JP2008224512A - センサ及びセンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】フレキシブル基板を曲げて収納する際に、ダメージを与えることがないとともに省スペースでフレキシブル基板を収納することができるセンサを提供。
【解決手段】ダイアフラム11の被測定部にキャップ17を設け、このキャップにフレキシブル基板15の一端部15Aを接続し、このフレキシブル基板15の他端部15Bをダイアフラム11と離れて配置された回路基板に接続し、フレキシブル基板15を、一端部15Aと、この一端部15Aに対して90°以上の角度で回路基板とは離隔する方向に向け曲げて形成するとともにダイアフラム11の外周面に沿って湾曲配置した帯状部15Cと、この帯状部15Cに対して90°以上の角度で曲げて形成し回路基板に接続した他端部15Bとを有する構成とした。
【選択図】 図2
Description
この圧力センサの従来例は、パイプの先端部に感圧素子を取り付け、この感圧素子に一端部を接続したフレキシブル基板の他端部を回路基板と接続した構造がある(特許文献1)。
フレキシブル基板は感圧素子の信号を回路基板に伝達するために用いられており、特許文献1で示される従来例では、このフレキシブル基板がパイプ内部に折り曲げられて収納されている。
この構成の発明では、帯状部がキャップの平面部から突出していないので、他端部を回路基板に接合する際に、帯状部が邪魔になることがない。そのため、フレキシブル基板の接合作業を容易に行うことができる。
この構成の発明では、ブロック体の内部空間にフレキシブル基板を取り付けたセンサ素子が収まることになるので、省スペース化を徹底することができる。
この構成の発明では、フレキシブル基板の一端部をキャップに圧着する際に、ボンディングパッドにキャップに向かう力がかかっても、このボンディングパッドのフレキシブル基板の一端部を挟んだ反対側にはボンディングパッドと同じ形状の補助パッドが設けられているので、フレキシブル基板の一端部が傾斜したり変形したりすることがなく平面度を確保することができる。
そのため、ボンディングパッド自体の平面度も確保することができるため、ボンディングパッドとセンサ素子との間でのワイヤボンディングを確実に行うことができ、ボンディング力を強固なものにすることができる。
この構成の発明では、ボンディングパッドと補助パッドとの位置関係が若干ずれていてもボンディングパッドの平面度は確保されているから、フレキシブル基板の製造を容易に行うことができる。
この構成の発明では、予め設けられている配線パターンの一部として補助パッドを用いることで、配線パターンと同時に補助パッドを形成することができる。
そのため、フレキシブル基板の製造を容易に行うことができる。
この構成の発明では、前述と同様の効果を奏することができるセンサの製造方法を提供することができる。
図1は本実施形態の圧力センサの断面図である。
図1において、圧力センサ1は、中間位置にフランジ部10Aが形成された継ぎ手10と、この継ぎ手10の一端部に設けられたセンサ素子としてのダイアフラム11と、継ぎ手10のフランジ部10Aに設けられたブロック体12と、このブロック体12にそれぞれ設けられたハウジング13及び回路基板14と、ハウジング13とダイアフラム11とに接続されたフレキシブル基板15と、ハウジング13に支持されたターミナル16とを備えた構成である。
継ぎ手10の外周面には、被測定流体が流通される配管(図示せず)と螺合するねじ部10Cがフランジ部10Aより他端側に形成されている。
ダイアフラム11の円板部11Bの被測定流体が導入される面とは反対側の面には歪みゲージ等から圧力を検出する被測定部が形成されており、この被測定部の上面を覆うようにキャップ17が設けられている。このキャップ17は、フレキシブル基板15の一端部と接合され電気的にも接続されている。
ブロック体12の円形部12B側の端部は継ぎ手10のフランジ部10Aに溶接固定されている。
ブロック体12の六角形部12A側の端部には略円筒状の外壁部12Dが設けられている。この外壁部12Dはハウジング13をカシメによって固定するために設けられており、外壁部12Dの先端部はハウジング13を取り付けた後に継ぎ手10の軸心に向かって折り曲げて形成されている。
基端部13Aは、その端部がブロック体12の外壁部12Dに嵌合されている。外壁部12Dの内周部と基端部13Aの外周部との間にOリング18が設けられている。
基端部13Aと先端部13Bとの間に形成された円板部13Cにはターミナル16が保持されている。このターミナル16と円板部13Cとの間には隙間dが形成されている。この隙間dは継ぎ手10、ダイアフラム11、ブロック体12及びハウジング13で囲まれた空間の内部圧力が変化した際の調整のために設けられたものである。
覆われる位置には外気との空気の流れを許容するための気抜きフィルタ19が設けられている。
この気抜きフィルタ19は防水性と通気性との双方を満たすものであり、略円板状に形成されている。先端部13Bの外周面には気抜きフィルタ19を嵌合するための凹部13Dが形成され、この凹部13Dには通気孔13Eが接続されている。
回路基板14は、ブロック体12の円筒状空間12Cの開口を覆う大きさであり、その両端部が取付部14Aを介してブロック体12の端面に支持固定されている。回路基板14には電子部品20が設けられている。
ターミナル16の折り曲げられた部分はケース21に固定され、このケース21はブロック体12の端面に取り付けられている。
フレキシブル基板15は、キャップ17の全面に接続される一端部15Aと、回路基板14に接続される他端部15Bと、これらの両端部を接続する帯状部15Cとから形成されている。一端部15Aはダイアフラム11とボンディングワイヤで電気的に接続されている。他端部15Bは半田付けで回路基板14に電気的に接続されている。
図2及び図3において、フレキシブル基板15の一端部15Aはダイアフラム11の円板部11Bよりやや小さな径の円板状に形成されており、その平面部には複数(図では4箇所)の薄肉円板状のボンディングパッド22が周方向に並んで配置されている。これらのボンディングパッド22は一端部15Aの平面から突出して形成されている。
これらのボンディングパッド22の間には複数(図では4箇所)の孔部15Dが形成されている。この孔部15Dはボンディングパッド22とダイアフラム11とをワイヤボンディングするためのものである。
図4において、帯状部15Cは一端部15Aに接続された短寸部15C1と、この短寸部15C1に直角をもって接続された連結部15C2と、この連結部15C2に直角をもって接続された長寸部15C3とを備えて平面コ字状に形成されている。この長寸部15C3は他端部15Bと接続されており、この他端部15Bの幅寸法は長寸部15C3の幅寸法より長い。
複数のボンディングパッド22のうち帯状部15C側に配置された2個のボンディングパッド22には2本の導電部23の一端がそれぞれ接続され、これらの導電部23は帯状部15Cの平面形状に沿って平面コ字形に形成されるとともに、その他端が他端部15Bに形成された複数(図では4個)の端子部24の一部に接続されている。本実施形態では、ボンディングパッド22、導電部23及び端子部24からフレキシブル基板15の平面部の配線パターンが構成されている。この配線パターンは主に銅から形成されている。
本実施形態では、想像線で示される通り、複数の補助パッド25のうち帯状部15C側に配置された2個の補助パッド25には2本の導電部26の一端がそれぞれ接続され、これらの導電部26は導電部23と対応位置に平面コ字形に形成されるとともに、その他端が他端部15Bに形成された複数(図では4個)の端子部27の一部に接続されている。さらに、隣り合う補助パッド25の間には導電部28が接続されるものでもよい。
本実施形態では、補助パッド25、導電部26,28及び端子部27からフレキシブル基板15の裏面での配線パターンが構成されている。この配線パターンは主に銅から形成されている。
ボンディングパッド22と補助パッド25とはその軸心が略一致するように配置されており、補助パッド25の径D2はボンディングパッド22の径D1と同じがそれより大きい。つまり、補助パッド25の平面上の面積はボンディングパッド22の平面上の面積以上に形成されている。
ボンディングパッド22と補助パッド25とを導電するためにスルーホール15Eがフレキシブル基板15の一端部15Aに貫通されている。
まず、ダイアフラム11を継ぎ手10に電子ビーム溶接にて気密接続する。
その後、フレキシブル基板15の一端部15Aとキャップ17とを接着シート29で熱圧着する(図7参照)。この熱圧着に際しては、一端部15Aをキャップ17に向けて押圧する力が働くが、本実施形態では、補助パッド25がボンディングパッド22と同位置に設けられているので、一端部15A及びボンディングパッド22かキャップ17の平面に対して傾くことがない。さらに、キャップ17をダイアフラム11にレーザ溶接で固定する。
このワイヤボンディング工程は、図示しないキャピラリからボンディング線をボンディングパッド22に接合して行われるが、ボンディングパッド22が傾いていないので、ボンディング操作が安定する。
ブロック体12と継ぎ手10とをレーザ溶接で気密接続する。この際、図7の想像線で示される通り、フレキシブル基板15の一端部15Aに対して帯状部15Cの短寸部15C1を略90°近くまで曲げるとともに、連結部15C2をダイアフラム11の周面に沿って湾曲させる。この状態では、長寸部15C3は、その先端部が一端部15Aから突出して位置されることになる。
フレキシブル基板15とブロック体12の内周面とを接着固定する。ケース21をプロジェクション溶接で継ぎ手10に固定した後、ケース21とターミナル16とをカシメで固定する。なお、ブロック体12と外壁部12Dは、別体で構成されており、ケース21とターミナル16とをカシメで固定した後に、溶接で固定する。
ターミナル16と回路基板14とを精密抵抗溶接にて接続し、Oリング18を組み付けたハウジング13を挿入し、このハウジング13をブロック体12にカシメ固定する。
(1)ダイアフラム11の被測定部にキャップ17を設け、このキャップにフレキシブル基板15の一端部15Aを接続し、このフレキシブル基板15の他端部15Bをダイアフラム11と離れて配置された回路基板14に接続した圧力センサ1において、フレキシブル基板15を、一端部15Aと、この一端部15Aに対して90°以上の角度で回路基板14とは離隔する方向に向け曲げて形成するとともにダイアフラム11の外周面に沿って湾曲配置した帯状部15Cと、この帯状部15Cに対して90°以上の角度で曲げて形成し回路基板14に接続した他端部15Bとを有する構成とした。そのため、帯状部15Cに対して一端部15Aと他端部15Bとをそれぞれ90°以上の角度で曲げるだけになるので、フレキシブル基板15が局所的に鋭角に曲げられることがなくなり、フレキシブル基板15に設けられる配線パターンの導電部23にクラックが生じることがない。しかも、ダイアフラム11の外周面に沿ってフレキシブル基板15の帯状部15Cが曲げられているので、フレキシブル基板15を省スペースで収納することができる。
この点、特開昭61−6848号公報に示される従来例では、フレキシブル基板の一面に端子リードを複数設け、他面に直線状の裏面パターンを設けた構成であるが、この構成の従来例では、裏面パターンと端子リードとの位置が対応していないので、端子リードに力がかかった際にフレキシブル基板が変形してしまうおそれがある。この課題を解決するために、本実施形態では、被測定部を有するダイアフラム11と、このダイアフラム11に一端部15Aが接続されたフレキシブル基板15とを備えた圧力センサ1において、フレキシブル基板15の一端部には配線パターンの一部を構成するボンディングパッド22が形成され、フレキシブル基板15の一端部15Aの反対面にはボンディングパッド22と対応する位置にボンディングパッド22と同じ形状の補助パッド25が形成された構成を採用した。
例えば、前記実施形態では、帯状部15Cは、その側縁がキャップ17の平面部から突出しないように形成されているが、本発明では、帯状部15Cの側縁がキャップ17の平面部から突出する構成であってもよい。
また、ブロック体12は外形が六角形状のものに限定されものではなく、円柱状のものであってもよい。
本発明は圧力センサに限定されるものではなく、差圧センサ、温度センサ、その他のセンサであってもよい。
Claims (7)
- 被測定部を有するセンサ素子と、このセンサ素子の被測定部に設けられ平面部が形成されたキャップと、このキャップに一端部が接続され他端部が前記センサ素子と離れて配置された回路基板に接続されたフレキシブル基板とを備え、
このフレキシブル基板は、前記キャップの平面部に接合された一端部と、この一端部に対して90°以上の角度で前記回路基板とは離隔する方向に向け曲げて形成されるとともに前記センサ素子の外周面に沿って湾曲して配置された帯状部と、この帯状部に対して90°以上の角度で曲げて形成され前記回路基板に接続された他端部と、を有することを特徴とするセンサ。 - 請求項1に記載されたセンサにおいて、前記帯状部は、前記フレキシブル基板側の側縁が前記キャップの平面部から突出しないように形成されていることを特徴とするセンサ。
- 請求項1又は請求項2に記載されたセンサにおいて、前記センサ素子を継ぎ手に接合し、この継ぎ手に前記センサ素子の外周面と隙間が形成された内周部を有するブロック体を接合し、このブロック体に前記回路基板を取り付けたことを特徴とするセンサ。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載されたセンサにおいて、前記フレキシブル基板の一端部の前記キャップとは反対側の面には配線パターンの一部を構成するボンディングパッドが形成され、前記フレキシブル基板の一端部の前記キャップと対向する面には前記ボンディングパッドと対応する位置において前記ボンディングパッドと同じ形状の補助パッドが形成されていることを特徴とするセンサ。
- 請求項4に記載されたセンサにおいて、前記補助パッドの平面上の面積は前記ボンディングパッドの平面上の面積より大きいことを特徴とするセンサ。
- 請求項4又は請求項5に記載されたセンサにおいて、前記フレキシブル基板の前記キャップと対向する面には配線パターンが形成され、この配線パターンの一部を前記補助パッドが構成することを特徴とするセンサ。
- 請求項1から請求項6のいずれかに記載されたセンサを製造する方法であって、前記センサ素子にキャップを取り付け、このキャップにフレキシブル基板の一端部を接続し、前記一端部に対して前記帯状部を90°以上の角度で曲げるとともに前記センサ素子の外周面に沿うように湾曲させ、その後、前記他端部を前記回路基板に接合することを特徴とするセンサの製造方法。
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