压敏元件和压力传感器的制造方法

压敏元件和压力传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种具备柔性并在长期间发挥稳定的电可靠性的压敏元件和具备上述压敏元件的压力传感器。压敏元件100具有：导电性的压敏膜14；传感器电极12，设置在与压敏膜14相向的位置；以及绝缘层13，确保用于使压敏膜14和传感器电极12彼此分离的规定的距离A，压敏膜14为含有碳粒子140的树脂薄膜，压力传感器200具备：压敏元件100；以及感测部210，电连接于压敏元件100并且感测压敏膜14与传感器电极12的接触电阻。
【专利说明】
压敏元件和压力传感器
技术领域
[0001]本发明涉及压敏元件和压力传感器。
【背景技术】
[0002] 近年来，在医疗、福利、机器人、虚拟现实等各领域中，触觉感测的重要性急速扩 大。
[0003] 例如，在汽车区域中，压敏元件内置于座位成为主流。这是以在搭乘者乘上车辆并 坐在座位时催促系上安全带为目的。具体地，搭乘者坐在车辆座位，由此，对压敏元件施加 固定以上的负荷(体重）。由此，具备该压敏元件的压力传感器感测搭乘者的存在，以对搭乘 者催促系上安全带的方式发挥作用。
[0004] 此外，作为另外的用途，压力传感器的采用在医疗或护理的领域中也被期待。
[0005] 更具体地，例如，使压敏元件内部存在于床的床垫中，期待对躺在床上的患者、高 龄者（以下，也称为患者等）的体重的趋势情况进行监视。通过上述监视，能够把握患者等长 时间以相同的姿势躺卧，通过上述监视，第三者能够把握使躺在床上的患者等的姿势适度 地变更的定时，以便防止褥疮(bedsore) 〇
[0006] 此外，也能够在患者等的步行支承工具中利用压力传感器。具体地，在使用使压敏 元件内部存在的支承工具来进行步行等的高龄者失去平衡的情况下，压力传感器能够感测 该高龄者的体重的不均衡来作为压力分布的变化。由此，期待高龄者的摔倒防止或摔倒的 把握。
[0007] 作为以往的压敏元件，广泛地知晓在树脂薄膜等柔性的薄膜上形成导电性的压敏 电阻体并且在与该压敏电阻体相向的位置设置传感器电极的方式。这样的方式的压敏元件 难以对使用者赋予接触的不协调，因此，是优选的。作为具体的例子，例如，能够举出专利文 献1至4。专利文献1至4所公开的压敏元件具备通过印刷导电材料而形成在树脂薄膜上的压 敏电阻体。在以下，将印刷形成的压敏电阻体也称为压敏电阻体I。
[0008] 即，在专利文献1中公开了如下的压敏传感器:具备将在溶剂中溶解并分散导电粒 子、弹性粒子和粘结剂(binder)而得到的墨水上组成物印刷到聚对苯二甲酸乙二醇酯等的 薄膜上并进行干燥来形成的膜状压敏电阻体。
[0009] 在专利文献2中公开了如下的压敏传感器:具备将包含基础聚合物、炭黑等导电材 料和填充剂的压敏电阻浆印刷到聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚醚酰亚胺等的薄膜上而成的 压敏电阻体。
[0010] 在专利文献3中公开了具备在聚对苯二甲酸乙二醇酯或酸乙二酯的背面蒸镀形成 金(Au)等金属的压敏电阻体(导电膜)的相向电极的表面压力分布传感器。
[0011] 在专利文献4中公开了具备将使碳分散在热固化树脂中的材料丝网印刷到基础薄 膜上而成的压敏电阻体的压力传感器片材。
[0012] 此外，在专利文献5中公开了具备在由聚酰亚胺薄膜构成的罩薄膜上形成有包含 氧化铜等的压敏电阻体(压敏用薄膜）的压敏部的压力传感器。在该文献中，作为上述压敏 电阻体的形成方法，记载了在聚酰亚胺薄膜上对氧化铜等进行溅射或蒸镀等的方法、或者 通过对贴合在聚酰亚胺薄膜上的铜箱进行氧化而使表面为氧化铜的方法等。以下，将通过 溅射或蒸镀等形成的压敏电阻体也称为压敏电阻体II。
[0013] 现有技术文献 专利文献 专利文献1:日本特开2002-158103; 专利文献2:日本特开2001-159569; 专利文献3:日本特开2003-344195; 专利文献4:日本特开2004-028883; 专利文献5:日本特开2012-247372。

【发明内容】

[0014] 发明要解决的课题 可是，如专利文献1至4记载的那样，压敏电阻体I对重复的弯曲性、在微小弯曲直径中 的折弯或由于人体的体重等的大的负荷产生的变形未发挥充分的耐久性。这是在印刷形成 的构件中特有的课题。即，压敏电阻体I由于重复的使用或过度的弯曲而容易产生破裂。产 生了破裂的压敏电阻体I也存在在最差的情况下断线而不能进行传感器输出的可能性。因 此，压敏电阻体I在长期间难以发挥稳定的电可靠性。此外，压敏电阻体I在重复与传感器电 极的接触之中存在导电粒子脱落的情况。脱落的导电粒子成为相对于传感器电极的导电性 异物，存在引起短路、成为压力传感器的错误感测的原因的可能性。
[0015] 此外，关于专利文献5所示的压敏电阻体II，由于制造手法的特殊性，所以，与压敏 电阻体I相比厚度非常薄，在制膜时，不可避免小孔的产生。因此，压敏电阻体II存在电可靠 性差的情况。此外，压敏电阻体II为薄膜，因此，存在由于与传感器电极的重复的接触而磨 损或者产生破裂而劣化的可能性。
[0016] 本发明是鉴于上述课题而完成的。即，本发明提供一种具备柔性并在长期间发挥 稳定的电可靠性的压敏元件和具备上述压敏元件的压力传感器。
[0017] 用于解决课题的方案 本发明的压敏元件的特征在于，具有：导电性的压敏膜;传感器电极，设置在与所述压 敏膜相向的位置；以及绝缘层，确保用于使所述压敏膜和所述传感器电极彼此分离的规定 的距离，所述压敏膜为含有碳粒子的树脂薄膜。
[0018] 本发明的压力传感器的特征在于，具备:本发明的压敏元件；以及感测部，电连接 于所述压敏元件并且感测压敏膜与传感器电极的接触电阻。
[0019] 发明效果 本发明的压敏元件通过具备使用离散地混合有碳粒子的树脂薄膜而成的压敏膜来发 挥柔性而且在长期间发挥稳定的电可靠性。
[0020] 本发明的压力传感器具备柔性良好的压敏元件，因此，也能够优选地用于要求弯 曲的技术领域，并且，能够反映该压敏元件优越的电可靠性，在长期间发挥良好的触觉感 测 。
【附图说明】
[0021]上述的目的以及其他的目的、特征和优点通过在以下叙述的优选的实施方式以及 附带于其的以下的附图而进一步明显可知。
[0022]图1(a)是本发明的第一实施方式的压力传感器的平面图，（b)是(a)的I-Ι线剖面 图。
[0023]图2(a)是图1(a)的II-II线剖面图，（b)是图1(a)的II-II线剖面图的变形例。
[0024] 图3的(a)至(c)是示出传感器电极的变形例的平面图。
[0025] 图4是说明第一实施方式的压敏元件的初始感测灵敏度和动态范围（dynamic range)的说明图。
[0026] 图5是本发明的第二实施方式的压敏元件的平面图。
[0027]图6(a)是图5的A部的部分放大图，（b)是图5的B部的部分放大图。
[0028] 图7(a)和(b)是图示省略了压敏膜的图5的A部的部分放大图。
[0029] 图8(a)是从压敏膜的与传感器电极相向的侧来看的平面图，（b)是（a)的VIII-VIII剖面图。
[0030] 图9是具备配置在直径X的圆筒的表面的压敏元件的压力传感器的立体图。
[0031] 图10是本发明的第一实施方式的压敏元件的制造工序流程。
【具体实施方式】
[0032] 以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。在全部的附图中，对同样的结构要 素标注相同的附图标记，并适宜地省略重复的说明。
[0033] 本发明的各种结构要素并不需要为各自独立的存在，容许将多个结构要素形成为 一个构件、通过多个构件形成一个结构要素、某个结构要素是其他的结构要素的一部分、某 个结构要素的一部分与其他的结构要素的一部分重复等。
[0034] 在本说明书中，初始状态是指压敏膜未从外部受到按压力的状态。动态范围是指 传感器电极与压敏膜的接触电阻的变更幅度。初始感测灵敏度是指对压敏初始负荷进行感 测的灵敏度。压敏初始负荷是指感测到由于从外部按压压敏膜来使压敏膜与传感器电极接 触造成的传感器电极的导通的最小的按压力。在此，感测到导通是指感测到规定的阈值以 上的电流或电压或者实质上感测到电流或电压超过零的任一个。压敏初始负荷越小，初始 感测灵敏度越高，压敏初始负荷越大，初始感测灵敏度越低。通常，优选的是，初始感测灵敏 度为规定的范围。是因为，当初始感测灵敏度过于低时，不能够进行充分的感测，此外，当初 始感测灵敏度过于高时，即使是未预定感测的小的负荷也会进行感测，能够成为错误感测 的原因。
[0035]〈第一实施方式〉 在以下，使用图1至图4以及图10对第一实施方式的压敏元件和压力传感器进行说明。 图1(a)是本发明的第一实施方式的压力传感器200的平面图，图1(b)是图1(a)的I-Ι线剖面 图。图2(a)是图1(a)的II-II线剖面图，图2(b)是图1(a)的II-II线剖面图的变形例。图3(a) 至图3(c)是示出传感器电极12的变形例的平面图。图4是说明第一实施方式的压敏元件100 (参照图1)的初始感测灵敏度和动态范围的说明图。图4所示的曲线100示出压敏元件100的 动态范围的趋势，丝毫不限定本发明。图10是第一实施方式的压敏元件100的制造工序流 程。
[0036]本实施方式的压敏元件100是具备一个压力传感器部15的1通道类型（channel type)，所述压力传感器部15是一个传感器电极12与压敏膜14相向而成的压力传感器部。 [0037]首先，对本实施方式的压敏元件100和压力传感器200的概要进行说明。
[0038]如图1所示，压敏元件100具有:导电性的压敏膜14、设置在与压敏膜14的相向的位 置的传感器电极12、以及确保用于使压敏膜14和传感器电极12彼此分离的规定的距离A的 绝缘层13。压敏膜14是含有碳粒子140的树脂薄膜。
[0039] 此外，如图1(a)所示，压力传感器200具备压敏元件100和感测部210。感测部210与 压敏元件100电连接来对压敏膜14与传感器电极12的接触电阻进行感测。
[0040] 本实施方式的压敏元件100是能够测量的物理量根据来自外部的按压力的负担而 发生变动的设备。关于本实施方式的压敏元件100,压敏膜14与传感器电极12的接触电阻根 据按压力发生变动。压敏元件100中的接触电阻的变动量与按压力相关，压力传感器200能 够通过定量地感测接触电阻来对按压力进行定量化。再有，定量地感测按压力是指除了连 续地感测按压力之外还包含以规定的负荷阶段性地感测按压力。
[0041] 压敏膜14是能够通过从外部被按压而与传感器电极12导通的膜。压敏膜14是导电 性的意味着压敏膜14具有导电性到能够通过从外部按压压敏膜14而传感器电极12经由压 敏膜14通电的程度。虽然图示省略，但是，在压敏元件100中适宜地设置有对传感器电极12 施加电压的电压施加部。
[0042]本实施方式的压力传感器200是利用接触电阻变化来作为原理的电阻变化型的传 感器，是能够连续地感测压力的分布传感器。
[0043] 如上述，压敏膜14为树脂薄膜，并且，构成为通过在内部包含许多碳粒子140而为 导电性。因此，压敏膜14与使用溅射或蒸镀等手法形成在薄膜上的以往的压敏电阻体相比 具有柔性，重复的使用以及弯曲性优越。此外，压敏膜14不会如印刷形成的压敏电阻体那样 使导电粒子脱落或者不具有在使用蒸镀手法等制膜的情况下产生的小孔(pinhole)。如上 述，具备优越的压敏膜14的压敏元件100的电可靠性和耐久性优越。
[0044] 压敏膜14包含作为高电阻的碳粒子来作为导电构件，并且，由树脂薄膜构成。因 此，压敏膜14与以往的压敏电阻体1、11比较，柔性优越，并且，膜强度高，即使被弯曲或被重 复触摸，也难以产生破裂。此外，压敏膜14如上述由树脂薄膜构成，因此，能够设计为期望的 厚度，此外，表面粗糙度的精度也优越。因此，使关于通过以往的印刷或者蒸镀等手法成形 的压敏电阻体而难以达成的最适合的设计成为可能。
[0045]压力传感器200具备上述的优越的压敏元件100,能够发挥享有压敏元件100的效 果的优越的耐久性和电可靠性。
[0046] 在压力传感器200设置的感测部210适宜包含对电压施加部（不图示）施加电压的 电源部（不图示）、以及计算经由压敏膜14负担于传感器电极12的按压力的计算部（不图 示）。本实施方式的传感器电极12由一对第一电极12a和第二电极12b的组合构成，经由压敏 膜14将按压力负担到传感器电极12,由此，第一电极12a和第二电极12b导通，电流在导出布 线12c中流动。
[0047] 即，压力传感器200的原理如以下。图1(a)所示的第一电极12a和第二电极12b连接 于不图示的电流源。在未对压敏膜14附加按压力的状态下，如图1(b)所示那样压敏膜14与 传感器电极12彼此分离，不导通。虽然图示省略，但是，当从外部（纸面上方)对压敏膜14负 担按压力时，压敏膜14向传感器电极12侧弯曲变形来与第一电极12a和第二电极12b接触而 导电。
[0048] 作为本实施方式中的压敏元件100的优越的特征之一，可举出传感器电极12与压 敏膜14的接触电阻的变更幅度(也称为动态范围）大并且初始感测灵敏度高这样的特征。在 图4中，曲线110示出压敏元件100(参照图1)的动态范围和初始感测灵敏度的趋势，曲线510 和曲线520示出不优选的动态范围或初始感测灵敏度的趋势。纵轴表示压敏膜14与传感器 电极12的接触电阻[Ω ]，横轴表示按压力[MPa]。纵轴进行对数表示。
[0049] 关于压敏元件100,如曲线110所示那样，在高灵敏度区域中示出了按压力的初始 感测，并且，能够将动态范围设计得充分大。因此，良好地感测从外部对压敏膜14触摸的负 荷（按压力），并且，能够定量地感测。作为比较示出的曲线510的初始的感测灵敏度高，但 是，动态范围小。此外，同样地作为比较示出的曲线520的动态范围大，但是，初始的感测灵 敏度差。
[0050] 在本实施方式中实现曲线110的理由根据由树脂薄膜构成压敏膜14以及作为用于 对压敏膜14赋予导电性的材料而选择了碳粒子140。即，压敏膜14含有适当量的高电阻的碳 粒子140来作为导电材料，因此，容易将压敏膜14的表面电阻率设计在期望的范围内。此外， 压敏膜14由树脂薄膜构成，因此，柔性优越，能够灵敏地感测初始的按压力。因此，关于曲线 110,初始感测灵敏度良好。此外，伴随着从外部负担到压敏膜14的按压量的增大，压敏膜14 的弯曲量增大，其结果是，传感器电极12与压敏膜14的接触量连续地增大。由此，压敏膜14 能够实现大的动态??围。
[0051] 负担于压敏膜14的按压力越大，传感器电极12与压敏膜14的接触电阻越小。因此， 在导出布线12c中流动的电流值变大。在感测部210设置的图示省略的处理部基于这样的电 流量定量地计算负担于传感器电极12的按压力。由此，能够将本实施方式的压敏元件100用 作压力传感器200。
[0052]再有，本实施方式中的压力传感器200能够采用定量地感测从外部负担的按压力 而输出的设备。压力传感器200所输出的感测结果的信息并不被特别限定，能够采用按压力 或表面压力（surface pressure)的分布或者能够根据它们换算的其他的物理量。例如，也 可以将由压力传感器200感测的表面压力换算为与该压力传感器200冲突的气流、水流的流 速并输出。
[0053]接着，对本实施方式的压敏元件100详细地进行说明。
[0054]如图l(a)、（b)所示，本实施方式的压敏元件100具有支承传感器电极12的支承基 板11。在支承基板11的一个面形成传感器电极12,并且，层叠形成有开口 13a的绝缘层13和 压敏膜14。传感器电极12被配置在开口 13a的内侧。绝缘层13和传感器电极12被设置在支承 基板11的上表面。绝缘层13的最大厚度比传感器电极12的最大厚度大。更具体地，在本实施 方式中，传感器电极12和绝缘层13被设置在同一平面，并且，绝缘层13的厚度比传感器电极 12的厚度大。压敏膜14经由绝缘层13而层叠于支承基板11，压敏膜14和传感器电极12分离 绝缘层13的厚度与传感器电极12的厚度的差分。即，绝缘层13为用于使传感器电极12与压 敏膜14以规定的距离A(参照图1(b))分离的隔板(spacer)。在未从外部受到按压力的初始 状态下，传感器电极12与压敏膜14分离，传感器电极12不导通。通过传感器电极12和与此相 向的压敏膜14来构成压力传感器部15。
[0055] 如图l(a)、（b)和图2(a)、（b)所示，在压敏元件100的内部形成有由支承基板11、绝 缘层13和压敏膜14包围的中空部S。在绝缘层13适宜地设置连通中空部S与压敏元件100的 外部的通气孔112(参照图l(a)、（b))也可。具有通气孔112,由此，压敏元件100能够消除中 空部S的内压与外压的气压差。通气孔112的宽度尺寸并不被特别限定，但是，例如，采用50μ m以上500μπι以下的范围的宽度尺寸，由此，能够充分地发挥压力调整功能。此外，通气孔112 的高度并不被特别限定，但是，通过设为与绝缘层13的厚度同等，从而能够与开口 13a同时 形成，在制造效率的方面有利。此外，绝缘层13由空气透射性高的绝缘材料构成，由此，即使 不具有通气孔112，也能够发挥上述压力调整功能。
[0056] 再有，在本实施方式中，膜、片材和薄膜是同义的，彼此不区别，还包含所谓的板 状、平板状。
[0057] 压敏膜14为通过与传感器电极12接触而使构成传感器电极12的一对第一电极12a 和第二电极12b导通的构件。具体地，从外部负担按压力的压敏膜14横跨抵接第一电极12a 和第二电极12b，由此，第一电极12a和第二电极12b导通。
[0058] 压敏膜14由含有碳粒子140的树脂薄膜构成。作为树脂薄膜的压敏膜14具备导电 性且为按压区域，因此，难以对从外部触摸到压敏膜14的使用者赋予异物感。
[0059] 传感器电极12的导通通过从外部负担按压力的压敏膜14的弹性变形来实现。压敏 膜14由柔性的树脂薄膜构成，因此，防止由于重复的使用(触摸)造成的破裂的产生。
[0060] 关于压敏元件100,在初始状态且上述压敏膜为大致平坦的状态下测定的规定的 距离A优选的是为5μηι以上25μηι以下。距离A为5μηι以上，由此，即使在使压敏元件100弯曲或 者弄弯的情况下，也能够充分地避免在初始状态下压敏膜14与传感器电极12接触而产生短 路。此外，距离Α为25μπι以下，由此，不会损害压敏元件100的初始的感测灵敏度。
[0061] 在此，初始状态是指压敏膜14未从外部受到按压力的状态。
[0062] 本实施方式中的压敏膜14为与一对第一电极12a和第二电极12b相向的一个成形 的膜状体。
[0063] 在本实施方式的压敏元件100中，在未被按压的初始状态下，压敏膜14与传感器电 极12通过绝缘层13非接触地分离。因此，负担按压力而压敏膜14与传感器电极12接触，由 此，能够使两者的接触面积从零到传感器电极12的总面积大幅度地发生变化。由此，较大地 降低压敏膜14与传感器电极12的接触电阻。压敏膜14与传感器电极12的接触面积的增大量 和接触电阻的降低量具有正的相关性。压敏膜14为含有碳粒子140的树脂薄膜，因此，当按 压力进一步增大时，已经接触的部分的接触状态改善而接触电阻更加减少。在此，接触的部 分包含在压敏膜14的表面侧存在的碳粒子140与传感器电极12的接触部分、以及与压敏膜 14所包含的邻接的多个碳粒子140的接触部分。即，关于本实施方式的压敏元件100,接触面 积增大这样的宏观主要因素和接触状态改善这样的微观主要因素互相结合相乘地降低接 触电阻。这样做，利用起因于按压力的大小而产生的大的电阻变化，由此，能够高精度地感 测按压力。即，关于压敏元件100,如图4所示那样动态范围大。
[0064] 构成压敏膜14的树脂薄膜能够在不脱离本发明的主旨的范围内适宜地使用公知 的树脂来构成。例如，作为具体的树脂，能够举出：聚对苯二甲酸乙二醇酯、酸乙二酯、环状 聚烯烃等聚酯;聚碳酸酯；聚酰亚胺;聚酰胺-酰亚胺;液晶高分子等。能够混合上述的树脂 之中的1种或多个树脂材料来构成压敏膜14。
[0065]例如，关于压敏元件100,优选的是将压敏膜14构成为耐热性260°C以上。像这样， 以耐热性高的构件构成压敏元件100,由此，能够使具备压敏元件100的压力传感器200适合 于回流工序(ref low process)。由此，向压力传感器200的部件实施等的对应范围变广，能 够扩大压力传感器200的用途、方式的范围。
[0066] 根据这样的耐热性的观点出发，关于构成压敏膜14的树脂，优选的是，将聚酰亚胺 或聚酰胺-酰亚胺作为主要材料。聚酰亚胺或聚酰胺与聚对苯二甲酸乙二醇酯等的通用的 树脂相比较，耐热性优越。具体地，将聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺作为主要材料的树脂薄膜 能够示出260°C以上的耐热性。在此，主要材料意味着在构成压敏膜14的树脂100质量％中 占有50质量％以上、进而70质量％以上、特别是90质量％以上的树脂。例如，关于压敏膜14 所包含的树脂，聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺的任一个或者组合为实质上100质量％也可。
[0067] 接着，对压敏膜14所含有的碳粒子140进行说明。碳粒子140为用于对压敏膜14赋 予导电性的构件。碳粒子140为粒子状的碳素材料，例如，能够举出乙炔黑、炉黑(科琴黑）、 槽法炭黑或者热炭黑等炭黑、或者石墨等的1种或2种以上的组合，但是，并不限定于此。
[0068] 关于压敏膜14中的碳粒子140的含有量、碳粒子140的形状和粒径，在不偏离本发 明的主旨的范围内并不被特定限定。关于它们，能够在利用压敏膜14与传感器电极12的接 触电阻来导通传感器电极12的范围内适宜决定。
[0069] 可是，以往的压敏元件如上述具有如下结构：具备树脂薄膜和在该树脂薄膜上印 刷形成等的压敏电阻体的压敏部位与传感器电极相向而成。因此，该压敏部位的厚度的调 整、传感器电极侧的面的表面粗糙度的精度是不充分的。与此相对地，关于本实施方式中的 压敏元件100,含有碳粒子的树脂薄膜自身形成压敏膜14,因此，膜厚和传感器电极12侧的 表面粗糙度的精度高。上述膜厚、表面粗糙度有助于压敏膜14与传感器电极12的接触电阻 的均匀性。因此，压敏元件100的传感器输出稳定而电可靠性高。此外，关于压敏元件100,能 够将以往具备树脂薄膜和在该树脂薄膜表面形成的压敏电阻体而构成的部位仅由树脂薄 膜构成。因此，谋求该部位的薄膜化。通过该部位的薄膜化，降低使用者针对压敏元件100的 不协调，此外，沿着曲面配置压敏元件100变得容易。
[0070] 更具体地，例如，关于压敏膜14的厚度，优选的是，为6.5μπι以上40μπι以下。上述厚 度为6.5μπι以上，由此，担保压敏膜14的耐久性。此外，上述厚度为40μπι以下，由此，按压压敏 膜14时的初始感测灵敏度良好，并且，能够确保大的动态范围。
[007?]再有，压敏膜14的厚度能够使用高度规或垂直规(upright gauge)等通常的厚度 测定单元来测定。
[0072] 关于压敏膜14的表面电阻率，优选的是为7kQ/sq以上30kQ/sq以下。表面电阻率 为上述范围，由此，关于压敏膜14,在负担大负荷的情况下传感器电阻的偏差小，能够示出 高的电可靠性。在此，大负荷将i.IMPa程度（例如，相对于4mm 2的压力传感器部15,施加 450gf的按压力的程度)作为目标。
[0073]此外，表面电阻率为上述范围，由此，如图4所示的曲线110那样，初始感测灵敏度 良好，并且，能够实现大的动态范围。即，更具体地，压敏元件100能够将初始感测灵敏度设 计为0.25MPa以下、进而0.17MPa以下等的高灵敏度区域，并且，能够缓慢地示出从按压的初 始感测负荷到最大负荷的传感器输出的变化。
[0074] 期望的范围的压敏膜14的表面电阻率能够通过压敏膜14所含有的碳粒子140的混 合量来调整。换言之，也可以将压敏膜14的表面电阻率为上述范围的情况作为视标来决定 压敏膜14所含有的碳粒子140的混合量。
[0075] 在压敏膜14等的膜状体中，电主要在膜状体的表面流动。因此，在本说明书中，将 不考虑厚度尺寸的每单位面积的片材电阻作为单位来定义膜状体的电阻，具体地记载为 Ω /□、Ω /sq等。
[0076] 在压敏元件100中，压敏膜14的厚度的与传感器电极12相向的面的表面粗糙度Rz 调整为0. ΙΟμπι以下0.50μπι以下也可。由此，压敏膜14的模形成性良好，此外，接触电阻的感 测灵敏度稳定。
[0077] 压敏膜14的表面粗糙度Rz通过利用通常的表面粗糙度计的测量或者使用了激光 显微镜的表面粗糙度分析来测定。作为通常的表面粗糙度计，例如，能够举出四探针测定装 置，作为具体的装置，能够举出三菱化学Analytech公司制电阻率计，但是，并不限定于此。
[0078] 根据使动态范围充分地大这样的观点出发，关于压敏膜14的杨氏模量，优选的是 为5GPa以下。由此，能够给压敏膜14带来充分的柔性，伴随着负担到压敏膜14的按压力的增 大，能够良好地对接触电阻进行定量。
[0079]特别地，优选的是，压敏膜14的厚度为6.5μπι以上40μπι以下的范围，杨氏模量为 5GPa以下，并且，用于使压敏膜14和传感器电极12分离的规定的距离Α为5μπι以上25μπι以下。 即使在沿着曲率半径小的曲面配置具备这样的方式的压敏膜14的压敏元件100的情况下， 也防止初始状态下的传感器电极12的短路，初始感测灵敏度良好，并且，能够示出大的动态 范围。即，这样的压敏元件100的曲面装载的使用优越。曲率半径小的曲面并不被特别限定， 但是，例如为Φ 30mm以下的范围。
[0080] 上述的压敏膜14的杨氏模量例如比由构成压敏膜14的树脂构成且与压敏膜14相 同厚度的膜的杨氏模量小。
[0081] 为了实现这样的方式，例如，作为构成压敏膜14的树脂来选择聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺也可。使聚酰亚胺树脂等含有碳粒子140而形成的压敏膜14的杨氏模量存在比由聚 酰亚胺树脂等构成的膜的杨氏模量小的趋势。这样的趋势意味着压敏膜14与在树脂薄膜形 成压敏电阻体而成的以往的压敏部比较在柔性上显著优越。由此，压敏元件100能够示出优 越的初始感测灵敏度和大的动态范围。
[0082] 本实施方式中的压敏膜14的制作方法并不被特别限定，例如，能够通过对成为原 料的1种或2种以上的树脂混合碳粒子140而适当混合而成膜为薄膜状来制作。
[0083]接着，对传感器电极12进行说明。
[0084]在本实施方式中，传感器电极12为在面方向上空开规定的距离排列的一对电极 对。传感器电极12在支承基板11之上以期望的图案形状形成。如图1(a)所示，本实施方式中 的传感器电极12是矩形状的第一电极12a和与第一电极12a大致相同形状的第二电极12b空 开规定的距离而平行地邻接配置而构成的。但是，传感器电极12的图案并不限定于此，例 如，如图3(a)和图3(b)所示那样，第一电极12a和第二电极12b也可以为彼此组合的梳齿形 状或螺旋形状。或者，如图3(c)所示，第一电极12a和第二电极12b也可以彼此在同心圆上排 列。具体地，第一电极12a或第二电极12b的一个为圆形，另一个为空开规定的距离而包围该 圆形的环形状也可。上述圆形包含正圆、椭圆和长圆。
[0085] 第一电极12a和第二电极12b的相向间距离并不被特别限定。例如，在传感器电极 12与压敏膜14的规定的距离A为5μπι以上25μπι以下的情况下，上述相向间距离在50μπι以上 500μπι以下的范围内设计，由此，能够使期望的压敏特性和制造稳定性并存。
[0086] 传感器电极12由导电性的构件构成。在本实施方式中，传感器电极12由低电阻的 金属材料构成。在本实施方式中，传感器电极12的表面电阻率比压敏膜14的表面电阻率更 小。具体地，优选的是，由铜、银、包含铜或银的金属材料或者铝等形成传感器电极12,但是， 并不限定于此。此外，材料的方式为箱或者浆等，能够通过与传感器电极12的制造方法的组 合来适宜决定。
[0087 ]传感器电极12的制作方法并不被特定限定。例如，传感器电极12使用CCL (Copp er Clad Laminate，敷铜箱叠层板)通过光刻、蚀刻手法对第一电极12a和第二电极12b进行图 案加工来制作。在上述图案化时，也可以同时形成后述的导出布线12a或外部端子电极12d。 关于上述CCL，例示出在支承基板11通过粘接剂或黏合剂贴合具有期望的厚度的铜箱而成 的层叠体、或者通过在铜箱铸造、涂敷绝缘树脂的清漆而得到的层叠体、或者在支承基板11 以湿式电镀形成铜箱而成的层叠体等。在上述中使用的铜箱的厚度并不被特定限定，但是， 从在柔性印刷电路(FPC)的技术领域中标准地使用的9μπι以上35μπι以下的范围选择，由此， 传感器电极12的完成良好。
[0088] 从传感器电极12的厚度、宽度尺寸的精度、传感器输出特性等观点出发，使用上述 的铜箱来形成的传感器电极12是优选的。但是，只要能够通过与压敏膜14的接触来确保导 电性，则传感器电极12的材料并不限定于Cu箱，例如，作为该材料，也可以使用铝箱、银浆 等。
[0089] 关于如上述制作的传感器电极12,进而优选的是在规定的区域进行电镀处理。具 体地，在传感器电极12与压敏膜14相向的面进行电镀处理。由此，防止传感器电极12的氧 化、劣化，此外，使由于重复按压压敏膜14造成的耐磨损性提高。电镀处理能够通过传感器 电极12的成膜时或成膜后的后工序进行。作为具体的电镀处理，能够举出厚度2μπι以上ΙΟμπι 以下的程度的镍镀或者厚度〇.〇2μπι以上0.20μπι以下的程度的金镀等，但是，并不限定于此。 [0090] 导出布线12c分别连接于第一电极12a和第二电极12b。在本实施方式中，导出布线 12c与第一电极12a和第二电极12b整体地形成，导出到外部端子电极12d。外部端子电极12d 经由柔性布线202连接于感测部210。
[0091]导出布线12c如图2(a)所示那样形成在与形成有传感器电极12的支承基板11的面 相同的面。作为导出布线12c的其他的方式，如图2(b)所示那样导出布线12c的任一个或者 全部经由通孔(TH)导出到与形成有传感器电极12的支承基板11的面相反侧的面也可。导出 到相反侧的面的导出布线12c在外部端子电极12d的跟前再次经由通孔(TH)导出到形成有 传感器电极12的面。像这样，在支承基板11的两个表面配置有12c的双面基板能够有效地使 用支承基板11的空间来谋求压力传感器200的小型化。此外，在构成在一个支承基板11设置 有多个传感器电极12的所谓阵列型的压力传感器的情况下，上述双面基板能够对应于导出 布线12c的复杂化。在图2(b)所示的双面基板中，设置有覆盖地保护导出到上述相反侧的面 的导出布线12c的罩17。关于罩17,例如，能够举出用作保护薄膜的树脂制的罩薄膜等，但 是，并不限定于此。
[0092] 在支承基板11的上表面层叠有绝缘层13。绝缘层13具有收容传感器电极12的开口 13a。如图1(a)和图2(a)所示，绝缘层13除了传感器电极12的形成区域和其周围之外覆盖地 保护支承基板11和导出布线12c(参照图2)的大致整个表面来提高耐环境性。
[0093] 关于绝缘层13,在未负担来自外部的按压力到压敏膜14的初始状态下，形成使传 感器电极12与压敏膜14分离的空间。绝缘层13由材料为感光性的片材或涂层材料等绝缘 材料构成。以覆盖支承基板11和传感器电极12和导出布线12c的方式使上述绝缘材料包覆 之后，经由曝光、显影的工序形成开口 13a。通过将感光性材料用作绝缘材料，从而形成开口 13a的尺寸、位置精度优越的绝缘层13。作为另外的方法，也可以预先将设置有开口 13a的黏 合片材或粘接片材与支承基板11的上表面贴合。
[0094] 作为上述感光性材料，例如，能够举出通过尿烷变性等公知的手段适度地附加柔 性的环氧类树脂。通过使用该环氧树脂，从而能够形成具有适度的柔软和能够投入到回流 工序中的耐热性的绝缘层13。
[0095] 此外，绝缘层13的高度设计为从支承基板11的表面起15μπι以上70μπι以下的范围， 更优选的是设计为15μηι以上40μηι以下也可。使感光性材料为70μηι以下，由此，在开口 13a的 形成中的曝光时，能够使照射光到达至感光性材料的深部，能够高精度地成形开口 13a。此 外，为了使绝缘层13的制作时的曝光灵敏度更加良好，优选将感光性材料调整为总光线投 射率为30%以上的半透明状。再有，在形成开口 13a时，同时也可以形成通气孔112。
[0096] 如图1(b)和图2(a)所示，以与绝缘层13的上表面(与支承基板11相反侧的面)接触 的方式设置压敏膜14。例如，使绝缘层13的高度为上述范围，并且，使在同一面制作的传感 器电极12的高度为15μπι以上45μπι以下的范围也可。由此，能够将使传感器电极12与压敏膜 14分离的规定的距离Α(参照图1(b))容易地调成为5μπι以上25μπι以下。在此，规定的距离Α是 指从传感器电极12的上表面到压敏膜14的下表面的距离。在此所说的上下是指相对地将支 承基板11设为下方而将压敏膜14设为上方时的上下方向。使规定的距离A为5μηι以上25μηι以 下的范围，由此，即使在使压敏元件100弯曲或弄弯的情况下，能够在初始状态下防止传感 器电极12的短路。
[0097] 本实施方式中的开口 13a如图1(a)所示那样为矩形状。但是，开口 13a的形状能够 根据收容于内部的传感器电极12的形状适宜地变更为圆形状、多边形状或不定形状。
[0098] 如图1(b)和图2(a)所示，在绝缘层13的上表面形成压敏膜14。在本实施方式中，绝 缘层13与压敏膜14经由粘接层30彼此接合。粘接层30是黏合剂、粘接剂或者黏合片材、粘接 片材等，只要是能够接合绝缘层13与压敏膜14的材料，则使用哪个材料都可以。粘接层30以 不妨碍传感器电极12与压敏膜13的接触电阻的方式以与开口 13a大致同等的形状开口也 可。例如，将粘接层30设置在绝缘层13或压敏膜14的任一个的侧，之后，一边将另一个位置 对准该一个的侧一边贴合也可。
[0099]接着，对支承基板11进行说明。关于支承基板11，只要是能够支承本实施方式中的 传感器电极12的基板，则不被特别限定。例如，在本实施方式中使用薄膜状的支承基板11， 但是，也可以将薄膜状以外的形状的任意的面作为支承基板。
[0100]例如，本实施方式的压敏元件100构成为:具有柔性的基板(支承基板11)，在基板 (支承基板11)的至少一侧的面形成传感器电极12,压敏元件100自身具有柔性。由此，将压 敏元件100配置在曲面、周面来使用变得容易。通常，支承基板11是绝缘性的。
[0101] 本实施方式中的支承基板11是柔性且绝缘性的薄膜。作为上述绝缘性薄膜的材料 的例子，能够举出聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、酸乙二酯、环烯烃聚合物、聚碳酸酯，、芳 给树脂、聚酰亚胺、聚酰亚胺漆(polyimide varnish)、聚酰胺-酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺漆或 柔性片材玻璃(flexible sheet glass)等，但是，并不限定于此。
[0102] 如果考虑压力传感器200的使用环境上的高温耐久性，则支承基板11的材料更优 选耐热性高的聚碳酸酯、芳香族聚酰胺薄膜(aramid film)、聚酰亚胺、聚酰亚胺漆、聚酰 胺-酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺漆或柔性片材玻璃等。在压力传感器200的制造上提供焊接等工 序的情况下，支承基板11的材料进而优选的是聚酰亚胺薄膜、聚酰亚胺漆薄膜、聚酰胺-酰 亚胺薄膜或聚酰胺-酰亚胺漆薄膜。支承基板11的厚度并不被特别限定，但是，例如能够采 用12.5μπι以上50μπι以下的范围。在支承基板11的厚度超过12.5μπι的情况下，在压力传感器 200的制造工序或使用时，发挥良好的耐久性，此外，在低于50μπι的情况下，能够发挥良好的 柔性，向曲面配置压敏元件100或者使压敏元件100弯曲来良好地使用。支承基板11如上述 的那样也可以是预先成形为薄膜状的支承基板，或者，也可以是通过对作为传感器电极12 的材料的Cu箱等铸造、涂敷聚酰亚胺类等绝缘用清漆来形成的支承基板。例如，根据使压敏 元件100的耐久性和高灵敏度特性的哪一个都良好这样的观点出发，支承基板11的厚度设 计得比压敏膜14的厚度大也可。
[0103] 关于具备上述的压敏元件100的压力传感器200,柔性、高灵敏度特性和电可靠性 优越，能够用于各种用途。例如，在任意的物体表面粘贴压敏元件100,能够用于在表面感测 起作用的压力的简易的测量。特别地，能够在曲面形状、球面那样的弄弯的表面装配压敏元 件100以供触摸操作，进而，也能够根据按压力的强弱来切换执行各种功能。此外，除了如以 往的触摸面板那样能够进行在二维平面的触摸输入之外，能够作为应用于电子黑板、电子 纸且能够进行三维输入的用户接口来使用。
[0104] 例如，在压力传感器200中，能够使压敏元件100弄弯为曲率半径15_以下来使用。 特别地，在压敏膜14和支承基板11的哪一个都由柔性的构件构成的情况下，也能够像这样 在曲率半径小的物体的表面应用压力传感器200。
[0105]关于压力传感器200中的压敏元件100,也能够以其整体为曲率半径15mm以下的方 式使用，也能够以部分地为曲率半径15mm以下的方式使用。因此，压力传感器200也能够应 用于规则地重复凹凸的面或具备不规则的凹凸的面等复杂的曲面。
[0106] 接着，使用图10对压敏元件100的制造方法的例子进行说明。但是，在以下叙述的 制造方法丝毫不限制本发明。在以下说明的步骤1至15中，适宜地变更其顺序，省略一部分 工序或者变更一部分工序也可。
[0107] [步骤1]CCL的准备 准备CCL。在以后的步骤中需要位置对准的情况下具备，针对CCL适宜形成导孔也可。 CCL在支承基板11上具有铜箱。
[0108] [步骤2]干膜(dry film)层压工序 在对在上述中准备的CCL进行酸洗之后，对CCL层压干膜。
[0109] [步骤3]曝光工序 将在上述步骤2中得到的CCL投入到曝光机中，按照传感器电极12、导出布线12c、外部 端子电极12d的规定形状进行图案曝光。此时，在一个压敏元件100的面积相对于能够一次 处理的曝光面积充分小的情况下，在一次的曝光中，对多个压敏元件100进行多倒角，在任 意的步骤中进行切断也可。
[0110][步骤4]显影工序 将曝光完毕的CCL供给显影装置来进行图案显影。显影液通常是弱碱溶液。在显影后得 到的CCL上的干膜图案担负作为后述的蚀刻工序中的抗蚀剂的作用。在显影后适宜地在抗 蚀剂的图案化完成之后，为了除去附着于CCL、抗蚀剂的显影液，实施水洗处理。
[0111] [步骤5]蚀刻工序 对通过干膜图案形成抗蚀剂的CCL进行蚀刻处理。蚀刻液通常使用氯化铜类的液体，但 是，并不限定于此，也可以适宜选择能够蚀刻Cu箱的药液。通过上述蚀刻处理，在CCL中，以 规定形状的图案来图案化传感器电极12、导出布线12c和外部端子电极12d。在本工序结束 后，为在各图案表面残存有干膜的状态。再有，传感器电极12包含第一电极12a和第二电极 12b〇
[0112] [步骤6]干膜剥离工序 在蚀刻工序后，剥离除去在各图案表面残存的干膜。通常，上述剥离除去是通过使用调 整为弱碱的剥离液使干膜膨胀来剥离的手法来实施的。在干膜的剥离后，水洗CCL，实施处 于露出状态的Cu图案的防锈用的防锈处理。根据以上，在CCL形成传感器电极12和导出布线 12c〇
[0113] [步骤7]感光性涂层材料的涂敷工序 接着，将绝缘层13形成于在步骤6中得到的CCL。具体地，以覆盖CCL中的支承基板11、传 感器电极12和导出布线12c的方式将感光性涂层材料以规定的厚度包覆并干燥以形成绝缘 层13。在该包覆时，能够应用刮棒涂敷(bar coating)或丝网印刷等通常的涂敷技术。
[0114] [步骤8]向感光性涂层材料的曝光工序 在如上述形成的绝缘层13中，对除了开口 13a的形成处之外的区域进行曝光。此时，进 行配合上述感光性涂层材料的曝光灵敏度的光的照射，由此，仅光致聚合被照射光之处。
[0115] [步骤9 ]感光性涂层材料的显影工序 为了仅除去在步骤8中未进行曝光之处（即，开口 13a的形成处），通过弱碱溶液来进行 显影。由此，在绝缘层13形成开口 13a，传感器电极12向开口 13a的内侧露出。将支承基板11 作为基准，绝缘层13的至少开口 13a周围的高度比收容于开口 13a的传感器电极12的高度 高。在显影后，为了提高绝缘层13的膜强度，根据感光性涂层材料的性质以规定温度和规定 时间实施追加的加热处理也可。
[0116] [步骤10]表面处理工序 对设置在支承基板11上的传感器电极12、导出布线12c和外部端子电极12d之中的未利 用绝缘层覆盖而露出的区域实施利用Ni/Au镀的表面处理。关于这些电镀处理，也可以适宜 地灵活使用电解电镀或无电解电镀。
[0117][步骤11]粘接层的形成工序 接着，配合绝缘层13的形状来形成粘接层30。例如，关于粘接层30，准备对与开口 13a对 应之处进行除去加工后的粘接剂片材，能够一边对开口 13a进行位置对准一边贴合于绝缘 层13的表面来形成。或者，对具备开口 13a的绝缘层13进行位置对准，通过丝网印刷等印刷 手段将粘接剂涂敷到绝缘层13上来形成粘接层30也可。或者，将对相当于开口 13a之处进行 除去加工后的粘接剂片材与压敏膜14贴合来形成粘接层30,如后述经由粘接层30粘贴于绝 缘层13也可。在哪一个情况下都未在与开口 13a对应的区域形成粘接层30。
[0118][步骤12]压敏膜的贴合工序 对绝缘层13的表面贴合压敏膜14。例如，当使用在柔性印刷电路(FPC)制造中通常使用 的真空压机在真空状态下经由粘接层30对绝缘层13和压敏膜14进行加热压接时，能够在层 间不混入空气的情况下良好地进行贴合。根据以上，压敏膜14与除了与开口 13a对应的区域 之外的绝缘层13接合。将支承基板11作为基准，传感器电极12的高度比开口 13a的周围的绝 缘层13的高度低，因此，传感器电极12与压敏膜14在未施加外的压力的初始状态下分离。 [0119][步骤13]针对外部端子电极的加强板形成工序 在压敏元件100的外部端子电极12a被应用于向连接器的插入拔出、各向异性导电性薄 膜(ACF;Anisotropic Conductive Film)接合等的情况下，适宜实施以下的工序。即，为了 使外部端子电极12d具有适度的刚性，对外部端子电极12d进行加强板(不图示）的形成。通 常地，加强板通过将具有期望的厚度的不锈钢或铝等金属板或者聚酰亚胺或聚对苯二甲酸 乙二醇酯等的薄膜作为材料通过黏合剂、粘接剂对外部端子电极12d进行层压来制作。 [0120][步骤14]外部端子电极的高精度冲压工序 关于压敏元件100的外部端子电极12d，通常，在向外部的基板、设备的连接时，应用连 接器插入拔出、ACF接合的手段的情况较多。因此，有助于连接的部位的外形冲压工序存在 被要求高的尺寸精度的情况。具体地，使用高精度地制造的金属模来实施上述冲压工序，确 保要求外部端子电极12d的尺寸精度。
[0121] [步骤15]压敏元件的外形冲压工序 在外部端子电极12d的高精度冲压工序之后，为了压敏元件100的整体的外形加工，实 施外形冲压工序。
[0122] 如以上经由步骤1至15的工序制造压敏元件100。之后，检查所制造的压敏元件100 的各部位的尺寸、传感器电极12和导出布线12c的导通性能、加压电阻特性等，满足固定的 规范的压敏元件作为合格品出荷。或者，将如上述得到的压敏元件100与感测部210电连接 来制造压力传感器200也可。再有，在如以上制造的压敏元件100为如图2(a)那样仅在单面 具备传感器电极12和导出布线12c的方式的情况下，在步骤1至15中，具备支承基板11的CCL 以滚动(roll)状态在各工序中流动也可。
[0123] 〈第二实施方式〉 接着，使用图5至图9对本发明的第二实施方式的压敏元件300和压力传感器400进行说 明。本实施方式的压敏元件300在具备多个传感器电极12的方面与第一实施方式的压敏元 件100不同。压力传感器400在具备压敏元件300来代替压敏元件100的方面与压力传感器 200不同。
[0124] 图5是本发明的第二实施方式的压敏元件300的平面图。图6(a)是图5的A部的部分 放大图，图6(b)是图5的B部的部分放大图。再有，图6(a)图示省略了压敏膜14。图7(a)、（b) 是图示省略了压敏膜14的图5的A部的部分放大图，为了容易观察粘接层30而用斜线表示。 图8(a)是从压敏膜14的与传感器电极12相向的侧来看的平面图，图8(b)是图8(a)的VIII-VIII剖面图。图9是具备在直径X的圆筒160的表面配置的压敏元件300的压力传感器400的 立体图。在图9中，图示省略感测部210。
[0125] 压敏元件300是如图5所示那样在一个支承基板11设置有多个压力传感器部15的 多通道类型。在一个压力传感器部15具备图示省略的传感器电极12和与其相向的压敏膜 14。压力传感器部15的结构适宜参照第一实施方式中的压敏元件100。在压敏元件300中，从 各传感器电极12导出的导出布线12c连接于外部端子电极12d。在压敏元件300的结构中，除 了压力传感器部15为多个以及具备与多个压力传感器部15对应的导出布线12c和外部端子 电极12d以外，适宜与压敏元件100同样地构成。
[0126] 即，如从图5和图6(a)的内容理解的那样，压敏元件300设置有多个压敏膜14与传 感器电极12相向的压力传感器部15。在压敏元件300中，一个压敏膜14与多个传感器电极12 相向。压敏膜14遍及包含多个传感器电极12的广域区域配置。换言之，多个传感器电极12共 有一个压敏膜14。本实施方式中的压敏膜14以一个覆盖多个传感器电极12，例如，如图5所 示那样，一个压敏膜14覆盖全部传感器电极12。
[0127] 像这样，将一个压敏膜14与多个传感器电极12相向来构成压力传感器部15,由此， 能够减轻压敏膜14的图案化或位置对准的工序，此外，能够使压敏元件300的结构单纯化。 此外，通常地，薄膜材料以500mm宽度、1000mm宽度等宽幅的规范来制造的情况较多。因此， 在制造阵列型的压敏元件300的情况下，将一个大张压敏膜14与多个传感器电极12相向地 配置，由此，与将压敏膜14配置成岛状的方式相比，能够飞跃地提高制造效率。再有，在本说 明书中，阵列型意味着具备规则地排列有多个传感器电极12而成的传感器组。
[0128] 本实施方式的压敏元件300能够提供阵列型的压力传感器400(参照图9)。在本实 施方式中，一个压敏膜14与多个传感器电极12相向，由此，形成多个压力传感器部15。本实 施方式的变形例包含将个别的压敏膜14相对于各传感器电极12分别相向来构成多个压力 传感器部15的方式。即，也可以对各传感器电极12呈岛状地配置压敏膜14。
[0129] 在压敏元件300中，如图6(a)所示那样配置有多个具备一对第一电极12a和第二电 极12b的传感器电极12。导出布线12c分别连接于各第一电极12a和第二电极12b，通过图示 省略的电压施加部施加电压。当从外部对压敏膜14负担按压力时，压敏膜14横跨第一电极 12a和第二电极12b与传感器电极12接触，由此，第一电极12a和第二电极12b导通，电流在导 出布线12c中流动。
[0130]关于邻接的传感器电极12彼此的间隔，能够通过压敏元件300的用途来适宜设定。 作为一个例子，能够采用1mm以上10mm以下。在图5中例示了多个传感器电极12在支承基板 11中沿纵横方向整齐地排列的方式，但是，本实施方式并不限定于此。关于多个传感器电极 12,可以呈格子状或交错状地排列或者也可以随机地配置。
[0131]压敏元件300具有接合压敏膜14和绝缘膜13的粘接层300(参照图7)。绝缘层13具 有用于使压敏膜14与传感器电极12经由中空部S相向的第一开口（开口 13a)。在本实施方式 中，粘接层30具有第二开口（开口 30a)。第二开口在平面视上包含第一开口（开口 13a)。即， 在本实施方式中，在平面视上，第二开口（开口 30a)比第一开口（开口 13a)大，包含第一开口 (开口 13a)。由此，能够避免构成粘接层30的粘接剂从第二开口（开口 30a)进入到中空部S 中。
[0132]图7(a)示出具备分别包围各传感器电极12的第一开口（开口 13a)和第二开口（开 口30a)的方式。图7(b)具有包围多个(例如全部)传感器电极12的第二开口（开口30a)。在一 个第二开口（开口30a)的内侧，传感器电极12被分别配置在第一开口（开口 13a)的内侧。
[0133]如图8(a)所不，在本实施方式中，在与多个传感器电极12相向的一个压敏膜14的 与传感器电极12相向的面设置有从外表面到达至厚度方向的中间部的裂缝150、152。裂缝 150、152以在平面视上位于多个传感器电极12间的方式形成。在本实施方式中，交叉地设置 与纵横地整齐排列的多个传感器电极12对应而在列方向上延伸的裂缝150和在行方向上延 伸的裂缝152。以在平面视上一个传感器电极12位于由裂缝150和裂缝152包围的格子的内 部的方式设置裂缝150、152。
[0134] 在本实施方式中，裂缝150如图8(b)所示那样从压敏膜14的一侧的面的外表面到 达至厚度方向的中间部而终止。例如，裂缝150到达至压敏膜14的厚度的大致2分之1左右而 终止。本实施方式中的裂缝150为从上述外表面切入到厚度方向的缝隙，构成缝隙且相向的 切断面在实质上彼此抵接。虽然图示省略，但是，裂缝150也可以为从上述外表面向厚度方 向凹陷的凹槽。凹槽通过V字刀具(cutter)或切割锯(dicing saw)等雕刻规定的线来形成。 再有，与本段落中的裂缝150有关的说明也适宜应用于裂缝152。
[0135] 在本实施方式中，如上述，能够使一个压敏膜14相对于多个传感器电极12相向来 构成多个压力传感器部15。在这样的方式中，在相同的定时对任意2点的压力传感器部15负 担按压力时，由于压敏膜14为共同的，所以，存在经由该压敏膜14在该2点间确认导通的情 况。在这样的情况下，存在在本来的检测信号中载有噪声的可能性。与此相对地，在压敏膜 14设置上述裂缝150、152,由此，能够适当地防止该噪声的产生。被认为这是因为，在一个压 敏膜14中，裂缝150、152为针对一个压力传感器部15与其他的压力传感器部15之间的电流 的导通的电阻抗。
[0136] 在以上说明的压敏元件300与压敏元件100同样地，柔性优越，即使为弯曲的状态 也能够示出高的电可靠性。因此，具备压敏元件300的压力传感器400能够如图9所示那样被 配置在弄弯的物理面来利用。例如，在本实施方式的压力传感器400中，压敏元件300弄弯为 曲率半径15_以下。虽然也根据整体的设计尺寸，但是，例如，在压敏元件300中，传感器电 极12与压敏膜14的分离距离即规定的距离A为5μπι以上25以下，并且，压敏膜14的厚度为6.5 Mi以上40μπι以下也可。由此，能够使压敏元件300弯曲到曲率半径为10mm以下、进而为7mm以 下等极小的曲率半径来使用。在图9中，示出了在单纯的细小状的圆筒的表面使用了压力传 感器400的例子，但是，压力传感器400进而也能够适应于曲面的凹凸复杂的物体的表面。例 如，沿着人的手的形状的一部分或全部配置压力传感器400,能够实现手型状或手袋状的压 敏传感器。再有，关于具备由一个传感器电极12构成的压敏元件100的压力传感器200,也与 压力传感器400同样地，能够配置在复杂的凹凸面来使用。
[0137] 此外，压力传感器400例如被配置在图示省略的床褥(bed mat)的面方向上，由此， 能够感测躺在该床上的人的体重的趋势情况。此外，压力传感器400能够通过被装载于平板 电脑终端、PC、电子纸等显示器下来感测按压(打字)该显示器时的负荷或多个被同时按压 之处。
[0138] 在以上说明了本发明的第一实施方式和第二实施方式，但是，本发明并不限定于 上述的实施方式，也包含在达成本发明的目的的范围中的各种变形、改良等方式。
[0139] 例如，在上述的实施方式中均示出了在支承支承11的单面设置传感器电极12的例 子，但是，本发明并不限定于此。本发明包含在支承基板11的双面设置传感器电极12和压敏 膜14的方式。此外，在本发明中，作为形成有传感器电极12的基板，并不限定于薄膜状的支 承基板11。在本发明中，能够在能够支承传感器电极12、层叠形成有绝缘层13和压敏膜14的 各种基板上实施压敏元件100。 实施例
[0140]在以下示出本发明的实施例、比较例和参考例。
[0141]模仿第一实施方式的压力传感器200制作了各实施例、比较例和参考例的基本结 构。具体地，作为支承基板11，在聚酰亚胺薄膜(厚度25μπι)上形成了具备一对第一电极12a 和第二电极12b的传感器电极12、导出布线12c以及外部端子电极12d。在根据以上得到的压 敏元件100连接有感测部210,得到具备基本结构的压力传感器200。关于第一电极12a和第 二电极12b，使高度为20μηι，使线宽度分别为ΙΟΟΟμηι，以及使彼此的分离距离为100μπι。使导 出布线12c的高度为13μπι，线宽度为100μπι。接着，形成了设置有开口 13a的绝缘层13。接着， 在绝缘层13的表面形成粘接层30,经由粘接层30层叠作为含有碳粒子的聚酰亚胺薄膜的压 敏膜14来形成压力传感器部15,做成压敏元件100。压力传感器部15的面积为4mm 2。通过柔 性布线202电连接外部端子电极12d和感测部210来制作了压力传感器200。
[0142] 关于各实施例、比较例或参考例中的压敏元件100,如表1所示那样变更了从绝缘 层13至压敏膜14的距离A、压敏膜14的厚度、表面电阻率Rs和表面粗糙度Rz。在各实施例、比 较例或参考例中，以成为表1所示的表面电阻率Rs和表面粗糙度Rz的方式分别调整压敏膜 14所包含的碳粒子的含有量。
[0143] 以具有如上述的基本结构的方式通过表1所示的内容制作了各实施例、比较例和 参考例，如以下那样进行了压敏特性评价。关于评价，按照各实施例、比较例和参考例的每 一个准备5个样品分别进行了评价。关于后述的初始感测灵敏度评价和大负荷感测灵敏度 评价，在表1中示出5个样品之中的最小值和最大值。关于后述的短路试验，在5个样品的全 部未确认短路的情况下评价为没有短路，在即使任一个确认了短路的情况下评价为存在短 路。在表1中示出上述评价结果。
[0144] [初始感测灵敏度评价] 在平坦面设置各实施例、比较例和参考例，从压敏膜14的外侧逐渐地向压力传感器部 15提供负荷，将最初感测到导通的负荷作为初始感测负荷(N)测定。
[0145] [大负荷感测灵敏度评价] 在平坦面设置各实施例、比较例和参考例，测定了对4mm2的面积的压力传感器部15提 供l.lMPa(112.5gf/mm2)的负荷时的电阻值（Ω )。
[0146] [短路试验] 将各实施例、比较例和参考例卷绕到Φ l〇mm的玻璃棒，在未对压力传感器部15从外侧 提供负荷的状态(即，初始状态)下确认了短路。
[0147] 如表1所示，在全部实施例中，实测了初始感测灵敏度和大负荷感测灵敏度，确认 了为实用上足够的结构。
[0148] 已知当观察各实施例的评价结果时存在以下的趋势。即，压敏膜与传感器电极的 距离A、压敏膜的厚度、表面电阻率和表面粗糙度的哪一个都被设计在优选的范围内的实施 例16、17的初始感测灵敏度和动态范围都特别良好。
[0149] 关于距离A不足5μπι的实施例1，已知存在在严格的条件下弯曲时短路的可能性。此 外，关于距离A超过25μπι的实施例6,初始感测灵敏度超过1000N，存在比其他的实施例高的 趋势。
[0150] 关于压敏膜的厚度超过40μπι的实施例10,初始感测灵敏度超过1000N，存在比其他 的实施例高的趋势。
[0151] 关于压敏膜的表面电阻率超过30000 Ω的实施例13,在大负荷感测灵敏度中，最大 值与最小值的差异较大，在5个样品的值中存在大的偏差。这示意了与其他的实施例比较为 了使在压敏膜中添加的碳粒子的量少而分散性不充分的情况。再有，关于压敏膜的表面电 阻率为不足7000 Ω的参考例1，为了降低电阻率而使压敏膜的碳粒子的含有量与实施例比 较显著增大，因此，未得到值得测定的膜成形性。
[0152] 再有，关于参考例2，将压敏膜的表面粗糙度设计得显著地大，但是，未得到值得测 定的膜成形性。
[0153] 另一方面，关于比较例1，压敏膜与传感器电极的距离Α为零，在平坦的状态下确认 了短路。
[0154] 上述实施方式包含以下的技术思想。
[0155] (1)一种压敏元件，其特征在于，具有： 导电性的压敏膜;传感器电极，设置在与所述压敏膜相向的位置；以及绝缘层，确保用 于使所述压敏膜和所述传感器电极彼此分离的规定的距离，所述压敏膜为含有碳粒子的树 脂薄膜。
[0156] (2)根据上述（1)所述的压敏元件，其中，在初始状态且所述压敏膜为大致平坦的 状态下测定的所述规定的距离为5mi以上25μπι以下。
[0157] (3)根据上述（1)或(2)所述的压敏元件，其中，所述压敏膜的厚度为6.5μπι以上40μ m以下。
[0158] (4)根据上述(1)至(3)的任一项所述的压敏元件，其中，所述压敏膜的杨氏模量为 5GPa以下。
[0159] (5)根据上述(1)至(4)的任一项所述的压敏元件，其中，所述压敏膜的表面电阻率 为7kQ /sq以上30kQ /sq以下。
[0160] (6)根据上述(1)至(5)的任一项所述的压敏元件，其中，所述压敏膜的厚度的与所 述传感器电极相向的面的表面粗糙度Rz为0. ΙΟμπι以上0.50μηι以下。
[0161] (7)根据上述（1)至(6)的任一项所述的压敏元件，其中，所述压敏膜为耐热性260 °C以上。
[0162] (8)根据上述(1)至(7)的任一项所述的压敏元件，其中，构成所述压敏膜的树脂将 聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺作为主要材料。
[0163] (9)根据上述(8)所述的压敏元件，其中，所述压敏膜的杨氏模量比由构成所述压 敏膜的树脂构成且与所述压敏膜相同厚度的膜的杨氏模量小。
[0164] (10)根据上述（1)至(9)的任一项所述的压敏元件，其中，设置有多个所述压敏膜 与所述传感器电极相向的压力传感器部， 一个所述压敏膜与多个所述传感器电极相向。
[0165] (11)根据上述（10)所述的压敏元件，其中，所述一个压敏膜的与所述传感器电极 相向的面具有从外表面到达至厚度方向的中间部的裂缝， 所述裂缝在平面视上位于所述多个所述传感器电极间。
[0166] (12)根据上述(1)至(11)的任一项所述的压敏元件，其中，具有柔性的基板， 在所述基板的至少一侧的面形成所述传感器电极，具有柔性。
[0167] (13)根据上述（1)至（12)的任一项所述的压敏元件，其中，具有接合所述压敏膜与 所述绝缘层的粘接层， 所述绝缘层具有用于使所述压敏膜与所述传感器电极经由中空部相向的第一开口， 所述粘接层具有在平面视上包含所述第一开口的第二开口。
[0168] (14) 一种压力传感器，其特征在于，具备： 根据上述（1)至（13)的任一项所述的压敏元件；以及 感测部，电连接于所述压敏元件并且感测压敏膜与传感器电极的接触电阻。
[0169] (15)根据上述（14)所述的压力传感器，其中，所述压敏元件弄弯为曲率半径15mm 以下。
【主权项】
1. 一种压敏元件，其特征在于，具有： 导电性的压敏膜； 传感器电极，设置在与所述压敏膜相向的位置；以及 绝缘层，确保用于使所述压敏膜和所述传感器电极彼此分离的规定的距离， 所述压敏膜为含有碳粒子的树脂薄膜。2. 根据权利要求1所述的压敏元件，其中，在初始状态且所述压敏膜为大致平坦的状态 下测定的所述规定的距离为5μηι以上25μηι以下。3. 根据权利要求1或2所述的压敏元件，其中，所述压敏膜的厚度为6.5μπι以上40μπι以 下。4. 根据权利要求1至3的任一项所述的压敏元件，其中，所述压敏膜的杨氏模量为5GPa 以下。5. 根据权利要求1至4的任一项所述的压敏元件，其中，所述压敏膜的表面电阻率为7k Ω /sq以上30kQ /sq以下。6. 根据权利要求1至5的任一项所述的压敏元件，其中，所述压敏膜的厚度的与所述传 感器电极相向的面的表面粗糙度Rz为0. ΙΟμπι以上0.50μηι以下。7. 根据权利要求1至6的任一项所述的压敏元件，其中，所述压敏膜为耐热性260°C以 上。8. 根据权利要求1至7的任一项所述的压敏元件，其中，构成所述压敏膜的树脂将聚酰 亚胺或聚酰胺-酰亚胺作为主要材料。9. 根据权利要求8所述的压敏元件，其中，所述压敏膜的杨氏模量比由构成所述压敏膜 的树脂构成且与所述压敏膜相同厚度的膜的杨氏模量小。10. 根据权利要求1至9的任一项所述的压敏元件，其中，设置有多个所述压敏膜与所述 传感器电极相向的压力传感器部， 一个所述压敏膜与多个所述传感器电极相向。11. 根据权利要求10所述的压敏元件，其中，所述一个压敏膜的与所述传感器电极相向 的面具有从外表面到达至厚度方向的中间部的裂缝， 所述裂缝在平面视上位于所述多个所述传感器电极间。12. 根据权利要求1至11的任一项所述的压敏元件，其中，具有柔性的基板， 在所述基板的至少一侧的面形成所述传感器电极，具有柔性。13. 根据权利要求1至12的任一项所述的压敏元件，其中，具有接合所述压敏膜与所述 绝缘层的粘接层， 所述绝缘层具有用于使所述压敏膜与所述传感器电极经由中空部相向的第一开口， 所述粘接层具有在平面视上包含所述第一开口的第二开口。14. 一种压力传感器，其特征在于，具备： 根据权利要求1至13的任一项所述的压敏元件；以及 感测部，电连接于所述压敏元件并且感测压敏膜与传感器电极的接触电阻。15. 根据权利要求14所述的压力传感器，其中，所述压敏元件弄弯为曲率半径15mm以 下。
【文档编号】H01L29/84GK106030267SQ201480037448
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年12月24日
【发明人】岩濑雅之, 外山敬三, 尾崎和行, 大舘广和, 木村泰介, 丰岛良, 丰岛良一
【申请人】日本梅克特隆株式会社