JPS5975104A - 歪センサ - Google Patents

歪センサ

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JPS5975104A
JPS5975104A JP18585682A JP18585682A JPS5975104A JP S5975104 A JPS5975104 A JP S5975104A JP 18585682 A JP18585682 A JP 18585682A JP 18585682 A JP18585682 A JP 18585682A JP S5975104 A JPS5975104 A JP S5975104A
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JP
Japan
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layer
pattern
film
beam body
resistance
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JP18585682A
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JPH0331201B2 (ja
Inventor
Koichiro Sakamoto
孝一郎 坂本
Shinichi Mizushima
水島 真一
Shozo Takeno
武野 尚三
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 Corp
Toshiba TEC Corp
Original Assignee
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Toshiba Corp
Tokyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕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 +NiCrサーメットが用い
られ、ストレンゲージ・ビーム体間の絶縁層には5iO
zやTa205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
トラ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−?NiCrサーメットは膜
形成時の真空度依存性が太きいため、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
υTazOsなどは柔軟性に乏しいため、大きな衝撃が
ビーム体に加わったときなどクラック等が発生し易い。
さらに、導体層としてAuが用いられているが高価とな
る。
〔発明の目的〕
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
〔発明の概要〕
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、Crヲ主成分とする第二抵抗層
およびCuヲ主成分とする導体層を順次積層形成し、フ
ォト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。
〔発明の実施例〕
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、ジュラル
ミンや5US630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
α)(84)(80)(8d)は薄肉変形部(3) (
4)上に設けられている。
また、(9)は温度センサであシビーム体(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)(84)(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。
また、ビーム体(1)にはベース0ηに対する取付用の
孔(2)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α1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)は変形シ、ストレンゲージ
抵抗体(8cL)(84)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。
しかして、歪センサ回路の形成について第4図々いし第
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
の粘度をもつフェ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拉]脂層04ヲ形成する。ついで、
スパッタリングにより、この絶縁樹脂層Q→上に厚さ1
000XのNi(:rSi層(Niニア0.Cr:20
.Si:10)を形成して第一抵抗層α9とする。さら
に、第二抵抗層αQとして厚さ1μのCr膜層を形成し
、その表面に導体層α乃として厚さ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、スパッタリング条件は、初期到達真空度6×
10Torr、アルゴン分圧Par = 4 x 1O
−3Torrとし、スパッタリング出力にはDo電源を
使用する。
このようにして形成された積層体につき、フォトエツチ
ングにより所定のパターンを得る。まず、第5図(cL
)に示すようにフォ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。
Cr、Ni(::rSiをそれぞれのエラチャン)k用
いてエツチングし、図示のよう々パターンを得る。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α4が露出する。ここに、最後ノNiCr
Si層のエツチングにおいてフッ化水酸塩化第二鉄系の
エッチャントを用いるものであり、ポリイミド樹脂はこ
のエッチャ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層の場合にはフッ化
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(揃に示すように、ストレンゲージ抵抗体(
8α)(s汐)(sc)(8d)、温度センサ(9)上
層のCu層ヲCuのエッチャ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。これによシ、パターン
上の必要箇所にはCr膜が露出することになる。この場
合、Cuのエッチャントは塩化紀二鉄系のものであり、
このエッチャントによF)Cr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(Olに示すように
、ストレンゲージ抵抗体(8cL)(84)(8c)(
8i)に積層されているcrrtaをCrのエッチャン
トでエツチングすることにより 、NiCrSiによる
第一抵抗層09が露出し、歪センサ回路が完成される。
ここで、Cr膜のエツチングは硝酸セリウム第ニアンモ
ニウム−過酸化水素系を用いるが、このエッチャントに
よpNi(::rSi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(11層はNiCr5 i /Cr/
Cuの積層体であり、温度センサ(9)はNiCrSi
/Crの積層体であり、ストレンゲージ抵抗体(8a)
(84)(8c)(8d)はNiCrSi層のみにより
構成されることになる。
したがって、本実施例によれば、NiCrSi層からな
る第一抵抗層00は約200μΩm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)(8−er)(80)(8d
)として好適である。さらに、スパッタリング形成時、
真空度、アルゴン分圧、スパッ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、Cr
膜は抵抗温度係数が膜厚1μのとき3000pprrV
/℃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 (2〜3X10’Ωc
rn)、パターン形成後もリード線半田付けが可能であ
って安価でリードパターン01として適している。結局
、ポリイミド樹脂層/NiCrSi層/Cr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。
なお、本実施例では絶縁樹脂層α荀としてポリイミド樹
脂を用いたが、環化系ポリブタジェ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300epに調整されたフ
ェス状の環化系ポリブタジェンゴムを滴下し、ビーム体
(1)をスピンナにより約160Orpmの回転速度で
回転させて環化系ポリブタジェ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
リブタジェ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、スパッタリングによシ第−、二抵抗
層ぐ9αQ、導体層0ηを形成した後、フォトエツチン
グによシ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、環化系ポリブタジェンゴム膜がエッチ
ャントにより侵蝕されるととはない。
ところで、リードパターン(10の抵抗値を小さくする
には、パターン幅を犬きくするか、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(1
1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07)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等の現象がし
ばしば発生する。一方、歪の少ない導体層材料としてA
u−?A/が公知であるが、Auは高価であ、l 、 
AI!では半田付けできないものである。このよう力場
台、導体層07)としてはAt −Cu層を用いればよ
い。たとえば、絶縁樹脂層Q41 = 4/J 、 N
iCrSi層=o、tμ、Cr層=1/j、AI!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AI!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、AI!のエッチャントはリン酸−酢酸系のエッチャ
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 /Cr/At/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、Ni(::rS
i /Cr /A7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、hiIii上にCu層を積層した
場合にはAJ膜とCu膜との間に密着不良を生じ易いこ
とがわかったものである。一方、Cu膜f:積層する前
にNiあるいはTi膜を数100λ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ったものである
。したがって、すべて同一真空槽内で積層形成し々い場
合には、NiCr5l/Cr / Al /Ni / 
CuあるいはNiCrSi /Cr /Al / Ti
 /Cuの層構成が望ましい。
〔発明の効果〕
本発明は、上述したようにビーム体上に絶縁樹脂層、N
i(::rSiを主成分とする第一抵抗層、Crを主成
分とする第二抵抗層およびCut主成分とする導体層を
順次積層形成し、フォト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p、よって、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。
【図面の簡単な説明】
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(al〜(Olはフォ
トエツチングプロセスを示す平面図、第6図は第5図(
Gl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
16− ]0剛 」U図 qJ6  面  」5α 」■ X               K

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ビーム体上に絶縁樹脂層、NiCr5i k主成分
    とする第一抵抗層、Crを主成分とする第二抵抗層およ
    びCut主成分とする導体層を順次積層形成し、フォト
    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ェンゴムにより形成
    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。
JP18585682A 1982-10-22 1982-10-22 歪センサ Granted JPS5975104A (ja)

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JPH0331201B2 JPH0331201B2 (ja) 1991-05-02

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