JP2006214962A - Array type contact pressure sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an array type contact pressure sensor capable of detecting contact pressure with reduced crosstalk and high density, and capable of providing a deflection detecting element on a face opposite to a contact face contacting with an examined object of a semiconductor substrate. <P>SOLUTION: A plurality of pressure sensitive elements 34 arrayed unidirectionally A in the semiconductor substrate 24 of fixed thickness includes (a) a plurality of beam parts 38 in parallel each other formed between grooves 36 by providing the grooves 36 of prescribed pattern in an inner face 32 of the semiconductor substrate 24, and (b) the plurality of deflection detecting elements 42 provided in the plurality of beam parts 38, and for generating respectively electric signals in response to deflections of the beam parts 38, and (c) outputs respectively the electric signals in response to the contact pressure applied onto a pressing face 44 of the semiconductor substrate 24. The array type contact pressure sensor 26 is provided to detect a contact pressure distribution with the reduced crosstalk and the high density, and to install the deflection detecting element 42 on the inner face 32 in the side opposite to the pressing face 44 of the semiconductor substrate 24. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数個の感圧素子を所定の間隔で一方向に沿って配列したアレイ型接触圧センサに関するものである。   The present invention relates to an array-type contact pressure sensor in which a plurality of pressure sensitive elements are arranged in one direction at a predetermined interval.

ロボットや義肢の先端に設けられる触感センサ、医療用の圧脈波センサ、咬合圧センサなどとして用いるために、複数個の感圧素子を一方向に沿って配列したアレイ型接触圧センサが提案されている。たとえば、特許文献1に記載されたものがそれであり、角形や丸型の複数個のダイヤフラム部すなわち薄肉部が半導体基板上に局所的に設けるとともに、そのダイヤフラム部の撓みを検出するためにそのダイヤフラム部にそれぞれ設けられた複数の撓み検出素子が備えられる。これによれば、ダイヤフラム部とそれに設けられた撓み検出素子とから圧力検出素子が構成され、半導体基板に配置された複数の圧力検出素子によって接触圧力などが検出される。しかしながら、このような従来のアレイ型接触圧センサでは、半導体基板において局所的に肉厚を薄くしたダイヤフラム部を短いピッチですなわち高い配置密度で設けることが困難であり、圧力検出部位が粗くなるという欠点があった。   An array-type contact pressure sensor in which a plurality of pressure-sensitive elements are arranged in one direction has been proposed for use as a tactile sensor provided at the tip of a robot or a prosthetic limb, a medical pressure pulse wave sensor, an occlusal pressure sensor, or the like. ing. For example, it is described in Patent Document 1, and a plurality of rectangular or round diaphragm portions, that is, thin-walled portions are locally provided on a semiconductor substrate, and the diaphragm is detected in order to detect bending of the diaphragm portion. A plurality of deflection detecting elements respectively provided in the section are provided. According to this, a pressure detection element is comprised from the diaphragm part and the bending detection element provided in it, and a contact pressure etc. are detected by the several pressure detection element arrange | positioned at the semiconductor substrate. However, in such a conventional array-type contact pressure sensor, it is difficult to provide diaphragm portions whose thickness is locally reduced on a semiconductor substrate at a short pitch, that is, at a high arrangement density, and the pressure detection portion becomes rough. There were drawbacks.

これに対し、特許文献2に記載のように、半導体基板において局所的に肉厚を薄くしたダイヤフラム部をトレンチ状、すなわち長手状(長溝状)とし、そのダイヤフラム部に所定の間隔で撓み検出素子を配置したアレイ型接触圧センサが提案されている。これによれば、肉薄で同じ厚みが続くダイヤフラム部に撓み検出素子を配置できるので、相互の配置間隔(ピッチ)を小さくでき、圧力検出部位の密度を比較的高くできる利点がある。
特許第2989004号公報 特許第3039934号公報
On the other hand, as described in Patent Document 2, a diaphragm portion whose thickness is locally thinned in a semiconductor substrate is formed into a trench shape, that is, a longitudinal shape (long groove shape), and a deflection detecting element is provided at a predetermined interval in the diaphragm portion. An array-type contact pressure sensor in which is arranged has been proposed. According to this, since the bending detection elements can be arranged on the diaphragm portion which is thin and has the same thickness, there is an advantage that the mutual arrangement interval (pitch) can be reduced and the density of the pressure detection parts can be relatively increased.
Japanese Patent No. 2999804 Japanese Patent No. 3039934

しかしながら、上記特許文献2に記載のように長手状のダイヤフラム部を用いると、隣接する撓み検出素子の相互間でクロストークが発生し、それら撓み検出素子の相互間の距離がたとえば幅寸法の140%に制限され、素子間隔を小さくするには限界があった。また、長手状のダイヤフラム部の撓み変形ではその幅方向の変形と長手方向の変形とが加えられるため、荷重分布によっては荷重に対して線形とならない場合があった。さらに、長手状のダイヤフラム部に設ける撓み検出素子は、ホトリソグラフイー技術を利用した半導体集積回路技術を用いて形成されることから、長手状溝内或いは長手状溝凹み内のダイヤフラムに素子を設けることが困難であるため、半導体基板の平坦な側すなわち被験物に接触する側において設けられるので、使用に際してはその被験物に接触する面に撓み検出素子を保護する保護コート層が必要となり、設計通りの感度やクロストーク性能が得られず、個々の検出感度がばらつく一因となっていた。   However, when a longitudinal diaphragm portion is used as described in Patent Document 2, crosstalk occurs between adjacent deflection detection elements, and the distance between the deflection detection elements is, for example, 140 in the width dimension. There is a limit to reducing the element spacing. In addition, since the deformation in the width direction and the deformation in the longitudinal direction are applied in the bending deformation of the longitudinal diaphragm portion, there are cases where the load is not linear with respect to the load depending on the load distribution. Further, since the deflection detecting element provided in the longitudinal diaphragm portion is formed by using a semiconductor integrated circuit technology using photolithography, the element is provided in the diaphragm in the longitudinal groove or in the longitudinal groove recess. Because it is difficult, it is provided on the flat side of the semiconductor substrate, that is, the side in contact with the test object. The street sensitivity and crosstalk performance could not be obtained, which caused the individual detection sensitivity to vary.

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、クロストークが小さく且つ高密度で接触圧を検出でき、しかも撓み検出素子を半導体基板の被験物に接触する面とは反対側の面に設けることができるアレイ型接触圧センサを提供することにある。   The present invention has been made in the background of the above circumstances, and the object is to detect a contact pressure with a small crosstalk and a high density, and to contact a deflection detecting element with a test object on a semiconductor substrate. An object of the present invention is to provide an array-type contact pressure sensor that can be provided on the opposite surface.

上記目的を達成するための請求項1に係る発明のアレイ型接触圧センサの要旨とするところは、所定厚みの半導体基板に一方向に配列された複数個の感圧素子を有するアレイ型接触圧センサであって、その複数個の感圧素子は、(a) 前記半導体基板の一面に所定パターンの溝が設けられることにより該溝の間に形成された互いに平行な複数個の梁部と、(b) その複数個の梁部にそれぞれ設けられ、該梁部の撓みに応じた電気信号をそれぞれ発生する複数個の撓み検出素子とを含み、(c) 前記半導体基板の他面に加えられた接触圧に応じた前記電気信号をそれぞれ出力することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the gist of the array-type contact pressure sensor of the invention according to claim 1 is that the array-type contact pressure having a plurality of pressure-sensitive elements arranged in one direction on a semiconductor substrate having a predetermined thickness. The plurality of pressure-sensitive elements are: (a) a plurality of parallel beam portions formed between grooves formed in a predetermined pattern on one surface of the semiconductor substrate; (b) including a plurality of deflection detecting elements respectively provided on the plurality of beam portions, each generating an electrical signal corresponding to the deflection of the beam portions, and (c) added to the other surface of the semiconductor substrate. The electrical signals corresponding to the contact pressures are respectively output.

また、請求項2にかかる発明の要旨とするところは、前記請求項1に係る発明の梁部は、前記一方向に直交する方向の一対の直交溝と、該一対の直交溝の一端部を連通させる前記一方向に平行な連通溝とにより3方が囲まれた片持ち梁であることを特徴とする。   The gist of the invention according to claim 2 is that the beam portion of the invention according to claim 1 includes a pair of orthogonal grooves in a direction orthogonal to the one direction and one end of the pair of orthogonal grooves. It is a cantilever beam that is surrounded on three sides by a communicating groove parallel to the one direction to be communicated.

また、請求項3にかかる発明の要旨とするところは、前記請求項1に係る発明の梁部は、前記一方向に直交する方向の一対の直交溝に挟まれた両持ち梁であることを特徴とする。   The gist of the invention according to claim 3 is that the beam portion of the invention according to claim 1 is a doubly supported beam sandwiched between a pair of orthogonal grooves in a direction orthogonal to the one direction. Features.

また、請求項4にかかる発明の要旨とするところは、前記請求項1乃至3のいずれかにかかる発明の撓み検出素子は、前記梁部の前記半導体基板の一面側に不純物の拡散或いはイオン注入により設けられて電橋を構成する4つのピエゾ抵抗体から構成されたものであることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a deflection detecting element according to any one of the first to third aspects, wherein impurity diffusion or ion implantation is performed on one side of the semiconductor substrate of the beam portion. It is comprised from four piezoresistors which are provided by and comprise the electric bridge, It is characterized by the above-mentioned.

また、請求項5にかかる発明の要旨とするところは、前記請求項4にかかる発明の4つのピエゾ抵抗体のうち、2つのピエゾ抵抗体は前記梁部の長手方向に沿って配設され、他の2つのピエゾ抵抗体は前記梁部の長手方向に直交する方向に沿って配設されたものであることを特徴とする。   Further, the gist of the invention according to claim 5 is that, among the four piezoresistors of the invention according to claim 4, two piezoresistors are arranged along the longitudinal direction of the beam portion, The other two piezoresistors are arranged along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the beam portion.

また、請求項6にかかる発明の要旨とするところは、前記請求項1乃至5のいずれかにかかる発明の溝は、V字状の断面形状を備えたものであることを特徴とする。   The gist of the invention according to claim 6 is characterized in that the groove according to any one of claims 1 to 5 has a V-shaped cross-sectional shape.

また、請求項7にかかる発明の要旨とするところは、前記請求項1乃至5のいずれかにかかる発明の溝は、矩形状或いは逆台形状の断面形状を備えたものであることを特徴とする。   The gist of the invention according to claim 7 is that the groove according to any one of claims 1 to 5 has a rectangular or inverted trapezoidal cross-sectional shape. To do.

また、請求項8にかかる発明の要旨とするところは、前記請求項1乃至5のいずれかにかかる発明の溝は、前記半導体基板を貫通するように形成されたものであることを特徴とする。   The gist of the invention according to claim 8 is that the groove of the invention according to any one of claims 1 to 5 is formed so as to penetrate the semiconductor substrate. .

前記請求項1に係る発明によれば、所定厚みの半導体基板に一方向に配列された複数個の感圧素子を有するアレイ型接触圧センサにおいて、その複数個の感圧素子は、(a) 前記半導体基板の一面に所定パターンの溝が設けられることにより該溝の間に形成された互いに平行な複数個の梁部と、(b) その複数個の梁部にそれぞれ設けられ、該梁部の撓みに応じた電気信号をそれぞれ発生する複数個の撓み検出素子とを含み、(c) 前記半導体基板の他面に加えられた接触圧に応じた前記電気信号をそれぞれ出力することから、溝幅の制限や凹みの制限を受けないので、クロストークが小さく且つ高密度で接触圧を検出でき、しかも撓み検出素子を半導体基板の被験物に接触する面とは反対側の面に設けることができるアレイ型接触圧センサが得られる。   According to the first aspect of the present invention, in the array-type contact pressure sensor having a plurality of pressure sensitive elements arranged in one direction on a semiconductor substrate having a predetermined thickness, the plurality of pressure sensitive elements are: A plurality of parallel beam portions formed between the grooves by providing grooves of a predetermined pattern on one surface of the semiconductor substrate; and (b) the beam portions respectively provided on the plurality of beam portions. A plurality of deflection detecting elements each generating an electrical signal corresponding to the deflection of the semiconductor substrate, and (c) outputting the electrical signal corresponding to the contact pressure applied to the other surface of the semiconductor substrate. Since there is no restriction on width or depression, contact pressure can be detected with low crosstalk and high density, and a deflection detecting element can be provided on the surface of the semiconductor substrate opposite to the surface in contact with the test object. Array type contact pressure sensor

また、請求項2に係る発明によれば、前記請求項1に係る発明の梁部は、前記一方向に直交する方向の一対の直交溝と、その一対の直交溝の一端部を連通させる前記一方向に平行な連通溝とにより3方が囲まれた片持ち梁として作用できるので、梁部での接触圧力(入力)に対する変形或いは歪みが大きくなり、高い検出感度が得られる。   Further, according to the invention according to claim 2, the beam portion of the invention according to claim 1 communicates a pair of orthogonal grooves in a direction orthogonal to the one direction and one end of the pair of orthogonal grooves. Since it can act as a cantilever beam that is surrounded on three sides by a communication groove parallel to one direction, deformation or distortion with respect to the contact pressure (input) at the beam portion increases, and high detection sensitivity is obtained.

また、請求項3に係る発明によれば、前記請求項1に係る発明の梁部は、前記一方向に直交する方向の一対の直交溝に挟まれた両持ち梁として作用できるので、梁部毎における撓みのばらつきのない安定した接触圧検出作動が得られる。   Further, according to the invention according to claim 3, since the beam portion of the invention according to claim 1 can act as a doubly supported beam sandwiched between a pair of orthogonal grooves in a direction orthogonal to the one direction, the beam portion A stable contact pressure detecting operation with no variation in deflection can be obtained.

また、請求項4に係る発明によれば、前記請求項1乃至3のいずれかにかかる発明の撓み検出素子は、前記梁部の前記半導体基板の一面側に不純物の拡散或いはイオン注入(イオンインプラント)により設けられて電橋すなわち直流或いは交流ブリッジを構成する4つのピエゾ抵抗体から構成されたものであるので、容易に接触圧検出が可能となる。   According to a fourth aspect of the present invention, the deflection detecting element according to any one of the first to third aspects includes impurity diffusion or ion implantation (ion implantation) on one side of the semiconductor substrate of the beam portion. ) And four piezoresistors constituting an electric bridge, that is, a direct current or alternating current bridge, so that the contact pressure can be easily detected.

また、請求項5にかかる発明によれば、請求項4にかかる発明の4つのピエゾ抵抗体のうち、2つのピエゾ抵抗体は前記梁部の長手方向に沿って配設され、他の2つのピエゾ抵抗体は前記梁部の長手方向に直交する方向に沿って配設されたものであるので、前記半導体基板の他面から接触圧が加えられることにより梁部に発生する撓み或いは歪みが好適に検出され、その接触圧の大きさに対応する電気信号が得られる。   According to the invention according to claim 5, of the four piezoresistors of the invention according to claim 4, two piezoresistors are disposed along the longitudinal direction of the beam portion, and the other two Since the piezoresistor is disposed along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the beam portion, the bending or distortion generated in the beam portion when contact pressure is applied from the other surface of the semiconductor substrate is preferable. And an electric signal corresponding to the magnitude of the contact pressure is obtained.

また、請求項6に係る発明によれば、前記請求項1乃至5のいずれかにかかる発明の溝は、V字状の断面形状を備えたものであるので、クロストークを小さくしつつ梁部の配設間隔を小さくでき、圧力検出素子の配置密度を高めることができる。   According to the invention of claim 6, the groove of the invention according to any one of claims 1 to 5 has a V-shaped cross-sectional shape. The arrangement interval can be reduced, and the arrangement density of the pressure detection elements can be increased.

また、請求項7に係る発明によれば、前記請求項1乃至5のいずれかにかかる発明の溝は、矩形状或いは逆台形状の断面形状を備えたものであるので、クロストークを小さくしつつ梁部の配設間隔を小さくでき、圧力検出素子の配置密度を高めることができる。また、前記V字状の断面形状の溝に比較して、梁部の配設間隔が大きくなるが、高い検出感度が得られる。   Further, according to the invention according to claim 7, since the groove of the invention according to any one of claims 1 to 5 has a rectangular or inverted trapezoidal cross-sectional shape, crosstalk is reduced. However, the arrangement interval of the beam portions can be reduced, and the arrangement density of the pressure detection elements can be increased. Further, compared to the V-shaped cross-sectional groove, the arrangement interval of the beam portions is increased, but high detection sensitivity can be obtained.

また、請求項8に係る発明によれば、前記請求項1乃至5のいずれかにかかる発明の溝は、前記半導体基板を貫通するように形成されたものであるので、前記V字状の断面形状の溝に比較して、高い検出感度が得られるとともに、クロストークをほとんど解消できる。   According to an eighth aspect of the present invention, since the groove according to any one of the first to fifth aspects is formed so as to penetrate the semiconductor substrate, the V-shaped cross section is formed. Compared to a groove having a shape, high detection sensitivity can be obtained, and crosstalk can be almost eliminated.

ここで、好適には、前記半導体基板はたとえばシリコン(Si)の単結晶基板であり、前記不純物はたとえばボロン(B)である。   Here, preferably, the semiconductor substrate is, for example, a single crystal substrate of silicon (Si), and the impurity is, for example, boron (B).

また、前記撓み検出素子は、歪みの大きさに応じて抵抗値を変化させるピエゾ抵抗体であってもよいが、歪みの大きさに応じてPN接合の通過電流値を変化させるダイオード、歪みの大きさに応じて電流増幅率を変化させるトランジスタが用いられてもよい。   The deflection detecting element may be a piezoresistor that changes the resistance value according to the magnitude of strain, but a diode that changes the passing current value of the PN junction according to the magnitude of strain, A transistor that changes the current amplification factor according to the size may be used.

また、前記溝は、前記梁部を構成するために半導体基板の一面において梁部の四辺のうちの2辺或いは3辺を形成するように設けられているが、さらに、半導体基板の他面からも同様のパターンの溝を設けてもよい。   In addition, the groove is provided so as to form two or three sides of the four sides of the beam portion on one surface of the semiconductor substrate to form the beam portion. May be provided with a groove having a similar pattern.

また、前記溝は、V字状、逆台形形状のみならず、矩形の断面形状を備えたものであってもよい。   Further, the groove may have a rectangular cross-sectional shape as well as a V shape and an inverted trapezoidal shape.

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例の接触圧検出装置として機能するアレイ型接触圧センサ10を備えた小型マニュピレータ12を示している。この小型マニュピレータ12は、相互に接近離隔可能に設けられた互いに平行な一対のフィンガ14と、それら一対のフィンガ14を相互に接近し或いは離隔する方向に駆動するアクチュエータ16とを備えて図示しないロボットアームの先端に装着され、たとえば手術中の生体の血管20や、皮膚などの生体組織などを把持して所定位置に保持したり、適当な位置へ移動させる。このアクチュエータ16は、たとえば、電動モータの回転力を用いて上記一対のフィンガ14の少なくとも一方を接近離隔方向に駆動するねじ送り機構を備えたものである。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a small manipulator 12 having an array-type contact pressure sensor 10 that functions as a contact pressure detecting device according to an embodiment of the present invention. The small manipulator 12 includes a pair of parallel fingers 14 provided so as to be close to and away from each other, and an actuator 16 that drives the pair of fingers 14 in a direction to approach or separate from each other. Attached to the tip of the arm, for example, grasps a blood vessel 20 of a living body during surgery, a biological tissue such as skin, and holds it in a predetermined position or moves it to an appropriate position. The actuator 16 includes, for example, a screw feed mechanism that drives at least one of the pair of fingers 14 in the approaching / separating direction using the rotational force of the electric motor.

アレイ型接触圧センサ10は、一対のフィンガ14の内側、すなわち一対のフィンガ14の対向面のうちの少なくとも一方に設けられている。制御装置18は、上記アレイ型接触圧センサ10により検出されたフィンガ14の接触圧に基づいて一対のフィンガ14の把持力すなわち挟圧力を制御し、適切な把持力でたとえば手術中の生体の血管20や、皮膚などの生体組織などを把持できるようにする。制御装置18は、画像を表示可能な表示器22を備え、上記アレイ型接触圧センサ10により検出される血管20の接触圧やその血管20の接触圧分布を表示する。   The array-type contact pressure sensor 10 is provided inside the pair of fingers 14, that is, on at least one of the opposing surfaces of the pair of fingers 14. The control device 18 controls the gripping force, that is, the clamping force of the pair of fingers 14 based on the contact pressure of the fingers 14 detected by the array-type contact pressure sensor 10, and for example, a blood vessel of a living body during surgery with an appropriate gripping force. 20 and living tissue such as skin can be grasped. The control device 18 includes a display 22 that can display an image, and displays the contact pressure of the blood vessel 20 detected by the array-type contact pressure sensor 10 and the contact pressure distribution of the blood vessel 20.

上記フィンガ14に設けられたアレイ型接触圧センサ10は、一対のフィンガ14の対向面である挟圧面すなわち接触面26の一部(中央部)に位置するように半導体基板24を電気的に絶縁した状態で保持する枠状の基板保持部材28と、その半導体基板24の内側面(一面)32において一方向Aすなわちフィンガ14の長手方向に配列された複数個たとえば25乃至50個程度の感圧素子34を備えたアレイ型接触圧センサである。なお、上記半導体基板24は、たとえば0.1mm程度の厚みTを備えたシリコンの単結晶板から構成されている。また、上記接触面26には、たとえばシリコン樹脂製などの絶縁性保護膜30が設けられており、上記半導体基板24の接触面44も保護されている。しかし、この絶縁性保護膜30は必ずしも設けられていなくてもよい。   The array-type contact pressure sensor 10 provided on the finger 14 electrically insulates the semiconductor substrate 24 so as to be located on a clamping surface, that is, a part (center portion) of the contact surface 26 that is an opposing surface of the pair of fingers 14. A plurality of, for example, 25 to 50 pressure-sensitive elements arranged in one direction A, that is, in the longitudinal direction of the fingers 14 on the inner surface (one surface) 32 of the semiconductor substrate 24. This is an array type contact pressure sensor including an element 34. The semiconductor substrate 24 is made of a silicon single crystal plate having a thickness T of about 0.1 mm, for example. The contact surface 26 is provided with an insulating protective film 30 made of, for example, silicon resin, and the contact surface 44 of the semiconductor substrate 24 is also protected. However, the insulating protective film 30 is not necessarily provided.

図2は、上記半導体基板24の要部を示している。図2に示すように、半導体基板24の接触面44とは反対側の内側面32には、一方向Aにおいて一定の間隔を隔てて位置し且つその一方向Aに直交する方向に互いに平行に形成された複数の直交溝36aと、上記一方向Aに平行に形成されてその直交溝36aの一端部を相互に連通させる連通溝36bとから成る櫛状パターンの溝36がその櫛状パターンの窓口が設けられたレジストを通したエッチングなどの手法によって形成されることにより、一対の直交溝36aと連通溝36bとにより3方が囲まれた片持ち梁状の複数個の梁部38が形成されている。   FIG. 2 shows the main part of the semiconductor substrate 24. As shown in FIG. 2, the inner surface 32 opposite to the contact surface 44 of the semiconductor substrate 24 is located at a certain interval in one direction A and is parallel to each other in a direction perpendicular to the one direction A. A comb-shaped pattern groove 36 comprising a plurality of formed orthogonal grooves 36a and a communication groove 36b formed in parallel with the one direction A and communicating one end of the orthogonal grooves 36a with each other. A plurality of cantilever-like beam portions 38 surrounded by three sides by a pair of orthogonal grooves 36a and communication grooves 36b are formed by being formed by a technique such as etching through a resist provided with a window. Has been.

また、図3に詳しく示すように、上記梁部38の撓みに応じた電気信号を出力するために、歪みの大きさに応じて抵抗値を変化させる4つのピエゾ抵抗体40a〜40dから成る電橋で構成された撓み検出素子42が梁部38の半導体基板24の一面側に設けられている。前記各感圧素子34は、上記梁部38および撓み検出素子42からそれぞれ構成され、半導体基板24の他面側すなわち接触面44となる外面側に加えられた接触圧の大きさに対応する電気信号をそれぞれ出力する。   Further, as shown in detail in FIG. 3, in order to output an electric signal corresponding to the deflection of the beam portion 38, an electric power composed of four piezoresistors 40a to 40d whose resistance value is changed according to the magnitude of strain. A deflection detecting element 42 constituted by a bridge is provided on one surface side of the semiconductor substrate 24 of the beam portion 38. Each of the pressure sensitive elements 34 is composed of the beam portion 38 and the deflection detecting element 42, and the electric pressure corresponding to the magnitude of the contact pressure applied to the other surface side of the semiconductor substrate 24, that is, the outer surface side serving as the contact surface 44. Each signal is output.

上記溝36、ピエゾ抵抗体40a〜40d、図示しない配線などは、集積回路製造技術に用いられるホトリソグラフイーを利用して設けられる。たとえば、溝36は、半導体基板24の一面に塗布されたレジストの一部が露光によって櫛状のパターンで除去され、その除去により抜かれたレジストを通した選択的エッチングにより形成される。また、ピエゾ抵抗体40a〜40dは、半導体基板24の一面に塗布されたレジストの一部が露光によって所定の抵抗体パターンで除去され、さらにそのパターンで基板表面のSiO2 が除去され、その除去により抜かれたレジストの窓口を通した選択的にボロン(B)等の不純物が熱拡散されることにより、所定の不純物表面濃度と抵抗値を有するピエゾ抵抗体40a〜40dが複数組形成される。或いは上記ピエゾ抵抗体40a〜40dは、不純物が抵抗体パターン領域内にイオン注入(イオンインプラント)されることによっても構成されることができる。そして、上記ピエゾ抵抗体40a〜40dは、前記撓み検出素子42を構成するための電橋を構成するように、導体パターンが抜かれたレジストを利用した導体膜たとえばアルミニウム蒸着膜で相互に配線される。 The groove 36, the piezoresistors 40a to 40d, the wiring (not shown), and the like are provided by using photolithography used in integrated circuit manufacturing technology. For example, the groove 36 is formed by selective etching through the resist removed by removing a part of the resist applied to one surface of the semiconductor substrate 24 in a comb-like pattern by exposure. Moreover, the piezoresistors 40a~40d, a part of the resist applied on a surface of the semiconductor substrate 24 is removed in a predetermined resistor pattern by exposure, further SiO 2 removal of the substrate surface in the pattern, its removal As a result of selective thermal diffusion of impurities such as boron (B) through the resist window removed by the step, a plurality of sets of piezoresistors 40a to 40d having a predetermined impurity surface concentration and resistance value are formed. Alternatively, the piezoresistors 40a to 40d can be configured by ion implantation (ion implantation) of impurities into the resistor pattern region. The piezoresistors 40a to 40d are wired to each other by a conductor film using a resist from which a conductor pattern is removed, for example, an aluminum vapor deposition film, so as to constitute an electric bridge for constituting the deflection detecting element 42. .

上記撓み検出素子42において、前記押圧面44に加えられた接触圧力に応じて各梁部38に発生する撓みすなわち歪みを効率的に電気信号に変換するために、矩形すなわち四角形の四辺の位置に配置され且つ電橋状に接続されたピエゾ抵抗体40a〜40dのうちの2つのピエゾ抵抗体40aおよび40cは梁部38の長手方向に沿って配設され、他の2つのピエゾ抵抗体40bおよび40dは梁部38の長手方向に直交する方向に沿って配設されている。なお、図3では、撓み検出素子42を構成するピエゾ抵抗体40a〜40dが一つの梁部38に設けられた状態が示され、他の梁部38では省略されている。   In the bending detection element 42, in order to efficiently convert the bending or distortion generated in each beam portion 38 in accordance with the contact pressure applied to the pressing surface 44 into an electric signal, the bending detection element 42 is positioned at the positions of four sides of a rectangle, that is, a rectangle. Two piezoresistors 40a and 40c among the piezoresistors 40a to 40d arranged and connected in the form of a bridge are arranged along the longitudinal direction of the beam portion 38, and the other two piezoresistors 40b and 40b are connected. 40 d is arranged along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the beam portion 38. 3 shows a state in which the piezoresistors 40a to 40d constituting the deflection detecting element 42 are provided in one beam portion 38, and are omitted in the other beam portions 38. FIG.

図3のIV-IV 視断面図である図4、およびは図3のV−V視断面図である図5に示すように、前記溝36は、逆台形の断面形状を有し、たとえば0.08mm程度の深さ寸法Dと、0.2mm程度の溝底幅寸法gw とを備えている。したがって、半導体基板24の上記溝36が形成されている部分の厚みは、たとえば0.02mm程度とされ、感圧素子34すなわち梁部38の配列ピッチは、0.4mm程度とされている。 As shown in FIG. 4 which is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3 and FIG. 5 which is a sectional view taken along line VV in FIG. 3, the groove 36 has an inverted trapezoidal sectional shape. a depth D of about .08Mm, and a groove bottom width g w of about 0.2 mm. Therefore, the thickness of the portion of the semiconductor substrate 24 where the groove 36 is formed is, for example, about 0.02 mm, and the arrangement pitch of the pressure sensitive elements 34, that is, the beam portions 38, is about 0.4 mm.

図6は、アレイ型接触圧センサ10および制御装置18の電気的構成を説明する図である。半導体基板24において一方向に配列されている各梁部38にそれぞれ設けられた各撓み検出素子42には交流若しくは直流の一定のブリッジ電圧が定電圧電源50から供給され、各撓み検出素子42から出力された電気信号は、前置増幅器54、増幅器58をそれぞれ介してA/D変換器60へ入力される。CPU62、RAM64、ROM66、インターフェース68などから成るコンピュータ(電子制御装置)70は、RAM64の一時記憶機能を利用しつつ予めROM66に記憶された入力信号すなわち各撓み検出素子42から出力された電気信号を処理し、それぞれの撓み検出素子42からの電気信号に基づいて血管20の接触圧や面圧分布を算出し、駆動回路72を制御して小型マニュピレータ12のフィンガ14の挟圧力が適切な大きさとなるように、たとえば血管20に損傷を与えないように把持できるようにする。また、コンピュータ70は、上記撓み検出素子42からの信号に基づいて接触圧或いはその分布を表示器22に表示させる。   FIG. 6 is a diagram for explaining the electrical configuration of the array-type contact pressure sensor 10 and the control device 18. A constant bridge voltage of AC or DC is supplied from a constant voltage power source 50 to each deflection detecting element 42 provided in each beam portion 38 arranged in one direction in the semiconductor substrate 24, and from each deflection detecting element 42. The output electrical signal is input to the A / D converter 60 via the preamplifier 54 and the amplifier 58, respectively. A computer (electronic control unit) 70 including a CPU 62, a RAM 64, a ROM 66, an interface 68 and the like uses an input signal stored in the ROM 66 in advance, that is, an electric signal output from each deflection detecting element 42, using the temporary storage function of the RAM 64. The contact pressure and the surface pressure distribution of the blood vessel 20 are calculated based on the electrical signals from the respective deflection detection elements 42, and the driving circuit 72 is controlled so that the pinching pressure of the fingers 14 of the small manipulator 12 has an appropriate magnitude. For example, the blood vessel 20 can be gripped without being damaged. In addition, the computer 70 displays the contact pressure or its distribution on the display 22 based on the signal from the deflection detection element 42.

以上のように構成された本実施例のアレイ型接触圧センサ10によれば、一定厚みの半導体基板24の内側面(一面)32に一方向Aに配列された複数個の感圧素子34は、(a) 半導体基板24の内側面32に所定パターンの溝36が設けられることによりその溝36の間に形成された互いに平行な複数個の梁部38と、(b) その複数個の梁部38にそれぞれ設けられ、その梁部38の撓みに応じた電気信号をそれぞれ発生する複数個の撓み検出素子42とを含み、(c) 前記半導体基板24の押圧面(他面、外側面)44に加えられた接触圧力に応じた前記電気信号をそれぞれ出力するので、クロストークが小さく且つ高密度で接触圧(分布)を検出でき、しかも撓み検出素子42を半導体基板24の被験物に接触する押圧面44とは反対側の内側面32に設けることができるアレイ型接触圧センサ10が得られる。   According to the array-type contact pressure sensor 10 of the present embodiment configured as described above, the plurality of pressure-sensitive elements 34 arranged in one direction A on the inner surface (one surface) 32 of the semiconductor substrate 24 having a constant thickness are (A) a plurality of beam portions 38 formed between the grooves 36 by providing grooves 36 of a predetermined pattern on the inner surface 32 of the semiconductor substrate 24; and (b) the plurality of beams. A plurality of deflection detecting elements 42 provided on each of the portions 38 and generating respective electrical signals corresponding to the deflection of the beam portions 38, and (c) a pressing surface (other surface, outer surface) of the semiconductor substrate 24. Since the electrical signals corresponding to the contact pressure applied to 44 are respectively output, the contact pressure (distribution) can be detected with low crosstalk and high density, and the deflection detecting element 42 contacts the test object on the semiconductor substrate 24. On the opposite side of the pressing surface 44 Array contact pressure sensor 10 can be provided on the surface 32 is obtained.

因みに、接触圧力検出のために歪みを発生させ検出する領域全体となる板状ダイヤフラムの撓みを検出するためにその板状ダイヤフラムに所定間隔で撓み検出素子を配列した従来のアレイ型接触圧センサでは、撓み検出素子の間隔を小さくして高密度で接触圧力検出をしようとすると、クロストークを防止するためにダイヤフラムの幅寸法を小さくしなければならないことから、感度を維持するためにそのダイヤフラムの厚みを薄くしなければならないので、(a) その薄肉化にともなって周波数特性が劣化(共振周波数の低下)や振動モードの複雑化、(b) 温度特性の劣化(熱歪み、温度ドリフト)、(c) 構造強度の劣化、(d) 厚さ分布管理の製造上の歩留り低下、(e) 撓み検出素子間の感度のばらつき拡大、(f) 板状ダイヤフラムの外側面に撓み検出素子が設けられて配線され、その配線を保護するための絶縁性保護膜が必要となることにより、設計通りの感度やクロストーク性能が得られず個々の検出感度がばらつく一因となっていた等の問題があった。しかしながら、上記本実施例のアレイ型接触圧センサ10によれば、ダイヤフラム幅寸法や肉厚を変えないで、溝36により形成された梁部38とそれに設けられた撓み検出素子42の配置間隔(ピッチ)が小さくされることから、その梁部38の肉厚が確保されて構造強度が高められるので、共振周波数(固有振動数)が高く、複雑な振動モードが抑制され、熱歪みが抑制されることによりピエゾ抵抗体40a〜40dの不純物濃度が確保されて温度ドリフトが改善され、肉厚誤差に対する割合軽減によって撓み検出素子42間の感度のばらつきが抑制され、ピエゾ抵抗体40a〜40dにより構成される撓み検出素子42を半導体基板の内側面から設けることができて絶縁性保護膜が不要となり工数の低減、撓み検出素子42のクロストークや感度が設計通り得られてそれらのばらつきが抑制されるという格別の効果が得られる。   Incidentally, in a conventional array type contact pressure sensor in which a deflection detecting element is arranged at a predetermined interval on a plate-like diaphragm in order to detect the deflection of the plate-like diaphragm that generates and detects a strain for detecting the contact pressure. When the contact pressure is detected at a high density by reducing the interval between the deflection detecting elements, the width of the diaphragm must be reduced to prevent crosstalk. Therefore, in order to maintain the sensitivity of the diaphragm Since the thickness must be reduced, (a) the frequency characteristics deteriorate (resonance frequency decreases) and vibration modes become complex with the thinning, (b) the temperature characteristics deteriorate (thermal distortion, temperature drift), (c) Deterioration of structural strength, (d) Decrease in manufacturing yield of thickness distribution management, (e) Increase in sensitivity variation between deflection detection elements, (f) Deflection detection on outer surface of plate diaphragm The element is provided and wired, and since an insulating protective film is required to protect the wiring, the sensitivity and crosstalk performance as designed are not obtained, contributing to variations in individual detection sensitivity. There was a problem such as. However, according to the array-type contact pressure sensor 10 of the above-described embodiment, the arrangement interval between the beam portion 38 formed by the groove 36 and the deflection detection element 42 provided thereon without changing the diaphragm width dimension and the wall thickness ( Since the thickness of the beam portion 38 is secured and the structural strength is increased, the resonance frequency (natural frequency) is high, complicated vibration modes are suppressed, and thermal distortion is suppressed. As a result, the impurity concentration of the piezoresistors 40a to 40d is secured and the temperature drift is improved, and the variation in sensitivity between the deflection detecting elements 42 is suppressed by reducing the ratio to the thickness error, and the piezoresistors 40a to 40d are configured. Can be provided from the inner side surface of the semiconductor substrate, so that an insulating protective film is not required, thereby reducing the number of man-hours. Special effect click and sensitivity their variation obtained as designed is suppressed is obtained.

また、本実施例のアレイ型接触圧センサ10によれば、梁部38が、前記一方向Aに直交する方向の一対の直交溝36aと、その一対の直交溝36aの一端部を連通させる一方向Aに平行な連通溝36bとにより3方が囲まれた片持ち梁として作用できるので、梁部38での接触圧(入力)に対する変形或いは歪みが大きくなり、高い検出感度が得られる。   Further, according to the array-type contact pressure sensor 10 of the present embodiment, the beam portion 38 communicates a pair of orthogonal grooves 36a in a direction orthogonal to the one direction A and one end portion of the pair of orthogonal grooves 36a. Since it can act as a cantilever beam surrounded on three sides by the communication groove 36b parallel to the direction A, deformation or distortion with respect to the contact pressure (input) at the beam portion 38 is increased, and high detection sensitivity is obtained.

また、本実施例のアレイ型接触圧センサ10によれば、半導体基板24の梁部38に設けられた撓み検出素子42は、その梁部38の半導体基板24の一面32側に不純物の拡散或いはイオン注入(イオンインプラント)により設けられて電橋すなわち直流或いは交流ブリッジを構成する4つのピエゾ抵抗体40a〜40dから構成されたものであるので、容易に接触圧検出が可能となる。   Further, according to the array-type contact pressure sensor 10 of the present embodiment, the deflection detecting element 42 provided on the beam portion 38 of the semiconductor substrate 24 diffuses impurities on the one surface 32 side of the semiconductor substrate 24 of the beam portion 38. Since it is constituted by four piezoresistors 40a to 40d which are provided by ion implantation (ion implant) and constitute an electric bridge, that is, a DC or AC bridge, it is possible to easily detect a contact pressure.

また、本実施例のアレイ型接触圧センサ10によれば、撓み検出素子42を構成する4つのピエゾ抵抗体40a〜40dのうち、2つのピエゾ抵抗体40aおよび40cは梁部38の長手方向に沿って配設され、他の2つのピエゾ抵抗体40bおよび40dはその梁部38の長手方向に直交する方向に沿って配設されたものであるので、半導体基板24の他面44から接触圧が加えられることにより梁部38に発生する撓み或いは歪みが好適に検出され、その接触圧の大きさに対応する電気信号が得られる。   Further, according to the array-type contact pressure sensor 10 of the present embodiment, the two piezoresistors 40 a and 40 c among the four piezoresistors 40 a to 40 d constituting the deflection detecting element 42 are arranged in the longitudinal direction of the beam portion 38. The other two piezoresistors 40b and 40d are disposed along the direction orthogonal to the longitudinal direction of the beam portion 38, and therefore contact pressure is applied from the other surface 44 of the semiconductor substrate 24. As a result, the bending or distortion generated in the beam portion 38 is suitably detected, and an electric signal corresponding to the magnitude of the contact pressure is obtained.

また、本実施例のアレイ型接触圧センサ10によれば、溝36は、矩形状或いは逆台形状の断面形状を備えたものであるので、クロストークを小さくしつつ梁部38の配設間隔を小さくでき、撓み検出素子42の配置密度を高めることができる。また、前記V字状の断面形状の溝に比較して、梁部38の配設間隔が大きくなるが、高い検出感度が得られる。   Further, according to the array-type contact pressure sensor 10 of the present embodiment, the groove 36 has a rectangular or inverted trapezoidal cross-sectional shape, so that the arrangement interval of the beam portions 38 is reduced while reducing crosstalk. And the arrangement density of the deflection detecting elements 42 can be increased. In addition, the arrangement interval of the beam portions 38 is larger than that of the groove having the V-shaped cross section, but high detection sensitivity can be obtained.

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。   Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, portions common to the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図7は、本発明の他の実施例の半導体基板24の要部を示している。本実施例の半導体基板24では、前記一方向Aに沿って一定の間隔でその一方向Aに直交する方向の複数個の直交溝36aが形成されており、一対の直交溝36aに挟まれた部分が両持ち梁として作用できる複数個の梁部80が形成される。この梁部80には、前述の実施例と同様に、その梁部80の撓みすなわち歪みの大きさに応じた電気信号を出力する撓み検出素子42がそれぞれ設けられている。本実施例では、前述の実施例と同様の効果が得られるとともに、両持ち梁として作用できる梁部80毎における撓みのばらつきのない安定した接触圧検出作動が得られる。   FIG. 7 shows a main part of a semiconductor substrate 24 according to another embodiment of the present invention. In the semiconductor substrate 24 of the present embodiment, a plurality of orthogonal grooves 36a in a direction perpendicular to the one direction A are formed at a constant interval along the one direction A, and are sandwiched between the pair of orthogonal grooves 36a. A plurality of beam portions 80 whose portions can act as doubly supported beams are formed. Similar to the above-described embodiment, each beam 80 is provided with a deflection detecting element 42 that outputs an electric signal corresponding to the deflection of the beam 80, that is, the magnitude of distortion. In the present embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained, and a stable contact pressure detecting operation can be obtained in which there is no variation in deflection in each beam portion 80 that can act as a double-supported beam.

図8は、本発明の他の実施例の半導体基板24の断面であって、図5に相当する図である。図8の実施例では、直交溝36aはV字状断面形状を備えている。この実施例の半導体基板24では、直交溝36aがV字状断面形状を備えているので、クロストークを小さくしつつ梁部38の配設間隔を小さくでき、感圧素子34の配置密度を高めることができる。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate 24 according to another embodiment of the present invention and corresponds to FIG. In the embodiment of FIG. 8, the orthogonal groove 36a has a V-shaped cross-sectional shape. In the semiconductor substrate 24 of this embodiment, since the orthogonal groove 36a has a V-shaped cross-sectional shape, the arrangement interval of the beam portions 38 can be reduced while reducing the crosstalk, and the arrangement density of the pressure sensitive elements 34 is increased. be able to.

図9は、本発明の他の実施例の半導体基板24の断面であって、図5に相当する図である。図9の実施例では、直交溝36aは逆台形の形状を備えているが、半導体基板24を貫通して形成されている。この実施例の半導体基板24では、直交溝36aが半導体基板24を貫通するように形成されたものであるので、前記V字状の断面形状の溝に比較して、高い検出感度が得られるとともに、クロストークをほとんど解消できる。   FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate 24 according to another embodiment of the present invention and corresponds to FIG. In the embodiment of FIG. 9, the orthogonal groove 36 a has an inverted trapezoidal shape, but is formed through the semiconductor substrate 24. In the semiconductor substrate 24 of this embodiment, since the orthogonal groove 36a is formed so as to penetrate the semiconductor substrate 24, high detection sensitivity can be obtained as compared with the groove having the V-shaped cross section. Can almost eliminate crosstalk.

以下、本発明者等が行った数値実験例を説明する。図10、図11および図12は、テストピース90、92および94を示している。テストピース90、92および94は、前述の半導体基板24と同様の材料および厚みで所定幅Wの長手状に構成され、周囲は固定されて数値実験を行っている。テストピース90は溝を備えないが、テストピース92は長手方向において所定の間隔gw を隔て且つ幅方向に貫通する一対のV字状断面の溝96を備えている。この溝96は、図8の実施例の直交溝36aと同様のものである。また、テストピース94も、長手方向において所定の間隔gw を隔て且つ幅方向に貫通する一対の矩形断面の溝98を備えている。   Hereinafter, numerical examples performed by the present inventors will be described. 10, 11 and 12 show the test pieces 90, 92 and 94. FIG. The test pieces 90, 92, and 94 are formed in a longitudinal shape having a predetermined width W with the same material and thickness as those of the semiconductor substrate 24 described above, and the periphery is fixed to perform a numerical experiment. The test piece 90 does not include a groove, but the test piece 92 includes a pair of grooves 96 having a V-shaped cross section that penetrates in the width direction at a predetermined interval gw in the longitudinal direction. This groove 96 is the same as the orthogonal groove 36a in the embodiment of FIG. The test piece 94 also includes a pair of rectangular cross-sectional grooves 98 penetrating in the width direction at a predetermined interval gw in the longitudinal direction.

上記テストピース90の裏面の中心点に押圧力Fを上向きに加えた場合、図10の等高線状の破線に示すように歪みが発生し、その歪みは、テストピース90の幅方向の中心線C上において、図10のテストピース90の下側に表す分布を示す。このテストピース90の歪みは、従来のアレイ型接触圧センサにおいて所定の間隔で撓み検出素子が配置された長手状のダイヤフラム部のそれに相当するものである。この図10に示すように、長手方向における歪みの影響範囲Bはテストピース90の幅寸法Wの1.4倍に相当し、クロストークを避けるためには、撓み検出素子の配置ピッチをその幅寸法Wの1.4倍と同等以上に設定する必要があり、圧力検出密度を高くすることが困難であった。また、図13に示すように、押圧力Fの作用点が長手方向の中央位置L0 から所定距離だけずれた位置L1 となった場合、その中央位置L0 を中心とする実線に示す分布から上記ずれた位置L1 を中心とする1点鎖線に示す分布となり、その中央位置L0 に撓み検出素子が設けられているとすると、検出される歪みの大きさがQ0 点からQ1 点となり、検出圧力が大きく低下する。このため、接触圧の作用点のずれが発生したとき、検出精度が十分に得られなかった。 When the pressing force F is applied upward to the center point of the back surface of the test piece 90, distortion occurs as shown by the contour-line broken line in FIG. 10, and the distortion is the center line C in the width direction of the test piece 90. Above, the distribution represented on the lower side of the test piece 90 of FIG. 10 is shown. The distortion of the test piece 90 corresponds to that of the longitudinal diaphragm portion in which the deflection detection elements are arranged at predetermined intervals in the conventional array-type contact pressure sensor. As shown in FIG. 10, the range B of the distortion in the longitudinal direction corresponds to 1.4 times the width dimension W of the test piece 90, and in order to avoid crosstalk, the arrangement pitch of the deflection detection elements is set to the width. It was necessary to set it to be equal to or greater than 1.4 times the dimension W, and it was difficult to increase the pressure detection density. As shown in FIG. 13, when the point of action of the pressing force F is a position L 1 that is shifted from the central position L 0 in the longitudinal direction by a predetermined distance, the distribution shown by the solid line centered on the central position L 0 is shown. from it becomes distributions shown in dot-dash line around the position L 1 offset above, Q 1 from its the central position L 0 deflection detection element and is provided, the magnitude of the strain to be detected Q 0 points The detected pressure is greatly reduced. For this reason, when the displacement of the contact point of the contact pressure occurs, sufficient detection accuracy cannot be obtained.

これに対し、図11に示す一対のV字状断面の溝96を備えたテストピース92では、その裏面の中心点に押圧力Fを上向きに加えた場合、図11の等高線状の破線に示すように歪みが発生し、その歪みは、テストピース92の幅方向の中心線C上において、図11のテストピース92の下側に表す分布を示す。図11の破線に示すように、長手方向における歪みの影響範囲はテストピース92の幅寸法Wよりも小さく設定された間隔gw で配置された一対のV字状断面の溝96の間の領域内で留まり、クロストークの影響もその範囲を超えることがない。このため、一対のV字状断面の溝96の間の部分を梁部38として用いる前述の実施例の場合では、撓み検出素子の配置ピッチを幅寸法Wよりも小さく設定でき、圧力検出密度を高くすることが可能となった。このような効果は、上記V字状断面の溝96に替えて、逆台形断面の溝36や矩形断面の溝98が用いられても同様に得られる。   On the other hand, in the test piece 92 provided with the pair of grooves 96 having a V-shaped cross section shown in FIG. 11, when a pressing force F is applied upward to the center point of the back surface, it is indicated by the contoured broken line in FIG. Thus, the distortion occurs, and the distortion shows a distribution expressed on the lower side of the test piece 92 in FIG. 11 on the center line C in the width direction of the test piece 92. As shown by a broken line in FIG. 11, the range of influence of distortion in the longitudinal direction is within the region between the pair of V-shaped cross-sectional grooves 96 arranged at a gap gw set smaller than the width dimension W of the test piece 92. The influence of crosstalk does not exceed that range. For this reason, in the case of the above-described embodiment using the portion between the pair of V-shaped cross-section grooves 96 as the beam portion 38, the arrangement pitch of the deflection detection elements can be set smaller than the width dimension W, and the pressure detection density can be set. It became possible to raise it. Such an effect can be obtained in the same manner even when a groove 36 having an inverted trapezoidal section or a groove 98 having a rectangular section is used instead of the groove 96 having the V-shaped section.

また、図12に示す一対の矩形断面の溝98を備えたテストピース94では、図14に示すように、一対の矩形断面の溝98の間の領域における圧力分布が比較的平坦となり、上向きの押圧力Fの作用点が中央位置L0 から所定距離だけずれた位置L1 となった場合でも、その中央位置L0 を中心とする実線に示す分布から上記ずれた位置L1 を中心とする1点鎖線に示す分布との差が小さい。このため、中央位置L0 に設けられている撓み検出素子により検出される歪みの大きさQ0 点とQ1 点とに殆ど差が出ないので、接触圧の作用点のずれが発生しても、検出精度が十分に得られる。したがって、一対のV字状断面の溝96の間の部分を梁部38として用いる前述の実施例の場合において、接触圧の作用点のずれが発生したとしても、検出精度が十分に得られる。このような効果は、上記矩形断面の溝98に替えて、逆台形断面の溝36やV字状断面の溝96が用いられても同様に得られる。 Further, in the test piece 94 having the pair of rectangular cross-section grooves 98 shown in FIG. 12, the pressure distribution in the region between the pair of rectangular cross-section grooves 98 becomes relatively flat as shown in FIG. even if the acting point of the pressing force F becomes the position L 1 displaced from the center position L 0 by the predetermined distance, centered on the position L 1 offset above the distribution shown by the solid line around the center position L 0 The difference from the distribution indicated by the one-dot chain line is small. For this reason, there is almost no difference between the magnitudes Q 0 and Q 1 of the strain detected by the deflection detecting element provided at the center position L 0 , so that the deviation of the contact point of the contact pressure occurs. In addition, sufficient detection accuracy can be obtained. Therefore, in the case of the above-described embodiment in which the portion between the pair of V-shaped cross-section grooves 96 is used as the beam portion 38, sufficient detection accuracy can be obtained even if the operating point of the contact pressure shifts. Such an effect can be similarly obtained even when a groove 36 having an inverted trapezoidal cross section or a groove 96 having a V-shaped cross section is used instead of the groove 98 having the rectangular cross section.

クロストークを検討するために、本発明者等は、厚みが0.1mmである、溝が設けられていない平板状の図10のテストピース90とV字状断面の溝96が設けられた図11のテストピース92とについて、100mmHgの荷重を加えたときの歪みをそれぞれ解析・計算し、荷重範囲(=荷重が加えられている長手方向寸法/基板幅寸法W)と正規化最大歪(=最大歪み値を1とする相対値)との関係を求めた。図15は、その関係を示している。図15に示されるように、溝が設けられていないテストピース90では、幅寸法Wの1.4倍程度の荷重範囲で正規化最大歪が飽和するので、クロストークのないように前記撓み検出素子42を配置しようとすると、その配置間隔は幅寸法Wの1.4倍程度以上としなければならず、圧力検出密度を高くすることが困難であることが判る。これに対し、V字状断面の溝96が設けられたテストピース92では、幅寸法Wの1倍以下の荷重範囲で正規化最大歪が飽和するので、幅寸法Wの1倍以下の間隔でもクロストークのないように前記撓み検出素子42を配置でき、高い圧力検出密度が得られる。なお、図15の破線は10%クロストークラインを示し、後述の10%クロストーク幅とは、正規化最大歪みがその10%クロストークラインに到達したときの荷重範囲の値である。   In order to examine crosstalk, the present inventors have a flat test piece 90 of FIG. 10 having a thickness of 0.1 mm and not provided with a groove, and a groove 96 having a V-shaped cross section. 11 test pieces 92 were subjected to analysis and calculation of strain when a load of 100 mmHg was applied, respectively, and the load range (= longitudinal dimension to which load was applied / substrate width dimension W) and normalized maximum strain (= Relative value with the maximum strain value being 1). FIG. 15 shows the relationship. As shown in FIG. 15, in the test piece 90 in which no groove is provided, the normalized maximum strain is saturated in a load range of about 1.4 times the width dimension W. Therefore, the bending detection is performed so that there is no crosstalk. If the element 42 is to be arranged, the arrangement interval must be about 1.4 times the width dimension W or more, and it can be seen that it is difficult to increase the pressure detection density. On the other hand, in the test piece 92 provided with the groove 96 having a V-shaped cross section, the normalized maximum strain is saturated in a load range equal to or less than one time of the width dimension W. Therefore, even at an interval equal to or less than one time of the width dimension W. The deflection detecting element 42 can be arranged so as not to cause crosstalk, and a high pressure detection density can be obtained. The broken line in FIG. 15 indicates a 10% crosstalk line, and the 10% crosstalk width described later is the value of the load range when the normalized maximum distortion reaches the 10% crosstalk line.

前記半導体基板24の板厚を検討するために、本発明者等は、4種類の厚み(0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm)の、溝が設けられていない平板状の図10のテストピース90を用いて、100mmHgの荷重を1mmの荷重幅(=荷重を付与する長手方向寸法)に加えたときの厚みと最大歪との関係を求めた。図16はその関係を示している。また、本発明者等は、上記厚みの異なる4種類のテストピース90を用いて、100mmHgの荷重を加えたときの歪みをそれぞれ解析・計算し、荷重範囲と正規化最大歪との関係を求めた。図17は、その関係を示している。その図17の曲線から明らかなように、荷重範囲と正規化最大歪との関係では、厚みの変化に対しては殆ど変化しないが、上記図16から明らかなように、厚みが小さくなるほど、最大歪みが大きくなり検出感度が増加することが判る。この検出感度に関しては、0.2mm以下さらに好適には0.1mm以下の厚みが望ましいが、0.05mmを下まわるようになると、剛性の低下に伴う周波数特性が劣化(低下)し、振動モードの複雑化、強度の低下、温度特性の劣化、厚さ分布の管理の困難といった不都合が発生する。   In order to examine the thickness of the semiconductor substrate 24, the inventors have four types of thicknesses (0.05 mm, 0.1 mm, 0.15 mm, 0.2 mm) and are not formed with a groove. Using the test piece 90 of FIG. 10, the relationship between the thickness and the maximum strain when a load of 100 mmHg was applied to a load width of 1 mm (= longitudinal dimension to which a load is applied) was determined. FIG. 16 shows the relationship. In addition, the inventors analyzed and calculated the strain when a load of 100 mmHg was applied using the four types of test pieces 90 having different thicknesses, and found the relationship between the load range and the normalized maximum strain. It was. FIG. 17 shows the relationship. As apparent from the curve of FIG. 17, the relationship between the load range and the normalized maximum strain hardly changes with respect to the change in thickness. However, as is clear from FIG. It can be seen that distortion increases and detection sensitivity increases. Regarding the detection sensitivity, a thickness of 0.2 mm or less, more preferably 0.1 mm or less is desirable. However, when the thickness falls below 0.05 mm, the frequency characteristic is deteriorated (decreased) due to a decrease in rigidity, and the vibration mode is decreased. Inconveniences such as complications in strength, deterioration in strength, deterioration in temperature characteristics, and difficulty in managing the thickness distribution occur.

溝底幅寸法gW と検出感度との関係を検討するために、本発明者等は、5種類の溝幅(溝底幅寸法gW が0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm)の、図2乃至図5に示す片持ち梁状の梁部38を備えたテストピースと、図7に示す両持ち梁状の梁部80を備えたテストピースとを用いて、100mmHgの荷重をそれら梁部に加えたときの最大歪みを解析・計算し、溝底幅寸法gW と最大歪みとの関係を、片持ち梁状の梁部38と両持ち梁状の梁部80とについて求めた。図18はその関係を示している。図18に示すように、溝底幅寸法gW が増加するほど最大歪みすなわち感度が大きくなり、また、片持ち梁状の梁部38が両持ち梁状の梁部80よりも最大歪みすなわち感度が大きい。なお、溝底幅寸法gW が0mmの溝とは、V字状断面の溝を示している。 In order to examine the relationship between the groove bottom dimension g W and the detection sensitivity, the present inventors have five types of groove widths (the groove bottom dimension g W is 0 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm). 0.4 mm) using a test piece having a cantilever beam 38 shown in FIGS. 2 to 5 and a test piece having a cantilever beam 80 shown in FIG. , Analyze and calculate the maximum strain when a load of 100 mmHg is applied to these beams, and show the relationship between the groove bottom width g W and the maximum strain, the cantilever beam 38 and the doubly supported beam Part 80 was obtained. FIG. 18 shows the relationship. As shown in FIG. 18, the maximum strain, that is, the sensitivity increases as the groove bottom width g W increases, and the maximum strain, that is, the sensitivity of the cantilever-shaped beam portion 38 is higher than that of the double-supported beam-shaped beam portion 80. Is big. Incidentally, the groove bottom width g W is A 0mm groove shows a groove of V-shaped cross section.

溝幅寸法とクロストークとの関係を検討するために、本発明者等は、5種類の溝幅(溝底幅寸法gW が0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm)の、図2乃至図5に示す片持ち梁状の梁部38を備えたテストピースと、図7に示す両持ち梁状の梁部80を備えたテストピースとをそれぞれ用いて、100mmHgの荷重をそれら梁部に加えたときの最大歪みを解析・計算し、荷重範囲と正規化最大歪みとの関係と、溝底幅寸法gW と10%クロストーク幅(mm)との関係とを、片持ち梁状の梁部38と両持ち梁状の梁部80とについてそれぞれ求めた。両持ち梁状の梁部80を備えたテストピースにおける荷重範囲と正規化最大歪みとの関係は図19に示され、溝底幅寸法gW と10%クロストーク幅(mm)との関係は図20に示されている。また、片持ち梁状の梁部38における荷重範囲と正規化最大歪みとの関係は図21に示され、溝底幅寸法gW と10%クロストーク幅(mm)との関係は図22に示されている。 In order to examine the relationship between the groove width dimension and crosstalk, the present inventors have five kinds of groove widths (the groove bottom width dimension g W is 0 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm,. 4 mm) using a test piece having a cantilever beam portion 38 shown in FIGS. 2 to 5 and a test piece having a cantilever beam portion 80 shown in FIG. the load was analyzed and calculated the maximum strain when added to their beam portion, and the relationship between the load range and the normalized maximum strain, the relationship between the groove bottom width g W and 10% crosstalk width (mm) Were obtained for the cantilever beam 38 and the cantilever beam 80, respectively. FIG. 19 shows the relationship between the load range and the normalized maximum strain in the test piece including the cantilever beam 80, and the relationship between the groove bottom width g W and the 10% crosstalk width (mm) is shown in FIG. It is shown in FIG. FIG. 21 shows the relationship between the load range and the normalized maximum strain in the cantilever beam portion 38, and FIG. 22 shows the relationship between the groove bottom width dimension g W and the 10% crosstalk width (mm). It is shown.

上記図19および図21の曲線に示すように、荷重範囲と正規化最大歪みとの関係では、片持ち梁状の梁部38と両持ち梁状の梁部80とのそれぞれにおいて、溝底幅寸法gW の変化に対してはそれほど殆ど変化しない。しかし、溝底幅寸法gW と10%クロストーク幅(mm)との関係では、両持ち梁状の梁部80において、図20の曲線から明らかなように、溝底幅寸法gW が0.3mm以下好適には或いは0〜0.25mmmさらに好適には0.1mm〜0.2mmの範囲で10%クロストーク幅が極小とされる。また、片持ち梁状の梁部38において、図22の曲線から明らかなように、0.3mm以下好適には0mm〜0.2mmの範囲さらに好適には0mm〜0.1mmの範囲で10%クロストーク幅が極小とされる。 As shown in the curves of FIG. 19 and FIG. 21 above, in relation to the load range and the normalized maximum strain, the groove bottom width in each of the cantilever beam portion 38 and the cantilever beam portion 80 is shown. It hardly changes for the change of the dimension g W. However, the relationship between the groove bottom width g W and 10% crosstalk width (mm), the doubly supported beam shaped beam portion 80, as is apparent from the curve of FIG. 20, the groove bottom width g W 0 .3 mm or less, preferably 0 to 0.25 mm, more preferably 0.1 mm to 0.2 mm, and the 10% crosstalk width is minimized. Further, as can be seen from the curve in FIG. 22, in the cantilever-shaped beam portion 38, 0.3% or less, preferably 0 mm to 0.2 mm, more preferably 0 mm to 0.1 mm, 10%. The crosstalk width is minimized.

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用され得る。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail based on drawing, this invention can be applied also in another aspect.

たとえば、前述の実施例の梁部30、80の厚み、長さ、幅は、検出圧力範囲、半導体基板24の厚みや材質等の変更により必要に応じて適宜変更され得る。   For example, the thicknesses, lengths, and widths of the beam portions 30 and 80 in the above-described embodiments can be appropriately changed as necessary by changing the detection pressure range, the thickness and material of the semiconductor substrate 24, and the like.

また、前述の実施例の梁部30、80は、必ずしも半導体基板24と同じ厚みでなくてもよい。   Further, the beam portions 30 and 80 in the above-described embodiment do not necessarily have the same thickness as the semiconductor substrate 24.

また、前述の実施例において、アレイ型接触圧センサ10が内側に設けられたフィンガ14を相互に接近する方向に駆動するためのアクチュエータ16は、空圧或いは液圧などを駆動エネルギとして使用するシリンダ等、他のアクチュエータを用いるものであってもよい。 In the above-described embodiment, the actuator 16 for driving the fingers 14 provided inside the array-type contact pressure sensor 10 in the direction of approaching each other is a cylinder that uses air pressure or hydraulic pressure as driving energy. Other actuators may be used.

また、前述の実施例のアレイ型接触圧センサ10は、手術中の血管20を一対のフィンガ14が把持した場合の接触圧を検出するために用いられていたが、皮膚上から皮下の足背動脈、上腕動脈などから発生する圧脈波を検出するために用いられてもよい。 The array-type contact pressure sensor 10 of the above-described embodiment has been used to detect contact pressure when a pair of fingers 14 grips a blood vessel 20 during surgery. It may be used to detect a pressure pulse wave generated from an artery, brachial artery or the like.

また、前述の実施例では、一対のフィンガ14で血管20を把持したとき、そのアレイ型接触圧センサ10により検出される接触圧圧力分布から、たとえばUSP4,269,193に記載された技術を利用して血管20の内圧を測定することができる。この場合、直接法のように動脈内ニカテーテルを挿入する必要がないので、血液凝固などの問題が回避されて安全である。また、上記一対のフィンガ14で腫瘍などを把持することができる。この場合、組織に加える力とその組織の変形度合いの分布との関係を測定することにより、診断を行うことも可能となる。このとき、両方のフィンガ14にアレイ型接触圧センサ10をそれぞれ設けることにより、2箇所の接触圧の比較をすることができるので、片側のみに設けた場合よりも正確な診断が可能となる。   In the above-described embodiment, when the blood vessel 20 is grasped by the pair of fingers 14, the technique described in, for example, USP 4,269,193 is used from the contact pressure distribution detected by the array-type contact pressure sensor 10. Thus, the internal pressure of the blood vessel 20 can be measured. In this case, there is no need to insert an intra-arterial catheter as in the direct method, so that problems such as blood coagulation are avoided and it is safe. Further, a tumor or the like can be grasped by the pair of fingers 14. In this case, it is possible to make a diagnosis by measuring the relationship between the force applied to the tissue and the distribution of the degree of deformation of the tissue. At this time, by providing the array-type contact pressure sensors 10 on both fingers 14, it is possible to compare the contact pressures at two locations, so that more accurate diagnosis is possible than when only one side is provided.

また、前述の実施例のアレイ型接触圧センサ10は、接触圧分布を高分解能で検出するために、咬合圧センサ、ロボットや義肢に設けられる触感センサとして用いられてもよい。   The array-type contact pressure sensor 10 of the above-described embodiment may be used as an occlusal pressure sensor, a tactile sensor provided in a robot or a prosthetic limb, in order to detect a contact pressure distribution with high resolution.

なお、上述したのは、あくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。   The above description is only an embodiment, and the present invention can be implemented in variously modified and improved forms based on the knowledge of those skilled in the art.

本発明の一実施例のアレイ型接触圧センサを備えた接触圧検出装置の構成および生体への装着状態を概略説明する図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which illustrates roughly the structure of the contact pressure detection apparatus provided with the array type contact pressure sensor of one Example of this invention, and the mounting state to a biological body. 図1の実施例のアレイ型脈波センサに設けられた半導体基板の要部を説明するためにその半導体基板の内側面の一部を拡大した平面図である。FIG. 2 is a plan view in which a part of the inner side surface of the semiconductor substrate is enlarged to explain a main part of the semiconductor substrate provided in the array type pulse wave sensor of the embodiment of FIG. 1. 図2の半導体基板の平面図のうちの梁部および溝を説明するために更に拡大して示す図である。FIG. 3 is an enlarged view for explaining a beam portion and a groove in the plan view of the semiconductor substrate of FIG. 2. 図3のIV−IV視断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 図3のV−V視断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 3. 図1の接触圧検出装置の電気的構成を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the electrical structure of the contact pressure detection apparatus of FIG. 本発明の他の実施例の半導体基板に設けられた両持ち梁状の梁部を示す図であって、図2に相当する図である。It is a figure which shows the beam part of the doubly-supported beam provided in the semiconductor substrate of the other Example of this invention, Comprising: It is a figure equivalent to FIG. 本発明の他の実施例の半導体基板に設けられたV字状断面を備えた溝を示す断面図であって、図5に相当する図である。It is sectional drawing which shows the groove | channel provided with the V-shaped cross section provided in the semiconductor substrate of the other Example of this invention, Comprising: It is a figure equivalent to FIG. 本発明の他の実施例の半導体基板に設けられた逆台形断面を備え且つ半導体基板を貫通するように形成された溝を示す断面図であって、図5に相当する図である。It is sectional drawing which shows the groove | channel provided with the inverted trapezoid cross section provided in the semiconductor substrate of the other Example of this invention, and penetrated the semiconductor substrate, Comprising: It is a figure equivalent to FIG. 本発明者等が実験に用いた半導体基板の溝なしテストピースを示す斜視図であって、幅方向の中心線C上であって長手方向の中央位置L0 に上向きの押圧力Fが付与されたときに発生する歪みの大きさおよび範囲を等高線状の破線および分布曲線により示している。FIG. 6 is a perspective view showing a groove-less test piece of a semiconductor substrate used by the inventors for the experiment, and an upward pressing force F is applied to the center position L 0 in the longitudinal direction on the center line C in the width direction. The magnitude and range of the distortion generated at the time of occurrence are indicated by contour-like broken lines and distribution curves. 本発明者等が実験に用いた半導体基板のV字状断面溝付きテストピースを示す斜視図であって、幅方向の中心線C上であって長手方向の中央位置L0 に上向きの押圧力Fが付与されたときに発生する歪みの大きさおよび範囲を等高線状の破線および分布曲線により示している。FIG. 7 is a perspective view showing a V-shaped cross-sectional grooved test piece of a semiconductor substrate used by the inventors for the experiment, and is an upward pressing force on the center line C in the longitudinal direction and in the longitudinal center position L 0. The magnitude and range of distortion that occurs when F is applied are indicated by contour-like broken lines and distribution curves. 本発明者等が実験に用いた半導体基板の矩形状断面溝付きテストピースを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the test piece with a rectangular cross-sectional groove | channel of the semiconductor substrate which the present inventors used for experiment. 図10の溝なしテストピースに対する押圧力Fの作用点が長手方向位置L0 からL1 へずれたときに、長手方向位置L0 に設けられた撓み検出素子により検出される歪みの大きさがQ0 からQ1 へ大きく変化する状態を説明する図である。When the point of action of the pressing force F on the grooveless test piece in FIG. 10 is shifted from the longitudinal position L 0 to L 1 , the magnitude of the distortion detected by the deflection detecting element provided at the longitudinal position L 0 is as follows. from Q 0 is a diagram for explaining the large change state to Q 1. 図12の矩形状断面溝付きテストピースに対する押圧力Fの作用点が長手方向位置L0 からL1 へずれたときに、長手方向位置L0 に設けられた撓み検出素子により検出される歪みの大きさがQ0 からQ1 へ殆ど変化しない状態を説明する図である。When the point of action of the pressing force F on the rectangular cross-section grooved test piece in FIG. 12 is shifted from the longitudinal position L 0 to L 1 , the distortion detected by the deflection detecting element provided at the longitudinal position L 0 is detected. the size is a diagram for explaining a state that does not substantially change from Q 0 to Q 1. 図10のテストピースと図11のV字状断面溝付きテストピースとについて解析・計算された荷重範囲と正規化最大歪みとの関係をそれぞれ示す図である。It is a figure which shows the relationship between the load range analyzed and calculated about the test piece of FIG. 10, and the test piece with a V-shaped cross-sectional groove | channel of FIG. 図10のテストピースを用いて100mmHgの荷重を荷重幅1mmに付与して解析・計算した、板厚と最大歪みとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between plate | board thickness and the largest distortion which applied the load of 100 mmHg to the load width of 1 mm and analyzed and calculated using the test piece of FIG. 厚みの異なる図10のテストピースを用いて解析・計算した、荷重範囲と正規化した最大歪みとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the load range and normalized maximum distortion which were analyzed and calculated using the test piece of FIG. 10 from which thickness differs. 図2に示す片持ち梁状の梁部と図7に示す両持ち梁状の梁部とについて、溝幅の異なるテストピースを用いて解析・計算した、溝幅と最大歪みとの関係を示す図である。2 shows the relationship between the groove width and maximum strain, analyzed and calculated using test pieces with different groove widths, for the cantilever beam portion shown in FIG. 2 and the cantilever beam portion shown in FIG. FIG. 図7に示す両持ち梁状の梁部を有する5種類の溝幅の異なるテストピースを用いて解析・計算した、荷重範囲と正規化最大歪みとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the load range and normalized maximum distortion which were analyzed and calculated using the test piece from which five types of groove widths which have the beam part of a cantilever beam shown in FIG. 図7に示す両持ち梁状の梁部を有する5種類の溝幅の異なるテストピースを用いて解析・計算した、溝幅と10%クロストーク幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a groove width and a 10% crosstalk width | variety analyzed and calculated using the test piece from which five types of groove widths which have the beam part of a cantilever beam shown in FIG. 図2に示す両持ち梁状の梁部を有する5種類の溝幅の異なるテストピースを用いて解析・計算した、荷重範囲と正規化最大歪みとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the load range and normalized maximum distortion which were analyzed and calculated using the test piece from which five types of groove widths which have the beam part of a cantilever form shown in FIG. 2 differ. 図2に示す両持ち梁状の梁部を有する5種類の溝幅の異なるテストピースを用いて解析・計算した、溝幅と10%クロストーク幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a groove width and 10% crosstalk width | variety analyzed and calculated using the test piece from which five types of groove widths which have the beam part of a cantilever beam shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10:アレイ型接触圧センサ
24:半導体基板
34:感圧素子
36:溝
38:梁部
42:撓み検出素子
10: Array type contact pressure sensor 24: Semiconductor substrate 34: Pressure sensitive element 36: Groove 38: Beam part 42: Deflection detecting element

Claims (8)

所定厚みの半導体基板に一方向に配列された複数個の感圧素子を有するアレイ型接触圧センサであって、
該複数個の感圧素子は、
前記半導体基板の一面に所定パターンの溝が設けられることにより該溝の間に形成された互いに平行な複数個の梁部と、
該複数個の梁部にそれぞれ設けられ、該梁部の撓みに応じた電気信号をそれぞれ発生する複数個の撓み検出素子とを含み、
前記半導体基板の他面に加えられた接触圧に応じた前記電気信号をそれぞれ出力することを特徴とするアレイ型接触圧センサ。
An array-type contact pressure sensor having a plurality of pressure-sensitive elements arranged in one direction on a semiconductor substrate having a predetermined thickness,
The plurality of pressure sensitive elements are:
A plurality of parallel beam portions formed between the grooves by providing grooves of a predetermined pattern on one surface of the semiconductor substrate;
A plurality of deflection detecting elements respectively provided on the plurality of beam portions, each of which generates an electrical signal corresponding to the deflection of the beam portions;
An array-type contact pressure sensor that outputs the electrical signals corresponding to the contact pressure applied to the other surface of the semiconductor substrate.
前記梁部は、前記一方向に直交する方向の一対の直交溝と、該一対の直交溝の一端部を連通させる前記一方向に平行な連通溝とにより3方が囲まれた片持ち梁である請求項1のアレイ型接触圧センサ。 The beam portion is a cantilever beam that is surrounded on three sides by a pair of orthogonal grooves in a direction orthogonal to the one direction and a communication groove parallel to the one direction that communicates one end of the pair of orthogonal grooves. The array-type contact pressure sensor according to claim 1. 前記梁部は、前記一方向に直交する方向の一対の直交溝に挟まれた両持ち梁である請求項1のアレイ型接触圧センサ。 The array-type contact pressure sensor according to claim 1, wherein the beam portion is a doubly supported beam sandwiched between a pair of orthogonal grooves in a direction orthogonal to the one direction. 前記撓み検出素子は、前記梁部の前記半導体基板の一面側に不純物拡散或いはイオン注入により設けられて電橋を構成する4つのピエゾ抵抗体から構成されたものである請求項1乃至3のいずれかのアレイ型接触圧センサ。 4. The deflection sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the deflection detecting element is formed of four piezoresistors that are provided on one surface side of the semiconductor substrate of the beam portion by impurity diffusion or ion implantation and constitute an electric bridge. Array type contact pressure sensor. 前記4つのピエゾ抵抗体のうち、2つのピエゾ抵抗体は前記梁部の長手方向に沿って配設され、他の2つのピエゾ抵抗体は前記梁部の長手方向に直交する方向に沿って配設されたものである請求項4のアレイ型接触圧センサ。 Of the four piezoresistors, two piezoresistors are disposed along the longitudinal direction of the beam portion, and the other two piezoresistors are disposed along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the beam portion. The array-type contact pressure sensor according to claim 4, which is provided. 前記溝は、V字状の断面形状を備えたものである請求項1乃至5のいずれかのアレイ型接触圧センサ。 The array-type contact pressure sensor according to claim 1, wherein the groove has a V-shaped cross-sectional shape. 前記溝は、矩形状或いは逆台形状の断面形状を備えたものである請求項1乃至5のいずれかのアレイ型接触圧センサ。 The array-type contact pressure sensor according to claim 1, wherein the groove has a rectangular or inverted trapezoidal cross-sectional shape. 前記溝は、前記半導体基板を貫通するように形成されたものである請求項1乃至5のいずれかのアレイ型接触圧センサ。
6. The array-type contact pressure sensor according to claim 1, wherein the groove is formed so as to penetrate the semiconductor substrate.
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