CN102510998A - 测力传感器 - Google Patents

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CN102510998A CN2010800411066A CN201080041106A CN102510998A CN 102510998 A CN102510998 A CN 102510998A CN 2010800411066 A CN2010800411066 A CN 2010800411066A CN 201080041106 A CN201080041106 A CN 201080041106A CN 102510998 A CN102510998 A CN 102510998A
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平山元辉
梅津英治
石曾根昌彦
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Alps Alpine Co Ltd
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Alps Electric Co Ltd
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Abstract

本发明提供以简单的结构实现低高度化的测力传感器。该测力传感器具备：变位部，其由规定厚度的硅基板构成；受压部，其位于硅基板的表面且承受来自外部的载荷；多个压电电阻元件，其配置在成为该受压部的相反侧的硅基板的背面上，且其电阻根据变位部的变位量而发生变化；多个电连接支承部，其突出形成在硅基板的背面上，与多个压电电阻元件分别电连接，并且在比该多个压电电阻元件靠周缘侧的位置将变位部支承成变位自如。

Description

测力传感器
技术领域
本发明涉及用于载荷测定的压电电阻方式的测力传感器。
背景技术
近年来，在移动设备的触控面板和控制器等用户界面中使用载荷测定用的测力传感器。测力传感器虽有很多种，但是在例如专利文献1的图1所示的压电电阻方式中，其具备：具有隔膜部(diaphragm)的硅基板、由设置在边缘部的相反侧的隔膜部上的多个应变计电阻(gauge resistance)构成的桥接电路、在与隔膜粘接的中央部具有凹部且形成与桥接电路电连接的配线焊盘的绝缘性的基部(派莱克斯(注册商标)玻璃)、通过引线接合而与配线焊盘电连接的封装件、设置在隔膜部上的球(蓝宝石球)。对于该以往的测力传感器而言，隔膜部根据经由蓝宝石球受到的载荷而变位，桥接电路的输出根据该变位量而变化，由此，所述测力传感器能够检测载荷。具有以往结构的压电电阻式测力传感器在例如专利文献2-5也有所记载。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平5-77304号公报
专利文献2：日本特开平10-325772号公报
专利文献3：美国专利第4680606号
专利文献4：美国专利第4745812号
专利文献5：美国专利第4861420号
上述的测力传感器为了与所搭载的移动设备相匹配，要求小型化及低高度化。然而，在经由设置在变位部上的球而承受载荷的以往结构中，球大小较大而难以实现低高度化。若减小球的大小，则球的接触面积也减小，由此造成载荷集中于狭小的区域，导致传感器容易损坏。另外，在以往结构中，由于形成在基部(派莱克斯(注册商标)玻璃)上的配线焊盘与封装件的电连接采用引线接合，因此，为了设置接合引线并需确保罩等的空间，这也造成难以实现低高度化。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供能够以简单的结构实现低高度化的测力传感器。
用于解决课题的手段
本发明提出了压电电阻式测力传感器的新的结构，在构成变位部的硅基板的表背面的一方设置受压部，在另一方设置多个压电电阻元件和支承部，若将该支承部与多个压电电阻元件电连接，则能够在安装时将该支承部本身与外部安装基板直接连接，从而无需以往的球、基体基板、封装件及引线接合，因此，本发明的压电电阻式测力传感器是致力于能够低高度化而完成的测力传感器。
即，本发明的压电电阻式测力传感器的特征在于，具备：变位部，其由规定厚度的硅基板构成；受压部，其位于所述硅基板的表背面的一方且承受来自外部的载荷；多个压电电阻元件，其配置在成为该受压部的相反侧的所述硅基板的表背面的另一方上，且其电阻根据所述变位部的变位量而发生变化；多个电连接支承部，其突出形成在所述硅基板的表背面的另一方上，分别与所述多个压电电阻元件电连接，并且在比该多个压电电阻元件靠周缘侧的位置将所述变位部支承成变位自如。
优选所述多个电连接支承部设置在相对于所述变位部的平面中心对称的位置上。根据该形态，能够稳定地支承变位部。具体而言，例如，硅基板呈俯视下矩形状，所述多个电连接支承部可以分别设置在该俯视下矩形的角部。
所述电连接支承部实际由镍合金或具有导电性的硅构成。
优选所述受压部形成为在所述变位部上鼓起的圆柱状或多棱柱状。通过具有该受压部，能够实现传感器灵敏度稳定化。
发明效果
根据本发明，由于能够将支承变位部且与多个压电电阻元件电连接的电连接支承部与安装基板直接连接，因此无需以往的基体基板及引线接合，从而能够实现低高度化。
附图说明
图1是表示适用了本发明的测力传感器的一实施方式的剖视图。
图2是表示从上面侧观察该测力传感器得到的平面图。
图3是表示从下面侧观察该测力传感器得到的平面图。
图4是表示该测力传感器的安装状态的剖视图。
图5是表示电连接支承部的第一变形例的平面图。
图6是表示电连接支承部的第二变形例的平面图。
图7是表示电连接支承部的第三变形例的平面图。
图8是表示电连接支承部的第四变形例的平面图。
具体实施方式
图1是表示适用了本发明的测力传感器1的剖视图，图2是表示从上面侧观察测力传感器1得到的平面图，图3是表示从下面侧观察测力传感器1得到的平面图。测力传感器1为压电电阻方式的测力传感器，且具备宏观下没有凹凸的固定厚度的硅基板10。硅基板10呈俯视矩形状，其中央部构成因载荷而变位的变位部11。
如图2所示，在硅基板10的表面10a上设置有承受来自外部的载荷的受压部12。受压部12为在变位部11的上方鼓起的圆柱状的凸受压部，在其上表面周缘实施了圆角加工(R加工)。该受压部12由镍合金或硅(与硅基板10相同的材料)构成。受压部12虽然可以省略，但是通过在变位部11上设置受压部12能够使传感器灵敏度稳定。
另一方面，如图3所示，在硅基板10的背面10b设置有多个压电电阻元件13和多个电连接支承部15。多个压电电阻元件13沿着变位部11的周缘部配置成相邻的元件彼此相差90°相位差(相互正交的位置关系)。当变位部11在受压部12承受的载荷的作用下变位时，多个压电电阻元件13的电阻根据其变位量而发生变化，由该多个压电电阻元件13构成的桥接电路的中点电位发生变化，该中点电位作为传感器输出被输出到公知的测定装置。在多个压电电阻元件13上分别连接有电路配线部16，并经由该电路配线部16与上述多个电连接支承部15电连接。多个压电电阻元件13和电路配线部16由绝缘膜14覆盖。
多个电连接支承部15位于比沿着变位部11的周缘部配置的多个压电电阻元件13更靠基板周缘侧的位置，且设置成从硅基板10的背面10b突出的状态。在本实施方式中，如图3所示，各电连接支承部15为四棱柱状，其分别配置在呈俯视下矩形状的硅基板10的背面10b的四个角部。对于多个电连接支承部15而言，由于在硅基板10的对角线上对置的一对电连接支承部15相对于变位部11的平面中心成对称的位置关系，所以能够稳定地支承变位部11。各电连接支承部15由镍合金或低电阻硅构成。另外，如上所述，多个电连接支承部15经由设置在绝缘膜14内的电路配线部16分别与多个压电电阻元件13电连接。即，电连接支承部15具有如下功能，即，作为将变位部11支承成变位自如的支承部的功能、作为将多个压电电阻元件13保持成能够进行外部安装的状态的电连接部的功能。
如图4所示，上述测力传感器1通过将多个电连接支承部15和外部安装基板2的对应的电极20直接连接，从而能够安装到外部安装基板2上。在该安装中，例如可以使用焊料、各向异性导电膜(ACF；AnisotropicConductive Film)、各向异性导电糊剂(ACP；Anisotropic Conductive Paste)、非导电性膜(NCF；Non Conductive Film)。
如上所述，本实施方式的测力传感器1由于在硅基板10的受压部12侧的相反侧具备支承变位部11且与多个压电电阻元件13电连接的多个电连接支承部15，所以能够经由该多个电连接支承部15容易地安装到外部安装基板2上。由此，不再需要以往结构所需的球、基体基板、封装件及引线接合，所以能够省去这些高度量，从而实现低高度化。另外，能够以简单的结构实现测力传感器1，从而实现低成本化。
在本实施方式中，虽然将多个电连接支承部15设置成四棱柱状，但是也可以变更多个电连接支承部15的俯视下形状。图5～图8表示多个电连接支承部15的俯视下形状的变形例，图5表示对俯视下正方形的柱体的角部进行倒角后的四棱柱状的情况，图6表示圆柱状的情况，图7表示俯视下L字形的柱状的情况，图8表示对图7的俯视下L字形进行倒角后的柱状的情况。另外，虽然若设置多个电连接支承部15的位置比多个压电电阻元件13靠硅基板10的周缘侧就具有自由度，但是，为了稳定地支承变位部11，优选配置成相对于变位部11的平面中心对称。
另外，在本实施方式中，虽然设置有圆柱状的受压部12，但是受压部12也可以为多棱柱状。
产业上的可利用性
本申请发明能够适用于用在移动设备的触控面板或控制器等用户界面中的载荷测定用的压电电阻式测力传感器。
符号说明
1  测力传感器
2  外部安装基板
10  硅基板
10a 表面
10b 背面
11  变位部
12  受压部
13  压电电阻元件
14  绝缘膜
15  电连接支承部
16  接触部
20  电极
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.[修改后]一种测力传感器，其特征在于，具备：
变位部，其由规定厚度的硅基板构成；
受压部，其位于所述硅基板的表背面的一方上且承受来自外部的载荷；
多个压电电阻元件，其配置在成为该受压部的相反侧的所述硅基板的表背面的另一方上，其电阻根据所述变位部的变位量而发生变化，并且沿着所述变位部的比与所述受压部对置的位置靠周缘侧的周缘配置成相邻的所述压电电阻元件彼此正交；
多个电连接支承部，其突出形成在所述硅基板的表背面的另一方上，且分别与所述多个压电电阻元件电连接，并且，在比该多个压电电阻元件靠周缘侧的位置将所述变位部支承成相对于由所述受压部承受的来自外部的载荷而变位自如。
2.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，
所述多个电连接支承部设置在相对于所述变位部的平面中心对称的位置上。
3.根据权利要求2所述的测力传感器，其特征在于，
所述多个电连接支承部分别设置在呈俯视下矩形状的硅基板的角部。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的测力传感器，其特征在于，
所述电连接支承部由镍合金或具有导电性的硅构成。
5.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，
所述受压部为在所述变位部上鼓起的圆柱状或多棱柱状。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
                      
根据PCT 19条(1)修改的声明
权利要求书的权利要求1使以下内容得到明确，即，多个压电电阻元件沿着变位部的比与受压部对置的位置靠周缘侧的周缘配置成相邻的压电电阻元件彼此相互正交，并且，多个电连接支承部将变位部支承成相对于由受压部承受的来自外部的载荷而变位自如。
权利要求书的权利要求2～5与申请时的原权利要求书的权利要求2～5相同，没有进行变更。

Claims (5)

1.一种测力传感器，其特征在于，具备：
变位部，其由规定厚度的硅基板构成；
受压部，其位于所述硅基板的表背面的一方且承受来自外部的载荷；
多个压电电阻元件，其配置在成为该受压部的相反侧的所述硅基板的表背面的另一方上，且其电阻根据所述变位部的变位量而发生变化；
多个电连接支承部，其突出形成在所述硅基板的表背面的另一方上，与所述多个压电电阻元件分别电连接，并且在比该多个压电电阻元件靠周缘侧的位置将所述变位部支承成变位自如。
2.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，
所述多个电连接支承部设置在相对于所述变位部的平面中心对称的位置上。
3.根据权利要求2所述的测力传感器，其特征在于，
所述多个电连接支承部分别设置在呈俯视下矩形状的硅基板的角部。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的测力传感器，其特征在于，
所述电连接支承部由镍合金或具有导电性的硅构成。
5.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，
所述受压部为在所述变位部上鼓起的圆柱状或多棱柱状。
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