CN107003262B - 电容式湿度传感器 - Google Patents
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Abstract
提供即使不形成非透湿保护膜也能够防止多余的湿气的浸入以及排出的电容式湿度传感器。在包围电极(51)与下部电极(31)的周边部的大部分之间形成第1狭缝(4)。感湿膜图案(7)掩埋在包围电极51与下部电极31的周边部的大部分之间形成的第1狭缝(4)，且具备沿着包围电极(51)使该包围电极(51)连续地露出的第2狭缝(8)。上部电极图案(9)被形成为覆盖感湿膜(71)的周边部的大部分。上部电极图案(9)被形成为掩埋感湿膜图案(7)的第2狭缝(8)。
Description
技术领域
本发明涉及湿滞少的电容式湿度传感器。
背景技术
在日本特公平4－64425号公报(专利文献1)、WO2010/113711(专利文献2)等所示的以往的电容式湿度传感器中，在基板之上形成有下部电极，在其之上形成有感湿膜，进而在感湿膜之上形成有上部电极。而且，在专利文献2所示的以往的湿度传感器中，进而在上部电极之上形成有非透湿保护膜。在任意的电容式湿度传感器中，都为了与设置于基板上的连接电极的电连接，使上部电极在基板上延伸。
专利文献1：日本特公平4－64425号公报
专利文献2：WO2010/113711
发明内容
但是，在以往的电容式湿度传感器中，为了防止对湿滞造成影响的多余的湿气的浸入以及排出，需要形成非透湿性保护膜。另外在使上部电极在基板的表面上延伸的情况、上部电极与基板的表面的紧密接触性差的情况下，产生上部电极的延长部分从基板的表面剥离的问题。
本发明的目的在于提供即使不形成非透湿保护膜也能够防止多余的湿气的浸入以及排出的电容式湿度传感器。
除了上述目的之外，本发明的另一目的在于提供能够防止上部电极从基板表面剥离的电容式湿度传感器。
本发明的电容式湿度传感器具备：绝缘基板；下部电极图案，包括下部电极以及第1连接电极，上述下部电极被形成为包括由与绝缘基板的紧密接触性良好的材料形成的基底电极层，上述第1连接电极与该下部电极电连接；感湿膜图案，包括整体性地覆盖下部电极的感湿膜；以及上部电极图案，包括以使感湿膜部分性地露出的方式将其覆盖的上部电极。特别在本发明的电容式湿度传感器中，上部电极图案被形成为覆盖感湿膜图案的周边部的大部分。
这样，成为感湿膜图案的周边部的大部分被上部电极图案覆盖的状态，所以从感湿膜的外周部的多余的吸湿以及排湿消失，即使不形成非透湿保护膜，感湿膜的滞后特性也被改善。
下部电极图案包括与下部电极电连接的第1连接电极。而且，优选还具备包围电极图案，该包围电极图案具有基底电极层，按照与下部电极图案相同的构造形成，上述包围电极图案包括包围电极以及第2连接电极，上述包围电极在与下部电极的周边部的大部分之间隔开间隔地形成在绝缘基板上，包围下部电极的周边部的大部分，上述第2连接电极与该包围电极电连接。在该情况下，感湿膜图案优选被形成为掩埋在包围电极与下部电极的周边部的大部分之间形成的第1狭缝，且形成沿着包围电极使该包围电极连续地露出的第2狭缝。而且上部电极图案优选被形成为掩埋第2狭缝。这样，在第2狭缝之下存在包围电极，上部电极与包围电极紧密接触，不会与绝缘基板接触。因此，能够防止上部电极被剥离。另外，在上部电极图案掩埋了第2狭缝的状态下，成为感湿膜图案的周边部的大部分被上部电极图案覆盖的状态。其结果，从感湿膜的外周部的吸湿以及排湿消失，感湿膜的滞后特性被改善。
下部电极图案具备连接下部电极与第1连接电极之间的第1连接部，该第1连接部的宽度尺寸优选比第1连接电极的宽度尺寸短。另外，包围电极优选具备一对延长部，该一对延长部在与第1连接部之间隔开间隔地延伸，延长第1狭缝。在该情况下，感湿膜图案优选被形成为掩埋通过延长部延长的第1狭缝的延长部分，且沿着一对延长部使该一对延长部连续地露出地延长第2狭缝。而且，上部电极图案优选被形成为掩埋第2狭缝的延长部分。如果这样构成，则能够使直至在设置第1连接电极的情况下形成的用于湿度的检测的感湿膜部分为止的湿度进入路径的长度变长。其结果，能够进一步改善湿滞特性。
包围电极图案优选具备连接包围电极和第2连接电极的连接部。在该情况下，感湿膜图案优选被形成为覆盖下部电极图案的第1连接部以及包围电极图案的第2连接部以及一对延长部，且覆盖第1连接电极以及第2连接电极的周围。如果采用这样的构造，则感湿膜图案覆盖形成有下部电极图案的绝缘基板的大致整个面，上部电极在成膜时不与基板接触，所以能够不使上部电极从基板剥离而进行加工。
优选为下部电极图案以及包围电极图案的基底电极层由NiCr、Cr以及Ti中的任意1个构成，在基底电极层之上形成有由Au或者Pt构成的表面电极层。如果是这样的材料的组合，则能够防止下部电极图案从基板表面剥离，并且，能够可靠地防止上部电极从包围电极剥离。另外，优选为下部电极图案以及包围电极图案的基底电极层包括由NiCr、Cr以及Ti中的任意1个构成的薄膜，在基底电极层之上利用薄膜形成有由Ta等构成的扩散防止层，在扩散防止层之上形成有由Au或者Pt构成的表面电极层。如果设置扩散防止层，则防止基底电极层与表面电极层的相互的扩散，膜的可靠性提高。
在感湿膜图案由聚酰亚胺形成的情况下，能够降低成本。
另外如果第1连接电极以及第2连接电极具有引线键合的电极焊盘的大小，则能够进行基于线接合的连接。
而且，优选为第1狭缝的宽度尺寸为10～20μm以上，第2狭缝的宽度尺寸为10μm～20μm以上。而且，优选为下部电极图案以及上部电极图案由以下的薄膜形成，感湿膜图案由0.2微米以上～2微米以下的薄膜形成。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的电容式湿度传感器的俯视图。
图2的(A)以及(B)是图1的A－A′线剖面图以及B－B′线剖面图。
图3的(A)至(D)是分别示出在图1的实施方式中使用的下部电极图案以及包围电极图案、感湿膜图案及上部电极图案的图。
图4是示出下部电极图案的层构造的图。
图5是示出测量第1实施方式的电容式湿度传感器的湿滞和以往的构造的电容式湿度传感器的湿滞而得到的结果的图。
图6的(A)至(C)是在本发明的第2实施方式的电容式湿度传感器中使用的下部电极图案以及包围电极图案和用于形成用于进行温度补偿的基准电容式湿度传感器的下部电极图案以及包围电极图案的俯视图、感湿膜图案的俯视图、以及上部电极图案的俯视图。
图7是示出第2实施方式的等效电路的图。
图8的(A)至(E)是在本发明的第3实施方式的电容式湿度传感器中使用的下部电极图案以及包围电极图案的俯视图、感湿膜图案的图、示出通过感湿膜图案覆盖上部电极图案和下部电极图案的状态的俯视图、以及示出在覆盖下部电极图案的感湿膜图案之上形成有上部电极图案的状态的俯视图。
符号说明
1：电容式湿度传感器；2：绝缘基板；3：下部电极图案；3a：基底电极层；3b：扩散防止层；3c：表面电极层；4：狭缝；5：包围电极图案；7：感湿膜图案；8：狭缝；9：上部电极图案；10：贯通孔；13：下部电极图案；14：狭缝；15：包围电极图案；17：感湿膜图案；18：狭缝；19：上部电极图案；31：下部电极；32：第1连接部；33：连接电极；41：延长部分；51：包围电极；52：第2连接部；53：连接电极；54：延长部；71：感湿膜；72：遮覆部；81：延长部分；91：上部电极；92：电极遮覆部。
具体实施方式
以下参照附图，说明本发明的电容式湿度传感器的实施方式。
[第1实施方式]
图1是本发明的第1实施方式的电容式湿度传感器1的俯视图，图2(A)以及图2(B)是图1的A－A′线剖面图以及B－B′线剖面图，图3(A)至图3(D)分别示出在图1的实施方式中使用的下部电极图案3以及包围电极图案5、和感湿膜图案7及上部电极图案9。此外，图1至图3是为了说明实施方式制作出的，各部分的尺寸、孔的数量等与实际的不同。
本实施方式的电容式湿度传感器1由玻璃、表面氧化的硅片、陶瓷等材料形成，表面具备平滑的绝缘基板2。而且，在绝缘基板2的表面上形成有下部电极图案3和包围电极图案5。下部电极图案3具备下部电极31、第1连接电极33、连接下部电极31与第1连接电极33之间的第1连接部32。第1连接部32的宽度尺寸比第1连接电极33的宽度尺寸短。另外，包围电极图案5具备：包围电极51以及第2连接电极53，其中上述包围电极51在与下部电极31的周边部的大部分之间隔开间隔地形成在绝缘基板2上，包围下部电极31的周边部的大部分，上述第2连接电极53与该包围电极51电连接；第2连接部52，连接包围电极51和第2连接电极53；以及一对延长部54以及55，在与下部电极图案3的第1连接部32之间隔开间隔地延伸，延长后述第1狭缝4[参照图2(B)]。在包围电极51与下部电极31的周边部的大部分之间形成有第1狭缝4。
如图4所示，下部电极图案3被形成为包括：基底电极层3a，由与绝缘基板2的表面的紧密接触性良好的材料形成；扩散防止层3b，形成于基底电极层3a之上；表面电极层3c，形成于扩散防止层3b之上。扩散防止层3b防止基底电极层3a与表面电极层3c相互扩散。包围电极图案5也具有与下部电极图案相同的构造。因此，在相同的制造工序中同时形成下部电极图案3和包围电极图案。首先，为了通过溅射或者蒸镀在绝缘基板2的表面整个面形成基底电极层3a而形成NiCr、Cr以及Ti中的任意1个的薄膜层，为了在其之上形成扩散防止层3b而形成由Ta构成的薄膜层，进而为了在其之上形成表面电极层3c而形成由Au或者Pt构成的薄膜层，从而形成多层薄膜。接下来，在多层薄膜之上，通过旋转涂布等形成有抗蚀剂(感光性物质膜)之后进行图案曝光，形成正型。之后，进行显影和冲洗，去除多余的抗蚀剂，之后，在进行了蚀刻之后，进行抗蚀剂的去除，形成基底电极图案3。此时，还同时形成包围电极图案5。
感湿膜图案7包括整体性地覆盖下部电极31的感湿膜71。感湿膜图案7被形成为掩埋在包围电极51与下部电极31的周边部的大部分之间形成的第1狭缝4且形成沿着包围电极51使该包围电极51连续地露出的第2狭缝8。感湿膜图案7被形成为掩埋利用一对延长部54以及55而被延长的第1狭缝4的延长部分41以及42且沿着一对延长部54以及55使该一对延长部连续地露出地延长第2狭缝8。而且，在本实施方式中，感湿膜图案7还具备遮覆部72，该遮覆部72覆盖包围电极图案的第2连接部52且覆盖第1连接电极33以及第2连接电极53的周围。在本实施方式中，由聚酰亚胺形成感湿膜图案7，但也可以使用聚酰亚胺系列有机化合物、纤维素、纤维素系列有机化合物、聚乙烯醇(PVA)等形成感湿膜图案，这是不言而喻的。感湿膜图案7的形成与下部电极图案3的形成同样地，在绝缘基板2的下部电极图案之上整个面地形成聚酰亚胺膜，使用光刻技术通过蚀刻形成规定的图案。
上部电极图案9包括以使感湿膜71部分性地露出的方式覆盖的上部电极91。在本实施方式中，上部电极图案9被形成为利用Au或者Pt的薄膜覆盖感湿膜71的周边部的大部分。在上部电极91形成有用于使湿气出入感湿膜71的多个贯通孔10。另外，上部电极图案9被形成为掩埋感湿膜图案7的第2狭缝8。进而，上部电极图案9被形成为掩埋第2狭缝8的延长部分81以及82。这样，在第2狭缝8之下具有包围电极51，上部电极91与包围电极51紧密接触，不会与绝缘基板2接触。因此能够防止上部电极91剥离。另外，在上部电极图案9掩埋第2狭缝8以及第2狭缝8的延长部分81以及82的状态下，成为感湿膜71的周边部的大部分被上部电极图案9覆盖的状态。其结果，从感湿膜71的外周部的吸湿以及排湿消失，感湿膜71的滞后特性被改善。图5是示出测量本实施方式的电容式湿度传感器的湿滞与以往的构造的电容式湿度传感器的湿滞而得到的结果的图。此处，以往的构造的电容式湿度传感器具有未利用上部电极覆盖感湿膜的周边部的构造。在图5中，曲线X为以往的构造的电容式湿度传感器的湿滞，Y为本实施方式的电容式湿度传感器的湿滞。图5示出使湿度从10％增加至90％的情况下的传感器测量出的湿度相对实际的湿度的相对的差。当使湿度从90％减少到10％时，在纵轴的负侧出现相对差。如果没有湿滞，则在相对的差为湿度10％至90％的范围内相对差为0。在本实施方式中，上部电极图案9具备覆盖第1连接电极33以及第2连接电极53的表面的电极遮覆部92以及93。当设置这样的电极遮覆部92以及93时向连接电极的引线键合的连接变好。
在上述实施方式中，绝缘基板2的尺寸为5mm×7mm×1mm。另外，第1连接电极33以及第2连接电极53具有线接合的电极焊盘的大小。另外，第1狭缝4的宽度尺寸为10～20μm，第2狭缝8的宽度尺寸为10～20μm。而且，下部电极图案3以及上部电极图案9由以下的薄膜形成，感湿膜图案由0.2μm以上～2μm以下的薄膜形成。另外，形成于上部电极71的贯通孔的直径为10μm。
[第2实施方式]
图6(A)至(C)示出在本发明的第2实施方式的电容式湿度传感器中使用的下部电极图案13以及包围电极图案15、感湿膜图案17和上部电极图案19、用于形成用于进行温度补偿的基准电容式湿度传感器的下部电极图案13′以及包围电极图案15′、感湿膜图案17′和上部电极图案19′。这些图案使用与上述第1实施方式中的各图案同样的材质通过同样的方法形成。在图6中，对与图1至图4所示的第1实施方式的构成要素同样的构成要素附加对在图1至图4中附加的符号的数附加10或者100的数而得到的符号，省略详细的说明。另外，在图6中，在构成基准电容式湿度传感器的构成要素中，对电容式湿度传感器使用的符号附加撇儿符号“′”，省略详细的说明。
将这些图案重叠而形成的传感器的等效电路如图7所示那样。在图7的等效电路中，C1为电容式湿度传感器的电容，C2为基准电容式传感器的电容。而且端子部T1相当于第1实施方式中的第1连接电极33。因此，在图6中，将符号133附注为符号T1。另外，端子部T2相当于第1实施方式中的第2连接电极153。因此，在图6中，将符号153附注为符号T21。T3为基准电容式传感器的端子部，T4是针对电极图案整体的包围电极160的端子部。
在本实施方式中，下部电极图案13的下部电极131与下部电极图案13′的下部电极131′通过连接部132电连接。包围电极151包围下部电极131的周围的大部分，连接于端子部T2。在下部电极图案13以及13′形成有第1狭缝14以及14′。感湿膜图案17中的感湿膜171以及171′构成为掩埋第1狭缝14以及14′且形成沿着包围电极151以及151′使该包围电极151以及151′连续地露出的第2狭缝18以及18′。
上部电极图案19包括以使感湿膜171部分性地露出的方式将其覆盖的上部电极191、覆盖感湿膜171′的上部电极191′、以及覆盖端子部T1至T4的遮覆电极部192至195。在上部电极191包括由コ字或者U字状的狭缝包围的连接部191A，在上部电极191′包括由コ字或者U字状的狭缝包围的连接部191B以及191C。连接部191A与下部电极图案13所包含的连接部133连接，连接部191B与下部电极图案13所包含的连接部134连接，连接部191C与下部电极图案13所包含的连接部135连接。通过这些连接部的连接，包围电极151以及151′分别成为连续的图案。
在本实施方式中，在第2狭缝18以及18′之下具有包围电极151以及151′，上部电极191以及191′与包围电极151以及151′紧密接触，不会与绝缘基板接触。因此，能够防止上部电极191以及191′剥离。另外，在上部电极图案19掩埋第2狭缝18以及18′的状态下，成为感湿膜171以及171′的周边部的大部分被上部电极图案19以及19′覆盖的状态。其结果，从感湿膜171以及171′的外周部的吸湿以及排湿消失，感湿膜171以及171′的滞后特性被改善。
在上述实施方式中，通过设置包围电极160，从而具有在输出过程中混入的噪声削减的效果，但该包围电极160不是必须设置。
[第3实施方式]
图8(A)至(E)示出表示在本发明的第3实施方式的电容式湿度传感器中使用的下部电极图案213以及包围电极图案215、感湿膜图案217和上部电极图案219以及利用感湿膜图案217覆盖下部电极图案213的状态的俯视图、和表示在感湿膜图案217之上形成有上部电极图案219的状态的俯视图。这些图案(213、215、217、219)使用与上述第1实施方式中的各图案同样的材质通过同样的方法形成。在图8中，对与图6所示的第2实施方式的构成要素同样的构成要素附加对在图6中附加的符号的数附加200的数而得到的符号。
在本实施方式中，包围电极图案215的包围电极351包围下部电极331的周围的大部分，连接于端子部T2。在下部电极图案213形成有第1狭缝214。感湿膜图案217中的感湿膜371构成为掩埋第1狭缝214且形成沿着包围电极351使该包围电极351连续地露出的第2狭缝218。
上部电极图案219包括遮覆电极部392、393以及395，该遮覆电极部392、393以及395覆盖以使感湿膜371部分性地露出的方式将其覆盖的上部电极391和端子部T1、T2以及T4。在上部电极391包括由コ字或者U字状的狭缝包围的连接部391A。连接部391A与下部电极图案213所包含的连接部333连接。通过这些连接部的连接，包围电极351成为连续的图案。
在本实施方式中，在第2狭缝218之下也具有包围电极351，上部电极391与包围电极351紧密接触，不会与绝缘基板接触。因此能够防止上部电极391剥离。另外，在上部电极图案219掩埋第2狭缝218的状态下，成为感湿膜371的周边部的大部分被上部电极图案219覆盖的状态。其结果，从感湿膜371的外周部的吸湿以及排湿消失，感湿膜371的滞后特性被改善。
在上述实施方式中，也通过设置包围电极360具有削减在输出过程中混入的噪声的效果。该包围电极360不是必须设置。
另外，在第1至第3实施方式中，利用上部电极图案覆盖下部电极图案所包含的连接电极，但该结构也未必需要采用。
另外，在第1以及第2实施方式中，利用上部电极图案覆盖下部电极图案所包含的连接电极，但该结构也不是必须采用。
产业上的可利用性
根据本发明，成为感湿膜图案的周边部的大部分被上部电极图案覆盖的状态，所以从感湿膜的外周部的多余的吸湿以及排湿消失，即使不形成非透湿保护膜，感湿膜的滞后特性也被改善。
Claims (7)
1.一种电容式湿度传感器，具备：
绝缘基板；
下部电极图案，包括下部电极以及第1连接电极，所述下部电极被形成为包括由与所述绝缘基板的紧密接触性良好的材料形成的基底电极层，所述第1连接电极与所述下部电极电连接；
感湿膜图案，包括整体性地覆盖所述下部电极的感湿膜；以及
上部电极图案，由与所述绝缘基板的紧密接触性差的材料形成，包括以使所述感湿膜部分性地露出的方式将其覆盖的上部电极，
所述电容式湿度传感器的特征在于包括：
包围电极图案，该包围电极图案具有与所述下部电极图案相同的构造，包括包围电极和第2连接电极，所述包围电极在与所述下部电极的周边部的大部分之间隔开间隔地形成在所述绝缘基板上，包围所述下部电极的所述周边部的大部分，所述第2连接电极与该包围电极电连接，
所述感湿膜图案被形成为掩埋在所述包围电极与所述下部电极的周边部的大部分之间形成的第1狭缝，且形成沿着所述包围电极使该包围电极连续地露出的第2狭缝，
所述上部电极图案被形成为掩埋所述第2狭缝。
2.根据权利要求1所述的电容式湿度传感器，其特征在于：
所述下部电极图案具备连结所述下部电极与所述第1连接电极之间的第1连接部，所述第1连接部的宽度尺寸比所述第1连接电极的宽度尺寸短，
所述包围电极图案具备一对延长部，该一对延长部在第2连接部与所述第1连接部之间隔开间隔地延伸，延长所述第1狭缝，所述第2连接部连接所述包围电极和所述第2连接电极，
所述感湿膜图案被形成为掩埋通过所述延长部延长的所述第1狭缝的延长部分，且沿着所述延长部使该延长部连续地露出从而延长第2狭缝，
所述上部电极图案被形成为掩埋所述第2狭缝的延长部分。
3.根据权利要求2所述的电容式湿度传感器，其特征在于：
所述包围电极图案具备连接部，该连接部连接所述包围电极和所述第2连接电极，
所述感湿膜图案被形成为覆盖所述包围电极图案的所述连接部、所述延长部以及所述下部电极图案的所述连接部，且覆盖所述第1连接电极以及第2连接电极的周围。
4.根据权利要求1所述的电容式湿度传感器，其特征在于：所述下部电极图案以及包围电极图案的所述基底电极层由NiCr、Cr以及Ti中的任意1个构成，在所述基底电极层之上形成有由Au构成的表面电极层。
5.根据权利要求1所述的电容式湿度传感器，其特征在于：所述下部电极图案以及包围电极图案的所述基底电极层包括由NiCr、Cr以及Ti中的任意1个构成的薄膜，在所述基底电极层之上利用薄膜形成有由Ta构成的扩散防止层，在所述扩散防止层之上形成有由Au构成的表面电极层。
6.根据权利要求1所述的电容式湿度传感器，其特征在于：所述感湿膜图案由聚酰亚胺形成。
7.根据权利要求1所述的电容式湿度传感器，其特征在于：所述第1连接电极以及所述第2连接电极具有引线键合的电极焊盘的大小。
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