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JP6929126B2 - Temperature sensor element - Google Patents
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Description

本発明は、例えば自動車の排気管を通過する排気ガスや触媒の温度計測に用いる高温用の温度センサ素子に係り、特に、セラミック基板上に白金を主成分とする抵抗パターンが形成された温度センサ素子に関する。 The present invention relates to, for example, a temperature sensor element for high temperature used for measuring the temperature of exhaust gas and a catalyst passing through an exhaust pipe of an automobile, and in particular, a temperature sensor in which a resistance pattern containing platinum as a main component is formed on a ceramic substrate. Regarding the element.

自動車の排気管や触媒には温度センサが取り付けられており、排気ガスの温度が電気信号としてエンジンコントロールユニット(ECU)に送られている。ECUに送られた電気信号により、例えば耐熱制限の厳しい部品の保護や触媒温度が最適となるように燃焼が制御され、排気ガスの浄化や燃費の改善がなされている。 A temperature sensor is attached to the exhaust pipe and catalyst of the automobile, and the temperature of the exhaust gas is sent to the engine control unit (ECU) as an electric signal. Combustion is controlled by the electric signal sent to the ECU, for example, to protect parts with strict heat resistance restrictions and to optimize the catalyst temperature, and to purify exhaust gas and improve fuel efficiency.

このような排気温度センサの一例として、特許文献1に記載されているように、直方体形状のアルミナ基板上に白金膜からなる抵抗パターンを形成すると共に、抵抗パターンの両端に接続する一対の電極を形成し、これら電極にそれぞれリード線を接合して外部に導出させ、抵抗パターンを保護膜層で覆うようにした平板型の温度センサ素子が知られている。 As an example of such an exhaust temperature sensor, as described in Patent Document 1, a resistance pattern made of a platinum film is formed on a rectangular alumina substrate, and a pair of electrodes connected to both ends of the resistance pattern are formed. There is known a flat plate type temperature sensor element formed, in which lead wires are bonded to each of these electrodes and led out to the outside, and the resistance pattern is covered with a protective film layer.

特許文献1に記載の温度センサ素子では、抵抗パターンを構成する感温膜として化学的に極めて安定している白金が用いられているため、高温下においても感温膜に特性変動は生じにくく、高温用途に適したセンサとなっている。しかしながら、近年では900℃を越えるような高い作動温度でも使用可能なセンサが要望されており、このような高温範囲においては、抵抗パターンを覆う保護膜層が電気化学的に分解してしまうという問題が発生する。 In the temperature sensor element described in Patent Document 1, since platinum, which is chemically extremely stable, is used as the temperature-sensitive film constituting the resistance pattern, the characteristics of the temperature-sensitive film are unlikely to fluctuate even at high temperatures. It is a sensor suitable for high temperature applications. However, in recent years, there has been a demand for a sensor that can be used even at a high operating temperature exceeding 900 ° C., and in such a high temperature range, there is a problem that the protective film layer covering the resistance pattern is electrochemically decomposed. Occurs.

そこで従来より、特許文献2に記載されているように、セラミック基板上に白金膜からなる抵抗パターンを形成し、抵抗パターンを覆うようにセラミック基板の主面上に蒸着されたセラミック層と、セラミック層上に設けられたセラミックペースト層とによって保護中間層を構成し、この保護中間層の上に保護膜層を設けた温度センサ素子が提案されている。 Therefore, conventionally, as described in Patent Document 2, a resistance pattern made of a platinum film is formed on a ceramic substrate, and a ceramic layer deposited on the main surface of the ceramic substrate so as to cover the resistance pattern, and a ceramic. A temperature sensor element has been proposed in which a protective intermediate layer is formed by a ceramic paste layer provided on the layer, and a protective film layer is provided on the protective intermediate layer.

このように構成された温度センサ素子によれば、高温領域で2層構造の保護中間層に継続的な負荷がかかった場合でも、クラックが生じる恐れのあるセラミックペースト層の下に、クラックが生じる恐れのないセラミック層が設けられているため、たとえ保護膜層がセラミックペースト層に浸透したとしても、保護膜層は常に白金抵抗パターンから隔離されることになり、保護膜層の電気化学的な分解を防止するようにしている。 According to the temperature sensor element configured in this way, cracks occur under the ceramic paste layer which may cause cracks even when a continuous load is applied to the protective intermediate layer having a two-layer structure in a high temperature region. Since the ceramic layer is provided without fear, the protective film layer is always isolated from the platinum resistance pattern even if the protective film layer penetrates the ceramic paste layer, and the protective film layer is electrochemical. I try to prevent disassembly.

特開平11−121207号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-121207 特許3493343号公報Japanese Patent No. 3493343

温度センサ素子のセラミック基板として広く使用されているアルミナ基板には、焼結の促進や異常結晶成長の防止あるいは特性向上等を目的として、SiO、CaO、BaO、MgO、ZnO、B等の焼結助剤が添加されている。しかし、アルミナ基板上に形成された抵抗パターンの材料である白金は高温下での反応性が高く、特に900℃以上の高温になると、測定雰囲気中の酸素やアルミナ基板に含まれる焼結助剤等の不純物が抵抗パターンに拡散し、その不純物が抵抗パターンの白金と反応したり、白金の結晶粒界に侵入してしまうため、抵抗値ドリフトやTCR変化を引き起こすという問題がある。 Alumina substrates, which are widely used as ceramic substrates for temperature sensor elements, include SiO 2 , CaO, BaO, MgO, ZnO, B 2 O 3 for the purpose of promoting sintering, preventing abnormal crystal growth, or improving characteristics. Etc. are added to the sintering aid. However, platinum, which is a material of the resistance pattern formed on the alumina substrate, has high reactivity at high temperatures, and especially at high temperatures of 900 ° C. or higher, oxygen in the measurement atmosphere and the sintering aid contained in the alumina substrate. Impurities such as these diffuse into the resistance pattern, and the impurities react with the platinum in the resistance pattern or invade the grain boundaries of the platinum, which causes a problem of resistance drift and TCR change.

特許文献2に記載の温度センサ素子では、白金膜からなる抵抗パターンを2層構造のセラミック層で覆うことにより、保護膜層を抵抗パターンから隔離して電気化学的な分解を防止するようにしているが、蒸着により形成されたセラミック層はアモルファス状態であるため、セラミック層によって不純物の抵抗パターンへの拡散を防止して、抵抗パターンの白金との反応や白金の結晶粒界への侵入を抑えることはできない。しかも、セラミック基板としてアルミナ基板を使用した場合、抵抗パターンの白金がアルミナ基板に含まれる焼結助剤等の不純物と反応してしまうことを抑制できないため、このものも抵抗値ドリフトやTCR変化を引き起こすという問題がある。 In the temperature sensor element described in Patent Document 2, the resistance pattern made of a platinum film is covered with a ceramic layer having a two-layer structure to separate the protective film layer from the resistance pattern and prevent electrochemical decomposition. However, since the ceramic layer formed by vapor deposition is in an amorphous state, the ceramic layer prevents impurities from diffusing into the resistance pattern, and suppresses the reaction of the resistance pattern with platinum and the penetration of platinum into the grain boundaries. It is not possible. Moreover, when an alumina substrate is used as the ceramic substrate, it is not possible to suppress the reaction of platinum in the resistance pattern with impurities such as sintering aids contained in the alumina substrate, so that this also causes resistance drift and TCR change. There is a problem of causing.

なお、セラミック基板としてアルミナ基板の代わりに不純物の少ない単結晶サファイア基板を使用することも考えられるが、その場合、抵抗パターンの白金とサファイア基板の線膨張係数が大きく異なることや、表面粗さの小さいサファイア基板に対する抵抗パターンの密着強度が低下する等の理由により、白金抵抗パターンがサファイア基板から剥離してしまうという問題がある。 It is conceivable to use a single crystal sapphire substrate with less impurities instead of the alumina substrate as the ceramic substrate, but in that case, the linear expansion coefficients of the platinum and the sapphire substrate of the resistance pattern are significantly different, and the surface roughness is different. There is a problem that the platinum resistance pattern is peeled off from the sapphire substrate because the adhesion strength of the resistance pattern to the small sapphire substrate is lowered.

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、高温使用下でも抵抗値ドリフトやTCR変化が生じにくい温度センサ素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of such an actual situation of the prior art, and an object of the present invention is to provide a temperature sensor element in which resistance value drift and TCR change are unlikely to occur even under high temperature use.

上記目的を達成するための一手段として、本発明の温度センサ素子は、セラミック基板と、前記セラミック基板の主面上に形成された白金を主成分とするミアンダ形状の抵抗パターンと、前記抵抗パターンを覆う保護膜層とを備えた温度センサ素子において、前記保護膜層が、前記抵抗パターンを覆うように前記セラミック基板の主面上に厚膜形成された白金を含有するアルミナ材料からなるトラップ層と、このトラップ層上に形成されたアルミナを主成分とするオーバーコート層とからなり、前記トラップ層はアルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有することを特徴としている。 As one means for achieving the above object, the temperature sensor element of the present invention has a ceramic substrate, a meander-shaped resistance pattern containing platinum as a main component formed on the main surface of the ceramic substrate, and the resistance pattern. In a temperature sensor element provided with a protective film layer covering the ceramic substrate, the protective film layer is a trap layer made of an alumina material containing platinum and a thick film is formed on the main surface of the ceramic substrate so as to cover the resistance pattern. The trap layer is composed of an overcoat layer containing alumina as a main component formed on the trap layer, and the trap layer is characterized by containing 2 to 30% by volume of platinum as a main component of alumina.

このように構成された温度センサ素子では、セラミック基板上の白金抵抗パターンを覆う保護膜層が、アルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有する内層のトラップ層と、アルミナを主成分とする外層のオーバーコート層とからなり、高温使用下で白金抵抗パターンの反応性が高くなった場合でも、トラップ層のアルミナ材料に分散されている白金が酸素やセラミック基板に含まれる不純物等と反応することによって、白金抵抗パターンの反応が抑えられるため、抵抗値ドリフトやTCR変化を抑えることの可能な信頼性の高いセンサを実現することができる。 In the temperature sensor element configured in this way, the protective film layer covering the platinum resistance pattern on the ceramic substrate contains an inner trap layer containing 2 to 30% by volume of platinum as the main component of alumina and an alumina as the main component. Even when the reactivity of the platinum resistance pattern becomes high under high temperature use, the platinum dispersed in the alumina material of the trap layer reacts with oxygen and impurities contained in the ceramic substrate. By doing so , the reaction of the platinum resistance pattern is suppressed, so that a highly reliable sensor capable of suppressing resistance value drift and TCR change can be realized.

また、上記目的を達成するための他の手段として、本発明の温度センサ素子は、セラミック基板と、前記セラミック基板の主面に形成されたアルミナを主成分とする表面平滑層と、前記表面平滑層上に形成された白金を主成分とする抵抗パターンと、前記抵抗パターンを覆うアルミナを主成分とする保護膜層とを備え、前記保護膜層が、前記抵抗パターンを覆うように前記表面平滑層上に形成されたトラップ層と、このトラップ層上に形成されたオーバーコート層とからなり、前記表面平滑層と前記トラップ層は、いずれも白金を2〜30体積%含有することを特徴としている。 Further, as another means for achieving the above object, the temperature sensor element of the present invention comprises a ceramic substrate, a surface smoothing layer containing alumina as a main component formed on the main surface of the ceramic substrate, and the surface smoothing. A resistance pattern containing platinum as a main component formed on the layer and a protective film layer containing alumina as a main component covering the resistance pattern are provided, and the surface smoothing is provided so that the protective film layer covers the resistance pattern. It is composed of a trap layer formed on the layer and an overcoat layer formed on the trap layer, and the surface smoothing layer and the trap layer are both characterized by containing 2 to 30% by volume of platinum. There is.

このように構成された温度センサ素子では、セラミック基板の主面にアルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有する表面平滑層が形成されていると共に、この表面平滑層上に形成された白金抵抗パターンを覆う保護膜層が、アルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有する内層のトラップ層と、アルミナを主成分とする外層のオーバーコート層とからなり、高温使用下で白金抵抗パターンの反応性が高くなった場合でも、表面平滑層とトラップ層の両方に含有される白金が酸素やセラミック基板に含まれる不純物と反応することで白金抵抗パターンの反応が抑えられ、特に、表面平滑層によりセラミック基板に含まれる不純物と白金抵抗パターンとの反応が抑えられるため、抵抗値ドリフトやTCR変化をより一層抑えることが可能な信頼性の高いセンサを実現することができる。 In the temperature sensor element configured in this way, a surface smoothing layer containing 2 to 30% by volume of platinum as a main component of alumina is formed on the main surface of the ceramic substrate, and is formed on the surface smoothing layer. The protective film layer covering the platinum resistance pattern is composed of a trap layer of an inner layer containing 2 to 30% by volume of platinum as a main component of alumina and an overcoat layer of an outer layer containing 2 to 30% by volume of platinum as a main component of alumina. Even when the reactivity of the resistance pattern becomes high, the reaction of the platinum resistance pattern is suppressed by reacting the platinum contained in both the surface smoothing layer and the trap layer with oxygen and impurities contained in the ceramic substrate, and in particular, Since the surface smoothing layer suppresses the reaction between the impurities contained in the ceramic substrate and the platinum resistance pattern, it is possible to realize a highly reliable sensor capable of further suppressing the resistance value drift and the TCR change.

また、上記構成の温度センサ素子において、セラミック基板がアルミナ純度96%以上のアルミナ基板であり、このアルミナ基板に含まれる不純物と保護膜層中のアルミナおよび白金を除く不純物との合計よりも、トラップ層は白金を多く含有していることが好ましい。 Further, in the temperature sensor element having the above configuration, the ceramic substrate is an alumina substrate having an alumina purity of 96% or more, and the trap is larger than the total of the impurities contained in the alumina substrate and the impurities other than alumina and platinum in the protective film layer. The layer preferably contains a large amount of platinum.

本発明の温度センサ素子によれば、高温使用下でも白金抵抗パターンの反応や粒界への不純物の侵入に起因する抵抗値ドリフトやTCR変化を防止することができる。 According to the temperature sensor element of the present invention, it is possible to prevent the resistance value drift and the TCR change due to the reaction of the platinum resistance pattern and the invasion of impurities into the grain boundaries even under high temperature use.

本発明の第1実施形態例に係る温度センサ素子の平面図である。It is a top view of the temperature sensor element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1のII−II線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the line II-II of FIG. 図1のIII−III線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the line III-III of FIG. 本発明の第2実施形態例に係る温度センサ素子の断面図である。It is sectional drawing of the temperature sensor element which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態例に係る温度センサ素子の断面図である。It is sectional drawing of the temperature sensor element which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態例に係る温度センサ素子の断面図である。It is sectional drawing of the temperature sensor element which concerns on 4th Embodiment of this invention.

発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図1〜図3に示すように、本発明の第1実施形態例に係る温度センサ素子1は、直方体形状のセラミック基板2と、セラミック基板2の主面(表面)2aに形成されたミアンダ形状の抵抗パターン3と、抵抗パターン3の両端部に接続するようにセラミック基板2の主面2aに形成された一対の電極4と、抵抗パターン3を覆う保護膜層5と、一対の電極4上に接合されてセラミック基板2の外部へ突出する図示せぬリード線とを備えて構成されている。 Explaining the embodiment of the present invention with reference to the drawings, as shown in FIGS. 1 to 3, the temperature sensor element 1 according to the first embodiment of the present invention includes a rectangular ceramic substrate 2 and a ceramic substrate. A meander-shaped resistance pattern 3 formed on the main surface (surface) 2a of 2 and a pair of electrodes 4 formed on the main surface 2a of the ceramic substrate 2 so as to be connected to both ends of the resistance pattern 3 and a resistance pattern. It is configured to include a protective film layer 5 that covers 3 and a lead wire (not shown) that is joined onto a pair of electrodes 4 and projects to the outside of the ceramic substrate 2.

セラミック基板2はアルミナ純度96%以上のアルミナ基板であり、このセラミック基板(アルミナ基板)2には、主成分であるアルミナ(Al)にSiOやMgO等の焼結助剤が添加されている。 The ceramic substrate 2 is an alumina substrate having an alumina purity of 96% or more, and in this ceramic substrate (alumina substrate) 2, a sintering aid such as SiO 2 or MgO is added to alumina (Al 2 O 3 ) which is the main component. Has been done.

抵抗パターン3は白金(Pt)を主成分とする薄膜抵抗膜であり、この抵抗パターン3はPtをスパッタしてパターニングすることにより、セラミック基板2の主面2a上にミアンダ形状に形成されている。 The resistance pattern 3 is a thin film resistance film containing platinum (Pt) as a main component, and the resistance pattern 3 is formed in a meander shape on the main surface 2a of the ceramic substrate 2 by sputtering and patterning Pt. ..

一対の電極4は白金を主成分とする電極ペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成させたものであり、本実施形態例の場合、一対の電極4は両方共にセラミック基板2の図示左側の短辺部に配置されているが、一対の電極4をセラミック基板2の長手方向両端部に振り分けて配置しても良い。 The pair of electrodes 4 are made by screen-printing an electrode paste containing platinum as a main component, drying and firing. In the case of this embodiment, both of the pair of electrodes 4 are the short sides on the left side of the ceramic substrate 2 in the drawing. Although it is arranged in the portion, the pair of electrodes 4 may be distributed and arranged at both ends in the longitudinal direction of the ceramic substrate 2.

保護膜層5は、抵抗パターン3を覆うようにセラミック基板2の主面2a上に形成されたトラップ層6と、このトラップ層6上に形成されたオーバーコート層7との2層構造からなる。トラップ層6は白金を含有するアルミナペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成させたものであり、主成分であるアルミナに対する白金の含有率は2〜30体積%である。オーバーコート層7はアルミナペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成させたものであり、オーバーコート層7に白金は含有されていない。 The protective film layer 5 has a two-layer structure consisting of a trap layer 6 formed on the main surface 2a of the ceramic substrate 2 so as to cover the resistance pattern 3 and an overcoat layer 7 formed on the trap layer 6. .. The trap layer 6 is obtained by screen-printing an alumina paste containing platinum, drying and firing it, and the content of platinum with respect to alumina as the main component is 2 to 30% by volume. The overcoat layer 7 is obtained by screen-printing an alumina paste, drying and firing, and the overcoat layer 7 does not contain platinum.

なお、図示せぬ一対のリード線は例えばニッケル芯線の白金被覆線であり、これらリード線は対応する電極4上に溶接により接合されている。 The pair of lead wires (not shown) are, for example, platinum-coated wires of nickel core wires, and these lead wires are joined to the corresponding electrodes 4 by welding.

次に、このように構成された温度センサ素子1の製造工程について説明すると、まず、セラミック基板2が多数個取りされる大判基板(例えばアルミナ純度99%)を準備する。この大判基板には予め1次分割溝と2次分割溝が格子状に設けられており、両分割溝によって区切られたマス目の1つ1つが1個分のチップ領域となる。 Next, the manufacturing process of the temperature sensor element 1 configured in this way will be described. First, a large-format substrate (for example, alumina purity 99%) on which a large number of ceramic substrates 2 are taken is prepared. The large-format substrate is provided with a primary dividing groove and a secondary dividing groove in a grid pattern in advance, and each of the squares divided by both dividing grooves serves as a chip area for one piece.

そして、大判基板の表面に白金(Pt)をスパッタ蒸着して着膜した後、このPt膜をフォトリソグラフィによりパターニングすることにより、大判基板上の各チップ領域にミアンダ形状の抵抗パターン3を形成する。 Then, platinum (Pt) is sputter-deposited on the surface of the large-format substrate to form a film, and then the Pt film is patterned by photolithography to form a meander-shaped resistance pattern 3 in each chip region on the large-format substrate. ..

次に、大判基板の表面に白金を含有する電極ペーストをスクリーン印刷し、これを乾燥して約1400℃の高温で焼成することにより、抵抗パターン3の両端部に接続する電極4を形成する。 Next, an electrode paste containing platinum is screen-printed on the surface of a large-format substrate, dried and fired at a high temperature of about 1400 ° C. to form electrodes 4 connected to both ends of the resistance pattern 3.

次に、大判基板の表面に白金を2〜30体積%含有するアルミナペースト(例えばアルミナ90vol%、白金10vol%)をスクリーン印刷し、これを乾燥して1400℃以上の高温で焼成することにより、大判基板上の各チップ領域に抵抗パターン3を覆うトラップ層6を形成する。このトラップ層6は抵抗パターン3の周囲に露出する大判基板の表面に密着しており、抵抗パターン3と電極4の接続箇所もトラップ層6によって覆われる。 Next, an alumina paste containing 2 to 30% by volume of platinum (for example, 90 vol% of alumina and 10 vol% of platinum) is screen-printed on the surface of a large-format substrate, dried and fired at a high temperature of 1400 ° C. or higher. A trap layer 6 covering the resistance pattern 3 is formed in each chip region on the large-format substrate. The trap layer 6 is in close contact with the surface of the large-format substrate exposed around the resistance pattern 3, and the connection portion between the resistance pattern 3 and the electrode 4 is also covered by the trap layer 6.

次に、トラップ層6の上からアルミナペーストをスクリーン印刷し、これを乾燥して1400℃以上の高温で焼成することにより、トラップ層6を覆うオーバーコート層7を形成する。その結果、アルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有する内層のトラップ層6と、アルミナを主成分として白金を含有しない外層のオーバーコート層7とからなる2層構造の保護膜層5が形成される。 Next, the alumina paste is screen-printed on the trap layer 6, dried and fired at a high temperature of 1400 ° C. or higher to form the overcoat layer 7 covering the trap layer 6. As a result, the protective film layer 5 having a two-layer structure composed of a trap layer 6 of an inner layer containing 2 to 30% by volume of platinum as a main component of alumina and an overcoat layer 7 of an outer layer containing 2 to 30% by volume of platinum as a main component of alumina and containing no platinum as a main component. Is formed.

ここまでの各工程は多数個取り用の大判基板に対する一括処理であるが、次なる工程では、大判基板を1次分割溝と2次分割溝に沿って個片分割することにより、セラミック基板2と同等の大きさのチップ単体を得る。しかる後、個片化された各チップ単体の電極4にリード線を溶接し、その溶接個所をポッティングガラス等の強化膜で覆うことにより、図1〜図3に示すような温度センサ素子1が得られる。 Each step up to this point is a batch process for a large-format substrate for taking a large number of pieces, but in the next step, the ceramic substrate 2 is divided into individual pieces along the primary dividing groove and the secondary dividing groove. Obtain a single chip of the same size as. After that, the lead wire is welded to the electrode 4 of each of the individual chips, and the welded portion is covered with a reinforcing film such as potting glass, whereby the temperature sensor element 1 as shown in FIGS. 1 to 3 is formed. can get.

以上説明したように、第1実施形態例に係る温度センサ素子1は、白金膜からなる抵抗パターン3を覆う保護膜層5がトラップ層6とオーバーコート層7の2層構造からなり、外層のオーバーコート層7が白金を含有しないアルミナからなると共に、抵抗パターン3を覆ってセラミック基板2の主面2aに密着する内層のトラップ層6が、アルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有しているため、例えば1000℃以上の高温使用下においても、トラップ層6に含有される白金が測定雰囲気中の酸素やセラミック基板2に含まれる不純物等と反応することにより、白金抵抗パターン3が測定雰囲気中の酸素やセラミック基板2の不純物等と反応することが緩和され、白金抵抗パターン3の反応に起因する抵抗値ドリフトやTCR変化を抑制することができる。 As described above, in the temperature sensor element 1 according to the first embodiment, the protective film layer 5 covering the resistance pattern 3 made of a platinum film has a two-layer structure of a trap layer 6 and an overcoat layer 7, and is an outer layer. The overcoat layer 7 is made of alumina that does not contain platinum, and the trap layer 6 of the inner layer that covers the resistance pattern 3 and adheres to the main surface 2a of the ceramic substrate 2 contains 2 to 30% by volume of platinum as the main component of alumina. Therefore, for example, even under high temperature use of 1000 ° C. or higher, the platinum contained in the trap layer 6 reacts with oxygen in the measurement atmosphere, impurities contained in the ceramic substrate 2, and the like, so that the platinum resistance pattern 3 is formed. The reaction with oxygen in the measurement atmosphere, impurities in the ceramic substrate 2, and the like is alleviated, and the resistance value drift and TCR change caused by the reaction of the platinum resistance pattern 3 can be suppressed.

ここで、トラップ層6における白金の含有率が2%未満であると、トラップ層6が白金抵抗パターン3の反応を抑える機能をほとんど発揮しなくなり、その反対にトラップ層6における白金の含有率が30%を越えると、トラップ層6に含有される白金によって白金抵抗パターン3の抵抗値が大きく低下してしまうため、第1実施形態例に係る温度センサ素子1では、アルミナを主成分とするトラップ層6に添加される白金の含有率を2〜30%としている。 Here, if the platinum content in the trap layer 6 is less than 2%, the trap layer 6 hardly exerts the function of suppressing the reaction of the platinum resistance pattern 3, and conversely, the platinum content in the trap layer 6 is high. If it exceeds 30%, the resistance value of the platinum resistance pattern 3 is greatly lowered by the platinum contained in the trap layer 6. Therefore, in the temperature sensor element 1 according to the first embodiment, the trap containing alumina as the main component is used. The content of platinum added to layer 6 is set to 2 to 30%.

図4は本発明の第2実施形態例に係る温度センサ素子10の断面図であり、図2に対応する部分には同一符号を付してある。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the temperature sensor element 10 according to the second embodiment of the present invention, and the parts corresponding to FIG. 2 are designated by the same reference numerals.

第2実施形態例に係る温度センサ素子10が第1実施形態例に係る温度センサ素子1と相違する点は、白金抵抗パターン3がセラミック基板2の主面2a上に形成されておらず、白金抵抗パターン3とセラミック基板2の主面2aとの間に、アルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有する表面平滑層8が介設されていることにあり、それ以外の構成は基本的に同じである。 The difference between the temperature sensor element 10 according to the second embodiment and the temperature sensor element 1 according to the first embodiment is that the platinum resistance pattern 3 is not formed on the main surface 2a of the ceramic substrate 2, and platinum. A surface smoothing layer 8 containing 2 to 30% by volume of platinum as a main component of alumina is interposed between the resistance pattern 3 and the main surface 2a of the ceramic substrate 2, and other configurations are basic. Is the same.

すなわち、図4に示す温度センサ素子10では、セラミック基板2の主面2a上にアルミナを主成分として白金を含有(含有率2〜30%)する表面平滑層8が形成され、この表面平滑層8上に白金膜からなる抵抗パターン3が形成されていると共に、抵抗パターン3を覆う内層のトラップ層6と、トラップ層6を覆う外層のオーバーコート層7とによって2層構造の保護膜層5が形成されている。その結果、抵抗パターン3が白金を含有する表面平滑層8とトラップ層6とでサンドウィッチされると共に、表面平滑層8の周囲に露出するセラミック基板2の主面2aにオーバーコート層7の周縁部が密着した構造となっている。 That is, in the temperature sensor element 10 shown in FIG. 4, a surface smoothing layer 8 containing alumina as a main component and containing platinum (content rate 2 to 30%) is formed on the main surface 2a of the ceramic substrate 2, and the surface smoothing layer 8 is formed. A resistance pattern 3 made of a platinum film is formed on the 8 and a protective film layer 5 having a two-layer structure is formed by an inner trap layer 6 covering the resistance pattern 3 and an outer overcoat layer 7 covering the trap layer 6. Is formed. As a result, the resistance pattern 3 is sandwiched between the platinum-containing surface smoothing layer 8 and the trap layer 6, and the peripheral portion of the overcoat layer 7 is formed on the main surface 2a of the ceramic substrate 2 exposed around the surface smoothing layer 8. Has a structure that is in close contact with each other.

このように構成された第2実施形態例に係る温度センサ素子10においては、セラミック基板2の主面2aにアルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有する表面平滑層8が形成されていると共に、この表面平滑層8上に形成された白金抵抗パターン3を覆う保護膜層5が、アルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有する内層のトラップ層6と、アルミナを主成分とする外層のオーバーコート層7とからなるため、高温使用下で白金抵抗パターン3の反応性が高くなった場合でも、白金抵抗パターン3の周囲が全てアルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有する表面平滑層8とトラップ層6で覆われた構造となり、表面平滑層8とトラップ層6の両方に含有される白金が酸素やセラミック基板に含まれる不純物と反応することで、白金抵抗パターン3の反応を抑えて抵抗値ドリフトやTCR変化を防止することができる。 In the temperature sensor element 10 according to the second embodiment configured in this way, a surface smoothing layer 8 containing 2 to 30% by volume of platinum as a main component of alumina is formed on the main surface 2a of the ceramic substrate 2. At the same time, the protective film layer 5 covering the platinum resistance pattern 3 formed on the surface smoothing layer 8 contains an inner trap layer 6 containing 2 to 30% by volume of platinum as a main component of alumina and an alumina as a main component. Since it is composed of the overcoat layer 7 of the outer layer, even when the reactivity of the platinum resistance pattern 3 becomes high under high temperature use, the circumference of the platinum resistance pattern 3 is entirely composed of alumina and 2 to 30 volumes of platinum. The structure is covered with the surface smoothing layer 8 and the trap layer 6 containing%, and the platinum contained in both the surface smoothing layer 8 and the trap layer 6 reacts with oxygen and impurities contained in the ceramic substrate to resist platinum. It is possible to suppress the reaction of pattern 3 and prevent resistance value drift and TCR change.

図5は本発明の第3実施形態例に係る温度センサ素子20の断面図であり、図2に対応する部分には同一符号を付してある。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the temperature sensor element 20 according to the third embodiment of the present invention, and the parts corresponding to FIG. 2 are designated by the same reference numerals.

第3実施形態例に係る温度センサ素子20が第1実施形態例に係る温度センサ素子1と相違する点は、保護膜層5を構成するオーバーコート層7とトラップ層6のうち、トラップ層6を下部層6aと上部層6bの2層構造にしたことにあり、それ以外の構成は基本的に同じである。ここで、下部層6aと上部層6bは両方共にアルミナを主成分としているが、白金抵抗パターン3に接触する下部層6aは上部層6bよりも白金の含有率が少なく、かつ、下部層6aは白金を0〜10体積%含有し、上部層6bは白金を2〜30体積%含有したものとなっている。すなわち、下部層6aにおける白金の含有率を例えば5体積%とした場合は、上部層6bにおける白金の含有率を5〜30体積%とし、下部層6aが白金を全く含有しない場合は、上部層6bにおける白金の含有率を2〜30体積%とすれば良い。 The difference between the temperature sensor element 20 according to the third embodiment and the temperature sensor element 1 according to the first embodiment is that the trap layer 6 is among the overcoat layer 7 and the trap layer 6 constituting the protective film layer 5. Is a two-layer structure of a lower layer 6a and an upper layer 6b, and the other configurations are basically the same. Here, both the lower layer 6a and the upper layer 6b contain alumina as a main component, but the lower layer 6a in contact with the platinum resistance pattern 3 has a lower platinum content than the upper layer 6b, and the lower layer 6a has a lower platinum content. The upper layer 6b contains 2 to 30% by volume of platinum and contains 0 to 10% by volume of platinum. That is, when the platinum content in the lower layer 6a is, for example, 5% by volume, the platinum content in the upper layer 6b is 5 to 30% by volume, and when the lower layer 6a does not contain platinum at all, the upper layer The platinum content in 6b may be 2 to 30% by volume.

このように構成された第3実施形態例に係る温度センサ素子20においては、トラップ層6の上部層6bと白金抵抗パターン3との間に、上部層6bよりも白金の含有率の少ない下部層6aが介在するため、下部層6aによってトラップ層6に含有される白金による抵抗値変化を抑えつつ、上部層6bに含有される白金の量を増やして白金抵抗パターン3の反応をより効果的に抑えることができる。 In the temperature sensor element 20 according to the third embodiment configured in this way, the lower layer having a lower platinum content than the upper layer 6b between the upper layer 6b of the trap layer 6 and the platinum resistance pattern 3 Since 6a is interposed, the lower layer 6a suppresses the change in resistance value due to the platinum contained in the trap layer 6, and the amount of platinum contained in the upper layer 6b is increased to make the reaction of the platinum resistance pattern 3 more effective. It can be suppressed.

図6は本発明の第4実施形態例に係る温度センサ素子30の断面図であり、図5に対応する部分には同一符号を付してある。 FIG. 6 is a cross-sectional view of the temperature sensor element 30 according to the fourth embodiment of the present invention, and the parts corresponding to FIG. 5 are designated by the same reference numerals.

第4実施形態例に係る温度センサ素子30が第3実施形態例に係る温度センサ素子20と相違する点は、白金抵抗パターン3がセラミック基板2の主面2a上に形成されておらず、白金抵抗パターン3とセラミック基板2の主面2aとの間に、アルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有する表面平滑層8が介設されていることにあり、それ以外の構成は基本的に同じである。 The difference between the temperature sensor element 30 according to the fourth embodiment and the temperature sensor element 20 according to the third embodiment is that the platinum resistance pattern 3 is not formed on the main surface 2a of the ceramic substrate 2, and platinum. A surface smoothing layer 8 containing 2 to 30% by volume of platinum as a main component of alumina is interposed between the resistance pattern 3 and the main surface 2a of the ceramic substrate 2, and other configurations are basic. Is the same.

すなわち、図6に示す温度センサ素子30では、セラミック基板2の主面2a上にアルミナを主成分として白金を含有(含有率2〜30体積%)する表面平滑層8が形成されていると共に、この表面平滑層8上に白金膜からなる抵抗パターン3が形成されており、この抵抗パターン3を覆うトラップ層6とオーバーコート層7からなる保護膜層5のうち、トラップ層6が下部層6aと上部層6bの2層構造になっている。その結果、トラップ層6の上部層6bと白金抵抗パターン3との間に、上部層6bよりも白金の含有率の少ない下部層6aが介在すると共に、この下部層6aと白金を含有する表面平滑層8との間に白金抵抗パターン3がサンドウィッチされた構造となっている。 That is, in the temperature sensor element 30 shown in FIG. 6, a surface smoothing layer 8 containing alumina as a main component and platinum (content rate 2 to 30% by volume) is formed on the main surface 2a of the ceramic substrate 2. A resistance pattern 3 made of a platinum film is formed on the surface smoothing layer 8, and of the protective film layer 5 composed of a trap layer 6 and an overcoat layer 7 covering the resistance pattern 3, the trap layer 6 is the lower layer 6a. It has a two-layer structure of the upper layer 6b and the upper layer 6b. As a result, the lower layer 6a having a lower platinum content than the upper layer 6b is interposed between the upper layer 6b of the trap layer 6 and the platinum resistance pattern 3, and the lower layer 6a and the surface smoothness containing platinum are smoothed. The platinum resistance pattern 3 is sandwiched between the layer 8 and the layer 8.

このように構成された第4実施形態例に係る温度センサ素子30においては、高温使用下で白金抵抗パターン3の反応性が高くなった場合でも、表面平滑層8とトラップ層6の両方に含有される白金が酸素やセラミック基板に含まれる不純物等と反応することで、白金抵抗パターン3の反応を抑えて抵抗値ドリフトやTCR変化を防止することができる。しかも、トラップ層6がアルミナを主成分とする下部層6aと上部層6bの2層構造からなり、上部層6bと白金抵抗パターン3との間に上部層6bに比べて白金の含有率の少ない下部層6aが介在するため、下部層6aによってトラップ層6に含有される白金による抵抗値変化を抑えつつ、上部層6bに含有される白金の量を増やして白金抵抗パターン3の反応をより効果的に抑えることができる。 In the temperature sensor element 30 according to the fourth embodiment configured in this way, even when the reactivity of the platinum resistance pattern 3 becomes high under high temperature use, it is contained in both the surface smoothing layer 8 and the trap layer 6. By reacting the platinum with oxygen or impurities contained in the ceramic substrate, the reaction of the platinum resistance pattern 3 can be suppressed and the resistance value drift and the TCR change can be prevented. Moreover, the trap layer 6 has a two-layer structure of a lower layer 6a and an upper layer 6b containing alumina as a main component, and the platinum content between the upper layer 6b and the platinum resistance pattern 3 is lower than that of the upper layer 6b. Since the lower layer 6a intervenes, the lower layer 6a suppresses the change in resistance value due to the platinum contained in the trap layer 6, and the amount of platinum contained in the upper layer 6b is increased to make the reaction of the platinum resistance pattern 3 more effective. Can be suppressed.

1,10,20,30 温度センサ素子
2 セラミック基板
2a 主面
3 抵抗パターン
4 電極
5 保護膜層
6 トラップ層
6a 下部層
6b 上部層
7 オーバーコート層
1,10,20,30 Temperature sensor element 2 Ceramic substrate 2a Main surface 3 Resistance pattern 4 Electrode 5 Protective film layer 6 Trap layer 6a Lower layer 6b Upper layer 7 Overcoat layer

Claims (3)

セラミック基板と、前記セラミック基板の主面上に形成された白金を主成分とするミアンダ形状の抵抗パターンと、前記抵抗パターンを覆う保護膜層とを備えた温度センサ素子において、
前記保護膜層が、前記抵抗パターンを覆うように前記セラミック基板の主面上に厚膜形成された白金を含有するアルミナ材料からなるトラップ層と、このトラップ層上に形成されたアルミナを主成分とするオーバーコート層とからなり、前記トラップ層はアルミナを主成分として白金を2〜30体積%含有することを特徴とする温度センサ素子。
In a temperature sensor element provided with a ceramic substrate, a platinum-based meander-shaped resistance pattern formed on the main surface of the ceramic substrate, and a protective film layer covering the resistance pattern.
The protective film layer is composed of a trap layer made of a platinum-containing alumina material in which a thick film is formed on the main surface of the ceramic substrate so as to cover the resistance pattern, and an alumina formed on the trap layer as a main component. A temperature sensor element comprising an overcoat layer, wherein the trap layer contains alumina as a main component and platinum in an amount of 2 to 30% by volume.
セラミック基板と、前記セラミック基板の主面に形成されたアルミナを主成分とする表面平滑層と、前記表面平滑層上に形成された白金を主成分とする抵抗パターンと、前記抵抗パターンを覆うアルミナを主成分とする保護膜層とを備え、
前記保護膜層が、前記抵抗パターンを覆うように前記表面平滑層上に形成されたトラップ層と、このトラップ層上に形成されたオーバーコート層とからなり、
前記表面平滑層と前記トラップ層は、いずれも白金を2〜30体積%含有することを特徴とする温度センサ素子。
A ceramic substrate, a surface smoothing layer containing alumina as a main component formed on the main surface of the ceramic substrate, a resistance pattern containing platinum as a main component formed on the surface smoothing layer, and alumina covering the resistance pattern. With a protective film layer whose main component is
The protective film layer is composed of a trap layer formed on the surface smoothing layer so as to cover the resistance pattern, and an overcoat layer formed on the trap layer.
The temperature sensor element, wherein both the surface smoothing layer and the trap layer contain 2 to 30% by volume of platinum.
請求項1または2の記載において、前記セラミック基板はアルミナ純度96%以上のアルミナ基板であり、このアルミナ基板に含まれる不純物と前記保護膜層中のアルミナおよび白金を除く不純物との合計よりも、前記トラップ層は白金を多く含有することを特徴とする温度センサ素子。 In the description of claim 1 or 2, the ceramic substrate is an alumina substrate having an alumina purity of 96% or more, and the sum of impurities contained in the alumina substrate and impurities other than alumina and platinum in the protective film layer is larger than the total. The temperature sensor element, wherein the trap layer contains a large amount of platinum.
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