JP6251897B2 - Strain gauge and strain gauge resistance adjustment method - Google Patents
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Description
本発明は、荷重測定を行うロードセルや回転トルク計測機器に使用されている歪みゲージおよび歪みゲージの抵抗値調整方法に関するものである。 The present invention relates to a strain gauge used in a load cell for measuring a load and a rotational torque measuring device, and a resistance value adjusting method for the strain gauge.
歪みゲージは、例えば、絶縁ベース上に金属箔を積層しエッチング、若しくは絶縁ベース上にスパッタ法にて金属層を形成するなどの方法で、歪みに感度を有するパターンすなわち折り返しパターン、電極端子パターン、およびこれらを接続する配線パターン等を形成し、歪みゲージを製作するのが一般的である。 The strain gauge is, for example, a method of laminating a metal foil on an insulating base and etching, or forming a metal layer by sputtering on the insulating base, and a pattern having sensitivity to strain, that is, a folded pattern, an electrode terminal pattern, In general, a strain gauge is manufactured by forming a wiring pattern or the like for connecting them.
抵抗体として金属箔を用いる場合は、エッチング工程により金属箔から不必要な部分を除去し、歪みを感知する折り返しパターンや、配線パターン、および外部との接続用端子部など電気的導通部分を絶縁ベース上に残すことになる。 When using a metal foil as a resistor, an unnecessary part is removed from the metal foil by an etching process to insulate electrically conductive parts such as a folded pattern that senses distortion, wiring patterns, and external connection terminals. Will be left on the base.
これらのパターンの形成はフォトリソグラフィによって行なわれるのが一般的である。すなわち予め所定のパターンを拡大したものをスクリーンに描き、このスクリーンのパターンをマスク上に投射等の手段で原寸サイズにて作り、歪みゲージ焼き付けの原寸フォトマスクとする。 These patterns are generally formed by photolithography. That is, an enlarged image of a predetermined pattern is drawn on a screen in advance, and this screen pattern is created in an original size by means such as projection on a mask to obtain an original photomask for distortion gauge printing.
フォトレジストで絶縁ベース上に積層された金属箔を覆い、原寸フォトマスクを介してフォトレジストをＵＶ照射によって露光し、さらに現像液により現像を行い、フォトレジストを所定のパターンに対応した形状に形成する。そしてパターニングされたフォトレジストをマスクとして金属箔のエッチングを行うことで、金属箔の所定の折り返しパターン等が形成される。その後、フォトレジストはフォトレジスト用の剥離液により剥離除去される。 Cover the metal foil laminated on the insulating base with photoresist, expose the photoresist by UV irradiation through a full-size photomask, and further develop with a developer, forming the photoresist into a shape corresponding to a predetermined pattern To do. Then, by etching the metal foil using the patterned photoresist as a mask, a predetermined folded pattern or the like of the metal foil is formed. Thereafter, the photoresist is stripped and removed with a stripping solution for photoresist.
実際の製造においては、歪みゲージを多数製造するため、複数の歪みゲージのパターンが一括で露光できるように、マスクに複数の所定パターンを作っている。 In actual manufacturing, in order to manufacture a large number of strain gauges, a plurality of predetermined patterns are formed on the mask so that a plurality of strain gauge patterns can be exposed collectively.
この方法で歪みゲージを作る場合には、歪みゲージのパターンをスクリーンに描画し、さらに、写真技術を用い、多面焼き等を行い、マスク化する必要がある。次いで、このマスクを用い密着露光を行い、金属箔上のフォトレジストを感光させていた。 In the case of making a strain gauge by this method, it is necessary to draw a strain gauge pattern on a screen, and further use a photographic technique to perform multi-surface baking or the like to make a mask. Next, contact exposure was performed using this mask, and the photoresist on the metal foil was exposed.
このように写真技術等の光学的手法を行なうため、像の歪み、ボケ、現像時の薬品の不確定要素により、所望するパターンとの誤差は生じてしまう。さらに光学的手法を何度か繰り返すことにより、その誤差は増加することになる。 Since optical methods such as photographic technology are performed in this way, errors from the desired pattern occur due to image distortion, blurring, and uncertainties of chemicals during development. Further, the error increases by repeating the optical technique several times.
さらにフォトレジストをマスクとして金属箔をエッチングするため、エッチング液の濃度、温度、時間などの誤差により、パターンの太さ、エッジの形状などにバラつきが生じ、歪みゲージとしての抵抗値にバラつきが生じる結果となっていた。 Further, since the metal foil is etched using the photoresist as a mask, the thickness of the pattern, the shape of the edge, etc. vary due to errors in the concentration, temperature, time, etc. of the etching solution, and the resistance value as the strain gauge varies. It was a result.
かかる工程により作成された歪みゲージは、被測定物もしくは起歪体に接着されて、所定のホイートストンブリッジ回路に接続されて使用されるが、上記抵抗値のバラつきによりそのままの使用で平衡状態をつくりだすことは困難であった。 The strain gauge created by such a process is used by being bonded to the object to be measured or the strain generating body and connected to a predetermined Wheatstone bridge circuit. It was difficult.
従って平衡状態になる様に抵抗値の補正をするためには、歪みゲージが接続されるホイートストンブリッジ回路内に、適した補正抵抗を挿入して補正が行われる。例としては、長期にわたって安定で、その抵抗率の温度係数は極めて小さいマンガニン線などを、所望の増分抵抗値分切り出し、補正抵抗としてホイートストンブリッジ回路内に挿入していた。 Therefore, in order to correct the resistance value so as to achieve an equilibrium state, correction is performed by inserting a suitable correction resistor into the Wheatstone bridge circuit to which the strain gauge is connected. As an example, a manganin wire or the like that is stable for a long time and has a very low temperature coefficient of resistivity is cut out by a desired incremental resistance value and inserted into the Wheatstone bridge circuit as a correction resistor.
しかしながら、この手法で抵抗値の補正を行うと、ホイートストンブリッジ回路内に補正抵抗を設置する場所や挿入を行う手段も必要となり、大型化ばかりでなく構造的な制約、工程の増加が課題であった。 However, when the resistance value is corrected by this method, a place for installing the correction resistor in the Wheatstone bridge circuit and a means for inserting the resistor are necessary, and not only the size increase but also the structural limitation and the increase of the process are problems. It was.
特許文献１によれば、上記課題に対して、抵抗調整用のショートパターンを歪みに感度を有する往復パターンの抵抗体とは離れた別の領域に設けて、レーザトリミングによりこれを選択的に除去して、所望の抵抗値を得る方法が記載されている。 According to Patent Document 1, in response to the above problem, a short pattern for resistance adjustment is provided in a separate area away from a reciprocating pattern resistor having sensitivity to distortion, and this is selectively removed by laser trimming. Thus, a method for obtaining a desired resistance value is described.
しかしながら、抵抗調整用の調整パターンの部分が歪みの感度に関係せずに配置されているため、抵抗体全体の抵抗値を増加させると歪みの感度の低下を招いていた。 However, since the portion of the adjustment pattern for resistance adjustment is arranged regardless of the sensitivity of distortion, increasing the resistance value of the entire resistor causes a decrease in sensitivity of the distortion.
また一方で図４に示すような歪みゲージが公知であって、抵抗微調整用パターン５ｃを設けてあるものの、抵抗体全体の抵抗値を調整するレーザトリミングライン７が歪み検出感度最大方向Ｓに対して垂直な方向にて走査されているため、ここをトリミングしても単に抵抗が所定の値になるだけで、歪み検出感度は低下する。 On the other hand, although a strain gauge as shown in FIG. 4 is known and a resistance fine adjustment pattern 5c is provided, the laser trimming line 7 for adjusting the resistance value of the entire resistor is in the strain detection sensitivity maximum direction S. Since scanning is performed in a direction perpendicular to the surface, even if trimming is performed, the resistance simply becomes a predetermined value, and the distortion detection sensitivity is lowered.
本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、抵抗調整による歪み感度の低下を抑制する歪みゲージおよび歪みゲージの抵抗調整方法を提供することを目的としている。 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 and a strain gauge resistance adjusting method for suppressing a decrease in strain sensitivity due to resistance adjustment.
本発明は、
絶縁ベースと、この絶縁ベース上にパターン化した抵抗体とを具備した歪みゲージであって、
抵抗体は、歪みを検出する折り返しパターンと、レーザトリミングによって抵抗調整を行うための抵抗調整用パターンと、抵抗調整用パターンと独立して設けられて表面が露出した接続部を含む電極とを有し、
抵抗調整用パターンは、折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向に調整代を有し、レーザトリミングにて抵抗調整用パターンの歪みを検出する感度が増加するように設けられて構成されている。
本発明の他の歪みゲージは、
絶縁ベースと、この絶縁ベース上にパターン化した抵抗体とを具備した歪みゲージであって、
抵抗体は、歪みを検出する折り返しパターンと、レーザトリミングによって抵抗調整を行うための抵抗調整用パターンと、抵抗調整用パターンと独立して設けられて表面が露出した接続部を含む電極とを有し、
抵抗調整用パターンは、折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向に調整代を有し、レーザトリミングによる切込み量に対して抵抗値の変化が異なる粗調整用および微調整用の少なくとも２種類以上で折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向に垂直な方向に並んで電気的に直列に配置されて構成されている。
The present invention
A strain gauge comprising an insulating base and a resistor patterned on the insulating base,
The resistor includes a folded pattern for detecting distortion, a resistance adjustment pattern for performing resistance adjustment by laser trimming, and an electrode including a connection portion that is provided independently of the resistance adjustment pattern and whose surface is exposed. And
Resistance adjustment patterns, have a adjustment amount in a direction distortion detection sensitivity of the folded pattern is maximum sensitivity to detect the distortion of the resistance adjustment patterns by laser trimming is formed is provided so as to increase .
Other strain gauges of the present invention are:
A strain gauge comprising an insulating base and a resistor patterned on the insulating base,
The resistor includes a folded pattern for detecting distortion, a resistance adjustment pattern for performing resistance adjustment by laser trimming, and an electrode including a connection portion that is provided independently of the resistance adjustment pattern and whose surface is exposed. And
The resistance adjustment pattern has an adjustment margin in a direction in which the distortion detection sensitivity of the folded pattern is maximized, and at least two types of coarse adjustment and fine adjustment for which the change in resistance value differs depending on the cutting amount by laser trimming. And arranged in series in a direction perpendicular to the direction in which the distortion detection sensitivity of the folded pattern is maximized.
また、折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向が、折り返しパターン内の折り返し両端間を繋ぐ狭幅の配線方向と一致していることが好ましい。 In addition, it is preferable that the direction in which the return pattern distortion detection sensitivity is maximized coincides with the narrow wiring direction connecting both ends of the return pattern in the return pattern.
さらに、抵抗調整用パターンが、レーザトリミングによる抵抗調整用パターンへの切り込み量と切り込みによる抵抗値増分の関係を２次以上の多項式で近似できる形状を有して構成されていることが好ましい
。
Furthermore, it is preferable that the resistance adjustment pattern is configured to have a shape that can approximate the relationship between the amount of cut into the resistance adjustment pattern by laser trimming and the increase in resistance value due to the cut by a second-order polynomial or higher.
一方で、絶縁ベースと、この絶縁ベース上にパターン化した抵抗体とを具備した歪みゲージであって、
抵抗体は、歪みを検出する折り返しパターンと、レーザトリミングによって抵抗調整を行うための抵抗調整用パターンを有し、
抵抗調整用パターンが、折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向に走査するレーザトリミングによって抵抗調整がなされて構成されている。
On the other hand, a strain gauge comprising an insulating base and a resistor patterned on the insulating base,
The resistor has a folded pattern for detecting distortion and a resistance adjustment pattern for performing resistance adjustment by laser trimming.
The resistance adjustment pattern is configured such that the resistance is adjusted by laser trimming that scans in a direction that maximizes the distortion detection sensitivity of the folded pattern.
また、歪みゲージの抵抗調整方法であって、
抵抗調整用パターン外の領域を始点として、折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向に走査して、所定の距離にて抵抗調整用パターンをレーザトリミングすることを特徴としている。
Also, a strain gauge resistance adjustment method,
Scanning is performed in a direction that maximizes the distortion detection sensitivity of the folded pattern, starting from an area outside the resistance adjustment pattern, and the resistance adjustment pattern is laser-trimmed at a predetermined distance.
本発明によれば、レーザトリミングする抵抗調整パターンにも歪みを検知する抵抗体部を形成できるため、抵抗調整による感度低下を抑制した歪みゲージが実現する。 According to the present invention, since a resistor part for detecting strain can be formed in a resistance adjustment pattern for laser trimming, a strain gauge that suppresses a decrease in sensitivity due to resistance adjustment is realized.
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態による歪みゲージについて説明する。 Hereinafter, a strain gauge according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図１は本発明の第１の実施形態を示す歪みゲージの平面図である。 図１において、１ａは本発明の歪みゲージであり、２は絶縁ベースである。絶縁ベース２は本実施例ではポリイミドフィルムで、例えば厚みが２５μｍのものを用いている。 FIG. 1 is a plan view of a strain gauge showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1a is a strain gauge of the present invention, and 2 is an insulating base. In this embodiment, the insulating base 2 is a polyimide film having a thickness of 25 μm, for example.
歪みゲージ１ａにおける抵抗体３はこの絶縁ベース２上に設けられ、抵抗体３となる金属箔を積層することで形成される。この金属箔は絶縁ベース２と接着剤を介して接着される。本実施例では金属箔は厚み２．５μｍで、銅５５％、ニッケル４５％の合金を用いている。接着はポリイミド系の接着剤を塗布し、加圧および熱硬化により接着が行われる。この状態では抵抗体３となる金属箔が絶縁ベース２の上面略全域を覆っているため、次いで所定の抵抗体パターンの作製を行うことになる。 The resistor 3 in the strain gauge 1a is provided on the insulating base 2 and is formed by laminating metal foils to be the resistor 3. This metal foil is bonded to the insulating base 2 via an adhesive. In this embodiment, the metal foil has a thickness of 2.5 μm and uses an alloy of 55% copper and 45% nickel. Adhesion is performed by applying a polyimide adhesive and applying pressure and heat curing. In this state, since the metal foil to be the resistor 3 covers substantially the entire upper surface of the insulating base 2, a predetermined resistor pattern is manufactured next.
予め所定の抵抗体パターンを拡大したものをスクリーンに描き、このスクリーンのパターンをフォトマスク上に投射させて、原寸サイズのフォトマスクを作っておく。 An enlarged image of a predetermined resistor pattern is drawn on a screen in advance, and the pattern on the screen is projected onto the photomask to create a full-size photomask.
絶縁ベース２上に貼られた金属箔表面に、フォトレジスト（液レジ）をスピンコート塗布、ディップコーター塗布、もしくはドライフィルム等の積層貼付けにより形成する。その後プリベークにより、フォトレジスト中に残っている溶媒を蒸発させてフォトレジスト膜を緻密にした後、原寸サイズのフォトマスクを介してＵＶ光線により露光を行う。次いで現像液に浸して現像し、不要な部分を除去する。 A photoresist (liquid register) is formed on the surface of the metal foil affixed on the insulating base 2 by spin coating application, dip coater application, or laminating application such as dry film. Thereafter, the solvent remaining in the photoresist is evaporated by pre-baking to make the photoresist film dense, and then exposed to UV light through an original size photomask. Next, it is immersed in a developing solution and developed, and unnecessary portions are removed.
このフォトレジストが除去されて金属箔表面が露出した部分をエッチング除去して、所定の抵抗体パターンを形成する。その前処理としてフォトレジストをポストベーク（熱処理）して残存する現像液やリンス液，水分を除去するとともに，
フォトレジスト膜の密着性およびエッチング耐性を向上させた後、エッチング液に投入して、露出した金属箔部分を除去する。
The portion where the photoresist is removed and the surface of the metal foil is exposed is removed by etching to form a predetermined resistor pattern. As the pretreatment, post-baking (heat treatment) the photoresist to remove the remaining developer, rinse solution and moisture,
After improving the adhesion and etching resistance of the photoresist film, it is poured into an etching solution to remove the exposed metal foil portion.
エッチングされずに残った金属箔表面にはフォトレジストが残存しているため、フォトレジスト剥離剤でこれを除去する。これで、所望のパターンを有する抵抗体３が得られる。 Since the photoresist remains on the surface of the metal foil that remains without being etched, it is removed with a photoresist remover. Thus, the resistor 3 having a desired pattern is obtained.
さらに、この抵抗体３の上面に保護層として、カバーフィルムを貼る。カバーフィルムはポリイミドフィルムで厚みが１２．５μｍのものを用いている。なお抵抗体３を用いてホイートストンブリッジ回路を構成するため、接続用の電極４を設ける必要がある。よって予めこのカバーフィルムには所定の開口孔をレーザ加工もしくはプレス抜き加工等によって形成しておき、これを貼りわせることになる。この貼り合わせは前述のポリイミド系の接着剤を塗布し、加圧および熱硬化により接着が行われる。 Furthermore, a cover film is pasted on the upper surface of the resistor 3 as a protective layer. The cover film is a polyimide film having a thickness of 12.5 μm. In addition, in order to comprise a Wheatstone bridge circuit using the resistor 3, it is necessary to provide the electrode 4 for a connection. Therefore, a predetermined opening hole is previously formed in this cover film by laser processing or press punching, and this is attached. This bonding is performed by applying the polyimide adhesive described above and applying pressure and heat curing.
いずれにしても、電極４は抵抗体３の一部であって、電気的に繋がって、金属が表面に露出しており、ここを接続部として、ホイートストンブリッジ回路を構成するようになっている。 In any case, the electrode 4 is a part of the resistor 3 and is electrically connected so that the metal is exposed on the surface, and a Wheatstone bridge circuit is configured by using this as a connecting portion. .
抵抗体３の一部として、折り返しパターン６があって、この折り返しパターン６の部分が主として歪みを検知する部分である。検知感度が最大となるのは、図１に示した矢印Ｓ方向であって、折り返し部分の両端を繋ぐパターンの幅が極小となっている配線の方向に一致する。従って歪み検出感度最大方向Ｓに垂直な方向が一番歪みに対する感度が低い方向となる。 There is a folding pattern 6 as a part of the resistor 3, and the portion of the folding pattern 6 is a part that mainly detects distortion. The detection sensitivity is maximized in the direction of the arrow S shown in FIG. 1 and coincides with the direction of the wiring in which the width of the pattern connecting both ends of the folded portion is minimal. Therefore, the direction perpendicular to the maximum strain detection sensitivity direction S is the direction with the lowest sensitivity to strain.
さらに抵抗体３の一部として、この歪みゲージ１ａ全体の抵抗値を調整する抵抗調整用パターン５が、抵抗粗調整用パターン５ａ、抵抗中調整用パターン５ｂ、抵抗微調整用パターン５ｃ、の３種類にて電気的に直列に配置されている。この抵抗調整用パターン５は、歪みゲージ１ａがホイートストンブリッジ回路を成して構成した際に、ここをレーザトリミングして、抵抗値を変化させ、ホイートストンブリッジ回路の抵抗値バランスを微調整するために設けられる。 Further, as a part of the resistor 3, a resistance adjustment pattern 5 for adjusting the resistance value of the entire strain gauge 1 a includes a resistance coarse adjustment pattern 5 a, a resistance middle adjustment pattern 5 b, and a resistance fine adjustment pattern 5 c. They are electrically arranged in series by type. This resistance adjustment pattern 5 is used to finely adjust the resistance value balance of the Wheatstone bridge circuit by changing the resistance value by laser trimming when the strain gauge 1a is configured to form a Wheatstone bridge circuit. Provided.
抵抗粗調整用パターン５ａ、抵抗中調整用パターン５ｂ、抵抗微調整用パターン５ｃはそれぞれ、歪み検出感度最大方向Ｓに垂直な方向にて、幅がＷａ、Ｗｂ、Ｗｃで、歪み検出感度最大方向Ｓに平行な方向に長手となって設けられている。この調整用パターンに対して、抵抗体３の無い部分を始点として、歪み検出感度最大方向Ｓに所望の距離だけレーザを走査することで、例えばレーザトリミングライン７ａ、７ｃが形成され、抵抗値の調整を行うことが出来る。レーザの照射位置は、第１の実施形態に示したような抵抗体パターンによる突起などのマークを設けることで、これを画像認識装置で読み取って位置出しを行っている。抵抗体３の無い部分を始点としているのは、始点部ではレーザのパルスのオーバーラップ量が多くなって絶縁ベース２の損傷も生じてしまい絶縁性が損なわれる場合があり、これを防止するためである。 The coarse resistance adjustment pattern 5a, the medium resistance adjustment pattern 5b, and the fine resistance adjustment pattern 5c each have a width Wa, Wb, and Wc in the direction perpendicular to the maximum strain detection sensitivity direction S, and the maximum strain detection sensitivity direction. It is provided in a longitudinal direction in a direction parallel to S. For example, laser trimming lines 7a and 7c are formed by scanning the laser beam by a desired distance in the distortion detection sensitivity maximum direction S with respect to the adjustment pattern, starting from a portion where the resistor 3 is not provided. Adjustments can be made. The laser irradiation position is determined by providing a mark such as a protrusion with a resistor pattern as shown in the first embodiment, which is read by an image recognition apparatus. The reason why the portion without the resistor 3 is used as the starting point is that the amount of overlap of the laser pulses increases at the starting point and damage to the insulating base 2 may occur, which may impair the insulating property. It is.
図２は、本発明の第１の実施形態を示す歪みゲージにおいて、レーザトリミングによる切込み量と抵抗値増分の関係を示すグラフである。横軸は、レーザトリミングによる調整用パターンの切り込み量で単位がμｍ、縦軸は、レーザトリミングによって増加した歪みゲージ１の抵抗値の増加分で単位がΩである。第１の実施形態では、抵抗調整用パターン５が、抵抗粗調整用パターン５ａ、抵抗中調整用パターン５ｂ、抵抗微調整用パターン５ｃ、の３種類設けてある。本実施形態では、抵抗粗調整用パターン５ａのパターン幅Ｗａ＝２００μｍ、抵抗中調整用パターン５ｂのパターン幅Ｗｂ＝３００μｍ、抵抗微調整用パターン５ｃのパターン幅Ｗｃ＝６００μｍとしており、この場合の実測した抵抗値をプロットしている。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the depth of cut by laser trimming and the resistance value increment in the strain gauge showing the first embodiment of the present invention. The horizontal axis is the cut amount of the adjustment pattern by laser trimming and the unit is μm, and the vertical axis is the increase in resistance value of the strain gauge 1 increased by laser trimming and the unit is Ω. In the first embodiment, three types of resistance adjustment patterns 5 are provided: a rough resistance adjustment pattern 5a, a middle resistance adjustment pattern 5b, and a fine resistance adjustment pattern 5c. In this embodiment, the pattern width Wa of the resistance coarse adjustment pattern 5a is set to 200 μm, the pattern width Wb of the middle resistance adjustment pattern 5b is set to 300 μm, and the pattern width Wc of the resistance fine adjustment pattern 5c is set to 600 μm. The plotted resistance values are plotted.
図２のグラフから、各々抵抗調整用パターンの形状において、レーザトリミングによる切込み量と抵抗値増分は、２次以上の多項式で近似できる関係にあることが読み取れる。図２のグラフの曲線は、それぞれの実測値を３次の多項式近似で行ったものである。いすれも０〜１００μｍ付近までの範囲では抵抗の増加が微少となっている。これは切込み量引き始め部位では、各抵抗調整用パターン５の根元部Ｅがあるので（図１参照）、抵抗調整用パターン幅が非常に大きいものと同等になっているためである。これは抵抗粗調整用パターン５ａ、抵抗中調整用パターン５ｂ、抵抗微調整用パターン５ｃ、いずれにおいても切込み量０〜１００μｍまでは抵抗値増分の差が殆どない現象に反映されており、この領域では抵抗の増加は微少となり、２次以上の多項式で近似するのが適切と言える。 From the graph of FIG. 2, it can be seen that the cutting amount by laser trimming and the resistance value increment can be approximated by a second-order or higher-order polynomial in the shape of each resistance adjustment pattern. The curves in the graph of FIG. 2 are obtained by performing the respective measured values by third-order polynomial approximation. In either case, the increase in resistance is very small in the range from 0 to 100 μm. This is because there is a root portion E of each resistance adjustment pattern 5 at the part where the cut amount starts to be pulled (see FIG. 1), so that the resistance adjustment pattern width is equivalent to a very large one. This is reflected in a phenomenon in which there is almost no difference in the resistance value increments up to the cutting depth of 0 to 100 μm in any of the resistance coarse adjustment pattern 5a, the medium resistance adjustment pattern 5b, and the resistance fine adjustment pattern 5c. Then, the increase in resistance is very small, and it can be said that it is appropriate to approximate with a polynomial of second order or higher.
故に、予めこの関係を実測で把握しておくことで、所望する抵抗増分値が判った時点で、抵抗調整用パターン５の選択組み合わせと切り込み量は容易に決定することができる。実際には所望する抵抗値増分が数Ωを超える場合も生じるが、本実施形態によれば、粗、中、微の３段階にて段階的に細かく調整することが可能であり、０．１Ω程度の誤差にて抵抗値を調整することが可能となる。 Therefore, by grasping this relationship in advance by actual measurement, when the desired resistance increment value is known, the selected combination and the cutting amount of the resistance adjustment pattern 5 can be easily determined. Actually, there may occur a case where the desired resistance value increment exceeds several Ω, but according to the present embodiment, it is possible to finely adjust stepwise in three steps of coarse, medium, and fine, and 0.1 Ω It is possible to adjust the resistance value with a certain degree of error.
図３は、本発明の第２の実施形態を示す歪みゲージの平面図であって、軸に貼って回転トルクを検出する剪断用の歪みゲージが１対で設けられたものである。 FIG. 3 is a plan view of a strain gauge showing a second embodiment of the present invention, in which a pair of shear strain gauges that are attached to a shaft to detect rotational torque is provided.
この歪みゲージ１ｂでは、歪み検出感度最大方向が９０度異なる２種類の折り返しパターンがあって、折り返しパターン１０６ｍの歪み検出感度最大方向はＳｍであり、折り返しパターン１０６ｎの歪み検出感度最大方向はＳｎである。 In this strain gauge 1b, there are two types of folding patterns whose strain detection sensitivity maximum directions are different by 90 degrees, the maximum strain detection sensitivity direction of the folding pattern 106m is Sm, and the maximum strain detection sensitivity direction of the folding pattern 106n is Sn. is there.
折り返しパターン１０６ｍに対しては、抵抗粗調整用パターン１０５ｍａ、抵抗中調整用パターン１０５ｍｂ、抵抗微調整用パターン１０５ｍｃが直列に設けられていて、パターン幅がそれぞれＷａ、Ｗｂ、Ｗｃであって歪み検出感度最大方向Ｓｍに伸びて設けられている。レーザトリミングは抵抗体３の無い部分を始点として、歪み検出感度最大方向Ｓに所望の距離だけレーザを走査することでレーザトリミングライン１０７ｍａ、１０７ｍｃが形成され、抵抗値の調整がなされる。 For the folded pattern 106m, a rough resistance adjustment pattern 105ma, a middle resistance adjustment pattern 105mb, and a fine resistance adjustment pattern 105mc are provided in series, and the pattern widths are Wa, Wb, and Wc, respectively, and distortion detection is performed. It extends in the maximum sensitivity direction Sm. In laser trimming, the laser trimming lines 107ma and 107mc are formed by scanning the laser for a desired distance in the strain detection sensitivity maximum direction S, starting from a portion without the resistor 3, and the resistance value is adjusted.
同様に、折り返しパターン１０６ｎに対しては、抵抗粗調整用パターン１０５ｎａ、抵抗中調整用パターン１０５ｎｂ、抵抗微調整用パターン１０５ｎｃが直列に設けられていて、パターン幅がそれぞれＷａ、Ｗｂ、Ｗｃであって歪み検出感度最大方向Ｓｎに伸びて設けられている。レーザトリミングは抵抗体３の無い部分を始点として、歪み検出感度最大方向Ｓに所望の距離だけレーザを走査することでレーザトリミングライン１０７ｎｂ、１０７ｎｃが形成され、抵抗値の調整がなされる。 Similarly, for the folded pattern 106n, a rough resistance adjustment pattern 105na, an intermediate resistance adjustment pattern 105nb, and a fine resistance adjustment pattern 105nc are provided in series, and the pattern widths are Wa, Wb, and Wc, respectively. And extending in the maximum strain detection sensitivity direction Sn. In laser trimming, laser trimming lines 107 nb and 107 nc are formed by scanning the laser for a desired distance in the strain detection sensitivity maximum direction S starting from a portion without the resistor 3, and the resistance value is adjusted.
よって第１の実施形態と同様に、予めそれぞれの抵抗調整用パターン１０５ｍおよび抵抗調整用パターン１０５ｎにおけるレーザトリミングによる切り込み量と抵抗値の増分の関係を測定によって既知としておくことで、所望する抵抗増分値に対して、抵抗調整用パターンの選択組み合わせと切り込み量は容易に決定することができる。 Therefore, as in the first embodiment, the relationship between the cutting amount by the laser trimming and the increment of the resistance value in each of the resistance adjustment pattern 105m and the resistance adjustment pattern 105n is previously known by measurement, so that the desired resistance increment can be obtained. The selected combination of resistance adjustment patterns and the cut amount can be easily determined with respect to the value.
本発明では、抵抗調整用パターンに、主として歪みを検知する折り返しパターンの歪み検出感度最大方向にてレーザトリミングラインを設けている。従って折り返しパターンと繋がった抵抗調整用パターンにおいても歪みが検出できる抵抗部が形成されることになり、歪みに対する感度を持つ抵抗値が増加することになるため、単に歪み検出に寄与しない抵抗値増加をした際と比べて、歪みの感度低下を抑制できる。 In the present invention, a laser trimming line is provided in the resistance adjustment pattern in the direction of maximum distortion detection sensitivity of the folded pattern that mainly detects distortion. Therefore, a resistance part capable of detecting distortion is formed even in the resistance adjustment pattern connected to the folded pattern, and the resistance value having sensitivity to distortion increases, so that the resistance value increase that does not simply contribute to distortion detection. Compared with the case of performing the process, it is possible to suppress a decrease in the sensitivity of the distortion.
例えば抵抗調整前の歪みゲージ全体の抵抗値が１１５Ωであった場合、この１１５Ωの抵抗値のうち折り返しパターン部の抵抗値が１００Ωとなっているとすると、レーザトリミング前のこの歪みゲージの歪み感度成分は、１００／１１５＝０．８７０、すなわち８７％である。この歪みゲージ全体の所望の抵抗値が１２０Ωの時、抵抗値の所望増加分は５Ωとなる。もし従来例のように、抵抗増加分が歪み感度成分に寄与しない抵抗調整であれば、１００／１２０＝０．８３３、すなわち８３．３％が歪み感度成分であって、抵抗調整による感度低下が起こることが判る。これに対して本発明の抵抗調整によって抵抗増加させた場合、その９０％が歪み感度成分に寄与すると仮定すると、歪み感度分の抵抗値が５Ω×０．９＝４.５Ωだけ増えて合計で１００＋４.５＝１０４.５Ωになって、１０４.５／１２０＝０．８７１、すなわち８７．１％が全体に対する歪み感度成分となって感度低下は抑制される。 For example, when the resistance value of the entire strain gauge before resistance adjustment is 115Ω, if the resistance value of the folded pattern portion is 100Ω out of the resistance value of 115Ω, the strain sensitivity of the strain gauge before laser trimming is The component is 100/115 = 0.870, i.e. 87%. When the desired resistance value of the entire strain gauge is 120Ω, the desired increase in resistance value is 5Ω. If the resistance adjustment does not contribute to the strain sensitivity component as in the conventional example, 100/120 = 0.833, that is, 83.3% is the strain sensitivity component, and the sensitivity reduction due to the resistance adjustment is reduced. I know it will happen. On the other hand, when the resistance is increased by the resistance adjustment of the present invention, assuming that 90% of the resistance contributes to the distortion sensitivity component, the resistance value for the distortion sensitivity increases by 5Ω × 0.9 = 4.5Ω in total. 100 + 4.5 = 104.5Ω, and 104.5 / 120 = 0.711, that is, 87.1% becomes a distortion sensitivity component with respect to the whole, and sensitivity reduction is suppressed.
本発明の活用例として、力および荷重を測るロードセル、圧力を測る圧力センサなど物理量（荷重・圧力・変位・加速度・トルク等）の計測に用いられる変換器の受感素子への適用が可能である。 As an application example of the present invention, a load cell for measuring force and load, a pressure sensor for measuring pressure, etc. can be applied to a sensing element of a transducer used for measuring physical quantities (load, pressure, displacement, acceleration, torque, etc.). is there.
１ａ １ｂ １ｃ 歪みゲージ
２ 絶縁ベース
３ 抵抗体
４ 電極
５ 抵抗調整用パターン
５ａ 抵抗粗調整用パターン
５ｂ 抵抗中調整用パターン
５ｃ 抵抗微調整用パターン
６ 折り返しパターン
７ ７ａ ７ｃ レーザトリミングライン
１０５ｍ １０５ｎ 抵抗調整用パターン
１０５ｍａ １０５ｎａ 抵抗粗調整用パターン
１０５ｍｂ １０５ｎｂ 抵抗中調整用パターン
１０５ｍｃ １０５ｎｃ 抵抗微調整用パターン
１０７ｍａ １０７ｍｃ １０７ｎｂ １０７ｎｃ レーザトリミングライン
Ｅ 根元部
Ｓ Ｓｍ Ｓｎ 歪み検出感度最大方向
Ｗａ 粗調整用パターン幅
Ｗｂ 中調整用パターン幅
Ｗｃ 微調整用パターン幅
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a 1b 1c Strain gauge 2 Insulation base 3 Resistor 4 Electrode 5 Resistance adjustment pattern 5a Resistance coarse adjustment pattern 5b Resistance adjustment pattern 5c Resistance fine adjustment pattern 6 Folding pattern 7 7a 7c Laser trimming line 105m 105n For resistance adjustment Pattern 105 ma 105 na Resistance coarse adjustment pattern 105 mb 105 nb Medium resistance adjustment pattern 105 mc 105 nc Resistance fine adjustment pattern 107 ma 107 mc 107 nb 107 nc Laser trimming line E Root S Sm Sn Strain detection sensitivity maximum direction Wa Coarse adjustment pattern width W b For medium adjustment Pattern width Wc Pattern width for fine adjustment
Claims (6)
前記抵抗体は、歪みを検出する折り返しパターンと、レーザトリミングによって抵抗調整を行うための抵抗調整用パターンと、前記抵抗調整用パターンと独立して設けられて表面が露出した接続部を含む電極とを有し、
前記抵抗調整用パターンは、前記折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向に調整代を有し、前記レーザトリミングにて前記抵抗調整用パターンの歪みを検出する感度が増加するように設けられていることを特徴とする歪みゲージ。 A strain gauge comprising an insulating base and a resistor patterned on the insulating base,
The resistor includes a folded pattern for detecting strain, a resistance adjustment pattern for performing resistance adjustment by laser trimming, and an electrode including a connection portion that is provided independently of the resistance adjustment pattern and whose surface is exposed. Have
The resistance adjustment patterns, the strain sensitivity of the folded pattern have a adjustment amount in a direction of maximum, provided such sensitivity to detect the distortion of the resistance adjustment pattern at the laser trimming is increased strain gauge and said that you are.
前記抵抗体は、歪みを検出する折り返しパターンと、レーザトリミングによって抵抗調整を行うための抵抗調整用パターンと、前記抵抗調整用パターンと独立して設けられて表面が露出した接続部を含む電極とを有し、 The resistor includes a folded pattern for detecting strain, a resistance adjustment pattern for performing resistance adjustment by laser trimming, and an electrode including a connection portion that is provided independently of the resistance adjustment pattern and whose surface is exposed. Have
前記抵抗調整用パターンは、前記折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向に調整代を有し、前記レーザトリミングによる切込み量に対して抵抗値の変化が異なる粗調整用および微調整用の少なくとも２種類以上で前記折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向に垂直な方向に並んで電気的に直列に配置されていることを特徴とする歪みゲージ。 The resistance adjustment pattern has an adjustment margin in a direction in which the distortion detection sensitivity of the folded pattern is maximized, and at least for coarse adjustment and fine adjustment for which a change in resistance value is different with respect to a cutting amount by the laser trimming. A strain gauge, wherein two or more types are arranged in series in a direction perpendicular to a direction in which the folded pattern has the maximum strain detection sensitivity.
前記折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向が、前記折り返しパターン内の折り返し両端間を繋ぐ狭幅の配線方向と一致していることを特徴とする歪みゲージ。 The strain gauge according to claim 1 or 2 ,
A strain gauge characterized in that a direction in which the strain detection sensitivity of the folded pattern is maximized coincides with a narrow wiring direction connecting both folded ends in the folded pattern.
前記抵抗調整用パターンが、前記レーザトリミングによる前記抵抗調整用パターンへの切り込み量と切り込みによる抵抗値増分の関係を２次以上の多項式で近似できる形状を有していることを特徴とする歪みゲージ。 In the strain gauge according to any one of claims 1 to 3 ,
Strain gauge the resistance adjustment pattern, characterized in that it has a shape that can be approximated the relationship of the resistance value increment by incision and cutting amount to the resistance adjustment pattern by the laser trimming in second or higher order polynomial .
前記抵抗体は、歪みを検出する折り返しパターンと、レーザトリミングによって抵抗調整を行うための抵抗調整用パターンを有し、
前記抵抗調整用パターンが、前記折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向に走査するレーザトリミングによって抵抗調整されたことを特徴とする歪みゲージ。 A strain gauge comprising an insulating base and a resistor patterned on the insulating base,
The resistor has a folded pattern for detecting distortion and a resistance adjustment pattern for performing resistance adjustment by laser trimming,
A strain gauge, wherein the resistance adjustment pattern is subjected to resistance adjustment by laser trimming that scans in a direction that maximizes the strain detection sensitivity of the folded pattern.
前記抵抗調整用パターン外の領域を始点として、前記折り返しパターンの歪み検出感度が最大となる方向に走査して、所定の距離にて前記抵抗調整用パターンをレーザトリミングすることを特徴とした歪みゲージの抵抗値調整方法
The resistance adjustment method of the strain gauge according to claim 1 or 2 ,
A strain gauge characterized in that the resistance adjustment pattern is laser-trimmed at a predetermined distance by scanning in a direction that maximizes the distortion detection sensitivity of the folded pattern, starting from an area outside the resistance adjustment pattern. Resistance value adjustment method
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