JPH04346042A - マイクロロードセル並びにその歪ゲージの製造方法 - Google Patents
マイクロロードセル並びにその歪ゲージの製造方法Info
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- JPH04346042A JPH04346042A JP14803791A JP14803791A JPH04346042A JP H04346042 A JPH04346042 A JP H04346042A JP 14803791 A JP14803791 A JP 14803791A JP 14803791 A JP14803791 A JP 14803791A JP H04346042 A JPH04346042 A JP H04346042A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロロードセル並び
にその歪ゲージ製造方法に関する。更に詳説すれば、小
型軽量で量産性が可能であり、高出力、高インピーダン
スを有し、信頼性の高いマイクロロードセル並びにその
歪ゲージの製造方法に関する。
にその歪ゲージ製造方法に関する。更に詳説すれば、小
型軽量で量産性が可能であり、高出力、高インピーダン
スを有し、信頼性の高いマイクロロードセル並びにその
歪ゲージの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ロードセルは起歪体に生じる歪を抵抗の
変化に変換する歪ゲージという受感部を接着したもので
、これがロードボタンと結合されている。計量の仕組み
はロードボタンに荷重が加わると、起歪体にその重さが
加わるため、重量に比例した歪が発生し、歪量に応じて
歪ゲージの抵抗が変わる。この歪ゲージをホイストンブ
リッジ回路に組むことにより微妙な電圧変化を生じ、増
幅回路を介して電気信号を出力する。又増幅回路によっ
てはディジタルの電気信号に変換し、重量を直接数字で
表示する。前記ロードセルの受感部を構成する歪ゲージ
には種々の構成のものが使用されている。従来よりプラ
ズマ．ケミカル．ベーパー．ディポジション（以下プラ
ズマＣＶＤという）によってステンレス基板に薄膜半導
体歪ゲージを形成した圧力センサは存在するが、荷重を
測定するマイクロロードセルには採用されていない。 通常ロードセルに用いられている歪ゲージには、次に説
明する２種類のものがある。第１には、金属箔等の歪ゲ
ージをステンレス等の基板に接着したものである。第２
には、シリコンウェハーをマイクロマシニング加工によ
りウエハー上に拡散、イオン注入等によって半導体歪ゲ
ージを形成したものである。
変化に変換する歪ゲージという受感部を接着したもので
、これがロードボタンと結合されている。計量の仕組み
はロードボタンに荷重が加わると、起歪体にその重さが
加わるため、重量に比例した歪が発生し、歪量に応じて
歪ゲージの抵抗が変わる。この歪ゲージをホイストンブ
リッジ回路に組むことにより微妙な電圧変化を生じ、増
幅回路を介して電気信号を出力する。又増幅回路によっ
てはディジタルの電気信号に変換し、重量を直接数字で
表示する。前記ロードセルの受感部を構成する歪ゲージ
には種々の構成のものが使用されている。従来よりプラ
ズマ．ケミカル．ベーパー．ディポジション（以下プラ
ズマＣＶＤという）によってステンレス基板に薄膜半導
体歪ゲージを形成した圧力センサは存在するが、荷重を
測定するマイクロロードセルには採用されていない。 通常ロードセルに用いられている歪ゲージには、次に説
明する２種類のものがある。第１には、金属箔等の歪ゲ
ージをステンレス等の基板に接着したものである。第２
には、シリコンウェハーをマイクロマシニング加工によ
りウエハー上に拡散、イオン注入等によって半導体歪ゲ
ージを形成したものである。
【０００３】
【発明の解決すべき課題】前記の歪ゲージを採用したロ
ードセルにはそれぞれ下記のような問題点が存在してい
た。第１に、接着型の金属箔歪ゲージを採用したマイク
ロロードセルには、（イ）小型化が困難である。小型化
した場合には歪ゲージの抵抗が低くなったり、出力が少
なくなったりして、そのための増幅回路の設定に手数を
要し、従って、量産化には適しない。（ロ）金属箔をス
テンレス基板へ接着するためにステンレス基板と歪ゲー
ジとの間に有機材の接着剤やプラスチック等の絶縁体を
介在させている構成であるから、クリープ等により特性
低下の原因となり、量産時の不良製品発生に起因して均
一な特性を具えた製品を得ることは困難であった。第２
に、シリコンウエハー加工により生産した歪ゲージを採
用したマイクロロードセルは、超小型化は可能であるが
起歪体がウエハー自身であるから衝撃に弱いという根本
的な欠陥があり、更にロードセルのケース内に収納する
際の技術上の困難性が存在する等の問題点があった。
ードセルにはそれぞれ下記のような問題点が存在してい
た。第１に、接着型の金属箔歪ゲージを採用したマイク
ロロードセルには、（イ）小型化が困難である。小型化
した場合には歪ゲージの抵抗が低くなったり、出力が少
なくなったりして、そのための増幅回路の設定に手数を
要し、従って、量産化には適しない。（ロ）金属箔をス
テンレス基板へ接着するためにステンレス基板と歪ゲー
ジとの間に有機材の接着剤やプラスチック等の絶縁体を
介在させている構成であるから、クリープ等により特性
低下の原因となり、量産時の不良製品発生に起因して均
一な特性を具えた製品を得ることは困難であった。第２
に、シリコンウエハー加工により生産した歪ゲージを採
用したマイクロロードセルは、超小型化は可能であるが
起歪体がウエハー自身であるから衝撃に弱いという根本
的な欠陥があり、更にロードセルのケース内に収納する
際の技術上の困難性が存在する等の問題点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決することを目的とするもので、その手段を実施例の添
付図面に付した符号を用いて説明する。中央凸部２を中
心として環状ダイアフラム３に形成したステンレス基板
１の前記環状ダイアフラム３の下面にプラズマＣＶＤに
より形成した薄膜半導体歪ゲージ８を配設し、支持部１
４の段部１５に載置した前記ステンレス基板を入熱の少
ない溶接方法により、支持部１４内側に溶着し、支持部
内１４にプリント基板１８をほぼ水平に収納し、前記プ
リント基板１８とステンレス基板１の薄膜半導体歪ゲー
ジ８とを電気的に接続し、前記プリント基板１８に接続
したリード線２２を、支持部１４と底部２６とを入熱の
少ない溶接方法により溶着形成した空洞に収納して、底
部２６側面に取り付けたチューブ２８を通過させて、外
部へ引き出してなるマイクロロードセル及びステンレス
基板１に環状ダイアフラム３を加工する工程と、前記ダ
イアフラム３の裏面に研磨洗浄後プラズマＣＶＤにより
絶縁膜４を形成する工程と、プラズマＣＶＤによりボロ
ン等の不純物を含有した多結晶シリコン膜６を前記絶縁
膜４上に形成する工程と、フォトリソグラフィ法により
、パターン化した薄膜半導体歪ゲージ８を前記多結晶シ
リコン膜６に形成する工程と、前記薄膜半導体歪ゲージ
８に金属を蒸着してブリッジ回路を組んだ配線膜１０を
形成する工程と保護膜１２をプラズマＣＶＤにより成膜
する工程とよりなるマイクロロードセルの薄膜半導体歪
ゲージの製造方法である。
決することを目的とするもので、その手段を実施例の添
付図面に付した符号を用いて説明する。中央凸部２を中
心として環状ダイアフラム３に形成したステンレス基板
１の前記環状ダイアフラム３の下面にプラズマＣＶＤに
より形成した薄膜半導体歪ゲージ８を配設し、支持部１
４の段部１５に載置した前記ステンレス基板を入熱の少
ない溶接方法により、支持部１４内側に溶着し、支持部
内１４にプリント基板１８をほぼ水平に収納し、前記プ
リント基板１８とステンレス基板１の薄膜半導体歪ゲー
ジ８とを電気的に接続し、前記プリント基板１８に接続
したリード線２２を、支持部１４と底部２６とを入熱の
少ない溶接方法により溶着形成した空洞に収納して、底
部２６側面に取り付けたチューブ２８を通過させて、外
部へ引き出してなるマイクロロードセル及びステンレス
基板１に環状ダイアフラム３を加工する工程と、前記ダ
イアフラム３の裏面に研磨洗浄後プラズマＣＶＤにより
絶縁膜４を形成する工程と、プラズマＣＶＤによりボロ
ン等の不純物を含有した多結晶シリコン膜６を前記絶縁
膜４上に形成する工程と、フォトリソグラフィ法により
、パターン化した薄膜半導体歪ゲージ８を前記多結晶シ
リコン膜６に形成する工程と、前記薄膜半導体歪ゲージ
８に金属を蒸着してブリッジ回路を組んだ配線膜１０を
形成する工程と保護膜１２をプラズマＣＶＤにより成膜
する工程とよりなるマイクロロードセルの薄膜半導体歪
ゲージの製造方法である。
【０００５】
【作用】上述の様に構成してあるから、ステンレス基板
の中央凸部に力が加わるとステンレス基板のダイアフラ
ムが変形して機械的歪を生じる。薄膜半導体歪ゲージが
ダイアフラムの裏面に配置してあるので、抵抗値変化を
生じ、配線膜により形成されたブリッジ回路により、加
えられた力が電気信号に変換される。この動作原理は金
属箔を用いた歪ゲージ等についても同様であるが、本発
明に係る薄膜半導体歪みゲージにおいては、抵抗体が薄
く且つ小さく形成できるからロードセルの小型化が実現
でき、又従来例の接着タイプのようにステンレス基板に
有機材等を用いて接着せずして、直接ステンレス基板上
に、プラズマＣＶＤにより薄膜半導体歪ゲージを形成し
ているので、付着力が強くクリープ現象の発生すること
を防止し、高い信頼性が得られる。又ステンレス基板は
靱性に富み、ウエハー等を用いた半導体歪ゲージに比較
して耐衝撃性に優れている。更にステンレス基板と支持
部、底部とはレーザー溶接等の入熱の少ない溶着方法で
溶着されているので、溶着時における薄膜半導体歪ゲー
ジに対する悪影響は少なく、その特性の変化をもたらす
ことはないと共にマイクロロードセルの小型化に役立つ
ものである。
の中央凸部に力が加わるとステンレス基板のダイアフラ
ムが変形して機械的歪を生じる。薄膜半導体歪ゲージが
ダイアフラムの裏面に配置してあるので、抵抗値変化を
生じ、配線膜により形成されたブリッジ回路により、加
えられた力が電気信号に変換される。この動作原理は金
属箔を用いた歪ゲージ等についても同様であるが、本発
明に係る薄膜半導体歪みゲージにおいては、抵抗体が薄
く且つ小さく形成できるからロードセルの小型化が実現
でき、又従来例の接着タイプのようにステンレス基板に
有機材等を用いて接着せずして、直接ステンレス基板上
に、プラズマＣＶＤにより薄膜半導体歪ゲージを形成し
ているので、付着力が強くクリープ現象の発生すること
を防止し、高い信頼性が得られる。又ステンレス基板は
靱性に富み、ウエハー等を用いた半導体歪ゲージに比較
して耐衝撃性に優れている。更にステンレス基板と支持
部、底部とはレーザー溶接等の入熱の少ない溶着方法で
溶着されているので、溶着時における薄膜半導体歪ゲー
ジに対する悪影響は少なく、その特性の変化をもたらす
ことはないと共にマイクロロードセルの小型化に役立つ
ものである。
【０００６】
【実施例】以下添付図面を参照して、本発明の一実施例
を説明する。第１に、薄膜半導体歪ゲージの製造方法に
ついて述べる。図３はその製造工程を図示するものであ
る。製造工程は矢印の方向へ進行するものとする。第１
に、ステンレス基板１の中央凸部２を残して環状ダイア
フラム３を加工する。前記ダイアフラム３の下面を研磨
、洗浄を行った後、プラズマＣＶＤ装置（図示せず）に
よって、絶縁膜４を成膜する。次に絶縁膜４の面にプラ
ズマＣＶＤによりボロン等の不純物を含有した多結晶シ
リコン膜６を形成して後、フォトリソグラフィ法により
多結晶シリコン膜６をパターニングし、薄膜半導体歪ゲ
ージ８を形成する。次に金やアルミニュームの配線膜を
蒸着してブリッジ回路を組み込んだ配線膜１０を設ける
。最後に保護膜１２をプラズマＣＶＤにより成膜する。
を説明する。第１に、薄膜半導体歪ゲージの製造方法に
ついて述べる。図３はその製造工程を図示するものであ
る。製造工程は矢印の方向へ進行するものとする。第１
に、ステンレス基板１の中央凸部２を残して環状ダイア
フラム３を加工する。前記ダイアフラム３の下面を研磨
、洗浄を行った後、プラズマＣＶＤ装置（図示せず）に
よって、絶縁膜４を成膜する。次に絶縁膜４の面にプラ
ズマＣＶＤによりボロン等の不純物を含有した多結晶シ
リコン膜６を形成して後、フォトリソグラフィ法により
多結晶シリコン膜６をパターニングし、薄膜半導体歪ゲ
ージ８を形成する。次に金やアルミニュームの配線膜を
蒸着してブリッジ回路を組み込んだ配線膜１０を設ける
。最後に保護膜１２をプラズマＣＶＤにより成膜する。
【０００７】第２に、前記の様に製作したステンレス基
板１を支持部１４や底部２６へ組付ける工程について説
明する。前記の様に製作した保護膜１２、歪ゲージ８等
を具えたステンレス基板１を所定のはめ合い公差に加工
製作したステンレス支持部１４に挿入して、支持部１４
の段部１５に載置し、ステンレス基板１と支持部１４の
接合部をレーザー溶接等の入熱の少ない溶接法で溶着１
６する。更に前記支持部１４の内側にプリント基板１８
を接着収納して、金線ボンディング配線２０により、ス
テンレス基板１の薄膜半導体歪ゲージ８とプリント基板
１８とを電気的に接続する。プリント基板１８の底面に
接続したリード線２２を伸ばして、支持部１４を入熱の
少ない溶接法で、溶着２４した底部２６の側面に嵌挿し
たチューブ２８を通過させて、外部へ引き出す。符号３
２はプリント基板１８の下面に設けた保護キャップであ
る。前述の様に組み立てたマイクロロードセルの斜視図
を図２に示す。ステンレス基板１の凸部２に加えた力に
対して３０ｍＶ／５Ｖ以上の出力が得られ、非直線性±
０．５％以内、温度特性零点出力共に、±０．０５％／
℃以内の結果が得られた。尚サイズは直径φ１５ｍｍ、
高さ１２ｍｍの小型である。
板１を支持部１４や底部２６へ組付ける工程について説
明する。前記の様に製作した保護膜１２、歪ゲージ８等
を具えたステンレス基板１を所定のはめ合い公差に加工
製作したステンレス支持部１４に挿入して、支持部１４
の段部１５に載置し、ステンレス基板１と支持部１４の
接合部をレーザー溶接等の入熱の少ない溶接法で溶着１
６する。更に前記支持部１４の内側にプリント基板１８
を接着収納して、金線ボンディング配線２０により、ス
テンレス基板１の薄膜半導体歪ゲージ８とプリント基板
１８とを電気的に接続する。プリント基板１８の底面に
接続したリード線２２を伸ばして、支持部１４を入熱の
少ない溶接法で、溶着２４した底部２６の側面に嵌挿し
たチューブ２８を通過させて、外部へ引き出す。符号３
２はプリント基板１８の下面に設けた保護キャップであ
る。前述の様に組み立てたマイクロロードセルの斜視図
を図２に示す。ステンレス基板１の凸部２に加えた力に
対して３０ｍＶ／５Ｖ以上の出力が得られ、非直線性±
０．５％以内、温度特性零点出力共に、±０．０５％／
℃以内の結果が得られた。尚サイズは直径φ１５ｍｍ、
高さ１２ｍｍの小型である。
【０００８】
【効果】本発明に係る製造方法による薄膜半導体歪ゲー
ジを有するマイクロロードセルは、以下のような効果を
呈する。 （イ）薄膜半導体歪ゲージは、高抵抗、高出力を有し、
ゲージ長が短いこと、有機材接着方法を採用しないので
、マイクロロードセルの小型化が実現できると共にプラ
ズマＣＶＤ方法により量産化が容易である。 （ロ）ステンレス基板を起歪体に採用しているから、耐
衝撃性に優れ、又支持部と底部との溶着が可能であるか
ら、両部材の接合が確実に行われる。更に歪を発生する
ステンレス基板と支持部とは別個の部材で成り立ってい
るから、荷重の大きさに対応して適宜のステンレス基板
のみを変更することにより荷重の大きさに変化を持たせ
ることが可能であるから、支持部の変更を要せずして、
各種の用途に応じた各種のマイクロロードセルの製造が
容易に実現できる。 （ハ）高抵抗、高出力であるから、従来例の金属箔歪ゲ
ージに比較して安価な増幅器の使用で処理可能であり、
また金属箔歪ゲージでは困難な長寿命の電池駆動のマイ
クロロードセルを得ることができる。
ジを有するマイクロロードセルは、以下のような効果を
呈する。 （イ）薄膜半導体歪ゲージは、高抵抗、高出力を有し、
ゲージ長が短いこと、有機材接着方法を採用しないので
、マイクロロードセルの小型化が実現できると共にプラ
ズマＣＶＤ方法により量産化が容易である。 （ロ）ステンレス基板を起歪体に採用しているから、耐
衝撃性に優れ、又支持部と底部との溶着が可能であるか
ら、両部材の接合が確実に行われる。更に歪を発生する
ステンレス基板と支持部とは別個の部材で成り立ってい
るから、荷重の大きさに対応して適宜のステンレス基板
のみを変更することにより荷重の大きさに変化を持たせ
ることが可能であるから、支持部の変更を要せずして、
各種の用途に応じた各種のマイクロロードセルの製造が
容易に実現できる。 （ハ）高抵抗、高出力であるから、従来例の金属箔歪ゲ
ージに比較して安価な増幅器の使用で処理可能であり、
また金属箔歪ゲージでは困難な長寿命の電池駆動のマイ
クロロードセルを得ることができる。
【図１】本発明に係るマイクロロードセルの断面図。
【図２】図１の斜視図。
【図３】薄膜半導体歪ゲージの製造工程図。
１ ステンレス基板
２ 凸部
３ 環状ダイアフラム
４ 絶縁膜
６ 多結晶シリコン膜
８ 薄膜半導体歪ゲージ
１０ 配線膜
１２ 保護膜
１４ 支持部
１５ 段部
１６ 溶着
１８ プリント基板
２０ 金線（ボンディング用）
２２ リード線
２４ 溶接
２６ 底部
２８ チューブ
３２ 保護キャップ
Claims (2)
- 【請求項１】 中央凸部を中心として環状ダイアフラ
ムに形成したステンレス基板の前記環状ダイアフラムの
下面にプラズマＣＶＤにより形成した薄膜半導体歪ゲー
ジを配設し、支持部の段部に載置した前記ステンレス基
板を入熱の少ない溶接方法により、支持部内側に溶着し
、支持部内にプリント基板をほぼ水平に収納し、前記プ
リント基板とステンレス基板の薄膜半導体歪ゲージとを
電気的に接続し、前記プリント基板に接続したリード線
を、支持部と底部とを入熱の少ない溶接方法により溶着
形成した空洞に収納して、底部側面に取り付けたチュー
ブを通過させて、外部へ引き出してなるマイクロロード
セル。 - 【請求項２】 ステンレス基板に環状ダイアフラムを
加工する工程と、前記ダイアフラムの裏面に研磨洗浄後
プラズマＣＶＤにより絶縁膜を形成する工程と、プラズ
マＣＶＤによりボロン等の不純物を含有した多結晶シリ
コン膜を前記絶縁膜上に形成する工程と、フォトリソグ
ラフィ法により、パターン化した薄膜半導体歪ゲージを
前記多結晶シリコン膜に形成する工程と、前記薄膜半導
体歪ゲージに金属を蒸着してブリッジ回路を組んだ配線
膜を形成する工程と保護膜をプラズマＣＶＤにより成膜
する工程とよりなるマイクロロードセルの薄膜半導体歪
ゲージの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14803791A JPH04346042A (ja) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | マイクロロードセル並びにその歪ゲージの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14803791A JPH04346042A (ja) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | マイクロロードセル並びにその歪ゲージの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04346042A true JPH04346042A (ja) | 1992-12-01 |
Family
ID=15443712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14803791A Withdrawn JPH04346042A (ja) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | マイクロロードセル並びにその歪ゲージの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04346042A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017003470A (ja) * | 2015-06-11 | 2017-01-05 | ユニパルス株式会社 | 力変換器及びこれに使用される歪みゲージ |
-
1991
- 1991-05-24 JP JP14803791A patent/JPH04346042A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017003470A (ja) * | 2015-06-11 | 2017-01-05 | ユニパルス株式会社 | 力変換器及びこれに使用される歪みゲージ |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980806 |