(57)【要約】【課題】  測定部位の基板厚を薄くし、測定機器との接続部位の基板厚を厚くした熱電対センサ基板であって、従来のプリント配線基板の製造ラインで製造が可能な熱電対センサ基板及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  表面側には銅配線パターン１００が形成され、裏面側にはニッケル配線パターン１０１が形成されている。これら配線パターンの一端には、液体や気体に接触させて、それらの温度を測定するためのセンサ部１０２が設けられ、他端縁部には測定機器に接続するためのコネクタ部１０３が設けられている。センサ部１０２は、銅配線パターン１００とニッケル配線パターン１０１とが結合し、接合点を形成することで熱電対を構成しており、この接合点で生じる熱起電力を利用して温度を測定する。また、コネクタ部１０３は、所定の厚みを有することにより測定機器との接続を可能としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の絶縁基板の下層に積層される第１の薄膜と、該第１の絶縁基板の上層に積層される第２の絶縁基板と、該第２の絶縁基板の上層に積層される該第１の薄膜と異なる金属からなる第２の薄膜と、からなり、一端に流体の温度を測定するために熱電対センサが構成されたセンサ部が形成され、他端に測定機器と接続するためのコネクタ部が形成される熱電対センサ基板であって、
前記コネクタ部の前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板の層間に第３の絶縁基板を配設してなることを特徴とする熱電対センサ基板。
【請求項２】
前記第３の絶縁基板は、接着層を介して前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板との層間に配設されていることを特徴とする請求項１記載の熱電対センサ基板。
【請求項３】
前記第１の薄膜側の最外層および前記第２の薄膜側の最外層にはそれぞれ絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の熱電対センサ基板。
【請求項４】
前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜は前記コネクタ部の端部で露出していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱電対センサ基板。
【請求項５】
前記第１の薄膜はニッケルであり、第２の薄膜は銅であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱電対センサ基板。
【請求項６】
前記第１の薄膜と前記第２の薄膜に用いる金属は、銅とニッケル−銅合金との組み合せ、又はニッケル−銅合金とニッケル−銅合金との組み合せであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の熱電対センサ基板。
【請求項７】
第１の絶縁基板の下層に第１の薄膜を積層し、該第１の絶縁基板の上層に前記第２の絶縁基板と、該第２の絶縁基板の上層に該第１の薄膜と異なる金属からなる第２の薄膜とを積層し、一端に流体の温度を測定するために熱電対センサが構成されたセンサ部を形成し、他端に測定機器と接続するためのコネクタ部を形成する熱電対センサ基板の製造方法であって、
前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板との他端の基板間に離型フィルムを挟み、
前記積層された薄膜および絶縁基板に対して加熱加圧を施し、
前記離型フィルムが挟まれた箇所以外の前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板とを圧着させ、
他端の基板間に挟まれた前記離型フィルムを取り外し、
該取り外した箇所に前記第３の絶縁基板を配設することを特徴とする熱電対センサ基板の製造方法。
【請求項８】
前記第１の薄膜に更に絶縁層を積層し、前記電気的接続が行われる位置の前記第１の薄膜を露出させることを特徴とする請求項７記載の熱電対センサ基板の製造方法。
【請求項９】
前記第３の絶縁基板を配設した位置は、前記第１の薄膜と前記第２の薄膜とを電気的接続した位置よりも厚みを有することを特徴とする請求項７または８記載の熱電対センサ基板の製造方法。
【請求項１０】
前記離型フィルムには、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とを積層する際の部分的な密着度の低下を防止し、基板厚の変化、又は／及び空隙を抑えるための複数の穴又はスリットが加工されていることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の熱電対センサ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサに用いられる熱電対センサ基板及びその製造方法に関し、特に、製造が容易な熱電対センサ基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度センサとしては、白金測温抵抗体、サーミスタ、熱電対等が知られている。その中でも、熱電対は、測定精度が高く、また比較的安価であるという利点があり、幅広く利用されている。熱電対は、二種類の材料を接合させることにより閉回路を形成し、その２つの接合点を異なる温度にさらすと熱起電力が生じて電流が流れる現象（ゼーベック効果）を利用するものである。
【０００３】
この熱電対は、熱電対センサ素子として線状の導電体を用いたものが一般的であったが、近年、薄い金属箔を重ね合わせて薄膜化を図った形状の薄型熱電対が種々知られている。この薄型熱電対は、熱容量が小さいために測定対象の温度分布を大きく乱すことなく測定することができ、また、時間応答性が優れている等の利点を有している。
【０００４】
そして、この熱電対センサ素子は、絶縁基板としてポリイミド等のプラスチック、ガラス／エポキシなどの複合材、各種セラミックスが用いられ、基板上に微細プリント配線技術により、例えば、０．３ｍｍ間隔で多数の熱電対を配列形成することができる。これにより、射出成形用ノズル内の流動樹脂内部あるいは金型内流動樹脂内部のように、樹脂内のわずかな厚さ範囲内で大きな温度変化が存在するような温度分布を高い精度で計測することができる。
【０００５】
このような、熱電対センサ素子を利用した温度センサとして特許文献１に提案されている。
特許文献１で提案されている発明によれば、細長い板状の絶縁基板の端部に熱電対接合部が配列形成され、その表面に熱電対を構成する異種導体が印刷配線された熱電対センサ素子と、この熱電対センサ素子を保持する保持体とから構成されている。この熱電対センサ素子は、保持体に設けられたスリットに挿入することにより、温度センサとして一体化するものであり、測定対象機器への装着が容易であることを特徴としたものである。
【特許文献１】特開２００２−１３１１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、測定対象となる液体や気体の温度を測定する際に、温度センサ素子に厚みがあると、液体や気体の流れに変化を与えてしまい、温度センサ素子付近で微妙な温度変化が発生し、正確な温度の測定が困難である。また、特許文献１で提案されている温度センサは、厚さ０．２ｍｍといった熱電対センサ素子を備えているものの、この熱電対センサ素子を保持するための保持体を専用機器として用意する必要があり、汎用性に欠ける他、専用の製造ラインを必要とするために、コスト増大の原因を招く。
【０００７】
本発明は、係る問題に鑑みてなされたものであり、測定部位の基板厚を薄くし、測定機器との接続部位の基板厚を厚くした熱電対センサ基板であって、従来のプリント配線基板の製造ラインで製造が可能であり、種々の測定機器に接続が可能な熱電対センサ基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の熱電対センサ基板は、少なくとも第１の絶縁基板の下層に積層される第１の薄膜と、該第１の絶縁基板の上層に積層される第２の絶縁基板と、該第２の絶縁基板の上層に積層される該第１の薄膜と異なる金属からなる第２の薄膜と、からなり、一端に流体の温度を測定するために熱電対センサが構成されたセンサ部が形成され、他端に測定機器と接続するためのコネクタ部が形成される熱電対センサ基板であって、前記コネクタ部の前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板の層間に第３の絶縁基板を配設してなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の熱電対センサ基板は、前記第３の絶縁基板は、接着層を介して前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板との層間に配設されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の熱電対センサ基板は、前記第１の薄膜側の最外層および前記第２の薄膜側の最外層にはそれぞれ絶縁層が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の熱電対センサ基板は、前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜は前記コネクタ部の端部で露出していることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の熱電対センサ基板は、前記第１の薄膜はニッケルであり、第２の薄膜は銅であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の熱電対センサ基板は、前記第１の薄膜と前記第２の薄膜に用いる金属は、銅とニッケル−銅合金との組み合せ、又はニッケル−銅合金とニッケル−銅合金との組み合せであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の熱電対センサ基板の製造方法は、第１の絶縁基板の下層に第１の薄膜を積層し、該第１の絶縁基板の上層に前記第２の絶縁基板と、該第２の絶縁基板の上層に該第１の薄膜と異なる金属からなる第２の薄膜とを積層し、一端に流体の温度を測定するために熱電対センサが構成されたセンサ部を形成し、他端に測定機器と接続するためのコネクタ部を形成する熱電対センサ基板の製造方法であって、前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板との他端の基板間に離型フィルムを挟み、前記積層された薄膜および絶縁基板に対して加熱加圧を施し、前記離型フィルムが挟まれた箇所以外の前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板とを圧着させ、他端の基板間に挟まれた前記離型フィルムを取り外し、該取り外した箇所に前記第３の絶縁基板を配設することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の熱電対センサ基板の製造方法は、前記第１の薄膜に更に絶縁層を積層し、前記電気的接続が行われる位置の前記第１の薄膜を露出させることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の熱電対センサ基板の製造方法は、前記第３の絶縁基板を配設した位置は、前記第１の薄膜と前記第２の薄膜とを電気的接続した位置よりも厚みを有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の熱電対センサ基板の製造方法は、前記離型フィルムには、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とを積層する際の部分的な密着度の低下を防止し、基板厚の変化、又は／及び空隙を抑えるための複数の穴又はスリットが加工されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板の一端を薄くし、他端の基板厚を厚くすることができることから、接続する測定機器に対応した基板厚を形成することができるため、汎用性のある熱電対センサ基板を製造することが可能となる。また、プリント配線基板の製造ラインで製造することが可能なことから新たな設備を必要とせず、製造が容易なことから低コストで短時間での製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態に係る熱電対センサ基板および熱電対センサ基板の製造方法について説明する。
図１は、本実施形態に係る熱電対センサ基板の製造方法で製造される熱電対センサ基板の構成を示した図であり、図１（ａ）は、熱電対センサ基板の表面を示した図であり、図１（ｂ）は、熱電対センサ基板の裏面を示した図である。
【００２０】
図１に示すように、熱電対センサ基板１０上には、配線パターンが形成されており、図１（ａ）に示す表面側には銅配線パターン１００が形成され、図１（ｂ）に示す裏面側にはニッケル配線パターン１０１が形成されている。これら配線パターンの一端には、液体や気体或いは固体に接触させて、それらの温度を測定するためのセンサ部１０２が設けられ、他端縁部には測定機器に接続するためのコネクタ部１０３が設けられている。
【００２１】
センサ部１０２は、銅配線パターン１００とニッケル配線パターン１０１とが結合し、接合点を形成することで熱電対を構成しており、この接合点で生じる熱起電力を利用して温度を測定する。また、コネクタ部１０３は、所定の厚みを有することにより測定機器との接続を可能としている。
【００２２】
図２は、図１（ａ）に示すＡＡ断面を示した図である。
図２に示すように、熱電対センサ基板１０は、複数の部材が積層することで構成されており、コネクタ部１０３は、センサ部１０２側よりも厚みのある構造となっている。
【００２３】
熱電対センサ基板１０は、最下層から順に絶縁層２００と、ニッケル箔面パターン層２０１と、絶縁層２０２と、絶縁層２０３と、銅箔層２０４と、銅めっき層２０５と、絶縁層２０６とが積層されおり、コネクタ部１０３側にのみ、絶縁層２０２と絶縁層２０３との間に上下に接着層２０８、２０９を設けた補強板２０７が挟まれることにより、他の層よりも厚みを有する構造となっている。
【００２４】
また、最下層の絶縁層２００と最上層の絶縁層２０６は、コネクタ部１０３の端部付近には積層されておらず、ニッケル箔面パターン層２０１および銅めっき層２０５が露出している。さらに、最下層の絶縁層２００は、センサ部１０２下部においてニッケル箔面パターン層２０１を露出させるために、絶縁層２００は積層されておらず、空隙１０４を形成している。
なお、本実施形態は、熱電対を構成する金属の組み合せを銅とニッケルとしているが、例えば、ニッケル−銅合金と銅、ニッケル−銅合金とニッケル−銅合金といった組合せでも良い。
【００２５】
次に、図３〜図９を参照して、熱電対センサ基板１０の製造方法について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、異種金属貼り積層板の形成および積層工程を示した図であり、
図４は、離型フィルムの構成を示した図であり、図５は、積層治具に積層した基板及び離型フィルムの状態を示した図であり、図６（ａ）〜（ｃ）は、エッチング処理工程を示した図であり、図７（ａ）〜（ｃ）は、銅めっき工程および配線パターン形成工程を示した図であり、図８（ａ）〜（ｄ）は、保護層の形成工程を示した図であり、図９（ａ）〜（ｃ）は、補強板の配設工程を示した図である。
【００２６】
＜異種金属貼り積層板の形成工程＞
まず、ニッケル箔面層２０１と絶縁層２０２とを第１の積層治具４００に積層する（図３（ａ））。この時、ニッケル箔面パターン層２０１と絶縁層２０２とには、積層する際の位置ずれを防止するための基準穴（図示せず）が設けられており、この基準穴へ第１の積層治具４００に立設されたピン４０１を通してニッケル箔面パターン層２０１と絶縁層２０２とを積層させる。
【００２７】
次に、絶縁層２０２上に離型フィルム３００と、絶縁層２０３と、銅箔層２０４とを積層させる（図３（ｂ））。離型フィルム３００は、図４に示すように、熱電対センサ基板１０を形成するために部材を並列に積層するための積層部位が設けられた略長方形の積層部３０１と、この積層部３０１の両端に連接した腕部３０２，３０３とから構成されている。積層部３０１と腕部３０２，３０３とには、離型フィルム３００に各部材を積層する際の密着度を向上させ、板厚変化を抑制し空隙を減少させ、エッチング液の残渣を減らすための複数の穴（又はスリット）３０４を設け、腕部３０２，３０３にのみ、積層治具４００へ固定するための固定穴３０５が設けられている。
なお、本実施形態で示す離型フィルム３００は、図４に示す形状でなくてもよく、積層治具４００に固定できる形状であれば、どのような形状でもよい。
【００２８】
次に、図３（ａ）と同様に、離型フィルム３００と絶縁層２０３と、銅箔層２０４とに基準穴（図示せず）が空けられ、この基準穴にピン４０１を通して積層させる。離型フィルム３００は、図５に示すように、積層治具４００の周縁に設けられている固定ピン４０３に固定し、その上で、絶縁層２０３と、銅箔層２０４とを積層させる。次に、銅箔層２０４の上面に第２の積層治具４０２を積層させ（図３（ｃ））、プレス積層法により、加熱加圧を施し、積層板を形成する（図３（ｄ））。
これにより、ニッケル箔面パターン層２０１は、絶縁層２０２に積層され、銅箔層２０４は、絶縁層２０３に積層される。また、絶縁層２０２と絶縁層２０３は、離型フィルム３００が挟まれている箇所以外で接着する。
【００２９】
＜エッチング処理工程＞
まず、上記工程で形成された積層板を第１の積層治具４００，第２の積層治具４０２から取り外し（図６（ａ））。次に、センサ部１０２を形成するために、銅箔層２０４の一部をエッチング処理して絶縁層２０３を露出させる（図６（ｂ））。そして、銅箔層２０４から露出している絶縁層２０３と下層の絶縁層２０２をレーザ装置（図示せず）により除去することで、ニッケル箔面パターン層２０１が露出した穴２１０を形成する（図６（ｃ））。
【００３０】
＜銅めっき工程＞
次に、銅箔層２０４の上面及び穴２１０に銅めっきを行う。
まず、ニッケル箔面パターン層２０１の表面に銅メッキが付着することを防止するためのテープ（日東電工株式会社：エレップマスキング  Ｎ−３８０）２１１を貼着する（図７（ｂ））。このテープ２１１は、金属めっきを行う際にマスキング用として使用されるものであって、ポリ塩化ビニルフィルムを支持体とした表面保護材である。
【００３１】
次に、無電解銅めっき処理及び電気銅めっき処理を行うことで銅箔層２０４と穴２１０に銅めっきを施し、銅めっき層２０５を形成する。まず、無電解銅めっき処理では、上記工程を経て製造された基板をめっき溶液が入った無電解銅めっきの浴に浸漬させ、銅箔層２０４と穴２１０に銅を析出させる。次に、満足な銅めっきの厚さを得るために、電解銅めっき処理を行う。電解銅めっき処理では、めっき溶液に浸漬させた無電解銅めっき処理後の基板に電流を流すことで基板上に銅を析出させる。これにより、銅箔層２０４および穴に十分な厚さの銅めっき層２０５を積層させることができる（図７（ｂ））。そして、銅めっき工程が終了するとテープ２１１を剥離する（図７（ｃ））。
【００３２】
＜配線パターンの形成工程＞
次に、図７（ｃ）に示す積層された基板に銅めっき層２０５に銅配線パターン１００を形成し、ニッケル箔面層２０１にニッケル配線パターン１０１を形成する。配線パターンの形成は、公知の技術であるフォトレジストを利用して、ニッケル箔面パターン層２０１と銅めっき層２０５とに露光処理、現像処理、エッチング処理を行い、配線パターンを形成する。
【００３３】
＜保護層の形成工程＞
次に、ニッケル箔面パターン層２０１の下層と銅めっき層２０５の上層に絶縁層２００，２０６を形成する。この絶縁層２００，２０６は、ニッケル箔面パターン層２０１と銅めっき層２０５とを外部から電気的に絶縁することができると共に、防塵や防湿、金属面の酸化防止といった役割を果たすことができる。
まず、絶縁層２０６の形成について説明すると、銅めっき層２０５の上層全面に紫外線硬化樹脂である絶縁層膜を塗布し、紫外線露光によって絶縁層膜の有無の選択形成を行う（図８（ａ））。即ち、銅めっき層２０５のコネクタ部１０３となる箇所については、銅めっき層２０５を露出させる必要がある。そこで、紫外線露光する際に、コネクタ部１０３となる箇所への紫外線の露光を遮蔽する。紫外線が露光された箇所は絶縁層膜が硬化し、露光が遮蔽された箇所は硬化せず、現像処理によって可溶して除去される。これにより、コネクタ部１０３では、銅めっき層２０５が露出した絶縁層２０６を形成することができる（図８（ｂ））。
【００３４】
次に、ニッケル箔面パターン層２０１の下層に絶縁層２００を形成する。まず、ニッケル箔面パターン層２０１の全面に上記と同様の紫外線硬化樹脂である絶縁層膜を塗布し、紫外線露光による絶縁層膜の有無の選択形成を行う（図８（ｃ））。即ち、センサ部１０２の下部およびコネクタ部１０３においてニッケル箔面パターン層２０１を露出させる必要があるため、センサ部１０２の下部およびコネクタ部１０３となる箇所には紫外線露光を遮蔽させる。これにより、紫外線が露光された箇所は絶縁層膜が硬化し、紫外線が遮蔽された部分は硬化せず、現像処理によって可溶して除去される。これにより、センサ部１０２の下部に空隙１０４が形成され、コネクタ部１０３では、ニッケル箔面パターン層２０１が露出された絶縁層２００を形成することができる。
【００３５】
＜補強板の配設＞
次に、絶縁層２０２と絶縁層２０３との間に補強板２０７を配設する。
まず、上記工程を経て形成された基板から離型フィルム３００を取り外す（図９（ａ））。次に、離型フィルム３００を取り外した箇所に補強板２０７を挿入する（図９（ｂ））。補強板２０７は、所定の厚みを有し、ガラス・エポキシ樹脂で形成された絶縁体である。また、補強板２０７を挿入する際に、接着層２０８，２０９となる接着剤により接着を施し、補強板２０７を絶縁層２０２と絶縁層２０３との間に配設する（図９（ｃ））。
これにより、コネクタ部１０３は、センサ部１０２側よりも基板厚が厚くなり、測定機器へ接続が可能となる。なお、補強板２０７の厚さを変更することにより、コネクタ部１０３の基板厚を適宜変更が可能となる。
【００３６】
以上の説明から、本実施形態によれば、センサ部側の基板厚を薄くし、コネクタ部側の基板厚を厚くすることで熱電対センサ基板を測定機器への接続を可能とする。また、一対の異種金属が両面に積層された基板の一部において、一方の金属面から他方の金属面を露出させ、そこにめっき処理を行うことにより、異種金属の接合を形成することができることから、容易に熱電対を構成することができる。
さらに、従来のプリント配線技術の製造ラインで製造することができるため、熱電対センサ基板の専用の製造ラインを必要とすることなく、低コストでの製造が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る熱電対センサ基板の構成を示した平面図である。
【図２】図１に示すＡＡ断面を示した断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は、異種金属貼り積層板の形成および積層工程を示した図である。
【図４】離型フィルムの構成を示した図である。
【図５】積層治具に積層した基板及び離型フィルムの状態を示した図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、エッチング処理工程を示した図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、銅めっき工程および配線パターン形成工程を示した図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｄ）は、保護層の形成工程を示した図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、補強板の配設工程を示した図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    熱電対センサ基板
１００    銅配線パターン
１０１    ニッケル配線パターン
１０２    センサ部
１０３    コネクタ部
１０４    空隙
２００    絶縁層
２０１    ニッケル箔面パターン層
２０２    絶縁層
２０３    絶縁層
２０４    銅箔層
２０５    銅めっき層
２０６    絶縁層
２０７    補強板
２０８、２０９    接着層
２１０    穴
２１１    テープ
３００    離型フィルム
３０１    積層部
３０２、３０３    腕部
３０４    排出穴
３０５    固定穴
４００    第１の積層治具
４０１    ピン
４０２    第２の積層治具
４０３    固定ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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