WO2016132590A1 - 容量感知型湿度センサ - Google Patents

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直樹 福永
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シャープ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance

Definitions

  • This invention relates to a capacitance sensing type humidity sensor.
  • the capacitance-sensing humidity sensor As a capacitance sensing type humidity sensor that senses a change in humidity, there is one disclosed in JP-T-2003-516539 (Patent Document 1). As shown in FIG. 6, the capacitance-sensing humidity sensor has two comb-shaped interdigital electrodes 21 and 22 formed to face each other. On the interdigital electrodes 21 and 22, as shown in FIG. 7, a measurement layer 23 made of a polymer is formed.
  • the polymer is a dielectric, and generally has a dielectric constant of about 3.
  • the dielectric constant of the polymer changes greatly, and the capacitance value between the electrodes 21 and 22 changes. Therefore, the capacitance sensing type humidity sensor can detect a change in humidity by utilizing the principle that the capacitance value between the electrodes 21 and 22 changes depending on the amount of moisture (that is, humidity) contained in the ambient air. is there.
  • the electrical signals from both electrodes 21 and 22 are processed by the measurement circuit (signal amplification circuit) 24 and output to an external system. It is supposed to be.
  • 25 is a semiconductor chip
  • 26 is an insulating film
  • 27 is a protective film.
  • the interdigital electrodes 21 and 22 in the shape of combs are structured to operate by detecting the capacitance change of the measurement layer 23 due to moisture. Is affected by external electromagnetic induction.
  • the potential of the semiconductor chip 25 shown in FIG. 7 may be fixed.
  • simply having such a configuration results in capacitive coupling between the interdigital electrodes 21 and 22 that detect a minute capacitance change due to a change in humidity and the semiconductor chip 25, and a capacitance change that represents a humidity value.
  • a new problem arises in that parasitic capacitance occurs in the detection of this and adversely affects it.
  • an object of the present invention is to provide a capacitance-sensitive humidity sensor that can suppress the influence of electromagnetic induction without causing a significant increase in cost and new problems.
  • the capacitance sensing type humidity sensor of the present invention is A substrate, an insulating film formed on the substrate, a first electrode and a second electrode formed on the insulating film, and formed on the insulating film between the first electrode and the second electrode A humidity sensor element having a moisture sensitive film formed; A signal processing circuit element for acquiring a capacitance value of the moisture sensitive film located between the first electrode and the second electrode in the humidity sensor element and performing signal processing; A support base for supporting the humidity sensor element and the signal processing circuit element; The first electrode and the second electrode are arranged to face each other, and detect the capacitance value of the moisture-sensitive film located between the first and second electrodes to represent the capacitance value.
  • the signal is sent to the signal processing circuit element, A conductive film is formed on the support substrate,
  • the humidity sensor element is supported by being bonded to the support base with an adhesive so that each of the first electrode and the second electrode is positioned on the conductive film.
  • the adhesive for adhering the humidity sensor element to the conductive film or to the position of the conductive film on the support substrate is an insulating adhesive.
  • the potential of the conductive film in the support base is fixed to the reference potential of the signal processing circuit element.
  • the potential of the conductive film in the support base is fixed to the electrode potential of one of the first electrode and the second electrode.
  • the potential of the conductive film in the support substrate is fixed to the reference potential of the signal processing circuit element;
  • the adhesive for adhering the humidity sensor element to the conductive film or to the position of the conductive film on the support substrate is a conductive adhesive;
  • the film thickness of the insulating film in the humidity sensor element is thicker than that in the case where the adhesive for bonding the humidity sensor element is an insulating adhesive.
  • the conductive film is formed below the first electrode and the second electrode in the humidity sensor element. Therefore, it is possible to avoid fluctuations in the capacitance value of the moisture sensitive film located between the first and second electrodes only by bringing a metal piece closer to the back side of the support base that supports the humidity sensor element. .
  • a capacitive sensing type humidity sensor capable of greatly suppressing the influence of electromagnetic induction from the back surface of the support base is provided without causing a significant increase in cost and new technical problems. It becomes possible.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a capacitive sensing type humidity sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 1. It is a schematic sectional drawing of the capacity
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a capacitance-sensing humidity sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.
  • the capacitance sensing type humidity sensor includes a humidity sensor chip 6 as an example of the humidity sensor element and a signal processing IC (integrated circuit) chip 7 as an example of the signal processing circuit element. And a support base 8.
  • the insulating film 2 made of SiO 2 is formed on the silicon semiconductor substrate 1, and the first and second layers each having a thickness of about 1 ⁇ m to 3 ⁇ m, for example, are formed on the insulating film 2.
  • Comb electrodes 3 and 4 are formed.
  • the first comb electrode 3 is an example of the first electrode.
  • the second comb electrode 4 is an example of the second electrode.
  • the first comb-shaped electrode 3 has a handle 3a and a plurality of teeth 3b, 3b,... Extending from the handle 3a in the vertical direction.
  • the second comb-shaped electrode 4 has a handle 4a and a plurality of teeth 4b, 4b,... Extending from the handle 4a in the vertical direction.
  • the plurality of teeth 3b, 3b,... In the first comb electrode 3 and the plurality of teeth 4b, 4b,... In the second comb electrode 4 are arranged so as to alternately face each other.
  • a connection pad 3c is provided at one end of the handle 3a of the first comb electrode 3.
  • a connection pad 4c is provided at one end of the handle 4a of the second comb electrode 4.
  • a polymer film 5 as an example of a moisture sensitive film is formed between the first comb electrode 3 and the second comb electrode 4.
  • the polymer film 5 is applied to the surface of the insulating film 2 where the first and second comb-shaped electrodes 3 and 4 are not formed and the surfaces of the first and second comb-shaped electrodes 3 and 4. , Done to cover the whole.
  • the polymer film 5 is cured by cure baking.
  • a humidity sensor wafer comprising the silicon semiconductor substrate 1, the insulating film 2, the first comb electrode 3, the second comb electrode 4, and the polymer film 5 is obtained.
  • the polymer film 5 is a hygroscopic dielectric film, for example, a polyimide film.
  • the humidity sensor wafer After the curing and baking, the humidity sensor wafer is separated into pieces by dicing, and the humidity sensor chip 6 shown in FIGS. 1 and 2 is formed.
  • the signal processing IC chip 7 is disposed adjacent to the humidity sensor chip 6.
  • the signal processing IC chip 7 is formed by a general semiconductor process. Then, the capacitance value of the polymer film 5 located between the tooth portion 3b of the first comb electrode 3 and the tooth portion 4b of the second comb electrode 4 in the humidity sensor chip 6 is acquired, amplified and subjected to signal processing.
  • a processing circuit (not shown) is included.
  • FIG. 1 only the humidity sensor chip 6 and the signal processing IC chip 7 and the metal wires 13 and 14 provided side by side are illustrated, and illustration of other configurations is omitted. Further, the distance between the humidity sensor chip 6 and the signal processing IC chip 7 in FIG. 1 does not correspond to the distance between the humidity sensor chip 6 and the signal processing IC chip 7 in FIG.
  • the humidity sensor chip 6 is supported on the support base 8 by being bonded to the conductive film 9 formed on the surface of the support base 8 with an insulating adhesive 10 as an example of the adhesive.
  • each of the first comb-shaped electrode 3 and the second comb-shaped electrode 4 is positioned on the conductive film 9.
  • the signal processing IC chip 7 is directly bonded to the surface of the support base 8 with an insulating adhesive or a conductive adhesive (not shown) so as to be adjacent to the humidity sensor chip 6.
  • the connection pad 3c of the 1st comb electrode 3 in the humidity sensor chip 6 and the connection pad 11 formed in the surface of the signal processing IC chip 7 are connected by the existing wire bonding technique.
  • connection pad 4c of the second comb electrode 4 in the humidity sensor chip 6 and the connection pad 12 formed on the surface of the signal processing IC chip 7 are connected by an existing wire bonding technique.
  • the humidity sensor chip 6 and the signal processing IC chip 7 are electrically connected by the metal wires 13 and 14.
  • a grounding pad 15 is provided between the connection pad 11 and the connection pad 12 on the surface of the signal processing IC chip 7, and the grounding pad 15 is grounded by a metal wire 16.
  • the capacitive sensing type humidity sensor configured as described above, the conductive film 9 is formed below the first comb electrode 3 and the second comb electrode 4 in the humidity sensor chip 6. Therefore, the capacitance sensing type humidity sensor hardly changes the capacitance between the first comb electrode 3 and the second comb electrode 4 when a metal piece is brought close to the back side of the semiconductor chip 25 corresponding to the support base 8. Become.
  • the influence of electromagnetic induction from the back surface of the support base 8 can be greatly suppressed.
  • the conductive film 9 and the silicon semiconductor substrate 1 are bonded by the insulating adhesive 10 and are not electrically connected. Therefore, an extra parasitic capacitance is not added to the first and second comb electrodes 3 and 4, and a humidity sensor that reacts to a minute capacitance change without adversely affecting the detection of a minute capacitance change with respect to humidity is configured. It becomes possible.
  • the conductive film 9 is formed on the upper surface of the support base 8.
  • the conductive film 9 may be formed inside the support substrate 8 or on the lower surface of the support substrate 8, and in this case, the effect on electromagnetic induction is the same.
  • the humidity sensor chip 6 is bonded to the support base 8 with the insulating adhesive 10 so that the first comb electrode 3 and the second comb electrode 4 are positioned on the conductive film 9. It will be.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a capacitive sensing humidity sensor according to a second embodiment of the present invention. This sectional view corresponds to FIG. 2 of the first embodiment.
  • the schematic plan view of the capacitance sensing humidity sensor is substantially the same as FIG. 1 of the first embodiment. Therefore, in the second embodiment, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the conductive film 9 on the support base 8 and the grounding pad 15 on the signal processing IC chip 7 are connected by a connection wire 17.
  • the conductive film 9 is grounded, and the potential of the conductive film 9 is fixed to the reference potential of the signal processing IC chip 7 (the ground ground potential in the second embodiment).
  • the first and second comb electrodes 3 and 4 are connected to the insulating adhesive 10, the silicon semiconductor substrate 1, and the conductive film 9 fixed at the reference potential.
  • a minute parasitic capacitance formed by connecting the insulating films 2 in series is added.
  • the conductive film 9 is formed below each of the first comb electrode 3 and the second comb electrode 4 in the humidity sensor chip 6. The influence of electromagnetic induction from the back surface of the substrate 8 can be reliably prevented.
  • the influence of electromagnetic induction from the back surface of the humidity sensor chip 6 can be ensured only to compensate for the adverse effect on the detection of capacitance change due to the minute parasitic capacitance added to the first and second comb electrodes 3 and 4.
  • the effect of preventing can be obtained.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the capacitance-sensitive humidity sensor according to the third embodiment. This sectional view corresponds to FIG. 2 of the first embodiment.
  • the plan view of the capacitance sensing humidity sensor is substantially the same as FIG. 1 of the first embodiment. Therefore, in the third embodiment, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the conductive film 9 on the support base 8 and the connection pad 12 on the signal processing IC chip 7 are connected by a connection wire 18.
  • the potential of the conductive film 9 is fixed to the electrode potential of the second comb electrode 4.
  • the second comb electrode 4 is electrically connected to the conductive film 9 and thus has the same potential as the conductive film 9.
  • the second comb electrode 4 electrically connected to the conductive film 9 is not added with parasitic capacitance to the conductive film 9 fixed to the electrode potential of the second comb electrode 4. It becomes composition.
  • the conductive film 9 on the support base 8 and the connection pad 12 on the signal processing IC chip 7 are connected by the connection wire 18, and the potential of the conductive film 9 is set to the second comb electrode 4.
  • the conductive film 9 on the support base 8 and the connection pad 11 on the signal processing IC chip 7 are connected by a connection wire, and the potential of the conductive film 9 is set to the first comb electrode. You may fix to the electrode potential of 3.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a capacitive sensing humidity sensor according to a fourth embodiment of the present invention. This sectional view is substantially the same as FIG. 3 of the second embodiment.
  • the plan view of the capacitance sensing humidity sensor is substantially the same as FIG. 1 of the first embodiment. Therefore, in the fourth embodiment, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the humidity sensor chip 6 is bonded to the conductive film 9 formed on the surface of the support base 8 with the insulating adhesive material 10.
  • the humidity sensor chip 6 is bonded to the conductive film 9 formed on the surface of the support base 8 with a conductive adhesive 19 as an example of the adhesive.
  • the insulating film 2 is formed thicker than in the case of the second embodiment (adhered with the insulating adhesive 10). In this way, the potential of the silicon semiconductor substrate 1 is fixed to the reference potential of the signal processing IC chip 7 (the ground ground potential in the fourth embodiment). Further, the influence of the parasitic capacitance generated by fixing the potential of the silicon semiconductor substrate 1 is reduced by increasing the thickness of the insulating film 2.
  • the potential of the silicon semiconductor substrate 1 is fixed to the reference potential of the signal processing IC chip 7. Thereby, it becomes possible to prevent the influence of the electromagnetic induction from the outside more reliably. In that case, the potential of the silicon semiconductor substrate 1 is ensured from the back side through the conductive film 9 and the conductive adhesive 19. Therefore, unlike the case of the conventional capacitive sensor shown in Patent Document 1, it is not necessary to form a deep contact through hole in the insulating film 2 in order to secure the potential of the silicon semiconductor substrate 1 from the surface side.
  • the existing wire bond technology can reliably prevent the influence of electromagnetic induction without generating new technical problems at low cost.
  • a plurality of rod-like electrodes are arranged in parallel, and the electrodes arranged every other one are connected in parallel, while being used as an example of the first electrode,
  • An electrode in which the remaining electrodes are connected in parallel may be used as an example of the second electrode.
  • spiral first and second electrodes may be used. In this case, one of the spiral first and second electrodes may be disposed between the other of the spiral first and second electrodes.
  • the potential of the silicon semiconductor substrate 1 is fixed to the ground ground potential.
  • the present invention is not limited to the ground ground potential, and may be any reference potential for the signal processing IC chip 7.
  • the capacity-sensitive humidity sensor of the present invention is A substrate 1, an insulating film 2 formed on the substrate 1, a first electrode 3 and a second electrode 4 formed on the insulating film 2, and the first electrode 3 and the second electrode 4.
  • a humidity sensor element 6 having a moisture sensitive film 5 formed therebetween;
  • a signal processing circuit element 7 for obtaining a capacitance value of the moisture sensitive film 5 positioned between the first electrode 3 and the second electrode 4 in the humidity sensor element 6 and performing signal processing;
  • a support base 8 for supporting the humidity sensor element 6 and the signal processing circuit element 7;
  • the first electrode 3 and the second electrode 4 are disposed opposite to each other, and detect the capacitance value of the moisture sensitive film 5 located between the first and second electrodes 3 and 4.
  • An electric signal representing the capacitance value is sent to the signal processing circuit element 7, A conductive film 9 is formed on the support base 8, The humidity sensor element 6 is supported by being bonded to the support base 8 with an adhesive so that each of the first electrode 3 and the second electrode 4 is located on the conductive film 9. It is characterized by.
  • the conductive film 9 is formed below the first electrode 3 and the second electrode 4 in the humidity sensor element 6. Therefore, the above-mentioned feeling located between the first and second electrodes 3 and 4 can be achieved simply by bringing a metal piece close to the back side of the support base 8 that supports the humidity sensor element 6 (the side opposite to the humidity sensor element 6). It is possible to suppress the capacitance value of the wet film 5 from fluctuating.
  • the influence of electromagnetic induction from the back surface of the support base 8 can be greatly suppressed.
  • the adhesive that adheres the humidity sensor element 6 to the conductive film 9 or to the position of the conductive film 9 on the support base 8 is an insulating adhesive 10.
  • the humidity sensor element 6 is bonded to the conductive film 9 or to the position of the conductive film 9 on the support base 8 with the insulating adhesive 10. Therefore, the substrate 1 of the humidity sensor element 6 and the conductive film 9 are not electrically connected, and no extra parasitic capacitance is added to the first and second electrodes 3 and 4.
  • the potential of the conductive film 9 in the support base 8 is fixed to the reference potential of the signal processing circuit element 7.
  • the potential of the conductive film 9 is fixed to the reference potential of the signal processing circuit element 7. Therefore, it is possible to more effectively avoid the capacitance value of the moisture sensitive film 5 positioned between the first and second electrodes 3 and 4 from being affected by electromagnetic induction from the outside.
  • the potential of the conductive film 9 in the support base 8 is fixed to the electrode potential of one of the first electrode 3 and the second electrode 4.
  • the potential of the conductive film 9 is fixed to the electrode potential of one of the first electrode 3 and the second electrode 4. Therefore, no parasitic capacitance is added to the electrode that is electrically connected to the conductive film 9 with respect to the conductive film 9.
  • the potential of the conductive film 9 in the support base 8 is fixed to the reference potential of the signal processing circuit element 7;
  • the adhesive for adhering the humidity sensor element 6 to the conductive film 9 or to the position of the conductive film 9 on the support base 8 is a conductive adhesive 19;
  • the film thickness of the insulating film 2 in the humidity sensor element 6 is thicker than that in the case where the adhesive material to which the humidity sensor element 6 is bonded is the insulating adhesive material 10.
  • the humidity sensor element 6 is bonded to the conductive film 9 or to the position of the conductive film 9 on the support base 8 with the conductive adhesive 19. Therefore, the potential of the substrate 1 in the humidity sensor element 6 is fixed to the reference potential of the signal processing circuit element 7. Accordingly, it is possible to more reliably prevent the influence of external electromagnetic induction. In that case, the potential of the substrate 1 in the humidity sensor element 6 is ensured from the back side through the conductive adhesive 19 and the conductive film 9. Therefore, unlike the conventional capacitive sensor shown in Patent Document 1, it is not necessary to form a deep contact through hole in the insulating film 2 in the humidity sensor element 6.
  • the existing wire bond technology can reliably prevent the influence of electromagnetic induction without generating new technical problems at low cost.
  • the film thickness of the insulating film 2 in the humidity sensor element 6 is thicker than that in the case where the adhesive material to which the humidity sensor element 6 is bonded is the insulating adhesive material 10. Accordingly, a decrease in insulation between the first and second electrodes 3 and 4 of the humidity sensor element 6 and the conductive film 9 is suppressed, and the influence of parasitic capacitance generated by fixing the potential of the substrate 1 is suppressed. Is reduced.

Abstract

　容量感知型湿度センサは、第１電極および第２電極と、感湿膜(５)とを有する湿度センサ素子(６)と、感湿膜(５)の容量値を取得して信号処理を行う信号処理回路素子(７)と、湿度センサ素子(６)と信号処理回路素子(７)とを支持する支持基体(８)とを備え、第１電極と第２電極とは、互いに対向して配置されると共に、第１,第２電極(３,４)の間に位置する感湿膜(５)の容量値を検出して容量値を表す電気信号を信号処理回路素子(７)に送出するようになっており、支持基体(８)には導電性膜(９)が形成されており、湿度センサ素子(６)は、第１電極(３)と第２電極(４)とのそれぞれが導電性膜(９)上に位置するように、支持基体に接着材(１０)で接着されて支持されている。

Description

容量感知型湿度センサ
　この発明は、容量感知型湿度センサに関する。
　湿度の変化を感知する容量感知型湿度センサとしては、特表２００３－５１６５３９号公報(特許文献１)に開示されたものがある。この容量感知型湿度センサは、図６に示すように、２つの櫛形状のインターデジタル電極２１,２２が互いに向かい合って形成されている。また、インターデジタル電極２１,２２上には、図７に示すように、ポリマーからなる測定層２３が形成されている。
　上記ポリマーは、誘電体であり、一般的に、誘電率は３程度の値を示す。ところが、上記ポリマーが、誘電率が８０程度の水分を吸湿すると、ポリマーの誘電率が大きく変化して、上記電極２１,２２間の容量値が変化する。したがって、周囲環境の大気に含まれる水分量(すなわち湿度)に依存して上記電極２１,２２間の容量値が変化する原理を利用して、容量感知型湿度センサは湿度の変化を感知できるのである。
　その場合、上記湿度センサの電極２１,２２間の容量の変化が微小であるために、両電極２１,２２からの電気信号を測定回路(信号増幅回路)２４によって処理し、外部のシステムに出力するようになっている。
　尚、図７において、２５は半導体チップ、２６は絶縁膜、２７は保護膜である。
特表２００３‐５１６５３９号公報
　しかしながら、上記従来の容量感知型湿度センサには、上記特許文献１では触れられていないが、水分による測定層２３の容量変化を検知して動作する構造上、櫛形状のインターデジタル電極２１,２２が外部からの電磁誘導の影響を受けてしまうというを問題がある。
　本発明者等の実験によれば、上記容量感知型湿度センサを支持する基体の種類によって、容量値がシフトしてしまうという現象が生ずる。詳細に調査した結果、その基体に導電性の膜を含む場合と含まない場合とで、湿度値が約４％RHもシフトしてしまうという現象が見られた。さらに、上記基体に導電性の膜を含まない場合には、保持する上記基体の裏面側に金属片を近づけるだけで、上述の場合と同じく湿度値が数％RHずれることが確認された。
　以上のことより、上記インターデジタル電極２１,２２間の容量は、外部からの電磁誘導の影響を受けることが判明した。
　この問題を解決する方法としては、図７に示す半導体チップ２５の電位を固定すれば良い。ところが、単にそのような構成にしてしまうと、湿度の変化による微小な容量変化を検知するインターデジタル電極２１,２２と半導体チップ２５とが容量結合されてしまうことになり、湿度値を表す容量変化の検出に寄生容量が発生して悪影響を与えてしまうという新たな問題が発生する。
　また、上記半導体チップ２５の電位を固定するためには、絶縁膜２６を上側から貫通するコンタクト用の電極を形成する必要が生ずる。そのため、上記コンタクトを形成する工程が付加される結果、コスト上昇を招いて安価な湿度センサを供給する妨げとなってしまう。さらに、電位が固定された半導体チップ２５とインターデジタル電極２１,２２との間の寄生容量の影響を極力低減するためには、絶縁膜２６の厚みを厚くする必要がある。ところが、絶縁膜２６の厚みを例えば１０μｍ程度とした場合には、容量結合の影響を低減することは可能になるが、絶縁膜２６を貫通する深いコンタクト穴が必要であり、コンタクト用の電極を形成する際のメタルのカバレッジ等の悪化や、その悪化に対処するための工程の複雑化や技術的課題が発生することになる。
　そこで、この発明の課題は、大幅なコスト上昇および新たな問題を引き起こすことなく、電磁誘導の影響を抑制できる容量感知型湿度センサを提供することにある。
　上記課題を解決するため、この発明の容量感知型湿度センサは、
　基板と、上記基板上に形成された絶縁膜と、上記絶縁膜上に形成された第１電極および第２電極と、上記第１電極と上記第２電極との間の上記絶縁膜上に形成された感湿膜とを有する湿度センサ素子と、
　上記湿度センサ素子における上記第１電極と上記第２電極との間に位置する上記感湿膜の容量値を取得して信号処理を行う信号処理回路素子と、
　上記湿度センサ素子と上記信号処理回路素子とを支持する支持基体と
を備え、
　上記第１電極と上記第２電極とは、互いに対向して配置されると共に、上記第１,第２電極の間に位置する上記感湿膜の容量値を検出して上記容量値を表す電気信号を上記信号処理回路素子に送出するようになっており、
　上記支持基体には導電性膜が形成されており、
　上記湿度センサ素子は、上記第１電極と上記第２電極とのそれぞれが上記導電性膜上に位置するように、上記支持基体に接着材で接着されて支持されている
ことを特徴としている。
　また、一実施の形態の容量感知型湿度センサでは、
　上記湿度センサ素子を、上記導電性膜にまたは上記支持基体上における上記導電性膜の位置に接着する上記接着材は、絶縁性接着材である。
　また、一実施の形態の容量感知型湿度センサでは、
　上記支持基体における上記導電性膜の電位が、上記信号処理回路素子の基準電位に固定されている。
　また、一実施の形態の容量感知型湿度センサでは、
　上記支持基体における上記導電性膜の電位が、上記第１電極および上記第２電極の何れか一方の電極電位に固定されている。
　また、一実施の形態の容量感知型湿度センサでは、
　上記支持基体における上記導電性膜の電位が、上記信号処理回路素子の基準電位に固定されており、
　上記湿度センサ素子を、上記導電性膜にまたは上記支持基体上における上記導電性膜の位置に接着する上記接着材は、導電性接着材であり、
　上記湿度センサ素子における上記絶縁膜の膜厚は、上記湿度センサ素子を接着する上記接着材が絶縁性接着材である場合よりも厚くなっている。
　以上より明らかなように、この発明の容量感知型湿度センサは、上記湿度センサ素子における上記第１電極と上記第２電極との下部には上記導電性膜が形成されている。したがって、上記湿度センサ素子を支持する上記支持基体の裏面側に金属片を近づけるだけで上記第１,第２電極間に位置する上記感湿膜の容量値が変動することを回避することができる。
　すなわち、この発明によれば、上記支持基体の裏面からの電磁誘導の影響を大きく抑制することが可能な容量感知型湿度センサを、大幅なコスト上昇および新たな技術的課題を生ずることなく提供することが可能になる。
この発明の第１実施の形態の容量感知型湿度センサの概略平面図である。 図１のＡ－Ａ’線矢視の概略断面図である。 この発明の第２実施の形態の容量感知型湿度センサの概略断面図である。 この発明の第３実施の形態の容量感知型湿度センサの概略断面図である。 この発明の第４実施の形態の容量感知型湿度センサの概略断面図である。 従来の容量型センサの概略平面図である。 上記従来の容量型センサの概略断面図である。
　以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
　〔第１実施の形態〕
　図１は、この発明の第１実施の形態の容量感知型湿度センサの概略平面図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ’線矢視の概略断面図である。
　上記容量感知型湿度センサは、図１および図２に示すように、上記湿度センサ素子の一例としての湿度センサチップ６と、上記信号処理回路素子の一例としての信号処理ＩＣ(集積回路)チップ７と、支持基体８とを備えている。
　上記湿度センサチップ６では、シリコン半導体基板１上にＳiＯ2でなる絶縁膜２が形成されており、さらに、絶縁膜２上に、それぞれが例えば厚さ１μｍ～３μｍ程度である第１,第２櫛形電極３,４が形成されている。ここで、第１櫛形電極３は上記第１電極の一例である。また、第２櫛形電極４は上記第２電極の一例である。
　ここで、上記第１櫛形電極３は、柄部３aとこの柄部３aから垂直方向に延在した複数の歯部３b,３b,…とを有している。同様に、第２櫛形電極４は、柄部４aとこの柄部４aから垂直方向に延在した複数の歯部４b,４b,…とを有している。そして、第１櫛形電極３における複数の歯部３b,３b,…と第２櫛形電極４における複数の歯部４b,４b,…とは、交互に対向して噛み合うように配置されている。また、第１櫛形電極３における柄部３aの一端には接続パッド３cが設けられている。同様に、第２櫛形電極４における柄部４aの一端には、接続パッド４cが設けられている。
　上記第１櫛形電極３と第２櫛形電極４との間には、感湿膜の一例としてのポリマー膜５が形成されている。このポリマー膜５の塗布は、ポリマー膜５が、第１,第２櫛形電極３,４が形成されていない絶縁膜２の表面と、第１,第２櫛形電極３,４の各表面とを、全体的に覆うように行われる。そして、ポリマー膜５はキュアベークによって硬化される。これにより、シリコン半導体基板１、絶縁膜２、第１櫛形電極３、第２櫛形電極４およびポリマー膜５からなる湿度センサウエハが得られる。ここで、ポリマー膜５は、吸湿性を有する誘電体膜であり、例えばポリイミド膜でなる。
　上記キュアベークが行われた後、上記湿度センサウエハはダイシングによって個片化され、図１および図２に示す湿度センサチップ６が形成される。
　上記信号処理ＩＣチップ７は、湿度センサチップ６に隣り合うように配置されている。信号処理ＩＣチップ７は、一般的な半導体プロセスによって形成される。そして、湿度センサチップ６における第１櫛形電極３の歯部３bと第２櫛形電極４の歯部４bとの間に位置するポリマー膜５の容量値を取得し、増幅して信号処理を行う信号処理回路(図示せず)を含んでいる。
　尚、図１においては、互いに併設された湿度センサチップ６および信号処理ＩＣチップ７と、金属ワイヤ１３,１４とだけを図示し、他の構成の図示を省略している。また、図１における湿度センサチップ６と信号処理ＩＣチップ７との間の距離は、図２における湿度センサチップ６と信号処理ＩＣチップ７との間の距離に対応させていない。
　次に、上記湿度センサチップ６と上記信号処理ＩＣチップ７とを一体化した容量感知型湿度センサについて説明する。
　上記湿度センサチップ６は、支持基体８の表面に形成された導電性膜９上に、上記接着剤の一例としての絶縁性接着材１０で接着されて、支持基体８に支持されている。このとき、第１櫛形電極３と第２櫛形電極４とのそれぞれが導電性膜９に位置する。また、信号処理ＩＣチップ７は、湿度センサチップ６に隣り合うように、支持基体８の表面に絶縁性接着材または導電性接着材(図示せず)で直接接着されている。そして、湿度センサチップ６における第１櫛形電極３の接続パッド３cと信号処理ＩＣチップ７の表面に形成された接続パッド１１とが、既存のワイヤボンディング技術によって接続されている。同様に、湿度センサチップ６における第２櫛形電極４の接続パッド４cと信号処理ＩＣチップ７の表面に形成された接続パッド１２とが、既存のワイヤボンディング技術によって接続されている。こうして、湿度センサチップ６と信号処理ＩＣチップ７とが金属ワイヤ１３,１４によって電気的に接続されている。
　さらに、上記信号処理ＩＣチップ７の表面における接続パッド１１と接続パッド１２との間には、接地用パッド１５が設けられており、この接地用パッド１５が金属ワイヤ１６によって接地されている。
　以上のごとく構成された容量感知型湿度センサによれば、上記湿度センサチップ６における第１櫛形電極３と第２櫛形電極４とのそれぞれの下方には、導電性膜９が形成されている。したがって、上記容量感知型湿度センサは、支持基体８に相当する半導体チップ２５の裏面側に金属片を近づけたときに第１櫛形電極３と第２櫛形電極４との間の容量が変化し難くなる。
　その結果、上記第１実施の形態によれば、上記支持基体８の裏面からの電磁誘導の影響を大きく抑制することが可能になる。
　さらに、上記第１実施の形態においては、上記導電性膜９とシリコン半導体基板１とは絶縁性接着材１０で接着されており、電気的には接続されていない。そのため、第１,第２櫛形電極３,４に余計な寄生容量が追加されることがなく、湿度に対する微小な容量変化の検出に悪影響を与えず、微小容量変化に反応する湿度センサを構成することが可能になる。
　尚、上記第１実施の形態においては、上記支持基体８の上面に導電性膜９が形成されている。しかしながら、導電性膜９は支持基体８の内部または支持基体８の下面に形成されても差し支え無く、その場合でも電磁誘導に対する効果は同様である。但し、その場合には、第１櫛形電極３と第２櫛形電極４とのそれぞれが導電性膜９上に位置するように、支持基体８に湿度センサチップ６を絶縁性接着材１０で接着することになる。
　〔第２実施の形態〕
　図３は、この発明の第２実施の形態の容量感知型湿度センサの概略断面図である。この断面図は上記第１実施の形態の図２に対応する。尚、上記容量感知型湿度センサの概略平面図は上記第１実施の形態の図１と略同様である。そこで、この第２実施の形態においては、上記第１実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
　上記容量感知型湿度センサにおいては、上記支持基体８上の導電性膜９と信号処理ＩＣチップ７上の接地用パッド１５とが、接続ワイヤ１７によって接続されている。こうして、導電性膜９が接地されて、導電性膜９の電位が信号処理ＩＣチップ７の基準電位(この第２実施の形態ではグラウンド接地電位)に固定されている。
　上記構成の容量感知型湿度センサによれば、上記基準電位に固定された導電性膜９に対して、第１,第２櫛形電極３,４は、絶縁性接着材１０,シリコン半導体基板１および絶縁膜２が直列に接続されてなる微小な寄生容量が付加された構成となる。しかしながら、上記第１実施の形態の場合と同様に、湿度センサチップ６における第１櫛形電極３と第２櫛形電極４とのそれぞれの下方には、導電性膜９が形成されているので、支持基体８の裏面からの電磁誘導の影響を確実に防止することができる。
　その結果、上記第１,第２櫛形電極３,４に付加される微小な寄生容量による容量変化の検出への悪影響を補うだけの、湿度センサチップ６の裏面からの電磁誘導の影響を確実に防止するという効果を得ることが可能となる。
　〔第３実施の形態〕
　図４は、第３実施の形態の容量感知型湿度センサの概略断面図である。この断面図は上記第１実施の形態の図２に対応する。尚、上記容量感知型湿度センサの平面図は上記第１実施の形態の図１と略同様である。そこで、この第３実施の形態においては、上記第１実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
　上記容量感知型湿度センサにおいては、上記支持基体８上の導電性膜９と信号処理ＩＣチップ７上の接続パッド１２が、接続ワイヤ１８によって接続されている。こうして、導電性膜９の電位が第２櫛形電極４の電極電位に固定されている。
　上記構成の容量感知型湿度センサによれば、第２櫛形電極４は、導電性膜９と電気的に接続されているので、導電性膜９と同電位となる。これにより、上記第２櫛形電極４の電極電位に固定された導電性膜９に対して、導電性膜９と電気的に接続された第２櫛形電極４は、寄生容量が付加されてはいない構成となる。
　その結果、上記第１櫛形電極３に付加される微小な寄生容量による容量変化の検出への悪影響を抑制することができ、湿度センサチップ６の裏面からの電磁誘導の影響を確実に防止するという効果をより効果的に奏することが可能になる。
　上記第３実施の形態では、上記支持基体８上の導電性膜９と信号処理ＩＣチップ７上の接続パッド１２を接続ワイヤ１８で接続して、導電性膜９の電位を第２櫛形電極４の電極電位に固定していたが、上記支持基体８上の導電性膜９と信号処理ＩＣチップ７上の接続パッド１１を接続ワイヤで接続して、導電性膜９の電位を第１櫛形電極３の電極電位に固定してもよい。
　〔第４実施の形態〕
　図５は、この発明の第４実施の形態の容量感知型湿度センサの概略断面図である。この断面図は上記第２実施の形態の図３と略同様である。尚、上記容量感知型湿度センサの平面図は上記第１実施の形態の図１と略同様である。そこで、この第４実施の形態においては、上記第１実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
　上記第２実施の形態においては、湿度センサチップ６は、支持基体８の表面に形成された導電性膜９に絶縁性接着材１０で接着されている。
　これに対し、この第４実施の形態においては、上記湿度センサチップ６は、支持基体８の表面に形成された導電性膜９に上記接着剤の一例としの導電性接着材１９で接着されている。また、絶縁膜２の厚みを上記第２実施の形態の場合(絶縁性接着材１０で接着)よりも厚く形成されている。こうして、シリコン半導体基板１の電位が、信号処理ＩＣチップ７の基準電位(この第４実施の形態ではグラウンド接地電位)に固定されている。さらに、シリコン半導体基板１の電位が固定されたことによって発生する寄生容量の影響を、絶縁膜２の厚みを厚くすることによって低減している。
　上記構成の容量感知型湿度センサによれば、上記シリコン半導体基板１の電位が、信号処理ＩＣチップ７の基準電位に固定されている。これにより、外部からの電磁誘導の影響をさらに確実に防止することが可能になる。その場合、シリコン半導体基板１の電位は、導電性膜９および導電性接着材１９を介して裏面側から確保する構成になっている。そのため、上記特許文献１に示す従来の容量型センサの場合のごとく、シリコン半導体基板１の電位を表面側から確保するために、絶縁膜２に深いコンタクト用の貫通穴を形成する必要がない。
　その結果、既存のワイヤボンド技術によって、安価で且つ技術的な新たな課題を発生させることなく、電磁誘導の影響を確実に防止することが可能になる。
　この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１～第４実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
　例えば、上記第１～第４実施の形態において、棒状の電極を複数平行に配列し、１本置きに配置された電極を並列に接続してものを、上記第１電極の一例として用いる一方、残りの電極を並列に接続したものを、上記第２電極の一例として用いてもよい。あるいは、渦巻き状の第１,第２電極を用いて用いてもよい。この場合、渦巻き状の第１,第２電極の一方を渦巻き状の第１,第２電極の他方の間に配置してもよい。
　また、上記第２,第４実施の形態においては、シリコン半導体基板１の電位をグランド接地電位に固定している。しかしながら、この発明はグランド接地電位に限定されるものではなく、信号処理ＩＣチップ７の基準電位であれば差し支えない。
　以上を纏めると、この発明の容量感知型湿度センサは、
　基板１と、上記基板１上に形成された絶縁膜２と、上記絶縁膜２上に形成された第１電極３および第２電極４と、上記第１電極３と上記第２電極４との間に形成された感湿膜５とを有する湿度センサ素子６と、
　上記湿度センサ素子６における上記第１電極３と上記第２電極４との間に位置する上記感湿膜５の容量値を取得して信号処理を行う信号処理回路素子７と、
　上記湿度センサ素子６と上記信号処理回路素子７とを支持する支持基体８と
を備え、
　上記第１電極３と上記第２電極４とは、互いに対向して配置されると共に、上記第１,第２電極３,４の間に位置する上記感湿膜５の容量値を検出して上記容量値を表す電気信号を上記信号処理回路素子７に送出するようになっており、
　上記支持基体８には導電性膜９が形成されており、
　上記湿度センサ素子６は、上記第１電極３と上記第２電極４とのそれぞれが上記導電性膜９上に位置するように、上記支持基体８に接着材で接着されて支持されている
ことを特徴としている。
　上記構成によれば、上記湿度センサ素子６における上記第１電極３と上記第２電極４との下部には上記導電性膜９が形成される。したがって、上記湿度センサ素子６を支持する上記支持基体８の裏面側(湿度センサ素子６とは反対側)に金属片を近づけるだけで上記第１,第２電極３,４間に位置する上記感湿膜５の容量値が変動するのを抑制できる。
　すなわち、この発明によれば、上記支持基体８の裏面からの電磁誘導の影響を大きく抑制することが可能になる。
　また、一実施の形態の容量感知型湿度センサでは、
　上記湿度センサ素子６を、上記導電性膜９にまたは上記支持基体８上における上記導電性膜９の位置に接着する上記接着材は、絶縁性接着材１０である。
　この実施の形態によれば、上記湿度センサ素子６を、上記導電性膜９にまたは上記支持基体８上における上記導電性膜９の位置に、絶縁性接着材１０で接着している。したがって、上記湿度センサ素子６の上記基板１と上記導電性膜９とは電気的に接続されはおらず、第１,第２電極３,４に余計な寄生容量が追加されることはない。
　その結果、湿度に関する微小な容量変化の検出に悪影響を与えることがなく、微小容量変化に反応する湿度センサを構成することが可能になる。
　また、一実施の形態の容量感知型湿度センサでは、
　上記支持基体８における上記導電性膜９の電位が、上記信号処理回路素子７の基準電位に固定されている。
　この実施の形態によれば、上記導電性膜９の電位が、上記信号処理回路素子７の基準電位に固定されている。したがって、上記第１,第２電極３,４間に位置している上記感湿膜５の容量値が外部からの電磁誘導の影響を受けることを、より効果的に回避することができる。
　また、一実施の形態の容量感知型湿度センサでは、
　上記支持基体８における上記導電性膜９の電位が、上記第１電極３および上記第２電極４の何れか一方の電極電位に固定されている。
　この実施の形態によれば、上記導電性膜９の電位が、上記第１電極３および上記第２電極４の何れか一方の電極電位に固定されている。したがって、上記導電性膜９に対して、上記導電性膜９と電気的に接続されている方の上記電極には、寄生容量が付加されてはいない。
　その結果、上記第１,第２電極３,４に付加される微小な寄生容量による容量変化の検出への悪影響を抑制することができる。したがって、上記第１,第２電極３,４間に位置する上記感湿膜５の容量値が外部からの電磁誘導の影響を受けることを、より効果的に回避することができる。
　また、一実施の形態の容量感知型湿度センサでは、
　上記支持基体８における上記導電性膜９の電位が、上記信号処理回路素子７の基準電位に固定されており、
　上記湿度センサ素子６を、上記導電性膜９にまたは上記支持基体８上における上記導電性膜９の位置に接着する上記接着材は、導電性接着材１９であり、
　上記湿度センサ素子６における上記絶縁膜２の膜厚は、上記湿度センサ素子６を接着する上記接着材が絶縁性接着材１０である場合よりも厚くなっている。
　この実施の形態によれば、上記湿度センサ素子６を、上記導電性膜９に、または、上記支持基体８上における上記導電性膜９の位置に、上記導電性接着材１９で接着しているので、上記湿度センサ素子６における基板１の電位が上記信号処理回路素子７の基準電位に固定されている。したがって、外部からの電磁誘導の影響をさらに確実に防止することが可能になる。その場合、上記湿度センサ素子６における基板１の電位は、上記導電性接着材１９および上記導電性膜９を介して裏面側から確保される。そのため、上記特許文献１に示す従来の容量型センサの場合のごとく、上記湿度センサ素子６における上記絶縁膜２に深いコンタクト用の貫通穴を形成する必要がない。
　その結果、既存のワイヤボンド技術によって、安価で且つ技術的な新たな課題を発生させることなく、電磁誘導の影響を確実に防止することが可能になる。
　さらに、上記湿度センサ素子６における上記絶縁膜２の膜厚は、上記湿度センサ素子６を接着する上記接着材が絶縁性接着材１０である場合よりも厚くなっている。したがって、上記湿度センサ素子６の上記第１,第２電極３,４と上記導電性膜９との間の絶縁性の低下が抑制され、上記基板１の電位の固定によって発生する寄生容量の影響が低減される。
　その結果、湿度に関する微小な容量変化の検出に悪影響を与えることがなく、微小容量変化に反応する湿度センサを構成することが可能になる。
　１…シリコン半導体基板
　２…絶縁膜(ＳiＯ2)
　３…第１櫛形電極
　４…第２櫛形電極
　３a,４a…柄部
　３b,４b…歯部
　３c,４c…接続パッド
　５…ポリマー膜
　６…湿度センサチップ
　７…信号処理ＩＣチップ
　８…支持基体
　９…導電性膜
１０…絶縁性接着材
１１,１２…接続パッド
１３,１４,１６…金属ワイヤ
１５…接地用パッド
１７,１８…接続ワイヤ
１９…導電性接着材

Claims (5)

  1. 　基板と、上記基板上に形成された絶縁膜と、上記絶縁膜上に形成された第１電極および第２電極と、上記第１電極と上記第２電極との間に形成された感湿膜とを有する湿度センサ素子と、
    　上記湿度センサ素子における上記第１電極と上記第２電極との間に位置する上記感湿膜の容量値を取得して信号処理を行う信号処理回路素子と、
    　上記湿度センサ素子と上記信号処理回路素子とを支持する支持基体と
    を備え、
    　上記第１電極と上記第２電極とは、互いに対向して配置されると共に、上記第１,第２電極の間に位置する上記感湿膜の容量値を検出して上記容量値を表す電気信号を上記信号処理回路素子に送出するようになっており、
    　上記支持基体には導電性膜が形成されており、
    　上記湿度センサ素子は、上記第１電極と上記第２電極とのそれぞれが上記導電性膜上に位置するように、上記支持基体に接着材で接着されて支持されている
    ことを特徴とする容量感知型湿度センサ。
  2. 　請求項１に記載の容量感知型湿度センサにおいて、
    　上記湿度センサ素子を、上記導電性膜にまたは上記支持基体上における上記導電性膜の位置に接着する上記接着材は、絶縁性接着材である
    ことを特徴とする容量感知型湿度センサ。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の容量感知型湿度センサにおいて、
    　上記支持基体における上記導電性膜の電位が、上記信号処理回路素子の基準電位に固定されている
    ことを特徴とする容量感知型湿度センサ。
  4. 　請求項１または請求項２に記載の容量感知型湿度センサにおいて、
    　上記支持基体における上記導電性膜の電位が、上記第１電極および上記第２電極の何れか一方の電極電位に固定されている
    ことを特徴とする容量感知型湿度センサ。
  5. 　請求項１に記載の容量感知型湿度センサにおいて、
    　上記支持基体における上記導電性膜の電位が、上記信号処理回路素子の基準電位に固定されており、
    　上記湿度センサ素子を、上記導電性膜にまたは上記支持基体上における上記導電性膜の位置に接着する上記接着材は、導電性接着材であり、
    　上記湿度センサ素子における上記絶縁膜の膜厚は、上記湿度センサ素子を接着する上記接着材が絶縁性接着材である場合よりも厚い
    ことを特徴とする容量感知型湿度センサ。
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