DE3517589C2 - - Google Patents

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DE3517589C2
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Description

Die Erfindung betrifft einen Feuchtigkeitssensor, der aus einem Substrat, einer auf dem Substrat angeordneten unteren Elektrode, einer feuchtigeitsempfindlichen Schicht zwischen einer oberen Elektrode und der unteren, auf dem Substrat angeordneten Elektrode sowie einem Paar auf dem Substrat angeordneter Verbindungsanschlüsse, von denen der eine mit der unteren Elektrode auf dem Substrat verbunden ist und der andere über eine stufenförmige Verlängerung, die sich am Ende der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht von der oberen Elektrode aus zum Verbindungsanschluß für die obere Elektrode erstreckt, mit der oberen Elektrode verbunden ist, besteht; sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Feuchtigkeitssensors.
Zur Messung der Feuchtigkeit wurden Feuchtigkeitssensoren entwickelt, welche die verschiedensten feuchtigkeitsempfindlichen Materialien, wie beispielsweise Metalloxide oder polymere Materialien, enthalten. Derartige Feuchtigkeitssensoren werden auf verschiedenen Gebieten eingesetzt, beispielsweise in Klimaanlagen, medizinischen Behandlungseinrichtungen, Kraftfahrzeugen, landwirtschaftlichen oder forstwirtschaftlichen Geräten. Sie lassen sich grob in zwei Gruppen unterteilen, nämlich in solche vom Widerstandsänderungs- Typ, die feuchtigkeitsempfindliche Materialien, wie beispielsweise Fe₂O₃, SnO₂ oder LiCl aufweisen, und in solche vom elektrostatischen Kapazitätsänderungs- Typ, die feuchtigkeitsempfindliche Materialien, wie Al₂O₃ oder Cellulose, enthalten. Feuchtigkeitssensoren vom Widerstandsänderungs-Typ liegt der Mechanismus zugrunde, daß sich die elektrische Leitfähigkeit verschiedener Ionen, Protonen oder Elektronen in dem feuchtigkeitsempfindlichen Material ändert in Abhängigkeit von dem Wassergehalt des Materials. Feuchtigkeitssensoren vom elektrostatischen Kapazitätsänderungs-Typ basieren darauf, daß sich die Dielektrizitätskonstante des feuchtigkeitsempfindlichen Materials in Abhängigkeit von dem Wassergehalt des Materials ändert, woraus eine Änderung der elektrostatischen Kapazität resultiert. Darüber hinaus gibt es noch besondere Feuchtigkeitssensoren, die Polymere, z. B. Polyvinylalkohol, als feuchtigkeitsempfindliches Material enthalten. Diese Sensoren arbeiten entweder auf der Basis einer Kapazitätsänderung oder auf der Basis einer Widerstandsänderung, je nach dem zu messenden Feuchtigkeitsbereich.
Feuchtigkeitssensoren vom elektrostatischen Kapazitätsänderungs- Typ haben gegenüber solchen vom Widerstandsänderungs- Typ den Vorteil, daß die Feuchtigkeitsempfindlichkeits- Kennlinie des Sensors vom Kapazitätsänderungs- Typ einen linearen Verlauf hat, der von Temperaturänderungen praktisch unabhängig ist.
Um die Besonderheiten der vorstehend beschriebenen verschiedenen Arten von Feuchtigkeitssnsoren nutzen zu können, muß eine Elektrodenstruktur geschaffen werden, die sich für die Kennlinie jedes der Sensoren eignet. Bei herkömmlichen Feuchtigkeitssensoren, bei denen ein feuchtigkeitsempfindliches Material in Form einer dünnen Schicht auf einem isolierenden Substrat vorliegt, wurden bisher die beiden folgenden Arten von Elektrodenstrukturen eingesetzt:
Bei der einen Art von Elektrodenstruktur handelt es sich um eine Kammstruktur mit einem Paar kammförmiger Elektroden und einer feuchtigkeitsempfindlichen Schicht auf den kammförmigen Elektroden zum elektrischen Verbinden der beiden kammförmigen Elektroden. Die Elektroden werden durch Vakuumaufdampfung oder Siebdruck so auf ein Substrat aufgebracht, daß jeder der Vorsprünge einer der kammförmigen Elektroden einer Ausnehmung der anderen Elektrode gegenüberliegt. Derartige kammförmige Strukturen werden allgemein in Feuchtigkeitssensoren vom Widerstandsänderungs- Typ verwendet, in denen die Elektroden vor der Ausbildung der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht gebildet werden, so daß für die Elektroden ein Material ausgewählt werden kann, das an dem Substrat hervorragend haftet.
Eine andere Elektrodenstruktur ist die Drei-Schicht-Struktur mit einer oberen Elektrode, einer unteren Elektrode und einer dazwischen angeordneten feuchtigkeitsempfindlichen Schicht. Diese Anordnung führt zu einer hohen elektrostatischen Kapazität. Eine solche Drei-Schicht-Struktur findet sich im allgemeinen in Feuchtigkeitssensoren vom elektrostatischen Kapazitätsänderungs-Typ, bei denen als obere Elektrode, die feuchtigkeitsdurchlässig und korrosionsbeständig sein muß, eine extrem dünne Schicht aus einem Edelmetall, beispielsweise aus Gold oder Platin, verwendet wird. Eine solche dünne Edelmetallschicht hat jedoch den Nachteil, daß ihre Haftung an dem Substrat gering ist, so daß es schwierig ist, davon einen Leitungsdraht zu ziehen. Wenn an eine solche dünne Edelmetallschicht beispielsweise mittels einer Silberpaste ein Leitungsdraht angeschlossen wird, so haftet der Flächenbereich der Edelmetallschicht an dem Substrat, der dem Verbindungsabschnitt der Edelmetallschicht entspricht, und der Leitungsdraht wird schwach, was eine leichte Ablösung der Edelmetallschicht von dem Substrat und/oder deren Abbrechen zur Folge hat.
Um diesem Problem zu begegnen, wurden bereits folgende Methoden zum Befestigen der Edelmetallschicht an dem Substrat vorgeschlagen:
  • (1) Ein Verfahren, bei dem die Edelmetallschicht mit Hilfe einer Metalltafel oder eines Metallringes auf das Substrat aufgepreßt wird,
  • (2) ein Verfahren, bei dem die feuchtigkeitsempfindliche Schicht auf der in zwei Teile unterteilten unteren Elektrode gebildet wird und die extrem dünne Elektrodenschicht, die feuchtigkeitsdurchlässig ist, auf der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht gebildet wird, wonach die Anschlußdrähte an die beiden Teile der unteren Elektrode angeschlossen werden, und
  • (3) ein Verfahren, bei dem ein Abschnitt der oberen Elektrode bis zu einem Verbindungsabschnitt auf einem Substrat außerhalb der ein Muster aufweisenden feuchtigkeitsempfindlichen Schicht verlängert und von dem Verbindungsanschluß ein Leitungsdraht gezogen wird.
Bei dem erstgenannten Verfahren tritt das Problem auf, daß der Elektrodenaufbau kompliziert ist und daß die Elektroden beim Zusammenbau leicht beschädigt werden. Das Verfahren (2) läßt sich zwar leicht durchführen, das dabei erhaltene Produkt ist jedoch aufgrund der durch die Elektrodenstruktur verminderten Feuchtigkeitsempfindlichkeit nicht kompakt, weil die äquivalente Schaltung des Bauteils zeigt, daß im Vergleich zu einer äquivalenten Schaltung einer anderen Elektrodenstruktur mit einer nicht-unterteilten unteren Elektrode zwei halbe elektrostatische Kapazitäten (C/2) der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht in Reihe geschaltet sind, so daß die elektrostatische Kapazität der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht pro wirksamem Flächenbereich des Substrats nur ein Viertel der elektrostatischen Kapazität beträgt, die erzielbar ist mit einer äquivalenten Schaltung der obengenannten anderen Elektrodenstruktur
Bei dem Verfahren (3) tritt das Problem auf, daß die Haftung zwischen dem Substrat und der dünnen Edelmetallschicht gering ist, wenn die Oberfläche des Substrats glatt ist, wie es beispielsweise bei einem Glassubstrat, einem mit SiO₂ oder Si₃Ni₄ beschichteten Si-Substrat der Fall ist, wobei die Stufenabschnitte des Musters der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht leicht brechen.
Aus der DE-PS 27 59 989 ist ein Absolutfeuchte-Sensor bekannt, der aus einer Grundelektrode, einer darauf angeordneten feuchtigkeitsempfindlichen Schicht und einer Deckelektrode besteht. Die Kontaktierung der Elektroden erfolgt von der Rückseite des Substrats her oder durch Einätzen eines Kontaktfensters in die Oberseite des Substrats und nachfolgenden Anschluß eines Anschlußstreifens aus einem Schwermetall. Die Herstellung eines solchen Sensors ist ebenfalls verhältnismäßig kompliziert und damit werden die bei den bisher bekannten Sensoren auftretenden Probleme ebenfalls nicht gelöst.
Aus der JP-A-55-95857 ist ein Feuchtigkeitssensor des eingangs beschriebenen Typs bekannt, bei dem die beiden Elektroden jeweils eine streifenförmige Verlängerung aufweisen, die sich voneinander gegenüberliegenden Rändern der Elektroden aus in Richtung der Anschlüsse erstrecken, die in elektrodenfreien Randbereichen des Substrats angeordnet sind. Ein Sensor dieses Typs hat den Nachteil, daß die Anschlüsse die Enden der streifenförmigen Verlängerungen von oben her abdecken, so daß zuerst die beiden Elektroden mit der dazwischen angeordneten feuchtigkeitsempfindlichen Schicht aufgebracht werden müssen und danach erst die Anschlüsse befestigt werden können. Dies führt zu einer aufwendigen und teueren Herstellung des bekannten Sensors. Von Nachteil ist ferner, daß die Elektroden sowie ihre streifenförmigen Verlängerungen aus dünnen Folien aus einem Edelmetall bestehen, das eine unzureichende Haftung auf der Substratoberfläche aufweist, so daß sich insbesondere unter dem Einfluß von Feuchtigkeit, die Folien leicht von dem Substrat lösen, so daß die Lebensdauer dieses bekannten Feuchtigkeitssensors sehr begrenzt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher dfie Aufgabe zugrunde, einen Feuchtigkeitssensor des eingangs beschriebenen Typs anzugeben, der nicht nur eine längere Lebensdauer als die bisher bekannten Feuchtigkeitssensoren hat, sondern auch einfach und preiswert hergestellt werden kann. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Feuchtigkeitssensors entwickelt werden, das sich problemlos und wirtschaftlich durchführen läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Feuchtigkeitssensor mit dem eingangs beschriebenen Aufbau die untere Elektrode einschließlich ihres Verbindungsanschlusses sowie der Verbindungsanschluß für die obere Elektrode jeweils aus einer Doppel-Metallschicht bestehen, die sich zusammensetzt aus einer unteren Schicht, die eine ausreichende Haftung an dem Substrat aufweist, und einer oberen Schicht, die eine ausreichende Feuchtigkeits- und Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird nicht nur eine ausgezeichnete Haftung der unteren Elektrode sowie der Verbindungsanschlüsse an den Substraten gewährleistet, sondern durch Aufbringen der oberen, feuchtigkeits- und korrosionsbeständigen Schicht, die auch durch Einwirkung von Feuchtigkeit nicht beeinträchtigt wird, wird die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitssensors beträchtlich verlängert. Aufgrund der ausgezeichneten Haftung des Anschlusses an dem Substrat ist auch eine sichere Befestigung der dünnen, streifenförmigen Verlängerung der oberen Elektrode gewährleistet. Der erfindungsgemäße Feuchtigkeitssensor weist somit die geforderte lange Lebensdauer auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die untere Schicht aus wenigstens einem Element aus der Gruppe Nickel, Chrom und Mangan, während die obere Schicht aus wenigstens einem Element aus der Gruppe Gold und Platin besteht.
Die obere Elektrode weist vorzugsweise eine feuchtigkeitsdurchlässige dünne Schicht aus einem Edelmetall auf.
Die Metallschicht, welche die stufenförmige Verlängerung von der oberen Elektrode zu dem Verbindungsanschluß der oberen Elektrode abdeckt, besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem Edelmetall.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Feuchtigkeitssensors der vorstehend beschriebenen Art, das durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
  • 1) Auf ein Substrat wird eine Doppel-Metallschicht aufgebracht, die sich zusammensetzt aus einer unteren Schicht, die eine ausreichende Haftung an dem Substrat aufweist, und einer oberen Schicht, die eine ausreichende Feuchtigkeits- und Korrosionsbeständigkeit besitzt;
  • 2) die Metallschicht wird einer Musterbildungs-Behandlung unterzogen, um eine untere Elektrode und ein Paar Verbindungsanschlüsse zu bilden, von denen sich einer von der unteren Elektrode aus erstreckt und der andere an eine obere Elektrode anzuschließen ist;
  • 3) auf die untere Elektrode wird eine feuchtigkeitsempfindliche Schicht aufgebracht und
  • 4) auf die feuchtigkeitsempfindliche Schicht wird die obere Elektrode aufgebracht, wonach eine von der oberen Elektrode abstehende stufenförmige Verlängerung mit dem auf dem Substrat befindlichen Verbindungsanschluß für die obere Elektrode verbunden wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf technisch einfache und wirtschaftliche Weise durchführen und führt zu einem Feuchtigkeitssensor mit den vorstehend beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, einen Feuchtigkeitssensor herzustellen, dessen Elektroden sich aufgrund ihrer spezifischen Herstellung weder von dem Substrat ablösen noch brechen, dessen obere Elektrode eine hervorragende Zähigkeit, Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit des Verbindungsabschnittes mit einem Leitungsdraht aufweist, ohne daß die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit der oberen Elektrode vermindert wird, und der eine hohe elektrostatische Kapazität bei einem sehr kompakten Aufbau hat, da die gesamte Fläche des feuchtigkeitsempfindlichen Films wirksam ausgenutzt werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Feuchtigkeitssensors mit teilweise weggebrochenen Teilen; und
Fig. 2(A)-(D) Grundrisse, welche die Herstellung des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitssensors erläutern.
Fig. 1 zeigt einen Feuchtigkeitssensor vom Kapazitätsänderungs- Typ gemäß der Erfindung. Der Feuchtigkeitssensor besitzt eine Drei-Schicht-Struktur mit einem Paar dünner Elektrodenschichten 2 und 5 auf einem Substrat 1, wobei zwischen den Elektrodenschichten 2 und 5 eine dünne feuchtigkeitsempfindliche Schicht 3 liegt. Die Oberfläche des Substrats 1 muß glatt sein. Beispiele für geeignete Substrate sind ein Glas-Substrat, ein beispielsweise mit einer SiO₂-Schicht, einer Si₃N₄-Schicht oder dergleichen überzogenes Si-Substrat, und ein poliertes Aluminiumoxid-Substrat. Wie in Fig. 2(A) gezeigt, wird auf dem Substrat 1 zunächst eine untere Elektrode 2 gebildet. Die untere Elektrode 2 muß ein hervorragendes Haftungsvermögen an dem Substrat aufweisen und gut feuchtigkeits- und korrosionsbeständig sein. Um diesen Erfordernissen Rechnung zu tragen, wird als untere Elektrode 2 auf dem Substrat 1 durch Vakuumaufdampfung, Zerstäubung oder andere Verfahren eine Mehrfach-Metallschicht- Struktur gebildet. Die Mehrfach-Metallschicht setzt sich z. B. zusammen aus einer unteren Schicht aus einem Metall wie Ni, Cr oder Mn, das aktiv und hervorragend in der Haftung an dem Substrat ist, und einer oberen Schicht aus einem Edelmetall wie Au oder Pt, das eine hervorragende Feuchtigkeits- und Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Dann wird die untere Elektrode 2 einer Musterbildungsbehandlung unterworfen, z. B. nach einer Maskier- Aufdampf-Methode, einer Ätz-Methode, einer Abhebe- Methode oder dergleichen, so daß ein L-förmiger Verbindungsanschluß 20 an einer Ecke zum Anschluß an einen Leitungsdraht 7 und ein weiterer L-förmiger Verbindungsanschluß 4 an der anderen Ecke zum Anschluß an die obere Elektrode und einen Leitungsdraht 7 gebildet werden. Diese L-förmigen Verbindungsanschlüsse 4 und 20 sind bezüglich der Mittellinie der unteren Elektrode symmetrisch.
Der Verbindungsanschluß 4 für sowohl die obere Elektrode 5 als auch den Leitungsdraht 7 besteht aus derselben Doppel-Metallschicht wie die untere Elektrode 2 auf dem Substrat 1. Es sei darauf hingewiesen, daß der Verbindungsanschluß 4 ein solches Muster aufweisen muß, daß sein Endabschnitt, zwischen einem Bereich der unteren Fläche des feuchtigkeitsempfindlichen Films 3 und einem Bereich der oberen Fläche des Substrats 1 liegt, um zu verhindern, daß ein Teil der oberen Elektrode 5 das Substrat 1 berührt, wenn die obere Elektrode 5 an den Verbindungsanschluß 4 angeschlossen wird, und daß der Verbindungsanschluß 4 nicht in Berührung mit der unteren Elektrode 2 steht.
Dann wird auf dem Substrat 1, auf dem sich die untere Elektrode 2 und der Verbindungsanschluß 4 befinden, gemäß Fig. 2(B) der feuchtigkeitsempfindliche Film 3 gebildet, um den gesamten Bereich der unteren Elektrode 2 mit Ausnahme der Verbindungsanschlüsse 4 und 20 abzudecken. Hierzu wird eine organische Polymerlösung, die hergestellt wird durch Lösen eines Polymermaterials wie Polyvinylalkohol, Polystyrolsulfonat oder Polyacrylsäureester in einem Lösungsmittel, auf die untere Elektrode 3 und das Substrat 1 durch ein Verspinnungsverfahren aufgebracht, woran sich eine Wärmetrocknungs- und eine Ätz-Behandlung anschließen.
Wie in Fig. 2(C) gezeigt ist, wird auf der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht 3 eine extrem dünne Schicht, die feuchtigkeitsdurchlässig ist und aus einem Edelmetall wie Au oder Pt, besteht, als obere Elektrode 5 mit einer Verlängerung 50 gebildet.
Die Verlängerung 50 wird an der Kante der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht 3 stufenförmig gebogen, um mit dem Verbindungsanschluß 4 verbunden zu werden. Die Breite der Verlängerung 50 ist geringer als die des Verbindungsanschlusses 4. Die obere Elektrode 5, die eine Dicke von mehreren 10 nm aufweist, ist extrem dünn, um eine hervorragende Feuchtigkeitsdurchlässigkeit zu erreichen, so daß die Verlängerung 50, die die obere Elektrode 5 mit dem Verbindungsanschluß 4 verbindet, in dem Stufenbereich am Ende der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht 3 zu brechen droht.
Um das Brechen der Verlängerung 50 zu verhindern, wird der Stufenabschnitt der Verlängerung 50 mit einer eine gewisse Dicke aufweisenden Edelmetallschicht 6 aus beispielsweise Au oder Pt abgedeckt. Von den Verbindungsanschlüssen 4 und 20 werden nach einer Draht- Bond-Methode, durch Schweißen oder dergleichen Leitungsdrähte 7 gezogen, so daß man den in Fig. 2(D) gezeigten Feuchtigkeitssensor erhält.
Der in der oben beschriebenen Weise hergestellte Feuchtigkeitssensor, der die Feuchtigkeitsabsorption und das Ionenleitvermögen in der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht 3 ausnutzt, mißt die in der Atmosphäre enthaltene Feuchtigkeit wie folgt:
Wenn in der Atmosphäre enthaltener Wasserdampf durch die obere Elektrode 5 hindurch in die feuchtigkeitsempfindliche Schicht 3 eindringt, erfolgt reversibel der Vorgang der Wassermolekül-Absorption in die Schicht 3 hinein oder der Wassermolekül-Desorption aus der Schicht 3 heraus, was zu einer Änderung der Dielektrizitätskonstanten oder der elektrostatischen Kapazität führt. Wenn durch die obere Elektrode 5 und die untere Elektrode 2 elektrischer Strom in die Schicht 3 fließt, schwankt die elektrische Leitfähigkeit der Schicht 3 mit der Änderung der elektrostatischen Kapazität der Schicht 3, so daß die Menge des Wasserdampfs in der Atmosphäre von diesem Feuchtigkeitssensor bestimmt werden kann durch Bestimmung der Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, wozu an die Leitungsdrähte 7 eine Detektorschaltung angeschlossen ist.
Der erfindungsgemäße Feuchtigkeitssensor ist nicht beschränkt auf eine Einheit für ein Substrat, sondern es ist auch möglich, eine Anzahl von Feuchtigkeitssensor- Einheiten in einer Reihe auf ein und demselben Substrat zu bilden, wobei jede Einheit gleiche Qualität aufweist. Außerdem umfaßt der Herstellungsablauf des Feuchtigkeitssensors nicht einen Verfahrensschritt mit hoher Temperatur, und die Bildung der Elektroden und das Anbringen der Leitungsdrähte können in herkömmlicher Dünnschichttechnik erfolgen, so daß die Produktionskosten niedrig gehalten und Größe und Gewicht des Feuchtigkeitsfühlers gering gehalten werden können.
Anstelle des isolierenden Substrats 1 kann man für, einen Feuchtigkeitssensor ein Substrat verwenden, welches einen Feldeffekttransistor (FET) in sich enthält. Dieser Feuchtigkeitssensor besitzt die oben erläuterten Elektroden und die feuchtigkeitsempfindliche Schicht auf der Gate-Isolierschicht des FET und wird von dem FET betrieben. Dies ermöglicht die Einbringung der zugehörigen Schaltungsteile in den Feuchtigkeitssensor, was zu einer erhöhten Integration der Schaltungsteile führt.
Als feuchtigkeitsempfindliche Schicht 3 kann eine Polymerschicht z. B. aus Acetat, Cellulose oder Polyamid, eine Metalloxidschicht, z. B. aus Al₂O₃, verwendet werden. Anstelle der Mehrfach-Metallschicht für die untere Elektrode 2 läßt sich z. B. eine Ag- Paste oder eine Rutheniumoxid-Paste auf das Substrat 1 aufbringen, wonach zur Bildung der unteren Elektrode 2 die Paste gebrannt wird.

Claims (8)

1. Feuchtigkeitssensor, bestehend aus einem Substrat, einer auf dem Substrat angeordneten unteren Elektrode, einer feuchtigkeitsempfindlichen Schicht zwischen einer oberen Elektrode und der unteren, auf dem Substrat angeordneten Elektrode sowie einem Paar auf dem Substrat angeordneter Verbindungsanschlüsse, von denen der eine mit der unteren Elektrode auf dem Substrat verbunden ist und der andere über eine stufenförmige Verlängerung, die sich am Ende der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht von der oberen Elektrode aus zum Verbindungsanschluß für die obere Elektrode erstreckt, mit der oberen Elektrode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Elektrode (2) einschließlich ihres Verbindungsanschlusses (20) sowie der Verbindungsanschluß (4) für die obere Elektrode (5) jeweils aus einer Doppel-Metallschicht bestehen, die sich zusammensetzt aus einer unteren Schicht, die eine ausreichende Haftung an dem Substrat (1) aufweist, und einer oberen Schicht, die eine ausreichende Feuchtigkeits- und Korrosionsbeständigkeit aufweist.
2. Feuchtigkeitssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schicht aus wenigstens einem Element der Gruppe Ni, Cr und Mn besteht, während die obere Schicht aus wenigstens einem Element der Gruppe Au und Pt besteht.
3. Feuchtigkeitssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (5) eine feuchtigkeitsdurchlässige dünne Schicht aus einem Edelmetall ist.
4. Feuchtigkeitssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Metallschicht (6), welche die stufenförmige Verlängerung (50) von der oberen Elektrode (5) zu dem Verbindungsanschluß (4) der oberen Elektrode (5) abdeckt und vorzugsweise aus einem Edelmetall besteht.
5. Verfahren zum Herstellen eines Feuchtigkeitssensors nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • (1) auf ein Substrat wird eine Doppel-Metallschicht aufgebracht, die sich zusammensetzt aus einer unteren Schicht, die eine ausreichende Haftung an dem Substrat aufweist, und einer oberen Schicht, die eine ausreichende Feuchtigkeits- und Korrosionsbeständigkeit besitzt;
  • (2) die Metallschicht wird einer Musterbildungs-Behandlung unterzogen, um eine untere Elektrode und ein Paar Verbindungsanschlüsse zu bilden, von denen sich einer von der unteren Elektrode aus erstreckt und der andere an eine obere Elektrode anzuschließen ist;
  • (3) auf die untere Elektrode wird eine feuchtigkeitsempfindliche Schicht aufgebracht und
  • (4) auf die feuchtigkeitsempfindliche Schicht wird die obere Elektrode aufgebracht, wonach eine von der oberen Elektrode abstehende stufenförmige Verlängerung mit dem auf dem Substrat befindlichen Verbindungsanschluß für die obere Elektrode verbunden wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die untere Schicht mindestens ein Element der Gruppe Ni, Cr und Mn und für die obere Schicht mindestens ein Element der Gruppe Au und Pt verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode als eine aus einem Edelmetall bestehende dünne feuchtigkeitsdurchlässige Schicht hergestellt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenförmige Verlängerung von der oberen Elektrode zum Verbindungsanschluß für die obere Elektrode mit einer Metallschicht, vorzugsweise einer Edelmetallschicht, abgedeckt wird.
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Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8322418D0 (en) * 1983-08-19 1983-09-21 Emi Ltd Humidity sensor
US4892709A (en) * 1987-10-02 1990-01-09 Sri International Microdevice for gas and vapor sensing
US4949045A (en) * 1987-10-30 1990-08-14 Schlumberger Technology Corporation Well logging apparatus having a cylindrical housing with antennas formed in recesses and covered with a waterproof rubber layer
JP2541246B2 (ja) * 1987-11-05 1996-10-09 エヌオーケー株式会社 薄膜感湿素子
EP0332934A3 (de) * 1988-03-14 1992-05-20 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung zur Messung des Partialdruckes von Gasen oder Dämpfen
JPH02150754A (ja) * 1988-11-30 1990-06-11 Toshiba Corp 感応素子の製造方法
NL8803223A (nl) * 1988-12-30 1990-07-16 Flucon Bv Capacitieve vochtsensor.
JPH0432070U (de) * 1990-07-13 1992-03-16
DE69223589T2 (de) * 1991-10-22 1998-12-10 Halliburton Energy Services, Inc., Houston, Tex. Verfahren zum Bohrlochmessen während des Bohrens
JP2881714B2 (ja) * 1992-10-09 1999-04-12 株式会社山武 感湿素子
US5450065A (en) * 1993-02-16 1995-09-12 Greenfield; Arnold Early warning heat sensor system
US5384562A (en) * 1993-02-16 1995-01-24 Greenfield; Arnold Early warning heat sensor system
US5533393A (en) * 1995-01-13 1996-07-09 Honeywell Inc. Determination of dew point or absolute humidity
US6058934A (en) * 1995-11-02 2000-05-09 Chiron Diagnostics Corporation Planar hematocrit sensor incorporating a seven-electrode conductivity measurement cell
US6566893B2 (en) 1997-02-28 2003-05-20 Ust Umweltsensortechnik Gmbh Method and arrangement for monitoring surfaces for the presence of dew
AU6719000A (en) * 1999-12-08 2001-06-18 Sensirion Ag Capacitive sensor
US6580600B2 (en) * 2001-02-20 2003-06-17 Nippon Soken, Inc. Capacitance type humidity sensor and manufacturing method of the same
JP2003004683A (ja) * 2001-06-15 2003-01-08 Denso Corp 容量式湿度センサ
DE10152999C2 (de) * 2001-10-26 2003-12-24 Preh Elektro Feinmechanik Sensor und Sensoreinheit zur Detektion einer Beschlagneigung
US6791330B2 (en) 2002-07-16 2004-09-14 General Electric Company Well logging tool and method for determining resistivity by using phase difference and/or attenuation measurements
DE602006008844D1 (de) * 2006-07-19 2009-10-15 Sensirion Holding Ag Feuchtigkeitsfühler zur Ermittlung von Beschlag auf einem Fenster
EP2138834B1 (de) * 2008-06-26 2010-11-03 ABB Technology Ltd Testanordnung, Verfahren zur Herstellung eines Testkörpers, Verfahren zur Bestimmung eines Feuchtigkeitsgehalts bei der Isolierung eines Leistungstransformators beim Trocknen desselben
CN102639993B (zh) * 2009-12-22 2015-03-25 纳米及先进材料研发院有限公司 应用阳极氧化铝膜的快速响应的相对湿度传感器
EP2565635B1 (de) 2011-09-02 2017-11-15 Sensirion AG Sensorchip und Verfahren zur Herstellung eines Sensorchips
JP6611362B2 (ja) * 2014-12-11 2019-11-27 北陸電気工業株式会社 容量式湿度センサ
EP3054433B1 (de) * 2015-02-06 2018-08-29 Nokia Technologies OY Vorrichtung zur detektion von feuchtigkeit
EP3495807A1 (de) 2017-12-08 2019-06-12 MEAS France Verfahren zur herstellung eines feuchtigkeitssensors sowie ein feuchtigkeitssensor
EP3584570A1 (de) 2018-06-20 2019-12-25 MEAS France Verfahren zur herstellung eines relativen feuchtesensors und relativer feuchtesensor
WO2020008935A1 (ja) 2018-07-04 2020-01-09 株式会社村田製作所 湿度センサーおよびそれを備えたrfidタグ
CN110361105B (zh) * 2019-06-20 2021-12-31 浙江理工大学 一种宽温度范围电阻与温度线性相关的柔性薄膜传感器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3380136A (en) * 1965-07-19 1968-04-30 Western Electric Co Method of making capacitors
US4164868A (en) * 1972-10-12 1979-08-21 Vaisala Oy Capacitive humidity transducer
US3984907A (en) * 1975-07-25 1976-10-12 Rca Corporation Adherence of metal films to polymeric materials
US4143177A (en) * 1977-01-31 1979-03-06 Panametrics, Inc. Absolute humidity sensors and methods of manufacturing humidity sensors
FR2429011A1 (fr) * 1978-06-22 1980-01-18 Betton Rene Dispositif pour transborder un handicape physique de son fauteuil roulant a un vehicule automobile et reciproquement
JPS5595857A (en) * 1979-01-16 1980-07-21 Nippon Sheet Glass Co Ltd Moisture detection element
JPS5670994U (de) * 1979-11-06 1981-06-11
JPS57128902A (en) * 1981-02-02 1982-08-10 Chino Works Ltd Moisture sensitive element

Also Published As

Publication number Publication date
GB2159956A (en) 1985-12-11
DE3517589A1 (de) 1985-11-21
GB8512291D0 (en) 1985-06-19
JPS60239657A (ja) 1985-11-28
US4651121A (en) 1987-03-17
GB2159956B (en) 1988-01-13
JPH0464425B2 (de) 1992-10-14

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