專利名稱：濕度傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種濕度傳感器，尤指一種以具有親水性的離子性高分子聚合物作為感測材料的濕度傳感器，更包括一種濕度傳感器的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著時(shí)代的發(fā)展，科技、農(nóng)業(yè)、紡織、機(jī)房、航空航天、電力等工業(yè)部門，越來越需要采用濕度傳感器，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，對環(huán)境溫度、濕度的控制以及對工業(yè)材料水份值的監(jiān)測與分析都已成為標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條件的一。濕度是指空氣中水分的含量，就工業(yè)制程而言，較佳的濕度控制約在0-20％RH間，若濕度在20％RH時(shí)，藥物、食品、電子半導(dǎo)體等對象便開始變質(zhì)，而在35％RH時(shí)，金屬和電子制品等開始出現(xiàn)氧化或機(jī)件老化的嚴(yán)重情況，于60％RH高濕時(shí)，攝影信息光學(xué)等器材以及紙類紡織品更易因發(fā)霉而不堪使用，因此濕度的量測為非常重要的一環(huán)。
濕度傳感器的基本形式是在基板上涂覆感濕材料以形成感濕膜，當(dāng)空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，組件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)會(huì)發(fā)生很大的變化，而形成濕度敏感性組件，此利用水份影響導(dǎo)電性的原理，更可用以制作濕度傳感器，以感測溫室內(nèi)空氣是否達(dá)到飽和結(jié)露狀態(tài)。
一般現(xiàn)有的濕度傳感器是使用金材質(zhì)的梳形電極及不同的濕度感測材料，其在市面上價(jià)格較昂貴，另現(xiàn)有金屬氧化物類型的傳感器，使用類似IC晶圓式制程制作，其制備過程繁瑣，且材料及制程費(fèi)用價(jià)格昂貴，均無法普及民生需求使用。
目前高分子材料制程的應(yīng)用上雖不及金屬氧化物類型的傳感器，但近幾年來，高分子聚合與IC制程的發(fā)展迅速，加上此類型材料擁有靈敏度高、成本低、制成簡易等優(yōu)點(diǎn)，故高分子式的濕度傳感器被大量且迅速開發(fā)著，例如中國臺(tái)灣專利公報(bào)第507073號案中所述是使用具有烯鍵不飽和基團(tuán)的導(dǎo)電性聚合物的經(jīng)交聯(lián)產(chǎn)物，又如中國臺(tái)灣專利公報(bào)第510965號案中則提供一種以硅烷類改質(zhì)的2-丙醯胺基-2-甲基丙磺酸的聚合材料作為濕度感測材料，皆顯示高分子材料制程正積極的開發(fā)中。
然目前高分子材料制程是由于感測對數(shù)線性化以及安定性的問題，應(yīng)用上無法如金屬氧化物類型的傳感器廣泛，因此，仍有很大開發(fā)的潛能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種濕度傳感器，其包括一基板；至少二長形電極，其是分別形成于該基板上，每一長形電極各有一第一端及第二端；至少一對梳形電極，是分別與該至少二長形電極的第一端接觸；以及一濕度感測膜，是含一具有親水性的離子性高分子聚合物，且形成于該至少一對梳形電極上，且不與該至少二長形電極的第二端接觸。
本發(fā)明的另一目的是提供一種濕度傳感器的制造方法，其步驟包括(a)提供一含至少二長形電極的基板，該至少二長形電極各含有一第一端及第二端；(b)于該基板上形成至少一對相間但不相接觸的梳形電極，且該梳形電極是分別與該基板上的二長形電極的第一端接觸；以及(c)將該梳形電極浸泡于一濕度感測材料溶液中形成一濕度感測膜；其中該濕度感測材料是含具有親水性的離子性高分子聚合物。
本發(fā)明中的濕度傳感器，是為一種電阻式的濕度傳感器，其能隨環(huán)境中相對濕度的變化而產(chǎn)生對數(shù)線性的電阻值變化，依此回饋控制信號，電器設(shè)備，例如除濕裝置、冷氣空調(diào)可控制調(diào)整環(huán)境的相對濕度。
本發(fā)明適用的基板可為現(xiàn)有的任何一種基板，如陶瓷基板、電木基板或玻璃纖維板，較佳地為具備有一對電極的一陶瓷基板。
該電極是可使用金膠、銀膠或碳膠的導(dǎo)電材料，較佳地是使用銀膠，更佳地是為一種玻璃纖維膠是的銀膠。
于基板上所形成的梳形電極材料可以是常用的任何一種電極用的導(dǎo)電材料，如金膠、銀膠、碳膠，較佳地是為碳膠。
本發(fā)明濕度感測材料是可為任何一種具有親水性的離子性高分子聚合物，例如磺酸根(-SO3H)、羥基(-OH)或酸根(-COOH)離子等離子鍵單體所構(gòu)成的高分子聚合物，較佳地是使用含磺酸根的聚合物，更佳地是為聚苯乙烯磺酸鈉(SodiumPolystyrenesulfonate；NaPSS)。
本發(fā)明的制作方法中，步驟(b)中的形成方式可為常用的任何一種，較佳可以網(wǎng)版印刷形成；而在步驟(b)完成后，步驟(c)進(jìn)行前，可更包括一步驟(b1)，將基板烘干，以使步驟(b)所涂覆的導(dǎo)電膠可完整的固定附著于基板上；而在最后步驟(c)完成后，更可包括一步驟(c1)，將該基板烘干。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的制備結(jié)構(gòu)平面圖；圖2是本發(fā)明的電阻值與相對濕度測試結(jié)果圖。
主要組件符號說明1陶瓷基板2銀電極 3銀電極端子焊錫處4梳形電極5濕度感測膜
具體實(shí)施例方式
制備例濕度感測材料的選用是選用聚苯乙烯磺酸鈉(SodiumPolystyrenesulfonate；NaPSS)粉材，經(jīng)與水調(diào)配制得而成溶液狀，為一種離子性高分子聚合物，具有良好的親水性，在遇到水氣時(shí)會(huì)解離，解離后經(jīng)離子流動(dòng)而產(chǎn)生導(dǎo)電性。
銀電極的制作使用網(wǎng)版印刷的方式將玻璃纖維膠系的銀膠印刷在陶瓷基板上，再放入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)用850℃高溫?zé)Y(jié)(50分鐘加溫段，10分鐘定溫段)，形成可焊接端子的銀電極。
梳形電極使用網(wǎng)版印刷的方式將自行調(diào)制的碳膠印刷在陶瓷基板上，印刷的圖形一端為彼此交叉但不相接觸的4對梳形電極。另一端各連接到銀電極，經(jīng)紅外線干燥爐烘烤230℃、8分鐘后固化完成。
碳膠的制作其是主要使用于可變電阻器厚膜印刷制程，采用碳黑、石墨、酚醛樹脂、醇類溶劑，使用三滾筒研磨分散機(jī)分散均勻后，濃縮制成，可得碳粉25％、酚醛樹脂65％以及醇類溶劑10％的重量百分率濃度。
濕度感測材料溶液的制作將聚苯乙烯磺酸鈉高分子粉末加入純水中，使重量濃度達(dá)1.5％～2％，使用加熱攪拌器攪拌，直到聚苯乙烯磺酸鈉高分子粉末完全溶解于水中。
實(shí)施例本發(fā)明濕度傳感器的制作過程可參考圖1。
首先用網(wǎng)版印刷銀電極2，3于陶瓷基板1(Al2O3)上，如圖1a所示，其中陶瓷基板的厚度為0.635mm、面積為10.4×5.1mm，再用網(wǎng)版印刷方式印刷碳膠于陶瓷基板上形成梳形電極4，如圖1a’，后將陶瓷基板放入超音波洗凈機(jī)內(nèi)的水中震蕩洗凈5分鐘，再放入溫風(fēng)干燥爐內(nèi)烘干(50℃、30分鐘)，如圖1b所示，將陶瓷基板的梳形電極4側(cè)浸泡至濕度感測材料溶液中(梳形電極4必須完全浸入，銀電極端子焊錫處3不可浸泡)約10分鐘，后放置于溫風(fēng)干燥爐內(nèi)烘干(50℃、10分鐘)，陶瓷基板上有浸泡到濕度感測材料溶液的地方會(huì)形成透明的濕度感測膜5，如圖1c。
濕度傳感器的評估將本濕度傳感器放置于恒溫恒濕機(jī)內(nèi)測試，溫度固定于25℃，使用LCR計(jì)(設(shè)定1.0V、1000Hz)連接濕度傳感器的銀電極端子焊接處量測濕度傳感器的電阻值，分別測試在濕度20％、30％、......至90％時(shí)濕度傳感器的電阻值。濕度對于濕度傳感器的電阻值的對數(shù)表中，電阻值變化會(huì)呈現(xiàn)一直線性，其測試結(jié)果如表一，是顯示濕度由30％、40％、...90％的電阻值，而電阻值的單位為KΩ。
表一


進(jìn)一步地， 由表一中30％、40％、...90％各取其最大值、平均值以及最小值可得表二的結(jié)果，將其制作成如圖2所示將所得的電阻值對數(shù)化。由圖2可知當(dāng)相對濕度越高時(shí)，其電阻值越低，且兩者的間的變化呈一對數(shù)線性，顯示有良好的對數(shù)線性化以及安定性的效果，故可依此回饋控制信號，以達(dá)到可控制調(diào)整環(huán)境的相對濕度。
表二

上述實(shí)施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以申請專利范圍所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種濕度傳感器，其特征在于，包括一基板；至少二長形電極，其是分別形成于該基板上，每一長形電極各含有一第一端及第二端；至少一對梳形電極，是分別與該至少二長形電極的第一端接觸；以及一濕度感測膜，是含一具有親水性的離子性高分子聚合物，且形成于該至少一對梳形電極上，且不與該至少二長形電極的第二端接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述該基板為一陶瓷基板。
3.如權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述該至少二長形電極是為銀電極。
4.如權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述該至少二長形電極的第二端是為銀電極焊錫處。
5.如權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述該梳形電極是為含碳膠的電極。
6.如權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述該梳形電極是為四對梳形電極。
7.如權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述該濕度感測材料的具有親水性的離子性高分子聚合物是為聚苯乙烯磺酸鈉。
8.一種濕度傳感器的制造方法，其特征在于，步驟包括(a)提供一含至少二長形電極的基板，該至少二長形電極各含有一第一端及第二端；(b)于該基板上形成至少一對相間但不相接觸的梳形電極，且該梳形電極是分別與該基板上的至少二長形電極的第一端接觸；以及(c)將該梳形電極浸泡于一濕度感測材料溶液中形成一濕度感測膜，其中，該濕度感測材料是含具有親水性的離子性高分子聚合物。
9.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述該步驟(a)中的該基板是為一陶瓷基板。
10.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述該長形電極是為銀電極。
11.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述該至少二長形電極的第二端是為銀電極焊錫處。
12.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述該梳形電極是為含碳膠的電極。
13.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述該梳形電極是為四對梳形電極。
14.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述該具有親水性的離子性高分子聚合物是為聚苯乙烯磺酸鈉。
15.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述該步驟(b)是以網(wǎng)版印刷的方式形成。
16.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述于該步驟(b)完成后，該步驟(c)進(jìn)行前，更包括一步驟(b1)，將該基板烘干。
17.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述于該步驟(c)完成后，更包括一步驟(c1)，將該基板烘干。
全文摘要
本發(fā)明一種濕度傳感器，包括一基板；至少二長形電極，分別形成于基板上，每一長形電極各有一第一端及第二端；至少一對梳形電極，分別與至少二長形電極的第一端接觸；一濕度感測膜，含一具有親水性的離子性高分子聚合物，形成至少一對梳形電極上，不與至少二長形電極的第二端接觸。一種濕度傳感器的制造方法，步驟為(a)提供一含至少二長形電極的基板，至少二長形電極各含有一第一端及第二端；(b)基板上形成至少一對相間但不相接觸的梳形電極，梳形電極，分別與該基板上的至少二長形電極的第一端接觸；以及(c)將梳形電極浸泡于一濕度感測材料溶液中形成一濕度感測膜，其中，該濕度感測材料是含具有親水性的離子性高分子聚合物。
文檔編號G08B21/20GK1987442SQ200510132629
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者鐘景浩, 顏世虹, 邱韋誠 申請人:福華電子股份有限公司