歪みゲージ及び基板
【課題】電子部品の実装プロセスを利用して基板に実装可能な歪みゲージを提供する。
【解決手段】歪みゲージ１Ａは、ゲージ部２１と電極２０ａ，２０ｂを有したゲージ層２と、ゲージ層２の歪みに追従する軟性を有すると共に、はんだ付けで要求される温度に対する耐熱性を有し、ゲージ層２の上面全体を被覆する軟性耐熱材料層３と、ゲージ層２の電極２０ａ，２０ｂを露出させて、ゲージ層２の下面を被覆する熱接着樹脂層４とを備え、基板に形成された配線パターンに電極２０ａ，２０ｂが接続されると共に、熱接着樹脂層で基板に接着されて基板に実装され、配線パターンを通して、基板の歪みに応じた信号が出力される。
【解決手段】歪みゲージ１Ａは、ゲージ部２１と電極２０ａ，２０ｂを有したゲージ層２と、ゲージ層２の歪みに追従する軟性を有すると共に、はんだ付けで要求される温度に対する耐熱性を有し、ゲージ層２の上面全体を被覆する軟性耐熱材料層３と、ゲージ層２の電極２０ａ，２０ｂを露出させて、ゲージ層２の下面を被覆する熱接着樹脂層４とを備え、基板に形成された配線パターンに電極２０ａ，２０ｂが接続されると共に、熱接着樹脂層で基板に接着されて基板に実装され、配線パターンを通して、基板の歪みに応じた信号が出力される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の歪みを測定する歪みゲージ及び歪みゲージが実装された基板に関する。詳しくは、歪みゲージを電子部品の実装プロセスを利用して基板に実装可能とすることで、手作業による貼り付け工程を不要とするものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品が実装される基板の歪みを測定する歪みゲージは、手作業での貼り付けを前提としており、貼り付け位置による測定値のばらつきの発生を抑えるため、歪みゲージの基板への貼り付け工程では、高度なスキルが要求される。
【０００３】
図１６は、従来の手貼り方式による歪みゲージで発生する貼り付け工程での課題を示す説明図である。
【０００４】
携帯電話や可搬型のゲーム機器等、モバイル製品内部に組み込まれた高密度実装の基板１１０の歪み測定を行う場合、基板１１０上の大型の電子部品１１１やその他の部品によって、歪みゲージ１１３の貼り付け位置が大きく制限されたり、更なる貼り付けスキルが要求される。
【０００５】
また、設置される歪みゲージ１１３の数が多くなると、製品筐体１２０内部でのリード線１１３ａの配線取り回しが困難になり、また、リード線１１３ａの噛み込みや測定中の断線が発生し易く、運用に支障が生じる場合がある。
【０００６】
このため、測定までの準備が大変で効率が悪く、測定技術者と測定箇所が限られてしまい、構造解析が困難となっている。
【０００７】
一方、チップ部品と同一形状の歪みゲージを基板に実装して、歪みを検出できるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、基板に歪みゲージを内蔵した技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１９６７２１号公報
【特許文献２】特開２００１−０１５８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、基板に実装される従来の歪みゲージでは、検出された歪み信号を歪みゲージの電極から直接取り出しており、配線について考慮されていない。また、チップ型の歪みゲージを基板に実装することによる、測定歪みに対する影響も考慮されていない。更に、歪みゲージを内蔵した基板では、基板の製造コストが高くなる。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、電子部品の実装プロセスを利用して基板に実装可能な歪みゲージ及び歪みゲージを備えた基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明の歪みゲージは、抵抗体及び抵抗体の歪みによる信号を出力する電極を有したゲージ層と、ゲージ層の歪みに追従する軟性を有すると共に、はんだ付けで要求される温度に対する耐熱性を有し、ゲージ層の上面全体を被覆する保護層と、ゲージ層の電極を露出させて、ゲージ層の下面を被覆する接着層とを備え、基板に形成された配線パターンにゲージ層の電極が接続されると共に、接着層で基板に接着されて基板に実装され、配線パターンを通して、基板の歪みに応じた信号が出力されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の歪みゲージでは、電子部品の実装プロセスを利用して予め基板に実装され、手作業により歪みゲージを基板に貼り付けて行く工程は不要である。
【００１３】
また、歪みゲージで検出された歪み信号は、基板に形成された配線パターンで取り出され、歪みゲージからリード線を引き出す必要がない。
【００１４】
また、本発明の基板は、歪みゲージが実装される基板であって、歪みゲージは、抵抗体及び抵抗体の歪みによる信号を出力する電極を有したゲージ層と、ゲージ層の歪みに追従する軟性を有すると共に、はんだ付けで要求される温度に対する耐熱性を有し、ゲージ層の上面全体を被覆する保護層と、ゲージ層の電極を露出させて、ゲージ層の下面を被覆する接着層とを備え、歪みゲージの実装位置に、歪みゲージの電極と接続される電極パターンを有した配線パターンと、単数または複数の歪みゲージに対応して形成される配線パターンと接続されるコネクタとを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の基板では、電子部品の実装プロセスを利用して歪みゲージが予め実装され、手作業により歪みゲージを貼り付けて行く工程は不要である。
【００１６】
また、歪みゲージで検出された歪み信号は、コネクタにケーブルを接続することで取り出され、歪みゲージからリード線を引き出して配線作業を行う必要がない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の歪みゲージによれば、ゲージ層の上面に保護層を備えることで、電子部品の実装プロセスを利用して基板に実装することができる。また、保護層は、ゲージ層の歪みに追従する軟性を有するので、測定歪みの影響を抑えることができる。更に、検出された歪み信号は、基板に形成された配線パターンから取り出されるので、実装される歪みゲージの数によらず、信号の取り出しが容易に行なえる。
【００１８】
本発明の基板によれば、上述した歪みゲージを備えることで、電子部品の実装プロセスを利用して歪みゲージを実装することができる。また、基板自体に歪みゲージのパターンを形成する場合と比較して、安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の歪みゲージ及び基板の実施の形態について説明する。
【００２０】
＜本実施の形態の歪みゲージの構成例＞
図１は、本実施の形態の歪みゲージの一例を示す斜視図で、図１（ａ）は、本実施の形態の歪みゲージの全体斜視図、図１（ｂ）は、本実施の形態の歪みゲージの分解斜視図である。また、図２は、本実施の形態の歪みゲージを構成するゲージ層の詳細を示す平面図である。
【００２１】
本実施の形態の歪みゲージ１Ａは、ゲージ層２と、ゲージ層２の上面に貼り付けられる軟性耐熱材料層３と、ゲージ層２の下面に貼り付けられる熱接着樹脂層４を備える。
【００２２】
ゲージ層２は、図２に示すように、一対の電極２０ａ，２０ｂと、電極２０ａと電極２０ｂとの間に所定のパターンで抵抗体が形成されるゲージ部２１を備える。ゲージ層２は、例えば銅（Ｃｕ）−ニッケル（Ｎｉ）箔で構成され、ゲージ部２１に生じた歪みが電気抵抗の変化として検出される。
【００２３】
軟性耐熱材料層３は保護層の一例で、ゲージ層２の上面全体を被覆する形状を有し、歪みゲージ１Ａを吸着する実装機ノズルによるゲージ層２の損傷防止と、歪みゲージ１Ａを基板にはんだ付けするリフロー炉での飛散防止と、歪みゲージ１Ａを実装機に供給する搬送用テープへの収納性の向上と、搬送用テープからの静電気による吸着エラー防止のために設けられる。
【００２４】
すなわち、電子部品を基板に装着する工程で使用される汎用の実装機では、電子部品を吸着する実装機ノズルは主に金属性である。一方、歪みゲージ１Ａのゲージ層２は、薄い金属箔で形成されている。
【００２５】
このため、汎用の実装機を利用して歪みゲージ１Ａを基板に装着する場合、実装機ノズルで歪みゲージ１Ａの吸着を行う際にゲージ層２を損傷しないように、ゲージ層２の上面に軟性耐熱材料層３が貼り付けられ、歪みゲージ１Ａの上面にゲージ層２が露出しないように被覆される。
【００２６】
また、熱風式のリフロー炉を利用して歪みゲージを基板にはんだ付けする際に、通常リフロー炉ではんだ付けされる電子部品と比較して歪みゲージの自重が軽いと、熱風で歪みゲージが飛散する可能性がある。
【００２７】
このため、ゲージ層２の上面に貼り付けられる軟性耐熱材料層３によって、歪みゲージ１Ａにリフロー炉での熱風で飛散しないような適度な自重を持たせる。
【００２８】
更に、歪みゲージ１Ａの基板への装着に実装機を使用するためには、搬送用テープを使用して歪みゲージ１Ａを供給する必要がある。
【００２９】
図３は、歪みゲージ１Ａの供給に使用される搬送用テープの一例を示す斜視図である。搬送用テープ２００には、電子部品の場合と同様に歪みゲージ１Ａが収納されるエンボス（凹部）２０１が形成されているが、歪みゲージ１Ａが極端に薄い構成であると、エンボス２０１の深さが極端に浅い搬送用テープを使用しなければならず、汎用性に欠ける。
【００３０】
このため、ゲージ層２の上面に貼り付けられる軟性耐熱材料層３によって、歪みゲージ１Ａの厚さを、電子部品の供給で使用される搬送用テープのエンボス深さに合わせて増やし、歪みゲージ１Ａの供給に、汎用の搬送用テープ２００を使用できるようにする。
【００３１】
また、搬送用テープ２００からカバーテープ２０２を剥がした際の剥離帯電による歪みゲージ１Ａの吸着不良が、軟性耐熱材料層３を備えることによる歪みゲージ１Ａの自重増加と、搬送用テープ２００のエンボス深さを確保することにより防止される。
【００３２】
軟性耐熱材料層３は、歪みゲージ１Ａを基板にはんだ付けする際のリフロー炉での熱に耐える耐熱性と、基板の歪み測定時にゲージ層２を歪みに追従させるための軟性を有する材料、例えばポリイミド材で構成される。軟性耐熱材料層３の弾性係数は、０．１〜３．３ＧＰａ程度とし、また、軟性耐熱材料層３の厚さは、上述した諸条件を満たすために約０．２ｍｍ程度とした。
【００３３】
熱接着樹脂層４は接着層の一例え、ゲージ層２の電極２０ａと電極２０ｂを露出させて、ゲージ部２１の下面を被覆する形状を有し、歪みゲージ１Ａにおいて、基板にはんだ付けされる電極２０ａと電極２０ｂ以外の箇所を、基板に接着固定する。熱接着樹脂層４の厚さは、約０．１ｍｍとした。
【００３４】
熱接着樹脂層４は、歪みゲージ１Ａを基板にはんだ付けする際のリフロー炉での熱で軟化し、冷却時に固化して基板との接着が行われる。このため、冷却時の収縮が少なくなるように、熱膨張率が低いことが望ましい。
【００３５】
＜本実施の形態の歪みゲージの製造工程例＞
図４は、本実施の形態の歪みゲージの製造方法の一例を示す工程図であり、次に、本実施の形態の歪みゲージ１Ａの製造工程の一例について説明する。
【００３６】
まず、図４（ａ）に示すように、例えばポリイミド材で構成される軟性耐熱材料層３に、ゲージ層２を構成する銅（Ｃｕ）−ニッケル（Ｎｉ）箔２２を貼り合わせる。次に、図４（ｂ）に示すように、銅−ニッケル箔２２を所定のパターンでエッチングして、ゲージ部２１を切り出す。
【００３７】
次に、図４（ｃ）に示すように、銅−ニッケル箔２２の下面でゲージ部２１の形成位置に、熱接着樹脂層４を貼り付ける。そして、図４（ｄ）に示すように、軟性耐熱材料層３に銅−ニッケル箔２２が貼り付けられ、ゲージ部２１が切り出されると共に、熱接着樹脂層４が貼り付けられたシートを、破線Ｃで示す位置をダイシングにより切断することで個片分割して、図１に示す歪みゲージ１Ａが完成する。
【００３８】
＜本実施の形態の基板の構成例＞
図５は、本実施の形態の基板の一例を示す平面図であり、次に、本実施の形態の歪みゲージ１Ａが実装されて、歪みが測定される基板の一例について説明する。
【００３９】
本実施の形態の基板１０は、測定対象となる製品の基板と同様の配置でＩＣ（integrated circuit）等の電子部品１１が実装されると共に、基板上の測定対象箇所に歪みゲージ１Ａが実装される。
【００４０】
基板１０は、歪みゲージ１Ａの実装箇所には、図１に示す歪みゲージ１Ａの電極２０ａ，２０ｂが電気的に接続される図示しない電極パターン（ランド）が形成される。
【００４１】
また、基板１０は、複数の歪みゲージ１Ａで検出された歪み信号を、１箇所から取り出すためのコネクタ１２と、歪みゲージ１Ａとコネクタ１２を電気的に接続する配線パターン１３を備える。
【００４２】
配線パターン１３は、基板１０の歪みを測定する際に影響を及ぼさない形状及び配置で、基板１０に金属箔のパターンを形成して構成され、基板１０では、図示しない測定機器の信号入力用のケーブル１４がコネクタ１２に接続されることで、複数個所の歪みゲージ１Ａで検出された歪み信号が取り出される。これにより、基板１０では、個々の歪みゲージ１Ａからリード線を引き出して、図示しない測定機器と接続する必要がない。
【００４３】
＜本実施の形態の歪みゲージの実装工程例＞
図６は、本実施の形態の歪みゲージの基板への実装方法の一例を示す工程図であり、次に、本実施の形態の歪みゲージ１Ａの実装工程の一例について説明する。
【００４４】
まず、図６（ａ）に示すように、基板１０において、歪みゲージ１Ａの実装箇所に形成された図示しない電極パターンに、はんだ印刷機ではんだ１５を印刷する。
【００４５】
次に、図６（ｂ）に示すように、実装機の実装機ノズル５０で歪みゲージ１Ａを吸着して保持し、保持している歪みゲージ１Ａの電極２０ａ，２０ｂの位置を、基板１０上に印刷されたはんだ１５に合わせて、歪みゲージ１Ａを基板１０に装着する。
【００４６】
次に、図６（ｃ）に示すように、歪みゲージ１Ａが装着された基板１０をリフロー炉等で加熱して、基板１０に印刷されたはんだ１５を溶解させると共に、歪みゲージ１Ａに貼り付けられた熱接着樹脂層４を軟化させる。
【００４７】
そして、加熱された基板１０を冷却することで、はんだ１５を硬化させ、歪みゲージ１Ａの電極２０ａ及び電極２０ｂと、基板１０の図示しない電極パターンをはんだで接合する。
【００４８】
また、加熱された基板１０を冷却することで、熱接着樹脂層４を固化させ、歪みゲージ１Ａと基板１０を接着する。
【００４９】
ここで、実装機を利用して歪みゲージ１Ａを基板１０に装着する工程では、歪みゲージ１Ａは、図３に示すような搬送用テープ２００のエンボス２０１に収納されて、実装機に供給される。
【００５０】
搬送用テープ２００に収納されて歪みゲージ１Ａが供給される実装機は、搬送用テープ２００からカバーテープ２０２を剥がし、搬送用テープ２００に収納されている歪みゲージ１Ａを、実装機ノズル５０で吸着して取り出す。
【００５１】
このとき、搬送用テープ２００からカバーテープ２０２を剥がした際の剥離帯電による歪みゲージ１Ａの吸着不良が、軟性耐熱材料層３を備えることによる歪みゲージ１Ａの自重増加と、搬送用テープ２００のエンボス深さを確保することにより防止され、汎用の実装機を利用して、確実に搬送用テープ２００から取り出すことができる。
【００５２】
また、歪みゲージ１Ａは、軟性耐熱材料層３を備えることで、ゲージ層２が露出しないように上面が被覆され、実装機ノズル５０で歪みゲージ１Ａの吸着を行う際に、実装機ノズル５０が接触することによるゲージ層２の損傷が防止される。
【００５３】
更に、歪みゲージ１Ａは、軟性耐熱材料層３を備えることで適度な自重があり、リフロー炉を利用して歪みゲージ１Ａを基板１０にはんだ付けする工程で、歪みゲージ１Ａが熱風で飛散することが防止される。
【００５４】
また、歪みゲージ１Ａのはんだ付け時に、はんだ１５の表面張力の影響で歪みゲージ１Ａと基板１０との間に僅かな隙間が生じるが、熱接着樹脂層４を備えることで隙間が埋められると共に、歪みゲージ１Ａと基板１０の接着が行われ、基板１０の歪みを歪みゲージ１Ａに伝達するための接触した状態が確保される。
【００５５】
＜本実施の形態の歪みゲージの応力シミュレーション＞
本実施の形態の歪みゲージ１Ａでは、図１に示すように、ゲージ層２の上面に軟性耐熱材料層３が貼り付けられている。この軟性耐熱材料層３を貼り付けることによる測定歪みに及ぼす影響を、以下の条件で応力シミュレーションを行って検証した。
【００５６】
（１−１）検証条件
図７は、応力シミュレーションの検証条件を示す説明図である。歪みゲージ１Ａにおいて、ゲージ層２に軟性耐熱材料層３を貼り付けたことによる測定ゆがみに及ぼす影響を、軟性耐熱材料層３の厚さｔとヤング率を変えた場合における歪み減衰率を求めてシミュレーションした。
【００５７】
ここで、応力シミュレーションの試料としての歪みゲージ１Ａでは、軟性耐熱材料層３の厚さｔは、ｔ＝０．１〜０．３ｍｍの範囲とすると共に、ヤング率は０．１〜３．３ＧＰａの範囲とした。
【００５８】
歪みゲージ１Ａにおけるゲージ層２は、銅−ニッケル合金で構成され、厚さｔはｔ＝６μｍ、ヤング率は１２０ＧＰａである。また、歪みゲージ１Ａにおいて、軟性耐熱材料層３とゲージ層２の間にゲージポリイミド層３０が設けられており、ゲージポリイミド層３０の厚さｔはｔ＝７μｍ、ヤング率３．３ＧＰａである。更に、基板１０は、厚さｔはｔ＝１．０ｍｍ、ヤング率は２５ＧＰａである。
【００５９】
図８は、歪みゲージの歪み率を示すコンター図で、歪み率を示す等値線を模式的に示している。図８で、基板１０をピン６０で０．３ｍｍ突き上げたときにおける、歪みゲージ１Ａの長手方向の歪み率を比較する。ここで、突き上げ高さと歪み率はほぼ比例していることがわかる。
【００６０】
図９は、応力シミュレーションで得たデータを示し、図９（ａ）は、軟性耐熱材料層３の厚みとヤング率を変えて求めた歪みゲージ１Ａの歪み値を示し、図９（ｂ）は、軟性耐熱材料層３の厚みとヤング率を変えて求めた歪みゲージ１Ａの歪み減衰率を示す。
【００６１】
また、図１０は、歪み減衰率の変化を示すグラフで、軟性耐熱材料層３の厚さと歪み減衰率の関係を示す。
【００６２】
ここで、図９（ａ）では、軟性耐熱材料層３を設けていない状態で歪み値が７３９５（με）となる力を加えたときに、軟性耐熱材料層３の厚さを変えた場合の歪み値を示し、図９（ｂ）及び図１０では、軟性耐熱材料層３を設けていない状態で歪み値が７３９５（με）となる力を加えたときの歪み減衰率を０（％）として、軟性耐熱材料層３の厚さを変えた場合の歪み減衰率を示す。
【００６３】
（１−２）検証結果
歪みゲージ１Ａでは、ゲージ層２の上面に軟性耐熱材料層３を貼り付けることにより、ゲージ層２が拘束されて伸縮し難くなることで、軟性耐熱材料層３を設けていない状態で発生し得る実際の歪みに対して、測定歪みが減衰する。
【００６４】
但し、その減衰率は、図９及び図１０に示すように、軟性耐熱材料層３の厚さに比例し、また、軟性耐熱材料層３のヤング率に比例することが判る。
【００６５】
これにより、図９（ｂ）及び図１０で求められた実際の歪みに対する減衰率を把握しておけば、基板の歪みの測定に実使用上問題ないことがわかる。
【００６６】
＜本実施の形態の歪みゲージ及び基板の作用効果例＞
（２−１）歪みゲージを実装型としたことによる測定箇所の制限の回避
本実施の形態の歪みゲージ１Ａでは、測定の対象とする基板に予め実装される形態で使用されるので、従来の手貼り方式を採用している歪みゲージに比較して、物理的な測定箇所の制限が回避される。
【００６７】
図１１は、測定箇所の制限が回避される構成の具体例を示す基板の側面図である。基板１１０に電子部品１１１が実装され、電子部品１１１がシールドケース１１２で覆われている構成で、シールドケース１１２に覆われた内部の歪みを測定する場合を考える。
【００６８】
図１２は、従来の歪みゲージで測定箇所が制限される理由を示す基板の側面図である。シールドケース１１２に覆われた箇所の内部の歪みを測定するためには、シールドケース１１２の内部に歪みゲージ１１３を設置する必要がある。しかし、従来の手貼り方式を採用している歪みゲージ１１３では、シールドケース１１２が作業の障害となり、シールドケース１１２の内部に歪みゲージ１１３を貼り付けることができず、測定が不可能であった。
【００６９】
図１３は、シールドケースの内部に歪みゲージを実装する実装方法の一例を示す工程図であり、本発明を適用することで、シールドケースの内部に予め歪みゲージを実装して、シールドケース内部の歪みを測定することが可能となる。
【００７０】
すなわち、図１３（ａ）に示すように、歪み測定用に所定のパターンで作成された基板１０に、歪みゲージ１Ａを含む小型のチップ部品を実装する。ここで、歪みゲージ１Ａの実装工程では、上述したように、歪みゲージ１Ａが基板１０に電気的に接続され、基板１０に形成された図示しない配線パターンを通して、歪み信号の取り出しが可能なる。
【００７１】
次に、図１３（ｂ）に示すように、大型の電子部品１１１を基板１０に実装する。そして、図１３（ｃ）に示すように、電子部品１１１を覆うシールドケース１１２を基板１０に実装する。このとき、電子部品１１１の近傍に実装される所定の歪みゲージ１Ａも、シールドケース１１２で覆う。
【００７２】
このように、歪みゲージ１Ａが、シールドケース１１２の内部に実装されるが、歪みゲージ１Ａで検出される歪み信号は、基板１０に形成された配線パターンを通して取り出しが可能であるので、シールドケース１１２に覆われた箇所の内部の歪みを測定することが可能となる。
【００７３】
（２−２）歪みゲージを実装型としたことによる実装作業のスキルレス化
本実施の形態の歪みゲージ１Ａでは、電子部品の実装で使用される実装機とリフロー炉を利用して基板に実装されることで、従来の手貼り方式を採用している歪みゲージに比較して、歪みゲージの装着に関するスキルレス化が図られる。
【００７４】
図１４は、従来の手貼り方式による歪みゲージで発生する貼り付け工程での課題を示す説明図である。
【００７５】
従来の手貼り方式による歪みゲージ１１３では、図１４（ａ）に示すように、例えば基板１１０に形成された位置合わせマーク１１４と、歪みゲージ１１３に形成された位置合わせマーク１１５の位置を、手作業で合わせて、歪みゲージ１１３を基板１１０に貼り付ける必要がある。
【００７６】
歪みゲージ１１３が、図１４（ｂ）に示すように位置ずれした状態で基板１１０に貼り付けられると、歪み測定に誤差が生じる可能性があり、図１４（ａ）に示すような正確な貼り付けが要求される。しかし、歪みゲージ１１３は、数ｍｍ角程度の小型の部品であるので、図１４（ａ）に示すように、正確な貼り付けを行うためには、高度なスキルが必要とされる。
【００７７】
また、図１４（ｃ）に示すように、大型の電子部品１１１の間に歪みゲージ１１３を貼り付ける場合、部品の間隔が歪みゲージ１１３の大きさに対して狭い状態、例えば部品の間隔Ｌが約２ｍｍ以下というような状態がある。このような狭い間隔の中に正確に位置合わせをして歪みゲージ１１３を貼り付ける作業は、難易度が高く、一層高度なスキルが必要とされる。
【００７８】
図１５は、本実施の形態の歪みゲージが位置合わせされる実装工程を示す動作説明図である。
【００７９】
本実施の形態の歪みゲージ１Ａは、実装機を利用して基板１０に装着されるので、正確な位置合わせが可能である。また、歪みゲージ１Ａが予め基板１０に実装されるので、例えば、大型の電子部品の実装の前に、歪みゲージ１Ａを実装することが可能で、狭い間隔の中に歪みゲージ１Ａを実装する工程を無くすこともできる。
【００８０】
更に、図１５（ａ）に示すように、実装機で歪みゲージ１Ａを基板１０に装着する際に、基板１０に形成された電極パターン１６に対する位置がずれていても、電極パターン１６に印刷されたはんだが、上述した実装工程におけるリフロー炉での加熱で溶解すると、図１５（ｂ）に示すように、はんだのセルフアライメントで歪みゲージ１Ａの位置が合わせられる。
【００８１】
これにより、歪みゲージ１Ａの実装に、高度なスキルは必要なく、かつ、正確な位置合わせが可能で、基板の歪みの測定を正確に行うことができる。
【００８２】
（２−３）歪みゲージを実装型としたことによる配線のスキルレス化
本実施の形態の歪みゲージ１Ａでは、基板に形成された配線パターンを利用して信号を取り出すことで、従来の手貼り方式を採用している歪みゲージに比較して、歪みゲージに接続される配線の取り回しに関するスキルレス化が図られる。
【００８３】
従来の手貼り方式を採用している歪みゲージ１１３では、図１６に示すように、個々の歪みゲージ１１３からリード線１１３ａを引き出す必要があり、歪みゲージ１１３の数が増えてくると、リード線１１３ａの取り回しが困難になる。
【００８４】
これに対して、本実施の形態の歪みゲージ１Ａでは、図５に示すように、基板１０に形成された配線パターン１３を利用して信号を取り出し、かつ、基板１０に、各配線パターン１３と接続されるコネクタ１２を備えることで、複数の歪みゲージ１Ａで検出された歪み信号を、まとめて１箇所のコネクタ１２から取り出すことができる。
【００８５】
これにより、実装される歪みゲージ１Ａの数が増えても、歪みゲージ１Ａからの歪み信号の取り出しは、基板１０に接続される１本のケーブル１４で済み、配線の取り回し作業のスキルレス化が可能である。
【００８６】
また、基板１０が製品筐体１７に収納されているような場合でも、コネクタ１２へのケーブル１４の接続で歪み信号を取り出すことができることから、より実使用に近い状態で、歪みの測定が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、可搬型の機器等で使用される小型で高密度実装の基板における歪み測定に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本実施の形態の歪みゲージの一例を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態の歪みゲージを構成するゲージ層の詳細を示す平面図である。
【図３】歪みゲージの供給に使用される搬送用テープの一例を示す斜視図である。
【図４】本実施の形態の歪みゲージの製造方法の一例を示す工程図である。
【図５】本実施の形態の基板の一例を示す平面図である。
【図６】本実施の形態の歪みゲージの基板への実装方法の一例を示す工程図である。
【図７】応力シミュレーションの検証条件を示す説明図である。
【図８】歪みゲージの歪み率を示すコンター図である。
【図９】応力シミュレーションで得たデータ
【図１０】歪み減衰率の変化を示すグラフである。
【図１１】測定箇所の制限が回避される構成の具体例を示す基板の側面図である。
【図１２】従来の歪みゲージで測定箇所が制限される理由を示す基板の側面図である。
【図１３】シールドケースの内部に歪みゲージを実装する実装方法の一例を示す工程図である。
【図１４】従来の手貼り方式による歪みゲージで発生する貼り付け工程での課題を示す説明図である。
【図１５】本実施の形態の歪みゲージが位置合わせされる実装工程を示す動作説明図である。
【図１６】従来の手貼り方式による歪みゲージで発生する配線工程での課題を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８９】
１Ａ・・・歪みゲージ、２・・・ゲージ層、３・・・軟性耐熱材料層、４・・・熱接着樹脂層、１０・・・基板、１２・・・コネクタ、１３・・・配線パターン、２０ａ，２０ｂ・・・電極、２１・・・ゲージ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の歪みを測定する歪みゲージ及び歪みゲージが実装された基板に関する。詳しくは、歪みゲージを電子部品の実装プロセスを利用して基板に実装可能とすることで、手作業による貼り付け工程を不要とするものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品が実装される基板の歪みを測定する歪みゲージは、手作業での貼り付けを前提としており、貼り付け位置による測定値のばらつきの発生を抑えるため、歪みゲージの基板への貼り付け工程では、高度なスキルが要求される。
【０００３】
図１６は、従来の手貼り方式による歪みゲージで発生する貼り付け工程での課題を示す説明図である。
【０００４】
携帯電話や可搬型のゲーム機器等、モバイル製品内部に組み込まれた高密度実装の基板１１０の歪み測定を行う場合、基板１１０上の大型の電子部品１１１やその他の部品によって、歪みゲージ１１３の貼り付け位置が大きく制限されたり、更なる貼り付けスキルが要求される。
【０００５】
また、設置される歪みゲージ１１３の数が多くなると、製品筐体１２０内部でのリード線１１３ａの配線取り回しが困難になり、また、リード線１１３ａの噛み込みや測定中の断線が発生し易く、運用に支障が生じる場合がある。
【０００６】
このため、測定までの準備が大変で効率が悪く、測定技術者と測定箇所が限られてしまい、構造解析が困難となっている。
【０００７】
一方、チップ部品と同一形状の歪みゲージを基板に実装して、歪みを検出できるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、基板に歪みゲージを内蔵した技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１９６７２１号公報
【特許文献２】特開２００１−０１５８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、基板に実装される従来の歪みゲージでは、検出された歪み信号を歪みゲージの電極から直接取り出しており、配線について考慮されていない。また、チップ型の歪みゲージを基板に実装することによる、測定歪みに対する影響も考慮されていない。更に、歪みゲージを内蔵した基板では、基板の製造コストが高くなる。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、電子部品の実装プロセスを利用して基板に実装可能な歪みゲージ及び歪みゲージを備えた基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明の歪みゲージは、抵抗体及び抵抗体の歪みによる信号を出力する電極を有したゲージ層と、ゲージ層の歪みに追従する軟性を有すると共に、はんだ付けで要求される温度に対する耐熱性を有し、ゲージ層の上面全体を被覆する保護層と、ゲージ層の電極を露出させて、ゲージ層の下面を被覆する接着層とを備え、基板に形成された配線パターンにゲージ層の電極が接続されると共に、接着層で基板に接着されて基板に実装され、配線パターンを通して、基板の歪みに応じた信号が出力されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の歪みゲージでは、電子部品の実装プロセスを利用して予め基板に実装され、手作業により歪みゲージを基板に貼り付けて行く工程は不要である。
【００１３】
また、歪みゲージで検出された歪み信号は、基板に形成された配線パターンで取り出され、歪みゲージからリード線を引き出す必要がない。
【００１４】
また、本発明の基板は、歪みゲージが実装される基板であって、歪みゲージは、抵抗体及び抵抗体の歪みによる信号を出力する電極を有したゲージ層と、ゲージ層の歪みに追従する軟性を有すると共に、はんだ付けで要求される温度に対する耐熱性を有し、ゲージ層の上面全体を被覆する保護層と、ゲージ層の電極を露出させて、ゲージ層の下面を被覆する接着層とを備え、歪みゲージの実装位置に、歪みゲージの電極と接続される電極パターンを有した配線パターンと、単数または複数の歪みゲージに対応して形成される配線パターンと接続されるコネクタとを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の基板では、電子部品の実装プロセスを利用して歪みゲージが予め実装され、手作業により歪みゲージを貼り付けて行く工程は不要である。
【００１６】
また、歪みゲージで検出された歪み信号は、コネクタにケーブルを接続することで取り出され、歪みゲージからリード線を引き出して配線作業を行う必要がない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の歪みゲージによれば、ゲージ層の上面に保護層を備えることで、電子部品の実装プロセスを利用して基板に実装することができる。また、保護層は、ゲージ層の歪みに追従する軟性を有するので、測定歪みの影響を抑えることができる。更に、検出された歪み信号は、基板に形成された配線パターンから取り出されるので、実装される歪みゲージの数によらず、信号の取り出しが容易に行なえる。
【００１８】
本発明の基板によれば、上述した歪みゲージを備えることで、電子部品の実装プロセスを利用して歪みゲージを実装することができる。また、基板自体に歪みゲージのパターンを形成する場合と比較して、安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の歪みゲージ及び基板の実施の形態について説明する。
【００２０】
＜本実施の形態の歪みゲージの構成例＞
図１は、本実施の形態の歪みゲージの一例を示す斜視図で、図１（ａ）は、本実施の形態の歪みゲージの全体斜視図、図１（ｂ）は、本実施の形態の歪みゲージの分解斜視図である。また、図２は、本実施の形態の歪みゲージを構成するゲージ層の詳細を示す平面図である。
【００２１】
本実施の形態の歪みゲージ１Ａは、ゲージ層２と、ゲージ層２の上面に貼り付けられる軟性耐熱材料層３と、ゲージ層２の下面に貼り付けられる熱接着樹脂層４を備える。
【００２２】
ゲージ層２は、図２に示すように、一対の電極２０ａ，２０ｂと、電極２０ａと電極２０ｂとの間に所定のパターンで抵抗体が形成されるゲージ部２１を備える。ゲージ層２は、例えば銅（Ｃｕ）−ニッケル（Ｎｉ）箔で構成され、ゲージ部２１に生じた歪みが電気抵抗の変化として検出される。
【００２３】
軟性耐熱材料層３は保護層の一例で、ゲージ層２の上面全体を被覆する形状を有し、歪みゲージ１Ａを吸着する実装機ノズルによるゲージ層２の損傷防止と、歪みゲージ１Ａを基板にはんだ付けするリフロー炉での飛散防止と、歪みゲージ１Ａを実装機に供給する搬送用テープへの収納性の向上と、搬送用テープからの静電気による吸着エラー防止のために設けられる。
【００２４】
すなわち、電子部品を基板に装着する工程で使用される汎用の実装機では、電子部品を吸着する実装機ノズルは主に金属性である。一方、歪みゲージ１Ａのゲージ層２は、薄い金属箔で形成されている。
【００２５】
このため、汎用の実装機を利用して歪みゲージ１Ａを基板に装着する場合、実装機ノズルで歪みゲージ１Ａの吸着を行う際にゲージ層２を損傷しないように、ゲージ層２の上面に軟性耐熱材料層３が貼り付けられ、歪みゲージ１Ａの上面にゲージ層２が露出しないように被覆される。
【００２６】
また、熱風式のリフロー炉を利用して歪みゲージを基板にはんだ付けする際に、通常リフロー炉ではんだ付けされる電子部品と比較して歪みゲージの自重が軽いと、熱風で歪みゲージが飛散する可能性がある。
【００２７】
このため、ゲージ層２の上面に貼り付けられる軟性耐熱材料層３によって、歪みゲージ１Ａにリフロー炉での熱風で飛散しないような適度な自重を持たせる。
【００２８】
更に、歪みゲージ１Ａの基板への装着に実装機を使用するためには、搬送用テープを使用して歪みゲージ１Ａを供給する必要がある。
【００２９】
図３は、歪みゲージ１Ａの供給に使用される搬送用テープの一例を示す斜視図である。搬送用テープ２００には、電子部品の場合と同様に歪みゲージ１Ａが収納されるエンボス（凹部）２０１が形成されているが、歪みゲージ１Ａが極端に薄い構成であると、エンボス２０１の深さが極端に浅い搬送用テープを使用しなければならず、汎用性に欠ける。
【００３０】
このため、ゲージ層２の上面に貼り付けられる軟性耐熱材料層３によって、歪みゲージ１Ａの厚さを、電子部品の供給で使用される搬送用テープのエンボス深さに合わせて増やし、歪みゲージ１Ａの供給に、汎用の搬送用テープ２００を使用できるようにする。
【００３１】
また、搬送用テープ２００からカバーテープ２０２を剥がした際の剥離帯電による歪みゲージ１Ａの吸着不良が、軟性耐熱材料層３を備えることによる歪みゲージ１Ａの自重増加と、搬送用テープ２００のエンボス深さを確保することにより防止される。
【００３２】
軟性耐熱材料層３は、歪みゲージ１Ａを基板にはんだ付けする際のリフロー炉での熱に耐える耐熱性と、基板の歪み測定時にゲージ層２を歪みに追従させるための軟性を有する材料、例えばポリイミド材で構成される。軟性耐熱材料層３の弾性係数は、０．１〜３．３ＧＰａ程度とし、また、軟性耐熱材料層３の厚さは、上述した諸条件を満たすために約０．２ｍｍ程度とした。
【００３３】
熱接着樹脂層４は接着層の一例え、ゲージ層２の電極２０ａと電極２０ｂを露出させて、ゲージ部２１の下面を被覆する形状を有し、歪みゲージ１Ａにおいて、基板にはんだ付けされる電極２０ａと電極２０ｂ以外の箇所を、基板に接着固定する。熱接着樹脂層４の厚さは、約０．１ｍｍとした。
【００３４】
熱接着樹脂層４は、歪みゲージ１Ａを基板にはんだ付けする際のリフロー炉での熱で軟化し、冷却時に固化して基板との接着が行われる。このため、冷却時の収縮が少なくなるように、熱膨張率が低いことが望ましい。
【００３５】
＜本実施の形態の歪みゲージの製造工程例＞
図４は、本実施の形態の歪みゲージの製造方法の一例を示す工程図であり、次に、本実施の形態の歪みゲージ１Ａの製造工程の一例について説明する。
【００３６】
まず、図４（ａ）に示すように、例えばポリイミド材で構成される軟性耐熱材料層３に、ゲージ層２を構成する銅（Ｃｕ）−ニッケル（Ｎｉ）箔２２を貼り合わせる。次に、図４（ｂ）に示すように、銅−ニッケル箔２２を所定のパターンでエッチングして、ゲージ部２１を切り出す。
【００３７】
次に、図４（ｃ）に示すように、銅−ニッケル箔２２の下面でゲージ部２１の形成位置に、熱接着樹脂層４を貼り付ける。そして、図４（ｄ）に示すように、軟性耐熱材料層３に銅−ニッケル箔２２が貼り付けられ、ゲージ部２１が切り出されると共に、熱接着樹脂層４が貼り付けられたシートを、破線Ｃで示す位置をダイシングにより切断することで個片分割して、図１に示す歪みゲージ１Ａが完成する。
【００３８】
＜本実施の形態の基板の構成例＞
図５は、本実施の形態の基板の一例を示す平面図であり、次に、本実施の形態の歪みゲージ１Ａが実装されて、歪みが測定される基板の一例について説明する。
【００３９】
本実施の形態の基板１０は、測定対象となる製品の基板と同様の配置でＩＣ（integrated circuit）等の電子部品１１が実装されると共に、基板上の測定対象箇所に歪みゲージ１Ａが実装される。
【００４０】
基板１０は、歪みゲージ１Ａの実装箇所には、図１に示す歪みゲージ１Ａの電極２０ａ，２０ｂが電気的に接続される図示しない電極パターン（ランド）が形成される。
【００４１】
また、基板１０は、複数の歪みゲージ１Ａで検出された歪み信号を、１箇所から取り出すためのコネクタ１２と、歪みゲージ１Ａとコネクタ１２を電気的に接続する配線パターン１３を備える。
【００４２】
配線パターン１３は、基板１０の歪みを測定する際に影響を及ぼさない形状及び配置で、基板１０に金属箔のパターンを形成して構成され、基板１０では、図示しない測定機器の信号入力用のケーブル１４がコネクタ１２に接続されることで、複数個所の歪みゲージ１Ａで検出された歪み信号が取り出される。これにより、基板１０では、個々の歪みゲージ１Ａからリード線を引き出して、図示しない測定機器と接続する必要がない。
【００４３】
＜本実施の形態の歪みゲージの実装工程例＞
図６は、本実施の形態の歪みゲージの基板への実装方法の一例を示す工程図であり、次に、本実施の形態の歪みゲージ１Ａの実装工程の一例について説明する。
【００４４】
まず、図６（ａ）に示すように、基板１０において、歪みゲージ１Ａの実装箇所に形成された図示しない電極パターンに、はんだ印刷機ではんだ１５を印刷する。
【００４５】
次に、図６（ｂ）に示すように、実装機の実装機ノズル５０で歪みゲージ１Ａを吸着して保持し、保持している歪みゲージ１Ａの電極２０ａ，２０ｂの位置を、基板１０上に印刷されたはんだ１５に合わせて、歪みゲージ１Ａを基板１０に装着する。
【００４６】
次に、図６（ｃ）に示すように、歪みゲージ１Ａが装着された基板１０をリフロー炉等で加熱して、基板１０に印刷されたはんだ１５を溶解させると共に、歪みゲージ１Ａに貼り付けられた熱接着樹脂層４を軟化させる。
【００４７】
そして、加熱された基板１０を冷却することで、はんだ１５を硬化させ、歪みゲージ１Ａの電極２０ａ及び電極２０ｂと、基板１０の図示しない電極パターンをはんだで接合する。
【００４８】
また、加熱された基板１０を冷却することで、熱接着樹脂層４を固化させ、歪みゲージ１Ａと基板１０を接着する。
【００４９】
ここで、実装機を利用して歪みゲージ１Ａを基板１０に装着する工程では、歪みゲージ１Ａは、図３に示すような搬送用テープ２００のエンボス２０１に収納されて、実装機に供給される。
【００５０】
搬送用テープ２００に収納されて歪みゲージ１Ａが供給される実装機は、搬送用テープ２００からカバーテープ２０２を剥がし、搬送用テープ２００に収納されている歪みゲージ１Ａを、実装機ノズル５０で吸着して取り出す。
【００５１】
このとき、搬送用テープ２００からカバーテープ２０２を剥がした際の剥離帯電による歪みゲージ１Ａの吸着不良が、軟性耐熱材料層３を備えることによる歪みゲージ１Ａの自重増加と、搬送用テープ２００のエンボス深さを確保することにより防止され、汎用の実装機を利用して、確実に搬送用テープ２００から取り出すことができる。
【００５２】
また、歪みゲージ１Ａは、軟性耐熱材料層３を備えることで、ゲージ層２が露出しないように上面が被覆され、実装機ノズル５０で歪みゲージ１Ａの吸着を行う際に、実装機ノズル５０が接触することによるゲージ層２の損傷が防止される。
【００５３】
更に、歪みゲージ１Ａは、軟性耐熱材料層３を備えることで適度な自重があり、リフロー炉を利用して歪みゲージ１Ａを基板１０にはんだ付けする工程で、歪みゲージ１Ａが熱風で飛散することが防止される。
【００５４】
また、歪みゲージ１Ａのはんだ付け時に、はんだ１５の表面張力の影響で歪みゲージ１Ａと基板１０との間に僅かな隙間が生じるが、熱接着樹脂層４を備えることで隙間が埋められると共に、歪みゲージ１Ａと基板１０の接着が行われ、基板１０の歪みを歪みゲージ１Ａに伝達するための接触した状態が確保される。
【００５５】
＜本実施の形態の歪みゲージの応力シミュレーション＞
本実施の形態の歪みゲージ１Ａでは、図１に示すように、ゲージ層２の上面に軟性耐熱材料層３が貼り付けられている。この軟性耐熱材料層３を貼り付けることによる測定歪みに及ぼす影響を、以下の条件で応力シミュレーションを行って検証した。
【００５６】
（１−１）検証条件
図７は、応力シミュレーションの検証条件を示す説明図である。歪みゲージ１Ａにおいて、ゲージ層２に軟性耐熱材料層３を貼り付けたことによる測定ゆがみに及ぼす影響を、軟性耐熱材料層３の厚さｔとヤング率を変えた場合における歪み減衰率を求めてシミュレーションした。
【００５７】
ここで、応力シミュレーションの試料としての歪みゲージ１Ａでは、軟性耐熱材料層３の厚さｔは、ｔ＝０．１〜０．３ｍｍの範囲とすると共に、ヤング率は０．１〜３．３ＧＰａの範囲とした。
【００５８】
歪みゲージ１Ａにおけるゲージ層２は、銅−ニッケル合金で構成され、厚さｔはｔ＝６μｍ、ヤング率は１２０ＧＰａである。また、歪みゲージ１Ａにおいて、軟性耐熱材料層３とゲージ層２の間にゲージポリイミド層３０が設けられており、ゲージポリイミド層３０の厚さｔはｔ＝７μｍ、ヤング率３．３ＧＰａである。更に、基板１０は、厚さｔはｔ＝１．０ｍｍ、ヤング率は２５ＧＰａである。
【００５９】
図８は、歪みゲージの歪み率を示すコンター図で、歪み率を示す等値線を模式的に示している。図８で、基板１０をピン６０で０．３ｍｍ突き上げたときにおける、歪みゲージ１Ａの長手方向の歪み率を比較する。ここで、突き上げ高さと歪み率はほぼ比例していることがわかる。
【００６０】
図９は、応力シミュレーションで得たデータを示し、図９（ａ）は、軟性耐熱材料層３の厚みとヤング率を変えて求めた歪みゲージ１Ａの歪み値を示し、図９（ｂ）は、軟性耐熱材料層３の厚みとヤング率を変えて求めた歪みゲージ１Ａの歪み減衰率を示す。
【００６１】
また、図１０は、歪み減衰率の変化を示すグラフで、軟性耐熱材料層３の厚さと歪み減衰率の関係を示す。
【００６２】
ここで、図９（ａ）では、軟性耐熱材料層３を設けていない状態で歪み値が７３９５（με）となる力を加えたときに、軟性耐熱材料層３の厚さを変えた場合の歪み値を示し、図９（ｂ）及び図１０では、軟性耐熱材料層３を設けていない状態で歪み値が７３９５（με）となる力を加えたときの歪み減衰率を０（％）として、軟性耐熱材料層３の厚さを変えた場合の歪み減衰率を示す。
【００６３】
（１−２）検証結果
歪みゲージ１Ａでは、ゲージ層２の上面に軟性耐熱材料層３を貼り付けることにより、ゲージ層２が拘束されて伸縮し難くなることで、軟性耐熱材料層３を設けていない状態で発生し得る実際の歪みに対して、測定歪みが減衰する。
【００６４】
但し、その減衰率は、図９及び図１０に示すように、軟性耐熱材料層３の厚さに比例し、また、軟性耐熱材料層３のヤング率に比例することが判る。
【００６５】
これにより、図９（ｂ）及び図１０で求められた実際の歪みに対する減衰率を把握しておけば、基板の歪みの測定に実使用上問題ないことがわかる。
【００６６】
＜本実施の形態の歪みゲージ及び基板の作用効果例＞
（２−１）歪みゲージを実装型としたことによる測定箇所の制限の回避
本実施の形態の歪みゲージ１Ａでは、測定の対象とする基板に予め実装される形態で使用されるので、従来の手貼り方式を採用している歪みゲージに比較して、物理的な測定箇所の制限が回避される。
【００６７】
図１１は、測定箇所の制限が回避される構成の具体例を示す基板の側面図である。基板１１０に電子部品１１１が実装され、電子部品１１１がシールドケース１１２で覆われている構成で、シールドケース１１２に覆われた内部の歪みを測定する場合を考える。
【００６８】
図１２は、従来の歪みゲージで測定箇所が制限される理由を示す基板の側面図である。シールドケース１１２に覆われた箇所の内部の歪みを測定するためには、シールドケース１１２の内部に歪みゲージ１１３を設置する必要がある。しかし、従来の手貼り方式を採用している歪みゲージ１１３では、シールドケース１１２が作業の障害となり、シールドケース１１２の内部に歪みゲージ１１３を貼り付けることができず、測定が不可能であった。
【００６９】
図１３は、シールドケースの内部に歪みゲージを実装する実装方法の一例を示す工程図であり、本発明を適用することで、シールドケースの内部に予め歪みゲージを実装して、シールドケース内部の歪みを測定することが可能となる。
【００７０】
すなわち、図１３（ａ）に示すように、歪み測定用に所定のパターンで作成された基板１０に、歪みゲージ１Ａを含む小型のチップ部品を実装する。ここで、歪みゲージ１Ａの実装工程では、上述したように、歪みゲージ１Ａが基板１０に電気的に接続され、基板１０に形成された図示しない配線パターンを通して、歪み信号の取り出しが可能なる。
【００７１】
次に、図１３（ｂ）に示すように、大型の電子部品１１１を基板１０に実装する。そして、図１３（ｃ）に示すように、電子部品１１１を覆うシールドケース１１２を基板１０に実装する。このとき、電子部品１１１の近傍に実装される所定の歪みゲージ１Ａも、シールドケース１１２で覆う。
【００７２】
このように、歪みゲージ１Ａが、シールドケース１１２の内部に実装されるが、歪みゲージ１Ａで検出される歪み信号は、基板１０に形成された配線パターンを通して取り出しが可能であるので、シールドケース１１２に覆われた箇所の内部の歪みを測定することが可能となる。
【００７３】
（２−２）歪みゲージを実装型としたことによる実装作業のスキルレス化
本実施の形態の歪みゲージ１Ａでは、電子部品の実装で使用される実装機とリフロー炉を利用して基板に実装されることで、従来の手貼り方式を採用している歪みゲージに比較して、歪みゲージの装着に関するスキルレス化が図られる。
【００７４】
図１４は、従来の手貼り方式による歪みゲージで発生する貼り付け工程での課題を示す説明図である。
【００７５】
従来の手貼り方式による歪みゲージ１１３では、図１４（ａ）に示すように、例えば基板１１０に形成された位置合わせマーク１１４と、歪みゲージ１１３に形成された位置合わせマーク１１５の位置を、手作業で合わせて、歪みゲージ１１３を基板１１０に貼り付ける必要がある。
【００７６】
歪みゲージ１１３が、図１４（ｂ）に示すように位置ずれした状態で基板１１０に貼り付けられると、歪み測定に誤差が生じる可能性があり、図１４（ａ）に示すような正確な貼り付けが要求される。しかし、歪みゲージ１１３は、数ｍｍ角程度の小型の部品であるので、図１４（ａ）に示すように、正確な貼り付けを行うためには、高度なスキルが必要とされる。
【００７７】
また、図１４（ｃ）に示すように、大型の電子部品１１１の間に歪みゲージ１１３を貼り付ける場合、部品の間隔が歪みゲージ１１３の大きさに対して狭い状態、例えば部品の間隔Ｌが約２ｍｍ以下というような状態がある。このような狭い間隔の中に正確に位置合わせをして歪みゲージ１１３を貼り付ける作業は、難易度が高く、一層高度なスキルが必要とされる。
【００７８】
図１５は、本実施の形態の歪みゲージが位置合わせされる実装工程を示す動作説明図である。
【００７９】
本実施の形態の歪みゲージ１Ａは、実装機を利用して基板１０に装着されるので、正確な位置合わせが可能である。また、歪みゲージ１Ａが予め基板１０に実装されるので、例えば、大型の電子部品の実装の前に、歪みゲージ１Ａを実装することが可能で、狭い間隔の中に歪みゲージ１Ａを実装する工程を無くすこともできる。
【００８０】
更に、図１５（ａ）に示すように、実装機で歪みゲージ１Ａを基板１０に装着する際に、基板１０に形成された電極パターン１６に対する位置がずれていても、電極パターン１６に印刷されたはんだが、上述した実装工程におけるリフロー炉での加熱で溶解すると、図１５（ｂ）に示すように、はんだのセルフアライメントで歪みゲージ１Ａの位置が合わせられる。
【００８１】
これにより、歪みゲージ１Ａの実装に、高度なスキルは必要なく、かつ、正確な位置合わせが可能で、基板の歪みの測定を正確に行うことができる。
【００８２】
（２−３）歪みゲージを実装型としたことによる配線のスキルレス化
本実施の形態の歪みゲージ１Ａでは、基板に形成された配線パターンを利用して信号を取り出すことで、従来の手貼り方式を採用している歪みゲージに比較して、歪みゲージに接続される配線の取り回しに関するスキルレス化が図られる。
【００８３】
従来の手貼り方式を採用している歪みゲージ１１３では、図１６に示すように、個々の歪みゲージ１１３からリード線１１３ａを引き出す必要があり、歪みゲージ１１３の数が増えてくると、リード線１１３ａの取り回しが困難になる。
【００８４】
これに対して、本実施の形態の歪みゲージ１Ａでは、図５に示すように、基板１０に形成された配線パターン１３を利用して信号を取り出し、かつ、基板１０に、各配線パターン１３と接続されるコネクタ１２を備えることで、複数の歪みゲージ１Ａで検出された歪み信号を、まとめて１箇所のコネクタ１２から取り出すことができる。
【００８５】
これにより、実装される歪みゲージ１Ａの数が増えても、歪みゲージ１Ａからの歪み信号の取り出しは、基板１０に接続される１本のケーブル１４で済み、配線の取り回し作業のスキルレス化が可能である。
【００８６】
また、基板１０が製品筐体１７に収納されているような場合でも、コネクタ１２へのケーブル１４の接続で歪み信号を取り出すことができることから、より実使用に近い状態で、歪みの測定が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、可搬型の機器等で使用される小型で高密度実装の基板における歪み測定に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本実施の形態の歪みゲージの一例を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態の歪みゲージを構成するゲージ層の詳細を示す平面図である。
【図３】歪みゲージの供給に使用される搬送用テープの一例を示す斜視図である。
【図４】本実施の形態の歪みゲージの製造方法の一例を示す工程図である。
【図５】本実施の形態の基板の一例を示す平面図である。
【図６】本実施の形態の歪みゲージの基板への実装方法の一例を示す工程図である。
【図７】応力シミュレーションの検証条件を示す説明図である。
【図８】歪みゲージの歪み率を示すコンター図である。
【図９】応力シミュレーションで得たデータ
【図１０】歪み減衰率の変化を示すグラフである。
【図１１】測定箇所の制限が回避される構成の具体例を示す基板の側面図である。
【図１２】従来の歪みゲージで測定箇所が制限される理由を示す基板の側面図である。
【図１３】シールドケースの内部に歪みゲージを実装する実装方法の一例を示す工程図である。
【図１４】従来の手貼り方式による歪みゲージで発生する貼り付け工程での課題を示す説明図である。
【図１５】本実施の形態の歪みゲージが位置合わせされる実装工程を示す動作説明図である。
【図１６】従来の手貼り方式による歪みゲージで発生する配線工程での課題を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８９】
１Ａ・・・歪みゲージ、２・・・ゲージ層、３・・・軟性耐熱材料層、４・・・熱接着樹脂層、１０・・・基板、１２・・・コネクタ、１３・・・配線パターン、２０ａ，２０ｂ・・・電極、２１・・・ゲージ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗体及び前記抵抗体の歪みによる信号を出力する電極を有したゲージ層と、
前記ゲージ層の歪みに追従する軟性を有すると共に、はんだ付けで要求される温度に対する耐熱性を有し、前記ゲージ層の上面全体を被覆する保護層と、
前記ゲージ層の前記電極を露出させて、前記ゲージ層の下面を被覆する接着層とを備え、
基板に形成された配線パターンに前記ゲージ層の前記電極が接続されると共に、前記接着層で前記基板に接着されて、前記基板に実装され、前記配線パターンを通して、前記基板の歪みに応じた信号が出力される
ことを特徴とする歪みゲージ。
【請求項２】
前記電極の位置に合わせて前記基板に形成され、前記配線パターンと接続される電極パターンにはんだが塗布され、前記基板への実装工程で溶解させたはんだの表面張力によるセルフアライメントで、前記基板に対する位置が合わせられる
ことを特徴とする請求項１記載の歪みゲージ。
【請求項３】
電子部品を前記基板に装着する実装機を利用して、前記基板に位置合わせされて装着される
ことを特徴とする請求項２記載の歪みゲージ。
【請求項４】
電子部品を前記実装機に供給する搬送用テープに収納された形態で提供される
ことを特徴とする請求項３記載の歪みゲージ。
【請求項５】
前記保護層を備えることによる前記ゲージ層の歪みの減衰率に応じて歪みが測定される
ことを特徴とする請求項１記載の歪みゲージ。
【請求項６】
歪みゲージが実装される基板であって、
前記歪みゲージは、
抵抗体及び抵抗体の歪みによる信号を出力する電極を有したゲージ層と、
前記ゲージ層の歪みに追従する軟性を有すると共に、はんだ付けで要求される温度に対する耐熱性を有し、前記ゲージ層の上面全体を被覆する保護層と、
前記ゲージ層の前記電極を露出させて、前記ゲージ層の下面を被覆する接着層とを備え、
前記歪みゲージの実装位置に、前記歪みゲージの前記電極と接続される電極パターンを有した配線パターンと、
単数または複数の前記歪みゲージに対応して形成される前記配線パターンと接続されるコネクタとを備えた
ことを特徴とする基板。
【請求項１】
抵抗体及び前記抵抗体の歪みによる信号を出力する電極を有したゲージ層と、
前記ゲージ層の歪みに追従する軟性を有すると共に、はんだ付けで要求される温度に対する耐熱性を有し、前記ゲージ層の上面全体を被覆する保護層と、
前記ゲージ層の前記電極を露出させて、前記ゲージ層の下面を被覆する接着層とを備え、
基板に形成された配線パターンに前記ゲージ層の前記電極が接続されると共に、前記接着層で前記基板に接着されて、前記基板に実装され、前記配線パターンを通して、前記基板の歪みに応じた信号が出力される
ことを特徴とする歪みゲージ。
【請求項２】
前記電極の位置に合わせて前記基板に形成され、前記配線パターンと接続される電極パターンにはんだが塗布され、前記基板への実装工程で溶解させたはんだの表面張力によるセルフアライメントで、前記基板に対する位置が合わせられる
ことを特徴とする請求項１記載の歪みゲージ。
【請求項３】
電子部品を前記基板に装着する実装機を利用して、前記基板に位置合わせされて装着される
ことを特徴とする請求項２記載の歪みゲージ。
【請求項４】
電子部品を前記実装機に供給する搬送用テープに収納された形態で提供される
ことを特徴とする請求項３記載の歪みゲージ。
【請求項５】
前記保護層を備えることによる前記ゲージ層の歪みの減衰率に応じて歪みが測定される
ことを特徴とする請求項１記載の歪みゲージ。
【請求項６】
歪みゲージが実装される基板であって、
前記歪みゲージは、
抵抗体及び抵抗体の歪みによる信号を出力する電極を有したゲージ層と、
前記ゲージ層の歪みに追従する軟性を有すると共に、はんだ付けで要求される温度に対する耐熱性を有し、前記ゲージ層の上面全体を被覆する保護層と、
前記ゲージ層の前記電極を露出させて、前記ゲージ層の下面を被覆する接着層とを備え、
前記歪みゲージの実装位置に、前記歪みゲージの前記電極と接続される電極パターンを有した配線パターンと、
単数または複数の前記歪みゲージに対応して形成される前記配線パターンと接続されるコネクタとを備えた
ことを特徴とする基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−１３０００１（Ｐ２００９−１３０００１Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３００９５２（Ｐ２００７−３００９５２）
【出願日】平成１９年１１月２０日（２００７．１１．２０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２０日（２００７．１１．２０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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