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μπι的间隙22。
[0005] 图IB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IB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IB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，压力传感器11具有以下那样的问题。在压力传感器11中，根据对膜片20 进行按压的按压体的前端形状等，膜片20与电介质膜14开始接触时的面积是不同的。其 结果，压力一电容特性的上升部分（开始接触区域和动作区域当中接近Pb的区域）的特性 (以下，称为上升特性。）根据按压体23的前端形状而变化。例如，如图2的（A)所示，在 以前端面小的按压体23按压膜片20的情况下，膜片20与电介质膜14开始接触时的接触 面积小。与此相对，如图2的（B)所示，在以前端面大的按压体23按压膜片20的情况下， 即使是相同的按压力P，膜片20与电介质膜14开始接触时的接触面积也变大。其结果，压 力一电容特性的上升特性根据按压体23的形状或大小而变化，存在无法确保压力传感器 11的低压力区域中的测量精度这样的问题。
[0011] 接着，如图2的（C)所示，膜片20在远离其中央部的位置上被按压体23按压的情 况下，即使是相同的压力P，如图2的（A)所示，有时静电电容也与中央部被按压的情况不 同。故而，基于膜片20被按压的位置，压力传感器11的测量值发生变化，按压位置的偏差 成为压力传感器11的测量精度下降的原因。
[0012] 现有技术文献
[0013] 非专利文献
[0014] 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，p. 71 - 74
【发明内容】
[0015] 发明要解决的课题
[0016] 本发明鉴于上述那样的技术背景而提出，其目的在于，提供能降低按压体的大小、 形状或者按压位置所带来的影响从而使测量精度得以提高的接触式的静电电容型压力传 感器。
[0017] 用于解决课题的手段
[0018] 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；导电性的膜片，其隔着空隙形成于所述电介质层的上方；以及1个或多 个突起，其设置于所述膜片的上表面。
[0019] 本发明的静电电容型压力传感器在膜片的上表面具有突起，因此若以按压体来按 压膜片，则基于突起，膜片被推压向电介质层。因此，在所施加的压力小时，与按压体的大小 或形状无关，膜片随着压力以一定的形状进行变形。故而，压力传感器的上升特性的偏差变 小，压力传感器的输出特性提高。另外，即使在按压体按压的位置发生了些许偏离的情况 下，也基于设置于膜片的固定位置的突起，膜片被按压，因此能减小按压位置的偏离所致的 输出的偏差，尤其能使上升特性得以提高。
[0020] 在以保护膜来覆盖所述膜片的表面的情况下，该突起可以通过与所述保护膜相同 的材料来形成。通过将保护膜与突起设为同一材料，能以1个工序来制作保护膜和突起，因 此制造工序变得简单。另外，所述突起可以通过与所述膜片相同的材料来与所述膜片一体 形成。在此情况下，能通过对膜片进行加工来形成突起。
[0021] 本发明所涉及的静电电容型压力传感器的一实施形态中，将所述突起设置于所述 膜片的上表面中央部。根据该实施形态，是将突起设置于膜片的中央部，因此基于按压力， 膜片均匀地变形，从而在膜片不易发生塑性变形。
[0022] 本发明所涉及的静电电容型压力传感器的另一实施形态中，所述突起的高度为所 述空隙的高度以下。若将突起的高度设为空隙的高度以下，则在按压膜片时，按压体不易被 突起妨碍。其结果，压力传感器的输出的线性得以提高。
[0023] 本发明所涉及的静电电容型压力传感器的又一实施形态中，所述突起的宽度为所 述膜片的宽度的〇. 2倍以下。另外，在该实施形态中，优选所述突起的宽度为所述膜片的宽 度的〇. 15倍以下。根据该实施形态，设置有突起的压力传感器的输出特性变得良好。
[0024] 本发明所涉及的静电电容型压力传感器的又一实施形态中，从与所述