接触力传感器及其制造方法_2

文档序号:9204103阅读:来源:国知局
将从灌注管33搬送的生理盐水等流体向外部送出的未图示的流路。
[0056]接下来,参照图2至图6对接触力传感器5进行详细说明。
[0057]另外,图3为了表示从接触力传感器导出的导线的配线状态,而将图2中的电极4及轴3去除后平面地加以表示。
[0058]接触力传感器5如后述般通过使用半导体加工工艺的MEMS(Micro EtectroMechanical System)技术而由娃半导体材料制作而成。接触力传感器5包括传感器构成体6、及形成于该传感器构成体6的应力电力转换元件7。
[0059]如图4及图5所不,在本实施方式中,传感器构成体6包含第一传感器构成体61及第二传感器构成体62。
[0060]第一传感器构成体61包括底部611、及接触力传递部612。底部611包括环状部611a、及从该环状部611a的内侧的壁朝向中央部延伸的多个、具体来说三个臂部611b。
[0061]而且,在环状部611a的中央部形成着大致圆筒状的接触力传递部612,所述接触力传递部612与所述臂部611b连结,且在与底部611正交的方向上延伸。换句话说,所述多个臂部611b从接触力传递部612的外周壁朝向环状部611a的内侧的壁而沿半径方向且呈放射状形成。
[0062]在第一传感器构成体61的背面侧的底部611上,如图6所示形成着应力电力转换元件7。图6平面地表示第一传感器构成体61的背面侧,为了方便说明,用实线来表示应力电力转换元件7,但实际上,应力电力转换元件7以一体地内置于底部611的方式而形成。
[0063]应力电力转换元件7为具有应变计的功能的压电电阻元件,即,如果被施加应变则因其位移而电阻发生变化,该压电电阻元件(Sl-a、Sl-b)、(S2-a、S2-b)、(S3-a、S3-b)配置于臂部611b的一面侧,具体来说为背面侧且为各臂部611b的中心侧与外周侧。即,压电电阻元件(Sl-a、Sl-b)、(S2-a、S2-b)、(S3-a、S3-b)在各臂部611b各配置一对。在压电电阻元件(Sl-a、Sl-b)、(S2-a、S2_b)、(83_a、S3_b)的两端形成着电极部71,该电极部71与电源侧电连接。
[0064]更详细来说,在底部611的背面侧的中央部形成着环状的内侧配线图案72,在环状部611a上同样地形成着环状的外侧配线图案73。这些配线图案72、配线图案73例如由在镲或者金上镀锡而成的材料形成。
[0065]如果以压电电阻元件(Sl-a、Sl-b)为代表例进行说明,则配置于中心侧的压电电阻元件Sl-a的其中一电极71a配置于内侧配线图案72上,且与该配线图案72连接,另一电极71b配置于臂部611b上,且该电极71b上连接着导线74。
[0066]而且,配置于外周侧的压电电阻元件Sl-b的其中一电极71a配置于臂部611b上,且在该电极71a上连接着导线75,另一电极71b配置于外侧配线图案73上,且与该配线图案73连接。另外,配置于该外周侧的压电电阻元件Sl-b的其中一电极71a为不与压电电阻元件Sl-b电连接的经绝缘的电极,但如后述般在将第一传感器构成体61与第二传感器构成体62结合的情况下,例如,所述压电电阻元件Sl-b经由该电极而与形成于第二传感器构成体62侧的压电电阻元件S4-b连接。
[0067]压电电阻元件(S2_a、S2_b)、(S3_a、S3_b)与所述压电电阻元件(Sl_a、Sl-b)同样地配置并连接。进而,内侧配线图案72及外侧配线图案73上连接着向电源侧导出的导线76、导线77。该导线76例如可与配置于中心侧的压电电阻元件Sl-a的其中一电极71a连接。而且,导线77可与配置于外周侧的压电电阻元件Sl-b的另一电极71b连接。
[0068]以上的导线74、导线75对电极71b、电极71a的连接及导线76、导线77对配线图案72、配线图案73的连接是利用所谓的脉冲加热法焊接接合来进行。该脉冲加热法是利用通过使脉冲电流流过工具(加热器芯片)而产生的焦耳热来进行焊接的方法,通过对要焊接的部位进行局部、瞬间地加热而能够进行接合。因此,可确实地对窄区域连接导线74、导线75、导线76、导线77。
[0069]根据所述压电电阻元件(Sl-a、Sl_b)、(S2_a、S2_b)、(S3_a、S3_b)的配线关系,压电电阻元件(Sl-a、Sl-b)、(S2-a、S2-b)、(S3-a、S3-b)可共同连接于内侧配线图案72及外侧配线图案73,因而可使导线减少而简化配线关系。
[0070]如图5所示,第二传感器构成体62为结合于所述第一传感器构成体61的背面侧的结合构件。第二传感器构成体62包括结合面部621、及圆筒状的外周壁622。
[0071]结合面部621形成为适合于第一传感器构成体61的背面侧的形状的形状,中央部具有环状部621a,从该环状部621a的外周壁朝向圆筒状的外周壁622的内周壁而沿半径方向且呈放射状地形成着多个臂部621b。
[0072]而且,虽省略详细说明,但与第一传感器构成体61同样地,结合面部621上,作为应力电力转换元件7的压电电阻元件(S4-a、S4-b)、(S5-a、S5_b)、(S6_a、S6_b)形成于臂部621b,且形成着环状的内侧配线图案78及外侧配线图案79。此外,这些压电电阻元件(S4-a、S4-b)、(S5-a、S5_b)、(S6_a、S6_b)上与第一传感器构成体61同样地连接着未图示的导线。
[0073]将如此构成的第一传感器构成体61与第二传感器构成体62以第一传感器构成体61的背面侧的底部611与第二传感器构成体62的结合面部621相对且适合的方式加以结合,从而构成传感器构成体6。具体来说,以传感器构成体61与第二传感器构成体62的彼此的臂部611b和臂部621b相对的方式而配置,且配置于底部611的压电电阻元件(Sl-a、Sl-b), (S2-a、S2-b)、(S3-a、S3_b)的各电极71与配置于结合面部621的压电电阻元件(S4-a、S4-b)、(S5-a、S5_b)、(S6_a、S6_b)的各电极 71 彼此焊接而接合。
[0074]如图4所示,在第一传感器构成体61与第二传感器构成体62已结合的状态下,形成于第一传感器构成体61的压电电阻元件(Sl-a、Sl-b)、(S2-a、S2-b)、(S3-a、S3-b)与形成于第二传感器构成体62的压电电阻兀件(S4_a、S4_b)、(S5_a、S5_b)、(S6_a、S6_b)相向。例如,压电电阻元件S1-a与S4-a相向,压电电阻元件S1-b与S4-b相向。
[0075]而且,第一传感器构成体61中的电极71b、电极71a与导线74、导线75的连接部及第二传感器构成体62中的电极71b、电极71a与导线的连接部成为夹在第一传感器构成体61的底部611与第二传感器构成体62的结合面部621之间的状态。因此,可提高电极与导线的连接部的接合强度。
[0076]再次参照图2及图3,对接触力传感器5的向轴3的管腔34内的配设状态进行说明。如图2所示,接触力传感器5安装于轴3的内壁。该安装状态下,前端电极4的凹部41上嵌合并连结着接触力传感器5的接触力传递部612的前端侧一部分。
[0077]加上图3所示,从接触力传感器5中的第一传感器构成体61的底部611与第二传感器构成体62的结合面部621的接缝导出的导线74、导线75插通导线插通管35并且经由控制手柄2而连接于控制器。此外,在轴3的管腔34内配设着供从灌注管33搬送的流体流动的省略图示的流通管。
[0078]然后,参照图7对应力电力转换元件(压电电阻元件)7的连接状态进行说明。通过第一传感器构成体61与第二传感器构成体62的利用焊接而实现的结合,将各压电电阻元件(Sl-a, Sl-b), (S2-a、S2_b)、(S3_a、S3_b)及压电电阻元件(S4_a、S4_b)、(S5_a、S5-b)、(S6-a、S6-b)构成桥式电路而加以连接。
[0079]具体来说,将各一对压电电阻元件Sl-a与SΙ-b、一对压电电阻元件S2_a与S2_b、一对压电电阻兀件S3_a与S3_b、一对压电电阻兀件S4_a与S4_b、一对压电电阻兀件S5_a与S5-b、一对压电电阻元件S6-a与S6-b连接而成的各串联电路相对于电源侧而并联连接。而且,各串联电路的压电电阻元件的连接中间部上连接着输出端子A、输出端子B、输出端子C、输出端子D、输出端子E、输出端子F。伴随着对压电电阻元件施加应变,而将输出电压输出到该输出端子A、输出端子B、输出端子C、输出端子D、输出端子E、输出端子F。
[0080]接下来,参照图8对接触力传感器5的制造工序的概要的一例进行说明。接触力传感器5是利用MEMS技术而由硅半导体材料制作而成。本实施方式中,表示制作第一传感器构成体61及压电电阻元件7的情况。
[0081]首先,制作中使用SOI (silicon on insulator)基板 10 (图 8 (a))。该 SOI 基板10是在硅晶片11上形成绝缘层12的氧化硅膜,进而在该氧化硅膜上叠层硅膜13而成。
[0082]经由光刻(photolithography)工序或蚀刻工序等前工
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