JP5737148B2 - 静電容量型圧力センサとその製造方法及び入力装置 - Google Patents
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Description
C=Co+ε・(S/d) …(数式1)
ここで、Coは未接触領域での静電容量である。
以下、図2及び図3を参照して本発明の実施形態による圧力センサ11の構造を説明する。図2(A)は圧力センサ11の概略平面図、図2(B)は図2(A)のX−X線断面図である。また、図3(A)は、圧力センサ11に用いられている誘電体層33を示す概略平面図、図3(B)は、圧力センサ11に用いられている固定電極32及び誘電体層33を示す概略断面図である。
C=Co+(ε/d1)S1 …(数式2)
又は、ΔC=(C−Co)/Coを比静電容量と定義すれば、
ΔC=(C−Co)/Co=(ε・S1)/(d1・Co) …(数式3)
となる。ここで、εは誘電体層33の誘電率、d1は第1接触面35の下の誘電体層33(接触領域)の厚さである。
C=Co+(ε/d1)S1max …(数式4)
又は、ΔC=(C−Co)/Co=(ε・S1mac)/(d1・Co) …(数式5)
C=Co+(ε/d1)S1max+(ε/d2)S2 …(数式6)
又は、ΔC=(ε・S1mac)/(d1・Co)+(ε・S2)/(d2・Co)
…(数式7)
ここで、d2は第2接触面36の下における誘電体層33(接触領域)の厚さである。
図10(A)は、本発明の実施形態2に係る圧力センサ61の概略平面図である。図10(B)は、この圧力センサ61に用いられている誘電体層33の概略平面図である。この圧力センサ61では、リセス34、第1接触面35、第2接触面36及びダイアフラム38のいずれもが長方形状に形成されている。
図11は、本発明の実施形態3に係る圧力センサ62の概略断面図である。この圧力センサ62では、第2接触面36が第1接触面35へ向けて斜め下りに傾斜しているので、ダイアフラム38が第2接触面36に接触しやすくなる。
図12は、本発明の実施形態4に係るタッチモードの静電容量型圧力センサ63の概略断面図である。この圧力センサ63では、ダイアフラム38の中央部に対向する領域において、固定電極32の上面を突出させて凸部71を形成している。また、固定電極32の上面に形成した誘電体層33には、ダイアフラム38と対向する領域にリセス34が形成されており、リセス34内において誘電体層33の上面は平坦に形成されている。したがって、リセス34の中央部に位置し、かつ、凸部71の直上に位置する第1接触面35では、誘電体層33の厚みが薄くなっている。また、リセス34の外周部に位置し、かつ、凸部71よりも低い固定電極32の上面72に対向する第2接触面36では、誘電体層33の厚みが厚くなっている。
図13は、本発明の実施形態5に係るタッチモードの静電容量型圧力センサ64の概略断面図である。この圧力センサ64では、固定電極32の上面にリセス34が凹設されている。リセス34内には、固定電極32の下面から測った高さが異なる複数の平面が形成されている。図示例では、リセス34の中央部に位置する低位置の第1平面73と、第1平面73の周囲に位置する高位置の第2平面74が設けられている。第1平面73と第2平面74の間の境界は、固定電極32の下面に垂直な垂直面(段差壁面)となっていて、第1平面73と第2平面74の間では平面の高さが階段状に変化している。
図14は、本発明の実施形態6に係るタッチモードの静電容量型圧力センサ65の概略断面図である。この圧力センサ65にあっては、固定電極32の上面に誘電体層75、76が形成されており、誘電体層75、76の上面にリセス34が凹設されている。リセス34内の底面においては、リセス34の中央部は誘電率が比較的大きな誘電体層76で形成されており、リセス34の外周部は誘電率が比較的小さな誘電体層75で形成されている。そして、リセス34内では、誘電体層76の上面が第1接触面35となっており、誘電体層75の上面が第2接触面36となっている。また、リセス34の底面においては、誘電体層75の厚さと誘電体層76の厚さはほぼ等しく、第1接触面35と第2接触面36は同じ高さの平坦面となっている。
ΔC=(ε1・S1)/(d・Co) …(数式8)
ここで、ε1は誘電体層76の誘電率、dはリセス34の底面における誘電体層75、76の厚さである。
ΔC=(ε1・S1mac)/(d・Co) …(数式9)
ΔC=(ε1・S1mac)/(d・Co)+(ε2・S2)/(d・Co)
…(数式10)
図15は、本発明の実施形態7によるプレート型の入力装置81、たとえばタッチパネルの構造を示す断面図である。この入力装置81は、本発明にかかる圧力センサと同様な構造を有する多数のセンサ部82をアレイ状(例えば、矩形状やハニカム状)に配列したものである。なお、各センサ部82は電気的に独立しており、各センサ部82に加わった圧力を個々に独立して検出することができる。このような入力装置81によれば、タッチパネルのように指などで押圧された点を検出できるとともに、各点の押圧強さも検出することができる。
32 固定電極
33 誘電体層
34 リセス
35 第1接触面(接触面)
36 第2接触面(接触面)
37 上基板
38 ダイアフラム
40 上電極パッド
42 下電極パッド
Claims (15)
- 固定電極と、
前記固定電極の上方に形成された誘電体層と、
前記誘電体層の上方に空隙を隔てて形成された導電性のダイアフラムとを備えた静電容量型の圧力センサにおいて、
前記誘電体層のうち前記ダイアフラムに対向する部分は、前記ダイアフラムを接触させるための複数の接触領域を有し、
前記誘電体層の厚さをd、前記誘電体層の誘電率をεとしたとき、前記各接触領域相互の境界において、その比ε/dの値が不連続に変化しており、
前記ダイアフラムに加わる圧力が大きくなっていくと、前記ダイアフラムは前記比ε/dの値が小さい接触領域に順次接触することを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 前記各接触領域相互の境界において、前記誘電体層の厚さが不連続に変化していることを特徴とする、請求項1に記載の静電容量型圧力センサ。
- 前記各接触領域相互の境界において、前記誘電体層の表面が階段状の段差を有していることを特徴とする、請求項2に記載の静電容量型圧力センサ。
- 前記各接触領域の表面は、圧力が加わっていない状態における前記ダイアフラムからの距離が互いに異なることを特徴とする、請求項3に記載の静電容量型圧力センサ。
- 前記各接触領域の表面は、前記誘電体層の底面から測った高さが、前記ダイアフラムに次第に大きな圧力が加わった場合に前記ダイアフラムが接触する順番に従って順次高くなっていることを特徴とする、請求項3に記載の静電容量型圧力センサ。
- 前記各接触領域の表面は、全体として平坦に形成されていることを特徴とする、請求項2に記載の静電容量型圧力センサ。
- 前記ダイアフラムに対向する領域において前記固定電極の上面に階段状の段差を形成したことを特徴とする請求項6に記載の静電容量型圧力センサ。
- 前記接触面の下における誘電体層の厚さは、前記ダイアフラムに次第に大きな圧力が加わった場合に前記ダイアフラムが接触する順番に従って順次厚くなっていることを特徴とする、請求項2に記載の静電容量型圧力センサ。
- 前記接触領域の表面は、いずれも圧力が加わっていない状態における前記ダイアフラムと平行な平面であることを特徴とする、請求項1に記載の静電容量型圧力センサ。
- 前記各接触領域相互の境界において、前記誘電体層の誘電率が不連続に変化していることを特徴とする、請求項1に記載の静電容量型圧力センサ。
- 固定電極と、
前記固定電極の上方に形成された誘電体層と、
前記誘電体層の上方に空隙を隔てて形成された導電性のダイアフラムとを備えた静電容量型の圧力センサにおいて、
前記誘電体層のうち前記ダイアフラムに対向する部分は、前記ダイアフラムを接触させるための複数の接触領域を有し、
前記各接触領域相互の境界において、前記誘電体層の表面が階段状の段差を有しており、
前記ダイアフラムに加わる圧力が大きくなっていくと、前記ダイアフラムは前記誘電体層の厚みが厚い領域に形成された接触領域に順次接触することを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 請求項3に記載した静電容量型圧力センサを製造するための方法であって、
前記固定電極の上方に第1の誘電体膜を形成する工程と、
エッチングにより前記第1の誘電体膜を部分的に除去し、階段状の縁を有する第1の開口を形成する工程と、
前記第1の誘電体膜の上から前記固定電極の上方に第2の誘電体膜を形成する工程と、
エッチングにより前記第2の誘電体膜を部分的に除去し、階段状の縁を有する第2の開口を形成する工程と、
前記第1及び第2の誘電体膜の上から前記固定電極の上方に第3の誘電体膜を形成する工程と、
を備えた静電容量型圧力センサの製造方法。 - 前記第2の開口が、前記第1の開口よりも面積が小さいことを特徴とする、請求項12に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
- 前記第2の開口が、前記第1の開口よりも面積が大きいことを特徴とする、請求項12に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
- 請求項1に記載した圧力センサを搭載した入力装置。
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JP2005233877A (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Alps Electric Co Ltd | 圧力センサ |
JP2005321257A (ja) * | 2004-05-07 | 2005-11-17 | Alps Electric Co Ltd | 静電容量型圧力センサ |
JP4020318B2 (ja) * | 2004-05-19 | 2007-12-12 | 株式会社山武 | 容量式圧力センサ |
JP2006210843A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Fujitsu Ltd | 可変キャパシタ及びその製造方法 |
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