JP2024177526A - Strain gauges - Google Patents
Strain gauges Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024177526A JP2024177526A JP2024176932A JP2024176932A JP2024177526A JP 2024177526 A JP2024177526 A JP 2024177526A JP 2024176932 A JP2024176932 A JP 2024176932A JP 2024176932 A JP2024176932 A JP 2024176932A JP 2024177526 A JP2024177526 A JP 2024177526A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resistor
- metal layer
- strain gauge
- wiring
- layer
- 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.)
- Pending
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 175
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 175
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 23
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 23
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 192
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 57
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 50
- 239000010408 film Substances 0.000 description 36
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 12
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 11
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 5
- -1 polyethylene naphthalate Polymers 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 3
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 3
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 3
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 3
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 2
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 2
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010749 BS 2869 Class C1 Substances 0.000 description 1
- 239000010750 BS 2869 Class C2 Substances 0.000 description 1
- 229910002971 CaTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002482 Cu–Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002555 FeNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000604 Ferrochrome Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007261 Si2N3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004166 TaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 description 1
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
【課題】クリープ特性を改善したひずみゲージを提供する。
【解決手段】本ひずみゲージは、基材と、前記基材上に直接又は間接的に設けられた抵抗体と、前記抵抗体の端部に接続された配線と、を有し、前記配線は、前記抵抗体と同一材料で形成されて前記端部から延伸する第1金属層と、前記第1金属層上に前記第1金属層よりも低抵抗の材料から形成された第2金属層と、を含む。
【選択図】図1
A strain gauge with improved creep characteristics is provided.
[Solution] The strain gauge has a substrate, a resistor directly or indirectly disposed on the substrate, and wiring connected to an end of the resistor, the wiring including a first metal layer formed from the same material as the resistor and extending from the end, and a second metal layer formed on the first metal layer from a material having a lower resistance than the first metal layer.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、ひずみゲージに関する。 The present invention relates to a strain gauge.
基材上に抵抗体を備え、測定対象物に貼り付けて、測定対象物の特性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、例えば、材料のひずみを検出するセンサや、周囲温度を検出するセンサ等のセンサ用途として使用されている(例えば、特許文献1参照)。 Strain gauges are known that have a resistor on a substrate and are attached to an object to be measured to detect the characteristics of the object. Strain gauges are used in sensor applications such as sensors that detect the strain of materials and sensors that detect ambient temperature (see, for example, Patent Document 1).
ひずみゲージにおいて、クリープ特性は重要であり、クリープ特性を改善することで、例えば、ひずみゲージをセンサ用途のみでなく、はかり用途にも使用できる可能性がある。 Creep properties are important for strain gauges, and by improving the creep properties, for example, it may be possible to use strain gauges not only for sensor applications, but also for weighing applications.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、クリープ特性を改善したひずみゲージを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above points, and aims to provide a strain gauge with improved creep characteristics.
本ひずみゲージは、基材と、前記基材上に直接又は間接的に設けられた抵抗体と、前記抵抗体の端部に接続された配線と、を有し、前記配線は、前記抵抗体と同一材料で形成されて前記端部から延伸する第1金属層と、前記第1金属層上に前記第1金属層よりも低抵抗の材料から形成された第2金属層と、を含む。 This strain gauge has a substrate, a resistor directly or indirectly provided on the substrate, and wiring connected to an end of the resistor, the wiring including a first metal layer formed of the same material as the resistor and extending from the end, and a second metal layer formed on the first metal layer from a material having a lower resistance than the first metal layer.
開示の技術によれば、クリープ特性を改善したひずみゲージを提供できる。 The disclosed technology makes it possible to provide a strain gauge with improved creep characteristics.
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(その1)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(その2)であり、図1のB-B線に沿う断面を示している。
First Embodiment
Fig. 1 is a plan view illustrating the strain gauge according to the first embodiment. Fig. 2 is a cross-sectional view (part 1) illustrating the strain gauge according to the first embodiment, showing a cross section along line A-A in Fig. 1. Fig. 3 is a cross-sectional view (part 2) illustrating the strain gauge according to the first embodiment, showing a cross section along line B-B in Fig. 1.
図1~図3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、配線60と、カバー層70とを有している。なお、図1~図3では、便宜上、カバー層70の外縁のみを破線で示している。なお、カバー層70は、必要に応じて設ければよい。
Referring to Figures 1 to 3, the
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
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
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
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
基材10の樹脂以外の材料としては、例えば、SiO2、ZrO2(YSZも含む)、Si、Si2N3、Al2O3(サファイヤも含む)、ZnO、ペロブスカイト系セラミックス(CaTiO3、BaTiO3)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。また、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
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
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折り返し部分35を形成し、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のA-A線と直交する方向)となる。
The
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30e1及び30e2を形成する。抵抗体30のグリッド幅方向の各々の終端30e1及び30e2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30e1及び30e2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
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
ここで、Cr混相膜とは、Cr、CrN、Cr2N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
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。また、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
また、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Cr2N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Cr2N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
また、CrN及びCr2N中のCr2N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Cr2N中のCr2N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Cr2N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 ceramicization, brittle fracture is reduced.
一方で、膜中に微量のN2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。また、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、電極50、及び配線60を抵抗体30よりも薄い梨地模様で示している。
The
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
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30e1及び30e2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
配線60は、基材10上に形成され、一端が抵抗体30の折り返し部分35の1つに接続され、他端が開放されているダミー配線である。図1の例では、配線60は、他端側に平面視で円形部分を含むが、これには限定されず、他端側に楕円形、矩形等の任意の形状を含んでもよい。あるいは、配線60は、一端側から他端側にかけて同一幅であってもよい。
The
ひずみゲージ1は、配線60を1つ以上備えていればよいが、図1の例では、複数の配線60(具体的には6つ)を備えている。図1に示すように、複数の配線60は、抵抗体30を挟んでA-A線方向の両側に配置された配線60を含んでもよい。また、図1に示すように、複数の配線60は、A-A線と直交する方向に沿って配置された2以上の配線60を含んでもよい。
The
また、ひずみゲージ1は、全ての折り返し部分35に配線60を1つずつ備えてもよい。各々の配線60同士は離隔しており、接続はされていない。配線60の面積は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、0.07mm2以上とすることができる。配線60の合計の面積が大きいほど、ひずみゲージ1の剛性が高くなる点で好ましい。配線60は、抵抗体30と同一材料で形成されて折り返し部分35から延伸する第1金属層61と、第1金属層61の上面に積層された第2金属層62とを有している。
The
なお、抵抗体30と第1金属層41と第1金属層51と第1金属層61は、便宜上別符号としているが、同一材料から形成してもよい。その場合、抵抗体30と第1金属層41と第1金属層51と第1金属層61は、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と第1金属層61は、厚さが略同一である。
Note that the
また、第2金属層42と第2金属層52と第2金属層62は、便宜上別符号としているが、同一材料から形成してもよい。その場合、第2金属層42と第2金属層52と第2金属層62は、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と第2金属層62は、厚さが略同一である。
Although the
第2金属層42、52、及び62は、抵抗体30(第1金属層41、51、及び61)よりも低抵抗の材料から形成されている。第2金属層42、52、及び62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、52、及び62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、あるいは、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、52、及び62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, 52, and 62 are formed from a material with a lower resistance than the resistor 30 (the first metal layers 41, 51, and 61). There is no particular restriction on the material of the second metal layers 42, 52, and 62, as long as it is a material with a lower resistance than the
第2金属層42、52、及び62は、第1金属層41、51、及び61の上面の一部に形成されてもよいし、第1金属層41、51、及び61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。あるいは、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, 52, and 62 may be formed on a portion of the upper surface of the first metal layers 41, 51, and 61, or may be formed on the entire upper surface of the first metal layers 41, 51, and 61. One or more other metal layers may be laminated on the upper surface of the
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
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
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。また、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
また、抵抗体30の折り返し部分35に接続された配線60を設けることで、ひずみゲージ1の剛性が高くなるため、抵抗体30の変位を低減でき、クリープ特性を改善できる。すなわち、ひずみゲージ1において、クリープ量及びクリープリカバリー量を低減できる。なお、クリープ量及びクリープリカバリー量は、ひずみゲージ1において抵抗体30が設けられた面の弾性変形の量(ひずみ量)が時間経過と共に変化する量であり、一対の電極50の出力を演算処理することで測定できる。
In addition, by providing
クリープ量及びクリープリカバリー量を低減することで、ひずみゲージ1をはかり用途に用いることが可能となる。ひずみゲージ1をはかり用途に用いる場合には、クリープに関する規格を満足する必要がある。クリープに関する規格とは、例えば、OIML R60に基づく精度等級C1(以降、C1規格とする)や、OIML R60に基づく精度等級C2(以降、C2規格とする)が挙げられる。
By reducing the amount of creep and the amount of creep recovery, it becomes possible to use the
C1規格では、クリープ量及びクリープリカバリー量を±0.0735%以下にする必要がある。また、C2規格では、クリープ量及びクリープリカバリー量を±0.0368%以下にする必要がある。なお、ひずみゲージ1をセンサ用途に用いる場合には、クリープ量及びクリープリカバリー量の規格は±0.5%程度である。
The C1 standard requires that the creep amount and creep recovery amount be ±0.0735% or less. The C2 standard requires that the creep amount and creep recovery amount be ±0.0368% or less. When the
カバー層70(絶縁樹脂層)は、基材10上に形成され、抵抗体30、配線40、及び配線60を被覆し電極50を露出する。カバー層70は開口部70xを備え、電極50は開口部70x内に露出している。電極50の一部は、カバー層70に被覆されてもよい。また、配線40の一部は、カバー層70から露出してもよい。抵抗体30、配線40、及び配線60を被覆するカバー層70を設けることで、抵抗体30、配線40、及び配線60に機械的な損傷等が生じることを防止できる。また、カバー層70を設けることで、抵抗体30、配線40、及び配線60を湿気等から保護できる。なお、カバー層70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 70 (insulating resin layer) is formed on the
カバー層70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70は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層70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
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、第1金属層51、及び第1金属層61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、第1金属層51、及び第1金属層61の材料や厚さと同様である。
To manufacture the
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
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
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
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。また、上記の化合物としては、例えば、TiN、TaN、Si3N4、TiO2、Ta2O5、SiO2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 1 nm to 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。あるいは、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, for example, to be substantially the same as the planar shape of the resistor shown in FIG. 1. However, the planar shape of the functional layer is not limited to being substantially the same as the planar shape of the resistor. If the functional layer is formed from 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
また、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 formed in a solid shape, thereby increasing the thickness and surface area of the functional layer, and therefore heat generated by the resistor can be dissipated to the
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
ただし、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
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。あるいは、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Cr2Nの割合、並びにCrN及びCr2N中のCr2N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。また、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
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
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。また、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
次に、金属層Aの上面に、第2金属層42、第2金属層52、及び第2金属層62を形成する。第2金属層42、第2金属層52、及び第2金属層62は、例えば、フォトリソグラフィ法により形成できる。
Next, a
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、第2金属層52、及び第2金属層62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、第2金属層52、及び第2金属層62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
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、第2金属層52、及び第2金属層62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、第2金属層52、及び第2金属層62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、第2金属層52、及び第2金属層62は無電解めっき法により形成してもよい。
Next, for example, the
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、電極50、及び配線60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、電極50、及び配線60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
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、電極50、及び配線60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、第1金属層51、及び第1金属層61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
次に、第2金属層42、第2金属層52、及び第2金属層62をエッチングマスクとし、第2金属層42、第2金属層52、及び第2金属層62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、第2金属層52、及び第2金属層62が形成される。なお、第2金属層42、第2金属層52、及び第2金属層62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、電極50、及び配線60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
その後、必要に応じ、基材10の上面10aに、抵抗体30、配線40、及び配線60を被覆し電極50を露出するカバー層70を設けることで、ひずみゲージ1が完成する。カバー層70は、例えば、基材10の上面10aに、抵抗体30、配線40、及び配線60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し、加熱して硬化させて作製できる。カバー層70は、基材10の上面10aに、抵抗体30、配線40、及び配線60を被覆し電極50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。開口部70xは、例えば、フォトリソグラフィ法により形成できる。
Then, as necessary, a
なお、抵抗体30、第1金属層41、第1金属層51、及び第1金属層61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4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10a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
〈第1実施形態の変形例1〉
第1実施形態の変形例1では、配線60上に第2金属層62よりも低融点の金属を積層する例を示す。なお、第1実施形態の変形例1において、既に説明した実施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。
First Modification of the First Embodiment
In the first modification of the first embodiment, an example is shown in which a metal having a lower melting point than the
図5は、第1実施形態の変形例1に係るひずみゲージを例示する平面図である。図6は、第1実施形態の変形例1に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図5のC-C線に沿う断面を示している。図5及び図6を参照すると、ひずみゲージ1Aは、配線60上に第2金属層62よりも低融点の金属80が追加された点が、ひずみゲージ1(図1~図3等参照)と相違する。
Figure 5 is a plan view illustrating a strain gauge according to
ひずみゲージ1Aでは、カバー層70は、配線60の少なくとも一部を露出する開口部70yを備えている。そして、開口部70y内に露出する配線60の第2金属層62上に、第2金属層62よりも低融点の金属80が積層されている。金属80は、例えば、はんだや金属ペーストである。
In the
このように、配線60上に第2金属層62よりも低融点の金属80を積層することで、ひずみゲージ1Aの剛性を、ひずみゲージ1よりもさらに高くできる。その結果、ひずみゲージ1Aのクリープ特性を、ひずみゲージ1よりもさらに改善できる。
In this way, by laminating
なお、抵抗体30の熱ダメージを考慮すると、金属80の材料として、鉛フリーはんだや金属ペーストを選択することが好ましい。高温はんだ及び高融点はんだは好ましくない。
In addition, taking into consideration the thermal damage to the
〈第1実施形態の変形例2〉
第1実施形態の変形例2では、抵抗体30の周辺に第3金属層を配置する例を示す。なお、第1実施形態の変形例2において、既に説明した実施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。
<Modification 2 of the First Embodiment>
In the second modification of the first embodiment, an example is shown in which a third metal layer is disposed around the
図7は、第1実施形態の変形例2に係るひずみゲージを例示する平面図である。図7を参照すると、ひずみゲージ1Bは、抵抗体30の周辺に、抵抗体30及び配線60と離隔して配置された第3金属層90を有する点が、ひずみゲージ1(図1~図3等参照)と相違する。
Figure 7 is a plan view illustrating a strain gauge according to the second modification of the first embodiment. Referring to Figure 7, the
第3金属層90は、抵抗体30と同一材料で形成されている。第3金属層90は、抵抗体30や第1金属層41等と同一工程で形成できる。第3金属層90は、抵抗体30の周辺の余剰スペースに、できるだけ大面積となるように配置することが好ましい。第3金属層90上に、第2金属層62と同一材料からなる金属層を積層してもよい。
The
このように、抵抗体30の周辺に第3金属層90を配置することで、ひずみゲージ1Bの剛性を、ひずみゲージ1よりもさらに高くできる。その結果、ひずみゲージ1Bのクリープ特性を、ひずみゲージ1よりもさらに改善できる。なお、第1実施形態の変形例2は、第1実施形態の変形例1と組み合わせることも可能である。その場合、クリープ特性は一層改善する。
In this way, by disposing the
〈第1実施形態の変形例3〉
第1実施形態の変形例3では、電極の配置を変える例を示す。なお、第1実施形態の変形例3において、既に説明した実施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。
<Modification 3 of the First Embodiment>
In the third modification of the first embodiment, an example in which the arrangement of electrodes is changed will be described. Note that in the third modification of the first embodiment, the description of the same components as those in the embodiments already described may be omitted.
図8は、第1実施形態の変形例3に係るひずみゲージを例示する平面図である。図8を参照すると、ひずみゲージ1Cは、電極50が電極50Aに置換された点が、ひずみゲージ1(図1~図3等参照)と相違する。電極50Aの積層構造は、電極50の積層構造と同様である。
Figure 8 is a plan view illustrating a strain gauge according to the third modified example of the first embodiment. Referring to Figure 8,
一対の電極50Aは、抵抗体30を挟んで、抵抗体30の各細長状部の長手方向(図1のA-A線方向)の両側に配置されている。電極50Aは、例えば、抵抗体30の各細長状部の長手方向(図1のA-A線方向)の幅よりも長手方向と直交する方向の幅が広い。電極50Aは、抵抗体30の周辺の余剰スペースに、できるだけ大面積となるように配置することが好ましい。
The pair of
このように、抵抗体30を挟んで、抵抗体30の各細長状部の長手方向(図1のA-A線方向)の両側に電極50Aを配置することで、ひずみゲージ1Cの剛性を、ひずみゲージ1よりもさらに高くできる。その結果、ひずみゲージ1Cのクリープ特性を、ひずみゲージ1よりもさらに改善できる。なお、第1実施形態の変形例3は、第1実施形態の変形例1及び/又は2と組み合わせることも可能である。その場合、クリープ特性は一層改善する。
In this way, by sandwiching the
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.
1,1A,1B,1C ひずみゲージ、10 基材、10a 上面、20 機能層、30 抵抗体、30e1,30e2 終端、35 折り返し部分、40,60 配線、41,51,61 第1金属層、42,52,62 第2金属層、50,50A 電極、70 カバー層、70x,70y 開口部、80 金属、90 第3金属層 1, 1A, 1B, 1C strain gauge, 10 substrate, 10a upper surface, 20 functional layer, 30 resistor, 30e 1 , 30e 2 termination, 35 folded portion, 40, 60 wiring, 41, 51, 61 first metal layer, 42, 52, 62 second metal layer, 50, 50A electrode, 70 cover layer, 70x, 70y opening, 80 metal, 90 third metal layer
Claims (9)
前記基材上に直接又は間接的に設けられた抵抗体と、
前記抵抗体の端部に接続された配線と、を有し、
前記配線は、前記抵抗体と同一材料で形成されて前記端部から延伸する第1金属層と、前記第1金属層上に前記第1金属層よりも低抵抗の材料から形成された第2金属層と、を含む、ひずみゲージ。 A substrate;
A resistor provided directly or indirectly on the substrate;
a wiring connected to an end of the resistor,
A strain gauge, wherein the wiring includes a first metal layer formed from the same material as the resistor and extending from the end, and a second metal layer formed on the first metal layer from a material having a lower resistance than the first metal layer.
前記絶縁樹脂層は、前記配線の少なくとも一部を露出する開口部を備える、請求項1乃至3の何れか一項に記載のひずみゲージ。 an insulating resin layer that covers the resistor and the wiring;
The strain gauge according to claim 1 , wherein the insulating resin layer has an opening through which at least a part of the wiring is exposed.
前記第3金属層は、前記抵抗体と同一材料で形成されている、請求項1乃至5の何れか一項に記載のひずみゲージ。 a third metal layer disposed around the resistor and spaced apart from the resistor and the wiring;
The strain gauge according to claim 1 , wherein the third metal layer is made of the same material as the resistor.
前記電極は、前記抵抗体を挟んでグリッド方向の両側に配置されている、請求項1乃至6の何れか一項に記載のひずみゲージ。 a pair of electrodes formed on the base material and electrically connected to the resistor;
The strain gauge according to claim 1 , wherein the electrodes are disposed on both sides of the resistor in a grid direction, with the resistor sandwiched between the electrodes.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2024176932A JP2024177526A (en) | 2021-06-11 | 2024-10-09 | Strain gauges |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021098282A JP7570975B2 (en) | 2021-06-11 | 2021-06-11 | Strain gauges |
JP2024176932A JP2024177526A (en) | 2021-06-11 | 2024-10-09 | Strain gauges |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021098282A Division JP7570975B2 (en) | 2021-06-11 | 2021-06-11 | Strain gauges |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024177526A true JP2024177526A (en) | 2024-12-19 |
Family
ID=84533243
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021098282A Active JP7570975B2 (en) | 2021-06-11 | 2021-06-11 | Strain gauges |
JP2024176932A Pending JP2024177526A (en) | 2021-06-11 | 2024-10-09 | Strain gauges |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021098282A Active JP7570975B2 (en) | 2021-06-11 | 2021-06-11 | Strain gauges |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JP7570975B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2024121310A (en) * | 2023-02-27 | 2024-09-06 | ミネベアミツミ株式会社 | Strain Gauges and Strain Sensors |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3040684U (en) | 1997-02-18 | 1997-08-26 | 株式会社共和電業 | Strain gauge |
JP2019132791A (en) | 2018-02-02 | 2019-08-08 | ミネベアミツミ株式会社 | Strain gauge |
-
2021
- 2021-06-11 JP JP2021098282A patent/JP7570975B2/en active Active
-
2024
- 2024-10-09 JP JP2024176932A patent/JP2024177526A/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7570975B2 (en) | 2024-10-22 |
JP2022189613A (en) | 2022-12-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11499877B2 (en) | Strain gauge | |
JP2024174184A (en) | Strain gauges | |
JP2024177526A (en) | Strain gauges | |
WO2019098047A1 (en) | Strain gauge | |
JP2023138686A (en) | sensor module | |
JP2019132791A (en) | Strain gauge | |
US20230400370A1 (en) | Strain gauge | |
US11796404B2 (en) | Strain gauge | |
JP2024177593A (en) | Strain gauges | |
JP7402148B2 (en) | strain gauge | |
JP7469933B2 (en) | Strain gauges | |
WO2021205981A1 (en) | Strain gauge | |
WO2022080421A1 (en) | Strain gauge | |
WO2022259703A1 (en) | Strain gauge | |
JP7393890B2 (en) | sensor module | |
JP7577908B2 (en) | Strain gauges | |
JP2022093237A (en) | Strain gauge | |
JP7605414B2 (en) | Strain gauges | |
JP7577907B2 (en) | Strain gauges | |
JP7568583B2 (en) | Strain gauges, load cells | |
JP7296338B2 (en) | strain gauge | |
WO2024181271A1 (en) | Strain gauge and strain sensor | |
US20230408245A1 (en) | Strain gauge | |
JP2022008026A (en) | Strain gauge | |
JP2019090721A (en) | Strain gauge |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20241107 |