JPS63174375A

JPS63174375A - 半導体式触覚センサ

Info

Publication number: JPS63174375A
Application number: JP62005104A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Hirano; 宏和平野; Bunshirou Yamaki; 八巻　文史朗
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-01-14
Filing date: 1987-01-14
Publication date: 1988-07-18
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPH071795B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、工業用ロゲット等に使用される半導体式触覚
センサに係υ、特に拡散抵抗を用いた感圧部がマトリク
ス状に配設されている感圧半導体基板に関する。

（従・来の技術）この稽の従来の半導体式触覚センサは第９図（ａ）　、
　（ｂ）に示すように構成されていた。即ち、半導体基
板９１の一方の表面に拡散抵抗Ｒがブリッジ接続されて
なる感圧部９２・・・がマトリクス状に配設され、他方
の表面における上記感圧部９２・・・に対向する部分は
薄肉となってダイヤフラム９３、・・・が形成されてい
る。そして、上記感圧部９２・・・に入力電圧を加えた
シ、各出力を基板端部に引き出すために上記半導体基板
（感圧基板）９１上に／４ターン配線が形成されている
。そして、出力用ノ４ターン配線から出力を基板外部へ
引き出すために、たとえばボンデ４ングワイヤ（図示せ
ず）が接続されており、基板外部で感圧部出力の処理、
感圧部マトリクスの出力選択処理等を行なって荷重分布
等を測定することが可能になっている。

ところで、従来、各感圧部９２・・・毎の入カバターン
配線９４、出力用パターン配線９５としてそれぞれ２本
形成する必要がある。この場合、入カバターン配線はマ
トリクスの同一列内で共用しているが、出カバターン配
線はそれぞれ別々に引き出している。従って、ｎ行×ｎ
列のマトリクスの場合、出力配線は２ｎ２となり、ｎを
大きくするにつれて出力配線数が多（（ｎ＝８の場合、
１２８本）なる。これによって、感圧基板９１上の配線
部の面積が大きくなり、感圧部９２を高密度に集積化す
ることができず、特に出力・やターン配線９４の引き回
しが複雑になり、パターン配線の信頼性が低下する等の
問題があった。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、上記したように感圧部マトリクスの出カバタ
ーン配線数が多くなり、その配線部の面積゛が大きくな
ると共に配線パターンが複雑になるという問題点を解決
すべくなされたもので、上記出カバターン配線数を減少
することができ、感圧部の高密度の集積化を可能とし、
出カッ４ターン配線の引き回しを少なくして、そのノ々
ターン配線の信頼性の向上を図り得る半導体式触覚セン
サを提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の半導体式触覚センサは、半導体基板の一方の表
面に拡散抵抗を用いた感圧部をマトリクス状に形成し、
他方の表面の上記感圧部に対向する部分を薄肉状に形成
し、上記各感圧部の周囲の厚肉部に感圧出力をスイッチ
制御して取シ出すための電界効果トランジスタを形成し
てなることを特徴とする。

（作用）各感圧部の出力をマトリクスの各行単位であるいは個別
に取り出すことが可能になるので、感圧基板上の出力用
パターン配線が少なくて済み、パターン配線の信頼性が
向上すると共に感圧部の高集積イビが可能になる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第１図（ａ）　、　（ｂ）は半導体式触覚センサの感圧
半導体基板１を示している。即ち、半導体基板１の一方
の表面にｎ行×ｎ列のマ）　ＩＪクス状に感圧部２・・
・が形成されてお９、他方の表面における上記感圧部２
・・・に対向する部分が薄肉となってダイヤフラム部３
・・・が形成されており、上記各感圧部２・・・に接続
される入力用、出力用のパターン配線が形成されている
。上記感圧部２・・・は、第２図（ａ）　、　（ｂ）に
示すように薄肉部に４個の拡散抵抗Ｒが形成されている
。そして、上記薄肉部の周囲の厚肉部に上記拡散抵抗Ｒ
をプリツノ回路となるように接続するためのパターン配
線４と、このブリッ・ゾ回路に入力電極ｖｉｎを与える
ためにマ）　ＩＪクスの列方向に形成された入力用の２
本のパターン配線５（１本は感圧基板外で接地される）
と、上記ブリッジ回路の２個の出力端に各対応して一端
が接続される出力選択用の２個のＭＯＳ　ＦＥＴ　（絶
縁ｆｆ−）型電界効果トランジスタ）６と、この２個の
ＭＯＳトランジスタ６の各ｒ−トに共通接続され、マト
リクスの列方向に形成された出力スイッチ制御用の１本
のパターン配線７と、上記２個のＭＯＳトランジスタ６
の各他端に対応して接続され、マ）　ＩＪクスの行方向
に形成されたブリッジ回路出力用の２本のパターン配線
８とが形成されている。この場合、前記２本の入力用パ
ターン配線５および１本のスイッチ制御用パターン配線
７はマトリクスの同一列内で共用されており、前記２本
の出力用パターン配線８はマトリクスの同一行内で共用
されている。なお、各感圧部２・・・におけるブリッジ
回路と２個のＭＯＳ　）ランシスタロとのパターンレイ
アウトの一例を第３図に示しており、各感圧部２・・・
の回路における入力電圧Ｖｌｎ、出力信号■。ｕｔの関
係を第４図に示している。

第５図および第６図は、それぞれ上記感圧基板１を用い
た触覚センサを示している。即ち、第５図は、感圧基板
１の裏面の凹部（ダイヤフラム部）に操作部材５０が突
入する状態となるように裏面全面を弾性材（たとえばゴ
ム）５ノにより被覆したものである。また、第６図は、
感圧基板１の表面（拡散抵抗形成面）全面を弾性材（た
とえばゴム）６１により被覆したものである。

上記触覚センサにおいては、外圧が弾性材５１あるいは
６１を介して感圧基板１の薄肉部（ダイヤフラム部３）
に加えられると、拡散抵抗Ｒの抵抗値が変化し、ブリッ
ジ回路の出力電圧が変化する。従って、マトリクスの各
列順にプリツノ回路出力を取シ出すようにスイッチ制御
し、各行の出力信号を感圧基板外部回路（センサ外部回
路）で選択することによって、各感圧部２・・・の出力
を選択的に得ることが可能になり、この出力を処理する
ことによって感圧基板１に加えられた力の分布荷重着等
を測定することが可能になる。即ち、マトリクスのたと
えば第４列のスイッチ制御信号をアクティブにして、マ
トリクスの各行における第４列のＭＯＳ　）ランジスタ
ロをオンしたときには各行の出力信号には第４列の感圧
部２の出力が取り出されるようにな９、この各行の出力
信号がセンサ外部回路で選択されるようになる。

なお、前記ＭｏＳトランジスタ６は感圧基板１の厚肉部
に形成されているので、感圧基板１に加えられた力によ
って特性が変化するおそれはない。

もし、ＭＯＳトランジスタ６を薄肉部に設けると、基板
の歪の影響で特性が変化するおそれがある。

上記触覚センサによれば、感圧部マドＩＪクスの行１列
数がたとえば８×８の場合、従来例に比べて、入力用、
ｅターン配線数５は同じ（１６本）であシ、スイッチ制
御用パターン配線７が８本増えるけれども、出力用パタ
ーン配線８が１２８本から１６本に減るので、全体とし
てパターン配線数が大幅に（本例では１０４本）減る。

従って、感圧基板上の配線部の面積が小さくなり、感圧
部２・・・を高密度に集積化することが可能になり、特
に出カバターン配線８の引き回しを簡素化でき、・ぞタ
ーン配線の断線などの発生率が減少し、パターン配線の
信頼性が向上するようになる。

第７図（ａ）　、　（ｂ）は他の実施例の触覚センサに
おける感圧基板７１を示してかシ、第１図（ａ）　、　
（ｂ）を参照して前述した感圧基板１に比べて、各感圧
部７２・・・の薄肉部の周囲の厚肉部において２本の入
力用パターン配線５とブリッジ回路の２個の入力端との
間に接続される入力選択用の２個のＭＯＳ　ＦＥＴ７３
が形成され、感圧部マ）　ＩＪクスの各行の２本の出力
用ノ々ターン配線８の各対応する１本づつの配線が共通
に接続されており、感圧部マ）　ＩＪクスにおける同一
行の上記入力選択用ＭＯＳトラン・シスタフ３を共通に
スイッチ制御するだめの入力スイッチ制御用のパターン
配線７４が各行毎に形成されている点が異なシ、その他
の部分は同一であるので第１図（ａ）　、　（ｂ）中と
同一符号を付している。なお、各感圧部７２・・・にお
けるブリッジ回路と４個のＭＯＳトランジスタ（入力用
２個、出力用２個）とのパターンレイアウトの一例を第
８図に示している。

上記感圧基板７１においては、各感圧部７２・・・に対
して出力信号のスイッチ制御のみならず入力電圧のスイ
ッチ制御も可能であり、この両方のスイッチ制御によっ
て１つの感圧部７２からの出力信号のみ感圧基板７１か
ら取シ出すことが可能になる。これによって、感圧基板
７ノの出力用パターン配線８を２本に減らすことが可能
になると共に、さらにセンサ外部へ出力させるために上
記パターン配線にワイヤーボンディングを行うためのポ
ンディングパッドの個数を減らすことが可能になる。

［発明の効果］上述したように本発明の半導体式触覚センサによれば、
感圧基板上の出カバターン配線を減らすことができ、パ
ターン配線の信頼性を向上させることができ、感圧部の
高集積化が可能になり、解像度の高い測定（分布荷重夜
等）が可能になる。

触覚センサにおいて、解像度の高い分布荷重信号を得る
ことは測定物からの力やモーメントのベクトルを高精度
で検出することが可能となり、ロボット等の触覚センサ
を使用する制御系においてきめ細かな制御を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の半導体式触覚センサの−実施例
における感圧半導体基板を概略的に示す平面図、第１図
（ｂ）は同図（、）中の感圧部のダイヤスラム構造を示
す断面図、第２図（＆）は第１図（ａ）中の感圧部（０
印部）を取シ出してパターン構成を示す平面図、第２図
（ｂ）は同図（、）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、第３図は
第１図（＆）中の感圧部を取シ出して示す回路図、第４
図は第１図（、）中の感圧部における入力電圧Ｖｌｎと
出力信号Ｖ。ｕｔとの関係を示す回路図、第５図および
第６図は第１図（ａ）　、　（ｂ）の感圧半導体基板を
有する触覚センサの相異なる例を示す断面図、第７図（
ａ）は本発明の他の実施例における感圧半導体基板を概
略的に示す平面図、第７図（ｂ）は同図（ａ）中のダイ
ヤプラム構造を示す断面図、第８図は第７図（、）中の
感圧部（０印部）を取り出して示す回路図、第９図（ａ
）は従来の半導体式触覚センサにおける感圧基板を示す
平面図、第９図（ｂ）は同図（ａ）中のダイヤフラム構
造を示す断面図である。１．７１・・・感圧半導体基板、２，７２・・・感圧部
、３・・・ダイヤフラム部、５・・・入力用パターン配
線、６．７３・・・電界効果トランジスタ、７・・・入
力スイッチ制御用パターン配線、８・・・出力用パター
ン配線、７４・・・出力スイッチ制御用パターン配線。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦（ａ）（ｂ）第１図（ａ）（ｂ）第２図纂　３　因第４図カ ↓ 力第５図　　　第６図（ａ）（ｂ）第７図第８図（ａ）（ｂ）纂９図手続補正書昭和　　歪２゛鳩２３日特許庁長官　　黒　１）明　雄　殿１、事件の表示特願昭６２−５１０４号２、発明の名称半導体式触覚センサ３、補正をする者事件との関係　　特許出願人（３０７）　　株式会社　東芝４、代理人東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル特許
請求の範囲を別紙の通り訂正する２、特許請求の範囲（１）一方の表面に拡散抵抗を用いた感圧部がマトリク
ス状に形成され、他方の表面の上記感圧部に対向する部
分が薄肉状に形成された感圧半導体基板を有する半導体
式触覚センサにおいて、上記基板の各感圧部の周囲の厚
肉部に感圧出力をスイッチ制御して取り出すための電界
効果トランジスタが形成されてなることを特徴とする半
導体式触覚センサ。（２）上記基板の各感圧部の周囲の厚肉部に感圧部入力
電圧をスイッチ制御して与えるための電界効果トランジ
スタがさらに形成されて菖ることを特徴とする特許導体式触覚センサ。（３）前記基板の一方の表面側あるいは他方の表面側が
弾性材により被覆されており、この弾性材を介して外部
から加えられる力を感じることを特徴とする前記特許請
求の範囲第１項または第２項に記載の半導体式触覚セン
サ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一方の表面に拡散抵抗を用いた感圧部がマトリク
ス状に形成され、他方の表面の上記感圧部に対向する部
分が薄肉状に形成された感圧半導体基板を有する半導体
式触覚センサにおいて、上記基板の各感圧部の周囲の厚
肉部に感圧出力をスイッチ制御して取り出すための電界
効果トランジスタが形成されてなることを特徴とする半
導体式触覚センサ。
（２）上記基板の各感圧部の周囲の厚肉部に感圧部入力
電圧をスイッチ制御して与えるための電界効果トランジ
スタがさらに形成されてなることを特徴とする半導体式
触覚センサ。
（３）前記基板の一方の表面側あるいは他方の表面側が
弾性材により被覆されており、この弾性材を介して外部
から加えられる力を感じることを特徴とする前記特許請
求の範囲第１項または第２項に記載の半導体式触覚セン
サ。