JPH0660856B2 - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor

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JPH0660856B2
JPH0660856B2 JP63143794A JP14379488A JPH0660856B2 JP H0660856 B2 JPH0660856 B2 JP H0660856B2 JP 63143794 A JP63143794 A JP 63143794A JP 14379488 A JP14379488 A JP 14379488A JP H0660856 B2 JPH0660856 B2 JP H0660856B2
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JP
Japan
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silicon cell
wiring board
support base
terminals
pressure sensor
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Inventor
恒樹 篠倉
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工業技術院長
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、圧覚センサに関し、詳しくはロボットのハン
ド等に装着され、把持物から受ける力を検出するに好適
な圧覚センサに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensor, and more particularly to a pressure sensor that is mounted on a hand of a robot or the like and is suitable for detecting a force received from a grasped object.

[従来の技術] 従来のロボットはマニピュレータ,シーケンス型ロボッ
ト、プレイバック型ロボット等のように、固定された場
所で作業するものが多く、従ってその作業範囲や機能に
も限界がある。例えば車輛工業用の溶接ロボットは生産
ライン上のある特定個所に設置され、溶接アームの移動
によって車体の溶接を行うもので、ロボット自体が自ら
判断して溶接を行うものではない。
[Prior Art] Many conventional robots, such as manipulators, sequence-type robots, and playback-type robots, work in a fixed place, and thus their working range and functions are limited. For example, a welding robot for the vehicle industry is installed at a specific place on a production line and welds a vehicle body by moving a welding arm. The robot itself does not perform welding on its own judgment.

しかし、最近では人間の五感に相当する感覚機能や認識
機能をもついわゆる知能ロボットが開発され、しだいに
実用化されつつあり、近い将来には2足歩行のロボット
も実用化されるであろうと考えられる。
Recently, however, so-called intelligent robots having sensory and cognitive functions equivalent to the human five senses have been developed and are being put to practical use, and we believe that bipedal robots will be put to practical use in the near future. To be

ところで、これらの知能ロボットには各種感覚を検知す
るためのセンサを取付ける必要がある。その代表的なセ
ンサは視覚センサと圧覚(触覚)センサであり、特に圧
覚センサは物の把握,把持などの作業に不可欠なものと
いってよい。
By the way, these intelligent robots need to be equipped with sensors for detecting various sensations. Typical sensors are a visual sensor and a pressure sensor (tactile sensor), and in particular, the pressure sensor can be said to be indispensable for work such as grasping and grasping an object.

なお、このような知能ロボット用の圧覚センサに要求さ
れる性能仕様には次のような項目をあげることができ
る。
Note that the following items can be listed as performance specifications required for such a pressure sensor for an intelligent robot.

(1)高感度:力を検出する感度が高く、例えば数グラム
の荷重の検出が可能であること。
(1) High sensitivity: Sensitivity to detect force is high, for example, load of several grams can be detected.

(2)高分解能:密度が高いこと。(2) High resolution: High density.

(3)広ダイナミックレンジ:できるだけ動作範囲が広い
こと。
(3) Wide dynamic range: The operating range is as wide as possible.

(4)高信頼性・耐久性:過酷な環境に耐えること。(4) High reliability and durability: To withstand harsh environments.

(5)線形性・少ヒステリシス:圧力と出力が比例し、ヒ
ステリシスが少ないこと。
(5) Linearity and little hysteresis: Pressure and output are proportional and there is little hysteresis.

(6)応答速度:信号処理の応答速度が速いこと。(6) Response speed: The response speed of signal processing is fast.

(7)柔軟性:人間の手の皮膚のように柔軟性が保たれる
こと。
(7) Flexibility: The flexibility is maintained like the skin of a human hand.

(8)すべり感覚:圧力だけでなく、できればすべりも検
出できること。
(8) Slip feeling: Not only pressure but also slippage can be detected if possible.

(9)小型でかつ安価:薄くて小型で製造コスト・材料コ
ストが定廉であること。
(9) Small size and low cost: Thin, small size and low manufacturing cost / material cost.

しかしてこれらのうちいくつかの要求を満足する圧覚セ
ンサがこれまでに提案ないし実用化されており、たとえ
ばマイクロスイッチのオン・オフを利用するものや感圧
ゴムシート(導電ゴムシート)を利用するもの、あるい
は光の反射量の変化を利用するものなどがある。
Therefore, pressure sensors satisfying some of these requirements have been proposed or put into practical use, for example, those utilizing on / off of a microswitch or a pressure sensitive rubber sheet (conductive rubber sheet). There is a thing or a thing which utilizes the change of the reflection amount of light.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、マイクロスイッチのオン・オフを利用す
るものは、通常“オフ”の状態にあるセンサが力を受け
ると“オン”の状態になるものであるが、これは力の有
無を検出するだけで、その力の大きさを連続的に検出す
ることには適していない。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the one utilizing the on / off of the microswitch is such that the sensor, which is normally in the “off” state, turns into the “on” state when a force is applied, This only detects the presence or absence of force, and is not suitable for continuously detecting the magnitude of the force.

また、感圧ゴムシートを利用するものは、1枚の導電ゴ
ムシートを2枚の電極で挟み、電極に力を加えることに
よってシート抵抗が変化することを利用したものである
が、直線性が得られない上にヒステリシスが生じやす
く、また耐熱性が低いという問題がある。
Further, the one using a pressure sensitive rubber sheet utilizes one in which one conductive rubber sheet is sandwiched between two electrodes and the sheet resistance is changed by applying a force to the electrodes, but the linearity is There is a problem that hysteresis is not easily obtained, and heat resistance is low.

更にまた、光の反射量の変化を利用するものは、透明な
アクリル板の表面に多数の円錐状の突起を有するゴムシ
ートをあてがい、そのアクリル板の裏面に鏡体または受
光素子を配置しておき、そのアクリル板の横方向からア
クリル板内に光を照射すると、外力の大きさに応じて上
述のゴムシートの突起が変化するのでそのへこみ具合を
鏡体または受光素子で検知するものである。しかしこの
光の反射を利用する圧覚センサは外力の絶対値を正確に
知ることがむずかしく、検出精度が悪いなどの問題があ
る。
Furthermore, in the case of utilizing the change in the reflection amount of light, a transparent acrylic plate is coated with a rubber sheet having a large number of conical projections, and a mirror body or a light receiving element is arranged on the back surface of the acrylic plate. Then, when the acrylic plate is irradiated with light from the lateral direction of the acrylic plate, the projection of the rubber sheet changes according to the magnitude of the external force, and therefore the degree of dent is detected by the mirror body or the light receiving element. . However, it is difficult for the pressure sensor that utilizes the reflection of this light to know the absolute value of the external force accurately, and there is a problem that the detection accuracy is poor.

なお、以上のような圧覚センサ以外にも、各種形態の圧
覚センサが提案ないし試作されているが、いずれも上述
の性能仕様を十分に満足するに至っておらず、そのため
高感度で真に実用性の高い圧覚センサの開発が強く望ま
れている。
In addition to the above-mentioned pressure sensors, various types of pressure sensors have been proposed or prototyped, but none of them have sufficiently satisfied the above performance specifications, and therefore have high sensitivity and are truly practical. There is a strong demand for the development of a pressure sensor with high performance.

本発明は、上述の問題点に鑑み、実用的性能が高く、し
かも構造が簡単で製作が容易であり、薄型かつ高密度に
配列できる圧覚センサを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a pressure sensor that has high practical performance, has a simple structure, is easy to manufacture, and can be thinly and densely arranged.

[問題点を解決するための手段] かかる目的を達成するために、本発明は、半導体歪ゲー
ジを組込んだブリッジ回路、そのスイッチ手段および各
種の端子が配設された面を下側にして両端が窓型枠部の
支持部によって支持される複数の方形型シリコンセル
と、窓型枠部がマトリックス状に形成された支持台と、
支持台に行方向もしくは列方向に配列された複数の方形
型シリコンセルの個々の端子と対向する位置に配設され
た電極を有し、支持台の下面側に取付けられるセラミッ
ク製の多層配線基板と、支持台の窓型枠部に嵌込まれ、
方形型シリコンセルと多層配線基板との間に弾性的に保
持されて、個々の端子とその対向する位置に配置された
電極との間に電気的導通が可能な異方性導電ゴムシート
を具え、方形型シリコンセルの上部から加えられた荷重
を検知するようにしたことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, the present invention has a bridge circuit incorporating a semiconductor strain gauge, a switch means and a surface on which various terminals are arranged as a lower side. A plurality of rectangular silicon cells whose both ends are supported by the support portion of the window form part, and a support base in which the window form part is formed in a matrix,
A ceramic multi-layer wiring board that has electrodes arranged at positions facing the individual terminals of a plurality of rectangular silicon cells arranged in the row direction or column direction on the support base and is attached to the lower surface side of the support base. And, it is fitted in the window form part of the support base,
An anisotropic conductive rubber sheet elastically held between the rectangular silicon cell and the multilayer wiring board and capable of electrically conducting between each terminal and an electrode arranged at a position opposite to the terminal is provided. The load applied from above the rectangular silicon cell is detected.

[作用] 本発明によれば、マトリックス状に窓型枠部を有する支
持台のそれぞれの支持部に方形型シリコンセルの両端を
支持させるようになし、シリコンセルの半導体歪ゲー
ジ,スイッチ手段およびはんだバンプの端子が形成され
る下面側の上記端子の対向位置に電極をもつ多層のセラ
ミック配線基板を上記支持台の下面に取付けると共に上
記窓型枠部に嵌込んで、シリコンセルと、多層のセラミ
ック配線基板との間に弾性保持されるようにした異方性
導電ゴムシートにより上記端子と上記電極との間に電気
的導通が得られるようにしたので、シリコンセルとセラ
ミック多層配線基板との間に確実かつ整然とした電気的
接続を保つことができ、シリコンセルの上面側から荷重
を加えたときに、各々のシリコンセルの撓みに応じて歪
ゲージに生じる抵抗変化を個別にシリコンセルから異方
性導電ゴムシートおよびセラミック多層配線基板を介し
て整然と取出すことができ、しかもこのとき異方性導電
ゴムシートの有する弾性によってシリコンセルの撓みが
弾性保持されるのでシリコンセルの破損が防止され実用
性が高く、構造が簡単で薄型かつ高密度高精度の圧覚セ
ンサを提供することができる。
[Operation] According to the present invention, both ends of the rectangular silicon cell are supported by the respective supporting portions of the supporting base having the window frame portion in a matrix shape, and the semiconductor strain gauge of the silicon cell, the switch means and the solder. A multilayer ceramic wiring board having electrodes on the lower surface side where the terminals of the bumps are formed is provided opposite to the terminals, is attached to the lower surface of the support base, and is fitted into the window form part to form a silicon cell and a multilayer ceramic. Since an anisotropic conductive rubber sheet elastically held between the wiring board and the terminals enables electrical continuity between the terminals and the electrodes, a gap between the silicon cell and the ceramic multilayer wiring board can be obtained. It is possible to maintain a reliable and orderly electrical connection, and when a load is applied from the top side of the silicon cell, strain gauges are generated according to the bending of each silicon cell. The change in resistance can be taken out from the silicon cell individually through the anisotropic conductive rubber sheet and the ceramic multilayer wiring board, and the elasticity of the anisotropic conductive rubber sheet keeps the bending of the silicon cell elastic. As a result, it is possible to provide a pressure sensor with high practicality, which prevents damage to the silicon cell, has a simple structure, is thin, and has high density and high accuracy.

[実施例] 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。
Embodiments Embodiments of the present invention will be described in detail and specifically below with reference to the drawings.

まず、第1A図および第1B図によって両端支持梁とした本
発明にかかるシリコンセルが撓む原理について述べるこ
ととし、いま、シリコンセル1の両端が第1A図に示すよ
うに支持部材2によって支持された状態でその上面の中
央部に力が加えられたとすると、第1B図に示す如くシリ
コンセル1が撓むことによってその下面側に引張応力が
発生する。
First, the principle of bending of a silicon cell according to the present invention, which is a support beam for both ends, will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. Now, both ends of the silicon cell 1 are supported by a supporting member 2 as shown in FIG. 1A. If a force is applied to the central portion of the upper surface of the silicon cell 1 in the above state, tensile stress is generated on the lower surface side of the silicon cell 1 as shown in FIG. 1B.

そこで、上述したようなシリコンセル1の下面側に、第
2A図および第2B図に示すように4つの歪ゲージR1,R2,R3
およびR4を配置し、更にこれらの歪ゲージR1〜R4を第2C
図に示すようにしてブリッジ回路に組込み、相対する2
組の頂点間の一方に電圧Vを印加すると共にその一端を
接地し、また、他方の頂点間から引出した出力線のそれ
ぞれにスイッチング素子S1およびS2を配設することによ
って、歪ゲージR1〜R4に上記の撓みによって発生した抵
抗変化をスイッチング素子S1およびS2の“オン”により
端子Tおよびtから出力信号として取り出すことができ
る。
Therefore, on the lower surface side of the silicon cell 1 as described above,
As shown in Fig. 2A and Fig. 2B, four strain gauges R 1 , R 2 , R 3
And R 4 are arranged, and these strain gauges R 1 to R 4 are connected to the second C
Installed in the bridge circuit as shown in the figure
By applying the voltage V to one of the vertices of the set and grounding one end thereof, and arranging the switching elements S1 and S2 on each of the output lines drawn from the other vertices, the strain gauges R 1 to The resistance change generated in R 4 due to the above-mentioned bending can be taken out as an output signal from the terminals T and t by turning on the switching elements S1 and S2.

第2A図はこのようにして半導体シリコン材料によりシリ
コンセル1を形成し、その上に歪ゲージR1〜R4とブリッ
ジ回路からの出力線にスイッチング素子S(S1,S2)と
を、更にまた、各種端子、即ち出力端子Tおよびt,ス
イッチ信号端子SWA,SWB,接地端子G,電圧端子Vのは
んだバンプを設けたものである。第2B図ではんだバンプ
は3で表示し、第2A図では各種端子に応じて(3)を付し
て表示している。なお、梁部材となるものに半導体シリ
コンを使用した理由は、半導体シリコンであればウエハ
プロセスによって歪ゲージR1〜R4およびスイッチング素
子S(S1,S2)や配線ならびに各はんだバンプ3を一貫
した成膜技術の処理工程で形成することができることに
よる。更にまた、このようなシリコンセルの形成によっ
て梁部材の小型化、薄型化を実現することが可能とな
る。またここで形成されるスイッチング素子S1,S2は、
例えば電界効果型トランジスタFETである。
FIG. 2A shows that a silicon cell 1 is thus formed of a semiconductor silicon material, on which strain gauges R 1 to R 4 and switching elements S (S1, S2) are provided on the output line from the bridge circuit, , Various terminals, that is, output terminals T and t, switch signal terminals SWA , SWB , ground terminal G, and voltage terminal V, solder bumps are provided. In FIG. 2B, the solder bump is indicated by 3, and in FIG. 2A, it is indicated by adding (3) according to various terminals. The reason for using a semiconductor silicon that the beam member is consistent strain gauges R 1 to R 4 and the switching elements S (S1, S2) and wiring and the solder bump 3 by the wafer process, if the semiconductor silicon Because it can be formed in the processing step of the film forming technique. Furthermore, by forming such a silicon cell, the beam member can be made smaller and thinner. The switching elements S1 and S2 formed here are
For example, a field effect transistor FET.

第3図は本発明の基本的構成を示す図であり、ここで、
12は支持台であり、支持台12は窓型枠部13とこれに嵌込
まれたシリコンセル1の両端部を支持する支持部14とを
有し、絶縁材料で形成される。15は支持台12に接着さ
れ、支持台12を強度的に保持するセラミック製の多層配
線基板であり、多層とすることによって後述するように
複数のシリコンセル1からの出力信号線を適切に配設
し、信号を外部に取り出すことができる。
FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration of the present invention, in which:
Reference numeral 12 denotes a support base. The support base 12 has a window form part 13 and support parts 14 supporting both ends of the silicon cell 1 fitted therein, and is made of an insulating material. Reference numeral 15 denotes a ceramic multi-layer wiring board that is adhered to the support base 12 and strongly holds the support base 12. By forming the multi-layer wiring board 15, the output signal lines from the plurality of silicon cells 1 are appropriately arranged as will be described later. Can be installed and the signal can be taken out.

16は窓型枠部13に嵌込まれ、シリコンセル1と多層配線
基板15との間の電気的接続を果たすと共にそれ自体の有
する弾性によりシリコンセル1の撓みに応答する異方性
導電ゴムシートである。なお、窓型枠部13は支持台12の
行ならびに列方向に格子状に形成されるもので、その窓
型枠部13のそれぞれに異方性導電ゴムシート16が嵌込ま
れる。異方性導電ゴムシート16は例えば銀などの電気良
導体によるファイバがゴムシートの厚さ方向に整然と埋
め込まれることにより異方性を有し、厚さ方向のみに電
気的導通が得られるもので、同時にその厚さ方向の変形
を弾性的に吸収することができる。
An anisotropic conductive rubber sheet 16 is fitted in the window frame 13 to provide electrical connection between the silicon cell 1 and the multilayer wiring board 15 and to respond to the bending of the silicon cell 1 due to its own elasticity. Is. The window frame 13 is formed in a grid pattern in the row and column directions of the support 12, and the anisotropic conductive rubber sheet 16 is fitted into each of the window frames 13. The anisotropic conductive rubber sheet 16 has anisotropy by the fibers made of a good electrical conductor such as silver being regularly embedded in the thickness direction of the rubber sheet, so that electrical conduction can be obtained only in the thickness direction. At the same time, the deformation in the thickness direction can be elastically absorbed.

17は多層配線基板15の上層部に形成されている電極であ
り、これらの電極17はシリコンセル1の下面側に形成さ
れたはんだバンプ3の対向位置に形成されていて、図示
のように多層配線基板15とシリコンセル1との間に異方
性導電ゴムシート16が挟持されることによって、その導
電部18を介してはんだバンプ3と電極17との間に電気的
導通が得られる。19はシリコンセル1が収納された支持
台12の表面全体を覆うようにして把持物がシリコンセル
1に直接触れるのを防止し全体を保護している柔軟性の
ある皮膜部材である。
Reference numeral 17 is an electrode formed on the upper layer portion of the multilayer wiring board 15, and these electrodes 17 are formed at the positions facing the solder bumps 3 formed on the lower surface side of the silicon cell 1, and are formed as shown in the figure. By sandwiching the anisotropic conductive rubber sheet 16 between the wiring board 15 and the silicon cell 1, electrical conduction can be obtained between the solder bump 3 and the electrode 17 via the conductive portion 18. Reference numeral 19 denotes a flexible film member that covers the entire surface of the support base 12 in which the silicon cell 1 is housed so as to prevent a grasped object from directly touching the silicon cell 1 and protects the whole.

次に、このような構成による圧覚センサの全体的な構造
とその製造過程を第4A図〜第4E図によって説明する。
Next, the overall structure of the pressure sensor having such a configuration and its manufacturing process will be described with reference to FIGS. 4A to 4E.

本実施例は第4D図に示されるように4行×3列にシリコ
ンセル1を配列させてセンサ単位を構成する場合の例で
あって、その支持台12には第4A図に示すように個々の窓
型枠部13および支持部14が形成されている。このような
支持台12をまず多層配線基板15上に接着固定する。第4A
図において、20は多層配線基板15の各電極17に接続さ
れ、これから引き出されたリード線であり、これらのリ
ード線20の引出しについては後で述べることとする。
This embodiment is an example of forming a sensor unit by arranging the silicon cells 1 in 4 rows × 3 columns as shown in FIG. 4D, and the support base 12 thereof is as shown in FIG. 4A. Individual window form parts 13 and support parts 14 are formed. Such a support 12 is first adhesively fixed on the multilayer wiring board 15. Fourth A
In the figure, 20 is a lead wire connected to each electrode 17 of the multilayer wiring board 15 and led out therefrom. The lead-out of these lead wires 20 will be described later.

次に、第4B図のように窓型枠部13に異方性導電ゴムシー
ト16を嵌め込む。この場合異方性導電ゴムシート16の縦
横のサイズは支持部14から下側の窓型枠部13のサイズよ
り幾分小さ目であり、異方性導電ゴムシート16の高さは
支持部14と同程度または支持部14から上部に幾分飛び出
す程度とする。ついで、その上にシリコンセル1を第4C
図に示すように嵌め込み、第4D図の全体図に示す状態と
した上、その全体の表面に皮膜部材19を取付けることに
より第4E図のような形態のセンサ単位を形成することが
できる。
Next, as shown in FIG. 4B, the anisotropic conductive rubber sheet 16 is fitted into the window frame portion 13. In this case, the vertical and horizontal sizes of the anisotropic conductive rubber sheet 16 are somewhat smaller than the size of the lower window form 13 from the supporting portion 14, and the height of the anisotropic conductive rubber sheet 16 is equal to that of the supporting portion 14. The same degree or a degree of protrusion from the support portion 14 to the upper portion. Then, place the silicon cell 1 on it at the 4th C
By fitting the members as shown in the figure and bringing them into the state shown in the overall view of FIG. 4D, the coating member 19 is attached to the entire surface thereof to form a sensor unit having a configuration as shown in FIG. 4E.

第5A図〜第5C図はセラミック多層配線基板15の各層にお
ける配線パターンを示し、本例はその1つの列において
4個のシリコンセル1に対応して形成された電極と配線
パターンの例を示す。すなわち、第5A図はその表面層15
Aにおけるパターンを示し、ここで、,, および はそれぞれ対向位置に配置されるシリコンセル1の個々
の端子V,G,T,t,SWAおよびSWB(第2A図参照)に
対応して設けられた電極17であり、この場合、スイッチ
用電極のうち一つが共通電極 他方が固有のスイッチ電極 とされている。
FIGS. 5A to 5C show wiring patterns in each layer of the ceramic multilayer wiring substrate 15, and this example shows an example of electrodes and wiring patterns formed corresponding to four silicon cells 1 in one row. . That is, FIG. 5A shows the surface layer 15 thereof.
Shows the pattern in A , where ,,, and Are electrodes 17 provided corresponding to the individual terminals V, G, T, t, SWA and SWB (see FIG. 2A) of the silicon cell 1 arranged at the opposite positions, and in this case, the switch One of the electrodes for common is a common electrode The other is a unique switch electrode It is said that.

また、第5B図は多層配線基板15の第1層15Bにおけるパ
ターンを、更にまた第5C図はその第2層15Cにおけるパ
ターンを示すもので、これらのうち同一符号を有するも
のは表面層からスルーホールを介して接続されたランド
21、また同一符号を二重丸で囲んだものは表面層15A
ら第2層15Cにまで引下すために第1層15Bに設けられた
スルーホール用のランド22である。
Further, FIG. 5B shows a pattern on the first layer 15B of the multilayer wiring board 15, and FIG. 5C shows a pattern on the second layer 15C thereof. Land connected through a hall
Also, what is enclosed by double circles with the same reference numeral is a through hole land 22 provided in the first layer 15B for pulling down from the surface layer 15A to the second layer 15C .

かくして、その第1層15Bにおいて、スイッチ用共通電
用の配線LSWCと、電源用の配線LVおよび接地配線LGとが
第5B図に示すようにして接続された上、縦方向に取り出
されるように形成され、一方、出力用の電極 およびスイッチ選択用電極 からはそれぞれ第5C図に示すようにして出力配線LT1〜L
T4,Lt1〜Lt4,LSW1〜LSW4が横方向に配線され取出され
る。
Thus, in the first layer 15B thereof, the switch common electrode The wiring LS WC for the power supply, the wiring LV for the power supply and the ground wiring LG are connected as shown in FIG. 5B and formed so as to be taken out in the vertical direction, while the electrode for the output is formed. And switch selection electrode From the output wirings LT 1 to L as shown in Fig. 5C.
T 4 , Lt 1 to Lt 4 , and LS W1 to LS W4 are wired in the horizontal direction and taken out.

第6A図,第6B図および第6C図はこのようにして多層配線
基板15の各層に形成されたパターンの全体を示すもの
で、第6A図はその表面層15A全体に配設された電極17の
パターン、第6B図は第1層15Bに配設されたランド21お
よび22とこれらから引出されたリード線20のパターン、
第6C図は第2層15Cのランド21にまでスルーホールを介
して引下ろされてきて、更にこれらのランド21から横方
向に引出されたリード線20のパターンをそれぞれ示す。
かくして、本例のように4行3列のシリコンセル1によ
ってセンサの単位が構成される場合であれば列方向、す
なわち縦方向からは3×3の取出し線が、また行方向、
すなわち横方向からは3×4の取出し線が引出される。
FIGS. 6A, 6B, and 6C show the entire pattern thus formed in each layer of the multilayer wiring board 15, and FIG. 6A shows the electrodes 17 disposed on the entire surface layer 15A . FIG. 6B is a pattern of lands 21 and 22 arranged on the first layer 15B and a lead wire 20 drawn from these,
FIG. 6C shows the patterns of the lead wires 20 that have been pulled down to the lands 21 of the second layer 15C through the through holes and that are laterally pulled out from these lands 21.
Thus, when the sensor unit is composed of the silicon cells 1 of 4 rows and 3 columns as in this example, 3 × 3 extraction lines are formed in the column direction, that is, in the vertical direction, and in the row direction.
That is, a 3 × 4 lead-out line is drawn out from the lateral direction.

また、このように構成した圧覚センサにおいては、例え
ば縦方向一列に配列されたセルの組における共通のスイ
ッチ用配線LSWCを“オン”の状態としておき、次にLSW1
〜LSW4を順次に“オン”および“オフ”とすることによ
り、この列における個々のセルからの出力信号をその順
番で取出すことができる。
In the pressure sensor configured in this manner, for example, the common switch wiring LS WC in the set of cells arranged in a line in the vertical direction is set to the “ON” state, and then the LS W1
By sequentially turning "-LS W4 " on and off, the output signals from the individual cells in this column can be taken in that order.

[発明の効果] 以上説明してきたように、本発明によれば、半導体歪ゲ
ージを組込んだブリッジ回路、そのスイッチ手段および
各種の端子が配設された面の両端が窓型枠部の支持部に
よって支持される複数の方形型シリコンセルと、上記窓
型枠部がマトリックス状に形成された支持台と、支持台
の行方向および列方向に配列された上記シリコンセルの
個々の端子と対向する位置に電極を有し、支持台の下面
側に取付けられるセラミック製の多層配線基板とを具え
た圧覚センサにおいて、そのシリコンセルと多層配線基
板との間に電気的導通を得るために、その双方間に弾性
的に保持される異方性導電ゴムシートを設けたので、シ
リコンセルの端子と多層配線基板との間の電気的接続の
ためにはんだを使用したりする必要がなくなり、組立が
容易で全体を薄型のコンパクトなものとすることがで
き、高精度の検出感度を保つことができると共に、個々
のシリコンセルが異方性導電ゴムシートによって弾性支
持されるので、シリコンセルが撓みによって破損したり
するのを防止する効果が得られ、ロボットハンドに取付
けて高度の技術を要する作業を行わせるのに好適な圧覚
センサを提供することができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, both ends of the surface on which a bridge circuit incorporating a semiconductor strain gauge, its switch means, and various terminals are supported by a window form part. And a plurality of rectangular silicon cells supported by the parts, a support base on which the window frame parts are formed in a matrix, and individual terminals of the silicon cells arranged in the row and column directions of the support base. In a pressure sensor having an electrode at a position to be provided and a ceramic multilayer wiring board attached to the lower surface side of a support, in order to obtain electrical conduction between the silicon cell and the multilayer wiring board, Since an anisotropic conductive rubber sheet that is elastically held between the two is provided, there is no need to use solder for electrical connection between the silicon cell terminals and the multilayer wiring board, and assembly is possible. Content It is easy to make the whole thin and compact, and it is possible to maintain highly accurate detection sensitivity, and because each silicon cell is elastically supported by the anisotropic conductive rubber sheet, the silicon cell is The effect of preventing breakage can be obtained, and it is possible to provide a pressure sensor suitable for being attached to a robot hand and performing work requiring a high degree of technology.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1A図および第1B図は支持部材に支持されたシリコンセ
ルにより荷重を検知する原理の説明図、 第2A図および第2B図は本発明にかかるシリコンセル単体
を模式的に示す平面図および側面図、 第2C図は、そのシリコンセル上のブリッジ回路の構成
図、 第3図は本発明圧覚センサの断面図、 第4A図〜第4E図はその組立順序を示す斜視図、 第5A図〜第5C図は本発明による圧覚センサの多層配線基
板の各層ごとの配線図、 第6A図〜第6C図はその1つのユニットにおける多層配線
基板の各層ごとの配線図である。 1…シリコンセル、 3…はんだバンプ、 S1,S2…スイッチング素子、 R1,R2,R3,R4…歪ゲージ、 T,t,SWA,SWB,V,G…端子、 12…支持台、 13…窓型枠部、 14…支持部、 15…多層配線基板、15A …表面層、15B …第1層、15C …第2層、 16…異方性導電ゴムシート、 17…電極、 18…導電部、 19…皮膜部材、 20…リード線、 21,22…ランド。
1A and 1B are explanatory views of the principle of detecting a load by a silicon cell supported by a supporting member, and FIGS. 2A and 2B are a plan view and a side view schematically showing a silicon cell simple substance according to the present invention. Fig. 2C is a block diagram of the bridge circuit on the silicon cell, Fig. 3 is a sectional view of the pressure sensor of the present invention, Figs. 4A to 4E are perspective views showing the assembling sequence thereof, and Fig. 5A to Fig. 5A. FIG. 5C is a wiring diagram for each layer of the multilayer wiring board of the pressure sensor according to the present invention, and FIGS. 6A to 6C are wiring diagrams for each layer of the multilayer wiring board in one unit. 1 ... silicon cell, 3 ... solder bumps, S1, S2 ... the switching element, R 1, R 2, R 3, R 4 ... strain gauges, T, t, S WA, S WB, V, G ... terminal, 12 ... Support base, 13 ... Window form part, 14 ... Support part, 15 ... Multilayer wiring board, 15A ... Surface layer, 15B ... First layer, 15C ... Second layer, 16 ... Anisotropic conductive rubber sheet, 17 ... Electrode , 18 ... Conductive part, 19 ... Film member, 20 ... Lead wire, 21, 22 ... Land.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体歪ゲージを組込んだブリッジ回路、
そのスイッチ手段および各種の端子が配設された面を下
側にして両端が窓型枠部の支持部によって支持される複
数の方形型シリコンセルと、 前記窓型枠部がマトリックス状に形成された支持台と、 該支持台に行方向もしくは列方向に配列された複数の前
記方形型シリコンセルの個々の前記端子と対向する位置
に配設された電極を有し、前記支持台の下面側に取付け
られるセラミック製の多層配線基板と、 前記支持台の窓型枠部に嵌込まれ、前記方形型シリコン
セルと前記多層配線基板との間に弾性的に保持されて、
個々の前記端子とその対向する位置に配置された前記電
極との間に電気的導通が可能な異方性導電ゴムシートを
具え、 前記方形型シリコンセルの上部から加えられた荷重を検
知するようにしたことを特徴とする圧覚センサ。
1. A bridge circuit incorporating a semiconductor strain gauge,
A plurality of rectangular silicon cells, both ends of which are supported by supporting portions of the window form part, with the surface on which the switch means and various terminals are disposed facing down, and the window form part formed in a matrix. A support base and electrodes arranged at positions facing the respective terminals of the plurality of rectangular silicon cells arranged in the row direction or the column direction on the support base, and the lower surface side of the support base. A multilayer wiring board made of ceramic attached to the window frame of the support, and elastically held between the rectangular silicon cell and the multilayer wiring board,
An anisotropic conductive rubber sheet capable of electrical conduction is provided between each of the terminals and the electrodes arranged at positions facing each other, so as to detect a load applied from above the rectangular silicon cell. A pressure sensor characterized in that
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