴は、室温で約１．５分、無電流金めっき浴は、７０℃で約２０分、かつ洗浄浴ＩからＩＩＩは、室温で約１分から２分とする。
【００４０】
本発明の好ましい実施例について、コンタクトパッドおよびニッケル配線を有するプラチナ温度センサを例に説明したが、本発明の方法は、プラチナ以外の材料が抵抗トレースに用いられる温度センサにも適用可能であることを指摘しておく。２本のリード線を使用することも必須ではなく、上記の通り、温度測定センサの接触条件によって、２本を越える数のリード線または１本のリード線のみを代わりに使用することもできる。さらに、好ましい実施例の記載によれば、温度センサは、さまざまな浴に連続して浸漬されるが、好ましくは、複数のセンサをキャリアに同時にセットするか、またはダイシングを行う前に浴に浸漬しても良い。
【００４１】
さらに、上記のニッケル配線および／またはニッケル合金配線の代わりに、他の適切な非貴金属または合金を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０６  コンタクトパッド、１０８  リード線、１１０  固定用グレイズ、１１２  酸化物層。
【図１】
2009545729.tif 000003
【図２ａ】
2009545729.tif 000004
【図２ｂ】
2009545729.tif 000005
【図３ａ】
2009545729.tif 000006
【図３ｂ】
2009545729.tif 000007
【国際調査報告】
2009545729.tif 000008
2009545729.tif 000009
2009545729.tif 000010
2009545729.tif 000011