WO2017094365A1 - 多点計測用のひずみセンサとその製造方法 - Google Patents

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WO2017094365A1
WO2017094365A1 PCT/JP2016/080555 JP2016080555W WO2017094365A1 WO 2017094365 A1 WO2017094365 A1 WO 2017094365A1 JP 2016080555 W JP2016080555 W JP 2016080555W WO 2017094365 A1 WO2017094365 A1 WO 2017094365A1
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strain
base film
routing circuit
main surface
connection terminal
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PCT/JP2016/080555
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一登 中村
喜博 坂田
永嗣 川島
六佑 竹村
好司 岡本
宏之 永井
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日本写真印刷株式会社
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    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges

Definitions

  • the present invention relates to a strain sensor for multipoint measurement and a manufacturing method thereof.
  • sensors and cameras were installed on structures (concrete structures, steel structures, earth structures, grounds, etc.), and fixed types that are constantly monitored, and sensors and cameras were installed.
  • structures concrete structures, steel structures, earth structures, grounds, etc.
  • fixed types that are constantly monitored, and sensors and cameras were installed.
  • the current mainstream is a fixed type.
  • a strain sensor is installed in a concrete structure (tunnel wall surface, road surface, etc.) and a steel structure (bridge, etc.), and the secular change of the strain amount is monitored.
  • Patent Document 1 discloses a multipoint measurement of a road surface strain where a traveling wheel of a moving body is grounded.
  • the strain sensor 1 capable of multipoint measurement has a gauge base 4 having a plurality of resistance strain gauges 3 attached to the back surface of the flexible substrate 2, and a sheet shape on the surface of the flexible substrate 2.
  • a sensor structure 6 is formed by bonding an insulating member (cover film) 5 (see FIGS. 13 and 14).
  • the flexible substrate 2 includes a thin-film conductor (a routing circuit) 18 that conducts to the conductor connection portion 14a of the conductor connection portions (tabs) 14a and 14b at both ends of the strain sensing portion 13 of each resistance strain gauge 3.
  • thin film conductors (leading circuits) 19 and 20 are provided which are electrically connected to the conductor connecting portion 14b.
  • the sensor is such that the strain gauge 3 is located in the ground contact area of the wheel on the road surface, and the end portions 18b, 19b, 20b of the thin film conductors 18, 19, 20 are located in areas deviating from the ground contact area in the width direction of the wheel.
  • the gauge base 4 of the part 6 is installed on the road surface.
  • the flexible substrate 2 shown in FIGS. 13 and 14 has a two-layer structure including a first layer substrate 7 and a second layer substrate 8.
  • a single layer flexible substrate may be used instead.
  • a plurality of strain gauges 3 having a gauge base 12 and a strain sensing part 13 are used, and these strain gauges 3 are attached to the surface of the gauge base 4.
  • a plurality of strain sensitive portions 13 may be directly formed on the surface of 4 by photoetching or the like. Further, in FIGS.
  • the gauge leads 15 a and 15 b are connected to the tabs 14 a and 14 b at both ends of each strain sensing part 13, respectively, and the conduction between the tab 14 a and the thin film conductor 18,
  • the tab 14b and the thin film conductors 19 and 20 are electrically connected to each other through the gauge leads 15a and 15b.
  • the tab 14a and the thin film are not used without using the gauge leads 15a and 15b. It is also possible to conduct electricity between the tab-like conductor 18 and between the tab 14b and the thin-film conductors 19 and 20.
  • a gauge base 4 having a plurality of strain sensitive portions 13 and thin film conductors (leading circuits) 18, 19, and 20 corresponding to the strain sensitive portions 13 are provided. Displacement occurs when the flexible substrate 2 is bonded to each other, resulting in poor continuity between the conductive wire connecting portions 14a and 14b at both ends of the strain sensing portion 13 and the thin film conductors (route circuits) 18, 19, and 20 of the flexible substrate 2. There was a problem of waking up. Moreover, since there are many layer structures, there also existed a problem that material cost and by extension manufacturing cost became high.
  • an object of the present invention is to provide a strain sensor for multipoint measurement and a method for manufacturing the same which can reduce a material cost without causing a conduction failure due to misalignment at the time of bonding.
  • the first aspect of the present invention includes a base film, a plurality of strain sensitive portions formed on the first main surface of the base film, and the base film.
  • a routing circuit formed on the second main surface corresponding to each of the strain sensitive parts, and having an external connection terminal near the outer edge of the base film, and each of the strain sensitive parts and the corresponding routing circuit corresponding thereto.
  • a plurality of strain sensing parts and routing circuits corresponding to each strain sensing part are provided on different surfaces of the same base film, and are bonded to the connection between the strain sensing part and the routing circuit. Is unnecessary. Accordingly, there is no conduction failure between the strain sensing part and the routing circuit due to the deviation at the time of bonding. Further, since the number of layers constituting the strain sensor can be reduced, the material cost and thus the manufacturing cost can be reduced.
  • the second aspect of the present invention includes an insulating first cover layer formed on the first main surface of the base film so as to cover the strain sensitive part, and a second main surface of the base film.
  • An insulating second cover layer formed so as to cover the routing circuit except for the external connection terminal portion, and a conductive terminal protective layer formed so as to cover the external connection terminal portion of the routing circuit;
  • the third aspect of the present invention provides the strain sensor for multipoint measurement according to the first aspect or the second aspect, further comprising a lead mounted on the external connection terminal portion of the routing circuit.
  • a strain sensor for multipoint measurement according to any of the aspects is provided.
  • the first metal layer is laminated on the first main surface of the base film, and the second metal layer is laminated on the second main surface of the base film;
  • a conductive pattern constituting a plurality of strain sensitive parts is formed by etching from a metal layer, and each of the strain sensitive parts is etched from the second metal layer by the etching method, near the outer edge of the base film.
  • a step of forming a conductive pattern constituting a routing circuit having an external connection terminal portion, a step of opening a via hole in the base film at a position where the strain sensing portion and the routing circuit face each other, and the via hole And a method of manufacturing a strain sensor for multipoint measurement.
  • a plurality of strain sensing sections and routing circuits corresponding to each strain sensing section are provided on different surfaces of the same base film, and are bonded to the connection between the strain sensing section and the routing circuit. Is unnecessary. Accordingly, there is no conduction failure between the strain sensing part and the routing circuit due to the deviation at the time of bonding. Further, since the number of layers constituting the strain sensor can be reduced, the material cost and thus the manufacturing cost can be reduced.
  • an insulating first cover layer is formed on the first main surface of the base film in which the via hole is filled with the conductive paste so as to cover the strain sensitive part.
  • a step of forming an insulating second cover layer on the second main surface of the base film, excluding the external connection terminal portion, covering the routing circuit, and the external connection terminal portion of the routing circuit A method of manufacturing a strain sensor for multipoint measurement according to a fifth aspect, further comprising: forming a conductive terminal protective layer so as to cover the substrate.
  • a sixth aspect of the present invention there is provided the method for manufacturing a strain sensor for multipoint measurement according to the fifth aspect or the sixth aspect, further comprising: mounting a lead on the external connection terminal portion of the routing circuit. provide.
  • the strain sensor for multipoint measurement and the manufacturing method thereof as described above, a plurality of strain sensitive portions and a routing circuit corresponding to each strain sensitive portion are provided on different surfaces of the same base film. Therefore, no bonding is required for connection between the strain sensing part and the routing circuit. Accordingly, there is no conduction failure between the strain sensing part and the routing circuit due to the deviation at the time of bonding. Further, since the number of layers constituting the strain sensor can be reduced, the material cost and thus the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 1 The top view which looked at the sensor structure part of the strain sensor of 1st Embodiment of this invention from the strain sensitive part side.
  • Sectional view with leads attached to the sensor structure shown in FIG. FIG. 1 is a plan view of the sensor structure shown in FIG. Sectional drawing which shows the lamination
  • Sectional drawing which shows the patterning process of the strain sensor of 1st Embodiment of this invention.
  • Sectional drawing which shows the via hole processing process of the strain sensor of 1st Embodiment of this invention.
  • Sectional drawing which shows the cover layer formation process of the strain sensor of 1st Embodiment of this invention.
  • Sectional drawing which shows the terminal protective layer formation process of the strain sensor of 1st Embodiment of this invention.
  • Sectional drawing which shows the external shape process of the strain sensor of 1st Embodiment of this invention.
  • the top view which shows another formation example (2nd Embodiment) of a routing circuit Cross section of strain sensor with adhesive layer
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of a part of the sensor structure shown in FIG.
  • the strain sensor 31 includes a base film 34 and a plurality of resistance-type strain sensing parts 33 (hereinafter referred to as “resistive strain sensing parts”) formed on the first main surface of the base film 34.
  • a strain sensitive portion 33 simply referred to as a strain sensitive portion 33
  • a sensor structure portion 36 having routing circuits 37 and 38, and conductive pastes 41 and 42 that connect the strain sensing portions 33 and the corresponding routing circuits 37 and 38 to the via holes 39 and 40 by connecting them.
  • the entire sensor structure 36 is formed in a thin square plate shape, and the strain sensitive part 33 side of the base film 34 is in close contact with the structure.
  • the sensor structure 36 is shown thick for the sake of illustration and explanation.
  • the base film 34 is made of an insulating material such as polyester (PET), polyimide amide (AI), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyimide (PI), polytetrafluoroethylene (PTFE). And a flexible film.
  • the thickness of the base film 34 is appropriately selected according to the use of the strain sensor 31. Specifically, a base film 34 having a thickness of 1 ⁇ m to 300 ⁇ m can be employed. This is because when the thickness exceeds the upper limit, the strain sensitivity decreases, and when the thickness exceeds the lower limit, the film is easily broken at the time of strain.
  • the first main surface 34a of the base film 34 is provided with a plurality of strain sensing portions 33 as shown in FIGS.
  • the strain sensitive portions 33 are arranged in a grid of 8 rows ⁇ 5 columns in plan view, and the length direction (axial direction) of the strain sensitive portions 33 is along the same direction.
  • the strain sensor 31 has a reduced cross-sectional area and an increased length due to the stretching of the metal constituting the main body 33c of each strain-sensitive part 33.
  • the strain amount of the object to be measured is measured by utilizing the fact that the length is reduced as the area is increased and the resistance value is reduced as a result.
  • the main body 33 c of the strain sensing portion 33 is connected by a connecting portion in which a plurality of strip-like portions arranged in parallel at regular intervals extend in the width direction between ends.
  • One resistor That is, the main body 33c of the strain sensing unit 33 has a zigzag shape in which a single band-like body is folded back multiple times at regular intervals.
  • First land portions 33a and 33b are connected to both ends of the bent main body 33c via wires 33d and 33e.
  • the width of the main body 33c of the strain sensing unit 33 is small so that the rate of change in resistance value can be easily detected.
  • the wiring 33d of the strain sensing unit 33 has a large width so that the ratio of the resistance value of the wiring 33d to the resistance value of the entire strain sensing unit 33 is small.
  • each strain sensing part 33 is not particularly limited as long as the main body 33c functions as a resistor.
  • An alloy, a nickel chromium alloy, a copper manganese alloy, an iron chromium alloy, etc. can be mentioned.
  • a copper nickel alloy, a nickel chromium alloy, a copper manganese alloy, and an iron chromium alloy are preferable from the viewpoint of resistance value and linear expansion coefficient.
  • strain sensitive part 33 is directly formed on the base film 34, as shown in FIG. 1, FIG.
  • the strain sensitive part 33 can be formed by patterning a film made of the above material by an etching method.
  • the thickness of each strain sensing part 33 is preferably 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m. This is because when the thickness exceeds the upper limit, the strain sensitivity decreases, and when the thickness exceeds the lower limit, the film is easily broken at the time of strain.
  • the first land portions 33a and 33b of the strain sensing portion 33 shown in FIG. 1 are substantially rectangular, and land holes 50 and 51 are formed at the center thereof.
  • the diameters of the first land portions 33a and 33b can be set to 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m, for example.
  • the shape of the first land portions 33a and 33b is not limited to the above shape, and may be circular.
  • a plurality of routing circuits 37 and 38 are provided on the second main surface 34 b of the base film 34 (the surface opposite to the surface on which the strain sensing portion 33 is formed). It has been.
  • the number of the routing circuits 37 and 38 is the same as the number of the strain sensing units 33, and each routing circuit 37 and 38 is associated with each strain sensing unit 33.
  • copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), or the like can be used as the material of the routing circuits 37 and 38, but the specific resistance is higher than that of the strain sensing part 33. A sufficiently small conductor is appropriately selected.
  • the routing circuits 37 and 38 are directly formed on the base film 34 as shown in FIGS.
  • the routing circuits 37 and 38 can be formed by patterning a film made of the above material by an etching method.
  • the thickness of each routing circuit 37, 38 is preferably 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m. This is because when the thickness exceeds the upper limit, the strain sensitivity decreases, and when the thickness exceeds the lower limit, the film is easily broken at the time of strain.
  • Each routing circuit 37, 38 has second land portions 37a, 38a at one end thereof.
  • the second land portions 37a and 38a are provided on the opposite side of the first land portions 33a and 33b with the base film 34 interposed therebetween.
  • the second land portions 37a and 38a are formed in a rectangular shape as shown in FIG. 3, for example.
  • the width of the second land portions 37a and 38a can be set to 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the shape of the second land portions 37a and 38a should not be limited to a rectangle, but may be a circle.
  • Via holes 39 and 40 are formed in the base film 34 so as to overlap the land holes 50 and 51 of the first land portions 33a and 33b and penetrate to the second land portions 37a and 38a (see FIGS. 1 to 3). ).
  • the bottom surfaces of the via holes 39 and 40 correspond to the inner surfaces of the second land portions 37a and 38a.
  • the opening of the via holes 39 and 40 can be formed by, for example, laser irradiation or base film etching.
  • the diameter of the via holes 39 and 40 can be set to 20 ⁇ m to 300 ⁇ m, for example.
  • the conductive pastes 41 and 42 fill the via holes 39 and 40 so as to cover the entire bottom surfaces of the via holes 39 and 40.
  • the conductive pastes 41 and 42 cover at least the entire inner walls of the land holes 50 and 51 of the first land portions 33a and 33b.
  • the bottom portions of the conductive pastes 41 and 42 are in contact with the second land portions 37a and 38a.
  • the upper portions 41 of the conductive pastes 41 and 42 are in contact with the first land portions 33a and 33b.
  • the conductive pastes 41 and 42 generally include conductive particles and a binder resin.
  • the binder resin is a thermosetting resin and exists as a cured product after filling.
  • the conductive particles contained in the conductive paste can be formed of silver, copper, nickel, or the like.
  • the conductive pastes 41 and 42 are more preferably materials that follow the expansion and contraction of the strain sensing part 33. This is because if it does not follow, it is disconnected at the time of strain.
  • urethane resin or silicone resin may be used for the thermosetting resin.
  • a printing method such as screen printing or inkjet can be used.
  • the binder resin is cured by drying such as heat drying or flash lamp baking.
  • the other end portions (external connection terminal portions) 37b and 38b of the routing circuits 37 and 38 are provided near one side of the base film 34.
  • the routing circuits 37 and 38 are provided to extend on the second main surface of the base film 34 between both end portions 37a and 37b and between both end portions 38a and 38b. More specifically, as shown in FIG. 3, it is provided mainly extending along the length direction of the plurality of strip portions in the main body 33 c of each strain sensing portion 33.
  • the other end portions (external connection terminal portions) 37b and 38b of the routing circuits 37 and 38 are collectively arranged in several bundles in the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 3) of the base film 34. Of course, everything may be integrated into one bundle.
  • the circuit 37, 38 is electrically connected to both ends of each strain sensing part 33 through the conductive pastes 41, 42 filled in the via holes 39, 40 one by one.
  • two lead circuits may be connected to one of both ends of each strain sensing unit 33 (not shown).
  • a plurality of strain sensing parts and routing circuits corresponding to the respective strain sensing parts are provided on the same base film, so that the strain sensing part and the routing circuit are connected to each other. Bonding is not necessary for connection. Accordingly, there is no conduction failure between the strain sensing part and the routing circuit due to the deviation at the time of bonding. Further, since the number of layers constituting the strain sensor can be reduced, the material cost and thus the manufacturing cost can be reduced.
  • each strain sensing part 33 may be covered with an insulating first cover layer 43 as shown in FIG. 2 from the viewpoint of preventing deterioration due to oxidation, sulfurization, or migration (electric corrosion).
  • the routing circuits 37 and 38 are also covered with an insulating second cover layer 44 except for the external connection terminal portions 37b and 38b as shown in FIG. 2 from the viewpoint of preventing deterioration due to oxidation, sulfurization, or migration. You may do it.
  • As a formation method of the 1st cover layer 43 and the 2nd cover layer 44 pasting of cover films, such as a laminator and a heat press, and printing methods, such as screen printing, can be used.
  • thermosetting resin such as a urethane resin, a polyamide resin, an acrylic resin, or a polyimide resin is applied with a predetermined thickness and cured. Can be formed.
  • the terminal protective layer 45 may be formed so as to cover the other end portions (external connection terminal portions) 37b and 38b of the routing circuits 37 and 38.
  • As a method for forming the terminal protective layer 45 nickel base gold plating, solder plating, or the like can be used.
  • a lead 47 such as an FPC (Flexible Printed Circuit) connected to the measuring device is mounted directly or via the terminal protective layer 45 on the external connection terminal portions 37b and 38b of the routing circuit.
  • FPC Flexible Printed Circuit
  • an FPC has a structure in which a plurality of wiring patterns are formed of gold-plated copper foil on a base film made of polyimide, and an unnecessary portion of each wiring pattern is covered with a coverlay made of polyimide. ing.
  • a conductive adhesive such as an anisotropic conductive film (ACF; Anisotropic Conductive Film) or an anisotropic conductive adhesive (ACA) 46 is used.
  • a thermocompression bonding method using a substance or the like can be used.
  • the terminal protection layer 45 is provided from the viewpoint of preventing deterioration due to oxidation, sulfurization or migration of the external connection terminal portions 37b and 38b of the routing circuit, and the external connection terminal portions 37b and 38b and the leads 47 are electrically connected. It has conductivity as much as possible.
  • a material of the terminal protective layer 45 for example, Ni base Au plating, solder plating, or the like can be used.
  • a plating method is used to form the terminal protective layer 45 made of Ni base Au plating and solder plating. The plating method is also used to form the Ni layer that serves as the base of the Au plating.
  • the strain sensor 31 of the present embodiment When measuring strain of a structure, for example, a concrete structure of a tunnel or a steel structure of a bridge, by the strain sensor 31 of the present embodiment, out of both surfaces in the thickness direction of the base film 34 of the sensor structure 36, The surface on the strain sensing part 33 side is made to face the structure, and the sensor structure part 36 is brought into close contact with the structure by an adhesive interposed between the sensor structure part 36 and the structure.
  • the lead 47 is taken out from the surface of the sensor structure 36 opposite to the surface that is in close contact with the structure, and does not hinder the contact between the sensor structure 36 and the structure.
  • the thickness of the crimped portion of the lead 47 becomes the structure of the sensor structure portion 36. Concavities and convexities are formed on the surface to be adhered, and the adhesion force is likely to decrease. Further, when the lead 47 is pulled or the like, the sensor structure 36 is more likely to bend than the structure. As a result, the measurement accuracy of the strain sensor decreases.
  • the strain sensor 31 may be provided with an adhesive layer 60 for fixing the sensor on the surface on the strain sensing portion 33 side in advance, instead of applying an adhesive at the time of fixing to the structure (see FIG. 12).
  • the adhesive layer 60 avoids the via holes 39 and 40, for example, an opening that surrounds the via holes 39 and 40, or a non-forming portion that avoids the row of the plurality of via holes 39 and 40 in a strip shape.
  • the adhesive layer 60 is preferably formed so as to have This is because the stress applied to the via holes 39 and 40 and the conductive pastes 41 and 42 at the time of strain can be relaxed, and disconnection at this portion can be prevented. What is necessary is just to select suitably as a material of the contact bonding layer 60 according to the material of the structure used as measurement object.
  • the manufacturing method of the strain sensor for multipoint measurement of this embodiment is as follows. (1) laminating the first metal layer on the first main surface of the base film and laminating the second metal layer on the second main surface of the base film; (2) A conductive pattern constituting a plurality of strain sensitive parts is formed from the first metal layer by an etching method, and each strain sensitive part is formed from the second metal layer by an etching method.
  • the manufacturing method of the strain sensor for multipoint measurement of the present invention is as follows. (5) On the first main surface of the base film in which the via hole is filled with the conductive paste, the insulating first cover layer is formed so as to cover the strain sensitive part, and on the second main surface of the base film, Forming an insulating second cover layer covering the routing circuit except for the external connection terminal portion; (6) a step of covering the external connection terminal portion of the routing circuit and forming a conductive terminal protective layer; May be further provided.
  • the method for manufacturing a strain sensor for multipoint measurement includes the steps (1) to (4) or the steps (1) to (6). (7) The method may further include a step of mounting a lead on the external connection terminal portion of the routing circuit.
  • the laminating step is a step of laminating the first metal layer 48 on the first main surface 34a of the base film 34 and laminating the second metal layer 49 on the second main surface 3b of the base film 34 (see FIG. 4). ).
  • the base film 34 is a single wafer or a long one that supports the first metal layer 48 and the second metal layer 49.
  • the material of the base film 34 is, for example, insulation such as polyester (PET), polyimide amide (AI), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyimide (PI), polytetrafluoroethylene (PTFE), etc.
  • a film made of a sex material can be used.
  • the substrate film 34 to be used may have a thickness of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the first metal layer 48 is for forming the strain sensing part 33.
  • the material of the first metal layer 48 is not particularly limited as long as the main body 33c of the strain sensing part 33 functions as a resistor.
  • a copper nickel alloy, a nickel chromium alloy, a copper manganese alloy, and an iron chromium alloy are preferable from the viewpoint of resistance value and linear expansion coefficient.
  • the method for forming the first metal layer 48 is not particularly limited.
  • the first metal layer 48 can be formed by bonding a metal foil by hot pressing, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a plating method, or the like.
  • the second metal layer 49 is for forming the routing circuits 37 and 38.
  • the material of the second metal layer 49 is a conductor whose specific resistance is sufficiently smaller than that of the first metal layer 48, such as copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), and aluminum (Al).
  • the method for forming the second metal layer 49 is not particularly limited, and for example, as with the second metal layer 49, for example, metal foil bonding by hot pressing, vacuum deposition, sputtering, ion plating, plating method Etc. can be formed.
  • the patterning step is a step of forming the conductive patterns of the strain sensitive portions 33 and the routing circuits 37 and 38 from the first metal layer 48 and the second metal layer 49 by an etching method (see FIG. 5). For example, a resist film having a shape corresponding to the conductive pattern to be formed is stacked on the surfaces of the first metal layer 48 and the second metal layer 49, and the stacked body is immersed in an etching solution to form each conductive pattern. Thereafter, the resist film remaining on the patterned first metal layer 48 and second metal layer 49 is completely removed with a resist stripping solution to expose the entire surfaces of the first metal layer 48 and the second metal layer 49. .
  • the circuit board is provided with routing circuits 37 and 38 having external connection terminal portions 37b and 38b in the vicinity of the outer edge of the base film 34.
  • the two or more sensor structure parts 36 are formed continuously.
  • a photosensitive resin composition such as a dry film resist or a liquid resist is applied, and an electron beam or light (ultraviolet light) is applied to the photosensitive resin film through a mask. Is exposed to a predetermined shape. Next, a portion unnecessary to be brought into contact with the developer is dissolved and removed.
  • the photosensitive resin includes a negative type in which an exposed part is insoluble in a developer and a positive type in which an exposed part is soluble in a developer.
  • printing methods such as screen printing, can also be used.
  • the via processing step is a step of opening via holes 39 and 40 for conducting the front and back of the strain sensing part 33 and the routing circuits 37 and 38 (see FIG. 6).
  • the via holes 39, 40 overlap with the land holes 50, 51 provided in the first land portions 33 a, 33 b which are both ends of each strain sensing portion 33, and are routed through the base film 34. It reaches the inner surface (surface on the base film 34 side).
  • the via holes 39 and 40 can be formed, for example, by laser irradiation using a UV-YAG laser, a carbon dioxide laser, an excimer laser, or the like, or by etching a base film.
  • the via filling process is a process of filling the via holes 39 and 40 with the conductive pastes 41 and 42 (see FIG. 7).
  • the bottoms of the conductive pastes 41 and 42 are in contact with the second lands 37a and 38a of the routing circuits 37 and 38, and the tops 41 of the conductive pastes 41 and 42 are the first land 33a and Since it contacts 33b, the strain sensing part 33 and the routing circuits 37 and 38 are electrically connected to each other.
  • the conductive pastes 41 and 42 generally include conductive particles and a binder resin.
  • the binder resin is a thermosetting resin and exists as a cured product after filling.
  • the conductive particles contained in the conductive paste can be formed of silver, copper, nickel, or the like.
  • a printing method such as screen printing or inkjet can be used as a method for filling the conductive pastes 41 and 42 into the via holes 39 and 40.
  • the binder resin is cured by drying such as heat drying or flash lamp baking.
  • cover layer forming step In the cover layer forming step, the strain-sensitive part 33 after conduction on the front and back sides is covered with an insulating first cover layer 43, and each routing circuit 37, 38 is insulated with the exception of the external connection terminal parts 37b, 38b. This is a step of covering with two cover layers 44 (see FIG. 8).
  • cover films such as a laminator and a heat press
  • printing methods such as screen printing
  • thermosetting resin such as a urethane resin, a polyamide resin, an acrylic resin, or a polyimide resin is applied with a predetermined thickness and cured. Can be formed.
  • the routing circuits 37 and 38 excluding the strain sensing part 33 and the external connection terminal parts 37b and 38b can be protected from deterioration due to oxidation, sulfurization or migration.
  • the other end portions (external connection terminal portions) 37b and 38b of the routing circuits 37 and 38 that is, the portions that are exposed without being covered by the second cover layer 44 can be electrically connected to the lead wires.
  • This is a step of covering with a new material to protect against deterioration caused by oxidation, sulfurization or migration (see FIG. 9).
  • nickel base gold plating, solder plating, or the like can be used as a method for forming the terminal protective layer 45.
  • the outer shape processing is performed so as to be further separated into the individual sensor structure portions 36. (See FIG. 10).
  • a punching press, a laser cut, etc. can be used as a method of external shape processing.
  • the lead mounting step is a step of mounting the lead 47 on the external connection terminal portions 37b and 38b of the routing circuits 37 and 38 with respect to the sensor structure 36 via the terminal protective layer 45 (see FIGS. 2 and 3).
  • a method for mounting the lead 47 for example, when the lead 47 is FPC, a thermocompression bonding method using a conductive adhesive substance such as an anisotropic conductive film or an anisotropic conductive adhesive 46 can be used. Note that the lead 47 can be directly mounted on the external connection terminal portions 37b and 38b, omitting the step of forming the terminal protective layer 45.
  • a plurality of strain sensitive portions and a routing circuit corresponding to each strain sensitive portion are provided on the same surface of the same base film, thereby obtaining a strain sensor.
  • a bonding step is not required for connection between the strain sensing part and the routing circuit. Accordingly, there is no conduction failure between the strain sensing part and the routing circuit due to the deviation at the time of bonding.
  • the alignment accuracy between the strain sensitive portion and the routing circuit is higher. Further, since the number of layers constituting the strain sensor can be reduced, the material cost and thus the manufacturing cost can be reduced.
  • This embodiment is the same as the embodiment except that the formation directions of the routing circuits 37 and 38 are different, and a description of common parts is omitted. That is, the routing circuits 37 and 38 of the invention according to the present embodiment are provided so as to extend along the width direction of the plurality of strips in the main body 33c of each strain sensing part 33, as shown in FIG. Yes. In this case, since the circuits 37 and 38 do not hinder the stretching / compression in the length direction of the metal constituting the band-shaped portion of each strain sensing portion 33, more accurate strain measurement can be performed.
  • all the strain sensing parts 33 are arranged with the above-described sensing direction aligned in one direction. It is not limited to this.
  • two strain sensitive sections 33 in two directions may be mixed at right angles, and two strain sensitive sections 33 in two right angles and 45 degrees may be mixed (not shown).
  • the sensor structure 36 is connected to an external measuring instrument using the lead wire 47, but the external connection method is not limited to this.
  • a transmission device may be provided in the sensor structure 36 and the measured output value may be wirelessly transmitted to the measuring instrument.

Abstract

【課題】　貼り合せ時のズレに起因する導通不良が起こらず、材料費を低減できる　多点計測用のひずみセンサとその製造方法を提供する。 【解決手段】　本発明の多点計測用のひずみセンサ３１は、基材フィルム３４と、前記基材フィルム３４の第１主面３４ａに形成された複数のひずみ受感部３３と、前記基材フィルム３４の第２主面３４ｂに前記各ひずみ受感部３３に対応して形成され、前記基材フィルム３４の外縁付近に外部接続端子部３７ｂ，３８ｂを有する引き回し回路３７，３８と、前記各ひずみ受感部３３とこれに対応する前記引き回し回路３７，３８とをビア孔３９，４０に充填されて接続する導電ペースト４１，４２と、を備える。

Description

多点計測用のひずみセンサとその製造方法
　本発明は、多点計測用のひずみセンサとその製造方法に関する。
　高度成長期に整備された社会インフラの老朽化問題に関して、適切な維持管理手法の導入により長寿命化、維持管理・更新のトータルコストの縮減・平準化を図ることが課題となっており、センサ、ＩＴ等を活用した社会インフラの状態の効率的な把握を可能とするモニタリング技術の開発推進が期待されている。
　モニタリング技術の計測形態としては、センサやカメラ等を構造物（コンクリート構造物・鋼構造物・土構造・地盤・その他）に設置した上で常時監視する固定型と、センサやカメラ等を設置した移動体（車両等）を用いて定期監視する移動型とがあるが、現在の主流は固定型である。固定型の代表例としては、コンクリート構造物（トンネル壁面・路面等）および鋼構造物（橋梁等）にひずみセンサを設置し、ひずみ量の経年変化をモニタリングするものが挙げられる。
　このような固定型のモニタリング技術に用いられるひずみセンサとしては、例えば、特許文献１に移動体の走行用の車輪を接地させる路面のひずみを多点計測するものが開示されている。この多点計測可能なひずみセンサ１は、具体的には、フレキシブル基板２の裏面に、複数の抵抗式ひずみゲージ３を貼り付けたゲージベース４を貼り合せ、さらにフレキシブル基板２の表面にシート状絶縁部材（カバーフィルム）５を貼り合せることでセンサ構造部６が構成される（図１３、図１４参照）。フレキシブル基板２には、各抵抗式ひずみゲージ３のひずみ受感部１３の両端部の導線接続部（タブ）１４ａ，１４ｂのうちの導線接続部１４ａに導通する薄膜状導体（引き回し回路）１８と、導線接続部１４ｂに導通する薄膜状導体（引き回し回路）１９，２０とが設けられている。ひずみゲージ３が路面のうちの車輪の接地領域に位置し、薄膜状導体１８，１９，２０の端部１８ｂ，１９ｂ，２０ｂが接地領域から車輪の幅方向で逸脱する領域に位置するようにセンサ部６のゲージベース４が路面に設置される。
　なお、特許文献１には多様な実施態様が開示されており、例えば、図１３、図１４に示すフレキシブル基板２は第１層基板７と第２層基板８とからなる２層構造のものであるが、この代わりに単層のフレキシブル基板を使用してもよい。また、図１４にはゲージベース１２およびひずみ受感部１３を有する複数のひずみゲージ３を使用し、これらのひずみゲージ３をゲージベース４の表面に貼り付けているが、この代わりに、ゲージベース４の表面に複数のひずみ受感部１３をフォトエッチングなどにより直接的に形成してもよい。さらに、図１３、図１４では、各ひずみ受感部１３の両端部のタブ１４ａ，１４ｂにそれぞれゲージリード１５ａ，１５ｂを結線するようにして、タブ１４ａと薄膜状導体１８との導通、並びに、タブ１４ｂと薄膜状導体１９，２０との導通をそれらのゲージリード１５ａ，１５ｂを介して行なうようにしているが、これに代えて、ゲージリード１５ａ，１５ｂを使用せずに、タブ１４ａと薄膜状導体１８との導通、並びに、タブ１４ｂと薄膜状導体１９，２０との導通を行なうようにすることも可能である。
特開２００９－７９９７６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のひずみセンサでは、複数のひずみ受感部１３を有するゲージベース４と、各ひずみ受感部１３に対応する薄膜状導体（引き回し回路）１８，１９，２０が設けられたフレキシブル基板２との貼り合せ時にズレが生じ、ひずみ受感部１３の両端部の導線接続部１４ａ，１４ｂと、フレキシブル基板２の薄膜状導体（引き回し回路）１８，１９，２０との導通不良を起こすという問題があった。また、層構成が多いため、材料費、ひいては製造コストが余計が高くなるという問題もあった。
　したがって、本発明は、貼り合せ時のズレに起因する導通不良が起こらず、材料費を低減できる　多点計測用のひずみセンサとその製造方法を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するための手段として、本発明の第１態様は、基材フィルムと、前記基材フィルムの第１主面に形成された複数のひずみ受感部と、前記基材フィルムの第２主面に前記各ひずみ受感部に対応して形成され、前記基材フィルムの外縁付近に外部接続端子部を有する引き回し回路と、前記各ひずみ受感部とこれに対応する前記引き回し回路とをビア孔に充填されて接続する導電ペーストと、を備える多点計測用のひずみセンサを提供する。
　上記のように複数のひずみ受感部と各ひずみ受感部に対応する引き回し回路とが同一の基材フィルムの異なる面に設けられており、ひずみ受感部と引き回し回路との接続に貼り合せが不要である。したがって、貼り合せ時のズレに起因するひずみ受感部と引き回し回路との導通不良が起きない。また、ひずみセンサを構成する層数を減らせるため、材料費、ひいては製造コストを低減できる。
　また、本発明の第２態様は、前記基材フィルムの第１主面に前記ひずみ受感部を覆って形成された絶縁性の第１カバー層と、前記基材フィルムの第２主面に、前記外部接続端子部を除き、前記引き回し回路を覆って形成された絶縁性の第２カバー層と、前記引き回し回路の前記外部接続端子部を覆って形成された導電性の端子保護層と、をさらに備えた第１態様の多点計測用のひずみセンサを提供する。
　上記のようにすることで、酸化、硫化またはマイグレーション（電蝕）による劣化防止が可能である。
　また、本発明の第３態様は、前記引き回し回路の前記外部接続端子部に実装されたリードをさらに備えた第１態様又は第２態様の多点計測用のひずみセンサを提供する。
　また、本発明の第４態様は、前記基材フィルムの第１主面側にセンサ固定用の接着層をさらに備え、当該接着層が前記ビア孔上を避けて形成されている第１～３態様のいずれかの多点計測用のひずみセンサを提供する。
　上記のようにすることで、ひずみ時のビア孔及びビア孔中の導電ペーストへの応力を緩和し、この部分での断線を防止できる。
　また、本発明の第５態様は、基材フィルムの第１主面に第１金属層を積層し、前記基材フィルムの第２主面に第２金属層を積層する工程と、前記第１金属層からエッチング法にて複数のひずみ受感部を構成する導電パターンを形成し、前記第２金属層からエッチング法にて前記各ひずみ受感部に対応し、前記基材フィルムの外縁付近に外部接続端子部を有する引き回し回路を構成する導電パターンを形成する工程と、前記ひずみ受感部と前記引き回し回路との対向する位置において、前記基材フィルムにビア孔をあける工程と、前記ビア孔に導電ペーストを充填する工程と、を備える多点計測用のひずみセンサの製造方法を提供する。
　上記のように複数のひずみ受感部と各ひずみ受感部に対応する引き回し回路とが同一の基材フィルムの異なる面に設けられており、ひずみ受感部と引き回し回路との接続に貼り合せが不要である。したがって、貼り合せ時のズレに起因するひずみ受感部と引き回し回路との導通不良が起きない。また、ひずみセンサを構成する層数を減らせるため、材料費、ひいては製造コストを低減できる。
　また、本発明の第６態様は、前記ビア孔に前記導電ペーストが充填された前記基材フィルムの第１主面に、前記ひずみ受感部を覆って絶縁性の第１カバー層を形成する工程と、前記基材フィルムの第２主面に、前記外部接続端子部を除き、前記引き回し回路を覆って絶縁性の第２カバー層を形成する工程と、前記引き回し回路の前記外部接続端子部を覆って導電性の端子保護層を形成する工程と、をさらに備えた第５態様の多点計測用のひずみセンサの製造方法を提供する。
　上記のようにすることで、酸化、硫化またはマイグレーション（電蝕）による劣化防止が可能である。
　また、本発明の第６態様は、前記引き回し回路の前記外部接続端子部にリードを実装する工程と、をさらに備えた第５態様又は第６態様の多点計測用のひずみセンサの製造方法を提供する。
　本発明の多点計測用のひずみセンサとその製造方法は、上記のように複数のひずみ受感部と各ひずみ受感部に対応する引き回し回路とが同一の基材フィルムの異なる面に設けられており、ひずみ受感部と引き回し回路との接続に貼り合せが不要である。したがって、貼り合せ時のズレに起因するひずみ受感部と引き回し回路との導通不良が起きない。また、ひずみセンサを構成する層数を減らせるため、材料費、ひいては製造コストを低減できる。
本発明の第１実施形態のひずみセンサのセンサ構造部をひずみ受感部側から見た平面図 図１に示すセンサ構造部にリードを取り付けた断面図 図１に示すセンサ構造部を引き回し回路側から見た平面図 本発明の第１実施形態のひずみセンサの積層工程を示す断面図 本発明の第１実施形態のひずみセンサのパターニング工程を示す断面図 本発明の第１実施形態のひずみセンサのビア孔加工工程を示す断面図 本発明の第１実施形態のひずみセンサのビアフィリング工程を示す断面図 本発明の第１実施形態のひずみセンサのカバー層形成工程を示す断面図 本発明の第１実施形態のひずみセンサの端子保護層形成工程を示す断面図 本発明の第１実施形態のひずみセンサの外形加工工程を示す断面図 引き回し回路の別の形成例（第２実施形態）を示す平面図 接着層を備えたひずみセンサの断面図 従来技術のひずみセンサのセンサ構造部の一例を示す平面図 図１３に示すセンサ構造部の一部分の分解斜視図
　下記で、本発明に係る実施形態を図面に基づいてさらに詳細に説明する。なお、本発明の実施例に記載した部位や部分の寸法、材質、形状、その相対位置などは、とくに特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。
〔第一実施形態〕
＜ひずみセンサ＞
　本実施形態のひずみセンサ３１は、図１～図３に示すように、基材フィルム３４と、基材フィルム３４の第１主面に形成された複数の抵抗式ひずみ受感部３３（以下、単にひずみ受感部３３という）と、基材フィルム３４の第２主面に各ひずみ受感部３３に対応して形成され、基材フィルム３４の外縁付近に外部接続端子部３７ｂ，３８ｂを有する引き回し回路３７，３８と、各ひずみ受感部３３とこれに対応する引き回し回路３７，３８とをビア孔３９，４０に充填されて接続する導電ペースト４１，４２と、を有するセンサ構造部３６を備える。センサ構造部３６は、その全体が薄い方形板状に構成されており、基材フィルム３４のひずみ受感部３３側が構造物に密着される。なお、図２では、図示および説明の便宜上、センサ構造部３６を厚く記載している。
  基材フィルム３４は、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリイミドアミド（ＡＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの絶縁性の材質から成るフィルムであり、可撓性を有する。基材フィルム３４の厚さは、ひずみセンサ３１の用途に応じて適宜選択される。具体的には、１μｍ～３００μｍ厚の基材フィルム３４を採用することができる。厚みが上限を超えるとひずみ感度が低下し、下限を超えるとひずみ時に破壊されやすくなるからである。
　基材フィルム３４の第１主面３４ａには、図１、図２に示すように、複数のひずみ受感部３３が設けられている。このひずみ受感部３３は、平面視において８行×５列のマス目状に配置され、いずれもひずみ受感部３３の長さ方向（軸方向）が同一方向に沿っている。
　ひずみセンサ３１は、各ひずみ受感部３３の本体３３ｃを構成する金属の延伸により断面積が減少するとともに長さが大きくなり、その結果抵抗値が大きくなることと、逆に金属の圧縮により断面積が増大するとともに長さが小さくなり、その結果抵抗値が小さくなることとを利用して被測定物の歪量を測定する。
　ひずみ受感部３３の本体３３ｃは、図１中の部分拡大図からわかるように、平行に一定の間隔で配設された複数の帯状部が端部同士で幅方向に延伸する連結部で連結された１つの抵抗体である。つまり、ひずみ受感部３３の本体３３ｃは、一本の帯状体を一定間隔で複数回折り返したジグザグ形状を有する。屈曲した本体３３ｃの両端には配線３３ｄ，３３ｅを介して第１ランド部３３ａ，３３ｂが接続されている。このひずみ受感部３３の本体３３ｃは、抵抗値の変化率を検出し易いように幅が小さい方が好ましい。一方、ひずみ受感部３３の配線３３ｄは、ひずみ受感部３３全体の抵抗値に対する配線３３ｄでの抵抗値の割合が小さくなるように幅が大きい方が好ましい。
　各ひずみ受感部３３の材料は、本体３３ｃが抵抗体として機能するものであれば特に限定されず、例えば白金、アルミニウム、ニッケル、タングステン、鉄、金、銀、銅、パラジウム、クロム、銅ニッケル合金、ニッケルクロム合金、銅マンガン合金、鉄クロム合金等を挙げることができる。とくに、抵抗値及び線膨張係数等から銅ニッケル合金、ニッケルクロム合金、銅マンガン合金、鉄クロム合金が好ましい。また、本発明において、各ひずみ受感部３３は、図１、図２に示すように、基材フィルム３４上に直接形成される。ひずみ受感部３３は、上記材料からなる膜をエッチング法にてパターニングして形成することができる。各ひずみ受感部３３の厚さは、０．１μｍ～１００μｍとするのが好ましい。厚みが上限を超えるとひずみ感度が低下し、下限を超えるとひずみ時に破壊されやすくなるからである。
　図１に示すひずみ受感部３３の第１ランド部３３ａ，３３ｂは、ほぼ矩形であり、その中心部にランド孔５０，５１が形成されている。第１ランド部３３ａ，３３ｂの直径は、例えば、１００μｍ～１０００μｍとすることができる。なお、第１ランド部３３ａ，３３ｂの形状は上記形状に限定されるべきものではなく、円形でもよい。
　基材フィルム３４の第２主面３４ｂ（ひずみ受感部３３が形成された面側とは反対側の面）に、図２、図３に示すように、複数の引き回し回路３７，３８が設けられている。
　これらの引き回し回路３７，３８のそれぞれの個数は、ひずみ受感部３３の個数と同数であり、個々のひずみ受感部３３に、引き回し回路３７，３８が１つずつ対応付けられている。また、これらの引き回し回路３７，３８の材料は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いることが出来るが、ひずみ受感部３３よりも比抵抗が十分に小さい導体を適宜選択する。また、本発明において、各引き回し回路３７，３８は、図２、図３に示すように、基材フィルム３４上に直接形成される。引き回し回路３７，３８は、上記材料からなる膜をエッチング法にてパターニングして形成することができる。各引き回し回路３７，３８の厚さは、０．１μｍ～１００μｍとするのが好ましい。厚みが上限を超えるとひずみ感度が低下し、下限を超えるとひずみ時に破壊されやすくなるからである。
　各引き回し回路３７，３８は、その一端部に第２ランド部３７ａ，３８ａを有している。第２ランド部３７ａ，３８ａは、基材フィルム３４を挟んで第１ランド部３３ａ，３３ｂの反対側に設けられている。第２ランド部３７ａ，３８ａは、例えば、図３に示すように矩形に形成される。第２ランド部３７ａ，３８ａの幅は、１００μｍ～１０００μｍとすることができる。なお、第２ランド部３７ａ，３８ａの形状は矩形に限定されるべきものではなく、円形でもよい。
　各ひずみ受感部３３と各引き回し回路３７，３８との導電ペースト４１，４２による接続について説明する。
　基材フィルム３４には、第１ランド部３３ａ，３３ｂのランド孔５０，５１と重なり、第２ランド部３７ａ，３８ａまで貫通するビア孔３９，４０が形成されている（図１～図３参照）。ビア孔３９，４０の底面は第２ランド部３７ａ，３８ａの内面に対応する。ビア孔３９，４０の開孔は、例えば、レーザ照射や基材フィルムエッチング等により形成すうことができる。ビア孔３９，４０の直径は、例えば、２０μｍ～３００μｍとすることができる。
　導電ペースト４１，４２は、ビア孔３９，４０の底面の全部を覆うようにこのビア孔３９，４０を充たす。また、導電ペースト４１，４２は、第１ランド部３３ａ，３３ｂの少なくともランド孔５０，５１の内壁全部を覆う。導電ペースト４１，４２の底部は第２ランド部３７ａ，３８ａに接触する。導電ペースト４１，４２の上部４１は第１ランド部３３ａ，３３ｂに接触する。
　導電ペースト４１，４２は、一般に、導電粒子およびバインダ樹脂を含むものである。バインダ樹脂は熱硬化性樹脂であり、充填後には硬化物として存在する。導電ペーストに含まれる導電粒子は、銀、銅又はニッケル等により形成することができる。
　なお、導電ペースト４１，４２は、ひずみ受感部３３の伸縮に追従する材料がより好ましい。何故ならば、追従しない場合には、ひずみ時に断線するからである。この追従する材料としては、例えば、上記熱硬化性樹脂にウレタン樹脂やシリコーン樹脂などを用いるとよい。
　導電ペースト４１，４２のビア孔３９，４０への充填方法としては、スクリーン印刷、インクジェットなどの印刷法を用いることができる。充填後には、熱乾燥、フラッシュランプ焼成などの乾燥を行なうことで、バインダ樹脂を硬化させる。
　該引き回し回路３７，３８の他端部（外部接続端子部）３７ｂ，３８ｂは、基材フィルム３４の一辺付近に設けられている。そして、各引き回し回路３７，３８は、その両端部３７ａ，３７ｂの間、両端部３８ａ，３８ｂの間で基材フィルム３４の第２主面上に延在して設けられている。より具体的には、図３に示すように、主として各ひずみ受感部３３の本体３３ｃにおける複数の帯状部の長さ方向に沿って延在して設けられている。また、引き回し回路３７，３８の他端部（外部接続端子部）３７ｂ，３８ｂは、基材フィルム３４の縦方向（図３の上下方向）においていくつかの束に集約して配列されている。もちろん、全てを１つの束に集約しても構わない。
　なお、本実施形態では、各ひずみ受感部３３の両端には、ビア孔３９，４０に充填された導電ペースト４１，４２を介して、１つずつ引き回し回路３７，３８が導通されているが、３線式結線法にて温度影響を補償する場合には、各ひずみ受感部３３の両端のうち一方には２つの引き回し回路が導通されてもよい（図示せず）。
　以上のようなセンサ構造部３６は、複数のひずみ受感部と各ひずみ受感部に対応する引き回し回路とが同一の基材フィルムに設けられているので、ひずみ受感部と引き回し回路との接続に貼り合せが不要となる。したがって、貼り合せ時のズレに起因するひずみ受感部と引き回し回路との導通不良が起きない。
　また、ひずみセンサを構成する層数を減らせるため、材料費、ひいては製造コストを低減できる。
　また、上記したセンサ構造部３６は、その他の層をさらに有していてもよい。
　例えば、各ひずみ受感部３３は、酸化、硫化またはマイグレーション（電蝕）による劣化防止の観点から、図２に示すように、絶縁性の第１カバー層４３で覆うようにしてもよい。同様に、各引き回し回路３７，３８も、酸化、硫化またはマイグレーションによる劣化防止の観点から、図２に示すように、外部接続端子部３７ｂ，３８ｂを除き、絶縁性の第２カバー層４４で覆うようにしてもよい。第１カバー層４３及び第２カバー層４４の形成方法としては、ラミネータ、熱プレスなどのカバーフィルムの貼合や、スクリーン印刷などの印刷法を用いることができる。
　第１カバー層４３及び第２カバー層４４の形成方法としてカバーフィルムを貼合する場合、カバーフィルムは基材フィルム３４と同様の材料を採用することができる。また、第１カバー層４３及び第２カバー層４４の形成方法として印刷する場合、例えば、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化型樹脂を所定厚みで塗布し、硬化させることにより形成することができる。
　各引き回し回路３７，３８の他端部（外部接続端子部）３７ｂ，３８ｂを覆って、端子保護層４５が形成されてもよい。端子保護層４５の形成方法としては、ニッケル下地金メッキや、半田メッキなどを用いることができる。
　以上が、センサ構造部３６の構造である。
　引き回し回路の外部接続端子部３７ｂ，３８ｂには、直接又は端子保護層４５を介して、計測機器に接続するＦＰＣ（フレキシブル配線基板：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのリード４７が実装される。
　ＦＰＣは、一般に、ポリイミドからなる基材フィルム上に、金メッキされた銅箔で複数の配線パターンが構成されると共に、各配線パターンの露出不要部分はポリイミドからなるカバーレイで覆われた構成となっている。
　リード４７の実装方法としては、例えば、リード４７がＦＰＣの場合には異方性導電フィルム（ＡＣＦ；Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）または異方性導電接着剤（ＡＣＡ；Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ）４６などの伝導性接着物質などを使用した熱圧着法を用いることができる。
　端子保護層４５は、引き回し回路の外部接続端子部３７ｂ，３８ｂの酸化、硫化またはマイグレーションによる劣化防止の観点から設けられるものであり、外部接続端子部３７ｂ，３８ｂとリード４７とが電気的に接続可能なように導電性を有している。端子保護層４５の材料としては、例えば、Ｎｉ下地Ａｕ鍍金ヤ半田鍍金などを用いることができる。Ｎｉ下地Ａｕ鍍金、半田鍍金からなる端子保護層４５の形成には、鍍金法が用いられる。なお、Ａｕ鍍金の下地となるＮｉ層の形成にも鍍金法が用いられる。
　本実施形態のひずみセンサ３１により構造物、例えばトンネルのコンクリート構造物や橋梁の鋼構造物等のひずみを測定する場合には、センサ構造部３６の基材フィルム３４の厚み方向の両面のうち、ひずみ受感部３３側の面を構造物に対面させ、該センサ構造部３６と構造物との間に介在させた接着剤によりセンサ構造部３６を構造物に密着する。
　リード４７は、センサ構造部３６の構造物に密着する面とは反対側の面より取り出すことになり、センサ構造部３６と構造物との密着を阻害しない。すなわち、センサ構造部３６の構造物に密着する面（つまり、複数のひずみ受感部３３を有する面）からリード４７を取り出すと、リード４７の圧着部分の厚みでセンサ構造部３６の構造物に密着する面に凹凸が出来、密着力が低下しやすい。また、リード４７が引っ張られるなどしたときに、センサ構造部３６が構造物より捲れやすい。これらの結果、ひずみセンサの測定精度が低下する。
　また、ひずみセンサ３１は、構造物への固定時に接着剤を塗布するのではなく、あらかじめひずみ受感部３３側の面にセンサ固定用の接着層６０を備えていてもよい（図１２参照）。この場合、当該接着層６０が前記ビア孔３９，４０上を避けて、例えば、各ビア孔３９，４０を取り囲む開口部や、複数のビア孔３９，４０が並ぶ列を帯状に避ける非形成部を有するように接着層６０が形成されているのが好ましい。何故なら、ひずみ時のビア孔３９，４０及び導電ペースト４１，４２への応力を緩和し、この部分での断線を防止できるからである。接着層６０の材料としては、計測対象となる構造物の材質に合わせて適宜選択すればよい。
　前記構成を有するひずみチセンサを得る方法を、以下に詳しく説明する。
＜ひずみセンサの製造方法＞
　本実施形態の多点計測用のひずみセンサの製造方法は、
　（１）基材フィルムの第１主面に第１金属層を積層し、基材フィルムの第２主面に第２金属層を積層する工程と、
　（２）第１金属層からエッチング法にて複数のひずみ受感部を構成する導電パターンを形成し、第２金属層からエッチング法にて各ひずみ受感部に対応し、基材フィルムの外縁付近に外部接続端子部を有する引き回し回路を構成する導電パターンを形成する工程と、
　（３）ひずみ受感部と引き回し回路との対向する位置において、基材フィルムにビア孔をあける工程と、
　（４）ビア孔に導電ペーストを充填する工程と、を備えることを特徴とする。
　また、ひずみ受感部及び引き回し回路の酸化、硫化またはマイグレーションによる劣化防止のために、本発明の多点計測用のひずみセンサの製造方法は、
　（５）ビア孔に導電ペーストが充填された基材フィルムの第１主面に、ひずみ受感部を覆って絶縁性の第１カバー層を形成し、基材フィルムの第２主面に、外部接続端子部を除き、引き回し回路を覆って絶縁性の第２カバー層を形成する工程と、
　（６）引き回し回路の外部接続端子部を覆って導電性の端子保護層を形成する工程と、
をさらに備えていてもよい。
　また、本発明の多点計測用のひずみセンサの製造方法は、工程（１）～（４）又は工程（１）～（６）の後に、
　（７）引き回し回路の外部接続端子部にリードを実装する工程、をさらに備えていてもよい。
（１．積層工程）
　積層工程は、基材フィルム３４の第１主面３４ａに第１金属層４８を積層し、基材フィルム３４の第２主面３ｂに第２金属層４９を積層する工程である（図４参照）。
　基材フィルム３４は、第１金属層４８及び第２金属層４９を支持する枚葉又は長尺のものである。基材フィルム３４の材料は、例えば、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリイミドアミド（ＡＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの絶縁性の材質から成るフィルムを用いることができる。使用する基材フィルム３４の厚みは、１μｍ～１００μｍ厚のものを採用することができる。
　第１金属層４８は、ひずみ受感部３３を形成するためのものである。第１金属層４８の材料としては、ひずみ受感部３３の本体３３ｃが抵抗体として機能するものであれば特に限定されず、例えば、白金、アルミニウム、ニッケル、タングステン、鉄、金、銀、銅、パラジウム、クロム、銅ニッケル合金、ニッケルクロム合金、銅マンガン合金、鉄クロム合金等を挙げることができる。とくに、抵抗値及び線膨張係数等から銅ニッケル合金、ニッケルクロム合金、銅マンガン合金、鉄クロム合金が好ましい。
　第１金属層４８を形成する方法は特に限定されず、例えば、熱プレスによる金属箔の貼合や、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、鍍金法などで形成することができる。
　第２金属層４９は、引き回し回路３７，３８を形成するためのものである。第２金属層４９の材料は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）など、第１金属層４８よりも比抵抗が十分に小さい導体である。
　第２金属層４９を形成する方法は特に限定されず、第２金属層４９と同様に、例えば、熱プレスによる金属箔の貼合や、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、鍍金法などで形成することができる。
（２．パターニング工程）
　パターニング工程は、上記した第１金属層４８及び第２金属層４９からエッチング法にて各ひずみ受感部３３、各引き回し回路３７，３８の導電パターンを形成する工程である（図５参照）。
　例えば、形成する導電パターンに応じた形状のレジスト膜を上記した第１金属層４８及び第２金属層４９表面に積層し、その積層体をエッチング液に浸漬して各々の導電パターンを形成する。その後、パターン化された第１金属層４８及び第２金属層４９上に残存するレジスト膜をレジスト剥離液でもって全て剥離し、第１金属層４８及び第２金属層４９の表面全体を露出させる。
　上記の工程を経ることにより、基材フィルム３４の第１主面３４ａに形成された複数のひずみ受感部３３と、基材フィルム３４の第２主面３４ｂに各ひずみ受感部３３に対応して形成され、基材フィルム３４の外縁付近に外部接続端子部３７ｂ，３８ｂを有する引き回し回路３７，３８と、を備えたものが得られる。
　なお、基材フィルム３４が長尺の場合、二以上のセンサ構造部３６を連続して形成する。
　レジスト膜を導電パターンに応じた形状に形成するには、例えば、ドライフィルムレジストや液体レジスト等の感光性樹脂組成物を塗布し、感光性樹脂膜にマスクを介して電子ビームや光（紫外線）を照射して所定の形状に露光する。次いで、現像液に接触させることに不要な部分が溶解除去される。感光性樹脂には、露光部分が現像液に対して不溶性となるネガ型と、露光部分が現像液に対して可溶性となるポジ型とがある。
　また、レジスト膜を導電パターンに応じた形状に形成するには、スクリーン印刷などの印刷法を用いることもできる。
（３．ビア加工工程）
　ビア加工工程は、上記したひずみ受感部３３と引き回し回路３７，３８とを表裏導通するためのビア孔３９，４０をあける工程である（図６参照）。
　ビア孔３９，４０は、各ひずみ受感部３３の両端部である第１ランド部３３ａ，３３ｂに設けられたランド孔５０，５１と重なり、基材フィルム３４を貫通して引き回し回路３７，３８の内面（基材フィルム３４側の面）に到達するものである。ビア孔３９，４０の開孔は、例えば、ＵＶ－ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザやエキシマレーザなどを用いたレーザ照射や、基材フィルムエッチング等により形成することができる。
（４．ビアフィリング工程）
　ビアフィリング工程は、上記したビア孔３９，４０に導電ペースト４１，４２を充填する工程である（図７参照）。
　上記工程により、導電ペースト４１，４２の底部は引き回し回路３７，３８の第２ランド部３７ａ，３８ａに接触し、導電ペースト４１，４２の上部４１はひずみ受感部３３の第１ランド部３３ａ，３３ｂに接触するため、ひずみ受感部３３と引き回し回路３７，３８とが表裏導通される。
　導電ペースト４１，４２は、一般に、導電粒子およびバインダ樹脂を含むものである。バインダ樹脂は熱硬化性樹脂であり、充填後には硬化物として存在する。導電ペーストに含まれる導電粒子は、銀、銅又はニッケル等により形成することができる。
　また、導電ペースト４１，４２のビア孔３９，４０への充填方法としては、スクリーン印刷、インクジェットなどの印刷法を用いることができる。充填後には、熱乾燥、フラッシュランプ焼成などの乾燥を行なうことで、バインダ樹脂を硬化させる。
（５．カバー層形成工程）
　カバー層形成工程は、表裏導通後のひずみ受感部３３を絶縁性の第１カバー層４３で覆い、また各引き回し回路３７，３８を、外部接続端子部３７ｂ，３８ｂを除き、絶縁性の第２カバー層４４で覆う工程である（図８参照）。
　第１カバー層４３及び第２カバー層４４の形成方法としては、ラミネータ、熱プレスなどのカバーフィルムの貼合や、スクリーン印刷などの印刷法を用いることができる。
　第１カバー層４３及び第２カバー層４４の形成方法としてカバーフィルムを貼合する場合、カバーフィルムは基材フィルム３４と同様の材料を採用することができる。また、第１カバー層４３及び第２カバー層４４の形成方法として印刷する場合、例えば、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化型樹脂を所定厚みで塗布し、硬化させることにより形成することができる。
　上記の工程を経ることにより、　酸化、硫化またはマイグレーションに起因する劣化からひずみ受感部３３及び外部接続端子部３７ｂ，３８ｂを除く引き回し回路３７，３８を守ることができる。
（６．リード接続端子の保護層形成工程）
　リード接続端子の保護層形成工程は　各引き回し回路３７，３８の他端部（外部接続端子部）３７ｂ，３８ｂ、すなわち上記第２カバー層４４で覆われず露出する部分を、リード線と導通可能な材料で覆って、酸化、硫化またはマイグレーションに起因する劣化から保護する工程である（図９参照）。
　端子保護層４５の形成方法としては、ニッケル下地金メッキや、半田メッキなどを用いることができる。
　なお、基材フィルム３４が長尺の場合には、二以上のセンサ構造部３６を構成する導電パターンを連続して形成しているので、さらに個々のセンサ構造部３６に分離するように外形加工する（図１０参照）。
　外形加工の方法としては、打ち抜きプレスやレーザーカットなどを用いることができる。
（７．リード実装工程）
　リード実装工程は、センサ構造部３６について、引き回し回路３７，３８の外部接続端子部３７ｂ，３８ｂに端子保護層４５を介してリード４７を実装する工程である（図２、図３参照）。
　リード４７の実装方法としては、例えば、リード４７がＦＰＣの場合には異方性導電フィルムまたは異方性導電接着剤４６などの伝導性接着物質などを使用した熱圧着法を用いることができる。
　なお、前記端子保護層４５を形成する工程を省略して、外部接続端子部３７ｂ，３８ｂに直接、リード４７を実装することもできる。
　このようなひずみセンサの製造方法によれば、複数のひずみ受感部と各ひずみ受感部に対応する引き回し回路とが同一の基材フィルムの同一面に設けられてひずみセンサが得られるため、ひずみ受感部と引き回し回路との接続に貼り合せ工程が不要となる。したがって、貼り合せ時のズレに起因するひずみ受感部と引き回し回路との導通不良が起きない。
　特に基材フィルム両面の導電パターンのパターニング工程において、エッチングのレジスト膜の形成に感光性樹脂の露光・現像を行なう場合、ひずみ受感部と引き回し回路との位置合わせ精度がより高いものとなる。
　また、ひずみセンサを構成する層数を減らせるため、材料費、ひいては製造コストを低減できる。
〔第二実施形態〕
　本実施形態は、引き回し回路３７，３８の形成方向が異なる以外は一実施形態と同じであり、共通部分についての説明は省略する。
　すなわち、本実施形態に係る発明の引き回し回路３７，３８は、図１１に示すように、各ひずみ受感部３３の本体３３ｃにおける複数の帯状部の幅方向に沿って延在して設けられている。この場合、各ひずみ受感部３３の上記帯状部を構成する金属の長さ方向での延伸／圧縮を引き回し回路３７，３８が阻害しないため、より高精度のひずみ測定を行うことができる。
［その他の実施形態］
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
　上記実施形態のひずみセンサ３１を構成するセンサ構造部３６においては、図１に示すように、全てのひずみ受感部３３が、上述した受感方向を１方向に揃えて配置されているが、これに限定しない。例えば、直角に２方向のひずみ受感部３３が混在していてもよいし、さらには直角２方向と４５度方向のひずみ受感部３３が混在していてもよい（図示せず）。複数のひずみ受感部３３の向きを変えることにより、被測定物における複数の方向の歪量を測定することができる。
　また、上記実施形態のひずみセンサ３１においては、リード線４７を用いてセンサ構造部３６を外部の計測器と接続しているが、外部接続方法はこれに限定されない。例えば、センサ構造部３６に送信装置を設け、計測された出力値を計測器まで無線伝送してもよい。
１，３１　ひずみセンサ
２　フレキシブル基板
３　ひずみゲージ
４　ゲージベース
５　カバーフィルム
６，３６　センサ構造部
７　第１層基板
８　第２層基板
１３，３３　ひずみ受感部
１４ａ，１４ｂ　タブ（導線接続部）
１８，１９，２０，３７，３８　引き回し回路
２２　スルーホール
２３　半田（導体部材）
３３ａ，３３ｂ　第１ランド部
３３ｃ　本体
３３ｄ，３３ｅ　配線
３４　基材フィルム
３４ａ　第１主面
３４ｂ　第２主面
３７ａ，３８ａ　第２ランド部
３７ｂ，３８ｂ　外部接続端子部
３９，４０　ビア孔
４１，４２　導電ペースト
４３　第１カバー層
４４　第２カバー層
４５　端子保護層
４６　異方導電接着剤
４７　リード線
４８　第１金属層
４９　第２金属層
５０，５１　ランド孔
６０　接着層

Claims (7)

  1. 　基材フィルムと、
    　前記基材フィルムの第１主面に形成された複数のひずみ受感部と、
    　前記基材フィルムの第２主面に前記各ひずみ受感部に対応して形成され、前記基材フィルムの外縁付近に外部接続端子部を有する引き回し回路と、
    　前記各ひずみ受感部とこれに対応する前記引き回し回路とをビア孔に充填されて接続する導電ペーストと、を備える多点計測用のひずみセンサ。
  2. 　前記基材フィルムの第１主面に前記ひずみ受感部を覆って形成された絶縁性の第１カバー層と、
    　前記基材フィルムの第２主面に、前記外部接続端子部を除き、前記引き回し回路を覆って形成された絶縁性の第２カバー層と、
    　前記引き回し回路の前記外部接続端子部を覆って形成された導電性の端子保護層と、をさらに備えた請求項１の多点計測用のひずみセンサ。
  3. 　前記引き回し回路の前記外部接続端子部に実装されたリードをさらに備えた請求項１又は請求項２の多点計測用のひずみセンサ。
  4. 　前記基材フィルムの第１主面側にセンサ固定用の接着層をさらに備え、当該接着層が前記ビア孔上を避けて形成されている請求項１～３のいずれかの多点計測用のひずみセンサ。
  5. 　基材フィルムの第１主面に第１金属層を積層し、前記基材フィルムの第２主面に第２金属層を積層する工程と、
    　前記第１金属層からエッチング法にて複数のひずみ受感部を構成する導電パターンを形成し、前記第２金属層からエッチング法にて前記各ひずみ受感部に対応し、前記基材フィルムの外縁付近に外部接続端子部を有する引き回し回路を構成する導電パターンを形成する工程と、
    　前記ひずみ受感部と前記引き回し回路との対向する位置において、前記基材フィルムにビア孔をあける工程と、
    　前記ビア孔に導電ペーストを充填する工程と、を備える多点計測用のひずみセンサの製造方法。
  6. 　前記ビア孔に前記導電ペーストが充填された前記基材フィルムの第１主面に、前記ひずみ受感部を覆って絶縁性の第１カバー層を形成し、前記基材フィルムの第２主面に、前記外部接続端子部を除き、前記引き回し回路を覆って絶縁性の第２カバー層を形成する工程と、
    　前記引き回し回路の前記外部接続端子部を覆って導電性の端子保護層を形成する工程と、
    をさらに備えた請求項５の多点計測用のひずみセンサの製造方法。
  7. 　前記引き回し回路の前記外部接続端子部にリードを実装する工程と、をさらに備えた請求項５又は請求項６の多点計測用のひずみセンサの製造方法。
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