JP4586413B2

JP4586413B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP4586413B2
Application number: JP2004146810A
Authority: JP
Inventors: 建司簑島; 慶一宮嶋; 靖杉山
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2024-05-17
Also published as: JP2005328003A

Description

本発明は、センサを有するフレキシブルプリント回路基板を備えた燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell including a flexible printed circuit board having a sensor.

抵抗体を用いた温度センサなどの各種センサにおいては、チップ状のセンサを基板上に実装したものが知られている。多くの場合、計測する場所と計測したデータを処理する場所は離れている。このような場合、一般的に、センサを計測する場所に配置し、離れた場所にデータを処理する回路を配置して、これらを配線によって電気的に接続する。例えば、ガラスエポキシ基板などの硬質基板を用いた場合、この基板上にセンサチップを実装したものを計測場所に配置する。そして、センサにより検出された信号は、離れた場所にあるデータを処理する回路（当該回路は、別の基板上に形成されている）に送られる。また、チップタイプのセンサを用いずに、一般的なリード線にセンサが取り付けられたものが
利用される場合もある。この場合、センサによって検出された信号は、リード線によりデータを処理する回路に送られる。 Among various sensors such as a temperature sensor using a resistor, a sensor in which a chip-shaped sensor is mounted on a substrate is known. In many cases, the place to measure and the place to process the measured data are separated. In such a case, generally, a sensor is arranged at a place where the sensor is measured, a circuit for processing data is arranged at a remote place, and these are electrically connected by wiring. For example, when a hard substrate such as a glass epoxy substrate is used, a sensor chip mounted on the substrate is placed at a measurement location. Then, the signal detected by the sensor is sent to a circuit that processes data at a remote location (the circuit is formed on another substrate). In addition, there are cases where a general lead wire with a sensor attached is used without using a chip-type sensor. In this case, the signal detected by the sensor is sent to a circuit that processes data by a lead wire.

ここで、計測したい場所や、配線を配置したい場所が狭い場合があるため、基板や配線の薄型化が要求される場合がある。また、抵抗体を用いた温度センサの場合には、計測データの精度を高めるために、センサ部自体の熱容量をできる限り少なくすることが望ましい。 Here, since there are cases where a place where measurement is desired and a place where wiring is desired are narrow, there is a case where a substrate or wiring is required to be thinned. In the case of a temperature sensor using a resistor, it is desirable to reduce the heat capacity of the sensor unit itself as much as possible in order to increase the accuracy of measurement data.

このような要求に対応する技術として、フレキシブルプリント回路基板（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ：いわゆるＦＰＣ）を利用したものが知られている。ＦＰＣは、柔軟性のある絶縁基板であるベースフィルム上に導電パターンが形成されたものである。かかるＦＰＣ上に、センサチップを実装したものを用いれば、ＦＰＣ自体は、厚さが薄い（容易に、０．１ｍｍ以下にすることが可能）ことから、計測したい場所や、配線を配置したい場所が狭い場合に好適に対応することができる。 A technique using a flexible printed circuit board (so-called FPC) is known as a technology that meets such a demand. In the FPC, a conductive pattern is formed on a base film that is a flexible insulating substrate. If a sensor chip mounted on such an FPC is used, the FPC itself is thin (can be easily reduced to 0.1 mm or less). It is possible to cope with a case where N is narrow.

しかしながら、センサチップ自体に、１ｍｍ程度の厚みがあることから、計測したい場所が極めて狭い場合には、上記のような従来例では、満足に対応できない場合がある。例えば、燃料電池において、セル内部の温度や湿度を測定したい場合がある。しかし、近年、燃料電池の小型化が進んでおり、燃料電池におけるセパレータの厚みは一般に１〜３ｍｍ程度と薄いものであり、また、セパレータ間の隙間は０．２〜０．８ｍｍ程度まで狭くなっている。そのため、センサチップをセル内部に配置するために、セパレータの一部を薄くする加工を施さなければならないなどの加工上および強度機能上の問題が生じてしまう。また、セパレータ間隙間が極めて狭い場合には、センサチップをセル内部に配置できないこともある。言い換えれば、センサチップをセル内部に配置するための厚みを確保することが、セパレータ間隙間を狭くしたりセパレータ自体の厚みを薄くしたりすることの弊害となる場合がある。 However, since the sensor chip itself has a thickness of about 1 mm, the conventional example as described above may not be able to satisfactorily deal with when the place to be measured is extremely narrow. For example, in a fuel cell, it may be desired to measure the temperature and humidity inside the cell. However, in recent years, fuel cells have been downsized, and the thickness of the separator in the fuel cell is generally as thin as about 1 to 3 mm, and the gap between the separators is narrowed to about 0.2 to 0.8 mm. ing. Therefore, in order to arrange the sensor chip inside the cell, there arises a problem in processing and strength function such as processing to make a part of the separator thin. In addition, when the gap between the separators is extremely narrow, the sensor chip may not be disposed inside the cell. In other words, securing the thickness for arranging the sensor chip inside the cell may be an adverse effect of narrowing the gap between the separators or reducing the thickness of the separator itself.

本発明の目的は、センサが設けられている部分の薄型化を図ることである。 An object of the present invention is to reduce the thickness of a portion where a sensor is provided.

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.

すなわち、本発明は、ベースフィルム上に形成された導電パターンの一部にセンサの機能を設けるようにした。これにより、センサが設けられている部分を極めて薄くすることが可能となった。 That is, according to the present invention, the sensor function is provided in a part of the conductive pattern formed on the base film. This makes it possible to make the portion where the sensor is provided extremely thin.

より具体的な本発明の燃料電池としては、柔軟性を有するベースフィルム上に導電パターンが形成されたフレキシブルプリント回路基板を備えた燃料電池において、前記導電パターンには、通電方向に垂直な断面の面積が異なる部分が設けられることにより、電気抵抗の低い配線部と、該配線部よりも線幅が狭く、かつ厚みが薄いことで電気抵抗の高いセンサ部が形成されると共に、前記フレキシブルプリント回路基板の回路基板上には前記センサ部とは検出目的の異なるセンサが設けられており、前記電気抵抗の高いセンサ部がセル内部の温度を検出するセンサとして用いられることを特徴とするものが挙げられる。 A more fuel cells specific present invention, in a fuel cell comprising a flexible printed circuit board conductive pattern is formed on a base film having flexibility, the said conductive pattern, the cross section perpendicular to the flowing direction By providing portions having different areas, a wiring portion having a low electrical resistance and a sensor portion having a narrower line width and a smaller thickness than the wiring portion are formed, and the flexible printed circuit A sensor having a detection purpose different from that of the sensor unit is provided on a circuit board of the substrate, and the sensor unit having a high electrical resistance is used as a sensor for detecting the temperature inside the cell. It is done.

この構成によれば、導電パターンの一部がセンサとして機能する。従って、センサチップ等を別途設ける場合と比べて、センサが設けられている部分を極めて薄くすることができる。 According to this configuration, a part of the conductive pattern functions as a sensor. Therefore, compared with a case where a sensor chip or the like is separately provided, a portion where the sensor is provided can be made extremely thin.

以上説明したように、本発明によれば、センサが設けられている部分の薄型化を図ることができる。また、これに伴い、センサそのものを小型化できるため、センサの熱容量を小さくすることができる。従って、センサを温度センサとして用いることで、温度変化に対する応答性が良くなり、測定精度が高くなる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the thickness of the portion where the sensor is provided. Further, along with this, the sensor itself can be miniaturized, so that the heat capacity of the sensor can be reduced. Therefore, by using the sensor as a temperature sensor, responsiveness is better to temperature changes, measurement accuracy is high.

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. .

Reference example 1

図１〜図３を参照して、本発明の参考例１に係るフレキシブルプリント回路基板について説明する。図１は本発明の参考例１に係るフレキシブルプリント回路基板の模式的平面図の一部である。図２は本発明の参考例１に係るフレキシブルプリント回路基板における導電パターンのセンサ部付近の平面図である。図３は本発明の参考例１に係るフレキシブルプリント回路基板におけるセンサ部の温度と電気抵抗の関係を示すグラフである。 With reference to FIGS. 1-3, the flexible printed circuit board concerning the reference example 1 of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a part of a schematic plan view of a flexible printed circuit board according to Reference Example 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the vicinity of the sensor portion of the conductive pattern in the flexible printed circuit board according to Reference Example 1 of the present invention. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature of the sensor section and the electrical resistance in the flexible printed circuit board according to Reference Example 1 of the present invention.

＜フレキシブルプリント回路基板の全体説明＞
図示のように、本参考例に係るフレキシブルプリント回路基板（以下、ＦＰＣと称する）１は、柔軟性を有する絶縁基板であるベースフィルム１０を有する。本参考例においては、ベースフィルム１０の材料として、ポリイミド（ＰＩ）が用いられている。ただし、ベースフィルム１０の材料としては、ポリイミドに限らず、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），エポキシ系樹脂，フェノール系樹脂などを用いることができる。 <Overall description of flexible printed circuit board>
As shown in the figure, a flexible printed circuit board (hereinafter referred to as FPC) 1 according to this reference example includes a base film 10 that is a flexible insulating board. In this reference example , polyimide (PI) is used as the material of the base film 10. However, the material of the base film 10 is not limited to polyimide, and for example, polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), epoxy resin, phenol resin, and the like can be used.

このベースフィルム１０上には、導電パターンが形成されている。本参考例では、この導電パターンの材料として、銅が用いられている。ただし、導電パターンの材料としては、銅に限らず、例えば、アルミニウム，ニッケル，ステンレス，チタン，タングステン，金，パーマロイ，ニクロムなどの導電性の材料を用いることができる。 A conductive pattern is formed on the base film 10. In this reference example , copper is used as the material of the conductive pattern. However, the material of the conductive pattern is not limited to copper, and conductive materials such as aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tungsten, gold, permalloy, and nichrome can be used.

本参考例に係る導電パターンは、センサ部２０と配線部４０により構成される。これらは、ベースフィルム１０上に銅箔を形成した後に、所定のパターンでエッチングすることにより形成される。なお、その後、導電パターンの全部あるいは一部（電気的な接続を行うための部分等を除く部分）は、外部に露出されないように、不図示のカバーフィルムにより覆われる。ここで、カバーフィルムは接着剤によりベースフィルム１０や導電パターンに固定される。このカバーフィルムもベースフィルム１０と同様に、柔軟性を有する絶縁基板と言うことができる。本参考例では、ベースフィルム１０の厚みを２５μｍ，カバーフィルム接着のための接着剤層の厚みを２０μｍ，カバーフィルムの厚みを２５μｍ、及び銅箔の厚み（センサ部２０における細線２１や配線部４０における配線の厚みに等しい）を１２μｍとした。 The conductive pattern according to this reference example includes the sensor unit 20 and the wiring unit 40. These are formed by forming a copper foil on the base film 10 and then etching with a predetermined pattern. After that, all or a part of the conductive pattern (a part excluding a part for electrical connection) is covered with a cover film (not shown) so as not to be exposed to the outside. Here, the cover film is fixed to the base film 10 or the conductive pattern with an adhesive. Similar to the base film 10, this cover film can be said to be a flexible insulating substrate. In this reference example , the thickness of the base film 10 is 25 μm, the thickness of the adhesive layer for bonding the cover film is 20 μm, the thickness of the cover film is 25 μm, and the thickness of the copper foil (the thin wires 21 and the wiring portions 40 in the sensor unit 20). Was equal to the thickness of the wiring in FIG.

ここで、図１に示すＦＰＣ１は、ベースフィルム１０及び配線部４０が、途中で破断されたものが示されている。破断により省略された部分には、例えば、センサ部２０により検出されたデータを処理するための処理回路などを設けることができる。 Here, as for FPC1 shown in FIG. 1, what the base film 10 and the wiring part 40 were fractured | ruptured on the way is shown. For example, a processing circuit for processing data detected by the sensor unit 20 can be provided in the portion omitted due to the breakage.

以上のように構成されたＦＰＣ１によれば、センサ部２０を所望の計測場所に配置することにより、センサ部２０により検出されたデータは、配線部４０を通じてＦＰＣ１自体に備えられた不図示のデータ処理回路に送られる。そして、データ処理回路によりデータ
の処理が施される。 According to the FPC 1 configured as described above, by arranging the sensor unit 20 at a desired measurement location, data detected by the sensor unit 20 is not illustrated data provided in the FPC 1 itself through the wiring unit 40. Sent to the processing circuit. Then, data processing is performed by the data processing circuit.

＜センサ部の詳細説明＞
本参考例においては、配線部４０における配線の線幅を１．５ｍｍとした。一方、センサ部２０における細線２１の線幅を５０μｍとした。なお、上記の通り、配線部４０における配線及びセンサ部２０における細線２１の厚みは、いずれも１２μｍである。このように、導体部（導電線）における通電方向に垂直な断面の面積を、配線部４０では大きくし、センサ部２０では小さくするように構成した。これにより、センサ部２０における電気抵抗を、配線部４０における電気抵抗よりも高くなるように構成した。このように、センサ部２０を電気抵抗の高い抵抗体とすることにより、温度センサとしての機能が発揮する。この点について、更に詳細に説明する。 <Detailed explanation of sensor unit>
In this reference example , the line width of the wiring in the wiring part 40 was 1.5 mm. On the other hand, the line width of the thin wire 21 in the sensor unit 20 was set to 50 μm. As described above, the thickness of the wiring in the wiring part 40 and the thin wire 21 in the sensor part 20 are both 12 μm. Thus, the area of the cross section perpendicular to the energization direction in the conductor part (conductive wire) is configured to be large in the wiring part 40 and small in the sensor part 20. Thereby, the electrical resistance in the sensor unit 20 was configured to be higher than the electrical resistance in the wiring unit 40. Thus, the function as a temperature sensor is demonstrated by making the sensor part 20 into a resistor with high electrical resistance. This point will be described in more detail.

精度良く温度を検出するためには、測定装置の精度を考慮すると、数Ω以上の電気抵抗値であることが望ましい。純銅の電気抵抗率は１．７×１０^−６Ω・ｃｍであるので、センサ部２０を、例えば５Ωの抵抗体とするためには、理論的に細線２１の全長は約１８０ｍｍとする必要がある。そこで、本参考例では、線と線の間隔が５０μｍとなるように、細線２１を櫛形のパターンとした（図２参照）。すなわち、Ｌ＝ＬＩＮＥ（配線幅），Ｓ＝ＳＰＡＣＥ（配線間隔）とした場合に、Ｌ／Ｓ＝５０μｍ／５０μｍとした。これにより、４×５ｍｍ角サイズのセンサ部２０を構成することができ、センサ部２０の面積をコンパクトにすることができる。 In order to detect the temperature with high accuracy, it is desirable that the electric resistance value be several Ω or more in consideration of the accuracy of the measuring device. Since the electrical resistivity of pure copper is 1.7 × 10 ⁻⁶ Ω · cm, in order to make the sensor unit 20 a resistor of 5Ω, for example, the total length of the thin wire 21 should theoretically be about 180 mm. is there. Therefore, in this reference example , the thin wires 21 are formed in a comb pattern so that the distance between the wires is 50 μm (see FIG. 2). That is, when L = LINE (wiring width) and S = SPACE (wiring interval), L / S = 50 μm / 50 μm. Thereby, the sensor part 20 of 4 * 5 mm square size can be comprised, and the area of the sensor part 20 can be made compact.

そして、配線部４０における配線の全長を、例えば１０ｃｍとした場合、配線部４０の電気抵抗値は、０．１３Ωとなる。これにより、センサ部２０と配線部４０の電気抵抗値の比率は、１：０．０２５となる。 When the total length of the wiring in the wiring part 40 is 10 cm, for example, the electrical resistance value of the wiring part 40 is 0.13Ω. Thereby, the ratio of the electrical resistance values of the sensor unit 20 and the wiring unit 40 is 1: 0.025.

ここで、銅などの導電材料は、温度に応じて電気抵抗が変化する。そして、一般的に、導電材料は、温度Ｔ０のときの電気抵抗値をＲ０，温度Ｔのときの電気抵抗値をＲ，Δｔ＝Ｔ−Ｔ０とすると、
Ｒ＝（１＋αΔＴ）×Ｒ０
を満たす。ここで、αは抵抗温度係数と呼ばれ、このαは導電材料によりそれぞれ異なる。 Here, the electrical resistance of the conductive material such as copper changes depending on the temperature. In general, the conductive material has an electrical resistance value R0 at temperature T0, an electrical resistance value R at temperature T, and Δt = T−T0.
R = (1 + αΔT) × R0
Meet. Here, α is called a resistance temperature coefficient, and α varies depending on the conductive material.

このように、温度に応じて電気抵抗が変化することから、電気抵抗値を測定することにより、センサ部２０の温度を算出することが可能となる。 Thus, since the electrical resistance changes according to the temperature, the temperature of the sensor unit 20 can be calculated by measuring the electrical resistance value.

なお、センサ部２０のみ温度が変化し、配線部４０は温度が変化しない場合に、算出結果に最も誤差が生ずる。しかし、この場合においても、センサ部２０と配線部４０における電気抵抗値の変化の誤差は、上記電気抵抗値の比率から、最大２．５％（温度ΔＴ＝∞のとき）であるので、実用上問題のない範囲である。 It should be noted that when the temperature of only the sensor unit 20 changes and the temperature of the wiring unit 40 does not change, the most error occurs in the calculation result. However, even in this case, the error of the change in the electrical resistance value in the sensor unit 20 and the wiring unit 40 is 2.5% at the maximum (when the temperature ΔT = ∞) from the ratio of the electrical resistance value. It is a range without any problem.

なお、図３には、本参考例に基づいて製造されたセンサ部２０において、センサ部２０の温度と電気抵抗値との関係を実測した結果が示されている。図から、温度と電気抵抗値は直線的に比例する関係にあることが分かる。従って、電気抵抗値を検出することによりセンサ部２０の温度（≒センサ部２０の周囲の環境温度）を算出することができることが分かる。 FIG. 3 shows the result of actual measurement of the relationship between the temperature of the sensor unit 20 and the electrical resistance value in the sensor unit 20 manufactured based on this reference example . From the figure, it can be seen that the temperature and the electric resistance value are linearly proportional. Therefore, it can be seen that the temperature of the sensor unit 20 (≈the ambient temperature around the sensor unit 20) can be calculated by detecting the electrical resistance value.

ここで、上記の通り、一般的に、ＦＰＣにおいては、導体部が外部に露出しないように、導電パターンの一部あるいは全部を覆うように、カバーフィルムが設けられる。しかし、従来例のようにセンサチップを用いる場合には、センサチップの厚みのため、センサチップの部分には、カバーフィルムを設けることができないこともある。 Here, as described above, in general, in FPC, a cover film is provided so as to cover a part or all of the conductive pattern so that the conductor portion is not exposed to the outside. However, when a sensor chip is used as in the conventional example, a cover film may not be provided on the sensor chip due to the thickness of the sensor chip.

これに対して、本参考例に係るＦＰＣ１の場合には、上記の通り、センサ部２０の厚みを極めて薄くすることができる。従って、不図示のカバーフィルムを、配線部４０だけでなく、センサ部２０を覆うように設けたとしても、ＦＰＣ１全体の厚みはそれほど厚くならない。 On the other hand, in the case of the FPC 1 according to this reference example , the thickness of the sensor unit 20 can be extremely reduced as described above. Therefore, even if a cover film (not shown) is provided so as to cover not only the wiring part 40 but also the sensor part 20, the entire thickness of the FPC 1 does not increase so much.

従って、センサ部２０やセンサ部２０と配線部４０との接合部分付近をカバーフィルムにより保護することができ、これらの部分の腐食を抑制することができる。なお、カバーフィルムの材料は、ベースフィルム１０と同様に、ポリイミド（ＰＩ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），エポキシ系樹脂，フェノール系樹脂などを用いることができる。 Accordingly, the sensor portion 20 and the vicinity of the joint portion between the sensor portion 20 and the wiring portion 40 can be protected by the cover film, and corrosion of these portions can be suppressed. As the material of the cover film, polyimide (PI), polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), epoxy resin, phenol resin, and the like can be used as in the case of the base film 10.

＜本参考例に係るフレキシブルプリント回路基板の優れている点＞
本参考例に係るＦＰＣ１の場合、センサ部２０における厚みは、上記の通り、配線部４０の厚みと同一である。つまり、センサ部２０における厚みは、ベースフィルム１０上にプリントされた導電パターン（銅箔）の厚みと同一である。具体的には、上記の通り、センサ部２０の厚みは１８μｍである。そのため、１ｍｍ程度の厚みを有するセンサチップの場合に比べて、センサ部２０の厚みを極めて薄くすることができる。従って、ベースフィルム１０の厚みは、元々容易に薄くすることができ、かつ、本参考例ではセンサ部２０の厚みも極めて薄くすることができることから、センサ部２０が設けられた部分を含むＦＰＣ１の厚みを極めて薄くすることが可能となる。例えば、ＦＰＣ１の厚みを容易に０．１ｍｍ以下とすることができ、実際に約６２μｍにすることができた。以上のことから、温度を計測したい場所が極めて狭い場合、例えば、１ｍｍ以下の隙間しかないような場合であっても、センサ部２０を簡単に配置することができる。 <Advantages of flexible printed circuit board according to this reference example >
In the case of the FPC 1 according to this reference example , the thickness of the sensor unit 20 is the same as the thickness of the wiring unit 40 as described above. That is, the thickness in the sensor unit 20 is the same as the thickness of the conductive pattern (copper foil) printed on the base film 10. Specifically, as described above, the thickness of the sensor unit 20 is 18 μm. Therefore, the thickness of the sensor unit 20 can be made extremely thin as compared with the case of a sensor chip having a thickness of about 1 mm. Therefore, the thickness of the base film 10 can be easily reduced from the beginning, and the thickness of the sensor unit 20 can be extremely reduced in this reference example. Therefore, the FPC 1 including the portion where the sensor unit 20 is provided is included. The thickness can be extremely reduced. For example, the thickness of the FPC 1 can be easily reduced to 0.1 mm or less, and actually about 62 μm. From the above, when the place where the temperature is to be measured is extremely narrow, for example, even when there is only a gap of 1 mm or less, the sensor unit 20 can be easily arranged.

図４には、本発明の実施例１が示されている。上記参考例１では、配線部とセンサ部の厚みを同一とする場合の構成を示した。本実施例では、センサ部の厚みを配線部の厚みよりも薄くする場合の構成を示す。その他の構成および作用については参考例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。 FIG. 4 shows a first embodiment of the present invention. In the reference example 1 , the configuration in which the wiring part and the sensor part have the same thickness is shown. In the present embodiment, a configuration in the case where the thickness of the sensor portion is made thinner than the thickness of the wiring portion is shown. Since other configurations and operations are the same as those in Reference Example 1 , the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

上記参考例１においては、線幅の相違のみによって、センサ部２０における電気抵抗を、配線部４０における電気抵抗よりも高くなるように構成した。ここで、上記参考例１の説明から分かる通り、ある程度、抵抗値が高いほうが測定装置の精度を考慮すると精度の高い測定ができる。また、センサ部２０と配線部４０の電気抵抗値の比が大きいほど、算出される温度の誤差が小さくなる。従って、温度の測定精度を高めるためには、センサ部２０の電気抵抗を更に大きくするか、配線部４０の電気抵抗を更に小さくすれば良い。そこで、本実施例ではセンサ部２０の厚みを配線部４０の厚みよりも薄くすることによって、センサ部２０の電気抵抗を参考例１よりも大きくする構成を採用した。 In the reference example 1 , the electric resistance in the sensor unit 20 is configured to be higher than the electric resistance in the wiring unit 40 only by the difference in line width. Here, as can be seen from the description of Reference Example 1 , measurement with higher accuracy can be performed when the resistance value is higher to some extent in consideration of the accuracy of the measuring apparatus. Further, the larger the ratio of the electrical resistance values of the sensor unit 20 and the wiring unit 40, the smaller the calculated temperature error. Therefore, in order to increase the temperature measurement accuracy, the electrical resistance of the sensor unit 20 may be further increased or the electrical resistance of the wiring unit 40 may be further decreased. Therefore, in this embodiment, a configuration is adopted in which the electric resistance of the sensor unit 20 is made larger than that of the reference example 1 by making the thickness of the sensor unit 20 thinner than the thickness of the wiring unit 40.

図４は本発明の実施例１に係るフレキシブルプリント回路基板におけるセンサ部付近の模式的断面図である。図示のように、本実施例においては、センサ部２０における細線２２の厚みは、配線部４０の配線の厚みよりも薄くなるように構成されている。より具体的には、細線２２の厚みは、配線部４０における配線の厚みの半分となっている。その他の構成については、上記参考例１と同一である。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the sensor portion in the flexible printed circuit board according to the first embodiment of the present invention. As illustrated, in the present embodiment, the thickness of the thin wire 22 in the sensor unit 20 is configured to be thinner than the wiring thickness of the wiring unit 40. More specifically, the thickness of the thin wire 22 is half of the thickness of the wiring in the wiring portion 40. Other configurations are the same as those in Reference Example 1 described above.

センサ部２０における細線２２の厚みを配線部４０における配線の厚みよりも薄くするためには、例えば、ハーフエッチングを行えばよい。ここで、このハーフエッチングについて簡単に説明する。まず、ベースフィルム上に銅箔を形成する。そして、センサを形成する部分以外の配線部をマスキングして、センサ部の銅箔厚さが半分になるようにエッチ
ングを行う。その後、所定のパターンによりエッチングを行うことで導電パターンを形成する。本実施例に係るＦＰＣは、この方法により、細線２２の厚みを配線部４０における配線の厚みの半分とすることができる。 In order to make the thickness of the thin wire 22 in the sensor unit 20 thinner than the thickness of the wiring in the wiring unit 40, for example, half etching may be performed. Here, the half etching will be briefly described. First, a copper foil is formed on a base film. Then, the wiring portion other than the portion where the sensor is formed is masked, and etching is performed so that the copper foil thickness of the sensor portion is halved. Then, a conductive pattern is formed by performing etching with a predetermined pattern. The FPC according to the present embodiment can reduce the thickness of the thin wire 22 to half the thickness of the wiring in the wiring portion 40 by this method.

以上の構成により、本実施例においては、センサ部２０の電気抵抗値は、参考例１の場合に比べて理論的に２倍の１０Ωとなる。そのため、センサ部２０と配線部４０の電気抵抗値の比率は、１：０．０１２５となる。従って、センサ部２０と配線部４０における電気抵抗値の変化の最大誤差を１．２５％とすることができ、温度の測定精度を参考例１よりも高めることができる。勿論、センサ部２０の厚みは、半分に限定されるものではなく、所望の厚みにすることができる。 With the above configuration, in this embodiment, the electrical resistance value of the sensor unit 20 is theoretically twice 10Ω compared to the case of the reference example 1 . Therefore, the ratio of the electrical resistance values of the sensor unit 20 and the wiring unit 40 is 1: 0.0125. Therefore, the maximum error of the change in the electrical resistance value in the sensor unit 20 and the wiring unit 40 can be set to 1.25%, and the temperature measurement accuracy can be increased as compared with the reference example 1 . Of course, the thickness of the sensor unit 20 is not limited to half, and can be a desired thickness.

Reference example 2

図５には、本発明の参考例２が示されている。上記参考例１および実施例１では、同一材料からなる導電パターンにより、導電線における通電方向に垂直な断面の面積の相違によって、配線部とセンサ部を形成する構成を説明した。本参考例では、配線部とは別の材料により、センサ部をベースフィルム上に形成する構成を示す。なお、センサ部以外の構成については、上記参考例１と同一であるので、同一の構成部分については、適宜、その説明は省略する。 FIG. 5 shows Reference Example 2 of the present invention. In the reference example 1 and the example 1 , the configuration in which the wiring portion and the sensor portion are formed by the difference in the cross-sectional area perpendicular to the energizing direction of the conductive wire by the conductive pattern made of the same material has been described. In this reference example, a configuration in which the sensor part is formed on the base film using a material different from the wiring part is shown. In addition, since it is the same as that of the said reference example 1 about structures other than a sensor part, the description is abbreviate | omitted suitably about the same component.

図５は本発明の参考例２に係るフレキシブルプリント回路基板における導電パターンのセンサ部付近の平面図である。本参考例においても、ベースフィルムの材料としてＰＩを用い、配線部４０の材料として銅を用いた。また、配線部４０（及び配線部４０におけるセンサ部２０との接続部）は、参考例１の場合と同様に、ベースフィルム上に厚さ１２μｍの銅箔を形成した後に、所定のパターンでエッチングすることにより形成される。 FIG. 5 is a plan view of the vicinity of the sensor portion of the conductive pattern in the flexible printed circuit board according to Reference Example 2 of the present invention. Also in this reference example, PI was used as the material of the base film, and copper was used as the material of the wiring portion 40. Similarly to the case of Reference Example 1, the wiring part 40 (and the connection part with the sensor part 20 in the wiring part 40) is etched with a predetermined pattern after a copper foil having a thickness of 12 μm is formed on the base film. It is formed by doing.

一方、本参考例におけるセンサ部２０の細線２３は、ベースフィルム上及び配線部４０上に直接膜を形成することにより得られる。なお、ベースフィルム上及び配線部４０上に直接膜を形成する方法の好適な例としては、スパッタリング，（真空）蒸着，気相成長法（ＣＶＤ），ディッピング，印刷などを挙げることができる。 On the other hand, the thin line 23 of the sensor unit 20 in the present reference example is obtained by forming a film directly on the base film and the wiring unit 40. In addition, as a suitable example of the method of forming a film | membrane directly on a base film and the wiring part 40, sputtering, (vacuum) vapor deposition, vapor phase epitaxy (CVD), dipping, printing etc. can be mentioned.

本参考例においては、センサ部２０の材料としてＮｉＣｒを用いた。より具体的には、配線部４０のパターニングが終了した後のベースフィルム上に、スパッタリングによりＮｉＣｒの薄膜（膜厚０．５μｍ）を形成した。その後、このＮｉＣｒの薄膜をエッチングすることにより、参考例１と同様に、櫛形のパターンとなる細線２３を形成した。なお、細線２３が配線部４０に対して電気的に確実に接続されように、細線２３の一部は、配線部４０上に形成される（図５参照）。 In this reference example, NiCr was used as the material of the sensor unit 20. More specifically, a NiCr thin film (film thickness: 0.5 μm) was formed by sputtering on the base film after the patterning of the wiring portion 40 was completed. Thereafter, the thin film of NiCr was etched to form the thin wires 23 having a comb-like pattern as in Reference Example 1. A part of the thin wire 23 is formed on the wiring portion 40 so that the thin wire 23 is electrically connected to the wiring portion 40 reliably (see FIG. 5).

また、本参考例においては、細線２３の線幅を５０μｍとした。ここで、ＮｉＣｒの電気抵抗率は１×１０^−４Ω・ｃｍであるので、センサ部２０を、例えば５ｋΩの抵抗体とするためには、細線２３の全長（配線部４０に当接している部分を除く部分の全長）は７５ｍｍとする必要がある。本実施例においても、Ｌ／Ｓ＝５０μｍ／５０μｍとなるように、細線２３を櫛形のパターンとすることで、５×３ｍｍ角サイズのセンサ部２０を構成することができ、センサ部２０の面積をコンパクトにすることができる。 In this reference example, the line width of the thin wire 23 was set to 50 μm. Here, since the electrical resistivity of NiCr is 1 × 10 ⁻⁴ Ω · cm, in order to make the sensor unit 20 a resistor of 5 kΩ, for example, the entire length of the thin wire 23 (contacts the wiring unit 40). The total length of the portion excluding the portion) needs to be 75 mm. Also in this embodiment, the sensor unit 20 having a 5 × 3 mm square size can be configured by forming the thin wire 23 in a comb pattern so that L / S = 50 μm / 50 μm. Can be made compact.

そして、配線部４０の電気抵抗値が参考例１と同じく０．１３Ωの場合、センサ部２０と配線部４０の電気抵抗値の比率は、１：０．００００２５となる。 When the electrical resistance value of the wiring part 40 is 0.13Ω as in Reference Example 1, the ratio of the electrical resistance values of the sensor part 20 and the wiring part 40 is 1: 0.000025.

また、センサ部２０のみ温度が変化し、配線部４０は温度が変化しない場合に、算出結果に最も誤差が生ずる。しかし、この場合においても、センサ部２０と配線部４０における電気抵抗値の変化の誤差は、上記電気抵抗値の比率から、最大０．００２５％であるの
で、ほとんど無視できる範囲である。これは、後で別の抵抗材料を形成することにより、センサ部２０をより薄く形成することができるため、抵抗値を高くすることができたためである。また、抵抗温度係数の違いにより、材料によっては、より感度の高い測定をすることもできる。 Further, when the temperature of only the sensor unit 20 changes and the temperature of the wiring unit 40 does not change, the most error occurs in the calculation result. However, even in this case, the error in the change in the electrical resistance value between the sensor unit 20 and the wiring unit 40 is 0.0025% at the maximum from the ratio of the electrical resistance value, and thus is almost negligible. This is because the resistance value can be increased because the sensor unit 20 can be formed thinner by forming another resistance material later. Further, depending on the difference of the temperature coefficient of resistance, more sensitive measurement can be performed depending on the material.

以上のように、本参考例においても、上記参考例１と同様に、センサ部２０の厚みを極めて薄くすることができる。また、本参考例の場合には、参考例１に比べて、温度測定の精度をより高めることができる。なお、センサ部についてもカバーフィルムを設けることができる点については、参考例１の場合と同様であるので、その説明は省略する。 As described above, also in the present reference example , the thickness of the sensor unit 20 can be made extremely thin as in the first reference example . In the case of this reference example , the accuracy of temperature measurement can be further increased as compared to the reference example 1. In addition, since it is the same as that of the case of the reference example 1 about the point which can provide a cover film also about a sensor part, the description is abbreviate | omitted.

＜その他＞
本参考例においては、上記参考例１と同様にセンサ部２０を抵抗体として温度センサとして用いる場合を説明した。しかし、本参考例の場合には、センサ部２０の材料を、配線部４０の材料と異なるものを自由に選択できる。そのため、本参考例の場合には、センサ部２０に用いる材料の選択により、センサによる検出対象を、温度以外のものとすることも可能である。例えば、ベースフィルム１０及び配線部４０上にｎ型半導体である酸化錫をスパッタリングにより膜を形成することにより、センサ部２０を形成すれば、ガスセンサとして機能させることが可能となる。また、ベースフィルム１０及び配線部４０上にポリイミド前駆体を直接塗布して、熱処理によりポリイミドを形成することによりセンサ部２０を形成すれば、湿度センサとして機能させることができる。なお、センサ部２０をガスセンサや湿度センサとする場合には、センサ部２０にはカバーフィルムを設けずに、露出させる必要がある。 <Others>
In the present reference example, the case where the sensor unit 20 is used as a temperature sensor as a resistor as in the first reference example has been described. However, in the case of this reference example, the material of the sensor unit 20 can be freely selected from materials different from the material of the wiring unit 40. Therefore, in the case of this reference example, the detection target by the sensor can be other than the temperature by selecting the material used for the sensor unit 20. For example, if the sensor part 20 is formed by forming a film of tin oxide, which is an n-type semiconductor, on the base film 10 and the wiring part 40 by sputtering, it can function as a gas sensor. Moreover, if the sensor part 20 is formed by directly applying a polyimide precursor on the base film 10 and the wiring part 40 and forming polyimide by heat treatment, it can function as a humidity sensor. When the sensor unit 20 is a gas sensor or a humidity sensor, it is necessary to expose the sensor unit 20 without providing a cover film.

図６及び図７には、本発明の実施例２が示されている。ここでは、ＦＰＣの具体的な応用例として、ＦＰＣを燃料電池に用いる場合を説明する。図６は本発明の実施例２に係るガスケット一体型ＦＰＣの平面図である。図７は本発明の実施例２に係るガスケット一体型ＦＰＣが燃料電池に組み込まれた状態を示す模式的断面図の一部である。 6 and 7 show the second embodiment of the present invention. Here, the case where FPC is used for a fuel cell will be described as a specific application example of FPC. FIG. 6 is a plan view of the gasket-integrated FPC according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a part of a schematic cross-sectional view showing a state where the gasket-integrated FPC according to the second embodiment of the present invention is incorporated in a fuel cell.

一般に、燃料電池２００は、複数のセパレータ２０１と、各セパレータ２０１間に設けられるＭＥＡ２０２と、セル内部を密閉するガスケット１００とを備えている。ここで、ＭＥＡ２０２は、電解質膜２０２ａと、その両面側にそれぞれ多孔質触媒層２０２ｂとを備えている。ここで、図７には、１組の一対のセパレータ２０１と、これらの間に設けられる１つのＭＥＡ２０２と、セパレータ２０１とＭＥＡ２０２の間にそれぞれ設けられたガスケット１００について、その一部分が模式的に示されている。そして、本実施例においては、このＦＰＣ１の装着される箇所のセパレータ２０１の一部分が削除され、ガスケット１００の一部を貫通するように備えられたＦＰＣ１が設けられている。また、セパレータ２０１の表面には、燃料ガス（一般的に、水素と空気）を流すための流路２０１ａが形成されている。 In general, the fuel cell 200 includes a plurality of separators 201, an MEA 202 provided between the separators 201, and a gasket 100 that seals the inside of the cell. Here, the MEA 202 includes an electrolyte membrane 202a and porous catalyst layers 202b on both sides thereof. Here, FIG. 7 schematically shows a part of a pair of separators 201, one MEA 202 provided therebetween, and gasket 100 provided between the separator 201 and MEA 202. Has been. In this embodiment, a part of the separator 201 at the place where the FPC 1 is mounted is deleted, and the FPC 1 provided so as to penetrate a part of the gasket 100 is provided. Further, on the surface of the separator 201, a flow path 201a for flowing a fuel gas (generally, hydrogen and air) is formed.

そして、本実施例においては、ガスケット１００にＦＰＣ１が一体的に設けられている。なお、本実施例に係るＦＰＣ１においては、２箇所にセンサ部２０，２０ａが設けられている。センサ部２０は、上記参考例１及び実施例１で説明した温度を検出するセンサである。一方、センサ部２０ａは、上記参考例の＜その他＞で説明した湿度やガスなど温度以外の検出を目的とするセンサである。また、本実施例に係るＦＰＣ１においては、ＦＰＣ１自体には、検出データを処理するための回路は備えられておらず、外部装置に接続するためのコネクタ部５０が設けられている。従って、本実施例に係るＦＰＣ１においては、センサ部２０，２０ａによって検出されたデータは、配線部４０を通じ、コネクタ部５０を介して不図示の外部装置に送られて、この外部装置によって検出されたデータの処理がなされる。 In this embodiment, the FPC 1 is integrally provided on the gasket 100. In the FPC 1 according to the present embodiment, sensor units 20 and 20a are provided at two locations. The sensor unit 20 is a sensor that detects the temperature described in Reference Example 1 and Example 1 . On the other hand, the sensor unit 20a is a sensor for the purpose of detecting other than temperature such as humidity and gas described in <Others> of the reference example. Further, in the FPC 1 according to the present embodiment, the FPC 1 itself is not provided with a circuit for processing detection data, but is provided with a connector unit 50 for connection to an external device. Therefore, in the FPC 1 according to the present embodiment, the data detected by the sensor units 20 and 20a is sent to the external device (not shown) through the wiring unit 40 and the connector unit 50, and is detected by this external device. The processed data is processed.

本実施例に係るＦＰＣ１の厚みは、上記各実施例において説明したように、極めて薄くすることができる。具体的には、ＦＰＣ１の厚みを１００μｍ以下にすることができる。実際に、ＦＰＣ１の厚みを約８２μｍにすることができた。従って、セパレータ間の隙間が狭い燃料電池に対しても、何ら問題なく、簡単にセンサ部２０，２０ａをセル内部に配置させることができる。なお、上述の実施例１及び参考例１，２で説明したＦＰＣは、燃料電池用に限られることなく、様々な用途に用いることができることは言うまでもない。 The thickness of the FPC 1 according to the present embodiment can be made extremely thin as described in the above embodiments. Specifically, the thickness of the FPC 1 can be 100 μm or less. Actually, the thickness of the FPC 1 could be about 82 μm. Therefore, the sensor units 20 and 20a can be easily arranged inside the cell without any problem even for the fuel cell in which the gap between the separators is narrow. In addition, it cannot be overemphasized that FPC demonstrated in the above-mentioned Example 1 and the reference examples 1 and 2 can be used for various uses, without being restricted to fuel cells.

Reference example 3

図８には、本発明の参考例３が示されている。本参考例では、ＦＰＣ自体にデータ処理回路を設けた場合の構成が示されている。その他の構成については、上記参考例１と同一であるので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。図８は本発明の参考例３に係るフレキシブルプリント回路基板の模式的平面図の一部である。 FIG. 8 shows Reference Example 3 of the present invention. In this reference example , a configuration in which a data processing circuit is provided in the FPC itself is shown. Since other configurations are the same as those of the reference example 1, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. FIG. 8 is a part of a schematic plan view of a flexible printed circuit board according to Reference Example 3 of the present invention.

図に示すように、本参考例の場合には、ＦＰＣ１上に、回路部３０も形成されている。この回路部３０は不図示のカバーフィルム上に設けられる。この回路部３０には、センサ部２０により検出されたデータを処理するための回路が含まれている。なお、当該データを処理するための回路と配線部４０が電気的に接続されるように、これらの接続部においては、カバーフィルムの一部には孔（窓）が設けられている。また、この回路部３０には、センサ部２０により検出されたデータを処理するための回路以外にも、その他の処理を行う任意の回路を設けることが可能である。なお、回路部３０を構成する構成部材の具体例としては、ＬＳＩ（ＩＣ）チップ，チップ抵抗，コンデンサ等を挙げることができる。 As shown in the figure, in the case of this reference example , a circuit portion 30 is also formed on the FPC 1. The circuit unit 30 is provided on a cover film (not shown). The circuit unit 30 includes a circuit for processing data detected by the sensor unit 20. In addition, in these connection parts, a hole (window) is provided in a part of the cover film so that the circuit for processing the data and the wiring part 40 are electrically connected. In addition to the circuit for processing the data detected by the sensor unit 20, the circuit unit 30 can be provided with any circuit that performs other processing. Specific examples of the constituent members constituting the circuit unit 30 include an LSI (IC) chip, a chip resistor, and a capacitor.

このように、ＦＰＣ１自体に、センサ部２０により検出されたデータを処理するための回路やその他の回路を設けることも可能である。 As described above, the FPC 1 itself may be provided with a circuit for processing data detected by the sensor unit 20 and other circuits.

図１は本発明の参考例１に係るフレキシブルプリント回路基板の模式的平面図の一部である。FIG. 1 is a part of a schematic plan view of a flexible printed circuit board according to Reference Example 1 of the present invention. 図２は本発明の参考例１に係るフレキシブルプリント回路基板における導電パターンのセンサ部付近の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the vicinity of the sensor portion of the conductive pattern in the flexible printed circuit board according to Reference Example 1 of the present invention. 図３は本発明の参考例１に係るフレキシブルプリント回路基板におけるセンサ部の温度と電気抵抗の関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature of the sensor section and the electrical resistance in the flexible printed circuit board according to Reference Example 1 of the present invention. 図４は本発明の実施例１に係るフレキシブルプリント回路基板におけるセンサ部付近の模式的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the sensor portion in the flexible printed circuit board according to the first embodiment of the present invention. 図５は本発明の参考例２に係るフレキシブルプリント回路基板における導電パターンのセンサ部付近の平面図である。FIG. 5 is a plan view of the vicinity of the sensor portion of the conductive pattern in the flexible printed circuit board according to Reference Example 2 of the present invention. 図６は本発明の実施例２に係るガスケット一体型ＦＰＣの平面図である。FIG. 6 is a plan view of the gasket-integrated FPC according to the second embodiment of the present invention. 図７は本発明の実施例２に係るガスケット一体型ＦＰＣが燃料電池に組み込まれた状態を示す模式的断面図の一部である。FIG. 7 is a part of a schematic cross-sectional view showing a state where the gasket-integrated FPC according to the second embodiment of the present invention is incorporated in a fuel cell. 図８は本発明の参考例３に係るフレキシブルプリント回路基板の模式的平面図の一部である。FIG. 8 is a part of a schematic plan view of a flexible printed circuit board according to Reference Example 3 of the present invention.

１ＦＰＣ（フレキシブルプリント回路基板）
１０ベースフィルム
２０，２０ａセンサ部
２１，２２，２３細線
３０回路部
４０配線部
５０コネクタ部
１００ガスケット
２００燃料電池
２０１セパレータ
２０１ａ流路
２０２ＭＥＡ
２０２ａ電解質膜
２０２ｂ多孔質触媒層 1 FPC (Flexible Printed Circuit Board)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Base film 20, 20a Sensor part 21,22,23 Fine wire 30 Circuit part 40 Wiring part 50 Connector part 100 Gasket 200 Fuel cell 201 Separator 201a Flow path 202 MEA
202a Electrolyte membrane 202b Porous catalyst layer

Claims

In a fuel cell comprising a flexible printed circuit board in which a conductive pattern is formed on a flexible base film,
The conductive pattern is provided with a portion having a different cross-sectional area perpendicular to the energization direction, so that a wiring portion having a low electrical resistance, a line width narrower than the wiring portion , and a thickness is small, thereby reducing the electrical resistance. A high sensor part is formed,
A sensor having a detection purpose different from that of the sensor unit is provided on the circuit board of the flexible printed circuit board, and the sensor unit having a high electrical resistance is used as a sensor for detecting a temperature inside the cell. Fuel cell .