JP2019113411A - ひずみゲージ、センサモジュール - Google Patents

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、抵抗体を高抵抗化する。【解決手段】本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、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と、前記機能層の一方の面に、Ｃｒ混相膜から形成された抵抗体と、前記抵抗体を被覆する絶縁樹脂層と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ひずみゲージ、センサモジュールに関する。

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）。

特開２０１６−７４９３４号公報

近年、ひずみゲージを高抵抗化することが求められており、抵抗体の材料等の検討が行われている。

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、抵抗体を高抵抗化することを目的とする。

本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、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と、前記機能層の一方の面に、Ｃｒ混相膜から形成された抵抗体と、前記抵抗体を被覆する絶縁樹脂層と、を有する。

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、抵抗体を高抵抗化することができる。

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。 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る。 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。 第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する断面図である。 第２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。 第２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る。 第２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（その１）である。 第２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（その２）である。 第２の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する断面図である。 第２の実施の形態の変形例２に係るひずみゲージを例示する断面図である。 第３の実施の形態に係るセンサモジュールを例示する断面図である。 機能層の蛍光Ｘ線分析の結果を示す図である。 抵抗体のＸ線回折の結果を示す図である。 基材の膨張係数と抵抗体の内部応力との関係を示す図である。 基材の表面凹凸と抵抗体のピンホール数との関係を示す図である。

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。

〈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１及び図２を参照するに、ひずみゲージ１は、基材１０と、機能層２０と、抵抗体３０と、端子部４１と、カバー層６０とを有している。なお、図１では、抵抗体３０を図示するために、便宜上、カバー層６０は外縁のみを破線で示している。

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。

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。

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。

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。

機能層２０は、基材１０の上面１０ａに抵抗体３０の下層として形成されている。すなわち、機能層２０の平面形状は、図１に示す抵抗体３０の平面形状と略同一である。機能層２０の厚さは、例えば、１ｎｍ〜１００ｎｍ程度とすることができる。

本願において、機能層とは、少なくとも上層である抵抗体３０の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層２０は、更に、基材１０に含まれる酸素や水分による抵抗体３０の酸化を防止する機能や、基材１０と抵抗体３０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２０は、更に、他の機能を備えていてもよい。

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、特に抵抗体３０がＣｒ（クロム）を含む場合、Ｃｒは自己酸化膜を形成するため、機能層２０が抵抗体３０の酸化を防止する機能を備えることは有効である。

機能層２０の材料は、少なくとも上層である抵抗体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。

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_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２等が挙げられる。

抵抗体３０は、機能層２０の上面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。なお、図１では、便宜上、抵抗体３０を梨地模様で示している。

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。言い換えれば、抵抗体３０としてＣｒ混相膜を用いてもよいし、Ｎｉ−ＣｕやＮｉ−Ｃｒ等のＣｒ混相膜以外の材料を用いてもよい。

ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ_２Ｎ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。又、Ｃｒ混相膜に、機能層２０を構成する材料の一部が拡散されてもよい。この場合、機能層２０を構成する材料と窒素とが化合物を形成する場合もある。例えば、機能層２０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。

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。

抵抗体３０の線幅は、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〜４０μｍ程度とすることができる。

特に、抵抗体３０を高抵抗化する観点からは、抵抗体３０の厚さは０．０５μｍ〜０．２５μｍ程度とすることが好ましく、抵抗体３０の線幅は５μｍ〜２０μｍ程度とすることが好ましい。

機能層２０上に抵抗体３０を形成することで、安定な結晶相により抵抗体３０を形成できるため、ゲージ特性（ゲージ率、ゲージ率温度係数ＴＣＳ、及び抵抗温度係数ＴＣＲ）の安定性を向上することができる。

例えば、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、機能層２０を設けることで、α−Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とする抵抗体３０を形成することができる。α−Ｃｒは安定な結晶相であるため、ゲージ特性の安定性を向上することができる。

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。抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、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。

又、機能層２０を構成する金属（例えば、Ｔｉ）がＣｒ混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性を向上することができる。具体的には、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。

抵抗体３０は、例えば、Ｌ_１×Ｌ_２が３ｍｍ×３ｍｍの範囲に形成することができる。この場合、抵抗体３０としてＣｒ混相膜を用いたときの膜厚Ｔ及び線幅Ｗと抵抗体３０の抵抗値との関係は、例えば、表１のようになる。なお、ここでは、一例として、隣接する線間隔を線幅と同一としている。

表１に示すように、Ｌ_１×Ｌ_２が３ｍｍ×３ｍｍで膜厚Ｔが０．５μｍの場合、線幅Ｗが４０μｍで抵抗値が２．９ｋΩ、線幅Ｗが２０μｍで抵抗値が１１．８ｋΩ、線幅Ｗが１０μｍで抵抗値が４９．１ｋΩ、線幅Ｗが５μｍで抵抗値が１９８．９ｋΩとなる。

又、Ｌ_１×Ｌ_２が３ｍｍ×３ｍｍで膜厚Ｔが０．１μｍの場合、線幅Ｗが４０μｍで抵抗値が１４．５ｋΩ、線幅Ｗが２０μｍで抵抗値が５９．０ｋΩ、線幅Ｗが１０μｍで抵抗値が２４５．５ｋΩ、線幅Ｗが５μｍで抵抗値が９９４．５ｋΩとなる。

又、Ｌ_１×Ｌ_２が３ｍｍ×３ｍｍで膜厚Ｔが０．０５μｍの場合、線幅Ｗが４０μｍで抵抗値が２９．０ｋΩ、線幅Ｗが２０μｍで抵抗値が１１８．０ｋΩ、線幅Ｗが１０μｍで抵抗値が４９１．０ｋΩ、線幅Ｗが５μｍで抵抗値が１９８９．０ｋΩとなる。

又、抵抗体３０は、例えば、Ｌ_１×Ｌ_２が０．３ｍｍ×０．３ｍｍの範囲に形成することができる。この場合、抵抗体３０としてＣｒ混相膜を用いたときの膜厚Ｔ及び線幅Ｗと抵抗体３０の抵抗値との関係は、例えば、表２のようになる。なお、ここでは、一例として、隣接する線間隔を線幅と同一としている。

表２に示すように、Ｌ_１×Ｌ_２が０．３ｍｍ×０．３ｍｍで膜厚Ｔが０．５μｍの場合、線幅Ｗが４０μｍで抵抗値が２０Ω、線幅Ｗが２０μｍで抵抗値が１００Ω、線幅Ｗが１０μｍで抵抗値が４１０Ω、線幅Ｗが５μｍで抵抗値が１．８８ｋΩとなる。

又、Ｌ_１×Ｌ_２が０．３ｍｍ×０．３ｍｍで膜厚Ｔが０．１μｍの場合、線幅Ｗが４０μｍで抵抗値が１００Ω、線幅Ｗが２０μｍで抵抗値が５００Ω、線幅Ｗが１０μｍで抵抗値が２．１ｋΩ、線幅Ｗが５μｍで抵抗値が９．４ｋΩとなる。

又、Ｌ_１×Ｌ_２が０．３ｍｍ×０．３ｍｍで膜厚Ｔが０．０５μｍの場合、線幅Ｗが４０μｍで抵抗値が２００Ω、線幅Ｗが２０μｍで抵抗値が１．０ｋΩ、線幅Ｗが１０μｍで抵抗値が４．２ｋΩ、線幅Ｗが５μｍで抵抗値が１８．８ｋΩとなる。

又、表１及び表２の抵抗体をホイートストンブリッジ回路で構成した場合、１Ｖの印加電圧時の消費電力は表３及び表４に示すようになる。表３及び表４に示すように、抵抗体３０の膜厚Ｔを薄くすると共に線幅Ｗを細くして高抵抗化することにより、抵抗体３０の消費電力を低減することができる。

なお、上記の説明中でＬ_１×Ｌ_２を３ｍｍ×３ｍｍ、又はＬ_１×Ｌ_２を０．３ｍｍ×０．３ｍｍとしたのは一例であり、この大きさには限定されない。又、Ｌ_１とＬ_２を異なる値にしても構わない。

このように、可撓性を有する基材１０上に抵抗体３０としてＣｒ混相膜を形成することにより、抵抗体３０の膜厚Ｔを薄くすると共に線幅Ｗを細くして高抵抗化することができる。又、抵抗体３０の高抵抗化に伴って、抵抗体３０の消費電力を低減することができる。又、抵抗体３０の線幅Ｗを細くすることにより、ひずみゲージ１を小型化できる。

なお、抵抗体３０の内部応力をゼロ近傍として基材１０の反りを低減する観点から、基材１０の膨張係数は７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋとすることが好ましい。基材１０の膨張係数は、例えば、基材１０の材料の選定、基材１０に含有されるフィラーの材料の選定及び含有量の調整等を行うことにより、調整することができる。

ところで、基材１０上に抵抗体３０を形成すると、抵抗体３０にピンホールが発生する場合があり、抵抗体３０に発生するピンホール数が所定値を超えると、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。発明者らは、抵抗体３０にピンホールが発生する原因の１つが、基材１０の上面１０ａから突出するフィラーであることを突き止めた。

すなわち、基材１０がフィラーを含有すると、フィラーの一部が基材１０の上面１０ａから突出し、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を増大させる。その結果、基材１０の上面１０ａに形成される抵抗体３０に生じるピンホール数が増加し、ゲージ特性の悪化等の要因となる。

発明者らは、抵抗体３０の厚さが０．０５μｍ以上である場合に、基材１０の上面１０ａの表面凹凸が１５ｎｍ以下であれば、抵抗体３０に生じるピンホール数を抑制してゲージ特性を維持できることを見出した。

すなわち、抵抗体３０の厚さが０．０５μｍ以上である場合に、基材１０の上面１０ａに形成される抵抗体３０に生じるピンホール数を低減してゲージ特性を維持する観点から、基材１０の上面１０ａの表面凹凸は１５ｎｍ以下であることが好ましく、表面凹凸が１５ｎｍ以下であれば基材１０がフィラーを含有してもゲージ特性の悪化にはつながらない。なお、基材１０の上面１０ａの表面凹凸は０ｎｍであってもよい。

基材１０の上面１０ａの表面凹凸は、例えば、基材１０を加熱することにより低減することができる。或いは、基材１０の加熱に代えて、基材１０の上面１０ａに略垂直にレーザ光を照射して凸部を削る方法、基材１０の上面１０ａと平行にウォーターカッター等を可動させて凸部を削り取る方法、基材１０の上面１０ａを砥石を用いて研磨する方法、又は基材１０を加熱しながら加圧する方法（ヒートプレス）等を用いてもよい。

なお、表面凹凸とは、算術平均粗さのことであり、一般的にＲａと表記する。表面凹凸は、例えば、三次元光学干渉法により測定することができる。

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。

カバー層６０は、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように基材１０の上面１０ａに設けられた絶縁樹脂層である。カバー層６０を設けることで、抵抗体３０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を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６０は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。

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することができる。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。

図３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２に対応する断面を示している。ひずみゲージ１を製造するためには、まず、図３（ａ）に示す工程では、基材１０を準備し、基材１０の上面１０ａに機能層２０を形成する。基材１０及び機能層２０の材料や厚さは、前述の通りである。

機能層２０は、例えば、機能層２０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２０が成膜されるため、機能層２０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。

但し、これは、機能層２０の成膜方法の一例であり、他の方法により機能層２０を成膜してもよい。例えば、機能層２０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２０を真空成膜する方法を用いてもよい。

次に、図３（ｂ）に示す工程では、機能層２０の上面全体に抵抗体３０及び端子部４１を形成後、フォトリソグラフィによって機能層２０並びに抵抗体３０及び端子部４１を図１に示す平面形状にパターニングする。抵抗体３０及び端子部４１の材料や厚さは、前述の通りである。抵抗体３０と端子部４１とは、同一材料により一体に形成することができる。抵抗体３０及び端子部４１は、例えば、抵抗体３０及び端子部４１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。抵抗体３０及び端子部４１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。

機能層２０の材料と抵抗体３０及び端子部４１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２０としてＴｉを用い、抵抗体３０及び端子部４１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。

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、抵抗体３０及び端子部４１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、抵抗体３０及び端子部４１を成膜してもよい。

これらの方法では、Ｔｉからなる機能層２０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２０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、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層２０は、抵抗体３０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抵抗体３０の酸化を防止する機能、及び基材１０と抵抗体３０との密着性を向上する機能の全てを備えている。機能層２０として、Ｔｉに代えてＴａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅを用いた場合も同様である。

次に、図３（ｃ）に示す工程では、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するカバー層６０を形成する。カバー層６０の材料や厚さは、前述の通りである。カバー層６０は、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１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し、加熱して硬化させて作製することができる。カバー層６０は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出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。以上の工程により、ひずみゲージ１が完成する。

このように、抵抗体３０の下層に機能層２０を設けることにより、抵抗体３０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抵抗体３０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２０を構成する材料が抵抗体３０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。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、カバー層の下層に絶縁層を設けたひずみゲージの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図４は、第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図２に対応する断面を示している。図４を参照するに、ひずみゲージ１Ａは、カバー層６０の下層に絶縁層５０を設けた点が、ひずみゲージ１（図１、図２等参照）と相違する。なお、カバー層６０は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。

絶縁層５０は、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように基材１０の上面１０ａに設けられている。カバー層６０は、例えば、絶縁層５０の側面の一部及び上面を被覆するように設けることができる。

絶縁層５０の材料は、抵抗体３０及びカバー層６０よりも高抵抗であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｓｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ等の酸化物や窒化物を用いることができる。絶縁層５０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〜１μｍ程度とすることができる。

絶縁層５０の形成方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、スパッタ法や化学気相蒸着（ＣＶＤ）法等の真空プロセスや、スピンコート法やゾルゲル法等の溶液プロセスを用いることができる。

このように、カバー層６０の下層に絶縁層５０を設けることで、カバー層６０単独の場合と比べて、絶縁性及び環境封止性を向上することができる。従って、絶縁層５０は、絶縁性及び環境封止性の要求仕様に応じて、適宜設けることができる。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、電極を積層構造としたひずみゲージの例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図５は、第２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６は、第２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５のＢ−Ｂ線に沿う断面を示している。図５及び図６を参照するに、ひずみゲージ２は、複数の層が積層された電極４０Ａを備えている。なお、カバー層６０は、電極４０Ａを除く部分の全体を覆うように設けてもよい。

電極４０Ａは、複数の金属層が積層された積層構造とされている。具体的には、電極４０Ａは、抵抗体３０の両端部から延在する端子部４１と、端子部４１の上面に形成された金属層４２と、金属層４２の上面に形成された金属層４３と、金属層４３の上面に形成された金属層４４とを有している。金属層４３は本発明に係る第１金属層の代表的な一例であり、金属層４４は本発明に係る第２金属層の代表的な一例である。

金属層４２の材料は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｃｕ（銅）を用いることができる。金属層４２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、０．０１μｍ〜１μｍ程度とすることができる。

金属層４３の材料は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金を用いることが好ましい。金属層４３の厚さは、電極４０Ａへのはんだ付け性を考慮して決定されるが、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上である。金属層４３の材料としてＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金を用い、金属層４３の厚さを１μｍ以上とすることで、はんだ食われが改善される。又、金属層４３の材料としてＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金を用い、金属層４３の厚さを３μｍ以上とすることで、はんだ食われが更に改善される。なお、電解めっきの容易性から、金属層４３の厚さは３０μｍ以下であることが好ましい。

ここで、はんだ食われとは、電極４０Ａを構成する材料が、電極４０Ａに接合されるはんだの中に溶解し、電極４０Ａの厚みが薄くなったり、なくなったりすることである。はんだ食われが発生すると、電極４０Ａに接合されるリード線等との接着強度や引張り強度が低下するおそれがあるため、はんだ食われが発生しないことが好ましい。

金属層４４の材料は、金属層４３よりもはんだ濡れ性の良好な材料を選択することができる。例えば、金属層４３の材料がＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金であれば、金属層４４の材料としてＡｕ（金）を用いることができる。Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の表面をＡｕで被覆することにより、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の酸化及び腐食を防止できると共に、良好なはんだ濡れ性を得ることができる。金属層４４の材料としてＡｕに代えてＰｔ（白金）を用いても同様の効果を奏する。金属層４４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、０．０１μｍ〜１μｍ程度とすることができる。

なお、平面視において、金属層４２、４３、及び４４の積層部の周囲に端子部４１が露出しているが、端子部４１は金属層４２、４３、及び４４の積層部と同一の平面形状であっても構わない。

図７及び図８は、第２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６に対応する断面を示している。ひずみゲージ２を製造するためには、まず、第１の実施の形態の図３（ａ）と同様の工程を実行後、図７（ａ）に示す工程では、機能層２０の上面に金属層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。

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。

次に、図７（ｂ）に示す工程では、金属層３００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、金属層４２となるシード層４２０を形成する。

次に、図７（ｃ）に示す工程では、シード層４２０の上面の全面に感光性のレジスト８００を形成し、露光及び現像して電極４０Ａを形成する領域を露出する開口部８００ｘを形成する。レジスト８００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。

次に、図７（ｄ）に示す工程では、例えば、シード層４２０を給電経路とする電解めっき法により、開口部８００ｘ内に露出するシード層４２０上に金属層４３を形成し、更に、金属層４３上に金属層４４を形成する。電解めっき法は、タクトが高く、かつ、金属層４３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２に反りが生じることを防止できる。

なお、金属層４４を形成する際に金属層４３の側面はレジスト８００に被覆されているため、金属層４４は金属層４３の上面のみに形成され、側面には形成されない。

次に、図８（ａ）に示す工程では、図７（ｄ）に示すレジスト８００を除去する。レジスト８００は、例えば、レジスト８００の材料を溶解可能な溶液に浸漬することで除去できる。

次に、図８（ｂ）に示す工程では、シード層４２０の上面の全面に感光性のレジスト８１０を形成し、露光及び現像して、図５の抵抗体３０及び端子部４１と同様の平面形状にパターニングする。レジスト８１０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。

次に、図８（ｃ）に示す工程では、レジスト８１０をエッチングマスクとし、レジスト８１０から露出する機能層２０、金属層３００、及びシード層４２０を除去し、図５の平面形状の機能層２０、抵抗体３０、及び端子部４１を形成する。例えば、ウェットエッチングにより、機能層２０、金属層３００、及びシード層４２０の不要な部分を除去できる。なお、この時点では、抵抗体３０上にシード層４２０が形成されている。

次に、図８（ｄ）に示す工程では、金属層４３及び金属層４４をエッチングマスクとし、金属層４３及び金属層４４から露出する不要なシード層４２０を除去し、金属層４２を形成する。例えば、シード層４２０がエッチングされ、機能層２０及び抵抗体３０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４２０を除去できる。

図８（ｄ）に示す工程の後、図３（ｃ）に示す工程と同様にして、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し電極４０Ａを露出するカバー層６０を形成することで、ひずみゲージ２が完成する。

このように、電極４０Ａとして、端子部４１上にＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の厚膜（１μｍ以上）からなる金属層４３を形成し、更に最表層に金属層４３よりもはんだ濡れ性の良好な材料（ＡｕやＰｔ）からなる金属層４４を形成することで、はんだ食われを防止できると共に、はんだ濡れ性を向上できる。

〈第２の実施の形態の変形例１〉
第２の実施の形態の変形例１では、第２の実施の形態とは層構造の異なる電極の例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図９は、第２の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図６に対応する断面を示している。図９を参照するに、ひずみゲージ２Ａは、電極４０Ａが電極４０Ｂに置換された点がひずみゲージ２（図６等参照）と相違する。又、カバー層６０が、電極４０Ｂを除く部分の略全体を覆うように設けられた点がひずみゲージ２（図６等参照）と相違する。

電極４０Ｂは、複数の金属層が積層された積層構造とされている。具体的には、電極４０Ｂは、抵抗体３０の両端部から延在する端子部４１と、端子部４１の上面に形成された金属層４２と、金属層４２の上面に形成された金属層４３と、金属層４３の上面に形成された金属層４５と、金属層４５の上面に形成された金属層４４とを有している。言い換えれば、電極４０Ｂは、電極４０Ａの金属層４３と金属層４４との間に金属層４５が設けられた構造である。

金属層４５の材料は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｎｉを用いることができる。Ｎｉに代えてＮｉＰ（ニッケルリン）やＰｄを用いても構わない。又、金属層４５を、Ｎｉ／Ｐｄ（Ｎｉ層とＰｄ層とをこの順番で積層した金属層）としても構わない。金属層４５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、１μｍ〜２μｍ程度とすることができる。

金属層４５は、図７（ｄ）に示す工程で、例えば、シード層４２０を給電経路とする電解めっき法により、金属層４３上に形成することができる。

このように、電極の積層数は特に限定されず、必要に応じ積層数を増やしても構わない。この場合にも、端子部４１上にＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の厚膜（１μｍ以上）からなる金属層４３を形成し、更に最表層に金属層４３よりもはんだ濡れ性の良好な材料（ＡｕやＰｔ）からなる金属層４４を形成しているため、第２の実施の形態と同様に、はんだ食われを防止できると共に、はんだ濡れ性を向上できる。

〈第２の実施の形態の変形例２〉
第２の実施の形態の変形例２では、第２の実施の形態とは層構造の異なる電極の他の例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１０は、第２の実施の形態の変形例２に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図６に対応する断面を示している。図１０を参照するに、ひずみゲージ２Ｂは、電極４０Ｂが電極４０Ｃに置換された点がひずみゲージ２Ａ（図９参照）と相違する。又、カバー層６０が、電極４０Ｃを除く部分の略全体を覆うように設けられた点がひずみゲージ２（図６等参照）と相違する。

電極４０Ｃは、複数の金属層が積層された積層構造とされている。具体的には、電極４０Ｃは、抵抗体３０の両端部から延在する端子部４１と、端子部４１の上面に形成された金属層４２と、金属層４２の上面に形成された金属層４３と、金属層４３の上面及び側面並びに金属層４２の側面に形成された金属層４５Ａと、金属層４５Ａの上面及び側面に形成された金属層４４Ａとを有している。金属層４４Ａ及び４５Ａの材料や厚さは、例えば、金属層４４及び４５と同様とすることができる。なお、金属層４４Ａは、本発明に係る第２金属層の代表的な一例である。

電極４０Ｃを形成するには、まず、図７（ｄ）に示す工程で、例えば、シード層４２０を給電経路とする電解めっき法により金属層４３を形成後、金属層４４を形成せずに、図８（ａ）に示す工程と同様にしてレジスト８００を除去し、その後、図８（ｂ）〜図８（ｄ）と同様の工程を行う。その後、例えば、無電解めっき法により、金属層４３の上面及び側面並びに金属層４２の側面に金属層４５Ａを形成することができる。更に、例えば、無電解めっき法により、金属層４５Ａの上面及び側面に金属層４４Ａを形成することができる。

このように、電極は電解めっき及び無電解めっきを適宜併用して作製することができる。電極４０Ｃの構造では、端子部４１上にＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の厚膜（１μｍ以上）からなる金属層４３を形成し、更に最表層に金属層４３よりもはんだ濡れ性の良好な材料（ＡｕやＰｔ）からなる金属層４４Ａを形成している。但し、最表層の金属層４４Ａは、金属層４３の上面に加え金属層４２及び４３の側面にも金属層４５Ａを介して形成されているため、電極４０Ａや電極４０Ｂと比べて、金属層４３を構成するＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の酸化及び腐食を防止する効果を更に向上できると共に、はんだ濡れ性を更に向上できる。

なお、金属層４５Ａを形成せずに、金属層４３の上面及び側面並びに金属層４２の側面に直接金属層４４Ａを形成しても同様の効果が得られる。すなわち、金属層４４Ａは、金属層４３の上面及び側面並びに金属層４２の側面を直接又は間接に被覆していればよい。

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、ひずみゲージを用いたセンサモジュールの例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１１は、第３の実施の形態に係るセンサモジュールを例示する断面図であり、図２に対応する断面を示している。図１１を参照するに、センサモジュール５は、ひずみゲージ１と、起歪体１１０と、接着層１２０とを有している。なお、カバー層６０は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。

センサモジュール５において、起歪体１１０の上面１１０ａは、接着層１２０を介して、基材１０の下面１０ｂと固着されている。起歪体１１０は、例えば、Ｆｅ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ａｌ等の金属やＰＥＥＫ等の樹脂から形成され、印加される力に応じて変形する（ひずみを生じる）物体である。ひずみゲージ１は、起歪体１１０に生じるひずみを抵抗体３０の抵抗値変化として検出することができる。

接着層１２０は、ひずみゲージ１と起歪体１１０とを固着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、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、変性ウレタン樹脂等を用いることができる。又、ボンディングシート等の材料を用いても良い。接着層１２０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、０．１μｍ〜５０μｍ程度とすることができる。

センサモジュール５を製造するには、ひずみゲージ１を作製後、基材１０の下面１０ｂ及び／又は起歪体１１０の上面１１０ａに、例えば、接着層１２０となる上記の何れかの材料を塗布する。そして、基材１０の下面１０ｂを起歪体１１０の上面１１０ａと対向させ、塗布した材料を挟んで起歪体１１０上にひずみゲージ１を配置する。又は、ボンディングシートを起歪体１１０と基材１０との間に挟み込むようにしても良い。

次に、ひずみゲージ１を起歪体１１０側に押圧しながら所定温度に加熱し、塗布した材料を硬化させて接着層１２０を形成する。これにより、接着層１２０を介して起歪体１１０の上面１１０ａと基材１０の下面１０ｂとが固着され、センサモジュール５が完成する。センサモジュール５は、例えば、荷重、圧力、トルク、加速度等の測定に適用することができる。

なお、センサモジュール５において、ひずみゲージ１に代えて、ひずみゲージ１Ａ、２、２Ａ、又は２Ｂを用いてもよい。

［実施例１］
まず、事前実験として、厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる基材１０の上面１０ａに、コンベンショナルスパッタ法により機能層２０としてＴｉを真空成膜した。この際、複数の膜厚を狙ってＴｉを成膜した５個のサンプルを作製した。

次に、作製した５個のサンプルについて蛍光Ｘ線（XRF：X‐ray Fluorescence）分析を行い、図１２に示す結果を得た。図１２のＸ線ピークよりＴｉの存在が確認され、Ｘ線ピークにおける各々のサンプルのＸ線強度より、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲でＴｉ膜の膜厚が制御できることが確認された。

次に、実施例１として、厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる基材１０の上面１０ａに、コンベンショナルスパッタ法により機能層２０として膜厚が３ｎｍのＴｉを真空成膜した。

続いて、機能層２０の上面全体にマグネトロンスパッタ法により抵抗体３０及び端子部４１としてＣｒ混相膜を成膜後、機能層２０並びに抵抗体３０及び端子部４１をフォトリソグラフィによって図１のようにパターニングした。

又、比較例１として、厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる基材１０の上面１０ａに、機能層２０を形成せずに、マグネトロンスパッタ法により抵抗体３０及び端子部４１としてＣｒ混相膜を成膜し、フォトリソグラフィによって図１のようにパターニングした。なお、実施例１のサンプルと比較例１のサンプルにおいて、抵抗体３０及び端子部４１の成膜条件は全て同一である。

次に、実施例１のサンプルと比較例１のサンプルについて、Ｘ線回折（XRD：X‐ray diffraction）評価を行い、図１３に示す結果を得た。図１３は、２θの回折角度が３６〜４８度の範囲におけるＸ線回折パターンであり、実施例１の回折ピークは比較例１の回折ピークよりも右側にシフトしている。又、実施例１の回折ピークは比較例１の回折ピークよりも高くなっている。

実施例１の回折ピークは、α−Ｃｒ（１１０）の回折線の近傍に位置しており、Ｔｉからなる機能層２０を設けたことにより、α−Ｃｒの結晶成長が促進されてα−Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜が形成されたものと考えられる。

次に、実施例１のサンプルと比較例１のサンプルを複数個作製し、ゲージ特性を測定した。その結果、実施例１の各サンプルのゲージ率は１４〜１６であったのに対し、比較例１の各サンプルのゲージ率は１０未満であった。

又、実施例１の各サンプルのゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲが−１０００ｐｐｍ／℃〜＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内であったのに対し、比較例１の各サンプルのゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲは−１０００ｐｐｍ／℃〜＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内には入らなかった。

このように、Ｔｉからなる機能層２０を設けたことにより、α−Ｃｒの結晶成長が促進されてα−Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜が形成され、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／℃の範囲内とするひずみゲージが作製された。なお、Ｃｒ混相膜へのＴｉの拡散効果がゲージ特性の向上に寄与していると考えられる。

［実施例２］
実施例２では、膨張係数の異なる厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる複数の基材１０を準備し、抵抗体３０としてＣｒ混相膜を成膜した場合の、基材１０の膨張係数と抵抗体３０の内部応力との関係について調べ、図１４に示す結果を得た。

抵抗体３０の内部応力は、評価サンプルの反りを測定し式（１）に示すストーニーの式により見積もった。なお、式（１）からわかるように、図１４に示す抵抗体３０の内部応力は、単位厚さ当たりの値であり、抵抗体３０の厚さには依存しない。

なお、式（１）において、Ｅ：ヤング率、ν：ポアソン比、Ｄ：基材１０の厚さ、ｔ：抵抗体３０の厚さ、Ｒ：基材１０の曲率半径の変化、である。

図１４より、基材１０の膨張係数を７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲内とすることで、抵抗体３０の内部応力を±０．４ＧＰａの範囲内に収めることができる。ここで、±０．４ＧＰａは、ひずみゲージ１が機能する限界の反りを生じる値であり、発明者らが実験的に求めたものである。

言い換えれば、基材１０の膨張係数を７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲外とすると、抵抗体３０の内部応力が±０．４ＧＰａの範囲を超えてひずみゲージ１の反りが大きくなり、ひずみゲージとして機能しなくなる。従って、基材１０の膨張係数を７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲内とする必要がある。なお、基材１０の材料は、必ずしもポリイミド樹脂である必要はない。

基材１０の材料の選定、基材１０に含有されるフィラーの材料の選定及び含有量の調整等を行うことにより、基材１０の膨張係数を７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲内とすることができる。

このように、基材１０の膨張係数を７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲内とすることにより、基材１０と抵抗体３０との膨張率の違いや、その他の要因を吸収し、抵抗体３０の内部応力を±０．４ＧＰａの範囲に収めることができる。その結果、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。

［実施例３］
実施例３では、フィラーを含有する厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる基材１０を複数枚用意した。そして、加熱処理を施さないサンプル、１００℃の加熱処理を施したサンプル、２００℃の加熱処理を施したサンプル、３００℃の加熱処理を施したサンプルを３個ずつ作製し、常温に戻った後、各々の基材１０の上面１０ａの表面凹凸を三次元光学干渉法により測定した。

次に、各々の基材１０の上面１０ａに、マグネトロンスパッタ法により、膜厚が０．０５μｍの抵抗体３０を成膜し、フォトリソグラフィによって図１のようにパターニングした後、抵抗体３０に生じるピンホール数をサンプル裏面より光を透過した光学透過法により測定した。

次に、測定結果に基づいて、基材１０の上面１０ａの表面凹凸と抵抗体３０に生じるピンホール数との関係について、図１５にまとめた。なお、図１５に示す棒グラフが表面凹凸を示し、折れ線グラフがピンホール数を示す。又、横軸の１００℃、２００℃、及び３００℃は基材１０を加熱処理した際の温度を示し、未処理は加熱処理されていないことを示す。

図１５は、基材１０を１００℃以上３００℃以下で加熱処理することで、基材１０の上面１０ａの表面凹凸が未処理時の半分程度である１５ｎｍ以下となり、その結果、抵抗体３０に生じるピンホール数が１／７程度に激減することを示している。但し、ポリイミド樹脂の耐熱温度を考慮すると、２５０℃を超える温度で加熱処理を施すと変質や劣化が起こるおそれがある。従って、加熱処理は、１００℃以上２５０℃以下の温度で行うことが好ましい。なお、加熱処理により表面凹凸が低減するのは、加熱処理による熱収縮の際に、基材１０を構成するポリイミド樹脂が内部にフィラーを巻き込むためと考えられる。

発明者らの検討によれば、図１５に示す未処理のピンホール数（約１４０）はゲージ特性を悪化させるレベルであるが、加熱処理後のピンホール数（約２０）はゲージ特性に悪影響を与えないレベルである。すなわち、膜厚が０．０５μｍの抵抗体３０を用いる場合、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を１５ｎｍ以下とすることで、抵抗体３０に生じるピンホール数をゲージ特性に悪影響を与えないレベルまで低減できることが確認された。

なお、膜厚が０．０５μｍよりも厚い抵抗体３０を用いた場合にも、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を１５ｎｍ以下とすることで、抵抗体３０に生じるピンホール数をゲージ特性に悪影響を与えないレベルまで低減できることは言うまでもない。すなわち、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を１５ｎｍ以下とすることで、膜厚が０．０５μｍ以上の抵抗体３０を用いた場合に、抵抗体３０に生じるピンホール数をゲージ特性に悪影響を与えないレベルまで低減することができる。

このように、基材１０に加熱処理を施すことにより、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を１５ｎｍ以下にすることが可能であり、結果として膜厚が０．０５μｍ以上の抵抗体３０に生じるピンホール数を大幅に低減することができる。その結果、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。

なお、抵抗体３０に生じるピンホール数を低減するためには基材１０の上面１０ａの表面凹凸を低減することが重要であり、表面凹凸を低減する方法は重要ではない。上記では加熱処理を施すことで表面凹凸を低減する方法を示したが、これには限定されず、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を低減できれば、如何なる方法を用いてもよい。

基材１０の上面１０ａの表面凹凸は、例えば、基材１０の上面１０ａに略垂直にレーザ光を照射して凸部を削る方法、基材１０の上面１０ａと平行にウォーターカッター等を可動させて凸部を削り取る方法、基材１０の上面１０ａを砥石を用いて研磨する方法、又は基材１０を加熱しながら加圧する方法（ヒートプレス）等を用いて低減することができる。

又、抵抗体３０に生じるピンホール数を低減するためには基材１０の上面１０ａの表面凹凸を低減することが重要であり、必ずしもフィラーの存在に起因する表面凹凸には限定されず、フィラーの存在に起因しない表面凹凸についても、上記の様々な方法により低減することは有効である。例えば、フィラーを含有しない基材１０の表面凹凸が１５ｎｍよりも大きい場合、上記の様々な方法により、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を１５ｎｍ以下にすることで、膜厚が０．０５μｍ以上の抵抗体３０に生じるピンホール数をゲージ特性に悪影響を与えないレベルまで低減できる。

［実施例４］
実施例４では、図７及び図８に示す工程を第２の実施の形態の変形例１のように変形して、電極４０Ｂを備えたひずみゲージ２Ａを作製し、はんだ食われの有無を確認した。具体的には、金属層４２及び４３としてＣｕを用い、金属層４５としてＮｉＰを用い、金属層４４としてＡｕを用い、各金属層の厚さを変えたサンプルを１０種類作製し（サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１０）、はんだ食われの有無を確認した。

結果を表５に示す。なお、表５において、膜厚『０』は、その金属層を形成しなかったことを示している。又、『×』は、１回目のはんだ付けで、はんだ食われが発生したことを示している。又、『〇』は、１回目のはんだ付けでははんだ食われが発生しなかったが、２回目のはんだ付け（はんだの手直し等を想定）により若干のはんだ食われが発生したことを示している。又、『◎』は、１回目のはんだ付けでも２回目のはんだ付けでもはんだ食われが発生しなかったことを示している。

表５に示したように、Ｃｕの厚さを１μｍ以上とすることで、はんだ食われが改善され、３μｍ以上とすることで、はんだ食われが更に改善されることが確認された。又、サンプル１とサンプル５の結果より、はんだ食われの有無はＣｕの厚さのみに依存し、ＮｉＰやＡｕの有無には依存しないことが確認された。但し、前述のように、はんだ食われを防止すると共に、はんだ濡れ性を向上するためには、Ａｕ又はそれに相当する材料（Ｐｔ等）からなる金属層が必要である。

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。

１、１Ａ、２、２Ａ、２Ｂ ひずみゲージ、５ センサモジュール、１０ 基材、１０ａ 上面、２０ 機能層、３０ 抵抗体、４１ 端子部、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 電極、４２、４３、４４、４４Ａ、４５、４５Ａ 金属層、５０ 絶縁層、６０ カバー層、１１０ 起歪体、１２０ 接着層

Claims (15)

1. 可撓性を有する基材と、
   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と、
   前記機能層の一方の面に、Ｃｒ混相膜から形成された抵抗体と、
   前記抵抗体を被覆する絶縁樹脂層と、を有するひずみゲージ。
2. 前記抵抗体の膜厚が０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である請求項１に記載のひずみゲージ。
3. 前記抵抗体の線幅が５μｍ以上４０μｍ以下である請求項１又は２に記載のひずみゲージ。
4. 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１乃至３の何れか一項に記載のひずみゲージ。
5. 前記基材の膨張係数が７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲内である請求項１乃至４の何れか一項に記載のひずみゲージ。
6. 前記基材の一方の面の表面凹凸が１５ｎｍ以下であり、
   前記抵抗体の膜厚が０．０５μｍ以上である請求項１乃至５の何れか一項に記載のひずみゲージ。
7. 前記抵抗体と電気的に接続された電極を有し、
   前記電極は、
   前記抵抗体の端部から延在する端子部と、
   前記端子部上に、銅、銅合金、ニッケル、又はニッケル合金から形成された第１金属層と、
   前記第１金属層上に、前記第１金属層よりはんだ濡れ性の良い材料から形成された第２金属層と、を含む請求項１乃至６の何れか一項に記載のひずみゲージ。
8. 前記絶縁樹脂層の下層に、前記抵抗体及び前記絶縁樹脂層よりも高抵抗の材料から形成され、前記抵抗体を被覆する絶縁層を有する請求項１乃至７の何れか一項に記載のひずみゲージ。
9. 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８の何れか一項に記載のひずみゲージ。
10. 前記抵抗体は、アルファクロムを８０重量％以上含む請求項９に記載のひずみゲージ。
11. 前記抵抗体は、窒化クロムを含む請求項９又は１０に記載のひずみゲージ。
12. 前記機能層は、チタンを含む請求項１１に記載のひずみゲージ。
13. 前記抵抗体は、チタンを含む請求項１２に記載のひずみゲージ。
14. 前記抵抗体は、窒化チタンを含む請求項１２又は１３に記載のひずみゲージ。
15. 請求項１乃至１４の何れか一項に記載のひずみゲージと、
    前記基材の他方の面側に設けられた起歪体と、を有するセンサモジュール。