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公開番号2024158241
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2023073270
出願日2023-04-27
発明の名称湿度検出素子、湿度検出素子の製造方法、パワーモジュールおよび電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 21/822 20060101AFI20241031BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】素子サイズを大きくせずに静電容量を大きくすることができ、検出感度を向上させた湿度検出素子を提供する。
【解決手段】本開示に係る湿度検出素子は、基板上に設けられた第1の電極と、第1の電極上に設けられた、湿度により誘電率が変化する感湿層と、感湿層上に設けられた第2の電極と、を有する積層構造を2つ以上積層して有し、各積層構造のそれぞれの第1の電極どうしおよびそれぞれの第2の電極どうしが互いに接続されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
基板上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた、湿度により誘電率が変化する感湿層と、
前記感湿層上に設けられた第２の電極と、を有する積層構造を２つ以上積層して有し、
各積層構造のそれぞれの前記第１の電極どうしおよびそれぞれの前記第２の電極どうしが互いに接続されている、湿度検出素子。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
２つ以上の前記積層構造は、
少なくとも最上層の前記第２の電極が、一部に開口部を有し、前記開口部において前記感湿層が露出している、請求項１に記載の湿度検出素子。
【請求項３】
前記第１の電極、前記感湿層および前記第２の電極は、凹凸を有し、
それぞれの前記凹凸の位置が、平面視で一致する、請求項１または請求項２に記載の湿度検出素子。
【請求項４】
前記第１の電極および前記第２の電極は、
一方が前記感湿層の線膨張率より小さく、他方は前記感湿層の前記線膨張率より大きい材料で構成される、請求項１に記載の湿度検出素子。
【請求項５】
前記第１の電極および前記第２の電極は、厚さが異なる、請求項１に記載の湿度検出素子。
【請求項６】
(ａ)基板上に第１の電極を形成する工程と、
(ｂ)前記第１の電極の上に湿度により誘電率が変化する感湿層を形成する工程と、
(ｃ)前記感湿層の上に第２の電極を形成する工程と、
(ｄ)前記第２の電極の上に前記感湿層と同じ材料の絶縁層を形成する工程と、
工程(ｄ)の後に、工程(ａ)、工程（ｂ）および工程(ｃ)を少なくとも１回繰り返す工程と、を備える、湿度検出素子の製造方法。
【請求項７】
最上層の前記第２の電極を形成する前記工程(ｃ)は、
前記第２の電極の一部に開口部が形成されるように前記第２の電極をパターニングする工程を含む、請求項６に記載の湿度検出素子の製造方法。
【請求項８】
最下層の前記第１の電極を形成する前記工程(ａ)は、
前記第１の電極が、凹凸を有するように前記第１の電極を選択的にエッチングして、前記第１の電極の一部の厚さを薄くする工程を含む、請求項６または請求項７に記載の湿度検出素子の製造方法。
【請求項９】
最下層の前記第１の電極を形成する前記工程(ａ)の前に、
前記基板が凹凸を有するように前記基板を選択的にエッチングして、前記基板の一部の厚さを薄くする工程を備える、請求項６または請求項７に記載の湿度検出素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の湿度検出素子を搭載した半導体素子と、
前記半導体素子を搭載する絶縁基板と、
前記絶縁基板を囲むように設けられ、前記絶縁基板と接合されたケースと、
前記ケース内に充填された封止樹脂と、を備え、
前記ケースは、
前記湿度検出素子で検出された前記半導体素子の湿度の情報を外部に出力する信号端子を有する、パワーモジュール。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は湿度検出素子に関し、特に湿度の検出感度を向上させた湿度検出素子に関する。
続きを表示（約 5,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の湿度検出素子として、例えば特許文献１には、櫛形電極とフローティング電極が備わっている少なくとも１つのキャパシタを有し、フローティング電極と櫛形電極との間に配置された感湿層を備える容量型湿度センサが開示されている。キャパシタンの静電容量は、Ｃ＝ε
０
ε
ｒ
Ｓ／ｄで示されたパラメータに依存する。ここで、ε
０
は真空の誘電率、ε
ｒ
は感湿層の比誘電率、Ｓは電極面積、ｄは電極間の距離である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第５７４４７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
静電容量を大きくして、検出感度をより向上させるためには、電極面積を大きくする、または電極の間の距離を小さくする必要がある。特許文献１が開示している容量型湿度センサにおいて、電極面積を大きくすると、容量型湿度センサのサイズが大きくなる問題が生じる。また、電極間の距離は、感湿層の厚みで決まる。感湿層の多くはスピンコーティングなどの手法により形成されるが、感湿層の厚みの下限値は、その誘電材料の粘度により決まるため、電極間の距離は、使用する誘電材料の厚みの下限値以下にすることが困難である。
【０００５】
本開示は上記のような問題を解決するためになされたものであり、素子サイズを大きくせずに静電容量を大きくすることができ、検出感度を向上させた湿度検出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る湿度検出素子は、基板上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた、湿度により誘電率が変化する感湿層と、前記感湿層上に設けられた第２の電極と、を有する積層構造を２つ以上積層して有し、各積層構造のそれぞれの前記第１の電極どうしおよびそれぞれの前記第２の電極どうしが互いに接続されている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る湿度検出素子によれば、湿度により誘電率が変化する感湿層が基板の厚み方向で第１の電極と第２の電極に挟まれた積層構造が形成されており、当該積層構造の上に同様の積層構造が繰り返して形成されており、各積層構造のそれぞれの第１の電極どうしおよびそれぞれの第２の電極どうしは互いに接続されているので、キャパシタが電気的に並列接続された構造となっている。このため、素子サイズを大きくすることなく、単体のキャパシタと比較して、より大きい静電容量が得られるので、湿度の検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程２を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程２を示すの断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程２を示すの断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程３を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程３を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程３を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程４を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程４を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程４を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程５を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程５を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程５を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程６を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程６を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程６を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程７を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程７を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程７を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程８を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程８を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程８を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程９を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程９を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程９を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１０を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１０を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１０を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１１を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１１を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１１を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１２を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１２を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１２を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１３を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１３を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１３を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１４を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１４を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１４を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１５を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１５を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１５を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１６を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１６を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１６を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１７を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１７を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１７を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１８を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１８を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の湿度検出素子の製造方法の工程１８を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態２の湿度検出素子を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態２の湿度検出素子を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態２の湿度検出素子を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程２を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程２を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程２を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程２の後の状態を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程２の後の状態を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程２の後の状態を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程３を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程３を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程３を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程４を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程４を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態３の湿度検出素子の製造方法の工程４を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態４の湿度検出素子を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態４の湿度検出素子を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態４の湿度検出素子を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態５の湿度検出素子を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態５の湿度検出素子を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態５の湿度検出素子を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態６のパワーモジュールの構成を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態７の電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜はじめに＞
以下の説明において、図面は模式的に示されたものであり、異なる図面にそれぞれ示されている画像のサイズおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されたものではなく、適宜変更され得る。また、以下の説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称および機能も同様のものとする。よって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。
【００１０】
また、以下の説明では、「上」、「下」、「側」、「おもて」および「裏」などの特定の位置および方向を意味する用語が用いられる場合があるが、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするため便宜上用いられているものであり、実際に実施される際の方向とは関係しない。
（【００１１】以降は省略されています）

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