CN116148316A - 一种湿度传感器芯片的制造方法 - Google Patents
一种湿度传感器芯片的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116148316A CN116148316A CN202111384311.9A CN202111384311A CN116148316A CN 116148316 A CN116148316 A CN 116148316A CN 202111384311 A CN202111384311 A CN 202111384311A CN 116148316 A CN116148316 A CN 116148316A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- humidity
- sensitive material
- edge
- electrode
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/048—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance for determining moisture content of the material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
一种湿度传感器芯片的制造方法,其目的在于:实现宽湿度测量范围,并且大幅度降低制造工艺复杂性和制造成本。其实现的技术方案为,采用电阻型湿度敏感材料来实现湿度传感器的制造,湿度敏感材料沉积在衬底上,衬底具有叉指电极。从衬底的第一边缘到第二边缘的方向上,沉积的第一湿度敏感材料的分布密度逐渐降低,衬底上沉积的第二湿度敏感材料的分布密度逐渐升高,湿度敏感材料组分发生连续的变化。所选择出的第一湿度敏感材料和第二湿度敏感材料具有不同的湿度敏感特性曲线,具备不同的最佳感湿范围。两种湿度敏感材料的最佳感湿范围差别越大,本发明所得到的最终湿度传感器的湿度测量范围越宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种湿度传感器芯片的制造方法。
背景技术
湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的优点是灵敏度高,缺点则是线性度和产品的互换性差。湿敏电阻的种类很多,例如金属氧化物湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻、有机物湿敏电阻等。
采用特定湿度敏感材料的制备好的湿度传感器成品,往往只适用于特定湿度区间的测量,只能在一定的湿度范围内具有较好的准确度,超出其测量范围,则准确度会变得极度不可信。为了实现宽湿度测量范围,通常会采取不同湿度测量范围的湿度传感器进行并联使用,使得湿度传感器系统整体能够覆盖各个子湿度传感器的湿度测量范围。但这种方式带来的问题是成本高昂、制造工艺复杂,在宽湿度测量范围和低成本、制造复杂度方面如何权衡兼顾,这真是一个令人头疼的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种湿度传感器芯片的制造方法,其目的在于:实现宽湿度测量范围,并且大幅度降低制造工艺复杂性和制造成本。
其实现的技术方案为,采用电阻型湿度敏感材料来实现湿度传感器的制造,湿度敏感材料沉积在衬底上,并且衬底具有叉指电极,叉指电极采集得到的信号可供获取环境湿度信号。
所述湿度传感器芯片包括矩形衬底,所述矩形衬底具有相对设置的第一边缘和第二边缘、相对设置的第三边缘和第四边缘,所述湿度传感器芯片的制造方法包括如下步骤:
A.在矩形衬底上制备一对叉指电极;
B.在步骤A所得到的附着有一对叉指电极的矩形衬底上制备湿度敏感材料,具体实现如下:
B-a.采用雾化喷头从第一边缘的上方,斜向下指向矩形衬底的第二边缘,向矩形衬底脉冲式雾化喷射第一湿度敏感材料,含有第一湿度敏感材料的气雾存在浓度梯度,使得从第一边缘到第二边缘的方向上,衬底上沉积的第一湿度敏感材料的分布密度逐渐降低;
B-b.采用雾化喷头从第二边缘的上方,斜向下指向矩形衬底的第一边缘,向矩形衬底脉冲式雾化喷射第二湿度敏感材料,含有第二湿度敏感材料的气雾存在浓度梯度,使得从第二边缘到第一边缘的方向上,衬底上沉积的第二湿度敏感材料的分布密度逐渐降低;
步骤B-a、B-b交替进行,重复次数根据需要而定;
C.烘干、固化湿度敏感材料;
D.焊接电极引出线,完成湿度传感器芯片的制造。
所述第一湿度敏感材料与所述第二湿度敏感材料具有不同的表面电阻率—湿度特征曲线,使得第一湿度敏感材料与第二湿度敏感材料具有不同的最佳感湿灵敏度。第一湿度敏感材料与第二湿度敏感材料具有不同的表面电阻率—湿度特征曲线,使得第一湿度敏感材料与第二湿度敏感材料具有不同的最佳感湿灵敏度。
从第一边缘到第二边缘的方向上,步骤B-a、B-b交替进行若干次后形成的第一湿度敏感材料与第二湿度敏感材料得到的复合湿度敏感材料,其表面电阻率—湿度特征曲线在电极的长度方向上呈现逐渐变化,使得不同位置处的复合湿度敏感材料具有不同的最佳感湿灵敏度;最终得到宽测量范围的电阻型湿度传感器。
所述第一湿度敏感材料与所述第二湿度敏感材料均为纳米材料,各自均匀分散于溶剂中形成溶液,以用于脉冲式雾化喷射。
在电极的长度方向上,湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线呈现逐渐变化,不同位置处的湿度敏感材料敏感响应不同的环境湿度,由不同位置处的湿度敏感材料的组分和/或比表面积和/或纳米尺度尺寸和/或微观结构来实现。例如,在电极的长度方向上,设置湿度敏感材料的组分逐渐变化,使得不同位置处的湿度敏感材料的组分的不同,带来湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线呈现逐渐变化。不同位置处的湿度敏感材料各自敏感响应于不同的湿度变化范围,所谓各司其职的意思。湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线呈现逐渐变化,就能够使得一对电极之间的湿度敏感电阻能够敏感地响应较宽范围的湿度变化。
本发明的技术方案是在我们的在先申请CN202111158676X“宽测量范围的电阻型湿度传感器”的基础上作出的进一步发展。其技术原理可参阅在先申请CN202111158676X,在本发明专利申请中不作过多的复述。在先申请CN202111158676X说明书中的内容可视作本发明专利的一部分,申请人保留在必要时引入、添加CN202111158676X说明书中的部分或全部内容的权利。
不同成分的湿度敏感材料,不同的微观纳米结构,不同的比表面积的材料,均会表现出不同的最佳感湿范围。具体的感测范围,可以根据实际情况对两种湿度敏感材料作出合理的选择。
通过上述设置,就能够实现同一个湿度传感器响应较宽的湿度变化范围,进而实现湿度的宽测量范围。从本发明的核心构思可见,本发明提供了一种宽测量范围的电阻型湿度传感器,在保持准确度的同时,实现了较宽的湿度测量范围,并且还能进一步降低制造成本、降低湿度传感器的复杂度。至此,发明人已经详细阐述了本发明的工作原理及技术方案、技术效果。本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
附图说明
图1:本发明中的一种湿度传感器芯片。
图中:1为第一边缘,2为第二边缘,3为第三边缘,4为第四边缘。
具体实施方式
下面结合实例具体介绍本发明的技术方案。
如图1所示,本发明的湿度传感器芯片包括湿度敏感材料、矩形衬底、一对叉指电极;一对叉指电极、湿度敏感材料均制备在衬底上。矩形衬底具有相对设置的第一边缘1和第二边缘2、相对设置的第三边缘3和第四边缘4。一对叉指电极包括第一子电极和第二子电极,第一子电极的引出线条与第二子电极的引出线条的间距为L,第一子电极和第二子电极之间的线间距为w,在第一子电极的引出线条与第二子电极之间,任意一点距离第一子电极的引出线条的垂直距离为x。
湿度传感器芯片的制造方法包括如下步骤:
A.在矩形衬底上制备一对叉指电极;
具体实现时,步骤A中,采用溅射、蒸镀、掩膜印刷、化学电镀、丝网印刷中任意一种工艺完成叉指电极的制备;
B.在步骤A所得到的附着有一对叉指电极的矩形衬底上制备湿度敏感材料,具体实现如下:
B-a.采用雾化喷头从第一边缘1的上方,斜向下指向矩形衬底的第二边缘2,向矩形衬底脉冲式雾化喷射第一湿度敏感材料,含有第一湿度敏感材料的气雾存在浓度梯度,使得从第一边缘1到第二边缘2的方向上,衬底上沉积的第一湿度敏感材料的分布密度逐渐降低;
B-b.采用雾化喷头从第二边缘2的上方,斜向下指向矩形衬底的第一边缘1,向矩形衬底脉冲式雾化喷射第二湿度敏感材料,含有第二湿度敏感材料的气雾存在浓度梯度,使得从第二边缘2到第一边缘1的方向上,衬底上沉积的第二湿度敏感材料的分布密度逐渐降低;
步骤B-a、B-b交替进行,重复次数根据需要而定;
C.烘干、固化湿度敏感材料;
D.焊接电极引出线,完成湿度传感器芯片的制造。
矩形衬底上附着有电极和湿度敏感材料,在步骤A中,叉指电极的叉指线条位于衬底的第三边缘3和第四边缘4之间,与衬底的第三边缘3和第四边缘4平行,一对叉指电极的两个引出线条与衬底的第一边缘1和第二边缘2平行,并分别靠近于衬底的第一边缘1和第二边缘2,两个引出线条分别设置有引出焊盘。图1中的两个子电极上的方块区域即为引出焊盘。
优选地,第一湿度敏感材料与第二湿度敏感材料均为纳米材料,各自均匀分散于溶剂中形成溶液,以用于脉冲式雾化喷射。
第一湿度敏感材料和第二湿度敏感材料的特征在于:具有吸水特性,吸收环境空气中的水分导致电阻率随着含水率而变化。第一湿度敏感材料和第二湿度敏感材料可以是有机复合材料,也可以是无机复合材料,也可以是有机/无机复合材料。第一湿度敏感材料和第二湿度敏感材料的电阻率均随湿度变化而变化。
举例而言,第一湿度敏感材料和第二湿度敏感材料选自SnO2纳米材料、Fe3O4纳米材料、Sb2O3纳米材料、ZnO纳米材料、In2O3纳米材料、TiO2纳米线、PdCl2纳米材料、Cu2O纳米材料、WO3纳米材料、CeO2纳米材料、MnWO4粉末、NiWO4粉末、ZnCrO4粉末、MgCr2O4粉末、聚吡咯、聚乙烯二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸钠、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴代正丁烷季铵盐(MEBA)、活性硅氧烷单体—γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的任意两种。
湿度敏感材料也可以选用其他任何已知的具有湿度敏性质的材料,只需要所选择出的第一湿度敏感材料和第二湿度敏感材料具有不同的湿度敏感特性曲线即可,也就是具备不同的最佳感湿范围。两种湿度敏感材料的最佳感湿范围差别越大,本发明所得到的最终湿度传感器的湿度测量范围越宽。
从第一边缘1到第二边缘2的方向上,步骤B-a、B-b交替进行若干次后形成的第一湿度敏感材料与第二湿度敏感材料得到的复合湿度敏感材料,其表面电阻率—湿度特征曲线在电极的长度方向上呈现逐渐变化,使得不同位置处的复合湿度敏感材料具有不同的最佳感湿灵敏度;最终得到宽测量范围的电阻型湿度传感器。
步骤B-a、B-b交替进行,雾化喷头分别移动至第一边缘1的上方、第二边缘2的上方,喷射方向分别斜向下指向矩形衬底的第二边缘2、第一边缘1;每次脉冲式雾化喷射由微型阀门切换第一湿度敏感材料的溶液或第二湿度敏感材料的溶液的输送至雾化喷头。
如图1所示,点处的湿度敏感材料的表面电阻率—湿度函数/>,表面电阻率随湿度变化的偏导函数/>表示点x处的表面电阻率随湿度变化的感湿灵敏度,则表示湿度敏感材料的感湿灵敏度与湿度h之间的函数曲线,/>函数曲线的峰值表示点x处的湿度敏感材料的最佳感湿灵敏度,则:由近端至远端,湿度敏感材料的函数曲线的峰值随/>逐渐发生移动;上式中R表示湿度敏感材料的表面电阻率,/>表示湿度。
一对叉指电极包括第一子电极和第二子电极,第一子电极的引出线条与第二子电极的引出线条的间距为L,第一子电极和第二子电极之间的线间距为w,在第一子电极的引出线条与第二子电极之间,任意一点距离第一子电极的引出线条的垂直距离x处,复合湿度敏感材料的表面电阻率R为湿度h和距离x的函数,将第一子电极和第二子电极任意一点x处的湿度敏感材料的电阻视为Rx,则一对叉指电极之间的总电阻相当于无数个位置处的湿度敏感电阻的并联。
当从第一边缘1到第二边缘2的方向上,衬底上沉积的第一湿度敏感材料的分布密度逐渐降低,衬底上沉积的第二湿度敏感材料的分布密度逐渐升高,湿度敏感材料组分发生连续的变化,总的并联电阻可采用积分形式来表达:
通过上述设置,就能够实现同一个湿度传感器响应较宽的湿度变化范围,进而实现湿度的宽测量范围。可见,本发明提供了一种宽测量范围的电阻型湿度传感器的制造方法,在保持准确度的同时,实现了较宽的湿度测量范围,并且还能进一步降低制造成本、降低湿度传感器的复杂度。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种湿度传感器芯片的制造方法,其特征在于:所述湿度传感器芯片包括矩形衬底,所述矩形衬底具有相对设置的第一边缘和第二边缘、相对设置的第三边缘和第四边缘,所述湿度传感器芯片的制造方法包括如下步骤:
A.在矩形衬底上制备一对叉指电极;
B.在步骤A所得到的附着有一对叉指电极的矩形衬底上制备湿度敏感材料,具体实现如下:
B-a.采用雾化喷头从第一边缘的上方,斜向下指向矩形衬底的第二边缘,向矩形衬底脉冲式雾化喷射第一湿度敏感材料,含有第一湿度敏感材料的气雾存在浓度梯度,使得从第一边缘到第二边缘的方向上,衬底上沉积的第一湿度敏感材料的分布密度逐渐降低;
B-b.采用雾化喷头从第二边缘的上方,斜向下指向矩形衬底的第一边缘,向矩形衬底脉冲式雾化喷射第二湿度敏感材料,含有第二湿度敏感材料的气雾存在浓度梯度,使得从第二边缘到第一边缘的方向上,衬底上沉积的第二湿度敏感材料的分布密度逐渐降低;
步骤B-a、B-b交替进行,重复次数根据需要而定;
C.烘干、固化湿度敏感材料;
D.焊接电极引出线,完成湿度传感器芯片的制造。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述矩形衬底上附着有电极和湿度敏感材料,在步骤A中,叉指电极的叉指线条位于衬底的第三边缘和第四边缘之间,与衬底的第三边缘和第四边缘平行,一对叉指电极的两个引出线条与衬底的第一边缘和第二边缘平行,并分别靠近于衬底的第一边缘和第二边缘,两个引出线条分别设置有引出焊盘。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于:步骤A中,采用溅射、蒸镀、掩膜印刷、化学电镀、丝网印刷中任意一种工艺完成叉指电极的制备。
4.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述第一湿度敏感材料与所述第二湿度敏感材料具有不同的表面电阻率—湿度特征曲线,使得所述第一湿度敏感材料与所述第二湿度敏感材料具有不同的最佳感湿灵敏度。
5.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述第一湿度敏感材料与所述第二湿度敏感材料均为纳米材料,各自均匀分散于溶剂中形成溶液,以用于脉冲式雾化喷射。
6.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于:从第一边缘到第二边缘的方向上,步骤B-a、B-b交替进行若干次后形成的第一湿度敏感材料与第二湿度敏感材料得到的复合湿度敏感材料,其表面电阻率—湿度特征曲线在电极的长度方向上呈现逐渐变化,使得不同位置处的复合湿度敏感材料具有不同的最佳感湿灵敏度;最终得到宽测量范围的电阻型湿度传感器。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法,其特征在于:步骤B-a、B-b交替进行,雾化喷头分别移动至第一边缘的上方、第二边缘的上方,并调整角度,喷射方向分别斜向下指向矩形衬底的第二边缘、第一边缘。
9.如权利要求1-7任一项所述的方法,其特征在于:每次脉冲式雾化喷射由微型阀门切换第一湿度敏感材料的溶液或第二湿度敏感材料的溶液的输送至雾化喷头。
10.如权利要求1-6任一项所述的方法,其特征在于:第一湿度敏感材料和第二湿度敏感材料选自SnO2纳米材料、Fe3O4纳米材料、Sb2O3纳米材料、ZnO纳米材料、In2O3纳米材料、TiO2纳米线、PdCl2纳米材料、Cu2O纳米材料、WO3纳米材料、CeO2纳米材料、MnWO4粉末、NiWO4粉末、ZnCrO4粉末、MgCr2O4粉末、聚吡咯、聚乙烯二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸钠、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴代正丁烷季铵盐(MEBA)、活性硅氧烷单体—γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的任意两种;湿度敏感材料也可以选用其他任何已知的具有湿度敏性质的材料,只要所选择出的第一湿度敏感材料和第二湿度敏感材料具有不同的湿度敏感特性曲线即可。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111384311.9A CN116148316A (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种湿度传感器芯片的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111384311.9A CN116148316A (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种湿度传感器芯片的制造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116148316A true CN116148316A (zh) | 2023-05-23 |
Family
ID=86339421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111384311.9A Pending CN116148316A (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种湿度传感器芯片的制造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116148316A (zh) |
-
2021
- 2021-11-22 CN CN202111384311.9A patent/CN116148316A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dankoco et al. | Temperature sensor realized by inkjet printing process on flexible substrate | |
Alizadeh et al. | A new humidity sensor based upon graphene quantum dots prepared via carbonization of citric acid | |
CN106442235B (zh) | 一种农药雾滴沉积与蒸发检测装置及方法 | |
CN104865293A (zh) | 基于三维网络结构敏感薄膜的柔性气体传感器及制备方法 | |
CN106841331A (zh) | 一种柔性电容式湿度传感器及其制备方法 | |
Zhang et al. | A gas nanosensor unaffected by humidity | |
CN107064242B (zh) | 二硫化钼掺杂纳米银粒子复合湿度传感器及其制备方法 | |
CN108225621A (zh) | 一种基于有机场效应管压力传感器及其制备方法 | |
WO2006002617A1 (de) | Planar-sensor-anordnung, sensor-array und verfahren zum herstellen einer planar-sensor-anordnung | |
KR20070112657A (ko) | 탄소나노튜브 센서 및 그 제조방법 | |
Lee et al. | High-performance humidity sensors utilizing dopamine biomolecule-coated gold nanoparticles | |
CN116148316A (zh) | 一种湿度传感器芯片的制造方法 | |
JPH0242429B2 (zh) | ||
DE19509518A1 (de) | Sensitive Materialien und Vorrichtungen zur Detektion organischer Komponenten und Lösungsmitteldämpfen in der Luft | |
DE19941420A1 (de) | Elektrischer Widerstand mit wenigstens zwei Anschlußkontaktfeldern auf einem Substrat mit wenigstens einer Ausnehmung sowie Verfahren zu dessen Herstellung | |
CN105651837A (zh) | 微电极系统及其制备方法、电化学传感器 | |
Lin et al. | Two-dimensional and three-dimensional interdigital capacitors as basic elements for chemical sensors | |
DE4312788C2 (de) | Feuchtesensor | |
DE19917717C2 (de) | Kapazitiver Feuchtesensor | |
US9933384B2 (en) | Chemical sensor system | |
CN112763559B (zh) | 一种γ-聚谷氨酸基湿度传感器及其制备方法 | |
CN108469592A (zh) | 基于磁集聚器和磁纳米颗粒复合材料的微型磁电容传感器 | |
Song et al. | Metal oxide nanocolumns for extremely sensitive gas sensors | |
Love | Utilization of Fringing Fields for Improved Impedance-based Gas Detector Sensitivity | |
CN115901869A (zh) | 宽测量范围的电阻型湿度传感器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |