(57)【要約】下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極が順次積層されるとともに、上記上部電極にリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、上記上部電極と上記リード線の接続部分の面積は、２．５ｍｍ２以下、上記上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合することを特徴とするものである。
2003021246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極が順次積層されるとともに、上記上部電極にリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、
上記上部電極と上記リード線の接続部分の面積は、２．５ｍｍ２以下、上記上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合することを特徴とする容量性感湿素子。
【請求項２】
下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極、有機高分子樹脂からなる保護膜が順次積層されるとともに、前記保護膜に形成された窓穴を介して上記上部電極にリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、
上記窓穴の面積は、２．５ｍｍ２以下、上記上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合することを特徴とする容量性感湿素子。
【請求項３】
下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極が順次積層されると共に、前記上部電極にリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、
上記リード線が全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属からなることを特徴とする容量性感湿素子。
【請求項４】
下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極、有機高分子樹脂からなる保護膜が順次積層されると共に、前記保護膜に形成された窓穴を介してリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、
上記リード線が全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属からなることを特徴とする容量性感湿素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかに記載の容量性感湿素子において、
上記リード線は導電性接着剤を用いて上記上部電極と接続されることを特徴とする容量性感湿素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れかに記載の容量性感湿素子において、
上記リード線は耐食性を有する金属又は耐食性を付与する鍍金を施した金属からなることを特徴とする容量性感湿素子。
【請求項７】
請求項３又は請求項４記載の容量性感湿素子において、
上記リード線は上部電極に接続される側の幅より他端の幅の方が広くなっていることを特徴とする容量性感湿素子。
【請求項８】
請求項１又は請求項２記載の容量性感湿素子において、
上記上部電極から金線、金メッキ線又は金合金線を用いてワイヤーボンディングによりリード線の取り出しを行なうことを特徴とする容量性感湿素子。
【請求項９】
下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極を順次積層する工程と、上記上部電極にリード線を電気的に接続する工程と、を具備してなる容量性感湿素子の製造方法において、
複数個のリード線が予め櫛歯状に連接されているリードフレームを用意し、該リードフレームの任意のリード線を所定位置にセットして上部電極に電気的に接続するようにしたことを特徴とする容量性感湿素子の製造方法。
【請求項１０】
下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極、有機高分子樹脂からなる保護膜を順次積層する工程と、上記保護膜に形成された窓穴を介して上部電極にリード線を電気的に接続する工程と、を具備してなる容量性感湿素子の製造方法において、
複数個のリード線が予め櫛歯状に連接されているリードフレームを用意し、該リードフレームの任意のリード線を所定位置にセットして上部電極に電気的に接続するようにしたことを特徴とする容量性感湿素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、有機高分子膜の静電容量値の変化により、雰囲気中の相対湿度を検知する容量性感湿素子と該容量性感湿素子の製造方法に係り、特に、優れた感湿特性を長期間安定して得ることができるとともに、低コスト化が可能になるように電極とリード線の接続部分の構造を工夫したものに関すると共に、そのような容量性感湿素子を容易に製造することができるものに関する。
背景技術
容量性感湿素子は二つの電極間に感湿材を配置した構成をなしている。そして、上記感湿材の薄膜中に雰囲気中の水分が吸着され、その吸着された水分量によって誘電率が変化する。この誘電率の変化によって容量値が変化することを利用して雰囲気中の相対湿度を検知するものである。この種の容量性感湿素子は、湿度の変化に対する応答速度が速く、特に低湿度での測定精度が高いために、一般の空調用、産業用、計測用、気象観測用として幅広く使用されている。
上記容量性感湿素子の感湿材としては、例えば、有機高分子膜や金属酸化物膜等が挙げられる。この内有機高分子膜は温度依存性やヒステリシスが小さく、又、常温付近で信頼性が高いという特徴があり、一般的に多く用いられている。
又、有機高分子膜の中では、例えば、ポリイミド樹脂製の有機高分子膜がある。このポリイミド樹脂製の有機高分子膜の場合には、誘電率約３．０、吸水率１〜３％、体積抵抗率１０１６〜１０１７Ωｃｍと、容量性感湿素子の感湿材として優れた物性値を持つとともに、耐熱性、耐薬品性など耐環境性が非常に優れているため信頼性も高い。
この種のポリイミド樹脂を感湿材として使用した容量性感湿素子としては、例えば、特公平８−２３５４２号公報に開示されたものがある。この容量性感湿素子は、裏面にオーミック電極が形成されたシリコン単結晶基板上に、ポリイミド樹脂からなる感湿膜、上部薄膜電極、ポリイミド樹脂からなる保護膜が順次積層された構成になっており、対向電極間における感湿膜の容量値の変化を湿度の変化として検出するものである。
そこで、第１１図及び第１２図を参照して従来の容量性感湿素子の構成をその製造過程を交えながら説明する。第１１図は、この容量性感湿素子の構成を示す平面図であり、第１２図は第１１図のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。
まず、シリコン単結晶基板１０１があり、このシリコン単結晶基板１０１の裏面には金等からなる下部電極１０３が形成されている。又、上記シリコン単結晶基板１０１の表面には、ポリイミド樹脂からなる感湿膜１０５が約１．０μｍの厚さで形成されている。又、この感湿膜１０５の上には金等からなり水分子が容易に透過できる程度の厚さの上部電極１０７が形成されている。この上部電極１０７の総面積は１３．３５ｍｍ２である。
上記上部電極１０７の上には窓穴１２１を備えた保護膜１２３が形成されている。この保護膜１２３は、まず、感光性のポリイミド樹脂を上記上部電極１０７の上に塗布し、プリベーク、露光、現像、ポストベークを経て形成されるものである。又、上記窓穴１２１は、上部電極１０７からのリード線１２７の取り出しを行なうためのものであり、その面積は２．９ｍｍ２であって上部電極１０７の総面積の２１．７％に相当する。
そして、上記シリコン単結晶基板１０１の裏面に形成された下部電極１０３にステンレス板からなるリード線１２５を導電性接着剤によって接続すると共に、保護膜１２３に設けられた窓穴１２１を介して上部電極１０７にφ０．０８ｍｍの銀メッキ軟銅線からなるリード線１２７を導電性接着剤で接続して容量性感湿素子を得るものである。
上記のように構成された容量性感湿素子は、湿度に対する容量値の変化が比較的大きく、且つ高温高湿度雰囲気中に放置したときの経時変化が小さいなど、実用上充分な感湿特性を示すものである。
しかしながら、上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、従来の容量性感湿素子は、上部電極１０７からのリード線１２７の取り出しにおいて、感湿部分からの取り出しを余儀なくされるため、上部電極１０７とリード線１２７の接続部分の状態が容量性感湿素子の感湿特性に影響を及ぼしてしまう場合があった。つまり、上部電極１０７は、水分子透過性を有した非常に薄い薄膜で形成されているが、この膜にリード線１２７を接続するためには、導電性接着剤等の何らかの接着層を介して接続処理を行なわなければならない。その際、リード線１２７の接続強度を保護するために、ある程度の厚さを有した接着層を設けることが望ましいのであるが、そのような厚みのある接着層を設けると水分子の透過が阻害されてしまい、これによって感湿特性（感湿感度）が低下したり、ヒステリシスが増加してしまう場合があった。
又、感湿素子の信頼性能においても、特に高温・高湿の雰囲気など非常に厳しい環境下に長時間（１０００時間以上）放置されると、接着層の内部に水分子が徐々に侵入して離脱し難くなり、低湿雰囲気に戻しても容易に初期状態に復帰しないという問題が発生してしまう。
又、この接着層は、水分子の透過を阻害するばかりか、急激な温度ストレスや湿度ストレスなどによって構成材料が膨張、収縮を繰り返すことから、接着部分に応力が生じてクラックが発生してしまう恐れがあった。
又、上部電極１０７とリード線１２７の接続部分が感湿膜１０５上に存在していることから、上部電極１０７からのリード線１２７の取り出し工程においても、非常に注意深い作業を行わないと、接続部分の下に形成された感湿膜１０５が傷付いてしまい、歩留まりが著しく悪化してしまうという問題もあった。
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、優れた感湿特性を長期間安定して得ることが可能な容量性感湿素子を提供することにあると共に、そのような容量性感湿素子を低コストで提供できる製造方法を提供することにある。
発明の開示
上記目的を達成するべく、本発明の請求項１による容量性感湿素子は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極が順次積層されるとともに、上記上部電極にリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、上記上部電極と上記リード線の接続部分の面積は、２．５ｍｍ２以下、上記上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合することを特徴とするものである。
又、請求項２による容量性感湿素子は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極、有機高分子樹脂からなる保護膜が順次積層されるとともに、前記保護膜に形成された窓穴を介して上記上部電極にリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、上記窓穴の面積は、２．５ｍｍ２以下、上記上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合することを特徴とするものである。
又、請求項３による容量性感湿素子は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極が順次積層されると共に、前記上部電極にリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、上記リード線が全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属からなることを特徴とするものである。
又、請求項４による容量性感湿素子は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極、有機高分子樹脂からなる保護膜が順次積層されると共に、前記保護膜に形成された窓穴を介してリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、上記リード線が全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属からなることを特徴とするものである。
又、請求項５による容量性感湿素子は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の容量性感湿素子において、上記リード線は導電性接着剤を用いて上記上部電極と接続されることを特徴とするものである。
又、請求項６による容量性感湿素子は、請求項１〜請求項５の何れかに記載の容量性感湿素子において、上記リード線は耐食性を有する金属又は耐食性を付与する鍍金を施した金属からなることを特徴とするものである。
又、請求項７による容量性感湿素子は、請求項３又は請求項４記載の容量性感湿素子において、上記リード線は上部電極に接続される側の幅より他端の幅の方が広くなっていることを特徴とするものである。
又、請求項８による容量性感湿素子は、請求項１又は請求項２記載の容量性感湿素子において、上記上部電極から金線、金メッキ線又は金合金線を用いてワイヤーボンディングによりリード線の取り出しを行なうことを特徴とするものである。
又、請求項９による容量性感湿素子の製造方法は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極を順次積層する工程と、上記上部電極にリード線を電気的に接続する工程と、を具備してなる容量性感湿素子の製造方法において、複数個のリード線が予め櫛歯状に連接されているリードフレームを用意し、該リードフレームの任意のリード線を所定位置にセットして上部電極に電気的に接続するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項１０による容量性感湿素子の製造方法は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極、有機高分子樹脂からなる保護膜を順次積層する工程と、上記保護膜に形成された窓穴を介して上部電極にリード線を電気的に接続する工程と、を具備してなる容量性感湿素子の製造方法において、複数個のリード線が予め櫛歯状に連接されているリードフレームを用意し、該リードフレームの任意のリード線を所定位置にセットして上部電極に電気的に接続するようにしたことを特徴とするものである。
すなわち、本発明の請求項１による容量性感湿素子においては、上部電極とリード線の接続部分の面積を２．５ｍｍ２以下、上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合させることを必須要件としているので、水分子の透過を阻害する要因を最小限に抑えることができる。従って、従来の容量性感湿素子を抱えていた問題点、つまり、感湿感度が低下したり、ヒステリシスが増加してしまうという問題や、高温高湿の雰囲気に長時間放置した後、低湿雰囲気に戻しても容易に初期状態に復帰しないという問題を解決することができるとともに、上部電極とリード線の接続部分に発生するクラックを防止することもできる。
尚、上部電極とリード線の接続部分の面積は２．５ｍｍ２以下であるが、その中でも、特に、１．０ｍｍ２以下が好ましく、又、上部電極の総面積の１０％以下の中でも、特に、３％以下が好ましい。
但し、効果の程度を別にすればそれらの数値に限定されるものではない。
又、本発明の請求項２による容量性感湿素子においては、容量性感湿素子が保護膜を備えた構造であるが、保護膜に形成される窓穴の面積を、２．５ｍｍ２以下、上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合させることを必須要件としているので、上述したように、リード線の取り出しを行なうための窓穴をパターニングにより形成することが可能となるため、上記電極とリード線の接続部分の面積をより一層均一化することができる。又、この際、保護膜を構成する有機高分子樹脂として、感光性ポリイミド樹脂を使用した場合には、フォトリソグラフィーによるパターニングによって窓穴を形成することができるため、小さな面積の窓穴を容易に形成することができる。又、導電性接着剤を用いて上記電極とリード線とを接続する場合、例えば、導電性接着剤の塗布量を制御して両者の接触面積を小さく均一にすることは非常に困難であるが、上記方法で保護膜に小さな窓穴を均一に形成することにより、窓穴を覆うように導電性接着剤を塗布すれば常に一定の接触面積を得ることが可能となる。
この場合においても、上部電極とリード線の接続部分の面積は２．５ｍｍ２以下であるが、その中でも、特に、１．０ｍｍ２以下が好ましく、又、上部電極の総面積の１０％以下の中でも、特に、３％以下が好ましい。
但し、効果の程度を別にすればそれらの数値に限定されるものではない。
又、請求項３による容量性感湿素子の場合には、リード線を全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属から構成しているので、リード線自体の形状安定性が向上し、それによって、上部電極に接続する際の位置決めを始めとする接続作業が容易になった。そして、位置決めを始めとする接続作業が容易になったことにより、上部電極における接続部の面積を小さくすることが可能になり、それによって、感湿特性を向上させることができるようになった。
又、請求項４による容量性感湿素子の場合も同様であり、リード線を全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属から構成しているので、リード線自体の形状安定性が向上し、それによって、上部電極に接続する際の位置決めを始めとする接続作業が容易になった。そして、位置決めを始めとする接続作業が容易になったことにより、上部電極における接続部の面積を小さくすることが可能になり、それによって、感湿特性を向上させることができるようになった。
又、リード線を上部電極に接続する場合には、例えば、導電性接着剤を用いて接続することが考えられる。
又、リード線を耐食性を有する金属又は耐食性を付与する鍍金を施した金属から構成することが考えられる。
又、請求項７による容量性感湿素子は、リード線を全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属から構成する場合おいて、リード線の上部電極に接続される側の幅より他端の幅の方を広く構成することが考えられ、それによって、形状安定性をさらに高めて位置決め作業を始めとする接続作業の容易化を促進させることができると共に、接続部の面積をさらに縮小することを可能にして、感湿特性をさらに高めることができるものである。
又、上部電極から金線、金メッキ線又は金合金線を用いてワイヤーボンディングによりリード線の取り出しを行なうことも考えられる。
本願発明による容量性感湿素子の製造方法は、まず、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極を順次積層し、次いで上部電極にリード線を電気的に接続するものであるが、その際、複数個のリード線が予め櫛歯状に連接されているリードフレームを用意し、該リードフレームの任意のリード線を所定位置にセットして上部電極に電気的に接続するようにしたものである。このようなリードフレームを使用することによりリード線の位置決め、接続作業をさらに容易且つ正確なものとすることができる。
又、これは、有機高分子樹脂からなる保護膜を有する容量性感湿素子の場合も同様である。
又、本願発明における導電性基板は、ステンレス等の金属やシリコン等の半導体など、非絶縁性の材料であれば何でも良い。
又、導電性基板の裏面に形成される下部電極は、導電性基板として金属を用いる場合には特に必要無いが、シリコン単結晶基板を用いる場合には、シリコン単結晶と接合してオーミックが形成されるものであれば何でも良い。
又、導電性基板の表面に形成される有機高分子樹脂からなる感湿膜は、スピンコート法、ディッピング法、ＬＢ法、蒸着重合法などによって形成が可能であり、形成後は、所定の熱処理を行なって硬化させる。有機高分子樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、セルロースアセテートブチレート、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテルイミド樹脂などを用いることが可能である。
又、感湿膜上に形成される上記電極は、水分子が容易に感湿膜の内部に透過するような構造に形成されたものであれば何でも良い。例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ等の中から少なくとも一層からなる金属層を真空蒸着法、スパッタリング法などによって形成したものなどが挙げられる。
又、上部電極の上面には、該上部電極を機械的及び化学的に保護することを目的として、有機高分子樹脂からなる保護膜を形成する場合があるが、この種の有機高分子樹脂としては、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、アセチルセルロース、セルロースアセテートブチレート、ポリアミド樹脂などが挙げられる。これらの中でも、特に感光性のポリイミド樹脂は、感湿膜との接着性も良好であり、上部電極からリード線の取り出しを行なうための窓穴をパターニングにより簡単に形成することができるため、特に好ましい。
ここで、上記した各構成要件については、特公平６−１０５２３５号公報、特許第３０７８５８７号、特許第２９２５３４７号、特公平８−２３５４２号公報などに詳細に記載されているので、それらを適用しても良い。
上部電極に接続されるリード線は、導電性のものであれば何でも良いが、太く硬い材料では作業工程時の位置決め作業は容易となるが、接続部分下に形成された感湿膜に傷が付きやすく歩留まりが低下するという問題が発生する。又、細く柔軟な材料は接続部分下の感湿膜に傷が付きにくいものの、作業工程時においてリード線形状を維持しにくく作業性が著しく悪化してしまうという問題が発生する。これらを考慮して本発明では、全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属を用いてリード線を構成したものである。特に全体を箔形状としたリード線においては作業工程時における位置決め、形状安定性などが良好な上、製造コストが低く、更に接続部分に加わる機械的ストレスを緩和する効果があり歩留まりの低下を回避することが可能となる。リード線の材質は、一般的なリードフレームに用いられる銅、黄銅、洋白、リン青銅、ベリリウム銅などの銅合金が代表的な材料として使用できる。又、耐食性を考慮したものとして、金、白金、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル合金などの耐食性を有する金属も使用可能である。リード線の耐食性は、特にセンサの高温高湿雰囲気における信頼性の面で非常に重要である。特に直流成分が存在する駆動条件においてはリード線と上部電極の接点部分において腐食が進行することがある。従って、リード線の材質としては、耐食性を有する金属または、耐食性を付与する鍍金を施した金属を用いることが望ましい。例えばリン青銅などの銅合金をリード線に用いる場合はその表面にニッケル、クロム、銀、金、白金などの耐食性を付与する鍍金を少なくとも一層以上施すことによって高温高湿雰囲気におけるセンサの寿命を著しく伸ばす効果が得られる。
上部電極とリード線を接続するための導電性接着剤としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などに、銀やカーボンをフィラーとして含有させたものなどが使用可能である。
上部電極とリード線を接続する際の別の態様として次のような方法も考えられる。つまり、感湿膜上の上部電極の一部にパッドを接着層として形成し、そこから金線、金メッキ線又は金合金線を用いてワイヤーボンディングする。ワイヤーボンディングは、半導体の分野では一般的な技術であり、量産工法としては、非常に優れた方法である。しかし、容量性感湿素子の上部電極は、水分子の透過を必要条件として非常に薄く形成されているため、そのままではワイヤーボンディングが不可能である。このため、前記パッドを上記電極の一部に形成し、パッド部分を介してボンディングされる。パッドは、金線、金メッキ線又は金合金線のボンディングが可能な構成であれば何でも良い。ワイヤーボンディングは、半導体分野で実績がある通り、大量生産に応用が可能であり、その結果、製造コストを低減することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
以下、第１図及び第２図を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。第１図は、本実施の形態による容量性感湿素子の構成を示す平面図である。第２図は第１図のＩＩ−ＩＩ断面図である。
尚、構成の説明に際してはその製造過程を交えながら説明する。
まず、表面が鏡面研磨された抵抗率０．０１５Ω以下のｎ型シリコン単結晶基板１があり、このシリコン単結晶基板１の裏面全面に下部電極３を真空蒸着法によって形成する。次に、上記シリコン単結晶基板１の表面の自然酸化膜をふっ酸によってエッチングし、表面全面にポリイミド感湿膜５を約１．０μｍの厚さにて形成する。このポリイミド感湿膜５は、オーブンやホットプレートなどによって約３００〜４００℃にて焼成される。次に、上記ポリイミド感湿膜５上にメタルマスクを被せて真空蒸着法によって、金の上部電極７を、厚さ約２００Ａ〔オングストローム〕、面積が１３．３５ｍｍ２にて形成する。
次に、感光性ポリイミド樹脂を上部電極７の上に塗布して、プリベーク、露光、現像、ポストベークを経て、上部電極７からのリード線取り出しを行なうための窓穴９を面積０．４９ｍｍ２（上部電極７の総面積の３．７％に相当）となるように設けた保護膜１１を形成する。この保護膜１１の厚さは約０．３μｍである。最後に、シリコン単結晶基板１の裏面に形成された下部電極３にステンレス板からなるリード線１３を導電性接着剤によって接着すると共に、保護膜１１に設けられた窓穴９を介して上部電極７にφ０．０８ｍｍの銀メッキ軟銅線からなるリード線１５を導電性接着剤で接続して容量性感湿素子を完成させた。
次に、図３乃至図７を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。第３図はこの実施の形態による容量性感湿素子の構成を示す平面図であり、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ断面図であり、第５図は第４図のＶ部を拡大して示した断面図である。
この場合もその構成を説明するに際して製造過程を交えながら説明する。
まず、第５図に示すように、表面が鏡面研磨された抵抗率０．０１５Ω以下のｎ型シリコン単結晶基板３１があり、このシリコン単結晶板３１の裏面全面に下部電極３３を真空蒸着法によって形成する。次に、シリコン単結晶基板３１の表面の自然酸化膜をふっ酸によってエッチングした後、表面全面にポリイミド感湿膜３５を約１．０μｍの厚さに形成する。このポリイミド感湿膜３５は、オーブンやホットプレートなどによって約３００〜４００℃にて焼成される。続いて、ポリイミド感湿膜３５上にメタルマスクを被せて真空蒸着法により金の上部電極３７を、厚さが約２００Ａ〔オングストローム〕、面積が８．４１ｍｍ２になるように形成する。次に、感光性ポリイミド樹脂を上部電極３７の上に塗布し、プリベーク、露光、現像、ポストベークを経て、上部電極３７からのリード線取り出しを行なうための窓穴３９を面積が０．１２６ｍｍ２（上部電極３７の総面積の１．５％に相当）となるように設けた保護膜４１を形成した。この保護膜４１の厚さは約０．３μｍである。
次に、第３図及び第４図に示すように、半導体のパッケージなどに良く利用されるＴＯ−５やＴＯ−３９等のキャンタイプパッケージ４３を利用して厚さ０．０３ｍｍのリン青銅箔からなるリード線４５をベースから絶縁されたインナーリード４７に溶接する。
尚、利用可能なパッケージは上記のものに限定されるものではなく、例えば、水晶振動子用やその他オリジナルなパッケージを用いても良いことは明らかである。
続いて、スクライバー等で分割した素子チップをパッケージ４３のベースにダイボンディングして固定する。次に、ニッケル鍍金を施し櫛歯状に連結されたリン青銅箔からなるリード線４５を先端が上部電極３７の窓穴３９上に位置するよう位置決めし、他端部分をパッケージのインナーリード４７に接続する。リード線４５とインナーリード４７の接続手段は電気的な接続が得られればどんな方法を用いても良いが、良好な作業性が得られる方法としてスポット溶接などが挙げられる。リード線４５はインナーリード４７に接続固定された後連結部分から切断し分離される。最後に、リン青銅箔からなるリード線４５と上部電極３７の接点に窓穴３９を介して導電性接着剤４９を塗布、硬化して素子を完成させた。
ここで、上記リン青銅箔からなるリード線４５について詳しく説明する。上記リード線４５は、第６図に示すように、予め櫛歯状に連接されている。すなわち、連結部５１を介して複数個のリード線４５が所定のピッチで連接されたリードフレーム５３になっている。又、上記リード線４５は、第７図に拡大して示すように、先端部５５が基端部５７に比べて幅狭に形成されている。
このようなリード線４５を使用する背景を説明する。例えば、前記第１の実施の形態の場合には、リード線１５として銀メッキ軟銅線を使用している。この種の銀メッキ軟銅線は柔軟な材質であるので、接続作業時に感湿膜を傷付け難く、よって、ピンホールに起因した不良品の発生を抑えることができるという利点がある。反面、その横断面形状が円形であって、且つ、細線であるために形状安定性に欠けるという欠点がある。そして、形状安定性に欠けるために接続時における位置決めが困難である等接続作業が煩雑になってしまう。又、上部電極側の接続部の面積も大きくする必要があり、それに起因して、感湿特性が低下したり、製造コストが上昇してしまうことになる。
この第２の実施の形態の場合には、このような技術的背景に基づいているものであり、上記リン青銅製であって箔状のリード線４５を使用することにより形状安定性を向上させ、それによって、位置決め作業を始めとする接続作業を容易化せんとするものである。又、連結部５１を介して複数個のリード線４５が所定のピッチで櫛歯状に連接されたリードフレーム５３を使用することによっても、位置決め作業を始めとする接続作業を容易化せんとするものである。又、この種のリードフレーム形状とすることにより、例えば、金属箔にプレス加工やエッチング加工を施すことにより、任意の形状のリード線を連ねたリードフレームを容易に製造することができ、コストの低減を図ることができる。
次に、第８図乃至第１０図を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。第８図は本実施の形態による容量性感湿素子の構成を示す平面図であり、第９図は第８図のＩＸ−ＩＸ断面図であり、第１０図は第９図のＸ部を拡大して示した図である。
尚、保護膜４１を形成するまでの工程は前記第２の実施の形態の場合と同一であるので、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
この第３の実施の形態において特徴的な構成は保護膜４１を形成した後である。すなわち、第１０図に拡大して示すように、保護膜４１を形成した後メタルマスクを被せて保護膜４１の窓穴３９を覆うように真空蒸着法によりパッド６１を形成する。次に、第８図及び第９図に示すように、スクライバー等で分割した素子チップをパッケージ４３のベースにダイボンディングして固定する。最後に、太さ０．０２５ｍｍの金線６３を超音波ボンダーによってパッド６１とインナーリード４７間に配置して接続する。
ここで、既に説明した第１の実施の形態、第２の実施の形態による容量性感湿素子の実施品である「実施例１」と「実施例２」の容量性感湿素子の感湿特性を、「比較例１」と対比しながら評価してみる。そこで、静電容量値、容量変化率、ヒステリシス特性、及び４０℃、９０％ＲＨ雰囲気に１０００時間放置したときの経時特性、のそれぞれについて試験を実施してみた。試料数は各々１０個とし、それらの測定値の平均値を評価値とした。試験内容の詳細は以下の通りである。その結果を第１３図に示す。
因みに、ここでいう比較例１とは、従来例の説明で説明した容量性感湿素子、すなわち、第１１図及び第１２図に示した容量性感湿素子である。
静電容量値，容量変化率
温度２５℃における相対湿度４０％ＲＨ、及び９０％ＲＨのときの静電容量値をＬＣＲメータで、測定電圧１Ｖ、測定周波数２０ｋＨｚの条件により測定した。そして、それらの測定値を基に容量変化率を求めた。
ヒステリシス測定
２５℃における０〜９０％ＲＨの領域において、加湿時の特性と除湿時の特性を連続してＬＣＲメーターにて測定し、６０％ＲＨの時における除湿時の静電容量値と加湿時の静電容量値との差を相対湿度換算して示した。
経時特性
２５℃、６０％ＲＨ雰囲気中で素子の静電容量値をＬＣＲメーターで測定した後、４０℃、９０％ＲＨの雰囲気中に１０００時間放置し、その変化量を相対湿度換算して示した。
第１３図に示すように、比較例１は、実用上は問題無いレベルの感湿特性を示しているものの、実施例１及び実施例２と比較すると、全く同じ感湿材料を使用しているにもかかわらず、容量変化率が小さく、ヒステリシス特性及び４０℃、９０％ＲＨの雰囲気に放置したときの経時特性が大きいことが判る。これに対して、実施例１及び実施例２は、容量変化率も大きく、ヒステリシス特性及び４０℃、９０％ＲＨの雰囲気に放置したときの経時特性が小さく安定していることが判る。特に、保護膜に設けられた窓穴の面積が、上部電極の総面積の３％以下（１．５％）である第２の実施の形態は、より優れた感湿特性を示していることが判る。
以上詳述したように本発明によれば、上部電極とリード線の接続部分の面積を２．５ｍｍ２以下、上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合させるか、又、保護膜を備えた構造である場合には、保護膜に形成される窓穴の面積を、２．５ｍｍ２以下、上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合させることにより、優れた感湿特性を長期間安定して得ることが可能な容量性感湿素子を提供することができる。
又、リード線を全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属から構成した場合には、リード線自体の形状安定性が向上し、それによって、上部電極に接続する際の位置決めを始めとする接続作業が容易になった。そして、位置決めを始めとする接続作業が容易になったことにより、上部電極における接続部の面積を小さくすることが可能になり、それによって、感湿特性を向上させることができるようになった。
又、リード線を全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属から構成する場合おいて、リード線の上部電極に接続される側の幅より他端の幅の方を広く構成することが考えられ、それによって、形状安定性をさらに高めて位置決め作業を始めとする接続作業の容易化を促進させることができる。又、接続部の面積をさらに縮小させることができるので、それによって、感湿特性をさらに向上させることができるようになった。
又、上部電極から金線、金メッキ線又は金合金線を用いてワイヤーボンディングによりリード線の取り出しを行なうことも考えられ、その場合には、作業性を損なわずに歩留まりを改善することができるので、コストを大幅に低減させることができる。
又、本願発明による容量性感湿素子の製造方法によれば、所望の構成の容量性感湿素子を容易に製造することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明は、有機高分子膜の静電容量値の変化により雰囲気の相対湿度を検知する容量性感湿素子に係り、特に、優れた感湿特性を長期間安定して得ることができるとともに、低コスト化が可能になるように上記電極とリード線の接続部分の構造を工夫したものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施の形態を示す図で、容量性感湿素子の構成を示す平面図である。
第２図は本発明の第１の実施の形態を示す図で、第１図のＩＩ−ＩＩ断面図である。
第３図は本発明の第２の実施の形態を示す図で、容量性感湿素子の構成を示す平面図である。
第４図は本発明の第２の実施の形態を示す図で、第３図のＩＶ−ＩＶ断面図である。
第５図は本発明の第２の実施の形態を示す図で、第４図のＶ部を拡大して示す断面図である。
第６図は本発明の第２の実施の形態を示す図で、リード線を櫛歯状に供えたリードフレームの一部を示す平面図である。
第７図は本発明の第２の実施の形態を示す図で、第６図のＶＩＩ部を拡大して示す図である。
第８図は本発明の第３の実施の形態を示す図で、容量性感湿素子の構成を示す平面図である。
第９図は本発明の第３の実施の形態を示す図で、第８図のＩＸ−ＩＸ断面図である。
第１０図は本発明の第３の実施の形態を示す図で、第９図のＸ部を拡大して示す断面図である。
第１１図は従来例を示す図で、容量性感湿素子の構成を示す平面図である。
第１２図は従来例を示す図で、第１１図のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。
第１３図は本願発明の効果を従来例との比較で説明するための図表である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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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【国際調査報告】
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