(57)【要約】【課題】製造不良率が高かった工程数を削減した新たな製造工程による方法で信頼性が高い湿度センサを高い良品率で製造でき安価に提供できるようにすることが課題である。【解決手段】不良率が高かった上部電極形成工程を削除した製造工程にするため，凸部を設けた対向電極を蒸着法，印刷配線法又はめっき法で同一平面に対向させ並置し同時形成した後，感湿膜を形成する工程を経て湿度センサを完成させることによって，第２回目の電極蒸着工程を不要とした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１及び第２電極を形成し，該両電極の隙間に有機絶縁物の感湿膜を形成してなる静電容量式湿度センサの製造において，絶縁性基板の表面に半田付けパッド部としての凸部を設けた上記両電極を蒸着法で形成する工程，上記凸部以外の該両電極の隙間に上記感湿膜を形成する工程を包含し，該絶縁性基板上の上記第１電極及び上記第２電極を対向させ接近して並置する両電極を同一表面上に同時形成することを特徴とした静電容量式湿度センサの製造法。
【請求項２】
凸部を設けた上記第１電極及び上記第２電極をアルミニウム蒸着によって同時形成し，上記凸部に対し，ニッケルなどの半田付けできる金属を重ねて蒸着して半田付けパッド部とする工程を具備した請求項１記載の感湿静電容量式湿度センサの製造法。
【請求項３】
凸部を設けた上記第１電極及び上記第２電極を，半田付けが容易なクロム又は金を蒸着することによって同時形成する工程を具備した請求項１記載の静電容量式湿度センサの製造法。
【請求項４】
上記第１電極及び上記第２電極を蒸着法に替わり，印刷法又はめっき法によって同時形成することを特徴とした請求項１記載の静電容量式湿度センサの製造法。
【請求項５】
上記第１電極及び上記第２電極を絶縁性基板に形成し，両電極の上記凸部を除く全体を感湿膜で覆うことを特徴とした静電容量式湿度センサの製造法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電容量式湿度センサの製造法に関し，とくに電極及び感湿膜の信頼性を向上させ，製造工程を単純化し安価に製造する方法に関する。
【０００１】
【従来の技術】
図４に湿度センサを製造する従来の工程説明図を示し，図５に従来の製造方法を説明する工程系統図を示す。これらの図によって説明する。図４（ａ）は湿度センサの平面図，（ｂ）は断面ｂ−ｂにおける断面図である。絶縁性基板１は，厚さ２９０ミクロン程度のシリコン基板で表面に酸化膜絶縁層が形成してあり，最後に切断されるチップサイズは，略７ｍｍ角である。その絶縁層表面に，下部電極３がアルミニウム蒸着で形成される。下部電極３の寸法，形状の一例は４ｍｍ角であり，その一辺に幅１ｍｍ，長さ２ｍｍ程度の凸部３１が連なった形である。下部電極３の上面には厚さ３ミクロンの例えばポリイミド樹脂などの有機絶縁物からなる感湿膜５が覆うようにして固着されて，この感湿膜５の周縁から外へ，はみ出さないように上部電極４がアルミニウム蒸着で形成される。
【０００２】
感湿膜５は溶媒に溶解させた有機物を塗布する工程と，乾燥工程があるが，この二つの工程で感湿膜に気泡が生じやすい。上部電極４を蒸着して形成する時に感湿膜の気泡中に蒸着電極が潜り込み上下電極間短絡を発生させ不良品になり，良品歩留まり低下の原因となっていた。また，上部電極４は，例えば網目電極又は無数の穴を貫通させた平板として下層の感湿膜５に外気が接触するように形成される。上部電極４の一辺には凸部が連なっていて，上記下部電極の凸部３１と接触しないよう上部電極の凸部３２を形成する。下部電極の凸部３１および上部電極の凸部３２に対して，ニッケルなど半田付けが出来る金属が重ねて蒸着され，半田付けパッド部４１，４２が形成される。以上に説明した工程を経て端子リードレスの湿度センサが完成する。
【０００３】
下部電極３と上部電極４に挟まれた感湿膜５の電気的特性としての誘電率が外気の湿度の影響を受けて変化する性質を利用して，電極３，４間の電気容量の変化を，半田付けパッド部４１，４２から外部の検出回路に取り出して湿度センサとしての機能をもつ。
【０００４】
上部電極４の構造は，例えば無数の穴を貫通させた平板として下層の感湿膜５に外気が接触するように形成され，例えば，５ナノメートル程度の薄膜に形成されるため機械的強度に欠ける性質がある。シリコン基板１の表面の絶縁層上に形成された下部電極３の上面には厚さ３ミクロンの例えばポリイミド樹脂などの感湿膜５が固着されていて，この感湿膜５の上に形成された上部電極４は，その一辺に幅１ｍｍ，長さ２ｍｍ程度の凸部３２が連なった形であって，下部電極３に接触しないよう凸部３２を絶縁性基板１の表面に引き出し形成する。この引き出し経路には感湿膜５の厚さと下部電極厚さの合計に相当する屈曲段差８が存在する。この屈曲段差８が上部電極４に屈曲弱点部を内在させ感湿膜５の温度変化で膨張収縮が起こった際に上部電極の凸部が屈曲と伸長を繰り返し，疲労断線を起こしやすいため，湿度センサの信頼性を妨げる要因となっていた。また，図５に示すように感湿膜５の形成工程で溶剤に溶解した有機材料を塗布し乾燥するとき溶液に気泡が生じるので真空脱泡工程を必要としたが，僅かに残った気泡のため，電極蒸着する工程で電極３，４間短絡を生じさせることがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
製造工程での良品歩留まりを向上させることが本発明の目的であって，下部電極の形成工程での良品率と，上部電極の形成工程での良品率との積が製造工程良品率に比例するから，この二つの工程を一つにすると製造工程良品率が向上する事が期待されていた。加えて絶縁性感湿膜の気泡発生による上下電極間の短絡を無くし，上記の上部電極凸部の屈曲段差を無くして電極の信頼性を向上させること，両電極を形成する工程二つを一つにして良品歩留まり向上によりコストを引下げることが課題であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１電極及び第２電極を対向させ並置して同一平面上に形成し，該両電極の隙間に誘電体を充たしてコンデンサの機能を持たせる事が出きることが理論的にも実験的にも確認されている。感湿膜に接した対向電極を同一平面に並置し形成する事に着目した。請求項１に関しては，絶縁性基板の表面に対向電極及び感湿膜を形成してなる静電容量式湿度センサの製造において，絶縁性基板上の同一平面に半田付けパッド部である凸部をそれぞれに設けた第１電極と第２電極とを同時形成する工程と，該電極の隙間に感湿膜を形成する工程とからなり，該絶縁性基板の同一表面上に対して，第１電極及び第２電極を対向させ接近して並置することを特徴とした静電容量式湿度センサの製造法。
【０００７】
請求項２に関しては，第１電極及び第２電極を，精密な形に造りやすいアルミニウムを蒸着することによって形成し，各電極の上記凸部に対し，ニッケルなどの半田付けできる金属を重ねて蒸着して半田付けパッド部とする工程を具備した請求項１記載の感湿センサの製造法とした。
【０００８】
請求項３に関しては，第１電極及び第２電極を半田付けが容易な金属，例えばクロム又は金を蒸着することによって形成し，上記凸部以外の部分に感湿膜を形成する工程を具備した請求項１記載の感湿センサの製造法とした。
【０００９】
請求項４に関しては，電極の厚みを大きくして占有面積を有効に使用出来るようにし，製造効率を向上させるために，第１電極及び第２電極を製作する方法として蒸着法に替わり，形成厚さを容易に得ることが出来る印刷法又はめっき法によって形成することを特徴とした請求項１記載の湿度センサの製造法とした。
【００１０】
請求項５に関しては，感湿膜の形成工程を簡易化し製造効率を向上させるために，第１電極及び第２電極を絶縁性基板に形成した後，対向した電極の隙間だけに止まらず，各電極の上記凸部のみを除く全体を感湿膜で充たして覆うことを特徴とした静電容量式湿度センサの製造法とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の根拠となる同一平面上対向電極による静電容量値の理論式は例えば，電気工学ハンドブック（ＩＳＢＮ４−８８６８６−０１１−７，Ｃ３０５４）の中に示された電極直径，電極間隔と静電容量の関係式の他に，専門書のノイズ対策最新技術（ＩＳＢＮ４−９１５６０３−１４８，Ｃ３０５５）には，並行マイクロストリップ線路の静電容量が５０ｐＦ／ｍ（但し，比誘電率が５，導体間隔が導体幅の２／１）と示された例に見られる。
【００１２】
この事実を基にして本発明による実施の形態を説明する。図１は本発明による湿度センサの製造工程の一実施形態を説明する工程説明図。図１（ａ）は湿度センサ平面図であり，図１（ｂ）はｂ−ｂ断面で見た同断面図，図１（ｃ）はｃ−ｃ断面で見た同断面図。図２は本発明による他の実施形態を説明する工程説明図である。これらの図１，図２において１は絶縁性基板，５は感湿膜，６は第１電極，７は第２電極，３１，３２はそれぞれ第１電極６と第２電極７の凸部であり，４１，４２の半田付けパッド部がその上面に形成される。例えば，表面が酸化膜処理されたシリコン基板などの絶縁性基板１の同一表面に，第１電極６及び第２電極７を対向させ並置して形成し，該両電極６，７の隙間に有機絶縁物の感湿膜５を形成して静電容量式湿度センサの機能を発揮するようにした。
【００１３】
半田付けパッド部である凸部３１，３２を設けた二つの電極６，７及び感湿膜５を形成してなる静電容量式湿度センサの製造工程は，まず，絶縁性基板１の同一平面に第１電極６と第２電極７を間隔５０ミクロン，導体幅１００ミクロン程度に並置する両電極同時形成工程と，該電極６，７の隙間に感湿膜５を形成する工程とから構成される。図３の本発明による実施形態の工程系統図に示すように，従来の多層電極の場合の製造工程（図５参照）に比べると，製造工程が大幅に単純化されている。
【００１４】
両電極同時形成工程では，電極厚さに応じて製造が容易な方法が用いられる。例えば，チップサイズ７ｍｍ角程度の湿度センサの場合では電極幅を細くする為に金属蒸着法が用いられ，両電極６，７は幅５ミクロン，厚さ３ミクロン程度，電極間隔２ミクロン程度に形成され，チップ上に対向した電極は蛇行したり串状にし対向させたりし，チップ面積を有効に使うように形が選ばれる。このため，従来の多層電極タイプと異なり同一平面に両電極を蒸着するので一回の蒸着工程で済む。
【００１５】
但し，形状精密化を目的としたアルミニウム蒸着の場合には凸部３１，３２に対して半田付け容易なニッケルなどを蒸着する工程が必要であるが，電極としてクロムや金をアルミニウムに替わって蒸着する場合には凸部はそのままで半田付けパッド４１，４２として用いられるから工程が単純化される。湿度センサ寸法に小形化を強く要求されない場合には，設備コストが安価な電極製造法としてめっき法や印刷配線法が用いられ，例えば，湿度センサのサイズ１０ｍｍ角以上の場合では，電極幅５００ミクロン，間隔２００ミクロン程度に電極パターンが形成される。印刷配線法は電極厚さを厚くして導体直径の大きい対向電極間の静電気容量を大きくする設計手法に適した製造法である。
【００１６】
感湿膜形成工程では，両電極６，７の隙間に対し電極厚さと同程度厚さに例えば，ポリイミド樹脂などの感湿膜５が溶液塗布・乾燥工程によって形成される。第１電極と第２電極に挟まれた有機物の感湿膜５の電気的特性としての誘電率が外気の湿度の影響を受けて変化する性質を利用して，電極間の電気容量の変化を半田付けパッド部４１，４２から外部の検出回路に取り出して湿度センサとしての特性が発揮される。この静電容量値は限られたチップサイズの有効利用の為に，図２に示すように感湿膜５の厚さを電極厚さよりも厚くなるように形成し，加えて両電極を覆い被せるように塗布して電極間の静電容量をより大きく形成する方法を用いると，感湿膜５である有機材料の塗布工程が単純化されて有効である。
【００１７】
一平面に両電極と感湿膜５を形成する本発明の製造法では，感湿膜に気泡が発生しても電極６，７間短絡が生じないので，従来における多層式の場合のような有機物の塗布における真空脱泡工数が不要であり，センサの信頼性も向上した。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば，センサとしてのコストは従来の二層に電極を形成することを一層にして機能を実現でき，電極形成工数や真空脱泡工数が削減できたので製造コストも約半分に削減された。本発明の製造法によって，従来の各電極形成工程で発生していた約１０％の不良発生の一つが排除できた。電極間の感湿膜の中に存在した気泡が原因となって起こった電極間ショートが排除できたので良品率が大幅に向上した。また，このセンサ使用中に発生していた電極の屈曲段差での切断も無くなり信頼性が向上した。以上のように部材の削減と工程の削除によって省資源，省エネルギーに寄与した工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施形態を説明する工程説明図。
【図２】本発明による他の実施形態を説明する工程説明図。
【図３】本発明による実施形態を説明する工程系統図。
【図４】従来の方法による製造方法を説明するための工程説明図。
【図５】従来の方法による製造方法を説明するための工程系統図。
【符号の説明】
１　　　　絶縁性基板
５　　　　感湿膜
６　　　　第１電極
７　　　　第２電極
３１，３２　凸部
４１，４２　半田付けパッド部
【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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