WO2019098001A1 - 静電容量式圧力センサ - Google Patents

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WO2019098001A1
WO2019098001A1 PCT/JP2018/040148 JP2018040148W WO2019098001A1 WO 2019098001 A1 WO2019098001 A1 WO 2019098001A1 JP 2018040148 W JP2018040148 W JP 2018040148W WO 2019098001 A1 WO2019098001 A1 WO 2019098001A1
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WO
WIPO (PCT)
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electrode
pressure sensor
substrate
movable
movable electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/040148
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English (en)
French (fr)
Inventor
淳也 山本
貴弘 増田
千紘 宮原
Original Assignee
オムロン株式会社
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.)
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    • 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
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes

Definitions

  • the present invention relates to a capacitive pressure sensor.
  • Patent Document 1 a sensor that detects a change in capacitance of a capacitor and measures a pressure applied to the capacitor is known (for example, Patent Document 1). Then, a sheet-like pressure sensor has been proposed in which such a pressure sensor is formed using a flexible substrate (for example, Patent Document 2 and Patent Document 3).
  • first and second wires are formed on a first flexible substrate made of polyimide, first and second electrodes are formed thereunder, a coil is formed thereon, and a coil is formed on the coil.
  • a flexible pressure sensor of a structure in which a second flexible substrate is deposited is deposited. Then, the flexible pressure sensor having such a configuration is wound around a blood vessel such that the first electrode and the second electrode face each other, and a change in capacitance between the first electrode and the second electrode is detected. It is described that the blood pressure is measured.
  • Patent Document 3 a first elastic sheet, a plurality of first columnar protrusions provided on the main surface of the first elastic sheet, and the main surface of the first elastic sheet A first flexible substrate adhered to the side and having a plurality of first electrodes and a plurality of first holes, and a plurality of second electrodes disposed to face the first flexible substrate And a second flexible substrate having a plurality of second holes, and a second flexible substrate bonded to the surface opposite to the surface of the second flexible substrate facing the first flexible substrate.
  • both of the opposing first and second substrates are flexible (that is, both are easily deformed).
  • the relationship between the applied force and the capacitance in the sensor hollow portion does not stabilize (that is, the value serving as the reference for calculating the pressure does not stabilize), and the measurement accuracy There was a problem that it became low.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and in a capacitive sheet type pressure sensor formed by joining two substrates, in the case where the positions of the electrode parts are shifted and joined.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing a decrease in measurement accuracy even if the measurement accuracy is low.
  • the pressure sensor concerning the present invention has flexibility, and the flexible substrate by which the 1st electrode and the 2nd electrode are provided in the field of a part of one side, and the 1st A rigid substrate including a third electrode opposed to and spaced apart from the first electrode and the second electrode, and bonding the first electrode and the third electrode in an insulated state, And a wall portion forming a hollow portion between the first electrode and the third electrode, and in the hollow portion, the first electrode is bent relative to the third electrode.
  • a capacitance type pressure sensor which measures a pressure applied to the facing surface of the first electrode and the third electrode by detecting a change in capacitance caused by In a plan view, the first electrode and the second electrode of the flexible substrate The area of the part of the region where the pole is provided is larger than the area of the rigid substrate, it is characterized.
  • the third electrode provided on the hard substrate is not bent, and only the first electrode is bent toward the third electrode.
  • the correlation between the force applied to the pressure sensor and the capacitance in the sensor hollow portion becomes stable, and it becomes possible to perform pressure measurement with good accuracy.
  • the area of the region occupied by the first electrode and the second electrode on the flexible substrate is formed to be larger than the area of the hard substrate. Even when the position of the electrode portion is deviated to a certain extent when joining the electrode and the third electrode, the hollow portion for detecting a change in capacitance can be secured, thereby suppressing a decrease in measurement accuracy. Can.
  • the flexible substrate includes a plurality of sets of the first electrode and the second electrode, and the plurality of hard substrates corresponding to the plurality of sets of the first electrode and the second electrode. It may be With such a configuration, a set of a plurality of sensors can be utilized as one sheet type pressure sensor.
  • the plurality of sets of the first electrode and the second electrode may be arranged in a grid shape at predetermined intervals on the flexible substrate. Such a configuration also makes it possible to measure the distribution of pressure applied to the flexible substrate.
  • the first electrode may be connected to ground.
  • the pressure is detected by bringing the flexible substrate on which the first electrode is provided into contact with the object to be measured. Therefore, by connecting the first electrode which is the side in contact with the object to the ground, it is possible to suppress the leakage and to enhance the electrical safety.
  • the electrostatic capacitance type sheet type pressure sensor formed by joining two substrates even if the positions of the electrode parts are shifted and joined, the lowering of the measurement accuracy is suppressed.
  • Technology can be provided.
  • FIG. 1A is a schematic plan view showing an example of a pressure sensor according to an application example.
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing an example of a pressure sensor according to an application example.
  • FIG. 2 is a first view showing an example of a pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a second view showing an example of the pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of a capacitance measurement circuit.
  • FIG. 5A is a diagram showing an example of a state before pressure is applied to the pressure sensor.
  • FIG. 5B is a diagram showing an example of a state when pressure is applied to the pressure sensor.
  • FIG. 6A is a first view showing an example of a manufacturing process of the pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 6A is a first view showing an example of a manufacturing process of the pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 6B is a second view showing an example of a manufacturing process of the pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 6C is a third diagram illustrating an example of a manufacturing process of the pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 6D is a fourth drawing showing an example of the manufacturing process of the pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 6E is a fifth drawing showing an example of the manufacturing process of the pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 7A is a sixth view showing an example of a manufacturing process of the pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 7B is a seventh drawing showing an example of the manufacturing process of the pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 8A is an eighth diagram illustrating an example of a manufacturing process of the pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 8B is a ninth view showing an example of a manufacturing process of the pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 1A is a schematic plan view of a pressure sensor 9 according to this application example
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line XX of FIG. 1A.
  • the pressure sensor 9 is a so-called capacitive pressure sensor, and the entire structure is formed by bonding a flexible sheet-like flexible substrate 910 and a hard substrate 920 formed of a hard insulating material.
  • the configuration is
  • the flexible substrate 910 is provided with wires such as a movable electrode 911 having a certain degree of flexibility according to the deformation of the flexible substrate 910, a signal line 912, and the like.
  • a plated portion may be formed on the surface of the electrode.
  • a fixed electrode 921, an insulating portion 922, and a metal portion 923 are provided on the hard substrate 920.
  • the flexible substrate 910 and the hard substrate 920 are bonded such that the surfaces on which the respective electrodes are formed face each other. Specifically, the movable electrode 911 on the flexible substrate 910 side and the metal portion 923 on the hard substrate 920 side are joined.
  • the movable electrode 911 is composed of a first movable electrode 911 a and a second movable electrode 911 b disposed close to each other on the flexible substrate 910. That is, one set of the first movable electrode 911 a and the second movable electrode 911 b becomes one movable electrode 911.
  • the first movable electrode 911 a is insulated from the fixed electrode 921 and is configured to bend relative to the fixed electrode 921 in the hollow portion 930. That is, the first movable electrode 911 a serves as an electrode that constitutes a capacitor.
  • the second movable electrode 911 b is electrically connected to the fixed electrode 921, and is connected to the connector 950 by the signal line 912.
  • the first movable electrode 911 a is connected to the connector 950 by a ground line 913.
  • the insulating portion 922 is formed to cover a part of the surface of the hard substrate 920 and the fixed electrode 921 facing the movable electrode 911, and the metal portion 923 is formed on the insulating portion 922.
  • a portion of the upper surface of the fixed electrode 921 which is not covered by the insulating portion 922 and a portion surrounded by the metal portion 923 becomes a hollow portion 930 and functions as a dielectric layer.
  • the first movable electrode 911 a, the fixed electrode 921, and the hollow portion 930 constitute a capacitor.
  • the hollow portion 930 is bent, so that the distance between the first movable electrode 911 a and the fixed electrode 921 becomes short, so the capacitance value in the hollow portion 930 becomes large.
  • the change can be detected (output) electrically, the distance between the first movable electrode 911 a and the fixed electrode 921, that is, the pressure applied to the pressure sensor 9 is measured from the change of the capacitance value.
  • the pressure sensor 9 in the present application example is not easily deformed since the fixed electrode 921 is provided on the hard substrate 920, and when pressure is received, the movable electrode 911 and the fixed electrode 921 are The distance of V changes according to the applied pressure, and the value of capacitance changes in inverse proportion to the distance between both electrodes. For this reason, the applied pressure can be measured accurately.
  • the area of the entire area of one movable electrode 911 consisting of the pair of the first movable electrode 911 a and the second movable electrode 911 b in the flexible substrate 910 is substantially in plan view. It is formed in a rectangular shape, and its area is larger than that of the hard substrate 920. By doing this, even when positional displacement occurs to some extent when bonding the movable electrode 911 and the fixed electrode 921, the fixed electrode 921 can be positioned within the range of the movable electrode 911. That is, the function of the pressure sensor 9 as a capacitance sensor can be secured, and a decrease in measurement accuracy can be suppressed.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing an example of a capacitive pressure sensor according to the embodiment.
  • FIG. 2 is an example of a plan view of the pressure sensor 100
  • FIG. 3 is an example of a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the fixed-substrate-side plated portion 24, the first hollow portion 18, the second hollow portion 19, the fixed electrode 22, and the substrate portion 21 which are not visible in plan view are shown by dotted lines.
  • three pressure sensors 100 (100a, 100b, 100c) are illustrated, as well as a connector 200 and a capacitance measuring circuit 300.
  • the three pressure sensors 100 a, 100 b and 100 c share the sheet substrate 11.
  • the pressure sensor 100 includes the movable portion 10 having the movable electrode 12 and the fixed substrate portion 20 including the flexible electrode 22.
  • the pressure sensor 100 is formed by bonding the movable portion 10 and the fixed substrate portion 20 so that the movable electrode 12 of the movable portion 10 and the fixed electrode 22 of the fixed substrate portion 20 face each other.
  • the movable electrode 12 includes a first movable electrode 121 and a second movable electrode 122 provided separately from the first movable electrode 121.
  • a first hollow portion 18 is formed between the first movable electrode 121 and the fixed electrode 22.
  • the movable portion 10 can be deformed toward the fixed substrate portion 20 when pressure is applied to a region on the sheet substrate 11 corresponding to the first movable electrode 121.
  • a second hollow portion 19 is formed between the second movable electrode 122 and the fixed electrode 22.
  • the cross-sectional shapes of the first hollow portion 18 and the second hollow portion 19 are substantially circular, but the cross-sectional shapes of the first hollow portion 18 and the second hollow portion 19 are limited to substantially circular. is not.
  • the cross-sectional shapes of the first hollow portion 18 and the second hollow portion 19 may be formed into a substantially polygonal shape, and may be, for example, a substantially square, a substantially hexagonal, a substantially octagonal, or the like.
  • the direction from the second hollow portion 19 to the first hollow portion 18 in FIG. 2 is referred to as the right, and the opposite direction is referred to as the left.
  • the direction from the pressure sensor 100 a to the pressure sensor 100 c is rear, and the opposite direction is front.
  • the direction from the movable portion 10 to the fixed substrate portion 20 in FIG. 3 is downward, and the opposite direction is upward.
  • the movable portion 10 includes a sheet substrate 11, a movable electrode 12, and a movable portion side plated portion 14.
  • the sheet substrate 11 is formed of a flexible member (for example, polyimide).
  • the thickness of the sheet substrate 11 is, for example, 25 ⁇ m.
  • the thickness of the sheet substrate 11 is the length of the sheet substrate 11 in the vertical direction.
  • the lower surface of the sheet substrate 11 is provided with a movable electrode 12 formed of a conductive member (for example, copper).
  • the movable electrode 12 includes the first movable electrode 121 and the second movable electrode 122 provided to be separated from the first movable electrode 121 as described above.
  • the thickness of the movable electrode 12 is, for example, 10 ⁇ m.
  • the length of the first movable electrode 121 in the left-right direction is, for example, 2.0 mm.
  • the length of the second movable electrode 122 in the left-right direction is, for example, 0.5 mm.
  • the lengths of the first movable electrode 121 and the second movable electrode 122 in the front-rear direction are, for example, 1 mm to 2 mm.
  • the distance between the first movable electrode 121 and the second movable electrode 122 is, for example, 0.1 mm.
  • the movable portion side plated portion 14 is provided on the lower surface of the movable electrode 12.
  • the movable portion-side plated portion 14 includes a first plated portion 141 provided on the lower surface of the first movable electrode 121 and a second plated portion 142 provided on the lower surface of the second movable electrode 122.
  • the movable portion-side plated portion 14 is formed, for example, by gold plating.
  • the fixed substrate portion 20 includes a substrate portion 21, a fixed electrode 22, an insulating portion 23 and a fixed substrate side plated portion 24.
  • the substrate unit 21 is formed of a member (for example, glass) which is not easily deformed.
  • the thickness of the substrate portion 21 is, for example, 300 ⁇ m to 600 ⁇ m.
  • the length in the front-rear direction of the substrate portion 21 is set shorter than the length in the front-rear direction of the region occupied by the entire movable electrode 12 portion, and the length in the left-right direction of the substrate portion 21 is the entire movable electrode 12 portion It is set shorter than the left and right length of the area occupied by. That is, the area of the fixed substrate portion 20 when the pressure sensor 100 is viewed in plan is set to be smaller than the area of the region occupied by the entire movable electrode 12.
  • a fixed electrode 22 formed of a conductive member (for example, chromium) is disposed on the upper surface of the substrate unit 21. Furthermore, an insulating portion 23 is provided which surrounds the periphery of the fixed electrode 22 and covers a part of the upper side of the fixed electrode 22.
  • the insulating portion 23 is formed of an insulator (for example, tetraethoxysilane (TEOS) or silicon dioxide).
  • the thickness of the insulating portion 23 is, for example, 0.5 ⁇ m.
  • the insulating portion 23 is provided with a portion where a part of the first hollow portion 18 described above is formed in a part of a region where the first movable electrode 121 and the fixed electrode 22 overlap in a plan view. Further, a part for forming the above-described second hollow portion 19 is provided in a part of a region where the second movable electrode 122 and the fixed electrode 22 overlap in plan view.
  • a portion for forming a part of the first hollow portion 18 and the second hollow portion 19 is formed as a through hole extending from the surface on the movable portion 10 side of the insulating portion 23 to the surface on the fixed electrode 22 side. Be done.
  • the diameter of the first hollow portion 18 in plan view is, for example, 0.6 mm to 1.2 mm.
  • the area of the second hollow portion 19 is smaller than the area of the first hollow portion 18. That is, the diameter of the second hollow portion 19 in plan view is smaller than the diameter of the first hollow portion 18 in plan view.
  • the distance d between the first movable electrode 121 of the first hollow portion 18 and the fixed electrode 22 when no pressure is applied is, for example, 1 ⁇ m.
  • a fixed substrate plating portion 24 is provided on the inner side surface and the bottom of the second hollow portion 19 in addition to a part of the upper surface of the insulating portion 23.
  • the fixed substrate plating portion 24 includes a third plating portion 241 and a fourth plating portion 242.
  • the third plated portion 241 is provided in a region near the edge of the through hole that forms a part of the first hollow portion 18 on the upper surface of the insulating portion 23 so as to surround the portion.
  • the space formed by the portion surrounded by the third plated portion 241 and the through hole provided in the insulating portion 23 is the first hollow portion 18, and the “wall portion” in the present invention is the insulating portion 23. It is comprised by the inner wall of the provided through-hole, and the 3rd plating part 241. As shown in FIG.
  • the fourth plated portion 242 is provided in a region near the edge of the through hole for forming the second hollow portion 19 in the upper surface of the insulating portion 23 so as to surround the portion, and the inner side surface of the through hole and It is also provided on the upper surface of the fixed electrode 22 corresponding to the bottom of the through hole. That is, the fourth plated portion 242 is formed of a portion formed by projecting toward the second movable electrode 122 from the upper side of the upper surface of the insulating portion 23 and a portion covering the inside of the through hole and surrounded by these The space formed is the second hollow portion 19.
  • the fixed substrate plating portion 24 is formed, for example, by gold plating.
  • the movable portion 10 and the fixed substrate portion 20 are integrated to form the pressure sensor 100.
  • the second movable portion 122 and the fixed electrode 22 are electrically connected by joining the second plated portion 142 and the fourth plated portion 242.
  • the second movable electrode 122 and the connector 200 are connected by a signal line 15 extending from the second movable electrode 122.
  • the ground (GND) line 16a extending from the first movable electrode 121 is connected between the first movable electrodes 121 of the pressure sensors 100a and 100b and between the first movable electrodes 121 of the pressure sensors 100b and 100c.
  • the distance between adjacent pressure sensors 100 is, for example, 0.1 mm to 0.3 mm. That is, the length of the GND line 16a is 0.1 mm to 0.3 mm. Furthermore, the first movable electrode 121 of the pressure sensor 100 c is connected to the connector 200 by the GND line 16 b extending from the first movable electrode 121. That is, GND is shared by the pressure sensors 100a, 100b, and 100c.
  • both the signal line 15 and the GND line 16 are formed on the lower surface of the sheet substrate 11. That is, in the pressure sensor 100, the wiring extending from the first movable electrode 121 and the wiring extending from the fixed electrode 22 are formed in the same layer.
  • the pressure sensor 100 can realize a simple wiring structure by adopting such a configuration.
  • the pressure sensor 100 having the above-described configuration includes an area overlapping the fixed electrode 22 of the first movable electrode 121 and an area overlapping the first movable electrode 121 of the fixed electrode 22 which are arranged at a distance d (see FIG. 3). It works as a plate capacitor.
  • ⁇ 0 is the dielectric constant of vacuum
  • ⁇ r is the dielectric constant of the atmosphere. That is, according to (Expression 1), the electrostatic capacitance C fluctuates according to the fluctuation of the distance d between the first movable electrode 121 and the fixed electrode 22 which is caused by the force applied to the movable portion 10. I understand.
  • F is the magnitude of the force applied to the pressure sensor 100.
  • the substrate unit 21 is formed of a member that is not easily deformed, even if a force is applied to the pressure sensor 100, the fluctuation of the area S serving as a reference of pressure calculation is suppressed. Therefore, the pressure sensor 100 can detect the pressure with higher accuracy than a pressure sensor formed of a member that the substrate portion 21 is easily deformed.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of the capacitance measuring circuit 300. As shown in FIG. In FIG. 4, pressure sensors 100 a, 100 b and 100 c are also illustrated. Further, in FIG. 4, the illustration of the connector 200 is omitted.
  • the capacitance measurement circuit 300 includes two multiplexers 301 (denoted as MUXs in the figure) and a converter 302.
  • Signals associated with fluctuations in capacitance of the pressure sensors 100 a, 100 b, and 100 c are input to each of the multiplexers 301 through the signal line 15.
  • Each of the multiplexers 301 outputs a selected one of the signals input from the pressure sensors 100a, 100b, and 100c.
  • the illustration of the selection signal used to select the signal output from the multiplexer 301 is omitted.
  • the signal output from each of multiplexers 301 is input to converter 302.
  • the converter 302 stores, for example, the correspondence between the signal value input from the multiplexer 301 and the pressure.
  • the correspondence relationship managed by the converter 302 may be, for example, a table indicating the correspondence between the input signal value and the pressure, or may be a mathematical expression for calculating the pressure from the input signal value.
  • the converter 302 converts, for example, the signal value input from the multiplexer 301 into a signal value indicating pressure according to the correspondence, and outputs a signal value indicating pressure.
  • FIG. 5A shows an example of a state before pressure is applied to pressure sensor 100
  • FIG. 5B shows an example of a state when pressure is applied to pressure sensor 100.
  • the pressure sensor 100 when pressure is applied from above the first hollow portion 18, as illustrated in FIG. 5B, the sheet substrate 11 and the movable portion 10 including the first movable electrode 121 are applied according to the applied force. And bend toward the fixed substrate portion 20.
  • the pressure sensor 100 when no force is applied to the pressure sensor 100, the pressure sensor 100 returns from the state of FIG. 5B to the state of FIG. 5A.
  • the distance d between the first movable electrode 121 and the fixed electrode 22 fluctuates according to the applied force.
  • the capacitance of the pressure sensor 100 changes according to (Expression 1).
  • the pressure applied to the pressure sensor 100 is detected by measuring the fluctuation of the capacitance of the pressure sensor 100 by the capacitance measuring circuit 300 illustrated in FIG. 2.
  • the pressure sensor 100 has a second hollow portion 19 in addition to the first hollow portion 18. On the inner side surface of the second hollow portion 19, as described above, the cylindrical fourth plating portion 242 which reaches from the fixed electrode 22 to the second movable electrode 122 is formed.
  • the fixed electrode 22 and the second movable electrode 122 are only electrically connected, it is sufficient to connect only one wire instead of forming the fourth plated portion 242 in a cylindrical shape.
  • the first movable electrode 121 and the second movable electrode 122 provided separately from each other share the sheet substrate 11. Therefore, when a force is applied from above the first movable electrode 121, the first movable electrode 121 is bent to the fixed electrode 22 side, and the second movable electrode 122 is also distorted to the fixed electrode 22 side.
  • the first movable electrode 121 bends with respect to the fixed electrode 22 without deviation in the front-rear direction and the left-right direction.
  • the first movable electrode 121 is affected by the distortion, and it becomes difficult to bend with respect to the fixed electrode 22 without bias.
  • the cross-sectional shape of the fourth plated portion 242 in a plan view is formed into a substantially circular or substantially polygonal hollow shape.
  • distortion in the second movable electrode 122 portion when pressure is applied is suppressed as compared with the configuration in which the fixed electrode 22 and the second movable electrode 122 are connected by one wire.
  • the fourth plated portion 242 having a substantially circular or polygonal cross-sectional shape can support the second movable electrode 122 more stably than in the case where the second movable electrode 122 is supported by one wire. .
  • FIG. 6 to 8 illustrate an example of a manufacturing process of the pressure sensor 100.
  • FIG. Hereinafter, with reference to FIGS. 6-8, an example of the manufacturing process of the pressure sensor 100 is demonstrated.
  • FIG. 6A to 6E show an example of the manufacturing process of the fixed substrate portion 20.
  • FIG. 6A the fixed electrode 22 is formed on the surface of the substrate 21 facing the movable portion 10.
  • FIG. 6B the insulating film 231 is formed to cover the fixed electrode 22.
  • a resist film 51 is formed on the surface of the insulating film 231 facing the movable portion 10.
  • the photoresist film 51 having a predetermined pattern is formed on the insulating film 231 by performing a photoresist using a photomask in which a desired pattern is formed on the resist film 51.
  • FIG. 6C the photoresist film 51 having a predetermined pattern is formed on the insulating film 231 by performing a photoresist using a photomask in which a desired pattern is formed on the resist film 51.
  • the etching process is performed, and the resist film 51 is further removed, whereby the insulating portion 23 is formed.
  • the fixed substrate side plated portion 24 is formed on the surface of the insulating portion 23 facing the movable portion 10.
  • the plating resist is performed on the area where the fixed substrate side plated portion 24 is not formed, and then the plating process is performed to form the fixed substrate side plated portion 24 in a desired area.
  • the fixed substrate side plated portion 24 may be formed by sputtering. That is, after a plating layer is formed on the surface of the insulating portion 23 facing the movable portion 10 by a sputtering apparatus, a resist is applied and etched to form a pattern of the fixed substrate plating portion 24. May be
  • FIG. 7A and 7B show an example of the manufacturing process of the movable portion 10.
  • the movable electrode 12 is formed on the surface of the flexible sheet substrate 11 facing the fixed substrate portion 20. Furthermore, the plating process is performed on the surface of the movable electrode 12 facing the fixed substrate portion 20, whereby the movable portion-side plated portion 14 is formed.
  • FIG. 7B after the etching resist is performed on the area corresponding to the first movable electrode 121 and the second movable electrode 122 on the surface facing the fixed substrate portion 20 of the movable portion side plated portion 14, the etching is performed. By being performed, the first movable electrode 121 and the second movable electrode 122 are formed.
  • FIG. 8A and FIG. 8B show an example of the process of joining the fixed substrate part 20 and the movable part 10.
  • the movable portion 10 and the fixed substrate portion 20 are joined.
  • the movable portion 10 and the fixed substrate portion 20 may be joined by, for example, normal temperature bonding.
  • the normal temperature bonding for example, the surface of the movable portion side plated portion 14 of the movable portion 10 facing the fixed substrate portion 20 and the surface of the fixed substrate portion 20 facing the movable portion 10 of the fixed substrate side plated portion 24 are A process of smoothing the surface and a process of removing impurities from the surface to clean the surface are performed.
  • FIG. 8B illustrates a state in which three pressure sensors 100 manufactured by the steps of FIGS. 6A to 8A are arranged in a manner sharing the sheet substrate 11. As illustrated in FIG. 8B, the pressure sensor 100 can widen the area targeted for pressure detection by sharing the sheet substrate 11 and arranging the plurality of pressure sensors 100.
  • the pressure sensors 100a, 100b, and 100c share the sheet substrate 11 and are arranged in a line in an array, but a plurality of lines are provided and the pressure sensors are arranged in a grid You may do so.
  • manufacturing of the movable portion 10 and the fixed substrate portion 20 is performed without performing a process of flattening the surfaces of the movable portion side plated portion 14 and the fixed substrate side plated portion 24.
  • the flatness of the surface may be ensured in the process.
  • metal for example, copper
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Abstract

本発明に係る圧力センサは、静電容量式の圧力センサであって、可撓性を有し、一方の面の一部の領域に第１電極及び第２電極が設けられたフレキシブル基板と、前記第１電極及び第２電極と対向、かつ離間して配置される第３の電極を備える硬質基板と、を有し、前記フレキシブル基板と前記硬質基板とは、対向面において接合されており、平面視において前記第１電極及び第２電極が設けられる前記一部の領域の面積が、前記硬質基板の面積よりも大きい、ことを特徴とする。

Description

静電容量式圧力センサ
　本発明は、静電容量式圧力センサに関する。
　従来から、コンデンサの静電容量の変化を検知して、コンデンサに印加される圧力を測定するセンサが知られている（例えば、特許文献１）。そして、このような圧力センサを、可撓性を有する基板を用いて形成した、シート状の圧力センサが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３）。
　特許文献２には、ポリイミドからなる第１柔軟基板に、第１および第２ワイヤが形成され、その下に第１及び第２電極が形成され、その上にコイルが形成され、該コイル上には第２柔軟基板が蒸着される構造の、柔軟圧力センサが開示されている。そして、このような構成の柔軟圧力センサを、前記第１電極と前記第２電極とが対向するようにして血管に巻付け、第１電極、第２電極間の静電容量の変化を検出することで、血圧を測定することが記載されている。
　また、特許文献３には、第１の弾性体シートと、前記第１の弾性体シートの主面に設けられた複数の第１の柱状突起と、前記第１の弾性体シートの前記主面側に接着され、複数の第１の電極と、複数の第１の穴部と、を有する第１のフレキシブル基板と、前記第１のフレキシブル基板と対向して配置され、複数の第２の電極と、複数の第２の穴部と、を有する第２のフレキシブル基板と、前記第２のフレキシブル基板の前記第１のフレキシブル基板と対向する面とは反対の面側に接着される第２の弾性体シートと、を具備し、前記第１の柱状突起は、前記複数の第１の穴部をそれぞれ貫通し、前記第２のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有し、前記第２の柱状突起は、前記複数の第２の穴部をそれぞれ貫通し、前記第１のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有する、静電容量式の圧力センサが開示されている。
特開２００６－１９４７７１号公報 特開２００６－１０８６５７号公報 特開２００９－２７４０号公報
　上記の様に、従来の静電容量式のシート型圧力センサは、対向する第１、第２の基板のいずれもが柔軟性を有する（即ち、いずれもが容易に変形する）構造であるため、圧力センサに力が印加された際に、印加される力とセンサ中空部における静電容量との関係が安定せず（即ち、圧力算出の基準となる値が安定せず）、測定精度が低くなるという問題があった。
　また、例えば上記特許文献３に記載の圧力センサのように、第１、第２の基板それぞれの電極部分を対向させ、中空部を形成するようにしてこれらの基板を接合する構造であると、基板同士を接合する際に、電極部分の位置がずれて、中空部（コンデンサ）が適切に形成されない状態で接合されることが生じるという問題がある。特に、一のフレキシブル基板上に複数の電極を設け、複数のセンサを備える一のシート型センサを形成する場合においては、全ての電極について正確な位置合わせを行うことは困難である。このように電極部分の位置ずれが生じると、圧力及びその分布が正確に測定できなくなってしまう。
　本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、２つの基板を接合して形成される静電容量式のシート型圧力センサにおいて、電極部分の位置がずれて接合された場合であっても、測定精度の低下を抑止することができる技術の提供を目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明に係る圧力センサは、可撓性を有し、一方の面の一部の領域に第１の電極及び第２の電極が設けられるフレキシブル基板と、前記第１の電極及び第２の電極と対向し、かつ離間して配置される第３の電極を備える硬質基板と、前記第１の電極と前記第３の電極とを絶縁された状態で接合するととともに、前記第１の電極と前記第３の電極との間に中空部を形成する壁部と、を有しており、前記中空部において、前記第１の電極が前記第３の電極に対して撓むことで生じる静電容量の変化を検出することにより、前記第１の電極と前記第３の電極との対向面に向けて印加される圧力を測定する、静電容量式圧力センサであって、平面視において、前記フレキシブル基板における前記第１の電極及び前記第２の電極が設けられる前記一部の領域の面積が、前記硬質基板の面積よりも大きい、ことを特徴とする。
　上記の様な構成であると、圧力センサに力が印加された場合に、硬質基板に設けられた第３の電極は撓むこと無く、第１の電極のみが第３の電極に向けて撓みを生じることになるため、圧力センサに印加される力とセンサ中空部における静電容量との相関関係が安定し、良好な精度で圧力測定を行うことが可能になる。
　また、平面視において、フレキシブル基板上の第１の電極と第２の電極とが占める領域の面積が、前記硬質基板の面積よりも大きくなるように形成されているため、製造過程において前記第１電極と前記第３電極を接合する際に電極部の位置がある程度ずれたとしても、静電容量の変化を検出するための前記中空部を確保することができ、測定精度の低下を抑止することができる。
　また、前記フレキシブル基板は前記第１の電極と前記第２の電極の組を複数備えており、該複数組の前記第１の電極と第２の電極に対応する複数の前記硬質基板を有する構成であってもよい。このような構成により、複数のセンサの集合を一つのシート型圧力センサとして活用することができる。
　また、前記複数組の前記第１の電極及び第２の電極は前記フレキシブル基板上に所定間隔を置いて格子状に配置されていてもよい。このような構成であると、フレキシブル基板に印加される圧力の分布を計測することも可能になる。
　また、前記第１の電極はグラウンドに接続されていていてもよい。上記の様な構成の圧力センサの場合、通常は第１の電極が設けられるフレキシブル基板を測定対象物に接触させて、圧力の検出が行われる。このため、対象物に接触する側である第１電極をグラウンドに接続することにより、漏電を抑止して電気的な安全性を高める事ができる。
　本発明によれば、２つの基板を接合して形成される静電容量式のシート型圧力センサにおいて、電極部分の位置がずれて接合された場合であっても、測定精度の低下を抑止する技術を提供することができる。
図１Ａは適用例に係る圧力センサの一例を示す概略平面図である。図１Ｂは適用例に係る圧力センサの一例を示す概略断面図である。 図２は、実施形態に係る圧力センサの一例を示す第１の図である。 図３は、実施形態に係る圧力センサの一例を示す第２の図である。 図４は、静電容量測定回路の構成の一例を示す図である。 図５Ａは、圧力センサに圧力が印加される前の状態の一例を示す図である。図５Ｂは、圧力センサに圧力が印加されたときの状態の一例を示す図である。 図６Ａは、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す第１の図である。図６Ｂは、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す第２の図である。図６Ｃは、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す第３の図である。図６Ｄは、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す第４の図である。図６Ｅは、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す第５の図である。 図７Ａは、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す第６の図である。図７Ｂは、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す第７の図である。 図８Ａは、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す第８の図である。図８Ｂは、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す第９の図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例について説明する。
　＜適用例＞
　本発明は例えば、図１に示す次のような圧力センサ９として適用することができる。図１Ａは本適用例に係る圧力センサ９の概略平面図、図１Ｂは図１ＡのＸ－Ｘ線における概略断面図である。圧力センサ９は、いわゆる静電容量式による圧力センサであり、全体的な構造は、可撓性を有するシート状のフレキシブル基板９１０と、硬質の絶縁材料にて形成される硬質基板９２０とが接合された構成となっている。
　フレキシブル基板９１０には、フレキシブル基板９１０の変形に応じて一定程度の可撓性を有する可動電極９１１、及び信号線９１２などの配線が設けられる。なお、可動電極９１１には、電極の表面にメッキ部が形成されていても良い。一方、硬質基板９２０上には固定電極９２１、絶縁部９２２、メタル部９２３が設けられる。そして、フレキシブル基板９１０と硬質基板９２０は、それぞれの電極が形成された面が対向するようにして、接合されている。具体的にはフレキシブル基板９１０側の可動電極９１１と、硬質基板９２０側のメタル部９２３が接合される構造となっている。
　可動電極９１１は、フレキシブル基板９１０上において近接して配置される第１可動電極９１１ａと第２可動電極９１１ｂとから構成されている。即ち、一組の第１可動電極９１１ａと第２可動電極９１１ｂが、一の可動電極９１１となる。第１可動電極９１１ａは固定電極９２１と絶縁され、中空部９３０において固定電極９２１に対して撓む構成となっている。即ち、第１可動電極９１１ａがコンデンサを構成する電極の役割を果たす部分となる。また、第２可動電極９１１ｂは固定電極９２１と電気的に接続されており、コネクタ９５０と信号線９１２によって接続されている。なお、第１可動電極９１１ａはコネクタ９５０とグラウンド線９１３によって接続されている。
　また、絶縁部９２２は、硬質基板９２０及び固定電極９２１の可動電極９１１と対向する側の面の一部を覆うように形成され、メタル部９２３は、絶縁部９２２上に形成される。そして、固定電極９２１の上面のうち、絶縁部９２２で覆われていない部分とメタル部９２３によって囲まれた部分が、中空部９３０となり、誘電層として機能する。
　即ち、第１可動電極９１１ａ、固定電極９２１、中空部９３０でコンデンサが構成される。ここで、第１可動電極９１１ａが圧力を受けると中空部９３０において撓むことで、第１可動電極９１１ａと固定電極９２１の距離が近くなるため、中空部９３０における静電容量の値が大きくなる。当該変化は電気的に検出（出力）することができるため、静電容量の値の変化から第１可動電極９１１ａと固定電極９２１との距離、即ち圧力センサ９に印加された圧力を測定する事ができる。
　ところで、静電容量の値の変化から圧力センサに印加された圧力を正しく測定するためには、圧力センサに印加される圧力の強さと、これを受けて変化する（コンデンサを構成する）両電極の距離と、静電容量の値との関係が一意的に定まっている必要がある。しかしながら、コンデンサを構成する電極の両方が可撓性を有する基板に形成されているような場合には、印加圧力と両電極の距離と静電容量の値との関係は安定せず、精度良く圧力を測定することができない。
　この点、本適用例における圧力センサ９は、固定電極９２１が硬質の硬質基板９２０上に設けられているため容易には変形せず、圧力を受けた場合には可動電極９１１と固定電極９２１との距離は当該印加圧力に応じて変化し、両電極の距離に反比例して静電容量の値が変化する。このため、印加された圧力を精度良く計測する事ができる。
　また、本適用例における圧力センサ９は、フレキシブル基板９１０において、一組の第１可動電極９１１ａと第２可動電極９１１ｂからなる、一の可動電極９１１全体の占める領域の面積が、平面視で略矩形状に形成されており、その面積は硬質基板９２０よりも大きい構成となっている。このようにすることによって、可動電極９１１と固定電極９２１とを接合する際にある程度の位置ずれが生じたとしても、固定電極９２１を可動電極９１１の範囲内に位置させることができる。即ち、圧力センサ９の静電容量センサとしての機能を確保し、測定精度の低下を抑止することができる。
　＜実施形態＞
　（圧力センサ１００の構成）
　次に、図２～図８を参照して、本発明のより詳細な実施形態について説明する。図２および図３は実施形態に係る静電容量式圧力センサの一例を示す図である。図２は圧力センサ１００を平面視した図の一例であり、図３は図２のＡ－Ａ線における断面図の一例である。図２では、平面視においては目視できない固定基板側メッキ部２４、第１中空部１８、第２中空部１９、固定電極２２および基板部２１が点線で示されている。図２では、３つの圧力センサ１００（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）が例示されるとともに、コネクタ２００および静電容量測定回路３００も例示される。３つの圧力センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、シート基板１１を共有する。
　図３を参照すると理解できるように、圧力センサ１００は、可動電極１２を含み可撓性を有する可動部１０と固定電極２２を含む固定基板部２０とを備える。圧力センサ１００は、可動部１０の可動電極１２と固定基板部２０の固定電極２２とが対向するように、可動部１０と固定基板部２０とを接合して形成される。
　可動電極１２は、第１可動電極１２１および第１可動電極１２１と離間して設けられる第２可動電極１２２を含む。第１可動電極１２１と固定電極２２との間には、第１中空部１８が形成される。第１中空部１８が形成されることで、シート基板１１上の第１可動電極１２１に相当する領域に圧力が印加されたときに、可動部１０は固定基板部２０に向けて変形可能となる。また、第２可動電極１２２と固定電極２２との間には、第２中空部１９が形成される。
　図２では、第１中空部１８および第２中空部１９の断面形状は略円形に形成されているが、第１中空部１８および第２中空部１９の断面形状が略円形に限定されるわけではない。第１中空部１８および第２中空部１９の断面形状は、略多角形に形成されていてもよく、例えば、略四角形、略六角形、略八角形等であってもよい。
　以下、本明細書において、図２における第２中空部１９から第１中空部１８に向かう方向を右、その逆方向を左とする。また、図２において、圧力センサ１００ａから圧力センサ１００ｃに向かう方向を後ろ、その逆方向を前とする。さらに、図３における可動部１０から固定基板部２０に向かう方向を下、その逆方向を上とする。
　可動部１０は、シート基板１１、可動電極１２、可動部側メッキ部１４を含む。シート基板１１は、可撓性を有する部材（例えば、ポリイミド）で形成される。シート基板１１の厚さは、例えば、２５μｍである。ここで、シート基板１１の厚さは、シート基板１１の上下方向の長さである。シート基板１１の下方向の面には導電性を有する部材（例えば銅）によって形成される可動電極１２が設けられる。可動電極１２は、上述のように、第１可動電極１２１および第１可動電極１２１と離間して設けられる第２可動電極１２２を含む。可動電極１２の厚さは、例えば、１０μｍである。第１可動電極１２１の左右方向の長さは、例えば、２．０ｍｍである。第２可動電極１２２の左右方向の長さは、例えば、０．５ｍｍである。第１可動電極１２１および第２可動電極１２２の前後方向の長さは、例えば、１ｍｍから２ｍｍである。第１可動電極１２１と第２可動電極１２２との間の距離は、例えば、０．１ｍｍである。可動電極１２の下方向の面には、可動部側メッキ部１４が設けられる。可動部側メッキ部１４は、第１可動電極１２１の下方向の面に設けられる第１メッキ部１４１と第２可動電極１２２の下方向の面に設けられる第２メッキ部１４２を含む。可動部側メッキ部１４は、例えば、金メッキによって形成される。
　固定基板部２０は、基板部２１、固定電極２２、絶縁部２３および固定基板側メッキ部２４を含む。基板部２１は、容易には変形しない部材（例えば、ガラス）で形成される。基板部２１の厚さは、例えば、３００μｍから６００μｍである。また、基板部２１の前後方向の長さは、可動電極１２部分全体が占める領域の前後方向の長さよりも短く設定されており、基板部２１の左右方向の長さは、可動電極１２部分全体が占める領域の左右の長さよりも短く設定されている。即ち、圧力センサ１００を平面視した際の固定基板部２０の面積は、可動電極１２全体部分が占める領域の面積よりも小さくなる様に設定されている。
　基板部２１が容易には変形しない部材で形成されるため、シート基板１１への圧力の印加により可動部１０が撓んでも、固定基板部２０の変形は抑制される。基板部２１の上側の面上には導電性を有する部材（例えばクロム）によって形成された固定電極２２が配置される。さらに、固定電極２２の周囲を囲むとともに、固定電極２２の上方の一部を覆う絶縁部２３が設けられる。
　絶縁部２３は絶縁体（例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）や二酸化ケイ素）によって形成される。絶縁部２３の厚さは、例えば、０．５μｍである。絶縁部２３には、平面視において第１可動電極１２１と固定電極２２とが重なる領域の一部に上述した第１中空部１８の一部を形成する箇所が設けられる。また、平面視において第２可動電極１２２と固定電極２２とが重なる領域の一部には上述した第２中空部１９を形成するための箇所が設けられる。
　絶縁部２３において、第１中空部１８の一部および第２中空部１９を形成するための箇所は、絶縁部２３の可動部１０側の面から固定電極２２側の面まで達する貫通孔として形成される。第１中空部１８を平面視したときの直径は、例えば、０．６ｍｍから１．２ｍｍである。圧力センサ１００を平面視した場合において、第２中空部１９の面積は、第１中空部１８の面積よりも小さい。すなわち、第２中空部１９を平面視したときの直径は、第１中空部１８を平面視したときの直径よりも小さい。圧力が印加されていないときにおける第１中空部１８の第１可動電極１２１と固定電極２２との間の距離ｄは、例えば、１μｍである。
　絶縁部２３の上側の面の一部の他、第２中空部１９の内側面および底部には、固定基板側メッキ部２４が設けられる。固定基板側メッキ部２４は、第３メッキ部２４１と第４メッキ部２４２を含む。
　第３メッキ部２４１は、絶縁部２３の上側の面において、第１中空部１８の一部を形成する貫通孔の縁近傍の領域に当該箇所を囲むようにして設けられる。このようにして第３メッキ部２４１に囲まれた部分と絶縁部２３に設けられた貫通孔によって形成される空間が第１中空部１８であり、本発明における「壁部」は絶縁部２３に設けられた貫通孔の内壁と、第３メッキ部２４１とによって構成される。
　第４メッキ部２４２は、絶縁部２３の上側の面において第２中空部１９を形成するための貫通孔の縁近傍の領域に当該箇所を囲むようにして設けられるとともに、該貫通孔の内側面、及び該貫通孔の底部に該当する固定電極２２の上面にも設けられる。即ち、第４メッキ部２４２は、絶縁部２３の上側の面の上方から第２可動電極１２２に向けて突出して形成される部分と、貫通孔の内部を覆う部分とから形成され、これらに囲まれた空間が第２中空部１９となる。なお、固定基板側メッキ部２４は、例えば、金メッキによって形成される。
　可動部側メッキ部１４と固定基板側メッキ部２４とが接合されることで可動部１０と固定基板部２０とが一体となり、圧力センサ１００が形成される。また、第２メッキ部１４２と第４メッキ部２４２とが接合されることで、第２可動電極１２２と固定電極２２とが電気的に接続される。
　第２可動電極１２２とコネクタ２００とは第２可動電極１２２から延びる信号線１５によって接続される。また、圧力センサ１００ａ、１００ｂの第１可動電極１２１の間および圧力センサ１００ｂ、１００ｃの第１可動電極１２１の間は、第１可動電極１２１から延びるグランド（ＧＮＤ）線１６ａによって接続される。
　図２において、隣り合った圧力センサ１００の間の距離は、例えば、０．１ｍｍから０．３ｍｍである。すなわち、ＧＮＤ線１６ａの長さは、０．１ｍｍから０．３ｍｍである。さらに、圧力センサ１００ｃの第１可動電極１２１は、第１可動電極１２１から延びるＧＮＤ線１６ｂによってコネクタ２００と接続される。すなわち、圧力センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃでは、ＧＮＤが共有される。
　図２および図３を参照すると理解できるように、圧力センサ１００では、信号線１５とＧＮＤ線１６のいずれもがシート基板１１の下側の面に形成される。すなわち、圧力センサ１００では、第１可動電極１２１から延びる配線と固定電極２２から延びる配線とが同一の層に形成される。圧力センサ１００は、このような構成を採用することで、簡易な配線構造が実現される。
　上述した構成を有する圧力センサ１００は、距離ｄ（図３参照）離れて配置された第１可動電極１２１の固定電極２２と重なり合う領域と固定電極２２の第１可動電極１２１と重なり合う領域とを電極板とするコンデンサとして動作する。コンデンサの静電容量Ｃは、例えば、上述した距離ｄおよび第１可動電極１２１と固定電極２２とが重なり合う領域の面積Ｓ（図３参照）を用いて、数式Ｃ＝ε0εｒ×Ｓ/ｄ（式１）によって算出される。
　上記（式１）において、ε0は真空の誘電率であり、εrは大気の比誘電率である。すなわち、（式１）によれば、可動部１０に力が加えられることによって生じる第１可動電極１２１と固定電極２２との間の距離ｄの変動に応じて、静電容量Ｃが変動することがわかる。
　このため、静電容量Ｃの変動を検出することで、可動部１０に印加された力を検出出来る。また、圧力Ｐは、例えば、上述した面積Ｓを用いて、数式Ｐ＝Ｆ/Ｓ（式２）によって算出される。
　上記（式２）において、Ｆは圧力センサ１００に印加される力の大きさである。上述の通り、基板部２１は容易には変形しない部材によって形成されるため、圧力センサ１００に力が印加されても圧力算出の基準となる面積Ｓの変動が抑制される。そのため、圧力センサ１００は、基板部２１が容易に変形する部材で形成された圧力センサよりも高い精度で圧力を検出できる。
　図４は、静電容量測定回路３００の構成の一例を示す図である。図４では、圧力センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃも例示されている。また、図４では、コネクタ２００の図示は省略している。静電容量測定回路３００は、２つのマルチプレクサ３０１（図中では、MUXと記載）とコンバータ３０２を備える。
　マルチプレクサ３０１の各々には、圧力センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃの静電容量の変動に伴う信号が信号線１５を介して入力される。マルチプレクサ３０１の各々は、圧力センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃから入力された信号のうち選択されたひとつを出力する。図４において、マルチプレクサ３０１が出力する信号の選択に用いられる選択信号の図示は省略されている。
　マルチプレクサ３０１の各々から出力された信号はコンバータ３０２に入力される。コンバータ３０２は、例えば、マルチプレクサ３０１から入力される信号値と圧力との対応関係を記憶している。コンバータ３０２が管理する対応関係は、例えば、入力される信号値と圧力との対応を示すテーブルであってもよいし、入力される信号値から圧力を算出する数式であってもよい。コンバータ３０２は、例えば、当該対応関係にしたがって、マルチプレクサ３０１から入力された信号値を、圧力を示す信号値に変換し、圧力を示す信号値を出力する。
　図５Ａは、圧力センサ１００に圧力が印加される前の状態の一例を示し、図５Ｂは、圧力センサ１００に圧力が印加されたときの状態の一例を示す。圧力センサ１００では、第１中空部１８の上方から圧力が印加されると、図５Ｂに例示されるように、シート基板１１および第１可動電極１２１を含む可動部１０が印加された力に応じて固定基板部２０の方向に向けて撓む。また、圧力センサ１００に力が印加されなくなると、圧力センサ１００は図５Ｂの状態から図５Ａの状態に戻る。
　すなわち、圧力センサ１００では、印加された力に応じて、第１可動電極１２１と固定電極２２との間の距離ｄが変動する。距離ｄが変動すると、（式１）により、圧力センサ１００の静電容量が変動する。例えば、図２に例示される静電容量測定回路３００によって圧力センサ１００の静電容量の変動が測定されることで、圧力センサ１００に印加された圧力が検出される。
　ところで、圧力センサ１００は、第１中空部１８の他に第２中空部１９を有する。第２中空部１９の内側面には、上述の通り、固定電極２２から第２可動電極１２２に達する円筒形状の第４メッキ部２４２が形成される。
　固定電極２２と第２可動電極１２２とを電気的に接続するだけであれば、第４メッキ部２４２を円筒形状に形成せずに、一本の配線で接続するだけでも足りる。しかしながら、本実施形態に係る圧力センサ１００は、離間して設けられる第１可動電極１２１と第２可動電極１２２のいずれもがシート基板１１を共有している。そのため、第１可動電極１２１の上方から力が印加されると、第１可動電極１２１が固定電極２２側に撓むともに、第２可動電極１２２も固定電極２２側に歪む。
　圧力の高精度な検出のためには、第１可動電極１２１は、前後方向および左右方向において偏りなく固定電極２２に対して撓むことが好ましい。しかしながら、上記のように第２可動電極１２２が固定電極２２側に歪んでしまうと、第１可動電極１２１は当該歪みの影響を受け、固定電極２２に対して偏り無く撓むことが困難となる。
　そのため、本実施形態に係る圧力センサ１００では、第４メッキ部２４２を平面視したときの断面形状を略円形または略多角形の中空形状に形成している。このことにより、固定電極２２と第２可動電極１２２とを一本の配線で接続する構成に比べて、圧力が印加された際の第２可動電極１２２部分における歪みが抑制される。これによって、第１可動電極１２１が固定電極２２に対して撓む際に、前後方向および左右方向における偏りが生じることが抑制される。さらに、一本の配線で第２可動電極１２２を支える場合よりも、断面形状が略円形または略多角形に形成された第４メッキ部２４２は安定して第２可動電極１２２を支えることができる。
　（圧力センサ１００の製造工程）
　図６から図８は、圧力センサ１００の製造工程の一例を示す図である。以下、図６から図８を参照して、圧力センサ１００の製造工程の一例について説明する。
　（固定基板部２０の製造工程）
　図６Ａから図６Ｅは固定基板部２０の製造工程の一例を示す。図６Ａでは、基板部２１の可動部１０に対向する面上に固定電極２２が形成される。続いて、図６Ｂでは、固定電極２２を覆うように絶縁膜２３１が形成される。さらに、図６Ｂでは、絶縁膜２３１の可動部１０に対向する面上にレジスト膜５１が形成される。図６Ｃでは、レジスト膜５１に対して所望のパターンが形成されたフォトマスクを用いてフォトレジストを行うことで、絶縁膜２３１上に所定パターンのレジスト膜５１が形成される。図６Ｄでは、エッチング処理が行われ、さらにレジスト膜５１が除去されることで、絶縁部２３が形成される。図６Ｅでは、絶縁部２３の可動部１０に対向する面上に固定基板側メッキ部２４が形成される。図６Ｅに例示される工程では、固定基板側メッキ部２４を形成しない領域にメッキレジストが行われた上でメッキ処理を行うことで、所望の領域に固定基板側メッキ部２４が形成される。なお、固定基板側メッキ部２４の形成はスパッタリングにより形成してもよい。即ち、スパッタ装置にて絶縁部２３の可動部１０に対向する面上にメッキ層を成膜した後で、レジストを塗布してエッチングすることによって固定基板側メッキ部２４のパターンを形成するのであってもよい。
　（可動部１０の製造工程）
　図７Ａおよび図７Ｂは可動部１０の製造工程の一例を示す。図７Ａでは、可撓性を有するシート基板１１の固定基板部２０に対向する面上に可動電極１２が形成される。さらに、可動電極１２の固定基板部２０に対向する面に対してメッキ処理が行われることで、可動部側メッキ部１４が形成される。図７Ｂでは、可動部側メッキ部１４の固定基板部２０に対向する面上において、第１可動電極１２１および第２可動電極１２２に相当する領域に対してエッチングレジストが行われた上でエッチングが行われることで、第１可動電極１２１および第２可動電極１２２が形成される。
　（可動部１０と固定基板部２０の接合工程）
　図８Ａおよび図８Ｂは、固定基板部２０と可動部１０とを接合する工程の一例を示す。図８Ａでは、可動部１０と固定基板部２０とが接合される。接合方法には特に限定は無い。可動部１０と固定基板部２０とは、例えば、常温接合によって接合されてもよい。常温接合では、例えば、可動部１０の可動部側メッキ部１４の固定基板部２０に対向する面と固定基板部２０の固定基板側メッキ部２４の可動部１０に対向する面に対して、当該面を平滑にする処理と、当該面から不純物を除去して清浄にする処理が行われる。これらの処理が施された可動部側メッキ部１４と固定基板側メッキ部２４とが接触すると、可動部側メッキ部１４と固定基板側メッキ部２４との間で働く分子間力によって、可動部１０と固定基板部２０とが接合される。図８Ｂでは、図６Ａから図８Ａまでの工程によって製造された圧力センサ１００をシート基板１１を共有する形で３つ並べた様子を例示する。圧力センサ１００は、図８Ｂに例示するように、シート基板１１を共有して複数の圧力センサ１００を並べることで、圧力検出の対象とする面積を広げることが可能である。
　＜変形例＞
　なお、上記の実施形態は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明はその技術的思想の範囲内で種々の変更および組み合わせが可能である。例えば、上記実施形態では、複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃから得た信号をマルチプレクサ３０１によって選択した上でコンバータ３０２に入力し、これについての圧力値を出力するようにていたが、このような選択を行わず、複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃの圧力値それぞれを出力するようにしてもよい。
　また、上記の実施形態では、圧力センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃはシート基板１１を共有してアレイ状に一列に配置されていたが、これを複数列設けて、圧力センサが格子状に配置されるようにしてもよい。
　また、可動部１０と固定基板部２０の接合工程において可動部側メッキ部１４及び固定基板側メッキ部２４の表面を平坦化する処理を行わずに、可動部１０、固定基板部２０それぞれの製造工程で、表面の平坦性を担保するようにしてもよい。例えば、可動部１０の製造工程において、シート基板１１に対して可動電極１２となる金属（例えば銅）をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理して平坦にし、その上にスパッタ装置で可動部側メッキ部１４を成膜するのであってもよい。
　１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ・・・圧力センサ
　１０・・・可動部
　１１・・・シート基板
　１２・・・可動電極
　１２１・・・第１可動電極
　１２２・・・第２可動電極
　１４・・・可動部側メッキ部
　１４１・・・第１メッキ部
　１４２・・・第２メッキ部
　１５・・・信号線
　１６、１６ａ、１６ｂ・・・ＧＮＤ線
　１８・・・第１中空部
　１９・・・第２中空部
　２０・・・固定基板部
　２１・・・基板部
　２２・・・固定電極
　２３・・・絶縁部
　２４・・・固定基板側メッキ部
　２４１・・・第３メッキ部
　２４２・・・第４メッキ部
　５１・・・レジスト膜
　２００・・・コネクタ
　２３１・・・絶縁膜
　３００・・・静電容量測定回路
　３０１・・・マルチプレクサ
　３０２・・・コンバータ

Claims (4)

  1. 　可撓性を有し、一方の面の一部の領域に第１の電極及び第２の電極が設けられるフレキシブル基板と、
    　前記第１の電極及び前記第２の電極と対向し、かつ離間して配置される第３の電極を備える硬質基板と、
    　前記第１の電極と前記第３の電極とを絶縁された状態で接合するととともに、前記第１の電極と前記第３の電極との間に中空部を形成する壁部と、を有しており、
    　前記中空部において、前記第１の電極が前記第３の電極に対して撓むことで生じる静電容量の変化を検出することにより、前記第１の電極と前記第３の電極との対向面に向けて印加される圧力を測定する、静電容量式圧力センサであって、
    　平面視において、前記フレキシブル基板における前記第１の電極及び前記第２の電極が設けられる前記一部の領域の面積が、前記硬質基板の面積よりも大きい、静電容量式圧力センサ。
  2. 　前記フレキシブル基板は前記第１の電極及び前記第２の電極の組を複数備えており、複数組の前記第１の電極及び前記第２の電極に対応する複数の前記硬質基板を有する、ことを特徴とする、請求項１に記載の静電容量式圧力センサ。
  3. 　前記複数組の前記第１の電極と前記第２の電極は前記フレキシブル基板上に所定間隔を置いて格子状に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の静電容量式圧力センサ。
  4. 　前記第１の電極は、グラウンドに接続されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の静電容量式圧力センサ。
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