Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7577907B2 - Strain gauges - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7577907B2 - Strain gauges - Google Patents

Strain gauges Download PDF

Info

Publication number
JP7577907B2
JP7577907B2 JP2020180489A JP2020180489A JP7577907B2 JP 7577907 B2 JP7577907 B2 JP 7577907B2 JP 2020180489 A JP2020180489 A JP 2020180489A JP 2020180489 A JP2020180489 A JP 2020180489A JP 7577907 B2 JP7577907 B2 JP 7577907B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resistor
layer
strain gauge
metal layer
insulating resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020180489A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022071494A (en
Inventor
育 石原
彩 小野
洋介 小笠
祐汰 相澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MinebeaMitsumi Inc
Original Assignee
MinebeaMitsumi Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MinebeaMitsumi Inc filed Critical MinebeaMitsumi Inc
Priority to JP2020180489A priority Critical patent/JP7577907B2/en
Publication of JP2022071494A publication Critical patent/JP2022071494A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7577907B2 publication Critical patent/JP7577907B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

本発明は、ひずみゲージに関する。 The present invention relates to a strain gauge.

測定対象物に貼り付けて、測定対象物のひずみを検出するひずみゲージが知られている。ひずみゲージは、ひずみを検出する抵抗体を備えており、抵抗体は、例えば、基材上に形成されている。抵抗体は、例えば、配線を介して、電極と接続されている。又、ひずみゲージは、基材上に、例えば、抵抗体や配線を被覆する絶縁樹脂層を備えている(例えば、特許文献1参照)。 There is known a strain gauge that is attached to a measurement object to detect the strain of the measurement object. The strain gauge has a resistor that detects strain, and the resistor is formed, for example, on a substrate. The resistor is connected to an electrode, for example, via wiring. The strain gauge also has an insulating resin layer on the substrate that covers, for example, the resistor and wiring (see, for example, Patent Document 1).

特開2016-74934号公報JP 2016-74934 A

しかしながら、例えば、ひずみゲージを高温高湿環境で使用すると、水滴が絶縁樹脂層の上面に付着して蒸発することで、絶縁樹脂層の上面の汚れを集めて濃縮してしまう場合がある。汚れが濃縮されると、酸又はアルカリに傾いた基点が発生して絶縁樹脂層を劣化させ、結果的に、水分の浸透により、絶縁樹脂層に被覆された配線の腐食を引き起こしてしまう。 However, for example, when a strain gauge is used in a high-temperature, high-humidity environment, water droplets may adhere to the top surface of the insulating resin layer and evaporate, collecting and concentrating dirt on the top surface of the insulating resin layer. When the dirt is concentrated, base points that are inclined to acid or alkali are generated, deteriorating the insulating resin layer, and ultimately causing corrosion of the wiring covered by the insulating resin layer due to the penetration of moisture.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、配線を被覆する絶縁樹脂層からの水分の浸透を抑制可能なひずみゲージを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and aims to provide a strain gauge that can suppress the penetration of moisture through the insulating resin layer that covers the wiring.

本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、前記基材上に形成された抵抗体と、前記基材上に形成され、前記抵抗体と電気的に接続された配線と、前記基材上に形成され、前記抵抗体及び前記配線を被覆する絶縁樹脂層と、を有し、前記絶縁樹脂層は、上面から前記基材の方向に窪む複数の凹部を備え、前記凹部は、1つの底面と、前記底面と接続する4つの内側面と、を備えている。
This strain gauge has a flexible substrate, a resistor formed on the substrate, wiring formed on the substrate and electrically connected to the resistor, and an insulating resin layer formed on the substrate and covering the resistor and the wiring, wherein the insulating resin layer has a plurality of recesses recessed from the top surface toward the substrate , and the recesses have a bottom surface and four inner sides connected to the bottom surface .

開示の技術によれば、配線を被覆する絶縁樹脂層からの水分の浸透を抑制可能なひずみゲージを提供できる。 The disclosed technology makes it possible to provide a strain gauge that can suppress the penetration of moisture through the insulating resin layer that covers the wiring.

第1実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating the strain gauge according to the first embodiment. 第1実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図(その1)である。FIG. 1 is a cross-sectional view (part 1) illustrating a strain gauge according to a first embodiment. 第1実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図(その2)である。FIG. 2 is a cross-sectional view (part 2) illustrating the strain gauge according to the first embodiment. 第1実施形態に係るひずみゲージのカバー層を例示する部分斜視図である。FIG. 2 is a partial perspective view illustrating a cover layer of the strain gauge according to the first embodiment. 第1実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図(その3)である。FIG. 4 is a cross-sectional view (part 3) illustrating the strain gauge according to the first embodiment;

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Below, a description will be given of a mode for carrying out the invention with reference to the drawings. In each drawing, the same components are given the same reference numerals, and duplicated explanations may be omitted.

〈第1実施形態〉
図1は、第1実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。図2は、第1実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図1のA-A線に沿う断面を示している。図3は、第1実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図1のB-B線に沿う断面を示している。図4は、第1実施形態に係るひずみゲージのカバー層を例示する部分斜視図である。図1~図4を参照すると、ひずみゲージ1は、基材10と、抵抗体30と、配線40と、電極50と、カバー層60とを有している。なお、図1では、便宜上、カバー層60の外縁のみを破線で示している。
First Embodiment
FIG. 1 is a plan view illustrating the strain gauge according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the strain gauge according to the first embodiment, showing a cross section along the line A-A in FIG. 1. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the strain gauge according to the first embodiment, showing a cross section along the line B-B in FIG. 1. FIG. 4 is a partial perspective view illustrating a cover layer of the strain gauge according to the first embodiment. With reference to FIGS. 1 to 4, the strain gauge 1 has a substrate 10, a resistor 30, wiring 40, electrodes 50, and a cover layer 60. Note that in FIG. 1, for convenience, only the outer edge of the cover layer 60 is shown by a dashed line.

なお、本実施形態では、便宜上、ひずみゲージ1において、基材10の抵抗体30が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗体30が設けられていない側を下側又は他方の側とする。又、各部位の抵抗体30が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体30が設けられていない側の面を他方の面又は下面とする。但し、ひずみゲージ1は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置できる。又、平面視とは対象物を基材10の上面10aの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材10の上面10aの法線方向から視た形状を指すものとする。 In this embodiment, for convenience, in the strain gauge 1, the side of the substrate 10 on which the resistor 30 is provided is referred to as the upper side or one side, and the side on which the resistor 30 is not provided is referred to as the lower side or the other side. Also, the surface on which the resistor 30 is provided in each portion is referred to as the one side or upper surface, and the surface on which the resistor 30 is not provided is referred to as the other side or lower surface. However, the strain gauge 1 can be used upside down or placed at any angle. Also, a planar view refers to viewing an object from the normal direction of the upper surface 10a of the substrate 10, and a planar shape refers to the shape of the object viewed from the normal direction of the upper surface 10a of the substrate 10.

基材10は、抵抗体30等を形成するためのベース層となる部材であり、可撓性を有する。基材10の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、5μm~500μm程度とすることができる。特に、基材10の厚さが5μm~200μmであると、接着層等を介して基材10の下面に接合される起歪体表面からの歪の伝達性、環境に対する寸法安定性の点で好ましく、10μm以上であると絶縁性の点で更に好ましい。 The substrate 10 is a flexible member that serves as a base layer for forming the resistor 30 and the like. There are no particular limitations on the thickness of the substrate 10, and it can be selected appropriately depending on the purpose, but it can be, for example, about 5 μm to 500 μm. In particular, a thickness of 5 μm to 200 μm is preferable in terms of the transmission of strain from the surface of the strain generator that is joined to the underside of the substrate 10 via an adhesive layer or the like, and dimensional stability against the environment, and a thickness of 10 μm or more is even more preferable in terms of insulation.

基材10は、例えば、PI(ポリイミド)樹脂、エポキシ樹脂、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、PEN(ポリエチレンナフタレート)樹脂、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、LCP(液晶ポリマー)樹脂、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成できる。なお、フィルムとは、厚さが500μm以下程度であり、可撓性を有する部材を指す。 The substrate 10 can be formed from an insulating resin film such as PI (polyimide) resin, epoxy resin, PEEK (polyether ether ketone) resin, PEN (polyethylene naphthalate) resin, PET (polyethylene terephthalate) resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, LCP (liquid crystal polymer) resin, polyolefin resin, etc. Note that a film refers to a flexible material with a thickness of about 500 μm or less.

ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材10が絶縁樹脂フィルム中にフィラーや不純物等を含有することを妨げるものではない。基材10は、例えば、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成しても構わない。 Here, "formed from an insulating resin film" does not prevent the base material 10 from containing fillers, impurities, etc. in the insulating resin film. The base material 10 may be formed from an insulating resin film containing fillers such as silica or alumina.

基材10の樹脂以外の材料としては、例えば、SiO、ZrO(YSZも含む)、Si、Si、Al(サファイヤも含む)、ZnO、ペロブスカイト系セラミックス(CaTiO、BaTiO)等の結晶性材料が挙げられ、更に、それ以外に非晶質のガラス等が挙げられる。又、基材10の材料として、アルミニウム、アルミニウム合金(ジュラルミン)、チタン等の金属を用いてもよい。この場合、金属製の基材10上に、例えば、絶縁膜が形成される。 Examples of materials other than resin for the substrate 10 include crystalline materials such as SiO2 , ZrO2 (including YSZ), Si, Si2N3 , Al2O3 (including sapphire), ZnO, perovskite ceramics ( CaTiO3 , BaTiO3 ), and amorphous glass. Metals such as aluminum, aluminum alloys (duralumin), and titanium may also be used as the material for the substrate 10. In this case, for example, an insulating film is formed on the metal substrate 10.

抵抗体30は、基材10上に所定のパターンで形成された薄膜であり、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体30は、基材10の上面10aに直接形成されてもよいし、基材10の上面10aに他の層を介して形成されてもよい。なお、図1では、便宜上、抵抗体30を濃い梨地模様で示している。 The resistor 30 is a thin film formed in a predetermined pattern on the substrate 10, and is a sensing part that generates a resistance change when strained. The resistor 30 may be formed directly on the upper surface 10a of the substrate 10, or may be formed on the upper surface 10a of the substrate 10 via another layer. For convenience, the resistor 30 is shown in FIG. 1 with a dark matte pattern.

抵抗体30は、複数の細長状部が長手方向を同一方向(図1のA-A線の方向)に向けて所定間隔で配置され、隣接する細長状部の端部が互い違いに連結されて、全体としてジグザグに折り返す構造である。複数の細長状部の長手方向がグリッド方向となり、グリッド方向と垂直な方向がグリッド幅方向(図1ではB-B線の方向)となる。 The resistor 30 has multiple elongated parts arranged at regular intervals with their longitudinal direction in the same direction (the direction of line A-A in Figure 1), and the ends of adjacent elongated parts are alternately connected, so that the resistor 30 is folded back in a zigzag pattern as a whole. The longitudinal direction of the multiple elongated parts is the grid direction, and the direction perpendicular to the grid direction is the grid width direction (the direction of line B-B in Figure 1).

グリッド幅方向の最も外側に位置する2つの細長状部の長手方向の一端部は、グリッド幅方向に屈曲し、抵抗体30のグリッド幅方向の各々の終端30e及び30eを形成する。抵抗体30のグリッド幅方向の各々の終端30e及び30eは、配線40を介して、電極50と電気的に接続されている。言い換えれば、配線40は、抵抗体30のグリッド幅方向の各々の終端30e及び30eと各々の電極50とを電気的に接続している。 One end in the longitudinal direction of the two elongated portions located at the outermost sides in the grid width direction is bent in the grid width direction to form respective ends 30e1 and 30e2 in the grid width direction of the resistor 30. The respective ends 30e1 and 30e2 in the grid width direction of the resistor 30 are electrically connected to the electrodes 50 via the wiring 40. In other words, the wiring 40 electrically connects the respective ends 30e1 and 30e2 in the grid width direction of the resistor 30 to the respective electrodes 50.

抵抗体30は、例えば、Cr(クロム)を含む材料、Ni(ニッケル)を含む材料、又はCrとNiの両方を含む材料から形成できる。すなわち、抵抗体30は、CrとNiの少なくとも一方を含む材料から形成できる。Crを含む材料としては、例えば、Cr混相膜が挙げられる。Niを含む材料としては、例えば、Cu-Ni(銅ニッケル)が挙げられる。CrとNiの両方を含む材料としては、例えば、Ni-Cr(ニッケルクロム)が挙げられる。 The resistor 30 can be formed, for example, from a material containing Cr (chromium), a material containing Ni (nickel), or a material containing both Cr and Ni. That is, the resistor 30 can be formed from a material containing at least one of Cr and Ni. An example of a material containing Cr is a Cr mixed phase film. An example of a material containing Ni is Cu-Ni (copper-nickel). An example of a material containing both Cr and Ni is Ni-Cr (nickel-chromium).

ここで、Cr混相膜とは、Cr、CrN、CrN等が混相した膜である。Cr混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでもよい。 Here, the Cr mixed phase film is a film in which Cr, CrN, Cr 2 N, etc. are mixed together. The Cr mixed phase film may contain inevitable impurities such as chromium oxide.

抵抗体30の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、0.05μm~2μm程度とすることができる。特に、抵抗体30の厚さが0.1μm以上であると、抵抗体30を構成する結晶の結晶性(例えば、α-Crの結晶性)が向上する点で好ましい。また、抵抗体30の厚さが1μm以下であると、抵抗体30を構成する膜の内部応力に起因する膜のクラックや基材10からの反りを低減できる点で更に好ましい。抵抗体30の幅は、抵抗値や横感度等の要求仕様に対して最適化し、かつ断線対策も考慮して、例えば、10μm~100μm程度とすることができる。 The thickness of the resistor 30 is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but can be, for example, about 0.05 μm to 2 μm. In particular, a thickness of 0.1 μm or more is preferable in that the crystallinity of the crystals constituting the resistor 30 (for example, the crystallinity of α-Cr) is improved. Furthermore, a thickness of 1 μm or less is even more preferable in that film cracks caused by internal stress in the film constituting the resistor 30 and warping from the substrate 10 can be reduced. The width of the resistor 30 can be optimized for the required specifications such as resistance value and lateral sensitivity, and can be, for example, about 10 μm to 100 μm, taking into consideration measures against disconnection.

例えば、抵抗体30がCr混相膜である場合、安定な結晶相であるα-Cr(アルファクロム)を主成分とすることで、ゲージ特性の安定性を向上できる。又、抵抗体30がα-Crを主成分とすることで、ひずみゲージ1のゲージ率を10以上、かつゲージ率温度係数TCS及び抵抗温度係数TCRを-1000ppm/℃~+1000ppm/℃の範囲内とすることができる。ここで、主成分とは、対象物質が抵抗体を構成する全物質の50重量%以上を占めることを意味するが、ゲージ特性を向上する観点から、抵抗体30はα-Crを80重量%以上含むことが好ましく、90重量%以上含むことが更に好ましい。なお、α-Crは、bcc構造(体心立方格子構造)のCrである。 For example, when the resistor 30 is a Cr mixed phase film, the stability of the gauge characteristics can be improved by making the main component α-Cr (alpha chromium), which is a stable crystal phase. In addition, by making the resistor 30 mainly composed of α-Cr, the gauge factor of the strain gauge 1 can be set to 10 or more, and the gauge factor temperature coefficient TCS and the temperature coefficient of resistance TCR can be set within the range of -1000 ppm/°C to +1000 ppm/°C. Here, the main component means that the target substance accounts for 50% by weight or more of the total substance constituting the resistor, but from the viewpoint of improving the gauge characteristics, it is preferable that the resistor 30 contains α-Cr at 80% by weight or more, and more preferably at 90% by weight or more. Note that α-Cr is Cr with a bcc structure (body-centered cubic lattice structure).

又、抵抗体30がCr混相膜である場合、Cr混相膜に含まれるCrN及びCrNは20重量%以下であることが好ましい。Cr混相膜に含まれるCrN及びCrNが20重量%以下であることで、ゲージ率の低下を抑制できる。 Furthermore, when the resistor 30 is a Cr mixed-phase film, the Cr mixed-phase film preferably contains 20% by weight or less of CrN and Cr 2 N. By containing 20% by weight or less of CrN and Cr 2 N in the Cr mixed-phase film, a decrease in the gauge factor can be suppressed.

又、CrN及びCrN中のCrNの割合は80重量%以上90重量%未満であることが好ましく、90重量%以上95重量%未満であることが更に好ましい。CrN及びCrN中のCrNの割合が90重量%以上95重量%未満であることで、半導体的な性質を有するCrNにより、TCRの低下(負のTCR)が一層顕著となる。更に、セラミックス化を低減することで、脆性破壊の低減がなされる。 In addition, the ratio of Cr2N in CrN and Cr2N is preferably 80% by weight or more and less than 90% by weight, and more preferably 90% by weight or more and less than 95% by weight. When the ratio of Cr2N in CrN and Cr2N is 90% by weight or more and less than 95% by weight, the decrease in TCR (negative TCR) becomes more significant due to the Cr2N having semiconducting properties. Furthermore, by reducing the formation of ceramics, brittle fracture is reduced.

一方で、膜中に微量のNもしくは原子状のNが混入、存在した場合、外的環境(例えば高温環境下)によりそれらが膜外へ抜け出ることで、膜応力の変化を生ずる。化学的に安定なCrNの創出により上記不安定なNを発生させることがなく、安定なひずみゲージを得ることができる。 On the other hand, if a small amount of N2 or atomic N is mixed in or present in the film, it will escape to the outside of the film due to the external environment (for example, a high temperature environment), causing a change in the film stress. By creating chemically stable CrN, it is possible to obtain a stable strain gauge without generating the unstable N mentioned above.

配線40は、基材10上に形成され、抵抗体30及び電極50と電気的に接続されている。配線40は、第1金属層41と、第1金属層41の上面に積層された第2金属層42とを有している。配線40は直線状には限定されず、任意のパターンとすることができる。又、配線40は、任意の幅及び任意の長さとすることができる。なお、図1では、便宜上、配線40及び電極50を抵抗体30よりも薄い梨地模様で示している。 The wiring 40 is formed on the substrate 10 and is electrically connected to the resistor 30 and the electrode 50. The wiring 40 has a first metal layer 41 and a second metal layer 42 laminated on the upper surface of the first metal layer 41. The wiring 40 is not limited to being linear, and can be in any pattern. The wiring 40 can also be of any width and length. For convenience, in FIG. 1, the wiring 40 and the electrode 50 are shown with a matte finish that is thinner than the resistor 30.

電極50は、基材10上に形成され、配線40を介して抵抗体30と電気的に接続されており、例えば、配線40よりも拡幅して略矩形状に形成されている。電極50は、ひずみにより生じる抵抗体30の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極であり、例えば、外部接続用のリード線等が接合される。 The electrodes 50 are formed on the substrate 10 and are electrically connected to the resistor 30 via the wiring 40, and are formed, for example, in a substantially rectangular shape wider than the wiring 40. The electrodes 50 are a pair of electrodes for outputting the change in resistance value of the resistor 30 caused by distortion to the outside, and for example, lead wires for external connection are joined to the electrodes 50.

電極50は、一対の第1金属層51と、各々の第1金属層51の上面に積層された第2金属層52とを有している。第1金属層51は、配線40の第1金属層41を介して抵抗体30の終端30e及び30eと電気的に接続されている。第1金属層51は、平面視において、略矩形状に形成されている。第1金属層51は、配線40と同じ幅に形成しても構わない。 The electrode 50 has a pair of first metal layers 51 and a second metal layer 52 laminated on the upper surface of each of the first metal layers 51. The first metal layers 51 are electrically connected to the ends 30e1 and 30e2 of the resistor 30 via the first metal layers 41 of the wiring 40. The first metal layers 51 are formed in a substantially rectangular shape in a plan view. The first metal layers 51 may be formed to have the same width as the wiring 40.

なお、抵抗体30と第1金属層41と第1金属層51とは便宜上別符号としているが、同一工程において同一材料により一体に形成できる。従って、抵抗体30と第1金属層41と第1金属層51とは、厚さが略同一である。又、第2金属層42と第2金属層52とは便宜上別符号としているが、同一工程において同一材料により一体に形成できる。従って、第2金属層42と第2金属層52とは、厚さが略同一である。 Note that although the resistor 30, the first metal layer 41, and the first metal layer 51 are given different reference numbers for convenience, they can be formed integrally from the same material in the same process. Therefore, the resistor 30, the first metal layer 41, and the first metal layer 51 have approximately the same thickness. Also, although the second metal layer 42 and the second metal layer 52 are given different reference numbers for convenience, they can be formed integrally from the same material in the same process. Therefore, the second metal layer 42 and the second metal layer 52 have approximately the same thickness.

第2金属層42及び52は、抵抗体30(第1金属層41及び51)よりも低抵抗の材料から形成されている。第2金属層42及び52の材料は、抵抗体30よりも低抵抗の材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。例えば、抵抗体30がCr混相膜である場合、第2金属層42及び52の材料として、Cu、Ni、Al、Ag、Au、Pt等、又は、これら何れかの金属の合金、これら何れかの金属の化合物、或いは、これら何れかの金属、合金、化合物を適宜積層した積層膜が挙げられる。第2金属層42及び52の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、3μm~5μm程度とすることができる。 The second metal layers 42 and 52 are formed from a material with a lower resistance than the resistor 30 (the first metal layers 41 and 51). There are no particular limitations on the material of the second metal layers 42 and 52, as long as it is a material with a lower resistance than the resistor 30, and it can be appropriately selected according to the purpose. For example, when the resistor 30 is a Cr mixed phase film, the material of the second metal layers 42 and 52 can be Cu, Ni, Al, Ag, Au, Pt, etc., or an alloy of any of these metals, a compound of any of these metals, or a laminated film in which any of these metals, alloys, and compounds are appropriately laminated. There are no particular limitations on the thickness of the second metal layers 42 and 52, and it can be appropriately selected according to the purpose, but it can be, for example, about 3 μm to 5 μm.

第2金属層42及び52は、第1金属層41及び51の上面の一部に形成されてもよいし、第1金属層41及び51の上面の全体に形成されてもよい。第2金属層52の上面に、更に他の1層以上の金属層を積層してもよい。例えば、第2金属層52を銅層とし、銅層の上面に金層を積層してもよい。或いは、第2金属層52を銅層とし、銅層の上面にパラジウム層と金層を順次積層してもよい。電極50の最上層を金層とすることで、電極50のはんだ濡れ性を向上できる。 The second metal layers 42 and 52 may be formed on a portion of the upper surface of the first metal layers 41 and 51, or may be formed on the entire upper surface of the first metal layers 41 and 51. One or more other metal layers may be laminated on the upper surface of the second metal layer 52. For example, the second metal layer 52 may be a copper layer, and a gold layer may be laminated on the upper surface of the copper layer. Alternatively, the second metal layer 52 may be a copper layer, and a palladium layer and a gold layer may be sequentially laminated on the upper surface of the copper layer. By making the top layer of the electrode 50 a gold layer, the solder wettability of the electrode 50 can be improved.

このように、配線40は、抵抗体30と同一材料からなる第1金属層41上に第2金属層42が積層された構造である。そのため、配線40は抵抗体30よりも抵抗が低くなるため、配線40が抵抗体として機能してしまうことを抑制できる。その結果、抵抗体30によるひずみ検出精度を向上できる。 In this way, the wiring 40 has a structure in which the second metal layer 42 is laminated on the first metal layer 41 made of the same material as the resistor 30. Therefore, the resistance of the wiring 40 is lower than that of the resistor 30, and the wiring 40 can be prevented from functioning as a resistor. As a result, the accuracy of strain detection by the resistor 30 can be improved.

言い換えれば、抵抗体30よりも低抵抗な配線40を設けることで、ひずみゲージ1の実質的な受感部を抵抗体30が形成された局所領域に制限できる。そのため、抵抗体30によるひずみ検出精度を向上できる。 In other words, by providing wiring 40 with a lower resistance than resistor 30, the actual sensing area of strain gauge 1 can be limited to the local area where resistor 30 is formed. This improves the accuracy of strain detection by resistor 30.

特に、抵抗体30としてCr混相膜を用いたゲージ率10以上の高感度なひずみゲージにおいて、配線40を抵抗体30よりも低抵抗化して実質的な受感部を抵抗体30が形成された局所領域に制限することは、ひずみ検出精度の向上に顕著な効果を発揮する。又、配線40を抵抗体30よりも低抵抗化することは、横感度を低減する効果も奏する。 In particular, in a highly sensitive strain gauge with a gauge factor of 10 or more that uses a Cr mixed-phase film as the resistor 30, making the wiring 40 lower in resistance than the resistor 30 and limiting the actual sensing area to the local area where the resistor 30 is formed has a significant effect on improving strain detection accuracy. In addition, making the wiring 40 lower in resistance than the resistor 30 also has the effect of reducing lateral sensitivity.

カバー層60(絶縁樹脂層)は、基材10上に形成され、抵抗体30及び配線40を被覆し電極50を露出する。配線40の一部は、カバー層60から露出してもよい。抵抗体30及び配線40を被覆するカバー層60を設けることで、抵抗体30及び配線40に機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層60を設けることで、抵抗体30及び配線40を湿気等から保護できる。なお、カバー層60は、電極50を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。 The cover layer 60 (insulating resin layer) is formed on the substrate 10, covers the resistor 30 and the wiring 40, and exposes the electrodes 50. A portion of the wiring 40 may be exposed from the cover layer 60. By providing the cover layer 60 that covers the resistor 30 and the wiring 40, mechanical damage to the resistor 30 and the wiring 40 can be prevented. Furthermore, by providing the cover layer 60, the resistor 30 and the wiring 40 can be protected from moisture and the like. The cover layer 60 may be provided so as to cover the entire portion except for the electrodes 50.

カバー層60は、例えば、PI樹脂、エポキシ樹脂、PEEK樹脂、PEN樹脂、PET樹脂、PPS樹脂、複合樹脂(例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂)等の絶縁樹脂から形成できる。カバー層60は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層60の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、2μm~30μm程度とすることができる。 The cover layer 60 can be formed from an insulating resin such as PI resin, epoxy resin, PEEK resin, PEN resin, PET resin, PPS resin, or composite resin (e.g., silicone resin, polyolefin resin). The cover layer 60 may contain a filler or pigment. There is no particular limit to the thickness of the cover layer 60 and it can be appropriately selected depending on the purpose, but it can be, for example, about 2 μm to 30 μm.

カバー層60は、上面から基材10の方向に窪む複数の凹部60xを備えている。したがって、カバー層60の上面の粗度は、カバー層60の側面の粗度よりも大きい。カバー層60の上面に開口する凹部60xを設けることで、凹部60xの表面積を含むカバー層60の上面の面積を増やすことができる。これにより、カバー層60の上面は、高い撥水性を発揮し、水分の浸透を防ぐことができる。 The cover layer 60 has multiple recesses 60x recessed from the top surface toward the substrate 10. Therefore, the roughness of the top surface of the cover layer 60 is greater than the roughness of the side surfaces of the cover layer 60. By providing the recesses 60x that open into the top surface of the cover layer 60, the area of the top surface of the cover layer 60, including the surface area of the recesses 60x, can be increased. This allows the top surface of the cover layer 60 to exhibit high water repellency and prevent moisture from penetrating.

前述のように、従来のひずみゲージを高温高湿環境で使用すると、水滴がカバー層の上面に付着して蒸発することで、カバー層の上面の汚れを集めて濃縮してしまう場合がある。汚れが濃縮されると、酸又はアルカリに傾いた基点が発生してカバー層を劣化させ、結果的に、水分の浸透により、カバー層に被覆された配線の腐食を引き起こしてしまう。 As mentioned above, when conventional strain gauges are used in a high-temperature, high-humidity environment, water droplets may adhere to the top surface of the cover layer and evaporate, collecting and concentrating dirt on the top surface of the cover layer. When the dirt is concentrated, base points that are inclined to acid or alkali are generated, deteriorating the cover layer, and ultimately causing corrosion of the wiring covered by the cover layer due to the penetration of moisture.

本願では、複数の凹部60xを有するカバー層60が、高い撥水性を発揮して水分の浸透を防ぐため、カバー層60に被覆された配線40の腐食を抑制できる。特に、配線40の第2金属層42が銅を含む場合、銅が腐食されやすいため、カバー層60の上面に凹部60xを設けて水分の浸透を防ぐことは有効である。 In the present application, the cover layer 60 having multiple recesses 60x exhibits high water repellency and prevents the penetration of moisture, thereby suppressing corrosion of the wiring 40 covered by the cover layer 60. In particular, when the second metal layer 42 of the wiring 40 contains copper, copper is susceptible to corrosion, so providing recesses 60x on the upper surface of the cover layer 60 to prevent the penetration of moisture is effective.

カバー層60の上面が高い撥水性を発揮するためには、カバー層60の上面の面積をできるだけ大きくする必要があるため、カバー層60の上面に多数の微細な凹部60xを設けることが好ましい。凹部60xが形成されていない場合のカバー層60の上面の面積を1とした場合、凹部60xを形成した場合の凹部60xの表面積を含むカバー層60の上面の面積は、1.36以上であることが好ましく、2.00以上であることがより好ましい。このような表面積であれば、カバー層60の上面が高い撥水性を発揮して、カバー層60の上面からの水分の浸透を十分に抑制できる。 In order for the upper surface of the cover layer 60 to exhibit high water repellency, it is necessary to make the area of the upper surface of the cover layer 60 as large as possible, so it is preferable to provide a large number of fine recesses 60x on the upper surface of the cover layer 60. If the area of the upper surface of the cover layer 60 when no recesses 60x are formed is 1, the area of the upper surface of the cover layer 60 including the surface area of the recesses 60x when recesses 60x are formed is preferably 1.36 or more, and more preferably 2.00 or more. With such a surface area, the upper surface of the cover layer 60 exhibits high water repellency and can sufficiently suppress the penetration of moisture from the upper surface of the cover layer 60.

例えば、凹部60xが幅10μmの立方体でピッチ20μm(アスペクト比1:2)であれば、凹部60xが形成されていない場合のカバー層60の上面の面積を1とした場合、凹部60xを形成した場合の凹部60xの表面積を含むカバー層60の上面の面積が1.36となる。また、凹部60xが幅10μmの立方体でピッチ10μm(アスペクト比1:1)であれば、凹部60xが形成されていない場合のカバー層60の上面の面積を1とした場合、凹部60xを形成した場合の凹部60xの表面積を含むカバー層60の上面の面積が2.00となる。 For example, if the recesses 60x are cubes with a width of 10 μm and a pitch of 20 μm (aspect ratio 1:2), and if the area of the top surface of the cover layer 60 when the recesses 60x are not formed is set to 1, then the area of the top surface of the cover layer 60 including the surface area of the recesses 60x when the recesses 60x are formed will be 1.36. Also, if the recesses 60x are cubes with a width of 10 μm and a pitch of 10 μm (aspect ratio 1:1), and if the area of the top surface of the cover layer 60 when the recesses 60x are not formed is set to 1, then the area of the top surface of the cover layer 60 including the surface area of the recesses 60x when the recesses 60x are formed will be 2.00.

凹部60xは、円柱状、楕円柱状、四角柱状等の任意の形状とすることができるが、表面積を大きくする観点から、四角柱状とすることが好ましい。すなわち、凹部60xは、1つの底面と、この底面と接続する4つの内側面とを備えていることが好ましい。凹部60xが四角柱状である場合、凹部60xは、例えば、縦が5~15μm、横が5~15μm、深さが5~15μm程度とすることができる。また、隣接する凹部60x同士の間隔は、例えば、5~15μm程度とすることができる。 The recess 60x can be any shape, such as a cylinder, an elliptical cylinder, or a square prism, but from the viewpoint of increasing the surface area, a square prism shape is preferable. That is, the recess 60x preferably has one bottom surface and four inner side surfaces connected to the bottom surface. When the recess 60x is a square prism shape, the recess 60x can be, for example, about 5 to 15 μm in length, 5 to 15 μm in width, and 5 to 15 μm in depth. The distance between adjacent recesses 60x can be, for example, about 5 to 15 μm.

カバー層60の上面における凹部60xの数密度は、900個/mm以上であることが好ましく、2500個/mm以上であることがより好ましい。このような数密度であれば、カバー層60の上面が高い撥水性を発揮して、カバー層60の上面からの水分の浸透を十分に抑制できる。 The number density of the recesses 60x on the upper surface of the cover layer 60 is preferably 900/ mm2 or more, and more preferably 2500/mm2 or more . With such a number density, the upper surface of the cover layer 60 exhibits high water repellency, and the penetration of moisture from the upper surface of the cover layer 60 can be sufficiently suppressed.

例えば、凹部60xが幅10μmの立方体でピッチ20μm(アスペクト比1:2)であれば、カバー層60の上面における凹部60xの数密度が900個/mmとなる。また、凹部60xが幅10μmの立方体でピッチ10μm(アスペクト比1:1)であれば、カバー層60の上面における凹部60xの数密度が2500個/mmとなる。 For example, if the recesses 60x are cubes with a width of 10 μm and a pitch of 20 μm (aspect ratio 1:2), the number density of the recesses 60x on the upper surface of the cover layer 60 is 900 pieces/ mm2 . If the recesses 60x are cubes with a width of 10 μm and a pitch of 10 μm (aspect ratio 1:1), the number density of the recesses 60x on the upper surface of the cover layer 60 is 2500 pieces/ mm2 .

カバー層60の上面の法線方向から視て、凹部60xは、カバー層60の上面に所定のパターンで規則的に配列されている。ここでいう『規則的に配列されている』とは、同じパターンが繰り返し表れるように意図的に配列したものを指す。本実施形態では、複数の凹部60xが行列状に配列されているが、これには限定されず、例えば、千鳥状等に配列されてもよいし、規則的であれば、その他の任意の配列であってもよい。 When viewed from the normal direction of the upper surface of the cover layer 60, the recesses 60x are regularly arranged in a predetermined pattern on the upper surface of the cover layer 60. Here, "regularly arranged" refers to an arrangement that is intentionally arranged so that the same pattern appears repeatedly. In this embodiment, the multiple recesses 60x are arranged in a matrix, but this is not limited to this, and they may be arranged, for example, in a staggered pattern, or in any other arrangement as long as it is regular.

凹部60xを規則的に配列することで、カバー層60の上面全体において、ほぼ均一な撥水性が得られる。カバー層60の上面は、水との接触角が90度以上であることが好ましく、120度以上であることがより好ましい。このような接触角であれば、カバー層60の上面が高い撥水性を発揮して、カバー層60の上面からの水分の浸透を十分に抑制できる。 By arranging the recesses 60x in a regular pattern, the entire upper surface of the cover layer 60 has a substantially uniform water repellency. The upper surface of the cover layer 60 preferably has a contact angle with water of 90 degrees or more, and more preferably 120 degrees or more. With such a contact angle, the upper surface of the cover layer 60 exhibits high water repellency and can sufficiently suppress the penetration of water from the upper surface of the cover layer 60.

ひずみゲージ1を製造するためには、まず、基材10を準備し、基材10の上面10aに金属層(便宜上、金属層Aとする)を形成する。金属層Aは、最終的にパターニングされて抵抗体30、第1金属層41、及び第1金属層51となる層である。従って、金属層Aの材料や厚さは、前述の抵抗体30、第1金属層41、及び第1金属層51の材料や厚さと同様である。 To manufacture the strain gauge 1, first, a substrate 10 is prepared, and a metal layer (for convenience, referred to as metal layer A) is formed on the upper surface 10a of the substrate 10. Metal layer A is a layer that will ultimately be patterned to become the resistor 30, the first metal layer 41, and the first metal layer 51. Therefore, the material and thickness of metal layer A are the same as those of the resistor 30, the first metal layer 41, and the first metal layer 51 described above.

金属層Aは、例えば、金属層Aを形成可能な原料をターゲットとしたマグネトロンスパッタ法により成膜できる。金属層Aは、マグネトロンスパッタ法に代えて、反応性スパッタ法や蒸着法、アークイオンプレーティング法、パルスレーザー堆積法等を用いて成膜してもよい。 Metal layer A can be formed, for example, by magnetron sputtering using a raw material capable of forming metal layer A as a target. Instead of magnetron sputtering, metal layer A may also be formed using reactive sputtering, vapor deposition, arc ion plating, pulsed laser deposition, or the like.

ゲージ特性を安定化する観点から、金属層Aを成膜する前に、下地層として、基材10の上面10aに、例えば、コンベンショナルスパッタ法により所定の膜厚の機能層を真空成膜することが好ましい。 From the viewpoint of stabilizing the gauge characteristics, it is preferable to vacuum-deposit a functional layer of a predetermined thickness as a base layer on the upper surface 10a of the substrate 10, for example, by conventional sputtering, before depositing the metal layer A.

本願において、機能層とは、少なくとも上層である金属層A(抵抗体30)の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層は、更に、基材10に含まれる酸素や水分による金属層Aの酸化を防止する機能や、基材10と金属層Aとの密着性を向上する機能を備えていることが好ましい。機能層は、更に、他の機能を備えていてもよい。 In this application, the functional layer refers to a layer that has the function of promoting the crystal growth of at least the upper layer, metal layer A (resistor 30). The functional layer preferably also has the function of preventing oxidation of metal layer A due to oxygen and moisture contained in the substrate 10, and the function of improving adhesion between the substrate 10 and metal layer A. The functional layer may also have other functions.

基材10を構成する絶縁樹脂フィルムは酸素や水分を含むため、特に金属層AがCrを含む場合、Crは自己酸化膜を形成するため、機能層が金属層Aの酸化を防止する機能を備えることは有効である。 The insulating resin film that constitutes the substrate 10 contains oxygen and moisture, and since Cr forms a self-oxidized film, particularly when the metal layer A contains Cr, it is effective for the functional layer to have the function of preventing oxidation of the metal layer A.

機能層の材料は、少なくとも上層である金属層A(抵抗体30)の結晶成長を促進する機能を有する材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Cr(クロム)、Ti(チタン)、V(バナジウム)、Nb(ニオブ)、Ta(タンタル)、Ni(ニッケル)、Y(イットリウム)、Zr(ジルコニウム)、Hf(ハフニウム)、Si(シリコン)、C(炭素)、Zn(亜鉛)、Cu(銅)、Bi(ビスマス)、Fe(鉄)、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)、Re(レニウム)、Os(オスミウム)、Ir(イリジウム)、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Ag(銀)、Au(金)、Co(コバルト)、Mn(マンガン)、Al(アルミニウム)からなる群から選択される1種又は複数種の金属、この群の何れかの金属の合金、又は、この群の何れかの金属の化合物が挙げられる。 The material of the functional layer is not particularly limited as long as it has the function of promoting the crystal growth of at least the upper metal layer A (resistor 30), and can be appropriately selected according to the purpose. For example, one or more metals selected from the group consisting of Cr (chromium), Ti (titanium), V (vanadium), Nb (niobium), Ta (tantalum), Ni (nickel), Y (yttrium), Zr (zirconium), Hf (hafnium), Si (silicon), C (carbon), Zn (zinc), Cu (copper), Bi (bismuth), Fe (iron), Mo (molybdenum), W (tungsten), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Re (rhenium), Os (osmium), Ir (iridium), Pt (platinum), Pd (palladium), Ag (silver), Au (gold), Co (cobalt), Mn (manganese), and Al (aluminum), an alloy of any of the metals in this group, or a compound of any of the metals in this group can be mentioned.

上記の合金としては、例えば、FeCr、TiAl、FeNi、NiCr、CrCu等が挙げられる。又、上記の化合物としては、例えば、TiN、TaN、Si、TiO、Ta、SiO等が挙げられる。 Examples of the alloy include FeCr, TiAl, FeNi, NiCr, CrCu, etc. Examples of the compound include TiN, TaN, Si3N4 , TiO2 , Ta2O5 , SiO2 , etc.

機能層が金属又は合金のような導電材料から形成される場合には、機能層の膜厚は抵抗体の膜厚の1/20以下であることが好ましい。このような範囲であると、α-Crの結晶成長を促進できると共に、抵抗体に流れる電流の一部が機能層に流れて、ひずみの検出感度が低下することを防止できる。 When the functional layer is made of a conductive material such as a metal or alloy, the thickness of the functional layer is preferably 1/20 or less of the thickness of the resistor. In this range, the crystal growth of α-Cr can be promoted, and a part of the current flowing through the resistor can be prevented from flowing through the functional layer, which would reduce the sensitivity of strain detection.

機能層が金属又は合金のような導電材料から形成される場合には、機能層の膜厚は抵抗体の膜厚の1/50以下であることがより好ましい。このような範囲であると、α-Crの結晶成長を促進できると共に、抵抗体に流れる電流の一部が機能層に流れて、ひずみの検出感度が低下することを更に防止できる。 When the functional layer is made of a conductive material such as a metal or alloy, it is more preferable that the thickness of the functional layer is 1/50 or less of the thickness of the resistor. In this range, the crystal growth of α-Cr can be promoted, and it is also possible to further prevent a portion of the current flowing through the resistor from flowing through the functional layer, thereby reducing the sensitivity of strain detection.

機能層が金属又は合金のような導電材料から形成される場合には、機能層の膜厚は抵抗体の膜厚の1/100以下であることが更に好ましい。このような範囲であると、抵抗体に流れる電流の一部が機能層に流れて、ひずみの検出感度が低下することを一層防止できる。 When the functional layer is made of a conductive material such as a metal or alloy, it is even more preferable that the thickness of the functional layer is 1/100 or less of the thickness of the resistor. In this range, it is possible to further prevent a portion of the current flowing through the resistor from flowing through the functional layer, thereby preventing a decrease in the strain detection sensitivity.

機能層が酸化物や窒化物のような絶縁材料から形成される場合には、機能層の膜厚は、1nm~1μmとすることが好ましい。このような範囲であると、α-Crの結晶成長を促進できると共に、機能層にクラックが入ることなく容易に成膜できる。 When the functional layer is made of an insulating material such as an oxide or nitride, the thickness of the functional layer is preferably 1 nm to 1 μm. This range promotes the crystal growth of α-Cr and allows the functional layer to be easily formed without cracking.

機能層が酸化物や窒化物のような絶縁材料から形成される場合には、機能層の膜厚は、1nm~0.8μmとすることがより好ましい。このような範囲であると、α-Crの結晶成長を促進できると共に、機能層にクラックが入ることなく更に容易に成膜できる。 When the functional layer is made of an insulating material such as an oxide or nitride, it is more preferable that the thickness of the functional layer is 1 nm to 0.8 μm. This range promotes the crystal growth of α-Cr and makes it easier to form the functional layer without cracking.

機能層が酸化物や窒化物のような絶縁材料から形成される場合には、機能層の膜厚は、1nm~0.5μmとすることが更に好ましい。このような範囲であると、α-Crの結晶成長を促進できると共に、機能層にクラックが入ることなく一層容易に成膜できる。 When the functional layer is made of an insulating material such as an oxide or nitride, it is even more preferable that the thickness of the functional layer is between 1 nm and 0.5 μm. This range promotes the crystal growth of α-Cr and makes it easier to form the functional layer without cracking.

なお、機能層の平面形状は、例えば、図1に示す抵抗体の平面形状と略同一にパターニングされている。しかし、機能層の平面形状は、抵抗体の平面形状と略同一である場合には限定されない。機能層が絶縁材料から形成される場合には、抵抗体の平面形状と同一形状にパターニングしなくてもよい。この場合、機能層は少なくとも抵抗体が形成されている領域にベタ状に形成されてもよい。或いは、機能層は、基材10の上面全体にベタ状に形成されてもよい。 The planar shape of the functional layer is patterned to be approximately the same as the planar shape of the resistor shown in FIG. 1, for example. However, the planar shape of the functional layer is not limited to being approximately the same as the planar shape of the resistor. If the functional layer is made of an insulating material, it does not have to be patterned to be the same as the planar shape of the resistor. In this case, the functional layer may be formed in a solid shape at least in the area where the resistor is formed. Alternatively, the functional layer may be formed in a solid shape over the entire top surface of the substrate 10.

又、機能層が絶縁材料から形成される場合に、機能層の厚さを50nm以上1μm以下となるように比較的厚く形成し、かつベタ状に形成することで、機能層の厚さと表面積が増加するため、抵抗体が発熱した際の熱を基材10側へ放熱できる。その結果、ひずみゲージ1において、抵抗体の自己発熱による測定精度の低下を抑制できる。 In addition, when the functional layer is made of an insulating material, the functional layer is formed relatively thick, at a thickness of 50 nm to 1 μm, and is formed in a solid shape, so that the thickness and surface area of the functional layer are increased, and the heat generated by the resistor can be dissipated to the substrate 10. As a result, the deterioration of measurement accuracy due to self-heating of the resistor can be suppressed in the strain gauge 1.

機能層は、例えば、機能層を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にAr(アルゴン)ガスを導入したコンベンショナルスパッタ法により真空成膜できる。コンベンショナルスパッタ法を用いることにより、基材10の上面10aをArでエッチングしながら機能層が成膜されるため、機能層の成膜量を最小限にして密着性改善効果を得ることができる。 The functional layer can be formed in a vacuum by conventional sputtering, for example, using a raw material capable of forming the functional layer as a target and introducing Ar (argon) gas into a chamber. By using conventional sputtering, the functional layer is formed while etching the upper surface 10a of the substrate 10 with Ar, so that the amount of the functional layer formed can be minimized and the effect of improving adhesion can be obtained.

但し、これは、機能層の成膜方法の一例であり、他の方法により機能層を成膜してもよい。例えば、機能層の成膜の前にAr等を用いたプラズマ処理等により基材10の上面10aを活性化することで密着性改善効果を獲得し、その後マグネトロンスパッタ法により機能層を真空成膜する方法を用いてもよい。 However, this is just one example of a method for forming the functional layer, and the functional layer may be formed by other methods. For example, a method may be used in which the upper surface 10a of the substrate 10 is activated by plasma treatment using Ar or the like before forming the functional layer, thereby improving adhesion, and then the functional layer is vacuum-formed by magnetron sputtering.

機能層の材料と金属層Aの材料との組み合わせは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、機能層としてTiを用い、金属層Aとしてα-Cr(アルファクロム)を主成分とするCr混相膜を成膜可能である。 There are no particular restrictions on the combination of the material of the functional layer and the material of the metal layer A, and they can be selected appropriately depending on the purpose. For example, it is possible to use Ti as the functional layer and form a Cr mixed phase film with α-Cr (alpha chromium) as the main component as the metal layer A.

この場合、例えば、Cr混相膜を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にArガスを導入したマグネトロンスパッタ法により、金属層Aを成膜できる。或いは、純Crをターゲットとし、チャンバ内にArガスと共に適量の窒素ガスを導入し、反応性スパッタ法により、金属層Aを成膜してもよい。この際、窒素ガスの導入量や圧力(窒素分圧)を変えることや加熱工程を設けて加熱温度を調整することで、Cr混相膜に含まれるCrN及びCrNの割合、並びにCrN及びCrN中のCrNの割合を調整できる。 In this case, for example, the metal layer A can be formed by magnetron sputtering using a raw material capable of forming a Cr mixed phase film as a target and introducing Ar gas into a chamber. Alternatively, the metal layer A can be formed by reactive sputtering using pure Cr as a target and introducing an appropriate amount of nitrogen gas together with Ar gas into a chamber. In this case, the ratio of CrN and Cr 2 N contained in the Cr mixed phase film and the ratio of Cr 2 N in CrN and Cr 2 N can be adjusted by changing the amount and pressure (nitrogen partial pressure) of the nitrogen gas introduced or by adjusting the heating temperature by providing a heating process.

これらの方法では、Tiからなる機能層がきっかけでCr混相膜の成長面が規定され、安定な結晶構造であるα-Crを主成分とするCr混相膜を成膜できる。又、機能層を構成するTiがCr混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性が向上する。例えば、ひずみゲージ1のゲージ率を10以上、かつゲージ率温度係数TCS及び抵抗温度係数TCRを-1000ppm/℃~+1000ppm/℃の範囲内とすることができる。なお、機能層がTiから形成されている場合、Cr混相膜にTiやTiN(窒化チタン)が含まれる場合がある。 In these methods, the growth surface of the Cr mixed-phase film is determined by the functional layer made of Ti, and a Cr mixed-phase film can be formed that is mainly composed of α-Cr, which has a stable crystal structure. In addition, the Ti that constitutes the functional layer diffuses into the Cr mixed-phase film, improving the gauge characteristics. For example, the gauge factor of the strain gauge 1 can be set to 10 or more, and the gauge factor temperature coefficient TCS and the resistance temperature coefficient TCR can be set within the range of -1000 ppm/°C to +1000 ppm/°C. Note that when the functional layer is formed from Ti, the Cr mixed-phase film may contain Ti and TiN (titanium nitride).

なお、金属層AがCr混相膜である場合、Tiからなる機能層は、金属層Aの結晶成長を促進する機能、基材10に含まれる酸素や水分による金属層Aの酸化を防止する機能、及び基材10と金属層Aとの密着性を向上する機能の全てを備えている。機能層として、Tiに代えてTa、Si、Al、Feを用いた場合も同様である。 When metal layer A is a Cr mixed phase film, the functional layer made of Ti has all of the following functions: promoting crystal growth of metal layer A, preventing oxidation of metal layer A due to oxygen and moisture contained in substrate 10, and improving adhesion between substrate 10 and metal layer A. The same applies when Ta, Si, Al, or Fe is used as the functional layer instead of Ti.

このように、金属層Aの下層に機能層を設けることにより、金属層Aの結晶成長を促進可能となり、安定な結晶相からなる金属層Aを作製できる。その結果、ひずみゲージ1において、ゲージ特性の安定性を向上できる。又、機能層を構成する材料が金属層Aに拡散することにより、ひずみゲージ1において、ゲージ特性を向上できる。 In this way, by providing a functional layer below the metal layer A, it is possible to promote crystal growth in the metal layer A, and to produce a metal layer A consisting of a stable crystalline phase. As a result, the stability of the gauge characteristics of the strain gauge 1 can be improved. In addition, the material constituting the functional layer diffuses into the metal layer A, thereby improving the gauge characteristics of the strain gauge 1.

次に、金属層Aの上面に、第2金属層42及び第2金属層52を形成する。第2金属層42及び第2金属層52は、例えば、フォトリソグラフィ法により形成できる。 Next, the second metal layer 42 and the second metal layer 52 are formed on the upper surface of the metal layer A. The second metal layer 42 and the second metal layer 52 can be formed, for example, by a photolithography method.

具体的には、まず、金属層Aの上面を覆うように、例えば、スパッタ法や無電解めっき法等により、シード層を形成する。次に、シード層の上面の全面に感光性のレジストを形成し、露光及び現像して第2金属層42及び第2金属層52を形成する領域を露出する開口部を形成する。このとき、レジストの開口部の形状を調整することで、第2金属層42のパターンを任意の形状とすることができる。レジストとしては、例えば、ドライフィルムレジスト等を用いることができる。 Specifically, first, a seed layer is formed by, for example, sputtering or electroless plating so as to cover the upper surface of metal layer A. Next, a photosensitive resist is formed over the entire upper surface of the seed layer, and is exposed and developed to form openings that expose the areas in which second metal layer 42 and second metal layer 52 are to be formed. At this time, the pattern of second metal layer 42 can be formed into any shape by adjusting the shape of the openings in the resist. For example, a dry film resist can be used as the resist.

次に、例えば、シード層を給電経路とする電解めっき法により、開口部内に露出するシード層上に第2金属層42及び第2金属層52を形成する。電解めっき法は、タクトが高く、かつ、第2金属層42及び第2金属層52として低応力の電解めっき層を形成できる点で好適である。膜厚の厚い電解めっき層を低応力とすることで、ひずみゲージ1に反りが生じることを防止できる。なお、第2金属層42及び第2金属層52は無電解めっき法により形成してもよい。 Next, for example, the second metal layer 42 and the second metal layer 52 are formed on the seed layer exposed in the opening by electrolytic plating using the seed layer as a power supply path. The electrolytic plating method is advantageous in that it has high tact and can form low-stress electrolytic plating layers as the second metal layer 42 and the second metal layer 52. By making the thick electrolytic plating layer low-stress, it is possible to prevent warping of the strain gauge 1. The second metal layer 42 and the second metal layer 52 may also be formed by electroless plating.

次に、レジストを除去する。レジストは、例えば、レジストの材料を溶解可能な溶液に浸漬することで除去できる。 Next, the resist is removed. For example, the resist can be removed by immersing it in a solution that can dissolve the resist material.

次に、シード層の上面の全面に感光性のレジストを形成し、露光及び現像して、図1の抵抗体30、配線40、及び電極50と同様の平面形状にパターニングする。レジストとしては、例えば、ドライフィルムレジスト等を用いることができる。そして、レジストをエッチングマスクとし、レジストから露出する金属層A及びシード層を除去し、図1の平面形状の抵抗体30、配線40、及び電極50を形成する。 Next, a photosensitive resist is formed on the entire upper surface of the seed layer, and is exposed and developed to be patterned into a planar shape similar to the resistor 30, wiring 40, and electrode 50 in FIG. 1. For example, a dry film resist can be used as the resist. Then, the resist is used as an etching mask to remove the metal layer A and the seed layer exposed from the resist, forming the resistor 30, wiring 40, and electrode 50 in the planar shape of FIG. 1.

例えば、ウェットエッチングにより、金属層A及びシード層の不要な部分を除去できる。金属層Aの下層に機能層が形成されている場合には、エッチングによって機能層は抵抗体30、配線40、及び電極50と同様に図1に示す平面形状にパターニングされる。なお、この時点では、抵抗体30、第1金属層41、及び第1金属層51上にシード層が形成されている。 For example, unnecessary portions of the metal layer A and the seed layer can be removed by wet etching. If a functional layer is formed below the metal layer A, the functional layer is patterned by etching into the planar shape shown in FIG. 1, similar to the resistor 30, the wiring 40, and the electrode 50. At this point, a seed layer is formed on the resistor 30, the first metal layer 41, and the first metal layer 51.

次に、第2金属層42及び第2金属層52をエッチングマスクとし、第2金属層42及び第2金属層52から露出する不要なシード層を除去することで、第2金属層42及び第2金属層52が形成される。なお、第2金属層42及び第2金属層52の直下のシード層は残存する。例えば、シード層がエッチングされ、機能層、抵抗体30、配線40、及び電極50がエッチングされないエッチング液を用いたウェットエッチングにより、不要なシード層を除去できる。 Next, the second metal layer 42 and the second metal layer 52 are used as an etching mask to remove the unnecessary seed layer exposed from the second metal layer 42 and the second metal layer 52, thereby forming the second metal layer 42 and the second metal layer 52. Note that the seed layer directly below the second metal layer 42 and the second metal layer 52 remains. For example, the unnecessary seed layer can be removed by wet etching using an etching solution that etches the seed layer but does not etch the functional layer, resistor 30, wiring 40, and electrode 50.

その後、基材10の上面10aに、抵抗体30及び配線40を被覆し電極50を露出するカバー層60を設ける。具体的には、まず、あらかじめ金型等により上面に複数の凹部60xを形成した半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムを準備する。そして、例えば、基材10の上面10aに、抵抗体30及び配線40を被覆し電極50を露出するように半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムをラミネートする。そして、半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムを加熱及び加圧して硬化させることで、カバー層60となる。ラミネートは、真空雰囲気中で行うことが好ましい。以上の工程により、ひずみゲージ1が完成する。 After that, a cover layer 60 is provided on the upper surface 10a of the substrate 10 to cover the resistor 30 and the wiring 40 and expose the electrodes 50. Specifically, first, a semi-cured thermosetting insulating resin film is prepared with a plurality of recesses 60x formed on the upper surface by a mold or the like. Then, for example, the semi-cured thermosetting insulating resin film is laminated on the upper surface 10a of the substrate 10 so as to cover the resistor 30 and the wiring 40 and expose the electrodes 50. The semi-cured thermosetting insulating resin film is then heated and pressurized to harden it, forming the cover layer 60. Lamination is preferably performed in a vacuum atmosphere. The above steps complete the strain gauge 1.

なお、上面に凹部60xが形成されていない熱硬化性の絶縁樹脂フィルムを準備し、基材10の上面10aに、抵抗体30及び配線40を被覆し電極50を露出するようにラミネートし、その後、金型等で凹部60xを形成する方法も考えられる。しかし、この場合は、金型等で凹部60xを形成する際に抵抗体30等にストレスを与え、断線等を招くおそれがある。そのため、あらかじめ上面に複数の凹部60xを形成した半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムを基材10にラミネートする方法が好ましい。 It is also possible to prepare a thermosetting insulating resin film without the recesses 60x on its upper surface, laminate it to the upper surface 10a of the substrate 10 so as to cover the resistor 30 and the wiring 40 and expose the electrode 50, and then form the recesses 60x using a mold or the like. However, in this case, there is a risk that stress will be applied to the resistor 30, etc., when the recesses 60x are formed using a mold or the like, which may lead to breakage. For this reason, it is preferable to laminate a semi-cured thermosetting insulating resin film with multiple recesses 60x formed on its upper surface onto the substrate 10.

なお、抵抗体30、第1金属層41、及び第1金属層51の下地層として基材10の上面10aに機能層を設けた場合には、ひずみゲージ1は図5に示す断面形状となる。符号20で示す層が機能層である。機能層20を設けた場合のひずみゲージ1の平面形状は、例えば、図1と同様となる。但し、前述のように、機能層20は、基材10の上面の一部又は全部にベタ状に形成される場合もある。 When a functional layer is provided on the upper surface 10a of the substrate 10 as an underlayer for the resistor 30, the first metal layer 41, and the first metal layer 51, the strain gauge 1 has a cross-sectional shape as shown in FIG. 5. The layer indicated by the reference numeral 20 is the functional layer. When the functional layer 20 is provided, the planar shape of the strain gauge 1 is, for example, the same as that shown in FIG. 1. However, as described above, the functional layer 20 may be formed in a solid shape on part or all of the upper surface of the substrate 10.

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments have been described above in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the claims.

例えば、本発明は、基材上に抵抗体が複数個形成されたひずみゲージにも適用可能である。本発明は、例えば、基材上に形成された2つの抵抗体によりハーフブリッジ回路を構成するひずみゲージにも適用可能である。あるいは、本発明は、例えば、基材上に形成された4つの抵抗体によりフルブリッジ回路を構成するひずみゲージにも適用可能である。 For example, the present invention can be applied to a strain gauge in which multiple resistors are formed on a substrate. The present invention can be applied to a strain gauge in which two resistors are formed on a substrate to form a half-bridge circuit. Alternatively, the present invention can be applied to a strain gauge in which four resistors are formed on a substrate to form a full-bridge circuit.

1 ひずみゲージ、10 基材、10a 上面、20 機能層、30 抵抗体、30e、30e 終端、40 配線、50 電極、41、51 第1金属層、42、52 第2金属層、60 カバー層、60x 凹部 REFERENCE SIGNS LIST 1 strain gauge, 10 substrate, 10a upper surface, 20 functional layer, 30 resistor, 30e 1 , 30e 2 termination, 40 wiring, 50 electrode, 41, 51 first metal layer, 42, 52 second metal layer, 60 cover layer, 60x recess

Claims (11)

可撓性を有する基材と、
前記基材上に形成された抵抗体と、
前記基材上に形成され、前記抵抗体と電気的に接続された配線と、
前記基材上に形成され、前記抵抗体及び前記配線を被覆する絶縁樹脂層と、を有し、
前記絶縁樹脂層は、上面から前記基材の方向に窪む複数の凹部を備え
前記凹部は、1つの底面と、前記底面と接続する4つの内側面と、を備えている、ひずみゲージ。
A flexible substrate;
A resistor formed on the substrate;
A wiring formed on the base material and electrically connected to the resistor;
an insulating resin layer formed on the base material and covering the resistor and the wiring;
the insulating resin layer has a plurality of recesses recessed from an upper surface toward the base material ,
The recess has a bottom surface and four inner sides connected to the bottom surface .
前記絶縁樹脂層の上面の法線方向から視て、前記凹部は、前記絶縁樹脂層の上面に規則的に配列されている、請求項1に記載のひずみゲージ。 The strain gauge according to claim 1, wherein the recesses are regularly arranged on the upper surface of the insulating resin layer when viewed from the normal direction of the upper surface of the insulating resin layer. 前記絶縁樹脂層の上面の粗度は、前記絶縁樹脂層の側面の粗度よりも大きい、請求項1又は2に記載のひずみゲージ。 The strain gauge according to claim 1 or 2 , wherein a roughness of the upper surface of the insulating resin layer is greater than a roughness of a side surface of the insulating resin layer. 前記凹部が形成されていない場合の前記絶縁樹脂層の上面の面積を1とした場合、前記凹部を形成した場合の前記凹部の表面積を含む前記絶縁樹脂層の上面の面積は、1.36以上である、請求項1乃至の何れか一項に記載のひずみゲージ。 4. The strain gauge according to claim 1, wherein, when an area of the upper surface of the insulating resin layer when the recess is not formed is taken as 1 , an area of the upper surface of the insulating resin layer including a surface area of the recess when the recess is formed is 1.36 or more. 前記絶縁樹脂層の上面は、水との接触角が90度以上である、請求項1乃至の何れか一項に記載のひずみゲージ。 5. The strain gauge according to claim 1, wherein the upper surface of the insulating resin layer has a contact angle with water of 90 degrees or more. 前記配線は、前記抵抗体と同一材料により形成された第1金属層と、前記第1金属層の上面に形成された第2金属層と、を含む、請求項1乃至の何れか一項に記載のひずみゲージ。 6. The strain gauge according to claim 1, wherein the wiring includes a first metal layer formed of the same material as the resistor, and a second metal layer formed on an upper surface of the first metal layer. 前記第2金属層は、銅を含む、請求項に記載のひずみゲージ。 The strain gauge of claim 6 , wherein the second metal layer comprises copper. 前記抵抗体は、Cr、CrN、及びCrNを含む膜から形成されている請求項1乃至の何れか一項に記載のひずみゲージ。 The strain gauge according to claim 1 , wherein the resistor is formed from a film containing Cr, CrN, and Cr 2 N. ゲージ率が10以上である請求項に記載のひずみゲージ。 9. The strain gauge according to claim 8, having a gauge factor of 10 or more. 前記抵抗体に含まれるCrN及びCrNは、20重量%以下である請求項又はに記載のひずみゲージ。 10. The strain gauge according to claim 8 , wherein the resistor contains 20% by weight or less of CrN and Cr2N . 前記CrN及び前記CrN中の前記CrNの割合は、80重量%以上90重量%未満である請求項10に記載のひずみゲージ。 The strain gauge according to claim 10 , wherein a ratio of said Cr2N in said CrN and said Cr2N is 80% by weight or more and less than 90% by weight.
JP2020180489A 2020-10-28 2020-10-28 Strain gauges Active JP7577907B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020180489A JP7577907B2 (en) 2020-10-28 2020-10-28 Strain gauges

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020180489A JP7577907B2 (en) 2020-10-28 2020-10-28 Strain gauges

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022071494A JP2022071494A (en) 2022-05-16
JP7577907B2 true JP7577907B2 (en) 2024-11-06

Family

ID=81594039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020180489A Active JP7577907B2 (en) 2020-10-28 2020-10-28 Strain gauges

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7577907B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007266079A (en) 2006-03-27 2007-10-11 Nikon Corp Deformation measuring device, adjustment method and determination method
JP2014038088A (en) 2012-07-20 2014-02-27 Yamaha Corp Strain sensor
JP2019090723A (en) 2017-11-15 2019-06-13 ミネベアミツミ株式会社 Strain gauge
JP2019100883A (en) 2017-12-04 2019-06-24 ミネベアミツミ株式会社 Strain gauge

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007266079A (en) 2006-03-27 2007-10-11 Nikon Corp Deformation measuring device, adjustment method and determination method
JP2014038088A (en) 2012-07-20 2014-02-27 Yamaha Corp Strain sensor
JP2019090723A (en) 2017-11-15 2019-06-13 ミネベアミツミ株式会社 Strain gauge
JP2019100883A (en) 2017-12-04 2019-06-24 ミネベアミツミ株式会社 Strain gauge

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022071494A (en) 2022-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7570975B2 (en) Strain gauges
JP7741284B2 (en) Strain gauges, sensor modules
JP7764650B2 (en) strain gauge
US11543309B2 (en) Strain gauge and sensor module
JP7820592B2 (en) strain gauge
JP2025120476A (en) strain gauge
CN116724210B (en) Strain gauges
JP7383656B2 (en) strain gauge
JP2025074254A (en) Strain gauges
WO2021205981A1 (en) Strain gauge
JP2025168593A (en) strain gauge
JP7737790B2 (en) strain gauge
JP7469933B2 (en) Strain gauges
JP7697758B2 (en) Strain gauges
JP7577907B2 (en) Strain gauges
JP7577908B2 (en) Strain gauges
JP7605414B2 (en) Strain gauges
JP2022008026A (en) Strain gauge
JP7658050B2 (en) Strain gauges, sensor modules, and strain bodies
JP2023136406A (en) strain gauge
JP2025139871A (en) strain gauge
WO2024181271A1 (en) Strain gauge and strain sensor
JP2025115513A (en) strain gauge
JP2024136860A (en) Strain Gauges and Strain Sensors
JP2024088419A (en) Strain gauges

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231012

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240430

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240514

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240716

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240924

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241001

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7577907

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150