JPS60239657A - 感湿素子及びその製造方法 - Google Patents

感湿素子及びその製造方法

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JPS60239657A
JPS60239657A JP59097879A JP9787984A JPS60239657A JP S60239657 A JPS60239657 A JP S60239657A JP 59097879 A JP59097879 A JP 59097879A JP 9787984 A JP9787984 A JP 9787984A JP S60239657 A JPS60239657 A JP S60239657A
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正也 枅川
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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】 く技術分野〉 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。
〈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、電子等の電気伝導度が変化することを
利用するもので、Ｆ　ｅ２ｏ３．　Ｓ　ｎ０２−　Ｌ　
ｒ　Ｃｊｌ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、Ａｉ２０３セルロ
ース等を感湿材料とする素子がこれに鳩する。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湿度範囲によって、静
電容量変化型になったり、抵抗変化型になったりする素
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、その上傾接触して
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、感湿膜形成前忙
電極形成を行なうため、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で挾持した三層構造
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Ａ　ｕ　＊　Ｐ　を等の貴金属の極
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（・で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（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が等価回路的には約％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に減小しか低下するため、
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等をコーティングした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った。
〈発明の目的〉 木発８Ａ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、生産性に優れかつ
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ｆＤｌ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、ＳｉＯ□膜又けＳｉ３Ｎ４膜等をコーティ
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土に、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Ｋ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。
ＭＯ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、スパッ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（Ａｌ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。従って、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４が形
成された基板１上に第２図ＣＢ＋に示す如く感湿＠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、　、ｔ？　！１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＠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
Ｂ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は透湿性を確保すまためにその厚さが数１
０　ＯＡ’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＠３の
段差部において断線し易いといった問題を有する。従っ
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、ワイヤーボンディン
グ、溶接等の方法でリード線７を取り出して、第２図Ｃ
Ｂ＋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＠３に作用し、感湿＠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。従って、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
、甘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１、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って容易に行なう
ことができ、低コスト化、小型軽量化が達成できるとい
った利点もある。尚、基板１としては上述の一般的な絶
縁基板以外にＦＥＴ（’耐昇効果トランジスタ）を一体
向に内設した基板を利用し、Ｆ’ＥＴのゲート絶縁膜上
に」二連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
よっ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Ａｆｆ１２０３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′上極形成技術を用いることによっ
て、感湿素子の上部電極の透湿性を完全に確保しつつ上
部電極のリード接読部の強度・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。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施＠を示す感湿素子の要部切欠斜
゛視図である。第２ｉｆｆｉ（Ａｌ乃至ＦＤ＋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・・・貴金属嘆
、７・・・リード線 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）第１　図 （Ｂ） 第２　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に感湿膜の両主面を上部電極と下部電極で挟
    設した感湿機能部を形成して成る感湿素子に於いて、前
    記基板上にリード取出のだめの１対の接続端子を配設し
    、前記感湿膜の縁辺を介して前記上部電極と前記接続端
    子を連結する連結段差部には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、前記下部電極に重畳して
    感湿膜を堆積する工程と、該感湿膜上に透湿性の上部電
    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。
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