[发明专利]一种厚膜电路板及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及厚膜电路板技术领域，尤其涉及一种用于电动助力转向扭矩传感器的厚膜电路板及其制作方法。

背景技术

电动助力转向系统(Electric Power Steering，缩写EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统HPS(Hydraulic Power Steering)相比，EPS系统具有能耗低、安装方便、效率高、路感好、回正性能好、结构紧凑、质量轻、易于维护保养等优点。符合国家新能源汽车、节能汽车的产业布局，顺应当前低碳经济的发展潮流，代表汽车转向系统的发展方向。

如图1所示，EPS主要由扭矩传感器3、车速传感器6、电动机7、减速机构4和电子控制单元(ECU)8等组成。其中扭矩传感器3目前主要有四种类型：电位器式扭矩传感器、磁电感应式扭矩传感器、霍尔式扭矩传感器、编码器式扭矩传感器。与另外三种扭矩传感器相比，电位器式扭矩传感器由于其输出信号对称性好、在恶劣环境下工作寿命长、输出线性度好、抗电磁干扰性能好、制作工艺简单、成本低等优点，是目前EPS扭矩传感器的主流。其工作原理是：当驾驭员转动转向盘1时，扭矩被传递到扭力杆，输入轴2相对于输出轴5方向出现偏差。该偏差使得扭矩传感器3的电刷触点开始转点。这些轴方向的移动便转化为电位计的杠杆旋转角度，滑动触点在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之变化，电阻的变化通过电位计转化为电压。这样扭矩信号就转化为了电压信号。该电压信号传给ECU7，ECU7根据车速传感器和扭矩传感器3的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而实现实时控制助力转向。它可实现电动机在不同车速时提供不同的助力效果，保证汽车低速行驶时轻便灵活、高速行驶时稳定可靠。

电位器式扭矩传感器的核心部件是作为信号采集用的厚膜电路板。该部件是在三氧化二铝陶瓷基板或FR4等PCB板上，通过厚膜混合集成电路的丝网印刷、红外低温固化等生产工艺技术，在基板表面形成具好表面接触电阻、高耐磨寿命的电路图形。作为电位器式扭矩传感器中的核心元器件，厚膜电路板性能的好坏直接决定着EPS的性能优劣。

目前市场上已有多种厚膜电路板应用于扭矩传感器，这些厚膜电路板的的结构如图2所示，它包括：基板100，电阻体101，正面导体线路102，背面焊盘层103，正面绝缘保护层104。

上述厚膜电路板的制造方法包括如下步骤：

1.PCB板线路制作。使用PCB板制作工艺，在FR4等基板100上，制作正面导体线路层102。导体线路层的按其制作要求，金属材料从里到外分别：铜、镍、金。其中，铜导体线路层是先将铜箔粘结在基板上，再通过掩膜、黄光微影、蚀刻等半导体制程，形成线路层，再通过化学电镀方法，在铜线路层上先后镀上镍、金。

2.使用同样的方法，制作过孔和背面焊盘层。

3.在上述步骤1获得的正面线路层的上，通过丝网印刷工艺，制作正面绝缘保护层104。

4.在上述步骤1获得的正面线路层的上，通过丝网印刷工艺，制作碳电阻体101。

上述设计图形及制作方法制造的厚膜电路板，存在以下问题：

1.正面导体线路102是使用铜箔粘制、黄光微影及电镀处理的方法获得，造成线路层的厚度较高，一般都在25um至50um。这样，当印刷碳电阻体后，电阻体与正面导体线路层在搭接处，厚度落差较高。当产品在后期使用时，电刷在碳电阻体上滑动时，在电阻体与正面导体线路层搭接处，容易造成碳电阻膜磨损脱落。大大缩短产品的使用寿命。

2.扭矩传感器要求两组电阻体的电阻值必须具备良好的一致性（或称匹配性），才能保证扭矩传感器两组输出电压的一致性。但该正面导体线路是将两个电阻体构成并联状态，无法单独检测单个电阻的电阻值及其精度，故无法保证厚膜电路板的两组电阻体的电阻值的匹配精度，从而造成扭矩传感器的输出电压精度不良。

3.由于碳电阻材料的特性，在印刷固化后，其膜层形成表层疏松、内层致密的结构状态。当电刷在碳电阻膜层上滑动时，表层疏松的碳电阻层容易被电刷刮出粉末，该粉末长期积累到一定程度，会造成电刷与碳电阻之间接触不良，从而影响到扭矩传感器的使用寿命。

上述设计图形及制作工艺获得的厚膜电路板，其扭矩传感器的工作寿命短、电压输出对称性差、输出电压的线性度不高，影响到EPS系统的性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种厚膜电路板，该厚膜电路板解决了使用寿命短、输出电压一致性差以及输出电压线性度差的问题，达到使用寿命长、输出电压性能好的效果。