JP2017101982A - 多点計測用のひずみセンサとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<ひずみセンサ>
本実施形態のひずみセンサ31は、図1〜図3に示すように、基材フィルム34と、基材フィルム34の第1主面に形成された複数の抵抗式ひずみ受感部33(以下、単にひずみ受感部33という)と、基材フィルム34の第2主面に各ひずみ受感部33に対応して形成され、基材フィルム34の外縁付近に外部接続端子部37b,38bを有する引き回し回路37,38と、各ひずみ受感部33とこれに対応する引き回し回路37,38とをビア孔39,40に充填されて接続する導電ペースト41,42と、を有するセンサ構造部36を備える。センサ構造部36は、その全体が薄い方形板状に構成されており、基材フィルム34のひずみ受感部33側が構造物に密着される。なお、図2では、図示および説明の便宜上、センサ構造部36を厚く記載している。
基材フィルム34には、第1ランド部33a,33bのランド孔50,51と重なり、第2ランド部37a,38aまで貫通するビア孔39,40が形成されている(図1〜図3参照)。ビア孔39,40の底面は第2ランド部37a,38aの内面に対応する。ビア孔39,40の開孔は、例えば、レーザ照射や基材フィルムエッチング等により形成すうことができる。ビア孔39,40の直径は、例えば、20μm〜300μmとすることができる。
なお、導電ペースト41,42は、ひずみ受感部33の伸縮に追従する材料がより好ましい。何故ならば、追従しない場合には、ひずみ時に断線するからである。この追従する材料としては、例えば、上記熱硬化性樹脂にウレタン樹脂やシリコーン樹脂などを用いるとよい。
また、ひずみセンサを構成する層数を減らせるため、材料費、ひいては製造コストを低減できる。
例えば、各ひずみ受感部33は、酸化、硫化またはマイグレーション(電蝕)による劣化防止の観点から、図2に示すように、絶縁性の第1カバー層43で覆うようにしてもよい。同様に、各引き回し回路37,38も、酸化、硫化またはマイグレーションによる劣化防止の観点から、図2に示すように、外部接続端子部37b,38bを除き、絶縁性の第2カバー層44で覆うようにしてもよい。第1カバー層43及び第2カバー層44の形成方法としては、ラミネータ、熱プレスなどのカバーフィルムの貼合や、スクリーン印刷などの印刷法を用いることができる。
リード47は、センサ構造部36の構造物に密着する面とは反対側の面より取り出すことになり、センサ構造部36と構造物との密着を阻害しない。すなわち、センサ構造部36の構造物に密着する面(つまり、複数のひずみ受感部33を有する面)からリード47を取り出すと、リード47の圧着部分の厚みでセンサ構造部36の構造物に密着する面に凹凸が出来、密着力が低下しやすい。また、リード47が引っ張られるなどしたときに、センサ構造部36が構造物より捲れやすい。これらの結果、ひずみセンサの測定精度が低下する。
<ひずみセンサの製造方法>
本実施形態の多点計測用のひずみセンサの製造方法は、
(1)基材フィルムの第1主面に第1金属層を積層し、基材フィルムの第2主面に第2金属層を積層する工程と、
(2)第1金属層からエッチング法にて複数のひずみ受感部を構成する導電パターンを形成し、第2金属層からエッチング法にて各ひずみ受感部に対応し、基材フィルムの外縁付近に外部接続端子部を有する引き回し回路を構成する導電パターンを形成する工程と、
(3)ひずみ受感部と引き回し回路との対向する位置において、基材フィルムにビア孔をあける工程と、
(4)ビア孔に導電ペーストを充填する工程と、を備えることを特徴とする。
(5)ビア孔に導電ペーストが充填された基材フィルムの第1主面に、ひずみ受感部を覆って絶縁性の第1カバー層を形成し、基材フィルムの第2主面に、外部接続端子部を除き、引き回し回路を覆って絶縁性の第2カバー層を形成する工程と、
(6)引き回し回路の外部接続端子部を覆って導電性の端子保護層を形成する工程と、
をさらに備えていてもよい。
(7)引き回し回路の外部接続端子部にリードを実装する工程、をさらに備えていてもよい。
積層工程は、基材フィルム34の第1主面34aに第1金属層48を積層し、基材フィルム34の第2主面3bに第2金属層49を積層する工程である(図4参照)。
第1金属層48を形成する方法は特に限定されず、例えば、熱プレスによる金属箔の貼合や、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、鍍金法などで形成することができる。
第2金属層49を形成する方法は特に限定されず、第2金属層49と同様に、例えば、熱プレスによる金属箔の貼合や、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、鍍金法などで形成することができる。
パターニング工程は、上記した第1金属層48及び第2金属層49からエッチング法にて各ひずみ受感部33、各引き回し回路37,38の導電パターンを形成する工程である(図5参照)。
例えば、形成する導電パターンに応じた形状のレジスト膜を上記した第1金属層48及び第2金属層49表面に積層し、その積層体をエッチング液に浸漬して各々の導電パターンを形成する。その後、パターン化された第1金属層48及び第2金属層49上に残存するレジスト膜をレジスト剥離液でもって全て剥離し、第1金属層48及び第2金属層49の表面全体を露出させる。
なお、基材フィルム34が長尺の場合、二以上のセンサ構造部36を連続して形成する。
また、レジスト膜を導電パターンに応じた形状に形成するには、スクリーン印刷などの印刷法を用いることもできる。
ビア加工工程は、上記したひずみ受感部33と引き回し回路37,38とを表裏導通するためのビア孔39,40をあける工程である(図6参照)。
ビア孔39,40は、各ひずみ受感部33の両端部である第1ランド部33a,33bに設けられたランド孔50,51と重なり、基材フィルム34を貫通して引き回し回路37,38の内面(基材フィルム34側の面)に到達するものである。ビア孔39,40の開孔は、例えば、UV−YAGレーザ、炭酸ガスレーザやエキシマレーザなどを用いたレーザ照射や、基材フィルムエッチング等により形成することができる。
ビアフィリング工程は、上記したビア孔39,40に導電ペースト41,42を充填する工程である(図7参照)。
上記工程により、導電ペースト41,42の底部は引き回し回路37,38の第2ランド部37a,38aに接触し、導電ペースト41,42の上部41はひずみ受感部33の第1ランド部33a,33bに接触するため、ひずみ受感部33と引き回し回路37,38とが表裏導通される。
また、導電ペースト41,42のビア孔39,40への充填方法としては、スクリーン印刷、インクジェットなどの印刷法を用いることができる。充填後には、熱乾燥、フラッシュランプ焼成などの乾燥を行なうことで、バインダ樹脂を硬化させる。
カバー層形成工程は、表裏導通後のひずみ受感部33を絶縁性の第1カバー層43で覆い、また各引き回し回路37,38を、外部接続端子部37b,38bを除き、絶縁性の第2カバー層44で覆う工程である(図8参照)。
第1カバー層43及び第2カバー層44の形成方法としては、ラミネータ、熱プレスなどのカバーフィルムの貼合や、スクリーン印刷などの印刷法を用いることができる。
リード接続端子の保護層形成工程は 各引き回し回路37,38の他端部(外部接続端子部)37b,38b、すなわち上記第2カバー層44で覆われず露出する部分を、リード線と導通可能な材料で覆って、酸化、硫化またはマイグレーションに起因する劣化から保護する工程である(図9参照)。
端子保護層45の形成方法としては、ニッケル下地金メッキや、半田メッキなどを用いることができる。
外形加工の方法としては、打ち抜きプレスやレーザーカットなどを用いることができる。
リード実装工程は、センサ構造部36について、引き回し回路37,38の外部接続端子部37b,38bに端子保護層45を介してリード47を実装する工程である(図2、図3参照)。
リード47の実装方法としては、例えば、リード47がFPCの場合には異方性導電フィルムまたは異方性導電接着剤46などの伝導性接着物質などを使用した熱圧着法を用いることができる。
なお、前記端子保護層45を形成する工程を省略して、外部接続端子部37b,38bに直接、リード47を実装することもできる。
特に基材フィルム両面の導電パターンのパターニング工程において、エッチングのレジスト膜の形成に感光性樹脂の露光・現像を行なう場合、ひずみ受感部と引き回し回路との位置合わせ精度がより高いものとなる。
また、ひずみセンサを構成する層数を減らせるため、材料費、ひいては製造コストを低減できる。
本実施形態は、引き回し回路37,38の形成方向が異なる以外は一実施形態と同じであり、共通部分についての説明は省略する。
すなわち、本実施形態に係る発明の引き回し回路37,38は、図11に示すように、各ひずみ受感部33の本体33cにおける複数の帯状部の幅方向に沿って延在して設けられている。この場合、各ひずみ受感部33の上記帯状部を構成する金属の長さ方向での延伸/圧縮を引き回し回路37,38が阻害しないため、より高精度のひずみ測定を行うことができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
2 フレキシブル基板
3 ひずみゲージ
4 ゲージベース
5 カバーフィルム
6,36 センサ構造部
7 第1層基板
8 第2層基板
13,33 ひずみ受感部
14a,14b タブ(導線接続部)
18,19,20,37,38 引き回し回路
22 スルーホール
23 半田(導体部材)
33a,33b 第1ランド部
33c 本体
33d,33e 配線
34 基材フィルム
34a 第1主面
34b 第2主面
37a,38a 第2ランド部
37b,38b 外部接続端子部
39,40 ビア孔
41,42 導電ペースト
43 第1カバー層
44 第2カバー層
45 端子保護層
46 異方導電接着剤
47 リード線
48 第1金属層
49 第2金属層
50,51 ランド孔
60 接着層
Claims (7)
- 基材フィルムと、
前記基材フィルムの第1主面に形成された複数のひずみ受感部と、
前記基材フィルムの第2主面に前記各ひずみ受感部に対応して形成され、前記基材フィルムの外縁付近に外部接続端子部を有する引き回し回路と、
前記各ひずみ受感部とこれに対応する前記引き回し回路とをビア孔に充填されて接続する導電ペーストと、を備えることを特徴とする多点計測用のひずみセンサ。 - 前記基材フィルムの第1主面に前記ひずみ受感部を覆って形成された絶縁性の第1カバー層と、
前記基材フィルムの第2主面に、前記外部接続端子部を除き、前記引き回し回路を覆って形成された絶縁性の第2カバー層と、
前記引き回し回路の前記外部接続端子部を覆って形成された導電性の端子保護層と、をさらに備えた請求項1記載の多点計測用のひずみセンサ。 - 前記引き回し回路の前記外部接続端子部に実装されたリードをさらに備えた請求項1又は請求項2に記載の多点計測用のひずみセンサ。
- 前記基材フィルムの第1主面側にセンサ固定用の接着層をさらに備え、当該接着層が前記ビア孔上を避けて形成されている請求項1〜3のいずれかに記載の多点計測用のひずみセンサ。
- 基材フィルムの第1主面に第1金属層を積層し、前記基材フィルムの第2主面に第2金属層を積層する工程と、
前記第1金属層からエッチング法にて複数のひずみ受感部を構成する導電パターンを形成し、前記第2金属層からエッチング法にて前記各ひずみ受感部に対応し、前記基材フィルムの外縁付近に外部接続端子部を有する引き回し回路を構成する導電パターンを形成する工程と、
前記ひずみ受感部と前記引き回し回路との対向する位置において、前記基材フィルムにビア孔をあける工程と、
前記ビア孔に導電ペーストを充填する工程と、を備えることを特徴とする多点計測用のひずみセンサの製造方法。 - 前記ビア孔に前記導電ペーストが充填された前記基材フィルムの第1主面に、前記ひずみ受感部を覆って絶縁性の第1カバー層を形成し、前記基材フィルムの第2主面に、前記外部接続端子部を除き、前記引き回し回路を覆って絶縁性の第2カバー層を形成する工程と、
前記引き回し回路の前記外部接続端子部を覆って導電性の端子保護層を形成する工程と、
をさらに備えた請求項5記載の多点計測用のひずみセンサの製造方法。 - 前記引き回し回路の前記外部接続端子部にリードを実装する工程と、をさらに備えた請求項5又は請求項6に記載の多点計測用のひずみセンサの製造方法。
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