特開 2024-11166 歪みゲージ用配線基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024011166

(43)【公開日】2024-01-25

(54)【発明の名称】歪みゲージ用配線基板

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20240118BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022112956

(22)【出願日】2022-07-14

(71)【出願人】

【識別番号】591156799

【氏名又は名称】ユニパルス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】小林 璋好

【テーマコード（参考）】

2F063

【Ｆターム（参考）】

2F063AA25

2F063BD11

2F063CA28

2F063DA02

2F063DC08

2F063DD05

2F063EC03

2F063EC05

2F063EC13

2F063EC14

2F063EC15

2F063EC17

2F063EC18

2F063EC20

2F063EC22

2F063LA27

(57)【要約】

【課題】歪みゲージと良好な品質で接合可能な歪みゲージ用配線基板を提供する。
【解決手段】基材１３と、配線層１１と、保護層１４とを有して歪みゲージと接合して配線を行う歪みゲージ用配線基板１０ａであって、配線層１１は、基材１３に所定のパターンで形成され、保護層１４は、基材１３及び配線層１１上に積層されて、少なくとも接合対象の歪みゲージの端子部の位置及び形状に対応して配線層１１の一部を露出させる開口部を有し、保護層１４の開口部によって露出する配線層１１の露出部１１ａ、１１ｂには、積層方向に貫通穴１２ａ、１２ｂが設けられている
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、配線層と、保護層とを有して歪みゲージと接合して配線を行う歪みゲージ用配線基板であって、
前記配線層は、前記基材に所定のパターンで形成され、
前記保護層は、前記基材及び前記配線層上に積層されて、少なくとも接合対象の前記歪みゲージの端子部の位置及び形状に対応して前記配線層の一部を露出させる開口部を有し、
前記保護層の前記開口部によって露出する前記配線層の露出部には、積層方向に貫通穴が設けられている歪みゲージ用配線基板。

【請求項2】

前記配線層の前記露出部において、前記基材の一部が除去されて、前記配線層の一部が前記基材側にて露出している請求項１に記載の歪みゲージ用配線基板。

【請求項3】

前記歪みゲージ用配線基板と前記歪みゲージとの接合が完了した場合に、前記歪みゲージの受感素子部と、前記歪みゲージ用配線基板と、の間に隙間が生じるように前記露出部が画定されている請求項１又は２に記載の歪みゲージ用配線基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、歪みゲージの各端子を繋いでホイートストンブリッジ回路を形成する配線基板に関するものである。

【背景技術】

【0002】

歪みゲージは、測定対象物に貼り付けられて、測定対象物の歪みを検出する。歪みゲージは、歪みを検出する受感素子部を備えており、受感素子部は、例えば基材上に形成されている。受感素子部は、配線を介して端子部（電極）と接続されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2022-71494号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

そしてこの端子部を繋いで、ホイートストンブリッジ回路を形成する配線材としては、リード線やフレキシブル配線板が用いられている。この配線材と歪みゲージの接続は例えばハンダ付けで行われる。しかしながら歪みゲージの端子部が、例えば受感素子部と同じ材料のニッケルクロム合金等である場合、ハンダ付けは容易ではない。また配線材としてフレキシブル配線板を使用した場合には、予めフレキシブル配線板の端子部にハンダをコーティング処理し、歪みゲージの端子部と面合わせを行って、加熱しつつ圧着する必要がある。この場合ハンダは歪みゲージとフレキシブル配線板とに挟まれた内部に留まることから、接合の良否が外観で判断し難く、またハンダボールの飛散などの課題が生じやすかった。

【0005】

このような問題に鑑みて、本発明は、歪みゲージと良好な品質で接合可能な歪みゲージ用配線基板を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の歪みゲージ用配線基板は、上記の目的を達成するために、
基材と、配線層と、保護層とを有して歪みゲージと接合して配線を行う歪みゲージ用配線基板であって、
配線層は、基材に所定のパターンで形成され、
保護層は、基材及び配線層上に積層されて、少なくとも接合対象の歪みゲージの端子部の位置及び形状に対応して配線層の一部を露出させる開口部を有し、
保護層の開口部によって露出する配線層の露出部には、積層方向に貫通穴が設けられている

【0007】

また、配線層の露出部において、基材の一部が除去されて、配線層の一部が基材側にて露出している。

【0008】

また、歪みゲージ用配線基板と歪みゲージとの接合が完了した場合に、歪みゲージの受感素子部と、歪みゲージ用配線基板と、の間に隙間が生じるように露出部が画定されている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、歪みゲージと良好な品質で接合可能な歪みゲージ用配線基板を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る歪みゲージ用配線基板の製造の工程を示す平面図及び断面図である。

【図2】本発明の第２の実施形態に係る歪みゲージ用配線基板の製造の工程を示す平面図及び断面図である。

【図3】本発明の第２の実施形態に係る歪みゲージ用配線基板の製造の工程を示す平面図及び断面図である。

【図4】本発明の歪みゲージ用配線基板が適用される歪みゲージの平面図と正面図である。

【図5】本発明の第１の実施形態に係る歪みゲージ用配線基板と歪みゲージの接合前の平面図と正面図である。

【図6】本発明の第１の実施形態に係る歪みゲージ用配線基板と歪みゲージとが１部で接合された場合の平面図と正面図である。

【図7】本発明の第１の実施形態に係る歪みゲージ用配線基板と歪みゲージとが１部で接合された場合の平面図と正面図である。

【図8】本発明の第１の実施形態に係る歪みゲージ用配線基板と歪みゲージとの接合後の平面図と正面図である。

【図9】本発明の歪みゲージ用配線基板と歪みゲージとの接合後の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の各実施形態に係る歪みゲージ用配線基板について、図面を参照して説明する。

【0012】

図１は本発明の第１の実施形態に係る歪みゲージ用配線基板１０ａの製造の工程を示す平面図及び断面図である。歪みゲージ用配線基板１０ａの製造工程は図１（ａ１）及び図１（ａ２）～図１（ｄ１）及び図１（ｄ２）に示す工程で構成されている。なお図１（ａ１）は平面図であって、図１（ａ２）は平面図に示された矢印ａａで切断した断面図である。これ以降の図１（ｂ１）及び図１（ｂ２）～図１（ｄ１）及び図１（ｄ２）も同様である。

【0013】

まず図１（ａ１）及び図１（ａ２）においては、基材１３上全面に配線層１１が接着剤などを介して予め積層されている、シート状の積層板が供給される。もちろん基材１３上全面に配線層１１を、接着剤を介して積層する工程を行っても良い。図１（ａ１）において外形線ＣＬは、完成時の歪みゲージ用配線基板１０ａの外形を示す。この工程では、通常は各々がマトリックス状に配列された所謂多数個取りにより、１つのシートから複数の歪みゲージ用配線基板１０ａを得ることができる。基材１３は例えばポリイミドなどの絶縁性を有して可撓性のある材料が好ましい。また、配線層１１は銅箔などの導電性でハンダ付け性に優れた金属箔を用いることが好ましい。

【0014】

図１（ｂ１）及び図１（ｂ２）は、図１（ａ１）のシートに感光性のレジストインクを塗布若しくはドライフィルムを積層し、所望のパターンを露光して一部を除去し、配線層１１をエッチングでパターニングしたものである。

【0015】

図１（ｃ１）及び図１（ｃ２）は、図１（ｂ１）のシートに絶縁性の保護層１４を積層した後に、配線層１１の一部を開口させる開口部を設け、露出部（ランド部）１１ａ、露出部（ランド部）１１ｂ、露出部（コネクタ接続部）１１ｃを形成させたものである。保護層１４は、例えばポリイミドフィルムであって、露出部（ランド部）１１ａ、露出部（ランド部）１１ｂ、露出部（コネクタ接続部）１１ｃの部分は、抜きの金型やレーザ加工により穴として予め形成しておいて、図１（ｂ１）及び図１（ｂ２）のものにラミネートすることで形成できる。もちろん露出部（ランド部）１１ａ、露出部（ランド部）１１ｂ、露出部（コネクタ接続部）１１ｃの部分は、感光性のレジストを用いて選択的にエッチングによって保護層１４の一部を除去して形成しても良い。

【0016】

図１（ｄ１）及び図１（ｄ２）は、図１（ｃ１）のシートを、プレスの金型などによって外形線ＣＬに沿って抜き、同時に貫通穴１２ａ、貫通穴１２ｂを形成したものであって、第１の実施形態の歪みゲージ用配線基板１０ａが完成する。

【0017】

図２及び図３は本発明の第２の実施形態に係る歪みゲージ用配線基板１０ｂの製造の工程を示す平面図及び断面図である。歪みゲージ用配線基板１０ｂの製造工程は図２（ａ１）及び図２（ａ２）～図３（ｆ１）及び図３（ｆ２）に示す工程で構成されている。なお図２（ａ１）は平面図であって、図２（ａ２）は平面図に示された矢印ａａで切断した断面図である。図２（ｂ１）及び図２（ｂ２）～図３（ｆ１）及び図３（ｆ２）も同様である。

【0018】

まず図２（ａ１）及び図２（ａ２）においては、シート状の基材１３が供給される。図２（ａ１）において外形線ＣＬは、完成時の歪みゲージ用配線基板１０ｂの外形を示す。実際の工程では、所謂多数個取りにより、１つのシートから複数の歪みゲージ用配線基板１０ｂを得ることができる。基材１３は例えばポリイミドなどの絶縁性を有して可撓性のある材料が好ましい。

【0019】

図２（ｂ１）及び図２（ｂ２）は、基材１３の所定の場所に楕円の貫通穴２２を設けたものである。貫通穴２２は、パンチ打抜き加工、レーザカット加工、エッチング加工のいずれであっても良い。

【0020】

図２（ｃ１）及び図２（ｃ２）は、次いでこの貫通穴２２を設けた基材１３全面に配線層１１を、接着剤を介して積層したものである。したがって図２（ｃ２）において下面側へ配線層１１がこの貫通穴２２の部分だけ露出することになる。

【0021】

図３（ｄ１）及び図３（ｄ２）は、図２（ｃ１）のシートに感光性のレジストインクを塗布若しくはドライフィルムを積層し、所望のパターンを露光して一部を除去し、配線層１１をエッチングでパターニングしたものである。ここで配線層１１は、貫通穴２２に積層方向で対向する部分において一部を残存するようにパターニングされる。すなわち半円状の貫通穴１２ａ及び貫通穴１２ｂに挟まれた両側露出部２３が形成される。そして半円状の貫通穴１２ａ及び貫通穴１２ｂを貫通穴２２よりも小さな形状とすることで、配線層１１の一部が基材１３側で露出する。なお貫通穴１２ａ及び貫通穴１２ｂの形状は半円状に限らず円形その他の形状であっても良い。さらに貫通穴１２ａ及び貫通穴１２ｂの形成は、後述の図３（ｆ１）、図３（ｆ２）に示す外形抜きと同時またはその前後に行っても良い。

【0022】

図３（ｅ１）及び図３（ｅ２）は、図３（ｄ１）のシートに絶縁性の保護層１４を積層した後に、配線層１１の一部を開口させて開口部を設け、露出部（ランド部）１１ａ、露出部（ランド部）１１ｂ、露出部（コネクタ接続部）１１ｃを露出させたものである。保護層１４は、例えばポリイミドフィルムであって、露出部（ランド部）１１ａ、露出部（ランド部）１１ｂ、露出部（コネクタ接続部）１１ｃの部分は、抜きの金型やレーザ加工により穴として予め形成しておいて、図３（ｄ１）のものにラミネートすることで形成できる。もちろん露出部（ランド部）１１ａ、露出部（ランド部）１１ｂ、露出部（コネクタ接続部）１１ｃの部分は、感光性のレジストを用いて選択的にエッチングによって保護層１４の一部を除去して形成しても良い。

【0023】

図３（ｆ１）は、図３（ｅ１）のシートを外形線ＣＬに沿って切り取ったものであって、第２の実施形態の歪みゲージ用配線基板１０ｂが完成する。以上の工程で作られた歪みゲージ用配線基板１０ｂは、接続部の貫通穴１２ａ及び貫通穴１２ｂの周りに両側露出部２３を有していて、両側露出部２３は積層方向で上面、下面いずれにおいても露出している。

【0024】

図４（ａ）、図４（ｂ）は本発明の歪みゲージ用配線基板が接合対象とする歪みゲージ１のそれぞれ平面図と正面図である。

【0025】

起歪体４０は、歪みゲージ１が接着剤を介して添着されるもので、外力を受けて弾性変形し、歪みを生じる。

【0026】

歪みゲージ１は、起歪体４０側にポリイミドフィルムなどの絶縁層を有し、絶縁層上に導電層が積層されて、さらに保護層が積層されている。歪みゲージ端子部２ａ、歪みゲージ端子部２ｂは、導電層が保護層によって覆われず露出した部分であって、歪みゲージ１によってホイートストンブリッジ回路を構成するための接続用端子である。歪みゲージ端子部２ａと歪みゲージ端子部２ｂのｘ方向の中心距離はＰ１である。

【0027】

受感素子部３ａ、受感素子部３ｂは、折り返しの幅が狭く設けられたフィラメントであって、起歪体４０が外力によってひずみを生じた場合に、抵抗値が変化する。受感素子部３ａと歪みゲージ端子部２ａ、受感素子部３ｂと歪みゲージ端子部２ｂは、それぞれ受感素子部よりも幅が広くて歪みには不感である配線部によって接続されている。

【0028】

図５（ａ）、図５（ｂ）は、本発明の歪みゲージ用配線基板１０ａが接続のために歪みゲージ１上に置かれた際の、それぞれ平面図と正面図である。この歪みゲージ用配線基板１０ａは、貫通穴１２ａと貫通穴１２ｂとのｘ方向の中心距離Ｐ２が、歪みゲージ端子部２ａと歪みゲージ端子部２ｂのｘ方向の中心距離Ｐ１よりも大きくなるように画定されたものを使用する。

【0029】

まず、歪みゲージ１の歪みゲージ端子部２ａが、ｘ方向に於いては歪みゲージ用配線基板１０ａの貫通穴１２ａを通して見える位置に、ｙ方向に於いては歪みゲージ１の外形と歪みゲージ端子部２ａの外形が略一致するように配置する。配置の際には、歪みゲージ１の歪みゲージ端子部２ａ付近の上面、若しくは歪みゲージ用配線基板１０ａの露出部（ランド部）１１ａの下面に両面テープなどを貼っておいて仮固定をして行っても良い。

【0030】

図６（ａ）、図６（ｂ）は本発明の歪みゲージ用配線基板１０ａと歪みゲージ１の接続の状態を示す、それぞれ平面図と正面図である。図５（ａ）の状態において、露出部（ランド部）１１ａ及び歪みゲージ端子部２ａの部分にハンダ３０を供給して加熱して接合を行うことで図６（ａ）、図６（ｂ）の状態になる。ハンダ３０はフラックス入糸ハンダで供給しても良いし、ソルダーペーストをディスペンサなどで塗布しても良い。また加熱はハンダコテ、レーザ加熱などで行うことができる。この状態では、歪みゲージ端子部２ｂと露出部（ランド部）１１ｂの接合は未実施である。したがって歪みゲージ端子部２ａと歪みゲージ端子部２ｂのｘ方向の中心距離Ｐ１よりも、歪みゲージ用配線基板１０ａの露出部（ランド部）１１ａと露出部（ランド部）１１ｂのｘ方向の中心距離Ｐ２が大きいので、貫通穴１２ｂを通して、露出部（ランド部）１１ｂの境界線が見えることになる。

【0031】

次いで、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、貫通穴１２ｂが歪みゲージ端子部２ｂの略中央に位置するように歪みゲージ用配線基板１０ａを屈曲させる。この際には、隙間３１に適当な厚みのスペーサを挟んで、歪みゲージ用配線基板１０ａを上からテープなどで起歪体４０に仮固定をして行うことが好ましい。

【0032】

図８（ａ）、図８（ｂ）は本発明の歪みゲージ用配線基板１０ａと歪みゲージ１の接続が完了した状態示す、それぞれ平面図と正面図である。図７（ａ）の状態において、露出部（ランド部）１１ｂ、歪みゲージ端子部２ｂの部分にハンダ３０を供給して加熱して接合を行うことで、図８（ａ）、図８（ｂ）の状態になる。上記で使用したスペーサや仮固定用のテープを取り除いて接合は完了となる。

【0033】

図９（ａ）は本発明の歪みゲージ用配線基板１０ａと歪みゲージ１の接続が完了した状態示す断面図、図９（ｂ）は本発明の歪みゲージ用配線基板１０ｂと歪みゲージ１の接続が完了した状態示す断面図である。

【0034】

図９（ａ）において、歪みゲージ用配線基板１０ａの基材１３が歪みゲージ端子部２ａ、歪みゲージ端子部２ｂには接着されていない。したがってハンダ３０は歪みゲージ端子部２ａ、歪みゲージ端子部２ｂに若干回り込み、積層方向に設けられた貫通穴１２ａ、貫通穴１２ｂを埋めるように側面から上面まで達して接合が行われている。ゆえに、ハンダ３０の状態が上方から確認でき、接合品質を高めることができる。

【0035】

さらに、図９（ｂ）においても、ハンダ３０は歪みゲージ端子部２ａ、歪みゲージ端子部２ｂに若干回り込み、積層方向に設けられた貫通穴１２ａ、貫通穴１２ｂを埋め、中央の両側露出部２３と側面及び上下面で接合し、露出部（ランド部）１１ａ、露出部（ランド部）１１ｂの下面、側面、上面まで達している。ゆえに、ハンダ３０の状態が上方から確認できることに加えて、両側露出部２３により接合面積が増え、接合品質を高めることができる。なお両側露出部２３は、貫通穴１２ａ、貫通穴１２ｂの周囲全域にあっても良いが、一部の領域に設けられている変形であっても良い。

【0036】

さらに、歪みゲージ用配線基板と歪みゲージの受感素子部との間に隙間を設けているので、水滴などがここに残留することを低減して、歪みゲージを保護しつつ腐食防止にも寄与する。

【0037】

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明の活用例として、歪みゲージの配線を行う配線基板への適用が可能である。

【符号の説明】

【0039】

１ ：歪みゲージ
２ａ、２ｂ ：歪みゲージ端子部
３ａ、３ｂ ：受感素子部
１０ａ、１０ｂ ：歪みゲージ用配線基板
１１ ：配線層
１１ａ、１１ｂ ：露出部（ランド部）
１１ｃ ：露出部（コネクタ接続部）
１２ａ、１２ｂ ：貫通穴
１３ ：基材
１４ ：保護層
２２ ：貫通穴
２３ ：両側露出部
３０ ：ハンダ
３１ ：隙間
４０ ：起歪体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】