应用于低湿度环境的超薄湿敏传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于低湿度环境的超薄湿敏传感器，所述超薄湿敏传感器的结构从下至上包括：厚度100μm左右的石英衬底；设置在石英衬底一侧的感湿膜层；设置在石英衬底上并与感湿膜层相邻接的转换电路芯片倒装区；用于与外部控制电路板连接的软导线；其中，所述软导线在与感湿膜层、转换电路芯片倒装区相配合的位置上设置有开口；所述石英衬底上设置有与感湿膜层相配合的叉指电极，所述叉指电极、转换电路芯片、软导线通过刻蚀在石英衬底上的连接电路实现连接。本发明专利技术提供一种检测低湿度环境的湿敏传感器，可以对无法进入人或者设备的狭小空间内的低湿度环境变化进行检测，适应性更好。更好。更好。

【技术实现步骤摘要】
应用于低湿度环境的超薄湿敏传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器及其制备领域。更具体地说，本专利技术涉及一种用在检测低湿度环境的超薄湿敏传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]传感器广泛应用于工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等领域，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面起着重要作用。目前民用的传感器尺寸较大，一般封装后的尺寸为几厘米，大大的限制了其使用范围；而超薄的传感器的体积更小，使用范围广，且利于多种传感器的集成协作。
[0003]同时现有的传感器感湿灵敏度达不到使用要求，对于远距离、无法进入(人或者设备)的狭小空间内的进行低湿度环境检测，适应性差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0005]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种超薄湿敏传感器，所述超薄湿敏传感器的结构从下至上包括：
[0006]厚度100μm左右的石英衬底；
[0007]设置在石英衬底一侧的感湿膜层；
[0008]设置在石英衬底上并与感湿膜层相邻接的转换电路芯片倒装区；
[0009]用于与外部控制电路板连接的软导线；
[0010]其中，所述软导线在与感湿膜层、转换电路芯片倒装区相配合的位置上设置有开口；
[0011]所述石英衬底上设置有与感湿膜层相配合的叉指电极，所述叉指电极、转换电路芯片、软导线通过刻蚀在石英衬底上的连接电路实现连接。
[0012]一种如应用于低湿度环境的超薄湿敏传感器及其制备方法，包括：
[0013]步骤一，根据传感器设计的需求和转换电路芯片上引脚的位置、尺寸，在石英衬底上通过光刻技术制备叉指电极、连接电路以及转换电路芯片各引脚相配合的焊盘图形区；
[0014]步骤二，用光刻技术，在叉指电极上制备感湿膜；
[0015]步骤三，利用植金球工艺将转换电路芯片倒装封装在焊盘图形区；
[0016]步骤四，将软导线上的开口与感湿膜、电路转换芯片所在的位置相配合，通过焊接的方式将软导线固定在石英衬底上，使软导线与连接电路导通。
[0017]优选的是，在步骤一中，在对石英衬底进行光刻时，要将叉指电极的整体长宽配置为1cm*2cm，每根叉指的宽度配置为2μm，叉指之间的间距配置为2
μm
；
[0018]转换电路芯片的尺寸选型长配置为长1cm，宽2cm。
[0019]优选的是，在步骤一中，所述光刻技术采用镀钛金的方式以实现，其中Ti的厚度配
置为20nm，Au的厚度为500nm。
[0020]优选的是，在步骤二中，在叉指电极上制备完感湿膜后，将具有感湿膜的石英衬底进行氧等离子处理，且在处理过程中，将处理的气压设置为10Pa，功率配置为100W，处理时间控制为4分钟。
[0021]优选的是，在步骤二中，所述感湿膜的制备方法被配置为包括：
[0022]S1，设置与叉指电极相配合的光刻掩膜版，将石英衬底除叉指电极的位置进行遮挡；
[0023]S2、利用光刻技术，将光敏性聚酰亚胺酸前驱物覆盖到叉指电极区域完成匀胶操作；
[0024]S3，对匀胶处理后的叉指电极区域进行曝光、显影、固化处理；
[0025]其中，在S2中，对叉指电极进行光敏性聚酰亚胺酸匀胶处理时，其匀胶速度在前30s控制在600r/min，后60s的匀胶速度控制在3000r/min，控制匀胶后的湿膜层厚度为4μm。
[0026]优选的是，在S3中，所述固化过程为将显影处理后的石英衬底放入管式炉中，并在向管式炉中充氮气保护状态下，通过多个固化区间完成固化操作后，经过自然冷却后取出；
[0027]其中，所述固化区间被配置为包括：
[0028]第一预固化区间为在60℃下固化处理2h；
[0029]第二预固化区间为在150℃下固化处理1h；
[0030]第二预固化区间为在180℃下固化处理1h；
[0031]第二预固化区间为在250℃下固化处理1h；
[0032]第二预固化区间为在300℃下固化处理1h。
[0033]优选的是，所述软导线的厚度被配置为小于100μm，宽度为0.5cm，以使超薄湿敏传感器的大小控制在长3cm，宽3cm，高度500μm。
[0034]优选的是，在步骤三中，利用金丝球焊设备，在焊盘图形区的每个焊盘上制备出金球，金球的直径配置为与转换芯片上得引脚尺寸相配合，以通过超声热压的方式将电路转换芯片倒装到石英衬底上。
[0035]本专利技术至少包括以下有益效果：其一，本专利技术提供一种检测低湿度环境的湿敏传感器，可以对1％RH～10％RH的环境湿度做出响应。同时为了满足检测一些远距离、无法进入(人或者设备)的狭小空间内的低湿度环境变化需求，本专利技术从传感器设计到封装中过程中对器件尺寸进行了压缩，在探测功能部分做了最小程度的集成，保证了传感器的探测能力，又不至于增大探测部件的尺寸。
[0036]其二，本专利技术提供一种超薄湿敏传感器的制备方法，其通过对工艺的限定，增加薄膜表面的活性，使得其性能稳定，低湿条件下的灵敏度高，同时结构布局合理、传感器尺寸可控性好，能满足特定场景下的应用需要，进一步通过部件选型与工艺相配合，使得本专利技术的超薄结构传感器厚度大大减小，同时有利于大规模生产，从而满足更多应用需求。
[0037]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0038]图1为本专利技术的一个实施例中超薄湿敏传感器封装前端的截面结构示意图；
[0039]图2为本专利技术石英衬底光刻后叉指电极、连接电路、焊盘图形区的分布示意图；
[0040]图3为本专利技术传感器结构及封装平面示意图；
[0041]图4为本专利技术采用光刻工艺制备叉指电极表面感湿膜时掩膜板与石英衬底配合的爆炸结构示意图；
[0042]图5为本专利技术与石英衬底配合部分的软导线结构示意图；
[0043]图6为本专利技术软导线的封装焊接的焊盘分布示意图。
具体实施方式
[0044]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0045]应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0046]需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0047]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于低湿度环境的超薄湿敏传感器，其特征在于，所述超薄湿敏传感器的结构从下至上包括：厚度100μm左右的石英衬底；设置在石英衬底一侧的感湿膜层；设置在石英衬底上并与感湿膜层相邻接的转换电路芯片倒装区；用于与外部控制电路板连接的软导线；其中，所述软导线在与感湿膜层、转换电路芯片倒装区相配合的位置上设置有开口；所述石英衬底上设置有与感湿膜层相配合的叉指电极，所述叉指电极、转换电路芯片、软导线通过刻蚀在石英衬底上的连接电路实现连接。2.一种制备如权利要求1所述超薄湿敏传感器方法，其特征在于，包括：步骤一，根据传感器设计的需求和转换电路芯片上引脚的位置、尺寸，在石英衬底上通过光刻技术制备叉指电极、连接电路以及转换电路芯片各引脚相配合的焊盘图形区；步骤二，用光刻技术，在叉指电极上制备感湿膜；步骤三，利用植金球工艺将转换电路芯片倒装封装在焊盘图形区；步骤四，将软导线上的开口与感湿膜、电路转换芯片所在的位置相配合，通过焊接的方式将软导线固定在石英衬底上，使软导线与连接电路导通。3.如权利要求2所述的超薄湿敏传感器制备方法，其特征在于，在步骤一中，在对石英衬底进行光刻时，要将叉指电极的整体长宽配置为1cm*2cm，每根叉指的宽度配置为2μm，叉指之间的间距配置为2
μm
；转换电路芯片的尺寸选型长配置为长1cm，宽2cm。4.如权利要求2所述的超薄湿敏传感器制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述光刻技术采用镀钛金的方式以实现，其中Ti的厚度配置为20nm，Au的厚度为500nm。5.如权利要求2所述的超薄湿敏传感器制备与封装方法，其特征在于，在步骤二中，在叉指电极上制备完感湿膜后，将具有感湿膜的石英衬底进行氧等离子处...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨奇，邹蕊矫，罗跃川，舒琳，李恪宇，蒋涛，阎大伟，王雪敏，彭丽萍，吴卫东，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：