JPH09210802A - 表面実装用温度検出素子 - Google Patents

表面実装用温度検出素子

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JPH09210802A
JPH09210802A JP8017330A JP1733096A JPH09210802A JP H09210802 A JPH09210802 A JP H09210802A JP 8017330 A JP8017330 A JP 8017330A JP 1733096 A JP1733096 A JP 1733096A JP H09210802 A JPH09210802 A JP H09210802A
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heat
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Toshiro Shiomi
敏郎 塩見
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    • H05K1/181Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の熱伝導性シリコンの採用により生じる
熱伝導性のバラ付きを抑えて熱結合を密に保つと共に、
制約を受けたプリント配線板の設計の自由度の向上,製
造工程の削減,コストの低減、更には、絶縁物を介さず
検出対象に直接に熱結合ができる結合手段を提供するこ
と。 【解決手段】 熱結合端子4は、T字型をしており温度
検出素子チップ2Aを乗せるに十分な大きさを有する部
分と、熱を外部に伝える外部端子部とからなる。検出用
端子5は、導電性金属で構成されている。熱結合用端子
4上に固定された温度検出素子チップ2Aの電極と検出
用端子5との間は、ワイヤボンディング7により電気的
に接続がなされている。熱結合用端子4は、例えば、F
ET(図示せず)で発生する熱を、そのドレイン電極と
プリント配線板(図示せず)上の銅箔パターンを介して
温度検出素子に伝える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度検出素子に関
し、より詳細には、プリント配線板等の配線板上に実装
し、該配線板に実装される電子部品等が発生する熱によ
る温度の変化の検出に適した表面実装用温度検出素子に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子部品の中には、それ自身で電力損失
をもたらすとともに、熱を発生するものがあることが周
知で、例えば、MOS−FETの場合には、ドレイン・
ソース間の抵抗RDSONによりかかる電力損失が発生
する。この損失は、ドレイン・ソース間の抵抗RDSO
NとMOS−FETに流れているドレイン電流IDによ
りジュールの法則に基づき(ID)2×RDSONなる
熱になり主にドレイン端子より放出される。このように
して発生するMOS−FETにおける熱は、通常発熱量
と当該MOS−FETの放熱フィンを兼ねたドレイン端
子からの放熱量が均衡して、熱平衡状態を保っている。
しかしながら、ドレイン電流IDが増加し、放熱量と発
熱量が上まわる状態になると、当該MOS−FETの温
度は、上昇し続け、ついには、焼損にいたることにな
る。そこで、従来技術においては、熱によるこの損傷を
防止するために次の手段を構じている。図10及び図1
1は、その手段を説明するための実装回路部分の状態
と、回路図を示すものである。図10に示すように、温
度検出素子(例えば、サーミスタ)111を当該MOS
−FET121のドレイン端子121dの近傍に取り付
け、当該MOS−FETと空気を介するか、または、両
部品間に充填した充填物質である熱伝導性シリコン10
4を介して熱結合し、当該MOS−FET121の温度
をサーミスタ111に伝達していた。伝達された熱は、
サーミスタ111の温度を上昇させ、サーミスタ111
の抵抗値を変化させる。図11は、供給電源から負荷へ
の給電を制御するMOS−FETQ1とそのゲート制御
を行うための制御回路を示すもので、更に、MOS−F
ETQ1で発生する熱を感知するサーミスタTHIが設
けられ、該制御回路に接続されている。図11におい
て、サーミスタTHIがMOS−FETQ1の発熱を感
知し、抵抗値を変えるが、この抵抗値の変化により異常
発熱が認められた場合には、当該MOS−FETのゲー
ト信号を制御回路により制御してドレイン電流を遮断
し、当該MOS−FETの焼損及び周辺部分への熱によ
る損傷を防止していた。
【0003】しかしながら、上記した従来技術におい
て、次の問題点がある。第1に、従来の方法では、温度
検出素子と被温度検出素子を熱結合する際、両素子間を
熱伝導性のシリコンで充填し熱結合を行うことになる。
このため、工程において、シリコン充填の工程が増え、
コストの上昇を招くという点並びにシリコン充填後の部
品交換が困難であるという点である。第2に、従来の方
法では、温度検出素子と被温度測定素子を熱結合するた
め、温度検出素子の温度検出端子と被温度検出素子の放
熱フィンを熱結合することが必要になるが、通常放熱フ
ィンは、被温度検出素子の電極となっている(例を挙げ
れば、トランジスタの場合はコレクタ、MOS−FET
の場合はドレインとなる)ことにより電圧が印加されて
おり、温度検出素子を絶縁物を介さず直接被温度検出素
子フィンに接続して使用することができないという点で
ある。第3に、従来方法では、上記した通り、熱結合に
絶縁物を介さず直接接続することができないため、両素
子間を熱伝導性のシリコンで充填し熱結合を行うという
方法をとることになる。このため、両素子のプリント配
線板上での配置は、同一面にするという配置上の制限が
ありプリント配線板の設計の自由度が失われる点であ
る。第4に、従来の方法では、熱伝導性シリコンの充填
等が必要になるのは、前述の通りであるが、充填される
熱伝導性シリコン充填並びに充填場所により熱の伝導特
性にバラ付きが発生して熱結合に粗密が生じるという点
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術における問題点に鑑みてなされたもので、次の点
をその解決すべき課題とする。それは、従来技術の温度
検出素子と被温度検出素子の間の熱結合に熱伝導性シリ
コンを用いたことにより生じる熱伝導性のバラ付きを抑
えて熱結合を密に保つこと、また、該シリコンの採用に
より制約を受けたプリント配線板の設計の自由度の向
上,製造工程の削減,コストの低減、更には、絶縁物を
介さず検出対象に直接に熱結合ができるような接続の手
段を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、プリ
ント配線板等の配線板上に実装するための端子と、温度
に応じた検出特性をもつ検出部材とを有する表面実装用
温度検出素子において、前記端子の少なくとも1つは、
検出対象と前記検出部材とを熱結合するために機能する
ようにし、温度検出素子の外部の熱を温度検出素子のモ
ールド内部に配置された検出部材に伝達する作用を行う
ことにより、安定して正確に検出対象の温度を検出可能
とするものである。
【0006】請求項2の発明は、上記請求項1の発明に
おいて、前記少なくとも1つの端子は、前記配線板上に
実装された電子部品を検出対象として、該電子部品から
の発熱量に起因して変化する温度を検出するために適応
されるようにし、例えば、表面実装型FETといった電
子部品の熱損傷への適応を可能とするものである。
【0007】請求項3の発明は、上記請求項1又は2の
発明において、前記少なくとも1つの端子は、前記検出
部材及び該検出部材に接続された検出端子と電気的に絶
縁されるようにし、温度検出素子の出力をとり出す電気
端子と熱結合用端子の間に電気的結合関係をなくし、電
気的動作の障害を起こさないようにするものである。
【0008】請求項4の発明は、上記請求項1ないし3
の発明において、前記少なくとも1つの端子は、配線板
上の配線を熱伝導媒体として、前記熱結合を行うように
し、配線を利用して熱結合を行うことにより設計の自由
度を大きくすることを可能とするものである。
【0009】請求項5の発明は、上記請求項4の発明に
おいて、前記熱伝導媒体がプリント配線板上の銅箔パタ
ーン配線とし、より効果的な適用対象を具体的に限定
し、実施化可能な手段を提供するものである。
【0010】請求項6の発明は、上記請求項4又は5の
発明において、前記少なくとも1つの端子と前記配線を
半田付けし、熱結合を密とするようにし、熱抵抗を下げ
る作用により所期の効果をより一層大きくし得るもので
ある。
【0011】
【発明の実施の形態】
(請求項1,2の実施形態1)請求項1,2の発明の実
施形態として表面実装用サーミスタを構成するものにつ
いて以下に説明する。図1は、温度検出素子サーミスタ
のチップ構成を示す図で、図中、1は、サーミスタを形
成するための基材(ベース)である。図1中、2は、温
度検出用の負性抵抗材料の部材で、ベース1上に印刷及
び塗布等により形成される。このようにして、形成され
た温度検出部材2に導電性金属をメッキ等により形成さ
れた電極3を設ける。図2は、上記のようにして得られ
た温度検出チップを熱結合用端子上に固定し、検出用端
子(検出電極)を取り付け、樹脂等によりモールドして
端子の固定、素子の固定及び素子の保護を施し、完成し
たこの実施の形態によるサーミスタの外形を示してい
る。図2において、4は、熱結合端子であり、6は、樹
脂パッケージ、5は、温度検出用端子である。図3は、
サーミスタの上面より透視した内部構造を示し、パッケ
ージ内部における温度検出チップの搭載状態を示す図で
ある。4は、熱結合端子であり、この端子は、T字型を
しており温度検出素子チップ2Aを乗せるに十分な大き
さを有する部分と、熱を外部に伝える外部端子部とから
なる。5は、検出用端子として導電性金属で構成されて
いる。この検出用端子5と熱結合用端子4上に固定され
た温度検出素子チップ2Aの電極の間は、ワイヤボンデ
ィング7により電気的に接続がなされている。図4は、
図2を側面より内部を透視した図を示すものであり、4
は、熱結合端子、6は、モールド樹脂、5は、温度検出
用端子、2Aは、温度検出素子チップ、7Aは、温度検
出素子チップ2Aとのボンディング、8は、ボンディン
グワイヤ、7Bは、温度検出用端子5とのボンディング
を示している。
【0012】(請求項1,2の実施形態2)図5は、請
求項1,2の発明の第2の実施形態を示す。図5におい
て、1は、サーミスタを形成するための基材(ベース)
である。図5において、2は、温度検出用の負性抵抗材
料の部材で、ベース1上に印刷及び塗布等により温度検
出部材として形成される。このようにして形成された温
度検出部材2に導電性金属をメッキ等により形成された
電極3を設けるとともに、ベース1の温度検出材料部材
の形成されていない面にメッキ等により熱結合用の端子
4を形成する。更に、検出材料保護を目的として、例え
ば、ポリイミド系の樹脂をコーティングしている。図6
は、図5のサーミスタの上面側を斜視図として示したも
ので、端部に電極3が設けられていることが示されてい
る。また、図7は、図5のサーミスタの裏面の様子を斜
視図として示したもので、中央部に熱結合用端子4が設
けられていることが示されている。
【0013】(請求項3の実施形態)前述した実施形態
1に示す温度検出チップのベース1の材料において、熱
伝導性が高く絶縁材料(例えばアルミナ系材料)を用い
ることにより熱結合端子4と温度検出用端子5間の電気
的絶縁を保つことができる。ここに、熱結合端子4と温
度検出用端子5の絶縁耐力は基材に使用する材料の材質
と厚みにより決定される。
【0014】(請求項4,5の実施の形態)図8は、こ
の実施の形態を示す図である。図8において、21は、
温度の検出対象である被温度検出素子であり、例えば、
表面実装型FETでる。図8中、21dは、当該FET
のドレイン端子で放熱用のフィンを兼ねている。また、
21g及び21sは、それぞれ当該FETのゲート端子
及びソース端子である。当該FETは、プリント配線板
31上の銅箔パターン31a,31b,31cに半田付
けされ接続されている。また、図8中、11は、前述の
実施形態1に示された温度検出素子であり、5A及び5
Bは、それぞれ検出用端子、熱結合端子4を示す。当該
温度検出素子を31e,31f,で示されているプリン
ト配線31上の検出端子用銅箔パターンに当該温度検出
素子の検出端子5A,5Bを半田付けにより接続してい
る。そして、31hは、当該温度検出素子の熱結合端子
4に接続するプリント配線板31の銅箔パターンであり
プリント配線板31の裏面のFETのドレイン接続用銅
箔パターンと1以上のスルーホールにより結合されてい
る。
【0015】これにより、被温度測定素子であるFET
の熱は、ドレイン端子21dよりプリント配線板31の
銅箔パターン31cに伝導され、銅箔パターン31cと
熱結合端子接続用銅箔パターン31hを繋ぐスルーホー
ルを介して熱結合端子接続銅箔パターン31cに伝導さ
れる。熱結合端子接続銅箔パターンに伝導された熱は、
更に温度検出素子11の熱結合端子4に伝わり、当該温
度検出素子の検出チップへと伝導される。これにより、
被温度検出素子と温度検出素子が熱結合される。
【0016】図9は、前述した実施形態2に示された表
面実装用サーミスタを用いた場合の実施形態を示す図で
ある。図9中、表面実装型FET21のプリント配線板
31への実装については、図8に示したと同様である。
ただし、温度検出素子12は、図5に示すものであるか
ら、この温度検出素子の形状に合わせプリント配線板上
の銅箔パターンの形状を変えている。しかし、動作その
ものは、図8に示す実施形態と比べて基本的に大きな違
いがあるわけではないので、前述の説明を参照すること
とする。
【0017】(請求項6の実施形態)図2及び図3に示
される本発明の表面実装用温度検出素子の実施形態にお
ける熱結合機能をもつ端子4を鉄等の金属で構成し、こ
の金属に銅,ニッケル,半田等のメッキを施し半田付け
可能な構成とする。これにより、図8に示されるプリン
ト配線板31上の銅箔パターン31hと半田付けにより
接続することができて熱結合を密にすることになり、よ
り熱伝導効果を高めることができる。また、図5及び図
7に示される本発明の表面実装用温度検出素子の実施形
態における熱結合端子4を構成する物質に銀,パラジウ
ム,半田等の材料を用いることにより、半田付け可能と
し、図9に示されるプリント配線板31上の銅箔パター
ン31kに半田付けでき、上記したと同様にして、より
熱伝導効果を高めることができる。
【0018】上述した各実施形態において、採用した温
度検出素子は、温度に応じて負性抵抗特性を示すサーミ
スタを用いるものであるが、温度検出部材としてサーミ
スタ以外のポジスタ,感温抵抗器,温度ヒューズ又はこ
れらに類するものを採用して表面実装用温度検出素子を
構成してもよい。
【0019】
【発明の効果】
請求項1及び2の効果:本発明によれば、温度検出素子
と被温度検出対象との熱結合に熱結合用端子を用いるこ
とになり、従来より行われていた温度検出素子と被温度
検出対象の熱結合に熱伝導性シリコンを塗布、充填する
必要がないことにより、 ・シリコンの塗布,充填の工程が不要となり、生産コス
トが低減化される。 ・同シリコンの塗布,充填量,位置のバラ付きによる不
安定要素が取り除かれる安定した品質を確保できる。 ・部品交換時に同シリコンを剥離する必要がなく容易に
部品交換できる。といった効果を奏する。 請求項3の効果:本発明によれば、請求項1及び2の効
果に加えて、温度検出素子の熱結合端子は、温度検出用
の電気的端子より絶縁されていることにより、 ・温度検出端子を被温度検出素子の充電部(電圧が印加
された部分)に直接接続できる。 ・ラインオペレート型電源等に使用した場合1次側の部
品の温度検出を2次側で行うことができる。といった効
果を奏する。
【0020】請求項4及び5の効果:本発明によれば、
請求項1,2及び3の効果に加えて、配線板上の配線、
しかも、プリント配線板の銅箔パターンを熱伝導媒体と
して使用できる温度検出端子を持つことにより、 ・被温度検出素子と温度検出素子のプリント配線板上の
レイアウトに自由度が増す。 ・シリコンの塗布,充填の工程が不要となり、生産コス
トが低減化される。 ・同シリコンの塗布,充填量,位置のバラ付きによる不
安定要素が取り除かれ、安定した品質を確保できる。と
いった効果を奏する。 請求項6の効果:本発明によれば、請求項4及び5の効
果に加えて、熱伝導媒体として利用しているプリント配
線の銅箔と温度検出素子の熱結合端子が半田付けにて接
続されることにより、 ・シリコンの塗布,充填の工程が不要となり、生産コス
トが低減化される。 ・シリコンの塗布,充填量,位置のバラ付きによる不安
定要素が取り除かれ、安定した品質を確保できる。 ・請求項4又は5に比してより一層熱伝導効果を大きく
し得る。といった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の温度検出素子の検出部分
(チップ)の構成を示した図である。
【図2】本発明の実施形態1の温度検出素子の外形を示
した図である。
【図3】図2の温度検出素子の内部の構成を当該素子の
上面より透視した図を示すものである。
【図4】図2の温度検出素子の内部の構成を当該素子の
側面より透視した図を示すものである。
【図5】本発明の実施形態2の温度検出素子の外形を示
した側面図である。
【図6】図5の素子の構成で上面側を斜視図として示す
ものである。
【図7】図5の素子の構成で底面側を斜視図として示す
ものである。
【図8】本発明の実施形態1の温度検出素子におけるプ
リント配線板上への取り付け及び銅箔パターンの一例を
示し、説明するための図である。
【図9】本発明の実施形態2の温度検出素子におけるプ
リント配線板上への取り付け及び銅箔パターンの一例を
示し、説明するための図である。
【図10】従来におけるサーミスタとMOS−FETの
プリント配線板上での配置と熱結合の状態を示した図で
ある。
【図11】MOS−FETのゲート制御を行う従来の回
路で、温度検出素子を応用した過熱防止回路の一例を示
す回路図である。
【符号の説明】
1…基材(ベース)、2…負性抵抗材料の部材、2A…
温度検出素子チップ、3…電極、4…熱結合端子、5…
温度検出用端子、5A,5B…検出用端子、6…樹脂パ
ッケージ、7,7A,7B…ワイヤボンディング、8…
ボンディングワイヤ、9…コーティング、11,12,
111…温度検出素子、21…表面実装型FET、21
d…FETのドレイン端子、21g…FETのゲート端
子、21s…ソース端子、31…プリント配線板、31
a,31b,31c,31e,31f,31h,31
i,31j,31k…銅箔パターン、104…熱伝導性
シリコン、121…MOS−FET、121d…ドレイ
ン端子。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プリント配線板等の配線板上に実装する
    ための端子と、温度に応じた検出特性をもつ検出部材と
    を有する表面実装用温度検出素子において、前記端子の
    少なくとも1つは、検出対象と前記検出部材とを熱結合
    するために機能するようにしたことを特徴とする表面実
    装用温度検出素子。
  2. 【請求項2】 前記少なくとも1つの端子は、前記配線
    板上に実装された電子部品を検出対象として、該電子部
    品からの発熱量に起因して変化する温度を検出するため
    に適応されるようにしたことを特徴とする請求項1記載
    の表面実装用温度検出素子。
  3. 【請求項3】 前記少なくとも1つの端子は、前記検出
    部材及び該検出部材に接続された検出端子と電気的に絶
    縁されるようにしたことを特徴とする請求項1又は2記
    載の表面実装用温度検出素子。
  4. 【請求項4】 前記少なくとも1つの端子は、配線板上
    の配線を熱伝導媒体として、前記熱結合を行うようにし
    たことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載
    の表面実装用温度検出素子。
  5. 【請求項5】 前記熱伝導媒体がプリント配線板上の銅
    箔パターン配線であることを特徴とする請求項4記載の
    表面実装用温度検出素子。
  6. 【請求項6】 前記少なくとも1つの端子と前記配線を
    半田付けし、熱結合を密とするようにしたことを特徴と
    する請求項4又は5記載の表面実装用温度検出素子。
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