JPH0562827B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0562827B2 JPH0562827B2 JP60048837A JP4883785A JPH0562827B2 JP H0562827 B2 JPH0562827 B2 JP H0562827B2 JP 60048837 A JP60048837 A JP 60048837A JP 4883785 A JP4883785 A JP 4883785A JP H0562827 B2 JPH0562827 B2 JP H0562827B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon substrate
- view
- tactile sensor
- sectional
- pedestal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は触覚センサに関し、特に半導体で作ら
れロボツトの手などに使用される触覚センサに関
する。
れロボツトの手などに使用される触覚センサに関
する。
近年、安価で高性能なマイクロコンピユータが
普及し、それらを用いることにより様々な産業分
野で自動化あるいはロボツト化が進められつつあ
る。しかし、現在実用化されているロボツトは、
ある定まつた形、定まつた大きさあるいは定まつ
た重さの物体を持ち上げたり、運んだり、あるい
は加工、組立等の作業を一定のプログラムによつ
てしか行うことができない。
普及し、それらを用いることにより様々な産業分
野で自動化あるいはロボツト化が進められつつあ
る。しかし、現在実用化されているロボツトは、
ある定まつた形、定まつた大きさあるいは定まつ
た重さの物体を持ち上げたり、運んだり、あるい
は加工、組立等の作業を一定のプログラムによつ
てしか行うことができない。
一方、消費者層の多様化により、多品種少量生
産の傾向が強くなり、FMS（Flexible
Manufacturing System）と呼ばれる自動化技術
の開発が叫ばれている。この様な自動化の流れに
於ては人間の感覚器官に代る様々なセンサをロボ
ツトあるいは自動機械に装備し、制御するための
情報をセンサから取入れる必要がある。そのよう
なセンサの中でもロボツトの指あるいは手に装備
され、対象物に直接触れることにより、対象物の
形状を認識したり、あるいはその圧覚から、対象
物の硬さを判断したり、また細かい部品の組立作
業の際の対象物からの力を測定したりするための
触覚センサの必要性が認識されている。
産の傾向が強くなり、FMS（Flexible
Manufacturing System）と呼ばれる自動化技術
の開発が叫ばれている。この様な自動化の流れに
於ては人間の感覚器官に代る様々なセンサをロボ
ツトあるいは自動機械に装備し、制御するための
情報をセンサから取入れる必要がある。そのよう
なセンサの中でもロボツトの指あるいは手に装備
され、対象物に直接触れることにより、対象物の
形状を認識したり、あるいはその圧覚から、対象
物の硬さを判断したり、また細かい部品の組立作
業の際の対象物からの力を測定したりするための
触覚センサの必要性が認識されている。
従来報告されている触覚センサとしては、感圧
導電性ゴムを用いたもの、マイクロスイツチを用
いたもの、あるいはカーボンフアイバを用いたも
の等様々である（自動化技術第14巻第６号37頁〜
42頁及び61頁〜70頁）。これらの触覚センサは大
きすぎたり、あるいは直線性や再現性が悪かつた
り、あるいはオン−オフ情報しか検出できないと
いう欠点がある。また圧覚分布を測定したりする
場合、単一の圧覚センサをアレイ状に並べる必要
があるが、信号処理のための配線が極めて多くな
り、かつロボツトの指や手の可動部にとりつけら
れた場合、信頼性に劣る。
導電性ゴムを用いたもの、マイクロスイツチを用
いたもの、あるいはカーボンフアイバを用いたも
の等様々である（自動化技術第14巻第６号37頁〜
42頁及び61頁〜70頁）。これらの触覚センサは大
きすぎたり、あるいは直線性や再現性が悪かつた
り、あるいはオン−オフ情報しか検出できないと
いう欠点がある。また圧覚分布を測定したりする
場合、単一の圧覚センサをアレイ状に並べる必要
があるが、信号処理のための配線が極めて多くな
り、かつロボツトの指や手の可動部にとりつけら
れた場合、信頼性に劣る。
また、ピエゾ抵抗効果を用いた半導体圧力セン
サのダイヤフラム部を直接あるいは間接的に押す
という方法も考えられる。半導体圧力センサを用
いる方法は、感度や直線性に優れ、かつ信号処理
部も集積化可能なため、優れた方法であるが、ダ
イヤフラムの膜厚を一定に制御することが困難で
あることから、アレイ化した場合にバラつきが大
きくなる。一方、それを避けるために膜厚を厚く
すると感度が非常に悪くなるという欠点がある。
サのダイヤフラム部を直接あるいは間接的に押す
という方法も考えられる。半導体圧力センサを用
いる方法は、感度や直線性に優れ、かつ信号処理
部も集積化可能なため、優れた方法であるが、ダ
イヤフラムの膜厚を一定に制御することが困難で
あることから、アレイ化した場合にバラつきが大
きくなる。一方、それを避けるために膜厚を厚く
すると感度が非常に悪くなるという欠点がある。
また、半導体触覚センサを実装する場合、チツ
プと外部回路を結ぶためのボンデイングワイアを
うまく引出す必要もある。触覚センサの場合、素
子表面に外部の対象物が触れるため、ボンデイン
グワイアを切つてしまつたりするようなことも考
えられる。従つて、そのような事故が起きないよ
うな対策も必要である。
プと外部回路を結ぶためのボンデイングワイアを
うまく引出す必要もある。触覚センサの場合、素
子表面に外部の対象物が触れるため、ボンデイン
グワイアを切つてしまつたりするようなことも考
えられる。従つて、そのような事故が起きないよ
うな対策も必要である。
本発明の目的は以上のような欠点を排した触覚
センサを提供することにある。
センサを提供することにある。
本発明の特徴は、シリコン基板に形成された第
１および第２の貫通孔間のシリコン基板の部分か
ら成る両端支持の梁と、前記梁の両端を支持する
シリコン基板の部分から成る支持部と、前記梁の
前記両端近傍にそれぞれ形成された拡散層抵抗
と、前記梁に形成された拡散層抵抗と共にブリツ
ジ回路を構成する前記支持部の前記両端近傍にそ
れぞれ形成された拡散層抵抗と、前記シリコン基
板の部分から成る梁に形成された第３の貫通孔
と、前記第３の貫通孔上に設置された丸い球とを
含んで半導体圧力センサを構成した触覚センサに
ある。
１および第２の貫通孔間のシリコン基板の部分か
ら成る両端支持の梁と、前記梁の両端を支持する
シリコン基板の部分から成る支持部と、前記梁の
前記両端近傍にそれぞれ形成された拡散層抵抗
と、前記梁に形成された拡散層抵抗と共にブリツ
ジ回路を構成する前記支持部の前記両端近傍にそ
れぞれ形成された拡散層抵抗と、前記シリコン基
板の部分から成る梁に形成された第３の貫通孔
と、前記第３の貫通孔上に設置された丸い球とを
含んで半導体圧力センサを構成した触覚センサに
ある。
次に、本発明の実施例について図面を用いて説
明する。
明する。
第１図ａ〜ｅは本発明の第１の実施例の製造方
法を説明するための平面図及び断面図であつて、
第１図ａは途中工程における触覚センサの平面
図、第１図ｂはそのＡ−A′断面図、第１図ｃは
梁形成後の触覚センサの断面図、第１図ｄは最終
工程後の触覚センサの平面図、第１図ｅはそのＢ
−B′断面図である。
法を説明するための平面図及び断面図であつて、
第１図ａは途中工程における触覚センサの平面
図、第１図ｂはそのＡ−A′断面図、第１図ｃは
梁形成後の触覚センサの断面図、第１図ｄは最終
工程後の触覚センサの平面図、第１図ｅはそのＢ
−B′断面図である。
まず、第１図ａ，ｂに示すように、結晶面１１
０のｎ型シリコン基板１０にホウ素を拡散して幅
10μm、長さ100μmの拡散層抵抗１１，１２，１
３，１４を形成し、ブリツジ回路用の抵抗とす
る。そして、表面を酸化膜１５で覆い、酸化膜１
５を選択除去して間隔をおいた平行な二つの窓１
６，１６′とその間に四角形の窓１７をあける。
窓１６，１６′は幅500μm、長さ1.5mm、窓１７は
一辺が350μmの寸法にする。
０のｎ型シリコン基板１０にホウ素を拡散して幅
10μm、長さ100μmの拡散層抵抗１１，１２，１
３，１４を形成し、ブリツジ回路用の抵抗とす
る。そして、表面を酸化膜１５で覆い、酸化膜１
５を選択除去して間隔をおいた平行な二つの窓１
６，１６′とその間に四角形の窓１７をあける。
窓１６，１６′は幅500μm、長さ1.5mm、窓１７は
一辺が350μmの寸法にする。
次に、第１図ｃに示すように、酸化膜１５をマ
スクにしてシリコン基板１０を90℃のヒドラジン
液でエツチングして底面まで突抜ける貫通孔１
８，１８′及び１９をあける。
スクにしてシリコン基板１０を90℃のヒドラジン
液でエツチングして底面まで突抜ける貫通孔１
８，１８′及び１９をあける。
本実施例においては、（110）面方位のシリコン
基板１０を異方性エツチング液であるヒドラジン
でエツチングしているので、貫通孔１８，１８′，
１９のパターン精度は酸化膜１５のマスク、即ち
窓１６，１６′，１７の精度で決まり、かつ垂直
にエツチング除去される。これにより両端支持の
梁２０が形成される。
基板１０を異方性エツチング液であるヒドラジン
でエツチングしているので、貫通孔１８，１８′，
１９のパターン精度は酸化膜１５のマスク、即ち
窓１６，１６′，１７の精度で決まり、かつ垂直
にエツチング除去される。これにより両端支持の
梁２０が形成される。
次に、第１図ｄ，ｅに示すように、アルミニウ
ム配線２１を形成し、表面を保護酸化膜１５′で
覆う。アルミニウム配線２１は、四つの抵抗１１
〜１４を直列にかつ環状に接続していて、四つの
抵抗はブリツジ回路となつている。そして一組の
対角点を入力端子、他の組の対角点を出力端子と
している。
ム配線２１を形成し、表面を保護酸化膜１５′で
覆う。アルミニウム配線２１は、四つの抵抗１１
〜１４を直列にかつ環状に接続していて、四つの
抵抗はブリツジ回路となつている。そして一組の
対角点を入力端子、他の組の対角点を出力端子と
している。
次に、本発明の最も重要な部分である丸い球を
貫通孔１９に設置する。丸い球として直径0.5mm
のサフアイア球２２を用い、このサフアイア球２
２を貫通孔１９に載せ、ポツテイング法により全
面をシリコンゴム２３で覆う。
貫通孔１９に設置する。丸い球として直径0.5mm
のサフアイア球２２を用い、このサフアイア球２
２を貫通孔１９に載せ、ポツテイング法により全
面をシリコンゴム２３で覆う。
第２図ａ，ｂは第１図ｄ，ｅに示す触覚センサ
を搭載する台座の第１の例の平面図及びＣ−C′断
面図である。
を搭載する台座の第１の例の平面図及びＣ−C′断
面図である。
台座２５は中央に開孔２６を有し、この開孔２
６に第１図ｄ，ｅに示す触覚センサの貫通孔１
８，１８′と梁２０とが位置するように台座の表
面に触覚センサが貼付けられる。
６に第１図ｄ，ｅに示す触覚センサの貫通孔１
８，１８′と梁２０とが位置するように台座の表
面に触覚センサが貼付けられる。
第３図は本第１の実施例の印加荷重と電気的出
力との関係を示す特性図である。
力との関係を示す特性図である。
横軸は梁２０に印加される荷重、縦軸はブリツ
ジの両端における出力電圧を示す。荷重と出力電
圧Ｖとは非常に良好な線型関係にあり、再現性も
良好である。
ジの両端における出力電圧を示す。荷重と出力電
圧Ｖとは非常に良好な線型関係にあり、再現性も
良好である。
第４図ａ，ｂは第１図ｄ，ｅに示す触覚センサ
を搭載する台座の第２の例の平面図及びＤ−
D′断面図である。
を搭載する台座の第２の例の平面図及びＤ−
D′断面図である。
台座４０は凹部４１を有し、この凹部４１に、
第１図ｄ，ｅに示す触覚センサの貫通孔１８，１
８′及び梁２０が位置するように、貼付けられる。
この台座４０は、凹部４１に底面があるから、梁
２０に許容値以上の荷重がかかつても梁２０の中
央部が凹部４１の底に接触して止まるので梁の撓
みは一定量以上にならず梁の破壊を防ぐことがで
きる。
第１図ｄ，ｅに示す触覚センサの貫通孔１８，１
８′及び梁２０が位置するように、貼付けられる。
この台座４０は、凹部４１に底面があるから、梁
２０に許容値以上の荷重がかかつても梁２０の中
央部が凹部４１の底に接触して止まるので梁の撓
みは一定量以上にならず梁の破壊を防ぐことがで
きる。
第５図は本発明の第２の実施例の断面図であ
る。
る。
この実施例は、梁２０の裏面を少しエツチング
してシリコン基板１０の裏面５１よりも梁２０の
裏面５２の方が少し高くなるようにする。この形
状にすると平板の台座が使用でき、また許容値以
上の力が加わつても梁２０が平板の台座に接して
止まるから梁２０の破壊を防ぐことができるとい
う二つの効果が得られる。
してシリコン基板１０の裏面５１よりも梁２０の
裏面５２の方が少し高くなるようにする。この形
状にすると平板の台座が使用でき、また許容値以
上の力が加わつても梁２０が平板の台座に接して
止まるから梁２０の破壊を防ぐことができるとい
う二つの効果が得られる。
上記二つの実施例では、梁の寸法を500μm幅、
1.5mm長とし、この梁の上に幅10μm、長さ100μm
の拡散層抵抗を作製したが、この寸法に限定され
ない。また、突起物としてサフアイア球を用いた
が、材料及び形成方法についてもこれに限定され
ない。
1.5mm長とし、この梁の上に幅10μm、長さ100μm
の拡散層抵抗を作製したが、この寸法に限定され
ない。また、突起物としてサフアイア球を用いた
が、材料及び形成方法についてもこれに限定され
ない。
以上詳細に説明したように、本発明は、梁の中
央部に設けた球に集中荷重するように、かつ球が
基板面よりも高くなる構成にしたので、対象物が
触れてもボンデイング線が切れる事故もなく、従
来と比べて製造工程が非常に簡略化され、しかも
精度が良く、故障の少ない触覚センサを得ること
ができるという効果を有する。
央部に設けた球に集中荷重するように、かつ球が
基板面よりも高くなる構成にしたので、対象物が
触れてもボンデイング線が切れる事故もなく、従
来と比べて製造工程が非常に簡略化され、しかも
精度が良く、故障の少ない触覚センサを得ること
ができるという効果を有する。
第１図ａ〜ｅは本発明の第１の実施例の製造方
法を説明するための平面図及び断面図であつて、
第１図ａは途中工程における触覚センサの平面
図、第１図ｂはそのＡ−A′断面図、第１図ｃは
梁形成後の触覚センサの断面図、第１図ｄは最終
工程後の触覚センサの平面図、第１図ｅはそのＢ
−B′断面図、第２図ａ，ｂは第１図ｃ，ｄに示
す触覚センサを搭載する台座の第１の例の平面図
及び断面図、第３図は第１の実施例の印加荷重と
電気的出力との関係を示す特性図、第４図ａ，ｂ
は第１図ｃ，ｄに示す触覚センサを搭載する台座
の第２の例の平面図及び断面図、第５図は本発明
の第２の実施例の断面図である。 １０……シリコン基板、１１，１２，１３，１
４……拡散層抵抗、１５……酸化膜、１５′……
保護酸化膜、１６，１６′，１７……窓、１８，
１８′，１９……貫通孔，２１……アルミニウム
配線、２２……サフアイア球、２３……シリコン
ゴム、２５……台座、２６……開孔、４０……台
座、４１……凹部、５１……基板の裏面、５２…
…梁の裏面。
法を説明するための平面図及び断面図であつて、
第１図ａは途中工程における触覚センサの平面
図、第１図ｂはそのＡ−A′断面図、第１図ｃは
梁形成後の触覚センサの断面図、第１図ｄは最終
工程後の触覚センサの平面図、第１図ｅはそのＢ
−B′断面図、第２図ａ，ｂは第１図ｃ，ｄに示
す触覚センサを搭載する台座の第１の例の平面図
及び断面図、第３図は第１の実施例の印加荷重と
電気的出力との関係を示す特性図、第４図ａ，ｂ
は第１図ｃ，ｄに示す触覚センサを搭載する台座
の第２の例の平面図及び断面図、第５図は本発明
の第２の実施例の断面図である。 １０……シリコン基板、１１，１２，１３，１
４……拡散層抵抗、１５……酸化膜、１５′……
保護酸化膜、１６，１６′，１７……窓、１８，
１８′，１９……貫通孔，２１……アルミニウム
配線、２２……サフアイア球、２３……シリコン
ゴム、２５……台座、２６……開孔、４０……台
座、４１……凹部、５１……基板の裏面、５２…
…梁の裏面。
Claims (1)
- １ シリコン基板に形成された第１および第２の
貫通孔間のシリコン基板の部分から成る両端支持
の梁と、前記梁の両端を支持するシリコン基板の
部分から成る支持部と、前記梁の前記両端近傍に
それぞれ形成された拡散層抵抗と、前記梁に形成
された拡散層抵抗と共にブリツジ回路を構成する
前記支持部の前記両端近傍にそれぞれ形成された
拡散層抵抗と、前記シリコン基板の部分から成る
梁に形成された第３の貫通孔と、前記第３の貫通
孔上に設置された丸い球とを含んで半導体圧力セ
ンサを構成したことを特徴とする触覚センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60048837A JPS61208273A (ja) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | 触覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60048837A JPS61208273A (ja) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | 触覚センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61208273A JPS61208273A (ja) | 1986-09-16 |
| JPH0562827B2 true JPH0562827B2 (ja) | 1993-09-09 |
Family
ID=12814355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60048837A Granted JPS61208273A (ja) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | 触覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61208273A (ja) |
-
1985
- 1985-03-12 JP JP60048837A patent/JPS61208273A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61208273A (ja) | 1986-09-16 |
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