传感器芯片、应变体以及力传感器装置的制作方法

本发明涉及传感器芯片、应变体以及力传感器装置。

背景技术：

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

技术实现要素：

发明所要解决的课题

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。

本发明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。

发明效果

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(之二)。

图36a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(之三)。

图36b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(之四)。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。各图中，对同一结构部分标注同一符号，有时省略重复的说明。

〈第一实施方式〉

(力传感器装置1的概略结构)

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。参照图1及图2，力传感器装置1具有传感器芯片10、应变体20、以及输入输出基板30。力传感器装置1例如为搭载在用于机床等的机器人的手臂、手指等的多轴力传感器装置。

传感器芯片10以从应变体20不突出的方式粘接于应变体20的上表面侧。另外，在应变体20的上表面及侧面粘接有对传感器芯片10进行信号的输入输出的输入输出基板30的一端侧。传感器芯片10和输入输出基板30的各电极31通过接合线等(未图示)电连接。在输入输出基板30的另一端侧排列有能够与和力传感器装置1连接的控制装置等进行电输入输出的端子(未图示)。

此外，在本实施方式中，为了方便，在力传感器装置1中，将应变体20的设有输入输出基板30的一侧设为上侧或者一方侧，将其相反侧设为下侧或者另一方侧。另外，将各部位的应变体20的设有输入输出基板30的一侧的面设为一方的面或者上表面，将其相反侧的面设为另一方的面或者下表面。需要说明的是，力传感器装置1能够在上下颠倒的状态下使用，或者能够以任意的角度配置。另外，俯视是指从传感器芯片10的上表面的法线方向(z轴方向)观察对象物，平面形状是指从传感器芯片10的上表面的法线方向(z轴方向)观察对象物的形状。

(传感器芯片10)

图3a是从z轴方向上侧观察传感器芯片10的立体图，图3b是从z轴方向上侧观察传感器芯片10的俯视图。图4a是从z轴方向下侧观察传感器芯片10的立体图，图4b是从z轴方向下侧观察传感器芯片10的仰视图。在图4b中，为了方便，用相同的梨地纹样式表示相同高度的面。此外，将与传感器芯片10的上表面的一边平行的方向设为x轴方向，将与该边垂直的方向设为y轴方向，将传感器芯片10的厚度方向(传感器芯片10的上表面的法线方向)设为z轴方向。x轴方向、y轴方向、以及z轴方向相互正交。

图3a、图3b、图4a、以及图4b所示的传感器芯片10是用一个芯片最多能够探测六个轴的mems(microelectromechanicalsystems)传感器芯片，由soi(silicononinsulator)基板等半导体基板形成。传感器芯片10的平面形状例如能够形成为3000μm见方左右的正方形。

传感器芯片10具备柱状的五个支撑部11a～11e。支撑部11a～11e的平面形状例如能够形成为500μm见方左右的正方形。作为第一支撑部的支撑部11a～11d配置于传感器芯片10的四个角。作为第二支撑部的支撑部11e配置于支撑部11a～11d的中央。

支撑部11a～11e例如能够由soi基板的活性层、box层、以及支撑层形成，每一个的厚度例如能够形成为约500μm。

在支撑部11a与支撑部11b之间设有将两端固定于支撑部11a和支撑部11b(连结相邻的支撑部彼此)的用于加强构造的加强用梁12a。在支撑部11b与支撑部11c之间设有将两端固定于支撑部11b和支撑部11c(连结相邻的支撑部彼此)的用于加强构造的加强用梁12b。

在支撑部11c与支撑部11d之间设有将两端固定于支撑部11c和支撑部11d(连结相邻的支撑部彼此)的用于加强构造的加强用梁12c。在支撑部11d与支撑部11a之间设有将两端固定于支撑部11d和支撑部11a(连结相邻的支撑部彼此)的用于加强构造的加强用梁12d。

换言之，作为第一加强用梁的四个加强用梁12a、12b、12c、以及12d形成为框状，形成各加强用梁的交点的角部成为支撑部11b、11c、11d、11a。

支撑部11a的内侧的角部和与之对置的支撑部11e的角部通过用于加强构造的加强用梁12e连结。支撑部11b的内侧的角部和与之对置的支撑部11e的角部通过用于加强构造的加强用梁12f连结。

支撑部11c的内侧的角部和与之对置的支撑部11e的角部通过用于加强构造的加强用梁12g连结。支撑部11d的内侧的角部和与之对置的支撑部11e的角部通过用于加强构造的加强用梁12h连结。作为第二加强用梁的加强用梁12e～12h相对于x轴方向(y轴方向)倾斜配置。也就说，加强用梁12e～12h与加强用梁12a、12b、12c、以及12d非平行地配置。

加强用梁12a～12h例如能够由soi基板的活性层、box层、以及支撑层形成。加强用梁12a～12h的粗细(短边方向的宽度)例如能够形成为140μm左右。加强用梁12a～12h每一个的上表面与支撑部11a～11e的上表面大致齐平。

与之相对，加强用梁12a～12h每一个的下表面比支撑部11a～11e的下表面及力点14a～14d的下表面向上表面侧凹陷几十μm左右。这是为了在将传感器芯片10粘接于应变体20时，使加强用梁12a～12h的下表面不会与应变体20的对置的面接触。

这样，与用于探测应变的探测用梁独立地配置形成得比探测用梁厚的刚性强的加强用梁，从而能够提高传感器芯片10整体的刚性。由此，相对于输入，除了探测用梁以外难以变形，因此，能够得到良好的传感器特性。

在支撑部11a与支撑部11b之间的加强用梁12a的内侧与加强用梁12a隔开预定间隔且平行地设有探测用梁13a，探测用梁13a将两端固定于支撑部11a和支撑部11b(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测应变。

在探测用梁13a与支撑部11e之间与探测用梁13a及支撑部11e隔开预定间隔且与探测用梁13a平行地设有探测用梁13b。探测用梁13b连结加强用梁12e的支撑部11e侧的端部和加强用梁12f的支撑部11e侧的端部。

探测用梁13a的长边方向的大致中央部和与之对置的探测用梁13b的长边方向的大致中央部通过探测用梁13c连结，探测用梁13c配置成与探测用梁13a及探测用梁13b正交，且用于探测应变。

在支撑部11b与支撑部11c之间的加强用梁12b的内侧与加强用梁12b隔开预定间隔且平行地设有探测用梁13d，探测用梁13d将两端固定于支撑部11b和支撑部11c(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测应变。

在探测用梁13d与支撑部11e之间与探测用梁13d及支撑部11e隔开预定间隔且与探测用梁13d平行地设有探测用梁13e。探测用梁13e连结加强用梁12f的支撑部11e侧的端部和加强用梁12g的支撑部11e侧的端部。

探测用梁13d的长边方向的大致中央部和与之对置的探测用梁13e的长边方向的大致中央部通过探测用梁13f连结，探测用梁13f配置成与探测用梁13d及探测用梁13e正交，且用于探测应变。

在支撑部11c与支撑部11d之间的加强用梁12c的内侧与加强用梁12c隔开预定间隔且平行地设有探测用梁13g，探测用梁13g将两端固定于支撑部11c和支撑部11d(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测应变。

在探测用梁13g与支撑部11e之间与探测用梁13g及支撑部11e隔开预定间隔且与探测用梁13g平行地设有探测用梁13h。探测用梁13h连结加强用梁12g的支撑部11e侧的端部和加强用梁12h的支撑部11e侧的端部。

探测用梁13g的长边方向的大致中央部和与之对置的探测用梁13h的长边方向的大致中央部通过探测用梁13i连结，探测用梁13i配置成与探测用梁13g及探测用梁13h正交，且用于探测应变。

在支撑部11d与支撑部11a之间的加强用梁12d的内侧与加强用梁12d隔开预定间隔且平行地设有探测用梁13j，探测用梁13j将两端固定于支撑部11d与支撑部11a(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测应变。

在探测用梁13j与支撑部11e之间与探测用梁13j及支撑部11e隔开预定间隔且与探测用梁13j平行地设有探测用梁13k。探测用梁13k连结加强用梁12h的支撑部11e侧的端部和加强用梁12e的支撑部11e侧的端部。

探测用梁13j的长边方向的大致中央部和与之对置的探测用梁13k的长边方向的大致中央部通过探测用梁13l连结，探测用梁13l配置成与探测用梁13j及探测用梁13k正交，且用于探测应变。

探测用梁13a～13l设于支撑部11a～11e的厚度方向的上端侧，例如，能够由soi基板的活性层形成。探测用梁13a～13l的粗细(短边方向的宽度)例如能够形成为75μm左右。探测用梁13a～13l每一个的上表面与支撑部11a～11e的上表面大致齐平。探测用梁13a～13l每一个的厚度例如能够形成为50μm左右。

在探测用梁13a的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁13a与探测用梁13c的交点)设有力点14a。由探测用梁13a、13b、以及13c和力点14a构成一组探测块。

在探测用梁13d的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁13d与探测用梁13f的交点)设有力点14b。由探测用梁13d、13e、以及13f和力点14b构成一组探测块。

在探测用梁13g的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁13g与探测用梁13i的交点)设有力点14c。由探测用梁13g、13h、以及13i和力点14c构成一组探测块。

在探测用梁13j的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁13j与探测用梁13l的交点)设有力点14d。由探测用梁13j、13k、以及13l和力点14d构成一组探测块。

力点14a～14d是供外力施加的部位，例如能够由soi基板的box层及支撑层形成。力点14a～14d每一个的下表面与支撑部11a～11e的下表面大致齐平。

这样，通过从四个力点14a～14d获取力或者位移，从而对每种类型的力得到不同的梁的变形，因此，能够实现六轴的分离性良好的传感器。

此外，在传感器芯片10中，从抑制应力集中的观点出发，优选形成内角的部分为圆角(r)状。

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。如图5所示，将x轴方向的力设为fx，将y轴方向的力设为fy，将z轴方向的力设为fz。另外，将以x轴为轴旋转的力矩设为mx，将以y轴为轴旋转的力矩设为my，将以z轴为轴旋转的力矩设为mz。

图6是例示传感器芯片10的压阻元件的配置的图。在对应于四个力点14a～14d的各探测块的预定位置配置有压阻元件。

具体地，参照图3a、图3b、以及图6，在对应于力点14a的探测块中，压阻元件mxr3及mxr4配置于将探测用梁13a沿长边方向二等分的线上且相对于将探测用梁13c沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fyr3及fyr4配置于比将探测用梁13b沿长边方向二等分的线靠探测用梁13a侧且相对于将探测用梁13c沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，在对应于力点14b的探测块中，压阻元件myr3及myr4配置于将探测用梁13d沿长边方向二等分的线上且相对于将探测用梁13f沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fxr3及fxr4配置于比将探测用梁13e在长边方向二等分的线靠探测用梁13d侧且相对于将探测用梁13f沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，mzr3及mzr4配置于比将探测用梁13f沿短边方向二等分的线靠探测用梁13e侧且相对于将探测用梁13f沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，fzr3及fzr4配置于将探测用梁13f沿长边方向二等分的线上且相对于将探测用梁13f沿短边方向二等分的线对称的位置。

另外，在对应于力点14c的探测块中，压阻元件mxr1及mxr2配置于将探测用梁13g沿长边方向二等分的线上且相对于将探测用梁13i沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fyr1及fyr2配置于比将探测用梁13h沿长边方向二等分的线靠探测用梁13g侧且相对于将探测用梁13i沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，在对应于力点14d的探测块中，压阻元件myr1及myr2配置于将探测用梁13j沿长边方向二等分的线上且相对于将探测用梁13l沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fxr1及fxr2配置于比将探测用梁13k沿长边方向二等分的线靠探测用梁13j侧且相对于将探测用梁13l沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，mzr1及mzr2配置于比将探测用梁13l沿短边方向二等分的线靠探测用梁13k侧且相对于将探测用梁13l沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，fzr1及fzr2配置于将探测用梁13l沿长边方向二等分的线上且相对于将探测用梁13l沿短边方向二等分的线对称的位置。

在此，压阻元件fxr1～fxr4检测力fx，压阻元件fyr1～fyr4检测力fy，压阻元件fzr1～fzr4检测力fz。另外，压阻元件mxr1～mxr4检测力矩mx，压阻元件myr1～myr4检测力矩my，压阻元件mzr1～mzr4检测力矩mz。

这样，在传感器芯片10中，在各探测块分开配置有多个压阻元件。由此，能够基于与(传递至)施加于力点14a～14d的力或者位移的朝向(轴向)相应的配置于预定的梁的多个压阻元件的输出的变化，对预定的轴向的位移最多地进行六轴探测。

具体地，在传感器芯片10中，z轴方向的位移(mx，my，fz)能够基于预定的探测用梁的变形探测。即，x轴方向及y轴方向的力矩(mx，my)能够基于作为第一探测用梁的探测用梁13a、13d、13g、以及13j的变形探测。另外，z轴方向的力(fz)能够基于作为第三探测用梁的探测用梁13f及13l的变形探测。

另外，在传感器芯片10中，x轴方向及y轴方向的位移(fx，fy，mz)能够基于预定的探测用梁的变形探测。即，x轴方向及y轴方向的力(fx，fy)能够基于作为第二探测用梁的探测用梁13b、13e、13h、以及13k的变形探测。另外，z轴方向的力矩(mz)能够基于作为第三探测用梁的探测用梁13f及13l的变形探测。

通过使各探测用梁的厚度和宽度可变，能够实现检测灵敏度的均匀化、检测灵敏度的提高等的调整。

需要说明的是，还可以减少压阻元件的数量，形成探测五轴以下的预定的轴向的位移的传感器芯片。

图7是例示传感器芯片10的电极配置和配线的图，是从z轴方向上侧观察传感器芯片10的俯视图。如图7所示，传感器芯片10具有用于取得电信号的多个电极15。各电极15配置于在对力点14a～14d施加力时的应变最少的传感器芯片10的支撑部11a～11d的上表面。从各压阻元件到电极15的配线16能够适当地在各加强用梁上及各探测用梁上蔓延。

这样，各加强用梁根据需要也能够用作引出配线时的迂回路，因此，通过与探测用梁独立地配置加强用梁，能够提高配线设计的自由度。由此，能够将各压阻元件配置于更理想的位置。

图8是例示传感器芯片10的温度传感器的放大俯视图。如图7及图8所示，传感器芯片10具备用于对应变检测用使用的压阻元件进行温度校正的温度传感器17。温度传感器17是将四个压阻元件tr1、tr2、tr3、以及tr4桥接的结构。

压阻元件tr1、tr2、tr3、以及tr4中对置的两个与应变检测用使用的压阻元件mxr1等具有相同的特性。另外，压阻元件tr1、tr2、tr3、以及tr4中对置的另外两个通过利用杂质半导体改变杂质浓度而具有与压阻元件mxr1等不同的特性。由此，由于温度变化，桥的平衡被打破，因此，能够进行温度检测。

此外，应变检测用使用的压阻元件(mxr1等)全部与构成传感器芯片10的半导体基板(硅等)的晶体取向水平或者垂直地配置。由此，对于相同的应变，能够得到更大的电阻的变化，能够提高所施加的力及力矩的测定精度。

与之相对，构成温度传感器17的压阻元件tr1、tr2、tr3、以及tr4相对于构成传感器芯片10的半导体基板(硅等)的晶体取向呈45度倾斜地配置。由此，能够降低相对于应力的电阻变化，能够仅高精度地探测温度变化。

另外，温度传感器17配置于对力点14a～14d施加力时的应变最小的传感器芯片10的支撑部11a的上表面。由此，能够进一步降低相对于应力的电阻变化。

此外，压阻元件是本发明的应变检测元件的代表性的一例。

(应变体20)

图9是例示应变体20的立体图。图10a是例示应变体20的俯视图，图10b是沿图10a的a-a线的剖视立体图。在图10a中，为了方便，用相同的梨地纹样式表示相同高度的面。

如图9、图10a、以及图10b所示，在应变体20中，在基座21上的四个角配置有作为第一柱的四根柱22a～22d，连结相邻的柱彼此的作为第一梁的四根梁23a～23d设置成框状。另外，在基座21上的中央配置有作为第二柱的柱22e。柱22e是用于固定传感器芯片10的柱，形成得比柱22a～22d粗且短。此外，传感器芯片10以从柱22a～22d的上表面不突出的方式固定于柱22e上。

应变体20的概略形状例如能够设为长5000μm左右、宽5000μm左右、高7000μm左右的长方体状。柱22a～22d的横截面形状例如能够设为1000μm见方左右的正方形。柱22e的横截面形状例如能够设为2000μm见方左右的正方形。

在梁23a～23d每一个的上表面的长边方向的中央部设有从梁23a～23d的长边方向的中央部向上方突起的突起部，在突起部上设有例如圆柱状的输入部24a～24d。输入部24a～24d是从外部施加力的部分，若向输入部24a～24d施加力，则与之相应地，梁23a～23d及柱22a～22d变形。

此外，柱22e因为与因所施加的力而变形的梁23a～23d、因所施加的力而变形的柱22a～22d分离，所以即使向输入部24a～24d施加力也不会移动(不会因所施加的力而变形)。

这样，通过设置四个输入部24a～24d，与例如一个输入部的构造相比，能够提高梁23a～23d的耐受负荷。

在柱22e的上表面的四个角配置有作为第三柱的四根柱25a～25d，在柱22e的上表面的中央部配置有作为第四柱的柱25e。柱25a～25e形成为相同的高度。

即，柱25a～25e的每一个的上表面位于同一平面上。柱25a～25e每一个的上表面为与传感器芯片10的下表面粘接的接合部。柱25a～25e因为与因所施加的力而变形的梁23a～23d、因所施加的力而变形的柱22a～22d分离，所以，即使向输入部24a～24d施加力也不会移动(不会因所施加的力而变形)。

在梁23a～23d每一个的内侧面的长边方向的中央部设有从梁23a～23d每一个的内侧面向水平方向内侧突出的梁26a～26d。梁26a～26d是将梁23a～23d、柱22a～22d的变形传递至传感器芯片10的第二梁。另外，在梁26a～26d每一个的上表面的前端侧设有从梁26a～26d每一个的上表面的前端侧向上方突起的突起部27a～27d。

突起部27a～27d形成为相同的高度。即，突起部27a～27d每一个的上表面位于同一平面上。突起部27a～27d每一个的上表面是与传感器芯片10的下表面粘接的接合部。梁26a～26d及突起部27a～27d因为与成为可动部的梁23a～23d连结，所以，若向输入部24a～24d施加力，则与之相应地发生变形。

此外，在未对输入部24a～24d施加力的状态下，柱25a～25e每一个的上表面和突起部27a～27d每一个的上表面位于同一平面上。

在应变体20中，从确保刚性且高精度地制作的观点出发，基座21、柱22a～22e、梁23a～23d、输入部24a～24d、柱25a～25e、梁26a～26d、以及突起部27a～27d各部位优选形成为一体。作为应变体20的材料，例如，能够使用sus(不锈钢)等硬质的金属材料。其中，尤其优选使用硬质且机械强度高的sus630。

这样，与传感器芯片10同样地，将应变体20也设为具备柱和梁的结构，从而根据施加的力，在六轴分别表现不同的变形，因此，能够将六轴的分离性良好的变形传递至传感器芯片10。

即，将施加于应变体20的输入部24a～24d的力经由柱22a～22d、梁23a～23d、以及梁26a～26d传递至传感器芯片10，由传感器芯片10探测位移。于是，在传感器芯片10中，能够从每个轴各形成有一个的桥电路得到各轴的输出。

此外，在应变体20中，从抑制应力集中的观点出发，优选形成内角的部分为圆角(r)状。

(力传感器装置1的制造工序)

图11a～图13b是例示力传感器装置1的制造工序的图。首先，如图11a所示，制作应变体20。应变体20例如能够通过成形、切削、线放电等一体地形成。作为应变体20的材料，例如能够使用sus(不锈钢)等硬质的金属材料。其中，尤其优选使用硬质且机械强度较高的sus630。在通过成形来制作应变体20的情况下，例如，通过将金属粒子和成为粘合剂的树脂放入金属模具来成形，然后，通过烧结使树脂蒸发，从而能够制作由金属构成的应变体20。

接着，在图11b所示的工序中，在柱25a～25e的上表面及突起部27a～27d的上表面涂布粘接剂41。作为粘接剂41，例如，能够使用环氧系的粘接剂等。从对于从外部施加的力的耐力的方面考虑，粘接剂41优选为杨氏模量1gpa以上且厚度20μm以下。

接着，在图12a所示的工序中，制作传感器芯片10。传感器芯片10例如能够通过如下公知的方法制作：准备soi基板并对准备的基板实施蚀刻加工(例如，反应性离子蚀刻等)等。另外，例如，利用溅射法等在基板的表面形成铜等的金属膜，然后通过光刻法将金属膜图案化，由此能够制作电极、配线。

接着，在图12b所示的工序中，以使传感器芯片10的下表面与涂布于柱25a～25e的上表面及突起部27a～27d的上表面的粘接剂41接触的方式，将传感器芯片10向应变体20内一边加压一边配置。然后，将粘接剂41加热至预定温度而使其固化。由此，传感器芯片10固定于应变体20内。具体地，传感器芯片10的支撑部11a～11d分别固定于柱25a～25e上，支撑部11e固定于柱25e上，力点14a～14d分别固定于突起部27a～27d上。

接着，在图13a所示的工序中，在柱22a～22d的上表面涂布粘接剂42。作为粘接剂42，例如，能够使用环氧系的粘接剂等。此外，粘接剂42用于将输入输出基板30固定于应变体20上，由于不会从外部施加力，因此，能够使用通用的粘接剂。

接着，在图13b所示的工序中，准备输入输出基板30，以输入输出基板30的下表面与涂布于柱22a～22d的上表面的粘接剂42接触的方式将输入输出基板30配置于应变体20上。然后，一边将输入输出基板30向应变体20侧加压一边将粘接剂42加热至预定温度而使其固化。由此，输入输出基板30固定于应变体20。

此外，输入输出基板30以使传感器芯片10及输入部24a～24d露出的方式固定于应变体20。输入输出基板30的各电极31优选配置于对输入部24a～24d施加力时的应变最小的应变体20的柱22a～22d上。

然后，将输入输出基板30的从应变体20沿水平方向伸出的部分(除了输入端子侧)向应变体20的侧面侧折弯。然后，通过接合线等(未图示)电连接输入输出基板30和传感器芯片10的对应的部分。由此，完成图1所示的力传感器装置1。

这样，力传感器装置1能够仅通过传感器芯片10、应变体20、以及输入输出基板30这三个构件制作，因此，组装容易，且对位部位也被最少化，因此，能够抑制因安装而导致的精度的劣化。

另外，在应变体20中，与传感器芯片10的连接部位(柱25a～25e的上表面、及突起部27a～27d的上表面)全部位于同一平面，因此，传感器芯片10相对于应变体20的对位一次即可，容易将传感器芯片10安装于应变体20。

(应力的模拟)

图14及图15是关于对应变体20施加力及力矩时的变形(应变)的模拟结果。力及力矩从应变体20的输入部24a～24d(参照图9等)施加。另外，图16a～图18b是关于施加图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。在图16a～图18b中，用“+”表示拉伸的垂直应力，用“-”表示压缩的垂直应力。

沿x轴在从x1向x2的方向上施加力fx的情况下，应变体20如图14所示地变形，在传感器芯片10产生图16a那样的应力。具体地，由于施加力fx，探测用梁13k及13e在力fx的方向上歪斜。

在此，压阻元件fxr1及fxr2位于比探测用梁13k的长边方向的中心靠x1侧，因此，产生拉伸的垂直应力，电阻值增加。另一方面，压阻元件fxr3及fxr4位于比探测用梁13e的长边方向的中心靠x2侧，因此，产生压缩的垂直应力，电阻值减少。由此，压阻元件fxr1～fxr4的平衡被打破，因此，从图16a所示的桥电路输出电压，能够检测力fx。

此外，探测用梁13d及13j也在力fx的方向上歪斜，但在压阻元件myr1及myr2、以及压阻元件myr3及myr4的位置，几乎不产生应力，或者产生同方向的应力。因此，可维持桥的平衡，从图18a所示的力矩my的桥电路不输出电压。

沿y轴在从y1向y2的方向上施加力fy的情况下，在传感器芯片10产生图16b那样的应力。具体地，由于施加力fy，探测用梁13b及13h在力fy的方向上歪斜。

在此，压阻元件fyr3及fyr4位于比探测用梁13b的长边方向的中心靠y1侧，因此，产生拉伸的垂直应力，电阻值增加。另一方面，压阻元件fyr1及fyr2位于比探测用梁13h的长边方向的中心靠y2侧，因此，产生压缩的垂直应力，电阻值减少。由此，压阻元件fyr1～fyr4的平衡被打破，因此，从图16b所示的桥电路输出电压，能够检测力fy。

此外，由于与力矩my同样的理由，从图17b所示的力矩mx的桥电路不输出电压。

沿z轴在从z2向z1的方向上施加力fz的情况下，应变体20如图14所示地变形，在传感器芯片10产生图17a那样的应力。具体地，由于施加力fz，探测用梁13a、13b、13g、13h、13d、13e、13j、13k、13c、13f、13l、以及13i在力fz的方向上歪斜。

在此，在压阻元件fzr1及fzr4产生拉伸的垂直应力，电阻值增加。另外，在压阻元件fzr2及fzr3产生压缩的垂直应力，电阻值减少。由此，压阻元件fzr1～fzr4的平衡被打破，因此，通过图17a所示的桥电路，能够检测力fz。

此外，由于与上述同样的理由，从图16a所示的力fx的桥电路、图16b所示的力fy的桥电路、图17b所示的力矩mx的桥电路、以及图18a所示的力矩my的桥电路、图18b所示的力矩mz的桥电路不输出电压。

将x轴作为旋转轴，在y2-z2-y1的方向上施加力矩mx的情况下，在传感器芯片10产生如图17b那样的应力。具体地，由于施加力矩mx，探测用梁13g及13a在力矩mx的方向上歪斜。因此，在压阻元件mxr1及mxr2产生拉伸的垂直应力，电阻值增加。另外，在压阻元件mxr3及mxr4产生压缩的垂直应力，电阻值减少。由此，压阻元件mxr1～mxr4的平衡被打破，因此，通过图17b所示的桥电路，能够检测力矩mx。

此外，由于与上述同样的理由，从图16b所示的力fy的桥电路不输出电压。

将y轴作为旋转轴，在x1-z2-x2的方向上施加力矩my的情况下，应变体20如图15所示地变形，在传感器芯片10产生图18a那样的应力。具体地，由于施加力矩my，探测用梁13j及13d在力矩my的方向上歪斜。

在此，在压阻元件myr1及myr2产生拉伸的垂直应力，电阻值增加。另外，在压阻元件myr3及myr4产生压缩的垂直应力，电阻值减少。由此，压阻元件myr1～myr4的平衡被打破，因此，通过图18a所示的桥电路，能够探测力矩my。

此外，由于与上述同样的理由，从图16a所示的力fx的桥电路不输出电压。

将z轴作为旋转轴，在x2-y2-x1的方向上施加力矩mz的情况下，应变体20如图15所示地变形，在传感器芯片10产生如图18b那样的应力。具体地，通过施加力矩mz，探测用梁13a、13b、13g、13h、13d、13e、13j、13k、13c、13f、13l、以及13i在力矩mz的方向上歪斜。

在此，在压阻元件mzr1及mzr4产生拉伸的垂直应力，电阻值增加。另外，在压阻元件mzr2及mzr3产生压缩的垂直应力，电阻值减少。由此，压阻元件mzr1～mzr4的平衡被打破，因此，通过图18b所示的桥电路，能够检测力矩mz。

此外，由于与上述同样的理由，从图16a所示的力fx的桥电路、图16b所示的力fy的桥电路、图17b所示的力矩mx的桥电路、图18a所示的力矩my的桥电路不输出电压。

这样，在传感器芯片10中，若在力点输入位移(力或者力矩)，则在预定的探测用梁产生与输入相应的弯曲及扭曲的应力。由于所产生的应力，配置于探测用梁的预定位置的压阻元件的电阻值变化，能够从电极15得到来自形成于传感器芯片10的各桥电路的输出电压。进一步地，能够经由输入输出基板30在外部得到电极15的输出电压。

另外，在传感器芯片10中，每一个轴形成有一个桥电路，因此，能够在不合成输出的情况下得到各轴的输出。由此，能够通过不需要复杂的计算、信号处理的简单的方法来探测多轴的位移并输出。

另外，将压阻元件根据输入的种类分到不同的探测用梁而配置。由此，能够通过改变相应的探测用梁的刚性(厚度、宽度)，独立地调整任意的轴的灵敏度。

此外，本说明书中的“平行”、“垂直”、“正交”、“同一平面”等措辞并非仅是严格意义上的“平行”、“垂直”、“正交”、“同一平面”等，也包括实质上“平行”、“垂直”、“正交”、“同一平面”等的情况。即，在可得到本实施方式的作用及效果的范围内，也包括存在偏差的方式。

〈第一实施方式的变形例1〉

在第一实施方式的变形例1中，表示具备受力板的力传感器装置的例。此外，在第一实施方式的变形例1中，有时省略关于与已经说明的实施方式相同的构成部的说明。

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的力传感器装置的俯视图，图20b是沿图20a的b-b线的剖视图。参照图19、图20a、以及图20b，力传感器装置1a与力传感器装置1的不同点在于，在应变体20的输入部24a～24d上设有受力板40。

在受力板40的下表面侧设有四个凹部40x。另外，在受力板40的上表面侧的与各个凹部40x在俯视下大致重叠的位置设有四个凹部40y。四个凹部40x以分别覆盖应变体20的输入部24a～24d的方式配置，各个凹部40x的底面与输入部24a～24d的上表面接触。

通过这样的结构，能够对受力板40和应变体20进行定位。另外，凹部40y能给用于将力传感器装置1a安装于机器人等时的定位。

作为受力板40的材料，例如能够使用sus(不锈钢)630等。受力板40例如能够通过焊接、粘接、螺纹紧固等固定于应变体20。

这样，通过设置受力板40，能够从外部经由受力板40向应变体20的输入部24a～24d输入力。

〈第一实施方式的变形例2〉

在第一实施方式的变形例2中，表示与第一实施方式不同的传感器芯片的例。此外，在第一实施方式的变形例2中，有时省略关于与已经说明的实施方式相同的构成部的说明。

图21a是从z轴方向上侧观察传感器芯片50的俯视图，图21b是从z轴方向下侧观察传感器芯片50的仰视图。在图21b中，为了方便，用相同的梨地纹样式表示相同高度的面。

与传感器芯片10相同，图21a及图21b所示的传感器芯片50是能够用一个芯片最多探测六轴的mems传感器芯片，能够由soi基板等制作。传感器芯片50的平面形状例如能够形成为3000μm见方左右的正方形。在力传感器装置1中，能够使用传感器芯片50来代替传感器芯片10。

传感器芯片50具备柱状的五个支撑部51a～51e。支撑部51a～51e的平面形状例如能够形成为500μm见方左右的正方形。作为第一支撑部的支撑部51a～51d配置于传感器芯片50的四个角。作为第二支撑部的支撑部51e配置于支撑部51a～51d的中央。

支撑部51a～51e例如能够由soi基板的活性层、box层、以及支撑层形成，每一个的厚度例如能够形成为500μm左右。

在支撑部51a与支撑部51b之间设有加强用梁52a，加强用梁52a将两端固定于支撑部51a和支撑部51b(连结相邻的支撑部彼此)，且用于加强构造。在支撑部51b与支撑部51c之间设有加强用梁52b，加强用梁52b将两端固定于支撑部51b和支撑部51c(连结相邻的支撑部彼此)，且用于加强构造。

在支撑部51c与支撑部51d之间设有加强用梁52c，加强用梁52c将两端固定于支撑部51c和支撑部51d(连结相邻的支撑部彼此)，且用于加强构造。在支撑部51d与支撑部51a之间设有加强用梁52d，加强用梁52d将两端固定于支撑部51d和支撑部51a(连结相邻的支撑部彼此)，且用于加强构造。

换言之，作为第一加强用梁的四个加强用梁52a、52b、52c、以及52d形成为框状，形成各加强用梁的交点的角部成为支撑部51b、51c、51d、51a。

加强用梁52a～52d例如能够由soi基板的活性层、box层、以及支撑层形成。加强用梁52a～52d的粗细(短边方向的宽度)例如能够形成为30μm左右。加强用梁52a～52d每一个的上表面与支撑部51a～51e的上表面大致齐平。

与之相对，加强用梁52a～52d的每一个的下表面比支撑部51a～51e的下表面及力点54a～54d的下表面向上表面侧凹陷几十μm左右。这是为了在将传感器芯片50粘接于应变体20时，使加强用梁52a～52d的下表面与应变体20的对置的面不接触。

这样，与用于探测应变的探测用梁相独立地配置形成得比探测用梁厚的刚性强的加强用梁，从而能够提高传感器芯片50整体的刚性。由此，相对于输入，除了探测用梁以外难以变形，因此，能够得到良好的传感器特性。

在支撑部51a与支撑部51b之间的加强用梁52a的内侧与加强用梁52a隔开预定间隔且平行地设有探测用梁53a，探测用梁53a将两端固定于支撑部51a和支撑部51b(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测应变。

在探测用梁53a与支撑部51e之间与探测用梁53a及支撑部51e隔开预定间隔地设有长边方向与探测用梁53a平行的框状的探测用梁53b。探测用梁53b保持于探测用梁53c的长边方向的大致中央部，该探测用梁53c将探测用梁53a的长边方向的大致中央部和与之对置的支撑部51e的一条边的大致中央部之间连结，且在相对于探测用梁53a的长边方向大致垂直的方向上延伸。

在支撑部51b与支撑部51c之间的加强用梁52b的内侧与加强用梁52b隔开预定间隔且平行地设有探测用梁53d，探测用梁53d将两端固定于支撑部51b和支撑部51c(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测应变。

在探测用梁53d与支撑部51e之间与探测用梁53d及支撑部51e隔开预定间隔地设有长边方向与探测用梁53d平行的框状的探测用梁53e。探测用梁53e保持于探测用梁53f的长边方向的大致中央部，该探测用梁53f将探测用梁53d的长边方向的大致中央部和与之对置的支撑部51e的一条边的大致中央部之间连结，且在相对于探测用梁53d的长边方向大致垂直的方向上延伸。

在支撑部51c与支撑部51d之间的加强用梁52c的内侧与加强用梁52c隔开预定间隔且平行地设有探测用梁53g，探测用梁53g将两端固定于支撑部51c和支撑部51d(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测应变。

在探测用梁53g与支撑部51e之间与探测用梁53g及支撑部51e隔开预定间隔地设有长边方向与探测用梁53g平行的框状的探测用梁53h。探测用梁53h保持于探测用梁53i的长边方向的大致中央部，该探测用梁53i将探测用梁53g的长边方向的大致中央部和与之对置的支撑部51e的一条边的大致中央部之间连结，且在相对于探测用梁53g的长边方向大致垂直的方向上延伸。

在支撑部51d与支撑部51a之间的加强用梁52d的内侧与加强用梁52d隔开预定间隔且平行地设有探测用梁53j，探测用梁53j将两端固定于支撑部51d和支撑部51a(连结相邻的支撑部彼此)，且用于探测应变。

在探测用梁53j与支撑部51e之间与探测用梁53j及支撑部51e隔开预定间隔地设有长边方向与探测用梁53j平行的框状的探测用梁53k。探测用梁53k保持于探测用梁53l的长边方向的大致中央部，该探测用梁53l将探测用梁53j的长边方向的大致中央部和与之对置的支撑部51e的一条边的大致中央部之间连结，且在相对于探测用梁53j的长边方向大致垂直的方向上延伸。

探测用梁53a～53l设于支撑部51a～51e的厚度方向的上端侧，例如能够由soi基板的活性层形成。探测用梁53a～53l的粗细(短边方向的宽度)例如能够形成为150μm左右。探测用梁53a～53l每一个的上表面与支撑部51a～51e的上表面大致齐平。探测用梁53a～53l每一个的厚度例如能够形成为50μm左右。

在探测用梁53a的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁53a与探测用梁53c的交点)设有力点54a。由探测用梁53a、53b、及53c和力点54a构成一组探测块。

在探测用梁53d的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁53d与探测用梁53f的交点)设有力点54b。由探测用梁53d、53e、及53f和力点54b构成一组探测块。

在探测用梁53g的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁53g与探测用梁53i的交点)设有力点54c。由探测用梁53g、53h、及53i和力点54c构成一组探测块。

在探测用梁53j的长边方向的中央部的下表面侧(探测用梁53j与探测用梁53l的交点)设有力点54d。由探测用梁53j、53k、及53l和力点54d构成一组探测块。

力点54a～54d是供施加外力的部位，例如能够由soi基板的box层以及支撑层形成。力点54a～54d每一个的下表面与支撑部51a～51e的下表面大致齐平。

这样，通过从四个力点54a～54d获取力，从而对每种类型的力可得到不同的梁的变形，因此，能够实现六轴的分离性良好的传感器。

图22是例示传感器芯片50的压阻元件的配置的图。在对应于四个力点54a～54d的各探测块的预定位置配置有压阻元件。

具体地，参照图21a、图21b、以及图22，在对应于力点54a的探测块中，压阻元件mxr3及mxr4配置于将探测用梁53a沿长边方向二等分的线上且相对于将探测用梁53c沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fyr3及fyr4配置于比框状的探测用梁53b的开口部靠探测用梁53a侧且相对于将探测用梁53c沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，在对应于力点54b的探测块中，压阻元件myr3及myr4配置于将探测用梁53d沿长边方向二等分的线上且相对于将探测用梁53f沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fxr3及fxr4配置于比框状的探测用梁53e的开口部靠探测用梁53d侧且相对于将探测用梁53f沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，mzr3及mzr4配置于比探测用梁53e靠支撑部51e侧且相对于将探测用梁53f沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，fzr3及fzr4配置于将探测用梁53f沿长边方向二等分的线上且相对于将框状的探测用梁53e的开口部沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，在对应于力点54c的探测块中，压阻元件mxr1及mxr2配置于将探测用梁53g沿长边方向二等分的线上且相对于将探测用梁53i沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fyr1及fyr2配置于比框状的探测用梁53h的开口部靠探测用梁53g侧且相对于将探测用梁53i沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，在对应于力点54d的探测块中，压阻元件myr1及myr2配置于将探测用梁53j沿长边方向二等分的线上且相对于将探测用梁53l沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fxr1及fxr2配置于比框状的探测用梁13k的开口部靠探测用梁53j侧且相对于将探测用梁53l沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，mzr1及mzr2配置于比探测用梁53k靠支撑部51e侧且相对于将探测用梁53l沿长边方向二等分的线对称的位置。另外，fzr1及fzr2配置于将探测用梁53l沿长边方向二等分的线上且相对于将框状的探测用梁53k的开口部沿长边方向二等分的线对称的位置。

这样，在传感器芯片50中，与传感器芯片10同样地，对各探测块分开配置多个压阻元件。由此，与传感器芯片10同样地，能够基于与施加于(传递至)力点54a～54d的力的朝向(轴向)相应的配置于预定的梁的多个压阻元件的输出的变化，对预定的轴向的位移最多进行六轴探测。

〈第一实施方式的变形例3〉

在第一实施方式的变形例3中，表示不使用应变体的力传感器装置的例。此外，在第一实施方式的变形例3中，有时省略关于与已经说明的实施方式相同的构成部的说明。

图23a～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。参照图23a～图23c，力传感器装置1b具有传感器芯片10、受力板60、以及封装体70。在传感器芯片10上接合有受力板60，传感器芯片10保持于封装体70内。受力板60例如能够由玻璃形成。封装体70例如能够由陶瓷形成。

受力板60具有大致圆形状的主体61和设于主体61的下表面侧的四个突起部61a、61b、61c、及61d。突起部61a与探测用梁13a的上表面的对应于力点14a的区域接触。突起部61b与探测用梁13j的上表面的对应于力点14d的区域接触。突起部61c与探测用梁13g的上表面的对应于力点14c的区域接触。突起部61d与探测用梁13d的上表面的对应于力点14b的区域接触。

在力传感器装置1b中，通过设置为图23a～图23c那样的结构，能够在不使用应变体的情况下经由受力板60向传感器芯片10施加外力。

此外，力传感器装置1b可以采用在完成传感器芯片10后接合受力板60的制造工艺，也可以采用以下的制造工艺。即，对形成了传感器芯片10的切割前的传感器芯片晶圆阳极接合成为受力板60的玻璃晶圆(尺寸与传感器芯片晶圆相同)。然后，通过同时切割进行了阳极接合的传感器芯片晶圆和玻璃晶圆，能够同时形成传感器芯片10和受力板60。

〈第一实施方式的变形例4〉

在第一实施方式的变形例4中，表示不使用应变体的力传感器装置的另一例。此外，在第一实施方式的变形例4中，有时省略关于与已经说明的实施方式相同的构成部的说明。

图24a及图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。参照图24a及图24b，力传感器装置1c具有传感器芯片10和柱构造部80。传感器芯片10粘接于柱构造部80上。柱构造部80例如能够由硅、玻璃、金属等形成。

柱构造部80具有基座81和在基座81上大致等间隔地配置的九根柱82a～82i。柱82a、82c、82e、及82g配置于基座81的四个角。柱82i配置于基座81的中央。柱82b配置于柱82a与柱82c之间。柱82d配置于柱82c与柱82e之间。柱82f配置于柱82e与柱82g之间。柱82h配置于柱82g与柱82a之间。

在力传感器装置1c中，通过设为图24a及图24b那样的结构，能够在不使用应变体的情况下向传感器芯片10直接施加外力。此外，与力传感器装置1b同样地，也可以在传感器芯片10上设置受力板60。

此外，力传感器装置1c可以采用在完成传感器芯片10后接合柱构造部80的制造工艺，也可以采用以下制造工艺。即，对形成了传感器芯片10的切割前的传感器芯片晶圆阳极接合成为柱构造部80的玻璃晶圆或者硅晶圆(尺寸与传感器芯片晶圆相同)。然后，通过同时切割进行了阳极接合的传感器芯片晶圆和玻璃晶圆或者硅晶圆，能够同时形成传感器芯片10和柱构造部80。

另外，力传感器装置也可以构成为具备图23a～图23c所示的受力板60和图24a及图24b所示的柱构造部80双方。在该情况下，例如，在形成了传感器芯片10的传感器芯片晶圆的一方的面侧阳极接合成为受力板60的玻璃晶圆，在另一方的面侧阳极接合成为柱构造部80的玻璃晶圆或者硅晶圆。然后，在阳极接合后，在用成为受力板60、柱构造部80的玻璃晶圆或者硅晶圆夹着传感器芯片晶圆的状态下进行切割，从而，能够同时形成受力板60、传感器芯片10、柱构造部80。

〈第一实施方式的变形例5〉

在第一实施方式的变形例5中，表示与第一实施方式不同的传感器芯片的另一例。此外，在第一实施方式的变形例5中，有时省略关于与已经说明的实施方式相同的构成部的说明。

图25a是从z轴方向上侧观察传感器芯片110的立体图，图25b是从z轴方向上侧观察传感器芯片110的俯视图。图26a是从z轴方向下侧观察传感器芯片110的立体图，图26b是从z轴方向下侧观察传感器芯片110的仰视图。在图26b中，为了方便，用相同的梨地纹样式表示相同高度的面。

与传感器芯片10同样地，图25a、图25b、图26a、以及图26b所示的传感器芯片110是能够用一个芯片最多探测六个轴的mems传感器芯片，由soi基板等半导体基板形成。传感器芯片110的平面形状例如能够形成为3000μm见方左右的正方形。

传感器芯片110的基本的梁构造与传感器芯片10相同。传感器芯片110的支撑部111a～111e相当于传感器芯片10的支撑部11a～11e。

同样地，传感器芯片110的加强用梁112a～112h相当于传感器芯片10的加强用梁12a～12h。同样地，传感器芯片110的探测用梁113a～113l相当于传感器芯片10的探测用梁13a～13l。同样地，传感器芯片110的力点114a～114d相当于传感器芯片10的力点14a～14d。

在传感器芯片110中，第一探测用梁(探测用梁113a、113d、113g、及113j)、以及第二探测用梁(探测用梁113b、113e、113h、及113k)的宽度比第三探测用梁(探测用梁113c、113f、113i、及113l)的宽度窄。

另外，第一探测用梁(探测用梁113a、113d、113g、及113j)、以及第二探测用梁(探测用梁113b、113e、113h、及113k)的长度比第三探测用梁(探测用梁113c、113f、113i、及113l)的长度长。

另外，若将图25a及图25b与图3a及图3b比较，则可知，在传感器芯片110和传感器芯片10中，探测用梁的宽度、长度不同。例如，相较于探测用梁13a，探测用梁113a的宽度更窄(约0.67倍)，长度更长(约1.36倍)。同样地，相较于探测用梁13d、13g、及13j，探测用梁113d、113g、及113j的宽度更窄(约0.67倍)，长度更长(约1.36倍)。

另外，相较于探测用梁13b，探测用梁113b的最细部的宽度更窄(约0.47倍)，长度更长(约2.9倍)。同样地，相较于探测用梁13e、13h、及13k，探测用梁113e、113h、及113k的最细部的宽度更窄(约0.47倍)，长度更长(约2.9倍)。需要说明的是，在探测用梁113b、113e、113h、及113k中，为了维持强度，与其它梁连接的部分比最细部形成得粗。

另外，相较于探测用梁13c，探测用梁113c的长度更短(约0.5倍)。相较于探测用梁13c，探测用梁113c的平均宽度与之大致相同，不同点在于具有朝向支撑部111e侧宽度逐渐缩小的部分。同样地，相较于探测用梁13f、13i、及13l，探测用梁113f、113i、及113l的长度更短(约0.5倍)。相较于探测用梁13c，探测用梁13f、13i、及13l的平均宽度与之大致相同，但不同点在于具有朝向支撑部111e侧宽度逐渐缩小的部分。

另外，通过缩短探测用梁113c、113f、113i、及113l，并使探测用梁113b、113e、113h、及113k接近探测用梁113a、113d、113g、及113j，从而，支撑部111e的面积比支撑部11e的面积大。

根据以上的不同点，在输入了相同的应变(位移)时，与探测用梁13a、13d、13g、及13j相比，探测用梁113a、113d、113g、及113j能够减少产生于梁的应力，而且与探测用梁13b、13e、13h、及13k相比，探测用梁113b、113e、113h、及113k能够减少产生于梁的应力。

由此，在输入了大的应变(位移)时，能够使探测用梁113a、113d、113g、及113j的耐受负荷比探测用梁13a、13d、13g、及13j的耐受负荷大。另外，能够使探测用梁113b、113e、113h、及113k的耐受负荷比探测用梁13b、13e、13h、及13k的耐受负荷大。

尤其是，缩短探测用梁113c、113f、113i、及113l并使探测用梁113b、113e、113h、及113k接近探测用梁113a、113d、113g、及113j的效果较大。由此，相较于探测用梁13b、13e、13h、及13k，能够使探测用梁113b、113e、113h、及113k大幅地更细更长，因此，容易弯曲成弓形，能够缓和应力集中，能够大幅提高探测用梁113b、113e、113h、及113k的耐受负荷。

图27是例示传感器芯片110的压阻元件的配置的图。参照图25a、图25b、以及图27，在对应于力点14a的探测块中，压阻元件mxr3及mxr4配置于将探测用梁113a沿长边方向二等分的线上且在探测用梁113a的接近探测用梁113c的区域中相对于将探测用梁113c沿长边方向(y方向)二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fyr3及fyr4配置于比将探测用梁113a沿长边方向二等分的线靠加强用梁112a侧且在探测用梁113a的远离探测用梁113c的区域中相对于将探测用梁113c沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，在对应于力点14b的探测块中，压阻元件myr3及myr4配置于将探测用梁113d沿长边方向二等分的线上且在探测用梁113d的接近探测用梁113f的区域中相对于将探测用梁113f沿长边方向(x方向)二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fxr3及fxr4配置于比将探测用梁113d沿长边方向二等分的线靠加强用梁112b侧且在探测用梁113d的远离探测用梁113f的区域中相对于将探测用梁113f沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，压阻元件mzr3及mzr4配置于比将探测用梁113d沿长边方向二等分的线靠探测用梁113f侧且在探测用梁113d的接近探测用梁113f的区域中相对于将探测用梁113f沿长边方向二等分的线对称的位置。压阻元件fzr2及fzr3配置于比将探测用梁113e沿长边方向二等分的线靠支撑部111e侧且在探测用梁113e的接近探测用梁113的区域中相对于将探测用梁113f沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，在对应于力点14c的探测块中，压阻元件mxr1及mxr2配置于将探测用梁113g沿长边方向二等分的线上且在探测用梁113g的接近探测用梁113i的区域中相对于将探测用梁113i沿长边方向(y方向)二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fyr1及fyr2配置于比将探测用梁113g沿长边方向二等分的线靠加强用梁112c侧且在探测用梁113g的远离探测用梁113i的区域中相对于将探测用梁113i沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，在对应于力点14d的探测块中，压阻元件myr1及myr2配置于将探测用梁113j沿长边方向二等分的线上且在探测用梁113j的接近探测用梁113l的区域中相对于将探测用梁113l沿长边方向(x方向)二等分的线对称的位置。另外，压阻元件fxr1及fxr2配置于比将探测用梁113j沿长边方向二等分的线靠加强用梁112d侧且在探测用梁113j的远离探测用梁113l的区域中相对于将探测用梁113l沿长边方向二等分的线对称的位置。

另外，压阻元件mzr1及mzr2配置于比将探测用梁113j沿长边方向二等分的线靠探测用梁113k侧且在探测用梁113j的接近探测用梁113l的区域中相对于将探测用梁113l沿长边方向二等分的线对称的位置。压阻元件fzr1及fzr4配置于比将探测用梁113k沿长边方向二等分的线靠支撑部111e侧且在探测用梁113k的远离探测用梁113l的区域中相对于将探测用梁113l沿长边方向二等分的线对称的位置。

这样，在传感器芯片110中，与传感器芯片10同样地，对各探测块分开配置多个压阻元件。由此，与传感器芯片10同样地，能够基于与施加于(传递至)力点114a～114d的力的朝向(轴向)相对应的配置于预定的梁的多个压阻元件的电阻的变化，对预定的轴向的位移最多进行六轴探测。

此外，在传感器芯片110中，除了用于应变的检测的压阻元件以外，还配置有无效压阻元件。无效压阻元件以使包含用于应变的检测的压阻元件在内的全部压阻元件相对于支撑部111e的中心成为点对称的方式配置。

图28a～图31是对传感器芯片110的耐受负荷的改善进行说明的图。图28a是在传感器芯片10中施加x轴方向的力fx时的应力产生分布的模拟结果，右图是将左图的虚线部放大的图。图28b是在传感器芯片110中施加x轴方向的力fx时的应力产生分布的模拟结果，右图是将左图的虚线部放大的图。

如图28a所示，在传感器芯片10中，短且难以弯曲的探测用梁13k成为应力集中部。如图28b所示，在传感器芯片110中，使探测用梁113k比探测用梁13k更细且更长。同时，使探测用梁113j比探测用梁13j更细且更长。

以上，对探测用梁113k和探测用梁13k及探测用梁113j和探测用梁13j进行了说明，但关于探测用梁113a和探测用梁13a及探测用梁113b和探测用梁13b、探测用梁113d和探测用梁13d及探测用梁113e和探测用梁13e、探测用梁113g和探测用梁13g及探测用梁113h和探测用梁13h，也是同样的。

通过调整图29所示的探测用梁113j的长度l1与探测用梁113k的长度l2的比(探测用梁113a、113d、113g的长度与探测用梁113b、113e、113h的长度的比也同样)、及探测用梁113k的平均宽度w2与探测用梁113j的平均宽度w1的比(探测用梁113b、113e、113h的平均宽度与探测用梁113a、113d、113g的平均宽度的比也同样)，能够使探测用梁产生的最大应力与传感器芯片10相等或更小。

图30a是将在传感器芯片10中在图28a所示的应力集中部产生的最大应力设为100时的、以l2/l1为参数模拟在传感器芯片110的应力集中部产生的最大应力的结果。在图30a中，横轴为l2/l1，纵轴为应力。图30b是对图30a中l2/l1为0.36以上且0.82以下的绘图表示w1/w2与l2/l1的关系的图。在图30b中，横轴为w1/w2，纵轴为l2/l1。

如图30a及图30b所示，通过将l2/l1设为0.36以上且0.82以下，将w1/w2设为5.3以上且37.7以下，在传感器芯片110中，能够使在探测用梁产生的最大应力与传感器芯片10相等或更小。

这样，在传感器芯片110中，通过选择w1/w2与l2/l1的关系，降低刚性，能够降低在探测用梁产生的最大应力，能够比传感器芯片10进一步提高传感器芯片110的耐受负荷。通过选择w1/w2与l2/l1的关系，例如，如图31所示，在传感器芯片110中，相较于传感器芯片10，能够大幅提高耐受负荷(在图31的例中为约11倍)。

图32a及图32b是对传感器芯片110的灵敏度的提高进行说明的图。如图32a及图32b所示，与传感器芯片10不同，在传感器芯片110中，在通过进行缩短而使相对于应力的变形减小的探测用梁113l(虚线部)未设置压阻元件，在探测用梁113j及113k的应力成为最大的位置的附近配置有压阻元件。关于探测用梁113c、113f、及113i也同样。

其结果为，如图32c的模拟结果所示，在传感器芯片110中，能够比传感器芯片10更高效地获取应力，灵敏度(相对于相同应力的压阻元件的电阻变化)提高。

即，在传感器芯片110中，在通过进行缩短而使相对于应力的变形减小的探测用梁113c、113f、113i、及113l未设置压阻元件。取而代之，在比探测用梁113c、113f、113i、及113l更细且更长的容易弯曲成弓状的探测用梁113a、113d、113g、及113j、以及探测用梁113b、113e、113h、及113k的应力成为最大的位置的附件配置有压阻元件。其结果为，在传感器芯片110中，能够高效地获取应力，能够提高灵敏度(相对于相同应力的压阻元件的电阻变化)。

此外，通过将图29所示的探测用梁113j(关于探测用梁113a、113d、113g也同样)的b侧的梁宽度设定为a侧的梁宽度的75～80％的宽度，并设为从a侧朝向b侧逐渐变细的形状，从而能够提高传感器灵敏度，并且维持耐受负荷。若b侧的梁宽度为a侧的梁宽度的75％以下，则耐受负荷恶化，易破损。另外，若b侧的梁宽度为a侧的梁宽度的80％以上，则传感器灵敏度恶化。

图33、图34a、以及图34b是对传感器芯片110的其它轴干涉(力与力矩的分离性)的改善进行说明的图。如图33所示地进行在传感器芯片110中施加x轴方向的力fx的模拟，其结果，得到了图34a所示的其它轴特性。图34b是进行在传感器芯片10中施加x轴方向的力fx的模拟的结果所得到的其它轴特性。

若比较图34a和图34b，则在图34b所示的传感器芯片10中，在施加力fx时，出现了力矩my的成分，但在图34a所示的传感器芯片110中，在施加力fx时，包含力矩my的成分在内的其它轴成分大致为零。

在图34b中出现了力矩my的成分的理由可以认为是：传感器芯片10的探测用梁13b、13e、13h、及13k粗且短，因此，在横向上难以变形，与之相应地，探测用梁13a、13d、13g、及13j在上下方向上变形。

与之相对，由于传感器芯片110的探测用梁113b、113e、113h、及113k比传感器芯片10的探测用梁13b、13e、13h、及13k细且长，因此，相对于厚度，容易进行横向(fx、fy)、扭转方向(mx、my)的变形，探测用梁113a、113d、113g、及113j不会在上下方向上变形。其结果，如图34a所示，不会出现力矩my的成分，可以认为提高了平移方向的力与力矩的分离性(即，其它轴特性)。

(应力的模拟)

图35a、图35b、图36a、以及图36b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。在图35a、图35b、图36a、以及图36b中，用“+”表示拉伸的垂直应力，用“-”表示压缩的垂直应力。

沿x轴在从x1向x2的方向上施加力fx的情况下，在感器芯片110产生图35a那样的应力。具体地，由于施加力fx，探测用梁113d及113j在力fx的方向上歪斜。

在此，压阻元件fxr1及fxr2位于比探测用梁113d的长边方向的中心靠x1侧，因此，产生拉伸的垂直应力，电阻值增加。另一方面，压阻元件fxr3及fxr4位于比探测用梁113j的长边方向的中心靠x2侧，因此，产生压缩的垂直应力，电阻值减少。由此，压阻元件fxr1～fxr4的平衡被打破，因此，从图35a所示的桥电路输出电压，能够检测力fx。关于力fy也同样。

沿z轴在从z2向z1的方向上(从传感器芯片110的表面侧向背面侧)施加力fz的情况下，在传感器芯片110产生图35b那样的应力。具体地，由于施加力fz，探测用梁113a、113b、113g、113h、113d、113e、113j、113k、113c、113f、113l、及113i在力fz的方向上歪斜。

在此，在压阻元件fzr1及fzr4产生拉伸的垂直应力，电阻值增加。另外，在压阻元件fzr2及fzr3产生压缩的垂直应力，电阻值减少。由此，压阻元件fzr1～fzr4的平衡被打破，因此，通过图35b所示的桥电路能够检测力fz。

将y轴作为旋转轴，在x1-z2-x2的方向上施加力矩my的情况下，在传感器芯片110产生图36a那样的应力。具体地，由于施加力矩my，探测用梁113d及113j在力矩my的方向上歪斜。

在此，在压阻元件myr1及myr2产生拉伸的垂直应力，电阻值增加。另外，在压阻元件myr3及myr4产生压缩的垂直应力，电阻值减少。由此，压阻元件myr1～myr4的平衡被打破，因此，通过图36a所示的桥电路能够检测力矩my。

将z轴作为旋转轴，在x2-y2-x1的方向上施加力矩mz的情况下，在传感器芯片110产生图36b那样的应力。具体地，由于施加力矩mz，探测用梁113a、113b、113g、113h、113d、113e、113j、113k、113c、113f、113l、及113i在力矩mz的方向上歪斜。

在此，在压阻元件mzr1及mzr4产生拉伸的垂直应力，电阻值增加。另外，在压阻元件mzr2及mzr3产生压缩的垂直应力，电阻值减少。由此，压阻元件mzr1～mzr4的平衡被打破，因此，通过图36b所示的桥电路能够检测力矩mz。

这样，在传感器芯片110中，若对力点输入位移(力或者力矩)，则在预定的探测用梁产生与输入相应的弯曲及扭曲的应力。由于所产生的应力，配置于测用梁的预定位置的压阻元件的电阻值变化，能够从电极15得到来自形成于感器芯片110的各桥电路的输出电压。进一步地，能够经由输入输出基板30在外部得到电极15的输出电压。

另外，在传感器芯片110中，在每一个轴形成有一个桥电路，因此，能够在不合成输出的情况下得到各轴的输出。由此，能够通过不需要复杂的计算、信号处理的简单的方法来探测多轴的位移并输出。

另外，将压阻元件根据输入的种类分开配置于不同的探测用梁。由此，能够通过改变相应的探测用梁的刚性(厚度、宽度)而独立地调整任意的轴的灵敏度。

以上对优选的实施方式进行了详细说明，但并不限定于上述的实施方式，在不脱离权利要求书所记载的范围的情况下，能够对上述的实施方式施加各种变形及置换。

本国际申请基于2016年10月7日申请的日本国专利申请2016-199486号、及2017年4月26日申请的日本国专利申请2017-086966号要求优先权，且将日本国专利申请2016-199486号、及日本国专利申请2017-086966号的全部内容并入本文。

符号说明

1、1a、1b、1c—力传感器装置，10、50、110—传感器芯片，11a～11e、51a～51e、111a～111e—支撑部，12a～12h、52a～52d、112a～112h—加强用梁，13a～13l、53a～53l、113a～113l—探测用梁，14a～14d、54a～54d、114a～114d—力点，15—电极，16—配线，17—温度传感器，20—应变体，21、81—基座，22a～22e、25a～25d、82a～82i—柱，23a～23d、26a～26d—梁，24a～24d—输入部，27a～27d、61a～61d—突起部，30—输入输出基板，40、60—受力板，40x、40y—凹部，41、42—粘接剂，70—封装体，80—柱构造部。