CN108461237A - 绝对湿度传感器、热敏电阻及热敏电阻的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供绝对湿度传感器，包括：第一测量单元和第二测量单元，第一测量单元包括裸露的热敏电阻，第二测量单元包括封闭型的热敏电阻，第一测量单元中的热敏电阻与第二测量单元中的热敏电阻串联；热敏电阻包括基板、绝缘膜层、微热板层，绝缘膜层构造在基板上，微热板层构造在绝缘膜层上；第一测量单元中的热敏电阻与空气中的水分子直接接触，第二测量单元中的热敏电阻不与空气中的水分子接触，计算第一测量单元中的热敏电阻的阻值与第二测量单元中的热敏电阻的阻值差，根据阻值差求出空气中水蒸气的密度。本发明的绝对湿度传感器通过热敏电阻迅速感应到空气湿度的变化使绝对湿度传感器本身的响应速度很快，提高了绝对湿度传感器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，尤其涉及绝对湿度传感器、热敏电阻及热敏电阻的制作方法。
背景技术
日常生活中,空气中的水蒸气的多少不但会影响空气的湿度，而且会使空气出现潮湿或者干燥的现象。而空气的真实的干湿程度，通常用空气中水蒸气的密度来表示，也叫做环境绝对湿度。
绝对湿度传感器正是用来测量空气真实的干湿程度，传感器适用于热电厂、塑料、干燥设备、冷藏室、冷冻机等工业领域及农业、科研、气象等行业,具有稳定性好、可靠性高、精确度高、线性一致性以及重复性好、使用寿命长、测量范围宽等特点。
市面上目前绝对湿度传感器部分的工艺是采用玻璃密封热敏电阻作为湿度感应原件，将两个热敏电阻封装在一起，其中一个电阻与空气接触，另外一个封闭起来做对比，通过玻璃密封热敏电阻的阻值变化来测量空气中的绝对湿度，即水蒸气的密度。但是市面上的上述绝对湿度传感器的热敏电阻存在以下缺点：
因为玻璃隔热，外层的玻璃部分会减小热敏电阻对外界温度的响应，然而绝对湿度传感器正是需要电阻与空气中的水分进行接触，产生热量抵消，才可以更灵敏的速度进行湿度信号的反馈，因为其工艺结构的影响，导致响应速度非常缓慢，加热至稳定的时间甚至需要数十秒钟；而且正常使用中由于其响应速度偏慢，所以灵敏度较低。综上，目前市面上的绝对湿度传感器响应速度偏慢、灵敏度较低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供热敏电阻，其能解决目前市面上的绝对湿度传感器响应速度偏慢、灵敏度较低的问题。
本发明的目的之二在于提供热敏电阻的制作方法，其能解决目前市面上的绝对湿度传感器响应速度偏慢、灵敏度较低的问题。
本发明的目的之三在于提供绝对湿度传感器，其能解决目前市面上的绝对湿度传感器响应速度偏慢、灵敏度较低的问题。
本发明的目的之一采用以下技术方案实现：
热敏电阻，其特征在于包括：基板、两绝缘膜层、微热板层以及保护层，所述基板位于两所述绝缘膜层之间，所述微热板层位于所述绝缘层和所述保护层之间，一所述绝缘膜层位于所述基板和所述微热板层之间，所述保护层上设置有两密封孔，外部引线通过所述密封孔与所述微热板层连接。
进一步地，所述保护层为氮化硅或氧化硅或含有氮化硅和氧化硅的复合膜。
进一步地，所述基板为硅基板。
进一步地，所述微热板层为铂板。
进一步地，所述基板中部镂空。
进一步地，所述基板中的镂空处为四边形。
本发明的目的之二采用以下技术方案实现：
绝对湿度传感器中热敏电阻的制作方法，包括以下步骤：
S1：将基板进行热氧化；
S2：通过低压化学气相沉积法，在进行热氧化后的所述基板表面生长一层绝缘膜；
S3：在所述绝缘膜层刻蚀出掩膜，将所述掩膜覆盖在绝缘膜层上非微热板层的区域；
S4：根据磁控溅射在覆盖有所述掩膜的所述绝缘层上镀制一层微热板层，镀制完成后剥离所述掩膜使所述微热板层并不完全覆盖所述绝缘层；
S5：在所述绝缘层以及微热板层上镀一层保护层；
S6：采用砂轮切割经过所述S1-S5的基板，生成若干电阻单元，将所述电阻单元进行固晶、打线得到单个的热敏电阻。
进一步地，所述S3具体为利用光刻胶光刻在所述绝缘膜层刻蚀出掩膜。
本发明的目的之三采用以下技术方案实现：
绝对湿度传感器，其特征在于包括：第一测量单元和第二测量单元，所述第一测量单元包括裸露的热敏电阻，所述第二测量单元包括封闭型的热敏电阻，所述第一测量单元中的热敏电阻与所述第二测量单元中的热敏电阻串联；所述热敏电阻包括：基板、两绝缘膜层、微热板层以及保护层，所述基板位于两所述绝缘膜层之间，所述微热板层位于所述绝缘层和所述保护层之间，一所述绝缘膜层位于所述基板和所述微热板层之间，所述保护层上设置有两密封孔，外部引线通过所述密封孔与所述微热板层连接；所述第一测量单元中的热敏电阻与空气中的水分子直接接触，所述第二测量单元中的热敏电阻不与空气中的水分子接触，计算所述第一测量单元中的热敏电阻的阻值与所述第二测量单元中的热敏电阻的阻值差，根据所述阻值差求出空气中水蒸气的密度。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的绝对湿度传感器包括第一单元和第二单元，第一测量单元包含裸露的热敏电阻，第二测量单元包含封闭型的热敏电阻，第一测量单元中的热敏电阻与第二测量单元中的热敏电阻串联；热敏电阻包括基板、绝缘膜层、微热板层，绝缘膜层构造在基板上，微热板层构造在绝缘膜层上；第一测量单元中的热敏电阻与空气中的水分子直接接触，第二测量单元中的热敏电阻不与空气中的水分子接触，计算第一测量单元中的热敏电阻的阻值与第二测量单元中的热敏电阻的阻值差，根据阻值差求出空气中水蒸气的密度；通过将微热板(电阻)以薄膜的形式附着在基板上，不同与传统的将电阻封装在玻璃内，使绝对湿度传感器中的第一测量单元中的热敏电阻充分的与空气进行接触，使空气中的微小的湿度变化均会使热敏电阻上的阻值立刻进行相应的变化，因为热敏电阻的反应迅速，使绝对湿度传感器本身的响应速度很快，提高了绝对湿度传感器的灵敏度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的绝对湿度传感器的结构框图；
图2为本发明的热敏电阻的结构示意图；
图3为本发明的热敏电阻的制作方法的流程图。
图中：1、水分子；2、第一外壳；3、热敏电阻；31、基板；32、绝缘膜层；33、微热板层；34、保护层；35、密封孔；4、第二外壳。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1的本发明的绝对湿度传感器包括第一测量单元和第二测量单元，第一测量单元位于图1中的左侧，第二测量单元位于图1中的右侧，第一测量单元中包括第一外壳2和热敏电阻3，第一外壳2为非封闭外壳设置一窗口，热敏电阻3放置在第一外壳2内，因此第一测量单元中的热敏电阻3部分裸露在外壳外，第二测量单元包括第二外壳4和热敏电阻3，第二外壳4为封闭型外壳，该热敏电阻3放置在第二外壳4内，因此第二外壳4内的热敏电阻3为封闭在第二外壳4中；第一测量单元中的热敏电阻3与第二测量单元中的热敏电阻3串联；第一测量单元中的热敏电阻3通过第一外壳2上的窗口与空气中的水分子1接触，第二测量单元中的热敏电阻3放置在第二外壳4中，第二外壳4为封闭型外壳，因此第二测量单元中的热敏电阻3不与空气中的水分子1接触；在绝对湿度传感器工作状态时，将绝对湿度传感器通电，使第一测量单元与第二测量单元流过相同的电流，工作之初第一测量单元中的热敏电阻3与第二测量单元中的热敏电阻3的阻值是相同的，第一测量单元中的热敏电阻3通过第一外壳2中的窗口与空气中的水分子1直接接触，使阻值发生变化，计算此时第一测量单元中的热敏电阻3的阻值，将第一测量单元中的热敏电阻3的阻值与第二测量单元中的热敏电阻3的阻值进行对比，计算两者的差值，得到阻值差；根据阻值差计算空气中水蒸气的密度，具体为将阻值差通过算法换算成实时的空气绝对湿度变化，从而计算出空气中水蒸气的密度。
如图2所示，本实施例中的热敏电阻3包括基板31、两绝缘膜层32、微热板层33以及保护层34，基板31为硅基板，微热板层33为铂板，基板31中部镂空，镂空处形状为四边形，例如梯形、矩形等，采用将基板31中部镂空，可以使绝缘膜层32和微热板层33悬空，减少热敏电阻3热量散失，使热敏电阻3不会因为基板31的传热导致热量大量损耗。绝缘膜层32与保护层34材质相同，都可为氮化硅或氧化硅或者二者的复合膜；绝缘膜层32堆积在在基板31上下两面，即基板31两面均有绝缘膜层32堆积，基板31位于两绝缘膜层32之间；保护层34位于绝缘膜层32和微热板层33之上，微热板层33位于绝缘膜层32和保护层34之间，一绝缘膜层32位于基板31和微热板层33之间，因为微热板层33并未完全堆积在绝缘膜层32上，所以绝缘膜层32上除微热板层33之外地方堆积有保护层34，保护层34上设置有两密封孔35，外部引线通过密封孔35与微热板层33连接，微热板层33实质即为电阻。
在本发明中对于热敏电阻的制作是基于采用最先进的MEMS半导体技术，微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术(micro/nanotechnology)基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统，它运用了微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出性能优异、价格低廉、微型化的绝对湿度传感器，该技术更是嵌入式控制器、驱动器和微系统的制作基础，MEMS就是对系统级芯片的进一步集成。我们几乎可以在单个芯片上集成任何东西，像运动装置、光学系统、发音系统、化学分析、无线系统及计算系统等，因此MEMS技术是一门多学科交叉的技术。MEMS器件价格低廉、性能优异、适用于多种应用，将成为影响未来生活的重要技术之一。
如图3所示的绝对湿度传感器中热敏电阻的制作方法，具体包括以下步骤：
S1：将基板进行热氧化；此处的基板即为晶圆。
S2：通过低压化学气相沉积法，在进行热氧化后的基板表面生长一层绝缘膜；
S3：在绝缘膜层刻蚀出掩膜，将掩膜覆盖在绝缘膜层上非微热板层的区域；
S4：根据磁控溅射在覆盖有掩膜的绝缘层上镀制一层微热板层，镀制完成后剥离掩膜使微热板层并不完全覆盖绝缘层；
S5：在绝缘层以及微热板层上镀一层保护层；
S6：采用砂轮切割经过S1-S5的基板，生成若干电阻单元，将电阻单元进行固晶、打线得到单个的热敏电阻。在制作的过程中是批量生产在一块晶圆上生产了很多电阻单元，因此需要用砂轮切割晶圆(即基板)。通过上述方法生产热敏电阻，生产周期端，产量高，得到热敏电阻体积小。
本发明的绝对湿度传感器包括第一测量单元和第二测量单元，第一测量单元包括裸露的热敏电阻，第二测量单元包括封闭型的热敏电阻，第一测量单元中的热敏电阻与第二测量单元中的热敏电阻串联；热敏电阻包括基板、绝缘膜层、微热板层，绝缘膜层构造在基板上，微热板层构造在绝缘膜层上；第一测量单元中的热敏电阻与空气中的水分子直接接触，第二测量单元中的热敏电阻不与空气中的水分子接触，计算第一测量单元中的热敏电阻的阻值与第二测量单元中的热敏电阻的阻值差，根据阻值差求出空气中水蒸气的密度；通过将微热板层(电阻)以薄膜的形式附着在基板上，不同与传统的将电阻封装在玻璃内，此时热敏电阻上的微热板层可以通过密封孔与外部引线连接，保护层和微热板层可以直接与空气中的水分子接触，使热敏电阻灵敏度更高；使绝对湿度传感器中的第一测量单元中的热敏电阻充分的与空气进行接触，使空气中的微小的湿度变化均会使热敏电阻上的阻值立刻进行相应的变化，因为热敏电阻的反应迅速，使绝对湿度传感器本身的响应速度很快，提高了绝对湿度传感器的灵敏度。因为绝对湿度传感器的热敏电阻中硅基板，铂，所有材料均为惰性金属,具有高耐腐蚀性，使绝对湿度传感器拥有更长的生命周期，可以应用在很多恶劣的工作环境中。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (9)
1.热敏电阻，其特征在于包括：基板、两绝缘膜层、微热板层以及保护层，所述基板位于两所述绝缘膜层之间，所述微热板层位于所述绝缘层和所述保护层之间，一所述绝缘膜层位于所述基板和所述微热板层之间，所述保护层上设置有两密封孔，外部引线通过所述密封孔与所述微热板层连接。
2.如权利要求1所述的热敏电阻，其特征在于：所述保护层为氮化硅或氧化硅或含有氮化硅和氧化硅的复合膜。
3.如权利要求1所述的热敏电阻，其特征在于：所述基板为硅基板。
4.如权利要求1所述的热敏电阻，其特征在于：所述微热板层为铂板。
5.如权利要求1所述的热敏电阻，其特征在于：所述基板中部镂空。
6.如权利要求1所述的热敏电阻，其特征在于：所述基板中的镂空处为四边形。
7.热敏电阻的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：将基板进行热氧化；
S2：通过低压化学气相沉积法，在进行热氧化后的所述基板表面生长一层绝缘膜；
S3：在所述绝缘膜层刻蚀出掩膜，将所述掩膜覆盖在绝缘膜层上非微热板层的区域；
S4：根据磁控溅射在覆盖有所述掩膜的所述绝缘层上镀制一层微热板层，镀制完成后剥离所述掩膜使所述微热板层并不完全覆盖所述绝缘层；
S5：在所述绝缘层以及微热板层上镀一层保护层；
S6：采用砂轮切割经过所述S1-S5的基板，生成若干电阻单元，将所述电阻单元进行固晶、打线得到单个的热敏电阻。
8.如权利要求7所述的热敏电阻的制作方法，其特征在于：所述S3具体为利用光刻胶光刻在所述绝缘膜层刻蚀出掩膜。
9.绝对湿度传感器，其特征在于包括：第一测量单元和第二测量单元，所述第一测量单元包括裸露的如权利要求1-6任意一项所述的热敏电阻，所述第二测量单元包括封闭型的如权利要求1-6任意一项所述的热敏电阻，所述第一测量单元中的热敏电阻与所述第二测量单元中的热敏电阻串联；所述热敏电阻包括：基板、两绝缘膜层、微热板层以及保护层，所述基板位于两所述绝缘膜层之间，所述微热板层位于所述绝缘层和所述保护层之间，一所述绝缘膜层位于所述基板和所述微热板层之间，所述保护层上设置有两密封孔，外部引线通过所述密封孔与所述微热板层连接；所述第一测量单元中的热敏电阻与空气中的水分子直接接触，所述第二测量单元中的热敏电阻不与空气中的水分子接触，计算所述第一测量单元中的热敏电阻的阻值与所述第二测量单元中的热敏电阻的阻值差，根据所述阻值差求出空气中水蒸气的密度。
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