电容式湿度传感器及其制造方法技术

本发明专利技术具体公开一种电容式湿度传感器及其制造方法，包括至少一个第一传感部件、第二传感部件、第三传感部件及衬底，所述传感部件相离固设于衬底表面；第一传感部件包括加热电极层、绝缘层、第一电极层、湿敏层及第二电极层；第一传感部件的加热电极层叠设于衬底表面，绝缘层叠设在加热电极层外表面，并延伸至衬底表面上；第一电极层、湿敏层及第二电极层按衬底至绝缘层方向依次叠设在绝缘层外表面；第二电极层表面设有与湿敏层相通的通孔；相对于第一传感部件，第二、第三传感部件不包括加热电极层，且第三传感部件的第二电极层表面无通孔。本发明专利技术结构简单，各个层间接触牢固、不易发生接触不良或脱落，能降低电极寄生电阻，提升传感器低温性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及湿度传感
，尤其涉及一种电容式湿度传感器及其制造方法。
技术介绍
湿度传感器是一种可以通过确定湿度敏感材料由于水分引起的电性质的改变来精确的检测湿度变化的设备，可以广泛应用于汽车、医疗器械、空气净化系统、自动冷却/加热系统、家电、移动设备等中，以维持各种设备/系统的湿度在最佳状态。目前市场上的湿度传感器可以分为电阻式湿度传感器和电容式湿度传感器，其中，电阻式湿度传感器基于湿度改变导致电阻的变化来测量湿度，这类型湿度传感器应用广泛，主要是因为电阻式湿度传感器相对于电容式湿度传感器在价格上具有很大的优势。然而，近年来，电容式湿度传感器以单芯片的形式制造在半导体衬底上，因此可能可以获得的电容式湿度传感器比电阻式湿度传感器更具有价格方面的竞争力。此外，相对电阻式湿度传感器，电容式湿度传感器可以呈现出更高的可靠性，并且可呈现更加线性的传感器特征以及可以承受低温的影响，因此，电容式湿度传感器可以作为电容器型器件。该电容器型器件的湿敏材料为介电常数随着水分的变化而改变的聚合物或陶瓷。也即用于感测湿度的湿敏层可以存在于器件内部，并且湿度敏感层的介电常数可以在水分通过湿度敏感层时发生改变，介电常数的改变引起电容的变化，通过电容的变化确定湿度的水平。美国第3916367号专利公布了将湿度敏感材料覆盖在叉指电极之上，形成测量层。这种平铺叉指电极结构的电容式湿度传感器虽然工艺简单，易于测量r>电路集成，但是其电容值较小，存在测量灵敏度低的缺点。美国第4164868号专利公布了湿度敏感材料填充在上下电极之间，这种三明治结构的电容式湿度传感器，为了保证传感器的响应速度，上电极采用有一定透水性的薄的薄膜(约10nm)，这容易导致传感器的上电极中寄生较大的电阻，会对传感器的性能造成不利影响。美国第6690569号专利公布了在湿度的测量电极中置入加热元件，这样有助于提升湿度传感器在低温时的性能及降低湿滞。但是这样的湿度传感器不能实现温度补偿。
技术实现思路
针对上述存在的平铺叉指电容式湿度传感器具有电容值小、灵敏度低；三明治式存在电极非常薄导致的寄生电阻及需要温度补偿等缺点，提供了一种电容式湿度传感器传感器及其制造方法。为了达到上述目的，本专利技术实施例采用如下技术方案：一种电容式湿度传感器，包括至少一个第一传感器部件、第二传感器部件、第三传感器部件及衬底，所述传感器部件均相离固设于所述衬底的相同表面；其中，所述第一传感器部件包括具有几何形状的加热电极层、绝缘层、第一电极层、湿敏层及第二电极层；所述第一传感器的所述加热电极层叠设于所述衬底表面，所述绝缘层叠设在所述加热电极层外表面，并延伸至所述衬底表面上；所述第一电极层、湿敏层及第二电极层按所述衬底至所述绝缘层方向依次叠设在所述绝缘层外表面；所述第二电极层表面设有与所述湿敏层相通的通孔；相对于所述第一传感部件，所述第二、第三传感部件不包括所述加热电极层，且所述第三传感部件的所述第二电极层表面无通孔。以及，相应的，上述电容式湿度传感器的制造方法，至少包括以下步骤：步骤S01.在衬底表面形成第一传感部件的加热电极层，并对所述加热电极层进行几何形状刻蚀处理；步骤S02.在所述衬底表面及所述加热电极层外表面形成绝缘层；步骤S03.在所述绝缘层外表面分别形成彼此间隔的第一传感部件、第二传感部件、第三传感部件的第一电极层；步骤S04.分别在所述第一、第二、第三传感部件的所述第一电极层外表面对应形成所述第一传感部件、第二传感部件、第三传感部件的湿敏层；步骤S05.分别在所述第一、第二、第三传感部件的所述第一电极层外表面对应形成所述第一、第二件、第三传感部件的第二电极层；步骤S06.在所述第一传感部件、第二传感部件的第二电极层上形成与所述湿敏层相通的通孔。上述本专利技术实施例提供的电容式湿度传感器，具有结构简单，各个层间接触牢固、不易发生接触不良等特点；第二电极层通孔的设计，降低了电极寄生电阻的可能性；至少一个第一传感器部件、第二传感器部件及第三传感器部件的设计，实现通过补偿的方式，降低温度漂移并消除其他类型的共模信号干扰；而部分传感器部件设计的加热电极层，能够提升传感器在低温环境下的性能。本专利技术上述实施例提供的电容式湿度传感器的制造方法，具有工艺简单、操作简便、刻蚀精准、成型性好等优点，适合规模生产，制造的传感器具有一致性好、环境适应性强及响应时间短等特点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的电容式湿度传感器的主视图；图2是本专利技术实施例提供的电容式湿度传感器的后视图；图3是本专利技术实施例提供的电容式湿度传感器的前视图；图4是本专利技术实施例提供的电容式湿度传感器的右视图；图5是本专利技术实施例提供的电容式湿度传感器的A-A剖视图；图6-14是本专利技术实施例提供的电容式湿度传感器的制作过程示意图；图15是本专利技术实施例提供的电容式湿度传感器的电容测试结果示意图；图16是本专利技术实施例提供的电容式湿度传感器响应时间随温度变化情况示意图；其中，1-衬底；2-加热电极层；3-绝缘层；4-第一电极层；5-湿敏层；6-第二电极层，61-通孔；d、c-第一传感部件；b-第二传感部件；a-第三传感部件。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。还需要说明的是，本专利技术实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。如图1至图5所示，本专利技术实施例提供的电容式湿度传感器，包括至少一个第一传感部件、第二传感部件、第三传感部件及衬底1，所述传感部件均相离固设于所述衬底1的相同表面；上述第一传感部件、第二传感部件、第三传感部件均相互分离平铺且固定...

【技术保护点】
一种电容式湿度传感器，其特征在于：包括至少一个第一传感部件、第二传感部件、第三传感部件及衬底，所述传感部件均相离固设于所述衬底的相同表面；其中，所述第一传感部件包括具有几何形状的加热电极层、绝缘层、第一电极层、湿敏层及第二电极层；所述第一传感部件的所述加热电极层叠设于所述衬底表面，所述绝缘层叠设在所述加热电极层外表面，并延伸至所述衬底表面上；所述第一电极层、湿敏层及第二电极层按所述衬底至所述绝缘层方向依次叠设在所述绝缘层外表面；所述第二电极层表面设有与所述湿敏层相通的通孔；相对于所述第一传感部件，所述第二、第三传感部件不包括所述加热电极层，且所述第三传感部件的所述第二电极层表面无通孔。

【技术特征摘要】
1.一种电容式湿度传感器，其特征在于：包括至少一个第一传感部件、第
二传感部件、第三传感部件及衬底，所述传感部件均相离固设于所述衬底的相
同表面；
其中，所述第一传感部件包括具有几何形状的加热电极层、绝缘层、第一
电极层、湿敏层及第二电极层；
所述第一传感部件的所述加热电极层叠设于所述衬底表面，所述绝缘层叠
设在所述加热电极层外表面，并延伸至所述衬底表面上；所述第一电极层、湿
敏层及第二电极层按所述衬底至所述绝缘层方向依次叠设在所述绝缘层外表
面；所述第二电极层表面设有与所述湿敏层相通的通孔；
相对于所述第一传感部件，所述第二、第三传感部件不包括所述加热电极
层，且所述第三传感部件的所述第二电极层表面无通孔。
2.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于：所述湿敏层为亚胺化的
聚酰胺酸层，所述湿敏层厚度为1～10μm。
3.如权利要求1-2任一所述的湿度传感器，其特征在于：所述加热电极层
为金属层；所述几何形状为脉冲波形或锯齿形或波浪线形。
4.如权利要求1-2任一所述的湿度传感器，其特征在于：所述绝缘层为氧
化硅层或氮化硅层。
5.如权利要求1-2任一所述的湿度传感器，其特征在于：所述第一电极层
和/或所述第二电极层均为金属层，尤其为铝层或铂金层或金...

【专利技术属性】
技术研发人员：张绍达，陈宇龙，邓杨，李晓辉，
申请(专利权)人：深圳市美思先端电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44