JP6331447B2 - 静電容量型圧力センサ及び入力装置 - Google Patents
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Description
C=Co+εo・εr・(S/d) …(数式1)
ここで、Coは未接触領域での静電容量である。
ΔR/R=const. …(数式2)
ヴェーバー‐フェヒナーの法則は、数式2の微分方程式の解として、つぎの数式3でも表現される。
E=K・logR …(数式3)
ここで、Kは定数である。数式3は、刺激量の強度Rが変化するとき、これに対応する感覚量Eは刺激の強度Rの対数関数で表されるという意味に解されている。つまり、心理的な感覚量Eは、刺激の強度Rではなく、その対数(logR)に比例して知覚される。
以下、図4及び図5を参照して本発明の実施形態1による圧力センサ31の構造を説明する。図4(A)は圧力センサ31の平面図、図4(C)は圧力センサ31の下面図である。図4(B)は、上基板35及び誘電体層33を上面から取り除いた状態の、半導体基板32の平面図である。図5は、図4(A)のX−X線断面図である。
図9(A)は、本発明の実施形態2による静電容量型の圧力センサ61を示す概略断面図である。図9(B)は、圧力センサ61に用いられている半導体基板32の平面図である。圧力センサ61では、固定電極42と逆極性層46の間の領域に沿って分離溝62を設けている。分離溝62は、角溝状でもよく、V溝状でもよく、その他の断面形状の溝であってもよい。図示例では、逆極性層46の内部を誘電体層33によって覆っているが、分離溝62は誘電体層33から露出していてもよい。また、分離溝62は、電極延出部43と逆極性層46の間の領域に沿って延びていてもよい。
図10は、本発明の実施形態3による静電容量型の圧力センサ71を示す概略断面図である。圧力センサ71では、半導体基板32の上面に環状の凹溝72を形成している。凹溝72は、上基板35の外周部分37の下方に位置する領域からその内周側の領域に広がっている。固定電極42は、凹溝72よりも内側に設けてあり、電極延出部43は凹溝72内を横断して固定電極42から外周側へ延びている。誘電体層33は、外周部分37の下方に位置する領域では厚肉部73となっており、凹溝72内の内周側の領域では薄膜部74となっている。上基板35の外周部分37は、厚肉部73によって支持されている。逆極性層46は、電極延出部43が通過する領域を除いて、外周部分37の下方に位置する領域において、凹溝72の表層部に形成されている。
図11(A)は、本発明の実施形態4による圧力検知器81を示す一部分解した斜視図である。図11(B)は、圧力検知器81の断面図である。圧力検知器81では、本発明に係る圧力センサ82がセラミック製の容器状をしたケーシング83内に納められている。圧力センサ82は、Auなどのボンディング層84によってケーシング83の底面に固定されている。ケーシング83には上下に貫通したスルーホール電極85aが設けられており、スルーホール電極85aの上端はボンディング層84につながっている。ボンディング層84が圧力センサ82の固定電極42に導通しているので、圧力センサ82の固定電極42は、スルーホール電極85aを通してケーシング83の下面まで引き出されている。圧力センサ82の固定位置の近傍において、ケーシング83の底面には一段高くなった段部86が設けられている。段部86には上下に貫通したスルーホール電極85bが設けられており、圧力センサ82の電極パッド40とスルーホール電極85bの上面との間は、ボンディングワイヤ87によって接続されている。従って、上電極38は、スルーホール電極85bを通してケーシング83の下面まで引き出されている。ケーシング83の上面はリッド88によって覆われており、圧力センサ82のダイアフラム部分はリッド88の開口89から露出している。
図12は、本発明の実施形態5によるプレート型の入力装置91、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91は、本発明に係る圧力センサと同様な構造を有する多数のセンサ部92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92は電気的に独立しており、各センサ部92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91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 半導体基板
33 誘電体層
34 リセス
35 上基板
36 ダイアフラム
37 外周部分
38 上電極
42 固定電極
43 電極延出部
46 逆極性層
62 分離溝
72 凹溝
73 厚肉部
74 窪み
81 圧力検知器
91 入力装置
Claims (10)
- P型又はN型の半導体基板と、
上面又は下面の一方に凹部を有し、前記半導体基板の上面を覆う誘電体層と、
前記誘電体層の上に設けた上基板と、
前記上基板のうち前記凹部と対向する領域に形成された、変形可能なダイアフラムと、
前記半導体基板の表層部に形成された、前記半導体基板と逆極性の導電型を有する不純物層からなる固定電極と、
前記半導体基板の表層部の、前記上基板の固定された領域の下方において、前記固定電極と分離して形成された、前記半導体基板と逆極性の導電型を有する不純物層からなる逆極性層と、
を有することを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 前記逆極性層の幅が、前記上基板の固定された領域の幅と等しいか、あるいは前記上基板の固定された領域の幅よりも広いことを特徴とする、請求項1に記載の静電容量型圧力センサ。
- 前記半導体基板の上面に垂直な方向から見たとき、前記逆極性層の幅方向の両側縁がいずれも前記上基板の固定された領域の縁と重なっているか、あるいは前記上基板の固定された領域の縁よりも外側に位置す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。
- 前記逆極性層と前記固定電極は、互いに同じ深さに形成され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。
- 前記逆極性層と前記固定電極は、互いに同じ不純物濃度を有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。
- 前記逆極性層は、一部が不連続に形成され、
前記固定電極から延出した電極延出部は、前記逆極性層の不連続となった領域を通過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。 - 前記逆極性層と前記固定電極との中間において、前記半導体基板の上面に分離溝を設けたことを特徴とする、請求項1に記載の静電容量型圧力センサ。
- 前記半導体基板の上面において前記上基板の固定された領域の下方に凹溝を形成し、前記凹溝の底面の下に前記逆極性層を設けたことを特徴とする、請求項1に記載の静電容量型圧力センサ。
- 請求項1に記載した静電容量型圧力センサをケーシングに納めた圧力検出器。
- 請求項1に記載した静電容量型圧力センサを搭載した入力装置。
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