JPH0419553A - 静電容量式湿度センサ - Google Patents
静電容量式湿度センサInfo
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- JPH0419553A JPH0419553A JP26807190A JP26807190A JPH0419553A JP H0419553 A JPH0419553 A JP H0419553A JP 26807190 A JP26807190 A JP 26807190A JP 26807190 A JP26807190 A JP 26807190A JP H0419553 A JPH0419553 A JP H0419553A
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- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、静電容量式湿度センサに関する。更に詳しく
は、耐熱性などの耐環境性を改善せしめた静電容量式湿
度センサに関する。
は、耐熱性などの耐環境性を改善せしめた静電容量式湿
度センサに関する。
従来、高分子膜を感湿膜とする湿度センサには、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、
低温・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、高温・高湿度域での精度が悪いが、現在
用いられている湿度センサで、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である。
出型と容量検出型のものがある。抵抗検出型のものは、
低温・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、高温・高湿度域での精度が悪いが、現在
用いられている湿度センサで、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である。
この容量検出型のものは、一般に絶縁性基板上に形成さ
せた導電性電極の表面を高分子膜状体で被覆し、この高
分子感湿膜の上に透湿性上部電極を形成させ、これと導
電性電極よりなる下部電極とで高分子感湿膜を挟んだ構
造をとっている。そして、容量検出型湿度センサの働き
は、湿度によって感湿膜中の含水量が変化するのに伴う
誘電率の変化量が静電容量の変化量として検出されると
いう原理に基いている。
せた導電性電極の表面を高分子膜状体で被覆し、この高
分子感湿膜の上に透湿性上部電極を形成させ、これと導
電性電極よりなる下部電極とで高分子感湿膜を挟んだ構
造をとっている。そして、容量検出型湿度センサの働き
は、湿度によって感湿膜中の含水量が変化するのに伴う
誘電率の変化量が静電容量の変化量として検出されると
いう原理に基いている。
ところで容量検出型湿度センサの内、静電容量式の湿度
センサとしては、従来主として次の２種類のものが一般
に採用されている。
センサとしては、従来主として次の２種類のものが一般
に採用されている。
（１）図面の第３図（ａ）〜（ｃ）に示されるように、
絶縁性基板２１上にスパッタリング法または蒸着法およ
びフォトリソグラフ法を適用して端子部２２゜２２′を
有する一対の対向形状下部電極２３．２３’を形成させ
た後、感湿膜２４および蒸着膜よりなる上部電極２５を
順次重ねて形成させたもの （２）図面の第４図（ａ）〜（ｃ）に示されるように。
絶縁性基板２１上にスパッタリング法または蒸着法およ
びフォトリソグラフ法を適用して端子部２２゜２２′を
有する一対の対向形状下部電極２３．２３’を形成させ
た後、感湿膜２４および蒸着膜よりなる上部電極２５を
順次重ねて形成させたもの （２）図面の第４図（ａ）〜（ｃ）に示されるように。
絶縁性基板３１上に端子部３２を有し、電極部３３を大
きく設けた下部電極３４を形成させた後、電極部上に感
湿膜３５を重ねて形成させ、更に下部電極と対称的な形
状を有する上部電極３６（あるいはくし形影状の上部電
極）をその電極部３７が感湿膜上に位置し、端子部３８
が下部電極の端子部と対称位置になるように形成させた
もの これらの静電容量式湿度センサの感湿膜は、ＺｎＯ，Ｓ
ｎＯ□などの金属酸化物あるいは酢酸セルロースなどの
高分子物質などから形成されているが、このような材料
から形成された感湿膜は、耐熱性などの耐環境性に難点
がみられる。また、温度依存性もあるため、温度センサ
などを用いて湿度補償を行っている。
きく設けた下部電極３４を形成させた後、電極部上に感
湿膜３５を重ねて形成させ、更に下部電極と対称的な形
状を有する上部電極３６（あるいはくし形影状の上部電
極）をその電極部３７が感湿膜上に位置し、端子部３８
が下部電極の端子部と対称位置になるように形成させた
もの これらの静電容量式湿度センサの感湿膜は、ＺｎＯ，Ｓ
ｎＯ□などの金属酸化物あるいは酢酸セルロースなどの
高分子物質などから形成されているが、このような材料
から形成された感湿膜は、耐熱性などの耐環境性に難点
がみられる。また、温度依存性もあるため、温度センサ
などを用いて湿度補償を行っている。
本発明の目的は、絶縁性基板上に下部電極、感湿膜およ
び上部電極を順次形成せしめた静電容量式湿度センサに
おいて、それの耐環境性（寿命）および温度依存性を改
善せしめることにある。
び上部電極を順次形成せしめた静電容量式湿度センサに
おいて、それの耐環境性（寿命）および温度依存性を改
善せしめることにある。
かかる本発明の目的は、上記構成の静電容量式湿度セン
サにおいて、感湿膜としてポリイミド感湿膜を用いるこ
とにより達成される。
サにおいて、感湿膜としてポリイミド感湿膜を用いるこ
とにより達成される。
絶縁性基板としては、ガラス、アルミナ、石英、表面が
絶縁処理されたシリコンウェハなどが用いられ、前記の
如き構成を有する上部電極および下部電極の電極材料と
しては、Ａｕ、 Ｐｔ、 ＡＱなどの薄膜化し得る導体
が用いられ、薄膜化は蒸着法、スパッタリング法などに
よって行われる。また、それのパターニングは、フォト
リソグラフィーによるレジストパターンの形成およびエ
ツチングにより行われる。
絶縁処理されたシリコンウェハなどが用いられ、前記の
如き構成を有する上部電極および下部電極の電極材料と
しては、Ａｕ、 Ｐｔ、 ＡＱなどの薄膜化し得る導体
が用いられ、薄膜化は蒸着法、スパッタリング法などに
よって行われる。また、それのパターニングは、フォト
リソグラフィーによるレジストパターンの形成およびエ
ツチングにより行われる。
上部電極と下部電極との間に形成せしめるポリイミド感
湿膜は、温度、薬品などへの耐性にすぐれ、かつ薄膜化
し得る材料であるポリイミド樹脂のコーティング剤（こ
れは市販品をそのまま使用し得る）を用い、スピンコー
ド法により薄膜として形成せしめる。ポリイミド感湿膜
の形成は、ポリイミドコーティング剤のスピンコード後
プリベークし、ポジ型のフォトレジストをスピンコード
、プリベーク、露光、現像後レジストを除去し、熱処理
することにより行われる。
湿膜は、温度、薬品などへの耐性にすぐれ、かつ薄膜化
し得る材料であるポリイミド樹脂のコーティング剤（こ
れは市販品をそのまま使用し得る）を用い、スピンコー
ド法により薄膜として形成せしめる。ポリイミド感湿膜
の形成は、ポリイミドコーティング剤のスピンコード後
プリベークし、ポジ型のフォトレジストをスピンコード
、プリベーク、露光、現像後レジストを除去し、熱処理
することにより行われる。
絶縁性基板上に下部電極、感湿膜および上部電極を順次
形成させた静電容量式湿度センサにおいて、感湿膜をポ
リイミド樹脂により形成せしめることにより、薄膜化（
数μｍ以下）に伴う速い応答性が得られ、またその膜厚
の調節、換言すれば応答性の調節もコーティング剤の濃
度、スピナー回転数などの選択により容易に行うことが
できる。
形成させた静電容量式湿度センサにおいて、感湿膜をポ
リイミド樹脂により形成せしめることにより、薄膜化（
数μｍ以下）に伴う速い応答性が得られ、またその膜厚
の調節、換言すれば応答性の調節もコーティング剤の濃
度、スピナー回転数などの選択により容易に行うことが
できる。
更に、ポリイミド樹脂本来の性質から、それの耐熱性な
どの耐環境性も改善されている。また、薄膜化により、
温度依存性の少ない静電容量式湿度センサが得られるよ
うになる。
どの耐環境性も改善されている。また、薄膜化により、
温度依存性の少ない静電容量式湿度センサが得られるよ
うになる。
次に、実施例について本発明を説明する。
実施例
ガラス基板上に、スパッタリング法によりＮｏを５００
人、Ａｕを２０００人の膜厚で連続成膜した後、フォト
リソグラフィーによりレジストのパターンを形成させ、
その後エツチングして第３図（ａ）に示される形状の下
部電極を形成させた。
人、Ａｕを２０００人の膜厚で連続成膜した後、フォト
リソグラフィーによりレジストのパターンを形成させ、
その後エツチングして第３図（ａ）に示される形状の下
部電極を形成させた。
この下部電極上に、ポリイミドコーティング剤（デュポ
ン社製品パイラインＳＰ Ｐｉ−２５７０−Ｄを使用、
これ以外のパイラインシリーズや日立化成工業製品ＰＩ
Ｑシリーズなども使用し得る）をそのままあるいはＮ−
メチル−２−ピロリドンで希釈してスピンコードＬ （
１０秒間）、プリベーク（１００℃と１４０’Ｃで各３
分間）後、ポジ型のフォトレジストをスピンコードし、
プリベーク（８５℃、３０分間）、露光、現像後レジス
トを除去し、２００℃の空気中および３５０℃の窒素雰
囲気中で各３０分間熱処理して、第３図（ｂ）に示され
る形状のポリイミド感湿膜を形成させた。
ン社製品パイラインＳＰ Ｐｉ−２５７０−Ｄを使用、
これ以外のパイラインシリーズや日立化成工業製品ＰＩ
Ｑシリーズなども使用し得る）をそのままあるいはＮ−
メチル−２−ピロリドンで希釈してスピンコードＬ （
１０秒間）、プリベーク（１００℃と１４０’Ｃで各３
分間）後、ポジ型のフォトレジストをスピンコードし、
プリベーク（８５℃、３０分間）、露光、現像後レジス
トを除去し、２００℃の空気中および３５０℃の窒素雰
囲気中で各３０分間熱処理して、第３図（ｂ）に示され
る形状のポリイミド感湿膜を形成させた。
スピンコード時のスピナー回転数とキュア後の膜厚との
関係は１次の表に示される。
関係は１次の表に示される。
（以下余白）
１１１ユ虹 １艷匙會１１上針
２２００ 希釈せず ３．６
３００（１２，７
３５００２，５
４０００２，１
５０００２，０
４０００１： １ ０．２７
１ ： ２ ０，１５
２：１ ０．７
３ ： ２ ０．４５
更に、Ａｕを蒸着させ、膜厚１００人の上部電極を、第
３図（ｃ）に示される形状に形成させた。
３図（ｃ）に示される形状に形成させた。
上記膜厚０．２７μ園または０．４５μ閣のポリイミド
感湿膜を形成させた静電容量式湿度センサにつし）で、
次の条件下で相対湿度に対する静電容量の変化を測定す
ると、それぞれ第１〜２図のグラフに示されるような結
果が得られ、そこに良好な相関関係が確認された。
感湿膜を形成させた静電容量式湿度センサにつし）で、
次の条件下で相対湿度に対する静電容量の変化を測定す
ると、それぞれ第１〜２図のグラフに示されるような結
果が得られ、そこに良好な相関関係が確認された。
恒湿槽：神栄製分流式精密湿度発生器
測定器： ＹＨＰ製ＬＣＲメータ
条 件＝３０℃、１■、ＩＫＨｚ印加
また、前記膜厚３．６ ｐ ｒｍ、２．５ μｍ、０．
８ μｍまたは０．４５μ層のポリイミド感湿膜を形成
させた静電容量式湿度センサについて、上記条件下での
相対湿度に対する静電容量の変化を５℃（△）、２５℃
（０）または４５℃（ロ）でそれぞれ測定した。第５〜
８図のグラフに示されるような結果が得られ、膜厚を薄
くすることにより、温度依存性を小さくすることができ
、特に膜厚１μｍ以下とすることにより、温度の影響は
無視し得る程度となることが分る。
８ μｍまたは０．４５μ層のポリイミド感湿膜を形成
させた静電容量式湿度センサについて、上記条件下での
相対湿度に対する静電容量の変化を５℃（△）、２５℃
（０）または４５℃（ロ）でそれぞれ測定した。第５〜
８図のグラフに示されるような結果が得られ、膜厚を薄
くすることにより、温度依存性を小さくすることができ
、特に膜厚１μｍ以下とすることにより、温度の影響は
無視し得る程度となることが分る。
更に、次の表と第９図のグラフに示される結果から、ポ
リイミド感湿膜の膜厚が０．８μ−前後では、温度依存
性［２５℃での１０〜９０％ＲＨの容量変化量を基準と
し、１０．３０．５０．７０または９０％ＲＨでの５℃
と４５℃の容量の値が相対湿度換算の温度依存性（％Ｒ
Ｈ／℃）で示される］がほぼＯになるが、０．４μ閣程
度では逆に負の温度依存性が生じ、２μ閣以上では正の
温度依存性の大きいことが分かる。従って、特に温度の
影響が無視し得る領域は、約０．５〜ｌ、５μｍの範囲
であるといえる。
リイミド感湿膜の膜厚が０．８μ−前後では、温度依存
性［２５℃での１０〜９０％ＲＨの容量変化量を基準と
し、１０．３０．５０．７０または９０％ＲＨでの５℃
と４５℃の容量の値が相対湿度換算の温度依存性（％Ｒ
Ｈ／℃）で示される］がほぼＯになるが、０．４μ閣程
度では逆に負の温度依存性が生じ、２μ閣以上では正の
温度依存性の大きいことが分かる。従って、特に温度の
影響が無視し得る領域は、約０．５〜ｌ、５μｍの範囲
であるといえる。
表
第１〜２図および第５〜８図は、いずれも本発明に係る
静電容量式湿度センサの相対湿度と容量との関係を示す
グラフである。第３〜４図はいずれも従来の静電容量式
湿度センサの製造順序を示す斜視図である。また、第９
図は、感湿膜膜厚と温度依存性との関係を示すグラフで
ある。 （符号の説明） ２１．３１・・・・・導電性基板 ２３．３４・・・・・下部電極 ２４．３５・・・・・感湿膜 ２５ 、３６・・・・・上部電極
静電容量式湿度センサの相対湿度と容量との関係を示す
グラフである。第３〜４図はいずれも従来の静電容量式
湿度センサの製造順序を示す斜視図である。また、第９
図は、感湿膜膜厚と温度依存性との関係を示すグラフで
ある。 （符号の説明） ２１．３１・・・・・導電性基板 ２３．３４・・・・・下部電極 ２４．３５・・・・・感湿膜 ２５ 、３６・・・・・上部電極
Claims (1)
- １、絶縁性基板上に、下部電極、ポリイミド感湿膜およ
び上部電極を順次形成せしめてなる静電容量式湿度セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02268071A JP3084735B2 (ja) | 1990-04-10 | 1990-10-05 | 静電容量式湿度センサ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-94687 | 1990-04-10 | ||
| JP9468790 | 1990-04-10 | ||
| JP02268071A JP3084735B2 (ja) | 1990-04-10 | 1990-10-05 | 静電容量式湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0419553A true JPH0419553A (ja) | 1992-01-23 |
| JP3084735B2 JP3084735B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=26435958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02268071A Expired - Fee Related JP3084735B2 (ja) | 1990-04-10 | 1990-10-05 | 静電容量式湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3084735B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010127927A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Ind Technol Res Inst | 気体検知器 |
| US10908109B2 (en) | 2018-07-12 | 2021-02-02 | Minebea Mitsumi Inc. | Humidity sensor and method of manufacturing same |
-
1990
- 1990-10-05 JP JP02268071A patent/JP3084735B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010127927A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Ind Technol Res Inst | 気体検知器 |
| US10908109B2 (en) | 2018-07-12 | 2021-02-02 | Minebea Mitsumi Inc. | Humidity sensor and method of manufacturing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3084735B2 (ja) | 2000-09-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |