CN116642613A - 力觉传感器以及力觉传感器的制造方法 - Google Patents

力觉传感器以及力觉传感器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供力觉传感器以及力觉传感器的制造方法。力觉传感器具备：第一基板，其由供电磁波透过的材料构成，并在表面具有以周期性的图案排列的金属阵列；第二基板，其与第一基板以相对的方式隔开间隔配置，并在表面具有对透过了第一基板的电磁波进行反射的金属层；连接构件，其将第一基板与第二基板连接，并且划分出收容金属阵列以及金属层的内部空间；以及惰性物质，其填充于内部空间。

Description

力觉传感器以及力觉传感器的制造方法
技术领域
本公开涉及力觉传感器以及力觉传感器的制造方法。
背景技术
专利文献1公开一种具有能够通过外力使金属阵列与金属层的间隙变化的空气间隙构造的位移传感器和该位移传感器的制造方法。间隙是设置于金属阵列与金属层之间的空气层。
专利文件1：日本特开2020-94973号公报
发明内容
在专利文献1的位移传感器中，金属阵列或者金属层暴露于空气层。因此，存在金属阵列或者金属层氧化，从而力觉传感器的特性劣化的担忧。本公开提供一种抑制金属阵列以及金属层的氧化的技术。
本公开的一个方面所涉及的力觉传感器具备：第一基板、第二基板、连接构件以及惰性物质。第一基板由供电磁波透过的材料构成。第一基板在表面具有以周期性的图案排列的金属阵列。第二基板与第一基板以相对的方式隔开间隔配置。第二基板在表面具有对透过了第一基板的电磁波进行反射的金属层。连接构件将第一基板与第二基板连接，并且划分出收容金属阵列以及金属层的内部空间。惰性物质填充于内部空间。
在该力觉传感器中，划分出收容金属阵列以及金属层的内部空间。在该内部空间填充有惰性物质。由此，该力觉传感器能够避免金属阵列以及金属层暴露在包含氧气的空气中。因此，该力觉传感器能够抑制金属阵列以及金属层的氧化。
根据一个实施方式，力觉传感器也可以具备密封构件。连接构件也可以具有使内部空间与外部连通的开口。密封构件也可以密封开口。在这种情况下，在力觉传感器中，能够经由开口向内部空间填充惰性物质，并且能够通过密封构件在内部空间密封惰性物质。
根据一个实施方式，也可以具备间隔构件，该间隔构件配置于内部空间并且限制内部空间的高度。内部空间的高度是第一基板与第二基板之间的间隔。该力觉传感器能够以无载荷的状态下的第一基板与第二基板的间隔成为恒定的方式保持第一基板与第二基板之间的位置关系。
惰性物质也可以是惰性气体或者硅油。
本公开的其他方面所涉及的力觉传感器的制造方法具备以下的(1)～(3)的工序。(1)准备第一基板、第二基板以及连接构件的工序。第一基板由供电磁波透过的材料构成。第一基板在表面具有以周期性的图案排列的金属阵列。第二基板与第一基板以相对的方式隔开间隔配置。第二基板在表面具有对透过了第一基板的电磁波进行反射的金属层。连接构件将第一基板与第二基板连接。连接构件划分出收容金属阵列的内部空间，并且具有使内部空间与外部连通的开口。
(2)从开口对内部空间进行减压的工序。
(3)从开口向被减压了的内部空间填充惰性物质的工序。
(4)利用密封构件密封开口的工序。
在该制造方法中，惰性物质经由开口被填充到内部空间，并且被密封构件密封于内部空间。由此，该制造方法能够避免金属阵列以及金属层暴露在包含氧气的空气中。因此，该制造方法能够提供能够抑制金属阵列以及金属层的氧化的力觉传感器。
根据本公开，能够抑制金属阵列以及金属层的氧化。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的力觉传感器的一个例子的剖视图。
图2是沿着图1的II-II线的剖视图。
图3是表示一个实施方式所涉及的制造方法的一个例子的流程图。
图4是对一个实施方式所涉及的制造方法的减压工序进行说明的图。
图5是对一个实施方式所涉及的制造方法的填充工序进行说明的图。
图6是对变形例所涉及的制造方法的填充工序进行说明的图。
图7是表示图2所示的力觉传感器的变形例的剖视图。
附图标记说明
1...力觉传感器；10...下基板(第一基板的一个例子)；11...金属阵列；12...间隔构件；20...上基板(第二基板的一个例子)；21...金属层；30...连接构件；30a...开口；31...密封构件；40...惰性物质。
具体实施方式
以下，参照附图，对本公开的实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，对相同或者相当的要素标注相同附图标记，省略重复的说明。附图的尺寸比率不必与说明的尺寸比率一致。
[力觉传感器]
通过本实施方式所涉及的制造方法而被制造的力觉传感器是使用了电磁波的力觉传感器。电磁波包括可见光、红外光、太赫兹波或者微波。力觉传感器具有在金属阵列与金属层之间形成有间隙的空气间隙构造。根据入射至空气间隙构造的电磁波的入射波来测定反射波。基于入射波以及反射波能够得到谐振波长。谐振波长根据形成于金属阵列与金属层之间的间隙的大小而变化。形成于金属阵列与金属层之间的间隙根据外力而变化。换句话说，使用了电磁波的力觉传感器是基于谐振波长的变化来测定外力的传感器。
图1是表示一个实施方式所涉及的力觉传感器的一个例子的剖视图。图2是沿着图1的II-II线的剖视图。如图1所示那样，力觉传感器1具备下基板10以及上基板20。下基板10由供光透过的材料构成。下基板10是第一基板的一个例子。上基板20是第二基板的一个例子。光是电磁波的一个例子。下基板10作为一个例子是玻璃基板。下基板10在上表面具有以周期性的图案排列的金属阵列11。该上表面是下基板10的表面的一个例子。金属阵列11作为一个例子是棒阵列或者点阵列。金属阵列11也可以通过一边为350nm的大致正方形的阵列以400nm间隔周期性地配置的图案而构成。金属阵列11的材料作为一个例子是Au(金)或者Al(铝)。上基板20无需由供光透过的材料构成，可以是玻璃基板，也可以是硅基板等。上基板20在下表面具有反射光的金属层21。该下表面是上基板20的表面的一个例子。金属层21的材料作为一个例子是Au或者Al。下基板10以及上基板20也可以由不包含碱成分的无碱玻璃或者石英形成。
力觉传感器1具备连接构件30。如图1以及图2所示那样，下基板10以及上基板20被连接构件30连接。连接构件30设置于金属阵列11以及金属层21的周围。连接构件30将下基板10与上基板20隔开间隔固定。上基板20与下基板10以相对的方式隔开间隔配置。由此，连接构件30在下基板10与上基板20之间划分出包括金属阵列11以及金属层21的内部空间V。连接构件30由难以氧化的金属且高熔点的金属形成。连接构件30也可以由熔接的金属层构成。连接构件30作为一个例子，由将形成于下基板10的第一金属层与形成于第二基板的第二金属层熔接而得的金属层构成。第一金属层以及第二金属分别例如由Mo(钼)/Al/Mo的三层构造构成。第一金属层以及第二金属分别也可以由Al、Mo、Ag(银)、Ti(钛)或者Cr(铬)的单层构成。
力觉传感器1具备填充于内部空间V的惰性物质40。惰性物质40是化学活性低的流体。惰性物质40作为一个例子是惰性气体。惰性气体例如是氮气、二氧化碳或者稀有气体。如图2所示那样，连接构件30具有密封构件31和使内部空间V与外部连通的开口30a。开口30a形成为在金属阵列11以及金属层21的周围将连接构件30的一部分切口。开口30a被密封构件31密封。换句话说，惰性物质40被密封构件31密封于内部空间V。密封构件31例如是紫外线固化树脂。
透过了下基板10以及金属阵列11的光的一部分被金属层21反射，并且在金属阵列11与金属层21之间谐振而被吸收。被吸收的光的波长根据金属阵列11与金属层21之间的间隔而变化。力觉传感器1构成为根据来自外部的载荷而变更上基板20相对于下基板10的姿势。因此，施加于力觉传感器1的载荷由力觉传感器1吸收的光的波长的变化来表示。
[力觉传感器的制造方法]
图3是表示本实施方式所涉及的力觉传感器1的制造方法M1的一个例子的流程图。在制造方法M1中，首先，准备下基板10、上基板20以及连接构件30(步骤S10)。如上述那样，下基板10由供电磁波透过的材料构成。下基板10在表面具有以周期性的图案排列的金属阵列11。上基板20与下基板10以相对的方式隔开间隔配置。上基板20在表面具有反射电磁波的金属层21。连接构件30将下基板10与上基板20连接。连接构件30划分出内部空间V，并且具有使内部空间V与外部连通的开口30a。这样，在步骤S10中，准备下基板10以及上基板20被连接构件30连接的力觉传感器1。
接下来，对力觉传感器1的内部空间V进行减压(步骤S20)。图4是对一个实施方式所涉及的制造方法的减压工序进行说明的图。在图4中，示出了沿着图2的IV-IV线的力觉传感器1的减压工序中的剖视图。如图4所示那样，力觉传感器1收容于能够真空排气的容器C的内部。容器C具备连接有对容器C的内部进行排气的真空泵(未图示)的阀B1、和连接有向容器C的内部导入惰性物质40的气体源(未图示)的阀B2。在本实施方式中，惰性物质40是惰性气体。打开阀B1，使真空泵动作，由此使容器C的内部减压。内部空间V被减压了的力觉传感器1构成为下基板10与上基板20以接近的方式变形。
接下来，向被减压了的力觉传感器1的内部空间V填充惰性物质40(步骤S30)。图5是对一个实施方式所涉及的制造方法的填充工序进行说明的图。关闭阀B1，打开阀B2，从而如图5所示那样，从阀B2向被减压了的容器C的内部导入惰性物质40。惰性物质40从开口30a被填充至内部空间V。向内部空间V填充惰性物质40，由此消除内部空间V的减压，因此下基板10以及上基板20的变形被消除。
最后，密封力觉传感器1的开口30a(步骤S40)。将由紫外线固化树脂构成的密封构件31涂覆于力觉传感器1的开口30a。然后，向涂覆于开口30a的密封构件31照射紫外线，从而密封构件31固化，由此开口30a被密封。通过以上的工序，能够制造力觉传感器1。另外，制造方法M1也可以在步骤S40的工序之前包括清洗金属阵列11的清洗工序。
[实施方式的总结]
在力觉传感器1中，划分出收容金属阵列11以及金属层21的内部空间V。向该内部空间V填充惰性物质40。由此，力觉传感器1能够避免金属阵列11以及金属层21暴露在包含氧气的空气中。因此，力觉传感器1能够抑制金属阵列11以及金属层21的氧化。
连接构件30具有将内部空间V与外部连通的开口30a，因此在力觉传感器1中，能够经由开口30a向内部空间V填充惰性物质40，并且能够通过密封构件31在内部空间V密封惰性物质40。
在力觉传感器1的制造方法M1中，惰性物质40经由开口30a被填充到内部空间V，并且被密封构件31密封于内部空间V。由此，制造方法M1能够避免金属阵列11以及金属层21暴露在包含氧气的空气中。因此，制造方法M1能够提供抑制金属阵列11以及金属层21的氧化的力觉传感器1。
以上，对各种例示的实施方式进行了说明，但本公开不限定于上述实施方式，也可以进行各种省略、置换以及变更。
[变形例]
惰性物质40也可以是硅油。在这种情况下，在步骤S30中，向被减压了的力觉传感器1的内部空间V填充硅油。图6是对变形例所涉及的制造方法的填充工序进行说明的图。在图6中，硅油经由开口30a被填充于内部空间V。首先，在容器C的内部空间V被减压了的状态下，以开口30a浸渍于硅油中的方式配置力觉传感器1。接下来，在开口30a被硅油浸渍的状态下打开阀B1。由此，容器C的减压被消除，从而在力觉传感器1的内部空间V填充有硅油。
惰性物质40也可以在被填充于内部空间V之后固化。即，惰性物质40也可以是固体。作为一个例子，惰性物质40也可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
连接构件30也可以不具有开口30a。在这种情况下，连接构件30被分割为设置于下基板10的第一连接构件、和设置于上基板20的第二连接构件。第一连接构件与第二连接构件只要在惰性气体气氛中通过熔接等相互连接即可。
图7是表示图2所示的力觉传感器的变形例的剖视图。在连接构件30被分割为第一连接构件与第二连接构件的情况下，通过将设置于下基板10的第一连接构件与设置于上基板20的第二连接构件熔接，而将下基板10与上基板20相互连接。在这种情况下，连接构件30的高度因熔接而变动，因此作为结果，存在内部空间V的高度偏离设定值的情况。因此，力觉传感器1也可以具备间隔构件12。间隔构件12在内部空间V以比连接构件30靠内侧且包围金属阵列11的方式设置于下基板10。间隔构件12可以设置于上基板20，也可以设置为被分割成下基板10用的第1间隔构件以及上基板20用的第2间隔构件。间隔构件12在第一连接构件以及第二连接构件的熔接时限制内部空间V的高度。内部空间V的高度是下基板10与上基板20之间的间隔。间隔构件12具有与连接构件30的开口30a连通的开口12a。惰性物质40经由开口30a以及开口12a被填充于内部空间V。密封构件31对开口30a以及开口12a进行密封。变形例所涉及的力觉传感器的其他结构与图2所示的力觉传感器1相同。通过具备间隔构件12，力觉传感器1能够以无载荷的状态下的下基板10与上基板20的间隔成为恒定的方式保持下基板10与上基板20之间的位置关系。
力觉传感器1也可以具备覆盖金属阵列11的表面的保护层。具备保护层，由此在力觉传感器1的制造工序中，能够省略上述的清洗工序。保护层例如由石英形成。保护层保护金属阵列11免受损伤或者氧化等。
间隔构件12的厚度也可以为190nm。金属层21的厚度也可以为100nm。金属阵列11的厚度也可以为30nm。保护层的厚度也可以为35nm。金属层21与保护层之间的间隙也可以为30nm。金属层21与金属阵列11之间的距离也可以为65nm。

Claims (5)

1.一种力觉传感器，其特征在于，具备：
第一基板，其由供电磁波透过的材料构成，并在表面具有以周期性的图案排列的金属阵列；
第二基板，其与所述第一基板以相对的方式隔开间隔配置，并在表面具有对透过了所述第一基板的电磁波进行反射的金属层；
连接构件，其将所述第一基板与所述第二基板连接，并且划分出收容所述金属阵列以及金属层的内部空间；以及
惰性物质，其填充于所述内部空间。
2.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于，
具备密封构件，
所述连接构件具有使所述内部空间与外部连通的开口，所述密封构件密封所述开口。
3.根据权利要求1或2所述的力觉传感器，其特征在于，
具备间隔构件，所述间隔构件配置于所述内部空间，并且限制所述内部空间的高度。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的力觉传感器，其特征在于，
所述惰性物质是惰性气体或者硅油。
5.一种力觉传感器的制造方法，其特征在于，包括如下工序：
准备第一基板、第二基板以及连接构件的工序，其中，所述第一基板由供电磁波透过的材料构成，并在表面具有以周期性的图案排列的金属阵列，所述第二基板与所述第一基板以相对的方式隔开间隔配置，并在表面具有对透过了所述第一基板的电磁波进行反射的金属层，所述连接构件将所述第一基板与所述第二基板连接，而划分出收容所述金属阵列的内部空间，并且具有使所述内部空间与外部连通的开口；
从所述开口对所述内部空间进行减压的工序；
从所述开口向被减压了的所述内部空间填充惰性物质的工序；以及
利用密封构件密封所述开口的工序。
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