JP3815362B2 - 温度検出素子およびこれを備える回路基板 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばサーミスタなどの温度検出素子およびこれを備える回路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気電子機器の小型化の進展に伴い、それに搭載されるパワートランジスタや、パワーICなどの部品に対する放熱などの対策はますます重要である。そのため、このような部品の温度を高精度に検出できる必要性は高い。このような実情からこれらパワーICなどの部品の温度を検出する温度検出素子の需要は拡大されている。
【0003】
図10は、このような温度検出素子の一例としてチップ型に構成された正特性サーミスタ1を示す。この正特性サーミスタ1は、素子本体部3と、電極部4,5とを有する。電極部4,5は、回路基板の配線パターンに半田付けするために設けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、チップ型サーミスタ等の温度検出素子では温度検出対象部品に近づけて設置する必要がある。従来の温度検出素子の場合、回路基板上の配線や他部品との配置の関係から、温度検出対象部品に十分近づけることができない場合があり、温度検出が精度良く行えないことがあった。また、熱源と温度検出素子との位置関係のみならず、周囲の状況や、基板の熱放散係数などによって、温度検出素子の感熱条件が異なったりすることがあるから、検知精度が左右されやすい。
【0005】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであって、温度検出対象に対する高精度な温度検出ができる温度検出素子を提供することを解決課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る温度検出素子は、素子本体部と、前記素子本体部に設けられた電極部と、温度検出対象側から伝導される熱を受容する熱受容部とを含み、前記熱受容部は、前記素子本体部の表面素材に対して非オーミック性接触の金属薄膜層を有することを特徴とする。
【0007】
請求項1に係る温度検出素子によれば、熱受容部を備えていることによって、素子本体部に対して温度検出対象からの熱が伝導されやすい。そのため、従来では温度検出対象からの熱による感温が十分に行えないほどにその温度検出対象から少し離れた箇所に温度検出素子を配置しなければならない場合でも、熱受容部への温度検出対象からの熱の伝導を図ることができる。したがって、そのように検出対象と温度検出素子との間における温度検出用の熱的な結合が良好に行えるものとなるので、その温度検出を精度良く行うことができる。
しかも、素子本体部の表面素材に対して非オーミック性接触の金属材料を熱受容部に有することで、素子本体部に対して検出に悪影響を与える電気的結合が熱受容部を通して生じないようにできる。ここで、素子本体部としては、例えば、BaTiO 3 、Mn−Ni系酸化物が用いられるとともに、これに対して熱受容部の非オーミック接触性を有する金属材料としては、例えば、銀、金、白金もしくはそれらの合金などが採用される。
【0008】
なお、回路基板上に本発明に係る温度検出素子を設ける場合、温度検出対象と温度検出素子との間を熱伝導可能にランドを設けることで、温度検出素子の熱受容部をそのランドに半田付けすれば、熱受容部がランドを通して温度検出対象から熱伝導されやすくなり、温度検出が一層良好に行える利点がある。本発明の構成を採用可能な温度検出素子としては、正特性サーミスタ、負特性サーミスタなどがある。
【0009】
本発明の請求項2に係る温度検出素子は、請求項1に記載の温度検出素子において、前記熱受容部は、前記非オーミック性接触の金属薄膜層に対する表層として半田濡れ性を有する接合用薄膜層を有することを特徴とする。
【0010】
請求項2に係る温度検出素子によれば、回路基板に設けた熱伝導用のランドに対して、接合用薄膜層によって温度検出素子の熱受容部を半田付けすることができ、回路基板上の温度検出対象から温度検出のための熱伝導を簡易に行えるようにできる。
【0011】
本発明の請求項3に係る温度検出素子は、素子本体部と、前記素子本体部に設けられた電極部と、温度検出対象側から伝導される熱を受容する熱受容部とを含み、前記素子本体部の表面に絶縁材層が設けられており、前記熱受容部は、前記素子本体部の表面に対して前記絶縁材層を介して設けられていることを特徴とする。
【0012】
請求項3に係る温度検出素子によれば、検出対象との温度検出用の熱的な結合が良好に行えるものとなるので、その温度検出を精度良く行うことができるほか、絶縁材層が素子本体部の表面と、熱受容部との間に介在させてあることから、熱受容部を介して素子本体部に電流が流れ込むような不具合を回避できる。また、熱受容部を構成する素材として、素子本体部の表面素材に対してオーミック性接触の金属材料を採用することも可能となり、安価に構成できる。
【0013】
本発明の請求項4に係る温度検出素子は、請求項1から3のいずれかに記載の温度検出素子において、前記素子本体部と前記電極部と前記熱受容部との全体形状がチップ型に構成されていることを特徴とする。
【0014】
請求項4に係る温度検出素子によれば、チップ型部品に温度検出素子が構成されているから、この温度検出素子は温度検出が必要な回路基板上へ実装し易い。
【0015】
本発明の請求項5に係る温度検出素子は、請求項1から4のいずれかに記載の温度検出素子において、前記素子本体部が、正特性サーミスタとして機能する部分に構成されていることを特徴とする。
【0016】
請求項5に係る温度検出素子によれば、温度上昇に伴い抵抗値も増加していくから、その抵抗値と温度との関係により簡易に温度検出できる。
【0017】
本発明の請求項6に係る温度検出素子は、請求項1から5のいずれかに記載の温度検出素子において、前記素子本体部は直方体状に構成されており、前記熱受容部は、前記素子本体部の表面の少なくとも一側面以上に備えられていることを特徴とする。
【0018】
請求項6に係る温度検出素子によれば、直方体状の素子本体部表面の少なくとも一側面以上に熱受容部が備えられていることから、その熱受容部が形成された面を温度検出対象側に臨ませておくことで、温度検出対象側からの熱を良好に受容できる状態にして温度感知できる。なお、熱受容部が素子本体部に腹巻状に形成されている場合には、素子本体部の全周に環状に熱受容部が備えられることになるから、回路基板に温度検出素子を付設する際に、熱受容部を温度検出対象側に臨ませるように温度検出素子の姿勢を調整する手間を少なくできる。
【0019】
本発明の請求項7に係る温度検出素子は、請求項1から6のいずれかに記載の温度検出素子において、さらに前記温度検出対象側から熱を伝導する伝導体が、前記熱受容部に設けられていることを特徴とする。
【0020】
請求項7に係る温度検出素子によれば、ランドなどの伝導体を別途回路基板などに付設しなくても、その伝導体を通して温度検出素子の熱受容部に温度検出対象側から熱が良好に伝導される。したがって、その伝導体を通して温度検出対象側からの熱が温度検出素子に一層伝導されやすくなり、検出精度も一層良いものとなる。
【0023】
本発明の請求項8に係る温度検出素子を備える回路基板は、請求項1から7のいずれかに記載の温度検出素子と、前記温度検出素子が備える前記熱受容部に対して熱結合可能なランドとを含むことを特徴とする。
【0024】
請求項8に係る温度検出素子を備える回路基板によれば、回路基板のランドを介して温度検出素子の熱受容部へ温度検出対象側から熱伝導することができる。これにより、温度検出精度を高くできるとともに、温度検出対象に対する温度検出素子の配置設計の対応性を高めることになる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
【0026】
(実施形態1)
図1から図3に、本発明に係る温度検出素子の実施形態の一例を示す。図1は、温度検出素子の一例としての正特性サーミスタの外観を示す斜視図、図2は、基板に搭載された正特性サーミスタやその周辺部品を示す平面図、図3は、基板に搭載された正特性サーミスタやその周辺部品を示す縦断面図である。
【0027】
図1を参照して、正特性サーミスタ1は、チップ型部品として、素子本体部3と、電極部4,5と、熱受容部6とで構成されている。
【0028】
素子本体部3は、チタン酸バリウム(BaTiO3)を主体とする素子であって、横長の直方体状に形成されている。
【0029】
電極部4,5は、素子本体部3の長手方向両端面それぞれに接合されている。
【0030】
熱受容部6は、素子本体部3の長手方向での中央に所定幅を有する状態で、素子本体部3の外周全周にわたって形成されている。この形成過程を説明すると、素子本体部3の表面にスパッタリング法により所定幅の銀(Ag)の薄膜層が形成される。この銀の薄膜層上に電解めっき法により錫(Sn)の薄膜層が積層形成される。熱受容部6は、この銀の薄膜層を下層側に、錫の薄膜層を上層側とする2つの薄膜層で構成されている。
【0031】
ここで、銀の薄膜層は、素子本体部3に対して非オーミック性接触である。これによって、熱受容部6は、銀の薄膜層が下層側とされることによって、素子本体部3に対して電気的に結合しないように図られている。熱受容部6は、錫の薄膜層が上層側に施されているので、熱受容部6の表面は、半田濡れ性を有する。熱受容部6の表面層は、銀の薄膜層に対してコーティングされた半田の薄膜層で構成されてもよい。熱受容部6は、電極部4,5と接しないよう、電極部4,5に対して間隔をおいて形成されている。熱受容部6は、素子本体部3の表面から突出しない状態で薄膜に形成されている。これによって、熱受容部6の表面と素子本体部3の表面とは、面一とされている。この場合、熱受容部6の表面と素子本体部3の表面とが面一である必要は必ずしもなく、素子本体部3の表面に積層されても良い。正特性サーミスタ1の寸法(長さ×幅×高さ)は、1.6mm×0.8mm×0.8mmである。ただし、正特性サーミスタ1の寸法は、この寸法に限定されない。
【0032】
図2および図3を参照して、7は回路基板、8はパワーIC、9はランドをそれぞれ示す。回路基板7上に、温度検出対象としてのパワーIC8が搭載されている。銅箔からなるランド9が回路基板7におけるパワーIC8を搭載した面領域から横外側に延出されている。正特性サーミスタ1は、ランド9の端部に位置させられて回路基板7上に実装されている。正特性サーミスタ1の各電極部4,5は、回路基板7の不図示の配線パターンに半田付けされている。正特性サーミスタ1の熱受容部6は、ランド9上に位置される状態でランド9に対して半田Hにより半田付けされている。ランド9が電極部4,5に対して電気絶縁されるよう、ランド9は正特性サーミスタ1の電極部4,5間に収められている。ランド9と熱受容部6それぞれの横幅は、同幅ないしはほぼ同幅に設定されている。
【0033】
この構成により、ランド9を通してパワーIC8の熱がランド9を介して正特性サーミスタ1の熱受容部6に伝導される。正特性サーミスタ1は、その伝導された熱に対応する検出信号を出力する。ランド9を介してパワーIC8側から熱伝導されるから、ランド9がない場合と比較して、精度良い温度検出に必要な熱の伝導がされ易い。したがって、熱受容部6が正特性サーミスタ1に設けられていることによって、温度検出対象側であるパワーIC8からの熱は、ランド9を通して伝導され易い。このことと相俟って、正特性サーミスタ1による温度検出精度が従来と比較して高い。この場合、ランド9は、直線状に延出されたものに限定されず、部品等の配置構成などに応じて適宜屈曲された形状でもよい。さらに、熱受容部6は、パワーIC8などの温度検出対象素子に設けられた放熱端子などの放熱部に直接接触もしくは半田付け等などの間接接触で熱結合されてもよい。
【0034】
(実施形態2)
実施形態1とは別形態を成す実施形態2について図に基づいて説明する。図4(a)は、温度検出素子を示す斜視図、図4(b)は温度検出素子の熱受容部における縦断面側面図である。
【0035】
図4を参照して、正特性サーミスタ1は、チップ部品として、直方体状に構成される素子本体部3と、その素子本体部3の両端に設けられた電極部4,5と、熱受容部6とを含む。熱受容部6は、電極部4,5間において素子本体部3の表面に積層形成される状態で設けられている。
【0036】
正特性サーミスタ1の熱受容部6は、絶縁層10と、金属薄膜11と、伝導体としての突起部12とを有する。絶縁層10は、素子本体部3の2つの側面に貼り付けられたシリコンゴムまたはシリコン樹脂の薄膜片で構成されている。
金属薄膜11は、絶縁層10の表面に形成された例えば銅を素材とする薄膜で構成されている。突起部12は、金属薄膜11の一端部に、同じく銅を素材とする板状のもので構成されている。この場合、突起部12は、金属薄膜11が形成されている面に対して直交する方向に沿って突出されている。
【0037】
図5を参照して、正特性サーミスタ1の突起部12は、例えば回路基板7に搭載されたパワーIC8のパッケージ8Aと回路基板7との間に差し込まれる。パワーIC8側から熱受容部6への熱は、突起部12を通して、伝導される。この場合、実施形態1とは異なり熱受容部6は、ランドなどに半田付けされなくても良い。この熱受容部6では、素子本体部3表面に絶縁層10を介して金属薄膜11が設けられるから、金属薄膜11の素材として、オーミック性接触の金属を採用することができる。
【0038】
本発明は、上記各実施形態に限定されず、以下の変形例が考えられる。
【0039】
(1)上記実施形態では、温度検出素子として負特性サーミスタを採用することも可能である。
【0040】
(2)熱受容部として用いられる非オーミック性接触の金属材料としては、金、白金、または、これらまたは銀を含む合金であっても良い。
【0041】
(3)図6(a),(b)に示すように、正特性サーミスタのチップ部品で構成される正特性サーミスタ1は、横長の直方体状に外形形状が構成されるとともに、その長手方向両端にそれぞれ電極部4,5を備える。これら電極部4,5間に、素子本体部3の表面に積層形成される状態で熱受容部6が設けられる。
【0042】
図6(a),(b)に示される正特性サーミスタ1の熱受容部6の場合、素子本体部3の2つの側面にシリコンゴムまたはシリコン樹脂の薄膜片が貼り付けられてなる絶縁層10と、この絶縁層10の表面に形成された例えば銅からなる金属薄膜11とにより構成される。
【0043】
(4)図7(a),(b)に示すように、正特性サーミスタのチップ部品で構成される正特性サーミスタ1は、横長の直方体状に外形形状が構成されるとともに、その長手方向両端にそれぞれ電極部4,5が設けられている。これら電極部4,5間には、素子本体部3の表面に積層形成される状態で熱受容部6が設けられている。
【0044】
図7(a),(b)に示される正特性サーミスタ1の熱受容部6の場合、素子本体部3の1つの側面にシリコンゴムまたはシリコン樹脂の薄膜片を貼り付けられてなる絶縁層10と、この絶縁層10の表面に形成された例えば銅からなる金属薄膜11とにより構成される。金属薄膜11の下端に横向きに突出する伝導体としての突起部12が設けられる。
【0045】
(5)図8に示すように、正特性サーミスタのチップ部品で構成される正特性サーミスタ1は、横長の直方体状に外形形状が構成されるとともに、その両端にそれぞれ電極部4,5が設けられている。これら電極部4,5間には、素子本体部3の表面に積層形成される状態で熱受容部6が設けられている。
【0046】
図8に示される正特性サーミスタ1の熱受容部6の場合、素子本体部3の2つの側面にシリコンゴムまたはシリコン樹脂の薄膜片を貼り付けられてなる絶縁層10a,10bと、この絶縁層10a,10bの表面に形成された例えば銅からなる金属薄膜11a,11bとにより構成されている。1つの面の絶縁層10aは、両電極部4,5の間に収まる小幅のものとなっており、その幅内に金属薄膜11aが形成されている。もう1つの面の絶縁層10bは、両電極部4,5に一部重なるよう広幅のものとなっており、その幅内に金属薄膜11bが形成されている。この金属薄膜11bは金属薄膜11aよりも広幅となっている。したがって、幅広のこの金属薄膜11bおよび金属薄膜11aは、電極部4,5とは電気的に絶縁されているとともに、幅広に形成した金属薄膜11bを備えていることにより、その金属薄膜11bへ熱伝導し易いものとなっている。
【0047】
(6)図9(a),(b)に示すように、正特性サーミスタのチップ部品で構成される正特性サーミスタ1は、横長の直方体状に外形形状が構成されるとともに、その長手方向両端にそれぞれ電極部4,5が設けられている。これら電極部4,5間には、素子本体部3の表面に積層形成される状態で熱受容部6が設けられている。
【0048】
図9(a),(b)に示される正特性サーミスタ1の熱受容部6の場合、素子本体部3の3つの側面にシリコンゴムまたはシリコン樹脂の薄膜片を貼り付けてなる絶縁層10と、該絶縁層10の表面に形成された例えば銅からなる金属薄膜11とにより構成されている。
【0049】
(7)本発明の実施形態として、図示しないが、上記のような絶縁層は、素子本体部における電極部を設けていない表面の全面を覆うように形成されたものでも良い。また、絶縁層は上述したシリコンゴムまたはシリコン樹脂に限定されるものでなく、電気的絶縁性のある各種材料を適用可能である。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、熱受容部を備えていることによって、素子本体部に対して温度検出対象からの熱が伝導されやすくなっていることから、従来では温度検出対象からの熱による感温が十分に行えないほどにその温度検出対象から少し離れた箇所に温度検出素子を配置しなければならない場合でも、熱受容部への温度検出対象からの熱の伝導を図ることができる。したがって、そのように検出対象との温度検出に関する温度検出素子の結合が良好に行えるものとなるので、その温度検出対象の温度検出を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るチップ型正特性サーミスタの一例の外観を示す斜視図
【図2】 図1の正特性サーミスタを基板に配置した状態の一例を示す平面図
【図3】 図2における要部縦断面図
【図4】 別実施形態の正特性サーミスタの外観を示す斜視図(a)と、要部縦断面側面図(b)
【図5】 図4の正特性サーミスタを基板に配置した状態の一例を示す要部縦断面側面図
【図6】 別実施形態の正特性サーミスタの外観を示す斜視図(a)と、要部縦断面側面図(b)
【図7】 別実施形態の正特性サーミスタの外観を示す斜視図(a)と、要部縦断面側面図(b)
【図8】 別実施形態の正特性サーミスタの外観を示す斜視図
【図9】 別実施形態の正特性サーミスタの外観を示す斜視図(a)と、要部縦断面側面図(b)
【図10】 従来のチップ型正特性サーミスタの外観を示す斜視図
【符号の説明】
1 温度検出素子
3 素子本体部
4,5 電極部
6 熱受容部
7 回路基板
9 ランド
Claims (8)
- 素子本体部と、前記素子本体部に設けられた電極部と、温度検出対象側から伝導される熱を受容する熱受容部とを含み、前記熱受容部は、前記素子本体部の表面素材に対して非オーミック性接触の金属薄膜層を有する、ことを特徴とする温度検出素子。
- 請求項1に記載の温度検出素子において、前記熱受容部は、前記非オーミック性接触の金属薄膜層に対する表層として半田濡れ性を有する接合用薄膜層を有する、ことを特徴とする温度検出素子。
- 素子本体部と、前記素子本体部に設けられた電極部と、温度検出対象側から伝導される熱を受容する熱受容部とを含み、前記素子本体部の表面に絶縁材層が設けられており、前記熱受容部は、前記素子本体部の表面に対して前記絶縁材層を介して設けられている、ことを特徴とする温度検出素子。
- 請求項1から3のいずれかに記載の温度検出素子において、前記素子本体部と前記電極部と前記熱受容部との全体形状がチップ型に構成されている、ことを特徴とする温度検出素子。
- 請求項1から4のいずれかに記載の温度検出素子において、前記素子本体部が、正特性サーミスタとして機能する部分に構成されている、ことを特徴とする温度検出素子。
- 請求項1から5のいずれかに記載の温度検出素子において、前記素子本体部は直方体状に構成されており、前記熱受容部は、前記素子本体部の表面の少なくとも一側面以上に備えられている、ことを特徴とする温度検出素子。
- 請求項1から6のいずれかに記載の温度検出素子において、さらに前記温度検出対象側から熱を伝導する伝導体が、前記熱受容部に設けられている、ことを特徴とする温度検出素子。
- 請求項1から7のいずれかに記載の温度検出素子と、前記温度検出素子が備える前記熱受容部に対して熱結合可能なランドとを含む、ことを特徴とする回路基板。
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