WO2019107282A1 - 湿度検知装置 - Google Patents

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humidity detection
moisture
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尚信 大川
柳　修二
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アルプスアルパイン株式会社
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    • 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
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance

Definitions

  • the present invention relates to a humidity sensing device, and more particularly to a humidity sensing device provided with two electrodes and a moisture sensitive layer.
  • a humidity detection device As a humidity detection device, a configuration is known in which a humidity sensitive layer is provided between two electrodes, and the humidity is detected based on changes in capacitance and electrical resistance.
  • this humidity detection device since it is necessary to cause the moisture sensitive layer to be exposed to the outside air, when foreign matter such as dust contained in the outside air adheres to the moisture sensitive layer, it affects the accuracy of the detection value.
  • Patent Document 1 discloses a humidity sensor using a photocatalytic filter.
  • a photocatalyst filter which is a porous filter coated with a photocatalyst, is provided to cover the case opening.
  • Patent Document 2 discloses a humidity sensor in which a gel is applied to the upper surface of a sensor element.
  • a gel is applied to the upper surface of a sensor element.
  • the whole of the circuit portion, the bonding wire and a part of the portion of the lead terminal protruding inward of the case are covered with a protective gel made of a water resistant material.
  • Patent Document 3 discloses a capacitive humidity sensor in which a moisture permeable film is provided on a detection unit.
  • This capacitive humidity sensor has a detection unit including a pair of detection electrodes and a humidity sensitive film formed on the pair of detection electrodes and whose capacitance value changes according to the humidity, and the humidity sensitive film of the detection unit A gel film is provided on the top.
  • Patent No. 4765856 gazette Patent No. 4765848 gazette Patent No. 3855950 gazette
  • the humidity detecting device using the moisture sensitive layer in the case of adopting a configuration for preventing foreign matter such as dust from adhering to the moisture sensitive layer, it is necessary to suppress the decrease in detection accuracy. On the other hand, even with a configuration for preventing foreign matter adhesion, it is desirable to avoid an increase in the number of parts, an increase in cost, and an increase in the size of the apparatus.
  • An object of the present invention is to provide a humidity detection device capable of suppressing a decrease in detection accuracy while simplifying a configuration for preventing foreign matter such as dust from adhering to a moisture sensitive layer.
  • one mode of the present invention is a humidity detection which has the 1st electrode, the 2nd electrode which has a moisture sensing hole, and the moisture sensing layer interposed between the 1st electrode and the 2nd electrode
  • the humidity detection device includes a protection portion that covers the humidity detection portion, and the moisture permeability of the protection portion is higher than the moisture permeability of the moisture sensitive layer, and the protection portion is an electric field around the moisture sensing hole. Is provided beyond the range that substantially affects the change in electrical characteristics between the first electrode and the second electrode.
  • the humidity detection unit since the humidity detection unit is covered by the protection unit, it is not necessary to expose the moisture sensitive layer. Thereby, it is possible to prevent foreign matter such as dust from adhering to the moisture sensitive layer. Since the moisture permeability of the protective portion is higher than the moisture permeability of the moisture sensitive layer, the moisture sensitive layer can catch moisture transmitted through the protective portion even if the moisture sensitive layer is not directly exposed to the outside air. Further, since the protective portion sufficiently covers the humidity detection portion, even if foreign matter such as dust adheres to the protective portion, the electric field necessary for the humidity detection is not substantially affected.
  • the humidity detection device may further include a frame portion provided to surround the periphery of the humidity detection portion, and the protection portion may be provided in the opening of the frame portion.
  • the thickness of the protection part which covers a humidity detection part can be prescribed
  • the moisture permeability of the protective portion may be 100 times or more of the moisture permeability of the moisture sensitive layer. As a result, even if the protective portion is provided, the responsiveness of humidity detection by the humidity sensitive layer can be prevented from being affected.
  • the moisture sensitive layer may be formed of a polyimide resin
  • the protective portion may be formed of a silicone resin.
  • the thickness of the protective portion may be 5 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the range in which the electric field at the periphery of the humidity sensing hole substantially affects the change in electrical characteristics between the first electrode and the second electrode is about 5 ⁇ m. Therefore, if the thickness of the protective portion is 5 ⁇ m or more, even if foreign matter such as dust adheres to the surface of the protective portion, the electric field necessary for humidity detection is not substantially affected. In addition, if the thickness of the protective portion is 100 ⁇ m or less, sufficient reduction in height can be achieved.
  • a humidity detection device capable of suppressing a decrease in detection accuracy while simplifying a configuration for preventing foreign matter such as dust from adhering to the moisture sensitive layer.
  • (A) And (b) is a figure which illustrates the humidity detection apparatus concerning this embodiment. It is an expanded sectional view of a humidity sensing device. It is a figure which shows the output change by the difference in the material of a protection part. It is a figure which shows the output fluctuation
  • FIG. 1A and FIG. 1B illustrate the humidity detection device according to the present embodiment.
  • FIG. 1A shows a cross-sectional view of the humidity detection device 1
  • FIG. 1B shows a plan view of the humidity detection device 1.
  • the cross-sectional view shown in FIG. 1 (a) is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 1 (b).
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the humidity detection device.
  • the humidity detection device 1 is a device that detects the humidity of the outside air as an electric signal, and includes a humidity detection unit 10 and a protection unit 20.
  • the humidity detection unit 10 is formed on the substrate 50.
  • silicon is used as the substrate 50.
  • the humidity detection unit 10 includes a first electrode 11, a second electrode 12, and a moisture sensitive layer 13.
  • the first electrode 11 is patterned on the first insulating layer 55.
  • the second electrode 12 is formed apart from the first electrode 11.
  • the second electrode 12 is disposed on the first electrode 11.
  • the second electrode 12 is provided with a plurality of humidity sensitive holes 121 penetrating in the film thickness direction.
  • the moisture sensitive layer 13 is provided so as to be interposed between the first electrode 11 and the second electrode 12.
  • the moisture sensitive layer 13 is formed so as to cover the first electrode 11, and the second electrode 12 is formed on the moisture sensitive layer 13.
  • a polyimide resin is used as the moisture sensitive layer 13.
  • the second electrode 12 Since the second electrode 12 is provided with the humidity sensing holes 121, external moisture reaches the humidity sensing layer 13 through the humidity sensing holes 121.
  • the dielectric constant of the moisture sensitive layer 13 changes in accordance with the amount of water contained in the moisture sensitive layer 13, and the capacitance (electrical characteristics) between the first electrode 11 and the second electrode 12 changes. Humidity can be detected by the change in capacitance.
  • a second insulating layer 56 is provided on the second electrode 12.
  • a low hygroscopic inorganic material such as silicon nitride is used.
  • the second electrode 12 is provided so as to extend outward of the humidity detection unit 10.
  • An opening is provided in the second insulating layer 56 at a portion where the second electrode 12 extends, and the pad electrode 15 is provided so as to be electrically connected to the second electrode 12 through the opening.
  • a pad electrode 16 at a ground potential is provided in parallel with the pad electrode 15.
  • the protection unit 20 is provided to cover the humidity detection unit 10.
  • the protection unit 20 is provided on the humidity detection unit 10 so as to cover the entire humidity detection unit 10.
  • the protective portion 20 is also embedded in the plurality of humidity sensitive holes 121 provided in the second electrode 12. Thus, the moisture sensitive layer 13 is not exposed to the outside air through the moisture sensitive holes 121. Therefore, foreign matter such as dust does not adhere to the surface of the moisture sensitive layer 13.
  • the periphery of the humidity detection unit 10 may be surrounded by the frame 60, and the protection unit 20 may be provided in the opening 601 of the frame 60.
  • the frame portion 60 is formed, for example, in a frame shape by etching silicon, and is connected to the second insulating layer 56 via an adhesive 65.
  • the moisture permeability of the protective portion 20 is higher than the moisture permeability of the moisture sensitive layer 13.
  • the moisture permeability of the protective unit 20 is higher than the moisture permeability of the moisture sensitive layer 13, the moisture having permeated through the protective unit 20 can be captured by the moisture sensitive layer 13 even if the moisture sensitive layer 13 is not exposed to the outside air. Can. That is, if the moisture permeability of the protective portion 20 is higher than the moisture permeability of the moisture sensitive layer 13, the responsiveness of the change in the dielectric constant due to moisture absorption in the moisture sensitive layer 13 is limited, so even if the protective portion 20 is present The influence on the detection characteristics can be suppressed.
  • the moisture permeability of the protective portion 20 may be 100 times or more of the moisture permeability of the moisture sensitive layer 13. As a result, even if the protective portion 20 is provided, the responsiveness of the humidity detection by the moisture sensitive layer 13 does not have a large influence.
  • the protective portion 20 is provided beyond the range in which the electric field in the periphery of the humidity sensing hole 121 substantially affects the change in the electrical characteristics between the first electrode 11 and the second electrode 12. As a result, even if foreign matter such as dust adheres to the protection unit 20, it is possible to substantially not affect the electric field required for humidity detection.
  • some kind of protective member may be covered.
  • the protective member when the protective member is thin, when the foreign matter adheres to the surface of the protective member, the distance between the foreign matter and the second electrode 12 is short, which affects the electric field distribution generated in the vicinity of the humidity sensing hole 121. . Therefore, in the present embodiment, a range (humidity detection) in which the electric field around the humidity sensing holes 121 substantially affects the change of the electrostatic capacitance (electrical characteristics) between the first electrode 11 and the second electrode 12 (humidity detection The protection unit 20 is provided to exceed the range that affects the
  • the thickness h of the protective portion 20 is set to 5 ⁇ m or more.
  • the thickness h is the distance from the surface of the second electrode 12 in the protective portion 20 to the surface (the lowest position of the surface) in the protective portion 20.
  • the range of the electric field that affects the humidity detection is The edge is about 5 ⁇ m high from the surface of the second electrode 12. Therefore, by setting the thickness h of the protective portion 20 to a height of 5 ⁇ m or more, even if foreign matter such as dust adheres to the surface of the protective portion 20, the influence of the foreign matter on the electric field can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the decrease in the accuracy of humidity detection when foreign matter adheres to the surface of the protective unit 20.
  • the thickness h of the protective portion 20 is preferably 100 ⁇ m or less from the viewpoint of reducing the overall height of the humidity detection device 1.
  • a polyimide resin is used as the moisture sensitive layer 13, and, for example, a silicone resin having a moisture permeability higher than that of the polyimide resin is used as the protective portion 20.
  • the silicone resin has a rough molecular structure (large number of gaps) compared to other resins such as polyimide resins, and therefore the diffusion coefficient of a gas having a small molecular weight such as water vapor is large. For this reason, it is easy to pass damp air and has high moisture permeability.
  • the moisture permeability of polyimide is 40 g / m 2 ⁇ 24 h at a thickness of 25 ⁇ m.
  • the moisture permeability of silicone is 100 g / m 2 ⁇ 24 h at a thickness of 1000 ⁇ m. Therefore, at 1 ⁇ m thickness, it is 100 kg ⁇ ⁇ m / m 2 ⁇ 24 h. That is, the moisture permeability of the protective portion 20 using silicone is 100 times the moisture permeability of the moisture sensitive layer 13 using polyimide.
  • the silicone resin has a hydrophobic functional group such as a methyl group, its surface has water repellency and low water permeability. Therefore, by using a silicone-based resin as the protective portion 20, it is possible to obtain a waterproof function capable of preventing the infiltration of water (water droplets) from the outside without inhibiting the moisture sensitivity function of the moisture sensitive layer 13.
  • FIG. 3 is a diagram showing the change in output due to the difference in the material of the protective portion.
  • the horizontal axis in FIG. 3 indicates time (minutes: seconds), the left vertical axis indicates the change in output from relative humidity of 50% (relative humidity% RH), and the right vertical axis indicates the environmental humidity.
  • the output change of the humidity detection device was measured using each of a polyolefin resin, a fluorogel, a silicone gel, a silicone rubber, a silicone UV (ultraviolet) curing resin, an epoxy resin, and a polyurethane as a material of the protective unit 20.
  • a polyolefin resin a fluorogel, a silicone gel, a silicone rubber, a silicone UV (ultraviolet) curing resin, an epoxy resin, and a polyurethane.
  • Ref is not provided with the protection unit 20.
  • silicone resin silicone gel, silicone rubber, silicone UV curing resin
  • silicone gel is the most standard value Ref It is close to the output change.
  • FIG. 4 is a diagram showing output fluctuation before and after foreign matter adhesion due to the difference in the material of the protective portion.
  • the horizontal axis in FIG. 4 indicates the environmental humidity (relative humidity% RH), and the vertical axis indicates the output fluctuation (relative humidity% RH) before and after foreign matter adhesion.
  • the output fluctuation on the vertical axis is the difference between the output value for the environmental humidity measured before foreign matter adhesion and the output value for the environmental humidity measured after foreign matter adhesion. Therefore, the ideal value is that there is no difference (0% RH) in the output value before and after foreign matter adhesion at any environmental humidity.
  • the foreign material uses the smoke of the match.
  • the output change of the humidity detection device was measured using each of a polyolefin resin, a fluorine gel, a silicone gel, a silicone rubber, a silicone UV (ultraviolet) curing resin, and a polyurethane as a material of the protective unit 20. Note that the reference value Ref is not provided with the protection unit 20.
  • the output value fluctuates significantly before and after foreign matter adhesion in the reference value Ref in which the protective unit 20 is not provided, but the fluctuation in the output value before and after foreign matter adhesion is provided by providing the protective unit 20. It turns out that it can be suppressed. Even when the fluctuation of the output value is measured before and after water is attached as a foreign substance, the same result as FIG. 4 can be obtained.
  • FIG. 5 is a view showing a change in output humidity when the smoke of the match is attached as the foreign matter.
  • the horizontal axis in FIG. 5 indicates humidity (relative humidity% RH), and the vertical axis indicates output humidity (% RH).
  • the measurement was repeated five times on the humidity detection device 1 using a silicone gel as the protective portion 20, by applying smoke of the match once and measuring the output voltage.
  • the measurement result of the first adhesion of smoke is # 1
  • the measurement result of the second adhesion is # 2, and so on.
  • the target value is indicated by TYP.
  • FIG. 6 is a diagram showing responsiveness.
  • the horizontal axis in FIG. 6 represents time (minutes: seconds), and the vertical axis represents output humidity (% RH).
  • the measurement was repeated five times on the humidity detection device 1 using a silicone gel as the protective portion 20, measuring smoke output once, and measuring the output humidity.
  • the measurement result of the first adhesion of smoke is # 1
  • the measurement result of the second adhesion is # 2, and so on.
  • the target value is indicated by TYP.
  • the measurement environment changes the humidity in the order of 30% RH, 50% RH, 70% RH, and 90% RH at a temperature of 30 ° C.
  • the humidity detection device 1 capable of suppressing the decrease in detection accuracy while simplifying the configuration for preventing the adhesion of foreign matter such as dust to the moisture sensitive layer 13. Is possible.
  • the present invention is not limited to these examples.
  • the configuration in which the first electrode 11 and the second electrode 12 are arranged to overlap at the top and bottom is illustrated, the first electrode 11 and the second electrode 12 may be configured to be juxtaposed on the first insulating layer 55 of the base 50.
  • the shape of the first electrode 11 and the second electrode 12 may be a comb shape.
  • the humidity detection unit 10 is configured to detect a change in capacitance between the first electrode 11 and the second electrode 12 according to the humidity, and also between the first electrode 11 and the second electrode 12. It may be configured to detect a change in electrical resistance.
  • the material for forming the protective portion 20 is arranged to fill the inside of the frame 60 from the opening 601, but is not limited thereto. If it is satisfied that the electric field around the humidity sensing hole 121 exceeds the range that substantially affects the change in the electrical characteristics between the first electrode 11 and the second electrode 12, each of the humidity sensing holes 121 is The protection units 20 may be individually disposed to cover the

Abstract

本発明の一態様は、第１電極と、感湿孔を有する第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在する感湿層とを有する湿度検知部と、湿度検知部を覆う保護部と、を備えた湿度検知装置であって、保護部の透湿度は、感湿層の透湿度よりも高く、保護部は、感湿孔の周辺における電界が第１電極と第２電極との間の電気的特性の変化に実質的に影響を与える範囲を超えて設けられているため、感湿層に塵などの異物が付着することを防止する構成を簡素化しつつ、検出精度の低下を抑制できる。

Description

湿度検知装置
　本発明は湿度検知装置に関し、より詳しくは、２つの電極および感湿層が設けられた湿度検知装置に関するものである。
　湿度検知装置として、２つの電極間に感湿層を設け、静電容量や電気抵抗の変化に基づき湿度を検知する構成が知られている。この湿度検知装置では、感湿層を外気に触れさせる必要があるため、外気に含まれる塵などの異物が感湿層に付着すると、検出値の精度に影響を及ぼすことになる。
　特許文献１では、光触媒フィルタを用いた湿度センサが開示される。この湿度センサでは、光触媒がコーティングされている多孔質フィルタである光触媒フィルタを、ケース開口部を覆うように設けている。
　特許文献２では、センサ素子上面にゲルを塗布した湿度センサが開示される。この湿度センサでは、回路部の全体、ボンディングワイヤおよびリード端子のケース内方に突き出した部分の一部が、耐水性の材料からなる保護ゲルによって覆われている。
　特許文献３では、検出部の上に透湿膜を設けた容量式湿度センサが開示される。この容量式湿度センサは、一対の検出電極と、一対の検出電極上に形成され、湿度に応じて容量値が変化する感湿膜とを備える検出部を有し、この検出部の感湿膜上にゲル膜が設けられている。
特許第４７６５８５６号公報 特許第４７６５８４８号公報 特許第３８５５９５０号公報
　感湿層を用いた湿度検知装置において、感湿層に塵などの異物が付着することを防止する構成を採用する場合、検出精度の低下を抑制する必要がある。その一方、異物付着を防止するための構成を備えたとしても、部品点数の増加やコストアップ、装置の大型化は避けたい。
　本発明は、感湿層に塵などの異物が付着することを防止する構成を簡素化しつつ、検出精度の低下を抑制できる湿度検知装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の一態様は、第１電極と、感湿孔を有する第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在する感湿層とを有する湿度検知部と、湿度検知部を覆う保護部と、を備えた湿度検知装置であって、保護部の透湿度は、感湿層の透湿度よりも高く、保護部は、感湿孔の周辺における電界が第１電極と第２電極との間の電気的特性の変化に実質的に影響を与える範囲を超えて設けられている。
　このような構成によれば、湿度検知部が保護部によって覆われているため、感湿層を露出させずに済む。これにより、感湿層に塵などの異物が付着することを防止することができる。保護部の透湿度は感湿層の透湿度よりも高いため、感湿層が直接外気に曝されていなくても保護部を透過した湿気を感湿層で捉えることができる。また、保護部によって湿度検知部を十分に覆っているため、保護部に塵などの異物が付着しても、湿度検知に必要な電界に実質的な影響を与えることはない。
　上記湿度検知装置において、湿度検知部の周囲を囲むように設けられた枠部をさらに備え、保護部は枠部の開口内に設けられていてもよい。これにより、湿度検知部を覆う保護部の厚さを枠部の厚さによって確実に規定することができる。
　上記湿度検知装置において、保護部の透湿度は、感湿層の透湿度の１００倍以上であってもよい。これにより、保護部が設けられていても感湿層による湿度検知の応答性に影響を与えずに済む。
　上記湿度検知装置において、感湿層はポリイミド系樹脂によって形成され、保護部はシリコーン系樹脂によって形成されていてもよい。これにより、感湿層による湿度検知能力と、保護部による保護性能との両立を図ることができる。
　上記湿度検知装置において、保護部の厚さは５μｍ以上３００μｍ以下であってもよい。感湿孔の周辺における電界が第１電極と第２電極との間の電気的特性の変化に実質的に影響を与える範囲は５μｍ程度である。したがって、保護部の厚さが５μｍ以上あると、保護部の表面に塵などの異物が付着しても湿度検知に必要な電界に実質的な影響を与えることはない。また、保護部の厚さが１００μｍ以下であれば、十分な低背化を達成することができる。
　本発明によれば、感湿層に塵などの異物が付着することを防止する構成を簡素化しつつ、検出精度の低下を抑制できる湿度検知装置を提供することが可能になる。
（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る湿度検知装置を例示する図である。 湿度検知装置の拡大断面図である。 保護部の材料の相違による出力変化を示す図である。 保護部の材料の相違による異物付着前後の出力変動を示す図である。 異物としてマッチの煙を付着した場合の出力電圧の変化を示す図である。 応答性について示す図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
（湿度検知装置の構成）
　図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る湿度検知装置を例示する図である。
　図１（ａ）には湿度検知装置１の断面図が示され、図１（ｂ）には湿度検知装置１の平面図が示される。図１（ａ）に示す断面図は、図１（ｂ）に示すＡ－Ａ線断面図である。
　図２は、湿度検知装置の拡大断面図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る湿度検知装置１は外気の湿度を電気信号として検知する装置であり、湿度検知部１０と、保護部２０とを備える。湿度検知部１０は、基材５０の上に形成される。基材５０としては、例えばシリコンが用いられる。基材５０の上には例えば酸化シリコンの第１絶縁層５５が形成されており、この第１絶縁層５５の上に湿度検知部１０が形成される。
　湿度検知部１０は、第１電極１１、第２電極１２および感湿層１３を有する。第１電極１１は第１絶縁層５５の上にパターニングされている。第２電極１２は、第１電極１１と離間して形成される。本実施形態では、第１電極１１の上に第２電極１２が配置される。第２電極１２には膜厚方向に貫通する複数の感湿孔１２１が設けられる。
　感湿層１３は、第１電極１１と第２電極１２との間に介在するよう設けられる。本実施形態では、第１電極１１の上を覆うように感湿層１３が形成され、この感湿層１３の上に第２電極１２が形成される。感湿層１３としては、ポリイミド系樹脂が用いられる。
　第２電極１２には感湿孔１２１が設けられているため、この感湿孔１２１を通じて外部の湿気が感湿層１３まで到達する。感湿層１３に含まれる水分量に応じて感湿層１３の誘電率が変化し、第１電極１１と第２電極１２との間の静電容量（電気的特性）が変化する。この静電容量の変化によって湿度を検知することができる。
　第２電極１２の上には第２絶縁層５６が設けられる。第２絶縁層５６としては、窒化シリコン等の吸湿性の低い無機材料が用いられる。第２電極１２は湿度検知部１０の外方に延出して設けられる。第２電極１２の延出先の部分において第２絶縁層５６には開口が設けられており、この開口を介してパッド電極１５が第２電極１２と導通するように設けられている。また、接地電位となるパッド電極１６がパッド電極１５と並置されるように設けられる。
　保護部２０は、湿度検知部１０を覆うように設けられる。保護部２０は、湿度検知部１０の上において湿度検知部１０の全体を覆うように設けられる。第２電極１２に設けられた複数の感湿孔１２１の中にも保護部２０が埋め込まれる。これにより、感湿層１３は感湿孔１２１を介して外気に曝されないことになる。したがって、感湿層１３の表面には塵などの異物が付着しないことになる。
　保護部２０を設けるにあたり、湿度検知部１０の周囲を枠部６０によって囲み、枠部６０の開口６０１内に保護部２０を設けるようにすればよい。枠部６０は例えばシリコンをエッチングして枠型に形成したものであり、第２絶縁層５６の上に接着剤６５を介して接続される。枠部６０の開口６０１内に保護部２０を設けることで、湿度検知部１０を覆う保護部２０の厚さを枠部６０の厚さによって確実に規定することができる。また、枠部６０をダムとして保護部２０の流出を防止することもできる。
　保護部２０の透湿度は、感湿層１３の透湿度よりも高い。保護部２０の透湿度を感湿層１３の透湿度よりも高くすることで、感湿層１３が外気に曝されていなくても、保護部２０を透過した湿気を感湿層１３で捉えることができる。つまり、感湿層１３の透湿度に比べて保護部２０の透湿度が高ければ、感湿層１３での吸湿による誘電率の変化の応答性に律速されるため、保護部２０があっても検知特性への影響を抑えることができる。
　保護部２０の透湿度は、感湿層１３の透湿度の１００倍以上であるとよい。これにより、保護部２０が設けられていても感湿層１３による湿度検知の応答性に大きな影響を与えずに済む。
　また、保護部２０は、感湿孔１２１の周辺における電界が第１電極１１と第２電極１２との間の電気的特性の変化に実質的に影響を与える範囲を超えて設けられている。これにより、保護部２０に塵などの異物が付着しても、湿度検知に必要な電界に実質的な影響を与えないようにすることができる。
　ここで、感湿層１３を感湿孔１２１から外気に曝さないようにするためには、何らかの保護部材を被せるようにすればよい。しかし、保護部材が薄いと、保護部材の表面に異物が付着した際、異物と第２電極１２との距離が近いため、感湿孔１２１の近傍に発生する電界分布へ影響を及ぼすことになる。そこで、本実施形態では、感湿孔１２１の周辺における電界が第１電極１１と第２電極１２との間の静電容量（電気的特性）の変化に実質的に影響を与える範囲（湿度検知に影響を与える範囲）を超えるように保護部２０を設ける。
　具体的には、図２に示すように、保護部２０の厚さｈを５μｍ以上にする。厚さｈは、保護部２０における第２電極１２の表面から保護部２０における表面（表面のうち最も低い位置）までの距離である。
　湿度検知を行う際に第１電極１１と第２電極１２との間の電圧を印加して、その際の電界分布をシミュレーションすると、湿度検知に影響を与える電界の範囲は、感湿孔１２１の縁において第２電極１２の表面から約５μｍの高さまである。したがって、保護部２０の厚さｈをこの高さ５μｍ以上にすることで、保護部２０の表面に塵などの異物が付着しても、その異物による電界への影響を抑制することができる。したがって、保護部２０の表面に異物が付着した場合の湿度検知の精度低下を抑制することができる。
　一方、保護部２０の厚さｈとしては、湿度検知装置１の全体の低背化の観点から、１００μｍ以下であることが好ましい。
（透湿度）
　本実施形態では、感湿層１３としてポリイミド系樹脂が用いられ、保護部２０としてポリイミド系樹脂よりも透湿度の高い例えばシリコーン系樹脂が用いられる。シリコーン系樹脂はポリイミド系樹脂など他の樹脂に比べて分子構造が粗い（隙間が多い）ため、水蒸気など分子量の小さな気体の拡散係数が大きい。このため、湿気を含んだ空気を通しやすく、高い透湿性を有する。具体的には、ポリイミドの透湿度は、厚さ２５μｍにおいて４０ｇ／ｍ２・２４ｈである。したがって、１μｍ厚では、１ｋｇ・μｍ／ｍ２・２４ｈである。また、シリコーンの透湿度は、厚さ１０００μｍにおいて１００ｇ／ｍ２・２４ｈである。したがって、１μｍ厚では、１００ｋｇ・μｍ／ｍ２・２４ｈである。すなわち、シリコーンを用いた保護部２０の透湿度は、ポリイミドを用いた感湿層１３の透湿度に対して１００倍である。一方、シリコーン系樹脂はメチル基などの疎水性の官能基を有するためその表面が撥水性を有し、透水性は低い。したがって、シリコーン系樹脂を保護部２０として用いることで、感湿層１３での感湿機能を阻害せず、外部からの水分（水滴）の浸入を防止できる防水機能を得ることも可能となる。
（保護部の材料比較）
　図３は、保護部の材料の相違による出力変化を示す図である。
　図３における横軸は時間（分：秒）を示し、左縦軸は湿度５０％からの出力変化（相対湿度％ＲＨ）、右縦軸は環境湿度である。
　保護部２０の材料として、ポリオレフィン樹脂、フッ素ゲル、シリコーンゲル、シリコーンゴム、シリコーンＵＶ（紫外線）硬化樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタンのそれぞれを用い、湿度検知装置の出力変化を測定した。なお、基準値Ｒｅｆは保護部２０を設けていないものである。
　図３に示す結果から、出力値が環境湿度と比較的一致しているのは、シリコーン系樹脂（シリコーンゲル、シリコーンゴム、シリコーンＵＶ硬化樹脂）であり、その中でもシリコーンゲルが最も基準値Ｒｅｆに近い出力変化となっている。
（異物付着前後の出力値変動）
　図４は、保護部の材料の相違による異物付着前後の出力変動を示す図である。
　図４における横軸は環境湿度（相対湿度％ＲＨ）を示し、縦軸は異物付着前後の出力変動（相対湿度％ＲＨ）を示している。
　ここで縦軸の出力変動は、異物付着前に測定した環境湿度に対する出力値と、異物付着後に測定した環境湿度に対する出力値との差である。したがって、理想値はどの環境湿度においても異物付着前後で出力値に差が無い（０％ＲＨ）ことになる。
　また、異物はマッチの煙を用いている。
　保護部２０の材料として、ポリオレフィン樹脂、フッ素ゲル、シリコーンゲル、シリコーンゴム、シリコーンＵＶ（紫外線）硬化樹脂、ポリウレタンのそれぞれを用い、湿度検知装置の出力変化を測定した。なお、基準値Ｒｅｆは保護部２０を設けていないものである。
　図４に示す結果から、保護部２０を設けていない基準値Ｒｅｆでは異物付着前後で出力値が大きく変動しているのに対し、保護部２０を設けることで異物付着前後の出力値の変動を抑制できていることが分かる。なお、異物として水を付着した前後で出力値の変動を測定した場合でも、図４と同様の結果が得られる。
（異物耐性）
　図５は、異物としてマッチの煙を付着した場合の出力湿度の変化を示す図である。
　図５における横軸は湿度（相対湿度％ＲＨ）を示し、縦軸は出力湿度（％ＲＨ）を示す。
　測定は、保護部２０としてシリコーンゲルを用いた湿度検知装置１について、マッチの煙を１回付着して出力電圧を測定することを５回繰り返して行った。煙の１回目の付着による測定結果を＃１、２回目の付着による測定結果を＃２として、以降同様に＃３、＃４、＃５とする。また、目標値をＴＹＰで示す。
　図５に示す結果から、＃１～＃５についてほとんど同じ出力湿度を得ている。また、目標値ＴＹＰに対して湿度変化に対する出力湿度の傾斜はほぼ等しい。ただし、目標値ＴＹＰと測定結果との間に僅かなオフセットが生じている。傾斜が等しければ、オフセット分だけ信号処理することで目標値ＴＹＰとほぼ等しい湿度検出結果を得ることができる。
（応答性）
　図６は、応答性について示す図である。
　図６における横軸は時間（分：秒）、縦軸は出力湿度（％ＲＨ）を示す。
　測定は、保護部２０としてシリコーンゲルを用いた湿度検知装置１について、マッチの煙を１回付着して出力湿度を測定することを５回繰り返して行った。煙の１回目の付着による測定結果を＃１、２回目の付着による測定結果を＃２として、以降同様に＃３、＃４、＃５とする。また、目標値をＴＹＰで示す。測定環境は、温度３０℃で湿度を３０％ＲＨ、５０％ＲＨ、７０％ＲＨ、９０％ＲＨの順に変化させている。
　図６に示す結果から、保護部２０としてシリコーンゲルを用いた場合、＃１～＃５について同様な応答特性を得ている。なお、目標値ＴＹＰに対するずれは図５に示すオフセットの影響である。したがって、オフセット分だけ信号処理することで目標値ＴＹＰとほぼ等しい応答特性を得ることができる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、感湿層１３に塵などの異物が付着することを防止する構成を簡素化しつつ、検出精度の低下を抑制できる湿度検知装置１を提供することが可能となる。
　なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、第１電極１１および第２電極１２として、上下で重ねて配置した構成を例示したが、基材５０の第１絶縁層５５上に並置される構成であってもよい。また、第１電極１１および第２電極１２の形状は櫛歯型であってもよい。さらに、湿度検知部１０は、湿度に応じた第１電極１１と第２電極１２との間の静電容量の変化を検知する構成のほか、第１電極１１と第２電極１２との間の電気抵抗の変化を検知する構成であってもよい。上記の実施形態では、開口６０１から枠部６０の内部を充填するように保護部２０を形成する材料は配置されているが、これに限定されない。感湿孔１２１の周辺における電界が第１電極１１と第２電極１２との間の電気的特性の変化に実質的に影響を与える範囲を超えることを満たしていれば、感湿孔１２１のそれぞれを覆うように個別に保護部２０は配置されていてもよい。
　また、前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の構成例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
１…湿度検知装置
１０…湿度検知部
１１…第１電極
１２…第２電極
１３…感湿層
１５…パッド電極
１６…パッド電極
２０…保護部
５０…基材
５５…第１絶縁層
５６…第２絶縁層
６０…枠部
６５…接着剤
１２１…感湿孔
６０１…開口
ｈ…厚さ

Claims (5)

  1. 　第１電極と、感湿孔を有する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に介在する感湿層とを有する湿度検知部と、
    　前記湿度検知部を覆う保護部と、
    　を備えた湿度検知装置であって、
    　前記保護部の透湿度は、前記感湿層の透湿度よりも高く、
    　前記保護部は、前記感湿孔の周辺における電界が前記第１電極と前記第２電極との間の電気的特性の変化に実質的に影響を与える範囲を超えて設けられた、湿度検知装置。
  2. 　前記湿度検知部の周囲を囲むように設けられた枠部をさらに備え、
    　前記保護部は前記枠部の開口内に設けられた、請求項１に記載の湿度検知装置。
  3. 　前記保護部の透湿度は、前記感湿層の透湿度の１００倍以上である、請求項１または２に記載の湿度検知装置。
  4. 　前記感湿層はポリイミド系樹脂によって形成され、
    　前記保護部はシリコーン系樹脂によって形成された、請求項１から３のいずれか１項に記載の湿度検知装置。
  5. 　前記保護部の厚さは５μｍ以上３００μｍ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の湿度検知装置。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006058137A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Denso Corp 湿度センサおよび湿度検出機能を有する複合センサ
JP2008139040A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Denso Corp 湿度センサ及びその製造方法
JP2011064509A (ja) * 2009-09-15 2011-03-31 Alps Electric Co Ltd 湿度センサパッケージ及びその製造方法
JP2011080833A (ja) * 2009-10-06 2011-04-21 Alps Electric Co Ltd 湿度検出センサ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006058137A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Denso Corp 湿度センサおよび湿度検出機能を有する複合センサ
JP2008139040A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Denso Corp 湿度センサ及びその製造方法
JP2011064509A (ja) * 2009-09-15 2011-03-31 Alps Electric Co Ltd 湿度センサパッケージ及びその製造方法
JP2011080833A (ja) * 2009-10-06 2011-04-21 Alps Electric Co Ltd 湿度検出センサ

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