WO2020008935A1 - 湿度センサーおよびそれを備えたｒｆｉｄタグ - Google Patents

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WO2020008935A1
WO2020008935A1 PCT/JP2019/024984 JP2019024984W WO2020008935A1 WO 2020008935 A1 WO2020008935 A1 WO 2020008935A1 JP 2019024984 W JP2019024984 W JP 2019024984W WO 2020008935 A1 WO2020008935 A1 WO 2020008935A1
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humidity sensor
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宏 白木
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株式会社村田製作所
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    • G06K19/07773—Antenna details

Definitions

  • the present invention relates to a humidity sensor and an RFID tag provided with the humidity sensor.
  • the resistance change type has an advantage that the structure is simple, but has a disadvantage that accuracy is poor and low humidity and high humidity cannot be measured.
  • the capacitance change type the capacitance changes linearly with humidity change in a wide humidity range of 0 to 100% RH. For this reason, there is an advantage that accuracy is good, and it is used in a wide range of applications.
  • the capacitance change type humidity sensor measures the relative humidity in the atmosphere by measuring the change in capacitance when water is adsorbed on these materials.
  • L indicates the inductance of the external inductor
  • C indicates the capacitance of the humidity sensor. It can be seen from this equation that it is necessary to increase the capacitance of the humidity sensor in order to lower the resonance frequency.
  • the clock frequency for detecting the frequency can be lowered, so that the options of the microcomputer are widened, which leads to a reduction in the size and the price of the humidity sensor module. Also, the lower the frequency, the less affected by noise due to parasitic capacitance and disturbance.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-239657
  • Patent Document 1 describes a humidity sensor having a structure in which a humidity sensor material sandwiched between an upper electrode and a lower electrode is disposed on a substrate. Plate electrodes are used for both the upper electrode and the lower electrode.
  • Patent Document 2 discloses a humidity sensor in which a pair of comb-shaped electrodes is formed on a substrate, and a humidity sensor material is formed thereon.
  • the humidity sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-239657 has a structure in which an upper electrode is exposed on the surface. Therefore, when water droplets adhere to the upper electrode due to dew condensation, etc., the capacitance of the sensor material changes due to a change in the electrical resistance of the electrode material and the change in the electrode area due to the fact that the water droplet acts as an electrode. Change. Further, the thickness of the humidity sensor material between the upper electrode and the lower electrode needs to be reduced in order to increase the capacitance. When the thickness of the humidity sensor material is reduced, the possibility of a short circuit due to water droplets adhering between the upper electrode and the lower electrode increases. Further, if water droplets adhere to the electrode while a voltage is applied, migration of the electrode material occurs. For this reason, the structure of the humidity sensor has a problem that accurate humidity measurement cannot be performed due to water droplets.
  • Patent Documents 1 and 2 the surface of the humidity sensor material is covered with another substance such as an electrode or a substrate. In such a configuration, adsorption of water molecules to the humidity sensor material is hindered by the electrodes or the substrate. In Patent Document 1, since it is necessary for water molecules to pass through the upper electrode and adhere to the humidity sensor material, the sensitivity and the response / recovery speed deteriorate. In Patent Documents 1 and 2, since one side of the humidity sensor material is covered with a substrate or a lower electrode which is considered to hardly transmit water, a large area of the humidity sensor material does not function as a humidity sensor. Has become.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a humidity sensor with improved sensitivity.
  • the present invention is a humidity sensor in which an electric resistance or a capacitance between a first terminal and a second terminal changes according to humidity, and a first electrode electrically connected to the first terminal. And a moisture-sensitive member whose dielectric constant changes according to humidity.
  • the first electrode includes a first internal electrode portion having a first main surface covered with a moisture-sensitive member and a second main surface covered with a moisture-sensitive member.
  • the electrode of the humidity sensor since the electrode of the humidity sensor includes the internal electrode portion covered with the humidity sensitive member, the amount of change in capacitance according to the change in humidity increases, and the sensitivity is improved.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of a humidity sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view showing an electrode forming surface of the humidity sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along a line III-III in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a first modification of the humidity sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a second modification of the humidity sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a third modification of the humidity sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view showing an electrode formation surface of a third modification of the humidity sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along a line VIII-VIII in FIG. 7.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a fourth modification of the humidity sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a fifth modification of the humidity sensor according to the first embodiment. It is a figure which shows the electrode shape of the specific example when an electrode is a comb electrode. It is sectional drawing of the sensor element (1-1) which is a comparative example.
  • FIG. 2 is a sectional view of a sensor element (1-2) as one example of the first embodiment;
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an electrode shape in the case of stacking.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a sensor element (1-3) as another example of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between humidity and a resonance frequency of each sensor element.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between humidity of each sensor element and a change rate of a resonance frequency.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross section of a sensor element (1-4) as a comparative example.
  • FIG. 7 is a diagram collectively showing changes in capacitance of the sensor element of Embodiment 1 and a comparative example. It is a figure which shows the electrode shape of the specific example when an electrode is a flat plate. It is the figure which showed a mode that the polyimide sheet in which the electrode E1 was formed, and the polyimide sheet in which the electrode E2 was formed were laminated
  • FIG. 9 is a diagram showing a comparison between the capacitances of sensor elements (1-5), (1-6), and (1-7).
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a first example of an electrode stacking arrangement.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a second example of the electrode stacking arrangement. It is a figure showing the 3rd example of lamination arrangement of an electrode.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a first example of a humidity sensor according to Embodiment 2.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a second example of the humidity sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a third example of the humidity sensor according to the second embodiment. It is a figure showing an example of a resonance circuit incorporating a humidity sensor. It is a figure which shows an example of the shape of a planar coil-shaped electrode.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a first example of a humidity sensor according to Embodiment 2.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a second example of the humidity sensor according to the
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sensor element (2-1) of a comparative example.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sensor element (2-2) according to a second embodiment. It is a figure showing connection of an electrode of sensor element (2-3) which formed a three-dimensional coil inside an element.
  • FIG. 3 is a diagram comparing resonance frequencies of sensor elements (2-1), (2-2), and (2-3). It is a figure which shows an example of the shape of the electrode which combined the electrode on a flat plate, and the electrode of a plane coil shape.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sensor element (3-1) as a comparative example.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sensor element (3-2) according to a third embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a comparison between resonance frequencies of sensor elements (3-1) and (3-2).
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a first example of the shape of an external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a second example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a third example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a fourth example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a fourth example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a fifth example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a sixth example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a seventh example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a first specific example of an upper electrode. It is a figure showing the 2nd example of an upper electrode. It is a figure showing the examination result of sensor element (4-1) and (4-2).
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a first example of a terminal arrangement of the sensor element according to the fifth embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a second example of the terminal arrangement of the sensor element according to the fifth embodiment. It is a figure which shows the 1st specific example of the sensor element which integrated the humidity sensor and the temperature sensor.
  • FIG. 52 is a cross-sectional view of the sensor element shown in FIG. 51, taken along LII-LII. It is the 2nd specific example of the sensor element which unified the humidity sensor and the temperature sensor.
  • FIG. 54 is a sectional view of the sensor element shown in FIG. 53, taken along LIV-LIV.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a first example of a terminal arrangement of the sensor element according to the sixth embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a second example of the terminal arrangement of the sensor element according to the sixth embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a first example in which a GND terminal of a temperature sensor unit and a GND terminal of a humidity sensor unit are shared.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a second example in which the GND terminal of the temperature sensor unit and the GND terminal of the humidity sensor unit are shared.
  • FIG. 4 is a diagram showing a comparison between the change in capacitance between a sensor using polyimide and a sensor using the composite material of the first example.
  • FIG. 9 is a diagram showing a comparison between a change in capacitance between a sensor using polyimide and a sensor using a composite material of the second example.
  • FIG. 11 is a diagram showing a comparison between changes in resonance frequency of a sensor using polyimide and a change in resonance frequency of a sensor using a composite material of a third example. It is the figure which showed and compared the change of the resonance frequency of the sensor using a polyimide, and the sensor using the composite material of the 4th example. It is the figure which showed the 1st example of arrangement
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a specific example in which a material concentration distribution is provided. It is a figure which shows the resonance frequency and the rate of change of the sensor element from which the density distribution of a humidity sensor material differs.
  • FIG. 21 is a block diagram of an RFID humidity sensor tag according to a twelfth embodiment. It is a figure for explaining a measuring method of humidity.
  • FIG. 70 is a diagram showing a humidity sensor unit in FIG. 69. It is a figure showing a humidity sensor part of a comparative example.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a change in capacitance of a humidity sensor unit according to a twelfth embodiment and a humidity sensor unit according to a comparative example. It is a figure showing the 1st modification of a humidity sensor part. It is a figure showing the 2nd modification of a humidity sensor part.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of the humidity sensor according to the first embodiment.
  • the perspective view shown in FIG. 1 is a transparent view of the internal electrodes E1 and E2 formed on the same plane.
  • FIG. 2 is a plan view showing an electrode formation surface of the humidity sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG.
  • the humidity sensor 1 is configured such that the capacitance between the first terminal T1 and the second terminal T2 changes according to the humidity.
  • the humidity sensor 1 includes a first electrode E1 electrically connected to the first terminal T1, and a moisture-sensitive member 2 whose permittivity changes according to humidity.
  • the first electrode E1 includes a contact portion E1B serving as a contact to the terminal T1, and a first internal electrode portion E1A.
  • the first internal electrode portion E1A has a first main surface S1 covered by the moisture-sensitive member 2 and a second main surface S2 covered by the moisture-sensitive member 2.
  • the humidity sensor 1 further includes a second electrode E2 electrically connected to the second terminal T2.
  • the second electrode E2 includes a contact portion E2B serving as a contact to the terminal T2, and a second internal electrode portion E2A.
  • the second internal electrode portion E2A has a third main surface S3 covered by the moisture-sensitive member 2 and a fourth main surface S4 covered by the moisture-sensitive member 2.
  • the moisture-sensitive member 2 is disposed so as to overlap with the first-layer moisture-sensitive member 2B in contact with the main surfaces S1 and S3 of each of the electrodes E1A and E2A so as to at least partially contact the first-layer moisture-sensitive member 2B. And a second-layer moisture-sensitive member 2A in contact with the main surfaces S2, S4 on the opposite sides of the electrode E1A and the electrode E2A.
  • the first electrode E1 and the second electrode E2 are formed on the upper surface of the moisture-sensitive member 2A. Thereafter, the first electrode E1 and the second electrode E2 are covered with a moisture-sensitive member 2B from above, and the moisture-sensitive member 2A and the moisture-sensitive member 2B are pressed and integrated. With such a configuration, the first electrode E1 and the second electrode E2 are arranged on one plane inside the moisture-sensitive member.
  • the first internal electrode portion E1A and the second internal electrode portion E2A are arranged with the moisture-sensitive member 2 interposed therebetween.
  • the first internal electrode portion E1A faces at least a part of the second internal electrode portion E2A.
  • a first electrode E1 and a second electrode E2 are provided inside a moisture-sensitive member 2 formed of a humidity sensor material whose capacitance changes as the humidity in the atmosphere changes.
  • the first electrode E1 and the second electrode E2 are internal electrodes embedded in a moisture-sensitive member. By measuring the change in capacitance between the internal electrodes from the terminals T1 and T2, the change in atmospheric humidity can be measured by the humidity sensor 1.
  • the moisture-sensitive member 2 examples include polyimide, polyamide imide, polyamide, cellulose acetate butyrate (CAB), polymethyl methacrylate (PMMA), vinyl crotonate, polyethylene terephthalate, and mixtures thereof.
  • the first electrode E1 and the second electrode E2 used as internal electrodes may be formed of a material generally used as an electrode material.
  • a metal such as Ag, Cu, Pt, Pd, Ni, or Al may be used.
  • it may be formed of an oxide conductor such as ITO and LaNiO 3 .
  • FIG. 4 is a perspective view showing a first modification of the humidity sensor of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a second modification of the humidity sensor according to the first embodiment.
  • the internal electrode may have a comb-shaped electrode shape shown in FIG. 4 or a meander (meander) shape shown in FIG. 5 in addition to the flat plate shape shown in FIG.
  • FIGS. 1 to 5 show examples in which two internal electrodes are formed on the same plane, but they may be formed on different planes.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a third modification of the humidity sensor of the first embodiment.
  • the perspective view shown in FIG. 6 shows the internal electrodes E1 and E2 formed on different planes in a see-through manner.
  • FIG. 7 is a plan view showing an electrode formation surface of a third modification of the humidity sensor of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG.
  • humidity sensor 11 is configured such that the capacitance between first terminal T1 and second terminal T2 changes according to humidity.
  • the humidity sensor 11 includes a first electrode E1 electrically connected to the first terminal T1, and a moisture-sensitive member 2.
  • the first electrode E1 includes a contact portion E1B serving as a contact to the terminal T1, and a first internal electrode portion E1A.
  • the first internal electrode portion E1A has a first main surface S1 covered by the moisture-sensitive member 2 and a second main surface S2 covered by the moisture-sensitive member 2.
  • the humidity sensor 11 further includes a second electrode E2 electrically connected to the second terminal T2.
  • the second electrode E2 includes a second internal electrode portion E2A having a third main surface S3 covered by the moisture-sensitive member 2 and a fourth main surface S4 covered by the moisture-sensitive member 2, and a contact to the terminal T1. And a contact portion E1B.
  • the moisture sensitive member 2 includes a first layer moisture sensitive member 2D, a second layer moisture sensitive member 2E, and a third layer moisture sensitive member 2F.
  • the first internal electrode portion E1A is disposed between the first-layer moisture-sensitive member 2D and the second-layer moisture-sensitive member 2E.
  • the second internal electrode portion E2A is disposed between the second-layer moisture-sensitive member 2E and the third-layer moisture-sensitive member 2F.
  • the first electrode E1 is formed on the upper surface of the moisture-sensitive member 2D.
  • the second electrode E2 is formed on the upper surface of the moisture-sensitive member 2E. Thereafter, the first electrode E1 is covered with a moisture-sensitive member 2E from above, and the second electrode E2 is covered with a moisture-sensitive member 2F.
  • the electrodes E1 and E2 may be formed on the upper and lower surfaces of the moisture-sensitive member 2E, and then the moisture-sensitive member 2E may be sandwiched between the moisture-sensitive members 2D and 2F.
  • the first electrode E1 is arranged on a first plane inside the moisture-sensitive member, and the second electrode E2 is arranged on a second plane inside the moisture-sensitive member parallel to the first plane.
  • the first internal electrode portion E1A faces at least a part of the second internal electrode portion E2A with the moisture-sensitive member 2 interposed therebetween in the portion FP.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a fourth modification of the humidity sensor of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a fifth modification of the humidity sensor of the first embodiment.
  • the internal electrodes may have a comb-shaped electrode shape shown in FIG. 9 or a meander shape shown in FIG. 10 in addition to the flat plate shape shown in FIG. good.
  • the shape of the humidity sensor element is shown as an example of a rectangular parallelepiped in FIGS. 1 to 10, it may be any shape such as a cube, a bead, or a column. Further, a plurality of internal electrodes may be formed in the moisture-sensitive member.
  • the electrodes E1 and E2 are inside the humidity sensor material, even if water droplets adhere to the surface of the humidity sensor material due to dew condensation, a short circuit between the electrodes and The electrode area can be prevented from increasing due to the attachment of water droplets, and the influence on the measured value can be eliminated.
  • the electrodes E1 and E2 are inside the humidity sensor material, it is possible to suppress the electrodes from being corroded by corrosive gases such as sulfur-based gas and nitrogen-based gas in the atmosphere. Therefore, it is possible to measure the humidity even in the presence of a corrosive gas without deteriorating the characteristics.
  • the electrodes E1 and E2 are inside the humidity sensor material, the area where water molecules from the outside can be adsorbed on the humidity sensor material without being blocked by the electrodes is increased, and the sensitivity can be increased.
  • the capacitance of the humidity sensor can be increased.
  • the capacitance is smaller than that of a flat plate, but the permeability of water molecules in the humidity sensor material is improved. And the recovery speed is faster.
  • the internal electrode is a comb electrode and polyimide is used as the humidity sensor material will be described in detail.
  • a polyimide varnish in which polyamic acid was dissolved in an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent was used.
  • a polyimide varnish is applied on the PET film using a doctor blade having a thickness of 100 ⁇ m, and the sheet is moved while drying at a temperature of 60 ° C., thereby forming a polyimide precursor on the PET film.
  • the thickness of the sheet at this point is about 20 ⁇ m, and when it is desired to further reduce the sheet thickness, the thickness of the doctor blade may be reduced.
  • a doctor blade thickness of 50 ⁇ m is used, a polyimide precursor sheet having a thickness of 10 ⁇ m can be formed.
  • an Ag paste is printed on the polyimide precursor sheet by screen printing.
  • the shape of the internal electrode can be changed by selecting a pattern to be printed from a plate shape, a comb shape, a meander shape, and the like. After printing, drying is performed in a dryer at 60 ° C. for 5 minutes.
  • the Ag paste is used here, the kind of the electrode material can be changed by using a paste of a material to be used for the internal electrode. Further, the electrodes may be manufactured by using a thin film forming process such as a sputtering method or an evaporation method.
  • a polyimide precursor sheet on which electrodes are printed and a polyimide precursor sheet on which electrodes are not printed are laminated, and a pressure of 200 MPa is applied for 60 seconds to separate the sheets. After the contact, cut according to the electrode pattern. After cutting, baking is performed at 350 ° C. for 1 hour in an air atmosphere.
  • the sample is fired at 100 ° C. to complete the manufacture of the target humidity sensor element.
  • a polyimide precursor sheet on which electrodes were printed and a non-printed sheet were used.
  • a laminated structure in which internal electrodes are arranged at equal intervals can be manufactured.
  • the type of the electrode pattern to be laminated it is possible to manufacture an electrode including various electrode patterns. Further, by inserting a sheet on which electrodes are not printed, it is possible to adjust the distance between the electrodes.
  • FIG. 11 is a diagram showing an electrode shape of a specific example when the electrode is a comb electrode. The capacitances of two sensors including the electrodes shown in FIG. 11 are compared.
  • FIG. 12 is a sectional view of a sensor element (1-1) as a comparative example.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a sensor element (1-2) as an example of the first embodiment.
  • This sensor element (1-1) has a structure close to the conventional structure in the sense that the electrodes E1 and E2 are external electrodes formed outside the moisture-sensitive layer, but as far as the inventor of the present application knows, such a structure is actually used. There is no known example of producing a humidity sensor at the factory. When the present inventor confirmed through experiments, the capacitance of the sensor element (1-1) was 0.776 pF at 1 MHz and 10% RH.
  • the sensor element (1-2) shown in FIG. 13 is obtained by laminating a 15 ⁇ m polyimide sheet on the electrode having the structure shown in FIG. 12, and has the structure of the humidity sensor according to the first embodiment.
  • the first electrode E1 of the sensor element (1-2) includes a plurality of internal electrode portions branched from a portion connected to the terminal T1.
  • the second electrode E2 of the sensor element (1-2) includes a plurality of internal electrode portions branched from a portion connected to the terminal T2.
  • the moisture-sensitive member 2 includes a first-layer moisture-sensitive member 2A and a second-layer moisture-sensitive member 2B that is arranged so as to be at least partially in contact with the first-layer moisture-sensitive member 2A.
  • the branched plurality of internal electrode portions of each of the first electrode E1 and the second electrode E2 is disposed between the first-layer moisture-sensitive member 2A and the second-layer moisture-sensitive member 2B.
  • the plurality of internal electrode portions of the first electrode E1 and the plurality of internal electrode portions of the second electrode E2 are all arranged on one plane inside the moisture-sensitive member.
  • FIG. 14 is a diagram showing an electrode shape in the case of stacking.
  • FIG. 15 is a partial cross-sectional view of a sensor element (1-3) as another example of the first embodiment. As can be seen from the cross-sectional view shown in FIG. 15, the plurality of internal electrode portions of the first electrode E1 are arranged on one plane inside the moisture-sensitive member. Further, the plurality of internal electrode portions of the second electrode E2 are arranged on another plane inside the moisture-sensitive member.
  • the sensor element (1-3) is formed by alternately stacking 73 layers of a polyimide sheet on which a comb tooth electrode is printed (a polyimide sheet without an electrode at the top) and has a JIS standard 2012 size (2.0 mm ⁇ 1.2 mm).
  • the capacitance of the sensor element (1-3) was 104.301 pF, which was about 79 times larger than that of the sensor element (1-2), and the resonance frequency was also about 79%. 8.9 times lower.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the humidity and the resonance frequency of each sensor element.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between the humidity of each sensor element and the rate of change of the resonance frequency.
  • FIG. 16 shows how the resonance frequency changes when a resonance circuit is formed by combining the sensor elements (1-1), (1-2), (1-3) and an inductor of 10 ⁇ H with humidity. Is shown.
  • FIG. 17 shows the relationship between the humidity and the change rate of the resonance frequency when the humidity is 10% RH as a reference (0%). The results shown in FIGS. 16 and 17 are the results confirmed by the present inventor through experiments.
  • the sensor elements (1-2) and (1-3) of the first embodiment can have a lower resonance frequency than the sensor element (1-1) of the comparative example. As a result, it is possible to increase the choices of microcomputers used when modularizing. From FIG. 17, it can be seen that the sensor elements (1-2) and (1-3) of the first embodiment can have higher sensitivity than the sensor element (1-1) of the comparative example. It is considered that this is because the ratio of the moisture-sensitive material around the electrode is increased by using the electrode as the internal electrode.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a cross section of a sensor element (1-4) as a comparative example.
  • a sensor element (1-4) In the sensor element (1-4), a pair of comb-shaped electrodes E1 and E2 similar to FIG. 11 is disposed on an SiO 2 / Si substrate 12, and the moisture-sensitive member 2 is disposed so as to cover the comb-shaped electrodes E1 and E2. Things.
  • the sensor element (1-4) can be manufactured as follows.
  • a polyimide varnish is applied on a SiO 2 / Si substrate by spin coating, and dried at 130 ° C. for 10 minutes. Thereafter, an Al electrode is formed to a thickness of 100 nm by vapor deposition. Thereafter, baking is performed at 350 ° C. for one hour in an air atmosphere. Further, through the steps of resist coating, O 2 plasma etching, and resist stripping, a sensor element (1-4) having a size of 1.2 mm long, 2.0 mm wide and 15 ⁇ m thick polyimide was formed on a SiO 2 / Si substrate. The measured capacitance of the sensor element (1-4) thus manufactured was 1.702 pF, which was larger than 1.321 pF of the sensor element (1-2).
  • this capacitance also includes a capacitance component derived from SiO 2 with which the comb electrode is in contact.
  • the total capacitance of the sensor element (1-4) is composed of a component derived from polyimide contacting the upper surface of the electrode and a capacitance component derived from SiO 2 contacting the lower surface of the electrode.
  • a capacitance component derived from SiO 2 does not change due to a change in humidity. The rate of change of the capacitance when the humidity changes is lower than that of the sensor element (1-2) of the first embodiment in which the same electrodes are arranged.
  • FIG. 19 is a diagram collectively showing changes in the capacitance of the sensor element of the first embodiment and the comparative example. Comparing the response to the humidity change, in the sensor element (1-2) of the first embodiment, the change rate of the capacitance when the relative humidity changes from 10% to 90% is 149.2%. On the other hand, the rate of change was 35.3% in the sensor element (1-4) of the comparative example. That is, it is understood that the sensor element (1-2) of the first embodiment in which the entire periphery of the electrode is made of polyimide has higher sensitivity than the sensor element (1-4) of the comparative example.
  • FIG. 20 is a diagram showing the electrode shape of a specific example when the electrode is a flat plate. The capacitances of two sensors including the electrodes shown in FIG. 20 are compared.
  • a sensor sheet (1-5) of a comparative example was prepared by forming electrodes E1 and E2 on both sides of a sheet made of polyimide. Further, polyimide was applied from above and below so as to cover the surfaces of the electrodes E1 and E2 of the sensor element (1-5).
  • the pressure-bonded sheet is referred to as a sensor element (1-6) of the first embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a state in which the polyimide sheet on which the electrode E1 is formed and the polyimide sheet on which the electrode E2 is formed are alternately stacked.
  • the sensor element of Embodiment 1 was manufactured by laminating 73 layers of electrodes (the uppermost part is a polyimide sheet without an electrode) to have a size of 2.0 mm ⁇ 1.2 mm ⁇ 1.2 mm. 1-7).
  • the plurality of internal electrode portions of the first electrode E1 are respectively arranged on a plurality of parallel planes inside the moisture-sensitive member.
  • the plurality of internal electrode portions of the second electrode E2 are also arranged on a plurality of planes parallel to each other inside the moisture-sensitive member.
  • FIG. 22 is a diagram showing a comparison between the capacitances of the sensor elements (1-5), (1-6), and (1-7).
  • the capacitance of the sensor element (1-5) of the comparative example is 3.697 pF.
  • the sensor element (1-6) of the first embodiment in which the upper and lower surfaces of the electrodes are covered with polyimide has a capacitance of 3.780 pF and a capacitance of the sensor element (1-5). It can be seen that the sensor element (1-7) has an even larger capacitance of 257.843 pF.
  • the sensor element (1-7) has the same shape as a general multilayer ceramic capacitor.
  • various arrangements of internal electrodes similar to those of the multilayer ceramic capacitor can be employed. There are many degrees of freedom in the arrangement of the internal electrodes.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a first example of a layered arrangement of electrodes.
  • FIG. 24 is a diagram showing a second example of the electrode stacking arrangement.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a third example of the electrode stacking arrangement.
  • the internal electrode structure shown in FIGS. 23 to 25 as generally known for a multilayer ceramic capacitor may be employed.
  • the arrangement shown in FIG. 23 is the most typical electrode arrangement.
  • the arrangement shown in FIG. 24 is an electrode arrangement in which the electrodes E1 and E2 are alternately stacked at the center.
  • a counter electrode conducting to the terminal T2 is formed with an interval between the electrodes E1
  • the electrode E2 conducting to the terminal T2 is formed.
  • a counter electrode that is electrically connected to the terminal T1 with an interval between the electrodes E2 is formed.
  • an electrode E3 is arranged between the electrodes E1 and E2.
  • the equivalent circuit of the sensor element having this arrangement is a circuit in which a parallel plate capacitor formed by electrodes E1 and E3 and a parallel plate capacitor formed by electrodes E2 and E3 are connected in series.
  • the moisture-sensitive member 2 includes a plurality of moisture-sensitive layers arranged in order so as to at least partially contact each other.
  • the plurality of internal electrode portions are alternately stacked with the plurality of moisture-sensitive layers.
  • the plurality of internal electrode portions of the second electrode E2 are also alternately stacked with the plurality of moisture-sensitive layers.
  • the capacitance can be further increased.
  • various internal electrode shapes may be combined.
  • a flat electrode is arranged in the center of the device, and a comb-shaped or meandering electrode is arranged outside the device to achieve high capacitance, fast response speed and recovery speed. Can be produced.
  • the influence of electrode corrosion due to corrosive gas can be reduced.
  • gas permeability of SO 2 , NH 3 , and H 2 S which are typical corrosive gases, was measured by a method in accordance with JIS K 7126, a polyimide sheet having a thickness of 15 ⁇ m was 2.39 ⁇ 10 ⁇ 13 mol / mol. (S ⁇ m 2 ⁇ Pa), 1.26 ⁇ 10 ⁇ 13 mol / (s ⁇ m 2 ⁇ Pa), and 5.02 ⁇ 10 ⁇ 14 mol / (s ⁇ m 2 ⁇ Pa).
  • the electrodes E1 and E2 are connected to the terminals T1 and T2, respectively, and the electrodes E1 and E2 are covered with a moisture-sensitive material.
  • a coil-shaped internal electrode is formed between the terminals T1 and T2, and the internal electrode is covered with a moisture-sensitive material.
  • FIG. 26 is a perspective view illustrating a configuration of a first example of the humidity sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 27 is a perspective view illustrating a configuration of a second example of the humidity sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 28 is a perspective view illustrating a configuration of a third example of the humidity sensor according to the second embodiment.
  • the shape of the internal electrode E11 is a coil shape, and both ends of the internal electrode E11 are connected to terminals T1 and T2.
  • the coils may be on the same plane as shown in FIG. 26, or may be three-dimensional as shown in FIGS. In the case of a three-dimensional coil, there are shapes such as horizontal winding (FIG. 27), vertical winding (FIG. 28), and oblique winding. Further, there may be a plurality of coils inside the humidity sensor material.
  • FIG. 29 is a diagram showing an example of a resonance circuit incorporating a humidity sensor.
  • a capacitor C2 and a resistor R are connected in series between the output and the input of the amplifier A, and a coil L and a capacitor C1 are connected in parallel between the input of the amplifier and ground.
  • the parallel connection of the coil L and the capacitor C1 is an equivalent circuit corresponding to the humidity sensor shown in FIGS.
  • the inductance of the coil L hardly changes due to the change in humidity, and the capacitance of the capacitor C1 changes according to the amount of change in humidity. For this reason, it is possible to detect the humidity by the change in the resonance frequency.
  • FIG. 30 is a diagram illustrating an example of the shape of a planar coil-shaped electrode.
  • a planar coil-shaped upper electrode having an L / S of 100 ⁇ m / 100 ⁇ m and a planar coil-shaped lower electrode are connected to a via at the center.
  • FIG. 31 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the sensor element (2-1) of the comparative example.
  • the sensor element (2-1) includes a polyimide sheet 13 sandwiched between an upper electrode E11A and a lower electrode E11B from above and below.
  • FIG. 32 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the sensor element (2-2) according to the second embodiment.
  • the sensor element (2-2) has the upper and lower surfaces of the sensor element (2-1) further covered with polyimide sheets 16 and 18.
  • the sensor element (2-1) has a structure close to the conventional structure in the sense that the electrodes E11A and E11B are exposed to the outside.
  • an example of actually manufacturing a humidity sensor having such a structure is as follows. unknown.
  • the sensor element (2-1) can be manufactured by the following method.
  • a polyimide precursor sheet is prepared by the method described in Embodiment 1, and a via 14 is opened using a laser puncher.
  • the Ag paste is poured into the via 14 and dried at 60 ° C., and then the Ag electrodes E11A and E11B in a coil shape are formed on both surfaces by printing. Drying is performed at 60 ° C. each time one-sided printing is performed. After cutting to the desired size, baking is performed at 350 ° C. for one hour in an air atmosphere. After forming a lead electrode of Ag (not shown) on the fired sample, firing at 100 ° C. completes the production of the target sensor element.
  • the resonance frequency of the sensor element (2-1) of the comparative example manufactured as described above was 8.039 GHz when the present inventor confirmed the resonance frequency through experiments.
  • a sensor element (2-2) can be manufactured by laminating a 15 ⁇ m thick polyimide sheet above and below the sensor element (2-1).
  • the polyimide precursor sheet after printing the electrodes E11A and E11B in the process of manufacturing the sensor element (2-1) shown in FIG. 31 is sandwiched between the polyimide sheets 16 and 18 having no electrodes printed thereon as shown in FIG. .
  • baking is performed at 350 ° C. for 1 hour in an air atmosphere.
  • the sensor element (2-2) can be manufactured.
  • the resonance frequency of the sensor element (2-2) was 5.927 GHz, and it was found that the resonance frequency could be lower than that of the sensor element (2-1) of the comparative example. This is probably because the sensor element (2-2) has a larger capacitance than the sensor element (2-1).
  • FIG. 33 is a diagram showing connection of electrodes of a sensor element (2-3) in which a three-dimensional coil is formed inside the element. In such a sensor element (2-3), the resonance frequency can be further reduced.
  • the sensor element (2-3) as in the case of the sensor element (2-1) or the sensor element (2-2), a via is opened in the polyimide precursor sheet, an Ag paste is poured, and an Ag electrode is printed. They can be produced by laminating 73 sheets in total. The inventor of the present application confirmed the resonance frequency of the sensor element (2-3) by an experiment.
  • FIG. 34 is a diagram comparing the resonance frequencies of the sensor elements (2-1), (2-2), and (2-3).
  • the resonance frequency of the sensor element (2-3) is 0.727 GHz
  • the resonance frequency of the sensor element (2-2) is 5.927 GHz, which is smaller than that of the sensor element (2-1). It can be seen that the resonance frequency can be significantly reduced.
  • the inductance can be increased. Therefore, when the humidity change is measured by the LC resonance circuit, the LC resonance frequency can be lowered by increasing the inductance and the capacitance. For this reason, a microcomputer with a low clock frequency can be used, the degree of freedom of the microcomputer that can be used is increased, and the influence of a characteristic change due to a disturbance such as a parasitic capacitance or a parasitic inductance can be reduced.
  • the humidity sensor according to the third embodiment is a combination of the first embodiment (the internal electrode has a plate shape, a comb shape, a meander shape, etc.) and the second embodiment (the internal electrode has a coil shape).
  • both the capacitance and the inductance can be increased. Therefore, when measuring with an LC resonance circuit, the LC resonance frequency can be lowered by increasing the inductance or capacitance. Since a microcomputer having a low clock frequency can be used, the degree of freedom of the microcomputer that can be used is increased, and it is possible to be less susceptible to a characteristic change due to disturbance such as a parasitic capacitance and a parasitic inductance.
  • FIG. 35 is a diagram illustrating an example of the shape of an electrode obtained by combining an electrode on a flat plate and a planar coil-shaped electrode.
  • a flat coil-shaped electrode having an L / S of 100 ⁇ m / 100 ⁇ m and an electrode on a flat plate below the electrode are arranged at the center.
  • FIG. 36 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sensor element (3-1) as a comparative example.
  • the sensor element (3-1) can be manufactured by the following method.
  • a polyimide precursor sheet 22 is prepared in the same manner as in Embodiments 1 and 2, and a via 24 is opened using a laser puncher. After opening the via, the Ag paste is poured into the via and dried at 60 ° C., and then a flat Ag electrode E21 is formed on one side and a coiled Ag electrode E22 is formed on another side by printing. Drying is performed at 60 ° C. each time one-sided printing is performed. Thereafter, firing is performed at 350 ° C. for one hour in an air atmosphere.
  • FIG. 37 is a cross-sectional view showing a configuration of the sensor element (3-2) of the third embodiment.
  • the sensor element (3-2) shown in FIG. 37 is one in which the upper and lower sides of the sensor element (3-1) are sandwiched between polyimides having a thickness of 15 ⁇ m.
  • the polyimide precursor sheet 22 After the polyimide precursor sheet 22 after electrode printing in the process of manufacturing the sensor element (3-1) is sandwiched between the polyimide sheets 26 and 28 on which electrodes are not printed, the polyimide precursor sheet 22 is pressure-bonded with a pressure of 200 MPa, and cut into a target size. By firing at 350 ° C. for 1 hour in an air atmosphere, the sensor element (3-2) can be manufactured.
  • FIG. 38 is a diagram comparing the resonance frequencies of the sensor elements (3-1) and (3-2).
  • the resonance frequency of the sensor element (3-1) was 11.660 GHz.
  • the resonance frequency of the sensor element (3-2) was 10.210 GHz.
  • the resonance frequency of the sensor element (3-2) in which the electrode was covered with the moisture-sensitive material was lower than that of the sensor element (3-1) in which the electrode was exposed. This is probably because the sensor element (3-2) has a larger capacitance than the sensor element (3-1).
  • the humidity sensor according to the fourth embodiment has, in addition to the configuration of the humidity sensor according to any one of the first to third embodiments, an external electrode further provided on at least one of the surfaces of the element.
  • FIG. 39 is a diagram showing a first example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 40 is a diagram illustrating a second example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 41 is a diagram illustrating a third example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 42 is a diagram illustrating a fourth example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • the external electrode shape may be a single-sided plate shape as shown in FIG. 39, a double-sided plate shape as shown in FIG. 40, a single-sided comb shape as shown in FIG. 41, a double-sided comb shape as shown in FIG. Can be adopted.
  • FIG. 43 is a diagram illustrating a fifth example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 44 is a diagram illustrating a sixth example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to Embodiment 4.
  • FIG. 45 is a diagram illustrating a seventh example of the shape of the external electrode of the humidity sensor according to Embodiment 4.
  • the shape of the external electrode may be a one-sided meander shape shown in FIG. 43, a two-sided meander shape shown in FIG. 44, or a one-sided coil shape shown in FIG.
  • the first electrode E1 further includes an external electrode unit.
  • the external electrode portion has a main surface (lower surface) covered by the moisture-sensitive member 2 and a main surface (upper surface) not covered by the moisture-sensitive member.
  • the material of the external electrode those generally used as an electrode material can be used.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • LaNiO Oxide conductors such as 3 .
  • the humidity sensor according to the fourth embodiment can detect the capacitance of the humidity sensor material between the external electrode and the internal electrode by forming the external electrode in a flat plate shape, a comb shape, a meander shape, or the like, The capacitance of the entire device can be increased.
  • the LC resonance frequency can be lowered by increasing the inductance or capacitance. For this reason, a microcomputer with a low clock frequency can be used, and the degree of freedom of the microcomputer that can be used is increased. In addition, the influence of a characteristic change due to disturbance such as a parasitic capacitance and a parasitic inductance can be reduced.
  • FIG. 46 is a diagram showing a first specific example of the upper electrode.
  • FIG. 47 is a diagram illustrating a second specific example of the upper electrode.
  • a sensor element (4-1) in which a toothed upper electrode was formed on one side of the sensor element (1-3) as shown in FIG. 46 was studied.
  • a sensor element (4-2) in which a single coil-shaped upper electrode as shown in FIG. 47 was formed on one side of the sensor element (2-3) was examined.
  • FIG. 48 is a diagram showing the examination results of the sensor elements (4-1) and (4-2).
  • the inventor of the present application confirmed the capacitance of each sensor element by an experiment.
  • the capacitance of the sensor element (4-1) having an external electrode was 107.512 pF. This value is about 3.08% larger than the capacitance of 104.301 pF of the sensor element without the external electrode (corresponding to the sensor element (1-3) shown in FIG. 19).
  • the resonance frequency of the sensor element (4-2) having the external electrode was 0.692 GHz. This value is about 4.81% lower than the resonance frequency of 0.727 GHz of the sensor element without the external electrode (corresponding to the sensor element (2-3) shown in the drawing).
  • the capacitance can be increased and the resonance frequency can be reduced as compared with the case where only the internal electrodes are provided.
  • these effects are only auxiliary effects, and most of the characteristics are derived from the internal electrodes. Therefore, the effect of the external electrode in the present invention is different from the external electrode in the conventional structure. That is, when only the external electrode is used as in the conventional structure, dew condensation or corrosive gas directly affects the characteristics of the humidity sensor.
  • the sensor elements (4-1) and (4-2) of the present embodiment the presence of the internal electrodes can greatly reduce the influence of dew condensation and corrosive gas on the characteristics of the humidity sensor. .
  • the external electrodes in the present invention are merely auxiliary, even when the characteristics of the sensor element are set to desired values, the distance between the external electrodes is long and the density of the electrodes on the humidity sensor material is low. it can. Therefore, the external electrodes do not significantly hinder the adsorption of water molecules to the humidity sensor material.
  • FIG. 49 is a diagram showing a configuration of a first example of the terminal arrangement of the sensor element according to the fifth embodiment.
  • the humidity sensor unit 31 and the temperature sensor unit 36 are integrated.
  • the humidity sensor section 31 has terminals 32 and 33 on both side surfaces, respectively.
  • the temperature sensor section 36 has terminals 37 and 38 on both side surfaces, respectively.
  • Such a composite sensor includes a temperature sensitive member integrated with the moisture sensitive member.
  • the temperature sensing member is formed of a temperature sensor material whose resistivity changes according to a change in temperature.
  • FIG. 50 is a diagram showing a configuration of a second example of the terminal arrangement of the sensor element according to the fifth embodiment.
  • the sensor element 40 shown in FIG. 50 is one in which the sensor unit 41 and the sensor unit 46 are integrated.
  • the sensor section 41 is one of a humidity sensor section and a temperature sensor section, and the sensor section 46 is one of the humidity sensor section and the temperature sensor section.
  • the sensor unit 41 has a terminal 42 and a terminal 43 on both side surfaces, respectively.
  • the sensor unit 46 has a terminal 47 and a terminal 48 on the upper surface.
  • the humidity sensor unit can be any of the humidity sensors described in the first to fourth embodiments.
  • the temperature sensor unit integrated with the humidity sensor unit includes an NTC thermistor, a resistance temperature detector (Pt, PtCo, Ni, Cu, etc.), a thermocouple, a pyroelectric temperature sensor, and a semiconductor temperature sensor (diode, transistor, IC And the like can be a generally known temperature sensor.
  • the integrated sensor element is provided with two terminals for humidity measurement and two terminals for temperature measurement, for a total of four terminals.
  • the temperature and humidity can be measured by a single element, and they are separately used.
  • the circuit can be downsized.
  • the sensor is integrated, so that the difference between the temperature and humidity felt by the humidity sensor and the temperature sensor is reduced, so that the temperature correction of the humidity sensor and the humidity correction of the temperature sensor can be performed more accurately than when they are used separately. Will be able to do it.
  • FIG. 51 is a diagram illustrating a first specific example of a sensor element in which a humidity sensor and a temperature sensor are integrated.
  • FIG. 52 is a sectional view taken along line LII-LII of the sensor element shown in FIG.
  • the sensor element (5-1) includes a humidity sensor unit 51 and a temperature sensor unit 56.
  • the humidity sensor unit 51 can be manufactured by a method similar to the method described in Embodiment 1.
  • the temperature sensor unit 56 is formed during the process of manufacturing the humidity sensor unit 51.
  • a 3 ⁇ m-thick NiMn 2 sheet is formed by molding a polyimide precursor sheet in the same manner as described in the first embodiment, and patterning the uppermost sheet by aerosol deposition method (AD method) using a metal mask on the sheet at the time of lamination.
  • An O 4 thick film is formed at room temperature.
  • This thick film is an NTC thermistor serving as a temperature sensor.
  • the NTC thermistor electrodes 57 and 58 NiCr / monel / Ag electrodes are formed by sputtering. Thus, a sheet for a temperature sensor is manufactured.
  • the above-mentioned temperature sensor sheet and a separately prepared humidity sensor sheet are laminated and pressed, cut to a desired size, and fired at 350 ° C. for one hour in an air atmosphere. .
  • the sensor element (5-1) shown in FIGS. 51 and 52 can be manufactured.
  • terminals 57 and 58 for a temperature sensor are formed on the upper surface
  • terminals 52 and 53 for a humidity sensor are formed on an end surface.
  • the B constant at 25 ° / 50 ° of the NTC thermistor thus manufactured is 3450 K, and the resistivity ⁇ at 25 ° C. is 2.6 k ⁇ cm.
  • an NTC thermistor having an arbitrary composition can be formed by using a raw material that is optimal as a raw material for producing the NTC thermistor.
  • NiMn 2 O 4 has been described as an example.
  • the NTC thermistor in the present embodiment is not limited to NiMn 2 O 4 and may be any one that is generally used as an NTC thermistor.
  • the method of forming the NTC thermistor thick film is not limited to the AD method.
  • a general thin film / thick film forming method such as a sputtering method or a CVD method may be used.
  • the temperature sensor unit integrated with the humidity sensor unit may be other than the NTC thermistor, and may use a change in electric resistance of Pt.
  • FIG. 53 is a second specific example of a sensor element in which a humidity sensor and a temperature sensor are integrated.
  • FIG. 54 is a sectional view taken along LIV-LIV of the sensor element shown in FIG. In the sensor element (5-2), terminals 67 and 68 for a temperature sensor are formed on the upper surface, and terminals 62 and 63 for a humidity sensor are formed on an end surface.
  • the sensor element (5-2) includes a humidity sensor 61 and a temperature sensor 66.
  • the humidity sensor 61 can be manufactured by a method similar to the method described in Embodiment 1.
  • the temperature sensor 66 can be manufactured during the process of manufacturing the humidity sensor 61.
  • a polyimide precursor sheet is formed in the same manner as in the method described in Embodiment 1, a Pt paste is printed on the uppermost sheet at the time of lamination, and the temperature sensor is patterned. Thus, a sheet for a temperature sensor is manufactured.
  • the above-mentioned temperature sensor sheet and a separately prepared humidity sensor sheet are laminated and pressed, cut to a desired size, and fired at 350 ° C. for one hour in an air atmosphere. .
  • the sensor element (5-2) shown in FIGS. 53 and 54 can be manufactured.
  • the temperature coefficient of this Pt temperature sensor at 25 ° C. to 85 ° C. is 3800 ppm / K, which is equivalent to that of a general Pt temperature sensor.
  • the Pt temperature sensor may be formed by a general thin film / thick film forming method such as a vapor deposition method or a sputtering method.
  • the temperature sensor material used for the structure shown in FIG. 52 is NTC thermistor
  • the temperature sensor material used for the structure shown in FIG. 54 is Pt, but the structure shown in FIG.
  • a Pt temperature sensor may be used, and an NTC thermistor may be used in the structure shown in FIG.
  • Embodiment 6 In the sixth embodiment, the GND of the temperature sensor unit and the GND of the humidity sensor unit are shared, so that a total of three terminals of the integrated temperature sensor and humidity sensor are provided.
  • the interval between terminals connecting the terminals to a substrate or the like can be increased as compared with the case where there are four terminals, and the sensor element is mounted.
  • the design of the substrate becomes easy.
  • FIG. 55 is a diagram showing a configuration of a first example of the terminal arrangement of the sensor element according to the sixth embodiment.
  • the sensor element 70 shown in FIG. 55 is one in which a humidity sensor 71 and a temperature sensor 76 are integrated.
  • the humidity sensor 71 has a terminal 72 and a terminal 78 on both side surfaces, respectively.
  • the temperature sensor unit 76 has terminals 77 and 78 on both side surfaces.
  • the terminal 78 is a common GND terminal for the temperature sensor unit and the humidity sensor unit.
  • FIG. 56 is a diagram showing a configuration of a second example of the terminal arrangement of the sensor element according to the sixth embodiment.
  • the sensor element 80 shown in FIG. 56 is one in which a sensor unit 81 and a sensor unit 86 are integrated.
  • the sensor section 81 is one of a humidity sensor section and a temperature sensor section, and the sensor section 86 is one of the other of the humidity sensor section and the temperature sensor section.
  • the sensor unit 81 has a terminal 82 and a terminal 88 on both side surfaces, respectively.
  • the sensor unit 86 has a terminal 87 on the upper surface, and shares a terminal 88 on the side surface with the sensor unit 81.
  • the terminal 88 is a common GND terminal for the temperature sensor unit and the humidity sensor unit.
  • the humidity sensor unit can be any of the humidity sensors described in the first to fourth embodiments.
  • FIG. 57 is a diagram illustrating a first example in which the temperature sensor unit and the humidity sensor unit share a GND terminal.
  • FIG. 58 is a diagram illustrating a second example in which the GND terminals of the temperature sensor unit and the humidity sensor unit are shared.
  • the patterns of the temperature sensor units of the sensor elements (5-1) and (5-2) described in the fifth embodiment are changed as shown in FIGS. 57 and 58, respectively, and the GND and humidity of the temperature sensor units 56 and 66 are changed.
  • Sensors with the GND integrated are referred to as a sensor element (6-1) and a sensor element (6-2).
  • the production of the sensor element (6-1) and the sensor element (6-2) is the same as that of the sensor element (5-1) and the sensor element (5-2) up to the middle, but for the humidity sensor sections 51 and 61.
  • the extraction electrodes are formed, the electrodes of the humidity sensor units 51 and 61 and the temperature sensor units 56 and 66 are connected on one side (GND side) to form common electrodes 53 (58) and 63 (68).
  • the extraction electrode uses an Ag paste and is heated at 100 ° C. after printing.
  • the temperature sensor section manufactured by this method exhibits characteristics equivalent to those of the sensor elements (5-1) and (5-2) having a four-terminal structure.
  • Embodiment 7 a composite material of a humidity sensor material and a material having a higher relative dielectric constant than the humidity sensor material is used.
  • the moisture-sensitive member used in the seventh embodiment includes a first material (e.g., polyimide) whose capacitance changes according to a change in humidity, and a second material whose dielectric constant is different from that of the first material. And a composite material containing the material.
  • a material having a higher dielectric constant than the first material such as a ceramic dielectric material such as BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 , (K, Na) NbO 3 and CaCu 3 Ti 4 O 12 Is mentioned.
  • the mixed state of the composite material may be such that the humidity sensor material and the dielectric material are uniformly mixed, unevenly mixed, or localized.
  • FIG. 59 is a diagram showing a comparison of a change in capacitance between a sensor using polyimide and a sensor using the composite material of the first example.
  • FIG. 60 is a diagram showing a comparison of a change in capacitance between a sensor using polyimide and a sensor using the composite material of the second example.
  • a method for producing a composite material using polyimide as a humidity sensor material and BaTiO 3 as a ferroelectric material with a high relative dielectric constant will be described.
  • a polyimide varnish and a powder of BaTiO 3 are mixed using a polyimide varnish as a polyimide raw material so that the volume ratio of polyimide: BaTiO 3 becomes 1: 1.
  • the mixture is used as a composite sheet production material, and sheet forming, electrode printing, lamination, pressure bonding, and firing are performed under the same method and conditions as in the first embodiment.
  • a humidity sensor using a composite material of polyimide and BaTiO 3 can be manufactured.
  • a sensor element having the same structure as that of the humidity sensor elements (1-1), (1-2), and (1-3) shown in the first embodiment made of a polyimide / BaTiO 3 composite sheet is used as the sensor element (7).
  • their capacitances are 6.683 pF, 13.763 pF and 1.215 nF as shown in FIG.
  • the capacitance is approximately 8.6 to 11.6 times that of the case where only the above is used.
  • a humidity sensor element using a composite material obtained by mixing polyimide and CaCu 3 Ti 4 O 12 which is not a ferroelectric material but has a higher dielectric constant than polyimide so that the volume ratio is 5: 1 is also the same. Can be made.
  • this composite material is used in the same structure as the sensor elements (1-1), (1-2), and (1-3), the sensor elements are (7-4) and (7-5), respectively.
  • their capacitances are 31.414 pF, 66.033 pF, and 5.902 nF, as shown in FIG. 60, which is about 40.5 to 56.6 times that in the case where only polyimide is used. Shows the capacitance of
  • Embodiment 8 describes an example in which a composite material of a humidity sensor material and a material having a higher relative magnetic permeability than the humidity sensor material is used.
  • the moisture-sensitive member used in the eighth embodiment is formed of a composite material including a first material (such as polyimide) whose capacitance changes according to a change in humidity and a second material that is a magnetic material. .
  • a first material such as polyimide
  • second material such as polyimide
  • various ferrites spinel ferrite, hexagonal ferrite, garnet ferrite, etc.
  • various ceramics magnetic materials iron oxides, etc.
  • permalloy various stainless steels
  • various metal magnetic materials FePt, PtCo, FeCo
  • the mixing state of the composite material may be such that the humidity sensor material and the magnetic material are mixed uniformly, unevenly mixed, or localized.
  • the inductance of the humidity sensor can be increased. Further, it is possible to expect an effect that an external inductor is not required when configuring the LC oscillation circuit.
  • FIG. 61 is a diagram showing a comparison of the change in the resonance frequency between the sensor using polyimide and the sensor using the composite material of the third example.
  • a method for producing a composite material using a humidity sensor material of polyimide and a material having a high relative magnetic permeability ⁇ r as a ferrite material having a relative magnetic permeability ⁇ r of 1300 will be described.
  • the polyimide varnish and the powder of the ferrite material are mixed so that the volume ratio of the polyimide: ferrite material is 1: 1.
  • the mixture is used as a composite sheet production material, and sheet forming, electrode printing, lamination, pressure bonding, and firing are performed under the same method and conditions as in the first embodiment.
  • a humidity sensor using a composite material of a polyimide and a ferrite material can be manufactured.
  • Sensor elements (8-1) and (8-1) were fabricated using the same structure as the sensor elements (2-1), (2-2), and (2-3) described in Embodiment 2 using a polyimide / ferrite material composite sheet. Assuming (8-2) and (8-3), as shown in FIG. 61, their resonance frequencies are also reduced by about 49% to 95% to 4.102 GHz, 0.656 GHz and 0.039 GHz, respectively.
  • the ninth embodiment is a combination of the seventh embodiment (composite material of a humidity sensor material and a dielectric material) and the eighth embodiment (composite material of a humidity sensor material and a magnetic material).
  • the moisture-sensitive member used in the ninth embodiment includes a first material (e.g., polyimide) whose capacitance changes according to a change in humidity, a second material that is a dielectric, and a third material that is a magnetic material.
  • FIG. 62 is a diagram showing a comparison of the change in resonance frequency between the sensor using polyimide and the sensor using the composite material of the fourth example.
  • Embodiment 10 When a sensor element is made of a composite material as in Embodiments 8 and 9, when the ratio of the dielectric or magnetic material in the moisture-sensitive member of the humidity sensor is increased, the capacitance and inductance are increased. There is a merit of becoming. On the other hand, since these materials do not respond to humidity, there is a demerit that sensitivity to a change in humidity is deteriorated.
  • the moisture-sensitive member used in the tenth embodiment is disposed closer to the main surface (outer surface) of the first portion and the humidity sensor than the first portion, and the ratio of the first material (a humidity sensor material such as polyimide) is set. And a second portion that is higher than the first portion.
  • the distribution of the ratio of the humidity sensor material may be any distribution such as uniform, non-uniform, or localized as long as the above requirements are satisfied.
  • FIG. 63 is a diagram showing a first example of an arrangement of a portion where the ratio of the humidity sensor material is high and a portion where the ratio of the humidity sensor material is low in the composite material.
  • the sensor element 90 shown in FIG. 63 has terminals 92 and 93 on both side surfaces.
  • the moisture-sensitive member includes a portion 94 having a lower proportion of the humidity sensor material and a portion 95 having a higher proportion of the humidity sensor material as compared to the portion 94.
  • FIG. 64 is a diagram showing a second example of the arrangement of a portion where the proportion of the humidity sensor material is high and a portion where the proportion of the humidity sensor material is low in the composite material.
  • the sensor element 100 shown in FIG. 64 has terminals 102 and 103 on both side surfaces.
  • the moisture-sensitive member includes a portion 105 having a lower proportion of the humidity sensor material and portions 104 and 106 having a higher proportion of the humidity sensor material as compared to the portion 105.
  • FIG. 65 is a diagram showing a third example of the arrangement of a portion where the ratio of the humidity sensor material is high and a portion where the ratio of the humidity sensor material is low in the composite material.
  • the sensor element 110 shown in FIG. 65 has terminals 112 and 113 on both side surfaces, respectively.
  • the moisture-sensitive member includes a portion 114 having a lower percentage of the humidity sensor material and a portion 115 having a higher percentage of the humidity sensor material than the portion 114.
  • the part 115 is formed so as to surround the part 114 from all sides.
  • FIG. 66 is a diagram showing a fourth example of the arrangement of a portion having a high ratio of the humidity sensor material and a portion having a low ratio of the humidity sensor material in the composite material.
  • the sensor element 120 shown in FIG. 66 has terminals 122 and 123 on both side surfaces.
  • the moisture-sensitive member includes portions 124 to 127 where the proportions of the humidity sensor materials are different from each other. Section 127 has the highest percentage of humidity sensor material among these.
  • FIG. 67 is a view for explaining a specific example in which a material concentration distribution is provided.
  • the sensor element (10-1) is a sheet whose central 69 layers (L3 to L71) are a composite sheet.
  • the volume ratio of the polyimide: ferrite material (specific permeability ⁇ r is 1300) is 1: 1.
  • the electrode sandwiched between the first layer (laminated sheet L1) and the 73rd layer (laminated sheet L73) polyimide sheet is the same as the sensor element (1-1), and is a tooth electrode.
  • the sensor element (8-3) shown in Embodiment 8 in which the laminated sheets L2 to L72 have the same structure and all the layers are composite sheets is selected, and the sensor element (10 -1).
  • FIG. 68 is a diagram showing the resonance frequency and the rate of change of sensor elements having different concentration distributions of the humidity sensor material.
  • the resonance frequency of the sensor element (10-1) is 42.822 MHz, which is slightly higher than 39.836 MHz in the case of the sensor element (8-3).
  • the rate of change in the resonance frequency of the sensor element (10-1) due to a humidity change from 10% RH to 90% RH is 26.39%, which is 23.19 in the case of the sensor element (8-3). Greater than%. Therefore, it can be seen that the sensor element (10-1) of the tenth embodiment has a higher sensitivity to humidity than the sensor element (8-3) of the eighth embodiment.
  • the sensor element (10-1) has the same material composition at the center for comparison with the sensor element (8-3), but the resonance frequency is increased by increasing the ratio of the ferrite material at the center. Can be lowered. In addition, by increasing the proportion and thickness of the polyimide on the surface, the resonance frequency of the sensor element is increased, but the sensitivity to humidity can be increased.
  • the humidity sensor according to the eleventh embodiment is different from the humidity sensor according to the tenth embodiment in that the ratio of the humidity sensor material is 100% on the element surface and the humidity sensor material is 0% inside the element.
  • This ratio is an optimal example in which the capacitance and inductance can be increased and the capacitance change due to humidity change can be increased.
  • the humidity sensor according to the eleventh embodiment has the largest capacitance and / or inductance among the sensor elements in which sheets having different ratios as shown in the tenth embodiment are stacked, so that the resonance frequency can be the lowest. .
  • the manufacturing method of -1) will be described. In this case, since the central portion is the same as a general chip inductor structure, a general manufacturing process can be used as it is.
  • a ferrite sheet is produced on a PET film by moving the sheet while drying the slurry at a temperature of 60 ° C. using a 100 ⁇ m doctor blade. After printing Ag electrodes on the two sheets, 69 sheets are laminated between the two sheets and pressed with a pressure of 200 MPa. Thereafter, by firing at 900 ° C. for 2 hours, ferrite laminated sheets L3 to L71 are obtained.
  • the resonance frequency of the sensor element (11-1) is 9.703 MHz, which is lower than the resonance frequency of the sensor element (10-1).
  • the change rate of the resonance frequency of the sensor element (11-1) due to the humidity change from 10% RH to 90% RH was 12.70%. This is a frequency change of about 1.2 MHz although the rate of change is smaller than that of the sensor element (10-1), which is very large and sufficiently high in sensitivity. Therefore, by adopting the structure of the sensor element (11-1), a sufficiently large frequency change can be obtained while greatly reducing the resonance frequency.
  • the electrodes are inside the humidity sensor material, even if water droplets adhere to the surface of the humidity sensor material due to dew condensation, a short circuit between the electrodes or an increase in the electrode area occurs. The effect of the characteristic change can be eliminated.
  • the electrode is inside the humidity sensor material and the corrosion of the electrode by corrosive gases such as sulfur-based gas and nitrogen-based gas in the atmosphere can be suppressed, the humidity can be measured without deteriorating the characteristics even in the presence of corrosive gas. Is possible.
  • the electrodes are inside the humidity sensor material, the area where water molecules can be adsorbed on the humidity sensor material is increased, and the sensitivity can be increased.
  • inductance and capacitance can be increased by forming the internal electrode into a coil shape or a laminated structure.
  • the LC resonance frequency can be lowered by increasing the inductance and capacitance, so the degree of freedom of the microcomputer that can be used is increased, and the characteristics due to disturbances such as parasitic capacitance and parasitic inductance are increased. It is less susceptible to changes.
  • Embodiment 12 In Embodiment 12, a description will be given of an RFID humidity sensor in which a humidity sensor is mounted on an RFID (Radio Frequency IDentification) tag.
  • RFID Radio Frequency IDentification
  • RFID is a technology that has attracted attention as a technology that replaces barcodes. Information is stored in an IC built in an RFID tag, and the information is read without contact using an RFID reader. A lot of information can be read from a place at the same time. Due to such features, in recent years, application of RFID tags to environmental history management in physical distribution or product management has been attempted, and as one example, an RFID humidity sensor for detecting humidity data has been developed.
  • the sensitivity of the sensor can be improved by applying a configuration similar to that of the above-described embodiment.
  • FIG. 69 is a block diagram of an RFID humidity sensor tag (hereinafter, also simply referred to as “RFID sensor”) 200 according to the twelfth embodiment.
  • the RFID sensor 200 includes an antenna 220 for performing communication between a substrate 210, an RFID reader (not shown), a humidity sensor unit 230, and an integrated circuit (IC: Integrated Circuit). 240 and a wiring pattern 250 for connecting these.
  • RFID sensor RFID humidity sensor tag
  • the substrate 210 is formed of a moisture-sensitive member whose capacitance changes with a change in humidity.
  • a moisture-sensitive member for example, polyimide (PI), polyamide imide (PAI), cellulose acetate butyrate (CAB), polymethyl methacrylate (PMMA), vinyl crotonate, polyethylene terephthalate, and a mixture thereof are used. it can.
  • the humidity sensor electrode included in the humidity sensor unit 230, the antenna 220, and the wiring pattern 250 are formed on the substrate 210.
  • a metal material such as Ag, Cu, Pt, Pd, Ni, or Al is used.
  • the humidity sensor electrodes are arranged to face each other, and all or a part of the humidity sensor electrodes is covered with a moisture-sensitive member.
  • the antenna 220 and the humidity sensor 230 are electrically connected by the wiring pattern 250.
  • An LC resonance circuit is formed by the inductance component and the capacitance component of the antenna 220 and the humidity sensor unit 230.
  • the IC 240 is activated by the power from the RFID reader received by the antenna 220 and measures the impedance of the LC resonance circuit formed by the antenna 220 and the humidity sensor unit 230.
  • the relationship between the impedance and the humidity obtained by an experiment or the like is stored in the IC 240 in advance, and the humidity is calculated from the measured impedance. Further, the IC 240 transmits the calculated humidity data to the RFID reader via the antenna 220.
  • FIG. 70 is a view schematically illustrating a method of measuring humidity using the RFID sensor 200.
  • the antenna 220 and the humidity sensor unit 230 are designed so that the impedance becomes minimum at the reference humidity (solid line LN10).
  • the resonance frequency of the LC resonance circuit formed by the antenna 220 and the humidity sensor 230 changes to F1 (broken line LN11).
  • the impedance at the measurement frequency F0 increases.
  • RFID since power is supplied from the RFID reader via the antenna 220, a change in the supply power due to a change in impedance is measured by the IC 240, whereby a change in humidity from the reference humidity can be measured.
  • the antenna 220 is electrically connected to the humidity sensor unit 230, the antenna 220 itself also functions as a part of the humidity sensor electrode. Therefore, the capacitance component in the LC resonance circuit can be increased as compared with the case where only the humidity sensor electrode is used.
  • FIG. 71 is a diagram showing an example of the humidity sensor unit 230 in FIG. FIG. 71 (a) in the upper part is a plan view of the humidity sensor unit 230, and FIG. 71 (b) in the lower part is a cross-sectional view of the humidity sensor unit 230.
  • humidity sensor unit 230 includes a pair of humidity sensor electrodes 232 formed on substrate 210.
  • a comb electrode 233 is formed at the end of each humidity sensor electrode 232, and the portion of the comb electrode 233 is covered with a moisture-sensitive member 231.
  • At least one of the humidity sensor electrodes 232 is connected to the antenna 220 via the wiring pattern 250.
  • the humidity sensor electrode 232 is also connected to the IC 240, and the IC 240 measures the impedance of the LC resonance circuit formed by the antenna 220 and the humidity sensor unit 230.
  • the capacitance of the substrate 210 and the humidity-sensitive member 231 changes, and the capacitance (impedance) between the humidity sensor electrodes 232 changes. I do.
  • a change in humidity in the atmosphere can be measured.
  • the humidity sensor unit 230 # is not provided unlike the humidity sensor unit 230 # of the comparative example shown in FIG. As compared with the case where the comb electrode 233 is exposed, even if water droplets adhere to the surface of the humidity sensor material due to dew condensation, a short circuit between the electrodes and an increase in the electrode area due to the adhesion of the water droplets can be prevented. Can be eliminated.
  • the comb electrode 233 is disposed inside the moisture-sensitive member, it is possible to prevent the electrode from being corroded by corrosive gases such as sulfur-based gas and nitrogen-based gas in the atmosphere. Therefore, it is possible to measure the humidity even in the presence of a corrosive gas without deteriorating the characteristics.
  • the comb electrode 233 is disposed inside the humidity-sensitive member, the area where water molecules from the outside can be adsorbed on the humidity sensor material without being blocked by the electrode is increased, and the sensitivity can be increased.
  • a specific example of the RFID sensor 200 in FIG. 69 will be described in detail.
  • a polyimide (PI) sheet sheet thickness 15 ⁇ m
  • the antenna 220 and the comb electrode 233 shown in FIG. 71 are formed by screen printing using an Ag paste.
  • a polyimide varnish in which a polyamic acid is dissolved in an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent is printed on the comb electrode by screen printing, dried at a temperature of 130 ° C. for 30 minutes, and then dried at a temperature of 350 ° C. For 1 hour.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • FIG. 73 is a diagram showing an example of an electrostatic capacitance caused by a change in humidity between an RFID sensor using the humidity sensor unit 230 of the twelfth embodiment of FIG. 71 and an RFID sensor using the humidity sensor unit 230 # of the comparative example of FIG. It shows the rate of change of capacity.
  • the change rate of the capacitance when the relative humidity changes from 10% to 90% is 149.2% in the RFID sensor according to the twelfth embodiment, whereas the RFID sensor according to the comparative example has the change rate of 149.2%.
  • the rate of change was 77.4%. That is, it can be seen that the RFID sensor of the twelfth embodiment, in which the entire periphery of the comb electrode is covered with polyimide, has higher sensitivity than the RFID sensor of the comparative example.
  • the interdigital electrode of the humidity sensor electrode is formed inside the humidity-sensitive member, the sensitivity of the RFID humidity sensor is improved, and the inter-electrode due to dew condensation is improved. And the effect of corrosive gas can be suppressed. Further, since the humidity data can be read by wireless communication using the RFID, wiring for reading the data is not required.
  • the configuration described in the first to eleventh embodiments can be used as the humidity sensor unit 230.
  • the first terminal T1 and the second terminal T2 correspond to the humidity sensor electrode 232 of the twelfth embodiment, and the humidity-sensitive member 2 (2A, 2B) is connected to the substrate 210 and the humidity-sensitive member 231 of the twelfth embodiment.
  • the first electrode E1 and the second electrode E2 correspond to the comb electrode 233 of the twelfth embodiment.
  • FIG. 74 is a diagram illustrating a first modification of the humidity sensor unit in FIG. 69.
  • the humidity sensor unit 230A of the first modification an arbitrary material is used for the substrate 210A on which the antenna and the like are formed, and the humidity-sensitive member 235-humidity sensor electrode 232 (comb electrode 233) is provided on the substrate 210A.
  • the laminated structure of the moisture sensitive member 231 is formed.
  • the substrate 210A for example, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), or the like can be used.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • the moisture-sensitive member for example, polyimide (PI), polyamideimide (PAI), cellulose acetate butyrate (CAB), polymethyl methacrylate (PMMA), vinyl crotonate, polyethylene terephthalate, And mixtures thereof.
  • PI polyimide
  • PAI polyamideimide
  • CAB cellulose acetate butyrate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • vinyl crotonate polyethylene terephthalate
  • And mixtures thereof for example, polyimide (PI), polyamideimide (PAI), cellulose acetate butyrate (CAB), polymethyl methacrylate (PMMA), vinyl crotonate, polyethylene terephthalate, And mixtures thereof.
  • PET was used as the substrate 210A.
  • a polyamideimide varnish in which the polyamideimide is dissolved in an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent is printed by screen printing, and dried at a temperature of 130 ° C. for 1 hour to obtain a polyamideimide (PAI).
  • the moisture-sensitive member 235 is formed.
  • the interdigital electrode 233 is printed on the moisture-sensitive member 235 of polyamideimide by screen printing using an Ag paste, and the antenna 220 and the wiring pattern 250 are printed on the substrate 210A using the Ag paste. Drying to form these metal members.
  • a polyamideimide varnish is further printed on the comb electrode 233 by screen printing, and dried at a temperature of 130 ° C. for 1 hour to form a moisture-sensitive member 231.
  • the comb-shaped electrode of the humidity sensor electrode can be formed inside the humidity-sensitive member regardless of the type of the substrate on which the RFID tag is formed. And the effect of corrosive gas on short-circuiting between electrodes due to dew condensation can be suppressed.
  • the configuration described in the first to eleventh embodiments can be used as the humidity sensor unit 230A.
  • the first terminal T1 and the second terminal T2 correspond to the humidity sensor electrode 232 of the twelfth embodiment
  • the humidity-sensitive members 2 (2A and 2B) correspond to the humidity-sensitive members 231 and 235 of the twelfth embodiment
  • the first electrode E1 and the second electrode E2 correspond to the comb electrode 233 of the twelfth embodiment.
  • FIG. 75 is a diagram showing a second modification of the humidity sensor unit in FIG. 69.
  • the humidity sensor 1 in which an arbitrary material is used as the substrate 210B on which the antenna and the like are formed and the humidity sensor described in the first embodiment and the like is realized in a chip type is mounted. Is done.
  • the first terminal T1 and the second terminal T2 of the humidity sensor 1 (FIG. 1) are connected to the antenna 220 via the wiring pattern 250.
  • the RFID humidity sensor 1 is used. And the effect of corrosive gas on short-circuiting between electrodes due to dew condensation can be suppressed.

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Abstract

湿度センサー（１）は、第１端子（Ｔ１）に電気的に接続される第１電極（Ｅ１）と、感湿部材（２）とを備える。第１電極（Ｅ１）は、第１内部電極部（Ｅ１Ａ）を含む。第１内部電極部（Ｅ１Ａ）は、感湿部材（２）に覆われた第１主面と、感湿部材に覆われた第２主面とを有する。好ましくは、湿度センサー（１）は、第２端子（Ｔ２）に電気的に接続される第２電極（Ｅ２）をさらに備える。第２電極（Ｅ２）は、第２内部電極部（Ｅ２Ａ）を含む。第２内部電極部（Ｅ２Ａ）は、感湿部材（２）に覆われた第３主面と、感湿部材（２）に覆われた第４主面とを有する。第１内部電極部（Ｅ１Ａ）は、第２内部電極部（Ｅ２Ａ）の少なくとも一部と感湿部材（２）を挟んで対向する部分を含む。これにより、感度が改善された湿度センサーを提供する。

Description

湿度センサーおよびそれを備えたＲＦＩＤタグ
　この発明は、湿度センサーおよびそれを備えたＲＦＩＤタグに関する。
　現在、湿度センサーは、プリンター、エアコン、空気清浄機、電子レンジ、車載品など、幅広い用途に用いられている。さらに近年ＩｏＴ（Internet　of　Things）技術の進化により、位置や速度などの物理的な情報だけでなく、温度、湿度、ガスなどの化学的な情報をモニタリングするというニーズが高まっている。
　湿度センサーには、湿度が変化した場合の湿度センサー材料の抵抗変化を測定する抵抗変化型と、容量変化を測定する容量変化型の２方式がある。一般的に抵抗変化型は構造がシンプルだという利点がある一方で、精度が悪く、低湿度および高湿度が測定できないという欠点がある。一方で、容量変化型は、０～１００％ＲＨという広い湿度範囲において湿度変化に対して直線的に静電容量が変化する。このため精度がよいという利点があり、幅広い用途で用いられている。
　容量変化型の湿度センサー材料としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、クロトン酸ビニル、ポリエチレンテレフタラートおよびこれらの混合物などの高分子材料が用いられることが多い。容量変化型の湿度センサーは、これらの材料に水が吸着した際の静電容量の変化を測定することによって、大気中の相対湿度を測定している。
　なお、湿度センサーをモジュール化してマイコンで湿度を測定する際には、湿度センサーをＬＣ共振回路などに組み込んで共振周波数を測定し、共振周波数を静電容量に変換することによって静電容量を測定している。ＬＣ共振の場合の共振周波数ｆは、ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））で表される。この式で、Ｌは外付けインダクターのインダクタンスを示し、Ｃは湿度センサーの静電容量を示す。共振周波数を低くするためには、湿度センサーの静電容量を大きくする必要があることがこの式から分かる。共振周波数を低くすることによって、周波数を検出するためのクロック周波数が低くて済むのでマイコンの選択肢が広くなり、湿度センサーモジュールの小型化・低価格化に繋がる。また、周波数が低いほど寄生容量や外乱によるノイズの影響も受けにくくなる。
特開昭６０－２３９６５７号公報 特開２００７－１５５５５６号公報
　例えば、特開昭６０－２３９６５７号公報（特許文献１）には、上部電極及び下部電極でサンドイッチされた湿度センサー材料が、基板上に配置された構造の湿度センサーが記載されている。上部電極、下部電極共に平板状の電極が用いられている。
　例えば特開２００７－１５５５５６号公報（特許文献２）には、基板上に１対のくし歯電極が形成されており、その上部に湿度センサー材料が形成されている湿度センサーが開示されている。
　特開昭６０－２３９６５７号公報（特許文献１）に開示された湿度センサーは、上部電極が表面に出た構造をしている。そのため、結露などにより水滴が上部電極に付着した際には、電極材料の電気抵抗の変化や水滴が電極として働くことによる電極面積の変化により、センサー材料の静電容量が通常とは異なるメカニズムにより変化する。また、上部電極と下部電極の間にある湿度センサー材料の厚みは静電容量を大きくするためには厚みを薄くする必要がある。湿度センサー材料の厚みを薄くすると、水滴が上部電極と下部電極の間に付着することによるショートの可能性が高くなってしまう。さらに、電圧が印加された状態で水滴が電極に付着すると、電極材料のマイグレーションが起こる。これらにより、この湿度センサーの構造では、水滴により正確な湿度測定ができなくなってしまうという問題がある。
　さらに、この湿度センサーの構造では、上部電極が大気中に曝されているため、大気中の硫黄系ガス、窒素系ガスなどの腐食性ガスにより電極が腐食し、特性が大きく変化してしまうという問題がある。
　特許文献１，２に共通して、湿度センサー材料の表面は電極または基板などの別の物質で覆われている。このような構成では、水分子が湿度センサー材料に吸着するのが電極または基板によって阻害される。特許文献１では、水分子が上部電極を透過して湿度センサー材料に付着する必要があるため、感度や、応答・リカバリー速度が悪化してしまう。特許文献１，２において、湿度センサー材料の片側が水をほとんど透過しないと考えられる基板や下部電極で覆われてしまっているため、湿度センサー材料の広い面積が湿度センサーとして機能していない状態となっている。
　さらに、特許文献１，２の構造において静電容量を一定の大きさに保ったまま小型化しようとすると、湿度センサー材料の厚みを薄くするか、くし歯電極のピッチを狭くするしかない。ところがこれらの方法では、実際の製造上一定レベルで限界がある。その上、これらの方法で静電容量を大きくすると、上記記載のように、水滴の影響や水分子吸着面積の減少、製造難易度や製造バラツキの上昇などの問題の影響が大きくなっていく。
　このような問題を避けるために、静電容量が小さい状態で湿度センサーを使用する際には、配線などの寄生容量の影響を受けるため湿度測定時のノイズが大きくなってしまう。また、ＬＣ共振回路を構成して湿度を測定する際には、共振周波数が大きくなってしまい、測定に使用するマイコンの選択肢が狭くなってしまう。これは、湿度センサーモジュール作製時の小型化や、低価格化を困難にする原因となる。
　この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、感度が改善された湿度センサーを提供することである。
　この発明は、要約すると、第１端子と第２端子との間の電気抵抗または静電容量が湿度に応じて変化する湿度センサーであって、第１端子に電気的に接続される第１電極と、湿度に応じて誘電率が変化する感湿部材とを備える。第１電極は、感湿部材に覆われた第１主面と、感湿部材に覆われた第２主面とを有する第１内部電極部を含む。
　本発明によれば、感湿センサーの電極が感湿部材で覆われた内部電極部を含むので、湿度の変化に応じた静電容量の変化量が増加し感度が向上する。
実施の形態１の湿度センサーの構成を示す斜視図である。 実施の形態１の湿度センサーの電極形成面を示した平面図である。 図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面における断面図である。 実施の形態１の湿度センサーの第１変形例を示す斜視図である。 実施の形態１の湿度センサーの第２変形例を示す斜視図である。 実施の形態１の湿度センサーの第３変形例を示す斜視図である。 実施の形態１の湿度センサーの第３変形例の電極形成面を示した平面図である。 図７におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面における断面図である。 実施の形態１の湿度センサーの第４変形例を示す斜視図である。 実施の形態１の湿度センサーの第５変形例を示す斜視図である。 電極がくし歯電極の場合の具体例の電極形状を示す図である。 比較例であるセンサー素子（１－１）の断面図である。 実施の形態１の一例であるセンサー素子（１－２）の断面図である。 積層させる場合の電極形状を示した図である。 実施の形態１の他の一例であるセンサー素子（１－３）の部分断面図である。 各センサー素子の湿度と共振周波数との関係を示す図である。 各センサー素子の湿度と共振周波数の変化率との関係を示す図である。 比較例であるセンサー素子（１－４）の断面を示した断面図である。 実施の形態１のセンサー素子と比較例の静電容量の変化をまとめて示した図である。 電極が平板である場合の具体例の電極形状を示す図である。 電極Ｅ１が形成されたポリイミドシートと電極Ｅ２が形成されたポリイミドシートを交互に積層する様子を示した図である。 センサー素子（１－５）、（１－６）、（１－７）の静電容量を比較して示した図である。 電極の積層配置の第１例を示した図である。 電極の積層配置の第２例を示した図である。 電極の積層配置の第３例を示した図である。 実施の形態２の湿度センサーの第１例の構成を示す斜視図である。 実施の形態２の湿度センサーの第２例の構成を示す斜視図である。 実施の形態２の湿度センサーの第３例の構成を示す斜視図である。 湿度センサーを組み入れた共振回路の一例を示す図である。 平面コイル状の電極の形状の一例を示す図である。 比較例のセンサー素子（２－１）の構成を示す断面図である。 実施の形態２のセンサー素子（２－２）の構成を示す断面図である。 ３次元的なコイルを素子内部に形成したセンサー素子（２－３）の電極の接続を示す図である。 センサー素子（２－１）、（２－２）、（２－３）の共振周波数を比較して示した図である。 平板上の電極と、平面コイル状の電極を組み合わせた電極の形状の一例を示す図である。 比較例であるセンサー素子（３－１）の構成を示す断面図である。 実施の形態３のセンサー素子（３－２）の構成を示す断面図である。 センサー素子（３－１）、（３－２）の共振周波数を比較して示した図である。 実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第１例を示す図である。 実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第２例を示す図である。 実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第３例を示す図である。 実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第４例を示す図である。 実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第５例を示す図である。 実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第６例を示す図である。 実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第７例を示す図である。 上部電極の第１の具体例を示す図である。 上部電極の第２の具体例を示す図である。 センサー素子（４－１）、（４－２）の検討結果を示す図である。 実施の形態５のセンサー素子の端子配置の第１例の構成を示す図である。 実施の形態５のセンサー素子の端子配置の第２例の構成を示す図である。 湿度センサーと温度センサーとを一体化させたセンサー素子の第１の具体例を示す図である。 図５１に示したセンサー素子のＬＩＩ－ＬＩＩにおける断面図である。 湿度センサーと温度センサーとを一体化させたセンサー素子の第２の具体例である。 図５３に示したセンサー素子のＬＩＶ－ＬＩＶにおける断面図である。 実施の形態６のセンサー素子の端子配置の第１例の構成を示す図である。 実施の形態６のセンサー素子の端子配置の第２例の構成を示す図である。 温度センサー部と湿度センサー部のＧＮＤ端子を共有させた第１例を示す図である。 温度センサー部と湿度センサー部のＧＮＤ端子を共有させた第２例を示す図である。 ポリイミドを使用したセンサーと第１例のコンポジット材料を使用したセンサーとの容量の変化を比較して示した図である。 ポリイミドを使用したセンサーと第２例のコンポジット材料を使用したセンサーとの容量の変化を比較して示した図である。 ポリイミドを使用したセンサーと第３例のコンポジット材料を使用したセンサーとの共振周波数の変化を比較して示した図である。 ポリイミドを使用したセンサーと第４例のコンポジット材料を使用したセンサーとの共振周波数の変化を比較して示した図である。 コンポジット材料において、湿度センサー材料の割合が高い部分と湿度センサー材料の割合が低い部分との配置の第１例を示した図である。 コンポジット材料において、湿度センサー材料の割合が高い部分と湿度センサー材料の割合が低い部分との配置の第２例を示した図である。 コンポジット材料において、湿度センサー材料の割合が高い部分と湿度センサー材料の割合が低い部分との配置の第３例を示した図である。 コンポジット材料において、湿度センサー材料の割合が高い部分と湿度センサー材料の割合が低い部分との配置の第４例を示した図である。 材料の濃度分布を設けた具体例を説明するための図である。 湿度センサー材料の濃度分布が異なるセンサー素子の共振周波数と変化率を示す図である。 実施の形態１２のＲＦＩＤ湿度センサータグのブロック図である。 湿度の測定手法を説明するための図である。 図６９における湿度センサー部を示した図である。 比較例の湿度センサー部を示した図である。 実施の形態１２の湿度センサー部と比較例の湿度センサー部の静電容量の変化を示した図である。 湿度センサー部の第１変形例を示した図である。 湿度センサー部の第２変形例を示した図である。
　以下、検討例と本発明の実施の形態とについて、図面を参照しつつ比較しながら説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　［実施の形態１］
　図１は、実施の形態１の湿度センサーの構成を示す斜視図である。図１に示す斜視図は、同一平面上に形成される内部の電極Ｅ１，Ｅ２を透視して示している。図２は、実施の形態１の湿度センサーの電極形成面を示した平面図である。図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面における断面図である。
　図１～図３を参照して、湿度センサー１は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の静電容量が湿度に応じて変化するように構成される。湿度センサー１は、第１端子Ｔ１に電気的に接続される第１電極Ｅ１と、湿度に応じて誘電率が変化する感湿部材２とを備える。第１電極Ｅ１は、端子Ｔ１への接点となる接点部Ｅ１Ｂと、第１内部電極部Ｅ１Ａとを含む。第１内部電極部Ｅ１Ａは、感湿部材２に覆われた第１主面Ｓ１と、感湿部材２に覆われた第２主面Ｓ２とを有する。
　湿度センサー１は、第２端子Ｔ２に電気的に接続される第２電極Ｅ２をさらに備える。第２電極Ｅ２は、端子Ｔ２への接点となる接点部Ｅ２Ｂと、第２内部電極部Ｅ２Ａとを含む。第２内部電極部Ｅ２Ａは、感湿部材２に覆われた第３主面Ｓ３と、感湿部材２に覆われた第４主面Ｓ４とを有する。
　感湿部材２は、電極Ｅ１Ａおよび電極Ｅ２Ａの各々の主面Ｓ１，Ｓ３に接する第１層の感湿部材２Ｂと、第１層の感湿部材２Ｂに少なくとも一部が接するように重ねて配置され、電極Ｅ１Ａおよび電極Ｅ２Ａの各々の反対側の主面Ｓ２，Ｓ４に接する第２層の感湿部材２Ａとを含む。第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２は、感湿部材２Ａの上面に形成される。その後、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２は、上から感湿部材２Ｂで覆われ、感湿部材２Ａと感湿部材２Ｂとが圧着され一体化される。このような構成とすると、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、感湿部材の内部の一つの平面に配置される。
　第１内部電極部Ｅ１Ａと、第２内部電極部Ｅ２Ａは、感湿部材２を挟んで配置される。部分ＦＰにおいて、第１内部電極部Ｅ１Ａは、第２内部電極部Ｅ２Ａの少なくとも一部と対向する。
　図１～図３に示すように、大気中の湿度が変化することにより静電容量が変化する湿度センサー材料で形成された感湿部材２の内部に第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２を設ける。第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２は、感湿部材に埋設された内部電極である。端子Ｔ１、Ｔ２から、内部電極間の静電容量変化を測定することにより、湿度センサー１によって大気中の湿度変化を測定することができる。
　感湿部材２としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、クロトン酸ビニル、ポリエチレンテレフタラートおよびこれらの混合物などを使用できる。内部電極として使用する第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２は、一般的に電極材料として用いられている材料で形成すればよく、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｌなどの金属の他、ＩＴＯ、ＬａＮｉＯ３などの酸化物導電体で形成してもよい。
　図４は、実施の形態１の湿度センサーの第１変形例を示す斜視図である。図５は、実施の形態１の湿度センサーの第２変形例を示す斜視図である。内部電極は、図１に示した平板状の他、図４に示したくし歯電極状の形状でも良く、図５に示したミアンダ（蛇行）状の形状でも良い。
　また、図１～図５では、２つの内部電極が同一平面上に形成される例を示したが、異なる平面上に形成されても良い。
　図６は、実施の形態１の湿度センサーの第３変形例を示す斜視図である。図６に示す斜視図は、異なる平面上に形成される内部の電極Ｅ１，Ｅ２を透視して示している。図７は、実施の形態１の湿度センサーの第３変形例の電極形成面を示した平面図である。図８は、図７におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面における断面図である。
　図６～図８を参照して、湿度センサー１１は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の静電容量が湿度に応じて変化するように構成される。湿度センサー１１は、第１端子Ｔ１に電気的に接続される第１電極Ｅ１と、感湿部材２とを備える。第１電極Ｅ１は、端子Ｔ１への接点となる接点部Ｅ１Ｂと、第１内部電極部Ｅ１Ａとを含む。第１内部電極部Ｅ１Ａは、感湿部材２に覆われた第１主面Ｓ１と、前記感湿部材２に覆われた第２主面Ｓ２とを有する。
　湿度センサー１１は、第２端子Ｔ２に電気的に接続される第２電極Ｅ２をさらに備える。第２電極Ｅ２は、感湿部材２に覆われた第３主面Ｓ３と、感湿部材２に覆われた第４主面Ｓ４とを有する第２内部電極部Ｅ２Ａと、端子Ｔ１への接点となる接点部Ｅ１Ｂとを含む。
　感湿部材２は、第１層の感湿部材２Ｄと、第２層の感湿部材２Ｅと、第３層の感湿部材２Ｆとを含む。第１内部電極部Ｅ１Ａは、第１層の感湿部材２Ｄと第２層の感湿部材２Ｅとの間に配置される。第２内部電極部Ｅ２Ａは、第２層の感湿部材２Ｅと第３層の感湿部材２Ｆとの間に配置される。第１電極Ｅ１は、感湿部材２Ｄの上面に形成される。感湿部材２Ｅの上面に第２電極Ｅ２が形成される。その後、第１電極Ｅ１は、上から感湿部材２Ｅで覆われ、第２電極Ｅ２は、感湿部材２Ｆで覆われる。最後に、感湿部材２Ｄ，２Ｅ，２Ｆは圧着され一体化される。なお、感湿部材２Ｅの上下面に電極Ｅ１，Ｅ２をそれぞれ形成し、その後、感湿部材２Ｅを感湿部材２Ｄ，２Ｆによって挟んでも良い。第１電極Ｅ１は、感湿部材の内部の第１平面に配置され、第２電極Ｅ２は、第１平面に平行な、感湿部材の内部の第２平面に配置される。
　第１内部電極部Ｅ１Ａは、部分ＦＰにおいて、感湿部材２を挟んで第２内部電極部Ｅ２Ａの少なくとも一部と対向する。
　図９は、実施の形態１の湿度センサーの第４変形例を示す斜視図である。図１０は、実施の形態１の湿度センサーの第５変形例を示す斜視図である。異なる平面上に形成される場合であっても、内部電極は、図６に示した平板状の他、図９に示したくし歯電極状の形状でも良く、図１０に示したミアンダ状の形状でも良い。
　湿度センサー素子の形状は、図１～図１０では直方体の例を示したが、立方体、ビーズ状、円柱状など、どのような形状でも良い。また、内部電極を感湿部材内で複数層形成しても良い。
　以上示した実施の形態１の湿度センサーの構成によれば、電極Ｅ１，Ｅ２が湿度センサー材料の内部にあるため、結露により水滴が湿度センサー材料表面に付着したとしても、電極間でのショートおよび水滴付着による電極面積増大を防ぐことができ、測定値への影響をなくすことができる。
　また、電極Ｅ１，Ｅ２が湿度センサー材料の内部にあるため、大気中の硫黄系ガス、窒素系ガスなどの腐食系ガスによって電極が腐食されることを抑制できる。このため、腐食ガス存在下でも特性を劣化させることなく湿度の測定が可能である。
　また、電極Ｅ１，Ｅ２が湿度センサー材料の内部にあることにより、電極に遮られることなく外部からの水分子が湿度センサー材料に吸着できる面積が広くなり、感度を高くできる。
　さらに、内部電極Ｅ１，Ｅ２を平板状にする場合には湿度センサーの静電容量を大きくできる。また、内部電極Ｅ１，Ｅ２をくし歯電極状やミアンダ状にする場合は、平板状よりは静電容量が小さくなるものの、湿度センサー材料中での水分子の透過性が良くなるため、応答速度およびリカバリー速度が速くなる。
　次に、内部電極がくし歯電極の場合で、湿度センサー材料としてポリイミドを用いる場合の具体例について、詳細を説明する。
　ポリイミドの原料として、ポリアミック酸がＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に溶けているポリイミドワニスを使用した。ポリイミドワニスをＰＥＴフィルム上に１００μｍ厚のドクターブレードを用いて塗布し、６０℃の温度で乾燥させながらシートを動かすことによって、ＰＥＴフィルム上にポリイミドの前駆体を形成する。なお、１００μｍ厚のドクターブレードを用いる場合にはこの時点でのシートの厚みは、約２０μｍであり、さらにシート厚を薄くしたい場合には、ドクターブレードの厚みを薄くすればよい。例えば、５０μｍのドクターブレード厚を用いる場合には、１０μｍ厚のポリイミド前駆体シートが形成できる。
　このポリイミド前駆体シートをカットした後に、Ａｇペーストをスクリーン印刷によりポリイミド前駆体シート上に印刷する。ここで印刷するパターンを平板状、くし歯状、ミアンダ状等から選択することによって、内部電極の形状を変えることができる。印刷後、６０℃で５分間、乾燥機で乾燥を行なう。なお、ここではＡｇペーストを用いているが、内部電極として使用したい材料のペーストを用いることによって、電極材料の種類を変えることができる。また、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスを用いて電極を作製してもよい。
　次に、ＰＥＴフィルムからポリイミド前駆体シートをはがした後に、電極を印刷したポリイミド前駆体シートと電極を印刷していないポリイミド前駆体シートを積層し、２００ＭＰａの圧力を６０秒間加えてシート同士を密着させた後、電極パターンに従ってカットする。カットした後に、空気雰囲気中で３５０℃、１時間の焼成を行なう。
　焼成後の試料に、Ａｇの引き出し電極を形成した後に、１００℃で焼成することによって、目的とする湿度センサー素子の作製が完了する。
　なお、上記例では電極を印刷したポリイミド前駆体シートと、印刷していないシートを１枚ずつ用いた。これに代えて電極を印刷したシートのみを用いて任意の枚数を積層させると、等間隔で内部電極が配置された積層構造が作製できる。また、積層する電極パターンの種類を変えることによって様々な電極パターンを含むものも作製が可能である。また、電極を印刷していないシートを入れることによって、電極間の距離を調整することが可能である。
　図１１は、電極がくし歯電極の場合の具体例の電極形状を示す図である。図１１に示す電極を含む２つのセンサーについて静電容量を比較する。図１２は、比較例であるセンサー素子（１－１）の断面図である。図１３は、実施の形態１の一例であるセンサー素子（１－２）の断面図である。
　図１２に示すセンサー素子（１－１）は、縦１．２ｍｍ、横２．０ｍｍのサイズで、厚みが１５μｍの１層のポリイミドシート（縦×横×高さ＝１．２ｍｍ×２．０ｍｍ×１５μｍ）の前駆体シートの上に、図１１記載のようにＬ／Ｓ（ライン／スペース）＝５０μｍ／５０μｍで電極を配置したものである。このセンサー素子（１－１）は、電極Ｅ１，Ｅ２が感湿層の外側に形成された外部電極であるという意味では従来に近い構造だが、本願発明者が知る限りでは実際にこのような構造での湿度センサーの作製例は知られていない。本願発明者が実験によって確認したところ、センサー素子（１－１）の静電容量は１ＭＨｚ、１０％ＲＨにおいて０．７７６ｐＦであった。
　一方で、図１３に示すセンサー素子（１－２）は、図１２に示した構造の電極上に、１５μｍのポリイミドシートを積層したものであり、実施の形態１の湿度センサーの構造を有する。センサー素子（１－２）の第１電極Ｅ１は、端子Ｔ１に接続される部分から分岐した複数の内部電極部を含む。センサー素子（１－２）の第２電極Ｅ２は、端子Ｔ２に接続される部分から分岐した複数の内部電極部を含む。感湿部材２は、第１層の感湿部材２Ａと、第１層の感湿部材２Ａに少なくとも一部が接するように重ねて配置された第２層の感湿部材２Ｂとを含む。第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の各々の分岐された複数の内部電極部は、第１層の感湿部材２Ａと第２層の感湿部材２Ｂとの間に配置される。第１電極Ｅ１の複数の内部電極部および第２電極Ｅ２の複数の内部電極部は、いずれも、感湿部材の内部の一つの平面に配置されている。本願発明者が実験によって確認したところ、センサー素子（１－２）の静電容量は１ＭＨｚ、１０％ＲＨにおいて１．３２１ｐＦであり、電極が外部に出ているセンサー素子（１－１）と比べて静電容量がおよそ１．７倍になることが分かった。このように静電容量が大きくなることによって、測定回路の寄生容量などの外部要因の影響を小さくできる。さらに、センサー素子（１－２）のインダクタンスがセンサー素子（１－２）に外部で接続するインダクターとＬＣ並列共振回路を構成することによって、共振周波数ｆ（＝１／（２π√（ＬＣ）））を、約１．３倍低くできる。
　さらに、くし場電極を印刷したポリイミドシートを多数積層させると、より大きな静電容量を得ることができる。図１４は、積層させる場合の電極形状を示した図である。図１５は、実施の形態１の他の一例であるセンサー素子（１－３）の部分断面図である。図１５に示す断面図でわかるように、第１電極Ｅ１の複数の内部電極部は、感湿部材の内部の一つの平面に配置されている。また、第２電極Ｅ２の複数の内部電極部は、感湿部材の内部の別の一つの平面に配置されている。
　センサー素子（１－３）は、図１４に示すようなくし歯電極を印刷したポリイミドシートを、交互に７３層積層（最上部は電極なしのポリイミドシート）してＪＩＳ規格２０１２サイズ（２．０ｍｍ×１．２ｍｍ）にするものである。本願発明者が実験によって確認したところ、センサー素子（１－３）の静電容量は、１０４．３０１ｐＦであり、センサー素子（１－２）に比べても約７９倍大きくなり、共振周波数も約８．９倍低くできる。
　図１６は、各センサー素子の湿度と共振周波数との関係を示す図である。図１７は、各センサー素子の湿度と共振周波数の変化率との関係を示す図である。
　図１６には、センサー素子（１－１），（１－２），（１－３）と、１０μＨのインダクターとを組み合わせて共振回路を形成した場合の共振周波数が、湿度によってどのように変化するかが示される。また、図１７には、湿度が１０％ＲＨの場合を基準（０％）にした際の湿度と共振周波数の変化率との関係が示される。図１６、図１７に示す結果は、本願発明者が実験によって確認した結果である。
　図１６より、実施の形態１のセンサー素子（１－２）、（１－３）は、比較例のセンサー素子（１－１）よりも共振周波数を低くできることが分かる。これにより、モジュール化する際に使用するマイコンの選択肢を増やすことができる。また図１７より、実施の形態１のセンサー素子（１－２）、（１－３）は、比較例のセンサー素子（１－１）よりも感度を高くできることがわかる。これは、電極を内部電極とすることによって、電極周りにある感湿材料の割合が増えるためであると考えられる。
　なお、特許文献２に示す構造に近い比較例についても検討した。図１８は、比較例であるセンサー素子（１－４）の断面を示した断面図である。センサー素子（１－４）は、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板１２上に図１１と同様の１対のくし歯電極Ｅ１，Ｅ２を配置し、それを覆うような形で感湿部材２が配置されたものである。センサー素子（１－４）は以下のように作製できる。
　まず、ポリイミドワニスをＳｉＯ２／Ｓｉ基板上にスピンコートで塗布し、１３０℃で１０分間乾燥する。その後、Ａｌ電極を蒸着により１００ｎｍ成膜する。その後、空気雰囲気中で３５０℃、１時間の焼成を行なう。さらにレジスト塗布、Ｏ２プラズマエッチング、レジスト剥離の工程を経てＳｉＯ２／Ｓｉ基板上に縦１．２ｍｍ、横２．０ｍｍ、ポリイミド厚１５μｍのサイズでセンサー素子（１－４）を作製した。このように作製したセンサー素子（１－４）の静電容量を測定したところ、１．７０２ｐＦであり、これはセンサー素子（１－２）の１．３２１ｐＦよりも大きい。ところが、この静電容量にはくし歯電極が接触しているＳｉＯ２に由来する静電容量成分も含まれている。センサー素子（１－４）の合計の静電容量は、電極上面に接触するポリイミド由来の成分と、電極下面に接触するＳｉＯ２に由来する静電容量成分とからなる。静電容量のうち、ＳｉＯ２に由来する静電容量成分は湿度変化によって変化しない。湿度が変化した場合の静電容量の変化率は、同じ電極の配置をしている実施の形態１のセンサー素子（１－２）と比較すると低い。
　図１９は、実施の形態１のセンサー素子と比較例の静電容量の変化をまとめて示した図である。湿度変化に対する応答を比較すると、実施の形態１のセンサー素子（１－２）では相対湿度が１０％から９０％に変化した時の静電容量の変化率は、１４９．２％であるのに対して、比較例のセンサー素子（１－４）では変化率は３５．３％であった。すなわち、電極の周りが全てポリイミドとなっている実施の形態１のセンサー素子（１－２）の方が比較例のセンサー素子（１－４）よりも感度が高いことが分かる。
　さらに電極形状が特許文献１に示すように対向する平板構造である場合についても同様である。図２０は、電極が平板である場合の具体例の電極形状を示す図である。図２０に示す電極を含む２つのセンサーについて静電容量を比較する。
　ポリイミドからなるシートの両面に電極Ｅ１，Ｅ２を形成したものを比較例のセンサー素子（１－５）とし、センサー素子（１－５）の電極Ｅ１，Ｅ２の表面を覆うように上下からさらにポリイミドシートを圧着したものを実施の形態１のセンサー素子（１－６）とする。
　また、多層の電極を積層した場合についても同様に検討する。図２１は、電極Ｅ１が形成されたポリイミドシートと電極Ｅ２が形成されたポリイミドシートを交互に積層する様子を示した図である。このようにして、電極を７３層積層（最上部は電極なしのポリイミドシート）して２．０ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍのサイズにして作製されたものを実施の形態１のセンサー素子（１－７）とする。このような構成とすると第１電極Ｅ１の複数の内部電極部は、感湿部材の内部における互いに平行な複数の平面にそれぞれ配置される。また、第２電極Ｅ２の複数の内部電極部も、感湿部材の内部における互いに平行な複数の平面にそれぞれ配置される。
　図２２は、センサー素子（１－５）、（１－６）、（１－７）の静電容量を比較して示した図である。比較例のセンサー素子（１－５）の静電容量は３．６９７ｐＦである。これに対して、電極の上下面がポリイミドで覆われた実施の形態１のセンサー素子（１－６）には、静電容量が３．７８０ｐＦとセンサー素子（１－５）の静電容量に比べて大きくなり、さらに、センサー素子（１－７）では、静電容量は２５７．８４３ｐＦと、さらに大きくなることが分かる。
　上記センサー素子（１－７）は、一般的な積層セラミックコンデンサーと同じ形状をしている。実施の形態１の湿度センサーにおいても、積層セラミックコンデンサーと同様な種々の内部電極の配置を採用できる。内部電極の配置の仕方には多くの自由度がある。図２３は、電極の積層配置の第１例を示した図である。図２４は、電極の積層配置の第２例を示した図である。図２５は、電極の積層配置の第３例を示した図である。
　例えば、一般的に積層セラミックコンデンサーで知られているような図２３～図２５に示す内部電極構造を採用しても良い。図２３に示す配置は、最も典型的な電極配置である。図２４に示す配置は、電極Ｅ１、Ｅ２が中央部分で交互に積層されている電極配置である。この場合、端子Ｔ１に導通している電極Ｅ１が形成される層には、電極Ｅ１に間をあけて端子Ｔ２に導通している対極が形成され、端子Ｔ２に導通している電極Ｅ２が形成される層には、電極Ｅ２に間をあけて端子Ｔ１に導通している対極が形成される。図２５に示す配置では、電極Ｅ１、Ｅ２の間に電極Ｅ３が配置される。この配置のセンサー素子の等価回路は、電極Ｅ１およびＥ３で形成される平行平板コンデンサーと電極Ｅ２およびＥ３で形成される平行平板コンデンサーが直列に接続された回路となる。図２１、図２３～図２５に示すような湿度センサーにおいては、感湿部材２は、互いに少なくとも一部が接するように順に重ねて配置された複数の感湿層を含み、第１電極Ｅ１の複数の内部電極部は、複数の感湿層と交互に積層して配置される。また第２電極Ｅ２の複数の内部電極部も、複数の感湿層と交互に積層して配置される。
　このように、内部電極を複数層形成することによって、さらに静電容量を大きくできる。この場合、様々な内部電極形状を組み合わせても良い。様々な内部電極形状を組み合わせる場合は、素子中央部に平板状の電極、素子外側でくし歯電極状やミアンダ状の電極などを配置することによって、高い静電容量と早い応答速度とリカバリー速度とを有する湿度センサーが作製できる。
　また、実施の形態１の湿度センサーの構造では、感湿部材の内部に電極が埋設された状態で電極が配置されているため、腐食性ガスによる電極腐食の影響を低減できる。腐食性ガスとして代表的な、ＳＯ２、ＮＨ３、Ｈ２Ｓのガス透過度をＪＩＳ　Ｋ　７１２６に則った方法で測定したところ、１５μｍ厚のポリイミドシートではそれぞれ２．３９×１０-13ｍｏｌ／（ｓ・ｍ２・Ｐａ）、１．２６×１０-13ｍｏｌ／（ｓ・ｍ２・Ｐａ）、５．０２×１０-14ｍｏｌ／（ｓ・ｍ２・Ｐａ）であった。外部電極の場合は電極に直接腐食性ガスが暴露されることを考えると、内部電極にすることによってそれぞれの腐食性ガスに対して一定のガス透過抑制効果があることが分かる。そのため、直接電極が大気に開放されている場合に比べて、ガス腐食に対する耐性が向上することが分かる。
　［実施の形態２］
　実施の形態１の湿度センサーは、端子Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ電極Ｅ１，Ｅ２が接続されており、電極Ｅ１，Ｅ２が感湿材料で覆われているものであった。実施の形態２の湿度センサーは、端子Ｔ１、Ｔ２の間にコイル状の内部電極が形成されており、この内部電極が感湿材料で覆われているものである。
　図２６は、実施の形態２の湿度センサーの第１例の構成を示す斜視図である。図２７は、実施の形態２の湿度センサーの第２例の構成を示す斜視図である。図２８は、実施の形態２の湿度センサーの第３例の構成を示す斜視図である。
　図２６～図２８に示す例では、内部電極Ｅ１１の形状がコイル状であり、内部電極Ｅ１１の両端は端子Ｔ１，Ｔ２に接続されている。コイルは図２６に示すように同一平面上であっても、図２７、図２８に示すように３次元的であってもよい。３次元的なコイルの場合、横巻き（図２７）、縦巻き（図２８）、斜め巻きなどの形状がある。さらに、湿度センサー材料内部でコイルが複数個あっても良い。
　図２９は、湿度センサーを組み入れた共振回路の一例を示す図である。増幅素子Ａの出力と入力との間にキャパシタＣ２と抵抗Ｒとが直列に接続され、さらに増幅素子の入力とグラウンドの間にコイルＬとキャパシタＣ１が並列接続される。このコイルＬとキャパシタＣ１の並列接続部分が、図２６～図２８に示す湿度センサーに対応する等価回路である。コイルＬのインダクタンスは湿度の変化によってはほとんど変化せず、キャパシタＣ１の静電容量は、湿度の変化量に応じて変化する。このため、共振周波数の変化によって湿度を検出することが可能である。
　一例として、平面コイル状の電極の場合について説明する。図３０は、平面コイル状の電極の形状の一例を示す図である。図３０に示すように、縦×横が１．２ｍｍ×２．０ｍｍのサイズにおいて、Ｌ／Ｓが１００μｍ／１００μｍの平面コイル状の上部電極と、平面コイル状の下部電極が、中心部のビアを通して繋がっている構造を検討する。
　図３１は、比較例のセンサー素子（２－１）の構成を示す断面図である。センサー素子（２－１）は、ポリイミドシート１３を上下から上部電極Ｅ１１Ａおよび下部電極Ｅ１１Ｂで挟んで構成される。図３２は、実施の形態２のセンサー素子（２－２）の構成を示す断面図である。センサー素子（２－２）は、センサー素子（２－１）の上下面をさらにポリイミドシート１６，１８で覆ったものである。なお、センサー素子（２－１）は、外部に電極Ｅ１１Ａ，Ｅ１１Ｂが露出するという意味では従来に近い構造だが、本願発明者が知る限りでは実際にこのような構造での湿度センサーの作製例は知られていない。
　センサー素子（２－１）は、以下の方法で作製できる。実施の形態１に記載した方法でポリイミド前駆体シートを作製し、レーザーパンチャーを用いて、ビア１４をあける。ビアあけの後、Ａｇペーストをビア１４に流し込み、６０℃で乾燥させた後、両面にコイル状のＡｇ電極Ｅ１１Ａ，Ｅ１１Ｂを印刷により形成する。片面印刷する毎に、６０℃で乾燥を行なう。目的のサイズにカットした後、空気雰囲気下で３５０℃、１時間の焼成を行なう。焼成後の試料に図示しないＡｇの引き出し電極を形成した後に、１００℃で焼成することによって、目的とするセンサー素子の作製が完了する。このように作製した比較例のセンサー素子（２－１）の共振周波数を本願発明者が実験によって確認したところ、８．０３９ＧＨｚであった。
　一方、センサー素子（２－１）の上下に１５μｍ厚のポリイミドシートを積層するとセンサー素子（２－２）が作製できる。図３１に示したセンサー素子（２－１）の作製過程の電極Ｅ１１Ａ，Ｅ１１Ｂを印刷した後のポリイミド前駆体シートを、図３２に示すように電極を印刷していないポリイミドシート１６，１８で挟み込む。そして、２００ＭＰａの圧力でポリイミドシート１３，１６，１８を圧着した後、空気雰囲気下で３５０℃、１時間の焼成を行なう。このようにしてセンサー素子（２－２）が作製できる。センサー素子（２－２）の共振周波数を本願発明者が実験によって確認したところ５．９２７ＧＨｚであり、比較例のセンサー素子（２－１）に比べて共振周波数が低くできることがわかった。これは、センサー素子（２－２）の方がセンサー素子（２－１）よりも静電容量が大きくなったためであると考えられる。
　さらに、一般的なチップインダクターのように、３次元的なコイルを素子内部に形成しても良い。図３３は、３次元的なコイルを素子内部に形成したセンサー素子（２－３）の電極の接続を示す図である。このようなセンサー素子（２－３）では、さらに共振周波数を下げることができる。
　センサー素子（２－３）は、センサー素子（２－１）やセンサー素子（２－２）の場合と同様に、ポリイミド前駆体シートにビアあけ、Ａｇペーストを流し込み、Ａｇ電極の印刷を行ない、それらを合計７３シート積層することによって作製できる。センサー素子（２－３）の共振周波数を本願発明者が実験によって確認した。
　図３４は、センサー素子（２－１）、（２－２）、（２－３）の共振周波数を比較して示した図である。センサー素子（２－３）の共振周波数は、０．７２７ＧＨｚであり、センサー素子（２－２）の共振周波数は、５．９２７ＧＨｚであり、これらについては、センサー素子（２－１）に比べて大幅に共振周波数を下げることができるということがわかる。
　実施の形態２の湿度センサーによれば、インダクタンスを大きくできる。そのため湿度変化をＬＣ共振回路で測定する場合、インダクタンスや静電容量を大きくすることによってＬＣ共振周波数を低くできる。このため、クロック周波数が低いマイコンも使用可能となり、使用できるマイコンの自由度が高くなるとともに、寄生容量や寄生インダクタンスなどの外乱による特性変化の影響を受けにくくできる。
　［実施の形態３］
　実施の形態３の湿度センサーは、実施の形態１（内部電極が平板状、くし歯状、ミアンダ状など）と実施の形態２（内部電極がコイル状）とを組み合わせたものである。
　実施の形態３の湿度センサーによれば、静電容量とインダクタンスの両方を大きくできる。そのためＬＣ共振回路で測定する場合、インダクタンスや静電容量を大きくすることによってＬＣ共振周波数を低くできる。クロック周波数が低いマイコンでも使用可能となるため、使用できるマイコンの自由度が高くなるとともに、寄生容量や寄生インダクタンスなどの外乱による特性変化の影響を受けにくくできる。
　一例として、平板上の電極と、平面コイル状の電極を組み合わせた場合について説明する。図３５は、平板上の電極と、平面コイル状の電極を組み合わせた電極の形状の一例を示す図である。図３５に示すように、縦×横が１．２ｍｍ×２．０ｍｍのサイズにおいて、Ｌ／Ｓが１００μｍ／１００μｍの平面コイル状の電極と、その下側にある平板上の電極が、中心部のビアを通して繋がっている。図３６は、比較例であるセンサー素子（３－１）の構成を示す断面図である。センサー素子（３－１）は、以下の方法で作製できる。実施の形態１および２と同様な方法で、ポリイミド前駆体シート２２を作製し、レーザーパンチャーを用いて、ビア２４をあける。ビアあけの後、Ａｇペーストをビアに流し込み、６０℃で乾燥させた後、片面に平板上のＡｇ電極Ｅ２１を、別の面にコイル状のＡｇ電極Ｅ２２を印刷により形成する。片面印刷する毎に、６０℃で乾燥を行なう。その後、空気雰囲気下で３５０℃、１時間の焼成を行なう。
　図３７は、実施の形態３のセンサー素子（３－２）の構成を示す断面図である。図３７に示すセンサー素子（３－２）は、センサー素子（３－１）の上下を１５μｍ厚のポリイミドで挟んだものである。センサー素子（３－１）の作製過程の電極印刷後のポリイミド前駆体シート２２を、電極を印刷していないポリイミドシート２６，２８で挟み込み、２００ＭＰａの圧力で圧着し、目的のサイズにカットした後、空気雰囲気下で３５０℃、１時間の焼成を行なうことによってセンサー素子（３－２）を作製できる。
　センサー素子（３－１）、（３－２）の共振周波数を本願発明者が実験によって確認した。図３８は、センサー素子（３－１）、（３－２）の共振周波数を比較して示した図である。図３８に示すように、センサー素子（３－１）の共振周波数は１１．６６０ＧＨｚであった。また、センサー素子（３－２）の共振周波数は、１０．２１０ＧＨｚであった。電極が露出しているセンサー素子（３－１）に比べて電極が感湿材料で覆われているセンサー素子（３－２）は共振周波数を低くすることができた。これは、センサー素子（３－２）の方がセンサー素子（３－１）よりも静電容量が大きくなったためであると考えられる。
　［実施の形態４］
　実施の形態４の湿度センサーは、実施の形態１～３のいずれかの感湿センサーの構成に加えて、外部電極を、素子の表面のうち少なくとも１面にさらに備えるものである。
　図３９は、実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第１例を示す図である。図４０は、実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第２例を示す図である。図４１は、実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第３例を示す図である。図４２は、実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第４例を示す図である。
　外部電極形状は、図３９に示すような片側平板状、図４０に示すような両側平板状、図４１に示すような片側くし歯状、図４２に示すような両側くし歯状などの形状を採用できる。
　図４３は、実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第５例を示す図である。図４４は、実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第６例を示す図である。図４５は、実施の形態４の感湿センサーの外部電極の形状の第７例を示す図である。
　外部電極形状は、図４３に示す片側ミアンダ状、図４４に示す両側ミアンダ状、図４５に示す片側コイル状などの形状も採用できる。
　図３９～図４５の外部電極を、例えば図１の感湿センサーに組み合わせると、第１電極Ｅ１は、外部電極部をさらに含むこととなる。外部電極部は、感湿部材２に覆われた主面（下面）と、感湿部材に覆われていない主面（上面）とを有する。外部電極の材料は、一般的に電極材料として用いられているものを使用可能であり、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｌなどの金属の他、ＩＴＯ（Indium　Tin　Oxide）、ＬａＮｉＯ３、などの酸化物導電体でもよい。
　実施の形態４の湿度センサーは、外部電極を平板状、くし歯状、ミアンダ状などの形状とすることによって、外部電極と内部電極の間の湿度センサー材料の静電容量も検出できることになり、素子全体の静電容量を増加させることができる。
　また、外部電極をコイル状とすれば、素子全体の静電容量だけでなくインダクタンスも増加させることができる。
　さらに、ＬＣ共振回路を用いて湿度を測定する場合、インダクタンスや静電容量を大きくすることによってＬＣ共振周波数を低くできる。このため、クロック周波数が低いマイコンも使用可能となり使用できるマイコンの自由度が高くなるとともに、寄生容量や寄生インダクタンスなどの外乱による特性変化の影響を受けにくくできる。
　静電容量の変化を検討した具体例を説明する。図４６は、上部電極の第１の具体例を示す図である。図４７は、上部電極の第２の具体例を示す図である。
　第１の例として、センサー素子（１－３）に図４６に示すようなくし歯状の上部電極を片側に形成したセンサー素子（４－１）を検討した。
　第２の例として、センサー素子（２－３）に図４７に示すような１重のコイル状の上部電極を片側に形成したセンサー素子（４－２）を検討した。
　図４８は、センサー素子（４－１）、（４－２）の検討結果を示す図である。
　本願発明者が実験によって各センサー素子の静電容量を確認した。外部電極ありのセンサー素子（４－１）の静電容量は１０７．５１２ｐＦであった。この値は外部電極なしのセンサー素子（図１９に示したセンサー素子（１－３）相当）の静電容量１０４．３０１ｐＦに比べて、およそ３．０８％大きくなっている。
　また、外部電極ありのセンサー素子（４－２）の共振周波数は０．６９２ＧＨｚであった。この値は外部電極なしのセンサー素子（図に示したセンサー素子（２－３）相当）の共振周波数０．７２７ＧＨｚに比べて、およそ４．８１％共振周波数が低くなっている。
　このように外部電極がある場合には、内部電極だけの場合に比べて静電容量を大きくしたり、共振周波数を低くしたりできることがわかる。ただし、これらの効果はあくまでも補助的な効果であり、特性のほとんどは内部電極に由来するものである。そのため、本発明における外部電極の効果は、従来構造における外部電極とは異なる。すなわち、従来構造のように外部電極のみの場合は、結露や腐食ガスが、湿度センサーの特性に直接影響を及ぼす。これに対して、本実施の形態のセンサー素子（４－１）、（４－２）の場合は、内部電極があることによって結露や腐食ガスが湿度センサーの特性に及ぼす影響を大幅に低減できる。
　さらに、外部電極のみの場合で特性（静電容量または共振周波数）を所望の値にするためには、電極間距離を短くしたり、湿度センサー材料上の電極の密度を高くしたりする必要がある。一方で、本発明における外部電極はあくまで補助的なものであるため、センサー素子の特性を所望の値とした場合でも、外部電極の電極間距離を長く、湿度センサー材料上の電極の密度を低くできる。そのため、水分子の湿度センサー材料への吸着を外部電極が大きく阻害することがない。
　［実施の形態５］
　実施の形態５では、実施の形態１～４で説明した湿度センサーと温度センサーとを一体化させた素子を示す。
　図４９は、実施の形態５のセンサー素子の端子配置の第１例の構成を示す図である。図４９に示したセンサー素子３０は、湿度センサー部３１と温度センサー部３６とが一体化されたものである。湿度センサー部３１は、両側面にそれぞれ端子３２と端子３３とを有する。温度センサー部３６は、両側面にそれぞれ端子３７と端子３８とを有する。このような複合センサーは、感湿部材に一体化された感温部材を含む。感温部材は、温度の変化に応じて抵抗率が変化する温度センサー材料で形成される。
　図５０は、実施の形態５のセンサー素子の端子配置の第２例の構成を示す図である。図５０に示したセンサー素子４０は、センサー部４１とセンサー部４６とが一体化されたものである。センサー部４１は、湿度センサー部または温度センサー部のいずれか一方であり、センサー部４６は湿度センサー部または温度センサー部のいずれか他方である。センサー部４１は、両側面にそれぞれ端子４２と端子４３とを有する。センサー部４６は、上面に端子４７と端子４８とを有する。
　図４９、図５０において、湿度センサー部は実施の形態１～４で説明した湿度センサーのいずれかとすることができる。この湿度センサー部と一体化する温度センサー部は、ＮＴＣサーミスター、測温抵抗体（Ｐｔ、ＰｔＣｏ、Ｎｉ、Ｃｕなど）、熱電対、焦電型温度センサー、半導体温度センサー（ダイオード、トランジスタ、ＩＣなど）など、一般的に知られている温度センサーとすることができる。一体化されたセンサー素子には、湿度測定用の端子が２つ、温度測定用の端子が２つ、合計４つの端子が設けられる。
　図４９または図５０に示したように、湿度センサー部と温度センサー部とを一体化させたセンサー素子とすることによって、温度と湿度を単一の素子で測定できるようになり、別々に用いた場合に比べて回路の小型化ができるようになる。
　また、一体化されていることにより、湿度センサーと温度センサーが感じる温度及び湿度の差が小さくなるため、別々に用いた場合に比べて湿度センサーの温度補正、温度センサーの湿度補正をより正確に行なうことができるようになる。
　より具体的な一体化の例を以下に２例説明する。図５１は、湿度センサーと温度センサーとを一体化させたセンサー素子の第１の具体例を示す図である。図５２は、図５１に示したセンサー素子のＬＩＩ－ＬＩＩにおける断面図である。
　センサー素子（５－１）は、湿度センサー部５１と温度センサー部５６とを含む。湿度センサー部５１は、実施の形態１に記載した方法と同様な方法で作製することができる。
　温度センサー部５６は、湿度センサー部５１の作製プロセス中に形成する。実施の形態１で記載した方法と同様にポリイミド前駆体シートを成形し、積層時に最上部となるシート上にエアロゾルディポジション法（ＡＤ法）で、メタルマスクを用いてパターニングした３μｍ厚のＮｉＭｎ２Ｏ４厚膜を室温で形成する。この厚膜が温度センサー部となるＮＴＣサーミスターである。ＮＴＣサーミスター用電極５７，５８として、ＮｉＣｒ／モネル／Ａｇ電極をスパッタにより形成する。このように温度センサー用のシートを作製する。
　上記の温度センサー用のシートと、別に作製しておいた湿度センサー用のシートとを積層、圧着した後、目的サイズになるようにカットし、空気雰囲気下で３５０℃、１時間の焼成を行なう。このようにして、図５１、図５２に示すセンサー素子（５－１）作製することができる。センサー素子（５－１）には、温度センサー用の端子５７，５８が上面に形成され、感湿センサー用の端子５２，５３が端面に形成される。
　このように作製したＮＴＣサーミスターの２５度／５０度におけるＢ定数は３４５０Ｋであり、２５℃での抵抗率ρは２．６ｋΩｃｍである。なお、ＮＴＣサーミスターを作製する際の原料に最適な原料を用いることによって任意の組成のＮＴＣサーミスターを形成できる。上記ではＮｉＭｎ２Ｏ４を例に説明したが、本実施の形態におけるＮＴＣサーミスターはＮｉＭｎ２Ｏ４に限定されることなく、一般的にＮＴＣサーミスターとして利用されているものであればよい。さらに、ＮＴＣサーミスター厚膜の成膜方法はＡＤ法に限定されるものではない。ポリイミドのガラス転移温度（約４５０℃）以下で成膜するものであれば、スパッタ法やＣＶＤ法などの一般的な薄膜・厚膜形成方法で行なってもよい。
　なお、湿度センサー部と一体化する温度センサー部は、ＮＴＣサーミスター以外であってもよく、Ｐｔの電気抵抗変化を用いたものでもよい。図５３は、湿度センサーと温度センサーとを一体化させたセンサー素子の第２の具体例である。図５４は、図５３に示したセンサー素子のＬＩＶ－ＬＩＶにおける断面図である。センサー素子（５－２）には、温度センサー用の端子６７，６８が上面に形成され、感湿センサー用の端子６２，６３が端面に形成される。
　センサー素子（５－２）は、湿度センサー部６１と温度センサー部６６とを含む。湿度センサー部６１は、実施の形態１に記載した方法と同様な方法で作製することができる。
　温度センサー部６６の作製は、湿度センサー部６１の作製プロセス中に行なうことができる。実施の形態１で記載した方法と同様にポリイミド前駆体シートを形成し、積層時に最上部となるシート上にＰｔペーストを印刷し、温度センサーのパターニングを行なう。このように温度センサー用のシートを作製する。
　上記の温度センサー用のシートと、別に作製しておいた湿度センサー用のシートとを積層、圧着した後、目的サイズになるようにカットし、空気雰囲気下で３５０℃、１時間の焼成を行なう。このようにして、図５３、図５４に示すセンサー素子（５－２）作製することができる。
　このＰｔ温度センサーの２５℃～８５℃の温度係数は、３８００ｐｐｍ／Ｋと、一般的なＰｔ温度センサーと同等の特性が得られる。なお、Ｐｔ温度センサーの形成は、蒸着法やスパッタ法などの一般的な薄膜・厚膜形成方法で行なってもよい。なお、実施の形態５では、図５２に示した構造に使用する温度センサー材料をＮＴＣサーミスターとし、図５４に示した構造に使用する温度センサー材料をＰｔとしたが、図５２に示した構造にＰｔ温度センサーを用いても良く、図５４に示した構造にＮＴＣサーミスターを用いても良い。
　［実施の形態６］
　実施の形態６では、温度センサー部と湿度センサー部のＧＮＤを共通にすることによって、一体化された温度センサー・湿度センサーの端子を合計３つにする。
　このように端子数を減らすことによって、素子サイズが同じ場合には、端子が４つある場合に比べて、端子を基板等に接続する端子の間隔を広くすることができ、センサー素子を実装する基板の設計が容易となる。
　図５５は、実施の形態６のセンサー素子の端子配置の第１例の構成を示す図である。図５５に示したセンサー素子７０は、湿度センサー部７１と温度センサー部７６とが一体化されたものである。湿度センサー部７１は、両側面にそれぞれ端子７２と端子７８とを有する。温度センサー部７６は、両側面にそれぞれ端子７７と端子７８とを有する。端子７８は、温度センサー部と湿度センサー部の共通のＧＮＤ端子となる。
　図５６は、実施の形態６のセンサー素子の端子配置の第２例の構成を示す図である。図５６に示したセンサー素子８０は、センサー部８１とセンサー部８６とが一体化されたものである。センサー部８１は、湿度センサー部または温度センサー部のいずれか一方であり、センサー部８６は湿度センサー部または温度センサー部のいずれか他方である。センサー部８１は、両側面にそれぞれ端子８２と端子８８とを有する。センサー部８６は、上面に端子８７を有し、側面の端子８８をセンサー部８１と共有する。端子８８は、温度センサー部と湿度センサー部の共通のＧＮＤ端子となる。
　図５５、図５６において湿度センサー部は、実施の形態１～４で説明した湿度センサーのいずれかとすることができる。
　温度センサー部の性能を２例において計算した。図５７は、温度センサー部と湿度センサー部のＧＮＤ端子を共有させた第１例を示す図である。図５８は、温度センサー部と湿度センサー部のＧＮＤ端子を共有させた第２例を示す図である。
　実施の形態５で示したセンサー素子（５－１），（５－２）の温度センサー部のパターンをそれぞれ図５７、図５８に示すように変更し、温度センサー部５６，６６のＧＮＤと湿度センサーのＧＮＤを一体化したものを、センサー素子（６－１）、センサー素子（６－２）とする。センサー素子（６－１）、センサー素子（６－２）の作製は、センサー素子（５－１）、センサー素子（５－２）と途中までは同じであるが、湿度センサー部５１，６１用の引出電極を形成する際に、片側部分（ＧＮＤ側）で湿度センサー部５１，６１と温度センサー部５６，６６の電極を接続して共通電極５３（５８），６３（６８）とする。引出電極はＡｇペーストを用い、印刷後に１００℃で加熱する。この方法により作製した温度センサー部は、４端子構造であるセンサー素子（５－１），（５－２）のものと同等の特性を示す。
　［実施の形態７］
　実施の形態７では、湿度センサー材料と、湿度センサー材料より比誘電率が高い材料とのコンポジット材料を用いる。実施の形態７で使用される感湿部材は、湿度の変化に応じて静電容量が変化する第１材料（ポリイミドなど）と、前記第１材料とは誘電率が異なる誘電体である第２材料とを含む複合材料で形成される。上記第２材料としては、ＢａＴｉＯ３、Ｐｂ(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ３、（Ｋ,Ｎａ）ＮｂＯ３、ＣａＣｕ３Ｔｉ４Ｏ１２などのセラミックス誘電体材料など第１材料よりも誘電率が高い材料が挙げられる。また、コンポジット材料の混合状態は、湿度センサー材料と誘電体材料が均一に混ざっていても、不均一に混ざっていても、局在していても良い。
　コンポジット材料を使用することによって、湿度センサーの静電容量を大きくできる。
　コンポジット材料を用いる場合に、静電容量がどのように変化するかについて検討を行なった。図５９は、ポリイミドを使用したセンサーと第１例のコンポジット材料を使用したセンサーとの容量の変化を比較して示した図である。図６０は、ポリイミドを使用したセンサーと第２例のコンポジット材料を使用したセンサーとの容量の変化を比較して示した図である。
　湿度センサー材料をポリイミドとし、比誘電率が高い材料を強誘電体材料であるＢａＴｉＯ３としてコンポジット材料を作製する方法を説明する。ポリイミドワニスをポリイミド原料とし、ポリイミド：ＢａＴｉＯ３の体積比が１：１となるようにポリイミドワニスとＢａＴｉＯ３の粉末を混合する。混合したものをコンポジットシート作製原料とし、実施の形態１と同じ方法、条件においてシート成形、電極印刷、積層、圧着、焼成を行なう。このようにして、ポリイミドとＢａＴｉＯ３とのコンポジット材料を用いた湿度センサーを作製できる。実施の形態１で示した湿度センサー素子（１－１），（１－２），（１－３）と同じ構造をポリイミド／ＢａＴｉＯ３コンポジットシートで作製した構造を有するセンサー素子をセンサー素子（７－１），（７－２），（７－３）とすると、コンピュータシミュレーションによれば、それらの静電容量は図５９に示すように６．６８３ｐＦ、１３．７６３ｐＦ、１．２１５ｎＦと、ポリイミドのみを用いた場合に比べておよそ８．６～１１．６倍の静電容量を示す。
　また、ポリイミドと、強誘電体ではないがポリイミドよりは高い誘電率を示すＣａＣｕ３Ｔｉ４Ｏ１２とを体積比が５：１となるように混合したコンポジット材料を使用する湿度センサー素子も同様に作製することができる。センサー素子（１－１），（１－２），（１－３）と同じ構造にこのコンポジット材料を使用した場合のセンサー素子をそれぞれセンサー素子（７－４）、センサー素子（７－５）、センサー素子（７－６）とする。コンピュータシミュレーションによれば、それらの静電容量は図６０に示すように、３１．４１４ｐＦ、６６．０３３ｐＦ、５．９０２ｎＦと、ポリイミドのみを用いた場合に比べておよそ４０．５～５６．６倍の静電容量を示す。
　［実施の形態８］
　実施の形態８では、湿度センサー材料と、湿度センサー材料より比透磁率が高い材料とのコンポジット材料を用いる例を説明する。実施の形態８で使用される感湿部材は、湿度の変化に応じて静電容量が変化する第１材料（ポリイミドなど）と、磁性体である第２材料とを含む複合材料で形成される。上記第２材料としては、各種フェライト（スピネルフェライト、六方晶フェライト、ガーネットフェライトなど）、各種セラミックス磁性体材料（酸化鉄など）、パーマロイ、各種ステンレス鋼、各種金属磁性体材料（ＦｅＰｔ、ＰｔＣｏ、ＦｅＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅなど）などが挙げられる。また、コンポジット材料の混合状態は、湿度センサー材料と磁性体材料が均一に混ざっていても、不均一に混ざっていても、局在していても良い。
　実施の形態８では、比透磁率が高い材料を使用するので、湿度センサーのインダクタンスを大きくできる。また、ＬＣ発振回路を構成する際の外付けインダクターが不要になる等の効果が期待できる。
　湿度センサー材料と、湿度センサー材料より比透磁率が高い材料とのコンポジット材料を用いる場合に、共振周波数がどのように変化するかについて検討を行なった。図６１は、ポリイミドを使用したセンサーと第３例のコンポジット材料を使用したセンサーとの共振周波数の変化を比較して示した図である。
　湿度センサー材料をポリイミドとし、比透磁率μrが高い材料を比透磁率μrが１３００のフェライト材料として、コンポジット材料を作製する方法を説明する。ポリイミド：フェライト材料の体積比が１：１となるように、ポリイミドワニスとフェライト材料の粉末とを混合する。混合したものをコンポジットシート作製原料とし、実施の形態１と同じ方法、条件においてシート成形、電極印刷、積層、圧着、焼成を行なう。このようにして、ポリイミドとフェライト材料とのコンポジット材料を用いた湿度センサーを作製することができる。実施の形態２で示したセンサー素子（２－１）、（２－２）、（２－３）と同じ構造をポリイミド／フェライト材料コンポジットシートで作製した素子をそれぞれセンサー素子（８－１）、（８－２）、（８－３）とすると、それらの共振周波数も図６１に示すように、それぞれ４．１０２ＧＨｚ、０．６５６ＧＨｚ、０．０３９ＧＨｚと、約４９％～９５％低くなる。
　［実施の形態９］
　実施の形態９は、実施の形態７（湿度センサー材料と誘電体材料のコンポジット材料）と実施の形態８（湿度センサー材料と磁性体材料のコンポジット材料）の組み合わせ（湿度センサー材料と誘電体材料と磁性体材料とのコンポジット材料）で得られるセンサー素子である。実施の形態９で使用される感湿部材は、湿度の変化に応じて静電容量が変化する第１材料（ポリイミドなど）と、誘電体である第２材料と、磁性体である第３材料とを含む複合材料で形成される。
　これにより、湿度センサーの静電容量とインダクタンスを共に大きくできる。また、ＬＣ発振回路を構成する際の外付けインダクターが不要になる。
　実施の形態９のセンサー素子の共振周波数がどのように変化するかについて検討を行なった。図６２は、ポリイミドを使用したセンサーと第４例のコンポジット材料を使用したセンサーとの共振周波数の変化を比較して示した図である。
　実施の形態７及び実施の形態８と同様に、湿度センサー材料と、湿度センサー材料よりも誘電率が高い誘電体材料と、湿度センサー材料よりも透磁率が高い磁性体材料とを混合することによってコンポジットシートを作製できる。
　例えば、ポリイミド：ＢａＴｉＯ３：フェライト材料（比透磁率μrが１３００）の体積比が２：１：１となるように、ポリイミドワニス、ＢａＴｉＯ３粉末、フェライト材料粉末を混合した場合について説明する。実施の形態８と同様の方法で、実施の形態２で示したセンサー素子（２－１）、（２－２）、（２－３）と同じ構造をポリイミド／ＢａＴｉＯ３／フェライト材料コンポジットシートで作製した素子をセンサー素子（９－１）、（９－２）、（９－３）とすると、それらの共振周波数も図６２に示すようにそれぞれ２．５３１ＧＨｚ、０．４８３ＧＨｚ、０．０２８ＧＨｚと、約６９％～９６％低くなる。
　［実施の形態１０］
　実施の形態８および実施の形態９のように、コンポジット材料でセンサー素子を作製する場合、湿度センサーの感湿部材中の誘電体や磁性体材料の比率を多くすると、静電容量やインダクタンスが大きくなるというメリットがある。一方で、これらの材料は湿度に対して応答しないので、湿度変化に対する感度が悪くなるというデメリットもある。
　そこで、実施の形態１０では、湿度センサー材料と、誘電体や磁性体とのコンポジット材料を用いる場合に、湿度センサー素子の表面側の少なくとも一部において、湿度センサー材料の割合を素子内部よりも高くする。実施の形態１０で使用される感湿部材は、第１部分と、第１部分よりも湿度センサーの主面（外表面）近くに配置され、第１材料（ポリイミドなどの湿度センサー材料）の割合が第１部分よりも高い第２部分とを含む。湿度センサー材料の割合の分布は、上記要件を満たす限り、均一、不均一、局在的など、どのように分布していても良い。
　図６３は、コンポジット材料において、湿度センサー材料の割合が高い部分と湿度センサー材料の割合が低い部分との配置の第１例を示した図である。図６３に示したセンサー素子９０は、両側面にそれぞれ端子９２と端子９３とを有する。感湿部材は、湿度センサー材料の割合が低い部分９４と、部分９４と比べると湿度センサー材料の割合が高い部分９５とを含む。
　図６４は、コンポジット材料において、湿度センサー材料の割合が高い部分と湿度センサー材料の割合が低い部分との配置の第２例を示した図である。図６４に示したセンサー素子１００は、両側面にそれぞれ端子１０２と端子１０３とを有する。感湿部材は、湿度センサー材料の割合が低い部分１０５と、部分１０５と比べると湿度センサー材料の割合が高い部分１０４，１０６とを含む。
　図６５は、コンポジット材料において、湿度センサー材料の割合が高い部分と湿度センサー材料の割合が低い部分との配置の第３例を示した図である。図６５に示したセンサー素子１１０は、両側面にそれぞれ端子１１２と端子１１３とを有する。感湿部材は、湿度センサー材料の割合が低い部分１１４と、部分１１４と比べると湿度センサー材料の割合が高い部分１１５とを含む。部分１１５は、部分１１４を四方から取り囲むように形成されている。
　図６６は、コンポジット材料において、湿度センサー材料の割合が高い部分と湿度センサー材料の割合が低い部分との配置の第４例を示した図である。図６６に示したセンサー素子１２０は、両側面にそれぞれ端子１２２と端子１２３とを有する。感湿部材は、湿度センサー材料の割合が互いに異なる部分１２４～１２７を含む。部分１２７は、これらのなかで湿度センサー材料の割合が最も高い。
　図６３～図６６に示したように、湿度センサー素子の表面側の少なくとも一部において、湿度センサー材料の割合を素子内部よりも高くすると、湿度センサー素子の湿度による静電容量変化を大きくできるため、高感度な測定が可能になる。
　好ましくは、湿度センサー素子の中心部分で誘電体や磁性体の割合を高くする一方で、湿度センサー素子表面付近ではポリイミドの割合を高くすることによって、静電容量やインダクタンスを大きく保ちつつ、湿度に対する感度を高くできる。
　図６７は、材料の濃度分布を設けた具体例を説明するための図である。図６７に示すように電極を積層配置する構造において、７３層積層した積層シートＬ１～Ｌ７３のうち、表面から２層分（上下で合計４層分Ｌ１，Ｌ２，Ｌ７２，Ｌ７３）がポリイミド１００％のシート、中心の６９層（Ｌ３～Ｌ７１）がコンポジットシートであるものをセンサー素子（１０－１）とする。コンポジットシートの混合比は、ポリイミド：フェライト材料（比透磁率μrが１３００）の体積比が１：１である。センサー素子（１０－１）では、第１層（積層シートＬ１）と第７３層（積層シートＬ７３）のポリイミドシートで挟まれた電極は、センサー素子（１－１）と同じくし歯電極としている。比較の対象として、積層シートＬ２～Ｌ７２が同様の構造ですべての層がコンポジットシートである実施の形態８に示したセンサー素子（８－３）を選択し、実施の形態１０のセンサー素子（１０－１）と比較した。
　図６８は、湿度センサー材料の濃度分布が異なるセンサー素子の共振周波数と変化率を示す図である。図６８に示すように、センサー素子（１０－１）の共振周波数は４２．８２２ＭＨｚと、センサー素子（８－３）の場合の３９．８３６ＭＨｚよりも共振周波数が若干高くなっている。しかし、図６８よりセンサー素子（１０－１）の１０％ＲＨ～９０％ＲＨの湿度変化による共振周波数変化率は、２６．３９％であり、センサー素子（８－３）の場合の２３．１９％よりも大きい。そのため、実施の形態８のセンサー素子（８－３）と比べて実施の形態１０のセンサー素子（１０－１）は、湿度に対する感度を大きくすることができていることがわかる。
　なお、センサー素子（１０－１）ではセンサー素子（８－３）との比較のために中心部分での材料組成は同じにしてあるが、中心部分のフェライト材料の割合を増加させることによって共振周波数を下げることができる。また、表面のポリイミドの割合や厚みを増加させることによって、センサー素子の共振周波数は高くなるものの、湿度に対する感度をあげることができる。
　［実施の形態１１］
　実施の形態１１の湿度センサーは、実施の形態１０の湿度センサーの構成のうち、素子表面で湿度センサー材料の割合を１００％、素子内部で湿度センサー材料の割合を０％にするものである。この割合が、静電容量やインダクタンスを高くしつつ、湿度変化による静電容量変化を大きくできる最適例である。
　実施の形態１１の湿度センサーは、実施の形態１０に示すような異なる割合を有するシートを積層させるセンサー素子の中で、静電容量および／またはインダクタンスを最も大きくできるため、最も共振周波数を低くできる。
　表面のシートの湿度センサー材料の割合を１００％とすることによって、表面のシートの静電容量変化により、十分大きな感度が得られる。
　例として、図６７に示す電極構造において、中心部の６９層を１００％フェライト材料（比透磁率μrが１３００）のシートとし、表層の上下各２層を１００％ポリイミドシートとしたセンサー素子（１１－１）の作製方法を説明する。この場合、中心部は一般的なチップインダクター構造と同じであるため、一般的な作製プロセスをそのまま使用することが可能である。
　フェライト材料粉末、バインダー、可塑剤を水に溶かし、攪拌、脱泡したものをシート成形のためのスラリーとする。このスラリーを１００μｍのドクターブレードを用いて６０℃の温度で乾燥させながらシートを動かすことによってＰＥＴフィルム上にフェライトシートを作製する。このシート２枚にＡｇ電極を印刷した後、６９枚シートを２枚の間に積層し２００ＭＰａの圧力で圧着する。その後、９００℃で２時間の焼成をすることによって、フェライト積層シートＬ３～Ｌ７１が得られる。
　このフェライト積層シートＬ３～Ｌ７１に上記のポリイミドワニスをスピンコートした後、１３０℃で乾燥した。その後、Ａｇのくし歯電極パターンを印刷し、その上部にさらにポリイミドワニスをスピンコートし、１３０℃で乾燥する。同じプロセスをフェライト積層シートの別の面に対しても行なう。このようにして、ポリイミド前駆体／Ａｇ電極／ポリイミド前駆体／フェライト積層シート／ポリイミド前駆体／Ａｇ電極／ポリイミド前駆体の構造を持つ積層シートＬ１～Ｌ７３ができた。この状態で空気雰囲気下において３５０℃、１時間の焼成をした後に、目的の大きさにカットすることによって、センサー素子（１１－１）が作製できる。
　図６８に示すように、センサー素子（１１－１）の共振周波数は９．７０３ＭＨｚと、センサー素子（１０－１）よりも共振周波数が低くなっていることが分かる。また、１０％ＲＨから９０％ＲＨまでの湿度変化によるセンサー素子（１１－１）の共振周波数の変化率は１２．７０％であった。これはセンサー素子（１０－１）に比べて変化率が小さくなっているものの、約１．２ＭＨｚの周波数変化であり非常に大きく十分に感度が高い。したがって、センサー素子（１１－１）の構造とすることによって、共振周波数を大幅に低減しつつ、十分大きな周波数変化を得ることができる。
　以上説明したように、本実施の形態の湿度センサーは、電極が湿度センサー材料の内部にあるため、結露により水滴が湿度センサー材料表面に付着したとしても電極間でのショートや、電極面積増大による特性変化の影響をなくすことができる。
　さらに、電極が湿度センサー材料の内部にあり、大気中の硫黄系ガス、窒素系ガスなどの腐食系ガスによる電極の腐食を抑制できるため、腐食ガス存在下でも特性を劣化させることなく湿度の測定が可能である。
　また、電極が湿度センサー材料の内部にあることにより水分子が湿度センサー材料に吸着できる面積が広くなり、感度を高くできる。
　上記に加えて、さらに、内部電極をコイル形状、もしくは積層構造にすることによってインダクタンスや静電容量を大きくできる。
　湿度変化をＬＣ共振回路で測定する場合、インダクタンスや静電容量を大きくすることによってＬＣ共振周波数を低くできるため、使用できるマイコンの自由度が高くなる上、寄生容量や寄生インダクタンスなどの外乱による特性変化の影響を受けにくくできる。
　［実施の形態１２］
　実施の形態１２においては、ＲＦＩＤ（Radio　Frequency　IDentification）タグに湿度センサーを搭載したＲＦＩＤ湿度センサーについて説明する。
　ＲＦＩＤは、バーコードに変わる技術として注目されている技術であり、ＲＦＩＤタグに内蔵されたＩＣに情報を記憶しておき、ＲＦＩＤリーダを使用して当該情報を非接触で読取ることによって、離れた場所から同時に多くの情報を読取ることができる。このような特徴から、近年、ＲＦＩＤタグを物流あるいは商品管理における環境履歴管理に応用することが試みられており、その一例として、湿度データを検出するためのＲＦＩＤ湿度センサーが開発されている。
　このようなＲＦＩＤ湿度センサーにおいても、上述の実施の形態と類似した構成を適用することにより、センサーの感度を向上させることができる。
　図６９は、実施の形態１２のＲＦＩＤ湿度センサータグ（以下、単に「ＲＦＩＤセンサー」とも称する。）２００のブロック図である。図６９を参照して、ＲＦＩＤセンサー２００は、基板２１０と、ＲＦＩＤリーダ（図示せず）との間で通信を行なうためのアンテナ２２０と、湿度センサー部２３０と、集積回路（ＩＣ：Integrated　Circuit）２４０と、これらを接続するための配線パターン２５０とを備える。
　基板２１０は、湿度変化によって静電容量が変化する感湿部材で形成されている。感湿部材として、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、クロトン酸ビニル、ポリエチレンテレフタラート、およびこれらの混合物などを用いることができる。
　基板２１０上に、湿度センサー部２３０に含まれる湿度センサー用電極、アンテナ２２０および配線パターン２５０が形成される。電極、アンテナ２２０、および配線パターン２５０として、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ，Ｎｉ、Ａｌなどの金属材料が用いられる。
　湿度センサー部２３０においては、図７１等で後述するように、湿度センサー用電極が対向して配置されており、その湿度センサー用電極の全部または一部が、感湿部材で覆われている。
　アンテナ２２０および湿度センサー部２３０は、配線パターン２５０によって電気的に接続されている。アンテナ２２０および湿度センサー部２３０のインダクタンス成分およびキャパシタンス成分によってＬＣ共振回路が形成される。
　ＩＣ２４０は、アンテナ２２０によって受信されたＲＦＩＤリーダからの電力によって起動され、アンテナ２２０および湿度センサー部２３０によって形成されるＬＣ共振回路のインピーダンスを測定する。ＩＣ２４０には、予め実験等により求められたインピーダンスと湿度との関係が記憶されており、測定されたインピーダンスから湿度を算出する。さらに、ＩＣ２４０は、算出した湿度データを、アンテナ２２０を介してＲＦＩＤリーダへと送信する。
　図７０は、ＲＦＩＤセンサー２００を用いた湿度の測定手法を概略的に説明するための図である。測定周波数Ｆ０において、基準となる湿度のときにインピーダンスが最小となるように、アンテナ２２０および湿度センサー部２３０が設計される（実線ＬＮ１０）。そして、大気中の湿度が変化することによって感湿部材の静電容量が変化すると、アンテナ２２０および湿度センサー部２３０によって形成されるＬＣ共振回路の共振周波数がＦ１へと変化する（破線ＬＮ１１）。そうすると、測定周波数Ｆ０におけるインピーダンスが増大する。ＲＦＩＤにおいては、ＲＦＩＤリーダからアンテナ２２０を介して電力が供給されるため、インピーダンス変化に伴う供給電力の減少をＩＣ２４０で測定することによって、基準湿度からの湿度変化を測定することができる。
　ＲＦＩＤセンサーの場合、アンテナ２２０が湿度センサー部２３０に電気的に接続されているため、アンテナ２２０自体も湿度センサー電極の一部として機能する。そのため、湿度センサー電極のみの場合と比べて、ＬＣ共振回路におけるキャパシタンス成分を大きくすることができる。ＲＦＩＤでは通信用の周波数が規格により定められており、ＬＣ共振回路の共振周波数ｆは、ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））で定められるため、共振周波数に寄与する湿度センサー部２３０の影響が大きくなる。言い換えれば、ＲＦＩＤセンサーでは、アンテナ２２０によって、湿度変化による共振周波数の変化（すなわち、インピーダンスの変化）が大きくなるため、検出感度を向上することができる。
　図７１は、図６９における湿度センサー部２３０の一例を示す図である。上段の図７１（ａ）は湿度センサー部２３０の平面図であり、下段の図７１（ｂ）は湿度センサー部２３０の断面図である。図７１を参照して、湿度センサー部２３０は、基板２１０上に形成された一対の湿度センサー用電極２３２を含む。各湿度センサー用電極２３２の端部には、くし歯電極２３３が形成されており、当該くし歯電極２３３の部分が感湿部材２３１によって覆われている。湿度センサー用電極２３２は、少なくとも一方が配線パターン２５０を介してアンテナ２２０に接続される。また、湿度センサー用電極２３２は、ＩＣ２４０にも接続されており、ＩＣ２４０によって、アンテナ２２０と湿度センサー部２３０とによって形成されるＬＣ共振回路のインピーダンスが測定される。
　上述した実施の形態１等と同様に、大気中の湿度が変化することにより基板２１０および感湿部材２３１の静電容量が変化し、湿度センサー用電極２３２間の静電容量（インピーダンス）が変化する。この電極間の静電容量の変化を測定することにより、大気中の湿度変化を測定することができる。
　上記の湿度センサー部２３０においては、キャパシタを形成するくし歯電極２３３が感湿部材によって覆われているため、図７２に示す比較例の湿度センサー部２３０＃のように、感湿部材２３１がなく、くし歯電極２３３が露出している場合に比べて、結露により水滴が湿度センサー材料表面に付着したとしても、電極間でのショートおよび水滴付着による電極面積増大を防ぐことができ、測定値への影響をなくすことができる。
　また、くし歯電極２３３が感湿部材の内部に配置されているため、大気中の硫黄系ガス、窒素系ガスなどの腐食系ガスによって電極が腐食されることを抑制できる。このため、腐食ガス存在下でも特性を劣化させることなく湿度の測定が可能である。
　さらに、くし歯電極２３３が感湿部材の内部に配置されているため、電極に遮られることなく外部からの水分子が湿度センサー材料に吸着できる面積が広くなり、感度を高くできる。
　図６９のＲＦＩＤセンサー２００の具体例について詳細を説明する。具体例において、基板２１０の材料として、湿度によって静電容量が変化するポリイミド（ＰＩ）シート（シート厚１５μｍ）を使用した。基板２１０上に、アンテナ２２０および図７１で示したくし歯電極２３３を、Ａｇペーストを用いてスクリーン印刷により形成する。さらに、ポリアミック酸がＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に溶けているポリイミドワニスを、くし歯電極上にスクリーン印刷により印刷し、１３０℃の温度で３０分間乾燥の後、３５０℃の温度で１時間焼成する。その後、ＲＦＩＤ用のＩＣ２４０を基板上に実装することによってＲＦＩＤセンサー２００が完成する。
　図７３は、上述の図７１の実施の形態１２の湿度センサー部２３０を用いたＲＦＩＤセンサーと、図７２の比較例の湿度センサー部２３０＃を用いたＲＦＩＤセンサーとにおける、湿度変化に伴う静電容量の変化率を示したものである。図７３においては、実施の形態１２のＲＦＩＤセンサーでは相対湿度が１０％から９０％に変化した時の静電容量の変化率が１４９．２％であるのに対して、比較例のＲＦＩＤセンサーでは変化率は７７．４％であった。すなわち、くし歯電極の周りが全てポリイミドで覆われている実施の形態１２のＲＦＩＤセンサーの方が比較例のＲＦＩＤセンサーよりも感度が高いことが分かる。
　以上のように、実施の形態１２のＲＦＩＤ湿度センサーにおいては、湿度センサー用電極のくし歯電極が感湿部材の内部に形成されるので、ＲＦＩＤ湿度センサーの感度を改善するとともに、結露による電極間のショートの発生および腐食性ガスの影響を抑制することができる。また、ＲＦＩＤにより湿度データを無線通信で読み出しできるため、データ読み取り用の配線が不要となる。
　なお、実施の形態１２において、湿度センサー部２３０として、実施の形態１～実施の形態１１で説明した構成を用いることも可能である。この場合、第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２は実施の形態１２の湿度センサー用電極２３２に対応し、感湿部材２（２Ａ，２Ｂ）は実施の形態１２の基板２１０および感湿部材２３１に対応し、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は実施の形態１２のくし歯電極２３３に対応する。
　（第１変形例）
　図７４は、図６９の湿度センサー部の第１変形例を示す図である。第１変形例の湿度センサー部２３０Ａにおいては、アンテナ等が形成される基板２１０Ａとして任意の材料を使用し、当該基板２１０Ａ上に、感湿部材２３５－湿度センサー用電極２３２（くし歯電極２３３）－感湿部材２３１の積層構造が形成される。
　基板２１０Ａの材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などを用いることができる。感湿部材としては、実施の形態１２と同様に、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、クロトン酸ビニル、ポリエチレンテレフタラート、およびこれらの混合物などを用いることができる。
　具体例においては、基板２１０ＡとしてＰＥＴを使用した。基板２１０Ａ上に、ポリアミドイミドがＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に溶けているポリアミドイミドワニスをスクリーン印刷により印刷し、１３０℃の温度で１時間乾燥を行ってポリアミドイミド（ＰＡＩ）の感湿部材２３５を形成する。ポリアミドイミドの感湿部材２３５上にＡｇペーストを用いてスクリーン印刷によりくし歯電極２３３を印刷するとともに、基板２１０Ａ上にＡｇペーストを用いてアンテナ２２０および配線パターン２５０を印刷し、１３０℃で３０分間乾燥させてこれらの金属部材を形成する。その後、くし歯電極２３３上に、さらにポリアミドイミドワニスをスクリーン印刷により印刷し、１３０℃の温度で１時間乾燥を行って感湿部材２３１を形成する。
　このような第１変形例の構成においては、ＲＦＩＤタグが形成される基板の種類にかかわらず、湿度センサー用電極のくし歯電極が感湿部材の内部に形成することができるので、ＲＦＩＤ湿度センサーの感度を改善するとともに、結露による電極間のショートの発生および腐食性ガスの影響を抑制することができる。
　なお、第１変形例においても、湿度センサー部２３０Ａとして、実施の形態１～実施の形態１１で説明した構成を用いることも可能である。この場合、第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２は実施の形態１２の湿度センサー用電極２３２に対応し、感湿部材２（２Ａ，２Ｂ）は実施の形態１２の感湿部材２３１，２３５に対応し、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は実施の形態１２のくし歯電極２３３に対応する。
　（第２変形例）
　実施の形態１２および第１変形例においては、ＲＦＩＤセンサーの基板上に湿度センサー用電極を形成する構成について説明した。第２変形例においては、実施の形態１から実施の形態１１で示されたような、チップ型の湿度センサーをＲＦＩＤタグに実装する構成について説明する。
　図７５は、図６９の湿度センサー部第２変形例を示す図である。第１変形例の湿度センサー部２３０Ｂにおいては、アンテナ等が形成される基板２１０Ｂとして任意の材料を使用し、実施の形態１等で説明された湿度センサをチップ型で実現した湿度センサー１が実装される。湿度センサー１（図１）における第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２は、配線パターン２５０を介してアンテナ２２０に接続される。
　このような構成においても、チップ型の湿度センサー１においては、湿度センサー用電極（第１電極部Ｅ１，第２電極部Ｅ２）が感湿部材２の内部に形成されているので、ＲＦＩＤ湿度センサーの感度を改善するとともに、結露による電極間のショートの発生および腐食性ガスの影響を抑制することができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１，１１，２６０　湿度センサー、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ　部材、１２，２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ　基板、１３，１６，１８，２６，２８　ポリイミドシート、１４，２４　ビア、２２　ポリイミド前駆体シート、３０，４０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０　センサー素子、３１，５１，６１，７１，２３０，２３０Ａ，２３０Ｂ，２３０＃　湿度センサー部、３２，３３，３７，３８，４２，４３，４７，４８，７２，７７，７８，８２，８７，８８，９２，９３，１０２，１０３，１１２，１１３，１２２，１２３，Ｔ１，Ｔ２　端子、３６，５６，６６，７６　温度センサー部、４１，４６，８１，８６　センサー部、５３　共通電極、５７，５８　サーミスター用電極、９４，９５，１０４，１０５，１０６，１１４，１１５，１２４，１２７，ＦＰ　部分、２００　ＲＦＩＤセンサー、２２０　アンテナ、２３１，２３５　感湿部材、２３２　湿度センサー用電極、２３３　くし歯電極、Ａ　増幅素子、Ｃ１，Ｃ２　キャパシタ、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ１１Ｂ，Ｅ１１Ａ，Ｅ２１，Ｅ２２　電極、Ｅ１Ａ，Ｅ２Ａ　電極部、Ｅ１Ｂ　接点部、Ｅ１１Ｂ　下部電極、Ｅ１１Ａ　上部電極、Ｌ　コイル、Ｌ１～Ｌ７３　積層シート、Ｒ　抵抗、Ｓ１～Ｓ４　主面。

Claims (15)

  1. 　第１端子と第２端子との間の静電容量が湿度に応じて変化する湿度センサーであって、
    　前記第１端子に電気的に接続される第１電極と、
    　湿度に応じて誘電率が変化する感湿部材とを備え、
    　前記第１電極は、
    　前記感湿部材に覆われた第１主面と、前記感湿部材に覆われた第２主面とを有する少なくとも１つの第１内部電極部を含む、湿度センサー。
  2. 　前記第２端子に電気的に接続される第２電極をさらに備え、
    　前記第２電極は、
    　前記感湿部材に覆われた第３主面と、前記感湿部材に覆われた第４主面とを有する第２内部電極部を含み、
    　前記第１内部電極部と前記第２内部電極部とは前記感湿部材を挟んで配置される、請求項１に記載の湿度センサー。
  3. 　前記第１電極は、複数の第１内部電極部を含む、請求項１に記載の湿度センサー。
  4. 　前記複数の第１内部電極部は、前記感湿部材の内部の一つの平面に配置されている、請求項３に記載の湿度センサー。
  5. 　前記第１電極の前記複数の第１内部電極部は、前記感湿部材の内部における互いに平行な複数の平面にそれぞれ配置される、請求項３に記載の湿度センサー。
  6. 　前記第１電極および前記第２電極は、前記感湿部材の内部の一つの平面に配置される、請求項２に記載の湿度センサー。
  7. 　前記第１電極は、前記感湿部材の内部の第１平面に配置され、
    　前記第２電極は、前記第１平面に平行な、前記感湿部材の内部の第２平面に配置される、請求項２に記載の湿度センサー。
  8. 　前記第１電極は、前記第１端子と前記第２端子との間に接続され、前記感湿部材に覆われたコイルを形成する、請求項１に記載の湿度センサー。
  9. 　前記第１電極は、
    　前記感湿部材に覆われた第５主面と、前記感湿部材に覆われていない第６主面とを有する外部電極部をさらに含む、請求項１に記載の湿度センサー。
  10. 　前記感湿部材に一体化された感温部材をさらに含み、
    　前記感温部材は、温度の変化に応じて抵抗率が変化する、請求項１に記載の湿度センサー。
  11. 　前記感湿部材は、湿度の変化に応じて静電容量が変化する第１材料と、前記第１材料と誘電率が異なる第２材料とを含む複合材料で形成される、請求項１に記載の湿度センサー。
  12. 　前記感湿部材は、湿度の変化に応じて静電容量が変化する第１材料と、磁性体である第２材料とを含む複合材料で形成される、請求項１に記載の湿度センサー。
  13. 　前記感湿部材は、湿度の変化に応じて静電容量が変化する第１材料と、前記第１材料と誘電率が異なる第２材料と、磁性体である第３材料とを含む複合材料で形成される、請求項１に記載の湿度センサー。
  14. 　前記感湿部材は、
    　第１部分と、
    　前記第１部分よりも前記湿度センサーの主面の近くに配置され、前記第１材料の割合が前記第１部分よりも高い第２部分とを含む、請求項１１～１３のいずれか１項に記載の湿度センサー。
  15. 　請求項１～１４のいずれか１項に記載の湿度センサーと、
    　前記湿度センサーの前記第１端子および前記第２端子に接続されたアンテナと、
    　前記湿度センサーおよび前記アンテナからなる回路のインピーダンスの変化を検出する集積回路とを備えた、ＲＦＩＤタグ。
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