JPH0464425B2 - - Google Patents
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- JPH0464425B2 JPH0464425B2 JP59097879A JP9787984A JPH0464425B2 JP H0464425 B2 JPH0464425 B2 JP H0464425B2 JP 59097879 A JP59097879 A JP 59097879A JP 9787984 A JP9787984 A JP 9787984A JP H0464425 B2 JPH0464425 B2 JP H0464425B2
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- upper electrode
- substrate
- film
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
- G01N27/223—Investigating 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
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〈技術分野〉
本発明は、感湿素子の構造及び製造方法に関し
特に感湿素子の電極の形成技術に関するものであ
る。
特に感湿素子の電極の形成技術に関するものであ
る。
〈従来技術〉
金属酸化物、高分子材料等の各種感湿材料を用
いた感湿素子が湿度を検知するためのセンサ手段
として開発され、空調機器、医療、自動車、農林
蓄産等の広範囲な分野にその応用が期待されてい
る。これらの感湿素子に於いてその動作原理は大
きく２種に分類される。一つは、抵抗変化型で、
感湿材料中の含水量の変化に応じて各種イオン、
プロトン、電子等の電気電導度が変化することを
利用するもので、Fe2O3、SnO2、LiCl等を感湿
材料とする素子がこれに属する。他の一つは、静
電容量変化型で、感湿材料中の含水量の変化に応
じてその誘電率が変化し、その結果、静電容量が
変化することを利用するものであり、Al2O3セル
ロース等を感湿材料とする素子がこれに属する。
また例外的に両者の中間的なものとして、ポリビ
ニルアルコールの如き高分子材料を感湿材料とし
て湿度範囲によつて、静電容量変化型になつた
り、抵抗変化型になつたりする素子もある。静電
容量変化型の感湿素子は、抵抗変化型のものに比
較して相対湿度に対する感湿特性が直線的変化に
近く、また温度依存性が小さいなどの特徴を有し
ている。上記各種感湿材料の特性を活用するため
にはそれぞれに適した電極構造を適用することが
必要となるが、一般的な絶縁基板上に薄膜化され
た感湿材料を層設してなる感湿素子においては、
その電極構造は主に次の２種の方式が採用されて
いる。その１つは、真空蒸着法やスクリーン印刷
法で基板上に配置されかつ櫛歯が噛合状態で対向
した一対の櫛歯状電極を形成し、その上に接触し
て感湿膜を形成した構造である。この構造は、感
湿膜を介して１対の櫛歯状電極間を電気的に接続
したものであり、抵抗変化型の感湿素子に多く見
られ、感湿膜形成前に電極形成を高行なうため、
電電極材料面での制約を受けず、密着性の良好な
電極が得られ易い。これに対して、静電容量変化
型の感湿素子においては、静電容量を大きくする
ために感湿膜の上下両面を電極を挾持した三層構
造が採られている。この場合、上部電極には、透
湿性と耐腐蝕性を要するためAu、Pt等の貴金属
の極薄膜が用いられるが、貴金属薄膜は一般に密
着性が弱く、リードの取出しが問題となる。Ag
ペースト等で直接リード接続を行なうと、接続部
の強度が弱くなり簡単に剥離・断線が生じるため
実用面で問題がある。通常、(1)金属板又は金属リ
ングで圧接する構造、(2)下部電極を２つに分離し
その上に感湿膜を形成した後、最上部に透湿性の
極薄膜電極を形成し、リード取出しは２つの下部
電極より行なう構造または(3)上部電極を感湿膜パ
ターン外部のリード接続端子まで延長する構造が
採られている。(1)の場合は、構造が複雑で組立て
時に電極が傷つき易いなど、製造上の問題があ
る。(2)の場合は、製造上の問題は少ない等価回路
的には約1/2の静電容量が２個直列に接続された
形であるため、同面積基板では、静電容量が４分
の１に減少し （C′＝ｃ／２×ｃ／２／ｃ／２＋ｃ／２＝ｃ／４）、
感湿素子として の感度が低下するため、小型化には不利である。
(3)の場合は、例えば、ガラス基板、Si2やSi3N4等
をコーテイングしたSi基板等の様に基板表面がな
めらかな場合には、基板と貴金属薄膜との密着性
が弱いこと、また感湿膜パターンの段差部で断線
が発生し易いこと等の問題があつた。
いた感湿素子が湿度を検知するためのセンサ手段
として開発され、空調機器、医療、自動車、農林
蓄産等の広範囲な分野にその応用が期待されてい
る。これらの感湿素子に於いてその動作原理は大
きく２種に分類される。一つは、抵抗変化型で、
感湿材料中の含水量の変化に応じて各種イオン、
プロトン、電子等の電気電導度が変化することを
利用するもので、Fe2O3、SnO2、LiCl等を感湿
材料とする素子がこれに属する。他の一つは、静
電容量変化型で、感湿材料中の含水量の変化に応
じてその誘電率が変化し、その結果、静電容量が
変化することを利用するものであり、Al2O3セル
ロース等を感湿材料とする素子がこれに属する。
また例外的に両者の中間的なものとして、ポリビ
ニルアルコールの如き高分子材料を感湿材料とし
て湿度範囲によつて、静電容量変化型になつた
り、抵抗変化型になつたりする素子もある。静電
容量変化型の感湿素子は、抵抗変化型のものに比
較して相対湿度に対する感湿特性が直線的変化に
近く、また温度依存性が小さいなどの特徴を有し
ている。上記各種感湿材料の特性を活用するため
にはそれぞれに適した電極構造を適用することが
必要となるが、一般的な絶縁基板上に薄膜化され
た感湿材料を層設してなる感湿素子においては、
その電極構造は主に次の２種の方式が採用されて
いる。その１つは、真空蒸着法やスクリーン印刷
法で基板上に配置されかつ櫛歯が噛合状態で対向
した一対の櫛歯状電極を形成し、その上に接触し
て感湿膜を形成した構造である。この構造は、感
湿膜を介して１対の櫛歯状電極間を電気的に接続
したものであり、抵抗変化型の感湿素子に多く見
られ、感湿膜形成前に電極形成を高行なうため、
電電極材料面での制約を受けず、密着性の良好な
電極が得られ易い。これに対して、静電容量変化
型の感湿素子においては、静電容量を大きくする
ために感湿膜の上下両面を電極を挾持した三層構
造が採られている。この場合、上部電極には、透
湿性と耐腐蝕性を要するためAu、Pt等の貴金属
の極薄膜が用いられるが、貴金属薄膜は一般に密
着性が弱く、リードの取出しが問題となる。Ag
ペースト等で直接リード接続を行なうと、接続部
の強度が弱くなり簡単に剥離・断線が生じるため
実用面で問題がある。通常、(1)金属板又は金属リ
ングで圧接する構造、(2)下部電極を２つに分離し
その上に感湿膜を形成した後、最上部に透湿性の
極薄膜電極を形成し、リード取出しは２つの下部
電極より行なう構造または(3)上部電極を感湿膜パ
ターン外部のリード接続端子まで延長する構造が
採られている。(1)の場合は、構造が複雑で組立て
時に電極が傷つき易いなど、製造上の問題があ
る。(2)の場合は、製造上の問題は少ない等価回路
的には約1/2の静電容量が２個直列に接続された
形であるため、同面積基板では、静電容量が４分
の１に減少し （C′＝ｃ／２×ｃ／２／ｃ／２＋ｃ／２＝ｃ／４）、
感湿素子として の感度が低下するため、小型化には不利である。
(3)の場合は、例えば、ガラス基板、Si2やSi3N4等
をコーテイングしたSi基板等の様に基板表面がな
めらかな場合には、基板と貴金属薄膜との密着性
が弱いこと、また感湿膜パターンの段差部で断線
が発生し易いこと等の問題があつた。
〈発明の目的〉
本発明は、上述の問題点に鑑み、上記(3)の構造
に技術的手段を駆使することにより、電極の密着
性及び断線問題の解決を計り、信頼性が高く、生
産性が優れかつ小型で大きな静電容量を有する感
湿素子を提供することを目的とするものである。
に技術的手段を駆使することにより、電極の密着
性及び断線問題の解決を計り、信頼性が高く、生
産性が優れかつ小型で大きな静電容量を有する感
湿素子を提供することを目的とするものである。
〈実施例〉
第１図は本発明の一実施例である感湿素子の構
造を示す要部切欠斜視図である。第２図Ａ乃至Ｄ
は第１図に示す感湿素子の製造方法を説明する工
程図である。感湿材料の薄膜を電極の薄膜で挾持
した三層構造を基板上に形成して成る静電容量変
化型感湿素子に於いて、基板１としては、表面が
滑らかであることが必要で、ガラス基板の他、
SiO2膜又はSi3N4膜等をコーテイングしたSi基
板、研磨したアルミナ基板などが用いられる。こ
れら基板１上に、まず下部電極２を形成する。下
部電極２には、密着性と耐湿・耐腐蝕性が要求さ
れ、これらの要求を満たすためには多層化された
金属膜を用いることが望ましい。例えば下層に比
較的活性で基板との密着性の良いNi、Cr、Mn等
の金属膜、上層に耐湿・耐腐蝕性に優れたAu、
Pt等の貴金属膜から成る２層膜を用い、これら
を真空蒸着法、スパツタリング等で層設して下部
電極２とする。次に、下部電極２をパターン化す
る。パターン化の手段としては、マスク蒸着、エ
ツチング、リフトオフ等いずれの方法も可能であ
る。尚、下部電極２の形成方法としては、銀ペー
スト、酸化ルテニウムペースト等をスクリーン印
刷で塗布後、焼成して電極とする方法でもよい。
下部電極２は第２図Ａに示す如く基板１上の略々
全面に形成し、リード取出方向の隅部ではＬ字型
の接続端子を形成するようにパターン化する。リ
ード取出方向の他方の隅部には下部電極２をパタ
ーン化する工程で同時に上部電極の配線部及びリ
ード接続部となる接続端子４を上記下部電極の接
続端子のパターンに対応させて対称形となるＬ字
型のパターンに形成する。従つて、下部電極２と
同じ２層膜で基板１上に上部電極の配線部及びリ
ード接続部が配設される。上部電極用接続端子４
のパターンは、上部電極５の一部が直接基板１と
接触しない様にするため、端部がこの上に堆積さ
れる感湿膜３の下までわずかに延長され、かつ下
部電極２とは接触しない様にパターン形成され
る。
造を示す要部切欠斜視図である。第２図Ａ乃至Ｄ
は第１図に示す感湿素子の製造方法を説明する工
程図である。感湿材料の薄膜を電極の薄膜で挾持
した三層構造を基板上に形成して成る静電容量変
化型感湿素子に於いて、基板１としては、表面が
滑らかであることが必要で、ガラス基板の他、
SiO2膜又はSi3N4膜等をコーテイングしたSi基
板、研磨したアルミナ基板などが用いられる。こ
れら基板１上に、まず下部電極２を形成する。下
部電極２には、密着性と耐湿・耐腐蝕性が要求さ
れ、これらの要求を満たすためには多層化された
金属膜を用いることが望ましい。例えば下層に比
較的活性で基板との密着性の良いNi、Cr、Mn等
の金属膜、上層に耐湿・耐腐蝕性に優れたAu、
Pt等の貴金属膜から成る２層膜を用い、これら
を真空蒸着法、スパツタリング等で層設して下部
電極２とする。次に、下部電極２をパターン化す
る。パターン化の手段としては、マスク蒸着、エ
ツチング、リフトオフ等いずれの方法も可能であ
る。尚、下部電極２の形成方法としては、銀ペー
スト、酸化ルテニウムペースト等をスクリーン印
刷で塗布後、焼成して電極とする方法でもよい。
下部電極２は第２図Ａに示す如く基板１上の略々
全面に形成し、リード取出方向の隅部ではＬ字型
の接続端子を形成するようにパターン化する。リ
ード取出方向の他方の隅部には下部電極２をパタ
ーン化する工程で同時に上部電極の配線部及びリ
ード接続部となる接続端子４を上記下部電極の接
続端子のパターンに対応させて対称形となるＬ字
型のパターンに形成する。従つて、下部電極２と
同じ２層膜で基板１上に上部電極の配線部及びリ
ード接続部が配設される。上部電極用接続端子４
のパターンは、上部電極５の一部が直接基板１と
接触しない様にするため、端部がこの上に堆積さ
れる感湿膜３の下までわずかに延長され、かつ下
部電極２とは接触しない様にパターン形成され
る。
このように、下部電極２及び上部電極用接続端
子部４が形成された基板１上に第２図Ｂに示す如
く感湿膜３を層設する。感湿膜３としてはポリビ
ニルアルコール、ポリスチレンスルホン酸塩、ポ
リアクリル酸塩等の高分子材料を用い、接続端子
部を残して下部電極２の全域に堆積する。感湿膜
３の形成は、感湿材料の混合溶液をスピンナー塗
布した後、加熱乾燥することにより行なう。その
上から、上部電極５として透湿性を有するごく薄
いAu、Pt等の貴金属薄膜を形成し、第２図Ｃに
示す如くその一端の一部を感湿膜３外まで延設し
予め基板１上に配設されている接続端子４に接続
する。上部電極５の延設片は接続端子４の幅より
狭く設定し、感湿膜３の端で屈曲されて接続端子
４に達する。この場合、上部電極５は透湿性を確
保するためにその厚さが数100Åという薄膜が用
いられるので、上部電極５と接続端子４を連結す
る上部電極５の延設片は感湿膜３の段差部におい
て断線し易いといつた問題を有する。従つて、こ
れを防止するために、この上部電極５の延設片が
配設された段差部のみを適当な厚さのAu、Pt等
からなる貴金属膜６で被覆し、上部電極５の延設
片を保護した後、リード接続端子部より、ワイヤ
ーボンデイング、溶接等の方法でリード線７を取
り出して、第２図Ｄに示す如き感湿素子が得られ
る。
子部４が形成された基板１上に第２図Ｂに示す如
く感湿膜３を層設する。感湿膜３としてはポリビ
ニルアルコール、ポリスチレンスルホン酸塩、ポ
リアクリル酸塩等の高分子材料を用い、接続端子
部を残して下部電極２の全域に堆積する。感湿膜
３の形成は、感湿材料の混合溶液をスピンナー塗
布した後、加熱乾燥することにより行なう。その
上から、上部電極５として透湿性を有するごく薄
いAu、Pt等の貴金属薄膜を形成し、第２図Ｃに
示す如くその一端の一部を感湿膜３外まで延設し
予め基板１上に配設されている接続端子４に接続
する。上部電極５の延設片は接続端子４の幅より
狭く設定し、感湿膜３の端で屈曲されて接続端子
４に達する。この場合、上部電極５は透湿性を確
保するためにその厚さが数100Åという薄膜が用
いられるので、上部電極５と接続端子４を連結す
る上部電極５の延設片は感湿膜３の段差部におい
て断線し易いといつた問題を有する。従つて、こ
れを防止するために、この上部電極５の延設片が
配設された段差部のみを適当な厚さのAu、Pt等
からなる貴金属膜６で被覆し、上部電極５の延設
片を保護した後、リード接続端子部より、ワイヤ
ーボンデイング、溶接等の方法でリード線７を取
り出して、第２図Ｄに示す如き感湿素子が得られ
る。
上記構成から成る感湿素子は感湿膜３の有する
吸湿性とイオン導電性を利用するもので、雰囲気
中の水蒸気量が上部電極５を透過して感湿膜３に
作用し、感湿膜３中の吸水量が水蒸気量に依存し
て可逆的に増減する結果、イオン電導度が変化す
る。従つて、上部電極５と下部電極２を介して電
流を流すと感湿膜３のイオン電導度の変化に追従
して通電特性が変化し、リード線７を介して通電
回路でこの通電特性の変化を検出することにより
雰囲気中の水蒸気量が求められる。
吸湿性とイオン導電性を利用するもので、雰囲気
中の水蒸気量が上部電極５を透過して感湿膜３に
作用し、感湿膜３中の吸水量が水蒸気量に依存し
て可逆的に増減する結果、イオン電導度が変化す
る。従つて、上部電極５と下部電極２を介して電
流を流すと感湿膜３のイオン電導度の変化に追従
して通電特性が変化し、リード線７を介して通電
回路でこの通電特性の変化を検出することにより
雰囲気中の水蒸気量が求められる。
感湿素子は単体に限らず、同一基板上に多数個
の素子機能部を列設して各々を独立に使用するこ
とも可能であり、また同一基板上に素子を多数形
成した後、素子毎に分割して同時に多数個の感湿
素子を作製すれば素子間の特性不均一を解消する
ことも可能となる。更に、素子の作製過程で高温
度を必要とせず、、電極形成やリード配線も従来
の薄膜技術を利用することによつて容易に行なう
ことができ、低コスト化、小型軽量化が達成でき
るといつた利点もある。尚、基板１としては上述
の一般的な絶縁基板以外にFET（電解効果トラン
ジスタ）を一体的に内設した基板を利用し、
FETのゲート絶縁膜上に上述した実施例の電極
及び感湿膜を層設してFETで駆動制御される感
湿素子とすることもできる。これによつて感湿素
子と周辺回路との一体化を図ることができ、より
一層の集積化が可能となる。感湿膜３としては上
記以外にもアセテート、セルロース、ナイロン等
の高分子膜やAl2O3等の金属酸化膜その他を利用
することができる。
の素子機能部を列設して各々を独立に使用するこ
とも可能であり、また同一基板上に素子を多数形
成した後、素子毎に分割して同時に多数個の感湿
素子を作製すれば素子間の特性不均一を解消する
ことも可能となる。更に、素子の作製過程で高温
度を必要とせず、、電極形成やリード配線も従来
の薄膜技術を利用することによつて容易に行なう
ことができ、低コスト化、小型軽量化が達成でき
るといつた利点もある。尚、基板１としては上述
の一般的な絶縁基板以外にFET（電解効果トラン
ジスタ）を一体的に内設した基板を利用し、
FETのゲート絶縁膜上に上述した実施例の電極
及び感湿膜を層設してFETで駆動制御される感
湿素子とすることもできる。これによつて感湿素
子と周辺回路との一体化を図ることができ、より
一層の集積化が可能となる。感湿膜３としては上
記以外にもアセテート、セルロース、ナイロン等
の高分子膜やAl2O3等の金属酸化膜その他を利用
することができる。
〈発明の効果〉
以上の如く本発明の電極形成技術を用いること
によつて、比較的基板と密着性の良い上部電極用
接続端子部が感湿膜の下まで延びているため、比
較的基板と密着性の悪い上部電極が基板に直接接
触することがなく、また、連結部段差部で透湿性
金属膜が重畳被覆されているため、感湿膜の特性
を損なうことなく、段差部の補強を行うことが可
能となる。従つて、感湿素子の上部電極の透湿性
を完全に確保しつつ上部電極のリード接続部の強
度・信頼性・生産性を向上させることができ、ま
た同時に感湿膜全面の静電容量等を利用した感度
の大きな小型感湿素子を構成することができる。
によつて、比較的基板と密着性の良い上部電極用
接続端子部が感湿膜の下まで延びているため、比
較的基板と密着性の悪い上部電極が基板に直接接
触することがなく、また、連結部段差部で透湿性
金属膜が重畳被覆されているため、感湿膜の特性
を損なうことなく、段差部の補強を行うことが可
能となる。従つて、感湿素子の上部電極の透湿性
を完全に確保しつつ上部電極のリード接続部の強
度・信頼性・生産性を向上させることができ、ま
た同時に感湿膜全面の静電容量等を利用した感度
の大きな小型感湿素子を構成することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す感湿素子の要
部切欠斜視図である。第２図Ａ乃至Ｄは第１図に
示す感湿素子の製造工程図である。 １…基板、２…下部電極、３…感湿膜、４…接
続端子、５…上部電極、６…貴金属膜、７…リー
ド線。
部切欠斜視図である。第２図Ａ乃至Ｄは第１図に
示す感湿素子の製造工程図である。 １…基板、２…下部電極、３…感湿膜、４…接
続端子、５…上部電極、６…貴金属膜、７…リー
ド線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上に、感湿膜の両主面を、比較的前記基
板との密着性の悪い透湿性の極薄膜上部電極と、
比較的前記基板との密着性の良い下部電極で挟設
した感湿機能部を形成して成る感湿素子であつ
て、 前記基板上に、その一部に上記感湿膜との重畳
部を有し、比較的前記基板との密着性の良い膜か
らなる上部電極用接続端子部を備え、 該上部電極用接続端子部の重畳部の感湿膜の縁
辺を介して該上部電極用接続端子部に前記上部電
極が連結され、 該連結部の段差部で前記上部電極上に比較的前
記基板との密着性の悪い、透湿性金属膜が重畳し
て被覆されていることを特徴とする感湿素子。 ２ 基板上に、比較的前記基板との密着性の良い
金属膜を層設した後、該金属膜をパターン化して
下部電極、下部電極用接続端子部及び上部電極用
接続端子部を形成する工程と、 該上部電極用接続端子部の一部と前記下部電極
に重畳して感湿膜を堆積する工程と、 該感湿膜上に、比較的前記基板との密着性の悪
い透湿性の極薄膜上部電極を形成するとともに、
その一部を延設して前記上部電極用接続端子部に
連結せしめる工程と、 前記上部電極と前記上部電極用接続端子部の間
の段差を有する連結部に、比較的前記基板との密
着性の悪い透湿性金属膜を被覆する工程と、 を具備して成る感湿素子の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59097879A JPS60239657A (ja) | 1984-05-15 | 1984-05-15 | 感湿素子及びその製造方法 |
| US06/733,466 US4651121A (en) | 1984-05-15 | 1985-05-13 | Moisture sensor and a method for the production of the same |
| GB08512291A GB2159956B (en) | 1984-05-15 | 1985-05-15 | Moisture sensors and method of producing the same |
| DE19853517589 DE3517589A1 (de) | 1984-05-15 | 1985-05-15 | Feuchtigkeitssensor und verfahren zu seiner herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59097879A JPS60239657A (ja) | 1984-05-15 | 1984-05-15 | 感湿素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60239657A JPS60239657A (ja) | 1985-11-28 |
| JPH0464425B2 true JPH0464425B2 (ja) | 1992-10-14 |
Family
ID=14204031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59097879A Granted JPS60239657A (ja) | 1984-05-15 | 1984-05-15 | 感湿素子及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4651121A (ja) |
| JP (1) | JPS60239657A (ja) |
| DE (1) | DE3517589A1 (ja) |
| GB (1) | GB2159956B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003202311A (ja) * | 2001-10-26 | 2003-07-18 | Preh Werke Gmbh & Co Kg | 曇り傾向の検出のためのセンサー、並びにセンサーモジュール内における使用方法 |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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