CN109690302A - 湿度传感器 - Google Patents

湿度传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN109690302A
CN109690302A CN201780055964.8A CN201780055964A CN109690302A CN 109690302 A CN109690302 A CN 109690302A CN 201780055964 A CN201780055964 A CN 201780055964A CN 109690302 A CN109690302 A CN 109690302A
Authority
CN
China
Prior art keywords
humidity
upper electrode
sensing film
mentioned
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780055964.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109690302B (zh
Inventor
中根健智
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.)
MinebeaMitsumi Inc
Original Assignee
Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsumi Electric Co Ltd filed Critical Mitsumi Electric Co Ltd
Priority to CN202211005052.9A priority Critical patent/CN115266849A/zh
Publication of CN109690302A publication Critical patent/CN109690302A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109690302B publication Critical patent/CN109690302B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • G01N27/225—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity by using hygroscopic materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/048—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance for determining moisture content of the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/226—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/227—Sensors changing capacitance upon adsorption or absorption of fluid components, e.g. electrolyte-insulator-semiconductor sensors, MOS capacitors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/221—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties
    • G01N2027/222—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties for analysing gases

Abstract

湿度传感器具有：形成于基板上的下部电极；覆盖上述下部电极的第一湿敏膜；形成于上述第一湿敏膜之上并具有由多个开口部形成的预定的开口图案的上部电极；以及覆盖上述上部电极的第二湿敏膜，上述第二湿敏膜通过上述上部电极的上述开口部与上述第一湿敏膜连接。

Description

湿度传感器
技术领域
本发明涉及湿度传感器，尤其涉及平行平板型的湿度传感器。
背景技术
湿度传感器、温度传感器、气体传感器、静电电容式触摸传感器等各种传感器在工业用或面向个人的用途中，被用于多种多样的产品。一般而言，若在传感器的表面附着水滴，则影响传感器的动作，因此，采取了针对结露、水滴的防御措施。
例如，在下部电极与上部电极之间夹入有湿敏膜的平行平板型的湿度检测传感器中，已知用保护膜覆盖上部电极的结构(例如，参照专利文献1)。在该文献中，在保护膜和上部电极形成有使湿敏膜露出于外界的开口部，在开口部，至少设置湿敏膜直至比保护膜的下表面的位置高的位置。
另外，作为使附着于汽车的窗玻璃等的水滴快速滑落的结构，已知在基体的至少一方的面形成有防水膜的结构(例如，参照专利文献2)。该防水膜包含水的接触角相互不同的第一防水性区域和第二防水性区域。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5547296号公报
专利文献2：日本特开2013－133264号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在上部电极与下部电极之间夹入有湿敏膜的平行平板型的湿度传感器中，若在从上部电极的缝隙漏出的电场附着水滴，则电线的状态变化，积存于上部电极与下部电极之间的静电电容值变化。因此，无法得到准确的湿度测定值。另外，附着于湿度传感器的表面的水滴中的盐类、杂质成分在干燥后作为残渣而残留，湿敏膜的特性变化，得不到稳定的传感器输出。
本发明的课题在于，提供能够抑制水滴对湿度传感器的影响，精度良好地输出稳定的测定值的湿度传感器。
用于解决课题的方案
为了实现上述课题，本发明配置覆盖上部电极的湿敏膜，且将上部电极的图案最佳化，从而抑制水滴对湿度传感器的静电电容的影响，维持稳定的输出精度。具体而言，湿度传感器10A、10B、20的特征在于，具有：
形成基板上的下部电极13；
覆盖上述下部电极的第一湿敏膜14a；
形成于上述第一湿敏膜之上并具有由多个开口部16形成的预定的开口图案的上部电极15；以及
覆盖上述上部电极的第二湿敏膜14b，
上述第二湿敏膜在上述上部电极的上述开口部与上述第一湿敏膜连接。
此外，上述参照符号是为了容易理解而标注的，只是一例，并非限定于图示的方式。
发明的效果
根据本发明，能够防止水滴对湿度传感器的影响，能够精度良好且稳定地输出测定值。
附图说明
图1是说明第一实施方式的湿度传感器的检测原理的图。
图2是说明第一实施方式的湿度传感器的检测原理的图。
图3是表示第一实施方式的湿度传感器的结构例1的概略剖视图。
图4是表示第一实施方式的湿度传感器的结构例1的概略剖视图。
图5是表示第一实施方式的湿度传感器的结构例2的概略剖视图。
图6A是表示用于第一实施方式的湿度传感器的电极图案的例的图。
图6B是表示用于第一实施方式的湿度传感器的电极图案的例的图。
图7A是表示用于第一实施方式的湿度传感器的电极图案的另一例的图。
图7B是表示用于第一实施方式的湿度传感器的电极图案的另一例的图。
图8是表示用于第一实施方式的湿度传感器的电极图案的再另一例的图。
图9是表示用于第一实施方式的湿度传感器的下部电极及上部电极的形状的另一例的图。
图10A是表示用于第一实施方式的湿度传感器的效果确认的实施例的传感器构造的图。
图10B是表示用于第一实施方式的湿度传感器的效果确认的比较例的传感器构造的图。
图11A是说明上部电极图案的模拟模型的图。
图11B是说明上部电极图案的模拟模型的图。
图12A是说明比较例的传感器结构的水附着的影响的图。
图12B是说明比较例的传感器结构的水附着的影响的图。
图12C是说明比较例的传感器结构的水附着的影响的图。
图13A是表示实施例的传感器结构的防止水附着的影响的效果的图。
图13B是表示实施例的传感器结构的防止水附着的影响的效果的图。
图14是表示实施例的传感器结构的测定精度提高的效果的图。
图15是用于说明实施例的湿度传感器的静电电容值与湿度的关系的图。
图16A是表示第二实施方式的传感器元件的结构例的图。
图16B是表示第二实施方式的传感器元件的结构例的图。
图17是第二实施方式使用的防水膜的示意图。
图18A是表示第二实施方式使用的防水图案的例的图。
图18B是表示第二实施方式使用的防水图案的例的图。
图18C是表示第二实施方式使用的防水图案的例的图。
图18D是表示第二实施方式使用的防水图案的例的图。
图18E是表示第二实施方式使用的防水图案的例的图。
图19A是表示用于验证防水图案的效果的试样和喷雾条件的图。
图19B是表示用于验证防水图案的效果的试样和喷雾条件的图。
图20是防水图案的构造和尺寸的一览。
图21A是表示图案A的防水状态的图像。
图21B是表示图案A的防水状态的图像。
图22A是表示图案B的防水状态的图像。
图22B是表示图案B的防水状态的图像。
图22C是表示图案B的防水状态的图像。
图23A是表示图案C的防水状态的图像。
图23B是表示图案C的防水状态的图像。
图24是表示作为比较例无防水图案的探测膜上的水滴附着状态的图像。
图25是表示实施方式的防水图案的评价结果的图。
图26是用于说明传感器装置的一例的图(1)。
图27A是用于说明传感器装置的一例的图(2)。
图27B是用于说明传感器装置的一例的图(2)。
图27C是用于说明传感器装置的一例的图(2)。
图28A是用于说明变形例1的传感器装置的图。
图28B是用于说明变形例1的传感器装置的图。
图29A是用于说明变形例2的传感器装置的图。
图29B是用于说明变形例2的传感器装置的图。
图29C是用于说明变形例2的传感器装置的图。
图29D是用于说明变形例2的传感器装置的图。
图30A是用于说明变形例3的传感器装置的图。
图30B是用于说明变形例3的传感器装置的图。
图31A是用于说明变形例4的传感器装置的图。
图31B是用于说明变形例4的传感器装置的图。
图32A是用于说明变形例5的传感器装置的图。
图32B是用于说明变形例5的传感器装置的图。
图33A是用于说明变形例6的传感器装置的图。
图33B是用于说明变形例6的传感器装置的图。
图34A是用于说明变形例7的传感器装置的图。
图34B是用于说明变形例7的传感器装置的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对具体实施方式进行说明。在各附图中，对同一结构部分表述同一符号，有时省略重复的说明。
＜第一实施方式＞
在第一实施方式中，着重于传感器元件中的尤其是湿度传感器，通过在上部电极上追加湿敏膜，降低水滴对电线的状态的影响，使湿度检测的精度稳定化。进一步地，通过将上部电极的图案最佳化，从而提高漏电场的闭锁效应，提高测定精度。
图1及图2是说明湿度传感器的原理的图。如图1所示，平行平板型的湿度传感器具有在下部电极(BE)与上部电极(TE)之间夹有湿敏膜的构造。根据湿度不同，吸附于湿敏膜的水分子的数量不同，湿敏膜的介电常数变化。利用湿敏膜与水的比介电常数的差，捕捉静电电容值的变化。
如图2所示，在0％与100％之间测定与相对湿度(Rh)的变化对应的静电电容值C的变化。在多个已知的相对湿度下测定静电电容值C，得到近似式。图2的例中，湿度H通过H＝a＊C+b线性化。将斜率a和截距b用作校正常数，能够将测定的静电电容值换算成相对湿度。
在平行平板型的湿度传感器中，为了使湿敏膜高效地获取空气中的水分来提高响应性，有时在上部电极(TE)形成开口图案。该情况下，电场从上部电极(TE)的开口漏出到空气中。如上所述地，若在漏电场附着结露、水滴，则电线的状态变化，上部电极(TE)与下部电极(BE)之间的静电电容值上升。于是，不能使用最初的近似式(校正常数)，作为湿度传感器的功能受损。
因此，在第一实施方式中，在平行平板型的湿度传感器中，采用配置于上部电极与下部电极之间的第一湿敏膜和覆盖上部电极的第二湿敏膜的层叠构造。由此，防止至空气中的漏电场，抑制水滴对湿度传感器的影响。
图3作为第一实施方式的结构例1表示湿度传感器10A。湿度传感器10A具有在基板11上依次层叠下部电极13、下部电极13上的第一湿敏膜14a、湿敏膜14a上的上部电极15、上部电极15上的第二湿敏膜14b、以及保护膜17而成的层叠构造体。保护膜17并非必须的，但是，从保护第二湿敏膜14b的观点出发，也可以配置于第二湿敏膜14b上。
基板11是例如硅基板，下部电极13隔着绝缘膜12形成于基板11上。在使用绝缘性的基板的情况下，也可以省略绝缘膜12。配置于下部电极13与上部电极15之间的第一湿敏膜14a的厚度为0.5μm～1.5μm，由聚酰亚胺、纤维素、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯醇(PVA)等易于吸附水分子的高分子材料形成。第一湿敏膜14a的膜厚若比0.5μm薄，则存在短路的问题。若比1.5μm厚，则难以将响应性或灵敏度维持得高。
上部电极15具有预定的开口16，在开口16内，第一湿敏膜14a和第二湿敏膜14b连通。开口16越尽可能小，越优选。开口16越小，越能够充分发挥漏电场的闭锁效应。另外，上部电极15的宽度优选小，而且，能够向第一湿敏膜14a有效地获取空气中的水分子，此时的上部电极15的宽度考虑特性、工艺后设为最佳的设计值。
覆盖上部电极15地配置第二湿敏膜14b，从而即使在从上部电极15的开口16漏出电场的情况下，也能够防止水滴接触漏电场。第二湿敏膜14b与第一湿敏膜14a可以是相同种类的膜，也可以是不同种类的膜。第二湿敏膜14b的厚度是第一湿敏膜14a的厚度的1～10倍。第二湿敏膜14b的厚度若比第一湿敏膜14a的厚度薄，则难以有效地防止水滴与漏电场的接触。若比第一湿敏膜14a的厚度的10倍大，则难以迅速将水分子获取至第一湿敏膜14a。
保护膜17不是必须的，但在图3的例中，形成于第二湿敏膜14b上且与上部电极15的图案对应的位置。在保护膜17的与上部电极15的开口16对应的位置设置开口17a，从而防止水滴、污浊物附着于第二湿敏膜14b，而且能够将空气中的水分(水分子)以最短的路径获取到第一湿敏膜14a。除此之外，保护膜17也可以设于开口16的正上方。该情况下，能够避免在上部电极15与下部电极13之间产生的稍微的漏电场的影响。此时，为了发挥将电场闭锁的效应，优选保护膜的比介电常数比湿敏膜14b大。
保护膜17能够由在不改变上部电极15的电导率的情况下能够防止第二湿敏膜14b的劣化的任意的材料形成，例如，使用金属、绝缘体。也可以取代保护膜17而配置引线接合用的厚膜焊盘。
在湿度传感器10A形成有到达下部电极13的电极取出用的开口18和到达上部电极15的电极取出用的开口19。在上部电极15和下部电极之间施加预定的电压，并测定静电电容C，使用预先取得的近似式(校正常数)计算相对湿度。在图3的结构中，上部电极15具有漏电场的闭锁效应，而且通过第二湿敏膜14b保护传感器主要部分不附着水分子，因此，可以准确地进行从测定的静电电容向相对湿度的换算。
对图3的湿度传感器10A的制作工序简单地进行说明。在硅等的基板11上作为绝缘膜12形成例如0.5μm的膜厚的氧化硅膜。在绝缘膜12上形成铝(Al)、金/镍(Au/Ni)等导电层。在导电层上形成抗蚀膜，通过光刻技术形成预定的形状的光致抗蚀图案。使用光致抗蚀图案作为掩膜，通过离子铣削、湿法刻蚀等加工导电层，形成期望的形状的下部电极13。下部电极13的厚度从传感器的小型化和稳定的电压施加的观点出发设定为适当的厚度，作为一例，设定为0.5μm。然后，去除光致抗蚀图案并清洗。
覆盖下部电极13地形成第一湿敏膜14a。将上述的高分子材料通过旋涂法、刮棒涂布机、喷雾涂布机等涂布0.5μm～1.5μm的厚度。图3中未图示，但是在湿敏膜14a上形成有抗蚀膜，通过光刻技术形成预定的形状的光致抗蚀图案。也可以使用光致抗蚀图案作为掩膜，通过反应性离子蚀刻(RIE)等加工湿敏膜14a，形成预定的图案。在湿敏膜14a上形成Al、Au/Ni等导电层，在导电层上形成抗蚀膜，通过光刻技术形成预定的形状的光致抗蚀图案。使用光致抗蚀图案作为掩膜，通过离子铣削等对导电层进行加工，形成具有预定的开口图案的上部电极15。上部电极15的厚度从开口16的图案化的准确度和稳定的电压施加的观点出发设定为适当的厚度，作为一例，形成为0.2～0.3μm的厚度。然后，去除光致抗蚀图案并清洗。
在上部电极15上形成例如0.5μm～10μm的厚度的第二湿敏膜14b。上部电极15的开口16被第二湿敏膜14b填埋。根据需要，在第二湿敏膜14b上由金属、绝缘体等形成具有预定的开口17a的保护膜17。然后，在对应于电极取出口的位置形成具有开口的抗蚀掩膜，通过RIE等局部地去除第二湿敏膜14b，将上部电极15的一部在预定的部位露出。一旦去除抗蚀剂，形成下部电极取出用的抗蚀掩膜，通过RIE等局部地去除第二湿敏膜14b和第一湿敏膜14a，将下部电极13的一部在预定的部位露出。去除抗蚀剂并清洗，从而得到图3的结构。
图5作为第一实施方式的结构例2，表示湿度传感器10B。与图3同样地，湿度传感器10B具有夹在下部电极13与上部电极15之间的第一湿敏膜14a和覆盖上部电极15的第二湿敏膜14b。第一湿敏膜14a和第二湿敏膜14b的材料、厚度等与图3的结构例1相同。上部电极15的导体区域与开口16的面积比例也与图3的结构例1相同。
与图3的结构不同的点在于，保护膜17直接覆盖上部电极15而形成。图5的例中，保护膜17也不是必须的。保护膜17除了覆盖在电极取出用的开口19内露出的区域，还覆盖上部电极15的上表面和侧面。上部电极15和保护膜17具有用于将空气中的水分子获取到第一湿敏膜14a的开口17a。上部电极15的上表面和侧面被保护膜17覆盖，因此能够抑制来自开口17a的漏电场本身。另外，在上部电极15的上部形成有第二湿敏膜14b，因此能够防止水滴附着于上部电极15。图5的结构也能够防止水滴与漏电场接触。
图6A及图6B表示上部电极15的图案的例。图6A的上部电极15A的图案是形成于下部电极13上的第一湿敏膜14a上的格子状的图案，具有开口16A。图6B的上部电极15B的图案是形成于第一湿敏膜14a上的梯状的图案，具有沿一方向延伸的开口16B。在图6A及图6B中，为了方便，省略了第二湿敏膜14b，但是在任意图案中，由于在上部电极15A、15B上配置有第二湿敏膜14b，因此均可抑制水滴与来自开口16A、16B的漏电场的接触。同时，能够从开口16A、16B向第一湿敏膜14a以最短路径获取空气中的水分子。
图7A及图7B表示上部电极15的图案的另一例。图7A的上部电极15C的图案是形成于下部电极13上的第一湿敏膜14a上的呈格子状排列的图案，具有圆形状的开口16C。另外，也可以取代圆形状的开口16C而采用例如五边形以上的多边形。通过形成为圆形或五边形以上的多边形，能够抑制工艺的偏差，提高产量，降低制造成本。作为工艺的偏差，在例如利用使用药液的湿式工艺在上部电极15形成开口16的情况下，可以列举因药液的蔓延等而可能产生的与设计尺寸的偏差。图7B的上部电极15D的图案是形成于第一湿敏膜14a上的梯状的图案，且具有沿一方向延伸并对角部进行了圆角(R)倒角的开口16D。通过对角部进行R倒角，能够抑制工艺的偏差，提高产量，降低制造成本。作为工艺的偏差，在例如利用使用药液的湿式工艺在上部电极15形成开口16的情况下，可以列举因药液的蔓延等而可能产生的与设计尺寸的偏差。此外，在图7A及图7B中，为了方便，省略了第二湿敏膜14b，但是在任意的图案中，由于在上部电极15C、15D上配置有第二湿敏膜14b，因此均可抑制水滴与来自开口16C、16D的漏电场的接触。同时，能够从开口16C、16D向第一湿敏膜14a以最短路径获取空气中的水分子。
图8表示上部电极15的图案在另一例。图8的上部电极15E的图案是形成于下部电极13上的第一湿敏膜14a上的呈交错状排列的图案，且具有开口16E。上部电极15E的图案为呈交错状排列的图案，由此能够缩短相邻的开口部16E间的距离，因此，水分子到达整个第一湿敏膜14a前的时间缩短，时间上的响应性提高。此外，在图8的例中是在等边三角形的各顶点具有开口16E的60°交错配置，但是也可以是例如45°交错配置。但是，从尤其缩短水分子到达整个第一湿敏膜14a前的时间的观点出发，优选为60°交错配置。在上部电极15的图案不同的结构中，开口16E的形状可以是各种形状，例如，可以如图8所示地为圆形，也可为矩形、五边形以上的多边形。此外，在图8中，为了方便，省略了第二湿敏膜14b，但是在任意的图案中，由于在上部电极15E上配置有第二湿敏膜14b，因此均能够抑制水滴与来自开口16E的漏电场的接触。同时，能够从开口16E向第一湿敏膜14a与最短路径获取空气中的水分子。
对下部电极13及上部电极15的形状的另一例进行说明。图9表示下部电极13及上部电极15的形状的另一例。在上述的例中，距离说明了下部电极13及上部电极15的轮廓为矩形的情况，但不限于此。下部电极13及上部电极15的形状优选为俯视下的下部电极13和上部电极15重叠的区域的轮廓与后述的传感器装置100的开口部107的形状对应的形状。具体而言，在例如传感器装置100的开口部107为圆形的情况下，如图9所示，优选俯视下的下部电极13和上部电极15重叠的区域的轮廓与开口部107的形状对应地为圆形。另外，在例如传感器装置100的开口部107为椭圆形、半圆形、多边形的情况下，优选俯视下的下部电极13和上部电极15重叠的区域的轮廓与开口部107的形状对应地分别为椭圆形、半圆形、多边形。实际封装件的设计时，可能产生因安装装置、粘接树脂而引起的芯片安装偏差。另外，根据封装件形成方法的不同，可能产生与金属模型的偏差等。因此，设有间隙、裕度。此时，下部电极13F和上部电极15F重叠的区域的轮廓越接近传感器装置100的开口部107的形状，越将设于下部电极13F和上部电极15F重叠的区域的轮廓(称为重叠区域的轮廓)与开口部107之间的间隙、裕度在开口部107的全周设定为大致相同的距离即可，与开口部107和重叠区域的轮廓不同的情况相比，容易设计。在下部电极13及上部电极15的形状不同的结构中，开口16F的形状也可以为各种形状，例如，可以如图9所示地为圆形，也可以为矩形、五边形以上的多边形。另外，在图9中，为了方便，省略了第二湿敏膜14b，但是在任意的图案中，由于在上部电极15F上配置有第二湿敏膜14b，因此，均可抑制水滴与来自开口16F的漏电场的接触。同时，能够从开口16F向第一湿敏膜14aF以最短路径获取空气中的水分子。
根据上部电极15的开口图案的不同，湿度传感器10A、10B的测定精度可以改变。另外，应当能够将第二湿敏膜14b的厚度最佳化。因此，使上部电极15的线/间距和第二湿敏膜14b地厚度进行各种变化，模拟传感器的响应特性。
图10A及图10B是为了确认第一实施方式的湿度传感器的效果而将实施例的湿度传感器20的结构与比较例一同表示的图，图10A表示实施例的湿度传感器20的结构，图10B表示比较例的湿度传感器的结构。图10A的湿度传感器20的基本结构除了未使用保护膜17外，与图3的湿度传感器10A及图5的湿度传感器10B的结构相同。该例中，将绝缘膜12的厚度设为1μm，将第一湿敏膜14a的厚度设为1μm。使第二湿敏膜14b的厚度变化为1μm、3μm、5μm。图10B的比较例的结构除了未使用第二湿敏膜14b这一点外，与图10A的湿度传感器20相同。
图11A及图11B是说明上部电极图案的模拟模型的图。在图10A和图10B的每一个中，下部电极13的轮廓为100×100μm的固态膜。上部电极15的轮廓为100×100μm，使定义格子状的电极图案的线/间距(L/S)变化为1/1、2/2、5/5、10/10(单位均为μm)。以电极区域与开口16的面积的比在设计上维持3：1(实际尺寸上包含制造偏差，大致为3：1)的方式设定开口16的总数。图11A表示将L/S设定为2μm/2μm的例，图11B表示将L/S设定为10μm/10μm的例。
上部电极以外的结构要素的参数使用在图10A及图10B所说明的条件。模拟中的物质的比介电常数如下。
空气 1
水 80
绝缘膜12 3.3
第一湿敏膜14a(干燥时即假设0％Rh时) 3.0
第一湿敏膜14a(高湿度时即假设100％Rh时) 3.3
图12A、图12B以及图12C是说明比较例的传感器结构的水附着的影响的图。如图12A所示，在不具有第二湿敏膜14b的比较例的传感器上附着水29，比较第一湿敏膜14a的干燥时(湿度0％Rh)及高湿度时(湿度100％Rh)的状态。
图12B是表示在比较例的结构下使L/S[μm/μm]变化为1/1、2/2、5/5、10/10时的静电电容[pF]的模拟结果。图中，用菱形标记标绘出的线L表示第一湿敏膜14a的干燥时(湿度0％Rh、比介电常数3.0)的静电电容的变化。用方形标记标绘出的线M表示第一湿敏膜14a的高湿度时(湿度100％Rh、比介电常数3.3)的静电电容的变化。用三角标记标绘出的线N表示如图12A所示地在传感器上附着有水的状态(高湿度状态+水附着)下的静电电容的变化。
线L和线M的与L/S的变化该的静电电容的轮廓大致平行。干燥时(0％Rh)与高湿度时(100％Rh)的静电电容的差处于传感器的可测量的范围(满量程)，如图12C所示，能够将静电电容值与相对湿度在0％Rh与100％Rh之间近似成线性的关系。
与之相对，在传感器上附着有水的状态下，不管L/S如何变化，都表现异常高的静电电容值。若使用近似式换算，则如图12C所示地换算成异常高的相对湿度，输出错误的测定值。
图13A及图13B是表示防止实施例的传感器结构的水附着的影响的效果的图。如图13A所示，在形成有第二湿敏膜14b的传感器上附着水29，与图12A、图12B以及图12C同样地，比较第一湿敏膜14a的干燥时(湿度0％Rh)及高湿度时(湿度100％Rh)的状态。
图13B表示在实施例的结构下使L/S[μm/μm]变化为1/1、2/2、5/5、10/10时的静电电容[pF]的模拟结果。图中，用菱形标记标绘出的线O表示第一湿敏膜14a的干燥时(湿度0％Rh、比介电常数3.0)的静电电容的变化。用方形标记标绘出的线P表示第一湿敏膜14a的高湿度时(湿度100％Rh、比介电常数3.3)的静电电容的变化。用三角标记标绘出的线Q表示如图13A地在传感器上附着有水的状态(高湿度状态+水附着)下的静电电容的变化。
图13B中，线O、线P、以及线Q的与L/S的变化相应的静电电容的轮廓大致平行。与图12A、图12B以及图12C大不相同，即使在传感器上附着水，静电电容也未表现异常高的值，静电电容以与未附着水的状态相同的轮廓变化。因此，在换算值超过100％Rh的情况下，通过进行减去预定值的校正，能够得到大致准确的湿度测定值。
图14是表示实施例的传感器结构的测定精度提高的效果的图。在此，FS越大，测定精度越高。关于各种L/S，表示无第二湿敏膜14b的状态和将第二湿敏膜14b的厚度改变为1μm、3μm、5μm的情况下的测定精度。纵轴的测定精度用将在无第二湿敏膜14b且上部电极15的L/S[μm/μm]为10/10时的满量程(FS)设为1时的上升率。图中，用菱形标记标绘出的线S表示L/S为1μm/1μm时的FS上升率，用四角标记标绘出的线T表示L/S为2μm/2μm时的FS上升率，用三角标记标绘出的线U表示L/S为5μm/5μm时的FS上升率，用交叉标记标绘出的线V表示L/S为10μm/10μm时的FS上升率。
即使在无第二湿敏膜14b的状态下，通过将上部电极的L/S最佳化，也能够将测定精度提高某程度。尤其使通过将L/S设为5μm/5μm以下，能够期待精度提高的效果。但是，若为未设置第二湿敏膜14b的状态，则存在以下问题：如图12A、图12B以及图12C所示地，由于水滴的附着，输出异常值。
通过配置第二湿敏膜14b，FS大幅提高，而且能够防止异常的输出，稳定地输出测定结果。在L/S[μm/μm]为1/1～10/10的范围内，能够提高测定精度。在该例中，L/S为1/1对应于开口16的一边的长度为上部电极15的一边的长度的1/100的结构。L/S为10/10对应于开口16的一边的长度为上部电极15的一边的长度的1/10的结构。另外，L/S为10/10对应于一个开口16的面积为上部电极15的包含开口16的面积的1.0×10－2(10μm×10μm/100μm×100μm)的结构。
根据这些模拟结果可知，在上部电极15上配置第二湿敏膜14b，将上部电极15的图案最佳化，从而能够降低水附着对传感器的影响，实现稳定的测定精度。另外，可以推测，在形成图6B那样的梯状的上部电极15B的情况下，通过将开口16B的与长边方向正交的方向的宽度设为上部电极15B的相同方向上的一边的长度的1/100～1/10，也能够得到同样地效果。
接下来，制作具备具有格子状的图案的上部电极15的湿度传感器，进行确认第一实施方式的湿度传感器的效果的实验。作成的湿度传感器的结构如下。
下部电极13的外形 700μm×490μm
上部电极15的外形 700μm×490μm
定义格子状的电极图案的L/S 2μm/2μm
第一湿敏膜14a 厚度1μm的聚酰亚胺
第二湿敏膜14b 厚度2μm的聚酰亚胺
图15是用于说明实施例的湿度传感器中的静电电容值与湿度的关系的图。图中，横轴表示静电电容值[pF]，纵轴表示湿度[％Rh]。另外，图中，菱形标记表示湿度控制下的静电电容值与湿度的关系，三角标记表示在传感器上附着有水的状态(高湿度状态+水附着)下的静电电容值与湿度的关系。
如图15所示，可知，在实施例的湿度传感器中，在传感器上附着有水的状态下，使用近似式换算的相对湿度为作为接近高湿度时的相对湿度的值的150％Rh左右。该相对湿度(150％Rh)与在上述的图12C所示的比较例的传感器上附着有水的状态下使用近似式换算的相对湿度(690％Rh左右)相比，为非常小的值。因此，在实施例的湿度传感器中，相比比较例的湿度传感器，能够大幅降低水附着的影响。
另外，根据该实验结果可知，通过将上部电极15的含有开口16的面积设为700μm×490μm(3.43×105μm2)、将L/S设为2μm/2μm，能够大幅降低水附着的影响。此时，一个开口16的面积为上部电极15的包含开口16的面积的2.92×10－6(2μm×2μm/700μm×490μm)。另外，此时的开口16的一边的长度为上部电极15的长边的长度的1/350。
如以上所说明地，根据模拟结果及实验结果，一个开口16的面积处于上部电极15的包含开口16的面积的2.92×10－6～1.0×10－2的范围，尤其能够提高测定精度。
＜第二实施方式＞
在第二实施方式中，在传感器表面设置水滴难以侵入且易于去除所附着的水滴的形状的防水图案，从而保护任意的传感器元件远离水滴。
图16A及图16B表示第二实施方式的传感器元件30的结构例。图16A是概略剖视图，图16B是上表面图。传感器元件30具有在基板21上隔着绝缘膜22依次层叠下部电极23、下部电极23上的探测膜24、探测膜24上的上部电极25、覆盖膜27、以及防水膜31而成的层叠构造体。
绝缘膜22在使用硅(Si)等半导体基板作为基板21的情况下，插入基板21与下部电极23之间。在使用氧化镁(MgO)、蓝宝石(Al2O3)等绝缘性基板的情况下，也可以省略绝缘膜22。下部电极23由导电性良好的金属形成，作为一例，能够使用Al、Cu、Pt、Ni、Ag、Au、Ti、Ta、它们的合金等。
探测膜24根据传感器元件30的探测对象不同而使用不同的材料。在湿度传感器的情况下，使用例如聚酰亚胺、纤维素、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等高分子的湿敏膜。在温度传感器的情况下，使用热膨胀陶瓷、感温涂料等热敏膜。在气体传感器的情况下，使用以例如氧化锡(SnO2)、氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)等为主成分的多孔金属氧化物、卤素化合物等气敏材料膜。
上部电极25具有预定的图案，且具有使探测膜24的一部分露出的开口部26。覆盖膜27不是必须的，但从保护上部电极25、探测膜24的观点出发，可以覆盖传感器元件30的层叠体而配置。在传感器元件30为湿度传感器的情况下，作为覆盖膜27，可以使用例如水滴不能通过而仅空气中的水分子可以通过的透湿膜。透湿膜的材料与湿敏膜可以是相同的材料，也可以是不同的材料。上部电极25和下部电极23通过未图示的引出线(引线)连接于电容测试仪、电流表等测量仪器。
防水膜31在传感器元件30的表面被构图成朝向固定地方向的图案。防水膜31本身具有如下构造：在具有例如50nm～200nm间距的凹凸构造的伯姆石层结合有CF3(三氟甲基)基等防水性的基。此外，在本实施方式中，防水膜31为约100nm间距的凹凸构造。伯姆石是用AlOOH的组成表示的氧化铝水合物。也可以替代伯姆石层而使用具有50nm～200nm间距的凹凸构造的HfO2、ZrO2、Y2O3、SiO2、Nb2O5、Ta2O5、Al2O3、MgF2、LaF3、SiON等氧化物、氮化物以及氮氧化物。或者，作为防水膜31，也可以使用氟化合物膜、硅化合物等防水性高的膜。在图16B中，锥状的防水膜31延伸至下层的上部电极25的端部的位置，但是也可以进一步超过上部电极25的端部位置，延伸至传感器元件30的边缘附近。
图17是防水膜31的截面示意图。通过在伯姆石等基材层形成突起32和凹陷33，能够增大基材层的表面积，提高有结合于表面的CF3基34带来的防水效果。防水膜31的厚度(t)为10～200nm。若厚度小于10nm，则存在耐久性不足的问题。另外，根据材料的不同，难以形成用于得到期望的防水性的凹凸。若厚度超过200nm，则虽然可在最表面形成凸凹构造，但图案制作的工艺困难。间距为50nm～200nm的凹凸通过将膜厚10nm～200nm的铝薄膜在80～100℃的温水中浸渍15～60分钟而形成。通过浸渍于温水中，铝表面的氧化铝(Al2O3)与水发生化学反应，形成伯姆石层，并且溶解于热水，形成几十nm的微细构造。通过这样的凹凸构造，防水膜31表现出与水的接触角为120°以上的防水性，进一步优选具有130°以上的接触角。
第二实施方式的特征在于，防水膜31图案化成排斥水、易于去除所附着的水滴而且能够使成为探测对象的成分不滞留地达到下层的探测膜2的图案。具体而言，防水膜31局部覆盖基底层(例如，覆盖膜27)，并图案化成具有预定的方向性的图案。在图案化中，能够通过例如基于光刻技术法的曝光和显影来形成期望的形状的图案。通过形成具有方向性的图案，容易将使水滴一边凝结一边沿固定的方向移动而变大的水滴排出到外部。进一步地，由于与固态物质的接触面积小，因此能够削弱附着力，固态物质的主动的脱离变得容易。
在图16B的例中，防水膜31具有沿一方向呈锥状缩径的图案。在图案的表面和形成锥形状的边缘排斥水滴，使水滴沿锥的中心轴延伸的方向一边汇集一边移动，从而排出至外部。另一方面，空气中含有的探测对象的成分(特定的气体成分、水分子等)从锥与锥之间通过覆盖膜27和上部电极25的开口部，吸附于探测膜24。通过该结构，能够抑制水滴的影响，将感测的精度维持得高。
图18A、图18B、图18C、图18D以及图18E表示防水膜31的各种图案。图18A与图16B同样地是具有在高度方向上较长的等腰三角形的锥状的图案。图18B是朝向固定方向的三角形排列多个而成的三角样式的图案。如图18A及图18B所示，防水膜的朝向固定方向(具有各向异性)的图案容易使附着于表面的水滴在固定的方向上移动。
图18C是条纹图案。该图案在条纹的防水膜31的表面及边缘排斥水滴，能够使水滴沿条纹延伸的方向汇集并移动。图18D是多边形或蜂巢(蜂窝)状的图案。图18E是曲折图案。为了调查图18A～图18E的图案的防水效果，制作具有与图18A～图18E对应的防水图案的试样，并观察防水状态。
图19A及图19B是表示防水图案确认用的试样40的结构和喷雾条件的图。试样40具有硅基板41、硅基板41上的湿敏膜44、形成于湿敏膜44上的具有预定图案的防水膜31。
将制作成的试样40相对于水平面保持90°的角度，通过喷雾器45喷水滴。在所有的图案中，喷雾距离d为100mm±50mm，喷雾次数为五次，水滴径为100μm～1000μm。作为评价方法，利用奥林巴斯株式会社制的数码相机TG－4的显微镜模式进行拍摄。
图20是表示各防水图案的规格的图，表示防水图案的构造和尺寸的一览。图案A～图案E对应于图18A～图18E的形状。作为图案A，形成A－1～A－4这四种锥状的图案。A－1～A－4的每一个均为高度(h)为800μm的等腰三角形，使防水膜31的各等腰三角形的底边的大小a和相邻的等腰三角形的顶点间的距离(或者间距)b不同。
作为图案B，形成B－1～B－5五种三角样式的图案。防水膜31的各三角形的底边和高度均为“a”，但在B－1～B－5中，使“a”的值不同。在各图案中相邻的三角形的顶点间的距离(或者间距)b设定为a(a＝b)。
作为图案C，形成C－1～C－4四种条纹图案。将防水膜31的条纹的宽度a固定(a＝30μm)，使条纹间的间隔b不同。作为图案D，形成D－1～D－4的正六边形的图案。分别使防水膜31的正六边形的一边的长度a和与相邻的正六边形之间的距离b不同。作为图案E，形成一种曲折图案。将曲折的振幅a设为840μm，将相邻的峰值间的间隔b设为120μ，将曲折的缺口深度c设为340μm。
图21A及图21B表示图20的图案A－1的观察结果。可知如下状态：在锥状的防水膜31的图案A－1的附近，水滴50少，且水滴50沿图案被排斥。具体而言，水滴50一边朝向锥的顶点集合，一边移动。通过在锥状的防水图案的顶点侧设置排水槽等，能够有效地排出所附着的水滴50。而且，可知，在露出于锥与锥之间的湿敏膜44上，水滴的附着少，空气中的水蒸气(水分子)容易吸附于湿敏膜44。
图22A、图22B以及图22C表示三角样式的防水膜31的图案B－2和图案B－5的观察结果。图案B－2反复配置比图案B－5细的三角形。在图案大小较小的B－2中，与图案大小较大的B－5相比，防水区域的面积比例大，整体上水滴50难以附着。另外，水分子能够从相邻的防水膜31之间的开口充分地透过。在图案B－5中，相邻的三角形的防水膜31之间的露出区域宽，被防水膜31排斥的水滴50在露出的湿敏膜44上汇集。在实施例中，使用底边和高度相等的等腰三角形的图案，但是可以推测，在形成为等边三角形的图案时，也能够得到同样的结果。由此，在使用三角样式的防水图案的情况下，通过将等边三角形的一边或等腰三角形的底边及高度设为20μm～100μm、更优选设为40μm～80μm的范围，可以得到良好的水滴防止及去除效果。
图23A及图23B表示条纹的图案C－2的观察结果。条纹的防水膜31的宽度为30μm，条纹间的间隔为50μm。沿着条纹的图案，水滴50被排斥，但是，若水滴50的大小变大，则存在水滴50跨越图案而附着于整个元件的问题。
图24表示作为比较例未设置防水图案而使整个湿敏膜44露出的试样的观察图像。仅在湿敏膜44，水滴50随机地附着于整个面。
图25表示基于图21～图24的评价结果。关于防水膜31的图案A－1、B－2、B－5、C－2和图24的比较例，根据数字显微图像评价耐水滴附着性。就锥状的图案A－1和细的三角样式的图案B－2而言，水滴难以附着，具有良好的水滴防止效果和水滴去除效果。就粗的三角样式的图案B－5和条纹的图案C－2而言，在局部附着水滴，但是与比较例相比，能够期待水滴防止效果和水滴去除效果。
根据以上，通过在传感器元件的最表面配置具有方向性的防水图案，水滴难以附着于传感器，而且容易使所附着的水滴沿图案移动而去除。通过设置防水图案，即使在结露环境下也能够维持测定精度。另外，通过降低水滴附着性，可得到防止因水垢等而引起的污染的效果，耐久性提高。
此外，也可以在第一实施方式的湿度传感器10和/或20组合第二实施方式的防水图案。该情况下，能够进一步抑制水滴对湿度传感器的影响。
＜第三实施方式＞
在第三实施方式中，对包含上述的湿度传感器的传感器装置的一例进行说明。本实施方式的包含湿度传感器的传感器装置能够设置于欲检测湿度的各种场所而使用，尤其适于设置于例如塑料大棚等农业用等容易产生结露的场所、容易附着水滴的场所而使用的情况。
图26、图27A、图27B以及图27C是用于说明传感器装置的一例的图。图26是传感器装置的立体图。图27A示出图26的传感器装置的上表面，图27B示出在图27A中的点划线B－B切断后的截面，图27C示出在图27A的点划线C－C切断后的截面。
如图26、图27A、图27B以及图27C所示，传感器装置100具有基板101、湿度传感器102以及树脂103。
基板101搭载湿度传感器102，例如为PCB(Printed Circuit Board)。在基板101可以搭载有一个湿度传感器102，也可以搭载有多个湿度传感器102。而且，也可以构成为将它们同时内置多个。另外，在基板101除了湿度传感器102，还可以搭载有例如检测温度的元件等其它种类的检测元件、加热用的加热器、集成电路(IC：Integrated Circuit)基板。此外，在图26、图27A、图27B以及图27C中，示出了在基板101上搭载有一个湿度传感器102的情况。基板101的厚度例如能够设为200μm。
湿度传感器102搭载于基板101上，包含硅基板104和湿敏部105。硅基板104的厚度例如能够设为300μm。湿敏部105例如通过用上部电极和下部电极夹住介电常数根据湿度而变化的湿敏膜而形成。上部电极及下部电极通过使用了金属线106的引线接合分别与形成于基板101的电极电连接。另外，上部电极及下部电极例如也可以通过TAB(Tape AutomatedBonding)、FCB(Flip Chip Bonding)分别与形成于基板101的电极电连接。此外，在图26、图27A、图27B以及图27C中，湿敏部105的从上表面观察时的形状为正方形，并且省略了构成湿敏部105的湿敏膜、上部电极及下部电极以及形成于基板101的电极的图示。
树脂103形成为覆盖湿度传感器102。更具体而言，树脂103形成为覆盖基板101的上表面、湿度传感器102的侧面及上表面的一部分。树脂103具有开口部107和槽部108。在树脂103也可以含有固定浓度的填料。
开口部107是使湿度传感器102的湿敏部105露出的部位。在开口部107，湿敏部105的上表面露出，因此，在开口部107中湿敏膜吸收释放水分，由此，湿敏膜的介电常数变化。并且，通过测定湿敏膜的介电常数的变化、即上部电极与下部电极之间的静电电容的变化，能够检测安装有传感器装置100的场所的湿度。开口部107的从上表面观察时的形状为正方形。开口部107的深度例如能够设为50μm。
槽部108是与开口部107连通且延伸至树脂103的外侧面的部位。槽部108的底面的高度为湿度传感器102的湿敏部105的上表面的高度以下。由此，即使在水滴滞留于露出的湿度传感器102的湿敏部105的上表面的情况下，也能够从开口部107经由槽部108向树脂103的外侧面的方向排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。因此，能够容易地排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。槽部108的从上表面观察时的形状为长方形。槽部108的深度例如能够设为50μm。此外，如图26所示，开口部107及槽部108以被垂直的侧壁包围的方式形成，但是，通过将侧壁设为平缓的倾斜面，能够更容易地排出水滴，更为优选。
另外，优选槽部108的底面的亲水性比湿度传感器102的湿敏部105的上表面高。由此，相比槽部108的底面的亲水性和湿敏部105的上表面的亲水性相同的情况，附着于湿敏部105的上表面的水滴容易移动至槽部108，因此，容易向树脂103的外侧面的方向排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。
(变形例1)
对变形例1的传感器装置进行说明。图28A及图28B是用于说明变形例1的传感器装置的图。图28A示出了传感器装置的上表面，图28B示出了在图28A的点划线B－B切断后的截面。
如图28A及图28B所示，在变形例1的传感器装置110中，在树脂的上表面形成有四个槽部118A、118B、118C、118D。
四个槽部118A、118B、118C、118D各自的从上表面观察时的形状均为矩形，且形成为从开口部107延伸至树脂103的各边。另外，槽部118A和槽部118C形成于隔着开口部107对置的位置，槽部118B和槽部118D形成于隔着开口部107对置的位置。由此，不管设置传感器装置110的朝向如何，都能够容易地排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。
此外，其它的结构要素与图26、图27A、图27B以及图27C所示的传感器装置100相同，因此，省略其说明。
(变形例2)
对变形例2的传感器装置进行说明。图29A、图29B、图29C以及图29D是用于说明变形例2的传感器装置的图。图29A示出了传感器装置的上表面，图29B、图29C以及图29D分别示出了在图29A中的点划线B－B、点划线C－C以及点划线D－D切断后的截面。
如图29A、图29B、图29C以及图29D所示，在变形例2的传感器装置120中，在树脂103的上表面形成有八个槽部128A、128B、128C、128D、128E、128F、128G、128H。
八个槽部128A、128B、128C、128D、128E、128F、128G、128H各自的从上表面观察的时的形状均为矩形，且形成为从开口部107延伸至树脂103的各边。另外，槽部128A和槽部128F、槽部128B和槽部128E、槽部128C和槽部128H、以及槽部128D和槽部128G分别形成于隔着开口部107对置的位置。由此，不管设置传感器装置120的朝向如何，都能够容易地排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。
另外，八个槽部128A、128B、128C、128D、128E、128F、128G、128H的分别的宽度比图26、图27A、图27B以及图27C所示的传感器装置100的槽部108的宽度窄。由此，能够容易地排出附着于湿敏部105的上表面的小的水滴。
此外，其它结构要素与图26、图27A、图27B以及图27C所示的传感器装置100相同，因此省略其说明。
(变形例3)
对变形例3的传感器装置进行说明。图30A及图30B是用于说明变形例3的传感器装置的图。图30A示出了传感器装置的上表面，图30B示出了在图30A中的点划线B－B切断后的截面。
如图30A及图30B所示，在变形例3的传感器装置130中，从开口部107的侧朝向树脂103的外侧面，槽部138的底面的高度以降低的方式倾斜。由此，附着于湿敏部105的上表面的水滴在槽部138的底面势头良好地移动，因此，能够容易地排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。
此外，其它结构要素与图26、图27A、图27B以及图27C所示的传感器装置100相同，因此省略其说明。
(变形例4)
对变形例4的传感器装置进行说明。图31A及图31B是用于说明变形例4的传感器装置的图。图31A示出了传感器装置的上表面，图31B示出了在图31A中的点划线B－B切断后的截面。
如图31A及图31B所示，在变形例4的传感器装置140中，从开口部107的侧朝向树脂103的外侧面，槽部148的底面的高度以降低的方式呈两阶段倾斜。即，槽部148包含与开口部107连通的第一槽部148A和与第一槽部148A连通且延伸至树脂103的外侧面的第二槽部148B。第一槽部148A具有第一倾度。第二槽部148B具有比第一倾度大的第二倾度。由此，相比变形例3的情况，附着于湿敏部105的上表面的水滴在槽部148的底面势头更良好地移动，因此，能够容易地排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。
此外，其它结构要素与图26、图27A、图27B以及图27C所示的传感器装置100相同，因此省略其说明。
(变形例5)
对变形例5的传感器装置进行说明。图32A及图32B是用于说明变形例5的传感器装置的图。图32A示出了传感器装置的上表面，图32B示出了在图32A中的点划线B－B切断后的截面。
如图32A所示，在变形例5的传感器装置150中，从上表面观察时的开口部157的形状为长方形。
该情况下，与图26、图27A、图27B以及图27C所示的具有从上表面观察时的形状为正方形的开口部107的传感器装置150同样地，从开口部157经由槽部108向树脂103的外侧面的方向排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。由此，能够容易地排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。
此外，其它结构要素与图26、图27A、图27B以及图27C所示的传感器装置100相同，因此省略其说明。
(变形例6)
对变形例6的传感器装置进行说明。图33A及图33B是用于说明变形例6的传感器装置的图。图33A示出了传感器装置的上表面，图33B示出了在图33A中的点划线B－B切断后的截面。
如图33A所示，在变形例6的传感器装置160中，从上表面观察时的开口部167的形状为圆形。
该情况下，与图26、图27A、图27B以及图27C所示的具有从上表面观察时的形状为正方形的开口部107的传感器装置100同样地，从开口部167经由槽部108向树脂103的外侧面的方向排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。因此，能够容易地排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。
此外，其它结构要素与图26、图27A、图27B以及图27C所示的传感器装置100相同，因此省略其说明。
(变形例7)
对变形例7的传感器装置进行说明。图34A及图34B是用于说明变形例7的传感器装置的图。图34A示出了传感器装置的上表面，图34B示出了在图34A中的点划线B－B切断后的截面。
如图34A所示，在变形例7的传感器装置170中，从上表面观察时的开口部177的形状为椭圆形。
该情况下，与图26、图27A、图27B以及图27C所示的具有从上表面观察时的形状为正方形的开口部107的传感器装置100同样地，从开口部177经由槽部108向树脂103的外侧面的方向排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。因此，能够容易地排出附着于湿敏部105的上表面的水滴。
此外，其它结构要素与图26、图27A、图27B以及图27C所示的传感器装置100相同，因此省略其说明。
(传感器装置的制造方法)
接下来，对于包含湿度传感器的传感器装置的制造方法，举例说明制造变形例3的传感器装置130的情况。
首先，在搭载于基板101上的湿度传感器102的上表面粘贴聚酰亚胺制带等表面保护材。此时，以覆盖湿度传感器102的湿敏部105的方式粘贴表面保护材。粘贴表面保护材的位置及形状能够根据形成开口部107的位置及形状决定。例如，在基板101的中央部分形成正方形的开口部107的情况下，只要在基板101的中央部分粘贴正方形的表面保护材即可。表面保护材的厚度决定形成的开口部107的深度，例如，能够设为50μm。
然后，以覆盖基板101的上表面、湿度传感器102的侧面、湿度传感器102的上表面以及表面保护材的上表面的方式，使用树脂103进行模制成形，由此形成从上表面观察时的形状为正方形的传感器装置130。
然后，使用研磨装置对树脂103进行研磨，直至从成形的树脂103的上表面侧露出表面保护材，将露出的表面保护材削除，由此在树脂103的上表面形成开口部107。
然后，对树脂103的上表面侧的一边进行倒角加工，由此形成倒角形状为直线状的C倒角形状的槽部138。
通过以上的方法，能够制造变形例3的传感器装置130。此外，传感器装置的制造方法不限于此，能够使用各种方法。例如，向在形成开口部及槽部的位置具有凸部的金属模型放入搭载有湿度传感器的基板，并填充树脂，由此能够制造传感器装置。
以上对优选的实施方式进行了说明，但是不限于上述的实施方式，能够在不脱离权利要求书记载的范围的情况下对上述的实施方式添加各种变形及置换。
在上述的实施方式中，举例说明了从上表面观察时的湿敏部105的形状为正方形的情况，但不限于此，例如，也可以是长方形、圆形、椭圆形。
本申请要求2016年9月30日向日本专利厅申请的基础申请2016－195036号、以及2017年3月17日向日本专利厅申请的基础申请2017－052768号的优先权，且将其全部内容通过参照并入本文。
符号说明
10A、10B、20—湿度传感器，11、21—基板，13、23—下部电极，14a—第一湿敏膜，14b—第二湿敏膜，15、25—上部电极，16—开口，17—保护膜，24—探测膜，30—传感器元件，31—防水膜，44—湿敏膜，100—传感器装置，101—基板，102—湿度传感器，103—树脂，104—硅基板，105—湿敏部，106—金属线，107—开口部，108—槽部。

Claims (14)

1.一种湿度传感器，其特征在于，具有：
形成于基板上的下部电极；
覆盖上述下部电极的第一湿敏膜；
形成于上述第一湿敏膜之上并具有由多个开口部形成的预定的开口图案的上部电极；以及
覆盖上述上部电极的第二湿敏膜，
上述第二湿敏膜在上述上部电极的上述开口部与上述第一湿敏膜连接。
2.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
上述开口部的至少一个的面积为上述上部电极的包含上述开口部的面积的2.92×10－6～1.0×10－2。
3.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
上述开口部的长度至少为上述上部电极的长度的1/350～1/10。
4.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
上述开口部的长度为1～5μm。
5.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
上述上部电极具有格子状的图案。
6.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
上述上部电极具有交错状的图案。
7.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
上述上部电极具有梯状的图案，与上述开口部的长边方向正交的宽度的大小为在与上述开口部的长边方向正交的方向上的上述上部电极的一边的长度的1/100～1/10。
8.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
上述上部电极具有梯状的图案，与上述开口部的长边方向正交的宽度的大小为1～5μm。
9.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
俯视时的上述下部电极和上述上部电极重叠的区域的轮廓为与搭载该湿度传感器的传感器装置的开口部的形状近似的形状。
10.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
上述第二湿敏膜的厚度为上述第一湿敏膜的厚度的1～10倍。
11.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
上述第一湿敏膜和上述第二湿敏膜为相同的厚度。
12.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
还具有形成于上述第二湿敏膜之上且位于上述上部电极的上方的保护膜。
13.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
还具有覆盖上述上部电极的上表面及侧面的保护膜，
上述第二湿敏膜覆盖上述上部电极和上述保护膜。
14.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，
还具有形成于上述第二湿敏膜之上且位于上述开口部的上方的保护膜。
CN201780055964.8A 2016-09-30 2017-09-28 湿度传感器 Active CN109690302B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211005052.9A CN115266849A (zh) 2016-09-30 2017-09-28 湿度传感器

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016195036 2016-09-30
JP2016-195036 2016-09-30
JP2017-052768 2017-03-17
JP2017052768 2017-03-17
PCT/JP2017/035198 WO2018062379A1 (ja) 2016-09-30 2017-09-28 湿度センサ

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211005052.9A Division CN115266849A (zh) 2016-09-30 2017-09-28 湿度传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109690302A true CN109690302A (zh) 2019-04-26
CN109690302B CN109690302B (zh) 2022-07-19

Family

ID=61759837

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211005052.9A Pending CN115266849A (zh) 2016-09-30 2017-09-28 湿度传感器
CN201780055964.8A Active CN109690302B (zh) 2016-09-30 2017-09-28 湿度传感器

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211005052.9A Pending CN115266849A (zh) 2016-09-30 2017-09-28 湿度传感器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10948448B2 (zh)
EP (1) EP3502680A4 (zh)
JP (2) JP6790327B2 (zh)
CN (2) CN115266849A (zh)
WO (1) WO2018062379A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110530934A (zh) * 2019-08-29 2019-12-03 业成科技（成都）有限公司 湿度感测器及其制造方法
CN111157040A (zh) * 2019-12-23 2020-05-15 上海中车通达智慧物流有限公司 一种温湿度检测系统与方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3401674B1 (en) * 2017-05-09 2020-07-15 ams International AG Capacitive-type humidity sensor with superhydrophobic top surface and corresponding fabrication method
JP2019168289A (ja) * 2018-03-22 2019-10-03 株式会社東芝 ガスセンシング方法、ガスセンサ、及びガスセンシングシステム
WO2020008935A1 (ja) * 2018-07-04 2020-01-09 株式会社村田製作所 湿度センサーおよびそれを備えたｒｆｉｄタグ
DE102018119385B4 (de) * 2018-08-09 2020-07-16 B-Horizon GmbH Kontrollsystem zur Abgleichung von gemessenen Druck- und Feuchtigkeitswerten
US11385083B2 (en) * 2018-12-07 2022-07-12 Mohammad Kabany Method for measuring and/or processing measured pressure and/or humidity values
FR3093394B1 (fr) * 2019-02-28 2021-10-29 Valeo Systemes Thermiques Detection d'humidite destinee a un moto-ventilateur de face avant d'un vehicule automobile
JP7096635B2 (ja) * 2019-03-22 2022-07-06 株式会社日立製作所 水分検出素子、呼気ガス検出装置、呼気検査システム及び水分検出素子の製造方法
WO2021230263A1 (ja) * 2020-05-14 2021-11-18 株式会社村田製作所 水分検出センサ
DE102020209542A1 (de) 2020-07-29 2022-02-03 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe
KR102504254B1 (ko) 2021-03-11 2023-02-24 순천대학교 산학협력단 습도센서용 물질과 습도센서
RU207499U1 (ru) * 2021-06-03 2021-10-29 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" Сорбционно-емкостной чувствительный элемент влажности газа

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5075816A (en) * 1989-08-11 1991-12-24 Vaisala Oy Capacitive humidity sensor construction and method for manufacturing the sensor
JPH04155253A (ja) * 1990-10-18 1992-05-28 Asaga Akio 容量式薄膜湿度センサおよびその製造方法
US5473933A (en) * 1992-04-24 1995-12-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Humidity sensor
JPH09318581A (ja) * 1996-05-29 1997-12-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 湿度センサ
CN1177102A (zh) * 1996-07-02 1998-03-25 北京亚都科技股份有限公司 复合型湿度传感器湿敏元件
US6222376B1 (en) * 1999-01-16 2001-04-24 Honeywell International Inc. Capacitive moisture detector and method of making the same
US20020190840A1 (en) * 2001-05-31 2002-12-19 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Humidity sensor
CN102341698A (zh) * 2009-06-01 2012-02-01 阿尔卑斯电气株式会社 湿度检测传感器封装件及其制造方法
CN102549416A (zh) * 2009-11-30 2012-07-04 阿尔卑斯电气株式会社 湿度检测传感器
CN103154715A (zh) * 2010-10-04 2013-06-12 阿尔卑斯电气株式会社 湿度检测传感器及其制造方法
US20150153297A1 (en) * 2012-06-04 2015-06-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Capacitive humidity sensor with graphene electrode
US20150185176A1 (en) * 2013-12-26 2015-07-02 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Humidity sensor and manufacturing method thereof

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5389058A (en) 1977-01-07 1978-08-05 Toshiba Corp Refrigerating cycle
JPH02150754A (ja) * 1988-11-30 1990-06-11 Toshiba Corp 感応素子の製造方法
DE59105040D1 (de) * 1990-09-12 1995-05-04 Endress Hauser Gmbh Co Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Feuchtesensors.
JPH10221288A (ja) * 1997-01-31 1998-08-21 Ngk Spark Plug Co Ltd 湿度センサ
JP3704685B2 (ja) 2002-07-29 2005-10-12 株式会社山武 静電容量センサ
JP4566784B2 (ja) * 2005-02-24 2010-10-20 株式会社デンソー 湿度センサ装置
WO2007098774A1 (de) * 2006-02-22 2007-09-07 Testo Ag Gassensor und verfahren zu dessen herstellung
JP4770530B2 (ja) * 2006-03-13 2011-09-14 株式会社デンソー 容量式湿度センサ
EP1887011A1 (en) 2006-08-09 2008-02-13 Thermphos Trading GmbH Alpha amino acid phosphonic acid compounds, method of preparation and use thereof
US7710128B2 (en) * 2006-09-09 2010-05-04 Honeywell International Inc. Method and apparatus for controlling the sensitivity and value of a capacitive humidity sensor
US7683636B2 (en) * 2007-10-26 2010-03-23 Honeywell International Inc. Structure for capacitive balancing of integrated relative humidity sensor
WO2010022321A1 (en) * 2008-08-21 2010-02-25 Georgia Tech Research Corporation Gas sensors, methods of preparation thereof, methods of selecting gas sensor materials, and methods of use of gas sensors
KR101093612B1 (ko) * 2008-11-12 2011-12-15 전자부품연구원 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법
WO2010113712A1 (ja) * 2009-03-31 2010-10-07 アルプス電気株式会社 容量型湿度センサ及びその製造方法
EP2508874B1 (en) * 2011-04-08 2019-06-05 ams international AG Capacitive sensor, integrated circuit, electronic device and method
JP5516505B2 (ja) * 2011-05-25 2014-06-11 株式会社デンソー 容量式湿度センサ及びその製造方法
JP5488534B2 (ja) * 2011-06-06 2014-05-14 株式会社デンソー 湿度センサ及びその製造方法
US9027400B2 (en) * 2011-12-02 2015-05-12 Stmicroelectronics Pte Ltd. Tunable humidity sensor with integrated heater
JP2013133264A (ja) 2011-12-27 2013-07-08 Asahi Glass Co Ltd 撥水性基体及びその製造方法、並びに輸送機器
US9146207B2 (en) * 2012-01-10 2015-09-29 Hzo, Inc. Methods, apparatuses and systems for sensing exposure of electronic devices to moisture
KR101874839B1 (ko) * 2012-04-25 2018-07-05 이플러스이엘렉트로닉 게엠베하 습도 센서 장치
KR20150028929A (ko) * 2013-09-06 2015-03-17 매그나칩 반도체 유한회사 정전용량형 습도센서
KR102187614B1 (ko) * 2014-07-02 2020-12-08 주식회사 키 파운드리 커패시터형 습도센서
KR102238937B1 (ko) * 2014-07-22 2021-04-09 주식회사 키 파운드리 배선 사이의 중공에 형성된 습도 센서 및 그 제조 방법
WO2016109434A1 (en) * 2014-12-29 2016-07-07 Robert Bosch Gmbh Nanostructured lanthanum oxide humidity sensor
JP6535185B2 (ja) * 2015-03-04 2019-06-26 エイブリック株式会社 湿度センサ
JP6550863B2 (ja) 2015-03-31 2019-07-31 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子及び蓄電素子の製造方法
EP3244201B1 (en) * 2016-05-13 2021-10-27 Honeywell International Inc. Fet based humidity sensor with barrier layer protecting gate dielectric
US10436737B2 (en) * 2017-01-17 2019-10-08 Matrix Sensors, Inc. Gas sensor with humidity correction

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5075816A (en) * 1989-08-11 1991-12-24 Vaisala Oy Capacitive humidity sensor construction and method for manufacturing the sensor
JPH04155253A (ja) * 1990-10-18 1992-05-28 Asaga Akio 容量式薄膜湿度センサおよびその製造方法
US5473933A (en) * 1992-04-24 1995-12-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Humidity sensor
JPH09318581A (ja) * 1996-05-29 1997-12-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 湿度センサ
CN1177102A (zh) * 1996-07-02 1998-03-25 北京亚都科技股份有限公司 复合型湿度传感器湿敏元件
US6222376B1 (en) * 1999-01-16 2001-04-24 Honeywell International Inc. Capacitive moisture detector and method of making the same
US20020190840A1 (en) * 2001-05-31 2002-12-19 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Humidity sensor
CN102341698A (zh) * 2009-06-01 2012-02-01 阿尔卑斯电气株式会社 湿度检测传感器封装件及其制造方法
CN102549416A (zh) * 2009-11-30 2012-07-04 阿尔卑斯电气株式会社 湿度检测传感器
CN103154715A (zh) * 2010-10-04 2013-06-12 阿尔卑斯电气株式会社 湿度检测传感器及其制造方法
US20150153297A1 (en) * 2012-06-04 2015-06-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Capacitive humidity sensor with graphene electrode
US20150185176A1 (en) * 2013-12-26 2015-07-02 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Humidity sensor and manufacturing method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110530934A (zh) * 2019-08-29 2019-12-03 业成科技（成都）有限公司 湿度感测器及其制造方法
CN110530934B (zh) * 2019-08-29 2022-05-10 业成科技（成都）有限公司 湿度感测器及其制造方法
CN111157040A (zh) * 2019-12-23 2020-05-15 上海中车通达智慧物流有限公司 一种温湿度检测系统与方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10948448B2 (en) 2021-03-16
JP6790327B2 (ja) 2020-11-25
JP6984104B2 (ja) 2021-12-17
JPWO2018062379A1 (ja) 2019-07-11
JP2020190567A (ja) 2020-11-26
US20190257779A1 (en) 2019-08-22
EP3502680A1 (en) 2019-06-26
WO2018062379A1 (ja) 2018-04-05
EP3502680A4 (en) 2019-09-11
CN109690302B (zh) 2022-07-19
CN115266849A (zh) 2022-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109690302A (zh) 湿度传感器
US10094797B2 (en) Integrated multi-sensor module
US7861575B2 (en) Micro gas sensor and manufacturing method thereof
US6742387B2 (en) Capacitive humidity sensor
CN103630582B (zh) 一种mems湿度传感器及制备方法
KR101104306B1 (ko) 온도 및 다중 가스 감응 센서 어레이 및 이의 제조방법
JP2018059716A (ja) センサ装置
EP1434048A1 (en) CAPACITIVE HUMIDITY−SENSOR AND CAPACITIVE HUMIDITY−SENSOR MANUFACTURING METHOD
US8739623B2 (en) Moisture sensors on conductive substrates
CN110494744B (zh) 湿度传感器
KR102583269B1 (ko) 습도 센서 및 그를 포함하는 버튼 장치
CN107356637A (zh) 环境传感器的制造方法及使用该方法制造的环境传感器
KR102361250B1 (ko) 마이크로 가스센서 어레이 및 그 제조방법
US4433320A (en) Dew sensor
JP2018059717A (ja) センサ素子
TWI787068B (zh) 感測結構
CN106744650A (zh) Mems释放长度检测结构及其制备方法
KR20130055819A (ko) 테이프자동본딩 방법을 이용한 습도 센서 제작 방법
JP2002090329A (ja) 湿度センサおよびその製法
CN113670994A (zh) 基于相位检测原理的mems湿度传感器及制备方法
DE20220960U1 (de) Sensor zum berührungslosen Messen einer Temperatur

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20190703

Address after: Nagano

Applicant after: MINEBEA MITSUMI Inc.

Address before: Tokyo, Japan

Applicant before: MITSUMI ELECTRIC Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant