JP2503096B2 - 薄膜抵抗体素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は薄膜抵抗体素子に係り、特に抵抗温度計や熱
式流量計等における検出素子等として好適に用いられる
薄膜抵抗体素子に関するものである。

（背景技術） 従来から、特開昭60−60521号公報等に示されている
ように、電気絶縁性のセラミックス担体の表面上に電気
抵抗体としての金属薄膜が形成されると共に、該金属薄
膜を覆うガラスコート層が設けられて成る構造を有し、
かかる金属薄膜における抵抗値の温度依存性に基づい
て、流体等の温度を電気的に検出し得るようにした薄膜
抵抗体素子が知られており、抵抗温度計や熱式流量計等
における検出素子などとして用いられてきている。

ところで、このような薄膜抵抗体素子は、使用に際し
て、自己発熱や外部からの伝熱によって高温に晒される
場合が多いことから、その金属薄膜の材料として、通
常、白金，ロジウム，パラジウム，金，銀，ニッケル、
或いはそれらの合金が用いられ、例えば、スパッタリン
グや気相成長（CVD），蒸着，メッキ等の物理的乃至は
化学的方法により、セラミックス担体の表面上に薄膜を
形成した後、該薄膜を、必要に応じて、レーザートリミ
ング等により、スパイラル状や蛇行形態等の適当な形状
に成形することによって、所定の電気抵抗を与える金属
薄膜とされることとなる。

ところが、このようにして形成された金属薄膜上に、
ガラスコート層を形成する場合、金属薄膜が酸化されに
くい材料にて形成されるのに対し、このガラスコート層
は酸化物であるために、金属薄膜との親和力が低く、ガ
ラスコート層の熱処理工程（溶融工程）において、この
親和力の低さにより溶融ガラスが金属薄膜上ではじかれ
てしまい、ガラスコート層が金属薄膜上全体を覆うこと
ができなくなるという問題点があった。

さらに、かかる金属薄膜にあっては、その形成に際し
て、セラミックス担体との間に空気が入り込んでしま
い、該セラミックス担体の表面に対して充分に密着され
得ないことに加えて、かかる金属薄膜は、酸化しにくい
材料にて形成されることから、アルミナ等の酸化物から
成るセラミックス担体に対する親和性が低いために、セ
ラミックス担体に対する付着強度が小さかったのであ
る。また、かかる金属薄膜の表面上に形成されるガラス
コート層も、酸化物であるために、金属薄膜との親和性
が低く、該金属薄膜に対する付着強度を充分に得ること
が難しかった。

そして、そのために、従来の薄膜抵抗体素子にあって
は、使用時に繰り返して及ぼされる熱変動に起因する熱
応力等によって、金属薄膜やガラスコート層に対してク
ラックや剥離等が惹起されてしまい、欠陥が生ずる恐れ
があったのであり、充分な耐久性が確保され難いという
問題点をも有していたのである。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景とし
て為されたものであって、その解決課題とするところ
は、金属薄膜上におけるガラスコート層のはじきが防止
されると共に、セラミックス担体に対する金属薄膜およ
びガラスコート層の付着強度が改善され得て、優れた耐
久性および信頼性が発揮され得る、改良された薄膜抵抗
体素子を提供することにある。

（解決手段） そして、かかる課題を解決するために、本発明にあっ
ては、セラミックス担体の表面に金属薄膜が形成される
と共に、該金属薄膜の表面を覆うガラスコート層が設け
られて成る薄膜抵抗体素子において、前記金属薄膜に対
して、その表面から前記セラミックス担体の表面に至る
穴を、円形換算にて１μｍ以上の大きさで、複数個設け
たことを、その特徴とするものである。

（作用・効果） すなわち、このような本発明に従って構成された薄膜
抵抗体素子にあっては、ガラスコート層の形成工程時に
おける加熱によって、セラミックス担体と金属薄膜との
間に存在する空気が、該金属薄膜に形成された穴を通じ
て排出され得て、金属薄膜がセラミックス担体に対して
有利に焼結されることとなり、それによって、それら金
属薄膜とセラミックス担体との付着強度が、効果的に向
上され得るのである。

また、それに加えて、かかる薄膜抵抗体素子において
は、金属薄膜に形成された複数個の穴の内部にガラスコ
ート層が充填されることにより、該ガラスコート層が、
親和性の高いセラミックス担体に対して、複数個所にお
いて直接に接触、固着せしめられるところから、該ガラ
スコート層の金属薄膜上におけるはじきが効果的に防止
され、金属薄膜の被覆が有効に為され得ると共に、かか
るガラスコート層の付着強度が有利に向上され得るので
あり、更にこれらガラスコート層とセラミックス担体と
の間に、前記金属薄膜が挟まれた状態で介在されること
から、かかる金属薄膜の付着強度も、より一層向上され
得ることとなる。

そして、それ故、本発明に従えば、セラミックス担体
に対する金属薄膜およびガラスコート層の付着強度が大
きく、優れた耐久性を発揮し得る薄膜抵抗体素子が、有
利に実現され得るのである。

（実施例） 以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本
発明の具体的構成について、実施例を参照しつつ、詳細
に説明することとする。

先ず、第１図及び第２図には、本発明に従う構造とさ
れた薄膜抵抗体素子の一具体例が示されている。かかる
図において、10は、アルミナ等のセラミックス材料にて
形成された円筒形状を呈するセラミックス担体である。

そして、該セラミックス担体10の外表面には、白金等
からなる所定幅の金属薄膜12が螺旋状に設けられて固着
されており、電気抵抗体を構成している。なお、かかる
金属薄膜12は、通常、適当な大きさで形成されたセラミ
ックス担体10に対して、その外表面上に、スパッタリン
グや気相成長（CVD）、蒸着、メッキ等の物理的乃至は
化学的方法によって、所定厚さの金属薄膜を形成せしめ
た後、この金属薄膜に対して、レーザートリミング等に
よってスパイラル状のトリミング処理を施すことによっ
て形成されることとなる。

また、かかるセラミックス担体10の両側開口端部に
は、それぞれ、ステンレススチールや白金等の導電性材
料から成る線状のリード14が差し込まれ、それぞれ、白
金などの導電性ペーストが焼き付けられて形成された接
続部16によって、固着されていると共に、該接続部16に
よって、かかるリード14、14が、それぞれ、金属薄膜12
の端部に対して、電気的に導通されている。

さらに、上述の如く、金属薄膜12および接続部16が形
成されたセラミックス担体10の外表面には、それら金属
薄膜12および接続部16の表面を一体的に覆うようにし
て、保護層としてのオーバーコートガラス層18が形成さ
れ、固着されている。なお、かかるオーバーコートガラ
ス層18は、通常、金属薄膜12が形成されたセラミックス
担体10の表面に対して、スラリー状としたガラス粉末
を、ディッピング（浸漬）やブレード塗布、或いはスプ
レー塗布等によって付着せしめて、それを乾燥した後、
加熱溶融させることによって形成されることとなる。

また、そこにおいて、前記金属薄膜12には、第２図に
示されているように、その外表面からセラミックス担体
10の外表面にまで至る多数の穴20が設けられており、そ
して、これらの穴20内に、オーバーコートガラス層18
が、入り込んで形成されている。

ところで、このような多数の穴20を有する金属薄膜12
の形成は、例えば、前述の如く、セラミックス担体10の
表面上に形成せしめた金属薄膜に対して、適当な熱処理
を加えることによって、有利に為されることとなる。な
お、かかる金属薄膜12を、レーザートリミング等によっ
てスパイラル状に成形する場合、かかる熱処理は、その
ようなトリミング加工の前後、何れの工程において行な
うようにしても良い。

すなわち、このような熱処理により、金属薄膜12に対
して穴20を形成するようにすれば、穴の形成し際して金
属薄膜12に加える熱処理の条件（温度および時間）を調
節することによって、形成される穴20の大きさや、その
密度（間隔）を適宜に設定することができるのである。
なお、一般に、処理温度を高温にしたり、処理時間を長
くすることによって、形成される穴20の大きさを大きく
し、且つその密度を高く設定することができる。

因みに、本発明者らが、アルミナから成るセラミック
ス担体10の表面にスパッタリング形成した、厚さ:5000
Åの白金薄膜12に対して、上述の如き手法に従い、900
℃×10分,900℃×30分,900℃×１時間,900℃×２時間の
各条件下に熱処理を施すことによって、得られた穴20の
形態を、それぞれ、第３図（ａ）〜（ｄ）に示しておく
こととする。即ち、これらの結果からも、処理温度が同
一であれば、処理時間を長くするほど、形成される穴20
の大きさおよび密度が、共に大きくなり、処理時間によ
ってそれらを調節出来ることが、理解されるところであ
る。

そして、このようにして金属薄膜12に形成される穴20
にあっては、その大きさが円形に換算して１μｍ以上と
なるように、しかも有利には、その間隔が５μｍ以下と
なるように、大きさおよび密度が設定されることとな
る。因みに、前記実験によって得られた、第３図（ａ）
〜（ｄ）に示されている白金薄膜12にあっては、（ｃ）
および（ｄ）に示されているものが、かかる条件を満足
するものであって、本発明において有利に用いられるも
のである。

すなわち、かかる金属薄膜12の形成後、更にその表面
上に対して、前記オーバーコートガラス層18が形成され
ることとなるが、金属薄膜12に対して、そのような大き
さの穴20を、望ましくは所定密度において、形成するこ
とによって、かかるオーバーコートガラス層18の形成工
程においてガラス材料を溶融するために加えられる熱に
より、金属薄膜12とセラミックス担体10との間に存在す
る残留空気が、それらの穴20を通じて、有利に排出され
得るのであり、それによって、金属薄膜12がセラミック
ス担体10に対して有利に接触させられ、焼結せしめられ
ることとなり、その付着強度が効果的に向上され得るの
である。

なお、金属薄膜12における穴20の大きさが、円形換算
にて１μｍより小さいと、表面張力のために残留空気が
穴20を通過し難く、またかかる穴20の間隔が大きくなり
過ぎると、例えば５μｍより大きいと、残留空気が穴20
まで達し難くなってしまうために、そのようなもので
は、残留空気の排出が有効に為され難く、本発明の効果
が充分に達成され得ないのである。一方、穴20の大きさ
が大きく、或いは間隔が小さいほど、残留空気の排出に
は有効であるが、かかる穴20が余り大きく、或いは間隔
が小さくなると、金属薄膜12が網状となってしまい、薄
膜の電気抵抗値が大きくなることから、かかる金属薄膜
12の厚さや、製品の使用目的（要求される抵抗値）等に
応じて、決定されるべきである。

さらに、かかる金属薄膜12に設けられた穴20内には、
オーバーコートガラス層18が入り込み、各穴20内におい
て、該オーバーコートガラス層18が、セラミックス担体
10に対して、直接に接触せしめられるところから、かか
るオーバーコートガラス層18が、共に酸化物であって親
和性の高いセラミックス担体10に対して固着されるので
あり、それによって優れた固着強度が有利に得られるこ
ととなるのである。

また、かかるオーバーコートガラス層18にあっては、
金属薄膜12に対して５μｍ以下という充分に小さな間隔
で形成された複数個の穴20内において、セラミックス担
体10に対して強固に固着されることから、該オーバーコ
ートガラス層18の金属薄膜12上におけるはじきが効果的
に防止され得るのであり、金属薄膜12の全体を有利に覆
い得るといった効果も奏され得るのである。

更にまた、このようにオーバーコートガラス層18とセ
ラミックス担体10とが強固に固着されることにより、そ
れらの間で、前記金属薄膜12が挟まれるようにして介在
せしめられることとなるところから、該金属薄膜12のセ
ラミックス担体10に対する固着強度の、より一層の向上
が図られ得るのである。

以上、本発明の具体的構成について詳述してきたが、
本発明は、上記の具体的説明によって何等限定的に解釈
されるものでは決してなく、当業者の知識に基づいて、
種々なる変更、修正、改良等が加えられ得るものであ
り、またそのような実施態様が、本発明の主旨を逸脱し
ない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであ
ることが、理解されるべきである。

例えば、本発明が適用される薄膜抵抗体素子の具体的
構造は、前記実施例のものに限定されるものではなく、
平板状のアルミナ担体における一方或いは両方の面に、
薄膜電気抵抗体を蛇行形態をもって形成せしめたもの
等、公知の各種の薄膜抵抗体素子に対して、何れも有利
に適用され得るものである。

また、金属薄膜12に対して穴20を形成するために施す
熱処理の条件、即ち加熱温度や時間は、前記実施例にお
ける具体的数値によって限定されるものでは決してな
く、何れも、目的とする穴20の大きさや密度、或いは目
的とする薄膜抵抗体素子の抵抗値等に応じて調整される
べきものである。

更にまた、所定の穴20を有する金属薄膜12の形成方法
も、そのような熱処理による方法に限定されるものでは
決してなく、例えば、セラミックス担体10の表面上に加
熱により焼失乃至は昇華し得る材料にて形成された粒体
を適当な密度で付着させた後、その表面上に金属薄膜12
を形成し、更にその後、加熱処理を施してかかる粒体を
消失させることによって、該粒体の消失部位に穴を形成
すること等も、可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例としての薄膜抵抗体素子を
示す縦断面図である。また、第２図は、第１図に示され
ている薄膜抵抗体素子の要部を拡大して示す断面図であ
る。更に、第３図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、
それぞれ、セラミックス担体の表面に形成された金属薄
膜に対して、900℃×10分,900℃×30分,900℃×１時間,
900℃×２時間の熱処理を施すことによって形成される
穴の形態を示す顕微鏡拡大図である。 10:セラミックス担体、12:金属薄膜 14:リード、16:接続部 18:オーバーコートガラス層 20:穴

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス担体の表面に金属薄膜が形成
   されると共に、該金属薄膜の表面を覆うガラスコート層
   が設けられて成る薄膜抵抗体素子において、 前記金属薄膜に対して、その表面から前記セラミックス
   担体の表面に至る穴を、円形換算にて１μｍ以上の大き
   さで、複数個設けたことを特徴とする薄膜抵抗体素子。
2. 【請求項２】前記穴が、５μｍ以下の間隔をもって形成
   されている請求項（１）記載の薄膜抵抗体素子。