JPH0321849A - 半導体湿度センサ - Google Patents
半導体湿度センサInfo
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- JPH0321849A JPH0321849A JP15738389A JP15738389A JPH0321849A JP H0321849 A JPH0321849 A JP H0321849A JP 15738389 A JP15738389 A JP 15738389A JP 15738389 A JP15738389 A JP 15738389A JP H0321849 A JPH0321849 A JP H0321849A
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- diaphragm
- humidity
- sensing body
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- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は、感湿体の湿度による体積変化を利用した湿度
センサに関する。
センサに関する。
（ロ）従来の技術
従来、湿度センサとしては、高分子（以下ポリマーとい
う）やセラミック等の雰囲気湿度により抵抗，容量等の
電気的性質が変わることを利用したものが知られている
。しかし、これらの湿度センサは検出部を常に測定雰囲
気中にさらして使用するため、汚染等により電気的性質
の変化が避けがたく、長期安定性に欠ける。これに対し
、特開昭５６−４２１２６号公報に開示された毛髪やナ
イロンのような感湿体を用いた湿度計は、感湿体の伸縮
という機械的な性質を利用するため、上記電気的性質を
利用するものに比べて長期の安定性がある。しかし、こ
れまでこの感湿体の伸縮を容易に電気信号に変換し難く
、湿度センサ化されていなかった。
う）やセラミック等の雰囲気湿度により抵抗，容量等の
電気的性質が変わることを利用したものが知られている
。しかし、これらの湿度センサは検出部を常に測定雰囲
気中にさらして使用するため、汚染等により電気的性質
の変化が避けがたく、長期安定性に欠ける。これに対し
、特開昭５６−４２１２６号公報に開示された毛髪やナ
イロンのような感湿体を用いた湿度計は、感湿体の伸縮
という機械的な性質を利用するため、上記電気的性質を
利用するものに比べて長期の安定性がある。しかし、こ
れまでこの感湿体の伸縮を容易に電気信号に変換し難く
、湿度センサ化されていなかった。
一方、本発明者らは実願昭６０−１２０６６５，特願昭
６１−２４５８８９で示したごとく感湿材の伸縮を半導
体のピエゾ抵抗効果を用いて検出する湿度センサを提案
している。
６１−２４５８８９で示したごとく感湿材の伸縮を半導
体のピエゾ抵抗効果を用いて検出する湿度センサを提案
している。
（ハ）発明が解決しようとする課題
前記感湿材の伸縮を利用する湿度センサは、感湿材が薄
膜化されており湿度による伸縮が面内方向のみであるた
め該感湿膜が被着されているシリコンダイアフラムを大
きく変形させることはできず、ピエゾ抵抗の抵抗変化が
小さく検出される出力電圧が小さいという課題があった
。
膜化されており湿度による伸縮が面内方向のみであるた
め該感湿膜が被着されているシリコンダイアフラムを大
きく変形させることはできず、ピエゾ抵抗の抵抗変化が
小さく検出される出力電圧が小さいという課題があった
。
（二）課題を解決するための手段
シリコンベレットをエッチング加工してダイアフラム構
造とし、このダイアフラム部と側壁間に感湿体を被着し
湿度による体積変化でダイアプラムを変形させ、この変
形をダイアフラム上に形戊されたピエゾ抵抗体の抵抗変
化として検出する。
造とし、このダイアフラム部と側壁間に感湿体を被着し
湿度による体積変化でダイアプラムを変形させ、この変
形をダイアフラム上に形戊されたピエゾ抵抗体の抵抗変
化として検出する。
（ホ）作 用
本発明によれば、雰囲気湿度が変化すると感湿体は膨張
，収縮の体積変化を生じる。この時、感温体はダイアフ
ラム側壁にも十分被着されており、ダイアフラムの受感
部はこの側壁を基準に感湿体に引っ張られたり押された
りするので、ダイアフラム面に垂直な応力を大きく受け
ることになり大きな変形を生じる。このダイアフラムの
変形によりビエゾ抵抗領域の抵抗変化も大きくなり大き
な出力変化を得ることができる。
，収縮の体積変化を生じる。この時、感温体はダイアフ
ラム側壁にも十分被着されており、ダイアフラムの受感
部はこの側壁を基準に感湿体に引っ張られたり押された
りするので、ダイアフラム面に垂直な応力を大きく受け
ることになり大きな変形を生じる。このダイアフラムの
変形によりビエゾ抵抗領域の抵抗変化も大きくなり大き
な出力変化を得ることができる。
（へ）実施例
第１図は本発明の一実施例の平面図で、第２図は第１図
のａ−ｂ部分の断面図である。（１）はシフコン単結晶
からなる半導体ペレット，（２）は半導体ベレット（１
）をエッチング加工して設けたダイアプラム．（３），
（４）．（５），（６）はダイアプラム部（２）表面に
形威されたビエゾ抵抗体である。（７）は液状高分子で
本実施例では紫外線硬化樹脂（以下，ＵＶレジンという
）を用いた。このＵＶレジンをディスベンサー等により
一定量ダイアプラム裏面に滴下すると、表面張力により
第２図のように広がる。ＵＶレジン（７）の硬化は乾燥
状態で行われるが、この硬化の際に（本実施例で用いた
ものは約１９％）体積収縮があり、ＵＶレジン（７）は
ダイアフラムの測壁（８）にも被着していることから、
その形状は第３図のようになる。また、雰囲気湿度が高
くなると、ＵＶレジン（７）は吸湿しその体積が膨張す
るので、ダイアフラム（２）は第４図のような形状に変
わる。．この様に雰囲気湿度によりＵＶレジン（７）の
体積が変わることに対応してダイアフラム（２）の変形
状態が変わり、これに伴う応力変化でビエゾ抵抗（３
）（４ ）（５ ）（６）の抵抗値も変化する。
のａ−ｂ部分の断面図である。（１）はシフコン単結晶
からなる半導体ペレット，（２）は半導体ベレット（１
）をエッチング加工して設けたダイアプラム．（３），
（４）．（５），（６）はダイアプラム部（２）表面に
形威されたビエゾ抵抗体である。（７）は液状高分子で
本実施例では紫外線硬化樹脂（以下，ＵＶレジンという
）を用いた。このＵＶレジンをディスベンサー等により
一定量ダイアプラム裏面に滴下すると、表面張力により
第２図のように広がる。ＵＶレジン（７）の硬化は乾燥
状態で行われるが、この硬化の際に（本実施例で用いた
ものは約１９％）体積収縮があり、ＵＶレジン（７）は
ダイアフラムの測壁（８）にも被着していることから、
その形状は第３図のようになる。また、雰囲気湿度が高
くなると、ＵＶレジン（７）は吸湿しその体積が膨張す
るので、ダイアフラム（２）は第４図のような形状に変
わる。．この様に雰囲気湿度によりＵＶレジン（７）の
体積が変わることに対応してダイアフラム（２）の変形
状態が変わり、これに伴う応力変化でビエゾ抵抗（３
）（４ ）（５ ）（６）の抵抗値も変化する。
第５図は、本発明者らが実願昭５６−４２１２６等で示
した感湿材の薄膜を用いた構造の湿度センサの断面図で
ある。温度変化に応じて感湿膜（７）は伸縮するが、薄
膜であるため面内の２次元的な応力が主となる。この感
湿膜（７）はダイアフラム（２）に被着されているため
、感湿膜（７）の２次元的な応力で結果的にダイアフラ
ムは３次元的に変形するが、その変形量は小さい。これ
に対し本発明では、固定された側壁をベースにダイアプ
ラム受感部に垂直な応力を加えるので、大きなダイアプ
ラムの変形を得ることができる。その応力がダイアフラ
ム（２）に加えられるが、この時の応力は２次元的に加
わるだけで、第３図，第４図に示した様なダイアプラム
変形は伴わない。これに対し本発明では上記のごとくダ
イアフラムの垂直方向（３次元的）な応力が働くのでダ
イアプラムの大きな変形が生じる。
した感湿材の薄膜を用いた構造の湿度センサの断面図で
ある。温度変化に応じて感湿膜（７）は伸縮するが、薄
膜であるため面内の２次元的な応力が主となる。この感
湿膜（７）はダイアフラム（２）に被着されているため
、感湿膜（７）の２次元的な応力で結果的にダイアフラ
ムは３次元的に変形するが、その変形量は小さい。これ
に対し本発明では、固定された側壁をベースにダイアプ
ラム受感部に垂直な応力を加えるので、大きなダイアプ
ラムの変形を得ることができる。その応力がダイアフラ
ム（２）に加えられるが、この時の応力は２次元的に加
わるだけで、第３図，第４図に示した様なダイアプラム
変形は伴わない。これに対し本発明では上記のごとくダ
イアフラムの垂直方向（３次元的）な応力が働くのでダ
イアプラムの大きな変形が生じる。
第６図は、ビエゾ抵抗領域（３）．（４）．（５）．（
６）の抵抗変化を電圧変化として検出するためのホイー
トストンブリッジで、定電流源（９）を用いて１ｍＡの
定電流をブリッジに流し、出力電圧Ｖｏ ｕ ｔ （１
０）を検出するものである。この電圧ＶＯｕ−ｔ （１
０）は次式で計算される。
６）の抵抗変化を電圧変化として検出するためのホイー
トストンブリッジで、定電流源（９）を用いて１ｍＡの
定電流をブリッジに流し、出力電圧Ｖｏ ｕ ｔ （１
０）を検出するものである。この電圧ＶＯｕ−ｔ （１
０）は次式で計算される。
感湿体を被着しない状態においては、４個の抵抗値はほ
ぼ等しいのでＶｏｕｔ＋’＝０となる。表１に本実施例
に基づいて試作したセンサの各ピエゾ抵抗（３）．（４
），（５）．（６）の低湿３０〜４０％ＲＨ，高温９０
〜１００％ＲＨ雰囲気中での抵抗値と式（１）より計算
されるＶｏｕｔの値を示した。
ぼ等しいのでＶｏｕｔ＋’＝０となる。表１に本実施例
に基づいて試作したセンサの各ピエゾ抵抗（３）．（４
），（５）．（６）の低湿３０〜４０％ＲＨ，高温９０
〜１００％ＲＨ雰囲気中での抵抗値と式（１）より計算
されるＶｏｕｔの値を示した。
以下余白
表
ｌ
こｆ Ｖ ｏ ｕ ｔ （１０）の値は実際に第５図の
ようにブ｝ノジ接続して検出される電圧値ともほぼ等し
いことを確認している。また、ペレ７ト（１）に感湿体
（７）そ被着しない状態でダイアフラム部に圧力を印加
して第３図及び第４図の様なダイアプラムの変形状態を
つくり、その時の各ピエゾ抵抗値の変化全測定すること
で、感湿体（７）の膨張、収縮による体積変化で第３図
、第４図のようにダイアフラムが変形していることを確
認している。
ようにブ｝ノジ接続して検出される電圧値ともほぼ等し
いことを確認している。また、ペレ７ト（１）に感湿体
（７）そ被着しない状態でダイアフラム部に圧力を印加
して第３図及び第４図の様なダイアプラムの変形状態を
つくり、その時の各ピエゾ抵抗値の変化全測定すること
で、感湿体（７）の膨張、収縮による体積変化で第３図
、第４図のようにダイアフラムが変形していることを確
認している。
分流式湿度発生装置を用いて本実施例で試作したセンサ
の感湿特性を第７図に示す。
の感湿特性を第７図に示す。
〈ト）発明の効果
本発明によれば、感湿体の膨張、収縮による体積変化と
いう機械的性質を利用するので、電気的性質などに比べ
て測定雰囲気からの汚染等による経時変化が少なく、長
期安定な湿度センサが可能である。
いう機械的性質を利用するので、電気的性質などに比べ
て測定雰囲気からの汚染等による経時変化が少なく、長
期安定な湿度センサが可能である。
また、ダイアプラム側壁を受感部に感湿体を被着しその
体積変化を利用するのでダイアフラムを大きく変形する
ことができ、出力電圧も大きくとｈ ｓ ，．，’Ｘ比
等も改善させる。
体積変化を利用するのでダイアフラムを大きく変形する
ことができ、出力電圧も大きくとｈ ｓ ，．，’Ｘ比
等も改善させる。
さらに、前述の従来タイプのものに比べて感湿体をシリ
コンベレットに被着する方法が容易であるという製作，
Ｅの利点もある。
コンベレットに被着する方法が容易であるという製作，
Ｅの利点もある。
第１図は本発明の実施例を示すシリコンペレットの平面
図、第２図は第１図におけるａ−ｂ断面図、ＷＳ３図は
感湿体が収縮したときの断面図、第４図は感湿体が膨潤
した時の断面図、第５図は従来夕・ｆブの湿度センサー
の断面図、第６図はホｆ−｝ストンブリッジ回路、第７
図は本発明による試作センサの感湿特性図である。 （１）・・・半導体ペレット、（２〉・・・ダイアフラ
ム、（３ ）（４ ）（５ ）（６ ）・・・ビエゾ抵
抗体、（７）・・・感湿体第２図 ６ ７ 第３図 第４図 ７ ４度 （％ＲＨ）
図、第２図は第１図におけるａ−ｂ断面図、ＷＳ３図は
感湿体が収縮したときの断面図、第４図は感湿体が膨潤
した時の断面図、第５図は従来夕・ｆブの湿度センサー
の断面図、第６図はホｆ−｝ストンブリッジ回路、第７
図は本発明による試作センサの感湿特性図である。 （１）・・・半導体ペレット、（２〉・・・ダイアフラ
ム、（３ ）（４ ）（５ ）（６ ）・・・ビエゾ抵
抗体、（７）・・・感湿体第２図 ６ ７ 第３図 第４図 ７ ４度 （％ＲＨ）
Claims (1)
- シリコンダイアフラムの裏面と側壁の間に被着したポリ
マ等感湿体の湿度による体積変化で、該ダイアフラムに
垂直な方向の応力を加えることでダイアフラムを変形さ
せ、該ダイアフラム表面に設けられているピエゾ抵抗領
域の抵抗変化を検出することで、雰囲気湿度を検出する
湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15738389A JP2654184B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 半導体湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15738389A JP2654184B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 半導体湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0321849A true JPH0321849A (ja) | 1991-01-30 |
| JP2654184B2 JP2654184B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=15648448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15738389A Expired - Fee Related JP2654184B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 半導体湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2654184B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5482678A (en) * | 1993-05-25 | 1996-01-09 | Rosemount Inc. | Organic chemical sensor |
| CN104332562A (zh) * | 2014-08-20 | 2015-02-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种电子封装器件及其制备方法、封装效果检测方法 |
| CN105928989A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-09-07 | 南京信息工程大学 | 基于π型巨压阻结构的湿度传感器及其温漂修正方法 |
| US9636609B2 (en) | 2008-07-25 | 2017-05-02 | Smith & Nephew Plc | Controller for an acoustic standing wave generation device in order to prevent clogging of a filter |
| US9882133B2 (en) | 2014-08-20 | 2018-01-30 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Electronic package device for testing a package effect of the device, fabrication method thereof and method for testing electronic package device |
-
1989
- 1989-06-20 JP JP15738389A patent/JP2654184B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5482678A (en) * | 1993-05-25 | 1996-01-09 | Rosemount Inc. | Organic chemical sensor |
| US9636609B2 (en) | 2008-07-25 | 2017-05-02 | Smith & Nephew Plc | Controller for an acoustic standing wave generation device in order to prevent clogging of a filter |
| CN104332562A (zh) * | 2014-08-20 | 2015-02-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种电子封装器件及其制备方法、封装效果检测方法 |
| WO2016026203A1 (zh) * | 2014-08-20 | 2016-02-25 | 京东方科技集团股份有限公司 | 电子封装器件及其制备方法、封装效果检测方法 |
| US9882133B2 (en) | 2014-08-20 | 2018-01-30 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Electronic package device for testing a package effect of the device, fabrication method thereof and method for testing electronic package device |
| CN105928989A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-09-07 | 南京信息工程大学 | 基于π型巨压阻结构的湿度传感器及其温漂修正方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2654184B2 (ja) | 1997-09-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |