CN111670349A - 传感器芯片及力传感器装置 - Google Patents

传感器芯片及力传感器装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111670349A
CN111670349A CN201980009485.1A CN201980009485A CN111670349A CN 111670349 A CN111670349 A CN 111670349A CN 201980009485 A CN201980009485 A CN 201980009485A CN 111670349 A CN111670349 A CN 111670349A
Authority
CN
China
Prior art keywords
detection
sensor chip
detecting
detection beam
force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201980009485.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111670349B (zh
Inventor
山口真也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MinebeaMitsumi Inc
Original Assignee
MinebeaMitsumi Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2018012925A external-priority patent/JP6957823B2/ja
Priority claimed from JP2018012924A external-priority patent/JP6919965B2/ja
Application filed by MinebeaMitsumi Inc filed Critical MinebeaMitsumi Inc
Publication of CN111670349A publication Critical patent/CN111670349A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111670349B publication Critical patent/CN111670349B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • G01L5/162—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of piezoresistors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

本传感器芯片具有：基板；第一支撑部；在周围配置有上述第一支撑部且配置于上述基板的中央的第二支撑部；连结相邻的上述第一支撑部彼此的第一探测用梁；配置于上述第一探测用梁且被施加力的力点；以及配置于上述第一探测用梁的预定位置的多个形变检测元件。上述多个形变检测元件包括上述第一支撑部与上述力点之间的形成于上述第一探测用梁的第一形变检测元件，相较于作为上述第一探测用梁与上述第一支撑部或上述力点连结的位置的上述第一探测用梁的宽度的第一梁宽度，作为形成有上述第一形变检测元件的位置的上述第一探测用梁的宽度的第二梁宽度更小。另外，上述第一探测用梁具有直线部和通过连结部与上述直线部连结的倾斜部，多个上述形变检测元件包括配置于比上述连结部靠上述倾斜部侧的第一形变检测元件。

Description

传感器芯片及力传感器装置
技术领域
本发明涉及传感器芯片及力传感器装置。
背景技术
一直以来，已知有力传感器装置，其在由金属构成的应变体粘贴多个应变仪，通过将施加有外力时的形变转换成电信号来检测多轴的力。但是，该力传感器装置需要通过手工作业将应变仪逐张粘贴，因此在精度、生产性上存在问题，而且在构造上难以小型化。
另一方面，提出了一种力传感器装置，其通过将应变仪置换成形变检测用的MEMS的传感器芯片，从而消除贴合精度的问题，而且实现小型化(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4011345号
发明内容
发明所要解决的课题
另外，在上述现有的使用了MEMS的传感器芯片的力传感器装置中，如果在输入为单轴的情况(沿六个轴[Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz]中的任一个轴的方向的情况)下，则力传感器能够得到高的精度。
但是，在输入为复合输入的情况(沿六个轴[Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz]中的任意两个以上的轴的复合的输入的情况)下，由于轴分离性不充分，因此，力传感器的误差增大，精度降低。尤其是，在复合输入的情况下，存在不足精度的目标值的复合输入的轴的组合。
本发明鉴于上述的点而做成，其目的在于提高传感器芯片相对于复合输入的轴分离性，改善传感器精度。
用于解决课题的方案
本传感器芯片110具有：基板；第一支撑部111a、111b、111c、111d；第二支撑部111e，其在周围配置有上述第一支撑部，且配置于上述基板的中央；第一探测用梁113a、113d、113g、113j，其连结相邻的上述第一支撑部彼此；力点114a、114b、114c、114d，其配置于上述第一探测用梁，且被施加力；以及多个形变检测元件，其配置于上述第一探测用梁的预定位置，上述多个形变检测元件包括上述第一支撑部与上述力点之间的形成于上述第一探测用梁的第一形变检测元件MzR1、MzR2、MzR3、MzR4、MzR1’、MzR2’、Mzr3’、MzR4’，相较于作为上述第一探测用梁与上述第一支撑部或上述力点连结的位置的上述第一探测用梁的宽度的第一梁宽度，作为形成有上述第一形变检测元件的位置的上述第一探测用梁的宽度的第二梁宽度更小。
另外，本传感器芯片110具有：基板；第一支撑部111a、111b、111c、111d；第二支撑部111e，其在周围配置有上述第一支撑部，且配置于上述基板的中央；第一探测用梁113a、113d、113g、113j，其连结相邻的上述第一支撑部彼此；力点114a、114b、114c、114d，其配置于上述第一探测用梁，且被施加力；以及多个形变检测元件，其配置于上述第一探测用梁的预定位置，上述第一探测用梁具有直线部113n1和通过连结部连结于上述直线部的倾斜部113n2、113n3，多个上述形变检测元件包括配置于比上述连结部靠上述倾斜部侧的第一形变检测元件FzR1、FzR2。
此外，上述参照符号是为了容易理解而添加的，只是一例，并非限定于图示的方案。
发明效果
根据公开的技术，能够提高传感器芯片相对于复合输入的轴分离性，改善传感器精度。
附图说明
图1是表示实施方式的力传感器装置的一例的立体图。
图2是表示实施方式的力传感器装置的传感器芯片及应变体的一例的立体图。
图3是实施方式的传感器芯片的一例的从Z轴方向上侧观察的图。
图4是实施方式的传感器芯片的一例的从Z轴方向下侧观察的图。
图5是对表示施加于实施方式的各轴的力及力矩的符号进行说明的图。
图6是表示实施方式的传感器芯片的一例的压电电阻元件的配置的图。
图7是表示实施方式的应变体的一例的图(其一)。
图8是表示实施方式的应变体的一例的图(其二)。
图9是表示实施方式的应变体的一例的图(其三)。
图10是表示实施方式的力传感器装置的制造工序的一例的图(其一)。
图11是表示实施方式的力传感器装置的制造工序的一例的图(其二)。
图12是表示实施方式的力传感器装置的制造工序的一例的图(其三)。
图13是放大了实施方式的传感器芯片的一例的主要部分的平面图。
图14是放大了实施方式的传感器芯片的另一例的主要部分的平面图。
图15是表示通过模拟对将力或力矩施加于参考例的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。
图16是表示通过模拟对将力或力矩施加于实施方式的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。
图17是表示通过模拟对将力或力矩施加于实施方式的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。
图18是表示通过模拟对将力或力矩施加于实施方式的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。
图19是说明对参考例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。
图20是说明对实施方式的另一例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。
图21是说明对参考例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。
图22是说明对实施方式的另一例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。
图23是说明对参考例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。
图24是说明对实施方式的另一例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。
图25是说明对实施方式的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。
图26是放大了实施方式的传感器芯片的一例的主要部分的平面图。
图27放大了实施方式的传感器芯片的另一例的主要部分的平面图。
图28是放大了实施方式的传感器芯片的一例的主要部分的平面图。
图29是放大了实施方式的传感器芯片的一例的主要部分的平面图。
图30是表示通过模拟对将X轴方向的力施加于实施方式的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。
图31是表示通过模拟对将Z轴方向的力施加于实施方式的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。
图32是放大了参考例的传感器芯片的主要部分的平面图。
图33是表示通过模拟对将X轴方向的力施加于参考例的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。
图34是表示通过模拟对将Z轴方向的力施加于参考例的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的方案进行说明。在各附图中，对相同结构部分标注相同符号，有时省略重复的说明。
＜第一实施方式＞
(力传感器装置1的概略结构)
图1是示例第一实施方式的力传感器装置的立体图。图2是示例第一实施方式的力传感器装置的传感器芯片及应变体的立体图。参照图1及图2，力传感器装置1具有传感器芯片110、应变体20以及输入/输出基板30。力传感器装置1例如是搭载于机床等使用的机器人的腕、指等的多轴的力传感器装置。
传感器芯片110具有对预定的轴向的位移最大进行6轴探测的功能。应变体20具有将施加的力传递给传感器芯片110的功能。
传感器芯片110以从应变体20不突出的方式粘接于应变体20的上表面侧。另外，在应变体20的上表面及各侧面，以适当屈曲的状态粘接有针对传感器芯片110进行信号的输入/输出的输入/输出基板30的一端侧。传感器芯片110和输入/输出基板30的各电极31通过焊线等(未图示)电连接。
在输入/输出基板30的配置于应变体20的第一侧面的区域装配有有源部件32及无源部件39。在输入/输出基板30的配置于应变体20的第二侧面的区域装配有有源部件33及无源部件39。在输入/输出基板30的配置于应变体20的第三侧面的区域装配有有源部件34及无源部件39。在输入/输出基板30的配置于应变体20的第四侧面的区域具有有源部件35及无源部件39。
有源部件33例如是将来自对从传感器芯片110输出的X轴方向的力Fx进行检测的桥电路的模拟电信号、以及来自对从传感器芯片110输出的Y轴方向的力Fy进行检测的桥电路的模拟电信号转换成数字电信号的IC(AD转换器)。
有源部件35例如是将来自对从传感器芯片110输出的使以Y轴为轴旋转的力矩My进行检测的桥电路的模拟电信号、以及来自对从传感器芯片110输出的使以Z轴为轴旋转的力矩Mz进行检测的桥电路的模拟电信号转换成数字电信号的IC(AD转换器)。
有源部件32例如是对从有源部件33、34以及35输出的数字电信号进行预定的运算，生成表示力Fx、Fy及Fz以及力矩Mx、My及Mz的信号，并输出至外部的IC。无源部件39是连接于有源部件32～35的电阻、电容器等。
此外，能够任意决定通过几个IC来实现有源部件32～35的功能。另外，也可以构成为，将有源部件32～35不装配于输入/输出基板30而装配于与输入/输出基板30连接的外部电路侧。该情况下，从输入/输出基板30输出模拟电信号。
输入/输出基板30在应变体20的第一侧面的下方向外侧屈曲，使输入/输出基板30的另一端侧引出至外部。在输入/输出基板30的另一端侧配列有可进行与连接于力传感器装置1的外部电路(控制装置等)的电输入/输出的端子(未图示)。
此外，在本实施方式中，为了方便，在力传感器装置1中，将设有传感器芯片110的一侧设为上侧或一方侧，将其相反侧设为下侧或另一方侧。另外，将各部位的设有传感器芯片110的一侧的面设为一方的面或上表面，将其相反侧的面的设为另一方的面或下表面。但是，力传感器装置1能够以上下颠倒的状态使用，或者能够以任意的角度配置。另外，平面视野是指从传感器芯片110的上表面的法线方向(Z轴方向)观察对象物，平面形状是指从传感器芯片110的上表面的法线方向(Z轴方向)观察对象物的形状。
(传感器芯片110)
图3是从Z轴方向上侧观察传感器芯片110的图，图3(a)是立体图，图3(b)是俯视图。图4是从Z轴方向下侧观察传感器芯片110的图，图4(a)是立体图，图4(b)是仰视图。在图4(b)中，为了方便，将相同高度的面用相同的梨地纹模样表示。此外，将与传感器芯片110的上表面的一边平行的方向设为X轴方向，将垂直的方向设为Y轴方向，将传感器芯片110的厚度方向(传感器芯片110的上表面的法线方向)设为Z轴方向。X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向相互正交。
图3及图4所示的传感器芯片110是能够通过一个芯片最大探测6轴的MEMS(MicroElectro Mechanical Systems)传感器芯片，由SOI(Silicon On Insulator)基板等半导体基板形成。传感器芯片110的平面形状例如能够做成3000μm见方左右的正方形。
传感器芯片110具备柱状的五个支撑部111a～111e。支撑部111a～111e的平面形状例如能够做成500μm见方左右的正方形。作为第一支撑部的支撑部111a～111d配置于传感器芯片110的四个拐角。作为第二支撑部的支撑部111e配置于支撑部111a～111d的中央。
支撑部111a～111e例如能够由SOI基板的活性层、BOX层以及支撑层形成，且分别的厚度例如能够做成500μm左右。
在支撑部111a与支撑部111b之间设有将两端固定于支撑部111a和支撑部111b(连结相邻的支撑部彼此)且用于加强构造的加强用梁112a。在支撑部111b与支撑部111c之间设有将两端固定于支撑部111b和支撑部111c(连结相邻的支撑部彼此)且用于加强构造的加强用梁112b。
在支撑部111c与支撑部111d之间设有将两端固定于支撑部111c和支撑部111d(连结相邻的支撑部彼此)且用于加强构造的加强用梁112c。在支撑部111d与支撑部111a之间设有将两端固定于支撑部111d和支撑部111a(连结相邻的支撑部彼此)且用于加强构造的加强用梁112d。
换言之，作为第一加强用梁的四个加强用梁112a、112b、112c以及112d形成为框状，形成各加强用梁的交点的角部成为支撑部111b、111c、111d、111a。
支撑部111a的内侧的角部和与之对置的支撑部111e的角部通过用于加强构造的加强用梁112e连结。支撑部111b的内侧的角部和与之对置的支撑部111e的角部通过用于加强构造的加强用梁112f连结。
支撑部111c的内侧的角部和与之对置的支撑部111e的角部通过用于加强构造的加强用梁112g连结。支撑部111d的内侧的角部和与之对置的支撑部111e的角部通过用于加强构造的加强用梁112h连结。作为第二加强用梁的加强用梁112e～112h相对于X轴方向(Y轴方向)倾斜配置。也就是，加强用梁112e～112h与加强用梁112a、112b、112c以及112d非平行地配置。
加强用梁112a～112h例如能够由SOI基板的活性层、BOX层以及支撑层形成。加强用梁112a～112h的粗度(短边方向的宽度)例如能够做成140μm左右。加强用梁112a～112h的每一个的上表面与支撑部111a～111e的上表面为大致齐平面。
与之相对，加强用梁112a～112h的每一个的下表面比支撑部111a～111e的下表面及力点114a～114d的下表面向上表面侧凹陷几十μm左右。这是为了在将传感器芯片110粘接于应变体20时，使加强用梁112a～112h的下表面不接触应变体20的对置的面。
这样，通过与探测形变的探测用梁不同地配置形成为比探测用梁厚的刚性较强的加强用梁，能够提高传感器芯片110整体的刚性。由此，相对于输入，探测用梁以外难以变形，因此能够得到良好的传感器特性。
在支撑部111a与支撑部111b之间的加强用梁112a的内侧与加强用梁112a隔开预定间隔并平行地设置探测用梁113a，探测用梁113a将两端固定于支撑部111a和支撑部111b(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测形变。
在探测用梁113a与支撑部111e之间与探测用梁113a及支撑部111e隔开预定间隔并与探测用梁113a平行地设有探测用梁113b。探测用梁113b连结加强用梁112e的支撑部111e侧的端部和加强用梁112f的支撑部111e侧的端部。
探测用梁113a的长边方向的大致中央部和与之对置的探测用梁113b的长边方向的大致中央部通过以与探测用梁113a及探测用梁113b正交的方式配置的探测用梁113c连结。
在支撑部111b与支撑部111c之间的加强用梁112b的内侧与加强用梁112b隔开预定间隔并平行地设置有探测用梁113d，探测用梁113d将两端固定于支撑部111b和支撑部111c(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测形变。
在探测用梁113d与支撑部111e之间与探测用梁113d及支撑部111e隔开预定间隔并与探测用梁113d平行地设有探测用梁113e。探测用梁113e连结加强用梁112f的支撑部111e侧的端部和加强用梁112g的支撑部111e侧的端部。
探测用梁113d的长边方向的大致中央部和与之对置的探测用梁113e的长边方向的大致中央部通过以与探测用梁113d及探测用梁113e正交的方式配置的探测用梁113f连结。
在支撑部111c与支撑部111d之间的加强用梁112c的内侧与加强用梁112c隔开预定间隔并平行地设置探测用梁113g，探测用梁113g将两端固定于支撑部111c和支撑部111d(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测形变。
在探测用梁113g与支撑部111e之间与探测用梁113g及支撑部111e隔开预定间隔并与探测用梁113g平行地设有探测用梁113h。探测用梁113h连结加强用梁112g的支撑部111e侧的端部和加强用梁112h的支撑部111e侧的端部。
探测用梁113g的长边方向的大致中央部和与之对置的探测用梁113h的长边方向的大致中央部通过以与探测用梁113g及探测用梁113h正交的方式配置的探测用梁113i连结。
在支撑部111d与支撑部111a之间的加强用梁112d的内侧与加强用梁112d隔开预定间隔并平行地设置探测用梁113j，探测用梁113j将两端固定于支撑部111d和支撑部111a(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测形变。
在探测用梁113j与支撑部111e之间，与探测用梁113j及支撑部111e隔开预定间隔并与探测用梁113j平行地设有探测用梁113k。探测用梁113k连结加强用梁112h的支撑部111e侧的端部和加强用梁112e的支撑部111e侧的端部。
探测用梁113j的长边方向的大致中央部和与之对置的探测用梁113k的长边方向的大致中央部通过以与探测用梁113j及探测用梁113k正交的方式配置的探测用梁113l连结。
探测用梁113a～113l设于支撑部111a～111e的厚度方向的上端侧，例如能够由SOI基板的活性层形成。探测用梁113a～113l的粗度(短边方向的宽度)例如能够做成75μm左右。探测用梁113a～113l的粗度(短边方向的宽度)可以根据位置而不同。探测用梁113a～113l的每一个的上表面与支撑部111a～111e的上表面为大致齐平面。探测用梁113a～113l的每一个的厚度例如能够做成50μm左右。
在探测用梁113a的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁113a与探测用梁113c的交点)设有力点114a。由探测用梁113a、113b以及113c和力点114a形成一组探测块。
在探测用梁113d的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁113d与探测用梁113f的交点)设有力点114b。由探测用梁113d、113e以及113f和力点114b形成一组探测块。
在探测用梁113g的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁113g与探测用梁113i的交点)设有力点114c。由探测用梁113g、113h以及113i和力点114c形成一组探测块。
在探测用梁113j的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁113j与探测用梁113l的交点)设有力点114d。由探测用梁113j、113k以及113l和力点114d形成一组探测块。
力点114a～114d是被施加外力的部位，例如，能够由SOI基板的BOX层及支撑层形成。力点114a～114d的每一个的下表面与支撑部111a～111e的下表面是大致齐平面。
这样，通过从四个力点114a～114d获取力或位移，由于每个力的种类可得到不同的梁的变形，因此能够实现6轴的分离性良好的传感器。
此外，在传感器芯片110中，从抑制应力集中的观点出发，优选形成内角的部分做成圆角状。
图5是对表示施加于各轴的力及力矩的符号进行说明的图。如图5所示，将X轴方向的力设为Fx，将Y轴方向的力设为Fy，将Z轴方向的力设为Fz。另外，将使以X轴为轴旋转的力矩设为Mx，将使以Y轴为轴旋转的力矩设为My，将使以Z轴为轴旋转的力矩设为Mz。
图6是示例传感器芯片110的压电电阻元件的配置的图。在与四个力点114a～114d对应的各探测块的预定位置配置有多个作为形变检测元件的压电电阻元件。
具体而言，参照图3及图6，在与力点114a对应的探测块中，压电电阻元件MxR3及MxR4配置于如下位置：位于将探测用梁113a沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113a的靠近探测用梁113c的区域相对于将探测用梁113c沿长边方向(Y方向)二等分的线对称。压电电阻元件FyR3及FyR4配置于如下位置：位于比将探测用梁113a沿长边方向二等分的线靠加强用梁112a侧，且在探测用梁113a的远离探测用梁113c的区域相对于将探测用梁113c沿长边方向二等分的线对称。
另外，压电电阻元件MzR3’及MzR4’配置于如下位置：位于将探测用梁113a沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113a的与支撑部111a、111b连结的位置和与力点114a连结的位置的中点附近相对于将探测用梁113c沿长边方向二等分的线对称。在此，关于探测用梁113a，相较于作为与支撑部111a、111b或力点114a连结的位置的探测用梁113a的宽度的第一梁宽度，作为形成有压电电阻元件MzR3’及MzR4’的位置的探测用梁113a的宽度的第二梁宽度更小。
在本实施方式中，如图3及图6所示，关于探测用梁113a，从探测用梁113a与支撑部111a、111b连结的位置至形成有压电电阻元件MzR3’及MzR4’的位置，在探测用梁113a的短边方向的两侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状。另外，关于探测用梁113a，从探测用梁113a与力点114a连结的位置至形成有压电电阻元件MzR3’及MzR4’的位置，在探测用梁113a的短边方向的两侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状。
即，探测用梁113a在与支撑部111a、111b连结的位置和与力点114a连结的位置之间形成有梁宽度变窄的部位，在该梁宽度变窄的部位的探测用梁113a上形成有压电电阻元件MzR3’及MzR4’。
在与力点114b对应的探测块中，压电电阻元件MyR3及MyR4配置于如下位置：位于将探测用梁113d沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113d的靠近探测用梁113f的区域相对于将探测用梁113f沿长边方向(X方向)二等分的线对称。压电电阻元件FxR3及FxR4配置于如下位置：位于比将探测用梁113d沿长边方向二等分的线靠加强用梁112b侧，且在探测用梁113d的远离探测用梁113f的区域相对于将探测用梁113f沿长边方向二等分的线对称。
另外，压电电阻元件MzR3及MzR4配置于如下位置：位于将探测用梁113d沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113d的与支撑部111b、111c连结的位置和与力点114b连结的位置的中点附近相对于将探测用梁113f沿长边方向二等分的线对称。在此，关于探测用梁113d，相较于作为与支撑部111b、111c或力点114b连结的位置的探测用梁113d的宽度的第一梁宽度，作为形成有压电电阻元件MzR3及MzR4的位置的探测用梁113d的宽度的第二梁宽度更小。
在本实施方式中，如图3及图6所示，关于探测用梁113d，从探测用梁113d与支撑部111b、111c连结的位置至形成有压电电阻元件MzR3及MzR4的位置，在探测用梁113d的短边方向的两侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状。另外，关于探测用梁113d，从探测用梁113d与力点114b连结的位置至形成有压电电阻元件MzR3及MzR4的位置，在探测用梁113d的短边方向的两侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状。
即，探测用梁113d在与支撑部111b、111c连结的位置和与力点114b连结的位置之间形成有梁宽度变窄的部位，在该梁宽度变窄的部位的探测用梁113d上形成有压电电阻元件MzR3及MzR4。
压电电阻元件FzR2及FzR3配置于如下位置：位于将探测用梁113e沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113e的靠近探测用梁113f的区域相对于将探测用梁113f沿长边方向二等分的线对称。压电电阻元件FzR1’及FzR4’配置于如下位置：位于将探测用梁113e沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113e的远离探测用梁113f的区域相对于将探测用梁113f沿长边方向二等分的线对称。
在此，探测用梁113e具有直线部和通过连结部与直线部连结的倾斜部。直线部是探测用梁113e的梁宽度大致恒定的部分。倾斜部是设于探测用梁113e的端部或者与探测用梁113f连接的部分的部，倾斜部的梁宽度随着远离连结部而逐渐增宽。压电电阻元件FzR2、FzR3、FzR1’、FzR4’在上述的结构的探测用梁113e中配置于比连结部靠倾斜部侧。即，可以说是，压电电阻元件FzR2、FzR3、FzR1’、FzR4’不是配置于探测用梁113e的直线部上，而是配置于倾斜部的内部。另外，关于压电电阻元件FzR1’及FzR4’，形成为压电电阻元件FzR1’及FzR4’的一部分分别位于加强用梁112g或加强用梁112f。
在与力点114c对应的探测块中，压电电阻元件MxR1及MxR2配置于如下位置：位于将探测用梁113g沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113g的靠近探测用梁113i的区域相对于将探测用梁113i沿长边方向(Y方向)二等分的线对称。压电电阻元件FyR1及FyR2配置于如下位置：位于比将探测用梁113g沿长边方向二等分的线靠加强用梁112c侧，且在探测用梁113g的远离探测用梁113i的区域相对于将探测用梁113i沿长边方向二等分的线对称。
压电电阻元件MzR1’及MzR2’配置于如下位置：位于将探测用梁113g沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113g的与支撑部111c、111d连结的位置和与力点114c连结的位置的中点附近相对于将探测用梁113i沿长边方向二等分的线对称。在此，关于探测用梁113g，相较于作为与支撑部111c、111d或力点114c连结的位置的探测用梁113g的宽度的第一梁宽度，作为形成有压电电阻元件MzR1’及MzR2’的位置的探测用梁113g的宽度的第二梁宽度更小。
在本实施方式中，如图3及图6所示，关于探测用梁113g，从探测用梁113g与支撑部111c、111d连结的位置至形成有压电电阻元件MzR1’及MzR2’的位置，在探测用梁113g的短边方向的两侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状。另外，关于探测用梁113g，从探测用梁113g与力点114c连结的位置至形成有压电电阻元件MzR1’及MzR2’的位置，在探测用梁113g的短边方向的两侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状。
即，探测用梁113g在与支撑部111c、111d连结的位置和与力点114c连结的位置之间形成有梁宽度变窄的部位，在该梁宽度变窄的部位的探测用梁113g上形成有压电电阻元件MzR1’及MzR2’。
在与力点114d对应的探测块中，压电电阻元件MyR1及MyR2配置于如下位置：位于将探测用梁113j沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113j的靠近探测用梁113l的区域相对于将探测用梁113l沿长边方向(X方向)二等分的线对称。压电电阻元件FxR1及FxR2配置于如下位置：位于比将探测用梁113j沿长边方向二等分的线靠加强用梁112d侧，且在探测用梁113j的远离探测用梁113l的区域相对于将探测用梁113l沿长边方向二等分的线对称。
压电电阻元件MzR1及MzR2配置于如下位置：位于将探测用梁113j沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113j的与支撑部111d、111a连结的位置和与力点114d连结的位置的中点附近相对于将探测用梁113l沿长边方向二等分的线对称。在此，关于探测用梁113j，相较于作为与支撑部111d、111a或力点114d连结的位置的探测用梁113j的宽度的第一梁宽度，作为形成有压电电阻元件MzR1及MzR2的位置的探测用梁113j的宽度的第二梁宽度更小。
在本实施方式中，如图3及图6所示，关于探测用梁113j，从探测用梁113j与支撑部111d、111a连结的位置至形成有压电电阻元件MzR1及MzR2的位置，在探测用梁113j的短边方向的两侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状。另外，关于探测用梁113j，从探测用梁113j与力点114d连结的位置至形成有压电电阻元件MzR1及MzR2的位置，在探测用梁113j的短边方向的两侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状。
即，探测用梁113j在与支撑部111d、111a连结的位置和与力点114d连结的位置之间形成有梁宽度变窄的部位，在该梁宽度变窄的部位的探测用梁113j上形成有压电电阻元件MzR1及MzR2。
压电电阻元件FzR1及FzR4配置于如下位置：位于将探测用梁113k沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113k的远离探测用梁113l的区域相对于将探测用梁113l沿长边方向二等分的线对称。压电电阻元件FzR2’及FzR3’配置于如下位置：位于将探测用梁113k沿长边方向二等分的线上，且在探测用梁113k的靠近探测用梁113l的区域相对于将探测用梁113l沿长边方向二等分的线对称。
在此，探测用梁113k具有直线部和通过连结部与直线部连结的倾斜部。直线部是探测用梁113k的梁宽度大致恒定的部分。倾斜部是设置于探测用梁113k的端部或与探测用梁113l连接的部分的部，倾斜部的梁宽度随着远离连结部而逐渐增宽。压电电阻元件FzR1、FzR4、FzR2’、FzR3’在上述的结构的探测用梁113k中配置于比连结部靠倾斜部侧。即，可以说，压电电阻元件FzR1、FzR4、FzR2’、FzR3’不是配置于探测用梁113k的直线部上，而是配置于倾斜部的内部。另外，关于压电电阻元件FzR1及FzR4，形成为压电电阻元件FzR1及FzR4的一部分形成为分别位于加强用梁112h或加强用梁112e。
这样，在传感器芯片110中，在各探测块将多个压电电阻元件分开配置。由此，能够基于与施加(传递)至力点114a～114d的力的朝向(轴向)相应的配置于预定的梁的多个压电电阻元件的输出的变化，对预定的轴向的位移进行最大6轴探测。
另外，在传感器芯片110中构成为，尽量缩短探测用梁113c、113f、113i以及113l，使探测用梁113b、113e、113h以及113k靠近探测用梁113a、113d、113g以及113j，尽量确保探测用梁113b、113e、113h以及113k的长度。根据该构造，探测用梁113b、113e、113h以及113k容易呈弓形挠曲，能够缓解应力集中，能够提高承受负载。
另外，在传感器芯片110中，在探测用梁113c、113f、113i、及113l未配置压电电阻元件。取而代之，在比探测用梁113c、113f、113i、及113l细且长的且容易呈弓形挠曲的探测用梁113a、113d、113g、及113j以及探测用梁113b、113e、113h、及113k的应力成为最大的位置的附近配置压电电阻元件。其结果，在传感器芯片110中，能够高效地获取应力，能够提高灵敏度(相对于相同的应力的压电电阻元件的电阻变化)。
此外，在传感器芯片110中，除了用于形变的检测的压电电阻元件以外，还配置有虚的压电电阻元件。虚的压电电阻元件以使包含用于形变的检测的压电电阻元件在内的所有的压电电阻元件相对于支撑部111e的中心成为点对称的方式配置。
在此，压电电阻元件FxR1～FxR4检测力Fx，压电电阻元件FyR1～FyR4检测力Fy，压电电阻元件FzR1～FzR4、FzR1’～FzR4’检测力Fz。压电电阻元件MxR1～MxR4检测力矩Mx，压电电阻元件MyR1～MyR4检测力矩My，压电电阻元件MzR1～MzR4、MzR1’～MzR4’检测力矩Mz。在本实施方式中，也可以将压电电阻元件FzR1’～FzR4’设为虚的压电电阻元件，根据压电电阻元件FzR1～FzR4检测力Fz，也可以是相反的关系。另外，也可以将压电电阻元件MzR1’～MzR4’设为虚的压电电阻元件，根据压电电阻元件MzR1～MzR4检测力矩Mz，也可以是相反的关系。
这样，在传感器芯片110中，在各探测块分开配置有多个压电电阻元件。由此，能够基于与施加(传递)至力点114a～114d的力或位移的朝向(轴向)相应的配置于预定的梁的多个压电电阻元件的输出的变化，对预定的轴向的位移进行最大6轴探测。
具体而言，在传感器芯片110中，Z轴方向的位移(Mx、My、Fz)能够基于预定的探测用梁的变形探测。即，X轴方向及Y轴方向的力矩(Mx、My)能够基于作为第一探测用梁的探测用梁113a、113d、113g、及113j的变形探测。另外，Z轴方向的力(Fz)能够基于作为第二探测用梁的探测用梁113e及113k的变形探测。
另外，在传感器芯片110中，X轴方向及Y轴方向的位移(Fx、Fy、Mz)能够基于预定的探测用梁的变形探测。即，X轴方向及Y轴方向的力(Fx、Fy)能够基于作为第一探测用梁的探测用梁113a、113d、113g、及113j的变形探测。另外，Z轴方向的力矩(Mz)能够基于作为第一探测用梁的探测用梁113a、113d、113g及113j的变形探测。
通过使各探测用梁的厚度和宽度可变，从而能够实现检测灵敏度的均等化、检测灵敏度的提高等的调整。
但是，也能够减少压电电阻元件的个数，做成探测5轴以下的预定的轴向的位移的传感器芯片。
就上述的本实施方式的传感器芯片而言，探测用梁113a形成为在与支撑部111a、111b连结的位置和与力点114a连结的位置的中点附近梁宽度变窄，在该梁宽度变窄的部位的探测用梁113a上形成有压电电阻元件MzR3’及MzR4’。探测用梁113d、113g、113j和压电电阻元件MzR1、MzR2、MzR3、MzR4、MzR1’、MzR2’也同样。关于该结构及由其带来的效果，作为第一结构及效果在后面进行叙述。
根据上述的本实施方式的传感器芯片，通过在梁的中间部利用锥形状或者凹形状等设置梁宽度变窄的部分，能够使施加力时的梁的变形发生变化，新创造出能够检测应力的部位。由此，能够控制应力产生部位。另外，通过利用压电电阻元件对根据输入的种类而在梁的不同的部位(梁的分离的部位)产生的应力进行检测，能够实现干涉少的轴分离，能够对复合输入高精度地进行检测。在本实施方式的传感器芯片中，尤其能够对Mz与My的轴分离得到高的效果。另外，能够不增加梁、力点且通过一根梁高精度地检测多种力及转矩，因此，能够使传感器芯片小型化。
另外，关于上述的本实施方式的传感器芯片，探测用梁113e具有直线部和通过连结部与直线部连结的倾斜部，压电电阻元件FzR2、FzR3、FzR1’、FzR4’在上述的结构的探测用梁113e中配置于比连结部靠倾斜部侧。另外，探测用梁113k具有直线部和通过连结部与直线部连结的倾斜部，压电电阻元件FzR1、FzR4、FzR2’、FzR3’在上述的结构的探测用梁113k中配置于比连结部靠倾斜部侧。关于该结构及由其带来的效果，作为第二结构及效果在后面进行叙述。
根据上述的本实施方式的传感器芯片，通过在梁的基部设置倾斜部，能够使施加力时的梁的变形发生变化，新创造出能够检测应力的部位。由此，能够控制应力产生部位。另外，通过利用压电电阻元件对根据输入的种类而在梁的不同部位(梁的分离的部位)产生的应力进行检测，能够实现干渉少的轴分离，能够对复合的输入高精度地进行检测。在本实施方式的传感器芯片中，尤其能够对Fx与Fz的轴分离、以及Fx与Mx、My的轴分离得到高的效果。另外，能够不增加梁、力点且通过一根梁高精度地检测多种力及转矩，因此，能够使传感器芯片小型化。另外，通过在梁的基部设置倾斜部，梁的刚性提高，能够提高承受负载。
(应变体20)
图7是示例应变体20的图(其一)，图7(a)是立体图，图7(b)是侧视图。图8是示例应变体20的图(其二)，图8(a)是俯视图，图8(b)是沿图8(a)的A－A线的纵向剖视立体图。图8(a)中，为了方便，将相同高度的面用相同的梨地纹模样表示。图9是示例应变体20的图(其三)，图9(a)是沿图8(a)的B－B线的纵向剖视图，图9(b)是沿图9(a)的C－C线横向剖视图。
如图7～图9所示，应变体20具备：直接安装于被固定部的基座21；成为搭载传感器芯片110的传感器芯片搭载部的柱28；以及分离地配置于柱28的周围的柱22a～22d。
更详细而言，在应变体20中，在大致圆形的基座21的上表面以相对于基座21的中心成为均等(点对称)的方式配置有四个柱22a～22d，连接相邻的柱彼此的第一梁即四个梁23a～23d呈框状设置。而且，在基座21的上表面中央的上方配置有柱28。此外，基座21的平面形状不限定于圆形，也可以做成多边形等(例如，正方形等)。
柱28形成为比柱22a～22d粗且短。此外，传感器芯片110以从柱22a～22d的上表面不突出的方式固定于柱28上。
柱28不直接固定于基座21的上表面，而是经由连接用梁28a～28d固定于柱22a～22d。因此，在基座21的上表面与柱28的下表面之间具有空间。柱28的下表面和连接用梁28a～28d的每一个的下表面能够做成齐平面。
柱28的供连接用梁28a～28d连接的部分的横截面形状例如为矩形，矩形的四个拐角和与矩形的四个拐角对置的柱22a～22d经由连接用梁28a～28d连接。连接用梁28a～28d与柱22a～22d连接的位置221～224优选为比柱22a～22d的高度方向的中间靠下侧。对于该理由，后面进行叙述。此外，柱28的供连接用梁28a～28d连接的部分的横截面形状不限于矩形，也可以做成圆形、多边形等(例如，六边形等)。
连接用梁28a～28d以相对于基座21的中心成为均等(点对称)的方式与基座21的上表面隔开预定间隔地配置成与基座21的上表面大致平行。连接用梁28a～28d的粗度、厚度(刚性)为了不妨碍应变体20的变形，优选形成为比柱22a～22d、梁23a～23d细且薄。
这样，基座21的上表面和柱28的下表面分离预定的距离。预定的距离例如能够做成几mm左右。关于不将柱28直接固定于基座21的上表面，而是将基座21的上表面和柱28的下表面分离预定的距离的技术意义，参照图17～图22在后面进行叙述。
在基座21设有用于使用螺纹件等将应变体20紧固于被固定部的贯通孔21x。本实施方式中，在基座21设有四个贯通孔21x，但是贯通孔21x的个数能够任意决定。
除了基座21的应变体20的概略形状例如能够做成纵为5000μm左右、横为5000μm左右、高度为7000μm左右的长方体状。柱22a～22d的横截面形状例如能够做成1000μm见方左右的正方形。柱28的横截面形状例如能够做成2000μm见方左右的正方形。
但是，在应变体20中，从抑制应力集中的观点出发，优选形成内角的部分做成圆角状。例如，柱22a～22d的基座21的上表面的中心侧的面优选上下形成为圆角状。同样地，梁23a～23d的与基座21的上表面对置的面优选左右形成为圆角状。
在梁23a～23d的每一个的上表面的长边方向的中央部设有从梁23a～23d的长边方向的中央部向上方突起的突起部，在突起部上例如设有四棱柱状的输入部24a～24d。输入部24a～24d是从外部施加力的部分，当对输入部24a～24d施加力时，梁23a～23d及柱22a～22d与之相应地变形。
这样，通过设置四个输入部24a～24d，相比例如一个输入部的构造，能够提高梁23a～23d的承受负载。
在柱28的上表面的四个拐角配置有四个柱25a～25d，在柱28的上表面的中央部配置有作为第四柱的柱25e。柱25a～25e形成为相同的高度。
即，柱25a～25e的每一个的上表面位于同一平面上。柱25a～25e的每一个的上表面为与传感器芯片110的下表面粘接的接合部。
在梁23a～23d的每一个的内侧面的长边方向的中央部设有从梁23a～23d的每一个的内侧面向水平方向内侧突出的梁26a～26d。梁26a～26d是将梁23a～23d、柱22a～22d的变形传递给传感器芯片110的第二梁。另外，在梁26a～26d的每一个的上表面的前端侧设有从梁26a～26d的每一个的上表面的前端侧向上方突起的突起部27a～27d。
突起部27a～27d形成为相同的高度。即，突起部27a～27d的每一个的上表面位于同一平面上。突起部27a～27d的每一个的上表面为与传感器芯片110的下表面粘接的接合部。梁26a～26d及突起部27a～27d与成为可动部的梁23a～23d连结，因此当对输入部24a～24d施加力时，与之相应地变形。
此外，在对输入部24a～24d未施加力的状态下，柱25a～25e的每一个的上表面和突起部27a～27d的每一个的上表面位于同一平面上。
在应变体20中，基座21、柱22a～22d、柱28、梁23a～23d、输入部24a～24d、柱25a～25e、梁26a～26d、以及突起部27a～27d各部位从确保刚性且高精度制作的观点出发，优选一体形成。作为应变体20的材料，例如能够使用SUS(不锈钢)等硬质金属材料。其中，尤其优选使用硬质且机械强度较高的SUS630。
这样，与传感器芯片110同样地，应变体20也做成具备柱和梁的构造，从而根据施加的力，6轴分别表示不同的变形，因此能够将6轴的分离性良好的变形传递给传感器芯片110。
即，将对应变体20的输入部24a～24d施加的力经由柱22a～22d、梁23a～23d以及梁26a～26d传递给传感器芯片110，并通过传感器芯片110探测位移。而且，在传感器芯片110中，能够从每一个轴形成有一个的桥电路得到各轴的输出。
(力传感器装置1的制造工序)
图10～图12是示例力传感器装置1的制造工序的图。首先，如图10(a)所示，制作应变体20。应变体20例如能够通过成形、切削、线放电等一体形成。作为应变体20的材料，例如能够使用SUS(不锈钢)等硬质的金属材料。其中，特别优选使用硬质且机械强度高的SUS630。在通过成形来制作应变体20的情况下，例如，将金属粒子和成为粘合剂的树脂放入金属模具进行成形，然后进行烧结，使树脂蒸发，从而能够制作由金属形成的应变体20。
然后，在图10(b)所示的工序中，向柱25a～25e的上表面、及突起部27a～27d的上表面涂敷粘接剂41。作为粘接剂41，例如能够使用环氧树脂系的粘接剂等。从对从外部施加的力的耐力的观点出发，粘接剂41优选为杨氏模量为1GPa以上且厚度为20μm以下。
然后，在图11(a)所示的工序中，制作传感器芯片110。就传感器芯片110例如，能够通过准备SOI基板，并对准备的基板实施蚀刻加工(例如，反应性离子蚀刻等)等公知的方法来制作。另外，电极、配线例如能够通过在利用溅射法等在基板的表面形成铝等的金属膜后，利用光刻技术对金属膜进行构图，从而来制作。
然后，在图11(b)所示的工序中，以使传感器芯片110的下表面与涂敷于柱25a～25e的上表面、及突起部27a～27d的上表面的粘接剂41接触的方式将传感器芯片110一边加压一边配置于应变体20内。然后，以预定温度加热粘接剂41使其硬化。由此，传感器芯片110固定于应变体20内。具体而言，传感器芯片110的支撑部111a～111d固定于各个柱25a～25e上，支撑部111e固定于柱25e上，力点114a～114d固定于各个突起部27a～27d上。
然后，在图12(a)所示的工序中，向柱22a～22d的上表面涂敷粘接剂42。作为粘接剂42，例如能够使用环氧树脂系的粘接剂等。此外，粘接剂42用于将输入/输出基板30固定于应变体20上，由于不从外部施加力，因此能够使用通用的粘接剂。
然后，在图12(b)所示的工序中，准备装配有有源部件32～35及无源部件39的输入/输出基板30，以使输入/输出基板30的下表面与涂敷于柱22a～22d的上表面的粘接剂42接触的方式将输入/输出基板30配置于应变体20上。然后，将输入/输出基板30向应变体20侧加压，并且以预定温度加热粘接剂42使其硬化。由此，输入/输出基板30固定于应变体20。
此外，输入/输出基板30以使传感器芯片110及输入部24a～24d露出的方式固定于应变体20。输入/输出基板30的各电极31优选配置于对输入部24a～24d施加力时的形变最小的应变体20的柱22a～22d上。
然后，将输入/输出基板30的从应变体20沿水平方向伸出的部分(除了输入端子侧)向应变体20的各侧面侧折弯。然后，通过焊线等(未图示)电连接输入/输出基板30和传感器芯片110的对应的部分。由此，完成力传感器装置1。
这样，力传感器装置1能够仅由传感器芯片110、应变体20、以及输入/输出基板30这三个部件制作，因此容易装配，而且对位部位也降到最低限度，因此能够抑制因装配而引起的精度的劣化。
另外，在应变体20中，与传感器芯片110的连接部位(柱25a～25e的上表面、及突起部27a～27d的上表面)全部处于同一平面，因此传感器芯片110相对于应变体20的对位进行一次即可，容易将传感器芯片110装配于应变体20。
以下，对第一及第二结构及效果进行说明。
[第一结构及效果]
(探测用梁的形状的详细情况)
图13(a)是放大了本实施方式的传感器芯片的一例的主要部分的平面图。将图3及图6所示的探测用梁113a、113d、113g、113j概括地用探测用梁113m表示。将探测用梁113b、113e、113h、113k概括地用探测用梁113n表示。将探测用梁113c、113f、113i、113l概括地用探测用梁113o表示。另外，用MzR1、MzR2代表压电电阻元件MzR1、MzR2、MzR3、MzR4、MzR1’、MzR2’、MzR3’、MzR4’来表示。
在图13所示的传感器芯片的探测用梁113m中，从探测用梁113m与支撑部连结的位置至形成有压电电阻元件MzR1及MzR2的位置，在探测用梁113m的短边方向的两侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状。另外，关于探测用梁113m，从探测用梁113m与力点连结的位置至形成有压电电阻元件MzR1及MzR2的位置，在探测用梁113m的短边方向的两侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状。即，相较于作为与支撑部或力点连结的位置的探测用梁113m的宽度的第一梁宽度W3’，作为形成有压电电阻元件MzR1及MzR2的位置的探测用梁113m的宽度的第二梁宽度W1’更小。这样，探测用梁113m在与支撑部连结的位置和与力点连结的位置之间形成有梁宽度变窄的部位，在该梁宽度变窄的部位113q的探测用梁113m上形成有压电电阻元件MzR1及MzR2。
在上述的本实施方式的传感器芯片中，在输入了Z轴方向的力矩(Mz)时，在探测用梁113m产生的应力在探测用梁113m的梁宽度变窄的部位113q及其附近增大。因此，配置于该梁宽度变窄的部位113q的压电电阻元件MzR1及MzR2对Z轴方向的力矩(Mz)具有高灵敏度。梁宽度变窄的部位113q的位置例如是探测用梁113m与支撑部连结的位置和与力点连结的位置的中点或其附近。输入Z轴方向的力矩(Mz)时的应力在探测用梁113m的梁宽度变窄的部位113q增大，因此，梁宽度变窄的部位113q的位置不限于探测用梁113m与支撑部连结的位置和与力点连结的位置的中点或其附近，也可以比上述的中点靠近支撑部侧或力点侧。在该情况下，只要在梁宽度变窄的部位113q的探测用梁113m上形成有压电电阻元件MzR1及MzR2即可。
另一方面，在向传感器芯片输入了X轴方向的力(Fx)时，在形成有压电电阻元件MzR1及MzR2的探测用梁113m的梁宽度变窄的部位113q几乎不产生应力。另外，在向传感器芯片输入了Y轴方向的力矩(My)时，在形成有压电电阻元件MzR1及MzR2的探测用梁113m的梁宽度变窄的部位113q几乎不产生应力。
根据本实施方式的传感器芯片，Z轴方向的力矩(Mz)与X轴方向的力(Fx)及Y轴方向的力矩(My)的轴分离性提高。能够提高传感器芯片对复合输入的轴分离性，改善传感器精度。
在本实施方式的传感器芯片中，优选第二梁宽度W1’/第一梁宽度W3’为0.5以下。由此，输入了Z轴方向的力矩(Mz)时的应力能够在探测用梁113a、113d、113g、113j的梁宽度变窄的部位提高。例如，第一梁宽度W3’为100μm～115μm左右，第二梁宽度W1’为50μm左右。
在上述中，对在探测用梁113m的短边方向的两侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状的情况进行了说明，但也可以是在探测用梁113m的短边方向的一方的侧部具有梁宽度逐渐变窄的锥形状的结构。
图13(b)是放大了探测用梁113m部分的平面图。优选为以下锥形状：关于探测用梁113m的短边方向的锥形部分的长度A和探测用梁113m的长边方向的锥形部分的长度B，具有满足A：B＝1：8.5～1：10.5的式的A及B的值。若锥角不足，则输入Mz时的应力可能会产生在探测用梁的梁宽度变窄的部位以外的区域。若锥角过大，则探测用梁的梁宽度变窄的位置的机械强度有可能降低。
图14(a)及(b)是放大了本实施方式的传感器芯片的另一例的主要部分的平面图。将与图3及图6所示的探测用梁113a、113d、113g、113j对应的梁概括地用探测用梁113m表示。将与探测用梁113b、113e、113h、113k对应的梁概括地用探测用梁113n表示。将与探测用梁113c、113f、113i、113l对应的梁概括地用探测用梁113o表示。另外，用MzR1、MzR2代表压电电阻元件MzR1、MzR2、MzR3、MzR4、MzR1’、MzR2’、MzR3’、MzR4’而表示。
图14所示的传感器芯片在探测用梁113m的短边方向的两侧部设置有凹形状113p。由此，具有探测用梁113m的梁宽度变窄的部位。在设有凹形状113p而使梁宽度变窄的部位的探测用梁113m上设置有Z轴方向的力矩检测用的压电电阻元件MzR1、MzR2。即，相较于作为与支撑部或力点连结的位置的探测用梁113m的宽度的第一梁宽度W3，作为形成有压电电阻元件MzR1及MzR2的位置的探测用梁113m的宽度的第二梁宽度W1更小。这样，探测用梁113m在与支撑部连结的位置和与力点连结的位置之间形成有梁宽度变窄的部位，在该梁宽度变窄的部位的探测用梁113m上形成有压电电阻元件MzR1及MzR2。
在图14所示的传感器芯片中，在输入了Z轴方向的力矩(Mz)时，在探测用梁113m产生的应力在探测用梁113m的梁宽度变窄的凹形状113p及其附近增大。另一方面，在向传感器芯片输入了X轴方向的力(Fx)时，在形成有压电电阻元件MzR1及MzR2的探测用梁113m的梁宽度变窄的凹形状113p几乎不产生应力。另外，在向传感器芯片输入了Y轴方向的力矩(My)时，在形成有压电电阻元件MzR1及MzR2的探测用梁113m的梁宽度变窄的凹形状113p几乎不产生应力。这样，Z轴方向的力矩(Mz)与X轴方向的力(Fx)及Y轴方向的力矩(My)的轴分离性提高。能够提高传感器芯片对复合输入的轴分离性，改善传感器精度。
在图14所示的传感器芯片中，凹形状113p的位置例如是探测用梁113m与支撑部连结的位置和与力点连结的位置的中点或者其附近，但不限定于此，也可以比上述的中点靠近支撑部侧或力点侧。在该情况下，只要在通过凹形状113p使梁宽度变窄的部位的探测用梁113m上形成有压电电阻元件MzR1及MzR2即可。
例如，第一梁宽度W3为100μm～115μm左右，第二梁宽度W1为50μm左右。优选第二梁宽度W1/第一梁宽度W3为0.5以下。作为除了与支撑部或力点连结的位置和凹形状113p之外的部分的探测用梁113m的梁宽度的第三梁宽度W2例如为80μm左右。优选第二梁宽度W1/第三梁宽度W2为0.7以下。另外，优选第三梁宽度W2/第一梁宽度W3为0.3以上且0.6以下。
另外，如图14(b)所示，关于在探测用梁113m的短边方向的两侧部形成的凹形状113p的宽度(凹形状113p的探测用梁113m的长边方向的长度)L1、从凹形状113p的端部开始梁宽度恒定为W2的部分的探测用梁113m的长边方向的长度L2、在探测用梁113m与支撑部连结的位置从梁宽度为W2到宽度扩大成为梁宽度W3为止的探测用梁113m的长边方向的长度L3，优选L1/L3为0.5以下，优选L1/L2为0.3以下，优选L2/L3为0.5以上且0.9以下。例如，L1为100μm左右，L2为187.5μm左右，L3为125μm左右。
另外，也可以构成为，在探测用梁113m的短边方向的一方的侧部形成有凹形状而使梁宽度变窄。
(第一实施例)
图15是表示通过模拟对将Z轴方向的力矩(Mz)施加于参考例的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。对拉伸或压缩的应力局部成为最大的部位标注符号“+”及“－”，且示出了色调浓度朝向“+”越浓、或色调浓度朝向“－”越淡，则拉伸或压缩的应力越大。在图15的参考例中，与图13及图14不同，在探测用梁113m上，在与支撑部连结的位置和与力点连结的位置之间未形成梁宽度变窄的部位。在参考例的传感器芯片中，输入Mz时，在探测用梁113m与支撑部连结的位置和探测用梁113m与力点连结的位置，产生的应力增大。
图16是表示通过模拟对将Z轴方向的力矩(Mz)施加于图14所示的本实施方式的另一例的传感器芯片时在传感器芯片产生的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。在探测用梁113m的与支撑部连结的位置和与力点连结的位置之间形成有凹形状，成为梁宽度变窄的部位。在输入Mz时，在形成有凹形状且在梁宽度变窄的位置产生的应力增大。
图17是表示通过模拟对将X轴方向的力(Fx)施加于图14所示的本实施方式的另一例的传感器芯片时在传感器芯片产生的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。在探测用梁113m的与支撑部连结的位置和与力点连结的位置之间形成有凹形状113p，成为梁宽度变窄的部位。输入Fx时，在形成有凹形状113p且梁宽度变窄的部位几乎不产生应力。另外，即使代替X轴方向的力(Fx)而施加Y轴方向的力矩(My)时，也同样地在形成有凹形状113p且梁宽度变窄的部位几乎不产生应力。
图18是表示通过模拟对将X轴方向的力(Fx)施加于图13所示的本实施方式的传感器芯片时在传感器芯片产生的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。在探测用梁113m的与支撑部连结的位置和与力点连结的位置之间形成有梁宽度变窄的部位113q。输入Fx时，在梁宽度变窄的部位113q几乎不产生应力。另外，即使代替X轴方向的力(Fx)而施加Y轴方向的力矩(My)时，也同样地，在梁宽度变窄的部位113q几乎不产生应力。
根据本实施方式的传感器芯片，确认了可以提高Z轴方向的力矩(Mz)与X轴方向的力(Fx)及Y轴方向的力矩(My)的轴分离性。
(第二实施例)
图19是说明对参考例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。参考例的传感器芯片与图15所示的传感器芯片相同，在探测用梁113m的与支撑部连结的位置和与力点连结的位置之间未形成梁宽度变窄的部位。进一步地，用于检测Mz的压电电阻元件形成在探测用梁113m和支撑部连结的位置的附近的探测用梁113m上。图19是表示通过模拟求出误差的结果的图，该误差为对参考例的传感器芯片进行复合了如附图下方的输入轴的栏所示地选择的四个轴的输入时的、Fx输入与Fx输出的误差(N)、Fy输入与Fy输出的误差(N)、Fz输入与Fz输出的误差(N)。作为传感器芯片，对各轴要求误差为5％以内。如图19所示，在参考例的传感器芯片中，存在Fz的输出的误差超过5％的复合输入的组合。
图20是说明对本实施方式的另一例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。本实施方式的另一例的传感器芯片与图14所示的传感器芯片相同，在探测用梁113m形成有在短边方向的两侧部形成凹形状而使梁宽度变窄的部位，在该梁宽度变窄的部位形成有用于检测Mz的压电电阻元件。图20是表示通过模拟求出误差的结果的图，该误差为对本实施方式的另一例的传感器芯片进行复合了如附图下方的输入轴的栏所示地选择的四个轴的输入时的、Fx输入与Fx输出的误差(N)、Fy输入与Fy输出的误差(N)、Fz输入与Fz输出的误差(N)。如图20所示，在本实施方式的另一例的传感器芯片中，Fx、Fy、Fz的输出的误差均为5％以下。相较于图19的参考例，Fx、Fy、Fz的输出的误差有了大幅改善。
图21是说明对参考例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。表示通过模拟求出误差的结果，该误差为对参考例的传感器芯片进行复合了如附图下方的输入轴的栏所示地选择的四个轴的时的、Mx输入与Mx输出的误差(N·m)、My输入与My输出的误差(N·m)、Mz输入与Mz输出的误差(N·m)。作为传感器芯片，对各轴要求误差为5％以内。如图21所示，在参考例的传感器芯片中，存在Mx、Mz的输出的误差超过5％的复合输入的组合。
图22是说明对本实施方式的另一例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。表示通过模拟求出误差的结果，该误差为对本实施方式的另一例的传感器芯片进行复合了如附图下方的输入轴的栏所示地选择的四个轴的输入时的、Mx输入与Mx输出的误差(N·m)、My输入与My输出的误差(N·m)、Mz输入与Mz输出的误差(N·m)。如图22所示，在本实施方式的另一例的传感器芯片中，在Mx的一部分超过了5％，但除此之外的Mx的输出、My、Mz的输出均误差为5％以下。相较于图21的参考例，Mx、My、Mz的输出的误差有了大幅改善。
(第三实施例)
图23是说明对参考例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。参考例的传感器芯片与图15所示的传感器芯片相同，在探测用梁113m的与支撑部连结的位置和与力点连结的位置之间未形成梁宽度变窄的部位。进一步地，用于检测Mz的压电电阻元件形成于探测用梁113m和支撑部连结的位置的附近的探测用梁113m上。图23是表示通过模拟求出误差的结果的图，该误差为对参考例的传感器芯片进行单轴方向、两轴的复合输入、三轴的复合输入、四轴的复合输入、五轴的复合输入、六轴的复合输入时的、Fx输入与Fx输出的误差(N)、Fy输入与Fy输出的误差(N)、Fz输入与Fz输出的误差(N)、Mx输入与Mx输出的误差(N·m)、My输入与My输出的误差(N·m)、Mz输入与Mz输出的误差(N·m)。在此，将Fx输出的误差(N)、Fy输出的误差(N)、Fz输出的误差(N)作为F系，计算平均值(Avg.)和最大值(Max.)。另外，将Mx输出的误差(N·m)、My输出的误差(N·m)、Mz输出的误差(N·m)作为M系，计算平均值(Avg.)和最大值(Max.)。
如图23所示，在参考例的传感器芯片中，关于F系的平均值(Avg.)，从单轴至六轴复合，误差为5％以下，但关于F系的最大值(Max.)，在三～六轴复合中，误差超过了5％。关于M系的平均值(Avg.)，在五～六轴复合中，误差超过了5％。关于M系的最大值(Max.)，在五～六轴复合中，误差超过了5％。
图24是说明对本实施方式的另一例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。本实施方式的另一例的传感器芯片与图14所示的传感器芯片相同。如图24所示，在本实施方式的另一例的传感器芯片中，关于F系的平均值(Avg.)及最大值(Max.)，从单轴至六轴复合，误差为5％以下。另外，关于M系的平均值(Avg.)，从单轴至六轴复合，误差为5％以下。另一方面，关于M系的最大值(Max.)，在二～五轴复合中，误差超过5％。根据图24所示的对本实施方式的另一例的传感器芯片的其它轴成分的模拟，确认了轴分离性有了大幅改善。
图25是说明对本实施方式的一例的传感器芯片的其它轴成分的模拟的图。本实施方式的一例的传感器芯片与图6所示的传感器芯片相同。如图25所示，在本实施方式的一例的传感器芯片中，关于F系的平均值(Avg.)及最大值(Max.)，从单轴至六轴复合，误差为5％以下。另外，关于M系的平均值(Avg.)及最大值(Max.)，从单轴至六轴复合，误差也为5％以下。根据图25所示的对本实施方式的一例的传感器芯片的其它轴成分的模拟，确认了轴分离性有了大幅改善。
[第二结构及效果]
(探测用梁的形状的详细情况)
图26是放大了本实施方式的传感器芯片的一例的主要部分的平面图。将图3及图6所示的探测用梁113a、113d、113g、113j概括地用探测用梁113m表示。将探测用梁113b、113e、113h、113k概括地用探测用梁113n表示。将探测用梁113c、113f、113i、113l概括地用探测用梁113o表示。将加强用梁112e、112f、112g、112h概括地用加强用梁112i表示。另外，用FzR1、FzR2代表压电电阻元件FzR1、FzR2、FzR3、FzR4、FzR1’、FzR2’、FzR3’、FzR4’而表示。
在图26所示的传感器芯片中，探测用梁113n具有直线部113n1和通过连结部与直线部113n1连结的倾斜部113n2、113n3。直线部113n1与倾斜部113n2的边界及直线部113n1与倾斜部113n3的边界分别为连结部。直线部113n1为探测用梁113n的梁宽度大致恒定的部分。倾斜部113n2、113n3是设置在探测用梁113n的端部或与探测用梁113o连接的部分的部，倾斜部113n2、113n3的梁宽度随着远离连结部而逐渐增宽。压电电阻元件FzR1、FzR2在上述的结构的探测用梁113n中配置于比连结部靠倾斜部113n2、113n3侧。即，可以说，压电电阻元件FzR1、FzR2不是配置于探测用梁113n的直线部113n1上，而是配置于倾斜部113n2、113n3的内部。另外，压电电阻元件FzR1形成为压电电阻元件FzR1的一部分位于加强用梁112i。
在上述的本实施方式的传感器芯片中，在输入了Z轴方向的力(Fz)时，在探测用梁113n产生的应力在探测用梁113n的倾斜部113n2、113n3及其附近增大。因此，配置于该倾斜部113n2、113n3的压电电阻元件FzR1及FzR2对Z轴方向的力(Fz)具有高灵敏度。在此，压电电阻元件FzR1形成为，压电电阻元件FzR1的一部分位于加强用梁112i。Fz是沿作为传感器的厚度方向的Z轴方向施加的力，在加强用梁112i的附近，Fz输入时的应力增大。因此，关于压电电阻元件FzR1，优选配置为压电电阻元件FzR1的一部分位于加强用梁112i。
另一方面，在向传感器芯片输入了X轴方向的力(Fx)时，应力在作为直线部113n1与倾斜部113n2、113n3的边界的连结部的附近增大，但在形成有压电电阻元件FzR1及FzR2的探测用梁113n的倾斜部113n2、113n3的内部几乎不产生应力。
根据本实施方式的传感器芯片，Z轴方向的力(Fz)与X轴方向的力(Fx)的轴分离性提高。能够提高传感器芯片对复合输入的轴分离性，改善传感器精度。
图27是放大了本实施方式的传感器芯片的另一例的主要部分的平面图。将图3及图6所示的探测用梁113a、113d、113g、113j概括地用探测用梁113m表示。将探测用梁113b、113e、113h、113k概括地用探测用梁113n表示。将探测用梁113c、113f、113i、113l概括地用探测用梁113o表示。另外，用MxyR1代表压电电阻元件MxR1、MxR2、MxR3、MxR4、MyR1、MyR2、MyR3、MyR4而表示。在此，MxyR1在形成于长边方向为X轴方向的探测用梁113a、113g时，对应于MxR1、MxR2、MxR3、MxR4，在形成于长边方向为Y轴方向的探测用梁113d、113j时，对应于MyR1、MyR2、MyR3、MyR4。
在图27所示的传感器芯片中，探测用梁113m具有直线部113m1和通过连结部与直线部113m1连结的倾斜部113m2、113m3。直线部113m1与倾斜部113m2的边界及直线部113m1与倾斜部113m3的边界分别为连结部。直线部113m1为探测用梁113m的梁宽度大致恒定的部分。倾斜部113m2、113m3是设置在探测用梁113m的端部或与探测用梁113o连接的部分的部，倾斜部113m2、113m3的梁宽度随着远离连结部而逐渐增宽。压电电阻元件MxyR1在上述的结构的探测用梁113m配置于比连结部靠倾斜部113m2侧。即，可以说，压电电阻元件MxyR1不是配置于探测用梁113m的直线部113m1上，而是配置于倾斜部113m2的内部。
在上述的本实施方式的传感器芯片中，在输入了X轴方向的力矩(Mx)或Y轴方向的力矩(My)时，在探测用梁113m产生的应力在探测用梁113m的倾斜部113m2及其附近增大。因此，配置于该倾斜部113m2的压电电阻元件MxyR1对X轴方向的力矩(Mx)或Y轴方向的力矩(My)具有高灵敏度。
另一方面，在向传感器芯片输入了X轴方向的力(Fx)时，应力在作为直线部113m1与倾斜部113m2、113m3的边界的连结部的附近增大，但在形成有压电电阻元件MxyR1的探测用梁113m的倾斜部113m2的内部几乎不产生应力。
根据本实施方式的传感器芯片，Z轴方向的力(Fz)与X轴方向的力矩(Mx)及Y轴方向的力矩(My)的轴分离性提高。能够提高传感器芯片对复合输入的轴分离性，改善传感器精度。
可以实现图26所示的结构和图27所示的结构的任一方，也可以同时实现双方，图26所示的结构是，探测用梁113n具有直线部113n1和通过连结部与直线部113n1连结的倾斜部113n2、113n3，压电电阻元件FzR1、FzR2配置于比连结部靠倾斜部113n2、113n3侧，图27所示的结构是，探测用梁113m具有直线部113m1和通过连结部与直线部113m1连结的倾斜部113m2、113m3，压电电阻元件MxyR1配置于比连结部靠倾斜部113m2侧。
图28(a)及(b)是放大了本实施方式的传感器芯片的另一例的主要部分的平面图。将与图3及图6所示的探测用梁113a、113d、113g、113j对应的梁概括地用探测用梁113m表示。将与探测用梁113b、113e、113h、113k对应的梁概括地用探测用梁113n表示。将与探测用梁113c、113f、113i、113l对应的梁概括地用探测用梁113o表示。
在本实施方式的传感器芯片中，将探测用梁113n的直线部113n1的梁宽度设为第一梁宽度W1，将倾斜部113n3的梁宽度最大的部分的梁宽度设为第二梁宽度W2时，优选第一梁宽度W1/第二梁宽度W2为0.5以下。由此，通过在倾斜部的内部设置Fz的压电电阻元件，能够使Fz的压电电阻元件充分远离Fx输入时的应力的产生部位，提高Fx与Fz的轴分离性。例如，第一梁宽度W1为30μm～50μm左右，第二梁宽度W2为75μm～100μm左右。
另外，关于探测用梁113n的长边方向上的直线部113n1的长度L1、倾斜部113n3长度L2，例如，L1为140～265μm左右，L2为100～150μm左右。
图28(b)是放大了探测用梁113n部分的平面图。优选的是，关于探测用梁113n的短边方向的锥形部分的长度A和探测用梁113n的长边方向的锥形部分的长度B，具有满足A：B＝1：8.5～1：10.5的式的A及B的值的锥形状。若锥角不足，则有可能无法使Fz的压电电阻元件充分远离Fx输入时的应力的产生部位。若锥角过大，则探测用梁的梁宽度变窄的部位的机械强度有可能降低。
在图26及图27所示的传感器芯片中，具有在探测用梁113m的短边方向的两侧部设置有凹形状113p而使探测用梁113m的梁宽度变窄的部位，但不限定于此，如图6及图28所示，也可以具有探测用梁113m的梁宽度逐渐变窄的锥形状。
(第一实施例)
图29是放大了实施方式的传感器芯片的一例的主要部分的平面图，是进行图30及图31所示的应力模拟的传感器芯片的平面图。与图26所示的本实施方式的传感器芯片同样地，将图3及图6所示的探测用梁113a、113d、113g、113j概括地用探测用梁113m表示。将探测用梁113b、113e、113h、113k概括地用探测用梁113n表示。将探测用梁113c、113f、113i、113l概括地用探测用梁113o表示。另外，用FzR1、FzR2代表压电电阻元件FzR1、FzR2、FzR3、FzR4、FzR1’、FzR2’、FzR3’、FzR4’而表示。
探测用梁113n具有直线部113n1和通过连结部与直线部113n1连结的倾斜部113n2、113n3。压电电阻元件FzR1、FzR2在上述的结构的探测用梁113n配置于比连结部靠倾斜部113n2、113n3侧。即，压电电阻元件FzR1、FzR2不是配置于探测用梁113n的直线部113n1上，而是配置于倾斜部113n2、113n3的内部。关于压电电阻元件FzR1，形成为压电电阻元件FzR1的一部位于加强用梁112i。在图29的传感器芯片中，探测用梁113m在与支撑部连结的位置和与力点连结的位置之间未形成梁宽度变窄的部位。
图30是表示通过模拟对将X轴方向的力(Fx)施加于图29所示的本实施方式的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。对拉伸或压缩的应力局部成为最大的部位标注符号“+”及“－”，且示出了色调浓度朝向“+”越浓、或色调浓度朝向“－”越淡，则拉伸或压缩的应力越大。向传感器芯片输入了X轴方向的力(Fx)时，应力在作为直线部113n1与倾斜部113n2、113n3的边界的连结部的附近增大，但在形成有压电电阻元件FzR1及FzR2的探测用梁113n的倾斜部113n2、113n3的内部几乎不产生应力。
图31是表示通过模拟对将Z轴方向的力(Fz)施加于图29所示的本实施方式的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。向传感器芯片输入Z轴方向的力(Fz)时，在探测用梁113n产生的应力在探测用梁113n的倾斜部113n2、113n3及其附近增大。因此，配置于该倾斜部113n2、113n3的压电电阻元件FzR1及FzR2对Z轴方向的力(Fz)具有高灵敏度。
图32是表示放大了参考例的传感器芯片的主要部分的平面图，是进行图33及图34所示的应力模拟的传感器芯片的平面图。与图29所示的本实施方式的传感器芯片不同，压电电阻元件FzR1、FzR2配置为：在直线部113n1与倾斜部113n2、113n3的连结部的附近从直线部113n1跨越到倾斜部113n2、113n3。
图33是表示通过模拟对将X轴方向的力(Fx)施加于图32所示的本实施方式的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。向传感器芯片输入X轴方向的力(Fx)时，应力在作为直线部113n1与倾斜部113n2、113n3的边界的连结部的附近增大。配置于连结部的附近的压电电阻元件FzR1、FzR2对Fx输入具有灵敏度，轴分离性降低。
图34是表示通过模拟对将Z轴方向的力(Fz)施加于图32所示的本实施方式的传感器芯片时的应力进行计算的结果的图(应力等值线图)。向传感器芯片输入Z轴方向的力(Fz)时，在探测用梁113n产生的应力在直线部113n1与倾斜部113n2、113n3的连结部的附近增大。配置于连结部的附近的压电电阻元件FzR1及FzR2对Z轴方向的力(Fz)具有高灵敏度。
根据本实施方式的传感器芯片，确认了，相对于参考例，可提高Z轴方向的力(Fz)与X轴方向的力(Fx)的轴分离性。
以上，对优选的实施方式进行了详细说明，但不限于上述的实施方式，能够不脱离技术方案记载的范围地对上述的实施方式添加各种变形及置换。
本申请要求于2018年1月29日向日本专利局提交的基础申请2018-012924号、及于2018年1月29日向日本专利局提交的基础申请2018-012925号的优先权，并将其全部内容通过参照援用于此。
符号说明
1—力传感器装置，20—应变体，21—基座，22a～22d、25a～25d、28—柱，23a～23d、26a～26d—梁，24a～24d—输入部，27a～27d—突起部，30—输入/输出基板，31—电极，32～35—有源部件，39—无源部件，40—受力板，40x、40z—凹部，40y—贯通孔，41、42—粘接剂，110—传感器芯片，111a～111e—支撑部，112a～112h—加强用梁，113a～113o—探测用梁，113n1—直线部，113n2、113n3—倾斜部，113p—凹形状，113q—梁宽度变窄的位置，114a～114d—力点，FzR1～FzR4、FzR1’～FzR4、MzR1～MzR4、MzR1’～MzR4’、FxR1～FxR4、FyR1～FyR4、MxR1～MxR4、MyR1～MyR4—压电电阻元件。

Claims (20)

1.一种传感器芯片，其特征在于，具有：
基板；
第一支撑部；
第二支撑部，其在周围配置有上述第一支撑部，且配置于上述基板的中央；
第一探测用梁，其连结相邻的上述第一支撑部彼此；
力点，其配置于上述第一探测用梁，且被施加力；以及
多个形变检测元件，其配置于上述第一探测用梁的预定位置，
上述多个形变检测元件包括上述第一支撑部与上述力点之间的形成于上述第一探测用梁的第一形变检测元件，
相较于作为上述第一探测用梁与上述第一支撑部或上述力点连结的位置的上述第一探测用梁的宽度的第一梁宽度，作为形成有上述第一形变检测元件的位置的上述第一探测用梁的宽度的第二梁宽度更小。
2.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，具备：
第二探测用梁，其在上述第一探测用梁与上述第二支撑部之间与上述第一探测用梁平行地设置；以及
第三探测用梁，其在平行地设置的上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的组中连结上述第一探测用梁和上述第二探测用梁，
上述力点配置于上述第一探测用梁与上述第三探测用梁的交点。
3.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，
上述第二梁宽度/上述第一梁宽度为0.5以下。
4.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，
在形成有上述第一形变检测元件的位置的上述第一探测用梁形成有使上述第一探测用梁的梁宽度缩窄的凹形状。
5.根据权利要求4所述的传感器芯片，其特征在于，
在形成有上述第一形变检测元件的位置的上述第一探测用梁的短边方向的两侧形成有上述凹形状。
6.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，
上述第一探测用梁具有梁宽度从上述第一探测用梁与上述第一支撑部或上述力点连结的位置至形成有上述第一形变检测元件的位置逐渐变窄的锥形状。
7.根据权利要求6所述的传感器芯片，其特征在于，
在上述第一探测用梁的短边方向的两侧具有梁宽度逐渐变窄的锥形状。
8.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，
在将上述基板的厚度方向设为Z轴方向时，
上述第一形变检测元件能够检测绕Z轴旋转的方向的力。
9.根据权利要求2所述的传感器芯片，其特征在于，具有：
第一加强用梁，其在上述第一探测用梁的外侧与上述第一探测用梁平行地设置，且连结相邻的上述第一支撑部彼此；以及
第二加强用梁，其连结上述第一支撑部和上述第二支撑部，
上述第二加强用梁与上述第一加强用梁非平行地配置，
上述第一加强用梁及上述第二加强用梁形成为比上述第一探测用梁、上述第二探测用梁、以及上述第三探测用梁更厚，
上述第二探测用梁连结相邻的上述第二加强用梁的上述第二支撑部侧的端部彼此。
10.一种力传感器装置，其特征在于，具有：
权利要求1所述的传感器芯片；以及
将施加的力传递给上述传感器芯片的应变体。
11.一种传感器芯片，其特征在于，具有：
基板；
第一支撑部；
第二支撑部，其在周围配置有上述第一支撑部，且配置于上述基板的中央；
第一探测用梁，其连结相邻的上述第一支撑部彼此；
力点，其配置于上述第一探测用梁，且被施加力；以及
多个形变检测元件，其配置于上述第一探测用梁的预定位置，
上述第一探测用梁具有直线部和通过连结部与上述直线部连结的倾斜部，
多个上述形变检测元件包括配置于比上述连结部靠上述倾斜部侧的第一形变检测元件。
12.根据权利要求11所述的传感器芯片，其特征在于，
具备第二探测用梁，上述第二探测用梁在上述第一探测用梁与上述第二支撑部之间与上述第一探测用梁平行地设置，
上述第二探测用梁具有配置于预定位置的多个形变检测元件、直线部、以及通过连结部与上述直线部连结的倾斜部，
多个上述形变检测元件包括配置于比上述连结部靠上述倾斜部侧的第二形变检测元件。
13.根据权利要求12所述的传感器芯片，其特征在于，
具备第三探测用梁，上述第三探测用梁在平行地设置的上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的组中连结上述第一探测用梁和上述第二探测用梁，
上述力点配置于第一探测用梁与第三探测用梁的交点。
14.根据权利要求11所述的传感器芯片，其特征在于，
上述倾斜部是设置于上述第一探测用梁的端部的部，上述倾斜部的梁宽度随着远离上述连结部而逐渐增宽。
15.根据权利要求13所述的传感器芯片，其特征在于，
上述倾斜部设置于上述第一探测用梁或上述第二探测用梁的端部、或者与上述第三探测用梁连接的部分，上述倾斜部的梁宽度随着远离上述连结部而逐渐增宽。
16.根据权利要求12所述的传感器芯片，其特征在于，
在将上述基板的厚度方向设为Z轴方向时，
上述第一形变检测元件能够检测Z轴方向的力，且形成于上述第二探测用梁。
17.根据权利要求11所述的传感器芯片，其特征在于，
在将上述基板的厚度方向设为Z轴方向时，
上述第一形变检测元件能够检测绕与Z轴垂直的轴旋转的方向的力，且形成于上述第一探测用梁。
18.根据权利要求11所述的传感器芯片，其特征在于，
在将上述直线部的梁宽度设为第一梁宽度且将上述倾斜部的梁宽度最大的部分的梁宽度设为第二梁宽度时，上述第一梁宽度/上述第二梁宽度为0.5以下。
19.根据权利要求13所述的传感器芯片，其特征在于，具有：
第一加强用梁，其在上述第一探测用梁的外侧与上述第一探测用梁平行地设置，且连结相邻的上述第一支撑部彼此；以及
第二加强用梁，其连结上述第一支撑部和上述第二支撑部，
上述第二加强用梁与上述第一加强用梁非平行地配置，
上述第一加强用梁及上述第二加强用梁形成为比上述第一探测用梁、上述第二探测用梁、以及上述第三探测用梁更厚，
上述第二探测用梁连结相邻的上述第二加强用梁的上述第二支撑部侧的端部彼此。
20.一种力传感器装置，其特征在于，具有：
权利要求11所述的传感器芯片；以及
将施加的力传递给上述传感器芯片的应变体。
CN201980009485.1A 2018-01-29 2019-01-24 传感器芯片及力传感器装置 Active CN111670349B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018012925A JP6957823B2 (ja) 2018-01-29 2018-01-29 センサチップ及び力覚センサ装置
JP2018-012925 2018-01-29
JP2018-012924 2018-01-29
JP2018012924A JP6919965B2 (ja) 2018-01-29 2018-01-29 センサチップ及び力覚センサ装置
PCT/JP2019/002263 WO2019146696A1 (ja) 2018-01-29 2019-01-24 センサチップ及び力覚センサ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111670349A true CN111670349A (zh) 2020-09-15
CN111670349B CN111670349B (zh) 2022-04-26

Family

ID=67396011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980009485.1A Active CN111670349B (zh) 2018-01-29 2019-01-24 传感器芯片及力传感器装置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN111670349B (zh)
WO (1) WO2019146696A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021071305A (ja) 2019-10-29 2021-05-06 ミネベアミツミ株式会社 力覚センサ装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5526700A (en) * 1995-09-29 1996-06-18 Akeel; Hadi A. Six component force gage
CN1527040A (zh) * 2003-09-19 2004-09-08 哈尔滨工业大学 微型全平面六维力、力矩传感器
JP2008058106A (ja) * 2006-08-30 2008-03-13 Honda Motor Co Ltd 力覚センサ用チップ
CN101672705A (zh) * 2009-09-29 2010-03-17 西北工业大学 一种六维力传感器
JP2013002942A (ja) * 2011-06-16 2013-01-07 Honda Motor Co Ltd 力覚センサチップ
CN103076131A (zh) * 2012-12-31 2013-05-01 东南大学 用于测量大型机械臂大力与小力矩的六维力与力矩传感器
CN105881497A (zh) * 2014-11-07 2016-08-24 江南大学 一种(1t2r)&(2t)五自由度解耦混联机构

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0821721B2 (ja) * 1986-10-09 1996-03-04 株式会社リコー 力検出装置
WO2018066557A1 (ja) * 2016-10-07 2018-04-12 ミツミ電機株式会社 センサチップ、起歪体、力覚センサ装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5526700A (en) * 1995-09-29 1996-06-18 Akeel; Hadi A. Six component force gage
CN1527040A (zh) * 2003-09-19 2004-09-08 哈尔滨工业大学 微型全平面六维力、力矩传感器
JP2008058106A (ja) * 2006-08-30 2008-03-13 Honda Motor Co Ltd 力覚センサ用チップ
CN101672705A (zh) * 2009-09-29 2010-03-17 西北工业大学 一种六维力传感器
JP2013002942A (ja) * 2011-06-16 2013-01-07 Honda Motor Co Ltd 力覚センサチップ
CN103076131A (zh) * 2012-12-31 2013-05-01 东南大学 用于测量大型机械臂大力与小力矩的六维力与力矩传感器
CN105881497A (zh) * 2014-11-07 2016-08-24 江南大学 一种(1t2r)&(2t)五自由度解耦混联机构

Also Published As

Publication number Publication date
CN111670349B (zh) 2022-04-26
WO2019146696A1 (ja) 2019-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108827521B (zh) 力传感器装置
CN109642839B (zh) 传感器芯片、应变体以及力传感器装置
CN111587368B (zh) 传感器芯片及力传感器装置
WO2018066557A1 (ja) センサチップ、起歪体、力覚センサ装置
JP6940037B2 (ja) 力覚センサ装置
CN112747855A (zh) 力觉传感器装置
CN111670349B (zh) 传感器芯片及力传感器装置
JP6957823B2 (ja) センサチップ及び力覚センサ装置
EP4060305A1 (en) Sensor chip and force sensor apparatus
CN113302466B (zh) 力传感器装置
JP3136188U (ja) 力検出装置
JP6919965B2 (ja) センサチップ及び力覚センサ装置
US20220299382A1 (en) Strain body and force sensor apparatus
JP2023023688A (ja) 力覚センサ装置
JP2023023689A (ja) 力覚センサ装置
JP2022047296A (ja) 減衰機構、力検出器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant