JPH0833327B2

JPH0833327B2 - 温度センサ

Info

Publication number: JPH0833327B2
Application number: JP2153620A
Authority: JP
Inventors: 徹笠次; 広次谷; 茂樹藤原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1990-06-11
Filing date: 1990-06-11
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: DE4118466C2; US5199791A; JPH0443930A; DE4118466A1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、温度センサに関するもので、特に、抵抗
体が有する抵抗温度係数を用いる温度センサに関するも
のである。

［従来の技術］この発明にとって興味ある温度センサは、セラミック
からなる絶縁基板上に抵抗パターンが形成された構造を
有している。抵抗パターンを構成する材料は、適当な抵
抗温度係数を有しているため、温度変化を抵抗パターン
の抵抗値の変化としてとらえることできる。

従来、このような温度センサの抵抗パターンを構成す
る材料としては、白金などの貴金属が主として用いられ
ていた。絶縁基板上に、このような貴金属からなる抵抗
パターンを形成するとき、たとえば、貴金属を含むペー
ストを用いて、絶縁基板上に抵抗パターンを印刷により
形成した後、焼成することを行なっていた。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述したような白金などの貴金属は、
その価格が高いという欠点がある。

そこで、抵抗パターンを構成する材料として、安価な
卑金属を用いる試みが、本件発明者によってなされた。

安価な卑金属材料として、たとえば銅があるが、抵抗
温度係数が4330ppm/℃と比較的高いにもかかわらず、抵
抗値が小さい（20℃において、ρ＝1.72μΩcm）こと、
空気中で酸化されやすいためたとえば窒素雰囲気中のよ
うな雰囲気焼成が必要なこと、などのために、これま
で、銅を用いる場合、巻線タイプとされ、また、ごく限
られた分野でしか使用されていなかった。

同様のことが、ニッケルについてもいえる。

それゆえに、この発明の目的は、絶縁基板上に抵抗パ
ターンが形成された構造を有する温度センサにおいて、
抵抗パターンとして、銅またはニッケルのような卑金属
を用いることを可能にしようとすることである。

［課題を解決するための手段］この発明による温度センサは、上述した技術的課題を
解決するために、複数のセラミックシートからなる積層
構造を有するセラミック積層体と、前記複数のセラミッ
クシートの主面上にそれぞれが形成される、卑金属を含
有する複数の抵抗パターンと、前記複数の抵抗パターン
を直列接続する導電経路と、前記直列接続された複数の
抵抗パターンの両端にそれぞれ接続される端子とを備え
ることを特徴としている。

上述した卑金属としては、たとえば、銅またはニッケ
ルが用いられる。

また、複数の抵抗パターンを直列接続する導電経路
は、好ましくは、セラミックシートを貫通して延びる、
バイアホール、スルーホールのような導電経路によっ
て、その少なくとも一部が構成される。

［作用］この発明において、卑金属の抵抗値が小さいという欠
点を補うため、複数の抵抗パターンが積層状に形成され
るとともに、これら抵抗パターンが直列接続される。

［発明の効果］このように、この発明によれば、抵抗パターンを構成
する材料として、銅またはニッケルのような卑金属が用
いられるので、安価な温度センサを提供することができ
る。

また、このような卑金属によって与えられる抵抗値を
高めるために直列接続される複数の抵抗パターンは、積
層状に配置されるので、たとえば単に長い抵抗回路を形
成して抵抗値を高める場合において遭遇し得る素子の大
型化を招かない。

セラミックシートを貫通して延びる、バイアホール、
スルーホールのような導電経路によって、複数の抵抗パ
ターンが接続されると、複数の抵抗パターンを電気的に
接続するための処置を、すべて、セラミック積層体の内
部で行なうことができる。したがって、このようなセラ
ミック積層体を含む温度センサを、コンパクトに構成す
ることができる。

なお、この発明による温度センサは、好ましくは、セ
ラミックグリーンシート上に、銅またはニッケルのよう
な卑金属を含有する抵抗パターンを厚膜印刷により形成
した後、そのような複数のセラミックグリーンシートを
積層し、圧着した後、焼成することによって、製造され
る。このとき、銅またはニッケルのような卑金属は、空
気中で酸化されやすいという性質を有しているため、焼
成は、窒素雰囲気中のような還元性または中性の雰囲気
中で行なわれる。そして、このような雰囲気焼成によっ
ても、セラミックシートを構成すべきセラミックが還元
されないように、セラミックグリーンシートには、非還
元性セラミック材料を用いることが好ましい。

［実施例］第１図は、この発明の一実施例による温度センサ１の
外観を示す斜視図である。第２図は、第１図に示した温
度センサ１に含まれるセラミック積層体２を、それを構
成するセラミックシート３ごとに分解して示す斜視図で
ある。

まず第２図を参照して、セラミック積層体２は、複数
のセラミックシート３からなる積層構造を有する。

セラミックシート３は、その主面上に形成されるパタ
ーンに応じて４種類に分類される。第２図では、これら
のセラミックシート３を区別するため、セラミックシー
トを示す参照符号“3"には、“a",“b",“c",“d"の添
字が付されている。

セラミックシート3aの主面上には、蛇行状に延びる抵
抗パターン4aが形成される。抵抗パターン4aの一方端と
接続されるように、ランド5aが形成され、同じく他方端
と接続されるように、ランド6aが形成される。ランド6a
には、バイアホール7aが形成される。また、抵抗パター
ン4a、ならびにランド5aおよび6aとは独立して、ランド
8aが形成される。ランド8aには、スルーホール9aが形成
される。

セラミックシート3bの主面上には、蛇行状に延びる抵
抗パターン4bが形成される。抵抗パターン4bの一方端と
接続されるように、ランド5bが形成され、同じく他方端
と接続されるように、ランド6bが形成される。ランド5b
には、バイアホール7bが形成される。また、抵抗パター
ン4b、ならびにランド5bおよび6bとは独立して、ランド
8bが形成される。ランド8bには、スルーホール9bが形成
される。

セラミックシート3cの主面上には、蛇行状に延びる抵
抗パターン4cが形成される。抵抗パターン4cの一方端と
接続されるように、ランド5cが形成され、同じく他方端
と接続されるように、ランド6cが形成される。ランド6c
には、スルーホール9cが形成される。

セラミックシート3dには、ランド8dが形成される。こ
のランド8dには、スルーホール9dが形成される。

第２図において、矢印10で示すように、バイアホール
7aはランド6bに対応する位置にあり、矢印11で示すよう
に、バイアホール7bはランド5aに対応する位置にあり、
同じくバイアホール7bは、矢印12で示すように、ランド
5cに対応する位置にある。また、矢印13で示すように、
スルーホール9a,9b,9c,9dは、それぞれ互いに対応する
位置にある。

抵抗パターン4a,4b,4cは、それぞれ、銅またはニッケ
ルのような卑金属を含有するペーストを厚膜印刷するこ
とにより形成される。このような印刷の工程において、
ランド5a,5b,5c、ランド6a,6b,6c、ならびにランド8a,8
bも同時に形成される。また、ランド8dも、また、卑金
属を含有するペーストを厚膜印刷することにより形成さ
れる。

上述したような卑金属を用いた印刷工程において、卑
金属ペーストは、バイアホール7a,7b、ならびにスルー
ホール9a,9b,9c,9d内にも入り込み、各セラミックシー
ト3a,3b,3c,3dの反対側の主面にまで達する。したがっ
て、第２図に示すような順序、すなわち、上から、セラ
ミックシート3a,3b,3a,3b,…,3c,3dの順に、これらセラ
ミックシート3a,3b,3c,3dが積層されたとき、ランド6a
はバイアホール7aを介してランド6bと接続され、ランド
5bはバイアホール7bを介してランド5aまたはランド5cと
接続され、スルーホール9a,9b,9c,9dは、一連の導電経
路を形成する。

なお、スルーホール9a,9b,9c,9dによって一連の導電
経路を与えるため、上述した卑金属ペーストの印刷に代
えて、あるいはこのような印刷に加えて、セラミックシ
ート3a,3b,3c,3dが所望の如く積層された後で、卑金属
ペーストを真空吸引または針のような工具でスルーホー
ル9a,9b,9c,9d内に付与するようにしてもよい。

上述したような工程は、実際には、セラミックシート
3a,3b,3c,3dがそれぞれ生の状態にある段階で行なわれ
る。したがって、セラミックシート3a,3b,3c,3dが積層
された後、圧着され、次いで焼成される。このとき、同
時に、抵抗パターン4a,4b,4c等を形成していた卑金属ペ
ーストも焼成される。

上述したように、セラミックシート3a,3b,3c,3dに含
まれるセラミックと抵抗パターン4a,4b,4c等に含まれる
卑金属とを同時に焼成することを可能にするため、セラ
ミックシート3a,3b,3c,3dに含まれるセラミックには、
非還元性セラミックが用いられ、窒素雰囲気中における
焼成のような雰囲気焼成が適用される。

このようにして、第１図に示すようなセラミック積層
体２が得られる。このセラミック積層体２の上面に形成
されているランド5aおよびランド8aに、それぞれ端子と
なるべきリード線14および15を接続すれば、温度センサ
１が完成される。

なお、セラミック積層体２の表面に現れる抵抗パター
ン4aを湿気、埃などから保護するため、図示しないが、
樹脂、ガラスなどからなる保護コートを形成してもよ
い。

上述した温度センサ１において、複数の抵抗パターン
4a,4b,4cは直列接続されている。より詳細には、リード
線14からリード線15に至る接続経路で見ると、リード線
14に接続されたランド5aから、第２図に示すように、抵
抗パターン4a、ランド6a、バイアホール7a、ランド6b、
抵抗パターン4b、ランド5b、バイアホール7bを経て、ラ
ンド5aに至る接続が所定の回数だけ繰り返され、この繰
り返しの最後に来るバイアホール7bがランド5cに接続さ
れ、次いで、抵抗パターン4c、ランド6c、および一連の
スルーホール9a,9b,9c,9dを経て、もう一方のリード線1
5に接続されるランド8aに至る。

なお、上述した実施例では、複数の抵抗パターン4a,4
b,4cを互いに直列接続するため、バイアホール7a,7bが
用いられ、また、リード線14および15をセラミック積層
体２の同一面上に取付けるため、スルーホール9a,9b,9
c,9dが用いられたが、このような導電経路は、セラミッ
ク積層体２の外表面上に形成されてもよい。また、この
ような導電経路は、上述した実施例では、抵抗パターン
4a,4b,4cを形成するための卑金属ペーストと同一のペー
ストをもって構成されたが、これに代えて、別の組成を
有する抵抗性または導電性材料によって構成されてもよ
い。

また、リード線14および15は、セラミック積層体２の
互いに異なる面上にそれぞれ取付けられてもよい。たと
えば、リード線15を、第１図に示すようにセラミック積
層体２の上面ではなく、下面に取付けるようにしてもよ
い。この場合には、第２図に示したセラミックシート3d
の下面であって、スルーホール9dに対応する位置に、リ
ード線15を接続するためのランドが形成されればよい。
また、この場合には、スルーホール9aおよび9bならびに
それらに関連するランド8aおよび8bは形成される必要が
ない。

また、第１図に示したセラミック積層体２を得るた
め、上述した説明では、第２図に示すように、すでに所
定の寸法にされたセラミックシート3a,3b,3c,3dを積層
するとしたが、このような方法に代えて、個々のセラミ
ックシートに、それぞれ、複数のセラミック積層体を得
るためのパターンを形成しておき、セラミックシートを
積層した後で、切断することによって、複数のセラミッ
ク積層体が得られるような方法を採用してもよい。

次に、この発明にかかる温度センサ１の特性を評価す
るため行なった実験例について説明する。

まず、セラミックシート3a,3b,3c,3dを構成するセラ
ミック材料として、後で述べる抵抗パターン等を銅ペー
ストによって形成する場合には、BaO・SiO₂・Al₂O₃・Ca
O・B₂O₃系の低温焼結タイプの非還元性セラミック材料
を用い、抵抗パターン等をニッケルペーストによって形
成する場合には、特公昭56−46641号公報に記載された
ようなTiO・BaO₂・CaO・ZrO₂化合物系の非還元性セラミ
ック材料を用いた。

抵抗パターン4a,4b,4c、およびランド5a,5b,5c,6a,6
b,6c,8a,8b,8dを形成する材料、ならびにバイアホール7
a,7b、およびスルーホール9a,9b,9c,9dを埋める材料と
して、卑金属である銅を含有するペーストおよびニッケ
ルを含有するペーストを、それぞれ用いた。

印刷により形成された抵抗パターン4a,4b,4cは、その
印刷用パターンにおいて、ラインの幅を150μｍとし、
ギャップの幅を200μｍとした。

セラミックシート3a,3b,3c,3dの積層数を、30とし
た。すなわち、セラミックシート3aとセラミックシート
3bとが、各々14枚ずつ交互に積層され、この積層された
ものの下に、１つのセラミックシート3cおよび１つのセ
ラミックシート3dが順に積層された。

セラミック積層体２を得るための焼成条件について
は、焼成雰囲気をN₂−13％以下H₂雰囲気とし、焼成温度
を、銅ペーストを用いた場合には990℃とし、ニッケル
ペーストを用いた場合には1330〜1350℃とした。

リード線14および15として、白金クラッド線を用い、
それぞれ、ランド5aおよび8aに対して抵抗溶接した。

得られた試料のいくつかの特性が、第３図、第４図お
よび第５図に示されている。

第３図は、温度変化による抵抗値Ｒの変化を示す。

第４図は、ある温度における抵抗値（Rt）の、０℃に
おける抵抗値（Ro）に対する比率（Rt/Ro）を示してい
る。

第５図は、各温度における抵抗温度係数TCRを示して
いる。なお、TCRは、以下の式によって表される。

TCR［ppm/℃］＝（Rt−Ro）×10^-6/（Ro×ｔ）ここで、Rtはある温度（ｔ［℃］）における抵抗値、
Roは０℃における抵抗値である。

第３図ないし第５図において、抵抗パターンを形成す
るために銅ペーストを用いたものを、“Cu"で示し、ニ
ッケルペーストを用いたものを、“Ni"で示している。
また、比較例として、抵抗パターンを白金ペーストで形
成した温度センサについても、同様の評価を行なった。
なお、この比較例は、市販の温度センサであり、０℃に
おける抵抗値が100Ωを示すもので、より具体的には、
焼成済みのアルミナ基板の上に、白金ペーストを用いて
自然雰囲気中で850℃の温度で焼付けた抵抗パターンを
有するものである。

このように、第３図ないし第５図に示された特性から
わかるように、抵抗パターンとして、銅またはニッケル
のような卑金属を用いても、白金を用いて焼成された温
度センサに匹敵する特性が得られ、十分に実用化できる
ことが認められる。

なお、抵抗パターンに銅ペーストを用い、この抵抗パ
ターンとセラミックシートとを同時焼成する場合、セラ
ミックシートを構成するセラミック材料として、前述し
たBaO・SiO₂・Al₂O₃・CaO・B₂O₃系のほか、Al₂O₃・CaO
・SiO₂・MgO・B₂O₃系、コージェライト系、ZnO・MgO.Al
₂O₃・SiO₂系、SiO₂・B₂O₃系ガラス＋Al₂O₃、などの非還
元性セラミックも用いることができる。

また、ニッケルを用いて、抵抗パターンとセラミック
シートとを同時に焼成する場合には、セラミックシート
を構成する材料として、前述したTiO・BaO₂・CaO・ZrO₂
系のほか、特公昭57−37081号公報、特公昭57−42588号
公報、特公昭57−49515号公報に記載された非還元性セ
ラミックを用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による温度センサ１の外
観を示す斜視図である。第２図は、第１図に示した温度センサ１に含まれるセラ
ミック積層体２を、それを構成するセラミックシートご
とに分解して示す斜視図である。第３図は、実験により得られた試料の温度変化による抵
抗値Ｒの変化を示す図である。第４図は、実験により得られた試料のある温度における
抵抗値（Rt）の、０℃における抵抗値（Ro）に対する比
率（Rt/Ro）を示す図である。第５図は、実験により得られた試料の各温度における抵
抗温度係数TCRを示す図である。図において、１は温度センサ、２はセラミック積層体、
3a,3b,3c,3dはセラミックシート、4a,4b,4cは抵抗パタ
ーン、5a,5b,5c,6a,6b,6c,8a,8b,8dはランド、7a,7bは
バイアホール、9a,9b,9c,9dはスルーホール、14,15はリ
ード線である。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭64−1205（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−55903（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−117637（ＪＰ，Ｕ) 特公昭57−25965（ＪＰ，Ｂ２) 実公平５−28723（ＪＰ，Ｙ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセラミックシートからなる積層構造
を有するセラミック積層体と、前記複数のセラミックシートの主面上にそれぞれが形成
される、卑金属を含有する複数の抵抗パターンと、前記複数の抵抗パターンを直列接続する導電経路と、前記直列接続された複数の抵抗パターンの両端にそれぞ
れ接続される端子と、を備える、温度センサ。
【請求項２】前記卑金属は、銅またはニッケルである、
請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】前記導電経路は、前記セラミックシートを
貫通して延びる導電経路を含む、請求項１または２に記
載の温度センサ。