静电电容型压力传感器及输入装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及静电电容型压力传感器以及输入装置。具体而言，本发明涉及因压力 而挠曲的膜片（diaphragm)与电介质层接触来探测压力的接触式的静电电容型压力传感 器。另外，涉及利用该压力传感器的输入装置。
【背景技术】
[0002] 在一般的静电电容型压力传感器中，导电性的膜片（可动电极）与固定电极隔着 间隙进行对置，并根据因压力而挠曲的膜片与固定电极之间的静电电容的变化来检测压 力。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，若对膜片施加大的压力而发生较大挠曲，则存在破坏膜片的风险。
[0003] 故而，提出了如下的压力传感器：在固定电极的表面设置电介质层，因压力而挠曲 的膜片与电介质层接触，基于其接触面积的变化，膜片与固定电极之间的静电电容发生变 化。该压力传感器有时也称为接触式静电电容型压力传感器。
[0004] 作为接触式静电电容型压力传感器，例如有记载在非专利文献1中的传感器。图1 的（A)是表示非专利文献1所记载的压力传感器11的剖面图。在该压力传感器11中，在 玻璃基板12的上表面形成有由金属薄膜构成的固定电极13。固定电极13如图1的（B)所 示，呈圆板状。在玻璃基板12的上表面，从固定电极13之上起形成有电介质膜14。在电介 质膜14的上表面，设置有电极焊盘（pad) 16。在电介质膜14进行开口以形成通孔15,并将 电极焊盘16通过通孔15与固定电极13连接。在电介质膜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,并在硅基板17的下表面设置凹槽19,从而在凹陷部 18与凹槽19之间形成有薄膜状的膜片20。膜片20设置在与固定电极13交叠的位置。硅 基板17的下表面成为掺杂了高浓度B(硼）的P +层21，由此对膜片20赋予了导电性并将 膜片20作为可动电极。在膜片20的下表面与电介质膜14的上表面之间，通过凹槽19而 产生了数μm的间隙22。
[0005] 图2是表示压力传感器11的压力与静电电容的关系（压力一电容特性）的图，记 载在非专利文献1中。若对压力传感器11的膜片20施加压力，则膜片20响应于该施加压 力而挠曲，在一定压力下与电介质膜14接触。在图2的横轴上，压力为0至Pa的区间（未 接触区域）是膜片20未接触电介质膜14的区域。压力为Pa至Pb的区间（开始接触区域） 是从膜片20与电介质膜14接触起至以一定程度的面积与电介质膜14可靠地接触为止的 区域。在压力为Pb至Pc的区间（动作区域），随着压力的增加，膜片20与电介质膜14接 触的部分的面积逐渐增加。压力为Pc至Pd的区间（饱和区域），是膜片20的几乎整面与 电介质膜14接触、且即使压力增加而接触面积也几乎不增加的区域。
[0006] 根据图2的压力一电容特性，在压力增加时，在膜片20未发生接触的未接触区域， 静电电容的变化小，但一旦进入开始接触区域，则静电电容的变化率（增加速度）逐渐变 大。在动作区域，虽然线性变好，但静电电容的变化率逐渐减少，若进入饱和区域，则静电电 容几乎不再增加。
[0007] 在该接触式的压力传感器11中，膜片20与电介质膜14之间的静电电容C能根据 以下的数式1来表示。
[0008] C = Co+ ε · (S/d)…（数式 1)
[0009] 其中，将膜片20与电介质膜14的接触面积设为S，将电介质膜14的厚度设为d， 并以ε来表征电介质膜14的介电常数。Co是未接触区域中的静电电容。在压力变大时， 电介质膜14的厚度d和介电常数ε不变化，膜片20的接触面积S增大，因此根据数式1 可知，此时压力传感器11的静电电容C增加。
[0010] 但是，在该压力传感器的情况下，表示按压力与输出的关系的输出特性不能精度 良好地再现表示按压压力传感器时的理想的按压感的理想曲线。图7是表征理想曲线与压 力传感器的输出特性的关系的图。图7的横轴表示按压膜片的载荷（按压力）的大小。图 7的纵轴表示膜片与固定电极之间的静电电容的变化率（输出比）。
[0011] 图8是将图7的X区间放大后的图。在图7中，曲线α表征理想曲线，曲线β表 征现有例的输出特性。若比较理想曲线α与现有例的曲线β，则两曲线在施加小的载荷时 的上升区域（开始接触区域）和施加大的载荷时的饱和区域中具有几乎相等的静电电容变 化率。但是，在载荷的中间域（动作区域），现有例的静电电容变化率与理想曲线的输出特 性的背离大。在该压力传感器，压力传感器检测的压力的强度与操作者的按压感之间存在 不一致，不能探测操作者的按压感的变化。尤其是在将微小的压力传感器排列多个来构成 触摸板的情况下，难以探测以手指来描画文字或图形时的笔压的变化。
[0012] 因此，谋求具有与人按压压力传感器时的按压感相符的探测特性或输出特性的压 力传感器的开发。
[0013] 在专利文献1中，公开了通过在固定电极设置空隙部从而使固定电极的面积增加 率根据与固定电极的中心相隔的距离而变大（因此，固定电极的存在比率也单调增加。）的 压力传感器。但是，该压力传感器是以改善相对于压力的变化量的静电电容变化量的线性 为目的，在专利文献1的压力传感器中不能得到与上述的理想曲线接近的特性。
[0014] 现有技术文献
[0015] 专利文献
[0016] 专利文献I: JP特开2006 - 200980号公报
[0017] 非专利文献
[0018] 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，ρ. 71 - 74
【发明内容】
[0019] 发明要解决的课题
[0020] 本发明鉴于上述那样的技术背景而提出，其目的在于，提供具有与按压压力传感 器时的人的按压感相符的探测特性或输出特性的压力传感器。另外，提供利用该压力传感 器的输入装置。
[0021] 用于解决课题的手段
[0022] 本发明所涉及的静电电容型压力传感器具备：固定电极；电介质层，其形成于所 述固定电极的上方；以及导电性的膜片，其隔着空隙形成于所述电介质层的上方；在所述 电介质层的与所述膜片对置的对置区域，电介质层在以所述对置区域的中央为中心的圆周 上的存在比率会根据与所述对置区域的中央相隔的距离而变化。在此，电介质层的存在比 率是指，将以对置区域的中央为中心的轮带上的电介质层的体积除以该轮带的面积而得到 的值。
[0023] 根据本发明的静电电容型压力传感器，根据与对置区域的中央相隔的距离来调整 电介质层在以电介质层的对置区域的中央为中心的圆周上的存在比率，从而能使输出特性 趋近理想曲线。由此，能将压力传感器的探测特性或输出特性调整得与人的按压感相符。
[0024] 本发明所涉及的静电电容型压力传感器的一实施形态中，电介质层在所述对置区 域的中央部与外周部的中间的存在比率小于电介质层在所述对置区域的中央部的存在比 率。在对置区域的整面均匀地设置有电介质的现有例的情况下，关于压力传感器的输出特 性，在上升区域与饱和区域的中间域，静电电容的变化率较之于理想曲线更大。与此相对， 在本实施形态中，由于使电介质层在对置区域的中央部与外周部的中间的存在比率小于电 介质层在对置区域的中央部的存在比率，因此能减小中间域的输出，能使输出特性趋近理 想曲线。
[0025] 但是，若减小电介质层在对置区域的中央部与外周部的中间的存在比率，则输出 特性的饱和区域中的输出也随之下降，存在输出较之于理想曲线更小的风险。在此情况 下，若使电介质层在所述对置区域的外周部的存在比率大于电介质层在所述对置区域的中 央部与外周部的中间的存在比率，则能增大输出特性的饱和区域中的值而再次趋近理想曲 线。
[0026] 另外，若使电介质层在所述对置区域的外周部的存在比率小于电介质层在所述对 置区域的中央部的存在比率，则能防止输出特性的饱和区域中的值变得过大。