JP6256536B2 - 熱流束センサモジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱流束センサモジュールおよびその製造方法に関するものである。

特許文献１に、被測定物における熱流束の面内分布を測定する測定装置が開示されている。この測定装置は、複数のセンサ部が一体化されたセンサモジュールを備えている。センサモジュールは、１つの多層基板の内部に複数のセンサ部が形成されたものである。複数のセンサ部のそれぞれを構成する熱電変換素子は、共通の絶縁基材に形成されている。

特開２０１６−１１９５０号公報

ところで、本発明者は、被測定物における熱流束の面内分布を測定するためのセンサモジュールとして、次の構造のものを検討した。

センサモジュールは、熱流束を検出する複数のセンサチップと、複数のセンサチップが表面上に配置されるベースフィルムと、複数のセンサチップを保護する保護フィルムとを備える。複数のセンサチップは、互いに間を空けて配置されている。ベースフィルムと保護フィルムの間に複数のセンサチップが挟まれている。

しかし、このような構造の熱流束センサは、隣り合うセンサチップの間であって、ベースフィルムと保護フィルムの間に空気層が存在する場合がある。この場合、下記の通り、被測定物における熱流束の面内分布を正確に測定できないという課題が、本発明者によって見出された。すなわち、空気は、金属や樹脂と比較して、熱伝導率が低い。このため、被測定物からの熱が熱流束センサを通過する際に、熱が空気層を通過しない。熱が複数のセンサチップのそれぞれを選択的に流れる。この結果、センサチップの測定値が、センサチップの場所における本来の熱流束の大きさよりも大きくなる。

本発明は上記点に鑑みて、被測定物における熱流束の面内分布を精度良く測定できる熱流束センサモジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、
熱流束の面内分布を測定する熱流束センサモジュールであって、
一面（２１）を有する第１フィルム（２０）と、
互いに間を空けて一面に配置され、熱流束を検出する複数のセンサチップ（１０）と、
第１フィルムの一面側に積層され、第１フィルムとの間に複数のセンサチップを挟む第２フィルム（３０）と、
隣り合うセンサチップの間に配置され、空気よりも熱伝導率が高い熱伝導部材（４０）とを備え、
熱伝導部材は、第１フィルムと第２フィルムの両方に接している。

この熱流束センサモジュールでは、隣り合うセンサチップの間に配置された熱伝導部材が、第１フィルムと第２フィルムの両方に接している。このため、被測定物からの熱が熱流束センサモジュールを通過する際に、隣り合うセンサチップの間の部位を、熱伝導部材を介して、第１フィルムと第２フィルムの一方から他方へ熱が通過することができる。したがって、隣り合うセンサチップの間であって第１フィルムと第２フィルムの間に空気層が存在する場合と比較して、被測定物における熱流束の面内分布を精度良く測定することができる。

また、請求項３に記載の発明は、
熱流束の面内分布を測定する熱流束センサモジュールであって、
一面（２１）を有する第１フィルム（２０）と、
互いに間を空けて一面に配置され、熱流束を検出する複数のセンサチップ（１０）と、
第１フィルムの一面側に積層され、第１フィルムとの間に複数のセンサチップを挟む第２フィルム（３０）とを備え、
隣り合うセンサチップの間において、第１フィルムと第２フィルムとが直に接している。

これによれば、被測定物からの熱が熱流束センサを通過する際に、隣り合うセンサチップの間の部位を、第１フィルムと第２フィルムの一方から他方へ熱が通過することができる。したがって、隣り合うセンサチップの間であって、第１フィルムと第２フィルムの間に空気層が存在する場合と比較して、被測定物における熱流束の面内分布を精度良く測定することができる。

また、請求項５に記載の発明は、
熱流束の面内分布を測定する熱流束センサモジュールの製造方法であって、
一面（２１）を有する第１フィルム（２０）と、熱流束を検出する複数のセンサチップ（１０）と、第２フィルム（３０）と、空気よりも熱伝導率が高い材料で構成されたシート（５１）とを用意すること（Ｓ１）と、
複数のセンサチップを互いに間を空けて一面に配置し、複数のセンサチップを覆うように、第１フィルムの一面側にシートを積層し、シートのセンサチップ側とは反対側に第２フィルムを積層して積層体（５３）を形成すること（Ｓ２）と、
積層体の積層方向に、積層体を加熱しながら加圧すること（Ｓ３）とを有し、
加圧することにおいては、シートを流動させることにより、隣り合うセンサチップの間に、第１フィルムと第２フィルムの両方に接しており、材料で構成された熱伝導部材（４０）を形成する。

このようにして、熱伝導部材を備える熱流束センサモジュールを製造することができる。この熱流束センサモジュールによれば、上述の通り、隣り合うセンサチップの間であって第１フィルムと第２フィルムの間に空気層が存在する場合と比較して、被測定物における熱流束の面内分布を精度良く測定することができる。また、請求項６に記載の発明は、
熱流束の面内分布を測定する熱流束センサモジュールの製造方法であって、
一面（２１）を有する第１フィルム（２０）と、熱流束を検出する複数のセンサチップ（１０）と、第２フィルム（３０）とを用意すること（Ｓ１）と、
複数のセンサチップを互いに間を空けて一面に配置し、空気よりも熱伝導率が高い材料（５４）を隣り合うセンサチップの間に配置し、複数のセンサチップおよび材料を覆うように、第１フィルムの一面側に第２フィルムを積層して積層体（５５）を形成すること（Ｓ２）と、
積層体の積層方向に、積層体を加圧すること（Ｓ３）とを有し、
加圧することにおいては、隣り合うセンサチップの間に、第１フィルムと第２フィルムの両方に接しており、材料で構成された熱伝導部材（４０）を形成する。

このようにして、熱伝導部材を備える熱流束センサモジュールを製造することができる。この熱流束センサモジュールによれば、上述の通り、隣り合うセンサチップの間であって第１フィルムと第２フィルムの間に空気層が存在する場合と比較して、被測定物における熱流束の面内分布を精度良く測定することができる。

また、請求項８に記載の発明は、
熱流束の面内分布を測定する熱流束センサモジュールの製造方法であって、
一面（２１）を有する第１フィルム（２０）と、熱流束を検出する複数のセンサチップ（１０）と、第２フィルム（３０）とを用意すること（Ｓ１）と、
複数のセンサチップを互いに間を空けて一面に配置し、複数のセンサチップを覆うように、第１フィルムの一面側に第２フィルムを積層して積層体（５６）を形成すること（Ｓ２）と、
積層体の積層方向に、積層体を加熱しながら加圧すること（Ｓ３）とを有し、
加圧することにおいては、加圧するための一対の加熱部材（６２）の間に積層体（５６）を配置するとともに、積層体の第１フィルムと第２フィルムの少なくとも一方側において、積層体と加圧部材との間に、加圧部材よりも変形しやすい加圧補助部材（６４）を配置した状態で、積層体を加圧し、加圧によって加圧補助部材が変形することにより、第１フィルムと第２フィルムの少なくとも一方が変形して、隣り合うセンサチップの間において、第１フィルムと第２フィルムとが直に接する状態となる。

このようにして、隣り合うセンサチップの間において、第１フィルムと第２フィルムとが直に接している熱流束センサモジュールを製造することができる。この熱流束センサモジュールによれば、上述の通り、隣り合うセンサチップの間であって第１フィルムと第２フィルムの間に空気層が存在する場合と比較して、被測定物における熱流束の面内分布を精度良く測定することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態における熱流束分布測定装置を示す平面図である。 図１中のII−II断面図である。 表面保護部材が無い状態の図１中の１つのセンサチップの平面図である。 図３中のIV−IV断面図である。 保護フィルムが無い状態の図１中のセンサモジュールの平面図である。 図５中のVI−VI断面図である。 第１実施形態におけるセンサモジュールの製造工程を示すフローチャートである。 第１実施形態の熱圧着工程における各部材の配置を示す断面図である。 第１実施形態の積層前の状態におけるベースフィルムの平面図である。 第１実施形態の熱圧着前の積層状態におけるベースフィルムとセンサチップの図６に対応する断面図である。 比較例１におけるセンサモジュールの断面図であって、ベースフィルム側から保護フィルム側に向かってセンサモジュールを通過する熱流を模式的に示す図である。 比較例１におけるセンサモジュールの断面図であって、保護フィルム側からベースフィルム側に向かってセンサモジュールを通過する熱流を模式的に示す図である。 第１実施形態におけるセンサモジュールの断面図であって、ベースフィルム側から保護フィルム側に向かってセンサモジュールを通過する熱流を模式的に示す図である。 第１実施形態におけるセンサモジュールの断面図であって、保護フィルム側からベースフィルム側に向かってセンサモジュールを通過する熱流を模式的に示す図である。 第２実施形態におけるセンサモジュールの製造工程を示す断面図である。 第３実施形態における熱流束分布測定装置を示す平面図である。 図１６中のXVII−XVII断面図である。 第３実施形態の熱圧着工程における各部材の配置を示す断面図である。 第３実施形態におけるセンサモジュールの断面図であって、ベースフィルム側から保護フィルム側に向かってセンサモジュールを通過する熱流を模式的に示す図である。 第３実施形態におけるセンサモジュールの断面図であって、保護フィルム側からベースフィルム側に向かってセンサモジュールを通過する熱流を模式的に示す図である。 第４実施形態の熱圧着工程における各部材の配置を示す断面図である。 第４実施形態におけるセンサモジュールの断面図である。 他の実施形態におけるセンサモジュールの平面図である。 他の実施形態におけるセンサモジュールの平面図である。

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。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の熱流束分布測定装置１は、熱流束センサモジュール（以下、センサモジュールと呼ぶ）２と、演算装置３とを備えている。

センサモジュール２は、熱流束分布を測定する測定部である。センサモジュール２は、熱流束を検出する複数のセンサチップ１０が一体化されている。センサモジュール２の平面形状は、長方形である。センサモジュール２は、ケーブル４を介して、演算装置３に接続されている。センサモジュール２は、センサ信号を出力する。

演算装置３は、マイクロコンピュータ、メモリ、その他の周辺回路を備える。演算装置３は、予め設定されたプログラムに従って所定の演算を行う。演算装置３は、センサモジュール２からのセンサ信号に基づいて、熱流束分布を演算する。演算装置３は、図示しない表示装置に、演算した熱流束分布を表示させる。

図２に示すように、センサモジュール２は、ベースフィルム２０と、複数のセンサチップ１０と、保護フィルム３０とを備える。ベースフィルム２０が第１フィルムに相当する。保護フィルム３０が第２フィルムに相当する。

ベースフィルム２０は、熱可塑性のポリイミドで構成されている。ベースフィルム２０は、一面２１とその反対側の他面２２とを有する。一面２１が複数のセンサチップ１０と接している。

複数のセンサチップ１０は、ベースフィルム２０の一面２１に配置されている。複数のセンサチップ１０は、一列に直線状に並んでいる。複数のセンサチップ１０のそれぞれは、互いに間を空けている。複数のセンサチップ１０のそれぞれは、センサチップ１０の内部を通過する熱の熱流束の大きさに応じたセンサ信号を出力する。１つのセンサチップ１０の平面形状は四角形である。

複数のセンサチップ１０は、後述の通り、それぞれの絶縁基材に第１、第２熱電部材が形成されている。複数のセンサチップ１０のそれぞれは、互いに間を空けて配置されているため、複数のセンサチップ１０のそれぞれの絶縁基材は、互いに離れて配置されている。

保護フィルム３０は、ベースフィルム２０の一面２１側に積層される。保護フィルム３０は、複数のセンサチップ１０を覆っている。すなわち、保護フィルム３０は、ベースフィルム２０との間に、複数のセンサチップ１０を挟んでいる。保護フィルム３０は、熱可塑性のポリイミド樹脂で構成されている。保護フィルム３０は、一面３１とその反対側の他面３２とを有する。一面３１がセンサチップ１０に接している。

ベースフィルム２０と保護フィルム３０は、センサモジュール２の外形をなしている。ベースフィルム２０と保護フィルム３０は、熱可塑性のポリイミドで構成されているが、これ以外の熱可塑性樹脂で構成されていてもよい。

図３、４に示すように、センサチップ１０は、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が一体化され、この一体化されたものの内部で第１、第２熱電部材１３０、１４０が交互に直列に接続された構造を有する。表面保護部材１１０の外側の表面がセンサチップ１０の一面１０ａである。裏面保護部材１２０の外側の表面がセンサチップ１０の他面１０ｂである。

絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０は、フィルム状であって、熱可塑性樹脂等の可撓性を有する樹脂材料で構成されている。

絶縁基材１００は、表面１００ａと裏面１００ｂとを有する。絶縁基材１００は、その厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール１０１、１０２が形成されている。第１、第２ビアホール１０１、１０２に互いに異なる熱電材料で構成された第１、第２熱電部材１３０、１４０が埋め込まれている。熱電材料としては、半導体材料や金属材料が挙げられる。

絶縁基材１００の表面１００ａに配置された表面導体パターン１１１によって第１、第２熱電部材１３０、１４０の一方の接続部が構成されている。絶縁基材１００の裏面１００ｂに配置された裏面導体パターン１２１によって第１、第２熱電部材１３０、１４０の他方の接続部が構成されている。

一面１０ａから他面１０ｂに向かう方向にて、熱流束がセンサチップ１０を通過する。このとき、センサチップ１０の一面１０ａ側と他面１０ｂ側に温度差が生じる。すなわち、第１、第２熱電部材１３０、１４０の一方の接続部と他方の接続部に温度差が生じる。これにより、ゼーベック効果によって第１、第２熱電部材１３０、１４０に熱起電力が発生する。センサチップ１０は、この熱起電力、具体的には、電圧をセンサ信号として出力する。なお、このとき発生する電流をセンサ信号として用いてもよい。

図５に示すように、ベースフィルム２０の一面２１には、複数の配線２３が形成されている。複数の配線２３は、複数のセンサチップ１０のそれぞれと電気的に接続されている。
複数の配線２３は、銅箔が所望の配線パターンにされたものである。複数の配線２３は、他の金属によって構成されていてもよい。

複数の配線２３は、複数のセンサチップ１０のそれぞれを演算装置３に対して並列に接続するように、配置されている。具体的には、１つのセンサチップ１０は、２本の配線２３ａ、２３ｂと接続されている。２本の配線の一方は、基準電位線２３ａである。２本の配線の他方は、出力線２３ｂである。基準電位線２３ａは、複数のセンサチップ１０で共通とされている。出力線２３ｂは、複数のセンサチップ１０毎に形成されている。

図５、６に示すように、センサチップ１０は、接続部２４を介して、配線２３と接続されている。接続部２４は、銀錫合金の金属焼結体で構成されている。接続部２４は、図示しないが、センサチップ１０のチップ側端子に接続されている。接続部２４は、配線２３と接続されている。

図２に示すように、センサモジュール２は、さらに、熱伝導部材４０を備える。熱伝導部材４０は、隣り合うセンサチップ１０の間であって、ベースフィルム２０と保護フィルム３０の間に配置されている。熱伝導部材４０は、ベースフィルム２０と保護フィルム３０の間のうちセンサチップ１０を除く部位に配置されている。

熱伝導部材４０は、空気よりも熱伝導率が高い部材である。本実施形態では、熱伝導部材４０は、ポリエーテルイミドで構成されている。熱伝導部材４０は、他の熱可塑性樹脂で構成されていてもよい。他の熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリイミドなどが挙げられる。空気の熱伝導率は、０．０２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。ポリエーテルイミドの熱伝導率は、０．２２Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。ポリエチレンの熱伝導率は、０．４１Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。ポリイミドの熱伝導率は０．２８−０．３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

熱伝導部材４０は、ベースフィルム２０と保護フィルム３０の両方に接している。より具体的には、熱伝導部材４０のベースフィルム２０側の表面は、その全域がベースフィルム２０の一面２１と接している。熱伝導部材４０の保護フィルム３０側の表面は、その全域が保護フィルム３０の一面３１と接している。

また、熱伝導部材４０は、両隣のセンサチップ１０と接している。具体的には、熱伝導部材４０は、センサチップ１０の側面の全域と接している。

このように、熱伝導部材４０は、ベースフィルム２０、保護フィルム３０、センサチップ１０に密着している。このため、隣り合うセンサチップ１０の間には、空気が存在していない。

次に、本実施形態のセンサモジュール２の製造方法について説明する。

図７に示すように、用意工程Ｓ１と、積層工程Ｓ２と、熱圧着工程Ｓ３とが、この記載順に行われる。

用意工程Ｓ１では、図８に示すように、ベースフィルム２０と、複数のセンサチップ１０と、保護フィルム３０と、熱伝導部材４０用のシート５１とを用意する。

このとき、図９に示すように、ベースフィルム２０は、その表面上に、複数の配線２３と、接続部を形成する接続部材料としての銀錫ペースト５２とが配置されたものが用意される。複数の配線２３は、導体箔がエッチング加工されて形成される。銀錫ペースト５２は、銀粉末と錫粉末の金属粉末に溶媒を加えてペースト状にしたものである。

複数のセンサチップ１０は、感度係数（すなわち、校正係数）が予め測定されたものが用意される。シート５１は、熱圧着工程Ｓ３によって熱伝導部材４０となるシート状の熱伝導材料である。シート５１は、ポリエーテルイミドで構成されている。

積層工程Ｓ２では、図８に示すように、ベースフィルム２０と、複数のセンサチップ１０と、シート５１と、保護フィルム３０とを、この記載順に下から積層して積層体５３を形成する。

このとき、図１０に示すように、銀錫ペースト５２を介して、センサチップ１０と配線２３とが接触した状態となる。すなわち、銀錫ペースト５２がセンサチップ１０とベースフィルム２０の間に挟まれた状態となる。

熱圧着工程Ｓ３では、図８に示すように、加熱プレス機によって積層体５３を加熱しながら積層体５３の積層方向に加圧する。このとき、積層体５３のベースフィルム２０側と保護フィルム３０側の両側に、離型フィルム６１、プレス板６２が配置された状態とされる。離型フィルム６１としては、ポリテトラフルオロエチレンで構成されたフィルムなどが用いられる。この状態で、積層体５３が加熱プレス機熱盤６３に挟まれる。加熱温度は、保護フィルム３０とベースフィルム２０とシート５１が軟化する温度である。具体的には、加熱温度は、２１０−３５０℃である。圧力は、１−１０ＭＰａである。

この熱圧着工程Ｓ３では、シート５１が軟化して、隣り合うセンサチップ１０の間に流動する。これにより、図２に示すように、隣り合うセンサチップ１０の間に、熱伝導部材４０が形成される。熱伝導部材４０は、ベースフィルム２０と保護フィルム３０の両方に密着する。センサチップ１０の一面１０ａは、保護フィルム３０と密着する。センサチップ１０の他面１０ｂは、ベースフィルム２０と密着する。このようにして、ベースフィルム２０と、複数のセンサチップ１０と、熱伝導部材４０と、保護フィルム３０とが熱圧着される。

さらに、銀錫ペースト５２の銀粉末と錫粉末との金属粉末が固相焼結する。これにより、銀錫合金の金属焼結体で構成された接続部２４が形成される。

次に、本実施形態の熱流束分布測定装置１を用いた被測定物の熱流束分布の測定方法について説明する。

センサモジュール２を被測定物に取り付ける。例えば、センサモジュール２の表面に粘着シートを接着する。粘着シートを介して、センサモジュール２を被測定物の表面に貼り付ける。または、被測定物と放熱部材との間に、センサモジュール２を挟む。これにより、熱流束分布の測定を開始することができる。

センサモジュール２を被測定物に取り付けると、複数のセンサチップ１０のそれぞれからがセンサ信号が出力される。演算装置３は、それらのセンサ信号に基づいて、熱流束分布を求める。表示装置は、演算装置３が求めた熱流束分布を表示する。

次に、本実施形態の効果について説明する。

（１）本実施形態のセンサモジュール２と、比較例１のセンサモジュールＪ２とを比較する。

図１１、１２に示すように、比較例１のセンサモジュールＪ２は、熱伝導部材４０を有していない点が、本実施形態のセンサモジュール２と異なる。

センサモジュールＪ２は、ベースフィルム２０と、複数のセンサチップ１０と、保護フィルム３０とが積層された積層体を一体化させることで製造される。積層体の一体化後において、ベースフィルム２０および保護フィルム３０が平坦に近い形状とされる。このため、センサモジュールＪ２は、隣り合うセンサチップ１０の間であって、ベースフィルム２０と保護フィルム３０の間に空気層７０が存在する。

ここで、一般的な金属の熱伝導率は、数十Ｗ／（ｍ・Ｋ）−数百Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。空気の熱伝導率は、０．０２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。このように、空気は、金属や樹脂と比較して、熱伝導率がはるかに低い。

このため、センサモジュールＪ２を用いた場合、被測定物における熱流束の面内分布を正確に測定できない。すなわち、センサモジュールＪ２では、図１１、１２に示すように、被測定物からの熱がセンサモジュールＪ２を通過する際に、熱が空気層を通過しない。熱が複数のセンサチップ１０のそれぞれを選択的に流れる。この結果、それぞれのセンサチップ１０の測定値が、それぞれのセンサチップ１０の場所における本来の熱流束の大きさよりも大きくなる。なお、図１１は、センサモジュールＪ２のベースフィルム２０側が被測定物側であるときの熱流を示す図である。図１２は、センサモジュールＪ２の保護フィルム３０側が被測定物側であるときの熱流を示す図である。

このように、比較例１のセンサモジュールＪ２を用いると、被測定物からの熱の流れ方が、センサモジュールＪ２を通過する際に変わってしまう。このため、比較例１のセンサモジュールＪ２で測定した熱流束の面内分布は、被測定物の熱流束の面内分布と異なる。特に、隣り合うセンサチップ１０の間隔が不揃いの状態とされているときでは、比較例１のセンサモジュールＪ２で測定した熱流束の面内分布は、被測定物の熱流束の面内分布と大きく異なる。

これに対して、本実施形態のセンサモジュール２は、隣り合うセンサチップ１０の間に配置された熱伝導部材４０が、ベースフィルム２０と保護フィルム３０の両方に接している。このため、図１３に示すように、被測定物からの熱がセンサモジュール２を通過する際に、隣り合うセンサチップ１０の間の部位を、熱伝導部材４０を介して、ベースフィルム２０側から保護フィルム３０側へ熱が通過することができる。図１３は、センサモジュール２のベースフィルム２０側が被測定物側であるときの熱流を示す図である。同様に、図１４に示すように、隣り合うセンサチップ１０の間の部位を、熱伝導部材４０を介して、保護フィルム３０側からベースフィルム２０側へ熱が通過することができる。図１４は、センサモジュール２の保護フィルム３０側が被測定物側であるときの熱流を示す図である。

このように、本実施形態のセンサモジュール２は、熱を選択的にではなく、一様に通過させることができる。したがって、これによれば、比較例１のセンサモジュールＪ２と比較して、被測定物における熱流束の面内分布を精度良く測定することができる。

（２）本実施形態のセンサモジュール２は、複数のセンサチップ１０を用いている。このため、複数のセンサチップ１０を配置することで、大面積のセンサモジュール２を容易に製造することができる。また、複数のセンサチップ１０をベースフィルム２０および保護フィルム３０と一体化する前に、センサチップ１０の検査を行うことができ、内部構造に初期不良が生じたセンサチップ１０を排除できる。また、一体化する前に、複数のセンサチップ１０のそれぞれの感度係数を測定することができる。これにより、所望の感度係数を有するセンサチップ１０を選択して配置することができる。

（３）本実施形態では、センサモジュール２の製造において、接続部２４を形成するための接続部材料として、銀錫ペースト５２を用いる。熱圧着工程Ｓ３で、銀錫ペースト５２の銀粉末と錫粉末との金属粉末を焼結させる。これにより、銀錫合金の金属焼結体で構成された接続部２４を形成する。

ここで、本実施形態と異なり、接続部材料として半田を用いた場合、熱圧着工程Ｓ３で、加熱によって半田が溶融し、加圧によってセンサチップ１０にずれが生じる。

これに対して、本実施形態によれば、熱圧着工程Ｓ３で、接続部材料が溶融しない。このため、センサチップ１０がベースフィルム２０、保護フィルム３０に対してずれることを抑制することができる。

（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して、センサモジュール２の製造方法を変更したものである。

本実施形態では、積層工程Ｓ２において、図１５（ａ）に示すように、プレス板６２の上に、離型フィルム６１、ベースフィルム２０を配置する。その後、ベースフィルム２０の一面２１に、複数のセンサチップ１０を配置する。

その後、図１５（ｂ）に示すように、空気よりも熱伝導率が高い熱伝導材料５４をスクリーン印刷によって選択的に塗布する。選択的に塗布する場所は、ベースフィルム２０の一面２１のうち複数のセンサチップ１０が配置されていない領域である。換言すると、選択的に塗布する場所は、ベースフィルム２０の一面２１のうち隣り合うセンサチップ１０の間である。本実施形態では、熱伝導材料５４として、Ａステージ状のエポキシ樹脂を用いる。Ａステージは、熱硬化性樹脂の未硬化状態を意味する。なお、熱伝導材料として、他の熱硬化性樹脂を用いてもよい。

その後、図１５（ｃ）に示すように、ベースフィルム２０の一面２１側に、保護フィルム３０を配置する。これにより、積層体５５を形成する。

その後、熱圧着工程Ｓ３において、図１５（ｃ）に示すように、加熱プレス機によって積層体５５を加熱しながら加圧する。このときの加熱温度は、１６０−３５０℃である。圧力は、１−１０ＭＰａである。

これにより、熱伝導材料５４が硬化する。この結果、図２に示すように、隣り合うセンサチップ１０の間に、熱伝導部材４０が形成される。このように、本実施形態の製造方法によっても、図２に示す構造のセンサモジュール２を製造することができる。

（第３実施形態）
図１６、１７に示すように、本実施形態は、第１実施形態に対して、センサモジュール２の構造が異なる。

図１７に示すように、本実施形態のセンサモジュール２は、隣り合うセンサチップ１０の間において、ベースフィルム２０と保護フィルム３０とが直に接している。換言すると、複数のセンサチップ１０が配置されていない領域において、ベースフィルム２０の一面２１と保護フィルム３０の一面３１とが直に接している。保護フィルム３０は、複数のセンサチップ１０およびベースフィルム２０に対して、隙間無く密着している。

本実施形態のセンサモジュール２の製造方法は、第１実施形態に対して次のように変更する。

用意工程Ｓ１では、図１８に示すように、ベースフィルム２０と、複数のセンサチップ１０と、保護フィルム３０とを用意する。

積層工程Ｓ２では、図１８に示すように、ベースフィルム２０と、複数のセンサチップ１０と、保護フィルム３０とを、この記載順に下から積層して積層体５６を形成する。

熱圧着工程Ｓ３では、図１８に示すように、加熱プレス機によって積層体５６を加熱しながら加圧する。このとき、積層体５６のベースフィルム２０側と保護フィルム３０側の両側に、離型フィルム６１、プレス板６２が配置された状態とされる。さらに、保護フィルム３０側において、離型フィルム６１とプレス板６２の間に、緩衝材６４が配置された状態とされる。この状態で、積層体５６が加熱プレス機熱盤６３に挟まれる。加熱温度は、保護フィルム３０とベースフィルム２０が軟化する温度である。具体的には、加熱温度は、２８０−３５０℃である。圧力は、１−１０ＭＰａである。

緩衝材６４は、保護フィルム３０への加圧を補助する加圧補助部材である。すなわち、緩衝材６４は、加熱プレス機の圧力を分散させて保護フィルム３０を加圧するための部材である。緩衝材６４は、保護フィルム３０の軟化温度で変質しない高耐熱性を有する。

緩衝材６４は、熱圧着工程Ｓ３での加圧時に変形する。すなわち、緩衝材６４は、１−１０ＭＰａの圧力に対して緩衝効果を有する部材である。緩衝材６４としては、金属繊維を用いた布である日本精線社製の商品名「ナスロン」、三菱製紙社製の商品名「ＲＡＢ」、日本ゴア社製の商品名「ハイパーシート」などが挙げられる。

熱圧着工程Ｓ３では、緩衝材６４によって、保護フィルム３０のうちセンサチップ１０と非接触の領域が、ベースフィルム２０側へ押される。これにより、保護フィルム３０がセンサチップ１０の形状に沿って変形する。この結果、図１７に示すように、保護フィルム３０がセンサチップ１０とベースフィルム２０の両方に密着する。

本実施形態のセンサモジュール２は、隣り合うセンサチップ１０の間において、ベースフィルム２０と保護フィルム３０とが直に接している。このため、図１９に示すように、被測定物からの熱がセンサモジュール２を通過する際に、隣り合うセンサチップ１０の間の部位を、ベースフィルム２０から保護フィルム３０へ熱が通過することができる。図１９は、センサモジュール２のベースフィルム２０側が被測定物側であるときの熱流を示す図である。同様に、図２０に示すように、被測定物からの熱が熱流束センサモジュール２を通過する際に、隣り合うセンサチップ１０の間の部位を、保護フィルム３０からベースフィルム２０へ熱が通過することができる。図２０は、センサモジュール２の保護フィルム３０側が被測定物側であるときの熱流を示す図である。したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、熱圧着工程Ｓ３において、積層体５６の保護フィルム３０側に、緩衝材６４を配置する。積層体５６のベースフィルム２０側には、緩衝材６４を配置しない。積層体５６のベースフィルム２０側は、平滑なプレス板６２によって加圧される。このため、センサモジュール２のベースフィルム２０側の表面を平坦にすることができる。よって、被測定物のセンサモジュール２が設置される設置面が平坦な場合、被測定物とセンサモジュール２とを密着させることができる。これにより、正確な熱流束の面内分布の測定が可能となる。

（第４実施形態）
本実施形態は、第３実施形態に対して、センサモジュール２の製造方法を変更したものである。

本実施形態では、熱圧着工程Ｓ３において、図２１に示すように、積層体５６のベースフィルム２０側と保護フィルム３０側の両側に、緩衝材６４を配置している。

これにより、図２２に示すように、センサチップ１０が配置されていない領域において、保護フィルム３０とベースフィルム２０の両方が変形して、保護フィルム３０の一面３１とベースフィルム２０の一面２１とが密着する。

本実施形態によれば、保護フィルム３０の変形がセンサチップ１０の厚みに追従できないほど、センサチップ１０が厚い場合であっても、保護フィルム３０とベースフィルム２０とを接触させることができる。

（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、センサモジュール２において、複数のセンサチップ１０が直線状に配置されていたが、これに限定されない。図２３に示すように、複数のセンサチップ１０は円状に配置されていてもよい。この場合、センサモジュール２の平面形状を円環形状とすることができる。図２４に示すように、複数のセンサチップ１０は、面状、すなわち、マトリックス状に配置されていてもよい。この場合、センサモジュール２の平面形状を四角形状とすることができる。

（２）第２実施形態では、熱圧着によって、ベースフィルム２０、複数のセンサチップ１０、熱伝導部材４０および保護フィルム３０を一体化させたが、これに限定されない。加熱を伴わない加圧によって、一体化させてもよい。この場合、例えば、接着剤によって、これらを一体化させればよい。

（３）第１、第２実施形態の熱圧着工程Ｓ３において、第３、第４実施形態の熱圧着工程Ｓ３と同様に、緩衝材６４を用いてもよい。緩衝材６４を用いることで、隙間を減らすことができる。

（４）上記各実施形態では、接続部材料として銀錫ペースト５２を用いたが、これに限定されない。接続部材料として、銀粉末と錫粉末の組合せ以外の他の金属粉末を用いてもよい。すなわち、接続部２４は、銀錫合金以外の金属焼結体で構成されていてもよい。なお、熱圧着工程Ｓ３でのセンサチップ１０のずれを抑制するためには、金属粉末として、固相焼結するものを用いることが好ましい。

（５）第１、第２実施形態では、隣り合うセンサチップ１０の間に、空気が存在していなかったが、これに限定されない。空気が層状でなければ、空気がわずかに存在していてもよい。すなわち、熱伝導部材４０と各フィルム２０、３０との間や、熱伝導部材４０とセンサチップ１０との間に、隙間が存在していてもよい。この場合であっても、少なくとも熱伝導部材４０がベースフィルム２０と保護フィルム３０の両方に接していれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、センサチップと熱伝導部材との間の隙間を減らすためには、第１、第２実施形態のように、熱伝導部材４０がセンサチップ１０と接していることが好ましい。

（６）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り、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、熱流束センサモジュールは、第１フィルムと、複数のセンサチップと、第２フィルムと、熱伝導部材とを備える。熱伝導部材は、第１フィルムと第２フィルムの両方に接している。

また、第２の観点によれば、熱伝導部材は、センサチップと接している。これによれば、センサチップと熱伝導部材との間の隙間を減らすことができる。

また、第３の観点によれば、熱流束センサモジュールは、第１フィルムと、複数のセンサチップと、第２フィルムとを備える。隣り合うセンサチップの間において、第１フィルムと第２フィルムとが直に接している。

また、第４の観点によれば、第１面には、複数のセンサチップのそれぞれと接続される複数の配線が形成されている。センサチップは、金属焼結体で構成された接続部を介して、配線と接続されている。

この接続部は、第１フィルムと、複数のセンサチップと、第２フィルムとの積層体を加熱加圧する際に、金属粉末が焼結することで形成される。接続部を金属焼結体で構成することで、積層体を加熱加圧する際に、センサチップが第１、第２フィルムに対してずれることを抑制することができる。

また、第５の観点によれば、熱流束センサモジュールの製造方法は、用意することと、積層体を形成することと、積層体を加熱しながら加圧することとを有する。用意することにおいては、第１フィルムと、複数のセンサチップと、第２フィルムと、シートとを用意する。積層体を形成することにおいては、複数のセンサチップを第１フィルムの一面に配置する。第１フィルムの一面側にシートを積層する。シートのセンサチップ側とは反対側に第２フィルムを積層する。加圧することにおいては、シートを流動させることにより、隣り合うセンサチップの間に、第１フィルムと第２フィルムの両方に接しており、熱伝導部材を形成する。

また、第６の観点によれば、熱流束センサモジュールの製造方法は、用意することと、積層体を形成することと、積層体を加圧することとを有する。用意することにおいては、第１フィルムと、複数のセンサチップと、第２フィルムとを用意する。積層体を形成することにおいては、複数のセンサチップを互いに間を空けて一面に配置する。空気よりも熱伝導率が高い材料を隣り合うセンサチップの間に配置する。複数のセンサチップおよび材料を覆うように、第１フィルムの一面側に第２フィルムを積層する。加圧することにおいては、隣り合うセンサチップの間に、第１フィルムと第２フィルムの両方に接しており、熱伝導部材を形成する。

また、第７の観点によれば、第６の観点において、加圧することにおいては、加熱しながら加圧する。このようにしてもよい。

また、第８の観点によれば、熱流束センサモジュールの製造方法は、用意することと、積層体を形成することと、積層体を加熱しながら加圧することとを有する。用意することにおいては、第１フィルムと、複数のセンサチップと、第２フィルムとを用意する。積層体を形成することにおいては、複数のセンサチップを互いに間を空けて一面に配置する。複数のセンサチップを覆うように、第１フィルムの一面側に第２フィルムを積層する。加圧することにおいては、加圧するための一対の加熱部材の間に積層体を配置する。積層体の第１フィルムと第２フィルムの少なくとも一方側において、積層体と加圧部材との間に、加圧部材よりも変形しやすい加圧補助部材を配置する。この状態で、積層体を加圧する。この加圧によって加圧補助部材が変形する。これにより、第１フィルムと第２フィルムの少なくとも一方が変形する。隣り合うセンサチップの間において、第１フィルムと第２フィルムとが直に接する状態となる。

また、第９の観点によれば、第５、第７、第８の観点において、用意することにおいては、複数のセンサチップに接続される複数の配線が一面に形成された第１フィルムを用意する。積層体を形成することにおいては、配線とセンサチップとを金属粉末を介して接触させる。加圧することにおいては、金属粉末を焼結させることにより、センサチップと配線とを接続する金属焼結体で構成された接続部を形成する。

このように、接続部を形成する材料として金属粉末を用いる。積層体を加熱しながら加圧する際に、この金属粉末を焼結させて接続部を形成する。これにより、積層体を加熱しながら加圧する際に、センサチップが第１、第２フィルムに対してずれることを抑制することができる。

２ センサモジュール
１０ センサチップ
２０ ベースフィルム
３０ 保護フィルム
４０ 熱伝導部材

Claims (9)

1. 熱流束の面内分布を測定する熱流束センサモジュールであって、
   一面（２１）を有する第１フィルム（２０）と、
   互いに間を空けて前記一面に配置され、熱流束を検出する複数のセンサチップ（１０）と、
   前記第１フィルムの前記一面側に積層され、前記第１フィルムとの間に前記複数のセンサチップを挟む第２フィルム（３０）と、
   隣り合う前記センサチップの間に配置され、空気よりも熱伝導率が高い熱伝導部材（４０）とを備え、
   前記熱伝導部材は、前記第１フィルムと前記第２フィルムの両方に接している熱流束センサモジュール。
2. 前記熱伝導部材は、前記センサチップと接している請求項１に記載の熱流束センサモジュール。
3. 熱流束の面内分布を測定する熱流束センサモジュールであって、
   一面（２１）を有する第１フィルム（２０）と、
   互いに間を空けて前記一面に配置され、熱流束を検出する複数のセンサチップ（１０）と、
   前記第１フィルムの前記一面側に積層され、前記第１フィルムとの間に前記複数のセンサチップを挟む第２フィルム（３０）とを備え、
   隣り合う前記センサチップの間において、前記第１フィルムと前記第２フィルムとが直に接している熱流束センサモジュール。
4. 前記第１面には、前記複数のセンサチップのそれぞれと接続される複数の配線（２３）が形成されており、
   前記センサチップは、金属焼結体で構成された接続部（２４）を介して、前記配線と接続されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱流束センサモジュール。
5. 熱流束の面内分布を測定する熱流束センサモジュールの製造方法であって、
   一面（２１）を有する第１フィルム（２０）と、熱流束を検出する複数のセンサチップ（１０）と、第２フィルム（３０）と、空気よりも熱伝導率が高い材料で構成されたシート（５１）とを用意すること（Ｓ１）と、
   前記複数のセンサチップを互いに間を空けて前記一面に配置し、前記複数のセンサチップを覆うように、前記第１フィルムの前記一面側に前記シートを積層し、前記シートの前記センサチップ側とは反対側に前記第２フィルムを積層して積層体（５３）を形成すること（Ｓ２）と、
   前記積層体の積層方向に、前記積層体を加熱しながら加圧すること（Ｓ３）とを有し、
   前記加圧することにおいては、前記シートを流動させることにより、隣り合う前記センサチップの間に、前記第１フィルムと前記第２フィルムの両方に接しており、前記材料で構成された熱伝導部材（４０）を形成する熱流束センサモジュールの製造方法。
6. 熱流束の面内分布を測定する熱流束センサモジュールの製造方法であって、
   一面（２１）を有する第１フィルム（２０）と、熱流束を検出する複数のセンサチップ（１０）と、第２フィルム（３０）とを用意すること（Ｓ１）と、
   前記複数のセンサチップを互いに間を空けて前記一面に配置し、空気よりも熱伝導率が高い材料（５４）を隣り合う前記センサチップの間に配置し、前記複数のセンサチップおよび前記材料を覆うように、前記第１フィルムの前記一面側に前記第２フィルムを積層して積層体（５５）を形成すること（Ｓ２）と、
   前記積層体の積層方向に、前記積層体を加圧すること（Ｓ３）とを有し、
   前記加圧することにおいては、隣り合う前記センサチップの間に、前記第１フィルムと前記第２フィルムの両方に接しており、前記材料で構成された熱伝導部材（４０）を形成する熱流束センサモジュールの製造方法。
7. 前記加圧することにおいては、加熱しながら加圧する請求項６に記載の熱流束センサモジュールの製造方法。
8. 熱流束の面内分布を測定する熱流束センサモジュールの製造方法であって、
   一面（２１）を有する第１フィルム（２０）と、熱流束を検出する複数のセンサチップ（１０）と、第２フィルム（３０）とを用意すること（Ｓ１）と、
   前記複数のセンサチップを互いに間を空けて前記一面に配置し、前記複数のセンサチップを覆うように、前記第１フィルムの前記一面側に前記第２フィルムを積層して積層体（５６）を形成すること（Ｓ２）と、
   前記積層体の積層方向に、前記積層体を加熱しながら加圧すること（Ｓ３）とを有し、
   前記加圧することにおいては、加圧するための一対の加圧部材（６２）の間に積層体（５６）を配置するとともに、前記積層体の前記第１フィルムと前記第２フィルムの少なくとも一方側において、前記積層体と前記加圧部材との間に、前記加圧部材よりも変形しやすい加圧補助部材（６４）を配置した状態で、前記積層体を加圧し、前記加圧によって前記加圧補助部材が変形することにより、前記第１フィルムと前記第２フィルムの少なくとも一方が変形して、隣り合う前記センサチップの間において、前記第１フィルムと前記第２フィルムとが直に接する状態となる熱流束センサモジュールの製造方法。
9. 前記用意することにおいては、前記複数のセンサチップに接続される複数の配線（２３）が前記一面に形成された前記第１フィルムを用意し、
   前記積層体を形成することにおいては、前記配線と前記センサチップとを金属粉末（５２）を介して接触させ、
   前記加圧することにおいては、前記金属粉末を焼結させることにより、前記センサチップと前記配線とを接続する金属焼結体で構成された接続部（２４）を形成する請求項５、７、８のいずれか１つに記載の熱流束センサモジュールの製造方法。

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