JPH06294765A - 湿度センサの製造方法 - Google Patents
湿度センサの製造方法Info
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- JPH06294765A JPH06294765A JP22741591A JP22741591A JPH06294765A JP H06294765 A JPH06294765 A JP H06294765A JP 22741591 A JP22741591 A JP 22741591A JP 22741591 A JP22741591 A JP 22741591A JP H06294765 A JPH06294765 A JP H06294765A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、測定精度の高い湿度センサを提供
することを目的とする。 【構成】 本発明では、感湿膜としての高分子膜の前駆
体を塗布したのち、縮合のための熱処理に先立ち、上部
電極としての金属膜を十分な厚さとなるように形成し、
この後前駆体縮合のための熱処理を行うようにしてい
る。
することを目的とする。 【構成】 本発明では、感湿膜としての高分子膜の前駆
体を塗布したのち、縮合のための熱処理に先立ち、上部
電極としての金属膜を十分な厚さとなるように形成し、
この後前駆体縮合のための熱処理を行うようにしてい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、湿度センサに係り、特
に高分子容量型湿度センサの透湿電極の形成方法に関す
る。
に高分子容量型湿度センサの透湿電極の形成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、湿度の検出は、高分子膜あるい
はセラミックなどからなる感湿膜に水分子が吸着するこ
とによる電気抵抗あるいは容量変化を検出する湿度セン
サが用いられている。
はセラミックなどからなる感湿膜に水分子が吸着するこ
とによる電気抵抗あるいは容量変化を検出する湿度セン
サが用いられている。
【０００３】従来の湿度センサの１例として、例えば図
４に製造工程を示すように、熱的に絶縁性の高い石英基
板１０１の上に、プラチナ薄膜からなる下部電極１０２
と、ポリイミド膜からなる感湿膜１０３と、金からなる
上部電極１０４とを順次積層し、下部電極１０２と上部
電極１０４とに挟まれた感湿膜１０３の湿度による容量
変化を測定するようにしたものがある。
４に製造工程を示すように、熱的に絶縁性の高い石英基
板１０１の上に、プラチナ薄膜からなる下部電極１０２
と、ポリイミド膜からなる感湿膜１０３と、金からなる
上部電極１０４とを順次積層し、下部電極１０２と上部
電極１０４とに挟まれた感湿膜１０３の湿度による容量
変化を測定するようにしたものがある。
【０００４】これは従来次のようにして形成されてい
た。
た。
【０００５】まず、図４(a) に示すように、石英基板１
０１を用意し、この上にスパッタリング法によりプラチ
ナ薄膜を堆積し、これをパターニングして下部電極１０
２を形成する（図４(b) ）。
０１を用意し、この上にスパッタリング法によりプラチ
ナ薄膜を堆積し、これをパターニングして下部電極１０
２を形成する（図４(b) ）。
【０００６】次に、図４(c) に示すようにスピンコート
法によりポリイミド前駆体１０３ｐを塗布する。
法によりポリイミド前駆体１０３ｐを塗布する。
【０００７】この後、３００〜４００℃の熱処理を行う
ことにより、ポリイミド前駆体１０３ｐに縮合反応を生
ぜしめ、ポリイミド薄膜からなる感湿膜１０３を形成す
る（図４(d) ）。
ことにより、ポリイミド前駆体１０３ｐに縮合反応を生
ぜしめ、ポリイミド薄膜からなる感湿膜１０３を形成す
る（図４(d) ）。
【０００８】そして最後に図４(e) に示すように、スパ
ッタリング法により透湿電極として膜厚１０〜２０nmの
金薄膜からなる上部電極１０４を形成する。
ッタリング法により透湿電極として膜厚１０〜２０nmの
金薄膜からなる上部電極１０４を形成する。
【０００９】このようにして形成された感湿センサで
は、透湿電極としての上部電極１０４を透過して感湿膜
に到達した水分子を容量変化として測定するため、上部
電極の膜質および膜厚は、水分子の透過性および電極自
体の抵抗値に大きく寄与し、センサ特性に大きく影響す
るため高精度に制御する必要がある。すなわち、上部電
極は透湿性の面からは厚いと透湿性が低下して感度が悪
く、また薄いと、電極自体の抵抗が増大し、電力損失が
大きくなる上感度が低下する。
は、透湿電極としての上部電極１０４を透過して感湿膜
に到達した水分子を容量変化として測定するため、上部
電極の膜質および膜厚は、水分子の透過性および電極自
体の抵抗値に大きく寄与し、センサ特性に大きく影響す
るため高精度に制御する必要がある。すなわち、上部電
極は透湿性の面からは厚いと透湿性が低下して感度が悪
く、また薄いと、電極自体の抵抗が増大し、電力損失が
大きくなる上感度が低下する。
【００１０】このように、透湿性と抵抗の両者を満足す
るには、透湿電極を薄くし、抵抗値が大きくならないよ
うに膜厚の最適値を極めて高精度に制御しなければなら
ない。 しかしながら、このような膜厚の薄い領域で膜
厚制御をする場合、わずかなばらつきで抵抗値は大きく
変化するため、極めて高精度の膜厚制御が必要であり、
現実的には制御不可能であった。
るには、透湿電極を薄くし、抵抗値が大きくならないよ
うに膜厚の最適値を極めて高精度に制御しなければなら
ない。 しかしながら、このような膜厚の薄い領域で膜
厚制御をする場合、わずかなばらつきで抵抗値は大きく
変化するため、極めて高精度の膜厚制御が必要であり、
現実的には制御不可能であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の方
法では、上部電極が、透湿性の面からは、厚いと透湿性
が低下して感度が悪く、また薄いと、電極自体の抵抗が
増大し、電力損失が大きくなる上感度が低下するという
問題があり、極めて高精度の膜厚制御が必要であるのに
対し、膜厚の薄い領域での制御は極めて困難であり、膜
厚の微妙な変化にも特性が大きく変動するという問題が
あった。
法では、上部電極が、透湿性の面からは、厚いと透湿性
が低下して感度が悪く、また薄いと、電極自体の抵抗が
増大し、電力損失が大きくなる上感度が低下するという
問題があり、極めて高精度の膜厚制御が必要であるのに
対し、膜厚の薄い領域での制御は極めて困難であり、膜
厚の微妙な変化にも特性が大きく変動するという問題が
あった。
【００１２】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、測定精度の高い湿度センサを提供することを目的と
する。
で、測定精度の高い湿度センサを提供することを目的と
する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、感湿
膜としての高分子膜の前駆体を塗布したのち、縮合のた
めの熱処理に先立ち、上部電極としての金属膜を十分な
厚さとなるように形成し、この後前駆体縮合のための熱
処理を行うようにしている。
膜としての高分子膜の前駆体を塗布したのち、縮合のた
めの熱処理に先立ち、上部電極としての金属膜を十分な
厚さとなるように形成し、この後前駆体縮合のための熱
処理を行うようにしている。
【００１４】
【作用】上記構成によれば、高分子膜の前駆体の縮合に
より発生した水分が表面に出ていく際に、金属電極が多
孔質化し、透湿性の導体膜となる。
より発生した水分が表面に出ていく際に、金属電極が多
孔質化し、透湿性の導体膜となる。
【００１５】従って、電極自体の抵抗を大幅に小さくす
ることができかつ透湿性が良好で、特性のばらつきの小
さい湿度センサを得ることができる。
ることができかつ透湿性が良好で、特性のばらつきの小
さい湿度センサを得ることができる。
【００１６】
【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。
つ詳細に説明する。
【００１７】図１(a) 乃至図１(e) は本発明実施例の湿
度センサの製造工程を示す図である。 この方法では、
感湿膜としての高分子膜の前駆体に縮合反応を生起する
ための熱処理に先立ち、上部電極としての金属膜を十分
な厚さとなるように形成し、この後前駆体縮合のための
熱処理を行い、高分子膜の前駆体の縮合により発生した
水分が表面に出ていく際に、金属電極が多孔質化し、透
湿性の導体膜となるようにして、電極自体の抵抗を小さ
くしかつ透湿性が良好で、特性のばらつきの小さい湿度
センサを形成することを特徴とするものである。
度センサの製造工程を示す図である。 この方法では、
感湿膜としての高分子膜の前駆体に縮合反応を生起する
ための熱処理に先立ち、上部電極としての金属膜を十分
な厚さとなるように形成し、この後前駆体縮合のための
熱処理を行い、高分子膜の前駆体の縮合により発生した
水分が表面に出ていく際に、金属電極が多孔質化し、透
湿性の導体膜となるようにして、電極自体の抵抗を小さ
くしかつ透湿性が良好で、特性のばらつきの小さい湿度
センサを形成することを特徴とするものである。
【００１８】まず、図１(a) に示すように、石英基板１
を用意し、この上にスパッタリング法によりプラチナ薄
膜を堆積し、これをパターニングして下部電極２を形成
する（図１(b) ）。
を用意し、この上にスパッタリング法によりプラチナ薄
膜を堆積し、これをパターニングして下部電極２を形成
する（図１(b) ）。
【００１９】次に、図１(c) に示すようにスピンコート
法によりポリイミド前駆体３ｐを塗布する。
法によりポリイミド前駆体３ｐを塗布する。
【００２０】ここまでは従来の方法と同様である。
【００２１】この後、図１(d) に示すように、蒸着また
はスパッタリング法により透湿電極として膜厚３０〜１
００nmの金薄膜からなる上部電極４を形成する。
はスパッタリング法により透湿電極として膜厚３０〜１
００nmの金薄膜からなる上部電極４を形成する。
【００２２】そして最後に、３００〜４００℃の熱処理
を行って、ポリイミド前駆体３ｐに縮合反応を生ぜし
め、ポリイミド薄膜からなる感湿膜３を形成すると同時
に、縮合によって発生する水分子によって上部電極４を
多孔質化する（図１(e) ）。
を行って、ポリイミド前駆体３ｐに縮合反応を生ぜし
め、ポリイミド薄膜からなる感湿膜３を形成すると同時
に、縮合によって発生する水分子によって上部電極４を
多孔質化する（図１(e) ）。
【００２３】このようにして形成された湿度センサで
は、縮合によって発生する水分子によって上部電極を多
孔質化し、透湿性を高めるとともに電極自体のもつ抵抗
を低減することができる。
は、縮合によって発生する水分子によって上部電極を多
孔質化し、透湿性を高めるとともに電極自体のもつ抵抗
を低減することができる。
【００２４】このようにして得られた湿度センサの作用
を図２に示す模式図を参照しつつ説明する。
を図２に示す模式図を参照しつつ説明する。
【００２５】環境に湿度変化が発生した場合、水分子が
感湿膜中に拡散し、感湿膜中が平衡に達する時間がセン
サの応答時間となる。
感湿膜中に拡散し、感湿膜中が平衡に達する時間がセン
サの応答時間となる。
【００２６】かりに上部電極が存在しないと考えると、
この応答時間は感湿膜の膜厚ｘ（μm ）により決まる。
この応答時間は感湿膜の膜厚ｘ（μm ）により決まる。
【００２７】一方多孔性の上部電極が存在する場合は深
さ方向のみならず横方向に拡散も必要であるため、膜厚
（ｘμm ）と孔−孔間の平均間隔（ｙμm ）との関係に
より応答時間ｔを律速する因子は変化する。
さ方向のみならず横方向に拡散も必要であるため、膜厚
（ｘμm ）と孔−孔間の平均間隔（ｙμm ）との関係に
より応答時間ｔを律速する因子は変化する。
【００２８】すなわち、 ｉ）ｘ≧ｙ／２の場合 ｔはｘで律速される。
【００２９】ｉｉ）ｘ＜ｙ／２の場合 ｔはｙで律速される。
【００３０】従って、２ｘ≧ｙを満足するようにすれ
ば、孔の間隔ｙは応答時間に影響を及ぼさない。
ば、孔の間隔ｙは応答時間に影響を及ぼさない。
【００３１】例えばｘ＝１μm のときｙ≦２μm であれ
ばよい。
ばよい。
【００３２】図３に上部電極表面のＳＥＭ写真を示す。
【００３３】この写真からも上部電極は多孔質となって
おり、孔の間隔ｙはｙ≦２μm を満たしていることがわ
かる。
おり、孔の間隔ｙはｙ≦２μm を満たしていることがわ
かる。
【００３４】ところでこの孔の大きさあるいは分布は上
部電極の膜厚縮合条件などのより制御可能である。
部電極の膜厚縮合条件などのより制御可能である。
【００３５】さらにまた、上記方法によれば、何等工数
を増大することなく形成することができ、上部電極の膜
厚コントロールが不要となるため製造が容易となる。
を増大することなく形成することができ、上部電極の膜
厚コントロールが不要となるため製造が容易となる。
【００３６】なお、前記実施例では、上部電極として金
を用いたが、金に限定されることなく、プラチナ、クロ
ムなど他の金属にも適用可能であることはいうまでもな
い。また、感湿膜および下部電極についても適宜変更可
能である。
を用いたが、金に限定されることなく、プラチナ、クロ
ムなど他の金属にも適用可能であることはいうまでもな
い。また、感湿膜および下部電極についても適宜変更可
能である。
【００３７】さらに、前記実施例では、湿度センサとし
ては容量変化型センサを用いたが、抵抗変化型センサに
も適用可能である。
ては容量変化型センサを用いたが、抵抗変化型センサに
も適用可能である。
【００３８】加えて、前記実施例では、感湿膜を下部電
極および上部電極で挟んだサンドイッチ型のセンサにつ
いて説明したが、サンドイッチ型に限定されること無
く、感湿膜の上層に透湿電極を形成する構造のセンサで
あれば適用可能である。
極および上部電極で挟んだサンドイッチ型のセンサにつ
いて説明したが、サンドイッチ型に限定されること無
く、感湿膜の上層に透湿電極を形成する構造のセンサで
あれば適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、感湿膜としての高分子膜の前駆体を塗布したのち、
縮合のための熱処理に先立ち、上部電極としての金属膜
を十分な厚さとなるように形成し、この後前駆体縮合の
ための熱処理を行うようにしているため、縮合反応によ
って発生した水分子により電極が多孔質化し、透湿性の
導体膜となり、透湿性が良好で、特性のばらつきの小さ
い湿度センサを得ることができる。
ば、感湿膜としての高分子膜の前駆体を塗布したのち、
縮合のための熱処理に先立ち、上部電極としての金属膜
を十分な厚さとなるように形成し、この後前駆体縮合の
ための熱処理を行うようにしているため、縮合反応によ
って発生した水分子により電極が多孔質化し、透湿性の
導体膜となり、透湿性が良好で、特性のばらつきの小さ
い湿度センサを得ることができる。
【図１】本発明実施例の湿度センサの製造工程図
【図２】同湿度センサの模式図
【図３】上部電極表面のＳＥＭ写真を示す図
【図４】従来例の湿度センサの製造工程図
１ 基板 ２ 下部電極 ３ 感湿膜 ４ 上部電極 １０１ 基板 １０２ 下部電極 １０３ 感湿膜 １０４ 上部電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１０月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の湿度センサの製造工程図
【図２】同湿度センサの模式図
【図３】上部電極を構成する金の組織のＳＥＭ写真を示
す図
す図
【図４】従来例の湿度センサの製造工程図
【符号の説明】 １ 基板 ２ 下部電極 ３ 感湿膜 ４ 上部電極 １０１ 基板 １０２ 下部電極 １０３ 感湿膜 １０４ 上部電極
Claims (1)
- 【請求項１】 基板表面に、感湿膜となる高分子膜の前
駆体を塗布する前駆体塗布工程と、 この前駆体の上層に電極を形成する電極形成工程と、 前記前駆体に縮合反応を生起するように熱処理を行う熱
処理工程とを含むことを特徴とする湿度センサの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3227415A JP3047137B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 湿度センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3227415A JP3047137B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 湿度センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06294765A true JPH06294765A (ja) | 1994-10-21 |
| JP3047137B2 JP3047137B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=16860487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3227415A Expired - Fee Related JP3047137B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 湿度センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3047137B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002088693A1 (fr) * | 2001-04-27 | 2002-11-07 | Yamatake Corporation | Capteur capacitif |
| WO2010113711A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | アルプス電気株式会社 | 容量型湿度センサ及びその製造方法 |
| CN103713022A (zh) * | 2013-12-07 | 2014-04-09 | 太原理工大学 | 聚二甲基硅氧烷微薄膜电容式生物传感器制备方法 |
| JP2017116460A (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 株式会社チノー | 多孔質電極及び該電極の製造方法並びにこの多孔質電極を用いた湿度センサ |
| JP2021004802A (ja) * | 2019-06-26 | 2021-01-14 | ルビコン株式会社 | 湿度センサ及びその製造方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102507669A (zh) * | 2011-11-18 | 2012-06-20 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于聚酰亚胺和填充物腐蚀的湿度传感器结构改进及方法 |
| CN103207215A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种改进型的基于聚酰亚胺的湿度传感器 |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3227415A patent/JP3047137B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002088693A1 (fr) * | 2001-04-27 | 2002-11-07 | Yamatake Corporation | Capteur capacitif |
| WO2010113711A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | アルプス電気株式会社 | 容量型湿度センサ及びその製造方法 |
| JPWO2010113711A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2012-10-11 | アルプス電気株式会社 | 容量型湿度センサ及びその製造方法 |
| CN103713022A (zh) * | 2013-12-07 | 2014-04-09 | 太原理工大学 | 聚二甲基硅氧烷微薄膜电容式生物传感器制备方法 |
| JP2017116460A (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 株式会社チノー | 多孔質電極及び該電極の製造方法並びにこの多孔質電極を用いた湿度センサ |
| JP2021004802A (ja) * | 2019-06-26 | 2021-01-14 | ルビコン株式会社 | 湿度センサ及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3047137B2 (ja) | 2000-05-29 |
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