JP2021117032A - センサモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】可撓性基板と物理量を検知するセンサとの密着性が向上した信頼性の高いセンサモジュールを提供する。【解決手段】第１面と第１面と反対側の第２面とを有する可撓性基板と、可撓性基板を貫通して、第１面側と第２面側とを電気的に接続し、第１面側に設けられた第１電極と、第１面側に設けられた第１電極と接続された、導電性材料が所定のパターンとして形成されている物理量を検知するセンサと、第１面と物理量を検知するセンサとの間に設けられた第１下地層と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、構造物の性質に係る物理量を検知するセンサを備えるセンサモジュール、及びこれを備えるセンサモジュールである。
道路、鉄道、港湾、ダム、建築物等の社会資本を構成する構造物の老朽化に対し、適切な維持管理が求められている。例えば、自動車道路や鉄道等における橋梁、トンネル、法面におけるコンクリート構造物等においては、外壁の剥落があると大きな事故の原因となるため、定期的な点検及び検査を行い、必要箇所の補修工事が適宜行われている。
構造物の定期点検等は、従来、センサを構造物に取り付けることにより行われてきた。特許文献１、２には、伸縮基板上に形成された複数の歪ゲージをセンサとして用いることで、コンクリート構造物の変形を確認する方法が開示されている。
特開２０１７−１０１９８２号公報 特開２０１８−９８２０号公報
しかしながら、可撓性基板上に形成された複数の歪センサが設けられた箇所に構造物のひび割れが生じると、可撓性基板に応力が生じて歪センサが剥離するおそれがある。剥離が生じた歪センサは、構造物のひび割れに追従することができず、ひび割れを検出できなくなるおそれがある。
本開示の一実施形態では、可撓性基板と物理量を検知するセンサとの密着性が向上した信頼性の高いセンサモジュールを提供することを目的の一つとする。
本開示の一実施形態に係るセンサモジュールは、第１面と第１面と反対側の第２面とを有する可撓性基板と、可撓性基板を貫通して、第１面側と第２面側とを電気的に接続し、第１面側に設けられた第１電極と、第１面側に設けられた第１電極と接続された、導電性材料が所定のパターンとして形成されている物理量を検知するセンサと、第１面と物理量を検知するセンサとの間に設けられた第１下地層と、を有する。
上記構成において、第１面側に設けられた第１電極は、物理量を検知するセンサの導電性材料によって覆われる。
上記構成において、物理量を検知するセンサの第１電極の端部における導電性材料の膜厚は、第１電極の上面における導電性材料の膜厚よりも厚い。
上記構成において、第１電極を覆う金属層をさらに有し、第１電極は、金属層を介して物理量を検知するセンサと電気的に接続される。
上記構成において、第１電極の表面は凹凸形状を有する。
上記構成において、第１電極の側面は、傾斜角度が異なる複数のテーパ形状を有する。
上記構成において、第１面と第１電極との間に、第２下地層が設けられる。
上記構成において、凹凸形状の表面粗さＲｚは、０．４μｍ以上９．０μｍ以下である。
上記構成において、第１下地層および第２下地層の表面は、凹凸形状を有する。
上記構成において、第１下地層および第２下地層の線膨張係数は、可撓性基板の線膨張係数よりも高い。
上記構成において、第１下地層および第２下地層の剛性は、可撓性基板の剛性よりも低い。
上記構成において、第１面と第１電極との間に、第１下地層が設けられる。
上記構成において、物理量を検知するセンサは、印加された歪に応じて抵抗値が変化する導電性材料が所定のパターンとして形成されている歪センサを含む。
本開示によれば、可撓性基板と物理量を検知するセンサとの密着性が向上した信頼性の高いセンサモジュールを提供できる。
本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの概要図である。 本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの拡大図である。 本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの断面図である。 （Ａ）本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの製造方法を説明する断面図である。（Ｂ）本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの製造方法を説明する断面図である。（Ｃ）本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの製造方法を説明する断面図である。 （Ａ）本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの製造方法を説明する断面図である。（Ｂ）本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの製造方法を説明する断面図である。 （Ａ）本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの製造方法を説明する断面図である。（Ｂ）本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの製造方法を説明する断面図である。 （Ａ）本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの製造方法を説明する断面図である。（Ｂ）本開示の一実施形態に係るセンサモジュールの製造方法を説明する断面図である。 （Ａ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の斜視図である。 （Ａ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の平面図である。（Ｂ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の断面図である。 （Ａ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の平面図である。（Ｂ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の断面図である。 （Ａ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の平面図である。（Ｂ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の断面図である。 （Ａ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の平面図である。（Ｂ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の断面図である。 （Ａ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の平面図である。（Ｂ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の断面図である。（Ｃ）本開示の一実施形態に係る物理量を検知するセンサと電極との接続部の一部の拡大図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号（数字の後にＡ、Ｂなどを付しただけの符号）を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
（第１実施形態）
本実施形態では、本開示の一実施形態に係るセンサモジュール１００について、図１乃至図７を参照して説明する。
図１は、本開示の一実施形態に係るセンサモジュール１００の概要図である。センサモジュール１００は、可撓性基板２０１、センサ領域１０２、周辺領域１０３、接続端子１０４、及びフラットケーブル１０５を有する。
可撓性基板２０１は、第１面及び第２面を有する薄いシート状の基板である。なお、図１は、可撓性基板２０１の第２面側からみたときの図である。可撓性基板２０１として、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ、ポリイミド、液晶ポリマー等が適用できる。可撓性基板２０１は、水蒸気や紫外線（ＵＶ）から保護する機能を有していてもよい。また、可撓性基板２０１は、いずれの色彩であってもよい。例えば、可撓性基板２０１が透過性を有する場合には、センサモジュール１００が構造物に取り付けられることで、構造物に亀裂が生じたときに、ユーザが構造物の亀裂の状態を視認しやすくなる。
可撓性基板２０１の第１面には、センサ領域１０２が設けられている。センサ領域１０２は、複数の物理量を検知するセンサ１０６が設けられている。複数の物理量を検知するセンサ１０６は、マトリクス状に配置されていてもよいし、千鳥配置されていてもよい。図１では、横方向をＸ軸方向、縦方向をＹ軸方向として、複数の物理量を検知するセンサ１０６11〜１０６ｉｊがマトリクス状に配列されている。図１において、センサ１０６ｉｊのサフィックスｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）は、可撓性基板２０１のＸ軸方向の位置を示し、また、サフィックスｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ）は、可撓性基板２０１のＹ軸方向の位置を示している。物理量を検知するセンサの、センサが検知する物理量として、ひずみ、振動、温度、湿度、圧力、ガス濃度などが挙げられる。
可撓性基板２０１のセンサ領域１０２の周辺には周辺領域１０３が設けられている。可撓性基板２０１の第２面２０１Ｂの周辺領域１０３には、複数の配線１０７が設けられている。物理量を検知するセンサ１０６は、複数の配線１０７を介して、接続端子１０４と電気的に接続される。また、接続端子１０４は、フラットケーブル１０５と電気的に接続される。
図示しないが、複数の物理量を検知するセンサ１０６11〜１０６ijは、フラットケーブル１０５を介して、物理量検出回路部と接続されている。物理量検出回路部は、複数の物理量を検知するセンサのそれぞれに対する物理量検出回路を有する。ここで物理量として歪を、物理量を検知するセンサとして、歪センサを例にとり、構造物のクラック判定について述べる。
歪検出回路部の、各歪検出回路から出力された出力電圧のそれぞれは、クラック位置判別回路に供給される。クラック位置判別回路では、歪検出回路部の各歪検出回路から出力電圧が、センサ１０６11〜１０６ij内のいずれのセンサ１０６についての出力電圧であるかを判別している。クラック発生位置判別回路は、複数個の歪検出回路から出力された出力電圧のうち、例えば所定の閾値を超えた出力電圧を検出したときに、対応するセンサ１０６ijの位置にクラックが発生したと判定する。また、クラックが発生した検出位置のＸ軸方向の位置情報及びＹ軸方向の位置情報を、表示部に出力する。表示部は、クラックが発生した位置を表示する。例えば、クラックが発生した位置は、Ｘ軸方向の位置と、Ｙ軸方向の位置とで特定されるセンサ１０６ijが存在する領域を、点滅表示したり、色を変えたりして、他の領域と区別できるように表示する。
図２は、可撓性基板２０１の第１面２０１Ａ側から見たときの物理量を検知するセンサ１０６の拡大図である。可撓性基板２０１の第１面２０１Ａには、物理量を検知するセンサ１０６が設けられている。物理量を検知するセンサ１０６は、物理量受感材料からなる所定のパターンにより形成される。物理量を検知するセンサ１０６の所定のパターンは、可撓性基板２０１上に、例えば、印刷法やインクジェット法、あるいは、蒸着法やスパッタリング法の後にパターンエッチングなど、により形成される。センサ１０６を構成する物理量受感材料とは、物理量に対して抵抗値を変える導電性材料である。導電性材料とは、例えば、グラファイト、銅、金、銀、ニッケル、鉄、チタン、クロム、モリブデン、マンガン、コバルト、亜鉛、ルテニウム、パラジウム、錫、コンスタンタン、カーボンナノチューブなどのうちのいずれか、あるいはこれらの混合物や酸化物で構成される。また、物理量を検知するセンサ１０６の膜厚は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、例えば、１０μｍとする。
物理量を検知するセンサ１０６を構成する所定のパターンは、特に限定されないが、検知したい物理量に応じた形状にすることができる。例えば、歪を検出する場合などは、直線状であってもよいし、ミアンダ状であってもよい。
物理量を検知するセンサ１０６は、所定のパターン全体の抵抗値を検出するための電極を、少なくとも２個以上有する。物理量を検知するセンサ１０６は、可撓性基板２０１の第１面２０１Ａに設けられた電極２０５Ａ、および電極２０５Ｂと接続されている。電極２０５Ａ、および電極２０５Ｂには、可撓性基板２０１の第１面２０１Ａと第２面２０１Ｂとを貫通する導電性の貫通孔２０４を有し、この貫通孔を介して第２面２０１Ｂに設けられた配線２０５Ｃと電気的に接続されている。物理量を検知するセンサ１０６と接続する電極２０５Ａ、および電極２０５Ｂを第１面２０１Ａに設け、配線２０５Ｃを第２面に設けることで、物理量を検知するセンサ１０６と電極２０５Ｂとの接触面積を十分に確保することができ、配線２０５Ｃのレイアウトの自由度が向上する。
図３は、本開示の一実施形態に係るセンサモジュール１００の断面図である。図３に示すように、可撓性基板２０１の第１面２０１Ａ側に、物理量を検知するセンサ２０６が設けられている。また、第１面２０１Ａ側に設けられた物理量を検知するセンサ２０６は、電極２０５Ｂと電気的に接続されている。電極２０５Ｂには、可撓性基板２０１の第１面２０１Ａと第２面２０１Ｂとを貫通する導電性の貫通孔２０４を有し、この貫通孔を介して第２面２０１Ｂ側に設けられた配線２０５Ｃと電気的に接続している。
可撓性基板２０１の第１面２０１Ａにおいて、物理量を検知するセンサ２０６を覆うように絶縁層２０７が設けられている。絶縁層２０７は、物理量を検知するセンサ２０６を保護する機能を有する。絶縁層２０７は、粘接着層２１３を介して、プライマ２２１が設けられた構造物２２０に貼り付けられる。
可撓性基板２０１の第２面２０１Ｂにおいて、配線２０５Ｃ（図１に示す配線１０７に相当する）に、接続端子１０４が接続されている。また、配線２０５Ｃ及び接続端子１０４を覆うように、絶縁層２０８が設けられている。絶縁層２０８は、配線２０５Ｃを保護する機能を有する。絶縁層２０７及び絶縁層２０８は、同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。絶縁層２０７及び絶縁層２０８を同じ材料で形成する場合には、絶縁層２０７及び絶縁層２０８を一体化できるため、密着性が向上する。絶縁層２０８上には、接着剤２１１を介して、耐候性を有するフィルム２１２が設けられている。
センサモジュールを構造物に貼付して、可撓性基板に設けられた複数の物理量を検知するセンサが設けられた箇所に構造物にひび割れが生じると、可撓性基板に応力が生じて物理量を検知するセンサが剥離するおそれがある。可撓性基板は有機樹脂によって形成されており、物理量を検知するセンサを構成する導電性材料との密着性が低い。そのため、可撓性基板から物理量を検知するセンサの剥離はより顕著となる。剥離してしまうと、正しい物理量を検知することが困難になったり、機能しなくなったりする。特に、物理量を検知するセンサが歪センサの場合、剥離が生じた歪センサは、構造物のひび割れに追従することができず、ひび割れを検出できなくなるおそれがある。
そこで、本開示の一実施形態では、可撓性基板と物理量を検知するセンサとの密着性が向上した信頼性の高いセンサモジュールを提供する。
図３に示すセンサモジュール１００は、可撓性基板２０１と物理量を検知するセンサ２０６との間には下地層２０２が設けられており、可撓性基板２０１と電極２０５Ａ、２０５Ｂ、配線２０５Ｃとの間に下地層２０３が設けられている。下地層２０２は、可撓性基板２０１と物理量を検知するセンサ２０６との密着性を向上させるために設ける層であり、下地層２０３は、可撓性基板２０１と電極２０５Ａ、電極２０５Ｂ、及び配線２０５Ｃとの密着性を向上させるために設ける層である。下地層２０２として、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル樹脂、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリイミド、エポキシ樹脂などを用いることができる。下地層２０３として、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリイミド、エポキシ樹脂などを用いることができる。下地層２０２及び下地層２０３を設けることにより、構造物２２０に亀裂が生じることで、可撓性基板２０１に応力が加わった場合であっても、物理量を検知するセンサ２０６が可撓性基板２０１から剥がれたり、電極２０５Ｂから剥離されたりするなどによって、物理量を検知するセンサ２０６から正しく物理量が検出されなくなることを抑制することができる。
また、下地層２０２及び下地層２０３の剛性は、可撓性基板２０１の剛性よりも低いことが好ましい。下地層２０２及び下地層２０３の剛性が可撓性基板２０１の剛性よりも高い場合、可撓性基板２０１に伸縮や変形が生じると、下地層２０２及び下地層２０３が可撓性基板２０１の伸縮や変形に追従できなくなり、下地層２０２及び下地層２０３にクラックが生じたり、可撓性基板２０１から剥がれたりするおそれがある。下地層２０２及び下地層２０３の剛性を、可撓性基板２０１の剛性よりも低くすることで、可撓性基板２０１に伸縮や変形が生じても、下地層２０２及び下地層２０３が可撓性基板２０１の伸縮や変形に追従でき、応力集中を緩和できる。そのため、下地層２０２及び下地層２０３、並びに物理量を検知するセンサ２０６、電極２０５Ａ、電極２０５Ｂ、及び配線２０５Ｃにクラックが生じたり、剥離したりすることを抑制することができる。
また、下地層２０２及び下地層２０３の表面は、微細な凹凸の粗面を有することが好ましい。下地層２０２及び下地層２０３の表面粗さＲｚは、例えば、０．４μｍ〜９．０μｍとする。これにより、下地層２０２と物理量を検知するセンサ２０６との接触面積、及び下地層２０３と配線２０５Ｃとの接触面積を増加させることができるため、密着性をより増加させることができる。
また、下地層２０２及び下地層２０３の線膨張係数は、可撓性基板２０１の線膨張係数よりも大きいことが好ましい。例えば、可撓性基板２０１としてポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートを使用する場合、線膨張係数は１．０×１０-5／℃〜２．０×１０-5／℃である。したがって、下地層２０２及び下地層２０３の線膨張係数は、１０×１０-5／℃〜３０×１０-5／℃、好ましくは１６×１０-5／℃〜２５×１０-5／℃であることが好ましい。これにより、センサモジュール１００を構造物２２０に貼付して使用する際に、気温の変化に伴い可撓性基板２０１が伸縮したとしても、下地層２０２及び下地層２０３も可撓性基板２０１の伸縮に追従することができる。これにより、可撓性基板２０１から下地層２０２及び下地層２０３が剥離することを抑制することができる。
次に、本開示の一実施形態に係るセンサモジュール１００の製造方法について、図４乃至図７を参照して説明する。
図４（Ａ）は、可撓性基板２０１に、下地層２０３を形成し、導電層となる銅箔を貼り合わせ、可撓性基板に貫通孔２０４を形成、貫通孔をめっき法によってメタライズ（導通化）したのち、エッチング法で銅配線形成する工程を説明する図である。ここで、下地層２０３は粗面化処理することが好ましい。粗面化処理は、例えば、微細な凹凸を有する銅箔を用いる事で、その凹凸を転写して形成できる。可撓性基板２０１は、第１面２０１Ａ及び第１面２０１Ａと対向する第２面２０１Ｂを有する。
図４（Ｂ）は、可撓性基板２０１の第１面２０１Ａ側の下地層２０３の一部領域を除去する工程を説明する図である。下地層２０３の一部は、エッチング法やレーザー法、ブラスト法などにより除去される。図４（Ｃ）は、下地層２０３が除去された領域に、下地層２０２を形成する工程を説明する図である。この領域は、後に物理量を検知するセンサ２０６が形成される領域である。
下地層２０２の粗化処理も下地層２０３と同様に、銅箔の凹凸面の転写で形成できる。他の粗化方法として、ブラスト法、レーザー法などが適用可能である。図示しないが、下地層２０２の端部と下地層２０３の端部とは互いに重畳していることで、下地層２０２及び下地層２０３が可撓性基板２０１から剥離することを抑制できる。
下地層２０３は、コンマコート、ダイコート、マイクログラビアコートなどのコーティング法、印刷法、インクジェット法などを用いて形成する。また、下地層２０２は、印刷法や、インクジェット法などを用いて形成する。また、下地層２０２と下地層２０３とを異なる材料で用いて形成する場合には、物理量を検知するセンサ２０６と接する下地層２０２は、アクリル系樹脂や、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。また、電極２０５Ａ、電極２０５Ｂ、配線２０５Ｃと接する下地層２０３は、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリウレタン系樹脂を用いることが好ましい。
本実施形態では、下地層２０２と下地層２０３とを、異なる材料を用いて形成する場合について説明するが、これに限定されず、同じ材料を用いて形成してもよい。また、下地層２０２と下地層２０３とを同じ材料で形成する場合には、一度の工程で、物理量を検知するセンサ２０６と電極２０５Ａ、２０５Ｂ、配線２０５Ｃと接する下地層２０２を形成できるため好ましい。この場合、物理量を検知するセンサ２０６、電極２０５Ａ、２０５Ｂ、配線２０５Ｃと接する下地層２０２は、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリウレタン系樹脂を用いることが好ましい。
本実施形態では、下地層２０３を形成した後に、下地層２０２を形成する場合について説明するが、これに限定されず、下地層２０２を形成した後に、下地層２０３を形成してもよい。
ここで、下地層２０２及び下地層２０３の表面を、粗面化処理することが好ましい。粗面化処理は、例えば、下地層２０２及び下地層２０３が形成された可撓性基板２０１に、微細な凹凸を有する銅箔を圧着して、その凹凸を転写することで形成できる。下地層２０２及び下地層２０３を粗面化処理することにより、後に形成される物理量を検知するセンサ２０６及び電極２０５Ａ、電極２０５Ｂ、配線２０５Ｃの接触面積を増加させることができる。そのため、物理量を検知するセンサ２０６及び電極２０５Ａ、電極２０５Ｂ、配線２０５Ｃの密着性を向上させることができる。これにより、物理量を検知するセンサ２０６及び電極２０５Ａ、電極２０５Ｂ、配線２０５Ｃが剥離することを抑制できる。下地層２０２及び下地層２０３の表面粗さＲｚは、０．４μｍ以上９．０μｍ以下であることが好ましい。
電極２０５Ａ、電極２０５Ｂ、配線２０５Ｃを形成する導電材料としては、銅、金、銀、ニッケル、鉄、アルミ、チタン、クロム、モリブデン、マンガン、コバルト、亜鉛、ルテニウム、パラジウムなどの金属単体や、これらの合金、またはこれらの混合物でもよい。その中でも、加工性や入手しやすさの観点から銅箔が良い。
図５（Ａ）は、可撓性基板２０１の第１面２０１Ａの下地層２０２及び電極２０５Ａ、２０５Ｂ上に、物理量を検知するセンサ２０６を形成する工程を説明する図である。物理量を検知するセンサ２０６は、印刷法又は蒸着法 インクジェット法などにより、物理量を検知するに応じて抵抗値が変化する導電性材料を用いて形成される。当該導電性材料としては、例えば、グラファイト、銅、金、銀、ニッケル、鉄、チタン、クロム、モリブデン、マンガン、コバルト、亜鉛、ルテニウム、パラジウム、錫、コンスタンタン、カーボンナノチューブなどのうちのいずれか、あるいはこれらの混合物や酸化物で構成される。このとき、物理量を検知するセンサ２０６は、電極２０５Ａ、２０５Ｂの一部の上に形成される。物理量を検知するセンサ２０６において、下地層２０２上に形成される膜厚は、電極２０５Ａ、２０５Ｂ上に形成される膜厚よりも厚くなる。また、下地層２０２の形状と物理量を検知するセンサ２０６の形状は一致していなくてもよく、物理量を検知するセンサ２０６が形成されていない領域の下地層２０２が露出していてもよい。
図５（Ｂ）は、可撓性基板２０１の第１面２０１Ａに、絶縁層２０７を形成する工程を説明する図である。絶縁層２０７は、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル樹脂、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリイミド、エポキシ樹脂などを用いて形成する。絶縁層２０７を設けることにより、物理量を検知するセンサ２０６を保護することができる。このとき、絶縁層２０７は、貫通孔２０４を充填するように形成される。また、絶縁層２０７の線膨張係数は、可撓性基板２０１の線膨張係数よりも大きいことが好ましい。絶縁層２０７の線膨張係数は、１０×１０-5／℃〜３０×１０-5／℃、好ましくは１６×１０-5／℃〜２５×１０-5／℃であることが好ましい。これにより、センサモジュール１００を構造物２２０に貼付して使用する際に、気温の変化に伴い可撓性基板２０１が伸縮したとしても、下地層２０２及び下地層２０３、絶縁層２０７も可撓性基板２０１の伸縮に追従することができる。これにより、可撓性基板２０１から下地層２０２及び下地層２０３が剥離することを抑制することができる。なお、絶縁層２０７を、物理量を検知するセンサ２０６上に設けて、貫通孔２０４には、別の絶縁材料で充填してもよい。また、絶縁層２０７は、下地層２０２及び下地層２０３と同じ材料を用いて形成してもよい。これにより、可撓性基板２０１の伸縮に伴い、各材料に応力が加わったとしても、局所的な応力集中が低減されるので、物理量を検知するセンサ２０６や、電極２０５Ａ、電極２０５Ｂなどにクラックが生じることを抑制することができる。
図６（Ａ）は、可撓性基板２０１の第２面２０１Ｂに形成された配線２０５Ｃに、接続端子１０４を設ける工程を説明する図である。接続端子１０４として、例えば、ソケットを用いる。接続端子１０４と配線２０５Ｃは、半田や導電性ペースト、ワイヤボンディング、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）、などで電気的に接続される。
図６（Ｂ）は、可撓性基板２０１の第２面２０１Ｂに、絶縁層２０８を形成する工程を説明する図である。絶縁層２０８は、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル樹脂、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリイミド、エポキシ樹脂などを用いて形成する。絶縁層２０８を設けることにより、配線２０５Ｃなどの複数の配線を保護することができる。ここで、絶縁層２０８は、絶縁層２０７と同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。絶縁層２０８は、下地層２０２、下地層２０３、絶縁層２０７と同じ材料を用いて形成してもよい。これにより、可撓性基板２０１の伸縮に伴い、各材料に応力が加わったとしても、局所的な応力集中が低減されるので、配線２０５Ｃなどにクラックが生じることを抑制することができる。なお、絶縁層２０８を、絶縁層２０７と異なる材料を用いる場合であっても、絶縁層２０８の線膨張係数は、絶縁層２０７と同様であることが好ましい。なお、図６（Ｂ）では接続端子１０４の上にも絶縁層２０８が形成されているが、必要に応じて接続端子１０４上のみ絶縁層２０８を形成しない構造にすることもできる。
図７（Ａ）は、可撓性基板２０１の第２面２０１Ｂに設けられた絶縁層２０８に、接着剤２１１を形成する工程を説明する図である。接着剤２１１として、光硬化性樹脂を用いた場合、接着剤２１１上にフィルム２１２を貼付したのち、フィルム２１２を介して、光を照射することで、接着剤２１１を硬化する。接着剤２１１には、熱硬化性樹脂、湿度硬化性樹脂、ホットメルト系接着剤を用いる事もできる。
以上の工程により、図３に示すセンサモジュール１００を製造することができる。
図７（Ｂ）は、可撓性基板２０１の第１面２０１Ａに設けられた絶縁層２０７に、セパフィルム２１４が設けられた粘接着層２１３を貼付する工程を説明する図である。センサモジュール１００を構造物２２０に貼付する際に、セパフィルム２１４を剥離して、粘接着層２１３を、予め構造物２２０上に形成されたプライマ２２１の上に貼付する。また、接続端子１０４に、フラットケーブル１０５を接続して、物理量検出回路に接続することにより、構造物２２０に生じる物理量の変化や、ひび割れにともなう歪などを検出できるようになる。ここで、「粘接着層」とは、粘着性と接着性とを共に有する層である。粘着性とは、タックなどと表現されるようなベタつきのように一時的な接着現象を意味し、接着性とは、半永久的な接着現象を意味し、区別されることがある。粘接着層は、構造物に貼る際に粘着性を有し、貼り付けた後は硬化して接着性を発現する層である。
本実施形態に係るセンサモジュール１００は、可撓性基板２０１と物理量を検知するセンサ２０６との間に、下地層２０２を設けることにより、可撓性基板２０１と物理量を検知するセンサ２０６との密着性を向上させることができる。また、可撓性基板２０１と電極２０５Ａ、２０５Ｂ、配線２０５Ｃとの間に、下地層２０３を設けることにより、可撓性基板２０１と電極２０５Ａ、２０５Ｂ、配線２０５Ｃとの密着性を向上させることができる。これにより、センサモジュール１００が設けられた箇所に構造物のひび割れが生じて、可撓性基板２０１に応力が生じても、物理量を検知するセンサ２０６が剥離することを抑制することができる。したがって、センサモジュール１００の信頼性を向上させることができる。
（第２実施形態）
本実施形態では、物理量を検知するセンサ２０６において、配線と接続された電極と物理量を検知するセンサ２０６との接続部について、図８乃至図１３を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、物理量を検知するセンサ２０６と電極２０５Ｂを例に挙げて説明するが、物理量を検知するセンサ２０６と接続する他の電極（例えば、電極２０５Ａ）に対しても同様の構成を有している。
図８は、図２に示す物理量を検知するセンサ２０６の一部を拡大した斜視図である。図８では、可撓性基板２０１の第１面２０１Ａ側から見たときの物理量を検知するセンサ２０６において、電極２０５Ｂと物理量を検知するセンサ２０６との接続部を示している。物理量を検知するセンサ２０６は、電極２０５Ｂの一部と重畳することで、電極２０５Ｂと電気的に接続されている。
図９（Ａ）は、電極２０５Ｂと物理量を検知するセンサ２０６との接続部の平面図であり、図９（Ｂ）は、Ｂ１−Ｂ２線に沿って切断した断面図である。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、物理量を検知するセンサ２０６は、電極２０５Ｂの端部における膜厚が、電極２０５Ｂの上面における膜厚よりも厚くすることが好ましい。電極２０５Ｂの端部において、物理量を検知するセンサ２０６を構成する導電性材料２０６Ａが設けられている。これにより、可撓性基板２０１に応力が加わった場合であっても、物理量を検知するセンサ２０６が電極２０５Ｂの端部で断線することを防ぎ、センサモジュール１００の耐久性や信頼性を向上させることができる。
図１０（Ａ）は、電極２０５Ｂと物理量を検知するセンサ２０６との接続部の平面図であり、図１０（Ｂ）は、Ｃ１−Ｃ２線に沿って切断した断面図である。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、物理量を検知するセンサ２０６は、可撓性基板２０１の第１面２０１Ａに設けられた電極２０５Ｂの上面を覆うように設けてもよい。これにより、可撓性基板２０１に応力が加わった場合であっても、物理量を検知するセンサ２０６が電極２０５Ｂから剥離されることを防ぎ、センサモジュール１００の耐久性や信頼性を向上させることができる。
図１１（Ａ）は、電極２０５Ｂと物理量を検知するセンサ２０６との接続部の平面図であり、図１１（Ｂ）は、Ｄ１−Ｄ２線に沿って切断した断面図である。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、電極２０５Ｂを覆うように金属層２０９を形成し、当該金属層２０９上に、物理量を検知するセンサ２０６を形成してもよい。金属層２０９として、例えば、金、銀、ニッケル、パラジウムやそれらの組み合わせあるいはそれらを含む合金などを用いることができる。電極２０５Ｂを金属層２０９で被覆することにより、電極２０５Ｂが酸化して変質して、物理量を検知するセンサ２０６と電極２０５Ｂとの電気伝導性が低下することを抑制することができる。これによりセンサモジュール１００の耐久性や信頼性を向上させることができる。
図１２（Ａ）は、電極２０５Ｂとセンサ２０６との接続部の平面図であり、図１２（Ｂ）は、Ｅ１−Ｅ２線に沿って切断した断面図である。図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、電極２０５Ｂの表面に、微細な凹凸の粗面を形成してもよい。粗さは、０．４μｍ〜９．０μｍ程度とする。これにより、電極２０５Ｂと、物理量を検知するセンサ２０６と接触面積を増加させることができるため、電極２０５Ｂと物理量を検知するセンサ２０６との密着性を向上させることができる。したがって、可撓性基板２０１に応力が加わった場合であっても、物理量を検知するセンサ２０６が電極２０５Ｂから剥離されることを防ぎ、センサモジュール１００の耐久性や信頼性を向上させることができる。
図１３（Ａ）は、電極２０５Ｂとセンサ２０６との接続部の平面図であり、図１３（Ｂ）は、Ｆ１−Ｆ２線に沿って切断した断面図であり、図１３（Ｃ）は、図１３（Ｂ）の一部を拡大した拡大図である。図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、電極２０５Ｂの形状を、傾斜角度が異なる複数のテーパを有するような断面形状としてもよい。電極２０５Ｂの形状を、例えば、図１３（Ｃ）に示すように、第１テーパ角θaは、第２テーパ角θbよりも小さくする。これにより、電極２０５Ｂの側面と物理量をセンサ２０６との接触面積を増加させることができるため、電極２０５Ｂと物理量をセンサ２０６との密着性を向上させることができる。したがって、可撓性基板２０１に応力が加わった場合であっても、物理量を検知するセンサ２０６が電極２０５Ｂから剥離されることを防ぎ、センサモジュール１００の耐久性や信頼性を向上させることができる。
本開示の一実施形態によれば、センサモジュール１００が設けられた箇所に構造物のひび割れが生じて、可撓性基板２０１に応力が生じたとしても、物理量を検知するセンサ２０６が可撓性基板２０１から剥離することを抑制することができる。また、物理量を検知するセンサ２０６と接続する電極２０５Ａ及び電極２０５Ｂにおいて、物理量を検知するセンサ２０６が断線してしまうことを抑制することができる。これにより、センサモジュール１００としての信頼性を向上させることができる。
１００：センサモジュール、１０２：センサ領域、１０３：周辺領域、１０４：接続端子、１０５：フラットケーブル、１０６〜１０６ij：センサ、１０７：配線、２０１：可撓性基板、２０１Ａ：第１面、２０２：下地層、２０３：下地層、２０４：貫通孔、２０５Ｂ：電極、２０５Ｃ：配線、２０６：センサ、２０７：絶縁層、金属層２０９、２１１：接着剤、２１２：フィルム、２２０：構造物、２２１：プライマ

Claims (13)

  1. 第１面と前記第１面と反対側の第２面とを有する可撓性基板と、
    前記可撓性基板を貫通して、前記第１面側と前記第２面側とを電気的に接続し、前記第１面側に設けられた第１電極と、
    前記第１面側に設けられた前記第１電極と接続された物理量を検知するセンサと、
    前記第１面と前記物理量を検知するセンサとの間に設けられた第１下地層と、を有する、センサモジュール。
  2. 前記第１面側に設けられた第１電極は、前記物理量を検知するセンサの導電性材料によって覆われる、請求項１に記載のセンサモジュール。
  3. 前記物理量を検知するセンサの前記第１電極の端部における導電性材料の膜厚は、前記第１電極の上面における前記導電性材料の膜厚よりも厚い、請求項２に記載のセンサモジュール。
  4. 前記第１電極を覆う金属層をさらに有し、
    前記第１電極は、前記金属層を介して前記物理量を検知するセンサと電気的に接続される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
  5. 前記第１電極の表面は凹凸形状を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
  6. 前記第１電極の側面は、傾斜角度が異なる複数のテーパ形状を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
  7. 前記第１面と前記第１電極との間に、第２下地層が設けられる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
  8. 前記第１下地層および前記第２下地層の表面は、凹凸形状を有する、請求項７に記載のセンサモジュール。
  9. 前記凹凸形状の表面粗さＲｚは、０．４μｍ以上９．０μｍ以下である、請求項８に記載のセンサモジュール。
  10. 前記第１下地層および前記第２下地層の線膨張係数は、前記可撓性基板の線膨張係数よりも高い、請求項７乃至９のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
  11. 前記第１下地層および前記第２下地層の剛性は、前記可撓性基板の剛性よりも低い、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
  12. 前記第１面と前記第１電極との間に、前記第１下地層が設けられる、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
  13. 前記物理量を検知するセンサは、印加された歪に応じて抵抗値が変化する導電性材料が所定のパターンとして形成されている歪センサを含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
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