(57)【要約】【課題】  感光性のない感湿膜を使用でき、感湿膜の製造工程を容易にする。【解決手段】  容量式湿度センサでは、電極１１及び電極１２が、基板１０の上に櫛歯状に形成され、絶縁体１３によって囲まれている。電極１１の一部分は、電極１２の一部分に挟まれ、電極１２の一部分は、電極１１の一部分に挟まれている。また、電極１１及び電極１２の上及び間に、感湿膜１４が形成されている。絶縁体１３は、電極１１、電極１２及び感湿膜１４よりも厚くなっている。電極１１、電極１２及び感湿膜１４は、容量を形成する。電極１１と電極１２とは、容量の電極として機能する。感湿膜１４は、湿度の変化によって比誘電率が変化する。【選択図】  図１
2008196955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量式湿度センサにおいて、
一部分が第二電極の一部分に挟まれ、基板の上に櫛歯状に形成された第一電極と、
一部分が前記第一電極の一部分に挟まれ、前記基板の上に櫛歯状に形成された前記第二電極と、
所定量の感湿液が前記第一電極及び前記第二電極の上の所定の箇所に吹き付けられることによって前記第一電極及び前記第二電極の上及び間に形成され、湿度の変化によって比誘電率が変化する感湿膜と、
前記第一電極、前記第二電極及び前記感湿膜よりも厚い、前記第一電極及び前記第二電極を囲む絶縁体と、
を備えていることを特徴とする容量式湿度センサ。
【請求項２】
容量式湿度センサにおいて、
島状に複数形成された第一電極と、
全ての前記第一電極を接続している金属配線と、
前記第一電極をそれぞれ囲む形状で形成された第二電極と、
所定量の感湿液が前記第一電極及び前記第二電極の上の所定の箇所に吹き付けられることによって前記第一電極及び前記第二電極の上及び間に形成され、湿度の変化によって比誘電率が変化する感湿膜と、
前記第一電極、前記第二電極及び前記感湿膜よりも厚い、全ての前記第一電極及び前記第二電極を囲む絶縁体と、
を備えていることを特徴とする容量式湿度センサ。
【請求項３】
容量式湿度センサの製造方法において、
第一電極及び第二電極が基板の上に形成されるステップと、
前記第一電極及び前記第二電極を囲む絶縁体が前記基板の上に形成されるステップと、
所定量の感湿液が前記第一電極及び前記第二電極の上の所定の箇所に吹き付けられるステップと、
吹き付けられた直後の前記感湿液は、中心付近では厚いが、それ以外では薄く、自然に重力によって高い所から低い所に流れておよそ円形に広がっていき、所定時間経過後に前記基板の上の前記絶縁体に囲まれた領域で略水平な感湿膜になるステップと、
を備えていることを特徴とする容量式湿度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量式湿度センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
湿度を感知するものとして容量式湿度センサが知られている。図５は、従来の容量式湿度センサを示す断面図である。
従来の容量式湿度センサでは、図５に示すように、基板５１の上に感湿膜５３が形成され、感湿膜５３の上に電極５２が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
電極５１、電極５２及び感湿膜５３は、容量を形成する。電極５１と電極５２とは、容量の電極として機能する。感湿膜５３は、湿度の変化によって比誘電率が変化する。
この容量の容量値Cは、真空の誘電率をε0とし、感湿膜の比誘電率をεHとし、基板５１と電極５２との対向する面積をＳとし、感湿膜５３の厚みをｄHとすると、
Ｃ＝ε0×εH×Ｓ／ｄH
によって算出される。
湿度が変化すると、感湿膜５３の比誘電率も変化する。すると、容量の容量値が変化する。電極５１及び電極５２を用いて容量値が測定されることにより、湿度が測定される。
【特許文献１】特開平０６−１１４７４号（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、感湿膜５３がパターニングされるように、感光性のある感湿膜５３が使用されるか、感光性のない感湿膜５３及びレジストのような感光性の膜が使用されるかする。後者の場合、レジストのような感光性の膜が感湿膜５３の上にスピンコートされ、その膜がパターニングされ、その膜をマスクとして感湿膜５３がパターニングされ、その膜が除去される。よって、前者の場合、感光性のない感湿膜５３は使用されなくなり、後者の場合、感湿膜５３の製造工程が複雑になってしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、感光性のない感湿膜を使用でき、感湿膜の製造工程を容易にできる容量式湿度センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するため、容量式湿度センサにおいて、一部分が第二電極の一部分に挟まれ、基板の上に櫛歯状に形成された第一電極と、一部分が前記第一電極の一部分に挟まれ、前記基板の上に櫛歯状に形成された前記第二電極と、所定量の感湿液が前記第一電極及び前記第二電極の上の所定の箇所に吹き付けられることによって前記第一電極及び前記第二電極の上及び間に形成され、湿度の変化によって比誘電率が変化する感湿膜と、前記第一電極、前記第二電極及び前記感湿膜よりも厚い、前記第一電極及び前記第二電極を囲む絶縁体と、を備えていることを特徴とする容量式湿度センサを提供する。
【０００５】
また、容量式湿度センサにおいて、島状に複数形成された第一電極と、全ての前記第一電極を接続している金属配線と、前記第一電極をそれぞれ囲む形状で形成された第二電極と、所定量の感湿液が前記第一電極及び前記第二電極の上の所定の箇所に吹き付けられることによって前記第一電極及び前記第二電極の上及び間に形成され、湿度の変化によって比誘電率が変化する感湿膜と、前記第一電極、前記第二電極及び前記感湿膜よりも厚い、全ての前記第一電極及び前記第二電極を囲む絶縁体と、を備えていることを特徴とする容量式湿度センサを提供する。
【０００６】
また、容量式湿度センサの製造方法において、第一電極及び第二電極が基板の上に形成されるステップと、前記第一電極及び前記第二電極を囲む絶縁体が前記基板の上に形成されるステップと、所定量の感湿液が前記第一電極及び前記第二電極の上の所定の箇所に吹き付けられるステップと、吹き付けられた直後の前記感湿液は、中心付近では厚いが、それ以外では薄く、自然に重力によって高い所から低い所に流れておよそ円形に広がっていき、所定時間経過後に前記基板の上の前記絶縁体に囲まれた領域で略水平な感湿膜になるステップと、を備えていることを特徴とする容量式湿度センサの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、感湿膜の形成時にフォトプロセスが不要になるので、感光性のない感湿膜を使用することができる。また、感湿膜の製造工程を容易にすることができ、容量式湿度センサのコストを低くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］（櫛歯状の電極を持つ１つの容量式湿度センサ）
まず、容量式湿度センサについて説明する。図１は、容量式湿度センサを示す図であり、（Ａ）は、容量式湿度センサの平面図を示し、（Ｂ）は、（Ａ）の容量式湿度センサにおけるＸ−Ｘ”間の断面図を示している。
【０００９】
容量式湿度センサでは、図１に示すように、電極１１及び電極１２が、基板１０の上に櫛歯状に形成され、絶縁体１３によって囲まれている。電極１１の一部分は、電極１２の一部分に挟まれ、電極１２の一部分は、電極１１の一部分に挟まれている。また、図１の（Ｂ）に示すように、電極１１及び電極１２の上及び間に、感湿膜１４（例えば、厚さ５ｕｍ〜１０ｕｍ）が形成されている。絶縁体１３は、電極１１、電極１２及び感湿膜１４よりも厚くなっている。
電極１１、電極１２及び感湿膜１４は、容量を形成する。電極１１及び電極１２は、容量の電極として機能する。感湿膜１４は、湿度の変化によって比誘電率が変化する。
次に、湿度の測定方法について説明する。
【００１０】
湿度が変化すると、感湿膜１４の比誘電率も変化する。すると、容量の容量値が変化する。電極１１及び電極１２を用いて容量値が測定されることにより、湿度が測定される。
【００１１】
次に、容量式湿度センサの製造方法について説明する。図２は、感湿液吹き付け直後の容量式湿度センサを示す図であり、（Ａ）は、容量式湿度センサの平面図を示し、（Ｂ）は、（Ａ）の容量式湿度センサにおけるＸ−Ｘ”間の断面図を示している。
電極１１及び電極１２が基板１０の上に形成された後、絶縁体１３が基板１０の上に形成される。その後、感湿液１４ａを所定の箇所に吐出する装置が基板１０の上に設けられていて、その装置により、図２の（Ｂ）に示すように、所定量の感湿液１４ａが電極１１及び電極１２の上の所定の箇所に吹き付けられる。ここでは、感湿液１４ａは、２箇所に吹き付けられている。吹き付けられる感湿液１４ａの量は、図１の（Ｂ）に示すような感湿膜１４に厚さ、図２の（Ａ）に示すような絶縁体１３に囲まれて露出している基板１０の面積、溶剤の種類や量に基づいた感湿液１４ａの粘度（例えば、１００ｃｐｓ〜１５０００ｃｐｓ）、感湿液１４ａに含まれる揮発性物質の量などに基づいて予め設計される。吹き付けられた直後の感湿液１４ａは、図２に示したように、円の中心付近では厚いが、それ以外では薄い。この感湿液１４ａは、自然に重力によって高い所から低い所に流れ、およそ円形に広がっていく。最終的に、感湿液１４ａは、図１の（Ｂ）に示すように、所定時間経過後に、基板１０の上の絶縁体１３に囲まれた領域で略水平な感湿膜１４になる。
ここで、Ｓｉなどの半導体が基板１０として使用され、半導体フォトプロセスが使用される場合、酸化することやＳｉＯ2をデポジットすることにより、絶縁体層が基板１０の表面に容易に設けられる。その後、アルミなどの金属のスパッタ後または蒸着後、その金属がパターニングされ、容易に図１に示すような櫛歯状の電極１１及び電極１２が基板１０の上の絶縁体層の上に形成される。電極形成後、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置により、ＳｉＯ2膜や窒化膜がデポジットされ、絶縁体１３が基板１０の上の絶縁体層の上に形成される。なお、ポリイミド膜も絶縁体１３として設けられてもよい。つまり、半導体フォトプロセスを使用することにより、電極１１及び電極１２が形成されること、及び、電極１１、電極１２及び感湿膜１４よりも厚い絶縁体１３が形成されることは容易である。
また、感湿液１４ａを所定の箇所に吐出する装置による液体吐出方法は、熱源によって感湿液１４ａに気泡を発生させ、その時の力で感湿液１４ａを吐出する方法、圧電体などの変形によって感湿液１４ａの体積を変化させ、その時の力で感湿液１４ａを吐出する方法などがある。
このようにすると、感湿膜１４の形成時にフォトプロセスが不要になるので、感光性のない感湿膜１４を使用することができる。また、感湿膜１４の製造工程を容易にすることができ、容量式湿度センサのコストを低くできる。
【００１２】
また、スクリーン印刷によって感湿膜１４が形成される場合、スクリーン印刷で使用されるステンレスなどの金属マスク（例えば、厚さ６０ｕｍ〜１００ｕｍ）を薄くすることが困難であるので、感湿膜１４も薄くなりにくいが、本発明では、感湿膜１４が、スクリーン印刷によって形成されないので、また、感湿液１４ａの量が、感湿膜１４に厚さ、絶縁体１３に囲まれて露出している基板１０の面積、溶剤の種類や量に基づいた感湿液１４ａの粘度、感湿液１４ａに含まれる揮発性物質の量などに基づいて予め設計されるので、感湿膜１４を薄くすることができる。
［第二実施形態］（櫛歯状の電極を持つ複数の容量式湿度センサ）
また、第一実施形態で1つの電極対について説明したが、複数の電極対が一緒に形成されてもよい。図３は、複数の容量式湿度センサを示す図である。
【００１３】
第一実施形態と同一の容量式湿度センサが、２つ形成されている。一の容量式湿度センサは、電極１１及び電極１２を備え、他の容量式湿度センサは、電極１１ａ及び電極１２ａを備えている。
【００１４】
異なる感湿液が各電極対の上にそれぞれ吹き付けられると、湿度に対する反応性が異なる容量式湿度センサが２つ形成される。例えば、一の容量式湿度センサでは湿度０％〜５０％で感度の高い感湿液が電極１１及び電極１２の上に吹き付けられ、他の容量式湿度センサでは湿度５０％〜１００％で感度の高い感湿液が電極１１ａ及び電極１２ａの上に吹き付けられるようにし、湿度０％〜５０％で感度の高い容量式湿度センサ及び湿度５０％〜１００％で感度の高い容量式湿度センサが形成されるようにする。
このようにすると、湿度に基づいて最適な容量式湿度センサが選択され、湿度が正確に測定される。
【００１５】
同一の感湿液が各電極対の上にそれぞれ吹き付けられると、湿度に対する反応性が同一の容量式湿度センサが２つ形成される。
【００１６】
このようにすると、２つの容量式湿度センサが出力信号を出力し、それらの出力信号の平均値が算出されることができ、その平均値を用いることによって湿度が正確に測定される。
［第三実施形態］（島状の電極を持つ１つの容量式湿度センサ）
また、櫛歯状の電極について説明したが、他の形状の電極が形成されてもよい。図４は、島状の電極が形成された容量式湿度センサを示す図である。
容量式湿度センサでは、図４に示すように、電極３１が島状に複数形成され、電極３２が電極３１をそれぞれ囲む形状で形成されている。全ての電極３１は、図示しないが、金属配線によって接続されている。また、全ての電極３１及び電極３２は、絶縁体３３によって囲まれている。また、図４に示すように、電極３１及び電極３２の上及び間に、感湿膜３４（例えば、厚さ５ｕｍ〜１０ｕｍ）が形成されている。絶縁体３３は、電極３１、電極３２及び感湿膜３４よりも厚くなっている。
【００１７】
次に、容量式湿度センサの製造方法について説明する。
電極３１及び電極３２が基板の上に形成された後、絶縁体３３が基板の上に形成される。その後、所定量の感湿液が電極３１及び電極３２の上の所定の箇所に吹き付けられる。吹き付けられた直後の感湿液は、所定時間経過後に、基板の上の絶縁体３３に囲まれた領域で略水平な感湿膜３４になる。
［第四実施形態］（島状の電極を持つ複数の容量式湿度センサ）
また、第三実施形態で1つの電極対について説明したが、複数の電極対が一緒に形成されてもよい。
図示しないが、第三実施形態と同一の容量式湿度センサが、２つ形成されてもよい。
なお、基板１０は、絶縁機能を有すればよく、セラミック基板、エポキシ基板、半導体基板などでもよい。
また、容量式湿度センサが製造されるように、湿度の変化によって比誘電率が変化する感湿液１４ａが電極１１及び電極１２の上に吹き付けられているが、容量式の液体検出センサや気体検出センサが製造されるように、酸を含む液体やＨ2などに反応して比誘電率が変化する液体が電極１１及び電極１２の上に吹き付けられてもよい。
また、容量式湿度センサ単体のみについて説明したが、半導体基板上に、容量式湿度センサと容量式湿度センサからの信号を処理する信号処理回路とが一緒に集積化されて形成されてもよい。この時、一つの半導体装置により、信号処理、インピーダンス変換などが行われ、容量値（つまり、湿度）が半導体装置外部に出力される。よって、電極１１及び電極１２と信号処理回路とを接続する配線における寄生容量が小さくなる。また、容量式湿度センサ及び信号処理回路が小型化する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】容量式湿度センサを示す図であり、（Ａ）は、容量式湿度センサの平面図を示し、（Ｂ）は、（Ａ）の容量式湿度センサにおけるＸ−Ｘ”間の断面図を示している。
【図２】感湿液吹き付け直後の容量式湿度センサを示す図であり、（Ａ）は、容量式湿度センサの平面図を示し、（Ｂ）は、（Ａ）の容量式湿度センサにおけるＸ−Ｘ”間の断面図を示している。
【図３】複数の容量式湿度センサを示す図である。
【図４】島状の電極が形成された容量式湿度センサを示す図である。
【図５】従来の容量式湿度センサを示す断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１１  電極        １２  電極        １３  絶縁体        １４  感湿膜
１０  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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