TW202234014A - 應變感測器模組 - Google Patents

Abstract

本發明之應變感測器模組1具備：基材膜4，其具有可撓性；電橋電路，其包含第1電阻部5及第2電阻部32；以及電子零件31，其與電橋電路電性連接。第1電阻部5包含氮化鉻。第1電阻部5設置於基材膜。第2電阻部32設置於電子零件31。

Description

應變感測器模組

本發明係關於一種應變感測器模組。

先前，已知一種應變感測器模組，其具備：基材，其具有可撓性；惠斯登電橋電路，其設置於該基材之上表面，包含含有氮化鉻之4個電阻圖案；及電子零件，其接著於基材，且與惠斯登電橋電路之4個連接點電性連接(例如參照下述專利文獻1)。

專利文獻1中記載之應變感測器模組在使用時貼合於受檢體，當受檢體發生應變時，電阻圖案之電阻值發生變化，基於此，利用電子零件算出應變量。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2019-128183號公報

[發明所欲解決之問題]

然而，根據用途及目的，要求使應變感測器模組小型化。但於上述專利文獻1所記載之應變感測器模組中，由於4個電阻圖案全部設置於1個基材上，故而有無法滿足上述要求之不良狀況。尤其是有無法使基材小型化之不良狀況。

本發明提供一種可使基材膜小型化之應變感測器模組。 [解決問題之技術手段]

本發明(1)包含一種應變感測器模組，其具備：基材膜，其具有可撓性；電橋電路，其包含第1電阻部及第2電阻部；以及電子零件，其與上述電橋電路電性連接；且上述第1電阻部包含氮化鉻，設置於上述基材膜，上述第2電阻部設置於上述電子零件。

本發明之應變感測器模組中，由於第1電阻部及第2電阻部中之第1電阻部設置於基材膜，第2電阻部設置於電子零件，故而可使基材膜小型化。

本發明(2)包含如(1)中記載之應變感測器模組，其中上述第1電阻部包含第1電阻，上述第2電阻部包含第2電阻及第3電阻。

該應變感測器模組中，於基材膜設置有第1電阻，另一方面，於電子零件設置有第2電阻及第3電阻，故而利用包含其等之電橋電路，可測定第1電阻之電阻值，從而測定受檢體之應變量，並且可使基材膜小型化。

本發明(3)包含如(2)中記載之應變感測器模組，其中上述電橋電路為惠斯登電橋電路，上述第2電阻部進而包含第4電阻，上述第1電阻、上述第2電阻、上述第3電阻及上述第4電阻構成上述惠斯登電橋電路。

該應變感測器模組中，於電子零件有設置第2電阻、第3電阻及第4電阻，於基材膜設置有第1電阻，利用包含其等之惠斯登電橋電路，可精度良好地測定第1電阻之電阻值，從而精度良好地測定受檢體之應變量，並且可使基材膜小型化。 [發明之效果]

於本發明之應變感測器模組中，可使基材膜小型化。

＜應變感測器模組＞ 參照圖1～圖3對本發明之應變感測器模組之一實施方式進行說明。

該應變感測器模組1係用於貼合於受檢體來測定受檢體之應變量之器件。應變感測器模組1具有於厚度方向上相互隔開間隔而配置之一面及另一面。應變感測器模組1具有沿著與厚度方向正交之面方向延伸之大致矩形平板形狀。應變感測器模組1具備感測器部2及電子零件部3。

＜感測器部＞ 感測器部2具有沿著面方向延伸之大致矩形平板形狀。感測器部2形成應變感測器模組1中之第1方向(面方向所包含之一方向)一側部分。感測器部2係隨著受檢體之應變而發生應變之部分。感測器部2於厚度方向一側依序具備基材膜4及第1電阻部5。

＜基材＞ 基材膜4構成感測器部2之外形形狀，具有與感測器部2相同之外形形狀。基材膜4形成感測器部2之厚度方向另一面。基材膜4一體地具有本體部6及突出部7。本體部6係基材膜4之主要區域，具體而言，具有於與第1方向正交之第2方向上較長之俯視大致矩形。突出部7自本體部6之第1方向另一端面之第2方向中間部向第1方向另一側突出。突出部7之突出長度無特別限定，只要是能插入至下述連接器33之長度即可，例如為1 mm以上，較佳為5 mm以上，且例如為30 mm以下，較佳為15 mm以下。

基材膜4具有可撓性。具體而言，基材膜4之耐折性試驗(JIS C 5016(1994))例如為250次以上，較佳為500次以上。又，基材膜4例如具有伸縮性。具體而言，基材膜4之拉伸斷裂伸長率(JIS K 6815-1：(2002))例如為3%以上，較佳為5%以上，更佳為10%以上，且例如為25%以下。再者，基材膜4可包含如假想線所示配置於其厚度方向另一面之接著層41。基材膜4之厚度例如為1 μm以上，較佳為10 μm以上，且例如為1,000 μm以下，較佳為200 μm以下。

＜第1電阻部＞ 第1電阻部5配置於基材膜4之厚度方向一面。具體而言，第1電阻部5於基材膜4之厚度方向的一面遍及本體部6及突出部7而形成。第1電阻部5之材料包含氮化鉻。較佳為第1電阻部5之材料實質上由氮化鉻構成。但是，於第1電阻部5之材料中除了氮化鉻以外，還允許混入不可避免之雜質。第1電阻部5之厚度例如為1 nm以上，較佳為10 nm以上，且例如為1,000 nm以下，較佳為500 nm以下。

第1電阻部5一體地具備第1電阻11、第1端子12及第1配線13。

第1電阻11配置於基材膜4之本體部6。第1電阻11具有俯視大致曲折之形狀。具體而言，第1電阻11具有複數個第1線14、複數個第1一側連接線15、及複數個第1另一側連接線16。

複數個第1線14之各者沿著第1方向延伸。複數個第1線14於第2方向上隔開間隔對齊配置。

複數個第1一側連接線15將於第2方向上相鄰之第1線14之第1方向一端部連結。

複數個第1另一側連接線16將於第2方向上相鄰之第1線14之第1方向另一端部連結。沿第1方向投影時，第1一側連接線15與第1另一側連接線16交替配置。

第1端子12配置於基材膜4之突出部7。第1端子12與第1電阻11於第1方向上隔開間隔。第1端子12於第2方向上隔開間隔而設置有2個。

第1配線13遍及基材膜4之本體部6及突出部7而配置。 第1配線13將2個第1端子12與第1電阻11之兩端連結。

於第1電阻11中，形成有自一第1端子12通過一第1配線13、第1電阻11及另一第1配線13，到達另一第1端子12之1條導電路徑。

第1電阻11之尺寸係根據受檢體之種類而適當設定。第1線14、第1一側連接線15及第1另一側連接線16之寬度例如為1 μm以上，較佳為5 μm以上，更佳為10 μm以上，且例如為150 μm以下，較佳為100 μm以下，更佳為70 μm以下。

＜電子零件部＞ 電子零件部3具有沿面方向延伸之大致矩形平板形狀。電子零件部3形成應變感測器模組1中之第1方向另一側部分。電子零件部3鄰接配置於感測器部2之第1方向另一側。電子零件部3係偵測基於感測器部2之應變產生之第1電阻11之電阻變化，而算出應變(應變量)之器件。電子零件部3具備基板30、電子零件31、第2電阻部32、連接器33及第2配線34(參照圖3)。進而，電子零件部3具備電流計35及電源36。

＜基板＞ 基板30構成電子零件部3之外形形狀，具有與電子零件部3相同之外形形狀。基板30形成電子零件部3之厚度方向另一面。沿第1方向投影時，基板30之第2方向兩端緣之各者與基材膜4之第2方向兩端緣之各者一致。基板30之材料無特別限定，例如可例舉硬質材料、軟質材料，就使基板30為硬質而確實地安裝電子零件31之觀點而言，適宜例舉硬質材料。作為硬質材料，例如可例舉玻璃纖維強化環氧樹脂、玻璃等。換言之，以基板30較基材膜4硬為宜。再者，基板30可包含如假想線所示配置於其厚度方向另一面之接著層41。再者，於此情形時，接著層41共通設置於基材膜4及基板30。基板30之厚度例如為10 μm以上，較佳為100 μm以上，且例如為5,000 μm以下，較佳為1,000 μm以下。

＜電子零件＞ 電子零件31安裝於基板30之厚度方向一面。電子零件31包含實施電氣信號之放大及/或溫度修正之半導體晶片(電子器件等)。

＜第2電阻部＞ 第2電阻部32設置於基板30。第2電阻部32對於電子零件31之配置無特別限定，例如，第2電阻部32可內置於電子零件31，與半導體晶片電性連接。第2電阻部32具備第2電阻8、第3電阻9及第4電阻10。第2電阻8、第3電阻9及第4電阻10之材料無特別限定，例如可例舉Ni-Cr、Ni-Cu等電阻材料。第2電阻8、第3電阻9及第4電阻10之各者為可變電阻器。第2電阻8、第3電阻9及第4電阻10之各者與半導體晶片電性連接。

＜連接器＞ 連接器33設置於基板30之厚度方向一面。詳細而言，連接器33配置於基板30之第1方向一端部之第2方向中間部。連接器33具有大致箱形。於連接器33，插入有感測器部2之突出部7及第1端子12，且與第1端子12電性連接。

＜第2配線＞ 如圖3所示，第2配線34經由連接器33(圖1所示)將第2電阻部32與第1電阻部5電性連接。又，第2配線34將第2電阻8、第3電阻9及第4電阻10之間連結。

＜電流計、電源＞ 如圖1所示，電流計35及電源36安裝於基板30之厚度方向一面。

＜惠斯登電橋電路＞ 而且，於該應變感測器模組1中，第1電阻部5及第2電阻部32如圖3所示構成惠斯登電橋電路20。以下，參照圖3對惠斯登電橋電路20進行說明。

該應變感測器模組1中之惠斯登電橋電路20包含第1電阻部5及第2電阻部32。具體而言，該應變感測器模組1包含第1電阻11、第2電阻8、第3電阻9及第4電阻10。第1電阻11、第2電阻8、第3電阻9及第4電阻10藉由第2配線34及第1配線13而相互電性連接。第2配線34及第1配線13構成惠斯登電橋電路20中之4個連接點，具體而言，構成第1連接點61、第2連接點62、第3連接點63及第4連接點64。

＜連接點、電源、電流計＞ 第1連接點61介置於第1電阻11與第2電阻8之間。第2連接點62介置於第3電阻9與第4電阻10之間。第1連接點61及第2連接點62與電源36電性連接。

第3連接點63介置於第1電阻11與第3電阻9之間。第4連接點64介置於第2電阻8與第4電阻10之間。第3連接點63及第4連接點64與電流計35電性連接。

＜應變感測器模組之製造＞ 參照圖2及圖4對應變感測器模組1之製造方法進行說明。

如圖4所示，於該方法中，首先分別準備感測器部2及電子零件部3。

＜感測器部之準備＞ 為了準備感測器部2，首先準備基材膜4。

繼而，於基材膜4之厚度方向一面形成第1電阻部5。例如，首先由氮化鉻形成電阻膜40。具體而言，藉由濺鍍等成膜方法，於基材膜4之整個厚度方向一面形成電阻膜40。其後，例如藉由蝕刻等使電阻膜40圖案化，形成具有第1電阻11、第1端子12及第1配線13之第1電阻部5。

＜電子零件部之準備＞ 為了準備電子零件部3，將電子零件31、連接器33、第2配線34、電流計35及電源36安裝於基板30。將第2電阻部32預先內置於電子零件31，並將第2電阻部32與半導體晶片電性連接。

＜感測器部與電子零件部之裝配＞ 其後，將感測器部2裝配於電子零件部3。具體而言，如圖4之箭頭所示，將突出部7及第1端子12插入連接器33。藉此。第1電阻11與第2電阻部32經由連接器33而電性連接。

其後，視需要將假想線所示之接著層41設置於基材膜4及基板30之厚度方向另一面。其後，將未圖示之剝離片積層於接著層41之厚度方向另一面。

藉此，製造應變感測器模組1。

＜利用應變感測器模組進行之感測＞ 對利用應變感測器模組1進行之受檢體之應變之感測進行說明。

首先，第1電阻11、第2電阻8、第3電阻9及第4電阻10中之第1電阻11未知，第2電阻8、第3電阻9及第4電阻10之電阻已知且可變。對電子零件31設置有調整第2電阻8之電阻值之程式，即便施加電源36，電流計35亦成為零電位(電橋平衡)。藉由執行上述電子零件31之程式而獲取第1電阻11之電阻值。

然後，將應變感測器模組1貼合於受檢體。

繼而，當受檢體發生應變時，第1電阻11之電阻值發生變化。基於此，利用電子零件31算出應變量。

具體而言，當受檢體沿第1方向擴展時，對第1線14賦予拉伸應變，第1線14之截面面積減少，第1電阻11之電阻增加，藉由執行電子零件31之程式而獲取其增加量。另一方面，當受檢體收縮時，對第1線14賦予壓縮應變，第1線14之截面面積增加，第1電阻11之電阻減少，藉由執行電子零件31之程式而獲取其減少量。

藉此，求出受檢體之應變量。

＜一實施方式之作用效果＞ 而且，於該應變感測器模組1中，由於第1電阻部5及第2電阻部32中之第1電阻部5設置於基材膜4，第2電阻部32設置於電子零件31，故而可使基材膜4小型化。即，可將第1電阻部5及第2電阻部32分開設置於2個構件(基材膜4及電子零件31)。 因此，可使基材膜4小型化。

進而，於該應變感測器模組1中，於電子零件31設置有第2電阻8、第3電阻9及第4電阻10，於基材膜4設置有第1電阻11，利用包含其等之惠斯登電橋電路20，可精度良好地測定第1電阻11之電阻值，從而精度良好地測定受檢體之應變量，並且可使基材膜4小型化。

(變化例) 於以下之各變化例中，對與上述一實施方式相同之構件及步驟標註相同之參照符號，並省略其詳細說明。又，除特別註明以外，各變化例可發揮與一實施方式相同之作用效果。進而，可適當組合一實施方式及其變化例。

於一實施方式中，將電流計35及電源36預先設置在基板30上，但例如亦可將用於與電流計35及電源36連接之端子設置在基板30上，而且於製造出應變感測器模組1後，由用戶將電流計35及/或電源36連接於上述端子。 即，該變化例之應變感測器模組1不具備電流計35及/或電源36。

又，亦可將電流計35設置(內置)於電子零件31。

於一實施方式中，將3個電阻(第2電阻8、第3電阻9及第4電阻10)設置於1個電子零件31，雖未圖示，但例如可將3個電阻之各者設置於3個電子零件之各者。再者，3個電子零件均安裝於基板30。

於一實施方式中，第2電阻部32具備3個電阻，雖未圖示，但亦可為2個或1個。

若為第2電阻部32具備2個電阻之變化例，則不具備第4電阻10，僅具備第2電阻8及第3電阻9。在該變化例之應變感測器模組1中，由於在基材膜4設置有第1電阻11，另一方面，在電子零件31設置有第2電阻8及第3電阻9，故而利用包含其等之電橋電路，可測定第1電阻11之電阻值，從而可測定受檢體之應變量，並且可使基材膜4小型化。

另一方面，如圖5所示，第1電阻部5亦可具備2個電阻。

於圖5所示之應變感測器模組1中，第1電阻部5具備第1電阻11及第4電阻10。另一方面，第2電阻部32具備第2電阻8及第3電阻9。

第4電阻10於基材膜4之厚度方向一面與第1電阻11電性獨立而設置。第4電阻10之形狀與第1電阻11之形狀相同，於第2方向上與第1電阻11隔開間隔而鄰接配置。第4電阻10經由第2配線23與第2端子22電性連接，進而與連接器33電性連接。第2配線23及第2端子22之各者具有與第1配線13及第1端子12之各者相同之構成。

再者，上述發明係作為本發明之例示實施方式而提供，但其僅為例示，不作限定性解釋。本領域技術人員所明瞭之本發明之變化例包含於下述申請專利範圍內。 [產業上之可利用性]

應變感測器模組用於應變之感測。

1:感測器模組 2:感測器部 3:電子零件部 4:基材膜 5:第1電阻部 6:本體部 7:突出部 8:第2電阻 9:第3電阻 10:第4電阻 11:第1電阻 12:第1端子 13:第1配線 14:第1線 15:第1一側連接線 16:第1另一側連接線 20:惠斯登電橋電路 22:第2端子 23:第2配線 30:基板 31:電子零件 32:第2電阻部 33:連接器 34:第2配線 35:電流計 36:電源 40:電阻膜 41:接著層 61:第1連接點 62:第2連接點 63:第3連接點 64:第4連接點

圖1係本發明之應變感測器模組之一實施方式之俯視圖。 圖2係沿著圖1所示之應變感測器模組之配線之剖視圖。 圖3係設於圖1所示之應變感測器模組之惠斯登電橋電路之電路圖。 圖4係對圖1所示之應變感測器模組之裝配狀態進行說明之剖視圖。 圖5係圖1所示之應變感測器模組之變化例之俯視圖。

1:感測器模組

2:感測器部

3:電子零件部

4:基材膜

5:第1電阻部

6:本體部

7:突出部

8:第2電阻

9:第3電阻

10:第4電阻

11:第1電阻

12:第1端子

13:第1配線

14:第1線

15:第1一側連接線

16:第1另一側連接線

30:基板

31:電子零件

32:第2電阻部

33:連接器

35:電流計

36:電源

Claims (3)

1. 一種應變感測器模組，其特徵在於具備： 基材膜，其具有可撓性； 電橋電路，其包含第1電阻部及第2電阻部；以及 電子零件，其與上述電橋電路電性連接；且 上述第1電阻部包含氮化鉻，設置於上述基材膜， 上述第2電阻部設置於上述電子零件。
2. 如請求項1之應變感測器模組，其中上述第1電阻部包含第1電阻， 上述第2電阻部包含第2電阻及第3電阻。
3. 如請求項2之應變感測器模組，其中上述電橋電路為惠斯登電橋電路， 上述第2電阻部進而包含第4電阻， 上述第1電阻、上述第2電阻、上述第3電阻及上述第4電阻構成上述惠斯登電橋電路。

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