(57)【要約】【課題】測定対象物に対するセンサ装置の実装を容易に行うことができるセンサ装置の実装方法を提供する。【解決手段】モールド材１２としてセンサチップ１１を混入可能な状態の母体１３を用意し、母体１３に複数のセンサチップ１１を混入する（混入工程）。続いて、ディスペンサ４０を用いて、母体１３のうち複数のセンサチップ１１が混入した一部を測定対象物３０に塗布する。こうして、複数のセンサチップ１１を含んだモールド材１２を測定対象物３０に適量盛りつける（塗布工程）。このように、複数のセンサチップ１１を含んだモールド材１２を測定対象物３０に直接塗布するので、センサチップ１１を基板等に予め実装する必要がなく、測定対象物３０に対するセンサ装置１０の実装を容易に行うことができる。【選択図】図２
2016170155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部装置（２０）から電力を無線で受電することで動作すると共に、物理量を検出するように構成されたセンサチップ（１１）と、
前記センサチップ（１１）を封止すると共に、測定対象物（３０）に固定されるモールド材（１２）と、
を備えたセンサ装置（１０）を前記測定対象物（３０）に実装する実装方法であって、
前記モールド材（１２）として前記センサチップ（１１）を混入可能な状態の母体（１３）を用意し、前記母体（１３）に前記センサチップ（１１）を混入する混入工程と、
前記母体（１３）のうち前記センサチップ（１１）が混入した一部を前記測定対象物（３０）に塗布することにより、前記センサチップ（１１）を含んだ前記モールド材（１２）を前記測定対象物（３０）に固定する塗布工程と、
を含んでいることを特徴とするセンサ装置の実装方法。
【請求項２】
前記センサチップ（１１）は、前記モールド材（１２）に複数混入しており、
前記混入工程では、前記母体（１３）に前記センサチップ（１１）を複数混入し、
前記塗布工程では、前記母体（１３）のうち前記センサチップ（１１）が複数混入した一部を前記測定対象物（３０）に塗布することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置の実装方法。
【請求項３】
前記塗布工程の後、前記モールド材（１２）を硬化する硬化工程を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置の実装方法。
【請求項４】
前記センサチップ（１１）は、異なる物理量を検出するものが前記モールド材（１２）に複数混入しており、
前記混入工程では、前記母体（１３）に前記センサチップ（１１）として前記異なる物理量を検出するものを複数混入し、
前記塗布工程では、前記母体（１３）のうち前記センサチップ（１１）として前記異なる物理量を検出するものを複数混入した一部を前記測定対象物（３０）に塗布することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のセンサ装置の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量の測定対象物に対するセンサ装置の実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物理量を検出するための検出モジュールを備えたセンサ装置が、例えば特許文献１で提案されている。検出モジュールは基板及びセンサチップを有している。センサチップは測定対象物に貼り付けられた中継板に直接接合すなわちベアチップ実装されている。これにより、センサチップは測定対象物から中継板を介して伝わる物理量を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１７６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、センサチップを中継板に接合した後に当該中継板を測定対象物に貼り付けなければならないので、測定対象物に対するセンサ装置の設置に手間が掛かってしまうという問題がある。また、センサチップが中継板にベアチップ実装されているので、環境によってはごみや埃等の厳しい条件に対してセンサチップが脆弱になってしまう場合がある。さらに、センサ装置を取り付ける測定対象物の形状や場所によっては実装が困難な場合もある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑み、測定対象物に対するセンサ装置の実装を容易に行うことができるセンサ装置の実装方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、外部装置（２０）から電力を無線で受電することで動作すると共に、物理量を検出するように構成されたセンサチップ（１１）と、センサチップ（１１）を封止すると共に、測定対象物（３０）に固定されるモールド材（１２）と、を備えたセンサ装置（１０）を測定対象物（３０）に実装する実装方法であって、以下の点を特徴としている。
【０００７】
まず、モールド材（１２）としてセンサチップ（１１）を混入可能な状態の母体（１３）を用意し、母体（１３）にセンサチップ（１１）を混入する混入工程を行う。続いて、母体（１３）のうちセンサチップ（１１）が混入した一部を測定対象物（３０）に塗布することにより、センサチップ（１１）を含んだモールド材（１２）を測定対象物（３０）に固定する塗布工程を行うことを特徴とする。
【０００８】
これによると、センサチップ（１１）を含んだモールド材（１２）を測定対象物（３０）に直接塗布するので、センサチップ（１１）を基板等に予め実装しなくて済む。また、モールド材（１２）は測定対象物（３０）に塗布される際に形状が定まっていない、すなわち測定対象物（３０）の設置場所の形状に応じてモールド材（１２）の形状が変化するので、当該設置場所の形状に応じてモールド材（１２）を成形及び接合しなくて済む。したがって、測定対象物（３０）に対するセンサ装置（１０）の実装を容易に行うことができる。
【０００９】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサ装置を示した断面図である。
【図２】センサ装置の塗布工程を示した図である。
【図３】第２実施形態において、測定対象物として軸に実装されたセンサ装置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るセンサ装置は、測定対象物に対して直接設置及び固定されるものである。具体的には、図１に示されるように、センサ装置１０は、複数のセンサチップ１１と、各センサチップ１１を封止するモールド材１２と、を備えて構成されている。
【００１３】
センサチップ１１は、外部装置２０から電力を無線で受電することで動作すると共に、物理量を検出するように構成されたものである。このため、センサチップ１１は、図示しないが、電力を無線で受電する受電部、物理量を検出するセンシング部、外部装置２０から無線で指令を受けてセンシング部で検出した物理量を含んだ信号を外部装置２０に無線で送信する送受信部を備えている。
【００１４】
ここで、外部装置２０はセンサ装置１０に対して電波が届く位置に配置されている。外部装置２０は、図示しないが、電力を無線で送電する送電部、センサチップ１１に無線で指令を送ったりセンサチップ１１から信号を無線で受信するための送受信部を備えている。
【００１５】
本実施形態では、各センサチップ１１の送受信部はセンサチップ１１毎に異なるＩＤを予め記憶しており、ＩＤを含んだ信号を外部装置２０に送信している。このため、外部装置２０は各センサチップ１１から受信した信号に含まれるＩＤによって各センサチップ１１を識別することができる。
【００１６】
センサチップ１１のセンシング部は、図示しないが、圧力、トルク、温度、加速度、光等の物理量を検出するように構成されている。センサチップ１１のサイズは検出対象の物理量に応じてそれぞれ異なっている。
【００１７】
圧力センサとしてのセンサチップ１１は、半導体基板と台座とが積層されて構成されている。半導体基板は一部が薄肉化された圧力検出用のダイヤフラムを有している。ダイヤフラムには複数のゲージ抵抗がホイートストンブリッジ回路を構成するように形成されている。このダイヤフラムの受圧面にモールド材１２を介して圧力媒体の圧力が印加される。このホイートストンブリッジ回路がセンシング部として機能する。
【００１８】
また、半導体基板は台座に固定されており、台座との間で真空の圧力基準室を構成している。これにより、センサチップ１１は、各ゲージ抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して、ダイヤフラムの歪みに応じた電圧の大きさを絶対圧として検出する。モールド材１２に混入される複数のセンサチップ１１は、圧力の検出レンジがそれぞれ異なるものが組み合わされても良い。
【００１９】
トルクセンサとしてのセンサチップ１１は、圧力センサと同じ構成である。すなわち、トルクセンサとしてのセンサチップ１１は、歪をゲージ抵抗に掛かる圧縮応力または引っ張り応力の抵抗値の変化として検出する歪ゲージ方式が採用されている。
【００２０】
温度センサとしてのセンサチップ１１は、例えば温度によって抵抗値が変化する抵抗体が半導体基板やガラス基板等の基板に形成されて構成されている。これにより、センサチップ１１は抵抗値の変化を電圧や電流の変化として検出する。この抵抗体がセンシング部として機能する。
【００２１】
加速度センサとしてのセンサチップ１１は、半導体基板と蓋部とが積層されて構成されている。半導体基板はＭＥＭＳ技術によって形成された櫛歯状の可動電極と固定電極とを有している。このような構成により、可動電極に加速度等の物理量が印加されることで可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。したがって、当該静電容量の変化に応じた加速度等の物理量を検出する。すなわち、可動電極及び固定電極がセンシング部として機能する。
【００２２】
センサチップ１１においてセンシング部の加速度の検出軸は予め決まっているが、センサチップ１１は検出軸がモールド材１２の中でどの方向に向くかわからない。つまり、測定対象物３０に対してセンサチップ１１は不確定な方向で固定される。そこで、センサ装置１０が測定対象物３０に実装された後に測定対象物３０に３軸方向それぞれに加速度を印加して、各センサチップ１１の向いている方向を測定する必要がある。このため、センサ装置１０を加速度センサとして機能させる場合はセンサチップ１１が少なくとも３個必要である。
【００２３】
光センサとしてのセンサチップ１１は、受光した光の強度を検出するフォトダイオードが半導体基板に形成されて構成されている。これにより、センサチップ１１は、光の強度を電圧として検出する。すなわち、フォトダイオードがセンシング部として機能する。光センサとしては、赤外光を検出するもの、可視光を検出するもの、紫外光を検出するもの等がある。モールド材１２に混入される光センサは検出光が異なるものが組み合わされても良い。
【００２４】
モールド材１２は、複数のセンサチップ１１を封止する封止手段である。また、モールド材１２はセンサ装置１０を測定対象物３０に直接固定するための固定手段である。モールド材１２は、センサチップ１１が検出する物理量や、センサ装置１０が配置される測定対象物３０の設置場所等に応じて様々な材料が採用される。例えば、レジン、ゴム、樹脂等である。
【００２５】
センサチップ１１が圧力センサとして構成された場合、モールド材１２は圧力を伝達しやすいゴム材が適している。また、センサチップ１１がトルクセンサや加速度センサとして構成された場合、モールド材１２はレジン等が適している。さらに、センサチップ１１が光センサとして構成された場合、モールド材１２は光を透過する透明樹脂等が適している。例えばモールド材１２として赤外線透過樹脂を用いることで光センサを赤外線センサとして機能させることも可能である。
【００２６】
センサチップ１１が温度センサとして構成された場合、モールド材１２を介してセンサチップ１１に温度が伝達すれば良いので、モールド材１２としては上記のどの材料を用いても構わない。
【００２７】
以上が、本実施形態に係るセンサ装置１０の構成である。上述のように、複数のセンサチップ１１がモールド材１２に封止されているが、本実施形態では同じ物理量を検出するセンサチップ１１がモールド材１２に複数混入している。これにより、物理量検出の冗長性を確保できる。
【００２８】
測定対象物３０は、センサ装置１０が何の物理量を測定するかによって様々である。本実施形態では、図１に示されるように、測定対象物３０は平面部３１を有する板状になっている。そして、測定対象物３０の平面部３１にセンサ装置１０が直接実装されていると共に接合されている。
【００２９】
次に、測定対象物３０に対するセンサ装置１０の実装方法について説明する。センサ装置１０が圧力センサとして構成されたものを例に説明するが、加速度センサ等の他のセンサについても実装方法は同じである。
【００３０】
まず、混入工程を行う。このため、圧力を検出するように構成されたセンサチップ１１を複数用意する。また、モールド材１２としてセンサチップ１１を混入可能な状態の母体１３を用意する。モールド材１２として例えばゴム材を採用し、このゴム材の中にセンサチップ１１を練り込めるように粘度を調整する。そして、母体１３に複数のセンサチップ１１を混入し、各センサチップ１１の全体を包むように母体１３を撹拌する。そして、図２に示されるように母体１３をディスペンサ４０に充填する。
【００３１】
続いて、塗布工程を行う。これは、ディスペンサ４０に充填した母体１３のうち複数のセンサチップ１１が混入した一部を測定対象物３０の平面部３１に塗布する。これにより、複数のセンサチップ１１を含んだ適量のモールド材１２を測定対象物３０に盛り付ける。
【００３２】
塗布工程の後、硬化工程を行う。すなわち、熱を加える等の処理を行うことにより、モールド材１２を硬化して平面部３１に固着する。このようにして、センサ装置１０を測定対象物３０に実装する。言い換えると、センサチップ１１を含んだモールド材１２を測定対象物３０に実装することでセンサ装置１０が完成する。したがって、上記のセンサ装置１０の実装方法はセンサ装置１０を製造する製造方法であるとも言える。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態では、複数のセンサチップ１１を含んだモールド材１２を測定対象物３０の平面部３１に直接塗布するので、センサチップ１１を基板等に予め実装することも当該基板を平面部３１に実装することも必要ない。このため、センサ装置１０の実装の手間を省くことができる。したがって、測定対象物３０に対するセンサ装置１０の実装を容易に行うことができる。
【００３４】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図３に示されるように、測定対象物３０として軸（シャフト）にセンサ装置１０を実装する。当該軸の表面には凹部３２が形成されている。そして、センサ装置１０は当該凹部３２に直接実装されている。なお、図３ではセンサチップ１１が描かれているが、実際にはモールド材１２に覆われていている。
【００３５】
このようなシャフトが測定対象物３０の場合、センサ装置１０はトルクを測定するように構成されたセンサチップ１１を複数含んでいる。そして、軸にトルクが掛かった場合、ひずみがモールド材１２に掛かりその応力がセンサチップ１１に伝わるので、センサチップ１１でトルクを圧力として検出することができる。また、凹部３２の形状を適切に設計することにより軸にかかるトルクを算出することが可能になる。
【００３６】
上述のように、塗布工程ではモールド材１２は測定対象物３０に塗布される際に形状が定まっていないが、測定対象物３０の設置場所の形状すなわち凹部３２の形状に応じてモールド材１２の形状が変化する。このため、凹部３２の形状に合わせてモールド材１２を予め成形する手間を省くことができる。
【００３７】
ここで、軸に凹部３２が形成されていない場合でも軸の表面に母体１３の一部を直接塗布することで軸の表面にセンサ装置１０を実装することもできる。このように、測定対象物３０の設置場所の形状に関わらずセンサ装置１０を実装することができる。
【００３８】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたセンサ装置１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、モールド材１２に含まれるセンサチップ１１の数は１個でも良い。この場合、センサ装置１０は加速度センサ以外のセンサとして構成される。
【００３９】
上記各実施形態では、測定対象物３０にモールド材１２を塗布する際にディスペンサ４０を用いたが、ディスペンサ４０は塗布手段の一例である。例えば、ユーザがディスペンサ４０を用いずにコテやスプーン等を用いて母体１３の一部を測定対象物３０に直接塗布しても良い。
【００４０】
上記各実施形態では、同じ物理量を検出する複数のセンサチップ１１がモールド材１２に封止されていたが、異なる物理用を検出する複数のセンサチップ１１がモールド材１２に封止されていても良い。例えば、温度センサと他のセンサ（圧力センサ、トルクセンサ、加速度センサ、光センサ）とを組み合わせることができる。また、圧力センサと光センサとを組み合わせることも可能である。測定対象物３０に対する実装時に、母体１３にセンサチップ１１として異なる物理量を検出するものを複数混入し（混入工程）、母体１３のうちセンサチップ１１として異なる物理量を検出するものを複数混入した一部を測定対象物３０に塗布すれば良い（塗布工程）。
【００４１】
さらに、上記各実施形態では、測定対象物３０は板状のものや軸が示されているが、これは測定対象物３０の一例である。したがって、例えば測定対象物３０はワイヤであったり、チューブ状のものであったり、複雑な構造のブロックであっても良い。このように、単純な形状でない測定対象物３０に対してもセンサ装置１０の実装の手間を省くことができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  センサ装置
１１  センサチップ
１２  モールド材
１３  母体
２０  外部装置
３０  測定対象物
【図１】
2016170155.tif 000003
【図２】
2016170155.tif 000004
【図３】
2016170155.tif 000005