JPS59128402A - Strain sensor - Google Patents

Strain sensor

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Publication number
JPS59128402A
JPS59128402A JP403383A JP403383A JPS59128402A JP S59128402 A JPS59128402 A JP S59128402A JP 403383 A JP403383 A JP 403383A JP 403383 A JP403383 A JP 403383A JP S59128402 A JPS59128402 A JP S59128402A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
resistance
resistor
resistive layer
temperature compensation
Prior art date
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Pending
Application number
JP403383A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiji Oya
大屋 恵司
Koichiro Sakamoto
孝一郎 坂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Toshiba TEC Corp
Original Assignee
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Tokyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Sanyo Electric Co Ltd, Tokyo Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP403383A priority Critical patent/JPS59128402A/en
Publication of JPS59128402A publication Critical patent/JPS59128402A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a highly accurate strain sensor, by removing a part of a first resistance layer, forming a temperature compensating resistor only by a second resistance layer, thereby enhancing the function of the temperature compensating resistor. CONSTITUTION:A first resistance layer 16, which is to become a strain gage resistor, is formed on an insulating layer 15 on a beam piece 1 made of metal material and the like by sputtering and the like. A part of the layer 16 is removed through a mask by etching and the like. A second resistance layer 17 and a wiring pattern conductive layer 18 are laminated on the layer 16, and a strain sensor is formed. Since there is the removed part in the layer 16, a temperature compensating resistor can be formed only by the layer 17. In comparison with the case where the temperature compensation resistor is formed under the sate the layers 16 and 17 having the different resistance values are laminated, adjustment is made easy, the function of the temperature compensation resistance is enhanced, and the highly accurate strain sensor can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、薄膜技術を応用してたとえばロードセル秤な
どとして利用される一部センサに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to some sensors that apply thin film technology and are used, for example, as load cell scales.

技術的背景およびその問題点 一般にこの種の歪センサにおいては、ビーム体の表面に
形成された絶縁膜の上に、第1の抵抗層、第2の抵抗層
、導電体層を順次積層形成し、それを選択エツチングプ
ロセスで第1の抵抗層によジストレンゲージ抵抗体を形
成し、第1の抵抗層と第2の抵抗層との積層体によ多温
度補償抵抗体を形成し、第1の抵抗層と第2の抵抗層と
導電体層との積層体によシリード回路ノ(ターンを形成
しているものである。しかしながら、温度補償抵抗体は
抵抗温度係数の大きい第2の抵抗層と抵抗温度係数の小
さい第1の抵抗層との積層体であるため、温度補償抵抗
体としての機能を充分に発揮させることが難かしい。
Technical Background and Problems Generally, in this type of strain sensor, a first resistance layer, a second resistance layer, and a conductive layer are sequentially laminated on an insulating film formed on the surface of a beam body. , a selective etching process is performed to form a strain gauge resistor using the first resistive layer, a multi-temperature compensation resistor is formed using the laminate of the first resistive layer and the second resistive layer, and A serial lead circuit (turn) is formed by a laminate of a first resistance layer, a second resistance layer, and a conductor layer. However, the temperature compensation resistor is a second resistance with a large resistance temperature coefficient. Since it is a laminate of a first resistive layer and a first resistive layer having a small temperature coefficient of resistance, it is difficult to fully exhibit its function as a temperature-compensating resistor.

発明の目的 本発明は、温度補償抵抗体の機能を高めることによυ高
精度の屯センサを得ることを目的とする。
OBJECTS OF THE INVENTION The object of the present invention is to obtain a highly accurate ton sensor by enhancing the function of a temperature compensation resistor.

発明の概要 本発明は、第1の抵抗層の形成時にその一部を欠いてお
くことに−よシ第2の抵抗層のみによる抵抗体を形成す
ることができ、これにより、抵抗温度係数の大きい第2
の抵抗層でのみ温度補償抵抗が形成されるため、その調
整が容易であシ、しかも精度を高めることができ、温度
と出力電圧との関係も平坦にすることができるように構
成したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention makes it possible to form a resistor with only the second resistive layer by omitting a portion of the first resistive layer when forming the first resistive layer, thereby reducing the temperature coefficient of resistance. big second
Since the temperature compensation resistance is formed only in the resistance layer of be.

発明の実施例 まず、ロードセルに利用した状態の実施例を図面に基い
て説明する。まず、角柱状のビーム体(1)がステンレ
ス材料によシ形成される。このビーム体(1)には二個
の孔(2)とこれらの孔(2)を連通ずる溝部(3)と
によυ四個所に薄肉変形部(4)が形成される。
Embodiments of the Invention First, an embodiment of the present invention as used in a load cell will be described with reference to the drawings. First, a prismatic beam body (1) is formed from stainless steel material. This beam body (1) has thin deformed portions (4) formed at four locations by two holes (2) and grooves (3) that communicate these holes (2).

また、一端にはベース等の固定部への取付孔(5)が形
成され、他端には受皿が連結される荷重受孔(6)が形
成されている。
Further, a mounting hole (5) for attaching to a fixed part such as a base is formed at one end, and a load receiving hole (6) to which a receiving plate is connected is formed at the other end.

ついで、前記ビーム体(1)の−面はパターン形成面(
7)として平坦に形成されている。このパターン形成面
(7)には後述する手段によって第2図に示すような回
路がパターン形成されている。まず、R1−R4はスト
レンゲージ抵抗体(8)で;h ’) 、rzとr3と
はブリッジバランスの温度補償抵抗体(9)であシ、こ
れらによシブリッジ回路が形成されている。また、Rs
およびRcは出力電圧の温度補償抵抗(スノ(ン抵抗)
a*α優で、主としてビーム体(1)のヤング率の温度
特性を補償する。そして、VeとVe−とは入力電圧V
eが印加される入力端子(6)で6 、!II) 、V
oとVo−°とは出力電圧Voが印加される出力端子α
→である。
Next, the negative surface of the beam body (1) is the pattern forming surface (
7) is formed flat. A circuit as shown in FIG. 2 is patterned on this pattern forming surface (7) by means described later. First, R1-R4 are strain gauge resistors (8); rz and r3 are bridge-balanced temperature compensation resistors (9), and a bridge circuit is formed by these. Also, Rs.
and Rc is the output voltage temperature compensation resistance (snow resistance).
a*α, which mainly compensates for the temperature characteristics of the Young's modulus of the beam body (1). And Ve and Ve- are input voltage V
6,! at the input terminal (6) to which e is applied. II), V
o and Vo−° are the output terminal α to which the output voltage Vo is applied.
→ is.

しかして、第2図に示すような温度補償抵抗回路α→を
形成するには、まず、パターン形成面(7)を平坦に研
磨加工し、表面粗さ0.2〜0.3μ程度にした後に、
脱脂洗浄し、粘度1000 cp (センチポイズ)に
調整されたポリイミド樹脂膜を滴下し、スピンナで15
0Or、p=mの回転速度をもって回転させることによ
り一様に塗布し、100°Cで一時間加熱することによ
シ溶剤を蒸発させ、その後350°Cで一時間加熱硬化
させることによシ厚さ4μのポリイミド樹脂膜による絶
縁層αυが形成される。
Therefore, in order to form the temperature-compensated resistance circuit α→ as shown in FIG. later,
A polyimide resin film that has been degreased and cleaned and whose viscosity has been adjusted to 1000 cp (centipoise) is dropped onto it, and then it is
The coating was applied uniformly by rotating at a rotational speed of 0 Or, p = m, the solvent was evaporated by heating at 100°C for 1 hour, and then the resin was cured by heating at 350°C for 1 hour. An insulating layer αυ made of a polyimide resin film with a thickness of 4 μm is formed.

つぎに、第3図に示すユ、4,0部分をマスクしながら
スパッタリングによp 、 NiCr5i(Nj 70
、Cr2O、Si 10 )の厚さ0.1μの第1の抵
抗層(1・を形成する。つぎに、真空蒸着によシ1μ厚
のTiによる第2の抵抗層αのを積層形成し、さらに、
2μ厚のC1Lによる導電体層αeをその上に積層形成
する。
Next, NiCr5i (Nj 70
, Cr2O, Si10) with a thickness of 0.1μ is formed.Next, a second resistance layer α of Ti with a thickness of 1μ is laminated by vacuum evaporation. moreover,
A conductive layer αe made of C1L having a thickness of 2 μm is laminated thereon.

そして、第5図に示すようにフォトエツチングによシバ
ター゛ン部以外の層を0rb−+Ti→NiCrSiと
順次それぞれのエッチャントを用いてエツチングする。
Then, as shown in FIG. 5, the layers other than the shiba vern portion are photoetched in order from 0rb-+Ti to NiCrSi using respective etchants.

パターン部以外は絶縁層a→が露出している。The insulating layer a→ is exposed except for the pattern portion.

ついで、第6図に示すように第2回目のフォトエツチン
グによジストレンゲージ抵抗体(8)、温度補償抵抗体
(9)四αηの上に積層されているCwをそのエッチャ
ントを用いてエツチングする。そのため、このエツチン
グ部分にはTi膜が露出する。このプロセスによってR
s、rz、r3の温度補償抵抗体(9)叫が完成する。
Then, as shown in FIG. 6, in a second photoetching process, Cw layered on the strain gauge resistor (8) and the temperature compensation resistor (9) (αη) is etched using the etchant. do. Therefore, the Ti film is exposed in this etched portion. This process allows R
The temperature compensation resistor (9) of s, rz, and r3 is completed.

さらに、第7図に示すように3回目のフォトエツチング
が行なわれ、R1%R,のストレンゲージ抵抗体(8)
およびRcなる温度補償抵抗体αυの上層に積層されて
いるTiとエツチングすることにより、それぞれの部分
にNiCr5i層が露出する。これにより、パターン形
成が完了する。
Furthermore, as shown in FIG.
By etching the Ti stacked on the temperature compensation resistor αυ and Rc, the NiCr5i layer is exposed at the respective portions. This completes pattern formation.

この結果、ストレンゲージ抵抗体(8)とRcなる温度
補償抵抗体α優とは第1の抵抗層α・によシ形成され、
 RB、rz 、 r3の温度補償抵抗体(9)αQは
第2の抵抗層αηのみによシ形成され、入力端子(6)
と出力端子03とを含むリード回路パターンα9)は第
1の抵抗層αQと第2の抵抗層αηと導′亀体層四との
積層体によシ形成されている。
As a result, the strain gauge resistor (8) and the temperature compensation resistor Rc are formed by the first resistance layer α.
The temperature compensation resistor (9) αQ of RB, rz, r3 is formed only by the second resistance layer αη, and the input terminal (6)
The lead circuit pattern α9) including the output terminal 03 and the output terminal 03 is formed by a laminate of a first resistance layer αQ, a second resistance layer αη, and a conductive body layer 4.

しかして、荷重受孔(6)に荷重を印加すると、ストレ
ンゲージ抵抗体(8)のR1とR2とには引張歪が生じ
て抵抗値は増大し、R3とR4とには圧縮歪が生じて抵
抗値は減少する。その結果、次式のような関係式によ多
出力電圧ΔvOが生じるのは公′知である。
When a load is applied to the load receiving hole (6), tensile strain occurs in R1 and R2 of the strain gauge resistor (8), increasing the resistance value, and compressive strain occurs in R3 and R4. The resistance value decreases. As a result, it is well known that multiple output voltages ΔvO are generated according to the following relational expression.

ここで、RBは入力側から見たブリッジ抵抗であまた。Here, RB is the bridge resistance seen from the input side.

 R1=R2=R3=kFR、ΔR1=ΔR2−もΔR
3=ΔR,=ΔRとなるように設計することによシ、■
式ここで、スパン温度補償抵抗RsおよびRcを設けな
いときの出力電圧(スノくン)温度特性はビーム体(1
)がステンレス材料の場合、0°C〜40°Cの範囲で
第8図に示すよう0°Cの場合に比して40°Cの方が
+0.7%大きくなる。
R1=R2=R3=kFR, ΔR1=ΔR2− also ΔR
By designing so that 3=ΔR,=ΔR, ■
Equation Here, the output voltage (sunokun) temperature characteristic when span temperature compensation resistors Rs and Rc are not provided is the beam body (1
) is a stainless steel material, the temperature at 40°C is +0.7% larger than at 0°C, as shown in FIG. 8 in the range of 0°C to 40°C.

また、スパン温度補償抵抗として、たとえば抵抗温度係
数+3000 ppm10CのTjを用いて出力電圧V
oの温度特性を平坦に補償した場合、補償後の曲線の曲
シは第9図に示すように約0.03%上に凸になる。こ
の曲シを補償する方法としてスパン抵抗Rsに並列に抵
抗温度係数がほぼ零のRcを入れることによシ平坦にす
ることが可能であることは一般に知られている。そして
、その状態は第10図に示されるものであり、層性■は
RsとRcとの値が最適の場合であシ、特性■はRcが
小さすぎる場合であシ、特性■はRcのない場合である
In addition, as a span temperature compensation resistor, for example, using Tj of resistance temperature coefficient +3000 ppm 10C, the output voltage V
When the temperature characteristic of o is compensated to be flat, the curvature of the compensated curve becomes upwardly convex by about 0.03% as shown in FIG. It is generally known that as a method of compensating for this curvature, it is possible to flatten the span resistance by inserting Rc having a resistance temperature coefficient of approximately zero in parallel with the span resistance Rs. The state is shown in Fig. 10, where the layer property (■) is when the values of Rs and Rc are optimal, the property (2) is when Rc is too small, and the property (■) is when Rc is too small. This is the case where there is no.

このようにRsとReとを適当に選ぶことによシ第10
図の特性■のような状態を得ることができ、第1の抵抗
層CL→と第2の抵抗層α力とがそれぞれNiCr5j
層とTj層との単独層であるためその抵抗値の設定と調
節とがきわめて容易であシ、かつ、正確である。
By appropriately selecting Rs and Re in this way, the 10th
A state as shown in the characteristic (■) in the figure can be obtained, and the first resistance layer CL→ and the second resistance layer α force are each NiCr5j
Since the Tj layer and the Tj layer are single layers, setting and adjusting the resistance value thereof is extremely easy and accurate.

なお、前記実施例においては、第1の抵抗層αQを形成
するときにマスクによシその一部を欠くようにしたが、
実施に当っては全体を均一に形成してその二部を工′ツ
チングによシ除去するようにしてもよいものである。
Incidentally, in the above embodiment, when forming the first resistance layer αQ, a part of the first resistance layer αQ was cut out in the mask.
In practice, the entire structure may be formed uniformly, and the two parts may be removed by machining.

発明の効果 本発明は、上述のようにビーム体の表面に形成された絶
縁膜の上に第1の抵抗層、第2の抵抗層、導電体層を順
次積層形成し、選択エツチングによジストレンゲージ抵
抗体と温度補償抵抗体とリード回路パターンを形成する
ようにしたものにおいて、第1の抵抗層の形成時にマス
キング法またはフォトエツチング法によシその一部を欠
いて形成することによシ、温度補償抵抗体の一部のもの
または全部を第2の抵抗層のみで形成することが容易で
あシ、これによシ、各温度補償抵抗体の値の設定とその
調節が容易であシ、そのため、きわめて精度を高めるこ
とができ、かつ、第2の抵抗層によるものと第1の抵抗
層によるものとを並列に接続することによって出力電圧
の温度特性をフラットにすることも容易なものである。
Effects of the Invention The present invention sequentially forms a first resistance layer, a second resistance layer, and a conductive layer on an insulating film formed on the surface of a beam body as described above, and then selectively etches the resist layer. In a device in which a range gauge resistor, a temperature compensation resistor, and a lead circuit pattern are formed, when forming the first resistor layer, a part thereof is removed by a masking method or a photoetching method. Furthermore, it is easy to form part or all of the temperature compensation resistor using only the second resistance layer, which also makes it easy to set and adjust the value of each temperature compensation resistor. Therefore, it is possible to greatly improve accuracy, and it is also easy to flatten the temperature characteristics of the output voltage by connecting the second resistance layer and the first resistance layer in parallel. It is something.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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図は各層を形成時の平面図、第
4図は第3図におけるA−A線部の拡大断面図、第5図
はパターン部形成時の平面図、第6図は導電体層エツチ
ング時の平面図、第7図は第2の抵抗体層エツチング時
の平面図、第8図はスパン温度補償抵抗を設けないとき
の出力電圧の温度特性図、第9図はスパン温度補償抵抗
によシ補償した状態の特性図、第10図は各種の補償状
態を示す特性図である。 1・・・ビーム体、8・・・ストレンゲージ抵抗体、9
〜11・・・温度補償抵抗体、14・・・温度補償抵抗
回路、15・・・絶縁層、16・・・第1の抵抗層、1
7・・・第2の抵抗層、18・・・導電体層、19・・
・リード回路パターン出 願 人   東京電気株式会
社 に名J図 3u票 lもδ砺 ]6図 一集77111 一第○図 U7皿曳(’C)
The drawings show one embodiment of the present invention, in which Fig. 1 is a perspective view, Fig. 2 is a circuit diagram, Fig. 3 is a plan view when forming each layer, and Fig. 4 is taken along A-A in Fig. 3. FIG. 5 is a plan view when forming the pattern portion; FIG. 6 is a plan view when etching the conductor layer; FIG. 7 is a plan view when etching the second resistor layer; FIG. The figure is a temperature characteristic diagram of the output voltage when no span temperature compensation resistor is provided, Figure 9 is a characteristic diagram when compensation is performed with a span temperature compensation resistor, and Figure 10 is a characteristic diagram showing various compensation states. . 1... Beam body, 8... Strain gauge resistor, 9
~11... Temperature compensation resistor, 14... Temperature compensation resistance circuit, 15... Insulating layer, 16... First resistance layer, 1
7... Second resistance layer, 18... Conductor layer, 19...
・Applicant for lead circuit pattern To Tokyo Electric Co., Ltd. name J Figure 3 u vote l also δ To] 6 Figure 1 collection 77111 1 ○ Figure U7 plate puller ('C)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、 ビーム体の表面に形成された絶縁膜の上に、第1
の抵抗層、第2の抵抗層、導電体層を順次積層形成した
後に選択エツチングプロ化そで第1の抵抗層によジスト
レンゲージ抵抗体を形成し、第1の抵抗層と第2の抵抗
層との積層体によ多温度補償抵抗体を形成し、第1の抵
抗層と第2の抵抗層と導電体層との積層体によシリード
回路パターンを形成するようにしたものにおいて、前記
第1の抵抗層の形成時にその一部を欠いて形成すること
によυ前記温度補償抵抗体の一部のものまたは全部を第
2の抵抗層のみによ多形成したことを特徴とする歪セン
サ。 2、 ビーム体の表面に形成された絶縁膜の上に、第1
の抵抗層、第2の抵抗層、導電体層を順次積層形成した
後に選択エツチングプロセスで第1の抵抗層によりスト
レンゲージ抵抗体を形成し、第1の抵抗層と第2の抵抗
層との積層体によ多温度補償抵抗体を形成し、第1の抵
抗層と第2の抵抗層と導電体層との積層体によシリード
回路パターンを形成するようにしたものにおいて、前記
第1の抵抗層の形成時にその一部を欠いて形成すること
によシ第2の抵抗層のみによる抵抗体を形成し、この第
2の抵抗層のみによる抵抗体と前記第1の抵抗層による
抵抗体とを並列結合して温度補償抵抗回路を形成したこ
とを特徴とする歪センサ。
[Claims] 1. On the insulating film formed on the surface of the beam body, a first
After successively laminating a resistive layer, a second resistive layer, and a conductive layer, a selective etching process is performed to form a strain gauge resistor on the first resistive layer, and then the first resistive layer and the second resistive layer are laminated. A multi-temperature compensation resistor is formed by a laminate with a resistance layer, and a series lead circuit pattern is formed by a laminate of a first resistance layer, a second resistance layer, and a conductor layer, A part or all of the temperature compensating resistor is formed only in the second resistive layer by omitting a part of the first resistive layer when forming the first resistive layer. Strain sensor. 2. The first layer is placed on the insulating film formed on the surface of the beam body.
After successively laminating a resistive layer, a second resistive layer, and a conductive layer, a selective etching process is performed to form a strain gauge resistor using the first resistive layer, and then the first resistive layer and the second resistive layer are stacked. A multi-temperature compensation resistor is formed in a laminate, and a series lead circuit pattern is formed in a laminate of a first resistance layer, a second resistance layer, and a conductor layer, wherein the first By cutting out a part of the resistive layer when forming the resistive layer, a resistor made of only the second resistive layer is formed, and a resistor made of only this second resistive layer and a resistor made of the first resistive layer are formed. A strain sensor characterized in that a temperature compensation resistance circuit is formed by connecting these in parallel.
JP403383A 1983-01-13 1983-01-13 Strain sensor Pending JPS59128402A (en)

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