JP2011033479A

JP2011033479A - 温度センサ

Info

Publication number: JP2011033479A
Application number: JP2009180094A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yamashita; 信之山下; Makoto Kitaguchi; 誠北口
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-17
Also published as: CN101988854A

Abstract

【課題】基板や放熱板の熱抵抗の影響を抑制して正確に電子部品の温度を測定可能であると共に基板上の回路から電気的に絶縁可能な温度センサを提供する。
【解決手段】電子部品２と該電子部品２が実装される基板３との間にこれらに密着状態に挟まれて設置され電子部品２の熱を基板３へ伝導させる熱伝導シート４と、該熱伝導シート４に設置された感熱素子５と、を備えている。これにより、電子部品２に密着した熱伝導シート４が基板３を介さずに効率よくトランジスタ等の電子部品２から熱を感熱素子５に伝導することで、基板３の熱抵抗の影響を抑制して正確に電子部品２の温度を測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トランジスタ等の電子部品の温度を正確に測定可能な温度センサに関する。

従来、トランジスタ等の発熱する電子部品の温度を測定する場合、例えば電子部品が実装される基板や電子部品に取り付けられる放熱板にチップサーミスタ等の温度センサを取り付けることで、基板や放熱板を介して電子部品の温度を測定していた。すなわち、パワートランジスタやパワーＦＥＴ等では、温度上昇による破損から保護するため、取り付けた温度センサによってジャンクション温度を測定して、所定温度以上になった際に動作の制限又は停止を行うような温度に応じた制御を行っている。このため、これら電子部品に近接させて実装基板や放熱板に温度センサを取り付けて、基板や放熱板の温度を測定することで、おおよそのジャンクション温度を推定していた。

例えば、特許文献１には、動作中に発熱するパワートランジスタやパワーＦＥＴ等の電子部品の端子と、この電子部品の温度変化を検出するサーミスタや温度検出ＩＣ等の温度検出素子と、を取り付ける共有ランドが形成されたプリント基板が提案されている。この技術は、温度センサである温度検出素子を、プリント基板上に実装された電子部品に、共有ランドを介して近接状態に実装することで、放熱板（ヒートシンク）を介して電子部品の温度を測定する場合よりも熱抵抗のばらつきが小さく、かつ良好な熱伝導性をもって温度を測定している。

特開２００６−２３７１４４号公報（特許請求の範囲）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記従来の技術では、電子部品が実装された基板上又は電子部品が取り付けられた放熱板上に温度センサを実装し、この温度センサにより基板及び放熱板の温度を測定することで、電子部品の温度を推定しているが、基板や放熱板の熱抵抗の影響にばらつきがあり、やはり正確にジャンクション温度等を測定することが難しいという不都合があった。また、電子部品が実装される同一の基板上に温度センサを実装する場合、基板に形成される大電流回路やインバータ回路に対して電気的な絶縁を図るために、温度検出回路が高コストになるという不都合もある。特に、特許文献１の場合は、基板にサーミスタを直接実装するため、基板上に温度検出回路が別途必要になると共に、基板にトランジスタの端子とサーミスタの端子とを接続する共有ランドのパターンを予め必要な箇所に作製しなければならないという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、基板や放熱板の熱抵抗の影響を抑制して正確に電子部品の温度を測定可能であると共に基板上の回路から電気的に絶縁可能な温度センサを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の温度センサは、電子部品と該電子部品が実装される基板又は放熱板との間にこれらに密着状態に挟まれて設置され前記電子部品の熱を前記基板又は前記放熱板へ伝導させる熱伝導シートと、該熱伝導シートに設置された感熱素子と、を備えていることを特徴とする。

この温度センサでは、熱伝導シートに設置された感熱素子を備えているので、電子部品に密着した熱伝導シートが基板や放熱板を介さずに効率よくトランジスタ等の電子部品から熱を感熱素子に伝導することで、基板や放熱板の熱抵抗の影響を抑制して正確に電子部品の温度を測定することができる。また、温度センサを、基板上ではなく電子部品と基板又は放熱板との間に挟まれた状態で設置するので、温度検出回路を基板上の回路から電気的に絶縁することができ、安価な温度検出回路で正確に測定可能である。さらに、基板や放熱板に予め温度検出回路やセンサ用のランド等のパターン配線を形成する必要が無く、既存の部材をそのまま利用可能なため、部材コストの増大を抑制することができる。また、密着性の高い熱伝導シートを介して基板又は放熱板に電子部品の熱を伝導させるので、高い放熱性も得ることができる。

また、本発明の温度センサは、前記感熱素子が、前記熱伝導シート内に埋設されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、感熱素子が熱伝導シート内に埋設されているので、埋め込まれた感熱素子の外周面からも熱が伝わり、さらに効率的に熱伝導させることができる。

さらに、本発明の温度センサは、前記感熱素子が、前記電子部品の直下に設置されることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、感熱素子が電子部品の直下に設置されるので、電子部品の熱が直下にあって近接状態の感熱素子に直接的に伝わることで、より正確かつ高速な温度測定が可能になる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサによれば、熱伝導シートに設置された感熱素子を備えているので、基板や放熱板の熱抵抗の影響を抑制して正確に電子部品の温度を測定することができると共に基板上の回路との電気的絶縁を図ることができる。
したがって、本発明の温度センサによれば、トランジスタのジャンクション温度等も正確に測定可能になり、温度に応じた動作制御もより正確に行うことが可能になる。

本発明に係る温度センサの第１実施形態において、実装状態の温度センサを示す平面図である。図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。本発明に係る温度センサの第２実施形態において、実装状態の温度センサを示す平面図である。図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

以下、本発明に係る温度センサの第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態の温度センサ１は、図１及び図２に示すように、例えば動作時に発熱する電子部品２の温度を測定するためのものであって、上記電子部品２と該電子部品２が実装される基板３との間にこれらに密着状態に挟まれて設置され電子部品２の熱を基板３へ伝導させる熱伝導シート４と、該熱伝導シート４に設置された感熱素子５と、を備えている。

上記電子部品２は、例えばパワートランジスタやパワーＦＥＴ等のトランジスタである。すなわち、電子部品２がトランジスタの場合、本実施形態の温度センサ１は、トランジスタの駆動制御のために、そのジャンクション温度を測定するものである。
上記基板３は、例えば実装される電子部品２に接続される大電流回路やインバータ回路のパターン配線（図示略）が形成されたプリント基板であって、パターン配線に電子部品２のリードフレームの端子２ａが接着固定とされている。

上記熱伝導シート４は、粘着性のある絶縁性シートが好ましく、例えばアクリル、シリコンゴム、エラストマー系シリコン、ガラスファイバ、誘電体フィルム、ポリエステルフィルム等のシートが採用可能である。
なお、熱伝導シート４は、電子部品２が実装される基板３以外に、電子部品２に接触状態に取り付けられるアルミニウム等の放熱板（ヒートシンク）と電子部品２との間に密着状態に挟まれた状態で設置しても構わない。

上記感熱素子５は、サーミスタ素子等の感熱抵抗素子であり、一対の電極５ａが表面に形成されている。これら電極５ａにそれぞれ外部の温度検出回路に接続されるリード線６が半田付けされて接続されている。
この感熱素子５は、熱伝導シート４上に電子部品２に近接した位置に接着剤７で接着されている。なお、この接着剤７は、熱伝導シート４と同じ熱伝導率であることが好ましい。

上記感熱素子５に採用可能なサーミスタ素子としては、例えばチップサーミスタや薄膜サーミスタ等がある。これらのサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、感熱素子５として、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。

このように本実施形態の温度センサ１は、熱伝導シート４に設置された感熱素子５を備えているので、基板３よりも熱伝導性が高く電子部品２に密着した熱伝導シート４が、基板３を介さずに効率よくトランジスタ等の電子部品２から熱を感熱素子５に伝導することで、基板３の熱抵抗の影響を抑制して正確に電子部品２の温度を測定することができる。

また、温度センサ１を、基板３上ではなく電子部品２と基板３との間に挟まれた状態で設置するので、温度検出回路を基板３上の回路から電気的に絶縁することができ、安価な温度検出回路で正確に測定可能である。さらに、基板３に予め温度検出回路やセンサ用のランド等のパターン配線を形成する必要が無く、既存の部材をそのまま利用可能なため、部材コストの増大を抑制することができる。また、密着性の高い熱伝導シート４を介して基板３に電子部品２の熱を伝導させるので、高い放熱性も得ることができる。

次に、本発明に係る温度センサの第２実施形態について、図３及び図４を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、感熱素子５が熱伝導シート４の表面に固定されているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、図３及び図４に示すように、感熱素子５が、熱伝導シート２４内に埋設されている点である。また、感熱素子５が、電子部品２の直下に接触可能に設置される点でも第１実施形態と異なっている。

すなわち、熱伝導シート２４の表面側であって電子部品２が設置される領域の中央に長尺状の感熱素子５の外形に対応した矩形状の穴部２４ａが形成されており、該穴部２４ａに感熱素子５が埋め込まれてその表面が露出して電子部品２に接触可能とされている。
感熱素子５の電極５ａに接続されたリード線６は、電子部品２の両側から外部に引き出されている。なお、感熱素子５の電極５ａに接続されたリード線６を外部に引き出すため、熱伝導シート２４に溝や孔を形成しても構わない。

したがって、第２実施形態の温度センサ２１では、感熱素子５が熱伝導シート２４内に埋設されているので、埋め込まれた感熱素子５の外周面からも熱が伝わり、さらに効率的に熱伝導させることができる。
また、感熱素子５が電子部品２の直下に設置されるので、電子部品２の熱が直下にあって近接状態の感熱素子５に直接的に伝わることで、より正確かつ高速な温度測定が可能になる。特に、感熱素子５が電子部品２に接触可能に設置されるので、熱伝導シート２４を介した熱だけでなく電子部品２から直接熱を受けて測定することができ、さらに正確な測定が可能である。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、感熱素子としては、上述したようにチップサーミスタ等のサーミスタ素子が用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。

１，２１…温度センサ、２…電子部品、３…基板、４，２４…熱伝導シート、５…感熱素子、６…リード線

Claims

電子部品と該電子部品が実装される基板又は前記電子部品に取り付けられる放熱板との間にこれらに密着状態に挟まれて設置され前記電子部品の熱を前記基板又は前記放熱板へ伝導させる熱伝導シートと、
該熱伝導シートに設置された感熱素子と、を備えていることを特徴とする温度センサ。
請求項１に記載の温度センサにおいて、
前記感熱素子が、前記熱伝導シート内に埋設されていることを特徴とする温度センサ。
請求項２に記載の温度センサにおいて、
前記感熱素子が、前記電子部品の直下に設置されることを特徴とする温度センサ。