JP2016078037A - フレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】接合部の疲労寿命を改善し長期に亘って安定した電気的導通を図ることができるフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造を提供する。【解決手段】ひずみゲージ１００とフレキシブルプリント基板２００の接合構造において、ひずみゲージ１００のタブパターンとフレキシブルプリント基板２００の端子部を接合する構造であって、フレキシブルプリント基板２００の端部には凹み部２４０が形成されており、凹み部２４０の対向する所定領域のそれぞれにランド部２２１，２２２が形成され、ランド部２２１，２２２とひずみゲージ１００のハンダタブ１４１，１４２が接合されている。【選択図】図３

Description

本発明は、フレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造に関する。

ひずみゲージ素子を有する回路基板にケーブルをハンダ接合する構造が一般的に知られている（例えば特許文献１参照）。一方、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、ハンダ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る。

特開平５−１８３２６４号公報

上述した問題点を考慮して、リード線を用いる代わりに、ひずみゲージ素子を有しフレキシブルプリント基板の形態を有するひずみゲージに、図７に示す形態のフレキシブルプリント基板を接続することも考えられている。

同図は、このようなフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造を示す平面図であり、図中波線ＷＬで区切られる左側はハンダ接合前、右側はハンダ接合後の状態を示している。なお、ハンダ接合後の状態に関しては、図面では波線ＷＬの右側に示す状態を基に説明するが、波線ＷＬの左側に示す状態についてもハンダ接合後は同様の状態となるので、文章中において符号のみ記載して説明する。また、ハンダＳ１は、実際に半田付けを行うと、ひずみゲージのハンダタブおよびフレキシブルプリント基板のランド部の見える部分全面に広がるが、模式的に長楕円形状で説明する。

図７に示す構造によると、同図に示すようにひずみゲージ３００と従来のフレキシブルプリント基板４００を接続した状態で、ハンダタブ３４１，３４２（３４０）と図中右側に示すハンダ接合領域Ｓ１のひずみゲージ側の接合境界部Ｂ１が、パターン延在部３１１，３１２の延在方向の延長線３１１ａ，３１２ａと交わっている。

ひずみゲージ３００は、Ｙ軸方向に引張、収縮を繰り返す。そのため、ひずみゲージ３００に作用する引張応力の集中や分散によりハンダＳ１とハンダタブ３４１，３４２（３４０）の接合境界部Ｂ１で金属疲労が発生し、ハンダタブ３４１，３４２（３４０）の接合境界部Ｂ１でクラックが生じることで、パターン延在部３１１，３１２が断線するおそれがある。

このような問題を解決するには、例えばフレキシブルプリント基板を２層構造とした櫛歯電極にすることが考えられるが、２層構造とすることによりコストがかさむと共に、櫛歯電極にすることでフレキシブルプリント基板同士の接合作業時やその後の使用にあたって電極の折れや曲げ等が発生しないようハンダ接合部の厳しい管理が求められる。

本発明の目的は、接合部の疲労寿命を改善し長期に亘って安定した電気的導通を図ることができるフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造は、
ひずみゲージのタブパターンとフレキシブルプリント基板の端子部を接合する構造であって、
前記フレキシブルプリント基板の端部には凹み部が形成されており、前記凹み部の対向する所定領域のそれぞれにランド部が形成され、前記ランド部と前記ひずみゲージのタブパターンが接合されていることを特徴としている。

本発明の請求項２に記載のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造は、請求項１に記載のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造において、
タブパターンに形成されるハンダタブとハンダが接合する領域の前記ひずみゲージ側の接合境界部が、パターン延在部の延長線に対してずれた位置に形成されていることを特徴としている。

また、本発明の請求項３に記載のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造は、請求項２に記載のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造において、
前記ランド部の長手方向の寸法が前記ハンダタブの長手方向の寸法より長いことを特徴としている。

また、本発明の請求項４に記載のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造において、
前記フレキシブルプリント基板と前記ひずみゲージは、ハンダ付け領域の近傍で粘着剤によって互いに接着されていることを特徴としている。

本発明によると、接合部の疲労寿命を改善し長期に亘って安定した電気的導通を図ることができるフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造を提供することができる。

本発明の一実施形態におけるひずみゲージを示す平面図である。 図１に示したひずみゲージに接続される本発明の一実施形態におけるフレキシブルプリント基板を示す平面図である。 図１に示したひずみゲージに図２に示したフレキシブルプリント基板を接続する直前の状態を示す平面図である。 図１に示したひずみゲージに図２に示したフレキシブルプリント基板をハンダ接合した状態を拡大して示す平面図である。 図２におけるVa-Va断面図（図５（ａ））及び図４におけるハンダ接合後のVb-Vb断面図（図５（ｂ））である。 本発明のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造を示す平面図である。 従来のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において「方向」の意味合いについては、フレキシブルプリント基板とひずみゲージがハンダ接合された状態においてひずみゲージ素子の延在方向を基準とし、この延在方向に一致する方向を「長手方向」、この長手方向に直交する方向を「幅方向」と規定する。そして、図中において必要に応じて長手方向を矢印Ｙで図示し、幅方向を矢印Ｘで示す。

なお、本実施形態及びその各変形例、並びに従来技術に関する図面における各構成要素の大きさや厚み、寸法に関しては、発明の理解の容易化のために実際よりも誇張して示している。

図１は、本発明の一実施形態におけるひずみゲージ１００を示す平面図である。また、図２は、図１に示したひずみゲージ１００に接続される本発明の一実施形態におけるフレキシブルプリント基板２００を示す平面図である。また、図５（ａ）は、図２におけるVa-Va断面図である。

ひずみゲージ１００は、ポリイミド樹脂等でできた可撓性を有するシート１１０と、このシート１１０の上に幅の狭い銅箔パターンを互いに間隔を狭めて九十九（つづら）折り状に複数折り返して形成したひずみゲージ素子１２０と、ひずみゲージ素子１２０の両端から各素子の延在方向と同一方向に伸びたパターン延在部１３１，１３２（１３０）と、各パターン延在部１３０とそれぞれ繋がって形成された矩形状のハンダタブ１４１，１４２（１４０）を有している。なお、パターン延在部１３１，１３２とハンダタブ１４１，１４２とで、それぞれタブパターンを形成している。

パターン延在部１３１，１３２は、ひずみゲージ１００の幅方向中心位置から対称となる位置において長手方向に延在している。すなわち、パターン延在部１３０は、ひずみゲージ素子１２０の各パターンとほぼ同じ方向に延在している。同様に、ハンダタブ１４１，１４２も、ひずみゲージ１００の幅方向中心位置から対称となる位置に配置されている。また、各ハンダタブ１４１，１４２の幅方向の間隔はパターン延在部１３１，１３２の幅方向の間隔よりも狭くなっている。なお、ひずみゲージ１００は、フレキシブルプリント基板２００とハンダ接合されるハンダタブ１４０の部分だけ露出させ、それ以外のひずみゲージ素子１２０やパターン延在部１３０は、ポリイミド樹脂等でできた図示しない絶縁層で覆われている。

フレキシブルプリント基板２００は、片面形態（１層形態）を有するフレキシブルプリント基板であり、ポリイミド樹脂等でできた可撓性を有するベース材２１０と、ベース材２１０の上側に形成された導体パターン２２０と、ベース材２１０の下側の所定領域に貼り付けられた両面テープ等の粘着シート２３０（図５（ａ）参照）を有している。そして、フレキシブルプリント基板２００の長手方向先端（端部）、即ちひずみゲージ１００と接続する側の先端には矩形状の切り欠きからなる凹み部２４０が形成されている。また、凹み部２４０の内側縁の対向する両縁部２４１，２４２からは、幅方向一定領域に亘って導体パターン２２０の一部が露出し、この露出部がランド部２２１，２２２となっている。そして、ランド部２２１，２２２は、ハンダ付け部の役割を果たし、ランド部２２１，２２２とひずみゲージ１００のハンダタブ１４１，１４２がそれぞれハンダ接合される。なお、フレキシブルプリント基板上面のランド部以外は、カバーレジスト等の絶縁層２５０（図５（ａ）参照）で覆われている。また、フレキシブルプリント基板２００の下側（裏向）に貼り付けられた粘着シート２３０により、ひずみゲージ１００とフレキシブルプリント基板２００は、ハンダ付け領域近傍でしっかりと固定される。粘着シート２３０（図５（ａ）参照）で貼り付けることは、ひずみゲージ１００にフレキシブルプリント基板２００を貼り付ける際の位置合わせを確実にする役目も果たしている。

続いて、ひずみゲージ１００とフレキシブルプリント基板２００の接続方法について説明する。図３は、図１に示したひずみゲージに図２に示したフレキシブルプリント基板２００を接続する直前の状態を示す平面図である。また、図４は、図１に示したひずみゲージ１００に図２に示したフレキシブルプリント基板２００をハンダ接合した状態を拡大して示す平面図である。

図３に示す状態から図４に示すようにひずみゲージ１００の長手方向及び幅方向とフレキシブルプリント基板２００の長手方向及び幅方向を合わせた後、ひずみゲージ１００のハンダタブ１４１，１４２の上にフレキシブルプリント基板２００のランド部２２１，２２２がそれぞれ重なるようにフレキシブルプリント基板２００の粘着シート２３０をひずみゲージ１００の上面に貼り付ける。

この際、図４に示すように、ハンダタブ１４１，１４２がフレキシブルプリント基板２００の凹み部２４０の幅方向中心位置から対称な位置となるようにすると共に、フレキシブルプリント基板２００のランド部２２１，２２２がハンダタブ１４１，１４２の長手方向の両端部、かつ幅方向の両端側（ハンダタブ１４０の対向する縁部側）から外側へはみ出すように両者を貼り付ける。本実施形態においては、ランド部２２１，２２２の長手方向の長さがハンダタブ１４１，１４２の長手方向の長さより長くなっているので、このような貼り付けを簡単に行うことができる。

続いて、ひずみゲージ１００とフレキシブルプリント基板２００とのハンダ接合を行う。また、図５（ｂ）は、図４におけるVb-Vb断面図であって、ハンダＳ２によってひずみゲージ１００とフレキシブルプリント基板２００との両者が接合された後の状態を示す図である。ハンダ接合を行う際、上述したように両者を粘着シート２３０によって貼り合わせた状態で溶融したハンダＳ２をひずみゲージ１００のハンダタブ１４１，１４２及びフレキシブルプリント基板２００のランド部２２１，２２２に付着させる。これによって、溶融したハンダは、電気的に接触していなかったハンダタブ１４１，１４２とランド部２２１，２２２に跨って流れた後、冷えて固着する。その結果、ハンダタブ１４１とランド部２２１が確実に導通すると共に、ハンダタブ１４２とランド部２２２が確実に導通する。なお、ハンダＳ２は、実際に半田付けを行うと、ひずみゲージ１００のハンダタブ１４１，１４２およびフレキシブルプリント基板２００のランド部２２１，２２２の見える部分全面に広がるが、模式的に長楕円形状で説明している。これは、後述の図６でも同様である。

以下、上述した実施形態に係るひずみゲージ１００とフレキシブルプリント基板２００の接合構造の作用について説明する。従来の構造によると、図７のように、ひずみゲージ３００と従来のフレキシブルプリント基板４００を接続した状態で、ハンダタブ３４１，３４２（３４０）と図中右側に示すハンダ接合領域Ｓ１のひずみゲージ側の接合境界部Ｂ１が、パターン延在部３１１，３１２の延在方向の延長線３１１ａ，３１２ａと交わっている。ひずみゲージ３００は、Ｙ軸方向に引張、収縮を繰り返す。そのため、ひずみゲージ３００に作用する引張応力の集中や分散によりハンダＳ１とハンダタブ３４１，３４２（３４０）の接合境界部Ｂ１で金属疲労が発生し、ハンダタブ３４１，３４２（３４０）の接合境界部Ｂ１でクラックが生じることで、パターン延在部３１１，３１２が断線するおそれがある。ひずみゲージ素子３１０に導通するパターン延在部３１１，３１２の長手方向の延長線３１１ａ，３１２ａとハンダタブ３４１，３４２（３４０）のひずみゲージ側の接合境界部Ｂ１ａとがそれぞれ交わっている。そして、ひずみゲージは、上述したように外力によるひずみの発生部位に装着してひずみを検出するため、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ため、この接合境界部Ｂ１においてクラックが発生し、このクラックがパターン延在部３１１，３１２につながる接合境界部Ｂ１ａにまで達してこれらが断線してしまうことがある。しかしながら、本実施形態はこのような構造を有していないため、以下のような具体的な作用を発揮する。

図６は、本実施形態に係るひずみゲージ１００とフレキシブルプリント基板２００の接合構造を示す平面図であり、図中波線ＷＬで区切られる左側はハンダ接合前で右側がハンダ接合後の状態を示している。本実施形態の構造によると、同図に示すようにハンダタブ１４０とハンダＳ２が接合するハンダ接合部のひずみゲージ側の接合境界部Ｃが、パターン延在部１３１，１３２の各延長線１３１ａ，１３２ａに対してずれた位置（交わらない位置）に形成されている。

このような配置関係に基づき、フレキシブルプリント基板２００をひずみゲージ１００に接続した後、ひずみゲージ素子１２０の延在方向に引張応力が作用して、パターン延在部１３１，１３２にも引張応力が発生することで、ひずみゲージ側の接合境界部Ｃにクラックが発生しても、このクラックがパターン延在部１３１，１３２の延長線１３１ａ，１３２ａ上にまで延びることがない。これによってパターン延在部１３１，１３２における断線を防止する。以上のことは、従来例を示した図７と本実施形態を示す図６を比較しても明らかである。

このように本実施形態によると、従来のひずみゲージであってもこれに本発明に係る新たなフレキシブルプリント基板を接続することにより、引張応力が発生してもパターン延在部は断線しにくくなる。なお、上述の作用は、ひずみゲージ１００に引張応力が加わることでひずみゲージ素子１２０の延在方向に引張応力が発生する場合について説明したが、この引張応力の代わりに圧縮応力がひずみゲージ１００加わる場合についても同様である。

また、本実施形態とは異なる構成である櫛歯電極を用いる場合、フレキシブルプリント基板は２層構造とすることが必要となるためコストが嵩むが、本実施形態に係るフレキシブルプリント基板２００は、導体が１層構造の片面配線で済むのでコストを抑えることができる。

また、本実施形態の場合、ひずみゲージ１００のハンダタブ１４０とフレキシブルプリント基板２００との間は粘着シート２３０でしっかりと接着されているため、ハンダ溶融時にハンダがハンダタブ１４０とフレキシブルプリント基板２００との隙間に流れ込むことがない。

以上に加えて、ひずみゲージにフレキシブルプリント基板を接続する形態は、フレキシブルプリント基板が十分な可撓性を有していることに起因して、例えばひずみゲージにリード線をハンダ接合したような場合に比べて、フレキシブルプリント基板を折り曲げたりして狭いスペースにこれらを配置できる。その結果、これらの配置エリアを小さくすることができ、これらが収納される部品全体の小型化も図れるという特徴も有している。

これに加えて、フレキシブルプリント基板とひずみゲージのハンダ接合部の耐性が従来例よりもより格段に向上することで、部品の狭いスペースにフレキシブルプリント基板とひずみゲージをハンダ接合した状態で収納しても、ハンダ接合部の耐性向上が十分に図られているので、部品の小型化を達成しつつ、ひずみゲージの疲労寿命や耐久性を高めることができる。

なお、本発明においては、ランド部の長手方向の寸法がハンダタブの長手方向の寸法よりかなり長くなっていたが、必ずしもこのような構成をとる必要はない（図６の構成参照）。

また、上述の実施形態では粘着シートを用いたが、必ずしもこれに限定されることはなく、フレキシブルプリント基板下面の該当する領域に適当な接着剤を塗布するようにしても良い。

また、上述の実施形態は、本発明の一例を示したもので、本発明の作用を発揮し得る範囲内であれば、上述の実施形態のような形状や寸法関係に限定されないことを言うまでもない。

１００ ひずみゲージ
１１０ シート
１２０ ひずみゲージ素子
１３１，１３２（１３０） パターン延在部
１３１ａ，１３２ａ 延長線
１４１，１４２（１４０） ハンダタブ
２００ フレキシブルプリント基板
２１０ ベース材
２２０ 導体パターン
２２１，２２２ ランド部
２３０ 粘着シート
２４０ 凹み部
２４１，２４２ 両縁部
２５０ 絶縁層
３００ ひずみゲージ
３１０ ひずみゲージ素子
３１１ａ，３１２ａ 延長線
３４１，３４２（３４０） ハンダタブ
４００ フレキシブルプリント基板

Claims (4)

1. フレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造において、
   ひずみゲージのタブパターンとフレキシブルプリント基板の端子部を接合する構造であって、
   前記フレキシブルプリント基板の端部には凹み部が形成されており、前記凹み部の対向する所定領域のそれぞれにランド部が形成され、前記ランド部と前記ひずみゲージのタブパターンが接合されていることを特徴とするフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造。
2. タブパターンに形成されるハンダタブとハンダが接合する領域の前記ひずみゲージ側の接合境界部が、パターン延在部の延長線に対してずれた位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造。
3. 前記ランド部の長手方向の寸法が前記ハンダタブの長手方向の寸法より長いことを特徴とする請求項２に記載のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造。
4. 前記フレキシブルプリント基板と前記ひずみゲージは、ハンダ付け領域の近傍で粘着剤によって互いに接着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフレキシブルプリント基板とひずみゲージの接合構造。
   

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