JP2023117579A - 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
【課題】強度を低くすることなく従来の温度センサよりも応答性のよい温度センサを提供する。【解決手段】一対のリードフレーム3と、一対のリードフレーム3に設けられているサーミスタ5と、エポキシ樹脂で構成されており、サーミスタ5と一対のリードフレーム3のサーミスタ5近傍の部位とを、所定の剛性をもって覆っている第1の樹脂部7と、第1の樹脂部7のうちのサーミスタ5の近傍の部位が露出するようにして、第1の樹脂部7の一部と一対のリードフレーム3の一部とを覆っている第2の樹脂部9とを有する温度センサ1である。なお、温度センサ1について、リードフレーム3の一部の幅を狭くしてリードフレーム3を通って流れる熱量を少なくする場合もある。【選択図】図3
Description
本発明は、温度センサおよび温度センサの製造方法に関する。
従来、温度検出素子(サーミスタ)とリード線とを、耐熱性と耐薬品性とに優れるエポキシ樹脂によってコーティングしている温度センサが知られている(特許文献1参照)。
また、従来、感熱素子(サーミスタ)にリード線部を接続し、両者を封止層により封止し、封止層を樹脂ベースに連結し、封止層と樹脂ベースとの間の隙間に伝熱剤を設けた温度センサが知られている(特許文献2参照)。
ところで、特許文献1に記載の温度センサでは、温度検出素子(サーミスタ)とリード線とを、エポキシ樹脂のコーティングによって保護している。しかし、コーティングがされていることでエポキシ樹脂の厚さが薄くなっており、エポキシ樹脂の外形形状がサーミスタおよびリード線の外形形状に沿った形状になっている。すなわち、エポキシ樹脂の外形がサーミスタおよびリード線の外形をごく僅かに大きくした形状になっている。
特許文献1に記載の温度センサでは、コーティングがされているエポキシ樹脂の厚さが薄くなっているので、温度センサの強度が低くなっている。特許文献2に記載の温度センサでは、樹脂ベースと伝熱剤と封止層との3層を流れてきた熱をサーミスタで検出するので、応答性が悪くなっている。
本発明の目的は、強度を低くすることなく従来の温度センサよりも応答性のよい温度センサを提供することにある。
本発明の態様に係る温度センサは、一対のリードフレームと、前記一対のリードフレームに設けられているサーミスタと、エポキシ樹脂で構成されており、前記サーミスタと前記一対のリードフレームの前記サーミスタ近傍の部位とを、所定の剛性をもって覆っている第1の樹脂部と、前記第1の樹脂部のうちの前記サーミスタ近傍の部位が露出するようにして、前記第1の樹脂部の一部と前記一対のリードフレームの一部とを覆っている第2の樹脂部とを有する。
また、本発明の態様に係る温度センサの製造方法は、一対のリードフレームにサーミスタを設置するサーミスタ設置工程と、前記サーミスタ設置工程で前記一対のリードフレームにサーミスタを設置した後、トランスファ成形によって、前記サーミスタと前記一対のリードフレームの前記サーミスタ近傍の部位とを、エポキシ樹脂で覆うことで、所定の剛性を備えた第1の樹脂部を設ける第1の樹脂部設置工程と、前記第1の樹脂部設置工程で第1の樹脂部を設けた後、インサート成形によって、前記第1の樹脂部のうちの前記サーミスタ近傍の部位が露出するようにして、前記第1の樹脂部の一部と前記一対のリードフレームの一部とを覆うように第2の樹脂部を設ける第2の樹脂部設置工程とを有する。
本発明の実施形態に係る温度センサ1は、取付け相手(図示せず)に設置されて使用されるものであり、LLC(ロングライフクーラント)等の流動体の温度を測定するものである。温度センサ1は、図1~図4で示すように、一対のリードフレーム3とサーミスタ5と第1の樹脂部7と第2の樹脂部9とを備えて構成されている。
ここで、説明の便宜のために、温度センサ1における所定の一方向を縦方向とし、縦方向に対して直交する所定の一方向を横方向とし、縦方向と横方向とに対して直交する方向を高さ方向とする。また、縦方向における一方の端側を第1の端側とし、縦方向における他方の端側を第2の端側とする。横方向における一方の端側を第1の端側とし、横方向における他方の端側を第2の端側とする。さらに、高さ方向における一方の端側を上側とし、高さ方向における他方の端側を下側とする。
一対のリードフレーム3は、金属等の導電性を備えた材料で構成されており、それぞれが高さ方向に細長く延びており、互いが所定の間隔をあけて横方向でならんでいる。サーミスタ5は、一対のリードフレーム3の高さ方向の下端部で一対のリードフレーム3に設けられている。
サーミスタ5は、一方の端部である第1の端部が、一対のリードフレーム3のうちの一方のリードフレームである第1のリードフレーム3Aに、機械的および電気的に接合されている。また、サーミスタ5は、他方の端部である第2の端部が、一対のリードフレーム3のうちの他方のリードフレームである第2のリードフレーム3Bに、機械的および電気的に接合されている。
第1の樹脂部7は、絶縁性を備えたエポキシ樹脂で構成されている。第1の樹脂部7は、サーミスタ5と一対のリードフレーム3におけるサーミスタ5の近傍の部位(下側の部位)とを、サーミスタ5と一対のリードフレーム3とに直接接触し所定の剛性をもって覆っている。
エポキシ樹脂は、第1の樹脂部7をトランスファ成形しやすくするために採用されている。トランスファ成形によって、形状精度のよい第1の樹脂部7と、この第1の樹脂部7に対する一対のリードフレーム3の位置と姿勢とを正確なものにすることができる。
第1の樹脂部7を形成しているエポキシ樹脂の熱伝導率は0.8W/m・K程度の高い値になっている。なお、エポキシ樹脂の熱伝導率が、0.3W/m・K~2.0W/m・Kの間の値になっていてもよい。さらに、第1の樹脂部7の熱伝導率の値は、第2の樹脂部9の熱伝導率の値よりも大きくなっている。
第1の樹脂部7は、薄い膜状ではなく、所定に厚さをもって、サーミスタ5と一対のリードフレーム3におけるサーミスタ5の近傍の部位とを覆っている。これにより、仮にリードフレーム3、サーミスタ5が存在していなくても、第1の樹脂部7だけで所定の形状を保つだけの剛性を備えている。さらに説明すると、第1の樹脂部7の剛性は、第1の樹脂部7に人が指で力を加えても、肉眼では、変形をほとんど認識することができない程度のものになっている。
第2の樹脂部9は、加水分解しにくい合成樹脂、また、耐薬品性、靭性を備えた合成樹脂で構成されている。たとえば、第2の樹脂部9は、シンジオタクチックポリスチレン樹脂(SPS樹脂)で構成されている。SPS樹脂の熱伝導率は、0.27W/m・K程度になっている。
第2の樹脂部9は、第1の樹脂部7のうちのサーミスタ5の近傍の部位が露出するようにして、第1の樹脂部7の一部と一対のリードフレーム3の一部とを覆っている。すなわち、第2の樹脂部9は、第1の樹脂部7(エポキシ樹脂)の一部(高さ方向の上端部)と一対のリードフレーム3の一部(高さ方向の中間部)とに直接接触して、第1の樹脂部7と一対のリードフレーム3とに設けられている。第2の樹脂部9は、絶縁性を備えており、また、第1の樹脂部7と同様に所定の剛性を備えている。
また、第2の樹脂部9は、一対のリードフレーム3のサーミスタ5とは反対側の端部(上側の端部)が露出するようにして設けられている。第2の樹脂部9は、温度センサ1をこの温度センサ1の取付け相手に設置するために設けられている。また、第2の樹脂部9は、一対のリードフレーム3の露出している端部(上端部)に、コネクタ(図示せず)を接続するために設けられている。
さらに説明すると、上述したように、一対のリードフレーム3は互いが僅かに離れ平行になって高さ方向に延びている。サーミスタ5は、高さ方向で一対のリードフレーム3の下端部に設けられている。第1の樹脂部7は、高さ方向で一対のリードフレーム3の下端部とサーミスタ5とに設けられている。そして、一対のリードフレーム3とサーミスタ5とを覆っている。
第2の樹脂部9は、高さ方向で第1の樹脂部7の上端部と一対のリードフレーム3の高さ方向の中間部とに設けられている。そして、第2の樹脂部9は、第1の樹脂部7のうちのサーミスタ5の近傍の部位(高さ方向で第1の樹脂部7の下端部と中間部)が露出するようにして、第1の樹脂部7とリードフレーム3とを覆っている。高さ方向で、第2の樹脂部9の下端は、サーミスタ5よりも上側に位置している。
一対のリードフレーム3の高さ方向の上端部は、第1の樹脂部7、第2の樹脂部9で覆われておらず露出している。
また、温度センサ1には、ポッティング剤13が設けられている。ポッティング剤13は、第1の樹脂部7と第2の樹脂部9との境界のところ設けられている。さらに、ポッティング剤13は、第1の樹脂部7と第2の樹脂部9との界面37を封止するために設けられており、界面37を覆っている。
サーミスタ5は、一対のリードフレーム3の長手方向(高さ方向)の一方の端部である第1の端部(高さ方向でリードフレーム3の下端部)に設けられている。
一対のリードフレーム3それぞれの長手方向(高さ方向)の中間部は、一対のリードフレーム3の長手方向の他の部位(高さ方向の下側の部位、上側の部位)よりも熱の伝わり方が抑制されるようになっている。すなわち、リードフレーム3の中間部が伝導する熱量の値が、リードフレーム3の長手方向の他の部位が伝導する熱量の値よりも小さくなっている。なお、一対のリードフレーム3のうちの少なくとも一方のリードフレーム3の長手方向(高さ方向)の中間部が、一対のリードフレーム3の長手方向の他の部位よりも熱の伝わり方が抑制されるようになっていてもよい。
さらに説明すると、一対のリードフレーム3のそれぞれは、細長い矩形な板状に形成されている。リードフレーム3の幅方向は横方向になっており、リードフレーム3の厚さ方向は縦方向になっている。一対のリードフレーム3は、これらの幅方向で互いが僅かに離れてならんでいる。
リードフレーム3はこの全体が同じ材質で構成されているが、一対のリードフレーム3それぞれが、これらの長手方向(高さ方向)の中間部17で、所定の長さにわたって幅寸法の値が小さくなっている。これにより、リードフレーム3の長手方向の中間部では、熱の伝わり方が抑制されるようになっている。なお、上述した中間部の幅寸法の値を小さくすることに代えて、中間部の断面(長手方向に対して直交する平面による断面)の面積が小さくなるように中間部の形状を変えてもよい。また、上述した中間部の形状を変更することに代えてもしくは加えて、リードフレーム3の長手方向の中間部の材質を、リードフレーム3の他の部位に比べて熱伝導率の低いものに変更してもよい。また、一対のリードフレーム3のうちの少なくとも一方のリードフレーム3が、これらの長手方向の中間部17で、所定の長さにわたって幅寸法の値が小さくなっていてもよい。
ここで、温度センサ1についてさらに詳しく説明する。
一方のリードフレーム3Aは、図3、図5で示すように、第1の部位15と第2の部位17と第3の部位19と第4の部位21と第5の部位23を備えており、概ね細長い矩形な平板状に形成されている。リードフレーム3Aは、たとえば、平板状の素材にプレス加工を施すことで得られる。
第1の部位15は、所定の幅と所定の厚さで高さ方向に延びている矩形な平板状に形成されている。第2の部位17も、所定の幅と所定の厚さで高さ方向に延びている矩形な平板状に形成されている。なお、第2の部位17の幅寸法の値は、第1の部位15の幅寸法の値よりも小さくなっており、第2の部位17の高さ寸法の値は、第1の部位15の高さ寸法の値と同程度かもしくは第1の部位15の高さ寸法の値よりも小さくなっている。
第3の部位19も、所定の幅と所定の厚さで高さ方向に延びている矩形な平板状に形成されている。なお、第3の部位19の幅寸法の値は、第1の部位15の幅寸法の値よりも大きくなっており、第3の部位19の高さ寸法の値は、第1の部位15の高さ寸法の値よりも大きくなっている。
第4の部位21も、所定の幅と所定の厚さで高さ方向に対して僅かに傾いている方向に延びている矩形な平板状に形成されている。なお、第4の部位21の幅寸法の値は、第3の部位19の幅寸法の値と同程度になっており、第4の部位21の高さ寸法(高さ方向に対して僅かに傾いている方向)の値は、第2の部位17の高さ寸法の値よりも小さくなっている。
第5の部位23も、所定の幅と所定の厚さで高さ方向に延びている矩形な平板状に形成されている。なお、第5の部位23の幅寸法の値は、第3の部位19の幅寸法の値と同程度になっており、第5の部位23の高さ寸法の値は、第1の部位15の高さ寸法の値よりも大きく、第3の部位19の高さ寸法の値よりも小さくなっている。
第1の部位15と第2の部位17と第3の部位19と第4の部位21と第5の部位23とは高さ方向で、下側から上側に向かってこの順にならんでいる。
第1の部位15の幅方向の端(横方向の第1の端側の端)の位置と第2の部位17の幅方向の端(横方向の第1の端側の端)の位置と19の第3の部位19の幅方向の端(横方向の第1の端側の端)の位置とは、横方向で互いが概ね一致している。
第4の部位21が高さ方向に対してやや斜めになっていることで、第5の部位23の幅方向の端(横方向の第1の端側の端)の位置は、第3の部位19の幅方向の端(横方向の第1の端側の端)の位置よりも、横方向の第1の端側に位置している。
他方のリードフレーム3Bは、一方のリードフレーム3Aと同形状に形成されている。リードフレーム3Bは、リードフレーム3Aから僅かに離れて、リードフレーム3Aよりも横方向の第2の端側に位置している。また、リードフレーム3Bは、横方向に対して直交し、リードフレーム3Aとリードフレーム3Bとの中央に位置している中央面に対して、リードフレーム3Aとは対称に配置されている。
サーミスタ5は、高さ方向では一対の第1の部位15の下端部に設けられている。また、リードフレーム3の厚さ方向の一方の面(縦方向の第1の端側の面)に設けられている。また、サーミスタ5は、リードフレーム3A、3Bと同様に、上記中央面に対して対称になっている。
第1の樹脂部7の外形形状は、図3、図6で示すように、高さ方向に長い直方体状に形成されており、リードフレーム3の第1の部位15の総てと第2の部位17の総てとサーミスタ5の総てとを覆っている。さらに、第1の樹脂部7の高さ方向の上端部は、リードフレーム3の第3の部位19の下端部(下端部の厚さ方向の両面)に接して下端部を覆っている。
第1の樹脂部7の横方向の寸法の値は、リードフレーム3Aの第3の部位19の端面(横方向第1の端側の端面)とリードフレーム3Bの第3の部位19の端面(横方向第2の端側の端面)との間の寸法の値と概ね一致している。
第2の樹脂部9は、図3、図4で示すように、挿入部25と鍔状部27と筒状部29とを備えて構成されている。挿入部25と鍔状部27と筒状部29とは、下側から上側に向かってこの順にならんでいる。
挿入部25は、温度センサ1を取付け相手(図示せず)に設置するときに、取付け相手内に挿入される部位である。鍔状部27は、温度センサ1を取付け相手に設置したときに、取付け相手の端面に当接する部位である。筒状部29は、リードフレーム3の上端部をコネクタ(図示せず)に接合するときに、コネクタが入り込む部位である。
図3で示すように、挿入部25の下端部には、凹部31が形成されている。挿入部25はリードフレーム3の第5の部位23の下側の部位と第4の部位21と第3の部位19とに接してこれらを覆っている。また、凹部31が形成されていることで、挿入部25と第1の樹脂部7との間には、環状の空隙が形成されている。
挿入部25の高さ方向の中間部の外周には、環状の凹部33が設けられており、この凹部に環状のシール部材(たとえば、Oリング)35が設置されている。
凹部31の上端には、第1の樹脂部7と第2の樹脂部9との界面37が形成されている。温度センサ1を下側から上側に向かって見ると、界面37は、第1の樹脂部7の外周のところで環状に形成されている。ポッティング剤13は、凹部31に設けられており、第1の樹脂部7と第2の樹脂部9とに接して、界面37の総てを覆っている。
ここで、温度センサ1の製造方法(センサの製造方法)について説明する。温度センサ1の製造方法は、サーミスタ設置工程と第1の樹脂部設置工程と第2の樹脂部設置工程とを備えて構成されている。
サーミスタ設置工程では、一対のリードフレーム3にサーミスタ5を設置する(図5参照)。
第1の樹脂部設置工程では、サーミスタ設置工程で一対のリードフレーム3にサーミスタ5を設置した後、トランスファ成形によって、所定の剛性を備えた第1の樹脂部7を設ける。さらに説明すると、トランスファ成形によって、サーミスタ5と一対のリードフレーム3におけるサーミスタ5の近傍の部位とを、エポキシ樹脂で覆うことで、第1の樹脂部7を設ける(図6参照)。
第2の樹脂部設置工程では、第1の樹脂部設置工程で第1の樹脂部7を設けた後、インサート成形によって、第2の樹脂部9を設ける。さらに説明すると、インサート成形によって、第1の樹脂部7のうちのサーミスタ5の近傍の部位が露出するようにして、第1の樹脂部7の一部と一対のリードフレーム3の一部とを覆うように第2の樹脂部9を設ける。
また、温度センサ1の製造方法は、ポッティング剤設置工程を備えている。ポッティング剤設置工程では、第2の樹脂部設置工程で第2の樹脂部9を設けた後、第1の樹脂部7と第2の樹脂部9との界面(境界面)37を覆うように絶縁性を備えたポッティング剤13を設ける。
温度センサ1は、一対のリードフレーム3に設けられているサーミスタ5と、第1の樹脂部7とを備えて構成されている。第1の樹脂部7は、エポキシ樹脂で構成されており、サーミスタ5と一対のリードフレーム3のサーミスタ5の近傍の部位とを所定の剛性をもって覆っている。
また、温度センサ1は、第1の樹脂部7のうちのサーミスタ5の近傍の部位が露出するようにして、第1の樹脂部7の一部と一対のリードフレーム3の一部とを覆っている第2の樹脂部9を備えて構成されている。
このように構成されていることで、温度センサ1の強度が高くなっており、また、熱伝導率の高い第1の樹脂部7のみを流れてきた熱をサーミスタ5が検出するので応答性および測温精度が良くなっている。
すなわち、サーミスタ5の外装(トランスファ成形で設けられた第1の樹脂部7)が検出媒体(たとえばLLC)に直接触れるようになっている。また、第1の樹脂部7のサーミスタ5を覆っている部位での熱抵抗が小さくなっており、最短距離でしかも短時間で熱を効率良くサーミスタ5へ伝達することができるようになっている。これにより、温度に関する応答性が良くなっており、測温精度が向上する。
また、温度センサ1では、一対のリードフレーム3とサーミスタ5とを一層の第1の樹脂部7で覆っているので、部品点数が少なく温度センサ1の構成が簡素になっており、製造性が向上している。
ここで、比較例に係る温度センサ301について図7を参照しつつ説明する。温度センサ301は、サーミスタ303とリード線305とを、耐熱性と耐薬品性とに優れるエポキシ樹脂307によってコーティングしている。
温度センサ301は、コーティングがされているエポキシ樹脂307の厚さが極めて薄くなっているので、温度センサ301の強度が低くなっている。
次に、別の比較例に係る温度センサ311について図8を参照しつつ説明する。温度センサ311は、サーミスタ313にリード線部315を接続し、両者を封止層317により封止している。また、封止層317を樹脂ベース319に連結し、封止層317と樹脂ベース319との間の隙間に伝熱剤321を設けている。
温度センサ311は、樹脂ベース319と伝熱剤321と封止層317との3層を流れてきた熱をサーミスタ313で検出するので、応答性が悪くなっている。
また、温度センサ1では、リードフレーム3の長手方向(高さ方向)の中間部で、リードフレーム3の長手方向の他の部位よりも熱の伝わり方が抑制されるようになっている。
これにより、リードフレーム3を伝わっての、サーミスタ5からサーミスタ5の反対側(上側)への放熱量を少なくすることができ、温度に関する応答性が一層向上する。
温度センサ1では、一対のリードフレーム3が、これらの長手方向の中間部(第2の部位)17で幅寸法の値が小さくなっている。これにより、リードフレーム3の長手方向の中間部17が細くなっており、リードフレーム3を伝わっての、サーミスタ5からサーミスタの反対側(上側)への放熱量を少なくすることができ、温度に関する応答性が一層向上する。
なお、リードフレーム3の長手方向の中間部17を除く部位は、幅寸法の値が大きくなっておりリードフレーム3が太くなっている。これにより、リードフレーム3の強度を十分に確保することができる。
また、温度センサ1では、リードフレーム3が細長い矩形な板状に形成されているので、リードフレーム3の成形がしやすくなっている。
温度センサ1の製造方法は、サーミスタ設置工程と第1の樹脂部設置工程と第2の樹脂部設置工程とを備えている。第1の樹脂部設置工程では、トランスファ成形によって、サーミスタ5とリードフレーム3の一部とをエポキシ樹脂で覆うことで第1の樹脂部7を設けている。
これにより、高い寸法精度および高い強度のトランスファ部分(第1の樹脂部7と第1の樹脂部7で覆われているサーミスタ5とリードフレーム3の部位)を得ることができ、安定したインサート成形で第2の樹脂部9を設けることがし易くなる。そして、温度センサ1の製造性が向上する。
また、サーミスタ設置工程と第1の樹脂部設置工程と第2の樹脂部設置工程とポッティング剤設置工程とを経ることで、温度センサ1が完成するので、温度センサ1の部品点数が少なくなっており、構造が簡素になっている。
以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
1 温度センサ
3 リードフレーム
5 サーミスタ
7 第1の樹脂部
9 第2の樹脂部
17 中間部(第2の部位)
3 リードフレーム
5 サーミスタ
7 第1の樹脂部
9 第2の樹脂部
17 中間部(第2の部位)
Claims (4)
- 一対のリードフレームと、
前記一対のリードフレームに設けられているサーミスタと、
エポキシ樹脂で構成されており、前記サーミスタと前記一対のリードフレームの前記サーミスタ近傍の部位とを、所定の剛性をもって覆っている第1の樹脂部と、
前記第1の樹脂部のうちの前記サーミスタ近傍の部位が露出するようにして、前記第1の樹脂部の一部と前記一対のリードフレームの一部とを覆っている第2の樹脂部と、
を有する温度センサ。 - 前記一対のリードフレームのそれぞれは細長く延びており、
前記サーミスタは、前記一対のリードフレームの長手方向の一方の端部である第1の端部に設けられており、
前記一対のリードフレームのうちの少なくとも一方のリードフレームの長手方向の中間部は、前記一対のリードフレームの長手方向の他の部位よりも熱の伝わり方が抑制されるようになっている請求項1に記載の温度センサ。 - 前記一対のリードフレームのそれぞれは、細長い矩形な板状に形成されており、
前記一対のリードフレームは、これらの幅方向で互いが僅かに離れてならんでおり、
前記サーミスタは、前記一対のリードフレームの長手方向の一方の端部である第1の端部に設けられており、
前記一対のリードフレームのうちの少なくとも一方のリードフレームが、これらの長手方向の中間部で幅寸法の値が小さくなっている請求項1に記載の温度センサ。 - 一対のリードフレームにサーミスタを設置するサーミスタ設置工程と、
前記サーミスタ設置工程で前記一対のリードフレームにサーミスタを設置した後、トランスファ成形によって、前記サーミスタと前記一対のリードフレームの前記サーミスタ近傍の部位とを、エポキシ樹脂で覆うことで、所定の剛性を備えた第1の樹脂部を設ける第1の樹脂部設置工程と、
前記第1の樹脂部設置工程で第1の樹脂部を設けた後、インサート成形によって、前記第1の樹脂部のうちの前記サーミスタ近傍の部位が露出するようにして、前記第1の樹脂部の一部と前記一対のリードフレームの一部とを覆うように第2の樹脂部を設ける第2の樹脂部設置工程と、
を有する温度センサの製造方法。
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