JPS5873101A - Humidity sensitive resistance composition - Google Patents

Humidity sensitive resistance composition

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JPS5873101A
JPS5873101A JP56171408A JP17140881A JPS5873101A JP S5873101 A JPS5873101 A JP S5873101A JP 56171408 A JP56171408 A JP 56171408A JP 17140881 A JP17140881 A JP 17140881A JP S5873101 A JPS5873101 A JP S5873101A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composition
humidity
over time
sensitive resistor
moisture
Prior art date
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Pending
Application number
JP56171408A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
昭一 岩永
信夫 佐藤
昭 池上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS5873101A publication Critical patent/JPS5873101A/en
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Non-Adjustable Resistors (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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酸化マンガンと敵化タングステンとからなる
感湿抵抗体組成物に関するものにして、特に経時変化の
少ない感湿抵抗体組成物に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a moisture-sensitive resistor composition comprising manganese oxide and tungsten oxide, and particularly to a moisture-sensitive resistor composition that shows little change over time.

従\来から知られている電気抵抗式の湿度センセンサ素
子を加熱することに工9、農機、油煙たばこの煙尋有機
汚染物の付着による特性の変化音回復させることができ
、又、水分の化学吸着による特性の経時変化を回復させ
ることができる等の長所1有するものである。しかし、
セラミック基の湿度センサは素子の支持方法、素これに
対して、セラミック基板上に厚JiX製造工程で作られ
たfi1度センサ翠子は基板強度が高いため、素子の支
持方法か容易であシ、通常の半導体素子のように素子と
電極端子音ワイヤボンドで接続できるため、量産性にす
ぐれている。
By heating the conventionally known electrical resistance type humidity sensor element, it is possible to recover the change in characteristics due to the adhesion of organic contaminants to the smoke of agricultural machinery and oily cigarettes. It has advantages such as being able to recover changes in properties over time due to chemisorption. but,
Ceramic-based humidity sensors require an easy way to support the element.On the other hand, the fi1 degree sensor made on a ceramic substrate using the thick JiX manufacturing process has a high substrate strength, so the way to support the element is easy. It has excellent mass productivity because it can be connected to the device and electrode terminals using wire bonds like normal semiconductor devices.

厚膜感湿抵抗体は、湿度にニジ抵抗値が変化する金属酸
化−系感湿抵抗体磁器粉末に、ガラスフリットとブチル
セルローズやエチルセルローズ勢の1f機バインダと′
を適当な割合で混合して感湿抵抗体ペーストとし、これ
を通常の厚膜累る。この工うな感湿抵抗体磁器粉末とガ
ラスフリットからなる厚膜感湿抵抗体においては、バイ
ンダガラスを含有するため、感度が低、く、がつ抵抗値
か大きくなるものである。この欠点を解決したものとし
て、焼結温度が低く、ガラスバインダを必要としない、
タングステン酸マンガンMfO,が見いだされた。タン
グステン酸マンガンを用いた厚膜湿度センサはセラミッ
クスの!!#−黴である加熱クリーニングによる汚染物
質の除去、および水分の化学吸着による経時変化の回復
、および厚膜の特徴である高い量産性と低価格とを兼ね
そなえたすぐれたセンナである。
Thick-film humidity-sensitive resistors are made of metal oxide-based humidity-sensitive resistor porcelain powder whose resistance value changes depending on humidity, glass frit, butyl cellulose or ethyl cellulose-based 1F binder, etc.
A moisture-sensitive resistor paste is prepared by mixing the two in appropriate proportions, and this is then deposited into a normal thick film. This thick film humidity-sensitive resistor made of porcelain powder and glass frit has a low sensitivity and a high resistance value because it contains binder glass. As a solution to this drawback, the sintering temperature is low and no glass binder is required.
Manganese tungstate MfO was discovered. Thick film humidity sensor using manganese tungstate is made of ceramics! ! #- This is an excellent senna that can remove contaminants such as mold by heating cleaning, recover from aging by chemically adsorbing moisture, and has the characteristics of thick film, such as high mass productivity and low cost.

しかし、従来のセラミック系の湿度センサと同様に水分
の化学吸着による特性の経時変化か比較釣竿いため、頻
繁に加熱クリーニングし、特性の回復を針らなければな
らないと言う欠点のあるものでありた。
However, like conventional ceramic humidity sensors, they have the disadvantage of requiring frequent heating and cleaning to restore their properties, since their characteristics change over time due to chemical adsorption of water. .

本発明の目的は、上記し、た従来技術の欠点をなくし、
水の化学rIIL着による特性の経時変化を遅くするこ
とによシ、特性の経時変化音回復させるためのクリー二
ンクの#[’に減らした厚膜温良センサに用いる感湿抵
抗体組成物全提供することにある。
The purpose of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art,
The whole moisture-sensitive resistor composition used in a thick film temperature sensor is reduced to #[' of cleaning link to recover the sound change over time of characteristics by slowing down the change in characteristics due to chemical rIIL adhesion of water. It is about providing.

本発明の感湿抵抗体組成物の特徴とするところは、酸化
マンガン(例えハ、Mn U、 Mn、へ、Mn、 U
、、Mn (J、  尋)と酸化タングステン(例えば
、p′ら等)と管、金属マンガンに対する金属タングス
テン全モル比率に換算して、W/Mnの値が1,200
〜1,005の範囲内のものであるが、又は東995〜
ζ800の範囲内の本のであるかのものを含むことにあ
る。このような本発明の組成物に工れば、経時変化の少
ない感湿抵抗体金得ることができるものである。
The moisture-sensitive resistor composition of the present invention is characterized by manganese oxide (e.g., Mn, U, Mn, he, Mn, U
,,Mn (J, Hiro) and tungsten oxide (for example, p' et al.) and tubes, the value of W/Mn is 1,200 in terms of the total molar ratio of metallic tungsten to metallic manganese.
~1,005, or East 995 ~
It consists in including any of the books within the range of ζ800. By using the composition of the present invention, it is possible to obtain a moisture-sensitive resistor gold that shows little change over time.

本発明者等は、四三酸化マンガンMn、 0.と三酸化
タングステンF(/、とからなる感湿抵抗体組成物につ
いて、その組成比率と、24℃の一足瓢茨、50%Hの
一定湿度中における表面水酸基の形成速度を詳細に解析
し検討した結果本発明七堰成するに至りたのである。即
ち、種々の組成比率のタングステン欧マンガンについて
soo’cで10分間加熱し、水の化学吸着にニジ生じ
た表面水酸基を除去した後、50%Hの一定湿度中に放
置した場合、時間の経過に伴う表面水酸基の形成速度管
赤外吸収スペクトルの4振動!ll曳および電子式超微
量天秤による重量変化から調べへこのI@陳によれば、
時間の経過に伴ってJ振動による赤外吸収強度は強く′
なり、又重′J14除々に増加した。この現象は、タン
グステン酸マンガンの表面に空気中の水分が化学吸着し
、時間と共に除々に水酸基が形成されていることを示す
本のである。この表面水酸基の形成速度はタングステン
酸マンガンの組成比に依存しており、酸化タングステン
或は酸化マンガンの割合が大きい程表面水酸基の形成速
度が遅いことが明らかになりた。そこで、これらの調査
結果に基ついて、−薙の湿度中において、時間に伴う抵
抗値の経時変化を測定したところ、タングステン酸マン
ガンの組成比か金属のモル比率1/7M%に換算して1
,200〜1,005の本の、又は化995〜氏800
のものは抵抗価の経時変化が小となり、特性を回復させ
るための加熱りIJ−=ングの―度を従来に比べて減ら
すことができる事か明らかになった。金属のモル比率r
7m%が1.005よシ小にしてζ995より大の範1
のは抵抗値の経時変化が大となり、1日に5回以上の割
合で加熱クリーニングしなければならない。又、金属の
モル比率W/Mtsが1.200を超えたものは抵抗値
の経時変化が大となるのみならず、素子の抵抗値が大と
なる。金属のモル比率り絡が鳴800未満では抵抗値の
経時変化が大となるのみならず、。
The present inventors have prepared trimanganese tetroxide Mn, 0. A detailed analysis and study of the composition ratio and the formation rate of surface hydroxyl groups at a constant humidity of 50% H at 24°C and tungsten trioxide F (/, As a result, the present invention was completed.That is, tungsten-European manganese with various composition ratios were heated at soo'c for 10 minutes to remove surface hydroxyl groups that had occurred due to water chemisorption, and then 50% When left in a constant humidity of %H, the rate of formation of surface hydroxyl groups with the passage of time is 4 oscillations in the infrared absorption spectrum of a tube!Illumination and investigation of weight changes using an electronic ultra-microbalance according to this I@Chen. Ba,
As time passes, the infrared absorption intensity due to J vibration becomes stronger.
The weight also increased gradually in J14. This phenomenon shows that moisture in the air is chemically adsorbed onto the surface of manganese tungstate, and hydroxyl groups are gradually formed over time. It has been revealed that the rate of formation of surface hydroxyl groups depends on the composition ratio of manganese tungstate, and the higher the proportion of tungsten oxide or manganese oxide, the slower the rate of formation of surface hydroxyl groups. Therefore, based on these survey results, we measured the change in resistance value over time in the humidity of Nagi, and found that the composition ratio of manganese tungstate or the molar ratio of metal is 1/7M%.
, 200 to 1,005 books, or 995 to 800
It has become clear that the change in resistance value over time is small, and that the degree of heating required to recover the characteristics can be reduced compared to conventional methods. molar ratio of metal r
7m% is smaller than 1.005 and larger than ζ995 1
The resistance value changes significantly over time and must be heated and cleaned at least five times a day. Further, if the metal molar ratio W/Mts exceeds 1.200, not only the resistance value changes over time but also the resistance value of the element becomes large. When the molar ratio of metal is less than 800, not only does the change in resistance value over time become large.

タングステン酸マンガンの焼結温度が高くな夛、厚膜の
形成ができなくなる。
Because the sintering temperature of manganese tungstate is high, it becomes impossible to form a thick film.

以下、本発明を試験例につき更に詳細に説明する。試験
例は、試料前号1〜9よシなるもので、そのうち、2〜
7は本発明によるもの、1、B%9は本発明によらぬも
のである。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to test examples. The test examples are samples 1 to 9, among which 2 to 9.
7 is according to the present invention, 1, B%9 is not according to the present invention.

試験例 まず、出発原料として、純度99.9%以上の四三酸化
マンガンと三酸化タングステンの粉末を準備した。
Test Example First, trimanganese tetroxide and tungsten trioxide powders with a purity of 99.9% or higher were prepared as starting materials.

コレらを、第〈表の紙料前号1〜9の9極禰の組成に対
応する組成比率になるように採取し。
These were collected so that the composition ratio corresponded to the composition of the nine poles of paper materials No. 1 to 9 in Table 1.

配合物のそれぞれにつき、下記の工うに処理した。Each of the formulations was processed as follows.

配合物音、めのう製乳鉢を用いたらいがい機で6時間乾
式混合した。混合を終えてから、混合物tらいかい機よ
り取り出し、150Qfy/c−の圧力をかけて円板を
成形した。この成形体を空気中において1100’Cの
温度で2時間焼成した。
The mixture was dry mixed in an agate mortar for 6 hours. After the mixing was completed, the mixture was taken out from the crusher and a disk was formed by applying a pressure of 150 Qfy/c-. This molded body was fired in air at a temperature of 1100'C for 2 hours.

成形体管めのう製乳鉢で6時間粗砕したのち、遊星型ボ
ールミルで8時間微粉砕した。粉砕會終えてから、粉砕
物をポットから取り出し、乾燥させた。
The compact was roughly crushed in a tube agate mortar for 6 hours, and then finely crushed in a planetary ball mill for 8 hours. After the grinding session was completed, the ground material was taken out of the pot and dried.

次に、エチルセルロースを10重量s含むα−テルピネ
オール溶液を有機バインダとして粉砕物1゜!尚たシ、
Sccの割合で加え、アルミナ乳鉢を用いたらいかい機
で2時間混練して感湿抵抗体ペースト金得た。
Next, an α-terpineol solution containing 10 weight s of ethyl cellulose was used as an organic binder to give a pulverized product of 1°! Naotashi,
Scc and kneaded in an alumina mortar for 2 hours to obtain a moisture-sensitive resistor paste.

一方、アルンナ基板上に白金系導体ペーストをスクリー
ン印刷して、  1100’Cで2時間焼成して加熱ク
リーニング用ヒータとした。ヒータの反対側の面に白金
ベース)?用いて下部電極を印刷、焼成した。次に、こ
の下部電極の上に前記感湿抵抗体ペーストを印刷、乾燥
したのち、白金ペーストを用いて上部電極を印刷、乾燥
し、1100℃で2時間焼成し、感湿抵抗層を上下両電
極ではさんだサンドイッチ構成の厚膜感湿抵抗体を形成
した。
On the other hand, a platinum-based conductive paste was screen printed on the Aluna substrate and baked at 1100'C for 2 hours to obtain a heating cleaning heater. platinum base on the opposite side of the heater)? The lower electrode was printed and fired using this method. Next, after printing and drying the moisture-sensitive resistor paste on this lower electrode, an upper electrode was printed using platinum paste, dried, and baked at 1100°C for 2 hours to form a moisture-sensitive resistor layer on both the upper and lower sides. A thick-film moisture-sensitive resistor with a sandwich structure sandwiched between electrodes was formed.

この↓うにして型底した、〉く表に示す9種類の、タン
グステン酸マンガンの組成比率を変えた厚M湿度センサ
のそれぞれにつき、湿度50%Hにおける経時変化を調
べた。
For each of the nine types of humidity sensors shown in the table shown in the table below, each of which had a different composition ratio of manganese tungstate, the changes over time at a humidity of 50% H were investigated.

その結果を示したのが、事り図のグラフである。V図の
各曲線は1.野に表の各組成のM)0、− FO,系厚
膜温良センサの抵抗値の経時変化を示しているものであ
る。同、1図の各1酬に付した数字符号W芦イ表の試料
11号に対応させて付した本のである。
The result is shown in the graph of the chart. Each curve in the V diagram is 1. This figure shows the change over time in the resistance value of M)0, -FO, type thick film thermal sensors of each composition shown in the table. This is a book that corresponds to sample No. 11 of the W Ashi table with the numerical code attached to each square in Figure 1.

責り図のグラフから明らかな工うに、試料1の1うに金
属のモル比率に換算して、11’1M路の値が1,00
0である組成比率のものは抵抗の経時変化が大で、為精
度の湿度検出を行う一合、加熱クリーニングにより特性
の回復を頻繁に行わなければならない。
It is clear from the graph of the liability diagram that the value of 11'1M path is 1,00 when converted to the molar ratio of metal in sample 1.
For those with a composition ratio of 0, the resistance changes significantly over time, and therefore, in order to accurately detect humidity, the characteristics must be restored frequently by heating and cleaning.

不発明の組成@よりなる、試料2〜7のように、金属の
モル比率に換算して、W/)dルの値が1.200〜1
.005又はζ995〜ζ800の範囲内にあるものは
抵抗の経時変化による湿度検出−差社24時間で5%M
以内で少なく、加熱クリーニングt−頻繁に行わなくて
も尚精度の測定ができる。
As in Samples 2 to 7, which have an uninvented composition @, the value of W/)d is 1.200 to 1 in terms of metal molar ratio.
.. 005 or within the range of ζ995 to ζ800 is humidity detection based on resistance change over time - 5% M in 24 hours
Even if heating cleaning is not performed frequently, accurate measurements can still be made.

例えば、試料番号2の一合、24時間の割付でクリーニ
ングを行った場合の検出哄差ri2.5%H以内である
。これに対して、試料1に号8及び9の1うに、しタル
の11が1.2001超えたもの、又はQ、 800未
満の組成の、本発明によらぬものは、抵抗値の経時変化
による検出誤差は24時間で5%肪以上となり、高精度
の湿度測定を行うことができない。
For example, for sample number 2, the detection difference ri when cleaning is performed with a 24-hour allocation is within 2.5%H. On the other hand, samples 1 in which Nos. 8 and 9 1, Shital 11 exceeded 1.2001, or those with a composition of Q less than 800 and not according to the present invention, showed a change in resistance value over time. The detection error due to this is 5% or more in 24 hours, making it impossible to measure humidity with high precision.

以上の工うに、感湿抵抗体の組成物を不発明になる、酸
化マンガンと酸化タングステンの組成比率を、金属のモ
ル比率に換算して、TI’/M%の値が1.200〜1
,005の範囲内にあるか、又はζ995〜Q、 80
0の範囲内にあるようにすれば、抵抗値の経時変化の少
ない厚膜&1度センサを得ることかできる。
As described above, when converting the composition ratio of manganese oxide and tungsten oxide to the molar ratio of metal, which makes the composition of the moisture-sensitive resistor inventive, the value of TI'/M% is 1.200 to 1.
,005 or ζ995~Q, 80
If it is within the range of 0, it is possible to obtain a thick film & 1 degree sensor with little change in resistance value over time.

上述のように、本発明による感湿抵抗体組成物を用いる
ことで、抵抗値の経時変化がなく、特性上回復させるた
めのクリーニングを頻繁に行わなくても精度の高い湿度
測定を行うことができるものである。
As described above, by using the humidity-sensitive resistor composition of the present invention, there is no change in resistance value over time, and highly accurate humidity measurements can be performed without frequent cleaning to recover the characteristics. It is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

′IN、図は本発明の感湿抵抗体組成物會用いたものと
、本発明の範囲外の組成物上用いたものとの各厚膜湿度
センサの抵抗値の経時変化を示すグラフである。
'IN, The figure is a graph showing the change in resistance value over time of each thick-film humidity sensor using the humidity-sensitive resistor composition of the present invention and that using a composition outside the scope of the present invention. .

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 酸化マンガンと酸化タングステンとt%金属マンガンに
対する金属タングステ21モル比率に換算して、II’
7Mmの値が、1,200〜1.005F)範囲内又は
ζ995〜ζ800の範囲内である組成比率で含む本の
よりなることを特徴とする感湿抵抗体組成物。
II'
1. A moisture-sensitive resistor composition, characterized in that the composition contains a composition having a value of 7 Mm in the range of 1,200 to 1.005 F) or in the range of ζ995 to ζ800.
JP56171408A 1981-10-28 1981-10-28 Humidity sensitive resistance composition Pending JPS5873101A (en)

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