CN112747855A - 力觉传感器装置 - Google Patents

力觉传感器装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112747855A
CN112747855A CN202011140746.4A CN202011140746A CN112747855A CN 112747855 A CN112747855 A CN 112747855A CN 202011140746 A CN202011140746 A CN 202011140746A CN 112747855 A CN112747855 A CN 112747855A
Authority
CN
China
Prior art keywords
detection beam
sensor chip
adhesive
force
detection
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.)
Pending
Application number
CN202011140746.4A
Other languages
English (en)
Inventor
泷智仁
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
Application filed by MinebeaMitsumi Inc filed Critical MinebeaMitsumi Inc
Publication of CN112747855A publication Critical patent/CN112747855A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/26—Auxiliary measures taken, or devices used, in connection with the measurement of force, e.g. for preventing influence of transverse components of force, for preventing overload
    • 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
    • G01L5/1627—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 strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2243—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram-shaped
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/225—Measuring circuits therefor
    • G01L1/2256—Measuring circuits therefor involving digital counting
    • 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
    • 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
    • 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
    • G01L5/24—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed

Abstract

本发明提供一种能够抑制传感器特性的降低并能够维持粘接部的连接可靠性的力觉传感器装置。该力觉传感器装置具有：传感器芯片，其检测预定的轴向的位移；应变体，其将被施加的力传递到上述传感器芯片；以及粘接剂，其粘接上述传感器芯片与上述应变体，上述粘接剂的杨氏模量为130MPa以上且1.5GPa以下。

Description

力觉传感器装置
技术领域
本发明涉及一种力觉传感器装置。
背景技术
一直以来，已知有检测预定的轴向的位移的传感器芯片。这样的传感器芯片经由粘接剂而贴附于金属制等的应变体，并作为力觉传感器装置来使用(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
然而，在将上述粘接剂用于将应变体的位移传递到传感器芯片的力点的部分的情况下，根据粘接剂的特性，存在传感器特性降低、或粘接部的连接可靠性降低的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制传感器特性的降低并且能够维持粘接部的连接可靠性的力觉传感器装置。
用于解决课题的方案
本力觉传感器装置1具有：传感器芯片110，其检测预定的轴向的位移；应变体20，其将被施加的力传递到上述传感器芯片110；以及粘接剂41，其粘接上述传感器芯片110与上述应变体20，上述粘接剂41的杨氏模量为130MPa以上且1.5GPa以下。
其中，上述参照符号是为了容易理解而标注的，只不过是一个例子，并不限定于图示的方式。
发明的效果如下。
根据公开的技术，可提供一种能够抑制传感器特性的降低并且能够维持粘接部的连接可靠性的力觉传感器装置。
附图说明
图1是示出本实施方式的力觉传感器装置的例子的立体图。
图2是示出本实施方式的力觉传感器装置的例子的图。
图3是说明有源部件32～35的电路框图。
图4是从Z轴方向上侧观察到的传感器芯片110的图。
图5是从Z轴方向下侧观察到的传感器芯片110的图。
图6是示出传感器芯片110的压阻元件的配置的例子的图。
图7是示出应变体20的例子的图(其1)。
图8是示出应变体20的例子的图(其2)。
图9是示出应变体20的例子的图(其3)。
图10是示出力觉传感器装置1的制造工序的例子的图(其1)。
图11是示出力觉传感器装置1的制造工序的例子的图(其2)。
图12是示出力觉传感器装置1的制造工序的例子的图(其3)。
图13是示出力觉传感器装置1的制造工序的例子的图(其4)。
图14是说明粘接应变体与传感器芯片的位置的图。
图15是示出粘接剂的杨氏模量与输入位移传递率的关系的图。
图中：
1—力觉传感器装置，15—电极，20—应变体，21—基座，22a～22d、25a～25d、28—柱，23a～23d、26a～26d—梁，24a～24h—输入部，27a～27d—突起部，29a～29d—接合部，30—基板，30x—开口部，31—电极，32～35—有源部件，39—无源部件，41、42、43—粘接剂，50—罩，110—传感器芯片，111a～111e—支撑部，112a～112h—加强用梁，113a～113l—检测用梁，114a～114d—力点。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施发明的方式进行说明。各附图中，有时对同一构成部分标注同一符号，并省略重复的说明。
(力觉传感器装置1的简要结构)
图1是示出本实施方式的力觉传感器装置的例子的立体图。图2是示出本实施方式的力觉传感器装置的例子的图，图2的(a)是俯视图，图2的(b)是侧视图。参照图1及图2，力觉传感器装置1具有传感器芯片110、应变体20、以及基板30。力觉传感器装置1例如是搭载于在机床等中使用的机器人的腕部、指部等的多轴的力觉传感器装置。
传感器芯片110具有最大在六轴上检测预定的轴向的位移的功能。如图1及下述的图4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。并且，将以X轴为轴旋转的力矩设为Mx，将以Y轴为轴旋转的力矩设为My，将以Z轴为轴旋转的力矩设为Mz。
应变体20具有将被施加的力传递到传感器芯片110的功能。在以下的实施方式中，作为一个例子，说明传感器芯片110检测六轴的情况，但并不限定于此，传感器芯片110也能够应用于从X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的力以及X轴旋转、Y轴旋转、Z轴旋转的力矩中选择要检测的轴例如检测三轴的情况等。
传感器芯片110以不会从应变体20突出的方式粘接于应变体20的上表面侧。并且，在应变体20的上表面及各侧面，以适当弯曲的状态粘接有相对于传感器芯片110进行信号的输入输出的基板30的一端侧。传感器芯片110与基板30的各电极31通过接合引线等(未图示)电连接。
在应变体20的侧面配置有有源部件32～35。具体而言，有源部件32～35安装于基板30(例如柔性印刷基板)的一方的面，基板30的另一方的面固定于应变体20的侧面。有源部件32～35经由形成于基板30的布线图案(未图示)而与对应的电极31电连接。
更详细而言，在基板30中，在配置于应变体20的第一侧面的区域内安装有有源部件32。在基板30中，在配置于应变体20的第二侧面的区域内安装有有源部件33及无源部件39。在基板30中，在配置于应变体20的第三侧面的区域内安装有有源部件34及无源部件39。在基板30中，在配置于应变体20的第四侧面的区域内安装有有源部件35及无源部件39。此外，也可以根据需要，在配置于应变体20的第一侧面的区域内，除了有源部件32以外，还安装有无源部件39。
图3是说明有源部件32～35的电路框图。如图3所示，有源部件33与传感器芯片110电连接，例如被输入从传感器芯片110输出的来自检测X轴方向的力Fx的桥式电路的模拟电信号、以及从传感器芯片110输出的来自检测Y轴方向的力Fy的桥式电路的模拟电信号。有源部件33例如是具备以下功能的控制IC：将传感器芯片110输出的模拟电信号转换成数字电信号，在内部实施温度校正、振幅校正等，并作为数字电信号来输出。
有源部件34与传感器芯片110电连接，例如被输入从传感器芯片110输出的来自检测Z轴方向的力Fz的桥式电路的模拟电信号、以及从传感器芯片110输出的来自检测以X轴为轴旋转的力矩Mx的桥式电路的模拟电信号。有源部件34例如是具备以下功能的控制IC：将传感器芯片110输出的模拟电信号转换成数字电信号，在内部实施温度校正、振幅校正等，并作为数字电信号来输出。
有源元件35与传感器芯片110电连接，例如被输入从传感器芯片110输出的来自检测以Y轴为轴旋转的力矩My的桥式电路的模拟电信号、以及从传感器芯片110输出的来自检测以Z轴为轴旋转的力矩Mz的桥式电路的模拟电信号。有源部件35例如是具备以下功能的控制IC：将传感器芯片110输出的模拟电信号转换成数字电信号，在内部实施温度校正、振幅校正等，并作为数字电信号来输出。
有源部件32与有源部件33～35电连接，例如是具备以下功能的运算用IC：对有源部件33、34、35输出的数字电信号进行预定的运算，将力Fx、Fy、Fz以及力矩Mx、My、Mz换算成力或力矩的单位，并向外部输出。有源部件32例如能够以[N]的单位来输出力Fx、Fy、Fz，以[N·cm]的单位来输出力矩Mx、My、Mz。有源部件32也可以是FPGA(Field ProgrammableGate Array：现场可编程逻辑门阵列)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)等。无源部件39是与有源部件33～35连接的电阻或电容器等。
此外，在对来自传感器芯片110的六轴输出全部实施数字化、或者数字化及校正计算等的情况下，通常一个轴需要一个控制IC。在该情况下，若要将控制IC的安装空间设置在力觉传感器装置1内，则需要确保最低六个配置空间，从而需要扩大力觉传感器装置1的尺寸。也考虑通过将安装有控制IC的控制基板模块与外部连接而不扩大力觉传感器装置1的尺寸就能实现输出的数字化的方法，但总体而言的占有面积及体积增加，从而不推荐。并且，也考虑使具有六轴的性能及功能的控制IC作为一个芯片，但在该情况下，同样，虽然与设有六个控制IC的上述的情况相比较小，但在设置于力觉传感器装置1内的情况下，需要扩大力觉传感器装置1的尺寸。
因此，在本实施方式中，使用三个堆叠安装有两个芯片并收纳在一个封装内的二合一封装的控制IC。一个芯片的封装与二合一封装的尺寸并非大幅度地不同，从而能够在应变体20的侧面配置控制IC。由此，不进行力觉传感器装置1的尺寸扩大，就能够在力觉传感器装置1内安装六轴的控制IC。即，能够实现包括有源部件在内的力觉传感器装置1的小型化。并且，能够不伴随力觉传感器装置1的尺寸扩大地进行传感器芯片110的输出信号的数字化。
此外，能够任意地决定通过几个IC来实现有源部件32～35的功能。并且，能够任意地决定在力觉传感器装置1内安装几个IC。例如，也可以设为在力觉传感器装置1内仅安装一个控制IC的方式。
基板30在应变体20的第一侧面的下方朝外侧弯曲，基板30的另一端侧向外部引出。在基板30的另一端侧，排列有能够进行力觉传感器装置1与所连接的外部电路(控制装置等)之间的电气输入、输出的输入输出端子(未图示)。
这样，通过在应变体20的侧面配置有源部件(控制IC等)，能够实现将作为力觉传感器装置1的总尺寸抑制为最小、并且能够输出由有源部件进行调整、校正后的数字信号的力觉传感器装置1。
并且，通过使用二合一封装的控制IC，能够在不使力觉传感器装置1变得大型的状态下实现数字输出化。
并且，由于从基板30输出数字电信号，所以与输出模拟电信号的情况相比，能够提高抗噪性。
此外，在本实施方式中，为便于说明，在力觉传感器装置1中，将设置有传感器芯片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。并且，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，将其相反侧的面设为另一方的面或下表面。但是，力觉传感器装置1能够以上下颠倒的状态使用，或者能够以任意角度配置。再者，俯视是指从传感器芯片110的上表面的法线方向(Z轴方向)观察对象物的情况，俯视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4是从Z轴方向上侧观察到的传感器芯片110的图，图4的(a)是立体图，图4的(b)是俯视图。图5是从Z轴方向下侧观察到的传感器芯片110的图，图5的(a)是立体图，图5的(b)是仰视图。图5的(b)中，为便于说明，以同一梨皮状花纹示出同一高度的面。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轴方向彼此正交。
图4及图5所示的传感器芯片110是能够用一个芯片来检测最大六轴的MEMS(MicroElectro Mechanical Systems：微机电系统)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的俯视形状例如能够是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的俯视形状例如能够是500μm见方左右的正方形。作为第一支撑部的支撑部111a～111d配置在传感器芯片110的四角。作为第二支撑部的支撑部111e配置在支撑部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，各自的厚度例如能够设为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(将相邻的支撑部彼此连结)并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(将相邻的支撑部彼此连结)并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(将相邻的支撑部彼此连结)并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(将相邻的支撑部彼此连结)并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、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的内侧的角部和与其对置的支撑部111e的角部通过用于加强构造的加强用梁112e连结。支撑部111b的内侧的角部和与其对置的支撑部111e的角部通过用于加强构造的加强用梁112f连结。
支撑部111c的内侧的角部和与其对置的支撑部111e的角部通过用于加强构造的加强用梁112g连结。支撑部111d的内侧的角部和与其对置的支撑部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)倾斜地配置。即，加强用梁112e～112h配置为与加强用梁112a、112b、112c、112d不平行。
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的粗细(短边方向的宽度)例如能够设为140μm左右。加强用梁112a～112h各自的上表面与支撑部111a～111e的上表面大致为同一面。
相对于此，加强用梁112a～112h各自的下表面比支撑部111a～111e的下表面以及力点114a～114d的下表面更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后，加强用梁112a～112h的下表面不会与应变体20的对置的面接触。
这样，通过与用于检测应变的检测用梁相独立地配置比检测用梁厚而刚性强的加强用梁，能够提高传感器芯片110整体的刚性。由此，相对于输入，检测用梁以外难以变形，从而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，设有用于检测应变的检测用梁113a，该检测用梁113a与加强用梁112a隔开预定间隔地平行，并且将两端固定于支撑部111a和支撑部111b(将相邻的支撑部彼此连结)。
在检测用梁113a与支撑部111e之间，以与检测用梁113a及支撑部111e隔开预定间隔地与检测用梁113a平行的方式设有检测用梁113b。检测用梁113b连结加强用梁112e的靠支撑部111e侧的端部与加强用梁112f的靠支撑部111e侧的端部。
检测用梁113a的长边方向的大致中央部和与其对置的检测用梁113b的长边方向的大致中央部通过与检测用梁113a及检测用梁113b正交地配置的检测用梁113c连结。
在支撑部111b与支撑部111c之间的加强用梁112b的内侧，设有用于检测应变的检测用梁113d，该检测用梁113d与加强用梁112b隔开预定间隔地平行，并且将两端固定于支撑部111b和支撑部111c(将相邻的支撑部彼此连结)。
在检测用梁113d与支撑部111e之间，以与检测用梁113d及支撑部111e隔开预定间隔地与检测用梁113d平行的方式设有检测用梁113e。检测用梁113e连结加强用梁112f的靠支撑部111e侧的端部与加强用梁112g的靠支撑部111e侧的端部。
检测用梁113d的长边方向的大致中央部和与其对置的检测用梁113e的长边方向的大致中央部通过与检测用梁113d及检测用梁113e正交地配置的检测用梁113f连结。
在支撑部111c与支撑部111d之间的加强用梁112c的内侧，设有用于检测应变的检测用梁113g，该检测用梁113g与加强用梁112c隔开预定间隔地平行，并且将两端固定于支撑部111c和支撑部111d(将相邻的支撑部彼此连结)。
在检测用梁113g与支撑部111e之间，以与检测用梁113g及支撑部111e隔开预定间隔地与检测用梁113g平行的方式设有检测用梁113h。检测用梁113h连结加强用梁112g的靠支撑部111e侧的端部与加强用梁112h的靠支撑部111e侧的端部。
检测用梁113g的长边方向的大致中央部和与其对置的检测用梁113h的长边方向的大致中央部通过与检测用梁113g及检测用梁113h正交地配置的检测用梁113i连结。
在支撑部111d与支撑部111a之间的加强用梁112d的内侧，设有用于检测应变的检测用梁113j，该检测用梁113j与加强用梁112d隔开预定间隔地平行，并且将两端固定于支撑部111d和支撑部111a(将相邻的支撑部彼此连结)。
在检测用梁113j与支撑部111e之间，以与检测用梁113j及支撑部111e隔开预定间隔地与检测用梁113j平行的方式设有检测用梁113k。检测用梁113k连结加强用梁112h的靠支撑部111e侧的端部与加强用梁112e的靠支撑部111e侧的端部。
检测用梁113j的长边方向的大致中央部和与其对置的检测用梁113k的长边方向的大致中央部通过与检测用梁113j及检测用梁113k正交地配置的检测用梁113l连结。
检测用梁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。检测用梁113a～113l的粗细(短边方向的宽度)例如能够设为75μm左右。检测用梁113a～113l各自的上表面与支撑部111a～111e的上表面大致为同一面。检测用梁113a～113l各自的厚度例如能够设为50μm左右。
在检测用梁113a的长边方向的中央部的下表面侧(检测用梁113a与检测用梁113c的交点)设有力点114a。由检测用梁113a、113b、113c以及力点114a构成一组检测块。
在检测用梁113d的长边方向的中央部的下表面侧(检测用梁113d与检测用梁113f的交点)设有力点114b。由检测用梁113d、113e、113f以及力点114b构成一组检测块。
在检测用梁113g的长边方向的中央部的下表面侧(检测用梁113g与检测用梁113i的交点)设有力点114c。由检测用梁113g、113h、113i以及力点114c构成一组检测块。
在检测用梁113j的长边方向的中央部的下表面侧(检测用梁113j与检测用梁113l的交点)设有力点114d。由检测用梁113j、113k、113l以及力点114d构成一组检测块。
力点114a～114d是受到外力的部位，例如能够由SOI基板的BOX层以及支撑层形成。力点114a～114d各自的下表面与支撑部111a～111e的下表面大致为同一面。
这样，通过从四个力点114a～114d获取力或位移，能够按照每个力的种类而得到不同的梁的变形，从而能够实现六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，形成内角的部分优选呈圆弧状。
图6是示出传感器芯片110的压阻元件的配置的例子的图。在与四个力点114a～114d对应的各检测块的预定位置，配置有多个作为应变检测元件的压阻元件。
具体而言，当参照图4及图6时，在与力点114a对应的检测块中，压阻元件MxR3及MxR4配置在沿长边方向将检测用梁113a二等分的线上，并且在检测用梁113a的接近检测用梁113c的区域内，配置在相对于沿长边方向(Y方向)将检测用梁113c二等分的线形成为对称的位置。压阻元件FyR3及FyR4配置为比沿长边方向将检测用梁113a二等分的线更靠加强用梁112a侧，并且在检测用梁113a的远离检测用梁113c的区域内，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113c二等分的线形成为对称的位置。
并且，压阻元件MzR3’及MzR4’配置在沿长边方向将检测用梁113a二等分的线上，并且在检测用梁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，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113c二等分的线形成为对称的位置。
此处，在检测用梁113a中，形成有压阻元件MzR3′及MzR4′的位置的检测用梁113a的宽度比与支撑部111a、111b或者力点114a连结的位置的检测用梁113a的宽度小。检测用梁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变窄的部位，在该梁宽变窄的部位的检测用梁113a之上形成有压阻元件MzR3′及MzR4′。
在与力点114b对应的检测块中，压阻元件MyR3及MyR4配置在沿长边方向将检测用梁113d二等分的线上，并且在检测用梁113d的接近检测用梁113f的区域内，配置在相对于沿长边方向(X方向)将检测用梁113f二等分的线形成为对称的位置。压阻元件FxR3及FxR4配置为比沿长边方向将检测用梁113d二等分的线更靠加强用梁112b侧，并且在检测用梁113d的远离检测用梁113f的区域内，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113f二等分的线形成为对称的位置。
并且，压阻元件MzR3及MzR4配置在沿长边方向将检测用梁113d二等分的线上，并且在检测用梁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，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113f二等分的线形成为对称的位置。
此处，在检测用梁113d中，形成有压阻元件MzR3及MzR4的位置的检测用梁113d的宽度比与支撑部111b、111c或者力点114b连结的位置的检测用梁113d的宽度小。检测用梁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变窄的部位，在该梁宽变窄的部位的检测用梁113d之上形成有压阻元件MzR3及MzR4。
压阻元件FzR2及FzR3配置在沿长边方向将检测用梁113e二等分的线上，并且在检测用梁113e的接近检测用梁113f的区域内，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113f二等分的线形成为对称的位置。压阻元件FzR1'及FzR4'配置在沿长边方向将检测用梁113e二等分的线上，并且在检测用梁113e的远离检测用梁113f的区域内，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113f二等分的线形成为对称的位置。
此处，检测用梁113e具有直线部和通过连结部而与直线部连结的倾斜部。直线部是检测用梁113e的梁宽大致恒定的部分。倾斜部是设于与检测用梁113e的端部或检测用梁113f连接的部分的部，倾斜部的梁宽随着远离连结部而逐渐变粗。压阻元件FzR2、FzR3、FzR1’、FzR4’在上述结构的检测用梁113e中配置为比连结部更靠倾斜部侧。
即，可以说压阻元件FzR2、FzR3、FzR1’、FzR4’配置在倾斜部的内部，而并非配置在检测用梁113e的直线部上。并且，关于压阻元件FzR1’及FzR4’，压阻元件FzR1’及FzR4’的一部分形成为分别架设于加强用梁112g或加强用梁112f。
在与力点114c对应的检测块中，压阻元件MxR1及MxR2配置在沿长边方向将检测用梁113g二等分的线上，并且在检测用梁113g的接近检测用梁113i的区域内，配置在相对于沿长边方向(Y方向)将检测用梁113i二等分的线形成为对称的位置。压阻元件FyR1及FyR2配置为比沿长边方向将检测用梁113g二等分的线更靠加强用梁112c侧，并且在检测用梁113g的远离检测用梁113i的区域内，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113i二等分的线形成为对称的位置。
压阻元件MzR1'及MzR2'配置在沿长边方向将检测用梁113g二等分的线上，并且在检测用梁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，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113i二等分的线形成为对称的位置。
此处，在检测用梁113g中，形成有压阻元件MzR1′及MzR2′的位置的检测用梁113g的宽度比与支撑部111c、111d或者力点114c连结的位置的检测用梁113g的宽度小。
即，检测用梁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变窄的部位，在该梁宽变窄的部位的检测用梁113g之上形成有压阻元件MzR1′及MzR2′。
在与力点114d对应的检测块中，压阻元件MyR1及MyR2配置在沿长边方向将检测用梁113j二等分的线上，并且在检测用梁113j的接近检测用梁113l的区域内，配置在相对于沿长边方向(X方向)将检测用梁113l二等分的线形成为对称的位置。压阻元件FxR1及FxR2配置为比沿长边方向将检测用梁113j二等分的线更靠加强用梁112d侧，并且在检测用梁113j的远离检测用梁113l的区域内，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113l二等分的线形成为对称的位置。
压阻元件MzR1及MzR2配置在沿长边方向将检测用梁113j二等分的线上，并且在检测用梁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，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113l二等分的线形成为对称的位置。
此处，在检测用梁113j中，形成有压阻元件MzR1及MzR2的位置的检测用梁113j的宽度比与支撑部111d、111a或者力点114d连结的位置的检测用梁113j的宽度小。
即，检测用梁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变窄的部位，在该梁宽变窄的部位的检测用梁113j之上形成有压阻元件MzR1及MzR2。
压阻元件FzR1及FzR4配置在沿长边方向将检测用梁113k二等分的线上，并且在检测用梁113k的远离检测用梁113l的区域内，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113l二等分的线形成为对称的位置。压阻元件FzR2'及FzR3'配置在沿长边方向将检测用梁113k二等分的线上，并且在检测用梁113k的接近检测用梁113l的区域内，配置在相对于沿长边方向将检测用梁113l二等分的线形成为对称的位置。
此处，检测用梁113k具有直线部和通过连结部而与直线部连结的倾斜部。直线部是检测用梁113k的梁宽大致恒定的部分。倾斜部是设于与检测用梁113k的端部或检测用梁113l连接的部分的部，倾斜部的梁宽随着远离连结部而逐渐变粗。压阻元件FzR1、FzR4、FzR2’、FzR3’在上述结构的检测用梁113k中配置为比连结部更靠倾斜部侧。
即，可以说压阻元件FzR1、FzR4、FzR2’、FzR3’配置在倾斜部的内部，而并非配置在检测用梁113k的直线部上。并且，关于压阻元件FzR1及FzR4，压阻元件FzR1及FzR4的一部分形成为分别架设于加强用梁112h或加强用梁112e。
这样，在传感器芯片110中，在各检测块分开地配置有多个压阻元件。由此，能够基于配置于预定的梁的多个压阻元件的输出的与施加给(传递到)力点114a～114d的力的方向(轴向)对应的变化，来最大在六轴上检测预定的轴向的位移。
并且，在传感器芯片110中，尽量缩短检测用梁113c、113f、113i及113l，使检测用梁113b、113e、113h及113k接近检测用梁113a、113d、113g及113j，从而成为尽量确保检测用梁113b、113e、113h及113k的长度的构造。利用该构造，检测用梁113b、113e、113h及113k容易挠曲成弓形，从而能够缓和应力集中，能够提高负载能力。
并且，在传感器芯片110中，在检测用梁113c、113f、113i及113l未配置压阻元件。取而代之，在比检测用梁113c、113f、113i及113l细且长并且容易挠曲成弓形的检测用梁113a、113d、113g、113j以及检测用梁113b、113e、113h、113k的应力变得最大的位置的附近配置有压阻元件。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(对于相同应力的、压阻元件的电阻变化)。
此外，在传感器芯片110中，除了应用于应变的检测的压阻元件以外，还配置有虚设的压阻元件。虚设的压阻元件配置为，还包括应用于应变的检测的压阻元件在内的所有压阻元件相对于支撑部111e的中心形成为点对称。
此处，压阻元件FxR1～FxR4检测力Fx，压阻元件FyR1～FyR4检测力Fy，压阻元件FzR1～FzR4、FzR1’～FzR4’检测力Fz。压阻元件MxR1～MxR4检测力矩Mx，压阻元件MyR1～MyR4检测力矩My，压阻元件MzR1～MzR4、MzR1’～MzR4’检测力矩Mz。在本实施方式中，也可以虚设压阻元件FzR1’～FzR4’，来从压阻元件FzR1～FzR4检测力Fz。并且，也可以虚设压阻元件MzR1’～MzR4’，来从压阻元件MzR1～MzR4检测力矩Mz。
这样，在传感器芯片110中，在各检测块分开地配置有多个压阻元件。由此，能够基于配置于预定的梁的多个压阻元件的输出的与施加给(传递到)力点114a～114d的力或位移的方向(轴向)对应的变化，来最大在六轴上检测预定的轴向的位移。
具体而言，在传感器芯片110中，Z轴方向的位移(Mx、My、Fz)能够基于预定的检测用梁的变形来检测。即，X轴方向及Y轴方向的力矩(Mx、My)能够基于作为第一检测用梁的检测用梁113a、113d、113g及113j的变形来检测。并且，Z轴方向的力(Fz)能够基于作为第二检测用梁的检测用梁113e及113k的变形来检测。
并且，在传感器芯片110中，X轴方向及Y轴方向的位移(Fx、Fy、Mz)能够基于预定的检测用梁的变形来检测。即，X轴方向及Y轴方向的力(Fx、Fy)能够基于作为第一检测用梁的检测用梁113a、113d、113g及113j的变形来检测。并且，Z轴方向的力矩(Mz)能够基于作为第一检测用梁的检测用梁113a、113d、113g及113j的变形来检测。
在上述本实施方式的传感器芯片中，检测用梁113e具有直线部和通过连结部而与直线部连结的倾斜部，压阻元件FzR2、FzR3、FzR1′、FzR4′在上述结构的检测用梁113e中配置为比连结部更靠倾斜部侧。并且，检测用梁113k具有直线部和通过连结部而与直线部连结的倾斜部，压阻元件FzR1、FzR4、FzR2′、FzR3′在上述结构的检测用梁113k中配置为比连结部更靠倾斜部侧。
通过使各检测用梁的厚度和宽度可变，能够实现检测灵敏度的均匀化、检测灵敏度的提高等调整。
但是，也能够减少压阻元件的个数，设为检测五轴以下的预定的轴向的位移的传感器芯片。
根据上述的本实施方式所涉及的传感器芯片，通过在梁的根部设置倾斜部，被施加力后的梁的变形改变，从而能够作出可新检测应力的部位。由此，能够控制应力产生部位。并且，通过利用压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，能够实现干涉较少的轴分离，从而能够高精度地对复合的输入进行检测。在本实施方式的传感器芯片中，尤其是对于Fx和Fz的轴分离以及Fx和Mx、My的轴分离，能够得到较高的效果。并且，能够在不增加梁或力点的状态下利用一根梁来高精度地检测多种力及转矩，因此能够使传感器芯片变得小型。并且，通过在梁的根部设置倾斜部，能够提高梁的刚性，并且能够提高负载能力。
(应变体20)
图7是示出应变体20的例子的图(其1)，图7的(a)是立体图，图7的(b)是侧视图。图8是示出应变体20的例子的图(其2)，图8的(a)是俯视图，图8的(b)是沿图8的(a)的A-A线的纵剖立体图。图8的(a)中，为便于说明，以同一梨皮状花纹示出同一高度的面。图9是示出应变体20的例子的图(其3)，图9的(a)是沿图8的(a)的B-B线的纵剖视图，图9的(b)是沿图9的(a)的C-C线的横剖视图。
如图7～图9所示，应变体20具备：基座21，其直接安装于被固定部；柱28，其成为搭载传感器芯片110的传感器芯片搭载部；以及柱22a～22d，其分离地配置在柱28的周围。
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的中心均等(点对称)的方式配置有四根柱22a～22d，将相邻的柱的与基座21相反的一侧彼此连结的梁23a～23d设为框状。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的俯视形状并不限定于圆形，也可以是多边形等(例如正方形等)。
柱28形成得比柱22a～22d粗且短。此外，传感器芯片110以不会从柱22a～22d的上表面突出的方式固定在柱28上。
柱28经由连接用梁28a～28d固定于柱22a～22d，而并非直接固定于基座21的上表面。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的下表面与连接用梁28a～28d各自的下表面能够处于同一面。
柱28的与连接用梁28a～28d连接的部分的横截面形状例如为矩形，矩形的四角和与矩形的四角对置的柱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的高度方向的中间更靠下侧。在下文中说明其理由。此外，柱28的与连接用梁28a～28d连接的部分的横截面形状并不限定于矩形，也可以是圆形、多边形等(例如六边形等)。
连接用梁28a～28d以相对于基座21的中心均等(点对称)的方式与基座21的上表面隔开预定间隔地与基座21的上表面大致平行地配置。为了不妨碍应变体20的变形，连接用梁28a～28d的粗细、厚度(刚性)优选形成为比柱22a～22d、梁23a～23d细且薄。
这样，基座21的上表面与柱28的下表面分离预定的距离。预定的距离例如能够设为数mm左右。在设为将柱28经由连接用梁28a～28d固定于柱22a～22d而并非将柱28直接固定于基座21的上表面的构造的情况下，基座21的上表面与柱28的下表面的距离越长，螺纹紧固时的柱28的变形越小，其结果，传感器芯片110的Fz输出(偏移)减少。另一方面，基座21的上表面与柱28的下表面的距离越长，传感器芯片110的输出越低(灵敏度越低)。
即，柱28优选为与比柱22a～22d的中间更靠下侧的位置连接。由此，能够确保传感器芯片110的灵敏度，并且能够降低螺纹紧固时的传感器芯片110的Fz输出(偏移)。
在想要通过提高基座21的刚性来实现螺纹紧固时的传感器芯片110的Fz输出(偏移)的降低的情况下，需要增厚基座21的厚度，从而力觉传感器装置整体的尺寸变大。通过做成将柱28经由连接用梁28a～28d固定于柱22a～22d而并非将柱28直接固定于基座21的上表面的构造，力传感器装置整体的尺寸不会变大，从而能够降低螺纹紧固时的传感器芯片110的Fz输出(偏移)。
并且，通过做成将柱28经由连接用梁28a～28d固定于柱22a～22d而并非将柱28直接固定于基座21的上表面的构造，从而能够提高力矩(Mx、My)输入时的力矩成分(Mx、My)与并进方向的力成分(Fx、Fy)的分离性。
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。在本实施方式中，在基座21设有四个贯通孔21x，但贯通孔21x的个数能够任意决定。
应变体20的除了基座21以外的简要形状例如能够是纵向5000μm左右、横向5000μm左右、高度7000μm左右的长方体状。柱22a～22d的横截面形状例如能够是1000μm见方左右的正方形。柱28的横截面形状例如能够是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，形成内角的部分优选呈圆弧状。例如，柱22a～22d的靠基座21的上表面的中心侧的面优选上下形成为圆弧状。同样，梁23a～23d的与基座21的上表面对置的面优选左右形成为圆弧状。
此外，圆弧状的部分的曲率半径越大，抑制应力集中的效果越好。但是，若圆弧状的部分的曲率半径过大，则应变体20变得大型，其结果，力觉传感器装置1也变得大型，从而增大圆弧状的部分的曲率半径存在极限。
因此，在本实施方式中，如图8的(a)中较浓的梨皮状花纹所示，使在对力觉传感器装置1施加了Mx、My及Mz时产生过大的应力集中的梁23a～23d的长边方向的中央部比两端部粗。而且，梁23a～23d的长度方向的中央部具备比柱22a～22d的侧面更向内侧及外侧伸出的伸出部。
由此，梁23a～23d的长边方向的中央部的截面积变大，从而在对力觉传感器装置1施加了Mx、My及Mz时，能够降低在原本应力集中的梁23a～23d的长边方向的中央部产生的应力。即，能够缓和在梁23a～23d的长度方向的中央部处的应力集中。
并且，通过以使梁23a～23d的长度方向的中央部的侧面比柱22a～22d的侧面更向外侧伸出的方式设置伸出部，在应变体20的四个侧面产生剩余空间，从而能够使有源部件32～35各自的至少一部分进入到剩余空间，进而能够高效地配置于应变体20的侧面(参照图1、图2等)。
有源部件32～35例如在比梁23a～23d更靠基座21侧的应变体20的侧面能够配置为，在俯视时，至少一部分与伸出部重叠(图2的(a)、图2的(b)等)。
在梁23a～23d各自的上表面的长度方向的中央部，设有从梁23a～23d的长度方向的中央部向上方突起的突起部，并在突起部上设有例如呈四棱柱状的输入部24a～24d。输入部24a～24d是从外部受到力的部分，当对输入部24a～24d施加力时，梁23a～23d以及柱22a～22d相应地变形。
这样，通过设置四个输入部24a～24d，与例如一个输入部的结构相比，能够提高梁23a～23d的负载能力。
在柱28的上表面的四角配置有四根柱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形成为同一高度。
即，柱25a～25e各自的上表面位于同一平面上。柱25a～25e各自的上表面成为与传感器芯片110的下表面粘接的接合部。
在梁23a～23d各自的内侧面的长度方向的中央部，设有从梁23a～23d各自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的变形传递到传感器芯片110的梁。并且，在梁26a～26d各自的上表面的前端侧，设有从梁26a～26d各自的上表面的前端侧向上方突起的突起部27a～27d。
突起部27a～27d形成为同一高度。即，突起部27a～27d各自的上表面位于同一平面上。突起部27a～27d各自的上表面成为与传感器芯片110的下表面粘接的接合部。由于梁26a～26d以及突起部27a～27d与成为可动部的梁23a～23d连结，所以当对输入部24a～24d施加力时，梁26a～26d以及突起部27a～27d相应地变形。
此外，在未对输入部24a～24d施加力的状态下，柱25a～25e各自的上表面与突起部27a～27d各自的上表面位于同一平面上。
在应变体20中，从确保刚性并高精度地制作的观点出发，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的各部位优选形成为一体。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，尤其优选使用硬质且机械强度高的SUS630。
这样，与传感器芯片110相同，应变体20也为具备柱和梁的构造，从而因受到的力在六轴上分别示出不同的变形，因此能够将六轴的分离性良好的变形传递到传感器芯片110。
即，经由柱22a～22d、梁23a～23d以及梁26a～26d将施加给应变体20的输入部24a～24d的力传递到传感器芯片110，并且由传感器芯片110检测位移。而且，在传感器芯片110中，能够从在每个轴各形成有一个的桥式电路获得各轴的输出。
(力觉传感器装置1的制造工序)
图10～图13示出力觉传感器装置1的制造工序的例子的图。首先，在图10所示的工序中，在应变体20的柱25a～25e的上表面以及突起部27a～27d的上表面涂布粘接剂41。然后，以使传感器芯片110的下表面与涂布于柱25a～25e的上表面以及突起部27a～27d的上表面的粘接剂41接触的方式，将传感器芯片110加压地配置在应变体20内。而且，将粘接剂41加热到预定温度并使其固化。由此，传感器芯片110固定在应变体20内。具体而言，传感器芯片110的支撑部111a～111d分别固定在柱25a～25e上，支撑部111e固定在柱25e上，力点114a～114d分别固定在突起部27a～27d上。
应变体20例如能够通过成形、切削、线放电等形成为一体。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，尤其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，将金属颗粒和成为粘合剂的树脂放入到金属模并进行成形，之后进行烧结来使树脂蒸发，从而能够制作由金属构成的应变体20。
作为粘接剂41，例如可以使用改性硅酮等粘接剂。粘接剂41的杨氏模量优选为130MPa以上且1.5GPa以下，粘接剂41的厚度优选为10μm以上且40μm以下。
传感器芯片110例如能够通过准备SOI基板并对所准备的基板实施蚀刻加工(例如反应离子蚀刻等)等公知的方法来制作。并且，电极、布线例如能够通过以下方法来制作：利用溅射法等在基板的表面形成铝等金属膜之后，利用光刻使金属膜形成图案。
接下来，在图11所示的工序中，基板30安装有有源部件32～35以及无源部件39，并且具备固定于柱22a～22d的上表面(端面)的端面固定部30a。图11中，十字交叉的区域是端面固定部30a。在端面固定部30a的四角设有电极31(接合焊盘)。
基板30具备从端面固定部30a向四个方向延伸、并且在图13的(a)的工序中相对于端面固定部30a弯曲而固定于柱22a～22d的侧面的侧面固定部30b～30e。
在本实施方式中，在侧面固定部30b安装有有源部件32，在侧面固定部30c安装有有源部件33及无源部件39，在侧面固定部30d安装有有源部件34及无源部件39，在侧面固定部30e安装有有源部件35及无源部件39。但是，不需要在所有侧面固定部30b～30e都安装有源部件，只要在侧面固定部30b～30e中的至少一个安装有源部件即可。
基板30具备从侧面固定部30b延伸的延伸部30f。在延伸部30f的端部，排列有能够进行力觉传感器装置1与所连接的外部电路(控制装置等)之间的电气输入、输出的输入输出端子(未图示)。
端面固定部30a具备在图12的(a)的工序中当固定于柱22a～22d的上表面(端面)时使传感器芯片110及输入部24a～24d露出的开口部30x。开口部30x从端面固定部30a向侧面固定部30b～30e各自的一部分延伸。
这样，由于基板30设有开口部30x、布线布设的容易性以及安装有源部件32～35，所以基板30例如能够形成为十字形状的外形。
接下来，在图11所示的工序中，在柱22a～22d的上表面涂布粘接剂42。作为粘接剂42，例如可以使用环氧系的粘接剂等。此外，粘接剂42用于将基板30固定在应变体20上，不会从外部受到力，从而能够使用通用的粘接剂。
接下来，在图12的(a)所示的工序中，以使基板30的端面固定部30a的四角的下表面与涂布于柱22a～22d的上表面的粘接剂42接触的方式，将基板30配置在应变体20上。在该时刻，侧面固定部30b～30e不会相对于端面固定部30a弯曲。
接下来，在图12的(b)所示的工序中，在柱22a～22d各自的朝向外侧的两个侧面(例如在上下方向上各两处)涂布粘接剂43。但是，在安装有有源部件32的部分的与基板30的背面粘接的区域，以从柱22a及22d的侧面下方向基座21的上表面外周部延伸的方式涂布粘接剂43。
作为粘接剂43，例如能够使用环氧系的粘接剂等。此外，粘接剂43用于将基板30固定在应变体20上，不会从外部受到力，从而能够使用通用的粘接剂。作为粘接剂43，也可以使用与粘接剂42相同的粘接剂。或者，作为粘接剂42，为了确保引线接合性，也可以使用含有填料的较硬(杨氏模量较高)的粘接剂，并且作为粘接剂43，为了确保追随应变体20的变形的柔软性，也可以使用较软(杨氏模量较低)的粘接剂。并且，粘接剂43也可以在图11的工序中与粘接剂42一起涂布。
接下来，在图13的(a)所示的工序中，将从配置于应变体20上的端面固定部30a起沿水平方向伸出的侧面固定部30b～30e折弯到应变体20的各侧面侧。然后，一边向应变体20侧对基板30进行加压，一边将粘接剂42及43加热到预定温度并使其固化。由此，基板30固定于应变体20。此外，由于基板30是柔性基板，相对于应变体20充分柔软，并且基板30与应变体20是局部的粘接，所以基板30不会阻碍应变体20的变形。
接下来，利用接合引线(金线、铜线等金属线)等(未图示)将基板30的电极31与传感器芯片110的对应的电极15电连接。在基板30中，在端面固定部30a的俯视时与柱22a～22d的上表面(端面)重叠的四角的区域形成有电极31，但柱22a～22d的上表面(端面)是对输入部24a～24d施加力时应变最少的区域。因此，该区域容易由超声波加压，从而能够稳定地进行引线接合。通过以上的工序来完成力觉传感器装置1。
这样，力传感器装置1能够仅用传感器芯片110、应变体20以及基板30这三个部件来制作，从而组装容易，并且对位部位也为最低限度即可，因此能够抑制由安装引起的精度的劣化。
并且，在应变体20中，与传感器芯片110的连接部位(柱25a～25e的上表面以及突起部27a～27d的上表面)全部处于同一平面，从而传感器芯片110相对于应变体20的对位为一次即可，从而容易在应变体20安装传感器芯片110。
此外，如图13的(b)所示，也可以进一步设置粘接罩的工序。在图13的(b)所示的工序中，以覆盖应变体20的比基座21更靠上侧的部位以及传感器芯片110的方式，将设有使输入部24a～24d露出的开口部的罩50粘接于基座21的外周部。作为罩50，例如能够使用对金属材料的表面实施镀镍等后的材料。
基板30粘接于应变体20，并且基板30的安装有有源部件32～35的部分在将基板30弯折时收敛在应变体20的高度方向的尺寸以内。因此，基板30不会阻碍罩50的安装。
通过设置罩50，能够实现防尘以及电噪声对策。尤其是，通过使用银膏等将金属制的应变体20及盖50与基板30的GND电连接，能够提高抗噪声性(信号稳定性)。在该情况下，优选在基板30设置与传感器芯片110及有源部件32～35系列不同的GND端子，并将该GND端子与应变体20及罩50电连接。
(粘接剂41)
此处，更详细地说明粘接应变体20与传感器芯片110的粘接剂41。
图14的(a)是放大地示出在柱25a～25e的上表面及突起部27a～27d的上表面涂布粘接剂41的位置的俯视图。并且，图14的(b)是示出传感器芯片110的下表面与涂布于柱25a～25e的上表面及突起部27a～27d的上表面的粘接剂41接触的位置的仰视图。
图14的(a)所示的实线圆形记号的九处与图14的(b)所示的虚线圆形记号的九处通过粘接剂41粘接。具体而言，应变体20的柱25a～25e与传感器芯片110的支撑部111a～111e通过粘接剂41粘接。并且，应变体20的突起部27a～27d与传感器芯片110的力点114a～114d通过粘接剂41粘接。
在这九处中，应变体20的突起部27a～27d是将因外力而变形的位移传递到传感器芯片110的力点114a～114d的部分，从而若产生位移的损失，则会产生传感器特性的降低。此处，所谓传感器特性的降低，例如是灵敏度的降低、直线性的恶化、以及与之相伴而产生的耐噪声性的降低、精度的降低等。为了抑制传感器特性的降低，作为粘接剂41，优选选择能够抑制位移的损失的高刚性的粘接剂(杨氏模量较高的粘接剂)。
另一方面，除了传感器特性之外，对粘接剂41还要求高温高湿环境下、温度循环等中的高可靠性。为了满足高可靠性的要求，作为粘接剂41，优选选择温度变化、湿度所引起的劣化等影响较少的粘接剂(杨氏模量较低的粘接剂)。
也就是说，在应变体20与传感器芯片110的粘接所使用的粘接剂41中，存在抑制传感器特性的降低并且得到高可靠性的优选的杨氏模量的范围。
发明人等进行了深入研究的结果，发现若粘接剂41的杨氏模量在500MPa以上且1.5GPa以下的范围内，则能够抑制传感器特性的降低并且得到高可靠性。以下，进行详细说明。
在应变体20与传感器芯片110的粘接中使用的粘接剂41的厚度优选为10μm以上且40μm以下。在用树脂形成粘接剂41的情况下，在中～高粘度的树脂时难以成为10μm以下。并且，根据应变体20的制作方法、后加工的有无而与传感器芯片110背面粘接的粘接部的高度产生偏差，但为了吸收该偏差，粘接剂41的厚度有时需要40μm左右。
根据发明人的研究结果，在力觉传感器装置中，若输入位移传递率为80％以上，则灵敏度的降低、直线性的恶化在作为产品的允许范围内。此处，输入位移传递率是示出应变体20的位移向传感器芯片110传递多少％的值，通过传感器芯片110的位移/应变体20的位移×100[％]来计算。
图15是示出粘接剂的杨氏模量与输入位移传递率的关系的图，将粘接剂的厚度设为参数。
如图15所示，在粘接剂的厚度为10μm～40μm的范围内，输入位移传递率满足80％以上的杨氏模量为500GPa以上。也就是说，若杨氏模量为500GPa以上，则灵敏度的降低、直线性的恶化在允许范围内，从而能够作为粘接剂41来使用。另一方面，若杨氏模量小于500GPa，则灵敏度的降低、直线性的恶化在允许范围外，从而无法作为粘接剂41来使用。
作为杨氏模量比500MPa小的粘接剂，可举出主链为硅氧烷键的硅酮树脂。硅酮树脂能够解决作为环氧系树脂、无机的粘接剂的问题点的可靠性、操作性等问题。但是，由于硅酮树脂的杨氏模量较低，所以不适于应变体20与传感器芯片110的粘接。
这样，输入位移传递率满足80％以上的杨氏模量为500GPa以上，在该范围内，能够抑制由位移的损失引起的传感器特性的降低。但是，当着眼于可靠性时，杨氏模量存在上限，其上限为1.5GPa。
如图15所示，在粘接剂的厚度为10μm～40μm的范围内，若杨氏模量比1.5GPa大，则输入位移传递率约为100％。但是，该范围内的粘接剂虽然能够充分地抑制位移的损失，但由于刚性过高，所以无法得到高可靠性。
作为杨氏模量比1.5GPa大的粘接剂，在无机的粘接剂中，可举出低熔点玻璃、金属结合(焊料、金属的扩散接合等)。上述粘接剂除了无法获得高可靠性这一点以外，还具有以下特征。
低熔点玻璃在熔敷时需要成为高温(例如500℃左右)，该温度在传感器芯片110的金属布线的耐热温度、树脂基板、柔性印刷基板等作为部件而组装的情况下大幅度地超过上述耐热温度。并且，与有机的粘接剂相比，操作性(处理容易性)较差。再者，在金属结合中，应变体20与传感器芯片110的粘接部需要金属的蒸镀等，从而制造工序变得繁杂。
并且，作为杨氏模量比1.5GPa大的粘接剂，在有机的粘接剂中，可举出在高强度下容易处理并且在半导体元件的芯片接合中广泛使用的环氧系树脂作为代表性的例子。但是，环氧系树脂的耐候性、可靠性稍有问题，具体而言，有树脂在高温高湿环境下、温度循环等中劣化的担忧。
作为有机的粘接剂的其它例子，可举出聚酰亚胺系树脂，但除了无法获得高可靠性的方面以外，还具有以下特征。由于烘烤温度非常高，所以当然在将树脂基板或柔性印刷基板等作为部件而组装的情况下不能使用，并且也担心对传感器芯片110造成损伤。
这样，在粘接剂的厚度为10μm～40μm的范围内，若用于应变体20与传感器芯片110的粘接的粘接剂41的杨氏模量在500MPa以上且1.5GPa以下的范围内，则能够抑制传感器特性的降低并且得到高可靠性。
作为杨氏模量为500MPa以上且1.5GPa以下的粘接剂，可举出改性硅酮。作为改性硅酮的材料例子，例如可列举出在侧链中使用环氧基的环氧改性硅酮。也可以使用聚酯改性硅酮、氨基甲酸酯改性硅酮、丙烯酸改性硅酮等来代替环氧改性硅酮。
在上述改性硅酮中，尤其优选使用杨氏模量通常较高的环氧改性硅酮。并且，由于环氧改性硅酮的韧性比环氧基的韧性高，所以与现有的利用环氧粘接剂来粘接的情况相比，耐振动性、紧贴性较高。
此外，从图15可知，若粘接剂的厚度较薄，则即使杨氏模量小于500MPa，有时输入位移传递率也满足80％以上，在该情况下，能够作为粘接剂41来使用。
也就是说，作为还考虑使粘接剂变薄的情况下的粘接剂41的杨氏模量的优选范围，为130MPa以上且1.5GPa以下(厚度为10μm)、250MPa以上且1.5GPa以下(厚度为10μm以上且20μm以下)、500MPa以上且1.5GPa以下(厚度为10μm以上且40μm以下)。
当考虑到在制造上优选粘合剂的厚度的范围较大这一点时，与130MPa以上且1.5GPa以下(厚度为10μm)相比，更优选250MPa以上且1.5GPa以下(厚度为10μm以上且20μm以下)，进一步优选为500MPa以上且1.5GPa以下(厚度为10μm以上且40μm以下)。
以上，对优选的实施方式进行了详细说明，但并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离权利要求书所记载的范围的情况下对上述的实施方式施加各种变形以及置换。

Claims (6)

1.一种力觉传感器装置，其特征在于，具有：
传感器芯片，其检测预定的轴向的位移；
应变体，其将被施加的力传递到上述传感器芯片；以及
粘接剂，其粘接上述传感器芯片与上述应变体，
上述粘接剂的杨氏模量为130MPa以上且1.5GPa以下。
2.根据权利要求1所述的力觉传感器装置，其特征在于，
上述粘接剂的杨氏模量为250MPa以上且1.5GPa以下。
3.根据权利要求2所述的力觉传感器装置，其特征在于，
上述粘接剂的杨氏模量为500MPa以上且1.5GPa以下。
4.根据权利要求3所述的力觉传感器装置，其特征在于，
上述粘接剂的厚度为10μm以上且40μm以下。
5.根据权利要求1至4任一项中所述的力觉传感器装置，其特征在于，
上述粘接剂为改性硅酮。
6.根据权利要求5所述的力觉传感器装置，其特征在于，
上述改性硅酮为环氧改性硅酮、聚酯改性硅酮、氨基甲酸酯改性硅酮、丙烯酸改性硅酮中任一种。
CN202011140746.4A 2019-10-29 2020-10-22 力觉传感器装置 Pending CN112747855A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-196242 2019-10-29
JP2019196242A JP2021071305A (ja) 2019-10-29 2019-10-29 力覚センサ装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112747855A true CN112747855A (zh) 2021-05-04

Family

ID=73014323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011140746.4A Pending CN112747855A (zh) 2019-10-29 2020-10-22 力觉传感器装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11879796B2 (zh)
EP (1) EP3816597A1 (zh)
JP (1) JP2021071305A (zh)
CN (1) CN112747855A (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022101140A (ja) * 2020-12-24 2022-07-06 ミネベアミツミ株式会社 起歪体、力覚センサ装置
JP2022100447A (ja) * 2020-12-24 2022-07-06 横河電機株式会社 力検出器及び力検出システム
JP2022142116A (ja) * 2021-03-16 2022-09-30 ミネベアミツミ株式会社 起歪体、力覚センサ装置
JP2022142117A (ja) * 2021-03-16 2022-09-30 ミネベアミツミ株式会社 センサチップ、力覚センサ装置
CN115112286A (zh) * 2021-03-19 2022-09-27 美蓓亚三美株式会社 应变体、力传感器装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018115954A (ja) * 2017-01-18 2018-07-26 株式会社鷺宮製作所 圧力センサ
CN108827521A (zh) * 2017-04-26 2018-11-16 三美电机株式会社 力传感器装置
CN109642839A (zh) * 2016-10-07 2019-04-16 三美电机株式会社 传感器芯片、应变体以及力传感器装置

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5731310B2 (zh) 1973-12-21 1982-07-03
JPS59130760A (ja) 1983-01-17 1984-07-27 Nissan Motor Co Ltd バンパ−ガ−ドの取付構造
JPH05209766A (ja) 1991-12-10 1993-08-20 Tokimec Inc 超音波送受波器
JP3344138B2 (ja) * 1995-01-30 2002-11-11 株式会社日立製作所 半導体複合センサ
US6448624B1 (en) * 1996-08-09 2002-09-10 Denso Corporation Semiconductor acceleration sensor
JP2000356561A (ja) * 1999-04-14 2000-12-26 Denso Corp 半導体歪みセンサ
JP2001147337A (ja) 1999-11-22 2001-05-29 Fuji Xerox Co Ltd 光導波路素子及び光導波路素子の製造方法
EP1283106A4 (en) * 2001-03-15 2005-12-14 Mitsui Chemicals Inc LAMINATED BODY AND DISPLAY DEVICE USING THE LAMINATED BODY
EP1327870B1 (en) * 2002-01-11 2013-05-08 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Six-axis force sensor
JP4011345B2 (ja) 2002-01-11 2007-11-21 本田技研工業株式会社 多軸力センサチップ
JP2003270264A (ja) * 2002-03-20 2003-09-25 Denso Corp 半導体式力学量センサ
JP2004003886A (ja) * 2002-05-31 2004-01-08 Matsushita Electric Works Ltd センサパッケージ
US7296456B2 (en) * 2003-03-26 2007-11-20 Araco Kabushiki Kaisha Methods and apparatus for manufacturing flanged articles
JP2006275961A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Yamagata Prefecture 半導体センサおよびその製造方法
JP5044896B2 (ja) * 2005-04-27 2012-10-10 富士電機株式会社 圧力検出装置
JP4692260B2 (ja) * 2005-12-12 2011-06-01 株式会社デンソー 半導体力学量センサ装置およびその製造方法
JP5243704B2 (ja) * 2006-08-24 2013-07-24 本田技研工業株式会社 力覚センサ
JP4210296B2 (ja) * 2006-08-24 2009-01-14 本田技研工業株式会社 力覚センサの製造方法
JP5174343B2 (ja) * 2006-12-12 2013-04-03 本田技研工業株式会社 力覚センサ用チップ
JP5243988B2 (ja) * 2009-02-10 2013-07-24 本田技研工業株式会社 多軸力覚センサおよび加速度センサ
JP2012073233A (ja) * 2010-08-31 2012-04-12 Mitsumi Electric Co Ltd センサ装置及び半導体センサ素子の実装方法
EP2703770A4 (en) * 2011-04-21 2014-11-12 Hitachi Ltd APPARATUS FOR MEASURING DYNAMIC SIZES
JP5883771B2 (ja) * 2012-11-26 2016-03-15 日立オートモティブシステムズ株式会社 圧力センサ
JP6417970B2 (ja) * 2015-01-28 2018-11-07 ミツミ電機株式会社 モジュール及びその製造方法
US10549982B2 (en) * 2016-02-15 2020-02-04 Stmicroelectronics S.R.L. Pressure sensor encapsulated in elastomeric material, and system including the pressure sensor
TWI689573B (zh) * 2016-05-23 2020-04-01 日商拓自達電線股份有限公司 導電性接著劑組成物
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
JP6776152B2 (ja) * 2017-02-24 2020-10-28 日本電産コパル電子株式会社 起歪体およびその起歪体を備えた力覚センサ
JP6462050B2 (ja) * 2017-06-23 2019-01-30 株式会社鷺宮製作所 センサチップの接合構造、および、圧力センサ
JP6780675B2 (ja) * 2017-07-24 2020-11-04 株式会社デンソー 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP7094148B2 (ja) * 2017-10-02 2022-07-01 日東電工株式会社 粘着テープ
JP2019128183A (ja) 2018-01-22 2019-08-01 ミネベアミツミ株式会社 センサモジュール
JP6957823B2 (ja) 2018-01-29 2021-11-02 ミネベアミツミ株式会社 センサチップ及び力覚センサ装置
CN111670349B (zh) 2018-01-29 2022-04-26 美蓓亚三美株式会社 传感器芯片及力传感器装置
JP7052441B2 (ja) * 2018-03-13 2022-04-12 富士電機株式会社 センサ装置
JP7043904B2 (ja) * 2018-03-13 2022-03-30 富士電機株式会社 センサ装置およびその製造方法
JP2019184452A (ja) 2018-04-12 2019-10-24 セイコーエプソン株式会社 センサーユニット、および構造物監視装置
US11621694B2 (en) * 2018-12-06 2023-04-04 Texas Instruments Incorporated Lamb wave resonator-based torque sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109642839A (zh) * 2016-10-07 2019-04-16 三美电机株式会社 传感器芯片、应变体以及力传感器装置
JP2018115954A (ja) * 2017-01-18 2018-07-26 株式会社鷺宮製作所 圧力センサ
CN108827521A (zh) * 2017-04-26 2018-11-16 三美电机株式会社 力传感器装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021071305A (ja) 2021-05-06
US20210123824A1 (en) 2021-04-29
US11879796B2 (en) 2024-01-23
EP3816597A1 (en) 2021-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108827521B (zh) 力传感器装置
CN112747855A (zh) 力觉传感器装置
KR100879958B1 (ko) 멀티 레인지 ３축 가속도 센서장치
JP6919963B2 (ja) センサチップ、力覚センサ装置
US8042392B2 (en) Acceleration sensor
JP6919964B2 (ja) センサチップ及び力覚センサ装置
JP6940037B2 (ja) 力覚センサ装置
WO2018066557A1 (ja) センサチップ、起歪体、力覚センサ装置
EP3457103B1 (en) Force sensor device
CN113302466B (zh) 力传感器装置
EP4060305A1 (en) Sensor chip and force sensor apparatus
JP7074407B2 (ja) 力覚センサ装置
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
CN115112286A (zh) 应变体、力传感器装置
JP2023023689A (ja) 力覚センサ装置
JP2023023688A (ja) 力覚センサ装置
JP6919965B2 (ja) センサチップ及び力覚センサ装置
WO2023145576A1 (ja) センサモジュール、及び力覚センサ装置
EP4060304A1 (en) Strain body and force sensor apparatus
JP2022047296A (ja) 減衰機構、力検出器
JP2022142118A (ja) センサチップ、力覚センサ装置

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