JPH0814554B2 - 湿度検出装置 - Google Patents
湿度検出装置Info
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- JPH0814554B2 JPH0814554B2 JP62034751A JP3475187A JPH0814554B2 JP H0814554 B2 JPH0814554 B2 JP H0814554B2 JP 62034751 A JP62034751 A JP 62034751A JP 3475187 A JP3475187 A JP 3475187A JP H0814554 B2 JPH0814554 B2 JP H0814554B2
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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)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は、ピエゾ抵抗変化を利用したシリコンダイア
フラム型の湿度検出装置に関する。
フラム型の湿度検出装置に関する。
（ロ） 従来の技術 本発明に先行する特開昭57−34446号公報に記載され
た従来の湿度検出装置では、第４図に示すようにリード
端子（１）（２）の導出されたセラミックス製湿度検出
素子（３）の周囲に電気ヒータ（４）を配設し、該電気
ヒータ（４）を適当に発熱させることにより、前記セラ
ミックス製湿度検出素子（３）の結露防止及び検出精度
の安定化等を図っているが、前記電気ヒータ（４）のた
めの電源を必要とする欠点、セラミックス故に前記湿度
検出素子（３）の感湿特性が経時変化する等の欠点があ
る。
た従来の湿度検出装置では、第４図に示すようにリード
端子（１）（２）の導出されたセラミックス製湿度検出
素子（３）の周囲に電気ヒータ（４）を配設し、該電気
ヒータ（４）を適当に発熱させることにより、前記セラ
ミックス製湿度検出素子（３）の結露防止及び検出精度
の安定化等を図っているが、前記電気ヒータ（４）のた
めの電源を必要とする欠点、セラミックス故に前記湿度
検出素子（３）の感湿特性が経時変化する等の欠点があ
る。
（ハ） 発明が解決しようとする問題点 本発明は前述の欠点を解消し、加熱を必要とすること
なしに感湿特性を安定化できる湿度検出装置を簡単に構
成するものである。
なしに感湿特性を安定化できる湿度検出装置を簡単に構
成するものである。
（ニ） 問題点を解決するための手段 本発明は、シリコンウエハーに略コ字状の切断溝を形
成することにより該切断溝の内側に一辺だけで前記シリ
コンウエハーに接続したダイアフラム部を形成すると共
に、該ダイアフラム部の表面には拡散抵抗及び吸湿性高
分子膜を重合状態で設けたものである。
成することにより該切断溝の内側に一辺だけで前記シリ
コンウエハーに接続したダイアフラム部を形成すると共
に、該ダイアフラム部の表面には拡散抵抗及び吸湿性高
分子膜を重合状態で設けたものである。
（ホ） 作用 本発明によれば、湿度が変化すると、吸湿性高分子膜
が膨張・収縮し、これによりダイアフラム部の撓みが量
が変化し、この時の撓み量に対応して拡散抵抗の抵抗値
も変化する。またダイアフラム部は、その一辺で拘束さ
れるだけで他の３辺ではシリコンウエハーから離れて自
由に撓み得て、その動作感度が高められる。
が膨張・収縮し、これによりダイアフラム部の撓みが量
が変化し、この時の撓み量に対応して拡散抵抗の抵抗値
も変化する。またダイアフラム部は、その一辺で拘束さ
れるだけで他の３辺ではシリコンウエハーから離れて自
由に撓み得て、その動作感度が高められる。
（ヘ） 実施例 次に本発明の一実施例について説明する。
第１図及び第２図において、（５）はｎ−［1,0,0］
型のシリコンウエハーで、300μｍの厚さを有すると共
に両面が研摩されている。シリコンウエハー（５）は、
その表面（６）に拡散用窓を設けて、この拡散用窓を通
して種々の拡散を行なうことでピエゾ抵抗としての拡散
抵抗（R2）（R4）とリード部（７）の形成用凹所とを形
成する。拡散抵抗（R2）（R4）は、ボロンを２×1018/c
m3の濃度として［1,1,0］方向でＰ型拡散させることで
ピエゾ効果即ち曲げ応力によって抵抗が変化する効果が
アップされている。リード部（７）では、先ずシリコン
ウエハー（５）の表面（６）にアルミニウムを蒸着し、
その後に不要な部分をエッチングすることでその形成用
凹所上だけにアルミニウムを残留させる。リード部
（７）にはリード端子をボンディングするためのパット
部（7a）も形成されている。一方、シリコンウエハー
（５）の裏面（８）は、その裏面上に設けたエッチング
窓から異方性エッチングされる。この異方性エッチング
によりシリコンウエハー（５）は、その下側から台形状
に食刻されその上部に30μｍの薄壁が残留する。更にシ
リコンウエハー（５）は、その表面（６）又は裏面
（８）に、レジストによるパターン付けして、パターン
膜の存在しない部分にリアクティブエッチング及びプラ
ズマエッチングを作用させることで、略コ字状の切断溝
（９）が形成される。これによりシリコンウエハー
（５）の薄壁はその周囲部に対して３辺で切断されるこ
とになり、従って切断溝（９）の内側に、一辺（10）だ
けでシリコンウエハー（５）に接続したダイヤフラム部
（11）が形成される。尚、拡散抵抗は撓みの方向へ長く
形成される。
型のシリコンウエハーで、300μｍの厚さを有すると共
に両面が研摩されている。シリコンウエハー（５）は、
その表面（６）に拡散用窓を設けて、この拡散用窓を通
して種々の拡散を行なうことでピエゾ抵抗としての拡散
抵抗（R2）（R4）とリード部（７）の形成用凹所とを形
成する。拡散抵抗（R2）（R4）は、ボロンを２×1018/c
m3の濃度として［1,1,0］方向でＰ型拡散させることで
ピエゾ効果即ち曲げ応力によって抵抗が変化する効果が
アップされている。リード部（７）では、先ずシリコン
ウエハー（５）の表面（６）にアルミニウムを蒸着し、
その後に不要な部分をエッチングすることでその形成用
凹所上だけにアルミニウムを残留させる。リード部
（７）にはリード端子をボンディングするためのパット
部（7a）も形成されている。一方、シリコンウエハー
（５）の裏面（８）は、その裏面上に設けたエッチング
窓から異方性エッチングされる。この異方性エッチング
によりシリコンウエハー（５）は、その下側から台形状
に食刻されその上部に30μｍの薄壁が残留する。更にシ
リコンウエハー（５）は、その表面（６）又は裏面
（８）に、レジストによるパターン付けして、パターン
膜の存在しない部分にリアクティブエッチング及びプラ
ズマエッチングを作用させることで、略コ字状の切断溝
（９）が形成される。これによりシリコンウエハー
（５）の薄壁はその周囲部に対して３辺で切断されるこ
とになり、従って切断溝（９）の内側に、一辺（10）だ
けでシリコンウエハー（５）に接続したダイヤフラム部
（11）が形成される。尚、拡散抵抗は撓みの方向へ長く
形成される。
（12）は吸湿性高分子膜で、拡散抵抗（R2）（R4）上
に重合した状態でダイアフラム部（11）に設けられてい
る。吸湿性高分子膜（12）の素材の吸湿性高分子として
は、アクリル系高分子及びウレタン系高分子等が存在す
る。具体的にアクリル系高分子としては、アクリル酸エ
ステルと２−クロロエチルビニルエーテルの重合体、ア
クリル酸エステルとアクリロニトリルの重合体、アクリ
ルエステルとアクリル２−クロロエチルの重合体、ポリ
エステルグリコールとジイソシアネートの重合体等が好
適である。またウレタン系高分子としては、ポリエステ
ルにＰ、Ｐ′−ジフェニルメタンイソシアネートを過剰
に反応させることでプレポリマーを生成し、このプレポ
リマーにエチレンジアミンを添加することで、溶液状の
ウレタン系高分子としたものが好適である。溶液状のウ
レタン系高分子素材から吸湿性高分子膜（12）を形成す
る場合は、先ず前記ウレタン系高分子素材をダイアフラ
ム部（11）に塗布する。このとき加熱したジメチルホル
ムアミドを溶媒として使用すると、ウレタン系高分子の
溶液粘度が自由に変えられ吸湿性高分子膜（12）の膜厚
を調整できる。また吸湿性高分子膜（12）では、SiO2、
TiO2等の無機材料の粉末を混合して固化することで吸水
率及び弾性等を調整できる。
に重合した状態でダイアフラム部（11）に設けられてい
る。吸湿性高分子膜（12）の素材の吸湿性高分子として
は、アクリル系高分子及びウレタン系高分子等が存在す
る。具体的にアクリル系高分子としては、アクリル酸エ
ステルと２−クロロエチルビニルエーテルの重合体、ア
クリル酸エステルとアクリロニトリルの重合体、アクリ
ルエステルとアクリル２−クロロエチルの重合体、ポリ
エステルグリコールとジイソシアネートの重合体等が好
適である。またウレタン系高分子としては、ポリエステ
ルにＰ、Ｐ′−ジフェニルメタンイソシアネートを過剰
に反応させることでプレポリマーを生成し、このプレポ
リマーにエチレンジアミンを添加することで、溶液状の
ウレタン系高分子としたものが好適である。溶液状のウ
レタン系高分子素材から吸湿性高分子膜（12）を形成す
る場合は、先ず前記ウレタン系高分子素材をダイアフラ
ム部（11）に塗布する。このとき加熱したジメチルホル
ムアミドを溶媒として使用すると、ウレタン系高分子の
溶液粘度が自由に変えられ吸湿性高分子膜（12）の膜厚
を調整できる。また吸湿性高分子膜（12）では、SiO2、
TiO2等の無機材料の粉末を混合して固化することで吸水
率及び弾性等を調整できる。
吸湿性高分子膜（12）の設けられたダイアフラム部
（11）では、雰囲気の湿度変化に対応して吸湿性高分子
膜（12）が膨張・収縮することで、ダイアフラム部の先
端部（13）が下方へ垂れる方向又は水平状態に復帰する
方向に湾曲し、この湾曲動作にて曲成される拡散抵抗
（R2）（R4）には曲げ応力に対応する膨張に伴う抵抗減
少などの抵抗変化が生じ、この抵抗変化を検出すること
で間接的に湿度が知得される。
（11）では、雰囲気の湿度変化に対応して吸湿性高分子
膜（12）が膨張・収縮することで、ダイアフラム部の先
端部（13）が下方へ垂れる方向又は水平状態に復帰する
方向に湾曲し、この湾曲動作にて曲成される拡散抵抗
（R2）（R4）には曲げ応力に対応する膨張に伴う抵抗減
少などの抵抗変化が生じ、この抵抗変化を検出すること
で間接的に湿度が知得される。
第３図において、（14）は拡散抵抗（R2）（R4）の抵
抗変化を出力電圧（V0）の変化として検出するホイース
トンブリッジで、ピエゾ抵抗部としての拡散抵抗（R2）
（R4）の他に抵抗値の変化しない基準抵抗（R1）（R3）
でブリッジを構成し、前記ダイアフラム部（11）が高湿
度時に垂れる方向に湾曲することで伸びる拡散抵抗の値
が減って出力電圧 前記湿度検出装置では、雰囲気湿度に対応して、吸湿
性高分子膜（12）が吸湿膨張し、ダイアフラム部（11）
が垂れ下がり方向に曲げられ、この曲げ応力によって拡
散抵抗（R2）（R4）に抵抗減少が生じ、この抵抗減少を
ホイートストンブリッジ（14）等で検出することで間接
的に湿度が知得される。また、ダイアフラム部（11）は
その一辺（10）だけでしかシリコンウエハー（５）に接
続されていないので、その３辺でシリコンウエハー
（５）に拘束されることなく自由に撓み得て、その撓み
による大きな曲げ応力を拡散抵抗（R2）（R4）に作用さ
せることができ、従って拡散抵抗（R2）（R4）の抵抗変
化量が増加して、湿度検出装置の検出感度がアップされ
る。因みに、一辺固定の前記ダイアフラム（11）では、
両端固定のダイアフラムに比較して撓み量が理論的に略
9.6倍となり、その分だけ拡散抵抗（R2）（R4）の抵抗
値の変化量も増加する。実験により、温度25℃、相対湿
度80％の条件下で60.3mVのホイーストンブリッジ出力が
検出され、また温度25℃、相対湿度50％の条件下で58mV
の出力が検出され、また温度25℃、相対湿度34％の条件
下で56mVの出力が検出され、従って前記湿度検出装置は
常温の広い湿度範囲において湿度センサとして感度良く
作動することが確認されている。
抗変化を出力電圧（V0）の変化として検出するホイース
トンブリッジで、ピエゾ抵抗部としての拡散抵抗（R2）
（R4）の他に抵抗値の変化しない基準抵抗（R1）（R3）
でブリッジを構成し、前記ダイアフラム部（11）が高湿
度時に垂れる方向に湾曲することで伸びる拡散抵抗の値
が減って出力電圧 前記湿度検出装置では、雰囲気湿度に対応して、吸湿
性高分子膜（12）が吸湿膨張し、ダイアフラム部（11）
が垂れ下がり方向に曲げられ、この曲げ応力によって拡
散抵抗（R2）（R4）に抵抗減少が生じ、この抵抗減少を
ホイートストンブリッジ（14）等で検出することで間接
的に湿度が知得される。また、ダイアフラム部（11）は
その一辺（10）だけでしかシリコンウエハー（５）に接
続されていないので、その３辺でシリコンウエハー
（５）に拘束されることなく自由に撓み得て、その撓み
による大きな曲げ応力を拡散抵抗（R2）（R4）に作用さ
せることができ、従って拡散抵抗（R2）（R4）の抵抗変
化量が増加して、湿度検出装置の検出感度がアップされ
る。因みに、一辺固定の前記ダイアフラム（11）では、
両端固定のダイアフラムに比較して撓み量が理論的に略
9.6倍となり、その分だけ拡散抵抗（R2）（R4）の抵抗
値の変化量も増加する。実験により、温度25℃、相対湿
度80％の条件下で60.3mVのホイーストンブリッジ出力が
検出され、また温度25℃、相対湿度50％の条件下で58mV
の出力が検出され、また温度25℃、相対湿度34％の条件
下で56mVの出力が検出され、従って前記湿度検出装置は
常温の広い湿度範囲において湿度センサとして感度良く
作動することが確認されている。
（ト） 発明の効果 本発明は以上のように構成されたから、加熱が不要で
且つ感湿特性の安定した湿度検出装置を提供できる。ま
た作動部としてのダイアフラム部は一辺だけでしかシリ
コンウエハーに接続されていないので、他の３辺でシリ
コンウエハーから切離され拘束されることなく自由に撓
み得て、その撓みによる大きな曲げ応力を拡散抵抗に作
用させることができ、拡散抵抗の抵抗変化量が増加し、
湿度検出装置の感度をアップできる。
且つ感湿特性の安定した湿度検出装置を提供できる。ま
た作動部としてのダイアフラム部は一辺だけでしかシリ
コンウエハーに接続されていないので、他の３辺でシリ
コンウエハーから切離され拘束されることなく自由に撓
み得て、その撓みによる大きな曲げ応力を拡散抵抗に作
用させることができ、拡散抵抗の抵抗変化量が増加し、
湿度検出装置の感度をアップできる。
第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は
斜視図、第２図は吸湿性高分子膜の形成以前の状態の上
面図、第３図は電気回路図、第４図は従来例の斜視図で
ある。 （５）……シリコンウエハー、（９）……切断溝、（1
0）……一辺、（11）……ダイアフラム部、（12）……
吸湿性高分子膜、（R2）（R4）……拡散抵抗。
斜視図、第２図は吸湿性高分子膜の形成以前の状態の上
面図、第３図は電気回路図、第４図は従来例の斜視図で
ある。 （５）……シリコンウエハー、（９）……切断溝、（1
0）……一辺、（11）……ダイアフラム部、（12）……
吸湿性高分子膜、（R2）（R4）……拡散抵抗。
Claims (1)
- 【請求項１】シリコンウエハーに略コ字状の切断溝を形
成することにより該切断溝の内側に一辺だけで前記シリ
コンウエハーに接続したダイヤフラム部を形成すると共
に、該ダイヤフラム部の表面にはダイヤフラムが撓む方
向に長い拡散抵抗及び吸湿により長さが変わる吸湿性高
分子膜を重合状態で設けたことを特徴とする湿度検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62034751A JPH0814554B2 (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | 湿度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62034751A JPH0814554B2 (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | 湿度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63201561A JPS63201561A (ja) | 1988-08-19 |
| JPH0814554B2 true JPH0814554B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=12423028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62034751A Expired - Fee Related JPH0814554B2 (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | 湿度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814554B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE68928739T2 (de) * | 1988-12-29 | 1999-02-11 | Sharp K.K., Osaka | Detecteur d'humidite |
| JP2523900B2 (ja) * | 1989-11-01 | 1996-08-14 | 株式会社日立製作所 | センサ―、原子炉、原子炉の制御方法、及びセンサ―の製造方法 |
| KR100474516B1 (ko) * | 2002-03-25 | 2005-03-09 | 전자부품연구원 | 캔틸레버를 이용한 초정밀 습도 센서 및 그의 제조방법 |
| JP6166224B2 (ja) * | 2014-06-10 | 2017-07-19 | 日本電信電話株式会社 | センサ回路 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61202152A (ja) * | 1985-03-05 | 1986-09-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 湿度検出装置 |
| JPS61202151A (ja) * | 1985-03-05 | 1986-09-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 湿度・温度検出装置 |
-
1987
- 1987-02-18 JP JP62034751A patent/JPH0814554B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63201561A (ja) | 1988-08-19 |
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