(57)【要約】【課題】可撓性フィルムを備えた面圧分布センサを簡単な工程でローコストに製造することができる面圧分布センサの製造方法を提供する。【解決手段】金属板５１に開口３７および穴３８を形成する。開口３７を覆うように可撓性フィルム３３が補強板３６全体に貼り合わされる（図７ｃ参照）。続いて可撓性フィルム３３の表面に行配線３１および列配線３２を形成する（図７ｄ参照）。更に、行配線３１および列配線３２を覆うように、可撓性フィルム３３の一面全体に絶縁膜３４を形成する（図７ｅ参照）。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性フィルム基板と、前記可撓性フィルム基板に形成され複数の導体が並列して第１方向に延びる行配線と、前記可撓性フィルム基板に形成され、複数の導体が並列し、前記第１方向と交差する第２方向に延びる列配線と、前記可撓性フィルム基板に貼り付けられる補強板とを有する面圧分布センサの製造方法であって、
前記補強板に開口を形成する工程と、前記開口を覆うように前記可撓性フィルム基板を前記補強板に貼り付ける工程と、前記可撓性フィルム基板に前記行配線及び前記列配線を形成する工程とを備えたことを特徴とする面圧分布センサの製造方法。
【請求項２】
屈曲自在な可撓性フィルム基板と、前記可撓性フィルム基板に形成され複数の導体が並列して第１方向に延びる行配線と、第２基板に形成され、複数の導体が並列し、前記第１方向と交差する第２方向に延びる列配線と、前記可撓性フィルム基板に貼り付けられる補強板とを有する面圧分布センサの製造方法であって、
前記補強板に開口を形成する工程と、前記開口を覆うように前記可撓性フィルム基板を前記補強板に貼り付ける工程と、前記可撓性フィルム基板に前記行配線を形成する工程と、前記第２基板に前記列配線を形成する工程とを備えたことを特徴とする面圧分布センサの製造方法。
【請求項３】
前記補強板には複数個分の面圧分布センサの形成に対応して複数個の前記開口が形成され、前記行配線及び前記列配線の形成後に個々の面圧分布センサを切り出す工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の面圧分布センサの製造方法。
【請求項４】
前記行配線及び前記列配線の形成後に、前記行配線と前記列配線とが重なるように、前記可撓性フィルム基板および前記補強板を所定の屈折線で折り曲げる工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１または３に記載の面圧分布センサの製造方法。
【請求項５】
前記屈折線に沿って、前記補強板に穴または切り込みを間欠的に形成する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の面圧分布センサの製造方法。
【請求項６】
前記開口は指の形状に合わせた輪郭を成すことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の面圧分布センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の微細な凹凸などを測定する面圧分布センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
検出面に押し付けられた被測定物の表面の微細な凹凸を押圧力の分布として検出する面圧分布センサは、粗面の表面形状をデータ化するセンサとして知られている（例えば、特許文献１。）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−５８２３４号公報
【０００４】
上述したような面圧分布センサは、半導体基板の対向面に一定の隙間を保持して、表面に導電膜が形成された可撓性フィルムを重ね合わせて配置している。この導電膜には一定の電圧が印加されており、可撓性フィルムに例えば表面に微細な凹凸を備えた被測定物が押し付けられると、この可撓性フィルムは被測定物の凹凸に倣って撓む。こうして撓んだ部分の導電膜と半導体基板の電極とが接触することによって、その部分の半導体スイッチング素子のマトリクスを順次起動して読み取るようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の面圧分布センサでは、可撓性フィルムに導電膜を形成するにあたって、例えば、長尺の可撓性フィルムをロール等に巻きつけて、このロールを回転させつつ金属薄膜の成膜やエッチングを行っていた。しかしながら、こうした可撓性フィルムをロール等に巻きつけて、移動させながら成膜やエッチングを行うには、極めて大規模な巻取り装置等大きな製造装置が必要になるため、製造コストの増大を招いていた。
【０００６】
また、導電膜のパターン形成工程では、可撓性フィルムに光学的な方法でパターンを焼き付けるフォトリソグラフィーが用いられるため、一定時間可撓性フィルムを停止させなければならない。このため、成膜やエッチングのように可撓性フィルムを移動させながら加工する工程との一貫した製造ラインを組み立てることが困難であり、製造効率の悪化により製造コストの増大を招いていた。更に、こうした可撓性フィルムは被測定物の微細な凹凸に正確に倣って変形できる必要があるため、極めて厚みの薄い薄膜で形成されており、打ち抜きなどで個々のシートに切断したあとハンドリングして保持部材等に貼り付けるのは困難が伴う。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、可撓性フィルムを備えた面圧分布センサを簡単な工程でローコストに製造することができる面圧分布センサの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては、可撓性フィルム基板と、前記可撓性フィルム基板に形成され複数の導体が並列して第１方向に延びる行配線と、前記可撓性フィルム基板に形成され、複数の導体が並列し、前記第１方向と交差する第２方向に延びる列配線と、前記可撓性フィルム基板に貼り付けられる補強板とを有する面圧分布センサの製造方法であって、前記補強板に開口を形成する工程と、前記開口を覆うように前記可撓性フィルム基板を前記補強板に貼り付ける工程と、前記可撓性フィルム基板に前記行配線及び前記列配線を形成する工程とを備えたことを特徴とする面圧分布センサの製造方法が提供される。
【０００９】
また、屈曲自在な可撓性フィルム基板と、前記可撓性フィルム基板に形成され複数の導体が並列して第１方向に延びる行配線と、第２基板に形成され、複数の導体が並列し、前記第１方向と交差する第２方向に延びる列配線と、前記可撓性フィルム基板に貼り付けられる補強板とを有する面圧分布センサの製造方法であって、前記補強板に開口を形成する工程と、前記開口を覆うように前記可撓性フィルム基板を前記補強板に貼り付ける工程と、前記可撓性フィルム基板に前記行配線を形成する工程と、前記第２基板に前記列配線を形成する工程とを備えたことを特徴とする面圧分布センサの製造方法が提供される。
【００１０】
以上のような面圧分布センサの製造方法によれば、予め補強板に開口を形成してから可撓性フィルムを貼付し、その後に行配線および列配線を形成するので、可撓性フィルムを動かしながら金属薄膜の成膜やエッチングを行なうなどの大規模な製造装置が不要になる。また、可撓性フィルムを１つ１つ切断してからハンドリングして補強板に貼り付けるという困難な工程も省略することができる。よって、可撓性フィルムを備えた面圧分布センサを簡単な工程でローコストに製造することが可能になる。
【００１１】
前記補強板には複数個分の面圧分布センサの形成に対応して複数個の前記開口が形成され、前記行配線及び前記列配線の形成後に個々の面圧分布センサを切り出す工程をさらに備えていてもよい。これにより、複数個分の面圧分布センサを更に効率的かつローコストに製造することが可能になる。
【００１２】
前記行配線及び前記列配線の形成後に、前記行配線と前記列配線とが重なるように、前記可撓性フィルム基板および前記補強板を所定の屈折線で折り曲げる工程をさらに備えていてもよい。これにより、前記行配線と前記列配線とを簡単な手順で直交させて重ね合わせることができる。また、前記屈折線に沿って、前記補強板に穴または切り込みを間欠的に形成する工程をさらに備えていてもよい。これにより、補強板を屈折線に沿って正確かつ確実に折り曲げることができる。
【００１３】
前記開口は指の形状に合わせた輪郭を成していてもよい。面圧分布センサを指紋検出センサとして利用する際に、開口をこうした指の形状に合わせた輪郭に形成すれば、被測定物である指を正しい測定位置に誘導することができる。
【００１４】
このような面圧分布センサの製造方法によれば、微細な凹凸面の検出、即ち微小な静電容量の変化を精度良く検出することが可能になる。これは、行配線と列配線との交差部における凹凸形状に応じた離間距離の変化に起因する静電容量の変化を検出していることによる。そして、簡単な構成でローコストに面圧分布センサを製造することが可能になる。
【００１５】
前記可撓性フィルム基板は前記第１方向と第２方向とで熱収縮率の異なる樹脂からなり、前記行配線または前記列配線から生じる膜応力が引っ張り応力を成す場合、熱収縮率の大きい方向に延びるように前記行配線および前記列配線が形成され、前記膜応力が圧縮応力を成す場合、熱収縮率の小さい方向に延びるように前記行配線および前記列配線が形成されていればよい。
【００１６】
また、前記行配線および前記列配線は、互いに独立した第１と第２の基板にそれぞれ形成され、前記第１と第２の基板を重ねることにより、前記行配線および前記列配線が交差するようにすればよい。この際、行配線と列配線とが交差部で静電容量を形成するように離間して対向配置されていることは言うまでもない。また、前記基板は単一の可撓性フィルム基板からなり、前記可撓性フィルム基板上に前記行配線および前記列配線が形成され、前記可撓性フィルム基板を所定位置で屈折することによって前記行配線および前記列配線が交差するようにしてもよい。これによって、更に、簡単な構成でローコストに面圧分布センサを製造することが可能になる。また、前記行配線および前記列配線のうち、少なくともいずれか一方は絶縁膜で覆われていれば、行配線と列配線とが交差部で確実に静電容量を形成することが可能となり好適である。
【００１７】
前記可撓性フィルム基板は前記第１方向と第２方向とで熱収縮率の異なる樹脂からなり、前記行配線または前記列配線と前記絶縁膜から生じる膜応力が引っ張り応力を成す場合、熱収縮率の大きい方向に延びるように前記行配線および前記列配線が形成され、前記膜応力が圧縮応力を成す場合、熱収縮率の小さい方向に延びるように前記行配線および前記列配線が形成されていればよい。これにより、可撓性フィルム基板の応力によって前記行配線および前記列配線が断線することを防止できる。
【００１８】
前記行配線および前記列配線は前記可撓性フィルム基板上で同一方向に延びるように形成され、前記可撓性フィルム基板を屈曲させて前記行配線および前記列配線を互いに交差させてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の代表的な実施形態を説明する。図１は、本発明の製造方法によって製造した面圧分布センサの等価回路を示す説明図であり、図２は本発明の面圧分布センサの要部拡大断面図である。面圧分布センサ３０は、スペーサ３５を介して一定間隔の隙間を開けて対向配置された行配線３１と列配線３２と可撓性フィルム（可撓性フィルム基板）３３とを備えている。
【００２０】
行配線３１は、可撓性フィルム３３上を第１方向Ｘに多数平行に配列された導電膜であり、例えば０．１μｍ厚のＡｌ膜から構成され、可撓性フィルム３３上に例えば５０μｍピッチで２００本形成されれば良い。こうした行配線３１は、例えばＳｉ３  Ｎ４  を積層させた絶縁膜３４で覆われる。それぞれの行配線３１は、静電容量を検出する容量検出回路２２に接続されている。
【００２１】
列配線３２は、可撓性フィルム３３上を第２方向Ｙに多数平行に配列された導電膜であり、例えば０．１μｍ厚のＡｌ膜から構成され、可撓性フィルム３３上に例えば５０μｍピッチで２００本形成されれば良い。可撓性フィルム３３は、表面に数μｍ程度の凹凸面が押し付けられた際に、この凹凸形状に倣って撓む程度の柔軟性があればよく、例えば、厚みが１〜３０μｍ程度のポリエステルフィルムが好適に用いられる。こうした列配線３２は、例えばＳｉ３  Ｎ４  を積層させた絶縁膜３４で覆われる。また、それぞれの列配線３２は、列選択回路２３に接続されている。こうした列選択回路２３は、静電容量の測定時に選択された列配線３２以外を全てグランド側に接続する。
【００２２】
可撓性フィルム３３の裏面側には、補強板３６が形成されている。図３に示すように、補強板３６は、例えば厚みが０．１５ｍｍのステンレス鋼板などの金属板、あるいは樹脂板によって形成されれば良い。補強板３６には、開口３７及び穴３８が形成されている。開口３７は、面圧分布を測定する被測定物の輪郭、例えば人差し指３９を象った外形に形成されれば良い。開口３７の外形をこうした人差し指３９を象った形状に形成することによって、面圧分布を測定する際に、被測定物、例えば人差し指３９を正しい測定位置に誘導することができる。
【００２３】
穴３８は、例えば補強板３６を横断する折り曲げ線Ｌに沿って間欠的に形成された長穴であり、補強板３６を屈曲させる際に、補強板３６が歪むことなく折り曲げ線Ｌに沿って矢印Ｐ方向に屈曲できるようにする。なお、折り曲げ線Ｌに沿って補強板３６の屈曲を容易にするには、穴３８以外にも、切り込みなどを形成しても良い。このような構成の補強板３６に可撓性フィルム３３が貼り付けられる。補強板３６と可撓性フィルム３３との間には、これらを張り合わせる粘着材層（図示せず）が形成されていれば良い。
【００２４】
図４ａに示すように、可撓性フィルム３３には、行配線３１と列配線３２とが１枚の可撓性フィルム３３に形成されている。このような可撓性フィルム３３を補強板３６に貼り付けることで、可撓性フィルム３３の列配線３２が形成された部分は補強板３６の開口３７を覆う。そして、この行配線３１と列配線３２との境界付近の折り曲げ線Ｌに沿って可撓性フィルム３３を矢印Ｐ方向に屈曲させ、行配線３１と列配線３２とが絶縁膜３４を介して対面するように形成すれば良い（図４ｂ参照）。
【００２５】
こうした可撓性フィルム３３の屈曲にあたっては、可撓性フィルム３３と補強板３６とが貼り合わされた状態で行われる。即ち、図３に示す補強板３６を折り曲げ線Ｌに沿って屈曲させる工程で、補強板３６に貼り合わされた可撓性フィルム３３も折り曲げ線Ｌに沿って折り曲げられる。
【００２６】
スペーサ１８は、折り曲げられ対面した可撓性フィルム３３の周縁を巡るように形成され、絶縁層３４を介して対向する行配線３１と列配線３２との隙間の空気を密封して空気層４１を形成する。こうした空気層４１は、開口３７から可撓性フィルム３３の表面に微細な凹凸面、例えば指が押し付けられた際に、密閉された空気によって可撓性フィルム３３を凹凸面に倣って撓ませる役割を果たす。なお、行配線３１と列配線３２との隙間の空気層４１は密閉されなくても良い。
【００２７】
面圧分布センサ３０は、上述したような構成によって、図１に示す等価回路に示すように、行配線３１と列配線３２とが交差している交差部２１の離間距離の変化に応じた静電容量の変化を容量検出回路２２で検出することができる。こうして、可撓性フィルム３３の表面に微細な凹凸面が押し付けられた際に発生する、多数の交差部２１の静電容量の変化を検出することによって、被測定物の凹凸面の形状を信号データとして出力することが可能になる。
【００２８】
容量検出回路２２は、例えば、図５に示すような回路が用いられ、測定時には列選択回路２３で選択されている列配線３２以外は全てグランド側に接続されるとともに、同一の行配線３１上の測定対象外の静電容量は全て寄生容量として測定系に並列に入力されるが、寄生容量の反対側の電極がグランド側に接続されていることにより、キャンセルすることが可能になっている。こうした構成によって、微細な凹凸面例えば指紋の検出、即ち微小な静電容量の変化を精度良く検出することが可能になる。
【００２９】
なお、本実施形態では、補強板３６の開口３７が形成された側、即ち、被測定物が押し付けられる側に列配線３２を形成しているが、もちろん、開口３７が形成された側に行配線３１を形成しても良く限定されるものではない。しかし、静電気の影響を受けにくいという関係から低出力インピーダンスである列選択回路２３と接続している列配線２３を開口３７側に形成するほうがより好ましい。
【００３０】
このような面圧分布センサ３０は用途を限定するものではないが、例えば、図６に示すように、例えば携帯電話２６の持ち主認証システムなどに適用することができる。近年は携帯電話２６などで決済などを行うことが考えられているが、携帯電話２６に面圧分布センサ３０を形成することによって、面圧分布センサ３０に押し付けられた指紋を正確に検出して、予め登録された指紋データと照合することで持ち主を正しく認証することができる。この時、開口３７が指の外形を象っていれば、指紋の検出にあたって面圧分布センサ３０の測定エリアに指を的確に誘導することができ、指紋の正確な検出に寄与する。
【００３１】
次に、本発明の面圧分布センサの製造方法について詳述する。まず、補強板３６の形成素材である金属板５１を準備する（図７ａ参照）。こうした金属板５１としては、例えば厚みが０．１５ｍｍのステンレス鋼板が用いられれば良い。金属板５１は、補強板３６が複数枚分取れるサイズであれば補強板３６が効率的に形成できるので好ましい。なお、補強板３６の形成素材は、金属板５１以外にも例えば、樹脂製の板などから形成されても良い。
【００３２】
次に、金属板５１に開口３７および穴３８を形成する。開口３７および穴３８の形成は、例えば金属板５１をプレス機等で打ち抜き加工によれば安価にできるが、それ以外にもエッチングで開口３７および穴３８を形成してもよい。エッチングによれば、打ち抜き加工と比較して開口３７および穴３８の周縁にバリが発生するのを抑えることができ、より精密に開口３７および穴３８を形成できる。こうして、金属板５１に開口３７および穴３８を開けることで補強板３６が形成される（図７ｂ参照）。なお、開口３７の形状は、面圧分布センサを指紋検出センサとして利用する場合には、例えば指の先端の輪郭に倣った形状に形成すればよく、それ以外にも、矩形や円形など被測定物の形状に合わせて開口３７の形状は適宜選択されれば良い。
【００３３】
こうして形成された開口３７を覆うように可撓性フィルム３３が補強板３６全体に貼り合わされる（図７ｃ参照）。こうした貼り合わせにあたっては、補強板３６に予め接着剤などを塗布しておけばよい。また、貼り合わせ時に可撓性フィルム３３にテンションを与えつつ補強板３６全体に貼り合わされることで、開口３７で露出する部分の可撓性フィルム３３の平坦性を確保することができる。開口３７部分の可撓性フィルム３３の平坦性を確保するには、可撓性フィルム３３にテンションを与えつつ貼り合わされる以外にも、例えば熱処理による可撓性フィルムの収縮を利用してもよい。可撓性フィルム３３は、例えば、厚みが１〜３０μｍ程度のポリエステルフィルムが選択されれば良い。
【００３４】
続いて可撓性フィルム３３の表面に行配線３１および列配線３２を形成する（図７ｄ参照）。行配線３１、列配線３２の形成は、例えば０．１μｍ厚のＡｌ膜を可撓性フィルム３３の表面に積層し、フォトリソグラフィーによるマスクの形成後、エッチングにより所定の行配線３１および列配線３２のパターンを形成すれば良い。行配線３１および列配線３２は、可撓性フィルム３３上に例えば５０μｍピッチで２００本形成されれば良い。
【００３５】
更に、行配線３１および列配線３２を覆うように、可撓性フィルム３３の一面全体に絶縁膜３４を形成する（図７ｅ参照）。こうした絶縁膜３４を形成するには、例えばＳｉ３  Ｎ４  をスパッタリングによって厚み０．２μｍ程度まで積層させればよい。こうして、センサ基材５３が形成される。
【００３６】
図９に示すように、補強板３６および可撓性フィルム３３からなる多数のセンサ基材５３が１枚の板として形成されたものから、切断線Ｃに沿って個々のセンサ基材５３を切り出す（図８ａ参照）。こうした個々のセンサ基材５３の切り出しは、例えばプレス機による打ち抜きで行われれば良い。
【００３７】
こうして切り出されたセンサ基材５３を、補強板３６に形成された穴３８に沿って折り返し、行配線３１および列配線３２を対面させる。この際、折り返して対面する絶縁膜３４の間にスペーサ３５を挟み込む。これにより、行配線３１および列配線３２の間に絶縁膜３４を介して一定の隙間からなる空気層４１が形成される。以上のような工程を経て、面圧分布センサ３０が完成する（図８ｂ参照）。
【００３８】
以上のような面圧分布センサ３０の製造方法によれば、予め補強板３６に開口３７を形成した後に可撓性フィルム３３を貼付し、行配線３１および列配線３２を形成して、補強板３６を可撓性フィルム３３とともに折り曲げるだけなので、長尺の可撓性フィルムをロール等に巻きつけて、金属薄膜の成膜やエッチングを行なうなどの大規模な製造装置が不要になる。また、可撓性フィルムを１つ１つ切断してからハンドリングして補強板３６に貼り付けるという困難な工程も省略することができる。従って、可撓性フィルム３３を備えた面圧分布センサ３０を簡単な工程でローコストに製造することができる。
【００３９】
なお、上述した実施形態では、行配線３１および列配線３２をいずれも可撓性フィルム上に形成しているが、こうした可撓性フィルムは被測定物を押し付ける側、例えば列配線３２の側だけに形成し、列配線３２と対面する行配線３１は、ガラス基板などの硬質の基板（第２基板）に形成しても良く、あるいは補強板３６上に直接形成しても良く、限定されるものではない。
【００４０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の面圧分布センサの製造方法によれば、予め補強板に開口を形成してから可撓性フィルムを貼付し、その後に行配線および列配線を形成するので、可撓性フィルムを動かしながら金属薄膜の成膜やエッチングを行なうなどの大規模な製造装置が不要になる。また、可撓性フィルムを１つ１つ切断してからハンドリングして補強板に貼り付けるという困難な工程も省略することができる。よって、可撓性フィルムを備えた面圧分布センサを簡単な工程でローコストに製造することが可能になる。
【００４１】
前記補強板には複数個分の面圧分布センサの形成に対応して複数個の前記開口が形成され、前記行配線及び前記列配線の形成後に個々の面圧分布センサを切り出す工程をさらに備えていてもよい。これにより、複数個分の面圧分布センサを更に効率的かつローコストに製造することが可能になる。
【００４２】
前記行配線及び前記列配線の形成後に、前記行配線と前記列配線とが重なるように、前記可撓性フィルム基板および前記補強板を所定の屈折線で折り曲げる工程をさらに備えていてもよい。これにより、前記行配線と前記列配線とを簡単な手順で直交させて重ね合わせることができる。また、前記屈折線に沿って、前記補強板に穴または切り込みを間欠的に形成する工程をさらに備えていてもよい。これにより、補強板を屈折線に沿って正確かつ確実に折り曲げることができる。
【００４３】
前記開口は指の形状に合わせた輪郭を成していてもよい。面圧分布センサを指紋検出センサとして利用する際に、開口をこうした指の形状に合わせた輪郭に形成すれば、被測定物である指を正しい測定位置に誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、面圧分布センサの等価回路を示す説明図である。
【図２】図２は、面圧分布センサの要部拡大断面図である。
【図３】図３は、補強板を示す平面図である。
【図４】図４は、可撓性フィルム基板を示す説明図である。
【図５】図５は、容量検出回路の一例を示す等価回路図である。
【図６】図６は、面圧分布センサを備えた携帯電話を示す外観斜視図である。
【図７】図７は、本発明の面圧分布センサの製造方法を示す説明図である。
【図８】図８は、本発明の面圧分布センサの製造方法を示す説明図である。
【図９】図９は、複数のセンサ基材が形成された様子を示す説明図である。
【符号の説明】
３０  面圧分布センサ
３１  行配線
３２  列配線
３４  絶縁膜
３３  可撓性フィルム（可撓性フィルム基板）
３６  補強板
３７  開口
３８  穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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