JP2019174127A - Heat flow flux sensor manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱流束センサの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a heat flux sensor.
従来より、絶縁基材と、絶縁基材の一面側に配置される第1保護部材と、絶縁基材の裏面側に配置される第2保護部材とを備えた熱流束センサが提案されている。具体的には、この熱流束センサでは、絶縁基材に厚さ方向に貫通する複数の第1、第2ビアホールが形成されており、第1、第2ビアホールに互いに異なる熱電材料で構成された第1、第2層間接続部材が埋め込まれている。また、複数の第1、第2層間接続部材は、第1保護部材に形成された第1配線パターンと、第2保護部材に形成された第2配線パターンとによって、交互に直列に接続されている。なお、絶縁基材、第1保護部材、および第2保護部材は、熱可塑性樹脂を含んで構成されている。 Conventionally, a heat flux sensor including an insulating base, a first protective member disposed on one side of the insulating base, and a second protective member disposed on the back side of the insulating base has been proposed. . Specifically, in this heat flux sensor, a plurality of first and second via holes penetrating in the thickness direction are formed in the insulating base material, and the first and second via holes are made of different thermoelectric materials. First and second interlayer connection members are embedded. The plurality of first and second interlayer connection members are alternately connected in series by the first wiring pattern formed on the first protection member and the second wiring pattern formed on the second protection member. Yes. Note that the insulating base, the first protective member, and the second protective member are configured to include a thermoplastic resin.
このような熱流束センサは、以下のように製造される。すなわち、まず、絶縁基材を用意し、この絶縁基材に第1、第2ビアホールを形成して第1、第2導電性ペーストを充填する。なお、第1、第2導電性ペーストは、固相焼結されることで第1、第2層間接続部材を構成するものである。 Such a heat flux sensor is manufactured as follows. That is, first, an insulating base material is prepared, and first and second via holes are formed in the insulating base material and filled with the first and second conductive pastes. The first and second conductive pastes constitute the first and second interlayer connection members by solid phase sintering.
また、第1配線パターンが形成された第1保護部材、および第2配線パターンが形成された第2保護部材を用意する。そして、第1、第2導電性ペーストが所定の第1配線パターンおよび所定の第2配線パターンと接触するように、第2保護部材、絶縁基材、第1保護部材を順に積層して積層体を形成する。 In addition, a first protective member on which the first wiring pattern is formed and a second protective member on which the second wiring pattern is formed are prepared. Then, the second protective member, the insulating base material, and the first protective member are sequentially laminated so that the first and second conductive pastes are in contact with the predetermined first wiring pattern and the predetermined second wiring pattern. Form.
その後、積層体を積層方向の上下両面から加熱しながら加圧することにより、第1、第2導電性ペーストを固相焼結して第1、第2層間接続部材を構成しつつ、積層体を一体化する。具体的には、一体化工程では、温度および加圧力を適宜変更しつつ、第1、第2導電性ペーストから第1、第2層間接続部材を構成する加熱工程、その後に冷却する冷却工程を行う。 Thereafter, the laminate is pressed while being heated from the upper and lower surfaces in the laminating direction, so that the first and second conductive pastes are solid-phase sintered to form the first and second interlayer connection members. Integrate. Specifically, in the integration step, a heating step for forming the first and second interlayer connection members from the first and second conductive pastes and a cooling step for cooling after that are performed while appropriately changing the temperature and the applied pressure. Do.
ここで、例えば、特許文献1には、一対のプレス板を有するプレス機を複数備え、各プレス機におけるプレス板の温度および加圧力を互いに独立して設定することができるプレス装置が提案されている。このため、このようなプレス装置を用いて一体化工程を行うことができる。すなわち、加熱工程は、加熱工程の温度に設定されたプレス板を有するプレス機に積層体を配置し、所定の加圧力で積層体を加圧しながら行われる。また、冷却工程は、冷却工程の温度に設定されたプレス板を有する別のプレス機に積層体を配置し、所定の加圧力で積層体を加圧しながら行われる。したがって、1つのプレス機で加熱工程および冷却工程を行う場合と比較して、プレス板を昇温または降温させるための待機時間が必要ないため、製造時間の短縮を図ることができる。
Here, for example,
なお、加熱工程では、絶縁基材を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも高い温度にプレス板の温度が設定される。これにより、加熱工程では、熱可塑性樹脂が流動して第1、第2導電性ペーストを加圧するため、第1、第2導電性ペーストの固相焼結を良好に行うことができる。また、冷却工程では、室温程度にプレス板の温度が設定される。 In the heating step, the temperature of the press plate is set to a temperature higher than the glass transition temperature of the thermoplastic resin constituting the insulating substrate. Thereby, in a heating process, since a thermoplastic resin flows and pressurizes the 1st and 2nd conductive paste, solid phase sintering of the 1st and 2nd conductive paste can be performed favorably. In the cooling step, the temperature of the press plate is set to about room temperature.
しかしながら、本発明者らが検討したところ、上記のようなプレス装置を用いて一体化工程を行った場合には、熱流束センサの内部に気泡が発生していることが確認された。 However, as a result of studies by the present inventors, it was confirmed that bubbles were generated inside the heat flux sensor when the integration process was performed using the press device as described above.
すなわち、加熱工程と冷却工程とを異なるプレス機を用いて行うため、加熱工程を行ってプレス機を変更する際に一旦加圧力が解放される。この場合、熱可塑性樹脂が高温の状態で加圧力が解放されるため、熱可塑性樹脂からガスが発生することで気泡が発生する。このため、この状態で室温まで一度に冷却する冷却工程を行うと、気泡が存存したまま熱可塑性樹脂が固化してしまうことになり、熱流束センサの内部に気泡が残存した状態となる。 That is, since the heating process and the cooling process are performed using different press machines, the pressing force is once released when the heating process is performed and the press machine is changed. In this case, since the applied pressure is released while the thermoplastic resin is at a high temperature, bubbles are generated by generating gas from the thermoplastic resin. For this reason, if the cooling process which cools to room temperature at once in this state is performed, the thermoplastic resin will solidify with the presence of the bubbles, and the bubbles remain in the heat flux sensor.
本発明は上記点に鑑み、内部に気泡が残存することを抑制できる熱流束センサの製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the heat flux sensor which can suppress that a bubble remain | survives inside in view of the said point.
上記目的を達成するための請求項1では、熱電変換素子(40、50)を有する熱流束センサであって、熱可塑性樹脂を含んで構成されており、厚さ方向に貫通する複数のビアホール(11、12)が形成され、ビアホールに複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末に有機溶剤を加えてペースト化した導電性ペースト(41、51)が充填されている絶縁基材(10)を用意することと、絶縁基材の一面(10a)に所定の導電性ペーストと接触する第1配線パターン(21)が形成された第1保護部材(20)を配置すると共に、絶縁基材の他面(10b)に所定の導電性ペーストと接触する第2配線パターン(31)が形成された第2保護部材(30)を配置して積層体(70)を形成することと、積層体を加熱しながら積層方向から加圧して絶縁基材、第1保護部材、第2保護部材を一体化することと、を行う。そして、一体化することでは、一対の本加熱用プレス板(121)の間に積層体を配置し、本加熱用温度とされた本加熱用プレス板で積層体を本加熱用加圧力で加圧することにより、絶縁基材の熱可塑性樹脂を流動させながら導電性ペーストを固相焼結して熱電変換素子を形成しつつ、熱電変換素子と、第1配線パターンおよび第2配線パターンとを電気的、機械的に接続する本加熱することと、本加熱することの後、一対の予備冷却用プレス板(131)の間に積層体を配置し、予備冷却用温度とされた予備冷却用プレス板で積層体を予備冷却用加圧力で加圧することにより、積層体を予備冷却することと、予備冷却することの後、一対の本冷却用プレス板(141)の間に積層体を配置し、予備冷却用温度よりも低い本冷却用温度とされた本冷却用プレス板で積層体を本冷却用加圧力で加圧することにより、積層体を本冷却することと、を行い、予備冷却することでは、本加熱用プレス板から予備冷却用プレス板に積層体を移動させる際に発生する気泡(80)を押し潰せるように、予備冷却用温度および予備冷却用加圧力が設定されるようにする。 In order to achieve the above object, a heat flux sensor having a thermoelectric conversion element (40, 50), comprising a thermoplastic resin, and having a plurality of via holes penetrating in the thickness direction ( 11 and 12) are formed, and a conductive paste (41, 51) in which an organic solvent is added to an alloy powder in which a plurality of metal atoms maintain a predetermined crystal structure is filled in via holes is filled While preparing a base material (10) and arranging a first protective member (20) having a first wiring pattern (21) in contact with a predetermined conductive paste on one surface (10a) of an insulating base material A laminated body (70) is formed by disposing a second protective member (30) having a second wiring pattern (31) formed on the other surface (10b) of the insulating base material and in contact with a predetermined conductive paste. Do not heat the laminate. Pressurized insulating substrate from al stacking direction, the first protective member, and integrating the second protection member, is carried out. In the integration, the laminate is placed between the pair of main heating press plates (121), and the main body is pressed with the main heating press plate at the main heating temperature. By pressing, the thermoelectric conversion element, the first wiring pattern, and the second wiring pattern are electrically connected while forming the thermoelectric conversion element by solid-phase sintering the conductive paste while flowing the thermoplastic resin of the insulating base material. Main heating which is mechanically and mechanically connected, and after the main heating, a pre-cooling press in which a laminated body is arranged between a pair of pre-cooling press plates (131) and set to a pre-cooling temperature. The laminate is preliminarily cooled by pressurizing the laminate with a pressure for precooling with a plate, and after the precooling, the laminate is disposed between a pair of main cooling press plates (141). The main cooling temperature is lower than the preliminary cooling temperature. By pressurizing the laminated body with the main cooling press plate with the main cooling pressure, the main body of the laminated body is cooled and preliminarily cooled to change from the main heating press plate to the preliminary cooling press plate. The precooling temperature and the precooling pressure are set so that the bubbles (80) generated when the laminate is moved can be crushed.
これによれば、予備冷却することにより、気泡を押し潰しつつ、熱可塑性樹脂の温度を下げる。このため、熱流束センサの内部に気泡が残存することを抑制できる。 According to this, by pre-cooling, the temperature of the thermoplastic resin is lowered while crushing the bubbles. For this reason, it can suppress that a bubble remains in the inside of a heat flux sensor.
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 Reference numerals in parentheses attached to each component and the like indicate an example of a correspondence relationship between the component and the like and specific components described in the embodiments described later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態の熱流束センサ1の構成について、図1および図2を参照しつつ説明する。なお、図1では、後述する第1保護部材20を省略して示してある。
(First embodiment)
A first embodiment will be described with reference to the drawings. First, the structure of the
熱流束センサ1は、絶縁基材10、第1保護部材20、第2保護部材30が一体化され、この一体化されたものの内部で第1、第2層間接続部材40、50が交互に直列に接続された構造とされている。なお、本実施形態では、第1、第2層間接続部材40、50が熱電変換素子に相当している。
In the
絶縁基材10は、可撓性を有する熱可塑性樹脂を含んで構成された板状のフィルム状とされている。そして、絶縁基材10には、厚み方向に貫通する複数の第1ビアホール11および第2ビアホール12が互い違いに形成されている。絶縁基材10は、本実施形態では、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミドが順に積層されて構成されている。なお、熱可塑性ポリイミドは、第1、第2保護部材20、30と接合される際の融着層として機能する部分であり、熱可塑性ポリエーテルイミドに対して極めて薄く形成されている。例えば、各熱可塑性ポリイミドは、25μm程度の厚みとされ、熱可塑性ポリエーテルイミドは、188μm程度の厚みとされる。つまり、絶縁基材10は、大部分が熱可塑性ポリエーテルイミドで形成されている。
The insulating
第1ビアホール11には第1層間接続部材40が配置され、第2ビアホール12には第2層間接続部材50が埋め込まれている。つまり、絶縁基材10には、第1層間接続部材40と第2層間接続部材50とが互い違いになるように埋め込まれている。
A first
第1層間接続部材40と第2層間接続部材50とは、ゼーベック効果を発揮するように、熱電能が互いに異なる金属や半導体等の熱電材料で構成されている。例えば、第1層間接続部材40は、P型を構成するBi(ビスマス)−Sb(アンチモン)−Te(テルル)合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物で構成される。また、例えば、第2層間接続部材50は、N型を構成するBi−Te合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物で構成される。
The first
なお、図1では、第1、第2層間接続部材40、50が後述する第1配線パターン21に隠れるが、理解をし易くするため、第1、第2層間接続部材40、50の位置を破線で示し、そこにハッチングを施してある。
In FIG. 1, the first and second
第1保護部材20は、熱可塑性樹脂を含んで構成された板状のフィルム状とされており、絶縁基材10の一面10aを覆うように配置されている。本実施形態では、第1保護部材20は、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミドが順に積層されて構成されている。
The
また、第1保護部材20には、絶縁基材10に向き合う一面20a側に、銅箔等がパターニングされた複数の第1配線パターン21が形成されている。この複数の第1配線パターン21は、第1層間接続部材40の一方の端部と、それに隣り合う第2層間接続部材50の一方の端部とに電気的に接続されている。
The first
第2保護部材30は、熱可塑性樹脂を含んで構成された板状のフィルム状とされており、絶縁基材10の他面10bを覆うように配置されている。本実施形態では、第2保護部材30は、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミドが順に積層されて構成されている。
The
また、第2保護部材30には、絶縁基材10に向き合う一面30a側に、銅箔等がパターニングされた複数の第2配線パターン31が形成されている。この複数の第2配線パターン31は、第1層間接続部材40の他方の端部と、それに隣り合う第2層間接続部材50の他方の端部とに電気的に接続されている。
The second
なお、第1配線パターン21および第2配線パターン31は、より詳しくは、互いに隣接する第1層間接続部材40と第2層間接続部材50とが交互に折り返されて接続されるように形成されている。つまり、第1配線パターン21および第2配線パターン31は、第1層間接続部材40と第2層間接続部材50とが直列に接続されるように形成されている。
More specifically, the
また、特に図示しないが、第2配線パターン31のうちの第1、第2層間接続部材40、50を直列に接続したものの端部となる部分は、第2保護部材30の一面30a上を適宜引き回された延長配線とされている。そして、第2保護部材30には、図2とは別断面において、延長配線を露出させるコンタクトホールが形成され、当該コンタクトホールを通じて外部配線と電気的に接続されるようになっている。
In addition, although not particularly illustrated, a portion of the
以上が本実施形態の熱流束センサ1の構成である。そして、このような熱流束センサ1は、厚み方向の一方の面と他方の面との間を熱流束が流れると、第1、第2層間接続部材40、50の一方の端部と他方の端部との間に温度差が発生する。この際、熱流束センサ1には、ゼーベック効果によって第1、第2層間接続部材40、50に熱起電力が発生する。このため、熱流束センサ1は、この熱起電力をセンサ信号(例えば、電圧信号)として出力する。
The above is the configuration of the
次に、上記熱流束センサ1の製造方法について、図3A〜図3Hを参照しつつ説明する。なお、図3A〜図3Hは、図2に相当する断面図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図3Aに示されるように、絶縁基材10を用意し、複数の第1ビアホール11をドリル等によって形成する。そして、図3Bに示されるように、各第1ビアホール11に、第1層間接続部材40を構成する第1導電性ペースト41を充填する。この工程では、例えば、図示しない保持台上に吸着紙60を介して絶縁基材10を配置し、第1導電性ペースト41を溶融させつつ、第1ビアホール11に第1導電性ペースト41を充填する。この際、絶縁基材10を吸着紙60上に配置しているため、第1導電性ペースト41の有機溶剤の大部分が吸着紙に吸着され、第1ビアホール11に合金の粉末が密接して配置される。
First, as shown in FIG. 3A, an insulating
なお、第1導電性ペースト41としては、本実施形態では、金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末を融点が43℃であるパラフィン等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。このため、第1導電性ペースト41を充填する際には、絶縁基材10の一面10aが約43℃に加熱された状態で行われる。また、第1導電性ペースト41を構成する合金の粉末としては、例えば、メカニカルアロイにて形成されたBi−Sb−Te等が用いられる。
In the present embodiment, the first
次に、図3Cに示されるように、絶縁基材10に複数の第2ビアホール12をドリル等によって形成する。この第2ビアホール12は、上記のように、第1ビアホール11と互い違いとなるように形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, a plurality of second via
続いて、図3Dに示されるように、各第2ビアホール12に、第2層間接続部材50を構成する第2導電性ペースト51を充填する。この工程では、上記図3Bの工程と同様に、例えば、図示しない保持台上に吸着紙60を介して絶縁基材10を配置し、第2導電性ペーストを溶融させつつ、第2ビアホール12に第2導電性ペースト51を充填する。これにより、第2導電性ペースト51の有機溶剤の大部分が吸着紙に吸着され、第2ビアホール12に合金の粉末が密接して配置される。
Subsequently, as shown in FIG. 3D, each second via
なお、第2導電性ペースト51としては、本実施形態では、第1導電性ペースト41を構成する金属原子と異なる金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末を融点が常温であるテレピネ等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。つまり、第2導電性ペースト51を構成する有機溶剤として、第1導電性ペースト41を構成する有機溶剤より融点が低いものが用いられる。そして、第2導電性ペースト51を充填する際には、絶縁基材10の一面10aが常温に保持された状態で行われる。言い換えると、第1導電性ペースト41に含まれる有機溶剤が固化された状態で、第2導電性ペースト51の充填が行われる。これにより、第1ビアホール11に第2導電性ペースト51が混入することが抑制される。また、第2導電性ペースト51を構成する合金の粉末としては、例えば、メカニカルアロイにて形成されたBi−Te等が用いられる。
In this embodiment, the second
そして、上記各工程とは別工程において、図3Eに示されるように、第1保護部材20の一面20aに複数の第1配線パターン21が形成されたものを用意する。このような第1保護部材20は、例えば、第1保護部材20の一面20aに熱圧着等によって銅箔を配置し、当該銅箔をパターニングすることによって用意される。
Then, in a step different from the above steps, as shown in FIG. 3E, one having a plurality of
同様に、図3Fに示されるように、第2保護部材30の一面30aに複数の第2配線パターン31が形成されたものを用意する。このような第2保護部材30は、例えば、第2保護部材30の一面30aに熱圧着等によって銅箔を配置し、当該銅箔をパターニングすることによって用意される。
Similarly, as shown in FIG. 3F, one having a plurality of
続いて、図3Gに示されるように、第2保護部材30、絶縁基材10、第1保護部材20を順に積層して積層体70を構成する。この際、第1保護部材20および第2保護部材30は、後述する図3Hの工程にて、第1層間接続部材40と第2層間接続部材50とが第1配線パターン21および第2配線パターン31によって直列に接続されるように配置される。つまり、第1保護部材20および第2保護部材30は、第1配線パターン21および第2配線パターン31が所定の第1、第2導電性ペースト41、51と接触するように配置される。
Subsequently, as illustrated in FIG. 3G, the second
次に、図3Hに示されるように、積層体70を積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧して積層体70を一体化する一体化工程を行う。
Next, as illustrated in FIG. 3H, an integration process is performed in which the stacked
以下に、本実施形態の一体化工程について、具体的に説明する。本実施形態では、一体化工程では、図4に示されるように、第1予備加熱工程S10、第2予備加熱工程S20、本加熱工程S30、予備冷却工程S40、本冷却工程S50を行う。本実施形態では、一体化工程を行う際には、図5に示されるケース100に積層体70を収容してワークWとし、当該ワークWをプレス装置に配置して行う。
Below, the integration process of this embodiment is demonstrated concretely. In the present embodiment, in the integration process, as shown in FIG. 4, a first preheating process S10, a second preheating process S20, a main heating process S30, a precooling process S40, and a main cooling process S50 are performed. In this embodiment, when performing an integration process, the
本実施形態のケース100は、ベース部101とカバー部102とを有し、ベース部101とカバー部102とが嵌合されることで収容空間103が構成されるようになっている。そして、当該収容空間103に、積層体70が収容される。また、ケース100には、排気口104が設けられており、排気口104を通じて図示しない真空ポンプによって内部が減圧されるようになっている。なお、本実施形態のケース100は、例えば、熱伝導性に優れるステンレス等を用いて構成され、熱抵抗が極めて小さくなるように構成されている。
The
本実施形態のプレス装置は、図6A〜図6Dに示されるように、第1〜第4プレス機110〜140を備えている。また、プレス装置は、第1〜第4プレス機110〜140におけるプレス板111〜141の温度、加圧力を互いに独立して調整可能とされている。
The press apparatus of this embodiment is provided with the 1st-4th press machine 110-140, as FIG. 6A-FIG. 6D show. Moreover, the press apparatus can adjust the temperature and pressurizing force of the
そして、一体化工程では、第1〜第4プレス機110〜140に順にワークWを搬送し、第1予備加熱工程S10、第2予備加熱工程S20、本加熱工程S30、予備冷却工程S40、本冷却工程S50を順に行う。なお、本実施形態では、後述するように、第1予備加熱工程S10および第2予備加熱工程S20は、共に第1プレス機110にて行われる。
And in an integration process, work W is conveyed in order to the 1st-4th press machines 110-140, the 1st preliminary heating process S10, the 2nd preliminary heating process S20, the main heating process S30, the preliminary cooling process S40, this Cooling process S50 is performed in order. In the present embodiment, as will be described later, both the first preheating step S10 and the second preheating step S20 are performed by the
具体的には、一体化工程では、まず、図6Aに示されるように、第1プレス機110における一対のプレス板111の間にワークWを配置し、第1予備加熱工程S10を行う。第1予備加熱工程S10では、230℃に設定された一対のプレス板111にてワークWを約0.05MPaで10分間加圧する。これにより、第1予備加熱工程S10では、第1、第2導電性ペースト41、51を充填した際に吸着紙60に吸着されずに残存した溶剤を乾燥させる。
Specifically, in the integration step, first, as shown in FIG. 6A, the workpiece W is disposed between the pair of
本実施形態では、一対のプレス板111のワークWを配置する際には、各プレス板111とワークWとの間に、ポリイミド樹脂やテフロン(登録商標)等で構成される緩衝部材200も配置する。この緩衝部材200は、例えば、50μm程度と非常に薄くされており、熱抵抗が極めて小さくされている。また、上記のように、ケース100も熱抵抗が極めて小さくされている。このため、一対のプレス板111でワークWを加圧すると、一対のプレス板111の温度とワークW内の温度とは、ほぼ等しくなる。つまり、230℃に設定された一対のプレス板111でワークWを加圧した場合には、積層体70は、プレス板111と同様に約230℃となる。なお、以下の各工程では、第1予備加熱工程S10と同様に緩衝部材200を配置するが、ケース100および緩衝部材200の熱抵抗が極めて小さくされているため、各プレス板112〜114の温度とワークW内の温度とがほぼ等しくなる。
In the present embodiment, when the work W of the pair of
次に、第1プレス機110にワークWを配置したまま、第2予備加熱工程S20を行う。第2予備加熱工程S20では、一対のプレス板111の温度を230℃に保持したまま、約8MPaで10分間加圧する。これにより、第2予備加熱工程S20では、第1、第2導電性ペースト41、51の固相焼結が開始され、第1配線パターン21および第2配線パターン31との接続が開始される。
Next, the second preheating step S <b> 20 is performed while the workpiece W is placed on the
続いて、図6Bに示されるように、第1プレス機110からワークWを取り出し、第2プレス機120における一対のプレス板121の間にワークWを緩衝部材200と共に配置して本加熱工程S30を行う。本加熱工程S30では、320℃に設定された一対のプレス板121にてワークWを約3.2MPaで15分間加圧する。これにより、本加熱工程S30では、第1、第2導電性ペースト41、51における合金の粉末が固相焼結して第1、第2層間接続部材40、50が構成される。また、本加熱工程S30では、第1、第2層間接続部材40、50と第1配線パターン21および第2配線パターン31とが電気的、機械的に接続される。さらに、本加熱工程S30では、絶縁基材10、第1保護部材20、第2保護部材30が一体化される。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, the workpiece W is taken out from the
また、本加熱工程S30では、320℃に設定されたプレス板121で加圧しており、ワークW内の温度も約320℃となる。また、絶縁基材10を主に構成する熱可塑性ポリエーテルイミドのガラス転移温度が223℃である。このため、本加熱工程S30では、絶縁基材10を構成する熱可塑性樹脂(すなわち、ポリエーテルイミド)が流動した状態となる。これにより、本加熱工程S30では、流動した熱可塑性樹脂も第1、第2導電性ペースト41、51における合金の粉末を加圧するため、良好な固相焼結を行うことができる。なお、本実施形態では、プレス板121が本加熱用プレス板に相当し、320℃が本加熱用温度に相当し、3.2MPaが本加熱用加圧力に相当する。
Moreover, in this heating process S30, it pressurizes with the
次に、図6Cに示されるように、第2プレス機120の加圧を解放する。この際、ワークWは、約320℃という高温となっている状態で加圧が解放されるため、流動している熱可塑性樹脂からガスが発生する。このため、積層体70の内部に気泡80が発生した状態となる。
Next, as shown in FIG. 6C, the pressurization of the
次に、図6Dに示されるように、第3プレス機130における一対のプレス板131の間にワークWを緩衝部材200と共に配置し、予備冷却工程S40を行う。予備冷却工程S40では、230℃に設定された一対のプレス板131にてワークWを3.2MPaで15分間加圧する。これにより、加圧によって気泡80が押し潰されつつ、絶縁基材10のガラス転移温度近傍の温度まで冷却される。なお、本実施形態では、プレス板131が予備冷却用プレス板に相当し、230℃が予備冷却用温度に相当し、3.2MPaが予備冷却用加圧力に相当する。
Next, as illustrated in FIG. 6D, the workpiece W is disposed with the
その後、図6Eに示されるように、第3プレス機130からワークWを取り出し、第4プレス機140における一対のプレス板141の間にワークWを緩衝部材200と共に配置して本冷却工程S50を行う。なお、ワークWは、図6Cの工程より温度が低くなっている。このため、第3プレス機130の加圧を解放した際、絶縁基材10を構成する熱可塑性樹脂からガスが発生し難くなっている。
After that, as shown in FIG. 6E, the work W is taken out from the
本冷却工程S50では、25℃に設定された一対のプレス板141にてワークWを3.2MPaで8分間加圧する。これにより、本冷却工程S50では、積層体70が室温程度まで冷却されて熱流束センサ1が製造される。この際、本冷却工程S50では、予備冷却工程S40で気泡80を押し潰した状態で熱流束センサ1を冷却する。このため、熱流束センサ1の内部に気泡80が残存することを抑制できる。なお、本実施形態では、プレス板141が本冷却用プレス板に相当し、25℃が本冷却用温度に相当し、3.2MPaが本冷却用加圧力に相当する。
In the main cooling step S50, the workpiece W is pressurized at 3.2 MPa for 8 minutes with a pair of
以上が本実施形態における熱流束センサ1の製造方法である。なお、ここでは、1つの熱流束センサ1を製造する例について説明したが、上記工程を行って複数の熱流束センサ1を一体的に製造し、その後に分割することで1つの熱流束センサ1を製造するようにしてもよい。
The above is the manufacturing method of the
ここで、本発明者らは、予備冷却工程S40における温度および加圧力と、気泡80の有無の関係についてさらに鋭意検討を行い、図7に示す実験結果を得た。なお、図7は、上記図6Dと同様に、ケース100と各プレス板131との間にポリイミドで構成される緩衝部材200を配置し、ケース100をステンレスで構成した場合の結果である。このため、図7中の温度は、一対のプレス板131における設定された温度であるが、ワークW内も同様の温度となっている。
Here, the present inventors conducted further intensive studies on the relationship between the temperature and pressure in the preliminary cooling step S40 and the presence or absence of the
図7に示されるように、予備冷却工程S40では、加圧力を4.2MPa以上にする場合、一対のプレス板131の温度を200℃〜270℃の範囲とすることにより、気泡80が残存していないことが確認される。また、予備冷却工程S40では、加圧力を3.7MPa以上にした場合には、210℃〜260℃の範囲とすることにより、気泡80が残存していないことが確認される。さらに、予備冷却工程S40では、加圧力を3.2MPa以上にした場合、225℃〜230℃の範囲とすることにより、気泡80が発生していないことが確認される。
As shown in FIG. 7, in the preliminary cooling step S40, when the applied pressure is set to 4.2 MPa or more, the
このため、予備冷却工程S40では、上記加圧力および温度の関係を満たすのであれば、加圧力および温度は適宜変更可能である。 For this reason, in precooling process S40, if the relationship of the said pressurizing force and temperature is satisfy | filled, pressurizing force and temperature can be changed suitably.
以上説明したように、本実施形態では、本加熱工程S30を行った後に予備冷却工程S40を行い、熱流束センサ1の内部に発生した気泡80を押し潰しつつ、積層体70を予備冷却している。このため、本冷却工程S50を行った際、内部に気泡80が残存することを抑制できる。
As described above, in this embodiment, after performing the main heating step S30, the preliminary cooling step S40 is performed, and the
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
例えば、上記第1実施形態では、第2保護部材30、絶縁基材10、第1保護部材20を有する三層構造の熱流束センサ1の製造方法について説明した。しかしながら、上記第1実施形態の熱流束センサ1の製造方法は、例えば、図8に示されるような五層構造の熱流束センサ1の製造方法にも適用できる。具体的には、この熱流束センサ1は、第2保護部材30、絶縁基材10、第1保護部材20、絶縁基材10、第2保護部材30が順に積層された五層構造とされており、第1保護部材20を基準として絶縁基材10および第2保護部材30が対称に配置されている。つまり、各絶縁基材10の一面10aは、それぞれ第1保護部材20側に向けられて配置されている。また、第1保護部材20には、第1保護部材20のうちの一面20aと反対側の他面20bに他面側配線パターン22が形成されている。より詳しくは、この他面側配線パターン22は、他面20b側に位置する第2保護部材30の第2配線パターン31と共に、他面20b側に位置する絶縁基材10の第1、第2層間接続部材40、50が直列に接続されるように形成されている。
For example, in the said 1st Embodiment, the manufacturing method of the
このような熱流束センサ1は、次のように製造される。すなわち、上記図3A〜図3Dの工程にて2つの絶縁基材10を用意し、図3Fの工程にて2つの第2保護部材30を用意する。そして、図3Gの工程にて、第1保護部材20を中心として対称となるように、第2保護部材30、絶縁基材10、第1保護部材20、絶縁基材10、第2保護部材30を順に積層する。その後、図3Hの工程を行うことにより、図8に示す熱流束センサ1が製造される。
Such a
このような熱流束センサ1では、2つの熱流束センサ部1a、1bを有する構成となる。すなわち、一方の絶縁基材10に形成された第1、第2層間接続部材40、50が直列に接続された部分が第1熱流束センサ部1aとなり、他方の絶縁基材10に形成された第1、第2層間接続部材40、50が直列に接続された部分が第2熱流束センサ部1bとなる。そして、第1熱流束センサ部1aと第2熱流束センサ部1bとは、向かい合って配置された構成となる。
Such a
このため、熱流束センサ1を厚さ方向に熱流が通過すると、第1熱流束センサ部1aおよび第2熱流束センサ部1bから出力される出力信号は、符号が反対となる。また、第1熱流束センサ部1aおよび第2熱流束センサ部1bには、外部温度の影響等が等しく付加される。したがって、第1熱流束センサ部1aからの出力信号と第2熱流束センサ部1bからの出力信号との差を演算することにより、外部温度の影響等をキャンセルした検出信号を得ることができる。以上より、このような熱流束センサ1は、例えば、発熱する可能性がある測定対象物に備えられて用いられることにより、測定対象物の発熱を高精度に検出できる。
For this reason, when the heat flow passes through the
また、上記第1実施形態において、例えば、絶縁基材10は、1種類の熱可塑性樹脂のみで構成されていてもよい。同様に、第1保護部材20および第2保護部材30は、1種類の熱可塑性樹脂のみで構成されていてもよい。さらに、第1保護部材20および第2保護部材30は、樹脂材料以外の可撓性を有する絶縁材料で構成されていてもよいし、可撓性を有さない絶縁材料で構成されていてもよい。
Moreover, in the said 1st Embodiment, the insulating
そして、上記第1実施形態において、絶縁基材10を構成する熱可塑性樹脂は適宜変更可能である。この場合は、予備冷却工程S40にて、例えば、第3プレス板131を絶縁基材10を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度に設定することにより、気泡80が押し潰された状態で熱可塑性樹脂を固化できるため、気泡80が残存することを抑制できる。
And in the said 1st Embodiment, the thermoplastic resin which comprises the insulating
(まとめ)
上述の実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、熱流束センサの製造方法では、熱可塑性樹脂を含んで構成されており、厚さ方向に貫通する複数のビアホールが形成され、ビアホールに複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末に有機溶剤を加えてペースト化した導電性ペーストが充填されている絶縁基材を用意することを行う。また、熱流束センサの製造方法では、絶縁基材の一面に所定の導電性ペーストと接触する第1配線パターンが形成された第1保護部材を配置すると共に、絶縁基材の他面に所定の導電性ペーストと接触する第2配線パターンが形成された第2保護部材を配置して積層体を形成することを行う。さらに、熱流束センサの製造方法では、積層体を加熱しながら積層方向から加圧して絶縁基材、第1保護部材、第2保護部材を一体化することを行う。そして、一体化工程では、一対の本加熱用プレス板の間に積層体を配置し、本加熱用温度とされた本加熱用プレス板で積層体を本加熱用加圧力で加圧することにより、絶縁基材の熱可塑性樹脂を流動させながら導電性ペーストを固相焼結して熱電変換素子を形成しつつ、熱電変換素子と、第1配線パターンおよび第2配線パターンとを電気的、機械的に接続する本加熱することを行う。また、一体化工程では、本加熱することの後、一対の予備冷却用プレス板の間に積層体を配置し、予備冷却用温度とされた予備冷却用プレス板で積層体を予備冷却用加圧力で加圧することにより、積層体を予備冷却することを行う。さらに、一体化工程では、予備冷却することの後、一対の本冷却用プレス板の間に積層体を配置し、予備冷却用温度よりも低い本冷却用温度とされた本冷却用プレス板で積層体を本冷却用加圧力で加圧することにより、積層体を本冷却することを行う。そして、予備冷却することでは、本加熱用プレス板から予備冷却用プレス板に積層体を移動させる際に発生する気泡を押し潰せるように、予備冷却用温度および予備冷却用加圧力が設定されている。
(Summary)
According to the first aspect shown in a part or all of the above-described embodiments, the heat flux sensor manufacturing method includes a thermoplastic resin, and includes a plurality of via holes penetrating in the thickness direction. An insulating substrate is prepared in which a conductive paste formed by adding an organic solvent to a powder of an alloy formed and having a plurality of metal atoms maintaining a predetermined crystal structure in a via hole is pasted. In the method of manufacturing the heat flux sensor, the first protective member having the first wiring pattern formed on one surface of the insulating base material and in contact with the predetermined conductive paste is disposed, and the predetermined surface is provided on the other surface of the insulating base material. A laminated body is formed by disposing a second protective member on which a second wiring pattern in contact with the conductive paste is formed. Further, in the method of manufacturing the heat flux sensor, the insulating base material, the first protective member, and the second protective member are integrated by applying pressure from the stacking direction while heating the stacked body. In the integration step, the laminated body is disposed between a pair of main heating press plates, and the laminate is pressed with the main heating press plate at the main heating temperature, whereby the insulating substrate is pressed. Electrically and mechanically connecting the thermoelectric conversion element to the first wiring pattern and the second wiring pattern while forming the thermoelectric conversion element by solid-phase sintering the conductive paste while flowing the thermoplastic resin material Do this book heating. In the integration step, after the main heating, the laminate is disposed between a pair of precooling press plates, and the precooling press plate having the precooling temperature is used to press the laminate with the precooling pressure. The laminated body is precooled by applying pressure. Further, in the integration step, after the preliminary cooling, the laminate is disposed between the pair of main cooling press plates, and the main body is pressed with the main cooling press plate having a lower main cooling temperature than the preliminary cooling temperature. The laminate is subjected to main cooling by pressurizing with a main cooling pressure. In the preliminary cooling, the preliminary cooling temperature and the preliminary cooling pressure are set so that bubbles generated when the laminate is moved from the main heating press plate to the preliminary cooling press plate can be crushed. Yes.
また、第2の観点によれば、予備冷却することでは、予備冷却用温度が200℃以上であって、270℃以下とされ、予備冷却用加圧力が4.2MPa以上とされている。これによれば、気泡が残存することを抑制して熱流束センサが製造される。 Further, according to the second aspect, in the preliminary cooling, the preliminary cooling temperature is 200 ° C. or higher, 270 ° C. or lower, and the preliminary cooling pressure is 4.2 MPa or higher. According to this, the heat flux sensor is manufactured while suppressing the bubbles from remaining.
また、第3の観点によれば、予備冷却することでは、予備冷却用温度が210℃以上であって、260℃以下とされ、予備冷却用加圧力が3.7MPa以上とされている。これによれば、気泡が残存することを抑制して熱流束センサが製造される。 Further, according to the third aspect, in the preliminary cooling, the preliminary cooling temperature is 210 ° C. or higher and 260 ° C. or lower, and the preliminary cooling pressure is 3.7 MPa or higher. According to this, the heat flux sensor is manufactured while suppressing the bubbles from remaining.
また、第4の観点によれば、予備冷却することでは、予備冷却用温度が225℃以上であって、230℃以下の温度とされ、予備冷却用加圧力が3.2MPa以上とされている。これによれば、気泡が残存することを抑制して熱流束センサが製造される。また、第5の観点によれば、予備冷却することでは、予備冷却用温度が熱可塑性樹脂のガラス転移温度とされる。これによれば、気泡が残存することを抑制して熱流束センサが製造される。 According to the fourth aspect, in the preliminary cooling, the preliminary cooling temperature is 225 ° C. or higher and 230 ° C. or lower, and the preliminary cooling pressure is 3.2 MPa or higher. . According to this, the heat flux sensor is manufactured while suppressing the bubbles from remaining. Further, according to the fifth aspect, in the preliminary cooling, the preliminary cooling temperature is set to the glass transition temperature of the thermoplastic resin. According to this, the heat flux sensor is manufactured while suppressing the bubbles from remaining.
10 絶縁基材
11、12 第1、第2ビアホール
20、30 第1、第2保護部材
21、31 第1、第2配線パターン
40、50 第1、第2保護部材(熱電変換素子)
121 第2プレス板(本加熱用プレス板)
131 第3プレス板(予備冷却用プレス板)
141 第4プレス板(本冷却用プレス板)
DESCRIPTION OF
121 2nd press plate (press plate for main heating)
131 3rd press plate (press plate for pre-cooling)
141 4th press plate (main cooling press plate)
Claims (5)
熱可塑性樹脂を含んで構成されており、厚さ方向に貫通する複数のビアホール(11、12)が形成され、前記ビアホールに複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末に有機溶剤を加えてペースト化した導電性ペースト(41、51)が充填されている絶縁基材(10)を用意することと、
前記絶縁基材の一面(10a)に所定の前記導電性ペーストと接触する第1配線パターン(21)が形成された第1保護部材(20)を配置すると共に、前記絶縁基材の他面(10b)に所定の前記導電性ペーストと接触する第2配線パターン(31)が形成された第2保護部材(30)を配置して積層体(70)を形成することと、
前記積層体を加熱しながら積層方向から加圧して前記絶縁基材、前記第1保護部材、前記第2保護部材を一体化することと、を行い、
前記一体化することでは、
一対の本加熱用プレス板(121)の間に前記積層体を配置し、本加熱用温度とされた前記本加熱用プレス板で前記積層体を本加熱用加圧力で加圧することにより、前記絶縁基材の熱可塑性樹脂を流動させながら前記導電性ペーストを固相焼結して前記熱電変換素子を形成しつつ、前記熱電変換素子と、前記第1配線パターンおよび前記第2配線パターンとを電気的、機械的に接続する本加熱することと、
本加熱することの後、一対の予備冷却用プレス板(131)の間に前記積層体を配置し、予備冷却用温度とされた前記予備冷却用プレス板で前記積層体を予備冷却用加圧力で加圧することにより、前記積層体を予備冷却することと、
前記予備冷却することの後、一対の本冷却用プレス板(141)の間に前記積層体を配置し、前記予備冷却用温度よりも低い本冷却用温度とされた前記本冷却用プレス板で前記積層体を本冷却用加圧力で加圧することにより、前記積層体を本冷却することと、を行い、
前記予備冷却することでは、前記本加熱用プレス板から前記予備冷却用プレス板に前記積層体を移動させる際に発生する気泡(80)を押し潰せるように、前記予備冷却用温度および前記予備冷却用加圧力が設定されている熱流束センサの製造方法。 A heat flux sensor having thermoelectric conversion elements (40, 50),
An alloy powder comprising a thermoplastic resin, in which a plurality of via holes (11, 12) penetrating in the thickness direction are formed, and a plurality of metal atoms maintain a predetermined crystal structure in the via holes. Preparing an insulating base material (10) filled with a conductive paste (41, 51) made into a paste by adding an organic solvent;
A first protective member (20) having a first wiring pattern (21) formed in contact with the predetermined conductive paste is disposed on one surface (10a) of the insulating substrate, and the other surface of the insulating substrate ( 10b) disposing a second protective member (30) having a second wiring pattern (31) in contact with the predetermined conductive paste to form a laminate (70);
Pressing the laminate from the laminating direction while heating the laminate, and integrating the insulating base, the first protective member, and the second protective member;
In the integration,
By placing the laminate between a pair of main heating press plates (121) and pressurizing the laminate with the main heating press plate with the main heating press plate having the main heating temperature, The thermoelectric conversion element, the first wiring pattern, and the second wiring pattern are formed by solid-phase sintering the conductive paste while flowing the thermoplastic resin of the insulating base material to form the thermoelectric conversion element. The main heating electrically and mechanically connected;
After the main heating, the laminate is disposed between a pair of precooling press plates (131), and the laminate is preliminarily pressurized with the precooling press plate having a precooling temperature. Pre-cooling the laminate by pressurizing with,
After the preliminary cooling, the main cooling press plate in which the laminated body is disposed between a pair of main cooling press plates (141) and has a main cooling temperature lower than the preliminary cooling temperature. The laminate is subjected to main cooling by pressurizing the laminate with a main cooling pressure, and
In the preliminary cooling, the preliminary cooling temperature and the preliminary cooling are performed so that bubbles (80) generated when the laminate is moved from the main heating press plate to the preliminary cooling press plate can be crushed. A method of manufacturing a heat flux sensor in which the applied pressure is set.
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