JP2002328110A - Electrostatic capacity sensor - Google Patents

Electrostatic capacity sensor

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JP2002328110A
JP2002328110A JP2001132479A JP2001132479A JP2002328110A JP 2002328110 A JP2002328110 A JP 2002328110A JP 2001132479 A JP2001132479 A JP 2001132479A JP 2001132479 A JP2001132479 A JP 2001132479A JP 2002328110 A JP2002328110 A JP 2002328110A
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JP
Japan
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sensor
environment
polymer film
humidity
capacitance
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Application number
JP2001132479A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Ogura
勉 小倉
Sachiko Obara
幸子 小原
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223Investigating 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
    • G01N27/225Investigating 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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic capacity sensor, in particular, a humidity detecting sensor, of which the drift deterioration is restrained even under an environment of a high temperature and a high humidity. SOLUTION: In this sensor, a sensor body 2 interposed with a polymer film 2 between a pair of electrodes 2A, 2C is arranged on one side face of a substrate 1 having at least one through hole 1A penetrated through vertically.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は静電容量センサに関
し、更に詳しくは、高温高湿環境下で湿度検出センサと
して使用して有効な静電容量センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance sensor, and more particularly, to a capacitance sensor effective for use as a humidity detection sensor in a high-temperature and high-humidity environment.

【0002】[0002]

【従来の技術】感湿材料として高分子膜を用いた湿度検
出センサは、大別して静電容量を測定するタイプのもの
と電気抵抗を測定するタイプの2種類がある。これらの
うち、静電容量を測定して湿度を検出するタイプのもの
は、湿度応答性が良好で、ヒステリシスが小さく、感湿
特性の湿度依存性も小さく、計測可能な湿度・温度範囲
も広いという特徴を備えている。
2. Description of the Related Art Humidity detection sensors using a polymer film as a moisture-sensitive material are roughly classified into two types: a type for measuring capacitance and a type for measuring electric resistance. Among these, those that measure humidity by measuring capacitance have good humidity responsiveness, small hysteresis, small humidity dependency of humidity sensitivity, and wide measurable humidity / temperature range. It has the feature.

【0003】このタイプのセンサは、一般に、次のよう
な構造になっている。すなわち、基板の片面に、薄い下
側電極と電気絶縁性でかつ感湿特性を有する高分子膜と
多孔質構造の薄い上側電極とをこの順序で積層して成る
センサ本体が形成され、下側電極と上側電極のそれぞれ
からはリード線を引き出した構造である。その場合、基
板としては電気絶縁性で適当な強度を有する絶縁材料が
使用され、それでセンサ全体の強度を確保している。
A sensor of this type generally has the following structure. That is, on one surface of the substrate, a sensor body is formed by laminating a thin lower electrode, a polymer film having electrical insulation and moisture sensitivity, and a thin upper electrode having a porous structure in this order. In this structure, lead wires are drawn out from each of the electrode and the upper electrode. In that case, an electrically insulating insulating material having an appropriate strength is used as the substrate, thereby ensuring the strength of the entire sensor.

【0004】したがって、このセンサ構造において、基
板上に形成されている上記センサ本体は、平行平板型の
コンデンサ構造になっている。このセンサは次のような
作動原理に基づいて環境中の湿度を検出する。上記セン
サをある相対湿度の環境下に置くと、環境中の水蒸気ガ
ス(水分子)は多孔質構造の上側電極を透過してその下
に位置する高分子膜の表面にまで到達し、更に、当該高
分子膜の内部に吸蔵される。
Therefore, in this sensor structure, the sensor body formed on the substrate has a parallel plate type capacitor structure. This sensor detects the humidity in the environment based on the following operation principle. When the sensor is placed in an environment of a relative humidity, water vapor gas (water molecules) in the environment passes through the upper electrode having a porous structure and reaches the surface of the polymer film located thereunder. It is occluded inside the polymer film.

【0005】その場合の吸蔵現象は、環境中の相対湿度
との間で平衡状態が形成されるまで続行する。そして、
平衡状態が形成されたのちにあっては、水蒸気ガスの高
分子膜への吸蔵と吸蔵ガスの高分子膜からの脱離とが進
行し、結局、高分子膜は、環境中の相対湿度に対応する
ある一定量の水蒸気ガスが吸蔵された状態になる。とこ
ろで、高分子膜内への水蒸気ガスの上記した吸蔵量は、
環境中の相対湿度に比例する。また、コンデンサ構造に
なっている上記センサ本体の静電容量は高分子膜に吸蔵
されている水蒸気ガスの吸蔵量に比例する。
[0005] The occlusion phenomenon in that case continues until an equilibrium state is formed with the relative humidity in the environment. And
After the equilibrium state is formed, occlusion of the vapor gas into the polymer film and desorption of the occluded gas from the polymer film progress, and eventually the polymer film is exposed to the relative humidity in the environment. A corresponding certain amount of water vapor gas is stored. By the way, the above-mentioned occlusion amount of water vapor gas in the polymer film is
It is proportional to the relative humidity in the environment. Further, the capacitance of the sensor body having the capacitor structure is proportional to the amount of water vapor stored in the polymer film.

【0006】したがって、上側電極と下側電極から引き
出されている各リード線をインピーダンスアナライザに
接続して、センサ本体の静電容量に関する出力信号を検
出すれば、その出力信号に基づいて高分子膜への水蒸気
ガスの吸蔵量、すなわち、環境中の相対湿度を測定する
ことができる。そして、実際の湿度検出は次のようにし
て行われる。
[0006] Therefore, if each lead wire drawn from the upper electrode and the lower electrode is connected to an impedance analyzer and an output signal related to the capacitance of the sensor body is detected, the polymer film is detected based on the output signal. It is possible to measure the amount of water vapor stored in the air, that is, the relative humidity in the environment. Then, the actual humidity detection is performed as follows.

【0007】まず、組み立てたセンサの感湿特性が測定
される。すなわち、温度25℃で、相対湿度がx0
1,…xnである基準環境を形成し、各基準環境の中に
センサを配置してインピーダンスアナライザで各基準環
境下におけるセンサの検出信号(静電容量)c0,c1
…cnを測定する。そして、相対湿度と検出信号との関
係:x0 vs c0,x1 vs c1,…xn vs cnを把
握し、これを測定装置に記憶させておく。
First, the moisture sensitivity of the assembled sensor is measured. That is, at a temperature of 25 ° C., the relative humidity is x 0 ,
x 1, ... x n reference environment to form a detection signal (capacitance) c 0 of the sensor under the reference environment an impedance analyzer by placing sensors in each reference environment, c 1,
... measure c n . Then, the relationship between the relative humidity and the detection signal: x 0 vs c 0 , x 1 vs c 1 ,... X n vs c n is grasped and stored in the measuring device.

【0008】そして実際の湿度検出が行われる。すなわ
ち、このセンサを湿度測定対象の環境下に配置し、その
ときの出力信号を検出する。その出力信号が、仮にcn
であったとすれば、測定対象の環境における相対湿度を
nとして測定装置が読みとる。この検出方式は、上記
した水蒸気ガス以外の分子、例えば極性を有するホルム
アルデヒド,アセトン,アルコールなどに対しても適用
することができる。
Then, actual humidity detection is performed. That is, this sensor is arranged in the environment of the humidity measurement target, and the output signal at that time is detected. If the output signal is c n
If so, the measuring device reads the relative humidity in the environment of the measurement object as xn . This detection method can also be applied to molecules other than the above-described water vapor gas, for example, polar formaldehyde, acetone, alcohol, and the like.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た静電容量測定型の湿度検出センサには次のような問題
がある。すなわち、高温高湿環境下で長時間使用してい
ると、その環境における真実の相対湿度に対応した出力
信号(静電容量)ではなく、前記相対湿度よりも高い相
対湿度に対応した出力信号(静電容量)を発信するとい
う傾向を示すことである。
However, the capacitance measurement type humidity detection sensor has the following problems. That is, if the device is used for a long time in a high-temperature and high-humidity environment, the output signal (capacitance) corresponding to the true relative humidity in the environment is not an output signal (capacitance) corresponding to a relative humidity higher than the relative humidity. (Capacitance).

【0010】例えば、環境の真実の相対湿度がxnであ
ったとしても、そのときのセンサの出力信号はcn+Δ
cとなってしまい、センサとしては環境の相対湿度をx
nとして表示するのではなく、xn+Δxとして表示す
る。逆にいえば、センサの出力信号がcnであったとし
ても、環境の真実の相対湿度はxnではなく、xn+Δx
になっているということである。
For example, even if the true relative humidity of the environment is x n , the output signal of the sensor at that time is c n + Δ
and the relative humidity of the environment is x
Instead of displaying as n , it is displayed as x n + Δx. Conversely, even if the output signal of the sensor is c n , the true relative humidity of the environment is not x n , but x n + Δx
It is that it is.

【0011】そしてこのような現象は、通常、センサの
ドリフト劣化と呼ばれている。本発明は、静電容量測定
型の湿度検出センサにおける上記した問題、すなわち、
ドリフト劣化の発生を抑制するように構造設計されてい
る静電容量センサの提供を目的とする。
[0011] Such a phenomenon is generally called drift deterioration of the sensor. The present invention relates to the above-described problem in the capacitance measurement type humidity detection sensor, namely,
It is an object of the present invention to provide a capacitance sensor having a structure designed to suppress the occurrence of drift deterioration.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
目的を達成するための研究過程で、静電容量測定型の湿
度検出センサにおけるドリフト劣化の発生要因に関して
以下のような考察を行った。 (1)一般に高分子膜は、高分子の重縮合によって形成
された骨格部と、この骨格部の中に微細孔の形態をとっ
て3次元的に分布する自由体積部とで構成されている。
そして、水蒸気ガスの高分子膜への吸蔵現象とは、水蒸
気ガスが上記した自由体積部に捕捉される現象であると
解釈することができる。
Means for Solving the Problems In the course of research for achieving the above-mentioned object, the present inventors have made the following considerations regarding the cause of drift deterioration in a capacitance measurement type humidity detection sensor. Was. (1) In general, a polymer film is composed of a skeleton formed by polycondensation of a polymer and a free volume that is three-dimensionally distributed in the skeleton in the form of micropores. .
And the occlusion phenomenon of the steam gas into the polymer film can be interpreted as a phenomenon in which the steam gas is trapped in the above-mentioned free volume portion.

【0013】したがって、センサが環境の相対湿度と平
衡状態にあるということは、高分子膜の上記自由体積部
に、相対湿度に見合った水蒸気ガスが吸収されており、
そのうえで等量の吸蔵水蒸気ガスと脱離水蒸気ガスが自
由体積部に出入りしている状態であると考えてよい。 (2)そして、このセンサが高温高湿環境下に置かれる
と、高分子膜は膨潤する。その場合、高分子膜の骨格部
と自由体積部の双方はいずれも膨張するが、仮に高分子
膜が非拘束状態にあれば、膨張後における骨格部と自由
体積部との相互割合は膨張前、すなわち、前記した基準
環境下における状態とほとんど変わらない。
Therefore, the fact that the sensor is in an equilibrium state with the relative humidity of the environment means that water vapor gas corresponding to the relative humidity is absorbed in the free volume of the polymer film,
In addition, it may be considered that equal amounts of occluded steam gas and desorbed steam gas enter and exit the free volume. (2) When this sensor is placed in a high-temperature, high-humidity environment, the polymer film swells. In this case, both the skeleton portion and the free volume portion of the polymer film expand, but if the polymer film is in an unconstrained state, the mutual ratio between the skeleton portion and the free volume portion after the expansion is the same as before the expansion. That is, it is almost the same as the state under the reference environment described above.

【0014】しかしながら、このセンサにおいては、高
分子膜の一方の膜面(下面)は下側電極を介して基板に
固定されて拘束状態にあるため、その近辺の高分子膜は
膨張せず、自由体積部のみが膨張する。その結果、高分
子膜には応力が蓄積され、同時に、高分子膜における自
由体積部の相対的な割合が熱膨張前に比べて増大する。
However, in this sensor, one film surface (lower surface) of the polymer film is fixed to the substrate via the lower electrode and is in a restrained state, so that the polymer film in the vicinity does not expand, Only the free volume expands. As a result, stress is accumulated in the polymer film, and at the same time, the relative proportion of the free volume in the polymer film increases as compared to before the thermal expansion.

【0015】(3)このような状態は、自由体積部に吸
蔵される水蒸気ガスが熱膨張前(すなわち基準環境下の
状態)よりも増量することを意味する。したがって、こ
の状態で計測される静電容量は、基準環境下で計測され
た静電容量に比べて、増量した水蒸気ガスの誘電率に相
当する分だけ大きい値となる。逆にいえば、仮に高温高
湿環境下におけるセンサの検出信号がcnであったとし
ても、それは基準環境下で計測した相対湿度xnに相当
する信号ではなく、実際は相対湿度xn+Δxに対応す
る信号を意味していると考えられる。
(3) Such a state means that the amount of steam gas occluded in the free volume portion is larger than before the thermal expansion (that is, the state under the reference environment). Therefore, the capacitance measured in this state has a value larger than the capacitance measured under the reference environment by an amount corresponding to the increased dielectric constant of the steam gas. Conversely, even if the detection signal of the sensor in a high-temperature and high-humidity environment is c n , it is not a signal corresponding to the relative humidity x n measured in the reference environment, but is actually a relative humidity x n + Δx. It is considered to mean the corresponding signal.

【0016】ドリフト劣化に関する以上の考察を踏まえ
ることにより、本発明者らは、高分子膜を基板に拘束し
ない状態でセンサを構成すれば、高温高湿環境下におけ
る熱膨張に伴う応力蓄積と自由体積部の相対的な割合の
増大を抑制することができ、もってドリフト劣化の抑制
が可能になるとの着想を抱き、この着想に基づいて本発
明の静電容量センサを開発するに至った。
Based on the above considerations on drift degradation, the present inventors have found that if the sensor is constructed without the polymer film being restrained by the substrate, the stress accumulation and free expansion due to thermal expansion under a high temperature and high humidity environment can be achieved. With the idea that the increase in the relative proportion of the volume can be suppressed, and thus the drift degradation can be suppressed, the capacitance sensor of the present invention has been developed based on this idea.

【0017】すなわち、本発明の静電容量センサは、一
対の電極の間に高分子膜が介在するセンサ本体が、基板
の厚み方向に貫通する少なくとも1個の貫通孔を有する
基板の片面に配置されていることを特徴とする。具体的
には、前記センサ本体が、下側電極と高分子膜と多孔質
構造または網目状構造の上側電極とをこの順序で積層し
て成る静電容量センサ(これをセンサAという)、また
は、前記センサ本体が、前記基板の表面に所定の間隔を
置いて立設された一対の電極と、少なくとも前記一対の
電極の間に配置された高分子膜とから成る静電容量セン
サ(これをセンサBという)が提供される。
That is, in the capacitance sensor of the present invention, the sensor main body having the polymer film interposed between the pair of electrodes is disposed on one surface of the substrate having at least one through hole penetrating in the thickness direction of the substrate. It is characterized by having been done. Specifically, the sensor main body is formed by laminating a lower electrode, a polymer film, and an upper electrode having a porous structure or a network structure in this order, or a capacitance sensor (referred to as a sensor A), or A capacitance sensor comprising a pair of electrodes erected at predetermined intervals on a surface of the substrate, and a polymer film disposed at least between the pair of electrodes. Sensor B) is provided.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の静電容量センサを、湿度
検出センサを例にして以下に詳細に説明する。最初に、
センサAについて説明する。まず、図1に本発明のセン
サAの1例A1を示す。このセンサA1は、厚み方向に貫
通する貫通孔1Aが中央に1個形成されている枠形状を
した基板1の上に、前記した貫通孔1Aの上部開口を閉
塞するようにして、下側電極2Aと高分子膜2Bと多孔
質構造または網目状構造の上側電極2Cとをこの順序で
積層してなる平行平板型のコンデンサ構造のセンサ本体
2が配置されている。そして、下側電極2Aと上側電極
2Cの端部には、それぞれ、例えば導電性接着剤を用い
てリード線3a,3bが接続されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The capacitance sensor according to the present invention will be described below in detail by taking a humidity detection sensor as an example. At first,
The sensor A will be described. First, an example A 1 of the sensor A of the present invention in FIG. The sensor A 1 is provided on a frame-shaped substrate 1 in which one through hole 1A penetrating in the thickness direction is formed at the center, so that the upper opening of the through hole 1A is closed. A sensor body 2 having a parallel plate capacitor structure in which an electrode 2A, a polymer film 2B, and an upper electrode 2C having a porous structure or a mesh structure are laminated in this order is arranged. Then, lead wires 3a and 3b are connected to ends of the lower electrode 2A and the upper electrode 2C using, for example, a conductive adhesive.

【0019】このセンサA1の場合、センサ本体2のコ
ンデンサ領域は、基板1の貫通孔1Aを閉塞した状態で
中空保持された構造になっている。したがって、センサ
本体2における下側電極2Aの下面は、基板の貫通孔1
Aを介して環境と直接接触している。このセンサA1
次のようにして製造することができる。それを図面に則
して説明する。
In the case of the sensor A 1 , the capacitor area of the sensor main body 2 has a structure in which the through hole 1 A of the substrate 1 is closed and held in a hollow state. Therefore, the lower surface of the lower electrode 2A in the sensor body 2 is
A is in direct contact with the environment through A. The sensor A 1 can be manufactured as follows. This will be described with reference to the drawings.

【0020】まず、図2で示したように、所定形状の基
板1の上に、例えば真空蒸着法やスパッタ法を適用して
電極材料を成膜して下側電極2Aを形成する。基板1と
しては、電気絶縁性の材料から成る基板であれば何であ
ってもよく、例えば、ガラス;石英;シリコン;窒化ケ
イ素,窒化アルミニウム,ジルコニア,サイアロンのよ
うなセラミックス;サファイアなどの基板をあげること
ができる。これらのうち、ガラス基板は価格の点や後述
する基板加工が行いやすいなどの点から好適である。
First, as shown in FIG. 2, a lower electrode 2A is formed by depositing an electrode material on a substrate 1 having a predetermined shape by, for example, a vacuum evaporation method or a sputtering method. The substrate 1 may be any substrate made of an electrically insulating material, for example, glass; quartz; silicon; ceramics such as silicon nitride, aluminum nitride, zirconia, and sialon; and substrates such as sapphire. be able to. Among them, the glass substrate is preferable from the viewpoint of cost and easy processing of the substrate described later.

【0021】また、下側電極2Aの材料としては導電性
材料から成るものであれば何であってもよく、例えば、
Pt,Cr,Au,Nb,Ru,Ti,Ta,Al,
W,C,Si,Ni,Ag,Pd,Cu,RuO2,I
TOなどをあげることができる。これらのうち、湿度測
定環境が腐食性環境であることを想定した場合に、A
u,Pt,Ta,Nb,Cr,Tiなどの耐食性材料で
あることが好ましい。とくにPtであることが好まし
い。
The lower electrode 2A may be made of any material as long as it is made of a conductive material.
Pt, Cr, Au, Nb, Ru, Ti, Ta, Al,
W, C, Si, Ni, Ag, Pd, Cu, RuO 2 , I
TO and the like. Of these, when assuming that the humidity measurement environment is a corrosive environment, A
It is preferably a corrosion-resistant material such as u, Pt, Ta, Nb, Cr, and Ti. Particularly, it is preferably Pt.

【0022】この下側電極2Aの厚みは格別限定される
ものではないが、通常は、0.02〜1μm程度にすれ
ばよい。ついで、図3で示したように、下側電極2Aを
埋設して高分子膜2Bが成膜される。この高分子膜2B
の構成材料としては、電気絶縁性でかつ感湿特性を備え
るものであれば何であってもよく、例えば、ポリイミ
ド,ポリスルホン,ポリエーテルスルホン,ポリエーテ
ルイミド,ポリエーテル,ポリアミドイミド,ポリフェ
ニレンオキサイド,ポリカーボネート,ポリメタクリル
酸メチル,ポリブチレンテレフタレート,ポリエチレン
テレフタレート,ポリエチルエーテルケトン,ポリエー
テルケトン,セルロースアセテートブチル,セルロース
アセテートなどの有機高分子材料、および架橋高分子材
料をあげることができる。
The thickness of the lower electrode 2A is not particularly limited, but is usually set to be about 0.02 to 1 μm. Subsequently, as shown in FIG. 3, the polymer film 2B is formed by burying the lower electrode 2A. This polymer film 2B
Any material may be used as long as it is electrically insulating and has moisture sensitivity. For example, polyimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyether, polyamideimide, polyphenylene oxide, polycarbonate And organic polymer materials such as polymethyl methacrylate, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethyl ether ketone, polyether ketone, cellulose acetate butyl and cellulose acetate, and cross-linked polymer materials.

【0023】これらのうち、腐食環境下でも変質を起こ
しづらく、感湿特性の長期安定性が良好であるという点
で架橋ポリイミドが好適である。この高分子膜2Bの厚
みは、上側・下側電極の有効面積を一定とした場合、製
造したセンサの静電容量と反比例する関係にあるので、
あまり厚くすると検出信号の精度低下を招く。逆に、あ
まり薄くすると、膜としての均質性と絶縁性が劣化して
得られる検出信号の信頼性の低下を招く。このようなこ
とから、膜厚は、通常、0.5〜10μm程度に設定さ
れる。
Of these, crosslinked polyimides are preferred because they are less likely to deteriorate even in a corrosive environment and have good long-term stability of moisture sensitivity. Since the thickness of the polymer film 2B is inversely proportional to the capacitance of the manufactured sensor when the effective area of the upper and lower electrodes is fixed,
If the thickness is too large, the accuracy of the detection signal is reduced. On the other hand, if the thickness is too small, the homogeneity and insulation of the film are deteriorated, and the reliability of the detection signal obtained is reduced. For this reason, the film thickness is usually set to about 0.5 to 10 μm.

【0024】この高分子膜2Bの形成に際しては、ま
ず、所定の材料から成り、所定の粘度に調整した樹脂液
を調製する。そして、その樹脂液を、適正な温度下で下
側電極の上に例えばスピンコート法で塗布する。つい
で、適正な温度下で例えば乾燥することにより塗膜を硬
化させて目的とする高分子膜2Bにする。この過程で、
樹脂液の塗布厚みを調整することにより、最終的な高分
子膜の膜厚が制御される。
In forming the polymer film 2B, first, a resin liquid made of a predetermined material and adjusted to a predetermined viscosity is prepared. Then, the resin liquid is applied on the lower electrode at an appropriate temperature by, for example, a spin coating method. Next, the coating film is cured by, for example, drying at an appropriate temperature to obtain the desired polymer film 2B. In this process,
The final thickness of the polymer film is controlled by adjusting the applied thickness of the resin liquid.

【0025】ついで、図4で示したように、高分子膜2
Bの上に例えば真空密着法やスパッタ法を適用して多孔
質構造または網目状構造の上側電極2Cを成膜してコン
デンサ構造のセンサ本体2を形成する。上側電極2Cの
形成に用いる電極材料としては、例えば、Cr,Au,
Pt,Nb,Ru,Ti,Ta,Al,W,C,Si,
Ni,Ag,Pd,Cuなどをあげることができる。こ
れらのうち、Crは耐食性に優れていると同時に、電極
形成時に微細クラックが発生して多孔質構造になりやす
く、そのため、センサの検出応答性を高めるので好適で
ある。
Next, as shown in FIG.
The upper electrode 2C having a porous structure or a mesh structure is formed on B by, for example, a vacuum contact method or a sputtering method to form the sensor body 2 having a capacitor structure. As an electrode material used for forming the upper electrode 2C, for example, Cr, Au,
Pt, Nb, Ru, Ti, Ta, Al, W, C, Si,
Ni, Ag, Pd, Cu and the like can be mentioned. Of these, Cr is suitable because it has excellent corrosion resistance and tends to have a porous structure due to the generation of microcracks during electrode formation, thereby increasing the detection response of the sensor.

【0026】この上側電極2Cの厚みをあまり厚くする
と、環境における湿度変化に対する応答速度の低下が起
こりはじめ、逆に薄くなりすぎると、電極面が島状構造
に近づいて電極としての導電性が低下するようになるの
で、その厚みは、通常、10〜300nm程度に設定され
る。ついで、図5に示したように、基板1の裏面に例え
ばフォトリソグラフィー技術を適用して、貫通孔を形成
すべき箇所以外の表面を被覆するレジストマスク4を形
成する。
If the thickness of the upper electrode 2C is too large, the response speed to the humidity change in the environment starts to decrease. Conversely, if the thickness is too small, the electrode surface approaches an island-like structure and the conductivity as an electrode decreases. Therefore, the thickness is usually set to about 10 to 300 nm. Next, as shown in FIG. 5, a resist mask 4 is formed on the back surface of the substrate 1 by applying, for example, a photolithography technique to cover the surface other than where the through holes are to be formed.

【0027】ついで、表出している表面1Bに対して、
例えば誘導結合プラズマ(inductively-coupled plasm
a:ICP)エッチング法を適用して下側電極2Aの裏面に
至るまでの基板材料をエッチング除去する。その結果、
基板1には図1で示したような貫通孔1Aが形成され、
その上部からは下側電極2Aの裏面が表出する。そして
最後に、高分子膜2Bの端部を除去して下側電極2Aの
端部表面を表出させ、そこにリード線3aを接続し、ま
た上側電極2Cの端部にリード線3bを接続して、図1
で示したセンサA1が製造される。
Next, for the exposed surface 1B,
For example, inductively-coupled plasm
a: ICP) The substrate material up to the back surface of the lower electrode 2A is etched away by applying an etching method. as a result,
A through hole 1A as shown in FIG. 1 is formed in the substrate 1,
The back surface of the lower electrode 2A is exposed from the upper part. Finally, the end of the polymer film 2B is removed to expose the end surface of the lower electrode 2A, and the lead wire 3a is connected thereto, and the lead wire 3b is connected to the end of the upper electrode 2C. And Figure 1
Sensor A 1 shown in is produced.

【0028】このセンサA1の場合、センサ本体2は基
板1の周端部で保持され、その中心部に位置するコンデ
ンサ構造における下側電極2Aは基板1に固定されてお
らず、したがって、コンデンサ構造は貫通孔1Aの上で
中空保持された状態になっている。このセンサA1を高
温高湿環境下に配置すると、高分子膜2Bは熱膨張す
る。しかしながら、センサ本体2は下側電極2Aを介し
て基板1に拘束されることなく中空保持されているの
で、高分子膜2Bに対する拘束は軽減され、高分子膜2
Bはその熱膨張に追随して比較的自由に動き得る。
[0028] In the case of the sensor A 1, the sensor body 2 is held by the peripheral edge of the substrate 1, the lower electrode 2A in a capacitor structure located in the center portion is not fixed to the substrate 1, therefore, the capacitor The structure is in a state of being held hollow above the through hole 1A. Placing the sensor A 1 in a high-temperature and high-humidity environment, the polymer film 2B is thermally expanded. However, since the sensor body 2 is held in the air via the lower electrode 2A without being restrained by the substrate 1, the restraint on the polymer film 2B is reduced, and the polymer film 2B is restrained.
B can move relatively freely following its thermal expansion.

【0029】したがって、高分子膜2Bへの応力蓄積は
緩和され、同時に、その骨格部と自由体積部の熱膨張
は、基準環境下における両者の割合を保持した状態で進
行するため、熱膨張後にあっては、自由体積部の相対的
な割合が増大するということは起こりづらくなる。その
ため、このセンサA1では、高温高湿環境下におけるド
リフト劣化が抑制される。
Therefore, the stress accumulation in the polymer film 2B is reduced, and at the same time, the thermal expansion of the skeleton portion and the free volume portion proceeds while maintaining the ratio of both under the reference environment. Therefore, it is unlikely that the relative proportion of the free volume increases. Therefore, in the sensor A 1, drift deterioration in high-temperature and high-humidity environment is suppressed.

【0030】図6は、本発明の別のセンサ例A2を示
す。このセンサA2の場合は、貫通孔1Aの上部から下
側電極2Aと高分子膜2Bの一部が表出した構造になっ
ている。このセンサA2では、センサ本体2が貫通孔1
Aの上で中空保持されているので、センサA1の場合と
同様に熱膨張時における高分子膜2Bへの応力蓄積が緩
和される。そしてそのことに加えて、高分子膜2Bの一
部表面が環境中に表出しているので、高分子膜2Bの熱
膨張に伴う自由体積部の増大により過剰に吸蔵された水
蒸気ガスは環境中へ脱離しやすく、そのため、基準環境
下における感湿特性が高温高湿環境下でも維持されやす
い。更には、高分子膜2Bは、上側電極2C側からだけ
ではなく、下方からも水蒸気ガスと接触するので、環境
の相対湿度と平衡状態になるまでの時間が短い、すなわ
ちセンサの応答性が向上するという効果も発揮する。ま
た、下側電極2Aを多孔質構造または網目構造にするこ
とで応答性を更に向上させることができる。
[0030] Figure 6 shows another sensor example A 2 of the present invention. The case of the sensor A 2, have become partially exposed structure of the lower electrode 2A and the polymer film 2B from the upper portion of the through-hole 1A. In the sensor A 2, the sensor main body 2 a through hole 1
Because it is hollow holding on A, the stress accumulation in the polymer film 2B at similar thermal expansion to that of the sensor A 1 is alleviated. In addition to that, since a part of the surface of the polymer film 2B is exposed in the environment, the excessively occluded water vapor gas due to the increase of the free volume due to the thermal expansion of the polymer film 2B is reduced. Therefore, the moisture sensitive property under the reference environment is easily maintained even under the high temperature and high humidity environment. Furthermore, since the polymer film 2B comes into contact not only from the upper electrode 2C side but also the water vapor gas from below, the time required for the polymer film 2B to be in equilibrium with the relative humidity of the environment is short, that is, the response of the sensor is improved Also has the effect of doing. In addition, responsiveness can be further improved by making the lower electrode 2A have a porous structure or a mesh structure.

【0031】上記したセンサA1とセンサA2を対比する
と、センサA1の場合は、応答性はセンサA2に比べて遅
いが貫通孔1Aの上部開口は下側電極2Aで閉塞されて
高分子膜2Bを環境から保護している状態にあるため、
電気的特性の安定性は優れている。以上説明したセンサ
1,センサA2は、いずれも、その基板1に1個の貫通
孔を形成した場合であるが、本発明はこの形態に限定さ
れるものではなく、例えば図7で示したように、基板1
に複数個の貫通孔1Aを形成したセンサであってもよ
い。その場合、貫通孔1Aの上部開口は、そのすべてが
下側電極2Aの裏面に達していてもよく、また一部は下
側電極の裏面に、残りは高分子膜の裏面に達していても
よい。更には、図8で示したように、枠形状をした基板
1の片面に、平面視形状が三角形であるセンサ本体2を
片持ち状態で中空保持した構造のものであってもよい。
When the sensor A 1 is compared with the sensor A 2 , the response of the sensor A 1 is slower than that of the sensor A 2 , but the upper opening of the through hole 1 A is closed by the lower electrode 2 A, and the response is higher. Since the molecular film 2B is protected from the environment,
The stability of the electrical characteristics is excellent. Each of the sensors A 1 and A 2 described above is a case where one through hole is formed in the substrate 1, but the present invention is not limited to this embodiment, and is shown in FIG. Substrate 1
May be a sensor in which a plurality of through holes 1A are formed. In that case, all of the upper opening of the through hole 1A may reach the back surface of the lower electrode 2A, or some may reach the back surface of the lower electrode and the rest may reach the back surface of the polymer film. Good. Further, as shown in FIG. 8, a sensor body 2 having a triangular shape in plan view may be held in a hollow state on one side of a frame-shaped substrate 1 in a cantilever state.

【0032】次に、本発明のセンサBの1例を図9と図
10に示す。図9はセンサBの平面図、図10は図9の
X−X線に沿う断面図である。このセンサBは、貫通孔
1Aを有する基板1の片面に、平面図である図9で示し
たような少なくとも一対の電極2D,2Eが櫛歯状に立
設されている。これらの電極2D,2Eは、互いに所定
の間隔を置いて略垂直に立設されていて、それぞれは平
面電極になっている。そして、基板1の表面には樹脂液
を塗布した後それを硬化することにより、電極2D,2
Eの間に高分子膜2Bが介在した構造になっている。
Next, an example of the sensor B of the present invention is shown in FIGS. FIG. 9 is a plan view of the sensor B, and FIG. 10 is a sectional view taken along line XX of FIG. In this sensor B, at least one pair of electrodes 2D and 2E as shown in FIG. 9 which is a plan view is provided on one surface of a substrate 1 having a through hole 1A in a comb-like shape. These electrodes 2D and 2E are erected substantially vertically at a predetermined interval from each other, and each is a planar electrode. Then, a resin liquid is applied to the surface of the substrate 1 and then cured, whereby the electrodes 2D and 2D are applied.
The structure is such that the polymer film 2B is interposed between E.

【0033】したがって、ある一対の電極2D,2Eと
その間に介在する高分子膜2Bで1個のコンデンサ構造
から成るセンサ本体が形成されているので、高分子膜2
Bの吸湿に伴う静電容量の変化は、上記した一対の電極
2D,2Eからの検出信号として取り出すことができ
る。その場合、このセンサ本体における高分子膜2B
は、前記したセンサAにおける高分子膜の場合とは異な
る挙動を示す。すなわち、センサBを高温高湿環境下に
置くと高分子膜2Bは熱膨張しようとするが、しかし、
両側に位置する電極2D,2Eによってその熱膨張は抑
制される。したがって、高分子膜2Bは基準環境下の状
態を維持することになり、結局、ドリフト劣化は抑制さ
れることになる。
Therefore, since a sensor body having a single capacitor structure is formed by a pair of electrodes 2D and 2E and a polymer film 2B interposed therebetween, the polymer film 2
The change in capacitance due to moisture absorption of B can be extracted as a detection signal from the pair of electrodes 2D and 2E described above. In that case, the polymer film 2B in this sensor body
Shows a behavior different from that of the polymer film in the sensor A described above. That is, when the sensor B is placed in a high-temperature and high-humidity environment, the polymer film 2B tends to thermally expand.
The thermal expansion is suppressed by the electrodes 2D and 2E located on both sides. Accordingly, the polymer film 2B maintains the state under the reference environment, and eventually, the drift deterioration is suppressed.

【0034】そして、高分子膜2Bは上方からも、また
貫通孔1Aを介して下方からも、直接、水蒸気ガスと接
触するので、このセンサBの応答性は優れたものにな
る。
Since the polymer film 2B comes into direct contact with the water vapor gas both from above and from below through the through hole 1A, the responsiveness of the sensor B becomes excellent.

【0035】[0035]

【実施例】1.センサの製造 図1で示したセンサA1を次のようにして製造した。厚
み0.5mmのガラス板の上に、真空蒸着法でPtを堆積
して厚み500nmの下側電極2Aを形成し(図2)、更
にその上に、ポリイミドから成る樹脂液を塗布したのち
温度300℃で熱処理して厚み5μmの架橋ポリイミド
膜(高分子膜)2Bを成膜した(図3)。そして、この
架橋ポリイミド膜の上に、スパッタ法で金属Crを堆積
して厚み100nmの上側電極2Cを形成し、ガラス板の
片面にセンサ本体2を配置した(図4)。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Was prepared sensors A 1 shown in manufacturing drawing 1 of the sensor as follows. Pt is deposited on a glass plate having a thickness of 0.5 mm by a vacuum evaporation method to form a lower electrode 2A having a thickness of 500 nm (FIG. 2). Heat treatment was performed at 300 ° C. to form a 5 μm-thick crosslinked polyimide film (polymer film) 2B (FIG. 3). Then, metal Cr was deposited on the crosslinked polyimide film by a sputtering method to form an upper electrode 2C having a thickness of 100 nm, and the sensor body 2 was disposed on one surface of a glass plate (FIG. 4).

【0036】ついで、ガラス板の裏面にレジストを塗布
したのちフォトリソグラフィーを行い、ガラス板の裏面
端部に枠状のレジストマスク4を形成した(図5)。つ
いで、ICPエッチング装置を用いて、表出しているガ
ラス板の裏面から下側電極までの板厚部をエッチング除
去し、センサ本体2をガラス板で中空保持した構造を製
造した。そして、ポリイミド膜2Bの一部を除去して下
側電極2Aの端部を表出させ、この端部と上側電極2C
の端部のそれぞれにCu製のリード線3a,3bを導電
性接着剤で接続して、図1で示したセンサA1とした。
Next, after applying a resist on the back surface of the glass plate, photolithography was performed to form a frame-shaped resist mask 4 on the edge of the back surface of the glass plate (FIG. 5). Then, using an ICP etching apparatus, a plate thickness portion from the back surface of the exposed glass plate to the lower electrode was removed by etching, and a structure in which the sensor main body 2 was held hollow by the glass plate was manufactured. Then, a part of the polyimide film 2B is removed to expose the end of the lower electrode 2A, and this end and the upper electrode 2C are exposed.
Of the Cu leads 3a at each end, to connect the 3b with a conductive adhesive, and a sensor A 1 shown in FIG.

【0037】比較のために、ガラス板にエッチング処理
を行わずガラス板の片面にセンサ本体2が配置されてい
るセンサを製造した。これをセンサA1’とする。 2.ドリフト劣化の測定 (1)まず最初に、各センサにおける相対湿度1%当た
りの静電容量の変化値を測定する。
For comparison, a sensor was manufactured in which the sensor body 2 was disposed on one side of the glass plate without performing etching on the glass plate. This is referred to as a sensor A 1 ′. 2. Measurement of Drift Degradation (1) First, a change value of the capacitance per 1% of relative humidity in each sensor is measured.

【0038】いずれも温度が25℃で、相対湿度が例え
ば10%,20%,30%,40%,50%,60%,
70%,80%,90%の9水準で管理されている環境
を作成し、これら環境にセンサを配置し、そのときの静
電容量を測定する。測定は、LCZメータ(測定条件:
周波数100kHz,印加電圧1.0V)で行った。得られ
た計測値を縦軸に、上記相対湿度を横軸にしてプロット
する。測定温度は25℃と低温であるため、相対湿度と
計測値(静電容量)は比例関係にあり、直線が得られ
る。
In each case, the temperature is 25 ° C. and the relative humidity is, for example, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%,
Environments managed at nine levels of 70%, 80% and 90% are created, sensors are arranged in these environments, and the capacitance at that time is measured. The measurement was performed using an LCZ meter (measurement conditions:
(Frequency: 100 kHz, applied voltage: 1.0 V). The obtained measured value is plotted on the vertical axis, and the relative humidity is plotted on the horizontal axis. Since the measurement temperature is as low as 25 ° C., the relative humidity and the measured value (capacitance) are in a proportional relationship, and a straight line is obtained.

【0039】そして、この直線の勾配を求めれば、得ら
れた値は、相対湿度が1%変化したときにセンサで計測
される静電容量の変化量を意味し、その値はセンサに用
いた高分子膜の種類で一義的に決まる。単位は(静電容
量/1%相対湿度)である。センサA1,センサA1’に
関して得られた変化値(a1)は、いずれも0.2であ
った。
When the slope of this straight line is obtained, the obtained value means the amount of change in the capacitance measured by the sensor when the relative humidity changes by 1%, and that value is used for the sensor. It is uniquely determined by the type of polymer film. The unit is (capacitance / 1% relative humidity). The change values (a1) obtained for the sensors A 1 and A 1 ′ were both 0.2.

【0040】(2)ドリフト劣化の測定 基準環境として、温度25℃,相対湿度10%の環境
(I),温度25℃、相対湿度50%の環境(II),温
度25℃,相対湿度90%の環境(III)を設定した。
各環境の中にセンサA1,センサA1’を配置し、そのと
きの静電容量を測定した。センサA1,センサA1’はい
ずれも、環境(I)の場合は192pF,環境(II)の
場合は200pF,環境(III)の場合は208pFで
あった。
(2) Measurement of Drift Degradation As reference environments, an environment (I) at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 10%, an environment (II) at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 50%, a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 90% Environment (III) was set.
The sensors A 1 and A 1 ′ were placed in each environment, and the capacitance at that time was measured. Each of the sensors A 1 and A 1 ′ was 192 pF in the environment (I), 200 pF in the environment (II), and 208 pF in the environment (III).

【0041】ついで、センサA1,センサA1’を、環境
(I),(II),(III)から温度40℃、相対湿度9
0%の高温高湿環境下に移してそこに放置した。200
時間経過後,600時間経過後,1000時間経過後に
センサを取り出し、直ちに、元の環境(I),(II),
(III)に戻してその環境下において静電容量を測定し
た。
Next, the sensors A 1 and A 1 ′ are set at a temperature of 40 ° C. and a relative humidity of 9 based on the environments (I), (II) and (III).
It was moved to a 0% high temperature and high humidity environment and left there. 200
After elapse of time, elapse of 600 hours, elapse of 1000 hours, the sensor is taken out, and immediately the original environment (I), (II),
Returning to (III), the capacitance was measured under the environment.

【0042】そして、得られた測定値(c)と、各セン
サの1%相対湿度当たりの静電容量の変化値(a)とを
用いて、以下のようにしてc/a値を求めた。すなわ
ち、 環境(I)の場合:(高温高湿環境下に放置後における
相対湿度10%のときの静電容量−初期高温高湿環境下
に放置前の相対湿度10%のときの静電容量)/a+1
0 環境(II)の場合:(高温高湿環境下に放置後における
相対湿度50%のときの静電容量−初期高温高湿環境下
に放置前の相対湿度50%のときの静電容量)/a+5
0 環境(III)の場合:(高温高湿環境下に放置後におけ
る相対湿度90%のときの静電容量−初期高温高湿環境
下に放置前の相対湿度90%のときの静電容量)/a+
90 以上の結果を、環境(I)の場合は図11に、環境(I
I)の場合は図12に、環境(III)の場合は図13にそ
れぞれ示した。
Then, using the obtained measured value (c) and the change value (a) of the capacitance per 1% relative humidity of each sensor, the c / a value was obtained as follows. . That is, in the case of environment (I): (capacitance at 10% relative humidity after standing in a high-temperature, high-humidity environment—capacitance at 10% relative humidity before standing in a high-temperature, high-humidity environment ) / A + 1
0 Environment (II): (Capacitance at 50% relative humidity after standing in a high-temperature, high-humidity environment-Capacitance at 50% relative humidity before standing in a high-temperature, high-humidity environment) / A + 5
0 Environment (III): (Capacity at 90% relative humidity after standing in a high temperature and high humidity environment-Capacitance at 90% relative humidity before leaving in an initial high temperature and high humidity environment) / A +
The above results are shown in FIG. 11 in the case of environment (I).
FIG. 12 shows the case of I), and FIG. 13 shows the case of environment (III).

【0043】(3)評価 図11〜図13において、横軸のゼロ点における縦軸の
値は、環境(I),環境(II)または環境(III)での
センサの静電容量に関する特性値である。この値は、セ
ンサA1,センサA1’がいずれも同種の高分子膜を用い
ているので同じ値になっている。
(3) Evaluation In FIGS. 11 to 13, the value on the vertical axis at the zero point on the horizontal axis is the characteristic value relating to the capacitance of the sensor in the environment (I), the environment (II) or the environment (III). It is. This value is the same since the sensors A 1 and A 1 ′ both use the same type of polymer film.

【0044】ところが、センサA1,センサA1’を高温
高湿環境下に放置すると、両者は次のような挙動を示
す。例えば、図11において、センサA1を200時間
放置したのち再び環境(I)に戻して静電容量を測定す
ると、c/a値は約10.5を示すが、センサA1’の場
合は約12.1のc/a値を示している。高温高湿環境
下に放置する前、すなわち環境(I)におけるc/a値
がセンサA1,センサA1’はいずれも10.0であった
ことを考えると、高温高湿環境下に200時間放置され
ることにより、センサA1のc/a値は約0.5(10.
5−10.0)大きくなり、センサA1’のc/a値は
1.6(12.1−10.5)大きくなっている。
However, when the sensors A 1 and A 1 ′ are left in a high-temperature and high-humidity environment, both exhibit the following behavior. For example, in FIG. 11, when measuring the capacitance to return the sensor A 1 to 200 hours standing was later re environment (I), c / a values indicate about 10.5, but if the sensor A 1 ' A c / a value of about 12.1 is shown. Before being left in a high-temperature and high-humidity environment, that is, considering that the c / a value in the environment (I) was 10.0 for both the sensor A 1 and the sensor A 1 ′, 200 The c / a value of the sensor A 1 is about 0.5 (10.
5-10.0), and the c / a value of the sensor A 1 ′ has increased by 1.6 (12.1 to 10.5).

【0045】このc/a値の増量は、高分子膜に吸蔵さ
れた水蒸気ガスが環境(I)のときよりも増量している
ことを示している。すなわち、センサA1,センサA1
のいずれにおいても、高温高湿環境下で200時間放置
しておくと、高分子膜の熱膨張によりその自由体積部が
増加して水蒸気ガスの吸蔵量は増加するが、再び環境
(I)に戻しても、高分子膜における水蒸気ガスの吸蔵
量は元の状態に復元せず、高分子膜内に増加した水蒸気
ガスが脱離することなく残留していることを示してい
る。その結果がc/a値の増量である。
The increase in the c / a value indicates that the amount of the steam gas occluded in the polymer film is larger than that in the environment (I). That is, the sensor A 1 and the sensor A 1
In any of the above, if the polymer film is left for 200 hours in a high-temperature and high-humidity environment, its free volume increases due to thermal expansion of the polymer film, and the amount of water vapor absorbed increases. Even if it is returned, the occluded amount of water vapor gas in the polymer film is not restored to the original state, indicating that the increased water vapor gas remains in the polymer film without being desorbed. The result is an increase in the c / a value.

【0046】したがって、図11において、c/a値
が、環境(I)におけるc/a値(基準値)、すなわ
ち、横軸のゼロ点における縦軸の値から離れた値を示す
センサほど、上記した水蒸気ガスの残留量が多くなって
いることを意味しているので、高温高湿環境下で検出さ
れる信号は、その環境下における真実の相対湿度に対応
する信号ではなく、それよりも高い相対湿度に対応する
信号になっている。
Accordingly, in FIG. 11, a sensor whose c / a value indicates a value more distant from the c / a value (reference value) in the environment (I), that is, the value farther from the value on the vertical axis at the zero point on the horizontal axis, Since the above-mentioned meaning that the residual amount of the steam gas is increased, the signal detected in the high-temperature and high-humidity environment is not a signal corresponding to the true relative humidity in the environment, but is higher than that. The signal corresponds to high relative humidity.

【0047】このようなことから、図11におけるセン
サA1とセンサA1’を対比すると、センサA1のc/a
値は基準値よりも大きいとはいえ、センサA1’の場合
に比べてその差は小さい。すなわち、センサA1はセン
サA1’に比べて高温高湿環境下におけるそのドリフト
劣化が抑制されている。これは、センサA1とセンサ
1’で用いた高分子膜が同種であるとはいえ、センサ
1の場合はセンサ本体を中空保持した構造にしている
ことを考えれば、その構造の有効性を明確に示してい
る。
[0047] For this reason, when comparing the sensor A 1 and sensor A 1 'in FIG. 11, the sensor A 1 c / a
Although the value is larger than the reference value, the difference is smaller than that of the sensor A 1 ′. That is, the sensor A 1 is the drift degradation at high temperature and high humidity environment as compared with the sensor A 1 'is suppressed. This is because the polymer film used in the sensor A 1 and the sensor A 1 ′ are of the same type, but the sensor A 1 has an effective structure in consideration of the fact that the sensor body has a hollow structure. The nature is clearly shown.

【0048】このセンサ構造は、基準環境を高湿側に設
定すればするほど有利であることが図12と図13から
明らかである。
It is clear from FIGS. 12 and 13 that this sensor structure is more advantageous as the reference environment is set on the high humidity side.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
静電容量センサは、それを湿度検出センサとして用いた
場合、高温高湿環境下においてもドリフト劣化を起こし
づらく、信頼性の高い湿度信号を発信している。これ
は、センサ本体が配置されている基板に、センサ本体に
まで到達する貫通孔を設けることにより、センサ本体の
高分子膜の熱膨張時における自由度を確保して高分子膜
の応力蓄積を緩和させるように構造設計したことによっ
てもたらされた効果である。
As is apparent from the above description, when the capacitance sensor of the present invention is used as a humidity detection sensor, it is unlikely to cause drift deterioration even in a high-temperature and high-humidity environment and has high reliability. Transmits humidity signal. This is because by providing a through hole that reaches the sensor main body on the substrate on which the sensor main body is arranged, the degree of freedom during thermal expansion of the polymer film of the sensor main body is ensured, and the stress accumulation of the polymer film is increased. This is the effect brought about by the structural design for relaxing.

【0050】したがって、このセンサは、例えば燃料電
池における湿度検出や、施設園芸栽培分野のように極め
て高湿の環境を形成することが必要とされる分野に使用
して有効である。なお、以上の説明は測定対象が環境中
の湿度である場合について行ったが、本発明の静電容量
センサはこれに限定されるものではなく、高分子膜への
吸蔵とその脱離により静電容量を変化させるようなガス
類であれば、それを検出対象とするセンサとして使用す
ることもできる。
Therefore, this sensor is effective for use in a field where it is necessary to form an extremely humid environment such as a humidity detection in a fuel cell or a facility horticulture field. Although the above description has been made for the case where the measurement target is the humidity in the environment, the capacitance sensor of the present invention is not limited to this. Any gas that changes the electric capacity can be used as a sensor that detects the gas.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のセンサの1例A1を示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view showing an example A1 of a sensor according to the present invention.

【図2】センサA1を製造する際に、基板上に下側電極
を形成した状態を示す断面図である。
When manufacturing the Figure 2 sensor A 1, it is a cross-sectional view showing a state of forming a lower electrode on a substrate.

【図3】高分子膜を成膜した状態を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state where a polymer film is formed.

【図4】上側電極を形成した状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where an upper electrode is formed.

【図5】基板の裏面にレジストマスクを形成した状態を
示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where a resist mask is formed on the back surface of the substrate.

【図6】本発明のセンサの別の例A2を示す断面図であ
る。
6 is a sectional view showing another example A 2 of the sensor of the present invention.

【図7】本発明のセンサの更に別の例を示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a sectional view showing still another example of the sensor of the present invention.

【図8】本発明のセンサの更に他の例を示す斜視図であ
る。
FIG. 8 is a perspective view showing still another example of the sensor of the present invention.

【図9】本発明のセンサの別の例Bを示す平面図であ
る。
FIG. 9 is a plan view showing another example B of the sensor of the present invention.

【図10】図9のX−X線に沿う断面図である。FIG. 10 is a sectional view taken along the line XX of FIG. 9;

【図11】基準環境を温度25℃,相対湿度10%(環
境(I))としたときの、高温高湿環境中へのセンサの
放置時間とc/a値との関係を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the time during which the sensor is left in a high-temperature and high-humidity environment and the c / a value when the reference environment is at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 10% (environment (I)). .

【図12】基準環境を温度25℃,相対湿度50%(環
境(II))としたときの、高温高湿環境中へのセンサの
放置時間とc/a値との関係を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the time for which a sensor is left in a high-temperature and high-humidity environment and the c / a value when the reference environment is at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 50% (environment (II)). .

【図13】基準環境を温度25℃,相対湿度90%(環
境(III))としたときの、高温高湿環境中へのセンサ
の放置時間とc/a値との関係を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the time during which the sensor is left in a high-temperature and high-humidity environment and the c / a value when the reference environment is at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 90% (environment (III)). .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 1A 基板1の貫通孔 2 センサ本体 2A 下側電極 2B 高分子膜 2C 上側電極 2D,2E 平板電極 3a,3b リード線 4 レジストマスク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 1A Through-hole of substrate 1 2 Sensor main body 2A Lower electrode 2B Polymer film 2C Upper electrode 2D, 2E Plate electrode 3a, 3b Lead wire 4 Resist mask

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Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の電極の間に高分子膜が介在するセ
ンサ本体が、基板の厚み方向に貫通する少なくとも1個
の貫通孔を有する基板の片面に配置されていることを特
徴とする静電容量センサ。
1. A static sensor wherein a sensor body having a polymer film interposed between a pair of electrodes is disposed on one surface of a substrate having at least one through hole penetrating in a thickness direction of the substrate. Capacitance sensor.
【請求項2】 前記センサ本体が、下側電極と高分子膜
と多孔質構造または網目状構造の上側電極とをこの順序
で積層して成る請求項1の静電容量センサ。
2. The capacitance sensor according to claim 1, wherein the sensor body is formed by laminating a lower electrode, a polymer film, and an upper electrode having a porous structure or a mesh structure in this order.
【請求項3】 前記センサ本体が、前記基板の表面に所
定の間隔を置いて立設された一対の電極と、少なくとも
前記一対の電極の間に配置された高分子膜とから成る請
求項1の静電容量センサ。
3. The sensor body according to claim 1, wherein the sensor body comprises a pair of electrodes erected on the surface of the substrate at a predetermined interval, and a polymer film disposed at least between the pair of electrodes. Capacitive sensor.
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