| 【発明の名称】 |
抵抗検出型感湿素子及びその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】臼井 豊弘
【氏名】上田 政弘
【氏名】板倉 正洋
【氏名】戸田 英雄
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| 【要約】 |
【課題】低湿度域に於いても、高い信頼性を有する測定値を得ることができる抵抗検出型の感湿素子を提供する。
【解決手段】セラミックからなる支持基板１０上に金ペーストを用いてスクリーン印刷を行ない、金属膜を形成する。次に、金属膜上に全面にエッチング用レジストをスクリーンにて印刷し、乾燥することによりレジスト膜を形成する。次に、エッチング用レジスト上に第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２のパターンを有するネガフィルムを貼り付け、露光及び現像を行ない、ノンシアン系金エッチング液でスプレー方式にて不要部分の金を取り除く。その後エッチング用レジストを剥離し、第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２を得る。次に、銀系ペーストをスクリーン印刷し、これを乾燥した後、高温で焼成することにより、導体１３を形成し、更に、ガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥後、高温で焼成することにより、ガラスからなる絶縁体１４をを形成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 支持基板上に互いに並行して形成された複数の第１の電極部を接続した第１の櫛状電極と、前記支持基板上の前記複数の第１の電極部の間に相互に並行して形成された複数の第２の電極部を接続した第２の櫛状電極と、前記第１の櫛状電極及び前記第２の櫛状電極を覆って前記支持基板上に形成された感湿膜とを備えた抵抗検出型感湿素子の製造方法であって、前記支持基板上に金属膜をスクリーン印刷により形成する工程と、前記金属膜のフォトリソグラフィーによるレジストパターンの形成及びエッチングにより、前記第１の櫛状電極及び前記第２の櫛状電極を形成する工程と、前記第１の櫛状電極及び前記第２の櫛状電極を覆って前記支持基板上に感湿膜を形成する工程とを包含することを特徴とする抵抗検出型感湿素子の製造方法。
【請求項２】 前記第１の櫛状電極に於ける前記第１の電極部と、前記第２の櫛状電極に於ける前記第２の電極部との間の距離が５〜１００μｍの範囲となるように前記金属膜のフォトリソグラフィーによるレジストパターンの形成及びエッチングを行なうことを特徴とする請求項１記載の抵抗検出型感湿素子の製造方法。
【請求項３】 前記第１の櫛状電極に於ける前記第１の電極部の幅と、前記第２の櫛状電極に於ける前記第２の電極部の幅とが、それぞれ５〜１００μｍの範囲となるように前記金属膜のフォトリソグラフィーによるレジストパターンの形成及びエッチングを行なうことを特徴とする請求項１又は２記載の抵抗検出型感湿素子の製造方法。
【請求項４】 支持基板上に互いに並行して形成された複数の第１の電極部を接続した第１の櫛状電極と、前記支持基板上の前記複数の第１の電極部の間に相互に並行して形成された複数の第２の電極部を接続した第２の櫛状電極と、前記第１の櫛状電極及び前記第２の櫛状電極を覆って前記支持基板上に形成された感湿膜とを備えた抵抗検出型感湿素子であって、前記第１の櫛状電極に於ける前記第１の電極部と、前記第２の櫛状電極に於ける前記第２の電極部との間の距離が５〜１００μｍの範囲である抵抗検出型感湿素子。
【請求項５】 前記第１の櫛状電極に於ける前記第１の電極部の幅と、前記第２の櫛状電極に於ける前記第２の電極部の幅とが、それぞれ５〜１００μｍの範囲である請求項４記載の抵抗検出型感湿素子。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、感湿素子に関し、更に詳しくは、低湿度に於いても測定が可能な抵抗検出型感湿素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、高分子膜を感湿膜とする感湿素子として、容量検出型のものと抵抗検出型のものが知られている。容量検出型の感湿素子は、高湿度域での精度や耐久性が低いことが知られているが、現在用いられている感湿素子で、相対湿度０〜１００％の範囲を計測できるものは殆んど容量検出型のものである。一方、抵抗検出型の感湿素子は、スクリーンによって容易に製造することができるため、容量検出型のものに比較して安価に製造することができるという利点がある。
【０００３】図８は従来の抵抗検出型の感湿素子の平面図であり、図９（ａ）〜（ｃ）はこの感湿素子の製造工程を示す断面図であり、図８のＰ−Ｐ線矢視断面図として示したものである。図８に示す感湿素子は、支持基板１０上に形成された、５本の第１の電極部２１を有する第１の櫛状電極１１と、５本の第２の電極部２２を有する第２の櫛状電極１２とを有している。５本の第１の電極部２１と５本の第２の電極部２２とは、交互に並行して形成されている。第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２の付け根の部分には導体１３，１３がそれぞれ形成され、更に第１の櫛状電極１１の付け根の部分と導体１３との接続部及び第２の櫛状電極１２の付け根の部分と導体１３との接続部を覆って、ガラスからなる絶縁体１４が形成されている。そして、第１の電極部２１と第２の電極部２２とを覆って、支持基板１０上に感湿膜１５が形成されている。
【０００４】図８に示す感湿素子は、以下のようにして製造されている。まず、絶縁性の支持基板１０上にスクリーン印刷を行なうことにより、厚膜からなる第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２を形成し、これを乾燥させた後、焼成を行なう（図８（ａ））。５本の第１の電極部２１と５本の第２の電極部２２の形状は、スクリーン印刷の際に形成される。次に、第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２の付け根の部分に、図８に示す平面形状の導体１３を銀系ペーストの厚膜印刷によって形成し、これを乾燥させ、更に焼成を行なう（図８（ｂ））。次に、焼成後の導体１３上に、図８に示す平面形状の絶縁体１４をガラスペーストの厚膜印刷により形成し、これを乾燥及び焼成することにより、図８の感湿素子が得られる。図８の感湿素子では、平行する第１の櫛状電極１１及と第２の櫛状電極１２との間の距離は、通常約１００〜５００μｍであり、第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２の幅も、通常約１００〜５００μｍである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】抵抗検出型の感湿素子は、上述のようなスクリーン印刷の工程により製造することができるので、上述のように容量検出型のものに比較して安価に製造することができるという利点がある。しかしながら、抵抗検出型の感湿素子は、０〜２０％程度の低湿度域での抵抗値が非常に大きくなるため、得られる測定値の信頼性が低いという欠点がある。
【０００６】この欠点を解決するために、図８の第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２の幅を小さくすると共に、第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２の間の距離を小さくして、第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２の数を増やすことが考えられる。
【０００７】しかしながら、スクリーン印刷によって第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２を形成する場合、その幅及び間隔をある程度以下に小さくすることができないという問題点がある。従って、スクリーン印刷によって製造する限りに於いては、低湿度域での測定値の信頼性が高い抵抗検出型の感湿素子を得ることは不可能である。
【０００８】本発明はこのような従来技術の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、低湿度域に於いても、高い信頼性を有する測定値を得ることができる抵抗検出型の感湿素子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の抵抗検出型感湿素子の製造方法は、支持基板上に互いに並行して形成された複数の第１の電極部を接続した第１の櫛状電極と、前記支持基板上の前記複数の第１の電極部の間に相互に並行して形成された複数の第２の電極部を接続した第２の櫛状電極と、前記第１の櫛状電極及び前記第２の櫛状電極を覆って前記支持基板上に形成された感湿膜とを備えた抵抗検出型感湿素子の製造方法であって、前記支持基板上に金属膜をスクリーン印刷により形成する工程と、前記金属膜のフォトリソグラフィーによるレジストパターンの形成及びエッチングにより、前記第１の櫛状電極及び前記第２の櫛状電極を形成する工程と、前記第１の櫛状電極及び前記第２の櫛状電極を覆って前記支持基板上に感湿膜を形成する工程とを包含することを特徴とする。
【００１０】本発明では、スクリーン印刷により形成される金属膜上にフォトリソグラフィーによるレジストパターンを形成し、そしてエッチングを行なうことにより、第１及び第２の櫛状電極を形成しているため、第１の電極部と第２の電極部の幅及びこれらの電極の間の距離を非常に小さくすることができる。そのため、第１の電極部と第２の電極部の数を増加させることが可能となる。従って、本発明の製造方法によれば、低湿度に於いても高い信頼性を有する測定値を得ることができる抵抗検出型感湿素子を製造することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の抵抗検出型感湿素子の製造方法では、上述のように絶縁性の支持基板上に櫛形の第１の櫛状電極及び第２の櫛状電極が形成される。本発明に於いて使用される支持基板として、セラミックス、窒化珪素、ガラス、ガラスエポキシ、ポリイミドなどのプラスチック、絶縁皮膜した金属などの板状のもの、フィルム状のもの等を用いることができる。
【００１２】また、本発明に於いて、後に第１の櫛状電極及び第２の櫛状電極となる金属膜には、Ａｕ、ＲｕＯ2、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ等のスクリーン印刷が可能な印刷用電極材料を用いることができる。
【００１３】金属膜からの第１の櫛状電極及び第２の櫛状電極の形成は、通常のフォトリソグラフィーによるレジストパターンの形成及びエッチングにより行なうことができる。
【００１４】本発明の抵抗検出型感湿素子に於いては、第１の櫛状電極の第１の電極部と、第２の櫛状電極の第２の電極部と間の距離は、５〜１００μｍの範囲であることが好ましく、２０〜５０μｍの範囲であることが更に好ましい。これらの電極間の距離が上記範囲より大きいと、低湿度に於ける測定値の信頼性が低下するので好ましくない。また、上記電極間の距離が上記範囲より小さいと、フォトリソグラフィー及びエッチングによってこれらの電極を電気的導通のない状態で十分に離して形成することができなくなるので好ましくない。
【００１５】また、本発明の抵抗検出型感湿素子に於いては、また、第１の櫛状電極に於ける前記第１の電極部の幅と、前記第２の櫛状電極に於ける前記第２の電極部の幅とが、何れも５〜１００μｍの範囲であることが好ましく、２０〜５０μｍの範囲であることが更に好ましい。これらの電極の幅が上記範囲より大きいと、低湿度に於ける測定値の信頼性が低下するので好ましくない。また、上記電極間の幅が上記範囲より小さいと、櫛状を成す第１の櫛状電極及び第２の櫛状電極を形成することができなくなるので好ましくない。
【００１６】本発明に於ける感湿膜には、ポリイミド系、ポリアミド系、ポリアクリル酸系、シリコーン系及びポリスチレン系のポリマー並びにセルロースからなる群から選択されるポリマーを主として含有するイオン導電性高分子を用いることができる。
【００１７】感湿膜は、上記のポリマーの溶液に浸漬（ディッピング）する方法、刷毛で塗る方法、グラビア印刷を行なう方法、スクリーン印刷を行なう方法、スピナー塗布を行なう方法等、種々の方法が使用でき、工程や製品の用途・種類等により選択することができる。本発明に於いては、感湿膜の厚さは乾燥厚として１〜１０μｍ程度であることが好ましく、２〜５μｍ程度が更に好ましい。感湿膜の厚さが大きくなりすぎると、湿度に対する膜の電気抵抗値の反応速度、即ちレスポンスが遅くなり、感湿膜の厚さが小さすぎると、特に低湿度領域での出力が低下し、さらに耐水性なども低下することになり、好ましくない。
【００１８】
【実施例】本発明を実施例に基づいてより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１９】（実施例１）図１（ａ）に本実施例の抵抗検出型感湿素子の平面図を示し、同図（ｂ）にその部分拡大平面図を示す。また、図２（ａ）〜（ｇ）はその製造工程を示す断面模式図である。本実施例の抵抗検出型感湿素子は、図１（ａ）に示すように、セラミックからなる支持基板１０上に多数の第１の電極部２１を接続した第１の第１の櫛状電極１１と、多数の第２の電極部２２を接続した第１の第１の櫛状電極１１とを有している。第１の電極部２１と第２の電極部２２は交互に並ぶように形成されている。第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２の付け根の部分には導体１３，１３がそれぞれ形成され、更に第１の櫛状電極１１の付け根の部分と導体１３との接続部、及び第２の櫛状電極１２の付け根の部分と導体１３との接続部を覆って、ガラスからなる絶縁体１４が形成されている。そして、第１の電極部２１と第２の電極部２２とを覆って、支持基板１０上に感湿膜１５が形成されている。
【００２０】本実施例の感湿素子では、図１（ｂ）の部分拡大平面図に示すように、平行する第１の櫛状電極１１の第１の電極部２１と第２の櫛状電極１２の第２の電極部２２と間の距離Ｄは３０μｍであり、第１の櫛状電極１１に於ける第１の電極部２１の幅Ｗ1及び第２の櫛状電極１２に於ける第２の電極部２２の幅Ｗ2も、３０μｍである。本実施例では、第１の櫛状電極１１に於ける第１の電極部２１と、第２の櫛状電極１２に於ける第２の電極部２２とは、それぞれ３０本づつ形成されている。
【００２１】図１の感湿素子の製造工程について、図２（ａ）〜（ｇ）を参照しながら説明する。まず、セラミックからなる支持基板１０上に金ペーストを用いてスクリーン印刷を行なう。その際、金ペースト膜は、第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２が形成される領域よりやや大きめの領域に形成される。この金ペースト膜の乾燥及び焼成を行なうことにより、金属膜２７が形成される（同図（ａ））。
【００２２】次に、金属膜２７上に全面にエッチング用レジストをスクリーンにて印刷し、乾燥することによりレジスト膜１６を形成する（同図（ｂ））。次に、エッチング用レジスト上に第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２のパターンを有するネガフィルムを貼り付け、露光及び現像を行ない（同図（ｃ））、ノンシアン系金エッチング液でスプレー方式にて不要部分の金を取り除く（同図（ｄ））。その後エッチング用レジストを剥離し、第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２が形成される（同図（ｅ））。
【００２３】次に、銀系ペーストをスクリーン印刷し、これを乾燥した後、高温で焼成することにより、導体１３が形成される（同図（ｆ））。更に、ガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥後、高温で焼成することにより、ガラスからなる絶縁体１４が形成される（同図（ｇ））。更に、支持基板１０の上側約半分をポリパラスチレンスルホン酸Ｎａの水溶液中に浸漬して乾燥させることにより、感湿膜１５が形成される。
【００２４】（実施例２）図１の感湿素子は、図３（ａ）〜（ｅ）の断面模式図に示す製造工程によっても製造することができる。まず、セラミックからなる支持基板１０上に、感光性金ペーストを用いてスクリーン印刷を行なう。その際、実施例１と同様に、感光性金ペースト膜は、第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２が形成される領域よりやや大きめの領域に形成する。この感光性金ペースト膜の乾燥を行なうことにより、感光性膜１７が形成される（同図（ａ））。
【００２５】次に、感光膜１７上に第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２のパターンを有するネガフィルム１８を貼り付け（同図（ｂ））、露光及び現像した後、炭酸ナトリウム水溶液でスプレー方式にて現像して不要部分の金を取り除き、高温で焼成を行う（同図（ｃ））。
【００２６】次に、実施例１と同様に、銀系ペーストをスクリーン印刷し、これを乾燥した後、高温で焼成することにより、導体１３が形成される（同図（ｄ））。更に、ガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥後、高温で焼成することにより、ガラスからなる絶縁体１４が形成される（同図（ｅ））。更に、支持基板１０の上側約半分をポリパラスチレンスルホン酸Ｎａの水溶液中に浸漬して乾燥させることにより、感湿膜１５が形成される。
【００２７】（実施例３）図４は本実施例の抵抗検出型感湿素子の平面図である。また、図５（ａ）〜（ｇ）はその製造工程を示す断面模式図である。本実施例の感湿素子は、図４に示すように、第１の櫛状電極１１と導体１３、及び第２の櫛状電極１２と導体１３とが、それぞれ一体的に形成されている点と、第１の櫛状電極１１、第２の櫛状電極１２及び導体１３,１３が後述するように銅メッキ層及び金属表面層からなる点とを除いて、前述の実施例１及び２と同様であり、対応する要素には同じ符号が付してある。本実施例の抵抗検出型感湿素子は、以下のようにして製造される。
【００２８】まず、セラミックからなる支持基板１０の表面に微細な凸凹を形成する表面処理を処理を行ない、次に、支持基板１０上の全面に銅メッキを施し、銅メッキ層１９を形成する。
【００２９】次に、銅メッキ層１９上の全面にエッチング用レジストをスクリーン印刷し、乾燥してレジスト膜２５を形成する（同図（ａ））。
【００３０】次に、レジスト膜２５上に第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２のパターンを有するネガフィルム１８を貼り付け（同図（ｂ））、露光及び現像した後（同図（ｃ））、塩化第一鉄系、塩化第二銅系、硫酸−過酸化水素系又は硫酸−過酸化水素系の何れかのエッチング液でスプレー方式にて不要部分の銅を取り除く（同図（ｄ））。その後、エッチング用レジストを剥離することにより、櫛形の第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２の形状を有する銅メッキ層１９を得る（同図（ｅ））。
【００３１】この銅メッキ層１９のパターン表面にニッケルメッキをした後、更に金メッキ層を施して表面金属層２６を形成する（同図（ｆ））。これにより、銅メッキ層１９及び表面金属層２６の２層からなる第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２が得られる。
【００３２】次に、レジストペーストをスクリーン印刷した後、乾燥することにより、絶縁体１４が形成される。更に、支持基板１０の上側約半分をポリパラスチレンスルホン酸Ｎａの水溶液中に浸漬して乾燥させることにより、感湿膜１５が形成される。
【００３３】（評価試験）実施例１の抵抗検出型感湿素子と、前述の図８及び図９に示した従来の抵抗検出型感湿素子とについて、実際の湿度検出回路により電圧出力を測定し、その結果を図６に示した。図６から明らかなように、比較例に示す従来の抵抗検出型感湿素子では、相対湿度０〜２０％の領域で直線性がなく、信頼性のある湿度データが得られないことが分かる。これに対し、実施例１の抵抗検出型感湿素子では相対湿度０〜２０％の領域に於いても直線性が保たれており、この湿度領域に於いても信頼性のある湿度データが得られることが分かる。
【００３４】また、実施例１の感湿素子と比較例の感湿素子とについて、湿度−抵抗特性をＬＣＲメータにより測定し、その結果を図７に示した。ＬＣＲメータによる測定は、１ｋＨｚ、１Ｖの正弦波で行なった。図７から明らかなように、比較例に示す従来の抵抗検出型感湿素子では、相対湿度０〜２０％の領域で非常に抵抗値が高くなり、信頼性のある湿度データが得られないことが分かる。これに対して、実施例１の抵抗検出型感湿素子では相対湿度０〜２０％の領域に於ける抵抗値が比較例に比較して低く、この湿度領域に於いても信頼性のある湿度データが得られることが分かる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の抵抗検出型感湿素子の製造方法によれば、フォトリソグラフィーによるレジストパターンの形成及びエッチングにより櫛状電極が形成されるので、電極の幅及び電極間の距離を小さくすることが可能となり、櫛状電極上を覆って形成される感湿膜に於いて計測される抵抗値が小さくなり、相対湿度の低い領域に於いても湿度を高い信頼性をもって計測することが可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１９２４６４
【氏名又は名称】神栄株式会社
【識別番号】０００００４４５５
【氏名又は名称】日立化成工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年６月４日（２００１．６．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６５８６８
【弁理士】
【氏名又は名称】角田 嘉宏 （外４名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−７１６１３（Ｐ２００２−７１６１３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年３月１２日（２００２．３．１２） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１６７９２６（Ｐ２００１−１６７９２６） |
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