JP2023056582A - 温度センサおよび温度センサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1支持膜および第2支持膜は、幅方向および長さ方向を有する、平面視して矩形形状を有する。
接合体は、感熱体を間に挟み、第1支持膜および第2支持膜の平面方向に所定の間隔を隔てる少なくとも2つの領域に設けられる。
感熱体を支持し、第1リードパターンと電気的に接続される第1導通パッドと、第2リードパターンと電気的に接続される第2導通パッドと、を備え、第2支持膜は、感熱体が設けられる領域に対向する面に第3導通パッドを備え、第2導通パッドと第3導通パッドの間に、感熱体に対応するダミー導電体が設けられる。
本発明における第2工程において、接合体は、感熱体を間に挟み、かつ、感熱体と外部が通じる通路を有するように設けられる。
[温度センサ1の全体構成:図1]
図1に示されるように、温度センサ1は、センサ素子10と、第1支持膜30と、第1支持膜30と貼り合せにより積層される第2支持膜50と、を備えている。以下の説明においては、第1支持膜30と第2支持膜50はともに平面視した形状が矩形に形成され、第1支持膜30に比べて第2支持膜50は平面積が小さく設定される場合を例示して説明する。したがって、第2支持膜50は第1支持膜30の前方であって、感熱体11が設けられる領域を含む一部だけを覆っている。
また、温度センサ1において、図1に示されるように、幅方向(W)および長さ方向(L)が定義されるものとする。
さらに、温度センサ1において、第2支持膜50が設けられる側をおもて側と定義し、その反対側をうら側と定義する。
第1支持膜30と第2支持膜50の間に、以下説明するように、センサ素子10の要部が設けられる。
センサ素子10は、図1および図2に示されるように、銅箔からなる第1導通パッド14と、第1導通パッド14に電気的に接続されるサーミスタを構成要素とする感熱体11と、感熱体11に電気的に接続される第1リードパターン12と、を備える。また、センサ素子10は、銅箔からなる第2導通パッド15と、第2導通パッド15に電気的に接続される第2リードパターン16と、を備える。センサ素子10は、第2導通パッド15に電気的に接続されるダミー導電体9を備える。このダミー導電体9は感熱体11に対応して設けられる。
第2リードパターン16は、図1および図2に示されるように、ダミー導電体9(第2導通パッド15)から幅方向(W)の他方(図1(a)中、左方)に引き出されてから、後端(B)に向けて真っ直ぐに延びており、平面視してL字状の形状をなす。第2リードパターン16の後端(B)の側には、第2端子パッド17が電気的に接続される。第2端子パッド17は、第2リードパターン16よりも幅が広く形成されており、外部の端子などと接続される。
第1リードパターン12および第2リードパターン16は、後述するベース31とカバー33の間に挟まれ、第1支持膜30の厚さ方向の内部に埋設されている。これに対し、第1リードパターン12および第2リードパターン16に接続される第1端子パッド13および第2端子パッド17は、第1支持膜30の後端(B)の近傍において、カバー33が途切れることで、おもて面の側に開放される。
第1電極11Bおよび第1電極11Bは、金、銀、銅および白金等から構成され、サーミスタ11Aの表裏両面に蒸着などの手段により形成される。
本実施形態にかかるサーミスタ11Aは、例えば幅方向(W)、長さ方向(L)および厚さ方向の寸法が0.3~0.5mmの範囲を有している。感熱体11は、サーミスタ11A、第1電極11Bおよび第2電極11Cを周囲から覆うガラスなどの保護層が設けられていない。これにより感熱体11の寸法が小さくされる。
次に、温度センサ1のうら側に設けられる第1支持膜30について説明する。
第1支持膜30は、センサ素子10を支持する要素であり、一例としてFPCから構成される。このFPCは、図2、図4~図6に示されるように、ベース31と、ベース31と対向して設けられるカバー33と、ベース31の表面であって、カバー33の切りかかれた収容穴43,45に設けられる導電パターン35と、を備える。センサ素子10の構成要素である第1リードパターン12、第1端子パッド13、第1導通パッド14、第2導通パッド15、第2リードパターン16および第2端子パッド17は、導電パターン35から構成される。つまり、第1リードパターン12および第2リードパターン16のおもて面側の同じ平面上に設けられる。図4および図5などにおけるベース31、カバー33および導電パターン35の形状および厚さは実体を反映しているわけではない。また、本実施形態において、膜とは面積に対して厚さが十分に薄い部材をいう。FPCにおいて、ベース31、カバー33および導電パターン35は、例えばそれぞれが50μm以下、好ましくは30μm、より好ましくは20μm以下とされるが、その面積は50mm2を優に超える。また、本実施形態における膜とは、その剛性と直接的には結び付かない。つまり、片持ち構造としたときに、自重によって偏平な原形をとどめずに支持部分から折れ曲がる程度から、偏平な状態を維持できる程度までを包含する。
次に、温度センサ1のおもて側に設けられる第2支持膜50について説明する。
第2支持膜50は、感熱体11と第2導通パッド15とを電気的に接続するための構成要素である。
第2支持膜50も第1支持膜30と同様にFPCから構成され、図3、図4~図6に示されるように、ベース51と、ベース51と対向して設けられるカバー53と、導電パターン55と、を備える。第2支持膜50における導電パターン55は、感熱体11と電気的に接続されるのに加えて、第2導通パッド15と電気的に接続される。
センサ素子10の構成要素である第3A導通パッド18、第3B導通パッド19および第3C導通パッド21は、導電パターン55から構成される。したがって。第3A導通パッド18、第3B導通パッド19および第3C導通パッド21は、第2支持膜50であって第1支持膜30に対向する同じ平面上に貼り付けられている。
第1支持膜30と第2支持膜50は、接合体としての両面テープ54により貼り合される。
両面テープ54は、図1、図5および図6に示されるように、第1支持膜30および第2支持膜50の幅方向(W)の両側のそれぞれに設けられ、第1支持膜30と第2支持膜50とを貼り合わせている。両面テープ54で貼り合わされるのは幅方向(W)の両側だけであるから、図4、図5および図6に示されるように、幅方向(W)の両側にある両面テープ54,54の間には、長さ方向(L)に連通する空隙が存在する。この空隙には電気絶縁性の樹脂材料からなる保護体7が設けられ、この保護体7はダミー導電体9、感熱体11、接合体37,39,57,59の周囲を覆う。保護体7は、当該空隙を有する温度センサ1を作製した後に、この空隙に樹脂材料を注入することで得られる。保護体7を構成する樹脂材料は限定されないが、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンワニスなどが好適に用いられる。なお、第2支持膜50は、第1支持膜30と幅方向(W)の寸法は同じであるが、長さ方向(L)の寸法は小さい。
一つ目は、第1支持膜30と第2支持膜50を貼り合せる際に、第1支持膜30と第2支持膜50の間に存在する空気を外部に排出する機能である。この貼り合わせは加熱を伴うために、熱膨張した分の空気が排出される。
二つ目は、保護体7を設ける際に、第1支持膜30と第2支持膜50の間に存在する空気を外部に排出する機能である。保護体7を構成する樹脂材料は狭い空隙に注入されるが、注入された樹脂材料の分だけ、空気が空隙を介して外部に排出される。
以上の通りであり、保護体7が形成されるまでに存在する第1支持膜30と第2支持膜50の間の空隙は、空気を排出する通路ということができる。
図4および図5に示されるように、感熱体11と第1導通パッド14の間には導電性の接合体37が設けられ、感熱体11と導電パターン55の間には導電性の接合体57が設けられる。また、図6に示されるように、第2導通パッド15と導電パターン55の間には導電性の接合体39,接合体59およびダミー導電体9が設けられる。こうして、センサ素子10は、第1リードパターン12、感熱体11、ダミー導電体9および第2リードパターン16により電気回路が構成される。つまり、センサ素子10は、第1リードパターン12、ダミー導電体9、第3B導通パッド19、第3C導通パッド21、第3A導通パッド18、感熱体11、第1導通パッド14、第2導通パッド15および第2リードパターン16の順で電気的に接続される。
次に、図8~図10を参照して、温度センサ1を製造する手順を説明する。
[第1支持膜30:図8]
はじめに、図8を参照して、第1支持膜30について説明する。
図8(a)に示されるように、第1支持膜30の前駆体である第1FPC41が用意される。第1FPC41には、感熱体11および接合体37,39の収容穴43,45がすでに形成される。収容穴43,45は、カバー33をエッチングすることにより形成される。なお、第1FPC41において、第1支持膜30と同じ構成要素については、第1支持膜30と同じ符号を付けており、その説明を省略する。
次いで、図8(c)に示されるように、収容穴43に配置される接合体37の頂部に感熱体11が置かれる。感熱体11は、図示を省略する第1電極11Bおよび第2電極11Cの一方が接合体37に接する。また、図8(c)に示されるように、収容穴45に配置される接合体39の頂部にダミー導電体9が置かれる。ダミー導電体9は、感熱体11と同じ形状および寸法を有する導電材料から構成される。ダミー導電体9は、感熱体11が設けられる部位とダミー導電体9が設けられる部位の厚さ方向(T)の寸法を同等とするために設けられる。
以上で得られる第1支持膜30の前駆体である第1FPC41は、第2支持膜50の前駆体である第2FPC61との貼り合わせに供される。
次に、図9を参照して、第2支持膜50について説明する。
図9(a)に示されるように、第2支持膜50の前駆体である第2FPC61が用意される。第2FPC61には、予め接合体57,59が配置されるための収容穴63,65が形成されている。収容穴63,65は、カバー53を、一例としてはレーザー加工することにより形成される。なお、第2FPC61において、第2支持膜50と同じ構成要素については、第2支持膜50と同じ符号を付けており、その説明を省略する。
以上で得られる第2FPC61は第1FPC41との貼り合わせに供される。
次に、図10(a)に示されるように、第1FPC41と第2FPC61とを位置合わせをする。第1FPC41と第2FPC61とは、カバー33とカバー53(両面テープ54)とが対向するように配置される。この位置合わせは、第1FPC41の接合体37,39と第2FPC61の接合体57,59とが長さ方向(L)において、同じ位置に置かれることをいう。
第1FPC41と第2FPC61とを位置合わせした後に、第1FPC41と第2FPC61とを積層する(第1工程)。このとき、図10(b)に示されるように、接合体57と感熱体11が接触し、接合体59とダミー導電体9が接触する。積層した状態で、第1FPC41のカバー33と第2FPC61のカバー53とを接合する(第2工程)。この接合は両面テープ54を介して行われる。
以上の手順により、温度センサ1が得られる。
次に、温度センサ1が奏する効果について説明する。
[第1の効果:長さ方向(L)の隙間]
温度センサ1において、第1支持膜30と第2支持膜50との幅方向(W)の両端だけが長さ方向(L)に沿う両面テープ54で貼り合わされる。保護体7のための樹脂材料の供給の前までは、両面テープ54の部分を除いて、温度センサ1の長さ方向(L)にわたって空隙が設けられる。つまり、温度センサ1は、第1支持膜30と第2支持膜50の間に長さ方向(L)に連なる通路APが形成される。
ここで、仮に第1支持膜30と第2支持膜50の間において、幅方向(W)および長さ方向(L)の通気が遮断され、膨張した空気の逃げ場が失われると、膨張した空気によって導通部分に圧力が加わって接続不良が生じるおそれがある。
これに対して、長さ方向(L)に通路APを備えていた温度センサ1によれば、第1支持膜30と第2支持膜50の間で空気の膨張が生じたとしても、膨張した分だけ通路APを通じて外部に排出される。
温度センサ1は、接合体39と接合体59の間に、感熱体11と同等の厚さを有するダミー導電体9を設ける。これにより、感熱体11を間に備える接合体37から接合体57までの厚さ方向(T)の寸法と、ダミー導電体9を間に備える接合体39から接合体59までの厚さ方向(T)の寸法を同等にすることができる。これにより、温度センサ1は、感熱体11が配置される部位およびダミー導電体9が配置される部位を含めて、厚さ方向(T)の寸法を均一にできる。
ここで、仮にダミー導電体9が存在しなければ、感熱体11が配置される部位の厚さ方向(T)の寸法が他の部位より大きくなる。そうすると、第1支持膜30と第2支持膜50を熱圧着する際に、第2支持膜50にはこの寸法の際に基づく応力が生じるため、感熱体11が設けられる部位の接合が容易でなくなる。
これに対して、温度センサ1は、感熱体11が配置される部位およびダミー導電体9が配置される部位を含めて、厚さ方向(T)の寸法を均一にできるので、接合の障害となる応力が生じにくい。
温度センサ1は、感熱体11がガラスなどの保護層を備えていないのに加えて、FPCの技術を利用することで第1支持膜30および第2支持膜50を含む全体の厚さを、0.5mm以下、好ましくは0.3mm以下の薄型化を実現できる。
次に、温度センサ1は、第1支持膜30と第2支持膜50が貼り合わされて形成されるが、第2支持膜50は第1支持膜30の一部、特に感熱体11を第1リードパターン12と第2リードパターン16の両者に電気的に接続する領域に限って第1支持膜30を覆っている。
ここで、2枚のフィルムを貼り合わせる際に、フィルムの面積が大きくなるほど、貼り合わせるのが難しくなり、シワがよるなどの不具合が生じるおそれが大きくなる。また、フィルムの面積が大きくなるほど、材料費が高くなる。
以上に対して温度センサ1は、第2支持膜50の表面積が小さいので、第1支持膜30と貼り合せる作業が容易になるとともに、材料費を抑えることができる。
温度センサ1は、第2導通パッド15よりも感熱体11が前端(F)に近い位置に設けられている。このように、感熱体11が最も前端(F)に近ければ、狭いスペースの奥に温度の測定対象がある場合に、このスペースに前端(F)から温度センサ1を挿入すれば、感熱体11を測定対象物に近接させることができる。これにより、温度センサ1は測定対象物の温度を精度よく測定できる。
また、温度センサ1は、幅方向(W)の中央に感熱体11が配置される。したがって、測定対象部の熱源の中心に感熱体11の位置を合わせれば、熱源からの熱源を効率よく吸収できる。これによっても、温度センサ1は測定対象物の温度を精度よく測定できる。
ただし、本発明の温度センサは、これらの位置に限らず、他の位置に感熱体11を配置できる。例えば、測定対象物の位置に基づいて、感熱体11が電気的に接続される第1導通パッド14と第2導通パッド15の位置を長さ方向Lにおいて逆にすることができるし、感熱体11の位置を幅方向(W)の中央から変位させることもできる。
次に、温度センサ1は、第1リードパターン12および第2リードパターン16が第1支持膜30のベース31とカバー33の間に形成される。つまり、第1リードパターン12と第2リードパターン16は、同じ平面上に設けられる。これにより、温度センサ1の一方の面側から第1端子パッド13および第2端子パッド17への電線の接続作業を行うことができる。
このように第1リードパターン12と第2リードパターン16とを同じ平面上に設けるために、上述した電気的な接続関係を採用している。
次に、第2実施形態に係る温度センサ2について、図11~図13を参照して説明する。なお、以下では第1実施形態に係る温度センサ1との相違点について温度センサ2を説明することとし、温度センサ1と一致する部分については温度センサ1と同じ符号を図11~図13に付してその説明を省略する。
例えば、図14(a)に示される温度センサ1を標準品として用意しておくが、第1支持膜30の部分を長くしたいという場合には、図14(b)に示される延長用支持膜5を温度センサ1に接続する。
次に、図15(b)に示すように、端子パッド13(17)と端子パッド74(75)とを接触させた状態で、第1支持膜30と延長用支持膜5とを位置合わせする。位置合わせされた状態で、第1支持膜30と延長用支持膜5の間には空隙が形成される。この空隙は、充填口83を除けば、周囲に対して閉じられている。
この位置合わせされた状態で充填口83から電気絶縁材料からなる樹脂材料を注入することで、図15(c)に示すように、ベース31とベース71の間の空隙に樹脂材料が充填され、保護体8が構成される。この保護体8により、温度センサ1と延長用支持膜5の接続部分が保護される。
5 延長用支持膜
7,8 保護体
9 ダミー導電体
10 センサ素子
11 感熱体
11A サーミスタ
11B 第1電極
11C 第2電極
12 第1リードパターン
16 第2リードパターン
13 第1端子パッド
17 第2端子パッド
14 第1導通パッド
15 第2導通パッド
18 第3A導通パッド
19 第3B導通パッド
21 第3C導通パッド
30 第1支持膜
31 ベース
33 カバー
35 導電パターン
37,39 接合体
43,45 収容穴
50 第2支持膜
51 ベース
52 挿入通路
53 カバー
54 両面テープ
55 導電パターン
56 絶縁空隙
57,59 接合体
63,65 収容穴
71 ベース
72,73 リードパターン
74,75,76,77 端子パッド
81 カバー
83 充填口
AP 通路
H 水平方向
L 長さ方向
W 幅方向
Claims (9)
- 電気絶縁材料からなり、互いに対向して配置される第1支持膜および第2支持膜と、
前記第1支持膜と前記第2支持膜の間に設けられ、温度によって電気的特性が変化する感熱体を含むセンサ素子と、
前記感熱体の周辺において前記第1支持膜と前記第2支持膜を接合する接合体と、を備え、
前記接合体は、
前記感熱体を間に挟み、前記第1支持膜および前記第2支持膜の平面方向に所定の間隔を隔てる少なくとも2つの領域に設けられる、
ことを特徴とする温度センサ。
- 前記接合体に取り囲まれる領域に、電気絶縁性の樹脂材料から構成される、前記感熱体を覆う保護体が設けられる、
請求項1に記載の温度センサ。
- 前記第2支持膜は、前記第1支持膜よりも前記長さ方向の寸法が小さく、
前記接合体は、前記幅方向に間隔を隔てる両側に設けられる、
請求項2に記載の温度センサ。
- 前記第1支持膜および前記第2支持膜の一方または双方は、
前記保護体を構成する前記樹脂材料を充填する挿入通路が、その厚さ方向に貫通して設けられる、
請求項2または請求項3に記載の温度センサ。
- 前記センサ素子は、
前記第1支持膜であって前記第2支持膜に対向する同じ平面上に貼り付けられる、第1リードパターンおよび第2リードパターンを備え、
前記第1支持膜は、
前記感熱体を支持し、前記第1リードパターンと電気的に接続される第1導通パッドと、
前記第2リードパターンと電気的に接続される第2導通パッドと、を備え、
前記第2支持膜は、
前記感熱体が設けられる領域に対向する面に第3導通パッドを備え、
前記第2導通パッドと前記第3導通パッドの間に、前記感熱体に対応するダミー導電体が設けられる、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の温度センサ。
- 電気絶縁材料からなり、感熱体を備えるセンサ素子が一方の面に貼り付けられている第1支持膜と電気絶縁材料からなる第2支持膜とを、前記一方の面を前記第2支持膜に対向させた状態で積層する第1工程と、
前記第1支持膜と前記第2支持膜とを接合体により接合する第2工程と、備え、
前記第2工程において、
前記接合体は、前記感熱体を間に挟み、かつ、前記感熱体と外部が通じる通路を有するように設けられる、
ことを特徴とする温度センサの製造方法。
- 前記感熱体の周囲であって、前記第1支持膜と前記第2支持膜の間に、電気絶縁材料からなる樹脂材料を供給して保護体を形成する第3工程を備える、
請求項6に記載の温度センサの製造方法。
- 前記第1工程において、
前記第1支持膜および前記第2支持膜は、幅方向および長さ方向を有し、前記第2支持膜は、前記第1支持膜よりも前記長さ方向の寸法が小さく、
前記第2工程において、
前記接合体は、前記幅方向に間隔を隔てる両側に設けられる、
請求項6または請求項7に記載の温度センサの製造方法。
- 前記第1工程において、
前記第1支持膜および前記第2支持膜の一方または双方は、その厚さ方向に貫通する挿入通路が設けられ、
前記第3工程において、
前記挿入通路を介して前記樹脂材料が供給される、
請求項7または請求項8のいずれか一項に記載の温度センサの製造方法。
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