KR101553786B1

KR101553786B1 - 정전용량형 압력 센서와 그 제조 방법 및 입력 장치

Info

Publication number: KR101553786B1
Application number: KR1020147004331A
Authority: KR
Inventors: 카츠유키 이노우에
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2015-09-16
Also published as: TWI529379B; JP5737148B2; KR20140048996A; JP2013104797A; WO2013073506A1; CN103765179A; TW201319537A; CN103765179B

Abstract

고정 전극(32)의 윗면에 유전체층(33)을 형성하고, 유전체층(33)의 표면에 리세스(34)를 요설한다. 리세스(34)를 덮도록 하여 유전체층(33)의 표면에 상기판(37)을 적층하고, 리세스(34)의 상방에 박막형상을 한 도전성 다이어프램(38)(상기판(37)의 일부분)을 배설한다. 리세스(34) 내에서 유전체층(33)의 표면에는, 다이어프램(38)을 접촉시키기 위한 제1 접촉면(35)과 제2 접촉면(36)이 형성되어 있다. 제1 접촉면(35)과 제2 접촉면(36)은 예를 들면 수평면이고, 제1 접촉면(35)과 제2 접촉면(36)은 수직면인 단차에 의해 떨어져 있다. 제2 접촉면(36)은 제1 접촉면(35)보다도 높은 위치에 있다.

Description

정전용량형 압력 센서와 그 제조 방법 및 입력 장치{CAPACITANCE TYPE PRESSURE SENSOR, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND INPUT DEVICE}

본 발명은 정전용량형 압력 센서와 그 제조 방법 및 입력 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 압력으로 휘어진 다이어프램이 유전체층에 접촉하여 압력을 검지하는 터치모드의 정전용량형 압력 센서와 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 당해 정전용량형 압력 센서를 응용한 입력 장치에 관한 것이다.

일반적인 정전용량형 압력 센서에서는, 도전성의 다이어프램(가동 전극)과 고정 전극이 갭을 사이에 두고 대향하고 있고, 압력으로 휘어진 다이어프램과 고정 전극 사이의 정전용량의 변화로부터 압력을 검출하고 있다. 그러나, 이 압력 센서가, 실리콘 기판 등을 이용하여 MEMS 기술로 제조된 마이크로 디바이스인 경우에는, 다이어프램에 큰 압력이 가해져서 크게 휘면, 다이어프램이 파괴될 우려가 있다.

그 때문에, 고정 전극의 표면에 유전체층을 마련해 두고, 압력에 의해 휘어진 다이어프램이 유전체층에 접촉하고, 그 접촉면적의 변화에 의해 다이어프램과 고정 전극 사이의 정전용량이 변화하도록 한 압력 센서가 제안되어 있다. 이와 같은 압력 센서는, 터치모드 (정전)용량형 압력 센서라고 불리는 일이 있다.

터치모드 정전용량형 압력 센서로서는, 예를 들면 비특허 문헌 1에 기재된 것이 있다. 도 1(A)는 비특허 문헌 1에 기재된 압력 센서(11)를 도시하는 단면도이다. 이 압력 센서(11)에서는, 유리 기판(12)의 윗면에 금속 박막으로 이루어지는 고정 전극(13)을 형성하고, 고정 전극(13)의 위에서 유리 기판(12)의 윗면에 유전체막(14)을 형성하고 있다. 유전체막(14)에는 스루홀(15)을 개구하고 있고, 유전체막(14)의 윗면에 마련된 전극 패드(16)는 스루홀(15)을 통과하여 고정 전극(13)에 접속되어 있다. 유전체막(14)의 윗면에는 실리콘 기판(17)이 적층되어 있고, 실리콘 기판(17)의 윗면에 오목부(18)를 마련함과 함께 하면에 리세스(19)를 마련하고, 오목부(18)와 리세스(19)의 사이에 박막형상의 다이어프램(20)을 형성하고 있다. 다이어프램(20)은 고정 전극(13)과 겹쳐지는 위치에 마련되어 있다. 또한, 실리콘 기판(17)의 하면은 B(붕소)가 고농도로 도핑된 P+층(21)으로 되어 있고, 그에 의해 다이어프램(20)에 도전성이 부여되어서 가동 전극의 기능을 갖고 있다. 다이어프램(20)의 하면과 유전체막(14)과의 사이에는, 리세스(19)에 의해 수㎛의 갭(22)이 생겨져 있다.

도 1(B)는, 압력 센서(11)의 압력과 정전용량과의 관계(압력-용량 특성)를 도시하는 도면으로서, 비특허 문헌 1에 기재된 것이다. 압력 센서(11)의 다이어프램(20)에 압력이 가하여지면, 다이어프램(20)은 그 인가 압력에 응하여 휘고, 어느 압력에서 유전체막(14)에 접촉한다. 도 1(B)에서의 압력이 0부터 Pa까지의 구간(미접촉 영역)은, 다이어프램(20)이 유전체막(14)에 접촉하지 않은 상태이다. 압력이 Pa로부터 Pb까지의 구간(접촉 시작 영역)은, 다이어프램(20)이 유전체막(14)에 접촉하고 나서 어느 정도의 면적으로 확실하게 접촉하기 까지의 상태를 나타내고 있다. 압력이 Pb로부터 Pc까지의 구간(동작 영역)은, 압력의 증가에 수반하여 다이어프램(20)이 유전체막(14)에 접촉하고 있는 부분의 면적이 점차로 증가하고 있다. 압력이 Pc로부터 Pd까지의 구간(포화 영역)은, 다이어프램(20)의 거의 전면(全面)이 유전체막(14)에 접촉하고 있어서, 압력이 증가하여도 거의 접촉면적이 증가하지 않는 영역이다.

도 1(B)의 압력-용량 특성에 의하면, 다이어프램(20)이 접촉하지 않은 미접촉 영역에서는 정전용량의 변화는 작지만, 접촉 시작 영역이 되면 점차로 정전용량의 변화율(증가 속도)이 커진다. 또한, 동작 영역에서는 선형성(線形性)은 좋아지지만 정전용량의 변화율은 점차로 감소하고, 포화 영역이 되면 정전용량은 거의 증가하지 않게 된다.

이와 같은 터치모드의 압력 센서(11)에서는, 다이어프램(20)과 유전체막(14)과의 접촉면적을 S, 유전체막(14)의 두께를 d, 유전체막(14)의 유전률을 ε로 하면, 다이어프램(20)과 유전체막(14)의 사이에서의 정전용량(C)은, 다음의 수식 1로 나타낼 수 있다.

C=Co+ε·(S/d) … (수식 1)

여기서, Co는 미접촉 영역에서의 정전용량이다.

유전체막(14)의 두께(d)나 유전률(ε)은 변화하지 않기 때문에, 수식 1에 의하면, 압력(P)이 커지면 다이어프램(20)의 접촉면적(S)이 증대하고, 그 결과 압력 센서(11)의 정전용량(C)이 증가함을 알 수 있다. 그러나, 도 1(B)에 의하면, 압력-용량 특성은 접촉 시작부터 포화 영역에 걸쳐서는 포물선형상의 곡선을 그리고 있다. 그 때문에, 접촉면적(S)(또는, 정전용량차(C-Co))은, 정성적으로 말하여 거의 Pⁿ(단, 0<n<1)에 비례하고 있다고 생각된다.

그런데, 압력 센서에서는 저압력 영역에서는 고감도가 요구되는데, 고압력 영역에서는 저감도라도 좋은 경우가 많이 있고, 고압력 영역에서는 저감도로 누르고, 예를 들면 그 대신에 측정 레인지를 넓게 하고자 하는 경우가 있다.

그러나, 비특허 문헌 1에 기재된 바와 같은 압력 센서의 구조라면, 저압력 영역에서 고감도화하면 고압력 영역에서도 측정 감도가 높아져서, 저압력 영역에서는 고감도이고 고압력 영역에서는 저감도의 압력 센서를 제조하기는 어렵다. 또한, 다이어프램의 직경이나 두께, 유전체층의 유전률이나 두께 등의 값을 최적화하여 저압력 영역에서도 고압력 영역에서도 최적의 측정 감도를 얻으려고 하여도, 설계가 곤란하다.

또한, 비특허 문헌 1에 기재된 압력 센서에서는, 측정하고 있는 압력이 측정 레인지의 최대치(최대 압력)에 달한 것을 검지하는 것이 곤란하고, 이것을 검지하려고 하면 후단 회로가 필요하게 되어 있다.

또한, 특허 문헌 1에는, 다이어프램과 대향하는 실리콘 기판의 윗면에 계단형상의 백업부를 마련한 반도체 압력 센서가 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 1에 개시된 압력 센서는, 비틀림 검출 소자(피에조 저항)에 의해 다이어프램의 휨을 검지함으로써 압력을 검출하는 것으로서, 정전용량형의 압력 센서와는 다르다. 게다가, 이 압력 센서는 백업부의 모서리부(단차벽면의 상단)에 따라 다이어프램이 변형하도록 한 것에 지나지 않고, 저압력 영역과 고압력 영역에서 감도의 높이가 다르도록 하는 것이 아니다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 제3144314호 공보

비특허 문헌 1 : 야마모토 민, 외 4명, 「터치모드 용량형 압력 센서」, 후지쿠라기보, 주식회사 후지쿠라, 2001년 10월, 제101호, p. 71-74

본 발명은, 상기한 바와 같은 기술적 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 압력의 측정 범위에 응하여 용이하게 측정 감도를 바꿀 수 있고, 또한 압력이 측정 레인지의 최대치에 달한 것을 용이하게 검지할 수 있는 터치모드의 정전용량형 압력 센서와 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 당해 센서를 응용한 입력 장치에 관한 것이다.

본 발명에 관한 제1의 정전용량형 압력 센서는, 고정 전극과, 상기 고정 전극의 상방에 형성된 유전체층과, 상기 유전체층의 상방에 공극을 사이에 두고 형성된 도전성의 다이어프램을 구비한 정전용량형의 압력 센서에 있어서, 상기 유전체층 중 상기 다이어프램에 대향하는 부분은, 상기 다이어프램을 접촉시키기 위한 복수의 접촉 영역을 가지며, 상기 유전체층의 두께를 d, 상기 유전체층의 유전률을 ε로 하였을 때, 상기 각 접촉 영역 상호의 경계에서, 그 비(ε/d)의 값이 불연속으로 변화하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 각 접촉 영역 상호의 경계에서, 비(ε/d)의 값이 불연속으로 변화하고 있다는 것은, 접촉 영역끼리의 경계에서, 한쪽의 접촉 영역의 당해 경계에 직근(直近)의 위치에서의 ε/d의 값과, 한쪽의 접촉 영역의 당해 경계에 직근의 위치에서의 ε/d의 값이 다른 것을 말한다.

본 발명의 제1의 정전용량형 압력 센서에서는, 다이어프램의 접촉면이 접촉 영역의 경계를 초과하여 유전체층에 접촉하면, 접촉면적과 정전용량과의 관계(용량 특성)가 변화하기 때문에, 측정 압력의 범위에 의해 압력-용량 특성을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 저압력 영역에서는 측정 감도를 높게 하고, 고압력 영역에서는 측정 감도를 낮게 할 수 있다. 또한, 측정 레인지에서의 최고 압력의 검출도 용이해진다.

본 발명의 제1의 정전용량형 압력 센서의 어느 실시 양태로서는, 상기 각 접촉 영역 상호의 경계에서, 상기 유전체층의 두께를 불연속으로 변화시키면 좋다. 이 양태로서는, 유전체층의 표면측에서 두께를 바꾸어도 좋고, 이면측에서 두께를 바꾸어도 좋다.

표면측에서 유전체층의 두께를 바꾸는 경우에는, 상기 각 접촉 영역 상호의 경계에서, 상기 유전체층의 표면에 계단형상의 단차를 마련하면 좋다. 특히, 상기 각 접촉 영역의 표면을, 압력이 가하여지지 않은 상태에서의 상기 다이어프램으로부터의 거리가 서로 다르도록 하면 좋다. 이 경우에는, 다이어프램이 각 접촉 영역의 경계를 초과할 때에 다이어프램의 탄성이 불연속으로 변화하기 때문에, 측정 압력의 범위에 의해 압력-용량 특성을 보다 현저하게 변화시킬 수 있다.

본 발명의 제1의 정전용량형 압력 센서의 다른 실시 양태는, 상기 다이어프램에 가하여지는 압력이 커져 가면, 상기 다이어프램은 상기 비(ε/d)의 값이 작은 접촉 영역에 순차적으로 접촉하는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 저압력 영역에서 측정 감도를 높게 하고, 고압력 영역에서 측정 감도를 낮게 할 수 있다.

특히, 상기 각 접촉 영역의 표면을, 상기 유전체층의 저면부터 측정한 높이가, 상기 다이어프램에 점차로 큰 압력이 가하여진 경우에 상기 다이어프램이 접촉하는 순번에 따라서 순차적으로 높아지도록 구성하면, 저압력 영역에서 측정 감도를 높게 하고, 고압력 영역에서 측정 감도를 낮게 할 수 있다.

또한, 이면측에서 유전체층의 두께를 바꾸는 경우에는, 상기 다이어프램에 대향하는 영역에서 상기 고정 전극의 윗면에 계단형상의 단차를 형성하여 두면 좋다. 이 경우에는, 상기 각 접촉 영역의 표면을, 전체로서 평탄하게 형성할 수도 있고, 다이어프램을 순조롭게 변형시킬 수 있다.

특히, 상기 접촉면의 아래에서의 유전체층의 두께가, 상기 다이어프램에 점차로 큰 압력이 가하여진 경우에 상기 다이어프램이 접촉하는 순번에 따라서 순차적으로 두꺼워지도록 구성하면, 저압력 영역에서 측정 감도를 높게 하고, 고압력 영역에서 측정 감도를 낮게 할 수 있다.

상기 접촉 영역의 표면이, 모두 압력이 가하여지지 않은 상태에서의 상기 다이어프램과 평행한 평면이 되도록 하면, 유전체층의 표면의 가공이 용이해진다.

본 발명의 제1의 정전용량형 압력 센서의 또 다른 실시 양태로서는, 상기 각 접촉 영역 상호의 경계에서, 상기 유전체층의 유전률이 불연속으로 변화하고 있어도 좋다. 이 경우에도, 다이어프램의 접촉면이 접촉 영역의 경계를 초과하여 유전체층에 접촉하면, 접촉면적과 정전용량과의 관계(용량 특성)가 변화하기 때문에, 측정 압력의 범위에 의해 압력-용량 특성을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 저압력 영역에서는 측정 감도를 높게 하고, 고압력 영역에서는 측정 감도를 낮게 할 수 있다.

본 발명에 관한 제2의 정전용량형 압력 센서는, 고정 전극과, 상기 고정 전극의 상방에 형성된 유전체층과, 상기 유전체층의 상방에 공극을 사이에 두고 형성된 도전성의 다이어프램을 구비한 정전용량형의 압력 센서에 있어서, 상기 유전체층 중 상기 다이어프램에 대향하는 부분은, 상기 다이어프램을 접촉시키기 위한 복수의 접촉 영역을 가지며, 상기 각 접촉 영역 상호의 경계에서, 상기 유전체층의 표면이 계단형상의 단차를 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제2의 정전용량형 압력 센서에서는, 다이어프램이 각 접촉 영역의 경계를 초과할 때에 다이어프램의 탄성이 불연속으로 변화하기 때문에, 측정 압력의 범위에 의해 압력-용량 특성을 보다 현저하게 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 저압력 영역에서는 측정 감도를 높게 하고, 고압력 영역에서는 측정 감도를 낮게 할 수 있다.

본 발명에 관한 정전용량형 압력 센서의 제조 방법은, 유전체층의 표면측에 단차를 부여하여 접촉 영역의 두께를 다르게 한 정전용량형 압력 센서를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 고정 전극의 상방에 제1의 유전체막을 형성하는 공정과, 에칭에 의해 상기 제1의 유전체막을 부분적으로 제거하여, 계단형상의 테두리(緣)를 갖는 제1의 개구를 형성하는 공정과, 상기 제1의 유전체막의 위로부터 상기 고정 전극의 상방에 제2의 유전체막을 형성하는 공정과, 에칭에 의해 상기 제2의 유전체막을 부분적으로 제거하여, 계단형상의 테두리를 갖는 제2의 개구를 형성하는 공정과, 상기 제1 및 제2의 유전체막의 위로부터 상기 고정 전극의 상방에 제3의 유전체막을 형성하는 공정을 구비하고 있다. 또한, 제1의 개구는, 제1의 유전체막을 관통하고 있을 필요는 없다. 제2의 개구도, 제2의 유전체막을 관통하고 있을 필요는 없다. 또한, 상기 제2의 개구는, 상기 제1의 개구보다도 면적이 작아지도록 하여도 좋고, 커지도록 하여도 좋다.

이러한 제조 방법에 의하면, 간단한 MEMS 공정에 의해 유전체층의 표면측에 단차를 부여하여 접촉 영역의 두께를 다르게 한 정전용량형 압력 센서를 제조할 수 있다.

도 1(A)는 종래예에 의한 압력 센서를 도시하는 개략 단면도. 도 1(B)는, 도 1(A)에 도시하는 종래예의 압력 센서에서의 압력과 정전용량과의 관계를 도시하는 도면.
도 2(A)는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 압력 센서의 개략 평면도. 도 2(B)는, 도 2(A)의 X-X선에 따른 개략 단면도.
도 3(A) 및 도 3(B)는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 압력 센서의 다이어프램을 제외한 상태의 개략 평면도 및 개략 단면도.
도 4(A) 내지 도 4(D)는 다이어프램에 점차로 큰 압력이 가하여진 때의, 다이어프램의 변형 상태를 도시하는 설명도.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 압력 센서와 종래예의 압력 센서에서의 압력과 정전용량의 변화율과의 관계를 도시하는 도면.
도 6(A) 내지 도 6(E)는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 압력 센서의 제조 공정을 설명하는 단면도.
도 7(A) 내지 도 7(D)는 동상(同上)의 압력 센서의 제조 공정을 설명하는 단면도로서, 도 6(E)에 계속된 공정을 도시하는 도면.
도 8(A) 내지 도 8(C)는 동상의 압력 센서의 제조 공정을 설명하는 단면도로서, 도 7(D)에 계속된 공정을 도시하는 도면.
도 9(A) 및 도 9(B)는 동상의 압력 센서의 제조 공정을 설명하는 단면도로서, 도 8(C)에 계속된 공정을 도시하는 도면.
도 10(A)는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 압력 센서의 개략 평면도. 도 10(B)는, 당해 압력 센서에 사용되고 있는 유전체층의 개략 평면도.
도 11은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 압력 센서의 개략 단면도.
도 12는 본 발명의 실시 형태 4에 관한 압력 센서의 개략 단면도.
도 13은 본 발명의 실시 형태 5에 관한 압력 센서의 개략 단면도.
도 14는 본 발명의 실시 형태 6에 관한 압력 센서의 개략 단면도.
도 15는 본 발명의 실시 형태 7에 관한 입력 장치의 개략 단면도.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 알맞은 실시 형태를 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 설계 변경할 수 있다.

(실시 형태 1)

이하, 도 2 및 도 3을 참조하고 본 발명의 실시 형태에 의한 압력 센서(11)의 구조를 설명한다. 도 2(A)는 압력 센서(11)의 개략 평면도, 도 2(B)는 도 2(A)의 X-X선 단면도이다. 또한, 도 3(A)는, 압력 센서(11)에 사용되고 있는 유전체층(33)을 도시하는 개략 평면도, 도 3(B)는, 압력 센서(11)에 사용되고 있는 고정 전극(32) 및 유전체층(33)을 도시하는 개략 단면도이다.

이 압력 센서(11)에서는, 저저항 실리콘 기판이나 금속막 등의 도전성 재료로 이루어지는 고정 전극(32)의 위에 유전체층(33)이 형성되어 있다. 유전체층(33)은, SiO₂, SiN, TEOS 등의 유전체 재료로 이루어진다. 유전체층(33)은, 그 윗면에 리세스(34)(오목부)가 요설(凹設)되어 있다. 리세스(34) 내에는, 유전체층(33)의 하면부터 측정한 높이가 다른 복수의 접촉면(접촉 영역의 표면)이 형성되어 있다. 도시례에서는, 리세스(34)의 중앙부에 원형에 마련된 저위치의 제1 접촉면(35)과, 제1 접촉면(35)의 주위에 원환형상으로 마련된 고위치의 제2 접촉면(36)이 마련되어 있다. 제1 접촉면(35)과 제2 접촉면(36) 사이의 경계는, 유전체층(33)의 하면에 수직한 수직면(이하, 단차벽면(段差璧面)이라고 한다)으로 되어 있고, 제1 접촉면(35)과 제2 접촉면(36)의 사이에서는 접촉면의 높이가 계단형상으로 변화하고 있다.

유전체층(33)의 윗면에는, 저저항 실리콘 기판 등의 도전성 재료로 이루어지는 박막형상의 상기판(上基板)(37)이 형성되어 있다. 상기판(37)은, 리세스(34)의 윗면을 덮고 있다. 상기판(37)의 윗면에는 금속재료에 의해 상전극(上電極) 패드(40)나 배선(41)이 마련되어 있고, 상전극 패드(40)나 배선(41)은 상기판(37)과 도통하고 있다. 또한, 상기판(37)의 윗면은 SiO₂나 SiN 등의 절연막이나 폴리이미드 등의 수지로 이루어지는 보호막(39)에 의해 덮여 있다. 상전극 패드(40)는 보호막(39)으로부터 노출하고 있다. 이리하여 상기판(37) 및 보호막(39) 중, 리세스(34)의 상방에서 공중에서 수평하게 편 영역에 의해, 감압용의 다이어프램(38)이 형성되어 있다.

이 압력 센서(11)에서는, 다이어프램(38)에 압력이 가하여진다. 도 4(A) 내지 (D)는, 가압체(43)의 유연한 선단부로 다이어프램(38)을 누른 때의 양상을 도시하고 있다. 도 4(A)로부터 도 4(D)를 향하여 점차로 압력이 커지고 있다. 이 때의 정전용량의 변화는, 정성적으로 이하와 같이 된다.

다이어프램(38)이 작은 압력으로 눌려져서 유전체층(33)에 접촉하지 않은 상태로부터 도 4(A)와 같이 다이어프램(38)이 유전체층(33)에 가볍게 접촉하기 전의 동안에서는, 다이어프램(38)과 고정 전극(32) 사이의 정전용량의 변화는 작고, 거의 일정하다고 생각하여도 좋다. 이 때의 정전용량(일정치)을 Co으로 나타낸다.

다이어프램(38)에 가하여지는 압력이 점차로 커져서 제1 접촉면(35)에 접촉하고, 도 4(B)와 같이 다이어프램(38)이 제1 접촉면(35)에 접촉하는 면적(S1)이 점차로 커지면, 그에 따라 다이어프램(38)과 고정 전극(32) 사이의 정전용량(C)은, 다음의 수식 2와 같이 변화한다.

C=Co+(ε/d1)S1 … (수식 2)

또는, ΔC=(C-Co)/Co을 비정전용량이라고 정의하면,

ΔC=(C-Co)/Co=(ε·S1)/(d1·Co) … (수식 3)

이 된다. 여기서, ε는 유전체층(33)의 유전률, d1는 제1 접촉면(35)의 아래의 유전체층(33)(접촉 영역)의 두께이다.

다이어프램(38)에 가하여지는 압력이 커져서 다이어프램(38)이 단차벽면의 상단에 닿으면, 다이어프램(38)은 그곳부터 점차로 제2 접촉면(36)에 접촉을 시작한다. 도 4(C)에 도시하는 바와 같이, 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)의 모서리(角)(단차벽면의 상단)에 접촉한 때의 정전용량(C)은, 다이어프램(38)의 제1 접촉면(35)에의 최대 접촉면적을 S1max로 하면, 다음의 수식 4로 나타난다.

C=Co+(ε/d1)S1max … (수식 4)

또는, ΔC=(C-Co)/Co=(ε·S1mac)/(d1·Co) … (수식 5)

더욱 다이어프램(38)에 가하여지는 압력이 커지면, 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)에 접촉하는 면적이 점차로 커진다. 다이어프램(38)이 접촉면적(S2)으로 제2 접촉면(36)에 접촉할 때의 정전용량(C)은, 다음의 수식 6으로 나타난다.

C=Co+(ε/d1)S1max+(ε/d2)S2 … (수식 6)

또는, ΔC=(ε·S1mac)/(d1·Co)+(ε·S2)/(d2·Co) … (수식 7)

여기서, d2는 제2 접촉면(36)의 아래에서의 유전체층(33)(접촉 영역)의 두께이다.

상기 수식 3에서의 접촉면적(S1)의 계수와 상기 수식 7에서의 접촉면적(S2)의 계수는 다르다. 따라서 다이어프램(38)이 제1 접촉면(35)에 접촉하고 있을 때의 압력-용량 특성의 변화의 방식과, 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)에 접촉하고 있을 때의 압력-용량 특성의 변화의 방식이 다름을 알 수 있다. 특히, 제1 접촉면(35)의 아래의 유전체층(33)의 두께(d1)가, 제2 접촉면(36)의 아래의 유전체층(33)의 두께(d2)보다도 얇으면, 저압력 영역에서의 측정 감도가 높아지고, 고압력 영역에서의 측정 감도가 낮아짐을 알 수 있다.

또한, 다이어프램(38)의 접촉면적이 증가하면, 다이어프램(38)의 자유롭게 변형할 수 있는 영역의 면적이 작아지기 때문에, 점차로 다이어프램(38)의 탄성이 높아져 간다. 그리고, 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)의 모서리(단차벽면의 상단)에 당접(當接)한 때에는, 다이어프램(38)의 자유롭게 변형할 수 있는 영역의 면적이 불연속적으로 작아지기 때문에, 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)의 모서리에 당접하기 전후에서 다이어프램(38)의 탄성은 갑자기 높아진다. 이 결과, 다이어프램(38)이 제1 접촉면(35)에 접촉하고 있는 상태에서는 측정 감도가 높고, 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)에 접촉하고 있는 상태에서는 측정 감도가 낮아진다. 따라서, 실시 형태 1의 압력 센서(31)에서는, 이와 같은 현상에 의해서도 저압력 영역에서의 측정 감도가 높아지고, 고압력 영역에서의 측정 감도가 낮아진다.

도 5는, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 압력 센서(실시 형태 1)에서의 압력-용량 특성과, 비특허 문헌 1에 기재된 압력 센서(종래예)의 압력-용량 특성을 비교하여 도시한 도면이다. 이러한 특성은 시뮬레이션에 의해 얻은 것이다. 도 5의 횡축은 압력(P)을 나타내고, 종축은 다이어프램(가동 전극)과 고정 전극 사이의 비정전용량(ΔC)=(C-Co)/Co을 나타내고 있다. 여기서, C는 압력이 P일 때의 정전용량이고, Co은 비접촉 영역에서의 정전용량이다.

다이어프램(38)의 접촉면적은, 거의(Pⁿ)(단, 0<n<1)에 비례하기 때문에, 수식 2-4로 표현된 압력-용량 특성은 포물선형상의 곡선을 그린다. 따라서 수식 2-4와 도 5는 정합(整合)하고 있다.

단, 종래예의 압력 센서의 압력-용량 특성은 전역(全域)에 걸쳐 포물선형상으로 매끈하게 변화함에 대해, 실시 형태 1의 압력 센서의 압력-용량 특성은, 다이어프램(38)이 제1, 제2 접촉면(35, 36) 사이의 단차벽면의 상단에 당접한 때의 압력 Pe의 전후에서 변화의 방식이 다르다.

즉, 종래예의 압력 센서에서는, 측정 레인지의 전체에서 측정 감도의 변화의 방식이 일정한 규칙에 따르고 있다. 그 때문에, 저압력 영역에서 소망하는 측정 감도를 얻을 수 있도록 설계하면, 그에 의해 고압력 영역에서의 측정 감도도 정하여져서, 임의로 저압력 영역에서 고감도가 되고 고압력 영역에서 저감도가 되도록 설계할 수가 없다. 마찬가지로, 압력의 측정 레인지에 있어서의 최대 압력(Pf)의 부근에서의 정전용량의 포화 상태도 임의로 설계할 수가 없다.

이에 대해, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 압력 센서(11)에서는, 압력이 Pe보다도 작고 다이어프램(38)이 제1 접촉면(35)에만 접촉하고 있는 상태(저압력 영역)에서는, 측정 감도가 높아지도록 설계되어 있다. 그러나, 압력이 Pe보다도 크고 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)에도 접촉하고 있는 상태(고압력 영역)에서는, 제2 접촉면(36)의 아래의 유전체층(33)의 두께(d2)가 제1 접촉면(35)의 아래의 유전체층(33)의 두께(d1)보다도 크기 때문에, 측정 감도는 저압력 영역보다도 낮아진다. 따라서 실시 형태 1에 의하면, 저압력 영역에서 측정 감도가 높고, 고압력 영역에서 측정 감도가 낮은 압력 센서(11)를 제작할 수 있다. 또한, 고압력 영역에서는 측정 감도가 낮아도 좋기 때문에, 제2 접촉면(36)의 아래의 유전체층(33)의 두께(d2)나 제2 접촉면(36)의 면적을 적당하게 선택함에 의해, 측정 레인지의 최고 압력(Pf)에서 정전용량이 그 포화치에 근접하여 정전용량의 변화가 작아지도록 설계할 수 있다. 따라서, 정전용량의 변화로부터 측정하고 있는 압력(P)이 거의 최고 압력(Pf)이 된 것을 검지할 수 있다.

다음에, 상기 압력 센서(11)의 제조 공정을 설명한다. 도 6 내지 도 9는, 압력 센서(11)의 제조 공정을 구체적으로 도시한 도면이다. 또한, 도 6 내지 도 9의 제조 공정에서는, 1개의 압력 센서를 제조하는 공정을 설명하지만, 통상은, 웨이퍼상에서 복수개의 압력 센서를 한번에 제작한다.

압력 센서(11)는, 상기판측과 고정 전극측으로 나누어서 제조된다. 우선, 상기판측의 제조 방법을 도 6(A) 내지 (E)에 의해 설명한다. 도 6(A)는, 실리콘 기판 등으로 이루어지는 상기판(37)의 윗면 전체에, 스퍼터나 증착에 의해 Al이나 Au 등의 금속막(40a)을 성막한 상태를 도시하고 있다. 상기판(37)의 위의 금속막(40a)은 포토 리소그래피 공정에 의해 패터닝되고, 도 6(B)에 도시하는 바와 같이, 상기판(37)의 윗면에 금속막(40a)으로 이루어지는 상전극 패드(40)나 배선(41)이 형성된다. 계속해서, 상전극 패드(40)나 배선(41)의 위로부터 상기판(37)의 윗면 전체를, 도 6(C)에 도시하는 바와 같이, 스퍼터나 CVD, 코팅 등의 방법에 의해 SiO₂ 등의 절연막이나 폴리이미드 등의 수지 재료로 이루어지는 보호막(39)으로 덮는다. 보호막(39)은 상전극 패드(40)의 윗면에서 부분적으로 개구창(50)이 마련되고, 도 6(D)에 도시하는 바와 같이, 상전극 패드(40)는 보호막(39)으로부터 적어도 일부가 노출된다. 보호막(39)을 개구하는 방법으로서는, 반응성 가스에 의해 드라이 에칭하여도 좋고, 약액(에칭액)을 이용하여 웨트 에칭하여도 좋다. 이 후, 상기판(37)의 하면을 연삭 및 연마, 또는 에칭함에 의해, 도 6(E)와 같이 상기판(37)의 두께를 얇게 하고, 상기판(37) 및 보호막(39)으로 이루어지는 박막형상의 다이어프램(38)을 형성한다.

다음에, 고정 전극측의 제조 방법을 도 7(A) 내지 (D) 및 도 8(A) 내지 (C)에 의해 설명한다. 도 7(A)는, 저저항의 실리콘 기판 등으로 이루어지는 고정 전극(32)의 윗면 전체에, 열산화나 스퍼터, CVD 등의 방법으로 SiO₂, SiN, TEOS 등의 유전체 재료로 이루어지는 유전체막(33a)을 형성한 상태를 도시하고 있다. 이 유전체막(33a)의 두께는, 제1 접촉면(35)과 제2 접촉면(36) 사이의 단차와 같이 되도록 정한다. 이 유전체막(33a)은, 약액을 이용한 웨트 에칭이나 반응성 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 에칭되고, 도 7(B)에 도시하는 바와 같이, 중앙부에 개구(51)(제1의 개구)가 형성된다. 유전체막(33a)의 개구(51)는, 리세스(34)가 되는 영과 대충 동등한 영역에 형성된다. 또한, 도 7(C)에 도시하는 바와 같이, 유전체막(33a)의 위에서 고정 전극(32)의 윗면 전체에, 유전체막(33a)과 같은 유전체 재료를 이용하여 유전체막(33b)을 성막한다. 이 유전체막(33b)은, 약액을 이용한 웨트 에칭이나 반응성 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 에칭되어, 도 7(D)에 도시하는 바와 같이, 중앙부에 개구(52)(제2의 개구)가 형성된다. 유전체막(33b)의 개구(52)는, 개구(51)보다도 면적이 작고 제1 접촉면(35)과 대충 같은 영역에 형성된다. 다음에, 도 8(A)에 도시하는 바와 같이, 유전체막(33b)의 위로부터 고정 전극(32)의 윗면 전체에, 열산화나 스퍼터, CVD 등의 방법으로 유전체막(33a, 33b)과 같은 유전체 재료를 이용하여 유전체막(33c)를 형성한다. 이 결과, 유전체막(33a, 33b, 33c)에 의해 유전체층(33)이 형성된다. 또한, 이와는 다른 방법에 의해 유전체층(33)을 형성하여도 좋다. 즉, 비교적 두께가 큰 유전체층(33)을 고정 전극(32)의 윗면에 성막한 후, 유전체층(33)을 에칭하여 제1 접촉면(35)과 제2 접촉면(36)을 갖는 리세스(34)를 형성하여도 좋다.

이 후, 필요에 응하여, 고정 전극(32)의 하면을 연삭 및 연마, 또는 에칭함에 의해, 도 8(B)와 같이 고정 전극(32)의 두께를 얇게 한다. 고정 전극(32)의 하면에는, 도 8(C)에 도시하는 바와 같이 Al이나 Au 등의 금속막을 성막하고, 약액으로 웨트 에칭하거나, 반응성 가스를 이용하여 드라이 에칭하거나 하여 금속막을 패터닝하여, 하전극 패드(42)를 형성한다.

이 후, 상온 접합, 퓨전 접합, 수지 접합, 공정(共晶) 접합 등의 접합 방법을 이용하여, 유전체층(33)의 위에 상기판(37)을 접합시켜서, 도 9(A)와 같은 압력 센서(31)를 얻는다. 또한, 이 후에, 도 9(B)에 도시하는 바와 같이, 고정 전극(32) 및 하전극 패드(42)의 하면 전체에 보호막(53)을 형성하고, 보호막(53)에 개구창(54)을 열어서 개구창(54)으로부터 하전극 패드(42)를 노출시켜도 좋다. 또한, 압력 센서(11)가 웨이퍼에 의해 복수개 한번에 제작되고 있는 경우에는, 이 후에 웨이퍼를 다이싱하여 개개의 압력 센서(11)로 절리(切離)한다.

또한, 도 7(D)의 공정에서 유전체막(33b)에 연 개구(52)는, 유전체막(33a)의 개구(51)보다도 면적이 작게 되어 있지만, 이와는 반대로, 유전체막(33b)의 개구(52)를 개구(51)보다도 크게 하여도 좋다.

(실시 형태 2)

도 10(A)는, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 압력 센서(61)의 개략 평면도이다. 도 10(B)는, 이 압력 센서(61)에 이용되고 있는 유전체층(33)의 개략 평면도이다. 이 압력 센서(61)에서는, 리세스(34), 제1 접촉면(35), 제2 접촉면(36) 및 다이어프램(38)의 모두가 장방형상으로 형성되어 있다.

이러한 실시 형태에 의하면, 다이어프램(38)이 제1 접촉면(35)이나 제2 접촉면(36)에 단변 방향으로 충분히 접촉한 후는, 제1 접촉면(35)나 제2 접촉면(36)에의 접촉면은 장변 방향으로 늘어나 가기 때문에, 실시 형태 1과 다른 압력용량 특성을 얻을 수 있다.

또한, 리세스(34)나 제1 접촉면(35), 제2 접촉면(36)의 평면 형상은, 원형이나 장방형 이외에도, 정방형, 타원, 6각형, 8각형 등 다양한 형상으로 할 수 있다.

(실시 형태 3)

도 11은, 본 발명의 실시 형태 3에 관한 압력 센서(62)의 개략 단면도이다. 이 압력 센서(62)에서는, 제2 접촉면(36)이 제1 접촉면(35)을 향하여 경사 하행으로 경사하고 있기 때문에, 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)에 접촉하기 쉬워진다.

(실시 형태 4)

도 12는, 본 발명의 실시 형태 4에 관한 터치모드의 정전용량형 압력 센서(63)의 개략 단면도이다. 이 압력 센서(63)에서는, 다이어프램(38)의 중앙부에 대향하는 영역에서, 고정 전극(32)의 윗면을 돌출시켜서 볼록부(71)를 형성하고 있다. 또한, 고정 전극(32)의 윗면에 형성한 유전체층(33)에는, 다이어프램(38)과 대향하는 영역에 리세스(34)가 형성되어 있고, 리세스(34) 내에서 유전체층(33)의 윗면은 평탄하게 형성되어 있다. 따라서 리세스(34)의 중앙부에 위치하고, 또한, 볼록부(71)의 바로 위에 위치한 제1 접촉면(35)에서는, 유전체층(33)의 두께가 얇게 되어 있다. 또한, 리세스(34)의 외주부에 위치하고, 또한, 볼록부(71)보다도 낮은 고정 전극(32)의 윗면(72)에 대향하는 제2 접촉면(36)에서는, 유전체층(33)의 두께가 두껍게 되어 있다.

실시예 4의 압력 센서(63)에서는, 다이어프램(38)의 접촉면이 제1 접촉면(35)부터 제2 접촉면(36)으로 넓어지고, 다이어프램(38)의 접촉면적이 커짐에 따라, 상기 수식 2-7로 기술한 바와 같이 정전용량이 변화한다. 따라서, 제1 접촉면(35)에만 접촉하고 있을 때와, 제2 접촉면(36)에도 접촉하고 있을 때에서 정전용량의 증가의 방식이 다르다. 즉, 저압 영역에서는 측정 감도가 높고, 고압 영역에서는 측정 감도가 작아지도록 할 수 있다.

(실시 형태 5)

도 13은, 본 발명의 실시 형태 5에 관한 터치모드의 정전용량형 압력 센서(64)의 개략 단면도이다. 이 압력 센서(64)에서는, 고정 전극(32)의 윗면에 리세스(34)가 요설되어 있다. 리세스(34) 내에는, 고정 전극(32)의 하면부터 측정한 높이가 다른 복수의 평면이 형성되어 있다. 도시례에서는, 리세스(34)의 중앙부에 위치하는 저위치의 제1 평면(73)과, 제1 평면(73)의 주위에 위치하는 고위치의 제2 평면(74)이 마련되어 있다. 제1 평면(73)과 제2 평면(74) 사이의 경계는, 고정 전극(32)의 하면에 수직한 수직면(단차벽면)으로 되어 있고, 제1 평면(73)과 제2 평면(74)의 사이에서는 평면의 높이가 계단형상으로 변화하고 있다.

또한, 고정 전극(32)의 윗면에는, 균일한 두께의 유전체층(33)이 형성되어 있다. 따라서 유전체층(33)의 윗면에도 리세스(34)가 형성되고, 리세스(34) 내에는 제1 평면(73)의 위에 위치한 저위치의 제1 접촉면(35)과 제2 평면(74)의 위에 위치한 고위치의 제2 접촉면(36)이 형성되어 있다.

실시 형태 5의 압력 센서(64)에서는, 유전체층(33)의 두께는 균일하지만, 리세스(34) 내에서 유전체층(33)의 표면이 계단형상으로 형성되어 있다. 그 때문에, 실시 형태 1에서도 설명한 바와 같이, 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)의 모서리(단차벽면의 상단)에 당접한 때에는, 다이어프램(38)의 자유롭게 변형할 수 있는 영역의 면적이 불연속적으로 작아지기 때문에, 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)의 모서리에 당접하는 전후에서 다이어프램(38)의 탄성은 갑자기 높아진다. 이 결과, 다이어프램(38)이 제1 접촉면(35)에 접촉하고 있는 상태에서는 측정 감도가 높고, 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)에 접촉하고 있는 상태에서는 측정 감도가 낮아진다. 따라서, 실시 형태 1의 압력 센서(31)에서는, 이와 같은 현상에 의해서도 저압력 영역에서의 측정 감도가 높아지고, 고압력 영역에서의 측정 감도가 낮아진다.

(실시 형태 6)

도 14는, 본 발명의 실시 형태 6에 관한 터치모드의 정전용량형 압력 센서(65)의 개략 단면도이다. 이 압력 센서(65)에서는, 고정 전극(32)의 윗면에 유전체층(75, 76)이 형성되어 있고, 유전체층(75, 76)의 윗면에 리세스(34)가 요설되어 있다. 리세스(34) 내의 저면에서는, 리세스(34)의 중앙부는 유전률이 비교적 큰 유전체층(76)으로 형성되어 있고, 리세스(34)의 외주부는 유전률이 비교적 작은 유전체층(75)으로 형성되어 있다. 그리고, 리세스(34) 내에서는, 유전체층(76)의 윗면이 제1 접촉면(35)으로 되어 있고, 유전체층(75)의 윗면이 제2 접촉면(36)으로 되어 있다. 또한, 리세스(34)의 저면에서는, 유전체층(75)의 두께와 유전체층(76)의 두께는 거의 동등하고, 제1 접촉면(35)과 제2 접촉면(36)은 같은 높이의 평탄면으로 되어 있다.

이 압력 센서(65)에서는, 다이어프램(38)이 눌려져도 유전체층(75, 75)에 접촉할 때까지는 다이어프램(38)과 고정 전극(32) 사이의 정전용량(C)의 변화는 작고, 거의 일정하다고 생각하여도 좋다. 이 때의 정전용량(일정치)을 Co로 나타내면, 다이어프램(38)과 고정 전극(32) 사이의 비정전용량(ΔC)=(C-Co)/Co은, 이하와 같이 변화한다.

다이어프램(38)에 압력이 가해져서 제1 접촉면(35)에 접촉하고, 다이어프램(38)이 제1 접촉면(35)에 접촉하는 면적(S1)이 점차로 커질 때, 다이어프램(38)과 고정 전극(32) 사이의 비정전용량(ΔC)은, 다음의 수식 8과 같이 변화한다.

ΔC=(ε1·S1)/(d·Co) … (수식 8)

여기서, ε1은 유전체층(76)의 유전률, d는 리세스(34)의 저면에서의 유전체층(75, 76)의 두께이다.

다이어프램(38)에 가하여지는 압력이 커져서 다이어프램(38)의 접촉면이 제1 접촉면(35)의 전체로 넓어지면, 그 때의 비정전용량(ΔC)은, 제1 접촉면(35)의 면적을 S1max로 하면, 다음의 수식 9로 나타난다.

ΔC=(ε1·S1mac)/(d·Co) … (수식 9)

다이어프램(38)에 가하여지는 압력이 더욱 커져서 다이어프램(38)의 접촉면이 제2 접촉면(36)으로 넓어질 때, 다이어프램(38)과 제2 접촉면(36)의 접촉면적을 S2로 하고, 유전체층(75)의 유전률을 ε2로 하면, 비정전용량(ΔC)은, 다음의 수식 10으로 나타난다.

ΔC=(ε1·S1mac)/(d·Co)+(ε2·S2)/(d·Co) … (수식 10)

상기 수식 8에서의 접촉면적(S1)의 계수와 상기 수식 10에서의 접촉면적(S2)의 계수는 다르다. 따라서 다이어프램(38)이 제1 접촉면(35)에 접촉하고 있을 때의 압력-용량 특성의 변화의 방식과, 다이어프램(38)이 제2 접촉면(36)에 접촉하고 있을 때의 압력-용량 특성의 변화의 방식이 다름을 알 수 있다. 특히, 제1 접촉면(35)의 아래의 유전체층(76)의 유전률(ε1)이, 제2 접촉면(36)의 아래의 유전체층(75)의 유전률(ε2)보다도 크면, 저압력 영역에서의 측정 감도가 높아지고, 고압력 영역에서의 측정 감도가 낮아진다.

(실시 형태 7)

도 15는, 본 발명의 실시 형태 7에 의한 플레이트형의 입력 장치(81), 예를 들면 터치 패널의 구조를 도시하는 단면도이다. 이 입력 장치(81)는, 본 발명에 관한 압력 센서와 같은 구조를 갖는 다수의 센서부(82)를 어레이형상(예를 들면, 사각형상이나 허니컴형상)으로 배열한 것이다. 또한, 각 센서부(82)는 전기적으로 독립하여 있고, 각 센서부(82)에 가하여진 압력을 개별적으로 독립해서 검출할 수 있다. 이와 같은 입력 장치(81)에 의하면, 터치 패널과 같이 손가락 등으로 가압된 점을 검출할 수 있음과 함께, 각 점의 가압 강도도 검출할 수 있다.

31, 61 내지 65 : 압력 센서
32 : 고정 전극
33 : 유전체층
34 : 리세스
35 : 제1 접촉면(접촉면)
36 : 제2 접촉면(접촉면)
37 : 상기판
38 : 다이어프램
40 : 상전극 패드
42 : 하전극 패드

Claims

고정 전극과,
상기 고정 전극의 상방에 형성된 유전체층과,
상기 유전체층의 상방에 공극을 사이에 두고 형성된 도전성의 다이어프램을 구비한 정전용량형의 압력 센서에 있어서,
상기 유전체층 중 상기 다이어프램에 대향하는 부분은, 상기 다이어프램을 접촉시키기 위한 복수의 접촉 영역을 가지며,
상기 유전체층의 두께를 d, 상기 유전체층의 유전률을 ε로 하였을 때, 상기 각 접촉 영역 상호의 경계에서, 그 비(ε/d)의 값이 불연속으로 변화하고 있고,
상기 다이어프램에 가하여지는 압력이 커져 가면, 상기 다이어프램은 상기 비(ε/d)의 값이 작은 접촉 영역에 순차적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서.
제 1항에 있어서,
상기 각 접촉 영역 상호의 경계에서, 상기 유전체층의 두께가 불연속으로 변화하고 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서.
제 2항에 있어서,
상기 각 접촉 영역 상호의 경계에서, 상기 유전체층의 표면이 계단형상의 단차를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서.
제 3항에 있어서,
상기 각 접촉 영역의 표면은, 압력이 가하여지지 않은 상태에서의 상기 다이어프램으로부터의 거리가 서로 다른 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서.
제 3항에 있어서,
상기 각 접촉 영역의 표면은, 상기 유전체층의 저면부터 측정한 높이가, 상기 다이어프램에 점차로 큰 압력이 가하여진 경우에 상기 다이어프램이 접촉하는 순번에 따라서 순차적으로 높아지고 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서.
제 2항에 있어서,
상기 각 접촉 영역의 표면은, 전체로서 평탄하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서.
제 6항에 있어서,
상기 다이어프램에 대향하는 영역에서 상기 고정 전극의 윗면에 계단형상의 단차를 형성한 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서.
제 2항에 있어서,
상기 접촉 영역의 아래에서의 유전체층의 두께는, 상기 다이어프램에 점차로 큰 압력이 가하여진 경우에 상기 다이어프램이 접촉하는 순번에 따라서 순차적으로 두껍게 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서.
제 1항에 있어서,
상기 접촉 영역의 표면은, 모두 압력이 가하여지지 않은 상태에서의 상기 다이어프램과 평행한 평면인 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서.
제 1항에 있어서,
상기 각 접촉 영역 상호의 경계에서, 상기 유전체층의 유전률이 불연속으로 변화하고 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서.
고정 전극과,
상기 고정 전극의 상방에 형성된 유전체층과,
상기 유전체층의 상방에 공극을 사이에 두고 형성된 도전성의 다이어프램을 구비한 정전용량형의 압력 센서에 있어서,
상기 유전체층 중 상기 다이어프램에 대향하는 부분은, 상기 다이어프램을 접촉시키기 위한 복수의 접촉 영역을 가지며,
상기 각 접촉 영역 상호의 경계에서, 상기 유전체층의 표면이 계단형상의 단차를 갖고 있고,
상기 다이어프램에 가하여지는 압력이 커져 가면, 상기 다이어프램은 상기 유전체층의 두께가 두꺼운 영역에 형성된 접촉 영역에 순차적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서.
제 3항에 기재된 정전용량형 압력 센서를 제조하기 위한 방법으로서,
상기 고정 전극의 상방에 제1의 유전체막을 형성하는 공정과,
에칭에 의해 상기 제1의 유전체막을 부분적으로 제거하여, 계단형상의 테두리를 갖는 제1의 개구를 형성하는 공정과,
상기 제1의 유전체막의 위로부터 상기 고정 전극의 상방에 제2의 유전체막을 형성하는 공정과,
에칭에 의해 상기 제2의 유전체막을 부분적으로 제거하여, 계단형상의 테두리를 갖는 제2의 개구를 형성하는 공정과,
상기 제1 및 제2의 유전체막의 위로부터 상기 고정 전극의 상방에 제3의 유전체막을 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서의 제조 방법.
제 12항에 있어서,
상기 제2의 개구가, 상기 제1의 개구보다도 면적이 작은 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서의 제조 방법.
제 12항에 있어서,
상기 제2의 개구가, 상기 제1의 개구보다도 면적이 큰 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력 센서의 제조 방법.
제 1항에 기재된 압력 센서를 탑재한 것을 특징으로 하는 입력 장치.
삭제