JP2005294476A - 表面実装型温度検出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧出力モードの３端子構成とし、出力電圧／温度特性においてリニア特性を実現すると共に、サーミスタが温度を検知する精度を向上させる表面実装型温度検出素子を提供する。
【解決手段】表面実装型温度検出素子１ａ_１は、基板２と、基板２の辺部に形成される電源端子電極３、出力端子電極４、アース端子電極５を有する。また、一方の端子が入力端子電極３に接続され、他方の端子が出力端子電極４に接続される抵抗６と、一方の端子がアース端子電極５に接続され、他方の端子が出力端子電極４に接続されるサーミスタ７を有する。また、基板２は樹脂によりモールドされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーミスタと抵抗を複合化した表面実装型温度検出素子に関する。

従来、小型化、１チップ化を図るために、チップ状のサーミスタ素体と、サーミスタ素体の両端面に形成される端子電極と、サーミスタ素体の側面に形成される抵抗体層とを備え、一方の端子電極、抵抗体層、サーミスタ素体、及び他方の端子電極をこれらの順で直列に接続した複合素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このような構成の複合素子にあっては、サーミスタ特性のリニア化を実現するものではなく、また、電圧出力とするためには、別途抵抗が必要になるという問題があった。
また、サーミスタ素体に対して熱が伝わりやすくなるような構成を設けていないため、サーミスタが温度を検知する精度の信頼性に問題があった。
特開平１０−２９４２０７号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、電圧出力モードの３端子構成とし、出力電圧／温度特性においてリニア特性を実現すると共に、サーミスタが温度を検知する精度を向上させる表面実装型温度検出素子を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板の辺部に形成される電源端子電極、出力端子電極、アース端子電極と、一方の端子が前記電源端子電極に接続され、他方の端子が前記出力端子電極に接続される第１の抵抗と、一方の端子が前記アース端子電極に接続され、他方の端子が前記出力端子電極に接続されるサーミスタと、前記基板上にモールドされる樹脂とを有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基板の辺部に形成される前記電源端子電極及び前記出力端子電極とは電気的に絶縁された熱的結合端子を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記基板の裏面上であって、前記サーミスタが配置される領域に対応した領域に少なくとも形成され、前記熱的結合端子に接続される熱伝導膜を更に有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかの項に記載の発明であって、前記電源端子電極、前記出力端子電極、前記アース端子電極の少なくとも一部の電極幅が前記熱的結合端子の電極幅より狭く形成されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかの項に記載の発明であって、前記サーミスタが、第２の抵抗とサーミスタを並列に接続した複合素子により構成されることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれかの項に記載の発明であって、前記サーミスタが、第２の抵抗とサーミスタを並列に接続するとともに、第３の抵抗を直列に接続した複合素子により構成されることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかの項に記載の発明であって、前記樹脂に熱伝導性の高いフィラーを含ませてモールドしたことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、基板と、前記基板の辺部に形成される電源端子電極、出力端子電極、アース端子電極と、前記基板上に配置される少なくとも１つの抵抗と、前記基板上に配置される少なくとも１つのサーミスタと、前記基板上に前記抵抗及び前記サーミスタを覆ってモールドされる樹脂とを有することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、サーミスタが検知する温度に対応した電圧が出力端子電極から出力されるので、信号処理が容易であり、かつ、サーミスタと第１の抵抗の特性マッチング処理（規定温度での抵抗値を同一にする処理）を行うことにより、表面実装型温度検出素子の周囲の温度を高い精度で測定することができる。また、基板上に第１の抵抗やサーミスタを配置して樹脂によりモールドしてあるため、取り扱いが容易な表面実装型温度検出素子を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、基板の辺部に形成される電源端子電極及び出力端子電極とは電気的に絶縁された熱的結合端子を形成したので、表面実装型温度検出素子に熱を効率的に伝えることができる。また、熱的結合端子を固定用端子として使用することにより、表面実装型温度検出素子をより確実に固定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、基板の裏面上であって、サーミスタが配置される領域に対応した領域に少なくとも形成され、熱的結合端子に接続される熱伝導膜とを更に形成したので、熱伝導膜から伝わる熱をサーミスタにより効率良く伝えることができ、サーミスタの温度検出の精度を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、電源端子電極、出力端子電極、アース端子電極の各端子部の電極幅が、熱的結合端子より狭く形成されているので、サーミスタから電源端子電極、出力端子電極、アース端子電極を伝わって逃げる熱を少なくすることができ、サーミスタの温度検出の精度を向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、前記サーミスタが、第２の抵抗とサーミスタを並列に接続した複合素子により構成されているので、より広い温度範囲でリニアな出力電圧特性を有する表面実装型温度検出素子を得ることができる。

請求項６に記載の発明によれば、前記サーミスタが、第２の抵抗とサーミスタを並列に接続するとともに、第３の抵抗を直列に接続した複合素子により構成されているので、更により広い温度範囲でリニアな出力電圧特性を有する表面実装型温度検出素子を得ることができる。

請求項７に記載の発明によれば、基板をモールドする樹脂に、熱伝導性の高いフィラーを含ませたので、表面実装型温度検出素子の周囲から伝わる熱を、サーミスタに効率的に伝えることができ、サーミスタの温度検出の精度を向上させることができる。

図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態によるモジュールタイプの表面実装型温度検出素子１ａ_１の構造を示す平面図である。ガラスエポキシ基板２の辺部には、電源端子電極３、出力端子電極４、アース端子電極５がそれぞれ設けられている。また、ガラスエポキシ基板２上には、抵抗６及びサーミスタ７がそれぞれ配置されている。
なお、本実施形態では基板としてガラスエポキシ基板２を用いているが、これに限定されるものではなく、セラミック基板などその他の基板を用いることもできる。
電源端子電極３は、抵抗６の一方の端子と導体パターン８ａを介して接続される。また、出力端子電極４は、抵抗６の他方の端子と導体パターン８ｂを介して接続される。
アース端子電極５は、サーミスタ７の一方の端子と導体パターン８ｃを介して接続される。また、出力端子電極４は、サーミスタ７の他方の端子と導体パターン８ｄを介して接続される。

図１（Ｂ）は、本実施形態によるモジュールタイプの表面実装型温度検出素子１ａ_１の外観を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の表面実装型温度検出素子１ａ_１において、抵抗６、サーミスタ７が配置されているガラスエポキシ基板２を樹脂９でモールドして、モジュールタイプの表面実装型温度検出素子１ａ_１として形成したものである。
表面実装型温度検出素子１ａ_１の前面には、電源端子電極３とアース端子電極５の接続部が現れている。また、表面実装型温度検出素子１ａ_１の背面には、出力端子電極４の接続部が現れている。

ガラスエポキシ基板２をモールドする樹脂９として、樹脂９の中に熱伝導性に優れたフィラーを含ませたものを使用することができる。このように樹脂９を構成することにより、熱伝導性に優れたフィラーを介してサーミスタ７に熱が伝わり易くなり、サーミスタ７の温度を検知する感度を向上させることができる。
また、他の封止方法として、熱を検知するサーミスタ７の周辺部を熱伝導率の高い材料を用いて封止した後で、ガラスエポキシ基板２の全体を、外部から保護するための衝撃に強い材料によりモールドするようにしても構わない。このようにガラスエポキシ基板２上をモールドすることにより、サーミスタ７に対しては熱が伝わりやすくなるとともに、外部からの衝撃に強い表面実装型温度検出素子１を得ることができる。

なお、本実施形態による表面実装型温度検出素子１ａ_１として、例えば、Ｌ＝２．０ｍｍ、Ｗ＝１．６〜２．０ｍｍ、Ｔ＝１．０〜１．２ｍｍのサイズのものを用いることができる。
また、抵抗６のサイズとして、例えば、０．６ｍｍ×０．３ｍｍの素子を用いることができる。また、サーミスタ７のサイズとして、例えば、０．６ｍｍ×０．３ｍｍの素子を用いることができる。

次に、本実施形態による表面実装型温度検出素子１ａ_１の製造方法を説明する。まず、ガラスエポキシ基板２を準備し、電源端子電極３、出力端子電極４、アース端子電極５を形成する。
次に、導体パターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄをそれぞれ、電源端子電極３、出力端子電極４、アース端子電極５、出力端子電極４に接続される状態で、ガラスエポキシ基板２上に形成する。
次に、導体パターン８ａと８ｂに抵抗６の両端が接続されるように、抵抗６をガラスエポキシ基板２上に実装する。また、導体パターン８ｃと８ｄにサーミスタ７の両端が接続されるように、サーミスタ７をガラスエポキシ基板２上に実装する。
次に、ガラスエポキシ基板２上に、電源端子電極３、出力端子電極４、アース端子電極５、抵抗６、サーミスタ７、導体パターン８を覆うように樹脂９をモールドする。その後、１つ１つの表面実装型温度検出素子１ａ_１に切り分けるダイシングを行うことにより、表面実装型温度検出素子１ａ_１が完成する。

図２（Ａ）は、本実施形態による表面実装型温度検出素子１ａ_１の接続例を示した回路図である。図２（Ａ）は、表面実装型温度検出素子１ａ_１をアナログ・デジタル変換器１０（ＡＤＣ：Analog Digital Converter）に接続した場合を示している。
電源端子電極３に電圧Ｖ_＋を印加し、アース端子電極５をＧＮＤ（グランド）に接続することにより接地し、出力端子電極４をアナログ・デジタル変換器１０に接続する。表面実装型温度検出素子１ａ_１を構成するサーミスタ７が検知する温度に応じた電圧Ｖ_ＯＵＴがアナログ・デジタル変換器１０に対して出力される。よって、出力端子電極４から出力される電圧Ｖ_ＯＵＴから表面実装型温度検出素子１ａ_１の周囲の温度を知ることができ、各種電子機器などの温度を制御するために用いることができる。

図２（Ｂ）は、本実施形態による表面実装型温度検出素子１ａ_１を用いた場合の効果を示すグラフである。図２（Ｂ）は、横軸に温度を、縦軸に出力電圧Ｖ_ＯＵＴと入力電圧Ｖ_＋の比を取り、温度とＶ_ＯＵＴ／Ｖ_＋の関係を示したものである。このグラフによれば、サーミスタ７が検知する温度が上昇するに伴って、Ｖ_ＯＵＴ／Ｖ_＋の値は減少している。つまり、負の温度特性を持つＮＴＣ（Negative Tempareture Coefficient）として機能している。
本実施形態による表面実装型温度検出素子１ａ_１によれば、電源端子電極３、出力端子電極４、アース端子電極５の３端子構造の電圧出力タイプの表面実装型温度検出素子１ａ_１において、広い温度範囲で高い温度精度を実現することが可能となる。また、基板２上を樹脂９でモールドした表面実装型の温度検出素子なので、表面実装型温度検出素子１ａ_１を取り付ける電子機器等を小型化することができる。更に、品質面においても高い信頼性を実現することができる。

なお、本実施形態では、表面実装型温度検出素子１ａ_１が図１（Ｂ）に示すようにモジュールタイプの場合について説明したが、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すようにワンチップタイプとして表面実装型温度検出素子（１ａ_２、１ａ_３）を形成することもできる。
つまり、図３（Ａ）に示すワンタッチタイプの表面実装型温度検出素子１ａ_２のように、サーミスタ７の両端に電源端子電極３とアース端子電極５をそれぞれ形成し、温度検出部１５の中央部に、温度検出部１５の周囲を取り巻くようにして環状の出力端子電極４を形成することもできる。
また、図３（Ｂ）に示すワンタッチタイプの表面実装型温度検出素子１ａ_３のように、温度検出部１５の両端に電源端子電極３とアース端子電極５をそれぞれ形成し、温度検出部１５の中央部に、温度検出部１５の周囲の一部を覆うようにしてコ字状の出力端子電極４を形成することもできる。
図３（Ａ）、（Ｂ）に示した、温度検出部１５の内部には、抵抗６、サーミスタ７が含まれており、電気回路としては図１（Ａ）のモジュール型の表面実装型温度検出素子１ａ_１と等価に構成されている。

図４（Ａ）は、本発明の第２の実施形態によるモジュールタイプの表面実装型温度検出素子検出素子１ｂ_１の構造を示す平面図である。第１の実施形態と同様の構成を取る部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
第１の実施形態による表面実装型温度検出素子１ａ_１では、端子が電源端子電極３、出力端子電極４、アース端子電極５の３端子により構成されていた。しかし、第２の実施形態による表面実装型温度検出素子１ｂ_１では、端子として熱的結合端子１１が更に設けられている点で相違する。熱的結合端子１１は、電源端子電極３、出力端子電極４、アース端子電極５、抵抗６、サーミスタ７とは電気的に絶縁されている。なお、導体パターン８ｂは、導体パターン８ｅを介して出力端子電極４に接続されている。

図４（Ｂ）は、本実施形態によるモジュールタイプの表面実装型温度検出素子１ｂ_１の外観を示す斜視図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の表面実装型温度検出素子１ｂ_１において、抵抗６、サーミスタ７が配置されているガラスエポキシ基板２を樹脂９でモールドして、モジュールタイプの表面実装型温度検出素子１ｂ_１として形成したものである。
表面実装型温度検出素子１ｂ_１の前面には、電源端子電極３とアース端子電極５の接続部が現れている。また、表面実装型温度検出素子１ｂ_１の背面には、出力端子電極４と熱的結合端子１１の接続部が現れている。

図５は、本実施形態によるの表面実装型温度検出素子１ｂ_１の裏面図である。
ガラスエポキシ基板２におけるサーミスタ７が配置される領域に対応する領域であって、ガラスエポキシ基板２の裏面上の領域には、熱伝導膜１３が形成されている。熱伝導膜１３は、熱的結合端子１１に接続されている。表面実装型温度検出素子１ｂ_１のガラスエポキシ基板２の裏面上の一部領域上には、ガラスエポキシ基板２と熱伝導膜１３を覆ってレジスト膜１２が形成されている。

このような構成にすれば、熱伝導膜１３の面積が大きく形成されているとともに、サーミスタ７に、ガラスエポキシ基板２を介して、熱伝導膜１３が近接して配置されるため、熱的結合端子１１から流入する熱をサーミスタ７に効率良く伝えることができる。よって、サーミスタ７の熱に対する感度を向上させることができる。
また、熱的結合端子１１を表面実装型温度検出素子１ｂ_１を固定するために用いることで、より確実に表面実装型温度検出素子１ｂ_１を電子機器等の基板に固定することが可能となる。
また、ガラスエポキシ基板２の裏面上に形成される熱伝導膜１３を覆って、レジスト膜１２を形成することにより、表面実装型温度検出素子１ｂ_１を実装する際にはんだに起因するショートモードなどの問題が生じるのを防ぐことができる。

なお、本実施形態では、表面実装型温度検出素子１ｂ_１が図４（Ａ）に示すようにモジュールタイプの場合について説明したが、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すようにワンチップタイプとして形成することもできる。
図６（Ａ）に示すモジュールタイプの表面実装型温度検出素子１ｂ_２のように、温度検出部１５の両端に電源端子電極３とアース端子電極５をそれぞれ形成し、温度検出部１５の中央部に、温度検出部１５の周囲を取り巻くようにして共用電極１４を構成してもよい。
共用電極１４は、図４（Ａ）に示した表面実装型温度検出素子１ｂ_１における出力端子電極４と熱的結合端子１１の双方の役割を果たす。共用電極１４は、温度検出部１５の検出する温度に対応した電圧を共用電極１４から出力するとともに、共用電極１４に接続される電子機器等の熱を温度検出部１５に対して効率良く伝える機能を有する。

一方、図６（Ｂ）に示すようにワンチップタイプの表面実装型温度検出素子１ｂ_３を形成することもできる。つまり、温度検出部１５の両端に電源端子電極３とアース端子電極５をそれぞれ形成し、温度検出部１５の中央部に、温度検出部１５の周囲の一部を覆うようにして、出力端子電極４と熱的結合端子１１が互いに接触しないように別々に構成しても良い。
図６（Ａ）、（Ｂ）に示した、温度検出部１５の内部には、抵抗６、サーミスタ７が含まれており、電気回路としては図４（Ａ）のモジュール型の表面実装型温度検出素子１ａ_２と等価に構成されている。

図７は、本発明の第３の実施形態によるモジュールタイプの表面実装型温度検出素子１ｃの構造を示す平面図である。第１及び第２の実施形態と同様の構成を取る部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
第２の実施形態による表面実装型温度検出素子１ａ_２とは、電源端子電極３、出力端子電極４、アース端子電極５（図４（Ａ））の形状がそれぞれ相違している。すなわち、電源端子電極３ａ、出力端子電極４ａ、アース端子電極５ａ（図７）の一部の電極幅が、熱的結合端子１１の電極幅よりも狭く形成されている。電極幅を狭く形成しているため、熱的結合端子１１から熱伝導膜１３を介してサーミスタ７に伝えられた熱が、電源端子電極３ａ、出力端子電極４ａ、アース端子電極５ａから放散するのを低減させることができる。よって、サーミスタ７により多く熱を蓄えることが可能となり、サーミスタ７の熱に対する感度を向上させることができる。

なお、第１から第３の実施形態による表面実装型温度検出素子をそれぞれ別々に説明したが、各実施形態で説明した内容をそれぞれ組み合わせて表面実装型温度検出素子１を形成することもできる。

上記第１から第３の実施形態による表面実装型温度検出素子１は、各種電子機器の温度検知や温度補償用として用いることができる。具体的には、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）やＣＤ（Compact Disk）用の光ピックアップ、ハードディスク、液晶（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、パワーアンプ、パソコンにおけるマザーボードなどに用いることができる。

なお、第１から第３の実施形態では、ガラスエポキシ基板２上に抵抗６及びサーミスタ７により形成される電気回路が、図８（Ａ）に示す等価回路と同じになるように構成されていた。しかし、表面実装型温度検出素子１を構成する電気回路は図８（Ａ）に示す回路に限定されるものではない。
例えば、図８（Ｂ）に示す等価回路と同じ構成を持つ電気回路を、ガラスエポキシ基板２上に形成することもできる。具体的には、図８（Ａ）におけるサーミスタ７を、抵抗６ａとサーミスタ７ａを複合化してワンチップ化した複合素子１６ａを用いて構成してもかまわない。複合素子１６ａは、抵抗６ａとサーミスタ７ａが並列に接続された電気回路と等価になるように構成されている。このような構成にすれば、素子の大きさが第１から第３の実施形態による表面実装型温度検出素子（１ａ_１、１ｂ_１、１ｃ）と同じく小型でありながら、より広い温度範囲でリニアな出力電圧特性を有する表面実装型温度検出素子を得ることができる。

また、図８（Ｃ）に示す等価回路と同じ構成を持つ電気回路を、ガラスエポキシ基板２上に形成することもできる。具体的には、図８（Ａ）におけるサーミスタ７を、抵抗６ｂ及び６ｃとサーミスタ７ｂを複合化してワンチップ化した複合素子１６ｂを用いて構成してもかまわない。複合素子１６ｂは、抵抗６ｂとサーミスタ７ｂが並列に接続された回路に対して、更に抵抗６ｃを直列に接続した電気回路と等価になるように構成されている。このような構成にすれば、素子の大きさが第１から第３の実施形態による表面実装型温度検出素子（１ａ_１、１ｂ_１、１ｃ）と同じく小型でありながら、更により広い温度範囲でリニアな出力電圧特性を有する表面実装型温度検出素子を得ることができる。

以上、実施形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

各種電子機器の温度検知、温度補償用として使用する表面実装型温度検出素子に利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態による表面実装型温度検出素子１ａ_１を説明するための図である。 本実施形態による表面実装型温度検出素子１ａ_１を説明するための図である。 本実施形態による表面実装型温度検出素子（１ａ_２、１ａ_３）を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態による表面実装型温度検出素子１ｂ_１を説明するための図である。 本実施形態による表面実装型温度検出素子１ｂ_１の裏面図である。 本実施形態による表面実装型温度検出素子（１ｂ_２、１ｂ_３）を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態による表面実装型温度検出素子１ｃの平面図である。 本発明の実施形態による表面実装型温度検出素子１におけるサーミスタ７部分の種々の構成を説明するための等価回路である。

符号の説明

１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ｂ_１、１ｂ_２、１ｂ_３、１ｃ・・・表面実装型温度検出素子
２・・・ガラスエポキシ基板
３、３ａ・・・電源端子電極
４、４ａ・・・出力端子電極
５、５ａ・・・アース端子電極
６、６ａ、６ｂ、６ｃ・・・抵抗
７、７ａ、７ｂ・・・サーミスタ
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ・・・導体パターン
９・・・樹脂
１０・・・アナログ・デジタル変換器
１１・・・熱的結合端子
１２・・・レジスト膜
１３・・・熱伝導膜
１４・・・共用電極
１５・・・温度検出部
１６ａ、１６ｂ・・・複合素子

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板の辺部に形成される電源端子電極、出力端子電極、アース端子電極と、
   一方の端子が前記電源端子電極に接続され、他方の端子が前記出力端子電極に接続される第１の抵抗と、
   一方の端子が前記アース端子電極に接続され、他方の端子が前記出力端子電極に接続されるサーミスタと、
   前記基板上にモールドされる樹脂と、
   を有することを特徴とする表面実装型温度検出素子。
2. 前記基板の辺部に形成される前記電源端子電極及び前記出力端子電極とは電気的に絶縁された熱的結合端子を有することを特徴とする請求項１に記載の表面実装型温度検出素子。
3. 前記基板の裏面上であって、前記サーミスタが配置される領域に対応した領域に少なくとも形成され、前記熱的結合端子に接続される熱伝導膜を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の表面実装型温度検出素子。
4. 前記電源端子電極、前記出力端子電極、前記アース端子電極の少なくとも一部の電極幅が前記熱的結合端子の電極幅より狭く形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の表面実装型温度検出素子。
5. 前記サーミスタが、第２の抵抗とサーミスタを並列に接続した複合素子により構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の表面実装型温度検出素子。
6. 前記サーミスタが、第２の抵抗とサーミスタを並列に接続するとともに、第３の抵抗を直列に接続した複合素子により構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の表面実装型温度検出素子。
7. 前記樹脂に熱伝導性の高いフィラーを含ませてモールドしたことを特徴とする請求項１から６のいずれかの項に記載の表面実装型温度検出素子。
8. 基板と、
   前記基板の辺部に形成される電源端子電極、出力端子電極、アース端子電極と、
   前記基板上に配置される少なくとも１つの抵抗と、
   前記基板上に配置される少なくとも１つのサーミスタと、
   前記基板上に前記抵抗及び前記サーミスタを覆ってモールドされる樹脂と、
   を有することを特徴とする表面実装型温度検出素子。
   

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