专利名称：物理量传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于计测多个物理量的物理量传感器及其制造方法。
背景技术：
在现有技术中，如下述专利文献I公开的传感器般，如下的传感器已被公知通过检测压力能够同时检测压觉和滑觉两方面，并且还能检测表面的凹凸状态。现有技术文献专利文献专利文献1:特开2002-31574号公报
发明内容
发明要解决的课题但是，近年对如下传感器的需求与日剧增不仅是压力检测功能，而且还要从被测物检测其他物理量，从而检测被测物的状态的传感器。例如，优选用一个传感器检测来自被测物的压力，并检测被测物的弯曲动作的位移等。此处，本发明的目的在于提供一种能够同时检测多个物理量的物理量传感器及其制造方法。解决课题的方法(I)本发明的物理量传感器具备第一物理量检测部和第二物理量检测部，所述第一物理量检测部具有第一电极层；第一压电兀件，其设置在所述第一电极层上；第二电极层，其设置在所述第一压电元件上，所述第二物理量检测部具有第三电极层；第二压电元件，其设置在所述第三电极层上；第四电极层，其设置在所述第二压电元件上，第一压电元件配置成所述第一压电元件的厚度方向中心线与所述第一物理量检测部的厚度方向中心线大致一致或者相一致的形式，第二压电元件配置成所述第二压电元件的厚度方向中心线偏离于所述第二物理量检测部的厚度方向中心线的形式。根据上述(I)的结构，能够同时检测多个物理量。例如，能通过第一压电元件检测来自被测物的压力，同时还能通过第二压电元件检测被测物的弯曲动作的位移等。因此，例如本发明的物理量传感器可以作为接触式传感器来使用。( 2)在上述(I)的物理量传感器中，并列设置有所述第一物理量检测部和所述第二物理量检测部，并且所述第一电极层的一部分和所述第三电极层的一部分以形成单层电极层的方式相连接也可。根据上述(2)的结构，能使传感器的厚度变薄，并且可以用一道工序形成通用于第一物理量检测部和第二物理量检测部的电极层，从而可以容易制造传感器。( 3)在上述(I)的物理量传感器中，在所述第一物理量检测部的至少一侧隔着可挠性绝缘层层叠形成有所述第二物理量检测部也可。根据上述(3)的结构，能够集成第一物理量检测部和第二物理量检测部，因此能使物理量传感器更加小型化。另外，如果以配置于第一物理量检测部的压电元件两面侧的方式层叠形成第二物理量检测部的压电元件，则能使第二物理量检测部的传感器灵敏度变双倍。(4)在上述(2)的物理量传感器中，所述第一压电元件侧的第一电极层固定于基板，所述第二压电元件是通过来自外部振动在规定方向上可进行摆动的悬臂梁也可。根据上述(4)的结构，例如能通过第一压电元件检测来自被测物的压力，并且能通过第二压电元件检测被测物的振动。(5)在上述(I) - (4)的物理量传感器中，优选，在表面的至少一部分设有聚二甲基硅氧烷(以下，表示为PDMS)基板。根据上述(5)的结构，由于PDMS基板具有生物体适应性，因此能够通过该PDMS基板，能够将该物理量传感器长时间粘贴在动物表皮等，并且能够得到脉搏、心率、呼吸等生物体信息。(6)本发明物理量传感器的制造方法是上述(2)所述的物理量传感器的制造方法，包括压电元件形成工序，在所述单层电极层上层叠压电元件层之后，通过蚀刻形成所述第一压电元件和所述第二压电元件；电极层形成工序，在所述第一压电元件和所述第二压电元件上层叠导电层之后，通过蚀刻在所述第一压电元件上形成所述第三电极层，并且在所述第二压电元件上形成所述第四电极层。根据上述(6)的结构，能够容易制造上述(2)所述的物理量传感器。尤其是，由于可以用一道工序形成通用于第一物理量检测部和第二物理量检测部的电极层，因此可以容易制造上述(2)所述的物理量传感器。
图1是本发明第一实施方案的物理量传感器的俯视图。图2是沿图1的1-1箭头的剖面图。图3是按顺序表示图1所示的物理量传感器的制造工序的图。图4是本发明第二实施方案的物理量传感器的剖面图。图5是本发明第三实施方案的物理量传感器的剖面图。图6是本发明第四实施方案的物理量传感器的剖面图。图7是本发明第一实施方案变形例的物理量传感器的剖面图。
具体实施例方式<第一实施方案>以下，参照附图对本发明第一实施方案的物理量传感器进行说明。如图1和图2所示，本实施方案的物理量传感器100具备基板I ;电极层2，其在基板I上形成；压电元件3a和压电元件3b，它们并列设置在电极层2上；电极层4a、4b，它们分别在压电兀件3a、3b上形成；保护层5a、5b、5c、5d、5e,它们用于保护电极层2、压电兀件3a、3b以及电极层4a、4b。另外，第一物理量检测部6包括基板1、电极层2、压电元件3a(第一压电元件)、电极层4a (第三电极层)以及保护层5a、5b、5c、5d、5e ;第二物理量检测部7包括基板1、电极层2、压电元件3b (第二压电元件)、电极层4b (第四电极层)。
基板I由具有可挠性或者柔性的绝缘材料构成。此外，对基板I而言，只要是具有柔性或者可挠性的材料，可以根据目的采用任意材质。例如，将物理量传感器100粘贴于生命体使用时，考虑到生物体适应性，也可以采用PDMS。电极层2、4a、4b由具有可挠性或者柔性的导电材料构成，例如能采用铜、银、金、镍-铜合金、导电聚合物等。压电元件3a、3b由具有可挠性或者柔性的压电材料构成。例如，可以列举出PVDF(聚偏二氟乙烯)等压电聚合物。此外，如图2所示，压电元件3a的厚度方向中心线与物理量传感器100的下面位置Al和上面位置A2的中心位置(第一物理量检测部6的厚度方向中心线)A3相一致。压电元件3b的厚度方向中心线偏离于第二物理量检测部的下面位置Al和上面位置A4的中心位置(第二物理量检测部7的厚度方向中心线)A5。保护层5a、5b、5c、5d、5e由具有可挠性或者柔性的绝缘材料构成。此外，保护层5a、5b、5c、5d、5e与基板I 一样，只要是具有柔性或者可挠性的材料，可根据目的采用任意材质。例如，将物理量传感器100粘贴于生命体使用时，考虑到生物体适应性，也可以采用PDMS。其次，对物理量传感器100的动作进行说明。此处，例如假设以保护层5c的表面中心为顶点，并且以不产生塑性变形的程度弯曲图2所示的物理量传感器100，使其凸型弯曲。此时，在第一物理量检测部6的压电元件3a虽然施加有弯曲动作的应力，但是由于压电元件3a的厚度方向中心线与下面位置Al和上面位置A2的中心位置(第一物理量检测部6的厚度方向中心线)A3相一致，因此压电元件3a的应力变形在上面位置A2侧和下面位置Al侧成对称状态，从而在上下面产生的表面电荷相互抵消。即，第一物理量检测部6无法检测出弯曲力。与此相比，在第二物理量检测部7中，由于压电元件3b的厚度方向中心线偏离于第二物理量检测部7的下面位置Al和上面位置A4的中心位置(第二物理量检测部7的厚度方向中心线)A5，因此压电元件3b的应力变形在上面位置A4侧和下面位置Al侧成非对称状态，所以在压电元件3b的上下面产生的表面电荷无法相互抵消。因此，通过测量在第二物理量检测部7产生的电压值，可以将弯曲力程度以数值形式检测出来。此外，即使以基板I表面中心为顶点，并且以不产生塑性变形的程度弯曲图2所示的物理量传感器100，使其凹型弯曲，同样也可将弯曲力程度以数值形式检测出来。接着，例如，对图2所示的物理量传感器100进行如下假设将基板I的两端固定，并沿着图2从上到下的方向均匀地对保护层5a、5b、5c、5d、5e表面加压。此时，由于压电元件3a从保护层5b、5c被加压变形，因此在压电元件3a的上下面产生的表面电荷无法相互抵消。由此，通过测量在第一物理量检测部6产生的电压值，可以以数值形式检测出物理量传感器100承受的压力程度。此外，对于图2所示的物理量传感器100，即使保护层5a、5e被固定，并且沿着图2的从下到上的方向均匀地对基板I表面加压，同样也可以以数值形式检测出物理量传感器100承受的压力程度。在此，当然压电元件3b也被保护层5c、5d加压，因此多少会受到影响，但是只要事先测量因该加压受到保护层5c、5d多少程度的影响，并进行从弯曲动作力的检测值中减去对该加压的检测值的补正，就能设定成不受保护层5c、5d影响的形式。其次，采用图3对物理量传感器100的制造方法进行说明。首先，通过喷溅等在基板I上形成的电极层2上层叠压电元件层3 (参照图3 (a)、(b))。其次，在层叠压电元件层3之后，通过蚀刻来图案形成压电元件3a和压电元件3b (压电元件形成工序参照图3(C))。接着，通过喷溅等在压电元件3a和压电元件3b上层叠导电层4 (参照图3 (d))，其后，通过蚀刻在压电元件3a上形成电极层4a，并且在压电元件3b上形成电极层4b (电极层形成工序参照图3 (e))。而且，通过喷溅等从电极层4a、4b侧层叠绝缘材料层(参照图
3(f))，最后，通过蚀刻来图案形成保护层5a、5b、5c、5d、5e (参照图3 (g))，由此完成物理量传感器100的制作。根据本实施方案的物理量传感器100，能够同时检测多个物理量。S卩，通过压电元件3a检测来自被测物的压力，同时还能通过压电元件3b检测被测物的弯曲动作的位移。因此，物理量传感器100例如可以作为接触式传感器来使用。另外，由于第一物理量检测部6和第二物理量检测部7共用电极层2，因此能使物 理量传感器100的厚度变薄。进而，可以用一道工序形成通用于第一物理量检测部6和第二物理量检测部7的电极层2，由此可以容易制造物理量传感器100。另外，将基板I作为PDMS基板时，由于PDMS基板具有生物体适应性，因此能够在动物的表皮等长时间粘贴具有该PDMS基板的物理量传感器100，并且可以得到脉搏、心率、呼吸等生物体信息。在以下的实施方案和变形例中，将PDMS用于基板等的情况也相同。<第二实施方案>其次，对本发明第二实施方案的物理量传感器进行说明。此外，由于本实施方案的附图标记11、12、13a、14a的部位依次与第一实施方案的附图标记l、2、3a、4a的部位相同，因此有时会省略其说明。如图4所示，本实施方案的物理量传感器200具备基板11 ;电极层12，其形成在基板11上；压电元件13a，其形成在电极层12上；电极层14a，其形成在压电元件13a上；绝缘层15,其形成在压电兀件13a和电极层14a上；电极层16,其形成在绝缘层15上；压电兀件13b,其形成在电极层16上；电极层14b,其形成在压电兀件13b上。此外,第一物理量检测部具有作为主要部分的电极层12 (第一电极层)、压电元件13a (第一压电元件)、电极层14a (第三电极层)，并且具有物理量传感器200中除压电元件13a之外的部位，该部位作为调整压电元件13a的配置位置的层。另外，第二物理量检测部具有作为主要部分的电极层16 (第二电极层)、压电元件13b (第二压电元件)、电极层14b (第四电极层)，并且具有物理量传感器200中除压电元件13b之外的部位，该部位作为调整压电元件13b的配置位置的层。绝缘层15由具有可挠性或者柔性的绝缘材料构成。此外，绝缘层15与基板11 一样，只要是具有柔性或者可挠性的材料，可根据目的采用任意材质。电极层14b、电极层16与电极层14a相同地，由具有可挠性或者柔性的导电材料构成，例如能够采用铜、银、金、镍-铜合金、导电聚合物等。压电元件13b与压电元件13a相同，由具有可挠性或者柔性的压电材料构成。例如，可以列举出PVDF (聚偏二氟乙烯)等压电聚合物。此外，如图4所示，压电元件13a的厚度方向中心线与第一物理量检测部的下面位置BI和上面位置B2的中心位置(第一物理量检测部的厚度方向中心线)B3相一致。压电元件13b的厚度方向中心线B4偏离于第二物理量检测部的下面位置BI和上面位置B2的中心位置(第二物理量检测部的厚度方向中心线)B3。
其次，对物理量传感器200的动作进行说明。此处，例如假设以电极层14b的表面中心为顶点，并且以不产生塑性变形的程度弯曲图4所示的物理量传感器200，使其凸型弯曲。此时，在第一物理量检测部的压电元件13a虽然施加有弯曲动作的应力，但是由于压电元件13a的厚度方向中心线与下面位置BI和上面位置B2的中心位置(第一物理量检测部的厚度方向中心线)B3相一致，因此压电元件13a的应力变形在上面位置B2侧和下面位置BI侧成对称状态，从而在压电元件13a的上下面产生的表面电荷相互抵消。S卩，第一物理量检测部无法检测出弯曲力。与此相比，在第二物理量检测部中，由于压电元件13b的厚度方向中心线偏离于第二物理量检测部的下面位置BI和上面位置B2的中心位置(第二物理量检测部的厚度方向中心线)B3，因此压电元件13b的应力变形在上面位置B2侧和下面位置BI侧成非对称状态，所以在压电元件13b的上下面产生的表面电荷不会相互抵消。因此，通过测量在第二物理量检测部产生的电压值，可以以数值形式检测出弯曲力程度。此夕卜，即使以基板11表面中心为顶点，并以不产生塑性变形的程度弯曲图4所示的物理量传感器200，使其凹型弯曲，同样也可以以数值形式检测出弯曲力程度。 接着，例如，对图4所示的物理量传感器200进行如下假设将基板11的两端固定，并沿着图4从上到下的方向均匀地对电极层14b表面加压。此时，由于压电元件13a从电极层14b侧被加压变形，因此在压电元件13a的上下面产生的表面电荷不会相互抵消。由此，通过测量在第一物理量检测部产生的电压值，可以以数值形式检测出物理量传感器200承受的压力程度。此外，对于图4所示的物理量传感器200，即使电极层14b的两端被固定，并且沿着图4的从下到上的方向均匀地对基板11表面加压，同样也可以以数值形式检测出物理量传感器200承受的压力程度。在此，当然压电元件13b也会被加压，因此多少会受到影响，但是只要事先测量因该加压受到多少程度的影响，并进行从弯曲动作力的检测值中减去该加压的检测值的补正，就能设定成不受该加压影响的形式。其次，对物理量传感器200的制造方法进行说明。与上述第一实施方案的物理量传感器100的制造方法一样，通过喷溅、蚀刻等在基板11上层叠并图案形成各部位。具体而言，首先，通过喷溅等在基板11上形成的电极层12上层叠压电元件层，然后通过蚀刻来图案形成压电元件13a。接着，通过喷溅等从压电元件13a侧层叠导电层之后，通过蚀刻在压电元件13a上形成电极层14a。其后，通过喷溅等从电极层14a侧层叠绝缘材料层，其后，通过蚀刻形成绝缘层15。接着，通过喷溅等从绝缘层15侧层叠导电层之后，通过蚀刻在绝缘层15上形成电极层16。接着，通过喷溅等从电极层16侧层叠压电材料层之后，通过蚀刻形成压电元件13b。而且，通过喷溅等从压电元件13b侧层叠导电层之后，通过蚀刻在压电元件13b上形成电极层14b，由此完成物理量传感器200的制作。根据本实施方案的物理量传感器200，能够同时检测多个物理量。S卩，通过压电元件13a检测来自被测物的压力，同时还能够通过压电元件13b检测被测物的弯曲动作的位移。因此，物理量传感器200例如可以作为接触式传感器来使用。另外，由于能够集成第一物理量检测部和第二物理量检测部，因此能使物理量传感器200更加小型化。<第三实施方案>其次，对本发明第三实施方案的物理量传感器进行说明。此外，由于本实施方案的附图标记22、23a、24a的部位依次与第一实施方案的附图标记2、3a、4a的部位相同，因此有时会省略其说明。如图5所示，本实施方案的物理量传感器300具备基板21 ;电极层22，其形成在基板21上；压电元件23a，其形成在电极层22上；电极层24a，其形成在压电元件23a上；保护层25，其形成在压电元件23a和电极层24a上；压电元件23b，其形成在电极层22的下部并埋设于基板21 ;电极层24b，其形成在压电元件23b的下部并埋设于基板21。此外，第一物理量检测部具有作为主要部分的电极层22、压电元件23a (第一压电元件)、电极层24a(第三电极层)，并且具有物理量传感器300中除压电元件23a之外的部位(基板21除外)，该部位作为调整压电元件23a的配置位置的层。另外，第二物理量检测部具有作为主要部分的电极层22、压电元件23b (第二压电元件)、电极层24b (第四电极层)，并且具有物理量传感器300中除压电元件23b之外的部位(基板21除外)，该部位作为调整压电元件23b的配置位置的层。基板21由具有可挠性或者柔性的绝缘材料构成。此外，对基板21而言，只要是具有柔性或者可挠性的材料，可根据目的采用任意材质。例如，将物理量传感器300粘贴于生 命体使用时，考虑到生物体适应性，也可以采用PDMS。压电元件23b采用与压电元件23a相同的材料而形成，并且以电极层22为中心配置在与压电元件23a相对称的位置。此外，如图5所示，压电元件23a的厚度方向中心线与第一物理量检测部的下面位置Cl和上面位置C2的中心位置(第一物理量检测部的厚度方向中心线)C3相一致。压电元件23b的厚度方向中心线C4偏离于第二物理量检测部的下面位置Cl和上面位置C2的中心位置(第二物理量检测部的厚度方向中心线)C3。电极层24b采用与电极层24a相同的材料而形成，并以电极层22为中心配置在与电极层24a相对称的位置。保护层25由具有可挠性或者柔性的绝缘材料构成。此外，保护层25与基板21 —样，只要是具有柔性或者可挠性的材料，可根据目的采用任意材质。其次，对物理量传感器300的动作进行说明。此处，例如假设以保护层25的表面中心为顶点，并以不产生塑性变形的程度弯曲图5所示的物理量传感器300，使其凸型弯曲。此时，在第一物理量检测部的压电元件23a虽然施加有弯曲动作的应力，但是由于压电元件23a的厚度方向中心线与下面位置Cl和上面位置C2的中心位置(第一物理量检测部的厚度方向中心线)C3相一致，因此压电元件23a的应力变形在上面位置C2侧和下面位置Cl侧成对称状态，从而在压电元件23a的上下面产生的表面电荷相互抵消。S卩，第一物理量检测部无法检测出弯曲力。与此相比，在第二物理量检测部中，由于压电元件23b的厚度方向中心线偏移于第二物理量检测部的下面位置Cl和上面位置C2的中心位置(第二物理量检测部的厚度方向中心线)C3，因此压电元件23b的应力变形在上面位置C2侧和下面位置Cl侧成非对称状态，所以在压电元件23b的上下面产生的表面电荷不会相互抵消。因此，通过测量在第二物理量检测部产生的电压值，可以以数值形式检测出弯曲力程度。此外，即使以电极层24b的表面中心为顶点，并以不产生塑性变形的程度弯曲图5所示的物理量传感器300，使其凹型弯曲，同样也可以以数值形式检测出弯曲力程度。接着，例如，对图5所示的物理量传感器300进行如下假设将基板21的两端固定，并沿着图5从上到下的方向均匀地对保护层25表面加压。此时，由于压电元件23a从保护层25侧被加压变形，因此在压电元件23a的上下面产生的表面电荷不会相互抵消。由此，通过测量在第一物理量检测部产生的电压值，可以以数值形式检测出物理量传感器300承受的压力程度。此外，即使保护层25的两端被固定，并沿着图5的从下到上的方向均匀地对基板21和电极层24b的表面加压，同样也可以以数值形式检测出物理量传感器300承受的压力程度。此时，当然压电元件23b也会被加压，因此多少会受到影响，但是只要事先测量因该加压受到多少程度的影响，并进行从弯曲动作力的检测值中减去该加压的检测值的补正，就能设定成不受该加压的影响的形式。其次，对物理量传感器300的制造方法进行说明。与上述第一实施方案的物理量传感器100的制造方法一样，通过喷溅、蚀刻等层叠并图案形成各部位。具体而言，首先，形成电极层24b，并以覆盖电极层24b的单面侧的方式层叠基板21，然后对基板21进行蚀刻，从而形成压电元件23a用凹部。其次，在上述凹部采用喷溅埋设压电材料，从而形成压电元件23a。接着，通过喷溅等在基板21和压电元件23a上依次层叠电极层22、压电元件层，然后通过蚀刻来图案形成压电元件23a。其后，通过喷溅等从压电元件23a侧层叠导电层，之后通过蚀刻在压电元件23a上图案形成电极层24a。最后，通过喷溅等在压电元件23a和电极层24a上层叠保护层25，由此完成物理量传感器300的制作。根据本实施方案的物理量传感器300，能够同时检测多个物理量。即，通过压电元件23a检测来自被测物的压力，同时还能够通过压电元件23b检测被测物的弯曲动作的位移。因此，物理量传感器300例如可以作为接触式传感器来使用。另外，由于能够集成第一物理量检测部和第二物理量检测部，因此能使物理量传感器300更加小型化。另外，由于第一物理量检测部和第二物理量检测部共用电极层22，因此能使物理量传感器300的厚度变薄。进而，可以用一道工序形成通用于第一物理量检测部和第二物理量检测部的电极层22，由此可以容易制造物理量传感器300。<第四实施方案>其次，对本发明第四实施方案的物理量传感器进行说明。此外，由于本实施方案的附图标记32、33a、34a的部位依次与第一实施方案的附图标记2、3a、4a的部位相同，因此有时会省略其说明。另外，由于本实施方案的附图标记33b、34b的部位依次与第三实施方案的附图标记23a、24b的部位相同，因此有时会省略其说明。如图6所示，本实施方案的物理量传感器400具备基板31 ;电极层32，其形成在基板31上；压电元件33a，其形成在电极层32上；电极层34a，其形成在压电元件33a上；绝缘层35，其形成在压电元件33a和电极层34a上；电极层36，其形成在绝缘层35上；压电元件37，其形成在电极层36上；电极层38，其形成在压电元件37上；压电元件33b，其形成在电极层32的下部并埋设于基板31 ;电极层34b，其形成在压电元件33b的下部并埋设于基板31。此外，第一物理量检测部具有作为主要部分的电极层32、压电元件33a(第一压电元件)、电极层34a (第三电极层)，并且具有物理量传感器400中除压电元件33a之外的部位(基板21除外)，该部位作为调整压电元件33a的配置位置的层。另外，第二物理量检测部具有第一主要部分和第二主要部分，其中，该第一主要部分为电极层32、压电元件33b、电极层34b;该第二主要部分为电极层36、压电元件37 (第二压电元件)、电极层38 (第四电极层)。另外，上述第一主要部分的压电元件33b将物理量传感器400中除压电元件33b之外的部位作为调整压电元件33b配置位置的层来使用。而且，上述第二主要部的压电元件37将物理量传感器400中除压电元件37之外的部位作为调整压电元件37配置位置的层来使用。基板31由具有可挠性或者柔性的绝缘材料构成。此外，对基板31而言，只要是具有柔性或者可挠性的材料，可根据目的采用任意材质。例如，将物理量传感器400粘贴于生命体而使用时，考虑到生物体适应性，也可以采用PDMS。压电元件33b采用与压电元件33a相同的材料而形成，并以电极层32为中心，配置在与压电元件33a相对称的位置。此外，如图6所示，压电元件33a的厚度方向中心线与第一物理量检测部的下面位置Dl和上面位置D2的中心位置(第一物理量检测部的厚度方向中心线)D3相一致。压电元件37的厚度方向中心线D4偏离于第二物理量检测部的下面位置Dl和上面位置D2的中心位置(第二物理量检测部的厚度方向中心线)D3。另外，压电元件33b的厚度方向中心线D5偏离于第二物理量检测部的下面位置Dl和上面位置D2的中心位置(第二物理量检测部的厚度方向中心线)D3。 绝缘层35由具有可挠性或者柔性的绝缘材料构成。此外，绝缘层35与基板31 —样，只要是具有柔性或者可挠性侧材料，可根据目的采用任意材质。其次，对物理量传感器400动作进行说明。此处，例如假设以电极层38的表面中心为顶点，并以不产生塑性变形的程度弯曲图6所示的物理量传感器400，使其凸型弯曲。此时，在第一物理量检测部的压电元件33a虽然施加有弯曲动作的应力，但是由于压电元件33a的厚度方向中心线与下面位置Dl和上面位置D2的中心位置(第一物理量检测部的厚度方向中心线)D3相一致，因此压电元件33a的应力变形在上面位置D2侧和下面位置Dl侧成对称状态，从而在压电元件33a的上下面产生的表面电荷相互抵消。S卩，第一物理量检测部无法检测出弯曲力。与此相比，在第二物理量检测部中，由于压电元件33b的厚度方向中心线偏离于第二物理量检测部的下面位置Dl和上面位置D2的中心位置(第二物理量检测部的厚度方向中心线)D3，因此压电元件33b的应力变形在上面位置D2侧和下面位置Dl侧成非对称状态，从而在压电元件33b的上下面产生的表面电荷不会相互抵消。因此，通过测量在第二物理量检测部产生的电压值，可以以数值形式检测出弯曲力程度。此外，即使以电极层34b的表面中心为顶点，并以不产生塑性变形的程度弯曲图6所示的物理量传感器400，使其凹型弯曲，同样也可以以数值形式检测出弯曲力程度。接着，例如，对图6所示的物理量传感器400进行如下假设将基板31的两端固定，并沿着图6的从上到下的方向均匀地对电极层38表面加压。此时，由于压电元件33a从电极层38侧被加压变形，因此在压电元件33a的上下面产生的表面电荷不会相互抵消。因此，通过测量在第一物理量检测部产生的电压值，可以以数值形式检测出物理量传感器400承受的压力程度。此外，即使电极层38的两端被固定，并且沿着图6的从下到上的方向均匀地对基板31表面加压，同样也可以以数值形式检测出物理量传感器400承受的压力程度。此时，当然压电元件33b、37也会被加压，因此多少会受到影响，但是只要事先测量因该加压受到多少程度的影响，并进行从弯曲动作力的检测值中减去该加压的检测值的补正，就能设定成不受该加压的影响的形式。其次，对物理量传感器400的制造方法进行说明。与上述第一实施方案的物理量传感器100的制造方法相同，通过喷溅、蚀刻等层叠并图案形成各部位。具体而言，首先，对基板31进行蚀刻形成电极层34b用、压电元件33a用凹部。其次，采用喷溅在上述凹部的规定位置依次埋设导电材料、压电材料，由此依次形成电极层34b、压电元件23a。接着，通过喷溅等在基板31和压电元件33a上依次层叠电极层32、压电元件层，然后通过蚀刻图案形成压电元件33a。其后，通过喷溅等从压电元件33a侧层叠导电层，然后通过蚀刻在压电元件33a上图案形成电极层34a。然后，通过喷溅等在压电元件33a和电极层34a上层叠绝缘层35，然后在绝缘层35上层叠电极层36。而后，通过喷溅等在电极层36上层叠压电元件37，然后通过喷溅等从压电元件33a侧层叠导电层。最后，蚀刻该导电层并在压电元件37上图案形成电极层38，由此完成物理量传感器400的制作。根据本实施方案的物理量传感器400，能够同时检测多个物理量。S卩，通过压电元件33a检测来自被测物的压力，同时还能 够通过压电元件33b、37检测被测物的弯曲动作的位移。因此,例如物理量传感器400可以作为接触式传感器来使用。另外，由于能够集成第一物理量检测部和第二物理量检测部，因此能使物理量传感器400更加小型化。尤其是，由于以在第一物理量检测部的压电元件33a的两面侧配置的方式层叠形成第二物理量检测部的压电元件33b、37，因此能在小型化的同时使对于第二物理量检测部的弯曲力的传感器灵敏度增倍。另外，由于第一物理量检测部和第二物理量检测部共用电极层32，因此能使物理量传感器400的厚度变薄。进而，可以用一道工序形成通用于第一物理量检测部和第二物理量检测部的电极层32，由此可以容易制造物理量传感器400。<变形例>此外，本发明并不限于上述实施方案和实施例，基于本发明的主旨可进行各种变形，并不将这些排除在本发明的范围之外。例如，第一实施方案的第一物理量检测部6和第二物理量检测部7共用电极层2，可以代替电极层2使用分别在第一物理量检测部和第二物理量检测部独立形成的第一电极层和第二电极层。另外，上述第三实施方案的第一物理量检测部和第二物理量检测部共用电极层22，但也可以是如下结构在电极层22和压电元件23b之间从上侧依次形成绝缘层和电极层，而不共用电极层22。同理，也可以是如下结构在第四实施方案物理量传感器的电极层32和压电元件33b之间从上侧依次形成绝缘层和电极层，第一物理量检测部和第二物理量检测部不用共用电极层32。另外，在第一实施方案中，只要电极层2具有足够强度，也可以是不具有基板I的结构。但是，即使为不具有基板I的结构的物理量传感器，也应以如下方式构成调整各部位的厚度，使得第一压电元件的厚度方向中心线与第一物理量检测部的厚度方向中心线相一致，并使第二压电元件的厚度方向中心线不与第二物理量检测部的厚度方向中心线相一致。另外，也可以在第二实施方案的电极层14b、第三实施方案的电极层24b或者第四实施方案的电极层38的表面设置由PDMS等构成的保护层。但是，设有上述保护层结构的物理量传感器也应以如下方式构成调整各部位的厚度，使得第一压电元件的厚度方向中心线与第一物理量检测部的厚度方向中心线相一致，并使第二压电元件的厚度方向中心线不与第二物理量检测部的厚度方向中心线相一致。另外，如图7所示，在基台48安装与第一实施方案相同结构的物理量传感器500的一端作为悬臂梁，并且将被测物49以接触于第一物理量检测部46的保护层45a、45b、45c的方式配置，由此当图7中的白色箭头方向的力施加于被测物49时，能通过压电元件43a检测来自被测物49的压力。另外，当被测物49是在图7上下方向上振动的物体时，不仅能通过压电元件43a检测来自被测物49的压力，而且因第二物理量检测部47(压电元件43b )的摆动，能够检测被测物49的振动。此处，由于附图标记41-47的部位依次与第一实施方案的附图标记1-7的部位相同，因此省略其说明。另外，由于位置E1-E5依次与第一实施方案的位置A1-A5相同，因此省略其说明。此外，在本变形例中，当电极层42具有足够强度时，可以不采用基板41而使用电极层42来代替该基板，由此也可以在基台48直接安装电极层42而支撑物理量传感器。但是，即使是不具有电极层42的结构的物理量传感器，也应以如下方式构成调整各部位的厚度，使第一压电元件的厚度方向中心线与第一物理量检测部的厚度方向中心线相一致，并使第二压电元件的厚度方向中心线不与第二物理量检测部的厚度方向中心线相一致。另外，在上述实施方案和变形例的物理量传感器中，第一压电元件的厚度方向中心线与第一物理量检测部的厚度方向中心线相一致的程度是指完全一致；但如果对各物理量的检测精度的要求没有那么高，则第一压电元件的厚度方向中心线与第一物理量检测部的厚度方向中心线的相一致程度也可是几乎一致(大致一致)。另外，在上述实施方案和变形例的物理量传感器中，虽存在设置保护层的情况，但电极层、压电元件是由可承受来自外部的力的材料构成的，就不需要特意设置保护层。但是，不具有保护层的结构的物理量传感器也应以如下方式构成调整各部位的厚度，使第一压电元件的厚度方向中心线与第一物理量检测部的厚度方向中心线相一致，并使第二压电元件的厚度方向中心线不与第二物理量检测部的厚度方向中心线相一致。另外，在第四实施方案的第二物理量检测部中，使用两个压电元件33b、37，使弯曲传感器灵敏度变成使用一个压电元件时的双倍，但是也可使用三个以上的压电元件，使弯曲传感器灵敏度变成使用一个压电元件时的三倍以上。但是，使用三个以上压电元件的结构的物理量传感器也应以如下方式构成调整各部位的厚度，使第一压电元件的厚度方向中心线与第一物理量检测部的厚度方向中心线相一致，并使第二压电元件的厚度方向中心线不与第二物理量检测部的厚度方向中心线相一致。附图标记说明1、11、21、31、41 基板2、4a、4b、12、14a、14b、16、22、24a、24b、32、34a、34b、36、38、42、44a、44b 电极
层3 压电元件层4 导电层3a、3b、13a、13b、23a、23b、33a、33b、33a、37、43a、43b 压电兀件5a、5b、5c、5d、5e、25、45a、45b、45c、45d、45e 保护层6、46 第一物理量检测部7、47 第二物理量检测部15、35 绝缘层48 基台49 被测物100、200、300、400、500 物理量传感器
权利要求
1.一种物理量传感器，其特征在于，具备第一物理量检测部和第二物理量检测部，所述第一物理量检测部具有第一电极层；第一压电元件，其设置在所述第一电极层上；第二电极层，其设置在所述第一压电元件上，所述第二物理量检测部具有第三电极层；第二压电元件，其设置在所述第三电极层上；第四电极层，其设置在所述第二压电元件上，第一压电元件配置成所述第一压电元件的厚度方向中心线与所述第一物理量检测部的厚度方向中心线大致一致或者相一致的形式，第二压电元件配置成所述第二压电元件的厚度方向中心线偏离于所述第二物理量检测部的厚度方向中心线的形式。
2.权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，并列设置有所述第一物理量检测部和所述第二物理量检测部，并且所述第一电极层的一部分和所述第三电极层的一部分以形成单层电极层的方式相连接。
3.权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，在所述第一物理量检测部的至少一侧隔着可挠性绝缘层层叠形成有所述第二物理量检测部。
4.权利要求2所述的物理量传感器，其特征在于，所述第一压电元件侧的第一电极层固定于基板，所述第二压电元件是通过来自外部振动在规定方向上可进行摆动的悬臂梁型构件。
5.权利要求1-4任一项所述的物理量传感器,其特征在于,在表面的至少一部分设有聚~■甲基娃氧烧基板。
6.一种物理量传感器的制造方法，是权利要求2所述的物理量传感器的制造方法，其特征在于，包括压电元件形成工序，在所述单层电极层上层叠压电元件层之后，通过蚀刻形成所述第一压电元件和所述第二压电元件；电极层形成工序，在所述第一压电元件和所述第二压电元件上层叠导电层之后，通过蚀刻在所述第一压电元件上形成所述第三电极层，并且在所述第二压电元件上形成所述第四电极层。
全文摘要
本发明提供一种能同时检测多个物理量的物理量传感器及其制造方法。整体上具有可挠性或者柔性的物理量传感器(100)具备基板(1)；电极层(2)，其形成在基板(1)上；压电元件(3a)和压电元件(3b)，并列设置在电极层(2)上；电极层(4a、4b)，分别在压电元件(3a、3b)上形成；保护层(5a、5b、5c、5d、5e)，用于保护电极层(2)、压电元件(3a、3b)以及电极层(4a、4b)。另外，第一物理量检测部(6)包括基板(1)、电极层(2)、压电元件(3a，第一压电元件)、电极层(4a，第三电极层)以及保护层(5a、5b、5c、5d、5e)；第二物理量检测部(7)包括基板(1)、电极层(2)、压电元件(3b，第二压电元件)、电极层(4b，第四电极层)。
文档编号G01L1/16GK103003679SQ201180028701
公开日2013年3月27日 申请日期2011年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者蒋永刚, 通口行平, 滨田浩幸, 前中一介 申请人:独立行政法人科学技术振兴机构