(57)【要約】【課題】センサモジュールを小型化する。【解決手段】本センサモジュールは、基材と、前記基材の一方の面側に、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、前記基材の一方の面側に実装され、前記抵抗体と電気的に接続された電子部品と、前記基材の一方の面側又は他方の面側に実装され、前記電子部品と電気的に接続されて前記電子部品に給電する電源と、を有する。【選択図】図２
2019128183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材の一方の面側に、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、
前記基材の一方の面側に実装され、前記抵抗体と電気的に接続された電子部品と、
前記基材の一方の面側又は他方の面側に実装され、前記電子部品と電気的に接続されて前記電子部品に給電する電源と、を有するセンサモジュール。
【請求項２】
前記電源は、前記基材の一方の面に直接配置されている請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記基材の一方の面側に、前記抵抗体及び前記電子部品を被覆する絶縁樹脂層を有し、
前記電源は、前記絶縁樹脂層の前記基材とは反対側の面に配置されている請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
前記電源は、前記基材の他方の面に直接配置されている請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項５】
前記基材の他方の面側に、接着層を介して固着された起歪体を有し、
前記電源は、前記起歪体の前記接着層とは反対側の面に配置されている請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項６】
前記電源は太陽電池である請求項１乃至５の何れか一項に記載のセンサモジュール。
【請求項７】
前記太陽電池の受光面に保護層が設けられている請求項６に記載のセンサモジュール。
【請求項８】
前記基材上に、前記電子部品と電気的に接続された複数の前記抵抗体を有する請求項１乃至７の何れか一項に記載のセンサモジュール。
【請求項９】
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８の何れか一項に記載のセンサモジュール。
【請求項１０】
前記抵抗体は、アルファクロムを８０重量％以上含む請求項９に記載のセンサモジュール。
【請求項１１】
前記抵抗体は、窒化クロムを含む請求項９又は１０に記載のセンサモジュール。
【請求項１２】
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１１の何れか一項に記載のセンサモジュール。
【請求項１３】
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１２に記載のセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
従来は、ひずみゲージの抵抗体と接続される電子部品や、電子部品に給電する電源を、ひずみゲージの外部に設け、センサモジュールを構成していた。そのため、センサモジュールを小型化することは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、センサモジュール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】
本センサモジュールは、基材と、前記基材の一方の面側に、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、前記基材の一方の面側に実装され、前記抵抗体と電気的に接続された電子部品と、前記基材の一方の面側又は他方の面側に実装され、前記電子部品と電気的に接続されて前記電子部品に給電する電源と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、センサモジュール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センサモジュールを例示する部分平面図である。
【図２】第１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。
【図３】第１の実施の形態の変形例１に係るセンサモジュールを例示する断面図である。
【図４】第１の実施の形態の変形例２に係るセンサモジュール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３に係るセンサモジュールを例示する断面図である。
【図６】第１の実施の形態の変形例４に係るセンサモジュールを例示する断面図である。
【図７】第１の実施の形態の変形例５に係るセンサモジュールを例示する部分平面図（その１）である。
【図８】第１の実施の形態の変形例５に係るセンサモジュールを例示する部分平面図（その２）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センサモジュールを例示する部分平面図である。図１は、図２の抵抗体３０から電子部品２００の近傍を拡大して示したものであり、カバー層６０、配線パターン７０、及び太陽電池３００の図示は省略されている。図２は、第１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１のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。
【００１１】
図１及び図２を参照するに、センサモジュール５は、基材１０と、抵抗体３０と、配線パターン４０と、電極４０Ａと、電子部品２００と、金属線２１０及び２２０と、配線パターン５０と、電極５０Ａと、カバー層６０と、配線パターン７０と、太陽電池３００と、起歪体５１０と、接着層５２０とを有している。センサモジュール５において、基材１０と、抵抗体３０と、配線パターン４０と、電極４０Ａとを含む部分はひずみゲージを構成している。
【００１２】
なお、本実施の形態では、便宜上、センサモジュール５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、センサモジュール５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。
【００１３】
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５２０を介して基材１０の下面１０ｂに接合される起歪体５１０の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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
但し、基材１０が可撓性を有する必要がない場合には、基材１０に、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２（ＹＳＺも含む）、Ｓｉ、Ｓｉ２Ｎ３、Ａｌ２Ｏ３（サファイヤも含む）、ＺｎＯ、ペロブスカイト系セラミックス（ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３）等の材料を用いても構わない。
【００１７】
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。
【００１８】
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、Ｃｕ−Ｎｉ（銅ニッケル）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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、センサモジュール５に含まれるひずみゲージのゲージ率を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。
【００２２】
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。
【００２３】
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２００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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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に実装されている。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。
【００３０】
又、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２００の下面側に配置されるようにし、電極４０Ａと電子部品２００の下面に形成された電極２００Ａとをはんだボール等を用いて接続することができる。
【００３１】
なお、基材１０の上面１０ａの任意の位置に、電子部品２００と電気的に接続可能であり、かつ、センサモジュール５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。
【００３２】
電子部品２００は、抵抗体３０と接続される電極２００Ａと、電源が供給される電極２００Ｂとを有している。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。
【００３３】
電子部品２００の電極２００Ｂは、金線や銅線等の金属線２２０を介して、電極５０Ａと電気的に接続されている。電極２００Ｂと電極５０Ａ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。電極５０Ａには配線パターン５０が接続されている。配線パターン５０は、配線パターン４０と同様に、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。配線パターン５０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５０は、任意の幅及び任意の長さとすることができる。
【００３４】
カバー層６０は、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０を被覆するように基材１０の上面１０ａに設けられた絶縁樹脂層である。但し、配線パターン５０の電極５０Ａとは反対側の端部は、カバー層６０から露出している。
【００３５】
カバー層６０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、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０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６０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、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０を湿気等から保護することができる。
【００３６】
カバー層６０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６０は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層６０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。
【００３７】
太陽電池３００は、基材１０の上面１０ａ側に実装されている。具体的には、太陽電池３００はカバー層６０の上面に配置されており、カバー層６０の側面に設けられた配線パターン７０を介して、配線パターン５０と電気的に接続されている。
【００３８】
つまり、太陽電池３００は、配線パターン７０、配線パターン５０、電極５０Ａ、及び金属線２２０を介して電子部品２００の電極２００Ｂと電気的に接続されており、電子部品２００に給電する電源として機能する。
【００３９】
太陽電池３００は、例えば、アモルファスシリコン系、シリコン結晶系、又は化合物系（例えば、ＣＩＧＳ）のフレキシブル太陽電池をカバー層６０上にラミネートしたものである。なお、ＣＩＧＳとは、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及びセレン（Ｓｅ）を主成分とする化合物系太陽電池である。
【００４０】
なお、太陽電池３００と配線パターン５０とを接続する方法は特に限定されない。例えば、カバー層６０の側面に設けられた配線パターン７０に代えて、カバー層６０を貫通する貫通配線を設け、貫通配線を介して太陽電池３００と配線パターン５０とを接続してもよい。或いは、太陽電池３００を構成するフレキシブル基板の端部をカバー層６０の側面に沿って延在させ、配線パターン５０とを接続してもよい。或いは、太陽電池３００と配線パターン５０とを線材を用いて接続してもよい。
【００４１】
起歪体５１０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。センサモジュール５は、起歪体５１０に生じるひずみを抵抗体３０の抵抗変化として検出することができる。
【００４２】
接着層５２０は、基材１０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。
【００４３】
センサモジュール５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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、センサモジュール５に含まれるひずみゲージのゲージ率を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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、センサモジュール５に含まれるひずみゲージにおいて、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、センサモジュール５に含まれるひずみゲージにおいて、ゲージ特性を向上することができる。
【００５７】
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。
【００５８】
次に、基材１０の上面１０ａの所定位置に、ダイアタッチフィルム等の接着層を介して、電子部品２００を実装する。そして、例えばワイヤボンディングにより、電子部品２００の電極２００Ａを金線や銅線等の金属線２１０を介して電極４０Ａと電気的に接続し、電子部品２００の電極２００Ｂを金線や銅線等の金属線２２０を介して電極５０Ａと電気的に接続する。
【００５９】
次に、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０を被覆するようにカバー層６０を形成する。カバー層６０の材料や厚さは、前述の通りである。カバー層６０は、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０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６０は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０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。
【００６０】
次に、太陽電池３００として例えばフレキシブル太陽電池を用意し、カバー層６０の上面にラミネートする。そして、サブトラクティブ法やセミアディティブ法等の周知の配線形成方法を用いて、カバー層６０の側面に配線パターン７０を形成し、太陽電池３００の所定の端子を配線パターン５０と電気的に接続する。
【００６１】
次に、基材１０を起歪体５１０に貼り付ける。具体的には、例えば、基材１０の下面１０ｂ及び／又は起歪体５１０の上面に、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の上面と対向させ、塗布した材料を挟んで起歪体５１０上に基材１０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。
【００６２】
次に、基材１０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。
【００６３】
なお、センサモジュール５の製造工程において、基材１０を起歪体５１０に貼り付けた後に、太陽電池３００をカバー層６０の上面にラミネートしてもよい。
【００６４】
このように、センサモジュール５では、基材１０に抵抗体３０、抵抗体３０と電気的に接続された電子部品２００、及び電子部品２００に給電する電源である太陽電池３００が設けられている。これにより、外部からの給電を不要とした、小型のセンサモジュールを実現できる。
【００６５】
センサモジュール５において、抵抗体３０を薄膜化することで、センサモジュール５を特に低消費電力化及び小型化することが可能である。
【００６６】
すなわち、抵抗体３０の材料として例えばＣｕ−ＮｉやＮｉ−Ｃｒの箔を用いた場合には抵抗体３０の抵抗値が１ｋΩ程度となるが、抵抗体３０の材料として薄膜化したＣｒ混相膜を用いた場合には抵抗体３０の抵抗値を５ｋΩ以上にすることができる。そのため、抵抗体３０の材料としてＣｒ混相膜を用いた場合には、抵抗体３０に流れる電流が少なくなり、低消費電力化が可能となる。又、低消費電力化により太陽電池３００から供給する電流が少なくて済むため、小型の太陽電池３００を用いることが可能となり、センサモジュール５全体を小型化できる。
【００６７】
〈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、基材の下面側に太陽電池を搭載したセンサモジュールの例を示す。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。
【００６８】
図３は、第１の実施の形態の変形例１に係るセンサモジュールを例示する断面図であり、図２に対応する断面を示している。
【００６９】
図３を参照するに、センサモジュール５Ａでは、太陽電池３００は、基材１０の下面１０ｂ側に実装されている。具体的には、太陽電池３００は基材１０の下面１０ｂに直接配置されており、基材１０の側面に設けられた配線パターン７０を介して、配線パターン５０と電気的に接続されている。
【００７０】
なお、ここで言う直接配置とは、太陽電池３００と基材１０との間にカバー層６０や起歪体５１０等の他の構成要素が介在しないことを意味し、太陽電池３００と基材１０との間に太陽電池３００を基材１０に固着するための接着剤や接着シート等が介在する場合は直接配置に含まれる。
【００７１】
又、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０を露出するように、接着層５２０を介して起歪体５１０が固着されている。
【００７２】
センサモジュール５Ａにおいて、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０を被覆するように、基材１０の上面１０ａにカバー層を設けても構わない。
【００７３】
このように、センサモジュールにおいて、太陽電池を配置する位置は特に限定されず、基材１０の抵抗体３０が設けられた上面１０ａ側に配置してもよいし、抵抗体３０が設けられていない下面１０ｂ側に配置してもよい。
【００７４】
〈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、基材の下面側に太陽電池を搭載したセンサモジュールの他の例を示す。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。
【００７５】
図４は、第１の実施の形態の変形例２に係るセンサモジュールを例示する断面図であり、図２に対応する断面を示している。
【００７６】
図４を参照するに、センサモジュール５Ｂでは、太陽電池３００は、基材１０の下面１０ｂ側に実装されている。具体的には、基材１０の下面１０ｂに接着層５２０を介して起歪体５１０が固着されており、起歪体５１０の下面に太陽電池３００が配置されている。そして、太陽電池３００は、基材１０、接着層５２０、起歪体５１０の各々の側面に設けられた配線パターン７０を介して、配線パターン５０と電気的に接続されている。
【００７７】
センサモジュール５Ｂにおいて、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０を被覆するように、基材１０の上面１０ａにカバー層を設けても構わない。
【００７８】
このように、センサモジュールにおいて、太陽電池を配置する位置は特に限定されず、基材１０の抵抗体３０が設けられた上面１０ａ側に配置してもよいし、抵抗体３０が設けられていない下面１０ｂ側に起歪体５１０及び接着層５２０を介して配置してもよい。
【００７９】
〈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、太陽電池に保護層を設けたセンサモジュールの例を示す。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。
【００８０】
図５は、第１の実施の形態の変形例３に係るセンサモジュールを例示する断面図であり、図２に対応する断面を示している。
【００８１】
図５を参照するに、センサモジュール５Ｃでは、太陽電池３００の受光面に保護層４００が設けられた点が、センサモジュール５Ｂ（図４参照）と相違する。
【００８２】
センサモジュール５Ｃにおいて、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０を被覆するように、基材１０の上面１０ａにカバー層を設けても構わない。
【００８３】
保護層４００は、太陽電池３００の受光面に防汚・防曇処理（シリコーン、フッ素系処理）や光触媒効果材料（ＴｉＯ２等）の処理を施したものであり、太陽電池３００が受光するべき波長の光を透過するように構成されている。太陽電池３００の受光面に保護層４００を設けることにより、太陽電池３００の発電効率を維持することができる。
【００８４】
なお、保護層４００は、前述のセンサモジュール５、５Ａ、及び５Ｂ、並びに後述のセンサモジュール５Ｄ、５Ｅ、及び５Ｆに適用することも可能であり、この場合にも上記と同様の効果を奏する。
【００８５】
〈第１の実施の形態の変形例４〉
第１の実施の形態の変形例４では、基材の上面に太陽電池を搭載したセンサモジュールの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例４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。
【００８６】
図６は、第１の実施の形態の変形例４に係るセンサモジュールを例示する断面図であり、図２に対応する断面を示している。
【００８７】
図６を参照するに、センサモジュール５Ｄでは、太陽電池３００は、基材１０の上面１０ａ側に実装されている。具体的には、太陽電池３００は基材１０の上面１０ａに直接配置されており、配線パターン５０と電気的に接続されている。なお、直接配置の意味については、前述の通りである。
【００８８】
センサモジュール５Ｄにおいて、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０を被覆するように、基材１０の上面１０ａにカバー層を設けても構わない。
【００８９】
このように、センサモジュールにおいて、太陽電池を配置する位置は特に限定されず、基材１０の抵抗体３０が設けられた上面１０ａに直接配置してもよい。
【００９０】
〈第１の実施の形態の変形例５〉
第１の実施の形態の変形例５では、電子部品と電気的に接続された複数の抵抗体を有するセンサモジュールの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例５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。
【００９１】
図７は、第１の実施の形態の変形例５に係るセンサモジュールを例示する部分平面図である。図７は、図１と同様に抵抗体３０から電子部品２００の近傍を拡大して示したものであり、カバー層６０、配線パターン７０、及び太陽電池３００の図示は省略されている。
【００９２】
第１の実施の形態の変形例５に係るセンサモジュールの断面構造は図２と同一であるため、断面図の図示は省略するが、カバー層６０は、抵抗体３０、配線パターン４０、電極４０Ａ、電子部品２００、金属線２１０及び２２０、電極５０Ａ、及び配線パターン５０を被覆するように基材１０の上面１０ａに設けられている。そして、太陽電池３００はカバー層６０の上面に配置されており、カバー層６０の側面に設けられた配線パターン７０を介して、配線パターン５０と電気的に接続されている。
【００９３】
図７を参照するに、センサモジュール５Ｅ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、センサモジュール５（図１及び図２参照）と相違する。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
又、図７の例では、センサモジュール５Ｅ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センサモジュールは抵抗体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。
【００９８】
例えば、図８に示すセンサモジュール５Ｆ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８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。
【００９９】
このように、センサモジュール５Ｅ及び５Ｆ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。これにより、複数領域の歪み検出が可能な小型のセンサモジュール５Ｅ及び５Ｆ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。
【０１００】
なお、前述のセンサモジュール５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、及び５Ｄについても、センサモジュール５Ｅ及び５Ｆと同様に、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を設けることができる。この場合も、複数領域の歪み検出が可能な小型のセンサモジュールを実現できる。
【０１０１】
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。
【０１０２】
例えば、第１の実施の形態及びその変形例において、電源として、太陽電池に代えて小型バッテリー（リチウムイオン電池等）を用いてもよい。
【０１０３】
又、第１の実施の形態及びその変形例において、フレキシブル太陽電池をラミネートする例を示したが、基材やカバー層等の上に、例えば、蒸着やスパッタ等により第1電極層、発電層、第２電極層等を順次積層した太陽電池を作製してもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ  センサモジュール、１０  基材、１０ａ  上面、１０ｂ  下面、３０  抵抗体、４０、５０  配線パターン  ４０Ａ、５０Ａ、２００Ａ、２００Ｂ  電極、４１  第１層、４２  第２層、６０  カバー層、２００  電子部品、２１０、２２０  金属線、３００  太陽電池、４００  保護層、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】
2019128183.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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