(57)【要約】  【課題】  温度の検知精度に優れた配線基板等を提供すること。  【解決手段】  配線基板５は、絶縁基体１と、絶縁基体１の主面に設けられた電極２と、絶縁基体１の内部に設けられた内部抵抗配線３と、内部抵抗配線３と電極２とを接続するビア導体４とを有しており、内部抵抗配線３はガラスを含有しておらず、ビア導体４はガラスを含有している。【選択図】  図１
2016046429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基体と、
該絶縁基体の主面に設けられた電極と、
前記絶縁基体の内部に設けられた内部抵抗配線と、
該内部抵抗配線と前記電極とを接続するビア導体とを有しており、
前記内部抵抗配線はガラスを含有しておらず、
前記ビア導体はガラスを含有していることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記内部抵抗配線は、幅方向の端部に比べて内側の厚みが厚くなっていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記電極はガラスを含有していないことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の配線基板と、
前記電極に接続されたリード端子とを有していることを特徴とする測温体。
【請求項５】
請求項４記載の測温体と、
前記電極を覆うように前記絶縁基体の外表面に設けられた被覆体とを有していることを特徴とする測温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック焼結体からなる絶縁基体の内部に、内部抵抗配線が設けられてなる配線基板、測温体および測温装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス等の高温（例えば数百〜一千℃程度）の流体等における温度検知用のセンサとして、絶縁基体の表面に抵抗配線を設け、抵抗配線の電気抵抗の温度による変化を利用した配線基板が知られている。金属材料としては、高温における耐酸化性等の観点から、抵抗配線として白金（Ｐｔ）等を含むものが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−201131号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の配線基板等においては、絶縁基体との接合強度を高めるために抵抗配線がガラスを含んでおり、ガラスを多く含む箇所や少なく含む箇所を有するものとなる場合があり、電気抵抗が部分的に変化したものとなってしまい、温度の検知精度が低下するものとなっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの態様による配線基板は、絶縁基体と、該絶縁基体の主面に設けられた電極と、前記絶縁基体の内部に設けられた内部抵抗配線と、該内部抵抗配線と前記電極とを接続するビア導体とを有しており、前記内部抵抗配線はガラスを含有しておらず、前記ビア導体はガラスを含有している。
【０００６】
本発明の他の態様の測温体は、上記構成の配線基板と、前記電極に接続されたリード端子とを有している。
【０００７】
本発明の他の態様の測温装置は、上記構成の測温体と、前記電極を覆うように前記絶縁基体の外表面に設けられた被覆体とを有している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一つの態様による配線基板は、絶縁基体と、絶縁基体の主面に設けられた電極と、絶縁基体の内部に設けられた内部抵抗配線と、内部抵抗配線と電極とを接続するビア導体とを有しており、内部抵抗配線はガラスを含有しておらず、ビア導体はガラスを含有していることから、内部抵抗配線は電気抵抗が均一なものとなり、またビア導体は断面積が比較的大きく、電気抵抗が部分的に変化したものとなりにくいため、温度の検知精度を高いものとすることが可能となる。
【０００９】
本発明の他の態様による測温体は、上記構成の配線基板を有していることから、温度の検知精度が向上されたものとすることができる。
【００１０】
本発明の他の態様による測温装置によれば、上記構成の測温体と、電極を覆うように絶縁基体の外表面に設けられた被覆体とを有していることから、絶縁基体のうち内部抵抗配線が設けられている部分は被覆体で被覆されていないため、外部の熱が被覆体に妨げられ
ることなく内部抵抗配線に伝わるため、温度の検知精度がさらに高められている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の配線基板を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態の配線基板の部分縦断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施形態の測温装置を示す斜視透視図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態の配線基板、測温体および測温装置を、添付の図面を参照して説明する。以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に配線基板等が使用される際の上下を限定するものではない。
【００１３】
図１は本発明の第１の実施形態の配線基板および測温体を示す分解斜視図である。図１に示すように、複数の絶縁層１ａ（図１の例では２層）が積層されて絶縁基体１が形成されている。絶縁基体１に電極２、内部抵抗配線３およびビア導体４が設けられて配線基板５が形成されている。また、配線基板５にリード端子７が設けられて測温体６が形成される。図１においては、配線基板５を形成している２層の絶縁層１ａ毎に分解されて、それぞれの絶縁層１ａに設けられた電極２、内部抵抗配線３およびビア導体４が示されている。内部抵抗配線３の抵抗値が温度に応じて変化することを利用して温度測定が行なわれる。すなわち、内部抵抗配線３の抵抗値の測定値から、配線基板５等が位置している環境等の温度が算出され、検知される。
【００１４】
絶縁基体１は、例えば四角板状等の平板状であり、電極２、内部抵抗配線３およびビア導体４を設けるための基体部分である。絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体によって形成されている。絶縁基体１は、このようなセラミック焼結体からなる複数の絶縁層１ａが積層されて形成されている。
【００１５】
絶縁基体１は、例えば、各絶縁層１ａが酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、以下の方法で製作することができる。まず、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダーおよび溶剤等を添加混合して作製したスラリーを、ドクターブレード法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製する。次に、これらのセラミックグリーンシートを適当な寸法に切断加工した後、これらを複数枚積層して積層体を作製する。その後、この積層体を高温（約1600℃）で焼成することによって絶縁基体１が製作される。複数のセラミックグリーンシートがそれぞれ絶縁層１ａになる。なお、絶縁基体１は、ガラスを含んでいても構わない。
【００１６】
内部抵抗配線３は、絶縁基体１の内部に設けられている。内部抵抗配線３は、その電気抵抗（抵抗値）が温度に応じて変化する金属材料である白金または白金を主成分とする金属材料によって形成されている。金属材料の抵抗値の温度に応じた変化を検知する上では、初期（例えば基準温度である０℃程度）における金属材料の電気抵抗の絶対値（初期値）が大きい程好ましい。
【００１７】
これは、次のような理由による。すなわち、内部抵抗配線３の温度変化に応じた抵抗値の変化は、初期の抵抗値の大きさ（絶対値）に関係なく一定の比率で生じる。つまり、初期の抵抗値が大きい程、温度変化に伴う抵抗値の変化の絶対値が大きくなる。この抵抗値の変化の絶対値がより大きいほどノイズ（温度変化以外の要因による抵抗値の変動）の影響を受けにくくなる。また測定もより容易になる。したがって、内部抵抗配線３は、その
初期の抵抗値が大きい方が好ましい。そのため、白金等の金属材料は線状のパターン（すなわち、抵抗値を測定する区間の長さが長く、抵抗値の絶対値を大きくする上で有利なパターン）としている。
【００１８】
白金を主成分とする金属材料における白金以外の成分については、内部抵抗配線３の温度抵抗係数（ＴＣＲ）の調整や、耐熱性の向上等を目的に、適宜、その成分（種類）や添加量が選択される。白金以外の成分としては、例えばパラジウム、ロジウム、イリジウム等の白金族元素の金属材料および金等が挙げられる。なお、例えば内部抵抗配線３の温度変化に対する抵抗値の変化の直線性が重視される場合には白金の含有量が大きい方が好ましい。
【００１９】
白金を主成分とする金属材料は、白金を約80質量％以上の割合で含有している。白金と他の成分とは合金を形成していていも良く、互いに独立した結晶粒子として存在していてもよい。なお、内部抵抗配線３は、白金または白金を主成分とする金属材料といった金属成分以外の添加材を含有していてもよい。添加材としては、例えば酸化アルミニウム等の、絶縁基体１に含まれているのと同様の無機物の粒子等が挙げられる。添加材は、例えば内部抵抗配線３と絶縁層１ａとの焼成収縮率の整合等のために添加される。
【００２０】
内部抵抗配線３は、例えば白金の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁層１ａとなるセラミックグリーンシートの主面等に所定パターンに塗布し、同時焼成することによって形成することができる。
【００２１】
また、内部抵抗配線３はガラスを含有していないものとなっている。このような構成とすることによって、内部抵抗配線３は抵抗が均一なものとなり、温度の検知精度を高いものとすることが可能となっている。
【００２２】
この内部抵抗配線３の一方の端（第１端部Ａ）と、それと反対側の端（第２端部Ｂ）との間の抵抗値が、例えば外部電気回路で測定される。この抵抗値は内部抵抗配線３の温度に応じて変化し、内部抵抗配線３の温度は配線基板５等が位置している環境の温度（外部の温度）に応じて変化する。内部抵抗配線３の第１端部Ａと第２端部Ｂとの間の抵抗値が、配線基板５としての抵抗値に相当する。すなわち、内部抵抗配線３の第１および第２端部Ａ、Ｂ間の抵抗値を検知することによって、外部の温度が検知される。具体的には、あらかじめ設定されている上記０℃における初期値に対して、外部の温度の上昇に伴い内部抵抗配線の抵抗値が増加する。白金を主成分とする内部抵抗配線は、この抵抗値の増加が温度の増加に対して直線的に比例する。そのため、抵抗値の初期値からの増加に基いて、０℃等からの外部の温度の上昇が容易に算出され、検知され得る。
【００２３】
外部の温度は、例えば各種の燃焼排ガスの温度であり、数百〜千℃程度の高温を検知することが必要な場合もある。このような高温における安定性、および温度に応じた電気抵抗変化の直線性が良好であるため、内部抵抗配線３は白金または白金を主成分とする金属材料によって形成されている。例えば、測温体６は、上記のような抵抗検知用の電気回路（外部電気回路）を含む外部基板（図示せず）に実装され、このような外部基板等とともに被測温物が存在する部分（ガスの流路等）に実装される。
【００２４】
また、内部抵抗配線３は、仮に外気に露出した状態であると、異物の付着、または外部基板もしくは外部基板に実装される他の部品等と誤ってぶつかることによる破壊等のために不要に電気抵抗が変化してしまう可能性がある。これを防ぐために、内部抵抗配線３は複数の絶縁層１ａの層間に設けられている。言い換えれば、内部抵抗配線３は絶縁基体１の内部に設けられ、外部には露出していない。また、内部抵抗配線３は絶縁基体１の内部に設けられているため、ガラスを含有していない内部抵抗配線３であっても絶縁基体１に
確実に保持されるものとなっている。
【００２５】
電極２は、絶縁基体１の主面に設けられている。電極２は、内部抵抗配線３を外部の電気回路に接続するための部分である。電極２は、例えば内部抵抗配線３と同様の金属材料（白金等）を用い、同様の方法で形成することができる。実施形態の配線基板５における電極２は、白金からなる方形状のパターンである。電極２は、円形状等の他の形状であってもよい。
【００２６】
電極２は、後述するように高温の環境下におかれる場合があるため、白金を含む白金族の金属または金等の、高温における耐酸化性の高い金属材料からなるものであることが好ましい。
【００２７】
貫通導体、いわゆるビア導体４は、内部抵抗配線３と電極２とを接続している。この実施形態では、ビア導体４は、例えば絶縁層１ａを厚み方向に貫通している。
【００２８】
ビア導体４は、例えば内部抵抗配線３と同様の金属材料（白金等）を主成分とする導体材料（金属材料）によって形成されている。このような金属材料としては、白金、または白金を主成分とし、アルミナ等の無機物フィラーが添加されたものが挙げられる。無機物フィラーは、例えばビア導体４と絶縁基体１とが同時焼成で形成されるときに、両者の収縮率および収縮挙動等を整合させるためのものである。また、ビア導体４は、絶縁基体１との接合強度を高めるためにガラスを含んでいる。
【００２９】
ビア導体４は、例えば白金の金属ペーストを、絶縁層１ａとなるセラミックグリーンシートにあらかじめ設けておいた貫通孔内に充填し、同時焼成することによって形成することができる。貫通孔は、例えば金属ピンを用いた機械的な孔あけ加工、またはレーザー光による孔あけ加工等の加工方法でセラミックグリーンシートに設けることができる。この場合、上記のような無機物フィラーの粒子が金属ペーストに添加されていてもよい。
【００３０】
ビア導体４は、その長さ方向に対し直交する断面における面積（以下、単に断面積という）が、内部抵抗配線３の断面積に比べて大きくなっており、内部抵抗配線３に比べてビア導体４の抵抗を小さく抑えることが容易である。ビア導体４は、その長さが内部抵抗配線３に比べて短いため、ビア導体４の両端間の抵抗値は内部抵抗配線３に比べてもともと小さいが、上述のように断面積が比較的大きいことによって、さらにビア導体４の抵抗値を、例えば無視できる程度に小さく抑えることができる。したがって、例えばビア導体４の存在によって、内部抵抗配線３の第１端部Ａと第２端部Ｂとの間の抵抗値の所定値からずれるような可能性がさらに低減され、温度検知の精度が向上し得る。
【００３１】
なお、ビア導体４と内部抵抗配線３とがビアパッド４ａを介して接続するようにしてもよい。このような構成とすることによって、平面方向の位置ズレ等が発生したとしても、ビア導体４と内部抵抗配線３とが確実に接続されたものとなり、好ましい。ビアパッド４ａは、例えば内部抵抗配線３と同様の金属材料（白金等）を主成分とする導体材料（金属材料）によって形成されている。
【００３２】
本実施形態の配線基板５によれば、絶縁基体１と、絶縁基体１の主面に設けられた電極２と、絶縁基体１の内部に設けられた内部抵抗配線３と、内部抵抗配線３と電極２とを接続するビア導体４とを有しており、内部抵抗配線３はガラスを含有しておらず、ビア導体４はガラスを含有していることから、内部抵抗配線３は電気抵抗が均一なものとなり、またビア導体４は断面積が比較的大きく、電気抵抗が部分的に変化したものとなりにくいため、温度の検知精度を高いものとすることが可能となる。
【００３３】
また、絶縁基体１がガラスを含有している場合において、絶縁基体１におけるガラスの含有率は、ビア導体４におけるガラスの含有率より大きい場合においては、焼成時にビア導体４に含まれるガラスが絶縁基体１に流出するのを抑制することが可能となり、絶縁基体１とビア導体４との接合強度を高いものとすることができ、好ましい。なお、絶縁基体１におけるガラスの含有率が４〜12ｗｔ％、ビア導体４におけるガラスの含有率が１〜11ｗｔ％であって、絶縁基体１におけるガラスの含有率がビア導体４におけるガラスの含有率より大きいと、焼成時にビア導体４に含まれるガラスが絶縁基体１に流出するのを効果的に抑制することが可能となり、絶縁基体１とビア導体４との接合強度を高いものとすることができ、好ましい。
【００３４】
また、図２に示される例は、図１に示される配線基板５の内部抵抗配線３の長さ方向に対し直交する部分縦断面図であり、図２に示される例のように、内部抵抗配線３は、幅方向の端部に比べて内側の厚みが厚くなっていると、絶縁基体１と内部抵抗配線３の幅方向の端部と間に隙間を有しにくいものとなっているため、外部の温度が高温となり、内部抵抗配線３に外部の温度が伝わっても、内部抵抗配線３の形状は変化しにくいものとなり、内部抵抗配線３の電気抵抗が変化するのを抑制されたものとすることができ、好ましい。
【００３５】
また、電極２はガラスを含有していないと、焼成時に電極２の金属材料と、電極２に接続されるビア導体４の金属材料とが良好に接続されるものとなり、好ましい。また、後述するリード端子７を、抵抗溶接や金を含むろう材を用いたろう付け法等によって電極２に良好に接続されるものとなり、好ましい。
【００３６】
上述の配線基板５と、配線基板５の電極２に接続されたリード端子７とによって、実施形態の測温体６が形成される。リード端子７は、例えば内部抵抗配線３等と同様に、白金を含む金属材料からなり、純白金からなる場合もある。リード端子７の電極２に対する接続は、例えば抵抗溶接や金を含むろう材を用いたろう付け法等の接合手段によって行なわれる。
【００３７】
このような測温体６によれば、上記構成の配線基板５を有していることから、温度の検知精度が向上されたものとすることができる。
【００３８】
測温体６を用いた温度検知は、例えば内燃機関（ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等）やガスタービン、ボイラー等の燃焼部を有する機器からの排ガスの温度を測定する測定器の場合であれば、次のようにして行なわれる。すなわち、まず上記のような電気抵抗測定用の回路を含む外部基板に測温体６を搭載し、測温体６の電極２を外部基板の回路の所定部位に電気的に接続する。電気的な接続の手段としては、両者をはんだ接合すること、あるいは電極２にリード端子７（図１では図示せず）を抵抗溶接や金を含むろう材を用いたろう付け法等の接続手段が挙げられる。次に、外部基板に搭載した測温体６を排ガスの流路中に実装する。この場合、少なくとも測温体が排ガス中に位置できるようにすればよく、外部基板の他の部位は必ずしも排ガス中に位置させる必要はない。その後、排ガスの温度に応じて測温体６および測温体に含まれている内部抵抗配線３の第１および第２端部Ａ、Ｂ間の抵抗値が変化し、この抵抗値が電気回路測定用の回路で測定される。測定された抵抗値を基に、例えばあらかじめ測定しておいた電気抵抗と温度との関係から内部抵抗配線３の温度、つまり内部抵抗配線３を含む測温体６が位置している部分の温度を検知することができる。
【００３９】
内部抵抗配線３の線幅は、検知しようとする温度の測温の精度、温度域、内部抵抗配線３の厚みおよび長さ、絶縁層１ａの外周から内部抵抗配線３までの距離等の条件および生産性、ならびに経済性等の条件に応じて、適宜設定される。
【００４０】
例えば、検知しようとする温度域が約500〜1000℃の高温域であり、内部抵抗配線３が
白金（白金の含有量が99.99質量％以上のいわゆる純白金等）からなり、その厚みが約５
〜15μｍ程度の場合であれば、内部抵抗配線３の線幅は、例えば約20〜50μｍ程度に設定される。また、この場合、内部抵抗配線３のうち絶縁層１ａの外周に沿った部分（つまり外部に近い部分）の線幅を約50〜200μｍ程度に設定してもよい。これにより、内部抵抗
配線３のうち外部に近い部分における白金の昇華等による相対的な減少量が低減され、温度変化の検知の精度がさらに向上し得る。
【００４１】
なお、内部抵抗配線３の厚みは、抵抗値（初期値）をできるだけ大きくする上では小さい方がよく、内部抵抗配線３形成時の作業性の点ではある程度大きい方がよい。そのため、内部抵抗配線３の厚みは、例えば５μｍ程度、またはそれ以上の厚みに設定される。
【００４２】
このような内部抵抗配線３の厚み設定等を考慮すれば、絶縁層１ａがセラミック焼結体からなり、内部抵抗配線３が厚膜導体であることが好ましい。この場合の内部抵抗配線３は、例えば絶縁基体１（複数の絶縁層１ａ）との同時焼成で形成されたものである。内部抵抗配線３が厚膜導体であれば、その厚みを上記のように約５μｍまたは８μｍ以上程度に設定することが容易である。
【００４３】
また、このような比較的厚い内部抵抗配線３、ビア導体４および電極２が絶縁基体１との同時焼成で形成され得るため、内部抵抗配線３、ビア導体４および電極２と絶縁基体１との接合の強度、および配線基板５としての生産性の点で有利である。また、内部抵抗配線３および電極２となる金属ペーストの印刷パターンの調整だけで、内部抵抗配線３および電極２のパターンを容易に設定することができる。そのため、例えば配線基板５および測温体６としての設計の自由度、および生産性等の点でも有利である。
【００４４】
上記の測温体６について、例えば電極２に外部接続用のリード端子７が接続されたり、金属製筐体等の被覆体で被覆されたりして、測温装置（図１では図示せず）が形成される場合がある。測温装置は、前述した測温体６による温度検知の場合と同様に外部基板に実装されて温度測定を行なう。この場合、例えば被覆体によって測温体６が外部環境からより効果的に保護される。また、リード端子７によって上記実装がより容易になる。
【００４５】
図３（ａ）は本発明の実施形態の測温装置10を示す斜視透視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図である。図３において図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。また、図３（ｂ）では、見やすくするために上側の絶縁層１ａを省略している。この測温装置10は、上記構成の測温体６と、電極２を覆うように絶縁基体１の外表面に取り付けられた被覆体11とを含んでいる。この例では、平面透視において、測温体６に含まれている絶縁基体１の厚み方向に見たときに、被覆体11が内部抵抗配線３と重なっていない。
【００４６】
このような場合には、内部抵抗配線３と外部（温度を検知する外部環境）との間に被覆体11が介在していないため、外部の温度が内部抵抗配線３に伝わりやすい。外部の温度（熱）は、被覆体11の厚みに比べて、厚みが薄い、すなわち伝熱距離が小さい絶縁層１ａを通って内部抵抗配線３に伝わる。そのため、外部から内部抵抗配線３へ伝熱が比較的容易であり、外部の温度検知が容易である。したがって、外部の温度検知の精度が高い測温装置10の提供がより容易である。
【００４７】
この測温装置10においては、内部抵抗配線３はミアンダ状であり、内部抵抗配線３の初期の抵抗値をできるだけ大きくすること、および測温装置10としての小型化に対してより有利なものとなっている。
【００４８】
被覆体11は、例えば、測温体６のうち少なくとも電極２およびその周囲の絶縁基体1の
外表面を被覆するものであり、円筒状または楕円筒状の形状である。また、被覆体11は、インコネル等の耐熱性金属で形成されている。被覆体11は、例えば円筒等の形状であって、絶縁基体１のうち被覆体11から突き出る長さが５ｍｍ程度であり、絶縁基体１のうち被覆体11に被覆されている部分の長さが５ｍｍ程度になるような寸法で形成されている。このような被覆体11の長さは、例えば約40ｍｍ程度である。
【００４９】
なお、本発明は以上の実施形態の例に限定されるものではく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、絶縁基体１を構成する絶縁層１ａを３層以上とし、各絶縁層１ａの層間に設けられる内部抵抗配線３を２層以上の複数層としてもよい。このような構成とすることによって、内部抵抗配線３の抵抗値を測定する区間の長さがより長いものとなり、温度の検知精度がさらに高められたものとなる。この場合、各内部抵抗配線３同士は、内部抵抗配線３と電極２との接続の場合と同様にビア導体４を介して接続される。
【００５０】
また、例えば、電極２とリード端子７との接続部をガラス材料等のコート材（図示せず）で被覆するようにしてもよい。この場合には、電極２とリード端子７との接続部をコート材によって外部環境からより効果的に保護される。さらに、電極２とリード端子７との接続部から、電極２とリード端子７との接続部の周辺となる絶縁基体１までコート材で被覆すると、コート材により配線基板５とリード端子７との接続強度が向上されたものとなる。なお、ガラス材料としては、例えばバリウム珪酸系ガラスやホウケイ酸ガラス等が挙げられる。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・絶縁基体
１ａ・・絶縁層
２・・・電極
３・・・内部抵抗配線
４・・・ビア導体
４ａ・・ビアパッド
５・・・配線基板
６・・・測温体
７・・・リード端子
10・・・測温装置
11・・・被覆体
【図１】
2016046429.tif 000003
【図２】
2016046429.tif 000004
【図３】
2016046429.tif 000005