電容式濕度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及濕度傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電容式濕度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]濕度傳感器是一種可以通過(guò)確定濕度敏感材料由于水分引起的電性質(zhì)的改變來(lái)精確的檢測(cè)濕度變化的設(shè)備，可以廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療器械、空氣凈化系統(tǒng)、自動(dòng)冷卻/加熱系統(tǒng)、家電、移動(dòng)設(shè)備等中，以維持各種設(shè)備/系統(tǒng)的濕度在最佳狀態(tài)。目前市場(chǎng)上的濕度傳感器可以分為電阻式濕度傳感器和電容式濕度傳感器，其中，電阻式濕度傳感器基于濕度改變導(dǎo)致電阻的變化來(lái)測(cè)量濕度，這類型濕度傳感器應(yīng)用廣泛，主要是因?yàn)殡娮枋綕穸葌鞲衅飨鄬?duì)于電容式濕度傳感器在價(jià)格上具有很大的優(yōu)勢(shì)。然而，近年來(lái)，電容式濕度傳感器以單芯片的形式制造在半導(dǎo)體襯底上，因此可能可以獲得的電容式濕度傳感器比電阻式濕度傳感器更具有價(jià)格方面的競(jìng)爭(zhēng)力。
[0003]此外，相對(duì)電阻式濕度傳感器，電容式濕度傳感器可以呈現(xiàn)出更高的可靠性，并且可呈現(xiàn)更加線性的傳感器特征以及可以承受低溫的影響，因此，電容式濕度傳感器可以作為電容器型器件。該電容器型器件的濕敏材料為介電常數(shù)隨著水分的變化而改變的聚合物或陶瓷。也即用于感測(cè)濕度的濕敏層可以存在于器件內(nèi)部，并且濕度敏感層的介電常數(shù)可以在水分通過(guò)濕度敏感層時(shí)發(fā)生改變，介電常數(shù)的改變引起電容的變化，通過(guò)電容的變化確定濕度的水平。
[0004]美國(guó)第3916367號(hào)專利公布了將濕度敏感材料覆蓋在叉指電極之上，形成測(cè)量層。這種平鋪叉指電極結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器雖然工藝簡(jiǎn)單，易于測(cè)量電路集成，但是其電容值較小，存在測(cè)量靈敏度低的缺點(diǎn)。
[0005]美國(guó)第4164868號(hào)專利公布了濕度敏感材料填充在上下電極之間，這種三明治結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器，為了保證傳感器的響應(yīng)速度，上電極采用有一定透水性的薄的薄膜(約1nm)，這容易導(dǎo)致傳感器的上電極中寄生較大的電阻，會(huì)對(duì)傳感器的性能造成不利影響。
[0006]美國(guó)第6690569號(hào)專利公布了在濕度的測(cè)量電極中置入加熱元件，這樣有助于提升濕度傳感器在低溫時(shí)的性能及降低濕滯。但是這樣的濕度傳感器不能實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對(duì)上述存在的平鋪叉指電容式濕度傳感器具有電容值小、靈敏度低;三明治式存在電極非常薄導(dǎo)致的寄生電阻及需要溫度補(bǔ)償?shù)热秉c(diǎn)，提供了一種電容式濕度傳感器傳感器。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型實(shí)施例采用如下技術(shù)方案:
[0009]—種電容式濕度傳感器，包括至少一個(gè)第一傳感器部件、第二傳感器部件、第三傳感器部件及襯底，所述傳感器部件均相離固設(shè)于所述襯底的相同表面；
[0010]其中，所述第一傳感器部件包括具有幾何形狀的加熱電極層、絕緣層、第一電極層、濕敏層及第二電極層；
[0011]所述第一傳感器的所述加熱電極層疊設(shè)于所述襯底表面，
[0012]所述絕緣層疊設(shè)在所述加熱電極層外表面，并延伸至所述襯底表面上;所述第一電極層、濕敏層及第二電極層按所述襯底至所述絕緣層方向依次疊設(shè)在所述絕緣層外表面;所述第二電極層表面設(shè)有與所述濕敏層相通的通孔；
[0013]相對(duì)于所述第一傳感部件，所述第二、第三傳感部件不包括所述加熱電極層，且所述第三傳感部件的所述第二電極層表面無(wú)通孔；
[0014]其中，所述幾何形狀為脈沖波形或鋸齒形或波浪線形。
[0015]優(yōu)選地，所述濕敏層為亞胺化的聚酰胺酸層，所述濕敏層厚度為I?ΙΟμπι。
[0016]優(yōu)選地，所述加熱電極層為金屬層。
[0017]優(yōu)選地，所述絕緣層為氧化硅層或氮化硅層。
[0018]優(yōu)選地，所述第一電極層和/或所述第二電極層均為金屬層。
[0019]優(yōu)選地，所述金屬層為鋁層或鉑金層或金層。
[0020]優(yōu)選地，所述襯底為硅。
[0021]上述本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電容式濕度傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各個(gè)層間接觸牢固、不易發(fā)生接觸不良等特點(diǎn)；第二電極層通孔的設(shè)計(jì)，降低了電極寄生電阻的可能性；至少一個(gè)第一傳感器部件、第二傳感器部件及第三傳感器部件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)補(bǔ)償?shù)姆绞?，降低溫度漂移并消除其他類型的共模信?hào)干擾;而部分傳感器部件設(shè)計(jì)的加熱電極層，能夠提升傳感器在低溫環(huán)境下的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0022]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電容式濕度傳感器的主視圖；
[0024]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電容式濕度傳感器的后視圖；
[0025]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電容式濕度傳感器的前視圖；
[0026]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電容式濕度傳感器的右視圖；
[0027]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電容式濕度傳感器的A-A剖視圖；
[0028]圖6-14是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電容式濕度傳感器的制作過(guò)程示意圖；
[0029]圖15是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電容式濕度傳感器的電容測(cè)試結(jié)果示意圖；
[0030]圖16是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電容式濕度傳感器響應(yīng)時(shí)間隨溫度變化情況示意圖；
[0031]其中，1-襯底；2-加熱電極層;3-絕緣層;4-第一電極層；5-濕敏層;6-第二電極層，61 -通孔;d、C-第一傳感部件;b-第二傳感部件;a-第三傳感部件。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0033]需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”或“設(shè)置于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者可能同時(shí)存在居中元件。當(dāng)一個(gè)元件被稱為是“連接于”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。
[0034]還需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例中的左、右、上、下等方位用語(yǔ)，僅是互為相對(duì)概念或是以產(chǎn)品的正常使用狀態(tài)為參考的，而不應(yīng)該認(rèn)為是具有限制性的。
[0035]如圖1至圖5所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電容式濕度傳感器，包括至少一個(gè)第一傳感部件、第二傳感部件、第三傳感部件及襯底I，所述傳感部件均相離固設(shè)于所述襯底I的相同表面；
[0036]上述第一傳感部件、第二傳感部件、第三傳感部件均相互分離平鋪且固定設(shè)置在襯底I的相同表面，也就是，可以將襯底I的兩個(gè)相對(duì)的寬面叫做A面、B面，那么第一傳感部件、第二傳感部件、第三傳感部件均相互分離的平鋪在A面或B面，三個(gè)部件與襯底I接觸的部位應(yīng)當(dāng)共面。所述的第一傳感部件、第二傳感部件、第三傳感部件可以呈直線(或呈“一”字型)排布在襯底表面，也可以呈“田”字型排布。當(dāng)該電容式濕度傳感器包括兩個(gè)第一傳感部件時(shí)，為了使得該電容式濕度傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，所有傳感部件在襯底I表面的布局呈“田”字型排布。本實(shí)用新型提供的實(shí)施例包含兩個(gè)第一傳感部件、一個(gè)第二傳感部件、一個(gè)第三傳感部件，即是呈“田”字型排布，可以作為為例子對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行描述。
[0037]在任一實(shí)施例中，襯底I可以選2-12英寸的單晶硅片。為了使得電容式濕度傳感器制作時(shí)，各層平整且厚度均勻，最好襯底I的雙面或單面拋光，拋光的表面固設(shè)第一傳感部件、第二傳感部件、第三傳感部件。出于加工便捷的考慮，襯底I的厚度可以為300-1 ΟΟΟμπι;優(yōu)選500μπι，該厚度既能保證加工便捷，又避免襯底I因過(guò)厚而不便植入其他設(shè)備。
[0038]在任一實(shí)施例中，第一傳感部件包括加熱電極層2、絕緣層3、第一電極層4、濕敏層
5、第二電極層6。
[0039]其中，加熱電極層2通過(guò)沉積疊設(shè)于襯底I表面，且具有幾何形狀。具體地，為了使得加熱電極層2能夠均勻的對(duì)第一傳感部件進(jìn)行加熱，加熱電極層2的幾何形狀為脈沖波形、鋸齒形或波浪線形，并延伸至襯底I表面的邊沿以供與外界進(jìn)行電連接，加熱電極層2的外延部分，可以向同一邊沿延伸，也可以向不同邊沿延伸，本實(shí)用新型實(shí)施例中，圖1所示的為向不同邊沿延伸的情況。
[0040]作為優(yōu)選地，采用金屬鋁作為加熱電極層2的材料，所述加熱電極層2的厚度為0.3-0.6μπι0
[0041]在任一實(shí)施例中，絕緣層3疊設(shè)于加熱電極層2的外表面，并且延伸疊設(shè)至加熱電極層2未覆蓋到的襯底I的表面。
[0042]作為優(yōu)選地，采用氧化硅或氮化硅材料作為絕熱層3，所述氧化硅或氮化硅材料的厚度在0.5-1.5μπι，絕緣層3太厚則不易于快速加熱，易發(fā)生加熱滯后，而過(guò)薄則容易出現(xiàn)絕緣性不好，影響測(cè)量時(shí)絕緣層電極的測(cè)量準(zhǔn)確性;如果絕緣層太薄，第一電極層4可能會(huì)與加熱電極層2導(dǎo)通，從而導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量濕敏層5