JPH06105235B2 - 湿度検知素子 - Google Patents
湿度検知素子Info
- Publication number
- JPH06105235B2 JPH06105235B2 JP20406086A JP20406086A JPH06105235B2 JP H06105235 B2 JPH06105235 B2 JP H06105235B2 JP 20406086 A JP20406086 A JP 20406086A JP 20406086 A JP20406086 A JP 20406086A JP H06105235 B2 JPH06105235 B2 JP H06105235B2
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- moisture
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、静電容量値の変化により雰囲気の相対湿度
を検知する湿度検知素子に関するものである。
を検知する湿度検知素子に関するものである。
（従来の技術と問題点） 感湿素子は使用される材料と、その動作原理より大きく
２種に分類出来る。その一つは、金属酸化物等の焼結体
を用いた多孔質セラミックス等の湿度に対して電気伝導
度が変化する事を利用した電気抵抗変化型である。これ
らの材料に於ては、感湿素子が使用される環境は、湿度
の外，ガス，油等を含む場合が多いので抵抗値が使用期
間と共に高くなり所謂経時変化によって、性能の劣化を
起し易い。劣化した素子の性能を回復するためには、加
熱クリーニングを施す方式があるが、この方式では、ヒ
ータ及び制御回路が必要である。
２種に分類出来る。その一つは、金属酸化物等の焼結体
を用いた多孔質セラミックス等の湿度に対して電気伝導
度が変化する事を利用した電気抵抗変化型である。これ
らの材料に於ては、感湿素子が使用される環境は、湿度
の外，ガス，油等を含む場合が多いので抵抗値が使用期
間と共に高くなり所謂経時変化によって、性能の劣化を
起し易い。劣化した素子の性能を回復するためには、加
熱クリーニングを施す方式があるが、この方式では、ヒ
ータ及び制御回路が必要である。
他の一つは、静電容量変化型で、感湿材中の水分量によ
り誘電率が変化し容量が変化することを利用したもので
ある。感湿材料としては有機高分子フィルム，金属酸化
物膜，酸化アルミニウム膜等が掲げられる。現在までに
発表されているこれらの材料に於ては感湿特性面で、相
対湿度に対する静電容量の変化が、必ずしも直線的に変
化せず、低湿度或いは高湿度の領域で直接よりずれるも
のも多い。又、同じ湿度の状態に於ても、周囲温度が変
化すると、静電容量の値も変化する所謂温度依存性を持
つものも多い。このため感湿素子出力を信号処理する場
合、回路構成が複雑になるのを避けられない。その他一
般に高分子膜を用いるものでは高温での使用には耐えら
れないという欠点もある。
り誘電率が変化し容量が変化することを利用したもので
ある。感湿材料としては有機高分子フィルム，金属酸化
物膜，酸化アルミニウム膜等が掲げられる。現在までに
発表されているこれらの材料に於ては感湿特性面で、相
対湿度に対する静電容量の変化が、必ずしも直線的に変
化せず、低湿度或いは高湿度の領域で直接よりずれるも
のも多い。又、同じ湿度の状態に於ても、周囲温度が変
化すると、静電容量の値も変化する所謂温度依存性を持
つものも多い。このため感湿素子出力を信号処理する場
合、回路構成が複雑になるのを避けられない。その他一
般に高分子膜を用いるものでは高温での使用には耐えら
れないという欠点もある。
本発明は従来技術の問題点を解決するためになされたも
のでその目的とするところは、感湿素子の耐薬品性，耐
ガス性を向上させると共に相対湿度の変化に対して静電
容量が直線的に変化し、温度依存性が無く、しかも製造
工程の少ない信頼性のある湿度検知素子を提供すること
にある。
のでその目的とするところは、感湿素子の耐薬品性，耐
ガス性を向上させると共に相対湿度の変化に対して静電
容量が直線的に変化し、温度依存性が無く、しかも製造
工程の少ない信頼性のある湿度検知素子を提供すること
にある。
（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するためには感湿膜の選択が重要で
ある。一般にポリイミド樹脂は耐熱性，耐溶剤性，耐寒
性に優れその他の電気特性においても、特に比誘電率が
温度の変化に致してもほぼ一定で、しかも体積抵抗率も
高い等の優れた点を持っていることは周知の事実であ
る。又、ポリイミド樹脂の種類によっては数％の吸水率
を示すものもある。これらの総合利点よりポリイミド樹
脂を感湿膜として使用することは適当である。
ある。一般にポリイミド樹脂は耐熱性，耐溶剤性，耐寒
性に優れその他の電気特性においても、特に比誘電率が
温度の変化に致してもほぼ一定で、しかも体積抵抗率も
高い等の優れた点を持っていることは周知の事実であ
る。又、ポリイミド樹脂の種類によっては数％の吸水率
を示すものもある。これらの総合利点よりポリイミド樹
脂を感湿膜として使用することは適当である。
ポリイミド樹脂を用いた容量型感湿素子として発表され
ている文献には例えば、公開特許公報，昭55−66749号
および昭60−166854号等がある。特開昭55−66749号の
場合は金属基板に接着層を設けその上にポリイミド層を
形成し、更に水分透過可能な金の薄膜より成っている。
この場合には上部金電極が異物等の接触により破損を受
け易く、素子の特性変化に繋がる。次に特開昭60−1668
54号の場合には、ガラス基板上に櫛形のタンタル金属層
を設け、この金属の表面を酸化して電気絶縁層とし、そ
の上にポリイミド層を形成後、ポリイミド層の一部をエ
ッチングして除去した部分に上部の櫛形金属電極を蒸着
し熱処理を施すという複雑な工程を必要とする。さらに
その構造上上部金属が露出しているために感湿素子の劣
化の原因になる。これらの欠点を解決するために、発明
者等は基板にシリコン半導体ウエハーを採択した。この
理由はシリコン自体を剛性基板と下部電極に兼用出来る
からである。従って特に下部電極層を設ける必要がなく
製造工程の簡略化に繋がる。尚シリコン基板上に感湿素
子を形成すれば、これと同一基板上に感湿素子の出力信
号処理機能を持つ回路素子および温度検知素子も集積化
でき、更に応用範囲が広がることも期待出来るからであ
る。
ている文献には例えば、公開特許公報，昭55−66749号
および昭60−166854号等がある。特開昭55−66749号の
場合は金属基板に接着層を設けその上にポリイミド層を
形成し、更に水分透過可能な金の薄膜より成っている。
この場合には上部金電極が異物等の接触により破損を受
け易く、素子の特性変化に繋がる。次に特開昭60−1668
54号の場合には、ガラス基板上に櫛形のタンタル金属層
を設け、この金属の表面を酸化して電気絶縁層とし、そ
の上にポリイミド層を形成後、ポリイミド層の一部をエ
ッチングして除去した部分に上部の櫛形金属電極を蒸着
し熱処理を施すという複雑な工程を必要とする。さらに
その構造上上部金属が露出しているために感湿素子の劣
化の原因になる。これらの欠点を解決するために、発明
者等は基板にシリコン半導体ウエハーを採択した。この
理由はシリコン自体を剛性基板と下部電極に兼用出来る
からである。従って特に下部電極層を設ける必要がなく
製造工程の簡略化に繋がる。尚シリコン基板上に感湿素
子を形成すれば、これと同一基板上に感湿素子の出力信
号処理機能を持つ回路素子および温度検知素子も集積化
でき、更に応用範囲が広がることも期待出来るからであ
る。
更に、この発明での湿度検知素子は上部に水分透過可能
な薄いポリイミド保護膜層を備えているので、機械的な
接触や塵埃等よりも保護できより信頼性の高い感湿素子
となる。
な薄いポリイミド保護膜層を備えているので、機械的な
接触や塵埃等よりも保護できより信頼性の高い感湿素子
となる。
（実施例） 以下に実施例を示すことで、この発明を説明するが、こ
れによりこの発明を限定するものではない。
れによりこの発明を限定するものではない。
第１図及び第２図に実施例による感湿素子の構造図を示
す。
す。
先ず表面研摩された抵抗率10Ω・cm以下のＰ型又はＮ型
のシリコン・ウエハー２の裏面にＰ型の場合はアルミニ
ウム,N型の場合には金を全面真空蒸着した後に、真空中
で熱処理を施し、オーミック接触電極１を形成する。
のシリコン・ウエハー２の裏面にＰ型の場合はアルミニ
ウム,N型の場合には金を全面真空蒸着した後に、真空中
で熱処理を施し、オーミック接触電極１を形成する。
次にシリコン・ウエハー２を十分脱脂洗浄の後、ポリイ
ミド樹脂を適当な粘度に調整し、スピンナーを用いて塗
布し、ポリイミド樹脂メーカー指定の温度と時間でポリ
イミド感湿膜３の硬化を行なう。この膜厚が厚い場合に
は感湿特性の感度が悪くなる。又薄い場合には膜自体の
抵抗値が低くなり、静電容量と並列に構成される抵抗値
が下がり、信号処理上の不都合を来す。一般に1.0〜5.0
μｍの厚さが適当である。
ミド樹脂を適当な粘度に調整し、スピンナーを用いて塗
布し、ポリイミド樹脂メーカー指定の温度と時間でポリ
イミド感湿膜３の硬化を行なう。この膜厚が厚い場合に
は感湿特性の感度が悪くなる。又薄い場合には膜自体の
抵抗値が低くなり、静電容量と並列に構成される抵抗値
が下がり、信号処理上の不都合を来す。一般に1.0〜5.0
μｍの厚さが適当である。
次に上部電極４を形成する。この上部電極を形成する工
程に於て、電極の形状により２通りの方法がある。その
一つは検知素子の周辺部を遮蔽するメタル・マスクを通
して金を全面に蒸着する方法で、この場合、金属膜を通
して水分の透過性を持たせるために、その膜厚は500Å
前後に限定される。他の方法は櫛形の様に金属が蒸着さ
れない部分を持ったメタル・マスクを使用して形成する
方法である。この場合には空間の部分より水分の透過が
あるために、金属は金以外の金属でも良く、厚さも可成
り厚く（1000Å以上）てもよい。
程に於て、電極の形状により２通りの方法がある。その
一つは検知素子の周辺部を遮蔽するメタル・マスクを通
して金を全面に蒸着する方法で、この場合、金属膜を通
して水分の透過性を持たせるために、その膜厚は500Å
前後に限定される。他の方法は櫛形の様に金属が蒸着さ
れない部分を持ったメタル・マスクを使用して形成する
方法である。この場合には空間の部分より水分の透過が
あるために、金属は金以外の金属でも良く、厚さも可成
り厚く（1000Å以上）てもよい。
次の工程は保護膜５としてポリイミドを１μｍ以下の厚
さに全面コートし熱処理を施こす。上部電極取出し用の
穴６を保護膜５に形成する。この方法はフオト・レジス
トを用いた一般のフオト・エッチング法でもよい。
さに全面コートし熱処理を施こす。上部電極取出し用の
穴６を保護膜５に形成する。この方法はフオト・レジス
トを用いた一般のフオト・エッチング法でもよい。
次にスクライバーを用いて個々に分割して完成する。
（発明の効果） 第３図に相対湿度の変化に対する静電容量の変化を測定
した感湿特性を示す。この図の様に感湿特性は完全に直
線的に変化する。又温度特性では20℃,30℃,40℃に周囲
温度を変化させた場合にもほとんど感湿特性に変化はな
く温度依存性はない。ヒステリシス現象も観測されなか
った。又湿度応答も保護膜があるにもかかわらず、吸
湿，脱湿共に30秒以内で実用上問題はない。以上のよう
に本発明の湿度検知素子は従来品の問題点をほぼ解決し
た湿度検知素子である。
した感湿特性を示す。この図の様に感湿特性は完全に直
線的に変化する。又温度特性では20℃,30℃,40℃に周囲
温度を変化させた場合にもほとんど感湿特性に変化はな
く温度依存性はない。ヒステリシス現象も観測されなか
った。又湿度応答も保護膜があるにもかかわらず、吸
湿，脱湿共に30秒以内で実用上問題はない。以上のよう
に本発明の湿度検知素子は従来品の問題点をほぼ解決し
た湿度検知素子である。
第１図は本発明に係る湿度検知素子の上面図、第２図は
第１図のＡ−Ａ間の断面図、第３図は本発明の一実施例
による感湿特性を示すグラフである。 １……オーミック接触電極、２……シリコン・ウエハー ３……ポリイミド感湿膜、４……上部電極 ５……保護膜、６……上部電極取出し用の穴
第１図のＡ−Ａ間の断面図、第３図は本発明の一実施例
による感湿特性を示すグラフである。 １……オーミック接触電極、２……シリコン・ウエハー ３……ポリイミド感湿膜、４……上部電極 ５……保護膜、６……上部電極取出し用の穴
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に感湿材のポリイミド膜，電
極用の金属薄膜，保護用のポリイミド膜を順次堆積し、
前記半導体基板と金属薄膜とで感湿材のポリイミド膜を
挾んで静電容量を形成し、その間の容量が湿度によって
変化することを検出する静電容量型の湿度検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20406086A JPH06105235B2 (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 湿度検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20406086A JPH06105235B2 (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 湿度検知素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6358249A JPS6358249A (ja) | 1988-03-14 |
| JPH06105235B2 true JPH06105235B2 (ja) | 1994-12-21 |
Family
ID=16484088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20406086A Expired - Lifetime JPH06105235B2 (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 湿度検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06105235B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6445565B1 (en) | 2001-02-15 | 2002-09-03 | Denso Corporation | Capacitive moisture sensor and fabrication method for capacitive moisture sensor |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02140653A (ja) * | 1988-11-21 | 1990-05-30 | Kurabe:Kk | 湿度検知素子 |
| US6580600B2 (en) | 2001-02-20 | 2003-06-17 | Nippon Soken, Inc. | Capacitance type humidity sensor and manufacturing method of the same |
| JP2003270189A (ja) * | 2002-03-20 | 2003-09-25 | Denso Corp | 容量式湿度センサ |
| MY147700A (en) * | 2008-09-10 | 2013-01-15 | Mimos Berhad | Improved capacitive sensor and method for making the same |
| JP2011080833A (ja) * | 2009-10-06 | 2011-04-21 | Alps Electric Co Ltd | 湿度検出センサ |
| CN115201284A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-10-18 | 广州奥松电子股份有限公司 | 一种电容式湿度传感器及其制备方法 |
-
1986
- 1986-08-29 JP JP20406086A patent/JPH06105235B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6445565B1 (en) | 2001-02-15 | 2002-09-03 | Denso Corporation | Capacitive moisture sensor and fabrication method for capacitive moisture sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6358249A (ja) | 1988-03-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |