JPH04339228A - 三次元力覚センサーの製造方法 - Google Patents
三次元力覚センサーの製造方法Info
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- JPH04339228A JPH04339228A JP3017638A JP1763891A JPH04339228A JP H04339228 A JPH04339228 A JP H04339228A JP 3017638 A JP3017638 A JP 3017638A JP 1763891 A JP1763891 A JP 1763891A JP H04339228 A JPH04339228 A JP H04339228A
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- sensor
- aluminum
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- Pending
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- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
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Landscapes
- Measurement Of Force In General (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＯＡ機器の入力装置や自
動制御装置のセンサー部、更にはロボット等物品把握部
の把握力自動設定に使用される力覚センサーに関し、特
にその検出信号を外部に接続する接続部分の製造方法に
関する。
動制御装置のセンサー部、更にはロボット等物品把握部
の把握力自動設定に使用される力覚センサーに関し、特
にその検出信号を外部に接続する接続部分の製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】先ず、本発明の対象となる三次元の拡散
型力覚センサーについて説明する。
型力覚センサーについて説明する。
【０００３】従来から知られた力覚センサーは三次元構
造に加工された起歪体にストレインゲージを貼付したも
のであるが、大きさや感度、更に価格の面で充分なもの
であるとは言えないものであった。
造に加工された起歪体にストレインゲージを貼付したも
のであるが、大きさや感度、更に価格の面で充分なもの
であるとは言えないものであった。
【０００４】ところが、このような従来からの力覚セン
サーに改良を加え、シリコン単結晶基板に機械的外力を
加えると結晶格子に歪みを生じ、半導体中のキャリア数
や移動度が変化して抵抗率が変わる現象即ちピエゾ抵抗
効果を利用して起歪体の歪みを抵抗の変化に変換し、ブ
リッジ回路により起歪体に加わる力を電気信号に変換す
るセンサーチップを用いた拡散型三次元力覚センサーが
考え出された。
サーに改良を加え、シリコン単結晶基板に機械的外力を
加えると結晶格子に歪みを生じ、半導体中のキャリア数
や移動度が変化して抵抗率が変わる現象即ちピエゾ抵抗
効果を利用して起歪体の歪みを抵抗の変化に変換し、ブ
リッジ回路により起歪体に加わる力を電気信号に変換す
るセンサーチップを用いた拡散型三次元力覚センサーが
考え出された。
【０００５】図２に示すものは上述の拡散型三次元力覚
センサー１０（以下単に力覚センサーという）の斜視図
、図３は上側のカバー２０を取外した状態の上面図、図
４は断面図、図５は要部断面図である。この力覚センサ
ー１０の起歪体１１は外周部１１ａと、中心部に垂直に
突出した検出アーム１３と、これら外周部１１ａと検出
アーム１３の間は環状のダイアフラム１２で形成し、こ
のダイアフラム１２の前記検出アーム１３と反対側の面
にはシリコン単結晶基板のセンサーチップ１４が貼付し
てある。
センサー１０（以下単に力覚センサーという）の斜視図
、図３は上側のカバー２０を取外した状態の上面図、図
４は断面図、図５は要部断面図である。この力覚センサ
ー１０の起歪体１１は外周部１１ａと、中心部に垂直に
突出した検出アーム１３と、これら外周部１１ａと検出
アーム１３の間は環状のダイアフラム１２で形成し、こ
のダイアフラム１２の前記検出アーム１３と反対側の面
にはシリコン単結晶基板のセンサーチップ１４が貼付し
てある。
【０００６】なお、外周部１１ａの２１は取付け孔、２
２は基準孔、２３はリードピン、２４は接続用の金線で
ある。
２は基準孔、２３はリードピン、２４は接続用の金線で
ある。
【０００７】このセンサーチップ１４には、前記ダイア
フラム１２の外周部１１ａ側のエッジ部１２ａと検出ア
ーム１３側のエッジ部１２ｂに対応する位置にゲージ抵
抗１４−１、１４−２、１４−３、１４−４が一つの直
径上に並んで形成されている。なお、検出アーム１３の
先端には、被測定物と接続すにようにねじ孔１３ａが穿
設してある。
フラム１２の外周部１１ａ側のエッジ部１２ａと検出ア
ーム１３側のエッジ部１２ｂに対応する位置にゲージ抵
抗１４−１、１４−２、１４−３、１４−４が一つの直
径上に並んで形成されている。なお、検出アーム１３の
先端には、被測定物と接続すにようにねじ孔１３ａが穿
設してある。
【０００８】図６、図７、図８は上述の力覚センサー１
０のゲージ抵抗１４−１、１４−２、１４−３、１４−
４で構成されたブリッジ回路で、ダイアフラム１２の各
ゲージ抵抗１４−１、１４−２、１４−３、１４−４が
外力を受けた時、ブリッジ回路各辺の電気抵抗Ｒｘ１
〜Ｒｘ４ 、Ｒｙ１〜Ｒｙ４ 、Ｒｚ１ 〜Ｒｚ４ は
表１に示す変化を起こし、Ｘ軸モーメント（Ｍｘ）、Ｙ
軸モーメント（Ｍｘ）、Ｚ軸押張力（Ｆｚ）を検出する
ことが出来る。同表で＋はゲージ抵抗の抵抗値が引張り
によって増加を、−は圧縮によって減少を、０は無変化
を示している。図６はＭｘ用、図７はＭｙ用、図８はＦ
ｚ用である。
０のゲージ抵抗１４−１、１４−２、１４−３、１４−
４で構成されたブリッジ回路で、ダイアフラム１２の各
ゲージ抵抗１４−１、１４−２、１４−３、１４−４が
外力を受けた時、ブリッジ回路各辺の電気抵抗Ｒｘ１
〜Ｒｘ４ 、Ｒｙ１〜Ｒｙ４ 、Ｒｚ１ 〜Ｒｚ４ は
表１に示す変化を起こし、Ｘ軸モーメント（Ｍｘ）、Ｙ
軸モーメント（Ｍｘ）、Ｚ軸押張力（Ｆｚ）を検出する
ことが出来る。同表で＋はゲージ抵抗の抵抗値が引張り
によって増加を、−は圧縮によって減少を、０は無変化
を示している。図６はＭｘ用、図７はＭｙ用、図８はＦ
ｚ用である。
【０００９】ここで、各ゲージ抵抗１４−１、１４−２
、１４−３、１４−４はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各ブリッジ
抵抗Ｒｘ１ 〜Ｒｘ４ 、Ｒｙ１ 〜Ｒｙ４ 、Ｒｚ１
〜Ｒｚ４ に共通である。
、１４−３、１４−４はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各ブリッジ
抵抗Ｒｘ１ 〜Ｒｘ４ 、Ｒｙ１ 〜Ｒｙ４ 、Ｒｚ１
〜Ｒｚ４ に共通である。
【００１０】
【表１】
【００１１】上述のような動作をする力覚センサー１０
の製造工程では、図４に示すようにセンサーチップ１４
の各接続端子と起歪体１１に固定されたリードピン２３
又はフレキシブル・プリント・サーキット（ＦＰＣ）１
の接続端子間は金線２４を使用してサーモ・ソニック法
（熱圧着と超音波法を併用した方法）によってワイヤー
ボンディングを行っている。
の製造工程では、図４に示すようにセンサーチップ１４
の各接続端子と起歪体１１に固定されたリードピン２３
又はフレキシブル・プリント・サーキット（ＦＰＣ）１
の接続端子間は金線２４を使用してサーモ・ソニック法
（熱圧着と超音波法を併用した方法）によってワイヤー
ボンディングを行っている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のワイ
ヤーボンディングにおける密着強度及び接触抵抗を満足
するボンディング条件の設定幅が限られ、条件設定に手
間を要していた。
ヤーボンディングにおける密着強度及び接触抵抗を満足
するボンディング条件の設定幅が限られ、条件設定に手
間を要していた。
【００１３】又、起歪体１１にＦＰＣを組み込む際、ワ
イヤーボンドを適切なものにするためには温度、超音波
出力、荷重の各設定値に対して充分な注意が必要であり
、更に金線２４を使うことによってワイヤーボンドの際
の金線２４の弛みに注意しないと起歪体１１に接触して
しまい、致命的なセンサー不良の原因となってしまう。
イヤーボンドを適切なものにするためには温度、超音波
出力、荷重の各設定値に対して充分な注意が必要であり
、更に金線２４を使うことによってワイヤーボンドの際
の金線２４の弛みに注意しないと起歪体１１に接触して
しまい、致命的なセンサー不良の原因となってしまう。
【００１４】更に、高価な金線２４の使用によりコスト
アップの大きな原因ともなっている。
アップの大きな原因ともなっている。
【００１５】本発明は上述の問題を解決して、製造が容
易で低コストの力覚センサーを提供することを課題とす
る。
易で低コストの力覚センサーを提供することを課題とす
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、拡散型ゲージ抵抗を形成したシリコン単結晶基板
よりなるセンサーチップ１４を起歪体１１上に接合して
なる力覚センサー１０において、外部との電気的接続を
行うために前記センサーチップ１４の接続端子（アルミ
パッド）１４ａと前記起歪体１１に設けられたリードピ
ン２３又はＦＰＣ１の接続端子１ａ間を断面がコ字状又
は湾曲状に成形されたアルミ部材２で接続するものであ
る。
めに、拡散型ゲージ抵抗を形成したシリコン単結晶基板
よりなるセンサーチップ１４を起歪体１１上に接合して
なる力覚センサー１０において、外部との電気的接続を
行うために前記センサーチップ１４の接続端子（アルミ
パッド）１４ａと前記起歪体１１に設けられたリードピ
ン２３又はＦＰＣ１の接続端子１ａ間を断面がコ字状又
は湾曲状に成形されたアルミ部材２で接続するものであ
る。
【００１７】
【実施例】図１は本発明の製造方法で製造した力覚セン
サー１０の断面図であり、ＦＰＣを使用した例である。 この例において、起歪体１１、センサーチップ１４及び
ＦＰＣ１は従来例と同じであるので、説明は省略する。
サー１０の断面図であり、ＦＰＣを使用した例である。 この例において、起歪体１１、センサーチップ１４及び
ＦＰＣ１は従来例と同じであるので、説明は省略する。
【００１８】センサーチップ１４のアルミパッド１４ａ
とＦＰＣ１の接続端子１ａ間の接続には薄いアルミで形
成されているアルミ部材２が使用されている。このアル
ミ部材２の接続部２ａと上記アルミパッド１４ａとの接
続は超音波ボンディングで接続するが、ＦＰＣ１の銅箔
や、銅箔に金メッキを行った接続端子１ａとアルミ部材
２の接続部２ａとの接続はドータイト（商品名）等のよ
うな導電性のある接着剤を用いて接合するものである。
とＦＰＣ１の接続端子１ａ間の接続には薄いアルミで形
成されているアルミ部材２が使用されている。このアル
ミ部材２の接続部２ａと上記アルミパッド１４ａとの接
続は超音波ボンディングで接続するが、ＦＰＣ１の銅箔
や、銅箔に金メッキを行った接続端子１ａとアルミ部材
２の接続部２ａとの接続はドータイト（商品名）等のよ
うな導電性のある接着剤を用いて接合するものである。
【００１９】図１の場合はアルミ部材２としてコ字状の
ものを使用している。この形状はコ字の両端部がそれぞ
れ同一平面上で外側に曲折されて接続部２ａが形成され
ている。
ものを使用している。この形状はコ字の両端部がそれぞ
れ同一平面上で外側に曲折されて接続部２ａが形成され
ている。
【００２０】なお、図示しないが、アルミ部材２の形状
は図１のものと異なり、両端の接続部２ａ以外のコ字状
の部分が湾曲した形状のもの、逆Ｎ字状のものでも差支
えないことは勿論である。
は図１のものと異なり、両端の接続部２ａ以外のコ字状
の部分が湾曲した形状のもの、逆Ｎ字状のものでも差支
えないことは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】上述のように、本発明の製造方法による
と、従来のワイヤーボンド方法のように１５０℃程度も
の高熱を付加する必要がなく、冷却後にセンサーチップ
１４と起歪体１１の熱膨張係数が異なることで起こる内
部応力の発生を防止出来ると共に、金線２４の弛みによ
る不良原因の心配がない。
と、従来のワイヤーボンド方法のように１５０℃程度も
の高熱を付加する必要がなく、冷却後にセンサーチップ
１４と起歪体１１の熱膨張係数が異なることで起こる内
部応力の発生を防止出来ると共に、金線２４の弛みによ
る不良原因の心配がない。
【００２２】又、アルミパッド１４ａとアルミ部材２の
ように同種金属の接合になるので、センサーとして密着
強度の向上、接触抵抗の減少、接触抵抗の安定化等、信
頼性が高まるばかりでなく、高価な金線を使用しなくて
も済むので、大幅なコスト低減を図ることが出来る。
ように同種金属の接合になるので、センサーとして密着
強度の向上、接触抵抗の減少、接触抵抗の安定化等、信
頼性が高まるばかりでなく、高価な金線を使用しなくて
も済むので、大幅なコスト低減を図ることが出来る。
【００２３】更に、従来の金線２４の使用に比べて、ア
ルミ部材２とアルミパッド１４ａやＦＰＣ１の接続端子
１ａの接触面積を増やすことが容易であるので、接触抵
抗が減少し、起歪体１１の加工状態や洗浄状態に左右さ
れることなく、良質の製品を提供することが出来る。
ルミ部材２とアルミパッド１４ａやＦＰＣ１の接続端子
１ａの接触面積を増やすことが容易であるので、接触抵
抗が減少し、起歪体１１の加工状態や洗浄状態に左右さ
れることなく、良質の製品を提供することが出来る。
【図１】本発明の製造方法により製造した力覚センサー
の要部断面図である。
の要部断面図である。
【図２】力覚センサーの斜視図である。
【図３】ワイヤーボンディング前のカバーを取外した状
態の力覚センサーの上面図である。
態の力覚センサーの上面図である。
【図４】従来の製造方法により製造した力覚センサーの
断面図である。
断面図である。
【図５】従来の力覚センサーの要部断面図である。
【図６】Ｘ軸用ブリッジ回路図である。
【図７】Ｙ軸用ブリッジ回路図である。
【図８】Ｚ軸用ブリッジ回路図である。
１ フレキシブル・プリント・サーキット（
ＦＰＣ） １ａ 接続端子 ２ アルミ部材 １０ 力覚センサー １１ 起歪体 １２ ダイアフラム １３ 検出アーム １４ センサーチップ １４ａ アルミパッド
ＦＰＣ） １ａ 接続端子 ２ アルミ部材 １０ 力覚センサー １１ 起歪体 １２ ダイアフラム １３ 検出アーム １４ センサーチップ １４ａ アルミパッド
Claims (1)
- 【請求項１】 拡散型ゲージ抵抗を形成したシリコン
単結晶基板よりなるセンサーチップを起歪体上に接合し
てなる拡散型力覚センサーにおいて、外部との電気的接
続を行うために前記センサーチップのアルミパッドと前
記起歪体に設けられたリードピン又はフレキシブル・プ
リント・サーキットの接続端子間を断面がコ字状又は湾
曲状に形成されたアルミ部材で接続することを特徴とす
る三次元力覚センサーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3017638A JPH04339228A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 三次元力覚センサーの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3017638A JPH04339228A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 三次元力覚センサーの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04339228A true JPH04339228A (ja) | 1992-11-26 |
Family
ID=11949410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3017638A Pending JPH04339228A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 三次元力覚センサーの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04339228A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102353482A (zh) * | 2011-07-07 | 2012-02-15 | 北京航空航天大学 | 一种能够实现六维空间力测量的力矩传感器 |
| CN103743503A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-23 | 浙江大学 | 基于压阻式和电容式组合的柔性三维力触觉传感器 |
-
1991
- 1991-02-08 JP JP3017638A patent/JPH04339228A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102353482A (zh) * | 2011-07-07 | 2012-02-15 | 北京航空航天大学 | 一种能够实现六维空间力测量的力矩传感器 |
| CN103743503A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-23 | 浙江大学 | 基于压阻式和电容式组合的柔性三维力触觉传感器 |
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