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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024179517
(43)【公開日】2024-12-26
(54)【発明の名称】歪みゲージモジュール
(51)【国際特許分類】
G01B 7/16 20060101AFI20241219BHJP
【ＦＩ】
G01B7/16 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023098421
(22)【出願日】2023-06-15
(71)【出願人】
【識別番号】000114215
【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】小野 位
(72)【発明者】
【氏名】北爪 誠
【テーマコード（参考）】
2F063
【Ｆターム（参考）】
2F063AA25
2F063CA34
2F063DA02
2F063DA05
2F063EC05
2F063EC14
2F063EC22
(57)【要約】
【課題】取り扱いが容易な歪みゲージモジュールを提供する。
【解決手段】本歪みゲージモジュールは、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを備え、前記第２面を測定対象物への装着面とする薄板基板と、前記第１面に搭載され、前記薄板基板とは反対側となる第３面の側に複数の抵抗体及び前記抵抗体と電気的に接続された端子を備え、前記測定対象物に生じる歪みを検出するフィルム状歪み検出デバイスと、前記第３面と対向する第４面と、前記第４面とは反対側の第５面とを備え、前記第４面に内部接続電極が設けられ、第５面に外部接続電極が設けられた再配線基板と、前記端子と前記内部接続電極とを接合する金属合金電極と、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】本歪みゲージモジュールは、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを備え、前記第２面を測定対象物への装着面とする薄板基板と、前記第１面に搭載され、前記薄板基板とは反対側となる第３面の側に複数の抵抗体及び前記抵抗体と電気的に接続された端子を備え、前記測定対象物に生じる歪みを検出するフィルム状歪み検出デバイスと、前記第３面と対向する第４面と、前記第４面とは反対側の第５面とを備え、前記第４面に内部接続電極が設けられ、第５面に外部接続電極が設けられた再配線基板と、前記端子と前記内部接続電極とを接合する金属合金電極と、を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを備え、前記第２面を測定対象物への装着面とする薄板基板と、
前記第１面に搭載され、前記薄板基板とは反対側となる第３面の側に複数の抵抗体及び前記抵抗体と電気的に接続された端子を備え、前記測定対象物に生じる歪みを検出するフィルム状歪み検出デバイスと、
前記第３面と対向する第４面と、前記第４面とは反対側の第５面とを備え、前記第４面に内部接続電極が設けられ、第５面に外部接続電極が設けられた再配線基板と、
前記端子と前記内部接続電極とを接合する金属合金電極と、を有する、歪みゲージモジュール。
前記第１面に搭載され、前記薄板基板とは反対側となる第３面の側に複数の抵抗体及び前記抵抗体と電気的に接続された端子を備え、前記測定対象物に生じる歪みを検出するフィルム状歪み検出デバイスと、
前記第３面と対向する第４面と、前記第４面とは反対側の第５面とを備え、前記第４面に内部接続電極が設けられ、第５面に外部接続電極が設けられた再配線基板と、
前記端子と前記内部接続電極とを接合する金属合金電極と、を有する、歪みゲージモジュール。
【請求項2】
前記フィルム状歪み検出デバイスは、互いに独立した４つの前記抵抗体と、各々の前記抵抗体の両端と電気的に接続された一対の前記端子と、を備え、
各々の前記端子は、前記金属合金電極を介して、前記内部接続電極と接合されている、請求項１に記載の歪みゲージモジュール。
各々の前記端子は、前記金属合金電極を介して、前記内部接続電極と接合されている、請求項１に記載の歪みゲージモジュール。
【請求項3】
４つの前記抵抗体が直列となるように、前記内部接続電極同士が前記再配線基板内で接続されている、請求項２に記載の歪みゲージモジュール。
【請求項4】
前記フィルム状歪み検出デバイスは、直列に接続された４つの前記抵抗体と、前記抵抗体の接続箇所に設けられた４つの前記端子と、を備え、
各々の前記端子は、前記金属合金電極を介して、前記内部接続電極と接合されている、請求項１に記載の歪みゲージモジュール。
各々の前記端子は、前記金属合金電極を介して、前記内部接続電極と接合されている、請求項１に記載の歪みゲージモジュール。
【請求項5】
前記外部接続電極は、貫通配線を介して前記内部接続電極と電気的に接続されている、請求項１に記載の歪みゲージモジュール。
【請求項6】
前記第１面及び前記第３面と前記第４面とが対向する領域に充填されて前記フィルム状歪み検出デバイス及び前記金属合金電極を被覆すると共に、前記再配線基板の側面を被覆する被覆部材を有し、
前記被覆部材は、フィラーを含有する熱硬化性樹脂から形成されている、請求項１乃至５のいずれか一項歪みゲージモジュール。
前記被覆部材は、フィラーを含有する熱硬化性樹脂から形成されている、請求項１乃至５のいずれか一項歪みゲージモジュール。
【請求項7】
前記第１面及び前記第３面と前記第４面とが対向する領域に充填されて前記フィルム状歪み検出デバイス及び前記金属合金電極を被覆すると共に、前記再配線基板の側面を被覆する被覆部材を有し、
前記被覆部材は、ゲル、又は長鎖構造の樹脂から形成されている請求項１乃至５のいずれか一項歪みゲージモジュール。
前記被覆部材は、ゲル、又は長鎖構造の樹脂から形成されている請求項１乃至５のいずれか一項歪みゲージモジュール。
【請求項8】
前記金属合金電極は、溶融性導電接着剤により前記端子と金属拡散接合されている、請求項１乃至５のいずれか一項歪みゲージモジュール。
【請求項9】
前記金属合金電極の前記端子側の面は、平坦面である、請求項１乃至５のいずれか一項歪みゲージモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、歪みゲージモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
フィルム状デバイスとして、例えば、可撓性を有するポリイミド等の基材上に形成された抵抗体を有する歪みゲージが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなフィルム状デバイスの端子とフィルム状デバイスの出力を処理する回路とは、例えば入出力ケーブル（リード線等）で接続される。
【0003】
しかし、フィルム状デバイスは小型であるため、端子に入出力ケーブルを接続することが困難である。また、フィルム状デバイスは小型であるため、測定対象物への取り付けが困難である。このように、フィルム状デバイスは取り扱いに難がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１８－１８５３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、取り扱いが容易な歪みゲージモジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本歪みゲージモジュールは、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを備え、前記第２面を測定対象物への装着面とする薄板基板と、前記第１面に搭載され、前記薄板基板とは反対側となる第３面の側に複数の抵抗体及び前記抵抗体と電気的に接続された端子を備え、前記測定対象物に生じる歪みを検出するフィルム状歪み検出デバイスと、前記第３面と対向する第４面と、前記第４面とは反対側の第５面とを備え、前記第４面に内部接続電極が設けられ、第５面に外部接続電極が設けられた再配線基板と、前記端子と前記内部接続電極とを接合する金属合金電極と、を有する。
【発明の効果】
【0007】
開示の技術によれば、取り扱いが容易な歪みゲージモジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する平面図である。
【図2】第１実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する断面図である。
【図4】歪みゲージモジュールの製造工程について説明する図である。
【図5】歪みゲージモジュール１Ｘの評価結果を示す図（その１）である。
【図6】歪みゲージモジュール１の評価結果を示す図（その１）である。
【図7】歪みゲージモジュール１Ｘの評価結果を示す図（その２）である。
【図8】歪みゲージモジュール１の評価結果を示す図（その２）である。
【図9】第２実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する断面図である。
【図10】歪みゲージモジュール２Ｘの評価結果を示す図である。
【図11】歪みゲージモジュール２の評価結果を示す図である。
【図12】第３実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する部分断面図である。
【図13】第４実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する部分断面図である。
【図14】平坦面の形成について説明する図である。
【図15】第５実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する平面図である。
【図16】第５実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する断面図である。
【図19】ブリッジ回路を示す図である。
【図20】フィルム状歪み検出デバイスの他の例を示す平面図（その１）である。
【図21】フィルム状歪み検出デバイスの他の例を示す平面図（その２）である。
【図22】第６実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する断面図である。
【図23】第６実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する底面図である。
【図24】歪みゲージモジュール６及び６Ｘの評価結果を示す図（その１）である。
【図25】歪みゲージモジュール６及び６Ｘの評価結果を示す図（その２）である。
【図26】歪みゲージモジュール６の使用例を示す断面図である。
【図27】第６実施形態の変形例に係る歪みゲージモジュールを例示する断面図である。
【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実施形態〉
（歪みゲージモジュール）
図１は、第１実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する平面図である。図２は、第１実施形態に係る歪みゲージ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。図３は、図１から再配線基板、金属合金電極、及び被覆部材を除去した状態を示す平面図である。
（歪みゲージモジュール）
図１は、第１実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する平面図である。図２は、第１実施形態に係る歪みゲージ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。図３は、図１から再配線基板、金属合金電極、及び被覆部材を除去した状態を示す平面図である。
【0011】
図１～図３を参照すると、歪みゲージモジュール１は、薄板基板１０と、接着剤２０と、フィルム状歪み検出デバイス３０と、再配線基板４０と、金属合金電極５０と、被覆部材６１とを有する。歪みゲージモジュール１は、測定対象物に装着し、測定対象物に生じる歪みを検出することができる。
【0012】
歪みゲージモジュール１は、例えば、平面視で略長方形又は略正方形である。歪みゲージモジュール１は、平面視で略円形や略楕円形であってもよいし、その他の形状であってもよい。歪みゲージモジュール１の最大長さは、平面視で、例えば、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度とすることができる。歪みゲージモジュール１の厚さは、例えば、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下程度とすることができる。
【0013】
なお、歪みゲージモジュール１の最大長さは、平面視で、歪みゲージモジュール１の中に連続して引くことができる最も長い直線の長さで定義する。例えば、歪みゲージモジュール１の最大長さは、歪みゲージモジュール１が平面視で長方形や正方形の場合は対角線の長さ、円形の場合は直径、楕円形の場合は長径である。
【0014】
薄板基板１０は、フィルム状歪み検出デバイス３０を配置する部材である。詳細には、薄板基板１０は、第１面１０ａと、第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂとを備えている。図示の例では、第１面１０ａは上面、第２面１０ｂは下面である。第１面１０ａは、例えば、第２面１０ｂと平行である。薄板基板１０の第１面１０ａにはフィルム状歪み検出デバイス３０が搭載され、第２面１０ｂは測定対象物への装着面となる。
【0015】
ここで、薄板基板とは、厚さが２００μｍ以下である基板を指す。薄板基板１０の厚さは、２０μｍ以上１２０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以上８０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下であることがさらに好ましい。薄板基板１０の厚さを２０μｍ以上とすることで、歪みを安定して検出することができる。薄板基板１０の厚さを１２０μｍ以下とすることで、歪みを感度よく検出することができる。また、薄板基板１０の厚さをより薄くすることで、歪みをさらに感度よく検出することができる。また、薄板基板１０の厚さが２０μｍ以上８０μｍ以下であれば、湾曲した測定対象物に対しても容易に固定することができる。薄板基板１０の厚さが２０μｍ以上５０μｍ以下であれば、湾曲した測定対象物に対してもさらに容易に固定することができる。
【0016】
薄板基板１０の第１面１０ａの表面粗さＲａは、３μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましく、３μｍ以上５μｍ以下であることがさらに好ましい。薄板基板１０の第１面１０ａの表面粗さＲａを３μｍ以上２０μｍ以下とすることにより、フィルム状歪み検出デバイス３０に対する薄板基板１０の第１面１０ａの表面粗さＲａの影響を低減することが可能となり、歪みを容易に、かつ正確に測定することができる。ここで、表面粗さＲａとは、表面粗さを表わす数値の一種であり、算術平均粗さと呼ばれるものである。
【0017】
薄板基板１０の材料としては、例えば、金属を用いることができる。金属としては、歪みを伝えるために硬度の高い（歪みの伝搬が容易な）ＳＵＳ（ステンレス鋼）が好適であるが、これには限定されず、アルミニウムや銅合金等を用いてもよい。なお、ＳＵＳは、入手が容易である点でも好適である。
【0018】
薄板基板１０の材料として、非晶質材料又はナノ結晶材料を用いてもよい。非晶質材料としては、例えば、ガラスが挙げられる。ナノ結晶材料としては、例えば、非晶質合金が挙げられる。非晶質合金は、例えば、Ｆｅ基、Ｎｉ基、コバルト基で、１５～３０原子％のボロン、炭素、ケイ素、リンなどを含むものを主としており、強さ、耐食性、軟磁性の面で特性的に優れ、使用環境の幅が広い。
【0019】
薄板基板１０の大きさは、特に制限はないが、平面視でフィルム状歪み検出デバイス３０の大きさよりも大きい。
【0020】
フィルム状歪み検出デバイス３０は、薄板基板１０の第１面１０ａに、接着剤２０を介して搭載されている。接着剤２０としては、例えば、エポキシ系樹脂等を用いることができる。接着剤２０の曲げ弾性率は、例えば、３ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下とすることができる。接着剤２０は、必要に応じて、フィラーを含有してもよい。接着剤２０がフィラーを含有する場合、含有するフィラーは無機フィラーでも有機フィラーでもよい。接着剤２０が無機フィラーを含有する場合、フィラー径は５μｍ以下であることが好ましく、有機フィラーを含有する場合、フィラー径は１０μｍ以下であることが好ましい。
【0021】
接着剤２０の厚さは、３０μｍ以下であることが好ましい。接着剤２０の厚さが３０μｍ以下であれば、薄板基板１０の歪みをフィルム状歪み検出デバイス３０に効率よく伝達することができる。
【0022】
フィルム状歪み検出デバイス３０の下面の全面が接着剤２０により薄板基板１０の第１面１０ａに接着されることが好ましい。この際、接着剤２０の厚さのばらつきは±５μｍ以下であることが好ましい。これにより、フィルム状歪み検出デバイス３０全体が薄板基板１０の第１面１０ａに平坦に保持された状態となるため、薄板基板１０の歪みをフィルム状歪み検出デバイス３０にさらに効率よく伝達することができる。
【0023】
フィルム状歪み検出デバイス３０は、基材３１と、抵抗体３２と、配線３３と、端子３４ａ及び３４ｂとを有している。フィルム状歪み検出デバイス３０は、測定対象物に生じる歪みを検出する。フィルム状歪み検出デバイス３０の大きさは、特に制限はないが、歪みゲージモジュール１の小型化の観点からは、フィルム状歪み検出デバイス３０も小型であることが好ましく、例えば、基材３１を一辺の長さが１．５ｍｍ～２ｍｍ程度の正方形状や長方形状とすることができる。
【0024】
基材３１は、抵抗体３２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３１は、抵抗体３２等が形成される第３面３１ａを備えている。基材３１の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。基材３１は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成できる。
【0025】
抵抗体３２は、薄板基板１０とは反対側となる第３面３１ａの側に設けられた薄膜である。図示の例では、第３面３１ａは基材３１の上面である。抵抗体３２は、歪みを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体３２は、第３面３１ａに直接形成されてもよいし、第３面３１ａに他の層を介して形成されてもよい。抵抗体３２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以上５０μｍ以下である。
【0026】
抵抗体３２は、複数の細長状部が長手方向を同一方向に向けて所定間隔で配置され、隣接する細長状部の端部が互い違いに連結されて、全体としてジグザグに折り返す構造である。複数の細長状部の長手方向がグリッド方向となり、グリッド方向と垂直な方向がグリッド幅方向となる。
【0027】
抵抗体３２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できる。すなわち、抵抗体３２は、ＣｒとＮｉの少なくとも一方を含む材料から形成できる。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。
【0028】
抵抗体３２として、Ｃｒ混相膜を用いてもよい。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。抵抗体３２としてＣｒ混相膜を用いた場合、フィルム状歪み検出デバイス３０を高感度化かつ小型化できる。
【0029】
端子３４ａ及び３４ｂは、第３面３１ａの側に設けられている。具体的には、端子３４ａ及び３４ｂは、配線３３上に設けられ、抵抗体３２と電気的に接続されている。端子３４ａ及び３４ｂは、銅等からなる配線３３を介して抵抗体３２の両端部に接続されており、例えば平面視において矩形状や円形状に形成されている。端子３４ａ及び３４ｂは、歪みにより生じる抵抗体３２の抵抗値の変化を出力するための一対の電極である。端子３４ａ及び３４ｂは、例えば、銅等から形成される。銅等の表面に金膜等が積層されてもよい。
【0030】
再配線基板４０は、フィルム状歪み検出デバイス３０を挟んで、薄板基板１０の第１面１０ａの上方に配置されている。再配線基板４０は、基材４１と、内部接続電極４２ａ及び４２ｂと、外部接続電極４３ａ及び４３ｂと、貫通配線４４とを有している。
【0031】
再配線基板４０の基材４１は、フィルム状歪み検出デバイス３０の第３面３１ａと対向する第４面４１ａと、第４面４１ａとは反対側の第５面４１ｂとを備えている。図示の例では、第４面４１ａは下面、第５面４１ｂは上面である。基材４１の材料としては、例えば、樹脂、セラミック、シリコン等が挙げられる。基材４１は、例えば、ガラスクロス等の補強材にエポキシ系樹脂等の樹脂を含侵させたものであってもよい。
【0032】
再配線基板４０の第４面４１ａとフィルム状歪み検出デバイス３０の第３面３１ａとの間隔は、例えば、１００μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。第４面４１ａと第３面３１ａとの間隔が１００μｍ以上であると、フィルム状歪み検出デバイス３０が再配線基板４０の熱膨張の影響を受け難くなるため、フィルム状歪み検出デバイス３０の特性（感度）が悪化するおそれを低減できる。第４面４１ａと第３面３１ａとの間隔が２００μｍ以下であると、歪みゲージモジュール１の低背化が可能となる。
【0033】
内部接続電極４２ａ及び４２ｂは第４面４１ａに設けられ、外部接続電極４３ａ及び４３ｂは第５面４１ｂが設けられている。金属合金電極５０は、フィルム状歪み検出デバイス３０の端子３４ａと内部接続電極４２ａとを接合する。また、金属合金電極５０は、フィルム状歪み検出デバイス３０の端子３４ｂと内部接続電極４２ｂとを接合する。
【0034】
外部接続電極４３ａは、基材４１を貫通する貫通配線４４を介して、内部接続電極４２ａと電気的に接続されている。外部接続電極４３ｂは、基材４１を貫通する貫通配線４４を介して、内部接続電極４２ｂと電気的に接続されている。すなわち、外部接続電極４３ａ及び４３ｂは端子３４ａ及び３４ｂと電気的に接続され、歪みにより生じる抵抗体３２の抵抗値の変化を外部に出力することができる。なお、外部接続電極４３ａは、貫通配線４４及び再配線基板４０に設けられた配線を介して内部接続電極４２ａと電気的に接続されてもよい。外部接続電極４３ｂについても同様である。
【0035】
内部接続電極４２ａ及び４２ｂ、外部接続電極４３ａ及び４３ｂ、並びに貫通配線４４の材料としては、例えば、銅等を用いることができる。外部接続電極４３ａ及び４３ｂの表面に金膜等が積層されてもよい。金属合金電極５０の材料としては、例えば、錫銀銅等を用いることができる。錫銀銅の融点は、約２２０℃である。
【0036】
被覆部材６１は、第１面１０ａ及び第３面３１ａと第４面４１ａとが対向する領域に充填されてフィルム状歪み検出デバイス３０及び金属合金電極５０を被覆すると共に、再配線基板４０の側面を被覆する。つまり、被覆部材６１は、フィルム状歪み検出デバイス３０を保護するアンダーフィル樹脂としての役割と、外装としての役割とを兼ね備えている。なお、再配線基板４０の側面とは、第４面４１ａの外縁と第５面４１ｂの外縁とを接続する面である。再配線基板４０の側面は、例えば、第１面１０ａに対して垂直である。ここでの垂直は、９０±５度の範囲を含むものとする。
【0037】
被覆部材６１は、例えば、フィラー７０を含有する熱硬化性樹脂から形成することができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、又はフェノール系樹脂が挙げられる。被覆部材６１を設けることにより、湿度耐性及び温度耐性を向上することができる。また、フィラー７０により応力が分散されて熱硬化性樹脂の硬化収縮が抑制されるため、フィルム状歪み検出デバイス３０に不要な応力を与えることがなくなり、フィルム状歪み検出デバイス３０の特性（感度）への影響を低減することができる。
【0038】
フィラー７０は、例えば、酸化物系フィラーである。酸化物系フィラーとしては、例えば、二酸化シリコンやアルミナ等のフィラーが挙げられる。フィラー７０は、全球状であることが好ましい。フィラー７０が全球状であると、熱硬化性樹脂の硬化収縮を抑制する効果が高くなる。本願において全球状とは、精確な球体に限定されず、互いに直交する直径の長短が１０％の範囲内であるものを含む。
【0039】
フィラー７０の粒径分布は、例えば、直径５０μｍを最大とすることが好ましい。フィラー７０の最大粒径が５０μｍであれば、第３面３１ａと第４面４１ａとの間隔が１００μｍ程度であっても被覆部材６１を十分に充填することができる。
【0040】
フィラー７０の含有量は、被覆部材６１の当量に対し５０％以上８０％以下であることが好ましい。フィラー７０の含有量が被覆部材６１の当量に対し５０％以上であれば、熱硬化性樹脂の硬化収縮を抑制する効果を十分に発揮できる。フィラー７０の含有量が被覆部材６１の当量に対し８０％以下であれば、第３面３１ａと第４面４１ａとの間隔が１００μｍ程度であっても被覆部材６１を十分に充填することができる。
【0041】
このように、歪みゲージモジュール１では、フィルム状歪み検出デバイス３０上に再配線基板４０を配置し、再配線基板４０にフィルム状歪み検出デバイス３０の端子３４ａ及び３４ｂと電気的に接続する外部接続電極４３ａ及び４３ｂを設けている。これにより、外部接続電極４３ａ及び４３ｂの大きさや配置の自由度を向上することができるため、取り扱いが容易な歪みゲージモジュール１を実現することができる。
【0042】
例えば、端子３４ａ及び３４ｂの大きさが極小（２５０μｍ～５００μｍ程度）であるのに対し、外部接続電極４３ａ及び４３ｂの大きさは１５００μｍ～２０００μｍ程度にすることが可能である。そのため、外部接続電極４３ａ及び４３ｂには、入出力ケーブル等を容易に接続することができる。
【0043】
また、端子３４ａ及び３４ｂに入出力ケーブルを接続する場合には、線径を極細にせざるを得ないため、外乱ノイズに対する耐性が低下する。これに対し、外部接続電極４３ａ及び４３ｂには線径がより太いケーブルを接続できるため、外乱ノイズに対する耐性を向上することができる。
【0044】
また、歪みゲージモジュール１はパッケージ化されているため、測定対象物への取り付けが容易である。また、歪みゲージモジュール１はパッケージ化されているため、自動検査装置への対応や自動機による実装が可能であり、製造工程における搬送時の梱包形態も通常の半導体デバイスに準拠した方法を使用することができる。
【0045】
また、歪みゲージモジュール１では、フィラー７０を含有する被覆部材６１を設けたことにより、耐環境性に優れたモジュール構造を実現することができる。これにより、フィルム状歪み検出デバイス３０の特性変動を低減し、安定性に優れた高感度な歪み検出が可能となる。
【0046】
また、歪みゲージモジュール１は、最下層が薄板基板１０であるため、液状又はフィルム（テープ）状の接着剤又は粘着剤を用いて、薄板基板１０の第２面１０ｂを測定対象物に容易に固定することができる。接着剤又は粘着剤の厚さは、例えば、２５μｍ程度とすることができる。
【0047】
すなわち、歪みゲージモジュール１は、従来の歪みゲージのように最下層が可撓性の樹脂（ポリイミド等）ではないため、測定対象物への取り付けが容易である。又、ポリイミドは難接着材料であるため、測定対象物への取り付けには特殊な接着方法（加熱及び加圧）が必要であるが、薄板基板１０を測定対象物に取り付けるために特殊な接着方法は不要である。
【0048】
なお、第１実施形態において、フィルム状歪み検出デバイスは、複数の抵抗体を有していてもよい。フィルム状歪み検出デバイスは、例えば、２つの抵抗体を有する構造や、第５実施形態のように４つの抵抗体を有する構造としてもよい。また、再配線基板４０は多層配線構造であってもよく、この場合、内部接続電極は多層配線構造を介して外部接続電極と電気的に接続されてもよい。
【0049】
（歪みゲージモジュールの製造方法）
図４は、歪みゲージモジュールの製造工程について説明する図である。図４に示すように、歪みゲージモジュール１を製造するには、ます、ステップＳ１として、薄板基板を準備する工程を実行する。具体的には、第１面１０ａと、第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂとを備え、第２面１０ｂを測定対象物への装着面とする薄板基板１０を準備する。
図４は、歪みゲージモジュールの製造工程について説明する図である。図４に示すように、歪みゲージモジュール１を製造するには、ます、ステップＳ１として、薄板基板を準備する工程を実行する。具体的には、第１面１０ａと、第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂとを備え、第２面１０ｂを測定対象物への装着面とする薄板基板１０を準備する。
【0050】
次に、ステップＳ２として、フィルム状歪み検出デバイス３０を搭載する工程を実行する。具体的には、第３面３１ａの側に抵抗体３２及び抵抗体３２と電気的に接続された端子３４ａ及び３４ｂを備え、測定対象物に生じる歪みを検出するフィルム状歪み検出デバイス３０を準備する。そして、フィルム状歪み検出デバイス３０を、第３面３１ａが薄板基板１０とは反対側となるように接着剤２０を介して第１面１０ａに搭載する。
【0051】
次に、ステップＳ３として、接合する工程を実行する。具体的には、第４面４１ａと、第４面４１ａとは反対側の第５面４１ｂとを備え、第４面４１ａに内部接続電極４２ａ及び４２ｂが設けられ、第５面４１ｂに外部接続電極４３ａ及び４３ｂが設けられた再配線基板４０を準備する。そして、第４面４１ａが第３面３１ａと対向するように配置し、端子３４ａ及び３４ｂと内部接続電極４２ａ及び４２ｂとを金属合金電極５０を介して接合する。
【0052】
具体的には、まず、内部接続電極４２ａ及び４２ｂの各々に金属合金電極５０を形成する。例えば、内部接続電極４２ａ及び４２ｂの各々に金属合金のペーストを所定量載置し、金属合金のペーストを溶融させて液相表面張力によりドーム形状とし、凝固させて金属合金電極５０を形成する。次に、金属合金電極５０が端子３４ａ及び３４ｂと接するように再配線基板４０を配置し、金属合金電極５０を再び溶融後凝固させ、端子３４ａ及び３４ｂと内部接続電極４２ａ及び４２ｂとを金属合金電極５０を介して接合する。
【0053】
次に、ステップＳ４として、被覆部材６１を形成する工程を実行する。具体的には、第１面１０ａ及び第３面３１ａと第４面４１ａとが対向する領域に充填されてフィルム状歪み検出デバイス３０及び金属合金電極５０を被覆すると共に、再配線基板４０の側面を被覆する被覆部材６１を、フィラー７０を含有する熱硬化性樹脂から形成する。被覆部材６１は、例えば、コンプレッションモールド法を用いて形成することができる。被覆部材６１を充填する際の圧力は、例えば、０．２ＭＰａ程度とすることができる。被覆部材６１は、トランスファーモールド法、インジェクションモールド法等を用いて形成してもよい。その後、必要に応じて、ダイシング装置等を用いて再配線基板４０等を垂直方向に切断し、複数の歪みゲージモジュール１に個片化する。切断後の再配線基板４０において、良好な面精度の側面が得られる。以上の工程で、歪みゲージモジュール１が完成する。
【0054】
（歪みゲージモジュールの評価）
［評価１］
歪みゲージモジュールに階段状に変化する湿度を与えたときの、歪みゲージモジュールの出力の経時変化について評価した。評価は、歪みゲージモジュール１から被覆部材６１を除去した構成の歪みゲージモジュール１Ｘと、歪みゲージモジュール１について、各２サンプルずつ行った。出力は、外部接続電極４３ａ及び４３ｂをホイートストンブリッジ回路に接続することにより測定した。
［評価１］
歪みゲージモジュールに階段状に変化する湿度を与えたときの、歪みゲージモジュールの出力の経時変化について評価した。評価は、歪みゲージモジュール１から被覆部材６１を除去した構成の歪みゲージモジュール１Ｘと、歪みゲージモジュール１について、各２サンプルずつ行った。出力は、外部接続電極４３ａ及び４３ｂをホイートストンブリッジ回路に接続することにより測定した。
【0055】
図５は、歪みゲージモジュール１Ｘの評価結果を示す図（その１）である。図６は、歪みゲージモジュール１の評価結果を示す図（その１）である。図５及び図６において、太線の階段波形は湿度の変化を示し、細線は出力の変化を示している。図５に示すように、被覆部材６１を有していない歪みゲージモジュール１Ｘは、湿度の影響を受けて出力電圧が時間と共に変化している。これに対して、図６に示すように、被覆部材６１を有している歪みゲージモジュール１は、湿度の影響による出力電圧の変化がほとんど見られない。なお、図６では、２つのサンプルの出力変化がほぼ一致しているため、出力変化が１つの線に見えている。
【0056】
［評価２］
歪みゲージモジュールに間欠的に２５Ｈｚの低周波振動を与えたときの、歪みゲージモジュールの抵抗値の経時変化について評価した。評価は、歪みゲージモジュール１から被覆部材６１を除去した構成の歪みゲージモジュール１Ｘと、歪みゲージモジュール１について、各４サンプルずつ行った。抵抗値は、歪み負荷時の出力電力を合成抵抗として著した。
歪みゲージモジュールに間欠的に２５Ｈｚの低周波振動を与えたときの、歪みゲージモジュールの抵抗値の経時変化について評価した。評価は、歪みゲージモジュール１から被覆部材６１を除去した構成の歪みゲージモジュール１Ｘと、歪みゲージモジュール１について、各４サンプルずつ行った。抵抗値は、歪み負荷時の出力電力を合成抵抗として著した。
【0057】
図７は、歪みゲージモジュール１Ｘの評価結果を示す図（その２）である。図８は、歪みゲージモジュール１の評価結果を示す図（その２）である。図７に示すように、被覆部材６１を有していない歪みゲージモジュール１Ｘは、低周波振動を与える負荷回数がある程度増えると、抵抗値が同一方向に変化する傾向がある。これに対して、図８に示すように、被覆部材６１を有している歪みゲージモジュール１は、低周波振動を与える負荷回数が増えても、抵抗値の初期値からの変化がほとんど見られない。
【0058】
［評価結果］
評価１及び２に示したように、フィラー７０を含有する被覆部材６１を設けることで、フィラー７０を含有する被覆部材６１を設けない場合と比べて、耐環境性を向上することができる。これにより、フィルム状歪み検出デバイス３０の特性変動を低減し、安定性に優れた高感度な歪み検出が可能となる。
評価１及び２に示したように、フィラー７０を含有する被覆部材６１を設けることで、フィラー７０を含有する被覆部材６１を設けない場合と比べて、耐環境性を向上することができる。これにより、フィルム状歪み検出デバイス３０の特性変動を低減し、安定性に優れた高感度な歪み検出が可能となる。
【0059】
〈第２実施形態〉
第２実施形態では、第１実施形態とは異なる被覆部材を用いる例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施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。
第２実施形態では、第１実施形態とは異なる被覆部材を用いる例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施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。
【0060】
図９は、第２実施形態に係る歪みゲージ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。なお、図１及び図３に示す平面図は、第２実施形態に係る歪みゲージモジュールについても、第１実施形態に係る歪みゲージモジュールと同様である。
【0061】
図９を参照すると、歪みゲージモジュール２は、被覆部材６１が被覆部材６２に置換された点が、歪みゲージモジュール１と相違する。
【0062】
被覆部材６２は、熱硬化性樹脂である。具体的には、被覆部材６２は、ゲル、又は長鎖構造の樹脂から形成されている。被覆部材６２をゲル、又は長鎖構造の樹脂から形成することにより、一般的な樹脂の硬化反応として見受けられる収縮を回避することができる。これにより、フィルム状歪み検出デバイス３０に不要な応力を与えることがなくなり、フィルム状歪み検出デバイス３０の特性（感度）への影響を大幅に低減することができる。
【0063】
被覆部材６２は、例えば、シリコーンゲル、又は長鎖構造のシリコーン樹脂から形成することができる。被覆部材６２には、例えば、変性シリコーンエポキシ等の変性シリコーン基を持つ材料も使用可能である。なお、シリコーンゴムは、熱収縮反応を起こすため、被覆部材６２の材料としては好ましくない。被覆部材６２は、溶剤及びフィラーを含有していない。溶剤を含有しないことで、フィルム状歪み検出デバイス３０への悪影響を防止できる。また、被覆部材６２では、長鎖が互いに絡み合ってクッションの役割を果たし応力を緩和するため、フィラーを含有しなくてよい。
【0064】
被覆部材６２の硬度は、例えば、Ａ３０（JIS K6253、ASTM-D2240、ISO-48（1～6））である。被覆部材６２の硬度は、Ａ硬度以上Ｄ硬度以下であることが好ましい。このような硬度の範囲であると、被覆部材６２で被覆したことによるフィルム状歪み検出デバイス３０の特性（感度）への影響を低減することができる。
【0065】
なお、第２実施形態において、フィルム状歪み検出デバイスは、複数の抵抗体を有していてもよい。フィルム状歪み検出デバイスは、例えば、２つの抵抗体を有する構造や、第５実施形態のように４つの抵抗体を有する構造としてもよい。また、再配線基板４０は多層配線構造であってもよく、この場合、内部接続電極は多層配線構造を介して外部接続電極と電気的に接続されてもよい。
【0066】
歪みゲージモジュール２を製造するには、図４のステップＳ１～Ｓ３の後、ステップＳ４において、被覆部材６２を、ゲル、又は長鎖構造の樹脂から形成する。被覆部材６２は、例えば、コンプレッションモールド法を用いて形成することができる。被覆部材６２は、トランスファーモールド法、インジェクションモールド法等を用いて形成してもよい。以上の工程で、歪みゲージモジュール２が完成する。
【0067】
（歪みゲージモジュールの評価）
［評価３］
歪みゲージモジュールを８５℃８５％ＲＨの高温高湿度環境に保存したときの、歪みゲージモジュールの出力の経時変化について評価した。評価は、歪みゲージモジュール２から被覆部材６２を除去した構成の歪みゲージモジュール２Ｘと、歪みゲージモジュール２について、各４サンプルずつ行った。出力は、外部接続電極４３ａ及び４３ｂをホイートストンブリッジ回路に接続することにより測定した。
［評価３］
歪みゲージモジュールを８５℃８５％ＲＨの高温高湿度環境に保存したときの、歪みゲージモジュールの出力の経時変化について評価した。評価は、歪みゲージモジュール２から被覆部材６２を除去した構成の歪みゲージモジュール２Ｘと、歪みゲージモジュール２について、各４サンプルずつ行った。出力は、外部接続電極４３ａ及び４３ｂをホイートストンブリッジ回路に接続することにより測定した。
【0068】
図１０は、歪みゲージモジュール２Ｘの評価結果を示す図である。図１１は、歪みゲージモジュール２の評価結果を示す図である。図１０に示すように、被覆部材６２を有していない歪みゲージモジュール２Ｘは、温度及び／又は湿度の影響を受けて出力の変動量が時間と共に大きく変化している。これに対して、図１１に示すように、被覆部材６２を有している歪みゲージモジュール２は、温度及び／又は湿度の影響による出力変動を大幅に低減できている。
【0069】
［評価結果］
評価３に示したように、歪みゲージモジュール２では、被覆部材６２を設けたことにより、耐環境性に優れたモジュール構造を実現することができる。これにより、フィルム状歪み検出デバイス３０の特性変動を低減し、安定性に優れた高感度な歪み検出が可能となる。
評価３に示したように、歪みゲージモジュール２では、被覆部材６２を設けたことにより、耐環境性に優れたモジュール構造を実現することができる。これにより、フィルム状歪み検出デバイス３０の特性変動を低減し、安定性に優れた高感度な歪み検出が可能となる。
【0070】
〈第３実施形態〉
第３実施形態では、第１実施形態等とは金属合金電極の接合形態が異なる例を示す。なお、第３実施形態において、既に説明した実施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。
第３実施形態では、第１実施形態等とは金属合金電極の接合形態が異なる例を示す。なお、第３実施形態において、既に説明した実施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。
【0071】
図１２は、第３実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する部分断面図であり、図２に対応する断面の一部を示している。なお、図１及び図３に示す平面図は、第３実施形態に係る歪みゲージモジュールについても、第１実施形態に係る歪みゲージモジュールと同様である。
【0072】
図１２を参照すると、歪みゲージモジュール３において、金属合金電極５０は、溶融性導電接着剤５１により端子３４ａと金属拡散接合されている。図示しない端子３４ｂについても同様である。金属合金電極５０は、溶融性導電接着剤５１の溶融温度において非溶融である。言い換えれば、溶融性導電接着剤５１は金属合金電極５０よりも低融点である。
【0073】
溶融性導電接着剤５１は、例えば、金属粉を含み、金属合金電極５０は、金属粉を介して端子３４ａと金属拡散接合されている。金属合金電極５０と端子３４ｂとの接合についても同様である。金属粉は、例えば、球状である。球状の金属粉は、例えば、ビスマス及び錫を含む。球状の金属粉は、例えば、溶融温度が１４０℃程度である。球状の金属粉の粒径分布は、例えば、直径２５μｍ以上４５μｍ以下である。球状の金属粉の粒径分布は、直径２０μｍ以上３８μｍ以下であってもよいし、直径１５μｍ以上２５μｍ以下であってもよい。
【0074】
歪みゲージモジュール３は、金属合金電極５０の側面を被覆すると共に端子３４ａ及び３４ｂに接し、金属合金電極５０と端子３４ａ及び３４ｂとを接着する絶縁性樹脂５２を有することが好ましい。これにより、金属合金電極５０と端子３４ａ及び３４ｂとの接合強度を向上することができる。
【0075】
歪みゲージモジュール３を製造するには、図４のステップＳ１及びＳ２の後、ステップＳ３において、内部接続電極４２ａ及び４２ｂに金属合金電極５０を形成する。例えば、内部接続電極４２ａ及び４２ｂの各々に金属合金のペーストを所定量載置し、金属合金のペーストを溶融させて液相表面張力によりドーム形状とし、凝固させて金属合金電極５０を形成する。
【0076】
次に、溶融性導電接着剤５１を準備する。例えば、球状の金属粉とエポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂と有機酸とを含む溶融性導電接着剤５１を準備する。そして、準備した溶融性導電接着剤５１を端子３４ａ及び３４ｂ上に配置する。
【0077】
次に、溶融性導電接着剤５１と金属合金電極５０とが接するように、フィルム状歪み検出デバイス３０上に再配線基板４０を配置する。そして、溶融性導電接着剤５１を加熱し、金属合金電極５０を溶融性導電接着剤５１により端子３４ａ及び３４ｂと金属拡散接合する。この際、溶融性導電接着剤５１が溶融し、金属合金電極５０が溶融しない温度で加熱する。これにより、金属合金電極５０が変形することを防止できる。
【0078】
加熱により、金属合金電極５０は、溶融性導電接着剤５１に含まれる金属粉を介して端子３４ａ及び３４ｂと金属拡散接合される。それと同時に、溶融性導電接着剤５１に含まれていた絶縁性樹脂が金属合金電極５０の側面に沿って流れ出し、金属合金電極５０の側面を被覆すると共に端子３４ａ及び３４ｂに接し、金属合金電極５０と端子３４ａ及び３４ｂとを接着する絶縁性樹脂５２が形成される。その後、図４のステップＳ４を実行することにより、歪みゲージモジュール３が完成する。
【0079】
このように、歪みゲージモジュール３において、金属合金電極５０は、溶融性導電接着剤５１により端子３４ａ及び３４ｂと金属拡散接合されている。金属拡散接合を行うための加熱時に、金属合金電極５０は非溶融であるため、フィルム状歪み検出デバイス３０と再配線基板４０との間に、金属合金電極５０の高さ以上の間隔を確保することができる。また、金属拡散接合により、金属合金電極５０と端子３４ａ及び３４ｂとを低抵抗で接続くすることができる。
【0080】
例えば、金属合金電極５０よりも低融点の溶融性導電接着剤５１の代わりに、金属合金電極５０と同程度の融点の銀ペーストやはんだペーストを用いる場合、フィルム状歪み検出デバイス３０上に再配線基板４０を配置する際に銀ペーストやはんだペーストが溶融すると共に金属合金電極５０も溶融する。そのため、フィルム状歪み検出デバイス３０と再配線基板４０との間隔が一定にならず、歪み検出特性に悪影響を及ぼすおそれがある。歪みゲージモジュール３では、このような問題の発生を抑制することができる。
【0081】
なお、第３実施形態において、被覆部材は必要に応じて設けることができる。また、被覆部材を設ける場合、被覆部材６１を用いてもよいし被覆部材６２を用いてもよい。また、第３実施形態において、フィルム状歪み検出デバイスは、複数の抵抗体を有していてもよい。フィルム状歪み検出デバイスは、例えば、２つの抵抗体を有する構造や、第５実施形態のように４つの抵抗体を有する構造としてもよい。また、再配線基板４０は多層配線構造であってもよく、この場合、内部接続電極は多層配線構造を介して外部接続電極と電気的に接続されてもよい。
【0082】
〈第４実施形態〉
第４実施形態では、第３実施形態とは金属合金電極の接合面の形状が異なる例を示す。なお、第４実施形態において、既に説明した実施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。
第４実施形態では、第３実施形態とは金属合金電極の接合面の形状が異なる例を示す。なお、第４実施形態において、既に説明した実施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。
【0083】
図１３は、第４実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する部分断面図であり、図２に対応する断面の一部を示している。なお、図１及び図３に示す平面図は、第４実施形態に係る歪みゲージモジュールについても、第１実施形態に係る歪みゲージモジュールと同様である。
【0084】
図１３を参照すると、歪みゲージモジュール４は、端子３４ａと内部接続電極４２ａとの接合に金属合金電極５０Ａを用いている。同様に、端子３４ｂと内部接続電極４２ｂとの接合に金属合金電極５０Ａを用いている。金属合金電極５０Ａは、フィルム状歪み検出デバイス３０の端子３４ａ及び３４ｂ側の面が平坦面５５である点が、金属合金電極５０と相違する。平坦面５５の表面粗さＲａは、５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。
【0085】
金属合金電極５０Ａを形成するには、図４のステップＳ３で説明したように、内部接続電極４２ａ及び４２ｂの各々に金属合金のペーストを所定量載置し、金属合金のペーストを溶融後凝固させ、図１４の矢印上側に示すように、ドーム形状の金属合金電極５０を形成する。その後、金属合金電極５０の頭頂側を所定量研磨し、図１４の矢印下側に示すように、内部接続電極４２ａ及び４２ｂとは反対側に平坦面５５を形成し、金属合金電極５０Ａとする。なお、図１４において、内部接続電極４２ａ及び４２ｂの図示は省略されている。
【0086】
研磨には、例えば、メカニカル法やメカノケミカル法を用いることができる。具体的には、例えば、バックグラインダーを用いて研磨することができる。研磨後の各々の金属合金電極５０Ａの高さばらつきは３μｍ以下とすることができる。すなわち、最も高さの高い金属合金電極５０Ａと、最も高さの低い金属合金電極５０Ａとの高さの差を３μｍ以下とすることができる。
【0087】
平坦面５５を形成した後、第３実施形態と同様の方法により、金属合金電極５０Ａは、溶融性導電接着剤５１に含まれる金属粉を介して端子３４ａ及び３４ｂと金属拡散接合される。それと同時に、溶融性導電接着剤５１に含まれていた絶縁性樹脂が金属合金電極５０Ａの側面に沿って流れ出し、金属合金電極５０Ａの側面を被覆すると共に端子３４ａ及び３４ｂに接し、金属合金電極５０Ａと端子３４ａ及び３４ｂとを接着する絶縁性樹脂５２が形成される。
【0088】
金属拡散接合を行うための加熱時に、金属合金電極５０Ａは非溶融であるため、フィルム状歪み検出デバイス３０と再配線基板４０との間隔がずれることはない。なお、平坦面５５と端子３４ａ及び３４ｂとの間に位置する溶融性導電接着剤５１は極薄であるため、フィルム状歪み検出デバイス３０と再配線基板４０との間隔に与える影響は少ない。金属拡散接合を行った後、図４のステップＳ４を実行することにより、歪みゲージモジュール４が完成する。
【0089】
このように、平坦面５５を有する金属合金電極５０Ａを用いることにより、フィルム状歪み検出デバイス３０と再配線基板４０との間隔を略一定とすることができる。これにより、フィルム状歪み検出デバイス３０と再配線基板４０との間に充填される被覆部材６１の厚さが略均一となるため、良好な歪み感知が可能となる。
【0090】
なお、研磨前の金属合金電極５０の高さを一定にするには、各々の金属合金電極５０となる金属合金のペーストの供給量を制御する必要があるが、金属合金のペーストの供給量を精密に制御することは困難である。また、金属合金電極５０の代わりに金属ボールや金属ポストを用いることで、各々の金属合金電極の高さを一定とする方法もあるが、金属ボールや金属ポストは高価であるため、これらを採用することは容易ではない。
【0091】
平坦面５５を有する金属合金電極５０Ａを用いる方法によれば、高価な部材を採用することなく、簡易な方法で確実に、フィルム状歪み検出デバイス３０と再配線基板４０との間隔を略一定とすることができる。すなわち、金属合金電極５０Ａは、電気的接続用の電極としての機能を有すると共に、スペーサとしての機能を有する。金属合金電極５０Ａを用いることにより、例えば、フィルム状歪み検出デバイス３０と再配線基板４０との間隔を、１００μｍ以上２００μｍ以下の範囲内の所定値に対して、３μｍ以下のばらつきとすることができる。
【0092】
なお、第４実施形態において、被覆部材は必要に応じて設けることができる。また、被覆部材を設ける場合、被覆部材６１を用いてもよいし被覆部材６２を用いてもよい。また、第４実施形態において、フィルム状歪み検出デバイスは、複数の抵抗体を有していてもよい。フィルム状歪み検出デバイスは、例えば、２つの抵抗体を有する構造や、第５実施形態のように４つの抵抗体を有する構造としてもよい。また、再配線基板４０は多層配線構造であってもよく、この場合、内部接続電極は多層配線構造を介して外部接続電極と電気的に接続されてもよい。
【0093】
〈第５実施形態〉
第５実施形態では、フィルム状歪み検出デバイスが４つの抵抗体を有する例を示す。なお、第５実施形態において、既に説明した実施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。
第５実施形態では、フィルム状歪み検出デバイスが４つの抵抗体を有する例を示す。なお、第５実施形態において、既に説明した実施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。
【0094】
図１５は、第５実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する平面図である。図１６は、第５実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する断面図であり、図１５のＢ－Ｂ線に沿う断面を示している。図１７は、図１５から再配線基板、金属合金電極、及び被覆部材を除去した状態を示す平面図である。図１８は、図１５の再配線基板の裏面側を透視した透視図である。
【0095】
【0096】
フィルム状歪み検出デバイス３０Ａは、直列に接続された４つの抵抗体３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄと、抵抗体の接続箇所に設けられた４つの端子３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆとを第３面３１ａの側に備えている。
【0097】
抵抗体３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄの各々は、例えば、抵抗体３２と同様の形状であり、抵抗体３２と同様の材料から形成することができる。抵抗体３２ａと抵抗体３２ｃは、例えば、グリッド方向が同一である。抵抗体３２ｂと抵抗体３２ｄは、例えば、グリッド方向が同一である。抵抗体３２ａ及び３２ｃと抵抗体３２ｂ及び３２ｄは、例えば、グリッド方向が直交している。
【0098】
抵抗体３２ａの一端と抵抗体３２ｂの一端は配線３３により接続され、接続箇所には端子３４ｄが設けられている。抵抗体３２ａの他端と抵抗体３２ｄの一端は配線３３により接続され、接続箇所には端子３４ｃが設けられている。抵抗体３２ｂの他端と抵抗体３２ｃの一端は配線３３により接続され、接続箇所には端子３４ｅが設けられている。抵抗体３２ｃの他端と抵抗体３２ｄの他端は配線３３により接続され、接続箇所には端子３４ｆが設けられている。
【0099】
端子３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、及び３４ｆは、例えば、端子３４ａ及び３４ｂと同様の材料から形成することができる。図示の例では、端子３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、及び３４ｆは平面視において円形状であるが、平面視で矩形状等であってもよい。
【0100】
再配線基板４０Ａの第４面４１ａには、内部接続電極４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、及び４２ｆが設けられている。また、再配線基板４０Ａの第４面４１ａには、配線４５が設けられている。再配線基板４０Ａの第５面４１ｂには、外部接続電極４３ｃ、４３ｄ、４３ｅ、及び４３ｆが設けられている。また、再配線基板４０Ａの第５面４１ｂには、配線４６が設けられている。
【0101】
端子３４ｃは、金属合金電極５０を介して、内部接続電極４２ｃと接合されている。内部接続電極４２ｃは、貫通配線４４を介して外部接続電極４３ｃと電気的に接続されている。端子３４ｄは、金属合金電極５０を介して、内部接続電極４２ｄと接合されている。内部接続電極４２ｄは、配線４５及び貫通配線４４を介して外部接続電極４３ｄと電気的に接続されている。
【0102】
端子３４ｅは、金属合金電極５０を介して、内部接続電極４２ｅと接合されている。内部接続電極４２ｅは、配線４５及び貫通配線４４を介して外部接続電極４３ｅと電気的に接続されている。端子３４ｆは、金属合金電極５０を介して、内部接続電極４２ｆと接合されている。内部接続電極４２ｆは、配線４５及び貫通配線４４を介して外部接続電極４３ｆと電気的に接続されている。
【0103】
このようにして、抵抗体３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄは、図１９に示すフルブリッジ回路を構成している。図１９に示すブリッジ回路において、左上の辺には抵抗体３２ａが接続され、右上の辺には抵抗体３２ｂが接続されている。また、右下の辺には抵抗体３２ｃが接続され、左下の辺には抵抗体３２ｄが接続されている。
【0104】
図１９に示すブリッジ回路において、左上の辺と左下の辺の接続箇所である外部接続電極４３ｃと、右上の辺と右下の辺の接続箇所である外部接続電極４３ｅとの間に、歪みゲージモジュール５の外部から直流電圧Ｅが供給される。これにより、左上の辺と右上の辺の接続箇所である外部接続電極４３ｄと、左下の辺と右下の辺の接続箇所である外部接続電極４３ｆとの間から、アナログの出力電圧ｅ０を得ることができる。すなわち、歪みゲージモジュール５が貼付された起歪体の歪量を出力電圧ｅ０として検出することができる。
【0105】
図２０は、フィルム状歪み検出デバイスの他の例を示す平面図（その１）である。歪みゲージモジュール５において、図１７に示すフィルム状歪み検出デバイス３０Ａの代わりに図２０に示すフィルム状歪み検出デバイス３０Ｂを用いてもよい。
【0106】
フィルム状歪み検出デバイス３０Ｂは、互いに独立した４つの抵抗体３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄと、各々の抵抗体の両端と電気的に接続された一対の端子とを第３面３１ａの側に備えている。
【0107】
抵抗体３２ａの一端は配線３３を介して端子３４ｇに接続され、他端は配線３３を介して端子３４ｈに接続されている。抵抗体３２ｂの一端は配線３３を介して端子３４ｉに接続され、他端は配線３３を介して端子３４ｊに接続されている。抵抗体３２ｃの一端は配線３３を介して端子３４ｋに接続され、他端は配線３３を介して端子３４ｍに接続されている。抵抗体３２ｄの一端は配線３３を介して端子３４ｎに接続され、他端は配線３３を介して端子３４ｐに接続されている。
【0108】
端子３４ｇ～３４ｐは、例えば、端子３４ａ及び３４ｂと同様の材料から形成することができる。図示の例では、端子３４ｇ～３４ｐは平面視において矩形状であるが、平面視で円形状等であってもよい。
【0109】
端子３４ｇ～３４ｐは、第３面３１ａの面内では互いに独立であり、金属合金電極５０を介して、再配線基板４０Ａの第４面４１ａにおいて端子３４ｇ～３４ｐの直上に設けられた内部接続電極と接合されている。各々の内部接続電極は、貫通配線等を介して外部接続電極４３ｃ～４３ｆと電気的に接続されている。具体的には、４つの抵抗体３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄが直列となるように、内部接続電極同士が再配線基板４０Ａ内で接続されている。なお、再配線基板４０Ａは多層配線構造であってもよく、この場合は、各々の内部接続電極は、多層配線構造を介して外部接続電極４３ｃ～４３ｆと電気的に接続される。
【0110】
これにより、抵抗体３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄは、図１９に示すフルブリッジ回路を構成することができる。すなわち、抵抗体３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄは、フィルム状歪み検出デバイス３０Ｂ内では互いに独立であるが、再配線基板４０Ａ内の配線により、図１９に示すフルブリッジ回路を構成するように電気的に接続することができる。
【0111】
図２１は、フィルム状歪み検出デバイスの他の例を示す平面図（その２）である。歪みゲージモジュール５において、図１７に示すフィルム状歪み検出デバイス３０Ａの代わりに図２１に示すフィルム状歪み検出デバイス３０Ｃを用いてもよい。
【0112】
フィルム状歪み検出デバイス３０Ｃにおいて、４つの抵抗体３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄと、各々の抵抗体の両端と電気的に接続された一対の端子との電気的な接続は、フィルム状歪み検出デバイス３０Ｂと同様であるが、抵抗体や端子の配置が異なる。
【0113】
図２１に示すように抵抗体や端子を配置した場合も、再配線基板４０Ａの第４面４１ａにおいて端子３４ｇ～３４ｐの直上に内部接続電極を設け、再配線基板４０Ａにおける配線の引き回しを変更することにより、抵抗体３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄは、図１９に示すフルブリッジ回路を構成することができる。
【0114】
すなわち、フィルム状歪み検出デバイス３０Ｂ及び３０Ｃのようにフィルム状歪み検出デバイス内で互いに独立な抵抗体が様々な位置に配置されても、再配線基板４０Ａにおける配線の引き回しを変更することにより、所望の回路を構成することができる。また、フィルム状歪み検出デバイス内では抵抗体が互いに独立しているため、再配線基板を変更するだけでフルブリッジ回路には限定されない多種多様な結線に対応可能である。
【0115】
また、フィルム状歪み検出デバイス３０Ｂ及び３０Ｃのようにフィルム状歪み検出デバイス内に互いに独立な抵抗体を配置する場合、抵抗体の配置の自由度を向上することができる。また、フィルム状歪み検出デバイス内における配線の引き回しを減らすことができるため、フィルム状歪み検出デバイスの小型化が可能となる。
【0116】
なお、第５実施形態において、被覆部材は必要に応じて設けることができる。また、被覆部材を設ける場合、被覆部材６１を用いてもよいし被覆部材６２を用いてもよい。また、第５実施形態において、金属合金電極は、第３実施形態及び第４実施形態で示した接合形態としてもよい。
【0117】
〈第６実施形態〉
第６実施形態では、被覆部材の被覆する箇所が異なる例を示す。なお、第６実施形態において、既に説明した実施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。
第６実施形態では、被覆部材の被覆する箇所が異なる例を示す。なお、第６実施形態において、既に説明した実施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。
【0118】
図２２は、第６実施形態に係る歪みゲージ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。図２３は、第６実施形態に係る歪みゲージモジュールを例示する底面図である。なお、図１及び図３に示す平面図は、第６実施形態に係る歪みゲージモジュールについても、第１実施形態に係る歪みゲージモジュールと同様である。
【0119】
【0120】
薄板基板１０の第２面１０ｂに垂直な方向から視て、被覆部材６１は、例えば、第２面１０ｂを囲む環状の第６面６１ａを有する。第６面６１ａは、例えば、第２面１０ｂと同一平面上に位置する。第６面６１ａの幅Ｗは、例えば、５０μｍ以上１５０μｍ以下程度とすることができる。被覆部材６１が薄板基板１０の側面を被覆することにより、歪みゲージモジュール６全体の剛性を高めることができる。
【0121】
（歪みゲージモジュールの評価）
［評価４］
歪みゲージモジュールに応力を与えたときの分布についてシミュレーションを行った。シミュレーションは、被覆部材６１が薄板基板１０の側面を全く被覆していない歪みゲージモジュール６Ｘと、歪みゲージモジュール６について行った。
［評価４］
歪みゲージモジュールに応力を与えたときの分布についてシミュレーションを行った。シミュレーションは、被覆部材６１が薄板基板１０の側面を全く被覆していない歪みゲージモジュール６Ｘと、歪みゲージモジュール６について行った。
【0122】
図２４は、歪みゲージモジュール６及び６Ｘの評価結果を示す図（その１）であり、歪みゲージモジュールに外周側から力を加えた場合の応力分布のシミュレーション結果を示している。図２４に示すように、歪みゲージモジュール６Ｘでは、第２面１０ｂの外周部分に応力が集中している。これに対して、歪みゲージモジュール６では、第２面１０ｂの外周部分から中心付近に向かって、応力が階段状に変化している。このように、被覆部材６１が薄板基板１０の側面を被覆することにより、伝搬する歪み応力が界面等の特定の箇所に集中することを抑制し歪みを段階的に伝搬することができる。
【0123】
［評価５］
歪みゲージモジュールに間欠的に２５Ｈｚの低周波振動を与えたときの、歪みゲージモジュールの抵抗値の経時変化について評価した。評価は、被覆部材６１が薄板基板１０の側面を全く被覆していない歪みゲージモジュール６Ｘと、歪みゲージモジュール６について、各４サンプルずつ行った。抵抗値は、歪み負荷時の出力電力を合成抵抗として著した。
歪みゲージモジュールに間欠的に２５Ｈｚの低周波振動を与えたときの、歪みゲージモジュールの抵抗値の経時変化について評価した。評価は、被覆部材６１が薄板基板１０の側面を全く被覆していない歪みゲージモジュール６Ｘと、歪みゲージモジュール６について、各４サンプルずつ行った。抵抗値は、歪み負荷時の出力電力を合成抵抗として著した。
【0124】
図２５は、歪みゲージモジュール６及び６Ｘの評価結果を示す図（その２）である。破線は歪みゲージモジュール６の評価結果であり、実線は歪みゲージモジュール６Ｘの評価結果である。図２５に示すように、被覆部材６１が薄板基板１０の側面を全く被覆していない歪みゲージモジュール６Ｘ（実線）は、低周波振動を与える負荷回数がある程度増えると、抵抗値が同一方向に変化する傾向がある。これに対して、被覆部材６１が薄板基板１０の側面を被覆している歪みゲージモジュール６（破線）は、低周波振動を与える負荷回数が増えても、抵抗値変化率がほとんど変わらない。
【0125】
［評価結果］
評価４及び５に示したように、被覆部材６１が薄板基板１０の側面を被覆することで、被覆部材６１が薄板基板１０の側面を全く被覆しない場合と比べて、応力集中が緩和され、耐環境性を向上することができる。これにより、フィルム状歪み検出デバイス３０の特性変動を低減し、安定性に優れた高感度な歪み検出が可能となる。
評価４及び５に示したように、被覆部材６１が薄板基板１０の側面を被覆することで、被覆部材６１が薄板基板１０の側面を全く被覆しない場合と比べて、応力集中が緩和され、耐環境性を向上することができる。これにより、フィルム状歪み検出デバイス３０の特性変動を低減し、安定性に優れた高感度な歪み検出が可能となる。
【0126】
図２６は、歪みゲージモジュール６の使用例を示す断面図である。図２６に示すように、歪みゲージモジュール６は、例えば、接着剤１１０により測定対象物１２０の上面１２０ａに接着される。例えば、薄板基板１０の側面が被覆部材６１から露出している場合、薄板基板１０の側面と接着剤１１０との接着強度が十分に得られない場合がある。これに対して、歪みゲージモジュール６のように被覆部材６１が薄板基板１０の側面を被覆している場合、接着剤１１０は被覆部材６１の第６面６１ａと側面に接着される。この部分は、樹脂同士が接するため、十分な接着強度を得ることができる。十分な接着強度が得られると、測定対象物１２０からフィルム状歪み検出デバイス３０への歪の伝搬性が向上するため、安定した歪検出が可能となる。
【0127】
図２７は、第６実施形態の変形例に係る歪みゲージモジュールを例示する断面図であり、図２２に対応する断面を示している。図２７に示すように、歪みゲージモジュール６Ａは、再配線基板４０にコネクタ８０が実装された点が歪みゲージモジュール６と相違する。コネクタ８０は、はんだ等の接合部材９０により、再配線基板４０の外部接続電極４３ａ及び４３ｂと電気的に接続されている。コネクタ８０は、簡略化して図示されており、その種類や形状は問わない。コネクタ８０は、例えば、平面視で額縁状の樹脂製ハウジングを有しており、樹脂製ハウジングの内側面、外側面、上面等に複数の外部接続端子が設けられている。再配線基板４０にコネクタ８０を実装することにより、外部回路との接続を容易化することができる。
【0128】
なお、第６実施形態及び第６実施形態の変形例において、被覆部材６１の代わりに被覆部材６２を用いてもよい。また、第６実施形態及び第６実施形態の変形例において、フィルム状歪み検出デバイス３０は、複数の抵抗体を有していてもよい。フィルム状歪み検出デバイス３０は、例えば、２つの抵抗体を有する構造や、第５実施形態のように４つの抵抗体を有する構造としてもよい。また、再配線基板４０は多層配線構造であってもよく、この場合、内部接続電極は多層配線構造を介して外部接続電極と電気的に接続されてもよい。また、金属合金電極は、第３実施形態及び第４実施形態で示した接合形態としてもよい。また、第１実施形態から第５実施形態において、再配線基板４０にコネクタ８０が実装されてもよい。
【0129】
以上、好ましい実施形態について詳説したが、上述した実施形態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、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【0130】
１，２，３，４，５，６，６Ａ 歪みゲージモジュール、１０ 薄板基板、１０ａ 第１面、１０ｂ 第２面、２０ 接着剤、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ フィルム状歪み検出デバイス、３１ 基材、３１ａ 第３面、３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ 抵抗体、３３ 配線、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆ，３４ｇ，３４ｈ，３４ｉ，３４ｊ，３４ｋ，３４ｍ，３４ｎ，３４ｐ 端子、４０，４０Ａ 再配線基板、４１ 基材、４１ａ 第４面、４１ｂ 第５面、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆ 内部接続電極、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆ 外部接続電極、４４ 貫通配線、 ４５，４６ 配線、５０，５０Ａ 金属合金電極、５１ 溶融性導電接着剤、５２ 絶縁性樹脂、５５ 平坦面、６１，６２ 被覆部材、６１ａ 第６面、７０ フィラー、８０ コネクタ、９０ 接合部材、１１０ 接着剤、１２０ 測定対象物、１２０ａ 上面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】