特許 6735802 センサユニット、それを含む温度センサ、該センサユニットの製造方法、及びそれを利用して製造された該温度センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6735802

(24)【登録日】2020年7月16日

(45)【発行日】2020年8月5日

(54)【発明の名称】センサユニット、それを含む温度センサ、該センサユニットの製造方法、及びそれを利用して製造された該温度センサ

(51)【国際特許分類】

   G01K 7/16 20060101AFI20200728BHJP

   H01C 7/04 20060101ALI20200728BHJP

   H01C 17/00 20060101ALI20200728BHJP

   H01C 17/065 20060101ALI20200728BHJP

   H01C 7/00 20060101ALI20200728BHJP

【ＦＩ】

   G01K7/16 Z

   H01C7/04

   H01C17/00 100

   H01C17/065 120

   H01C17/065 500

   H01C7/00 110

【請求項の数】7

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-204980(P2018-204980)

(22)【出願日】2018年10月31日

(65)【公開番号】特開2019-203875(P2019-203875A)

(43)【公開日】2019年11月28日

【審査請求日】2018年10月31日

(31)【優先権主張番号】10-2018-0057988

(32)【優先日】2018年5月21日

(33)【優先権主張国】KR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】514130585

【氏名又は名称】ヘソン・ディーエス・カンパニー・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】李 鎭宇

【審査官】 細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５３９９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０００６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−１４４９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３０９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５３８４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０３１６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２８２１９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−１６６９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０６８６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０６−５０４６２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｋ ７／１６，７／２２

Ｈ０１Ｃ ７／００，７／０２，７／０４

Ｈ０１Ｃ １７／００，１７／０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

製紙材によって形成された表面吸湿性を有する基材層を準備する段階と、
伝導性高分子物質を含む伝導性高分子溶液を形成する段階と、
伝導性高分子溶液に基材層を浸漬し、基材層表面に電気伝導層を形成する段階と、
電気伝導層が形成された基材層を熱処理する段階と、を含むセンサユニットの製造方法。

【請求項2】

前記伝導性高分子溶液を形成する段階は、伝導性高分子物質と不導体物質とを混合して撹拌する段階であることを特徴とする請求項１に記載のセンサユニットの製造方法。

【請求項3】

前記不導体物質は、シリコンオキシド（ＳｉＯ_ｘ）またはグラフェンオキシド（ＧＯ）を含むことを特徴とする請求項２に記載のセンサユニットの製造方法。

【請求項4】

基材層をカッティングし、初期抵抗を設計する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサユニットの製造方法。

【請求項5】

前記電気伝導層を形成する段階以前に、基材層の一面にコーティング層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサユニットの製造方法。

【請求項6】

請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の方法でセンサユニットを製造する段階と、
キャリア基板上にセンサユニットを配置する段階と、
センサユニットと電気的に通電されるように、センサユニットの一端及び他端に、パッド部を形成する段階と、
センサユニットを覆うように、センサユニット上にカバー部を形成する段階と、を含む温度センサの製造方法。

【請求項7】

前記パッド部を形成する段階は、前記センサユニットの一端に連結される第１パッド、及び前記センサユニットの他端に連結される第２パッドを形成することを含み、
前記第１パッド及び前記第２パッドの第１方向の幅は、前記センサユニットの第１方向の幅と同一に形成されることを特徴とする請求項６に記載の温度センサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、製造方法が単純化されて感度が向上されたセンサユニットの製造方法、それを含む温度センサの製造方法、及びそれを利用して製造された温度センサに関する。

【背景技術】

【0002】

温度センサは、家電製品、温度測定機構、ＶＬＳＩ（very large scale integration）チップなど多様な分野で使用されている。普通の材料や電子素子は、温度によって電気特性が変化するために、いずれも温度センサにもなるが、検出温度領域、検出精度、温度特性、量産性、信頼性などの面において、使用目的に適切なものが温度センサとして使用されている。

【0003】

例えば、工業計測用としては、熱電対、温度測定抵抗体、サーミスタ（thermistor）（ＮＴＣ（negative temperature coefficient））、金属式温度計が多用され、生活必需品機器のセンサとしては、サーミスタ（ＮＴＣ、ＰＴＣ（positive temperature coefficient）、ＣＴＲ（critical temperature resistor））感温フェライト、金属式温度計が多用され、特殊用途として、ＮＱＲ（nuclear quadrupole resonance）、超音波、光ファイバを使用したセンサもある。温度の基準用としては、気体温度計、ガラス製二重管温度計、水晶温度計、白金温度測定抵抗体、白金・白金ロジウム熱電対が使用されている。

【0004】

特に、サーミスタのうちＮＴＣサーミスタは、温度上昇によって抵抗値が低下する、負（−）の温度係数αを有した抵抗器である。ＮＴＣサーミスタの材料としては、金属酸化物（例：ＭｇＯ、ＴｉＯ）が使用され、形態と、素材の成分組成とにより、特性値が決定される。

【0005】

そのようなサーミスタは、最近、フレキシブル機器、ウェアラブル機器の要求が増大するにつれ、柔軟性を有するセンサの要求も共に増大している。従来の柔軟性を有するサーミスタは、プラスチック材の基板上に、金属を配線形態に蒸着し、温度による金属の抵抗変化を利用して温度を感知する方式によって具現される。

【0006】

しかし、そのようなサーミスタは、温度に対する抵抗感度が低く、センシング感度を高めるために、他の回路部品を使用したり、直接回路を構成したりするために、微細デバイスを必要とし、製造過程が複雑になり、製造コストが上昇するという問題点がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、製造方法が単純化されて感度が向上されたセンサユニットの製造方法、それを含む温度センサの製造方法、及びそれを利用して製造された温度センサを提供することを目的にする。しかし、そのような課題は、例示的なものであり、それによって、本発明の範囲が限定されるものではない。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一観点によれば、キャリア基板；前記キャリア基板上に配置され、表面吸湿性を有する基材層、及び前記基材層の外面に塗布される電気伝導層を含むセンサユニット；前記センサユニットと電気的に通電されるように、前記センサユニットの一端及び他端にそれぞれ連結されるパッド部；及び前記センサユニット上に配置され、前記センサユニットをカバーするカバー部；を含む温度センサが提供される。

【0009】

本発明の一実施形態によれば、前記パッド部は、前記センサユニットの一端に連結される第１パッド、及び前記センサユニットの他端に連結される第２パッドを含み、前記第１パッド及び前記第２パッドの第１方向の幅は、前記センサユニットの前記電気伝導層の第１方向の幅と同一でもある。

【0010】

本発明の一実施形態によれば、前記基材層は、製紙材を含んでもよい。

【0011】

本発明の一実施形態によれば、前記電気伝導層は、伝導性高分子物質を含んでもよい。

【0012】

本発明の一実施形態によれば、前記電気伝導層は、シリコンオキシド（ＳｉＯ_ｘ）またはグラフェンオキシド（ＧＯ）を含んでもよい。

【0013】

本発明の一実施形態によれば、前記センサユニットは、コーティング層をさらに含み、前記電気伝導層は、前記基材層の一面に配置され、前記コーティング層は、前記基材層の他面にも配置される。

【0014】

本発明の一実施形態によれば、前記パッド部は、前記電気伝導層に直接コンタクトすることができる。

【0015】

本発明の他の観点によれば、製紙材に形成された表面吸湿性を有する基材層を準備する段階；伝導性高分子物質を含む伝導性高分子溶液を形成する段階；伝導性高分子溶液に基材層を浸漬し、該基材層表面に電気伝導層を形成する段階；及び該電気伝導層が形成された基材層を熱処理する段階を含むセンサユニットの製造方法が提供される。

【0016】

本発明の一実施形態によれば、前記伝導性高分子溶液を形成する段階は、伝導性高分子物質と不導体物質とを混合して撹拌する段階でもある。

【0017】

本発明の一実施形態によれば、前記不導体物質は、シリコンオキシド（ＳｉＯ_ｘ）またはグラフェンオキシド（ＧＯ）を含んでもよい。

【0018】

本発明の一実施形態によれば、基材層をカッティングし、初期抵抗を設計する段階をさらに含んでもよい。

【0019】

本発明の一実施形態によれば、前記電気伝導層を形成する段階以前に、基材層の一面にコーティング層を形成する段階をさらに含んでもよい。

【0020】

本発明のさらに他の観点によれば、センサユニットを製造する段階；キャリア基板上にセンサユニットを配置する段階；センサユニットと電気的に通電されるように、センサユニットの一端及び他端に、パッド部を形成する段階；及びセンサユニットを覆うように、センサユニット上にカバー部を形成する段階を含む温度センサの製造方法が提供される。

【0021】

本発明の一実施形態によれば、前記パッド部を形成する段階は、前記センサユニットの一端に連結される第１パッド、及び前記センサユニットの他端に連結される第２パッドを形成することを含み、前記第１パッド及び前記第２パッドの第１方向の幅は、前記センサユニットの第１方向の幅と同一にも形成される。

【0022】

前述のところ以外の他の側面、特徴、利点が、以下の図面、特許請求の範囲、及び発明の詳細な説明から明確になるであろう。

【0023】

そのような一般的であって具体的な側面が、システム、方法、コンピュータープログラム、または何らかのシステム、方法、コンピュータープログラムの組み合わせを使用しても実施される。

【発明の効果】

【0024】

本発明の一実施形態によれば、製造方法が単純化されて感度が向上されたセンサユニットの製造方法、それを含む温度センサの製造方法、及びそれを利用して製造された温度センサを具現することができるが、そのような効果により、本発明の範囲が限定されるものではないということは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態による温度センサを概略的に図示する平面図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切り取った断面を概略的に図示する断面図である。

【図3】本発明の一実施形態による温度センサを概略的に図示する平面図である。

【図4】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って切り取った断面を概略的に図示する断面図である。

【図5】本発明の一実施形態によるセンサユニットを概略的に図示する断面図である。

【図6】図５のＶＩ部分を拡大して撮影したＳＥＭ（scanning electron microscope）写真である。

【図7】本発明の一実施形態によるセンサユニットの製造過程を概略的に図示するフローチャートである。

【図8】本発明の一実施形態による温度センサの製造過程を概略的に図示するフローチャートである。

【図9】本発明のさらに他の一実施形態によるセンサユニットを概略的に図示する平面図である。

【図10】従来の温度センサの温度による抵抗変化グラフである。

【図11】本発明の一実施形態による温度センサの温度による抵抗変化グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明は、多様な変換を加えることができ、さまざまな実施形態を有することができるが、特定実施形態を図面に例示し、詳細な説明によって詳細に説明する。本発明の効果、特徴、及びそれらを達成する方法は、図面と共に詳細に説明する実施形態を参照すれば、明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、多様な形態にも具現されるのである。

【0027】

以下、添付された図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明するが、図面を参照して説明するとき、同一であるか、あるいは対応する構成要素は、同一図面符号を付し、それに係わる重複説明は、省略する。

【0028】

以下の実施形態において、第１、第２のような用語は、限定的な意味ではなく、１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的に使用された。また、単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。

【0029】

一方、「含む」または「有する」というような用語は、明細書上に記載された特徴または構成要素が存在するということを意味するものであり、１以上の他の特徴または構成要素が付加される可能性をあらかじめ排除するものではない。また、膜、領域、構成要素などの部分が他の部分の「上」または「上部」にあるとするとき、他の部分の「真上」または「すぐ上部」にある場合だけではなく、その中間に、他の膜、領域、構成要素などが介在されている場合も含む。

【0030】

図面においては、説明の便宜のために、構成要素がその大きさが誇張されていたり縮小されていたりする。例えば、図面に示された各構成の大きさ及び厚みは、説明の便宜のために任意に示されているので、本発明は、必ずしも図示されたところに限定されるものではない。

【0031】

ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、直交座標系上の３軸に限定されるものではなく、それを含む広い意味に解釈される。例えば、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、互いに直交もするが、互いに直交せずに、互いに異なる方向を指すこともできる。

【0032】

ある実施形態が異なって具現可能な場合、特定の工程順序は、説明される順序と異なるように遂行されもする。例えば、連続して説明される２工程が実質的に同時に遂行されもし、説明される順序と反対の順序にも進められる。

【0033】

図１は、本発明の一実施形態による温度センサ１００を概略的に図示する平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切り取った断面を概略的に図示する断面図である。

【0034】

図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施形態に係わる温度センサ１００は、キャリア基板１０、キャリア基板１０上に配置されるセンサユニット２０、センサユニット２０と電気的に連結されるパッド部３０、及びセンサユニット２０をカバーするカバー部４０を含む。

【0035】

キャリア基板１０は、上部に配置されたセンサユニット２０を支持する役割を行い、硬性（rigid）素材または柔軟性（flexible）素材によっても形成される。キャリア基板１０は、センサユニット２０よりは大きく具備されることが望ましいが、本発明は、必ずしもそれに限定されるものではない。

【0036】

キャリア基板１０が硬性素材によって形成される場合には、例えば、ガラス材、金属材、無機材料（ceramic）のような物質を含んでもよい。キャリア基板１０が柔軟性素材によって形成される場合、センサユニット２０を支持することができるほどであるならばよく、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（polyimide）のようなプラスチック材を含んでもよい。

【0037】

キャリア基板１０上には、センサユニット２０が配置される。本発明の一実施形態に係わるセンサユニット２０は、薄膜型センサユニットであり、例えば、温度センサとして機能することができる。そのようなセンサユニット２０は、導電性を有し、基本的に初期抵抗を有する素子でもある。

【0038】

本発明の一実施形態による温度センサ１００は、抵抗変化を測定することにより、温度をセンシングすることができる。本実施形態で使用されるセンサユニット２０は、温度上昇につれ、抵抗値が低くなるＮＴＣ（negative temperature coefficient）素子によっても設計される。他の実施形態として、センサユニット２０は、温度上昇によって抵抗値が高くなるＰＴＣ（positive temperature coefficient）素子によっても設計される。

【0039】

図１に図示されたセンサユニット２０は、長手方向（ｘ軸方向）に延長された長方形状であるが、本発明によるセンサユニット２０は、多様な形態にも形成される。特に、本発明によるセンサユニット２０は、センサユニット２０の材質による特性上、その形態を多様に具現することが非常に容易であるという側面がある。

【0040】

すなわち、センサユニット２０の基材になる基材層２２は、加工が容易である製紙材によっても形成され、センサユニット２０の形状を自由に具現することが可能である。センサユニット２０は、その厚み、幅、長さなどにより、初期抵抗値が決定されるので、センサユニット２０の形態を自由に具現することにより、初期抵抗、感度を多様に設定することができる。

【0041】

一実施形態として、センサユニット２０を体温計に装着する場合、長さ（ｘ軸方向）約５ｍｍないし７ｍｍ、幅（ｙ軸方向）約２ｍｍほどの大きさに形成することができ、このとき、初期抵抗は、面抵抗値として、約３０ｋΩないし１００ｋΩに設計することができる。ただし、それは一実施形態であるのみ、センサユニット２０が装着される機器のスペックにより、センサユニット２０の大きさ及び形状を多様に変形可能とすることができるということは言うまでもない。

【0042】

センサユニット２０の構成については、図５及び図６の説明で詳細に説明する。

【0043】

図１を参照すれば、センサユニット２０は、基材層２２、基材層２２の一面２２ａ上に配置された電気伝導層２４、及び基材層２２の他面２２ｂ上に配置されたコーティング層２６を具備することができる。他の実施形態として、コーティング層２６の代わりに、基材層２２の他面２２ｂ上に電気伝導層２４を形成し、基材層２２の両面に電気伝導層２４が配置されもする。

【0044】

本発明の一実施形態による基材層２２は、表面吸湿性を有する製紙材によっても形成される。製紙材とは、一般的に、木材パルプなどの植物纎維を原料にし、互いに絡ませるように薄く形成した「紙」素材を意味するものであり、本実施形態においては、例えば、規格化された印刷紙（すなわち、Ａ４用紙など）を使用したが、本発明は、必ずしもそれに限定されるものではない。

【0045】

本発明の一実施形態による製紙材は、「紙」の特性が重要であり、そのうち、特に、サイズ度（sizing degree；ＩＳＯ ５３５ Ｃｏｂｂ）によって左右される。親水性であるセルロース纎維からなる製紙材は、水に濡れやすいために、水に対する抵抗性、すなわち、耐水性を付与する過程をサイジング（sizing）処理といい、水に対する抵抗性を数値化したものをサイズ度（sizing degree）という。例えば、規格化された印刷紙（秤量７５〜９０ｇ／ｍ^２、厚み１００〜１１０μｍ）の場合、約２０ｇ／ｍ^２ないし５０ｇ／ｍ^２のサイズ度を有し、従って、本実施形態による基材層２２も、約２０ｇ／ｍ^２ないし５０ｇ／ｍ^２ほどのサイズ度を有することができる。それは、言い換えれば、約２０ｇ／ｍ^２ないし５０ｇ／ｍ^２ほどのサイズ度を有する製紙材であるならば、本発明の基材層２２として使用可能である。

【0046】

参照として、サイジング処理する方法の一例として、「Ｃｏｂｂ sizing tester」を使用することができる。該測定方法は、測定器に紙を位置させ、リングをその上に固定させる。該紙サイズは、測定器リング中に入るサイズであるならばよい。一般的に、測定時、１５ｃｍｘ１５ｃｍに裁断する。紙が位置した測定器内部に、水を１００ｍｌ注ぎ、２分後、水を注いだ後、濾過紙などを活用して水を除去した後で吸収する前、吸収後の重さを測定し、その差値を求める。その差値を１００倍した数値がＣｏｂｂサイズ度の数値になる。

【0047】

本実施形態の比較例として、サイジング処理をしていない濾紙、メンブレン、または約５０ｇ／ｍ^２以上の耐水性が非常に高い製紙材の場合には、本発明の製紙材として使用が不可能である。すなわち、製紙材のうちでも、特定の約２０ｇ／ｍ^２ないし５０ｇ／ｍ^２ほどのサイズ度を有する製紙材のみを使用することができる。

【0048】

一実験例として、メンブレンまたは濾紙を使用する場合には、メンブレン上または濾紙上に、電気伝導層２４が正しく形成されないという問題点がある。それら材質は、水に対する抵抗性がなく、電気伝導層２４を形成する伝導性高分子物質が水と共に基材層２２を通過してしまうために、基材層２２上に伝導性高分子物質が吸着されず、層を形成することができない。そのように、センサユニット２０を形成する過程については、図７の説明で詳細に敍述する。

【0049】

基材層２２の一面２２ａ上には、電気伝導層２４が配置されもする。電気伝導層２４は、伝導性高分子物質を含んでもよい。該伝導性高分子物質は、一般的に、伝導率１０^−７Ｓｃｍ^−１（半導体以上の値）以上の値を表示する高分子であり、ほとんどの場合、電子受容体または電子供与体を高分子にドーピングすることによって高い伝導率が得られる。該伝導性高分子は、例えば、ポリチオフェン系、ポリピロール系、ポリアニリン系、ポリアセンチレン系、ポリフェニレン系の化合物、及びそれらの混合物などを使用することができ、特に、ポリチオフェン系のうちでも、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）化合物を使用することができる。

【0050】

また、電気伝導層２４は、不導体物質を含んでもよい。不導体物質を利用し、センサユニット２０の初期抵抗を調節することができる。すなわち、該不導体物質を含むことにより、電気伝導層２４の初期抵抗を高め、抵抗変化を増大させることができる。そのような不導体物質は、例えば、シリコンオキシド（ＳｉＯ_ｘ）またはグラフェンオキシド（ＧＯ）などが使用される。

【0051】

基材層２２の他面２２ｂ上には、コーティング層２６が配置されもする。コーティング層２６は、疎水性物質を含んでもよい。該疎水性物質は、水酸基、アミノ基、カルボキシ基のような水分子と親和性がある基を有さない物質でもあり、例えば、油性インク、アクリルインクなどが使用される。

【0052】

そのようにコーティング層２６を形成することにより、基材層２２の一面２２ａにだけ電気伝導層２４が位置することができるようになる。他の実施形態として、コーティング層２６を形成しない場合、基材層２２の両面に、電気伝導層２４が位置することができる。しかし、電気伝導層２４を形成する伝導性高分子物質自体が、基材層２２が吸収されて形成されるものではないために、該伝導性高分子を電気伝導層２４両面に形成することが、センサユニット２０の特性を大きく向上させる機能を行うものではない。むしろ、基材層２２の一面２２ａにだけ電気伝導層２４を形成することが、製造過程において有利であるために、前述のように、基材層２２の他面２２ｂ上には、コーティング層２６が配置される。

【0053】

他の実施形態として、基材層２２の一面２２ａの一部にだけコーティング層２６を形成することもできる。その場合、コーティング層２６のパターンにより、電気伝導層２４のパターンが決定される。すなわち、電気伝導層２４を形成する以前に、コーティング層２６を基材層２２の一面２２ａの一部にだけ形成することにより、電気伝導層２４を、コーティング層２６が形成されていない部分にだけ選択的に形成することができる。それを介して、電気伝導層２４のパターンを自由に形成することができる。

【0054】

キャリア基板１０上には、パッド部３０が位置することができる。パッド部３０は、センサユニット２０と電気的に通電されるように、センサユニット２０の一端及び他端にもそれぞれ連結される。図１を参照すれば、キャリア基板１０上には、センサユニット２０が配置され、センサユニット２０上に、パッド部３０が位置することができる。パッド部３０は、センサユニット２０が、外部装置（図示せず）に容易に連結される端子のような役割を行うことができる。

【0055】

パッド部３０の一側３２ａ，３４ａは、センサユニット２０と連結され、パッド部３０の他側３２ｂ，３４ｂは、外部にも露出される。パッド部３０の一側３２ａ，３４ａがセンサユニット２０と連結されるというのは、パッド部３０の一側３２ａ，３４ａが、センサユニット２０の電気伝導層２４にコンタクトされるとも理解される。そのようなパッド部３０は、第１パッド３２及び第２パッド３４を含んでもよく、第１パッド３２は、センサユニット２０の一側と連結され、第２パッド３４は、センサユニット２０の他側とも連結される。

【0056】

本実施形態によれば、センサユニット２０は、幅方向（ｙ軸方向）に沿って、第１幅ｗ１にも形成される。このとき、幅方向（ｙ軸方向）は、センサユニット２０の長手方向（ｘ軸方向）と垂直である方向とも理解される。パッド部３０は、センサユニット２０の長手方向（ｘ軸方向）の一側及び他側にもそれぞれ配置される。パッド部３０は、幅方向（ｙ軸方向）に沿って、第１幅ｗ１と同一の第２幅ｗ２にも形成される。

【0057】

もしパッド部３０の第２幅ｗ２がセンサユニット２０の第１幅ｗ１より狭く具備される場合、電気伝導層２４自体を面抵抗として活用することができず、初期抵抗値が変わることになる。従って、パッド部３０の第２幅ｗ２は、センサユニット２０の第１幅ｗ１と同一に形成されることが望ましい。

【0058】

他の実施形態として、パッド部３０は、図１及び図２に図示されているように、センサユニット２０に直接連結されてもよく、センサユニット２０が金属リード（図示せず）に連結されて、パッド部３０が金属リードに連結されてもよい。

【0059】

センサユニット２０上には、カバー部４０が配置されてもよい。センサユニット２０は、製紙材によって形成され、外部湿度に非常に敏感な特性を有するために、カバー部４０を介して、センサユニット２０を密封することにより、温度センサ１００の信頼性を確保することができる。カバー部４０は、センサユニット２０の全面を覆い、センサユニット２０と接するパッド部３０の少なくとも一部を覆うことができる。図１を参照すれば、カバー部４０の少なくとも一部は、キャリア基板１０に直接接触することができ、それにより、センサユニット２０の気密性を維持することができる。

【0060】

カバー部４０は、絶縁素材によっても形成され、例えば、有機膜、無機膜、または有機膜と無機膜との複合膜によっても形成される。該有機膜は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレンスルホネート、ポリオキシメチレン、ポリアリレート及び／またはヘキサメチルジシロキサンでなどを含んでもよい。また、該無機膜は、シリコンオキシド、シリコンニトリド及び／またはシリコンオキシニトリドなどを含んでもよい。また、該無機膜は、透明、半透明の素材によっても形成される。

【0061】

パッド部３０の一側は、カバー部４０によってカバーされ、パッド部３０の他側は、外部にも露出される。パッド部３０の一側がカバー部４０によってカバーされるというのは、図１のように、パッド部３０の一側がセンサユニット２０と、それをカバーするカバー部４０とによってカバーされると理解される。すなわち、本実施形態は、パッド部３０が配置され、パッド部３０上に、センサユニット２０が配置される構造であるが、パッド部３０の一側がカバー部４０によってカバーされるということは、センサユニット２０によって、パッド部３０の一側がカバーされる構造でもある。他の実施形態として、キャリア基板１０上に、センサユニット２０が配置され、パッド部３０がセンサユニット２０上に配置される場合、パッド部３０の一側は、センサユニット２０とカバー部４０との間に介在され、カバー部４０によってもカバーされる。

【0062】

図３は、本発明の一実施形態による温度センサ１００を概略的に図示する平面図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って切り取った断面を概略的に図示する断面図である。

【0063】

図３及び図４の温度センサ１００’は、前述の図１及び図２の温度センサ１００と比較するとき、センサユニット２０とパッド部３０との配置関係において違いがある。以下では、差異を中心に説明し、重複内容は、省略する。

【0064】

本実施形態においては、キャリア基板１０上にパッド部３０が位置し、パッド部３０上にセンサユニット２０が配置された構造を具備する。センサユニット２０は、パッド部３０と少なくとも一部が重畳されるように配置される。図１の実施形態において説明したように、パッド部３０は、センサユニット２０の電気伝導層２４と直接接触するものであり、本実施形態においては、電気伝導層２４が基材層２２の他面２２ｂ上に配置され、コーティング層２６が基材層２２の一面２２ａ上に配置される。

【0065】

センサユニット２０上には、前述の実施形態と同一にコーティング層２６が配置される。

【0066】

図５は、本発明の一実施形態によるセンサユニット２０を概略的に図示する断面図であり、図６は、図５のＶＩ部分を拡大して撮影したＳＥＭ（scanning electron microscope）写真である。

【0067】

図５を参照すれば、本発明の一実施形態によるセンサユニット２０は、基材層２２、基材層２２の一面２２ａに配置される電気伝導層２４、基材層２２の他面２２ｂに配置されるコーティング層２６を含んでもよい。図５においては、基材層２２の一面２２ａと他面２２ｂとを連結する側面２２ｃに、電気伝導層２４が延長されて配置されもする。

【0068】

前述のように、基材層２２は、表面吸湿性を有する製紙材によっても形成される。製紙材とは、一般的に、木材パルプなどの植物纎維を原料にし、互いに絡まるように薄く形成した「紙」素材を意味し、例えば、規格化された印刷紙などを使用することができる。本実施形態による基材層２２は、例えば、約２０ｇ／ｍ^２ないし５０ｇ／ｍ^２のサイズ度を有することができる。前述の規格化された印刷紙は、約２０ｇ／ｍ^２ないし５０ｇ／ｍ^２のサイズ度を有する。ただし、本発明は、それに限定されるものではなく、前記サイズ度を有する製紙材であるならば、本発明の基材層２２として使用することが可能である。

【0069】

一方、基材層２２の一面２２ａには、電気伝導層２４が配置される。電気伝導層２４は、伝導性高分子物質を含んでもよく、伝導性高分子物質と水とを混合して形成した溶液に、基材層２２を浸湿することにより、形成することができる。浸湿時間を調節することにより、電気伝導層２４の形成厚を調節することができ、その後、伝導性高分子物質が沈積された基材層２２を熱処理することにより、電気伝導層２４を形成することができる。

【0070】

そのような過程によって形成された電気伝導層２４は、基材層２２の一面２２ａ上に配置される。図６を参照すれば、電気伝導層２４は、基材層２２の一面２２ａ上に配置されるのみで内部に浸透しない。

【0071】

そのような電気伝導層２４は、約１μｍないし８μｍの厚みにも形成され、望ましくは、約２μｍないし３μｍにも形成される。電気伝導層２４の厚みを介して、センサユニット２０の初期抵抗を調節することができる。

【0072】

一方、本実施形態においては、基材層２２の他面２２ｂにコーティング層２６が具備されたものを開示するが、他の実施形態において、コーティング層２６は、省略されもし、その場合、電気伝導層２４が基材層２２の両面に位置することができる。その場合、電気伝導層２４は、基材層２２の両面及び側面にいずれも形成され、基材層２２の表面全体を覆うようにも形成される。

【0073】

これまでは、温度センサ１００についてのみ主に説明したが、本発明は、それに限定されるものではない。例えば、そのような温度センサ１００を形成するための製造方法も、本発明の範囲に属するものである。

【0074】

図７は、本発明の一実施形態によるセンサユニット２０の製造過程を概略的に図示するフローチャートであり、図８は、本発明の一実施形態による温度センサ１００の製造過程を概略的に図示するフローチャートである。

【0075】

図５及び図７をともに参照すれば、本発明の一実施形態に係わる温度センサ１００を製造するに先立ち、センサユニット２０をまず作製しなければならない。

【0076】

まず、表面吸湿性を有する基材層２２を準備する段階（Ｓ１１）を経ることができる。製紙材とは、一般的に、木材パルプなどの植物纎維を原料にし、互いに絡まるように薄く形成した「紙」素材であり、本実施形態においては、例えば、規格化された印刷紙（すなわち、Ａ４用紙）などが使用される。本実施形態において、「表面吸湿性」とは、前述のサイズ度によって定義される。

【0077】

センサユニット２０を形成するためには、後述する電気伝導層２４を形成する段階において、電気伝導層２４が基材層２２の表面に良好に吸着されるようにするために、基材層２２が適正なサイズ度を有することが重要である。本実施形態による基材層２２は、約２０ｇ／ｍ^２ないし５０ｇ／ｍ^２のサイズ度を有する製紙材を使用することができる。比較例として、サイズ度が約５０ｇ／ｍ^２より大きければ、製紙の場合、耐水性が強く、伝導性高分子物質が基材層２２表面に全く吸着されない。また、サイズ度が約２０ｇ／ｍ^２以下であり、サイジング処理がほとんどなされていないメンブレンであったり、濾紙であったりする場合には、むしろ水に対する抵抗性がなく、電気伝導層２４を形成する伝導性高分子物質が、水と共に基材層２２を通過してしまうために、基材層２２上に、伝導性高分子物質が吸着されず、層を形成することができない。従って、本発明においては、製紙材のうちでも、約２０ｇ／ｍ^２ないし５０ｇ／ｍ^２のサイズ度を有する製紙材が使用される。

【0078】

その後、基材層２２上にコーティング層２６を形成する段階（Ｓ１２）を経ることができる。コーティング層２６は、疎水性物質を含んでもよい。該疎水性物質は、水酸基、アミノ基、カルボキシ基のような水分子と親和性がある基を有さない物質でもあり、例えば、油性インク、アクリルインクなどが使用される。

【0079】

コーティング層２６は、基材層２２の一面２２ａにも形成され、基材層２２の他面２２ｂには、後述する電気伝導層２４が形成される。ただし、本発明によれば、コーティング層２６は、選択的に形成され、コーティング層２６を形成しない場合、基材層２２の両面に、電気伝導層２４が形成される。ただし、電気伝導層２４を形成する伝導性高分子物質自体が、基材層２２が吸収されて形成されるものではないために、伝導性高分子を電気伝導層２４両面に形成することが、センサユニット２０の特性を大きく向上させる機能を行うものではない。むしろ、基材層２２の一面２２ａにだけ電気伝導層２４を形成することが、製造過程において有利でもある。

【0080】

他の実施形態として、コーティング層２６は、疎水性性質があるために、コーティング層２６が形成されたところには、電気伝導層２４が形成されない。従って、電気伝導層２４が形成される基材層２２の一面２２ａの少なくとも一部に、コーティング層２６を形成することにより、電気伝導層２４が形成される領域を調節することができ、それを介して、センサユニット２０の初期抵抗を制御することができる。

【0081】

その後、伝導性高分子溶液を形成した後、それを利用し、電気伝導層２４を形成することができる。

【0082】

伝導性高分子溶液を形成する段階（Ｓ１３）は、伝導性高分子と水とを混合して形成することができる。このとき、初期抵抗調節のために、不導体物質を共に混合することができる。該伝導性高分子は、例えば、ポリチオフェン系、ポリピロール系、ポリアニリン系、ポリアセンチレン系、ポリフェニレン系の化合物、及びそれらの混合物などを使用することができる。本実施形態においては、ポリチオフェン系のうちでも、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ化合物を使用する。

【0083】

一実施形態として、該伝導性高分子と水は、体積比で１：１で混合するが、全体比率の約１ないし３ｗｔ％ほど不導体物質を混合することができる。該不導体物質は、例えば、シリコンオキシド（ＳｉＯ_ｘ）またはグラフェンオキシド（ＧＯ）などを使用することができる。該不導体物質の混合比率は、センサユニット２０の初期抵抗の設計によって調節することができる。そのように混合した混合物は、少なくとも１，０００ｒｐｍ以上で６時間以上撹拌し、伝導性高分子溶液を製造することができる。

【0084】

そのように伝導性高分子溶液が製造されれば、伝導性高分子溶液を利用し、基材層２２上に電気伝導層２４を形成する段階（Ｓ１４）を経ることができる。伝導性高分子溶液を利用して電気伝導層２４を形成する方法としては、湿式コーティング、ロール・ツー・ロール方式などによっても製造される。

【0085】

本実施形態においては、伝導性高分子溶液に基材層２２を浸漬する方式で、電気伝導層２４を形成した。電気伝導層２４は、伝導性高分子溶液に基材層２２を沈積する時間を調節することにより、電気伝導層２４の厚みをコントロールすることができる。基材層２２の浸漬時間は、約３０分以下であることが適切であり、望ましくは、約２ないし５分でもある。基材層２２を３０分以上伝導性高分子溶液に浸漬する場合、製紙材によって形成された基材層２２が溶液に解離されたり、破れたりするというような損傷が発生し、正常なセンサユニット２０を製造することができなくなる。従って、基材層２２の浸漬時間は、３０分以内にすることが望ましい。

【0086】

前述の図６を参照すれば、伝導性高分子溶液に３０分間浸漬した基材層２２の断面を示している。３０分間浸漬した基材層２２表面には、約７μｍほどの厚みを有する電気伝導層２４が形成されているということが分かる。ただし、前述のように、最も望ましい基材層２２の沈積時間は、約２ないし５分であり、その場合、約２μｍないし３μｍほどの厚みを有する電気伝導層２４が形成される。

【0087】

前述のように、電気伝導層２４を形成する以前に、基材層２２の少なくとも一面２２ａ上にコーティング層２６を形成することができる。他の実施形態として、コーティング層２６は、電気伝導層２４を形成した後で形成してもよいが、本実施形態において、基材層２２を伝導性高分子溶液に浸漬する方式で電気伝導層２４を形成するために、電気伝導層２４を形成する以前に、コーティング層２６をまず形成することが、製造方法上有利である。

【0088】

その後、基材層２２を熱処理する段階（Ｓ１５）を経ることができる。伝導性高分子は、熱処理によって反応特性が異なるので、約１００℃ないし２２０℃で、約１０分ないし３０分間、熱処理過程を経ることにより、伝導性高分子を安定化させることができる。

【0089】

その後、場合によっては、電気伝導層２４が形成された基材層２２の初期抵抗を設定する段階を経ることができる。該初期抵抗は、電気伝導層２４の厚み（すなわち、基材層２２の沈積時間）、基材層２２の幅及び長さなどによっても設定される。同一厚を有する電気伝導層２４を具備したセンサユニット２０の場合にも、基材層２２の形状（例えば、幅及び／または長さ）により、互いに異なる初期抵抗を有するセンサを設計することができる。

【0090】

センサユニット２０の初期抵抗は、センサユニット２０の使用目的によって多様な大きさにも設計されるが、本実施形態の温度センサとして活用するために、センサユニット２０の初期抵抗は、約５０ｋΩに形成されることが望ましい。

【0091】

そのように設計されたセンサユニット２０を利用し、温度センサ１００を製造することができる。

【0092】

図８及び図２を共に参照すれば、前述のように、センサユニット２０を製造する段階（Ｓ１０）を経た後、製造されたセンサユニット２０を、キャリア基板１０上に配置する段階（Ｓ２０）を経ることができる。

【0093】

キャリア基板１０は、センサユニット２０を支持する役割を行い、硬性素材または柔軟性素材によっても形成される。キャリア基板１０が硬性素材によって形成される場合には、例えば、ガラス材、金属材、無機材料（ceramic）のような物質を含んでもよい。キャリア基板１０が柔軟性素材によって形成される場合例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリイミドのようなプラスチック材を含んでもよい。キャリア基板１０は、センサユニット２０より大きく形成されることが望ましいが、本発明は、必ずしもそれに限定されるものではない。

【0094】

その後、センサユニット２０の一端及び他端に、それぞれパッド部３０を形成する段階（Ｓ３０）を経ることができる。パッド部３０は、センサユニット２０と電気的に通電されるように、センサユニット２０の一端及び他端にもそれぞれ連結される。図１を参照すれば、キャリア基板１０上には、センサユニット２０が配置され、センサユニット２０上に、パッド部３０が位置することができる。パッド部３０は、センサユニット２０が、外部装置（図示せず）に容易に連結されるようにする端子のような役割を行うことができる。

【0095】

パッド部３０の一側３２ａ，３４ａは、センサユニット２０と連結され、パッド部３０の他側３２ｂ，３４ｂは、外部にも露出される。パッド部３０の一側３２ａ，３４ａがセンサユニット２０と連結されるというのは、パッド部３０の一側３２ａ，３４ａがセンサユニット２０の電気伝導層２４にコンタクトされるとも理解される。そのようなパッド部３０は、第１パッド３２及び第２パッド３４を含んでもよく、第１パッド３２は、センサユニット２０の一側と連結され、第２パッド３４は、センサユニット２０の他側とも連結される。

【0096】

その後、センサユニット２０を覆うように、センサユニット２０上にカバー部４０を形成する段階（Ｓ４０）を経ることができる。センサユニット２０は、製紙材によって形成され、外部湿度に非常に敏感な特性を有するために、カバー部４０を介して、センサユニット２０を密封することにより、温度センサ１００の信頼性を確保することができる。カバー部４０は、センサユニット２０の全面を覆い、センサユニット２０と接するパッド部３０の少なくとも一部を覆うことができる。図１を参照すれば、カバー部４０の少なくとも一部は、キャリア基板１０に直接接触することができ、それにより、センサユニット２０の気密性を維持することができる。

【0097】

カバー部４０は、絶縁素材によっても形成され、例えば、有機膜、無機膜、または有機膜と無機膜との複合膜によっても形成される。該有機膜は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレンスルホネート、ポリオキシメチレン、ポリアリレート及び／またはヘキサメチルジシロキサンでなどを含んでもよい。また、該無機膜は、シリコンオキシド、シリコンニトリド及び／またはシリコンオキシニトリドなどを含んでもよい。また、該無機膜は、透明、半透明の素材によっても形成される。

【0098】

図９は、本発明のさらに他の一実施形態によるセンサユニット２０を概略的に図示する平面図である。

【0099】

図９においては、それぞれ異なる初期抵抗を有するセンサユニット２０，２０’が図示される。

【0100】

前述のように、基材層２２上に電気伝導層２４を形成してから、基材層２２の形状を変形させることにより、初期抵抗を設定することができる。該初期抵抗は、電気伝導層２４の厚み（すなわち、基材層２２の沈積時間）、基材層２２の幅及び長さなどによっても設定される。同一厚を有する電気伝導層２４を具備したセンサユニット２０の場合にも、基材層２２の形状（例えば、幅及び／または長さ）によって互いに異なる初期抵抗を有するセンサを設計することができる。

【0101】

図９を参照すれば、第１センサユニット２０と、第２センサユニット２０’は、互いに異なる平面の形状を有することができる。このとき、第１センサユニット２０の電気伝導層２４と、第２センサユニット２０’の電気伝導層２４との厚み、及び基材層２２の幅は、互いに同一であると仮定する。従って、第１センサユニット２０と第２センサユニット２０’との初期抵抗は、基材層２２の形状（例えば、幅及び／または長さ）によっても設定される。

【0102】

第１センサユニット２０のＡ地点及びＢ地点には、それぞれパッド部（図示せず）が連結される。また、第２センサユニット２０’のＡ’地点及びＢ’地点には、それぞれパッド部（図示せず）が連結される。

【0103】

本実施形態によれば、第１センサユニット２０の場合、Ａ地点とＢ地点は、第１距離Ｌに形成され、第２センサユニット２０’の場合、Ａ’地点とＢ’地点は、第２距離Ｌ’にも形成される。すなわち、第２センサユニット２０’の第２距離Ｌ’が第１センサユニット２０の第１距離Ｌより長く形成される。抵抗は、距離に反比例するので、第２センサユニット２０’のように、該パッド部３０の距離を長く形成する場合、初期抵抗を増大させることができる。

【0104】

一方、本実施形態において、第１センサユニット２０と第２センサユニット２０’との基材層２２幅は、互いに同一であると仮定したが、幅広を調節することにより、初期抵抗値を変化させるということは、言うまでもなく可能である。

【0105】

そのように、センサユニット２０の初期抵抗は、基材層２２の形状を自由に変形させることによって調節することができるが、本発明の一実施形態による基材層２２は、加工が非常に容易である製紙材によって形成されるために、初期抵抗設計において、非常に容易である。

【0106】

図１０は、従来の温度センサ１００の温度による抵抗変化グラフであり、図１１は、本発明の一実施形態による温度センサ１００の温度による抵抗変化グラフである。

【0107】

図１０を参照すれば、従来の温度センサは、３０℃〜４０℃で、約０．０５〜０．２５ｋΩ／℃に低下する感度を有する。温度センサの感度は、応用品の測定温度範囲によって異なるが、外部環境に係わるノイズを勘案する場合、感度が高いほどよく、低価の回路でも製品具現が可能である。センサの温度に係わる感度が０．５ｋΩ／℃以上である場合、外部環境ノイズにロバストな回路を構成しやすい。感度が低い場合、外部ノイズ及び内部ノイズに備えた他の回路部品を使用したり、直接回路を構成したりするために、高価な微細デバイスを必要とする。現在商用化されている温度センサのスペックは、２５℃〜４５℃の範囲であり、種類により、０．０２ｋΩ／℃〜３ｋΩ／℃に低下する。

【0108】

図１１を参照すれば、本発明の一実施形態による温度センサ１００は、３０℃〜４０℃で、約０．５〜２．５ｋΩ／℃に低下する感度を有する。それは、従来の温度センサに比べ、約１０倍ほど感度が上昇した数値である。

【0109】

また、比較例として、伝導性高分子を利用し、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリイミドなどのプラスチック材の基板上に抵抗回路パターンを形成するためには、インクジェットプリンティングまたはスクリーンプリンティングなどの高価な装備が必要であり、基板との密着性を確保するためのプラズマ処理のような別途の表面処理が必要であった。

【0110】

そのために、本発明の一実施形態による温度センサ１００においては、そのような問題点を解決するために、高感度のセンサユニット２０の抵抗パターンを容易に設計することができつつも、別途の装備や製造過程が省略された温度センサ１００を製造することができる。本発明は、図面に図示された実施形態を参照して説明されたが、それは、例示的なものに過ぎず、当該技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形、及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決められるものである。

【産業上の利用可能性】

【0111】

本発明の、センサユニット、それを含む温度センサ、該センサユニットの製造方法、及びそれを利用して製造された該温度センサは、例えば、温度測定関連の技術分野に効果的に適用可能である。

【符号の説明】

【0112】

１０ キャリア基板
２０ センサユニット
２２ 基材層
２４ 電気伝導層
２６ コーティング層
３０ パッド部
３２ 第１パッド
３４ 第２パッド
４０ カバー部
１００ 温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】