JP6491087B2 - センサ装置 - Google Patents
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Description
検出対象物と直接に接触する接触センシング面を外部に露出する一面に有するとともに、前記接触センシング面の変化に感応してセンサ信号を出力するセンサ構造部と、
一方の面に第1凹状部が形成され、該一方の面の反対側の面に第2凹状部が形成されたた基板と、
前記センサ構造部が出力するセンサ信号を処理する信号処理用集積回路と、
を備え、
前記センサ構造部は、前記基板の第1凹状部内に配置され、
前記信号処理用集積回路は、前記基板の第2凹状部内に配置されている、
ことを特徴とするセンサ装置
である。
この一態様によれば、センサ構造部は、基板の第1凹状部内に配置され、信号処理用集積回路は、基板の第2凹状部内に配置されている。したがって、センサ構造部の側方は、基板の第1凹状部によって守られ、接触センシング面から見て側面側から直接、外力を受けない。また、信号処理用集積回路の側方は、基板の第2凹状部によって守られ、接触センシング面から見て側面側から直接、外力を受けない。これにより、センサ構造部及び信号処理用集積回路の欠損及び故障を低減できる。
この一態様において、前記センサ構造部は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサとして構成されおり、前記接触センシング面に対する力の印加に応じて変位してもよい。これにより、信号処理集積回路と同様に、半導体プロセスで作製できるため、信号処理集積回路と同様に小型かつ一度に大量にセンサ構造部を作製できる。
この一態様において、前記信号処理用集積回路の表面は、前記基板の第2凹状部外側の外縁部表面以下に位置していてもよい。これにより、信号処理集積回路に接触センシング面と同等の力が加わるのを防ぎ、信号処理用集積回路の欠損を防ぐことができる。
この一態様において、前記センサ構造部と前記信号処理用集積回路とは、前記基板の第1及び第2凹状部を介して近接して重ねるように配置されていてもよい。これにより、フットプリントを小さくでき、電気的ノイズを低減できる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態1に係るセンサ装置の概略的構成を示す断面図である。 本発明の実施形態1に係るセンサ装置1は、力を検出するセンサであり、例えば、ロボットのハンドあるいはロボットの体表面全体に複数配置され、バスを介して相互に接続されており、全体として触覚センサシステムを構成するためのものである。
信号処理用集積回路4は、例えば、半田リフロー(樹脂モールド)、ワイヤボンディング(ベアチップ)、フリップチップボンディング(ベアチップ)などを用いて、基板3の第2凹状部32に実装される。なお、信号処理用集積回路4と共に、例えば、複数の回路やRLCなどのパッシブ回路(電源安定化回路、フィルタ回路等)、力センサに関係ないセンサを設置し多機能化し、基板3の第2凹状部32に実装し、これらを保護することができる。
図2は、本発明の実施形態2に係るセンサ装置の概略的構成を示す断面図である。
本発明の実施形態2に係るセンサ装置20において、上記実施形態1の構成に加えて、センサ構造部26は、構造本体部27の裏面に凹状部28が形成され、凹状部28に第1センサ電極25が設けられていてもよい。構造本体部27には、この凹状部28を塞ぐ板状部材29が一体的に設けられている。板状部材29は図示しない立体配線を内部に有する。板状部材29には、凹状部28の第1センサ電極25に対向した状態で所定距離だけ離間して、第2センサ電極33が設けられている。
第1センサ電極25は構造本体部27、接合部5、板状部材29内の立体配線、および、基板3内のビアを介して、信号処理集積回路4に電気的に接続されている。第2センサ電極33は、板状部材29内の立体配線、接合部5、および基板3内のビアを介して信号処理集積回路4に電気的に接続されている。なお、本実施形態2において、上記実施形態1と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
図3は、本発明の実施形態3に係るセンサ装置の概略的構成を示す断面図である。
本発明の実施形態3に係るセンサ装置30において、上記実施形態1の構成に加えて、センサ構造部2は、構造本体部21の力伝達部22及び薄肉部23及び周縁部24を樹脂35で覆い封止してもよい。これにより、構造本体部21の力伝達部22及び薄肉部23が受ける荷重を樹脂35や周縁部24が吸収するため、荷重レンジが向上する。
図4は、本発明の実施形態4に係るセンサ装置の概略的構成を示す断面図である。
本発明の実施形態4に係るセンサ装置40において、固定面に上記実施形態1に係る第1のセンサ装置1のセンサ構造部2側を固定し、その第1のセンサ装置1の信号処理用集積回路4側に上記実施形態1に係る第2のセンサ装置1の信号処理用集積回路4側を固定してもよい。
上記構成により、第2のセンサ装置1のセンサ構造部2に荷重が掛かったときに、第1のセンサ装置1のセンサ構造部2の構造本体部21と、第2のセンサ装置1のセンサ構造部2の構造本体部21とが、略同量だけ撓むこととなる。このため、正常であれば第1及び第2のセンサ装置1は、略同一のセンサ値を出力する。したがって、第1のセンサ装置1のセンサ値と、第2のセンサ装置1のセンサ値とを比較することで、これらセンサ装置1の故障(オープン故障やショート故障など)を検出することができる。
図5は、本発明の実施形態5に係るセンサ装置の概略的構成を示す断面図である。
本発明の実施形態5に係るセンサ装置50において、上記実施形態1の構成に加えて、センサ構造部2の力伝達部22の端面(受力面)に、該力伝達部22の変位量に相当する高さの突起部51を設けてもよい。
図8は、本発明の実施形態6に係るセンサ装置の概略的構成を示す断面図である。
本発明の実施形態6に係るセンサ装置60において、上記実施形態2の構成に加えて、基板3の第1凹状部31とセンサ構造部26の板状部材29とを接合する接合部61が導電性の弾性部材で形成されていてもよい。基板3の第1凹状部31外側の外縁部36表面に対し、センサ構造部26の構造本体部27の接触センシング面(力伝達部22)は、例えば、距離dだけ突出している。
図12は、本発明の実施形態7に係るセンサ装置の概略的構成を示す断面図である。本発明の実施形態7に係るセンサ装置70において、上記実施形態1の構成に加えて、基板71は、第2センサ電極33が配置された電極固定部72と、分離溝73を介して電極固定部72の外側に形成された基板周辺部74と、を有している。
信号処理用集積回路4は、例えば金属を含む多層材料で構成され、その熱膨張係数は、セラミックの基板71およびセンサ構造部2の熱膨張係数と異なる。
図16は、本発明の実施形態8に係るセンサ装置の概略的構成を示す下面図である。本発明の実施形態8に係るセンサ装置80において、基板3の裏面の第2凹状部32外側の外縁部34には、その外縁に沿って均等に実装パッド(外部端子)81が配置されている。実装パッド81は、基板3の裏面上で、例えば、5行で並んで配置されている。各行の少なくとも1つの実装パッド81が、基板3内部の配線に結線されている。同じ行内のその他のパッド81は、フローティング状態、あるいは、結線された実装パッド81と同電位・機能を有している。
Claims (4)
- 検出対象物と直接に接触する接触センシング面を外部に露出する一面に有するとともに、前記接触センシング面の変位に感応してセンサ信号を出力するセンサ構造部と、
一方の面に第1凹状部が形成され、該一方の面の反対側の面に第2凹状部が形成されたた基板と、
前記センサ構造部が出力するセンサ信号を処理する信号処理用集積回路と、
を備え、
前記センサ構造部は、前記基板の第1凹状部内に配置され、
前記信号処理用集積回路は、前記基板の第2凹状部内に配置されており、
前記センサ構造部の裏面に凹状部が形成され、該凹状部に第1センサ電極が設けられ、前記凹状部には該凹状部を塞ぐ板状部材が設けられ、該板状部材には前記凹状部の第1センサ電極に対向した状態で所定距離だけ離間して第2センサ電極が設けられている、
ことを特徴とするセンサ装置。 - 請求項1記載のセンサ装置であって、
前記センサ構造部は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサとして構成されおり、前記接触センシング面に対する力の印加に応じて変位する、ことを特徴とするセンサ装置。 - 請求項2記載のセンサ装置であって、
前記信号処理用集積回路の表面は、前記基板の第2凹状部外側の外縁部表面以下に位置している、ことを特徴とするセンサ装置。 - 請求項2又は3のうちいずれか1項記載のセンサ装置であって、
前記センサ構造部と前記信号処理用集積回路とは、前記基板の第1及び第2凹状部を介して近接して重ねるように配置されている、ことを特徴とするセンサ装置。
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