JP2023136406A

JP2023136406A - strain gauge

Info

Publication number: JP2023136406A
Application number: JP2022042062A
Authority: JP
Inventors: 昭代湯口; Akiyo Yuguchi; 寿昭浅川; Toshiaki Asakawa
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2023-09-29

Abstract

To provide a strain gauge that is able to improve strain resistance.SOLUTION: A strain gauge includes a substrate, a resistor formed on the substrate, and a conductive layer in direct contact with the resistor. The conductive layer is higher in surface resistivity than the resistor and lower in gauge factor than the resistor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

測定対象物に貼り付けて、測定対象物のひずみを検出するひずみゲージが知られている。ひずみゲージは、ひずみを検出する抵抗体を備えており、抵抗体は、例えば、絶縁性樹脂上に形成されている。抵抗体は、例えば、配線を介して、電極と接続されている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Strain gauges that are attached to an object to be measured to detect strain in the object are known. A strain gauge includes a resistor that detects strain, and the resistor is formed on, for example, an insulating resin. The resistor is connected to an electrode via, for example, wiring (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１６－７４９３４号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-74934

ひずみゲージは起歪体へ貼り付けられ、起歪体の動きに追従し伸び縮みすることで、起歪体のひずみ量を検出する。そのため、より大きなひずみ量を検出するためには、伸び縮みの過程でひずみゲージ自身が破損してはならず、より高い耐ひずみ性が求められている。 The strain gauge is attached to the strain body and expands and contracts to follow the movement of the strain body, thereby detecting the amount of strain in the strain body. Therefore, in order to detect a larger amount of strain, the strain gauge itself must not be damaged during the expansion and contraction process, and higher strain resistance is required.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、耐ひずみ性を向上可能なひずみゲージを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a strain gauge that can improve strain resistance.

本ひずみゲージは、基材と、前記基材上に形成された抵抗体と、前記抵抗体に直接接する導電層と、を有し、前記導電層は、前記抵抗体よりも表面抵抗率が高く、かつ、前記抵抗体よりもゲージ率が低い。 The present strain gauge includes a base material, a resistor formed on the base material, and a conductive layer in direct contact with the resistor, and the conductive layer has a surface resistivity higher than that of the resistor. , and has a lower gauge factor than the resistor.

開示の技術によれば、耐ひずみ性を向上可能なひずみゲージを提供できる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide a strain gauge that can improve strain resistance.

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。FIG. 2 is a plan view illustrating a strain gauge according to the first embodiment. 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）である。FIG. 2 is a cross-sectional view (part 1) illustrating the strain gauge according to the first embodiment. 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）である。FIG. 2 is a cross-sectional view (Part 2) illustrating the strain gauge according to the first embodiment. 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３）である。FIG. 3 is a cross-sectional view (part 3) illustrating the strain gauge according to the first embodiment. 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。It is a top view which illustrates the strain gauge based on the modification 1 of 1st Embodiment. 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る。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a strain gauge according to Modification 1 of the first embodiment. 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。FIG. 7 is a plan view illustrating a strain gauge according to a second modification of the first embodiment. 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断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a strain gauge according to a second modification of the first embodiment. 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。FIG. 7 is a plan view illustrating a strain gauge according to modification 3 of the first embodiment. 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断面図（その１）である。FIG. 7 is a cross-sectional view (part 1) illustrating a strain gauge according to modification example 3 of the first embodiment. 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断面図（その２）である。FIG. 7 is a cross-sectional view (part 2) illustrating a strain gauge according to modification 3 of the first embodiment.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are given the same reference numerals, and redundant explanations may be omitted.

〈第１実施形態〉
［ひずみゲージの構造］
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>
[Strain gauge structure]
FIG. 1 is a plan view illustrating a strain gauge according to a first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view (part 1) illustrating the strain gauge according to the first embodiment, and shows a cross section taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view (part 2) illustrating the strain gauge according to the first embodiment, and shows a cross section taken along line BB in FIG.

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、カバー層６０と、導電層７０とを有している。なお、図１～図３では、便宜上、カバー層６０の外縁のみを破線で示している。なお、カバー層６０は、必要に応じて設ければよい。 Referring to FIGS. 1 to 3, the strain gauge 1 includes a base material 10, a resistor 30, wiring 40, an electrode 50, a cover layer 60, and a conductive layer 70. Note that in FIGS. 1 to 3, only the outer edge of the cover layer 60 is shown with broken lines for convenience. Note that the cover layer 60 may be provided as necessary.

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。また、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。ただし、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。また、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 strain gauge 1, the side of the base material 10 where the resistor 30 is provided is referred to as the upper side or one side, and the side where the resistor 30 is not provided is referred to as the lower side or the other side. shall be. Moreover, the surface on the side where the resistor 30 of each part is provided is defined as one surface or the top surface, and the surface on the side where the resistor 30 is not provided is defined as the other surface or the bottom surface. However, the strain gauge 1 can be used upside down or placed at any angle. In addition, plan view refers to the object viewed from the normal direction of the upper surface 10a of the base material 10, and planar shape refers to the shape of the object viewed from the normal direction to the upper surface 10a of the base material 10. shall be.

基材１０は、抵抗体３０等を形成するためのベース層となる部材であり、可撓性を有する。基材１０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、５μｍ～５００μｍ程度とすることができる。特に、基材１０の厚さが５μｍ～２００μｍであると、接着層等を介して基材１０の下面に接合される起歪体表面からの歪の伝達性、環境に対する寸法安定性の点で好ましく、１０μｍ以上であると絶縁性の点で更に好ましい。 The base material 10 is a member that becomes a base layer for forming the resistor 30 and the like, and has flexibility. The thickness of the base material 10 is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and may be, for example, about 5 μm to 500 μm. In particular, when the thickness of the base material 10 is 5 μm to 200 μm, the strain transferability from the surface of the strain-generating body bonded to the lower surface of the base material 10 via an adhesive layer, etc., and the dimensional stability against the environment are improved. The thickness is preferably 10 μm or more, and more preferably from the viewpoint of insulation.

基材１０は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、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 base material 10 is made of, for example, PI (polyimide) resin, epoxy resin, PEEK (polyetheretherketone) resin, PEN (polyethylene naphthalate) resin, PET (polyethylene terephthalate) resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, LCP (liquid crystal) resin, etc. It can be formed from an insulating resin film such as polymer) resin or polyolefin resin. Note that the film refers to a member having a thickness of about 500 μm or less and having flexibility.

ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材１０が絶縁樹脂フィルム中にフィラーや不純物等を含有することを妨げるものではない。基材１０は、例えば、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成しても構わない。 Here, "formed from an insulating resin film" does not prevent the base material 10 from containing fillers, impurities, etc. in the insulating resin film. The base material 10 may be formed, for example, from an insulating resin film containing filler such as silica or alumina.

基材１０の樹脂以外の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２（ＹＳＺも含む）、Ｓｉ、Ｓｉ_２Ｎ_３、Ａｌ_２Ｏ_３（サファイヤも含む）、ＺｎＯ、ペロブスカイト系セラミックス（ＣａＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３）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 base material 10 include SiO ₂ , ZrO ₂ (including YSZ), Si, Si ₂ N ₃ , Al ₂ O ₃ (including sapphire), ZnO, perovskite ceramics (CaTiO ₃ , Examples include crystalline materials such as BaTiO ₃ ), and further examples include amorphous glass. Further, as the material of the base material 10, metals such as aluminum, aluminum alloy (duralumin), titanium, etc. may be used. In this case, for example, an insulating film is formed on the metal base material 10.

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。 The resistor 30 is a thin film formed in a predetermined pattern on the base material 10, and is a sensing portion that causes a change in resistance when subjected to strain. The resistor 30 may be formed directly on the upper surface 10a of the base material 10, or may be formed on the upper surface 10a of the base material 10 via another layer.

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、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線と垂直な方向）となる。 The resistor 30 has a plurality of elongated portions arranged at predetermined intervals with their longitudinal directions oriented in the same direction (the direction of line AA in FIG. 1), and the ends of adjacent elongated portions are connected in an alternating manner. , the overall structure is folded back in a zigzag pattern. The longitudinal direction of the plurality of elongated portions is the grid direction, and the direction perpendicular to the grid direction is the grid width direction (the direction perpendicular to the line AA in FIG. 1).

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３０ｅ_１及び３０ｅ_２を形成する。抵抗体３０のグリッド幅方向の各々の終端３０ｅ_１及び３０ｅ_２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３０ｅ_１及び３０ｅ_２と各々の電極５０とを電気的に接続している。 One end portion 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 terminal ends 30e ₁ and 30e ₂ of the resistor 30 in the grid width direction. Each terminal end 30e ₁ and 30e ₂ of the resistor 30 in the grid width direction is electrically connected to an electrode 50 via a wiring 40. In other words, the wiring 40 electrically connects each terminal end 30e ₁ and 30e ₂ of the resistor 30 in the grid width direction to each electrode 50.

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 resistor 30 can be formed of, for example, a material containing Cr (chromium), a material containing Ni (nickel), or a material containing both Cr and Ni. That is, the resistor 30 can be formed from a material containing at least one of Cr and Ni. Examples of materials containing Cr include a Cr mixed phase film. Examples of materials containing Ni include Cu--Ni (copper nickel). An example of a material containing both Cr and Ni is Ni--Cr (nickel chromium).

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。 Here, the Cr mixed phase film is a film in which Cr, CrN, Cr ₂ N, etc. are mixed in phase. 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 resistor 30 is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and may be, for example, about 0.05 μm to 2 μm. In particular, it is preferable that the thickness of the resistor 30 is 0.1 μm or more, since the crystallinity of the crystal forming the resistor 30 (for example, the crystallinity of α-Cr) is improved. Further, it is more preferable that the thickness of the resistor 30 is 1 μm or less because cracks in the film caused by internal stress of the film constituting the resistor 30 and warping from the base material 10 can be reduced. The width of the resistor 30 can be set to, for example, about 10 μm to 100 μm by optimizing the required specifications such as resistance value and lateral sensitivity, and taking measures against wire breakage into consideration.

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 resistor 30 is a Cr mixed phase film, the stability of the gauge characteristics can be improved by using α-Cr (alpha chromium), which is a stable crystalline phase, as the main component. Furthermore, since the resistor 30 has α-Cr as its main component, the gauge factor of the strain gauge 1 is 10 or more, and the gauge factor temperature coefficient TCS and resistance temperature coefficient TCR are within the range of -1000 ppm/°C to +1000 ppm/°C. It can be done. Here, the term "main component" means that the target substance occupies 50% by weight or more of all the substances constituting the resistor, but from the viewpoint of improving gauge characteristics, the resistor 30 contains 80% by weight of α-Cr. The content is preferably 90% by weight or more, and more preferably 90% by weight or more. Note that α-Cr is Cr having a bcc structure (body-centered cubic lattice structure).

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Ｃｒ_２Ｎ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Ｃｒ_２Ｎ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。 Further, when the resistor 30 is a Cr mixed phase film, it is preferable that the content of CrN and Cr ₂ N in the Cr mixed phase film is 20% by weight or less. When the Cr mixed phase film contains 20% by weight or less of CrN and Cr ₂ N, a decrease in gauge factor can be suppressed.

また、ＣｒＮ及びＣｒ_２Ｎ中のＣｒ_２Ｎ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Ｃｒ_２Ｎ中のＣｒ_２Ｎ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Ｃｒ_２Ｎ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。 Further, the proportion of Cr ₂ N in CrN and Cr ₂ N 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 proportion of Cr ₂ N in CrN and Cr ₂ N is 90% by weight or more and less than 95% by weight, the decrease in TCR (negative TCR) becomes more pronounced due to Cr ₂ N having semiconducting properties. . Furthermore, by reducing the amount of ceramic, brittle fracture can be reduced.

一方で、膜中に微量のＮ_２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 trace amount of N ₂ or atomic N is mixed or present in the film, it escapes from the film due to the external environment (for example, under a high temperature environment), causing a change in film stress. By creating chemically stable CrN, a stable strain gauge can be obtained without generating the above-mentioned unstable N.

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。 The wiring 40 is formed on the base material 10 and is electrically connected to the resistor 30 and the electrode 50. The wiring 40 is not limited to a straight line, but can have any pattern. Further, the wiring 40 can have any width and any length.

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、抵抗体３０の、ひずみにより生じる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 electrode 50 is formed on the base material 10 and electrically connected to the resistor 30 via the wiring 40, and is, for example, formed in a substantially rectangular shape with a wider width than the wiring 40. The electrodes 50 are a pair of electrodes for outputting to the outside a change in the resistance value of the resistor 30 caused by strain, and are connected to, for example, a lead wire for external connection.

電極５０は、一対の金属層５１と、各々の金属層５１の上面に積層された金属層５２とを有している。金属層５１は、配線４０を介して抵抗体３０の終端３０ｅ_１及び３０ｅ_２と電気的に接続されている。金属層５１は、平面視において、略矩形状に形成されている。金属層５１は、配線４０と同じ幅に形成しても構わない。 The electrode 50 includes a pair of metal layers 51 and a metal layer 52 laminated on the upper surface of each metal layer 51. The metal layer 51 is electrically connected to the terminal ends 30e ₁ and 30e ₂ of the resistor 30 via the wiring 40. The metal layer 51 is formed into a substantially rectangular shape when viewed from above. The metal layer 51 may be formed to have the same width as the wiring 40.

なお、抵抗体３０と配線４０と金属層５１とは便宜上別符号としているが、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と配線４０と金属層５１とは、厚さが略同一である。 Note that although the resistor 30, the wiring 40, and the metal layer 51 are given different symbols for convenience, they can be integrally formed using the same material in the same process. Therefore, the resistor 30, the wiring 40, and the metal layer 51 have substantially the same thickness.

金属層５２は、抵抗体３０よりも低抵抗の材料から形成されている。金属層５２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、金属層５２の材料としては、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。金属層５２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 metal layer 52 is made of a material having a lower resistance than the resistor 30. The material of the metal layer 52 is not particularly limited as long as it has a lower resistance than the resistor 30, and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, when the resistor 30 is a Cr mixed phase film, the material of the metal layer 52 may be Cu, Ni, Al, Ag, Au, Pt, etc., an alloy of any of these metals, or an alloy of any of these metals. Examples include a compound, or a laminated film in which any of these metals, alloys, and compounds are appropriately laminated. The thickness of the metal layer 52 is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and may be, for example, about 3 μm to 5 μm.

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、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、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。 One or more other metal layers may be laminated on the upper surface of the metal layer 52. For example, the metal layer 52 may be a copper layer, and a gold layer may be laminated on the top surface of the copper layer. Alternatively, the metal layer 52 may be a copper layer, and a palladium layer and a gold layer may be sequentially laminated on the upper surface of the copper layer. By making the top layer of the electrode 50 a gold layer, the solder wettability of the electrode 50 can be improved.

カバー層６０は、基材１０上に形成され、抵抗体３０及び配線４０を被覆し電極５０を露出する。配線４０の一部は、カバー層６０から露出してもよい。抵抗体３０及び配線４０を被覆するカバー層６０を設けることで、抵抗体３０及び配線４０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６０を設けることで、抵抗体３０及び配線４０を湿気等から保護できる。なお、カバー層６０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 60 is formed on the base material 10, covers the resistor 30 and the wiring 40, and exposes the electrode 50. A portion of the wiring 40 may be exposed from the cover layer 60. By providing the cover layer 60 that covers the resistor 30 and the wiring 40, mechanical damage to the resistor 30 and the wiring 40 can be prevented. Further, by providing the cover layer 60, the resistor 30 and the wiring 40 can be protected from moisture and the like. Note that the cover layer 60 may be provided so as to cover the entire portion except for the electrode 50.

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。 The cover layer 60 can be formed from an insulating resin such as a PI resin, an epoxy resin, a PEEK resin, a PEN resin, a PET resin, a PPS resin, or a composite resin (eg, a silicone resin or a polyolefin resin). The cover layer 60 may contain filler or pigment. The thickness of the cover layer 60 is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and may be, for example, about 2 μm to 30 μm.

導電層７０は、抵抗体３０に直接接するように形成されており、両者は導通している。図１～図３の例では、導電層７０は、抵抗体３０の基材１０とは反対側を向く一方の面（上面）に直接形成されている。導電層７０は、抵抗体３０の一方の面の全体に形成されていることが好ましい。導電層７０は、例えば、平面視で抵抗体３０と同一のパターン形状である。導電層７０は、抵抗体３０の一方の面から抵抗体３０の側面の一部又は全部に延伸してもよい。 The conductive layer 70 is formed to be in direct contact with the resistor 30, and the two are electrically connected. In the examples shown in FIGS. 1 to 3, the conductive layer 70 is directly formed on one surface (upper surface) of the resistor 30 facing away from the base material 10. The conductive layer 70 is preferably formed on the entire one surface of the resistor 30. The conductive layer 70 has, for example, the same pattern shape as the resistor 30 in plan view. The conductive layer 70 may extend from one surface of the resistor 30 to part or all of the side surface of the resistor 30.

導電層７０は、抵抗体３０よりも表面抵抗率（１ｃｍ^２当たりの表面抵抗値）が高く、かつ、抵抗体３０よりもゲージ率が低い層である。導電層７０の厚さは、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。導電層７０は、ひずみの検知には寄与しないことが好ましい。そのため、導電層７０の表面抵抗率は、抵抗体３０の表面抵抗率の５倍以上であることが好ましく、１０倍以上であることがより好ましく、１５倍以上であることが特に好ましい。また、同様の理由から、導電層７０のゲージ率は、抵抗体３０のゲージ率の１／２倍以下であることが好ましく、１／３以下であることがより好ましく、１／４倍以下であることが特に好ましい。導電層７０のゲージ率は、例えば、０．１以下、或いは、高抵抗で１程度である。 The conductive layer 70 is a layer that has a higher surface resistivity (surface resistance value per 1 cm ² ) than the resistor 30 and a lower gauge factor than the resistor 30. The thickness of the conductive layer 70 is, for example, 1 μm or more and 10 μm or less. Preferably, the conductive layer 70 does not contribute to strain detection. Therefore, the surface resistivity of the conductive layer 70 is preferably 5 times or more than the surface resistivity of the resistor 30, more preferably 10 times or more, and particularly preferably 15 times or more. Further, for the same reason, the gauge factor of the conductive layer 70 is preferably 1/2 or less, more preferably 1/3 or less, and 1/4 or less of the gauge factor of the resistor 30. It is particularly preferable that there be. The gauge factor of the conductive layer 70 is, for example, 0.1 or less, or about 1 at high resistance.

導電層７０の材料としては、例えば、金属やその酸化物の混相および導電性有機材料を用いることができる。導電層７０の材料となる金属としては、例えば、ニッケルクロム系、鉄クロム系、タングステン・窒化タングステン系、クロム・ケイ素・アルミニウム系等の金属が挙げられる。具体的には、鉄シリサイド（ＦｅＳｉとβＦｅＳｉＯ_２の混相）、Ｔａ－ＳｉＯ_２、Ｃｒ－ＳｉＯ_２、Ｎｂ－ＳｉＯ_２が挙げられる。導電層７０の材料となる導電性有機材料としては、例えば、ニッケルペースト、金ペースト、パラジウムペースト等が挙げられる。導電層７０の材料として導電性有機材料を用いる場合は、金属を用いる場合よりも、抵抗体３０よりも表面抵抗率がより高く、かつ、抵抗体３０よりもゲージ率がより低い材料を選定しやすい点で好適である。例えば、有機物と金属との配合を調整することで、金属自体の表面抵抗率に対して導電性有機材料の表面抵抗率を高くすることが可能である。 As the material of the conductive layer 70, for example, a mixed phase of metals and oxides thereof, and conductive organic materials can be used. Examples of metals that can be used as materials for the conductive layer 70 include metals such as nickel chromium, iron chromium, tungsten/tungsten nitride, and chromium/silicon/aluminum. Specifically, iron silicide (mixed phase of FeSi and βFeSiO ₂ ), Ta-SiO ₂ , Cr-SiO ₂ , and Nb-SiO ₂ can be mentioned. Examples of the conductive organic material for the conductive layer 70 include nickel paste, gold paste, palladium paste, and the like. When using a conductive organic material as the material for the conductive layer 70, a material with a higher surface resistivity than the resistor 30 and a lower gauge factor than the resistor 30 is selected than when using a metal. This is suitable because it is easy to use. For example, by adjusting the combination of organic matter and metal, it is possible to make the surface resistivity of the conductive organic material higher than the surface resistivity of the metal itself.

例えば、抵抗体３０としてニッケルクロムを用いる場合、表面抵抗率は５Ω／□程度であり、ゲージ率は２程度である。この場合、例えば、導電層７０の材料として表面抵抗率が３００Ω／□程度、ゲージ率が１程度のＴａ－ＳｉＯ_２を用いることができる。また、抵抗体３０としてＣｒ混相膜を用いる場合、表面抵抗率は１５Ω／□程度であり、ゲージ率は１０以上である。この場合、例えば、導電層７０の材料として表面抵抗率が１０００Ω／□程度、ゲージ率が１程度であるＯ_２－ｒｉｃｈのＴａ－ＳｉＯ_２を用いることができる。 For example, when nickel chromium is used as the resistor 30, the surface resistivity is about 5Ω/□, and the gauge factor is about 2. In this case, for example, Ta--SiO ₂ having a surface resistivity of about 300 Ω/□ and a gauge factor of about 1 can be used as the material of the conductive layer 70. Further, when a Cr mixed phase film is used as the resistor 30, the surface resistivity is about 15Ω/□, and the gauge factor is 10 or more. In this case, for example, O ₂ -rich Ta-SiO ₂ having a surface resistivity of about 1000 Ω/□ and a gauge factor of about 1 can be used as the material of the conductive layer 70.

このように、ひずみゲージ１は、抵抗体３０に直接接するように、抵抗体３０よりも表面抵抗率が高く、かつ、抵抗体３０よりもゲージ率が低い導電層７０を有している。抵抗体３０は弾性率が高いため、外的要因により強い力が加わると、脆性破壊を起こして亀裂等が発生する場合がある。導電層７０は、ひずみの検出には寄与せずに通常は無機能であるが、抵抗体３０と電気的に並列に接続されているため、抵抗体３０に亀裂等が発生して断線した場合には、通電体として機能する。 In this way, the strain gauge 1 has the conductive layer 70 which has a higher surface resistivity than the resistor 30 and a lower gauge factor than the resistor 30 so as to be in direct contact with the resistor 30 . Since the resistor 30 has a high elastic modulus, if a strong force is applied due to an external factor, it may undergo brittle fracture and cracks may occur. The conductive layer 70 does not contribute to strain detection and is normally non-functional, but since it is electrically connected in parallel with the resistor 30, if a crack or the like occurs in the resistor 30 and the wire breaks. functions as a current-carrying body.

これにより、ひずみゲージ１は、抵抗体３０が断線しても、断線した部分が導電層７０により導通するため、ひずみを検出する機能を維持できる。すなわち、抵抗体３０に直接接するように、抵抗体３０よりも表面抵抗率が高く、かつ、抵抗体３０よりもゲージ率が低い導電層７０を設けることで、ひずみ限界の向上（耐ひずみ性の向上）を実現可能となる。 Thereby, even if the resistor 30 is disconnected, the strain gauge 1 can maintain the function of detecting strain because the disconnected portion is electrically connected by the conductive layer 70. That is, by providing the conductive layer 70 which has a higher surface resistivity than the resistor 30 and a lower gauge factor than the resistor 30 so as to be in direct contact with the resistor 30, the strain limit can be improved (strain resistance can be improved). improvement) becomes possible.

導電層７０を設けることは、厚さ０．０５μｍ以上２μｍ以下の抵抗体３０を用いる場合に特に有効であり、厚さ０．０５μｍ以上１μｍ以下の抵抗体３０を用いる場合に極めて有効である。このような厚さの抵抗体３０は、断線が生じやすいからである。 Providing the conductive layer 70 is particularly effective when using the resistor 30 with a thickness of 0.05 μm or more and 2 μm or less, and extremely effective when using the resistor 30 with a thickness of 0.05 μm or more and 1 μm or less. This is because the resistor 30 having such a thickness is likely to be disconnected.

［ひずみゲージの製造方法］
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に金属層及び導電層（便宜上、金属層Ａ及び導電層Ｂとする）を順次形成する。金属層Ａは、最終的にパターニングされて抵抗体３０、配線４０、及び金属層５１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、配線４０、及び金属層５１の材料や厚さと同様である。導電層Ｂは、最終的にパターニングされて導電層７０となる層である。従って、導電層Ｂの材料や厚さは、前述の導電層７０の材料や厚さと同様である。 [Strain gauge manufacturing method]
In order to manufacture the strain gauge 1, first, the base material 10 is prepared, and a metal layer and a conductive layer (for convenience, referred to as a metal layer A and a conductive layer B) are sequentially formed on the upper surface 10a of the base material 10. The metal layer A is a layer that is finally patterned to become the resistor 30, the wiring 40, and the metal layer 51. Therefore, the material and thickness of the metal layer A are the same as those of the resistor 30, the wiring 40, and the metal layer 51 described above. The conductive layer B is a layer that will eventually be patterned to become the conductive layer 70. Therefore, the material and thickness of the conductive layer B are the same as those of the conductive layer 70 described above.

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。導電層Ｂは、例えば、金属層Ａと同様の方法により、金属層Ａ上に積層できる。 The metal layer A can be formed, for example, by magnetron sputtering using a raw material capable of forming the metal layer A as a target. The metal layer A may be formed using reactive sputtering, vapor deposition, arc ion plating, pulsed laser deposition, or the like instead of magnetron sputtering. The conductive layer B can be laminated on the metal layer A by the same method as the metal layer A, for example.

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, before forming the metal layer A, a functional layer having a predetermined thickness is formed in vacuum as an underlayer on the upper surface 10a of the base material 10 by, for example, conventional sputtering. is preferred.

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 having a function of promoting crystal growth of at least the upper metal layer A (resistor 30). Preferably, the functional layer further has a function of preventing oxidation of the metal layer A due to oxygen and moisture contained in the base material 10, and a function of improving the adhesion between the base material 10 and the metal layer A. The functional layer may further include other functions.

基材１０を構成する絶縁樹脂フィルムは酸素や水分を含むため、特に金属層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。 Since the insulating resin film constituting the base material 10 contains oxygen and moisture, especially when the metal layer A contains Cr, Cr forms a self-oxidation film, so the functional layer has the function of preventing oxidation of the metal layer A. It pays to be prepared.

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 crystal growth of at least the upper metal layer A (resistor 30), and can be selected as appropriate depending on the purpose. For example, 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 ( 1 selected from the group consisting of osmium), Ir (iridium), Pt (platinum), Pd (palladium), Ag (silver), Au (gold), Co (cobalt), Mn (manganese), and Al (aluminum). Mention may be made of one or more metals, an alloy of any metal of this group, or a compound of any metal of this group.

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、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２等が挙げられる。 Examples of the above-mentioned alloy include FeCr, TiAl, FeNi, NiCr, and CrCu. Moreover, examples of the above-mentioned compounds include TiN, TaN, Si ₃ N ₄ , TiO ₂ , Ta ₂ O ₅ , SiO ₂ and the like.

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 formed from a conductive material such as a metal or an alloy, the thickness of the functional layer is preferably 1/20 or less of the thickness of the resistor. Within this range, α-Cr crystal growth can be promoted, and a portion of the current flowing through the resistor can be prevented from flowing into the functional layer, thereby preventing deterioration of strain detection sensitivity.

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 formed from a conductive material such as a metal or an alloy, it is more preferable that the thickness of the functional layer is 1/50 or less of the thickness of the resistor. Within this range, α-Cr crystal growth can be promoted, and a portion of the current flowing through the resistor can be prevented from flowing into the functional layer, thereby preventing deterioration in strain detection sensitivity.

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 formed from a conductive material such as a metal or an alloy, it is more preferable that the thickness of the functional layer is 1/100 or less of the thickness of the resistor. Within this range, it is possible to further prevent a portion of the current flowing through the resistor from flowing into the functional layer, thereby further preventing strain detection sensitivity from decreasing.

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 formed from an insulating material such as an oxide or nitride, the thickness of the functional layer is preferably 1 nm to 1 μm. Within this range, α-Cr crystal growth can be promoted and the film can be easily formed without cracking the functional layer.

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 formed from an insulating material such as an oxide or nitride, the thickness of the functional layer is more preferably 1 nm to 0.8 μm. Within this range, α-Cr crystal growth can be promoted and the film can be formed more easily without cracking the functional layer.

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 formed from an insulating material such as an oxide or nitride, the thickness of the functional layer is more preferably 1 nm to 0.5 μm. Within this range, α-Cr crystal growth can be promoted and the film can be formed more easily without cracking the functional layer.

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。 Note that the planar shape of the functional layer is patterned to be substantially the same as the planar shape of the resistor shown in FIG. 1, for example. However, the planar shape of the functional layer is not limited to being substantially the same as the planar shape of the resistor. When the functional layer is formed from an insulating material, it does not need to be patterned to have the same planar shape as the resistor. In this case, the functional layer may be formed in a solid manner at least in the region where the resistor is formed. Alternatively, the functional layer may be formed in a solid manner over the entire upper surface of the base material 10.

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 formed from an insulating material, the thickness and surface area of the functional layer can be reduced by forming the functional layer relatively thickly, such as 50 nm or more and 1 μm or less, and forming it in a solid shape. Therefore, the heat generated by the resistor can be radiated to the base material 10 side. As a result, in the strain gauge 1, deterioration in measurement accuracy due to self-heating of the resistor can be suppressed.

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 into a vacuum film by, for example, a conventional sputtering method using a raw material capable of forming the functional layer as a target and introducing Ar (argon) gas into a chamber. By using the conventional sputtering method, the functional layer is formed while etching the upper surface 10a of the base material 10 with Ar, so that the amount of the functional layer formed can be minimized and an effect of improving adhesion can be obtained.

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 an example of a method for forming the functional layer, and the functional layer may be formed by other methods. For example, before forming the functional layer, the upper surface 10a of the base material 10 is activated by plasma treatment using Ar or the like to obtain an effect of improving adhesion, and then the functional layer is formed into a vacuum film by magnetron sputtering. You may also use the method of

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。 The combination of the material of the functional layer and the material of the metal layer A is not particularly limited and can be selected as appropriate depending on the purpose. It is possible to form a mixed phase film containing Cr as the main component.

この場合、例えば、Ｃｒ混相膜を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスを導入したマグネトロンスパッタ法により、金属層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Ｃｒ_２Ｎの割合、並びにＣｒＮ及びＣｒ_２Ｎ中のＣｒ_２Ｎ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 may be formed by reactive sputtering using pure Cr as a target and introducing an appropriate amount of nitrogen gas together with Ar gas into the chamber. At this time, by changing the introduction amount and pressure (nitrogen partial pressure) of nitrogen gas, and by providing a heating process and adjusting the heating temperature, the proportion of CrN and Cr ₂ N contained in the Cr multiphase film, as well as the ratio of CrN and Cr The proportion of Cr ₂ N in ₂ N can be adjusted.

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

なお、金属層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。 Note that when the metal layer A is a Cr mixed phase film, the functional layer made of Ti has the function of promoting crystal growth of the metal layer A and the function of preventing oxidation of the metal layer A due to oxygen and moisture contained in the base material 10. , and the function of improving the adhesion between the base material 10 and the metal layer A. The same holds true when Ta, Si, Al, or Fe is used instead of Ti as the functional layer.

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 the crystal growth of the metal layer A, and it is possible to produce the metal layer A having a stable crystalline phase. As a result, in the strain gauge 1, the stability of the gauge characteristics can be improved. Further, by diffusing the material constituting the functional layer into the metal layer A, the gauge characteristics of the strain gauge 1 can be improved.

次に、フォトリソグラフィ法により、金属層Ａ及び導電層Ｂを図１の平面形状にパターニングし、抵抗体３０、配線４０、金属層５１、及び導電層７０を形成する。導電層７０は、抵抗体３０上に積層される。 Next, the metal layer A and the conductive layer B are patterned into the planar shape shown in FIG. 1 by photolithography to form the resistor 30, the wiring 40, the metal layer 51, and the conductive layer 70. The conductive layer 70 is laminated on the resistor 30.

次に、金属層５１の上面に、金属層５２を形成する。金属層５２は、例えば、周知のセミアディティブ法により形成できる。金属層５２の材料や厚さは、前述のとおりである。 Next, a metal layer 52 is formed on the upper surface of the metal layer 51. The metal layer 52 can be formed, for example, by a well-known semi-additive method. The material and thickness of the metal layer 52 are as described above.

その後、必要に応じ、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０及び配線４０を被覆し電極５０を露出するカバー層６０を設けることで、ひずみゲージ１が完成する。カバー層６０は、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０及び配線４０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６０は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０及び配線４０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。 Thereafter, the strain gauge 1 is completed by providing a cover layer 60 covering the resistor 30 and the wiring 40 and exposing the electrodes 50 on the upper surface 10a of the base material 10, if necessary. The cover layer 60 is formed by, for example, laminating a semi-cured thermosetting insulating resin film on the upper surface 10a of the base material 10 so as to cover the resistor 30 and the wiring 40 and exposing the electrode 50, and then heat and harden the film. It can be manufactured by The cover layer 60 is made by applying a liquid or paste thermosetting insulating resin to the upper surface 10a of the base material 10 so as to cover the resistor 30 and the wiring 40 and exposing the electrode 50, and then heating and hardening the resin. You may also create one.

なお、抵抗体３０、配線４０、及び金属層５１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。ただし、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。 Note that when a functional layer is provided on the upper surface 10a of the base material 10 as a base layer for the resistor 30, the wiring 40, and the metal layer 51, the strain gauge 1 has a cross-sectional shape shown in FIG. The layer indicated by the reference numeral 20 is a functional layer. The planar shape of the strain gauge 1 when the functional layer 20 is provided is, for example, similar to that shown in FIG. 1. However, as described above, the functional layer 20 may be formed all over part or all of the upper surface 10a of the base material 10 in some cases.

なお、導電層７０は、真空成膜などの乾式法、めっきやゾルゲルなどの湿式法、インクジェット法等の塗布技術を用いて形成してもよい。 Note that the conductive layer 70 may be formed using a dry method such as vacuum film formation, a wet method such as plating or sol-gel, or a coating technique such as an inkjet method.

〈第１実施形態の変形例１〉
第１実施形態の変形例１では、導電層を設ける領域が異なるひずみゲージの例を示す。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。 <Modification 1 of the first embodiment>
Modification 1 of the first embodiment shows an example of a strain gauge in which the conductive layer is provided in different regions. Note that in Modification 1 of the first embodiment, descriptions of components that are the same as those of the already described embodiments may be omitted.

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、抵抗体３０の一方の面に導電層７０が積層されている点は、ひずみゲージ１と同様である。しかし、ひずみゲージ１Ａは、導電層７０が、抵抗体３０の一方の面から延伸し、配線４０Ａ及び電極５０Ａの積層構造の一部を構成する点が、ひずみゲージ１と相違する。 FIG. 5 is a plan view illustrating a strain gauge according to Modification 1 of the first embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a strain gauge according to Modification 1 of the first embodiment, and shows a cross section taken along line CC in FIG. Referring to FIGS. 5 and 6, the strain gauge 1A is similar to the strain gauge 1 in that a conductive layer 70 is laminated on one surface of the resistor 30. However, the strain gauge 1A differs from the strain gauge 1 in that the conductive layer 70 extends from one surface of the resistor 30 and constitutes a part of the laminated structure of the wiring 40A and the electrode 50A.

つまり、ひずみゲージ１Ａでは、配線４０Ａは、金属層４１と、導電層７０との積層構造である。また、電極５０Ａは、金属層５１と、導電層７０と、金属層５２の積層構造である。導電層７０は、例えば、平面視で抵抗体３０、配線４０Ａ、及び金属層５１と同一のパターン形状である。導電層７０は、抵抗体３０、配線４０Ａ、及び金属層５１の一方の面からそれぞれの側面の一部又は全部に延伸してもよい。 That is, in the strain gauge 1A, the wiring 40A has a laminated structure of the metal layer 41 and the conductive layer 70. Further, the electrode 50A has a laminated structure of a metal layer 51, a conductive layer 70, and a metal layer 52. The conductive layer 70 has, for example, the same pattern shape as the resistor 30, the wiring 40A, and the metal layer 51 in plan view. The conductive layer 70 may extend from one surface of the resistor 30, the wiring 40A, and the metal layer 51 to a part or all of the respective side surfaces.

なお、抵抗体３０と金属層４１と金属層５１とは便宜上別符号としているが、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と金属層４１と金属層５１とは、厚さが略同一である。 Although the resistor 30, the metal layer 41, and the metal layer 51 are given different symbols for convenience, they can be integrally formed using the same material in the same process. Therefore, the resistor 30, the metal layer 41, and the metal layer 51 have substantially the same thickness.

ひずみゲージ１Ａにおいて、断線するのは抵抗体３０には限らず、抵抗体３０と同一材料から形成された配線４０Ａの金属層４１や電極５０Ａの金属層５１も断線するおそれがある。そこで、導電層７０が、抵抗体３０の一方の面から延伸し、配線４０Ａ及び電極５０Ａの積層構造の一部を構成することで、金属層４１や金属層５１が断線しても、断線した部分が導電層７０により導通するため、ひずみを検出する機能を維持できる。すなわち、導電層７０が、抵抗体３０の一方の面から延伸し、配線４０Ａ及び電極５０Ａの積層構造の一部を構成することで、ひずみ限界の向上（耐ひずみ性の向上）を実現可能となる。 In the strain gauge 1A, not only the resistor 30 may be disconnected, but also the metal layer 41 of the wiring 40A and the metal layer 51 of the electrode 50A, which are formed from the same material as the resistor 30, may also be disconnected. Therefore, by extending the conductive layer 70 from one surface of the resistor 30 and forming a part of the laminated structure of the wiring 40A and the electrode 50A, even if the metal layer 41 or the metal layer 51 is disconnected, the disconnection will not occur. Since the portion is electrically conductive through the conductive layer 70, the function of detecting strain can be maintained. That is, by extending the conductive layer 70 from one surface of the resistor 30 and forming part of the laminated structure of the wiring 40A and the electrode 50A, it is possible to improve the strain limit (improve strain resistance). Become.

〈第１実施形態の変形例２〉
第１実施形態の変形例２では、導電層を設ける領域が異なるひずみゲージの他の例を示す。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>
Modification 2 of the first embodiment shows another example of a strain gauge in which the conductive layer is provided in a different region. Note that in the second modification of the first embodiment, descriptions of components that are the same as those in the already described embodiments may be omitted.

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８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断面図であり、図７のＤ－Ｄ線に沿う断面を示している。図７及び図８を参照すると、ひずみゲージ１Ｂは、抵抗体３０の一方の面に導電層７０が積層されている点は、ひずみゲージ１と同様である。しかし、ひずみゲージ１Ｂは、導電層７０が、抵抗体３０の一方の面から延伸し、配線４０Ｂの積層構造の一部を構成する点が、ひずみゲージ１と相違する。 FIG. 7 is a plan view illustrating a strain gauge according to Modification 2 of the first embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a strain gauge according to a second modification of the first embodiment, and shows a cross section taken along line DD in FIG. 7. Referring to FIGS. 7 and 8, the strain gauge 1B is similar to the strain gauge 1 in that a conductive layer 70 is laminated on one surface of the resistor 30. However, the strain gauge 1B differs from the strain gauge 1 in that the conductive layer 70 extends from one surface of the resistor 30 and constitutes a part of the laminated structure of the wiring 40B.

また、ひずみゲージ１Ｂでは、配線４０Ｂの抵抗体３０の終端３０ｅ_１及び３０ｅ_２に近い側は金属層４１と導電層７０との積層構造であるが、配線４０Ｂの途中から１層構造の金属層４２に代わっている。金属層４２は、１層構造の電極５０Ｂと電気的に接続されている。ただし、配線４０Ｂの全部が金属層４１と導電層７０との積層構造であってもよい。 In addition, in the strain gauge 1B, the side of the wiring 40B near the terminal ends 30e ₁ and 30e ₂ of the resistor 30 has a laminated structure of the metal layer 41 and the conductive layer 70, but from the middle of the wiring 40B, a metal layer of a single layer structure is formed. 42 has been replaced. The metal layer 42 is electrically connected to an electrode 50B having a one-layer structure. However, the entire wiring 40B may have a laminated structure of the metal layer 41 and the conductive layer 70.

金属層４２及び電極５０Ｂの材料としては、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。金属層４２及び電極５０Ｂ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 materials of the metal layer 42 and the electrode 50B include Cu, Ni, Al, Ag, Au, Pt, etc., an alloy of any of these metals, a compound of any of these metals, or any of these metals, Examples include laminated films in which alloys and compounds are laminated as appropriate. The thickness of the metal layer 42 and the electrode 50B is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and can be, for example, about 3 μm to 5 μm.

金属層４２及び電極５０Ｂは、例えば、蒸着法、スパッタリング法等により形成できる。金属層４２及び電極５０Ｂは、ゾルゲル法、インクジェット法等の塗布技術を用いて形成してもよい。 The metal layer 42 and the electrode 50B can be formed by, for example, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like. The metal layer 42 and the electrode 50B may be formed using a coating technique such as a sol-gel method or an inkjet method.

ひずみゲージ１Ｂにおいて、断線するのは抵抗体３０には限らず、抵抗体３０と同一材料から形成された配線４０Ｂの金属層４１も断線するおそれがある。そこで、導電層７０が、抵抗体３０の一方の面から延伸し、配線４０Ｂの積層構造の一部を構成することで、金属層４１が断線しても、断線した部分が導電層７０により導通するため、ひずみを検出する機能を維持できる。すなわち、導電層７０が、抵抗体３０の一方の面から延伸し、配線４０Ｂの積層構造の一部を構成することで、ひずみ限界の向上（耐ひずみ性の向上）を実現可能となる。 In the strain gauge 1B, not only the resistor 30 may be disconnected, but also the metal layer 41 of the wiring 40B, which is formed from the same material as the resistor 30, may also be disconnected. Therefore, by extending the conductive layer 70 from one surface of the resistor 30 and forming a part of the laminated structure of the wiring 40B, even if the metal layer 41 is disconnected, the disconnected part is connected by the conductive layer 70. Therefore, the function to detect strain can be maintained. That is, by extending the conductive layer 70 from one surface of the resistor 30 and forming a part of the laminated structure of the wiring 40B, it is possible to improve the strain limit (improve the strain resistance).

なお、金属層４２及び電極５０Ｂは、抵抗体３０よりも弾性率の低い材料から形成することで、断線自体が生じにくいようにできるため、金属層４２及び電極５０Ｂに接するように導電層７０を設けなくてよい。 Note that by forming the metal layer 42 and the electrode 50B from a material having a lower elastic modulus than the resistor 30, the conductive layer 70 can be formed so as to be in contact with the metal layer 42 and the electrode 50B. No need to set it up.

〈第１実施形態の変形例３〉
第１実施形態の変形例３では、導電層を設ける領域が異なるひずみゲージの他の例を示す。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。 <Variation 3 of the first embodiment>
Modification 3 of the first embodiment shows another example of a strain gauge in which the conductive layer is provided in a different region. Note that in the third modification of the first embodiment, descriptions of components that are the same as those in the already described embodiments may be omitted.

図９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１０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断面図（その１）であり、図９のＥ－Ｅ線に沿う断面を示している。図１１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断面図（その２）であり、図９のＦ－Ｆ線に沿う断面を示している。 FIG. 9 is a plan view illustrating a strain gauge according to Modification 3 of the first embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view (part 1) illustrating a strain gauge according to modification 3 of the first embodiment, and shows a cross section taken along line EE in FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view (part 2) illustrating the strain gauge according to the third modification of the first embodiment, and shows a cross section taken along line FF in FIG. 9. FIG.

図９～図１１を参照すると、ひずみゲージ１Ｃは、抵抗体３０、金属層４１、及び金属層５１と、導電層７０との積層関係が上下反転している点が、ひずみゲージ１Ａ（図５及び図６参照）と相違する。 Referring to FIGS. 9 to 11, the strain gauge 1C differs from the strain gauge 1A (see FIG. and Fig. 6).

すなわち、導電層７０は、抵抗体３０の基材１０の側を向く他方の面（下面）に直接接するように形成されている。また、導電層７０は、抵抗体３０の他方の面から延伸し、配線４０Ｃ及び電極５０Ｃの積層構造の一部を構成する。なお、機能層２０を設ける場合には、基材１０の上面１０ａと導電層７０との間に設けられる。 That is, the conductive layer 70 is formed so as to be in direct contact with the other surface (lower surface) of the resistor 30 facing the base material 10 side. Further, the conductive layer 70 extends from the other surface of the resistor 30 and constitutes a part of the laminated structure of the wiring 40C and the electrode 50C. Note that when the functional layer 20 is provided, it is provided between the upper surface 10a of the base material 10 and the conductive layer 70.

このように、導電層７０は、抵抗体３０の一方の面に直接接するように形成してもよいし、抵抗体３０の他方の面に直接接するように形成してもよい。あるいは、導電層７０は、抵抗体３０の一方の面及び他方の面に直接接するように形成してもよい。すなわち、抵抗体３０を厚さ方向の両側から挟むように、導電層７０を形成してもよい。何れの場合も、抵抗体３０等が断線しても、断線した部分が導電層７０により導通するため、ひずみを検出する機能を維持できる。すなわち、ひずみ限界の向上（耐ひずみ性の向上）を実現可能となる。 In this way, the conductive layer 70 may be formed in direct contact with one surface of the resistor 30 or may be formed in direct contact with the other surface of the resistor 30. Alternatively, the conductive layer 70 may be formed in direct contact with one surface and the other surface of the resistor 30. That is, the conductive layer 70 may be formed to sandwich the resistor 30 from both sides in the thickness direction. In either case, even if the resistor 30 or the like is disconnected, the disconnected portion is electrically connected by the conductive layer 70, so that the function of detecting strain can be maintained. That is, it becomes possible to improve the strain limit (improve strain resistance).

なお、ひずみゲージ１及び１Ｂについても、抵抗体３０と導電層７０との積層関係を上下反転することが可能である。この場合も、上記と同様の効果を奏する。 Note that in the strain gauges 1 and 1B as well, the stacked relationship between the resistor 30 and the conductive layer 70 can be reversed vertically. In this case as well, the same effects as above are achieved.

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 in detail above, they are not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions may be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the claims. can be added.

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃひずみゲージ、１０基材、１０ａ上面、２０機能層、３０抵抗体、３０ｅ_１，３０ｅ_２終端、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ配線、４１，４２，５１，５２金属層、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ電極、６０カバー層、７０導電層 1, 1A, 1B, 1C strain gauge, 10 base material, 10a top surface, 20 functional layer, 30 resistor, 30e ₁ , 30e ₂ termination, 40, 40A, 40B, 40C wiring, 41, 42, 51, 52 metal layer , 50, 50A, 50B, 50C electrode, 60 cover layer, 70 conductive layer

Claims

base material and
a resistor formed on the base material;
a conductive layer in direct contact with the resistor,
A strain gauge in which the conductive layer has a surface resistivity higher than that of the resistor and a gauge factor lower than that of the resistor.

The resistor has one surface facing away from the base material, and the other surface facing the base material,
The strain gauge according to claim 1, wherein the conductive layer is formed so as to be in direct contact with the one surface of the resistor and/or the other surface of the resistor.

a pair of electrodes formed on the base material and electrically connected to the resistor through wiring,
3. The conductive layer extends from the one surface of the resistor and/or the other surface of the resistor, and forms part of a laminated structure of the wiring and the electrode. strain gauge.

a pair of electrodes formed on the base material and electrically connected to the resistor through wiring,
The strain gauge according to claim 2, wherein the conductive layer extends from the one surface of the resistor and/or the other surface of the resistor and constitutes a part of the laminated structure of the wiring. .

The strain gauge according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductive layer has a surface resistivity that is five times or more greater than the surface resistivity of the resistor.

The strain gauge according to any one of claims 1 to 5, wherein a gauge factor of the conductive layer is 1/2 or less than a gauge factor of the resistor.

The strain gauge according to any one of claims 1 to 6, wherein the conductive layer is metal.

The strain gauge according to any one of claims 1 to 6, wherein the conductive layer is a conductive organic material.

The strain gauge according to any one of claims 1 to 8, wherein the resistor is formed from a film containing Cr, CrN, and _Cr2N .