KR20130118751A - 물리량 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

물리량 센서 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130118751A
KR20130118751A KR1020127034137A KR20127034137A KR20130118751A KR 20130118751 A KR20130118751 A KR 20130118751A KR 1020127034137 A KR1020127034137 A KR 1020127034137A KR 20127034137 A KR20127034137 A KR 20127034137A KR 20130118751 A KR20130118751 A KR 20130118751A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
physical quantity
piezoelectric element
electrode layer
quantity sensor
center line
Prior art date
Application number
KR1020127034137A
Other languages
English (en)
Inventor
용강 지앙
코헤이 히구치
히로유키 하마다
카즈스케 마에나카
Original Assignee
도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 filed Critical 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬
Publication of KR20130118751A publication Critical patent/KR20130118751A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/082—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by etching, e.g. lithography
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2503/00—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
    • A61B2503/40—Animals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0247—Pressure sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02444—Details of sensor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857—Macromolecular compositions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

복수의 물리량을 동시에 검출할 수 있는 물리량 센서 및 그 제조 방법을 얻는다. 가요성 또는 유연성을 전체에 갖는 물리량 센서(100)는 기판(1)과, 기판(1) 상에 형성되어 있는 전극층(2)과, 전극층(2)상에 병설되어 있는 압전소자(3a) 및 압전소자(3b)와, 압전소자(3a, 3b)상에 각각 형성되어 있는 전극층(4a, 4b)과, 전극층(2), 압전소자(3a, 3b) 및 전극층(4a, 4b)을 보호하고 있는 보호층(5a, 5b, 5 c, 5d, 5e)을 구비하고 있는 것이다. 또, 기판(1), 전극층(2), 압전소자(3a; 제1 압전소자), 전극층(4a; 제3 전극층), 보호층(5a, 5b, 5c, 5d, 5e)과 제1의 물리량 검출부(6)를 구성하고 있으며, 기판(1), 전극층(2), 압전소자(3b; 제2 압전소자), 전극층(4b; 제4 전극층)과, 제2의 물리량 검출부(7)를 구성하고 있다.

Description

물리량 센서 및 그 제조방법{Physical quantity sensor and process for production thereof}
본 발명은, 복수의 물리량을 계측하기 위한 물리량 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 하기 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 압력을 검출하여 압각 및 미끄럼각의 양쪽 모두를 동시에 검출할 수 있음과 동시에, 표면 상태의 요철도 검출할 수 있는 센서가 공지되고 있다.
JP 2002-31574 A
그러나 최근에는 압력 검출 기능뿐만이 아니라, 피대상물로부터 다른 물리량을 검출하여 피대상물 상태를 검출하는 센서가 요구되고 있다. 예를 들면, 피대상물로부터의 압력을 검출함과 동시에, 피대상물의 휨 동작 변위 검출 등을 하나의 센서로 동시에 실시하는 것이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 복수의 물리량을 동시에 검출할 수 있는 물리량 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
(1) 본 발명의 물리량 센서는, 제1 전극층과, 상기 제1 전극층상에 설치된 제1 압전소자와, 상기 제1 압전소자상에 설치된 제2 전극층을 갖는 제1 물리량 검출부와, 제3 전극층과, 상기 제3 전극층상에 설치된 제2 압전소자와, 상기 제2 압전소자상에 설치된 제4 전극층을 갖는 제2 물리량 검출부를 구비하며, 상기 제 1 압전소자의 두께 방향 중심선이, 상기 제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선과 대략 일치 또는 일치하도록, 제1 압전소자가 배열 설치되며, 상기 제2 압전소자의 두께 방향 중심선이, 상기 제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선에 대해서 편재하도록 제2 압전소자가 배열 설치되고 있는 것이다.
상기 (1)의 구성에 따르면, 복수의 물리량을 동시에 검출할 수 있다. 예를 들면, 제1 압전소자에 의해서 피대상물로부터의 압력을 검출함과 동시에, 제2 압전소자에 의해서 피대상물의 휨 동작 변위 검출 등을 동시에 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 물리량 센서는, 예를 들면, 접촉 센서로서 이용하는 것이 가능하다.
(2) 상기 (1)의 물리량 센서에서는, 상기 제1 물리량 검출부와, 상기 제2 물리량 검출부가 병설되고 있으며, 상기 제1 전극층의 일부와 상기 제3 전극층의 일부가, 다시 전극층을 형성하도록 접속되어 있는 것이라도 된다.
상기 (2)의 구성에 따르면, 센서의 두께를 얇게 할 수 있음과 동시에, 제1 물리량 검출부와 제2 물리량 검출부에 공통되는 전극을 하나의 프로세스로 형성하는 것이 가능하기 때문에 용이하게 제조하는 것이 가능하다.
(3) 상기 (1)의 물리량 센서에서는, 상기 제1 물리량 검출부의 적어도 한쪽 측에, 가요성 절연층을 통해 상기 제2 물리량 검출부가 적층 형성되고 있는 것이라도 된다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 제1 물리량 검출부 및 제2 물리량 검출부를 집적화할 수 있으므로, 보다 소형의 물리량 센서로 할 수 있다. 또, 제1 물리량 검출부의 압전소자의 양면 측에 배열 설치되도록 제2 물리량 검출부의 압전소자를 적층 형성하는 것으로 하면, 제2 물리량 검출부에 있어서의 센서 감도를 배로 할 수 있다.
(4) 상기 (2)의 물리량 센서에서는, 상기 제1 압전소자 측의 제1 전극이 기판에 고정되고, 상기 제2 압전소자가 외부로부터의 진동에 의해서 소정 방향으로 요동 가능한 캔틸레버(cantilever)라도 된다.
상기 (4)의 구성에 의하면, 예를 들면, 제1 압전소자에 의해서 피대상물로부터의 압력을 검출함과 동시에, 제2 압전소자에 의해서 피대상물의 진동 검출을 실시할 수도 있다.
(5) 상기 (1)~(4)의 물리량 센서에서는, 표면의 적어도 일부에 폴리디메틸실록산(이하, PDMS로 나타낸다.) 기판이 설치되고 있는 것이 바람직하다.
상기 (5)의 구성에 의하면, PDMS 기판에 생체 적합성이 있으므로, 상기 PDMS 기판을 통해 본 물리량 센서를 동물의 피부 등에 장시간 붙일 수 있는 것과 동시에, 맥박, 심박, 호흡 등의 생체 정보를 얻을 수 있다.
(6) 본 발명의 물리량 센서의 제조 방법은, 상기 (2)에 기재된 물리량 센서의 제조 방법이며, 상기 전극층상에 압전소자층을 다시 적층한 후, 에칭하여 상기 제1 압전소자와 상기 제2 압전소자를 형성하는 압전소자 형성 공정과, 상기 제 1의 압전소자 및 상기 제2 압전소자상에 도전층을 적층한 후, 에칭하여 상기 제 3 전극층을 상기 제1 압전소자상에 형성함과 동시에, 상기 제4 전극층을 상기 제 2 압전소자상에 형성하는 전극층 형성 공정을 갖는 것이다.
상기 (6)의 구성에 의하면, 용이하게 상기(2)에 기재된 물리량 센서를 제조할 수 있다. 특히, 제1 물리량 검출부와 제2 물리량 검출부에 공통되는 전극을 하나의 프로세스로 형성하는 것이 가능하기 때문에, 용이하게 상기 (2)에 기재된 물리량 센서를 제조하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 물리량 센서의 평면도이다.
도 2는 I－I사시 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 물리량 센서에 있어서의 제조 공정의 순서를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 물리량 센서의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 물리량 센서의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 물리량 센서의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 관한 물리량 센서의 단면도이다.
＜제1 실시 형태＞
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 물리량 센서에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 물리량 센서(100)는 기판(1)과, 기판(1)상에 형성되고 있는 전극층(2)과, 전극층(2)상에 병설되어 있는 압전소자(3a) 및 압전소자(3b)와, 압전소자(3a, 3b) 상에 각각 형성되고 있는 전극층(4a, 4b)과, 전극층(2), 압전소자(3a, 3b) 및 전극층(4a, 4b)을 보호하고 있는 보호층(5a, 5b, 5c, 5d, 5e)을 구비하고 있는 것이다. 또, 기판(1), 전극층(2), 압전소자(3a; 제1 압전소자), 전극층(4a; 제3 전극층), 보호층(5a, 5b, 5c, 5d, 5e)으로 제1 물리량 검출부(6)를 구성하고 있으며, 기판(1), 전극층(2), 압전소자(3b; 제2 압전소자), 전극 층(4b; 제4 전극층)으로 제2 물리량 검출부(7)를 구성하고 있다.
기판(1)은, 가요성 또는 유연성을 갖는 절연 재료로 이루어진 것이다. 또한, 기판(1)은 유연성 또는 가요성을 갖는 것이면, 목적에 따라 어떠한 재질의 것을 이용해도 된다. 예를 들면, 물리량 센서(100)를 생체에 붙여 사용하는 경우에는, 생체 적합성을 고려하여 PDMS를 이용해도 된다.
전극층(2, 4a, 4b)은 가요성 또는 유연성을 갖는 전도성 재료로 이루어지며, 예를 들면, 동, 은, 금, 니켈-구리합금, 도전성 폴리머 등을 이용할 수 있다.
압전소자(3a, 3b)는 가요성 또는 유연성을 갖는 압전 재료로 이루어진 것이다. 예를 들면, PVDF(폴리불화비닐리덴) 등의 압전 폴리머를 들 수 있다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 압전소자(3a)의 두께 방향 중심선과 물리량 센서(100)의 하면 위치(A1)와 상면 위치(A2)와의 중앙 위치(제1 물리량 검출부(6)의 두께 방향 중심선;A3)는 일치하고 있다. 압전소자(3b)의 두께 방향 중심선은, 제2 물리량 검출부의 하면 위치(A1)와 상면 위치(A4)와의 중앙 위치(제2 물리량 검출부(7)의 두께 방향 중심선; A5)에 대해서 편재하고 있다.
보호층(5a, 5b, 5c, 5d, 5e)은 가요성 또는 유연성을 갖는 절연 재료로 이루어진 것이다. 또한, 보호층(5a, 5b, 5c, 5d, 5e)은 기판(1)과 같이, 유연성 또는 가요성을 갖는 것이면, 목적에 따라 어떠한 재질의 것을 이용해도 된다. 예를 들면, 물리량 센서(100)를 생체에 붙여 사용하는 경우에는, 생체 적합성을 고려하여 PDMS를 이용해도 된다.
이어서, 물리량 센서(100)의 동작에 대해 설명한다. 여기서, 예를 들면, 도 2에 나타낸 물리량 센서(100)가 보호층(5c) 표면 중앙을 정점으로서 소성 변형하지 않을 정도로 철 형태로 휘어지도록 구부러졌다고 가정한다. 이때, 제1 물리량 검출부(6)에 있어서의 압전소자(3a)에서는, 휨 동작에 대한 응력이 부가되지만, 압전소자(3a)의 두께 방향 중심선과 하면 위치(A1)와 상면 위치(A2)와의 중앙 위치( 제1 물리량 검출부(6)의 두께 방향 중심선; A3)가 일치하고 있기 때문에, 압전소자(3a)의 응력 변형은 상면 위치(A2)측과 하면 위치(A1)측에서 대칭이 되어, 상하면에서 발생하는 표면 전하에 대해 부정합이 일어난다. 즉, 제1 물리량 검출부(6)는 휨의 힘을 검출하지 않게 된다. 이에 대해, 제2 물리량 검출부(7)에 대해서는, 압전소자(3b)의 두께 방향 중심선이, 제2 물리량 검출부(7)의 하면 위치(A1)와 상면 위치(A4)와의 중앙 위치(제2 물리량 검출부(7)의 두께 방향 중심선; A5)에 대해서 편재하고 있기 때문에, 압전소자(3b)의 응력 변형이 상면 위치(A4)측과 하면 위치(A1)측에서 비대칭이 되어, 압전소자(3b) 상하면에서 발생하는 표면 전하는 부정합되지 않는다. 따라서, 제2 물리량 검출부(7)에 대해 발생한 전압값을 측정하는 것으로, 휨의 힘의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 또한, 도 2에 나타낸 물리량 센서(100)가 기판(1) 표면 중앙을 정점으로서 소성 변형하지 않을 정도로 오목 형태로 휘도록 구부러졌을 경우도 동일하게, 휨의 힘의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다.
이어서, 예를 들면, 도 2에 나타낸 물리량 센서(100)에 대해서, 기판(1)의 양단이 고정되고 있어 보호층(5a, 5b, 5c, 5d, 5e) 표면을 도 2 위로부터 아래 방향을 향해 균등하게 가압했다고 가정한다. 이때, 압전소자(3a)는, 보호층(5b, 5c)에서부터 가압되어 변형하므로, 압전소자(3a) 상하면에서 발생하는 표면 전하는 서로 부정합되지 않는다. 따라서, 제1 물리량 검출부(6)에 발생한 전압값을 측정하는 것으로, 물리량 센서(100)에 부하된 압력의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 또한, 도 2에 나타낸 물리량 센서(100)에 대해서, 보호층(5a, 5e)이 고정되고 있고, 기판(1) 표면을 도 2 아래로부터 윗방향을 향해 균등하게 가압했을 경우도 동일하게 물리량 센서(100)에 부하된 압력의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 여기서, 당연히, 압전소자(3b)나 보호층(5c, 5d)으로부터 가압되고, 어느 정도의 영향을 받게 되지만, 상기 가압에 의해서 보호층(5c, 5d)으로부터 어느 정도의 영향을 받을지를 미리 측정해 두고, 휨 동작의 힘에 대한 검출값으로부터 상기 가압에 대한 검출값을 빼는 보정을 해 두면, 보호층(5c, 5d)으로부터의 영향을 받지 않도록 설정할 수 있다.
이어서, 도 3을 이용하여 물리량 센서(100)의 제조 방법에 대해 설명한다. 우선, 기판(1)상에 형성된 전극층(2) 위에, 스퍼터링 등에 의해 압전소자층(3)을 적층한다(도 3(a), (b) 참조). 이어서, 압전소자층(3)을 적층한 후, 에칭하여 압전소자(3a)와 압전소자(3b)를 패터닝 형성한다(압전소자 형성 공정：도 3(c) 참조). 이어서, 압전소자(3a) 및 압전소자(3b) 상에 스퍼터링 등에 의해 도전층(4)을 적층하고(도 3(d) 참조), 그 후, 에칭하여 전극층(4a)을 압전소자(3a) 상에 형성함과 동시에, 전극층(4b)를 압전소자(3b)상에 형성한다(전극층 형성 공정：도 3(e) 참조). 또한, 전극층(4a, 4b)측으로부터 스퍼터링 등에 의해 절연 재료층을 적층하고(도 3(f) 참조), 그 후, 에칭하여 보호층(5a, 5b, 5c, 5d, 5e)을 패터닝 형성함으로써(도 3(g) 참조), 물리량 센서(100)가 완성된다.
본 실시 형태의 물리량 센서(100)에 의하면, 복수의 물리량을 동시에 검출할 수 있다. 즉, 압전소자(3a)에 의해서 피대상물로부터의 압력을 검출하는 것과 동시에, 압전소자(3b)에 의해서 피대상물의 휨 동작 변위의 검출을 동시에 실시할 수 있다. 따라서, 물리량 센서(100)는, 예를 들면, 접촉 센서로서 이용하는 것이 가능하다.
또, 전극층(2)을 제1 물리량 검출부(6)과 제2 물리량 검출부(7)에서 공용하고 있으므로, 물리량 센서(100)의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 제1 물리량 검출부(6)와 제2 물리량 검출부(7)에 공통되는 전극층(2)을 하나의 프로세스로 형성하는 것이 가능하기 때문에, 물리량 센서(100)는 용이하게 제조하는 것이 가능하다.
또, 기판(1)을 PDMS 기판으로 했을 경우, PDMS 기판에는 생체 적합성이 있으므로, 상기 PDMS 기판을 갖는 물리량 센서(100)를 동물의 피부 등에 장시간 붙일 수 있음과 동시에, 맥박, 심박, 호흡 등의 생체 정보를 얻는 것이 가능하다. 이하의 실시 형태 및 변형예에서, PDMS를 기판 등에 이용했을 경우도 마찬가지이다.
＜제2 실시 형태＞
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 물리량 센서에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 부합(11, 12, 13a, 14a)의 부위는, 순서대로 제1 실시 형태에 있어서의 부합(1, 2, 3a, 4a)의 부위와 동일하기 때문에, 설명을 생략하기도 한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 물리량 센서(200)는 기판(11)과, 기판(11)상에 형성되어 있는 전극층(12)과, 전극층(12)상에 형성되어 있는 압전소자(13a)와, 압전소자(13a)상에 형성되어 있는 전극(14a)과, 압전소자(13a) 및 전극층(14a) 상에 형성되어 있는 절연층(15)과, 절연층(15)상에 형성되고 있는 전극층(16)과, 전극층(16)상에 형성되어 있는 압전소자(13b)와, 압전소자(13b)상에 형성되어 있는 전극층(14b)을 구비하고 있는 것이다. 또한, 제1 물리량 검출부는, 전극층(12; 제1 전극층), 압전소자(13a; 제1 압전소자), 전극층(14a; 제3 전극층)을 주요부로서 갖고 있음과 동시에, 물리량 센서(200)에 있어서의 압전소자(13a) 이외의 부위를, 압전소자(13a)의 배열 설치 위치를 조정하는 층으로서 갖는 것이다. 또, 제2 물리량 검출부는, 전극층(16; 제2 전극층), 압전소자(13b; 제2 압전소자), 전극층(14b; 제4 전극층)을 주요부로서 갖고 있는 것과 동시에, 물리량 센서(200)에 있어서의 압전소자(13b) 이외의 부위를, 압전소자(13b)의 배열 설치 위치를 조정하는 층으로서 갖는 것이다.
절연층(15)은 가요성 또는 유연성을 갖는 절연 재료로 이루어진 것이다. 또한, 절연층(15)은 기판(11)과 같이, 유연성 또는 가요성을 갖는 것이라면, 목적에 따라 어떠한 재질의 것을 이용해도 된다.
전극층(14b), 전극층(16)은, 전극층(14a)과 같이, 가요성 또는 유연성을 갖는 전도성 재료로 이루어지고, 예를 들면, 동, 은, 금, 니켈-구리합금, 도전성 폴리머 등을 이용할 수 있다.
압전소자(13b)는, 압전소자(13a)와 같이, 가요성 또는 유연성을 갖는 압전 재료로 이루어진 것이다. 예를 들면, PVDF(폴리불화비닐리덴) 등의 압전 폴리머를 들 수 있다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 압전소자(13a)의 두께 방향 중심선과 제1 물리량 검출부의 하면 위치(B1)와 상면 위치(B2)와의 중앙 위치(제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; B3)는 일치하고 있다. 압전소자(13b)의 두께 방향 중심선(B4)은 제2 물리량 검출부의 하면 위치(B1)와 상면 위치(B2)와의 중앙 위치(제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; B3)에 대해서 편재하고 있다.
이어서, 물리량 센서(200)의 동작에 대해 설명한다. 여기서, 예를 들면, 도 4에 나타낸 물리량 센서(200)가 전극층(14b) 표면 중앙을 정점으로서 소성변형 하지 않는 정도로 볼록 형태로 휘도록 구부러졌다고 가정한다. 이때, 제1 물리량 검출부에 있어서의 압전소자(13a)에 대해서는, 휨 동작에 대한 응력이 부가되지만, 압전소자(13a)의 두께 방향 중심선과 하면 위치 (B1)와 상면 위치(B2)와의 중앙 위치(제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; B3)가 일치하고 있기 때문에, 압전소자(13a)의 응력 변형은 상면 위치(B2)측과 하면 위치(B1)측에서 대칭이 되어, 압전소자(13a) 상하면에서 발생하는 표면 전하에 대해 부정합이 일어난다. 즉, 제1 물리량 검출부는, 휨의 힘을 검출하지 않게 된다. 이것에 대해서, 제2 물리량 검출부에 있어서는, 압전소자(13b)의 두께 방향 중심선이, 제2 물리량 검출의 하면 위치(B1)와 상면 위치(B2)와의 중앙 위치(제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; B3)에 대해서 편재하고 있기 때문에, 압전소자(13b)의 응력 변형이 상면 위치(B2) 측과 하면 위치(B1)측에서 비대칭이 되어, 압전소자(13b) 상하면에서 발생하는 표면 전하는 서로 지우지 않는다. 따라서, 제2 물리량 검출부에 있어 발생한 전압값을 측정하는 것으로, 휨의 힘의 정도를 값으로 해서 검출하는 것이 가능하다. 또한, 도 4에 나타낸 물리량 센서(200)가 기판(11) 표면 중앙을 정점으로서 소성변형 하지 않는 정도로 오목한 형태로 휘도록 구부러졌을 경우도 같이 휨의 힘의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다.
이어서, 예를 들면, 도 4에 나타낸 물리량 센서(200)에 대해서, 기판(11)의 양단이 고정되어 있고, 전극층(14b) 표면을 도 4 위에서부터 아래 방향을 향해서 균등하게 가압했다고 가정한다. 이때, 압전소자(13a)는 전극층(14b)측에서부터 가압되어 변형하므로, 압전소자(13a) 상하면에서 발생하는 표면 전하는 부정합되지 않는다. 따라서, 제1 물리량 검출부에 있어 발생한 전압값을 측정하는 것으로, 물리량 센서(200)에 부하된 압력의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 또한, 도 4에 나타낸 물리량 센서(200)에 대해서, 전극층(14b)의 양단이 고정되어 있고, 기판(11) 표면을 도 4 아래에서부터 윗 방향을 향해서 균등하게 가압했을 경우도 동일하게 물리량 센서(200)에 부하된 압력의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 여기서, 당연히, 압전소자(13b)도 가압되어 어느 정도의 영향을 받게 되지만, 상기 가압에 의해서 어느 정도의 영향을 받을지를 미리 측정해 두고, 휨 동작으로의 힘에 대한 검출값으로부터 상기 가압에 대한 검출값을 빼는 보정을 해 두면, 상기 가압의 영향을 받지 않도록 설정할 수 있다.
이어서, 물리량 센서(200)의 제조 방법에 대해 설명한다. 상기 제1 실시 형태의 물리량 센서(100)의 제조 방법과 동일하게, 스퍼터링, 에칭 등을 이용하여 각부위를 기판(11)상에 적층 및 패터닝 형성한다. 구체적으로는, 우선, 기판(11)상에 형성된 전극층(12) 위에, 스퍼터링 등에 의해 압전소자층을 적층한 후, 에칭하여 압전소자(13a)를 패터닝 형성한다. 이어서, 압전소자(13a)측에서부터 스퍼터링 등에 의해 도전층을 적층한 후, 에칭하여 전극층(14a)을 압전소자(13a) 상에 형성한다. 이어서, 전극층(14a)측에서부터 스퍼터링 등에 의해 절연 재료층을 적층한 후, 에칭하여 절연층(15)을 형성한다. 이어서, 절연층(15)측에서부터 스퍼터링 등에 의해 도전층을 적층한 후, 에칭하여 전극층(16)을 절연층(15)상에 형성한다. 이어서, 전극층(16)측에서부터 스퍼터링 등에 의해 압전 재료층을 적층한 후, 에칭하여 압전소자(13b)를 형성한다. 또한, 압전소자(13b)측에서부터 스퍼터링 등에 의해 도전층을 적층한 후, 에칭하여 전극층(14b)을 압전소자(13b) 상에 형성하는 것에 의해서, 물리량 센서(200)를 완성한다.
본 실시 형태의 물리량 센서(200)에 의하면, 복수의 물리량을 동시에 검출할 수 있다. 즉, 압전소자(13a)에 의해서 피대상물로부터의 압력을 검출함과 동시에, 압전소자(13b)에 의해서 피대상물의 휨 동작 변위의 검출을 동시에 실시할 수 있다. 따라서, 물리량 센서(200)는 예를 들면, 접촉 센서로서 이용하는 것이 가능하다.
또, 제1 물리량 검출부 및 제2 물리량 검출부를 집적화할 수 있으므로, 보다 소형의 물리량 센서(200)로 할 수 있다.
＜제3 실시 형태＞
이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 물리량 센서에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 부합(22, 23a, 24a)의 부위는, 순서대로 제1 실시 형태에 있어서의 부합(2, 3a, 4a)의 부위와 동일하므로 설명을 생략하기도 한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 물리량 센서(300)는 기판(21)과 기판(21)상에 형성되고 있는 전극층(22)과 전극층(22)상에 형성되어 있는 압전소자(23a)와 압전소자(23a)상에 형성되어 있는 전극층(24a)과 압전소자(23a) 및 전극층(24a)상에 형성되어 있는 보호층(25)과, 전극층(22) 하부에 형성되어 기판(21)에 매설되고 있는 압전소자(23b)와 압전소자(23b) 하부에 형성되어 기판(21)에 매설되고 있는 전극층(24b)을 구비하고 있는 것이다. 또한, 제1 물리량 검출부는, 전극층(22), 압전소자(23a; 제1 압전소자), 전극층(24a; 제3 전극층)을 주요부로서 갖고 있음과 동시에, 물리량 센서(300)에 있어서의 압전소자(23a) 이외의 부위(기판(21)을 제외함)를, 압전소자(23a)의 배설 위치를 조정하는 층으로서 갖는 것이다. 또, 제2 물리량 검출부는, 전극층(22), 압전소자(23b; 제2 압전소자), 전극층(24b; 제4 전극층)을 주요부로서 갖고 있음과 동시에, 물리량 센서(300)에 있어서의 압전소자(23b) 이외의 부위(기판(21)을 제외함)를 압전소자(23b)의 배설 위치를 조정하는 층으로서 갖는 것이다.
기판(21)은, 가요성 또는 유연성을 가진 절연 재료로부터 되는 것이다. 또한, 기판(21)은 유연성 또는 가요성을 갖는 것이라면, 목적에 따라 어떠한 재질의 것을 이용해도 된다. 예를 들면, 물리량 센서(300)를 생체에 붙여 사용하는 경우에는, 생체 적합성을 고려하여 PDMS를 이용해도 된다.
압전소자(23b)는, 압전소자(23a)와 같은 재료를 이용하여 형성되어 있고, 전극층(22)을 중심으로서 압전소자(23a)와 대조 위치에 배열 설치되어 있는 것이다. 또한, 도 5에 나타낸 것처럼, 압전소자(23a)의 두께 방향 중심선과 제1 물리량 검출부의 하면 위치(C1)와 상면 위치(C2)와의 중앙 위치(제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; C3)는 일치하고 있다. 압전소자(23b)의 두께 방향 중심선(C4)은 제2 물리량 검출부의 하면 위치(C1)와 상면 위치(C2)와의 중앙 위치(제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; C3)에 대해서 편재하고 있다.
전극층(24b)은 전극층(24a)과 같은 재료를 이용하여 형성되고 있고, 전극층(22)을 중심으로서 전극층(24a)과 대조 위치에 배열 설치되고 있는 것이다.
보호층(25)은 가요성 또는 유연성을 갖는 절연 재료로 이루어진 것이다. 또한, 보호층(25)은 기판(21)과 같이, 유연성 또는 가요성을 갖는 것이라면, 목적에 따라 어떠한 재질의 것을 이용해도 된다.
이어서, 물리량 센서(300)의 동작에 대해 설명한다. 여기서, 예를 들면, 도 5에 나타낸 물리량 센서(300)가 보호층(25) 표면 중앙을 정점으로서 소성 변형하지 않을 정도로 볼록한 형태로 휘도록 구부러졌다고 가정한다. 이때, 제1 물리량 검출부에 있어서의 압전소자(23a)에 대해서는, 휨 동작에 대한 응력이 부가되지만, 압전소자(23a)의 두께 방향 중심선과 하면 위치(C1)와 상면 위치(C2)와의 중앙 위치(제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; C3)가 일치하고 있기 때문에, 압전소자(23a)의 응력 변형은 상면 위치(C2)측과 하면 위치(C1)측에서 대칭이 되어, 압전소자(23a) 상하면에서 발생하는 표면 전하에 대해 부정합이 일어난다. 즉, 제1 물리량 검출부는, 휨의 힘을 검출하지 않게 된다. 이것에 대해서, 제2 물리량 검출부에 있어서는, 압전소자(23b)의 두께 방향 중심선이, 제2 물리량 검출부의 하면 위치(C1)와 상면 위치(C2)와의 중앙 위치(제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; C3)에 대해서 편재하고 있기 때문에, 압전소자(23b)의 응력 변형이 상면 위치(C2)측과 하면 위치(C1)측에 비대칭이 되어, 압전소자(23b) 상하면에서 발생하는 표면 전하는 서로 부정합되지 않는다. 따라서, 제2 물리량 검출부에 있어 발생한 전압값을 측정하는 것으로, 휨의 힘의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 또한, 도 5에 나타낸 물리량 센서(300)가 전극층(24b) 표면 중앙을 정점으로서 소성변형 하지 않는 정도로 오목한 형태로 휘도록 구부러졌을 경우도 동일하게 휨의 힘의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 이어서, 예를 들면, 도 5에 나타낸 물리량 센서(300)에 대해서, 기판(21) 양단이 고정되어 있고, 보호층(25) 표면을 도 5 위에서부터 아래 방향을 향해서 균등하게 가압했다고 가정한다. 이때, 압전소자(23a)는, 보호층(25)측에서부터 가압되어 변형하므로, 압전소자(23a) 상하면에서 발생하는 표면 전하는 서로 부정합되지 않는다. 따라서, 제1 물리량 검출부에서 발생한 전압값을 측정하는 것으로, 물리량 센서(300)에 부하된 압력의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 또한, 보호층(25) 양단이 고정되어 있고, 기판(21) 및 전극층(24b)의 표면을 도 5 아래에서부터 윗방향을 향해 균등하게 가압했을 경우도 같이 물리량 센서(300)에 부하된 압력의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 여기서, 당연히, 압전소자(23b)도 가압되고, 어느 정도의 영향을 받게 되지만, 상기 가압에 의해서 어느 정도의 영향을 받을지를 미리 측정해 두고, 휨 동작으로의 힘에 대한 검출값으로부터 상기 가압에 대한 검출값을 빼는 보정을 해 두면, 상기 가압의 영향을 받지 않도록 설정할 수 있다.
이어서, 물리량 센서(300)의 제조 방법에 대해 설명한다. 상기 제1 실시 형태의 물리량 센서(100)의 제조 방법과 동일하게, 스퍼터링, 에칭 등을 이용하여 각부위를 적층 및 패터닝 형성한다. 구체적으로는, 우선, 전극층(24b)을 형성해 두고, 전극층(24b)의 한 면측을 가리도록 기판(21)을 적층한 후, 기판(21)을 에칭하여 압전소자(23a)용 구덩이를 형성한다. 이어서, 상기 구덩이에 압전 재료를 스퍼터링으로 매설하여 압전소자(23a)를 형성한다. 이어서, 기판(21) 및 압전소자(23a)상에 스퍼터링 등에 의해, 차례대로, 전극층(22), 압전소자층을 적층한 후, 에칭 하여 압전소자(23a)를 패터닝 형성한다. 이어서, 압전소자(23a)측에서부터 스퍼터링 등에 의해 도전층을 적층한 후, 에칭하여 전극층(24a)을 압전소자(23a)상에 패터닝 형성한다. 이어서, 압전소자(23a) 및 전극층(24a)상에 스퍼터링 등에 의해 보호층(25)을 적층하는 것에 의해서, 물리량 센서(300)를 완성한다.
본 실시 형태의 물리량 센서(300)에 의하면, 복수의 물리량을 동시에 검출할 수 있다. 즉, 압전소자(23a)에 의해서 피대상물로부터의 압력을 검출함과 동시에, 압전소자(23b)에 의해서 피대상물의 휨 동작 변위의 검출을 동시에 실시할 수 있다. 따라서, 물리량 센서(300)는 예를 들면, 접촉 센서로서 이용하는 것이 가능하다.
또, 제1 물리량 검출부 및 제2 물리량 검출부를 집적화할 수 있으므로, 보다 소형의 물리량 센서(300)로 할 수 있다. 또, 전극층(22)을 제1 물리량 검출부와 제2 물리량 검출부로 공용하고 있으므로, 물리량 센서(300)의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 제1 물리량 검출부와 제2 물리량 검출부에 공통되는 전극층(22)을 하나의 프로세스로 형성하는 것이 가능하기 때문에, 물리량 센서(300)는 용이하게 제조하는 것이 가능하다.
＜제4 실시 형태＞
이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 물리량 센서에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 부합(32, 33a, 34a)의 부위는, 순서대로, 제1 실시 형태에 있어서의 부합(2, 3a, 4a)의 부위와 동일하므로 설명을 생략하는 일이 있다. 또, 본 실시 형태에 있어서의 부합(33b, 34b)의 부위는, 순서대로 제3 실시 형태에 있어서의 부합(23a, 24b)의 부위와 동일하므로, 설명을 생략하기도 한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 물리량 센서(400)는, 기판(31)과 기판(31)상에 형성되고 있는 전극층(32)과 전극층(32)상에 형성되어 있는 압전소자(33a)와, 압전소자(33a)상에 형성되어 있는 전극층(34a)과, 압전소자(33a) 및 전극층(34a)상에 형성되어 있는 절연층(35)과, 절연층(35) 상에 형성되어 있는 전극층(36)과, 전극층(36)상에 형성되어 있는 압전소자(37)와, 압전소자(37)상에 형성되어 있는 전극층(38)과, 전극층(32) 하부에 형성되어 기판(31)에 매설되고 있는 압전소자(33b)와 압전소자(33b) 하부에 형성되어 기판(31)에 매설되고 있는 전극층 (34b)를 구비하고 있는 것이다. 또한, 제1 물리량 검출부는, 전극층(32), 압전소자(33a; 제1 압전소자), 전극층(34a; 제3 전극층)을 주요부로서 갖고 있음과 동시에, 물리량 센서(400)에 있어서의 압전소자(33a) 이외의 부위(기판(21)를 제외함)를, 압전소자(33a)의 배설 위치를 조정하는 층으로서 갖는 것이다. 또, 제2 물리량 검출부는, 전극층(32), 압전소자(33b), 전극층(34b)을 제1 주요부, 전극층 (36), 압전소자(37; 제2 압전소자), 전극층(38; 제4 전극층)을 제2 주요부로서 갖는 것이다. 또, 상기 제 1의 주요부에 있어서의 압전소자(33b)는 물리량 센서(400)에 있어서의 압전소자(33b) 이외의 부위를, 압전소자(33b)의 배설 위치를 조정하는 층으로서 이용하고 있다. 또한, 상기 제 2의 주요부에 있어서의 압전소자(37)는 물리량 센서(400)에 있어서의 압전소자(37) 이외의 부위를, 압전소자(37)의 배설 위치를 조정하는 층으로서 이용하고 있다.
기판(31)은 가요성 또는 유연성을 갖는 절연 재료로 이루어진 것이다. 또한, 기판(31)은 유연성 또는 가요성을 갖는 것이라면, 목적에 따라 어떠한 재질의 것을 이용해도 된다. 예를 들면, 물리량 센서(400)를 생체에 붙여 사용하는 경우에는, 생체 적합성을 고려하여 PDMS를 이용해도 된다.
압전소자(33b)는 압전소자(33a)와 동일한 재료를 이용하여 형성되고 있으며, 전극층(32)을 중심으로서 압전소자(33a)와 대조 위치에 배열 설치되고 있는 것이다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 압전소자(33a)의 두께 방향 중심선과 제1 물리량 검출부의 하면 위치(D1)와 상면 위치(D2)와의 중앙 위치(제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선 ;D3)는 일치하고 있다. 압전소자(37)의 두께 방향 중심선(D4)은 제2 물리량 검출부의 하면 위치(D1)와 상면 위치(D2)와의 중앙 위치(제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; D3)에 대해서 편재하고 있다. 또, 압전소자(33b)의 두께 방향 중심선(D5)은 제2 물리량 검출부의 하면 위치(D1)와 상면 위치(D2)와의 중앙 위치(제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; D3) 에 대해서 편재하고 있다.
절연층(35)은 가요성 또는 유연성을 갖는 절연 재료로 이루어진 것이다. 또한, 절연층(35)은 기판(31)과 같이, 유연성 또는 가요성을 갖는 것이라면, 목적에 따라 어떠한 재질의 것을 이용해도 된다.
이어서, 물리량 센서(400)의 동작에 대해 설명한다. 여기서, 예를 들면, 도 6에 나타낸 물리량 센서(400)가 전극층(38) 표면 중앙을 정점으로서 소성 변형하지 않는 정도로 오목 형태에 휘도록 구부러졌다고 가정한다. 이때, 제1 물리량 검출부에 있어서의 압전소자(33a)에 대해서는, 휨 동작에 대한 응력이 부가되지만, 압전소자(33a)의 두께 방향 중심선과 하면 위치(D1)와 상면 위치(D2)와의 중앙 위치(제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; D3)가 일치하고 있기 때문에, 압전소자(33a)의 응력 변형은 상면 위치(D2) 측과 하면 위치(D1)측에서 대칭이 되어, 압전소자(33a) 상하면에서 발생하는 표면 전하에 대해 부정합이 일어난다. 즉, 제1 물리량 검출부는, 휨의 힘을 검출하지 않게 된다. 이것에 대해서, 제2 물리량 검출부에 있어서는, 압전소자(33b)의 두께 방향 중심선이, 제2 물리량 검출부의 하면 위치(D1)와 상면 위치(D2)와의 중앙 위치(제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선; D3)에 대해서 편재하고 있기 때문에, 압전소자(33b)의 응력 변형이 상면 위치(D2) 측과 하면 위치(D1) 측으로 비대칭이 되어, 압전소자(33b) 상하면에서 발생하는 표면 전하는 서로 부정합되지 않는다. 따라서, 제2 물리량 검출부에 있어 발생한 전압값을 측정하는 것으로, 휨의 힘의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 또한, 도 6에 나타낸 물리량 센서(400)가 전극층(34b) 표면 중앙을 정점으로서 소성 변형하지 않는 정도로 볼록한 형태로 휘도록 구부러졌을 경우도 동일하게 휨의 힘의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다.
이어서, 예를 들면, 도 6에 나타낸 물리량 센서(400)에 대해서, 기판(31) 양단이 고정되어 있고, 전극층(38) 표면을 도 6 위에서부터 아래 방향을 향해서 균등하게 가압했다고 가정한다. 이때, 압전소자(33a)는, 전극층(38)측에서부터 가압되어 변형하므로, 압전소자(33a) 상하면에서 발생하는 표면 전하는 서로 부정합되지 않는다. 따라서, 제1 물리량 검출부에 있어 발생한 전압값을 측정하는 것으로, 물리량 센서(400)에 부하된 압력의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 또한, 전극층(38) 양단이 고정되어 있고, 기판(31) 표면을 도 6 아래에서부터 윗방향을 향해서 균등하게 가압했을 경우도 동일하게 물리량 센서(400)에 부하된 압력의 정도를 값으로서 검출하는 것이 가능하다. 여기서, 당연히, 압전소자(33b, 37)도 가압되고, 어느 정도의 영향을 받게 되지만, 상기 가압에 의해서 어느 정도의 영향을 받을지를 미리 측정해 두고, 휨 동작으로의 힘에 대한 검출값으로부터 상기 가압에 대한 검출값을 빼는 보정을 해 두면, 상기 가압의 영향을 받지 않도록 설정할 수 있다.
이어서, 물리량 센서(400)의 제조 방법에 대해 설명한다. 상기 제 1 실시 형태의 물리량 센서(100)의 제조 방법과 동일하게, 스퍼터링, 에칭 등을 이용하여 각부위를 적층 및 패터닝 형성한다. 구체적으로는, 우선, 기판(31)을 에칭하고, 전극층(34b)용 및 압전소자(33a)용의 구덩이를 형성한다. 이어서, 상기 구덩이의 소정 개소에 차례대로, 도전재료, 압전 재료를 스퍼터링으로 매설하여 전극층(34b, 압전소자(23a)를 순서대로 형성한다. 이어서, 기판(31) 및 압전소자 (33a)상에 스퍼터링 등에 의해, 차례대로 전극층(32), 압전소자층을 적층한 후, 에칭하여 압전소자(33a)를 패터닝 형성한다. 이어서, 압전소자(33a) 측으로부터 스퍼터링 등에 의해 도전층을 적층한 후, 에칭하여 전극층(34a)을 압전소자(33a)상에 패터닝 형성한다. 이어서, 압전소자(33a) 및 전극층(34a)상에 스퍼터링 등에 의해 절연층(35)을 적층한 후, 절연층(35)상에 전극층(36)을 적층한다. 이어서, 전극층(36)상에 스퍼터링 등에 의해 압전소자(37)를 적층한 후, 압전소자(33a)측에서부터 스퍼터링 등에 의해 도전층을 적층한다. 그 후, 상기 도전층을 에칭하여 전극층(38)을 압전소자(37) 상에 패터닝 형성하는 것에 의해서, 물리량 센서(400)를 완성한다.
본 실시 형태의 물리량 센서(400)에 의하면, 복수의 물리량을 동시에 검출할 수 있다. 즉, 압전소자(33a)에 의해서 피대상물로부터의 압력을 검출하는 것과 동시에, 압전소자(33b, 37)에 의해서 피대상물의 휨 동작 변위의 검출을 동시에 실시할 수 있다. 따라서, 물리량 센서(400)는 예를 들면, 접촉 센서로서 이용하는 것이 가능하다.
또, 제1 물리량 검출부 및 제2 물리량 검출부를 집적화할 수 있으므로, 보다 소형의 물리량 센서(400)로 할 수 있다. 특히, 제1 물리량 검출부의 압전소자(33a) 양면 측에 배설하도록 제2 물리량 검출부의 압전소자(33b, 37)를 적층 형성하고 있으므로, 소형이면서, 제2 물리량 검출부에 있어서의 휨의 힘에 대한 센서 감도를 배로 할 수 있다.
또, 전극층(32)를 제1 물리량 검출부와 제2 물리량 검출부를 공용하고 있으므로, 물리량 센서(400)의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 제1 물리량 검출부와 제2 물리량 검출부에 공통되는 전극층(32)을 하나의 프로세스로 형성하는 것이 가능하기 때문에, 물리량 센서(400)는 용이하게 제조하는 것이 가능하다.
＜변형예＞
또한, 본 발명은 상기 실시 형태 및 실시예로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지에 근거하여 여러 가지의 변형이 가능하고, 이들을 본 발명의 범위로부터 배제하는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 실시 형태에 있어서의 제1 물리량 검출부(6)와 제2 물리량 검출부(7)는 전극층(2)를 공용하고 있는 것이지만, 전극층(2)대신에, 제1 물리량 검출부 및 제2 물리량 검출부의 각각 도착하여 독립 형성한 제1 전극층과 제2 전극층을 이용해도 된다.
또, 상기 제 3 실시 형태에 있어서의 제1 물리량 검출부와 제2 물리량 검출부는 전극층(22)을 공용하고 있는 것이지만, 전극층(22)과 압전소자(23b)와의 사이에, 위쪽으로부터 순서대로 절연층과 전극층을 형성하고, 전극층(22)을 공용하지 않는 구성이라도 된다. 동일하게, 제4 실시 형태의 물리량 센서에 있어서의 전극층(32)과, 압전소자(33b)와의 사이에, 위쪽에서부터 순서대로 절연층과 전극층을 형성하고, 제1 물리량 검출부와 제2 물리량 검출부로 전극층(32)을 공용하지 않는 구성이라도 된다.
또, 제1 실시 형태에서, 전극층(2)이 충분한 강도를 가진 것이라면, 기판(1)을 갖지 않는 구성이라고 해도 된다. 다만, 기판(1)이 없는 구성의 물리량 센서로 하는 경우에 대해도, 각 부위의 두께를 조정하여 제1 압전소자의 두께 방향 중심선과 제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선이 일치하도록 구성됨과 동시에, 제2 압전소자의 두께 방향 중심선과 제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선이 일치하지 않도록 구성되는 것은 말할 필요도 없다.
또, 제2 실시 형태에 있어서의 전극층(14b), 제3 실시 형태에 있어서의 전극층(24b), 또는 제4 실시 형태에 있어서의 전극층(38)의 표면에, PDMS 등에서 이루어진 보호층을 설치해도 된다. 다만, 상기 보호층을 설치한 구성의 물리량 센서로 하는 경우에 대해도, 각 부위의 두께를 조정하여 제1 압전소자의 두께 방향 중심선과 제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선이 일치하도록 구성됨과 동시에, 제2 압전소자의 두께 방향 중심선과 제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선이 일치하지 않도록 구성되는 것은 말할 필요도 없다.
또, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1 실시 형태와 동일 구성의 물리량 센서 (500)의 일단을 기대(48)에 달아 캔틸레버로 하는 것과 동시에, 피대상물(49)이 제1 물리량 검출부(46)의 보호층(45a, 45b, 45c)에 접촉하도록 배설해 두는 것으로, 피대상물(49)에 도 7 중의 흰색 화살표 방향의 힘이 부가되었을 경우, 압전소자(43 a)에 의해서 피대상물(49)로부터의 압력을 검출할 수 있다. 또, 피대상물(49)이 도 7의 상하 방향으로 진동하는 것이었을 경우에는, 압전소자(43a)에 의해서 피대상물 (49)로부터의 압력을 검출 가능할 뿐만 아니라, 제2 물리량 검출부(47; 압전소자(43b))가 요동하므로 피대상물(49)의 진동 검출을 실시할 수도 있다. 여기서, 부호 41~47의 부위는, 순서대로 제1 실시 형태에 있어서의 부호 1~7의 부위와 동일한 것이므로, 설명을 생략한다. 또, 위치 E1~E5는, 순서대로 제1 실시 형태에 있어서의 위치 A1~A5와 동일하므로, 설명을 생략한다. 또한, 본 변형예에서, 전극층(42)에 충분한 강도가 있는 경우에는, 기판(41)을 이용하지 않고 전극층(42)을 기판 대신 이용하며, 전극층(42)을 기대(48)에 직접 달아 물리량 센서를 지지해도 된다. 다만, 전극층(42)이 없는 구성의 물리량 센서로 하는 경우에서도, 각 부위의 두께를 조정하고, 제1 압전소자의 두께 방향 중심선과 제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선이 일치하도록 구성됨과 동시에, 제2 압전소자의 두께 방향 중심선과 제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선이 일치하지 않도록 구성되는 것은 말할 필요도 없다.
또, 상기 실시 형태 및 변형예에 따른 물리량 센서에서는, 제1 압전소자의 두께 방향 중심선과 제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선과의 일치 정도는, 완전하게 일치하는 것을 나타냈지만, 각 물리량의 검출 정도를 그만큼 높게 바라지 않아도 좋은 것이라면, 제1 압전소자의 두께 방향 중심선과 제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선과의 일치 정도는, 거의 일치(대략 일치)하는 정도라도 된다.
또, 상기 실시 형태 및 변형예에 따른 물리량 센서에 대해서는, 보호층을 설치하고 있는 경우가 있지만, 외부로부터의 힘에 견딜 수 있는 재료로 이루어진 전극층, 압전소자라면, 특히 보호층을 설치할 필요는 없다. 다만, 보호층이 없는 구성의 물리량 센서로 하는 경우에 대해도, 각 부위의 두께를 조정하여 제1 압전소자의 두께 방향 중심선과 제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선이 일치하도록 구성됨과 동시에, 제2 압전소자의 두께 방향 중심선과 제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선이 일치하지 않도록 구성되는 것은 말할 필요도 없다.
또, 제4 실시 형태의 제2 물리량 검출부에 있어서는, 압전소자(33b, 37)의 2개를 이용하여 휨의 센서 감도를 압전소자가 하나의 경우의 배가 되도록 구성했지만, 압전소자를 3개 이상 이용하여 휨의 센서 감도를 압전소자가 하나의 경우의 3배 이상이 되도록 구성해도 된다. 다만, 압전소자를 3개 이상 이용하는 구성의 물리량 센서로 하는 경우에서도, 각 부위의 두께를 조정하여 제1 압전소자의 두께 방향 중심선과 제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선이 일치하도록 구성되는 것과 동시에, 제2 압전소자의 두께 방향 중심선과 제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선이 일치하지 않도록 구성되는 것은 말할 필요도 없다.
1, 11, 21, 31, 41; 기판,
2, 4a, 4b, 12, 14 , 14b, 16, 22, 24a, 24b, 32, 34a, 34b, 36, 38, 42, 44 a, 44b; 전극층,
3; 압전소자층,
4; 도전층,
3a, 3b, 13a, 13b, 23a, 23b, 33a, 33b, 33a, 37, 43a, 43b; 압전소자,
5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 25, 45a, 45b, 45c, 45d, 45e; 보호층,
6, 46; 제1 물리량 검출부
7, 47; 제2 물리량 검출부,
15, 35; 절연층,
48; 기대,
49; 피대상물
100, 200, 300, 400, 500; 물리량 센서

Claims (6)

  1. 제1 전극층과, 상기 제1 전극층상에 설치된 제1 압전소자와, 상기 제1 압전소자상에 설치된 제2 전극층을 갖는 제1 물리량 검출부,
    제3 전극층과, 상기 제3 전극층상에 설치된 제2 압전소자와, 상기 제2 압전소자상에 설치된 제4 전극층을 갖는 제2 물리량 검출부를 구비하고,
    상기 제1의 압전소자의 두께 방향 중심선이, 상기 제1 물리량 검출부의 두께 방향 중심선과 대략 일치 또는 일치하도록, 제1 압전소자가 배열 설치되며,
    상기 제2 압전소자의 두께 방향 중심선이, 상기 제2 물리량 검출부의 두께 방향 중심선에 대해서 편재하도록, 제2 압전소자가 배열 설치되고 있는 것을 특징으로 하는 물리량 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 물리량 검출부와, 상기 제2 물리량 검출부가 병설되어 있으며, 상기 제1 전극층의 일부와, 상기 제3 전극층의 일부가, 다시 전극층을 형성하도록 접속되고 있는 것을 특징으로 하는 물리량 센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1의 물리량 검출부의 적어도 한쪽 측에, 가요성 절연층을 통해 상기 제2 물리량 검출부가 적층 형성되고 있는 것을 특징으로 하는 물리량 센서.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 압전소자측의 제1 전극이 기판에 고정되고, 상기 제2 압전소자가 외부로부터의 진동에 의해서 소정 방향으로 요동 가능한 캔틸레버인 것을 특징으로 하는 물리량 센서.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    표면의 적어도 일부에, 폴리메틸실록산 기판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 물리량 센서.
  6. 청구항 2에 기재된 물리량 센서의 제조 방법이며, 상기 전극층상에 다시 압전소자층을 적층한 후, 에칭하여 상기 제1 압전소자와 상기 제2 압전소자를 형성하는 압전소자 형성 공정과,
    상기 제1 압전소자 및 상기 제2 압전소자상에 도전층을 적층한 후, 에칭하여 상기 제3 전극층을 상기 제1 압전소자상에 형성함과 동시에, 상기 제4 전극층을 상기 제2 압전소자상에 형성하는 전극층 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 물리량 센서의 제조 방법.
KR1020127034137A 2010-06-22 2011-06-22 물리량 센서 및 그 제조방법 KR20130118751A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2010-141923 2010-06-22
JP2010141923A JP5463510B2 (ja) 2010-06-22 2010-06-22 物理量センサ及びその製造方法
PCT/JP2011/064308 WO2011162305A1 (ja) 2010-06-22 2011-06-22 物理量センサ及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130118751A true KR20130118751A (ko) 2013-10-30

Family

ID=45371481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127034137A KR20130118751A (ko) 2010-06-22 2011-06-22 물리량 센서 및 그 제조방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9257632B2 (ko)
EP (1) EP2587239B1 (ko)
JP (1) JP5463510B2 (ko)
KR (1) KR20130118751A (ko)
CN (1) CN103003679B (ko)
WO (1) WO2011162305A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017039401A1 (ko) * 2015-09-03 2017-03-09 엘지이노텍 주식회사 압력 센서

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013146732A1 (ja) * 2012-03-27 2013-10-03 住友精密工業株式会社 物理量センサ
JP6126388B2 (ja) * 2013-01-25 2017-05-10 積水化学工業株式会社 生体信号センサ及びこれを用いた生体信号センサシステム
KR102063318B1 (ko) * 2013-10-10 2020-01-07 재단법인대구경북과학기술원 초음파 프로브의 유연성 어레이 및 그의 제조 방법
CN103743438B (zh) * 2013-12-31 2016-01-20 东北大学 复合型柔软压力位移敏感元件及其研制方法
JP6467217B2 (ja) * 2014-12-19 2019-02-06 学校法人 関西大学 圧電振動センサ
JP6891525B2 (ja) * 2016-11-18 2021-06-18 株式会社リコー センサ及びセンサシステム
CN106595911A (zh) * 2016-11-24 2017-04-26 业成科技（成都）有限公司 柔性电子压力感测装置及其制造方法
JP2019010359A (ja) * 2017-06-30 2019-01-24 ヤマハ株式会社 振動センサ
CN109907749B (zh) * 2019-03-29 2020-11-17 京东方科技集团股份有限公司 传感器及电子设备
TWI786907B (zh) * 2021-10-28 2022-12-11 國立中央大學 振盪器頻率調變的方法及振盪器壓電結構
CN115553755B (zh) * 2022-10-29 2023-07-25 宁波韧和科技有限公司 双电容应变式传感器及其制备方法，以及呼吸监测带

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4431935A (en) * 1981-09-15 1984-02-14 Rockwell International Corporation Sensor structure incorporating multiple piezoelectric generators
JPS6034293A (ja) * 1983-08-03 1985-02-21 株式会社日立製作所 皮膚感覚センサ
JPS6384540U (ko) * 1986-11-21 1988-06-02
JPH0610638B2 (ja) * 1986-12-05 1994-02-09 日本電気株式会社 積層型圧電素子
US4868447A (en) * 1987-09-11 1989-09-19 Cornell Research Foundation, Inc. Piezoelectric polymer laminates for torsional and bending modal control
US5054323A (en) * 1989-04-04 1991-10-08 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Pressure distribution characterization system
JPH10332512A (ja) * 1997-06-03 1998-12-18 Osaka Gas Co Ltd 差圧センサ、流量測定装置及び流量測定方法
JP2002031574A (ja) 2000-07-17 2002-01-31 Sharp Corp 触覚センサ
US6964201B2 (en) * 2003-02-25 2005-11-15 Palo Alto Research Center Incorporated Large dimension, flexible piezoelectric ceramic tapes
US7104134B2 (en) * 2004-03-05 2006-09-12 Agilent Technologies, Inc. Piezoelectric cantilever pressure sensor
JP2006048302A (ja) 2004-08-03 2006-02-16 Sony Corp 圧電複合装置、その製造方法、その取扱方法、その制御方法、入出力装置及び電子機器
AT500829B1 (de) * 2004-10-07 2007-03-15 Piezocryst Ges Fuer Piezoelek Sensorelement mit zumindest einem messelement, welches piezoelektrische und pyroelektrische eigenschaften aufweist
WO2008026818A1 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Korea Research Institute Of Standards And Science Tactile sensor for curved surfaces and manufacturing method thereof
US7721397B2 (en) * 2007-02-07 2010-05-25 Industrial Technology Research Institute Method for fabricating capacitive ultrasonic transducers
JP5344944B2 (ja) * 2009-02-02 2013-11-20 富士フイルム株式会社 振動抑制フィルム
JP5445065B2 (ja) * 2009-11-25 2014-03-19 セイコーエプソン株式会社 剪断力検出素子、触覚センサー、および把持装置
JP5445196B2 (ja) * 2010-02-10 2014-03-19 セイコーエプソン株式会社 応力検出素子、触覚センサー、および把持装置
JP5776334B2 (ja) * 2011-05-31 2015-09-09 セイコーエプソン株式会社 応力検出素子、センサーモジュール、電子機器、及び把持装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017039401A1 (ko) * 2015-09-03 2017-03-09 엘지이노텍 주식회사 압력 센서
US10641666B2 (en) 2015-09-03 2020-05-05 Lg Innotek Co., Ltd. Pressure sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP5463510B2 (ja) 2014-04-09
EP2587239A1 (en) 2013-05-01
JP2012007911A (ja) 2012-01-12
US9257632B2 (en) 2016-02-09
WO2011162305A1 (ja) 2011-12-29
CN103003679A (zh) 2013-03-27
EP2587239A4 (en) 2015-01-28
US20130088124A1 (en) 2013-04-11
EP2587239B1 (en) 2017-02-01
CN103003679B (zh) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130118751A (ko) 물리량 센서 및 그 제조방법
US10635219B2 (en) Tactile sensor
CN109489874B (zh) 一种碳纤维柔性压力分布传感装置及其测力方法
CN106063392B (zh) 电子器件的多部分柔性包封壳体
US8440089B2 (en) Three-dimensional structure and its manufacturing method
CN104848971B (zh) 静电电容型压力传感器、压力检测器及输入装置
TW201027056A (en) Coupling type and multi-direction apparatus of flexible force sensors
US8748997B2 (en) Contact-force sensor package and method of fabricating the same
KR101362348B1 (ko) 지문센서 패키지 및 그 제조방법
CN108444620B (zh) 一种同层式的多级阵列压力传感器
US20150359484A1 (en) Planar Logic Board For Ablation Catheter With Force Measurement Functionality
CN101982864A (zh) 可变电容器的可动电极、压力传感器及血压测量设备
CN109196320B (zh) 具有带裂缝的透明导电薄膜的高灵敏度传感器及其制造方法
US10206654B2 (en) Pressure sensor, microphone, ultrasonic sensor, blood pressure sensor, and touch panel
Wan et al. A tutorial of characterization methods on flexible pressure sensors: fundamental and applications
US11961639B2 (en) Microserpentines and electrodes for stretchable and conformable biosensor applications
CN210165888U (zh) 单向弯曲敏感传感器
KR101597653B1 (ko) 다중 범위 압력센서
JP2016151531A (ja) 感圧センサ
KR20140038080A (ko) 지문 인식용 반도체 장치 및 그 제조 방법
TWI385362B (zh) 軟性體重計及其製造方法
KR102329236B1 (ko) 다채널 어레이를 이용한 복합 물리력 측정 센서 및 이의 제조 방법
US20240355504A1 (en) Microserpentines and electrodes for stretchable and conformable biosensor applications
CN109247920B (zh) 一种高灵敏度压力传感器
KR102224736B1 (ko) 웨어러블 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application