CN106461474B - 力检测器 - Google Patents

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Abstract

提供能够阻止电极之间的短路来实现小型化的力检测器。将在力传递部件(14)对力传感器元件(12)传递了力时变形的力传感器元件(12)的变形区域投影到基体基板(22)的投影区域包含于上述规定区域内，多个端子由在基体基板(22)的四角分别形成了的四个锡焊焊盘电极(16)构成。另外，四个锡焊焊盘电极(16)的形状被分别决定为在上述投影区域内存在锡焊焊盘电极(16)的一部分(16A)而构成锡焊部(30a)。

Description

力检测器
技术领域
本发明涉及输出与所施加的力的大小对应的信号的力检测器，特别涉及能够阻止电极之间的短路来实现小型化的力检测器。
背景技术
施加到力传递球的力被传递给力传感器元件，力传感器元件输出与所传递的力的大小对应的信号的力检测器得以实用化。力传递球以及力传感器元件收纳于收纳壳体，力传递球的最上部从在收纳壳体的上壁部中所形成的贯通孔突出，力传感器元件配置于收纳壳体的底壁部的内壁面与力传递球的最下部之间。在收纳壳体的底壁部(或者底壁部附近的侧壁部)中，与力传感器元件所连接的输入输出端子向外部露出，通过锡焊连接到在底壁部的外壁面的一侧配置的基板，从而力检测器被安装到基板。
在通过锡焊在基板上安装小型的力检测器时，为了消除或者降低收纳壳体的底壁部的弯曲所引起的检测精度的偏差，在与力传递球的最下部相对的位置处设置锡焊部(专利文献1、日本特开2011-169717号公报)。通过在该锡焊部中对收纳壳体的底壁部和基板进行锡焊，能够掩埋在将力检测器的输入输出端子锡焊到基板上的电极时在底壁部与基板之间产生的间隙，所以即使经由力传递球对力传感器元件从上方施加力，位于力传感器元件的下方的收纳壳体的底壁部也不会弯曲而吸收力的一部分。其结果，能够抑制检测精度的偏差。
图3(a)以及图3(b)示出上述那样的防止检测精度的偏差的结构的原理。此外，在图3(a)以及图3(b)中，收纳壳体仅表示底壁部42。如图3(a)所示，力传感器元件40设置于收纳壳体的底壁部42的内壁面中央部上。在底壁部42的外壁面上，如图3(b)所示，形成有锡焊焊盘图案。经由锡焊焊盘图案，力传感器元件经由焊锡部44、46连接到基板48上的未图示的锡焊电极。图3(b)示出底壁部42的外壁面上的焊盘图案。在正方形的底壁部42的外壁面的四角附近配置的四个焊盘图案50分别作为力传感器元件40的输入输出端子而发挥功能，与基板48上的电极通过焊锡部44分别连接。相对于此，焊盘图案52不与力传感器元件40电连接，通过焊锡部46掩埋底壁部42的外壁面与基板48之间的间隙的一部分。即，如果对力传感器元件40施加在图3(a)中观察时下方朝向的力f，则假设如果在焊盘图案52的位置处不存在焊锡46，则仅针对基板48通过四角附近的焊锡44支撑底壁部42，所以底壁部42的中心附近在接近基板48的方向上弯曲而吸收力f的至少一部分，在检测精度中产生偏差。如果有焊锡部46，则底壁部42不会弯曲，因此，力传感器元件40能够输出与力f的大小正确地对应的信号。
另外，在日本特开2011-220865号公报(专利文献2)中，公开了在力度传感器封装的封装基板的背面，与传感器构造部的粘接固定位置在平面上重复地设置固定用端子的构造。特别在图6(b)以及(c)所示的具体的构造中，设置有一体地设置SMD端子31和固定用端子32的兼用端子33。
专利文献1：日本特开2011-169717号公报
专利文献2：日本特开2011-220865号公报
发明内容
力检测器有根据更换、修理等的必要性，必须从实施了锡焊的基板拆下的情况。在将图3(a)至图3(d)所示的力检测器从基板拆下的情况下，对焊锡进行加热而溶解。此时，底壁部42的四角的焊锡44位于底壁部42的外周部附近，所以通过将例如焊锡烙铁接触到基板48上的电极或者附着于电极的焊锡部44，能够直接加热。然而，无法将焊锡烙铁接触到位于底壁部42的中心附近的焊锡46。
相对于此，如果如专利文献2所示的封装基板的背面的兼用端子那样，设置兼用SMD端子和固定用端子的兼用端子，则在兼用端子的固定用端子部分中将焊锡烙铁接触到SMD端子，从而能够将焊锡烙铁的热传递至固定用端子部分。然而，在采用了这样的兼用端子的情况下，越小型化，固定用端子部分与其他SMD端子之间的距离越短，存在在端子(电极)之间发生短路的危险性变高的问题。
本发明的目的在于提供一种能够阻止电极之间的短路来实现小型化的力检测器。
本发明提供一种力检测器，具备：力传感器元件，安装于基体基板的表面上；力传递部件，对力传感器元件传递力；以及可锡焊的多个端子，设置于基体基板的背面且向外部露出。另外，在以从力传递部件对力传感器元件施加的力的假想延长线通过基体基板的位置为中心的规定区域内，设置有由可锡焊的材料形成了的锡焊部。
在本发明中，将在力传递部件对力传感器元件传递力时变形的力传感器元件的变形区域投影到基体基板的投影区域包含于所述规定区域内，多个端子由在基体基板的四角分别形成了的四个锡焊焊盘电极构成。另外，四个锡焊焊盘电极的形状被分别决定为在所述投影区域内存在端子电极的一部分而构成锡焊部。在本发明中，在投影区域内存在的四个锡焊焊盘电极的一部分全部构成锡焊部。其结果，根据本发明，在投影区域中不像以往那样，存在专用的锡焊部，所以无需在基体基板的背面中设置空间，该空间设置专用的锡焊部。因此，根据本发明，能够比以往实现力检测器的小型化。
在安装用基板上通过锡焊安装本发明的力检测器时，通过将在以从力传递部件施加到力传感器元件的力的假想延长线通过基板的位置为中心的规定区域内形成的锡焊部锡焊到安装用基板上的电极，能够防止由于从力传递部件施加到力传感器元件的力而基板发生弯曲。另外，在将力检测器从安装用基板拆下时，通过对力检测器的多个端子中的某一个端子进行加热，附着到锡焊部的焊锡熔融。其结果，即使在上述规定区域内设置锡焊部来抑制收纳壳体的底壁部的弯曲的情况下，通过从外部对一部分构成锡焊部的端子施加热而使附着到锡焊部的焊锡熔融，能够将力检测器从基板拆下。
构成锡焊部的四个锡焊焊盘电极的一部分的位置以及大小根据力检测器的结构而不同。即，考虑力检测器整体以及各部件的尺寸、形状或者材质等、特别是力传感器元件的底面部的形状、收纳壳体的底壁部的厚度以及材质、力传感器元件在底壁部的内壁面中占据的面积以及位置、及从力传递部件施加到力传感器元件的力的大小等，决定四个锡焊焊盘电极的一部分的位置以及大小。
此外，四个锡焊焊盘电极为了防止短路，优选形成为分别邻接的两个端子电极之间的距离成为0.1mm以上。此外，该距离能够通过锡焊技术的改善进一步变小。
另外，具体而言，四个锡焊焊盘电极的轮廓形状能够成为例如四边形形状。在该情况下，优选以使四个锡焊焊盘电极各自的一个角部位于上述投影区域内的方式，决定锡焊焊盘电极的形状尺寸。
进而，力传感器元件能够由在变形区域中形成多个扩散电阻的半导体力传感器元件构成，力传递部件能够由球体构成。
此外，在对端子施加热的方法中，不仅是对力检测器侧的端子直接施加热的方法，也可以对基板上的电极施加热而间接地对锡焊部施加热。
附图说明
图1(a)至图1(c)示出本发明的力检测器的一个实施方式，图1(a)是示出在基板上安装了力检测器的状态的平面图，图1(b)是图1(a)的b-b剖面图，图1(c)是示出在收纳壳体的底壁部的外壁面中所形成的焊盘电极的图。
图2(a)以及(b)分别是示出本发明的力检测器的另一实施方式以及又一实施方式的与图1(b)同样的图。
图3(a)以及(b)是用于说明以往的力检测器中的检测精度的偏差防止的原理的图。
图4(a)至(d)是本发明的力检测器的其他实施方式的平面图、右侧面图、底面图以及图4(a)的d-d线剖面图。
(符号说明)
R2：投影区域；R1：规定区域；10、110：收纳壳体；12、112：力传感器元件；14、114：力传递球；16、116：锡焊焊盘电极；18：焊锡；20：基板；22、122：基体基板(底壁部)；24：周壁部；26：贯通孔；28：上壁部；30a、30b、130a：锡焊部；36、38：力传感器元件。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的力检测器的实施方式的一个例子。
在图1(a)以及(b)中，本发明的力检测器具有：收纳壳体10；力传感器元件12，收纳于收纳壳体10的内部；作为力传递部件的力传递球14，对力传感器元件12传递力；以及作为可锡焊的多个端子的四个焊盘电极16，固定于收纳壳体10且向外部露出[参照图1(c)]。
收纳壳体10具备：由基体基板22构成的底壁部、周壁部24和上壁部28。在收纳壳体10的基体基板22的内壁面即表面上载置有力传感器元件12，在基体基板22的外壁面即背面上固定有轮廓呈现四边形形状的四个锡焊焊盘电极16。另外，周壁部24从基体基板22的外周缘部在图1(b)中向上方延伸，从上方观察的轮廓形状具有四边形形状。另外，上壁部28以覆盖周壁部24的开口部的方式在水平方向上延伸，在中心处设置有贯通孔26。
力传递球14的上方部分从上壁部28的贯通孔26向上方突出，下方部分接触到力传感器元件12，将从上方施加的力传递给力传感器12。
力传感器元件12是半导体力传感器元件。在半导体力传感器元件中，通过在硅基板中扩散硼等而在隔膜区域(变形区域)中形成构成桥电路的四个扩散电阻，将由力传递球14传递的力利用压电电阻效果变换为电信号而输出。
在力检测器中，作为用于桥电路的四个输入输出端子(Vcc、+OUTPUT、GND、-OUTPUT)，在底壁部22的外壁面上具备图1(c)所示那样的四个被分割的形状的锡焊焊盘电极16。如图1(c)所示，在收纳壳体10的基体基板22的四角处分别形成的四个锡焊焊盘电极16具有四个正方形且覆盖基体基板22的背面的大部分的大小。这些锡焊焊盘电极16形成为在基体基板22的背面露出由焊锡湿润性良好的金属构成的电极图案。在本实施方式中，四个焊盘电极16的四个角部中的位于基体基板22的中央部的四个角部16A作为整体构成锡焊部30a。
在图1(c)的焊盘电极形状中，四个锡焊焊盘电极16的四个角部16A包含于以从力传递球14对力传感器元件12施加的力的假想延长线L通过基体基板22的位置为中心的规定区域RI内。本实施方式中的规定区域R1如图1(b)以及图1(c)所示，具有将力传感器元件12的底面的外侧轮廓投影到基体基板22的背面的一边的尺寸是d2的四边形形状的轮廓。另外，由四个角部16A构成的锡焊部30a包含于具有将在力传递球14对力传感器元件12传递力时变形的力传感器元件12的变形区域(隔膜部)投影到基体基板22的一边的尺寸是d1的四边形形状的轮廓的投影区域R2。即，四个焊盘电极16各自的最接近基体基板22的正方形的外壁面的中心点的一个角部16A位于投影区域R2内。
如图1(b)所示，对在安装用基板20的表面中设置的锡焊电极19经由焊锡部18接合锡焊焊盘电极16，而在安装用基板20上安装力检测器。安装用基板20上的锡焊电极19之间的间隙以及四个锡焊焊盘电极16之间的间隙尺寸被决定为通过焊锡部18邻接的锡焊电极19彼此之间或者邻接的锡焊焊盘电极16彼此之间不会通过焊锡短路。具体而言，为了防止短路，四个焊盘电极16以及锡焊电极19分别形成为邻接的两个电极之间的距离成为0.1mm以上。
通过利用焊锡部18连接四个焊盘电极16和锡焊电极19，对在安装用基板20上安装的力传感器元件12施加的力经由锡焊部30a传递到安装用基板20。其结果，能够抑制乃至防止基体基板22的弯曲。
另外，锡焊部30a由各锡焊焊盘电极16的一部分形成，所以在安装用基板20上安装的本实施方式的力检测器的锡焊部30a上附着的焊锡部18通过对各锡焊焊盘电极16施加热而熔融。因此，通过对各锡焊焊盘电极16进行加热，能够将力检测器容易地从基板20拆下。在本实施方式中，各锡焊焊盘电极16从基体基板22的背面的边缘靠中心地配置，所以无法对各锡焊焊盘电极16直接进行加热，通过对安装用基板20的锡焊电极接触烙铁而间接地加热。
另外，以尽可能不产生偏移而能够抑制底壁部的弯曲的方式，优选锡焊部的焊盘电极图案具有对称性。例如图1(c)所示的基体基板22的外壁面上的焊盘电极图案关于连结正方形的两组对向的两边的中心的两根中心线、以及两根对角线线对称、并且关于正方形的中心点点对称。
在其内形成锡焊部的规定区域、以及投影区域的范围根据各力检测器的种类而不同。在图2(a)以及图2(b)中，示出有搭载了与图1(b)所示的力传感器元件12分别不同的构造的力传感器元件的力检测器。
图2(a)的力检测器中的力传感器元件36相比于图1(b)的力传感器元件12，具有稍微更宽的变形区域，因此投影区域R2也比图1(c)的投影区域R2稍微更宽。图2(b)的力传感器元件38是周缘的台座支撑形成变形区域的隔膜的构造，投影区域R2仍比图1(c)的投影区域R2稍微更宽。
在图4(a)至(d)中，示出了本发明的力检测器的其他实施方式的平面图、右侧面图、底面图以及图4(a)的d-d线剖面。在本实施方式中，对与图1(a)至图1(c)所示的实施方式的力检测器同样的部分，附加对在图1(a)至图1(c)中附加的符号的数加上了100的数的符号而省略说明。如果比较图1(a)至图1(c)的实施方式和图4(a)至图4(d)的实施方式，则与力传感器元件112的结构、收纳壳体110的构造、锡焊焊盘电极116的形状以及位置不同。力传感器元件112具有在玻璃制的基台112A上安装有半导体力传感器元件112B的构造。另外，在半导体力传感器元件112B上形成有凝胶状的保护层113。另外，收纳壳体110由金属制的罩和电路基板构成。电路基板构成基体基板122。半导体传感器元件112B和构成基体基板122的电路基板上的电极通过引线键合106连接。特别在本实施方式中，在构成收纳壳体110的基体基板122的长方形形状的电路基板的背面中形成的锡焊焊盘电极116以呈现长方形形状并且与长方形形状的底面的角部完全一致的状态形成。其结果，根据本实施方式，在拆下力检测器时，能够将来自外部的热直接传递给锡焊焊盘电极116。此外，焊盘电极116的位置以及大小和力传感器元件112的位置以及大小的关系、以及相邻的锡焊焊盘电极116之间的距离等的决定方法与上述实施方式相同。因此，在本实施方式中，四个锡焊焊盘电极116的四个角部中的、位于基体基板122的中央部的四个角部116A也分别构成锡焊部130a。另外，为了防止短路，四个焊盘电极116被分别形成为邻接的两个电极之间的距离成为0.1mm以上。
产业上的可利用性
根据本发明，由将在力传递部件对力传感器元件传递了力时变形的力传感器元件的变形区域投影到基体基板的投影区域内存在的四个锡焊焊盘电极的一部分全部构成锡焊部，所以不像以往那样，存在专用的锡焊部。因此，无需在基体基板的背面设置空间，该空间设置专用的锡焊部，能够比以往实现力检测器的小型化。另外，根据本发明的力检测器，通过在规定区域内设置锡焊部，能够抑制收纳壳体的底壁部的弯曲来防止检测精度发生偏差，并且能够通过对端子施加热而使附着到锡焊部的焊锡熔融，将力检测器从基板拆下。

Claims (5)

1.一种力检测器，包括：
力传感器元件，安装于基体基板的表面上；
力传递部件，对所述力传感器元件传递力；以及
能够锡焊的多个端子，设置于所述基体基板的背面且向外部露出，
在所述基体基板的所述背面，在规定区域内设置有由能够锡焊的材料形成的锡焊部，该规定区域以从所述力传递部件对所述力传感器元件施加的力的假想延长线通过所述基体基板的位置为中心，
所述力检测器的特征在于：
将在所述力传递部件对所述力传感器元件传递力时变形的所述力传感器元件的变形区域投影到所述基体基板的投影区域包含于所述规定区域内，
所述多个端子由在所述基体基板的四角分别形成的四个锡焊焊盘电极构成，
所述四个锡焊焊盘电极的形状被分别决定为在所述投影区域内存在所述锡焊焊盘电极的一部分而构成所述锡焊部。
2.根据权利要求1所述的力检测器，其特征在于：所述四个锡焊焊盘电极被分别形成为邻接的两个所述锡焊焊盘电极之间的距离为0.1mm以上。
3.根据权利要求2所述的力检测器，其特征在于：
所述四个锡焊焊盘电极的轮廓形状是四边形，
所述四个锡焊焊盘电极各自的一个角部位于所述投影区域内。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的力检测器，其特征在于：
所述力传感器元件由在变形区域中形成有多个扩散电阻的半导体力传感器元件构成，
所述力传递部件由球体构成。
5.一种力检测器，包括：
收纳壳体，包括由基体基板构成的底壁部、以及周壁部和上壁部；
力传感器元件，设置于所述基板的表面上且收纳于所述收纳壳体内；
力传递部件，对所述力传感器元件传递力；以及
能够锡焊的多个端子，设置于所述基体基板的背面且向外部露出，
在所述基体基板的背面，在规定区域内设置有由能够锡焊的材料形成的锡焊部，该规定区域以从所述力传递部件对所述力传感器元件施加的力的假想延长线通过所述基体基板的位置为中心，
所述力检测器的特征在于：
将在所述力传递部件对所述力传感器元件传递力时变形的所述力传感器元件的变形区域投影到所述基体基板的投影区域包含于所述规定区域内，
所述多个端子由在所述基体基板的四角分别形成的四个锡焊焊盘电极构成，
所述四个锡焊焊盘电极的形状分别被决定为在所述投影区域内存在所述锡焊焊盘电极的一部分而构成所述锡焊部。
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