(57)【要約】【課題】サーミスタと抵抗を組み合わせた３端子を有する電圧出力構成とし、熱絶縁部上に形成されるサーミスタの抵抗値の特性を、熱絶縁部外に形成されるトリミング可能な抵抗で調整することにより、サーミスタの特性を変化させることなく、精度の高い出力特性（電圧／温度）を実現可能とする薄膜温度センサ及びその特性調整方法を提供する。【解決手段】薄膜温度センサ１０ｂは、基板１ｂに形成される貫通孔９ａ〜９ｄとそれにより基板１ｂの他の領域と熱的に絶縁される熱絶縁部を有する。また、熱絶縁部上に形成される感熱抵抗部６と、基板１ｂ上に形成されトリミングにより抵抗値を調整可能な抵抗部３ｂを有する。また、基板１ｂ上に抵抗部３ｂの一方の端子に接続される端子電極５ａと抵抗部３ｂの他方の端子及び感熱抵抗部６の一方の端子に接続される端子電極５ｂと感熱抵抗部６の他方の端子に接続される端子電極５ｃが形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の第１の基板と、
前記第１の基板を貫通することにより前記第１の基板に形成される貫通孔と、
前記貫通孔により前記第１の基板の他の領域と熱的に絶縁される領域である熱絶縁部と、
前記第１の基板の前記熱絶縁部上の領域に形成される感熱抵抗部と、
前記第１の基板が実装される絶縁性の第２の基板と、
前記第２の基板上に形成され、トリミングを行うことにより抵抗値を調整することが可能な抵抗部と、
前記第２の基板に形成され、前記抵抗部の一方の端子に電気的に接続される第１の端子電極と、
前記第２の基板に形成され、前記抵抗部の他方の端子、及び、前記感熱抵抗部の一方の端子に電気的に接続される第２の端子電極と、
前記第２の基板に形成され、前記感熱抵抗部の他方の端子に電気的に接続される第３の端子電極と、
を有することを特徴とする薄膜温度センサ。
【請求項２】
絶縁性の基板と、
前記基板を貫通することにより前記基板に形成される貫通孔と、
前記貫通孔により前記基板の他の領域と熱的に絶縁される領域である熱絶縁部と、
前記基板の前記熱絶縁部外の領域に形成される第１から第３の端子電極と、
前記基板の前記熱絶縁部上の領域に形成され、一方の端子が前記第１の端子電極に電気的に接続されるとともに、他方の端子が前記第２の端子電極に電気的に接続される感熱抵抗部と、
前記基板上の前記熱絶縁部外の領域に形成され、一方の端子が前記第２の端子電極に接続されるとともに、他方の端子が前記第３の端子電極に電気的に接続され、トリミングを行うことにより抵抗値を調整することが可能な抵抗部と、
を有することを特徴とする薄膜温度センサ。
【請求項３】
前記貫通孔が、四角形の四辺上に配置される４つのスリット状の孔により形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜温度センサ。
【請求項４】
基板に形成される架橋構造により前記基板の他の領域と熱的に絶縁される熱絶縁部上の領域に形成される感熱抵抗部と、前記熱絶縁部外の領域に形成され前記感熱抵抗部と接続され、トリミングを行うことにより抵抗値を調整することが可能な抵抗部を有する薄膜温度センサの抵抗値調整方法であって、
前記感熱抵抗部の抵抗値を測定する第１のステップと、
前記第１のステップで測定した前記感熱抵抗部の抵抗値に基づいて、前記抵抗部の抵抗値を決定する第２のステップと、
前記第２のステップで決定した前記抵抗部の抵抗値に基づいて、前記抵抗部をトリミングして抵抗値の調整を行う第３のステップと、
を有することを特徴とする薄膜温度センサの特性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜サーミスタの抵抗値の特性を、トリミング可能な抵抗を用いて調整する薄膜温度センサ及びその特性調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜サーミスタの抵抗値の精度を向上させる方法として、直接、薄膜サーミスタの薄膜抵抗をレーザーでトリミングして調整する方法が知られている。この方法では、薄膜抵抗を直接レーザーでトリミングするため、レーザーの照射熱によって薄膜抵抗が発熱・蒸発し、レーザーが照射される近辺の薄膜抵抗が、ガラス等により形成される保護膜と反応して、抵抗値の特性が部分的に劣化してしまうという問題があった。
更に、上記の方法では、薄膜抵抗等が絶縁基板上に直接形成されているため、薄膜抵抗や保護膜の熱処理工程において、熱処理温度によっては薄膜抵抗を構成する成分の一部が絶縁基板へ拡散して薄膜抵抗の組成が変化し、薄膜抵抗の抵抗値の特性が変動してしまうという問題もあった。
【０００３】
特に、特許文献１に記載されているような、基板に貫通孔を設けて架橋構造を形成することで薄膜抵抗部を基板上の他の領域と熱的に絶縁する構造の薄膜温度センサでは、薄膜抵抗をレーザーで照射することにより、基板の架橋構造にダメージを与えてしまい、所望の抵抗値の特性を得ることが困難であるという問題があった。
【特許文献１】特開平８−２７１３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、サーミスタと抵抗を組み合わせた３端子を有する電圧出力構成とし、熱絶縁部上に形成されるサーミスタの抵抗値の特性を、熱絶縁部外に形成されるトリミング可能な抵抗で調整することにより、サーミスタの特性を変化させることなく、精度の高い出力特性（電圧／温度）を実現可能とする薄膜温度センサ及びその特性調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、絶縁性の第１の基板と、前記第１の基板を貫通することにより前記第１の基板に形成される貫通孔と、前記貫通孔により前記第１の基板の他の領域と熱的に絶縁される領域である熱絶縁部と、前記第１の基板の前記熱絶縁部上の領域に形成される感熱抵抗部と、前記第１の基板が実装される絶縁性の第２の基板と、前記第２の基板上に形成され、トリミングを行うことにより抵抗値を調整することが可能な抵抗部と、前記第２の基板に形成され、前記抵抗部の一方の端子に電気的に接続される第１の端子電極と、前記第２の基板に形成され、前記抵抗部の他方の端子、及び、前記感熱抵抗部の一方の端子に電気的に接続される第２の端子電極と、前記第２の基板に形成され、前記感熱抵抗部の他方の端子に電気的に接続される第３の端子電極とを有することを特徴とする薄膜温度センサである。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、絶縁性の基板と、前記基板を貫通することにより前記基板に形成される貫通孔と、前記貫通孔により前記基板の他の領域と熱的に絶縁される領域である熱絶縁部と、前記基板の前記熱絶縁部外の領域に形成される第１から第３の端子電極と、前記基板の前記熱絶縁部上の領域に形成され、一方の端子が前記第１の端子電極に電気的に接続されるとともに、他方の端子が前記第２の端子電極に電気的に接続される感熱抵抗部と、前記基板上の前記熱絶縁部外の領域に形成され、一方の端子が前記第２の端子電極に接続されるとともに、他方の端子が前記第３の端子電極に電気的に接続され、トリミングを行うことにより抵抗値を調整することが可能な抵抗部とを有することを特徴とする薄膜温度センサである。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、前記貫通孔が、四角形の四辺上に配置される４つのスリット状の孔により形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜温度センサである。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、基板に形成される架橋構造により前記基板の他の領域と熱的に絶縁される熱絶縁部上の領域に形成される感熱抵抗部と、前記熱絶縁部外の領域に形成され前記感熱抵抗部と接続され、トリミングを行うことにより抵抗値を調整することが可能な抵抗部を有する薄膜温度センサの抵抗値調整方法であって、前記感熱抵抗部の抵抗値を測定する第１のステップと、前記第１のステップで測定した前記感熱抵抗部の抵抗値に基づいて、前記抵抗部の抵抗値を決定する第２のステップと、前記第２のステップで決定した前記抵抗部の抵抗値に基づいて、前記抵抗部をトリミングして抵抗値の調整を行う第３のステップとを有することを特徴とする薄膜温度センサの抵抗値調整方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、第１の基板の熱絶縁部上に感熱抵抗部を形成することにより、感熱抵抗部を外部と熱的に絶縁するとともに、感熱抵抗部と第１の端子電極の間にトリミングにより抵抗値を調整することが可能な抵抗を接続するようにした。
このため、トリミングにより抵抗部の抵抗値の調整を行うことにより、感熱抵抗部自体の抵抗値調整を行う必要がなくなり、サーミスタの特性を変化させることなく精度の高い抵抗値の調整を行うことができる。
【００１０】
また、本発明では、第１の基板上に、抵抗値を調整することが可能な抵抗部を、感熱抵抗部に直列に接続するとともに、感熱抵抗部と抵抗部の両端及び間に第１〜第３の端子電極をそれぞれ形成するようにした。
このため、抵抗値を調整することが可能な抵抗部の抵抗値を調整することにより、感熱抵抗部自体の抵抗値調整を行う必要がなくなり、サーミスタの特性を変化させることなく精度の高い抵抗値の調整を行うことができる。また、第１の基板上に薄膜温度センサが形成されているので、小型化を図るとともに、取り扱いを容易にすることができる。
【００１１】
また、本発明では、貫通孔を、四角形の四辺上に配置される４つのスリット状の孔により形成するようにした。
このため、スリットにより囲まれた熱絶縁部の領域上に形成される感熱抵抗部に、基板の熱絶縁部外の領域から熱が流入するのを防止することができ、感熱抵抗部と基板との間の熱抵抗を大きくし、熱絶縁部の領域上に形成される感熱抵抗部の熱容量を低下させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明では、感熱抵抗部の抵抗値を測定した後で、抵抗値を調整することが可能な抵抗部の調整を行うようにした。
このため、感熱抵抗部について抵抗値の調整を行う必要がなくなり、架橋構造を介した熱絶縁部上に形成される感熱抵抗部に対して、例えば、レーザートリミング等による抵抗値の調整を行う際にダメージを与えることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態による薄膜温度センサ１０ａ及び１０ｂについて説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による薄膜温度センサ１０ａの構造を示す平面図である。本実施形態による薄膜温度センサ１０ａは、基板１ａ上に端子電極２ａ、２ｂ、２ｃ、抵抗部３ａ、感熱抵抗部４が形成されている。
【００１４】
抵抗部３ａは、レーザー照射などによってトリミングを行うことにより、抵抗値を調整することが可能な薄膜抵抗又は厚膜抵抗である。このように、サーミスタと抵抗を組み合わせた３端子を有する電力出力構成としているため、抵抗値を調整することができる抵抗部３ａを使用することにより、感熱抵抗部４の抵抗値の特性にばらつきがある場合であっても、抵抗部３ａの抵抗値をトリミングにより調整することにより、均一な品質の薄膜温度センサ１０ａを製造することが可能となる。
感熱抵抗部４には、基板１ｂ上に端子電極５ａ及び５ｂ、薄膜サーミスタ６、くし形電極パターン７ａ及び７ｂ、配線パターン８ａ及び８ｂが形成されている。また、感熱抵抗部４の基板１ｂには、基板１ｂを貫通する貫通孔９ａ〜９ｄが形成されている。
以下、図３を参照して感熱抵抗部４の基板１ｂの構造について説明する。
【００１５】
図３は、感熱抵抗部４に使用されている基板１ｂの形状を示した平面図である。基板１ｂには、基板平面を上下方向に貫通する貫通孔９ａ〜９ｄが形成されている。基板１ｂに貫通孔９ａ〜９ｄを形成するには、マイクロマシーニング技術などを用いて基板１ｂをディープエッチングすることにより加工される。
基板１ｂにこのような貫通孔９ａ〜９ｄを形成することにより、基板中央の熱絶縁部１２は、基板１ｂの熱絶縁部１２外の領域と、架橋構造１１ａ〜１１ｄを介してだけ接続される。よって、基板１ｂの熱絶縁部１２外の領域から、貫通孔９ａ〜９ｄを介して、熱が熱絶縁部１２内に伝達するのを防止することができる。
【００１６】
図３を参照して説明した基板１ｂの上には、図２に示すような回路が形成されている。すなわち、端子電極５ａと薄膜サーミスタ６が、配線パターン８ａ、くし形電極パターン７ａを介して正方形状の薄膜サーミスタ６の上面に電気的に接続されている。
また、端子電極５ｂと薄膜サーミスタ６が、配線パターン８ｂ、くし形電極パターン７ｂを介して薄膜サーミスタ６の上面に電気的に接続されている。くし形電極パターン７ａ、７ｂの形状をくし形としているため、対向電極間の距離を減少させる一方、面積は増加させ、抵抗を小さくすることができる。
【００１７】
図４は、本実施形態の感熱抵抗部４の構造を示す断面図である。
基板１ｂには、貫通孔９が形成されている。基板１ｂ上には、サポート層１３が形成されている。また、サポート層１３上には、バッファー層１４が形成されている。バッファー層１４上の熱絶縁部１２（図３）上の領域には、薄膜サーミスタ６が形成されている。薄膜サーミスタ６は、スパッタリング法などによりＭｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌなどの遷移金属酸化物を用いて形成される。
【００１８】
薄膜サーミスタ６上には、くし形電極７ａ、７ｂが形成されている。また、バァファー層１４上の熱絶縁部１２（図３）外の領域には、端子電極５ａ、５ｂが形成されている。端子電極５ａ、５ｂの材質としては、Ａｕ（金）などが用いられる。
基板１ｂの熱絶縁部１２（図３）上の領域に形成されている薄膜サーミスタ６と、基板１ｂの熱絶縁部１２外の領域に形成される端子電極５ａ、５ｂは、架橋構造１１ａ〜１１ｄ（図３）上に形成される配線８ａ、８ｂを介して、電気的に接続されている。
【００１９】
基板１ｂ上には、くし形電極パターン７ａ、７ｂと配線パターン８ａ、８ｂを覆って、保護膜１５が形成されている。保護膜１５を形成することにより、薄膜サーミスタ６が外部と電気的に絶縁される。
なお、基板１ｂには架橋構造１１ａ〜１１ｄが形成されており、外部からの衝撃に対して弱いため、基板１ｂ上を覆うようにパッケージ（図示省略）により封止される。
【００２０】
上述した感熱抵抗部４は、図２に示したように、薄膜温度センサ１０ａの基板１ａ上に実装されている。薄膜温度センサ１０ａの端子電極２ｃと、感熱抵抗部４の端子電極５ａは、配線パターン８ｃを介して電気的に接続されている。
また、薄膜温度センサ１０ａの端子電極２ｂと、抵抗部３ａの一方の端子、及び、感熱抵抗部４の端子電極５ｂは、配線パターン８ｄを介して相互に電気的に接続されている。更に、抵抗部３ａの他方の端子は、薄膜温度センサ１０ａの端子電極２ａに配線パターン８ｅを介して電気的に接続されている。
【００２１】
本実施形態による薄膜温度センサ１０ａを使用して、薄膜温度センサ１０ａが検知する温度を測定する際には、端子電極２ｃを接地して、端子電極２ａに電圧を印加する。薄膜温度センサ１０ａは、検知する温度によって抵抗値が変動するので、それに応じて、端子電極２ｂから出力される電圧も変動する。
よって、端子電極２ｂから出力される電圧と、温度センサ１０ａが検知する温度とを対応付けて記憶しておくことにより、薄膜温度センサ１０ａの周囲の温度を算出することができる。
【００２２】
図５は、本実施形態による薄膜温度センサ１０ａ（図２）の等価回路図である。
図５の入力端子電極２１、出力端子電極２２、アース端子電極２３、抵抗２４、ＮＴＣ・２５は、図２の薄膜温度センサ１０ａの端子電極２ｃ、端子電極２ｂ、端子電極２ａ、抵抗部３ａ、感熱抵抗部６にそれぞれ対応している。
ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）・２５は、温度が上昇するに伴って、抵抗値が減少するサーミスタである。入力端子電極２１とアース端子電極２３との間に電圧を印加して、出力端子電極２２とアース端子電極２３の間の電圧を測定することにより、出力電圧を温度に換算して温度変化を検出することができる。
【００２３】
本実施形態では、熱絶縁部１２上に形成する薄膜サーミスタ６については、レーザーによりトリミングを行わずに、熱絶縁部１２外の領域に形成する抵抗部３ａをレーザーでトリミングすることによって、薄膜温度センサ１０ａの抵抗値を調整するようにした。
よって、レーザーを用いて薄膜温度センサ１０ａの抵抗値を調整する過程で、熱絶縁部１２上に形成される薄膜サーミスタ６にダメージを与えることがなく、薄膜サーミスタ６の抵抗値の特性が変化してしまうのを防止することができる。
【００２４】
また、本実施形態による薄膜温度センサ１０ａ（図２）では、抵抗部３ａと感熱抵抗部４を直列に接続し、その両端の電圧を端子電極２ａ及び２ｃにより測定するとともに、抵抗部３ａと感熱抵抗部４の間の電圧を端子電極２ｂにより測定することができる３端子構成にした。
よって、直列に接続した抵抗部３ａと感熱抵抗部４の両端の電圧を測定して、抵抗値の変化を測定することにより温度を算出する２端子構成の温度センサと比べて、信号処理による取り扱いが容易な温度センサを提供することができる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施形態による薄膜温度センサ１０ｂについて説明する。
図１は、本実施形態による薄膜温度センサ１０ｂの構造を示す平面図である。なお、本実施形態の説明において、第１の実施形態の薄膜温度センサ１０ｂと同じ構成をとる部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
第１の実施形態による薄膜温度センサ１０ａ（図２）では、基板１ｂ上に薄膜サーミスタ６が形成されるとともに、基板１ａ上に抵抗部３ａが形成されていた。また、薄膜温度センサ１０ａから、基板１ａに形成される端子電極２ａ、２ｂ、２ｃを使用して電圧を検出していた。
【００２６】
しかし、第２の実施形態による薄膜温度センサ１０ｂ（図１）では、基板１ａを用いておらず、基板１ｂ上に薄膜サーミスタ６及び抵抗部３ｂが形成されている。また、薄膜温度センサ１０ｂから、基板１ｂに形成される端子電極５ａ、５ｂ、５ｃを使用して電圧を検出している。このような点において、第１の実施形態と第２の実施形態による薄膜温度センサ１０ａ、１０ｂは相違している。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態の薄膜温度センサ１０ｂの抵抗部３の両端は、端子電極５ｂ、５ｃにそれぞれ接続されている。抵抗部３の特性を調整するために、抵抗部３の長手方向に対して垂直な方向には、複数箇所、レーザートリミングによりスリットが形成されている。図１では、レーザートリミングにより抵抗部３に４箇所のスリットを形成する場合について示している。
【００２８】
本実施形態による薄膜温度センサ１０ｂを使用して、薄膜温度センサ１０ｂが検知する温度を測定する際には、端子電極５ｃを接地して、端子電極５ａに電圧を印加する。薄膜温度センサ１０ｂは、検知する温度によって抵抗値が変動するので、それに応じて、端子電極５ｂから出力される電圧も変動する。
よって、端子電極５ｂから出力される電圧と、温度センサ１０ａが検知する温度とを対応付けて記憶しておくことにより、薄膜温度センサ１０ｂの周囲の温度を算出することができる。
【００２９】
なお、本実施形態による薄膜温度センサ１０ｂの等価回路図は、第１の実施形態による薄膜温度センサ１０ａの等価回路図（図５）と同じである。
図５の入力端子電極２１、出力端子電極２２、アース端子電極２３、抵抗２４、ＮＴＣ・２５は、図１の薄膜温度センサ１０ｂの端子電極５ａ、端子電極５ｂ、端子電極５ｃ、薄膜抵抗３ｂ、薄膜サーミスタ６にそれぞれ対応している。
入力端子電極２１とアース端子電極２３との間に電圧を印加して、出力端子電極２２とアース端子電極２３の間の電圧を測定することにより、出力電圧を温度に換算して温度変化を検出することができる。
【００３０】
本実施形態による薄膜温度センサ１０ｂによれば、抵抗部３ｂと、基板１ｂの熱絶縁部１２上に形成される感熱抵抗部６が、１つの基板１ｂ上に形成される。よって、第１の実施形態による薄膜温度センサ１０ａと比較して取り扱いが容易であるとともに、薄膜温度センサ１０ｂの小型化を図ることができる。
【００３１】
上述した第１及び第２の実施形態による薄膜温度センサ１０ａ及び１０ｂによれば、抵抗値を調整するために薄膜サーミスタ４のトリミングを行う必要がなく、抵抗部３ａ、３ｂのトリミングのみを行えばよい。よって、抵抗値を調整するためにトリミングを行う際に、薄膜サーミスタ４にダメージを与えることを防止することができる。
これは、本発明の実施形態による薄膜温度センサ１０ａ、１０ｂのように、薄膜サーミスタ４が、構造的に衝撃に弱い熱絶縁部１２上に形成されている場合に特に効果が大きい。
また、従来は、感熱抵抗部をトリミングしながら抵抗値の調整を行っていたため、感熱抵抗部にレーザーを照射することよって抵抗値が変化し、正確な抵抗値の特性の調整が困難であるという問題があったが、このような問題も解消することができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、貫通孔９ａ〜９ｄが、４つのスリット状の孔が、四角形の四辺上に配置される場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、熱絶縁部１２を、基板１ｂの熱絶縁部１２外の領域と熱的に絶縁することが可能であれば、貫通孔の形状や個数、基板１ｂへの貫通孔の配置方法として、種々の形状、個数、配置方法を用いることが可能である。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して説明したが、具体的な構成についてはこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の薄膜温度センサの調整方法は、赤外線検知などに用いられる非接触式温度センサの抵抗値の特性を正確に調整するためなどに利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第２の実施形態による薄膜温度センサ１０ｂの構造を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による薄膜温度センサ１０ａの構造を示す平面図である。
【図３】本実施形態の感熱抵抗部４の基板の構造を示す平面図である。
【図４】本実施形態の感熱抵抗部４の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態による薄膜温度センサ１０ａ、１０ｂの等価回路図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ、１ｂ・・・基板
２ａ〜２ｃ・・・端子電極
３ａ、３ｂ・・・抵抗部
４・・・感熱抵抗部
５ａ、５ｂ・・・端子電極
６・・・薄膜サーミスタ
７ａ、７ｂ・・・くし形電極パターン
８ａ〜８ｅ・・・配線パターン
９、９ａ〜９ｄ・・・貫通孔
１０ａ、１０ｂ・・・薄膜温度センサ
１１ａ〜１１ｄ・・・架橋構造
１２・・・熱絶縁部
１３・・・サポート層
１４・・・バッファー層
１５・・・保護膜
２１・・・入力端子電極
２２・・・出力端子電極
２３・・・アース端子電極
２４・・・抵抗
２５・・・ＮＴＣ
【図１】
2006278810.tif 000003
【図２】
2006278810.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006278810.tif 000006
【図５】
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