(57)【要約】【課題】ひずみゲージを小型化する。【解決手段】本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、前記基材上に形成され、前記抵抗体の両端部と電気的に接続された一対の配線パターンと、前記基材上に形成され、各々の前記配線パターンと電気的に接続された一対の電極と、を有し、前記配線パターンは、前記抵抗体から延在する第１層と、前記第１層上に積層された前記第１層より低抵抗な第２層と、を含み、前記基材上には、前記電極と電気的に接続される電子部品を搭載可能な電子部品搭載領域が画定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、
前記基材上に形成され、前記抵抗体の両端部と電気的に接続された一対の配線パターンと、
前記基材上に形成され、各々の前記配線パターンと電気的に接続された一対の電極と、を有し、
前記配線パターンは、前記抵抗体から延在する第１層と、前記第１層上に積層された前記第１層より低抵抗な第２層と、を含み、
前記基材上には、前記電極と電気的に接続される電子部品を搭載可能な電子部品搭載領域が画定されているひずみゲージ。
【請求項２】
前記基材上に、前記抵抗体、前記配線パターン、及び前記電極を複数組有する請求項１に記載のひずみゲージ。
【請求項３】
前記電子部品搭載領域に搭載された電子部品を有する請求項１又は２に記載のひずみゲージ。
【請求項４】
前記電子部品搭載領域に搭載された電子部品を有し、
前記電子部品は、複数組の前記電極と電気的に接続された１つの半導体チップを含む請求項２に記載のひずみゲージ。
【請求項５】
前記抵抗体及び前記配線パターンを被覆する第１絶縁樹脂層を有する請求項１乃至４の何れか一項に記載のひずみゲージ。
【請求項６】
前記抵抗体、前記配線パターン、前記電極、及び前記電子部品を被覆する第２絶縁樹脂層を有する請求項３又は４に記載のひずみゲージ。
【請求項７】
前記抵抗体及び前記配線パターンを被覆する第１絶縁樹脂層と、
前記第１絶縁樹脂層、前記電極、及び前記電子部品を被覆する第２絶縁樹脂層と、を有する請求項３又は４に記載のひずみゲージ。
【請求項８】
前記抵抗体は、アルファクロムを主成分とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のひずみゲージ。
【請求項９】
前記抵抗体は、アルファクロムを８０重量％以上含む請求項８に記載のひずみゲージ。
【請求項１０】
前記抵抗体は、窒化クロムを含む請求項８又は９に記載のひずみゲージ。
【請求項１１】
前記基材の一方の面に、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層を有し、
前記抵抗体、前記配線パターン、及び前記電極は、前記機能層の一方の面に形成されている請求項１乃至１０の何れか一項に記載のひずみゲージ。
【請求項１２】
前記機能層は、前記抵抗体の結晶成長を促進する機能を有する請求項１１に記載のひずみゲージ。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載のひずみゲージと、
前記基材の他方の面側に設けられた起歪体と、を有するセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひずみゲージ、センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物に貼り付けて、測定対象物のひずみを検出するひずみゲージが知られている。ひずみゲージは、ひずみを検出する抵抗体を備えており、抵抗体の材料としては、例えば、Ｃｒ（クロム）やＮｉ（ニッケル）を含む材料が用いられている。又、例えば、抵抗体の両端が電極として用いられ、電極には、はんだにより外部接続用のリード線等が接合され、電子部品との信号入出力を可能としている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−７４９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電極と電子部品との電気的接続にリード線を用いると、装置全体が大型化する問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ひずみゲージを小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、前記基材上に形成され、前記抵抗体の両端部と電気的に接続された一対の配線パターンと、前記基材上に形成され、各々の前記配線パターンと電気的に接続された一対の電極と、を有し、前記配線パターンは、前記抵抗体から延在する第１層と、前記第１層上に積層された前記第１層より低抵抗な第２層と、を含み、前記基材上には、前記電極と電気的に接続される電子部品を搭載可能な電子部品搭載領域が画定されている。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、ひずみゲージを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する断面図である。
【図３】第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する平面図である。
【図４】第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する断面図である。
【図５】第１の実施の形態の変形例２に係るひずみゲージを例示する平面図（その１）である。
【図６】第１の実施の形態の変形例２に係るひずみゲージを例示する平面図（その２）である。
【図７】第１の実施の形態の変形例３に係るひずみゲージを例示する平面図である。
【図８】第２の実施の形態に係るセンサモジュールを例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１０】
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。図２は、第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図１及び図２を参照するに、ひずみゲージ１は、基材１０と、抵抗体３０と、配線パターン４０と、電極４０Ａとを有している。
【００１１】
なお、本実施の形態では、便宜上、ひずみゲージ１において、基材１０の抵抗体３０が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗体３０が設けられていない側を下側又は他方の側とする。又、各部位の抵抗体３０が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体３０が設けられていない側の面を他方の面又は下面とする。但し、ひずみゲージ１は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を基材１０の上面１０ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材１０の上面１０ａの法線方向から視た形状を指すものとする。
【００１２】
基材１０は、抵抗体３０等を形成するためのベース層となる部材であり、可撓性を有する。基材１０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、５μｍ〜５００μｍ程度とすることができる。特に、基材１０の厚さが５μｍ〜２００μｍであると、接着層等を介して基材１０の下面に接合される起歪体表面からの歪の伝達性、環境に対する寸法安定性の点で好ましく、１０μｍ以上であると絶縁性の点で更に好ましい。
【００１３】
基材１０は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成することができる。なお、フィルムとは、厚さが５００μｍ以下程度であり、可撓性を有する部材を指す。
【００１４】
ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材１０が絶縁樹脂フィルム中にフィラーや不純物等を含有することを妨げるものではない。基材１０は、例えば、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成しても構わない。
【００１５】
基材１０の上面１０ａには、電極４０Ａと電気的に接続される電子部品を搭載可能な電子部品搭載領域１０１が画定されている。電子部品搭載領域１０１に搭載可能な電子部品は、半導体チップ等の能動部品やコンデンサ等の受動部品である。電子部品搭載領域１０１内に、電子部品と電気的に接続される配線パターンが形成されてもよい。
【００１６】
抵抗体３０は、基材１０上に所定のパターンで形成された薄膜であり、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体３０は、基材１０の上面１０ａに直接形成されてもよいし、基材１０の上面１０ａに他の層を介して形成されてもよい。なお、図１では、便宜上、抵抗体３０を梨地模様で示している。
【００１７】
抵抗体３０は、例えば、Ｃｒ（クロム）を含む材料、Ｎｉ（ニッケル）を含む材料、又はＣｒとＮｉの両方を含む材料から形成することができる。すなわち、抵抗体３０は、ＣｒとＮｉの少なくとも一方を含む材料から形成することができる。Ｃｒを含む材料としては、例えば、Ｃｒ混相膜が挙げられる。Ｎｉを含む材料としては、例えば、Ｎｉ−Ｃｕ（ニッケル銅）が挙げられる。ＣｒとＮｉの両方を含む材料としては、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ（ニッケルクロム）が挙げられる。
【００１８】
ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ２Ｎ等が混相した膜である。Ｃｒ混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでもよい。
【００１９】
抵抗体３０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．０５μｍ〜２μｍ程度とすることができる。特に、抵抗体３０の厚さが０．１μｍ以上であると抵抗体３０を構成する結晶の結晶性（例えば、α−Ｃｒの結晶性）が向上する点で好ましく、１μｍ以下であると抵抗体３０を構成する膜の内部応力に起因する膜のクラックや基材１０からの反りを低減できる点で更に好ましい。
【００２０】
例えば、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、安定な結晶相であるα−Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とすることで、ゲージ特性の安定性を向上することができる。又、抵抗体３０がα−Ｃｒを主成分とすることで、ひずみゲージ１のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを−１０００ｐｐｍ／℃〜＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。ここで、主成分とは、対象物質が抵抗体を構成する全物質の５０質量％以上を占めることを意味するが、ゲージ特性を向上する観点から、抵抗体３０はα−Ｃｒを８０重量％以上含むことが好ましい。なお、α−Ｃｒは、ｂｃｃ構造（体心立方格子構造）のＣｒである。
【００２１】
配線パターン４０は、抵抗体３０の両端部と電気的に接続された一対の配線パターンである。配線パターン４０は、第１層４１と、第１層４１上に積層された第２層４２とを有している。第１層４１は、抵抗体３０の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体３０よりも拡幅して略矩形状に形成されている。第２層４２は、第１層４１の上面に積層されている。抵抗体３０は、例えば、配線パターン４０の一方からジグザグに折り返しながら延在して他方の配線パターン４０に接続されている。配線パターン４０は直線状には限定されず、任意のパターンとすることができる。又、配線パターン４０は、任意の幅及び任意の長さとすることができる。
【００２２】
電極４０Ａは、各々の配線パターン４０と電気的に接続されている。電極４０Ａは、ひずみにより生じる抵抗体３０の抵抗値の変化を出力するための一対の電極であり、電子部品搭載領域１０１に搭載される電子部品と電気的に接続可能とされている。電極４０Ａは、配線パターン４０と異なる幅に形成しても構わない。
【００２３】
なお、抵抗体３０と第１層４１とは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。
【００２４】
第２層４２は、第１層４１より低抵抗な層である。第２層４２の材料は、第１層４１よりも低抵抗な材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金を用いることができる。第２層４２の厚さは、例えば、０．５μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。
【００２５】
第２層４２を積層膜としても構わない。積層膜としては、例えば、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｕ／ＮｉＰ／Ａｕ、Ｃｕ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｃｕ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、ＮｉＰ／Ａｕ等が挙げられる。なお、『ＡＡ／ＢＢ』は、ＡＡ層とＢＢ層とが下層の上面にこの順番で積層された積層膜を意味している（３層以上の場合も同様）。これらの積層膜において、Ｃｕに代えてＣｕ合金、Ｎｉに代えてＮｉ合金を用いてもよい。
【００２６】
なお、配線パターン４０と電極４０Ａとは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。但し、電極４０Ａの層構成を配線パターン４０の層構成と変えてもよい。例えば、電極４０Ａの最上層のみにＡｕ等を形成し、接続信頼性を向上させてもよい。
【００２７】
このように、第２層４２の材料を選択することにより、抵抗体３０と同一材料である第１層４１の材料に依存せずに、電子部品との接続信頼性を向上できる。
【００２８】
なお、基材１０の上面１０ａの任意の位置に、電子部品搭載領域１０１に搭載される電子部品と電気的に接続可能であり、かつ、ひずみゲージ１と電気的に接続される外部回路との信号入出力を可能とする外部入出力端子を設けることができる。
【００２９】
抵抗体３０及び配線パターン４０を被覆し電極４０Ａ及び電子部品搭載領域１０１を露出するように基材１０の上面１０ａにカバー層６０Ａ（第１絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層６０Ａを設けることで、抵抗体３０及び配線パターン４０に機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層６０Ａを設けることで、抵抗体３０及び配線パターン４０を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６０Ａは、電極４０Ａ及び電子部品搭載領域１０１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【００３０】
カバー層６０Ａは、例えば、ＰＩ樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、複合樹脂（例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂）等の絶縁樹脂から形成することができる。カバー層６０Ａは、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層６０Ａの厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、２μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。
【００３１】
ひずみゲージ１を製造するためには、まず、基材１０を準備し、基材１０の上面１０ａに図１に示す平面形状の抵抗体３０及び第１層４１を形成する。抵抗体３０及び第１層４１の材料や厚さは、前述の通りである。抵抗体３０と第１層４１とは、同一材料により一体に形成することができる。
【００３２】
抵抗体３０及び第１層４１は、例えば、抵抗体３０及び第１層４１を形成可能な原料をターゲットとしたマグネトロンスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフィによってパターニングすることで形成できる。抵抗体３０及び第１層４１は、マグネトロンスパッタ法に代えて、反応性スパッタ法や蒸着法、アークイオンプレーティング法、パルスレーザー堆積法等を用いて成膜してもよい。
【００３３】
ゲージ特性を安定化する観点から、抵抗体３０及び第１層４１を成膜する前に、下地層として、基材１０の上面１０ａに、例えば、コンベンショナルスパッタ法により膜厚が１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の機能層を真空成膜することが好ましい。なお、機能層は、機能層の上面全体に抵抗体３０及び第１層４１を形成後、フォトリソグラフィによって抵抗体３０及び第１層４１と共に図１に示す平面形状にパターニングされる。
【００３４】
本願において、機能層とは、少なくとも上層である抵抗体３０の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層は、更に、基材１０に含まれる酸素や水分による抵抗体３０の酸化を防止する機能や、基材１０と抵抗体３０との密着性を向上する機能を備えていることが好ましい。機能層は、更に、他の機能を備えていてもよい。
【００３５】
基材１０を構成する絶縁樹脂フィルムは酸素や水分を含むため、特に抵抗体３０がＣｒを含む場合、Ｃｒは自己酸化膜を形成するため、機能層が抵抗体３０の酸化を防止する機能を備えることは有効である。
【００３６】
機能層の材料は、少なくとも上層である抵抗体３０の結晶成長を促進する機能を有する材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｙ（イットリウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｆｅ（鉄）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｍｎ（マンガン）、Ａｌ（アルミニウム）からなる群から選択される１種又は複数種の金属、この群の何れかの金属の合金、又は、この群の何れかの金属の化合物が挙げられる。
【００３７】
上記の合金としては、例えば、ＦｅＣｒ、ＴｉＡｌ、ＦｅＮｉ、ＮｉＣｒ、ＣｒＣｕ等が挙げられる。又、上記の化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２等が挙げられる。
【００３８】
機能層は、例えば、機能層を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒ（アルゴン）ガスを導入したコンベンショナルスパッタ法により真空成膜することができる。コンベンショナルスパッタ法を用いることにより、基材１０の上面１０ａをＡｒでエッチングしながら機能層が成膜されるため、機能層の成膜量を最小限にして密着性改善効果を得ることができる。
【００３９】
但し、これは、機能層の成膜方法の一例であり、他の方法により機能層を成膜してもよい。例えば、機能層の成膜の前にＡｒ等を用いたプラズマ処理等により基材１０の上面１０ａを活性化することで密着性改善効果を獲得し、その後マグネトロンスパッタ法により機能層を真空成膜する方法を用いてもよい。
【００４０】
機能層の材料と抵抗体３０及び第１層４１の材料との組み合わせは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、機能層としてＴｉを用い、抵抗体３０及び第１層４１としてα−Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とするＣｒ混相膜を成膜することが可能である。
【００４１】
この場合、例えば、Ｃｒ混相膜を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスを導入したマグネトロンスパッタ法により、抵抗体３０及び第１層４１を成膜することができる。或いは、純Ｃｒをターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスと共に適量の窒素ガスを導入し、反応性スパッタ法により、抵抗体３０及び第１層４１を成膜してもよい。
【００４２】
これらの方法では、Ｔｉからなる機能層がきっかけでＣｒ混相膜の成長面が規定され、安定な結晶構造であるα−Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜を成膜できる。又、機能層を構成するＴｉがＣｒ混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性が向上する。例えば、ひずみゲージ１のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを−１０００ｐｐｍ／℃〜＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。なお、機能層がＴｉから形成されている場合、Ｃｒ混相膜にＴｉやＴｉＮ（窒化チタン）が含まれる場合がある。
【００４３】
なお、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層は、抵抗体３０の結晶成長を促進する機能、基材１０に含まれる酸素や水分による抵抗体３０の酸化を防止する機能、及び基材１０と抵抗体３０との密着性を向上する機能の全てを備えている。機能層として、Ｔｉに代えてＴａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅを用いた場合も同様である。
【００４４】
このように、抵抗体３０の下層に機能層を設けることにより、抵抗体３０の結晶成長を促進することが可能となり、安定な結晶相からなる抵抗体３０を作製できる。その結果、ひずみゲージ１において、ゲージ特性の安定性を向上することができる。又、機能層を構成する材料が抵抗体３０に拡散することにより、ひずみゲージ１において、ゲージ特性を向上することができる。
【００４５】
抵抗体３０及び第１層４１を形成後、第１層４１上に第２層４２を積層する。第２層４２の材料や厚さは、前述の通りである。第２層４２は、例えば、電解めっき法や無電解めっき法等により形成することができる。
【００４６】
第２層４２を形成後、必要に応じ、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０及び配線パターン４０を被覆し電極４０Ａ及び電子部品搭載領域１０１を露出するカバー層６０Ａを設けることで、ひずみゲージ１が完成する。カバー層６０Ａは、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０及び配線パターン４０を被覆し電極４０Ａ及び電子部品搭載領域１０１を露出するように半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムをラミネートし、加熱して硬化させて作製することができる。カバー層６０Ａは、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０及び配線パターン４０を被覆し電極４０Ａ及び電子部品搭載領域１０１を露出するように液状又はペースト状の熱硬化性の絶縁樹脂を塗布し、加熱して硬化させて作製してもよい。
【００４７】
このように、ひずみゲージ１では、１つの基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、及び電子部品搭載領域１０１が設けられている。これにより、電子部品搭載領域１０１に搭載される電子部品と電極４０Ａとは金属線等により短距離で接続可能であるため、抵抗体３０から電子部品までの距離を短くすることが可能となり、小型のひずみゲージ１を実現できる。この構造は、特に、抵抗体と電子部品とをリード線を用いてはんだ等で接続することが困難な小型のひずみゲージに有効である。
【００４８】
又、抵抗体３０から電子部品までの距離を短くすることにより、ノイズ耐性を向上することができる。
【００４９】
又、電極４０Ａは、第１層４１上に第２層４２を積層した構造である。そのため、第２層４２の材料を選択することにより、抵抗体３０と同一材料である第１層４１の材料に依存せずに、電子部品との接続信頼性を向上できる。
【００５０】
〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、電子部品搭載領域に電子部品を搭載したひずみゲージの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００５１】
図３は、第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する平面図である。図４は、第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図３のＢ−Ｂ線に沿う断面を示している。
【００５２】
図３及び図４を参照するに、ひずみゲージ１Ａは、ひずみゲージ１の電子部品搭載領域１０１に電子部品２００が実装されたものである。
【００５３】
電子部品２００は、例えば、配線パターン４０及び電極４０Ａを介して抵抗体３０から入力される電気信号の増幅や温度補正を行う半導体チップである。半導体チップと共に、コンデンサ等の受動部品が搭載されてもよい。電子部品２００は、例えば、ダイアタッチフィルム等の接着層を介して、基材１０の上面１０ａに画定された電子部品搭載領域１０１に搭載されている。
【００５４】
電子部品２００の電極２００Ａは、金線や銅線等の金属線２１０を介して、電極４０Ａと電気的に接続されている。電極２００Ａと電極４０Ａとは、例えば、ワイヤボンディングにより接続することができる。
【００５５】
基材１０の上面１０ａにカバー層６０Ａが設けられていない場合、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、及び金属線２１０を被覆するように、基材１０の上面１０ａにカバー層６０Ｂ（第２絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層６０Ｂを設けることで、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、及び金属線２１０に機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層６０Ｂを設けることで、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、及び金属線２１０を湿気等から保護することができる。
【００５６】
カバー層６０Ｂは、例えば、ＰＩ樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、複合樹脂（例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂）等の絶縁樹脂から形成することができる。カバー層６０Ｂは、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層６０Ｂの厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、２μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。  カバー層６０Ｂは、例えば、基材１０の上面１０ａに、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、及び金属線２１０を被覆するように半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムをラミネートし、加熱して硬化させて作製することができる。カバー層６０Ｂは、基材１０の上面１０ａに、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、及び金属線２１０を被覆するように液状又はペースト状の熱硬化性の絶縁樹脂を塗布し、加熱して硬化させて作製してもよい。
【００５７】
基材１０の上面１０ａにカバー層６０Ａが設けられている場合、カバー層６０Ａ、電極４０Ａ、電子部品２００、及び金属線２１０を被覆するように、更にカバー層６０Ｂを設けても構わない。カバー層６０Ｂを設けることで、カバー層６０Ａには被覆されていない電極４０Ａ、電子部品２００、及び金属線２１０に機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層６０Ｂを設けることで、カバー層６０Ａには被覆されていない電極４０Ａ、電子部品２００、及び金属線２１０を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６０Ａとカバー層６０Ｂは、同一材料から形成してもよいし、異なる材料から形成してもよい。
【００５８】
このように、ひずみゲージ１Ａでは、１つの基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、及び電子部品２００が設けられている。電子部品２００の電極２００Ａと電極４０Ａとは金属線２１０により短距離で接続可能であるため、抵抗体３０から電子部品２００までの距離を短くすることが可能となり、小型のひずみゲージ１Ａを実現できる。この構造は、特に、抵抗体と電子部品とをリード線を用いてはんだ等で接続することが困難な小型のひずみゲージに有効である。
【００５９】
又、抵抗体３０から電子部品２００までの距離を短くすることにより、ノイズ耐性を向上することができる。
【００６０】
又、電極４０Ａは、第１層４１上に第２層４２を積層した構造である。そのため、第２層４２の材料を選択することにより、抵抗体３０と同一材料である第１層４１の材料に依存せずに、電子部品２００との接続信頼性を向上できる。
【００６１】
なお、図３及び図４では、電極４０Ａと電極２００Ａとを金属線２１０で接続する例を示したが、電子部品２００は基材１０の上面１０ａにフリップチップ実装してもよい。この場合には、配線パターン４０の引き回しを変更して電極４０Ａが電子部品搭載領域１０１内に配置されるようにし、電子部品搭載領域１０１内の電極４０Ａと電子部品２００の電極２００Ａとをはんだボール等を用いて接続することができる。
【００６２】
〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、複数の抵抗体等を備えたひずみゲージの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００６３】
図５は、第１の実施の形態の変形例２に係るひずみゲージを例示する平面図である。第１の実施の形態の変形例２に係るひずみゲージの断面構造は図２と同一であるため、断面図の図示は省略する。
【００６４】
図５を参照するに、ひずみゲージ１Ｂは、抵抗体３０、配線パターン４０、及び電極４０Ａを複数組有している点が、ひずみゲージ１（図１及び図２参照）と相違する。図５の例では、ひずみゲージ１Ｂは抵抗体３０、配線パターン４０、及び電極４０Ａを３組有しているが、これには限定されず、本実施の形態に係るひずみゲージは抵抗体３０、配線パターン４０、及び電極４０Ａを２組有してもよいし、４組以上有してもよい。又、抵抗体３０の個数と電極４０Ａの個数は、同一である必要はない。
【００６５】
例えば、図６に示すひずみゲージ１Ｃのように、４組の抵抗体３０が配線パターン４０で接続されてホイートストンブリッジ回路を構成してもよい。この場合、抵抗体３０同士の接続点４箇所が、各々配線パターン４０を介して電極４０Ａに接続される。なお、図６おける各抵抗体３０のグリッド方向は一例であり、これには限定されない。
【００６６】
又、図６において、電子部品搭載領域１０１内の４隅近傍に位置決めマーク１０５が形成されている。位置決めマーク１０５は、電子部品搭載領域１０１に電子部品を実装する際の位置決めに用いる印である。位置決めマーク１０５を形成することにより、電子部品搭載位置が明確になり、チップマウンター等で位置を制御し、電子部品搭載領域１０１に電子部品を位置精度よく搭載することができる。位置決めマーク１０５は、例えば、抵抗体３０、配線パターン４０、及び電極４０Ａと同一工程で形成することができる。但し、位置決めマーク１０５は必要に応じて形成すればよく、位置決めマーク１０５の形成は必須ではない。
【００６７】
図５及び図６において、抵抗体３０及び配線パターン４０を被覆し電極４０Ａ及び電子部品搭載領域１０１を露出するように基材１０の上面１０ａにカバー層６０Ａを設けても構わない。カバー層６０Ａの材料や厚さ、作製方法は、前述の通りである。
【００６８】
このように、ひずみゲージ１Ｂ又は１Ｃでは、１つの基材１０の上面１０ａに、複数組の抵抗体３０、配線パターン４０、及び電極４０Ａ、並びに電子部品搭載領域１０１が設けられている。これにより、複数領域の歪み検出が可能な小型のひずみゲージ１Ｂ又は１Ｃを実現できる。他の効果については、第１の実施の形態と同様である。
【００６９】
〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、複数組の抵抗体等を備え、電子部品搭載領域に電子部品を搭載したひずみゲージの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００７０】
図７は、第１の実施の形態の変形例３に係るひずみゲージを例示する平面図である。第１の実施の形態の変形例３に係るひずみゲージの断面構造は図４と同一であるため、断面図の図示は省略する。
【００７１】
図７を参照するに、ひずみゲージ１Ｄは、ひずみゲージ１Ｂの電子部品搭載領域１０１に電子部品２００が実装されたものである。
【００７２】
電子部品２００は、例えば、配線パターン４０及び電極４０Ａを介して抵抗体３０から入力される電気信号の増幅や温度補正を行う半導体チップであり、複数の抵抗体３０から入力される電気信号を独立に処理する機能を備えている。半導体チップと共に、コンデンサ等の受動部品が搭載されてもよい。電子部品２００は、例えば、ダイアタッチフィルム等の接着層を介して、基材１０の上面１０ａに画定された電子部品搭載領域１０１に搭載されている。
【００７３】
電子部品２００の電極２００Ａは、金線や銅線等の金属線２１０を介して、各組の電極４０Ａと電気的に接続されている。電極２００Ａと電極４０Ａとは、例えば、ワイヤボンディングにより接続することができる。
【００７４】
但し、抵抗体３０、配線パターン４０、及び電極４０Ａの組ごとに、個別に電子部品を搭載しても構わない。
【００７５】
図７において、抵抗体３０及び配線パターン４０を被覆し電極４０Ａ及び電子部品搭載領域１０１を露出するように基材１０の上面１０ａにカバー層６０Ａを設けても構わない。又、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、及び金属線２１０を被覆するように、基材１０の上面１０ａにカバー層６０Ｂを設けても構わない。又、抵抗体３０及び配線パターン４０を被覆し電極４０Ａ及び電子部品搭載領域１０１を露出するように基材１０の上面１０ａにカバー層６０Ａを設け、カバー層６０Ａ、電極４０Ａ、電子部品２００、及び金属線２１０を被覆するように、更にカバー層６０Ｂを設けても構わない。カバー層６０Ａ及び６０Ｂの材料や厚さ、作製方法は、前述の通りである。
【００７６】
又、ひずみゲージ１Ｂに代えて、ひずみゲージ１Ｃを用いても構わない。
【００７７】
このように、ひずみゲージ１Ｄでは、１つの基材１０の上面１０ａに、複数組の抵抗体３０、配線パターン４０、及び電極４０Ａ、並びに電子部品２００が設けられている。電子部品２００の電極２００Ａと各組の電極４０Ａとは金属線２１０により短距離で接続可能であるため、各組の抵抗体３０から電子部品２００までの距離を短くすることが可能となり、複数領域の歪み検出が可能な小型のひずみゲージ１Ｄを実現できる。他の効果については、第１の実施の形態の変形例１と同様である。
【００７８】
なお、図７では、各組の電極４０Ａと電極２００Ａとを金属線２１０で接続する例を示したが、電子部品２００は基材１０の上面１０ａにフリップチップ実装してもよい。この場合には、各組の配線パターン４０の引き回しを変更して各組の電極４０Ａが電子部品搭載領域１０１内に配置されるようにし、電子部品搭載領域１０１内の各組の電極４０Ａと電子部品２００の電極２００Ａとをはんだボール等を用いて接続することができる。
【００７９】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、ひずみゲージを用いたセンサモジュールの例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００８０】
図８は、第２の実施の形態に係るセンサモジュールを例示する断面図であり、図４に対応する断面を示している。図８を参照するに、センサモジュール５は、ひずみゲージ１Ａと、起歪体５１０と、接着層５２０とを有している。
【００８１】
センサモジュール５において、起歪体５１０の上面５１０ａは、接着層５２０を介して、基材１０の下面１０ｂと固着されている。起歪体５１０は、例えば、Ｆｅ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ａｌ等の金属やＰＥＥＫ等の樹脂から形成され、印加される力に応じて変形する（ひずみを生じる）物体である。ひずみゲージ１Ａは、起歪体５１０に生じるひずみを抵抗体３０の抵抗値変化として検出することができる。
【００８２】
接着層５２０は、ひずみゲージ１Ａと起歪体５１０とを固着する機能を有する材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、変性ウレタン樹脂等を用いることができる。又、ボンディングシート等の材料を用いても良い。接着層５２０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．１μｍ〜５０μｍ程度とすることができる。
【００８３】
センサモジュール５を製造するには、ひずみゲージ１Ａを作製後、基材１０の下面１０ｂ及び／又は起歪体５１０の上面５１０ａに、例えば、接着層５２０となる上記の何れかの材料を塗布する。そして、基材１０の下面１０ｂを起歪体５１０の上面５１０ａと対向させ、塗布した材料を挟んで起歪体５１０上にひずみゲージ１Ａを配置する。又は、ボンディングシートを起歪体５１０と基材１０との間に挟み込むようにしても良い。
【００８４】
次に、ひずみゲージ１Ａを起歪体５１０側に押圧しながら所定温度に加熱し、塗布等した材料を硬化させて接着層５２０を形成する。これにより、接着層５２０を介して起歪体５１０の上面５１０ａと基材１０の下面１０ｂとが固着され、センサモジュール５が完成する。センサモジュール５は、例えば、荷重、圧力、トルク、加速度等の測定に適用することができる。
【００８５】
なお、センサモジュール５において、ひずみゲージ１Ａに代えて、ひずみゲージ１、１Ｂ、１Ｃ、又は１Ｄを用いてもよい。但し、ひずみゲージ１、１Ｂ、又は１Ｃを用いる場合には、必要に応じカバー層６０Ａを設けてもよいが、カバー層６０Ｂは設けない。
【００８６】
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  ひずみゲージ、５  センサモジュール、１０  基材、１０ａ、５１０ａ  上面、１０ｂ  下面、３０  抵抗体、４０  配線パターン  ４０Ａ、２００Ａ  電極、４１  第１層、４２  第２層、６０Ａ、６０Ｂ  カバー層、１０１  電子部品搭載領域、１０５  位置決めマーク、２００  電子部品、２１０  金属線、５１０  起歪体、５２０  接着層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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