传感器芯片、应变体以及力传感器装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种传感器芯片，其具有：基板；第一支撑部，其配置于上述基板的四个角；第二支撑部，其配置于上述基板的中央；第一探测用梁，其连结相邻的上述第一支撑部彼此；第二探测用梁，其在各个上述第一探测用梁与上述第二支撑部之间与各个上述第一探测用梁平行地设置；第三探测用梁，其在平行地设置的上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的组中连结上述第一探测用梁和上述第二探测用梁；力点，其配置于各个上述第一探测用梁与各个上述第三探测用梁的交点，且供施加力；以及多个应变检测元件，其配置于上述第一探测用梁、上述第二探测用梁、以及上述第三探测用梁的预定位置，其中，上述基板的作为厚度方向的Z轴方向的位移至少基于上述第三探测用梁的变形探测，与上述Z轴方向正交的X轴方向及Y轴方向的位移基于上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的至少一方的变形探测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传感器芯片、应变体以及力传感器装置
本专利技术涉及传感器芯片、应变体以及力传感器装置。
技术介绍
一直以来，已知有一种力传感器装置，其在由金属构成的应变体粘贴多个应变计，通过将施加外力时的应变转换为电信号来检测多轴的力。然而，该力传感器装置需要通过手动操作逐个粘贴应变计，因此，在精度、生产性方面存在问题，且构造上难以小型化。另一方面，提出有一种力传感器装置，其通过将应变计置换为应变检测用的MEMS的传感器芯片，从而消除贴合精度的问题，而且实现小型化(例如，参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4011345号
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，在上述的力传感器装置中，需要对传感器芯片的来自多个应变元件的输出进行运算(信号处理)而得到六轴输出，无法通过简单的方法得到多轴输出。本专利技术是鉴于上述点而做成的，其目的在于提供一种传感器芯片，其能够通过简单的方法探测多轴的位移并输出。用于解决课题的方案本传感器芯片10基于与施加于力点的力或者位移的朝向相应的配置于预定的梁的多个应变检测元件的输出的变化，对预定的轴向的位移最多进行六轴探测，且具备：基板；第一支撑部11a～11d，其配置于上述基板的四个角；第二支撑部11e，其配置于上述基板的中央；第一探测用梁13a、13d、13g、13j，其连结相邻的上述第一支撑部11a～11d彼此；第二探测用梁13b、13e、13h、13k，其在各个上述第一探测用梁13a、13d、13g、13j与上述第二支撑部11e之间与各个上述第一探测用梁13a、13d、13g、13j平行地设置；第三探测用梁13c、13f、13i、13l，其在平行地设置的上述第一探测用梁13a、13d、13g、13j及上述第二探测用梁13b、13e、13h、13k的组中连结上述第一探测用梁13a、13d、13g、13j和上述第二探测用梁13b、13e、13h、13k；力点14a～14d，其配置于各个上述第一探测用梁13a、13d、13g、13j与各个上述第三探测用梁13c、13f、13i、13l的交点，且供施加力；以及多个应变检测元件MxR1～MxR4、MyR1～MyR4、MzR1～MzR4、FxR1～FxR4、FyR1～FyR4、FzR1～FzR4，其配置于上述第一探测用梁13a、13d、13g、13j、上述第二探测用梁13b、13e、13h、13k、以及上述第三探测用梁13f、13l的预定位置，上述基板的作为厚度方向的Z轴方向的位移至少基于上述第三探测用梁13f、13l的变形探测，与上述Z轴方向正交的X轴方向及Y轴方向的位移基于上述第一探测用梁13a、13d、13g、13j及上述第二探测用梁13b、13e、13h、13k的至少一方的变形探测。此外，上述参照符号是为了容易理解而标注的，仅为一例，并不限定于图示的方式。专利技术效果根据公开的技术，能够提供一种传感器芯片，其能够通过简单的方法对多轴的位移进行探测并输出。附图说明图1是例示第一实施方式的力传感器装置的立体图。图2是例示第一实施方式的力传感器装置的传感器芯片及应变体的立体图。图3A是从Z轴方向上侧观察传感器芯片10的图(之一)。图3B是从Z轴方向上侧观察传感器芯片10的图(之二)。图4A是从Z轴方向下侧观察传感器芯片10的图(之一)。图4B是从Z轴方向下侧观察传感器芯片10的图(之二)。图5是对表示施加于各轴的力及力矩的符号进行说明的图。图6是例示传感器芯片10的压阻元件的配置的图。图7是例示传感器芯片10的电极配置和配线的图。图8是例示传感器芯片10的温度传感器的放大俯视图。图9是例示应变体20的立体图。图10A是例示应变体20的图(之一)。图10B是例示应变体20的图(之二)。图11A是例示力传感器装置1的制造工序的图(之一)。图11B是例示力传感器装置1的制造工序的图(之二)。图12A是例示力传感器装置1的制造工序的图(之三)。图12B是例示力传感器装置1的制造工序的图(之四)。图13A是例示力传感器装置1的制造工序的图(之五)。图13B是例示力传感器装置1的制造工序的图(之六)。图14是关于对应变体施加力及力矩时的变形(应变)的模拟结果(之一)。图15是关于对应变体施加力及力矩时的变形(应变)的模拟结果(之二)。图16A是关于在施加图14及图15的力及力矩时在传感器芯片10产生的应力的模拟结果(之一)。图16B是关于在施加图14及图15的力及力矩时在传感器芯片10产生的应力的模拟结果(之二)。图17A是关于在施加图14及图15的力及力矩时在传感器芯片10产生的应力的模拟结果(之三)。图17B是关于在施加图14及图15的力及力矩时在传感器芯片10产生的应力的模拟结果(之四)。图18A是关于在施加图14及图15的力及力矩时在传感器芯片10产生的应力的模拟结果(之五)。图18B是关于在施加图14及图15的力及力矩时在传感器芯片10产生的应力的模拟结果(之六)。图19是例示第一实施方式的变形例1的力传感器装置的立体图。图20A是例示第一实施方式的变形例1的力传感器装置的图(之一)。图20B是例示第一实施方式的变形例1的力传感器装置的图(之二)。图21A是从Z轴方向上侧观察传感器芯片50的图(之一)。图21B是从Z轴方向上侧观察传感器芯片50的图(之二)。图22是例示传感器芯片50的压阻元件的配置的图。图23A是例示第一实施方式的变形例3的力传感器装置的立体图(之一)。图23B是例示第一实施方式的变形例3的力传感器装置的立体图(之二)。图23C是例示第一实施方式的变形例3的力传感器装置的立体图(之三)。图24A是例示第一实施方式的变形例4的力传感器装置的立体图(之一)。图24B是例示第一实施方式的变形例4的力传感器装置的立体图(之二)。图25A是从Z轴方向上侧观察传感器芯片110的图(之一)。图25B是从Z轴方向上侧观察传感器芯片110的图(之二)。图26A是从Z轴方向下侧观察传感器芯片110的图(之一)。图26B是从Z轴方向下侧观察传感器芯片110的图(之二)。图27是例示传感器芯片110的压阻元件的配置的图。图28A是对传感器芯片110的耐受负荷的改善进行说明的图(之一)。图28B是对传感器芯片110的耐受负荷的改善进行说明的图(之二)。图29是对传感器芯片110的耐受负荷的改善进行说明的图(之三)。图30A是对传感器芯片110的耐受负荷的改善进行说明的图(之四)。图30B是对传感器芯片110的耐受负荷的改善进行说明的图(之五)。图31是对传感器芯片110的耐受负荷的改善进行说明的图(之六)。图32A是对传感器芯片110的灵敏度的提高进行说明的图(之一)。图32B是对传感器芯片110的灵敏度的提高进行说明的图(之二)。图32C是对传感器芯片110的灵敏度的提高进行说明的图(之三)。图33是对传感器芯片110的其它轴特性的改善进行说明的图(之一)。图34A是对传感器芯片110的其它轴特性的改善进行说明的图(之二)。图34B是对传感器芯片110的其它轴特性的改善进行说明的图(之三)。图35A是关于在施加力及力矩时在传感器芯片110产生的应力的模拟结果(之一)。图35B是关于在施加力及力矩时在传感器芯片110产生的应力的模拟结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器芯片，其基于与施加于力点的力或者位移的朝向相应的配置于预定的梁的多个应变检测元件的输出的变化，对预定的轴向的位移最多进行六轴探测，其特征在于，具有：基板；第一支撑部，其配置于上述基板的四个角；第二支撑部，其配置于上述基板的中央；第一探测用梁，其连结相邻的上述第一支撑部彼此；第二探测用梁，其在各个上述第一探测用梁与上述第二支撑部之间与各个上述第一探测用梁平行地设置；第三探测用梁，其在平行地设置的上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的组中连结上述第一探测用梁和上述第二探测用梁；力点，其配置于各个上述第一探测用梁与各个上述第三探测用梁的交点，且供施加力；以及多个应变检测元件，其配置于上述第一探测用梁、上述第二探测用梁、以及上述第三探测用梁的预定位置，上述基板的作为厚度方向的Z轴方向的位移至少基于上述第三探测用梁的变形探测，与上述Z轴方向正交的X轴方向及Y轴方向的位移基于上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的至少一方的变形探测。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.07 JP 2016-199486;2017.04.26 JP 2017-086961.一种传感器芯片，其基于与施加于力点的力或者位移的朝向相应的配置于预定的梁的多个应变检测元件的输出的变化，对预定的轴向的位移最多进行六轴探测，其特征在于，具有：基板；第一支撑部，其配置于上述基板的四个角；第二支撑部，其配置于上述基板的中央；第一探测用梁，其连结相邻的上述第一支撑部彼此；第二探测用梁，其在各个上述第一探测用梁与上述第二支撑部之间与各个上述第一探测用梁平行地设置；第三探测用梁，其在平行地设置的上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的组中连结上述第一探测用梁和上述第二探测用梁；力点，其配置于各个上述第一探测用梁与各个上述第三探测用梁的交点，且供施加力；以及多个应变检测元件，其配置于上述第一探测用梁、上述第二探测用梁、以及上述第三探测用梁的预定位置，上述基板的作为厚度方向的Z轴方向的位移至少基于上述第三探测用梁的变形探测，与上述Z轴方向正交的X轴方向及Y轴方向的位移基于上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的至少一方的变形探测。2.一种传感器芯片，其基于与施加于力点的力或者位移的朝向相对应的配置于预定的梁的多个应变检测元件的输出的变化，对预定的轴向的位移最多进行六轴探测，其特征在于，具有：基板；第一支撑部，其配置于上述基板的四个角；第二支撑部，其配置于上述基板的中央；第一探测用梁，其连结相邻的上述第一支撑部彼此；第二探测用梁，其在各个上述第一探测用梁与上述第二支撑部之间与各个上述第一探测用梁平行地配置；第三探测用梁，其在平行地设置的上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的组中连结上述第一探测用梁和上述第二探测用梁；力点，其配置于各个上述第一探测用梁与各个上述第三探测用梁的交点，且供施加力；以及多个应变检测元件，其配置于上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的预定位置，上述基板的作为厚度方向的Z轴方向的位移基于上述第一探测用梁或者上述第二探测用梁的变形探测，与上述Z轴方向正交的X轴方向及Y轴方向的位移基于上述第一探测用梁的变形探测。3.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，在上述第一探测用梁配置探测上述X轴方向的力矩及上述Y轴方向的力矩的应变检测元件，在上述第二探测用梁配置探测上述X轴方向的力及上述Y轴方向的力的应变检测元件，在上述第三探测用梁配置探测上述Z轴方向的力矩及上述Z轴方向的力的应变检测元件。4.根据权利要求2所述的传感器芯片，其特征在于，在上述第一探测用梁配置探测上述X轴方向的力矩、上述Y轴方向的力矩、上述X轴方向的力、上述Y轴方向的力、以及上述Z轴方向的力矩的应变检测元件，在上述第二探测用梁配置探测上述Z轴方向的力的应变检测元件。5.根据权利要求2所述的传感器芯片，其特征在于，上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的宽度比上述第三探测用梁的宽度窄，上述第一探测用梁及上述第二探测用梁的长度比上述第三探测用梁的长度长。6.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，具有：第一加强用梁，其与上述第一探测用梁平行地设于上述第一探测用梁的外侧，且连结相邻的上述第一支撑部彼此；以及第二加强用梁，其连结上述第一支撑部和上述第二支撑部，上述第二加强用梁与上述第一加强用梁非平行地配置，上述第一加强用梁及上述第二加强用梁比...

【专利技术属性】
技术研发人员：山口真也，
申请(专利权)人：三美电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP