表面壓力分布傳感器的製作方法
2023-11-30 00:09:06 1
專利名稱：表面壓力分布傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測定被測定物的細微凹凸等的表面壓力分布傳感器。
背景技術：
將壓在檢測面上的被測定物表面的細微凹凸作為按壓力分布進行檢測的表面壓力分布傳感器，作為一種把粗糙表面的表面形狀數據化的傳感器而廣為人知(例如，專利文獻1。)。
專利文獻1特公平7-58234號公報這種表面壓力分布傳感器如圖11所示，呈矩陣狀配置半導體開關元件101，在該半導體開關元件101的一方端子側形成與之連結的電極102。在半導體基板的對置面側，使具有導電膜的可撓性薄膜相對於電極側分開一定間隔並與電極相對地配置。該導電膜被外加一定的電壓，在可撓性薄膜上例如按壓表面具有細微凹凸的被測定物時，該可撓性薄膜按照被測定物的凹凸而彎曲。這樣，彎曲部分的導電膜和半導體基板的電極接觸，從而依次起動該部分的半導體開關元件的矩陣進行讀取。
現有的表面壓力分布傳感器使用半導體基板，但是這種半導體基板一般價格很高。特別是，將表面壓力分布傳感器作為指紋檢測傳感器使用時，需要充分按壓手指的寬大表面積，只要採用這樣寬大表面積的半導體基板就很難低成本製造。另外，為了檢測表面的細微凹凸，對於半導體開關元件的裸露部和導電膜來說必須長期地即使以較小的按壓力也保持穩定接觸，不過，現有的表面壓力分布傳感器，很難長期地保持半導體開關元件的裸露部和導電膜的接觸部分的清潔性。
發明內容
本發明即是鑑於上述事情產生的，其目的在於提供一種能長期穩定地準確檢測表面壓力分布，且能以簡單構成低成本製造的表面壓力分布傳感器。
為了實現所述目的，在本發明中提供一種如下的表面壓力分布傳感器，具有多個導體並列且向第1方向延伸的行配線、多個導體並列且向與上述第1方向相交的第2方向延伸的列配線和表面分別形成上述行配線及上述列配線的基板，上述基板至少一方由可撓性薄膜基板構成，其特徵在於根據上述行配線及上述列配線的交叉部的靜電電容的變化來檢測表面壓力分布。
根據這種表面壓力分布傳感器，細微凹凸表面的檢測即檢測微小的靜電電容的變化能夠高精度地進行。這樣，由與行配線和列配線的交叉部的凹凸形狀變化相對應的間隔距離變化所引起的靜電電容的變化就可以檢測出來。並且，能夠以簡單構成低成本地製造表面壓力分布傳感器。
另外，可以上述行配線及上述列配線，分別形成在相互獨立的第1和第2基板上，通過重疊上述第1和第2基板，使上述行配線及上述列配線相交叉。此時，不用說，行配線和列配線在交叉部為了形成靜電電容而間隔對向配置。另外，也可上述基板由單一的可撓性薄膜基板構成，在上述可撓性薄膜基板上形成上述行配線及上述列配線，通過按照規定位置彎折上述可撓性薄膜基板，使上述行配線及上述列配線相交叉。從而，還能夠以簡單構成低成本地製造表面壓力分布傳感器。
另外，優選上述可撓性薄膜基板由在上述第1方向和第2方向熱收縮率不同的樹脂構成，在由上述行配線或上述列配線產生的膜應力形成拉伸應力時，沿熱收縮率大的方向延伸形成上述行配線及上述列配線，在上述膜應力形成壓縮應力時，沿熱收縮率小的方向延伸形成上述行配線及上述列配線。從而，通過可撓性薄膜基板的應力能夠防止上述行配線及上述列配線發生斷線。
另外，如果上述行配線及上述列配線中至少任意一方用絕緣膜覆蓋，則行配線和列配線可以在交叉部確實形成靜電電容，故優選。另外，上述可撓性薄膜基板由在上述第1方向和第2方向熱收縮率不同的樹脂構成，在由上述行配線或上述列配線和上述絕緣膜產生的膜應力形成拉伸應力時，沿熱收縮率大的方向延伸形成上述行配線及上述列配線，在上述膜應力形成壓縮應力時，沿熱收縮率小的方向延伸形成上述行配線及上述列配線。從而，通過可撓性薄膜基板的應力能夠防止上述行配線及上述列配線發生斷線。
另外，也可上述行配線及上述列配線在上述可撓性薄膜基板上按照向同一方向延伸形成，彎折上述可撓性薄膜，而使上述行配線及上述列配線相交。
圖1是表示本發明的表面壓力分布傳感器的等效電路的說明圖。
圖2是本發明的表面壓力分布傳感器的主要部分的放大剖視圖。
圖3是表示電容(容量)檢測電路的一例的等效電路圖。
圖4是表示本發明的表面壓力分布傳感器的凹凸檢測時的情形的說明圖。
圖5是表示具有本發明的表面壓力分布傳感器的便攜電話的外觀斜視圖。
圖6是放大表示本發明的實施方式2的剖視圖。
圖7是表示圖6的可撓性薄膜基板的說明圖。
圖8是表示本發明的實施方式3的說明圖。
圖9是表示本發明的實施方式4的說明圖。
圖10是表示本發明的實施方式5的說明圖。
圖11是表示現有的表面壓力分布傳感器的等效電路圖。
圖中，10-表面壓力分布傳感器；14-行配線；15-絕緣膜；16-可撓性薄膜(可撓性薄膜基板)；17-列配線。
具體實施例方式
下面，對本發明的具有代表性的實施方式進行說明。圖1是表示本發明的表面壓力分布傳感器的等效電路的說明圖，圖2是本發明的表面壓力分布傳感器的主要部分的放大剖視圖。表面壓力分布傳感器10，具有通過墊片18分開一定間隔的間隙對向配置的行配線部11和列配線部12。
行配線部11，由玻璃基板13、沿第1方向X平行排列配置在該玻璃基板13上的多個行配線14和覆蓋該行配線14的絕緣膜15構成。行配線14，例如由0.1μm厚的Al膜構成，在玻璃基板13上例如以50μm的間距可以形成200根。絕緣膜15隻要是層疊例如si3N4的材料即可。各個行配線14與檢測靜電電容的電容檢測電路22連接。
列配線部12，由可撓性薄膜(可撓性薄膜基板)16和沿第2方向Y平行排列配置在該可撓性薄膜16上的多個列配線17構成。可撓性薄膜16，只要在表面被按壓數μm程度的凹凸面時，具有按照該凹凸形狀而彎曲這樣的柔軟性即可，例如，適合使用厚度1～30μm程度的聚脂薄膜。列配線17，例如可以由0.1μm厚的Al膜構成，在可撓性薄膜16上例如以50μm的間距形成200根。各個列配線17，與列選擇電路23連接。這種列選擇電路23，使測定靜電電容時所選擇的列配線17以外全部連接在接地側。
墊片18，圍繞這種行配線部11和列配線部12的周邊形成，密封對置的行配線部11和列配線部12間隙中的空氣，形成空氣層19。這種空氣層19，在可撓性薄膜16的表面上按壓有細微凹凸時，通過被密閉的空氣發揮使可撓性薄膜16仿形凹凸面而彎曲的功效。再有，行配線部11和列配線部12間隙中的空氣層也可以不密閉，通過將列配線17按壓而與絕緣膜密合，在凹凸間密閉空氣，達到與密閉空氣層時同等的功效。
本發明的表面壓力分布傳感器10，根據上述這樣的構成，如圖1所示的等效電路所示，能夠由電容檢測電路22檢測與行配線14和列配線17相交的交叉部21的間隔距離的變化相對應的靜電電容的變化。這樣，通過檢測在可撓性薄膜16的表面上按壓有細微凹凸面時所發生的多個交叉部21的靜電電容的變化，能夠使被測定物的凹凸面的形狀作為信號數字輸出。
電容檢測電路22，採用例如圖3所示的電路，測定時由列選擇電路23選擇的列配線17以外的全部與接地側連接，同時，同一行配線14上的測定對象以外的靜電電容全部作為子電容由測定系並行輸出，但子電容的相反側的電極與接地側連接，從而能夠消去。根據這樣的構成，可以高精度地進行細微凹凸面的檢測即高精度地檢測細微的靜電電容的變化。
再有，在本實施方式中，可撓性薄膜16上形成列配線17，但也可以在可撓性薄膜16上形成行配線14。但是，由於不易受到靜電影響的關係，優選將與作為低輸入阻抗的列選擇電路23連接的列配線17形成在可撓性薄膜16一側。
這種表面壓力分布傳感器10並不限定用途，但是例如圖4所示也能夠用作指紋傳感器。通過檢測可撓性薄膜16的表面上按壓有指紋等細微凹凸25時所發生的與行配線14和列配線17的交叉部21的間隔距離變化相對應的靜電電容的變化，能準確檢測指紋等的細微凹凸25的形狀作為信號數據輸出。
作為使表面壓力分布傳感器10適用於例如指紋傳感器的例子，如圖5所示，能適用於例如便攜電話26的持有者認證系統等。近年來，考慮到用便攜電話26等進行結算等，通過在便攜電話26上形成表面壓力傳感器10，準確檢測按壓在表面壓力傳感器上的指紋，通過與以前登錄的指紋數據核對，能正確認證持有者。
圖6是表示本發明的實施方式2的放大剖視圖。該實施方式2的表面壓力分布傳感器30，列配線31和行配線32形成在1張可撓性薄膜33上。即，如圖7a所示，在1張可撓性薄膜33上，鄰接形成沿相互並行的方向延伸的多個列配線31和行配線32，還形成覆蓋該列配線31和行配線32的絕緣膜34。並且，沿該列配線31和行配線32的邊界附近的曲折線L向箭頭P方向彎曲，列配線31和行配線32通過絕緣膜34可以面對形成(參照圖7b)。
再有，如圖6所示，彎曲1張可撓性薄膜33後，通過絕緣膜34面對的列配線31和行配線32之間最好形成保持一定間隔的墊片35。另外，可撓性薄膜33的行配線32側可以與加強板36例如SUS板接合。
再有，還可以在可撓性薄膜33的列配線31側圍繞周邊形成矩形的加強板37。這種加強板37，把表面壓力分布傳感器30例如用作指紋傳感器時，還起到作為將檢測對稱的手指與表面壓力分布傳感器30感應的隔壁的作用。另外，通過調整加強板36、37的板厚，還能使之具有彎曲性，使表面壓力分布傳感器30與彎曲面密接設置。
在1張可撓性薄膜形成行配線和列配線時，例如圖8a所示，列配線41和行配線42還可以在1張可撓性薄膜40上向同方向延伸而形成。使向同方向延伸形成列配線41和行配線42的可撓性薄膜40，首先沿斜的曲折線A向左上方向G1彎折行配線42部分。
接下來，沿曲折線B向右方向G2摺疊行配線42部分，橫向延伸行配線42。且沿曲折線C向下方向彎折列配線41部分，列配線41與行配線42正交重疊。從而，如圖8b所示，能使列配線41和行配線42垂直相交。
這樣，如果使列配線41和行配線42在1張可撓性薄膜40上向同方向延伸形成，則無需在傳感檢測部分圍繞配線，能夠引回到端子部分，能使可撓性薄膜40的剩餘空白部分達到最小限。
還可以使表面壓力分布傳感器與顯示裝置一體形成。如圖9所示，在透明的可撓性薄膜50上用ITO等透明導電材料形成列配線52。另外，在由例如透明聚脂板等構成的透明基板55上用ITO等透明導電材料形成行配線51，用透明的絕緣膜53覆蓋這種透明的行配線51和列配線52。且，如果在透明基板55下部形成液晶顯示器56等，則能實現具有指示機能的顯示裝置57。如果使這種顯示裝置57適用於例如便攜電話的顯示部，則能以省空間地實現具有指示機能的便攜電話。
本發明的表面壓力分布傳感器，例如還可以作為用來測取例如印鑑的陰影的傳感器使用。如圖10所示，把由印鑑62形成的陰影62a的凹凸按壓在表面壓力分布傳感器61上，用個人電腦63等測取該陰影62a的數據，從而能在各種認證和實印登錄等利用。
再有，上述各實施方式的可撓性薄膜，還可以採用例如PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)。這種可撓性薄膜由於製造時的拉伸工序而沿面方向熱收縮率不同。一方面，在可撓性薄膜上形成的Al薄膜等由於製造條件而產生拉伸應力或壓縮應力，此應力成為誘發斷線的原因。利用沿面方向收縮率不同的現象，在可撓性薄膜上形成的Al薄膜等形成後，施行熱處理，於是，發生拉伸應力時，使配線沿可撓性薄膜的熱收縮率大的方向延伸，從而能緩解配線的斷線。另外，在可撓性薄膜上形成的Al薄膜等發生壓縮應力時，使配線沿可撓性薄膜的熱收縮率小的方向延伸，從而能緩解配線的斷線。
(發明的效果)
根據以上詳細說明，本發明的表面壓力分布傳感器，具有多個導體並列向第1方向延伸的行配線、多個導體並列且向與上述第1方向正交的第2方向延伸的列配線和表面分別形成上述行配線及上述列配線的基板，這種表面壓力分布傳感器，上述基板至少一方由可撓性薄膜基板構成，根據上述行配線及上述列配線的交叉部的靜電電容的變化，檢測表面壓力分布，從而細微凹凸表面的檢測即檢測微小的靜電電容的變化能夠高精度地進行。並且，能夠以簡單構成低成本地製造表面壓力分布傳感器。
權利要求
1.一種表面壓力分布傳感器，具有多個導體並列且向第1方向延伸的行配線、多個導體並列且向與上述第1方向交叉的第2方向延伸的列配線、和表面分別形成上述行配線及上述列配線的基板，其特徵在於上述基板的至少一方由可撓性薄膜基板構成，根據上述行配線及上述列配線的交叉部的靜電電容的變化來檢測表面壓力的分布。
2.根據權利要求1所述的表面壓力分布傳感器，其特徵在於上述行配線及上述列配線，分別形成在相互獨立的第1和第2基板上，通過重疊上述第1和第2基板，而使上述行配線及上述列配線相交叉。
3.根據權利要求1所述的表面壓力分布傳感器，其特徵在於上述基板由單一的可撓性薄膜基板構成，在上述可撓性薄膜基板上形成上述行配線及上述列配線，並通過在規定位置彎折上述可撓性薄膜基板，而使上述行配線及上述列配線相交叉。
4.根據權利要求1～3中任意1項所述的表面壓力分布傳感器，其特徵在於上述可撓性薄膜基板由在上述第1方向和第2方向熱收縮率不同的樹脂構成，在由上述行配線或上述列配線產生的膜應力形成拉伸應力時，沿熱收縮率大的方向延伸形成上述行配線及上述列配線，在上述膜應力形成壓縮應力時，沿熱收縮率小的方向延伸形成上述行配線及上述列配線。
5.根據權利要求1至3中任意1項所述的表面壓力分布傳感器，其特徵在於上述行配線及上述列配線中至少任意一方，由絕緣膜覆蓋。
6.根據權利要求5所述的表面壓力分布傳感器，其特徵在於上述可撓性薄膜基板由在上述第1方向和第2方向熱收縮率不同的樹脂構成，在由上述行配線或上述列配線和上述絕緣膜產生的膜應力形成拉伸應力時，沿熱收縮率大的方向延伸形成上述行配線及上述列配線，在上述膜應力形成壓縮應力時，沿熱收縮率小的方向延伸形成上述行配線及上述列配線。
7.根據權利要求3所述的表面壓力分布傳感器，其特徵在於上述行配線及上述列配線在上述可撓性薄膜基板上沿同一方向延伸形成，彎折上述可撓性薄膜，而使上述行配線及上述列配線相互交叉。
全文摘要
一種表面壓力分布傳感器，該表面壓力分布傳感器(10)，具有通過墊片(18)分開一定間隔的間隙對向配置的行配線部(11)和列配線部(12)。行配線部(11)，由玻璃基板(13)、沿第1方向平行排列配置在該玻璃基板(13)上的多個行配線(14)和覆蓋該行配線(14)的絕緣膜(15)構成。列配線部(12)，由可撓性薄膜(16)和沿第2方向平行排列配置在該可撓性薄膜(16)上的多個列配線(17)構成。這種表面壓力分布傳感器，能長期穩定地準確檢測表面壓力分布，且能以簡單構成低成本製造。
文檔編號H01L29/66GK1538154SQ200410033380
公開日2004年10月20日 申請日期2004年4月7日 優先權日2003年4月18日
發明者川畑賢, 川 賢 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社