(57)【要約】【課題】熱電対を直列接続させ高温物体温度計測用接点と低温物体温度計測用接点を形成した熱電対パターンを絶縁性シート上に形成し、保持基板上に接着保持する熱流計は、従来は絶縁性シートを基板で挟み込み接着・切断した後、予め信号取り出し電極を設けた保持基板上に接着固定しており、基板位置合わせ及び基板用接着剤はみ出し対策工程要であった。また、前記作業精度のため熱電対パターン端子寸法大に設定する必要があり、結果絶縁性シート上に形成される熱電対パターン数が小であり、熱流計出力低であった。【解決手段】保持基板上に予め設けた信号取り出し電極と熱電対パターン端部パッドとを電気的に結線し接着固定した後、電気的結線部を内蔵する形状で絶縁性樹脂を用いて封止する。【選択図】図１
2005351856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電対を直列接続させ高温物体温度計測用接点と低温物体温度計測用接点を形成した熱電対パターンを絶縁性シート上に形成し、保持基板上に接着保持する熱流計において、保持基板上に予め設けた信号取り出し電極と絶縁性シート上の熱電対パターン端部パッドとを電気的に結線し接着固定した後、保持基板上信号取り出し電極と絶縁性シート上熱電対パターン端部パッドとの電気的結線部を内蔵する形状で絶縁性樹脂を用いて封止することを特徴とする熱流計。
【請求項２】
保持基板上の信号取り出し電極と絶縁性シート上の熱電対パターン端部パッドとの電気的結線をワイヤーボンディングとしたことを特徴とする請求項１の熱流計。
【請求項３】
保持基板上の信号取り出し電極と絶縁性シート上の熱電対パターン端部パッドとの電気的結線を熱電対パターン端部パッドに設けた蒸着やメッキ技術により形成したバンプ又は、ワイヤーバンピング法にて形成されたバンプを溶融圧接し実施したことを特徴とする請求項１の熱流計。
【請求項４】
保持基板上の信号取り出し電極と絶縁性シート上の熱電対パターン端部パッドとの電気的結線を保持基板上の信号取り出し電極を先鋭な凹凸を有す硬質金属で形成し、絶縁性シート上の熱電対パターン端部パッドを軟質金属で形成し両者を圧接し実施したことを特徴とする請求項１の熱流計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性シート上に形成した直列接続熱電対パターンの熱電対接点で高温物体と低温物体との温度差を測定し、熱流を導出する熱流計に関するものである。。
【背景技術】
【０００２】
熱流計は、高温物体と低温物体間に設置され、熱流計内部に設けた熱電対で高温物体と低温物体との温度差を測定し、熱流を導出するものである。熱電対は直列接続され高温物体温度計測用接点と低温物体温度計測用接点を形成した熱電対パターンが絶縁性シート上の片面に作製される。高温物体温度計測用接点と低温物体温度計測用接点間に生じた温度差に熱電対起電力及び熱電対本数を乗じた電圧が熱流計出力となる。
【０００３】
従来の熱流計は、直列接続熱電対パターンを絶縁性シート上に形成し、絶縁性シートを基板で挟み込み接着した後予め信号取り出し電極を設けた保持基板上に接着固定されていた。熱電対パターンは半導体工程手法を使用し、例えば熱電対1本当たり０．０５ミリメートルの微細パターンが形成される。
【０００４】
絶縁性シートを挟み込む基板は例えば厚１ミリメートルのポリカーボネイトが使用され、例えば厚０．０５ミリメートルのエポキシ接着剤で絶縁性シートに接着される。絶縁性シートとしては、例えば厚０．３ミリメートルのソーダライムガラスが使用されており、絶縁性シート上に熱電対パターンを多数形成した後、基板で挟み込み接着しダイシングソー等で例えば長３．５ミリメートル高１ミリメートル等の所定寸法に切り出すという手順が採用されている。
【０００５】
保持基板は曲面物体に装着することを想定し、例えば材質ポリイミドのフレキシブル基板が使用されている。保持基板上に予め設けた信号取り出し電極とポリカーボネイト等の基板で挟み込まれた絶縁性シート上の熱電対パターン端部パッドとは、例えばエポキシ系導電性接着剤で結線される。この導電性接着剤結線を容易にするため、熱電対パターンに相対して接着される基板の熱電対パターン端部位置には、切り落とし部が予め設けられており、また、絶縁性シート上の熱電対パターン端部は、例えば０．３５ミリメートル角のパッドが設置されている。即ち、長３．５ミリメートル高１ミリメートルの絶縁性シート上には、例えば熱電対1本当たり０．０５ミリメートルのパターンが５０本及び０．３５ミリメートル角のパッドが２ヶ設けられている。
【０００６】
また、導電接着剤結線部露出によるショート防止のため、同部上には例えば厚０．０５ミリメートルの絶縁性コーティングが施されている。絶縁性コーティングは、確実に電気的絶縁状態とするため、保持基板上に位置する全ての物即ち保持基板上に接着した基板・絶縁性シート上にも施されている。よって、フレキシブル基板等保持基板上にはコーティング厚も含め長３．５ミリメートル高１．０５ミリメートルの貼り合わせ品が位置することとなる。
【０００７】
図９は従来技術の熱流計を示す斜視図であり、図１０は構造斜視図である。
【特許文献１】特願２００４−２１８４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術では、熱電対パターンに相対する基板と熱電対パターンを設けた絶縁性シート接着時には、予め設けられた切り落とし部と熱電対パターン端部パッドとを位置合わせの後接着する必要があり、作業性が低であった。また、熱電対パターン端部パッドへ接着剤がはみ出し電気的結線を妨げないよう、熱電対パターン端部パッド上に接着剤離型剤等を予め塗布し、その後接着硬化させた後、接着剤離型剤等を除去するという工程手順が必要であり、工程が複雑であった。
さらに、熱電対パターンに相対する基板上に予め設けられた切り落とし部と熱電対パターン端部パッドとの位置合わせ精度及び熱電対パターン端部パッドへの接着剤はみ出しを考慮し、熱電対パターン端部パッド寸法を大に設定する必要があり、絶縁性シート上に形成される熱電対パターン数が小であり、結果、熱流計出力が低であった。
さらには、保持基板信号取り出し電極との電気的結線に用いる導電性接着剤は熱伝導性良物質であるので、例えば高温物体側に保持基板が位置するとした場合、導電性接着剤塗布位置・塗布量差により、保持基板より熱電対パターンを設けた絶縁性シートへ伝達される熱量は各熱流計にて異なっていた。保持基板が低温物体側に位置した場合も熱伝達方向が逆になるのみで、伝達される熱量は、各熱流計にて異なっていた。この熱量差により、高温物体温度計測用接点と低温物体温度計測用接点間の温度差がばらつき、結果、各熱流計出力ばらつきが発生し製品安定性低であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
保持基板上に予め設けた信号取り出し電極と絶縁性シート上の熱電対パターン端部パッドとを電気的に結線し接着固定した後、保持基板上信号取り出し電極と絶縁性シート上熱電対パターン端部パッドとの電気的結線部を内蔵する形状で絶縁性樹脂を用いて封止する保持基板上の信号取り出し電極と絶縁性シート上の熱電対パターン端部パッドとの電気的結線をワイヤーボンディングとする。
または、上記電気的結線を熱電対パターン端部パッドに設けた蒸着やメッキ技術により形成したバンプ又は、ワイヤーバンピング法にて形成されたバンプを溶融圧接し実施する。
あるいは、上記電気的結線を保持基板上の信号取り出し電極を先鋭な凹凸を有す硬質金属で形成し、絶縁性シート上の熱電対パターン端部パッドを軟質金属で形成し両者を圧接し実施する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、絶縁性シートを基板で挟み込み接着するという工程が削減されるため、基板に予め設けられた切り落とし部と熱電対パターン端部パッドとの位置合わせ作業、さらに、熱電対パターン端部パッド上に接着剤離型剤等を予め塗布し、その後接着硬化させた後、接着剤離型剤等を除去する接着剤はみ出し対策作業は不要となる。また、従来行っていた保持基板上信号取り出し電極と熱電対パターン端部パッドとの電気的結線部への絶縁性コーティングも、同部を絶縁性樹脂で封止しているので、作業不要となる。
熱電対パターン端部パッド寸法を、熱電対パターンに相対する基板上に予め設けられた切り落とし部と熱電対パターン端部パッドとを位置合わせ精度及び熱電対パターン端部パッドへ接着剤がはみ出しを考慮する必要がないため、パッドサイズを小に設定でき、従来と同一チップサイズであっても、絶縁性シート上に形成される熱電対パターン数が増となり、結果、熱流計出力が高となる。
熱電対パターン端部パッドサイズが小となり、熱電対パターンを設けた絶縁性シートへ伝達される熱量自体が減となっている。さらに、保持基板の信号取り出し電極と熱電対パターン端部パッド間の熱伝達経路は高精度に制御されるので、高温物体温度計測用接点と低温物体温度計測用接点間の温度差ばらつきが小となり、結果、各熱流計出力ばらつきも小となり、製品安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
絶縁性シート上に端部にパッドを有す直列接続された熱電対パターンを複数形成した後、ダイシングソー等で所定寸法に切り出す。切り出した絶縁性シートの熱電対パターン端部パッドと保持基板上に予め設けた信号取り出し電極とを、電気的結線する。その後、電気的結線部を内蔵する形状で絶縁性樹脂を用いて封止する。
保持基板上の信号取り出し電極と絶縁性シート上の熱電対パターン端部パッドとの電気的結線を金ワイヤー等でワイヤーボンディングとする。
または、上記電気的結線を熱電対パターン端部パッドにはんだ等の蒸着やメッキ技術により形成したバンプ又は、ワイヤーバンピング法にて形成されたバンプを設け、溶融圧接し実施する。
あるいは、上記電気的結線を保持基板上の信号取り出し電極を先鋭な凹凸を有すステンレス等の硬質金属で形成し、絶縁性シート上の熱電対パターン端部パッドを金等の軟質金属で形成し両者を圧接し実施する。
【実施例１】
【００１２】
以下に本発明実施例を記す。
【００１３】
絶縁性シートの一例として厚０．３ミリメートルのソーダライムガラス上に熱電対パターンを端部にパッドを有す直列接続された熱電対パターンを複数形成する。熱電対は例えば一方をニクロム、他方をビスマスアンチモン等の２種の材料が用いられる。熱電対パターンは成膜・露光・エッチング等の半導体工程手法を使用し、例えば熱電対1本当たり０．０５ミリメートルの微細パターンが形成される。熱電対パターン端部パッド寸法は、熱電対パターンに相対する基板上に予め設けられた切り落とし部と熱電対パターン端部パッドとの位置合わせ精度及び熱電対パターン端部パッドへ接着剤はみ出しを考慮する必要がないため、例えば０．１ミリメートル角或いは直径０．１ミリメートルで形成される。
【００１４】
熱電対パターン形成後ダイシングソー等で所定寸法のチップに切り出す。従来技術と同一寸法の長３．５ミリメートル高１ミリメートルの場合、パッド2ヶ合わせ０．５ミリメートルのスペース余裕が生じているため、従来技術の熱電対パターン数５０本に対し１０本増の６０本設けられ、高温物体温度計測用接点と低温物体温度計測用接点間に生じた温度差に熱電対起電力及び熱電対本数を乗じた電圧である熱流計出力は１．２倍となる。
【００１５】
切り出したチップの熱電対パターン端部パッドと例えば材質ポリイミドのフレキシブル基板等保持基板上に予め設けた信号取り出し電極とを、電気的結線する。その後、保持基板上信号取り出し電極と絶縁性シート上熱電対パターン端部パッドとの電気的結線部を内蔵する形状にて、例えばエポキシ系接着剤等の絶縁性樹脂でシリコンゴム製等の型を用いて封止する。熱電対パターン形成した絶縁性シートを完全に封止するため、封止部高さは絶縁性シート高さ１ミリメートルより高となるが、この厚は例えば０．０５ミリメートルが用いられ従来の総厚１．０５ミリメートルと同厚である。
【００１６】
電気的結線の一例として、切り出したチップをフレキシブル基板等保持基板上にダイボンダーを用い固定した後、チップ上の例えば０．１ミリメートル角形成された熱電対パターン端部パッドとフレキシブル基板等保持基板上の信号取り出し電極とを直径０．０２５ミリメートルの金ワイヤー等をワイヤーボンダーでワイヤーボンディングする。保持基板上の信号取り出し電極表面材質は金等が選定され、チップ上の熱電対パターン端部パッド表面材質はアルミニウム等が選定されている。
例えば高温物体側に保持基板が位置するとした場合、保持基板の信号取り出し電極より熱電対パターン端部パッドへの熱伝達経路となるワイヤー長・ボンディングボール位置等はワイヤーボンダーにより、高精度に制御される。図１はワイヤーボンディング結線した場合の本発明実施例の熱流計を示す斜視図であり、図２はそれの構造斜視図である。
【００１７】
電気的結線の他実施例として、チップ上の例えば０．１ミリメートル角で形成されたの熱電対パターン端部パッドに例えば直径０．１ミリメートル高さ０．０７ミリメートルのバンプ設ける。バンプは蒸着やメッキ技術により形成したバンプ又は、ワイヤーバンピング法にて容易に且つ高精度に形成される。チップ上バンプをフレキシブル基板等保持基板上の信号取り出し電極と相対する位置に設置し、一定の圧力をかけながら加温し、バンプを溶融し圧接する。はんだバンプの場合、保持基板上の信号取り出し電極は金、銅、はんだメッキ等が用いられる。金バンプの場合、保持基板上の信号取り出し電極ははんだメッキ等が用いられる。
例えば高温物体側に保持基板が位置するとした場合、保持基板の信号取り出し電極より熱電対パターン端部パッドへの熱伝達経路となる溶融後のバンプ位置・形状はバンプ印加圧力及び温度により、高精度に制御される。図３はバンプを用いて結線した場合の本発明実施例の熱流計を示す斜視図であり、図４はそれの構造斜視図である。図５はバンプ結線部を示したものである。
【００１８】
電気的結線の他実施例として、チップ上の例えば０．１ミリメートル角で形成されたの熱電対パターン端部パッド材質を金、インジウム等軟質金属で形成する。フレキシブル基板等保持基板上の信号取り出し電極を先鋭な凹凸を有すステンレス、タングステン等の硬質金属で形成する。チップ上の熱電対パターン端部パッドをフレキシブル基板等保持基板上の信号取り出し電極と相対する位置に設置し、圧力を加えるとステンレス、タングステン等の硬質金属の先鋭な凹凸が金、インジウム等軟質金属にめりこみ圧接され電気的結線が得られる。さらに圧接された状態で例えばエポキシ系接着剤等の絶縁性樹脂を用いてチップを固定する。
例えば高温物体側に保持基板が位置するとした場合、保持基板の信号取り出し電極より熱電対パターン端部パッドへの熱伝達経路は先鋭な凹凸を有す信号取り出し電極自体が経路となり、これの寸法・位置は、高精度に制御される。図６は先鋭な凹凸を有す硬質金属を用いて結線した場合の本発明実施例の熱流計を示す斜視図であり、図７はそれの構造斜視図である。図８は先鋭な凹凸を有す硬質金属を用いた結線部を示したものである。
【００１９】
上記３実施例全て従来技術の熱電対パターン端部パッドサイズ０．３５ミリメートル角に対し、１／１０以下の面積である０．１ミリメートル角となっているため、フレキシブル基板等保持基板より熱電対パターンを設けた絶縁性シートへ伝達される熱量自体が減となっている。さらに、上述したように高温物体側に保持基板が位置するとした場合、保持基板の信号取り出し電極より熱電対パターン端部パッドへの熱伝達経路は３実施例とも高精度に制御されるので、熱流計出力ばらつきの原因である熱量ばらつき量も減じている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ワイヤーボンディング結線し樹脂封止した本発明実施例の熱流計を示す斜視図である。
【図２】ワイヤーボンディング結線し樹脂封止した本発明実施例の熱流計の構造斜視図である。
【図３】バンプを用いて結線し樹脂封止した本発明実施例の熱流計を示す斜視図である。
【図４】バンプを用いて結線し樹脂封止した本発明実施例の熱流計の構造斜視図である。
【図５】バンプ結線部構造概念図である。
【図６】先鋭な凹凸を有す硬質金属を軟質金属に圧接し結線し樹脂封止した本発明実施例の熱流計を示す斜視図である。
【図７】先鋭な凹凸を有す硬質金属を軟質金属に圧接し結線し樹脂封止した本発明実施例の熱流計の構造斜視図である。
【図８】先鋭な凹凸を有す硬質金属を軟質金属に圧接し結線した部分の構造概念図である。
【図９】従来技術の熱流計の斜視図である。
【図１０】従来技術の熱流計の構造斜視図である。
【符号の説明】
【００２１】
１絶縁性シート
２熱電対パターン
３熱電対パターン端部パッド
４ボンディングワイヤー
５絶縁性樹脂
６保持基板
７保持基板上信号取り出し電極
８保持基板パターン
９バンプ溶融圧接部
１０バンプ
１１先鋭な凹凸を有す硬質金属電極
１２軟質金属電極
１３基板
１４接着剤
１５切り落とし部
１６絶縁性コーティング層
１７導電性接着剤
【図１】
2005351856.tif 000003
【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】
2005351856.tif 000009
【図８】
2005351856.tif 000010
【図９】
2005351856.tif 000011
【図１０】
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