靜電電容型壓力傳感器及輸入裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及靜電電容型壓力傳感器以及輸入裝置。具體而言，本發(fā)明涉及因壓力 而撓曲的膜片（diaphragm)與電介質(zhì)層接觸來(lái)探測(cè)壓力的接觸式的靜電電容型壓力傳感 器。另外，涉及利用該壓力傳感器的輸入裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在一般的靜電電容型壓力傳感器中，導(dǎo)電性的膜片（可動(dòng)電極）與固定電極隔著 間隙進(jìn)行對(duì)置，并根據(jù)因壓力而撓曲的膜片與固定電極之間的靜電電容的變化來(lái)檢測(cè)壓 力。在該壓力傳感器是使用玻璃基板或硅基板通過(guò)MEMS (微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)制造的微器件 的情況下，若對(duì)膜片施加大的壓力而發(fā)生較大撓曲，則存在破壞膜片的風(fēng)險(xiǎn)。
[0003] 故而，提出了如下的壓力傳感器：在固定電極的表面設(shè)置電介質(zhì)層，因壓力而撓曲 的膜片與電介質(zhì)層接觸，基于其接觸面積的變化，膜片與固定電極之間的靜電電容發(fā)生變 化。該壓力傳感器有時(shí)也稱為接觸式靜電電容型壓力傳感器。
[0004] 作為接觸式靜電電容型壓力傳感器，例如有記載在非專利文獻(xiàn)1中的傳感器。圖 1的（A)是表示非專利文獻(xiàn)1所記載的壓力傳感器11的剖面圖。在該壓力傳感器11中， 在玻璃基板12的上表面形成由金屬薄膜構(gòu)成的固定電極13,從固定電極13之上起在玻璃 基板12的上表面形成有電介質(zhì)膜14。在電介質(zhì)膜14的上表面，設(shè)置有電極焊盤（pad) 16。 在電介質(zhì)膜14進(jìn)行開口以形成通孔15,并將電極焊盤16通過(guò)通孔15與固定電極13連接。 在電介質(zhì)膜14的上表面層疊有硅基板17。在硅基板17的上表面設(shè)置凹陷部18,并在硅基 板17的下表面設(shè)置凹槽19,從而在凹陷部18與凹槽19之間形成有薄膜狀的膜片20。膜 片20設(shè)置在與固定電極13交疊的位置。硅基板17的下表面成為摻雜了高濃度B(硼）的 P+層21，由此對(duì)膜片20賦予了導(dǎo)電性并將膜片20作為可動(dòng)電極。在膜片20的下表面與 電介質(zhì)膜14的上表面之間，通過(guò)凹槽19而產(chǎn)生了數(shù)μπι的間隙22。
[0005] 圖IB是表示壓力傳感器11的壓力與靜電電容的關(guān)系（壓力一電容特性）的圖， 記載在非專利文獻(xiàn)1中。若對(duì)壓力傳感器11的膜片20施加壓力，則膜片20響應(yīng)于該施加 壓力而撓曲，在一定壓力下與電介質(zhì)膜14接觸。在圖IB的橫軸上，壓力為0至Pa的區(qū)間 (未接觸區(qū)域）是膜片20未接觸電介質(zhì)膜14的區(qū)域。壓力為Pa至Pb的區(qū)間（開始接觸 區(qū)域）是從膜片20與電介質(zhì)膜14接觸起至以一定程度的面積與電介質(zhì)膜14可靠地接觸 為止的區(qū)域。在壓力為Pb至Pc的區(qū)間（動(dòng)作區(qū)域），隨著壓力的增加，膜片20與電介質(zhì)膜 14接觸的部分的面積逐漸增加。壓力為Pc至Pd的區(qū)間（飽和區(qū)域），是膜片20的幾乎整 面與電介質(zhì)膜14接觸、且即使壓力增加而接觸面積也幾乎不增加的區(qū)域。
[0006] 根據(jù)圖IB的壓力一電容特性，在壓力增加時(shí)，在膜片20未發(fā)生接觸的未接觸區(qū) 域，靜電電容的變化小，但一旦進(jìn)入開始接觸區(qū)域，則靜電電容的變化率（增加速度）逐漸 變大。在動(dòng)作區(qū)域，雖然線性變好，但靜電電容的變化率逐漸減少，若進(jìn)入飽和區(qū)域，則靜電 電容幾乎不再增加。
[0007] 在該接觸式的壓力傳感器11中，膜片20與電介質(zhì)膜14之間的靜電電容C能根據(jù) 以下的數(shù)式1來(lái)表示。
[0008] C = Co+ ε · (S/d)…（數(shù)式 1)
[0009] 其中，將膜片20與電介質(zhì)膜14的接觸面積設(shè)為S，將電介質(zhì)膜14的厚度設(shè)為d， 并以ε來(lái)表征電介質(zhì)膜14的介電常數(shù)。Co是未接觸區(qū)域中的靜電電容。在壓力變大時(shí)， 電介質(zhì)膜14的厚度d和介電常數(shù)ε不變化，膜片20的接觸面積S增大，因此根據(jù)數(shù)式1 可知，此時(shí)壓力傳感器11的靜電電容C增加。
[0010] 但是，壓力傳感器11具有以下那樣的問(wèn)題。在壓力傳感器11中，根據(jù)對(duì)膜片20 進(jìn)行按壓的按壓體的前端形狀等，膜片20與電介質(zhì)膜14開始接觸時(shí)的面積是不同的。其 結(jié)果，壓力一電容特性的上升部分（開始接觸區(qū)域和動(dòng)作區(qū)域當(dāng)中接近Pb的區(qū)域）的特性 (以下，稱為上升特性。）根據(jù)按壓體23的前端形狀而變化。例如，如圖2的（A)所示，在 以前端面小的按壓體23按壓膜片20的情況下，膜片20與電介質(zhì)膜14開始接觸時(shí)的接觸 面積小。與此相對(duì)，如圖2的（B)所示，在以前端面大的按壓體23按壓膜片20的情況下， 即使是相同的按壓力P，膜片20與電介質(zhì)膜14開始接觸時(shí)的接觸面積也變大。其結(jié)果，壓 力一電容特性的上升特性根據(jù)按壓體23的形狀或大小而變化，存在無(wú)法確保壓力傳感器 11的低壓力區(qū)域中的測(cè)量精度這樣的問(wèn)題。
[0011] 接著，如圖2的（C)所示，膜片20在遠(yuǎn)離其中央部的位置上被按壓體23按壓的情 況下，即使是相同的壓力P，如圖2的（A)所示，有時(shí)靜電電容也與中央部被按壓的情況不 同。故而，基于膜片20被按壓的位置，壓力傳感器11的測(cè)量值發(fā)生變化，按壓位置的偏差 成為壓力傳感器11的測(cè)量精度下降的原因。
[0012] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013] 非專利文獻(xiàn)
[0014] 非專利文獻(xiàn)1:山本敏，其他4名，"接觸式電容型壓力傳感器"，藤倉(cāng)技報(bào)，株式會(huì) 社藤倉(cāng)，2001年10月，第101號(hào)，p. 71 - 74

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 發(fā)明要解決的課題
[0016] 本發(fā)明鑒于上述那樣的技術(shù)背景而提出，其目的在于，提供能降低按壓體的大小、 形狀或者按壓位置所帶來(lái)的影響從而使測(cè)量精度得以提高的接觸式的靜電電容型壓力傳 感器。
[0017] 用于解決課題的手段
[0018] 本發(fā)明所涉及的靜電電容型壓力傳感器具備：固定電極；電介質(zhì)層，其形成于所 述固定電極的上方；導(dǎo)電性的膜片，其隔著空隙形成于所述電介質(zhì)層的上方；以及1個(gè)或多 個(gè)突起，其設(shè)置于所述膜片的上表面。
[0019] 本發(fā)明的靜電電容型壓力傳感器在膜片的上表面具有突起，因此若以按壓體來(lái)按 壓膜片，則基于突起，膜片被推壓向電介質(zhì)層。因此，在所施加的壓力小時(shí)，與按壓體的大小 或形狀無(wú)關(guān)，膜片隨著壓力以一定的形狀進(jìn)行變形。故而，壓力傳感器的上升特性的偏差變 小，壓力傳感器的輸出特性提高。另外，即使在按壓體按壓的位置發(fā)生了些許偏離的情況 下，也基于設(shè)置于膜片的固定位置的突起，膜片被按壓，因此能減小按壓位置的偏離所致的 輸出的偏差，尤其能使上升特性得以提高。
[0020] 在以保護(hù)膜來(lái)覆蓋所述膜片的表面的情況下，該突起可以通過(guò)與所述保護(hù)膜相同 的材料來(lái)形成。通過(guò)將保護(hù)膜與突起設(shè)為同一材料，能以1個(gè)工序來(lái)制作保護(hù)膜和突起，因 此制造工序變得簡(jiǎn)單。另外，所述突起可以通過(guò)與所述膜片相同的材料來(lái)與所述膜片一體 形成。在此情況下，能通過(guò)對(duì)膜片進(jìn)行加工來(lái)形成突起。
[0021] 本發(fā)明所涉及的靜電電容型壓力傳感器的一實(shí)施形態(tài)中，將所述突起設(shè)置于所述 膜片的上表面中央部。根據(jù)該實(shí)施形態(tài)，是將突起設(shè)置于膜片的中央部，因此基于按壓力， 膜片均勻地變形，從而在膜片不易發(fā)生塑性變形。
[0022] 本發(fā)明所涉及的靜電電容型壓力傳感器的另一實(shí)施形態(tài)中，所述突起的高度為所 述空隙的高度以下。若將突起的高度設(shè)為空隙的高度以下，則在按壓膜片時(shí)，按壓體不易被 突起妨礙。其結(jié)果，壓力傳感器的輸出的線性得以提高。
[0023] 本發(fā)明所涉及的靜電電容型壓力傳感器的又一實(shí)施形態(tài)中，所述突起的寬度為所 述膜片的寬度的〇. 2倍以下。另外，在該實(shí)施形態(tài)中，優(yōu)選所述突起的寬度為所述膜片的寬 度的〇. 15倍以下。根據(jù)該實(shí)施形態(tài)，設(shè)置有突起的壓力傳感器的輸出特性變得良好。
[0024] 本發(fā)明所涉及的靜電電容型壓力傳感器的又一實(shí)施形態(tài)中，從與所述