JP2021131284A

JP2021131284A - 温度センサ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2021131284A
Application number: JP2020025954A
Authority: JP
Inventors: 文夫松本; Fumio Matsumoto; 博樹佐藤; Hiroki Sato; 昂平高橋; Kohei Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2021-09-09

Abstract

【課題】接合面積を大きくでき、十分に高い接合強度を得ることができる温度センサ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】絶縁性基板２と、絶縁性基板の表面に設けられた感熱素子３と、絶縁性基板の表面にパターン形成され一端が感熱素子に接続された一対のパターン配線４と、絶縁性基板の両側面に凹部状に形成され内面に凹部金属膜が成膜された一対の接合用凹部５と、絶縁性基板の表面において接合用凹部に沿って金属膜で形成され凹部金属膜に接続されていると共に一対のパターン配線の他端が接続された一対の表面ランド部６と、絶縁性基板の裏面において接合用凹部に沿って金属膜で形成され凹部金属膜に接続されている一対の裏面ランド部とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、表面実装が容易な温度センサ及びその製造方法に関する。

一般に、種々の部品や装置等の表面の温度を測定するため、表面に直接搭載されてその温度を測定する温度センサが用いられている。
例えば、従来、図５の（ａ）に示すように、ＰＣＢ基板１０２と、ＰＣＢ基板１０２上に設置されたチップサーミスタ１０３と、ＰＣＢ基板１０２上にパターン形成されてチップサーミスタ１０３に一端が接続された一対のパターン配線１０４と、ＰＣＢ基板１０２上にパターン形成され一対のパターン配線１０４の他端に接続された一対の表面ランド部１０５とを備えた温度センサ１０１などがある。

この温度センサでは、通常、一対の表面ランド部１０５にリード線が半田，導電性接着剤又は溶接等で接合されるが、リード線の接続が困難な場合、被測定物１０６に直接ＰＣＢ基板１０２を表面実装する場合がある。この場合、図５の（ｂ）（ｃ）に示すように、一対の表面ランド部１０５から被測定物１０６の実装用ランド１０６ａまで半田等の導電性接着剤Ｈを盛って電気的接続と表面実装とを行う必要があった。

また、特許文献１には、基板上に白金グレーズ電極が両端に形成され、この電極間に抵抗体が形成され、さらに基板の両端部に銀系電極とニッケル及び半田メッキ層が形成された白金温度センサが記載されている。この白金温度センサでは、表面実装を行うため、ニッケル及び半田メッキ層が基板表面の白金グレーズ電極上から側面を介して裏面まで形成されている。

特開平６−３００６４３号公報

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、図５に示すように、ＰＣＢ基板１０２の表面ランド部１０５から被測定物１０６の実装用ランド１０６ａまで導電性接着剤Ｈを盛って表面実装を行う場合、基板側面，基板裏面及び実装用ランド１０６ａに対して導電性接着剤Ｈの十分な接合面積を確保することが困難であった。
また、特許文献１に記載の技術では、基板の裏面の一部だけが回路基板や被測定物に接合されるため、接合面積が少なく、十分な接合強度を得ることが困難であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、接合面積を大きくでき、十分に高い接合強度を得ることができる温度センサ及びその製造方法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、第１の発明に係る温度センサは、絶縁性基板と、前記絶縁性基板の表面に設けられた感熱素子と、前記絶縁性基板の表面にパターン形成され一端が前記感熱素子に接続された一対のパターン配線と、前記絶縁性基板の両側面に凹部状に形成され内面に凹部金属膜が成膜された一対の接合用凹部と、前記絶縁性基板の表面において前記接合用凹部に沿って金属膜で形成され前記凹部金属膜に接続されていると共に一対のパターン配線の他端が接続された一対の表面ランド部と、前記絶縁性基板の裏面において前記接合用凹部に沿って金属膜で形成され前記凹部金属膜に接続されている一対の裏面ランド部とを備えていることを特徴とする。

この温度センサでは、絶縁性基板の両側面に凹部状に形成され内面に凹部金属膜が成膜された一対の接合用凹部を備えているので、半田等の導電性接着剤が接合用凹部まで入り込んで接合面積が増大すると共にアンカー効果によって平坦な側面に比べて高い接合強度を得ることができる。特に、表面ランド部から側面の接合用凹部を介して裏面ランド部まで導電性接着剤を回り込ませて盛ることで、より高い接合強度を得ることができる。また、絶縁性基板の側面に接合用凹部を設けるため、絶縁性基板にスルーホールを設けてスルーホール内に導電性接着剤を入れて接合する場合に比べて、小型化を図ることが可能になる。すなわち、接合用凹部では、スルーホールの半分程度の面積で済むため、省スペース化が可能になる。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記絶縁性基板の裏面に貼り付けられた両面テープを備えていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、絶縁性基板の裏面に貼り付けられた両面テープを備えているので、両面テープにより被測定物上の所定位置に温度センサを仮固定し、仮固定した状態で導電性接着剤で接合用凹部等と被測定物との接合を図ることで、位置ずれを防止することができる。また、両面テープにより絶縁性基板と被測定物との高い密着性が得られ、高い精度で温度が測定可能になる。

第３の発明に係る温度センサは、第２の発明において、前記絶縁性基板が、長方形状とされ、前記感熱素子が前記絶縁性基板の一端側に配されていると共に、前記表面ランド部，前記接合用凹部及び前記裏面ランド部が前記絶縁性基板の他端側に配され、前記両面テープが、前記絶縁性基板の一端側に配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、表面ランド部，接合用凹部及び裏面ランド部が絶縁性基板の他端側に配され、両面テープが、絶縁性基板の一端側に配されているので、絶縁性基板の他端側で導電性接着剤により接合が行われた際に、絶縁性基板の一端側が両面テープで固定されているので、絶縁性基板の感熱素子側である一端側が浮いて全体が傾くことを抑制可能である。

第４の発明に係る温度センサの製造方法は、第１から３の発明の温度センサの製造方法であって、絶縁性原板に複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記貫通孔の内周面に前記凹部金属膜となる金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記絶縁性原板を切断して複数の前記絶縁性基板とする基板切断工程とを有し、前記基板切断工程で、前記貫通孔を切断して前記接合用凹部を形成することを特徴とする。
すなわち、この温度センサの製造方法では、絶縁性原板を切断して複数の絶縁性基板とする基板切断工程とを有し、基板切断工程で、貫通孔を切断して接合用凹部を形成するので、基板切断工程時に貫通孔を切断するだけで容易に接合用凹部を形成することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明の温度センサによれば、絶縁性基板の両側面に凹部状に形成され内面に凹部金属膜が成膜された一対の接合用凹部を備えているので、半田等の導電性接着剤が接合用凹部まで入り込んで接合面積が増大すると共にアンカー効果によって平坦な側面に比べて高い接合強度を得ることができる。特に、表面ランド部から側面の接合用凹部を介して裏面ランド部まで導電性接着剤を回り込ませて盛ることで、より高い接合強度を得ることができる。
また、本発明の温度センサの製造方法によれば、絶縁性原板を切断して複数の絶縁性基板とする基板切断工程とを有し、基板切断工程で、貫通孔を切断して接合用凹部を形成するので、基板切断工程時に貫通孔を切断するだけで容易に接合用凹部を形成することができる。

本発明に係る温度センサ及びその製造方法の一実施形態において、温度センサを示す平面図である。本実施形態において、温度センサを示す裏面図である。本実施形態において、温度センサを示す側面図である。本発明に係る温度センサ及びその製造方法の一実施形態において、基板切断工程を説明するための概念的な斜視図である。本発明に係る温度センサ及びその製造方法の従来例において、温度センサの斜視図（ａ），導電性接着剤を盛った状態の斜視図（ｂ）及び導電性接着剤の部分で切断した断面図（ｃ）である。

以下、本発明に係る温度センサ及びその製造方法における一実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している部分がある。

本実施形態の温度センサ１は、図１から図３に示すように、絶縁性基板２と、絶縁性基板２の表面に設けられた感熱素子３と、絶縁性基板２の表面にパターン形成され一端が感熱素子３に接続された一対のパターン配線４と、絶縁性基板２の両側面に凹部状に形成され内面に凹部金属膜が成膜された一対の接合用凹部５と、絶縁性基板２の表面において接合用凹部５に沿って金属膜で形成され凹部金属膜に接続されていると共に一対のパターン配線４の他端が接続された一対の表面ランド部６と、絶縁性基板２の裏面において接合用凹部５に沿って金属膜で形成され凹部金属膜に接続されている一対の裏面ランド部７とを備えている。

また、本実施形態の温度センサ１は、絶縁性基板２の裏面に貼り付けられた両面テープ８を備えている。
上記絶縁性基板２は、長方形状のＰＣＢ基板であり、感熱素子３が絶縁性基板２の一端側に配されていると共に、表面ランド部６，接合用凹部５及び裏面ランド部７が絶縁性基板２の他端側に配され、両面テープ８が、絶縁性基板２の一端側に配されている。
すなわち、両面テープ８は、感熱素子３の直下に配されており、感熱素子３よりも広い面積の矩形状とされている。

上記感熱素子３は、絶縁性基板２の表面に実装されたチップサーミスタである。このチップサーミスタは、両端部に電極が形成されている。
一対の上記パターン配線４は、例えば銅箔で形成され、その一端が感熱素子３の一対の電極に接続されている。
上記接合用凹部５は、円弧状凹部であり、内面に成膜された凹部金属膜は、例えばＣｕとＡｕとの積層膜である。

上記表面ランド部６及び裏面ランド部７の金属膜も、例えばＣｕとＡｕとの積層膜である。
上記両面テープ８は、例えば銅箔の両面に接着剤が塗られたテープ等が採用可能である。なお、両面テープ８としては、絶縁性基板２よりも熱伝導性が高い金属箔テープ等を主とする両面テープが集熱効果が得られるため好ましい。

なお、絶縁性基板２の表面において、表面ランド部６や感熱素子３との接続部を除くパターン配線４をソルダーレジスト等の保護膜で覆っても構わない。

次に、本実施形態の温度センサ１を作製する方法について図４を参照して説明する。
本実施形態の温度センサ１の製造方法は、図４に示すように、絶縁性原板２２に複数の貫通孔２５を形成する貫通孔形成工程と、貫通孔２５の内周面に凹部金属膜となる金属膜を形成する金属膜形成工程と、絶縁性原板２２を切断して複数の絶縁性基板２とする基板切断工程とを有している。
上記基板切断工程では、貫通孔２５を切断して接合用凹部５を形成する。

上記絶縁性原板２２は、大判のＰＣＢ基板であって、複数の絶縁性基板２となる基板である。
上記貫通孔形成工程の前に、絶縁性原板２２の表面にパターン配線４を予めパターン形成しておく。
上記貫通孔形成工程では、ドリル等で接合用凹部５となる複数の所定位置に所定径の貫通孔２５を形成する。

上記金属膜形成工程では、絶縁性原板２２の表面に表面ランド部６をＣｕとＡｕとの積層膜でパターン形成すると共に、絶縁性原板２２の裏面に裏面ランド部７をＣｕとＡｕとの積層膜でパターン形成する。このとき、貫通孔２５の内周面にも凹部金属膜を同様にＣｕとＡｕとの積層膜で形成する。

上記基板切断工程では、ダイシングブレードＤによるダイシング等で絶縁性原板２２を格子状に切断し、複数の絶縁性基板２に分離切断する。
なお、チップサーミスタの感熱素子３は、基板切断工程の前後のいずれで絶縁性原板２２又は絶縁性基板２の所定位置に実装しても構わない。

このように本実施形態の温度センサ１では、絶縁性基板２の両側面に凹部状に形成され内面に凹部金属膜が成膜された一対の接合用凹部５を備えているので、半田等の導電性接着剤が接合用凹部５まで入り込んで接合面積が増大すると共にアンカー効果によって平坦な側面に比べて高い接合強度を得ることができる。特に、表面ランド部６から側面の接合用凹部５を介して裏面ランド部７まで導電性接着剤を回り込ませて盛ることで、より高い接合強度を得ることができる。

また、絶縁性基板２の側面に接合用凹部５を設けるため、絶縁性基板２にスルーホールを設けてスルーホール内に導電性接着剤を入れて接合する場合に比べて、小型化を図ることが可能になる。すなわち、接合用凹部５では、スルーホールの半分程度の面積で済むため、省スペース化が可能になる。

また、絶縁性基板２の裏面に貼り付けられた両面テープ８を備えているので、両面テープ８により被測定物上の所定位置に温度センサ１を仮固定し、仮固定した状態で導電性接着剤で接合用凹部５等と被測定物との接合を図ることで、位置ずれを防止することができる。また、両面テープ８により絶縁性基板２と被測定物との高い密着性が得られ、高い精度で温度が測定可能になる。

さらに、表面ランド部６，接合用凹部５及び裏面ランド部７が絶縁性基板２の他端側に配され、両面テープ８が、絶縁性基板２の一端側に配されているので、絶縁性基板２の他端側で導電性接着剤により接合が行われた際に、絶縁性基板２の一端側が両面テープ８で固定されているので、絶縁性基板２の感熱素子３側である一端側が浮いて全体が傾くことを抑制可能である。

また、本実施形態の温度センサ１の製造方法では、絶縁性原板２２を切断して複数の絶縁性基板２とする基板切断工程とを有し、基板切断工程で、貫通孔２５を切断して接合用凹部５を形成するので、基板切断工程時に貫通孔２５を切断するだけで容易に接合用凹部５を形成することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記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、上記実施形態では、感熱素子としてチップサーミスタを絶縁性基板上に実装しているが、感熱素子として薄膜サーミスタや焦電素子，白金等の抵抗体等を採用しても構わない。

１…温度センサ、２…絶縁性基板、３…感熱素子、４…パターン配線、５…接合用凹部、６…表面ランド部、７…裏面ランド部、８…両面テープ、２２…絶縁性原板、２５…貫通孔

Claims

絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の表面に設けられた感熱素子と、
前記絶縁性基板の表面にパターン形成され一端が前記感熱素子に接続された一対のパターン配線と、
前記絶縁性基板の両側面に凹部状に形成され内面に凹部金属膜が成膜された一対の接合用凹部と、
前記絶縁性基板の表面において前記接合用凹部に沿って金属膜で形成され前記凹部金属膜に接続されていると共に一対のパターン配線の他端が接続された一対の表面ランド部と、
前記絶縁性基板の裏面において前記接合用凹部に沿って金属膜で形成され前記凹部金属膜に接続されている一対の裏面ランド部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、
前記絶縁性基板の裏面に貼り付けられた両面テープを備え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、
前記絶縁性基板が、長方形状とされ、
前記感熱素子が前記絶縁性基板の一端側に配されていると共に、前記表面ランド部，前記接合用凹部及び前記裏面ランド部が前記絶縁性基板の他端側に配され、
前記両面テープが、前記絶縁性基板の一端側に配されていることを特徴とする温度センサ。
請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサの製造方法であって、
絶縁性原板に複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔の内周面に前記凹部金属膜となる金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記絶縁性原板を切断して複数の前記絶縁性基板とする基板切断工程とを有し、
前記基板切断工程で、前記貫通孔を切断して前記接合用凹部を形成することを特徴とする温度センサの製造方法。