CN101506636B - 利用半导体基板的力传感器 - Google Patents

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Abstract

一种力传感器(1)，该力传感器包括：力传感器芯片(2)，该力传感器芯片包括作用部(21)、布置有应变电阻元件的连接部(23)和支撑作用部(21)和连接部(23)的支撑部(22)；衰减器(3)，该衰减器包括供输入外力的输入部(30)、用于固定力传感器芯片(2)的固定部(32)和用于衰减外力并将衰减后的外力传递至作用部(21)的传递部(31)；布置在作用部(21)和传递部(31)之间的第一玻璃构件(11)和布置在支撑部(22)和固定部(32)之间的第二玻璃构件(12)，力传感器芯片(2)和衰减器(3)通过玻璃构件(11，12)相接合。单个或多个玻璃梁(13)将第一玻璃构件(11)和第二玻璃构件(12)接合在一起形成单个构件。

Description

利用半导体基板的力传感器
技术领域
本发明涉及一种力传感器和用于制造该力传感器的方法，更具体地说，本发明涉及这样一种力传感器和用于制造该力传感器的方法，其中在通过玻璃构件接合力传感器芯片和衰减器时便于玻璃构件的定位，并且在力传感器芯片和衰减器在通过阳极键合而接合时防止接合强度降低。
背景技术
传统上，在工业机器人等中采用多轴力传感器来精确地测量在机器人动作期间施加至机器人的外力的大小和方向，以便执行控制使机器人在该控制作用下适当并灵活地响应该外力。
作为多轴力传感器，例如已经公知一种利用应变电阻元件(压电电阻元件)特性的力传感器，其中，电阻值根据所施加的外力引起的微小应变(压缩、拉伸)而变化(例如，参见日本未审专利公开No.2003-207405和No.2003-254843，本文通过引用将其全部公开内容结合于此)。
多轴力传感器具有通过半导体制造工艺在半导体基板上形成的力传感器芯片、以及由金属构件制成的用于容纳和固定力传感器芯片的衰减器。
具体地说，在力传感器芯片中，围绕所施加的外力会传递到的作用部适当地布置应变电阻元件，并将应变电阻元件由于外力而引起的电阻值变化检测为电信号，该电信号代表外力的大小和方向。如果所施加的外力直接传递至应变电阻元件，并且如果该外力非常大，则力传感器芯片可能被损坏。为了在不造成损坏的情况下接收各种大小的外力，引入了衰减器，以将所施加的外力衰减到适当大小再传递至力传感器芯片。
尽管存在各种衰减器，但在典型的衰减器中，力传感器芯片由固定部从下方保持，并且以外力可从上传递部传递至力传感器芯片的方式接合至下固定部和上传递部。
在这种情况下，如果形成在半导体基板上的力传感器芯片与由金属构件制成的衰减器直接接合，就会出现诸如包括电源泄漏的电气危害、两个构件由于这两个构件之间的热膨胀系数差异而在接合部分离、以及热应变之类的问题，所有这些问题都会降低检测精度。
为了克服这些问题，一些传统技术从绝缘特性和热膨胀系数的角度引入了大体积(大块)玻璃板作为力传感器芯片和衰减器之间的界面，该玻璃板的厚度与半导体基板的厚度近似相同。为了将玻璃板接合至力传感器芯片和衰减器，向其接合面施加环氧树脂粘合剂，或者通过阳极键合而使接合面化学地结合。在阳极键合中，在加热对象物时在玻璃板侧向该对象物施加负电压，在待接合的目标上施加正电压，以使诸如Na+之类的碱离子从玻璃板迁移至目标。待接合至目标的玻璃板的典型厚度为大约0.1至几毫米。
下面参照图19A至19D详细描述传统的阳极键合方法。图19A至图19D示出了在力传感器芯片和衰减器之间存在玻璃板的情况下在力传感器芯片和衰减器的接合部进行阳极键合的步骤，其中图19A表示玻璃板和衰减器的接合，图19B表示接合有玻璃板的衰减器与力传感器芯片的接合，图19C和图19D是表示对特定衰减器应用阳极键合的情况的剖视图，其中图19C表示玻璃板和衰减器的接合，图19D表示接合有玻璃板的衰减器与力传感器芯片的接合。
如上所述，在阳极键合中，在玻璃板上向对象物施加负电压，在接合目标上施加正电压。因此，在首先使衰减器和玻璃板接合时，如图19A所示，在玻璃板100上向对象物施加负电压，在衰减器300上向对象物施加正电压。然后，如图19B所示，当通过阳极键合使接合有玻璃板100的衰减器300的复合体和力传感器芯片200接合时，在衰减器300侧施加负电压，从而在接合部600的玻璃板100侧施加负电压，并且在力传感器芯片200上施加正电压。
参照力传感器1000描述阳极键合的具体实施例。如图19C和19D所示，例如，当衰减器300通过阳极键合(参见图19C)借助于接合部510和接合部520分别与第一玻璃构件110和第二玻璃构件120接合，以及力传感器芯片200通过阳极键合借助于接合部610和接合部620分别与第一玻璃构件110和第二玻璃构件120接合时，通过在第二玻璃构件120侧施加负电压而在力传感器芯片200侧施加正电压来进行阳极键合(参见图19D)。
应注意，在对该传统的阳极键合进行说明时，首先使衰减器300和玻璃板100接合，然后使玻璃板100和力传感器芯片200接合；然而，也可以首先使力传感器芯片200和玻璃板100接合，然后使玻璃板100和衰减器300接合。
然而，当在衰减器与力传感器芯片的接合部使用环氧树脂粘合剂时，粘性会由于粘合剂老化变质而变差。另外，由于衰减器上的外力引起的反复压缩和拉伸，接合表面可能变形或者粘合强度可能变小。结果出现不能精确地传递外力的微小变化的问题。
当衰减器和力传感器芯片通过阳极键合而接合时，包括固定部和传递部在内的两个部分被分开接合至衰减器，对于固定部和传递部来说都要执行玻璃构件的定位步骤和接合步骤，从而导致步骤数量冗余。特别是，应当精确地定位面向力传感器芯片的中心部的作用部，但是定位对象(接合部和玻璃板)非常小，因而定位常常很困难。
此外，在阳极键合中，向接合部500施加的电压方向在衰减器300和玻璃板100接合的情况下(图19A)与玻璃板100和力传感器芯片200接合的情况下(图19B)是相反的。结果，在接合界面中可能会由于玻璃板100中的碱离子(例如，Na+)而发生断裂，从而导致诸如接合强度降低和接合面分离之类的问题。
在首先使力传感器芯片200与玻璃板100接合然后使玻璃板100与衰减器300接合的情况下也会出现这些问题。
将参照图19C和图19D所示的力传感器芯片1000的具体实施例来描述阳极键合的上述问题。
在力传感器1000中，如图19C所示，首先在衰减器300侧施加正电压，在第一玻璃构件110侧/第二玻璃构件120侧施加负电压，以由此通过阳极键合而使衰减器300和第一玻璃构件110在接合部510处接合，使衰减器300和第二玻璃构件120在接合部520处接合。在这种阳极键合的情况下，产生了从第一玻璃构件110和第二玻璃构件120到衰减器300的电子流。应注意，接合部510、520对应于图19A中的接合部500。
随后，如图19D所示，在第二玻璃构件120侧施加负电压，在力传感器芯片200侧施加正电压，以由此通过阳极键合使第一玻璃构件110和力传感器芯片200在接合部610处接合，而使第二玻璃构件120和力传感器芯片200在接合部620处接合。在这种阳极键合的情况下，在接合部620处从第二玻璃构件120至力传感器芯片200产生电子流(正向电压)，并且同时在接合部610处从第二玻璃构件120经过衰减器300至接合部510也产生电子流e。由于衰减器300侧的负电压，第一玻璃构件110侧的正电压，所产生的电子流e意味着在接合部510处产生反向电压。因为该反向电压，在接合部510处可能会发生接合强度降低、接合面分离等，这又会导致传感器精度下降。应注意，接合部610、620对应于图19B中的接合部600。
因此，首先期望的是提供一种在通过玻璃构件使力传感器芯片和衰减器接合时便于定位玻璃构件的力传感器。
其次期望的是提供一种在通过阳极键合借助于玻璃构件使力传感器芯片和衰减器接合的情况下能够防止接合强度降低的力传感器。
发明内容
因此，在本发明的一个方面中，提供如下的力传感器。
一种力传感器，该力传感器包括：
力传感器芯片，该力传感器芯片包括：作用部，外力被传递至该作用部；连接部，该连接部与所述作用部相邻，在该连接部上布置有应变电阻元件；和支撑部，该支撑部用于支撑所述作用部和所述连接部，所述力传感器芯片通过所述应变电阻元件检测外力；
衰减器，该衰减器包括：输入外力的输入部；固定部，该固定部用于固定所述力传感器芯片；和传递部，该传递部用于衰减所述外力并将衰减后的外力传递至所述作用部；
布置在所述作用部和所述传递部之间的第一玻璃构件和布置在所述支撑部和所述固定部之间的第二玻璃构件，所述力传感器芯片和所述衰减器通过所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合；以及
接合构件，该接合构件用于将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合在一起而形成单个构件。
在根据[1]的发明中，所述接合构件设置成将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合在一起而形成单个构件。因此，两个玻璃构件可以作为单个玻璃构件来处理，并且可以减少部件数量。结果，所述第一玻璃构件、所述第二玻璃构件或所述接合构件的单次定位就使得所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件都定位，这方便了定位。另外，由于所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件在接合操作过程中能够作为单个部件来处理，因此便于进行接合。
根据[1]所述的力传感器，其中，所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件布置在所述力传感器芯片的同一侧。
在根据[2]的发明中，所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件布置在所述力传感器芯片的同一侧上。因此，所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件可以利用简单的构造而容易地接合。
根据[1]或[2]的力传感器，其中，所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件通过阳极键合而接合至所述力传感器和所述衰减器。
当所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件通过阳极键合而接合至所述力传感器芯片和所述衰减器时，通过所述接合构件以相同方式向所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件施加电压。因此，能够防止反向电压的产生，从而增强接合强度。
根据[1]至[3]中任一项所述的力传感器，其中，所述接合构件是玻璃构件。
由于所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件通过所述玻璃构件而接合，因此接合体整体可以由均质材料制成。因此，在该接合体中诸如导热系数和导电性之类的物理特性变得均匀。因而，可以降低由于热应变等而产生变形所引起的内应力，并且可以使阳极键合期间的离子流均匀，从而形成稳定的接合强度。另外，可以用单一玻璃材料雕刻出所述第一玻璃构件、所述第二玻璃构件和所述接合构件，因而可以减少部件数量以及加工步骤的数量。
根据[1]至[4]中任一项所述的力传感器，其中，所述接合构件接合至所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件但既不与所述力传感器芯片接触也不与所述衰减器接触。
通过将所述接合构件设置成不接触所述力传感器芯片和所述衰减器，使得所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件彼此直接相连，因此可以防止在阳极键合期间电源泄漏(旁路)，并且可以防止产生反向电压。
根据[1]至[5]中任一项所述的力传感器，其中，所述接合构件相对于所述第一玻璃构件或第二玻璃构件在对称位置或等角位置布置。
通过以平衡方式将所述接合构件相对于所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件布置在对称位置或等角位置，可以减少由于热应力等引起的变形而导致的内应力。另外，可以在阳极键合时向所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件施加电压，这使得离子流均匀，从而导致更稳定的接合强度。
根据[1]至[6]中任一项所述的力传感器，其中，所述作用部布置在所述力传感器芯片的中心部上，所述支撑部布置在所述力传感器芯片的周边部上，而所述连接部布置在所述作用部与所述支撑部之间。
通过将所述作用部布置在所述力传感器芯片的所述中心部上，将所述连接部布置在所述中心部的外侧，并且将所述支撑部布置在所述力传感器的周边部，衰减后的外力可以在通过所述衰减器稳定地保持所述支撑部的同时传递至所述作用部。
根据[1]至[7]中任一项所述的力传感器，其中，所述接合构件中形成有非连续部，该非连续部断开了所述第一玻璃构件与所述第二玻璃构件之间的接合并阻碍所述第一玻璃构件与所述第二玻璃构件之间的外力传递。
通过形成阻碍所述第一玻璃构件与所述第二玻璃构件之间的外力传递的非连续部，可以简化外力的传递路线。具体地说，所述外力只由传递至所述力传感器芯片的力和从所述衰减器的固定部传递至外部系统的力构成。因此，通过避免由传递至所述玻璃梁的外力引起的应力集中，可以防止所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件损坏。
设置所述接合构件具有的优点在于可以减少部件数量，并且由于所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件相接合而便于所述第一和第二玻璃构件的定位。
然而，在形成其中接合构件夹在衰减器与力传感器芯片之间的力传感器之后，所述接合构件变得不再必要。此外，可能存在这样的情况，即一部分外力从所述衰减器的固定部通过所述第二玻璃构件施加至玻璃梁。在这种情况下，会在玻璃梁中产生应力集中，从而玻璃梁以及第一和第二玻璃构件可能被损坏。
因此，在本发明中，通过形成阻碍所述第一玻璃构件与所述第二玻璃构件之间的外力传递的所述非连续部，防止了应力集中的发生，并释放了内应力，由此防止玻璃构件损坏。
在本发明的其他方面中，提供了如下的力传感器。
一种用于制造力传感器的方法，该力传感器包括：
力传感器芯片，该力传感器芯片包括：作用部，外力被传递至该作用部；连接部，该连接部与所述作用部相邻，在该连接部上布置有应变电阻元件；和支撑部，该支撑部用于支撑所述作用部和所述连接部，所述力传感器芯片通过所述应变电阻元件检测外力；
衰减器，该衰减器包括：输入外力的输入部；固定部，该固定部用于固定所述力传感器芯片；和传递部，该传递部用于衰减所述外力并将衰减后的外力传递至所述作用部；以及
玻璃构件，该玻璃构件包括布置在所述作用部和所述传递部之间的第一玻璃构件、布置在所述支撑部和所述固定部之间的第二玻璃构件、以及将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合在一起而形成单个构件的接合构件；
所述方法包括：第一阳极键合步骤，在该步骤中将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件分别接合至所述衰减器的传递部和固定部，以接合所述玻璃构件和所述衰减器；以及第二阳极键合步骤，在该步骤中将所述第一玻璃构件和第二玻璃构件分别接合至所述力传感器的作用部和支撑部，以接合所述玻璃构件和所述力传感器。
一种用于制造力传感器的方法，该力传感器包括：
力传感器芯片，该力传感器芯片包括：作用部，外力被传递至该作用部；连接部，该连接部与所述作用部相邻，在该连接部上布置有应变电阻元件；和支撑部，该支撑部用于支撑所述作用部和所述连接部，所述力传感器芯片通过所述应变电阻元件检测外力；
衰减器，该衰减器包括：输入外力的输入部；固定部，该固定部用于固定所述力传感器芯片；和传递部，该传递部用于衰减所述外力并将衰减后的外力传递至所述作用部；以及
玻璃构件，该玻璃构件包括布置在所述作用部和所述传递部之间的第一玻璃构件、布置在所述支撑部和所述固定部之间的第二玻璃构件、以及将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合在一起而形成单个构件的接合构件；
所述方法包括：第一阳极键合步骤，在该步骤中将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件分别接合至所述力传感器的作用部和支撑部，以接合所述玻璃构件和所述力传感器；以及第二阳极键合步骤，在该步骤中将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件分别接合至所述衰减器的传递部和固定部，以接合所述玻璃构件和所述衰减器。
根据[9]或[10]所述的用于制造力传感器的方法，该方法还包括在所述第二阳极键合步骤之后在所述接合构件中形成非连续部的步骤，该非连续部阻碍外力从所述第一玻璃构件传递至所述第二玻璃构件。
通过在第二阳极键合步骤之后形成阻碍外力从第一玻璃构件传递至第二玻璃构件的非连续部，避免了由于通过玻璃构件传递的一部分力而引起的内应力的积累，由此防止第一和第二玻璃构件损坏。
根据[11]所述的用于制造力传感器的方法，其中，形成非连续部的步骤为利用激光束切割所述接合构件的步骤。
通过利用激光束切割接合构件，能够将作用在诸如第一和第二玻璃构件之类的其他构件上的应力降至最低，否则在形成非连续部期间会在第一和第二玻璃构件上施加这种应力。
因此，首先，在根据本发明的力传感器及其制造方法中，当通过玻璃构件接合力传感器芯片和衰减器时能够便于玻璃构件的定位。
其次，在根据本发明的力传感器及其制造方法中，能够防止在力传感器芯片和衰减器利用阳极键合通过玻璃构件而接合时接合强度的降低。
通过参照附图详细描述图示的非限制性实施方式将更清楚本发明的各种方面、其他优点和进一步的特征。
附图说明
图1A和图1B示出了根据本发明的力传感器的示意性架构，其中图1A为外部立体图，图1B为表示内部结构的剖视立体图。
图2是示意性地表示外力被衰减后传递至力传感器芯片的状态的剖视立体图。
图3是示意性地表示根据本发明第一实施方式的玻璃构件的连接状态的剖视图。
图4A和图4B示出了根据本发明第一实施方式的玻璃构件的构造，其中图4A是平面图，图4B是剖视图。
图5示出了根据本发明实施方式的玻璃构件的其他构造，其中(a-1)至(c-1)是平面图，(a-2)至(c-2)是剖视图。
图6A是表示根据本发明实施方式的力传感器的衰减器和玻璃构件的阳极键合期间电压施加方向的剖视图，而图6B是表示玻璃构件和力传感器芯片的阳极键合期间电压施加方向的剖视图。
图7是示出根据本发明实施方式的力传感器芯片的示意性架构的平面图。
图8是说明根据本发明实施方式的力传感器芯片的主要部件的细节的平面图。
图9A是表示半桥电路的电路图，该半桥电路示出了在根据本发明的力传感器芯片中应变电阻元件与温度补偿电阻元件之间的电连接关系，而图9B是表示其中根据本发明的力传感器芯片增设有外部电阻的全桥电路的电路图。
图10A至图10D表示在施加外力时衰减器的作用的立体图。
图11A和图11B说明当沿着X轴方向的外力Fx传递至作用部时应变电阻元件的变形状态，其中图11A为平面图，图11B为表示应变电阻元件的变形状态的平面图。
图12A和图12B说明在沿着Z轴方向的外力Fz传递至作用部时应变电阻元件的变形状态，其中图12A为平面图，图12B为表示应变电阻元件的的变形状态的剖视图。
图13A和图13B说明在施加绕Y轴的力矩My时应变电阻元件的变形状态，其中图13A是平面图，图13B是表示应变电阻元件的变形状态的剖视图。
图14A和图14B说明在施加绕Z轴的力矩Mz时应变电阻元件的变形状态，其中图14A是平面图，图14B是表示应变电阻元件的变形状态的剖视图。
图15A和图15B示出了根据本发明第二实施方式的力传感器的玻璃构件的构造，其中图15A为平面图，图15B为剖视图。
图16是表示根据本发明第二实施方式的力传感器的构造的剖视图。
图17是说明根据本发明第三实施方式的力传感器的剖视立体图。
图18A和图18B示出了根据本发明第三实施方式的力传感器的玻璃构件的构造，其中图18A为平面图，图18B为剖视图。
图19A至图19D示出了传统阳极键合的步骤，其中图19A表示玻璃板和衰减器的接合，图19B表示其上接合有玻璃板的衰减器与力传感器芯片的接合，图19C和图19D为表示向特定衰减器应用阳极键合的情况的剖视图，其中图19C表示玻璃板和衰减器的接合，图19D表示其上接合有玻璃板的衰减器与力传感器芯片的接合。
具体实施方式
将参照图1至图3详细描述根据本发明第一实施方式的力传感器的总体架构。
应注意，在将要参照的附图中，为了便于说明，简化了衰减器、玻璃梁等，并且构造和位置关系可能会示意性和概念性地表示。此外，在附图中，可能夸大表示应变程度等。
根据本发明的力传感器1构造成圆形板状，输入部30从其伸出(参见图1A)，该力传感器1包括：力传感器芯片2，其用于检测被传递的外力F的六轴分量(参见图1B)；以及衰减器3，其用于固定力传感器芯片2，衰减外力F并将衰减后的外力F传递至力传感器芯片2。力传感器芯片2和衰减器3通过玻璃构件10接合(详见图4和图5)。
这里，将以六轴力传感器为例来说明根据本发明的力传感器1，该六轴力传感器能够以六轴分量来检测外力F的力和力矩。具体地说，将相对于彼此垂直的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的力分量分别定义为Fx、Fy和Fz。相对于X轴、Y轴和Z轴的力矩分量分别用Mx、My和Mz表示。
应注意，尽管在本实施方式中以六轴力传感器为例，但是本发明并不受力传感器的检测轴数、外力大小等的限制。
如图1B所示，力传感器芯片2在平面图中呈近似正方形形状(另见图7)，并包括：作用部21，被衰减器3衰减的外力F从衰减器3的传递部31传递至该作用部；支撑部22，其用于支撑作用部21；连接部23，其用于连接作用部21和支撑部22。
衰减器3包括：输入外力F的输入部30；传递部31，其用于衰减输入至输入部30的外力F并将衰减后的外力F传递至力传感器芯片2的作用部21；固定部32，其用于固定力传感器芯片2；以及盘形部34，其连接固定部32和输入部30。在盘形部34中形成有均呈弧形弯曲的长圆形的缓冲孔33。
玻璃构件10接合至衰减器3的固定部32的下表面和传递部31的下表面。力传感器芯片2通过玻璃构件10固定至衰减器3的下表面。
在本实施方式中，如上所述，衰减器3在力传感器芯片2的同一侧(图中的上表面侧)上在用于固定力传感器芯片2的固定部32处及用于传递外力F的传递部31处接合至力传感器芯片2。由于该构造，能够使力传感器1的整体紧凑。
在本实施方式中，衰减器3由不锈钢材料制成。然而，也可以使用诸如铝、碳钢等其他金属材料。
通过设置连接固定部32和输入部30的盘形部34，施加至输入部30的外力F主要被固定部32承受，然后向外传递，如图2所示。通过在盘形部34中设置缓冲孔33，输入部30沿着外力F的方向变形，这会使外力F衰减并使部分外力F从输入部30通过传递部31传递至力传感器芯片2的作用部21(另见图3)。
这样，通过适当地调整衰减器3中的缓冲孔33的数量和形状，即使施加的外力F超过力传感器芯片2的容许应力，也会向力传感器芯片2施加被适当衰减的力，从而能够以稳定的平衡高精度地检测外力F。
如图3所示，力传感器芯片2和衰减器3通过阳极键合利用玻璃构件10接合。具体地说，玻璃构件10的(图中的)上表面通过阳极键合接合至衰减器3，玻璃构件10的下表面通过阳极键合接合至力传感器芯片2。
如图4A所示，玻璃构件10整体呈圆盘形状，并包括：布置在玻璃构件10的中心的第一玻璃构件11；沿着玻璃构件10的边缘布置的第二玻璃构件12；以及作为接合构件的玻璃梁13，其用于将第一玻璃构件11和第二玻璃构件12接合成一体。
第一玻璃构件11、第二玻璃构件12和玻璃梁13由单一玻璃材料机械雕刻成单个玻璃构件。因此，玻璃构件整体可以由均质材料制成，从而确保刚度。此外，在第一玻璃构件11和玻璃梁13之间以及第二玻璃构件12和玻璃梁13之间的接合部不存在诸如粘合剂之类的构件，因此，在阳极键合时可以使诸如Na+的碱离子流顺畅，并且可以防止诸如由于相异材料的混合而引起的热应变之类的负作用。
应注意玻璃构件10也可以通过雕刻以外的技术来获得。
如图4A和4B所示，布置在玻璃构件10中心的第一玻璃构件11构造成与衰减器3的传递部31的形状(参见图3)对应的柱形。第一玻璃构件11的上表面通过阳极键合接合至衰减器3的传递部31，其下表面通过阳极键合接合至力传感器芯片2的作用部21(参见图3)。应注意，第一玻璃构件11的平坦表面面积可以比传递部31的略大。通过该构造，即使玻璃构件10和衰减器3未精确地对准，也能确保传递部31的整个表面阳极键合。
应注意，第一玻璃构件11可以不是柱形，而是可以为截锥形状，即从一侧看时呈梯形。通过从截锥形状的第一玻璃构件11的两个接合表面(上接合表面和下接合表面)中选择较大的接合表面并使该较大的接合表面与衰减器3接合，确保了接合表面积并增强了整体接合强度。
第二玻璃构件12呈具有近似正方形通孔14的圆盘形，通孔14位于第二玻璃构件12的中心。通孔14的形状与力传感器芯片2的连接部23的形状(参见图1和图8)对应。换言之，第二玻璃构件12的下表面环绕通孔14的区域作为接合部通过阳极键合接合至力传感器芯片2的支撑部22(参见图3)。另外，第二玻璃构件12的上表面区域作为接合部(图4A中所示的打点区域R)通过阳极键合接合至衰减器3的固定部32(参见图3)。由于第二玻璃构件12的平坦表面面积略微大于固定部32的平坦表面面积，因此，在接合时即使固定部32和第二玻璃构件12没有精确地对准，它们也能够通过阳极键合以足够的面积在其接合区域牢固地相接合(参见图3)。
玻璃梁13是具有如图4A和图4B所示将第一玻璃构件11和第二玻璃构件12接合成一体的梁功能的构件。
具体地说，玻璃梁13连接第一玻璃构件11的外周边16和第二玻璃构件12的内周边15。玻璃梁13呈板形，其厚度比第一玻璃构件11和第二玻璃构件12薄。结果，玻璃梁13的上表面和下表面不从第一玻璃构件11和第二玻璃构件12各自的上表面和下表面伸出而形成了空间了17、18。
应注意，尽管在本实施方式中，玻璃梁13呈板形，但是玻璃梁13也可以呈柱形，并且布置成形成栅格。简言之，玻璃梁13可以采用任何数量和形状，只要玻璃梁13将第一玻璃构件11和第二玻璃构件12连成一体并且在确保可加工性等的同时确保刚度即可。
下面将参照图5描述玻璃构件10的其他构造。图5示出了玻璃构件的其他构造，其中(a-1)至(c-1)为平面图，(a-2)至(c-2)为剖视图。
如图5的(a-1)至(c-1)所示，与第一玻璃构件11一样，玻璃构件10a、10b、10c各自的第一玻璃构件11a、11b、11c呈圆盘形。另一方面，第二玻璃构件12a、12b、12c与第二玻璃构件12的不同之处在于内周边为圆形。可以根据衰减器3与力传感器芯片2之间的接合面适当地确定玻璃构件的形状从而可靠地实现阳极键合。
同样，对于玻璃梁13来说，可以适当地采取各种构造。
具体地说，在如图5的(a-1)和(a-2)所示的玻璃构件10a的情况下，玻璃梁13a、13a、13a沿着第一玻璃构件11a的圆周以120度的间隔三等分布置。
在图5的(b-1)和(b-2)所示的玻璃构件10b的情况下，玻璃梁13b、13b、13b沿着第一玻璃构件11b的圆周以90度的间隔四等分布置。
在图5的(c-1)和(c-2)所示的玻璃构件10c的情况下，第二玻璃构件12c并不具有与玻璃构件10a、10b各自的通孔14a、14b(参见图5的(a-1)和(b-1))类似的通孔，呈圆盘形的玻璃梁13c无间隙地布置在第一玻璃构件11c和第二玻璃构件12c之间。
对于玻璃构件10a、10b、10c来说，与上述实施方式的玻璃构件13(参见图4B)一样，玻璃梁13a、13b、13c的上表面和下表面不从第一玻璃构件11a、11b、11c和第二玻璃构件12a、12b、12c各自的上表面和下表面伸出而形成了空间17a、17b、17c和空间18a、18b、18c。通过该构造，防止了对力传感器芯片2和衰减器3的阳极键合形成阻碍。
在根据本实施方式的力传感器1中，通过设置如上所述将第一玻璃构件11和第二玻璃构件12接合成一体的玻璃梁13(在下文中包括玻璃梁13a、13b、13c)能够获得如下效果。
在玻璃构件10(在下文中包括玻璃构件10a、10b、10c)中，通过利用玻璃梁13将第一玻璃构件11和第二玻璃构件12接合成一体，否则为两个独立部件的玻璃构件11、12可以作为单个部件，即玻璃构件10来进行处理。结果，通过第一玻璃构件11、第二玻璃构件12和玻璃梁13中的任一个的单次定位，就可以同时将第一和第二玻璃构件11、12接合至力传感器芯片2或衰减器3。换言之，可以减少定位处理和接合处理的次数。特别是不需要对极小的第一玻璃构件11独自进行定位，因而能够增强定位精度。
此外，由于衰减器3的传递部31和固定部32设置在力传感器芯片2同一侧，因此能够使力传感器1变薄，从而能够简化组装过程，并且能够提高精度。
在本发明中，与参照图19A和图19B说明的现有技术不同，在衰减器的传递部和第一玻璃构件之间的接合部绝对不会出现反向电压。关于这一点，将参照图6A和图6B进行说明。
图6A是表示在衰减器和玻璃构件的阳极键合期间电压施加方向的剖视图，图6B是表示在玻璃构件和力传感器芯片的阳极键合期间电压施加方向的剖视图。
如图6B所示，第一玻璃构件11和第二玻璃构件12由于玻璃梁13的存在而变成近似等电位，接合部52处的电压施加方向不会变成与图6A的处理期间的方向相反。换言之，在图6A和图6B的处理之间，电子e不会在接合部52中沿着相反方向流动。结果，在根据本实施方式的力传感器1中，能够防止由于施加反向电压而引起的诸如接合强度降低和接合部52分离之类的缺陷。
在本实施方式中，首先通过阳极键合使衰减器3和玻璃构件10在接合部51、52处接合，然后通过阳极键合使玻璃构件10和力传感器芯片2在接合部61、62处接合。然而，本发明并不限于该实施方式，可以首先通过阳极键合使玻璃构件10和力传感器芯片2在接合部61、62处接合，然后通过阳极键合使衰减器3和玻璃构件10在接合部51、52处接合，这同样会防止在接合部处出现反向电压。
另外，由于第一玻璃构件11、第二玻璃构件12和玻璃梁13由单一玻璃材料制成的单个玻璃构件形成，因此玻璃构件10整体上可以由均质材料制成。因此，在玻璃构件10中，诸如导热系数和导电性之类的物理特性变得均匀。因而，可以降低由于热应力等引起的变形而导致的内应力，并且可以使得阳极键合期间的离子流均匀，从而产生稳定的接合强度。而且，第一玻璃构件11、第二玻璃构件12和玻璃梁13可以例如由单一玻璃材料雕刻而成，因此可以减少加工步骤的数量。应注意，玻璃构件10可以通过其他技术获得。
接下来参照图7和图8说明力传感器芯片2。图7是用于说明力传感器芯片的概要的平面图。图8是示出主要部件的平面图，用于说明根据本发明实施方式的力传感器芯片的细节。如图7所示，力传感器芯片2形成于在平面图中具有近似正方形形状的半导体基板20上，并包括：作用部21，外力F(参见图1A和图1B)被传递至该作用部；连接部23，其与作用部21相邻，并具有布置在特定位置处的诸如应变电阻元件S和温度补偿电阻元件24之类的电阻元件；以及支撑部22，其用于支撑作用部21和连接部23。应变电阻元件S和温度补偿电阻元件24通过布线28连接至信号电极焊盘25和接地电极焊盘26，接地电极焊盘26用于与测量电阻值的外部装置(未示出)连接。
在力传感器芯片2中，作用部21布置在中心处，衰减器3的传递部31接合至作用部21，其间夹有第一玻璃构件11(参见图1B)。
如图8所示，连接部23是用于连接作用部21和支撑部22的区域。在其中的特定位置，形成有均呈窄长狭缝形状的通孔A至D、K至N。连接部23具有两端均连接至支撑部22的梁式弹性部23a1、23b1、23c1、23d1以及在弹性部23a1、23b1、23c1、23d1的中心部与相应的弹性部23a1、23b1、23c1、23d1连续形成的桥接部23a2、23b2、23c2、23d2，从而形成T形。在桥接部23a2、23b2、23c2、23d2上布置有应变电阻元件S(Sxa1至Sxa3，Sxb1至Sxb3，Sya1至Sya3，Syb1至Syb3)。在相对于应变电阻元件S和通孔A至D、K至N的特定位置处，设置有用于修正应变电阻元件S的应变的温度补偿电阻元件24、和用于监测温度补偿电阻元件24是否正常工作的电阻元件24a。
支撑部22形成力传感器芯片2的周边并布置在形成于连接部23中的线性通孔A至D的外侧。支撑部22的全部或部分接合至衰减器3的固定部32，其间夹有第二玻璃构件12(参见图1B)。
如图8所示，应变电阻元件S是形成在半导体基板20的表面(上层)上的矩形活性层(扩散层)，从而当沿着应变电阻元件S的纵向施加外力时，应变电阻元件S变形(未示出)，其电阻发生变化。
三个应变电阻元件S形成一组，在距作用部21等距离的相应桥接部23a2、23b2、23c2、23d2上共布置有四组。具体地说，在沿着X轴方向的桥接部23b2、23d2上，一组应变电阻元件Sxa1至Sxa3和一组应变电阻元件Sxb1至Sxb3以作用部21为对称中心对称地布置。另外，在沿着Y轴方向的桥接部23a2、23c2上，一组应变电阻元件Sya1至Sya3和一组应变电阻元件Syb1至Syb3以作用部21为对称中心对称地布置。
应变电阻元件Sxa1至Sxa3、Sxb1至Sxb3、Sya1至Sya3、Syb1至Syb3布置成使得其纵向均与朝向作用部21的方向(X轴方向或Y轴方向)对准。
通孔A至D、K至N包括均为线性形状的通孔A、B、C、D和均为L形钩形式的通孔K、L、M、N。L形通孔K、L、M、N的角部位置与正方形的角部重合，并且通孔A至D、K至N布置成整体上形成围绕作用部21的近似正方形。
具体地说，通孔K形成在应变电阻元件Sxb1至Sxb3与应变电阻元件Sya1至Sya3之间。通孔L形成在应变电阻元件Sya1至Sya3与应变电阻元件Sxa1至Sxa3之间。通孔M形成在应变电阻元件Sxa1至Sxa3与应变电阻元件Syb1至Syb3之间。通孔N形成在应变电阻元件Syb1至Syb3与应变电阻元件Sxb1至Sxb3之间。另一方面，线性通孔A、B、C、D形成在通孔K、L、M、N外侧。通过这些通孔A至D、K至N，与施加的外力F(参见图1A)对应的应变集中出现在布置有应变电阻元件S的部位，而在布置温度补偿电阻元件24、24a的部位不产生应变。
通过通孔A至D、K至N的这一构造，连接部23与通孔A至D、K至N面对的边缘可不受应力地自由运动，因此，即使在作用部21上施加外力F(参见图1A)，外力F产生的拉力和压力也不会作用在这些自由端上。
另一方面，在桥接部23a2至23d2和弹性部23a1至23d1上，特别是在布置有应变电阻元件S的部位，以及在支撑部22与弹性部23a1至23d1的连接部上，拉力和压力沿特定方向作用。
在本实施方式中，线性通孔A至D和钩形通孔K至N布置成近似正方形形状，并且考虑由通孔A至D、K至N产生的应变分布而布置应变电阻元件S和温度补偿电阻元件24、24a。然而，本发明并不限于该实施方式，通孔A至D、K至N例如可以布置成圆形等，同时考虑待检测的轴向力(轴向分量)和力矩。
温度补偿电阻元件24是与应变电阻元件S相同的电阻元件，在半导体基板20上与十二个应变电阻元件Sxa1至Sxa3、Sxb1至Sxb3、Sya1至Sya3、Syb1至Syb3相对应的特定位置处布置十二个温度补偿电阻元件24。
温度补偿电阻元件24布置在温度条件与作为温度补偿对象的应变电阻元件S相同且施加的外力F不会对其产生应变的位置处。换言之，温度补偿电阻元件24布置在其相应的应变电阻元件S附近和面对通孔K、L、M、N的相应自由端的内边缘附近。
由于温度补偿电阻元件24布置在力传感器芯片2上的电阻值仅因温度条件而变化的位置处，因此通过从应变电阻元件S的电阻值变化中消除由于温度变化而引起的电阻值变化，能够获得不受环境温度影响的电阻值。
具体地说，由温度补偿电阻元件24和应变电阻元件S构成桥接电路，通过将由于应变电阻元件S的温度变化和外力F(图1A)引起的电阻值变化与温度补偿电阻元件24的电阻值变化进行对比，可以仅获取并检测到应变电阻元件S中由于外力F引起的电阻值变化。
应注意，用于进行监测的电阻元件24a(应变电阻元件)布置成总是能够确认没有应力产生的零输出状态。
这里，参照图9A和图9B描述应变电阻元件S和相应的温度补偿电阻元件24之间的电连接关系。图9A是表示半桥电路的电路图，用于示出根据本发明的力传感器芯片中应变电阻元件和温度补偿电阻元件之间的电连接关系，图9B是表示其中在根据本发明的力传感器芯片上增设外部电阻的全桥电路的电路图。
通常在力传感器芯片中形成全桥电路。然而，也可以利用半桥电路并增设外部电阻而整体上构成全桥电路。本实施方式采用后一构造。
根据本发明的力传感器芯片2(参见图7)中的应变电阻元件S和根据应变电阻元件S进行温度补偿的温度补偿电阻元件24形成了相当于全桥电路下半部分的半桥电路HB，如图9A所示。
具体地说，在半桥电路HB中，应变电阻元件S的一端和温度补偿电阻元件24的一端(图中的下端)彼此相连，然后通过接地电极焊盘(参见图7)连接至接地电位。应变电阻元件S的另一端和温度补偿电阻元件24的另一端(图中的上端)连接至其各自的信号电极焊盘25、25。
为半桥电路HB提供桥接电路的上半部分以形成全桥电路，从而获取已消除应变电阻元件S的温度变化效应的电阻值。
具体地说，在如图9B所示的全桥电路中，连接有应变电阻元件S的一端(图中的上端)和温度补偿电阻元件24的一端(图中的上端)的信号电极焊盘25、25连接至其外部电阻R1、R2的相应端。外部电阻R1、R2的另一端彼此相连，然后连接至电源电压VE。
通过全桥电路的该构造，并且通过检测应变电阻元件S侧的信号电极焊盘25与温度补偿电阻元件24侧的信号电极焊盘25之间的输出信号，可从应变电阻元件S的电阻值变化中消除由于温度变化而引起电阻值变化，从而仅获取并检测出外力F(参见图1A)作用在应变电阻元件S上而引起的电阻值变化。
接下来描述根据本发明实施方式的力传感器1的动作。
当包含各轴向分量的外力F输入至根据本发明实施方式的力传感器1时，外力F以预定比率被衰减，衰减后的力被传递至力传感器芯片2。将参照图10A至10D描述输入有各轴向分量的外力F的衰减器3的动作。图10A至10D表示当施加外力时衰减器的动作的立体图。
例如，如图10A所示，当沿X轴方向的外力Fx输入至输入部30时，输入部30沿着X轴方向略微移动。同样，当输入沿着Z轴方向的外力Fz时，如图10B所示，输入部30沿着Z轴方向略微移动。这样，当输入绕Y轴的力矩My时，输入部30绕Y轴转动，而当输入绕Z轴的力矩Mz时，输入部30绕Z轴转动。对于其他轴向分量，情况同样如此，因此省略重复描述。
将参照图11至图14描述当施加外力F(Fx、Fz、My、Mz)时在力传感器芯片2中产生的应变状态。
图11A和11B说明当外力Fx传递至作用部时应变电阻元件的变形状态，其中图11A是平面图，图11B是表示应变电阻元件的变形状态的平面图。
如图11A所示，在施加外力Fx的情况下，作用部21趋于沿X轴方向运动。因而，在桥接部23a2、23c2中产生明显挠曲。在该状态下，如图11B所示，在位于挠曲外侧的应变电阻元件Sya1、Syb3上作用拉力，从而导致电阻值增加。另一方面，在位于挠曲内侧的应变电阻元件Sya3、Sby1上作用压力，从而导致电阻值减小。应变电阻元件Sxa1至Sxa3、Sxb1至Sxb3不受外力Fx影响。
图12A和图12B说明了当外力Fz传递至作用部时应变电阻元件的变形状态，其中图12A为平面图，图12B为示出了应变电阻元件的变形状态的剖视图。
如图12B所示，在施加外力Fz的情况下，作用部21趋于沿Z轴方向运动。因而，在桥接部23a2、23b2、23c2、23d2中产生明显挠曲。在该状态下，在应变电阻元件Sxa1至Sxa3、Sxb1至Sxb3、Sya1至Sya3、Syb1至Syb3上都作用拉力，从而导致电阻值增加，这是因为所有应变电阻元件Sxa1至Sxa3、Sxb1至Sxb3、Sya1至Sya3、Syb1至Syb3都布置在半导体基板20的表面(上层)上。
图13A和图13B说明当力矩My被传递至作用部时应变电阻元件的变形状态，其中图13A是平面图，图13B是示出应变电阻元件的变形状态的剖视图。
如图13B所示，在施加力矩My的情况下，桥接部23b2、23d2均沿着X轴方向挠曲，并且在应变电阻元件Sxa1至Sxa3上作用压力，从而导致电阻值减小。另一方面，在应变电阻元件Sxb1至Sxb3上作用拉力，从而导致电阻值增加。在沿着Y轴方向的桥接部23a2、23c2上既不作用拉力也不作用压力，从而不会产生电阻值变化。
图14A和图14B说明当力矩Mz传递至作用部时应变电阻元件的变形状态，其中图14A是平面图，图14B是示出了应变电阻元件的变形状态的平面图。
如图14B所示，在施加力矩Mz的情况下，桥接部23a2、23b2、23c2、23d2均挠曲，并且在挠曲外侧的各应变电阻元件Sya3、Sxa3、Syb3、Sxb3上作用拉力，从而导致电阻值增加。另一方面，在挠曲内侧的应变电阻元件Sya1、Sxa1、Syb1、Sxb1上作用压力，从而导致电阻值减小。位于挠曲中心的应变电阻元件Sxa2、Sxb2、Sya2、Syb2上既不作用拉力也不作用压力，从而不会产生电阻值变化。
已经参照四个代表性的轴向力示意性地描述了外力F的分量(力和力矩)以及作用在应变电阻元件S上的力之间的关系。当在应变电阻元件S上作用有压力或拉力时，电阻值或增加或减小，电阻值的变化率(电阻变化率)由桥接电路(图9A和图9B)检测。
基于电阻变化率，从六轴力传感器1最终输出的信号被计算成与相应分量(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)对应的电阻变化率Sig1至Sig6。
换句话说，在尽量消除其他轴向分量的干涉之后，可以由电阻变化率如下限定计算电阻变化率，从而与外力中包含的相应分量((Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)对应。
Sig1＝((R’Sya1-R’Sya3)+(R’Syb3-R’Syb1))/4
Sig2＝((R’Sxa3-R’Sxa1)+(R’Sxb1-R’Sxb3))/4
Sig3＝(R’Sxa2+R’Sya2+R’Sxb2+R’Syb2)/4
Sig4＝(R’Sya2-R’Syb2)/2
Sig5＝(R’Sxb2-R’Sxa2)/2
Sig6＝((R’Sxa3-R’Sxa1)+(R’Sya3-R’Sya1)+(R’Sxb3-R’Sxb1)+(R’Syb3-R’Syb1))/8
这里，电阻变化率表示为例如“R’Sya1”，其表示Sya1中的电阻变化率。应注意，R’Sxa1、R’Sxa2、R’Sxa3、R’Sxb1、R’Sxb2、R’Sxb3、R’Sya1、R’Sya2、R’Sya3、R’Syb1、R’Syb2、R’Syb3表示相应的应变电阻元件的温度补偿之后的变化率。
下面将描述六轴分量(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)与计算电阻变化率Sig1至Sig6之间的关系。为了基于作为力传感器1的输出信号的计算电阻变化率Sig1至Sig6来计算施加的外力F的分量，向力传感器芯片2初步施加单一分量的轴向力并预先计算输出信号Sig1至Sig6。基于获得的值，能够获取六轴分量(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)与计算电阻变化率Sig1至Sig6之间的关系。
具体地说，例如，当向力传感器芯片2施加轴向力Fx时，实际上也施加了力矩My。然而，力传感器芯片2的构造和应变电阻元件S的布置等被设计成四重对称，因而可能尽可能地消除其他轴向分量的干涉。结果，Sig1可表示为Fx和My的基本表达式。同样，当向力传感器芯片2施加外力Fy时，Sig2可表示为Fy和Mx的基本表达式。Sig3可大致表示为Fz的基本表达式(其他轴向分量可被抑制到可忽略的程度)。
这种情况同样适合于轴向力矩，并且当向力传感器芯片2施加力矩Mx时，Sig4可表示为Mx和Fy的基本表达式。当向力传感器芯片2施加力矩My时，Sig5可表示为My和Fx的基本表达式。Sig6可表示为Mz的基本表达式(其他轴向分量可被抑制到可忽略的程度)。
关于这种情况的详细描述，可以参见同一申请人的未决申请：日本未审专利公报No.2003-207405(图13)。
通过上述初始测试，计算电阻变化率Sig1至Sig6可以表示为六轴分量(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)的相应基本表达式，同时尽可能消除其他轴向分量的干涉。从基本表达式(行列式)可以获得逆矩阵，因而六轴分量(Fx、Fy、Fz、Mz、My、Mz)可由计算电阻变化率Sig1至Sig6的基本表达式表示。这样，可以从计算电阻变化率Sig1至Sig6获得六轴分量(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)(详见日本未审专利公报No.2003-207405，[0070]段)。
接下来将参照图15和图16描述根据本发明第二实施方式的力传感器1’及其制造方法。图15A和图15B表示根据本发明第二实施方式的力传感器的玻璃构件的构造，其中图15A为平面图，图15B为剖视图。图16是示出了根据本发明第二实施方式的力传感器的构造的剖视图。
在根据本发明第二实施方式的玻璃构件中，如图15A和图15B所示，在四个玻璃梁13’中均形成有阻碍第一玻璃构件11和第二玻璃构件12之间的外力传递的非连续部19。非连续部19通过利用激光束(激光切割)切割玻璃梁13’中部而形成。
具体地说，非连续部19可以通过衰减器3的缓冲孔33(参见图1)而形成，或如图16所示，首先通过在盘形部中形成用于激光束切割操作的小孔19a然后切割玻璃梁13’而形成。
应注意，形成非连续部19的技术并不限于激光束切割，而是可以通过用切割器进行机械切割或通过利用施加至玻璃梁13’的载荷断开玻璃梁13’而形成。在这种情况下，同样可以利用衰减器3的缓冲孔33，或者可以在盘形部中形成小孔19a以便于操作。
通过在玻璃梁13’中形成阻碍外力F从第一玻璃构件传递至第二玻璃构件的非连续部，可以简化外力F的传递路线。具体地说，外力F只包括传递至力传感器芯片2的力和从衰减器3的固定部32传递至外部系统的力，因而，简化了外力F的传递路线。
因此，通过避免由传递至玻璃梁13’的外力F引起的应力集中，可以防止第一玻璃构件11和第二玻璃构件12损坏。另外，在设计力传感器芯片2和衰减器3时不需要考虑玻璃梁13’中的应力集中，从而提高了设计灵活性。
接下来将参照图17和图18描述根据本发明第三实施方式的力传感器1”。图17是用于说明根据本发明第三实施方式的力传感器的剖视立体图。图18A和18B示出了根据本发明第三实施方式的力传感器的玻璃构件的构造，其中图18A为平面图，图18B为剖视图。
在如下描述中，用相同的附图标记表示与上述第一实施方式的力传感器1中所示的部件相同的部件，并且省略重复的描述。
如图17所示，根据第三实施方式的力传感器1”与上述根据第一实施方式的力传感器1的不同之处在于衰减器3”的构造，因此玻璃构件10”的构造也不同。具体说来，在上述第一实施方式的力传感器1中，传递部31和固定部32设置在力传感器芯片2的同一侧，而在根据第三实施方式的力传感器1”中，用于固定力传感器芯片2的固定部32”接合至力传感器芯片2在图中的下表面，并且传递部31”接合至力传感器芯片2的上表面。
因而在玻璃构件10”中，如图18A和18B所示，第一玻璃构件11”布置在第二玻璃构件12”上方，接合构件13”连接第一玻璃构件11”和第二玻璃构件12”。第一玻璃构件11”、接合构件13”和第二玻璃构件12”从横向侧看在剖视图中一起形成近似方U形。
可以如以上所述那样改变通过衰减器3保持力传感器芯片2的构造，并且通过根据衰减器3的构造适当地构造接合构件，本发明也可应用其他构造。
以上描述了本发明的实施方式。然而，本发明并不限于以上实施方式，并且当然可以对上述实施方式进行适当地修改。
例如，在以上实施方式，第一玻璃构件11、第二玻璃构件12和玻璃梁13由单一玻璃材料机械雕刻成单个玻璃构件。然而，本发明并不限于这些实施方式，第一玻璃构件11和第二玻璃构件12可以分开地形成，然后可以利用一玻璃构件将第一玻璃构件11和第二玻璃构件12接合成一体。
在以上实施方式中，玻璃构件10和衰减器3、玻璃构件10和力传感器芯片2都通过阳极键合而接合。然而，本发明并不限于这些实施方式，它们也可以通过粘合剂进行接合。
在以上实施方式中，在力传感器芯片2中，作用部21设置在中心处，连接部23和支撑部22形成在作用部21的外侧。然而，本发明并不限于该构造，支撑部22可以设置在中心处，连接部23可以设置在支撑部22的外侧，而作用部21可以设置在连接部23的更外侧。简言之，力传感器芯片2可以采取任何构造，只要布置在与作用部21相邻的连接部23上的应变电阻元件S能够检测传递至作用部21的外力F并且支撑部22能够支撑连接部23和作用部21即可。
而且，在以上实施方式中，力传感器芯片2呈近似正方形。然而，本发明并不限于该形状，力传感器芯片2可以为矩形、圆形等。另外，衰减器3可以成正方体、长方体等形式。对于本发明来说，可以针对力传感器芯片2的形状、衰减器3的形状及其组合来应用各种实施方式。
在以上实施方式中，应变电阻元件S和温度补偿电阻元件24的数量均设定为12，但本发明不限于该数量，根据传感器芯片2等的形状可以采用任何数量。对于应变电阻元件S和温度补偿电阻元件24的位置布置，可以采用任何与当前实施方式不同的位置。

Claims (22)

1.一种力传感器，该力传感器包括：
力传感器芯片，该力传感器芯片包括：作用部，外力被传递至该作用部；连接部，该连接部与所述作用部相邻，在该连接部上布置有应变电阻元件；和支撑部，该支撑部用于支撑所述作用部和所述连接部，所述力传感器芯片通过所述应变电阻元件检测外力；
衰减器，该衰减器包括：输入外力的输入部；固定部，该固定部用于固定所述力传感器芯片；和传递部，该传递部用于衰减所述外力并将衰减后的外力传递至所述作用部；
布置在所述作用部和所述传递部之间的第一玻璃构件和布置在所述支撑部和所述固定部之间的第二玻璃构件，所述力传感器芯片和所述衰减器通过所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合；以及
接合构件，该接合构件用于将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合在一起而形成单个构件。
2.一种力传感器，该力传感器包括：
力传感器芯片，该力传感器芯片包括：作用部，外力被传递至该作用部；连接部，该连接部与所述作用部相邻，在该连接部上布置有应变电阻元件；和支撑部，该支撑部用于支撑所述作用部和所述连接部，所述力传感器芯片通过所述应变电阻元件检测外力；
衰减器，该衰减器包括：输入外力的输入部；固定部，该固定部用于固定所述力传感器芯片；和传递部，该传递部用于衰减所述外力并将衰减后的外力传递至所述作用部；
布置在所述作用部和所述传递部之间的第一玻璃构件和布置在所述支撑部和所述固定部之间的第二玻璃构件，所述力传感器芯片和所述衰减器通过所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合；以及
接合构件，该接合构件用于将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合在一起而形成单个构件；
所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件通过阳极键合而接合至所述力传感器芯片和所述衰减器。
3.一种力传感器，该力传感器包括：
力传感器芯片，该力传感器芯片包括：作用部，外力被传递至该作用部；连接部，该连接部与所述作用部相邻，在该连接部上布置有应变电阻元件；和支撑部，该支撑部用于支撑所述作用部和所述连接部，所述力传感器芯片通过所述应变电阻元件检测外力；
衰减器，该衰减器包括：输入外力的输入部；固定部，该固定部用于固定所述力传感器芯片；和传递部，该传递部用于衰减所述外力并将衰减后的外力传递至所述作用部；
布置在所述作用部和所述传递部之间的第一玻璃构件和布置在所述支撑部和所述固定部之间的第二玻璃构件，所述力传感器芯片和所述衰减器通过所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合；以及
接合构件，该接合构件用于将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合在一起而形成单个构件；
所述接合构件接合至所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件但既不与所述力传感器芯片接触也不与所述衰减器接触。
4.一种力传感器，该力传感器包括：
力传感器芯片，该力传感器芯片包括：作用部，外力被传递至该作用部；连接部，该连接部与所述作用部相邻，在该连接部上布置有应变电阻元件；和支撑部，该支撑部用于支撑所述作用部和所述连接部，所述力传感器芯片通过所述应变电阻元件检测外力；
衰减器，该衰减器包括：输入外力的输入部；固定部，该固定部用于固定所述力传感器芯片；和传递部，该传递部用于衰减所述外力并将衰减后的外力传递至所述作用部；
布置在所述作用部和所述传递部之间的第一玻璃构件和布置在所述支撑部和所述固定部之间的第二玻璃构件，所述力传感器芯片和所述衰减器通过所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合；以及
接合构件，该接合构件用于将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合在一起而形成单个构件；
所述接合构件中形成有非连续部，该非连续部断开所述第一玻璃构件与所述第二玻璃构件之间的接合并阻碍所述第一玻璃构件与所述第二玻璃构件之间的外力传递。
5.根据权利要求1所述的力传感器，其中，所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件布置在所述力传感器芯片的同一侧。
6.根据权利要求1所述的力传感器，其中，所述接合构件是玻璃构件。
7.根据权利要求1所述的力传感器，其中，所述接合构件相对于所述第一玻璃构件或第二玻璃构件布置在对称位置或等角位置。
8.根据权利要求1所述的力传感器，其中，
所述作用部布置在所述力传感器芯片的中心部上；
所述支撑部布置在所述力传感器芯片的周边部上；并且
所述连接部布置在所述作用部与所述支撑部之间。
9.根据权利要求2所述的力传感器，其中，所述接合构件是玻璃构件。
10.根据权利要求2所述的力传感器，其中，所述接合构件接合至所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件但既不与所述力传感器芯片接触也不与所述衰减器接触。
11.根据权利要求2所述的力传感器，其中，所述接合构件相对于所述第一玻璃构件或第二玻璃构件布置在对称位置或等角位置。
12.根据权利要求2所述的力传感器，其中，
所述作用部布置在所述力传感器芯片的中心部上；
所述支撑部布置在所述力传感器芯片的周边部上；并且
所述连接部布置在所述作用部与所述支撑部之间。
13.根据权利要求2所述的力传感器，其中，所述接合构件中形成有非连续部，该非连续部断开所述第一玻璃构件与所述第二玻璃构件之间的接合并阻碍所述第一玻璃构件与所述第二玻璃构件之间的外力传递。
14.根据权利要求3所述的力传感器，其中，所述接合构件相对于所述第一玻璃构件或第二玻璃构件布置在对称位置或等角位置。
15.根据权利要求3所述的力传感器，其中，
所述作用部布置在所述力传感器芯片的中心部上；
所述支撑部布置在所述力传感器芯片的周边部上；并且
所述连接部布置在所述作用部与所述支撑部之间。
16.根据权利要求3所述的力传感器，其中，所述接合构件中形成有非连续部，该非连续部断开所述第一玻璃构件与所述第二玻璃构件之间的接合并阻碍所述第一玻璃构件与所述第二玻璃构件之间的外力传递。
17.一种用于制造力传感器的方法，该力传感器包括：
力传感器芯片，该力传感器芯片包括：作用部，外力被传递至该作用部；连接部，该连接部与所述作用部相邻，在该连接部上布置有应变电阻元件；和支撑部，该支撑部用于支撑所述作用部和所述连接部，所述力传感器芯片通过所述应变电阻元件检测外力；
衰减器，该衰减器包括：输入外力的输入部；固定部，该固定部用于固定所述力传感器芯片；和传递部，该传递部用于衰减所述外力并将衰减后的外力传递至所述作用部；以及
玻璃构件，该玻璃构件包括布置在所述作用部和所述传递部之间的第一玻璃构件、布置在所述支撑部和所述固定部之间的第二玻璃构件、以及将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合在一起而形成单个构件的接合构件；
所述方法包括：第一阳极键合步骤，在该步骤中将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件分别接合至所述衰减器的传递部和固定部，以接合所述玻璃构件和所述衰减器；以及
第二阳极键合步骤，在该步骤中将所述第一玻璃构件和第二玻璃构件分别接合至所述力传感器的作用部和支撑部，以接合所述玻璃构件和所述力传感器。
18.一种用于制造力传感器的方法，该力传感器包括：
力传感器芯片，该力传感器芯片包括：作用部，外力被传递至该作用部；连接部，该连接部与所述作用部相邻，在该连接部上布置有应变电阻元件；和支撑部，该支撑部用于支撑所述作用部和所述连接部，所述力传感器芯片通过所述应变电阻元件检测外力；
衰减器，该衰减器包括：输入外力的输入部；固定部，该固定部用于固定所述力传感器芯片；和传递部，该传递部用于衰减所述外力并将衰减后的外力传递至所述作用部；以及
玻璃构件，该玻璃构件包括布置在所述作用部和所述传递部之间的第一玻璃构件、布置在所述支撑部和所述固定部之间的第二玻璃构件、以及将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件接合在一起而形成单个构件的接合构件；
所述方法包括：第一阳极键合步骤，在该步骤中将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件分别接合至所述力传感器的作用部和支撑部，以接合所述玻璃构件和所述力传感器；以及
第二阳极键合步骤，在该步骤中将所述第一玻璃构件和所述第二玻璃构件分别接合至所述衰减器的传递部和固定部，以接合所述玻璃构件和所述衰减器。
19.根据权利要求17所述的用于制造力传感器的方法，该方法还包括在所述第二阳极键合步骤之后在所述接合构件中形成非连续部的步骤，该非连续部阻碍外力从所述第一玻璃构件传递至所述第二玻璃构件。
20.根据权利要求18所述的用于制造力传感器的方法，该方法还包括在所述第二阳极键合步骤之后在所述接合构件中形成非连续部的步骤，该非连续部阻碍外力从所述第一玻璃构件传递至所述第二玻璃构件。
21.根据权利要求19所述的用于制造力传感器的方法，其中，形成非连续部的步骤为利用激光束切割所述接合构件的步骤。
22.根据权利要求20所述的用于制造力传感器的方法，其中，形成非连续部的步骤为利用激光束切割所述接合构件的步骤。
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