CN110701986B - 电磁感应式位置传感器的传感器基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

电磁感应式位置传感器的传感器基板及其制造方法，传感器基板包括多层基板以及形成于基板上的多个线圈，上侧线圈包括第一子线圈以及第二子线圈，第一子线圈包括在基板中彼此串联连接的多个导体图案(21、11、22、12)，第二子线圈包括在基板中彼此串联连接的多个导体图案(23、13、24、14)，并且在任一偶数层中，属于第一子线圈的导体图案(21、11、22、12)与属于第二子线圈的导体图案(23、13、24、14)在平面方向上交替排列，第一子线圈的一端与接地(41)的一个端子连接，而第二子线圈的一端与接地(41)的在水平方向上与上述一个端子分离的另一个端子连接。

Description

电磁感应式位置传感器的传感器基板及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年7月10日提交的申请号为2018-130949的日本专利申请的优先权，其全部内容(包括说明书、权利要求书、附图以及摘要)通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及传感器基板，特别涉及用于电磁感应式位置传感器的传感器基板，其中，在基板形成有多个线圈，多个线圈接收交流磁通量并且输出振幅发生变化的相位彼此不同的电磁感应电压。
背景技术
常规地，如在JP2006-17533A中所公开的一种电磁感应式位置传感器，已知通过电磁感应作用检测线性旋转或者相对位移的构件的位置的电磁感应式位置传感器。这种位置传感器包括交流磁通量生成装置以及传感器部，交流磁通量生成装置结合位置检测目标的移动而生成交流磁通量，传感器部接收交流磁通量并且输出感应电压。该传感器部是通过在基板上印制构成多个线圈的导体图案而构成的传感器基板。这种位置传感器具有优秀的耐水、耐油等耐环境性，能够以高精度进行位置检测。另外，构成线圈的导体图案能够利用印制板制造技术等制成，并且能够用现有的设施轻松地制造出来。另外，当上述传感器部是其上印制有导体图案的传感器基板时，因为除传感器部以外的诸如放大电路等能够被安装在该传感器基板上，所以存在以下优点：弱的位置传感信号能够被放大为不易受由接线等引起的外来噪声的影响。
然而，当利用印制板制造技术制造如JP2006-17533A中的电磁感应式位置传感器的传感器部的线圈时，由于有缺陷的刻蚀等，有时会在属于同一线圈并且在平面方向上相邻的两个导体图案之间发生短路故障。即使没有短路故障，上述属于同一线圈并且在平面方向上相邻的两个导体图案也会电导通。因此，利用只对在任意端子之间的短路以及开路进行检查的用于印制电路板的一般检查设备，难以识别上述短路故障。因此，需要利用在同一线圈的两端都测量电阻值以及电感的检查设备进行检查。然而，当图案间的电阻值非常小的部分发生短路时，或者当短路电阻值大时，难以通过测量同一线圈的两端的电阻值以及电感而识别缺陷产品。如果在同一线圈的两端的电阻值以及电感的测量中发生上述不能被识别的短路故障，则在电路元件被安装到传感器的印制电路板后的操作检查中，或者在组装为传感器单元后的最终检查中，会发现故障。上述故障的发生会导致比传感器的印制板的单价更大的损失，而且，难以证实是印制板侧的故障，因此也难以向印制板制造商反馈。因此，假如上述由印制板制造导致的短路故障大量发生，那么检查导致电磁感应式位置传感器带来的风险大于故障造成的损失。
因此，本说明书公开一种用于电磁感应式位置传感器的传感器基板及其制造方法，该传感器基板能够容易地识别导体图案的短路故障。
发明内容
本说明书公开的传感器基板是一种用于电磁感应式位置传感器的传感器基板，包括：基板，其具有偶数层，在层间层压有绝缘材料；以及多个线圈，其形成于上述基板上，接收交流磁通量并且输出振幅发生变化的相位彼此不同的电磁感应电压，其中，每个上述线圈包括：第一子线圈，其在每个偶数层中形成为一个或多个，并且包括在上述基板中彼此串联连接的多个导体图案；以及第二子线圈，其在每个偶数层中形成为一个或多个，并且包括在上述基板中彼此串联连接的多个导体图案，在任一偶数层中，属于第一子线圈的导体图案与属于第二子线圈的导体图案在平面方向上交替排列，第一子线圈的一端与第一端子连接，第二子线圈的一端与第一端子在平面方向上分离，并且与第二端子连接，第二端子与第一端子形成在同一层上。
在这种情况下，第一端子与第二端子通过除印制在基板上的导体以外的导体而电连接，因为第一端子与第二端子电连接，所以第一子线圈与第二子线圈串联连接而可以构成线圈。
本说明书公开的制造传感器基板的方法是一种制造用于电磁感应式位置传感器的传感器基板的方法，在传感器基板中，在基板上形成有多个线圈，这些线圈接收交流磁通量，输出振幅发生变化的相位彼此不同的电磁感应电压，基板具有偶数层，在层间层压有绝缘材料，上述方法包括：形成步骤：在基板上形成多个线圈，每个线圈具有彼此电绝缘的第一子线圈以及第二子线圈；检查步骤：在形成步骤后，检查在第一子线圈与第二子线圈之间是否存在短路；以及连接步骤：当通过检查步骤确定不存在短路时，电连接属于同一线圈的第一子线圈以及第二子线圈，其中，第一子线圈包括多个导体图案，这些导体图案在每个偶数层中形成为一个以上或多个，并且在基板中彼此串联连接，第二子线圈包括多个导体图案，这些导体图案在每个偶数层中形成为一个或多个，并且在基板中彼此串联连接，在任一偶数层中，属于第一子线圈的导体图案与属于第二子线圈的导体图案在平面方向上交替排列，第一子线圈的一端与第一端子连接，第二子线圈的一端与第一端子在平面方向上分离，并且与第二端子连接，第二端子与第一端子形成在同一层上，在连接步骤中，第一端子与第二端子电连接。
在这种情况下，在检查步骤中，通过在第一子线圈与第二子线圈之间存在电导通而确定存在短路。
在本说明书公开的用于传感器的基板中，由于相邻的导体图案在制造导体图案后至少立即绝缘，因此没有电导通。因此，即使在相邻的导体图案之间发生短路故障，也可以利用用于印制板等的一般的检查设备检测到短路故障。从而，可以防止发生短路故障的传感器的导体图案流入后续工序。此外，在制造导体图案之后，子线圈之间的串联连接可以通过安装除印制在基板上的导体之外的导体(例如焊料，零欧姆电阻器等)来完成，因此，子线圈之间的连接可以在电路元件安装过程中容易地进行，并且可以在现有的制造过程中实现，而不需要增加过多的制造过程。此外，不再需要执行传统的检查过程(即，测量同一线圈两端的电阻值或电感的检查过程)，并且还可以降低制造成本。
附图说明
将参照以下附图对本公开的实施方式进行说明：
图1是示出用于电磁感应式位置传感器的传感器基板的一个示例的图；
图2是示出用于电磁感应式位置传感器的传感器基板的另一个示例的图。
具体实施方式
图1示出用于电磁感应式位置传感器的传感器基板的一个示例。图1示出了未处于完成状态而是在制造过程中的传感器基板。
传感器基板具有多层印制板40，该多层印制板40具有偶数层(在该示例中为两层)，在层间层压有绝缘材料，并且在多层印制板40上形成有多个(在该示例中为两个)线圈。多个线圈接收交流磁通量，输出振幅发生变化的相位彼此不同的电磁感应电压。在多层印制板40的每一层中，线圈被构成，正弦形状的导体图案被形成。在图1中，用实线示出形成在多层印制板40的第一层(表面层)上的导体图案，用虚线示出形成在第二层上的导体图案。
在图1所示的示例中，传感器基板具有形成在多层印制板40的上半部分上的上侧线圈，以及形成在多层印制板40的下半部分上的下侧线圈。首先，将描述上侧线圈的构成。通孔1与第二层上的正弦形状的导体图案21的右端连接。导体图案21的左端通过通孔31与导体图案11的左端连接，导体图案11具有与第二层上的导体图案21相反的相位。导体图案11的右端通过通孔2与导体图案22连接，导体图案22具有与导体图案21相同的相位。导体图案22的左端通过通孔32与导体图案12连接，导体图案12具有与导体图案11相同的相位。导体图案12的右端通过通孔5以及接线42与第二层的接地41的两个端子的其中一个端子(第一端子)连接。
另外，接地41的另一个端子(第二端子)通过第二层上的接线43以及通孔3与导体图案23的右端连接，导体图案23具有与导体图案21相同的相位。导体图案23的左端通过通孔33与正弦形状的导体图案13的左端连接，导体图案13具有与导体图案11相同的相位。导体图案13的右端通过通孔4与正弦形状的导体图案24的右端连接，导体图案24具有与导体图案21相同的相位。导体图案24的左端通过通孔34与正弦形状的导体图案14的左端连接，导体图案14具有与导体图案11相同的相位。导体图案14的右端与通孔44连接。
由以上描述可以明显看出，导体图案21、导体图案11、导体图案22以及导体图案12通过通孔31、通孔2以及通孔32串联连接而构成第一子线圈。另外，导体图案23、导体图案13、导体图案24以及导体图案14通过通孔33、通孔4以及通孔34串联连接而构成第二子线圈。另外，第一子线圈的一端与接地41的一个端子(第一端子)通过通孔5以及接线42连接。第二子线圈的一端与接地41的另一个端子(第二端子)通过通孔3以及接线43连接。上述一个端子(第一端子)与另一个端子(第二端子)形成在同一层(第二层)上并且在平面方向上分离。因此，除非上述两个端子通过其他导体连接，否则第一子线圈与第二子线圈彼此绝缘。
此外，如图1明显看出，属于第一子线圈的导体图案与属于第二子线圈的导体图案在平面方向上交替排列。例如，关注第一层，属于第一子线圈的导体图案11以及导体图案12与属于第二子线圈的导体图案13以及导体图案14在平面方向上交替排列。相似地，关注第二层，属于第一子线圈的导体图案21以及导体图案22与属于第二子线圈的导体图案23以及导体图案24在平面方向上交替排列。
形成于多层印制板40的下半部分的下侧线圈与上侧线圈具有基本相似的配置，除了下侧线圈的导体图案的相位在横向方向上相对于上侧线圈的导体图案位移了90度。即，与上侧线圈相似，下侧线圈也具有第一子线圈以及第二子线圈。在第一子线圈中，导体图案26、导体图案16、导体图案27以及导体图案17通过通孔36、通孔7以及通孔37串联连接，在第二子线圈中，导体图案28、导体图案18、导体图案29以及导体图案19通过通孔38、通孔9以及通孔39串联连接。
第一子线圈的一端通过通孔10以及接线47与接地46的一个端子(第一端子)连接，第二子线圈的一端通过通孔8以及接线48与接地46的另一个端子(第二端子)连接。上述一个端子(第一端子)与另一个端子(第二端子)形成在同一层(第二层)上并且在平面方向上分离。因此，除非上述两个端子通过其他导体连接，否则第一子线圈与第二子线圈彼此绝缘。
此外，如图1明显看出，属于第一子线圈的导体图案与属于第二子线圈的导体图案在平面方向上交替排列。例如，关注第一层中，属于第一子线圈的导体图案16以及导体图案17与属于第二子线圈的导体图案18以及导体图案19在平面方向上交替排列。相似地，关注第二层，属于第一子线圈的导体图案26以及导体图案27与属于第二子线圈的导体图案28以及导体图案29在平面方向上交替排列。
虽然未图示，但是与上侧线圈的第一子线圈的另一端连接的通孔1、与上侧线圈的第二子线圈的另一端连接的通孔44、与下侧线圈的第一子线圈的另一端连接的通孔6、以及与下侧线圈的第二子线圈的另一端连接的通孔49分别与焊盘(未图示)连接，焊盘用于安装用于形成于多层印制板40的第二层上的传感器放大电路的不同元件。因此，上述四个子线圈彼此绝缘连接。因此，在第一层上的相邻的正弦形状的导体图案11与导体图案13、导体图案13与导体图案12、导体图案12与导体图案14、导体图案14与导体图案16、导体图案16与导体图案18、导体图案18与导体图案17、导体图案17与导体图案19，以及在第二层上的相邻的正弦形状的导体图案21与导体图案23、导体图案23与导体图案22、导体图案22与导体图案24、导体图案24与导体图案26、导体图案26与导体图案28、导体图案28与导体图案27、导体图案27与导体图案29以其间不存在电导通的方式相连。从而，在相邻的导体图案之间发生短路故障的情况下，由于在接地41的两个端子或者接地46的两个端子之间存在电导通，因此利用用于印制板等的一般的检查设备能够容易地检测到导体图案的故障。
如上所述，图1中的传感器基板处于制造过程中。当上述第一子线圈以及第二子线圈能够利用印制板制造技术形成时，检查第一子线圈与第二子线圈之间是否存在短路。如果检查的结果是确定不存在短路，则第一子线圈与第二子线圈电连接。具体地，在多层印制板40中，在利用用于印制板等的检查设备检查后，在第二层上，在要安装包括接地41和接地46在内的电子元件的焊盘上涂抹焊膏。然后，在焊盘上安装传感器放大电路等电子元件，而后利用回流进行焊接。在此过程中，接地41的两个端子与接地46的两个端子通过焊料而电连接，焊料是与印制在多层印制板上的导体分离的导体。因此，上侧线圈的第一子线圈与第二子线圈串联连接而构成一个线圈。此外，下侧线圈的第一子线圈与第二子线圈也串联连接而构成一个线圈。
接着，将参考图2描述用于电磁感应式位置传感器的传感器基板的另一个示例。图2是示出用于传感器的基板的配置的图。在图2中，具有与图1中的元件相同功能的元件被赋予相同的附图标记，并不再赘述。在图2的多层印制板50中，只将图1中的多层印制板40的接地41以及接地46替换为用于安装片式电阻器的接地51以及接地52，其余元件完全相同。在多层印制板50中，在利用用于印制板等的检查设备进行短路检查后，在要安装包括用于安装片式电阻器的接地51以及接地52在内的电子元件的焊盘上涂抹焊膏，然后，在焊盘上安装传感器放大电路等电子元件，而后利用回流进行焊接。在此过程中，零欧姆的片式电阻器(未图示)被分别安装到用于安装片式电阻器的接地51以及接地52，而后利用回流进行焊接。因此，上侧线圈的第一子线圈与第二子线圈串联连接而构成一个线圈。此外，下侧线圈的第一子线圈与第二子线圈也串联连接而构成一个线圈。
上述配置只不过是示例，只要彼此绝缘并且在水平方向上交替排列的第一子线圈以及第二子线圈形成在印制板上，然后短路检查被执行，而后第一子线圈与第二子线圈电连接，那么也可以适当地做其他配置。例如，示例中采取了两层配置的多层印制板，但是只要层数为偶数，也可以采用更多层数的多层印制板。此外，构成第一子线圈以及第二子线圈的导体图案的数量也可以适当地改变。此外，最终用于电连接第一子线圈以及第二子线圈的构件不受限于焊料或者零欧姆片式电阻器，只要是除印制于基板上的导体以外的导体，那么也可以是诸如金线键合等其他构件。

Claims (4)

1.一种用于电磁感应式位置传感器的传感器基板，包括：
基板，其具有偶数层，在层间层压有绝缘材料；以及
多个线圈，其形成于所述基板上，接收交流磁通量并且输出振幅发生变化的相位彼此不同的电磁感应电压，其中：
每个所述线圈包括：
第一子线圈，其在所述偶数层的每一层中形成为一个或多个，并且包括在所述基板中彼此串联连接的多个导体图案；以及
第二子线圈，其在所述偶数层的每一层中形成为一个或多个，并且包括在所述基板中彼此串联连接的多个导体图案；
属于所述第一子线圈的多个导体图案和属于所述第二子线圈的多个导体图案均具有正弦形状；
在所述偶数层的任一层中，属于所述第一子线圈的多个导体图案与属于所述第二子线圈的多个导体图案在振幅方向上交替排列，使得从所述振幅方向上看，属于所述第二子线圈的多个导体图案中的两个导体图案位于属于所述第一子线圈的多个导体图案中的一个导体图案的正弦形状的相对两侧，并且从所述振幅方向上看，属于所述第一子线圈的多个导体图案中的两个导体图案位于属于所述第二子线圈的多个导体图案中的一个导体图案的正弦形状的相对两侧；
所述第一子线圈的一端与第一端子连接；
所述第二子线圈的一端与所述第一端子在平面方向上分离，并且与第二端子连接，所述第二端子与所述第一端子形成在同一层上；以及
与所述第一端子连接的属于所述第一子线圈的导体图案和与所述第二端子连接的属于所述第二子线圈的导体图案形成在不同层上。
2.根据权利要求1所述的传感器基板，其中，
所述第一端子与所述第二端子通过除印制在所述基板上的导体以外的导体而电连接，
因为所述第一端子与所述第二端子电连接，所以所述第一子线圈与所述第二子线圈串联连接构成所述线圈。
3.一种制造传感器基板的方法，所述传感器基板用于电磁感应式位置传感器，在所述传感器基板中，在基板上形成有多个线圈，所述多个线圈接收交流磁通量，输出振幅发生变化的相位彼此不同的电磁感应电压，所述基板具有偶数层，在层间层压有绝缘材料，所述方法包括：
形成步骤：在所述基板上形成多个所述线圈，每个所述线圈具有彼此电绝缘的第一子线圈以及第二子线圈；
检查步骤：在所述形成步骤后，检查在所述第一子线圈与所述第二子线圈之间是否存在短路；以及
连接步骤：当通过所述检查步骤确定不存在短路时，电连接属于同一线圈的所述第一子线圈以及所述第二子线圈，其中：
所述第一子线圈包括多个导体图案，所述多个导体图案在所述偶数层的每一层中形成为一个或多个，并且在所述基板中彼此串联连接；
所述第二子线圈包括多个导体图案，所述多个导体图案在所述偶数层的每一层中形成为一个或多个，并且在所述基板中彼此串联连接；
属于所述第一子线圈的多个导体图案和属于所述第二子线圈的多个导体图案均具有正弦形状；
在所述偶数层的任一层中，属于所述第一子线圈的多个导体图案与属于所述第二子线圈的多个导体图案在振幅方向上交替排列，使得从所述振幅方向上看，属于所述第二子线圈的多个导体图案中的两个导体图案位于属于所述第一子线圈的多个导体图案中的一个导体图案的正弦形状的相对两侧，并且从所述振幅方向上看，属于所述第一子线圈的多个导体图案中的两个导体图案位于属于所述第二子线圈的多个导体图案中的一个导体图案的正弦形状的相对两侧；
所述第一子线圈的一端与第一端子连接；
所述第二子线圈的一端与所述第一端子在平面方向上分离，并且与第二端子连接，所述第二端子与所述第一端子形成在同一层上；
在所述连接步骤中，所述第一端子与所述第二端子电连接；以及
与所述第一端子连接的属于所述第一子线圈的导体图案和与所述第二端子连接的属于所述第二子线圈的导体图案形成在不同层上。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，
在所述检查步骤中，通过在所述第一子线圈与所述第二子线圈之间存在电导通而确定存在所述短路。
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