従來型のNTCサーミスタはマンガン、コバルト、ニッケル、鉄などからなる複合金屬酸化物を焼結させて出來上がったセラミックス上に電極を形成しチップ化したものがベースになります。
薄膜サーミスタ(FTシリーズ)はSEMITECで培われてきた従來型サーミスタの生産?管理手法とサージアブゾーバー(VRD)や定電流ダイオード(CRD)などのSiウエハーをベースとした半導體プロセス技術を融合させ、世界に先駆けて製品化した獨自のサーミスタです。
FTシリーズは薄いアルミナ基板(標準0.15㎜t)の片面上にNTCサーミスタを形成したものになります。構成される電極やサーミスタの厚さはサブミクロンオーダーでフォトリソグラフィーなどの半導體技術により微細化した均一で生産性に優れたサーミスタです。
薄膜サーミスタは他のサーミスタに比べ薄く體積も小さいためにサーミスタの熱容量が小さく、これまで設置測定ができなかった様な狹い場所での高速の溫度計測が可能となります。
FTシリーズは、接続法(はんだ付け、ワイヤーボンディング,導電性接著剤)に適した電極タイプを用意しております。
現在1005(1.0×0.5㎜)タイプ,0603(0.6×0.3㎜)タイプをリリース中です。
FTシリーズの特徴を生かしたかした実施例をあげます。
薄膜サーミスタを使用した、FT-ZMは高速測定の電子體溫用として開発されました。
電子體溫計用に使用される従來のサーミスタはリードタイプで感熱部は絶縁を目的にガラスや樹脂でコートされ楕円形狀となっています。
一方のFT-ZMは小型の薄膜サーミスタFTの片面にリード線を設けた構造です。
FT-ZMは絶縁部(アルミナ)が平面なので體溫溫計のプローブにFTの絶縁部を面接觸させることで、サーミスタとプローブの熱的結合が向上し、高速での測溫が可能となります。
薄膜サーミスタを使用したFμサーミスタはサーモダイリューションカテーテルに採用されております。
サーモダイリューションカテーテルは心臓の肺動脈に挿入して心拍出量を測定する検査用のカテーテルです。
測定原理はカテーテルを介して低溫に溫調された生理食塩水を心臓に定量供給し、その下流ではカテーテル內に配置された溫度センサで血液の溫度をモニターし、溫度が変化し始めてから正常に戻るまでの時間から心拍出量を算出するもので、溫度センサには高応答性や高溫度精度が求められます。
Fμサーミスタは小型の薄膜サースタの電極の配置を変えることで細い徑の穴などへの挿入可能なカテーテルに適した極細リード線付サーミスタセンサになります。
薄膜サーミスタと多孔性のガス分子吸著材料を組み合わせることにより、ガス選択性の高いSEMITEC獨自のガスセンサを開発しました(特許取得済み)
ガスは、水素、ヘリウム、アンモニア、水蒸気のみに敏感反応します。
水素ガスに関しましては、1ppmのガス濃度の検出に成功、呼気や皮膚ガスなどの醫療用途向けに使用が見込まれております。
薄膜サーミスタを2個使用し、SEMITEC獨自の非接觸の溫度センサ「NCセンサ」を開発しております。
サーミスタを使って物體の溫度を非接觸で測定するには、被測定物から赤外線を受ける側のサーミスタの熱容量を小さくして微小な赤外線の変化に追従できるようにする必要があります。
また、溫度を非接觸で測定する場合、被測定物から赤外線を受けるサーミスタ(受光サーミスタ)と赤外線を受けないサーミスタ(補償用サーミスタ)の差から溫度換算しますので2つのサーミスタは同じ環境に置いた場合に特性が近似している必要があります。
薄膜サーミスタは半導體プロセスを使い生産しているためウエハー內での特性の似通ったサーミスタのペアリングが容易であり、さらに熱容量も小さく非接觸溫度センサとして適しています。
プリンタやコピー機などの熱定著用ローラーの溫度制御用途に使用されております。
薄膜サーミスタの特長を生かし、プリンタやコピー機の熱定著ローラーの溫度制御用に開発されたのが接觸式の溫度センサ、定著センサです。
定著センサのシリーズとしてFSセンサ、HFセンサがあります。
熱定著ローラーは150℃~200℃といった高溫で溫度制御する必要があり、溫度上昇も非常に速いので、素早く溫度をとらえる必要があります。
また、ローラーは回転しており接觸させたセンサが傷をつけてしまい結果としてプリント品質を落としてしまう問題もありました。
SEMITECの定著センサは非常に小型でかつ高溫に耐えられる薄膜サーミスタを使用、さらに接觸面は平らにできる のでそれらの問題を改善できるセンサが実現したことにより、多くの採用実績があります。
様々な電気機器や昨今では電気自動車(xEV)などに電力の供給を擔うパワー半導體。
このパワー半導體の溫度センシングにSEMITECの薄膜サーミスタが注目されています。
例えばEV車であれば直流のバッテリーをパワー半導體が搭載されたインバータで交流に変換して駆動モーター(交流)を動かします。
これまで、パワー半導體の主な材料はシリコン(ケイ素 Si)でしたが、半導體部品の中でも大きな電力を扱うパワー半導體は、動作を行うための電力消費に加え、電流を流した際に一部の電力が熱として逃げてしまう(電力損失)問題がありました。そこでシリコンよりも、電気を通しやすく、電力損失が発生しにくい新しい半導體材料として、SiC(炭化ケイ素、シリコンカーバイト)、GaN(窒化ガリウム、ガン/ガリウムナイトライド)を用いたパワー半導體が開発され、市場への投入(SiC-MOSFETなど)が始まっています。
これらのパワー半導體で、EV車の更なる高効率化が実現、小型化?軽量化にも寄與し結果として航続距離の延長に役立っています。
これまでのシリコン(Si)を使用したパワー半導體は耐熱溫度が150℃であるのに対し、SiCやGaNを使用したパワー半導體は耐熱溫度が250℃であるため、より高い溫度で動作させることが出來ます。
パワー半導體を効率よく働かせるために、溫度センシングは不可欠であり、これまでは一般的な面実裝のサーミスタ(チップサーミスタ:耐熱溫度150℃)を用いるケースが多いのですが、SiCやGaNを使用したパワー半導體の動作溫度は高く(250℃)、一般的な面実裝のサーミスタ(チップサーミスタ)は使用出來ませんでした。
そこで、次世代パワー半導體用途として、薄型、小型、高耐熱(~250℃)が特徴であるSEMITECの薄膜サーミスタが注目され始めているのです。
パワー半導體用薄膜サーミスタ(例)
今後もSEMITECは、薄膜サーミスタの更なる小型化、高精度化を進めて、これまでできなかった微小空間や非常に小さな被測定物の高速、高精度の溫度計測を実現して參ります。
更に薄膜サーミスタの特長を生かし、様々な技術や新材料を組み合わせることでSEMITEC獨自の新しいセンサ開発に挑戦し続けて參ります。