JPH0259634B2 - - Google Patents
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Classifications
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、たとえば電子秤に用いられる歪セン
サに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a strain sensor used, for example, in an electronic scale.
従来の薄膜抵抗体により形成された歪センサに
おいては、ストレンゲージ抵抗体としてNiCrや
NiCrサーメツトが用いられ、ストレンゲージ・
ビーム体間の絶縁層にはSiO2やTa2O5などの無機
酸化物層が用いられている。この場合、ストレン
ゲージ抵抗体はゼロ点の温度ドリフトを少くする
ために抵抗の温度係数を極力小さくしなければな
らないが、NiCrやNiCrサーメツトは膜形成時の
真空度依存性が大きいため、温度係数のバラツキ
を小さくすることは容易でない。また、絶縁層と
して上述した無機酸化物を用いた場合ビーム体表
面の傷やピンホールの影響を受けやすく絶縁不良
が生じ易い。そして、歪センサとして使用すると
き、ビーム体の伸縮によりTa2O5などは柔軟性に
乏しいため、大きな衝撃がビーム体に加わつたと
きなどクラツク等が発生し易い。さらに、導体層
としてAuが用いられているが高価となる。
In strain sensors formed using conventional thin film resistors, NiCr or NiCr is used as the strain gauge resistor.
NiCr cermet is used, and the strain gauge
An inorganic oxide layer such as SiO 2 or Ta 2 O 5 is used for the insulating layer between the beam bodies. In this case, the temperature coefficient of the strain gauge resistor must be made as small as possible in order to reduce the temperature drift at the zero point, but since NiCr and NiCr cermets are highly dependent on the degree of vacuum during film formation, the temperature coefficient It is not easy to reduce the variation in Furthermore, when the above-mentioned inorganic oxide is used as the insulating layer, it is susceptible to the effects of scratches and pinholes on the surface of the beam body, and poor insulation is likely to occur. When used as a strain sensor, Ta 2 O 5 and the like have poor flexibility due to the expansion and contraction of the beam, so cracks are likely to occur when a large impact is applied to the beam. Furthermore, although Au is used for the conductor layer, it is expensive.
本発明は、このような点に鑑みなされたもの
で、高精度で信頼性が高く安価な歪センサを得る
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 obtain a highly accurate, highly reliable, and inexpensive strain sensor.
本発明は、ビーム体上に絶縁樹脂層、NiCrSi
を主成分とする第一抵抗層、Tiを主成分とする
第二抵抗層およびCuを主成分とする導体層を順
次積層形成し、エツチングにより所定のパターン
を形成することにより、これらの組合せの特性面
から歪センサに好適となり、パターン形成も容易
となるように構成したものである。
The present invention has an insulating resin layer on the beam body, NiCrSi
A first resistance layer mainly composed of Ti, a second resistance layer mainly composed of Ti, and a conductor layer mainly composed of Cu are sequentially laminated and etched to form a predetermined pattern. It is suitable for strain sensors in terms of characteristics, and is configured to facilitate pattern formation.
本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、第１図は歪センサの概略を示すもので、ジ
ユラルミンやSUS630などを機械加工してなるビ
ーム体１には溝２により連結されつつ薄肉変形部
３，４を形成する穴５，６が形成されている。そ
して、ビーム体１の上面には歪センサ回路７がパ
ターン形成されており、ストレンゲージ抵抗体８
ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは薄肉変形部３，４上に設
けられている。また、９は温度センサでありビー
ム体１の変形量の温度による変化を補償する抵抗
体である。これらのストレンゲージ抵抗体８ａ，
８ｂ，８ｃ，８ｄや温度センサ９はリードパター
ン１０により互いに連結され、第２図に示すよう
な歪センサ回路が形成されている。
An embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
First, Fig. 1 shows an outline of a strain sensor. A beam body 1 made of machined duralumin or SUS630 has holes 5 and 6 connected by grooves 2 and forming thin deformed parts 3 and 4. It is formed. A strain sensor circuit 7 is patterned on the upper surface of the beam body 1, and a strain gauge resistor 8 is formed.
a, 8b, 8c, and 8d are provided on the thin deformed portions 3 and 4. Further, 9 is a temperature sensor, which is a resistor that compensates for changes in the amount of deformation of the beam body 1 due to temperature. These strain gauge resistors 8a,
8b, 8c, 8d and the temperature sensor 9 are connected to each other by a lead pattern 10 to form a strain sensor circuit as shown in FIG.
また、ビーム体１にはベース１１に対する取付
用の孔１２が形成され、先端側には荷重が印加さ
れる金具が接続される孔１３が形成されている。
第３図は荷重が印加されたときの変形の様子を示
すもので、今荷重Ｗが印加されるとビーム体１は
変形し、ストレンゲージ抵抗体８ａ，８ｂは引張
り歪を受け、ストレンゲージ抵抗体８ｃ，８ｄは
圧縮歪を受け、それぞれの抵抗値が変化し、歪セ
ンサ回路に出力電圧が発生するというものであ
る。 Furthermore, a hole 12 for attachment to the base 11 is formed in the beam body 1, and a hole 13 to which a metal fitting to which a load is applied is connected is formed on the tip side.
Fig. 3 shows the state of deformation when a load is applied. When the load W is applied now, the beam body 1 deforms, the strain gauge resistors 8a and 8b receive tensile strain, and the strain gauge resistors The bodies 8c and 8d receive compressive strain, their respective resistance values change, and an output voltage is generated in the strain sensor circuit.
しかして、歪センサ回路の形成について第４図
ないし第６図により説明する。まず、ビーム体１
のパターン形成面を平坦に研磨し清浄に洗浄した
後、1000cpの粘度をもつワニス状のポリイミド
樹脂を滴下し、ビーム体１をスピンナにより約
1600rpmの回転速度で回転させてポリイミド樹脂
をパターン形成面に均一に塗布する。その後、
100℃で１時間乾燥後、200℃で１時間加熱硬化す
ることにより厚さ4μのポリイミド樹脂からなる
絶縁樹脂層１４を形成する。ついで、スパツタリ
ングにより、この絶縁樹脂層１４上に厚さ1000Å
のNiCrSi層（Ni：70、Cr：20、Si：10）を形成
して第一抵抗層１５とする。さらに、第二抵抗層
１６として厚さ1μのTi膜層を形成し、その表面
に導体層１７として厚さ2μのCu膜層を形成する。
第４図はこのようにして得られた積層体を示す。
ここで、スパツタリング条件は、初期到達真空度
６×10-6Torr、アルゴン分圧PAｒ＝４×
10-3Torrとし、スパツタリング出力にはDC電源
を使用する。 The formation of the strain sensor circuit will now be explained with reference to FIGS. 4 to 6. First, beam body 1
After polishing the pattern-forming surface flat and cleaning it thoroughly, a varnish-like polyimide resin with a viscosity of 1000 cp is dripped onto the beam body 1 using a spinner.
Rotate at a rotation speed of 1600 rpm to uniformly apply polyimide resin to the patterned surface. after that,
After drying at 100° C. for 1 hour, the insulating resin layer 14 made of polyimide resin with a thickness of 4 μm is formed by heating and curing at 200° C. for 1 hour. Next, a film with a thickness of 1000 Å is formed on this insulating resin layer 14 by sputtering.
A NiCrSi layer (Ni: 70, Cr: 20, Si: 10) is formed to form the first resistance layer 15. Furthermore, a 1 μm thick Ti film layer is formed as the second resistance layer 16, and a 2 μm thick Cu film layer is formed on the surface thereof as the conductor layer 17.
FIG. 4 shows the laminate thus obtained.
Here, the sputtering conditions are: initial vacuum level 6×10 -6 Torr, argon partial pressure P A r=4×
10 -3 Torr, and use a DC power supply for sputtering output.
このようにして形成された積層体につき、フオ
トエツチングにより所定のパターンを得る。ま
ず、第５図ａに示すようにフオトレジストで所定
のパターンを形成後、このパターン部以外の領域
のCu、Ti、NiCrSiをそれぞれのエツチヤントを
用いてエツチングし、図示のようなパターンを得
る。ここで、パターン部以外の領域はポリイミド
樹脂層、すなわち絶縁樹脂層１４が露出する。こ
こに、最後のNiCrSi層のエツチングにおいてフ
ツ化水酸塩化第二鉄系のエツチヤントを用いるも
のであり、ポリイミド樹脂はこのエツチヤントに
は侵されることなく最適である。ちなみに、公知
の絶縁層であるSiO2層の場合にはフツ化水酸塩
化第二鉄系の侵蝕が激しく使用できない。つづい
て、第５図ｂに示すように、ストレンゲージ抵抗
体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ、温度センサ９上層の
Cu層をCuのエツチヤントを用いてエツチングし、
図示のようなパターンを得る。これにより、パタ
ーン上の必要箇所にはTi膜が露出することにな
る。この場合、Cuのエツチヤントは塩化第二鉄
系のものであり、このエツチヤントによりTi膜
を侵蝕することがないため、上述のような選択エ
ツチングが可能であり、この膜構成は好都合であ
る。このプロセスにより温度センサ９が完成す
る。さらに、第５図ｃに示すように、ストレンゲ
ージ抵抗体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに積層されて
いるTi層のTiのエツチヤントでエツチングする
ことにより、NiCrSiによる第一抵抗層１５が露
出し、歪センサ回路が完成される。ここで、Ti
膜のエツチングはフツ化水素酸の稀釈液を用いる
が、このエツチヤントによりNiCrSi膜が侵蝕さ
れることがなく、上述した選択エツチングが可能
となる。第６図は第５図ｃのＸ−X′断面図を示
す。この第６図に示すように、リードパターン１
０層はNiCrSi／Ti／Cuの積層体であり、温度セ
ンサ９はNiCrSi／Tiの積層体であり、ストレン
ゲージ抵抗体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄはNiCrSi
層のみにより構成されることになる。 A predetermined pattern is obtained by photoetching the laminate thus formed. First, as shown in FIG. 5a, a predetermined pattern is formed using photoresist, and then Cu, Ti, and NiCrSi in areas other than this pattern are etched using respective etchants to obtain a pattern as shown. Here, the polyimide resin layer, that is, the insulating resin layer 14 is exposed in areas other than the pattern portion. Here, in etching the final NiCrSi layer, a ferric fluoride hydroxide etchant is used, and polyimide resin is not attacked by this etchant and is therefore ideal. Incidentally, in the case of the SiO 2 layer, which is a known insulating layer, it cannot be used because of the severe corrosion caused by ferric fluoride hydroxide. Next, as shown in FIG. 5b, the strain gauge resistors 8a, 8b, 8c, 8d and the upper layer of the temperature sensor 9 are
Etching the Cu layer using a Cu etchant,
Obtain the pattern shown. As a result, the Ti film is exposed at necessary locations on the pattern. In this case, the Cu etchant is based on ferric chloride, and since this etchant does not corrode the Ti film, selective etching as described above is possible, and this film configuration is advantageous. Through this process, the temperature sensor 9 is completed. Furthermore, as shown in FIG. 5c, by etching the Ti layers stacked on the strain gauge resistors 8a, 8b, 8c, and 8d with a Ti etchant, the first resistance layer 15 made of NiCrSi is exposed. The strain sensor circuit is completed. Here, Ti
A dilute solution of hydrofluoric acid is used to etch the film, but this etchant does not corrode the NiCrSi film, making the selective etching described above possible. FIG. 6 shows a sectional view taken along line XX' in FIG. 5c. As shown in FIG. 6, lead pattern 1
The 0 layer is a laminate of NiCrSi/Ti/Cu, the temperature sensor 9 is a laminate of NiCrSi/Ti, and the strain gauge resistors 8a, 8b, 8c, 8d are NiCrSi/Ti/Cu.
It is composed only of layers.
したがつて、本実施例によれば、NiCrSi層か
らなる第一抵抗層１５は約200μΩcmと比抵抗が
大きく、かつ、抵抗温度係数が数ppm／℃と小さ
いため、ストレンゲージ抵抗体８ａ，８ｂ，８
ｃ，８ｄとして好適である。さらに、スパツタリ
ング形成時、真空度、アルゴン分圧、スパツタリ
ング速度等の形成条件の依存性が少ないため製造
が容易である。また、Ti膜は抵抗温度係数が膜
厚1μのとき3000ppm／℃と大きいため、温度セ
ンサ９として好適である。しかも、Cuは比抵抗
が小さく（２〜３×10-6Ωcm）、パターン形成後
もリード線半田付けが可能であつて安価でリード
パターン１０として適している。結局、ポリイミ
ド樹脂層／NiCrSi層／Ti層／Cu層の膜構成によ
れば、それらの特性面から歪センサとして好適で
あり、かつ選択エツチングによるパターン形成で
容易であるため、この面からも歪センサとして好
適である。 Therefore, according to this embodiment, the first resistance layer 15 made of the NiCrSi layer has a large specific resistance of about 200 μΩcm and a small temperature coefficient of resistance of several ppm/°C, so that the strain gauge resistors 8a and 8b ,8
It is suitable as c, 8d. Furthermore, during sputtering formation, there is little dependence on formation conditions such as degree of vacuum, argon partial pressure, sputtering speed, etc., so manufacturing is easy. Further, the Ti film has a large resistance temperature coefficient of 3000 ppm/° C. when the film thickness is 1 μm, so it is suitable as the temperature sensor 9. Moreover, Cu has a low resistivity (2 to 3×10 -6 Ωcm), allows lead wire soldering even after pattern formation, is inexpensive, and is suitable as the lead pattern 10. In the end, the film structure of polyimide resin layer/NiCrSi layer/Ti layer/Cu layer is suitable as a strain sensor due to its characteristics, and it is easy to form a pattern by selective etching. Suitable as a sensor.
なお、本実施例では絶縁樹脂層１４としてポリ
イミド樹脂を用いたが、環化系ポリブタジエンゴ
ムを用いてもよい。まず、ビーム体１のパターン
形成面を平滑に研磨し清浄に洗浄した後、粘度
300cpに調整されたワニス状の環化系ポリブタジ
エンゴムを滴下し、ビーム体１をスピンナにより
約1600rpmの回転速度で回転させて環化系ポリブ
タジエンゴムをパターン形成面に均一に塗布す
る。そして、80℃で30分溶剤を蒸発させた後、
180℃で１時間加熱硬化させることにより厚さ4μ
の環化系ポリブタジエンゴム膜を形成する。つい
で、ポリイミド樹脂の場合と同様に、スパツタリ
ングにより第一、二抵抗層１５，１６、導体層１
７を形成した後、フオトエツチングにより所定の
パターンが形成される。この場合にもエツチング
に際し、環化系ポリブタジエンゴム膜がエツチヤ
ントにより侵蝕されることはない。 Although polyimide resin was used as the insulating resin layer 14 in this embodiment, cyclized polybutadiene rubber may also be used. First, the pattern forming surface of the beam body 1 is polished smooth and cleaned, and then the viscosity
A varnish-like cyclized polybutadiene rubber adjusted to 300 cp is dropped, and the beam body 1 is rotated by a spinner at a rotation speed of about 1600 rpm to uniformly apply the cyclized polybutadiene rubber to the pattern forming surface. And after evaporating the solvent for 30 minutes at 80℃,
4μ thick by heating and curing at 180℃ for 1 hour
A cyclized polybutadiene rubber film is formed. Next, as in the case of polyimide resin, the first and second resistance layers 15 and 16 and the conductor layer 1 are formed by sputtering.
After forming 7, a predetermined pattern is formed by photoetching. In this case as well, the cyclized polybutadiene rubber film is not corroded by the etchant during etching.
ところで、リードパターン１０の抵抗値を小さ
くするには、パターン幅を大きくするか、膜厚を
厚くすることが考えられる。この場合、小型歪セ
ンサなどのようにパターン面積が限定されるとき
には、リードパターン１０の膜厚を厚くすること
が必要となる。ところが、たとえば導体層１７と
してのCu層を3μから5μの膜厚にすると、膜形成
時の歪が蓄積されて剥離時の現象がしばしば発生
する。一方、歪の少ない導体層材料としてAuや
Alが公知であるが、Auは高価であり、Alでは半
田付けでないものである。このような場合、導体
層１７てしてはAl−Cu層を用いればよい。たと
えば、絶縁樹脂層14＝4μ、NiCrSi層＝0.1μ、Ti
層＝1μ、Al層＝5μ、Cu層＝1μに積層形成した
後、前述したプロセスによる選択エツチングで所
定のパターンが得られたものである。すなわち、
歪のない厚膜化がAl層により達成され、半田付
けはCu層の存在により確保される。この場合、
Alのエツチヤントはリン酸−酢酸系のエツチヤ
ントが用いられ、これによればTi膜を侵蝕する
ことなく選択エツチングが可能となる。なおこの
ような４層の積層構造NiCrSi／Ti／Al／Cuは、
すべて同一真空槽内で真空を破らずに連続して積
層される場合は相互の膜間の密着性は良好である
が、NiCrSi／Ti／Alを同一真空槽内で連続して
積層した後真空槽から取出し、Al層上にCu層を
積層した場合にはAl膜とCu膜との間に密着不良
を生じ易いことがわかつたものである。一方、
Cu膜を積層する前にNiあるいはTi膜を数100Å
程度に形成し、Cu膜を積層した場合には密着性
が良好となつたものである。したがつて、すべて
同一真空槽内で積層形成しない場合には、
NiCrSi／Ti／Al／Ni／CuあるいはNiCrSi／
Ti／Al／Ti／Cuの層構成が望ましい。 By the way, in order to reduce the resistance value of the lead pattern 10, it is possible to increase the pattern width or increase the film thickness. In this case, when the pattern area is limited, such as in a small strain sensor, it is necessary to increase the thickness of the lead pattern 10. However, if the Cu layer as the conductor layer 17 is made to have a thickness of 3 μm to 5 μm, for example, strain during film formation will accumulate and peeling will often occur. On the other hand, Au and
Al is known, but Au is expensive and Al cannot be soldered. In such a case, an Al--Cu layer may be used as the conductor layer 17. For example, insulating resin layer 14 = 4μ, NiCrSi layer = 0.1μ, Ti
A predetermined pattern was obtained by selective etching using the process described above after laminating a layer of 1μ, an Al layer of 5μ, and a Cu layer of 1μ. That is,
A thick film without distortion is achieved by the Al layer, and soldering is ensured by the presence of the Cu layer. in this case,
A phosphoric acid-acetic acid based etchant is used as the Al etchant, and this allows selective etching without corroding the Ti film. Note that this four-layer stacked structure NiCrSi/Ti/Al/Cu is
The adhesion between the films is good if they are all stacked consecutively in the same vacuum chamber without breaking the vacuum, but after stacking NiCrSi/Ti/Al in the same vacuum chamber, the vacuum It has been found that when a Cu layer is laminated on an Al layer after removal from the bath, poor adhesion tends to occur between the Al film and the Cu film. on the other hand,
Before stacking the Cu film, add a Ni or Ti film with a thickness of several hundred Å.
When the copper film was formed to a certain extent and the Cu film was laminated, the adhesion was good. Therefore, if all layers are not formed in the same vacuum chamber,
NiCrSi/Ti/Al/Ni/Cu or NiCrSi/
A layer configuration of Ti/Al/Ti/Cu is desirable.
本発明は、上述したようにビーム体上に絶縁樹
脂層、NiCrSiを主成分とする第一抵抗層、Tiを
主成分とする第二抵抗層およびCuを主成分とす
る導体層を順次積層形成し、エツチングにより所
定のパターンを形成したので、これらの層組合せ
に基づく特性面の利点から歪センサに好適とな
り、パターン形成も容易であり、よつて、高精度
で信頼性の高い安価なものを提供できるものであ
る。
As described above, the present invention involves sequentially laminating an insulating resin layer, a first resistance layer mainly composed of NiCrSi, a second resistance layer mainly composed of Ti, and a conductor layer mainly composed of Cu on a beam body. However, since a predetermined pattern was formed by etching, it is suitable for strain sensors due to the characteristics based on the combination of these layers, and pattern formation is easy. This is something that can be provided.
図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図
は斜視図、第２図は回路図、第３図は動作状態の
側面図、第４図は要旨を示す縦断側面図、第５図
ａ〜ｃはフオトエツチングプロセスを示す平面
図、第６図は第５図ｃのＸ−X′線断面図である。
１……ビーム体、１４……絶縁樹脂層、１５…
…第一抵抗層、１６……第二抵抗層、１７……導
体層。
The drawings show one embodiment of the present invention; FIG. 1 is a perspective view, FIG. 2 is a circuit diagram, FIG. 3 is a side view in an operating state, FIG. 4 is a longitudinal side view showing the gist, and FIG. Figures a to c are plan views showing the photoetching process, and Figure 6 is a sectional view taken along the line X--X' of Figure 5c. 1... Beam body, 14... Insulating resin layer, 15...
...first resistance layer, 16...second resistance layer, 17...conductor layer.
Claims (1)
する第一抵抗層、Tiを主成分とする第二抵抗層
およびCuを主成分とする導体層を順次積層形成
し、エツチングにより所定のパターンを形成した
ことを特徴とする歪センサ。 ２ 絶縁樹脂層がポリイミド樹脂により形成され
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
歪センサ。 ３ 絶縁樹脂層が環化系ポリブタジエンゴムによ
り形成されることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の歪センサ。[Claims] 1. An insulating resin layer, a first resistance layer mainly composed of NiCrSi, a second resistance layer mainly composed of Ti, and a conductor layer mainly composed of Cu are sequentially laminated on the beam body, A strain sensor characterized in that a predetermined pattern is formed by etching. 2. The strain sensor according to claim 1, wherein the insulating resin layer is formed of polyimide resin. 3. The strain sensor according to claim 1, wherein the insulating resin layer is formed of cyclized polybutadiene rubber.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18585582A JPS5975676A (en) | 1982-10-22 | 1982-10-22 | Distortion sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18585582A JPS5975676A (en) | 1982-10-22 | 1982-10-22 | Distortion sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5975676A JPS5975676A (en) | 1984-04-28 |
| JPH0259634B2 true JPH0259634B2 (en) | 1990-12-13 |
Family
ID=16178053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18585582A Granted JPS5975676A (en) | 1982-10-22 | 1982-10-22 | Distortion sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5975676A (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6440042U (en) * | 1987-09-07 | 1989-03-09 | ||
| JPH0680847B2 (en) * | 1987-09-08 | 1994-10-12 | 日本電気株式会社 | Electrostrictive effect element |
| JPH0887375A (en) * | 1994-09-16 | 1996-04-02 | Fujitsu Ltd | Pointing device |
| JP2019132790A (en) | 2018-02-02 | 2019-08-08 | ミネベアミツミ株式会社 | Strain gauge |
-
1982
- 1982-10-22 JP JP18585582A patent/JPS5975676A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5975676A (en) | 1984-04-28 |
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