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公開番号2025086467
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-09
出願番号2023200453
出願日2023-11-28
発明の名称湿度検出素子、半導体装置、半導体モジュール、電力変換装置および湿度検出素子の製造方法
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01G 7/00 20060101AFI20250602BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】湿度検出素子において、周囲の湿度や温度の変化に起因する電極と感湿層との間の剥離を抑制する。
【解決手段】湿度検出素子(30)は、基板上に設けられた第1電極層(3)と、第1電極層(3)上に設けられ、湿度により誘電率が変化する感湿層(4)と、感湿層(4)上に設けられた第2電極層(5)と、を備える。第1電極層(3)の上面の算術平均粗さは、感湿層(4)と第2電極層(5)との界面の算術平均粗さよりも大きい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板上に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層上に設けられ、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電極層と、
を備え、
前記第１電極層の上面の算術平均粗さが、前記感湿層と前記第２電極層との界面の算術平均粗さよりも大きい、
湿度検出素子。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記感湿層に対向する前記第１電極層の面積に比べて、前記感湿層に対向する前記第２電極層の面積が小さい、
請求項１に記載の湿度検出素子。
【請求項３】
少なくとも前記第２電極層を被覆するパッシベーション層をさらに備える、
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】
請求項１または請求項２に記載の湿度検出素子を含む湿度検出回路を搭載した
半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置と、
前記半導体装置を封止する封止樹脂と、
を備える半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の湿度検出素子と、
前記湿度検出素子とともに封止樹脂に封止された半導体装置と、
を備える半導体モジュール。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の湿度検出素子を備えた半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備える電力変換装置。
【請求項８】
基板上に第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層の上面に凹凸を形成する工程と、
前記第１電極層上に、湿度により誘電率が変化する感湿層を形成する工程と、
前記感湿層上に第２電極層を形成する工程と、
を備える湿度検出素子の製造方法。

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、特に湿度や温度の変化に対する信頼性を向上させた湿度検出素子および電力変換装置とその製造方法に関するものである。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の湿度検出素子として、例えば下記の特許文献１には、対向する２つの電極間に湿度に応じて誘電率が変化する感湿層を介在させた構造を有し、周囲の湿度に応じて変化する２つの電極間の容量に基づいて湿度を検出する容量型湿度センサが開示されている。なお、キャパシタの静電容量は、Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌで示されたパラメータに依存する。ここで、εは感湿層の誘電率、Ｓは対向する２つの電極の面積、Ｌは当該２つの電極間の距離である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１１－８０８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
湿度検出素子は、周辺の湿度や温度が変化する環境下に置かれる。また、湿度検出素子の検出感度を向上させるためには、上記した静電容量（Ｃ）の算出式から分かるように、電極の面積（Ｓ）を大きくする、または、２つの電極間の距離（Ｌ）を小さくすることで、湿度検出素子の静電容量を大きくすることが有効である。しかし、電極の面積を大きくすると、湿度や温度の変化が生じたときに、電極と感湿層との線膨張係数の違いに起因する応力が大きくなり、電極と感湿層との間に剥離が生じやすくなるため、湿度検出素子の信頼性は低下する傾向となる。
【０００５】
本開示は上記のような課題を解決するためになされたものであり、湿度検出素子において、周囲の湿度や温度の変化に起因する電極と感湿層との間の剥離を抑制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電極層と、前記第１電極層上に設けられ、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電極層と、を備え、前記第１電極層の上面の算術平均粗さが、前記感湿層と前記第２電極層との界面の算術平均粗さよりも大きい。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る湿度検出素子によれば、第１の電極および第２電極層と感湿層との間の剥離が抑制され、湿度検出素子の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施の形態１に係る湿度検出素子の構成を示す断面図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の構成を示す上面図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の製造方法の説明図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の製造方法の説明図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の製造方法の説明図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の製造方法の説明図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の製造方法の説明図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の製造方法の説明図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の製造方法の説明図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の製造方法の説明図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の製造方法の説明図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の製造方法の説明図である。
算術平均粗さの定義の説明図である。
８５８５試験の結果を示す図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の構成を示す断面図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の構成を示す上面図である。
実施の形態１に係る湿度検出素子の構成を示す断面図である。
実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す上面図である。
実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
実施の形態２に係る半導体装置としてのＳｉＣ－ＳＢＤの構成を示す断面図である。
実施の形態２に係る半導体装置としてのＳｉＣ－ＳＢＤの製造方法の例を示すフローチャートである。
実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の説明図である。
実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の説明図である。
実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の説明図である。
実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の説明図である。
実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の説明図である。
実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の説明図である。
実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の説明図である。
実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の説明図である。
実施の形態２に係る半導体装置を搭載した半導体モジュールの例を示す図である。
実施の形態２に係る半導体装置を搭載した半導体モジュールの別の例を示す図である。
実施の形態３に係る電力変換装置が適用された電力変換システムの構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本開示に係る技術の実施の形態について説明する。以下の実施の形態はあくまで例示であり、実施の形態の説明に中に示されたもの全てが当該技術に必須のものとは限らない。また、図面は模式的なものであり、図面に示された構成要素のサイズや位置は、必ずしも正確なものではない。また、複数の図面に渡って、同様の構成要素には同一符号を付しているため、それらについて重複する説明は省略される場合がある。また、本開示において、ある構成要素を「備える」、「含む」または「有する」などの記載は、特に断りのない限り、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００１０】
また、本開示において、構成要素の名称に序数を意味する用語（例えば、「第１の・・・」、「第２の・・・」など）が付されることがあるが、それらの序数は、本開示に対する理解を容易にするために便宜上付されたものであり、特に断りのない限り、例えば配置の順番や製造工程の順番などを特定の順序に限定するものではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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