JP2009302117A - タブパターンとリードの接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パターン等の幾何学的構成の単純化及び全体の小型化、更には新たなパターン設計等を不要にして全体のコスト削減に寄与するとともに、無用な電気抵抗の増加により電気的性能が低下する不具合を回避する。
【解決手段】 ベースシート２上に形成した少なくともタブ本体部３ｔｍ…及びこのタブ本体部３ｔｍ…の一端辺３ｔｍｓ…から連続形成した接続部３ｔｃ…を有するタブパターン３ｔ…における当該タブ本体部３ｔｍ…に対して半田付けによりリード４…を接合するに際し、接続部３ｔｃ…の延長線Ｆｓに対して所定幅Ｌｘ以上オフセットさせる第一位置条件及び一端辺３ｔｍｓ…から所定幅Ｌｙ以内となる第二位置条件の双方を満たすタブ本体部３ｔｍ…上の位置にリード４…を半田付けする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ベースシート上に形成したタブパターンに対して半田付けによりリードを接合する際に用いて好適なタブパターンとリードの接合方法に関する。

従来、フレキシブルなゲージベース（ベースシート）上にひずみゲージ素子パターンを形成したシート状のひずみゲージは知られているが、通常、この種のひずみゲージは、ベースシート上の他の部位に、タブ本体部及びこのタブ本体部の一端辺から連続形成した接続部を有するタブパターンを形成し、この接続部にひずみゲージ素子パターンを連続形成するとともに、タブ本体部に対して外部接続用のリード線を半田付けにより接合している。ところで、ひずみゲージは、外力によるひずみの発生部位に装着してひずみを検出（計測）するため、ひずみゲージ自身に機械的なひずみ（応力）が繰り返し付加されることになり、金属疲労が発生しやすい問題、特に、半田付けしたリード線の端部に位置するタブ本体部にクラックや断線が発生しやすい問題があった。

一方、この問題に対処したひずみゲージも知られており、特許文献１には、測定物上に接着されるゲージベースと、ひずみ受感抵抗体と、ゲージリードで構成されたひずみゲージであって、このひずみゲージと端子との間に弾性部材を介装するとともに、この弾性部材上にゲージリードを撓ませた状態で取付けたひずみゲージが開示され、また、特許文献２には、抵抗材料からなり、ひずみを感知してそのひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲージリードが接続される幅広の少なくとも一対のゲージタブパターン部と、このゲージタブパターン部とゲージ素子パターン部の各端部とを電気的に連接する少なくとも一対の接続パターン部が、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース上に添着されたひずみゲージであって、ゲージタブパターン部の接続パターン部とを連接する部分に、応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成したひずみゲージが開示されている。
特開平５−２６６０７号公報 登録実用新案第３０４０６８４号公報

しかし、上述した従来のひずみゲージ（タブパターンとリードの接合方法）は、次のような問題点があった。

第一に、特許文献１では余裕をもって撓ませたゲージリードが追加され、特許文献２ではＵ形の経路が追加されるなど、ゲージ素子パターン部からリードに至る経路が長くなる傾向がある。したがって、この経路の追加により、パターン等の幾何学的構成の煩雑化及びひずみゲージ全体の大型化を招くとともに、新たなパターン設計等も必要になることから全体のコストアップを招く。

第二に、必要以上に長い経路が追加されることから電気的性能の観点からも不利になる。即ち、ゲージ素子パターン部以外の通電経路が長くなるため、電気抵抗値の無用な増加を招くことになり、電気的ロスの増加に伴う信号伝送に係わる効率の低下やＳ／Ｎ特性の低下を招く要因になるとともに、ゲージ素子パターン部から得られる正規信号に対する誤差要因にもなりやすい。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したタブパターンとリードの接合方法の提供を目的とするものである。

本発明に係るタブパターンとリードの接合方法は、上述した課題を解決するため、ベースシート２上に形成した少なくともタブ本体部３ｔｍ…及びこのタブ本体部３ｔｍ…の一端辺３ｔｍｓ…から連続形成した接続部３ｔｃ…を有するタブパターン３ｔ…における当該タブ本体部３ｔｍ…に対して半田付けによりリード４…を接合するに際し、接続部３ｔｃ…の延長線Ｆｓに対して所定幅Ｌｘ以上オフセットさせる第一位置条件及び一端辺３ｔｍｓ…から所定幅Ｌｙ以内となる第二位置条件の双方を満たすタブ本体部３ｔｍ…上の位置にリード４…を半田付けするようにしたことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、タブパターン３ｔは、タブ本体部３ｔｍを矩形状に形成するとともに、このタブ本体部３ｔｍにおける一端辺３ｔｍｓの一側の端部から接続部３ｔｃを連続形成することができる。また、本発明に係る接合方法は、ベースシート２上の他の部位にひずみゲージ素子パターン３ｇを形成し、このゲージ素子パターン３ｇと接続部３ｔｃ…を連続形成してなるひずみゲージ１に適用することができる。一方、リード４には、タブパターン３ｔから引き出す外部接続用のリード線４ｃを適用してもよいし、ベースシート２に実装した電子部品１００の端子リード４ｓを適用してもよい。

このような手法による本発明に係るタブパターンとリードの接合方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 接続部３ｔｃ…の延長線Ｆｓに対して所定幅Ｌｘ以上オフセットさせる第一位置条件及び一端辺３ｍｓ…から所定幅Ｌｙ以内となる第二位置条件の双方を満たすタブ本体部３ｔｍ…の位置にリード４…を半田付けするようにしたため、従来のような断線対策のための追加経路が不要となる。したがって、パターン等の幾何学的構成の単純化及び全体の小型化を図れるとともに、新たなパターン設計等が不要になることから、全体のコスト削減にも寄与できる。

（２） 従来のような断線対策のための追加経路が不要になることから、電気抵抗値が無用に増加する不具合を回避できる。したがって、電気的ロスの増加に伴う信号の伝送効率の低下やＳ／Ｎ特性の低下、更には正規信号に対する誤差要因などの不具合を回避できるなど、電気的性能の低下を来す不具合を回避できる。

（３） 好適な態様により、タブパターン３ｔのタブ本体部３ｔｍを矩形状に形成するとともに、このタブ本体部３ｔｍにおける一端辺３ｔｍｓの一側の端部から接続部３ｔｃを連続形成すれば、本発明に係る接合方法を、より望ましい態様で実施できる。したがって、幾何学的構成の単純化，全体の小型化及びコスト低減を図るとともに、電気的性能の低下を回避する上で、より大きな作用効果を期待できる。

（４） 好適な態様により、ベースシート２上の他の部位にひずみゲージ素子パターン３ｇを形成し、このゲージ素子パターン３ｇと接続部３ｔｃ…を連続形成してなるひずみゲージ１に適用すれば、ひずみゲージ１における最適な接合方法として利用できる。したがって、ひずみゲージ１におけるクラックや断線の発生を回避できるとともに、ひずみゲージ１の信頼性向上に寄与できる。

（５） 好適な態様により、タブパターン３ｔから引き出す外部接続用のリード線４ｃの接合、又はベースシート２に実装した電子部品１００の端子リード４ｓの接合に適用できるなど、様々な用途に幅広く利用できるため、汎用性に優れる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係るタブパターンとリードの接合方法を実施できるひずみゲージ１の概要について、図１及び図２を参照して説明する。

ひずみゲージ１において、２はベースシート（ゲージベース）であり、ポリイミド樹脂等の絶縁素材によりフレキシブルシートとして形成する。ベースシート２上には、ゲージ素子パターン３ｇ及び一対のタブパターン３ｔ，３ｔを形成する。この場合、ゲージ素子パターン３ｇ及びタブパターン３ｔ，３ｔは、ベースシート２の表面に付設した銅ニッケル合金箔を公知のフォトエッチング法などによりパターン形成する。したがって、全体が連続した回路パターンとなる。また、一対のタブパターン３ｔ，３ｔは、ベースシート２の長手方向の一側に配して左右対称に形成する。一つのタブパターン３ｔは、矩形状のタブ本体部３ｔｍ及びこのタブ本体部３ｔｍにおける一端辺３ｔｍｓの一側の端部からベースシート２の長手方向に連続形成した接続部３ｔｃを有する。一方、ゲージ素子パターン３ｇは、ベースシート２の長手方向の他側に配してジグザグ状に形成し、一端を、一方のタブパターン３ｔの接続部３ｔｃに連続させるとともに、他端を、他方のタブパターン３ｔの接続部３ｔｃに連続させる。

このように、タブパターン３ｔのタブ本体部３ｔｍを矩形状に形成するとともに、このタブ本体部３ｔｍの一端辺３ｔｍｓにおける一側の端部から接続部３ｔｃを連続形成するようにすれば、本発明（実施形態）に係る接合方法を、より望ましい態様で実施できる。したがって、幾何学的構成の単純化，全体の小型化及びコスト低減を図るとともに、電気的性能の低下を回避する上で、より大きな作用効果を期待できる。

さらに、各タブパターン３ｔ，３ｔのタブ本体部３ｔｍ，３ｔｍには、各タブ本体部３ｔｍ，３ｔｍから引き出す外部接続用のリード線４ｃ，４ｃ（リード４，４）の一端を半田付けにより接合する。これにより、図１及び図２に示すひずみゲージ１を得ることができる。そして、ひずみゲージ１を使用する際には、ベースシート２の裏面を被測定対象物に貼付ける。これにより、被測定対象物にひずみが発生すれば、このひずみ（応力）はゲージ素子パターン３ｇに作用するため、ゲージ素子パターン３ｇの抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に基づいてひずみ量を測定することができる。

ところで、この種の一般的なひずみゲージは、前述したように、各タブ本体部３ｔｍ，３ｔｍに対して半田付けにより一対のリード線４ｃ，４ｃを接合するため、長期使用した際には、ひずみゲージ全体が、引張，圧縮，曲げ収縮等のひずみを繰り返し受けることにより、半田付けしたリード線４ｃ，４ｃの端部に位置するタブ本体部３ｔｍ，３ｔｍに、クラックや断線が発生しやすい問題がある。このため、各タブ本体部３ｔｍ，３ｔｍに対してリード線４ｃ，４ｃを接合する際には、本実施形態に係るタブパターンとリードの接合方法を用いて接合する。

次に、本実施形態に係るタブパターンとリードの接合方法について、図１〜図７を参照して具体的に説明する。

最初に、本発明に係る接合方法の原理について説明する。本発明に係る接合方法は、タブパターン３ｔのタブ本体部３ｔｍとリード線４ｃを接合する際に、タブ本体部３ｔｍにおける接合位置によってパターン断線を回避するための有意差があるか否かの観点からアプローチしたものである。そして、この検証を行った結果、以下に記載するように、選択する接合位置によってパターン断線を回避するための優位性が存在することが明らかとなり、本発明（実施形態）に係る接合方法は、この位置的な優位性に基づいて創意したものである。

まず、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、選定した異なる八種類の接合位置Ａ１…Ａ８を明示する。なお、図３中、Ｆｙ方向は、接続部３ｔｃの長手方向を示し、このＦｙ方向は、接続部３ｔｃの延長線Ｆｓの方向に一致する。また、Ｆｘ方向は、Ｆｙ方向に対する直角方向を示す。図３（ａ）は、接合位置Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を示す。この場合、接合位置Ａ３は、リード線４ｃの接合側先端がタブ本体部３ｔｍのほぼ中央に位置する標準的な接合位置となる。したがって、他の接合位置Ａ１，Ａ２，Ａ４は、接合位置Ａ３に対して接続部３ｔｃが存在するＦｙ方向へ所定幅Ｌａだけ変移させた位置となる。図示の場合、タブ本体部３ｔｍの一端辺３ｔｍｓとリード線４ｃ（半田付けによる接合部Ｊを含む）の先端辺の位置をほぼ一致させている。各接合位置Ａ１，Ａ２，Ａ４において、接合位置Ａ２は、接合位置Ａ３からＦｙ方向にそのまま変移させた位置となる。接合位置Ａ１は、この接合位置Ａ２から一端辺３ｔｍｓに沿って接続部３ｔｃが存在する側に対して反対側のＦｘ方向へ所定幅Ｌｂだけ変移させた位置となる。接合位置Ａ４は、接合位置Ａ２から一端辺３ｔｍｓに沿って接続部３ｔｃが存在する側のＦｘ方向に所定幅Ｌｃだけ変移させた位置となる。

また、図３（ｂ）は、接合位置Ａ５，Ａ６，Ａ７を示す。この場合、各接合位置Ａ５，Ａ６，Ａ７は、接合位置Ａ３に対して、左右のＦｘ方向へそのまま変移させた位置となる。各接合位置Ａ５，Ａ６，Ａ７において、接合位置Ａ５は、接続部３ｔｃが存在する側に対して反対側のＦｘ方向へ所定幅Ｌｂだけ変移させた位置となる。接合位置Ａ６は、接続部３ｔｃが存在する側のＦｘ方向に所定幅Ｌｄだけ変移させた位置となる。接合位置Ａ７は、接合位置Ａ６から更に接続部３ｔｃが存在する側のＦｘ方向に所定幅Ｌｅだけ変移させた位置となる。したがって、接合位置Ａ５とＡ７はそれぞれタブ本体部３ｔｍにおけるＦｘ方向の両端付近に位置するとともに、接合位置Ａ６は、接合位置Ａ３とＡ７間の中間に位置する。

さらに、図３（ｃ）は、接合位置Ａ８及び上述したＡ２を示す。接合位置Ａ８，Ａ２は、接合位置Ａ３に対してＦｙ方向へそのまま変移させた位置となる。この場合、接合位置Ａ８は、接続部３ｔｃが存在する側に対して反対側のＦｙ方向へ所定幅Ｌｆだけ変移させた位置となる。接合位置Ａ２は上述したように、接合位置Ａ３から接続部３ｔｃが存在する側のＦｙ方向に所定幅Ｌａだけ変移させた位置となる。

そして、選定した各接合位置Ａ１…Ａ８を適用したサンプルをそれぞれ六個ずつ（一部は四個）製作し、ＮＡＳ規格（ＮＡＳ９４２）による疲労寿命試験を行った。具体的には、３０Ｈｚ，±１，５００×１０^-6ひずみの交番荷重を加えたときの所定のサイクル数（回数）毎の残留ひずみ量を測定した。図４（ａ）〜（ｈ）は、各サンプルのサイクル数が、１０⁶回，２×１０⁶回，５×１０⁶回，１０×１０⁶回における残留ひずみ量の測定結果を示す。なお、残留ひずみ量は、交番荷重を加えた前後におけるひずみゲージの抵抗値変化ΔＲから所定の換算式、即ち、ひずみ量ε＝ΔＲ／（ｋ・Ｒ）の換算式を用いて換算した。この場合、Ｒはひずみゲージの抵抗値，ｋはゲージ率（＝２．０）である。そして、ＮＡＳ規格に基づき、疲労寿命試験結果から残留ひずみ量が１００×１０^-6以上を疲労寿命と判断した。

疲労寿命試験により次の結果を得た。図３（ａ）に示す接合位置Ａ１に対応する結果を図４（ａ）に示す。この場合、サンプル六個中、疲労寿命に達したのは０であった。図３（ａ）に示す接合位置Ａ２に対応する結果を図４（ｂ）に示す。この場合、サンプル六個中、疲労寿命に達したのは０であった。図３（ａ）に示す接合位置Ａ３に対応する結果を図４（ｃ）に示す。この場合、サンプル四個中、全てが疲労寿命に達した。図３（ａ）に示す接合位置Ａ４に対応する結果を図４（ｄ）に示す。この場合、サンプル六個中、全てが疲労寿命に達した。図３（ｂ）に示す接合位置Ａ５に対応する結果を図４（ｅ）に示す。この場合、サンプル六個中、全てが疲労寿命に達した。図３（ｂ）に示す接合位置Ａ６に対応する結果を図４（ｆ）に示す。この場合、サンプル六個中、全てが疲労寿命に達した。図３（ｂ）に示す接合位置Ａ７に対応する結果を図４（ｇ）に示す。この場合、サンプル六個中、全てが疲労寿命に達した。図３（ｃ）に示す接合位置Ａ８に対応する結果を図４（ｈ）に示す。この場合、サンプル六個中、一個が疲労寿命に達した。

これらの疲労寿命試験結果から明らかなように、タブ本体部３ｔｍに対するリード線４ｃの接合位置Ａ１…Ａ８には、その位置に応じてパターン断線を回避するための明確な有意差が存在する。即ち、少なくとも、接合位置Ａ１，Ａ２を選定すれば、パターン断線を有効に回避することができるとともに、他方、接合位置Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７，Ａ８を選定すれば、パターン断線の発生する可能性が高くなる。図５は、各接合位置Ａ１…Ａ８における疲労寿命に達するサイクル数の平均値を示したものであり、接合位置Ａ１，Ａ２の優位性が際立っている。

本実施形態に係る接合方法は、これらの検証結果を考慮し、ベースシート２上に形成したタブ本体部３ｔｍに対してリード線４ｃ…を接合する際は、上述した接合位置Ａ１，Ａ２を含むエリアであって、接合位置Ａ３…Ａ８を含まないエリアを接合位置として選定するようにした。図６は、この検証結果に基づいて選定可能な接合位置のエリアを表現したものであり、白地Ａのエリアは、接合位置Ａ１，Ａ２を含むパターン断線を回避する可能性が高いエリアとなり、格子地Ｎのエリアは、接合位置Ａ３…Ａ８を含むパターン断線が発生する可能性の高いエリアとなる。

したがって、図６を考慮すれば、接続部３ｔｃの延長線Ｆｓに対して所定幅Ｌｘ以上オフセットさせる第一位置条件、及び一端辺３ｔｍｓに対して所定幅Ｌｙ以内となる第二位置条件、の双方を満たすタブ本体部３ｔｍ上の位置を選定すれば、白地Ａのエリア、即ち、パターン断線を回避する可能性が高い接合位置を選定でき、本実施形態（本発明）に係る接合方法では、この選定したタブ本体部３ｔｍ上の接合位置に、リード線４ｃを半田付けするようにした。なお、半田付けには、溶接等も含む概念である。

さらに、図７に示すように、接合位置Ａ１，Ａ２であっても優位性のレベルに差があり、接合位置Ａ１のほうが接合位置Ａ２よりも、より優位性が高くなる結果を示している。したがって、接合位置Ａ１が最適であり、この接合位置Ａ１を中心とした一定のエリアにパターン断線を回避できる有効な接合位置が存在することになる。図１は、リード線４ｃ，４ｃを接合位置Ａ１（Ａ）…に接合した状態を示す。また、対比できるように、接合位置Ａ３（Ｎ）…に接合した状態を仮想線で示す。

よって、このような本実施形態に係る接合方法によれば、接続部３ｔｃ…の延長線Ｆｓに対して所定幅Ｌｘ以上オフセットさせる第一位置条件及び一端辺３ｍｓ…から所定幅Ｌｙ以内となる第二位置条件の双方を満たすタブ本体部３ｔｍ…の位置にリード線４ｃ（リード４…）を半田付けするようにしたため、従来のような断線対策のための追加経路が不要となる。したがって、パターン等の幾何学的構成の単純化及び全体の小型化を図れるとともに、新たなパターン設計等が不要になることから、全体のコスト削減にも寄与できる。また、従来のような断線対策のための追加経路が不要になることから、電気抵抗値が無用に増加する不具合を回避できる。したがって、電気的ロスの増加に伴う信号の伝送効率の低下やＳ／Ｎ特性の低下、更には正規信号に対する誤差要因などの不具合を回避できるなど、電気的性能の低下を来す不具合を回避できる。

特に、ベースシート２上の他の部位にひずみゲージ素子パターン３ｇを形成し、このゲージ素子パターン３ｇと接続部３ｔｃ…を連続形成してなるひずみゲージ１に適用したため、ひずみゲージ１における最適な接合方法として利用できる。したがって、ひずみゲージ１におけるクラックや断線の発生を回避できるとともに、ひずみゲージ１の信頼性向上に寄与できる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値，手法，手順等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、ゲージ素子パターン３ｇ及びタブパターン３ｔ，３ｔとして、銅ニッケル合金箔を例示したが他の抵抗材料の適用を排除するものではない。また、ベースシート２はフレキシブルシートとして形成した場合を例示したが、フレキシブル性を有しないＰＣＢ（プリント基板）であってもよい。一方、上述した図１〜図７に示した実施形態では、リード４として、タブパターン３ｔから引き出す外部接続用のリード線４ｃを例示したが、その他、図８に示すように、リード４として、ベースシート２に実装した電子部品１００、例えば、ＩＣチップ１００ｉの端子リード４ｓ…に適用してもよい。この場合であっても、リード線４ｃを端子リード４ｓに置換するのみで、図１〜図７に示した実施形態と同様に実施することができる。なお、電子部品１００としては、その他、抵抗，コンデンサ，コイル，コネクタ等の各種電子部品にも同様に適用できる。このように、本発明に係る接合方法は汎用性に優れており、タブパターン３ｔとリード４を接合する接合方法として様々な用途に幅広く利用することができる。

本発明の最良の実施形態に係る接合方法により接合したひずみゲージの平面構成図、 同ひずみゲージの側面図、 同ひずみゲージにおけるタブパターンに対する異なる複数の接合位置を明示した説明図、 同接合位置に対応した疲労寿命試験結果のデータ図、 同接合位置における疲労寿命に達するサイクル数の平均値を棒グラフで示したデータ図、 同接合位置における疲労寿命試験の結果の説明図、 同接合位置に対応した疲労寿命試験結果の一部をレンジを拡張して示したデータ図、 本発明（実施形態）に係る接合方法を電子部品の端子リードに適用した場合の説明図、

符号の説明

１：ひずみゲージ，２：ベースシート，３ｔ…：タブパターン，３ｔｍ…：タブ本体部，３ｔｍｓ…：タブ本体部の一端辺，３ｔｃ…：接続部，３ｇ：ひずみゲージ素子パターン，４…：リード，４ｃ：リード線，４ｓ：端子リード，Ｆｓ：接続部の延長線，Ｌｘ：所定幅，Ｌｙ：所定幅，１００：電子部品

Claims (5)

1. ベースシート上に形成した少なくともタブ本体部及びこのタブ本体部の一端辺から連続形成した接続部を有するタブパターンにおける当該タブ本体部に対して半田付けによりリードを接合するタブパターンとリードの接合方法において、前記接続部の延長線に対して所定幅以上オフセットさせる第一位置条件及び前記一端辺から所定幅以内となる第二位置条件の双方を満たす前記タブ本体部上の位置に前記リードを半田付けすることを特徴とするタブパターンとリードの接合方法。
2. 前記タブパターンは、前記タブ本体部を矩形状に形成するとともに、このタブ本体部における前記一端辺の一側の端部から前記接続部を連続形成することを特徴とする請求項１記載のタブパターンとリードの接合方法。
3. 前記ベースシート上の他の部位にひずみゲージ素子パターンを形成し、このゲージ素子パターンと前記接続部を連続形成してなるひずみゲージに適用することを特徴とする請求項１又は２記載のタブパターンとリードの接合方法。
4. 前記リードは、前記タブパターンから引き出す外部接続用のリード線であることを特徴とする請求項１，２又は３記載のタブパターンとリードの接合方法。
5. 前記リードは、前記ベースシートに実装した電子部品の端子リードであることを特徴とする請求項１，２又は３記載のタブパターンとリードの接合方法。

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