[发明专利]静电电容型压力传感器及输入装置

说明书

技术领域

本发明涉及静电电容型压力传感器及输入装置。具体而言，本发明涉及因压力而弯曲的膜片(diaphragm)接触介电层从而检测压力的接触式的静电电容型压力传感器。此外，还涉及利用了该压力传感器的输入装置。

背景技术

在一般的静电电容型压力传感器，导电性的膜片(可动电极)与固定电极以间隔有间隙的方式对置，根据因压力而弯曲的膜片与固定电极之间的静电电容的变化检测出压力。但是，在该压力传感器是使用玻璃基板或硅基板，通过MEMS(微机电系统)技术制造的微器件的情况下，若对膜片施加较大压力使其发生较大的弯曲，存在膜片被破坏的可能性。

因此，提出了在固定电极的表面设置介电层，因压力而弯曲的膜片与介电层接触，因该接触面积的变化导致膜片与固定电极之间的静电电容发生变化的压力传感器。这样的压力传感器称为接触式的静电电容型压力传感器。

作为接触式的静电电容型压力传感器，例如有非专利文献1记载的传感器。图1的(A)是示出非专利文献1中记载的压力传感器11的剖面图。在该压力传感器11，在玻璃基板12的上表面形成了由金属薄膜构成的固定电极13，从固定电极13之上起在玻璃基板12的上表面形成有介电膜14。在介电膜14上开口有通孔15，设置在介电膜14的上表面的电极焊盘(pad)16通过通孔15与固定电极13连接。介电膜14的上表面层叠有硅基板17，在硅基板17的上表面设置凹陷部18并且在下表面设置凹槽19，在凹陷部18与凹槽19之间形成薄膜状的膜片20。膜片20设置在与固定电极13交叠的位置。此外，在硅基板17的下表面具有掺杂了高浓度B(硼)的P⁺层21，由此膜片20被赋予导电性，具有可动电极的功能。在膜片20的下表面与介电膜14之间，因凹槽19产生了数μm的间隙22。

图1的(B)是示出压力传感器11的压力与静电电容的关系(压力-电容特性)的图，记载在非专利文献1中。若向压力传感器11的膜片20施加压力，则膜片20按照该施加压力发生弯曲，在某个压力下与介电膜14接触。图1的(B)中压力从0起至Pa为止的区间(未接触区域)，表示膜片20处于未与介电膜14接触的状态。压力从Pa起至Pb为止的区间(开始接触区域)，表示膜片20从与介电膜14接触起至以某种程度的面积与介电膜14可靠地接触为止的状态。在压力从Pb起至Pc为止的区间(动作区域)，随着压力的增加，膜片20与介电膜14接触的部分的面积逐渐地增加。在压力从Pc起至Pd为止的区间(饱和区域)，膜片20的几乎整个面与介电膜14接触，该区域是即使压力增加接触面积也几乎不增加的区域。

根据图1的(B)的压力-电容特性，虽然在膜片20不发生接触的未接触区域静电电容的变化小，但是若进入开始接触区域，则静电电容的变化率(增加速度)逐渐变大。进而，在动作区域虽然线性变好，但是静电电容的变化率逐渐地減小；若进入饱和区域则静电电容几乎不再增加。

在这样的接触式的压力传感器11，若将膜片20与介电膜14的接触面积设为S、将介电膜14的厚度设为d、将介电膜14的介电常数设为ε，则能够使用下面的数式1来表示膜片20与介电膜14之间的静电电容C。

C＝Co+ε·(S/d)…(数式1)

这里，Co是未接触区域的静电电容。因为介电膜14的厚度d或介电常数ε不发生变化，所以根据数式1可知，若压力P增大则膜片20的接触面积S增大，其结果是压力传感器11的静电电容C增加。

为了提高这样的压力传感器的生产率，期望使用硅基板等的半导体基板作为固定电极13。但是，根据本发明者的实验与知识，若使用半导体基板作为固定电极，可知因耗尽层的影响出现压力传感器的输出下降或温度特性的劣化或频率特性的劣化。即，在使用了硅基板等作为压力传感器的固定电极的情况下，因为耗尽层的影响导致压力传感器的输出下降、灵敏度降低。此外，因为即使压力恒定，若温度发生变化则静电电容的值发生较大的变化、输出发生变动，所以为了获得正确的输出需要进行温度修正。此外，即使压力恒定，在频率变高的情况下也会出现静电电容值下降、在高频区的输出下降的情况。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：山本敏、其他4名、“接触式电容型压力传感器”、藤仓技报、株式会社藤仓、2001年10月、第101号、第71至74页

发明内容

发明要解决的课题