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薄膜型熱敏電阻傳感器的制造方法

文檔序號(hào):7036933閱讀:361來源:國知局
薄膜型熱敏電阻傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠進(jìn)行表面安裝并且能夠通過非燒成直接成膜于薄膜等上的薄膜型熱敏電阻傳感器。本發(fā)明的薄膜型熱敏電阻傳感器具備:絕緣性薄膜(2);薄膜熱敏電阻部(3),形成于該絕緣性薄膜(2)的表面;一對(duì)表面圖案電極(4),以將相互對(duì)置的一對(duì)對(duì)置電極部(4a)配設(shè)于薄膜熱敏電阻部之上或之下的方式形成于絕緣性薄膜的表面;及一對(duì)背面圖案電極(5),在絕緣性薄膜的背面形成為與一對(duì)表面圖案電極的一部分對(duì)置,表面圖案電極和背面圖案電極通過以貫穿狀態(tài)形成于絕緣性薄膜的通孔(2a)電連接。
【專利說明】薄膜型熱敏電阻傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適合作能夠在基板上進(jìn)行表面安裝的溫度傳感器的薄膜型熱敏電阻傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]為了高精度、高感度,對(duì)使用于溫度傳感器等的熱敏電阻材料要求較高的B常數(shù)。以往,這種熱敏電阻材料通常是Mn、Co、Fe等過渡金屬氧化物(參考專利文獻(xiàn)I及2)。并且,為了得到穩(wěn)定的熱敏電阻特性,這些熱敏電阻材料需要進(jìn)行600°C以上的燒成。
[0003]并且,除由如上金屬氧化物構(gòu)成的熱敏電阻材料之外,例如在專利文獻(xiàn)3中提出了由以通式=MxAyNz (其中,M表示Ta、Nb、Cr、Ti及Zr中的至少一種,A表示Al、Si及B中的至少一種。0.1 < X < 0.8,0 < y < 0.6,0.1 < z < 0.8, x+y+z = I)表示的氮化物構(gòu)成的熱敏電阻用材料。并且,在該專利文獻(xiàn)3中,作為實(shí)施例,僅記載有由Ta-Al-N系材料構(gòu)成且設(shè)為0.5彡X彡0.8,0.1彡y彡0.5,0.2彡z彡0.7,x+y+z = I的熱敏電阻用材料。在該Ta-Al-N系材料中,將包含上述元素的材料用作靶,在含氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行濺射來制作。并且,根據(jù)需要,在350?600°C下對(duì)所得到的薄膜進(jìn)行熱處理。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開2003-226573號(hào)公報(bào)
[0005]專利文獻(xiàn)2:日本特開2006-324520號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)3:日本特開2004-319737號(hào)公報(bào)
[0007]上述以往技術(shù)中留有以下課題。
[0008]近年來,正在研究在樹脂薄膜上形成有熱敏電阻材料的薄膜型熱敏電阻傳感器的開發(fā),期望開發(fā)出能夠直接成膜于薄膜上的熱敏電阻材料。即,期待通過使用薄膜來得到撓性熱敏電阻傳感器。另外,期望開發(fā)出具有0.1mm左右的厚度的非常薄的熱敏電阻傳感器,但以往經(jīng)常利用使用氧化鋁等陶瓷材料的基板材料,存在例如若將厚度減薄至0.1mm則變得非常脆弱而容易被破壞等問題,期待通過使用薄膜來得到非常薄的熱敏電阻傳感器。
[0009]以往,形成有薄膜的熱敏電阻材料層的溫度傳感器通過在薄膜表面層壓熱敏電阻材料層和電極層來形成,溫度傳感器與外部電路等的電連接通過通過焊接等連接于薄膜表面的電極層上的引線來進(jìn)行。然而,該連接結(jié)構(gòu)中,存在無法直接在基板上將溫度傳感器表面安裝來進(jìn)行電連接的不良情況。
[0010]并且,由樹脂材料構(gòu)成的薄膜的耐熱溫度通常低至150°C以下,即使是周知作為耐熱溫度比較高的材料的聚酰亞胺也只有200°C左右的耐熱性,因此在熱敏電阻材料的形成工序中施加熱處理時(shí),難以適用。在上述以往的氧化物熱敏電阻材料中,為了實(shí)現(xiàn)所希望的熱敏電阻特性,需要進(jìn)行600°C以上的燒成,存在無法實(shí)現(xiàn)直接成膜于薄膜上的薄膜型熱敏電阻傳感器的問題。因此,期望開發(fā)出能夠通過非燒成進(jìn)行直接成膜的熱敏電阻材料,但上述專利文獻(xiàn)3中所記載的熱敏電阻材料中,為了得到所希望的熱敏電阻特性,根據(jù)需要,也需要在350?600°C下對(duì)所得到的薄膜進(jìn)行熱處理。并且,就該熱敏電阻材料而言,在Ta-Al-N系材料的實(shí)施例中,可以得到B常數(shù):500?3000K左右的材料,但沒有關(guān)于耐熱性的記述,氮化物系材料的熱可靠性不明確。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的,其目的在于提供一種能夠進(jìn)行表面安裝并且能夠通過非燒成直接成膜于薄膜上的薄膜型熱敏電阻傳感器。
[0012]本發(fā)明為了解決上述課題而采用以下構(gòu)成。S卩,第I發(fā)明所涉及的薄膜型熱敏電阻傳感器,其具備:絕緣性薄膜;薄膜熱敏電阻部,形成于該絕緣性薄膜的表面;一對(duì)表面圖案電極,以將相互對(duì)置的一對(duì)對(duì)置電極部配設(shè)于所述薄膜熱敏電阻部之上或之下的方式形成于所述絕緣性薄膜的表面;及一對(duì)背面圖案電極,在所述絕緣性薄膜的背面形成為與一對(duì)所述表面圖案電極的一部分對(duì)置,所述表面圖案電極和所述背面圖案電極通過以貫穿狀態(tài)形成于所述絕緣性薄膜的通孔電連接。
[0013]在該薄膜型熱敏電阻傳感器中,表面圖案電極和背面圖案電極通過以貫穿狀態(tài)形成于形成有薄膜熱敏電阻部的絕緣性薄膜的通孔電連接,因此通過在電路基板等上直接表面安裝,背面圖案電極或表面圖案電極成為端子部而能夠進(jìn)行電連接。因此,通過較薄且能夠表面安裝的薄膜型熱敏電阻傳感器,能夠使溫度測(cè)量的響應(yīng)性變快,并且能夠在安裝于電路基板等的IC等的下方的狹窄空間內(nèi)進(jìn)行安裝。由此,也能夠在IC的正下方直接測(cè)定IC的溫度。
[0014]并且,由于在表面和背面形成有作為端子部的表面圖案電極和背面圖案電極,因此無需區(qū)分表面和背面就能夠進(jìn)行表面安裝。此時(shí),無論在表面和背面的那一側(cè)進(jìn)行安裝,也由于使用較薄的絕緣性薄膜,因此響應(yīng)性也不易產(chǎn)生差異。另外,由于表面圖案電極和背面圖案電極通過通孔連接,因此通過錨定效應(yīng),在焊接安裝時(shí)絕緣性薄膜與表面圖案電極或背面圖案電極不易剝落。尤其,由于是使用了即使彎曲某種程度的狀態(tài)也能設(shè)置的薄膜熱敏電阻部的薄膜型,因此能夠得到如下薄膜型傳感器特有的效果,即,不僅在用于半導(dǎo)體技術(shù)的通過通孔與背面電連接的狀態(tài)下,而且在彎曲或撓曲狀態(tài)下,也能夠通過通孔的錨定效應(yīng)來抑制發(fā)生破裂或剝落。
[0015]第2發(fā)明所涉及的薄膜型熱敏電阻傳感器,其中,在第I發(fā)明中,對(duì)每一所述表面圖案電極配設(shè)多個(gè)所述通孔,所述通孔至少形成于所述表面圖案電極或所述背面圖案電極的邊緣附近。
[0016]S卩,在該薄膜型熱敏電阻傳感器中,由于對(duì)每一表面圖案電極配設(shè)多個(gè)通孔,所述通孔至少形成于表面圖案電極或背面圖案電極的邊緣附近,因此能夠得到更高的錨定效應(yīng),尤其能夠提高容易產(chǎn)生剝落的圖案電極邊緣附近的粘接強(qiáng)度。
[0017]第3發(fā)明所涉及的薄膜型熱敏電阻傳感器,其中,在第I或第2發(fā)明中,所述薄膜型熱敏電阻傳感器具備保護(hù)膜,所述保護(hù)膜層壓于所述薄膜熱敏電阻部上且由樹脂形成。
[0018]S卩,在該薄膜型熱敏電阻傳感器中,由于具備層壓于薄膜熱敏電阻部上且由樹脂形成的保護(hù)膜,因此,即使在將絕緣性薄膜的表面?zhèn)瘸蚧暹M(jìn)行表面安裝的情況或安裝于IC的下方的情況下,也能夠通過保護(hù)膜將薄膜熱敏電阻部相對(duì)于基板或IC絕緣。并且,由于薄膜熱敏電阻部配設(shè)于絕緣性薄膜與保護(hù)膜之間且位于厚度方向的大致中心,因此即使不區(qū)分表面和背面進(jìn)行安裝,響應(yīng)性也幾乎不會(huì)產(chǎn)生差異。
[0019]第4發(fā)明所涉及的薄膜型熱敏電阻傳感器,在第I至第3發(fā)明中的任一發(fā)明中,所述薄膜熱敏電阻部由以通式:TixAlyNz (0.70 ( y/ (x+y)彡0.95,0.4彡z彡0.5, x+y+z =I)表示的金屬氮化物構(gòu)成,其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系的纖鋅礦型單相。
[0020]本發(fā)明人在氮化物材料中尤其著眼于AlN系,對(duì)其進(jìn)行了深入研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下:作為絕緣體的AlN由于難以得到最佳的熱敏電阻特性(B常數(shù):1000?6000K左右),因此通過用提高導(dǎo)電的特定的金屬元素取代Al位并且設(shè)為特定的晶體結(jié)構(gòu),可以通過非燒成得到良好的B常數(shù)和耐熱性。
[0021]因此,本發(fā)明是由上述見解而得到的,由于薄膜熱敏電阻部由以通式:TixAlyNz(0.70 ( y/ (x+y)彡 0.95,0.4 彡 z 彡 0.5, x+y+z = I)表示的金屬氮化物構(gòu)成,其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系的纖鋅礦型單相,因此可以通過非燒成得到良好的B常數(shù),并且具有較高的耐熱性。
[0022]另外,若上述“y/(x+y)”(B卩,Al/(Ti+Al))低于0.70,則得不到纖鋅礦型單相,成為與NaCl型相的共存相或僅有NaCl型相的相,無法得到充分的高電阻和高B常數(shù)。
[0023]并且,若上述“y/(x+y)”(即,Al/(Ti+Al))超過0.95,則電阻率非常高,顯出極高的絕緣性,因此作為熱敏電阻材料無法適用。
[0024]并且,若上述“z”(即,N/(Ti+Al+N))低于0.4,則金屬的氮化量較少,因此得不到纖鋅礦型單相,無法得到充分的高電阻和高B常數(shù)。
[0025]另外,若上述“z”( S卩,N/(Ti+Al+N))超過0.5,則無法得到纖鋅礦型單相。這是因?yàn)?,在纖鋅礦型單相中,氮位置處無缺陷時(shí)的準(zhǔn)確的化學(xué)計(jì)量比為N/(Ti+Al+N) = 0.5。
[0026]根據(jù)本發(fā)明,起到以下效果。
[0027]S卩,根據(jù)本發(fā)明所涉及的薄膜型熱敏電阻傳感器,表面圖案電極和背面圖案電極通過以貫穿狀態(tài)形成于形成有薄膜熱敏電阻部的絕緣性薄膜的通孔電連接,因此無需區(qū)分表面和背面就能夠在電路基板等上進(jìn)行表面安裝。
[0028]另夕卜,將薄膜熱敏電阻部由以通式=TixAlyNz (0.70 ( y/(x+y) ( 0.95,0.4 ^ z ^ 0.5, x+y+z = I)表示的金屬氮化物構(gòu)成,且設(shè)為其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系的纖鋅礦型單相的材料,由此可以通過非燒成得到良好的B常數(shù)以及較高的耐熱性。
[0029]因此,根據(jù)本發(fā)明的薄膜型熱敏電阻傳感器,薄而柔軟且響應(yīng)性優(yōu)異,能夠在搭載于便攜式設(shè)備內(nèi)等的電路基板的IC等的下方等多種部位進(jìn)行表面安裝,并且能夠進(jìn)行高精度的溫度測(cè)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是表示本發(fā)明所涉及的薄膜型熱敏電阻傳感器的第I實(shí)施方式中的薄膜型熱敏電阻傳感器的剖視圖、俯視圖及背面圖。
[0031]圖2是表示第I實(shí)施方式中的熱敏電阻用金屬氮化物材料的組成范圍的T1-Al-N系二兀系相圖。
[0032]圖3是表示第I實(shí)施方式中的薄膜熱敏電阻部的形成工序的剖視圖及俯視圖。
[0033]圖4是表示第I實(shí)施方式中的通孔用貫穿孔的形成工序的剖視圖及俯視圖。
[0034]圖5是表示第I實(shí)施方式中的電極層及通孔的形成工序的剖視圖、俯視圖及背面圖。
[0035]圖6是表示第I實(shí)施方式中的干燥薄膜的圖案形成工序的剖視圖、俯視圖及背面圖。
[0036]圖7是表示第I實(shí)施方式中的圖案電極的圖案形成工序的剖視圖、俯視圖及背面圖。
[0037]圖8是表示第I實(shí)施方式中的保護(hù)膜的圖案形成工序的剖視圖及俯視圖。
[0038]圖9是表示第I實(shí)施方式中通過鍍Cu進(jìn)行埋孔工序的剖視圖及俯視圖。
[0039]圖10是表示本發(fā)明所涉及的薄膜型熱敏電阻傳感器的第2實(shí)施方式中的薄膜型熱敏電阻傳感器的剖視圖、俯視圖及背面圖。
[0040]圖11是表示本發(fā)明所涉及的薄膜型熱敏電阻傳感器的實(shí)施例中的熱敏電阻用金屬氮化物材料的膜評(píng)價(jià)用元件的主視圖及俯視圖。
[0041]圖12是表示本發(fā)明所涉及的實(shí)施例及比較例中的25°C電阻率與B常數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
[0042]圖13是表示本發(fā)明所涉及的實(shí)施例及比較例中的Al/(Ti+Al)比與B常數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
[0043]圖14是表示在本發(fā)明所涉及的實(shí)施例中設(shè)為Al/(Ti+Al) = 0.84的c軸取向較強(qiáng)時(shí)的X射線衍射(XRD)的結(jié)果的曲線圖。
[0044]圖15是表示在本發(fā)明所涉及的實(shí)施例中設(shè)為Al/(Ti+Al) = 0.83的a軸取向較強(qiáng)時(shí)的X射線衍射(XRD)的結(jié)果的曲線圖。
[0045]圖16是表示在本發(fā)明所涉及的比較例中設(shè)為Al/(Ti+Al) = 0.60時(shí)的X射線衍射(XRD)的結(jié)果的曲線圖。
[0046]圖17是表示在本發(fā)明所涉及的實(shí)施例中比較a軸取向較強(qiáng)的實(shí)施例和c軸取向較強(qiáng)的實(shí)施例的Al/(Ti+Al)比與B常數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
[0047]圖18是表示本發(fā)明所涉及的實(shí)施例中的c軸取向較強(qiáng)的實(shí)施例的截面SM照片。
[0048]圖19是表示本發(fā)明所涉及的實(shí)施例中的a軸取向較強(qiáng)的實(shí)施例的截面SM照片。

【具體實(shí)施方式】
[0049]以下,參考圖1至圖9對(duì)本發(fā)明所涉及的薄膜型熱敏電阻傳感器中的第I實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外,在以下說明中使用的一部分附圖中,為了將各部設(shè)為能夠識(shí)別或容易識(shí)另IJ的大小而根據(jù)需要適當(dāng)變更比例尺。
[0050]如圖1所示,第I實(shí)施方式的薄膜型熱敏電阻傳感器I具備絕緣性薄膜2、形成于該絕緣性薄膜2的表面的薄膜熱敏電阻部3、以將相互對(duì)置的一對(duì)對(duì)置電極部4a配設(shè)于薄膜熱敏電阻部3之上的方式形成于絕緣性薄膜2的表面的一對(duì)表面圖案電極4、在絕緣性薄膜2的背面形成為與一對(duì)表面圖案電極4的一部分對(duì)置的一對(duì)背面圖案電極5、及層壓于薄膜熱敏電阻部3上且由樹脂形成的保護(hù)膜6。
[0051]并且,上述表面圖案電極4和背面圖案電極5通過以貫穿狀態(tài)形成于絕緣性薄膜2的通孔2a電連接。
[0052]上述絕緣性薄膜2例如由聚酰亞胺樹脂片形成為帶狀。另外,作為絕緣性薄膜,除此以外還可以為PET:聚對(duì)苯二甲酸乙二酯;PEN:聚萘二甲酸乙二酯等。
[0053]上述薄膜熱敏電阻部3由TiAlN的熱敏電阻材料形成。尤其,薄膜熱敏電阻部3由以通式:TixAlyNz(0.70 < y/ (x+y) ^ 0.95,0.4 ^ z ^ 0.5, x+y+z = I)表示的金屬氮化物構(gòu)成,其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系的纖鋅礦型單相。
[0054]上述表面圖案電極4及背面圖案電極5具有Cr或NiCr的接合層、及在該接合層上由Cu和Au等形成的電極層。
[0055]一對(duì)表面圖案電極4具有形成于薄膜熱敏電阻部3上且以相互對(duì)置狀態(tài)配設(shè)的梳形圖案的一對(duì)梳形電極部即上述對(duì)置電極部4a、及連接于這些對(duì)置電極部4a且形成于絕緣性薄膜2的兩端部的表面上的一對(duì)表面端子部4b。
[0056]并且,一對(duì)背面圖案電極5在與一對(duì)表面端子部4b對(duì)置的位置且在絕緣性薄膜2的背面圖案形成為大致矩形狀。
[0057]上述通孔2a形成于背面圖案電極5的中央。
[0058]上述保護(hù)膜6例如由聚酰亞胺系樹脂圖案形成為大于薄膜熱敏電阻部3的矩形狀。
[0059]如上所述,上述薄膜熱敏電阻部3由作為金屬氮化物材料的以通式:TixAlyNz(0.70 ( y/ (x+y)彡 0.95,0.4 彡 z 彡 0.5, x+y+z = I)表示的金屬氮化物構(gòu)成,其晶體結(jié)構(gòu)是晶系為六方晶系的纖鋅礦型(空間群P63mc(N0.186))單相。S卩,如圖2所示,該金屬氮化物材料為具有T1-Al-N系三元系相圖中由點(diǎn)A、B、C、D包圍的區(qū)域內(nèi)的組成且晶相為纖鋅礦型的金屬氮化物。
[0060]另外,上述點(diǎn)A、B、C、D 的各組成比(X,y, z)(原子%)為 A(15,35,50)、B (2.5,47.5,50)、C(3,57,40)、D(18,42,40)。
[0061]并且,該薄膜熱敏電阻部3形成為膜狀,為在相對(duì)于所述膜的表面垂直的方向上延伸的柱狀晶體。另外,優(yōu)選與a軸相比c軸在相對(duì)于膜的表面垂直的方向上較強(qiáng)地取向。
[0062]另外,關(guān)于是a軸取向(100)還是c軸取向(002)在相對(duì)于膜的表面垂直的方向(膜厚方向)上更強(qiáng)的判斷,通過利用X射線衍射(XRD)調(diào)查晶體軸的取向性,由(100)(表示a軸取向的密勒指數(shù))與(002)(表示c軸取向的密勒指數(shù))的峰強(qiáng)度比“(100)的峰強(qiáng)度/(002)的峰強(qiáng)度”低于I來決定。
[0063]以下,參考圖3至圖10對(duì)該薄膜型熱敏電阻傳感器I的制造方法進(jìn)行說明。
[0064]本實(shí)施方式的薄膜型熱敏電阻傳感器I的制造方法具有在絕緣性薄膜2上進(jìn)行薄膜熱敏電阻部3的圖案形成的薄膜熱敏電阻部形成工序、在絕緣性薄膜2上形成成為通孔2a的一對(duì)貫穿孔2b的工序、在這些貫穿孔2b內(nèi)表面形成金屬膜來形成通孔2a的工序、以將相互對(duì)置的一對(duì)對(duì)置電極部4a配設(shè)于薄膜熱敏電阻部3上的方式在絕緣性薄膜2的表面進(jìn)行一對(duì)表面圖案電極4的圖案形成,并且在背面進(jìn)行一對(duì)背面圖案電極5的圖案形成的電極形成工序、在薄膜熱敏電阻部3上進(jìn)行保護(hù)膜6的圖案形成的工序、及利用金屬填埋通孔2a內(nèi)的工序。
[0065]作為更具體的制造方法的例子,在厚度為25 μ m且長方形狀的聚酰亞胺薄膜的絕緣性薄膜2的表面,使用T1-Al合金濺射靶,在含氮?dú)夥罩型ㄟ^反應(yīng)性濺射法,以200nm的膜厚成膜TixAlyNz (X = 9,y = 43, z = 48)的熱敏電阻材料層。此時(shí)的派射條件如下:極限真空度5X10_6Pa、濺射氣體壓力0.4Pa、靶投入功率(輸出功率)200W,在Ar氣+氮?dú)獾幕旌蠚怏w氣氛下,以20%的氮?dú)夥致蔬M(jìn)行制作。
[0066]利用棒涂布機(jī),在其上涂布抗蝕劑液之后,在110°C下進(jìn)行I分30秒的預(yù)烘,在利用曝光裝置感光之后,利用顯影液去除無用部分,在150°C下通過5分鐘的后烘來進(jìn)行圖案化。之后,利用市售的Ti腐蝕劑對(duì)無用的熱敏電阻材料層進(jìn)行濕法蝕刻,通過剝離抗蝕劑制作成0.8X0.8mm的薄膜熱敏電阻部3。如此,如圖3所示,正方形狀的薄膜熱敏電阻部3形成于絕緣性薄膜2表面的中央。另外,在圖3的(b)及圖4的(b)中,薄膜熱敏電阻部3畫有陰影線。
[0067]接著,如圖4所示,通過YAG激光在絕緣性薄膜2的形成端子部(背面圖案電極5)的預(yù)定區(qū)域中央形成直徑Φ為25μπι的貫穿孔2b。另外,如圖5所示,通過濺射法在絕緣性薄膜2的兩面形成20nm的Cr膜,進(jìn)一步形成10nm的Cu膜來形成Cr/Cu膜7。此時(shí),在貫穿孔2b的內(nèi)表面,從表面和背面連續(xù)地以層壓狀態(tài)成膜Cr膜和Cu膜而形成通孔2a。另外,在圖5的(b)、(c)中,Cr/Cu膜7畫有陰影線。
[0068]接著,如圖6所示,在絕緣性薄膜2兩面的Cu膜之上,通過110°C的熱壓接在兩面形成市售的干燥薄膜8。另外,在利用曝光裝置感光之后,利用市售的顯影液去除無用部分,依次利用市售的Cu腐蝕劑、Cr腐蝕劑對(duì)無用的電極部分進(jìn)行濕法蝕刻。另外,在圖6的(b)、(c)中,干燥薄膜8畫有陰影線。另外,利用市售的剝離液去除干燥薄膜8,如圖7所示,在絕緣性薄膜2的表面圖案形成由對(duì)置電極部4a和表面端子部4b構(gòu)成的表面圖案電極4,在絕緣性薄膜2的背面圖案形成通過通孔2a而與表面端子部4b相連的背面圖案電極5。
[0069]接著,以覆蓋薄膜熱敏電阻部3的方式網(wǎng)版印刷聚酰亞胺系樹脂,并在200°C下進(jìn)行燒成,如圖8所示,形成厚度為25 μ m的聚酰亞胺系樹脂保護(hù)膜6。另外,利用酸去除絕緣性薄膜2兩面的成為端子部的表面端子部4b及背面圖案電極5的Cu表面的氧化之后,如圖9所示,通過電場(chǎng)鍍Cu利用Cu填埋直徑Φ為25 μ m的通孔2a。并且,此時(shí),在表面端子部4b及背面圖案電極5的表面將形成10 μ m的鍍Cu。
[0070]接著,通過非電解電鍍,在表面端子部4b及背面圖案電極5的Cu上形成3 μ m的Ni,進(jìn)一步在其上形成5μπι的Sn,由此如圖1所示,形成表面端子部4b及背面圖案電極5的成為表面層的Ni/Sn電鍍膜9。
[0071]另外,當(dāng)同時(shí)制作多個(gè)薄膜型熱敏電阻傳感器I時(shí),在絕緣性薄膜2的大型薄片上如上述形成多個(gè)薄膜熱敏電阻部3、表面圖案電極4、背面圖案電極5及保護(hù)膜6等之后,從大型薄片上切割成各薄膜型熱敏電阻傳感器I。
[0072]如此一來,可以得到例如將尺寸設(shè)為2.0X1.2mm、厚度設(shè)為0.07mm的較薄、且端子部位于兩面的表面安裝型的薄膜型熱敏電阻傳感器I。
[0073]如此,在本實(shí)施方式的薄膜型熱敏電阻傳感器I中,表面圖案電極4和背面圖案電極5通過以貫穿狀態(tài)形成于形成有薄膜熱敏電阻部3的絕緣性薄膜2的通孔2a電連接,因此能夠在電路基板等直接表面安裝,由此背面圖案電極5或表面圖案電極4成為端子部而能夠進(jìn)行電連接。因此,通過較薄且能夠表面安裝的薄膜型熱敏電阻傳感器1,能夠使溫度測(cè)量的響應(yīng)性變快,并且也能夠在安裝于電路基板等的IC等的下方的狹窄空間內(nèi)進(jìn)行安裝。由此,也能夠在IC的正下方直接測(cè)定IC的溫度。
[0074]尤其,由于是使用即使彎曲某種程度的狀態(tài)也能設(shè)置的薄膜熱敏電阻部3的薄膜型,因此能夠得到如下薄膜型傳感器特有的效果,即,不僅在用于半導(dǎo)體技術(shù)的通過通孔2a與背面電連接的狀態(tài)下,而且在彎曲或撓曲狀態(tài)下,也能夠通過通孔的錨定效應(yīng)來抑制發(fā)生破裂或剝落。
[0075]并且,由于在表面和背面形成有成為端子部的表面圖案電極4和背面圖案電極5,因此無需區(qū)分表面和背面就能夠進(jìn)行表面安裝。此時(shí),無論在表面和背面的哪一側(cè)進(jìn)行安裝,都使用較薄的絕緣性薄膜2,因此響應(yīng)性不易產(chǎn)生差異。另外,由于表面圖案電極4和背面圖案電極5通過通孔2a連接,因此通過錨定效應(yīng),在焊接安裝時(shí)絕緣性薄膜2與表面圖案電極4或背面圖案電極5不易剝落。
[0076]另外,由于具備層壓于薄膜熱敏電阻部3上且由樹脂形成的保護(hù)膜6,因此即使在將絕緣性薄膜2的表面?zhèn)瘸蚧暹M(jìn)行表面安裝的情況或安裝于IC之下的情況下,也能夠通過保護(hù)膜6將薄膜熱敏電阻部3相對(duì)于基板或IC絕緣。并且,薄膜熱敏電阻部3配設(shè)于絕緣性薄膜2與保護(hù)膜6之間且位于厚度方向的大致中心,因此即使不區(qū)分表面和背面進(jìn)行安裝,響應(yīng)性也不會(huì)產(chǎn)生差異。
[0077]并且,由于薄膜熱敏電阻部3由以通式=TixAlyNz (0.70 ( y/ (x+y) ^ 0.95,0.4 ^ z ^ 0.5, x+y+z = I)表示的金屬氮化物構(gòu)成,其晶體結(jié)構(gòu)是晶系為六方晶系的纖鋅礦型單相,因此可以通過非燒成得到良好的B常數(shù)且具有較高的耐熱性。
[0078]并且,該金屬氮化物材料為在相對(duì)于膜的表面垂直的方向上延伸的柱狀晶體,因此膜的晶體性較高,可以得到較高的耐熱性。
[0079]另外,在該金屬氮化物材料中,與a軸相比,使c軸在相對(duì)于膜的表面垂直的方向上較強(qiáng)地取向,由此與a軸取向較強(qiáng)的情況相比,可以得到較高的B常數(shù)。
[0080]另外,在本實(shí)施方式的熱敏電阻材料層(薄膜熱敏電阻部3)的制造方法中,使用T1-Al合金濺射靶在含氮?dú)夥罩羞M(jìn)行反應(yīng)性濺射而進(jìn)行成膜,因此能夠通過非燒成來成膜由上述TiAlN構(gòu)成的上述金屬氮化物材料。
[0081]并且,通過將反應(yīng)性濺射中的濺射氣體壓力設(shè)定為低于0.67Pa,能夠形成與a軸相比c軸在相對(duì)于膜的表面垂直的方向上較強(qiáng)地取向的金屬氮化物材料的膜。
[0082]因此,在本實(shí)施方式的薄膜型熱敏電阻傳感器I中,由于在絕緣性薄膜2上由上述熱敏電阻材料層形成薄膜熱敏電阻部3,因此通過由非燒成形成的高B常數(shù)及較高耐熱性的薄膜熱敏電阻部3,能夠使用樹脂薄膜等耐熱性較低的絕緣性薄膜2,并且可以得到具有良好的熱敏電阻特性的薄型且撓性的熱敏電阻傳感器。
[0083]并且,以往經(jīng)常使用利用氧化鋁等陶瓷的基板材料,存在例如若將厚度減薄至0.1mm則變得非常脆弱而容易被破壞等問題,但在本發(fā)明中能夠使用薄膜,因此能夠得到例如厚度為0.1mm以下的非常薄的薄膜型熱敏電阻傳感器。
[0084]接著,參考圖10對(duì)本發(fā)明所涉及的薄膜型熱敏電阻傳感器的第2實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外,在以下實(shí)施方式的說明中,對(duì)在上述實(shí)施方式中說明的相同構(gòu)成要件標(biāo)注相同符號(hào),并省略其說明。
[0085]第2實(shí)施方式與第I實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于,在第I實(shí)施方式中,對(duì)一個(gè)表面圖案電極4設(shè)置一個(gè)通孔2a,相對(duì)于此,在第2實(shí)施方式的薄膜型熱敏電阻傳感器21中,如圖
10所示,對(duì)每一表面圖案電極4配設(shè)多個(gè)通孔2a,所述通孔至少形成于表面圖案電極4或背面圖案電極5的邊緣附近。
[0086]即,在第2實(shí)施方式中,對(duì)每一表面圖案電極4設(shè)置五個(gè)通孔2a,在表面端子部4b及背面圖案電極5的中央形成一個(gè),并且在它們的四角各形成一個(gè)。
[0087]如此,在第2實(shí)施方式的薄膜型熱敏電阻傳感器21中,對(duì)每一表面圖案電極4配設(shè)多個(gè)通孔2a,所述通孔至少形成于表面圖案電極4或背面圖案電極5的邊緣附近,因此能夠得到更高的錨定效應(yīng),尤其能夠提高容易產(chǎn)生剝落的圖案電極邊緣附近的粘接強(qiáng)度。
[0088]實(shí)施例
[0089]接著,對(duì)于本發(fā)明所涉及的薄膜型熱敏電阻傳感器,參考圖11至圖19對(duì)通過根據(jù)上述第I實(shí)施方式制作的實(shí)施例評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行具體說明。
[0090]<表面安裝時(shí)的撓曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)>
[0091]將根據(jù)上述第I實(shí)施方式制作的薄膜型熱敏電阻傳感器的撓曲試驗(yàn)用的實(shí)施例焊接安裝于厚度為0.8mm的玻璃環(huán)氧基板上,并進(jìn)行撓曲試驗(yàn)。試驗(yàn)條件如下:利用曲率為340mm的夾具,從與安裝面的相反面以每秒0.5mm的速度加壓至撓曲量成為1mm,保持10秒之后恢復(fù)原狀。在該撓曲試驗(yàn)前后測(cè)定電性變化,試驗(yàn)后觀察薄膜型熱敏電阻傳感器。
[0092]另夕卜,作為撓曲試驗(yàn)用的比較例,在厚度為0.5mm的氧化鋁薄膜上形成過渡金屬氧化物(MnCoNi系)的薄膜熱敏電阻部,并對(duì)端子部實(shí)施焊接用電鍍,制作
2.0X 1.2X0.07mm的薄膜熱敏電阻芯片。對(duì)于該撓曲試驗(yàn)用的比較例,也焊接安裝于厚度為0.8mm的玻璃環(huán)氧基板上,與上述實(shí)施例同樣地進(jìn)行撓曲試驗(yàn)。
[0093]其結(jié)果,在上述比較例中,薄膜熱敏電阻芯片被破裂,相對(duì)于此,在本實(shí)施例中未產(chǎn)生破裂或剝落,外觀上也沒有問題,電阻值變化率及B常數(shù)變化率均為0.1%以下,電性也良好。
[0094]<膜評(píng)價(jià)用元件的制作>
[0095]作為進(jìn)行本發(fā)明的熱敏電阻材料層(薄膜熱敏電阻部3)的評(píng)價(jià)的實(shí)施例及比較例,如下制作圖11所述的膜評(píng)價(jià)用元件121。
[0096]首先,通過反應(yīng)性濺射法,使用各種組成比的T1-Al合金靶,在成為Si基板S的帶熱氧化膜的Si晶圓上形成厚度為500nm的以表I所示的各種組成比形成的金屬氮化物材料的薄膜熱敏電阻部3。此時(shí)的濺射條件如下:極限真空度:5Xl(T6Pa、濺射氣體壓力:0.1?IPa、靶投入功率(輸出功率):100?500W,在Ar氣+氮?dú)獾幕旌蠚怏w氣氛下,將氮?dú)夥致矢淖優(yōu)?0?100%進(jìn)行制作。
[0097]接著,在上述薄膜熱敏電阻部3之上,利用濺射法形成20nm的Cr膜,再形成200nm的Au膜。另外,利用旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)在其上涂布抗蝕劑液之后,在110°C下進(jìn)行I分30秒的預(yù)烘,在利用曝光裝置感光之后,利用顯影液去除無用部分,在150°C下通過5分鐘的后烘來進(jìn)行圖案化。之后,依次利用市售的Au腐蝕劑及Cr腐蝕劑對(duì)無用的電極部分進(jìn)行濕法蝕亥IJ,通過剝離抗蝕劑形成所希望的梳形電極部124a的圖案電極124。并且,將其切片成芯片狀來制作成B常數(shù)評(píng)價(jià)及耐熱性試驗(yàn)用的膜評(píng)價(jià)用元件121。
[0098]另外,作為比較,也同樣地制作TixAlyNz的組成比在本發(fā)明的范圍外且晶系不同的比較例并進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0099]<膜的評(píng)價(jià)>
[0100](I)組成分析
[0101]對(duì)于通過反應(yīng)性濺射法得到的薄膜熱敏電阻部3,通過X射線光電子能譜法(XPS)進(jìn)行了元素分析。在該XPS中,通過Ar濺射在從最表面起深度20nm的濺射面上實(shí)施了定量分析。將其結(jié)果示于表I。另外,以下表中的組成比以“原子示出。
[0102]另外,上述X射線光電子能譜法(XPS)中,將X射線源設(shè)為MgKa (350W),在通能:58.5eV、測(cè)定間隔:0.125eV、相對(duì)于試樣面的光電子取出角:45deg、分析區(qū)域?yàn)榧s800μπιΦ的條件下實(shí)施了定量分析。另外,就定量精度而言,N/(Ti+Al+N)的定量精度為±2%,Al/(Ti+Al)的定量精度為±1%ο
[0103](2)比電阻測(cè)定
[0104]對(duì)于通過反應(yīng)性濺射法得到的薄膜熱敏電阻部3,通過四端子法測(cè)定25°C下的比電阻。將其結(jié)果示于表I。
[0105](3) B常數(shù)測(cè)定
[0106]在恒溫槽內(nèi)測(cè)定膜評(píng)價(jià)用元件121的25°C及50°C的電阻值,并由25°C和50°C的電阻值計(jì)算B常數(shù)。將其結(jié)果示于表I。
[0107]另外,如下述,本發(fā)明中的B常數(shù)計(jì)算方法分別由25°C和50°C的電阻值通過下式求出。
[0108]B 常數(shù)(K) = In (R25/R50) / (1/T25-1/T50)
[0109]R25 ( Ω ):25°C下的電阻值
[0110]R50 ( Ω ):50°C下的電阻值
[0111]T25 (K):298.15K將25°C表示為絕對(duì)溫度
[0112]T50 (K):323.15K將50°C表示為絕對(duì)溫度
[0113]從這些結(jié)果可知,TixAlyNz的組成比在圖2所示的三元系的三角圖中以點(diǎn)A、B、C、D包圍的區(qū)域內(nèi)即成為“0.70 ( y/(x+y) ^ 0.95,0.4 ^ z ^ 0.5, x+y+z = I”的區(qū)域內(nèi)的實(shí)施例均實(shí)現(xiàn)了電阻率=10Qcm以上、B常數(shù):1500K以上的熱敏電阻特性。
[0114]將由上述結(jié)果示出25°C下的電阻率與B常數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖示于圖12。并且,將示出Al/(Ti+Al)比與B常數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖示于圖13。從這些曲線圖可知,在Al/(Ti+Al) =0.7?0.95且N/(Ti+Al+N) = 0.4?0.5的區(qū)域,晶系為六方晶的纖鋅礦型單相的薄膜熱敏電阻部能夠?qū)崿F(xiàn)25°C下的比電阻值為10Qcm以上、B常數(shù)為1500K以上的高電阻且高B常數(shù)的區(qū)域。另外,在圖13的數(shù)據(jù)中,B常數(shù)相對(duì)于相同Al/(Ti+Al)比存在偏差,這是因?yàn)榫w中的氮量不同。
[0115]表I所示的比較例3?12為Al/(Ti+Al) < 0.7的區(qū)域,晶系為立方晶的NaCl型。并且,在比較例12(Al/(Ti+Al) =0.67)中,NaCl型和纖鋅礦型共存。如此,在Al/(Ti+Al)<0.7的區(qū)域中,25°C下的比電阻值低于100 Ω cm,B常數(shù)低于1500K,是低電阻且低B常數(shù)的區(qū)域。
[0116]表I所示的比較例1、2為N/(Ti+Al+N)低于40%的區(qū)域,呈金屬未充分氮化的晶體狀態(tài)。該比較例1、2既不是NaCl型也不是纖鋅礦型,處于晶體性非常差的狀態(tài)。并且,在這些比較例中可知,B常數(shù)及電阻值均非常低,接近金屬行為。
[0117](4)薄膜X射線衍射(晶相鑒定)
[0118]將通過反應(yīng)性濺射法得到的薄膜熱敏電阻部3通過掠入射X射線衍射(GrazingIncidence X-ray Diffract1n)鑒定晶相。該薄膜X射線衍射為小角度X射線衍射實(shí)驗(yàn),將管球設(shè)為Cu、將入射角設(shè)為I度,并且在2 Θ = 20?130度的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。對(duì)于一部分樣品,將入射角設(shè)為O度,在2 Θ = 20?100度的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。
[0119]其結(jié)果,在Al/(Ti+Al)彡0.7的區(qū)域中,為纖鋅礦型相(六方晶,與AlN相同的相),在Al/(Ti+Al) < 0.65的區(qū)域中,為NaCl型相(立方晶,與TiN相同的相)。并且,在0.65 < Al/(Ti+Al) < 0.7中,為纖鋅礦型相與NaCl型相的共存晶相。
[0120]如此,在TiAlN系中,高電阻且高B常數(shù)的區(qū)域存在于Al/(Ti+Al)≥0.7的纖鋅礦型相中。另外,在本發(fā)明的實(shí)施例中,未確認(rèn)到雜質(zhì)相,為纖鋅礦型單相。
[0121]另外,如上所述,表1所示的比較例1、2的晶相既不是纖鋅礦型相也不是NaCl型相,在本試驗(yàn)中無法進(jìn)行鑒定。并且,這些比較例由于XRD的峰寬度非常寬,因此是晶體性非常差的材料。這認(rèn)為是根據(jù)電性接近金屬行為而成為未充分氮化的金屬相。
[0122][表1]

【權(quán)利要求】
1.一種薄膜型熱敏電阻傳感器,其特征在于,具備: 絕緣性薄膜; 薄膜熱敏電阻部,形成于該絕緣性薄膜的表面; 一對(duì)表面圖案電極,以將相互對(duì)置的一對(duì)對(duì)置電極部配設(shè)于所述薄膜熱敏電阻部之上或之下的方式形成于所述絕緣性薄膜的表面;及 一對(duì)背面圖案電極,在所述絕緣性薄膜的背面形成為與一對(duì)所述表面圖案電極的一部分對(duì)置, 所述表面圖案電極和所述背面圖案電極通過以貫穿狀態(tài)形成于所述絕緣性薄膜的通孔電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜型熱敏電阻傳感器,其特征在于, 對(duì)每一所述表面圖案電極配設(shè)多個(gè)所述通孔,所述通孔至少形成于所述表面圖案電極或所述背面圖案電極的邊緣附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜型熱敏電阻傳感器,其特征在于, 所述薄膜型熱敏電阻傳感器具備保護(hù)膜,所述保護(hù)膜層壓于所述薄膜熱敏電阻部上且由樹脂形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜型熱敏電阻傳感器,其特征在于, 所述薄膜熱敏電阻部由以通式=TixAlyNz表示的金屬氮化物構(gòu)成,其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系的纖鋅礦型單相,其中,0.70 ^ y/(x+y) ^ 0.95,0.4 ^ z ^ 0.5, x+y+z = I。
【文檔編號(hào)】H01C7/04GK104137196SQ201380011410
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】長友憲昭, 田中寬, 稻場(chǎng)均, 久保田賢治 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社
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