[發(fā)明專利]具有微米網(wǎng)格狀多孔電極的電容式高分子濕度傳感器及其制作方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210427615.3
• 申請(qǐng)日: 2012-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN102890106A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金建東;鄭麗;齊虹;李玉玲;王平;王明偉;田雷;司良有;王成楊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所
• 主分類號(hào): G01N27/22
• 分類號(hào): G01N27/22
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電容式高分子濕度傳感器,特別涉及一種具有微米網(wǎng)格狀多孔電極的電容式高分子濕度傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)

電容式高分子濕度傳感器是在一種絕緣襯底1上制作出以高分子敏感材料為電介質(zhì)的電容，高分子電介質(zhì)層的介電常數(shù)隨其所吸附的水分含量而變化。該電容的上下極板由金屬薄膜構(gòu)成，電容信號(hào)從兩個(gè)電極引出，這要求兩個(gè)電極都具有一定的厚度并且可焊。為保證對(duì)濕度敏感，敏感層上的電極需要多孔透氣，保證水汽可以進(jìn)出敏感層。金屬薄膜導(dǎo)電可焊要求薄膜具有一定厚度并且致密，與基底材料附著良好，同時(shí)作為水汽的進(jìn)出通道，又要求金屬薄膜有約1微米孔徑的密布通氣孔洞，保證濕氣的進(jìn)出敏感薄膜，這兩個(gè)要求是相互矛盾的，為解決這對(duì)矛盾，常規(guī)的解決方法有兩種，一是將信號(hào)引出的焊盤制作在基底材料上，多孔電極制作在高分子濕敏薄膜上，形成串聯(lián)的兩個(gè)電容，這樣一是增大了元件的尺寸，另一方面同一尺寸下減小了容值，降低了靈敏度；后期該型設(shè)計(jì)是采用兩次金屬成膜的方法，在多孔透氣的金屬薄膜和與下電極4同時(shí)制作的焊盤間再沉積上一層較厚的金屬薄膜層將透氣金屬薄膜與焊盤連接，這樣保證元件的尺寸不增加的情況下靈敏度提高，但是該方法的補(bǔ)點(diǎn)的本身附著性，及制作補(bǔ)點(diǎn)工藝可操控性都有可能影響元件的后期使用，敏感材料上的透氣金屬層厚度只能在幾十納米，工藝可控制性不好，而且該層不能對(duì)敏感材料層有效保護(hù)，容易劃傷，后續(xù)應(yīng)用較為不方便。所以目前這種電容式高分子濕度傳感器可靠性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決目前尺寸不增加的電容式高分子濕度傳感器可靠性差問題，本發(fā)明提供一種具有微米網(wǎng)格狀多孔電極的電容式高分子濕度傳感器及其制作方法。

本發(fā)明的具有微米網(wǎng)格狀多孔電極的電容式高分子濕度傳感器，它包括襯底和濕敏電容薄膜，濕敏電容薄膜包括下電極、電介質(zhì)層和上電極；其特征在于，所述上電極為微米網(wǎng)格狀多孔電極，所述多孔為陣列式排布的通透孔，下電極包括過渡的金屬薄層和金薄膜。

上述傳感器的制作方法，它包括如下步驟：

步驟一：用無堿玻璃基片作為襯底；

步驟二：在所述襯底上形成過渡的金屬薄層，在所述過渡金屬薄層上形成厚度為1～1.5μm的金薄膜；

步驟三：將高分子濕敏材料的溶液通過勻膠法涂覆到下電極上形成電介質(zhì)層，并在固化后的電介質(zhì)層上刻蝕掉多余的高分子濕敏材料；

步驟四：在電介質(zhì)層上形成帶有網(wǎng)格狀多孔的金屬薄膜，所述金屬薄膜的整體厚度為0.5～1μm，所述網(wǎng)格狀多孔的孔隙和線條寬度在微米數(shù)量級(jí)；并在厚度為0.5～1μm的金屬薄膜的焊盤位置上焊接引線，所述帶有網(wǎng)格狀多孔的金屬薄膜為上電極。

所述傳感器還包括絕緣層，

它的制作方法包括如下步驟：

步驟一：用無堿玻璃基片作為襯底；

步驟二：在所述襯底上形成過渡的金屬薄層，在所述過渡金屬薄層上形成厚度為1～1.5μm的金薄膜；

步驟三：將高分子濕敏材料的溶液通過勻膠法涂覆到下電極上形成電介質(zhì)層，并在固化后的電介質(zhì)層上刻蝕掉多余的高分子濕敏材料；

步驟四：在電介質(zhì)層上形成帶有網(wǎng)格狀多孔的金屬薄膜，所述金屬薄膜的整體厚度為0.5～1μm，所述網(wǎng)格狀多孔的孔隙和線條寬度在微米數(shù)量級(jí)；并在厚度為0.5～1μm的金屬薄膜的焊盤位置上焊接引線，所述帶有網(wǎng)格狀多孔的金屬薄膜為上電極。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明用與高分子濕敏材料相兼容的方法，在高分子濕敏材料形成的電介質(zhì)層上面制作一層上電極，該上電極既要保證濕敏電容獨(dú)特的多孔透氣要求，又要能夠作為電容的一個(gè)極板連續(xù)導(dǎo)電，最為重要的是，該上電極同時(shí)要形成一個(gè)可以作為信號(hào)導(dǎo)出的可焊焊盤。傳統(tǒng)方法制作的金屬上電極6只能在幾十納米厚度，稍厚一點(diǎn)就過于致密而不能讓水分子通過，稍薄一點(diǎn)則金屬層不連續(xù)不能作為電容極板，與這樣的薄膜極板相比，本發(fā)明的微米網(wǎng)格狀多孔的上電極厚度可達(dá)微米級(jí)，所以電極層的厚度冗余度大大增加；雖然納米級(jí)的薄膜是無法進(jìn)行引線焊接的，通過增加過渡補(bǔ)點(diǎn)的方法也會(huì)帶來后續(xù)元件應(yīng)用中的不可靠因素，若是換做其他多孔導(dǎo)電材料，電極可焊性降低，信號(hào)引出方式減少，元件可靠性降低。本發(fā)明用可靠的方法同時(shí)解決需要多孔透氣、導(dǎo)電連續(xù)并且致密可焊的金屬薄膜制作方法，解決了濕敏電容上電極極板制作和信號(hào)引出的難題，該方法工藝可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)，便于批量生產(chǎn)應(yīng)用。本發(fā)明容易實(shí)現(xiàn)，工藝一致性好，對(duì)元件的性能和可靠性提高都有很好的效果，并且擴(kuò)大了上電極導(dǎo)電透氣薄膜材料的可選范圍。

附圖說明