(57)【要約】【課題】基板自体の小型化を実現しつつ、基板に実装されるセンサ素子における高い検出精度を確保すること。【解決手段】温度特性を有するＧＭＲ素子群１３が実装されると共にＧＭＲ素子群１３の近傍に発熱し得るＡＳＩＣ１１、１２が実装される表面層と、この表面層に重ねられ、ＧＭＲ素子群１３及びＡＳＩＣ１１、１２の駆動に伴って発生する熱を放出するための銅箔パターン２１が設けられた内層２０とを具備するセンサ素子用基板であって、上記銅箔パターン２１におけるＧＭＲ素子群１３に対応する位置と、ＡＳＩＣ１１、１２に対応する位置との間に他の部分に比べて熱伝導率を低減させるスリット２２を設けたことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度特性を有するセンサ素子が実装されると共に前記センサ素子の近傍に発熱し得る他の素子が実装される表面層と、前記表面層に重ねられ、前記センサ素子及び他の素子の駆動に伴って発生する熱を放出するための熱伝導パターンが設けられた内層とを具備するセンサ素子用基板であって、前記熱伝導パターンにおける前記センサ素子に対応する位置と、前記他の素子に対応する位置との間に他の部分に比べて熱伝導率を低減させた熱伝導低減部を設けたことを特徴とするセンサ素子用基板。
【請求項２】
前記熱伝導パターンは、前記内層における前記表面層側の略全面に亘って設けられ、前記熱伝導低減部は、前記センサ素子と前記他の素子との間に形成されたスリットであることを特徴とする請求項１記載のセンサ素子用基板。
【請求項３】
前記スリットの端部は、前記他の素子の端部よりも外部側まで形成されることを特徴とする請求項２記載のセンサ素子用基板。
【請求項４】
前記スリットの端部を、前記他の素子側に向けて屈曲させたことを特徴とする請求項３記載のセンサ素子用基板。
【請求項５】
前記表面層に複数の前記センサ素子が実装されることを特徴とする請求項３又は請求項４記載のセンサ素子用基板。
【請求項６】
前記熱伝導パターンは、銅箔パターンで形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のセンサ素子用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数層から成るセンサ素子用基板に関し、特に、表面層に温度特性を有するセンサ素子が実装されるセンサ素子用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、温度特性を有するセンサ素子を実装する基板においては、当該センサ素子が、当該基板に実装される他の素子からの熱の影響を受けないようにすることが好ましい。すなわち、温度特性を有するセンサ素子に対して他の素子からの熱が伝達されると、当該センサ素子における検出精度を確保することが困難となる場合があるためである。
【０００３】
例えば、ＧＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）を用いた回転角検出装置においては、ＧＭＲ素子に対向配置した磁石による外部磁界をＧＭＲ素子に作用させることによって、ＧＭＲ素子の電気抵抗値を変化させ、当該ＧＭＲ素子の出力信号から磁石との回転角度を検出する（例えば、特許文献１参照）。このような回転角検出装置において、基板に実装されたＧＭＲ素子に対して他の素子からの熱が伝達されると、その電気抵抗値に影響を与え、正確な回転角度の検出を阻害し得る。
【特許文献１】特開２００１−１６５６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような温度特性を有するセンサ素子を実装する基板においては、センサ素子が他の素子からの熱の影響を受けないようにするため、例えば、センサ素子と他の素子との間にある程度の距離を確保し、他の素子からの熱の影響を低減することが考えられる。しかしながら、この場合には、基板自体の小型化が困難になるため、これを搭載する装置本体も大型化してしまうという問題がある。
【０００５】
また、センサ素子と他の素子との間にある程度の距離を確保した場合においても、基板に複数のセンサ素子が実装されている場合には、それぞれのセンサ素子に対する他の素子からの距離を同一にすることが困難であることから、センサ素子に伝達される熱を一定にすることができず、センサ素子における検出精度を確保することができないという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、基板自体の小型化を実現しつつ、基板に実装されるセンサ素子における高い検出精度を確保することができるセンサ素子用基板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】
【０００７】
本発明のセンサ素子用基板は、温度特性を有するセンサ素子が実装されると共に前記センサ素子の近傍に発熱し得る他の素子が実装される表面層と、前記表面層に重ねられ、前記センサ素子及び他の素子の駆動に伴って発生する熱を放出するための熱伝導パターンが設けられた内層とを具備するセンサ素子用基板であって、前記熱伝導パターンにおける前記センサ素子に対応する位置と、前記他の素子に対応する位置との間に他の部分に比べて熱伝導率を低減させた熱伝導低減部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、熱伝導パターンにおける熱伝導率を低減させた熱伝導低減部を挟んでセンサ素子の近傍に他の素子を実装することができるので、センサ素子と他の素子との間に距離を設ける必要がなく、基板自体を小型化することができる。また、熱伝導低減部により他の素子からの熱がセンサ素子に直接的に伝達されるのが防止されることから、センサ素子の検出精度への影響を低減することができるので、センサ素子における高い検出精度を確保することが可能となる。
【０００９】
上記センサ素子用基板において、例えば、前記熱伝導パターンは、前記内層における前記表面層側の略全面に亘って設けられ、前記熱伝導低減部は、前記センサ素子と前記他の素子との間に形成されたスリットで構成される。この場合には、スリットにより他の素子からの熱がセンサ素子に直接的に伝達されるのを防止することができ、センサ素子における高い検出精度を確保することが可能となる。
【００１０】
また、上記センサ素子用基板において、前記スリットの端部は、前記他の素子の端部よりも外部側まで形成されることが好ましい。この場合には、他の素子からの熱は、スリットの外部側を迂回しなければセンサ素子まで到達しないことから、他の素子からの熱がセンサ素子に直接的に伝達されるのを確実に防止することが可能となる。
【００１１】
特に、上記センサ素子用基板においては、前記スリットの端部を、前記他の素子側に向けて屈曲させることが好ましい。この場合には、スリットに沿って伝達する他の素子からの熱の進行を一時的に阻害することができるので、他の素子からの熱がセンサ素子に直接的に伝達されるのを確実に防止でき、センサ素子の検出精度へ影響を与えるのを防止することが可能となる。
【００１２】
上記センサ素子用基板において、前記表面層に複数の前記センサ素子が実装されるようにしても良い。このように表面層に複数のセンサ素子が実装される場合いおいても、スリットの外部側を通って他の素子からの熱がセンサ素子に伝達されることから、他の素子からセンサ素子までに一定の距離を確保することができる。これにより、他の素子からの熱に応じたセンサ素子の温度を略一定にすることができるので、センサ素子における熱勾配の発生を防止することができ、センサ素子における高い検出精度を確保すること可能となる。
【００１３】
上記センサ素子用基板において、例えば、前記熱伝導パターンは、銅箔パターンで形成される。このように熱伝導パターンを銅箔パターンで形成することにより、センサ素子及び他の素子の駆動に伴って発生する熱を効率良く放出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱伝導パターンにおける熱伝導を低減させた熱伝導低減部を挟んでセンサ素子の近傍に他の素子を実装することができるので、基板自体の小型化を実現することができる。また、熱伝導低減部により他の素子からの熱がセンサ素子に直接的に伝達されるのが防止されることから、センサ素子の検出精度へ影響を低減することができるので、センサ素子における高い検出精度を確保することが可能となる。この結果、基板自体の小型化を実現しつつ、基板に実装されるセンサ素子における高い検出精度を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下において、本発明に係るセンサ素子用基板（以下、単に「基板」という）は、温度特性を有するセンサ素子としてＧＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）を実装する場合について説明する。しかしながら、本発明に係る基板に実装されるセンサ素子については、これに限定されるものではなく、温度特性を有するセンサ素子であれば、いかなるセンサ素子にも置換することが可能である。
【００１６】
本実施の形態に係る基板は、例えば、自動車などに搭載されるスロットルバルブポジションセンサ（以下、単に「スロットルポジションセンサ」という）に適用される。スロットルポジションセンサは、自動車などのアクセルペダルへの操作に応じて開閉するスロットルバルブの回転軸に取り付けられた磁石の回転角度を検出することで、スロットルバルブの位置を検出するものである。
【００１７】
本実施の形態に係る基板においては、詳細について後述するように、実装されるＧＭＲ素子に対して磁石が対向配置され、この磁石の回転角度をＧＭＲ素子で検出する。そして、ＧＭＲ素子で検出した回転角度に基づいて、後述するＡＳＩＣで計算される角度データを、自動車における各種制御を行う制御装置に出力し、当該制御装置で角度データに基づいてスロットルバルブの位置を検出するものである。
【００１８】
すなわち、本実施の形態に係る基板においては、磁石による外部磁界をＧＭＲ素子に作用させることによって、ＧＭＲ素子の電気抵抗値の変化を磁石による外部磁界の向きにより生じさせ、当該ＧＭＲ素子の出力信号からＧＭＲ素子と磁石との相対移動量を検出する。自動車に搭載される制御装置は、この相対移動量に応じて、磁石の回転角度を検出することが可能となる。
【００１９】
以下、本実施の形態に係る基板の構成について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る基板の上面図（同図（ａ））及び側面図（同図（ｂ））である。なお、図１（ａ）においては、説明の便宜上、基板上に実装される構成要素の間を接続する配線等の表示は省略している。
【００２０】
本実施の形態に係る基板１０は、例えば、複数層のガラスエポキシ材を重ねて形成される。特に、本実施の形態においては、基板１０は、４層のガラスエポキシ材が重ねられるものとする。図１（ａ）に示すように、基板１０は、同図に示す左右に長辺を有する略長方形状を有している。基板１０の中央近傍には、ＡＳＩＣ１１、１２が上下に並べられた状態で実装されている。これらのＡＳＩＣ１１、１２の左方側の近傍にＧＭＲ素子群１３が実装されている。ＧＭＲ素子群１３は、上下に並べられたＡＳＩＣ１１と、ＡＳＩＣ１２との中間位置に対応する位置に配置されている。本実施の形態に係る基板１０において、ＧＭＲ素子群１３には、図１（ａ）に示すように、４つのＧＭＲ素子１３ａ〜１３ｄが配列されている。なお、これらの４つのＧＭＲ素子１３ａ〜１３ｄは、ブリッジ回路を構成する。
【００２１】
ＧＭＲ素子１３ａ〜１３ｄは、図１（ｂ）に示す上方側に対向して配置される磁石１４からの磁気に感応して信号を出力する。基本的構成として、交換バイアス層（反強磁石層）、固定層（ピン止め磁性層）、非磁性層及び自由層（フリー磁性層）を基板上に積層して形成されている。なお、ＧＭＲ素子１３ａ〜１３ｄが巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を発揮するためには、例えば、交換バイアス層がα−Ｆｅ２Ｏ３層、固定層がＮｉＦｅ層、非磁性層がＣｕ層、自由層がＮｉＦｅ層から形成されることが好ましいが、これらのものに限定されるものではなく、巨大磁気抵抗効果を発揮するものであれば、いかなるものであってもよい。また、ＧＭＲ素子１３ａ〜１３ｄは、巨大磁気抵抗効果を発揮するものであれば、上記の積層構造のものに限定されるものではない。
【００２２】
ＡＳＩＣ１１、１２は、ＧＭＲ素子群１３からの出力信号を受け取り、この出力信号から磁石１４の回転角度を示す角度データを求める。本実施の形態に係る基板１０においては、２つのＡＳＩＣ１１、１２を実装する場合について示しているが、ＡＳＩＣの数量についてはこれに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。なお、２つのＡＳＩＣ１１、１２を実装するのは、一方のＡＳＩＣが故障した場合等においても、磁石１４の回転角度の検出を確保するためである。
【００２３】
基板１０における図１（ａ）に示す右方側端部の中央部分、並びに、基板１０における同図の左方側の上端部及び下端部には、略半円弧形状を有する切り欠き部１５〜１７が形成されている。これらの切り欠き部１５〜１７は、不図示のケースに対して基板１０を固定する際の基準として利用される。すなわち、これらの切り欠き部１５〜１７を基準として上記ケース上における基板１０の固定位置が決定される。
【００２４】
また、基板１０における図１（ａ）に示す左方側端部には、複数の端子接続部１８が配設されている。端子接続部１８は、基板１０が固定されるケースにインサート成型された出力端子と接続される。当該ケースの出力端子と端子接続部１８とは、例えば、アルミ線等により接続される。
【００２５】
図２は、本実施の形態に係る基板１０の内層を説明するための図である。なお、図２においては、図１に示す基板１０の表面を構成する最上層（表面層）の下方側に重ねられる内層を示すものとする。
【００２６】
図２に示すように、基板１０の内層２０の上面には、外部側の領域を除き、その全面に亘って熱伝導パターンとしての銅箔パターン２１が設けられている。この銅箔パターン２１は、上述したＡＳＩＣ１１、１２や、ＧＭＲ素子群１３の駆動に伴って発生する熱を外部に放出することを目的として設けられている。なお、ここでは、内層２０に銅箔パターン２１を設ける場合について示しているが、ＧＭＲ素子群１３等に発生する熱を外部に放出することができれば、いかなる材料を用いても良い。
【００２７】
基板１０の内層２０の中央近傍には、図２に示す上下方向に延在するスリット２２が形成されている。スリット２２の上端部２２ａ及び下端部２２ｂは、図２に示す右方側に直角に屈曲しており、僅かに同図に示す右方側に向かって延在している。なお、スリット２２に対応する位置においては、銅箔パターン２１は、設けられていない。
【００２８】
図３は、本実施の形態に係る基板１０が有する構成の位置関係について説明するための図である。なお、図３においては、図２に示す内層２０の構成を点線で示している。
【００２９】
本実施の形態に係る基板１０においては、図３に示すように、内層２０に形成されたスリット２２が、ＡＳＩＣ１１、１２と、ＧＭＲ素子群１３との間に対応する位置に配置される。スリット２２の上端部２２ａは、ＡＳＩＣ１１の上端部よりも僅かに上方側の位置でＡＳＩＣ１１側に向けて延在し、下端部２２ｂは、ＡＳＩＣ１２の下端部よりも僅かに下方側の位置でＡＳＩＣ１２側に向けて延在している。
【００３０】
このように配置された基板１０において、ＡＳＩＣ１１、１２、並びに、ＧＭＲ素子群１３に発生した熱は、内層２０の銅箔パターン２１を伝達する過程で外部に放出される。この場合、ＡＳＩＣ１１、１２に発生した熱もＧＭＲ素子群１３に銅箔パターン２１を通じて伝達し得る。本実施の形態に係る基板１０においては、ＡＳＩＣ１１、１２と、ＧＭＲ素子群１３との間にスリット２２を形成することにより、当該部分における銅箔パターン２１の熱伝導率を他の部分に比べて低減し、ＡＳＩＣ１１、１２に発生した熱が直接的にＧＭＲ素子群１３に伝達されるのを防止している。特に、スリット２２の端部をＡＳＩＣ１１、１２側に屈曲させることにより、スリット２２に沿って伝達するＡＳＩＣ１１、１２に発生した熱の進行を一時的に阻害してＧＭＲ素子郡１３への直接的な伝達を防止している。
【００３１】
ここで、本実施の形態に係る基板１０における熱の伝達状況の具体例について図４〜図７を用いて説明する。図４〜図７は、本実施の形態に係る基板１０における熱の伝達状況の一例について説明するための図である。なお、図４は、本実施の形態に係る基板１０に実装された素子の駆動後１５秒が経過した場合における温度分布を示し、図５、図６及び図７は、それぞれ素子の駆動後３０秒、４５秒及び６０秒が経過した場合における温度分布を示している。
【００３２】
本実施の形態に係る基板１０に実装されたＡＳＩＣ１１、１２、並びに、ＧＭＲ素子群１３を駆動した後、１５秒が経過すると、図４に示すように、駆動に伴う発熱によりＡＳＩＣ１１、１２、並びに、ＧＭＲ素子群１３の近傍の温度が約３１℃まで上昇する。図４〜図７においては、約３１℃の領域をドットで示している。この場合において、約３１℃の領域以外の基板１０上の領域は、約２９℃となっている。図４〜図７においては、約２９℃の領域を空白で示している。
【００３３】
その後、１５秒が経過すると（各素子の駆動後３０秒）、図５に示すように、内層２０の銅箔パターン２１を通じて約３１℃の領域が周囲に拡がる一方、ＡＳＩＣ１１、１２、並びに、ＧＭＲ素子群１３の近傍の温度が約３２℃まで上昇する。この場合において、約３１℃の領域の範囲は、図５に占めすように、内層２０に形成されたスリット２２により遮断された状態となっている。なお、図４〜図７においては、約３２℃の領域を間隔の広い斜線で示している。
【００３４】
更に１５秒が経過すると（各素子の駆動後４５秒）、図６に示すように、内層２０の銅箔パターン２１を通じて約３１℃の領域及び約３２℃の領域が周囲に拡がる一方、ＡＳＩＣ１１、１２、並びに、ＧＭＲ素子群１３の近傍の温度が約３３．５℃まで上昇する。この場合において、ＡＳＩＣ１１、１２から拡がった約３１℃の領域は、スリット２２の端部を乗り越えてＧＭＲ素子群１３から拡がった約３１℃の領域に接近していく。なお、図４〜図７においては、約３３．５℃の領域を間隔の狭い斜線で示している。
【００３５】
そして、更に１５秒が経過すると（各素子の駆動後６０秒）、図７に示すように、内層２０の銅箔パターン２１を通じて約３２℃の領域が周囲に拡がることで、ＡＳＩＣ１１、１２から拡がった約３２℃の領域と、ＧＭＲ素子群１３から拡がった約３２℃の領域とが融合する。この場合において、約３１℃の領域は、図７に示すＧＭＲ素子群１３の左方側に拡がった状態となっている。また、ＡＳＩＣ１１、１２、並びに、ＧＭＲ素子群１３の近傍の温度は、約３３．５℃を維持した状態となっている。
【００３６】
このように本実施の形態に係る基板１０によれば、基板１０の内層２０に銅箔パターン２１を設けると共に、この銅箔パターン２１におけるＡＳＩＣ１１、１２と、ＧＭＲ素子群１３との間の位置にスリット２２を形成している。これにより、ＡＳＩＣ１１、１２の駆動に伴って発生する熱が直接的にＧＭＲ素子群１３に伝達されるのを防止することから、ＧＭＲ素子郡１３の検出精度への影響を低減することができるので、ＧＭＲ素子群１３における高い検出精度を確保することが可能となる。
【００３７】
また、銅箔パターン２１に形成されたスリット２２を挟んで、ＡＳＩＣ１１、１２の近傍にＧＭＲ素子群１３を実装しているので、これらの素子を離間して実装する必要がなく、基板１０自体の小型化を実現することが可能となる。この結果、基板１０自体の小型化を実現しつつ、実装されるＧＭＲ素子群１３における高い検出精度を確保することが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態に係る基板１０においては、スリット２２の端部を、ＡＳＩＣ１１、１２の外部側まで形成している。これにより、ＡＳＩＣ１１、１２からの熱は、スリット２２の外部側を迂回しなければＧＭＲ素子郡１３まで到達できないことから、ＡＳＩＣ１１、１２からの熱がＧＭＲ素子郡１３に直接的に伝達されるのを確実に防止することが可能となる。
【００３９】
特に、本実施の形態に係る基板１０においては、複数のＧＭＲ素子１３ａ〜１３ｄを実装するが、この場合においても、スリット２２の外部側を通ってＡＳＩＣ１１、１２からの熱がＧＭＲ素子１３ａ〜１３ｄに伝達されることから、ＡＳＩＣ１１、１２からＧＭＲ素子１３ａ〜１３ｄまでに一定の距離を確保することができる。これにより、ＡＳＩＣ１１、１２からの熱に応じたＧＭＲ素子１３ａ〜１３ｄの温度を略一定にすることができるので、ＧＭＲ素子１３ａ〜１３ｄにおける熱勾配の発生を防止することができ、ＧＭＲ素子１３ａ〜１３ｄにおける高い検出精度を確保すること可能となる。
【００４０】
さらに、本実施の形態に係る基板１０においては、スリット２２の端部をＡＳＩＣ１１、１２側に向けて屈曲させている。これにより、スリット２２に沿って伝達するＡＳＩＣ１１、１２からの熱の進行を一時的に阻害することができるので、ＡＳＩＣ１１、１２からの熱がＧＭＲ素子郡１３に直接的に伝達されるのを確実に防止でき、ＧＭＲ素子郡１３の検出精度へ影響を与えるのを防止することが可能となる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００４２】
例えば、上記実施の形態においては、基板１０に実装される発熱し得る素子としてＡＳＩＣ１１、１２を具体例に用いて説明しているが、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。すなわち、発熱し得る素子であれば、いかなる素子が実装される場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る基板の上面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図２】上記実施の形態に係る基板の内層を説明するための図である。
【図３】上記実施の形態に係る基板が有する構成の位置関係について説明するための図である。
【図４】上記実施の形態に係る基板における熱の伝達状況の一例について説明するための図である。
【図５】上記実施の形態に係る基板における熱の伝達状況の一例について説明するための図である。
【図６】上記実施の形態に係る基板における熱の伝達状況の一例について説明するための図である。
【図７】上記実施の形態に係る基板における熱の伝達状況の一例について説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  基板
１１、１２  ＡＳＩＣ
１３  ＧＭＲ素子群
１３ａ〜１３ｄ  ＧＭＲ素子
１４  磁石
１５〜１７  切り欠き部
１８  端子接続部
２０  内層
２１  銅箔パターン
２２  スリット
【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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