FR2866955A1 - Detecteur d'humidite de type capacitif - Google Patents
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Abstract
Ce détecteur comprend un substrat semiconducteur (1), une pluralité de dispositifs de détection d'humidité (10a-10d) possédant une capacité variable en fonction de l'humidité ; un dispositif capacitif standard (20, 20a-20d) possédant une capacité standard et présentant une plus faible variation de la capacité en fonction de l'humidité que la capacité de chaque dispositif de détection d'humidité (10,10a-10d), et un circuit convertisseur (30,30a-30d) pour convertir une différence de capacité entre la capacité de chaque dispositif de détection d'humidité (10,10a-10d) et la capacité standard du dispositif capacitif standard (20, 20a-20d) en une tension électrique.Les dispositifs de détection d'humidité (10,10a-10d), le dispositif capacitif standard (20,20a-20d) et le circuit convertisseur (30,30a-30d) sont disposés sur une face du substrat (1).Application notamment aux détecteurs d'humidité.
Description
DÉTECTEUR D'HUMIDITÉ DE TYPE CAPACITIF
La présente invention concerne un détecteur d'humidité de type capacitif.
Un détecteur d'humidité de type capacitif est décrit par exemple dans le brevet U.S. N 6 580 600. Ce détecteur inclut un dispositif de détection d'humidité, dont la capacité est variable en fonction de l'humidité présente autour du dispositif. Le détecteur 90 indiqué ci-dessus est représenté sur la figure 12. Le détecteur 90 comprend un substrat semiconducteur 1 comportant une surface, sur laquelle sont disposées une partie 82 sensible à l'humidité et une partie de circuit 93.
Dans la partie 92 sensible à l'humidité, un film d'oxyde de silicium 2 formant un film isolant est réalisé sur le substrat semiconducteur 1. Une paire d'électrodes 91a, 91b sont réalisées sur le film d'oxyde de silicium 2 de telle sorte que l'une des électrodes 91a, 91b est tournée vers et est disposée à distance de l'autre des électrodes 91a, 91b. Un film de nitrure de silicium 3 formant un film de protection et un film 4 sensible à l'humidité sont réalisés sur le substrat 1 de manière à recouvrir les électrodes 91a et 91b. Le film 4 sensible à l'humidité est formé d'un matériau, dont la constante diélectrique est variable en fonction des variations d'humidité de l'atmosphère. C'est pourquoi, la capacité d'un condensateur formé entre les électrodes 91a, 91b dans la partie 92 sensible à l'humidité est également variable conformément aux variations de l'humidité de l'atmosphère.
La partie de circuit 93 inclut une partie capacitive standard (c'est-àdire une partie capacitive de référence) 94 et une partie à transistor CMOS 95. La variation de capacité du condensateur entre les électrodes 91a, 91b dans la partie 92 sensible à l'humidité est comparée à la capacité standard de la partie capacitive standard 94, puis les données de comparaison sont traitées dans la partie à transistor CMOS 95. Par conséquent, dans le détecteur d'humidité de type capacitif 90, la variation de la capacité du condensateur entre les électrodes 91a, 91b correspondant à la variation d'humidité de l'atmosphère est mesurée de sorte que l'humidité de l'atmosphère soit détectée.
La partie de circuit 93 comportant la partie capacitive standard 94 et la partie à transistor CMOS 95, et la partie 92 sensible à l'humidité sont formées d'un seul tenant sur le substrat 1 de sorte que le détecteur 90 est intégré. C'est pourquoi les dimensions du détecteur 90 sont réduites. En outre le détecteur 90 peut être réalisé au moyen d'un procédé classique de fabrication des semi-conducteurs, et par conséquent le coût de fabrication du détecteur 90 est réduit.
Cependant, lorsque de multiples humidités obtenues à partir de sources différentes sont détectées simultanément, de multiples capteurs d'humidité 90 sont requis pour la détection d'humidités multiples. C'est pourquoi, les dimensions d'un système de détecteurs d'humidité 90 et le poids du système de détecteurs augmentent lorsque le nombre de sources de mesure augmente. En outre, le coût de fabrication du système de détecteurs augmente.
Compte tenu du problème décrit précédemment, un but de la présente invention est de fournir un détecteur d'humidité de type capacitif, apte à détecter simultanément de multiples humidités. En outre, le détecteur possède de faibles dimensions et un faible coût de fabrication.
Ce problème est résolu à l'aide d'un détecteur d'humidité de type capacitif comportant: un substrat semi-conducteur, une pluralité de dispositifs de détection d'humidité possédant une capacité variable en fonction d'une humidité, un dispositif capacitif standard possédant une capacité standard et présentant une plus faible variation de la capacité en fonction de l'humidité que la capacité de chaque dispositif de détection d'humidité, et un circuit convertisseur pour convertir une différence de capacité entre la capacité de chaque dispositif de détection d'humidité et la capacité standard du dispositif capacitif standard en une tension électrique, dans lequel détecteur, les dispositifs de détection d'humidité, le dispositif capacitif standard et le circuit convertisseur sont disposés sur une face du substrat.
Ce détecteur peut détecter, de façon indépendante, de multiples humidités des gaz atmosphériques introduits simultanément à partir de différents passages. En outre, les dispositifs de détection d'humidité,, le dispositif capacitif standard et le circuit convertisseur sont intégrés dans le substrat de sorte que les dimensions du détecteur diminuent et que le coût de fabrication du détecteur diminue.
De préférence, la capacité standard du dispositif 25 capacitif standard est constante sans dépendre de l'humidité.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le détecteur comporte en outre une pluralité de dispositifs capacitifs standard correspondant chacun à l'un des dispositifs de détection d'humidité.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les dispositifs de détection d'humidité utilisent en commun le dispositif capacitif standard.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les 35 dispositifs de détection d'humidité sont disposés sur le dispositif de capacité standard moyennant l'interposition d'une couche isolante.
Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins l'un parmi les dispositifs de détection d'humidité et le dispositif capacitif standard est disposé sur le circuit convertisseur moyennant l'interposition d'une couche isolante.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le détecteur comporte en outre une pluralité de circuits convertisseurs correspondant chacun à l'un des dispositifs de détection d'humidité.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les dispositifs de détection d'humidité utilisent en commun le circuit convertisseur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le substrat comprend une région de séparation servant à séparer les dispositifs de détection d'humidité et la région de séparation du substrat ne comporte aucune partie électrique hormis pour un câblage situé sur elle.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les dispositifs de détection d'humidité sont disposés sur le substrat pour enserrer le circuit convertisseur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit convertisseur est disposé au centre du substrat, et les dispositifs de détection d'humidité sont disposés sur le substrat symétriquement par rapport au centre du substrat.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les dispositifs de détection d'humidité sont constitués de deux dispositifs de détection d'humidité, le substrat possède une forme rectangulaire, et les deux dispositifs de détection d'humidité sont disposés sur les deux faces du substrat.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le 35 détecteur comporte en outre une pluralité de dispositifs formant capteurs de température correspondant chacun à l'un des dispositifs de détection d'humidité, et. les dispositifs formant capteurs de température sont disposés sur le substrat symétriquement par rapport au centre du substrat.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le détecteur présente les caractéristiques suivantes: - le dispositif de détection d'humidité définit un dispositif capacitif à électrodes formant dents de peigne, comprenant une paire d'électrodes formant dents de peigne, - les électrodes formant dents de peigne sont disposées sur le substrat de manière à être réciproquement en vis-à-vis et s'inter engager les unes les autres, - le dispositif de détection d'humidité inclut un film sensible à l'humidité, disposé sur le substrat de manière à recouvrir les électrodes formant des dents de peigne, et - le film sensible à l'humidité possède une constante diélectrique variable en fonction de l'humidité.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le détecteur présente les caractéristiques suivantes: - le dispositif capacitif standard est un dispositif capacitif à électrodes formant dents de peigne et possédant une paire d'électrodes formant dents de peigne, et - les électrodes formant dents de peigne étant disposées sur le substrat de manière à être réciproquement en vis-à-vis et à s'inter engager les unes les autres.
Selon une autre caractéristique de l'invention: - le dispositif capacitif standard présente une distance entre les électrodes formant dents de peigne, - le dispositif de détection d'humidité présente une distance entre les électrodes formant dents de peigne, et - ladite distance du dispositif capacitif standard est inférieure à ladite distance du dispositif de détection d'humidité.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'électrode formant des dents de peigne du dispositif capacitif standard possède une hauteur dans une direction verticale perpendiculaire au substrat, l'électrode formant dents de peigne du dispositif de détection d'humidité possède une hauteur dans la direction verticale perpendiculaire au substrat, et la hauteur de l'électrode formant dents de peigne du dispositif capacitif standard est supérieure à celle présente dans le dispositif de détection d'humidité.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le substrat est monté sur une carte de circuit imprimé de telle sorte que les dispositifs de détection d'humidité, le dispositif capacitif standard et le circuit convertisseur du substrat sont situés en vis-à-vis de la carte de circuit imprimé de manière à former une puce retournée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la carte de circuit imprimé comprend un dispositif de chauffage, qui est situé en vis-à-vis du dispositif de détection d'humidité.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure lA est une vue en coupe transversale schématique montrant une partie principale d'un détecteur d'humidité de type capacitif selon une première forme de réalisation de l'invention, la figure 1B est une vue en plan montrant un dispositif de détection d'humidité du détecteur et la figure 1C est une vue partielle en coupe transversale à plus grande échelle montrant le dispositif d'humidité suivant la ligne IC-IC repérée sur la figure 1B; - la figure 2A est une vue en plan montrant un détecteur d'humidité de type capacité conformément à la première forme de réalisation et la figure 2B est une vue en plan montrant le détecteur logé dans un boîtier; - la figure 3 est une vue en plan représentant un détecteur d'humidité de type capacitif conformément à une seconde forme de réalisation de la présente invention; - la figure 4A est une vue en plan représentant un détecteur d'humidité de type capacitif, et la figure 4B est une vue en coupe transversale représentant le détecteur selon une troisième forme de réalisation de la présente invention; - la figure 5A est une vue en plan montrant un détecteur d'humidité de type capacitif et la figure 5B est une vue en coupe transversale montrant le détecteur conformément à une quatrième forme de réalisation de la présente invention; - la figure 6 est une vue en plan représentant un détecteur d'humidité de type capacitif selon une cinquième 20 forme de réalisation de la présente invention - la figure 7A est une vue en plan montrant un détecteur d'humidité de type capacitif conformément à une sixième forme de réalisation de la présente invention, et la figure 7B est une vue en plan montrant un détecteur d'humidité de type capacitif conformément à une septième forme de réalisation de la présente invention - la figure 8A est une vue en plan représentant un détecteur d'humidité de type capacitif selon une huitième forme de réalisation de la présente invention, et la figure 8B est une vue en plan représentant le détecteur logé dans un boîtier; - la figure 9 est une vue en plan représentant un détecteur d'humidité de type capacitif selon une neuvième forme de réalisation de la présente invention - la figure l0A est une vue en coupe transversale schématique montrant une partie principale d'un détecteur d'humidité de type capacitif conformément à une dixième forme de réalisation de la présente invention, et la figure 10B est une vue en coupe transversale schématique montrant une partie principale d'un détecteur d'humidité de type capacitif conformément à une onzième forme de réalisation de la présente invention; - les figures 11A et 11B sont des vues en coupe transversale montrant un détecteur d'humidité de type capacitif monté sur une carte de circuit imprimé, conformément à une douzième forme de réalisation de la présente invention; et - la figure 12, dont:il a déjà été fait mention, est une vue en coupe transversale schématique montrant une partie principale d'un détecteur d'humidité de type capacitif conformément à l'art antérieur.
On va décrire ci-après un détecteur d'humidité de type capacitif conformément à une première forme de réalisation de la présente invention. Tout d'abord, on va décrire un fonctionnement du détecteur en référence aux figures lA à 1C.
La figure lA représente schématiquement une partie principale 100 du détecteur 101, et les figures 1B et 1C représentent un dispositif de détection d'humidité 10 de la partie principale 100.
La partie principale 100 du détecteur 101 inclut un substrat semiconducteur 1 possédant une surface, sur laquelle une partie 82 sensible à l'humidité et une partie de circuit 83 sont disposées. La partie 82 sensible à l'humidité inclut le dispositif de détection d'humidité 10. Le substrat 1 est formé de silicium. La partie de circuit 83 comprend une partie à transistor CMOS 85 et une partie capacitive standard 84. La partie capacitive standard 84 inclut un dispositif capacitif standard 20.
Le dispositif de détection d'humidité 10 comprend une paire d'électrodes lla, llb formant dents de peigne, ces électrodes étant disposées séparément sur le substrat 1, en étant réciproquement en vis-à--vis. De façon spécifique, les dents formant peigne d'une électrode lla et les dents formant peigne correspondantes de l'autre électrode llb sinter engagent. Par conséquent les électrodes lla, llb formant dents de peigne définissent un condensateur. Les électrodes lla, llb formant dents de peigne sont réalisées en un matériau de câblage électrique tel que de l'aluminium. La capacité du condensateur formé entre les électrodes formant dents de peigne lla, llb est nettement supérieure à celle du condensateur formé entre les électrodes 91a, 91b représentées sur la figure 12. Par conséquent, le dispositif de détection d'humidité 10 possède un condensateur ayant une capacité élevée. En outre, le dispositif de détection d'humidité 10 est formé d'une manière précise et stable au moyen d'un procédé classique de fabrication de semiconducteurs avec un faible coût, par rapport à un détecteur d'humidité possédant une paire d'électrodes en forme de plaques parallèles. C'est pourquoi, le capteur 101 peut être fabriqué avec un faible coût.
Un film 4 sensible à l'humidité est formé sur les électrodes 11a, llb formant dents de peigne moyennant l'utilisation d'un film de nitrure de silicium 3 en tant que film de protection pour recouvrir les électrodes lla, llb formant dents de peigne. La constante diélectrique du film 4 sensible à l'humidité est modifiée conformément au caractère humide, c'est-à-dire à l'humidité située autour du dispositif de détection d'humidité. Le film 4 sensible à l'humidité est formé d'une résine polyimide et possède une constance diélectrique relative dans une gamme comprise entre 3 et 4. Ici l'eau (c'est-à-dire H2O) possède une constante diélectrique relative égale à 80. Par conséquent, lorsque le film 4 sensible à l'humidité absorbe ou adsorbe une molécule d'eau, la constante diélectrique du film 4 sensible à l'humidité augmente. C'est pourquoi, la capacité du dispositif de détection d'humidité 10 augmente. De ce fait, la constante diélectrique du film 4 sensible à l'humidité est modifiée conformément à la variation de l'humidité de l'atmosphère autour du détecteur 100, puis la capacité du dispositif de détection d'humidité 10 varie également.
Le dispositif capacitif standard 20 dans la partie principale 100 du détecteur 101 inclut un condensateur du type à plaques parallèles, comportant une paire d'électrodes. L'une des électrodes est pourvue d'une couche de diffusion 21 de type N et l'autre des électrodes est pourvue d'une couche de silicium polycristallin 22. Les électrodes sont formées dans le substrat 1, et enserrent un film d'oxyde de silicium 2 en tant que substance diélectrique. Le dispositif capacitif standard 20 ne comporte pas le film 4 sensible à l'humidité de sorte que la capacité du dispositif 20 ne varie pas même lorsque l'humidité autour de la partie principale 100 du détecteur 101 varie.
La variation de la capacité du. dispositif de détection d'humidité 10 en fonction de la variation d'humidité de l'atmosphère est comparée à la capacité du dispositif capacitif standard 20 en tant que référence. Les données de comparaison sont traitées dans la partie à transistor CMOS 85. Par conséquent, le capteur 101 détecte l'humidité autour du capteur 101.
L'ensemble de l'agencement du capteur 101 est 30 représenté sur la figure 2A. La figure 2B représente un système de détection comportant le détecteur 101.
Le détecteur 101 comprend une paire de dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b et une paire de dispositifs capacitifs standard 20a, 20b. Chaque dispositif de détection d'humidité 10a, 10b possède une capacité variable en fonction de l'humidité. Chaque dispositif capacitif standard 20a, 20b possède une capacité, qui ne varie pas, même lorsque l'humidité varie. Ou bien la variation de la capacité du dispositif capacitif standard 20a, 20b en fonction de l'humidité est beaucoup plus faible que celle du dispositif de détection d'humidité 10a, 10b. Par conséquent, la capacité du dispositif capacitif standard 20a, 20b peut être modifiée légèrement en fonction de l'humidité de sorte que la variation de la capacité du dispositif capacitif standard 20a, 20b est nettement inférieure à celle du dispositif de détection d'humidité 10a, 10b. Le détecteur 101 inclut en outre un circuit convertisseur 30 servant à convertir la différence de capacité entre le dispositif de détection d'humidité 10a, 10b et le dispositif capacitif standard 20a, 20b en un signal de tension. Les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b, les dispositifs capacitifs standard 20a, 20b et le circuit convertisseur 30 sont intégrés sur une seule surface du substrat 1. Par conséquent les dimensions du détecteur 100 diminuent. En outre, le détecteur 101 peut être réalisé à un faible coût.
Le dispositif de détection d'humidité 10a, 10b possède le même agencement que le dispositif de détection d'humidité 10 représenté sur les figures lA et 1B de sorte que le dispositif de détection d'humidité 10a, 10b fournit un condensateur à électrodes formant dents de peigne. En utilisant deux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b, les humidités de l'atmosphère introduites en provenance de deux emplacements différents sont détectées simultanément de façon indépendante.
Le dispositif capacitif standard 20a, 20b comprend un condensateur à électrodes en dents de peigne à la place d'un condensateur à électrodes formées de plaques parallèles. Aucun film sensible à l'humidité 4 n'est formé sur l'électrode en dents de peigne dans le dispositif capacitif standard 20a, 20b. C'est pourquoi la capacité du dispositif capacitif standard 20a, 20b n'est pas modifiée d'une manière substantielle en fonction de l'humidité de l'atmosphère. Sinon la variation de la capacité du dispositif capacitif standard 20a, 20b en fonction de l'humidité est réglée de manière à être beaucoup plus faible que celle du dispositif de détection d'humidité 10a, 10b. Dans le cas où la capacité du dispositif capacitif standard 20a, 20b n'est pas modifiée même si l'humidité située autour du détecteur 100 varie, la différence de capacité entre le dispositif de détection d'humidité 10a, 10b et le dispositif capacitif standard 20a, 20b augmente de sorte que le détecteur 100 détecte l'humidité de façon plus précise.
Dans le détecteur 101, chaque dispositif capacitif standard 20a, 20b correspond au dispositif de détection d'humidité 10a, 10b. Par conséquent, même si les capacités de deux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b sont différentes, la capacité du dispositif capacitif standard correspondant 20a, 20b peut être déterminée de façon optimale.
Le circuit convertisseur 30 correspond à la partie à transistor CMOS 85. Le détecteur 101 est logé dans un boîtier 40 de sorte que le système de détection d'humidité comportant le détecteur 100 est emballé. Le boîtier 40 inclut une paroi de séparation 40w disposée sur le détecteur 100 de sorte que le système de détection d'humidité est séparé en deux parties 40a, 40b. Une partie est la première chambre de logement 40a servant à loger le dispositif de détection d'humidité 10a, et l'autre partie est la seconde chambre de logement 40b servant à loger le dispositif de détection d'humidité 10b. La première chambre de logement 40a possède une entrée 40ia pour l'introduction du gaz dans la chambre 40a et une sortie 40ea pour l'évacuation des gaz hors du système de sorte que la première chambre de logement 40a fournit le premier système en tant que premier passage du gaz. La seconde chambre de logement 40b possède une entrée 40ib pour l'introduction du gaz dans la chambre 40b, et une sortie 40eb pour évacuer le gaz hors du système de sorte que la seconde chambre de logement 40b fournit le second système en tant que second passage du gaz. Par conséquent, deux gaz sont introduits de façon indépendante par deux systèmes différents, dans deux chambres 40a, 40b. Par conséquent de multiples humidités des gaz introduits par les entrées 40ia, 40ib sont détectées d'une manière indépendante, simultanément, par les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b.
Dans le détecteur 101, le substrat 1 possède une forme sensiblement rectangulaire et le convertisseur 30 est disposé au centre du substrat 1. Deux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b sont disposés sur les deux faces du substrat 1. De façon spécifique, les deux côtés des dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b sont disposés dans une direction longitudinale du substrat 1. En outre deux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b sont disposés symétriquement par rapport à un centre C représenté sur la figure 2A. Par conséquent, une paroi de séparation 40w du boîtier 40 peut être aisément formée. En outre deux dispositifs capacitifs standard 20a, 20b sont également disposés symétriquement par rapport au point central C. En outre, deux entrées 40ia, 40ib pour l'introduction de l'air atmosphérique dans le boîtier 40 et deux sorties 40ea, 40eb pour évacuer l'air atmosphérique introduit sont également disposées symétriquement par rapport au point central C de sorte que l'écoulement de l'air atmosphérique est stabilisé. L'air atmosphérique est introduit dans le boîtier 40 pour la détection de l'humidité de l'air atmosphérique.
Lorsque le détecteur classique d'humidité détecte 35 simultanément de multiples humidités des airs atmosphériques introduits à partir de différents passages moyennant l'utilisation de multiples dispositifs de détection d'humidité disposés sur les substrats semiconducteurs, il est nécessaire de préparer les multiples dispositifs de détection d'humidité en un nombre égal au nombre des passages de l'air atmosphérique. Par conséquent, les dimensions et le poids du détecteur augmentent proportionnellement au nombre des passages. Cependant, le détecteur d'humidité de type capacitif 101 représenté sur les figures 2A et 2B comportant de multiples dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b disposés sur le même substrat 1 peuvent détecter simultanément de multiples humidités des différents airs atmosphériques introduits à partir de passages différents. C'est pourquoi, les dimensions et le poids du détecteur 101 diminuent de sorte que les dimensions du détecteur 101 sont réduites. En outre, étant donné que les dimensions du détecteur 101 sont réduites, le coût de fabrication du détecteur 101 est réduit.
C'est pourquoi, le détecteur d'humidité de type capacitif 101 détecte simultanément et de façon indépendante de multiples humidités. En outre, le détecteur possède de faibles dimensions et a un faible coût de fabrication.
Un dispositif de détection d'humidité de type capacitif 102 conformément à une seconde forme de réalisation de la présente invention est représenté sur la figure 3. Le détecteur 102 inclut deux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b, un dispositif capacitif standard 20b et le circuit convertisseur 30. Les dispositifs de détection d'humidité 10a, lob utilisent en commun le dispositif capacitif standard 20b. Par conséquent, dans le détecteur 102, le nombre des dispositifs capacitifs standard 20b est réduit de sorte que 35 la surface occupée par le dispositif capacitif standard 20b est réduite. Par conséquent les dimensions du détecteur 102 sont fortement réduites.
Un détecteur d'humidité de type capacitif 103 selon une troisième forme de réalisation de la présente invention est représenté sur les figures 4A et 4:B. Ce détecteur inclut deux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b, deux dispositifs capacitifs standard 20a, 20b et le circuit convertisseur 30. Les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b sont disposés sur les dispositifs capacitifs standard 20a, 20b au moyen d'une couche isolante 5. Par conséquent, la zone plane occupée par les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b et par les dispositifs capacitifs standard 20a, 20b est réduite étant donné que les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b et les dispositifs capacitif standard 20a, 20b sont superposés entre eux. Par conséquent, les dimensions du détecteur 103 sont fortement réduites.
Un détecteur d'humidité de type capacitif 104 conformément à une quatrième forme de réalisation de la présente invention est représenté sur les figures 5A et 5B. Le détecteur 104 comprend deux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b, deux dispositifs capacitifs standard 20a, 20b et le circuit convertisseur 30. Les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b et les dispositifs capacitifs standard 20a, 20b sont disposés; sur le substrat 1 au moyen de la couche isolante 5. Le circuit convertisseur 30 est disposé au-dessous de la couche isolante 5. De façon spécifique, les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b et les dispositifs capacitifs standard 20a, 20b sont disposés en ligne. Le circuit convertisseur 30 est disposé au-dessous des dispositifs capacitifs standard 20a, 20b.
Dans ce cas, la surface occupée par le circuit convertisseur 30 et par les dispositifs capacitifs standard 20a, 20b est réduite. Par conséquent, les dimensions du détecteur 104 sont fortement réduites.
Un détecteur d'humidité de type capacitif 105 conformément à une cinquième forme de réalisation de la présente invention est représenté sur la figure 6. Le détecteur 105 inclut deux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b, deux dispositifs capacitifs standard 20a, 20b et le circuit convertisseur 30. Les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b et lesdispositifs capacitifs standard 20a, 20b sont disposés sur le substrat 1 au moyen de la couche isolante 5. Le circuit convertisseur 30 est disposé au-dessous de la couche isolante 5. De façon spécifique, le circuit convertisseur 30 est disposé au-dessous des dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b et des dispositifs capacitifs standard 20a, 20b.
Dans ce cas, la surface occupée par le circuit 15 convertisseur 30 est réduite. De ce fait, les dimensions du détecteur 105 sont fortement réduites.
Un détecteur d'humidité de type capacitif 106 selon une sixième forme de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 7A. Le détecteur 106 comprend quatre dispositifs de détection d'humidité 10a-10d, quatre dispositifs capacitifs standard 20a-20d et quatre circuits convertisseurs 30a-30d. Chaque dispositif de détection d'humidité 10a-10d correspond respectivement à l'un des circuits convertisseurs 30a-30d. Etant donné que le détecteur 106 inclut quatre circuits convertisseurs 30a-30d correspondant aux quatre dispositifs de détection d'humidité 10a-10d, quatre signaux des dispositifs de détection d'humidité 10a-10d peuvent être traités continûment et simultanément.
Un détecteur d'humidité de type capacitif 107 conformément à une septième forme de réalisation de la présente invention est représenté sur la figure 7B. Le détecteur 107 inclut quatre dispositifs de détection d'humidité 10a-10d, quatre dispositifs capacitifs standard 20a-20d et le circuit convertisseur 30. Quatre dispositifs de détection d'humidité 10a-1.0d utilisent en commun le circuit convertisseur 30. Le circuit convertisseur 30 traite quatre signaux des dispositifs de détection d'humidité 10a-10d selon un mode en temps partagé.
Dans le cas précédent, la surface occupée par le circuit convertisseur 30 est réduite. Par conséquent les dimensions du détecteur 107 sont réduites.
Un détecteur d'humidité de type capacitif 108 conformément à une huitième forme de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 8A. La figure 8B représente le capteur 108 emballé dans le boîtier 40.
Le détecteur 108 comprend deux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b, deux dispositifs capacitifs standard 20a, 20b et le circuit convertisseur 30. En outre le détecteur 108 inclut une région de séparation ls servant à séparer le circuit convertisseur 30 et les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b. La région de séparation ls dans le substrat 1 ne comporte aucun circuit électrique hormis un câblage électrique. La paroi de séparation 40w est disposée dans la région de séparation 1s. Par conséquent, lorsque le détecteur 108 est emballé dans le boîtier 40, la paroi de séparation 40w ne rompt pas le circuit électrique dans le substrat 1. En outre le boîtier 40, c'est-à-dire la paroi de séparation 40w, peut contacter étroitement le substrat 1, c'est-à-dire la région de séparation ls, de sorte que l'étanchéité à l'air entre les première et seconde chambres de logement 40a, 40b est améliorée. C'est pourquoi, deux airs atmosphériques introduits par des entrées différentes 40ia, 40ib ne se mélangent pas entre eux. Par conséquent, l'humidité dans l'air atmosphérique introduit peut être détectée de façon précise.
Un détecteur d'humidité de type capacitif 109 conformément à la neuvième forme de réalisation de la présente invention est représenté sur la figure 9. Le détecteur 109 inclut deux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b, deux dispositifs capacitifs standard 20a, 20b et le circuit convertisseur 30. En outre, le détecteur 109 inclut deux dispositifs formant capteurs de température 50a, 50b, qui correspondent respectivement aux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b. Les dispositifs formant capteurs de température 50a, 50b sont disposés symétriquement par rapport au point central C. Dans le cas où le circuit convertisseur 30 inclut un dispositif de rayonnement thermique, :Les dispositifs formant capteurs de température 50a, 50b détectent la température du substrat 1 de sorte que la chaleur effective dérivée du dispositif de rayonnement de chaleur est compensée. De façon spécifique, l'effet thermique affectant le dispositif de détection d'humidité l0a situé sur le côté droit peut être rendu égal à celui affectant le dispositif de détection d'humidité 10b présent sur le côté gauche. En outre, une capacité parasite et une résistance de câblage disposé sur un côté sont également rendues égales à celles d'un autre câblage disposé sur l'autre côté. Par conséquent, un bruit affectant le capteur 109 est réduit et la fluctuation d'une source d'alimentation affectant le capteur 109 est réduite.
Un dispositif de détection d'humidité de type capacitif 110 conformément à une dixième forme de réalisation de la présente invention est représenté sur la figure 10a. Le dispositif de détection d'humidité l0a est disposé sur le dispositif capacitif standard 20a moyennant l'interposition de multiples couches isolantes 5a-5e. Par conséquent, la surface occupée par le dispositif de détection d'humidité 10a et le dispositif capacitif standard 20a est réduit étant donné que le dispositif de détection d'humidité l0a et le dispositif capacitif standard 20a sont superposés l'un à l'autre. Par conséquent les dimensions du détecteur 110 sont fortement réduites.
Ici, le dispositif de détection d'humidité 10a inclut une paire d'électrodes en dents de peigne lla, llb, qui sont disposées séparément sur le substrat 1 en étant réciproquement en vis-à-vis. De façon spécifique, les dents de peigne de l'électrode lla s'inter engagent avec des dents de peigne correspondantes de l'autre électrode llb. Par conséquent, les électrodes lla, llb en dents de peigne forment un condensateur. Le dispositif capacitif standard 20a inclut une paire d'électrodes 23a, 23b en dents de peigne, et qui sont disposées séparément sur le substrat 1 pour être réciproquement en vis-à-vis. De façon spécifique, les dents de peigne d'une électrode 23a s'inter engagent avec les dents de peigne correspondantes de l'autre électrode 23b. Par conséquent les électrodes 23a, 23b en dents de peigne forment un condensateur.
La distance entre les électrodes 1:La, llb en dents de peigne du dispositif de détection d'humidité 10a est définie par L1. La distance entre les électrodes 23a, 23b en dents de peigne du dispositif capacitif standard 20a est définie par L2. La distance L2 du dispositif capacitif standard 20a est inférieure à la distance L1 du dispositif de détection d'humidité 10a.
Il est préférable que l.a capacité du dispositif de détection d'humidité l0a soit égale à la capacité standard du dispositif capacitif standard 20a pour une détection précise de l'humidité. D'une manière générale, la capacité du dispositif de détection d'humidité 10a augmente étant donné que le dispositif de détection d'humidité 10a inclut le film 4 sensible à l'humidité. Dans le détecteur 110, la distance L2 est optimisée de manière à être inférieure à la distance L1 de sorte que la capacité standard du dispositif capacitif standard 20a est rendue égale à ou optimisée sur la capacité du dispositif de détection d'humidité l0a sans accroissement de la surface occupée par le dispositif capacitif standard 20a. Par conséquent, le détecteur 110 détecte l'humidité d'une manière plus précise.
Un dispositif de détection d'humidité de type capacitif 111 selon une onzième forme de réalisation de la présente invention est représenté sur la figure 10B. Le dispositif de détection d'humidité 10a est disposé sur le dispositif capacitif standard 20a par l'intermédiaire de multiples couches isolantes 5a-5e. Par conséquent, le dispositif de détection d'humidité l0a et le dispositif capacitif standard 20a sont superposés entre eux. C'est pourquoi les dimensions du détecteur 110 sont fortement réduites.
Ici, le dispositif de détection d'humidité l0a comprend une paire d'électrodes lla, llb en dents de peigne et qui sont disposées séparément sur le substrat 1 pour être réciproquement en vis-à-vis. Le dispositif capacitif standard 20a inclut une paire d'électrodes 23a, 23b en dents de peigne, qui sont disposées séparément sur le substrat 1 de manière à être réciproquement en vis-à-vis. La hauteur des électrodes ila, llb en dents de peigne du dispositif de détection d'humidité 10a est définie par Tl. La hauteur des électrodes 23a, 23b en dents de peigne du dispositif capacitif standard 20a est défini par T2. La hauteur T2 du dispositif capacitif standard 20a est supérieure à la hauteur T2 du dispositif de détection d'humidité 10a.
Dans le détecteur 111, la hauteur T2 est optimisée de manière à être supérieure à la hauteur Tl de sorte que la capacité standard du dispositif capacitif standard 20a est rendue égale à ou optimisée sur la capacité du dispositif de détection d'humidité 10a, sans augmentation de la surface occupée par le dispositif capacitif standard 20a. De ce fait, le détecteur 111 détecte l'humidité d'une manière plus précise.
Un détecteur d'humidité du type capacitif 112 35 conformément à une douzième forme de réalisation de la présente invention est représenté sur les figures 11A et 11B. Le détecteur 112 est monté sur différentes cartes de circuit imprimé 60, 61. Le détecteur 112 inclut les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b disposés sur les dispositifs capacitifs standard 20a, 20b moyennant l'interposition de la couche isolante 5. Par conséquent, les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b et les dispositifs capacitifs standard 20a, 20b sont superposés entre eux. Par conséquent, les dimensions du détecteur 112 sont fortement réduites. Le détecteur 112 est monté sur la carte de circuit imprimé 60, 61 de telle sorte qu'un côté du détecteur 112, sur lequel les dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b sont disposés, est tourné vers la carte de circuit imprimé 60, 61. Par conséquent, le détecteur 112 monté sur la carte de circuit imprimé 60, 61 forme une puce retournée. De façon spécifique, le détecteur 112 est fixé à la carte de circuit imprimé 60, 61 à l'aide d'une boule de soudure 70. Dans la puce retournée, le jeu entre la carte de circuit imprimé 60 et 61 et le détecteur 112 diminue; et par conséquent aucune poussière ni aucune saleté ne se dépose sur le dispositif de détection d'humidité 10a, 10b.
La carte de circuit imprimé 61 inclut en outre un dispositif de chauffage 61h. Le dispositif de chauffage 61h est disposé sur un côté de la carte de circuit imprimé 61, qui est tourné vers le détecteur 112. De façon spécifique, le dispositif de chauffage 61h fait face aux dispositifs de détection d'humidité 10a, 10b. Le dispositif de chauffage 61h génère de la chaleur pour enlever une goutte d'eau sur le dispositif de détection d'humidité 10a, 10b. Par conséquent, la précision de détection du détecteur 112 est améliorée.
On comprendra que de tels changements et modifications sont compris dans le cadre de la présente invention.
Claims (19)
1. Détecteur d'humidité de type capacitif, comportant.
un substrat semiconducteur (1), une pluralité de dispositifs de détection d'humidité (10, 10a-10d) possédant une capacité variable en fonction d'une humidité, un dispositif capacitif standard (20,20a-20d) possédant une capacité standard et présentant une plus faible variation de la capacité en fonction de l'humidité que la capacité de chaque dispositif de détection d'humidité (10,10a-10d), et un circuit convertisseur (30,30a30d) pour convertir une différence de capacité entre la capacité de chaque dispositif de détection d'humidité (10,10a-10d) et la capacité standard du dispositif capacitif standard (20, 20a-20d) en une tension électrique, dans lequel détecteur, les dispositifs de détection d'humidité (10,10a-10d), le dispositif capacitif standard (20,20a-20d) et le circuit convertisseur (30,30a-30d) sont disposés sur une face du substrat (1).
2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capacité standard du dispositif capacitif standard (20,20a-20d) est constante et ne dépend pas de l'humidité.
3. Détecteur selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pluralité de dispositifs capacitifs standard (20,20a-20d) correspondant chacun à l'un des dispositifs de détection d'humidité (10,10a-10d).
4. Détecteur selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les dispositifs de détection d'humidité (l0a,10b) utilisent en commun le dispositif capacitif standard (20b).
5. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les dispositifs de détection d'humidité (10a,10b) sont disposés sur le dispositif de capacité standard (20a--20b) moyennant l'interposition d'une couche isolante (5).
6. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins l'un parmi les dispositifs de détection d'humidité (10a, 10b) et le dispositif capacitif standard (20a,20b) est disposé sur le circuit convertisseur (30) moyennant l'interposition d'une couche isolante (5).
7. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pluralité de circuits convertisseurs (30a-30d) correspondant chacun à l'un des dispositifs de détection d'humidité (l0a-l0d).
8. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les dispositifs de détection d'humidité (10a-10d) utilisent en commun le circuit convertisseur (30).
9. Détecteur selon l'une quelconque des
revendications 1 à 8, caractérisé en ce que
- le substrat (1) comprend une région de séparation (1s) servant à séparer les dispositifs de détection d'humidité (10a,10b) et - la région de séparation (1s) du substrat (1) ne comporte aucune partie électrique hormis pour un câblage situé sur elle.
10. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les dispositifs de détection d'humidité (10,10a-10d) sont disposés sur le substrat (1) pour enserrer le circuit convertisseur (30).
11. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que - le circuit convertisseur (30,30a-30d) est disposé au centre du substrat (1), et - les dispositifs de détection d'humidité (10, 10a-10d) sont disposés sur le substrat (1) symétriquement par rapport au centre du substrat (1).
12. Détecteur selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 11, caractérisé en ce que - les dispositifs de détection d'humidité (10a,10b) sont constitués de deux dispositifs de détection d'humidité (10a,10b), le substrat (1) possède une forme rectangulaire, 10 et - les deux dispositifs de détection d'humidité (10a, 10b) sont disposés sur les deux faces du substrat (1).
13. Détecteur selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: - une pluralité de dispositifs formant capteurs de température (50a,50b) correspondant chacun à l'un des dispositifs de détection d'humidité (10a, 10b), et - les dispositifs formant capteurs de température (50a,50b) sont disposés sur le substrat (1) symétriquement par rapport au centre du substrat (1).
14. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que - le dispositif de détection d'humidité (10a-10d) définit un dispositif capacitif à électrodes formant dents de peigne, comprenant une paire d'électrodes (lla,llb) formant dents de peigne, - les électrodes (lla,llb) formant dents de peigne sont disposées sur le substrat (1) de manière à être réciproquement en vis-à-vis et s'inter engager les unes les autres, - le dispositif de détection d'humidité (l0a-l0d) inclut un film (4) sensible à l'humidité, disposé sur le 35 substrat (1) de manière à recouvrir les électrodes formant des dents de peigne (lla,llb), et - le film (4) sensible à l'humidité possède une constante diélectrique variable en fonction de l'humidité.
15. Détecteur selon la revendication 14, 5 caractérisé en ce que - le dispositif capacitif standard (20a-20d) est un dispositif capacitif à électrodes formant dents de peigne et possédant une paire d'électrodes (23a, 23b) formant dents de peigne, et - les électrodes (23a,23b) formant dents de peigne étant disposées sur le substrat (1) de manière à être réciproquement en vis-à-vis et à s'inter engager les unes les autres.
16. Détecteur selon la revendication 15, 15 caractérisé en ce que: - le dispositif capacitif standard (20a-20d) présente une distance (L2) entre les électrodes formant dents de peigne (23a,23b), - le dispositif de détection d'humidité (10a-10d) 20 présente une distance (L1) entre les électrodes (lla-lld) formant dents de peigne, et - ladite distance (L2) du dispositif capacitif standard (20a-20d) est inférieure à ladite distance du dispositif de détection d'humidité (10a- l0d).
17. Détecteur selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'électrode (23a,23b) formant dents de peigne du dispositif capacitif standard (20a-20d) possède une hauteur (T2) dans une direction verticale perpendiculaire au 30 substrat (1), - l'électrode (lla,llb) formant dents de peigne du dispositif de détection d'humidité (10a-10d) possède une hauteur (Tl) dans la direction verticale perpendiculaire au substrat (1), et - la hauteur (T2) de l'électrode (23a,23b) formant dents de peigne du dispositif capacitif standard (20a-20d) est supérieure à celle présente dans le dispositif de détection d'humidité (10a-10d).
18. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le substrat (1) est monté sur une carte de circuit imprimé (60,61) de telle sorte que les dispositifs de détection d'humidité (10a,10b), le dispositif capacitif standard, (20a,20b) et le circuit convertisseur (30) du substrat (1) sont situés en vis-à-vis de la carte de circuit imprimé (60,61) de manière à former une puce retournée.
19. Détecteur selon la revendication 18, caractérisé en ce que la carte de circuit imprimé (61) comprend un dispositif de chauffage (31h), qui est situé en vis-à-vis du dispositif de détection d'humidité (10a,10b).
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