JPH0266966A

JPH0266966A - 集積化感応素子

Info

Publication number: JPH0266966A
Application number: JP21804888A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nishiwaki; 智西脇; Koji Murakami; 浩二村上; Yukinobu Takahashi; 幸伸高橋; Hiroshi Miyazaki; 浩宮崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1988-08-31
Publication date: 1990-03-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、集積化感応素子に係り、例えばエアコン等空
調機の制御に際して用いられる湿度センサ等の集積化感
応素子に関する。

（従来の技術）湿度センサとしては、多種多様のものが提案されている
が、その代表的なものは、次に示すように、１、多孔質セラミックへの水分の吸着による導電率の変
化を利用したもの。

２、高分子への水分子の吸着による導電率または誘電率
の変化を利用したもの。

３、電解質のイオン電導率の変化を利用したもの。

４、熱伝導率の変化を利用したもの。

等である。

このような湿度センサを、エアコン等空調機の制御に用
いる場合、湿度センサがらの電気信号を処理する処理回
路等の周辺回路が必要であり、大形化するという問題が
あった。そこで、これを集積化することによって、より
コンパクトで使いやすいセンサを得ることができるため
、集積化を１指しているいろな工夫がなされている。

その１つに、例えば、第５図（ａ）および第５図（ｂ）
に示すようにシリコン基板１上にＦＥＴ２を形成すると
共に、この上層に下部電極３と上部電極４とによって湿
度によって誘電率の変化する高分子膜からなる感湿膜５
を挾持してなる感湿部６を形成してなるＦＥＴ型センサ
構造をなすものがある。この構造によれば、より高密度
のＩＣへの発展が考えられ、また、感湿部の形成もすべ
て半導体製造工程で行うことができるという長所を有し
ている。ここで、第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＡ−Ａ
断面図である。

しかしながら、この構造では、シリコン基板自体を外雰
囲気、特に湿度にさらすことになり、高湿度の雰囲気中
での使用に際しては、回路部の動作特性の劣化を生じや
すいという問題があった。

また、第６図に示すように、基板１１上に、多孔質セラ
ミックへの水分の吸着による導電率の変化を検出するセ
ラミックセンサ１２と、周辺回路１３とをそれぞれプラ
スチックパッケージに入れ、ユニット化したものもある
。この構造では、全てパッケージングされているため、
前記ＦＥＴ型センサのような欠点はない。しかし、全て
パッケージングされているため、１つ１つの部品が大き
くなり、実装面積が大きくなること、部品の装着点数が
多いことなどの欠点があった。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように、従来の集積化感応素子では、ＦＥＴ
型センナのように感応部も周辺回路部も同一チップ内に
作り込んだ構造のセンサでは、感応部を外雰囲気にさら
さねばならないため、周辺回路部も外雰囲気にさらされ
ることになり、湿度などの外雰囲気の影響による周辺回
路の動作特性の劣化を免かれることはできず、信頼性が
悪いという問題があった。

また、セラミックセンサのようにユニット化したもので
は、装置が大形化してしまい、またコストの高騰を免れ
ることができないという問題があった。

このように、従来の集積化感応素子では、それぞれに問
題があり、小形で信頼性の高いものを得ることは出来な
かった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、小形で信
頼性の高い集積化感応素子を提供することを目的とする
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）そこで本発明の集積化感応素子では、回路部をプラスチ
ックパッケージで被覆し、その上に感応部を形成するよ
うにしている。

（作用）上記構成によれば、回路部はプラスチックパッケージに
より外部雰囲気に直接さらされることなく保護される一
方、感応部はこのプラスチックパッケージの上に形成さ
れているため、コンパクトで部品点数が少なく、信頼性
の高い集積化感応素子を提供することができる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

この湿度センサは、第１図に斜視図、第２図に等価回路
（破線で囲まれた部分）を示すように、周辺回路を構成
する集積回路（ＩＣ）チップをプラスチックパッケージ
Ｐでモールドしてなる回路部１００と、このプラスチッ
クパッケージの上面に設置される感湿部２００とから構
成されており、この感湿部２００は、該プラスチックパ
ッケージＰを把持するように形成された爪部２０１によ
って、回路部１００に固着され、さらに２つの電極２０
２および２０３が、回路部ＩＣのピン１０２および１０
３にそれぞれ接続されて感湿部と回路部との電気的接続
が達成されるようになっている。

第２図にこの湿度センサの等価回路を示すように、感湿
部２００は、第１および第２の電極２０２．２０３と、
これらによって挾持されたポリイミド感湿膜２０４とに
よってコンデンサＣ８を構成してなり、回路部１００の
プラスチックパッケージ上に設置されている。一方、回
路部１００は、シリコン基板内に第１および第２のトラ
ンジスタＴＩ、Ｔ２を集積化してなるＩＣチップをプラ
スチックパッケージ内に収納してなるもので、感湿部の
第１の電極２０２及び第２の電極２０３にそれぞれ端子
ピンを介してソース１０２およびドレイン１０３が接続
された第１のトランジスタＴ１と、この第２の電極２０
３にゲート１０４が接続され、ドレイン１０５を抵抗Ｒ
Ｄを介して高電位ＶＤＤに接続してなる第２のトランジ
スタＴ２とから構成されている。

この感湿部２００は、爪部２０１と一体成形されたセラ
ミック基板２０５上に第１の電極２０２、ポリイミド感
湿膜２０４、第２の電極２０３が順次積層されてなり、
これら第１および第２の電極２０２．２０３は、回路部
ＩＣの第１のトランジスタＴ１のソース１０２およびド
レイン１０３端子を構成する端子ピンに面接触するよう
に設置される接続電極２０７，２０８によって接続され
ている。

したがって、第２のトランジスタＴ２のドレイン１０５
には、直流電圧源ＶＳで決定される動作点に応じて電流
が流れるが、コンデンサＣ８に交流電圧源Ｏ８Ｃより交
流電圧を入力しておくと、雰囲気の湿度に応じてコンデ
ンサＣ８のインピーダンスが変化し、第２のトランジス
タＴ２のドレイン１０５で得られる交流８力が変化する
ことになる。

次に、この感湿部の製造工程について説明する。

先ず、第３図（ａ）に示すように、爪部２０１が一体成
形されたセラミック基板２０５の表面に、スパッタリン
グ法により、チタン−金（Ｔｉ−ＡＵ）薄膜パターンか
らなる第１の電極２０２と、第２の電極取り出し部用の
パターン２０３ａとを形成する。これは、後続工程で形
成される第２の電極とセラミック基板との接着性を高め
るためのパターンである。

次いで、第３図（ｂ）に示すように、スピンコード法に
より、ポリイミド薄膜を塗布し、フォトエリソ法により
パターニングした後、ボストベークを経てのポリイミド
感湿膜パターン２０４を形成する。

そして、第３図（ｃ）に示すように、この上層に、膜厚
１０００Å以下の例えば金等の膜からなる第２の電極２
０３をスパッタリング法により形成する。この第２の電
極は、ポリイミド感湿膜２０４が外界囲気にさらされる
必要があるため、通気性のよい材料で構成する必要があ
る。

そして最後に、第３図（ｄ）に示すように、Ｌ字状に成
型されたアルミニウム板からなる接続電極２０７，２０
８をハンダ付けによって形成する。

このようにして、形成された感湿部２００を第１図に示
したように、回路部１００のプラスチックパッケージの
上面にこの感湿部２００を載置し、爪部２０１によって
このプラスチックパッケージを把持すると共に、接続電
極２０７．２０８がそれぞれ回路部の第１のトランジス
タＴ１のソース１０２およびドレイン１０３端子を構成
する端子ピンに面接触するように固着し、湿度センサが
完成する。

このようにして、形成された湿度センサでは、回路部は
プラスチックパッケージにより外部雰囲気に直接さらさ
れることなく保護されており、超寿命を維持し信頼性の
高いものとなる。

一方、感応部はこのプラスチックパッケージの上に形成
されているため、コンパクトで部品点数が少なく、信頼
性の高い集積化感応素子を提供することができる。

なお、前記実施例では、爪部２０１が一体成形されたセ
ラミック基板２０５を用い、この爪部によって回路部と
感湿部との接続を行うようにしたが、第４図に示すよう
に、接続電極の先端に回路部ＩＣの端子ピンのサイズに
相当する溝部３００を形成し、この溝内に端子ピンを嵌
合することによって回路部と感湿部との電気的接続と機
械的接続とを同時に行うようにしてもよい。

また、最後に、この接続電極および電極とりだし部を絶
縁性樹脂で被覆するようにすれば、感湿部の両端がトラ
ンジスタに接続され、高抵抗構造で電源に接続されるこ
とになり、またこれらの接続点は被覆されているため、
インピーダンスの高いラインをセンサ外部に引き回すこ
となく、またこれらの接続点は被覆されているため、こ
のラインからのノイズおよびリークを大幅に低減できる
。

さらに、本実施例では湿度センサについて説明したが、
他のセンサにも適用可能であることばもちろんである。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の集積化感応素子によ
れば、回路部をプラスチックパッケージで被覆し、その
上に感応部を形成するようにしているため、コンパクト
で、信頼性の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の湿度センサの斜視図、第２図は
、同湿度センサの等価回路図、第３図（ａ）乃至第３図
（ｄ）は、同湿度センサの感湿部の製造工程図、第４図
は本発明の他の実施例の湿度センサの斜視図、第５図お
よび第６図はそれぞれ従来例の湿度センサの実装図であ
る。１・・・シリコン基板、２・・・ＦＥＴ、３・・・下部
電極、４・・・上部電極、５・・・感湿膜、５・・・感
湿部、１１・・・基板、１２・・・セラミックセンサ、
１３・・・周辺回路、Ｐ・・・プラスチックパッケージ
、１００・・・回路部、２００・・・感湿部、１０１・
・・１０２・・・ソース、１０３・・・ドレイン、１０
４・・・ゲート、１０５・・・ドレイン、２０１・・・
爪部、２０２・・・第１の電極、２０３・・・第２の電
極、２０４・・・ポリイミド感湿膜、２０５・・・セラ
ミック基板、２０７，２０８・・・接続電極。

Claims

【特許請求の範囲】外的環境に応じて変化する電気的特性の変化を検出する
感応素子において、容器の外面に配設され外的環境に応じて電気的特性が変
化するように構成された感応部と、該容器内に収納され
、該感応部に電気的に接続され、感応部からの信号を処
理する処理回路を有する集積回路チップと、を具備したことを特徴とする集積化感応素子。