(57)【要約】【課題】第１層間接続部材および第２層間接続部材が酸化することを抑制する。【解決手段】第１、第２ビアホール１１、１２がそれぞれ複数形成された絶縁基材１０と、第１ビアホール１１に配置された焼結合金で構成される第１層間接続部材４０と、第２ビアホール１２に配置された焼結合金で構成される第２層間接続部材５０と、絶縁基材１０の表面１０ａに配置され、一面２０ａに表面パターン２１が形成された表面保護部材２０と、絶縁基材の裏面１０ｂに配置され、一面３０ａに裏面パターン３１が形成された裏面保護部材３０と、を備え、表面保護部材２０は、他面２０ｂに表面保護部材２０より酸化性の気体の透過率が低い表面バリア膜２２が形成され、裏面保護部材３０は、他面３０ｂに裏面保護部材３０より酸化性の気体の透過率が低い裏面バリア膜３２が形成されている。【選択図】図２
2019046870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１層間接続部材（４０）および第２層間接続部材（５０）を有する熱流束センサにおいて、
熱可塑性樹脂を含んで構成され、厚さ方向に貫通する第１ビアホール（１１）および第２ビアホール（１２）がそれぞれ複数形成された絶縁基材（１０）と、
前記第１ビアホールに配置され、複数の金属原子が所定の結晶構造を維持した状態で固相焼結された焼結合金で構成される前記第１層間接続部材と、
前記第２ビアホールに配置され、前記第１層間接続部材と異なる金属原子が所定の結晶構造を維持した状態で固相焼結された焼結合金で構成される前記第２層間接続部材と、
前記絶縁基材の表面（１０ａ）に配置され、前記絶縁基材の表面と対向する一面（２０ａ）に所定の前記第１層間接続部材および前記第２層間接続部材と電気的に接続される表面パターン（２１）が形成された表面保護部材（２０）と、
前記絶縁基材の裏面（１０ｂ）に配置され、前記絶縁基材の裏面と対向する一面（３０ａ）に所定の前記第１層間接続部材および前記第２層間接続部材と電気的に接続される裏面パターン（３１）が形成された裏面保護部材（３０）と、を備え、
前記第１層間接続部材および前記第２層間接続部材が前記表面パターンおよび前記裏面パターンを介して直列に接続されており、
前記表面保護部材は、前記一面と反対側の他面（２０ｂ）に前記表面保護部材より酸化性の気体の透過率が低い表面バリア膜（２２）が形成され、
前記裏面保護部材は、前記一面と反対側の他面（３０ｂ）に前記裏面保護部材より酸化性の気体の透過率が低い裏面バリア膜（３２）が形成されている熱流束センサ。
【請求項２】
前記表面バリア膜は、前記表面保護部材の他面に対する法線方向から視たとき、全ての前記第１層間接続部材および前記第２層間接続部材が前記表面バリア膜内に位置する状態で形成され、
前記裏面バリア膜は、前記裏面保護部材の他面に対する法線方向から視たとき、全ての前記第１層間接続部材および前記第２層間接続部材が前記裏面バリア膜内に位置する状態で形成されている請求項１に記載の熱流束センサ。
【請求項３】
第１層間接続部材（４０）および第２層間接続部材（５０）を有する熱流束センサの製造方法において、
熱可塑性樹脂を含んで構成された絶縁基材（１０）を用意することと、
前記絶縁基材に、厚さ方向に貫通する第１ビアホール（１１）および第２ビアホール（１２）をそれぞれ複数形成し、複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末に有機溶剤が加えられてペースト化された第１導電性ペースト（４１）を前記第１ビアホールに充填し、前記合金とは異なる合金の粉末であって、複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末に有機溶剤が加えられてペースト化された第２導電性ペースト（５１）を前記第２ビアホールに充填することと、
一面（２０ａ）に表面パターン（２１）が形成された表面保護部材（２０）を用意することと、
一面（３０ａ）に裏面パターン（３１）が形成された裏面保護部材（３０）を用意することと、
前記絶縁基材の表面側に、前記表面パターンが所定の前記第１、第２導電性ペーストと接触するように前記表面保護部材を配置すると共に、前記絶縁基材の裏面側に、前記裏面パターンが所定の前記第１、第２導電性ペーストと接触するように前記裏面保護部材を配置して積層体（９０）を形成することと、
前記積層体を加熱しながら積層方向から加圧し、前記第１導電性ペーストを固相焼結して焼結合金で構成される第１層間接続部材を形成すると共に、前記第２導電性ペーストを固相焼結して焼結合金で構成される第２層間接続部材（５０）を形成し、かつ前記第１層間接続部材および前記第２層間接続部材と前記表面パターンおよび前記裏面パターンとを電気的に接続する一体化することと、を行い、
前記表面保護部材の前記一面と反対側の他面（２０ｂ）に、前記表面保護部材より酸化性の気体の透過率が低い表面バリア膜（２２）を形成することと、
前記裏面保護部材の前記一面と反対側の他面（３０ｂ）に、前記裏面保護部材より酸化性の気体の透過率が低い裏面バリア膜（３２）を形成することと、を行う熱流束センサの製造方法。
【請求項４】
前記表面保護部材を用意することでは、前記表面パターンと共に前記表面バリア膜を形成することを行い、
前記裏面保護部材を用意することでは、前記裏面パターンと共に前記裏面バリア膜を形成することを行う請求項３に記載の熱流束センサの製造方法。
【請求項５】
前記表面バリア膜を形成することでは、前記表面パターンと同じ金属材料で形成された前記表面バリア膜を形成し、
前記裏面バリア膜を形成することでは、前記裏面パターンと同じ金属材料で形成された前記裏面バリア膜を形成する請求項４に記載の熱流束センサの製造方法。
【請求項６】
前記表面保護部材を用意することでは、前記一面に金属膜（２４）を配置すると共に前記他面に前記金属膜と同じ金属材料で形成された金属膜（２５）を配置することと、前記一面に形成された前記金属膜をパターニングして前記表面パターンを形成することと、前記他面に形成された前記金属膜をパターニングして前記表面バリア膜を形成することと、を行い、
前記表面パターンを形成することおよび前記表面バリア膜を形成することでは、ウェットエッチングにより、前記一面に形成された金属膜および前記他面に形成された金属膜を同時にパターニングする請求項５に記載の熱流束センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１層間接続部材および第２層間接続部材が固相焼結された焼結合金で構成される熱流束センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、第１層間接続部材および第２層間接続部材を有し、これら第１層間接続部材および第２層間接続部材が固相焼結された焼結合金で構成される熱流束センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この熱流束センサは、熱可塑性樹脂で構成される絶縁基材を有し、絶縁基材に第１ビアホールおよび第２ビアホールがそれぞれ複数形成されている。そして、絶縁基材には、各第１ビアホールに固相焼結された焼結合金で構成される第１層間接続部材が配置されている。また、絶縁基材には、各第２ビアホールに、固相焼結された焼結合金であって、第１層間接続部材と異なる焼結合金で構成される第２層間接続部材が配置されている。
【０００３】
絶縁基材の表面側には、所定の第１層間接続部材および第２層間接続部材と電気的に接続される表面パターンが形成された表面保護部材が配置されている。絶縁基材の裏面側には、所定の第１層間接続部材および第２層間接続部材と電気的に接続される裏面パターンが形成された裏面保護部材が配置されている。なお、表面パターンおよび裏面パターンは、第１層間接続部材および第２層間接続部材が直列に接続されるように形成されている。
【０００４】
このような熱流束センサは、以下の製造方法で製造される。すなわち、まず、絶縁基材を用意し、この絶縁基材に第１、第２ビアホールを形成する。そして、第１ビアホールに第１導電性ペーストを充填すると共に第２ビアホールに第２導電性ペーストを充填する。なお、第１導電性ペーストは、例えば、Ｐ型を構成するＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末等を含む導電性ペースト等が用いられる。第２導電性ペーストは、例えば、Ｎ型を構成するＢｉ−Ｔｅ合金の粉末等を含む導電性ペースト等が用いられる。
【０００５】
また、表面パターンが形成された表面保護部材および裏面パターンが形成された裏面保護部材を用意する。そして、第１、第２導電性ペーストが所定の表面パターンおよび所定の裏面パターンと接触するように、裏面保護部材、絶縁基材、表面保護部材を順に積層して積層体を形成する。
【０００６】
その後、積層体を積層方向の上下両面から加熱しながら加圧することにより、第１導電性ペーストを固相焼結して第１層間接続部材を構成すると共に、第２導電性ペーストを固相焼結して第２層間接続部材を構成する。また、第１層間接続部材および第２層間接続部材と、表面パターンおよび裏面パターンとを電気的に適宜接続する。以上のようにして、第１層間接続部材および第２層間接続部材が交互に直列に接続された熱電変換装置が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−７４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記熱流束センサは、第１層間接続部材および第２層間接続部材が固相焼結された焼結合金で形成されている。このため、第１層間接続部材および第２層間接続部材は、内部に多数の空隙が形成されていると共に多数の粒子界面を有している。この場合、酸素またはオゾン等の酸化性の気体が表面保護部材および裏面保護部材を透過して第１層間接続部材および第２層間接続部材に達すると、第１層間接続部材および第２層間接続部材を構成する焼結合金が酸化して抵抗値が変化し、感度が変化してしまう。特に、上記熱流束センサが高温環境下で使用される場合には、第１層間接続部材および第２層間接続部材を構成する焼結合金が酸化して抵抗値が変化し易くなる。
【０００９】
本発明は上記点に鑑み、第１層間接続部材および第２層間接続部材が酸化することを抑制できる熱流束センサおよ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】
【００１０】
上記目的を達成するための請求項１では、第１層間接続部材（４０）および第２層間接続部材（５０）を有する熱流束センサにおいて、熱可塑性樹脂を含んで構成され、厚さ方向に貫通する第１ビアホール（１１）および第２ビアホール（１２）がそれぞれ複数形成された絶縁基材（１０）と、第１ビアホールに配置され、複数の金属原子が所定の結晶構造を維持した状態で固相焼結された焼結合金で構成される第１層間接続部材と、第２ビアホールに配置され、第１層間接続部材と異なる金属原子が所定の結晶構造を維持した状態で固相焼結された焼結合金で構成される第２層間接続部材と、絶縁基材の表面（１０ａ）に配置され、絶縁基材の表面と対向する一面（２０ａ）に所定の第１層間接続部材および第２層間接続部材と電気的に接続される表面パターン（２１）が形成された表面保護部材（２０）と、絶縁基材の裏面（１０ｂ）に配置され、絶縁基材の裏面と対向する一面（３０ａ）に所定の第１層間接続部材および第２層間接続部材と電気的に接続される裏面パターン（３１）が形成された裏面保護部材（３０）と、を備え、第１層間接続部材および第２層間接続部材が表面パターンおよび裏面パターンを介して直列に接続されており、表面保護部材は、一面と反対側の他面（２０ｂ）に表面保護部材より酸化性の気体の透過率が低い表面バリア膜（２２）が形成され、裏面保護部材は、一面と反対側の他面（３０ｂ）に裏面保護部材より酸化性の気体の透過率が低い裏面バリア膜（３２）が形成されている。
【００１１】
これによれば、表面バリア膜が形成されているため、酸化性の気体が表面保護部材を透過して第１層間接続部材および第２層間接続部材に達することを抑制でき、第１層間接続部材および第２層間接続部材が酸化することを抑制できる。また、裏面バリア膜が形成されているため、酸化性の気体が裏面保護部材を透過して第１層間接続部材および第２層間接続部材に達することを抑制でき、第１層間接続部材および第２層間接続部材が酸化することを抑制できる。
【００１２】
また、請求項３では、第１層間接続部材（４０）および第２層間接続部材（５０）を有する熱流束センサの製造方法において、熱可塑性樹脂を含んで構成された絶縁基材（１０）を用意することと、絶縁基材に、厚さ方向に貫通する第１ビアホール（１１）および第２ビアホール（１２）をそれぞれ複数形成し、複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末に有機溶剤が加えられてペースト化された第１導電性ペースト（４１）を第１ビアホールに充填し、合金とは異なる合金の粉末であって、複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末に有機溶剤が加えられてペースト化された第２導電性ペースト（５１）を第２ビアホールに充填することと、一面（２０ａ）に表面パターン（２１）が形成された表面保護部材（２０）を用意することと、一面（３０ａ）に裏面パターン（３１）が形成された裏面保護部材（３０）を用意することと、絶縁基材の表面側に、表面パターンが所定の第１、第２導電性ペーストと接触するように表面保護部材を配置すると共に、絶縁基材の裏面側に、裏面パターンが所定の第１、第２導電性ペーストと接触するように裏面保護部材を配置して積層体（９０）を形成することと、積層体を加熱しながら積層方向から加圧し、第１導電性ペーストを固相焼結して焼結合金で構成される第１層間接続部材を形成すると共に、第２導電性ペーストを固相焼結して焼結合金で構成される第２層間接続部材（５０）を形成し、かつ第１層間接続部材および第２層間接続部材と表面パターンおよび裏面パターンとを電気的に接続する一体化することと、を行い、表面保護部材の一面と反対側の他面（２０ｂ）に、表面保護部材より酸化性の気体の透過率が低い表面バリア膜（２２）を形成することと、裏面保護部材の一面と反対側の他面（３０ｂ）に、裏面保護部材より酸化性の気体の透過率が低い裏面バリア膜（３２）を形成することと、を行う。
【００１３】
これによれば、表面保護部材の他面に表面バリア膜が形成され、裏面保護部材の他面に裏面バリア膜が形成された熱流束センサが製造される。つまり、第１層間接続部材および第２層間接続部材が酸化され難い熱流束センサが製造される。
【００１４】
例えば、請求項４のように、表面保護部材を用意することでは、表面パターンと共に表面バリア膜を形成することを行い、裏面保護部材を用意することでは、裏面パターンと共に裏面バリア膜を形成することができる。
【００１５】
これによれば、表面保護部材を用意することにおいて、表面パターンおよび表面バリア膜を形成し、裏面保護部材を用意することにおいて、裏面パターンおよび裏面バリア膜を形成する。このため、表面パターンおよび表面バリア膜を別々に形成したり、裏面パターンおよび裏面バリア膜を別々に形成したりする場合と比較して、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００１６】
この場合、請求項５のように、表面バリア膜を形成することでは、表面パターンと同じ金属材料で形成された表面バリア膜を形成し、裏面バリア膜を形成することでは、裏面パターンと同じ金属材料で形成された裏面バリア膜を形成することができる。
【００１７】
これによれば、表面パターンおよび表面バリア膜を同じ金属材料で形成しているため、表面パターンおよび表面バリア膜を形成する工程の簡略化を図ることができる。同様に、裏面パターンおよび裏面バリア膜を同じ金属材料で形成しているため、裏面パターンおよび裏面バリア膜を形成する工程の簡略化を図ることができる。
【００１８】
なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態における熱流束センサの平面図である。
【図２】図１中のII−II線に沿った断面図である。
【図３】図１中のIII−III線に沿った断面図である。
【図４Ａ】表面バリア膜および裏面バリア膜を備えない場合の第１層間接続部材および第２層間接続部材近傍の断面模式図であり、酸化する前の状態を示す模式図である。
【図４Ｂ】表面バリア膜および裏面バリア膜を備えない場合の第１層間接続部材および第２層間接続部材近傍の断面模式図であり、酸化した後の状態を示す模式図である。
【図５】図１に示す第１層間接続部材および第２層間接続部材近傍の断面模式図である。
【図６】維持時間と抵抗値変化率との関係を示す実験結果である。
【図７Ａ】第１実施形態における熱流束センサの製造工程を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに続く熱流束センサの製造工程を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｂに続く熱流束センサの製造工程を示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｃに続く熱流束センサの製造工程を示す断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｄに続く熱流束センサの製造工程を示す断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｅに続く熱流束センサの製造工程を示す断面図である。
【図７Ｇ】図７Ｆに続く熱流束センサの製造工程を示す断面図である。
【図７Ｈ】図７Ｇに続く熱流束センサの製造工程を示す断面図である。
【図７Ｉ】図７Ｈに続く熱流束センサの製造工程を示す断面図である。
【図７Ｊ】図７Ｉに続く熱流束センサの製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００２１】
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。まず、本実施形態の熱流束センサの構成について説明する。本実施形態の熱流束センサは、図１〜図３に示されるように、絶縁基材１０、表面保護部材２０、裏面保護部材３０が積層されて一体化され、この一体化されたものの内部で第１、第２層間接続部材４０、５０が交互に直列に接続されて構成されている。なお、図１は、断面図ではないが、理解をし易くするために第１、第２層間接続部材４０、５０にハッチングを施してある。
【００２２】
絶縁基材１０は、ポリエーテルエーテルケトン（すなわち、ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（すなわち、ＰＥＩ）、液晶ポリマー（すなわち、ＬＣＰ）等に代表される熱可塑性樹脂フィルムにて構成されており、対向する表面１０ａおよび裏面１０ｂを有している。そして、厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール１１、１２が互い違いになるように千鳥パターンに形成されている。
【００２３】
なお、第１、第２ビアホール１１、１２は、絶縁基材１０の表面１０ａから裏面１０ｂまで貫通する貫通孔である。また、本実施形態の第１、第２ビアホール１１、１２は、表面１０ａから裏面１０ｂに向かって径が一定とされた円筒状とされているが、表面１０ａから裏面１０ｂに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよい。さらに、第１、第２ビアホール１１、１２は、裏面１０ｂから表面１０ａに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよいし、角筒状とされていてもよい。
【００２４】
そして、第１ビアホール１１には第１層間接続部材４０が配置され、第２ビアホール１２には第２層間接続部材５０が配置されている。つまり、絶縁基材１０には、第１、第２層間接続部材４０、５０が互い違いになるように配置されている。
【００２５】
このように、第１、第２ビアホール１１、１２内に第１、第２層間接続部材４０、５０を配置しているため、第１、第２ビアホール１１、１２の数や径、間隔等を適宜変更することによって第１、第２層間接続部材４０、５０の高密度化等を図ることができる。また、高密度化を図ることができるため、交互に直列接続された第１、第２層間接続部材４０、５０にて発生する起電力、すなわち、起電圧を大きくでき、高感度化を図ることができる。
【００２６】
第１、第２層間接続部材４０、５０は、ゼーベック効果を発揮するように、互いに異なる導電体で構成された第１、第２導電体である。本実施形態では、第１層間接続部材４０は、Ｐ型を構成するＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物で構成されている。また、第２層間接続部材５０は、Ｎ型を構成するＢｉ−Ｔｅ合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物で構成されている。このように、第１、第２層間接続部材４０、５０を形成する金属は、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金である。これにより、交互に直列接続された第１、第２層間接続部材４０、５０にて発生する起電力を大きくでき、高感度化を図ることができる。
【００２７】
絶縁基材１０の表面１０ａには、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、液晶ポリマー等に代表される熱可塑性樹脂フィルムにて構成される表面保護部材２０が配置されている。この表面保護部材２０は、対向する一面２０ａおよび他面２０ｂを有しており、絶縁基材１０と対向する一面２０ａ側に、金属膜がパターニングされることで互いに離間した複数の表面パターン２１が形成されている。そして、各表面パターン２１は、それぞれ所定の第１、第２層間接続部材４０、５０と適宜電気的に接続されている。なお、本実施形態では、表面パターン２１は、金属膜としての銅箔がパターニングされることで構成されている。
【００２８】
具体的には、図２に示されるように、隣り合う１つの第１層間接続部材４０と１つの第２層間接続部材５０とを１つの組６０としたとき、各組６０の第１、第２層間接続部材４０、５０は同じ表面パターン２１と接続されている。つまり、各組６０の第１、第２層間接続部材４０、５０は、表面パターン２１を介して電気的に接続されている。なお、本実施形態では、一方向に沿って隣り合う１つの第１層間接続部材４０と１つの第２層間接続部材５０とが１つの組６０とされている。また、図２における一方向とは、紙面左右方向のことである。
【００２９】
絶縁基材１０の裏面１０ｂには、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、液晶ポリマー等に代表される熱可塑性樹脂フィルムにて構成される裏面保護部材３０が配置されている。この裏面保護部材３０は、対向する一面３０ａおよび他面３０ｂを有し、絶縁基材１０と対向する一面３０ａ側に、金属膜がパターニングされることで互いに離間した複数の裏面パターン３１が形成されている。そして、各裏面パターン３１は、それぞれ所定の第１、第２層間接続部材４０、５０と適宜電気的に接続されている。なお、本実施形態では、裏面パターン３１は、金属膜としての銅箔がパターニングされることで構成されている。
【００３０】
具体的には、図２に示されるように一方向で隣り合う２つの組６０において、一方の組６０の第１層間接続部材４０と他方の組６０の第２層間接続部材５０とが同じ裏面パターン３１と接続されている。つまり、組６０を跨いで第１、第２層間接続部材４０、５０が同じ裏面パターン３１を介して電気的に接続されている。
【００３１】
また、図３に示されるように、熱流束センサの外縁部では、一方向と直交する他方向に沿って隣り合う第１、第２層間接続部材４０、５０が同じ裏面パターン３１と接続されている。なお、一方向と直交する他方向とは、図１中では紙面上下方向であり、図３中では紙面左右方向である。
【００３２】
このようにして、各組６０は、直列に接続されるとともに、一方向に接続されたものが、繰り返し折り返されて接続されている。なお、本実施形態では、一組の互いに接続された第１、第２層間接続部材４０、５０が１つの熱電変換素子を構成している。このため、本実施形態の熱流束センサは、複数の熱電変換素子が直列に接続された構成とされているといえる。
【００３３】
そして、図２および図３に示されるように、表面保護部材２０には、他面２０ｂに、当該表面保護部材２０より酸化性の気体の透過率が低い表面バリア膜２２が形成されている。また、裏面保護部材３０には、他面３０ｂに、当該裏面保護部材３０より酸化性の気体の透過率が低い裏面バリア膜３２が形成されている。なお、酸化性の気体とは、例えば、酸素やオゾン等である。
【００３４】
本実施形態では、表面バリア膜２２は、表面パターン２１と同じ材料を用いて構成されており、裏面バリア膜３２は、裏面パターン３１と同じ材料を用いて構成されている。つまり、本実施形態では、表面バリア膜２２および裏面バリア膜３２は、それぞれ銅箔で構成されている。
【００３５】
また、図１に示されるように、表面バリア膜２２は、表面保護部材２０の他面２０ｂに対する法線方向から視たとき、全ての第１層間接続部材４０および第２層間接続部材５０が当該表面バリア膜２２内に位置するように形成されている。同様に、特に図示しないが、裏面バリア膜３２は、裏面保護部材３０の他面３０ｂに対する法線方向から視たとき、全ての第１層間接続部材４０および第２層間接続部材５０が当該裏面バリア膜３２内に位置するように形成されている。なお、本実施形態では、裏面バリア膜３２は、裏面保護部材３０の他面３０ｂにおける全面に形成されている。
【００３６】
また、表面パターン２１のうちの上記のように直列に接続されたものの端部となる部分は、表面保護部材２０の他面２０ｂに対する法線方向から視たとき、一部が表面バリア膜２２から突出するように形成されている。言い換えると、表面バリア膜２２は、表面保護部材２０の他面２０ｂに対する法線方向から視たとき、表面パターン２１のうちの上記のように直列に接続されたものの端部となる部分の一部が露出するようにパターニングされている。そして、図１および図２に示されるように、表面保護部材２０には、表面パターン２１のうちの表面バリア膜２２から突出する部分を露出させるコンタクトホール２３が形成されている。これにより、コンタクトホール２３を通じて外部回路と表面パターン２１との電気的な接続が図られる。
【００３７】
なお、図１中では、紙面左上の表面パターン２１および紙面右下の表面パターン２１が、表面パターン２１のうちの上記のように直列に接続されたものの端部となる部分に相当している。また、表面バリア膜２２は、表面パターン２１とは電気的に接続されておらず、裏面バリア膜３２は、裏面パターン３１とは電気的に接続されていない。
【００３８】
以上が本実施形態における熱流束センサの構成である。このような熱流束センサでは、表面バリア膜２２および裏面バリア膜３２が備えられているため、第１層間接続部材４０および第２層間接続部材５０を構成する焼結合金が酸化して抵抗値が変化することを抑制できる。
【００３９】
すなわち、図４Ａに示されるように、第１層間接続部材４０および第２層間接続部材５０は、固相焼結された焼結合金で構成されており、内部に多数の空隙７１が形成されていると共に多数の粒子７２を有している。このため、表面バリア膜２２および裏面バリア膜３２を備えていない場合、図４Ｂに示されるように、酸化性の気体が表面保護部材２０または裏面保護部材３０を透過すると、各粒子７２が酸化し、粒子７２の界面に酸化膜７３が形成される。したがって、表面バリア膜２２および裏面バリア膜３２を備えていない熱流束センサでは、当該酸化膜７３によって粒子７２間の接触抵抗が高くなり、第１層間接続部材４０および第２層間接続部材５０の抵抗値が高くなる。つまり、熱流束センサの感度が変化する。
【００４０】
これに対し、本実施形態では、表面保護部材２０の他面２０ｂには、表面保護部材２０より酸化性の気体の透過率が低い材料で構成された表面バリア膜２２が配置されている。また、裏面保護部材３０の他面３０ｂには、裏面保護部材３０より酸化性の気体の透過率が低い材料で構成された裏面バリア膜３２が配置されている。このため、図５に示されるように、表面バリア膜２２および裏面バリア膜３２により、酸化性の気体が第１層間接続部材４０および第２層間接続部材５０に達することを抑制できる。したがって、本実施形態によれば、第１層間接続部材４０および第２層間接続部材５０の抵抗値が高くなることを抑制できる。
【００４１】
例えば、表面バリア膜２２および裏面バリア膜３２を備えず、他の構成が本実施形態と同様である熱流束センサを比較例とする。この場合、図６に示されるように、比較例では、熱流束センサを１６０℃の温度条件で維持すると、維持時間が長くなるにつれて抵抗値が非常に大きくなる。例えば、比較例では、１６０℃の温度条件下で１８０時間維持した場合、抵抗値の変化率が３００％にもなってしまうことが確認される。これに対し、本実施形態では、１６０℃の温度条件下で１８０時間維持したとしても、抵抗値の変化率が２０％以下となり、抵抗値が変化することを大幅に抑制できることが確認される。
【００４２】
次に、上記熱流束センサの製造方法について、図７Ａ〜図７Ｊを参照しつつ説明する。なお、図７Ａ〜図７Ｊは、図２に示す断面図に相当している。
【００４３】
まず、図７Ａに示されるように、絶縁基材１０を用意し、複数の第１ビアホール１１をドリルやレーザ等によって形成する。
【００４４】
次に、図７Ｂに示されるように、各第１ビアホール１１に第１導電性ペースト４１を充填する。本実施形態では、吸着紙８０を介して図示しない保持台上に、裏面１０ｂが吸着紙８０と対向するように絶縁基材１０を配置する。そして、第１導電性ペースト４１を溶融させつつ、第１ビアホール１１内に第１導電性ペースト４１を充填する。これにより、第１導電性ペースト４１の有機溶剤の大部分が吸着紙８０に吸着され、第１ビアホール１１に合金の粉末が密接して配置される。
【００４５】
なお、吸着紙８０は、第１導電性ペースト４１の有機溶剤を吸収できる材質のものであれば良く、一般的な上質紙等が用いられる。また、第１導電性ペースト４１は、金属原子が所定の結晶構造を維持しているＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末を融点が４３℃であるパラフィン等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。このため、第１導電性ペースト４１を充填する際には、絶縁基材１０の表面１０ａが約４３℃に加熱された状態で行われる。
【００４６】
続いて、図７Ｃに示されるように、絶縁基材１０に複数の第２ビアホール１２をドリルやレーザ等によって形成する。この第２ビアホール１２は、上記のように、第１ビアホール１１と互い違いとなり、第１ビアホール１１と共に千鳥パターンを構成するように形成される。
【００４７】
次に、図７Ｄに示されるように、各第２ビアホール１２に第２導電性ペースト５１を充填する。なお、この工程は、上記図７Ｂと同様の工程で行うことができる。
【００４８】
すなわち、再び、吸着紙８０を介して図示しない保持台上に裏面１０ｂが吸着紙８０と対向するように絶縁基材１０を配置した後、第２ビアホール１２内に第２導電性ペースト５１を充填する。これにより、第２導電性ペースト５１の有機溶剤の大部分が吸着紙８０に吸着され、第２ビアホール１２に合金の粉末が密接して配置される。これにより、第１導電性ペースト４１および第２導電性ペースト５１が充填された絶縁基材１０が用意される。
【００４９】
第２導電性ペースト５１は、第１導電性ペースト４１を構成する金属原子と異なる金属原子が所定の結晶構造を維持しているＢｉ−Ｔｅ合金の粉末を融点が常温であるテレピネ等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。つまり、第２導電性ペースト５１を構成する有機溶剤は、第１導電性ペースト４１を構成する有機溶剤より融点が低いものが用いられる。そして、第２導電性ペースト５１を充填する際には、絶縁基材１０の表面１０ａが常温に保持された状態で行われる。言い換えると、第１導電性ペースト４１に含まれる有機溶剤が固化された状態で、第２導電性ペースト５１の充填が行われる。これにより、第１ビアホール１１に第２導電性ペースト５１が混入することが抑制される。
【００５０】
なお、第１導電性ペースト４１に含まれる有機溶剤が固化された状態とは、上記図７Ｂの工程において、吸着紙８０に吸着されずに第１ビアホール１１に残存している有機溶剤が固化された状態のことである。
【００５１】
また、上記各工程とは別工程において、図７Ｅに示されるように、表面保護部材２０の一面２０ａに金属膜２４を配置すると共に他面２０ｂに金属膜２５を配置する。本実施形態では、表面保護部材２０の一面２０ａに銅箔で構成される金属膜２４を配置すると共に、表面保護部材２０の他面２０ｂに銅箔で構成される金属膜２５を配置して積層体を構成する。そして、この積層体を図示しない一対のプレス板の間に配置し、積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧することにより、当該積層体を一体化する。
【００５２】
次に、図７Ｆに示されるように、表面保護部材２０の一面２０ａおよび他面２０ｂに形成された金属膜２４、２５をそれぞれエッチング等してパターニングし、一面２０ａに表面パターン２１を形成すると共に他面２０ｂに表面バリア膜２２を形成する。なお、本実施形態では、金属膜２４、２５上にそれぞれレジストを配置して当該レジストをパターニングし、ウェットエッチングを行うことによって表面パターン２１および表面バリア膜２２を形成する。この際、金属膜２４、２５を同じ材料で形成しているため、表面パターン２１および表面バリア膜２２をウェットエッチングする際のエッチング液を共用でき、製造工程の簡略化を図ることができる。このようにして、一面２０ａに表面パターン２１が形成され、他面２０ｂに表面バリア膜２２が形成された表面保護部材２０が用意される。
【００５３】
また、図７Ｇに示されるように、図７Ｅと同様の工程を行い、裏面保護部材３０の一面３０ａに金属膜３３を配置すると共に他面３０ｂに金属膜３４を配置する。
【００５４】
次に、図７Ｈに示されるように、図７Ｆと同様の工程を行い、裏面保護部材３０の一面３０ａに形成された金属膜３３をエッチング等してパターニングし、一面３０ａに裏面パターン３１を形成する。なお、本実施形態では、裏面バリア膜３２は、裏面保護部材３０の他面３０ｂにおける全面に形成されるため、金属膜３４がそのまま裏面バリア膜３２となる。このため、金属膜３３をエッチングして裏面パターン３１を形成する際には、金属膜３４がエッチングされないようにレジスト等を配置する。このようにして、一面３０ａに裏面パターン３１が形成され、他面３０ｂに裏面バリア膜３２が形成された裏面保護部材３０が用意される。
【００５５】
その後、図７Ｉに示されるように、裏面保護部材３０、絶縁基材１０、表面保護部材２０を順に積層して積層体９０を構成する。具体的には、後述の図７Ｊの工程において、第１導電性ペースト４１から構成される第１層間接続部材４０、および第２導電性ペースト５１から構成される第２層間接続部材５０が表面パターン２１および裏面パターン３１を介して直列に接続されるように、裏面保護部材３０、絶縁基材１０、表面保護部材２０を順に積層する。つまり、表面パターン２１が所定の第１、第２導電性ペースト４１、５１と接触すると共に裏面パターン３１が所定の第１、第２導電性ペースト４１、５１と接触するように、裏面保護部材３０、絶縁基材１０、表面保護部材２０を順に積層する。
【００５６】
続いて、図７Ｊに示されるように、この積層体９０を図示しない一対のプレス板の間に配置し、積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧することにより、積層体９０を一体化する。具体的には、第１、第２導電性ペースト４１、５１が固相焼結されて焼結合金で構成される第１、第２層間接続部材４０、５０が形成されると共に、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１とが接続されるように加熱しながら加圧して積層体９０を一体化する。なお、特に限定されるものではないが、積層体９０を一体化する際には、積層体９０とプレス板との間にロックウールペーパー等の緩衝材を配置してもよい。
【００５７】
その後、レーザやドリル等により、表面保護部材２０に表面パターン２１を露出させるコンタクトホール２３を形成する。このようにして、本実施形態の熱流束センサが製造される。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態では、表面保護部材２０には、他面２０ｂに表面保護部材２０より酸化性の気体の透過率が低い表面バリア膜２２が形成されている。このため、酸化性の気体が表面保護部材２０を透過して第１層間接続部材４０および第２層間接続部材５０に達することを抑制でき、第１層間接続部材４０および第２層間接続部材５０が酸化することを抑制できる。また、裏面保護部材３０には、他面３０ｂに裏面保護部材３０より酸化性の気体の透過率が低い裏面バリア膜３２が形成されている。このため、酸化性の気体が裏面保護部材３０を透過して第１層間接続部材４０および第２層間接続部材５０に達することを抑制でき、第１層間接続部材４０および第２層間接続部材５０が酸化することを抑制できる。
【００５９】
また、本実施形態では、表面パターン２１および表面バリア膜２２を同じ材料で形成している。このため、金属膜２４をパターニングして表面パターン２１を形成する工程と、金属膜２５をパターニングして表面バリア膜２２を形成する工程とを同じ工程で行うことができる。また、金属膜２４および金属膜２５のパターニングをウェットエッチングで行う場合には、エッチング液を共用でき、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００６０】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００６１】
例えば、上記第１実施形態において、表面バリア膜２２は、表面パターン２１と同じ金属材料ではなく、異なる金属材料で構成されていてもよい。同様に、裏面バリア膜３２は、裏面パターン３１と同じ金属材料ではなく、異なる金属材料で構成されていてもよい。例えば、表面バリア膜２２および裏面バリア膜３２は、アルミニウムやニッケル等で構成されていてもよい。さらに、表面バリア膜２２および裏面バリア膜３２は、金属材料ではなく、樹脂やゴム等で構成されていてもよい。
【００６２】
また、上記第１実施形態において、図７Ｅの工程では、一面２０ａのみに金属膜２４を配置するようにし、図７Ｆの工程では、表面パターン２１のみを形成するようにしてもよい。同様に、図７Ｇの工程では、一面３０ａのみに金属膜３３を配置するようにし、図７Ｈの工程では、裏面パターン３１のみを形成するようにしてもよい。この場合、上記の熱流束センサを製造する場合には、例えば、図７Ｈの工程後に以下の工程を行えばよい。
【００６３】
例えば、１つの方法としては、図７Ｉの工程において、表面保護部材２０の他面２０ｂ側に表面バリア膜２２を構成する金属膜２５を配置すると共に、裏面保護部材３０の他面３０ｂ側に裏面バリア膜３２を構成する金属膜３４を配置した状態で積層体９０を形成する。つまり、表面保護部材２０と一体化されていない金属膜２５、および裏面保護部材３０と一体化されていない金属膜３４を配置した状態で積層体９０を形成する。そして、図７Ｊの工程において、表面保護部材２０の他面２０ｂ側に金属膜２５が配置され、裏面保護部材３０の他面３０ｂ側に金属膜３４が配置された状態でこの積層体９０を一体化する。その後、表面保護部材２０の他面２０ｂ側に配置された金属膜２５をパターニングして表面バリア膜２２を形成することにより、上記熱流束センサが製造される。
【００６４】
また、例えば、別の方法としては、図７Ｉの工程では、表面バリア膜２２および裏面バリア膜３２を備えない状態で積層体９０を形成し、図７Ｊの工程では、この積層体９０を一体化する。その後、表面保護部材２０の他面２０ｂに表面バリア膜２２を構成する金属膜２５を配置すると共に裏面保護部材３０の他面３０ｂに裏面バリア膜３２を構成する金属膜３３を配置した積層体を構成する。そして、この積層体を一体化することにより、表面保護部材２０の他面２０ｂ側に金属膜２５が配置され、裏面保護部材３０の他面３０ｂ側に金属膜３４が配置された状態とする。その後、表面保護部材２０の他面２０ｂ側に配置された金属膜２５をパターニングして表面バリア膜２２を形成することにより、上記熱流束センサが製造される。但し、この別の方法では、表面バリア膜２２および裏面バリア膜３２を配置するためのみの一体化工程が必要になる。このため、図７Ｅの工程で金属膜２５を配置せず、図７Ｇの工程で金属膜３４を配置しない場合には、図７Ｉの工程で金属膜２５および金属膜３４を配置した積層体９０を構成することが好ましい。つまり、図７Ｉの工程では、表面保護部材２０の他面２０ｂ側に表面バリア膜２２または金属膜２５が配置され、裏面保護部材３０の他面３０ｂ側に裏面バリア膜３２または金属膜３４が配置された状態で積層体９０を形成することが好ましい。
【００６５】
さらに、上記第１実施形態において、図７Ｅの工程では、ＣＶＤ（すなわち、Chemical Vapor Deposition）法やスパッタ法等によって表面保護部材２０の一面２０ａに金属膜２４を配置すると共に他面２０ｂに金属膜２５を配置するようにしてもよい。このように金属膜２４、２５を配置する場合には、金属膜２４と金属膜２５とを同じ材料で構成することにより、金属膜２４、２５を形成するための材料を共用でき、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００６６】
同様に、図７Ｇの工程では、ＣＶＤ法やスパッタ法等によって裏面保護部材３０の一面３０ａに金属膜３３を配置すると共に他面３０ｂに金属膜３４を配置するようにしてもよい。このように金属膜３３、３４を配置する場合には、金属膜３３と金属膜３４とを同じ金属材料で構成することにより、金属膜３３、３４を形成するための材料を共用でき、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００６７】
また、上記第１実施形態では、表面バリア膜２２は、表面保護部材２０の他面２０ｂにおける外縁部が枠状に露出するように形成されている。しかしながら、表面バリア膜２２は、表面保護部材２０の他面２０ｂにおけるコンタクトホール２３が形成される領域が露出するように形成されていればよい。つまり、表面バリア膜２２は、表面保護部材２０の他面２０ｂにおける外縁部のうちのコンタクトホール２３が形成される領域と異なる領域にも形成されていてもよい。例えば、表面バリア膜２２は、表面保護部材２０の他面２０ｂにおける全面に形成され、コンタクトホール２３と連通する開口部が形成された形状であってもよい。
【００６８】
また、上記第１実施形態において、裏面バリア膜３２は、表面バリア膜２２と同じように、裏面保護部材３０の他面３０ｂにおける外縁部が露出するようにパターニングされていてもよい。なお、裏面バリア膜３２をこのような形状とする場合には、裏面バリア膜３２を裏面パターン３１と同じ材料で形成することにより、上記表面パターン２１および表面バリア膜２２を同じ材料で形成する場合と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
さらに、上記第１実施形態において、表面バリア膜２２は、表面保護部材２０の他面２０ｂに対する法線方向から視たとき、複数の第１、第２層間接続部材４０、５０のうちのそれぞれ一部が当該表面バリア膜２２内に位置するように形成されていてもよい。同様に、裏面バリア膜３２は、裏面保護部材３０の他面３０ｂに対する法線方向から視たとき、複数の第１、第２層間接続部材４０、５０のうちの一部が当該裏面バリア膜３２内に位置するように形成されていてもよい。このような熱流束センサとしても、表面バリア膜２２および裏面バリア膜３２を備えない場合と比較して、当該一部の第１、第２層間接続部材４０、５０が酸化されることを抑制できる。
【００７０】
そして、上記第１実施形態において、第１、第２導電性ペースト４１、５１が充填された絶縁基材１０を用意する工程では、絶縁基材１０に第１、第２ビアホール１１、１２を同時に形成してもよい。この場合、絶縁基材１０の表面１０ａ上に第１ビアホール１１と対応する領域が開口されたマスクを配置して第１ビアホール１１のみに第１導電性ペースト４１を充填した後、常温で第２導電性ペースト５１を充填すればよい。
【００７１】
また、第１ビアホール１１に第１導電性ペースト４１を充填した後、絶縁基材１０の表面１０ａ上に第２ビアホール１２と対応する領域が開口されたマスクを配置するようにしてもよい。この場合は、第２ビアホール１２に第２導電性ペースト５１を充填する際に、マスクによって第１ビアホール１１に第２導電性ペースト５１が混入することが抑制される。したがって、第２導電性ペースト５１を構成する有機溶剤として、第２導電性ペースト５１を充填する際に第１導電性ペースト４１が溶融してしまうものも用いることができ、例えば、第１導電性ペースト４１の有機溶剤と同様にパラフィンを用いることができる。この場合、もちろん、第１、第２導電性ペースト４１、５１の有機溶剤としてテレピネを用いることもできる。
【符号の説明】
【００７２】
１０    絶縁基材
１０ａ  表面
１０ｂ  裏面
１１    第１ビアホール
１２    第２ビアホール
２０    表面保護部材
２０ａ  一面
２０ｂ  他面
２１    表面パターン
２２    表面バリア膜
３０    裏面保護部材
３０ａ  一面
３０ｂ  他面
３１    裏面パターン
３２    裏面バリア膜
【図１】
2019046870.tif 000003
【図２】
2019046870.tif 000004
【図３】
2019046870.tif 000005
【図４Ａ】
2019046870.tif 000006
【図４Ｂ】
2019046870.tif 000007
【図５】
2019046870.tif 000008
【図６】
2019046870.tif 000009
【図７Ａ】
2019046870.tif 000010
【図７Ｂ】
2019046870.tif 000011
【図７Ｃ】
2019046870.tif 000012
【図７Ｄ】
2019046870.tif 000013
【図７Ｅ】
2019046870.tif 000014
【図７Ｆ】
2019046870.tif 000015
【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
2019046870.tif 000017
【図７Ｉ】
2019046870.tif 000018
【図７Ｊ】
2019046870.tif 000019