JP2005291886A - 湿度センサ素子の製造方法及び湿度センサ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 初期出力のバラツキを低減できる湿度センサ素子の製造方法及び湿度センサ素子を提供する。
【解決手段】 本発明の湿度センサ素子は、絶縁基板１の一面１ａ上に、互いに対向するように設けられた一対の電極３と、一対の電極３上に設けられた感湿膜９とを備える。この感湿膜９は、一対の電極３間のギャップ１７上に設けられる非盛り上がり部９ｃと、非盛り上がり部９ｃの外側に非盛り上がり部９ｃに隣接して設けられる盛り上がり部９ａ，９ｂとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、湿度センサ素子の製造方法及び湿度センサ素子に係り、より詳細には抵抗変化型湿度センサ素子の製造方法及び湿度センサ素子に関する。

気体中の相対湿度の変化を電気抵抗の変化として湿度の値を測定する抵抗変化型湿度センサ素子が知られている。この抵抗変化型湿度センサ素子は一般に、絶縁基板と、絶縁基板の一面上に形成される一対の電極と、一対の電極上に設けられる感湿膜とを備えている。

このような湿度センサ素子の製造方法として、絶縁基板上の一対の電極の周囲にダムを形成し、このダムの内側であって絶縁基板上に感湿膜を形成することにより、感湿膜の膜厚が十分で感度が高い湿度センサ素子を作製する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−２１４１８０号公報（図８）

本発明者らは、前述した特許文献１に記載の湿度センサ素子では、得られる湿度センサ素子ごとの初期出力のバラツキを小さくできるものの、製造歩留まりをより一層向上させる観点からは、この初期出力のバラツキについて未だ改良の余地があることを見出した。さらに、本発明者らは、このような初期出力のバラツキが、上記ダムを形成しない場合であっても改良の必要があることも見出した。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、初期出力のバラツキを低減できる湿度センサ素子の製造方法及び湿度センサ素子を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記のように初期出力にバラツキが生じる原因について検討した結果、感湿膜の周縁部に、中央部より膜厚の大きい盛り上がり部が存在し、この盛り上がり部と一対の電極間のギャップとの位置関係によって、湿度センサ素子における初期出力のバラツキの程度が左右されることを見出した。そして、本発明者らは、更に鋭意検討を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出した。

すなわち、本発明の湿度センサ素子の製造方法は、絶縁基板の一面上に、互いに対向するように形成された一対の電極上に感湿膜を形成する感湿膜形成工程を含む湿度センサ素子の製造方法であって、感湿膜形成工程において、一対の電極間のギャップ上に非盛り上がり部が形成され、非盛り上がり部の外側に非盛り上がり部に隣接して盛り上がり部が形成されるように感湿膜を形成することを特徴とする。

一般に、湿度センサ素子では、感湿膜のうち、一対の電極間のギャップ上に位置する部分における抵抗変化が検出される。したがって、このギャップ上に位置する感湿膜の膜厚のバラツキが大きいと、湿度センサ素子の初期出力のバラツキも大きくなる。本発明の湿度センサ素子の製造方法では、このギャップ上に、盛り上がり部に比べて膜厚にバラツキが生じ難い非盛り上がり部を形成し、その外側に隣接して盛り上がり部を形成するように感湿膜を形成する。このため、目的の初期出力を有する湿度センサ素子、すなわち良好な出力特性を有する湿度センサ素子が得られる。言い換えると、得られる湿度センサ素子の初期出力のバラツキを低減できる。

また、本発明の湿度センサ素子は、絶縁基板の一面上に、互いに対向するように設けられた一対の電極と、一対の電極上に設けられた感湿膜とを備える湿度センサ素子であって、感湿膜が、一対の電極間のギャップ上に設けられる非盛り上がり部と、非盛り上がり部の外側に非盛り上がり部に隣接して設けられる盛り上がり部とを有することを特徴とする。

本発明の湿度センサ素子では、一対の電極間のギャップ上に非盛り上がり部が設けられて、その外側に隣接して盛り上がり部が設けられている。このため、本発明の湿度センサ素子によれば、良好な出力特性が得られる。

上記湿度センサ素子においては、非盛り上がり部の膜厚が均一であると好ましい。この場合、より良好な出力特性が得られる。

あるいは、上記湿度センサ素子においては、電極上に設けられた非盛り上がり部の膜厚と、一対の電極間のギャップ上に設けられた非盛り上がり部の膜厚とが同一であることが好ましい。

また、上記湿度センサ素子では、盛り上がり部の稜線の前記一面への投影稜線から一対の電極間のギャップまでの最短距離が５０μｍ以上であると好ましい。この場合、上記最短距離が５０μｍ未満の場合に比べて、湿度センサ素子についてより良好な出力特性が得られる。

本発明による湿度センサ素子の製造方法によれば、湿度センサ素子の初期出力のバラツキを低減できる。また、本発明による湿度センサ素子によれば、より良好な出力特性が得られる。

以下、図面とともに本発明の好適実施形態に係る湿度センサ素子及びその製造方法について詳細に説明する。なお、全図面中、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

（湿度センサ素子）
図１は、本発明の好適な実施形態に係る湿度センサ素子１００を模式的に示す平面図である。図２は、図１のII−II線に沿った概略断面図である。

図１に示すように、湿度センサ素子１００は絶縁基板１を有し、絶縁基板１の一面１ａ上に一対の櫛形電極３が設けられている。一対の櫛形電極３は、一定のギャップＧを介して互いに噛み合うように対向配置されている。各櫛形電極３の端部には端子２が接続されている。一対の櫛形電極３上には、下地膜７が設けられており、この下地膜７上に感湿膜９が設けられている。下地膜７は、感湿膜９を絶縁基板１に強固に固定させ、絶縁基板１からの感湿膜９の剥離を十分に防止するためのものである。下地膜７の膜厚は、０．１μｍ以下であると好ましい。

感湿膜９は、一対の櫛形電極３間のギャップ１７上に設けられる非盛り上がり部９ｃと、非盛り上がり部９ｃに隣接して非盛り上がり部９ｃの外側に分離して設けられた一対の盛り上がり部９ａ，９ｂとを有する。一対の盛り上がり部９ａ，９ｂは互いに平行に配置されている。湿度センサ素子１００では、感湿膜９のうち、ギャップ１７上に設けられた非盛り上がり部９ｃの抵抗変化が検出される。

また、絶縁基板１の一面１ａ上においては、感湿膜９の一対の盛り上がり部９ａ，９ｂの外側に一対の仕切り部５ａ、５ｂが分離して配置されている。一対の端子２は、仕切り部５ａに対して感湿膜９と反対側に設けられている。すなわち、この仕切り部５ａによって、端子２と感湿膜９とが仕切られている。

以下、湿度センサ素子１００のより具体的な構成について説明する。

（絶縁基板）
絶縁基板１としては、例えば、ガラス基板、アルミナ基板、石英基板、熱酸化シリコンからなる基板、プラスチック材料を主成分とする基板、水酸基を有する樹脂により被覆された金属基板等を用いることができる。これらのうち、プラスチック材料を主成分とする基板が好ましい。プラスチック材料を主成分とする基板を用いることにより、プラスチック材料以外の材料を主成分とする基板を用いる場合と比べて、湿度センサ素子の軽量化、及び耐衝撃性の向上を図ることができる。このプラスチック材料としては、湿度センサ素子の軽量化及び耐衝撃性の向上を図ることができ且つ耐熱温度が感湿膜９の熱処理温度以上であれば、公知の材料を用いることができ、例えば、ポリイミド、フッ素高分子、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。湿度センサ素子１００の感度を高めるためには、このプラスチック材料は、感湿膜９より吸湿性が低いことが好ましい。なお、機械的強度や絶縁特性の安定性を考慮した場合、絶縁基板１としては、アルミナ基板が好ましい。

（端子）
端子２は、絶縁基板１上に設けられた電極パッド１１と、電極パッド１１に対して電気的に接続されたリード線１３とを有している。電極パッド１１は、半田１５を介してリード線１３と電気的に接続されている。

なお、リード線１３は、本体部１３ａの途中から分岐する挟持部１３ｂを有しており、挟持部１３ｂと本体部１３ａの先端部１３ｃとによって絶縁基板１の縁及び電極パッド１１が挟まれており、これによりリード線１３が櫛形電極３に強固に固定されることになる。

電極パッド１１の構成材料としては、半田との相溶性のある材料が好ましい。かかる材料としては、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）合金、銀（Ａｇ）−白金（Ｐｔ）等が挙げられる。より具体的には、電極パッド１１は、銀−白金でコーティングされた銅パッドからなる。

リード線１３の構成材料としては、例えば、リン青銅、銅等が挙げられる。

（櫛形電極）
一対の櫛形電極３は、例えば、金（Ａｕ）等の金属や酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）等の金属酸化物等により構成されている。なお、櫛形電極３は、必要に応じて、例えば、ガラスフリットを含有する低抵抗ペーストがスクリーン印刷された後に高温焼結された焼結体により構成される場合もある。特に、下地膜７との密着性を考慮すれば、例えば、櫛形電極３は、表面に水酸基を有する酸化ルテニウムにより構成されているのが好ましい。

（仕切り部）
仕切り部５ａ、５ｂは、感湿膜９を形成するための感湿膜形成溶液に対して撥液性を有する材料から構成されることが好ましい。感湿膜形成溶液に対して高い撥液性を有する材料としては、フッ素樹脂等が挙げられる。仕切り部５ａ、５ｂがフッ素樹脂から形成されていると、フッ素樹脂以外の材料から形成されている場合に比べて、感湿膜９の膜厚を大きくできるとともに、感湿膜９の膜厚の面内バラツキを低減できる。フッ素樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、パーフルオロエチレンプロペンコーポリマー（ＰＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールポリマー（ＴＦＥ／ＰＤＤ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）又はこれらの誘導体等が挙げられる。

（下地膜）
下地膜７は、例えば、シランカップリング剤（シラン化合物）により構成されている。このシランカップリング剤は、例えば、反応性の異なる２種類の官能基としてアルコキシシリル基と不飽和反応性基（例えばエチレン性不飽和反応性基）を含むアクリル系化合物である。より具体的には、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等が挙げられる。

（感湿膜）
感湿膜９を構成する材料は感湿材料であり、気体中の水分量に応じて抵抗値が変化するものであれば特に制限されず、イオン性重合体（イオン導電性高分子）等が用いられる。感湿膜９を構成する材料として、例えば、感湿材料の架橋物を用いてもよい。感湿材料は、例えば、シランカップリング剤と結合可能なイオン導電性高分子（導電性ポリマー）により構成される。このイオン導電性高分子は、例えば、反応基として不飽和反応性基（例えばエチレン性不飽和反応性基）を含むものであり、具体的には、化１に示したモノマー及び化２に示したモノマーのうちの少なくとも１種以上が共重合された共重合体により構成されている。

（式中、Ａ１は二価基を表す。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４はいずれもアルキル基を表し、互いに同一でもよいし異なってもよい。Ｙ１及びＹ２はいずれもエチレン性不飽和反応性基を末端に有する一価基を表し、互いに同一でもよいし異なってもよい。Ｒ１〜Ｒ４、Ｙ１、Ｙ２、Ａ１及びこれらの窒素原子（Ｎ）に近い側の一部のうちの任意の２つ以上は、窒素原子と共に環を形成してもよい。Ｘ１⁻及びＸ２⁻はいずれも陰イオンを表し、互い同一でもよいし異なってもよい。）

（式中、Ｂ１及びＤ１はいずれも二価基を表す。Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７及びＲ８はいずれもアルキル基を表し、互いに同一でもよいし異なってもよい。Ｙ３及びＹ４はいずれもエチレン性不飽和反応性基を末端に有する一価基を表し、互いに同一でもよいし異なってもよい。Ｒ５〜Ｒ８、Ｙ３、Ｂ１及びこれらの窒素原子（Ｎ）に近い側の一部のうちの任意の２つ以上、あるいはＲ７、Ｒ８、Ｙ４、Ｄ１及びこれらの窒素原子に近い側の一部のうちの任意の２つ以上は、窒素原子と共に環を形成してもよい。Ｘ３⁻及びＸ４⁻はいずれも陰イオンを表し、互いに同一でもよいし異なってもよい。ｎは２〜５０００である。）

化１として示したモノマーは、例えば、アミン化合物とジハロゲン化合物とが合成されたものである。アミン化合物としては、例えば、メタクリル酸ジメチルアミノエチルエステルやアクリル酸ジメチルアミノエチルエステル等が挙げられ、ジハロゲン化合物としては、例えば、１，３−ジクロロプロパンや１，３−ジブロモプロパン等が挙げられる。一方、化２として示したモノマーは、例えば、ジアミン化合物とジハロゲン化合物とが合成されて中間体が形成された後、その中間体と所定の化合物とが合成されたものである。ジアミン化合物としては、例えば、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６−ヘキサンジアミン等が挙げられ、ジハロゲン化合物としては、例えば、１，３−ジクロロプロパンや１，１２−ジブロモドデカン等が挙げられ、所定の化合物としては、例えば、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド等が挙げられる。

ところで、一般に、湿度センサ素子では、感湿膜のうち、一対の電極間のギャップ上に位置する部分における抵抗変化が検出される。したがって、このギャップ上に位置する感湿膜の膜厚のバラツキが大きいと、湿度センサ素子の初期出力のバラツキも大きくなるおそれがあり、盛り上がり部がギャップ上に設けられていると、ギャップ上における感湿膜の膜厚のバラツキが大きくなる。

本実施形態に係る湿度センサ素子１００では、上述したように、ギャップ１７上に非盛り上がり部９ｃが設けられて、その外側に隣接して盛り上がり部９ａ，９ｂが設けられている。このため、本実施形態に係る湿度センサ素子１００によれば、初期出力のバラツキが低減される。言い換えると、湿度センサ素子１００によれば、良好な出力特性が得られる。なお、盛り上がり部９ａ，９ｂの最大膜厚と非盛り上がり部９ｃの最大膜厚との差は、１〜１０μｍであると好ましい。

また、湿度センサ素子１００においては、非盛り上がり部９ｃの膜厚Ｄ１が均一であると好ましい。この場合、より良好な出力特性が得られる。あるいは、電極３上における非盛り上がり部９ｃの膜厚Ｄ１とギャップ１７上における非盛り上がり部９ｃの膜厚Ｄ１が同一であると好ましい。

また、図２に示すように、湿度センサ素子１００では、盛り上がり部９ａにおける稜線９ｄの一面１ａへの投影稜線９ｆからギャップ１７までの最短距離Ｄ２が５０μｍ以上であると好ましい。この場合、最短距離Ｄ２が５０μｍ未満の場合に比べて、より良好な出力特性が得られる。さらに、最短距離Ｄ２が１００μｍ以上であるとより好ましい。この場合、最短距離Ｄ２が１００μｍ未満の場合に比べて、更に良好な出力特性が得られる。

また、湿度センサ素子１００では、仕切り部５ｂから電極３までの最短距離Ｄ４は、１５０μｍ以上であると好ましい。最短距離Ｄ４が１５０μｍ以上であると、最短距離Ｄ４が１５０μｍ未満の場合に比べて湿度センサ素子１００の出力特性をより向上できる。この最短距離Ｄ４を調整することにより、上記最短距離Ｄ２を調整することができる。例えば、最短距離Ｄ４を大きくすれば、最短距離Ｄ２を大きくすることができる。

同様に、盛り上がり部９ｂにおける稜線９ｅの一面１ａへの投影稜線９ｇからギャップ１７までの最短距離Ｄ３が５０μｍ以上であると好ましい。この場合、最短距離Ｄ３が５０μｍ未満の場合に比べて、より良好な出力特性が得られる。さらに、最短距離Ｄ３が１００μｍ以上であるとより好ましい。この場合、最短距離Ｄ３が１００μｍ未満の場合に比べて、更に良好な出力特性が得られる。

また、仕切り部５ａから電極３までの最短距離Ｄ５は、１５０μｍ以上であると好ましい。最短距離Ｄ５が１５０μｍ以上であると、最短距離Ｄ５が１５０μｍ未満の場合に比べて湿度センサ素子１００の出力特性をより向上できる。この最短距離Ｄ５を調整することにより、上記最短距離Ｄ３を調整することができる。例えば、最短距離Ｄ５を大きくすれば、最短距離Ｄ３を大きくすることができる。

（湿度センサ素子の製造方法）
次に、図１、図２、図３(Ａ)〜図３(Ｃ)、図４(Ａ)及び図４(Ｂ)を参照して、上述した湿度センサ素子１００の製造方法について説明する。図３(Ａ)〜図３(Ｃ)、図４(Ａ)及び図４(Ｂ)は、それぞれ湿度センサ素子１００の製造工程を示す概略図である。

（櫛形電極及び端子形成工程）
まず、図３(Ａ)に示す構造体Ａを準備する。ここで、構造体Ａは、絶縁基板１０１の一面１０１ａ上に、一列に配列された複数対の櫛形電極３と、各櫛形電極３に電気的に接続された一対の端子２と、各櫛形電極３によって構成されるギャップ１７を取り囲む環状仕切り部１０５とを備えたものである。

構造体Ａを製造するためにはまず絶縁基板１０１を用意する。絶縁基板１０１は、必要に応じて公知の方法により洗浄及び乾燥されてもよい。

続いて、絶縁基板１０１の一面１０１ａ上に、絶縁基板１０１の縁部に沿って、複数対の電極パッド１１を一列に配列して形成する。その後、各対の電極パッド１１に対して一対の櫛形電極３を接続する。これにより、複数対の櫛形電極３が、電極パッド１１と同様に一列に配列される。ここで、櫛形電極３は、例えば、ガラスフリットを含有する低抵抗ペーストをスクリーン印刷した後に高温焼結して得ることができる。

続いて、電極パッド１１にリード線１３を取り付ける。その後、図３（Ａ）に示すように、半田１５によりリード線１３を電極パッド１１に固定する。なお、この後、必要に応じて、例えば半田フラックスを除去するためにリード線１３の周辺をアルコール洗浄してもよい。このようにして、櫛形電極３に電気的に接続された端子２が形成される。

（仕切り部形成工程）
次に、図３(Ａ)に示されるように、絶縁基板１０１の一面１０１ａ上に環状仕切り部１０５を形成する。環状仕切り部１０５は、ギャップ１７が内側に配置され複数対の端子２が外側に配置されるようにギャップ１７を取り囲む。環状仕切り部１０５の形成は、例えばディスペンサ法を用いてフッ素樹脂を環状に塗布した後に乾燥させることで行うことができる。ディスペンサ法を用いると、櫛形電極３及びギャップ１７上にマスキング材等を塗布する必要がないので、可塑剤等の有機物が櫛形電極３及びギャップ１７上に残存することがない。このため、マスキング材等に起因する異物の混入を防止できると共に、かかる異物に起因する感湿膜９の剥離及び湿度センサ素子１００の特性劣化を十分に防止できる。こうして構造体Ａが得られる。

（水処理工程）
次に、図３(Ｂ)に示されるように、水槽ｂに収容された水ｗに、構造体Ａを浸漬させる。このとき、複数対の端子２が水ｗに浸漬しないようにすると好ましい。これにより絶縁基板１０１の一面１０１ａと水ｗとが接触する。また構造体Ａを水ｗに浸漬させている間は、必要に応じて超音波をかける。その後、構造体Ａを水ｗから引き上げて乾燥させる。

（下地膜形成工程）
次に、図３(Ｃ)に示されるように、絶縁基板１０１の一面１０１ａ上であって環状仕切り部１０５の内側に下地膜１０７を形成する。下地膜１０７は、環状仕切り部１０５の内側の面１０５ａに接するように形成する。下地膜１０７は、例えば下地膜形成用溶液を絶縁基板１０１上に塗布した後に乾燥することで形成することができる。この場合、下地膜１０７の厚さは環状仕切り部１０５に近づくにつれて厚くなる傾向にある。下地膜形成用溶液の塗布方法としては、浸漬法等を用いることができる。なお、こうして形成される下地膜１０７の厚さは、ＥＰＭＡ等を用いて解析することができる。

下地膜形成用溶液は、上述のシラン化合物を含むと好ましい。この下地膜形成用溶液を用いて下地膜１０７を形成すると、絶縁基板１０１と下地膜１０７との接着性が向上する。

（感湿膜形成工程）
次に、図４(Ａ)に示されるように、下地膜１０７上であって環状仕切り部１０５の内側に感湿膜１０９を形成する。より詳細には、ギャップ１７上に非盛り上がり部１０９ｃが形成され、非盛り上がり部１０９ｃの外周に盛り上がり部１０９ａが形成されるように感湿膜１０９を形成する。このとき、盛り上がり部１０９ａは、環状仕切り部１０５の内側に沿って、非盛り上がり部１０９ｃを取り囲むように形成される。

感湿膜１０９は、具体的には、感湿膜１０９を形成するための感湿膜形成溶液を環状仕切り部１０５の内側の下地膜１０７上に塗布した後に乾燥することで得ることができる。

塗布方法としてはディスペンス法が特に好ましい。その他には、例えば浸漬（ディッピング）法、刷毛塗り法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、スピナー塗布法、インクジェット法等種々の方法が使用でき、工程や製品の用途・種類等により選択すればよい。浸漬法は簡便な方法であるが、ディスペンス法に比べて塗布量の制御が困難となる傾向にある。ディスペンス法では、感湿膜形成溶液の滴下量の制御が可能であるので、塗布量の制御も容易である。

感湿膜形成溶液は、感湿材料と、これを溶解又は分散させる溶媒とを含む。感湿材料としては、イオン導電性高分子を用い、このイオン導電性高分子としては、例えば化１に示したモノマー及び化２に示したモノマーのうちの少なくとも１種以上が共重合された共重合体であって、化１中のＸ１⁻及びＸ２⁻又はこれらのいずれか一方が、臭化物イオン又は塩化物イオン等のハロゲン化物イオンであるものを用いると好ましい。

続いて、感湿膜形成溶液を乾燥させる。その後、感湿膜形成溶液中の感湿材料を必要に応じて架橋処理する。架橋処理は、具体的には、紫外線照射等によって行うことができる。これにより、図４（Ａ）に示すように、下地膜１０７上に感湿膜１０９が形成される。

このとき、下地膜１０７がシラン化合物を用いて形成されている場合には、シラン化合物を用いないで下地膜１０７を形成する場合に比べて、下地膜１０７と感湿膜１０９との接着性が向上する。またシラン化合物を用いて下地膜１０７を形成する場合には、上記水処理工程が行われると、水処理工程を行わない場合に比べて、絶縁基板１０１とシラン化合物を含む下地膜１０７との接着性をより十分に向上させることができる。このため、下地膜１０７の剥離に伴う感湿膜１０９の剥離を十分に防止できる。また感湿材料が架橋処理されている場合、感湿膜１０９が気体中の水分によって溶出することが十分に防止される。なお、得られる感湿膜１０９の高さは通常、環状仕切り部１０５の高さより低くなる。

（切断工程）
次に、図４(Ｂ)に示されるように、切断線Ｌに沿って絶縁基板１０１、下地膜１０７及び感湿膜１０９を切断する。この切断線Ｌは、ギャップ１７を挟み且つ環状仕切り部１０５を横切る線である。例えば、２本の切断線Ｌに沿って絶縁基板１０１、下地膜１０７及び感湿膜１０９を切断すると、図１及び図２に示される湿度センサ素子１００が得られる。このとき、絶縁基板１０１が絶縁基板１となり、下地膜１０７が下地膜７となり、感湿膜１０９が感湿膜９となる。切断は、レーザ光の照射等により行うことができる。切断をより簡便に行うためには、切断線Ｌの位置における絶縁基板１０１の裏面に予め溝を形成しておくことが好ましい。なお、切断は、２本の切断線Ｌに沿って同時に絶縁基板１０１を切断してもよいし、１本の切断線Ｌに沿って絶縁基板１０１を切断した後、もう一方の切断線Ｌに沿って絶縁基板１０１を切断するようにしてもよい。

以上の工程を経ることにより、湿度センサ素子１００が得られる。

一般に、湿度センサ素子では、感湿膜のうち、一対の電極間のギャップ上に位置する部分における感湿膜の抵抗変化が検出される。したがって、このギャップ上に位置する感湿膜の膜厚のバラツキが大きいと、湿度センサ素子の初期出力のバラツキも大きくなるおそれがある。

しかしながら、上記湿度センサ素子１００の製造方法によれば、ギャップ１７上に、盛り上がり部１０９ａに比べて膜厚にバラツキが生じ難い非盛り上がり部１０９ｃを形成し、その外側に隣接して盛り上がり部１０９ａを形成するように感湿膜１０９を形成する。このため、目的の初期出力を有する湿度センサ素子１００、すなわち良好な出力特性を有する湿度センサ素子１００が得られる。言い換えると、得られる湿度センサ素子１００の初期出力のバラツキを低減できる。

また、上記製造方法によれば、感湿膜形成工程において、感湿膜形成溶液の塗布量を変えても良好な出力特性を有する湿度センサ素子１００が得られる。この要因としては、感湿膜形成溶液の塗布量を変えると、主として盛り上がり部９ａ，９ｂの膜厚が変化し、非盛り上がり部９ｃの膜厚はほとんど変化しないことが挙げられる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、上記湿度センサ素子１００において、仕切り部５ａ，５ｂを設けないとしてもよい。また、湿度センサ素子１００が、仕切り部５ａ，５ｂのいずれか一方を有するとしてもよい。いずれの場合であっても、感湿膜は、非盛り上がり部と、その外側に隣接して設けられた盛り上がり部とを有する。このような盛り上がり部は、感湿膜の縁部に形成される。

また、上記湿度センサ素子１００において、下地膜７を設けないとしてもよい。さらに、上記湿度センサ素子１００では櫛形電極３を用いたが、電極の形状は櫛形に限られない。

また、上記湿度センサ素子１００の製造方法において、仕切り部形成工程、水処理工程及び下地膜形成工程のうち１つ以上の工程を省略するとしてもよい。

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
まず、以下の手順を経て感湿膜形成溶液を調製した（特開２００３−２６２６００号公報参照）。

Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルジアミノ−１，１２−ドデカン６．３０ｇ（３６．６ｍｍｏｌ）と１，１２−ジクロロドデカン９．６２ｇ（４０．２ｍｍｏｌ）を、２３ｇのメタノール中で１１０℃４８時間反応させ、アセトンによる再沈殿で６．０４ｇの白色沈殿を得た。続いて、白色沈殿５．０７ｇとジメチルアミノプロピルメタクリルアミド２．９８ｇをメタノール中９０℃で２４時間反応させ、アセトン中の逆再沈操作により淡黄色沈殿を２．４７ｇ得た。

この淡黄色沈殿の構成材料の５（質量百分率）エチルセロソルブ溶液を１０ｍｌ作成し、重合開始剤として０．２％（質量百分率）のＫＡＹＡＣＵＲＥ ＡＢＱ（商品名；日本化薬社製）を添加し、感湿膜形成溶液とした。この感湿膜形成溶液は、４℃で保管された。

一方、５ｍｍ×８ｍｍの矩形形状を呈する絶縁基板の一面上に、幅１５０μｍの一対の櫛形電極及び電極パッドを形成した。絶縁基板としては、多孔性セラミック基板（商品名：ＡＬ１００Ｅ０６ＰＬ、ニッコー社製）を用いた。櫛形電極としては、ＲｕＯ_２及びガラスフリットを含む抵抗ペースト（商品名：ｅｘ−１１、田中貴金属社製）を絶縁基板の一面上にスクリーン印刷によりパターニングした後、高温焼結したものを用いた。この櫛形電極は、絶縁基板の一面上におけるエッジから５００μｍ離れた位置に形成された。電極パッドとしては、導体ペースト（商品名：ＬＦ−１００、デュポン社製）を絶縁基板の一面上にスクリーン印刷によりパターニングした後、高温焼結したものを用いた。

続いて、半田を用いて電極パッドにリード線を取り付けた。続いて、半田フラックスを除去するために、１００ｍｌのイソプロピルアルコール中に超音波をかけながら１０分間にわたって絶縁基板を浸漬させて洗浄した後、放置して乾燥させた。

次に、日本レーザ電子製のＵＶオゾンクリーナーＮＬ−ＵＶ２５２を用いて、４．５Ｗ×２の条件で１０分間、絶縁基板の一面に対してＵＶオゾン処理を行った。

他方、環状仕切り部を形成するために、環状仕切り部形成用溶液を調整した。環状仕切り部形成用溶液は、ポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロンＡＦ、三井・デュポンフロロケミカル社製）とフッ素系不活性液体（商品名：フロリナートＦＣ−７５、住友スリーエム社製）とで構成した。

そして、ディスペンサ法を用いて、一対の櫛形電極間に形成されたギャップを取り囲むようにポリテトラフルオロエチレンを含む環状仕切り部形成溶液を絶縁基板上に塗布した後、乾燥させた。このようにして、ポリテトラフルオロエチレンからなる幅２５０μｍの環状仕切り部を形成した。このとき、ギャップが環状仕切り部の内側に配置され、電極パッドが環状仕切り部の外側に配置されるようにした。

こうして、絶縁基板上に電極パッド及び櫛形電極が形成された構造体を得た。続いて、この構造体を、超音波をかけながら１０分間にわたって蒸留水中に浸漬させた後、自然乾燥させた。

続いて、シランカップリング剤として３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学製ＫＢＭ−５０３）を使用し、その１％（質量百分率）酢酸水溶液で絶縁基板を処理して乾燥させた後、１２０℃で２０分間にわたって放置し、絶縁基板の表面にアクリロイル基を導入するようにした。こうして、シランカップリング剤を塗膜化して下地膜を形成した。

続いて、ディスペンサ法を用いて、各ギャップ上に上記感湿膜形成溶液をそれぞれ滴下した後、２５℃で１５分間にわたって乾燥させることにより、感湿膜形成溶液を塗膜化した。このとき、感湿膜形成溶液の滴下量を２．５μｌとした。

次に、窒素雰囲気中で塗膜に１分間にわたって紫外線を照射して重合させることにより、環状仕切り部の内側に膜厚５μｍの感湿膜を形成した。この際、紫外線照射量を１０００ｍＪ／ｃｍ^２とした。

そして、各ギャップを分離するように絶縁基板を切断して、図１及び図２に示されるような湿度センサ素子を得た。この湿度センサ素子について、次のようにして盛り上がり部を確認した。

すなわち、本実施例の湿度センサ素子について、レーザーフォーカス変位計ＬＴ−８０１０−ＣＯＭ２を用いて、絶縁基板の一面からの変位量（高さ）を測定した。その結果を図５に示す。図５は、横軸を絶縁基板の一面に沿ったエッジからの距離（μｍ）、縦軸を絶縁基板の一面に垂直な方向の変位量（μｍ）とした場合のグラフである。図５において、チャートＬ１は感湿膜が設けられていない状態（リファレンス）を示し、チャートＬ２は感湿膜が設けられている状態を示す。すなわち、チャートＬ１は、絶縁基板の一面及び櫛形電極の表面のプロファイルを描いたものであり、チャートＬ２は、絶縁基板の一面及び櫛形電極の表面上に感湿膜を形成した場合の感湿膜表面のプロファイルを描いたものである。これらのチャートＬ１，Ｌ２の差分を取ると、絶縁基板のエッジから５００〜６００μｍ程度離れた場所に、感湿膜の盛り上がり部Ｐ１が確認された。一方、盛り上がり部Ｐ１に最も近いギャップＲ１までの距離はおよそ８００μｍであった。このことから、図５に示されるように、ギャップＲ１上には盛り上がり部Ｐ１が形成されていないことが確認された。

なお、本実施例の湿度センサ素子については、図２における最短距離Ｄ４は１５０μｍ、最短距離Ｄ５が１５０μｍであった。

（実施例２）
最短距離Ｄ４が２００μｍ、最短距離Ｄ５が２００μｍとなるように仕切り部及び櫛形電極を配置したこと以外は実施例１と同様にして湿度センサ素子を得た。

この湿度センサ素子の盛り上がり部の位置を実施例１と同様にして確認した。その結果、実施例１と同様、ギャップＲ１上には盛り上がり部Ｐ１が形成されていないことが確認された。

（比較例１）
最短距離Ｄ４が１００μｍ、最短距離Ｄ５が１００μｍとなるように仕切り部及び櫛形電極を配置したこと以外は実施例１と同様にして湿度センサ素子を得た。

この湿度センサ素子の盛り上がり部の位置を実施例１と同様にして確認した。その結果、ギャップＲ１上に盛り上がり部Ｐ１が形成されていることが確認された。

（比較例２）
最短距離Ｄ４が１２０μｍ、最短距離Ｄ５が１２０μｍとなるように仕切り部及び櫛形電極を配置したこと以外は実施例１と同様にして湿度センサ素子を得た。

この湿度センサ素子の盛り上がり部の位置を実施例１と同様にして確認した。その結果、ギャップＲ１上に盛り上がり部Ｐ１が形成されていることが確認された。

（比較例３）
最短距離Ｄ４が８０μｍ、最短距離Ｄ５が１５０μｍとなるように仕切り部及び櫛形電極を配置したこと以外は実施例１と同様にして湿度センサ素子を得た。

この湿度センサ素子の盛り上がり部の位置を、実施例１と同様にして確認した。その結果、ギャップＲ１上に盛り上がり部Ｐ１が形成されていることが確認された。

（実施例３〜１８）
感湿膜溶液の滴下量、最短距離Ｄ４及び最短距離Ｄ５を表１及び表２に示される値としたこと以外は実施例１と同様にして湿度センサ素子を得た。これらの湿度センサ素子の盛り上がり部の位置を実施例１と同様にして確認した。その結果、実施例１と同様、ギャップＲ１上には盛り上がり部Ｐ１が形成されていないことが確認された。

（比較例４〜２７）
感湿膜溶液の滴下量、最短距離Ｄ４及び最短距離Ｄ５を表１及び表２に示される値としたこと以外は実施例１と同様にして湿度センサ素子を得た。これらの湿度センサ素子の盛り上がり部の位置を、実施例１と同様にして確認した。その結果、ギャップＲ１上に盛り上がり部Ｐ１が形成されていることが確認された。

（出力特性評価）
上記実施例１〜１８及び比較例１〜２７の湿度センサ素子について耐水性試験を行い、これらの出力特性を評価した。

耐水性試験は、以下の手順で行われた。すなわち、まず、湿度変化を周波数変化に変換する湿度−周波数変換回路（特開平３−２８７５１号公報参照）に湿度センサ素子を組み込んだ後、分流式湿度発生装置モデルＳＲＨ−１（商品名、神栄株式会社製）を使用して、湿度センサ素子の出力電圧を測定した。

まず、２５℃、５％ＲＨの相対湿度下に湿度センサ素子を３０分間放置して出力電圧を測定した。その後、相対湿度を９５％ＲＨまで上昇させた。このとき、１０％ＲＨ、２０％ＲＨ、３０％ＲＨ、４０％ＲＨ、５０％ＲＨ、６０％ＲＨ、７０％ＲＨ、８０％ＲＨ、９０％ＲＨ、９５％ＲＨの各湿度条件において、湿度センサ素子を３０分間放置してそれぞれ出力電圧を測定した。

次に、相対湿度を５％ＲＨまで下降させた。このとき、９０％ＲＨ、８０％ＲＨ、７０％ＲＨ、６０％ＲＨ、５０％ＲＨ、４０％ＲＨ、３０％ＲＨ、２０％ＲＨ、１０％ＲＨ、５％ＲＨの各湿度条件において、湿度センサ素子を３０分間放置してそれぞれ出力電圧を測定した。

そして、上昇過程での各湿度条件における出力電圧値と、下降過程での各湿度条件における出力電圧値との平均値を、当該湿度条件における出力電圧値とした。さらに、この出力電圧値から湿度センサ素子が表示する出力湿度を算出した。

図６は、設定湿度に対する実施例１の湿度センサ素子の出力湿度を示すグラフである。このグラフから、５〜９５％ＲＨの範囲内において実施例１の湿度センサ素子が良好な出力特性を有していることが確認された。同様に、実施例２〜１８及び比較例１〜２７の湿度センサ素子についても出力特性の評価を行ったところ、実施例２〜１８の湿度センサ素子は、実施例１の湿度センサ素子と同様、比較例１〜２７の湿度センサ素子に比べて、より良好な出力特性を有していることが分かった。

（初期出力のバラツキ評価）
実施例１〜１８及び比較例１〜２７の湿度センサ素子を、それぞれ８０個ずつ作製した。続いて、各々の湿度センサ素子について、設定湿度５０％ＲＨにおける初期出力（作製直後の出力湿度）を測定した。

表１及び表２に示されるように、滴下量が同一の場合を比較すると、実施例１〜１８における湿度センサ素子の歩留まりは、比較例１〜２７における湿度センサ素子の歩留まりよりも高かった。これは、実施例の湿度センサ素子では、比較例の湿度センサ素子に比べて初期出力のバラツキが小さいことに起因している。例えば、実施例１，２の湿度センサ素子では初期出力のバラツキが小さいので、出力湿度が４９〜５１％ＲＨの湿度センサ素子が９８．８％の歩留まりで得られた。これに対して、比較例１〜３の湿度センサ素子では９２．５〜９５％の歩留まりしか得られなかった。

以上の結果から、本発明による湿度センサ素子の製造方法によれば、湿度センサ素子の初期出力のバラツキを低減できることが確認された。また、本発明による湿度センサ素子によれば、より良好な出力特性が得られることが確認された。

本発明の好適実施形態に係る湿度センサ素子を模式的に示す平面図である。 図１のII−II線に沿った概略断面図である。 図３(Ａ)〜図３(Ｃ)は、それぞれ湿度センサ素子の製造工程を示す概略図である。 図４(Ａ)及び図４(Ｂ)は、それぞれ湿度センサ素子の製造工程を示す概略図である。 横軸を絶縁基板の一面に沿ったエッジからの距離（μｍ）、縦軸を絶縁基板の一面に垂直な方向の変位量（μｍ）とした場合のグラフである。 設定湿度に対する実施例１の湿度センサ素子の出力湿度を示すグラフである。

符号の説明

１…絶縁基板、１ａ…絶縁基板一面、３…一対の電極、９…感湿膜、１００…湿度センサ素子、１７…一対の電極間のギャップ、９ｃ…非盛り上がり部、９ａ，９ｂ…盛り上がり部、Ｄ１…非盛り上がり部の膜厚、９ｄ，９ｅ…盛り上がり部の稜線、９ｆ，９ｇ…投影稜線。

Claims (4)

1. 絶縁基板の一面上に、互いに対向するように形成された一対の電極上に感湿膜を形成する感湿膜形成工程を含む湿度センサ素子の製造方法であって、
   前記感湿膜形成工程において、前記一対の電極間のギャップ上に非盛り上がり部が形成され、前記非盛り上がり部の外側に前記非盛り上がり部に隣接して盛り上がり部が形成されるように前記感湿膜を形成することを特徴とする湿度センサ素子の製造方法。
2. 絶縁基板の一面上に、互いに対向するように設けられた一対の電極と、前記一対の電極上に設けられた感湿膜とを備える湿度センサ素子であって、
   前記感湿膜が、前記一対の電極間のギャップ上に設けられる非盛り上がり部と、前記非盛り上がり部の外側に前記非盛り上がり部に隣接して設けられる盛り上がり部と、を有することを特徴とする湿度センサ素子。
3. 前記非盛り上がり部の膜厚が均一であることを特徴とする請求項２に記載の湿度センサ素子。
4. 前記盛り上がり部の稜線の前記一面への投影稜線から前記一対の電極間のギャップまでの最短距離が５０μｍ以上であることを特徴とする請求項２又は３に記載の湿度センサ素子。

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