JP2020060464A - 赤外線センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上の配線を介して感熱素子の熱が逃げることを抑制可能な赤外線センサ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】 実装基板２と、実装基板の上面に設けられた感熱素子３とを備え、実装基板が、上面に金属膜で形成されたパターン配線４を備え、感熱素子が、パターン配線に接続された一対の端子電極３ｂを備え、パターン配線が、途中に断線部４ａを有し、断線部内に、金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材５が埋め込まれてパターン配線が電気的に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物からの赤外線を検出して該測定対象物の温度を測定する赤外線センサ及びその製造方法に関する。

一般に、複写機やプリンタ等の画像形成装置に使用されている定着ローラ等の測定対象物の温度を測定するために、測定対象物に対向配置させ、その輻射熱を受けて温度を測定する赤外線センサが設置されている。

例えば、特許文献１には、導体パターンが形成された配線板に感熱素子が実装された赤外線センサ（非接触温度センサ）が記載されている。このような赤外線センサでは、実装基板に実装されたチップサーミスタ等の感熱素子が、測定対象物からの赤外線を受光した際に生じた熱に応じて変化する抵抗値によって、測定対象物の温度を計測することができる。

特開２０１０−４３９３０号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来の赤外線センサでは、配線板に銅箔等の金属の導体パターンにより配線が形成されており、この配線に感熱素子が半田等で接着されているが、感熱素子の熱が、金属の配線から逃げ易く、測定精度が低くなる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、基板上の配線を介して感熱素子の熱が逃げることを抑制可能な赤外線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の発明に係る赤外線センサは、実装基板と、前記実装基板の上面に設けられた感熱素子とを備え、前記実装基板が、上面に金属膜で形成されたパターン配線を備え、前記感熱素子が、前記パターン配線に接続された一対の端子電極を備え、前記パターン配線が、途中に断線部を有し、前記断線部内に、金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材が埋め込まれて前記パターン配線が電気的に接続されていることを特徴とする。

この赤外線センサでは、パターン配線途中に断線部に、金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材が埋め込まれてパターン配線が電気的に接続されているので、パターン配線の途中に熱伝導率の小さい導電性接着材が介在することで、感熱素子の熱がパターン配線から逃げることを抑制することができる。

第２の発明に係る赤外線センサは、第１の発明において、前記端子電極が、前記導電性接着材により前記パターン配線に接着されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、端子電極が、導電性接着材によりパターン配線に接着されているので、感熱素子とパターン配線との間に熱伝導率の小さい導電性接着材が介在することで、パターン配線への熱の逃げをさらに抑制することができる。また、半田材で接着する場合に比べて耐熱性が高い導電性接着材を採用することで、高温環境に対して高い接着性を得ることができる。

第３の発明に係る赤外線センサは、第１又は第２の発明において、前記断線部が、前記端子電極の近傍に設けられていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、断線部が、端子電極の近傍に設けられているので、熱伝導性の低い導電性接着材が感熱素子の近傍に設けられることで、断線部を感熱素子から遠い位置に設けた場合に比べてパターン配線からの熱の逃げをより効果的に抑制することができる。

第４の発明に係る赤外線センサの製造方法は、第１から第３の発明のいずれかの赤外線センサの製造方法であって、実装基板の上面に感熱素子を実装する実装工程を有し、前記実装基板が、上面に金属膜で形成されたパターン配線を備え、前記感熱素子が、一対の端子電極を備え、前記パターン配線が、途中に断線部を有し、前記実装工程で、前記感熱素子の一対の前記端子電極を金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材により前記パターン配線に接続すると共に、同時に前記断線部内に前記導電性接着材を埋め込んで前記パターン配線を電気的に接続することを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサの製造方法では、実装工程で、感熱素子の一対の端子電極を金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材によりパターン配線に接続すると共に、同時に断線部内に導電性接着材を埋め込んでパターン配線を電気的に接続するので、感熱素子の実装と断線部の接続とが同時に行われることで、製造工程の簡略化及び製造コストの削減を図ることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る赤外線センサ及びその製造方法によれば、パターン配線途中に断線部に、金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材が埋め込まれてパターン配線が電気的に接続されるので、パターン配線の途中に熱伝導率の小さい導電性接着材が介在することで、感熱素子の熱がパターン配線から逃げることを抑制することができる。
したがって、本発明の赤外線センサでは、感熱素子の熱がパターン配線から逃げ難く、高精度な測定が可能になる。

本発明に係る赤外線センサ及びその製造方法の一実施形態を示す断面図である。 本実施形態において、赤外線センサを示す平面図である。

以下、本発明に係る赤外線センサ及びその製造方法の一実施形態を、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。

本実施形態の赤外線センサ１は、図１及び図２に示すように、実装基板２と、実装基板２の上面に設けられた感熱素子３とを備えている。
上記実装基板２は、上面に金属膜で形成されたパターン配線４を備えている。
上記感熱素子３は、角柱状のサーミスタ素体３ａと、サーミスタ素体３ａの両端に形成されていると共にパターン配線４に接続された一対の端子電極３ｂを備えている。

上記パターン配線４は、途中に断線部４ａを有している。
上記断線部４ａは、端子電極３ｂの近傍に設けられている。
この断線部４ａ内には、金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材５が埋め込まれてパターン配線４が電気的に接続されている。すなわち、導電性接着材５は、パターン配線４の金属よりも断熱性が高い材料である。
また、上記端子電極３ｂは、導電性接着材５によりパターン配線４に接着されている。
すなわち、導電性接着材５が、感熱素子３の接着と断線部４ａの導通との両方を担っている。

上記実装基板２は、絶縁性基板であって、例えばポリイミド樹脂シート等の絶縁性フィルムやプリント基板（ＰＣＢ）等が採用可能である。
上記パターン配線４は、例えば銅箔等でパターン形成されている。
なお、図２においてパターン配線４には、ハッチングを施している。

上記感熱素子３は、両端部に端子電極３ｂが形成されたチップサーミスタである。こ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３として、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。例えば、上記サーミスタ素体３ａ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。

上記端子電極３ｂは、例えばＰｔ，Ａｕ，Ａｇの少なくとも一種を含んだ金属膜で形成されている。
上記導電性接着材５としては、パターン配線４を構成する銅等の金属よりも熱伝導率の小さいもので、例えばセメダイン社製ＳＸ−ＥＣＡ４８（体積抵抗率１．５×１０^−３Ωｃｍ、熱伝導率２．６Ｗ／ｍＫ）やナミックス社製ＸＨ９９４０（体積抵抗率３２×１０^−３Ωｃｍ、熱伝導率１０Ｗ／ｍＫ）などが採用可能である。

本実施形態の赤外線センサ１の製造方法では、実装基板２の上面に感熱素子３を実装する実装工程を有し、実装工程で、感熱素子３の一対の端子電極３ｂを金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材５によりパターン配線４に接続すると共に、同時に断線部４ａ内に導電性接着材５を埋め込んでパターン配線４を電気的に接続する。
特に、断線部４ａを端子電極３ｂの近傍に設けることで、端子電極３ｂとパターン配線４とを接続する導電性接着材５と、断線部４ａを埋める導電性接着材５とを一体化でき、比較的少ない量の導電性接着材５で感熱素子３の実装と断線部４ａの穴埋め（電気的接続）とを同時に行うことができる。

このように本実施形態の赤外線センサ１では、パターン配線４途中に断線部４ａに、金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材５が埋め込まれてパターン配線４が電気的に接続されているので、パターン配線４の途中に熱伝導率の小さい導電性接着材５が介在することで、感熱素子３の熱がパターン配線４から逃げることを抑制することができる。

なお、パターン配線４全体を熱伝導率の小さい導電性接着材５で形成すれば、パターン配線４からの熱の逃げを大幅に抑制可能であるが、金属膜に比べてパターン精度が悪くなってしまうと共に、熱容量も増大し、応答性が劣化してしまう。さらに、パターン配線４のインピーダンスや電気抵抗率も大きく変化してしまう。しかしながら、本実施形態の赤外線センサ１では、パターン配線４の一部だけが熱伝導率の小さい導電性接着材５に替わることで、パターン配線４のパターン精度を低下させないと共に熱容量の増大も抑制して良好な応答性を維持することができ、さらにインピーダンスや電気抵抗率の変化も僅かで済む。

また、端子電極３ｂが、導電性接着材５によりパターン配線４に接着されているので、感熱素子３とパターン配線４との間に熱伝導率の小さい導電性接着材５が介在することで、パターン配線４への熱の逃げをさらに抑制することができる。また、半田材で接着する場合に比べて耐熱性が高い導電性接着材５を採用することで、高温環境に対して高い接着性を得ることができる。

さらに、断線部４ａが、端子電極３ｂの近傍に設けられているので、熱伝導性の低い導電性接着材５が感熱素子３の近傍に設けられることで、断線部４ａを感熱素子３から遠い位置に設けた場合に比べてパターン配線４からの熱の逃げをより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の赤外線センサ１の製造方法では、実装工程で、感熱素子３の一対の端子電極３ｂを金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材５によりパターン配線４に接続すると共に、同時に断線部４ａ内に導電性接着材５を埋め込んでパターン配線４を電気的に接続するので、感熱素子３の実装と断線部４ａの接続とが同時に行われることで、製造工程の簡略化及び製造コストの削減を図ることができる。

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、チップサーミスタの感熱素子を採用しているが、薄膜サーミスタで形成された感熱素子を採用しても構わない。
なお、感熱素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタが用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。

また、上記実施形態では、断線部を各端子電極の近傍に１カ所ずつ設けて導電性接着材でパターン配線を導通させているが、複数箇所に断線部を設けて導電性接着材で導通させても構わない。その場合、パターン配線全体のパターン精度、熱容量、インピーダンス及び電気抵抗率等に考慮して、断線部の数や長さを設定することが好ましい。

１…赤外線センサ、２…実装基板、３…感熱素子、３ｂ…端子電極、４…パターン配線、４ａ…断線部、５…導電性接着材

Claims (4)

1. 実装基板と、
   前記実装基板の上面に設けられた感熱素子とを備え、
   前記実装基板が、上面に金属膜で形成されたパターン配線を備え、
   前記感熱素子が、前記パターン配線に接続された一対の端子電極を備え、
   前記パターン配線が、途中に断線部を有し、
   前記断線部内に、金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材が埋め込まれて前記パターン配線が電気的に接続されていることを特徴とする赤外線センサ。
2. 請求項１に記載の赤外線センサにおいて、
   前記端子電極が、前記導電性接着材により前記パターン配線に接着されていることを特徴とする赤外線センサ。
3. 請求項１又は２に記載の赤外線センサにおいて、
   前記断線部が、前記端子電極の近傍に設けられていることを特徴とする赤外線センサ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の赤外線センサの製造方法であって、
   実装基板の上面に感熱素子を実装する実装工程を有し、
   前記実装基板が、上面に金属膜で形成されたパターン配線を備え、
   前記感熱素子が、一対の端子電極を備え、
   前記パターン配線が、途中に断線部を有し、
   前記実装工程で、前記感熱素子の一対の前記端子電極を金属よりも熱伝導率の小さい導電性接着材により前記パターン配線に接続すると共に、同時に前記断線部内に前記導電性接着材を埋め込んで前記パターン配線を電気的に接続することを特徴とする赤外線センサの製造方法。

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