JP2001004579A - 容量式感湿素子 - Google Patents
容量式感湿素子Info
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- JP2001004579A JP2001004579A JP11169671A JP16967199A JP2001004579A JP 2001004579 A JP2001004579 A JP 2001004579A JP 11169671 A JP11169671 A JP 11169671A JP 16967199 A JP16967199 A JP 16967199A JP 2001004579 A JP2001004579 A JP 2001004579A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 容量式感湿素子において、上部電極の剥離や
変形を防止して、上部電極部の信頼性を向上させる。 【解決手段】 表面絶縁層12を形成したシリコンウェ
ハからなる支持基板11上に、アルミニウムからなる下
部電極13と、ポリイミド樹脂から成る感湿膜14とを
順次形成する。感湿膜14上には、アルミニウムからな
り網目形状を有する上部電極15を形成する。下部電極
13には支持基板11の下部左側に延びる端子部13a
を設け、上部電極15には支持基板11の下部右側に延
びる端子部15aを設ける。
変形を防止して、上部電極部の信頼性を向上させる。 【解決手段】 表面絶縁層12を形成したシリコンウェ
ハからなる支持基板11上に、アルミニウムからなる下
部電極13と、ポリイミド樹脂から成る感湿膜14とを
順次形成する。感湿膜14上には、アルミニウムからな
り網目形状を有する上部電極15を形成する。下部電極
13には支持基板11の下部左側に延びる端子部13a
を設け、上部電極15には支持基板11の下部右側に延
びる端子部15aを設ける。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、容量式感湿素子に
関し、更に詳しくは、感湿膜の剥離や変形を生じない容
量式感湿素子に関するものである。
関し、更に詳しくは、感湿膜の剥離や変形を生じない容
量式感湿素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、高分子膜を感湿膜とする感湿
素子には、抵抗検出型と容量検出型のものがある。抵抗
検出型のものは、低湿度域での測定値の信頼性が低く、
一方、容量検出型のものは、高湿度域での精度や耐久性
が低いことが知られている。現在用いられている感湿素
子で、相対湿度0〜100%の範囲を計測できるものは
殆んど容量検出型のものである。
素子には、抵抗検出型と容量検出型のものがある。抵抗
検出型のものは、低湿度域での測定値の信頼性が低く、
一方、容量検出型のものは、高湿度域での精度や耐久性
が低いことが知られている。現在用いられている感湿素
子で、相対湿度0〜100%の範囲を計測できるものは
殆んど容量検出型のものである。
【0003】容量検出型の感湿素子は、一般に絶縁性基
板上に形成した導電性電極の表面を高分子からなる感湿
膜で被覆し、この高分子感湿膜の上に透湿性の上部電極
を形成することにより、高分子感湿膜を上部電極と下部
電極との間に挟んだ構造となっている。そして、この構
造の容量検出型感湿素子では、湿度の変化に伴って感湿
膜中の含水量が変化し、その変化に基づいて誘電率が変
化する。この変化量が静電容量の変化量として検出され
る。
板上に形成した導電性電極の表面を高分子からなる感湿
膜で被覆し、この高分子感湿膜の上に透湿性の上部電極
を形成することにより、高分子感湿膜を上部電極と下部
電極との間に挟んだ構造となっている。そして、この構
造の容量検出型感湿素子では、湿度の変化に伴って感湿
膜中の含水量が変化し、その変化に基づいて誘電率が変
化する。この変化量が静電容量の変化量として検出され
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の構造の感湿素子
では、上部電極は透湿性を有していなければならないの
で、その厚さは約5〜50nm程度と薄く設定してあ
り、しかもポーラスな構造の電極が採用されている。そ
のため、上部電極と感湿膜との接着強度が不十分となり
易く、上部電極と感湿膜との熱膨張率の違いや水蒸気の
出入りにより、上部電極の剥離や変形を生ずる場合があ
る。
では、上部電極は透湿性を有していなければならないの
で、その厚さは約5〜50nm程度と薄く設定してあ
り、しかもポーラスな構造の電極が採用されている。そ
のため、上部電極と感湿膜との接着強度が不十分となり
易く、上部電極と感湿膜との熱膨張率の違いや水蒸気の
出入りにより、上部電極の剥離や変形を生ずる場合があ
る。
【0005】本発明はこのような従来の容量式感湿素子
の問題点を解決するものであり、本発明の目的は、支持
基板上に下部電極、感湿膜及び上部電極を順次形成した
容量式感湿素子において、上部電極の剥離や変形を防止
して、上部電極部の信頼性を向上させることである。
の問題点を解決するものであり、本発明の目的は、支持
基板上に下部電極、感湿膜及び上部電極を順次形成した
容量式感湿素子において、上部電極の剥離や変形を防止
して、上部電極部の信頼性を向上させることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
容量式感湿素子において、上部電極をポーラスにせず、
十分な強度を有する厚さの電極とし、しかも網目形状と
して、空気との通気性を確保することにより達成され
る。
容量式感湿素子において、上部電極をポーラスにせず、
十分な強度を有する厚さの電極とし、しかも網目形状と
して、空気との通気性を確保することにより達成され
る。
【0007】即ち、本発明の容量式感湿素子は、支持基
板上に下部電極、感湿膜及び上部電極を順次形成した容
量式感湿素子であって、前記上部電極を網目形状とした
ことを特徴とする。
板上に下部電極、感湿膜及び上部電極を順次形成した容
量式感湿素子であって、前記上部電極を網目形状とした
ことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】上部電極の前記網目形状は、フォ
トリソグラフィー法によるレジストパターンの形成及び
エッチングにより形成することが好ましい。フォトリソ
グラフィー法によれば、微細な網目形状を容易にパター
ニングすることができ、これをエッチングすれば十分な
膜厚を有するとともに通気性を有する上部電極を得るこ
とができる。
トリソグラフィー法によるレジストパターンの形成及び
エッチングにより形成することが好ましい。フォトリソ
グラフィー法によれば、微細な網目形状を容易にパター
ニングすることができ、これをエッチングすれば十分な
膜厚を有するとともに通気性を有する上部電極を得るこ
とができる。
【0009】支持基板には、アルミナ、表面を絶縁化し
たシリコンウェハ、ガラス及び石英からなる群から選択
されるものを用いることができる。
たシリコンウェハ、ガラス及び石英からなる群から選択
されるものを用いることができる。
【0010】また、下部電極及び上部電極には、金、白
金、ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデン等の
薄膜化し得る導体を用いることができ、薄膜化は蒸着
法、スパッタリング法などによって行うことができる。
また、支持基板にシリコンウェハを用いる場合には、シ
リコンを絶縁化せずそのまま下部電極として用いること
ができる。この場合には、下部電極と支持基板とは共用
されることとなる。
金、ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデン等の
薄膜化し得る導体を用いることができ、薄膜化は蒸着
法、スパッタリング法などによって行うことができる。
また、支持基板にシリコンウェハを用いる場合には、シ
リコンを絶縁化せずそのまま下部電極として用いること
ができる。この場合には、下部電極と支持基板とは共用
されることとなる。
【0011】上部電極と下部電極との間に形成される感
湿膜には、ポリイミド系、ポリアミド系、ポリアクリル
酸系、シリコーン系及びポリスチレン系のポリマー並び
にセルロースからなる群から選択されるものを用いるこ
とができる。
湿膜には、ポリイミド系、ポリアミド系、ポリアクリル
酸系、シリコーン系及びポリスチレン系のポリマー並び
にセルロースからなる群から選択されるものを用いるこ
とができる。
【0012】感湿膜は、感光性ポリイミドのコーティン
グ剤をスピンコートしてプリベークを行った後、更にポ
ジ型フォトレジストのスピンコート、プリベーク、露光
及び現像を行った後、レジストを除去し、熱処理するこ
とにより形成することもできる。
グ剤をスピンコートしてプリベークを行った後、更にポ
ジ型フォトレジストのスピンコート、プリベーク、露光
及び現像を行った後、レジストを除去し、熱処理するこ
とにより形成することもできる。
【0013】更に、感湿膜上には所定形状の上部電極を
形成しなければならないので、蒸着又はスパツタリング
により所定の膜厚の上部電極を形成する。この上部電極
の厚みは0.1〜5μmが好適である。また、上部電極
の網目形状は、下部電極の形成と同様の手法によるパタ
ーニングにより形成することができる。上部電極の網目
形状に於ける網目間隔は1μm以上50μm以下が好適
であり、電極幅は1μm以上50μm未満が好適であ
る。
形成しなければならないので、蒸着又はスパツタリング
により所定の膜厚の上部電極を形成する。この上部電極
の厚みは0.1〜5μmが好適である。また、上部電極
の網目形状は、下部電極の形成と同様の手法によるパタ
ーニングにより形成することができる。上部電極の網目
形状に於ける網目間隔は1μm以上50μm以下が好適
であり、電極幅は1μm以上50μm未満が好適であ
る。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図1は本実施例の容量式感湿素子1の
平面図であり、図2は図1のA−A線矢視断面図であ
る。本実施例の容量式感湿素子1は、表面絶縁層12を
形成したシリコンウェハからなる支持基板11を有し、
支持基板11上には、アルミニウムからなる下部電極1
3と、ポリイミド樹脂から成る感湿膜14とが順次形成
されている。感湿膜14上には、網目形状を有する上部
電極15が形成されている。上部電極15はアルミニウ
ムからなる。下部電極13は、図1に示すように、支持
基板11の下部左側に延びる端子部13aを有してい
る。同様に、上部電極15は、支持基板11の下部右側
に延びる端子部15aを有している。
ながら説明する。図1は本実施例の容量式感湿素子1の
平面図であり、図2は図1のA−A線矢視断面図であ
る。本実施例の容量式感湿素子1は、表面絶縁層12を
形成したシリコンウェハからなる支持基板11を有し、
支持基板11上には、アルミニウムからなる下部電極1
3と、ポリイミド樹脂から成る感湿膜14とが順次形成
されている。感湿膜14上には、網目形状を有する上部
電極15が形成されている。上部電極15はアルミニウ
ムからなる。下部電極13は、図1に示すように、支持
基板11の下部左側に延びる端子部13aを有してい
る。同様に、上部電極15は、支持基板11の下部右側
に延びる端子部15aを有している。
【0015】本実施例の容量式感湿素子1では、支持基
板11の寸法は、4mm×4mm、厚さ250μmであ
る。また、表面絶縁層12の厚さは1.6μmである。
下部電極13の端子部13aを除く部分の矩形領域の寸
法は3.5mm×2.5mm、下部電極13の厚さは
1.1μmである。感湿膜14の寸法は、3.7mm×
2.7mm、厚さは1.2μmである。更に、上部電極
15の端子部15aを除く部分の矩形領域の寸法は3.
3mm×2.3mm、上部電極15の厚さは1.1μ
m、また、上部電極15の綱目間隔は20.6μm、電
極幅は19.4μmである。
板11の寸法は、4mm×4mm、厚さ250μmであ
る。また、表面絶縁層12の厚さは1.6μmである。
下部電極13の端子部13aを除く部分の矩形領域の寸
法は3.5mm×2.5mm、下部電極13の厚さは
1.1μmである。感湿膜14の寸法は、3.7mm×
2.7mm、厚さは1.2μmである。更に、上部電極
15の端子部15aを除く部分の矩形領域の寸法は3.
3mm×2.3mm、上部電極15の厚さは1.1μ
m、また、上部電極15の綱目間隔は20.6μm、電
極幅は19.4μmである。
【0016】本実施例の容量式感湿素子1は、図6〜図
14に示す製造工程により製造することができる。ま
ず、酸化炉によりシリコンウェハの支持基板11の表面
に酸化膜12を形成して絶縁化する(図6)。次に、真
空蒸着又はスパックリング法によりチタンを0.2μ
m、ニッケルを0.8μmの厚さで金属膜3を成膜する
(図7)。
14に示す製造工程により製造することができる。ま
ず、酸化炉によりシリコンウェハの支持基板11の表面
に酸化膜12を形成して絶縁化する(図6)。次に、真
空蒸着又はスパックリング法によりチタンを0.2μ
m、ニッケルを0.8μmの厚さで金属膜3を成膜する
(図7)。
【0017】次に、この金属膜3上にネガレジストをス
ピンコートする。これを100℃で30分間プリベーク
を行ってコート膜4を形成した後、図8に示すように、
ガラスマスク5を設置して、紫外線等を照射してネガレ
ジストを硬化させ、コート膜4の未照射の部分及びその
下の金属膜3を除去する(図9)。更に、ネガレジスト
の硬化部分を除去することにより、図3に示す平面形状
の下部電極13を形成する。
ピンコートする。これを100℃で30分間プリベーク
を行ってコート膜4を形成した後、図8に示すように、
ガラスマスク5を設置して、紫外線等を照射してネガレ
ジストを硬化させ、コート膜4の未照射の部分及びその
下の金属膜3を除去する(図9)。更に、ネガレジスト
の硬化部分を除去することにより、図3に示す平面形状
の下部電極13を形成する。
【0018】次に、図10示すように、下部電極13を
形成した支持基板11に、ポリイミドコーティング剤
(東レ社製)をスピンコートする。これを100℃で3
0分間プリベークを行ってコート膜6を形成した後、ガ
ラスマスク5aを設置する。このとき、ガラスマスク5
aは、下部電極13より少し外側の部分までを露出する
ように設置する。その後、紫外線等を照射し、未照射の
部分を除去し、ポストベークすることにより、図4の形
状を有する感湿膜14が得られる(図11)。図11に
示すように、下部電極13はその上面のみならずその側
面まで感湿膜14によって完全に覆われることとなる。
形成した支持基板11に、ポリイミドコーティング剤
(東レ社製)をスピンコートする。これを100℃で3
0分間プリベークを行ってコート膜6を形成した後、ガ
ラスマスク5aを設置する。このとき、ガラスマスク5
aは、下部電極13より少し外側の部分までを露出する
ように設置する。その後、紫外線等を照射し、未照射の
部分を除去し、ポストベークすることにより、図4の形
状を有する感湿膜14が得られる(図11)。図11に
示すように、下部電極13はその上面のみならずその側
面まで感湿膜14によって完全に覆われることとなる。
【0019】次に、図12に示すように、感湿膜14を
形成した支持基板11上にアルミニウムを1μmの厚さ
で蒸着して金属膜7を形成し、その上からネガレジスト
をスピンコートしてレジスト膜9を形成する。次に、図
13に示すようにその上に網目形状のガラスマスク8を
設置し、紫外線等を照射してレジスト膜9を硬化させ
る。次に、レジスト膜9の未硬化の部分を除去する(図
14)。次に、化学エッチングにより硬化したレジスト
膜9の下に位置するアルミニウムを残して他のレジスト
膜ののっていない部分のアルミニウムを除去することに
より、図5に示す形状を有する上部電極15を得る(図
2)。
形成した支持基板11上にアルミニウムを1μmの厚さ
で蒸着して金属膜7を形成し、その上からネガレジスト
をスピンコートしてレジスト膜9を形成する。次に、図
13に示すようにその上に網目形状のガラスマスク8を
設置し、紫外線等を照射してレジスト膜9を硬化させ
る。次に、レジスト膜9の未硬化の部分を除去する(図
14)。次に、化学エッチングにより硬化したレジスト
膜9の下に位置するアルミニウムを残して他のレジスト
膜ののっていない部分のアルミニウムを除去することに
より、図5に示す形状を有する上部電極15を得る(図
2)。
【0020】最後に、端子部13a及び15aからワイ
ヤーボンデイングにより検出回路(図示せず)に接続す
ることにより、本実施例の容量式感湿素子1が得られ
る。
ヤーボンデイングにより検出回路(図示せず)に接続す
ることにより、本実施例の容量式感湿素子1が得られ
る。
【0021】以上のようにして作製した容量式感湿素子
1について試験を行った。この試験では、本実施例の容
量式感湿素子1を65℃、相対湿度100%の雰囲気中
に1,000時間放置し、その前後に於ける静電容量の
変化を調べた。その結果、静電容量に殆んど変化は認め
られなかった。
1について試験を行った。この試験では、本実施例の容
量式感湿素子1を65℃、相対湿度100%の雰囲気中
に1,000時間放置し、その前後に於ける静電容量の
変化を調べた。その結果、静電容量に殆んど変化は認め
られなかった。
【0022】比較のために、上部電極として従来と同様
のポーラスな電極を形成した容量式感湿素子を作製し
た。この感湿素子について、実施例と同様の試験を行っ
た。その結果、65℃、相対湿度100%の雰囲気中に
300時間放置した時点で、上部電極の剥離が原因とみ
られる湿度−容量特性の変化が起こった。
のポーラスな電極を形成した容量式感湿素子を作製し
た。この感湿素子について、実施例と同様の試験を行っ
た。その結果、65℃、相対湿度100%の雰囲気中に
300時間放置した時点で、上部電極の剥離が原因とみ
られる湿度−容量特性の変化が起こった。
【0023】
【発明の効果】本発明の容量式感湿素子では、感湿膜上
に形成される上部電極を従来のようにポーラスにせず、
網目形状としたことにより、十分な通気性が確保され、
しかも、上部電極の厚さを厚くすることができるので、
感湿膜との接着性が高められ、上部電極の剥離や変形の
発生が防止され、感湿素子としての信頼性を著しく高め
ることが可能となる。
に形成される上部電極を従来のようにポーラスにせず、
網目形状としたことにより、十分な通気性が確保され、
しかも、上部電極の厚さを厚くすることができるので、
感湿膜との接着性が高められ、上部電極の剥離や変形の
発生が防止され、感湿素子としての信頼性を著しく高め
ることが可能となる。
【0024】また、本発明の容量式感湿素子では、上部
電極の網目形状は、フォトリソグラフィーによるレジス
トパターンの形成及びエッチングにより形成されるの
で、微細な網目形状の上部電極を容易にパターニングす
ることができ、これをエッチングすれば十分な膜厚を有
するとともに通気性を有する上部電極を得ることができ
る。
電極の網目形状は、フォトリソグラフィーによるレジス
トパターンの形成及びエッチングにより形成されるの
で、微細な網目形状の上部電極を容易にパターニングす
ることができ、これをエッチングすれば十分な膜厚を有
するとともに通気性を有する上部電極を得ることができ
る。
【図1】本発明の一実施例に係る容量式感湿素子の平面
図である。
図である。
【図2】図1のA−A線矢視断面図である。
【図3】図1の感湿素子に於ける下部電極の平面形状を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図4】図1の感湿素子に於ける感湿膜の平面形状を示
す平面図である。
す平面図である。
【図5】図1の感湿素子に於ける上部電極の平面形状を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図6】図2の容量式感湿素子の実施例の製造工程を示
す断面図である。
す断面図である。
【図7】図2の容量式感湿素子の実施例の製造工程を示
す断面図である。
す断面図である。
【図8】図2の容量式感湿素子の実施例の製造工程を示
す断面図である。
す断面図である。
【図9】図2の容量式感湿素子の実施例の製造工程を示
す断面図である。
す断面図である。
【図10】図2の容量式感湿素子の実施例の製造工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図11】図2の容量式感湿素子の実施例の製造工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図12】図2の容量式感湿素子の実施例の製造工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図13】図2の容量式感湿素子の実施例の製造工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図14】図2の容量式感湿素子の実施例の製造工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
1 容量式感湿素子 11 支持基板 12 表面絶縁層 13 下部電極 13a 端子部 14 感湿膜 15 上部電極 15a 端子部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 和彦 兵庫県神戸市西区室谷2丁目2−7 神栄 株式会社神戸テクノセンター内 (72)発明者 上田 政弘 兵庫県神戸市西区室谷2丁目2−7 神栄 株式会社神戸テクノセンター内 (72)発明者 奥村 三郎 大阪府大阪市東淀川区西淡路3丁目1番56 号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 大木 健次 大阪府大阪市東淀川区西淡路3丁目1番56 号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 西村 良和 大阪府大阪市東淀川区西淡路3丁目1番56 号 株式会社三社電機製作所内 Fターム(参考) 2G060 AA01 AB02 AE19 AF10 AG06 AG08 AG15 BA09 BB10
Claims (6)
- 【請求項1】 支持基板上に下部電極、感湿膜及び上部
電極を順次形成した容量式感湿素子であって、前記上部
電極を網目形状としたことを特徴とする容量式感湿素
子。 - 【請求項2】 前記上部電極の網目形状は、フォトリソ
グラフィーによるレジストパターンの形成及びエッチン
グにより形成されることを特徴とする請求項1記載の感
湿素子。 - 【請求項3】 前記支持基板は、アルミナ、表面を絶縁
化したシリコンウェハ、ガラス及び石英からなる群から
選択されるものである請求項1又は2記載の容量式感湿
素子。 - 【請求項4】 前記下部電極は、金、白金、ニッケル、
アルミニウム、チタン、モリブデン及びシリコンからな
る群から選択されるものである請求項1乃至3の何れか
に記載の容量式感湿素子。 - 【請求項5】 前記感湿膜は、ポリイミド系、ポリアミ
ド系、ポリアクリル酸系、シリコーン系及びポリスチレ
ン系のポリマー並びにセルロースからなる群から選択さ
れるものである請求項1乃至4の何れかに記載の容量式
感湿素子。 - 【請求項6】 前記上部電極は金、白金、ニッケル、ア
ルミニウム、チタン及びモリブデンからなる群から選択
されるものである請求項1乃至5の何れかに記載の容量
式感湿素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11169671A JP2001004579A (ja) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | 容量式感湿素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11169671A JP2001004579A (ja) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | 容量式感湿素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001004579A true JP2001004579A (ja) | 2001-01-12 |
Family
ID=15890763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11169671A Pending JP2001004579A (ja) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | 容量式感湿素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001004579A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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