JP5458966B2 - 温度検出素子の実装構造 - Google Patents

Description

本発明は、チップサーミスタ等の温度検出素子を用いて測定対象部品の温度を検出する温度検出素子の実装構造に関するものである。

従来、部品の温度変化を検出する手法としては、チップサーミスタの抵抗値が温度変化に応じて変化することを利用して検出する方法がある。チップサーミスタを用いた方法では、温度測定対象部品のそばにチップサーミスタを配置し、部品の温度変化による熱でチップサーミスタ本体の温度を変化させ、チップサーミスタの抵抗値変化を測定することで部品温度を検出している。

この方法を用いて部品温度を正確に測定するためには、図５に示すようにチップサーミスタを測定対象の部品と接するように配置するのが理想的であるが、部品とチップサーミスタは接して配置することは出来ないため、実際には図６に示すように部品とチップサーミスタとの間に空間を空けて配置している。そのため、部品の熱は周囲の大気或いはチップサーミスタが実装されている基板から伝わり、チップサーミスタの温度はそれに応じて変化するため特定の温度差、温度変化の遅れが発生する。

そこで、例えば、図７に示すように熱導電率の良い樹脂を部品とチップサーミスタに繋がるように追加するという改善策がある。また、特許文献１にはパワートランジスタを実装するプリント配線パターンにサーミスタを密着して取り付ける構造が記載され、特許文献２にはパワートランジスタのドレイン端子を取り付けるランドとサーミスタを取り付けるランドを一体に形成する構造が記載されている。

特開平１０−０４８０５７号公報 特開２００６−２３７１４４号公報

図７の構造では、工数増の要因があったり、樹脂材料を追加する必要がある。また、特許文献１の構造では、配線パターンにサーミスタを密着して取り付けるため、配線パターンとサーミスタとの接触部の熱抵抗にばらつきを生じたり、組立に手間がかかるという課題がある。

更に、特許文献２の構造では、パワートランジスタのドレイン端子を取り付けるランドとサーミスタを取り付けるランドが一体であるため、パワートランジスタのドレイン端子とサーミスタの端子とが電気的に接続されてしまい、それらを電気的に接続できない回路には使用することができない。

本発明の目的は、温度測定対象部品と温度検出素子を電気的に接続することなく、温度測定対象部品と温度検出素子間の熱伝導率を改善することが可能な温度検出素子の実装構造を提供することにある。

本発明は、基板上に、部品を実装するための部品実装用ランド部と、そのランド部に隣接して温度検出素子を実装するための温度検出素子実装用ランド部を形成し、部品実装用ランド部に部品を、温度検出素子用ランド部に温度検出素子をそれぞれ実装する。また、基板の裏面には、熱伝導改善用パターンを形成し、部品実装用ランド部を熱伝導改善用パターンとスルーホールによって接続し、部品で発生した熱をスルーホールを介して熱伝導改善用パターンに逃がし、その熱を利用して熱伝導改善用パターンから基板上の温度検出素子に伝導することで測定する。

本発明によれば、温度検出素子への熱伝導効率を改善でき、温度測定対象部品と温度検出素子との温度差が減少し、より正確に部品温度を検出することができる。また、温度検出素子への熱伝導効率を改善でき、部品と温度検出素子との温度変化差が減少し、より時間的な遅れがなく部品温度を検出することができる。更に、温度測定対象の部品と温度検出素子を電気的に接続することなく、部品と温度検出素子間の熱伝導率を改善することが可能となる。

本発明の第１の実施形態を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示す図である。 本発明の第４の実施形態を示す図である。 従来の理想的な温度測定対象部品と温度検出素子の配置を示す図である。 従来の実際の温度測定対象部品と温度検出素子の配置を示す図である。 従来の温度測定対象部品と温度検出素子との間の熱伝導率を改善する方法を示す図である。

次に、発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、一般的な値として熱伝導率を整理すると、大気は約０．０２６W／ｍＫ、基板の材料ガラスエポキシ（ＦＲ−４）は約０．３６W／ｍＫ（大気の約１５倍）、パターン及びランドの銅は約３８０Ｗ／ｍＫ（大気の１万５千倍）という関係にある。そのため、パターンや基板を有効利用できれば、大気と比較してより有効である事が分かる。以下、これを踏まえて本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明に係る温度検出素子の実装構造の第１の実施形態を示す図である。なお、図１は温度測定対象の部品の端子と温度検出素子の端子とを電気的に接続しない例を示す。図１（ａ）はプリント配線基板の部品実装面を示す平面図、図１（ｂ）はプリント配線基板の裏面のパターンを示す図、図１（ｃ）はプリント配線基板に部品を実装した状態を示す平面図である。

まず、図１（ａ）に示すようにプリント配線基板上に温度測定対象の部品１０１を実装するための部品実装用ランド部１０２が形成され、その温度測定対象の部品１０１に隣接して温度検出素子であるチップサーミスタ１０３を実装するための温度検出素子実装用ランド部１０２が形成されている。プリント配線基板の表面上には、温度測定対象部品、チップサーミスタそれぞれの配線パターン部１０４が形成されている。

プリント配線基板の表面には、図１（ｃ）に示すように温度測定対象の部品１０１が部品実装用ランド部１０２上に配置され、それに隣接してチップサーミスタ１０３が温度検出素子実装用ランド部１０２上に配置されている。また、図１（ｂ）に示すようにプリント配線基板の裏面には、熱伝導改善用パターン１０５が形成されている。

熱伝導改善用パターン１０５は温度測定対象の部品１０１とチップサーミスタ１０３との間の熱伝導率を改善するものであり、図１（ｂ）に示すように部品１０１、チップサーミスタ１０３それぞれの外形と略同じ大きさに形成されている。また、熱伝導改善用パターン１０５は部品１０１の端子同士が電気的に接触しないように中心付近で分けられている。つまり、部品１０１は２端子であるが、その２端子が裏面で接続されないように熱伝導改善用パターン１０５が分けられている。この構造では、上述のように部品１０１の端子とチップサーミスタ１０３の端子は電気的に接続されない。

また、熱伝導改善用パターン１０５の２つに分けられたパターンは、それぞれ図１（ｂ）に示すように部品１０１側とチップサーミスタ１０３側が接続された形となっている。なお、温度測定対象の部品１０１、チップサーミスタ１０３は熱伝導改善用パターン１０５の真裏になるように配置されている。また、熱伝導改善用パターン１０５の大きさは、図１（ｃ）に限るものではない。

熱伝導改善用パターン１０５はプリント配線基板の表面（部品実装面）のランド部１０２とスルーホール１０６によって接続され、温度測定対象の部品１０１の熱をスルーホール１０６を通してプリント配線基板の裏面の熱伝導改善用パターン１０５に逃がし、この熱伝導改善用パターン１０５から逃がす熱を利用してチップサーミスタ１０３で部品１０１の熱をより正確に測定するものである。

つまり、プリント配線基板上の部品１０１の温度が変化すると、通常は周囲の大気や基板を経由してチップサーミスタ１０３に温度が伝導するが、本実施形態では、発熱部品の温度上昇を抑制するためスルーホールで基板裏面のパターンに接続し、そこにも熱を逃がしている。本実施形態では、その逃がす熱を逆に利用してチップサーミスタ１０３で熱を検出する。この点が特許文献２とは異なる。

そうすることで、従来に比べてチップサーミスタ１０３により多くの熱が伝わるようになり、熱伝導性を改善することが可能となる。熱伝導改善用パターン１０５は、例えば、図示しないグランドパターン等に接続することが放熱効果を高める上で望ましい。また、本実施形態では、基板表面のランド部からスルーホールを介して基板裏面の熱伝導改善用パターンに熱が伝わる構造であるため、部品の端子とチップサーミスタの端子を電気的に接続することなく、温度測定対象の部品１０１とチップサーミスタ１０３との間の熱伝導率を改善することが可能となる。

（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示す図である。図２では図１と同一部分には同一符号を付している。図２は温度測定対象の部品の一方の端子と温度検出素子の一方の端子を電気的に接続してもよい場合の例を示す。図２（ａ）はプリント配線基板の部品実装面を示す平面図、図２（ｂ）はプリント配線基板の裏面のパターンを示す平面図、図２（ｃ）は基板に部品を実装した状態を示す平面図である。

本実施形態では、図２（ａ）に示すようにプリント配線基板の部品実装面において温度測定対象の部品１０１の一方のランド部１０２とチップサーミスタ１０３の一方のランド部１０２とが熱伝導改善用パターン１０５で接続されている。即ち、温度測定対象の部品１０１の一方の端子とチップサーミスタ１０３の一方の端子が熱伝導改善用パターン１０５で電気的に接続されている。

一方、図２（ｂ）に示すようにプリント配線基板の裏面には熱伝導改善用パターン１０５が形成され、表側の一方のランド部１０２とスルーホール１０６で接続されている。熱伝導改善用パターン１０５の大きさは、部品１０１側では図１（ｂ）に示すパターンよりやや小さく、チップサーミスタ１０３側ではその外形より大きく形成され、図１（ｂ）のように２つに分割されてはいない。この熱伝導改善用パターン１０５も上述のようにグランドパターン等に接続するのが望ましい。

本実施形態は、温度測定対象の部品の一方の端子と温度検出素子の一方の端子を電気的に接続しても良い場合の例であるが、図１と同様に部品とチップサーミスタとの間の熱伝導率を改善することが可能となる。

（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態を示す図である。図３は図２と同様に温度測定対象の部品の一方の端子とチップサーミスタの一方の端子を電気的に接続してもよい場合の例を示す。図３（ａ）はプリント配線基板上のパターンを示す平面図、図３（ｂ）は基板上に部品とチップサーミスタを実装した状態を示す平面図である。図３では図１、図２と同一部分には同一符号を付している。

図３（ａ）に示すようにプリント配線基板上に温度測定対象の部品１０１を実装するためのランド部１０２とチップサーミスタ１０３を実装するためのランド部１０２が形成されている。その際、部品１０１を実装する一方のランド部１０２とチップサーミスタ１０３を実装する一方のランド部１０２が熱伝導改善用パターン１０５で接続されている。また、図３（ｂ）に示すようにランド部１０２上に部品１０１が実装され、それに隣接してランド部１０２上にチップサーミスタ１０３が実装されている。

部品１０１とチップサーミスタ１０３の他方側の端子同士は電気的に接続されていない。本実施形態では、図１、図２と同様に部品とチップサーミスタとの間の熱伝導率を改善することが可能となる。なお、本実施形態でも熱伝導改善用パターンはグランドパターン等に接続しても良い。

（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態を示す図である。図４は図１と同様に温度測定対象の部品の端子と温度検出素子の端子を電気的に接続しない例を示す。図４（ａ）はプリント配線基板上のパターンを示す平面図、図４（ｂ）はプリント配線基板上に部品とチップサーミスタを実装した状態を示す平面図である。図４では図１、図２等と同一部分には同一符号を付している。

図４（ａ）に示すようにプリント配線基板上に温度測定対象の部品１０１を実装するためのランド部１０２とチップサーミスタ１０３を実装するためのランド部１０２が形成されている。部品１０１を実装するための２つのランド部１０２の間には、そのランド部１０２と平行に２本の熱伝導改善用パターン１０５が形成され、このパターン１０５がチップサーミスタ１０３を実装するランド部１０２と接続されている。

また、図４（ｂ）に示すように部品１０１がランド１０２上に配置されているが、その際、部品１０１は部品実装用のランド部１０２間に配置された２本の熱伝導改善用パターン１０５上に密着して配置されている。それに隣接してランド部１０２上にチップサーミスタ１０３が実装されている。本実施形態では、図１〜図３と同様に部品とチップサーミスタとの間の熱伝導率を改善することが可能となる。本実施形態でも熱伝導改善用パターンはグランドパターン等に接続しても良い。

なお、本発明は、熱伝導改善パターンの形状・位置やスルーホールの個数、或いは部品との位置関係等は、図１乃至図４の実施形態に限ることはない。即ち、温度測定対象の部品とチップサーミスタとの間で熱伝導効率を改善できれば、どのようなパターンや配置等もあって良い。また、幾層の基板に対しても同様の配置を複数行う事でより効果を発揮することができる。

１０１ 温度測定対象の部品
１０２ ランド部
１０３ チップサーミスタ
１０４ パターン部
１０５ 熱伝導改善用パターン
１０６ スルーホール

Claims (3)

1. 基板上に実装された温度測定対象の部品の温度を、前記基板上に温度検出素子を実装して測定する温度検出素子の実装構造であって、
   前記基板上に、それぞれ配線パターン部と接続された、前記部品を実装するための複数の部品実装用ランド部と、前記複数の部品実装用ランド部に隣接して前記温度検出素子を実装するための複数の温度検出素子実装用ランド部が形成され、前記複数の部品実装用ランド部に前記部品が、前記複数の温度検出素子用ランド部に前記温度検出素子がそれぞれ実装され、
   前記基板の裏面には、前記部品の端子同士が電気的に接続されないように分離された複数のパターンからなる熱伝導改善用パターンが形成され、前記複数の部品実装用ランド部が前記複数のパターンとそれぞれスルーホールによって接続され、前記部品で発生した熱を前記スルーホールを介して前記複数のパターンに逃がし、前記複数のパターンから前記基板上の前記温度検出素子に伝導することによって測定することを特徴とする温度検出素子の実装構造。
2. 基板上に実装された温度測定対象の部品の温度を、前記基板上に温度検出素子を実装して測定する温度検出素子の実装構造であって、
   前記基板上に、それぞれ配線パターン部と接続された、前記部品を実装するための第１及び第２の部品実装用ランド部と、前記第１及び第２の部品実装用ランド部に隣接して前記温度検出素子を実装するための複数の温度検出素子実装用ランド部が形成され、前記第１及び第２の部品実装用ランド部に前記部品が、前記複数の温度検出素子用ランド部に前記温度検出素子がそれぞれ実装され、
   前記基板の裏面には、第１の熱伝導改善用パターンが形成され、前記第１の部品実装用ランド部が前記第１の熱伝導改善用パターンとスルーホールによって接続され、前記部品で発生した熱の一部を前記スルーホールを介して前記第１の熱伝導改善用パターンに逃がし、前記第１の熱伝導改善用パターンから前記基板上の前記温度検出素子に伝導し、
   前記第２の部品実装用ランド部が前記温度検出素子用ランド部の一つと前記基板上の第２の熱伝導改善用パターンで接続され、前記部品で発生した熱の一部を前記第２の熱伝導改善用パターンに逃がし、前記第２の熱伝導改善用パターンから前記温度検出素子に伝導することを特徴とする温度検出素子の実装構造。
3. 前記複数のパターンからなる熱伝導改善用パターン、又は前記第１及び第２の熱伝導改善用パターンは、更に熱を逃がすためのパターンに接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度検出素子の実装構造。