JPS6395347A - 湿度センサ - 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、湿度センサに関する。更に詳しくは。

容量検出型の湿度センサに関する。

〔従来の技術〕

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。前者は、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電解質よ
りなる膜状体で被覆した構造をとっており、この高分子
感湿膜は結露水に溶解し易く、また数μｍという膜厚の
ため湿度応答性が悪く、相対湿度検出範囲（約３０〜９
０％Ｒ１１）も狭いという欠点を一般に有している。

また後者は、抵抗検出型の構造でのくし型電極を下部電
極とし、更に高分子感湿膜の上に上部電極を形成させ、
これによって高分子膜を上、下部電極で挟んだ構造をと
っており、抵抗検出型のものと比較して、耐水性や相対
湿度検出範囲（Ｏ〜１００％ＲＨ）の点では良いものの
、やはり高分子膜の厚膜のため応答性が数分程度と悪く
、また膜の耐熱性も一般に５０℃程度と低いため、湿度
センサとしての使用に限界がみられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者は容量検出型湿度センサにみられるこうした欠
点を解消させ、特に応答性の点ですぐれた湿度センサを
得るべく種々検討を重ねた結果。

上、下部電極間に設置される高分子感湿膜を有機けい素
化合物のプラズマ重合膜で形成させることにより、かか
る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
、本発明は容量検出型の湿度センサに係り、この湿度セ
ンサは、絶縁性基板上に形成させた導電性くし型下部電
極の表面を、有機けい素化合物のプラズマ重合膜で覆い
、該プラズマ重合膜上に上部電極を形成せしめてなる。

容量検出型の湿度センサは、抵抗検出型のものが感湿膜
を形成している電解質が湿度によって解離イオン量を変
化させ、それによって湿度センサの抵抗を変化させると
いう原理に基いているのに対し、感湿膜が非電解質から
形成され、湿度によって一定の誘電率を有する水分子の
感湿膜中での濃度が変化し、それによって容量が変化す
るという原理に基いている。

本発明においては、かかる感湿膜として有機けい素化合
物、好ましくはビニルトリメトキシシラン、ビニルメチ
ルジェトキシシラン、メチルジェトキシシランなどのメ
トキシ基またはエトキシ基を含有する有機けい素化合物
のプラズマ重合膜が用いられる。有機けい素化合物のプ
ラズマ重合膜は、絶縁性基板との接着性にすぐれ、特に
アルコキシ基を含有する有機けい素化合物は重合膜の堆
積速度が大きく、また膜中に５ｉ−０−５ｉ結合を形成
させるため強固な膜を形成させる。

図面の第１図は１本発明に係る容量検出型の湿度センサ
の一態様を示すそれの平面図であり、絶縁性基板Ｉｋ：
、に導電性くし型電極２．２′が形成され、その表面は
一般に約５００人〜２００００人（２μｍ）程度の膜厚
を有する上記プラズマ重合膜３によって覆われており、
このプラズマ重合膜の上には上部電極４が形成されてい
る。

このように構成される湿度センサの容量検出は、下部電
極２．２′間の距離が長く、そのままでは上部電極の容
量が小さいため、中間電極として作用し、結局下部電極
２．２′間に蓄積される容量として検出される。従って
、この湿度センサの等価回路は、次の如くとなる。

なお、この２，２′の符号によって指示される。

プラズマ重合膜によって覆われていない取出電極部分に
は、・半田付けあるいは銀ペースト５．５′により、リ
ード４Ｉ６．６′が取り付けられている。

絶縁性基板としては、一般にガラス、石英、アルミナ、
セラミックスなどが用いられるが、感湿素子への温度追
従性が更に良好なことが望まれる場合などには、やはり
本出願人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上へ下部電極として導電性くし型電
極を形成させるに際しては、まず絶縁性基板上に、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涙をスパッタリング
法、イオンブレーティング法などにより。

約０．１〜０．５μｍ程度の厚さの薄膜を形成させ、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、ＢＨＦ　（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。

あるいは、基板上に溶剤可溶性樹脂のフォトレジストパ
ターンを形成させた後、順次クロムおよび金を蒸着させ
、フォトレジストを溶剤で溶解除去する方法、基板上に
金ペーストを用いてスクリーン印刷法を適用する方法な
どによっても導電性くし型電極の形成を行なうことがで
きる。

このようにして絶縁性基板上に形成させた導電性くし型
下部電極の表面は、有機けい素化合物のプラズマ重合膜
で覆われる。プラズマ重合は、真空プラズマ重合装置内
に有機けい素化合物を数ミリ−数Ｔｏｒｒの圧力になる
迄導入し、そこに数〜数１０Ｗの放電出力の高周波電力
を供給することにより行なわれる。

その後、プラズマ重合の場合と同様に必要なマスキング
を施し、蒸着装置内で金、白金などを約２００〜４００
人の膜厚で蒸着させ、上部電極を形成させる。

〔発明の効果〕

本発明に係る湿度センサは、容量検出型のためそもそも
相対湿度検出範囲が広いばかりではなく、感湿膜として
有機けい素化合物、特に高架橋化されるメトキシ基また
はエトキシ基を含有する有機けい素化合物のプラズマ重
合膜が用いられているため、耐水性、耐熱性が改善され
、また応答性の点でもすぐれている。

〔実施例〕

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例 ガラス基板上にフォトレジストによりくし型電極と反対
のパターンを形成させた後、蒸着法によりクロムを５０
０人の膜厚で、次いで金をｔｏｏｏ人の膜厚で蒸着させ
た後、フォトレジストを溶解させて、導電性くし型電極
を形成させた。

これを、プラズマ重合装置内に収容し、装置内をＩ　Ｘ
　１０−’Ｔｏｒｒに減圧した後、そこに６　Ｘ　１０
−”Ｔｏｒｒのメチルトリメトキシシランを導入し、放
電出力６０Ｗの高周波電力を印加することにより、膜厚
５０００人のプラズマ重合膜を形成させた。次に、蒸着
装置内に移し、プラズマ重合膜上に膜Ｊｒ５２００人の
金薄膜を上部電極として形成させた。なお、これらの２
工程は、いずれも必要なマスキングの下に行なわれた。

このようにして形成された容量検出型の湿度センサにつ
いて、相対湿度に対する静電容量を測定すると、第２図
のグラフに示されるような結果が得られた。この結果か
ら、相対湿度に対して静電容量がほぼ直線的に変化する
ことが分かる。

また、この湿度センサを１５０℃に加熱する耐熱試験を
行なうと、第３図のグラフに示されるような結果が得ら
れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る湿度センサの一態様のＫＩｔ面
図である。第２図は、この湿度センサを用しまた場合の
相対湿度に対する静電容量の関係を示すグラフである。 また、第３図は、この湿度センサの耐熱試験の結果を示
すグラフである。 （符号の説明） １・・・・・絶縁性基板 ２．２′・・・下部電極 ３・・・・・プラズマ重合膜 ４・・・・・上部電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．絶縁性基板上に形成させた導電性くし型下部電極の
   表面を、有機けい素化合物プラズマ重合膜で覆い、該プ
   ラズマ重合膜上に上部電極を形成せしめてなる湿度セン
   サ。
2. ２．有機けい素化合物プラズマ重合膜がメトキシ基また
   はエトキシ基を含有する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１項記載の湿度センサ。