WO2022092205A1 - 積層フィルム、その製造方法およびひずみセンサ - Google Patents

積層フィルム、その製造方法およびひずみセンサ Download PDF

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laminated film
strain sensor
resistance
resistance layer
less
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克則 澁谷
一裕 中島
智史 安井
英二 丹羽
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日東電工株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge

Definitions

  • the present invention relates to a laminated film, a manufacturing method thereof, and a strain sensor.
  • Patent Document 1 first, a Cr—N thin film is formed on the surface of an insulating substrate to prepare a thin film laminated film, and then heat treatment is performed at 300 ° C. to pattern the Cr—N thin film to manufacture a strain sensor. ing.
  • the absolute value of the temperature coefficient of resistance (TCR) of the Cr—N thin film is reduced by heat treatment at 300 ° C., and the stability of the strain sensor is improved.
  • a hard silicon substrate is used as an insulating substrate that can withstand the above-mentioned high-temperature heat treatment.
  • a resin substrate made of resin may be used depending on the application and purpose.
  • a resin substrate made of resin may be used.
  • the resin substrate will be damaged. Therefore, the resin substrate cannot be heat-treated at a high temperature, and in this case, the absolute value of the temperature coefficient of resistance of the Cr—N thin film cannot be close to 0, so that there is a problem that the strain sensor becomes unstable.
  • the present invention provides a laminated film including an insulating base resin film and a resistance layer having a small absolute value of the temperature coefficient of resistance and a high gauge ratio, a manufacturing method thereof, and a strain sensor.
  • an insulating base resin film and a resistance layer are provided in order in the thickness direction, the resistance layer contains chromium nitride, and the molar portion of the nitrogen atom relative to 100 mol parts of the chromium atom is 3.
  • the resistance layer contains chromium nitride, and the molar portion of the nitrogen atom relative to 100 mol parts of the chromium atom is 3.
  • This laminated film is provided with a base resin film and has a resistance layer in which the molar portion of the nitrogen atom with respect to 100 mol parts of the chromium atom is 3.0 mol parts or more and 7.0 mol parts or less, so that the temperature is relatively low.
  • the gauge ratio can be increased while the absolute value of the temperature coefficient of resistance of the resistance layer can be reduced. Therefore, the strain sensor obtained from this laminated film has excellent stability and sensitivity.
  • the present invention (2) includes the laminated film according to (1), wherein the material of the base resin film is polyimide.
  • the present invention (3) includes the laminated film according to (1) or (2), wherein the base resin film has a thickness of 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the present invention (4) includes the laminated film according to any one of (1) to (3), wherein the resistance layer has a thickness of 10 nm or more and 150 nm or less.
  • the present invention (5) includes the laminated film according to any one of (1) to (4), wherein the gauge ratio of the resistance layer is 10 or more.
  • the gauge ratio of the resistance layer is 10 or more, so that a strain sensor with good sensitivity can be obtained.
  • the present invention (7) includes the laminated film according to any one of (1) to (6), wherein the absolute value of the temperature coefficient of resistance of the resistance layer is 300 ppm / ° C. or less.
  • the absolute value of the temperature coefficient of resistance of the resistance layer is 300 ppm / ° C or less, so that a strain sensor having excellent stability can be obtained.
  • the present invention (7) is a method for producing a laminated film, comprising a step of preparing the laminated film according to any one of (1) to (6) and a step of heating the laminated film at 200 ° C. or lower. including.
  • an insulating base resin film and a strain sensor portion are provided in order in the thickness direction, and the strain sensor portion contains patterned chromium nitride and has nitrogen atoms relative to 100 mol parts of chromium atoms.
  • a strain sensor having a molar portion of 3.0 molar parts or more and 7.0 molar parts or less is included.
  • the gauge rate can be increased while the absolute value of the resistance temperature coefficient of the strain sensor unit can be reduced by heating at a relatively low temperature. Therefore, this strain sensor has excellent stability and sensitivity.
  • the laminated film of the present invention it is possible to obtain a strain sensor having excellent stability and good sensitivity.
  • the method for producing a laminated film of the present invention can reduce damage caused by heating of the base resin film.
  • the strain sensor of the present invention has excellent stability and sensitivity.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of the laminated film of the present invention.
  • 2A and 2B are strain sensors in which the resistance layer shown in FIG. 1 is patterned, FIG. 2A is a cross-sectional view, and FIG. 2B is a plan view.
  • the laminated film 1 is a film for a strain sensor used for manufacturing a strain sensor 15 (see FIGS. 2A to 2B) described later.
  • the laminated film 1 has a flat plate shape extending in a plane direction orthogonal to the thickness direction.
  • the laminated film 1 includes a base resin film 2 and a resistance layer 3 in order toward one side in the thickness direction.
  • the base resin film 2 is insulating.
  • the base resin film 2 forms the other side of the laminated film 1 in the thickness direction.
  • the base material resin film 2 has a flat plate shape extending in the plane direction.
  • the material of the base material resin film 2 examples include a resin such as polyimide, for example, polyester such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate.
  • the material of the base resin film 2 is preferably polyimide. If the base resin film 2 is polyimide, it can be heated to about 200 ° C.
  • the thickness of the base resin film 2 is not particularly limited, and is, for example, 2 ⁇ m or more, preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 20 ⁇ m or more, and for example, 500 ⁇ m or less, preferably 300 ⁇ m or less, more preferably. , 200 ⁇ m or less.
  • the thickness of the base resin film 2 is equal to or greater than the above-mentioned lower limit, the occurrence of wrinkles can be suppressed. If the thickness of the base resin film 2 is equal to or less than the above-mentioned upper limit, it can be conveyed by roll-to-roll.
  • a corona discharge treatment an ultraviolet irradiation treatment, a plasma treatment, a sputtering etching treatment, or the like can be applied to one surface of the base resin film 2 in the thickness direction.
  • the resistance layer 3 is a layer that is patterned when the strain sensor 15 (see FIGS. 2A to 2B) is manufactured from the laminated film 1.
  • the resistance layer 3 is arranged on one side of the base resin film 2 in the thickness direction.
  • the resistance layer 3 forms one side of the laminated film 1 in the thickness direction. Specifically, the resistance layer 3 is in contact with all of one surface of the base resin film 2 in the thickness direction.
  • the resistance layer 3 contains chromium nitride. Specifically, the material of the resistance layer 3 contains chromium nitride as a main component. On the other hand, the material of the resistance layer 3 is allowed to be mixed with unavoidable impurities, for example. The proportion of unavoidable impurities in the resistance layer 3 is, for example, 1 atomic% or less, preferably 0.1 atomic% or less, and more preferably 0.05 atomic% or less. Preferably, the resistance layer 3 is made of chromium nitride.
  • the molar portion of the nitrogen atom with respect to 100 mol parts of the chromium atom is 3.0 mol parts or more and 7.0 mol parts or less.
  • TCR temperature coefficient of resistance
  • the absolute value of the temperature coefficient of resistance becomes excessively high or the gauge ratio becomes low.
  • the higher the absolute value of the temperature coefficient of resistance the lower the stability of the strain sensor 15.
  • the lower the gauge ratio the lower the sensitivity of the strain sensor 15.
  • the molar portion of the nitrogen atom with respect to 100 mol parts of the chromium atom is preferably 3.5 mol parts or more, more preferably 4.0 mol parts or more, still more preferably 4.5 mol parts or more. If the molar portion of the nitrogen atom with respect to 100 molar parts of the chromium atom is equal to or greater than the above-mentioned lower limit, it is possible to prevent the absolute value of the temperature coefficient of resistance from becoming excessively high.
  • the molar portion of the nitrogen atom with respect to 100 mol parts of the chromium atom is preferably 6.0 mol parts or less, more preferably 5.25 mol parts or less, and further preferably 5.0 mol parts or less.
  • the molar portion of the nitrogen atom with respect to 100 molar parts of the chromium atom is not more than the above-mentioned upper limit, it is possible to suppress the absolute value of the temperature coefficient of resistance from becoming excessively high and to increase the gauge ratio.
  • the method of determining the molar part of the nitrogen atom with respect to 100 mol parts of the chromium atom is measured by the Rutherford backscattering analysis method (RBS).
  • RBS Rutherford backscattering analysis method
  • the gauge ratio of the resistance layer 3 is, for example, 10 or more, preferably 11 or more, and more preferably 12 or more.
  • the gauge ratio of the resistance layer 3 is equal to or higher than the above-mentioned lower limit, the sensitivity of the strain sensor 15 can be improved.
  • the gauge ratio of the bulk-shaped chromium nitride is 26 to 28, the gauge ratio of the resistance layer 3 is, for example, 25 or less, or 20 or less. The method of obtaining the gauge ratio of the resistance layer 3 will be described in detail in a later embodiment.
  • the thickness of the resistance layer 3 is, for example, 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and for example, 150 nm or less, preferably 120 nm or less. If the thickness of the resistance layer 3 is equal to or greater than the above-mentioned lower limit, the gauge ratio of the resistance layer 3 can be increased. When the thickness of the resistance layer 3 is not more than the above-mentioned upper limit, the generation of cracks in the resistance layer 3 can be suppressed.
  • the laminated film 1 is formed by a roll-to-roll method.
  • the resistance layer 3 is formed on one side of the base resin film 2 in the thickness direction.
  • the film forming method include a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, and an ion plating method. Sputtering methods are preferred, and reactive sputtering is more preferred.
  • the target is composed of chromium, and a mixed gas of an inert gas such as argon and nitrogen is used as the sputtering gas.
  • the volume of nitrogen with respect to 100 parts by volume of the inert gas is, for example, 0.5 to 15 parts by volume.
  • the laminated film 1 provided with the base resin film 2 and the resistance layer 3 is produced.
  • the laminated film 1 is heated at 200 ° C. or lower. If the heating temperature of the laminated film 1 exceeds 200 ° C., the base resin film 2 is damaged.
  • the heating temperature is preferably 180 ° C. or lower, and is, for example, 80 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, and more preferably 120 ° C. or higher.
  • the heating time is, for example, 1 minute or more, preferably 5 minutes or more, and for example, 1 hour or less, preferably 45 minutes or less.
  • the absolute value of the temperature coefficient of resistance of the resistance layer 3 is reduced.
  • the absolute value of the anti-temperature coefficient of the resistance layer 3 after heating is, for example, 300 ppm / ° C. or lower, preferably 200 ppm / ° C. or lower, more preferably 160 ppm / ° C. or lower, and even more preferably 150 ppm. / ° C. or lower, most preferably 100 ppm / ° C. or lower, preferably 50 ppm / ° C. or lower.
  • the absolute value of the resistance temperature coefficient of the resistance layer 3 When the absolute value of the resistance temperature coefficient of the resistance layer 3 is equal to or less than the above-mentioned upper limit, the change in the resistance of the resistance layer 3 due to the temperature change can be reduced, and the stability of the strain sensor 15 is excellent. Further, if the absolute value of the temperature coefficient of resistance of the resistance layer 3 is equal to or less than the above-mentioned upper limit, the gauge ratio can be increased. The method of obtaining the temperature coefficient of resistance of the resistance layer 3 will be described in detail in a later embodiment.
  • a laminated film 1 having a base resin film 2 and a resistance layer 3 having a small absolute value resistance temperature coefficient (300 ppm / ° C. or less) and a high gauge ratio (10 or more) is obtained.
  • the resistance layer 3 in the laminated film 1 is then patterned to form the resistance pattern 4.
  • the patterning of the resistance layer 3 include etching, and specific examples thereof include dry etching, wet etching, preferably dry etching, and more preferably laser etching.
  • the resistance pattern 4 integrally includes the strain sensor unit 5, the terminal 6, and the wiring 7.
  • the strain sensor unit 5 has a substantially knotted shape in a plan view. Specifically, the strain sensor unit 5 has a plurality of first lines 8, a plurality of first connection lines 9, and a plurality of second connection lines 10.
  • Each of the plurality of first lines 8 extends along the first direction (direction included in the plane direction).
  • the plurality of first lines 8 are aligned and arranged at intervals in the second direction (direction included in the plane direction and orthogonal to the first direction).
  • the plurality of first connecting lines 9 connect one end of the first line 8 adjacent to the second direction in the first direction.
  • the plurality of second connecting lines 10 connect the other ends of the first lines 8 adjacent to each other in the second direction in the first direction. When projected in the first direction, the first connecting line 9 and the second connecting line 10 are arranged alternately.
  • the terminal 6 is separated from the strain sensor unit 5 in the plane direction.
  • the terminal 6 has, for example, a land shape having a substantially rectangular shape in a plan view. Two terminals 6 are provided at intervals.
  • the wiring 7 connects the two terminals 6 and both ends of the strain sensor unit 5.
  • one conductive path is formed from one terminal 6 through one wiring 7, strain sensor unit 5, and other wiring 7 to the other terminal 6.
  • the dimensions of the strain sensor unit 5 are appropriately set according to the application and purpose.
  • the width of the first line 8, the first connecting line 9 and the second connecting line 10 is, for example, 1 ⁇ m or more, preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, and for example, 150 ⁇ m or less, preferably preferably. It is 100 ⁇ m or less, more preferably 70 ⁇ m or less.
  • the shape of the base material resin film 2 is also appropriately set according to the application and purpose of the strain sensor 15, and becomes a desired dimension by, for example, external processing.
  • the laminated film 1 of the strain sensor 15 is attached to the surface of the subject 20 via the adhesive layer 21. Further, the lead wire 23 is connected to the two terminals 6 via the conductive adhesive layer 22. The lead wire 23 is electrically connected to an external resistance measurement circuit (not shown).
  • the resistance value of the strain sensor unit 5 changes. Based on this, the strain amount is calculated in the resistance measurement circuit.
  • the strain amount of the subject 20 is calculated.
  • the laminated film 1 includes a base resin film 2 and a resistance layer 3 having a molar portion of nitrogen atoms of 3.0 mol parts or more and 7.0 mol parts or less with respect to 100 mol parts of chromium atoms. Therefore, if the base resin film 2 is heated at a relatively low temperature, the gauge ratio can be increased while the absolute value of the temperature coefficient of resistance of the resistance layer 3 can be reduced. Therefore, the strain sensor 15 obtained from the laminated film 1 is excellent in stability and sensitivity.
  • the gauge ratio can be increased while the absolute value of the resistance temperature coefficient of the strain sensor unit 5 can be reduced by heating at a relatively low temperature. Therefore, the strain sensor 15 has excellent stability and sensitivity.
  • the heating timing is before the patterning of the resistance layer 3, but may be, for example, after the patterning of the resistance layer 3.
  • the base material resin film 2 can include, for example, a functional layer (not shown) such as a hard coat layer, an easy-adhesive layer, and an antistatic layer on one side in the thickness direction thereof.
  • a functional layer such as a hard coat layer, an easy-adhesive layer, and an antistatic layer on one side in the thickness direction thereof.
  • strain sensor 15 can cover the strain sensor portion 5 and further include a cover layer 12 (one-dot chain line) made of resin.
  • Examples and comparative examples are shown below, and the present invention will be described in more detail.
  • the present invention is not limited to Examples and Comparative Examples.
  • specific numerical values such as the compounding ratio (content ratio), physical property values, parameters, etc. used in the following description are described in the above-mentioned "form for carrying out the invention", and the compounding ratios corresponding to them (Substitute the upper limit value (value defined as “less than or equal to” or “less than”) or the lower limit value (value defined as "greater than or equal to” or “excess”) such as content ratio), physical property value, parameter, etc. be able to.
  • Example 1 A base resin film 2 (150EN manufactured by Toray DuPont) made of polyimide and having a thickness of 38 ⁇ m was prepared.
  • the base resin film 2 was set on the roll-to-roll take-out roll and the take-up roll, and was set on the sputtering apparatus arranged between them.
  • the inside of the sputtering apparatus is exhausted until the degree of vacuum becomes 1 ⁇ 10 -3 Pa or less, it is composed of chromium nitride by reactive pulse DC sputtering (pulse width: 1 ⁇ s, frequency: 100 kHz) under the following conditions.
  • the resistance layer 3 was formed into a film. The thickness of the resistance layer 3 was 60 nm.
  • Target Metallic chrome, flat plate shape of 500 mm x 150 mm Power: 5 kW (Power density: 6.7 W / cm 2 ) Magnetic flux density (target surface): 30mT-100mT Substrate temperature: 150 ° C Sputtering gas: Mixed gas of argon and nitrogen Film formation pressure: 0.085 Pa
  • the ratio of nitrogen gas was adjusted so that the ratio of the number of moles of nitrogen atom to the number of moles of chromium atom was as shown in Table 1.
  • the laminated film 1 provided with the base resin film 2 and the resistance layer 3 was manufactured.
  • the laminated film 1 was heated at 150 ° C. for 30 minutes (annealing treatment).
  • the laminated film 1 was cut into a size of 10 mm ⁇ 200 mm, and a resistance pattern 4 including a knot-shaped strain sensor portion 5, a terminal 6, and a wiring 7 was formed from the resistance layer 3 by laser patterning.
  • the line width of the strain sensor unit 5 was 30 ⁇ m.
  • the resistance of the resistance pattern 4 was adjusted to be about 10 k ⁇ , and the resistance of the strain sensor unit 5 was adjusted to be 30 times the resistance of the wiring 7. As a result, a strain sensor 15 was obtained.
  • Example 2 to Comparative Example 3 The same treatment as in Example 1 was carried out except that the ratio of the number of moles of nitrogen atoms to the number of moles of chromium atoms was changed according to Table 1, to obtain a laminated film 1 and a strain sensor 15. Specifically, the ratio of nitrogen in the sputtering gas was adjusted.
  • the resistance temperature coefficient calculated from the resistance values of 5 ° C. and 25 ° C. and the average value of the resistance temperature coefficient calculated from the resistance values of 25 ° C. and 45 ° C. are set to the resistance temperature of the strain sensor unit 5 (resistance layer 3). Obtained as a coefficient.
  • Laminated film is used in the manufacture of strain sensors.

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Abstract

積層フィルム１は、絶縁性の基材樹脂フィルム(２)と、抵抗層(３)とを厚み方向に順に備える。抵抗層(３)が、窒化クロムを含む。抵抗層(３)において、クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部が、３．０モル部以上、７．０モル部以下である。

Description

積層フィルム、その製造方法およびひずみセンサ
　本発明は、積層フィルム、その製造方法およびひずみセンサに関する。
　従来、絶縁性基板と、その表面に配置され、パターニングされたＣｒ－Ｎ薄膜とを備えるひずみセンサが知られている（例えば、下記特許文献１参照。）。
　特許文献１では、まず、絶縁性基板の表面にＣｒ－Ｎ薄膜を形成して薄膜積層フィルムを作製し、その後、３００℃で熱処理し、Ｃｒ－Ｎ薄膜をパターニングして、ひずみセンサを製造している。特許文献１では、３００℃の熱処理によって、Ｃｒ－Ｎ薄膜の抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を小さくし、ひずみセンサの安定性を良好にしている。
　また、上記した高温の熱処理に耐えられる絶縁性基板として、硬質のシリコン基板が用いられる。
特開２０１５－３１６３３号公報
　しかるに、用途および目的によって、樹脂からなる樹脂基板を用いる場合がある。しかし、このような樹脂基板を上記した温度で熱処理すれば、樹脂基板が損傷してしまう。従って、樹脂基板は、高温で熱処理できず、この場合には、Ｃｒ－Ｎ薄膜の抵抗温度係数の絶対値を０近傍にできないため、ひずみセンサが不安定になるという不具合がある。
　また、ひずみセンサの感度を良好にする観点から、ひずみセンサのＣｒ－Ｎ薄膜には高いゲージ率が求められる。
　本発明は、絶縁性の基材樹脂フィルムと、抵抗温度係数の絶対値が小さく、ゲージ率が高い抵抗層とを備える積層フィルム、その製造方法およびひずみセンサを提供する。
　本発明（１）は、絶縁性の基材樹脂フィルムと、抵抗層とを厚み方向に順に備え、前記抵抗層が、窒化クロムを含み、クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部が、３．０モル部以上、７．０モル部以下である、積層フィルムを含む。
　この積層フィルムは、基材樹脂フィルムを備えながら、クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部が、３．０モル部以上、７．０モル部以下である抵抗層を備えるので、比較的低温で積層フィルムを加熱すれば、抵抗層の抵抗温度係数の絶対値を小さくできながら、ゲージ率を高くできる。そのため、この積層フィルムから得られるひずみセンサは、安定性に優れ、感度が良好である。
　本発明（２）は、前記基材樹脂フィルムの材料が、ポリイミドである（１）に記載の積層フィルムを含む。
　本発明（３）は、　前記基材樹脂フィルムの厚みが、１０μｍ以上、２００μｍ以下である、（１）または（２）に記載の積層フィルムを含む。
　本発明（４）は、　前記抵抗層の厚みが、１０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下である、（１）～（３）のいずれか一項に記載の積層フィルムを含む。
　本発明（５）は、前記抵抗層のゲージ率が、１０以上である、（１）～（４）のいずれか一項に記載の積層フィルムを含む。
　この積層フィルムでは、抵抗層のゲージ率が、１０以上であるので、感度が良好なひずみセンサを得ることができる。
　本発明（７）は、前記抵抗層の抵抗温度係数の絶対値が、３００ｐｐｍ／℃以下である、（１）～（６）のいずれか一項に記載の積層フィルムを含む。
　この積層フィルムでは、抵抗層の抵抗温度係数の絶対値が、３００ｐｐｍ／℃以下であるので、安定性に優れるひずみセンサを得ることができる。
　本発明（７）は、（１）～（６）のいずれか一項に記載の積層フィルムを準備する工程と、前記積層フィルムを２００℃以下で加熱する工程とを備える、積層フィルムの製造方法を含む。
　この積層フィルムの製造方法では、積層フィルムを２００℃以下で加熱するので、基材樹脂フィルムの加熱に起因する損傷を低減できる。
　本発明（８）は、絶縁性の基材樹脂フィルムと、ひずみセンサ部とを厚み方向に順に備え、前記ひずみセンサ部が、パターニングされた窒化クロムを含み、クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部が、３．０モル部以上、７．０モル部以下である、ひずみセンサを含む。
　このひずみセンサでは、比較的低温での加熱によって、ひずみセンサ部の抵抗温度係数の絶対値を小さくできながら、ゲージ率を高くできる。そのため、このひずみセンサは、安定性に優れ、感度が良好である。
　本発明の積層フィルムによれば、安定性に優れ、感度が良好であるひずみセンサを得ることができる。
　本発明の積層フィルムの製造方法は、基材樹脂フィルムの加熱に起因する損傷を低減できる。
　本発明のひずみセンサは、安定性に優れ、感度が良好である。
図１は、本発明の積層フィルムの一実施形態の断面図である。 図２は、図１に示す抵抗層をパターニングしたひずみセンサであり、図２Ａが、断面図、図２Ｂが、平面図である。
　本発明の積層フィルムおよびひずみセンサの一実施形態を図１～図２Ｂを参照して説明する。
［積層フィルム］
　積層フィルム１は、後で説明するひずみセンサ１５（図２Ａ～図２Ｂ参照）の製造に用いられるひずみセンサ用フィルムである。この積層フィルム１は、厚み方向に直交する面方向に延びる平板形状を有する。具体的には、積層フィルム１は、基材樹脂フィルム２と、抵抗層３とを厚み方向一方側に向かって順に備える。
［基材樹脂フィルム］
　基材樹脂フィルム２は、絶縁性である。基材樹脂フィルム２は、積層フィルム１の厚み方向他方面を形成する。基材樹脂フィルム２は、面方向に延びる平板形状を有する。
　基材樹脂フィルム２の材料としては、例えば、ポリイミド、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステルなどの樹脂が挙げられる。基材樹脂フィルム２の材料として、好ましくは、ポリイミドが挙げられる。基材樹脂フィルム２がポリイミドであれば、２００℃程度まで加熱できる。
　基材樹脂フィルム２の厚みは、特に限定されず、例えば、２μｍ以上、好ましくは、１０μｍ以上、より好ましくは、２０μｍ以上であり、また、例えば、５００μｍ以下、好ましくは、３００μｍ以下、より好ましくは、２００μｍ以下である。基材樹脂フィルム２の厚みが、上記した下限以上であれば、シワの発生を抑制できる。基材樹脂フィルム２の厚みが、上記した上限以下であれば、ロール－トゥ－ロールで搬送できる。
　基材樹脂フィルム２の厚み方向一方面には、抵抗層３との密着性向上のため、例えば、コロナ放電処理、紫外線照射処理、プラズマ処理、スパッタエッチング処理などの処理を施すことができる。
［抵抗層］
　抵抗層３は、積層フィルム１からひずみセンサ１５（図２Ａ～図２Ｂ参照）が製造されるときに、パターニングされる層である。抵抗層３は、基材樹脂フィルム２の厚み方向一方面に配置されている。抵抗層３は、積層フィルム１の厚み方向一方面を形成する。具体的には、抵抗層３は、基材樹脂フィルム２の厚み方向一方面の全部に接触している。
　抵抗層３は、窒化クロムを含む。具体的には、抵抗層３の材料は、窒化クロムを主成分として含有する。一方、抵抗層３の材料には、例えば、不可避不純物の混入が許容される。抵抗層３における不可避不純物の割合は、例えば、１原子％以下、好ましくは、０．１原子％以下、より好ましくは、０．０５原子％以下である。好ましくは、抵抗層３は、窒化クロムからなる。
　窒化クロムでは、クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部は、３．０モル部以上、７．０モル部以下である。
　クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部が、３．０モル部未満であれば、抵抗温度係数（ＴＣＲ）（後述）の絶対値が過度に高くなる。抵抗温度係数の絶対値が高くなれば、ひずみセンサ１５の安定性が低下する。
　他方、クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部が、７．０モル部を超過すれば、抵抗温度係数の絶対値が過度に高くなり、または、ゲージ率が低くなる。抵抗温度係数の絶対値が高くなれば、ひずみセンサ１５の安定性が低下する。ゲージ率が低くなれば、ひずみセンサ１５の感度が低くなる。
　また、クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部は、好ましくは、３．５モル部以上、より好ましくは、４．０モル部以上、さらに好ましくは、４．５モル部以上である。クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部が上記した下限以上であれば、抵抗温度係数の絶対値が過度に高くなることを抑制できる。
　クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部は、好ましくは、６．０モル部以下、より好ましくは、５．２５モル部以下、さらに好ましくは、５．０モル部以下である。クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部が上記した上限以下であれば、抵抗温度係数の絶対値が過度に高くなることを抑制し、また、ゲージ率を高くできる。
　クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部の求め方は、ラザフォード後方散乱分析法（ＲＢＳ）により測定される。ＲＢＳの条件は、後の実施例で詳述する。
　抵抗層３のゲージ率は、例えば、１０以上、好ましくは、１１以上、より好ましくは、１２以上である。抵抗層３のゲージ率が上記した下限以上であれば、ひずみセンサ１５の感度を良好にできる。一方、バルク形状の窒化クロムのゲージ率が２６～２８であることから、抵抗層３のゲージ率は、例えば、２５以下、また、２０以下である。抵抗層３のゲージ率の求め方は、後の実施例で詳述する。
　抵抗層３の厚みは、例えば、５ｎｍ以上、好ましくは、１０ｎｍ以上であり、また、例えば、１５０ｎｍ以下、好ましくは、１２０ｎｍ以下である。抵抗層３の厚みが上記した下限以上であれば、抵抗層３のゲージ率を大きくできる。抵抗層３の厚みが上記した上限以下であれば、抵抗層３のクラック発生を抑制できる。
［積層フィルムおよびひずみセンサの製造方法］
　積層フィルム１の製造方法は、例えば、ロール－トゥ－ロール方式で積層フィルム１を形成する。
　例えば、長尺の基材樹脂フィルム２を搬送しながら、抵抗層３を基材樹脂フィルム２の厚み方向一方面に成膜する。成膜方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などが挙げられる。好ましくは、スパッタリング法、より好ましくは、反応性スパッタリングが挙げられる。
　反応性スパッタリングでは、ターゲットは、クロムからなり、スパッタリングガスとして、アルゴンなどの不活性ガスと、窒素との混合ガスが用いられる。不活性ガス１００体積部に対する窒素の体積部数は、例えば、０．５～１５体積部である。
　これにより、基材樹脂フィルム２および抵抗層３を備える積層フィルム１を作製する。
　その後、積層フィルム１を、２００℃以下で加熱する。積層フィルム１の加熱温度が２００℃を越えれば、基材樹脂フィルム２が損傷する。
　加熱温度は、好ましくは、１８０℃以下であり、また、例えば、８０℃以上、好ましくは、１００℃以上、より好ましくは、１２０℃以上である。加熱時間は、例えば、１分以上、好ましくは、５分以上であり、また、例えば、１時間以下、好ましくは、４５分以下である。
　上記した加熱によって、抵抗層３の抵抗温度係数の絶対値を小さくする。具体的には、加熱後の抵抗層３の抗温度係数の絶対値は、例えば、３００ｐｐｍ／℃以下、好ましくは、２００ｐｐｍ／℃以下、より好ましくは、１６０ｐｐｍ／℃以下、さらに好ましくは、とりわけ１５０ｐｐｍ／℃以下、最も好ましくは、１００ｐｐｍ／℃以下、好ましくは、５０ｐｐｍ／℃以下である。抵抗層３の抵抗温度係数の絶対値が上記した上限以下であれば、温度変化に伴う抵抗層３の抵抗の変化を小さくでき、ひずみセンサ１５の安定性に優れる。また、抵抗層３の抵抗温度係数の絶対値が上記した上限以下であれば、ゲージ率を高くできる。抵抗層３の抵抗温度係数の求め方は、後の実施例で詳述する。
　これにより、基材樹脂フィルム２と、絶対値が小さい抵抗温度係数（３００ｐｐｍ／℃以下）および高いゲージ率（１０以上）を有する抵抗層３とを備える積層フィルム１とを得る。
　図２Ａに示すように、その後、積層フィルム１における抵抗層３をパターニングして、抵抗パターン４を形成する。抵抗層３のパターニングとしては、例えば、エッチングが挙げられ、具体的には、ドライエッチング、ウエットエッチング、好ましくは、ドライエッチング、より好ましくは、レーザエッチングが挙げられる。
　抵抗パターン４は、ひずみセンサ部５と、端子６と、配線７とを一体的に含む。
　図２Ｂに示すように、ひずみセンサ部５は、平面視略葛折り形状を有する。具体的には、ひずみセンサ部５は、複数の第１線８と、複数の第１接続線９と、複数の第２接続線１０とを有する。
　複数の第１線８のそれぞれは、第１方向（面方向に含まれる方向）に沿って延びる。複数の第１線８は、第２方向（面方向に含まれる方向であって、第１方向に直交する方向）に間隔を隔てて整列配置されている。
　複数の第１接続線９は、第２方向に隣り合う第１線８の第１方向一端部を連絡する。
　複数の第２接続線１０は、第２方向に隣り合う第１線８の第１方向他端部を連絡する。第１方向に投影したときには、第１接続線９および第２接続線１０は、交互に配置される。
　端子６は、ひずみセンサ部５と面方向に間隔を隔てられる。端子６は、例えば、平面視略矩形のランド形状を有する。端子６は、間隔を隔てて２つ設けられる。
　配線７は、２つの端子６と、ひずみセンサ部５の両端とを連絡する。
　ひずみセンサ部５では、一の端子６から、一の配線７、ひずみセンサ部５および他の配線７を通過して、他の端子６に至る１本の導電パスが形成されている。
　ひずみセンサ部５の寸法は、用途および目的に応じて適宜設定される。第１線８、第１接続線９および第２接続線１０の幅は、例えば、１μｍ以上、好ましくは、５μｍ以上、より好ましくは、１０μｍ以上であり、また、例えば、１５０μｍ以下、好ましくは、１００μｍ以下、より好ましくは、７０μｍ以下である。
　また、基材樹脂フィルム２の形状も、ひずみセンサ１５の用途および目的に応じて、適宜設定され、例えば、外形加工により所望の寸法となる。
　次に、ひずみセンサ１５を被検体２０に配置して、被検体２０のひずみ量（変形量）を測定する方法を説明する。
　図２Ａに示すように、被検体２０の表面に、接着層２１を介して、ひずみセンサ１５の積層フィルム１を貼着する。また、２つの端子６には、導電性接着層２２を介して、リード線２３を接続する。リード線２３は、外部の抵抗測定回路（図示せず）と電気的に接続されている。
　そして、被検体２０がひずむと、ひずみセンサ部５の抵抗値が変化する。これに基づいて、抵抗測定回路において、ひずみ量が算出される。
　具体的には、被検体２０が第１方向に伸張すると、第１線８に引張ひずみが付与され、第１線８の断面積が減少し、ひずみセンサ部５の抵抗が大きくなる。一方、被検体２０が収縮すると、第１線８に圧縮ひずみが付与され、第１線８の断面積が増大し、ひずみセンサ部５の抵抗が小さくなる。このような抵抗変化量から、被検体２０のひずみ量が算出される。
　［一実施形態の作用効果］
　そして、この積層フィルム１は、基材樹脂フィルム２を備えながら、クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部が、３．０モル部以上、７．０モル部以下である抵抗層３を備えるので、比較的低温で基材樹脂フィルム２を加熱すれば、抵抗層３の抵抗温度係数の絶対値を小さくできながら、ゲージ率を高くできる。そのため、この積層フィルム１から得られるひずみセンサ１５は、安定性に優れ、感度が良好である。
　この積層フィルム１では、抵抗層３のゲージ率が、１０以上であれば、感度が良好なひずみセンサ１５を得ることができる。
　この積層フィルム１では、抵抗層３の抵抗温度係数の絶対値が、３００ｐｐｍ／℃以下であれば、安定性に優れるひずみセンサ１５を得ることができる。
　この積層フィルム１の製造方法では、積層フィルム１を２００℃以下で加熱するので、基材樹脂フィルム２の加熱に起因する損傷を低減できる。
　このひずみセンサ１５では、比較的低温での加熱によって、ひずみセンサ部５の抵抗温度係数の絶対値を小さくできながら、ゲージ率を高くできる。そのため、このひずみセンサ１５は、安定性に優れ、感度が良好である。
　［変形例］
　以下の各変形例において、上記した一実施形態と同様の部材および工程については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、各変形例は、特記する以外、一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、一実施形態およびその変形例を適宜組み合わせることができる。
　一実施形態では、加熱のタイミングは、抵抗層３のパターニングの前であるが、例えば、抵抗層３のパターニングの後であってもよい。
　基材樹脂フィルム２は、その厚み方向一方面に、例えば、ハードコート層、易接着層、帯電防止層等の機能層（図示せず）を含むことができる。
　また、ひずみセンサ１５は、ひずみセンサ部５を被覆し、樹脂からなるカバー層１２（１点鎖線）をさらに備えることができる。
　以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。また、以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値（「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値（「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。
　　実施例１
　ポリイミドからなる厚み３８μｍの基材樹脂フィルム２(東レ・デュポン社製１５０ＥＮ)を準備した。
　基材樹脂フィルム２をロール－トゥ－ロールの操出ロールおよび巻取ロールにセットするとともに、それらの間に配置されたスパッタリング装置にセットした。
　続いて、スパッタ装置内を真空度が１×１０－３Ｐａ以下となるまで排気した後、下記の条件で、反応性パルスＤＣスパッタ（パルス幅：１μｓ、周波数：１００ｋＨｚ）により、窒化クロムからなる抵抗層３を成膜した。抵抗層３の厚みは、６０ｎｍであった。
　　ターゲット：金属クロム、５００ｍｍ×１５０ｍｍの平板形状
　　電力：５ｋＷ（電力密度：６．７Ｗ／ｃｍ２）
　　磁束密度（ターゲット表面）：３０ｍＴ～１００ｍＴ
　　基板温度：１５０℃
　　スパッタリングガス：アルゴンおよび窒素の混合ガス
　　成膜圧力：０．０８５Ｐａ
　なお、窒素ガスの割合は、クロム原子のモル数に対する窒素原子のモル数の割合が表１の通りになるように、調整した。
　これによって、基材樹脂フィルム２と、抵抗層３とを備える積層フィルム１を製造した。
　次いで、積層フィルム１を、１５０℃で、３０分、加熱した（アニール処理）。
　その後、積層フィルム１を１０ｍｍ×２００ｍｍのサイズにカットし、レーザーパターニングにより、抵抗層３から、葛折り状のひずみセンサ部５と、端子６と、配線７とからなる抵抗パターン４を形成した。ひずみセンサ部５の線幅は、３０μｍであった。この際、抵抗パターン４の抵抗が約１０ｋΩ、ひずみセンサ部５の抵抗が配線７の抵抗の３０倍となるように、調整した。これにより、ひずみセンサ１５を得た。
　　実施例２～比較例３
　クロム原子のモル数に対する窒素原子のモル数の割合を表１に従って変更した以外は、実施例１と同様に処理して、積層フィルム１、さらには、ひずみセンサ１５を得た。具体的には、スパッタリングガスにおける窒素の割合を調整した。
　［評価］
　以下の事項を評価した。それらの結果を表１に記載する。
　［窒素原子の割合］
　各実施例および比較例の抵抗層３に関し、ラザフォード後方散乱分析法（ＲＢＳ）によって、クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル数を求めた。ＲＢＳの詳細を以下に示す。
　装置：Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製　Ｐｅｌｌｅｔｒｏｎ　３ＳＤＨ
　測定条件：
　入射イオン：４Ｈｅ＋＋
　入射エネルギー：２３００ｋｅＶ
　入射角：０ｄｅｇ
　散乱角：１６０ｄｅｇ
　試料電流：４ｎＡ
　ビーム径：２ｍｍΦ
　面内回転：無
　照射量：４０μＣ
　［抵抗温度係数］
　各実施例および比較例のひずみセンサ１５のひずみセンサ部５の温度を５℃にした。２つの端子６のそれぞれにテスタを接続し、定電流を流し電圧を読み取ることにより、５℃における２端子抵抗を測定した。同様にして、２５℃および４５℃の２端子抵抗を測定した。
　そして、５℃および２５℃の抵抗値から計算した抵抗温度係数と、２５℃および４５℃の抵抗値から計算したと抵抗温度係数の平均値を、ひずみセンサ部５（抵抗層３）の抵抗温度係数として求めた。
　［ゲージ率］
　各実施例および比較例の２つの端子６のそれぞれにテスタを接続し、定電流を流し電圧を読み取りながら、ＩＮＳＴＲＯＮ製５９６７万能材料試験機で基材樹脂フィルム２を引っ張り、その時の測定した配線抵抗値の変化量と引っ張り量からゲージ率を求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、上記発明は、本発明の例示の実施形態として提供したが、これは単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。当該技術分野の当業者によって明らかな本発明の変形例は、後記請求の範囲に含まれる。
　積層フィルムは、ひずみセンサの製造に用いられる。
１ 積層フィルム
２ 基材樹脂フィルム
３ 抵抗層
４ 抵抗パターン
５ ひずみセンサ部
１５ ひずみセンサ

Claims (8)

  1. 　絶縁性の基材樹脂フィルムと、抵抗層とを厚み方向に順に備え、
    　前記抵抗層が、窒化クロムを含み、クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部が、３．０モル部以上、７．０モル部以下であることを特徴とする、積層フィルム。
  2. 　前記基材樹脂フィルムの材料が、ポリイミドであることを特徴とする、請求項１に記載の積層フィルム。
  3. 　前記基材樹脂フィルムの厚みが、１０μｍ以上、２００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の積層フィルム。
  4. 　前記抵抗層の厚みが、１０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の積層フィルム。
  5. 　前記抵抗層のゲージ率が、１０以上であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の積層フィルム。
  6. 　前記抵抗層の抵抗温度係数の絶対値が、３００ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の積層フィルム。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の積層フィルムを準備する工程と、
    　前記積層フィルムを２００℃以下で加熱する工程と
    　を備えることを特徴とする、積層フィルムの製造方法。
  8. 　絶縁性の基材樹脂フィルムと、ひずみセンサ部とを厚み方向に順に備え、
    　前記ひずみセンサ部が、パターニングされた窒化クロムを含み、クロム原子１００モル部に対する窒素原子のモル部が、３．０モル部以上、７．０モル部以下であることを特徴とする、ひずみセンサ。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07306002A (ja) * 1994-05-13 1995-11-21 Nok Corp 歪ゲ−ジ用薄膜およびその製造法
JPH10270201A (ja) * 1997-03-21 1998-10-09 Res Inst Electric Magnetic Alloys Ｃｒ−Ｎ基歪抵抗膜およびその製造法ならびに歪センサ
JP2000331808A (ja) * 1999-05-24 2000-11-30 Toshiba Tec Corp 薄膜抵抗体形成方法及びこの方法により形成された薄膜抵抗体とこの薄膜抵抗体を用いた歪センサ
JP2015031633A (ja) * 2013-08-05 2015-02-16 公益財団法人電磁材料研究所 歪センサ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07306002A (ja) * 1994-05-13 1995-11-21 Nok Corp 歪ゲ−ジ用薄膜およびその製造法
JPH10270201A (ja) * 1997-03-21 1998-10-09 Res Inst Electric Magnetic Alloys Ｃｒ−Ｎ基歪抵抗膜およびその製造法ならびに歪センサ
JP2000331808A (ja) * 1999-05-24 2000-11-30 Toshiba Tec Corp 薄膜抵抗体形成方法及びこの方法により形成された薄膜抵抗体とこの薄膜抵抗体を用いた歪センサ
JP2015031633A (ja) * 2013-08-05 2015-02-16 公益財団法人電磁材料研究所 歪センサ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EIJI NIWA, YOSHIHIRO SASAKI, SATOSHI SHIRAKAWA, TAKAMI ONODERA: "Sensitivity temperature coefficient of Cr-N strain sensor thin film", AUTUMN MEETING OF THE JAPAN INSTITUTE OF METALS AND MATERIALS ; (KANAZAWA) : 2013.09.17-19, vol. 153, 3 September 2013 (2013-09-03) - 19 September 2013 (2013-09-19), JP, pages 110, XP009536523 *

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