JP4450598B2 - 湿度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、湿度センサ及びその製造方法に関するものである。

特開２００３−４６８５には、絶縁基板の表面上に一対の電極が設けられ、一対の電極に跨るように感湿膜が形成された湿度センサが示されている。従来、この種の湿度センサを製造する場合には、まず、感湿ポリマと溶媒との混合物からなる感湿液を一対の電極に跨るように絶縁基板の表面上に塗布し、この感湿液を乾燥して感湿膜を形成している。また、特開２００３−４２９９０には、いわゆる表面実装型の湿度センサが示されている。この湿度センサは、絶縁基板上に一対の電極に対応する二つの接続用電極を一対の電極が設けられた絶縁基板の表面上に設け、二つの接続用電極を回路基板に直接半田付けすることを可能にしている。
特開２００３−４６８５ 特開２００３−４２９９０

各種の電子部品と同様に、湿度センサでも小型化を図ることが課題となっている。一般的な小型化の技術手法に従えば、表面実装化を図り、絶縁基板の寸法を小さくした上で、絶縁基板の表面上に設ける一対の電極の形状寸法を小さくすることが考えられる。その場合、一対の電極が相互に対向する複数の櫛歯形状によって形成される場合には、櫛歯の本数を減らすことも考えられる。しかしながら、このように単純に一対の電極の形状寸法を小さくして櫛歯の本数を少なくすると、有効な電極の対向面積が小さくなり、インピーダンスが大きくなるため、回路処理が難しくなるという問題が生じる。また、これを解決するために、電極の対向間隔を短くすると、電極が対向している有効長さが短くなり、電極寸法の誤差により生じるインピーダンスのばらつきが大きくなってしまう。そのため、従来の技術だけでは、湿度センサの小型化を図ることができなかった。

本発明の目的は、インピーダンスを増大させることなく、小型化を図ることができる湿度センサ及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、インピーダンスを増大させることなく、小型化を図ることができる表面実装型の湿度センサ及びその製造方法を提供することにある。

本発明が改良の対象とする湿度センサでは、絶縁基板の表面上に一対の電極が設けられ、この一対の電極に跨るように表面上に塗布された感湿液が乾燥されて感湿膜が形成されている。本発明では、感湿膜が形成される絶縁基板の表面の領域を囲んで感湿液の流出を阻止する環状の枠部を設ける。一対の電極の長さが短くなっても、感湿膜の厚み寸法を大きくすれば、感湿膜の抵抗値が低くなるため、インピーダンスの増大を抑えることができる。しかしながら、従来のいわゆるディップ式で感湿液を絶縁基板に塗布する場合には、感湿液が流れ出し感湿膜の厚み寸法を大きくすることに限界があった。そこで、本発明のように、感湿膜が形成される表面の領域を囲んで感湿液の流出を阻止する環状の枠部を設ければ、感湿液を枠部内に留めた状態で感湿液を乾燥して感湿膜が形成されるため、感湿膜の厚み寸法を必要十分な寸法まで厚くすることができる。そのため、本発明によれば、インピーダンスを増大させることなく、一対の電極の長さを短くして湿度センサの小型化を図ることができる。

絶縁基板及び枠部は、例えば、セラミックス、耐熱樹脂等の同質の材料によって形成し、枠部は絶縁基板の表面に接着剤等を用いて接合することができる。このようにすれば、絶縁基板上の面積を最大限利用して一対の電極を含む配線パターンを形成することができる。特に同質の材料により絶縁基板及び枠部を形成すると、接合強度を高めることができ、製品の信頼性を高めることができる。

また、枠部は、絶縁基板の表面上に例えば、ガラスや樹脂等の絶縁性ペーストを印刷して形成することもできる。このようにすれば、枠部を印刷により同時に大量に形成することができ、湿度センサの生産コストを下げることができる。

絶縁基板の端面または裏面には、一対の電極に対応して少なくとも二つの接続用電極を設け、一対の電極と少なくとも二つの接続用電極とをそれぞれ、枠部と絶縁基板の表面との間を延びる接続用導電パターンによって電気的に接続することができる。このようにすれば、回路基板に二つの接続用電極を直接半田付けできる表面実装型の湿度センサを得ることができる。そのため、更に湿度センサの小型化を図ることができる。また、このような構成にすると、リード端子等の別部品を用いないため、湿度センサの部品点数を減らすことができる。特に二つの接続用電極は、絶縁基板の端面または裏面に設けられており、しかも、一対の電極及び感湿膜は、枠部に囲まれているので、半田付けの際に感湿膜に半田が付着するのを防ぐことができる。

絶縁基板の裏面に二つの接続用電極を設ける場合は、接続用導電パターンと、絶縁基板を貫通するスルーホールに形成されたスルーホール導電部とによって電気的に接続することができる。

本発明の湿度センサの製造方法は、絶縁基板の表面上に設けられた一対の電極に跨るように表面上に感湿液を塗り、感湿液を乾燥して感湿膜を形成することにより湿度センサを製造する方法を改良の対象にする。そして、感湿膜が形成される表面の領域を囲んで感湿液の流出を阻止する環状の枠部を設ける。次に、枠部内に所定量の感湿液を注入し、枠部内に注入した感湿液を乾燥して感湿膜を形成する。このようにすれば、環状の枠部により、感湿液を枠部内に留めた状態で感湿液を乾燥するため、感湿膜の厚み寸法を大きくできる。この場合、絶縁基板の端面または裏面に、一対の電極に対応して少なくとも二つの接続用電極を設け、一対の電極と少なくとも二つの接続用電極とをそれぞれ電気的に接続する接続用導電パターンを絶縁基板上に形成し、その後に枠部を絶縁基板の表面上に接着剤を用いて接合すればよい。

本発明によれば、インピーダンスを増大させることなく、湿度センサの小型化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態の湿度センサの分解斜視図である。図１に示すように、本例の湿度センサは、湿度センサ本体１とカバー部材３とから構成されている。湿度センサ本体１は、絶縁基板５と枠部７とを有している。絶縁基板５は、図２及び図３に示すように、ほぼ矩形のセラミック板により形成されている。絶縁基板５の表面５ａ上には、該表面５ａの対向する縁部に沿ってそれぞれ延びる一対の導電部９，９と、一対の導電部９，９からそれぞれ相手側の導電部に向かって３本ずつ突出する櫛歯状の細長い電極１１…とが形成されている。一対の導電部９，９の一方の導電部９から突出する３本の電極１１…と他方の導電部９から突出する３本の電極１１…とは、５０〜３００μｍの間隔を隔てて相互に対向している。導電部９及び電極１１は、Ａｕ等からなる低抵抗ペーストをスクリーン印刷することにより形成されている。対向する３本の電極１１…と３本の電極１１…とに跨るように絶縁基板５上には、後述する感湿膜１３が形成されている。

図３に示すように、絶縁基板５の裏面５ｂの隣接する２つの角部近傍には、ほぼ矩形の接続用電極１５，１５が形成されている。接続用電極１５，１５は、回路基板に直接半田付けできる寸法及び形状を有している。これにより、本例の湿度センサは、表面実装型湿度センサとして用いることができる。接続用電極１５，１５は、絶縁基板５を貫通するスルーホール５ｃの内周面に形成されたスルーホール導電部１７，１７を介して絶縁基板５の表面５ａに形成された導電部９，９に電気的に接続されている。接続用電極１５も導電部９及び電極１１と同様にＡｕ等からなる低抵抗ペーストをスクリーン印刷することにより形成されている。スルーホール導電部１７は、導電ペーストの充填またはめっきにより形成することができる。本例では、導電部９及びスルーホール導電部１７により、対向する３本の電極１１…及び３本の電極１１…と２つの接続用電極１５，１５とをそれぞれ電気的に接続する接続用導電パターンが形成されている。なお、本例では、スルーホール導電部１７，１７を用いて電気的接続を行ったが、絶縁基板５の端面に印刷により導電部を形成して電気的接続を行っても構わない。

枠部７は、絶縁基板５の縁部に沿ったほぼ矩形の環状を呈しており、絶縁基板５と同質の材料（セラミックス）によって形成されている。そして、封着ガラスからなる接着剤を用いて絶縁基板５の表面５ａの縁部に枠部７は接合されている。図２において、枠部７は破線の外側に配置される。このように、枠部７は導電部９，９を覆うように配置されている。枠部７と絶縁基板５の表面５ａとに囲まれた領域には、感湿液を乾燥して形成した感湿膜１３が形成されている。なお、図１では、感湿膜１３を透明に描いている。この枠部７は感湿膜１３が形成される表面５ａの領域を囲んで感湿膜１３を形成する感湿液の流出を阻止する役割を果たしている。本例では、枠部７の高さ寸法ｈは、０．３ｍｍであり、感湿膜１３の厚み寸法は０．１ｍｍであった。

湿度センサ本体１を覆うカバー部材３は、透湿性を有し且つ水滴等の通過を防止するメッシュ材料で形成されており、枠部７の上面に接着剤で接合されている。本例では、ＰＴＦＥでカバー部材３を形成した。

次に本例の湿度センサの製造方法について説明する。まず、絶縁基板５の表面５ａに一対の導電部９，９と対向する３本の電極１１…と３本の電極１１…とをスクリーン印刷する。また、絶縁基板５の裏面５ｂに接続用電極１５，１５をスクリーン印刷し、絶縁基板５を貫通するスルーホール５ｃ，５ｃに導電ペーストの充填またはめっきによりスルーホール導電部１７，１７を形成する。なお、多数個取りの基板材料に各電極または導電部をまとめてスクリーン印刷してから、基板材料を分割しても構わない。次に、枠部７を絶縁基板５の表面５ａ上に接着剤を用いて接合する。そして、8,8アイオネンクロライドからなる感湿ポリマと溶媒液との混合物からなる感湿液を用意する。次に、枠部７内に所定量の感湿液を注入してから、枠部７内に注入した感湿液を常温、常湿で４０分間乾燥して感湿膜１３を形成した。そして、カバー部材３を枠部７の上面に接合して湿度センサを完成した。

本例の湿度センサでは、感湿膜１３が形成される表面５ａの領域を囲んで感湿液の流出を阻止する環状の枠部７を設けることにより、感湿液を枠部７内に留めた状態で感湿液を乾燥することができる。そのため、感湿膜１３の厚み寸法を大きくすることができる。その結果、インピーダンスを増大させることなく、櫛歯状の電極の本数を３本と少なくして（一対の電極の寸法を小さくして）湿度センサの小型化を図ることができる。

なお、本例では、枠部７を絶縁基板５の表面５ａに接着剤を用いて接合したが、絶縁基板の表面５ａ上にガラスや樹脂等の絶縁性ペーストを印刷することにより枠部を形成しても構わない。

本発明の実施の形態の湿度センサの分解斜視図である。 図１に示す湿度センサに用いる絶縁基板の平面図である。 図１に示す湿度センサに用いる絶縁基板の裏面図である。

符号の説明

１ 湿度センサ本体
３ カバー部材
５ 絶縁基板
７ 枠部
１１ 電極
１３ 感湿膜

Claims (4)

1. 絶縁基板の表面上に一対の電極が設けられ、前記一対の電極に跨るように前記表面上に塗布された感湿液が乾燥されて感湿膜が形成されてなる湿度センサにおいて、
   前記感湿膜が形成される前記表面の領域を囲んで前記感湿液の流出を阻止する環状の枠部が設けられており、
   前記絶縁基板及び前記枠部が同質の材料によって形成され、前記枠部は前記絶縁基板の前記表面に接合されていることを特徴とする湿度センサ。
2. 前記絶縁基板の端面または裏面には、前記一対の電極に対応して少なくとも二つの接続用電極が設けられ、
   前記一対の電極と前記少なくとも二つの接続用電極とがそれぞれ、前記枠部と前記絶縁基板の前記表面との間を延びる接続用導電パターンによって電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
3. 前記絶縁基板の裏面には、前記一対の電極に対応して少なくとも二つの接続用電極が設けられ、
   前記一対の電極と前記少なくとも二つの接続用電極とがそれぞれ、前記枠部と前記絶縁基板の前記表面との間を延びる接続用導電パターンと、前記絶縁基板を貫通するスルーホールに形成されたスルーホール導電部とによって電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の湿度センサ。
4. 絶縁基板の表面上に設けられた一対の電極に跨るように前記表面上に感湿液を塗り、前記感湿液を乾燥して感湿膜を形成することにより湿度センサを製造する方法であって、
   前記絶縁基板の端面または裏面に、前記一対の電極に対応して少なくとも二つの接続用電極を設け、
   前記一対の電極と前記少なくとも二つの接続用電極とをそれぞれ電気的に接続する接続用導電パターンを前記絶縁基板上に形成し、
   その後に、前記感湿膜が形成される前記表面の領域を囲んで前記感湿液の流出を阻止する環状の枠部を前記絶縁基板の前記表面上に接着剤を用いて接合し、
   前記枠部内に所定量の前記感湿液を注入し、
   前記枠部内に注入した前記感湿液を乾燥して前記感湿膜を形成することを特徴とする湿度センサの製造方法。

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