特許 7373926 三次元ひずみゲージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-26

(45)【発行日】2023-11-06

(54)【発明の名称】三次元ひずみゲージ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20231027BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

【請求項の数】 18

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019117527

(22)【出願日】2019-06-25

(65)【公開番号】P2020160039

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2022-06-08

(31)【優先権主張番号】16/366,502

(32)【優先日】2019-03-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】519231050

【氏名又は名称】ヴィシェイ アドヴァンスド テクノロジーズ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100080791

【弁理士】

【氏名又は名称】高島 一

(74)【代理人】

【識別番号】100136629

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 光宜

(74)【代理人】

【識別番号】100125070

【弁理士】

【氏名又は名称】土井 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100121212

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 弥栄子

(74)【代理人】

【識別番号】100174296

【弁理士】

【氏名又は名称】當麻 博文

(74)【代理人】

【識別番号】100137729

【弁理士】

【氏名又は名称】赤井 厚子

(74)【代理人】

【識別番号】100151301

【弁理士】

【氏名又は名称】戸崎 富哉

(74)【代理人】

【識別番号】100170184

【弁理士】

【氏名又は名称】北脇 大

(72)【発明者】

【氏名】アモス ヘルコウィッツ

(72)【発明者】

【氏名】オフィル サドリー

(72)【発明者】

【氏名】ギラード ヤロン

【審査官】飯村 悠斗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１１１３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８５０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４７６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０６４２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１６２５８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

小型ひずみゲージであって、当該小型ひずみゲージは：
変形可能な基板と；
少なくとも１つの導電パターンと；
前記導電パターンを覆って形成された電気絶縁層と；
前記電気絶縁層を覆って形成され、かつ、前記導電パターンを少なくとも部分的に覆う少なくとも１つの電気接続パッドと；
前記電気絶縁層を通過して延び、かつ、前記導電パターンを前記の少なくとも１つの電気接続パッドに電気的に接続する少なくとも１つのビアとを有し、
当該小型ひずみゲージの特徴は、前記の少なくとも１つの導電パターンが、前記の変形可能な基板上に形成されており、前記の少なくとも１つの導電パターンが、接着剤によって、または、鋳造技術を用いて前記の変形可能な基板に接着されていることである、
前記小型ひずみゲージ。

【請求項2】

前記の変形可能な基板と前記の少なくとも１つの電気接続パッドとが、相互に平行な平面にある、請求項１に記載の小型ひずみゲージ。

【請求項3】

前記の少なくとも１つの導電パターンと前記の少なくとも１つの電気接続パッドとが、相互に平行な平面にある、請求項１に記載の小型ひずみゲージ。

【請求項4】

小型ひずみゲージであって、当該小型ひずみゲージは：
第１の平面に配置された変形可能な基板と；
少なくとも１つの導電パターンと；
前記導電パターンを覆って配置された電気絶縁層と；
前記の第１の平面に対して垂直方向に少なくとも部分的に前記の第１の平面から空間的に離間した第２の平面に配置された少なくとも１つの電気接続パッドと；
前記電気絶縁層を通過して延び、かつ、前記導電パターンを前記の少なくとも１つの電気接続パッドに電気的に接続する少なくとも１つのビアとを有し、
当該小型ひずみゲージの特徴は、前記の少なくとも１つの導電パターンが、前記の変形可能な基板上に形成されており、前記の少なくとも１つの導電パターンが、接着剤によって、または、鋳造技術を用いて前記の変形可能な基板に接着されていることである、
前記小型ひずみゲージ。

【請求項5】

前記の少なくとも１つの導電パターンと前記の少なくとも１つの電気接続パッドとが、相互に平行な平面にある、請求項４に記載の小型ひずみゲージ。

【請求項6】

前記の少なくとも１つの電気接続パッドが、前記導電パターンを少なくとも部分的に覆う、請求項４に記載の小型ひずみゲージ。

【請求項7】

ひずみゲージであって、当該ひずみゲージは：
変形可能な基板と；
前記の変形可能な基板上に形成された少なくとも２つの導電パターンと；
前記の少なくとも２つの導電パターンを覆って形成された少なくとも１つの第１の電気絶縁層と；
前記の少なくとも１つの第１の電気絶縁層を覆って形成され、かつ、前記の少なくとも２つの導電パターンを電気的に相互接続する少なくとも１つの電気相互接続線と；
前記の少なくとも１つの電気相互接続線を覆って形成された少なくとも１つの第２の電気絶縁層と；
前記の少なくとも１つの電気絶縁層を覆って形成され、かつ、前記導電パターンを少なくとも部分的に覆う少なくとも２つの電気接続パッドと；
前記の少なくとも１つの第１の電気絶縁層を通過して延び、かつ、前記の少なくとも２つの導電パターンを前記の少なくとも１つの電気相互接続線に電気的に接続する少なくとも１つの第１のビアと；
前記の少なくとも１つの第２の電気絶縁層を通過して延び、かつ、前記の少なくとも１つの電気相互接続線を前記の少なくとも２つの電気接続パッドと電気的に接続する少なくとも１つの第２のビアとを有する、
前記ひずみゲージ。

【請求項8】

前記の少なくとも２つの導電パターンが、接着剤によって、または、鋳造技術を用いて前記の変形可能な基板に接着されている、請求項７に記載のひずみゲージ。

【請求項9】

前記の変形可能な基板と前記の少なくとも２つの電気接続パッドとが、相互に平行な平面にある、請求項７に記載のひずみゲージ。

【請求項10】

前記の少なくとも２つの導電パターンと前記の少なくとも２つの電気接続パッドとが、相互に平行な平面にある、請求項７に記載のひずみゲージ。

【請求項11】

ひずみゲージであって、当該ひずみゲージは：
第１の平面に配置された変形可能な基板と；
前記の変形可能な基板上に形成された少なくとも２つの導電パターンと；
前記の少なくとも２つの導電パターンを覆って形成された少なくとも１つの第１の電気絶縁層と；
前記の少なくとも１つの第１の電気絶縁層を覆って形成され、かつ、前記の少なくとも２つの導電パターンを電気的に相互接続する少なくとも１つの電気相互接続線と；
前記の少なくとも１つの電気相互接続線を覆って形成された少なくとも１つの第２の電気絶縁層と；
前記の第１の平面に対して垂直方向に少なくとも部分的に前記の第１の平面から空間的に離間した第２の平面に配置された少なくとも２つの電気接続パッドと；
前記の少なくとも１つの第１の電気絶縁層を通過して延び、かつ、前記の少なくとも２つの導電パターンを前記の少なくとも１つの電気相互接続線に電気的に接続する少なくとも１つの第１のビアと；
前記の少なくとも１つの第２の電気絶縁層を通過して延び、かつ、前記の少なくとも１つの電気相互接続線を前記の少なくとも２つの電気接続パッドと電気的に接続する少なくとも１つの第２のビアとを有する、
前記ひずみゲージ。

【請求項12】

前記の少なくとも１つの第１のビアが、前記の第１および第２の平面の間の第３の平面に沿って延びる、請求項１１に記載のひずみゲージ。

【請求項13】

前記の少なくとも１つの導電パターンが、接着剤によって、または、鋳造技術を用いて前記の変形可能な基板に接着されている、請求項１１に記載のひずみゲージ。

【請求項14】

前記の少なくとも１つの導電パターンが、接着剤によって、または、鋳造技術を用いて前記の変形可能な基板に接着されている、請求項１２に記載のひずみゲージ。

【請求項15】

前記の少なくとも２つの導電パターンと前記の少なくとも２つの電気接続パッドとが、相互に平行な平面にある、請求項１１に記載のひずみゲージ。

【請求項16】

前記の少なくとも２つの導電パターンと前記の少なくとも２つの電気接続パッドとが、相互に平行な平面にある、請求項１２に記載のひずみゲージ。

【請求項17】

前記の少なくとも１つの電気接続パッドが、前記導電パターンを少なくとも部分的に覆う、請求項１１に記載のひずみゲージ。

【請求項18】

前記の少なくとも１つの電気接続パッドが、前記導電パターンを少なくとも部分的に覆う、請求項１２に記載のひずみゲージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明の分野
本発明は、概してひずみゲージに関する。

【背景技術】

【0002】

発明の背景
本技術分野では、種々のタイプのひずみゲージが知られている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、改善されたひずみゲージを提供することを求める。

【課題を解決するための手段】

【0004】

したがって、本発明の好ましい実施形態によれば、ひずみゲージが提供され、当該ひずみゲージは、変形可能な基板と、該変形可能な基板上に形成された少なくとも１つの導電パターンと、該導電パターンを覆って形成された電気絶縁層と、該電気絶縁層を覆って形成され、かつ、該導電パターンを少なくとも部分的に覆う少なくとも１つの電気接続パッドと、該電気絶縁層を通過して延び、かつ、該導電パターンを該少なくとも１つの電気接続パッドに電気的に接続する少なくとも１つのビア（ｖｉａ；バイア）とを含む。

【0005】

また、本発明の別の好ましい実施形態によれば、ひずみゲージが提供され、当該ひずみゲージは、第１の平面（ｐｌａｎｅ）に配置された変形可能な基板と、該変形可能な基板上に形成された導電パターンと、該導電パターンを覆って形成された電気絶縁層と、該第１の平面に対して垂直方向に少なくとも部分的に該第１の平面から空間的に離間した第２の平面に配置された少なくとも１つの電気接続パッドと、該電気絶縁層を通過して延び、かつ、該導電パターンを該少なくとも１つの電気接続パッドに電気的に接続する少なくとも１つのビアとを含む。

【0006】

本発明の好ましい実施形態によれば、当該ひずみゲージは小型ひずみゲージである。

【0007】

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの導電パターンは、接着剤によって変形可能な基板に接着されている。代替的には、少なくとも１つの導電パターンは、鋳造技術を用いて変形可能な基板に接着されている。

【0008】

好ましくは、変形可能な基板と少なくとも１つの電気接続パッドとは、相互に平行な平面にある。

【0009】

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの導電パターンと少なくとも１つの電気接続パッドとは、相互に平行な平面にある。

【0010】

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの電気接続パッドは、導電パターンを少なくとも部分的に覆う。

【0011】

さらに、本発明のさらに別の好ましい実施形態によれば、ひずみゲージが提供され、当該ひずみゲージは、変形可能な基板と、該変形可能な基板上に形成された少なくとも２つの導電パターンと、該少なくとも２つの導電パターンを覆って形成された少なくとも１つの第１の電気絶縁層と、該少なくとも１つの第１の電気絶縁層を覆って形成され、かつ、該少なくとも２つの導電パターンを電気的に相互接続する少なくとも１つの電気相互接続線と、該少なくとも１つの電気相互接続線を覆って形成された少なくとも１つの第２の電気絶縁層と、該少なくとも１つの電気絶縁層を覆って形成され、かつ、該導電パターンを少なくとも部分的に覆う少なくとも２つの電気接続パッドと、該少なくとも１つの第１の電気絶縁層を通過して延び、かつ、該少なくとも２つの導電パターンを該少なくとも１つの電気相互接続線に電気的に接続する少なくとも１つの第１ビアと、該少なくとも１つの第２の電気絶縁層を通過して延び、かつ、該少なくとも１つの電気接続線を該少なくとも２つの電気接続パッドと電気的に接続する少なくとも１つの第２のビアとを含む。

【0012】

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも２つの導電パターンは、接着剤によって変形可能な基板に接着されている。代替的には、少なくとも２つの導電パターンは、鋳造技術を用いて変形可能な基板に接着されている。

【0013】

好ましくは、変形可能な基板と少なくとも２つの電気接続パッドとは、相互に平行な平面にある。

【0014】

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも２つの導電パターンと少なくとも２つの電気接続パッドとは、相互に平行な平面にある。

【0015】

なおもさらに、本発明のさらに別の好ましい実施形態によれば、ひずみゲージが提供され、当該ひずみゲージは、第１の平面に配置された変形可能な基板と、該変形可能な基板上に形成された少なくとも２つの導電パターンと、該少なくとも２つの導電パターンを覆って形成された少なくとも１つの第１の電気絶縁層と、該少なくとも１つの第１の電気絶縁層を覆って形成され、かつ、該少なくとも２つの導電パターンを電気的に相互接続する少なくとも１つの電気相互接続線と、該少なくとも１つの電気相互接続線を覆って形成された少なくとも１つの第２の電気絶縁層と、該第１の平面に対して垂直方向に少なくとも部分的に該第１の平面から空間的に離間した第２の平面に配置された少なくとも２つの電気接続パッドと、該少なくとも１つの第１の電気絶縁層を通過して延び、かつ、該少なくとも２つの導電パターンを該少なくとも１つの電気相互接続線に電気的に接続する少なくとも１つの第１ビアと、該少なくとも１つの第２の電気絶縁層を通過して延び、かつ、該少なくとも１つの電気接続線を該少なくとも２つの電気接続パッドと電気的に接続する少なくとも１つの第２のビアとを含む。

【0016】

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの第１のビアは、第１および第２の平面の間の第３の平面に沿って延びる。

【0017】

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの導電パターンは、接着剤によって変形可能な基板に接着されている。代替的には、少なくとも１つの導電パターンは、鋳造技術を用いて変形可能な基板に接着されている。

【0018】

好ましくは、少なくとも２つの導電パターンと少なくとも２つの電気接続パッドとは、相互に平行な平面にある。

【0019】

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの電気接続パッドは、導電パターンを少なくとも部分的に覆う。

【図面の簡単な説明】

【0020】

本発明は、図面とともに考慮した、次の詳細な説明からいっそう完全に理解および把握されるであろう。

【0021】

【図1】図１は、本発明の好ましい実施形態により構成され、かつ、有効であるひずみゲージの簡略図であり、かつ、平面部分と、線Ｉ－Ｉに沿ってとった断面部分とを含む。

【図2】図２は、本発明の別の好ましい実施形態により構成され、かつ、有効であるひずみゲージの簡略図であり、かつ、平面部分と、線ＩＩ－ＩＩに沿ってとった断面部分とを含む。

【発明を実施するための形態】

【0022】

好ましい実施形態の詳細な説明
ここで図１を参照すると、該図は、本発明の好ましい実施形態により構成され、かつ、有効であるひずみゲージの簡略図である。

【0023】

図１に見られるように、当該ひずみゲージは、好ましくは、変形可能な基板１００を含み、該変形可能な基板１００は、典型的にはポリマーで形成され、かつ、好ましくはポリイミドで形成され、厚さは７～５０ミクロンである。典型的には、変形可能な基板１００は、第１の平面１０２にある。

【0024】

変形可能な基板１００の上には、典型的には結合、リソグラフィーおよび化学的手法のうちの少なくとも１つによって、少なくとも１つの導電パターン１１０が形成される。１つの実施形態では、導電パターン１１０は、好ましくは厚さが約２ミクロンであるエポキシの薄い層１１２によってポリイミド膜に接着されている。典型的には、エポキシ層１１２は、第２の平面１１４にある。

【0025】

別の実施形態では、ポリイミドの変形可能な基板１００は、エポキシ接着剤の使用を伴わずに、導電パターン１１０を覆って鋳造される。図１の実例では、単一の導電パターン１１０のみが示されているが、多数の導電パターン１１０が単一の変形可能な基板１００の上に形成されてもよいことが把握される。典型的には、導電パターン１１０は、第３の平面１１６にある。

【0026】

導電パターン１１０は、好ましくは金属合金で形成され、典型的にはニッケル銅合金であるコンスタンタンで形成され、または、代替的にはニッケルクロム合金もしくは任意のその他の適切な金属で形成され、かつ、好ましくは２．５～５ミクロンの厚さを有する。それは、好ましくはリソグラフィー技法によってパターニングされ、好ましくは１０～４０ミクロンのピッチを有する概して平行な細長い線の連続的で隣り合ったアレイを定める。アレイの両端が、一対の内部接続パッド１１８（これもまた、第３の平面１１６にある）と一体的に接続される。

【0027】

導電パターン１１０を覆って形成されるのが、典型的にはエポキシで形成され、典型的には厚さが１０～１２ミクロンである電気絶縁層１２０である。電気絶縁層１２０は、典型的には、第１の平面１０２、第２の平面１１４および第３の平面１１６に対して平行な、第４の平面１２２にある。

【0028】

電気絶縁層１２０を覆って、典型的にはスパッタリング、蒸着メッキもしくは浸漬メッキまたはそれらの任意の適切な組み合わせによって一対の電気接続パッド１３０が形成され、かつ、導電パターン１１０および内部接続パッド１１８を少なくとも部分的に覆う。電気接続パッド１３０は、平面１０２、１１４、１１６および１２２に対して平行な、第５の平面１３２にある。

【0029】

一対の電気接続パッド１３０がそれぞれ、電気絶縁層１２０を通過して延びるビア１５０によって一対の内部接続パッド１１８のうちの対応する１つに電気的に接続されることは、本発明のある実施形態の際立った特徴である。ビア１５０は、好ましくは、リソグラフィー技法により電気絶縁層１２０に形成された開口部を通してメッキすることによって形成される。ビア１５０は、典型的には、第４の平面１２２にある。

【0030】

図１のひずみゲージは、曲げられ得、延伸され得、圧縮され得、または、そうでなければ非平面状であるように構成され得ることが把握される。

【0031】

ここで図２を参照すると、該図は、本発明の別の好ましい実施形態により構成され、かつ、有効であるひずみゲージの簡略図である。

【0032】

図２に見られるように、当該ひずみゲージは、好ましくは、変形可能な基板２００を含み、該変形可能な基板２００は、典型的にはポリマーで形成され、かつ、好ましくはポリイミドで形成され、厚さは７～５０ミクロンである。典型的には、変形可能な基板２００は、第１の平面２０２にある。

【0033】

変形可能な基板２００の上には、少なくとも１つの導電パターン２１０が形成される。１つの実施形態では、導電パターン２１０は、好ましくは厚さが約２ミクロンであるエポキシの薄い層２１２によってポリイミド膜に接着されている。典型的には、エポキシ層２１２は、第２の平面２１４にある。

【0034】

別の実施形態では、ポリイミドの変形可能な基板２００は、エポキシ接着剤の使用を伴わずに、導電パターン２１０を覆って鋳造される。

【0035】

図２の示された実施形態では、４つの導電パターン２１０が閉じたホイートストンブリッジ回路構成において接続されて示されているが、多数の導電パターン２１０が任意の適切な電気回路構成にて単一の変形可能な基板２００の上に形成されてもよいことが把握される。典型的には、導電パターン２１０は、平面２０２および２１４に対して平行な、第３の平面２１６にある。

【0036】

導電パターン２１０はそれぞれ、好ましくは金属合金で形成され、典型的にはニッケル銅合金であるコンスタンタンで形成され、または、代替的にはニッケルクロム合金もしくは任意のその他の適切な金属で形成され、かつ、好ましくは２．５～５ミクロンの厚さを有する。それらはそれぞれ、好ましくはリソグラフィー技法によってパターニングされ、好ましくは１０～４０ミクロンのピッチを有する概して平行な細長い線の連続的で隣り合ったアレイを定める。各アレイの両端が、それぞれ一対の内部接続パッド２１８（これもまた、第３の平面２１６にある）と一体的に接続される。

【0037】

導電パターン２１０を覆って形成されるのが、典型的にはエポキシで形成され、典型的には厚さが１０～１２ミクロンである第１の電気絶縁層２２０である。第１の電気絶縁層２２０は、典型的には、第１の平面２０２、第２の平面２１４および第３の平面２１６に対して平行な、第４の平面２２２にある。

【0038】

第１の電気絶縁層２２０を覆って、典型的にはスパッタリング、蒸着メッキまたは浸漬メッキによって複数の電気相互接続線２３０が形成され、かつ、導電パターン２１０および内部接続パッド２１８を少なくとも部分的に覆う。電気相互接続線２３０は、平面２０２、２１４、２１６および２２２に対して平行な、第５の平面２３２にある。電気相互接続線２３０は、種々の導電パターン２１０の内部接続パッド２１８を相互接続する。

【0039】

内部接続パッド２１８がそれぞれ、第１の電気絶縁層２２０を通過して延びるビア２５０によって対応する電気相互接続線２３０に電気的に接続されることは、本発明のある実施形態の際立った特徴である。ビア２５０は、好ましくは、リソグラフィー技法により第１の電気絶縁層２２０に形成された開口部を通してメッキすることによって形成される。ビア２５０は、典型的には、第４の平面２２２にある。

【0040】

電気相互接続線２３０を覆って形成されるのが、典型的にはエポキシで形成され、典型的には厚さが１０～１２ミクロンである第２の電気絶縁層２６０である。第２の電気絶縁層２６０は、典型的には、平面２０２、２１４、２１６、２２２および２３２に対して平行な、第６の平面２６２にある。

【0041】

第２の電気絶縁層２６０を覆って、典型的にはスパッタリング、蒸着メッキもしくは浸漬メッキまたはそれらの任意の適切な組み合わせによって複数の電気接続パッド２８０が形成され、かつ、導電パターン２１０、内部接続パッド２１８および電気相互接続線２３０を少なくとも部分的に覆う。電気接続パッド２８０は、典型的には、平面２０２、２１４、２１６、２２２、２３２および２６２に対して平行な、第７の平面２８２にある。

【0042】

一対の電気接続パッド２８０がそれぞれ、第２の電気絶縁層２６０を通過して延びるビア２９０によって電気相互接続線２３０のうちの対応する１つに電気的に接続されることは、本発明のある実施形態の際立った特徴である。ビア２９０は、好ましくは、リソグラフィー技法により電気絶縁層２６０に形成された開口部を通してメッキすることによって形成される。ビア２９０は、典型的には、第６の平面２６２にある。

【0043】

図２のひずみゲージは、曲げられ得、延伸され得、圧縮され得、または、そうでなければ非平面状であるように構成され得ることが把握される。

【0044】

図２に示されている一般的なタイプのひずみゲージは、追加の電気絶縁層および追加の電気導電線を有して形成され、追加の機能を提供してもよい（例えば、ひずみゲージに抵抗器を含んでもよい）こともまた把握される。

【0045】

種々の導電パターン間の相互接続は、開いたホイートストンブリッジ、ハーフブリッジ、クォーターブリッジまたはロゼットのような任意の適切な相互接続であってもよいことがさらに把握される。

【0046】

本発明は、上記で特に示され、かつ、説明されたものに限定されないことが当業者によって把握されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書に記載の種々の特徴の組み合わせおよび部分的組み合わせの両方ならびに先行技術にはないその修正を含む。

【図1】

【図2】