(57)【要約】【課題】力学量センサの製造における初期投資やランニングコストを低減する。【解決手段】  受圧管２のダイヤフラム１０の表面に、めっき技術により絶縁膜２０を形成する。さらに、絶縁膜２０の上面に、めっき技術により金属薄膜３０を形成する。そして、金属薄膜３０を部分的に除去することにより、ひずみゲージ３５を加工する。【選択図】図１
2007071594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力または圧力を受けてひずみを発生させるダイヤフラムまたは起歪部を有する力学量センサの製造方法において、
前記ダイヤフラムまたは起歪部の表面に絶縁膜をめっき技術により形成する絶縁膜形成ステップと、
前記絶縁膜の表面に金属薄膜をめっき技術により形成する金属薄膜形成ステップとを備えたことを特徴とする力学量センサの製造方法。
【請求項２】
力または圧力を受けてひずみを発生させるダイヤフラムまたは起歪部を有する力学量センサの製造方法において、
前記ダイヤフラムまたは起歪部の表面に絶縁膜を化学反応により形成する絶縁膜形成ステップと、
前記絶縁膜の表面に金属薄膜をめっき技術により形成する金属薄膜形成ステップとを備えたことを特徴とする力学量センサの製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜形成ステップでは、シラザンを溶媒で溶かして薄膜状に塗布し、これをオゾンで酸化させることにより絶縁膜を形成することを特徴とする請求項２に記載の力学量センサの製造方法。
【請求項４】
力または圧力を受けてひずみを発生させ且つアルミニウムを材料としたダイヤフラムまたは起歪部を有する力学量センサの製造方法において、
陽極酸化法により前記ダイヤフラムまたは起歪部の表面を酸化させることにより絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、
前記絶縁膜の表面に金属薄膜をめっき技術により形成する金属薄膜形成ステップとを備えたことを特徴とする力学量センサの製造方法。
【請求項５】
金属薄膜形成ステップで形成された金属薄膜からひずみゲージを加工するひずみゲージ加工ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の力学量センサの製造方法。
【請求項６】
前記ダイヤフラムを有する受圧管を作製する受圧管作製ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の力学量センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から加えられる力等の検出を行うために用いられる力学量センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜材料を使用する圧力センサには、アモルファスＳｉ薄膜を有するものがある。この圧力センサを製造するためには、高度に管理されたシラン利用設備と高価なプラズマＣＶＤあるいは光ＣＶＤなどの設備が必要となる。また、ダイヤフラムの表面に、スパッタリングにより、酸化シリコンの絶縁膜を形成した後、さらに酸化クロム膜を形成し、フォトリソグラフィー技術を利用してひずみゲージが形成された圧力センサがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２８３８３６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記圧力センサを製造する場合には、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤあるいはスパッタリング装置などの高価な設備や高価なターゲット材が必要になると共に、各設備の運用も厳重な管理が必要になる。そのため、初期投資やランニングコストが高くなるという大きな問題点がある。また、処理温度も比較的高く低融点の材料上には成膜が難しいという問題もある。また、有毒なシランガスを使用するので排ガス処理設備も必要になると共に、作業上の厳重な注意も必要になり、環境負荷が大きい。また、これらの方法は、形成する薄膜の膜圧均一性の理由から、比較的大量に処理はできない。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、初期投資やランニングコストを低減可能な力学量センサの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００５】
本発明の力学量センサの製造方法は、力または圧力を受けてひずみを発生させるダイヤフラムまたは起歪部を有する力学量センサの製造方法において、前記ダイヤフラムまたは起歪部の表面に絶縁膜をめっき技術により形成する絶縁膜形成ステップと、前記絶縁膜の表面に金属薄膜をめっき技術により形成する金属薄膜形成ステップとを備えたものである。
【０００６】
本発明の力学量センサの製造方法は、力または圧力を受けてひずみを発生させるダイヤフラムまたは起歪部を有する力学量センサの製造方法において、前記ダイヤフラムまたは起歪部の表面に絶縁膜を化学反応により形成する絶縁膜形成ステップと、前記絶縁膜の表面に金属薄膜をめっき技術により形成する金属薄膜形成ステップとを備えたものである。
【０００７】
本発明の力学量センサの製造方法の前記絶縁膜形成ステップでは、シラザンを溶媒で溶かして薄膜状に塗布し、これをオゾンで酸化させることにより絶縁膜を形成してもよい。
【０００８】
本発明の力学量センサの製造方法は、力または圧力を受けてひずみを発生させ且つアルミニウムを材料としたダイヤフラムまたは起歪部を有する力学量センサの製造方法において、陽極酸化法により前記ダイヤフラムまたは起歪部の表面を酸化させることにより絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、前記絶縁膜の表面に金属薄膜をめっき技術により形成する金属薄膜形成ステップとを備えたものである。
【０００９】
この構成によると、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤあるいはスパッタリング装置などの高価な設備が不要になる。そのため、初期投資（設備投資額）やランニングコストを低減することができる。その結果、製品コストが低減される。
【００１０】
本発明の力学量センサの製造方法において、金属薄膜形成ステップで形成された金属薄膜からひずみゲージを加工するひずみゲージ加工ステップをさらに備えていてもよい。
【００１１】
この構成によると、ひずみゲージを容易に作製することができる。
【００１２】
本発明の力学量センサの製造方法において、前記ダイヤフラムを有する受圧管を作製する受圧管作製ステップをさらに備えていてもよい。
【００１３】
この構成によると、受圧管一体型の力学量センサを製造可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る製造方法により製造される圧力センサの模式的な断面図である。本発明は、圧力、力、モーメント、加速度、角加速度などをひずみゲージを利用して検出する力学量センサに応用可能であるが、本実施の形態では圧力センサを例にとって説明する。
【００１５】
図１に示す圧力センサ１は、ステンレス鋼で形成された受圧管２を有している。受圧管２の一端部にはダイヤフラム１０が形成されており、他端部は測定する気体や液体を導入する圧力導入口４となっている。ダイヤフラム１０の表面には、ＳｉＯ２  薄膜などの絶縁膜２０が形成されており、さらにその上に、ひずみゲージ３５となる金属薄膜３０が形成されている。ひずみゲージ３５の端部には、リード線を接続するためのハンダランドとして導電性薄膜４０が配置されている。そして、導電性薄膜４０以外の部分に非導電性の保護膜５０が形成されている。
【００１６】
絶縁膜２０は、ＳｉＯ２薄膜の他、窒化シリコン膜、酸化アルミ膜（アルマイト）などで形成されてもよい。ひずみゲージ３５となる金属薄膜３０は、酸化クロム膜、クロム膜、銅・ニッケル合金膜、ニクロム系合金膜、ニッケル膜、タングステン膜などの金属薄膜である。また、金属薄膜３０には、フォトリソグラフィー技術を用いて任意のひずみゲージ３５のパターンが形成される。そして、任意のひずみゲージ３５はリード線により接続され、ブリッジ回路が構成されている。ここで、ブリッジ回路の構成は、公知の技術なので詳細な説明は省略する。
【００１７】
次に、圧力センサ１の製造方法について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、圧力センサの製造手順を示すフローチャートである。図３は、圧力センサの製造手順を示す図である。
【００１８】
まず、適切な材料（例えばステンレス鋼）を用いて、図３（ａ）に示すように、受圧管２を作製する（ステップＳ１０１）。そして、図３（ｂ）に示すように、受圧管２のダイヤフラム１０の表面（薄膜を形成する面）を鏡面研磨して平坦にする（ステップＳ１０２）と共に、その他の面は、レジスト膜やマスキングテープなどのカバー１５で覆うことにより、めっきが付かないようにする（ステップＳ１０３）。
【００１９】
次に、ダイヤフラム１０の表面に、図３（ｃ）に示すように、酸化シリコン膜などの絶縁膜２０を、水溶液からの酸化物膜製造技術を利用して形成する（ステップＳ１０４）。絶縁膜２０は、なるべく平坦になるよう成膜するのが好ましい。また、母材のダイヤフラム１０と、後で成膜する金属薄膜３０とが電気的に接続されることがないようにピンホールの発生を抑えなければならない。また、耐電圧を高くするため、絶縁膜２０の中になるべく水分が残らないように注意しなければならない。
【００２０】
ここで、酸化物膜製造技術の例を示すが、液組成及び条件は適宜変更してもよい。
【００２１】
第１の方法：酸化物の電解形成技術を利用する方法
液組成       （ＮＨ４）２ＳiＦ６：０．１mol/l
条件          ２５℃  pH3.3  −１Ｖ（Ａｇ／ＡｇＣl）
【００２２】
第２の方法：酸化物の化学的形成を利用する方法
液組成       （ＮＨ４）２ＳiＦ６：０．５mol/l
ＤＭＡＢ：０．２mol/l
条件          ５０℃
【００２３】
第３の方法：液相析出法（ＬＰＤ）
液組成        Ｈ２ＳiＦ６：２mol/l
Ｈ３ＢＯ３
条件          ３５℃
【００２４】
第４の方法：陽極酸化法（受圧管１の材料がアルミニウム、チタニウム、マグネシウムである場合）
但し、絶縁膜２０は材料の酸化物となる。材料がアルミニウムの場合は、一般にアルマイト処理と呼ぶ。特に硬質アルマイトは、膜厚を１００μｍくらいまで厚くできるので、鏡面研磨をして平坦にし、後工程のフォトリソグラフィによるひずみゲージ形成を容易に且つ確実にできる。
【００２５】
第５の方法：シラザンを溶媒に溶かして薄膜状に塗布し、これをオゾンで酸化して、絶縁膜２０を形成する。
【００２６】
次に、絶縁膜２０の上面に、図３（ｄ）に示すように、酸化クロム膜、クロム膜、銅・ニッケル合金膜、ニクロム系合金膜、ニッケル膜、タングステン膜などの金属薄膜３０をめっきで形成する（ステップＳ１０５）。めっきは、電解の影響を受けにくく膜圧が均一になりやすい無電解めっきが好ましい。金属薄膜３０の厚さや比抵抗は、ゲージ抵抗値に影響を与えるので、膜厚管理は厳重にした方がよい。膜厚が厚ければ、ひずみゲージの抵抗値は小さくなり、膜厚が薄ければ、ひずみゲージの抵抗値は大きくなる。
【００２７】
なお、無電解めっきは、微量の添加剤の添加により浴の安定性が改善されることが知られている。一例として無電解ニッケルめっきの条件を示す。
＜無電解ニッケルめっき浴＞
硫酸ニッケル            ０．０４mol／l
三塩化チタン            ０．０４mol／l
四塩化チタン            ０．０４mol／l
クエン酸ナトリウム      ０．２４mol／l
ニトリロ三酢酸          ０．０４mol／l
硫黄含有化合物          １０〜１００mg／ｌ
アミノ酸                １００〜５００mg／ｌ
pH （アンモニア水で調整）８〜９
浴温                    ５０℃
【００２８】
次に、フォトリソグラフィーを用いて金属薄膜３０の余分な部分をエッチング液で除去し、図３（ｅ）に示すように、ひずみゲージ３５に加工する（ステップＳ１０６）。そして、ひずみゲージを形成した後、図３（ｆ）に示すように、ひずみゲージ３５の両端部にリード線を接続するためのハンダランドとして導電性薄膜４０をめっきで付ける（ステップＳ１０７）。導電性薄膜４０の材質は、ハンダのぬれ性に優れた、例えばニッケル膜や銅膜などでよい。このとき、導電性薄膜４０以外の部分をフォトリソグラフィー技術を用いて導電性薄膜４０の部分以外にレジスト膜を付着させておけば、ニッケル膜を選択的に成膜し導電性薄膜４０を形成することができる。なお、必要に応じ、この段階で、導電性薄膜４０で形成したハンダランドにリード線をハンダ付けしてもよい。さらに、図３（ｇ）に示すように、導電性薄膜４０以外の部分にフォトリソグラフィー技術を用いて非導電性の保護膜５０をめっきで形成する（ステップＳ１０８）。保護膜５０として、酸化シリコン膜などを用いることができる。以上、めっき技術を利用した全ての薄膜の形成が完了し、レジスト膜やマスキングテープなどの覆いを取り外すと、図３（ｈ）に示すように、圧力センサ１が完成する。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態の圧力センサ１の製造方法では、高価なスパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置、光ＣＶＤ装置などの設備は不要であり、その代わりに安価なめっき槽があればよいので、その分、設備投資は少額でよい。また、めっき技術では、めっき槽の容量を有効に利用でき比較的大量処理も可能である。その結果、初期の設備投資を抑えることができ、ランニングコストも小さくてすみ、大量の圧力センサ１を安価に製造できる。
【００３０】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施の形態では、全ての薄膜をめっき技術により形成する場合を説明したが、絶縁膜２０及び金属薄膜３０がめっき技術により形成されれば、導電性薄膜４０及び保護膜５０は、めっき技術以外の方法で形成されてもよい。また、絶縁膜２０及び金属薄膜３０の形成以外において、必要が有れば、部分的にスパッタリング技術やＣＶＤ成膜技術を利用してもよい。例えば、前処理としてスパッタリング装置でめっきをする表面を清浄してもよい。この場合は、短時間の処理なので量産性は、大きく落ちることは無い。
【００３１】
また、上述の実施の形態では、絶縁膜２０及び金属薄膜３０を成膜する際、ダイヤフラム１０の圧力導入口４と反対側以外が、めっきが付かないようにレジスト膜やマスキングテープなどで覆われるが、覆わない方法もある。例えば、絶縁膜２０及び金属薄膜３０をそれぞれ全面的に成膜後、必要部分だけレジスト膜やマスキングテープなどで覆い不要な部分をエッチング液で除去してもよい。もちろん支障が無ければ受圧管１の全面に絶縁膜２０や金属薄膜３０が付いた状態のままにしておいてもよい。
【００３２】
また、上述の実施の形態では、ダイヤフラムを備えた圧力センサ１の製造方法を説明しているが、圧力センサ以外の力覚センサや加速度センサ、角速度センサ、角加速度センサなどの基本的にひずみゲージやピエゾ抵抗素子を利用した力学量センサの製造方法に応用できる。また、ひずみゲージを形成するのは、ダイヤフラム上であってもよいし、ダイヤフラムのような形状ではなく、ひずみを発生させる起歪部でもよい。但し、フォトリソグラフィ技術を利用するので、ひずみゲージを形成する部分は、平坦な平面であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る製造方法により製造される圧力センサの模式的な断面図である。
【図２】圧力センサの製造手順を示すフローチャートである。
【図３】圧力センサの製造手順を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  圧力センサ
２  受圧管
１０  ダイヤフラム
２０  絶縁膜
３０  金属薄膜
３５  ひずみゲージ
４０  導電性薄膜
５０  保護膜
【図１】
2007071594.tif 000003
【図２】
2007071594.tif 000004
【図３】
2007071594.tif 000005