JP2022072607A - Method for manufacturing laminate film and strain sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層フィルムおよび歪みセンサの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a laminated film and a strain sensor.
従来、ポリイミドからなる基材と、その上に形成された窒化クロムからなる抵抗体とを備えるひずみゲージが知られている(例えば、下記特許文献1参照。)。
Conventionally, a strain gauge including a base material made of polyimide and a resistor made of chromium nitride formed on the substrate is known (see, for example,
しかるに、ひずみゲージには、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動を抑制することが要求される。しかし、特許文献1に記載のひずみゲージは、上記した要求を十分に満足できないという不具合がある。
However, the strain gauge is required to suppress fluctuations in the temperature resistance coefficient due to storage in a moist heat environment. However, the strain gauge described in
また、歪みゲージの抵抗体がクラックを生じれば、被検体の歪みをセンシングできないという不具合がある。 Further, if the resistor of the strain gauge cracks, there is a problem that the strain of the subject cannot be sensed.
本発明は、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動が抑制され、クラックの生成が抑制された積層フィルムおよび歪みセンサの製造方法を提供する。 The present invention provides a method for manufacturing a laminated film and a strain sensor in which fluctuations in the temperature resistance coefficient due to storage in a moist heat environment are suppressed and crack formation is suppressed.
本発明(1)は、絶縁性の基材フィルムと、抵抗層とを厚み方向に順に備える積層フィルムであり、前記抵抗層の厚みが、150nm以下であり、前記積層フィルムを、前記厚み方向に直交し、かつ、互いに直交する第1方向および第2方向のそれぞれの長さが15mmおよび5mmとなるようにカットし、85℃、85%RHの雰囲気下で、4時間、前記サンプルの第1方向両端部を49mN/5mmの力で引っ張った後における、前記第1方向および前記第2方向のそれぞれにおける寸法変化率の絶対値は、いずれも、0.025%以下である、積層フィルムを含む。 The present invention (1) is a laminated film in which an insulating base film and a resistance layer are sequentially provided in the thickness direction, the thickness of the resistance layer is 150 nm or less, and the laminated film is placed in the thickness direction. Cut so that the lengths of the first and second directions orthogonal to each other and orthogonal to each other are 15 mm and 5 mm, respectively, and in an atmosphere of 85 ° C. and 85% RH for 4 hours, the first of the sample. The absolute value of the dimensional change rate in each of the first direction and the second direction after pulling both ends in the direction with a force of 49 mN / 5 mm is 0.025% or less, including the laminated film. ..
本発明の積層フィルムでは、第1方向および第2方向のそれぞれの積層フィルムの寸法変化率の絶対値が、いずれも、0.025%以下であるので、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動が抑制される。また、本発明の積層フィルムでは、抵抗層の厚みが150nm以下であるので、クラックの生成を抑制できる。 In the laminated film of the present invention, the absolute value of the dimensional change rate of each of the laminated films in the first direction and the second direction is 0.025% or less, so that the temperature resistance coefficient fluctuates due to storage in a moist heat environment. It is suppressed. Further, in the laminated film of the present invention, since the thickness of the resistance layer is 150 nm or less, the formation of cracks can be suppressed.
本発明(2)は、絶縁性の基材フィルムと、抵抗層とを厚み方向に順に備え、前記抵抗層の厚みが、150nm以下であり、前記基材フィルムを、前記厚み方向に直交し、かつ、互いに直交する第1方向および第2方向のそれぞれの長さが15mmおよび5mmとなるようにカットし、85℃、85%RHの雰囲気下で、4時間、前記サンプルの第1方向両端部を49mN/5mmの力で引っ張った後における、前記第1方向および前記第2方向のそれぞれにおける寸法変化率の絶対値は、いずれも、0.040%以下である、積層フィルムを含む。 In the present invention (2), an insulating base film and a resistance layer are provided in order in the thickness direction, the thickness of the resistance layer is 150 nm or less, and the base film is orthogonal to the thickness direction. Moreover, the lengths of the first direction and the second direction orthogonal to each other are cut so as to be 15 mm and 5 mm, respectively, and both ends in the first direction of the sample are cut in an atmosphere of 85 ° C. and 85% RH for 4 hours. Includes a laminated film in which the absolute value of the dimensional change rate in each of the first direction and the second direction after pulling with a force of 49 mN / 5 mm is 0.040% or less.
本発明の積層フィルムでは、第1方向および第2方向のそれぞれにおける基材フィルムの寸法変化率の絶対値が、いずれも、0.040%以下であるので、積層フィルムは、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動が抑制される。また、本発明の積層フィルムでは、抵抗層の厚みが150nm以下であるので、クラックの生成を抑制できる。 In the laminated film of the present invention, the absolute value of the dimensional change rate of the base film in each of the first direction and the second direction is 0.040% or less, so that the laminated film has a temperature due to storage in a moist heat environment. Fluctuations in the drag coefficient are suppressed. Further, in the laminated film of the present invention, since the thickness of the resistance layer is 150 nm or less, the formation of cracks can be suppressed.
本発明(3)は、前記抵抗層が、窒化クロムを含む、(1)または(2)に記載の積層フィルムを含むを含む。 The present invention (3) includes the laminated film according to (1) or (2), wherein the resistance layer contains chromium nitride.
本発明(4)は、前記基材フィルムが、ポリイミドまたはポリエチレンナフタレートである、(1)~(3)に記載の積層フィルムを含む。 The present invention (4) includes the laminated film according to (1) to (3), wherein the base film is polyimide or polyethylene naphthalate.
本発明(5)は、(1)また(2)に記載の積層フィルムにおける前記抵抗層をパターンニングして歪みセンサ部を形成する、歪みセンサの製造方法を含む。 The present invention (5) includes a method for manufacturing a strain sensor, which forms a strain sensor portion by patterning the resistance layer in the laminated film according to (1) and (2).
本発明の製造方法によれば、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動が抑制され、クラックの生成が抑制された歪みセンサを製造できる。 According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a strain sensor in which fluctuations in the temperature resistance coefficient due to storage in a moist heat environment are suppressed and crack formation is suppressed.
本発明の積層フィルム、および、歪みセンサの製造方法により製造される歪みセンサは、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動が抑制され、クラックの生成が抑制されている。 In the laminated film of the present invention and the strain sensor manufactured by the method for manufacturing a strain sensor, fluctuations in the temperature resistance coefficient due to storage in a moist heat environment are suppressed, and crack formation is suppressed.
<第1実施形態>
本発明の積層フィルムの第1実施形態を、図1を参照して説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment of the laminated film of the present invention will be described with reference to FIG.
<積層フィルム>
積層フィルム1は、後で説明する歪みセンサ15(図2A~図2B参照)の製造に用いられる歪みセンサ用フィルムである。つまり、積層フィルム1は、歪みセンサ15を作製するための中間部材である。ただし、積層フィルム1は、部品単独で流通し、産業上利用可能なデバイスである。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。具体的には、積層フィルム1は、基材フィルム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。
<Laminated film>
The laminated
<基材フィルム>
基材フィルム2は、絶縁性である。基材フィルム2は、積層フィルム1の厚み方向他方面を形成する。基材フィルム2は、面方向に延びる。
<Base film>
The
基材フィルム2の25℃~155℃における熱膨張係数は、厚み方向に直交し、かつ、互いに直交する第1方向および第2方向のいずれの方向においても、例えば、28ppm/℃以下、好ましくは、20ppm/℃以下、より好ましくは、17ppm/℃以下であり、また、例えば、1ppm/℃以上である。基材フィルム2の熱膨張係数が上記した上限以下であれば、積層フィルム1の寸法変化率の絶対値(後述)を所定範囲にできる。熱膨張係数の測定方法は、後の実施例では、例えば、JIS K 7197(1991)の記載に従って測定される。
The coefficient of thermal expansion of the
また、基材フィルム2の200℃における熱収縮率は、例えば、0.05%以下、好ましくは、0.04%以下、より好ましくは、0.03%以下、とりわけ好ましくは、0.02%以下であり、また、例えば、0%超過である。基材フィルム2の熱収縮率が上記した上限以下であれば、積層フィルム1の寸法変化率の絶対値(後述)を所定範囲にできる。熱膨張係数は、JIS K 7133(1999)の記載に従って測定される。
The heat shrinkage of the
基材フィルム2の材料は、特に限定されず、具体的には、上記した熱膨張係数および/または熱収縮率の範囲を有する材料が選択される。基材フィルム2の材料としては、例えば、ポリイミド(PI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などの樹脂が挙げられる。これらは、単独使用または併用することができる。好ましくは、低い熱膨張係数および低い熱収縮率を得る観点から、PI、PENが挙げられる。基材フィルム2は、市販品を用いることができ、例えば、カプトン200V、カプトン200EN、カプトン150EN(以上、東レ・デュポン社製のポリイミドフィルム)、テオネックスシリーズ(帝人社製のポリエチレンナフタレートフィルム)などが用いられる。
The material of the
基材フィルム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、100μm以下である。
The thickness of the
基材フィルム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。
One surface of the
<抵抗層>
抵抗層3は、積層フィルム1から歪みセンサ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、基材フィルム2の厚み方向一方面の全部に接触している。
<Resistance layer>
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
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。 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.
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、例えば、1.0モル部以上であり、また、例えば、例えば、10.0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は、ラザフォード後方散乱分析法(RBS)により測定される。 In chromium nitride, the molar portion of the nitrogen atom with respect to 100 mol parts of the chromium atom is, for example, 1.0 mol part or more, and for example, 10.0 mol parts or less. The mole portion of the nitrogen atom relative to 100 mole parts of the chromium atom is measured by Rutherford Backscattering Analysis (RBS).
抵抗層3の厚みは、150nm以下である。他方、抵抗層3の厚みが150nmを越えると、抵抗層3におけるクラックを生じ易い。 The thickness of the resistance layer 3 is 150 nm or less. On the other hand, if the thickness of the resistance layer 3 exceeds 150 nm, cracks are likely to occur in the resistance layer 3.
抵抗層3の厚みは、好ましくは、100nm以下、より好ましくは、90nm以下、さらに好ましくは、80nm以下であり、また、例えば、10nm以上、好ましくは、20nm以上である。抵抗層3の厚みが上記した下限以上であれば、高いゲージ率を確保できる。 The thickness of the resistance layer 3 is preferably 100 nm or less, more preferably 90 nm or less, still more preferably 80 nm or less, and for example, 10 nm or more, preferably 20 nm or more. If the thickness of the resistance layer 3 is equal to or greater than the above-mentioned lower limit, a high gauge ratio can be secured.
<積層フィルムの製造方法>
積層フィルム1の製造方法では、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。
<Manufacturing method of laminated film>
In the method for manufacturing the
まず、この方法では、例えば、長尺の基材フィルム2を準備する。この場合において、長尺方向を第1方向とし、長尺方向および厚み方向に直交する幅方向を第2方向とすれば、基材フィルム2の第1方向における50~200℃の熱膨張係数の絶対値は、例えば、28ppm/℃以下、好ましくは、20ppm/℃以下、より好ましくは、15ppm/℃以下であり、また、例えば、1ppm/℃以上である。基材フィルム2の第2方向における50~200℃の熱膨張係数の絶対値は、例えば、28ppm/℃以下、好ましくは、15ppm/℃以下、より好ましくは、10ppm/℃以下であり、また、例えば、0.5ppm/℃以上である。
First, in this method, for example, a
次いで、この方法では、長尺の基材フィルム2を搬送しながら、抵抗層3を基材フィルム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。
Next, in this method, the resistance layer 3 is formed on one side of the
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。 In reactive sputtering, 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.
これにより、基材フィルム2および抵抗層3を備える積層フィルム1を作製する。
As a result, the
その後、必要により、抵抗層3の結晶性を高めて安定性を向上させるために、積層フィルム1を加熱する。加熱温度は、特に限定されず、例えば、100℃以上、好ましくは、125℃以上であり、また、例えば、200℃以下、好ましくは、180℃以下である。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、3時間以下、好ましくは、2時間以下である。
Then, if necessary, the
これにより、基材フィルム2と、抵抗層3とを備える積層フィルム1とを得る。
As a result, the
そして、積層フィルム1の第1方向および第2方向のそれぞれにおける寸法変化率の絶対値は、いずれも、0.025%以下である。積層フィルム1の第1方向および第2方向のそれぞれにおける寸法変化率の絶対値は、いずれも、0.025%以下であるので、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動が抑制される。
The absolute value of the dimensional change rate in each of the first direction and the second direction of the
第1方向および第2方向のそれぞれにおける積層フィルム1の寸法変化率の絶対値は、いずれも、好ましくは、0.020%以下、より好ましくは、0.010%以下、さらに好ましくは、0.005%以下、とりわけ好ましくは、0.003%以下であり、また、例えば、0.000%超過である。
The absolute value of the dimensional change rate of the
第1方向および第2方向のそれぞれにおける積層フィルム1の寸法変化率を求めるには、まず、積層フィルム1を第1方向および第2方向のそれぞれの長さが18mmおよび5mmとなるようにカットしてサンプルを作製する。次いで、サンプルの第1方向両端部をチャック治具を用いてその間隔が15mmとなるように固定し、85℃、85%RHの雰囲気下で、4時間、49mN/5mmの力で引っ張る。引っ張った後のサンプルの第1方向の長さを測定する。その後、下記式により、第1方向の寸法変化率を求める。同様の手法を用いて,第2方向の寸法変化率も測定する.
To obtain the dimensional change rate of the
第1方向長さの寸法変化率[%]=(引っ張った後のサンプルの第1方向長さ-引っ張る前のサンプルの第1方向長さ)/引っ張る前のサンプルの第1方向長さ×100 Dimensional change rate of first-direction length [%] = (first-direction length of sample after pulling-first-direction length of sample before pulling) / first-direction length of sample before pulling × 100
第2方向長さの寸法変化率[%]=(引っ張った後のサンプルの第2方向長さ-引っ張る前のサンプルの第2方向長さ)/引っ張る前のサンプルの第2方向長さ×100 Dimensional change rate of second-direction length [%] = (second-direction length of sample after pulling-second-direction length of sample before pulling) / second-direction length of sample before pulling × 100
抵抗層3の85℃、85%RHでの240時間保管前後の抵抗温度係数の差は、例えば、100ppm/℃以下、好ましくは、55ppm/℃以下、より好ましくは、50ppm/℃以下、さらに好ましくは、35ppm/℃以下、とりわけ好ましくは、30ppm/℃以下であり、また、例えば、1ppm/℃以上である。保管前後の抵抗温度係数の差が上記した上限以下であれば、歪みセンサ15の測定精度が向上する。
The difference in the temperature coefficient of resistance of the resistance layer 3 before and after storage at 85 ° C. and 85% RH for 240 hours is, for example, 100 ppm / ° C. or less, preferably 55 ppm / ° C. or less, more preferably 50 ppm / ° C. or less, still more preferable. Is 35 ppm / ° C. or lower, particularly preferably 30 ppm / ° C. or lower, and is, for example, 1 ppm / ° C. or higher. When the difference between the resistance temperature coefficients before and after storage is equal to or less than the above-mentioned upper limit, the measurement accuracy of the
保管前後の抵抗温度係数の差を求めるには、抵抗層3をパターンニングした後、積層フィルム1の厚み方向一方面および他方面をガラス板で固定し、それらを85℃、85%RHの雰囲気下で240時間保管する。保管前後の抵抗温度係数の差を求める。保管前後の抵抗温度係数の差の求め方の詳細は、後の実施例で記載する。
To obtain the difference in the temperature coefficient of resistance before and after storage, after patterning the resistance layer 3, one side and the other side in the thickness direction of the
<歪みセンサの製造方法>
次に、歪みセンサ15の製造方法を図2A~図2Bを参照して説明する。
<Manufacturing method of strain sensor>
Next, a method of manufacturing the
図2A~図2Bに示すように、この製造方法では、上記した積層フィルム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をパターニングする方法としては、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。
As shown in FIGS. 2A to 2B, in this manufacturing method, the resistance layer 3 in the
抵抗パターン4は、歪みセンサ部5と、端子6と、配線7とを一体的に含む。
The
図2Bに示すように、歪みセンサ部5は、平面視略葛折り形状を有する。具体的には、歪みセンサ部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。
As shown in FIG. 2B, the
複数の第1線8のそれぞれは、第1方向に沿って延びる。複数の第1線8は、第2方向に間隔を隔てて整列配置されている。 Each of the plurality of first lines 8 extends along the first direction. The plurality of first lines 8 are arranged so as to be spaced apart from each other in the second direction.
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。
The plurality of first connecting
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。
The plurality of second connecting
端子6は、歪みセンサ部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。
The
配線7は、2つの端子6と、歪みセンサ部5の両端とを連絡する。
The
歪みセンサ部5では、一の端子6から、一の配線7、歪みセンサ部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。
In the
歪みセンサ部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。
The dimensions of the
また、基材フィルム2の形状も、歪みセンサ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。
Further, the shape of the
<歪みセンサにより歪み量の測定>
次に、歪みセンサ15を被検体20に配置して、被検体20の歪み量(変形量)を測定する方法を説明する。
<Measurement of strain amount by strain sensor>
Next, a method of arranging the
図2Aに示すように、被検体20の表面に、接着層21を介して、歪みセンサ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。
As shown in FIG. 2A, the
そして、被検体20が歪むと、歪みセンサ部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、歪量が算出される。
Then, when the subject 20 is distorted, the resistance value of the
具体的には、被検体20が第1方向に伸張すると、第1線8に引張歪が付与され、第1線8の断面積が減少し、歪みセンサ部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に圧縮歪が付与され、第1線8の断面積が増大し、歪みセンサ部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の歪量が算出される。
Specifically, when the subject 20 is stretched in the first direction, tensile strain is applied to the first line 8, the cross-sectional area of the first line 8 is reduced, and the resistance of the
<第1実施形態の作用効果>
そして、この積層フィルム1では、第1方向および第2方向のそれぞれの積層フィルム1の寸法変化率の絶対値が、いずれも、0.025%以下であるので、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動が抑制される。また、積層フィルム1では、抵抗層3の厚みが150nm以下であるので、クラックの生成を抑制できる。
<Action and effect of the first embodiment>
In this
また、第1実施形態の製造方法によれば、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動が抑制され、クラックの生成が抑制された歪みセンサ15を製造できる。
Further, according to the manufacturing method of the first embodiment, it is possible to manufacture a
<第1実施形態の変形例>
第1実施形態では、ロール-トゥ-ロール方式で製造される長尺方向(MD方向)を第1方向とし、幅方向(TD方向)を第2方向として、第1方向および第2方向における寸法変化率を求めているが、これに限定されない。具体的には、積層フィルム1の製造方式によらず、厚み方向に直交するいずれか一の方向を第1方向とし、それに直交する方向を第2方向として、それらの方向における寸法変化率を求めることができる。そのような第1方向および第2方向のそれぞれにおける積層フィルム1の寸法変化率の絶対値も、いずれも、0.025%以下である。
<Modified example of the first embodiment>
In the first embodiment, the length direction (MD direction) manufactured by the roll-to-roll method is the first direction, the width direction (TD direction) is the second direction, and the dimensions in the first direction and the second direction. We are looking for a rate of change, but we are not limited to this. Specifically, regardless of the manufacturing method of the
<第2実施形態>
以下の第2実施形態において、上記した第1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、第2実施形態は、特記する以外、第1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、第1実施形態および第2実施形態を適宜組み合わせることができる。
<Second Embodiment>
In the following second embodiment, the same members and processes as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Further, the second embodiment can exhibit the same effects as those of the first embodiment, except for special mention. Further, the first embodiment and the second embodiment can be combined as appropriate.
第1実施形態では、積層フィルム1の寸法変化率を規定しているが、これに限定されず、図3に示すように、第2実施形態では、基材フィルム2の寸法変化率を規定することができる。
The first embodiment defines the dimensional change rate of the
寸法変化率の対象となる基材フィルム2は、図3に示すように、具体的には、最初に準備する長尺の基材フィルム2である。
As shown in FIG. 3, the
この基材フィルム2を、85℃、85%RHの雰囲気下で4時間保管した後における第1方向および第2方向における寸法変化率の絶対値は、いずれも、0.040%以下である。他方、第1方向および第2方向のうち、少なくとも一方の寸法変化率の絶対値が0.040%を超過すれば、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動が抑制されない。
The absolute value of the dimensional change rate in the first direction and the second direction after the
第1方向および第2方向のそれぞれにおける基材フィルム2の寸法変化率の絶対値は、いずれも、好ましくは、0.020%以下、より好ましくは、0.010%以下、さらに好ましくは、0.005%以下、とりわけ好ましくは、0.004%以下であり、また、例えば、0.000%超過である。基材フィルム2の寸法変化率の求め方は、積層フィルム1のそれと同様である。
The absolute value of the dimensional change rate of the
基材フィルム2を長尺の基材フィルム2として準備する場合には、基材フィルム2の長尺方向を第1方向とし、幅方向を第2方向とする。基材フィルム2の第1方向における寸法変化率は、例えば、0.025%以下、より好ましくは、0.010%以下、さらに好ましくは、0.005%以下、とりわけ好ましくは、0.004%以下であり、また、例えば、0.000%超過である。基材フィルム2の第2方向における寸法変化率は、例えば、0.040%以下、より好ましくは、0.010%以下、さらに好ましくは、0.007%以下、とりわけ好ましくは、0.005%以下であり、また、例えば、0.000%超過である。
When the
積層フィルム1の製造のために準備される基材フィルム2は、85℃、85%RHの雰囲気下での4時間引っ張り(高温高湿引張試験)後の基材フィルム2ではなく、上記した湿熱変形(高温高湿引張試験)の履歴を有さない(いわゆる未処理)の基材フィルム2である。つまり、上記した高温高湿引張試験は、寸法変化率を求めるための測定に必要な工程であって、基材フィルム2の製造工程ではない。
The
積層フィルム1の製造方法では、上記した特定の寸法変化率を有する基材フィルム2の厚み方向一方面に、一実施形態と同様にして、抵抗層3を形成し、必要によって、加熱し、これによって、積層フィルム1を得る。
In the method for producing the
その後、積層フィルム1の抵抗層3をパターンニングして歪みセンサ部5を形成する。
After that, the resistance layer 3 of the
<第2実施形態の作用効果>
そして、この積層フィルム1では、第1方向および第2方向のそれぞれにおける基材フィルム2の寸法変化率の絶対値が、いずれも、0.040%以下であるので、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動が抑制される。また、積層フィルム1では、抵抗層3の厚みが150nm以下であるので、クラックの生成を抑制できる。
<Action and effect of the second embodiment>
In this
また、第2実施形態の製造方法によれば、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動が抑制され、クラックの生成が抑制された歪みセンサ15を製造できる。
Further, according to the manufacturing method of the second embodiment, it is possible to manufacture the
<第2実施形態の変形例>
第2実施形態では、積層フィルム1を製造する前の基材フィルム2の寸法変化率を規定しているが、積層フィルム1を製造した後であって、積層フィルム1における抵抗層3を除去した後の基材フィルム2の寸法変化率が、上記範囲であってもよい。
<Modified example of the second embodiment>
In the second embodiment, the dimensional change rate of the
<第1実施形態および第2実施形態の変形例>
積層フィルム1は、その寸法変化率が第1実施形態の範囲(0.025%以下)を満足し、かつ、基材フィルム2の寸法変化率が第2実施形態の範囲(0.040%以下)を満足してもよい。
<Modified examples of the first embodiment and the second embodiment>
The dimensional change rate of the
好ましくは、積層フィルム1は、その寸法変化率が第1実施形態の範囲を満足し、かつ、基材フィルム2の寸法変化率が第2実施形態の範囲を満足する。これによって、湿熱環境保管による温度抵抗係数の変動がより一層抑制される。
Preferably, the dimensional change rate of the
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。 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. In addition, specific numerical values such as the compounding ratio (content ratio), physical property values, parameters, etc. used in the following description are the compounding ratios corresponding to them described in the above-mentioned "form for carrying out the invention" (forms for carrying out the invention). 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.
実施例1
東レ・デュポン社製ポリイミドフィルム(カプトン200V)からなる厚み50μmの基材フィルム2を準備した。
Example 1
A
基材フィルム2をスパッタ装置にセットした。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。
The
ターゲット: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
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
Target: 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): 30 mT
Substrate temperature: 150 ° C
Sputtering gas: Mixed gas of argon and nitrogen Film formation pressure: 0.085 Pa
スパッタ装置に導入されるアルゴンガス100体積部に対する、スパッタ装置に導入される窒素ガスの体積部数を、表1の通りになるように、調整した。 The number of parts of nitrogen gas introduced into the sputtering apparatus was adjusted so as to be as shown in Table 1 with respect to 100 parts by volume of argon gas introduced into the sputtering apparatus.
これによって、基材フィルム2と、抵抗層3とを備える長尺の積層フィルム1を製造した。
As a result, a long
次いで、積層フィルム1を、155℃で、60分、加熱(アニール)した
Next, the
実施例2~比較例2
基材フィルム2の種類、基材フィルム2の厚み、スパッタリング時における窒素導入量等、抵抗層3の厚み等を、表1の記載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を製造した。
Example 2 to Comparative Example 2
The treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the type of the
<評価>
各実施例~各比較例の積層フィルム1について、以下の事項を測定した。それらの結果を表1に示す。
<Evaluation>
The following items were measured for the
<抵抗層の観察>
抵抗層3を目視により観察して、クラックの有無を観察した。
<Observation of resistance layer>
The resistance layer 3 was visually observed to observe the presence or absence of cracks.
<抵抗層の厚み>
FIBマイクロサンプリング法により、積層フィルム1を断面が露出するように処理した後、断面のFE-TEM観察を実施した。
<Thickness of resistance layer>
After treating the
FIB装置: Hitachi製 FB2200、 加速電圧: 40kV
FE-TEM 装置: JEOL製 JEM-2800、加速電圧: 200kV
FIB device: Hitachi FB2200, acceleration voltage: 40kV
FE-TEM device: JEOL JEM-2800, acceleration voltage: 200kV
<抵抗層の85℃、85%RHでの240時間保管前後の抵抗温度係数の差>
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を幅30μmの葛折り形状にパターンニングして、歪みセンサ15を作製した。これに際し、配線7の抵抗が約10kΩ、歪みセンサ部5の抵抗が配線7の抵抗の30倍となるように、パターンニングを調整した。
<Difference in resistance temperature coefficient before and after 240 hours storage of resistance layer at 85 ° C and 85% RH>
The
歪みセンサ15の両面に,接着剤を介してガラス板を貼り合せて、サンプルを作製した。
A glass plate was attached to both sides of the
サンプルの歪みセンサ部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。
The temperature of the
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、歪みセンサ部5(抵抗層3)の抵抗温度係数として求めた。 Then, 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.
別途、上記したサンプルを85℃、85%RHで240時間保管した。保管後のサンプルにおける歪みセンサ部5の抵抗温度係数を求めた。
Separately, the above sample was stored at 85 ° C. and 85% RH for 240 hours. The resistance temperature coefficient of the
そして、歪みセンサ部5の保管前後の抵抗温度係数の差を求めた。
Then, the difference in the resistance temperature coefficient before and after storage of the
<積層フィルムおよび基材フィルムの寸法変化率>
A. 積層フィルムの寸法変化率
長尺の積層フィルム1のサイズを15mm×5mmのサイズにカットして、サンプルを作製した。なお、サンプルの長さ15mmは、積層フィルム1の長尺方向(第1方向)(MD方向)の長さに相当した。サンプルの幅5mmは、積層フィルム1の幅方向(第2方向)(TD方向)の長さに相当した。
<Dimensional change rate of laminated film and base film>
A. Dimensional change rate of the laminated film A sample was prepared by cutting the size of the long
サンプルを、熱機械分析装置(TMA 4000SE、ネッチジャパン社製)にセットした。具体的には、チャックで、サンプルの長さ方向の一端部および他端部を把持した。測定室を85℃、85%RHにセットした。サンプルを、4時間、49mN/5mmの力で引っ張った。 The sample was set in a thermomechanical analyzer (TMA 4000SE, manufactured by Netch Japan Co., Ltd.). Specifically, the chuck gripped one end and the other end of the sample in the length direction. The measuring chamber was set at 85 ° C. and 85% RH. The sample was pulled with a force of 49 mN / 5 mm for 4 hours.
その後、引っ張り前後における積層フィルム1の長さ方向および幅方向のそれぞれの寸法変化率を求めた。
After that, the dimensional change rates of the
B. 基材フィルムの寸法変化率
抵抗層3を形成する前の基材フィルム2についても、上記と同様にし、保管前後における基材フィルム2の長さ方向および幅方向のそれぞれの寸法変化率を求めた。
B. Dimensional change rate of the base film For the
<基材フィルムの熱膨張係数>
基材フィルム2の熱膨張係数を、JIS K 7197(1991)に基づき、下記の装置および条件で測定した。
<Coefficient of thermal expansion of base film>
The coefficient of thermal expansion of the
装置:エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 TMA/SS7100
測定モード:引張法
測定荷重:19.6mN
温度範囲:25℃~155℃
昇温速度:10℃/min
測定雰囲気:大気(空気)
Equipment: TMA / SS7100 manufactured by SII Nanotechnology Co., Ltd.
Measurement mode: Tensile method Measurement load: 19.6mN
Temperature range: 25 ° C to 155 ° C
Temperature rise rate: 10 ° C / min
Measurement atmosphere: Atmosphere (air)
<基材フィルムの熱収縮率>
基材フィルム2の200℃における熱収縮率を、JIS K 7133(1999)の記載に従って測定した。
<Heat shrinkage of base film>
The heat shrinkage rate of the
1 積層フィルム
2 基材フィルム
3 抵抗層
5 センサ部
15 歪みセンサ
1
Claims (5)
前記抵抗層の厚みが、150nm以下であり、
前記積層フィルムを、前記厚み方向に直交し、かつ、互いに直交する第1方向および第2方向のそれぞれの長さが15mmおよび5mmとなるようにカットし、85℃、85%RHの雰囲気下で、4時間、前記サンプルの第1方向両端部を49mN/5mmの力で引っ張った後における、前記第1方向および前記第2方向のそれぞれにおける寸法変化率の絶対値は、いずれも、0.025%以下であることを特徴とする、積層フィルム。 A laminated film in which an insulating base film and a resistance layer are provided in order in the thickness direction.
The thickness of the resistance layer is 150 nm or less, and the resistance layer has a thickness of 150 nm or less.
The laminated film is cut so that the lengths of the first direction and the second direction orthogonal to the thickness direction and orthogonal to each other are 15 mm and 5 mm, respectively, in an atmosphere of 85 ° C. and 85% RH. The absolute value of the dimensional change rate in each of the first direction and the second direction after pulling both ends of the sample in the first direction with a force of 49 mN / 5 mm for 4 hours is 0.025. A laminated film characterized by being less than or equal to%.
前記抵抗層の厚みが、150nm以下であり、
前記基材フィルムを、前記厚み方向に直交し、かつ、互いに直交する第1方向および第2方向のそれぞれの長さが15mmおよび5mmとなるようにカットし、85℃、85%RHの雰囲気下で、4時間、前記サンプルの第1方向両端部を49mN/5mmの力で引っ張った後における、前記第1方向および前記第2方向のそれぞれにおける寸法変化率の絶対値は、いずれも、0.040%以下であることを特徴とする、積層フィルム。 An insulating base film and a resistance layer are provided in order in the thickness direction.
The thickness of the resistance layer is 150 nm or less, and the resistance layer has a thickness of 150 nm or less.
The base film is cut so that the lengths of the first direction and the second direction orthogonal to the thickness direction and orthogonal to each other are 15 mm and 5 mm, respectively, under an atmosphere of 85 ° C. and 85% RH. The absolute value of the dimensional change rate in each of the first direction and the second direction after pulling both ends of the sample in the first direction with a force of 49 mN / 5 mm for 4 hours is 0. A laminated film, characterized in that it is 040% or less.
A method for manufacturing a strain sensor, which comprises patterning the resistance layer in the laminated film according to any one of claims 1 to 4 to form a strain sensor portion.
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