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JP2019090721A - Strain gauge - Google Patents

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JP2019090721A
JP2019090721A JP2017220406A JP2017220406A JP2019090721A JP 2019090721 A JP2019090721 A JP 2019090721A JP 2017220406 A JP2017220406 A JP 2017220406A JP 2017220406 A JP2017220406 A JP 2017220406A JP 2019090721 A JP2019090721 A JP 2019090721A
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resistor
strain gauge
insulating layer
substrate
resin
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JP2017220406A
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Japanese (ja)
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洋介 小笠
Yosuke Ogasa
洋介 小笠
哲 長曽我部
Tooru Chosokabe
哲 長曽我部
怜史 島岡
Satoshi Shimaoka
怜史 島岡
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MinebeaMitsumi Inc
Original Assignee
MinebeaMitsumi Inc
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge

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Abstract

【課題】可撓性を有する基材上に形成された抵抗体を有するひずみゲージにおいて、反りを低減する。【解決手段】ひずみゲージは、可撓性を有する基材10と、基材10上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体30と、抵抗体30上に形成された絶縁層50と、を有し、絶縁層50の膨張係数は、基材10の膨張係数と同一である。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce warpage in a strain gauge having a resistor formed on a flexible substrate. SOLUTION: A strain gauge is formed on a flexible base material 10, a resistor 30 formed of a material containing at least one of chromium and nickel on the base material 10, and a resistor 30. It has an insulating layer 50, and the expansion coefficient of the insulating layer 50 is the same as the expansion coefficient of the base material 10. [Selection diagram] Fig. 3

Description

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

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、抵抗体の材料としては、例えば、Cr(クロム)やNi(ニッケル)を含む材料が用いられている。又、抵抗体は、例えば、絶縁樹脂からなる基材上に形成されている(例えば、特許文献1参照)。   There is known a strain gauge which is attached to a measurement object to detect a strain of the measurement object. The strain gauge includes a resistor that detects strain, and a material containing, for example, Cr (chromium) or Ni (nickel) is used as a material of the resistor. The resistor is formed on, for example, a base made of an insulating resin (see, for example, Patent Document 1).

特開2016−74934号公報JP, 2016-74934, A

しかしながら、機械的強度の高いセラミックス等からなる基材を用いる場合とは異なり、可撓性を有する基材を用いる場合には、ひずみゲージに生じる反りが問題となる。ひずみゲージに反りが生じると、抵抗体にクラックが生じてゲージ特性が悪化したり、ひずみゲージとして機能しなくなったりするおそれがある。   However, unlike the case of using a substrate made of a ceramic or the like having high mechanical strength, in the case of using a flexible substrate, warpage caused in the strain gauge becomes a problem. When warpage occurs in the strain gauge, the resistor may be cracked to deteriorate the gauge characteristics or may not function as a strain gauge.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、可撓性を有する基材上に形成された抵抗体を有するひずみゲージにおいて、反りを低減することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to reduce warpage in a strain gauge having a resistor formed on a flexible base material.

本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、前記抵抗体上に形成された絶縁層と、を有し、前記絶縁層の膨張係数は、前記基材の膨張係数と同一である。   The present strain gauge comprises a flexible substrate, a resistor formed of a material containing at least one of chromium and nickel on the substrate, and an insulating layer formed on the resistor. And the expansion coefficient of the insulating layer is the same as the expansion coefficient of the substrate.

開示の技術によれば、可撓性を有する基材上に形成された抵抗体を有するひずみゲージにおいて、反りを低減することができる。   According to the disclosed technology, warpage can be reduced in a strain gauge having a resistor formed on a flexible substrate.

第1の実施の形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。It is a top view which illustrates the strain gauge concerning a 1st embodiment. 第1の実施の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。It is a sectional view (the 1) which illustrates the strain gauge concerning a 1st embodiment. 第1の実施の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。It is sectional drawing (the 2) which illustrates the strain gauge which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図である。It is a figure which illustrates the manufacturing process of the strain gauge concerning a 1st 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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

〈第1の実施の形態〉
図1は、第1の実施の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の実施の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の実施の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1〜図3を参照するに、ひずみゲージ1は、基材10と、抵抗体30と、端子部41と、絶縁層50とを有している。
First Embodiment
FIG. 1 is a plan view illustrating a strain gauge according to a first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the strain gauge according to the first embodiment, and shows a cross-section along the line A-A of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the strain gauge according to the first embodiment, and shows a cross-section along the line B-B in FIG. Referring to FIGS. 1 to 3, the strain gauge 1 includes a base 10, a resistor 30, a terminal 41, and an insulating layer 50.

なお、本実施の形態では、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することができる。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 the present embodiment, for convenience, in the strain gauge 1, the side of the base material 10 on which the resistor 30 is provided is the upper side or one side, and the side on which the resistor 30 is not provided is the lower side or the other side. To the side. Further, the surface on the side where the resistor 30 of each part is provided is referred to as one surface or upper surface, and the surface on the side where the resistor 30 is not provided is referred to as the other surface or lower surface. However, the strain gauge 1 can be used in the upside-down state or can be disposed at any angle. Further, planar view refers to viewing the object in the normal direction of the upper surface 10a of the base material 10, and planar shape refers to a shape of the object viewed in the normal direction of the upper surface 10a of the base 10 I assume.

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 base 10 is a member to be a base layer for forming the resistor 30 and the like, and has flexibility. There is no restriction | limiting in particular in the thickness of the base material 10, Although it can select suitably according to the objective, For example, it can be about 5 micrometers-500 micrometers. In particular, when the thickness of the substrate 10 is 5 μm to 200 μm, in terms of the transmission of strain from the surface of the strain-generating body bonded to the lower surface of the substrate 10 via the adhesive layer etc., and dimensional stability to the environment. The thickness is preferably 10 μm or more, further preferably 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、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成することができる。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 is made of, for example, PI (polyimide) resin, epoxy resin, PEEK (polyether ether ketone) resin, PEN (polyethylene naphthalate) resin, PET (polyethylene terephthalate) resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, polyolefin resin, etc. The insulating resin film of In addition, a film is about 500 micrometers or less in thickness, and points out the member which has flexibility.

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, "forming from an insulating resin film" does not prevent the base material 10 from containing a filler, an impurity, and the like in the insulating resin film. The substrate 10 may be formed of, for example, an insulating resin film containing a filler such as silica or alumina.

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を梨地模様で示している。   The resistor 30 is a thin film formed in a predetermined pattern on the base material 10, and is a sensing part that receives a strain and causes a change in resistance. The resistor 30 may be formed directly on the upper surface 10 a of the substrate 10 or may be formed on the upper surface 10 a of the substrate 10 via another layer. In FIG. 1, for the sake of convenience, the resistor 30 is shown in a satin pattern.

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することができる。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することができる。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、Ni−Cu(ニッケル銅)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 of, for example, 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 of a material containing at least one of Cr and Ni. As a material containing Cr, for example, a Cr multiphase film can be mentioned. As a material containing Ni, Ni-Cu (nickel copper) is mentioned, for example. As a material containing both Cr and Ni, Ni-Cr (nickel chromium) is mentioned, for example.

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 multiphase film is a film in which Cr, CrN, Cr 2 N, etc. are mixed in phase. The Cr mixed phase film may contain unavoidable 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く、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。   The thickness of the resistor 30 is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. For example, the thickness may be about 0.05 μm to 2 μm. In particular, it is preferable that the thickness of the resistor 30 is 0.1 μm or more in that the crystallinity (for example, the crystallinity of α-Cr) of the crystals constituting the resistor 30 is improved, and the resistor of 1 μm or less It is further preferable in that it is possible to reduce the cracks of the film resulting from the internal stress of the film constituting 30 and the warpage from the base material 10.

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することができる。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質量%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 using α-Cr (alpha chromium), which is a stable crystal phase, as a main component. In addition, when the resistor 30 contains α-Cr as the main component, the gauge factor of the strain gauge 1 is 10 or more, and the gauge factor temperature coefficient TCS and resistance temperature coefficient TCR are in the range of -1000 ppm / ° C to +1000 ppm / ° C. It can be done. Here, the main component means that the target substance occupies 50% by mass or more of all the substances constituting the resistor, but from the viewpoint of improving the gauge characteristics, the resistor 30 has 80% by weight of α-Cr. It is preferable to include the above. In addition, (alpha) -Cr is Cr of a bcc structure (body-centered cubic lattice structure).

端子部41は、抵抗体30の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体30よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部41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。抵抗体30は、例えば、端子部41の一方からジグザグに折り返しながら延在して他方の端子部41に接続されている。端子部41の上面を、端子部41よりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。なお、抵抗体30と端子部41とは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。   The terminal portion 41 extends from both ends of the resistor 30, and is wider than the resistor 30 and formed in a substantially rectangular shape in a plan view. The terminal portions 41 are a pair of electrodes for outputting a change in the resistance value of the resistor 30 caused by strain to the outside, and for example, a lead wire for external connection is joined. The resistor 30 extends, for example, from one of the terminal portions 41 in a zigzag manner and is connected to the other terminal portion 41. The upper surface of the terminal portion 41 may be coated with a metal having a better solderability than the terminal portion 41. In addition, although the resistor 30 and the terminal part 41 are made into another code | symbol for convenience, both can be integrally formed with the same material in the same process.

絶縁層50は、基材10上に、抵抗体30及び端子部41の上面(基材10とは反対側の面)を被覆し側面を露出するように形成されている。絶縁層50は開口部50xを有し、開口部50x内には端子部41の上面の一部が露出している。但し、開口部50x内に端子部41の上面の全部が露出するようにしてもよい。絶縁層50の平面形状は、基材10の平面形状と略同一である。   The insulating layer 50 is formed on the substrate 10 so as to cover the upper surfaces (surfaces on the side opposite to the substrate 10) of the resistor 30 and the terminal portion 41 and to expose the side surfaces. The insulating layer 50 has an opening 50x, and a part of the upper surface of the terminal portion 41 is exposed in the opening 50x. However, the entire upper surface of the terminal portion 41 may be exposed in the opening 50x. The planar shape of the insulating layer 50 is substantially the same as the planar shape of the substrate 10.

絶縁層50の膨張係数が基材10の膨張係数と同一となるように、絶縁層50の材料や厚さが選定されている。絶縁層50の材料は、例えば、基材10の材料として例示した材料の中なら適宜選択することができる。但し、絶縁層50は、基材10と必ずしも同一材料から形成する必要はなく、例えば、基材10がポリイミド樹脂、絶縁層50がエポキシ樹脂等であってもよい。絶縁層50にフィラーを含有させ、絶縁層50に含有されるフィラーの材料の選定及び含有量の調整を行うことにより、絶縁層50の膨張係数を調整してもよい。   The material and thickness of the insulating layer 50 are selected such that the expansion coefficient of the insulating layer 50 is the same as the expansion coefficient of the substrate 10. The material of the insulating layer 50 can be appropriately selected, for example, from the materials exemplified as the material of the substrate 10. However, the insulating layer 50 does not necessarily have to be formed of the same material as the base material 10. For example, the base material 10 may be a polyimide resin, the insulating layer 50 may be an epoxy resin, or the like. The expansion coefficient of the insulating layer 50 may be adjusted by including the filler in the insulating layer 50 and selecting the material of the filler contained in the insulating layer 50 and adjusting the content thereof.

本願において、絶縁層50の膨張係数が基材10の膨張係数と同一とは、絶縁層50の膨張係数が基材10の膨張係数と完全に同一である場合のみでなく、絶縁層50の膨張係数が基材10の膨張係数と実質的に同一である場合も含む。   In the present application, the expansion coefficient of the insulating layer 50 is the same as the expansion coefficient of the substrate 10, not only when the expansion coefficient of the insulating layer 50 is completely the same as the expansion coefficient of the substrate 10 It also includes the case where the coefficient is substantially the same as the expansion coefficient of the substrate 10.

ここで、絶縁層50の膨張係数が基材10の膨張係数と実質的に同一である場合とは、絶縁層50の膨張係数が基材10の膨張係数に対して±100ppm/K以内の範囲にある場合を指す。この範囲は発明者らが実験的に求めたものであり、この範囲内であれば、抵抗体30の内部応力を低減して、ひずみゲージ1の反りをひずみゲージ1が機能する限界の値以下とすることができる。   Here, when the expansion coefficient of the insulating layer 50 is substantially the same as the expansion coefficient of the base 10, the expansion coefficient of the insulating layer 50 is within ± 100 ppm / K with respect to the expansion coefficient of the base 10. Point to the case. This range is obtained experimentally by the inventors, and if it is within this range, the internal stress of the resistor 30 is reduced and the warpage of the strain gauge 1 is below the limit value at which the strain gauge 1 functions. It can be done.

図4は、第1の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図であり、図4(a)〜図4(c)は図3に対応する断面を示し、図4(d)は図2に対応する断面を示している。   FIG. 4 is a view illustrating the manufacturing process of the strain gauge according to the first embodiment, and FIGS. 4 (a) to 4 (c) show cross sections corresponding to FIG. 3, and FIG. 4 (d) Shows a cross section corresponding to FIG.

ひずみゲージ1を製造するためには、まず、図4(a)に示す工程では、基材10を準備し、基材10の上面10aに金属層300を形成する。金属層300は、最終的にパターニングされて抵抗体30及び端子部41となる層である。従って、金属層300の材料や厚さは、前述の抵抗体30及び端子部41の材料や厚さと同様である。   In order to manufacture the strain gauge 1, first, in the step shown in FIG. 4A, the base material 10 is prepared, and the metal layer 300 is formed on the upper surface 10 a of the base material 10. The metal layer 300 is a layer that is finally patterned to be the resistor 30 and the terminal portion 41. Accordingly, the material and thickness of the metal layer 300 are the same as the materials and thicknesses of the resistor 30 and the terminal portion 41 described above.

金属層300は、例えば、金属層300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することができる。金属層300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。   The metal layer 300 can be formed, for example, by a magnetron sputtering method using a source capable of forming the metal layer 300 as a target. The metal layer 300 may be deposited using a reactive sputtering method, a vapor deposition method, an arc ion plating method, a pulse laser deposition method or the like instead of the magnetron sputtering method.

ゲージ特性を安定化する観点から、金属層300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膜厚が1nm〜100nm程度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, before depositing the metal layer 300, for example, a functional layer having a thickness of about 1 nm to 100 nm is vacuum deposited on the upper surface 10a of the base 10 as a base layer by conventional sputtering. It is preferable to make a membrane.

本願において、機能層とは、少なくとも上層である金属層300(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300の酸化を防止する機能や、基材10と金属層300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 the present application, the functional layer refers to a layer having a function of promoting crystal growth of at least the upper metal layer 300 (resistor 30). The functional layer preferably further has a function of preventing oxidation of the metal layer 300 due to oxygen and moisture contained in the base material 10, and a function of improving the adhesion between the base material 10 and the metal layer 300. The functional layer may further 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300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300の酸化を防止する機能を備えることは有効である。   Since the insulating resin film constituting the substrate 10 contains oxygen and moisture, in particular when the metal layer 300 contains Cr, Cr forms a self-oxidized film, so that the functional layer has the function of preventing the metal layer 300 from being oxidized. Providing is effective.

機能層の材料は、少なくとも上層である金属層300(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 a function of promoting crystal growth of at least the upper metal layer 300 (resistor 30), and can be appropriately selected according to the purpose. Chromium), Ti (titanium), V (vanadium), Nb (niobium), Ta (tantalum), Ni (nickel), Y (yttrium), Zr (zirconium), Hf (hafnium), Si (silicon), C (C) Carbon), Zn (zinc), Cu (copper), Bi (bismuth), Fe (iron), Mo (molybdenum), W (tungsten), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Re (rhenium), Os (os) From osmium), Ir (iridium), Pt (platinum), Pd (palladium), Ag (silver), Au (gold), Co (cobalt), Mn (manganese), Al (aluminum) One or more metals selected from that group, one of the metal alloys of this group, or a compound of any one of metals of this group and the like.

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。 As said alloy, FeCr, TiAl, FeNi, NiCr, CrCu etc. are mentioned, for example. As the above-mentioned compounds, e.g., TiN, TaN, Si 3 N 4, TiO 2, Ta 2 O 5, SiO 2 , and the like.

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することができる。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 vacuum deposited, for example, by a conventional sputtering method in which Ar (argon) gas is introduced into the chamber with a source capable of forming the functional layer as a target. By using the conventional sputtering method, the functional layer is formed while etching the upper surface 10a of the substrate 10 with Ar, so that the adhesion improvement effect can be obtained by minimizing the amount of the functional layer formed.

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 an example of a method of forming a functional layer, and the functional layer may be formed by another method. For example, the adhesion improvement effect is obtained by activating the upper surface 10a of the substrate 10 by plasma treatment using Ar or the like before film formation of the functional layer, and then vacuum film formation of the functional layer by magnetron sputtering. Methods may be used.

機能層の材料と金属層300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300としてα−Cr(アルファクロム)を主成分とするCr混相膜を成膜することが可能である。   The combination of the material of the functional layer and the material of the metal layer 300 is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. For example, Ti is used as the functional layer and α-Cr (alpha chromium) is used as the metal layer 300 It is possible to form a Cr mixed phase film which is a main component.

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300を成膜することができる。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300を成膜してもよい。   In this case, for example, the metal layer 300 can be formed by a magnetron sputtering method in which Ar gas is introduced into the chamber with a raw material capable of forming a Cr mixed phase film as a target. Alternatively, pure Cr may be used as a target, an appropriate amount of nitrogen gas may be introduced into the chamber together with Ar gas, and the metal layer 300 may be formed by reactive sputtering.

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 multiphase film is defined by the functional layer made of Ti as a trigger, and it is possible to form a Cr multiphase film mainly composed of α-Cr, which has a stable crystal structure. Further, the diffusion of Ti constituting the functional layer into the Cr multiphase film improves the gauge characteristics. For example, the gauge factor of the strain gauge 1 can be 10 or more, and the gauge factor temperature coefficient TCS and the resistance temperature coefficient TCR can be in the range of -1000 ppm / ° C to +1000 ppm / ° C. When the functional layer is formed of Ti, the Cr mixed phase film may contain Ti or TiN (titanium nitride).

なお、金属層300がCr混相膜である場合、Tiからなる機能層は、金属層300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300の酸化を防止する機能、及び基材10と金属層300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 the metal layer 300 is a Cr mixed phase film, the functional layer made of Ti has a function of promoting crystal growth of the metal layer 300 and a function of preventing oxidation of the metal layer 300 due to oxygen and moisture contained in the base material And all of the functions for improving the adhesion between the substrate 10 and the metal layer 300. The same applies to the case where Ta, Si, Al, or Fe is used instead of Ti as the functional layer.

このように、金属層300の下層に機能層を設けることにより、金属層300の結晶成長を促進することが可能となり、安定な結晶相からなる金属層300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することができる。又、機能層を構成する材料が金属層300に拡散することにより、ひずみゲージ1において、ゲージ特性を向上することができる。   As described above, by providing the functional layer in the lower layer of the metal layer 300, crystal growth of the metal layer 300 can be promoted, and the metal layer 300 composed of a stable crystal phase can be manufactured. As a result, in the strain gauge 1, the stability of the gauge characteristics can be improved. Further, the material constituting the functional layer diffuses into the metal layer 300, whereby the gauge characteristics of the strain gauge 1 can be improved.

次に、図4(b)に示す工程では、基材10上に、金属層300を被覆する絶縁層50を形成する。絶縁層50の材料や厚さは、前述の通りである。絶縁層50は、例えば、基材10上、金属層300を被覆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し、加熱して硬化させて作製することができる。絶縁層50は、基材10上に、金属層300を被覆するように液状又はペースト状の熱硬化性の絶縁樹脂を塗布し、加熱して硬化させて作製してもよい。   Next, in the process shown in FIG. 4B, the insulating layer 50 covering the metal layer 300 is formed on the base material 10. The material and thickness of the insulating layer 50 are as described above. The insulating layer 50 can be produced, for example, by laminating a thermosetting insulating resin film in a semi-cured state so as to cover the metal layer 300 on the substrate 10 and heating and curing it. The insulating layer 50 may be produced by applying a liquid or paste-like thermosetting insulating resin on the substrate 10 so as to cover the metal layer 300 and heating and curing it.

次に、図4(c)に示す工程では、金属層300をパターニングして、図1の平面形状の機能層、抵抗体30、及び端子部41を形成する。例えば、絶縁層50を透過し金属層300に吸収されやすい波長のレーザ光を、絶縁層50を介して金属層300に照射するレーザ加工法により、金属層300の不要な部分を除去できる。   Next, in the step shown in FIG. 4C, the metal layer 300 is patterned to form the functional layer in the planar shape of FIG. 1, the resistor 30, and the terminal portion 41. For example, an unnecessary portion of the metal layer 300 can be removed by a laser processing method in which the metal layer 300 is irradiated with laser light having a wavelength that easily transmits the insulating layer 50 and is easily absorbed by the metal layer 300.

レーザ加工法により金属層300をパターニングすることで、金属層300をエッチング液によりエッチングする工程が不要となるため、抵抗体30や基材10がエッチング液により腐食されることを防止できる。   By patterning the metal layer 300 by the laser processing method, the step of etching the metal layer 300 with the etching solution becomes unnecessary, so that the resistor 30 and the base material 10 can be prevented from being corroded by the etching solution.

次に、図4(d)に示す工程では、絶縁層50に開口部50xを形成し、開口部50x内に端子部41の上面の一部を露出させる。但し、開口部50x内に端子部41の上面の全部を露出させてもよい。開口部50xは、例えば、絶縁層50に吸収されやすい波長のレーザ光を用いたレーザ加工法により形成できる。絶縁層50として感光性の樹脂を用い、フォトリソグラフィ−法により開口部50xを形成してもよい。   Next, in the process illustrated in FIG. 4D, the opening 50x is formed in the insulating layer 50, and a part of the upper surface of the terminal portion 41 is exposed in the opening 50x. However, the entire upper surface of the terminal portion 41 may be exposed in the opening 50x. The opening 50 x can be formed, for example, by a laser processing method using a laser beam having a wavelength that is easily absorbed by the insulating layer 50. The photosensitive resin may be used as the insulating layer 50, and the opening 50x may be formed by photolithography.

或いは、図4(b)に示す工程で、予め開口部50xを形成した絶縁樹脂フィルムをラミネートし、加熱して硬化させて、開口部50xを有する絶縁層50を形成してもよい。この場合には、図4(d)に示す工程は不要となる。以上の工程により、ひずみゲージ1が完成する。   Alternatively, in the step shown in FIG. 4B, the insulating resin film in which the opening 50x is formed in advance may be laminated, heated and cured to form the insulating layer 50 having the opening 50x. In this case, the process shown in FIG. 4D is unnecessary. The strain gauge 1 is completed by the above steps.

このように、抵抗体30を基材10と絶縁層50とで挟持する構造とし、絶縁層50の膨張係数を基材10の膨張係数と同一とすることで、ひずみゲージ1の反りを低減することが可能となる。その結果、ひずみゲージ1の反りに起因する抵抗体30のクラックの発生を防止できる。又、ひずみゲージ1の反りが低減され、良好なゲージ特性を維持した状態で、ひずみゲージ1を安定的に機能させることができる。   As described above, the resistance body 30 is sandwiched between the base 10 and the insulating layer 50, and the warpage of the strain gauge 1 is reduced by making the expansion coefficient of the insulating layer 50 the same as the expansion coefficient of the base 10. It becomes possible. As a result, it is possible to prevent the occurrence of the crack of the resistor 30 due to the warpage of the strain gauge 1. Also, the warpage of the strain gauge 1 can be reduced, and the strain gauge 1 can function stably while maintaining good gauge characteristics.

又、抵抗体30上に絶縁層50が形成されているため、ハンドリングが容易となる。   Moreover, since the insulating layer 50 is formed on the resistor 30, handling becomes easy.

又、絶縁層50を形成してから金属層300をレーザ加工法でパターニングして抵抗体30を形成することにより、レーザ加工時に生じる熱が基材10及び絶縁層50に放熱されるため、加工後の抵抗体30に突起部等が形成されることを防止できる。   Also, by forming the insulating layer 50 and then patterning the metal layer 300 by laser processing to form the resistor 30, the heat generated at the time of laser processing is dissipated to the base 10 and the insulating layer 50, so that processing is performed. It is possible to prevent the formation of protrusions and the like on the resistor 30 later.

又、金属層300をレーザ加工法でパターニングして抵抗体30を形成することにより、金属層300をエッチング液によりエッチングする工程が不要となるため、抵抗体30や基材10がエッチング液により腐食されることを防止できる。その結果、抵抗体30が腐食により断線することを防止できる。   In addition, since the metal layer 300 is patterned by the laser processing method to form the resistor 30, the step of etching the metal layer 300 with the etching solution becomes unnecessary, so that the resistor 30 and the base 10 are corroded by the etching solution. Can be prevented. As a result, disconnection of the resistor 30 due to corrosion can be prevented.

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の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、上述した実施の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 and the like have been described above in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope described in the claims. Variations and substitutions can be made.

例えば、図4(c)に示す工程で説明した以外の方法により金属層300をパターニングして抵抗体30を形成した場合でも、抵抗体30を基材10と絶縁層50とで挟持する構造とし、絶縁層50の膨張係数を基材10の膨張係数と同一とすることで、ひずみゲージ1の反りを低減することが可能となる。   For example, even when the resistor 30 is formed by patterning the metal layer 300 by a method other than that described in the step shown in FIG. 4C, the resistor 30 is sandwiched between the base 10 and the insulating layer 50. The warpage of the strain gauge 1 can be reduced by making the expansion coefficient of the insulating layer 50 the same as the expansion coefficient of the substrate 10.

1 ひずみゲージ、10 基材、10a 上面、30 抵抗体、41 端子部、50 絶縁層、50x 開口部 1 strain gauge, 10 base materials, 10a top surface, 30 resistors, 41 terminals, 50 insulating layers, 50x openings

Claims (8)

可撓性を有する基材と、
前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、
前記抵抗体上に形成された絶縁層と、を有し、
前記絶縁層の膨張係数は、前記基材の膨張係数と同一であるひずみゲージ。
A flexible substrate,
A resistor formed of a material containing at least one of chromium and nickel on the substrate;
And an insulating layer formed on the resistor.
The strain gauge in which the expansion coefficient of the said insulating layer is the same as the expansion coefficient of the said base material.
前記抵抗体の側面は、前記基材及び前記絶縁層から露出している請求項1に記載のひずみゲージ。   The strain gauge according to claim 1, wherein side surfaces of the resistor are exposed from the base and the insulating layer. 前記基材及び前記絶縁層の各々は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリオレフィン樹脂からなる群から選択される絶縁樹脂フィルムから形成されている請求項1又は2に記載のひずみゲージ。   Each of the substrate and the insulating layer is formed of an insulating resin film selected from the group consisting of polyimide resin, epoxy resin, polyether ether ketone resin, polyethylene naphthalate resin, polyethylene terephthalate resin, polyphenylene sulfide resin, and polyolefin resin The strain gauge according to claim 1 or 2, which is 前記抵抗体は、アルファクロムを主成分とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のひずみゲージ。   The strain gauge according to any one of claims 1 to 3, wherein the resistor contains alpha chromium as a main component. 前記抵抗体は、アルファクロムを80重量%以上含む請求項4に記載のひずみゲージ。   The strain gauge according to claim 4, wherein the resistor contains 80% by weight or more of alpha chromium. 前記抵抗体は、窒化クロムを含む請求項4又は5に記載のひずみゲージ。   The strain gauge according to claim 4, wherein the resistor contains chromium nitride. 前記基材の一方の面に、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層を有し、
前記抵抗体は、前記機能層の一方の面に形成されている請求項1乃至6の何れか一項に記載のひずみゲージ。
It has a functional layer formed of a metal, an alloy, or a compound of a metal on one side of the substrate,
The strain gauge according to any one of claims 1 to 6, wherein the resistor is formed on one surface of the functional layer.
前記機能層は、前記抵抗体の結晶成長を促進する機能を有する請求項7に記載のひずみゲージ。   The strain gauge according to claim 7, wherein the functional layer has a function of promoting crystal growth of the resistor.
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