JPH0141201B2 - - Google Patents
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- JPH0141201B2 JPH0141201B2 JP57500273A JP50027382A JPH0141201B2 JP H0141201 B2 JPH0141201 B2 JP H0141201B2 JP 57500273 A JP57500273 A JP 57500273A JP 50027382 A JP50027382 A JP 50027382A JP H0141201 B2 JPH0141201 B2 JP H0141201B2
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- Japan
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- resistance
- spring element
- layer
- resistors
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- Adjustable Resistors (AREA)
- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
Description
請求の範囲
１ 抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の少なくとも１つの伸び感
性抵抗と結合している弾性変形可能のばね要素１
０，Ｓを有し、その際抵抗器Ｒ１〜Ｒ４または
種々の抵抗の間の低抵抗結線Ｌ１１，Ｌ４２また
は所属する接続導体路Ｌ５〜Ｌ８が熱による蒸着
または陰極スパツタによつて設けられ、かつ抵抗
器Ｒ１〜Ｒ４または低抵抗結線Ｌ１１，Ｌ４２ま
たは接続導体路Ｌ５〜Ｌ８に使用した抵抗材料の
抵抗温度係数TKRが同じ程度の大きさである、
力、圧力、道程、重さ、または加速度を測定する
ための薄膜ストレーンゲージにおいて、低抵抗結
線Ｌ１１，Ｌ４２または接続導体路Ｌ５〜Ｌ８が
本来の抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の抵抗材料と異なる抵抗
材料からなることを特徴とする薄膜ストレーンゲ
ージ。
性抵抗と結合している弾性変形可能のばね要素１
０，Ｓを有し、その際抵抗器Ｒ１〜Ｒ４または
種々の抵抗の間の低抵抗結線Ｌ１１，Ｌ４２また
は所属する接続導体路Ｌ５〜Ｌ８が熱による蒸着
または陰極スパツタによつて設けられ、かつ抵抗
器Ｒ１〜Ｒ４または低抵抗結線Ｌ１１，Ｌ４２ま
たは接続導体路Ｌ５〜Ｌ８に使用した抵抗材料の
抵抗温度係数TKRが同じ程度の大きさである、
力、圧力、道程、重さ、または加速度を測定する
ための薄膜ストレーンゲージにおいて、低抵抗結
線Ｌ１１，Ｌ４２または接続導体路Ｌ５〜Ｌ８が
本来の抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の抵抗材料と異なる抵抗
材料からなることを特徴とする薄膜ストレーンゲ
ージ。
２ 低抵抗結線Ｌ１１，Ｌ４２または接続導体路
Ｌ５〜Ｌ８が窒素をドーピングせるコンスタンタ
ンからなる、請求の範囲第１項記載のストレーン
ゲージ。
Ｌ５〜Ｌ８が窒素をドーピングせるコンスタンタ
ンからなる、請求の範囲第１項記載のストレーン
ゲージ。
３ 伸び感性抵抗Ｒ１〜Ｒ４が窒化タンタル
（Ta2N、TaN）または酸窒化タンタル（TaOx
Ny）からなる、請求の範囲第１項または第２項
記載のストレーンゲージ。
（Ta2N、TaN）または酸窒化タンタル（TaOx
Ny）からなる、請求の範囲第１項または第２項
記載のストレーンゲージ。
４ 伸び感性抵抗Ｒ１〜Ｒ４が、弾性変形可能の
ばね要素１０上に接着された薄い有機シート上に
設けられている、請求の範囲第１項から第３項ま
でのいずれか１項記載のストレーンゲージ。
ばね要素１０上に接着された薄い有機シート上に
設けられている、請求の範囲第１項から第３項ま
でのいずれか１項記載のストレーンゲージ。
５ 伸び感性抵抗Ｒ１〜Ｒ４が、絶縁層Ｉの挿入
下にばね要素１０，Ｓ上に蒸着またはスパツタさ
れている、請求の範囲第１項から第３項までのい
ずれか１項記載のストレーンゲージ。
下にばね要素１０，Ｓ上に蒸着またはスパツタさ
れている、請求の範囲第１項から第３項までのい
ずれか１項記載のストレーンゲージ。
６ ２つの伸張可能な抵抗領域Ｒ１〜Ｒ３および
２つの伸張しない抵抗領域Ｒ２，Ｒ４を有する長
方形配置のホイートストンブリツジの伸び感性抵
抗Ｒ１〜Ｒ４が一方向に変位可能なばね要素１０
上に設けられている（第２図）、請求の範囲第１
項から第５項までのいずれか１項記載のストレー
ンゲージ。
２つの伸張しない抵抗領域Ｒ２，Ｒ４を有する長
方形配置のホイートストンブリツジの伸び感性抵
抗Ｒ１〜Ｒ４が一方向に変位可能なばね要素１０
上に設けられている（第２図）、請求の範囲第１
項から第５項までのいずれか１項記載のストレー
ンゲージ。
７ ２つの接線方向に変位可能なほぼ半円形の抵
抗領域Ｒ１〜Ｒ３および２つの半径方向に伸張可
能なほぼＵ字形の抵抗領域Ｒ２〜Ｒ４を有するホ
イートストンブリツジの伸び感性抵抗Ｒ１〜Ｒ４
が円形膜上に設けられている（第３図）、請求の
範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の
ストレーンゲージ。
抗領域Ｒ１〜Ｒ３および２つの半径方向に伸張可
能なほぼＵ字形の抵抗領域Ｒ２〜Ｒ４を有するホ
イートストンブリツジの伸び感性抵抗Ｒ１〜Ｒ４
が円形膜上に設けられている（第３図）、請求の
範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の
ストレーンゲージ。
８ 伸び感性抵抗Ｒ１〜Ｒ４が、細孔を有しない
高抵抗のガラス絶縁層Ｉを間挿してばね要素Ｓ、
殊にCu Beばね板上に設けられている、請求の範
囲第１項から第７項までのいずれか１項記載のス
トレーンゲージ。
高抵抗のガラス絶縁層Ｉを間挿してばね要素Ｓ、
殊にCu Beばね板上に設けられている、請求の範
囲第１項から第７項までのいずれか１項記載のス
トレーンゲージ。
９ 抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の少なくとも１つの伸び感
性抵抗と結合している弾性変形可能のばね要素１
０，Ｓを有する、力、圧力、道程、重さまたは加
速度を測定するための薄膜ストレーンゲージを、
ばね要素Ｓ上に設けられた絶縁中間層Ｉ上に、全
面的にまず１つの抵抗層Ｒ，Ｒ１〜Ｒ４、引続き
抵抗材料からなる１つの良導電性層Ｌ，Ｌ１１〜
Ｌ４２，Ｌ５〜Ｌ８を蒸着またはスパツタし、第
１エツチング工程でまず抵抗領域および導体領域
の全体構造をつくり、引続き第２エツチング工程
で良導電性材料Ｌを抵抗領域Ｒ１〜Ｒ４から選択
的に腐食することによつて製造する方法におい
て、導体路領域Ｌ１１〜Ｌ４２，Ｌ５〜Ｌ８を、
窒素または空気をドーピングせるコンスタンタン
から、窒素または空気を混和せる放電ガス中で反
応スパツタ法で設け、この場合放電ガスドーピン
グを、適当な分量の窒素または空気がコンスタン
タン層中へ導入されるように調節し、窒素または
空気をドーピングしたコンスタンタン層の抵抗温
度係数を、その下にある抵抗層の抵抗温度係数に
ほぼ等しくすることを特徴とする薄膜ストレーン
ゲージの製造方法。
性抵抗と結合している弾性変形可能のばね要素１
０，Ｓを有する、力、圧力、道程、重さまたは加
速度を測定するための薄膜ストレーンゲージを、
ばね要素Ｓ上に設けられた絶縁中間層Ｉ上に、全
面的にまず１つの抵抗層Ｒ，Ｒ１〜Ｒ４、引続き
抵抗材料からなる１つの良導電性層Ｌ，Ｌ１１〜
Ｌ４２，Ｌ５〜Ｌ８を蒸着またはスパツタし、第
１エツチング工程でまず抵抗領域および導体領域
の全体構造をつくり、引続き第２エツチング工程
で良導電性材料Ｌを抵抗領域Ｒ１〜Ｒ４から選択
的に腐食することによつて製造する方法におい
て、導体路領域Ｌ１１〜Ｌ４２，Ｌ５〜Ｌ８を、
窒素または空気をドーピングせるコンスタンタン
から、窒素または空気を混和せる放電ガス中で反
応スパツタ法で設け、この場合放電ガスドーピン
グを、適当な分量の窒素または空気がコンスタン
タン層中へ導入されるように調節し、窒素または
空気をドーピングしたコンスタンタン層の抵抗温
度係数を、その下にある抵抗層の抵抗温度係数に
ほぼ等しくすることを特徴とする薄膜ストレーン
ゲージの製造方法。
１０ 抵抗層Ｒを窒素または空気を添加した雰囲
気中でのタンタルの反応性蒸着またはスパツタに
よつて窒化タンタル（Ta2N、TaN）または酸窒
化タンタル（TaOx Ny）としてつくり、熱処理
工程を予備エージングする、請求の範囲第９項記
載の方法。
気中でのタンタルの反応性蒸着またはスパツタに
よつて窒化タンタル（Ta2N、TaN）または酸窒
化タンタル（TaOx Ny）としてつくり、熱処理
工程を予備エージングする、請求の範囲第９項記
載の方法。
１１ 抵抗層Ｒおよび導体路層Ｌを設けること
を、２つの異なる陰極および異なるスパツタ速度
を有する同じ高周波スパツタの反応真空サイクル
で行う、請求の範囲第９項または第１０項記載の
方法。
を、２つの異なる陰極および異なるスパツタ速度
を有する同じ高周波スパツタの反応真空サイクル
で行う、請求の範囲第９項または第１０項記載の
方法。
１２ 絶縁層Ｉを多重印刷の形式によりスクリン
印刷法で順次に設けられ、引続き個々の焼付けら
れた２つのガラス層からつくる、請求の範囲第９
項から第１１項までのいずれか１項記載の方法。
印刷法で順次に設けられ、引続き個々の焼付けら
れた２つのガラス層からつくる、請求の範囲第９
項から第１１項までのいずれか１項記載の方法。
１３ ばね要素１０，Ｓを、ガラス絶縁層Ｉを焼
付ける際に硬化させる、請求の範囲第１２項記載
の方法。
付ける際に硬化させる、請求の範囲第１２項記載
の方法。
１４ 標準基板１１上につくられた若干の個々の
要素１０の分離を、すべての加工工程の実施後押
抜きによつて行う、請求の範囲第９項から第１３
項までのいずれか１項記載の方法。
要素１０の分離を、すべての加工工程の実施後押
抜きによつて行う、請求の範囲第９項から第１３
項までのいずれか１項記載の方法。
技術水準
本発明は、請求の範囲第１項の種類による薄膜
ストレーンゲージから出発する。このようなスト
レーンゲージは、線状またはシート状の抵抗素子
を有する慣用の構造ならびに薄膜技術において公
知である。この場合、弾性変形可能なばね要素と
して、公知方法で片側または半径方向に変位可
能、長手方向に伸長可能または他の形式で変形可
能のばね要素が、少なくとも１つの伸び感性抵抗
と結合して使用される。測定精度を高めるため
に、しばしば４つの伸び感性抵抗が一緒に接続さ
れて１つのホイートストンブリツジを形成してい
る。
ストレーンゲージから出発する。このようなスト
レーンゲージは、線状またはシート状の抵抗素子
を有する慣用の構造ならびに薄膜技術において公
知である。この場合、弾性変形可能なばね要素と
して、公知方法で片側または半径方向に変位可
能、長手方向に伸長可能または他の形式で変形可
能のばね要素が、少なくとも１つの伸び感性抵抗
と結合して使用される。測定精度を高めるため
に、しばしば４つの伸び感性抵抗が一緒に接続さ
れて１つのホイートストンブリツジを形成してい
る。
フランス国特許第2057215号から、種々の抵抗
および低抵抗結線が同じ抵抗材料から真空中でば
ね板上へスパツタされている薄膜伸び測定ストリ
ツプは公知である。このような構造においては、
連絡線および／または接続導体路の電気抵抗は比
較的高い。
および低抵抗結線が同じ抵抗材料から真空中でば
ね板上へスパツタされている薄膜伸び測定ストリ
ツプは公知である。このような構造においては、
連絡線および／または接続導体路の電気抵抗は比
較的高い。
スパツタによつてつくられる薄膜抵抗器はたと
えばヨーロツパ公開特許第16251号から公知であ
る。この刊行物には、タンタルとニツケルからな
る温度依存性抵抗およびタンタルからなる温度非
依存性抵抗が記載されている。
えばヨーロツパ公開特許第16251号から公知であ
る。この刊行物には、タンタルとニツケルからな
る温度依存性抵抗およびタンタルからなる温度非
依存性抵抗が記載されている。
さらに、薄膜ストレーンゲージの抵抗素子を電
気抵抗の温度係数の小さい材料または組合せ材料
から製造して、該素子の変位と同じ方法で認めう
る温度変化による測定誤差をなくすることも公知
である。慣用技術において、抵抗素子ならびに結
線および接続条導体路の一部がコンスタンタンか
ら製造されている薄膜ストレーンゲージは既に使
用されているが、この場合結線および接続条導体
路において測定信号のロスが生じた。
気抵抗の温度係数の小さい材料または組合せ材料
から製造して、該素子の変位と同じ方法で認めう
る温度変化による測定誤差をなくすることも公知
である。慣用技術において、抵抗素子ならびに結
線および接続条導体路の一部がコンスタンタンか
ら製造されている薄膜ストレーンゲージは既に使
用されているが、この場合結線および接続条導体
路において測定信号のロスが生じた。
本発明の利点
それに対して、請求の範囲第１項の特徴を有す
る本発明による薄膜ストレーンゲージは多数の重
大な利点を有する。殊に、結線および接続条導体
路および抵抗領域の異なる温度係数によつて生じ
る温度誤差は十分にさけられる。この場合、実際
に高い導体路抵抗を甘受する必要はなく、それと
ともに抵抗またはブリツジの測定感度の減小を甘
受する必要もない。
る本発明による薄膜ストレーンゲージは多数の重
大な利点を有する。殊に、結線および接続条導体
路および抵抗領域の異なる温度係数によつて生じ
る温度誤差は十分にさけられる。この場合、実際
に高い導体路抵抗を甘受する必要はなく、それと
ともに抵抗またはブリツジの測定感度の減小を甘
受する必要もない。
種々の抵抗領域の間の低抵抗結線もそれに所属
する接続線も同じ材料から製造できるので、双方
の誤差源はなくすことができる。熱による蒸着ま
たは陰極スパツタを用いる種々の要素の製造によ
つて、殊に薄膜技術で截断しかつ同じ基板上の他
の薄膜回路に困難なしに集積可能である手段が得
られる。製造工程はとくに簡単である。外部の電
気接続のための接続導体路の構造はその任意の形
態を許容するので、薄膜ストレーンゲージの接触
形式の変更可能性、たとえば接続に対しては測定
ブリツジの使用条件に応じてはんだ付け、接着ま
たは溶接による接触形式も維持されている。
する接続線も同じ材料から製造できるので、双方
の誤差源はなくすことができる。熱による蒸着ま
たは陰極スパツタを用いる種々の要素の製造によ
つて、殊に薄膜技術で截断しかつ同じ基板上の他
の薄膜回路に困難なしに集積可能である手段が得
られる。製造工程はとくに簡単である。外部の電
気接続のための接続導体路の構造はその任意の形
態を許容するので、薄膜ストレーンゲージの接触
形式の変更可能性、たとえば接続に対しては測定
ブリツジの使用条件に応じてはんだ付け、接着ま
たは溶接による接触形式も維持されている。
本発明による提案によつて、とくに合理的な製
造の範囲内で、薄膜ストレーンゲージおよび薄膜
回路用の、強固に付着し、錫めつきまたは鉛めつ
き可能またはめつきにより補強可能の金属化系か
らなる構造が得られる。弾性変形可能のばね要素
の表面の高価な前処理は、殊に２つの別個の工程
でプリントされた薄い高抵抗のガラス絶縁層を使
用する場合には不要である。２重プリントによつ
て細孔を有しない絶縁層が得られ、この場合個々
の層は有利にそれぞれ焼付けられる。この焼付け
工程は、付加的費用なしに、たとえばCuBeばね
要素基板を同じ工程で硬化するために利用するこ
とができる。
造の範囲内で、薄膜ストレーンゲージおよび薄膜
回路用の、強固に付着し、錫めつきまたは鉛めつ
き可能またはめつきにより補強可能の金属化系か
らなる構造が得られる。弾性変形可能のばね要素
の表面の高価な前処理は、殊に２つの別個の工程
でプリントされた薄い高抵抗のガラス絶縁層を使
用する場合には不要である。２重プリントによつ
て細孔を有しない絶縁層が得られ、この場合個々
の層は有利にそれぞれ焼付けられる。この焼付け
工程は、付加的費用なしに、たとえばCuBeばね
要素基板を同じ工程で硬化するために利用するこ
とができる。
図面
本発明の２つの実施例が図面に略示されかつ下
記において詳述されている。第１図は薄膜ストレ
ーンゲージを有するホイートストンブリツジの接
続原理を示し、第２図は薄膜ストレーンゲージブ
リツジの一方向に変位可能の構造を示し、第３図
は膜状のばね要素上の半径方向に変位可能の構造
を示し、第４図は第２図の−線による断面を
示し、第５図は個々の要素に分割する前の、薄膜
ストレーンゲージを有する多数のばね要素を有す
る構造を示す。
記において詳述されている。第１図は薄膜ストレ
ーンゲージを有するホイートストンブリツジの接
続原理を示し、第２図は薄膜ストレーンゲージブ
リツジの一方向に変位可能の構造を示し、第３図
は膜状のばね要素上の半径方向に変位可能の構造
を示し、第４図は第２図の−線による断面を
示し、第５図は個々の要素に分割する前の、薄膜
ストレーンゲージを有する多数のばね要素を有す
る構造を示す。
実施例の説明
第１図は、４つの伸び感性抵抗R1，R2，R3お
よびR4を有するブリツジ回路を示す。これらの
抵抗は、低抵抗の短い結線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２
１，Ｌ２２，Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ４１およびＬ４
２によつて互いに電気的に接続されている。接続
点からは接続導体路Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７およびＬ８
が外側の接触点Ｋ５，Ｌ６，Ｋ７およびＫ８に通
じている。供給電圧Ｕは点Ｋ５およびＫ７に印加
され、測定信号はブリツジの対角線上の接触個所
Ｋ６およびＫ８から取出される。
よびR4を有するブリツジ回路を示す。これらの
抵抗は、低抵抗の短い結線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２
１，Ｌ２２，Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ４１およびＬ４
２によつて互いに電気的に接続されている。接続
点からは接続導体路Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７およびＬ８
が外側の接触点Ｋ５，Ｌ６，Ｋ７およびＫ８に通
じている。供給電圧Ｕは点Ｋ５およびＫ７に印加
され、測定信号はブリツジの対角線上の接触個所
Ｋ６およびＫ８から取出される。
抵抗Ｒ１〜Ｒ４は薄膜ストレーンゲージを形成
し、これらはホイートストンブリツジ内に配置さ
れる；もちろん測定を個々の抵抗Ｒを用いて行な
うこともでき、この場合測定信号は電圧変化とし
てこの抵抗から取出される。本発明による装置を
用いると、殊に薄膜回路に集積可能で、たとえば
力、圧力、道程、重さまたは加速度の測定のため
に使用できる精密薄膜伸び測定装置が製造でき
る。測定信号を弱めないために、種々の抵抗Ｒ１
〜Ｒ４が低抵抗で互いに接続されていてかつ接触
個所Ｋ５〜Ｋ８への接続導体路Ｌ５〜Ｌ８もでき
るだけ低抵抗であるべきである。しかし、低抵抗
接続の要求とともに、温度変化の際にばね要素の
見掛けの伸張に相応する測定誤差が生じないよう
にするため、電気結線は、抵抗領域の温度係数と
実際に相違しない材料あるいは電気抵抗の温度係
数を有する組合せ材料からなるべきであるという
極めて重要な要求が存在する。これは殊に、たと
えば接着の理由から直接に伸張したばね要素領域
中でブリツジの接触を行なうことはできないの
で、長い導体路が必要であるときがそれである。
この目的のために、抵抗Ｒ１〜Ｒ４だけでなく、
低抵抗結線Ｌ１１，Ｌ４２および接続導体路Ｌ５
〜Ｌ８も、本来の抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗材料と異
なる抵抗材料から製造されている。銅、ニツケル
または金のようなすべての常用の薄膜接触金属化
材料あるいは良導電性金属の組合せ層も、これら
が抵抗層の温度係数よりも1000倍大きい温度係数
を有し、従つて許容できない誤差を生じるので、
精密薄膜伸び測定ストリツプには適当でない。
し、これらはホイートストンブリツジ内に配置さ
れる；もちろん測定を個々の抵抗Ｒを用いて行な
うこともでき、この場合測定信号は電圧変化とし
てこの抵抗から取出される。本発明による装置を
用いると、殊に薄膜回路に集積可能で、たとえば
力、圧力、道程、重さまたは加速度の測定のため
に使用できる精密薄膜伸び測定装置が製造でき
る。測定信号を弱めないために、種々の抵抗Ｒ１
〜Ｒ４が低抵抗で互いに接続されていてかつ接触
個所Ｋ５〜Ｋ８への接続導体路Ｌ５〜Ｌ８もでき
るだけ低抵抗であるべきである。しかし、低抵抗
接続の要求とともに、温度変化の際にばね要素の
見掛けの伸張に相応する測定誤差が生じないよう
にするため、電気結線は、抵抗領域の温度係数と
実際に相違しない材料あるいは電気抵抗の温度係
数を有する組合せ材料からなるべきであるという
極めて重要な要求が存在する。これは殊に、たと
えば接着の理由から直接に伸張したばね要素領域
中でブリツジの接触を行なうことはできないの
で、長い導体路が必要であるときがそれである。
この目的のために、抵抗Ｒ１〜Ｒ４だけでなく、
低抵抗結線Ｌ１１，Ｌ４２および接続導体路Ｌ５
〜Ｌ８も、本来の抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗材料と異
なる抵抗材料から製造されている。銅、ニツケル
または金のようなすべての常用の薄膜接触金属化
材料あるいは良導電性金属の組合せ層も、これら
が抵抗層の温度係数よりも1000倍大きい温度係数
を有し、従つて許容できない誤差を生じるので、
精密薄膜伸び測定ストリツプには適当でない。
第２図は、本発明の第１の実施例を示し、この
場合低抵抗結線Ｌ１１〜Ｌ４２ならびに種々の抵
抗領域Ｒ１〜Ｒ４および所属する接続導体路Ｌ５
〜Ｌ８は陰極スパツタにより薄膜として設けられ
ている。第２図による薄膜ストレーンゲージは、
図の右側部分で一方向に変位可能な装置として製
造されており、これによつて抵抗Ｒ１およびＲ３
の伸びが生じ、抵抗Ｒ２およびＲ４は変位の際大
体において不変のままである。
場合低抵抗結線Ｌ１１〜Ｌ４２ならびに種々の抵
抗領域Ｒ１〜Ｒ４および所属する接続導体路Ｌ５
〜Ｌ８は陰極スパツタにより薄膜として設けられ
ている。第２図による薄膜ストレーンゲージは、
図の右側部分で一方向に変位可能な装置として製
造されており、これによつて抵抗Ｒ１およびＲ３
の伸びが生じ、抵抗Ｒ２およびＲ４は変位の際大
体において不変のままである。
第３図は、半径方向の変位のために適当であり
かつたとえば破線で限られた範囲が伸張可能な膜
として構成されている、対称構造を有する薄膜ス
トレーンゲージ構造を表わす。第１図および第２
図におけると同じ部分は同じ参照記号を有する。
この構造の場合、ブリツジ回路の４つの薄膜スト
レーンゲージは接線方向に伸びる２つの抵抗Ｒ１
およびＲ３ならびに半径方向に伸びる抵抗Ｒ２お
よびＲ４から形成される。低抵抗の結線Ｌ１１〜
Ｌ４２および接続導体路Ｌ５〜Ｌ８は別種の幾何
学的形態に適合されかつ２つの異なる側へ導出さ
れている。これらは、対称構造によつて測定誤差
を惹起しない。
かつたとえば破線で限られた範囲が伸張可能な膜
として構成されている、対称構造を有する薄膜ス
トレーンゲージ構造を表わす。第１図および第２
図におけると同じ部分は同じ参照記号を有する。
この構造の場合、ブリツジ回路の４つの薄膜スト
レーンゲージは接線方向に伸びる２つの抵抗Ｒ１
およびＲ３ならびに半径方向に伸びる抵抗Ｒ２お
よびＲ４から形成される。低抵抗の結線Ｌ１１〜
Ｌ４２および接続導体路Ｌ５〜Ｌ８は別種の幾何
学的形態に適合されかつ２つの異なる側へ導出さ
れている。これらは、対称構造によつて測定誤差
を惹起しない。
第２図および第３図による構造の場合、伸び感
性抵抗Ｒ１〜Ｒ４、低抵抗結線Ｌ１１，Ｌ４２お
よび接続導体路Ｌ５〜Ｌ８に対する使用された抵
抗材料の抵抗温度係数（TKR）は同じ程度であ
る。この場合、低抵抗結線Ｌ１１，Ｌ４２および
接続導体路Ｌ５〜Ｌ８は、スパツタまたは蒸着の
際に残ガスから窒素または空気が導入されている
コンスタンタンからなる。伸び感性抵抗Ｒ１〜Ｒ
４には、同様にタンタルのスパツタまたは蒸着の
際に残ガス中の窒素または空気との反応によつて
製造されかつドーピングされたコンスタンタンと
ほぼ同じ温度係数を有する窒化タンタル
（Ta2N、TaN）または酸窒化タンタル（TaOx
Ny）がとくに適当である。伸び感性抵抗Ｒ１〜
Ｒ４は薄い有機シート上に設けられていてもよ
く、該シートは殊に平らでない表面を有するばね
要素である場合、弾性変形可能のばね要素上に接
着される。第２図および第３図には、ばね要素の
図示は省略されており、たとえば第２図による構
造に対し使用可能であるようなばね要素の形態
は、あとでなお詳述する第５図が示す。
性抵抗Ｒ１〜Ｒ４、低抵抗結線Ｌ１１，Ｌ４２お
よび接続導体路Ｌ５〜Ｌ８に対する使用された抵
抗材料の抵抗温度係数（TKR）は同じ程度であ
る。この場合、低抵抗結線Ｌ１１，Ｌ４２および
接続導体路Ｌ５〜Ｌ８は、スパツタまたは蒸着の
際に残ガスから窒素または空気が導入されている
コンスタンタンからなる。伸び感性抵抗Ｒ１〜Ｒ
４には、同様にタンタルのスパツタまたは蒸着の
際に残ガス中の窒素または空気との反応によつて
製造されかつドーピングされたコンスタンタンと
ほぼ同じ温度係数を有する窒化タンタル
（Ta2N、TaN）または酸窒化タンタル（TaOx
Ny）がとくに適当である。伸び感性抵抗Ｒ１〜
Ｒ４は薄い有機シート上に設けられていてもよ
く、該シートは殊に平らでない表面を有するばね
要素である場合、弾性変形可能のばね要素上に接
着される。第２図および第３図には、ばね要素の
図示は省略されており、たとえば第２図による構
造に対し使用可能であるようなばね要素の形態
は、あとでなお詳述する第５図が示す。
被覆されたシートを用いてばね要素上に薄膜ス
トレーンゲージを設けるよりもなお有利なのは、
あらかじめ既に絶縁層を備えねばならないばね要
素上へ直接に蒸着またはスパツタすることであ
り、とくに湾曲していない表面を有するばね要素
の場合に有利な方法である。この絶縁層は第４図
から明らかであり、Ｉで示されている。第２図の
線−による断面図から第４図による配置が生
じ、この場合基板として役立つばね要素はＳで示
されている。ばね要素Ｓ上に絶縁層Ｉが強固に付
着しており、その上に抵抗材料Ｒ，Ｒ３および該
抵抗材料上に接続導体路Ｌ７（この場合、接続線
路に対する十分に低い抵抗を得るために相応する
幅および厚さのコンスタンタンから製造されてい
る）が存在する。絶縁層Ｉは、直接にばね要素
Ｓ、殊に銅ベリウム（CuBe）ばね板上に設けら
れている細孔を有しない、薄い、高抵抗のガラス
絶縁層からなる。
トレーンゲージを設けるよりもなお有利なのは、
あらかじめ既に絶縁層を備えねばならないばね要
素上へ直接に蒸着またはスパツタすることであ
り、とくに湾曲していない表面を有するばね要素
の場合に有利な方法である。この絶縁層は第４図
から明らかであり、Ｉで示されている。第２図の
線−による断面図から第４図による配置が生
じ、この場合基板として役立つばね要素はＳで示
されている。ばね要素Ｓ上に絶縁層Ｉが強固に付
着しており、その上に抵抗材料Ｒ，Ｒ３および該
抵抗材料上に接続導体路Ｌ７（この場合、接続線
路に対する十分に低い抵抗を得るために相応する
幅および厚さのコンスタンタンから製造されてい
る）が存在する。絶縁層Ｉは、直接にばね要素
Ｓ、殊に銅ベリウム（CuBe）ばね板上に設けら
れている細孔を有しない、薄い、高抵抗のガラス
絶縁層からなる。
第５図は、第２図による個々の薄膜ストレーン
ゲージの製造を説明する。個々の要素は板１１か
ら切取られ、この板は差当り大きい製造ユニツト
である。板１はCuBeばね材料からなりかつ第５
図に示した構造においては、薄膜金属化技術およ
び光エツチング技術で常用である約7.6cm×7.6cm
（3Zoll×3Zoll）の大きさを有する。この板１１
から、たとえばほぼ三角形のばね要素１０ 16個
が製造できる。個々の要素１０を互いに分離する
のは、従来常用の分離エツチングとは異なり、分
離押抜きの経済的方法によつて行なわれ、該方法
は原則としては公知であるが、このような薄膜構
造体の分離の際にはその脆性のためおよび分離の
際の損傷による廃品のためにその方法による利点
にも拘らずこれまで使用されなかつた。殊に分離
押抜きの際には、さらにマスクエツチング法のた
めの作業工程は不要であり、このマスクエツチン
グ法は分離エツチングの場合多大の経費を表わ
す。分離押抜きは測定ブリツジ完成のためのすべ
ての加工工程の実施後に行なわれる。この場合に
はたんに、ガラス絶縁層Ｉで覆われた面およびそ
れとともに薄膜金属化部も押抜かれたすべての縁
から少なくとも１mm除去されていることが重要で
あるにすぎず、これはスクリン印刷法において何
の困難も惹起しない。
ゲージの製造を説明する。個々の要素は板１１か
ら切取られ、この板は差当り大きい製造ユニツト
である。板１はCuBeばね材料からなりかつ第５
図に示した構造においては、薄膜金属化技術およ
び光エツチング技術で常用である約7.6cm×7.6cm
（3Zoll×3Zoll）の大きさを有する。この板１１
から、たとえばほぼ三角形のばね要素１０ 16個
が製造できる。個々の要素１０を互いに分離する
のは、従来常用の分離エツチングとは異なり、分
離押抜きの経済的方法によつて行なわれ、該方法
は原則としては公知であるが、このような薄膜構
造体の分離の際にはその脆性のためおよび分離の
際の損傷による廃品のためにその方法による利点
にも拘らずこれまで使用されなかつた。殊に分離
押抜きの際には、さらにマスクエツチング法のた
めの作業工程は不要であり、このマスクエツチン
グ法は分離エツチングの場合多大の経費を表わ
す。分離押抜きは測定ブリツジ完成のためのすべ
ての加工工程の実施後に行なわれる。この場合に
はたんに、ガラス絶縁層Ｉで覆われた面およびそ
れとともに薄膜金属化部も押抜かれたすべての縁
から少なくとも１mm除去されていることが重要で
あるにすぎず、これはスクリン印刷法において何
の困難も惹起しない。
方法によれば、薄膜ストレーンゲージの製造の
場合に、ばね要素Ｓ上に設けられた絶縁中間層Ｉ
上に全面的に差当り抵抗層Ｒを設け、引続き抵抗
材料、有利にコンスタンタンからなる導電性層Ｌ
を設けるのがとくに有利であることが立証され
た。これらの層は蒸着またはスパツタすることが
でき、明細書の下記の記載は陰極スパツタによつ
て製造した層に関する。さらに、第２図または第
３図による完成せる薄膜ストレーンゲージに加工
する場合、差当り第１エツチング工程で抵抗領域
および導体路領域の全体構造をつくり、引続き第
２エツチング工程で導体路材料を選択的に抵抗領
域からエツチング除去する。基板が、ばね要素上
へあとから設けられるシートである場合には、こ
のシートを金属化前に、可逆的に安定な支持体、
たとえばガラス板上に設けて、金属化後簡単に光
エツチング工程を実施することができるようにす
ることが推奨される。導体路領域Ｌ１１〜Ｌ４２
およびＬ５〜Ｌ８は、窒素または空気でドーピン
グされたコンスタンタンから、放電ガスとして窒
素または空気が混和されているアルゴン雰囲気中
での反応スパツタ法で設けられる。同じ工程で、
一面では陰極タンタルの窒化タンタル（Ta2N、
TaN）または場合により、抵抗層を形成する酸
窒化タンタルへの変換が行なわれ、さらに引続き
窒素または空気でドーピングされた同じ雰囲気中
で、導体路区間の製造が行なわれる。後者の導体
路区間は窒素または空気でドーピングされ、この
方法で抵抗層の温度係数とほぼ等しい温度係数を
有するコンスタンタンからなる。純粋なコンスタ
ンタンは約−10ppm／〓の温度係数を有するが、
たとえば窒素１％を有する放電ガス中でスパツタ
されたコンスタンタンは−80ppm／〓の温度係数
を有し、これは放電ガス組成下にスパツタされ
た、抵抗用窒化タンタル層の温度係数に一致す
る。従つて、抵抗層Ｒおよび導体路層Ｌを設ける
のは同じ反応真空サイクル中で行なわれる。たと
えば高周波スパツタ装置中の、タンタルおよびコ
ンスタンタンからなる２つの異なる陰極を同時に
スパツタし、被覆すべきばね要素を運搬機構を用
いてまずタンタル陰極、次いでコンスタンタン陰
極の傍を通過させることができる。
場合に、ばね要素Ｓ上に設けられた絶縁中間層Ｉ
上に全面的に差当り抵抗層Ｒを設け、引続き抵抗
材料、有利にコンスタンタンからなる導電性層Ｌ
を設けるのがとくに有利であることが立証され
た。これらの層は蒸着またはスパツタすることが
でき、明細書の下記の記載は陰極スパツタによつ
て製造した層に関する。さらに、第２図または第
３図による完成せる薄膜ストレーンゲージに加工
する場合、差当り第１エツチング工程で抵抗領域
および導体路領域の全体構造をつくり、引続き第
２エツチング工程で導体路材料を選択的に抵抗領
域からエツチング除去する。基板が、ばね要素上
へあとから設けられるシートである場合には、こ
のシートを金属化前に、可逆的に安定な支持体、
たとえばガラス板上に設けて、金属化後簡単に光
エツチング工程を実施することができるようにす
ることが推奨される。導体路領域Ｌ１１〜Ｌ４２
およびＬ５〜Ｌ８は、窒素または空気でドーピン
グされたコンスタンタンから、放電ガスとして窒
素または空気が混和されているアルゴン雰囲気中
での反応スパツタ法で設けられる。同じ工程で、
一面では陰極タンタルの窒化タンタル（Ta2N、
TaN）または場合により、抵抗層を形成する酸
窒化タンタルへの変換が行なわれ、さらに引続き
窒素または空気でドーピングされた同じ雰囲気中
で、導体路区間の製造が行なわれる。後者の導体
路区間は窒素または空気でドーピングされ、この
方法で抵抗層の温度係数とほぼ等しい温度係数を
有するコンスタンタンからなる。純粋なコンスタ
ンタンは約−10ppm／〓の温度係数を有するが、
たとえば窒素１％を有する放電ガス中でスパツタ
されたコンスタンタンは−80ppm／〓の温度係数
を有し、これは放電ガス組成下にスパツタされ
た、抵抗用窒化タンタル層の温度係数に一致す
る。従つて、抵抗層Ｒおよび導体路層Ｌを設ける
のは同じ反応真空サイクル中で行なわれる。たと
えば高周波スパツタ装置中の、タンタルおよびコ
ンスタンタンからなる２つの異なる陰極を同時に
スパツタし、被覆すべきばね要素を運搬機構を用
いてまずタンタル陰極、次いでコンスタンタン陰
極の傍を通過させることができる。
陰極の大きさおよびそれとともに異なるスパツ
タ速度およびスパツタ時間を用いて所望の厚さが
実現され、この場合コンスタンタン層のスパツタ
と同時に、窒化タンタルまたは酸窒化タンタルか
らなる抵抗層の予備エージングが行なわれる。
タ速度およびスパツタ時間を用いて所望の厚さが
実現され、この場合コンスタンタン層のスパツタ
と同時に、窒化タンタルまたは酸窒化タンタルか
らなる抵抗層の予備エージングが行なわれる。
絶縁層Ｉは、スクリン印刷法の多重印刷の形式
に従つて順次に設けられ、引続き焼付けられた少
なくとも２つのガラス層からつくられる。２つま
たは若干の別個のスクリン印刷工程によつて細孔
を有しない絶縁層Ｉが、その上にあるばね要素Ｓ
の前処理なしに得られる。さらに、ガラス絶縁層
Ｉが焼付ける場合、多額経費なしにばね要素Ｓの
硬化が達成される。
に従つて順次に設けられ、引続き焼付けられた少
なくとも２つのガラス層からつくられる。２つま
たは若干の別個のスクリン印刷工程によつて細孔
を有しない絶縁層Ｉが、その上にあるばね要素Ｓ
の前処理なしに得られる。さらに、ガラス絶縁層
Ｉが焼付ける場合、多額経費なしにばね要素Ｓの
硬化が達成される。
導体路領域Ｌ１１〜Ｌ４２およびＬ５〜Ｌ８の
コンスタン層は、必要な導電率を確保するために
十分な横断面を有する。第４図における構造は大
きさの割合を略示する：数100μ程度の厚さを有
する弾性変形可能の基板上に、差当り厚さ15〜
50μのガラス絶縁層Ｉを強固に付着するようにプ
リントする。たとえば窒化タンタルからなる抵抗
層は0.1μの厚さ範囲内、有利に約0.5μであり、
その上にあるコンスタンタン層は約0.2〜0.5μの
厚さを有する。この大きさは、もちろんそのつど
の使用事例に適合させねばならない。従つて、本
発明による薄膜ストレーンゲージの構造によつ
て、可変温度における測定抵抗の見掛けの伸びが
抑圧される。さらに、測定ブリツジ中に種々の抵
抗を接続することによつて、専らばね要素の熱膨
脹によつて惹起され、従つて誤差を伴なう抵抗の
変化が補償される。
コンスタン層は、必要な導電率を確保するために
十分な横断面を有する。第４図における構造は大
きさの割合を略示する：数100μ程度の厚さを有
する弾性変形可能の基板上に、差当り厚さ15〜
50μのガラス絶縁層Ｉを強固に付着するようにプ
リントする。たとえば窒化タンタルからなる抵抗
層は0.1μの厚さ範囲内、有利に約0.5μであり、
その上にあるコンスタンタン層は約0.2〜0.5μの
厚さを有する。この大きさは、もちろんそのつど
の使用事例に適合させねばならない。従つて、本
発明による薄膜ストレーンゲージの構造によつ
て、可変温度における測定抵抗の見掛けの伸びが
抑圧される。さらに、測定ブリツジ中に種々の抵
抗を接続することによつて、専らばね要素の熱膨
脹によつて惹起され、従つて誤差を伴なう抵抗の
変化が補償される。
最後に、提案された組合せ層の既述した利点と
ともになお非常に有利であるとして強調されるの
は、測定抵抗層上にコンスタンタン層のエツチン
グ残分（たとえば光エツチングの際露光マスクに
おける欠陥によつて惹起される）がある場合、測
定抵抗はその温度係数が他の残分のないブリツジ
抵抗と偏奇しないことである。従来使用された接
触層では、ブリツジ抵抗が補償されているにも拘
らず、可変の環境温度においてブリツジが精密測
定から除外されるに到つた。
ともになお非常に有利であるとして強調されるの
は、測定抵抗層上にコンスタンタン層のエツチン
グ残分（たとえば光エツチングの際露光マスクに
おける欠陥によつて惹起される）がある場合、測
定抵抗はその温度係数が他の残分のないブリツジ
抵抗と偏奇しないことである。従来使用された接
触層では、ブリツジ抵抗が補償されているにも拘
らず、可変の環境温度においてブリツジが精密測
定から除外されるに到つた。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3113745.8 | 1981-04-04 | ||
| PCT/DE1981/000228 WO1982003458A1 (fr) | 1981-04-04 | 1981-12-18 | Jauge de contrainte a couche mince et procede pour sa fabrication |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58500456A JPS58500456A (ja) | 1983-03-24 |
| JPH0141201B2 true JPH0141201B2 (ja) | 1989-09-04 |
Family
ID=6723550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50027382A Granted JPS58500456A (ja) | 1981-04-04 | 1981-12-18 | 薄膜ストレーンゲージおよびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58500456A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010052697A1 (en) * | 2008-11-06 | 2010-05-14 | Vishay Intertechnology, Inc. | Four-terminal resistor with four resistors and adjustable temperature coefficient of resistance |
| JP2021051091A (ja) * | 2020-12-24 | 2021-04-01 | 株式会社ＮｅｊｉＬａｗ | センサ構造のパターニング方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2916390C2 (de) * | 1979-04-23 | 1982-05-27 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Brückenschaltung zur Messung mechanischer Spannungen einer Dehnungsmeßfeder |
-
1981
- 1981-12-18 JP JP50027382A patent/JPS58500456A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58500456A (ja) | 1983-03-24 |
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