JP6922797B2 - 静電容量式圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、静電容量式圧力センサに関する。

圧力センサは、主として気体や液体の圧力を検出するものであり、気圧センサや高度センサ、水圧センサとして各種の装置に適用されている。また、近年においては、これを高度センサとして利用する場合の一態様として、位置情報を得るためのナビゲーション装置への応用やユーザの運動量を精緻に計測する計測器への応用等、その適用範囲が広がりつつある。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサチップとしての静電容量式圧力
センサが知られている。静電容量式圧力センサは、可動電極を有する基板と、固定電極を有する硬質基板とを備えている。可動電極と固定電極との間には、ギャップに応じた静電容量が発生する。静電容量式圧力センサに圧力が印加されることにより、可動電極を有する基板が撓み、可動電極と固定電極との間のギャップが変化することで、静電容量の変化を検出する。静電容量の変化に応じた圧力が検出される。フレキシブルな圧力センサデバイスが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００７−１７８２５６号公報

本発明は、フレキシブル基板の屈曲時でも高い測定精度の静電容量式圧力センサを提供することを目的とする。

本発明では、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、第１電極を含むフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に対向して配置され、前記第１電極との間に中空部を介して前記第１電極に対向配置される第２電極を含む硬質基板と、前記フレキシブル基板と前記硬質基板との間であって、前記中空部を囲むように設けられ、前記フレキシブル基板と前記硬質基板とを接合する接合部と、を備え、前記硬質基板における前記フレキシブル基板との対向面の法線方向からの平面視において、前記第１電極及び前記第２電極が前記接合部の外周から外側にはみ出していない、静電容量式圧力センサである。

静電容量式圧力センサの硬質基板におけるフレキシブル基板との対向面の法線方向からの平面視において、フレキシブル基板の第１電極及び硬質基板の第２電極が接合部の外周から外側にはみ出していない、これにより、静電容量式圧力センサに圧力が印加され、第１電極が撓んだ後における寄生容量の変化が抑制される。すなわち、圧力センサに対して圧力が印加される前の寄生容量と圧力センサに対して圧力が印加された後の寄生容量との差が低減する。したがって、静電容量式圧力センサによれば、寄生容量の変化が抑制されるため、静電容量式圧力センサの測定精度が向上する。これにより、フレキシブル基板の屈曲時でも高い測定精度の静電容量式圧力センサを提供することができる。

静電容量式圧力センサにおいて、前記中空部内に設けられ、前記第２電極に電気的に接
続された金属膜を備え、前記第１電極の外周部分が、前記接合部によって支持されており、前記第１電極と前記金属膜との間の距離が、前記中空部の中心側から前記中空部の外周側に向かって短くなっている。第１電極の外周部分が、接合部によって支持されているため、圧力センサに対して圧力が印加されてフレキシブル基板が撓んだ際、第１電極の中心部分の撓み量が大きく、第１電極の外周部分の撓み量が小さい。フレキシブル基板が撓んだ際、中空部の中心側における第１電極と金属膜との間の距離が小さく、かつ、中空部の外周側における第１電極と金属膜との間の距離が小さくなる。これにより、静電容量式圧力センサの測定感度が向上し、静電容量式圧力センサの測定精度が向上する。

静電容量式圧力センサにおいて、前記接合部は、前記フレキシブル基板側に配置された金属部材と、前記硬質基板側に配置された防湿性の高い絶縁膜とを含む。これにより、接合部における絶縁膜の吸湿が抑制され、静電容量式圧力センサの測定精度が向上する。静電容量式圧力センサは、前記第２電極に電気的に接続され、前記フレキシブル基板に設けられた信号線と、前記フレキシブル基板に設けられたシールド線と、を備え、前記信号線を挟んでシールド線が配置されている。これにより、信号線によって伝播される信号に混入するノイズが抑制され、静電容量式圧力センサの測定精度が向上する。静電容量式圧力センサは、前記フレキシブル基板に設けられ、前記第１電極に接続された熱伝導性部材と、前記フレキシブル基板に設けられ、前記熱伝導性部材の近傍に配置された温度センサと、を備える。これにより、温度センサは、熱伝導性部材の温度を第１電極の温度として測定することができる。

静電容量式圧力センサは、前記フレキシブル基板における前記硬質基板との対向面の反対面に設けられたシールド膜を備える。シールド膜がフレキシブル基板を覆うことにより、フレキシブル基板の吸湿が抑制され、静電容量式圧力センサの測定精度が向上する。静電容量式圧力センサにおいて、前記第１電極及び前記シールド膜が同電位である。これにより、シールド膜に人体が触れた場合における寄生容量の発生が抑制されため、静電容量式圧力センサの測定精度が向上する。静電容量式圧力センサは、前記中空部内に設けられ、前記第２電極上に配置された絶縁性の突起部材を備える。これにより、静電容量式圧力センサに圧力が印加され、フレキシブル基板が撓んだ際、突起部材が第１電極と第２電極との接触を阻止するため、第１電極と第２電極との短絡が回避される。

静電容量式圧力センサにおいて、前記フレキシブル基板は前記第１電極を複数含んでおり、複数の前記第１電極に対応する複数の前記第２電極、複数の前記硬質基板及び複数の前記接合部を備える。これにより、フレキシブル基板と複数の硬質基板とが接合された静電容量式圧力センサを用いた圧力の面測定が可能となる。

本発明によれば、フレキシブル基板の屈曲時でも高い測定精度の静電容量式圧力センサを提供することができる。

図１は、実施形態に係る圧力センサの一例を示す断面図である。 図２は、可動電極の平面図である。 図３は、固定電極の平面図である。 図４は、実施形態に係る圧力センサの一例を示す断面図である。 図５は、圧力センサの平面図の一例である。 図６Ａは、実施形態に係る圧力センサの一例を示す断面図である。 図６Ｂは、実施形態に係る圧力センサの一例を示す断面図である。 図７は、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す図である。 図８は、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す図である。 図９は、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す図である。 図１０は、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す図である。 図１１は、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す図である。 図１２は、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す図である。 図１３は、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す図である。 図１４は、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す図である。 図１５は、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す図である。 図１６は、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す図である。 図１７は、実施形態に係る圧力センサの製造工程の一例を示す図である。

以下、実施形態について図を参照しながら説明する。以下に示す実施形態は、本願の一態様であり、本願の技術的範囲を限定するものではない。

＜適用例＞
まず、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、実施形態に係る圧力センサ１００の一例を示す断面図である。圧力センサ１００は、静電容量式圧力センサの一例である。圧力センサ１００は、可動部１０及び固定基板部２０を備える。可動部１０は、可撓性を有する。可動部１０は、シート基板１１及び可動電極１２を含む。可動電極１２は、導体部１３及びメッキ部１４を有する。可動部１０は、フレキシブル基板の一例である。また、シート基板１１が、フレキシブル基板の一例であってもよい。可動電極１２は、第１電極の一例である。

固定基板部２０は、基板部２１、固定電極２２及び金属膜２５を含む。固定基板部２０は、可動部１０との間に中空部（空隙）３０を介して可動部１０に対向して配置されている。固定電極２２は、可動電極１２との間に中空部３０を介して可動電極１２に対向配置されている。絶縁部２３は、第１絶縁膜２６及び第２絶縁膜２７を有する。絶縁部２３は、固定電極２２を囲むようにして、固定基板部２０上に設けられている。絶縁部２３及び壁部２４は、中空部３０を囲むように設けられており、可動部１０と固定基板部２０とを接合する。固定基板部２０は、硬質基板の一例である。固定電極２２は、第２電極の一例である。絶縁部２３は、固定基板部２０側に配置され、壁部２４は、可動部１０側に配置されている。絶縁部２３及び壁部２４は、接合部の一例である。更に、圧力センサ１００は、可動部１０に設けられたシールド膜３１を備える。なお、実施形態において、金属膜２５及びシールド膜３１の形成を省略してもよい。圧力センサ１００は、可動電極１２が撓むことで生じる静電容量の変化を検出することにより、可動電極１２に印加された圧力を測定する。

図２は、可動電極１２の平面図である。図３は、固定電極２２の平面図である。なお、図１は、図２のＢ−Ｂ線における断面及び図３のＤ−Ｄ線における断面に対応している。図２の例では、平面視における可動電極１２の形状は円形であり、図３の例では、平面視における固定電極２２の形状は円形である。図２及び図３の例に限定されず、平面視における可動電極１２の形状及び平面視における固定電極２２の形状は、楕円形、矩形等の他の形状であってもよい。図２に示すように、可動電極１２は、グランド（ＧＮＤ）線１６に接続されている。また、信号線１５が、可動電極１２を挟むようにして、グランド線１６に対向配置されている。信号線１５は、可動電極１２から離間している。可動電極１２、信号線１５及びグランド線１６は、可動部１０における固定基板部２０との対向面に設けられている。具体的には、可動電極１２、信号線１５及びグランド線１６は、シート基板１１の下面に設けられている。シート基板１１の下面は、基板部２１の上面と対向している。図２では、シート基板１１の外形線を点線で示している。図３に示すように、固定電極２２は、信号パッド２８に接続されている。また、グランドパッド２９が、固定電極
２２を挟むようにして、信号パッド２８に対向配置されている。

固定基板部２０における可動部１０との対向面の法線方向（図１の矢印Ａで示す方向）からの平面視において、可動電極１２及び固定電極２２が壁部２４の外周から外側にはみ出していない。これにより、圧力センサ１００に圧力が印加され、可動電極１２が撓んだ後における寄生容量の変化が抑制される。すなわち、圧力センサ１００に対して圧力が印加される前の寄生容量と圧力センサ１００に対して圧力が印加された後の寄生容量との差が低減する。これにより、寄生容量の変化が抑制されるため、圧力センサ１００の測定精度が向上する。実施形態によれば、可動部１０の屈曲時でも高い測定精度の圧力センサ１００を提供することができる。

＜実施形態＞
図４は、実施形態に係る圧力センサ１００の一例を示す断面図である。図５は、圧力センサ１００の平面図の一例である。図４は、図５のＦ−Ｆ線に沿った断面を示している。また、図４は、図２のＣ−Ｃ線における断面及び図３のＥ−Ｅ線における断面に対応している。図５では、４つの圧力センサ１００（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ及び１００Ｄ）が例示されると共に、コネクタ２００及び静電容量測定回路３００が例示される。図５の例では、４つの圧力センサ１００が例示されているが、圧力センサ１００の個数は増減可能である。４つの圧力センサ１００は、シート基板１１を共有する。

可動部１０は、シート基板１１、可動電極１２、信号線１５、グランド線１６を含む。シート基板１１は、可撓性を有する部材（例えば、ポリイミド）で形成される。シート基板１１の下面に可動電極１２、信号線１５、グランド線１６が設けられている。可動電極１２、信号線１５、グランド線１６は、導電性を有する。可動電極１２は、導体部１３Ａ及びメッキ部１４Ｂを有する。信号線１５は、導体部１３Ｂ及びメッキ部１４Ｂを有する。グランド線１６は、導体部１３Ｃ及びメッキ部１４Ｃを有する。導体部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは、例えば、Ｃｕ（銅）等の金属で形成されている。メッキ部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ａｕ（金）等で形成されている。なお、導体部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを総称する場合、導体部１３と称し、メッキ部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを総称する場合、メッキ部１４と称する。

固定基板部２０は、基板部２１、固定電極２２、金属膜２５、信号パッド２８、グランドパッド２９を含む。基板部２１は、容易に変形しない部材（例えば、ガラス）で形成される。基板部２１の厚さは、例えば、３００μｍ以上６００μｍ以下であるが、この範囲に限定されない。基板部２１が容易に変形しない部材で形成されるため、シート基板１１への圧力の印加により可動部１０が撓んでも、固定基板部２０の変形は抑制される。基板部２１の上面に固定電極２２、信号パッド２８、グランドパッド２９が配置されている。基板部２１の上面は、シート基板１１の下面と対向している。固定電極２２、金属膜２５、信号パッド２８、グランドパッド２９は、導電性を有する。固定電極２２、信号パッド２８、グランドパッド２９は、例えば、Ｃｒ（クロム）等で形成されている。金属膜２５は、例えば、Ｔｉ、Ａｕ等で形成されている。

固定基板部２０には、固定電極２２、信号パッド２８、グランドパッド２９の周囲を囲むと共に、固定電極２２、信号パッド２８、グランドパッド２９の一部を覆う絶縁部２３が設けられている。絶縁部２３は、第１絶縁膜２６、第２絶縁膜２７を有する。第１絶縁膜２６は、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）等によって形成されている。第２絶縁膜２７は、ＳｉＮ（窒化ケイ素）によって形成されている。固定電極２２の一部を覆う絶縁部２３Ａ上に壁部２４Ａが設けられている。絶縁部２３Ａ及び壁部２４Ａは、基板部２１上において、中空部３０を囲むように設けられている。信号パッド２８の一部を覆う絶縁部２３Ｂ上に壁部２４Ｂが設けられている。グランド
パッド２９の一部を覆う絶縁部２３Ｃ上に壁部２４Ｃが設けられている。壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、例えば、Ｃｕ等の金属で形成されている。なお、絶縁部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを総称する場合、絶縁部２３と称する。

絶縁部２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ）及び壁部２４（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）が、可動部１０と固定基板部２０とを接合することで可動部１０と固定基板部２０とが一体となり、圧力センサ１００が形成される。壁部２４Ｂは、信号線１５及び信号パッド２８に接触している。壁部２４Ｂを介して、信号線１５が信号パッド２８に電気的に接続されている。固定電極２２が、信号パッド２８に接続されているため、信号線１５が固定電極２２に電気的に接続されている。壁部２４Ｃを介して、グランド線１６がグランドパッド２９に電気的に接続されている。圧力センサ１００は、可動電極１２及び固定電極２２を電極板とするコンデンサとして動作する。

図５に示すように、複数の信号線１５がコネクタ２００に接続されている。コネクタ２００は、静電容量測定回路３００に接続されている。図５に例示されるように、シート基板１１を共有して複数の圧力センサ１００を並べることが可能である。すなわち、単一のシート基板１１に複数の可動電極１２を設けることにより、単一のシート基板１１に複数の可動電極１２及び複数の固定基板部２０を列状、格子状又はアレイ状に配置することが可能である。したがって、圧力センサ１００は、単一のシート基板１１を共有する複数のセンサ素子を有する。この場合、複数の可動電極１２同士が離間し、複数の固定基板部２０同士が離間している。そのため、圧力センサ１００に圧力が印加された際、隣接する複数の可動部１０の一方が、隣接する複数の可動部１０の他方の基板が撓むことを阻害しない。したがって、圧力センサ１００に圧力が印加された際における可動部１０の撓みが阻害されず、圧力センサ１００に印加された圧力を高い精度で測定することができる。

圧力センサ１００では、中空部３０の上方から圧力センサ１００に圧力が印加されると、印加された圧力に応じて可動部１０が固定基板部２０に向かって撓む。また、圧力センサ１００に圧力が印加されなくなると、圧力センサ１００は圧力が印加される前の状態に戻る。すなわち、圧力センサ１００では、印加された圧力に応じて、可動電極１２と固定電極２２との間の距離が変動する。可動電極１２と固定電極２２との間の距離が変動すると、圧力センサ１００の静電容量が変動する。例えば、図５に例示される静電容量測定回路３００によって圧力センサ１００の静電容量の変動が測定されることで、圧力センサ１００に印加された圧力が検出される。

平面視において、可動電極１２及び固定電極２２が壁部２４の外周から外側にはみ出している場合、可動電極１２が撓んだ後における寄生容量の変化が大きい。実施形態によれば、平面視において、可動電極１２及び固定電極２２が壁部２４の外周から外側にはみ出していない。可動電極１２が撓んだ後における寄生容量の変化が抑制されるため、圧力センサ１００の測定精度が向上する。

第１絶縁膜２６は、ＴＥＯＳ、ＳｉＯ_２等によって形成された酸化シリコン膜である。酸化シリコン膜は吸湿性を有する。酸化シリコン膜が吸湿することにより、圧力センサ１００の測定に悪影響を与える可能性がある。第２絶縁膜２７は、ＳｉＮによって形成された窒化シリコン膜である。窒化シリコン膜は防湿性の高い部材である。第２絶縁膜２７は、防湿性の高い絶縁膜の一例である。絶縁部２３が第２絶縁膜２７を含むことにより、絶縁部２３の吸湿が抑制され、圧力センサ１００の測定精度が向上する。例えば、図４に示すように、第２絶縁膜２７が第１絶縁膜２６を覆うことにより、第１絶縁膜２６の吸湿が抑制され、圧力センサ１００の測定精度が向上する。

図４に示すように、中空部３０内であって、固定電極２２上に金属膜２５が設けられて
いる。金属膜２５は、固定電極２２に電気的に接続されている。可動電極１２の外周部分が、絶縁部２３Ａ、壁部２４Ａによって支持されている。壁部２４Ａは、金属部材の一例である。図４の例では、金属膜２５は、中空部３０の中心側から中空部３０の外周側に向かって高くなる段差を有している。したがって、可動電極１２と金属膜２５との間の距離が、中空部３０の中心側から中空部３０の外周側に向かって短くなっている。また、金属膜２５が、中空部３０の中心側から中空部３０の外周側に向かって高くなる傾斜面を有してもよい。中空部３０の上方から圧力センサ１００に圧力が印加されると、可動部１０が固定基板部２０に向かって撓む。可動部１０が撓んだ際、可動電極１２と固定電極２２との間の距離に基づいて、圧力センサ１００に印加された圧力が検出される。可動電極１２の外周部分が、絶縁部２３Ａ、壁部２４Ａによって支持されているため、可動電極１２の中心部分の撓み量が大きく、可動電極１２の外周部分の撓み量が小さい。このため、可動部１０が撓んだ際、中空部３０の中心側における可動電極１２と金属膜２５との間の距離と、中空部３０の外周側における可動電極１２と金属膜２５との間の距離との差が小さくなる。これにより、圧力センサ１００の測定感度が向上し、圧力センサ１００の測定精度が向上する。

図４に示すように、可動部１０における固定基板部２０との対向面の反対面にシールド膜３１が設けられている。シールド膜３１は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ（アルミニウム）等の金属で形成されている。シールド膜３１がシート基板１１を覆うことにより、シート基板１１の吸湿が抑制され、圧力センサ１００の測定精度が向上する。可動電極１２及びシールド膜３１が同電位であってもよい。例えば、図６Ａに示すように、オペアンプ３３を可動電極１２及びシールド膜３１に接続し、可動電極１２とシールド膜３１とを同電位にしてもよい。図６Ａは、実施形態に係る圧力センサ１００の一例を示す断面図である。シート基板１１に人体が接触した場合、人体と可動電極１２との間に寄生容量が発生する。可動電極１２及びシールド膜３１が同電位であることで、シールド膜３１に人体が触れた場合における寄生容量の発生が抑制される。寄生容量の発生が抑制されると共に、圧力センサ１００に圧力が印加され、可動電極１２が撓んだ後における寄生容量の変化が抑制されるため、圧力センサ１００の測定精度が向上する。

図５に示すように、各信号線１５を挟んで複数のシールド線３２が配置されている。複数のシールド線３２がコネクタ２００に接続されている。シールド線３２は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ等の金属で形成されている。また、シールド線３２は、導電性樹脂であってもよい。信号線１５を挟んでシールド線３２を配置することにより、信号線１５によって伝播される信号に混入するノイズを抑制することができる。これにより、圧力センサ１００の測定精度が向上する。なお、実施形態において、シールド線３２の形成を省略してもよい。

可動部１０に接続線４１、熱伝導性部材４２及び温度センサ４３が設けられている。図５に示すように、隣接する可動電極１２の間に接続線４１が配置されており、隣接する可動電極１２同士が接続線４１によって接続されている。接続線４１は、可動電極１２と同じ材料で形成されているが、接続線４１は、熱伝導性樹脂で形成されてもよい。可動電極１２同士が接続されることにより、複数の可動電極１２の温度が均等化される。複数の可動電極１２のうちの両端の可動電極１２には、熱伝導性部材４２が接続されている。複数の可動電極１２の熱が熱伝導性部材４２に伝わるため、複数の可動電極１２の温度と熱伝導性部材４２の温度とが一致する。温度センサ４３が、熱伝導性部材４２の近傍に配置されている。図５に例示するように、温度センサ４３が、熱伝導性部材４２に隣接して配置されてもよい。温度センサ４３は、熱伝導性部材４２の温度を測定する。これにより、温度センサ４３は、熱伝導性部材４２の温度を可動電極１２の温度として測定することができる。

温度センサ４３は、コネクタ２００に接続されている。静電容量測定回路３００は、温度センサ４３によって測定された温度データを取得する。シート基板１１、可動電極１２、基板部２１、固定電極２２の各熱膨張係数が異なる場合、温度変化により静電容量が変化する。静電容量測定回路３００は、温度データを用いて静電容量を補正して、可動電極１２に印加された圧力を測定する。これにより、圧力センサ１００の測定精度が向上する。なお、実施形態において、接続線４１、熱伝導性部材４２、温度センサ４３の形成を省略してもよい。

図６Ｂは、実施形態に係る圧力センサ１００の一例を示す断面図である。図６Ｂでは、圧力センサ１００の一部を拡大して示している。図６Ｂに示すように、中空部３０内であって、固定電極２２上に突起部材３４が設けられている。突起部材３４の個数は単数であってもよいし、複数であってもよい。突起部材３４は、絶縁性部材である。突起部材３４は、ＳｉＮによって形成された窒化シリコン膜であってもよい。第２絶縁膜２７及び突起部材３４が、同一の材料で形成されてもよい。第２絶縁膜２７及び突起部材３４が、同一の工程によって形成されてもよい。中空部３０の上方から圧力センサ１００に圧力が印加されると、可動部１０が固定基板部２０に向かって撓む。可動部１０が撓んだ際、可動電極１２が撓むことにより可動電極１２が固定電極２２に接触すると、可動電極１２と固定電極２２とが短絡する。可動部１０が撓んだ際、突起部材３４が可動電極１２と固定電極２２との接触を阻止するため、可動電極１２と固定電極２２との短絡が回避される。中空部３０内であって、金属膜２５上に突起部材３４が設けられてもよい。また、中空部３０内であって、固定電極２２上に突起部材３４が設けられると共に、金属膜２５上に突起部材３４が設けられてもよい。可動部１０が撓んだ際、突起部材３４が可動電極１２と金属膜２５との接触を阻止するため、可動電極１２と金属膜２５との短絡が回避される。

＜圧力センサ１００の製造工程＞
図７（Ａ）から図１４（Ｂ）は、圧力センサ１００の製造工程の一例を示す図である。以下、図７（Ａ）から図１４（Ｂ）を参照して、圧力センサ１００の製造工程の一例について説明する。

（固定基板部２０の製造工程）
図７（Ａ）から図１０（Ｂ）は固定基板部２０の製造工程の一例を示す。図７（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）、図１０（Ａ）は、固定基板部２０の平面図である。図７（Ｂ）、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）は、固定基板部２０の断面図である。図７（Ｂ）、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）のそれぞれは、図７（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）、図１０（Ａ）の各Ｇ−Ｇ線に沿った断面を示している。図７（Ａ）、図７（Ｂ）では、基板部２１の可動部１０に対向する面上に固定電極２２、信号パッド２８、グランドパッド２９が形成される。固定電極２２、信号パッド２８、グランドパッド２９の各厚みは、例えば、２００ｎｍであるが、この値に限定されない。次に、図８（Ａ）、図８（Ｂ）では、固定電極２２の一部、信号パッド２８の一部、グランドパッド２９の一部を覆うように第１絶縁膜２６が形成される。第１絶縁膜２６の厚みは、例えば、５５０ｎｍであるが、この値に限定されない。続いて、図９（Ａ）、図９（Ｂ）では、第１絶縁膜２６を覆うように第２絶縁膜２７が形成される。これにより、絶縁部２３Ａが固定電極２２の一部を覆い、絶縁部２３Ｂが信号パッド２８の一部を覆い、絶縁部２３Ｃがグランドパッド２９の一部を覆う。絶縁部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃは、第１絶縁膜２６、第２絶縁膜２７を有する。第２絶縁膜２７の厚みは、例えば、１００ｎｍであるが、この値に限定されない。固定電極２２、絶縁部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、信号パッド２８、グランドパッド２９は、例えば、フォトリソグラフィー及びエッチングを行うことによって、所定パターンに形成される。

次いで、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）では、メッキ処理を行うことにより、固定基板部
２０に壁部２４及び金属膜２５が形成される。詳細には、絶縁部２３Ａ上に壁部２４Ａが形成され、絶縁部２３Ｂ上に壁部２４Ｂが形成され、絶縁部２３Ｃ上に壁部２４Ｃが形成され、固定電極２２上に金属膜２５が形成される。壁部２４Ｂが、信号パッド２８に接触しており、壁部２４Ｂと信号パッド２８とが電気的に接続される。壁部２４Ｃが、グランドパッド２９に接触しており、壁部２４Ｂとグランドパッド２９とが電気的に接続される。なお、壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを総称する場合、壁部２４と称する。金属膜２５が、固定電極２２に接触しており、金属膜２５が固定電極２２に電気的に接続される。また、金属膜２５が固定電極２２上の第２絶縁膜２７の一部を覆うことにより、金属膜２５に段差が形成される。なお、壁部２４及び金属膜２５をスパッタリングにより形成してもよい。即ち、スパッタ装置にて固定基板部２０にメッキ層を成膜した後で、レジストを塗布してエッチングすることによって壁部２４及び金属膜２５のパターンを形成してもよい。

（可動部１０の製造工程）
図１１（Ａ）から図１４（Ｂ）は可動部１０の製造工程の一例を示す。
図１１（Ａ）、図１２（Ａ）、図１３（Ａ）、図１４（Ａ）は、可動部１０の平面図である。図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）は、可動部１０の断面図である。図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）のそれぞれは、図１１（Ａ）、図１２（Ａ）、図１３（Ａ）、図１４（Ａ）の各Ｊ−Ｊ線に沿った断面を示している。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）では、サポート基板５０に固定されたシート基板１１の固定基板部２０に対向する面上に導体部１３が形成される。導体部１３は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって平坦化される。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）
では、導体部１３上にメッキ部１４が形成される。例えば、導体部１３上に５０ｎｍの厚みのＴｉと、１００ｎｍの厚みのＡｕとを形成することにより、導体部１３上にメッキ部１４が形成されてもよい。図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）では、フォトリソグラフィー及びエッチングを行うことにより、導体部１３、メッキ部１４のパターンが形成される。これにより、シート基板１１の固定基板部２０に対向する面上に可動電極１２、信号線１５、グランド線１６、接続線４１が形成される。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）では、可動部１０からサポート基板５０が剥離される。

（可動部１０と固定基板部２０の接合工程）
図１５は、固定基板部２０と可動部１０とを接合する工程の一例を示す。図１５では、可動部１０と固定基板部２０とが接合される。接合方法は特に限定されない。可動部１０と固定基板部２０とは、例えば、常温接合によって接合されてもよい。常温接合では、例えば、メッキ部１４の壁部２４に対向する面と壁部２４のメッキ部１４に対向する面とに対して、当該面を平滑にする処理と当該面から不純物を除去して清浄にする処理とが行われる。これらの処理が施されたメッキ部１４と壁部２４とが接触すると、メッキ部１４と壁部２４との間で働く分子間力によって、可動部１０と固定基板部２０とが接合される。図１６に示すように、可動部１０にシールド膜３１を形成してもよい。図１６は、シールド膜３１を成膜する工程の一例を示す。図１６では、シート基板１１の固定基板部２０に対向する面の反対面上にシールド膜３１が形成される。

図１７は、図７（Ａ）から図１６までの工程によって製造された圧力センサ１００について、シート基板１１を共有する２つの圧力センサ１００を並べた様子を例示する。図１７では、固定基板部２０がダイシングによって個片化されている。図１７に例示するように、シート基板１１を共有して複数の圧力センサ１００を並べることで、圧力検出の対象とする面積を広げることが可能である。図１７の例では、２つの圧力センサ１００（１００Ａ、１００Ｂ）が例示されているが、圧力センサ１００の個数は増減可能である。

また、可動部１０と固定基板部２０の接合工程においてメッキ部１４及び壁部２４の表面を平坦化する処理を行わずに、可動部１０、固定基板部２０それぞれの製造工程で、表
面の平坦性を担保するようにしてもよい。例えば、可動部１０の製造工程において、シート基板１１に対して可動電極１２となる金属（例えばＣｕ）をＣＭＰ処理して平坦にし、その上にスパッタ装置でメッキ部１４を成膜してもよい。

＜付記＞
第１電極（１２）を含むフレキシブル基板（１０）と、
前記フレキシブル基板（１０）に対向して配置され、前記第１電極（１２）との間に中空部（３０）を介して前記第１電極に（１２）対向配置される第２電極（２２）を含む硬質基板（２０）と、
前記フレキシブル基板（１０）と前記硬質基板（２０）との間であって、前記中空部を囲むように設けられ、前記フレキシブル基板（１０）と前記硬質基板（２０）とを接合する接合部（２４）と、
を備え、
前記硬質基板（２０）における前記フレキシブル基板（１０）との対向面の法線方向からの平面視において、前記第１電極（１２）及び前記第２電極（２２）が前記接合部（２４）の外周から外側にはみ出していない、
ことを特徴とする静電容量式圧力センサ（１００）。

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ・・・圧力センサ
１０・・・可動部
１１・・・シート基板
１２・・・可動電極
１５・・・信号線
１６・・・グランド線
２０・・・固定基板部
２１・・・基板部
２２・・・固定電極
２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ・・・絶縁部
２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ・・・壁部
２５・・・金属膜
２６・・・第１絶縁膜
２７・・・第２絶縁膜
３０・・・中空部

Claims (8)

1. 第１電極を含むフレキシブル基板と、
   前記フレキシブル基板に対向して配置され、前記第１電極との間に中空部を介して前記第１電極に対向配置される第２電極を含む硬質基板と、
   前記フレキシブル基板と前記硬質基板との間であって、前記中空部を囲むように設けられ、前記フレキシブル基板と前記硬質基板とを接合する接合部と、
   を備え、
   前記硬質基板における前記フレキシブル基板との対向面の法線方向からの平面視において、前記第１電極及び前記第２電極が前記接合部の外周から外側にはみ出しておらず、
   前記接合部は、前記フレキシブル基板側に配置され前記第１電極に接触する金属部材と、前記硬質基板側に配置された防湿性の高い絶縁膜とを含む、
   ことを特徴とする静電容量式圧力センサ。
2. 前記中空部内に設けられ、前記第２電極に電気的に接続された金属膜を備え、
   前記第１電極の外周部分が、前記接合部によって支持されており、
   前記第１電極と前記金属膜との間の距離が、前記中空部の中心側から前記中空部の外周側に向かって短くなっている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式圧力センサ。
3. 前記第２電極に電気的に接続され、前記フレキシブル基板に設けられた信号線と、
   前記フレキシブル基板に設けられたシールド線と、
   を備え、
   前記信号線を挟んでシールド線が配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量式圧力センサ。
4. 前記フレキシブル基板に設けられ、前記第１電極に接続された熱伝導性部材と、
   前記フレキシブル基板に設けられ、前記熱伝導性部材の近傍に配置された温度センサと、
   を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の静電容量式圧力センサ
   。
5. 前記フレキシブル基板における前記硬質基板との対向面の反対面に設けられたシールド膜を備える、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の静電容量式圧力センサ。
6. 前記第１電極及び前記シールド膜が同電位である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の静電容量式圧力センサ。
7. 前記中空部内に設けられ、前記第２電極上に配置された絶縁性の突起部材を備える、
   ことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の静電容量式圧力センサ。
8. 前記フレキシブル基板は前記第１電極を複数含んでおり、
   複数の前記第１電極に対応する複数の前記第２電極、複数の前記硬質基板及び複数の前記接合部を備える、
   ことを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の静電容量式圧力センサ。

Images