JP2023013852A

JP2023013852A - MEMS sensor

Info

Publication number: JP2023013852A
Application number: JP2021118295A
Authority: JP
Inventors: 雅之寒川; Masayuki Samukawa; 春生野間; Haruo Noma; 雄記川崎; Yuki Kawasaki
Original assignee: Niigata University NUC; Ritsumeikan Trust
Current assignee: Niigata University NUC; Ritsumeikan Trust
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2023-01-26

Abstract

To provide an MEMS sensor which allows a contact part to be easily replaced to suite a use and a target object.SOLUTION: An MEMS sensor 1 is provided, comprising a sensor chip 3 sealed with an elastic resin 2 and a contact part 4 provided on the sensor chip 3, where the contact part 4 is removably fixed to the sensor chip 3.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り１．２０２１年３月１日付で、川崎雄記、高橋佑司、安部隆、野間春生、寒川雅之らが、令和３年電気学会全国大会講演論文集において公開。２．２０２１年３月１１日付で、川崎雄記、高橋佑司、安部隆、野間春生、寒川雅之らが、令和３年電気学会全国大会において公開。1. On March 1, 2021, Yuuki Kawasaki, Yuji Takahashi, Takashi Abe, Haruo Noma, Masayuki Samukawa, et al. Published in. 2. Yuuki Kawasaki, Yuji Takahashi, Takashi Abe, Haruo Noma, Masayuki Samukawa, et al.

本開示は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサに関する。 The present disclosure relates to MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensors.

ＭＥＭＳセンサの一例として、触覚センサは協働ロボット、遠隔操作等でその利用の期待が高まっている。触覚センサとしてはさまざまな技術が提案されているが、標準的な技術は未確立である。人が触る触覚との親和性を考慮すると、人間の皮膚のような柔軟な接触部を持つ触覚センサデバイスが求められ、それを実現する技術がいくつか提案されている(例えば特許文献１－３、非特許文献１)。 As an example of MEMS sensors, tactile sensors are expected to be used in collaborative robots, remote control, and the like. Various techniques have been proposed for tactile sensors, but no standard technique has been established. Considering the affinity with the tactile sense of human touch, there is a demand for a tactile sensor device having a flexible contact part like human skin, and several techniques for realizing it have been proposed (for example, Patent Documents 1 to 3). , Non-Patent Document 1).

特開２００８－１２８９４０号公報JP 2008-128940 A 特開２００６－２０８２４８号公報JP 2006-208248 A 特開２００６－２０１０６１号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-201061 H. Yokoyama et al., “Active Touch Sensing by Multi-axial Force Measurement Using High-Resolution Tactile Sensor with Microcantilevers,” IEEJ Trans. Sensors Micromachines, vol. 134, no. 3, pp. 58-63, 2014.H. Yokoyama et al., “Active Touch Sensing by Multi-axial Force Measurement Using High-Resolution Tactile Sensor with Microcantilevers,” IEEJ Trans. Sensors Micromachines, vol. 134, no. 3, pp. 58-63, 2014.

接触部の形状及び材質が触覚における摩擦及び表面凹凸の検出に大きく影響することは、発明者らも確認しており(例えば非特許文献１)、ＭＥＭＳセンサの用途により接触部の最適化が必要である。例えば接触部が弾性体であり、センサチップ（検知部）を当該弾性体に封入した触覚センサにおいては、接触部の形状及び材質(例えば硬さ)がセンサの出力及び接触対象物の変形に大きな影響を及ぼすため、用途及び対象物の硬さに適合させた設計が必要である。しかしながら、従来技術においては接触部を一度形成するとその形状及び材質の変更は困難であり、用途又は対象物ごとにセンサを用意する必要があった。また、高い負荷により接触部が破損した場合、センサチップも同時に使用不可となってしまう課題があった。 The inventors have also confirmed that the shape and material of the contact area greatly affect the detection of friction and surface unevenness in the sense of touch (for example, Non-Patent Document 1), and the contact area needs to be optimized according to the application of the MEMS sensor. is. For example, in a tactile sensor in which the contact part is an elastic body and the sensor chip (detection part) is enclosed in the elastic body, the shape and material (for example, hardness) of the contact part have a large effect on the output of the sensor and the deformation of the contact object. Because of its impact, a design that matches the application and hardness of the object is required. However, in the prior art, once the contact portion is formed, it is difficult to change its shape and material, and it has been necessary to prepare a sensor for each application or object. Moreover, when the contact portion is damaged by a high load, there is a problem that the sensor chip also becomes unusable at the same time.

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、用途及び対象物に合わせて、接触部を容易に交換可能なＭＥＭＳセンサを提供することにある。 An object of the present disclosure, which has been made in view of such circumstances, is to provide a MEMS sensor whose contact portions can be easily exchanged according to the application and the object.

本開示の一実施形態に係るＭＥＭＳセンサは、
弾性樹脂により封止されたセンサチップと、
前記センサチップ上に設けられた接触部と、
を備えるＭＥＭＳセンサであって、
前記接触部は前記センサチップに取り外し可能に固定されることを特徴とする。 A MEMS sensor according to an embodiment of the present disclosure includes:
a sensor chip sealed with an elastic resin;
a contact portion provided on the sensor chip;
A MEMS sensor comprising:
The contact portion is detachably fixed to the sensor chip.

また本開示の一実施形態に係るＭＥＭＳセンサは、前記センサチップがマイクロカンチレバーを有することを特徴とする。 Moreover, the MEMS sensor according to an embodiment of the present disclosure is characterized in that the sensor chip has a microcantilever.

また本開示の一実施形態に係るＭＥＭＳセンサは、前記接触部が粘着性接着剤により前記センサチップに取り外し可能に固定されることを特徴とする。 Further, the MEMS sensor according to an embodiment of the present disclosure is characterized in that the contact portion is removably fixed to the sensor chip with a sticky adhesive.

また本開示の一実施形態に係るＭＥＭＳセンサは、前記センサチップ上において前記弾性樹脂と、前記センサチップを保護する保護層により区画された穴部を備え、
前記接触部は、前記穴部に嵌合することにより前記センサチップに取り外し可能に固定されることを特徴とする。 Further, a MEMS sensor according to an embodiment of the present disclosure includes a hole sectioned on the sensor chip by the elastic resin and a protective layer that protects the sensor chip,
The contact portion is detachably fixed to the sensor chip by fitting into the hole.

また本開示の一実施形態に係るＭＥＭＳセンサは、前記センサチップ上のうち前記接触部が取り外し可能に固定される位置に基礎部を備えることを特徴とする。 Further, the MEMS sensor according to an embodiment of the present disclosure is characterized by comprising a base portion on the sensor chip at a position where the contact portion is detachably fixed.

また本開示の一実施形態に係るＭＥＭＳセンサは、前記接触部に所定値以上のせん断力が加えられた場合、前記接触部が前記センサチップから外れることを特徴とする。 Further, the MEMS sensor according to an embodiment of the present disclosure is characterized in that the contact portion is separated from the sensor chip when a shearing force equal to or greater than a predetermined value is applied to the contact portion.

本開示の一実施形態に係るＭＥＭＳセンサによれば、用途及び対象物に合わせて、接触部を容易に交換することが可能となる。 According to the MEMS sensor according to one embodiment of the present disclosure, it is possible to easily replace the contact portion according to the application and the object.

比較例に係るＭＥＭＳセンサの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the MEMS sensor based on a comparative example. 本開示の一実施形態に係るＭＥＭＳセンサの概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a MEMS sensor according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施形態に係るマイクロカンチレバーの概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a microcantilever according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施形態に係る接触部の固定態様を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a fixed aspect of a contact portion according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施形態に係る基礎部の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a base according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 接触部が接着された状態のＭＥＭＳセンサを示す図である。FIG. 10 illustrates a MEMS sensor with contacts bonded together; 基礎部及び接触部の断面拡大図である。It is a cross-sectional enlarged view of a base part and a contact part. 本開示の一実施形態に係るＭＥＭＳセンサによる外力の検出原理を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the principle of external force detection by a MEMS sensor according to an embodiment of the present disclosure; 外力に対する応答の比較結果を示す図である。It is a figure which shows the comparison result of the response with respect to external force. 本実施形態に係るＭＥＭＳセンサの接触部に水平方向に変位を加えていった場合のセンサの応答を示す図である。It is a figure which shows the response of a sensor when a displacement is applied to the contact part of the MEMS sensor which concerns on this embodiment in a horizontal direction. 第１の変形例における固定の態様を示す図である。It is a figure which shows the fixed aspect in a 1st modification. 第１の変形例に係るＭＥＭＳセンサの概要構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the MEMS sensor based on a 1st modification. 第１の変形例に係るＭＥＭＳセンサの垂直荷重印加時及び除荷時の応答を示す図である。It is a figure which shows the response at the time of a vertical load application of the MEMS sensor based on a 1st modification, and a load unloading. 第１の変形例に係るＭＥＭＳセンサのせん断荷重印加時及び除荷時の応答を示す図である。It is a figure which shows the response at the time of a shear load application of the MEMS sensor based on a 1st modification, and a shear load unloading. 第２の変形例に係るＭＥＭＳセンサの接触部の固定態様を示す図である。It is a figure which shows the fixed aspect of the contact part of the MEMS sensor based on a 2nd modification. 第２の変形例に係るＭＥＭＳセンサの概要構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the MEMS sensor based on a 2nd modification. 第２の変形例に係るＭＥＭＳセンサの応答を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing responses of a MEMS sensor according to a second modified example;

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図において、同一符号は、同一または同等の構成要素を示す。本実施形態のＭＥＭＳセンサは、一例として触覚計測用のセンサ（触覚センサ）である場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals denote the same or equivalent components. As an example, a case where the MEMS sensor of the present embodiment is a sensor for tactile measurement (tactile sensor) will be described.

まず比較のために、図１に示すデバイスの概要構成及び写真を参照して、比較例に係るＭＥＭＳセンサ４０１、５０１、及び６０１の構成例を説明する。 First, for comparison, configuration examples of MEMS sensors 401, 501, and 601 according to comparative examples will be described with reference to the schematic configuration and photographs of the device shown in FIG.

図１に示すように、比較例に係るＭＥＭＳセンサ４０１、５０１、及び６０１は、エラストマ（例えばPoly-dimethyl-siloxane（ＰＤＭＳ））等の弾性樹脂４０２、５０２、及び６０２により封止されたＭＥＭＳ構造を有するセンサチップ４０３、５０３、及び６０３と、センサチップ４０３、５０３、及び６０３上に設けられた接触部４０４、５０４、及び６０４と備える。接触部４０４、５０４、６０４はそれぞれ対象物と接触する。接触部４０４、５０４、及び６０４の頂部に外力が作用すると接触部４０４、５０４、及び６０４と弾性樹脂４０２、５０２、及び６０２とが変形し、その変形に引っ張られて同時にＭＥＭＳ構造が変形する。このＭＥＭＳ構造の変形を電気的に計測して、計算機内部で外力を算出する。ここでセンサチップ４０３、５０３、及び６０３と接触部４０４、５０４、及び６０４との接着には、硬化前のＰＤＭＳが用いられる。ＰＤＭＳが硬化した後は、センサチップ４０３、５０３、及び６０３を封止しているＰＤＭＳと一体化してセンサチップ４０３、５０３、及び６０３上に固定される。 As shown in FIG. 1, MEMS sensors 401, 501, and 601 according to the comparative example are MEMS structures sealed with elastic resins 402, 502, and 602 such as elastomer (for example, Poly-dimethyl-siloxane (PDMS)). and contact portions 404 , 504 and 604 provided on the sensor chips 403 , 503 and 603 . Contact portions 404, 504, 604 each contact an object. When an external force acts on the top of the contact portions 404, 504 and 604, the contact portions 404, 504 and 604 and the elastic resins 402, 502 and 602 are deformed, and the MEMS structure is simultaneously deformed by being pulled by the deformation. The deformation of this MEMS structure is electrically measured, and the external force is calculated inside the computer. Here, PDMS before curing is used for adhesion between the sensor chips 403, 503 and 603 and the contact portions 404, 504 and 604. FIG. After the PDMS is cured, it is integrated with the PDMS sealing the sensor chips 403 , 503 and 603 and fixed on the sensor chips 403 , 503 and 603 .

接触部４０４、５０４、及び６０４の形状及び材質は用途毎に相違する。例えば接触部４０４は円柱形状のＰＤＭＳである。また接触部５０４は半球形状のＰＤＭＳである。また接触部６０４は、円柱形状のアクリルである。このように、比較例に係るＭＥＭＳセンサ４０１、５０１、及び６０１では、用途に応じた接触部をセンサチップ上に形成していた。しかしながら、上述のように接触部４０４、５０４、及び６０４は、センサチップ４０３～６０３上において、センサチップ４０３～６０３を封止する弾性樹脂４０２、５０２、及び６０２と一体化して固定されている。そのため接触部４０４、５０４、及び６０４をセンサチップ４０３、５０３、及び６０３上に一度形成すると、別の形状又は材質の接触部に変更する場合、接触部４０４、５０４、及び６０４を切断するしか方法が無い。また、切断時のせん断応力でセンサチップ４０３、５０３、及び６０３が破壊されたり、切断部に凹凸が生じたりするため、接触部４０４、５０４、及び６０４を再接着して再使用することは困難である。このように、比較例に係る技術では、用途又は対象物に応じた接触部の変更が困難であり、用途又は対象物に応じて、それぞれＭＥＭＳセンサを用意する必要がある。 The shape and material of contact portions 404, 504, and 604 will vary from application to application. For example, the contact portion 404 is cylindrical PDMS. Also, the contact portion 504 is a hemispherical PDMS. The contact portion 604 is made of cylindrical acrylic. As described above, in the MEMS sensors 401, 501, and 601 according to the comparative examples, the contact portions are formed on the sensor chips according to the application. However, as described above, the contact portions 404, 504 and 604 are fixed on the sensor chips 403 to 603 integrally with the elastic resins 402, 502 and 602 that seal the sensor chips 403 to 603. FIG. Therefore, once the contact portions 404, 504 and 604 are formed on the sensor chips 403, 503 and 603, the only way to change the shape or material of the contact portions is to cut the contact portions 404, 504 and 604. There is no Moreover, the sensor chips 403, 503, and 603 are destroyed by the shear stress during cutting, and unevenness is generated in the cut portions. is. As described above, in the technology according to the comparative example, it is difficult to change the contact portion according to the application or the object, and it is necessary to prepare MEMS sensors according to the application or the object.

他方で本開示の実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１は、用途又は対象物が異なる場合でも接触部の交換が柔軟に行えることを特徴とする。まず本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１の概要について説明し、詳細については後述する。ＭＥＭＳセンサ１はSi基板上に微小構造（ＭＥＭＳ構造）を有し、全体がエラストマ（例えばPoly-dimethyl-siloxane（ＰＤＭＳ））でカバーされた突起構造を有する。エラストマの頂部に外力が作用するとエラストマ全体が変形し、その変形に引っ張られて同時にＭＥＭＳ構造が変形する。このＭＥＭＳ構造の変形を電気的に計測して、計算機内部で外力を算出することができる。この際、エラストマ部分に関し、ＭＥＭＳ構造をカバーする部分と上部の突起構造とは別個に製作され、これらが取り外し可能に接着される。これによって設計変更にコストのかかるＭＥＭＳ構造を同一製品としながら上部の構造の形状を変えることで安価かつ簡便にセンサの特性を変更できる。また、過度の外力がかかると突起構造が外れるようにすることで、ＭＥＭＳ構造の破損を防ぐ効果が得られる。以下、本開示の実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１の詳細について、図面を参照して説明する。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。 On the other hand, the MEMS sensor 1 according to the embodiment of the present disclosure is characterized in that the contact portion can be flexibly exchanged even when the application or target object is different. First, an overview of the MEMS sensor 1 according to the present embodiment will be described, and details will be described later. The MEMS sensor 1 has a microstructure (MEMS structure) on a Si substrate, and has a protruding structure entirely covered with an elastomer (for example, Poly-dimethyl-siloxane (PDMS)). When an external force acts on the top of the elastomer, the entire elastomer deforms, and the MEMS structure is simultaneously deformed by being pulled by the deformation. By electrically measuring the deformation of this MEMS structure, the external force can be calculated inside the computer. At this time, with respect to the elastomer part, the part covering the MEMS structure and the protrusion structure on the top are manufactured separately and are detachably adhered. As a result, the characteristics of the sensor can be changed easily and inexpensively by changing the shape of the upper structure while using the MEMS structure, which is costly to change the design, as the same product. Also, by making the projecting structure come off when an excessive external force is applied, it is possible to obtain the effect of preventing damage to the MEMS structure. Details of the MEMS sensor 1 according to the embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts. In the description of this embodiment, the description of the same or corresponding parts will be omitted or simplified as appropriate.

図２を参照して、本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１の構成を説明する。図２（ａ）は、本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１の斜視図である。図２（ｂ）は、本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１の写真である。本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１は、弾性樹脂２により封止されたセンサチップ３と、接触部４とを備える。 The configuration of the MEMS sensor 1 according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2(a) is a perspective view of the MEMS sensor 1 according to this embodiment. FIG. 2B is a photograph of the MEMS sensor 1 according to this embodiment. A MEMS sensor 1 according to this embodiment includes a sensor chip 3 sealed with an elastic resin 2 and a contact portion 4 .

図２に示す通り、センサチップ３は弾性樹脂２により封止されることにより保護されている。弾性樹脂２は例えばエラストマ（例えばPoly-dimethyl-siloxane（ＰＤＭＳ））である。以下本実施形態では、弾性樹脂２がＰＤＭＳであるとして説明する。 As shown in FIG. 2, the sensor chip 3 is protected by being sealed with the elastic resin 2 . The elastic resin 2 is, for example, an elastomer (for example, Poly-dimethyl-siloxane (PDMS)). In the following description of the present embodiment, the elastic resin 2 is PDMS.

センサチップ３は、プリント基板５上に設けられている。センサチップ３はＭＥＭＳ構造を含む。本実施形態においてセンサチップ３に含まれるＭＥＭＳ構造は、ひずみゲージの搭載された３つのマイクロカンチレバー（微小カンチレバー）３１～３３である。マイクロカンチレバー３１～３３は、力の大きさ及び方向を検出するために傾斜構造をしている。センサチップ３のサイズは５mm角の正方形である。マイクロカンチレバー３１～３３は、センサチップ３のチップ中央から直径１mmの円内に，先端が120度回転した方向を向くように配置されている。 The sensor chip 3 is provided on the printed board 5 . The sensor chip 3 contains MEMS structures. The MEMS structures included in the sensor chip 3 in this embodiment are three microcantilevers (microcantilevers) 31-33 on which strain gauges are mounted. The microcantilevers 31-33 have tilted structures to detect the magnitude and direction of force. The size of the sensor chip 3 is a 5 mm square. The microcantilevers 31 to 33 are arranged within a circle having a diameter of 1 mm from the center of the sensor chip 3 so that the tips thereof are oriented in a direction rotated by 120 degrees.

図３を参照して、マイクロカンチレバー３１～３３の作成手順及び概略構成を示す。マイクロカンチレバー３１～３３の作製には、支持基板３１１、BOX層３１２、及び活性層３１３の３層構造からなるSilicon on Insulator(SOI)ウェハが使用される。ここで支持基板３１１はSiからなる。BOX層３１２はSiO₂からなる。活性層３１３はSiからなる。作製の前準備としてSOIウェハには予めアセトン超音波洗浄および希フッ酸による自然酸化膜除去の成膜前処理が行われる。 Referring to FIG. 3, the procedure and schematic configuration of the microcantilevers 31-33 are shown. A Silicon on Insulator (SOI) wafer having a three-layer structure of a support substrate 311, a BOX layer 312, and an active layer 313 is used to fabricate the microcantilevers 31-33. Here, the support substrate 311 is made of Si. The BOX layer 312 is made of _SiO2 . The active layer 313 is made of Si. As preparations for fabrication, SOI wafers are subjected to film formation pretreatments such as acetone ultrasonic cleaning and natural oxide film removal with dilute hydrofluoric acid.

まずSOIウェハ上に絶縁層３１４としてSi₃N₄をLPCVD法により、ひずみゲージ３１５としてNiCr、及び配線部３１６としてAuがスパッタリング法によりそれぞれ成膜され、フォトリソグラフィ法とエッチングによってパターニングされる。続いてマイクロカンチレバーを傾斜させるための膜３１７としてCrが電子ビーム蒸着法により成膜され、リフトオフ法によってパターニングされる。その後、選択的にエッチングをすることで中空構造を作製する方法（以下、犠牲層エッチングともいう。）を用いて、BOX層３１２を犠牲層としマイクロカンチレバーが形成される。 First, an insulating layer 314 of Si ₃ N ₄ is formed on an SOI wafer by LPCVD, a strain gauge 315 of NiCr, and a wiring portion 316 of Au are formed by sputtering, and patterned by photolithography and etching. Subsequently, a Cr film is formed by an electron beam evaporation method as a film 317 for tilting the microcantilever, and patterned by a lift-off method. After that, a microcantilever is formed using the BOX layer 312 as a sacrificial layer by using a method of forming a hollow structure by selective etching (hereinafter also referred to as sacrificial layer etching).

フォトリソグラフィ法によるパターニング後において、活性層３１３をエッチングしマイクロカンチレバー形状が残される。ここで犠牲層エッチングを均一かつ効率的に行うため、マイクロカンチレバー３１～３３にはBOX層３１２が露出した孔が複数配置される。続いてマイクロカンチレバー３１～３３となる活性層３１３を支持基板３１１から離すため、バッファードフッ酸(Buffered Hydrogen Fluoride, BHF)を用いてBOX層３１２が選択的にエッチングされる。バッファードフッ酸として例えばステラケミファ株式会社のNH₄F濃度20%の製品を用いることができる。ここで活性層３１３が基板から離れ中空構造となる際に、膜３１７（Cr）と活性層３１３（Si）の線膨張係数の差による引張応力によってマイクロカンチレバー３１～３３は自律的に傾斜構造となる。犠牲層エッチング後はセンサチップ３を純水で洗浄し、また純水の表面直力によってマイクロカンチレバーが支持基板３１１に張り付くスティッキングを防ぐためエタノール置換を行う。その後、真空乾燥を行いセンサチップ３が完成する。 After patterning by photolithography, the active layer 313 is etched to leave a microcantilever shape. In order to perform the sacrificial layer etching uniformly and efficiently, a plurality of holes exposing the BOX layer 312 are arranged in the microcantilevers 31 to 33 . Subsequently, the BOX layer 312 is selectively etched using Buffered Hydrogen Fluoride (BHF) in order to separate the active layer 313 which will become the microcantilevers 31 to 33 from the support substrate 311 . As the buffered hydrofluoric acid, for example, a 20% NH ₄ F product manufactured by Stella Chemifa Co., Ltd. can be used. Here, when the active layer 313 separates from the substrate and becomes a hollow structure, the microcantilevers 31 to 33 autonomously form an inclined structure due to the tensile stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the film 317 (Cr) and the active layer 313 (Si). Become. After etching the sacrificial layer, the sensor chip 3 is washed with pure water, and is replaced with ethanol to prevent the microcantilever from sticking to the support substrate 311 due to the surface force of the pure water. After that, vacuum drying is performed to complete the sensor chip 3 .

作製されたセンサチップ３はプリント基板５上にエポキシ接着剤を用いて接着される。エポキシ接着剤として、例えばエスコ株式会社の超速エポキシ接着剤を用いることができる。またセンサチップ３は配線接続部３４によりプリント基板５と電気的に接続される。配線接続部３４は例えば金細線(φ25μm)により構成され、センサチップ３とプリント基板５とはワイヤボンディングにより接続される。 The manufactured sensor chip 3 is adhered onto the printed circuit board 5 using an epoxy adhesive. As the epoxy adhesive, for example, a super fast epoxy adhesive available from Esco Co., Ltd. can be used. Also, the sensor chip 3 is electrically connected to the printed circuit board 5 by the wiring connection portion 34 . The wiring connection portion 34 is composed of, for example, a thin gold wire (φ25 μm), and the sensor chip 3 and the printed circuit board 5 are connected by wire bonding.

ここでセンサチップ３は、マイクロカンチレバー３１～３３及び配線接続部３４の保護のために上述の弾性樹脂２により封止される。具体的には、スピンコータを用いてセンサチップ３上にPDMSが厚さ数十μmで塗布される。PDMSとして、例えばDow Corning Toray社の SILPOT184(ショアA硬さ: 50)を用いることができる。PDMSは、90℃で30分ベークさせることで硬化させられる。 Here, the sensor chip 3 is sealed with the elastic resin 2 to protect the microcantilevers 31 to 33 and the wiring connection portion 34 . Specifically, PDMS is coated on the sensor chip 3 with a thickness of several tens of μm using a spin coater. As PDMS, for example, SILPOT184 (Shore A hardness: 50) manufactured by Dow Corning Toray can be used. PDMS is cured by baking at 90°C for 30 minutes.

また配線接続部３４は弾性樹脂２に加えて保護層３５により封止される。保護層３５は例えばUV硬化樹脂である。なお保護層３５は、接触部４の設置時に配線接続部３４への接触による断線を防ぐために形成されるものであり、必須の構成ではない。本実施形態においては、保護層３５を設けるものとして説明する。保護層３５（以下ではUV硬化樹脂）により配線接続部３４を封止する手順は以下の通りである。 Also, the wiring connection portion 34 is sealed with the protective layer 35 in addition to the elastic resin 2 . The protective layer 35 is, for example, UV curable resin. The protective layer 35 is formed to prevent disconnection due to contact with the wiring connection portion 34 when the contact portion 4 is installed, and is not an essential component. In this embodiment, it is assumed that the protective layer 35 is provided. The procedure for sealing the wiring connection portion 34 with the protective layer 35 (hereinafter referred to as UV curable resin) is as follows.

弾性樹脂２により封止されたセンサチップ３が接着されているプリント基板５をアクリル容器に入れ、アクリル容器の内部をUV硬化樹脂で浸す。保護層３５の厚さは、アクリル容器に投入するUV硬化樹脂の量により調節できる。これにより配線接続部３４が露出することを防ぐことができる。次に真空デシケータを用いて脱気を３０分行いUV硬化樹脂内部の気泡が取り除かれる。脱気後にUV硬化樹脂にはフォトマスクを通して紫外線が露光される。これにより配線接続部３４を覆うUV硬化樹脂は選択的に硬化される。マスクアライメント装置を使用してフォトマスクの遮光部を精密に位置合わせすることで、マイクロカンチレバーが設けられた部分は硬化させず、配線接続部３４のみが選択的に硬化される。マスクアライメント装置として、例えばミカサ株式会社のM-1S型を用いることができる。続いて未硬化のUV硬化樹脂はアセトンにより溶解除去され、プリント基板５が真空乾燥される。 The printed circuit board 5 to which the sensor chip 3 sealed with the elastic resin 2 is adhered is placed in an acrylic container, and the inside of the acrylic container is soaked with the UV curable resin. The thickness of the protective layer 35 can be adjusted by adjusting the amount of UV curable resin put into the acrylic container. This can prevent the wiring connection portion 34 from being exposed. Next, deaeration is performed for 30 minutes using a vacuum desiccator to remove air bubbles inside the UV curable resin. After degassing, the UV curable resin is exposed to ultraviolet light through a photomask. As a result, the UV curable resin covering the wiring connection portion 34 is selectively cured. By precisely aligning the light-shielding portion of the photomask using a mask alignment device, only the wiring connection portion 34 is selectively cured without curing the portion where the microcantilever is provided. As a mask alignment device, for example, Model M-1S manufactured by Mikasa Corporation can be used. Subsequently, the uncured UV curable resin is dissolved and removed with acetone, and the printed circuit board 5 is vacuum-dried.

図４に示すように、上述の手順で弾性樹脂２により封止されたセンサチップ３上には接触部４が接着される。接触部４は対象物と接触する部位である。接触部４の形状及び材質は、対象物の性質及び用途に応じて適宜定められる。対象物の性質は、対象物の硬度、柔軟性、脆性、耐久性、耐摩耗性等を含む。例えば対象物が柔軟であるかどうか、対象物が壊れやすいか否かに応じて、接触部４の硬度、及び対象物との接触面積が適宜調整され得る。例えば接触部４の形状は半球形、円柱形、楕円柱形、角柱形、三角錐形等である。接触部４の形状はこれに限られず、突起状の形状であれば任意の形状を採用可能である。接触部４の材質は、例えばＰＤＭＳ、アクリル等である。接触部４の材質はこれに限られず、任意の材料を採用可能である。接触部４は、対象物との接触個所を限定し、またセンサチップ３への荷重を中心方向に集中させる役割を果たす。 As shown in FIG. 4, the contact portion 4 is adhered onto the sensor chip 3 sealed with the elastic resin 2 by the procedure described above. The contact portion 4 is a portion that comes into contact with the object. The shape and material of the contact portion 4 are appropriately determined according to the properties and uses of the object. Object properties include object hardness, flexibility, brittleness, durability, wear resistance, and the like. For example, the hardness of the contact portion 4 and the contact area with the object can be appropriately adjusted depending on whether the object is flexible or fragile. For example, the shape of the contact portion 4 is hemispherical, cylindrical, elliptical cylindrical, prismatic, triangular pyramidal, or the like. The shape of the contact portion 4 is not limited to this, and an arbitrary shape can be adopted as long as it is a projecting shape. The material of the contact portion 4 is, for example, PDMS, acrylic, or the like. The material of the contact portion 4 is not limited to this, and any material can be adopted. The contact portion 4 serves to limit the contact point with the object and to concentrate the load on the sensor chip 3 toward the center.

次に接触部４のセンサチップ３への固定手順について説明する。本実施形態にかかるＭＥＭＳセンサ１において、接触部４は、センサチップ３に取り外し可能に固定される。本開示において取り外し可能とは、剥離可能であること、脱着可能であること等を含む。例えば接触部４はセンサチップ３に、再剥離が可能な粘着性接着剤６により取り外し可能（剥離可能）に固定される。粘着性接着剤６として、例えばセメダイン株式会社の液状粘着剤BBXを用いることができる。このように接触部４はセンサチップ３から取り外し可能であるため、本実施形態にかかるＭＥＭＳセンサ１は、様々な用途及び対象物に合わせた形状又は材質の接触部４を適宜交換して用いることができる。 Next, a procedure for fixing the contact portion 4 to the sensor chip 3 will be described. In the MEMS sensor 1 according to this embodiment, the contact portion 4 is detachably fixed to the sensor chip 3 . In the present disclosure, detachable includes detachable, detachable, and the like. For example, the contact portion 4 is detachably (separably) fixed to the sensor chip 3 with a releasable sticky adhesive 6 . As the sticky adhesive 6, for example, a liquid adhesive BBX manufactured by Cemedine Co., Ltd. can be used. Since the contact portion 4 is detachable from the sensor chip 3 in this way, the MEMS sensor 1 according to the present embodiment can be used by appropriately exchanging the contact portion 4 having a shape or material suitable for various uses and objects. can be done.

ここでセンサチップ３には、接触部４が固定される位置に基礎部３６が設けられてもよい。つまりセンサチップ３を封止する弾性樹脂２のうち、接触部４が固定される位置に基礎部３６が設けられてもよい。図５は、基礎部３６の概要構成を示す。図５（ａ）に示すように、基礎部３６は円柱状の部材である。例えば基礎部３６は直径及び高さがそれぞれ2mm、高さ1mmである。図５（ｂ）に示すように、基礎部３６は、センサチップ３上の接触部４が設けられる位置に設けられる部材である。基礎部３６の材料はＰＤＭＳであり、センサチップ３を封止する弾性樹脂２の上に、未硬化のＰＤＭＳを用いて接着される。このように基礎部３６の底面（弾性樹脂２と対向する面）は、弾性樹脂２と同一材料により一体に形成されている。換言すると基礎部３６は、弾性樹脂２のうち接触部４が設けられる位置に設けられた突出部分である。センサチップ３に基礎部３６が設けられている場合、接触部４は、基礎部３６の上面（弾性樹脂２と対向する面と反対の面）に粘着性接着剤６により取り外し可能（剥離可能）に固定される。接触部４が接着された状態のＭＥＭＳセンサ１を図６に示す。基礎部３６は、接触部４を設置する土台部分として機能する。センサチップ３上に基礎部３６を設けることにより、接触部４の固定位置の位置ずれを防止することができる。 Here, the sensor chip 3 may be provided with a base portion 36 at a position where the contact portion 4 is fixed. That is, the base portion 36 may be provided at a position where the contact portion 4 is fixed in the elastic resin 2 that seals the sensor chip 3 . FIG. 5 shows a schematic configuration of the base portion 36. As shown in FIG. As shown in FIG. 5A, the base portion 36 is a cylindrical member. For example, the base portion 36 has a diameter and height of 2 mm and a height of 1 mm, respectively. As shown in FIG. 5B, the base portion 36 is a member provided at a position where the contact portion 4 on the sensor chip 3 is provided. The material of the base portion 36 is PDMS, which is adhered onto the elastic resin 2 that seals the sensor chip 3 using uncured PDMS. Thus, the bottom surface of the base portion 36 (the surface facing the elastic resin 2) is integrally formed of the same material as the elastic resin 2. As shown in FIG. In other words, the base portion 36 is a projecting portion of the elastic resin 2 provided at a position where the contact portion 4 is provided. When the sensor chip 3 is provided with a base portion 36, the contact portion 4 can be removed (separated) from the upper surface of the base portion 36 (the surface opposite to the surface facing the elastic resin 2) with a sticky adhesive 6. fixed to FIG. 6 shows the MEMS sensor 1 with the contact portion 4 adhered. The base portion 36 functions as a base portion on which the contact portion 4 is installed. By providing the base portion 36 on the sensor chip 3 , it is possible to prevent the fixed position of the contact portion 4 from shifting.

図７は基礎部３６及び接触部４の断面拡大図である。図７に示すように、基礎部３６及び接触部４の直径はいずれも2mmであり同一である。また接触部４の高さは2mmである。したがって接触部４と基礎部３６とを合計した高さは3mmである。接触部４及び基礎部３６の大きさ（ここでは高さ及び直径）は、接触する対象物に応じて適宜調整され得る。 7 is an enlarged sectional view of the base portion 36 and the contact portion 4. FIG. As shown in FIG. 7, both the base portion 36 and the contact portion 4 have the same diameter of 2 mm. Moreover, the height of the contact portion 4 is 2 mm. Therefore, the total height of the contact portion 4 and the base portion 36 is 3 mm. The size (here, height and diameter) of the contact portion 4 and the base portion 36 can be appropriately adjusted according to the object to be contacted.

図８は、センサチップ３による外力の検出原理の概要を示す。図８に示されるように、外力が接触部４に加えられると、マイクロカンチレバー３１～３３が変形する。接触部４に当該外力が加わると、接触部４の変形に伴いマイクロカンチレバー３１～３３のたわみ量が変化する。マイクロカンチレバー３１～３３上のひずみゲージ３１５の電気抵抗の変化を測定することによって、加えられた力の大きさの推定を行うことができる。図２及び図３にて示したようにセンサチップ３上の３つのマイクロカンチレバー３１～３３は傾斜構造をしており、それぞれ異なる角度で配置されている。例えば、図８（ａ）に示すように接触部４に垂直力（垂直荷重）が印加された場合、ＰＤＭＳは非圧縮性のため水平方向に逃げるように移動し水平方向に膨張する。つまりこの場合、全てのマイクロカンチレバー３１～３３のたわみ量が増加し、ひずみゲージ３１５の電気抵抗は一様に減少する。他方で、図８（ｂ）に示すように、せん断力（せん断荷重）が印加された場合、せん断荷重の方向によってマイクロカンチレバー３１～３３はそれぞれ異なる動きを示す。またひずみゲージ３１５の電気抵抗の変化も同様に異なる応答を示す。従って、あらかじめ各マイクロカンチレバー３１～３３の荷重に対する感度特性を測定しておくことにより、印加された力の大きさ及び方向の推定を行うことができる。 FIG. 8 shows an outline of the detection principle of external force by the sensor chip 3. As shown in FIG. As shown in FIG. 8, when an external force is applied to the contact portion 4, the microcantilevers 31-33 are deformed. When the external force is applied to the contact portion 4, the deflection amounts of the microcantilevers 31 to 33 change as the contact portion 4 deforms. By measuring the change in electrical resistance of the strain gauges 315 on the microcantilevers 31-33, an estimate of the magnitude of the applied force can be made. As shown in FIGS. 2 and 3, the three microcantilevers 31 to 33 on the sensor chip 3 have an inclined structure and are arranged at different angles. For example, when a vertical force (vertical load) is applied to the contact portion 4 as shown in FIG. 8(a), PDMS moves to escape in the horizontal direction and expands in the horizontal direction due to its incompressibility. That is, in this case, the deflection amounts of all the microcantilevers 31 to 33 increase, and the electrical resistance of the strain gauge 315 uniformly decreases. On the other hand, as shown in FIG. 8B, when a shearing force (shearing load) is applied, the microcantilevers 31 to 33 move differently depending on the direction of the shearing load. Similarly, changes in electrical resistance of the strain gauge 315 exhibit different responses. Therefore, by measuring the load sensitivity characteristics of each of the microcantilevers 31 to 33 in advance, the magnitude and direction of the applied force can be estimated.

図９は、本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１と、比較例に係るＭＥＭＳセンサ４０１との外力（ここでは垂直荷重）に対する応答の比較結果を示す。図９において、「ＰＤＭＳのみ」は比較例に係るＭＥＭＳセンサ４０１の結果を示す。また「ＰＤＭＳ（＋接着剤）」及び「アクリル（＋接着剤）」は、それぞれ本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１において、接触部４がＰＤＭＳ及びアクリルのそれぞれの場合における結果を示している。図９に示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１と比較例に係るＭＥＭＳセンサ４０１とも概ね同一の応答が得られた。また図９に示すように、接触部４の材質はＰＤＭＳ及びアクリルのいずれであっても、概ね同一の応答が得られた。なおここでは外力が垂直力である結果を示したが、外力がせん断力である場合も同様に概ね同一の応答が得られた。このように本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１は、比較例に係るＭＥＭＳセンサ４０１とほぼ同様の線形性、ヒステリシス、及び感度を示しており、センサとして十分高い精度にて使用可能である。ここでヒステリシスは印加・除荷の過程で前の変化の影響が残ることにより発生する現象である。またここでの感度は、印加時垂直荷重では1N、せん断荷重では0.001Nに達した際の抵抗変化率とした。 FIG. 9 shows comparison results of responses to an external force (vertical load in this case) between the MEMS sensor 1 according to the present embodiment and the MEMS sensor 401 according to the comparative example. In FIG. 9, "only PDMS" indicates the result of the MEMS sensor 401 according to the comparative example. "PDMS (+ adhesive)" and "acrylic (+ adhesive)" respectively indicate the results when the contact portion 4 is PDMS and acrylic in the MEMS sensor 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 9, substantially the same response was obtained from the MEMS sensor 1 according to the present embodiment and the MEMS sensor 401 according to the comparative example. Moreover, as shown in FIG. 9, substantially the same response was obtained regardless of whether the material of the contact portion 4 was PDMS or acrylic. Although the results for the vertical force are shown here, almost the same response was obtained when the external force was a shear force. As described above, the MEMS sensor 1 according to the present embodiment exhibits substantially the same linearity, hysteresis, and sensitivity as the MEMS sensor 401 according to the comparative example, and can be used as a sensor with sufficiently high accuracy. Here, hysteresis is a phenomenon that occurs due to the influence of previous changes remaining in the process of applying and unloading. The sensitivity here is the rate of resistance change when the applied vertical load reaches 1 N and the shear load reaches 0.001 N.

以上に説明したように、本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１は、比較例のＭＥＭＳセンサ同様のセンサ精度を有する。さらに本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１は、外力を受ける接触部４がセンサチップ３に取り外し可能に固定されている。したがって、本実施形態のＭＥＭＳセンサ１によれば、様々な用途及び対象物に合わせて、接触部を容易に交換することができる。このため、本実施形態のＭＥＭＳセンサ１によれば用途又は対象物ごとにセンサを用意する必要がなく、コストの低減化、工数の削減を実現することができる。また、本実施形態のＭＥＭＳセンサ１によれば、繰り返しの使用により接触部４が摩耗、劣化等した場合にも、接触部４のみを剥離することにより外して、新たな接触部４を固定すればよい。このように安価かつ簡便にＭＥＭＳセンサ１の保守、メンテナンスを実施することができる。 As described above, the MEMS sensor 1 according to this embodiment has sensor accuracy similar to that of the MEMS sensor of the comparative example. Further, in the MEMS sensor 1 according to this embodiment, the contact portion 4 that receives an external force is detachably fixed to the sensor chip 3 . Therefore, according to the MEMS sensor 1 of this embodiment, the contact portion can be easily exchanged according to various uses and objects. Therefore, according to the MEMS sensor 1 of this embodiment, it is not necessary to prepare a sensor for each application or object, and it is possible to reduce costs and man-hours. Further, according to the MEMS sensor 1 of the present embodiment, even if the contact portion 4 wears or deteriorates due to repeated use, the contact portion 4 alone can be removed by peeling off and a new contact portion 4 fixed. Just do it. In this manner, maintenance of the MEMS sensor 1 can be performed inexpensively and easily.

なお接触部４が摩耗、劣化等した場合の交換時期の判断は、接触部４を目視することにより行ってもよく、あるいは定期的な性能試験を行うことにより行ってもよい。 When the contact portion 4 is worn or deteriorated, the timing of replacement may be determined by visually observing the contact portion 4 or by conducting a periodic performance test.

また本実施形態によれば、接触部４がセンサチップ３に取り外し可能に固定されているため、所定値以上の外力が加わった場合に、接触部４が外れることでセンサチップ３の破損を防止することができる。特にマイクロカンチレバー３１～３３は過度な負荷により破損する恐れがあるため、接触部４が外れることにより、マイクロカンチレバー３１～３３の破損を防止することができる。 Further, according to this embodiment, since the contact portion 4 is detachably fixed to the sensor chip 3, damage to the sensor chip 3 can be prevented by removing the contact portion 4 when an external force exceeding a predetermined value is applied. can do. In particular, since the microcantilevers 31 to 33 may be damaged by an excessive load, the breakage of the microcantilevers 31 to 33 can be prevented by removing the contact portion 4 .

図１０は、本実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１の接触部４に水平方向に変位を加えていった場合のセンサの応答を示す。変位の増大に応じて接触部４に働くせん断荷重が増大し、それに伴ってひずみ抵抗が変化している。そして接触部４とセンサチップ３の接着箇所の接着強度を超えると粘着性接着剤６による接着部分が剥離してせん断荷重が開放される。その後ひずみ抵抗は変位を加える前の値に戻り、センサチップ３には破損等が発生しない。なお、接触部４のサイズ及び形状の少なくとも一方を変更することによって、粘着性接着剤６による接着部分の剥離が生じる外力の大きさ（上記の所定値）は変わり得る。例えば接触部４のサイズ(接触部４が円柱形状である場合は、直径及び高さ)を変更することで、所定値が変わり得る。同様に接触部４の形状を円柱形状、半球形状等、楕円柱形状、角柱形状、三角錐形状に変更することで、所定値が変わり得る。このように、接触部４のサイズ及び形状を変更することにより、所定値を調整してもよい。また、接触部４の底面（基礎部３６に接着される面）のサイズ及び形状を変更することによって、接着部分の剥離が生じる外力の所定値が変わり得る。例えば接触部４の形状が円柱形状である場合において、接触部４の底面の直径が上面の直径よりも小さくてもよい。換言すると接触部４の底部の直径が、接触部４の底部以外の直径よりも小さくてもよい。このようにすることで、接触部４の底部において応力集中が生じ、接着箇所での剥離をより確実にすることができる。接触部４の形状及びサイズ、並びに接触部４の底部に応力集中を生じさせる態様はこれに限られず任意の方法を採用可能である。例えば接触部４は、上部から底部にわたりテーパー構造を有していてもよい。あるいは接触部４は、底部においてくびれ部分、溝、孔、段等を有してもよい。換言すると、接触部４の底部のサイズ及び形状の少なくとも一方を接触部４の他部分と異ならせることにより、接着箇所で応力集中を起こし、接着箇所での剥離をより確実にすることができる。 FIG. 10 shows the response of the sensor when the contact portion 4 of the MEMS sensor 1 according to this embodiment is displaced in the horizontal direction. As the displacement increases, the shear load acting on the contact portion 4 increases, and the strain resistance changes accordingly. Then, when the bonding strength of the bonding portion between the contact portion 4 and the sensor chip 3 is exceeded, the bonding portion by the adhesive adhesive 6 is peeled off and the shear load is released. After that, the strain resistance returns to the value before applying the displacement, and the sensor chip 3 is not damaged. By changing at least one of the size and shape of the contact portion 4, the magnitude of the external force (predetermined value described above) that causes peeling of the portion adhered by the tacky adhesive 6 can be changed. For example, the predetermined value can be changed by changing the size of the contact portion 4 (the diameter and height if the contact portion 4 is cylindrical). Similarly, the predetermined value can be changed by changing the shape of the contact portion 4 to a columnar shape, a hemispherical shape, or the like, an elliptical columnar shape, a prismatic shape, or a triangular pyramidal shape. By changing the size and shape of the contact portion 4 in this manner, the predetermined value may be adjusted. Also, by changing the size and shape of the bottom surface of the contact portion 4 (the surface adhered to the base portion 36), the predetermined value of the external force that causes peeling of the adhered portion can be changed. For example, when the shape of the contact portion 4 is cylindrical, the diameter of the bottom surface of the contact portion 4 may be smaller than the diameter of the top surface. In other words, the diameter of the bottom portion of the contact portion 4 may be smaller than the diameter of the portion other than the bottom portion of the contact portion 4 . By doing so, stress concentration occurs at the bottom portion of the contact portion 4, and peeling at the adhesion portion can be more reliably performed. The shape and size of the contact portion 4 and the mode of causing stress concentration on the bottom portion of the contact portion 4 are not limited to this, and any method can be adopted. For example, the contact portion 4 may have a tapered structure from top to bottom. Alternatively, the contact portion 4 may have constrictions, grooves, holes, steps, etc. at the bottom. In other words, by making at least one of the size and shape of the bottom portion of the contact portion 4 different from the other portion of the contact portion 4, stress concentration occurs at the bonding portion, and peeling at the bonding portion can be made more reliable.

なお、ＭＥＭＳセンサ１の接触部４に垂直力が加わった場合にも、センサチップ３の破損等を防止するようにしてもよい。例えば所定以上の垂直力が加えられた場合に、センサチップ３が後退する退避機構を備えてもよい。このようにすることで、センサチップ３の破損を防止することができる。 It should be noted that even when a vertical force is applied to the contact portion 4 of the MEMS sensor 1, the sensor chip 3 may be prevented from being damaged or the like. For example, a retraction mechanism may be provided for retracting the sensor chip 3 when a vertical force greater than or equal to a predetermined value is applied. By doing so, damage to the sensor chip 3 can be prevented.

なお、本実施形態ではＭＥＭＳセンサ１が触覚センサである場合について説明したがこれに限られない。ＭＥＭＳセンサ１は触覚センサ以外であってもよく、例えば圧力センサ、流量センサ等のセンサであってもよい。あるいはＭＥＭＳセンサ１は、近接覚センサであってもよい。このような場合においても、本実施形態にかかる構成により、ＭＥＭＳセンサ１と対象物との接触部に係る同様の課題を解決することができる。 In addition, although this embodiment demonstrated the case where the MEMS sensor 1 was a touch sensor, it is not restricted to this. The MEMS sensor 1 may be other than a tactile sensor, and may be a sensor such as a pressure sensor or a flow rate sensor. Alternatively, the MEMS sensor 1 may be a proximity sensor. Even in such a case, the configuration according to the present embodiment can solve the same problem related to the contact portion between the MEMS sensor 1 and the object.

また本実施形態ではセンサチップ３がマイクロカンチレバー３１～３３を含む例を説明したがこれに限られない。センサチップ３は、マイクロカンチレバーに加えて、或いはマイクロカンチレバーの代わりに任意の機械構成部品を含んでもよい。 Also, in this embodiment, an example in which the sensor chip 3 includes the microcantilevers 31 to 33 has been described, but the present invention is not limited to this. The sensor chip 3 may include any mechanical components in addition to or instead of microcantilevers.

（第１の変形例）
本実施形態では、ＭＥＭＳセンサが基礎部３６を備えるものとして説明したがこれに限られない。例えばＭＥＭＳセンサは基礎部３６を備えずに、接触部４がセンサチップ３上に取り外し可能に固定されてもよい。以下、基礎部３６を備えないＭＥＭＳセンサ（第１の変形例に係るＭＥＭＳセンサ）について説明する。図１１は、第１の変形例に係るＭＥＭＳセンサ１０１の概要構成及び固定態様を示す。図１１に示すように、ＭＥＭＳセンサ１０１は、弾性樹脂１０２に封止されたセンサチップ１０３が、プリント基板１０５上に設けられている。センサチップ１０３とプリント基板１０５とを接続する配線接続部１３４は、弾性樹脂１０２及び保護層１３５により保護されている。接触部１０４は、平坦に形成された弾性樹脂１０２上に粘着性接着剤１０６により接着される。具体的には接触部１０４の底面（センサチップ１０３と対向する面）には、再剥離が可能な粘着性接着剤１０６が塗布される。接触部１０４は粘着性接着剤１０６により、センサチップ１０３を覆う弾性樹脂１０２上に接着される。接触部１０４が接着された状態のＭＥＭＳセンサ１０１を図１２に示す。接触部１０４の直径及び高さは、それぞれ例えば2mm及び3mmである。 (First modification)
In the present embodiment, the MEMS sensor has been described as having the base portion 36, but the present invention is not limited to this. For example, the MEMS sensor may not comprise a base portion 36 and the contact portion 4 may be removably fixed on the sensor chip 3 . A MEMS sensor (MEMS sensor according to the first modification) that does not include the base portion 36 will be described below. FIG. 11 shows a schematic configuration and fixing manner of a MEMS sensor 101 according to a first modified example. As shown in FIG. 11, the MEMS sensor 101 has a sensor chip 103 sealed with an elastic resin 102 provided on a printed circuit board 105 . A wiring connection portion 134 that connects the sensor chip 103 and the printed circuit board 105 is protected by the elastic resin 102 and the protective layer 135 . The contact portion 104 is adhered with a sticky adhesive 106 onto the flat elastic resin 102 . Specifically, the bottom surface of the contact portion 104 (the surface facing the sensor chip 103) is coated with a viscous adhesive 106 that can be peeled off again. The contact portion 104 is adhered onto the elastic resin 102 covering the sensor chip 103 with a sticky adhesive 106 . FIG. 12 shows the MEMS sensor 101 with the contact portion 104 adhered. The diameter and height of the contact portion 104 are, for example, 2 mm and 3 mm, respectively.

図１３は、第１の変形例に係るＭＥＭＳセンサ１０１の垂直荷重印加時及び除荷時の応答を示す。また図１４は、第１の変形例に係るＭＥＭＳセンサ１０１のせん断荷重印加時及び除荷時の応答を示す。図１３及び図１４に示すように、基礎部を設けない場合、荷重印加時と除荷時で、特にせん断荷重印加時に大きなヒステリシスが見られる。これは接着箇所が荷重印加によりずれることによるものと考えられ、上述の実施形態において基礎部を設けることの重要性を示している。換言すると上述の実施形態に係るＭＥＭＳセンサ１において、基礎部３６を設けることにより、荷重に係るヒステリシスを低減することができる。なお基礎部３６を設けない場合にはこのように荷重に係るヒステリシスが生じるものの、より簡易な構成でデバイスを構成することができる。例えばヒステリシスの影響が少ない条件下、又は無視できる条件下においては、第１の変形例に係るＭＥＭＳセンサ１０１によりセンシングを行ってもよい。 FIG. 13 shows the response of the MEMS sensor 101 according to the first modified example when a vertical load is applied and when the load is removed. Also, FIG. 14 shows the response of the MEMS sensor 101 according to the first modified example when a shear load is applied and when the load is removed. As shown in FIGS. 13 and 14, when the base portion is not provided, a large hysteresis is observed when a load is applied and when the load is removed, particularly when a shear load is applied. This is considered to be due to the fact that the bonding points are displaced due to the application of load, which indicates the importance of providing the base portion in the above-described embodiment. In other words, by providing the base portion 36 in the MEMS sensor 1 according to the above embodiment, the hysteresis associated with the load can be reduced. When the base portion 36 is not provided, the hysteresis associated with the load occurs as described above, but the device can be configured with a simpler configuration. For example, sensing may be performed by the MEMS sensor 101 according to the first modification under conditions where the influence of hysteresis is small or negligible.

（第２の変形例）
また本実施形態では、接触部４はセンサチップ３に粘着性接着剤６により取り外し可能に固定される場合を説明したがこれに限られない。例えば接触部４はセンサチップ３に両面テープにより取り外し可能に固定されてもよい。あるいは接触部４はセンサチップ３に、異なる方法で取り外し可能に固定されてもよい。以下、センサチップ３と接触部４とが異なる方法で取り外し可能に固定されるＭＥＭＳセンサ（第２の変形例に係るＭＥＭＳセンサ）について説明する。図１５は、第２の変形例に係るＭＥＭＳセンサ２０１の概要構成及び固定の態様を示す。図１５に示すように、ＭＥＭＳセンサ２０１は、弾性樹脂２０２に封止されたセンサチップ２０３が、プリント基板２０５上に設けられている。センサチップ２０３とプリント基板２０５とを接続する配線接続部２３４は弾性樹脂２０２及び保護層２３５により保護されている。 (Second modification)
Also, in the present embodiment, the case where the contact portion 4 is detachably fixed to the sensor chip 3 with the sticky adhesive 6 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the contact portion 4 may be detachably fixed to the sensor chip 3 with double-sided tape. Alternatively, the contact 4 may be removably fixed to the sensor chip 3 in a different way. A MEMS sensor (MEMS sensor according to a second modification) in which the sensor chip 3 and the contact portion 4 are detachably fixed by a different method will be described below. FIG. 15 shows a schematic configuration and fixing mode of a MEMS sensor 201 according to a second modified example. As shown in FIG. 15, the MEMS sensor 201 has a sensor chip 203 sealed with an elastic resin 202 provided on a printed circuit board 205 . A wiring connection portion 234 connecting the sensor chip 203 and the printed circuit board 205 is protected by the elastic resin 202 and the protective layer 235 .

図１５に示すように、第２の変形例に係るＭＥＭＳセンサ２０１において、接触部２０４は、弾性樹脂２０２と保護層２３５とにより区画された穴部２０７に嵌合することによりセンサチップ３上に脱着可能に固定される。換言すると接触部２０４は、穴部２０７に嵌め込みにより固定される。ここで接触部２０４と弾性樹脂２０２とは接触している。このため接触部２０４は、所定以上の力で引っ張る、又は所定以上のせん断力が加わることにより穴部２０７から外れる。図１６は、第２の変形例に係るＭＥＭＳセンサ２０１の概要構成を示す。図１６に示すように、第２の変形例に係るＭＥＭＳセンサ２０１の接触部２０４と、穴部２０７の直径は同一であり、ここではいずれも2.5mmである。また図１６に示すように、接触部２０４の高さは3mmである。接触部２０４は穴部２０７に嵌合するため、接触部２０４はセンサチップ３に粘着性接着剤６により接着されなくてよい。あるいは接触部２０４の固定の強度を高めるために、接触部２０４はセンサチップ３に粘着性接着剤６により接着されてもよい。また、穴部２０７の底部に基礎部が設けられてもよい。この場合、接触部２０４は基礎部に接触又は接着される。 As shown in FIG. 15, in the MEMS sensor 201 according to the second modification, the contact portion 204 is fitted on the sensor chip 3 by fitting into the hole portion 207 defined by the elastic resin 202 and the protective layer 235. It is detachably fixed. In other words, the contact portion 204 is fixed by fitting into the hole portion 207 . Here, the contact portion 204 and the elastic resin 202 are in contact. For this reason, the contact portion 204 is removed from the hole portion 207 by pulling with a force greater than or equal to a predetermined value or by applying a shear force greater than or equal to a predetermined value. FIG. 16 shows a schematic configuration of a MEMS sensor 201 according to a second modified example. As shown in FIG. 16, the diameters of the contact portion 204 and the hole portion 207 of the MEMS sensor 201 according to the second modification are the same, and both are 2.5 mm here. Also, as shown in FIG. 16, the height of the contact portion 204 is 3 mm. Since the contact portion 204 fits into the hole portion 207 , the contact portion 204 need not be adhered to the sensor chip 3 with the adhesive 6 . Alternatively, the contact portion 204 may be adhered to the sensor chip 3 with the sticky adhesive 6 in order to increase the fixing strength of the contact portion 204 . Also, a base portion may be provided at the bottom of the hole portion 207 . In this case, the contact portion 204 contacts or adheres to the base portion.

図１７は、第２の変形例に係るＭＥＭＳセンサ２０１の垂直力に対する応答を示す。図１７に示すように、第２の変形例に係るＭＥＭＳセンサ２０１も、本実施形態のＭＥＭＳセンサ１と同様の線形性、ヒステリシス、及び感度を示しており、センサとして十分高い精度にて使用可能である。 FIG. 17 shows the response of the MEMS sensor 201 according to the second modification to normal force. As shown in FIG. 17, the MEMS sensor 201 according to the second modification also exhibits the same linearity, hysteresis, and sensitivity as the MEMS sensor 1 of this embodiment, and can be used as a sensor with sufficiently high accuracy. is.

本開示を諸図面及び実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各部材に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能である。 Although the present disclosure has been described with reference to drawings and embodiments, it should be noted that various variations and modifications can be easily made by those skilled in the art based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included within the scope of this disclosure. For example, functions included in each means and each member can be rearranged so as not to be logically inconsistent.

１、１０１、２０１、４０１、５０１、６０１ＭＥＭＳセンサ
２、１０２、２０２、４０２、５０２、６０２弾性樹脂
３、１０３、４０３、５０３、６０３センサチップ
３１、３２、３３マイクロカンチレバー
３１１支持基板
３１２ＢＯＸ層
３１３活性層
３１４絶縁層
３１５ひずみゲージ
３１６配線部
３１７膜
３４、１３４、２３４配線接続部
３５、１３５、２３５保護層
３６基礎部
４、１０４、２０４、４０４、５０４、６０４接触部
５、１０５、２０５プリント基板
６、１０６粘着性接着剤
２０７穴部 1, 101, 201, 401, 501, 601 MEMS sensor 2, 102, 202, 402, 502, 602 Elastic resin 3, 103, 403, 503, 603 Sensor chip 31, 32, 33 Microcantilever 311 Support substrate 312 BOX layer 313 active layer 314 insulating layer 315 strain gauge 316 wiring section 317 film 34, 134, 234 wiring connection section 35, 135, 235 protective layer 36 base section 4, 104, 204, 404, 504, 604 contact section 5, 105, 205 Printed circuit board 6, 106 Adhesive adhesive 207 hole

Claims

a sensor chip sealed with an elastic resin;
a contact portion provided on the sensor chip;
A MEMS sensor comprising:
A MEMS sensor, wherein the contact portion is removably fixed to the sensor chip.

2. The MEMS sensor of Claim 1, wherein the sensor chip comprises a microcantilever.

The MEMS sensor according to claim 1 or 2,
A MEMS sensor, wherein the contacts are removably secured to the sensor chip by a sticky adhesive.

The MEMS sensor according to claim 1 or 2,
a hole defined on the sensor chip by the elastic resin and a protective layer that protects the sensor chip;
The MEMS sensor, wherein the contact portion is detachably fixed to the sensor chip by fitting into the hole portion.

The MEMS sensor according to any one of claims 1 to 4,
A MEMS sensor comprising a base on the sensor chip at a location where the contact is removably fixed.

The MEMS sensor according to any one of claims 1 to 5,
The MEMS sensor, wherein the contact portion is detached from the sensor chip when a shearing force equal to or greater than a predetermined value is applied to the contact portion.