JPH02140653A - 湿度検知素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は静電容量値の変化により雲囲気の相対湿度を
検知する湿度検出素子に関するものである。

（従来の技術） 静電容量型の感湿素子は、感湿材中に吸着した水分量に
より誘電率が変化し、容量値が変化することを利用した
ものである。感湿材として有機高分子膜、金属酸化物膜
等が掲げられる。

現在までに公知となっている感湿材は感湿特性面におい
て相対湿度に対する静電容量の変化が必ずしも直線的に
変化せず、低湿度域或いは高湿度域で直線よりずれるも
のが多く、又同じ湿度の状態においても周囲温度が変化
すると静電容量の値も変化する所謂温度依存性を持つも
のが多い。

尚、一般に高分子膜は、耐熱性がなく、高温で使用でき
ないという欠点もある。

しかし、有機高分子のうちでもポリイミド樹脂は、耐熱
性、耐溶剤性、耐寒性にすぐれ、電気的特性においても
すぐれており、又、１〜３％の適当な吸水率を示す感湿
材として注目されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述のポリイミド樹脂を用いた容量型感湿素子として特
開昭６３−５８２４９号公報がある。基板としてシリコ
ン基板を用い、感湿材としてのポリイミド樹脂、Ｔｉ極
用金属薄膜、保護用のポリイミド樹脂を順次堆積した構
造をもっている。ポリイミド樹脂を感湿材としているた
め、 ■　相対湿度に対する容量変化が直線的。

■　温度依存性が小さい。

■　高温における使用が可能。

などの特徴を有している。

しかし高温高湿度の雰囲気に放置すると、感湿膜に吸着
した水分が低湿度の雰囲気となっても容易に脱離せず、
静電容量値も初期値に復さないという問題点がある。ま
た高温雰囲気に放置した場合、逆に感湿膜に吸着してい
た水分が脱離し、静電容量値も初期値より低下するとい
う経時変化の点で問題点がある。吸着した水分は６０℃
以上３０％ＲＨ以下の高温低湿度の雰囲気で３０分以上
加熱することにより、簡単に脱離し静電容量値も初期値
に復すことから、水分は物理吸着していると考えられる
。

（課題を解決するための手段） 前記欠点を解決するための手段として、感湿膜のポリイ
ミド樹脂の種類を選択することが考えられる。ポリイミ
ド樹脂は、芳香族ジアミンとピロメリット酸二無水物を
脱水開環して得られる樹脂（以下ピロメリット型ポリイ
ミド樹脂と略記）が一般的であるが、その他に、ポリイ
ミド構造にはしご型構造を導入した樹脂やシリコーンポ
リイミド共重合樹脂及び芳香族ジアミンとビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物を脱水開環して得られる樹脂（
以下ビフェニル型ポリイミド樹脂と略記）がある。

ピロメリット型ポリイミド樹脂は、ＩＣのパッシベーシ
ョン膜、液晶配向膜用として多くの種類の樹脂が市販さ
れている。

しかしピロメリット型ポリイミド樹脂は一般に吸水率の
大きい樹脂が多く、感湿材とした時、相対湿度に対する
容址変化率が大きいが、高温高湿度における経時変化も
かなり大きいしのが多い。

ポリイミド構造にはしご型構造を導入した樹脂は、吸水
率が小さく感湿材とした時、相対湿度に対する容量変化
が小さい。

またシリコーンポリイミド共重き樹脂を感湿材とした時
は、相対湿度に対する容量変化は大きいが、高温高湿度
における経時変化も大きい、ビフェニル型ポリイミド樹
脂は吸水率が小さく、感湿材とした時、相対湿度に対す
る容量変化は小さいが、高温高湿度における経時変化は
小さいことがわかった。

以上のように各種ポリイミド樹脂を検討の結果、単独の
ポリイミド樹脂では相対湿度に対する容量変化が大きく
、高温高湿度における経時変化が小さいものを目的とす
る感湿材を得ることができないことがわかった。

本発明は前述の課題を解決するための手段として、芳香
族ジアミンとビフェニルテトラカルボン酸二無水物を脱
水開環して得られるポリイミド樹脂に、芳香族ジアミン
とピロメリット酸二無水物を脱水開環して得られるポリ
イミド樹脂を２０〜７０ｗｔ％混合した組成物を半導体
基板上に感湿材として形成し、その上に電極薄膜層を形
成して成る湿度検知素子を提供するものである。

（作用） 本発明の湿度検知素子に使用する感湿材の作用は、ピロ
メリット型ポリイミド樹脂とビフェニル型ポリイミド樹
脂を混合使用することにより、それぞれの樹脂の特徴が
感湿特性及び高温高湿度の経時変化の改善に有効に作用
したものである。即ち、本発明の湿度検知素子に使用さ
れる感湿材は、相対湿度に対する容量変化、高温高湿度
中での経時変化が各々のポリイミド樹脂を単独に使用し
た時のほぼ中間値を示しており、混合作用による特性低
下は全く見られず、相対湿度に対する容量変化が大きく
、高温高温における経時変化の小さいものである。

（実施例） 以下、実施例により本発明について詳細に説明する。

表面研磨された抵抗率０．１Ω・ｃｍ以下のＮ型のシリ
コン・ウェーハ２の裏面に金を約５００ＯＡ全面真空蒸
着した後に、熱処理を施し、オーミック接触電極１を形
成する６次にシリコン・ウェーハ２を十分脱脂・洗浄の
１＆、表面側の酸化シリコン膜をエツチング処理により
除く１次にポリイミド樹脂を適当な粘度に調整し、スピ
ンナーを用いて塗布した後乾燥して溶剤を除去した後、
加熱・硬化させ、ポリイミド感湿膜３を形成する。

加熱・硬化の条件はメーカー指定の条件を参考に、それ
ぞれのポリイミド樹脂で最適条件があり、例えば代表的
には３５０℃Ｘｌｈ程度が好ましい。

ポリイミド樹脂の膜厚は厚すぎると容量値が低くなり、
又薄い場合には膜自体の抵抗値が低くなり等傷口ｌＢ的
に静電容量と並列に形成される抵抗の値が下がりいずれ
の場合も信号処理上の不都合を来す、一般に１〜１．５
μｍの厚さが適当である。

次に上部電極４は櫛形のメタルマスクを用いて金を真空
蒸着して形成する。金の膜厚は厚すぎると水分が透過し
ないため３００〜５００Ａの厚さにする０次に半導体基
板をスクライバ−によりチップサイズ５ｍｍ口に切断し
、リード線５．６をとりつけ素子を完成させる。

ポリイミド樹脂として４種を選び、上記の手順によって
湿度検知素子６種を（表−１）に示すようなポリイミド
樹脂の配合で作成した０表中ポリイミドＡはピロメリッ
ト型ポリイミド樹脂、ポリイミドＢはポリイミド構造に
はしご型構造を導入した樹脂、ポリイミドＣはシリコー
ンポリイミド共重合樹脂、ポリイミドＤはビフェニル型
ポリイミド樹脂である。

作成したセンサの感湿特性を２０℃で湿度を２０％ＲＨ
，８０％ＲＨとしてその時の容量値をＬＣＲメーターで
測定した結果をく表−１）に示す。

測定周波数は１ＯＫＨｚである。

また２０℃−６０％ＲＨの雰囲気中で素子の容量値をＬ
ＣＲメーターで測定した後、４０℃−９０％ＲＨの雰囲
気中に１２０時間放置し、再び２０℃−６０％ＲＨの雰
囲気中で素子の容量値をＬＣＲメーターで測定し、その
変化量を、測定した結果を（表−２）に示す０表中では
変化量をそれぞれの素子の湿度に対する変化率より計算
し、相対湿度変化として示した。

同様に８０　’Ｃの乾燥機中に１２０時間放置した場合
の経時変化について（表−３）に示す。

尚、上部電極に対する保護のため水分透過が容易な薄膜
例えば厚さ１００ＯＡ以下程度の薄膜を上部電極上に設
けてもよい、保護膜の材質は水分が透過容易であればな
んでも良く、例えばポリイミド樹脂、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
があげられる。

（以下余白） （表−１） （表−２）高温放置での経時変化 （表−３）高温放置での経時変化 （発明の効果） （表−１）（表−２）よりわかるように、比較例１、比
較例−２，比較例−３は容量値の相対湿度に対する変化
率は大きいが、４０℃−９０％Ｒ１（中に放置した場合
の変化も大きく経時変化に問題のあることがわかる。こ
れに対し本発明では容１値の相対湿度に対する変化率は
比較例に比べ小さいが容量変化率としては十分に大きく
、４０℃−９０％ＲＨ中に放置した時の変化も少なく安
定していることがわかる。また（表−３）により本発明
は高温低湿度の雰囲気中に放置したときも経時変１ヒは
少なく安定している。更に本発明の効果としてビフェニ
ル型ポリイミド樹脂はスピンナーによる薄膜形成時ピン
ホールの欠点の発生が少ないが、本発明の場合でもピロ
メリット型ポリイミド樹脂単独使用の場合よりピンホー
ルの発生が少なく量産時でも有用である。

【図面の簡単な説明】

第１［２は本発明に係る湿度検知素子の実施例を示す斜
視図である。 ■・・・オーミック接触電極 ２・・・シリコン・ウェーハ ３・・・ポリイミド感湿膜 ４・・・上部電極 ５・・・上部電極取出し用リード線 ６・・下部ｔｉ取出し用リード線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　芳香族ジアミンとビフェニルテトラカルボン酸二無水
   物を脱水開環して得られるポリイミド樹脂に、芳香族ジ
   アミンとピロメリット酸二無水物を脱水開環して得られ
   るポリイミド樹脂を２０〜７０ｗｔ％混合した組成物を
   半導体基板上に感湿材として形成し、その上に電極薄膜
   層を形成して成る湿度検知素子。