| 【発明の名称】 |
サーミスタ温度センサ |
| 【発明者】 |
【氏名】井上 孝
【氏名】迫田 洋子
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| 【要約】 |
【課題】広い温度範囲にわたり出力電圧の直線性に優れ、高精度な温度検知を可能とするサーミスタ温度センサを提供することを目的とする。
【解決手段】絶縁基板１１上で入、出力電極５１，５３間に直列に第１の薄膜固定抵抗３１を接続すると共に、入、出力電極５１，５３とグランド電極５２間に第１の薄膜サーミスタ１２を接続し、また絶縁基板１１上で第１の薄膜固定抵抗３１と第１の薄膜サーミスタ１２間とグランド電極５２間に第２の薄膜固定抵抗３２に第２の薄膜サーミスタ１３を直接に接続し各接続は導電パターン４１により行っている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 一対の入、出力電極と、この入、出力電極間に直列に接続した第１の抵抗体と、前記入、出力電極間に並列に接続した第１の薄膜サーミスタと、前記第１の抵抗体と前記第１の薄膜サーミスタ間に並列に接続した第２の抵抗体と、この第２の抵抗体に直列に接続した第２の薄膜サーミスタと、前記第１及び第２の薄膜サーミスタに接続したグランド電極を備え、少なくとも前記第１及び第２の薄膜サーミスタを同一絶縁基板上に形成したサーミスタ温度センサ。
【請求項２】 第（ｎ＋１）（ただしｎ＝２以上の整数）の抵抗体とこの第（ｎ＋１）の抵抗体に直列に接続した第（ｎ＋１）の薄膜サーミスタとを第１の抵抗体とグランド電極間で第ｎの抵抗体及び第ｎの薄膜サーミスタと並列に接続したものであり、かつ前記第ｎ及び第（ｎ＋１）の薄膜サーミスタを同一絶縁基板上に形成した請求項１に記載のサーミスタ温度センサ。
【請求項３】 第１〜第ｎの抵抗体も絶縁基板上に形成した請求項１に記載のサーミスタ温度センサ。
【請求項４】 第ｎの薄膜サーミスタの抵抗値は、第（ｎ−１）の薄膜サーミスタの抵抗値の１．５倍以上の抵抗値を有する請求項１に記載のサーミスタ温度センサ。
【請求項５】 第１〜第ｎの薄膜サーミスタの内少なくとも一つは、サーミスタ層の表面に一対の櫛型電極を形成したものであり、この櫛型電極に電気的に接続するように少なくとも一つの抵抗値調整用電極を形成すると共に、前記櫛型電極と前記抵抗値調整用電極間と、前記抵抗値調整用電極を複数設けた場合は前記抵抗値調整用電極間も絶縁するために設けたスリットとを備え、前記抵抗値調整用電極は除去することにより前記薄膜サーミスタの抵抗値を所定の割合だけ変化させるようにした請求項１に記載のサーミスタ温度センサ。
【請求項６】 複数の抵抗値調整用電極を形成する場合、薄膜サーミスタの抵抗値を２m％［ｍ：０〜（前記抵抗値調整用電極数−１）の正の整数］ずつ変化させるようにした請求項５に記載のサーミスタ温度センサ。
【請求項７】 少なくとも第１〜第ｎの薄膜サーミスタの表面を絶縁保護膜で被覆した請求項１に記載のサーミスタ温度センサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は情報機器、通信機器、家電機器、住設機器、自動車機器等に用いられるサーミスタ温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、情報機器、通信機器、家電機器、住設機器、自動車機器等においてサーミスタ温度センサにより温度特性を有する電子部品の温度特性、あるいは電子部品周辺の温度検知を行いその温度特性を補償する要望が大きくなっている。
【０００３】サーミスタ温度センサによる温度検知を行うための回路としては、図２に示すような回路が広い温度範囲にわたりサーミスタ温度センサの出力電圧の直線性に優れていると知られている。
【０００４】即ち抵抗体３１，３２にサーミスタ１２，１３を直列に接続したものを並列に接続したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図２に示す回路構成を実現するために、例えばサーミスタを個別に電子部品あるいは電子機器に取り付けるとそれぞれのサーミスタに温度差が生じ易く、温度検知に誤差が生じるという問題点を有する。
【０００６】そこで本発明は、使用するサーミスタに温度差が生じるのを防止し、広い温度範囲にわたり出力電圧の直線性に優れ、高精度に温度検知を行うことのできるサーミスタ温度センサを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために本発明のサーミスタ温度センサは、一対の入、出力電極と、この入、出力電極間に直列に接続した第１の抵抗体と、前記入、出力電極間に並列に接続した第１の薄膜サーミスタと、前記第１の抵抗体と前記第１の薄膜サーミスタ間に並列に接続した第２の抵抗体と、この第２の抵抗体に直列に接続した第２の薄膜サーミスタとを備え、少なくとも前記第１及び第２の薄膜サーミスタを同一絶縁基板上に形成したものであり、サーミスタ間に温度差が生じにくく、出力電圧の直線性に優れ、高精度に温度検知を行うことができるのである。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明は、一対の入、出力電極と、この入、出力電極間に直列に接続した第１の抵抗体と、前記入、出力電極間に並列に接続した第１の薄膜サーミスタと、前記第１の抵抗体と前記第１の薄膜サーミスタ間に並列に接続した第２の抵抗体と、この第２の抵抗体に直列に接続した第２の薄膜サーミスタと、前記第１及び第２の薄膜サーミスタに接続したグランド電極とを備え、少なくとも前記第１及び第２の薄膜サーミスタを同一絶縁基板上に形成したサーミスタ温度センサであり、第１及び第２の薄膜サーミスタ間に温度差が生じることを防ぎ、高精度に温度検知が可能なものである。
【０００９】請求項２に記載の発明は、第（ｎ＋１）（ただしｎ＝２以上の整数）の抵抗体とこの第（ｎ＋１）の抵抗体に直列に接続した第（ｎ＋１）の薄膜サーミスタとを第１の抵抗体とグランド電極間で第ｎの抵抗体及び第ｎの薄膜サーミスタと並列に接続したものであり、かつ前記第ｎ及び第（ｎ＋１）の薄膜サーミスタを同一絶縁基板上に形成した請求項１に記載のサーミスタ温度センサであり、さらに広い温度範囲にわたり出力電圧の直線性を有するものである。
【００１０】請求項３に記載の発明は、第１〜第ｎの抵抗体も絶縁基板上に形成した請求項１に記載のサーミスタ温度センサであり、小型化を図ることができるものである。
【００１１】請求項４に記載の発明は、第ｎの薄膜サーミスタの抵抗値は、第（ｎ−１）の薄膜サーミスタの抵抗値の１．５倍以上の抵抗値を有する請求項１に記載のサーミスタ温度センサであり、さらに広い温度範囲にわたり出力電圧の直線性を向上させることが可能となる。
【００１２】請求項５に記載の発明は、第１〜第ｎの薄膜サーミスタの内少なくとも一つは、サーミスタ層の表面に一対の櫛型電極を形成したものであり、この櫛型電極に電気的に接続するように少なくとも一つの抵抗値調整用電極を形成すると共に、前記櫛型電極と前記抵抗値調整用電極間と、前記抵抗値調整用電極を複数設けた場合は前記抵抗値調整用電極間を絶縁するために設けたスリットとを備え、前記抵抗値調整用電極は、除去することにより前記薄膜サーミスタの抵抗値を所定の割合だけ変化させるようにした請求項１に記載のサーミスタ温度センサであり、薄膜サーミスタの抵抗値を所望の値に調整可能なため、さらに温度検知精度を向上させることができるものである。
【００１３】請求項６に記載の発明は、複数の抵抗値調整用電極を形成する場合、薄膜サーミスタの抵抗値を２m％［ｍ：０〜（前記抵抗値調整用電極数−１）の正の整数］ずつ変化させるようにした請求項５に記載のサーミスタ温度センサであり、薄膜サーミスタの抵抗値を高精度に調整することができるので、温度検知精度がさらに向上するものである。
【００１４】請求項７に記載の発明は、少なくとも第１〜第ｎの薄膜サーミスタの表面を絶縁保護膜で被覆した請求項１に記載のサーミスタ温度センサであり、外部の湿気等から保護し、経時変化を抑制することができ、長期にわたり安定した温度検知精度を保持することができるものである。
【００１５】以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１におけるサーミスタ温度センサの上面図である。
【００１７】図１において１１は絶縁基板、１２は第１の薄膜サーミスタ、１３は第２の薄膜サーミスタであり共に絶縁基板１１上に形成したサーミスタ層２１の表面に一対の櫛型電極２２，２３を形成したものである。また、３１は第１の薄膜固定抵抗、３２は第２の薄膜固定抵抗、４１は導電パターン、５１は入力電極、５２はグランド電極、５３は出力電極である。
【００１８】なお入、出力電極５１，５３間に直列に第１の薄膜固定抵抗３１を接続すると共に、入、出力電極５１，５３とグランド電極５２間に第１の薄膜サーミスタ１２を接続している。また第１の薄膜固定抵抗３１と第１の薄膜サーミスタ１２間とグランド電極５２間に第２の薄膜固定抵抗３２に第２の薄膜サーミスタ１３を直列に接続したものを接続している。さらに各接続は導電パターン４１により行っている。
【００１９】図２は本実施の形態１のサーミスタ温度センサの等価回路図である。
【００２０】このサーミスタ温度センサは以下の方法により得られる。
【００２１】まず、アルミナあるいは窒化アルミからなる絶縁基板１１の全面にＭｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｌの内少なくとも二種類からなる複合酸化物をターゲットに高周波スパッタリングにより形成した後、反応性イオンエッチング、ウエットエッチング等のフォトリソグラフィープロセスを用い絶縁基板１１上の所定の位置に第１の薄膜サーミスタ１２及び第２の薄膜サーミスタ１３のサーミスタ層２１を形成する。なおスパッタリングは、絶縁基板１１とサーミスタ層２１の密着性を向上させるために、絶縁基板１１を２００〜４００℃に加熱して行う。またスパッタリングガスにはＡｒにＯ2を流量比で約５％程度導入し、ガス圧０．２〜５．０Ｐａの範囲で行う。なお、サーミスタ層２１の厚みは０．２〜３．０μｍの範囲である。
【００２２】次に、絶縁基板１１上に形成したサーミスタ層２１が所望の結晶構造となるような温度（６００〜１０００℃）で熱処理を行い、サーミスタ層２１の結晶化を行う。その後、絶縁基板１１の上面全体に、スパッタリングでＰｔあるいはＡｕ等からなる約０．１μｍの厚みの薄膜を形成する。このスパッタリングは、絶縁基板１１の温度１００〜３００℃、スパッタリングガスとしてＡｒを用い、ガス圧は０．２〜５．０Ｐａの範囲で行う。次いで、反応性イオンエッチング、ウエットエッチング、リフトオフ等のフォトリソグラフィープロセスを用い、サーミスタ層２１上にそれぞれ一対の櫛型電極２２，２３を形成すると共に、入力電極５１、グランド電極５２、出力電極５３及び導電パターン４１を形成する。
【００２３】最後に、絶縁基板１１上にＮｉ−Ｃｒを主成分とする合金あるいはＲｕＯ2等からなる抵抗体薄膜を蒸着あるいはスパッタリングにより形成した後、反応性イオンエッチング、ウエットエッチング等のフォトリソグラフィープロセスを用い絶縁基板１１上の所定の位置に第１の薄膜固定抵抗３１及び第２の薄膜固定抵抗３３を形成し、本実施の形態１のサーミスタ温度センサを得る。
【００２４】本実施の形態１のサーミスタ温度センサは、熱伝導性に優れた一枚の絶縁基板１１上に第１及び第２の薄膜サーミスタ１２，１３を形成することで第１及び第２の薄膜サーミスタ１２，１３間に温度差が生じること無く、第１及び第２の薄膜サーミスタ１２，１３で出力電圧の直線性を補正を行うことにより、広い温度範囲（例えば−２０〜８０℃：１００℃以上）にわたり出力電圧の直線性に優れ、高精度な温度検知を可能にするものである。
【００２５】（実施の形態２）図３は本発明の実施の形態２のサーミスタ温度センサに用いる第１の薄膜サーミスタ１２の上面図、図４は図３のＡ−Ｂ断面図である。なお、第１の薄膜サーミスタ１２及び第２の薄膜サーミスタ１３は基本的には同様の構成で形成されるので本実施の形態２においては第１の薄膜サーミスタ１２について説明する。また第１の薄膜サーミスタ１２及び第２の薄膜サーミスタ１３を除く部分は実施の形態１に示すサーミスタ温度センサと同様の構成とし、説明を省略する。
【００２６】図３において、２１は絶縁基板１１上に形成したサーミスタ層、２２，２３は櫛型電極、２３１，２３２，２３３，２３４は抵抗値調整用電極、２４１，２４２，２４３，２４４は絶縁スリット、２５はトリミング溝である。
【００２７】以下にこの第１の薄膜サーミスタ１２（第２の薄膜サーミスタ１３も同様の構成で同時に形成する）の形成方法を説明する。
【００２８】まず、絶縁基板１１上の所定の位置に実施の形態１と同様にフォトリソグラフィープロセスを用いてサーミスタ層２１を形成するとともに絶縁スリット２４１，２４２，２４３，２４４を形成する。
【００２９】次に、絶縁基板１１上に形成したサーミスタ層２１が所望の結晶構造となるような温度（６００〜１０００℃）で熱処理を行い、サーミスタ層２１の結晶化を行った後、絶縁基板１１の上面全体に実施の形態１と同様にスパッタリングにてＰｔあるいはＡｕ等からなる約０．１μｍの厚みの薄膜を形成する。
【００３０】次いで、実施の形態１と同様にフォトリソグラフィープロセスを用い櫛型電極２２，２３を形成するとともに抵抗値調整用電極２３１，２３２，２３３，２３４を形成し、第１の薄膜サーミスタ１２を得る。なおこの時に入力電極５１、グランド電極５２、出力電極５３及び導電パターン４１も形成する。
【００３１】その後実施の形態１と同様の方法にて絶縁基板１１上に第１の薄膜固定抵抗３１及び第２の薄膜固定抵抗３３を形成し、本実施の形態２のサーミスタ温度センサを得る。
【００３２】なお抵抗値調整用電極２３１，２３２，２３３，２３４は、それぞれ除去したときに、第１の薄膜サーミスタ１２の抵抗値変化率が２m-1％（ｍ：１〜抵抗値調整用電極２３１，２３２，３３３，２３４の数）ずつ、変化するように、つまり本実施の形態２においては、４本の抵抗値調整用電極２３１，２３２，３３３，２３４を除去すると、それぞれ第１の薄膜サーミスタ１２の抵抗値が初期値と比較して１％、２％、４％、８％変化するように形成するのである。
【００３３】また、櫛型電極２３と抵抗値調整用電極２３１、抵抗値調整用電極２３１と２３２、２３２と２３３、２３３と２３４の間に形成された絶縁スリット２４１，２４２，２４３，２４４は、櫛型電極２３と抵抗値調整用電極２３１、抵抗値調整用電極２３１と２３２、２３２と２３３、２３３と２３４間の電気的絶縁を確保するものである。これらのことは第１の薄膜サーミスタ１２と同様の構成である第２の薄膜サーミスタ１３についても言える。
【００３４】以上のように形成された本実施の形態２のサーミスタ温度センサにおいて、第１の薄膜サーミスタ１２及び第２の薄膜サーミスタ１３の抵抗値を測定し目標抵抗値とのずれの割合に応じて除去する抵抗値調整用電極２３１，２３２，２３３，２３４を選択する。ここで例えば抵抗値調整用電極２３２を選択した場合について説明する。図３及び図４に示すように抵抗値調整用電極２３２の一部を下層のサーミスタ層２１を含めてレーザ等で除去し、トリミング溝２５で隣接する絶縁スリット２４２，２４３間をつなぐと共に、櫛型電極２３と抵抗値調整用電極２３２とを絶縁する。
【００３５】このように目標抵抗値とのずれの割合に応じて除去する抵抗値調整用電極２３１，２３２，２３３，２３４を少なくとも一つ以上選択し、隣接する絶縁スリット２４１，２４２，２４３，２４４間をトリミング溝２５でつなぐように、かつ櫛型電極２３と絶縁するようにサーミスタ層２１を含めて除去する。従って初期値と比較すると１〜１５％まで１％刻みで高精度に抵抗値調整を行うことが可能となるため、高い抵抗値精度を有する薄膜サーミスタとなる。従ってサーミスタ温度センサの出力電圧の直線性をさらに高めることができ、結果として温度検知精度を向上させることができる。
【００３６】なお、本実施の形態２においては、抵抗値調整用電極２３１，２３２，２３３，２３４を４本形成しているが、その数は何本形成してもかまわない。従って抵抗値調整用電極の数をｍ（ｍは１以上の整数）本とし選択的に除去したときに薄膜サーミスタの抵抗値変化率が初期値と比較して薄膜サーミスタ１２の抵抗値を２0％＝１％〜２m-1％まで１％刻みでデジタル的に調整することが可能となるのである。
【００３７】また、本実施の形態２においては、第１の薄膜サーミスタ１２の抵抗値を１％刻みで調整できるように抵抗値調整用電極２３１，２３２，２３３，２３４を形成したが、これは第１の薄膜サーミスタ１２の求められる抵抗値との公差が±１％の場合に対応するためである。従って、例えば求められる抵抗値との公差が±３％の時は薄膜サーミスタの抵抗値が３％刻みあるいはそれ以下の割合で変化するように抵抗値調整用電極を形成すればよい。
【００３８】さらに絶縁スリットを設けるときは、各抵抗値調整用電極間及び抵抗値調整用電極と櫛型電極間との絶縁状態が確実に確保できるようにする必要がある。なぜならば、これらの電気的絶縁が確保できていないと、各電極間の相互作用により、デジタル的に抵抗値調整を行うことが難しくなるからである。
【００３９】さらにまた、薄膜サーミスタの抵抗値は抵抗値調整用電極を除去すると増加することとなる。そのため薄膜サーミスタの抵抗値が最初から目標抵抗値となるように櫛型電極及び抵抗値調整用電極を形成すると、薄膜サーミスタの初期抵抗値が高い場合抵抗値の調整が不可能となる。従って薄膜サーミスタの抵抗値が目標抵抗値よりも低目に櫛型電極及び抵抗値調整用電極を形成することにより、抵抗値調整が不可能なものが発生するのを防ぐことができる。
【００４０】（実施の形態３）図５は本発明の実施の形態３におけるサーミスタ温度センサの上面図である。
【００４１】このサーミスタ温度センサは、実施の形態１あるいは実施の形態２で示したサーミスタ温度センサの表面を絶縁保護膜６１で被覆したものであり、この絶縁保護膜６１の下層の構成は、実施の形態１あるいは実施の形態２に示すサーミスタ温度センサと同じであるので、同要素については同番号を付して説明を省略する。
【００４２】本実施の形態３のサーミスタ温度センサは以下の方法により得られる。
【００４３】まず、実施の形態１あるいは２に示すサーミスタ温度センサを形成する。
【００４４】次に、図５に示すように入力電極５１、グランド電極５２、出力電極５３が露出するように絶縁基板１１の表面をガラスあるいはポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を印刷し、熱処理を行うことにより絶縁保護膜６１を形成する。
【００４５】以上のように形成された本実施の形態３のサーミスタ温度センサは、第１及び第２の薄膜サーミスタ１２，１３、第１及び第２の薄膜固定抵抗３１，２１を外部からの熱や湿気等から保護し、第１及び第２の薄膜サーミスタ１２，１３、第１及び第２の薄膜固定抵抗３１，３２の抵抗値の経時変化を抑制することができ、長期にわたり安定した温度検知精度を保持することが可能なものである。
【００４６】以下本発明のポイントについて記載する。
【００４７】（１）図６に示すように本発明のサーミスタ温度センサは−４０℃〜１２５℃の間において従来のようにサーミスタを個別に接続した場合と比較すると出力電圧の直線性に優れ高精度な温度検知ができる。
【００４８】（２）実施の形態１〜３においては薄膜サーミスタと薄膜固定抵抗をそれぞれ２個用いたが、薄膜サーミスタ及び薄膜固定抵抗はそれぞれ３個以上かつ同数用いることにより、さらに広い温度範囲にわたり、サーミスタ温度センサの出力電圧の直線性を得ることが可能となる。この場合、薄膜サーミスタは全て同一絶縁基板上に形成することが望ましい。
【００４９】また、第（ｎ＋１）（ただしｎ＝２以上の整数）の薄膜抵抗体とこの第（ｎ＋１）の薄膜抵抗体に直列に接続した第（ｎ＋１）の薄膜サーミスタとを第１の薄膜抵抗体３１とグランド電極５２との間で第ｎの薄膜抵抗体及び第ｎの薄膜サーミスタと並列に接続する。
【００５０】（３）実施の形態１〜３に示したように薄膜サーミスタだけでなく薄膜固定抵抗も同一絶縁基板に形成することにより、サーミスタ温度センサの小型化を図ることができる。
【００５１】（４）第２の薄膜サーミスタ１３の抵抗値を第１の薄膜サーミスタ１２の抵抗値の１．５倍以上、好ましくは５〜２０倍とすることにより、さらに広い温度範囲にわたり出力電圧の直線性を向上させることが可能となる。
【００５２】即ちｎ個の薄膜サーミスタを形成する場合は、第ｎの薄膜サーミスタの抵抗値を第（ｎ−１）の薄膜サーミスタの抵抗値の１．５倍以上とする。
【００５３】（５）同一絶縁基板上に薄膜サーミスタ及び薄膜固定抵抗を複数形成する場合、薄膜サーミスタを隣接させて形成し、できるだけ非測定物に近接するように配置して、温度測定精度に誤差が生じないようにすることが望ましい。
【００５４】（６）実施の形態１〜３において第１及び第２の薄膜サーミスタ１２，１３の電極は櫛型電極２２，２３としたが、電極形状はこれに限るものでなく所望の抵抗値となるように自由に設定することが可能である。またサーミスタ層２１の組成、厚みも同様に自由に設定することが可能である。
【００５５】
【発明の効果】以上本発明によると、広い温度範囲（１００℃以上）にわたり出力電圧の直線性に優れ、高精度な温度検知が可能なサーミスタ温度センサを提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月１１日（２０００．１．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４２４７（Ｐ２００１−１９４２４７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２１６５（Ｐ２０００−２１６５） |
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