力檢測器的制作方法

本發明涉及輸出與所施加的力的大小對應的信號的力檢測器，特別涉及能夠阻止電極之間的短路來實現小型化的力檢測器。

背景技術：

施加到力傳遞球的力被傳遞給力傳感器元件，力傳感器元件輸出與所傳遞的力的大小對應的信號的力檢測器得以實用化。力傳遞球以及力傳感器元件收納于收納殼體，力傳遞球的最上部從在收納殼體的上壁部中所形成的貫通孔突出，力傳感器元件配置于收納殼體的底壁部的內壁面與力傳遞球的最下部之間。在收納殼體的底壁部(或者底壁部附近的側壁部)中，與力傳感器元件所連接的輸入輸出端子向外部露出，通過錫焊連接到在底壁部的外壁面的一側配置的基板，從而力檢測器被安裝到基板。

在通過錫焊在基板上安裝小型的力檢測器時，為了消除或者降低收納殼體的底壁部的彎曲所引起的檢測精度的偏差，在與力傳遞球的最下部相對的位置處設置錫焊部(專利文獻1、日本特開2011-169717號公報)。通過在該錫焊部中對收納殼體的底壁部和基板進行錫焊，能夠掩埋在將力檢測器的輸入輸出端子錫焊到基板上的電極時在底壁部與基板之間產生的間隙，所以即使經由力傳遞球對力傳感器元件從上方施加力，位于力傳感器元件的下方的收納殼體的底壁部也不會彎曲而吸收力的一部分。其結果，能夠抑制檢測精度的偏差。

圖3示出上述那樣的防止檢測精度的偏差的結構的原理。此外，在圖3中，收納殼體僅表示底壁部42。如圖3(a)所示，力傳感器元件40設置于收納殼體的底壁部42的內壁面中央部上。在底壁部42的外壁面上，如圖3(b)所示，形成有錫焊焊盤圖案。經由錫焊焊盤圖案，力傳感器元件經由焊錫部44、46連接到基板48上的未圖示的錫焊電極。圖3(b)示出底壁部42的外壁面上的焊盤圖案。在正方形的底壁部42的外壁面的四角附近配置的四個焊盤圖案50分別作為力傳感器元件40的輸入輸出端子而發揮功能，與基板48上的電極通過焊錫部44分別連接。相對于此，焊盤圖案52不與力傳感器元件40電連接，通過焊錫部46掩埋底壁部42的外壁面與基板48之間的間隙的一部分。即，如果對力傳感器元件40施加在圖3(a)中觀察時下方朝向的力f，則假設如果在焊盤圖案52的位置處不存在焊錫46，則僅針對基板48通過四角附近的焊錫44支撐底壁部42，所以底壁部42的中心附近在接近基板48的方向上彎曲而吸收力f的至少一部分，在檢測精度中產生偏差。如果有焊錫部46，則底壁部42不會彎曲，因此，力傳感器元件40能夠輸出與力f的大小正確地對應的信號。

另外，在日本特開2011-220865號公報(專利文獻2)中，公開了在力度傳感器封裝的封裝基板的背面，與傳感器構造部的粘接固定位置在平面上重復地設置固定用端子的構造。特別在圖6(b)以及(c)所示的具體的構造中，設置有一體地設置SMD端子31和固定用端子32的兼用端子33。

專利文獻1：日本特開2011-169717號公報

專利文獻2：日本特開2011-220865號公報

技術實現要素：

力檢測器有根據更換、修理等的必要性，必須從實施了錫焊的基板拆下的情況。在將圖4所示的力檢測器從基板拆下的情況下，對焊錫進行加熱而溶解。此時，底壁部42的四角的焊錫44位于底壁部42的外周部附近，所以通過將例如焊錫烙鐵接觸到基板48上的電極或者附著于電極的焊錫部44，能夠直接加熱。然而，無法將焊錫烙鐵接觸到位于底壁部42的中心附近的焊錫46。

相對于此，如果如專利文獻2所示的封裝基板的背面的兼用端子那樣，設置兼用SMD端子和固定用端子的兼用端子，則在兼用端子的固定用端子部分中將焊錫烙鐵接觸到SMD端子，從而能夠將焊錫烙鐵的熱傳遞至固定用端子部分。然而，在采用了這樣的兼用端子的情況下，越小型化，固定用端子部分與其他SMD端子之間的距離越短，存在在端子(電極)之間發生短路的危險性變高的問題。

本發明的目的在于提供一種能夠阻止電極之間的短路來實現小型化的力檢測器。

本發明提供一種力檢測器，具備：力傳感器元件，安裝于基體基板的表面上；力傳遞部件，對力傳感器元件傳遞力；以及可錫焊的多個端子，設置于基體基板的背面且向外部露出。另外，在以從力傳遞部件對力傳感器元件施加的力的假想延長線通過基體基板的位置為中心的規定區域內，設置有由可錫焊的材料形成了的錫焊部。

在本發明中，將在力傳遞部件對力傳感器元件傳遞力時變形的力傳感器元件的變形區域投影到基體基板的投影區域包含于所述規定區域內，多個端子由在基體基板的四角分別形成了的四個錫焊焊盤電極構成。另外，四個錫焊焊盤電極的形狀被分別決定為在所述投影區域內存在端子電極的一部分而構成錫焊部。在本發明中，在投影區域內存在的四個錫焊焊盤電極的一部分全部構成錫焊部。其結果，根據本發明，在投影區域中不像以往那樣，存在專用的錫焊部，所以無需在基體基板的背面中設置空間，該空間設置專用的錫焊部。因此，根據本發明，能夠比以往實現力檢測器的小型化。

在安裝用基板上通過錫焊安裝本發明的力檢測器時，通過將在以從力傳遞部件施加到力傳感器元件的力的假想延長線通過基板的位置為中心的規定區域內形成的錫焊部錫焊到安裝用基板上的電極，能夠防止由于從力傳遞部件施加到力傳感器元件的力而基板發生彎曲。另外，在將力檢測器從安裝用基板拆下時，通過對力檢測器的多個端子中的某一個端子進行加熱，附著到錫焊部的焊錫熔融。其結果，即使在上述規定區域內設置錫焊部來抑制收納殼體的底壁部的彎曲的情況下，通過從外部對一部分構成錫焊部的端子施加熱而使附著到錫焊部的焊錫熔融，能夠將力檢測器從基板拆下。

構成錫焊部的四個錫焊焊盤電極的一部分的位置以及大小根據力檢測器的結構而不同。即，考慮各力檢測器整體以及各部件的尺寸、形狀或者材質等、特別是力傳感器元件的底面部的形狀、收納殼體的底壁部的厚度以及材質、力傳感器元件在底壁部的內壁面中占據的面積以及位置、及從力傳遞部件施加到力傳感器元件的力的大小等，決定四個錫焊焊盤電極的一部分的位置以及大小。

此外，四個錫焊焊盤電極為了防止短路，優選形成為分別鄰接的兩個端子電極之間的距離成為0.1mm以上。此外，該距離能夠通過錫焊技術的改善進一步變小。

另外，具體而言，四個錫焊焊盤電極的輪廓形狀能夠成為例如四邊形形狀。在該情況下，優選以使四個錫焊焊盤電極各自的一個角部位于上述投影區域內的方式，決定錫焊焊盤電極的形狀尺寸。

進而，力傳感器元件能夠由在變形區域中形成多個擴散電阻的半導體力傳感器元件構成，力傳遞部件能夠由球體構成。

此外，在對端子施加熱的方法中，不僅是對力檢測器側的端子直接施加熱的方法，也可以對基板上的電極施加熱而間接地對錫焊部施加熱。

附圖說明

圖1示出本發明的力檢測器的一個實施方式，圖1(a)是示出在基板上安裝了力檢測器的狀態的平面圖，圖1(b)是圖1(a)的b-b剖面圖，圖1(c)是示出在收納殼體的底壁部的外壁面中所形成的焊盤電極的圖。

圖2(a)以及(b)分別是示出本發明的力檢測器的另一實施方式以及又一實施方式的與圖1(b)同樣的圖。

圖3(a)以及(b)是用于說明以往的力檢測器中的檢測精度的偏差防止的原理的圖。

圖4(a)至(d)是本發明的力檢測器的其他實施方式的平面圖、右側面圖、底面圖以及圖4(a)的d-d線剖面圖。

(符號說明)

R2：投影區域；R1：規定區域；10、110：收納殼體；12、112：力傳感器元件；14、114：力傳遞球；16、116：錫焊焊盤電極；18：焊錫；20：基板；22、122：基體基板(底壁部)；24：周壁部；26：貫通孔；28：上壁部；30a、30b、130a：錫焊部；36、38：力傳感器元件。

具體實施方式

以下，參照附圖，說明本發明的力檢測器的實施方式的一個例子。

在圖1(a)以及(b)中，本發明的力檢測器具有：收納殼體10；力傳感器元件12，收納于收納殼體10的內部；作為力傳遞部件的力傳遞球14，對力傳感器元件12傳遞力；以及作為可錫焊的多個端子的四個焊盤電極16，固定于收納殼體10且向外部露出[參照圖1(c)]。

收納殼體10具備：由基體基板22構成的底壁部、周壁部24和上壁部28。在收納殼體10的基體基板22的內壁面即表面上載置有力傳感器元件12，在基體基板22的外壁面即背面上固定有輪廓呈現四邊形形狀的四個錫焊焊盤電極16。另外，周壁部24從基體基板22的外周緣部在圖1(b)中向上方延伸，從上方觀察的輪廓形狀具有四邊形形狀。另外，上壁部28以覆蓋周壁部24的開口部的方式在水平方向上延伸，在中心處設置有貫通孔26。

力傳遞球14的上方部分從上壁部28的貫通孔26向上方突出，下方部分接觸到力傳感器元件12，將從上方施加的力傳遞給力傳感器12。

力傳感器元件12是半導體力傳感器元件。在半導體力傳感器中，通過在硅基板中擴散硼等而在隔膜區域(變形區域)中形成構成橋電路的四個擴散電阻，將由力傳遞球14傳遞的力利用壓電電阻效果變換為電信號而輸出。

在力檢測器中，作為用于橋電路的四個輸入輸出端子(Vcc、+OUTPUT、GND、-OUTPUT)，在底壁部22的外壁面上具備圖1(c)所示那樣的四個被分割的形狀的錫焊焊盤電極16。如圖1(c)所示，在收納殼體10的基體基板22的四角處分別形成的四個錫焊焊盤電極16具有四個正方形且覆蓋基體基板22的背面的大部分的大小。這些錫焊焊盤電極16形成為在基體基板22的背面露出由焊錫濕潤性良好的金屬構成的電極圖案。在本實施方式中，四個焊盤電極16的四個角部中的位于基體基板22的中央部的四個角部16A作為整體構成錫焊部30a。

在圖1(c)的焊盤電極形狀中，四個錫焊焊盤電極16的四個角部16A包含于以從力傳遞球14對力傳感器元件12施加的力的假想延長線L通過基體基板22的位置為中心的規定區域R1內。本實施方式中的規定區域R1如圖1(b)以及圖1(c)所示，具有將力傳感器元件12的底面的外側輪廓投影到基體基板22的背面的一邊的尺寸是d2的四邊形形狀的輪廓。另外，由四個角部16A構成的錫焊部30a包含于具有將在力傳遞球14對力傳感器元件12傳遞力時變形的力傳感器元件12的變形區域(隔膜部)投影到基體基板22的一邊的尺寸是d1的四邊形形狀的輪廓的投影區域R2。即，四個焊盤電極16各自的最接近基體基板22的正方形的外壁面的中心點的一個角部16A位于投影區域R2內。

如圖1(a)所示，對在安裝用基板20的表面中設置的錫焊電極19經由焊錫部18接合錫焊焊盤電極16，而在安裝用基板20上安裝力檢測器。安裝用基板20上的錫焊電極19之間的間隙以及四個錫焊焊盤電極16之間的間隙尺寸被決定為通過焊錫部18鄰接的錫焊電極19彼此之間或者鄰接的錫焊焊盤電極16彼此之間不會通過焊錫短路。具體而言，為了防止短路，四個焊盤電極16以及錫焊電極19分別形成為鄰接的兩個電極之間的距離成為0.1mm以上。

通過利用焊錫部18連接四個焊盤電極16和錫焊電極19，對在安裝用基板20上安裝的力傳感器元件12施加的力經由錫焊部30a傳遞到安裝用基板20。其結果，能夠抑制乃至防止基體基板22的彎曲。

另外，錫焊部30a由各錫焊焊盤電極16的一部分形成，所以在安裝用基板20上安裝的本實施方式的力檢測器的錫焊部30a上附著的焊錫部18通過對各錫焊焊盤電極16施加熱而熔融。因此，通過對各錫焊焊盤電極16進行加熱，能夠將力檢測器容易地從基板20拆下。在本實施方式中，各錫焊焊盤電極16從基體基板22的背面的邊緣靠中心地配置，所以無法對各錫焊焊盤電極16直接進行加熱，通過對安裝用基板20的錫焊電極接觸烙鐵而間接地加熱。

另外，以盡可能不產生偏移而能夠抑制底壁部的彎曲的方式，優選錫焊部的焊盤電極圖案具有對稱性。例如圖1(c)所示的基體基板22的外壁面上的焊盤電極圖案關于連結正方形的兩組對向的兩邊的中心的兩根中心線、以及兩根對角線線對稱、并且關于正方形的中心點點對稱。

在其內形成錫焊部的規定區域、以及投影區域的范圍根據各力檢測器的種類而不同。在圖2(a)以及圖2(b)中，示出有搭載了與圖1所示的力傳感器元件12分別不同的構造的力傳感器元件的力檢測器。

圖2(a)的力檢測器中的力傳感器元件36相比于圖1的力傳感器元件12，具有稍微更寬的變形區域，因此投影區域R2也比圖1(c)的投影區域R2稍微更寬。圖2(b)的力傳感器元件38是周緣的臺座支撐形成變形區域的隔膜的構造，投影區域R2仍比圖1(c)的投影區域R2稍微更寬。

在圖4(a)至(d)中，示出了本發明的力檢測器的其他實施方式的平面圖、右側面圖、底面圖以及圖4(a)的d-d線剖面。在本實施方式中，對與圖1所示的實施方式的力檢測器同樣的部分，附加對在圖1中附加的符號的數加上了100的數的符號而省略說明。如果比較圖1的實施方式和圖4的實施方式，則與力傳感器元件112的結構、收納殼體110的構造、錫焊焊盤電極116的形狀以及位置不同。力傳感器元件112具有在玻璃制的基臺112A上安裝有半導體力傳感器元件112B的構造。另外，在半導體力傳感器元件112B上形成有凝膠狀的保護層113。另外，收納殼體110由金屬制的罩和電路基板構成。電路基板構成基體基板122。半導體傳感器元件112B和構成基體基板122的電路基板上的電極通過引線鍵合106連接。特別在本實施方式中，在構成收納殼體110的基體基板122的長方形形狀的電路基板的背面中形成的錫焊焊盤電極116以呈現長方形形狀并且與長方形形狀的底面的角部完全一致的狀態形成。其結果，根據本實施方式，在拆下力檢測器時，能夠將來自外部的熱直接傳遞給錫焊焊盤電極116。此外，焊盤電極116的位置以及大小和力傳感器元件112的位置以及大小的關系、以及相鄰的錫焊焊盤電極116之間的距離等的決定方法與上述實施方式相同。因此，在本實施方式中，四個錫焊焊盤電極116的四個角部中的、位于基體基板122的中央部的四個角部116A也分別構成錫焊部130a。另外，為了防止短路，四個焊盤電極116被分別形成為鄰接的兩個電極之間的距離成為0.1mm以上。

產業上的可利用性

根據本發明，由將在力傳遞部件對力傳感器元件傳遞了力時變形的力傳感器元件的變形區域投影到基體基板的投影區域內存在的四個錫焊焊盤電極的一部分全部構成錫焊部，所以不像以往那樣，存在專用的錫焊部。因此，無需在基體基板的背面設置空間，該空間設置專用的錫焊部，能夠比以往實現力檢測器的小型化。另外，根據本發明的力檢測器，通過在規定區域內設置錫焊部，能夠抑制收納殼體的底壁部的彎曲來防止檢測精度發生偏差，并且能夠通過對端子施加熱而使附著到錫焊部的焊錫熔融，將力檢測器從基板拆下。