[發明專利]制造相對濕度傳感器的方法和相對濕度傳感器

在審

• 申請號: 201910535279.6
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110618171A
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: E.杜魯普特
• 申請（專利權）人: 梅斯法國公司
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 11105 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 賀紫秋

本發明涉及一種制造相對濕度傳感器的方法，包括以下步驟：a)在基底(1)上或上方提供第一電極(3)；b)在第一電極(3)上方提供非多孔無機介電層(5)；c)在無機介電層(5)上方提供第二電極(7)；且然后d)穿過第二電極(7)在第二電極(7)和無機介電層(5)中形成孔洞(9)的圖案。本發明還涉及特別是通過本發明的方法獲得的相對濕度傳感器。

技術領域

本發明涉及用于制造相對濕度傳感器的方法和相對濕度傳感器。

背景技術

這種相對濕度傳感器在現有技術中是已知的。US 8,783,101 B2公開了一種基于納米結構氧化鋁薄膜的相對濕度傳感器。它包括由鋁基板形成的陽極氧化鋁薄膜，鋁基板也用作一個電極。在陽極氧化鋁薄膜上形成多孔金屬層作為第二電極。該相對濕度傳感器這樣形成：沖壓鋁板，并對其進行陽極氧化以形成多孔氧化鋁，然后通過濺射在氧化鋁上形成多孔金屬層。使用通過彈簧觸頭或導電膠連接到電極的可焊接電極引腳，可以將獲得的傳感器插入或焊接到電路中。

然而，所公開的制造方法不能實現允許移除所有機械裝配步驟并減少零件與零件之間的差異的高產量微加工方式。零件裝配繁瑣，可能導致對準精度不足。此外，可以觀察到部件的不希望的分層。

US4,651,121公開了另一種濕氣傳感器，包括基板、基板上的底部電極，以及夾在底部電極和上部電極之間的有機濕氣敏感膜。當水蒸氣進入濕氣敏感膜時，傳感器的電容發生變化。該效果用于通過檢測電容的相應變化來確定大氣中水蒸氣量的變化。

US2011/179861A1公開了一種電容型濕度傳感器，其包括嵌合(intedigitate)的第一和第二電極，所述第一和第二電極設置有甲基倍半硅氧烷(methylsilsesquioxane，MSQ)或SiOCH的固有納米多孔介電材料。浮動電極可以放置在納米多孔電介質上。MSQ是有機聚合物，且SiOCH是多孔有機的有機硅酸鹽。

然而，基于有機材料的相對濕度傳感器由于材料的化學老化而固有地經受降解，并且由于玻璃轉變溫度較低，其相比于其他材料是熱敏感的。此外，聚合物材料不適于經受高溫，例如300℃或更高的溫度，結構退化對應于由傳感器的金屬層的熔化引起的分層。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種改進的相對濕度傳感器，其可以批量制造并提供延長的壽命和溫度范圍特性。

這一目的通過根據權利要求1的制造相對濕度傳感器的方法實現，該方法包括以下步驟：a)在基底上或上方提供第一電極，b)在第一電極上方提供非多孔無機介電層，c)在無機介電層上方提供第二電極，且然后d)穿過第二電極在第二電極和無機介電層中形成孔洞的圖案。

根據本發明，可以使用微加工方法執行全部的處理步驟。因此，可以以高產量和可靠性在完全自動方式中制造傳感器。在所有過程步驟中使用微加工，與機械組裝相比，如在現有技術中的那樣，傳感器可以縮小到更小的體積，形成傳感器的各個部件的整體組裝得以簡化，并且可以在微加工的嚴格限制內實現對準。基本上可以使用任何類型的非多孔無機介電層，因為對于濕度的敏感性并非通過改變多孔材料的有效介電常數而獲得，而是通過探測孔洞內的空氣的介電功能的改變以及孔洞結構側面的熱動力學平衡下的水層的介電常數。

同時，所獲得的濕度傳感器比具有有機電介質的傳感器更不易老化，并且，可以使用更寬的溫度范圍，特別是對于甚至超過300℃的溫度。

通過在相同的過程步驟中圖案化介電層和第二電極，可以減少工藝步驟的總數。

根據各種有利實施例，可以進一步改進這一制造相對濕度傳感器的方法。

根據一個實施例，步驟d)可以包括使用光刻然后干法刻蝕或濕法刻蝕來形成孔洞圖案。通過提供孔洞，濕氣可以進入結構，這將改變電容器的參數，并因此允許測量濕度。由于圖案是通過高度重復的過程產生的，因此可以制造具有可再現特性的濕度傳感器，從而可以抑制額外的校準步驟。