KR20200136022A - 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 우수한 내구성을 가지는 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 과제로 하는 것이다. 본 발명은, 수지 조성물로부터 형성되는 검지막과, 상기 검지막의 제 1 표면 상에 마련된 제 1 전극과, 상기 검지막의 제 2 표면 상에 마련된 제 2 전극을 구비하고, 상기 검지막의 상기 제 1 표면은, 상기 제 1 전극과 접촉하는 부분에, 제곱평균제곱근 조도(Rq)가 0.3㎛~3.0㎛의 미세한 요철을 가지는 조면을 포함하는, 센서에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 센서란, 검지막의 외부 자극에 의한 물성의 변화를 전기 신호로 하여 판독하는 것이며, 측정 대상으로 하는 물질에 따라 다양한 종류의 검지막이 이용된다. 예를 들면, 습도 센서 등에서는, 습도의 변화에 의한 정전 용량의 변화를 판독하는 것이 알려져 있다. 이러한 습도 센서로서, 수지 조성물로부터 형성되는 감습막(感濕膜)을 구비한, 정전 용량식의 습도 센서 등이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1(일본국 공개특허 특개2001-249099호 공보)에는, 친수기(親水基)를 가지는 유기 화합물을 이용한 감습막을 구비한, 정전 용량식의 습도 센서가 개시되어 있다.
수지 조성물로부터 형성되는 감습막은, 주위 분위기에 포함되는 수분을 흡탈착할 수 있다. 정전 용량식의 습도 센서에서는, 감습막의 양면에 배치한 2개 전극간에 전압을 부가함으로써, 감습막의 정전 용량을 측정하고, 이러한 측정값에 의거하여 감습막이 흡착하고 있는 수분량이 산출되어, 주위 분위기의 습도가 산출된다.
안정한 센싱을 위하여 센서에 있어서는, 검지막의 물성 변화에 의한 전기 신호가 항상 안정적으로 판독할 수 있는 것이 중요하여, 장기간 사용하였을 경우여도, 측정 정밀도가 저하되지 않는 것, 즉 양호한 내구성이 요구되고 있다. 예를 들면, 전기 신호로 하여 정전 용량의 변화를 판독하는 것이면, 장시간 사용하였다고 하여도, 그 정전 용량의 경시(經時) 변화가 작은 것이 요구된다.
본 발명은, 양호한 내구성을 가지는 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 이하의 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
〔1〕 수지 조성물로부터 형성되는 검지막과, 상기 검지막의 제 1 표면 상에 마련된 제 1 전극과, 상기 검지막의 제 2 표면 상에 마련된 제 2 전극을 구비하고,
상기 검지막의 상기 제 1 표면은, 상기 제 1 전극과 접촉하는 부분에, 제곱평균제곱근 조도(粗度)(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛의 미세한 요철을 가지는 조면(粗面)을 포함하는, 센서.
〔2〕 수지 조성물로부터 형성되는 검지막과, 상기 검지막의 제 1 표면 상에 마련된 제 1 전극과, 상기 검지막의 제 2 표면 상에 마련된 제 2 전극을 구비한 센서 소자를 포함하고,
상기 센서 소자의 상기 제 1 전극을 가지는 표면은, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛의 미세한 요철을 가지는 조면을 포함하는, 센서.
〔3〕 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 적어도 일방은, 도금막인, 〔1〕 또는〔2〕에 기재된 센서.
〔4〕 상기 검지막의 상기 제 1 표면은, 상기 제 1 전극과 접촉하지 않는 부분을 포함하는, 〔1〕~〔3〕 중 어느 한 항에 기재된 센서.
〔5〕 상기 검지막은, 평균 두께가 0.3㎛~10㎛인, 〔1〕~〔4〕 중 어느 한 항에 기재된 센서.
〔6〕 상기 검지막의 상기 제 2 표면은, 상기 제 2 전극과 접촉하는 부분에, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛의 미세한 요철을 가지는 조면을 포함하는, 〔1〕~〔5〕 중 어느 것에 기재된 센서.
〔7〕 기판을 추가로 구비하고,
상기 기판, 상기 제 2 전극, 상기 검지막, 상기 제 1 전극이 이 순서대로 적층되어 있는, 〔1〕~〔6〕 중 어느 한 항에 기재된 센서.
〔8〕 가요성을 가지는 〔1〕~〔7〕 중 어느 한 항에 기재된 센서.
〔9〕 상기 검지막은 감습막인, 〔1〕~〔8〕 중 어느 한 항에 기재된 센서.
〔10〕 상기 감습막은, 폴리이미드 수지 성분을 함유하는 수지 조성물로부터 형성되는, 〔9〕에 기재된 센서.
〔11〕 기판을 준비하는 공정과,
상기 기판 상에 제 2 전극을 형성하는 공정과,
제 2 전극 상에 수지를 주성분으로 하는 검지막을 형성하는 공정과,
상기 검지막의 제 2 전극과 반대측의 표면 중 적어도 일부를 조면화하여 조면으로 하는 공정과,
상기 검지막의 상기 표면의 상기 조면을 포함하는 영역에, 제 1 전극을 도금에 의해 형성하는 공정을 가지며,
상기 조면은, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛인, 센서의 제조방법.
〔12〕 기판을 준비하는 공정과,
상기 기판 상에 제 2 전극을 형성하는 공정과,
제 2 전극 상에 수지를 주성분으로 하는 검지막을 형성하는 공정과,
상기 검지막의 제 2 전극과 반대측의 표면에, 제 1 전극을 도금에 의해 형성하는 공정을 가지며,
상기 제 1 전극을 가지는 표면은, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛의 미세한 요철을 가지는 조면을 포함하는, 센서의 제조방법.
본 발명에 의하면, 정전 용량의 경시적인 변화가 억제되고, 또한 내마모성(耐磨耗性)이 보다 우수하다고 하는 양호한 내구성을 가지는 센서를 제공할 수 있다.
도 1의 (a)는, 본 발명의 제 1 실시형태의 습도 센서의 일례를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이며, (b)는, (a)의 X-X 단면도이다.
도 2의 (a)는, 본 발명의 제 2 실시형태의 습도 센서의 일례를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이며, (b)는, (a)의 X-X 단면도이다.
도 3은 실시예 및 비교예에 있어서의 습도 센서의 시험편(試驗片)의 제조 순서를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이다.
도 4는 실시예 및 비교예에 있어서의 습도 센서의 시험편에 대하여, 감습막의 제 1 표면의 표면 조도 S1(㎛)을 가로축에, 정전 용량 보지율(保持率)(%)을 세로축에 플롯한 그래프이다.
도 5는 실시예 및 비교예에 있어서의 습도 센서의 시험편에 대하여, 상부 전극의 표면 조도 S2(㎛)를 가로축, 정전 용량 보지율(%)을 세로축에 플롯한 그래프이다.
도 2의 (a)는, 본 발명의 제 2 실시형태의 습도 센서의 일례를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이며, (b)는, (a)의 X-X 단면도이다.
도 3은 실시예 및 비교예에 있어서의 습도 센서의 시험편(試驗片)의 제조 순서를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이다.
도 4는 실시예 및 비교예에 있어서의 습도 센서의 시험편에 대하여, 감습막의 제 1 표면의 표면 조도 S1(㎛)을 가로축에, 정전 용량 보지율(保持率)(%)을 세로축에 플롯한 그래프이다.
도 5는 실시예 및 비교예에 있어서의 습도 센서의 시험편에 대하여, 상부 전극의 표면 조도 S2(㎛)를 가로축, 정전 용량 보지율(%)을 세로축에 플롯한 그래프이다.
[센서]
본 발명의 센서는, 수지 조성물로부터 형성되는 검지막과, 검지막의 제 1 표면 상에 마련된 제 1 전극과, 검지막의 제 2 표면(제 1 표면에 대향하는 표면) 상에 마련된 제 2 전극을 구비하는 센서 소자를 포함한다. 센서의 방식으로서는, 검지막의 외부 자극에 의한 물성 변화를 전기 신호로 하여 판독할 수 있는 것이면 특별하게 한정되지 않으며, 정전 용량식, 저항식, 전압식, 전류식 등이어도 된다. 또한, 센서의 종류로서는, 습도 센서, 근접 센서, 감압 센서, 가속도 센서, 레벨 센서, 변형 센서, 초전(焦電) 센서 등, 특별하게 한정되지 않는다.
센서 소자에 있어서, 제 1 전극과 제 2 전극이 대향하여 검지막을 협지(挾持)하는 영역은, 예를 들면 정전 용량식 센서에서는 콘덴서로서 작용한다. 콘덴서로서 작용하는 영역(이하, 「콘덴서 영역」이라고도 칭한다.)의 정전 용량 C(F)는, 콘덴서 영역의 유전율을 ε(F/m), 면적을 S(㎡), 막두께를 d(m)라고 하면, 이하의 식을 만족시킨다.
C=εS/d
상기 식에 의하면, 정전 용량 C(F)는, 콘덴서 영역의 유전율을 ε(F/m)에 의해 변화된다. 예를 들면, 습도 센서(단지 「센서」라고도 칭한다.)에 이용되는 감습막(「검지막」이라고도 칭한다.)은, 주위 분위기에 따라 수분을 탈흡착하기 때문에, 수분의 흡착량에 따라 콘덴서 영역의 유전율이 ε(F/m) 변화되고, 검출되는 정전 용량 C(F)도 변화된다. 그 때문에, 습도 센서에서는, 콘덴서 영역의 정전 용량 C(F)의 변화를 검출함으로써, 주위 분위기의 습도를 산출할 수 있다. 이하, 콘덴서 영역의 정전 용량을 단지 「정전 용량」이라고 칭하는 경우가 있다.
습도 센서에 있어서, 주위 분위기의 조건을 일정하게 하여도, 측정되는 정전 용량이 경시적으로 변화되고, 내구성이 저하되는 경우가 있다. 본 발명자들은 그 원인의 하나가 내마모성의 저하인 것을 밝혀냈다. 또한, 습도 센서에 한하지 않고 전극간에 검지막을 협지하는 센서 소자를 가지는 센서에서는, 센서가 가요성인 경우에, 내구성의 저하가 현저한 것도 예상된다. 센서에 휘는 힘이 부가되는 빈도에 따라, 센서 소자의 각 층에 마찰력이 부가되는 빈도도 향상하는 것이 예상되기 때문이다.
본 발명자들은, 추가로 예의 검토를 거듭하여, 검지막의 제 1 표면의 제 1 전극과 접촉하는 부분에, 미세한 요철을 가지는 조면(이하, 「제 1 조면」이라고도 칭한다.)을 포함하는 구성으로 함으로써, 양호한 내구성을 가지는 센서가 얻어지는 것을 발견하여, 본 발명에 이르렀다. 특히, 정전 용량식의 센서에 있어서는, 제 1 조면 및 후술하는 제 2 조면 중 적어도 일방을 마련함으로써, 주위 분위기의 조건을 일정하게 하였을 경우의, 정전 용량의 경시적인 변화를 억제할 수 있는 것을 발견하였다.
정전 용량의 경시적인 변화는, 예를 들면 이하의 방법에 의해 정전 용량 보지율을 측정함으로써 평가할 수 있다. 우선, 습도 센서의 시험편을 상온(常溫) 상습(常濕)(예를 들면, 온도 20±15℃정도이고 상대 습도 40~60% RH정도)의 환경하에 정치(靜置)하여 조습(調濕)하고, 시판의 커패시턴스 미터로 정전 용량을 측정한다. 이 정전 용량을 초기의 정전 용량 C0으로 한다. 다음으로, 습도 센서의 시험편에 후술의 내마모 시험을 행하고, 내마모 시험 후의 습도 센서를, 상기와 같은 상온 상습의 환경하에서 마찬가지로 조습하여, 정전 용량을 측정한다. 이 정전 용량을 정전 용량 C1로 한다. 이들의 정전 용량을 이용하고, 하기 식에 의거하여 정전 용량 보지율(%)을 산출한다. 또한, 후술의 실시예에서는, 온도 30℃이고 상대 습도 60% RH의 분위기 하에서 약 1시간 조습을 하고 있다.
정전 용량 보지율(%)=(C1/C0)×100
정전 용량 보지율은, 바람직하게는 50% 이상이며, 보다 바람직하게는 60% 이상이며, 더 바람직하게는 70% 이상이며, 특히 바람직하게는 80% 이상이다. 정전 용량 보지율이 상기 범위이면, 정전 용량의 경시적인 변화가 억제되는 경향이 된다.
습도 센서의 시험편에 행하는 내마모 시험은, 이하의 방법으로 행할 수 있다.
도 3의 (h)를 참조하여, 습도 센서의 시험편의 상부 전극(34) 표면의 영역(34a)을 중심으로 하는 1㎝폭×2㎝의 길이의 영역에 대하여, 시판의 마찰 마모 시험기로 마모 시험을 행한다. 시험은, 장치의 접촉 단자와 상부 전극의 접촉면에 시판의 부직포 와이퍼를 재치(載置)하고, 이동 속도 및 수직 하중을 원하는 조건으로 설정하고, 접촉 단자를 왕복시킴으로써 행해진다. 후술의 실시예에서는, 마찰 마모 시험기로서 신토과학주식회사제의 「트라이보기어 TYPE38」을 사용하고, 이동 속도 1600㎜/분, 및 수직 하중 30g의 조건으로, 접촉 단자를 100왕복시키고 있다.
<검지막>
검지막은, 그 제 1 표면의 제 1 전극과 접촉하는 부분에, 미세한 요철을 가지는 제 1 조면을 포함할 수 있다. 검지막의 제 1 표면에 있어서의 제 1 조면의 미세한 요철은, 내마모성을 향상시키는 관점에서, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛인 것이 바람직하고, 0.5㎛~2.5㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.6㎛~1.5㎛인 것이 더욱 바람직하다. 제곱평균제곱근 조도(Sq)는, JIS B 0601에 기재되어 있는 이차원의 윤곽 곡선의 제곱평균제곱근 조도(Rq)를, 삼차원으로 확장한 것이다.
검지막의 제 1 표면의 제 1 전극과 접촉하는 부분에, 상기 제 1 조면을 가지는 구성으로 함으로써, 센서의 내마모성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 내구성을 향상시킬 수 있는 것이라고 추측된다. 또한, 센서의 검지막이 상기 제 1 조면을 가지는 경우, 센서에 있어서의 제 1 전극의 검지막과는 반대측의 표면에 후술하는 제 2 조면을 가지고 있어도 된다.
검지막의 제 1 표면에 있어서의 제 1 조면은, 제 1 전극과 접촉하는 부분을 포함하는 것이면, 제 1 표면의 전체여도 되고, 제 1 표면의 일부여도 된다. 제 1 조면은, 콘덴서 영역을 포함하는 것이 바람직하고, 콘덴서 영역의 50% 이상을 포함하는 것이 바람직하고, 콘덴서 영역의 100%를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
검지막의 제 2 표면의 제 2 전극과 접촉하는 부분에 관해서도, 제 1 표면의 제 1 전극과 접촉하는 부분과 마찬가지로, 미세한 요철을 가지는 조면(이하, 「제 3 조면」이라고도 칭한다.)을 포함하는 구성으로 하여도 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 센서의 보다 양호한 내구성을 얻을 수 있다. 또한, 정전 용량식의 센서에 있어서는, 정전 용량의 경시적인 변화를 추가로 억제할 수 있다. 검지막의 제 2 표면에 있어서의 제 3 조면의 미세한 요철은, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛인 것이 바람직하고, 0.5㎛~2.5㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.6㎛~1.5㎛인 것이 더욱 바람직하다.
검지막에 있어서, 상기한 제 1 조면 및 제 3 조면의 형성은, 특별하게 한정되는 일은 없으며, 공지의 방법이 채용된다. 예를 들면, 샌드 블라스트 처리, 액체 호닝 처리, 버프 연마, 연마 시트(래핑 필름 등)에 의한 연마 등의 기계 연마 등에 의해, 표면을 연마하는 방법을 들 수 있다. 또는, 검지막을 형성할 때에, 제 1 조면이나 제 3 조면을 가지는 검지막이 형성되도록 하여도 된다. 구체적으로는, 검지막을 형성할 때에, 조면을 전사하는 방법, 검지막의 형성에 이용되는 조성물에 미립자를 첨가하여 미립자를 표면으로부터 돌출시켜서 조면을 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 검지막은, 수지 조성물과 용제를 포함하는 용액을 이용한 용액 캐스트법, 용융 압출법 등의 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다. 도포 방법으로서는, 스핀 코팅법, 스크린 인쇄법, 잉크젯 인쇄법, 딥 코팅법, 에어나이프 코팅법, 롤 코팅법, 그라비아 코팅법, 블레이드 코팅법 등의 공지의 도포 방법을 채용할 수 있다.
검지막은, 평균 두께가 0.3㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.5㎛ 이상이어도 되고, 또한, 90㎛ 이하여도 되고, 50㎛ 이하여도 되고, 10㎛ 이하인 것이 바람직하고, 3㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
검지막은, 수지 조성물로부터 형성된다. 수지 조성물은, 수지를 포함하며, 산화방지제, 난연제, 가소제, 자외선 흡수제 등의 첨가제 등을 포함하고 있어도 된다. 검지막을 이루는 수지로서는 특별하게 한정되지 않는다. 검지막이 감습막인 경우, 수지로서는, 수분을 흡탈착할 수 있는 수지이면 한정되는 일은 없으며, 폴리이미드 수지, 셀롤 수지, 폴리비닐알코올 수지 등이 예시되며, 우수한 내구성을 가지는 관점에서, 폴리이미드 수지가 바람직하다. 수지 조성물은, 폴리이미드 수지 성분의 함유량이, 수지 조성물의 총량에 대하여, 90질량% 이상인 것이 바람직하고, 95질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 98질량% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 100질량%여도 된다. 수지 조성물의 총량이란, 수지 조성물에 포함되는 고형 성분을 의미하고, 용제 이외의 성분의 총량이 된다.
폴리이미드 수지 성분은, 1종 이상의 폴리이미드 수지를 포함하고, 적어도 불소화 폴리이미드 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 여기에서, 수지 조성물이 함유하는 폴리이미드 수지 성분이란, 수지 조성물에 포함되는 폴리이미드 수지를 가리킨다. 즉, 폴리이미드 수지 성분이 1종의 폴리이미드 수지를 포함하는 경우, 수지 조성물이 함유하는 폴리이미드 수지 성분이란 이 1종의 폴리이미드 수지를 의미하고, 폴리이미드 수지 성분이 2종 이상의 폴리이미드 수지를 포함하는 경우, 수지 조성물이 함유하는 폴리이미드 수지 성분이란 이 2종 이상의 폴리이미드 수지를 의미한다.
불소화 폴리이미드 수지를 포함하는 것에 의해, 감습막에 있어서, 수분의 탈흡착에 대하여 우수한 응답성이 얻어진다. 불소화 폴리이미드 수지는, 폴리이미드 구조와 플루오로기(즉, 불소 원자)를 가지는 수지이면 특별하게 한정되지 않는다. 폴리이미드 수지는, 예를 들면, 디아민 또는 그 유도체와, 테트라카르본산 또는 그 유도체를 반응시킴으로써 얻을 수 있다. 감습막에 사용할 수 있는 폴리이미드 수지로서는, 예를 들면, 국제공개 제2017/179367호에 기재된 수지 등을 들 수 있다.
<제 1 전극>
제 1 전극은, 도전성 재료를 이용하여 형성할 수 있으며, 예를 들면, 금, 구리, 알루미늄, 철, 주석, 아연, 니켈, 티탄, 몰리브덴, 크롬, 텅스텐, 납 등의 금속, 및 이들 금속에서 선택되는 2종 이상의 금속을 포함하는 합금, 알루미늄-규소 합금, 및, 다결정 실리콘으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상에 의해 형성할 수 있다. 제 1 전극은, 검지막의 제 1 표면 상에, 전해 도금, 무전해 도금, 용해 도금, 화학 증착, 물리 증착 등, 공지의 도금 방법으로 성막하는 방법, 또는, 미리 성막된 전극막을 제 1 표면 상에 적층하는 방법 등에 의해 형성할 수 있다. 물리 증착으로서는, 진공 증착, 분자선 증착, 이온빔 증착 등의 증발원(蒸發源)을 가열하여 증발시키는 방법을 포함하는 증발계(蒸發系), 마그네트론 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링 등의 스퍼터링계를 들 수 있다. 이들의 방법은, 필요에 따라 패터닝을 조합시킬 수 있다. 또한, 제 1 표면과의 높은 밀착성이 얻어지는 것으로부터, 도금 방법이 바람직하다. 본 명세서에서는, 도금 방법에 의해 형성된 막을 도금막이라고 한다.
제 1 전극의 두께는, 100㎚~500㎚인 것이 바람직하고, 100㎚~300㎚인 것이 보다 바람직하다. 센서가 습도 센서이며, 센서를 임의의 위치에 설치하였을 때에 외부 환경에 노출하는 면이 제 1 전극측의 면인 경우(센서의 설치면이 제 1 전극측의 면은 아닌 경우), 제 1 전극 표면으로부터 수분을 거두어 들일 수 있도록, 제 1 전극의 두께는 얇은 쪽이 바람직하다.
<센서 소자의 제 1 전극을 가지는 표면>
센서 소자의 제 1 전극을 가지는 표면은, 미세한 요철을 가지는 조면(「제 2 조면」이라고도 칭한다.)을 포함할 수 있다. 센서 소자의 제 1 전극을 가지는 표면은, 제 1 전극의 검지막측과는 반대측의 표면을 포함한다. 센서 소자의 제 1 전극을 가지는 표면에 있어서의 제 2 조면은, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛인 것이 바람직하고, 0.5㎛~2.5㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.6㎛~1.5㎛인 것이 더욱 바람직하다.
센서 소자의 제 1 전극을 가지는 표면에 있어서의 제 2 조면은, 제 1 전극이 마련된 부분의 표면의 전체여도 되고, 당해 표면의 일부여도 된다. 제 2 조면은, 콘덴서 영역을 포함하는 것이 바람직하고, 콘덴서 영역의 50% 이상을 포함하는 것이 바람직하고, 콘덴서 영역의 100%를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
센서 소자의 제 1 전극을 가지는 표면에 있어서의 제 2 조면은, 검지막의 제 1 표면에 상기한 제 1 조면을 형성함으로써, 검지막의 제 1 표면의 형상을 답습하여 형성할 수 있으며, 제 1 조면의 형상에 추수(追隨)하여 형성된 형상을 포함할 수 있다. 제 1 조면의 형상과 제 2 조면의 형상은 일치하고 있어도 되지만, 일치하고 있지 않아도 된다.
<제 2 전극>
제 2 전극은, 도전성 재료를 이용하여 형성할 수 있으며, 예를 들면, 제 1 전극에서 예시한 재료를 이용하여 형성할 수 있다. 제 2 전극은, 검지막의 제 2 표면 상에 직접 형성하여도 되고, 기판 상에 형성하고, 그 후 검지막의 제 2 표면 상에 적층되도록 하여도 된다. 제 2 전극은, 제 1 전극에서 예시한 형성 방법에 의해 형성할 수 있다.
제 2 전극의 두께는, 특별하게 한정되지 않으며, 제 1 전극의 두께와 같은 두께여도 되고, 제 1 전극의 두께보다도 커도 된다. 제 2 전극의 두께는, 예를 들면, 100㎚~500㎚여도 되고, 100㎚~300㎚여도 된다.
<센서 소자의 제 2 전극을 가지는 표면>
센서 소자의 제 2 전극을 가지는 표면은, 센서 소자의 제 1 전극측의 표면과 마찬가지로, 미세한 요철을 가지는 조면(이하, 「제 4 조면」이라고도 칭한다.)을 포함하고 있어도 된다. 센서 소자의 제 2 전극을 가지는 표면은, 제 2 전극의 검지막측과는 반대측의 표면을 포함한다. 센서 소자의 제 2 전극을 가지는 표면에 있어서의 제 4 조면은, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛인 것이 바람직하고, 0.5㎛~2.5㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.6㎛~1.5㎛인 것이 더욱 바람직하다.
센서 소자의 제 2 전극을 가지는 표면에 있어서의 제 4 조면은, 제 2 조면과 마찬가지로 형성할 수 있으며, 예를 들면, 검지막의 제 3 조면에 있어서의 상기한 제 3 조면을 형성함으로써, 검지막의 제 3 표면의 형상을 답습하여 형성할 수 있으며, 제 3 조면의 형상에 추수하여 형성된 형상일 수 있다. 제 3 조면의 형상과 제 4 조면의 형상은 일치하고 있어도 되지만, 일치하고 있지 않아도 된다.
<용도>
본 발명의 센서의 용도는, 특별하게 한정되는 일 없이 공지의 용도에 이용된다. 센서는, 제 1 전극측의 면과 제 2 전극측의 면을 구별하는 일 없이 탑재할 수도 있지만, 제 1 전극과 제 2 전극의 내, 센서의 노출면(센서의 설치면과는 반대측)이, 제 1 전극측의 면이 되도록 탑재되는 것이 바람직하다. 용도의 일례로서, 스마트폰, 손목 시계형 휴대 단말 등의 휴대 장치로의 탑재를 들 수 있다. 센서는, 그 용도에 따라, 가요성으로 구성하여도 된다. 휴대 장치에 탑재된 센서는, 그 검출 습도를 휴대 장치의 제어에 적용하여도 된다.
이하, 본 발명의 센서가 습도 센서이며, 검지막이 감습막인 경우를 예로 들어서 구체적으로 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1의 (a)는, 습도 센서의 제 1 실시형태를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이며, 도 1의 (b)는, (a)의 X-X 단면도이다. 도 1의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 습도 센서(센서)(10)는, 절연성 기판(1), 하부 전극(제 2 전극)(2), 감습막(검지막)(3), 상부 전극(제 1 전극)(4), 하부 전극용 리드선(7), 상부 전극용 리드선(9)을 가진다. 하부 전극(2)은 절연성 기판(1) 상에 형성되어 있으며, 하부 전극(2)에는 하부 전극용 리드선(7)이 접속되어 있다. 감습막(3)은, 하부 전극(2)의 하부 전극용 리드선(7)과의 접속 부분을 제외하는 영역을 덮도록, 절연성 기판(1) 상에 형성되어 있다. 상부 전극(4)은, 감습막(3) 상에 있어서, 하부 전극(2)이 연장하는 것 방향과 직교하는 방향으로 연장하도록 형성되어 있다. 상부 전극(4)에는 상부 전극용 리드선(9)이 접속되어 있다.
습도 센서(10)에 있어서, 상부 전극(4)과 하부 전극(2)이 대향하는 영역이, 콘덴서 영역(10a)이다. 감습막(3)의, 상부 전극(4)이 마련되어 있는 표면(제 1 표면)에 있어서, 상부 전극(4)과 접하는 표면은 상기한 조면으로 되어 있다.
절연성 기판(1)은, 절연성을 가지는 글라스 기판, 산화알루미늄이나 산화규소 등의 금속 산화물로 형성된 금속 산화물 기판이어도 되고, 도전성 기판의 표면을 금속 산화물 등의 절연성 재료로 피복한 것이어도 된다.
습도 센서(10)의 제조방법의 일례를 설명한다. 우선, 절연성 기판(1)을 준비하고, 절연성 기판(1) 상에 하부 전극(2)을 형성한다. 하부 전극(2)은, 예를 들면, 절연성 기판(1)의 전체면에 전극 재료를 성막하고, 포토리소그래피 기술을 이용하여 원하는 형상으로 패터닝하여도 되고, 절연성 기판(1) 상에 마스크를 첨부하고, 전극 재료의 성막과 패터닝이 동시에 이루어지도록 하여도 된다. 다음으로, 하부 전극(2)이 형성된 절연성 기판(1) 상에 감습막(3)을 형성한다. 감습막(3)은, 수지 조성물과 용제를 포함하는 도포액을 절연성 기판(1) 상에 도포하여 건조함으로써 형성할 수 있다(용액 캐스트법). 도포액의 도포에 있어서, 하부 전극(2)상의 하부 전극용 리드선(7)과의 접속 부분을 마스크 등하여 도포를 행하는 것이 바람직하다.
계속하여, 감습막(3)의 상면의 상부 전극(4)이 형성되는 영역에 연마 처리를 실시하여 조면을 형성한 후, 감습막(3)의 상면에 상부 전극(4)을 형성한다. 상부 전극(4)은, 하부 전극(2)과 마찬가지의 방법에 의해 형성할 수 있다.
(제 2 실시형태)
도 2의 (a)는, 습도 센서의 제 2 실시형태를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이며, 도 2의 (b)는, (a)의 X-X 단면도이다. 도 2의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 습도 센서(20)는, 절연성 기판(1)을 가지지 않는 점만, 제 1 실시형태의 습도 센서(10)와 다르다. 습도 센서(20)는, 절연성 기판(1)을 가지지 않기 때문에, 하부 전극(2)은, 미리 성막된 감습막(3)의 표면(제 2 표면)에 직접 마련함으로써 구성할 수 있다. 상부 전극(4)과 하부 전극(2)이 대향하는 영역이, 콘덴서 영역(20a)이다.
도 2에 있어서, 하부 전극용 리드선 및 상부 전극용 리드선은 도시하지 않았지만, 적절히 마련할 수 있다.
본 발명의 센서의 상부 전극 및 하부 전극의 형상은, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 습도 센서에 나타나 있는 바와 같은 서로 직교하는 형상에 한정되는 일은 없지만, 감습막의 표면 중 적어도 일부는 전극으로 덮어지는 일 없이 주위 환경에 노출되어 있는 구성인 것이 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 관점에서 바람직하다.
(실시예)
이하, 실시예 및 비교예를 나타내서 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들의 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[내구성의 평가 방법]
실시예 및 비교예의 습도 센서의 시험편에 대하여, 다음과 같이 하여 정전 용량 보지율의 평가를 행하였다. 우선, 습도 센서의 시험편을, 온도 30℃, 상대 습도 60% RH의 분위기 하에서 약 1시간 조습한 후, 커패시턴스 미터(상품명:Compact Capacitance Meter Model 810C, BK Precision사제)를 이용하여 정전 용량을 측정하였다. 이 때 측정된 정전 용량을 초기의 정전 용량 C0으로 하였다.
다음으로, 실시예 및 비교예의 습도 센서의 시험편을, 이하의 내마모 시험에 제공하고, 내마모 시험 후의 습도 센서를, 온도 30℃, 상대 습도 60% RH의 분위기 하에서 약 1시간 조습한 후, 커패시턴스 미터(상품명:Compact Capacitance Meter Model 810C, BK Precision사제)를 이용하여 정전 용량을 측정하였다. 이 때 측정된 정전 용량을 정전 용량 C1로 하였다.
그리고, 정전 용량 보지율(%)을 하기의 식에 의거하여 산출하였다.
정전 용량 보지율(%)=(C1/C0)×100
[제조예 1]
(폴리이미드 수지 필름의 제조)
국제공개 제2017/179367호의 실시예 1의 기재에 의거하여, 2,2'-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노페닐 및 4,4'-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판-2,2-디일)디프탈산 2무수물을 반응시켜서 폴리이미드 수지를 합성하였다. 얻어진 폴리이미드 수지를 γ-부티로락톤에 20질량%로 용해시켜서, 균일한 폴리이미드 용액으로 하였다. 얻어진 용액을 글라스 기판에 도포하고, 50℃로 30분, 이어서 140℃로 10분 가열하여 용매를 건조시켰다. 필름을 글라스 기판으로부터 박리하고, 금속틀을 장착하여 210℃로 1시간 가열하여, 80㎛의 폴리이미드 수지 필름을 얻었다.
[실시예 1~5, 비교예 1]
(습도 센서의 시험편의 제조)
제 2 실시형태의 습도 센서와 마찬가지의 구성을 가지는 습도 센서의 시험편을, 도 3의 (a)~(h)에 나타내는 순서로 작성하였다. 구체적으로는, (a)에 나타내는 바와 같이, 감습막으로서, 상기 제조예 1에서 얻은 폴리이미드 수지 필름을 가로세로 5㎝의 크기로 잘라낸 필름(33)을 준비하고, (b)에 나타내는 바와 같이, 필름(33)의 제 2 표면(33b)에, 일방향으로 연장하는 1㎝폭의 영역을 중심으로 노출시켜서 테이프(35)를 첩부(貼付)하여 제 2 표면(33b)을 마스크하였다. 다음으로 (c)에 나타내는 바와 같이, 필름(33)의 제 2 표면(33b)에, 이온 코터 IB-3(주식회사 에이코제)을 이용하고, 증착원을 Au, 증착 조건을 5~8㎃로 하여, 10분간 증착을 행하여 하부 전극(32)을 형성한 후, (d)에 나타내는 바와 같이, 마스크용의 테이프(35)를 박리하고, 제 2 표면(33b)에, 노출시킨 영역에 대응하는 1㎝×5㎝ 사이즈의 하부 전극(32)이 형성된 필름(33)을 얻었다.
다음으로 (e)에 나타내는 바와 같이, 필름(33)의 제 1 표면(33a)에, 하부 전극(32)에 직교하는 방향으로 연장하는 1㎝폭의 영역(36)에, 래핑 필름(두께:3㎛, 지립(砥粒):산화알루미늄(입도 12㎛), 3M사제)을 표 1에 나타내는 소정 횟수 왕복시켜서 연마 처리를 실시하였다. 연마 처리 후, 영역(36)의 하부 전극(32)과 대향하는 1㎝×1㎝ 사이즈의 영역(36a)의 표면 조도 S1(㎛)을, 표면 조도 측정 장치(OLS4100, OLYMPUS사제)를 이용하여, 측정 배율을 10배, 측정 면적을 1280㎛×1280㎛로 하여 측정을 행하였다. 표면 조도 S1(㎛)은, 제곱평균제곱근 조도(Sq)의 값으로 하였다.
다음으로 (f)에 나타내는 바와 같이, 필름(33)의 제 1 표면(33a)에, 영역(36)을 노출시키도록, 필름에 테이프(37)를 부착하여 제 1 표면(33a)를 마스크하였다. 다음으로 (g)에 나타내는 바와 같이, 필름(33)의 제 1 표면(33a)에, 이온 코터 IB-3(주식회사 에이코제)을 이용하고, 증착원을 Au, 증착 조건을 5~8㎃로 하여, 5분간 증착을 행하여 상부 전극을 형성한 후, (h)에 나타내는 바와 같이, 마스크용의 테이프(37)를 박리하고, 제 1 표면(33a)에, 노출시킨 영역(36)에 대응하는 1㎝×5㎝ 사이즈의 상부 전극(34)이 형성된 필름(33)을 얻었다. 그 후, 상부 전극(34) 표면의 하부 전극(32)과 대향하는 영역(34a)의 표면 조도 S2(㎛)를, 표면 조도 측정 장치(OLS4100, OLYMPUS사제)를 이용하고, 측정 배율을 10배, 측정 면적을 1280㎛×1280㎛로 하여 측정을 행하였다. 표면 조도 S2(㎛)는, 제곱평균제곱근 조도(Sq)의 값으로 하였다.
(내마모 시험)
실시예 및 비교예의 습도 센서의 시험편에 대하여, 상부 전극(34) 표면의 영역(34a)(도 3의 (h))을 중심으로서 포함하는 1㎝폭×2㎝의 길이의 영역을, 마찰 마모 시험기(상품명:트라이보기어 TYPE38, 신토과학주식회사제)를 이용하고, 접촉 단자와 상부 전극의 접촉면에 부직포 와이퍼(BEMCOTM-1, 아사히화성주식회사제)를 재치하고, 이동 속도 1600㎜/분, 수직 하중 30g의 조건으로, 접촉 단자를 100왕복시켰다.
[내구성의 평가 결과]
표 1에, 실시예 및 비교예의 습도 센서의 시험편에 대하여, 상기한 바와 같이 하여 측정한 감습막의 제 1 표면의 표면 조도 S1(㎛), 상부 전극의 표면 조도 S2(㎛), 및 정전 용량 보지율(%)을 나타낸다. 또한, 도 4는, 표 1에 나타내는 결과를, 감습막의 제 1 표면의 표면 조도 S1(㎛)을 가로축, 정전 용량 보지율(%)을 세로축에 플롯한 그래프이며, 도 5는, 표 1에 나타내는 결과를, 상부 전극의 표면 조도 S2(㎛)를 가로축, 정전 용량 보지율(%)을 세로축에 플롯한 그래프이다.
1
절연성 기판
2,32 하부 전극
3,33 감습막
4,34 상부 전극
7 하부 전극용 리드선
9 상부 전극용 리드선
10 감습 센서
20 감습 센서
33a (감습막의) 제 1 표면
33b (감습막의) 제 2 표면
2,32 하부 전극
3,33 감습막
4,34 상부 전극
7 하부 전극용 리드선
9 상부 전극용 리드선
10 감습 센서
20 감습 센서
33a (감습막의) 제 1 표면
33b (감습막의) 제 2 표면
Claims (12)
- 수지 조성물로부터 형성되는 검지막과, 상기 검지막의 제 1 표면 상에 마련된 제 1 전극과, 상기 검지막의 제 2 표면 상에 마련된 제 2 전극을 구비하고,
상기 검지막의 상기 제 1 표면은, 상기 제 1 전극과 접촉하는 부분에, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛의 미세한 요철을 가지는 조면을 포함하는, 센서. - 수지 조성물로부터 형성되는 검지막과, 상기 검지막의 제 1 표면 상에 마련된 제 1 전극과, 상기 검지막의 제 2 표면 상에 마련된 제 2 전극을 구비한 센서 소자를 포함하고,
상기 센서 소자의 상기 제 1 전극을 가지는 표면은, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛의 미세한 요철을 가지는 조면을 포함하는, 센서. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 적어도 일방은, 도금막인, 센서. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검지막의 상기 제 1 표면은, 상기 제 1 전극과 접촉하지 않는 부분을 포함하는, 센서. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검지막은, 평균 두께가 0.3㎛~10㎛인, 센서. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검지막의 상기 제 2 표면은, 상기 제 2 전극과 접촉하는 부분에, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛의 미세한 요철을 가지는 조면을 포함하는, 센서. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
기판을 추가로 구비하고,
상기 기판, 상기 제 2 전극, 상기 검지막, 상기 제 1 전극이 이 순서대로 적층되어 있는, 센서. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
가요성을 가지는, 센서. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검지막은 감습막인, 센서. - 제 9 항에 있어서,
상기 감습막은, 폴리이미드 수지 성분을 함유하는 수지 조성물로부터 형성되는, 센서. - 기판을 준비하는 공정과,
상기 기판 상에 제 2 전극을 형성하는 공정과,
제 2 전극 상에 수지를 주성분으로 하는 검지막을 형성하는 공정과,
상기 검지막의 제 2 전극과 반대측의 표면 중 적어도 일부를 조면화하여 조면으로 하는 공정과,
상기 검지막의 상기 표면의 상기 조면을 포함하는 영역에, 제 1 전극을 도금에 의해 형성하는 공정을 가지며,
상기 조면은, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛인, 센서의 제조방법. - 기판을 준비하는 공정과,
상기 기판 상에 제 2 전극을 형성하는 공정과,
제 2 전극 상에 수지를 주성분으로 하는 검지막을 형성하는 공정과,
상기 검지막의 제 2 전극과 반대측의 표면에, 제 1 전극을 도금에 의해 형성하는 공정을 가지며,
상기 제 1 전극을 가지는 표면은, 제곱평균제곱근 조도(Sq)가 0.3㎛~3.0㎛의 미세한 요철을 가지는 조면을 포함하는, 센서의 제조방법.
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