TW201939031A - 濕度檢測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於提供一種可抑制濕度檢測之測定值之漂移而進行穩定之測定之濕度檢測裝置。
本發明之一態樣係一種濕度檢測裝置，其具備設置於基材之主面上之絕緣層、設置於絕緣層之上之參考部、設置於絕緣層之上且與參考部並置之檢測部、及設置於參考部與檢測部之間之共通配線。參考部具有設置於基材之主面上之參考用第1電極、以包圍參考用第1電極之方式設置之參考用介電質部、及以包圍參考用介電質部之方式設置之參考用第2電極。檢測部具有設置於基材之主面上之檢測用第1電極、以包圍檢測用第1電極之方式設置之檢測用介電質部、及以包圍檢測用介電質部之方式設置且設置有貫通孔之檢測用第2電極。共通配線以經由絕緣層內與參考用第1電極及檢測用第1電極導通之方式設置。

Description

濕度檢測裝置

本發明係關於濕度檢測裝置，更詳細而言係關於以參考部為基準利用檢測部進行濕度之檢測之濕度檢測裝置者。

作為濕度檢測裝置，已知有於2個電極間設置介電質部，基於介電質部之電性特性(靜電電容、電阻)之變化檢測濕度之構成。例如，於根據靜電電容之變化檢測濕度之裝置(電容式之濕度檢測裝置)中，具備不受外界空氣濕度之影響之參考用電容部(參考部)與根據外界空氣之濕度而電容變化之濕度檢測用電容部(檢測部)。

參考部為濕氣不會自外界空氣侵入之構造，且不管濕度如何均構成固定之電容。另一方面，檢測部為濕氣可自外界空氣侵入之構造，且為電容根據濕度而變化之構成。於此種電容式之濕度檢測裝置中，基於來自檢測部之輸出電壓與來自參考部之輸出電壓之差分算出相對濕度。

於專利文獻1中，揭示一種謀求上部電極與上部電極之連接端子之連接性之提高，使品質及可靠性提高之感濕元件。該感濕元件係於基板上設置上部電極之連接端子，且一層金屬膜自該上部電極連接端子以被覆感濕膜之階差部之形式形成至感濕膜上為止。

於專利文獻2，揭示一種謀求上側電極與上側電極用電極端子之間、及上側電極用電極端子、下側電極用電極端子與導線之間之電性連接性之提高，使品質及可靠性提高之濕度檢測元件。於該濕度檢測元件中，於電極用墊上，積層形成包含上側電極之一端部之延伸部而構成上側電極用電極端子。

於專利文獻3、4，揭示一種使參考部(基準部)之下部電極與檢測部(感測器部)之下部電極於基板上導通之濕度感測器。
[先前技術文獻]
[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平06-123725號公報
[專利文獻2]日本專利特開平06-094663號公報
[專利文獻3]國際公開第2011/065507號
[專利文獻4]國際公開第2011/113711號

[發明所欲解決之問題]

於具備參考部及檢測部之濕度檢測裝置中，於將使參考部之下部電極與檢測部之下部電極導通之共通配線設置於基板上之情形時，為了避免上部電極與共通配線接觸，必須預先於上部電極設置凹部(開口)。若於上部電極設置有凹部，則於凹部之端部與下部電極之間產生漏電場，成為測定值漂移之主要原因。

本發明之目的在於提供一種可抑制濕度檢測之測定值之漂移而進行穩定之測定之濕度檢測裝置。
[解決問題之技術手段]

為了解決上述課題，本發明之一態樣係一種濕度檢測裝置，其具備：絕緣層，其設置於基材之主面上；檢測部，其設置於絕緣層之上；參考部，其設置於絕緣層之上且與檢測部並置；及共通配線，其設置於檢測部與參考部之間。
檢測部具有：檢測用第1電極，其設置於絕緣層之上；檢測用介電質部，其以包圍檢測用第1電極之方式設置；及檢測用第2電極，其以包圍檢測用介電質部之方式設置且設置有貫通孔。
參考部具有：參考用第1電極，其設置於絕緣層之上；參考用介電質部，其以包圍參考用第1電極之方式設置；及參考用第2電極，其以包圍參考用介電質部之方式設置。
共通配線以經由絕緣層內與檢測用第1電極及參考用第1電極導通之方式設置。

根據此種構成，由於共通配線經由絕緣層內，故可不於檢測用第2電極及參考用第2電極設置凹部(開口)而設置共通配線。藉此，檢測用第2電極可包圍檢測用介電質部之全體，參考用第2電極可包圍參考用介電質部之全體，從而可抑制於各個第2電極之端部產生不必要之漏電場。

於上述濕度檢測裝置中，較佳為未於參考用第2電極設置貫通孔。藉此，不會產生因貫通孔引起之參考用第1電極與參考用第2電極之間之不必要之漏電場。

於上述濕度檢測裝置中，進而具備：參考用引出配線，其與參考用第2電極導通；及檢測用引出配線，其與檢測用第2電極導通；檢測用引出配線及參考用引出配線亦可設置於絕緣層內。

於上述濕度檢測裝置中，參考用引出配線及檢測用引出配線較佳為與共通配線設置於同層。藉此，可於同一步驟形成檢測用引出配線、參考用引出配線及共通配線。

於上述濕度檢測裝置中，於絕緣層上之檢測部及參考部之周圍，亦可設置耐濕性較絕緣層高之保護層。藉此，可抑制濕氣自參考用第2電極之側面及檢測用第2電極之側面侵入介電質部。

於上述濕度檢測裝置中，較佳為未於檢測用第2電極之上設置保護層。藉此，於檢測用第2電極之貫通孔之附近之漏電場之影響不會波及至保護層，從而測定值之精度提高。
[發明之效果]

根據本發明，可提供一種能夠抑制濕度檢測之測定值之漂移而進行穩定之測定之濕度檢測裝置。

以下，基於圖式說明本發明之實施形態。再者，於以下之說明中，於相同構件標註相同符號，對說明過一次之構件適當省略其說明。

(濕度檢測裝置之構成)
圖1(a)及(b)係例示本實施形態之濕度檢測裝置之圖。
於圖1(a)表示濕度檢測裝置1之剖視圖，於圖1(b)表示濕度檢測裝置1之俯視圖，於圖1(a)表示之剖視圖係圖1(b)所示之A-A線剖視圖。

如圖1所示，本實施形態之濕度檢測裝置1係將外界空氣之濕度作為電氣訊號檢測之裝置，且具備設置於基材50之上之絕緣層30、檢測部10、參考部20、及共通配線70。濕度檢測裝置1基於檢測部10與參考部20之電容差而檢測濕度。

作為基材50，例如使用矽。於基材50之主面50a上形成有例如氧化矽之絕緣層30，於該絕緣層30之上並置形成有檢測部10及參考部20。又，於絕緣層30之上設置有與檢測部10及參考部20導通之焊墊電極15。

檢測部10具有設置於絕緣層30之上之檢測用第1電極110，以包圍檢測用第1電極110之方式設置之檢測用介電質部130、以包圍檢測用介電質部130之方式設置之檢測用第2電極120。藉此，於與主面50a正交之第1方向D1，構成檢測用第1電極110、檢測用介電質部130及檢測用第2電極120依序積層而成之電容。

於檢測用第1電極110及檢測用第2電極120，作為不易氧化之導電材料，較佳使用例如釕(Ru)、鉭(Ta)等高熔點金屬系材料。又，檢測用介電質部130使用例如聚醯亞胺系樹脂。

於檢測用第2電極120，以特定之間隔設置有複數個貫通孔120h。外部之濕氣通過該貫通孔120h到達檢測用介電質部130。檢測用介電質部130之介電常數根據檢測用介電質部130中所包含之水分量而變化。藉此，檢測用第1電極110與檢測用第2電極120之間之靜電電容變化，可基於變化之靜電電容檢測濕度。

參考部20與檢測部10具有同樣之積層構造。即，參考部20具有設置於絕緣層30之上之參考用第1電極210、以包圍參考用第1電極210之方式設置之參考用介電質部230、及以包圍參考用介電質部230之方式設置之參考用第2電極220。

藉此，於第1方向D1，構成參考用第1電極210、參考用介電質部230及參考用第2電極220依序積層而成之電容。由於在參考用第2電極220未設置貫通孔，且以參考用第2電極220包圍參考用介電質部230，故來自外部之濕氣幾乎不進入參考部20。因此，參考用介電質部230之介電常數幾乎不變化。因此，由參考用第1電極210、參考用第2電極220及參考用介電質部230構成之參考部20之靜電電容大體上固定。可根據基於該參考部20之靜電電容之輸出電壓與基於檢測部10之靜電電容之輸出電壓之差分檢測相對濕度。

於絕緣層30之上之檢測部10及參考部20之周圍，亦可設置保護層40。於設置保護層40之情形時，較佳使用耐濕性高於絕緣層30之材料。保護層40使用例如氮化矽(SiN)。藉此，可抑制濕氣自檢測用第2電極120之側面及參考用第2電極220之側面侵入檢測用介電質部130及參考用介電質部230。

共通配線70設置於檢測部10與參考部20之間。於本實施形態中，共通配線70以經由絕緣層30內與檢測用第1電極110及參考用第1電極210導通之方式設置。即，共通配線70設置於基材50之主面50a和絕緣層30之與主面50a為相反側之面30a之間。

共通配線70與檢測用第1電極110及參考用第1電極210位於互不相同之層(layer)。因此，成為設置於絕緣層30之上之檢測用第1電極110與參考用第1電極210經由設置於共通配線70之端部之通孔而藉由共通配線70導通之狀態。

又，於檢測用第2電極120與焊墊電極15之間設置有檢測用引出配線12，於參考用第2電極220與焊墊電極15之間設置有參考用引出配線13。該檢測用引出配線12及參考用引出配線13設置於絕緣層30內。檢測用引出配線12及參考用引出配線13較佳為與共通配線70設置於同層。藉此，可於同一步驟形成檢測用引出配線12、參考用引出配線13及共通配線70。

如上所述，於本實施形態之濕度檢測裝置1中，由於共通配線70經由絕緣層30內設置，故可不於檢測用第2電極120及參考用第2電極220設置凹部(開口)下設置共通配線70。由於無需於檢測用第2電極120及參考用第2電極220設置用於通過共通配線70之凹部(開口)，故檢測用第2電極120之外周位置成為遍及外周之全周較檢測用介電質部130之外周位置更外側。又，參考用第2電極220之外周位置成為遍及外周之全周較參考用介電質部230之外周位置更外側。

藉此，檢測用第2電極120除貫通孔120h以外，可包圍檢測用介電質部130之整體，參考用第2電極220可包圍參考用介電質部230之整體。因此，可抑制於檢測用第2電極120及參考用第2電極220之各者之端部產生不必要之漏電場。

圖2(a)及(b)係例示參考例之濕度檢測裝置之圖。
於圖2(a)表示濕度檢測裝置1之剖視圖，於圖1(b)表示濕度檢測裝置2之俯視圖。於圖2(a)所示之剖面圖係圖2(b)所示之B-B線剖視圖。

於參考例之濕度檢測裝置2中，共通配線75與檢測用第1電極110及參考用第1電極210設置於同層。即，共通配線75於絕緣層30之上以連接檢測用第1電極110與參考用第1電極210之間之方式設置。

於此種配線構造之情形時，為了避免共通配線75與檢測用第2電極120及參考用第2電極220短路，於檢測用第2電極120之端部及參考用第2電極220之端部設置有凹部90。凹部90於第1方向D1設置於與共通配線75重合之位置。藉由與該凹部90之位置對準而設置共通配線75，可確保共通配線75與檢測用第2電極120及參考用第2電極220之距離而防止兩者之短路。

又，於參考例之濕度檢測裝置2中，於凹部90之位置檢測用介電質部130及參考用介電質部230露出，故以保護層40覆蓋除貫通孔120h以外之部分。又，因保護層40被覆於貫通孔120h之邊緣，故會將該部分之介電常數變化量反映於參考部20，因此有於參考用第2電極220設置電容調整孔220h之情形。

於本實施形態之濕度檢測裝置1與參考例之濕度檢測裝置2中，由於此種構造之差異而於電場分佈產生差別。
圖3(a)～圖4(b)係例示電場分佈之模擬結果之圖。
於圖3(a)及(b)表示參考部20之中央部分之電場分佈之模擬結果，於圖4(a)及(b)表示參考部20之端部之電場分佈之模擬結果。分別為(a)係本實施形態之濕度檢測裝置1之模擬結果，(b)係參考例之濕度檢測裝置2之模擬結果。

如圖3(b)所示，於參考例之濕度檢測裝置2中，於參考用第2電極220之中央部分設置有電容調整孔220h。因此，參考例之濕度檢測裝置2之參考用第2電極220之中央部分之電場分佈於電容調整孔220h之端部產生漏電場，電場之影響亦波及到保護層40(參考圖3(b))。另一方面，如圖3(a)所示，於本實施形態之濕度檢測裝置1中，於參考用第2電極220之中央部分未設置電容調整孔220h而為平坦。因此，本實施形態之濕度檢測裝置1之參考用第2電極220之中央部分之電場分佈均勻。

又，如圖4(b)所示，於參考例之濕度檢測裝置2中，於參考用第2電極220之端部設置有為了防止與共通配線70之短路之凹部90。因此，參考例之濕度檢測裝置2之參考用第2電極220之端部之電場分佈於凹部90附近產生漏電場，電場之影響亦波及到保護層40。另一方面，如圖4(a)所示，於本實施形態之濕度檢測裝置1中，於參考用第2電極220之端部未設置凹部，而以覆蓋至參考用介電質部230之端部為止之方式設置。因此，於參考用第1電極210之端部或參考用第2電極220之端部之電場之洩漏較少。尤其，於本實施形態之濕度檢測裝置1中，因於參考用第2電極220之上未設置保護層40，故無需考慮電場對保護層40之影響。

於圖3及圖4中，表示參考部20中之電場分佈之模擬結果，但檢測用第2電極120之端部之電場分佈與參考部20同樣。又，於貫通孔120h附近之電場分佈與圖3(b)所示之電容調整孔220h之附近之電場分佈同樣，但因於本實施形態中於檢測用第2電極120之上未設置保護層40，故無需考慮電場對貫通孔120h附近之保護層40之影響。

圖5係例示漂移特性之比較結果之圖。
圖5之橫軸為時間(hr)，縱軸為自測定初期之電容變化量(%RH)。
於圖5表示本實施形態之濕度檢測裝置1之漂移特性G1與參考例之濕度檢測裝置2之漂移特性G2。漂移特性G1及G2係表示濕度檢測裝置1及2之自測定開始至經過1000小時為止之測定值之變化。根據如上述之構造之不同，本實施形態之濕度檢測裝置1之濕度檢測之漂移量，相對於參考例之濕度檢測裝置2之濕度檢測之漂移量抑制約1%左右。

(應用例)
圖6～圖8(b)係表示濕度檢測裝置之應用例之剖視圖。
於圖6所示之應用例中，於檢測部10之周圍設置有框部60。框部60係例如蝕刻矽而形成框型者，經由接著劑65連接於基材50上。藉由使用矽作為框部60，可利用矽之加工性及硬度構成框部60。藉由於該框部60之開口601內配置檢測部10，外部之濕氣自開口601經由檢測用第2電極120之貫通孔120h被取入至檢測用介電質部130。檢測用介電質部130之介電常數與被取入至檢測用介電質部130之濕氣對應而變化，可基於該介電常數而檢測濕度。

於圖7(a)所示之濕度檢測裝置1B中，具有未於參考部20之上設置用於安裝框部60之接著劑65之構造。藉由未於參考部20之上設置接著劑65，可抑制參考部20之電容變動。即，藉由對參考用第1電極210及參考用第2電極220施加電壓而形成之電場除向參考用介電質部230側擴散以外，亦向參考用第2電極220之上方擴散。藉由未於參考用第2電極220之上方設置接著劑65，不會受由該電場之擴散所引起之接著劑65之介電常數之變化之影響，故可抑制參考部20之電容變動。

於圖7(b)所示之濕度檢測裝置1C中，於檢測部10及參考部20之上方設置有框部60之開口601。即，不僅檢測部10之上方，於參考部20之上方亦未設置框部60。藉此，參考部20之上方之環境(構造)與檢測部10之上方之環境(構造)一致，從而可精度良好地演算相對濕度。

於圖8(a)所示之濕度檢測裝置1D中，與濕度檢測裝置1B同樣，具有未於參考部20之上設置用於安裝框部60之接著劑65之構造。與濕度檢測裝置1B之不同點在於接著劑65被設置於參考部20與檢測部10之間。藉由此種構造，與濕度檢測裝置1B同樣，不會受由電場向參照部20之上方擴散所引起之接著劑65之介電常數變化之影響。進而，由於參考部20之周邊被接著劑65包圍，故可防止粒子向參考部20之附著。藉此，可抑制由接著劑65或粒子附著引起之參考部20之電容變動。

於圖8(b)所示之濕度檢測裝置1E中，關於檢測部10及參考部20之各者，具有與用於安裝框部60之接著劑65分離之構造。例如，於框部60設置支柱603，於安裝框部60時，藉由支柱603包圍檢測部10及參考部20。接著劑65附著於除檢測部10及參考部20之上以外之無支柱603之部分。藉由此種構造，檢測部10、參考部20及接著劑65不鄰接。

由於接著劑65使用聚醯亞胺等樹脂，故具有吸濕性。因接著劑65之吸濕而接著劑65之介電常數變化。若接著劑65與檢測部10及參考部20鄰接，則於檢測部10及參考部20容易受到接著劑65之介電常數變化之影響。如濕度檢測裝置1E般，由於檢測部10及參考部20藉由支柱603與接著劑65分離，故不易受到接著劑65之介電常數變化之影響，可進行精度較高之濕度檢測。

如以上所說明般，根據本實施形態，可提供一種能夠抑制濕度檢測之測定值之漂移而進行穩定之測定之濕度檢測裝置1、1B、1C、1D及1E。

再者，於上述雖已說明本實施形態，但本發明並不限定於該等之例。例如，檢測部10及參考部20之濕度之檢測方式係如上所述可為測定電容而檢測濕度之方式，亦可為測定電阻值檢測濕度之方式。又，例示使用釕(Ru)等作為電極材料之例，但亦可使用例如釕(Ru)或銅等其他導電材料。亦可以覆蓋檢測部10及參考部20之方式設置矽氧系之凝膠材料等保護材料來作為粒子的應對措施。

又，對上述之實施形態，熟知本技術者適當進行構成要素之追加、刪除或設計變更而得者或適當組合實施形態之構成例之特徵而得者，只要具備本發明之主旨，即包含於本發明之範圍。

1、1B、1C、1D、1E‧‧‧濕度檢測裝置

2‧‧‧濕度檢測裝置

10‧‧‧檢測部

12‧‧‧檢測用引出配線

13‧‧‧參考用引出配線

15‧‧‧焊墊電極

20‧‧‧參考部

30‧‧‧絕緣層

30a‧‧‧面

40‧‧‧保護層

50‧‧‧基材

50a‧‧‧主面

60‧‧‧框部

65‧‧‧接著劑

70‧‧‧共通配線

75‧‧‧共通配線

90‧‧‧凹部

110‧‧‧檢測用第1電極

120‧‧‧檢測用第2電極

120h‧‧‧貫通孔

130‧‧‧檢測用介電質部

210‧‧‧參考用第1電極

220‧‧‧參考用第2電極

220h‧‧‧電容調整孔

230‧‧‧參考用介電質部

601‧‧‧開口

603‧‧‧支柱

B-B‧‧‧線

D1‧‧‧第1方向

G1‧‧‧漂移特性

G2‧‧‧漂移特性

圖1(a)及(b)係例示本實施形態之濕度檢測裝置之圖。

圖2(a)及(b)係例示參考例之濕度檢測裝置之圖。

圖3(a)及(b)係例示電場分佈之模擬結果之圖。

圖4(a)及(b)係例示電場分佈之模擬結果之圖。

圖5係例示漂移特性之比較結果之圖。

圖6係表示濕度檢測裝置之應用例之剖視圖。

圖7(a)及(b)係表示濕度檢測裝置之應用例之剖視圖。

圖8(a)及(b)係表示濕度檢測裝置之應用例之剖視圖。

Claims (6)

1. 一種濕度檢測裝置，其特徵在於具備： 絕緣層，其設置於基材之主面上； 檢測部，其設置於上述絕緣層之上； 參考部，其設置於上述絕緣層之上，且與上述檢測部並置；及 共通配線，其設置於上述檢測部與上述參考部之間；且 上述檢測部具有： 檢測用第1電極，其設置於上述絕緣層之上； 檢測用介電質部，其以包圍上述檢測用第1電極之方式設置；及 檢測用第2電極，其以包圍上述檢測用介電質部之方式設置，且設置有貫通孔；且 上述參考部具有： 參考用第1電極，其設置於上述絕緣層之上； 參考用介電質部，其以包圍上述參考用第1電極之方式設置；及 參考用第2電極，其以包圍上述參考用介電質部之方式設置； 上述共通配線， 以經由上述絕緣層內與上述檢測用第1電極及上述參考用第1電極導通之方式設置。
2. 如請求項1之濕度檢測裝置，其中未於上述參考用第2電極設置貫通孔。
3. 如請求項1或2之濕度檢測裝置，其進而具備： 檢測用引出配線，其與上述檢測用第2電極導通；及 參考用引出配線，其與上述參考用第2電極導通；且 上述檢測用引出配線及上述參考用引出配線設置於上述絕緣層內。
4. 如請求項3之濕度檢測裝置，其中上述檢測用引出配線及上述參考用引出配線與上述共通配線設置於同層。
5. 如請求項1或2之濕度檢測裝置，其中於上述絕緣層上之上述檢測部及上述參考部之周圍，設置有耐濕性高於上述絕緣層之保護層。
6. 如請求項5之濕度檢測裝置，其中未於上述檢測用第2電極之上設置上述保護層。