(57)【要約】【課題】本発明は、小型化・低背化を実現するとともに、湿度センサ素子の面積や配置の自由度を確保することが可能な湿度センサを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の湿度センサは、半導体基板３０と、半導体基板３０の一面３０ａ側に形成された湿度センサ素子２０とを有し、半導体基板３０の一面３０ａには、回路素子部３１と、複数の接続部３６と、回路素子部３１と接続部３６とを電気的に接続する配線３２と、回路素子部３１及び配線３２を覆う保護層３４とが設けられており、湿度センサ素子２０は、回路素子部３１または配線３２と重複する位置に、保護層３４を介して設けられていることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板の一面側に形成された湿度センサ素子とを有し、
前記半導体基板の前記一面には、回路素子部と、複数の接続部と、前記回路素子部と前記接続部とを電気的に接続する配線と、前記回路素子部及び前記配線を覆う保護層とが設けられており、
前記湿度センサ素子は、前記回路素子部または前記配線と重複する位置に、前記保護層を介して設けられていることを特徴とする湿度センサ。
【請求項２】
前記半導体基板の前記一面と対向して接続基板が前記半導体基板と接続されており、
前記接続基板に設けられた第１のパッド部と前記接続部とが接続されて前記半導体基板と前記接続基板との間に空間が設けられており、
前記湿度センサ素子は、前記空間内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
【請求項３】
複数の前記接続部は、平面視において互いに間隔を設けて配置されており、前記間隔は、前記空間内と外部とを通気する開口部であることを特徴とする請求項２に記載の湿度センサ。
【請求項４】
前記接続基板の前記第１のパッド部が設けられた面と反対側の面には、前記第１のパッド部と電気的に接続された第２のパッド部が設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の湿度センサ。
【請求項５】
前記湿度センサ素子は、感湿膜と、第１のセンサ電極と、第２のセンサ電極とを有し、前記感湿膜の厚さ方向において、前記感湿膜は前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極とに挟まれて積層されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の湿度センサ。
【請求項６】
前記第１のセンサ電極は、前記感湿膜と前記半導体基板との間に形成され、前記第２のセンサ電極は、前記感湿膜に対して前記第１のセンサ電極とは反対側に形成されており、前記第１のセンサ電極に電源が接続されていることを特徴とする請求項５に記載の湿度センサ。
【請求項７】
前記第１のセンサ電極は、前記第２のセンサ電極よりも平面形状が大きいことを特徴とする請求項６に記載の湿度センサ。
【請求項８】
前記湿度センサ素子は前記半導体基板の中心から外れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の湿度センサ。
【請求項９】
前記複数の接続部は前記半導体基板の周縁に設けられており、前記湿度センサ素子は前記半導体基板の前記一面の中央部から、前記周縁において隣り合う前記接続部同士の間まで延びて設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の湿度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は湿度センサに関し、特に湿度を検出する湿度センサ素子と、湿度センサからの信号を処理する半導体基板（ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ））とを有する湿度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に、湿度変化を検出する湿度検出センサパッケージが記載されている。図１６は、特許文献１に記載されている第１の従来例の湿度検出センサパッケージの斜視図である。図１６に示すように、第１の従来例の湿度検出センサパッケージ１００において、湿度センサ１０６とＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）１０７とが隣り合ってパッケージ基板１０１上に設置されている。湿度センサ１０６とＩＣ１０７とはボンディングワイヤ１０８によって接続されており、ＩＣ１０７はボンディングワイヤ１０８によってパッケージ基板１０１に接続されている。
【０００３】
湿度センサ１０６は、基台の上に湿度センサ素子（図示しない）が搭載されて構成される。図１６に示すように、湿度センサ１０６の上には、仕切り部材１０３が配置されている。この仕切り部材１０３には湿度検出穴１０４が設けられており、湿度検出穴１０４を通して湿度センサ素子が外部に露出されている。また、仕切り部材１０３を設けることにより、湿度センサ素子を露出させた状態で、湿度検出センサ１０６、ＩＣ１０７、ボンディングワイヤ１０８を覆って封止樹脂で封止することができる。なお、図１６は封止前の状態を示し、封止樹脂は省略して示している。
【０００４】
しかしながら、湿度検出センサ１０６とＩＣ１０７とを隣り合わせて配置する構成では、湿度検出センサパッケージ１００の平面積が大きくなり、また、湿度センサ素子の上に仕切り部材１０３を設けているため、低背化が困難であるという課題が発生する。
【０００５】
下記特許文献２には、半導体基板等からなるセンサチップの一面に湿度センサ素子を形成した湿度センサが記載されている。図１７は、第２の従来例の湿度センサの平面図である。図１７に示すように、センサチップ２３０の一面には、回路素子部２３３が設けられている（図１７に斜線を付して示す）。回路素子部２３３は、半導体基板に形成されたＣ−ＭＯＳトランジスタ等の回路素子、及びこれらの回路素子と接続部２３６とを電気的に繋ぐ配線等から構成される。そして、センサチップ２３０の一面の中央部において、回路素子部２３３が形成されていない箇所に湿度センサ素子２２０が形成されている。
【０００６】
センサチップ２３０に湿度センサ素子２２０を設けることにより、第２の従来例の湿度センサ２１０の平面積を、センサチップ２３０と同程度まで小型化することができる。また、湿度センサ素子２２０は、接続部２３６と同じ面、すなわち、湿度センサ２１０を実装する外部の基板と向かい合う面に形成されている。これにより湿度センサ素子２２０が露出され外部の湿度を検出することができる、したがって、センサチップ２３０の他面に仕切り部材１０３を設ける必要がないため、低背化の実現が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】再公表特許ＷＯ２０１０／１４０５４５号公報
【特許文献２】特開２００２−３６５２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１７に示す第２の従来例の湿度センサ２１０において、湿度センサ素子２２０を構成するセンシング配線２２２、２２３は、回路素子部２３３の配線と同一面に形成されている。そして、センシング配線２２２、２２３を覆って感湿膜２２１が形成されている。そのため、湿度センサ素子２２０を形成することが可能な領域が、回路素子部２３３が形成されていない領域に制限されてしまい、湿度センサ素子２２０の面積や、配置の自由度が小さいという課題が生じる。
【０００９】
湿度センサ素子２２０の面積を小さくした場合には、湿度センサ素子２２０の感度を向上させることが困難となる。また、接続部２３６の配置や、接続部２３６と接続される外部基板の構造等により、センサチップ２３０の面内において感度分布が発生する場合に、湿度センサ素子２２０の位置を自由に変更できないという課題がある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決して、小型化・低背化を実現するとともに、湿度センサ素子の面積や配置の自由度を確保することが可能な湿度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の湿度センサは、半導体基板と、前記半導体基板の一面側に形成された湿度センサ素子とを有し、前記半導体基板の前記一面には、回路素子部と、複数の接続部と、前記回路素子部と前記接続部とを電気的に接続する配線と、前記回路素子部及び前記配線を覆う保護層とが設けられており、前記湿度センサ素子は、前記回路素子部または前記配線と重複する位置に、前記保護層を介して設けられていることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、湿度センサ素子が、回路素子部と配線とが形成された半導体基板の一面側に形成されているため、回路素子部が形成された半導体基板とは異なる別基板に形成された湿度センサ素子を、半導体基板と隣り合ってパッケージ基板に設置するよりも、平面視における湿度センサの大きさを小型化することができる。また、湿度センサ素子が接続部と同じ面に形成されているため、外部基板に接続部を接続して実装することで湿度センサ素子が外部基板と対向するため、ゴミや異物が付着することを抑制することができる。よって、半導体基板に仕切り部材などの別部材を設けて樹脂封止をする必要がなく、低背化が実現できる。
【００１３】
また、湿度センサ素子が保護層を介して半導体基板の一面側に形成されているため、回路素子部または配線と重複して形成することができる。よって、回路素子部または配線によって制限されることなく湿度センサ素子を半導体基板の一面側に形成することができるため、湿度センサ素子の面積や配置の自由度を確保することが可能である。
【００１４】
したがって、本発明の湿度センサによれば、小型化・低背化を実現するとともに、湿度センサ素子の面積や配置の自由度を確保することが可能である。
【００１５】
前記半導体基板の前記一面と対向して接続基板が前記半導体基板と接続されており、前記接続基板に設けられた第１のパッド部と前記接続部とが接続されて前記半導体基板と前記接続基板との間に空間が設けられており、前記湿度センサ素子は、前記空間内に配置されていることが好ましい。これによれば、接続基板が前記空間を介して湿度センサ素子と対向するため、湿度センサ素子にゴミや異物が付着することを抑制することができ、仕切り部材などの別部材を設けて樹脂封止をする必要がなく低背化が実現できる。
【００１６】
複数の前記接続部は、平面視において互いに間隔を設けて配置されており、前記間隔は、前記空間内と外部とを通気する開口部であることが好適である。これによれば、開口部から導入された外部環境の湿度を好適に検出することができる。また、湿度センサ素子に対向する位置において、湿度を導入するための貫通孔を接続基板に設ける必要がなく、湿度センサ素子にゴミや異物が付着することが抑制される。
【００１７】
前記接続基板の前記第１のパッド部が設けられた面と反対側の面には、前記第１のパッド部と電気的に接続された第２のパッド部が設けられていることが好ましい。これによれば、第２のパッド部により湿度センサを外部基板に表面実装可能となる。よって、第１のパッド部が設けられた面において外部基板との接続パッドが不要となり、平面視における接続基板の大きさを半導体基板と同程度に形成することが可能となるため、湿度センサを小型化することができる。
【００１８】
前記湿度センサ素子は、感湿膜と、第１のセンサ電極と、第２のセンサ電極とを有し、前記感湿膜の厚さ方向において、前記感湿膜は前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極とに挟まれて積層されていることが好ましい。これによれば、簡単な構成で湿度を検出可能とするとともに、湿度センサの面積を大きくして感度を向上させることが容易である。
【００１９】
前記第１のセンサ電極は、前記感湿膜と前記半導体基板との間に形成され、前記第２のセンサ電極は、前記感湿膜に対して前記第１のセンサ電極とは反対側に形成されており、前記第１のセンサ電極に電源が接続されていることが好ましい。これによれば、第１のセンサ電極がシールドとして機能するため、第１のセンサ電極と第２のセンサ電極との間の静電容量を検出する際に、配線または回路素子部と、第１のセンサ電極との間に生じる寄生容量が検出されることを抑制することができる。したがって、寄生容量による検出誤差を抑制して、精度良く湿度を検出することができる。
【００２０】
前記第１のセンサ電極は、前記第２のセンサ電極よりも平面形状が大きいことが好ましい。これによれば、配線または回路素子部と、第２のセンサ電極との間に生じる寄生容量による検出誤差を確実に抑制することができる。
【００２１】
前記湿度センサ素子は前記半導体基板の中心から外れた位置に配置されていることが好適である。これによれば、湿度センサ素子により外気環境に近い位置に配置されるため、湿度を検出する際の応答性を向上させて確実に湿度を検出することができる。
【００２２】
前記複数の接続部は前記半導体基板の周縁に設けられており、前記湿度センサ素子は前記半導体基板の前記一面の中央部から、前記周縁において隣り合う前記接続部同士の間まで延びて設けられていることが好ましい。これによれば、湿度センサ素子の面積をより大きくして、感度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の湿度センサによれば、小型化・低背化を実現するとともに、センサ素子の大きさや配置の自由度を確保することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態における湿度センサの斜視図である。
【図２】本実施形態の湿度センサの側面図である。
【図３】本実施形態の湿度センサを構成する半導体基板の一面側から見たときの平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って切断して矢印方向から見たときの湿度センサの部分拡大断面図である。
【図５】第１の変形例の湿度センサを構成する半導体基板の平面図である。
【図６】第２の変形例の湿度センサを構成する半導体基板の平面図である。
【図７】第３の変形例の湿度センサを構成する半導体基板の平面図である。
【図８】第２の実施形態の湿度センサを構成する半導体基板の平面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線で切断して矢印方向から見たときの湿度センサの断面図である。
【図１０】第２の実施形態における比較例の湿度センサの断面図である。
【図１１】第２の実施形態の変形例における湿度センサの断面図である。
【図１２】第３の実施形態の湿度センサの断面図である。
【図１３】第４の実施形態の湿度センサを構成する半導体基板の平面図である。
【図１４】図４のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの湿度センサの断面図である。
【図１５】第５の実施形態の湿度センサの側面図である。
【図１６】第１の従来例の湿度検出センサパッケージの斜視図である。
【図１７】第２の従来例の湿度センサの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態の湿度センサについて説明をする。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。
【００２６】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における湿度センサの斜視図である。図２は、本実施形態の湿度センサの側面図である。図２は、図１の湿度センサを矢印ＩＩ方向から見たときの側面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の湿度センサ１０は、半導体基板３０と、半導体基板３０の一面３０ａに対向して配置された接続基板４０とを有して構成される。半導体基板３０と接続基板４０とは接続部３６を介して接続されており、半導体基板３０と接続基板４０との間に空間が設けられている。図１及び図２に示すように、半導体基板３０の一面３０ａには、湿度を検出するための湿度センサ素子２０及びセンサ基準部２５が形成されている。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態の湿度センサ１０において、側面から見たときに、隣り合う接続部３６同士、半導体基板３０、接続基板４０により開口部３９が形成されている。この開口部３９を通して外部の雰囲気が半導体基板３０と接続基板４０との間の空間に導入され、湿度センサ素子２０により湿度が検出される。
【００２８】
本実施形態において、半導体基板３０は、例えばシリコン等で形成されており、湿度センサ素子２０を制御するＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を構成する。
【００２９】
接続基板４０として、ガラスエポキシ基板等の樹脂基板や、アルミナ基板等のセラミック基板を用いることができる。図２に示すように、接続基板４０の上面には上部パッド部４１が設けられ、下面には下部パッド部４３が設けられ、上部パッド部４１と下部パッド部４３は貫通電極４２によって電気的に接続される。下面に設けられた下部パッド部４３により、湿度センサ１０を外部機器のマザーボードに表面実装することができる。
【００３０】
次に図３、及び図４を参照して、湿度センサ１０の詳細な構成を説明する。図３は、本実施形態の湿度センサを構成する半導体基板の一面側から見たときの平面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線で切断して矢印方向から見たときの湿度センサの部分拡大断面図である。
【００３１】
図４に示すように、本実施形態における湿度センサ素子２０は、平行平板型の容量式湿度センサ素子であり、感湿膜２１と２つのセンサ電極２２、２３との積層構造を有し、感湿膜２１の厚さ方向において感湿膜２１は２つのセンサ電極２２、２３に挟まれて積層されている。感湿膜２１は、ポリイミドなどの高分子感湿膜が用いられており、水分の吸収または放出に応じて誘電率が変化する誘電体材料である。感湿膜２１は、スピンコート法や印刷法などにより塗布した後、硬化して形成することができる。センサ電極２２、２３は、例えばＡｌやＡｌ合金などの導電性材料で構成され、スパッタ法や蒸着法等の方法で形成される。
【００３２】
センサ電極２２とセンサ電極２３との間に蓄積される静電容量Ｃは、感湿膜２１の誘電率ε、センサ電極２２とセンサ電極２３との距離ｄ及び対向面積Ｓで決定される（Ｃ＝εＳ／ｄ）。感湿膜２１は均一な厚さで形成されており、感湿膜２１の厚さがセンサ電極２２とセンサ電極２３との距離ｄとなる。外部の雰囲気の湿度が変化すると、感湿膜２１において水分が吸収され、または放出され、誘電率εが変化する。これにより、湿度センサ素子２０の静電容量Ｃが変化する。
【００３３】
また、図３に示すように、半導体基板３０の一面３０ａには、湿度センサ素子２０の他に湿度変化によらず一定の静電容量を維持するセンサ基準部２５が設けられている。センサ基準部２５は、図４に示す湿度センサ素子２０と同じ積層構造で形成されており、さらに、水分の透過を遮断する非透湿保護膜により積層構造の全体が覆われて構成される。非透湿保護膜は、例えば、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜が用いられる。非透湿保護膜で覆うことにより、雰囲気の湿度が変化してもセンサ基準部２５の感湿膜の水分量は変化せず誘電率も変化しないため、センサ基準部２５の静電容量は一定の値に保持される。外部雰囲気の湿度が変化したときに、湿度センサ素子２０の静電容量とセンサ基準部２５の静電容量との差分が湿度センサ１０の出力信号として出力される。
【００３４】
図４に示すように、半導体基板３０の一面３０ａには、回路素子部３１が形成されるとともに、回路素子部３１と接続部３６とを接続する配線３２が設けられている。配線３２は、酸化シリコンからなる絶縁層３８を介して半導体基板３０の一面３０ａに形成されており、絶縁層３８に設けられた貫通孔を通して回路素子部３１と接続されている。回路素子部３１と接続された配線３２は、半導体基板３０の周縁に向かって延在している。なお、図３には、回路素子部３１及び配線３２が設けられた領域を、配線領域３３として模式的に斜線を付して示している。
【００３５】
回路素子部３１は、湿度センサ素子２０の静電容量変化を信号処理するための回路素子（例えばＣ−ＭＯＳトランジスタ等）から構成されている。回路素子部３１は半導体基板３０を用いてイオン注入法、熱拡散工程などの一般的な半導体プロセスにより形成される。配線３２は、Ａｌ等の材料を用いてスパッタ法や蒸着法により形成される。
【００３６】
図４に示すように、半導体基板３０の一面３０ａには、半導体基板３０の一面３０ａ、回路素子部３１、及び配線３２を覆う保護層３４が設けられている。保護層３４には、例えば窒化シリコンが用いられる。保護層３４には、半導体基板３０の周縁に位置して貫通孔が設けられており、この貫通孔を通して配線３２と接続部３６とが電気的に接続される。図４に示すように、保護層３４の貫通孔に位置して下地層３７が形成されて、配線３２と下地層３７とが接続される。下地層３７を覆って端子３５が形成されており、端子３５に接続部３６が接続される。このように、配線３２と接続部３６とは、下地層３７及び端子３５を介して電気的に接続されている。
【００３７】
下地層３７は、例えばＮｉＦｅ／Ａｕで構成される。接続部３６は、例えばＡｕバンプである。また、端子３５は、接続部３６と同じ材料で形成されたＡｕパッドである。そして、接続基板４０の上部パッド部４１は、Ｃｕ、Ｃｕ合金等の導電性材料にＡｕメッキを施したものである。接続部３６と上部パッド部４１とは、超音波接合、熱圧着接合、またはこれらを併用してＡｕ−Ａｕ接合される。
【００３８】
本実施形態の湿度センサ１０において、図３及び図４に示すように、湿度センサ素子２０は、回路素子部３１または配線３２と重複する位置から回路素子部３１及び配線３２と重複しない位置に亘って、半導体基板３０の一面３０ａに保護層３４を介して形成されている。
【００３９】
湿度センサ素子２０のセンサ電極２２、２３、及びセンサ基準部２５のセンサ電極は、保護層３４に形成されたスルーホール（図示しない）を通して配線３２に電気的に接続される。回路素子部３１は、湿度センサ素子２０の静電容量とセンサ基準部２５の静電容量との差分を電圧値に変換し出力する。この出力信号は、接続部３６及び接続基板４０を介して外部機器に出力される。
【００４０】
本実施形態の湿度センサ１０によれば、湿度センサ素子２０が半導体基板３０の一面３０ａに形成されているため、回路素子部３１が形成された半導体基板３０とは異なる別基板に形成された湿度センサ素子２０を、半導体基板３０と隣り合ってパッケージ基板に設置するよりも、平面視における湿度センサ１０全体の大きさを小型化することができる。また、湿度センサ素子２０が接続部３６と同じ面に形成されているため、半導体基板３０を接続基板４０にフリップチップ実装することで、湿度センサ素子２０と対向して接続基板４０が配置される。これにより、湿度センサ素子２０にゴミや異物が付着することが抑制される。よって、図１６に示す第１の従来例の湿度センサパッケージ１００のように、仕切り部材１０３を設けて樹脂封止を行う必要がなく、また、ボンディングワイヤ１０８の接続のための高さ方向のクリアランスを設ける必要がないため、湿度センサ１０の低背化が実現できる。
【００４１】
また、湿度センサ素子２０が保護層３４を介して半導体基板３０の一面３０ａに設けられており、湿度センサ素子２０と配線３２等が異なる層に形成されるため、回路素子部３１または配線３２と重複する位置に形成することができる。よって、回路素子部３１または配線３２によって制限されることなく湿度センサ素子２０を設けることができるため、湿度センサ素子２０の面積や配置の自由度を確保することが可能である。
【００４２】
したがって、本実施形態の湿度センサ１０によれば、小型化・低背化を実現するとともに、湿度センサ素子２０の面積や配置の自由度を確保することが可能である。
【００４３】
なお、保護層３４は、配線３２及び絶縁層３８を覆って半導体基板３０の一面３０ａに形成されているが、図４に示す態様に限られず、複数の保護層３４を積層して形成し、端子３５の側面に保護層３４を接触してもよい。
【００４４】
図２に示すように、接続基板４０の上部パッド部４１が設けられた面と反対側の面には、上部パッド部４１と電気的に接続された下部パッド部４３が設けられている。下部パッド部４３を設けることにより、湿度センサ１０を外部機器の基板等に表面実装することができる。
【００４５】
このように表面実装可能とすることで、接続基板４０の上部パッド部４１が設けられた面には、外部基板と接続するためのパッド等を追加して設ける必要がなく、接続基板４０を半導体基板３０と同程度の平面形状に形成することができ、湿度センサ１０の小型化を実現することができる。
【００４６】
また、図３に示すように、複数の接続部３６は、平面視において互いに間隔を設けて配置されており、接続部３６同士の間隔は、半導体基板３０と接続基板４０との間の空間と外部とを通気する開口部３９である。この開口部３９から外部の雰囲気が導入され、湿度センサ素子２０において湿度が検出される。
【００４７】
本実施形態において、半導体基板３０が接続基板４０を介して外部機器と接続されるため、外部機器との接続の歪みが接続部３６に直接作用することが抑制される。つまり、接続部３６の周囲及び半導体基板３０と接続基板４０との間の空間をアンダーフィルで充填することなく、接続基板４０と半導体基板３０の接続部３６との接続信頼性を確保することができる。よって、開口部３９がアンダーフィルによって塞がれることがないため、湿度センサ１０の全周から湿度センサ素子２０へ外気を取り入れることが可能となる。また、開口部３９や湿度センサ素子２０がアンダーフィルに覆われることを防止して、確実に湿度を検出できる。
【００４８】
また、図３に示すように、湿度センサ素子２０は、複数の接続部３６の間の空間内、すなわち、４つの接続部３６に囲まれた空間内に配置されている。そして、開口部３９を湿度センサ素子２０の側方に設けることにより、湿度センサ素子２０の全面に対向して接続基板４０を配置しても湿度を検出可能である。よって、開口部３９から導入された湿度を検出可能であるとともに、湿度センサ素子２０に対向する接続基板４０により、ゴミや汚れが湿度センサ素子２０に付着することを抑制することができる。
【００４９】
本実施形態の湿度センサ１０によれば、図３に示すように、配線領域３３（回路素子部３１及び配線３２）が半導体基板３０の中央部を残して一面３０ａの多くの面積を占める場合であっても、半導体基板３０の配線領域３３に制限されずに湿度センサ素子２０及びセンサ基準部２５を設けることができる。よって、配線領域３３が設けられていない半導体基板３０の一面３０ａから配線領域３３と重なる位置に亘って、湿度センサ素子２０及びセンサ基準部２５が設けられる。よって、湿度センサ素子２０の面積を大きく形成することができ、感度を向上させることができる。また、半導体基板３０の一面３０ａの全面が配線領域３３であっても、同様に湿度センサ素子２０及びセンサ基準部２５を形成できる。
【００５０】
本実施形態において、図３に示すように、湿度センサ素子２０とセンサ基準部２５とは半導体基板３０の中心Ｏを挟んで対称となる位置に隣り合って配置されていが、これに限定されるものではない。
【００５１】
図５は、本実施形態の第１の変形例の湿度センサを構成する半導体基板の平面図である。図５に示すように第１の変形例の湿度センサ１１において、センサ基準部２５が半導体基板３０の中心Ｏに位置して設けられており、湿度センサ素子２０は半導体基板３０の中心Ｏから外れた位置に配置されている。湿度センサ素子２０はセンサ基準部２５と隣り合って、センサ基準部２５よりも半導体基板３０の周縁側に配置されている。よって、湿度センサ素子２０が開口部３９により近いため、外部の雰囲気の湿度を確実に検出することができる。
【００５２】
図６は、本実施形態の第２の変形例の湿度センサを構成する半導体基板の平面図である。図６に示すように第２の変形例の湿度センサ１２は、接続部３６の数、配置が異なっており、矩形状の半導体基板３０の角部に加えて、対向する２つの辺の中央部に位置して接続部３６が配置されている。
【００５３】
接続部３６が設けられた箇所では外部からの大気の導入が阻害されるため、接続部３６と重なる位置に湿度センサ素子２０が設けられた場合には、湿度変化に対する感度や応答性が低下する場合がある。本変形例のように接続部３６が多く設けられた場合であっても、湿度センサ素子２０の配置が配線領域３３に制限されず自由度が確保されるため、図６に示すように、湿度センサ素子２０を接続部３６と重ならない位置、つまり、開口部３９が開口する位置に湿度センサ素子２０を配置することができる。よって、接続部３６の数、配置が異なる場合においても、確実に湿度を検出することができる。
【００５４】
図７は、本実施形態の第３の変形例の湿度センサを構成する半導体基板の平面図である。図７に示すように第３の変形例の湿度センサ１３は、湿度センサ素子２０及びセンサ基準部２５の平面形状が異なっている。本変形例において、湿度センサ素子２０及びセンサ基準部２５は、半導体基板３０の一面３０ａの中央部から周縁近傍まで形成されており、半導体基板３０の周縁の１つの辺において隣り合う接続部３６同士の間まで延びて形成されている。このように、湿度センサ素子２０及びセンサ基準部２５を、配線領域３３に制限されずに大面積で形成することにより、湿度センサ１３の感度を向上させる、または、検出可能な湿度の分解能を向上させることができる。
【００５５】
＜第２の実施形態＞
図８は、第２の実施形態の湿度センサを構成する半導体基板の平面図である。また、図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線で切断して矢印方向から見たときの湿度センサの断面図である。図１０は、第２の実施形態における比較例の湿度センサの断面図である。なお、図９では、接続部３６等の接続構造及び接続基板４０を省略して示しているが、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、半導体基板３０と接続基板４０とが接続されている。
【００５６】
図１０に示すように、比較例の湿度センサ３１４において、湿度センサ素子３２０の第１のセンサ電極３２２は、半導体基板３３０に形成された回路素子部３３１及び配線３３２と重なる位置に形成されている。また、第２のセンサ電極３２３は、感湿膜３２１に対して第１のセンサ電極３２２とは反対側に形成されている。第２のセンサ電極３２３には、電源３５６が接続されており、第１のセンサ電極３２２には、増幅器等を有して構成される容量検出回路（図示しない）が接続される。よって、第１のセンサ電極３２２と配線３３２、または第１のセンサ電極３２２と回路素子部３３１との間に寄生容量が発生する。そして、配線３３２には回路素子部３３１等の動作のため様々な信号が伝達され、このときの配線３３２の電位の変動により寄生容量の値も変動する。第１のセンサ電極３２２と第２のセンサ電極３２３との間の静電容量を検出する際に、寄生容量が同時に検出されると、検出誤差やノイズの発生原因となり湿度を正確に検出することが困難になる。
【００５７】
また、センサ基準部３２５の第１の基準部電極３２６も、配線３３２または回路素子部３３１と重なる位置に形成されているため、寄生容量が発生する。センサ基準部３２５の寄生容量によりセンサ基準部３２５で検出される静電容量が変化すると、湿度センサ３１４の出力信号のオフセットの原因となる。
【００５８】
図９に示すように、本実施形態の湿度センサ１４において、第１のセンサ電極２２は感湿膜２１と半導体基板３０との間に形成され、第２のセンサ電極２３は、感湿膜２１に対して第１のセンサ電極２２とは反対側に形成されており、第１のセンサ電極２２に電源５６が接続されている。図９において、電源５６は模式的に示しているが、例えば、半導体基板３０の回路素子部３１により構成された電源回路に接続することができる。そして、第２のセンサ電極２３は、増幅器等を有して構成される容量検出回路（図示しない）に接続される。
【００５９】
同様に、センサ基準部２５においても、第１の基準部電極２６は、感湿膜２１と半導体基板３０との間に形成され、第２の基準部電極２７は感湿部２１を挟んで第１の基準部電極２６とは反対側に形成されている。そして、第１の基準部電極２６には電源５６が接続される。
【００６０】
また、図８に示すように、第２のセンサ電極２３と第２の基準部電極２７とは接続電極２８により接続されて、１つの共通電極として容量検出回路（図示しない）に接続される。また、第２のセンサ電極２３、第２の基準部電極２７、及び接続電極２８を覆って保護層２９が設けられている。なお、第２のセンサ電極２３と保護層２９には、感湿膜２１に湿度を導入するための開口（図示しない）が複数設けられている。
【００６１】
これによれば、図９に示すように、半導体基板３０の配線３２及び回路素子部３１と、第２のセンサ電極２３との間に第１のセンサ電極２２が配置され、電源５６から第１のセンサ電極２２に例えばパルス電圧等の駆動電圧が印加される。よって、第１のセンサ電極２２はシールドとして機能して、配線３２と第２のセンサ電極２３との間、及び回路素子部３１と第２のセンサ電極２３との間が第１のセンサ電極２２により遮蔽される。
【００６２】
したがって、第１のセンサ電極２２と第２のセンサ電極２３との間の静電容量を検出する際に、配線３２と第２のセンサ電極２３との間、及び回路素子部３１と第２のセンサ電極２３との間における寄生容量の発生を抑制できる。また、第２のセンサ電極２３に容量検出回路が接続されており、第１のセンサ電極２２には容量検出回路が接続されていないため、第１のセンサ電極２２と配線３２との間に発生する寄生容量は検出されない。よって、容量検出回路では第１のセンサ電極２２と第２のセンサ電極２３との間の静電容量が検出され、配線３２の電圧が変動した場合であっても、寄生容量によるノイズは検出されないため、出力信号の変動を抑制できる。したがって、本実施形態の湿度センサ１４によれば、寄生容量による検出誤差を抑制して、精度良く湿度を検出することができる。
【００６３】
また、第１の基準部電極２６にも電源５６から駆動電圧が印加されて、配線３２及び回路素子部３１と、第２の基準部電極２７との間が第１の基準部電極２６により遮蔽される。したがって、寄生容量が検出されることを抑制して、センサ基準部２５の静電容量として第１の基準部電極２６と第２の基準部電極２７との間の静電容量が検出される。よって、湿度センサ素子２０の静電容量とセンサ基準部２５の静電容量との差分から、湿度センサ素子２０の静電容量変化を精度良く検出することができる。
【００６４】
図８に示すように、第１のセンサ電極２２は、第２のセンサ電極２３よりも大きい平面形状を有して形成されており、第２のセンサ電極２３は第１のセンサ電極２２と重なって形成されている。第２のセンサ電極２３の全領域が第１のセンサ電極２２の外縁よりも内側に位置して形成されているため、配線３２または回路素子部３１と、第２のセンサ電極２３との間が第１のセンサ電極２２により確実に遮蔽されて、寄生容量による検出誤差を確実に抑制することができる。
【００６５】
図１１は、第２の実施形態の変形例における湿度センサの断面図である。図８に示す配線領域３３が半導体基板３０の一面３０ａのほぼ全面に形成されている場合には、図１１に示すように、接続電極２８は配線３２に重なる位置に形成される。本変形例の湿度センサ１５において、図１１に示すように、接続電極２８と半導体基板３０との間にシールド５１が形成されている。シールド５１は、保護層３４を介して配線３２と重なる位置に形成されており、また、シールド５１と接続電極２８との間には、感湿膜２１が形成されている。そして、シールド５１には電源５６が接続されて、第１のセンサ電極２２と同様に駆動電圧が印加される（図示しない）。なお、シールド５１と第１のセンサ電極２２とは、同一の層に形成されているため、同一の工程で形成することができる。
【００６６】
これにより、接続電極２８と配線３２との間がシールド５１によって遮蔽されるため、接続電極２８と配線３２との間に発生する寄生容量が、湿度センサ素子２０の静電容量またはセンサ基準部２５の静電容量とともに検出されることを抑制できる。したがって、接続電極２８と配線３２との間の寄生容量による検出誤差を確実に抑制することができる。
【００６７】
＜第３の実施形態＞
図１２は、第３の実施形態の湿度センサの断面図である。本実施形態の湿度センサ１６は、湿度センサ素子２０と半導体基板３０との間にシールド５２が形成されている。図１２に示すように、シールド５２は、半導体基板３０の回路素子部３２及び配線３１と重なる位置に保護層３４を介して形成されており、シールド５２を覆う保護層５４がさらに形成されている。この保護層５４に湿度センサ素子２０とセンサ基準部２５とが形成されている。シールド５２は、第１のセンサ電極２２と重なる位置から、センサ基準部２５と半導体基板３０との間まで延びて、湿度センサ素子２０とセンサ基準部２５との合計の平面形状よりも大きい平面形状を有して形成される。そして、シールド５２に電源５６が接続されて駆動電圧が印加される。
【００６８】
本実施形態において、配線３２または回路素子部３１と、第１のセンサ電極２２との間がシールド５２により遮蔽されるため、配線３２と第１のセンサ電極２２との間の寄生容量及び回路素子部３１と第１のセンサ電極２２との間の寄生容量が生じない。よって、第１のセンサ電極２２と第２のセンサ電極２３との間の静電容量を検出する際に、寄生容量が検出されることを抑制できる。したがって、本実施形態の湿度センサ１６によれば、寄生容量による検出誤差を抑制して、精度良く湿度を検出することができる。
【００６９】
本実施形態の湿度センサ１６において、シールド５２を形成することにより、湿度センサ素子２０及びセンサ基準部２５の構成に係わらず、寄生容量による検出誤差を抑制することができる。図１２に示すように、第２のセンサ電極２３と第２の基準部電極２７とを分離して形成し、それぞれに電源５６を接続して駆動電圧を印加してもよい。この場合、第１のセンサ電極２２と第１の基準部電極２６とが接続電極２８により接続されて、１つの共通電極として容量検出回路（図示しない）に接続される。
【００７０】
なお、第２のセンサ電極２３に駆動電圧を印加する場合、第１のセンサ電極２２とシールド５２との間にも静電容量が形成され、この静電容量が、第１のセンサ電極２２と第２のセンサ電極２３との間の静電容量に付加されて検出される。この際、第１の基準部電極２６とシールド５２との間にも同様に静電容量が形成され、湿度センサ素子２０の静電容量の増加分とセンサ基準部２５の静電容量の増加分とがキャンセルされるため、検出誤差は抑制される。また、本実施形態において、シールド５２には、第２のセンサ電極２３と共通の電源５６が接続されているが、これに限定されない。例えば、シールド５２をＧＮＤに接続して接地した場合や、シールド５２を電源５６やＧＮＤ等に接続しない場合であっても、シールド効果は得られる。
【００７１】
＜第４の実施形態＞
図１３は、第４の実施形態の湿度センサを構成する半導体基板の平面図である。また、図１４は、図４のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの湿度センサの断面図である。
【００７２】
第１〜第３の実施形態の湿度センサ１０〜１６では、いわゆる平行平板型の湿度センサ素子２０が用いられていたが、これに限定されない。図１３に示すように、本実施形態の湿度センサ１７において、湿度センサ素子６０は、互いに櫛歯状に形成された第１のセンサ電極６２と第２のセンサ電極６３とを有して構成される。図１３に示すように、第１のセンサ電極６２と第２のセンサ電極６３とは、櫛歯が互いに対向して同一面状に形成される。これにより、第１のセンサ電極６２と第２のセンサ電極６３との対向面積を大きくして静電容量を向上させることができる。また、図１４に示すように、第１のセンサ電極６２と第２のセンサ電極６３とを覆って感湿膜６１が形成される。
【００７３】
図１３及び図１４に示すように、センサ基準部６５についても湿度センサ素子６０と同じ構成であり、櫛歯状の第１の基準部電極６６と第２の基準部電極６７とが互いに対向して形成されている。
【００７４】
本実施形態の湿度センサ１７において、図１４に示すように、湿度センサ素子６０が保護層３４を介して半導体基板３０の一面３０ａに設けられており、回路素子部３１または配線３２と重複する位置に湿度センサ素子６０が形成されている。よって、回路素子部３１または配線３２によって制限されることなく湿度センサ素子６０を形成することができるため、湿度センサ素子６０の面積や配置の自由度を確保することが可能である。
【００７５】
また、第３の実施形態と同様に湿度センサ素子６０と半導体基板３０との間にシールド５２が設けられており、シールド５２には電源（図示しない）から駆動電圧が印加される。よって、回路素子部３１及び配線３２と、第１のセンサ電極６２との間がシールド５２によって遮蔽され、また、回路素子部３１及び配線３２と、第２のセンサ電極６３との間がシールド５２によって遮蔽される。したがって、本実施形態の湿度センサ１７においても、寄生容量による検出誤差を抑制して、精度良く湿度を検出することができる。
【００７６】
＜第５の実施形態＞
図１５は、第５の実施形態の湿度センサの側面図である。本実施形態の湿度センサ１８は、半導体基板３０が接続基板４０（図１５には図示しない）と接続されておらず、半導体基板３０が外部基板５０に接続されている。なお、半導体基板３０に形成された湿度センサ素子２０、回路素子部３１（図１５には図示しない）、配線３２（図１５には図示しない）、接続部３６等の構成は、図１から図７に示す第１の実施形態の湿度センサ１０〜１３と同様である。本実施形態においても、図１５に示すように、半導体基板３０と外部基板５０との間において接続部３６同士の間に開口部３９が形成されており、開口部３９から外部の湿度を導入して湿度センサ素子２０により湿度の変化を検出できる。
【００７７】
このような態様であっても、湿度センサ素子２０が半導体基板３０の一面３０ａに形成されているため、回路素子部３１が形成された半導体基板３０とは異なる別基板に形成された湿度センサ素子を、半導体基板３０と隣り合ってパッケージ基板に設置するよりも、平面視における湿度センサ１０全体の大きさを小型化することができる。さらに、接続基板４０を設けることなく、半導体基板３０が外部基板５０に直接接続されるため、湿度センサ１８の低背化が可能である。
【００７８】
また、湿度センサ素子２０が接続部３６と同じ面に形成されているため、半導体基板３０を外部基板５０にフリップチップ実装することで、湿度センサ素子２０と対向して外部基板５０が配置される。これにより、湿度センサ素子２０にゴミや異物が付着することが抑制される。
【符号の説明】
【００７９】
１０〜１８  湿度センサ
２０、６０  湿度センサ素子
２１、６１  感湿膜
２２、６２  第１のセンサ電極
２３、６３  第２のセンサ電極
２５、６５  センサ基準部
２６、６６  第１の基準部電極
２７、６７  第２の基準部電極
２８  接続電極
３０  半導体基板
３０ａ  半導体基板の一面
３１  回路素子部
３２  配線
３３  配線領域
３４  保護層
３５  端子
３６  接続部
３９  開口部
４０  接続基板
４１  上部パッド部（第１のパッド部）
４２  貫通電極
４３  下部パッド部（第２のパッド部）
５１、５２  シールド
５３、５４  保護層
５６  電源
【図１】
2017067445.tif 000003
【図２】
2017067445.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017067445.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2017067445.tif 000009
【図８】
2017067445.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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