JP2008275548A - Stress measuring device and actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部からの応力を測定する応力測定装置、及び、応力測定装置を備えたアクチュエータに関する。 The present invention relates to a stress measuring device that measures external stress, and an actuator including the stress measuring device.
特許文献1に記載のチップマウンタにおいては、リニアアクチュエータの本体のコイルに電流を流し、シャフトに推力を発生させることによりシャフトを移動させて、シャフトの先端に設けられた先端金具で基板を押圧することにより、先端金具に吸着させた半導体チップを基板に接着している。ここで、シャフトが移動すると、磁気ばね力によりシャフトには移動方向と反対方向に力が生じる。そこで、特許文献1のリニアアクチュエータにおいては、基板に所望の応力を付与するためにシャフトの位置に応じてコイルに流す電流を制御している。このとき、シャフトの先端金具と反対側の端に設けられた可動子と、リニアアクチュエータの本体に固定された固定子との位置関係からシャフトの位置を検出している。
In the chip mounter described in
ここで、引用文献1に記載のチップマウンタにおいては、リニアアクチュエータにがたつきが生じた場合などにも可動子と固定子との位置関係が変化して、位置に応じた応力制御に影響を与える。また、リニアアクチュエータの軸受けには機械的損失があり、応力制御に影響を与える。一方、取り扱う部品が小型になった場合には、付与する応力も小さくなる。したがって、部品が小型になった場合には、付与した応力と、リニアアクチュエータのがたつきや機械的損失の影響との差が小さくなり、基板と部品に所望の応力を付与することができなくなってしまう虞がある。
Here, in the chip mounter described in the cited
本発明の目的は、応力を正確に検出することが可能な応力測定装置、及び、このような応力測定装置を備えたアクチュエータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a stress measurement device capable of accurately detecting stress and an actuator including such a stress measurement device.
本発明の応力測定装置は、応力が加わることにより変形する変形部を有する被測定物に加わる応力を測定する応力測定装置であって、前記変形部の表面に配置された圧電基板、前記圧電基板の一表面に配置されており、互いに対向するように配置された1対の櫛型電極、及び、前記圧電基板の前記一表面に配置されており、前記圧電基板の前記一表面を伝播してきた弾性表面波を反射させる反射器を有するSAWセンサと、前記1対の櫛型電極に接続された可動コイルと、前記可動コイルと対向するとともに、前記被測定物と接触しないように配置された固定コイルと、前記固定コイルに交流電圧を印加する交流電圧印加回路と、前記固定コイルに発生した交流電圧を検出する交流電圧検出回路と、前記交流電圧検出回路における検出結果から前記被測定物に加わる応力の大きさを算出する応力算出回路と、を備えている(請求項1)。 The stress measuring device of the present invention is a stress measuring device for measuring a stress applied to an object to be measured having a deformed portion that is deformed by applying a stress, the piezoelectric substrate disposed on the surface of the deformed portion, and the piezoelectric substrate A pair of comb-shaped electrodes arranged to face each other and the one surface of the piezoelectric substrate, and have propagated through the one surface of the piezoelectric substrate A SAW sensor having a reflector that reflects surface acoustic waves, a movable coil connected to the pair of comb-shaped electrodes, and a fixed member that is opposed to the movable coil and is not in contact with the object to be measured. A coil, an AC voltage application circuit for applying an AC voltage to the fixed coil, an AC voltage detection circuit for detecting an AC voltage generated in the fixed coil, and a detection result in the AC voltage detection circuit. And a, a stress calculating circuit for calculating the magnitude of the stress applied to the object to be measured (claim 1).
交流電圧印加回路により固定コイルに交流電圧を印加すると、可動コイル及び可動コイルに接続された1対の櫛型電極にも交流電圧が印加される。1対の櫛型電極に交流電圧が印加されると、圧電基板の1対の櫛型電極に挟まれた部分が振動し、この振動が反射器において反射して1対の櫛型電極に戻ってくる。この戻ってきた振動より1対の櫛型電極及び1対の櫛型電極に接続された可動コイルに交流電圧が発生し、これにより、固定コイルにも交流電圧が発生する。そして、交流電圧検出回路は、この交流電圧を検出する。 When an AC voltage is applied to the fixed coil by the AC voltage application circuit, the AC voltage is also applied to the movable coil and a pair of comb electrodes connected to the movable coil. When an AC voltage is applied to the pair of comb electrodes, the portion of the piezoelectric substrate sandwiched between the pair of comb electrodes vibrates, and this vibration is reflected by the reflector and returns to the pair of comb electrodes. Come. An AC voltage is generated in the movable coil connected to the pair of comb-shaped electrodes and the pair of comb-shaped electrodes due to the returned vibration, whereby an AC voltage is also generated in the fixed coil. The AC voltage detection circuit detects this AC voltage.
ここで、被測定物に応力が加わり、被測定物の変形部が変形すると、変形部の表面に配置された圧電基板も変形するため、変形部の変形量によって、交流電圧検出回路における検出結果が変化する。 Here, when stress is applied to the object to be measured and the deformed part of the object to be measured is deformed, the piezoelectric substrate disposed on the surface of the deformed part is also deformed, so that the detection result in the AC voltage detection circuit depends on the amount of deformation of the deformed part. Changes.
したがって、本発明によると、交流電圧検出回路における検出結果から、被測定物に加わる応力の大きさを算出することができる。 Therefore, according to the present invention, the magnitude of the stress applied to the object to be measured can be calculated from the detection result in the AC voltage detection circuit.
また、交流電圧検出回路における検出結果は、変形部の変形量によって変化し、被測定物のがたつきなどによっては変化しないため、応力測定装置を小型にした場合にも、応力の大きさを正確に検出することができる。 In addition, the detection result in the AC voltage detection circuit changes depending on the deformation amount of the deformed portion and does not change depending on the rattling of the object to be measured. Therefore, even when the stress measuring device is downsized, the magnitude of the stress is reduced. It can be detected accurately.
なお、被測定物に応力が加わることには、被測定物に外部から応力が加えられることだけでなく、被測定物が外部に応力を加えたときの反作用により被測定物に応力が加わることも含まれる。 It should be noted that stress is applied to the object to be measured because not only is stress applied to the object to be measured from the outside, but also stress is applied to the object to be measured by reaction when the object to be measured applies stress to the outside. Is also included.
また、本発明の応力測定装置においては、前記被測定物に応力が加わっていない状態での前記交流電圧検出回路における検出結果と周辺温度との関係を記憶する第1記憶回路と、複数の周辺温度における、被測定物に加わる応力と前記交流電圧検出回路における検出結果との関係を記憶する第2記憶回路と、前記第1記憶回路に記憶された関係と前記被測定物に応力が加わっていない状態での前記交流電圧検出回路における検出結果とから、周辺温度を算出する周辺温度算出回路と、前記周辺温度算出回路により算出された周辺温度と前記第2記憶回路に記憶された関係とから、前記応力算出回路における応力の算出方法の設定を行う算出方法設定回路と、をさらに備えていることが好ましい(請求項2)。 In the stress measurement device of the present invention, a first storage circuit that stores a relationship between a detection result in the AC voltage detection circuit and an ambient temperature when no stress is applied to the object to be measured, and a plurality of peripherals A second memory circuit for storing a relationship between a stress applied to the object to be measured and a detection result in the AC voltage detection circuit at a temperature; a relationship stored in the first memory circuit; and a stress applied to the object to be measured. From the detection result in the AC voltage detection circuit in the absence of the ambient temperature, the ambient temperature calculation circuit that calculates the ambient temperature, the ambient temperature calculated by the ambient temperature calculation circuit, and the relationship stored in the second storage circuit And a calculation method setting circuit for setting a stress calculation method in the stress calculation circuit.
SAWセンサは周辺温度によってその特性が変化するため、周辺温度が変化すると、被測定物に加わった応力と、交流電圧検出回路における検出結果との対応関係が変化してしまうが、周辺温度検出回路において周辺温度を検出し、算出方法設定回路により応力算出回路における応力の算出方法を設定することにより、周辺温度が変化した場合にも、応力の大きさを正確に検出することができる。 Since the characteristics of the SAW sensor change depending on the ambient temperature, when the ambient temperature changes, the correspondence between the stress applied to the object to be measured and the detection result in the AC voltage detection circuit changes. However, the ambient temperature detection circuit By detecting the ambient temperature and setting the stress calculation method in the stress calculation circuit by the calculation method setting circuit, the magnitude of the stress can be accurately detected even when the ambient temperature changes.
また、本発明の応力測定装置においては、前記被測定物に応力が加わっていない状態での前記交流電圧検出回路における検出結果を、前記応力算出回路において応力を算出する際の基準として設定するオフセット設定回路をさらに備えていることが好ましい(請求項3)。 Further, in the stress measuring device of the present invention, an offset for setting a detection result in the AC voltage detection circuit in a state where no stress is applied to the object to be measured as a reference for calculating the stress in the stress calculation circuit. It is preferable to further include a setting circuit.
SAWセンサは周辺温度によってその特性が変化するため、周辺温度が変化すると、被測定物に応力が加わっていないときの交流電圧検出回路における検出結果が変化してしまうが、オフセット設定回路により被測定物に応力が加わっていないときの交流電圧検出回路における検出結果を基準として設定するので、周辺温度が変化しても、応力算出回路において応力の大きさを正確に算出することができる。 Since the characteristics of the SAW sensor change depending on the ambient temperature, if the ambient temperature changes, the detection result in the AC voltage detection circuit when no stress is applied to the object to be measured changes. Since the detection result in the AC voltage detection circuit when no stress is applied to the object is set as a reference, the stress calculation circuit can accurately calculate the magnitude of the stress even if the ambient temperature changes.
また、本発明の応力測定装置においては、前記SAWセンサが、前記反射器を1つ有しており、前記応力算出回路が、前記交流電圧印加回路により前記固定コイルにより交流電圧を印加してから、前記交流電圧検出回路によって交流電圧が検出されるまでの時間から、前記被測定物に加わる応力の大きさを算出するように構成されていてもよい(請求項4)。 In the stress measuring apparatus of the present invention, the SAW sensor has one reflector, and the stress calculation circuit applies an AC voltage from the fixed coil by the AC voltage application circuit. The stress applied to the object to be measured may be calculated from the time until the AC voltage is detected by the AC voltage detection circuit.
被測定物の変形部が変形することにより圧電基板が変形すると、1対の櫛型電極と反射器との距離が変化する。したがって、圧電基板の変形量によって、振動が櫛型電極から反射器に伝播し、再び櫛型電極に戻ってくるまでの時間が変化する。したがって、交流電圧印加回路により交流電圧が印加されてから、交流電圧検出回路により交流電圧が検出されるまでの時間から、被測定物に加わった応力の大きさを算出することができる。 When the piezoelectric substrate is deformed by deforming the deformed portion of the object to be measured, the distance between the pair of comb electrodes and the reflector changes. Therefore, depending on the amount of deformation of the piezoelectric substrate, the time until the vibration propagates from the comb electrode to the reflector and returns to the comb electrode changes. Therefore, the magnitude of the stress applied to the object to be measured can be calculated from the time from when the AC voltage is applied by the AC voltage application circuit until the AC voltage is detected by the AC voltage detection circuit.
又は、本発明の応力測定装置においては、前記SAWセンサが、前記圧電基板の前記一表面において、前記1対の櫛型電極を挟むように配置された2つの前記反射器を有しており、前記交流電圧検出回路と前記固定コイルとが発振回路を構成しており、前記応力算出回路が、前記交流電圧検出回路によって検出された交流電圧の周波数から、前記被測定物に加わる応力の大きさを算出するように構成されていてもよい(請求項5)。 Alternatively, in the stress measuring device of the present invention, the SAW sensor has the two reflectors arranged so as to sandwich the pair of comb-shaped electrodes on the one surface of the piezoelectric substrate, The AC voltage detection circuit and the fixed coil constitute an oscillation circuit, and the stress calculation circuit determines the magnitude of stress applied to the object to be measured from the frequency of the AC voltage detected by the AC voltage detection circuit. (Claim 5).
これによると、SAWセンサが共振子を構成しており、被測定物に応力が加わり、変形部が変形すると、この共振子の回路定数が変化する。そして、この回路定数の変化により、発振回路の発振周波数も変化する。したがって、交流電圧検出回路により検出された交流電圧の周波数から、被測定物に加わった応力の大きさを測定することができる。 According to this, the SAW sensor constitutes a resonator, and when a stress is applied to the object to be measured and the deformed portion is deformed, the circuit constant of the resonator changes. Due to the change in the circuit constant, the oscillation frequency of the oscillation circuit also changes. Therefore, the magnitude of the stress applied to the object to be measured can be measured from the frequency of the AC voltage detected by the AC voltage detection circuit.
本発明のアクチュエータは、請求項1〜5のいずれか1項に記載の応力測定装置と、外部に応力を加える応力付与部と、前記応力付与部が外部に応力を加えたときの反作用により変形する前記変形部と、を備えており、前記変形部の表面に、前記応力測定装置の前記圧電基材が配置されている(請求項6)。これによると、アクチュエータにおいて応力付与部から外部に加えられた応力の大きさを応力測定装置によって正確に測定することができる。
The actuator of the present invention is deformed by a reaction when the stress measuring device according to any one of
また、本発明のアクチュエータにおいては、前記応力測定装置の前記応力算出回路によって算出された応力の大きさに応じて、前記応力付与部が外部に加える応力の大きさを制御する応力制御装置をさらに備えていることが好ましい(請求項7)。これによると、応力算出回路により算出された応力の大きさに応じて応力付与部から外部に付与する応力の大きさを制御することにより、応力付与部から外部に所望の大きさの応力を加えることができる。 The actuator of the present invention further includes a stress control device that controls the magnitude of the stress applied to the outside by the stress applying unit according to the magnitude of the stress calculated by the stress calculation circuit of the stress measuring device. It is preferable to provide (Claim 7). According to this, by controlling the magnitude of the stress applied from the stress applying part to the outside according to the magnitude of the stress calculated by the stress calculating circuit, the desired magnitude of stress is applied from the stress applying part to the outside. be able to.
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below.
図1は、本実施の形態に係るリニアアクチュエータの概略構成図である。図1に示すように、リニアアクチュエータ1は、固定部11、可動部12、吸引ノズル13、SAWセンサ21、コイル22、23及び制御回路24を備えている。そして、リニアアクチュエータ1においては、可動部12の先端に取り付けられた吸引ノズル13に半導体チップなどを吸い付けた状態で、後述するように可動部12が固定部11から推力を受けて図1の左右方向に移動することにより、吸引ノズル13に吸い付けた半導体チップを基板に押し付ける。半導体チップ及び基板のいずれかに接着剤が塗布されており、これにより、半導体チップが基板に接着される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a linear actuator according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
このとき、後述するように、SAWセンサ21、コイル22、23及び制御回路24により半導体チップを基板に押し付けたときに、基板に付与される応力(リニアアクチュエータが外部に付与する応力)を測定するとともに、測定した応力に応じて基板に付与する応力の大きさを制御している。
At this time, as will be described later, when the semiconductor chip is pressed against the substrate by the
次に、固定部11及び可動部12について詳細に説明する。図2(a)は図1の固定部11及び可動部12の構成を模式的に表した一断面図である。図2(b)は図2(a)矢印Bの方向から見たときの断面図である。
Next, the
図2(a)、(b)に示すように、固定部11は、ヨーク31、コイル33、34及び永久磁石35〜38を有している。ヨーク31は、金属製の薄板が積層されることによって構成されており、枠部31a及び突出部31b、31cを有している。枠部31aは、略矩形の筒状体であり、ヨーク31の外周部を形成している。突出部31bは、枠部31aの上端部から下方に突出している。突出部31cは枠部の下端部から上方に突出している。突出部31bと31cとは互いに対向しており、その間を可動部12の後述するシャフト30が通過している。コイル33、34は、それぞれ、突出部31b、31cに巻きつけられている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the fixed
永久磁石35、36は、突出部31bの下面に固定されており、図2(a)において永久磁石35の左側に永久磁石36が位置するように互いに隣接して配置されている。永久磁石35は図2の上端がN極となり下端がS極となるように配置されており、永久磁石36は図2の上端がS極となり下端がN極となるように配置されている。
The
永久磁石37、38は、突出部31cの上面に固定されており、図2(a)において永久磁石37の左側に永久磁石38が位置するように互いに隣接して配置されている。永久磁石37は、図2の上端がN極となり下端がS極となるように配置されており、永久磁石38は、図2の上端がS極となり下端がN極となるように配置されている。
The
そして、永久磁石35〜38が上述したように配置されていることによって、永久磁石35と36、及び、永久磁石37と38とにより、それぞれ、図2(a)の紙面上で反時計回りの磁界M1、M2が発生しているとともに、永久磁石35と37とにより図2(a)の紙面上で上向きの磁界M3が発生しており、永久磁石36と38とにより図2(a)の紙面上で下向きの磁界M4が発生している。
Since the
可動部12は、シャフト30及び金属部材29を備えている。シャフト30は図2(a)の左右方向に延びた棒状体であり、図2(a)の左右方向に延びて固定部11の突出部31bと31cとの間を通過している。金属部材29はシャフト30の略中央部にシャフト30を取り囲むように設けられている。
The
次に、固定部11から推力を受けて可動部12が移動する原理について説明する。図3は、可動部12が固定部11から推力を受ける原理を示す模式図である。
Next, the principle that the
コイル33、34に電流が流れていないときには、前述したように、永久磁石35〜38により磁界M1〜M4が発生している。この状態で、コイル33、34に図3(a)に示す方向に電流を流すと、図3(a)に示すように、コイル33、34の右端部にそれぞれ紙面上で時計回りの磁界M11、M13が発生するとともに、コイル33、34の左端部にそれぞれ紙面上で反時計回りの磁界M12、14が発生する。
When no current flows through the
このとき、磁界M11の突出部31bを通過している部分の向き及び磁界M13の突出部31cを通過している部分の向きは、ともに図3(a)の上下方向に関して紙面上で上向きであり、前述した磁界M3の向きも図3(a)の紙面上で上向きであることから、磁界M11、M13が磁界M3に導かれて、全体として、突出部31cから金属部材29及びシャフト30を通過して突出部31bに達する磁界M15となる。これにより、金属部材29の右端部においては、磁束密度が増加する。なお、磁界M15は、図示しない位置において、突出部31aから枠部31aを通過して突出部31cに達しており、全体としてループ状の磁界となっている。
At this time, the direction of the portion of the magnetic field M11 passing through the protruding
これに対して、磁界M12の突出部31bを通過している部分の向き及び磁界M14の突出部31cを通過している部分の向きは、ともに図3(a)の上下方向に関して紙面上で上向きであるのに対して、前述した磁界M4の向きは図3(a)の紙面上で下向きであることから、磁界M12、M14と磁界M4とは互いに打ち消しあう。これにより、金属部材29の左端部においては、磁束密度が低下する。
On the other hand, the direction of the portion of the magnetic field M12 that passes through the protruding
その結果、金属部材29及び金属部材29が固定されたシャフト30が図3(a)の右方に移動する。
As a result, the
一方、コイル33、34に図3(a)とは反対方向に電流を流すと、図3(b)に示すように、コイル33、34の右端部にそれぞれ反時計回りの磁界M21、M23が発生するとともに、コイル33、34の左端部にそれぞれ時計回りの磁界M22、24が発生する。
On the other hand, when a current is passed through the
このとき、磁界M22の突出部31bを通過している部分の向き及び磁界M24の突出部31cを通過している部分の向きは、ともに図3(b)の上下方向に関して紙面上で下向きであり、前述した磁界M4の向きも図3(a)の紙面上で下向きであることから、磁界M22、M24が磁界M4に導かれて、全体として、突出部31bから金属部材29及びシャフト30を通過して突出部31cに達する磁界M25となる。これにより、金属部材29の左端部においては磁束密度が増加する。なお、磁界M25は、図示しない位置において、突出部31cから枠部31aを通過して突出部31bに達しており、全体としてループ状の磁界となっている。
At this time, the direction of the portion of the magnetic field M22 passing through the protruding
これに対して、磁界M21の突出部31bを通過している部分の向き及び磁界M23の突出部31cを通過している部分の向きは、ともに図3(b)の上下方向に関して紙面上で下向きであるのに対して、前述した磁界M3の向きは図3(b)の紙面上で上向きであることから、磁界M21、M23と磁界M3とは互いに打ち消しあう。これにより、金属部材29の右端部においては、磁束密度が低下する。
On the other hand, the direction of the portion of the magnetic field M21 passing through the protruding
その結果、金属部材29及び金属部材29が固定されたシャフトが図3(b)の左方に移動する。以上のようにして、可動部12は固定部11から推力を受ける。
As a result, the
次に、SAWセンサ21、コイル22、23及び制御装置24について図1、図4を用いて詳細に説明する。図4は図1のSAWセンサ21、コイル22、23及び制御装置24の回路図である。
Next, the
図4に示すように、SAW(Surface Acoustic Wave)センサ21は、圧電基板41、1対の櫛型電極42、43及び反射器44を備えている。圧電基板41は、圧電材料からなる略矩形の板状体であり、可動部12のシャフト30の表面に固定されている。1対の櫛型電極42、43は略コの字の平面形状を有しており、圧電基板41の一表面に互いに対向するように配置されている。反射器44は圧電基板41の一表面に設けられており、圧電基板41の一表面に沿って伝播する振動(弾性表面波、SAW)を反射させる。
As shown in FIG. 4, the SAW (Surface Acoustic Wave)
コイル(可動コイル)22は、シャフト30に巻きつけられており、その両端がそれぞれ櫛型電極42、43に接続されている。コイル(固定コイル)23は、コイル22を取り囲むように配置されており、コイル22とコイル23とによって変圧器が構成されている。コイル23は、図1における左右方向の長さがコイル22よりも長くなっており、前述したようにシャフト30が図1の左右方向に移動しても、コイル23は、常にコイル22の全体と対向するように構成されている。これにより、コイル22と23とによって構成される変圧器の特性は常に一定となる。
The coil (movable coil) 22 is wound around a
制御回路24は、交流電圧印加回路51、交流電圧検出回路52、応力算出回路53、オフセット設定回路54、記憶回路55、温度算出回路56、算出方法設定回路57、応力制御回路58を備えている。なお、前述したSAWセンサ21、コイル22、23及び制御回路24から応力制御回路58を除いたものが本発明の応力測定装置に相当する。
The
交流電圧印加回路51は、コイル23に接続されており、コイル23の両端に所定時間、交流電圧を印加する。交流電圧検出回路52は、コイル23に接続されており、コイル23の両端の電圧を検出する。
The AC
ここで、交流電圧印加回路51によりコイル23に交流電圧を印加してから、交流電圧検出回路52において交流電圧が検出されるまでの過程について説明する。
Here, a process from when the AC voltage is applied to the
駆動電圧印加回路51により、コイル23に所定時間、交流電圧を印加すると、コイル23と対向して配置されたコイル22の両端に交流電圧が印加され、コイル22の両端にそれぞれ接続された櫛型電極42と43との間に交流電圧が発生する。櫛型電極42と43との間に交流電圧が発生すると、圧電基板41の櫛型電極42と43とに挟まれた部分が振動する。この振動は圧電基板41の表面を伝播し、反射器44において反射して圧電基板41の櫛型電極42と43との間の部分に戻ってきて、圧電基板41の櫛型電極42と43との間の部分が振動する。
When an AC voltage is applied to the
圧電基板41の櫛型電極42と43との間の部分が振動すると、櫛型電極42と43との間に交流電圧が発生し、櫛型電極42及び43に接続されたコイル22の両端に交流電圧が印加される。これにより、コイル22と対向して配置されたコイル23にも交流電圧が印加され、交流電圧検出回路52はこの交流電圧を検出する。
When the portion between the comb-shaped
応力算出回路53は、交流電圧検出回路52に接続されており、前述したように、交流電圧印加回路51によりコイル53に交流電圧を印加してから、交流電圧検出回路52において交流電圧が検出されるまでの時間(以下、検出時間とする)(交流電圧検出回路52における検出結果)から基板を押圧している応力の大きさを算出する。
The
オフセット設定回路54は、応力算出回路53において応力を算出する際の基準を設定する。具体的には、基板に応力を付与していない状態での検出時間を、応力を測定する際の基準として設定する。そして、応力算出回路53は、オフセット設定回路54により設定された検出時間と、応力の測定時の検出時間との差から応力の大きさを算出する。
The offset setting
SAWセンサ21は、周辺温度によってその特性が変化するため、周辺温度が変化すると検出時間が変化する。したがって、オフセット設定回路54において基板に応力を付与していない状態における検出時間を、応力を測定する際の基準として設定することにより、応力算出回路53において応力の大きさを正確に算出することができる。
Since the characteristics of the
記憶回路(第1記憶回路、第2記憶回路)55には、基板に応力を付与していない状態における検出時間(交流電圧検出回路52における検出結果)と周辺温度との関係が記憶されているとともに、各周辺温度における、基板に付与する応力と、検出時間との関係が記憶されている。 The memory circuit (first memory circuit, second memory circuit) 55 stores the relationship between the detection time (the detection result in the AC voltage detection circuit 52) and the ambient temperature when no stress is applied to the substrate. In addition, the relationship between the stress applied to the substrate and the detection time at each ambient temperature is stored.
温度算出回路56は、基板に応力を付与していない状態での検出時間と、記憶回路55に記憶された関係とから周辺温度を算出する。算出方法設定回路57は、温度算出回路56において算出された周辺温度と、記憶回路55に記憶された関係とから、応力算出回路53における応力の算出方法を設定する。
The
SAWセンサ21は、周辺温度によってその特性が変化するため、周辺温度が変化すると、検出時間が変化してしまう。このため、応力算出回路53においては、周辺温度に応じて応力の算出方法を変更する必要がある。そこで、算出方法設定回路57により周辺温度に応じて、応力算出回路53における応力の算出方法を設定することにより、応力の大きさを正確に算出することができる。
Since the characteristics of the
応力制御回路58は、応力算出回路53において算出された応力の大きさと、ユーザによって入力された設定値(基板に付与したい応力の大きさ)とを比較し、比較した結果に応じて、コイル33、34に流す電流の値(駆動電流)を制御する。より詳細には、応力算出回路53において算出された応力の大きさが設定値よりも大きい場合には、駆動電流の値を小さくし、応力算出回路53において算出された応力の大きさが設定値よりも小さい場合には、駆動電流の値を大きくする。これにより、基板に所望の大きさの応力を付与することが可能となる。
The
次に、リニアアクチュエータ1を用いて、基板に加える応力を制御しつつ、半導体チップを基板に接着する方法について説明する。
Next, a method for bonding the semiconductor chip to the substrate using the
リニアアクチュエータ1においては、半導体チップを基板に接着する前に、基板に応力を付与していない状態で、前述したように、交流電圧印加回路51により、コイル23に所定時間、交流電圧を印加するとともに、交流電圧検出回路52においてコイル23に印加された交流電圧を検出する。そして、前述したように、オフセット設定回路54により、このときの検出時間を応力算出回路53において応力を測定する際の基準として設定する。同時に、このときの検出時間から、温度算出回路56により周辺温度を算出する。そして、算出した周辺温度に応じて、算出方法設定回路57により、応力算出回路53において応力を算出する方法を設定する。
In the
次に、前述したように、半導体チップを吸い付けた吸引ノズル13を基板に押し付けるとともに、交流電圧印加回路51によりコイル23に、所定時間、交流電圧を印加する。このとき、基板を押圧する力の反作用として吸引ノズル13及びシャフト30に応力が加わり、応力の大きさに応じてシャフト30が圧縮される。これにより、シャフト30の表面に固定された圧電基板31も圧縮され、圧電基板41の1対の櫛型電極42、43と反射器44との距離が短くなる。なお、シャフト30の圧電基板41が固定された部分が本発明に係る変形部に相当する。
Next, as described above, the
1対の櫛型電極42、43と反射器44との距離が短くなると、櫛型電極42と43との間に発生した振動が反射器44において反射して櫛型電極42と43との間に戻ってくるまでの時間が短くなり、その結果、検出時間が短くなる。応力算出回路53は、交流電圧検出回路52において検出された検出時間と、オフセット設定回路54において設定された検出時間との差から、基板に付与された応力の大きさを算出する。
When the distance between the pair of comb-shaped
ここで、検出時間は、圧電基板41の圧縮量によって変化し、リニアアクチュエータ1のがたつきなどによっては変化しないため、リニアアクチュエータ1が基板に半導体チップを接着するのに用いる小型のものである場合にも応力の大きさを正確に算出することができる。
Here, since the detection time varies depending on the compression amount of the
そして、応力制御回路58が、応力算出回路53において算出された応力の大きさと、ユーザにより設定された応力の大きさ(設定値)とを比較して、前述したように駆動電流を制御する。以上のような動作を繰り返すことにより、基板にはユーザにより設定された大きさの応力を付与することができる。
Then, the
以上に説明した実施の形態によると以下のような効果が得られる。 According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
交流電圧印加回路51によりコイル23に交流電圧を印加すると、コイル23と対向するコイル22及びコイル22に接続された櫛型電極42、43にも交流電圧が印加される。櫛型電極42、43に交流電圧が印加されると、圧電基板41の櫛型電極42、43に挟まれた部分が振動し、この振動が反射器44において反射して櫛型電極42、43に戻ってくる。この戻ってきた振動より櫛型電極42、43及び櫛型電極42、43に接続されたコイル22に交流電圧が発生し、これにより、コイル23にも交流電圧が発生する。そして、交流電圧検出回路52が、この交流電圧を検出する。
When an AC voltage is applied to the
ここで、基板を押圧することにより吸引ノズル13及びシャフト30に応力が加わるとシャフトが圧縮され、シャフト30の表面に配置された圧電基板31も圧縮される。これにより、圧電基板41における櫛型電極42、43と反射器44との距離が短くなり、これに伴って検出時間が短くなる。そして、この検出時間は基板を押圧する応力によって異なる。
Here, when stress is applied to the
したがって、検出時間から吸引ノズル13が基板を押圧する応力大きさを算出することができる。
Therefore, the magnitude of stress with which the
また、検出時間は、シャフト30(圧電基板41)の圧縮量により変化し、リニアアクチュエータ1のがたつきなどによっては変化しないため、リニアアクチュエータ1が基板に半導体チップを接着するのに用いる小型のものである場合にも応力を正確に検出することができる。
The detection time changes depending on the amount of compression of the shaft 30 (piezoelectric substrate 41) and does not change depending on the rattling of the
また、SAWセンサ11は、周辺温度によってその特性が変化するため、周辺温度が変化すると、基板に付与している応力と、検出時間との対応関係が変化してしまう。しかしながら、周辺温度検出回路56において周辺温度を算出し、算出方法設定回路57において、算出した周辺温度に応じて応力算出回路52における応力の算出方法を設定することにより、周辺温度が変化した場合にも、正確に応力を検出することができる。
Further, since the characteristics of the
また、SAWセンサ11は、周辺温度によってその特性が変化するため、周辺温度が変化すると、基板に応力を加えていないときの検出時間が変化してしまうが、応力の検出を行う前に、オフセット設定回路54により基板に応力を加えていないときの検出時間を、応力算出回路53において応力を算出する際の基準として設定しているので、周辺温度が変化しても、基板に付与している応力の大きさを正確に検出することができる。
Further, since the characteristics of the
また、応力算出回路53により算出された応力の大きさに応じてコイル33、34に流す電流の大きさを制御することによって、基板に付与する応力の大きさを制御することにより、基板に所望の大きさの応力を加えることができる。
Further, by controlling the magnitude of the current applied to the
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。 Next, modified examples in which various changes are made to the present embodiment will be described. However, components having the same configuration as in the present embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
一変形例では、図5に示すように、SAWセンサ60が、実施の形態と同様の圧電基板41、櫛型電極42、43及び反射器44に加え、圧電基板41の一表面に反射器64を有しており、反射器64は、反射器44との間に櫛型電極42、43を挟むように配置されている。また、制御回路70が、実施の形態と同様の回路51〜58に加え、コイル23と並列に接続されているとともに互いに直列に接続された2つのコンデンサ71、72と、コイル23と並列に接続されているとともに、コンデンサ71と72との間に接続されたトランジスタ73とを有している。(変形例1)。
In one modification, as shown in FIG. 5, the
この場合には、コイル23、コンデンサ71、72及びトランジスタ73によりコルピッツ型の発振回路が構成されている。また、圧電基板41の表面を伝播する振動(弾性表面波)は、反射器44、64において反射することにより、反射器44と64との間で共振し、このとき、櫛型電極42と43との間には、この共振周波数に対応する交流電圧が発生する。すなわち、SAWセンサ60により発振回路と同様の電気的特性を示す共振子が構成される。
In this case, the
そして、この場合には、基板に応力を付与することにより、シャフト30が圧縮され、シャフト30に固定された圧電基板41が圧縮されると、櫛型電極42、43と反射器44、64との間の距離が変化し、SAWセンサ60(共振子)の共振周波数が変化する。これにより、コイル22を介してSAWセンサ60に接続されたコイル23、コンデンサ71、72及びトランジスタ73により構成される発振回路の発振周波数も変化する。したがって、この場合には、交流電圧検出回路52においてコイル23に印加された交流電圧の発振周波数を検出し、検出した発振周波数(交流電圧検出回路52における検出結果)から応力算出回路53により、基板に付与している応力の大きさを算出することができる。
In this case, when the
なお、変形例1の場合には、オフセット設定回路54は、基板に応力を付与していない状態で、交流電圧検出回路52において検出された発振周波数を、応力算出回路53において応力を算出するための基準として設定する。また、記憶回路55には、周辺温度と、基板に応力を付与していない状態で交流電圧検出回路52において検出される発振周波数(交流電圧検出回路52における検出結果)との関係、及び、各周辺温度における、基板に付与する応力の大きさと交流電圧検出回路52において検出される発振周波数との関係が記憶されている。そして、温度算出回路56は、基板に応力を付与していない状態で交流電圧検出回路52において検出される発振周波数と、記憶回路55に記憶された関係とから周辺温度を算出し、算出方法設定回路57は、算出した周辺温度と検出した周辺温度と記憶回路55に記憶された関係とから応力算出回路53において応力を算出する方法を設定する。
In the first modification, the offset setting
また、変形例1においては、制御装置70にコイル23、コンデンサ71、72及びトランジスタ73によりコルピッツ型の発振回路が形成されていたが、制御装置にコイル23を含む他の種類の発振回路が形成されていてもよい。
In the first modification, a Colpitts type oscillation circuit is formed by the
本実施の形態においては、コイル23の長さをコイル22の長さよりも長くし、シャフト30が移動しても常にコイル22の全体がコイル23と対向するように構成していたが、これとは逆に、図6に示すように、SAWセンサ21に接続されたコイル(可動コイル)82の長さを制御回路24に接続されたコイル(固定コイル)83の長さよりも長くして、シャフト30が移動しても、コイル83の全体が常にコイル82と対向するように構成してもよい(変形例2)。この場合でも、コイル82とコイル83とにより構成される変圧器の特性は常に一定となる。
In the present embodiment, the length of the
また、本実施の形態においては、シャフト30にコイル22を巻きつけ、コイル22を取り囲むようにコイル23を配置したが、シャフト30が移動しても、常にコイル22、23のうちの一方の全体が、他方と対向するように配置されていれば、別の配置であってもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態においては、応力の測定を行う前に、オフセット設定回路54及び算出方法設定回路57により、周辺温度に応じた設定を行っていたが、常に一定の温度条件において使用されるような場合には、オフセット設定回路54、記憶回路55、温度算出回路56及び算出方法設定回路57が設けられていなくてもよい。
In the present embodiment, the offset setting
また、本実施の形態においては、応力制御回路58により、応力算出回路53において算出した応力の大きさとユーザにより設定された応力の大きさとを比較して、応力の大きさの制御を行ったが、応力制御回路58が設けられておらず、ユーザが、応力算出回路53において算出された応力の大きさを見ながら、手動で応力の調整を行ってもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態においては、リニアアクチュエータにおいて外部に付与する応力の大きさを検出し、応力の大きさの制御を行ったが、外部に応力を付与したときに変形する部分が存在するアクチュエータであれば、他の種類のアクチュエータに本発明を適用することも可能である。 In the present embodiment, the magnitude of the stress applied to the outside is detected in the linear actuator and the magnitude of the stress is controlled, but the actuator has a portion that deforms when the stress is applied to the outside. If so, the present invention can be applied to other types of actuators.
また、以上の説明では、本発明に係る応力測定装置をアクチュエータに配置した場合について説明したが、外部から応力を加えられたときに変形する変形部を有するものであれば、アクチュエータ以外のものに、本発明に係る応力測定装置を設けることも可能である。 Further, in the above description, the case where the stress measuring device according to the present invention is arranged in an actuator has been described. However, as long as it has a deforming portion that is deformed when stress is applied from the outside, the device other than the actuator is used. It is also possible to provide a stress measuring device according to the present invention.
1 リニアアクチュエータ
21 SAWセンサ
22、23 コイル
24 制御回路
30 シャフト
41 圧電基板
42、43 櫛型電極
44 反射器
51 交流電圧印加回路
52 交流電圧検出回路
53 応力算出回路
54 オフセット設定回路
55 記憶回路
56 温度算出回路
57 算出方法設定回路
58 応力制御回路
60 SAWセンサ
64 反射器
71、72 コンデンサ
73 トランジスタ
82、83 コイル
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記変形部の表面に配置された圧電基板、前記圧電基板の一表面に配置されており、互いに対向するように配置された1対の櫛型電極、及び、前記圧電基板の前記一表面に配置されており、前記圧電基板の前記一表面を伝播してきた弾性表面波を反射させる反射器を有するSAWセンサと、
前記1対の櫛型電極に接続された可動コイルと、
前記可動コイルと対向するとともに、前記被測定物と接触しないように配置された固定コイルと、
前記固定コイルに交流電圧を印加する交流電圧印加回路と、
前記固定コイルに発生した交流電圧を検出する交流電圧検出回路と、
前記交流電圧検出回路における検出結果から前記被測定物に加わる応力の大きさを算出する応力算出回路と、
を備えていることを特徴とする応力測定装置。 A stress measuring device that measures stress applied to an object to be measured having a deformed portion that deforms when stress is applied,
A piezoelectric substrate disposed on the surface of the deformable portion, a pair of comb-shaped electrodes disposed on one surface of the piezoelectric substrate so as to face each other, and disposed on the one surface of the piezoelectric substrate A SAW sensor having a reflector that reflects a surface acoustic wave that has propagated through the one surface of the piezoelectric substrate;
A movable coil connected to the pair of comb electrodes;
A fixed coil arranged to face the movable coil and not to contact the object to be measured;
An AC voltage application circuit for applying an AC voltage to the fixed coil;
An AC voltage detection circuit for detecting an AC voltage generated in the fixed coil;
A stress calculation circuit for calculating the magnitude of stress applied to the object to be measured from the detection result in the AC voltage detection circuit;
A stress measuring device comprising:
複数の周辺温度における、被測定物に加わる応力と前記交流電圧検出回路における検出結果との関係を記憶する第2記憶回路と、
前記第1記憶回路に記憶された関係と前記被測定物に応力が加わっていない状態での前記交流電圧検出回路における検出結果とから、周辺温度を算出する周辺温度算出回路と、
前記周辺温度算出回路により算出された周辺温度と前記第2記憶回路に記憶された関係とから、前記応力算出回路における応力の算出方法の設定を行う算出方法設定回路と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の応力測定装置。 A first storage circuit for storing a relationship between a detection result in the AC voltage detection circuit and an ambient temperature in a state in which no stress is applied to the object to be measured;
A second storage circuit for storing a relationship between a stress applied to the object to be measured at a plurality of ambient temperatures and a detection result in the AC voltage detection circuit;
An ambient temperature calculation circuit that calculates an ambient temperature from the relationship stored in the first storage circuit and the detection result in the AC voltage detection circuit in a state in which no stress is applied to the object to be measured;
A calculation method setting circuit for setting a stress calculation method in the stress calculation circuit from the ambient temperature calculated by the ambient temperature calculation circuit and the relationship stored in the second storage circuit;
The stress measuring device according to claim 1, further comprising:
前記応力算出回路が、
前記交流電圧印加回路により前記固定コイルにより交流電圧を印加してから、前記交流電圧検出回路によって交流電圧が検出されるまでの時間から、前記被測定物に加わる応力の大きさを算出するように構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の応力測定装置。 The SAW sensor has one of the reflectors;
The stress calculation circuit is
The magnitude of stress applied to the object to be measured is calculated from the time from when the AC voltage is applied by the fixed coil by the AC voltage application circuit until the AC voltage is detected by the AC voltage detection circuit. It is comprised, The stress measuring device of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
前記固定コイルを含む発振回路をさらに備えており、
前記応力算出回路が、前記交流電圧検出回路によって検出された交流電圧の周波数から、前記被測定物に加わる応力の大きさを算出するように構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の応力測定装置。 The SAW sensor has the two reflectors arranged so as to sandwich the pair of comb-shaped electrodes on the one surface of the piezoelectric substrate,
An oscillation circuit including the fixed coil;
The stress calculation circuit is configured to calculate the magnitude of stress applied to the object to be measured from the frequency of the AC voltage detected by the AC voltage detection circuit. The stress measuring device according to any one of the above.
外部に応力を加える応力付与部と、
前記応力付与部が外部に応力を加えたときの反作用により変形する前記変形部と、
を備えており、
前記変形部の表面に、前記応力測定装置の前記圧電基材が配置されていることを特徴とするアクチュエータ。 The stress measuring device according to any one of claims 1 to 5,
A stress applying portion for applying stress to the outside;
The deformed portion deformed by a reaction when the stress applying portion applies stress to the outside;
With
The actuator, wherein the piezoelectric base material of the stress measuring device is disposed on a surface of the deforming portion.
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