JP6236367B2 - センサーモジュール及びセンサーモジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板に通信用電子部品及びセンサーが実装されてなるセンサーモジュールと、その製造方法とに関わる。

従来から、一枚のプリント基板上に通信用電子部品、アンテナ及びセンサー等の複数の電子部品を実装した電子回路装置が製品化されている。しかし、このように一枚のプリント基板上に複数の電子部品を実装した場合、プリント基板における実装面積が非常に大きくなってしまい、電子回路装置の大型化に繋がってしまっていた。このような問題を解決するため、二枚のプリント基板それぞれに電子部品を実装し、二枚のプリント基板を互いに対抗させ、フレキシブルケーブルによって二枚のプリント基板を接続する構造とすることによって、装置の大型化を防止するようにした電子回路装置の構造が提案されている。

この種の電子回路装置として、特許文献１に記載された発明が開示されている。特許文献１に記載された電子回路装置９００を図６に示す。

この電子回路装置９００では、電子部品９０２ａ〜９０２ｇを実装した複数の回路基板９０３及び９０４と、回路基板９０３及び９０４に対し一体的に形成され、それぞれの基板の端面から延出し、それぞれの基板を相互に電気的に接続するフレキシブルケーブル９０５と、それぞれの基板を対面させた姿勢で保持するスペーサ９０６と、を備えている。

このように構成された電子回路装置９００においては、回路基板９０３及び９０４間の電気的接続をフレキシブルケーブル９０５により行う一方、スペーサ９０６によりそれぞれの基板を互いに対面させた姿勢で保持する。このように、それぞれの基板の機械的接続及び相対位置決めの機能と、それぞれの基板間の電気的接続の機能とを互いに分離させたので、前者を行うスペーサ９０６のサイズ（特に太さ）を回路基板９０３及び９０４間の相対位置決めに必要最小限の程度にまで小さく（細く）できる。これによりそれぞれの基板におけるスペーサ９０６の専有面積を小さくできる。また、回路基板９０３及び９０４間の電気的接続がフレキシブルケーブル９０５によって行われるので、組立工程における電気的接続の確保が不要であり、組立工程を容易化できる。

特開２００３−１５８３５６号公報

しかしながら、電子回路装置９００では、以下のような課題があった。電子回路装置９００では、スペーサ９０６により回路基板９０３及び９０４を互いに対面させた姿勢で保持する構造としているが、電子回路装置９００をより小型化するためにスペーサ９０６の太さを細くした場合、応力がスペーサ９０６に加わり、スペーサ９０６が折れて、電子回路装置９００が破損してしまうという課題があった。逆に、電子回路装置９００が破損しないようにスペーサ９０６の太さを太くした場合、電子回路装置９００の小型化ができなくなるという課題があった。また、電子部品９０２ａ〜９０２ｇにセンサーが含まれる場合、センサーが回路基板９０３と回路基板９０４との間に収納されることになるため、センサーの感度劣化を伴うという課題もあった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、センサーの感度劣化を防止し、小型化しても破損することのないセンサーモジュール、及びそのセンサーモジュールの製造方法を提供することにある。

この課題を解決するために、本発明のセンサーモジュールは、少なくとも一部が可撓性であるプリント基板と、前記プリント基板に搭載された通信用電子部品と、前記プリント基板に搭載されたセンサーと、を備え、前記プリント基板が、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域及び前記第２の領域それぞれの間に位置すると共に湾曲可能な可撓性を有している第３の領域と、を有し、前記通信用電子部品が前記第１の領域の一方の面に実装されていると共に樹脂によって封止されており、前記センサーが前記第２の領域の他方の面に実装されていて、前記第２の領域の前記一方の面と前記樹脂とが接触するように、前記第３の領域が折り曲げられていて、前記第２の領域の前記一方の面と前記樹脂とが接着されている、という特徴を有する。

このように構成されたセンサーモジュールは、プリント基板の第１の領域の一方の面に実装された通信用電子部品全体を覆う樹脂でプリント基板の第２の領域を支えるため、センサーモジュールを小型化しても破損することがない。また、折り畳められたプリント基板の外側にセンサーが設けられるので、センサーの表面がプリント基板によって覆われることなく外部の空間に接することになる。その結果、センサーの感度劣化を防止することができる。

また、上記の構成において、前記プリント基板が、可撓性を有する部分と、前記可撓性を有する部分より剛性の高い部分と、を備えたリジッドフレキシブル基板であって、前記通信用電子部品が実装される第１の領域は、前記剛性の高い部分である、という特徴を有する。

このように構成されたセンサーモジュールは、通信用電子部品が実装される第１の領域が剛性の高い部分であるため、複数の通信用電子部品を狭ピッチで実装でき、その結果センサーモジュールを小型化することができる。

また、上記の構成において、前記センサーが実装される第２の領域は、前記可撓性を有する部分である、という特徴を有する。

このように構成されたセンサーモジュールは、センサーが実装される第２の領域が厚さの薄い可撓性を有する部分であるため、センサーモジュールの厚さを薄くすることができる。

また、上記の構成において、アンテナが、前記プリント基板の第２の領域の他方の面に前記センサーを避けて配設されている、という特徴を有する。

このように構成されたセンサーモジュールは、折り畳められたプリント基板の外側にアンテナが配設されているので、アンテナの特性劣化を防止することができる。

また、上記の構成において、前記プリント基板が矩形状をしており、前記アンテナは、前記プリント基板の第２の領域の、少なくとも２つの辺に沿って連続して設けられている、という特徴を有する。

このように構成されたセンサーモジュールは、センサーモジュールを小型化しても、アンテナとして設計上必要な長さをより容易に確保することができる。

また、上記の構成において、前記樹脂と前記プリント基板の第２の領域とが接着剤によって固定されている、という特徴を有する。

このように構成されたセンサーモジュールは、樹脂とプリント基板の第２の領域との接着に接着剤を使用するので、樹脂とプリント基板の第２の領域とを簡単かつ強固に接着することができる。

また、上記の構成において、前記センサーが、磁気センサー、光センサー、ガスセンサー、温度センサー、湿度センサー、又は、気圧センサーの何れかである、という特徴を有する。

このように構成されたセンサーモジュールは、センサーとして、磁気センサー、光センサー、ガスセンサー、温度センサー、湿度センサー、又は、気圧センサーの何れかとすることによって、センサーの感度劣化を防止するという効果をより強く奏することができる。

また、この課題を解決するために、本発明のセンサーモジュールの製造方法は、可撓性を有する部分と前記可撓性を有する部分より剛性の高い部分とを備えたプリント基板の、前記剛性の高い部分である第１の領域の一方の面に通信用電子部品を実装する工程と、前記通信用電子部品を樹脂で封止する工程と、前記プリント基板の可撓性を有する部分にある第２の領域の他方の面にセンサーを実装する工程と、前記第１の領域及び前記第２の領域それぞれの間に位置すると共に可撓性を有する部分にある第３の領域を湾曲させて、前記樹脂と前記第２の領域の一方の面とを接着させる工程と、を有する、という特徴を有する。

このように構成されたセンサーモジュールの製造方法は、プリント基板の第１の領域の一方の面に実装された通信用電子部品全体を覆う樹脂でプリント基板の第２の領域を支えるため、センサーモジュールを小型化しても破損することがない製造方法とすることができる。

本発明のセンサーモジュールは、プリント基板の第１の領域の一方の面に実装された通信用電子部品全体を覆う樹脂でプリント基板の第２の領域を支えるため、センサーモジュールを小型化しても破損することがない。また、折り畳められたプリント基板の外側にセンサーが設けられるので、センサーの表面がプリント基板によって覆われることなく外部の空間に接することになる。その結果、センサーの感度劣化を防止することができる。また、本発明のセンサーモジュールの製造方法は、プリント基板の第１の領域の一方の面に実装された通信用電子部品全体を覆う樹脂でプリント基板の第２の領域を支えるため、センサーモジュールを小型化しても破損することがない製造方法とすることができる。

本発明のセンサーモジュールの斜視図である。 センサーモジュールの側面図である。 センサーモジュールの平面図である。 センサーモジュールの製造方法に関わる側面図である。 センサーモジュールの製造方法に関わる平面図である。 従来例に係るセンサーモジュールの側面図である。

［センサーモジュールの実施形態］
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本明細書では、特に断りの無い限り、各図面のＸ１側を右側、Ｘ２側を左側、Ｙ１側を奥側、Ｙ２側を手前側、Ｚ１側を上側、Ｚ２側を下側として説明する。

本発明のセンサーモジュール１００を図１乃至図３に示す。図１は、本発明のセンサーモジュール１００の斜視図である。また、図２は、センサーモジュール１００の側面図であり、図３は、センサーモジュール１００の平面図である。

図１に示すように、センサーモジュール１００は、プリント基板１と、プリント基板１に搭載された通信用電子部品５と、プリント基板１に搭載されたセンサー３、及びアンテナ９と、を備えている。

センサーモジュール１００は、小型の高周波装置、例えば、ウエアラブル端末機器等の携帯機器に内蔵され、備えられているセンサー３によって得られた情報や他の情報を、アンテナ９によってスマートフォン等の他の端末機器等との間で通信するように構成されている。

プリント基板１は少なくとも一部が可撓性を有した基板である。プリント基板１は、第１の領域１ａと、第２の領域１ｂと、第１の領域１ａ及び第２の領域１ｂそれぞれの間に位置すると共に湾曲可能な可撓性を有している第３の領域１ｃと、を有している。従って、少なくとも第３の領域１ｃが可撓性を有した領域である。

プリント基板１は、矩形状をしたリジッドフレキシブル基板１ｄであり、前述したように可撓性を有する部分を備えていると共に、この可撓性を有する部分以外に、可撓性を有する部分より剛性の高い部分を備えている。そして、前述した第１の領域１ａが、この剛性の高い部分に相当する。リジッドフレキシブル基板１ｄの第１の領域１ａは、剛性を高めるため、他の領域即ち第２の領域１ｂ及び第３の領域１ｃに比べて、厚さが厚くなっている。

図２に示すように、この剛性の高い第１の領域１ａの一方の面（図２に示す上側の面）に通信用電子部品５が実装されていると共に、通信用電子部品５が樹脂７によって封止されている。通信用電子部品５は、センサー３によって得られた情報の処理や他の情報をアンテナ９によって他の端末機器等との間で通信するための集積回路や抵抗等の電子部品である。第１の領域１ａが剛性の高い部分であるため、複数の通信用電子部品５を狭ピッチで実装することができる。また、通信用電子部品５は、第１の領域１ａに形成された導体線路（図示せず）によって互いに接続されていると共に、アンテナ９に接続され、第３の領域１ｃ及び第２の領域１ｂに形成された導体線路（図示せず）によってセンサー３にも接続されている。

図１及び図２に示すように、可撓性を有している第３の領域１ｃは、第２の領域１ｂの一方の面（図２に示す第２の領域１ｂの下側の面）が樹脂７の上側の面と接触するように折り曲げられていて、第２の領域１ｂの一方の面と樹脂７の上側の面とが接着剤１１によって接着され、固定されている。接着剤１１を使用することによって簡単かつ強固に接着することができる。

図１及び図２に示すように、センサー３は、プリント基板１の第２の領域１ｂの他方の面（図２に示す上側の面）に、半田等によって実装されている。また、センサー３が実装される第２の領域１ｂは、第３の領域１ｃと同様に可撓性を有する部分である。従って、センサー３は、第１の領域１ａより厚さの薄い第２の領域１ｂに取り付けられていることになる。

センサーモジュール１００におけるセンサー３は、磁気センサー、光センサー、ガスセンサー、温度センサー、湿度センサー、又は、気圧センサーの何れかである。一般的に、上記の各種センサーは、センサーモジュールより外側の空間と直接接することによって、センサーの感度等の性能及び機能を発揮することができるセンサー類である。センサー３としては、加速度センサーのように、プリント基板１で覆われても感度劣化しないセンサーであってもかまわないが、センサーモジュール１００では、センサー３が第２の領域１ｂの他方の面に実装されていると共に、センサーモジュール１００より外側の空間と直接接するように構成されている。従って、センサー３は、磁気センサー、光センサー、ガスセンサー、温度センサー、湿度センサー、又は、気圧センサーの何れかであることがより望ましい。

アンテナ９は、図２に示すプリント基板１の第３の領域１ｃを介して第２の領域１ｂに延伸し、図３に示すようにセンサー３を避けて、第２の領域１ｂの他方の面（図２に示す上側の面）に配設されている。このようにアンテナ９を第２の領域１ｂの他方の面、即ちセンサーモジュール１００の上側の面に、センサー３を避けて配設することによって、アンテナ９をセンサーモジュール１００より外側の空間と直接接するように設けることができる。そのため、アンテナ９が折り畳まれたプリント基板１の内側に配設された場合に対して、アンテナ９の特性劣化を防止できる。尚、センサーモジュール１００におけるアンテナ９は、プリント基板１上の印刷導体によって形成されるが、アンテナ９がプリント基板１上に載置されて取り付けられるタイプのチップアンテナであっても良い。

アンテナ９は、プリント基板１上で導体を印刷することによって形成されるが、図３に示すように、プリント基板１の第２の領域１ｂの他方の面において、矩形状をしているプリント基板１の少なくとも２つの辺に沿って連続して設けられている。図３に示すアンテナ９はプリント基板１の２つの辺に沿って連続して設けられているが、プリント基板１の３つの辺又は４つの辺に沿って連続して設けられていても良い。アンテナ９をプリント基板１の少なくとも２つの辺に沿って連続して設けることにより、アンテナ９として設計上必要な長さをより容易に確保できる。

以上述べたように、センサーモジュール１００は、プリント基板１の第１の領域１ａの一方の面に実装された通信用電子部品５全体を覆う樹脂７でプリント基板１の第２の領域１ｂを支えるため、センサーモジュール１００を小型化しても破損することがない。また、折り畳められたプリント基板１の外側にセンサー３が設けられるので、センサー３の表面がプリント基板１によって覆われることなく外部の空間に接することになる。その結果、センサー３の感度劣化を防止することができる。

また、センサーモジュール１００は、通信用電子部品５が実装される第１の領域１ａが剛性の高い部分であるため、複数の通信用電子部品５を狭ピッチで実装でき、その結果センサーモジュール１００を小型化することができる。

また、センサーモジュール１００は、センサー３が実装される第２の領域１ｂが厚さの薄い可撓性を有する部分であるため、センサーモジュール１００の厚さを薄くすることができる。

また、センサーモジュール１００は、折り畳められたプリント基板１の外側にアンテナ９が配設されているので、アンテナ９の特性劣化を防止することができる。

また、センサーモジュール１００は、アンテナ９が、矩形状をしているプリント基板１の少なくとも２つの辺に沿って連続して設けられているので、センサーモジュール１００を小型化しても、アンテナ９として設計上必要な長さをより容易に確保することができる。

また、センサーモジュール１００は、樹脂７とプリント基板１の第２の領域１ｂとの接着に接着剤１１を使用するので、樹脂７とプリント基板１の第２の領域１ｂとを簡単かつ強固に接着することができる。

また、センサーモジュール１００は、センサー３として、磁気センサー、光センサー、ガスセンサー、温度センサー、湿度センサー、又は、気圧センサーの何れかとすることによって、センサー３の感度劣化を防止するという効果をより強く奏することができる。

［センサーモジュールの製造方法の実施形態］
次に、センサーモジュール１００の製造方法について、図４及び図５を用いて説明する。

図４（ａ）乃至図４（ｄ）は、センサーモジュール１００の製造方法に関わる側面図であり、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、センサーモジュール１００の製造方法に関わる平面図である。

センサーモジュール１００の製造方法では、まず、プリント基板１を用意する。プリント基板１は、図４（ａ）に示すように、第１の領域１ａ、第２の領域１ｂ、及び第３の領域１ｃで構成されている。プリント基板１は、可撓性を有する部分と可撓性を有する部分より剛性の高い部分とを備えていて、第２の領域１ｂ及び第３の領域１ｃが可撓性を有する部分であり、第１の領域１ａが剛性の高い部分である。

センサーモジュール１００の製造方法の第１工程を図４（ａ）に示す。第１工程は、プリント基板１の、上記剛性の高い部分である第１の領域１ａの一方の面（図４（ａ）に示す上側の面）に通信用電子部品５を実装する工程である。集積回路や抵抗等を含む通信用電子部品５を第１の領域１ａの一方の面の所定の位置に載置し、その後、通信用電子部品５を、第１の領域１ａの一方の面に設けられている導体電極（図示せず）に半田等によって取り付ける。尚、アンテナ９は、プリント基板１の、可撓性を有する部分である第２の領域１ｂ及び第３の領域１ｃの他方の面（図４（ａ）に示す下側の面）に印刷導体によって形成されている。

センサーモジュール１００の製造方法の第１工程後のセンサーモジュール１００を上方から見ると、図５（ａ）に示すように、プリント基板１の第１の領域１ａの一方の面に通信用電子部品５が実装されていることが分かる。尚、アンテナ９は、プリント基板１の、第２の領域１ｂ及び第３の領域１ｃの他方の面側（裏側面）にある。

センサーモジュール１００の製造方法の第２工程を図４（ｂ）に示す。第２工程は、プリント基板１の第１の領域１ａに実装された通信用電子部品５を樹脂７で封止する工程である。プリント基板１の通信用電子部品５を含む第１の領域１ａだけに樹脂７を注入し、通信用電子部品５を樹脂７で封止する。通信用電子部品５を樹脂７で封止する時、通信用電子部品５が実装されていないプリント基板１の第２の領域１ｂ及び第３の領域１ｃの一方の面（図４（ｂ）に示す上側の面）には金型５０が載置される。金型５０を載置することによって、プリント基板１の第２の領域１ｂ及び第３の領域１ｃの上側の面に樹脂７が注入されることを防止することができる。金型５０は、通信用電子部品５が樹脂７で封止された後に取り除かれる。

センサーモジュール１００の製造方法の第３工程を図４（ｃ）に示す。第３工程は、プリント基板１にセンサー３を実装する工程である。センサー３を、プリント基板１の可撓性を有する部分にある第２の領域１ｂの他方の面（図４（ｃ）に示す下側の面）の所定の位置に載置し、その後、センサー３を第２の領域１ｂの他方の面に設けられている導体電極（図示せず）に半田等によって取り付ける。

センサーモジュール１００の製造方法の第３工程後のセンサーモジュール１００を上方から見ると、図５（ｂ）に示すように、プリント基板１の第１の領域１ａの一方の面が樹脂７によって覆われていることが分かる。尚、センサー３は、プリント基板１の、第２の領域１ｂ及び第３の領域１ｃの他方の面側（裏側面）にある。

センサーモジュール１００の製造方法の第４工程を図４（ｄ）に示す。第４工程は、プリント基板１の第１の領域１ａと第２の領域１ｂそれぞれの間に位置すると共に可撓性を有する部分にある第３の領域１ｃを湾曲させて、樹脂７と第２の領域１ｂの一方の面とを接着させる工程である。プリント基板１の第２の領域１ｂにセンサー３が取り付けられている状態で、第３の領域１ｃを、第１の領域１ａと第３の領域１ｃとの接続箇所で折り曲げ、次に第３の領域１ｃを湾曲させて、第２の領域１ｂの一方の面を樹脂７の上側の面に接着させる。第２の領域１ｂの一方の面又は樹脂７の上側の面には接着剤１１が塗布されており、第２の領域１ｂの一方の面と樹脂７の上側とが接着剤１１によって強力に接着される。

図４（ａ）〜（ｄ）に示したセンサーモジュール１００の製造方法の各工程を経ることによって、センサーモジュール１００を製造することができる。

このように、センサーモジュール１００の製造方法では、プリント基板１の第１の領域１ａの一方の面に実装された通信用電子部品５全体を覆う樹脂７でプリント基板１の第２の領域１ｂを支えるため、センサーモジュール１００を小型化しても破損することがない製造方法とすることができる。

以上説明したように、本発明のセンサーモジュールは、プリント基板の第１の領域の一方の面に実装された通信用電子部品全体を覆う樹脂でプリント基板の第２の領域を支えるため、センサーモジュールを小型化しても破損することがない。また、折り畳められたプリント基板の外側にセンサーが設けられるので、センサーの表面がプリント基板によって覆われることなく外部の空間に接することになる。その結果、センサーの感度劣化を防止することができる。また、本発明のセンサーモジュールの製造方法は、プリント基板の第１の領域の一方の面に実装された通信用電子部品全体を覆う樹脂でプリント基板の第２の領域を支えるため、センサーモジュールを小型化しても破損することがない製造方法とすることができる。

本発明は上記の実施形態の記載に限定されず、その効果が発揮される態様で適宜変更して実施することができる。

１ プリント基板
１ａ 第１の領域
１ｂ 第２の領域
１ｃ 第３の領域
１ｄ リジッドフレキシブル基板
３ センサー
５ 通信用電子部品
７ 樹脂
９ アンテナ
１１ 接着剤
５０ 金型
１００ センサーモジュール

Claims (8)

1. 少なくとも一部が可撓性であるプリント基板と、前記プリント基板に搭載された通信用電子部品と、前記プリント基板に搭載されたセンサーと、を備え、
   前記プリント基板が、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域及び前記第２の領域それぞれの間に位置すると共に湾曲可能な可撓性を有している第３の領域と、を有し、
   前記通信用電子部品が前記第１の領域の一方の面に実装されていると共に樹脂によって封止されており、前記センサーが前記第２の領域の他方の面に実装されていて、
   前記第２の領域の前記一方の面と前記樹脂とが接触するように、前記第３の領域が折り曲げられていて、前記第２の領域の前記一方の面と前記樹脂とが接着されている、ことを特徴とするセンサーモジュール。
2. 前記プリント基板が、可撓性を有する部分と、前記可撓性を有する部分より剛性の高い部分と、を備えたリジッドフレキシブル基板であって、
   前記通信用電子部品が実装される第１の領域は、前記剛性の高い部分である、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサーモジュール。
3. 前記センサーが実装される第２の領域は、前記可撓性を有する部分である、ことを特徴とする請求項２に記載のセンサーモジュール。
4. アンテナが、前記プリント基板の第２の領域の他方の面に前記センサーを避けて配設されている、ことを特徴とする請求項１乃至３請求項の何れかに記載のセンサーモジュール。
5. 前記プリント基板が矩形状をしており、
   前記アンテナは、前記プリント基板の第２の領域の、少なくとも２つの辺に沿って連続して設けられている、ことを特徴とする請求項４に記載のセンサーモジュール。
6. 前記樹脂と前記プリント基板の第２の領域とが接着剤によって固定されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載のセンサーモジュール。
7. 前記センサーは、磁気センサー、光センサー、ガスセンサー、温度センサー、湿度センサー、又は、気圧センサーの何れかであることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載のセンサーモジュール。
8. 可撓性を有する部分と前記可撓性を有する部分より剛性の高い部分とを備えたプリント基板の、前記剛性の高い部分である第１の領域の一方の面に通信用電子部品を実装する工程と、
   前記通信用電子部品を樹脂で封止する工程と、
   前記プリント基板の可撓性を有する部分にある第２の領域の他方の面にセンサーを実装する工程と、
   前記第１の領域及び前記第２の領域それぞれの間に位置すると共に可撓性を有する部分にある第３の領域を湾曲させて、前記樹脂と前記第２の領域の一方の面とを接着させる工程と、を有する、ことを特徴とするセンサーモジュールの製造方法。
   

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