应变传感器及其制造方法技术

一种应变传感器，具有金属基板、在金属基板上形成的第一电极、在第一电极上形成的玻璃层、在玻璃层上形成的第二电极以及应变感应电阻。以低成本提供的这种应变传感器，提高了金属基板和第二电极之间的绝缘电阻，并具有高可靠性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种由应变感应电阻的应变检测出，由人体体重或汽车等车辆的重量等引起的外力的应变传感器。
技术介绍
在特开2000-180255号公报中提出的以往应变传感器由1个玻璃层和1个保护膜玻璃层构成。以下，参照附图说明以往的应变传感器。图7是以往的应变传感器的俯视图。在金属基板1的一端侧设置第1固定孔20，同时在另一端侧设置第2固定孔21，并且约在中央设置检测孔22。在金属基板1的上面设置玻璃层2，并且在玻璃层2上面设置4个应变感应电阻6。通过把应变感应电阻6与布线11和第2电极5电连接，构成电桥电路。另外，应变感应电阻6和第2电极5是由保护膜玻璃层7a、7b保护起来。图8是以往的应变传感器的剖视图。图8表示相当于图7的A-A’部分的剖面。因玻璃层2a、2b、2c是由相同的硼硅酸铅类玻璃构成，所以烧结后被一体化，无法判别各自。图8中，在玻璃层2a、2b、2c之间引入虚线，简单地将它们区别开。另外，圆空穴9是在烧结后的玻璃层2a、2b、2c的内部无规则产生的。图8中将玻璃层作为3层来表示的原因是因为在特开平09-243472号公报中提出了，代替搪瓷或结晶玻璃而使用20μm厚的硼硅酸铅类的玻璃膏，将其进行3次印刷烧结(将印刷和烧结交替反复3次)而形成多层绝缘层。下面，使用图7说明以往的应变传感器的组装方法。首先，在预先准备的金属基板1的上面丝网印刷玻璃膏之后，在约850℃烧结，而在金属基板1上面形成玻璃层2。然后，在玻璃层2上面丝网印刷由Ag和Pt构成的导电性膏。接着，在约850℃烧结，在玻璃层2上面形成布线11或第2电极5。接着，印刷Ru系电阻膏，以使其覆盖玻璃层2和第2电极5的一部分，然后在约850℃烧结，形成应变传感器6。最后通过在玻璃层2、布线11、应变传感器6上丝网印刷玻璃膏并烧成，而形成保护膜玻璃层7a、7b。这时，如果预先在保护膜玻璃层的图形上形成窗口，则能够在从该窗口露出的布线11上封装芯片部件或半导体。下面说明采用以上构成的以往应变传感器的工作。将金属基板1上的第一固定孔20和第二固定孔21，通过螺栓(未图示)和螺母(未图示)固定在固定部件(未图示)上之后，把检测部件(未图示)固定在检测孔22中。另外，由于从上方向检测部件作用的外力F，金属基板1变形。其结果，在设置于金属基板1上面的应变感应电阻6产生压缩应力或拉伸应力，各应变感应电阻6的电阻值发生变化。应变感应电阻6通过布线11构成电桥电路，通过在此检测出的差动电压，检测出作用于检测部件(未图示)上的外力F。图4A是表示图7和图8中所示的以往应变传感器的玻璃层数和绝缘电阻之间关系的图。由图4A可知，玻璃层数为3层、4层这样多时，绝缘电阻是109～1011。但是，玻璃层数为2层时，绝缘电阻下降至106～1010的范围。玻璃层数为1层时，绝缘电阻将更下降。并且，在玻璃层为1层时实测的绝缘电阻是几乎小于1Ω的短路状态，极少一部分为数百KΩ。在图4A的曲线上，简单地把玻璃层为1层时的绝缘电阻表示为105。这样，以往结构的情况下存在玻璃层越少(或者是越薄)绝缘电阻越急剧下降，同时还存在着所谓偏差大的可靠性差的问题。另外，因实用时需要应变传感器的绝缘电阻在109以上，所以如果采用以往的结构的话，需要3层以上的玻璃层。因此存在成品的成本变高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应变传感器，该应变传感器具有金属基板、在所述金属基板上形成的第一电极、在所述第一电极上形成的玻璃层、在所述玻璃层上形成的第二电极以及应变感应电阻。附图说明图1是说明本专利技术的应变传感器结构的剖视图。图2A～图2D是说明以往应变传感器的制造方法的图。图3A～图3D是说明本专利技术的应变传感器的制造方法的图。图4A、图4B是玻璃层的层数和绝缘电阻的关系图。图5A、图5B是说明烧结中的金属基板和第二电极之间电压的图。图6是说明第一电极的图形形状的剖视图。图7是以往应变传感器的俯视图。图8是以往应变传感器的剖视图。实施专利技术的最佳方式(实施方式1)图1是表示本专利技术实施方式的应变传感器的结构的图。另外，该图为示意图，并没有在尺寸上准确地表示出每个位置。在金属基板1上形成第一电极12，进而通过玻璃层2，形成第二电极5和与第二电极5连接的应变感应电阻6、布线11。另外，布线11以给定的图形与第二电极5连接。此外，设有保护膜玻璃层7。圆空穴9是在烧结工序中产生的空穴。图7的以往例和图1的本专利技术之间的很大差异在于，在金属基板1和玻璃层2之间是否形成有第一电极12。本专利技术中，通过在第二电极5或布线11和金属基板1之间插入第一电极12，能够使第二电极5以及布线11和金属基板1之间的绝缘电阻保持得高。其结果，可大幅度降低产生短路的缺陷。下面，利用图2A～图4B，进一步说明其制造方法。图2A～图2D是说明以往应变传感器的制造方法的图。图2A表示金属基板1。另外，金属基板1的形状可以根据需要使用各种形状。接着，如图2B中所示，在金属基板1上形成玻璃层2。这里作为形成玻璃层的方法，丝网印刷市售的玻璃膏，在850℃的带式烧结炉进行烧结。进而形成图2C中所示的玻璃层3。通过这样把玻璃层1层以上即多层化，可防止印刷时产生小孔等。然后，如图2D所示，在由数层构成的玻璃层上形成第二电极5。在实际的应变传感器的制造工序中，第二电极5具有复杂的图形形状，进而在其上形成应变感应电阻或保护层，从而成为应变传感器的成品。此外，图2D显示了用绝缘电阻计13测定第二电极5和金属基板1之间绝缘电阻的状态。图3是用于说明实施方式1的本专利技术的应变传感器的制造方法的图。图3A是在金属基板1上形成第一电极12的图。金属基板1是厚度为2mm的不锈钢基板。这里，第一电极12是把以银作为主体的电极油墨，通过丝网印刷法，在金属基板上以给定的图形进行印刷，使用带式炉在850℃烧结而形成。然后如图3B所示，在第一电极12上形成玻璃层2、3。接着，如图3C所示，在该玻璃层3上形成第二电极5。对这样形成的样品，如图3D所示，利用绝缘电阻计13，测定第二电极5和金属基板1之间或者是第二电极5和第一电极12之间的绝缘电阻。图4A、图4B表示了在图2或图3中说明的样品的玻璃层的层数和绝缘电阻之间的关系。X轴是玻璃层的数。Y轴是绝缘电阻，其单位是Ω。外推线15是近似多个测定数据14而做成的。图4A表示了在图2A～图2D中表示的以往结构(相当于图7)中的第二电极5和金属基板1之间的绝缘电阻。由图4A可知，虽然在玻璃层数为3层、4层这样多时绝缘电阻高，但随着层数的减少，绝缘电阻急剧下降。图4A表示了虽然形成多个玻璃层以使玻璃层的小孔的影响小，但绝缘电阻的偏差很大。图4B是，在图3A至图3D中表示的本专利技术(相当于图1)结构上第二电极5和金属基板1之间的绝缘电阻。由图4B可判断玻璃层数为1层～4层时绝缘电阻在1010～1011。另外，当玻璃层数以3层、2层、1层逐渐减少时，观察到绝缘电阻有些下降，但可以判断即使玻璃层数为1层，绝缘电阻也是1010以上。这样，图4B的情况下，如果玻璃层数在1层以上，则能够得到充分的绝缘电阻。另外，为了抑制由于灰尘等产生小孔，也可以设置多层玻璃层。接着，分别改变第一电极12和第二电极5材料，进行与图2A～图4B相同的试验。结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应变传感器，具有金属基板、在所述金属基板上形成的第一电极、在所述第一电极上形成的玻璃层、在所述玻璃层上形成的第二电极以及应变感应电阻。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中尾惠一，水上行雄，石田裕昭，乙部敏郎，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]