JPS6280543A - 薄膜感湿素子 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜感湿素子に関する。更に詳しくは、耐環
境性にすぐれ、しかも特に電極部分での耐久性が良好な
薄膜感湿素子に関する。

〔従来の技術〕

空気中の相対湿度の制御は、精密工業、食品工業、繊維
工業、ビル管理上などで大変重要であり、それを検知す
る感湿素子としては、従来法のような材料を用いたもの
が知られている。

（１）Ｓｅ、　Ｇｅ、　Ｓｉなどの金属あるいは半導体
（２）Ｓｎ、Ｆｅ、Ｔｉなどの金属の酸化物（３）＾Ｑ
２０．などの多孔質金属酸化物（４）ＬｊＣＱなどの電
解質塩 （５）有機または無機材料からなる高分子膜しかしなが
ら、これらの各種材料を用いた感湿素子は、いずれも保
守が大変であったり、あるいは信頼性や応答性に問題が
あるなど、満足される状態にはない。

例えば、上記（２）の金属酸化物を用いる場合には、そ
れの成形にプレスや焼結が行われるが、均質なプレスが
困難であったりあるいは焼成時の割れなどの問題がみら
れる。また、工程上では問題なく成形されても、感湿素
子が水分の脱吸着に起因する抵抗変化を利用する性質上
、水分の影響で粒界から破壊が生ずるため、耐久性、換
言すれば信頼性にも問題がある。

また、上記（５）の高分子膜を用いた場合には、材料面
では廉価であるものの、溶剤などの薬品による劣化や信
頼性の低下などの問題がみられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

こうした問題点を避け、特に電極材料として耐食性にす
ぐれたものを求めて種々検討を行なった結果、本出願人
は先に、絶縁性基板上に好ましくはスパッタリング法に
より形成させた耐食性被加工金属薄膜にフォトレジスト
パターンを形成させた後、゛ａ解エツチングして得られ
る耐食性くし型ＹＭ、　ｔ’ｌを湿度センサーに用いる
ことが好適であることを見出している（特願昭５９−２
７０，４５６号）。

その後、本出願人はかかる耐食性くし型電極を用いた薄
膜感湿素子のなお一層の改善を図った結果、絶縁性基板
上に形成させた導電性くし型電極の表面を高分子薄膜、
一般には含′ｇ、素有機けい素化合物のプラズマ重合膜
で覆い、更にこれをハロゲン化アルキルで処理すること
により、耐環境性にすぐれ、しかも応答性の良好な薄膜
感湿素子を得ることに成功した（特願昭６０−４０，７
８６号）。

かかる薄膜感湿素子の一態様が、図面の第２図に平面図
として示されており、絶縁性基板ｌｌ上に導電性くし型
組％１２．１２’が形成され、その表面をプラズマ重合
膜１３が覆っており、各取出電極１４゜１４′には半田
付けあるいは銀ペースト１５．１５’によりリード線１
６．１６’が取り付けられている。

ところで、従来から知られている各種の感湿素子におい
ては、耐久性の点から電極材料としては最も耐食性の良
好な金や白金が多く使用されている。しかるに、これら
の電極材料は、薄膜電極として使われる場合基板との密
着性が悪く、剥れ易いため、クロムなど基板との密着性
の良好な材料の薄膜を中間層として形成させている。

しかしながら、このような構造をとっても、元来基板と
クロム、クロムと金、白金との間の密着力はそれ程大き
くはないため、過酷な条件下、例えば湿度センサーのよ
うに水分の多い状態で使用される素子では、信頼性の面
での不安があったり。

耐久性の点でも問題がみられたりする。

ｉ′ｌｊ記の如き本出願人の提案に係る薄膜感湿素子の
場合には、耐環境性や応答性の点では所期の効果が十分
得られたものの、くし型電極部分の耐久性の点では、上
記従来の公知技術と同様に問題がみられ、その点でのな
お一層の改善が求められた。

本発明者は、かかる新たな課題の解決方法を求めて検討
を重ねた結果、その表面に導電性くし型電極を形成させ
る絶縁性基板を予め高分子薄膜で被覆しておいて用いる
ことにより、上記課題が効果的に解決されることを見出
した。

〔問題点を解決するための手段〕および〔作用〕従って
、本発明は薄膜感湿素子に係り、この薄１摸感湿素子は
、高分子薄膜で被覆された絶縁性基板の被覆面上に形成
させた導電性くし型電極の表面を、ハロゲン化アルキル
で表面処理された高分子薄膜で覆ってなる。

絶縁性基板としては、一般にガラス、石英、アルミナな
どが用いられるが、感湿素子の環境への温度追従性が更
に良好なことが望まれる場合などには、やはり先に本出
願人によって提案されているシリコン基板表面を酸化し
て形成させた絶縁膜（特願昭６０−１２２，５４８号）
なども用いることができる。

これらの絶縁性基板の表面上に被覆される高分子薄膜と
しては、通常有機けい素化合物のプラズマ重合膜が用い
られ、このプラズマ重合膜は感湿膜としても作用する。

プラズマ重合される単量体としては、例えばトリメチル
シリルジメチルアミン、トリエチルシラザン、ヘキサメ
チルジシラザン、ヘキサメチルシクロ１−ジシラザン、
ビス（１−リメチルシリル）アセトアミドなどの含窒素
有機けい素化合物が好んで用いられ、これは必要に応じ
てアンモニアとの混合物として用いることもできる。こ
れらの有機けい素化合物プラズマ重合膜以外の高分子薄
膜としては、例えばポリスチレン、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂薄膜が挙げられ
る。

このようにして、好ましくはプラズマ重合法により厚さ
約０．２〜０．６μｍ程度の高分子薄膜を絶縁性基板面
上に被覆させた後、その被覆面上に導電性くし型電極を
形成させることが行われる。導電性くし型電極の形成に
際しては、まずこの絶縁膜上に、ステンレススチール、
ハステロイＣ、インコネル、モネル、金などの耐食性金
属や銀、アルミニウムなどの電極形成材料金属をスパッ
タリング法、イオンブレーティング法などにより、約０
゜１〜０．５μｍ程度の厚さの薄膜が形成され、次にそ
こにフォトレジストパターンを形成させる。

例えばアルミニウムの場合には、このようにして形成さ
れた電極形成材料金属薄膜へのフォトレジストパターン
の形成は１周知のフォトリソグラフ工程を適用すること
によって行われる。即ち、金属薄膜上にフォトレジスト
コーティングを行ない、そこにくし型電極のパターンの
陰画または陽画を焼付けたガラス乾板を重ね、光照射に
よる焼付けおよび現像によって行われる。この後、湿式
化学エツチングが行われるが、エツチング液としては、
リン酸−硫酸−無水クロム酸−水（重量比６５：１５　
：　５　：　１５）混合液、　ＢＩＩＦ（フッ酸系）、
塩化第２鉄水溶液、硝酸、リン酸−硝酸混合液などが用
いられる。

絶縁性基板の被覆面上に形成させた導電性くし型電極は
、更にその表面が感湿特性にすぐれた高分子薄膜、一般
には前記と同様の含窒素有機けい素化合物のプラズマ重
合膜によって覆われる。

このプラズマ重合膜は、電気抵抗が高く、通常は絶縁性
の薄膜であるが、その表面を臭化メチル、臭化エチル、
ヨウ化メチル、ヨウ化エチルなどのハロゲン化アルキル
のガスと接触させると、その抵抗値を下げることができ
る。これは、化学反応や拡散現象により、膜中に臭素や
ヨウ素が取り込まれ、そのために導電性が改善されるた
めと考えられる。

図面の第１図は、本発明に係る薄膜感湿素子の一態様を
示すそれの断面図であり、絶縁性基板１の面上に高分子
薄膜２が被覆され、その被覆面上に形成させた導電性（
し型電極３，３′の表面は、ハロゲン化アルキルで表面
処理された高分子薄膜４によって覆われている。

〔発明の効果〕 導電性くし型電極が密着性よく絶縁性基板上に形成され
るため、それから作製される薄膜感湿素子は、信頼性お
よび耐久性の点ですぐれている。

〔実施例〕

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例 絶縁性基板としてガラスプレートを用い、その面上にト
リメチルシリルジメチルアミンのプラズマ重合膜（厚さ
５００人）を形成させた。次に、金電極のパターニング
法として一般に行われているリフトオフ法によって、電
極幅５００μ−１＠極間隔２５０μｍのくし型電極を形
成させた。

このリフトオフ法では、上記プラズマ重合膜の面上にス
ピンコーターを用いてポジ型レジストを塗布し、８０℃
で１２０分間のプレベークを行なった後、マスクを用い
て紫外線による密着露出を行ない、次いで現像してくし
型電極の反転したパターンを形成させ、更にそこに厚さ
２０００人の金を蒸着させ、最後にアセトン浸漬して残
りのレジストを剥離させることにより、くシ型電極の形
成が行われた。

このようにして得られた、ガラスプレートの被覆面上に
形成されたくし型電極の表面を、更にトリメチルシリル
ジメチルアミンのプラズマ重合膜（厚さ２０００人）で
覆った後、６０℃の臭化メチル蒸気と４８時間接触処理
させた。

リード線を銀ペースト付けして作製した感湿素子につい
て、その感湿特性を測定したところ、絶縁性基板面上に
直ちに導電性くし型電極を形成させたものと比較して同
等の性能が得られ、長期の高湿度雰囲気中においても性
能の低下はみられなかった。また、くし型電極を形成さ
せるリフトオフ法において、不良品の発生が認められな
いということは、密着性が良好なためと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る薄膜感湿素子の−態様の断面図
である。また、第２図は、本出願人によって先に提案さ
れた薄膜感湿素子の平面図である。 （符号の説明） １・・・・・絶縁性基板 ２・・・・・高分子薄膜 ３・・・・・導電性くし型電極 ４・・・・・ハロゲン化アルキルで表面処理された高分
子薄膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．高分子薄膜で被覆された絶縁性基板の被覆面上に形
   成させた導電性くし型電極の表面を、ハロゲン化アルキ
   ルで表面処理された高分子薄膜で覆ってなる薄膜感湿素
   子。
2. ２．絶縁性基板面上の高分子薄膜がプラズマ重合膜であ
   る特許請求の範囲第１項記載の薄膜感湿素子。
3. ３．ハロゲン化アルキルで表面処理された高分子薄膜が
   導電性くし型電極の表面に形成させたプラズマ重合膜を
   ハロゲン化アルキルで表面処理したものである特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の薄膜感湿素子。
4. ４．プラズマ重合膜が含窒素有機けい素化合物のプラズ
   マ重合膜である特許請求の範囲第２項または第３項記載
   の薄膜感湿素子。