JP2002181844A - 加速度センサ用起歪体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設計寸法通りの起歪体をエッチングにより製
造することを目的とする自動車用車両制御等の加速度セ
ンサ用起歪体の製造方法に関する。 【解決手段】 金属板１とメタルマスク６を用いて前記
金属板１上の特定範囲に絶縁層７と抵抗体層８を形成
し、前記金属板１の前記特定範囲以外の部分をエッチン
グ除去するという加速度センサ用起歪体の製造方法であ
って、メタルマスク６の開口部形状寸法を起歪体２の設
計寸法より少なくとも０．１ｍｍ小さくして絶縁層７を
成膜させて金属板１をエッチングする加速度センサ用起
歪体の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は物体の加速度を検出
するために用いられる加速度検出装置、特に自動車用車
両制御等の加速度センサ用起歪体の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】以下に従来の加速度センサ用起歪体の製
造方法について説明する。

【０００３】従来の加速度センサ用起歪体の製造方法
は、図８（ａ）に示すようにあらかじめ表面を研磨した
金属板１をメタルマスク６で覆い、最初に絶縁層７、次
に同じメタルマスク６のままで抵抗体層８を成膜する。
次にメタルマスクをはずし抵抗体層８上にレジスト液を
塗布し第１のレジスト膜（図示せず）を設け所定のパタ
ーンを形成した後にこの抵抗体層８をエッチングして抵
抗体パターンを作製する。次に金属板１の表と裏の両面
にレジスト液を塗布し、乾燥させて第２のレジスト膜を
形成し、レジスト膜の露光、現像を行い図８（ｂ）に示
すように所定のレジスト膜９を形成する。さらに金属板
１を裏、表の表面からエッチング除去し、レジスト膜も
除去することにより図３（ｃ）に示すような加速度セン
サ用起歪体を作製していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の製
造方法ではメタルマスク６の開口部に成膜される絶縁層
７は図８（ａ）のメタルマスク６の開口部幅Ｗｍより大
きく形成される場合があり、その絶縁層７がエッチング
液の浸入を妨げる結果エッチングされる面積が小さくな
り最終的に図８（ｃ）の起歪体の梁部幅Ｗｂが図８
（ａ）のメタルマスク６の開口部寸法Ｗｍすなわち設計
寸法より大きくなるという問題を有していた。

【０００５】金属板１上に成膜される絶縁層７がメタル
マスク６の開口部寸法Ｗｍより大きく形成されるのは絶
縁層７をスパッタリグや蒸着にて形成するときの熱によ
り金属板１とメタルマスク６の密着性が低下して、メタ
ルマスク６の開口部を通過した絶縁体材料がメタルマス
ク６の下に回り込むためである。

【０００６】本発明は自動車用車両制御用等の加速度検
出装置において設計寸法通りに起歪体を製造する加速度
センサ用起歪体の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の加速度センサ用起歪体の製造方法は、金属板
上に絶縁層と抵抗体層を成膜する際に用いるメタルマス
クの開口部寸法形状を起歪体の設計寸法より少なくとも
片側０．１ｍｍ小さい形状寸法にして実際の絶縁層を成
膜させて金属板をエッチングすることにより設計通りの
寸法形状を有する起歪体を製造するものである。この製
造方法により正確な寸法形状の起歪体を製造することが
でき、より精度の高い加速度センサを得ることが可能と
なる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、金属板の梁部と固定領域部に絶縁層と抵抗体層を成
膜する際に用いるメタルマスクの開口部寸法形状を起歪
体の設計寸法より少なくとも０．１ｍｍ小さい寸法形状
とする加速度センサ用起歪体の製造方法であり、メタル
マスクの開口部寸法より大きく形成される絶縁層寸法を
考慮して、設計寸法通りの起歪体を製造することができ
る。

【０００９】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の発明において金属板として耐力の高いステン
レス鋼薄板を使用することによりセンサの落下等、外部
から強い衝撃が加わっても変形しにくい起歪体を製造す
ることができる。

【００１０】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
２に記載の発明において絶縁層の組成がアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）あるいは二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）であり、金属
板の材質であるステンレス鋼と線膨張係数が近い絶縁層
材料を用いることにより、温度変化による素材の収縮に
よる剥離が抑制されて金属板と絶縁層の密着性が良好な
起歪体を製造することができる。

【００１１】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
２に記載の発明において絶縁層と抵抗体層を成膜する前
に金属板に前処理としてバフ研磨を行いながら化学溶液
を用いて化学研磨を行うという複合研磨処理が施され金
属板のピンホールや圧延時のロール目が取り除かれ表面
平滑性が向上するため絶縁膜が均一に成膜され、その結
果絶縁膜の十分な絶縁特性を確保できる。同時に従来の
研磨加工では加工時の残留応力により金属板に反りが発
生していたが複合研磨により残留応力を低減し金属板の
反りのほとんどない起歪体を製造することができる。

【００１２】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
４に記載の発明において金属板の複合研磨処理を実施し
表面平滑性を向上した後、梁部と固定領域部に絶縁層と
抵抗体層を成膜する前にエッチング液によって金属板の
表面を活性化させることにより金属板と絶縁層との密着
性が向上した起歪体を製造することができる。

【００１３】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
５に記載の発明において金属板上に形成される絶縁層を
少なくとも２回に分けて形成しその間に洗浄するという
加速度センサ用起歪体の製造方法であり、成膜中に不純
物が付着し成膜後に脱落してピンホールができるのを避
けるために絶縁層を金属板上に一旦成膜した後、金属板
を洗浄し絶縁層表面の付着物を取り除き、再度絶縁層を
成膜することによりピンホールの極めて少ない絶縁層を
形成でき絶縁特性のよい起歪体を製造することができ
る。

【００１４】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
３に記載の発明において抵抗体層の組成がニッケル・ク
ローム・アルミニウム系の三元合金で、アルミニウムが
５重量％以上１５重量％以下であるので低温から高温ま
で安定した抵抗値を有する起歪体を製造することができ
る。

【００１５】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
７に記載の発明において着膜装置を用いて抵抗体層の形
成を行う際、金属板の加熱温度を５０℃〜１００℃の範
囲で成膜することにより低温から高温まで安定した抵抗
値を有する起歪体を製造することができる。

【００１６】本発明の請求項９に記載の発明は、請求項
８に記載の発明において抵抗体層形成後、レジスト液の
塗布前に抵抗体層の表面をエッチング液により活性化す
ることによりレジスト液をムラなく塗布し厚みの均一な
レジスト膜を形成することができ、レジスト膜を精度良
く形成できる。その結果抵抗体層を精度良くエッチン
グ、形成できるので抵抗値バラツキの少ない起歪体を製
造することができる。

【００１７】本発明の請求項１０に記載の発明は、請求
項９に記載の発明において金属板特定部分をエッチング
によって除去して起歪体を形成した後に、２００℃以上
３００℃以下で６時間以上加熱維持した後、徐冷すると
いう熱処理を施しているので抵抗体層を作製した際にで
きる格子欠陥や歪を取り除くことができるので、時間的
により安定した抵抗値を有する起歪体を製造することが
できる。

【００１８】本発明の請求項１１に記載の発明は、請求
項１０に記載の発明において熱処理を実施した後に電極
層を形成するので熱処理による電極部の酸化を回避でき
る電気信号取出しのための半田接続が良好な起歪体を製
造することができる。

【００１９】以下、本発明の実施の形態について図１か
ら図７、（表１）、（表２）を用いて説明する。

【００２０】（実施の形態）最初に本発明による起歪体
の形成方法について説明する。

【００２１】図１において金属板１は縦６３ｍｍ、横５
２ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼板ＳＵＳ６３１
の一部をあらわし、圧延時にできたロール目や凹凸を取
り除くためバフ研磨を行いながら同時に化学溶液を用い
て化学研磨を行うという複合研磨処理を施している。

【００２２】その後、金属板１の表面を活性化させて絶
縁層との密着性を向上させることを目的とした金属板表
面のエッチング液処理を施す。

【００２３】図１においてメタルマスク６は位置決めピ
ン１３により金属板１に固定されており縦６３ｍｍ、横
５２ｍｍと金属板と同形状で厚さは０．０４ｍｍであ
る。図１にて実線で示されるメタルマスク６の開口部分
は破線にて示されている起歪体２の外形形状により片側
で約０．１ｍｍ小さ目になっている。図２（ｂ）のよう
に絶縁層７をスパッタリングによりこのメタルマスク６
の開口部分に形成する。

【００２４】絶縁層７は金属板１の材質であるステレン
ス鋼と線膨張係数が近いアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を用い、
形成中に付着する不純物が膜形成後に脱落して絶縁膜に
ピンホールが生じて絶縁膜の絶縁性能が十分得られない
場合があるので１回目の絶縁膜形成後に一旦金属板１の
洗浄を行った後、２回目の絶縁膜形成を行う。

【００２５】なお、絶縁層７は金属板１の材質であるス
テンレス鋼の線膨脹係数に近いものであればアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）に限らず二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）やガラ
ス系材料を用いてもよい。

【００２６】次に同じメタルマスク６を用いて抵抗体層
８を同じくスパッタリングにより形成する。成膜装置内
のターンテーブル上に保持された金属板１を８０℃の温
度に保ち、アルゴンガスを導入、ターンテーブルの回転
速度は毎秒６回転とし、４００ワットの高周波電力に
て、１０重量％のアルミニウムを含むニッケル・クロー
ム・アルミニウム系の３元合金で抵抗体層８を成膜し
た。抵抗体層８の形成時の構成は図２（ｂ）に示す通り
である。

【００２７】メタルマスク６をとりはずし、抵抗体層８
の表面をニッケル・クローム合金用のエッチング液にて
活性化させた後、第１のレジスト液を塗布し、露光、現
像を行いパターンを形成した後、エッチングにより歪抵
抗素子３[図３（ｃ）参照]を作製する。

【００２８】さらに図２（ｃ），図３（ｃ）に示すよう
に金属板１の両面に第２のレジスト液を塗布、乾燥し、
表側レジスト膜９、裏側レジスト膜１１を形成する。次
に図２（ｄ），図３（ｄ）に示すように露光、現像を行
い所定パターンのレジスト膜を形成する。次に金属板１
のエッチングを両面より行い図３（ｅ）、図４に示すよ
うな起歪体２を形成する。金属板１のエッチングはステ
ンレス用のエッチング液を用いた。

【００２９】この後、この起歪体２を含む金属板１を電
気乾燥炉にて大気中で２４５℃、５時間加熱維持したの
ち電源を切り電気乾燥炉中にて自然冷却した。最後にニ
ッケルを主成分とする取出し電極（図示せず）を別のメ
タルマスクを用いてスパッタリングにて形成することに
より起歪体２は完成する。

【００３０】次に本発明の実施の形態による作用につい
て説明する。

【００３１】

【表１】

【００３２】（表１）は起歪体２を製造する際の条件と
して、金属板１の研磨方法別による金属板１のソリ、金
属板１のエッチング処理有無、絶縁層７形成途中の金属
板１の洗浄回数により形成された絶縁層７の評価結果を
示している。絶縁層７の評価は金属板１への密着性と耐
絶縁性で行った。絶縁層７の金属板１への密着性は引張
試験（セバスチャン）にて評価し、耐絶縁性は絶縁層７
に直流１０Ｖを印加しショートするかどうかをみた。

【００３３】金属板１のソリは板厚０．１ｍｍの２倍を
越えると起歪体２の設計寸法からはずれてしまうためソ
リの量は板厚の２倍以下が望ましい。(表１)からわかる
ように従来のバフ研磨ではソリは２ｍｍを越えてしまう
ため密着性、耐絶縁性を含めてすべて良好になる組み合
わせはない。

【００３４】また、研磨無しや化学研磨では金属板１の
圧延時にできたロール目や凹凸を十分に除去できず、密
着性、絶縁性の点で難があることも（表１）から明らか
である。

【００３５】バフ研磨を行いながら同時に化学溶液を用
いて化学研磨を行うという複合研磨処理は従来のバフ研
磨ほど金属板１に圧力をかけなくとも研磨できるのでソ
リをほとんど生じることなく金属板１の表面のロール目
や凹凸を除去できる。この複合研磨処理を行ったのち金
属板１をエッチングし表面を活性化すると金属板１と絶
縁層７との密着性が向上することが（表１）のバフ研磨
と複合研磨の密着性の結果からわかる。

【００３６】また、絶縁層７の形成中に付着した不純物
が成膜後に脱落しピンホールができて絶縁層７の絶縁性
能が劣化することがあるが、最初の絶縁層７形成後に一
旦金属板１を洗浄し膜上に付着した不純物を除去した
後、再度絶縁層７を形成することによりピンホール発生
を防ぐことができるので耐絶縁性にすぐれた絶縁層７が
形成されることも（表１）より判断できる。

【００３７】図８において、本来メタルマスク６の開口
部寸法Ｗｍは起歪体２の梁寸法Ｗｂと一致するはずであ
るが、従来例で述べたように実際はスパッタリングによ
り形成された絶縁層７がメタルマスク６の下に回り込む
結果、形成される絶縁層７の寸法はメタルマスク６の開
口部寸法より大きくなる。そこでメタルマスク６の開口
部を起歪体２の梁部寸法よりも小さくして起歪体２を作
製した。図５に示すように起歪体２の梁部分４にメタル
マスク６の開口部がオーバラップする量Ｌをパラメータ
として起歪体２を作製し、エッチング後の梁寸法[図８
（ｃ）のＷｂ]を測定した結果を(表２)に示す。

【００３８】

【表２】

【００３９】厚みの異なる３種類の金属板１を用いて実
験した結果の（表２）より、０．０８ｍｍから０．１２
ｍｍのどの厚みの金属板１に対してもメタルマスク６の
開口部のオーバラップ量Ｌが０．０９ｍｍ以下になると
メタルマスク６の下にまわりこんだ絶縁層７の影響で起
歪体２の梁部寸法が設計値より大きくなってしまうこと
がわかる。またメタルマスク６の開口部のオーバラップ
量Ｌを０．１ｍｍ以上にすればほぼ設計寸法通りの起歪
体２を製造することができる。

【００４０】次に成膜する際の基板加熱温度、抵抗体材
料のアルミニウム添加量と成膜された抵抗体層８の抵抗
値温度変化率（常温を基準とした低温−４０℃、高温８
５℃での抵抗値変化率）の関係を図６に示す。

【００４１】この図６より抵抗体層８のアルミニウム添
加量が５〜１５重量％で基板加熱温度が５０〜１００℃
の範囲内であれば抵抗体層８の抵抗値温度変化率は±５
％以内となる。またアルミニウム添加量がこの範囲であ
っても基板加熱温度が５０℃を下回る、あるいは１００
℃を越えると成膜された抵抗体層８の抵抗値温度変化率
は±５％より大きくなる。

【００４２】また、添加アルミニウム量が１６重量％を
越えると基板加熱温度が４０℃から１１０℃のどの範囲
でも抵抗値温度変化率が−７．５％〜−２２％、７．５
％〜２２％となる。逆にアルミニウム添加量が４重量％
以下の場合は基板加熱温度が４０℃から１１０℃どの範
囲でも抵抗値変化率が−１５％〜−３３％、１５％〜３
３％と大きく変動する。

【００４３】加速度検出装置用起歪体の抵抗値温度変化
率はおよそ±５％以内であれば実用の範囲内であるた
め、この結果よりニッケル・クローム・アルミニウム系
元合金の抵抗体材料のアルミニウム添加量を５〜１５重
量％にすることにより周囲温度が低温から高温まで変化
しても安定した抵抗値を有する抵抗体層８を得ることが
可能になる。

【００４４】また成膜時の基板を５０〜１００℃に加熱
することにより温度抵抗値変化率の小さい抵抗体層８を
得ることができる。

【００４５】抵抗体層８はスパッタリングされた時その
抵抗体層８に格子欠陥や歪が残り、そのため形成後の抵
抗体層８の抵抗値は時間とともに変化する場合があり抵
抗体として不安定である。そのために抵抗体層８の形成
後に格子欠陥や歪等を低減させることを目的として大気
中にて抵抗体層８を高温に加熱維持しその後徐冷した
（以下熱処理という）。

【００４６】図７に熱処理の温度、時間と常温での抵抗
体層８の抵抗値変化率（抵抗体層形成直後の常温抵抗値
を基準とした熱処理後の常温抵抗値の変化割合）を示し
ている。２００℃以上３００℃以下の温度で少なくとも
６時間、熱処理を行えば抵抗値の経時変化が極めて少な
い、安定した抵抗体層８を得ることができる。図７より
この熱処理を２００℃以下あるいは３００℃以上の温度
で行えば６時間以上の熱処理をしても抵抗値は経時的に
変化し、安定な抵抗体層８とならないことは明らかであ
る。

【００４７】このように２００℃以上３００℃以下の温
度で少なくとも６時間加熱維持しその後徐冷することに
より抵抗値の安定化を図ることができる。

【００４８】上記熱処理後に信号取出し用電極部を形成
するので該電極部の表面は熱処理による酸化を受けるこ
となく容易にリード線を半田接続することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明は、金属板の梁相当
箇所と固定領域相当箇所に絶縁層と抵抗体層を成膜する
際に用いるメタルマスクの開口部を金属板の梁部寸法に
少なくとも片側０．１ｍｍオーバラップさせることによ
り設計寸法通りの梁部を有する加速度センサ用起歪体を
作製することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加速度センサ用起歪体の製造方法の一
実施の形態における金属板にメタルマスクを覆った状態
での上面図

【図２】本発明の加速度センサ用起歪体の製造方法の一
実施の形態における起歪体の各工程ごとの断面図

【図３】本発明の加速度センサ用起歪体の製造方法の一
実施の形態における金属板へのレジスト膜塗布行程から
エッチング工程までを示す斜視図

【図４】本発明の加速度センサ用起歪体の製造方法の一
実施の形態におけるエッチング後の起歪体を構成する金
属板の部分斜視図

【図５】本発明の加速度センサ用起歪体の製造方法の一
実施の形態におけるメタルマスクと金属板梁部の位置関
係をあらわす断面図

【図６】本発明の加速度センサ用起歪体の製造方法の一
実施の形態における抵抗体材料へのアルミニウム添加量
と成膜時加熱温度による抵抗温度変化率の関係を示す図

【図７】本発明の加速度センサ用起歪体の製造方法の一
実施の形態における抵抗体素子の熱処理温度と時間によ
る抵抗変化率の関係を示す図

【図８】従来の加速度センサ用起歪体の製造方法を説明
する代表的な行程での起歪体の断面図

【符号の説明】

１ 金属板 ２ 起歪体 ３ 歪抵抗素子 ４ 梁部分 ５ 固定部分 ６ メタルマスク ７ 絶縁層 ８ 抵抗体層 ９ 表側レジスト膜 １１ 裏側レジスト膜 １２ 開口部 １３ 位置決めピン

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板とメタルマスクを用いて前記金属
   板上の特定範囲に絶縁層を形成し次に同じメタルマスク
   を用いて前記絶縁層上に抵抗体層を形成し、前記金属板
   の前記特定範囲以外の部分をエッチング除去する加速度
   センサ用起歪体の製造方法であって、メタルマスクの開
   口部寸法を起歪体の設計寸法より少なくとも片側で０．
   １ｍｍ小さくして絶縁層を成膜させて金属板をエッチン
   グする加速度センサ用起歪体の製造方法。
2. 【請求項２】 金属板はステンレス鋼の薄板である請求
   項１に記載の加速度センサ用起歪体の製造方法。
3. 【請求項３】 絶縁層はアルミナあるいは二酸化ケイ素
   である請求項２に記載の加速度センサ用起歪体の製造方
   法。
4. 【請求項４】 金属板は前処理として化学研磨とバフ研
   磨を同時に行う複合研磨処理を施す請求項２に記載の加
   速度センサ用起歪体の製造方法。
5. 【請求項５】 金属板は研磨処理の後に表面をエッチン
   グ液によって活性化する請求項４に記載の加速度センサ
   用起歪体の製造方法。
6. 【請求項６】 金属板上の絶縁層は２回以上にわけて形
   成され、その間に洗浄する請求項５に記載の加速度セン
   サ用起歪体の製造方法。
7. 【請求項７】 抵抗体層の成分は、ニッケル・クローム
   ・アルミニウム系の３元合金でありアルミニウムが５重
   量％以上１５重量％以下である請求項３に記載の加速度
   センサ用起歪体の製造方法。
8. 【請求項８】 抵抗体層の形成は、着膜装置を用い金属
   板を５０℃〜１００℃の範囲で加速しながら成膜する請
   求項７に記載の加速度センサ用起歪体の製造方法。
9. 【請求項９】 抵抗体層の形成後、レジスト液の塗布前
   に抵抗体層の表面をエッチング液により活性化させて歪
   抵抗体を形成する請求項８に記載の加速度センサ用起歪
   体の製造方法。
10. 【請求項１０】 エッチングにより起歪体を形成した
    後、２００℃以上３００℃以下で６時間以上維持し徐冷
    する熱処理を実施する請求項９に記載の加速度センサ用
    起歪体の製造方法。
11. 【請求項１１】 ２００℃以上３００℃以下で一定時間
    維持し、徐冷する熱処理を実施した後に電極層を形成す
    る請求項１０に記載の加速度センサ用起歪体の製造方
    法。