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TW201819872A - 鉑溫度感測元件 - Google Patents

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Abstract

在溫度感測元件(10)中，在內部電極(25a、25b)上用糊料補強導線(15a、15b)時，做成如下構造：沒有用補強糊料覆蓋熔接連接於內部電極的導線的整體，而是用補強糊料(31a)覆蓋導線的一個側面(單側面部)(33)，且補強糊料沒有覆蓋另一側面。由此，能夠消除產生裂紋的原因，能夠確保內部電極與導線的充分的接合強度，能夠補強導電性，能夠提供確保導線和內部電極的連接強度的鉑溫度感測元件。

Description

鉑溫度感測元件
[0001] 本發明有關例如測量通過吸氣管的吸入空氣量的氣流感測器中使用的鉑溫度感測元件。
[0002] 以往，在汽油發動機等內燃機中，為了配合吸入的空氣量噴射燃料，在吸氣管內設置氣流感測器測量吸氣量。另外，在最近，在建物、工廠等的空調設備的風量控制、環境設備的風速、風量控制等中，也使用氣流感測器。 　　[0003] 氣流感測器有2種類型：利用在鉑元件(鉑熱線)中通電流使其自發熱升溫，空氣吹過該發熱部帶走熱量，發熱絲的電阻會變化這一原理的熱類型(也稱作熱線式)，以及直接測量空氣的溫度的冷類型。任一類型的感測器均設置在氣流中，由於需要準確地測量其溫度，因此必須降低元件電阻值的偏差，TCR(電阻溫度係數)的偏差，散熱的偏差，元件周圍的氣流的紊亂導致的偏差等。 　　[0004] 鉑的特性穩定並且電阻溫度特性優良，因此使用在需要耐熱性的薄膜溫度感測器中。在此類薄膜溫度感測器中，在電極部上熔接導線，在該熔接部上塗覆連接補強用之包含貴金屬材料的導電材料、玻璃等的絕緣材料以謀求連接強化。例如專利文獻1公開了一種在基板上的Au-Pt電極膜與導線的熔接部處堆積Au-Pt層，更進一步用玻璃層覆蓋，從而提高導電性和耐熱性的薄膜熱敏電阻。 　　[0005] 專利文獻2公開了一種在氣體感測器中在基板上設置由Au-Pt合金形成的電極墊片，為了提高氣體感測器對溫度變化的耐久性，保持導線連接於電極墊片的連接強度，並更進一步提高導線的連接強度，將導線連接於墊片之後用保護膜覆蓋的技術。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[0006] 　　[專利文獻1] 日本特開昭62-111402號專利公報 　　[專利文獻2] 日本特開平9-68512號專利公報
[發明欲解決之課題] 　　[0007] 在上述的現有的熱敏電阻等中存在如下問題：當使用玻璃糊狀材料或者包含玻璃的糊狀材料作為基板上的電極墊片與導線的連接補強材料時，玻璃的熱膨脹差產生的壓縮/拉伸應力導致在熔接部產生應力、形成裂紋。也考慮到由於玻璃容易產生裂紋，因此在僅使用玻璃補強的情況下熔接部缺乏電可靠性，反而，這類補強會成為損傷源。 　　[0008] 另外，當用補強糊料來補強導線和電極墊片的連接部時，若用補強糊狀材料覆蓋導線整體，則會產生由補強糊狀材料的供應方法、使用的糊狀材料的黏度等引起的在補強糊狀材料和導線之間、補強糊狀材料和電極墊片之間形成空隙，無法確保導線與電極墊片充分接合的問題。亦即，當用補強糊狀材料覆蓋導線整體，並使補強糊料完全地緊貼於導線時，由於糊狀材料和導線的收縮率不同等，有產生裂紋的風險。 　　[0009] 更進一步，在專利文獻2中，作為保護膜的優選材質，雖然可列舉能夠低溫燒製並且能夠容易地與墊片、導線接合的金(Au)，但是Au作為材料很昂貴，存在感測器等的成本增加的問題。 　　[0010] 本發明有鑒於上述問題而提出，其目的在於在鉑溫度感測元件中確保導線與內部電極的連接強度。 [解決課題之手段] 　　[0011] 為了實現上述的目的，作為解決上述技術問題的一種裝置，具備以下的結構。亦即，本發明的鉑溫度感測元件，具備：利用規定厚度的絕緣材料所形成之俯視為矩形的絕緣基板；利用在前述絕緣基板上形成的鉑電阻膜所構成的圖案；形成在前述絕緣基板的長邊方向的兩個端部之一對電極；與前述一對電極分別接合並向外部引出的導線；以及保護膜，其在前述絕緣基板的上表面側覆蓋前述圖案、前述一對電極、前述導線中的與前述一對電極接合的部位的上部；其中，在前述接合部位，用補強糊料覆蓋前述導線的一個側面和前述一對電極的前述一個側面側的上表面。 　　[0012] 例如，本發明的特徵在於在前述一對電極上分別形成有收容前述導線的凹部。另外，例如特徵在於，前述接合的部位中的前述導線的一個側面的複數個地方，或者前述導線的一個側面和另一個側面兩者之複數個地方，被前述補強糊料覆蓋。更進一步，例如，前述一對電極、前述導線的表面覆蓋材料以及前述補強糊料均利用貴金屬材料所形成。另外，例如特徵在於，前述貴金屬材料至少包含鉑。 [發明效果] 　　[0013] 根據本發明，能夠提供在導線與內部電極的連接部處熱應力負載減輕，且不會產生裂紋的鉑溫度感測元件。
[0015] 以下，參閱附圖詳細說明有關本發明的實施方式。圖1表示出本發明的實施方式所涉及的溫度感測元件的外觀構造。另外，圖2(a)是示出從X方向(水平方向)觀察圖1的溫度感測元件時的結構的剖視圖，圖2(b)是示出從Y方向(垂直方向)觀察時的剖視圖。 　　[0016] 如圖1所示，有關本實施方式的溫度感測元件10具備：元件本體部12、以及從該元件本體部12的長邊方向的兩個端部引出的導線15a、15b。溫度感測元件10，其整體形狀為四角柱狀(角柱棒狀)且外部表面沒有凹凸，與元件的長邊方向垂直的剖切面的形狀(也稱作垂直剖面形狀，或橫剖面形狀)，在元件的長邊方向的任何位置均為大致正方形。 　　[0017] 如圖2(a)、(b)所示，在溫度感測元件10中，在具有規定的厚度且俯視為矩形的基板21的上表面的兩個端部上形成有內部電極(電極墊片)25a、25b，在這些內部電極25a和內部電極25b之間，形成有由規定圖案形成的電阻被覆膜23。另外，導線15a、15b的端部藉由熔接等連接於內部電極25a、25b。 　　[0018] 在基板21的上表面側形成有保護膜27，該保護膜覆蓋內部電極25a、25b、電阻被覆膜23以及導線15a、15b中的與內部電極25a、25b相連接的部位的上部，更進一步，形成有覆蓋該保護膜27整體的表層保護膜29。 　　[0019] 溫度感測元件10的尺寸是，長度L(基板21的長邊方向的長度)例如為2mm，高度H(長邊方向的中央部處的高度)例如為0.6mm，寬度W(也是基板21的寬度)例如為0.4mm。基板21由例如厚度為0.3mm左右的電絕緣性的陶瓷基板、氧化鋁基板(Al2 O3 )等形成。 　　[0020] 在基板21上形成的電阻被覆膜23是由鉑(Pt)形成的薄膜電阻膜(鉑電阻膜圖案)。導線15a、15b例如直徑為0.15mm，是鎳芯線的鉑包線。使用含有例如鉑等的電極糊料印刷內部電極25a、25b。另外，保護膜27和表層保護膜29(以下，也將它們書寫為保護膜27、29。)由線膨脹係數較小的、例如耐熱玻璃形成。 　　[0021] 如圖2(a)所示，保護膜27、29的縱剖面形狀是元件的長邊方向的中央部最厚，朝向兩個端部逐漸略微變薄。具體方面，中央部的保護膜27、29的厚度a例如為0.35mm，與導線15a、15b連接的部位的上部的厚度例如為130～180μm。 　　[0022] 這樣，溫度感測元件10由於導線15a、15b中的與內部電極25a，25b連接的部位的上部也因有保護膜而具有一定的厚度，因此感測元件整體成為四角柱形狀(角柱棒狀)，如前文前述與元件的長邊方向垂直的剖面的形狀在長邊方向的任何部位均為大致正方形。另外，藉由在導線15a、15b的上部設置保護膜27、29，能夠得到將導線固定於基板的效果。 　　[0023] 有關本實施方式的溫度感測元件10，是使用鉑熱線的自發熱類型的元件，如圖2(b)所示，電阻被覆膜23的中央部是通電時自發熱之利用蜿蜒形狀的圖案形成的發熱部23a。該發熱部23a，俯視時位於基板21的長邊方向和寬度方向(短邊方向)的大致中央部，由於位於基板21和保護膜27、29之間，因此在溫度感測元件10的厚度方向上也位於大致中央部。 　　[0024] 由於如上前述溫度感測元件10的發熱部23a是電阻膜圖案的大致中央部，並且位於感測元件的高度方向以及寬度方向的大致中央部，因此溫度感測元件的中央附近成為發熱點。亦即，由於在溫度感測元件的中央部設置有發熱構造，因此發熱沒有偏差，朝向導線15a、15b的散熱恒定並且穩定化，因此具有能夠將對散熱的調整控制在最小(調整幅度較小即可)的優點。 　　[0025] 需要注意的是，在自發熱類型的溫度感測元件中，當發熱點位於偏離元件的中央附近的位置時，朝向導線的散熱發生變化且不恒定，因此發熱部的加熱所需的電流也變化。於是，需要有針對這類產熱的紊亂、散熱等導致的氣流測量值的變動對策(例如，調整測量電路等)。 　　[0026] 接著，說明有關本實施方式的溫度感測元件中的導線與電極墊片的連接構造。圖3(a)是圖2(a)、圖2(b)中用虛線的圓圈記號A表示的部分的立體圖，圖3(b)是沿向視B-B’線切斷圖3(a)所示的感測元件的剖視圖。尚且，在圖3(a)、圖3(b)中，省略了在導線的上部形成的保護膜的示意圖。 　　[0027] 在有關本實施方式的溫度感測元件中，沒有用補強糊料覆蓋熔接連接於內部電極25a的導線15a的整體，如圖2以及圖3所示，用補強糊料31a覆蓋導線15a的一個側面(單側面部)33，和內部電極25a的上表面中的與該導線的一個側面同側的上表面。補強糊料31a由例如含有玻璃的鉑糊料形成。 　　[0028] 亦即，在俯視導線15a與內部電極25a的連接部分的情況下，如圖2(b)構成如下：補強糊料31a覆蓋導線15a的一個側面側和以該導線15a為中心的內部電極25a的上表面單側，補強糊料沒有覆蓋導線15a的另一側面側以及內部電極25a的另一側的上表面。 　　[0029] 像這樣用補強糊料31a僅僅覆蓋導線15a的一個側面側33和內部電極25a的上表面單側，是為了在該覆蓋步驟後得到在導線的上部形成的保護膜(玻璃補強膜)的固定強度，並藉由該保護膜和內部電極獲得整體的強度。因此，從確保內部電極中的沒有被補強糊料覆蓋的部分的面積較大的觀點出發，用補強糊料大面積地覆蓋內部電極是不優選的。 　　[0030] 如上述，當用補強糊料覆蓋導線15a的一個側面側時，例如從圖3(b)的箭頭C表示的斜上方使用分配器等來填充補強糊料31a。此時，與熔接點的位置相匹配地填充補強糊料31a，該熔接點在導線15a熔接連接於內部電極25a的位置。然後，例如在溫度800～850℃下對填充的補強糊料進行燒製。 　　[0031] 藉由這種方式，能夠在沒有氣泡、空隙的狀態下將補強糊料31a填充並緊貼在內部電極25a與導線15a之間，能夠確保內部電極25a與導線15a的充分的接合強度以及導電性。 　　[0032] 尚且，在內部電極25a上，例如在電極的印刷製程中形成凹狀的溝(凹部)35。內部電極25b也同樣如此。由此，能夠將導線15a保持在基板21的寬度方向的中心，並且能夠避免將導線15a熔接於內部電極25a時的位置偏移。凹狀的溝35的深度，選取能夠充分確保位於熔接的導線15a的下部的內部電極25a的厚度的深度。 　　[0033] 如以上說明，有關本實施方式的溫度感測元件，當用糊料來補強熔接連接於內部電極的導線時形成如下構造：沒有用補強糊料覆蓋內部電極上的導線整體，而是用補強糊料覆蓋導線的一個側面(單側面部)和與該一個側面同側的內部電極的上表面，且補強糊料沒有覆蓋導線的另一側面以及內部電極的另一側的上表面。 　　[0034] 這樣，藉由採用沒有用補強糊料覆蓋導線的整個表面的周圍的結構，在溫度感測元件中降低了發熱部的加熱、冷卻等導致的熱應力負載(stress)，能夠消除熔接部分等處產生裂紋的原因。其結果是，在確保內部電極與導線的充分的接合強度的同時，能夠補強內部電極和導線之間的導電性。 　　[0035] 本發明不限於上述實施方式，能夠進行各種變形。 ＜變形例1＞ 　　在有關上述的實施方式的溫度感測元件中，如圖2以及圖3所示，導線15a的一個側面側33中的被補強糊料31a覆蓋的區域到達該導線15a的頂上部附近，但是覆蓋的區域不限於此。例如，如圖4所示，也可以將導線15a的一個側面側中的被補強糊料41覆蓋的區域縮小至沒有到達該導線的頂上部(圖中，用符號S表示)，並藉由該補強糊料41接合內部電極25a和導線15a。若這樣的話，則能夠減小補強糊料的填充量，能夠以最少量的補強糊料確保內部電極與導線的接合強度。 　　[0036] ＜變形例2＞ 　　關於使用補強糊料對導線進行補強的位置，在圖2以及圖3所示的例子中對各導線選取1個地方，但是不限於此。只要採取各種用補強糊料覆蓋導線的一個側面側和內部電極的單側上表面的結構即可，也可以在導線的一個側面側的2個地方設置補強處。例如，如圖5(a)所示，也可以採取使用在2個地方形成的補強糊料43、45覆蓋導線15a的一個側面側和內部電極25a的單側上表面的結構。 　　[0037] 或者，如圖5(b)所示，還可以作為如下構成：在導線15a的一個側面側設置1個由覆蓋該一個側面側和內部電極25a的一個單側上表面的補強糊料47形成的補強處，在導線15a的另一側面側設置1個覆蓋該另一側面側和內部電極25a的另一單側上表面的補強糊料49而形成的補強處，在合計2處進行補強。 　　[0038] 在圖5(a)、(b)的任一情況下，例如在偏離導線15a被熔接連接於內部電極25a的熔接點(圖中，用符號P表示)的位置處，填充補強糊料設置補強處。由此，導線15a與內部電極25a在多個位置處進行接合、補強。
[0039]
10‧‧‧溫度感測元件
12‧‧‧元件本體部
15a，15b‧‧‧導線
21‧‧‧基板
23‧‧‧電阻被覆膜
23a‧‧‧發熱部
25a、25b‧‧‧內部電極
27‧‧‧保護膜
29‧‧‧表層保護膜
31a，43，45‧‧‧補強糊料
33‧‧‧導線的一個側面(單側面部)
35‧‧‧凹狀的溝
[0014] 　　[圖1] 為表示出有關本發明的實施方式的溫度感測元件的外觀構造的圖。 　　[圖2] 為表示出溫度感測元件的結構的剖視圖，(a)是從水平方向觀察圖1的溫度感測元件時的剖視圖，(b)是從垂直方向觀察時的剖視圖。 　　[圖3] (a)是圖2中用圓圈記號A表示的部分的立體圖，(b)是沿向視B-B’線切斷(a)所示的感測元件的剖視圖。 　　[圖4] 為表示出在導線一個側面側形成的補強糊料的覆蓋區域的變形例的圖。 　　[圖5] 為表示出用補強糊料覆蓋導線和內部電極時的補強處的變形例的圖。

Claims (5)

  1. 一種鉑溫度感測元件，具備： 　　利用規定厚度的絕緣材料所形成之俯視為矩形的絕緣基板； 　　利用在前述絕緣基板上形成的鉑電阻膜所構成的圖案； 　　形成在前述絕緣基板的長邊方向的兩個端部之一對電極； 　　與前述一對電極分別接合並向外部引出的導線；以及 　　保護膜，其在前述絕緣基板的上表面側覆蓋前述圖案、前述一對電極、前述導線中的與前述一對電極接合的部位的上部；其中， 　　在前述接合部位，用補強糊料覆蓋前述導線的一個側面和前述一對電極的前述一個側面側的上表面。
  2. 如請求項1的鉑溫度感測元件，其中， 　　在前述一對電極上分別形成有收容前述導線的凹部。
  3. 如請求項1的鉑溫度感測元件，其中， 　　前述接合的部位中的前述導線的一個側面的複數個地方，或者前述導線的一個側面和另一個側面兩者之複數個地方，被前述補強糊料覆蓋。
  4. 如請求項1至3中任1項的鉑溫度感測元件，其中， 　　前述一對電極、前述導線的表面被覆膜材料、以及前述補強糊料，均利用貴金屬材料所形成。
  5. 如請求項4的鉑溫度感測元件，其中， 　　前述貴金屬材料至少包含鉑。
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