DD213515A1

DD213515A1 - HUMIDITY SENSOR IN THICK-LAYER TECHNOLOGY

Info

Publication number: DD213515A1
Application number: DD24677582A
Authority: DD
Inventors: Bernd Vaupel; Ingrid Storbeck
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1982-12-30
Filing date: 1982-12-30
Publication date: 1984-09-12

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der physikalischen Messtechnik. Ihr Ziel besteht in einem Dickschicht-Feuchtesensor, der bei geringer Ansprechzeit und hoher Messempfindlichkeit einen messtechnisch akzeptablen Widerstandsbereich ueberstreicht, auch im Messbereich > 100 Grad C arbeitet, nahezu hysteresefrei misst und unempfindlich gegen Kontaminationseinfluesse ist. Aufgabe der Erfindung ist es, die Parameter des Sensors durch die Wahl einer geeigneten Zusammensetzung der dielektrischen Schicht und durch eine entsprechende Elektrodenanordnung in der genannten Richtung zu gestalten. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass im Mehrlagenaufbau auf einem Keramiksubstrat eine aus kommerzieller, siebdruckfaehiger Leitpaste bestehende Grundelektrode aufgebracht ist, diese mit einer siebdruckfaehigen dielektrischen Schicht, deren Wirksubstanz aus 80 bis 99 Gewichts-% Glas und 1 bis 20 Gewichts-% kristallinem Fuellstoff besteht, abgedeckt ist und auf der dielektrischen Schicht eine aus kommerzieller, siebdruckfaehiger Leitpaste bestehende, sieb- oder fingerfoermige Deckelektrode aufgebracht ist. Der erfindungsgemaesse Feuchtesensor ist anwendbar fuer Feuchtemessungen zwischen vorzugsweise 5 und 95% relativer Feuchte.The invention relates to the field of physical metrology. Their goal is a thick-film moisture sensor, which, with its low response time and high measuring sensitivity, passes a metrologically acceptable resistance range, also operates in the measuring range> 100 ° C, measures almost hysteresis-free and is insensitive to contamination influences. The object of the invention is to design the parameters of the sensor by selecting a suitable composition of the dielectric layer and by a corresponding electrode arrangement in said direction. According to the invention, this object is achieved by the multilayer structure comprising a base electrode made of commercial conductive printing paste which is coated with a screen-printable dielectric layer whose active substance consists of 80 to 99% by weight of glass and 1 to 20% by weight of crystalline filler consists, is covered and applied to the dielectric layer consisting of a commercial, Siebdruckfaehiger conductive paste, sieve or fingerfoermige cover electrode. The humidity sensor according to the invention is applicable for moisture measurements between preferably 5 and 95% relative humidity.

Description

Feuchteeensor in Dickschichttechnik :Humidity sensor in thick film technology:

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

.'·; . ^:..', λ^: / .. ^;· ' ·. - ' . · - . ,- : · ···: , . ' , .. Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der physikalisehen $eßtechnik. Ihre Anwendung- ist für Feuchtemessungen zwischen yp.rzug_isw.e'iöe^;'5^ü^d;'9.5/'%:>.e.lativer::Feuclitje· möglich. '·; , ^: .. ', λ ^: / .. ^; · '·. - '. · -. , - : ····:,. The invention relates to the field of physical engineering. Their application- is for moisture measurements between yp.rzug _i sw.e'iöe ^; '5 ^ ü ^ d;' 9.5 / '%:>. E.lative :: Feuclitje possible

Charakteristik der bekannten technischen lösungenCharacteristic of the known technical solutions

Gemäß ^roc. ISHM, Gent 1979, S. 279 ist ein Feuchtesensor ; in Diekschichtteehnik mit auf Keramik aufgedruckter dielektrischer Schicht und darauf in einer Ebene angeordneten, fingerförmig ineinandergreifenden Elektroden bekannt» Die den Oberflächenisolationswiderstand messende Anordnung arbeitet in einem den Anforderungen entsprechenden Temperaturbereich von 10 bis 150 ⁰C. Machteilig sind jedoch der zu große, mit einer Meßmethode nicht erfaßbare Widerstaiidsbereich sowie die hohe Empfindlichkeit der Sensorschicht gegenüber Kontaminationseinflüssen, die zu einer Veränderung der OberflMchenleitfähigkeit und damit zu einer 7erfälschüng des Meßwertes führen. Ferner ist nach G. Tschulena, M· Seiders, Vortrag 1.3 Schlüsseltechnologie zur Sensorherr stellung, "Sensor 82" in Essen, BRD vom 12. > 14. 1* 82 ein in liybridtechnik realisierter Feuchtesensor mit in einer Ebene zwischen Substrat und Sensorschicht angeordneten Elektroden bekannt. Der lachteil dieser Anordnung fliegt in der yerlängerten Ansprechzeit, da der gewünschte Meßeffekt erst eintritt, wenn die wirksame Schicht von der Feuchtigkeit gänzlich durchdrungen ist «^According to ^ roc. ISHM, Ghent 1979, p. 279 is a humidity sensor; in Diekschichtteehnik with printed on ceramic dielectric layer and arranged in a plane, finger-like interdigitated electrodes known »The surface insulation resistance measuring arrangement operates in a temperature range corresponding to the requirements of 10 to 150 ⁰ C. However, the Machteilig are too large, not with a measuring method detectable Widerstaiidsbereich and the high sensitivity of the sensor layer to contamination, leading to a change in OberflMchenleitfähigkeit and thus to a 7erfschschg of the measured value. Furthermore, according to G. Tschulena, M. Seiders, lecture 1.3 key technology for Sensorherr position, "Sensor 82" in Essen, FRG from 12.> 14. 1 * 82 a realized in liybridtechnik moisture sensor arranged in a plane between the substrate and the sensor layer electrodes known. The laughing part of this arrangement flies in the extended response time, since the desired measurement effect occurs only when the active layer is completely penetrated by the moisture "^

: · .^;: /' ·';. r. Λ ' '.-.^; ϊ ' / '" . .)': Λ .' ' ^:. ^....y. /'-ν. ' ' anac7 · .-lO-QO.'* ftKSi.: ·. ^;: / '·';. r. Λ '' .-. ^; ϊ '/'".)': Λ .'' ^: . ^. y. /' - ν '' anac7 ·.-lO-QO. '* ftKSi.

Aim of the invention; . ''. , '. . ":, .. - ':' - '.. '; . _: .: ['/' ...

Das Ziel der Erfindung besteht in einem mit Eihbrenntemperaturen < 1000 ⁰C herstellbaren Dickschient-Feuchtesensor, der bei geringer Ansprechzeit und hoher Meßempfindlichkeit einen meßtechnisch akzeptablen Widerstandsbereich überstreicht , auch im Temperaturbereich > 100 ⁰C arbeitet, nahezu hysteresefrei mißt und unempfindlich gegen Eontaminätionseinfliisse ist.The object of the invention consists in a producible with Eihbrenntemperaturen <1000 ⁰ C Dickschient humidity sensor that covers a low response time and high sensitivity a metrologically acceptable resistance range, even in the temperature range> 100 ⁰ C works, almost hysteresis-free measures and is insensitive to Eontaminätionseinfliisse.

Darlegung des Wesens der Erfindung :Explanation of the essence of the invention:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Parameter des Sensors durch die Wahl einer geeigneten Zusammensetzung der dielektrischen Schicht und durch eine entsprechende Elektrodenanordnung in dergenannten Richtung zu gestalten. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Mehrlagenaufbau auf einem Keramiksubstrat eine aus kommerzieller, siebdruckfähiger Leitpaste bestehende, mit einer Kontäktierungsmöglichkeit; versehene, vorzugsweis!e ganzflächige Grundelektrode aufgebracht ist, diese mit einer siebdruckfähigen dielektrischen Schicht bei Freilassung einer Kontäktierungsmöglichkeit vollstanT dig abgedeckt und auf dieser Schicht eine aus kommerzieller, siebdruckfähiger Leitpaste bestehende, sieb- oder fingerförmige Deckelektrode aufgebracht ist. Die Wirksubstanz der dielektrischen Schicht setzt sich aus 80 bis 99 Gewichts-% Glas sowie t bis 20 Gewichts-^ kristallinem Füllstoff, vorzugsweise AIpOo, zusammen, wobei der Sensor durch das gewählte Glas-Füllstoff-Verhältnis bei Überstreichen eines mit einer Meßmethode erfaßbaren Widerstandsbereiches auch im Meßbereich > 100 ⁰C arbeitet und nahezu hyßteresefrei den Isolationswiderstand der Anordnung mißt> Das in der Wirksubstanz der Sensorschicht enthaltene, vorzugsweise kristallisierende Glas besteht aus 28 bis 32 Gewichts-^ SiO₂, 8 bis 12 Gewichts-% Al₂O₃, 22 bis 30 Gewichts-% BaO, 10 bis 12 Gewichte-% ZnO, 5 bis 10 Gewichtsr^ CaO, 0 bis 5 Gewichts-% B₂O₃, 0 bis 5 Gewichts-^ MgO und 8. bis 12^! Gewichts-% TiO ^; The invention has for its object to make the parameters of the sensor by selecting a suitable composition of the dielectric layer and by a corresponding electrode assembly in the direction mentioned. According to the invention the object is achieved in that in the multilayer structure on a ceramic substrate consisting of a commercial, screen-print conductive paste, with a Kontäktierungsmöglichkeit; provided, preferably! e e whole-surface base electrode is applied, this covered with a screen-printable dielectric layer while leaving a Kontäktierungsmöglichkeit vollstanT dig and applied to this layer consisting of a commercial, screen-printable conductive paste, screen or finger-shaped cover electrode. The active substance of the dielectric layer is composed of 80 to 99% by weight of glass and t to 20% by weight of crystalline filler, preferably AIpOo, the sensor also being characterized by the selected glass-to-filler ratio when sweeping over a resistance range which can be detected by a measuring method in the measurement range> 100 ⁰ C works and almost hyssteeresrei the insulation resistance of the device measures> The contained in the active substance of the sensor layer, preferably crystallizing glass consists of 28 to 32 weight- ^ SiO ₂ , 8 to 12% by weight Al ₂ O ₃ , 22nd to 30% by weight of BaO, 10 to 12% by weight of ZnO, 5 to 10% by weight of CaO, 0 to 5% by weight of B ₂ O ₃ , 0 to 5% by weight of MgO and 8 to 12 ^! Weight% TiO ^;

Ausführungsbeispiel ;Embodiment;

^v- . ' " ' "'.· ' . ... . ' . ' ;' ^v -. '''''.·'. .... '. ';'

Eine 97 Gewichts-% kristallisierendes Glas C 30,4 Gewicht®-?» SiO₂, 11 Gewichts-% Al₂Oo, 26 Gewichts-% BaO, TO Gewichts-% ZnO, 5,5 Gewichts-% CaO, 3,9 Gewichts-% BgO,, 2,2 Gewichts-% HgO, 11 Gewichts-% TiO₂) und 3 (l'ewichts-% AI₂Oo \ mit einer Korngröße < 40/um enthaltende siebäruckfähige Paste wird mit einer kommerziellen Leitpaste in der JOrui verarbeitet, daß auf ein AlgO-a-Substrat zuerst die Grundelektrode, darauf die Sensorschicht und darüber die Deckelektrode jeweils für sich gedruckt und bei £550 ⁰C eingebrannt werden. Die Sensorschicht wird doppelt gedruckt und nach jedem Druck gebrannt, wodurch eine nadelstichfreie , Oberfläche erreicht wird. Über die Korngröße und den Gehalb an Α1₂0« ist die Porosität und damit das Verhältnis von Feuchtigkeitswert zu Widerstand in Grenzen steuerbar»A glass crystallizing 97% by weight C 30.4% by weight -> SiO ₂ , 11% by weight Al ₂ Oo, 26% by weight BaO, TO% by weight ZnO, 5.5% by weight CaO, 3.9 % By weight of BgO ,, 2.2% by weight HgO, 11% by weight of TiO ₂ ) and 3 (% by weight of Al ₂ Oo \ having a particle size <40 / μm containing sieve-resistant paste is mixed with a commercial conductive paste in the JOrui processes that on an AlgO-a substrate first the base electrode, thereupon the sensor layer and above the cover electrode are individually printed and baked at £ 550 ^° C. The sensor layer is double printed and fired after each printing, whereby a pinhole free, The particle size and the volume of Α1 ₂ 0 "make it possible to control the porosity and thus the ratio of moisture value to resistance within limits"

Claims

Erfindungeanepruch

1. Moisture sensor in thick film technology, characterized in that in multilayer structure on a ceramic substrate consisting of a commercial, screen-conductive paste, provided with a Kontaktierungsmoikeit, preferably full-surface base electrode is applied, this with a screen-printable dielectric layer whose active substance, from 80 to 99 % By weight of glass, preferably crystallizing glass, and 1 to 20% by weight of crystalline filler, preferably Al ₂ O.sub.1, is completely covered when the possibility of contacting is left uncovered and a dielectric layer consisting of a commercial, screen-printable conductive paste is applied.

V or finger-shaped cover electrode is applied.

2. Moisture sensor according to item 1, characterized in that * the glass consists of 28 to 32% by weight SiO ₂ , 8 to 12% by weight Al ₂ O ₃ , 22 to 30% by weight BaO, 10 to; 12 (% by weight of ZnO, 5 to 10% by weight of GaO, 0 to 5% by weight of B ₂ Oo, 0 to 5% by weight of MgO and 8 to 12% by weight of TiO ₂ .

• I