CN105452853B - 温湿度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明的温湿度传感器(1)具备：基板(2)；设置在基板(2)的第1电极(4)；至少一部分沿着第1电极(4)而设的线状的第2电极(6)；和设置在第2电极(6)中的沿着第1电极(4)的部分与第1电极(4)间的湿敏膜(8)。第2电极(6)为了形成电感器而具有俯视观察下为螺旋状的形状的部分。由此能构成高精度的振荡电路，能提供小型、制造容易的温度/湿度传感器。

Description

温湿度传感器
技术领域
本发明涉及检测温度和湿度的温湿度传感器。
背景技术
能检测温度和湿度的温湿度传感器例如记载于实开平7-20536号公报(专利文献1)、特开平6-148122号公报(专利文献2)、特开昭58-70153号公报(专利文献3)。该温湿度传感器具备用于湿度测定的湿敏膜，以电阻或静电容的大小的变化检测湿度。
另外，在振荡电路检测湿度传感器的静电容的技术例如记载于特开昭61-14556号公报(专利文献4)、特表2012-508877号公报(专利文献5)。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP实开平7-20536号公报
专利文献2：JP特开平6-148122号公报
专利文献3：JP特开昭58-70153号公报
专利文献4：JP特开昭61-14556号公报
专利文献5：JP特表2012-508877号公报
发明内容
发明要解决的课题
考虑使用专利文献1～3记载的那样的静电容方式的湿度传感器的电容以及电阻、和与湿度传感器分开而设的电感器的电感来构成专利文献4、5记载那样的振荡电路。
在振荡电路是CR振荡电路的情况下，由于一般相位旋转平稳，震荡周期精度差，另外易于受到寄生电容或电阻分量的影响，因此需要增大湿度传感器的静电容。为此在如专利文献1或专利文献2那样在2个电极间设置湿敏膜的湿度传感器中，需要增大电极的面积或减薄湿敏膜的厚度。但若增大电极的面积，传感器的小型化就会变得困难，若减薄湿敏膜的厚度，则静电容的变化量就会变小且制造变得困难。在专利文献3那样具备线状电极群的湿度传感器中，需要缩窄电极的间隔。但若缩窄电极的间隔，则制造变得困难。
本发明的目的在于，提供能构成高精度的振荡电路、小型且制造容易的温度/湿度传感器。
用于解决课题的手段
本发明是温湿度传感器，具备：基板；设置在基板的第1电极；至少一部分沿着第1电极而设的线状的第2电极；和设置在第2电极中的沿着第1电极的部分与第1电极间的湿敏膜。第2电极形成电感器。
优选地，第1电极由设置在基板上的第1金属层构成。湿敏膜设置在第1金属层上。第2电极包含螺旋形状布线、和信号取出布线部。螺旋形状布线由设置在湿敏膜上的第2金属层构成，形成电感器。信号取出布线部由第1金属层构成，从螺旋形状布线的中央部分朝向外侧并与螺旋形状布线立体交叉。
更优选地，第1电极包含：电极板，其由第1金属层构成，设置在基板上的不同于信号取出布线部中的与螺旋形状布线的立体交叉部分的区域。
更优选地，第1电极包含布线部，其由第1金属层构成，设置在基板上的不同于信号取出布线部中的与螺旋形状布线立体交叉部分的区域，且与螺旋形状布线重合。
更优选地，第2金属层包含铂或钼。
优选地，第1电极具有俯视观察下为螺旋状的形状，设置在基板上。第2电极具有俯视观察下为螺旋状的形状，沿着第1电极空开间隔设置在基板上。湿敏膜设置在基板上，填埋第1电极与第2电极的间隔。
发明的效果
根据本发明，能实现高精度且小型化的温湿度传感器。
附图说明
图1是表示实施方式1的温湿度传感器的构成的立体图。
图2是表示实施方式1的温湿度传感器的构成的俯视图。
图3是实施方式1的温湿度传感器的等效电路图。
图4是装入了温湿度传感器的振荡电路的电路图。
图5是表示实施方式1的变形例的温湿度传感器的构成的俯视图。
图6是为了说明第1电极的形状而除去图5的螺旋形状布线的图。
图7是用于说明作为温度传感器使用温湿度传感器的图。
图8是表示温湿度传感器1的电阻值和温度的关系的图。
图9是表示实施方式2的温湿度传感器的构成的俯视图。
图10是实施方式2的温湿度传感器的示意截面图。
图11是表示实施方式2的温湿度传感器的示意截面的立体图。
图12是实施方式2的温湿度传感器的等效电路图。
图13是表示将实施方式2的温湿度传感器搭载于IC的形状的图。
图14是表示实施方式2的变形例的温湿度传感器的构成的俯视图。
图15是实施方式2的变形例的温湿度传感器的示意截面图。
具体实施方式
以下参考附图来详细说明本发明的实施方式。另外，对图中同一或相当部分标注同一标号，并不再重复其说明。
[实施方式1]
图1是表示实施方式1的温湿度传感器的构成的立体图。
图2是表示实施方式1的温湿度传感器的构成的俯视图。
参考图1、图2，温湿度传感器1具备：基板2；设置在基板2的第1电极4；至少一部分沿着第1电极4而设的线状的第2电极6；和设置在第2电极6中的沿着第1电极4的部分与第1电极4间的湿敏膜8。第2电极6为了形成电感器而具有俯视观察下为螺旋状的形状的部分。另外，温湿度传感器1具有焊盘PA、PB、PC。
第1电极4由设置在基板2上的第1金属层构成。湿敏膜8设置在第1金属层上。第2电极6包含螺旋形状布线7、和信号取出布线部10。螺旋形状布线7有设置在湿敏膜8上的第2金属层构成，形成电感器。信号取出布线部10由第1金属层构成，从螺旋形状布线7的中央部分朝向外侧并与螺旋形状布线7立体交叉。即，信号取出布线部10与螺旋形状布线7交叉，使湿敏膜8介于它们之间。螺旋形状布线7的一方的端部与焊盘PC连接，另一方的端部与信号取出布线部10连接。信号取出布线部10的一方的端部与焊盘PA连接，另一方的端部与螺旋形状布线7的另一方的端部连接。
第1电极4包含由第1金属层构成的电极板5。电极板5设置在基板2上的不同于信号取出布线部10的与螺旋形状布线7的立体交叉部分的区域，俯视观察下信号取出布线部10的配置区域是下沉的U字状。在电极板5上设置螺旋形状布线7的大部分，湿敏膜8介于它们之间。电极板5与焊盘PB连接。
第2电极6既作为电感器也作为金属电阻体发挥功能。由于与第2电极6连接的焊盘PA-PC间的电阻值根据温度而变化，因此通过检测焊盘PA-PC间的电阻值，温湿度传感器1还能作为温度传感器使用可能。
基板2是在表面作为绝缘膜形成二氧化硅(SiO2)膜的硅(Si)基板。基板2也可以是电介质基板。
第1金属层由金(Au)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、钼(Mo)的任一者、或它们的任意者的合金构成。
湿敏膜8由感光性聚酰亚胺、多孔硅、多孔电介质的任一者构成，优选由感光性聚酰亚胺构成。
第2金属层由金(Au)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、钼(Mo)的任一者、或它们的任意者的合金构成。在将温湿度传感器1用作温度传感器的基础上，优选第2金属层由电阻温度系数大的铂或钼的任一者构成。
湿敏膜8特别优选如图1所示那样，是和螺旋形状布线7同样的形状。由此湿敏膜8向外部的露出部分的表面积变大，能使得作为湿度传感器的灵敏度提升。
图3是实施方式1的温湿度传感器1的等效电路图。
参考图2、图3，电感器L1相当于由螺旋形状布线7的电感构成的电感器。另外，可变电容器C2包含作为电介质的湿敏膜8、和使湿敏膜8介于其间而对置的第1电极4和第2电极6而构成。图3的节点PA、PB、PC与图2的焊盘PA、PB、PC电气对应。并且，通过在焊盘PA-PC间连接电容器C3来防止DC直连。另外，电容器C3和温湿度传感器1分开准备。可变电容器C2和电容器C3构成电容器C1。
图4是装入了实施方式1的温湿度传感器1的振荡电路的电路图。图4所示的谐振电路的电容器C1以及电感器L1的并联连接部相当于图3的电路。其中，为了不仅能在图4所示的谐振电路(储能电路)中使用，还能在C1串联谐振***的谐振电路使用，温湿度传感器1不将焊盘PB和焊盘PC直连，而是设为具有焊盘PA、PB、PC的三端子元件。
[实施方式1的变形例]
图5是表示实施方式1的变形例的温湿度传感器101的构成的俯视图。
图6是为了说明第1电极的形状而除去图5的螺旋形状布线7的图。
参考图5、图6，实施方式1的变形例的温湿度传感器101在图2所示的温湿度传感器1的构成中，取代第1电极4而包含第1电极4A。图2的第1电极4设置在基板2上的不同于信号取出布线部10中的与螺旋形状布线7的立体交叉部分的区域，包含俯视观察下U字状的电极板5。取代此，第1电极4A包含：和螺旋形状布线7大致同样形状的布线部；和将相邻的布线部分彼此连接的连接布线部5A、5B。即，第1电极4A的布线部俯视观察下和螺旋形状布线7重合。
作为这样的构成，也能和图2所示的温湿度传感器1同样地实现高精度且小型的温湿度传感器。
接下来说明作为温度传感器的功能。图7是用于说明作为温度传感器使用图2所示的温湿度传感器1的图。在焊盘PA与焊盘PC间连接信号取出布线部10和螺旋形状布线7。因此，信号取出布线部10和螺旋形状布线7的电阻值大致等于焊盘PA与焊盘PC间的电阻值。
图8是表示第2金属层由铂构成的温湿度传感器1的电阻值与温度的关系的图。为了将温湿度传感器1作为温度传感器使用，优选使形成螺旋形状布线7的第2金属层为铂。在该情况下，如图8所示那样，周围温度与电阻值比的变化示出良好的直线性。
[实施方式2]
图9是表示实施方式2的温湿度传感器的构成的俯视图。图10是实施方式2的温湿度传感器的示意截面图。图11是表示实施方式2的温湿度传感器的示意截面的立体图。
参考图9、图10，温湿度传感器201具备：基板2；设置在基板2的第1电极4B；至少一部分沿着第1电极4B而形成的线状的第2电极6；和湿敏膜8，在其一部分设置在对置的第1电极4B与第2电极6间。第2电极6为了形成电感器而具有俯视观察为螺旋状的形状。
第1电极4B俯视观察下具有螺旋状的形状，设置在基板2上。第2电极6俯视观察下具有螺旋状的形状，沿着第1电极4B空开间隔设置在基板2上。湿敏膜8设置在基板2上，使图11所示的部分8B填埋第1电极4B与第2电极6的间隔。在本实施方式中，第1电极4B和第2电极6被湿敏膜8覆盖。第1电极4B的一方的端部与焊盘PB1连接，另一方的端部与焊盘PB2连接。第2电极6的一方的端部与焊盘PC连接，另一方的端部与焊盘PA连接。
在实施方式1的温湿度传感器1中，螺旋形状布线7的大部分设置在电极板5上，使湿敏膜8存在于它们之间，第1电极4的电极板5和第2电极6的螺旋形状布线7的大部分在基板2的法线方向上对置，使湿敏膜8存在于它们之间。如图10、图11所示那样，在实施方式2的温湿度传感器201中，第1电极4B和第2电极6设置在基板2上的同一平面、即距基板2相同的高度。由此第1电极4B和第2电极6以与基板2平行的朝向对置。第1电极4B和第2电极6，优选使用光刻技术对在相同工序形成的金属层进行蚀刻来形成。
图12是实施方式2的温湿度传感器201的等效电路图。图12所示的电路图是和图3中说明的电路图基本相同的电路图，但在示出焊盘PB1或焊盘PB2相当于电容器C1与电容器C2的连接节点这一点上不同。在温湿度传感器201的外部，在焊盘PB1或PB2与焊盘PC间连接电容器C3即可。另外，这时也可以用外部布线将焊盘PB1和焊盘PB2连接来降低电阻。
由于关于将该电路运用在图4的振荡电路这一点上同样，因此不重复说明。
图13是表示将实施方式2的温湿度传感器201搭载在IC401的形状的图。作为IC401，能使用构成振荡电路的检测用的CMOS-ASIC。如图13所示那样，外部端子T1～T6配置在温湿度传感器201的周围，在IC401的中央部配置温湿度传感器201。
[实施方式2的变形例]
图14是表示实施方式2的变形例的温湿度传感器301的构成的俯视图。图15是实施方式2的变形例的温湿度传感器301的示意截面图。在图14、图15所示的构成中，在第2电极6的两侧旁设置第1电极4C和第1电极4D。
第1电极4C、4D具有俯视观察下为螺旋状的形状，设置在基板2上。第2电极6具有俯视观察下为螺旋状的形状，沿着第1电极4C、4D空开间隔设置在基板2上。湿敏膜8设置在基板2上，图15所示的部分8C2填埋第1电极4C与第2电极6的间隔，部分8C1填埋第1电极4D与第2电极6的间隔。在本实施方式中，第1电极4C、4D和第2电极6被湿敏膜8覆盖。第1电极4C的一方的端部与焊盘PB1连接，另一方的端部与焊盘PB2连接。第1电极4D的一方的端部与焊盘PB3连接，另一方的端部与焊盘PB4连接。第2电极6的一方的端部与焊盘PC连接，另一方的端部与焊盘PA连接。
如图14、图15所示那样，在实施方式2的变形例的温湿度传感器301中，第1电极4C、4D和第2电极6设置在基板2上的同一平面，即距基板2相同的高度。由此，第1电极4C、4D和第2电极6以与基板2平行的朝向对置。
另外，也可以将第1电极4C以及第1电极4D作为电感器使用，将第2电极6作为电容器使用。
在实施方式2的变形例的温湿度传感器301中，也能和实施方式2的温湿度传感器201同样地实现高精度且小型的温湿度传感器。
即，在基板2上设置2个以上构成电感器的电极，设置湿敏膜覆盖电极。电极的输入输出间的电阻值成为温度传感器。即，电极既作为电感器也作为金属电阻体发挥功能。
特别在基板是内置振荡电路或数字电路的构成要素的硅基板的情况下，例如能在以CMOS半导体工艺形成电极，以旋涂形成湿敏膜这样简易的工艺中制造温湿度传感器。
本次公开的实施方式在全部点上都是例示，而不应当认为是限制。本发明的范围并不由上述的说明而是由权利要求的范围示出，意图包含和权利要求的范围等同的意义以及范围内的全部变更。
标号的说明
1、101、201 温湿度传感器
2 基板
4、4A、4B、4C、4D 第1电极
5 电极板
5A、5B 连接布线部
6 第2电极
7 螺旋形状布线
8 湿敏膜
10 信号取出布线部
C1、C2、C3 电容器
L1 电感器
PA、PB、PC 焊盘
T1～T6 外部端子

Claims (7)

1.一种温湿度传感器，具备：
基板；
设置在所述基板的第1电极；
至少一部分沿着所述第1电极而设的线状的第2电极，该第2电极构成用于温度测定的金属电阻体；和
设置在所述第2电极中的沿着所述第1电极的部分与所述第1电极间的湿敏膜，
所述第2电极，在沿着所述第1电极而且设置有所述湿敏膜的部分形成电感器。
2.根据权利要求1所述的温湿度传感器，其中，
所述第1电极由设置在所述基板上的第1金属层构成，
所述湿敏膜设置在所述第1金属层上，
所述第2电极包含螺旋形状布线、和信号取出布线部，
所述螺旋形状布线由设置在所述湿敏膜上的第2金属层构成，形成所述电感器，
所述信号取出布线部由所述第1金属层构成，从所述螺旋形状布线的中央部分朝向外侧并与所述螺旋形状布线立体交叉。
3.根据权利要求2所述的温湿度传感器，其中，
所述第1电极包含：电极板，其由所述第1金属层构成，设置在所述基板上的不同于所述信号取出布线部中的与所述螺旋形状布线的立体交叉部分的区域。
4.根据权利要求2所述的温湿度传感器，其中，
所述第1电极包含：布线部，其由所述第1金属层构成，设置在所述基板上的不同于所述信号取出布线部中的与所述螺旋形状布线的立体交叉部分的区域，且与所述螺旋形状布线重合。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的温湿度传感器，其中，
所述第2金属层包含铂或钼。
6.根据权利要求1所述的温湿度传感器，其中，
所述第1电极俯视观察下具有螺旋状的形状，设置在所述基板上，
所述第2电极俯视观察下具有螺旋状的形状，沿着所述第1电极空开间隔设置在所述基板上，
所述湿敏膜设置在所述基板上，填埋所述第1电极与所述第2电极的间隔。
7.根据权利要求2所述的温湿度传感器，其中，
所述湿敏膜，是沿着所述螺旋形状布线的形状的螺旋形状，
所述信号取出布线部，隔着所述湿敏膜与所述螺旋形状布线立体交叉。
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