JP2012198049A - Attachment structure for sensor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばホール素子等のセンサ素子の取付構造に関するものである。 The present invention relates to a mounting structure for a sensor element such as a Hall element.
金属の薄片から成る一般的なホール素子においては、図3に示すように磁束密度検出面であるチップ面Tに直交する磁界の磁束密度をBとし、ホール素子1に定電流Iを流すと、磁束密度Bによりローレンツ力を受けて起電力が発生する。ホール素子1の出力Vは、Kをホール係数、dをホール素子の厚みとすると、次の(1)式となる。
V=(K/d)B・I …(1)
In a general Hall element made of a thin piece of metal, when the magnetic flux density of a magnetic field orthogonal to the chip surface T that is a magnetic flux density detection surface is B as shown in FIG. An electromotive force is generated by receiving the Lorentz force by the magnetic flux density B. The output V of the Hall element 1 is expressed by the following equation (1), where K is the Hall coefficient and d is the thickness of the Hall element.
V = (K / d) B · I (1)
ホール素子1から成る角度センサでは、磁界方向に対するチップ面Tの角度を検出している。 The angle sensor composed of the Hall element 1 detects the angle of the chip surface T with respect to the magnetic field direction.
しかし、この角度等を検出するためのホール素子1は、周囲温度等により取付位置が変位することがあり、検出精度への影響が生じ易い。 However, the mounting position of the Hall element 1 for detecting this angle or the like may be displaced due to the ambient temperature or the like, and the detection accuracy is likely to be affected.
一般に図4に示すように、ホール素子1からは複数本のリードフレーム2が引き出され、半田3を介して回路基板4に固定されている。そして、例えば被固定体であるシャフト5の切削面等に取り付ける場合には、回路基板4をシャフト5に接着し、ホール素子1はリードフレーム2を介して中空に支持される。
In general, as shown in FIG. 4, a plurality of
しかし、このホール素子1を用いてシャフト5の回転角度を測定する場合に、シャフト5の回転角度が極めて小さく、例えば5秒程度の分解能が必要な場合には、ホール素子1を搭載する回路基板4、半田3、リードフレーム2の熱膨張等による変形が検出精度に影響してくる。
However, when the rotation angle of the
つまり、回路基板4が温度により変形し易い材料であったり、リードフレーム2の長さや半田3の量に差があると、周囲温度の影響により回路基板4が反ったり、或いは図5に示すように半田3やリードフレーム2が熱膨張し、ホール素子1が傾いて変位し、高精度の測定が困難となる。
That is, if the
この課題の1つの解決法として、ホール素子1のパッケージ部を回路基板4に接着し、ホール素子1が動かないようにする方法が考えられるが、熱膨張を阻害されたリードフレーム2がホール素子1のパッケージを歪ませ、この歪みがパッケージ内部の回路基板4を歪ませ、更にはホール素子1を変位させるという新たな問題が生ずる。回路基板4が歪んでも、ホール素子1が単結晶の場合には歪みが少ないが、石英ガラス上にGaAsをスパッタリングしたホール素子1のような場合は歪み易いため、その影響が顕著となる。
One solution to this problem is to attach the package portion of the Hall element 1 to the
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、センサ素子のリードフレームや、リードフレームと回路基板とを接続する半田等の熱膨張の影響を受け難くし、微小変位の検出を精度良く実施できるセンサ素子の取付構造を提供することにある。 The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems, make it less susceptible to thermal expansion of the lead frame of the sensor element and the solder connecting the lead frame and the circuit board, etc., and accurately detect minute displacements. An object of the present invention is to provide a mounting structure for a sensor element.
上記目的を達成するための本発明に係るセンサ素子の取付構造は、回路基板にリードフレームを介して取り付けたセンサ素子を被固定体に取り付けるセンサ素子の取付構造において、前記被固定体に前記センサ素子の面を接着剤により接着し、前記回路基板を前記リードフレームを介して中空に支持したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the sensor element mounting structure according to the present invention is a sensor element mounting structure in which a sensor element mounted on a circuit board via a lead frame is mounted on a fixed body, and the sensor is mounted on the fixed body. The element surface is bonded with an adhesive, and the circuit board is supported in a hollow state via the lead frame.
本発明に係るセンサ素子の取付構造によれば、センサ素子を直接に被固定体に接着するので周囲環境の温度が変化してもセンサ素子の変位が生じ難い。 According to the sensor element mounting structure of the present invention, since the sensor element is directly bonded to the fixed body, even if the temperature of the surrounding environment changes, the sensor element is hardly displaced.
本発明を図1、図2に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。 The present invention will be described in detail based on the embodiment shown in FIGS.
図1は本実施例におけるセンサ素子としてのホール素子の取付構造の構成図を示している。例えば、フロート式液面計においては、フロートの上下位置を検出して液位を検出しているが、フロートの上下動をシャフト11の回転に変換し、シャフト11の回転角度から液位を求めることがある。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a mounting structure of a Hall element as a sensor element in the present embodiment. For example, in the float type liquid level gauge, the liquid level is detected by detecting the vertical position of the float, but the vertical movement of the float is converted into the rotation of the
このシャフト11の回転角度を検出する場合に、被固定体として非磁性体である金属製のシャフト11にホール素子12を取り付け、磁界中においてホール素子12に定電流を流すことにより、ホール素子12の出力値からホール素子12の角度変位、つまりシャフト11の回転角を知ることができる。
When the rotation angle of the
本実施例1における回路基板13は、ホール素子12のリードフレーム14の膨張や収縮を阻害しないようにするために、例えば変形し易いフレキシブル基板を用い、この回路基板13にホール素子12は例えば4本のリードフレーム14、半田15を介して接続されている。
The
リードフレーム14の回路基板13への接続に際しては、半田15の量は均一となるようにし、回路基板13にホール素子12を搭載する際には、ホール素子12に永久歪を生じさせるような外力を加えないように注意する必要がある。
When the
シャフト11に形成した平坦な切削面16に、ホール素子12の表面の平担部が密着するように接着剤により接着し、回路基板13をリードフレーム14により中空に支持する。このとき、接着剤が熱膨張しても接着剤の厚み差によりホール素子12の傾きが生じないように、接着剤はできる限り薄く均一に塗布することが好ましい。また、ホール素子12は電気絶縁層によりコーティングされているが、ホール素子12とシャフト11の間に絶縁板等を介在してもよい。
The
なお、回路基板13上のIC等の回路素子は回路基板13の表面又は裏面或いは双方に配置してもよい。
Note that circuit elements such as ICs on the
更に、必要に応じて回路基板13、ホール素子12、リードフレーム14の周囲には樹脂17をモールドし、電気絶縁性等を確保すると共に、他物品の衝突から保護することが好ましい。
Furthermore, it is preferable to mold a
このような構造にすることにより、リードフレーム14や半田15に熱膨張が生じても、或いは回路基板13が変形しても、シャフト11の切削面16に接着したホール素子12はシャフト11に対して変位することはなく、シャフト11の回転角の測定精度に及ぼす影響は少ない。
With such a structure, the
図2は実施例2におけるホール素子12の取付構造の構成図を示し、実施例1と同一の部材には同一の符号を付している。
FIG. 2 is a configuration diagram of the mounting structure of the
本実施例2においては、ホール素子12をシャフト11に接着し、リードフレーム14を介して回路基板13を中空に配置することは実施例1と同様である。
In the second embodiment, the
しかし、回路基板13にはホール素子12を非接触で収容するための孔部18が形成されており、ホール素子12はこの孔部18内に配置されている。このように構成することにより、全体として高さが低くなり、構造的に安定する。また、これらの上に樹脂17をモールドすることが好ましいことは、実施例1と同様である。
However, the
本実施例1、2においては、センサ素子として角度を検出するためのホール素子を用いて説明したが、ホール素子以外にも、磁気抵抗素子、装着位置関係の安定性を要求する他の位置検出センサ、更にはセンサに光を供給するための光ダイオード等にも適用可能である。 In the first and second embodiments, the Hall element for detecting the angle is used as the sensor element. However, in addition to the Hall element, other position detections that require stability of the magnetoresistive element and the mounting position relationship. The present invention can also be applied to a sensor, and further to a photodiode for supplying light to the sensor.
11 シャフト
12 ホール素子
13 回路基板
14 リードフレーム
15 半田
16 切削面
17 樹脂
18 孔部
DESCRIPTION OF
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